Brevet FR2486306A1 — publié le 19820108

La présente invention concerne une construction de tube à arc et plus particulièrement une configuration à extrémité pincée qui est particulièrement avantageuse pour des lampes miniatures. Les lampes à vapeur métallique à haute pression com- prennent généralement une enveloppe intérieure ou tube à arc qui est enfermée dans une enveloppe extérieure vitreuse. Dans les lampes à halogénure métallique, le tube à arc est en quartz ou silice fondue et contient une quantité de mercure ainsi qu'un ou plusieurs halogénures métalliques et un gaz d'amorçage inerte. Lors de la fabrication commerciale, on a habituellement fabriqué des tubes à arc en utilisant ce qu'on appelle des joints à pincement complet ou des segments ter- minaux entiers d'un morceau de tube de quartz sont aplatis et scellés. Ceci s'effectue en pressant les extrémités du tube alors qu'il se trouve dans une condition de ramollisse- ment par la chaleur entre une paire de mâchoires opposées pour effondrer le quartz autour d'une amenée de courant foliéesupportant une électrode à son extrémité interne Ceci conduit à une configuration analogue à une ailette ressemblant quelque peu à une queue de poisson à chaque extrémité du tube à rc. Lorsqu'une lampe à halogénure métallique a atteint une température de fonctionnement stable, le mercure du remplissage est pratiquement totalement vaporisé alors qu'un excès d'halogénure métallique reste non vaporisé. Cet excès se rassemble aux points froids dans la chambre à arc et ceci tend à être les extrémités ou coins du cordon de soudure courbe produit par le pincement. Cette condensation même uniforme de l'halogénure métallique en excès dans des tubes à arc à pincement plat est souvent désignée par l'expression "effet d'ailette". Dans le brevet des Etats Unis no 4 161 672, on décrit les avantages des petits scellements pour amenée de courant qui ont une section droite à faible absorption ou blocage du rayonnement. Ils conviennent particulièrement dans les lampes à arc miniatures ou de faible puissance afin d'obtenir une efficacité élevée. Un moyen de fabriquer un scellement avec une section droite faiblement absorbante consiste à chauffer jusqu'à un état visqueux la partie de scellement d'une ampoule préformée, et à effondrer sous l'action du vide, cette partie sur la partie foliéed'une amenée de courant d'électrodes qui la traverse. Comme en pratique, il est nécessaire de faire tourner l'ampoule lorsque l'on chauffe et effondre le col, l'équipement nécessaire pour sceller des tubes à arc de cette manière est plus élaboré et plus coûteux que celui nécessaire au scellement par pincement. La présente invention a donc pour but de fournir une configuration ou conception de tubes à arc qui fournit une section droite faiblement absorbante et évite l'effet d'ailette et qui peut être obtenue en utilisant des madhoires de pince- ment. Un autre objectif de la présente invention est de fournir un procédé commode et économique de fabrication de tubes à arc ayant une telle configuration. Selon la présente invention, on munit le tube à arc vitreux avec des parties de col cylindrique étranglées entre le bulbe proprement dit et les parties de scellement pincées et effondrées autour des amenées de courant d'électrodes. Les parties cylindriques de col peuvent être formées en tant que partie ou incidemment au soufflage de l'ampoule à partir du tube de quartz, de façon convenable en utilisant une cavité de moule appropriée. Lorsqu'ensuite on chauffe et presse les parties du scellement au moyen des mâchoires de pincement pour y sceller des amenées de courant d'électrodes, les cols ainsi que le bulbe sont maintenus dans leur configu- ration d'origine pratiquement et simplement se rétractent légèrement autour des amenées de courant qui les traversent. Ainsi, le tube à arc passe d'une confiauration terminale arrondie du bulbe ou chambre à arc à une partie de col cylindrique avant de prendre la forme de scellement applati. Ce faisant, on obtient une configuration interne qui est pratiquement une surface de révolution autour de l'axe longitudinal et on évite l'effet d'ailette. Egalement en prévoyant seulement un étranglement ou passage étranglé dans le col, on obtient une plus grande précision dans la locali- sation des électrodes à l'intérieur du bulbe et dans la détermination de l'intervalle entre les électrodes. