Brevet FR2515424A1 — publié le 19830429

"Tube à rayons cathodiques présentant une botte au moins partiellement métallique et une électrode soumise à haute tension par rapport à ladite botte " L'invention concerne un tube à rayons cathodiques présentant une boite au moins partiellement métallique et une électrode soumise à une haute tension positive par rapport à ladite boite, située sur un isolateur en céramique, la zone de fixation étant entourée d'une douil- le protectrice soumise au potentiel d'électrodes. Un tel tube à rayons cathodiques est connu du brevet britan- nique 1,272,498, la boite étant en métal et reliée par l'intermédiaire d'un isolateur (sous forme d'un cône obtus) à une anode. Le tube à rayons cathodiques connu présente le désavantage que les électrons risquent d'être émis par émission de champ à partir de la botte métallique et d'atteindre l'anode suivant la surface de l'isolateur Après avoir parcouru un trajet déterminé, un tel électron présente suffisamment d'énergie pour dégager d'autres électrons qui, à leur tour, dégagent des électrons etc, de façon à former une avalan- che d'électrons, qui se produit suivant la surfaie de l'isolateur et qui provoque une perturbation notable et, dans certaines conditions, également la formation de gaz, voire le claquage de l'isolateur. Cet inconvénient est évité dans un tube à rayons cathodiques selon la demande de brevet allemand N 25 06 841 L'anode et la botte métallique sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'un isolateur, qui présente une enceinte sous forme d'un cône obtus qui s'agrandit dans la direction de la cathode Dans le cas d'un isolateur présentant une telle forme, un électron rencontre un champ électrique sur pratiquement toute la surface de l'isolateur, champ électrique qui provoque l'accélé- ration de l'électron à partir de l'isolateur, c'est-à-dire par l'inter- médiaire d'un vide, vers l'anode, de façon à éviter, dans une forte me- sure, des décharges sur la surface de l'isolateur. Toutefois, le tube à rayons cathodiques connu présente le dé- savantage que, étant donné la constante diélectrique relativement éle- vée (environ 10) de l'isolateur céramique, le champ électrique se con- centre essentiellement dans l'enceinte entre l'anode et la surface 2 515424 opposée à l'anode de l'isolateur De ce fait, dans la région dans la- quelle l'anode est connectée à l'isolateur céramique, il se produit des intensifications très élevées sur la surface de l'isolateur, qui ris- quent de provoquer le claquage et d'autres perturbations. Il en est de mame dans le cas de tubes à rayons cathodiques à anodes rotatives, comme ceux décrits dans le brevet allemand 24 55 974 o un axe supportant le disque d'anode est relié rigidement à un isola- teur thermique qui, à son tour, est relié à un rotor. L'invention vise à fournir un tube à rayons cathodiques du genre mentionné dans le préambule dans lequel le risque de formation d'avalanche d'électrons sur la surface de l'isolateur est évité dans une forte mesure et l'intensité de champ sur la surface d'isolateur est ré- duite Conformément à l'invention, ce but est atteint du fait qu'une partie de paroi entourant la partie d'isolateur et reliée à ladite par- tie d'isolateur et à la partie métallique est munie d'une surface inté- rieure isolante et que la douille protectrice est insérée dans l'ouver- ture de la partie de paroi opposée à l'électrode sans entrer en contact avec ladite partie de paroi. Conformément à l'invention, le potentiel électrique est essentiellement réduit sur la surface d'isolateur de la partie céramique dans la région comprise entre l'extrémité de la douille protectrice et l'endroit de connexion avec cette partie de paroi et notamment d'une façon pratiquement uniforme La distance d dans la direction de l'axe du tube à rayons cathodiques entre l'extrémité de la douille protectrice et l'endroit de connexion ne doit pas être trop petite Elle doit satisfaire à la condition d 7 c U, U étant la tension de fonctionnement maximale et c une constante présentant la valeur 0,1 mm/k V Afin d'obtenir une charge d'intensification aussi petite que possible de la partie d'isolateur céramique, la douille protectrice, d'une façon générale une partie métallique cylindrique, ne devrait