Brevet FR2569300A1 — publié le 19860221

La présente invention concerne les filtres d'un type utilisé dans les circuits électroniques et pourvus d'un di- électrique tubulaire supportant les plaques intérieures et extérieures d'un condensateur et, plus particulièrement,les filtres à interférence électromagnétique pourvus d'un con- densateur de ce genre et contenant également un élément in- ductif et résistif. La présente invention sera décrite en se r6férant plus particulièrement aux filtres à interférence électroma- gnétique (EMI) ou filtres passe-bas, mais il apparaîtra que l'invention s'applique à des dispositifs semblables, pour lesquels les variations dues aux tolérances des composants donnent lieu à des difficultés particulières. Les filtres tubulaires ou dits "d'entrée" comportent essentiellement un condensateur tubulaire, un conducteur disposé coaxialement à travers le condensateur tubulaire,des coiffes d'extrémité de forme quelconque obturant les extr6- mités du dispositif et raccordant le conducteur à la plaque intérieure du condensateur et une gaine en ferrite autour du conducteur et dans le condensateur. Les coiffes d'extré- mité sont soudées aux extrémités du condensateur là o se termine la plaque intérieure du condensateur. Vu que le condensateur est constitué d'un diélectri- que céramique tubulaire, les tolérances de dimensionnement doivent être assez larges. Non seulement il existe des vari- ations de longueur mais les extrémités ne sont pas toujours d'équerre par rapport à l'axe du tube et le tube lui-même est généralement ovalisé tandis que ses extrémités peuvent présenter des petites entailles. Par conséquent, il n'est pas possible de rendre étanche l'extrémité en y introduisant un bouchon ayant des tolérances étroites, vu que les varia- tions d'ovalisation et de dimension nécessiteraient l'appli- cation d'une force qui provoquerait la fissuration ou la rupture de l'élément céramique fragile. Par conséquent, on utilise des coiffes, qui maintiennent la céramique à l'in- 1 térieur d'une manière lâche et qui présentent des brides reposant sur les extrémités du condensateur, de manière à réaliser l'étanchéité avec un joint soudé à l'étain. Il est nécessaire d'effectuer la fabrication avec le plus grand soin pour éviter des joints soudés peu esthéti- ques, tandis que la pénétration de flux et de soudure peut être provoquée par les irrégularités des condensateurs cé- ramique. D'autre part, les opérations de triage et d'usina- ge nécessitées pour éliminer ces irrégularités des condensa- teurs sont coûteuses,parce qu'elles nécessitent beaucoup de main d'oeuvre et ne se prêtent pas à l'application de procédés automatiques. Il est également évident que, vu la très faible dimension des filtres (normalement, environ 11 mm de longueur, sans les conducteurs), l'assemblage demande beaucoup de main d'oeuvre. L'assembleur doit manipuler les coiffes d'extré- mité, les souder en place et sertir ou déformer autrement le conducteur proche des coiffes d'extrémité, de manière à le maintenir axialement dans le filtre. La présente invention a, notamment, pour objet de fournir un filtre capacitif amélioré qui est simple à assem- bler et qui se prête à l'application d'un procédé de fabri- cation plus automatisé. Un autre objet de la présente inven- tion est de minimiser les rebuts dûs à la production de piè- ces inacceptables et de fournir des produits de qualité fi- able. Par conséquent, un filtre tubulaire ou d'entrée est prévu avec des coiffes d'extrémité qui se déforment au moment de l'insertion dans un condensateur céramique tubulaire,pour venir en contact étroit dans le condensateur et autour d'un conducteur central, afin de fournir un support pour les bou- chons de soudure fondus dans les extrémités des filtres. La présente invention sera mieux comprise en se réfé- rant aux figures, qui représentent respectivement: La figure 1, une vue en coupe latérale d'un filtre 1 EMI de forme généralement cylindrique, comprenant une réa- lisation préférée de la présente invention; La figure 2, une vue semblable à la figure 1 