Brevet FR2490006A1 — publié le 19820312

"Lampe à décharge à haute pression." L'invention concerne une lampe à décharge à haute pres- sion comportant une enceinte à décharge céramique qui est munie d'un remplissage ionisable contenant un composant pré- sent en excès lors du fonctionnement de la lampe, et dans la- quelle sont disposées deux électrodes entre lesquelles s'ef- fectue la décharge lors du fonctionnement de la lampe, une électrode étant fixée à une entrée de courant en forme de broche entourée avec un faible jeu par une partie terminale de l'enceinte à décharge à laquelle elle est reliée, d'une façon étanche au gaz, à l'aide d'un verre de soudure, partie terminale qui présente au moins partiellement un diamètre externe qui est inférieur au diamètre externe le plus grand de l'enceinte à décharge. Une telle lampe est connue de la demande de brevet français NO 2 369 68Z La lampe connue offre l'avantage qu'en régime, la puissance dissipée dans la partie terminale est relativement petite, grâce à la structure de cette partie terminale, ce qui est avantageux pour le contrôle de la tem- pérature atteinte dans l'enceinte à décharge. Dans cette lampe connue, le joint en verre de soudure s'étend sur tou- te la longueur sur laquelle l'organe d'amenée de courant est entouré avec un faible jeu par la partie terminale. On a constaté qu'une telle structure risque de provoquer l'atta- que du joint de verre de soudure par des composants de rem- plissage de l'enceinte à décharge. Par suite d'une telle attaque, ces composants du remplissage sont prélevés, au moins partiellement, sur la décharge, ce qui affecte les propriétés de la lampe, ainsi que sa durée de vie. L'invention vise un moyen permettant d'empêcher ou au moins de réduire l'attaque possible du joint en verre de soudure par des composants du remplissage de l'enceinte à décharge. Conformément à l'invention, une lajmpe du genre mention- né dans le préambule est caractérisée en ce que le joint en verre de soudure s'étend entre la partie terminale et l'entrée de courant en forme de broche, dans la direction de l'électrode, de façon qu'à l'état de fonctionnement de la lampe, la température de la surface du joint en verre de soudure tarn6emiez la décharge soit inférieure d'au moins 50 K à la température de la partie du remplissage déterminant la pression de vapeur du composant présent en excès. Dans une lampe conforme à l'invention, la surface du joint en verre de soudure tournée vers ladéchuge présente en régime une température, qui est inférieure à la température la plus élevée de la partie non évaporée du composant pré- sent en excès. On a constaté qu'en général, une différence de température de 50 K se traduit déjà par une prolongation no- table de la durée de vie de la lampe. La grande efficacité d'une si petite différence de température s'explique par le fait que la réactivité entre le remplissage de l'enceinte de décharge et le joint de verre de soudure augmente en gé- néral de façon exponentielle avec la température. Par "paroi céramique" il y a lieu d'entendre, dans la suite du présent mémoire, une paroi en matériau monocristal- lin (par exemple saphir) ou matériau polycristallin (par exemple de l'oxyde d'aluminium fritté dense). Par "organe en forme de broche", il faut entendre dans le présent mémoire une tige mince d'un diamètre compris entre 200oum et 1,5 mm. La valeur la plus petite est déter- minée par les conditions d'usinage pratique de la tige et la valeur la plus élevée par les contraintes thermiques se produisant en pratique entre la broche et la partie termi- nale de l'enceinte de décharge. Du brevet français no i 465 821 on- connaît une lampe à décharge à haute pression, munie d'un organe de fermeture, qui est entouré, avec un faible jeu, par l'enceinte à décharge et qui est-relié à une extrémité de l'enceinte à décharge à l'aide d'une soudure étanche au gaz. Toutefois, dans cette lampe connue, l'organe de fermeture a la forme d'une douille métallique, dont le dia- mètre extérieur est pratiquement égal au diamètre intérieur de l'enceinte à décharge. On a constaté que cette structure aboutit à des pertes de puissance assez élevées, ceci par suite des surfaces relativement grandes de l'organe de fer- meture et de l'extrémité de l'enceinte à décharge. Il en résulte que dans une lampe selon le brevet çreï?:1i les pertes de puissance assez élevées provoquées par ces surfaces compliquent l'obtention d'une température élevée de la partie du