recouvrir électriquement l'endroit de fixation de l'électrode que dans la mesure ou celui-ci s'étend sur l'isolateur, ce qui est nécessaire pour la protection Le bord de la partie de paroi opposé à l'électrode soumise à haute tension doit s'étendre sur au moins une distance telle, que l'extrémité inférieure de la douille protectrice-recouvrant l'endroit de fixation de l'électrode sur la partie d'isolateur soit insérée dans l'ouverture de la partie de paroi, cas dans lequel la pratique a déjà révélé que 2 mm suffisent à cet effet. Sur la partie d'isolateur en céramique, un électron arrivant trouverait partout un champ électrique qui accélère l'électron sur la surface d'isolateur vers l'électrode, ce qui peut aboutir, selon le brevet allemand 25 06 841, à des perturbations du tube, mais cela n'arrive pas du fait que cette partie de l'isolateur céramique est entourée de la partie de paroi de la surface intérieure isolante de laquelle pratiquement pas d'électrons ne peuvent être émis par émission de champ Ainsi, une conduction métallique ne peut pas être présente sur la surface intérieure de la partie de paroi. La partie de paroi peut être un corps d'isolateur séparé, qui peut être contacté par le matériau dont est réalisée la partie d'isolateur La solution devient particulièrement simple lorsque la partie de paroi est formée par une anode métallique, dans le cas le plus avantageux par l'ampoule métallique du tube à rayons cathodiques elle-même qui est munie, dans cette région, d'une couche empêchant l'émission de champ ou d'une couche de recouvrement par projection de silicone Toutefois, la partie de paroi et la partie d'isolateur peuvent également être constituées par un seul corps d'isolateur, qui est muni d'un enfoncement annulaire concentrique Dans ce cas, il est particulièrement avantageux lorsque la partie intérieure entourée de l'enfoncement et supportant l'électrode soumise à haute tension dépasse la partie extrême entourant l'enfoncement, de sorte que celle-ci peut être traitée et la fixation de l'électrode est simplifiée. La description ci-après, en se référant aux dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur la figure 1, le chiffre 1 désigne l'ampoule tubulaire métallique d'un tube à rayons cathodiques présentant une anode fixe, la cathode 2 étant reliée d'une façon non indiquée en détail à l'ampoule métallique 1 L'anode fixe 3 est reliée par l'intermédiaire de l'anode de fixation 5 à un corps d'isolateur 4 qui, à son tour, est relié à l'ampoule métallique 1 Le corps isolateur à symétrie de révolution 4 présente un enfoncement annulaire, une rainure, un creux 6 ou autre chose de ce genre, qui entoure la partie d'isolateur 7 et qui est enfermé par une partie de paroi extérieure 8 du corps d'isolateur La surface terminale et la partie intérieure d'isolateur 7 opposées à l'anode 3 dépassent la face terminale de la partie de paroi 8 Il en résulte l'avantage que dans cette région, la partie d'isolateur peut facilement être traitée et l'anode 3 peut être fixée simplement à l'aide de l'anneau 5. Une douille protectrice cylindrique 9 reliée mécaniquement et électriquement à l'anode 3 entoure l'anode de fixation 5 et la dépasse dans la direction de l'enfoncement 6, de sorte que l'endroit de conne- xion, qui est autrement effectif vers l'extérieur (par rapport à l'am- poule métallique 1) entre l'anode 5 et le bord supérieur de la partie d'isolateur 7, est électriquement blindé dans une forte mesure Ce qui importe c'est que la douille protectrice, dont le diamètre intérieur est supérieur de 2 mm au diamètre extérieur de l'anode 5 respectivement de la partie d'isolateur 7, entre dans cette région dans l'ouverture de la partie de paroi 8, c'est-à-dire le bord inférieur de la douille protec- trice 9 doit être situé dans un plan coupant la partie de paroi 8 En pratique, une entrée d'environ 2 mm suffit à cet effet La douille pro- tectrice 9 peut entrer plus profondément dans l'enfoncement 6, et la distance d comprise entre le fond de l'enfoncement 6 et le bord inté- rieur de la douille protectrice ne doit pas devenir inférieur à la va- leur d = c U, U étant la tension maximale du tube et c une constante, dont la valeur est d'environ 0,1 mm/k V. Sur l'isolateur 7 et dans ce dernier se produit