Brevet FR2560435A1 — publié le 19850830

I TUBE PHOTOEMETTEUR ET SON PROCDÉ DE PRODUCTION La présente invention concerne urn tube photo-émetteur armélio- re utilisé dans une lamnpe à décharge électrique à vapeur de meLal sous haute pression telle cqu'une lampe à vapeur de sodium sous haute pression, ainsi qu'un procéde pour produire ce tube. Plus précisément. l'invention concerne un tube photoémetteur et Utn procedé pour produire un tube de ce type ayant de meilleures performances, et pour sceller le tube en diminuant les réactions entre les substances contenues a l'intérieur du tube et un agent adhésif ou un composé d'étancheité ustilisé pour sceller herméti- quement une extrémité du tube. On utilisait habituellement un tube photoémetteur ayant une structure telle que celle représentée dans l'une quelconque des figures I à 4, pour réaliser une lampe à décharge électrique a vapeur de métal sous haute pression telle qu'une lampe à vapeur de sodiuim sous haute pression. Le tube photoémetteur, représenté dans la figure 1, est conçu en fixant hermétiquement des disques obturateurs 3a et 3b constitués d'un matériau céramique perméable à la lumiére,aux extrémites opposées d'urn tube céramique 1 perméable à la lumière, par des agents adhésifs 2a et 2b et en introduisant du sodium ou une substance de ce type à l'intérieur du tube. Un conduit d'introduction 5a et un tube d'évacuation 5b,chacun munis d'électrodes 4a et 4b, traversent les disques 3a et 3b et y sont fixes hermétiquement par des agents adhésifs 6a et 6b. Plus précisément, comme le montre la figure 2, les disques céramiques 3a et 3b sont respectivement disposés aux extrémités supérieure et inférieure d'un tube 1 perméable à la lumière, par des composes d'étanchéité 7a et 7b moulés sous pression sous une forme annulaire. Un conduit d'introduction 5a et un tube d'évacuation 5b sont respectivement munis d'électrodes 4a et 4b,traversant des trous de passage 3a' et 3b' respectivement ménagés dans les disques 3a et 3b. Des composés d'étanchéité 8a et 8b sont respectivement disposés sur la surface extérieure du disque 3a et sur la surface intérieure du disque 3b, autour des parties d'insertion respectives. Les composés d'étanchéité 7a, 7b, 8a et 8b sant fondus a chaud, introduits et durcis entre les constituants respectifs. Le contenu du tube est ensuite évacué par le tube d'évacuation 5b et du sodium,ou une substance de ce type est introduit dans celui-ci. Comme le montre la figure 3, un second exemple de l'art antérieur est réalisé par préparation d'un tube céramique 11-permeat & la lumière de type monolithique ayant des parois d'extrémités 11a et 11b moulées de sorte qu'elles soient solidaires du tube, et des trous de passage 12a et 12b respectivement ménagés dans les parois d'extré- mités lia et llb. Un conduit d'introduction 14 muni d'une électrode 13 passe par le trou de passage 12a de la paroi d'extrémité lia du tube. Un composé d'étanchéité 15 de forme annulaire et un bouchon céramique 16 sont disposés sur la surface extérieure de la paroi d'extrémité lia du tube, autour de la partie d'insertion. Le composé d'étanchéité 15 est fondu à chaud et introduit puis durci entre les constituants respectifs. Le contenu du tube est ensuite évacué par le trou de passage 12b de l'autre paroi d'extrémité l1b et du sodium ou une substance de ce type, y est introduit. Un conduit d'intro- duction est ensuite inséré dans le trou de passage 12b de l'autre paroi d'extrémité llb du tube et y est fixé de la façon décrite précédemment. La figure 4 représente un tube photoémetteur produit par ce procédé. Dans le cas du premier exemple de l'art antérieur décrit ci-dessus et illustré dans les figures 1 et 2, il est possible de réaliser le tube photoémetteur de façon rentable car ses deux extrémités peuvent être scellées simultanément. En outre, cet exemple