remplissage présente en excès. La température la plus élevée de la partie excédentaire non évaporée du composant du remplissage de l'enceinte à décharge détermine la pression de vapeur dudit composant, température qui est appelée parfois "température déterminant la pression de vapeur". Evidemment, lorsqu'une telle tempé- rature est plus élevée, il en résulte une pression de va- peur plus élevée. Notamment les lampes présentant de bonnes propriétés en ce qui concerne la température de couleur et le point de couleur du rayonnement émis requièrent en général une pression de vapeur assez élevée, et par conséquent, une température déterminant la pression de vapeur élevée. Or, une lampe conforme à l'invention offre l'avantage de pouvoir réa- liser de telles taeqératures élevées sas risque d'attaque du verre de soudie. Dans une forme de réalisation avantageuse de la lampe conforme à l'invention, l'espace étroit existant entre l'or- gane d'amenée de courant en forme de broche et la partie terminale de l'enceinte à décharge est exempt de verre de soudure du joint sur une longueur d'au moins 3 mb, à partir de l'électrode. Une telle forme de réalisation offre l'avan- tage que le joint de verre de soudure se trouve à une si grande distance de la décharge que la température de la surface de la soudure tourné veunxs la dée ge est inférieure d'au moins 1000K à la température déterminant la pression de vapeur, de sorte qu'une prolongation notable de la durée de vie de la lampe peut s'obtenir de façon reproductible. Dans le cas d'une forme de réalisation préférentielle d'une lampe conforme à l'invention présentant une enceinte à décharge essentiellement en forme de cylindre de révolu- tion, lampequi dissipe en régime une puissance d'au maxi- mum 100 W, la longueur sur laquelle l'organe d'amenée de courant est entouré, avec un faible jeu, par la partie terminale est égale à au moins 2 fois le diamètre interne de l'enceinte à décharge. On a constaté qu'ainsi, même dans le cas d'une lampe dont l'enceinte à décharge présente d'assez petites dimensions, il est possible d'obtenir une valeur suffisamment basse de la température de la surface i la Soudure tou-née Weiss la décharge ainsi qu'une fermeture étanche au gaz à l'aide du joint en verre de soudure. L'enceinte à décharge d'une lampe conforme à l'inven- tion peut être constituée par exemple par un tube dont une extrémité se termine de façon conique dans une partie termi- nale d'un diamètre inférieur à celui du tube, partie termi- nale qui entoure avec un faible jeu l'organe d'amenée du courant. La partie terminale de l'enceinte à décharge d'une lampe conforme à l'invention est avantageusement constituée par un bouchon saillant fritté, étanche au gaz. Une telle structure est assez facile à réaliser. Le remplissage de l'enceinte à décharge peut comprendre par exemple, comme composant, du sodium, du mercure et un gaz rare ou du mercure, au moins un halogénure etun gaz rare. L' 'wenUet onpeut.s'appliquer notamment aux lampes, dont la puis-ance à dissiper est d'au maximum 100 W. La description ci-après, en se référant aux dessins an- nexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. la figur 1 repr-sente sdhémati0qanent une bampe confbrme à l!invenon la figure 2 est une coupe de l'enceinte à décharge de la lampe selon la figure 1, la figure 3 montre une première variante de la structu- re de l'enceinte à décharge. la figure 4 représente une deuxième variante d'une struc- ture pour une enceinte à décharge. La lampe représentée sur la figure 1 présente une ampou- le extérieure 1 munie d'un culot 2. Dans l'enceinte enarmnepEer l'ampoule extérieure 1 est disposée une enceinte à décharge 3 munie de deux électrodes 4, 5. L'électrode 4 est reliée, par l'intermédiaire d'une entrée de courant intérieure en forme de broche 40 à une extrémité d'une entrée de courant extérieure rigide 6, dont l'autre extrémité est reliée à un premier contact de connexion du culot 2. L'électrode 5 est connectée par l'intermédiaire d'une entrée de courant inté- rieure en forme de broche 50 et d'une bandelette métallique 7 à une entrée de courant extérieure rigide 8. L'entrée de courant extérieure est reliée à un deuxième contact de con- nexion du culot 2. L'enceinte à décharge 3 est représentée séparément en coupe sur la figure 2. Elle est composée d'une partie tubu- laire 30 en forme de cylindre de révolution. Les deux ex- trémités de la partie 30 sont munies de bouchons saillants frittés étanches au gaz 