une réparti- tion de potentiel pratiquement uniforme, ce qui assure que l'intensité de champ dans et sur la partie d'isolateur 7 n'atteint pas des valeurs inadmissibles L'intensité de champ la plus élevée se produit dans le vide dans la proximité du bord inférieur de la douille protectrice 9, ce qui n'influe pas désavantageusement sur le comportement de fonctionne- ment du dispositif d'isolateur Lorsque les électrons atteignent la par- tie d'isolateur 7, ils y trouveraient une répartition de champ provo- quant une accélération des électrons sur la surface d'isolateur vers l'anode 3 Ainsi, lors du fonctionnement, il ne se produit pas de per- turbations du fait que la partie d'isolateur 7 est entourée de la partie de paroi 8, dont ne sont émis guère d'électrons, de sorte qu'il ne se produit pas le bombardement d'électrons inévitable pendant le dégagement de décharge. Pour l'amenée de la haute tension positive vers l'anode 3, une ouverture 10, qui est conique vers l'extérieur, est ménagée dans le corps d'isolateur 4 et permet l'introduction d'une fiche à haute ten- sion. Le corps d'isolateur 4 est constitué par une substance cérami- que appropriée, de préférence une céramique à base d'oxyde d'aluminium. Toutefois, lors de la réalisation d'un corps d'isolateur ainsi formé, réalisation qui requiert un chauffage à au moins 1500 C, il peut se pro- duire, dans des cas défavorables, des tensions thermiques provoquant l'éclatement de la partie de paroi 8 du corps d'isolateur 4 Pour l'évi- ter, il faut prendre des dispositions, ce qui renchérit la réalisation du corps d'isolateur La figure 2 représente ainsi une forme de réalisa- tion dans laquelle la partie d'isolateur 7 et la partie de paroi 8 sont formées par des isolateurs séparés, qui peuvent également être consti- tués par une substance céramique à base d'oxyde d'aluminium La partie de paroi 8, qui est sous forme d'un cylindre, est fixée sur l'ampoule métallique 1 de la façon requise, par exemple par soudage, et sur l'ex- trémité intérieure à l'aide d'un anneau 11 qui, lui-même, est fixé à la face extérieure d'une pièce de raccordement annulaire 12 présentant une section en U, l'ouverture étant en bas, dont la surface intérieure est reliée à la partie d'isolateur 7, de façon à former un raccordement sta- ble métallique entre la partie de paroi 8 et la partie d'isolateur 7. L'avantage de cette forme de réalisation par rapport à celle selon la figure 1, à savoir que la réalisation des corps d'isolateur séparés 7 et 8 évite des difficultés de production, est compensé par l'inconvénient de devoir appliquer des éléments de fixation additionnels 11 et 12, qui relient la partie de paroi 8 et la partie d'isolateur 7 entre elles. Une forme de réalisation particulièrement simple est représen- tée sur la figure 3 La partie de paroi 8 comprend une partie annulaire métallique qui, dans ce cas, constitue une partie de l'ampoule métalli- que 1, dont la surface intérieure est munie d'une couche en verre 8, comme il a été indiqué par les traits interrompus La face inférieure de la partie métallique et de l'ampoule métallique présente un rétrécisse- ment en forme de col 13, qui est relié à la partie d'isolateur 7 par l'intermédiaire de la pièce de raccordement annulaire 12 Dans la région inférieure, la partie d'isolateur 7 présente également un rétrécissement de sorte aue la Dièce de raccordement 12 qui est en métal, se situe dans une région qui est largement exempte de champ, grâ- ce au bord saillant 14, ce qui évite le dégagement d'électrodes par émission de champ à partir de la partie métallique 12. Au lieu de la couche en verre 8, une couche réalisée par pro- jection et cuisson d'une projection de silicone peut être utilisée à cet effet De plus, d'autres couches sont possibles Ce qui importe c'est que cette couche ne présente pas de connexions métalliques mais unique- ment des propriétés semiconductrices ou isolantes et ne se détache pas de la partie métallique pendant le fonctionnement du tube à rayons ca- thodiques. La figure 4 représente une forme de réalisation dans laquelle la partie métallique 21 par rapport à laquelle l'électrode est soumise à une haute tension positive, n'est pas l'ampoule métallique du tube à rayons cathodiques, mais le rotor d'un tube