présente l'avantage que les opérations d'évacuation et d'introduction du sodium dans le tube, peuvent être effectuées facilement par l'intermédiaire du tube d'évacuation 5b. Cependant, ce procédé présente l'inconvénient qu'il est nécessaire d'effectuer de nombreuses applications de composés d'étanchéité pour assembler le tube. Non seulement l'utilisation de nombreuses applications de composés d'étanchéité augmente les coûts de production, mais elle pose le problème des risques de fuite par les parties scellées. En outre, si certaines parties des composés d'étanchéité sont exposées à l'intérieur du tube photoémetteur, les caractéristiques de la lampe, comme la tension de la lampe, sont susceptibles d'être affectées par une réaction 3 - entre le compose d'etaniclhoité et le sodium ou la substance conie nue dans le tube. La dégradation des caractéristiques de la lampe est particulièrement sensible dans le cas d'une lampe à vapeur de sodium sous haute pression de type nonsaturé, dans laquelle la quantité de sodium contenue dans le tube est minimale par comparaison a une lampe à vapeur de sodium sous haute pression de type saturé, et dans laquelle elle s'évapore totalement lorsque la lampe fonctionne. Par conséquent, le mode de réalisation illustré dans la figure 1,pose de nombreux problèmes car souvent, de grandes quantités de composés d'étanchéité sont exposees à l'intérieur du tube. Par ailleurs, dans le second exemple de l'art antérieur, illustre dans les figures 3 et 4, la forme de réalisation du tube photoémetteur Drésente l'avantage d'offrir la possibilité de diminuer la cuantité de comDoses d'etance- ité exposés à l'intérieur du tube, par comparaison au premier exemple de l'art antérieur, ce qui permet d'éviter la dégradation des caractéristiques de la lampe. Cependant, ce procédé présente l'inconvénient que non seulement le montage du tube photoémetteur est peu rentable en raison de la nécessité de sceller séparément les extrémités opposées du tube, mais également que l'opération de remplissage du tube avec du sodium ou une substance de ce type, met en jeu une technique compliquée destinée à sceller une extrémité du tube, tout en refroidissant la substance introduite dans le tube par l'autre extrémité. Cependant, il reste une certaine quantité de composé d'étanchéité exposé à l'intérieur du tube photoémetteur, de sorte qu'on ne peut totalement éviter la dégradation des caractéristiques de la lampe provoquée par une réaction entre le composé d'étanchéité et le sodium contenu dans le tube. La raison pour laquelle un agent adhésif ou un composé d'étanchéité se trouve exposé à l'intérieur du tube photoémetteur est que, lors de l'assemblage du tube photoémetteur, l'agent adhesif ou le composé d'étanchéité s'écoule à l'intérieur du tube sous l'effet de la force capillaire qui s'exerce dans les interstices séparant les divers constituants. On a en outre découvert que la dégradation des caractéristiques de la lampe était due à une diminution de la quantité de sodium dans le tube résultant d'une réaction entre le sodium et]'agent adhésif - A 4- ou le composé d'étanchéité (généralement composé d'un mélange d'oxyde d'aluminium (A 1203), d'oxyde de calcium (CaO), d'oxyde 23' de magnésium (MgO), etc.). Cette tendance est particulièrement notable dans le cas d'une lampe à vapeur de sodium sous haute pression de type ditnon saturé, o l'on utilise une moindre quantitÉ de sodium. La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients de l'art antérieur mentionnés ci-dessus. L'invention a également pour but de fournir une lampe à décharge électrique ayant un rendement lumineux et une durée de vie améliorés, grace au fait que la réaction entre les substances contenues dans le tube et l'agent adhésif ou le composé d'étanchéité scellant les extrémités du tube, est rendue minimale. Ces buts ainsi que