et re- présentant l'une des étapes de la fabrication du filtre;et La figure 3, une vue semblable à la figure 2 repré- sentant une étape ultérieure de la fabrication. On se référera, tout d'abord, à la figure 1 qui re- présente un filtre complet, comprenant essentiellement un condensateur tubulaire 20, contenant un conducteur central 22 et une gaine inductive et résistive 24. La gaine et le conducteur sont positionnés dans le condensateur 20 par u- ne paire d'inserts d'extrémité semblables 26, 28, qui s'a- justent avec frottement autour du conducteur 22 et à l'in- térieur du condensateur 20. Les bouchons 30, 32 (normale- ment de la soudure à haute température, c'est-à-dire ayant normalement pour composition 10% d'étain, 88% de plomb et 2% d'argent), sont fondus de manière à pénétrer dans les extr6mités du condensateur et à venir au contact de la gai- ne. Le filtre comprend également un oeillet 34, pourvu d'u- ne bride radiale 36, pour assurer la connexion mécanique et électrique à la structure de support. Le condensateur tubulaire 20 comprend un diélectri- que tubulaire 38,réalisé normalement en matériau céramique à base de titanate de baryum. Sans autres opérations d'usi- nage, les matériaux de ce genre ne se prêtent pas à la ré- alisation de tolérances précises et, par conséquent, il n' est pas exceptionnel que le diélectrique tubulaire présen- te des variations de longueur, d'ovalisation et même des extrémités hors d'équerre ou de petites entailles. Ces ca- ractéristiques rendent difficile la fabrication de pièces à tolérancesprécisesà monter aux extrémités afin d'assurer l'étanchéité du filtre. La présente invention surmonte ces difficultés, comme on le verra dans la description ci-des- sous. Le diélectrique 38 est recouvert, sur sa surface 1 intérieure et aux deux extrémités, par les plaques intéri- eures correspondantes 40, 42 des condensateurs ayant une plaque extérieure commune 44. Les plaques sont en argent fritté et sont fixées au diélectrique céramique par fusion. Comme on peut le voir à la figure 1, les plaques 40, 42,se terminent aux extrémités correspondantes du diélectrique, de manière à assurer le raccordement au conducteur 22 au moyen du bouchon 30. Cette disposition permet que les bou- chons de soudure affleurent aux extrémités du filtre, ce qui permet d'obtenir un aspect satisfaisant. La gaine inductive et résistive 24 est à base de fer- rite et ne se prête pas non plus à l'obtention de toléran- ces précises. Cette gaine est prévue plus courte que le condensateur, de manière à créer un espace pour les inserts 26, 28, et la disposition est conçue afin que la longueur de la gaine puisse être comprise dans une large gamme de tolérances sans affecter la qualité du produit fini.Ceci est dû au fait que les inserts sont positionnés au contact de la gaine, que celle-ci présente sa longueur maximale ou minimale, comme on le verra ci-après. Les inserts 26, 28, sont ajustés à frottement sur le conducteur 22 et, également, dans le condensateur 20. Comme on l'expliquera en se référant aux figures 2 et 3, ces inserts sont enfoncés en place et déformés lorsqu'ils pénètrent dans le condensateur. Cette déformation est sus- ceptible de compenser les variations importantes du diamè- tre intérieur du condensateur, ainsi que de l'ovalisation de l'ouverture. D'autre part, l'insert ne dépend pas du tout de la rectitude de l'extrémité du condensateur par rap- port à son axe, si bien que les tolérances relatives à cet- te question sont sans importance. Ceci constitue un contras- te par rapport à la technique antérieure,o les coiffes é- taient placées sur les extrémités du condensateur et o tou- te variation de rectitude pouvait affecter le supportage de la coiffe et l'étanchéité finale. 