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement, Figures 1 et 2 des vues de face et de côté à une échelle agrandie d'un tube à arc miniature incorporant la présente invention; figure 3, une longueur du tube à arc saisie dans un tour de verrier pour son soufflage dans un moule; figure 4, un schéma du tube à arc placé fonctionnellement par rapport aux mâchoires de scellement par pincement; et figure 5, des parties des mâchoires au moment de la fermeture sur le tube à arc. On a représenté figures 1 et 2 une lampe à arc 1, plus communément appelée dans la technique tube à arc, qui incorpore la présente invention. Sa taille et sa configuration générale sont semblables aux lampes miniatures décrites dans le brevet mentionné précédemment. Brièvement, le tube à arc est fait d'un morceau de tube de silice fondue ou de quartz ayant une partie centrale creuse en forme de bulbe 2 qui délimite une chambre à arc pour contenir une décharge dans de la vapeur métallique à haute pression. Dans ce cas particulier, la chambre à arc est légèrement allongée par rapport à une forme sphérique dans la direction des scellements de sorte que l'on peut la décrire comme ellipsoidale et elle a un volume inférieur à un centimètre cube. Cependant, la chambre à arc peut être de forme variée et peut être considérablement plus grande que celle illustrée. Réunies à cette partie centrale 2 et s'en prolongeant dans les directions diamétralement opposées se trouvent deux parties de scellement aplaties 3 et 4 nette- ment plus grandes en largeur qu'en épaisseur. Ces parties de scellement sont réunies à la partie centrale en forme de bulbe par des parties de transition en forme de col 5 et 6 de section droite circulaire. La section droite du quartz dans les cols n'est pas beaucoup différente de celle des segments aplatis. - 2486306 Des ensembles amenée de courant / électrode 7, 8 traversent les parties de scellement et de col 3, S et 4,6 respectivement pour pénétrer dans le bulbe 2. La lampe illustrée aux figures 1 et 2 est conçue pour un fonctionnement à courant unidirectionnel et on l'a représentéedans l'attitude dans laquelle on la fait normalement fonctionner, c'est-à-dire verticlament avec la cathode en haut. L'ensemble amenée de courant / électrode supérieure se termine par une cathode formée d'un fil de tungstène ou tige 9 sur l'extrémité distale duquel est bobiné un fil de tungstène 11. La tige 9 est soudée à une partie foliée en molybdène 12 qui traverse la partie applatie 3 et comporte un fil d'amenée de courant en molybdène 13 lié à son autre extrémité et saillant extérieurement. La cathode peut comporter un émetteur d'électrons tel que ThO2.Y203 revêtant les spires de l'hélice il ou remplissant les interstices entre les spires et la tige. Pour l'anode, une tige de tungstène 14 terminée par une extrémité en forme de bille 15 suffit; la tige est soudée à une partie foliée en molybdène 16 traversant la partie aplatie 4 et ayant une amenée de courant en molybdène 17 liée à son autre extrémité et saillant extérieurement. Un tube à arc à halogénure métallique miniature classi- que prévu pour une lampe de 35 watts peut utiliser un bulbe ellipsoidal comme illustré ayant un volume de décharge de 0,1 à 0,15cm3. A titre d'exemple, le bulbe peut avoir une épaisseur de paroi de 0,5 mm, un diamètre extérieur de 7 mm, un diamètre intérieur de 6 mm et une longueur interne de 7mm sans tenir compte des irrégularités. Un remplissage convenable pour l'ampoule se compose d'argon ou autres gaz inertes à une pression de plusieurs dizaines de torr qui sert de gaz d'amorçage et une charge se composant de mercure et des halogénures métalliques NaI, ScI3 et ThI4. On peut introduire la charge dans la chambre à arc par le queusot latéral 18 représenté sur les figures 4 et 5, qui est ensuite scellé comme représenté en 18' sur les figures 1 et 2. Afin de terminer la lampe, le tube à arc