31. Les joints frittés sont désignés par les chiffres 32. Chaque partie terminale 31 entoure avec un faible jeu une entrée de courant intérieure en for- me de broche 40, 50. A l'entrée de courant intérieure en forme de broche 40 est fixée l'électrode 4, et l'électrode est fixée à l'entrée de courant intérieure en forme de broche 50. Chacune des entrées de courant intérieures en forme de broche 40, 50 est reliée à une partie terminale 31 à l'aide d'un joint de verre de soudure étanche au gaz 10 qui s'étend partiellement entre l'entrée de courant inté- rieure en forme de broche et la partie terminale dans la direction de l'électrode. Dans la variante de la structure de l'enceinte à déchar- ge 3, représentée sur la figure 3, la partie saillante libre du bouchon saillant fritté étanche au gaz 33 présente un plus petit diamètre que la partie longitudinale dudit bou- chon fixéeà l'aide d'un joint fritté 34 à la partie 30. Une deuxième variante de la structure de l'enceinte à décharge 3 est représentée sur la figure 4. Dans cette va- riante, l'enceinte à décharge 3 est constituée par un seul tube 35, dont l'extrémité est conique et se termine dans une partie terminale entourant, avec un faible jeu, l'entrée de courant extérieure 40. La partie terminale et l'entrée de courant extérieure sont reliées entre elles d'une façon étanche au gaz à l'aide d'un joint de verre de soudure 10. Dans un premier exemple de réalisation de la lampe pré- sentant une structure comme décrite à l'aide des figures 1 et 2, la partie en forme de cylindre de révolution 30 et la partie terminale 31 sont en oxyde d'aluminium fritté dense. La partie en forme de cylindre de révolution présente un diamètre interne de 2,5 mm et un diamètre externe de 3,5 mm. Les deux parties terminales entourent chacune avec un faible jeu, sur une longueur d'environ 11 mm, c'est-à-dire égale à environ 4 fois le diamètre interne de l'enceinte à décharge, les entrées de courant intérieures en forme de broche 40, 50, dont le diamètre est de 0,7 mm. Les entrées de courant intérieures en forme de broche sont en niobium. L'utilisation de molybdène comme matériau pour les entrées de courant est également possible. Les parties terminales présentent un diamètre externe d'environ 2,5 mm et un diamè- tre interne d'environ 0,8 mm. Les électrodes 4,5 sont cons- tituées chacune par une broche de tungstène d'une longueur de 3 mm et d'un diamètre de 0,2 mm. L'espacement entre élec- trodes est de 11 mm. Les joints de verre de soudure compris entre les parties terminales et l'entrée de courant intérieure en forme de broche sont constitués par un verre de soudure contenant des oxydes alcalino-terreux, et s'étendent dans le faible jeu, dans la direction de l'électrode, sur une longueur d'environ 3 mm. Vu à partir de l'électrode, le jeu existant entre la partie terminale et l'entrée de courant intérieure en forme de broche est exempt de joint de verre de soudure sur une distance d'environ 8 mm. Le remplissage de l'enceinte à décharge contient de l'a- malgame constitué par, en poids, 27 % de Na et 73 % de Hg. Outre le sodium et le mercure, l'enceinte à décharge contient du xénon qui présente une pression d'environ 50 kPa à 3000K. La lampe fonctionne à l'aide d'une source d'alimentation de 220 V, 50 Hz, et un ballast de stabilisation inductif de 1,4 H est monté en série avec la lampe. La puissance dissi- pée par la lampe est d'environ 30 W et le flux lumineux spé- cifique est de 44 lm/W à une température de couleur de 2450K. La puissance dissipée par la partie terminale de cette lam- pe est d'environ 8 W. La température déterminant la pres- sion de vapeur est d'environ 1210 K, alors que la tempéra- ture de la surface du joint de verre de soudure tournée vers 1O la décharge est d'environ 1000 K. Après 3000 heures de fonc- tionnement, le remplissage de l'enceinte à décharge est res- té pratiquement constant, ceci d'après les propriétés élec- triques et lumineuses de la lampe. Dans un deuxième exemple de réalisation de la lampe con- forme à l'invention, dans laquelle la structure de l'ampoule correspond à celle de la variante représentée sur la figure 3, les dimensions s'écartent de la façon suivante de celle de la lampe décrite ci-dessus. L'espacement d'électrode est augmenté jusqu'à 15 mm, alors que sur la partie saillant li- brement de leurs longueurs, les parties terminales présentent un diamètre externe d'environ 1,5 mm. Vu à partir de l'élec- trode, le jeu étroit existant entre les