à rayons cathodiques à anode rotative ou une partie qui lui est reliée, qui est également portée à rotation pendant le fonctionnement du tube à rayons cathodiques à anode rotative L'électrode est constituée par le disque d'anode ou par l'axe 23, qui lui est relié d'une façon mécaniquement ou électriquement con- ductrice et qui est fixé sur la partie d'isolateur 7 à l'aide de l'an- neau 5 La partie métallique 21 est reliée à un disque 15 qui, lui-même, est disposé de façon à pouvoir tourner à l'aide d'un palier 16 par rap- port à l'ampoule du tube à rayons cathodiques non représentée en détail sur le dessin Il y a lieu de noter qu'un tube à rayons cathodiques à anode rotative, dont l'axe anodique est relié à un isolateur entraîné, est connu du brevet allemand 24 55 974 Toutefois, la forme du corps d'isolateur est nouvelle et correspond à la forme du corps d'isolateur selon la figure 1, l'ouverture destinée à la fiche à haute tension n'étant pas ménagée du fait que la haute tension du disque anodique peut être amenée par l'intermédiaire de l'extrémité opposée de l'axe, comme il est connu du brevet allemand 24 55 974. Dans cette forme de réalisation massive, il est avantageux de réaliser un enfoncement central 17 sur l'extrémité supérieure de la par- tie d'isolateur 7, enfoncement dont la surface intérieure est métallisée et dont le fond se situe dans la région du bord inférieur de la douille protectrice ou au-dessous de cette dernière En l'absence de cet enfon- cement dont la métallisation est soumise au potentiel anodique, des plans équipotentiels s'étendraient autour de l'extrémité inférieure de la douille protectrice 9 et de l'anneau de fixation 5 vers l'extrémi- té supérieure de la partie d'isolateur 7, cas dans lequel de grandes intensités de champ risqueraient de se produire dans l'isolateur dans la proximité de l'extrémité inférieure de l'anneau de fixation 5 L'enfon- cement 17 nécessite des variations de potentiel o les plans équipoten- tiels n'enferment que la partie inférieure de l'enfoncement, de façon à réduire l'intensité de champ dans ladite région critique. 15424 REVENDICATIONS 1 Tube à rayons cathodiques présentant une boîte au moins partiellement métallique et une électrode soumise à une haute tension positive par rapport à ladite botte, située sur un isolateur en céramique, la zone de fixation étant entourée d'une douille protectrice soumise au potentiel des électrodes, caractérisé en ce qu'une partie de paroi ( 8) présentant une face intérieure isolante est appliquée autour de l'isolateur ( 7) et lui est reliée ainsi qu'à la partie métallique de la boite ( 1) et qu'une douille protectrice ( 9) est insérée dans une ouverture ( 6) de la partie de paroi opposée à l'électrode ( 3) sans entrer en contact avec ladite partie de paroi. 2 Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie de paroi ( 8) et une partie d'isolateur ( 7) constituent un corps d'isolateur cohérent ( 4), dans lequel est ménagée une enceinte cylindrique ( 6), au centre de laquelle est prévue la partie d'isolateur et qui est enfermée par la partie de paroi ( 8). 3 Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de paroi ( 8) est constituée par une partie métallique sur une surface intérieure de laquelle est appliquée une couche ( 8) susceptible de supprimer l'émission de champ. 4 Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie d'isolateur ( 7) et une partie de paroi constituent chacune un corps d'isolateur. Tube à rayons-cathodiques selon l'une des revendications précédentes et notamment la revendication 2, caractérisé en ce qu'une partie d'isolateur servant à la fixation de l'électrode ( 3, 23) dépasse la partie de paroi ( 8). 6 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la partie métallique constitue la boîte métallique, caractérisé en ce qu'une partie d'isolateur ( 7) sur la face située à l'opposé de l'électrode ( 3) présente une ouverture ( 10) destinée à une fiche à haute tension. 2 515424 7 Tube à rayons cathodiques selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que dans la partie d'isolateur est ménagée une ouverture ( 17), qui est ouverte dans la direction de l'électrode ( 23) et dont la surface est munie d'une couche conductrice soumise à un potentiel d'électrode ( 8).