Brevet FR2474241A1 — publié le 19810724

La présente invention concerne des lampes à incan- descence à atmosphère gazeuse et plus particulièrement des lampes à incandescence à atmosphère gazeuse ayant des en- trées de courant internes en cuivre non métallisé et un getter d'aluminium et de zirconium appliqué à ceux-ci pour débarasser l'atmosphère de la lampe des gaz délétères qui autrement érodent et contaminent le filament. Les lampes à incandescence comportent généralement une ampoule dans laquelle est scellé un pied. Des entrées de courant, noyées et traversant le pied pour permettre la connexion électrique externe d'un filament, relient électri- quement et supportent mécaniquement ce filament. Les entrées de courant doivent avoir une conductivité élevée tout en pré- sentant une rigidité suffisante pour supporter de manière adéquate le filament. Les lampes à atmosphère gazeuse de puissance moyenne et faible utilisent généralement des fils de cuivre ou de fusible convenable du culot métallique au pincement du pied, des fils composites ou Dumet dans le pin- cement et du fil de cuivre nickelé du pincement au filament. Le fil composite Dumet dans le pincement se compose d'une âme de nickelfer enfermée dans un manchon de cuivre et a sensiblement le même coefficient de dilatation que le verre du pincement et permet un scellement hermétique. Les entrées de courant internes du filament, c'està-dire celles allant du pincement au filament, sont soumises à l'atmosphère de la lampe et peuvent par conséquent affecter directement le fonctionnement du filament. Aussi, ces entrées de courant internes doivent être en un matériau qui présente une rigi- dité substantielle pour supporter le filament et une conduc- tivité électrique élevée. Les entrées de courant internes sont généralement en nickel, fer nickelé, cuivre nickelé ou molybdène. En particulier, ces métaux sont moins suscepti- bles d'oxydation et, par conséquent, n'introduisent pas de contaminants dans l'ampoule de la lampe. Cependant, des entrées de courant en nickel et fer nickelé nuisent au fonc- tionnement de la lampe car le nickel migre dans le filament de tungstène et le fragilise provoquant une mort prématurée de la lampe par rupture du filament près de l'attache du filament. On n'a pas jusqu'à présent utilisé du fil de cuivre nu dans les lampes à atmosphère gazeuse car, pendant le scellement de l'entrée de courant dans le pincement, cette entrée de courant est soumise à une forte chaleur et, par conséquent, le cuivre s'oxyde en formant un revêtement d'oxyde de cuivre sur cette entrée de courant. Généralement, une lampe à atmosphère gazeuse contient un petit pourcentage d'hydrogène ou de composés hydrogénés qui réduit l'oxyde de cuivre et forme de la vapeur d'eau qui active le cycle de l'eau bien connu dans lequel du tungstène est transporté du filament chaud sur la paroi plus froide de l'ampoule o il se dépose. Le cycle de l'eau diminue la vie de la lampe par érosion du filament et en plus diminue le flux lumineux de la lampe en noircissant la paroi de l'ampoule. Dans -l'art antérieur, on a métallisé des entrées de courant internes en cuivre, avec par exemple du nickel, pour empêcher l'oxy- dation du cuivre à la fois pendant la fabrication et le fonctionnement de la lampe. Les petites quantités d'oxyde de nickel qui sont produites, sont moins susceptibles d'être réduites par l'hydrogène gazeux libre. Cependant, la métallisa- tion avec du nickel crée d'autres problèmes dans la lampe. La présente invention utilise des entrées de courant en cuivre nu dans la lampe avec un getter d'aluminium- zirconium qui est appliqué aux entrées de courant internes au voisinage des attaches du filament pour la sorption des gaz qui nuisent au fonctionnement de la lampe à incandes- cence et plus particulièrement pour la sorption de la va- peur d'eau. Le getter est généralement constitué de poudres d'aluminium et de zirconium qui représentent, respective- ment, 18% et 82% en poids, suspendues dans un liant d'acé- tate d'amyle et de nitrocellulose et est appliqué aux entrées de courant de la lampe au voisinage des attaches du filament. Dans une réalisation, on applique une épaisseur d'environ 0,25 mm de getter sur les entrées de courant. La température élevée produite par le filament active à la fois l'aluminium et le zirconium. Généralement, l'aluminium agit comme un getter chimique qui forme de l'oxyde d'aluminium avec l'oxygène ou la vapeur d'eau de l'atmosphère de la lampe. Le zirconium est un getter "de solution" dont la surface adsorbe une impureté gazeuse qui diffuse ensuite vers l'intérieur formant une solution solide avec le maté- riau du getter. En conséquence le zirconium a une durée d'activité prolongée et s'avère particulièrement efficace pour éliminer l'oxygène et l'hydrogène de l'atmosphère de la lampe. On applique les matériaux de getter aux entrées de courant avant le scellement du pied dans l'ampoule de la lampe et, par conséquent, les matériaux du liant sont éva- porés des entrées de courant par la chaleur de la fabrica- tion de la