parties terminales et l'entrée de courant intérieure est libre de joint de ver- re de soudure sur une distance d'environ 7 mm. Le remplissa- ge de l'enceinte à décharge est identique à celui de l'en- ceinte à décharge de la lampe décrite ci-dessus. Dans ce cas, la puissance dissipée par la lampe est d'environ 25 W et le rendement lumineux spécifique est de 51 lm/W, la tem- pérature de couleur étant d'environ 2300 K. La puissance dis- sipée par les parties terminales peut être estimée à environ 6,6 W. Dans ce cas, la température déterminant la pression de vapeur est d'environ 119C K et dans ces conditions, la surface du joint de verre de soudure tournée vers la décharge présente une température d'environ 1000 K. Dans un troisième exemple de réalisation d'une lampe conforme à l'invention, dont l'ampoule présente une structure correspondant à celle de la variante représentée sur la fi- gure 3, les dimensions sont identiques à celles de la lampe selon le deuxième exemple de réalisation. Toutefois, le rem- plissage de l'enceinte à décharge diffère du fait qu'à 300 K la pression du xénon est d'environ 130 kPa. Cette lam- pe présente un flux lumineux spécifique de 54 lm/W à une tem- pérature de couleur d'environ 2120 K et les coordonnées sui- vantes pour le point de couleur: x =.517; y-=.418. Après 4000 heures de fonctionnement ces grandeurs ont les valeurs suivantes: - flux lumineux spécifique environ 541 lm/W - température de couleur environ 2080 K - coordonnées du point de couleur x =.523; y =.421. Cela implique que le remplissage de l'enceinte à décharge est resté pratiquement constant pendant les 4000 heures de fonc- tionnement. Dans une lampe non conforme à l'invention, dont l'encein- te à décharge présente des dimensions correspondant à celles de la lampe selon le deuxième exemple de réalisation, avec la réserve que les parties terminales présentent un diamètre externe égal au diamètre externe de la partie tubulaire de l'enceinte à décharge, il faut une puissance si élevée pour atteindre, en régime une température déterminant la pression de vapeur de 1190 K que la température de la paroi de l'en- ceinte à décharge se produisant à l'endroit de la décharge dépasse la valeur admissiblepourdel'oxyde d'aluminium fritté dense, soit 1500 K. La puissance dissipée dans les parties terminales serait d'environ 9,2 W. REVENDICATIONS 1.- Lampe à décharge à haute pression comportant une enceinte à décharge (3) céramique, qui est munie d'un rem- plissage ionisable contenant un composant présent en excès lors du fonctionnement de la lampe, et dans laquelle sont disposées deux électrodes (4,5) entre lesquelles s'effectue la décharge lors du fonctionnement de la lampe, une électro- de (4) étant fixée à une entrée de courant en forme de bro- che (40) entourée avec un faible jeu par une partie termina- le (31) de l'enceinte à décharge (3) à laquelle est reliée, d'une façon étanche au gaz, à l'aide d'un verre de soudure (10), partie terminale (31) qui présente au moins partielle- ment un diamètre externe qui est inférieur au diamètre ex- terne le plus grand de l'enceinte à décharge (3), caractéri- sée en ce que le joint en verre de soudure (10) s'étend en- tre la partie terminale (31) et l'entrée de courant en forme de broche (40), dans la direction de l'électrode ( 3), de façon qu'à l'état de fonctionnement de la lampe, la tempéra- ture de la surface- du joint en verre de soudure (10) tournée vers la décharge soit inférieure d'au moins 50 K à la tempéra- ture de la partie du remplissage déterminant la pression de vapeur du composant présent en excès. 2.- Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'espace étroit existant entre l'organe d'amenée de cou- rant en forme de broche (40) et la partie terminale (31) de l'enceinte à décharge (3) est exempt de verre de soudure du joint (10) sur une longueur d'au moins 3 mm, vu à partir de l'électrode (4). 3.- Lampe selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, comportant une enceinte à décharge (3) essentiellement en forme de cercle de révolution et présentant en régime une puissance d'au maximum 100 W, caractérisée en ce que la lon- gueur sur laquelle l'entrée de courant (40) intérieure entou- re avec un faible jeu la partie terminale (31) est égale à au moins deux fois le diamètre interne de l'enceinte à décharge (3). 4.- Lampe selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la partie terminale (31) est constituée par un bouchon saillant fritté étanche au gaz.