d'autres sont atteints par un tube photoé- metteur, et plus précisément, un tube photoémetteur utilisé dans une lampe à vapeur de sodium sous haute pression de type non saturé, dans lequel on empêche l'extrémité intérieure du composé d'etanchéité d'entrer en contact avec la surface intérieurE de la paroi d'extrémité du tube. Conformément à l'invention, l'assemblage du tube peut s'effectuer facilement et de façon rentable, la quantité de composé d'étanchéité utilisé pour sceller le tube peut être réduite et le composé d'étanchéité peut être empêché d'être exposé à l'intérieur du tube. Les figures 1 et 4 sont des vues en coupe de tubes photo- émetteurs classiques: Les figures 2 et 3 sont des schémas expliquant les procédée classiques utilisés pour la production de tubes photoémetteurs; Les figures 5 et 7 sont des schémas expliquant les procédés utilisés pour la production des tubes photoémetteurs conformément à l'invention; Les figures 6 et 8 sont des vues en coupe de tubes photoémettE respectivement produits par les procédés illustrés dans les figures 5 et La figure 9 est un graphique comparant des exemples classiques à la présente invention. On décrit ci-après un procédé de production d'un tube photo- émetteur conformément à l'invention. On prépare tout d'abord, comme le montre la figure 5, un tube céramique 21 perméable à la lumière de type monolithique ayant des parois d'extrémité 21a et 21b du tube moulées intégralement avec celui-ci et des trous de passage 22a et 22b ménagés dans les parois 21a et 21b. Un conduit d'introduction 23a et un tube d'évacuation 23b, ayant chacun un diamètre légèrement inférieur à celui des trous 22a et 22b, sont ensuite insérés à travers les trous de passage 22a et 22b des parois d'extrémité 21a et 21b du tube et sont placés dans une position axialement prédéterminée Des électrodes 24a et 24b sont fixées à l'avance aux extrémités internes respec- tives du conduit d'introduction 23a et du tube d'évacuation 23b.Un trou d'évacuation 25 du tube d'évacuation 23b est ménagé à l'intérieur de la paroi d'extrémité 21b du tube. Des plaques annulaires 26a et 26b, constituées d'un métal résistant à la chaleur ou d'un matériau résistant à la chaleur tel qu'une céramique ou qu'un matériau de ce type, et des compo- sés d'étanchéité 27a et 27b moulés sous pression sous forme annulaire sont ensuite successivement fixés hermétiquement aux surfaces extérieures respectives des parois d'extrémité 21a et 21b du tube, c'est à dire sur les parties respectives du conduit d'introduction 23a et du tube d'évacuation 23b qui dépasse des parois d'extrémité 21a et 21b du tube. Les plaques annulaires 26a et 26b sont de préférence des plaques métalliques annulaires constituées par un métal à haut point de fusion tel que le tantale, le niobium etc. On peut utiliser des plaques céramiques annulaires en tant que plaques annulaires 26a et 26b. Une fois les constituants respectifs placés de la façon décrite ci-dessus, on chauffe et on fait fondre les composés d'étanchéité 27a et 27b pour sceller le tube photoémetteur. La plaque annulaire inférieure 26b est montée entre la surface extérieure de la paroi d'extrémité 21b du tube et un-fil de tantale soudé dans une position appropriée à une partie de la périphérie extérieure du tube d'évacuation 23b dépassant de la paroi d'extrémité 21b du tube, la plaque annulaire inférieure 26b étant portée par celle-ci. Le composé d'étanchéité 27b est ensuite fixé à la face extérieure de la plaque annulaire 26b par un support approprié, puis est fondu à chaud. Le composé d'étanchéité liquéfié est introduit entre la paroi d'extrémité 21b du tube et le tube d'évacuation 23b et entre la paroi d'extrémité 21b du tube et la plaque annulaire 26b par effet capillaire (voir figure 6). Dans ce cas, s'il n'y avait pas de plaque métallique annulaire, la majeure partie du