est habituellement monté dans une enveloppe protectrice extérieure (non représentée) qui est soit mise sous vide, soit remplie d'un gaz inactif et pourvue d'un culot ayant des bornes de contact auxquelles sont reliées les amenées de courant externes 13 et 17. En variante, lorsque le tube à arc est prévu comme pièce d'une unité d'éclairage complète, un régulateur électronique de courant est fixé à l'enveloppe extérieure et un culot à vis convenable est prévu pour l'unité complète. L'invention atteint ses objectifs de section droite faiblement absorbante et de suppression de l'effet d'ailette en fournissant des parties de transition en forme de col 5, 6 entre les extrémités arrondies ou coniques du bulbe et les parties de scellement aplaties 3, 4. De préférence, ces parties de col sont formées comme éléments ou incidemment lors du soufflage du bulbe à partir du tube de quartz, et d'une façon commode par l'utilisation d'une cavité de moule appropriée. Comme le montre la figure 3, on place dans un tour de verrier, en le serrant dans les mandrins de la poupée de la contre-poupée 22,23 un morceau de tube de quatz 21 ayant une longueur quelque peu supérieure à la longueur du tube à arc fini. Chaque mandrin comporte un dispositif de couplage pneumatique (non représenté) pour permettre la mise sous pression du tube à l'instant approprié. Lorsque le tube tourne dans le tour, on applique des flammes de gaz intenses autour de son point médiant jusqu'à obtention d'un état visqueux. Ensuite, rapidement, on arrête la rotation, on retire les brûleurs à gaz, on avance les deux moitiés de moule 24, 25 et on les ferme sur les tubes comme le montre les flèches, et on met sous pression le tube pour le dilater dans le moule. La dilatation du tube provoque une réduction de l'épaisseur de la paroi dans la partie de bulbe 2, mais l'épaisseur de la paroi n'est pas réduite et en fait peut être accrue dans les parties de col 5,6. L'étranglement ou passage dans le col peut être juste suffisamment large pour permettre le passage de l'électrode. Ce faisant, le degré dont on peut décaler l'électrode ou on peut l'incliner vers un côté ou l'autre avant le scellement est très limité et on obtient une plus grande précision dans le placement et le centrage des électrodes à l'intérieur de l'ampoule. Un queusot 18 est ensuite fixé au bulbe, de façon appropriée en perçant au laser un trou dans le bulbe et en ramollisant ensuite par la chaleur le quartz autour du trou et en y réunissant l'extrémité ramollie. Pour le pincement, le bulbe est supporté par le queusot dans une position verticale avec la partie de scellement 3 le plus bas possible et aligné avec les mâchoires de pincement 26, 27 comme représenté sur la figure 4. On insert un ensemble amenée de courant / électrode 7 qui comporte la cathode 9 dans la partie de scellement et on le maintient en place par un support (non représenté) fournissant la pénétration voulue de façon précise. L'étranglement étroit traversant le col assure que l'électrode est pratiquement axée et centrée dans le bulbe. A titre d'exemple, le diamètre de l'étranglement traversant le col peut être de 0,762 mm lorsqu'on prévoit une électrode ayant une tige de 0,228 mm. Un gaz inactif, de l'hydrogène, est fourni au queusot 18 par des moyens appropriés représentés par le tube 28. L'azote s'écoule dans le bulbe et dans la partie de scellement jusqu'au moment du pincement pour empêcher l'oxydation des électrodes et amenées de courant. La partie de scellement 3 est chauffée par une paire de brûleurs opposés (non représentés) fournis- sant des jets mélangés d'hydrogène et d'oxygène dont les flammes enveloppent cette partie. A la fin du cycle de chauffage la partie de scellement est chauffée à blanc et commence à devenir plastique au col 5. Au moment approprié, on retire rapidement les brûleurs et simultanément on actionne les mâchoires de pincement 26, 27 et les amène l'une vers l'autre par déplacement des leviers 30 et 31 auxuquels sont attachées les extrémités se faisant face des mâchoires. L'appareil pour effectuer le déplacement simultané coordonné des brûleurs et des mâchoires est connu et