lampe, réduisant encore le risque de contamina- tion de la lampe. Le getter d'aluminium-zirconium de la présente in- vention permet l'utilisation d'entrées de courant en cuivre non métallisé dans les lampes à incandescence à atmosphère ga- zeuse. Ces matériaux de getter permettent également l'utili- sation d'entrées de courant en cuivre qui ont été renforcées par dispersion pour supporter rigidement les températures de scellement nécessaire pour former des scellements étanches entre les entrées de courant et le pincement. En conséquence, la présente invention a pour but de permettre l'utilisation pratique d'entrées de courant rigi- des en cuivre non métallisé dans l'ampoule d'une lampe à incandescence et ainsi éliminer la nécessité de supports supplémentaires du filament et des entrées de courant. La suite de la description se réfère à la figure unique qui représente une lampe à incandescence selon la présente invention. La lampe 10 représentée sur la figure comprend une ampoule de verre scellée 11 contenant un filament 12, de préférence en tungstène, qui est attaché et relié électri- quement aux extrémités internes d'entrées de courant 13 et 14 qui traversent de façon étanche le pied en verre 15 lui- 2474241li même scellé hermétiquement dans le col 17 de l'ampoule Il et saillant intérieurement dans cette ampoule. L'ampoule étanche Il est remplie de gaz par un queusot 18 qui tra- verse le pied 15. Le bout du queusot 18 est fermé par un scellement étanche 19 après qu'on ait introduit l'atmosphère appropriée de la lampe tel qu'un gaz inerte, habituellement un mélange d'argon et d'azote, dans l'ampoule 11 de la lampe. Pour des raisons de simplicité on a illustré la lampe comme une lampe à filament unique ayant deux contacts ou bornes. L'ampoule 11 de la lampe est collée à un culot 20 pourvu du nombre approprié de bornes pour la connexion ex- terne des entrées de courant 13 et 14. Plus particulière- ment, l'entrée de courant 13 est reliée à la coque 20 du culot tandis que l'entrée de courant 14 est reliée à un oeillet 21 du culot qui est isolé de la coque. Lors de la fabrication de la lampe 10, une des éta- pes les plus difficiles est le scellement des entrées de courant 13 et 14 dans le pied en verre 15. Les entrées de courant 13 et 14 comportent généralement une section de fil composite tel que du Dumet qui est scellée dans le pincement 22. Les extrémités internes 25 et 26 des entrées de cou-- rant 13 et 14 sont respectivement serties ou attachées au- tour des branches 27 et 28 du filament de tungstène 12 et maintiennent le filament 12 en liaison structurale et élec- trique entre les entrées de courant. Le filament 12 peut être un filament à fil unique, spiralé, bispiralé ou tris- piralé, les entrées de courant 13 et 14 étant attachées au fil non spiralé ou au premier, second ou troisième spiralage. Le brevet des EUA no 4 131 819 décrit l'utilisation d'entrées de courant ayant une rigidité particulière, le brevet des EUA no 4 138 623 décrit l'utilisation de cuivre renforcé par dispersion pour les conducteurs internes et externes d'une lampe électrique, et le brevet des EUA n0 4 208 603 suggère l'utilisation de cuivre renforcé par dispersion dépourvu d'un métal extérieur à la matrice de cuivre, plus communément appelé cuivre renforcé par dispersion non gainé. Toutes les entrées de courant ci-dessus sont nickelées d'une manière bien connue dans la technique pour empêcher une contamination de la lampe par des oxydes. Si l'on combine les enseignements des brevets ci-dessus, il apparaît que des entrées de courant rigides éliminent la nécessité de fils de support et d'attache ancrés à un bou- ton de verre dans la lampe; du cuivre renforcé par disper- sion forme une entrée de courant rigide souhaitable qui doit être nickelée pour éviter une contamination de l'at- mosphère de la lampe; du cuivre renforcé par dispersion non gainé fournit également une entrée de courant rigide qui en outre permet une liaison améliorée entre le placage de nickel et le cuivre de l'entrée de courant pour encore réduire le risque de contamination par des oxydes de la lampe et la migration du nickel dans le filament de tungs- tène. Au contraire, la présente invention enseigne l'éli- mination du placage de nickel pour ainsi éviter totalement le problème de la migration du nickel et la fragilisation du filament de tungstène grâce à l'utilisation d'entrées de courant en cuivre non métallisé en combinaison avec un getter d'aluminium-zirconium au voisinage du filament de tungstène. De l'oxyde de cuivre se forme pendant le traitement et la manipulation des entrées de courant en cuivre non mé- tallisé. On peut réduire cet oxyde de cuivre, au moyen par exemple de gaz hydrogène qui peut être présent dans l'am- poule de la lampe soit en tant qu'impureté soit en tant qu'un gaz de remplissage, et qui forme de la vapeur d'eau dans la lampe. Comme cela est connu, la vapeur d'eau atta- que et érode le filament de tungstène selon le cycle de l'eau bien connu et exemplifié par la réaction ci-dessous: Sur le filament chaud W + H.O WO + H Sur la paroi de l'ampoule WOx + H -- W + H20 o W est le tungstène. On ne connaît pas la nature exacte des oxydes de tungstène formés. La présente invention fournit un getter d'aluminium 2474241 i et de zirconium 30 qui est appliqué à chacune des entrées de courant 13 et 14 à une épaisseur appropriée telle qu'en- viron 0,25 mm au voisinage des attaches 25 et 26 des en- trées de courant. L'aluminium forme aisément de l'oxyde d'aluminium avec soit de la vapeur d'eau soit de l'oxygène libre et par conséquent est un réactif pratique pour extraire ou piéger l'oxygène libre et la vapeur d'eau de l'atmosphère de la lampe. D'un autre côté le zirconium réagit avec l'oxygène de l'hydrogène, non en formant un revêtement d'oxyde sur sa surface, mais par adsorption en surface des gaz avec une migration ou absorption ultérieure des gaz dans les parti- cules de zirconium. En conséquence, le zirconium est un getter à longue vie ou continu qui nettoie continuellement l'atmosphère de la lampe pendant son fonctionnement. Dans une réalisation recommandée, on mélange des particules ou flocons d'aluminium et de zirconium dans un liant tel que de l'acétate d'amyle et la nitrocellulose et on forme un matériau de getter que l'on applique ensuite aux entrées de courant au voisinage des attaches du fila- ment. L'application du getter s'effectue avant le scelle- ment du montage de la lampe dans l'ampoule et, par consé- quent, les matériaux de suspension et de liaison (acétate d'amyle et nitrocellulose) sont suffisamment dissipés de sorte qu'ils ne contribuent pas à la contamination de l'at- mosphère de la lampe. Comme indiqué ci-dessus, l'aluminium et le zirco- nium piègent les impuretés dans la lampe, et on doit pré- voir des quantités suffisantes de chacun d'eux pour contre- balancer l'oxyde formé sur les entrées de courant en cui- vre 13 et 14 là o elles sortent du pincement 22 et d'au- tres impuretés possibles dans la lampe. On mélange les par- ticules de métaux du getter avec des quantités approxima- tivement égales de liant de nitrocellulose et de support d'acétate d'amyle et on forme une suspension des particules de métaux dans une bouillie qui est appliquée sur les en- trées de courant par exemple par peinture ou tapotage. Dans une bouillie d'acétate d'amyle et de nitrocellulose, l'accroissement du pourcentage pondéral d'aluminium rend la bouillie plus visqueuse et plus adhérente aux entrées de courant. Le pourcentage pondéral relatif de l'aluminium et du zirconium couvre une large plage, d'autant qu'on peut appliquer une plus grande quantité de matériau de getter sur ces entrées de courant pour compenser de faibles pour- centages pondéraux. On recommande que le zirconium soit le matériau prédominant en poids et des réalisations parti- culières comprenant des pourcentages pondéraux d'aluminium dans la gamme de 15 à 25% se sont avérées satisfaisantes. Une autre réalisation particulière comportait, en pour cent en poids, 18% d'aluminium et 82% de zirconium. Bien qu'on ait décrit la présente invention en liai- son avec une lampe à incandescence à atmosphère gazeuse standard, il est évident que l'on peut utiliser des entrées de courant en cuivre non métallisé en combinaison avec du getter d'aluminium-zirconium dans différents types et con- figurations de lampes. Plus particulièrement on peut utili- ser des entrées de courant en cuivre non métallisé dans des lampes à infrarouges ou des lampes qui utilisent un tube à arc en combinaison avec un filament à incandescence. La combinaison d'entrées de courant en cuivre non métallisé et de getter d'aluminium-zirconium de l'inven- tion confèrent de nombreux avantages. La présente invention permet l'utilisation d'entrées de courant en cuivre non mé- tallisé rigides et moins coûteuses sans affecter la vie ou la qualité de la lampe. R E V E N D I C A T I O N S 1. Lampe à incandescence comprenant une ampoule en verre (11) hermétiquement scellée avec un filament (12) électriquement relié à et mécaniquement supporté par un ensemble d'entrées de courant (13, 14) qui traverse her- métiquement un pied en verre (15), lampe caractérisée en ce qu'au moins une des entrées de courant est en cuivre non métallisé sur lequel est appliqué un getter d'aluminium et de zirconium (30). 2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les entrées de courant sont en cuivre renforcé par dispersion non métallisé ou en cuivre renforcé par disper- -sion non gainé et non métallisé. 3. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le getter d'aluminium et de zirconium (30) est appli- qué au voisinage d'attaches (25, 26) des entrées de courant (13, 14). 4. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le getter d'aluminium et de zirconium est constitué de particules d'aluminium et de zirconium en pourcentages pondéraux relatifs d'environ 18% et 82% respectivement qui sont combinées dans un liant de nitrocellulose et un support d'acétate d'amyle. 5. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le getter d'aluminium et de zirconium a une épaisseur d'environ 25 microns.