composé d'étanchéité s'étalerait sur la surface interne de la paroi d'extrémité 21b du tube en traver- sant le trou de passage 22b. Cependant, du fait de la présence de la plaque annulaire, le composé d'étanchéité introduit entre la plaque métallique et la paroi d'extrémité 21b du tube, peut se répandre, mais le composé reste à proximité de la surface extérieure de la paroi d'extrémité 21b du fait des caractéristiques de mouillage de la plaque métallique. Par conséquent, le composé d'étanchéité ne peut être exposé à l'intérieur du tube photoémetteui De même, à l'extrémité inférieure du tube, le composé d'étan- chéité s'introduit entre les constituants respectifs de l'extrémité supérieure du tube céramique 21 perméable à la lumière, par effet capillaire. Bien que les plaques annulaires 26a et 26b faites d'un métal résistant à la chaleur ou d'un matériau résistant à la chaleur tel qu'une céramique ou qu'un- matériau de ce type, et que les composés d'étanchéité 27a et 27b moulés sous pression sous forme annulaire soient ajustés hermétiquement sur les surfaces extérieures respectives des parois d'extrémité 21a et 2lb du tube, c'est à dire sur les parties respectives du conduit d'intro- duction 23a et du tube d'évacuation 23b dépassant des parois d'extrémité 21a et 2lb du tube dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, elles peuvent être successivement ajustées sur les surfaces extérieures respectives des parois d'extrémité 21a et 21b du tube dans l'ordre inverse, c'est-à-dire, les comppsés d'étan- chéité 27a et 27b d'abord, puis les plaques annulaires 26a et26b. Cette façon de procéder est illustrée dans les figures 7 et 8. Dans ce cas, si la plaque annulaire inférieure 26b est fixée à un support approprié, le composé d'étanchéité liquéfié 27b s'introduit entre la paroi d'extrémité 21b du tube et le -7 - tube d'évacuation 23b et entre la paroi d'extrémité 21b du tube et la plaque annulaire 26b, sous l'effet du poids du tube céramique 21 perméable a la lumière et de la force capillaire. Dans ce cas, s'il n'y avait pas de plaque métallique annulaire, la majeure partie du composé d'étanchéité se répandrait sur la surface interne de la paroi d'extrémité 21b du tube en passant par le trou de passage 22b. Cependant, du fait de la présence de la plaque métallique annulaire, le composé d'étanchéité introduit entre la plaque métallique et la paroi d'extrémité 21b du tube, 0 peut se répandre, mais est confiné à la zone entourant la-surface extérieure de la paroi d'extrémité 21b du tube, du fait des caractéristiques de mouillage de la plaque métallique. Par conséquent, le composé d'étanchéité ne peut être exposé à l'intérieur du tube photoémetteur. En outre, dans la partie supérieure du tube céramique 21 perméable à la lumière, le composé d'étanchéité s'introduit entre les constituants respectifs sous l'effet du poids de la plaque annulaire 26a et du composé (l'étanchéité 27a, et de la force capillaire, comme dans le cas de la partie inférieure. Apres que le composé d'étanchéité se soit introduit et ait durci entre les constituants respectifs la fabrication du tube photoémetteur s'achève par des opérations consistant à évacuer le contenu du tube par le trou d'évacuation 25 du tube d'évacuation 23b; à remplir le tube de sodium, de mercure, d'un gaz rare, ou d'un substance de ce type, et à sceller par pression l'extrémité extérieure du tube d'évacuation 23b. Comme le montre la description ci-dessus de la présente invention, une plaque annulaire est disposée sur la surface extérieure de chacune des parois d'extrémité opposées d'un tube céramique perméable à la lumière de type monolithique et un composé d'étanchéité est appliqué sur la plaque annulaire, ou inversement, la plaque annulaire est placée sur le compose d'étan- chéité, de sorte que le composé d'étanchéité est absorbé et S'introduit