1 Pour mieux comprendre la manière dont les inserts 26 et 28 sont positionnés, il convient de se référer aux figu- res 2 et 3. Comme on le voit à la figure 2, l'insert est es- sentiellement un disque de cuivre mou revêtu de soudure et dont l'épaisseur est comprise dans la gamme de 0.001-0.003 et,de préference,de 0.0015 pouces(25-75 nicrons, de préférence 40 micr.) et présentant une ouverture centrale qui est dimensionnée afin que le disque s'ajuste de force sur le conducteur 22. A la figure 2, le disque a été poussé sur le conducteur et on peut voir qu'une certaine déformation autour de l'ouver- ture s'est produite en 46. La figure 3 représente le disque qui a été poussé sur le conducteur 22 et dans le condensateur 20, de manière à ce qu'une partie extérieure 50 de la périphérie du disque prenne une forme essentiellement cylindrique et en contact étroit avec la plaque 40 du condensateur. Dans cette posi- tion, l'insert remplit différentes fonctions. Tout d'abord, il constitue un joint mécanique suffisant pour minimiser les risques de pénétration de soudure fondue et de flux jusqu' au contact de la gaine 24; en second lieu, le conducteur 22 est naturellement centré par l'insert; en troisième lieu, l'assemblage à frottement du conducteur dans l'insert a pour effet que le conducteur est solidement maintenu en place, ce qui supprime la nécessité d'une déformation spé- ciale du conducteur afin de le maintenir en place; et en quatrième lieu, la gaine 24 est maintenue entre la paire d' inserts 26, 28 (figure 1), parce que les inserts sont sim- plement poussés jusqu'à ce qu'ils rencontrent la gaine. La figure 3 représente également, en pointillés, un élément de soudure préformé 52 qui peut être placé sur le disque avant que celui-ci ne soit amené dans sa position de la figure 3, si bien que l'outil utilisé pour pousser le disque peut appuyer tout simplement sur l'élément préformé pour transmettre la force au disque. L'assemblage intermé- diaire qui en résulte aura alors la forme indiquée à la fi- 1 gure 3 puis, si l'on applique un moyen de chauffage appro- prié, cet élément préformé peut être fondu en place pour ob- tenir la disposition finale représentée à la figure 1. Il est préférable d'utiliser la soudure à haute température dé- jà décrite afin que, lorsque le filtre est achevé, les ex- trémités puissent résister sans dommage à l'effet de la cha- leur utilisée pour fondre la soudure à basse température u- tilisée à proximité de l'assemblage. Le filtre peut être modifé, tout en restant dans le cadre de la présente invention. En général, tout condensa- teur tubulaire peut être fermé hermétiquement et son conduc- teur peut être centré et fixé en recourant à la présente in- vention. Il convient de noter que des variations dimension- nelles des composants n'affecteront normalement pas l'assem- blage résultant et que le filtre ainsi obtenu est normale- ment exempt des défauts qui résulteraient autrement des va- riations des dimensions du diélectrique et de l'imprécision de la forme. En particulier, les inserts peuvent être préformés, de préférence avec un matériau conducteur. Toutefois, d'au- tres matériaux susceptibles de résister à la température du soudage peuvent être utilisés, dans la mesure o ils sont compatibles avec la soudure. Ces variantes, et d'autres modifications encore,font également partie de l'objet de la présente invention telle que décrite et revendiquée. On comprendra que la soudure peut être remplacée par une matière plastique synthétique imprégnée d'un matériau conducteur. Ces matériaux sont censés être inclus par le terme "soudure" utilisé dans cette description. 69300 1 REVENDICATIONS 1. Filtre capacitif à utiliser dans des circuits électroniques et comprenant: un tube en matériau diélectrique ayant des sur- faces d'extrémitésintérieure et extérieure; des plaques de condensateur int6rieure et ext6- rieure, supportées respectivement par les surfaces intérieu- re et extérieure du tube; un conducteur disposé centralement à travers le tube et se prolongeant au-delà des extrémit6s du tube, en vue des raccordements électriques; une paire d'inserts en contact à frottement dans le tube, près des première et seconde extr6mités du tu- be et en contact avec la plaque intérieure du condensateur, les inserts étant dispos6s radialement, de manière à obtu- rer le tube près des extr6mit6s du tube, entre le tube et le conducteur; et une paire de bouchons de soudure fondus en pla- ce et recouvrant les inserts respectifs aux extrémit6s du tube, et étant en contact électrique avec la plaque inté- rieure et avec le conducteur, tout en assurant l'étanchéi- té de l'ensemble. 