est décrit dans le brevet des Etats Unis n0 2.857.712. Les mâchoires comprennent classiquement des faces planes qui compriment et aplatissent le quartz autour de la partie foliée de l'amenée de courant pour réaliser le scellement hermétique; la face plane 32 de la mâchoire 26 apparaît sur la figure 4. Mais en plus, une des mâchoires, 26 sur la figure, comporte une paire de saillies 33, 34 situées juste au-dessus et sur chaque côté de la partie plane 32 et se prolongeant en direction de la mâchoire opposée. Les saillies entourent et viennent au contact de la partie de col 5 du tube à arc pendant l'avance mutuelle des mâchoires. La venue en contact des saillies 33 et 34 avec la partie de col assure un positionnement précis du bulbe et de la partie de scellement entre les mâchoires de pincement lors du dépla- cement critique, ce qui constitue un précédent nécessaire à la précision de la largeur de l'intervalle inter-électrodes. Lorsque les mâchoires se ferment, la partie de base courbe de la mâchoire 26, conjointement aux parties immédiatement adjacentes des saillies 33, 34 et de la partie courbe coopé- rante 36 sur la mâchoire opposée 27, forment une bande ou collier approximativement circulaire qui encercle le col 5 au moment du pincement. Sur la figure 5, on a représenté le col ainsi encerclé excepté en ce qui concerne les saillies 33, 34 qui ont été omises pour rendre le schéma plus clair. - Le collier ainsi formé maintient la configuration générale du col et en même temps le coince et le comprime légèrement pour fermer l'intervalle ou jeu ou passe la tige d'électrode dans la gorge du col. Ainsi la configuration interne de l'extrémité de la chambre à arc s'approche d'une surface de révolution par rapport à l'axe longitudinal de la lampe. Cependant, le scellement hermétique approprié est réalisé sur la partie foliée 12 lorsque les mâchoires pressent momentanément le quartz contre ces deux faces. On peut alors inverser le tube à arc, et son support comme représenté sur la figure 5 et l'on réalise le pincement de l'ensemble amenée de courant / anode,à l'autre extrémité de la même manière. La fabrication du tube à arc est alors terminée de manière classique et comprend la mise sous vide, le nettoyage du tube à arc scellé, l'insertion du mercure et des halogénures métalliques l'introduction d'un gaz d'amorçage inerte, tel que de l'argon à la pression appropriée et le scellement final du queusot comme représenté aux figures 1 et 2. REVENDICATIONS 1. Lampe à arc comprenant - une enveloppe vitreuse ayant une partie médiane en forme de bulbe (2) délimitant une chambre à arc et des parties de scellement aplaties (3,4) s'étendant dans des directions diamétralement opposées à partir de la partie médiane, et, - une paire d'électrodes (9,11; 14,15) situées dans la partie en forme de bulbe liées chacune à une amenée de courant (12,13; 16,17) traversant une partie de scellement, lampe caractérisée en ce qu'elle comprend des parties de col cylindriques (5,6) dans l'enveloppe fournissant des zones de transition entre les extrémités arrondies de la partie en forme de bulbe (2) et les parties de scellement aplaties (3,4),ces zones de transition assurant une confi- guration interne dans les extrémités de la chambre à arc qui approche d'une surface de révolution par rapport à l'axe longitudinal de la lampe. 2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque amenée de courant comporte une partie foliée (12,16) à laquelle est réalisé un scellement hermétique dans la partie de scellement aplatie (3,4). 3. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la gorge du passage dans chaque col est comprimée autour de l'amenée de courant qui la traverse. 4. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la gorge de passage dans chaque col avant scellement n'est pas supérieure en taille à celle nécessaire au passage de l'électrode appropriée et après scellement est comprimée autour de l'amenée de courant qui la traverse. 