entre les constituants respectifs par capillarité, non seulement à l'extrémité supérieure, mais également à l'extrémité inférieure du tube. Par conséquent, la présente invention offre I'avantage de permettre de sceller simul tanement les deux extei mi tés du tube photoémetteur. Il est en outre possible d'ajuster la quantité de composé d'étanchéité s'écoulant dans les interstices séparant la paroi d'extrémité du tube,du conduit d'introduction et du tube d'évacua- tion, en amenant une partie du composé d'étanchéité à remplir l'interstice séparant la paroi d'extrémité du tube et la plaque annulaire, de sorte que l'extrémité intérieure du composé d'étan- chéité s'arrête à faible distance de la surface intérieure de la paroi d'extrémité, pour empêcher le composé d'étanchéité d'être exposé à l'intérieur du tube photoémetteur. Par conséquent, on évite toute réaction entre le composé d'étanchéité et le sodium contenu dans le tube, ce qui permet d'obtenir une lampe a décharge électrique de caractéristiques stables, les variations de la tension de la lampe dues aux pertes de sodium ou de substance de ce type étant faibles. Plus précisément, dans le cas d'une lampe à vapeur de sodium de type non saturé, o la quantité de sodium contenu dans le tube est minimale par comparaison à une lampe à vapeur de sodium sous haute pression de type sature, et o le sodium est totalement évaporé, il est possible d'obtenir une lampe dont les caractéris- tiques sont beaucoup plus stables qu'une lampe classique. De plus, les premier et second modes de réalisation décrits ci- dessus, offrent l'avantage de fournir une lampe à décharge élec- trique de caractéristiques stables, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des techniques de fabrication coûteuses et complexes. La figure 9 est un graphique représentant une comparaison entre les variations de tension d'une lampe à vapeur de sodium sous haute pression munie d'un tube photoémetteur réalisé de la façon illustrée dans les figures 1 et 4, et celles d'une lampe à vapeur de sodium sous haute pression selon la présente invention. Dans cette figure, A, B et C représentent respectivement les variations de tension d'une lampe des dispositifs de la présente invention, de la figure 4 et de la figure 1. Il ressort de la figure 9 que la réaction se produisant entre le sodium et l'agent adhésif dans le tube photoemetteur de l'invention est peu importante. Ce fait a également été vérifié par l'expérience suivante: -9 Apres avoir fait fonctionner un tube photoémetteur contenant une quantité fixe de sodium pendant 400 heures à une température de 900 C, on a mesuré la quantité résiduelle de sodium par un procédé d'absorption atomique et on a trouvé qu'environ 100 microgrammes de sodium étaient consommés dans le tube photoémetteur de la figure 1, qu'environ 40 microgrammes étaient consommés dans le tube de la figure 4 et que seulement 15 microgrammes étaient consommés dans le tube photoémetteur de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dans un tube photoémetteur pour une lampe à décharge électrique comprenant un tube céra- mique (21) perméable à la lumière ayant des parois d'extrémité (21a, 21b) moulées intégralement aux extrémités opposées dudit tube (21) et des trous de passage (22a, 22b) ménagés dans lesdites parois d'ex- trémité du tube, et des conduits d'introduction ayant des diamètres légèrement inférieurs à ceux desdits trous de passage par lesquels passent lesdits conduits d'introduction, l'amélioration est caractérisée en ce qu'une plaque annulaire (26a, 26b) est fixée sur une surface extérieure de chacune desdites parois d'extré- mité (21a, 21b) du tube (21) par un agent adhésif (27a, 27b), une partie dudit agent adhésif (27a, 27b) étant introduite dans un interstice séparant ladite plaque annulaire (26a, 26b) de ladite paroi d'extrémité (21a, 21b) du tube, pour ajuster la quantité dudit agent adhésif s'écoulant dans l'interstice séparant ladite paroi d'extrémité (21a, 21b) dudit conduit d'introduc- tion, de telle manière que l'extrémité intérieure du- dit agent adhésif présent dans ledit trou de passage (22a, 22b) s'arrête à faible distance de la surface intérieure de ladite paroi d'extrémité (21a, 21b). 