2. Filtre à interférence électromagnétique destiné auxcircuitsél 6ectronique et comprenant: un tube en matériau diélectrique ayant des sur- faces d'extr6mités intérieure et ext6rieure; des plaques de condensateur int6rieure et ext6- rieure supportés respectivement par les surfaces intérieure et ext6rieure du tube; un conducteur disposé centralement à travers le tube et se prolongeant au-delà des extrémités du tube en vue des raccordements électriques; une gaine réalisée en un matériau qui est à la 1 fois inductif et résistif aux fréquences élevées, cette gai- ne enveloppant le conducteur et étant plus courte que le tu- be dans le sens axial; une paire d'inserts en contact à frottement dans le tube près des première et seconde extrémités du tube et en contact avec la plaque intérieure du condensateur, les inserts étant disposés radialement, de manière à obturer le tube près des extrémités du tube, entre le tube et le con- ducteur; et une paire de bouchons de soudure fondus en pla- ce et recouvrant les inserts correspondants aux extrémités du tube et étant en contact électrique avec la plaque inté- rieure et avec le conducteur, tout en assurant l'étanchéité de l'ensemble. 3. Filtre selon les revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce que le tube est en matériau céramique. 4. Filtre selon les revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce que les inserts sont en matériau électrique- ment conducteur. - 5. Filtre selon les revendications 1 ou 2 et com- prenant, en outre, un élément de raccordement électrique connecté à la plaque extérieure du condensateur. 6. Filtre capacitif ayant un condensateur tubulai- re autour du conducteur, à l'intérieur du condensateur tubu- laire, l'amélioration comprenant: une paire d'inserts en contact à frottement a- vec le condensateur près des première et seconde extrémités du condensateur et en contact à frottement avec le conduc- teur, de manière à maintenir le conducteur en place par rap- port au condensateur. 1 7. Un filtre à interférence électromagnétique, pourvu d'un condensateur tubulaire et d'une gaine inducti- ve et résistive autour du conducteur à l'intérieur du con- densateur tubulaire, caractérisé par des améliorations com- prenant: une paire d'inserts en contact à frottement a- vec le condensateur près des première et seconde extrémi- tés du condensateur et en contact à frottement avec le con- ducteur, de manière à maintenir le conducteur en place par rapport au condensateur, les inserts étant également en con- tact avec la gaine, de manière à empêcher tout déplacement axial de celle-ci. 8. Appareil selon les revendications 6 ou 7 et com- prenant,en outre,des bouchons de soudure fondus de manière à venir au contact des inserts et avec une surface intéri- eure du condensateur tubulaire. 9. Procédé de fabrication d'un filtre capacitif du type comportant un condensateur tubulaire et un conducteur central coaxial au condensateur, le procédé comprenant les étapes de: (a) introduire un disque pourvu d'une ouverture centrale sur une extrémité du conducteur, l'ouverture étant dimensionnée de manière à s'ajuster avec serrage sur le con- ducteur; (b) enfoncer le disque sur le conducteur jusqu'à ce qu'il vienne au contact d'une extrémité du condensateur, le diamètre extérieur du disque étant comparable à celui du condensateur; (c) pousser le disque dans le condensateur et sur le conducteur, en déformant la périphérie du disque pour lui donner une forme généralement cylindrique, qui vient en contact étroit avec la surface intérieure du condensateur tubulaire; et 2569 300O 1 (d) répéter les étapes (a), (b) et (c) avec un second disque,à l'autre extrémité du condensateur, de maniè- re à ce que les disques maintiennent alors le conducteur en position,longitudinalement et transversalement,avec le con- ducteur centré, dans le condensateur tubulaire. 