5. Lampe à arc à vapeur métallique comprenant - une enveloppe vitreuse ayant une partie médiane en forme de bulbe (2) délimitant une chambre à arc et des parties de scellement aplaties (3,4) s'étendant dans des directions diamétralement opposées de la partie médiane, - une paire d'électrodes (9,11; 14,15) situées dans les extrémités de cette partie en forme de bulbe, liée chacune à une amenée de courant (12, 13; 16, 17) traver- sant la partie de scellementl'amenée de courant comportant une partie foliée (12,16) réalisant un scellement hermétique avec le matériau vitreux de la partie de scellement pressé autour d'elle, - et une paire de parties de col cylindriques (5,6) dans l'enveloppe, fournissant des zones de transition entre les extrémités arrondies de la partie en forme de bulbe et les parties de scellement aplaties, ces zones de transition assurant une configuration interne dans les extrémités de la chambre à arc qui s'approche d'une surface de révolution par rapport à l'axe longitudinal de la lampe grâce à quoi on obtient une section droite de faible absorption et on évite l'effet d'ailette dans cette lampe. 6. Lampe selon la revendication 5, caractérisée en ce que la gorge ou passage traversant chaque col est compri- mée autour de l'amenée de courant qui la traverse. 7. Lampe selon la revendication 5, caractérisée en ce que la gorge ou passage traversant chaque col avant scellement n'était pas beaucoup plus grande en taille que celle nécessaire pour le passage de l'électrode appropriée, et après scellement est comprimée autour de l'amenée de courant qui la traverse. 8. Lampe selon la revendication 5, caractérisée en ce que la chambre à arc contient une charge d'entretien d'arc comprenant du mercure et des halogénures métalliques en excès par rapport à la quantité vaporisée en fonction- nement. 9. Procédé de fabrication d'un tube à arc électrique du type comprenant une enveloppe vitreuse ayant une partie médiane en forme de bulbe (2) délimitant une chambre à arc avec des parties de scellement aplaties (3,4) s'étendant dans des directions diamétralement opposées de la partie médiane, et une paire d'électrodes (9,11; 14, 15) situées dans cette partie en forme de bulbe liée chacune à une amenée de courant (12, 13; 16,17) traversant une partie de scellement, l'amenée de courant comportant une partie foliée (12,16) réalisant un scellement hermétique avec le matériau vitreux de la partie de col aplatie autour d'elle, procédé permettant d'obtenir une section droite de faible absorption et d'éviter des effets d'ailette caractérisé en ce qu'il consiste - à former une enveloppe en chauffant un morceau de tube vitreux et en soufflant un bulbe dans celui-ci ayant des parties de col de diamètre réduit (5,6) fournissant des zones transition pour les parties de scellement de chaque côté, - à réunir un queusot latéral (18) à la partie en forme de bulbe, - à insérer un premier ensemble amenée de courant- électrode (7) à traversune partie de scellement avec l'électrode saillant d'une distance prédéterminée dans le bulbe, - à chauffer la partie de scellement jusque au début de la plasticité au niveau de la partie de col, - à fermer une paire de mâchoires (24,25) sur cette partie de scellement, ces mâchoires comprenant une paire de saillies (33,34) et des parties de base incurvées (35,36) qui coopèrient pour définir un collier encerclant la partie de col pour assurer le placement précis du bulbe au moment du pince- ment et des parties plates qui compriment le matériau vitreux de la partie de col autour de l'amenée de courant pour effectuer un scellement hermétique, - à insérer un second ensemble amenée de courant-élec- trode (8) par l'autre partie de scellement et à répéter les étapes indiquées pour le scellement du premier ensemble amenée de courantélectrode, - et ensuite à introduire une charge d'entretien d'arc et de gaz inerte dans la partie en forme de bulbe par le queusot, et enfin à fermer le queusot. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le bulbe est soufflé avec des parties de col ayant des gorges qui ne sont pas de taille beaucoup plus grande que celle nécessaire pour le passage de l'électrode appropriée et au scellement de ce collier encerclant la partie de col qui comprime et rétracte la gorge autour de l'amenée de courant qui la traverse.