2. Procédé pour produire un tube photo- émetteur, caractérisé en ce qu'il comprend les opéra- tions consistant à: - préparer un tube céramique (21) perméable à la lumière de type monolithique ayant des parois d'extrémité (21a, 21b) moulées intégralement avec celui-ci et des trous de passage (22a, 22b) respectifs ménagés dans lesdites parois d'extrémité; - respectivement insérer un conduit d'introduction (23a) et un tube d'évacuation (23b) dans des trous respectifs parmi lesdits trous de passage (22a, 22b) et ajuster ledit conduit d'introduction (23a) et ledit tube d'évacuation (23b) en une position prédéterminée, ledit conduit d'introduction (23a) et ledit tube d'évacuation (23b) ayant des diamètres légèrement inférieurs à ceux des trous de passage respectifs; - adapter successivement des composés d'étanchéité (27a, 27b) moulés sous pression sous forme annulaire et des plaques annulaires (26a, 26b) faites d'un matériau résistant à la chaleur, sur ledit conduit d'introduction (23a) et ledit tube d'évacuation (23b) dans des parties respectives dudit conduit d'intro- duction (23a) et dudit tube d'évacuation (23b), dépassant vers l'extérieur des parois d'extrémité (21a, 21b) respectives du tube (21), et ajuster les- dits composés d'étanchéité (27a, 27b) et lesdites plaques annulaires sur les surfaces extérieures respectives desdites parois d'extrémités (21a, 21b) du tube; et - chauffer et faire fondre lesdits composés d'étan- chéité (27a, 27b) de façon à les faire pénétrer dans les interstices séparant l'une desdites parois d'ex- trémité (21a) dudit conduit d'introduction (23a), séparant l'autre desdites parois d'extrémité (21b) dudit tube d'évacuation (23b), et séparant lesdites parois d'extrémité (21a, 21b) respectives du tube, desdites plaques annulaires (26a, 26b). 3. Procédé pour produire un tube photo- émetteur, caractérisé en ce qu'il comprend les opéra- tions consistant à: - préparer un tube céramique (21) permeable à la lumière de type monolithique ayant des parois d'extrémité (21a, 21b) moulées intégralement avec celui-ci et des trous de passage (22a, 22b) respectifs ménagés dans lesdites parois d'extrémité; - respectivement insérer un conduit d'introduction (23a) et un tube d'évacuation (23b) dans des trous respec- tifs parmi lesdits trous de passage (22a, 22b) et ajuster ledit conduit d'introduction et ledit tube d'évacuation (23b) en une position prédéterminée, ledit conduit d'introduction (23a) et ledit tube d'évacuation (23b) ayant des diamètre légèrement inférieurs à ceux des trous de passage respectifs; - adapter successivement des plaques annulaires (26a, 26b) faites d'un matériau résistant à la chaleur et des composés d'étanchéité (27a, 27b) moulés sous pression sous forme annulaire sur ledit conduit d'in- troduction (23a) et ledit tube d'évacuation (23b) dépassant vers l'extérieur des parois d'extrémité (21a, 21b) respectives du tube (21), et ajuster les- dits composés d'étanchéité (27a, 27b) et lesdites plaques annulaires (26a, 26b) sur les surfaces exté- rieures respectives desdites parois d'extrémité (21a, 21b) du tube; et chauffer et faire fondre lesdits composés d'étanchéité (27a, 27b) de façon à les faire pénétrer dans les interstices séparant l'une desdites parois d'extré- mité (21a) dudit conduit d'introduction (23a), sépa- rant l'autre desdites parois d'extrémité (21b) dudit tube d'évacuation (23b), et séparant lesdites parois d'extrémité (21a, 21b) respectives du tube, desdites plaques annulaires (26a, 26b).