10. Procédé de fabrication d'un filtre à interféren- ce électromagnétique du type comportant un condensateur tubu- laire, un conducteur central coaxial au condensateur et une gaine résistive et inductive disposée radialement entre le conducteur et le condensateur, le procédé comprenant les é- tapes de: (a) introduire un disque pourvu d'une ouverture centrale sur une extrémité du conducteur, l'ouverture étant dimensionnée de manière à s'ajuster à serrage sur le con- ducteur; (b) enfoncer le disque sur le conducteur jusqu'à ce qu'il vienne au contact d'une extrémité du condensateur, le diamètre extérieur du disque étant comparable à celui du condensateur; (c) pousser le disque dans le condensateur et sur le conducteur, en déformant la périphérie du disque pour lui donner une forme généralement cylindrique, qui vient en contact étroit avec la surface intérieure du condensateur tubulaire; et (d) répéter les étapes (a), (b) et (c) avec un second disque, à l'autre extrémité du condensateur, le se- cond disque 6tant poussé dans le condensateur jusqu'à ce que les deux disques soient en contact étroit avec les extrémi- tés correspondantes de la gaine, en position longitudinale et à ce que les disques maintiennent alors le conducteur en position,longitudinalement et transversalement avec le con- ducteur centré dans le condensateur tubulaire. 11. Procédé selon les revendications 9 ou 10 et com- 1 prenanten outre,les étapes de fondre les bouchons de sou- dure dans les extrémités du condensateur, de manière à ve- nir au contact des inserts, pour obturer hermétiquement les extrémités du filtre. 12. Filtre capacitif destiné aux circuits électroni- ques et comprenant: un condensateur tubulaire; un conducteur disposé centralement à travers le condensateur et se prolongeant au-delà des extrémités du con- densateur, en vue des raccordements électriques; une paire d'inserts en contact à frottement avec le condensateur près des première et seconde extrémités du condensateur et en contact avec la surface intérieure du condensateur, les inserts étant disposes radialement, de fa- çon à obturer le condensateur près des extrémités du conden- sateur, entre le condensateur et le conducteur; et une paire de bouchons de soudure fondus en place et recouvrant les inserts correspondants aux extrémités du condensateur et étant en contact électrique avec le conden- sateur, tout en assurant l'étanchéité. 13. Filtre à interférence électromagnétique destiné aux circuits électroniques et comprenant: un condensateur en matériau diélectrique ayant des surfaces d'extrémités intérieure et extérieure; les surfaces intérieure et extérieure du conden- sateur étant supportées respectivement par les surfaces in- térieure et extérieure du condensateur; un conducteur disposé centralement à travers le condensateur et se prolongeant au-delà des extrémités du con- densateur en vue des raccordements électriques; une gaine en un matériau à la fois résistif et inductif aux fréquences élevées, cette gaine enveloppant le conducteur et étant plus courte que le condensateur dans le 2,569300 1 sens axial; une paire d'inserts en contact à frottement a- vec le condensateur près des première et seconde extrémi- tés du condensateur, et en contact avec la surface intéri- eure du condensateur, les inserts étant disposes radialement de manière à obturer le condensateur près des extrémités du condensateur, entre le condensateur et le conducteur; et une paire de bouchons de soudure fondus en pla- ce et recouvrant les inserts correspondants aux extrémités du condensateur, et étant en contact électrique avec le con- densateur, tout en assurant l'étanchéité. 14. Filtre selon la revendication 12 ou 13, carac- térisé en ce que le condensateur comprend un matériau céra- mique. 15. Filtre selon la revendication 12 ou 13, carac- térisé en ce que les inserts sont réalisés en un matériau électriquement conducteur. 16. Filtre selon la revendication 12 ou 13 et com- prenant, en outre, des dispositifs de raccordement électri- que connectés à la plaque extérieure du condensateur.