Brevet FR2608838A1 — publié le 19880624

La présente invention concerne des filaments bis- piralés ayant des paramètres qui sont spécialement adaptés pour l'utilisation en tant que source lumineuse pour une enveloppe transparente tubulaire comportant une partie mé- diane renflée. Les demandes de brevet des E.U.A. n 918 408 dé- posée le 14/10/196 et n 798646 déposée le 15/11/1985 dé- crivent certains des avantages d'une source lumineuse tu- bulaire, ayant de préférence un revêtement infrarouge sur ses surfaces extérieures, pour des appareils d'éclairage destinés respectivement aux véhicules automobiles et à l'utilisation générale. On désire que le filament de tungstène associé à de telles sources lumineuses tubulaires satisfasse les exigences optiques, mécaniques et de fabri- cation de la source lumineuse elle-même. L'une de ces exi- gences, liée à des considérations optiques lorsque la sour- ce lumineuse est incorporée dans un dispositif d'éclairage associé, est de placer la partie éclairée du filament dans la région centrale de la source lumineuse tubulaire, de façon que le dispositif d'éclairage puisse diriger de façon avantageuse et prédéterminée la lumière émise par le fila- ment, pour former un faisceau lumineux désiré. En outre, en ce qui concerne des considérations mécaniques, on désire que cette partie éclairée - filament reste dans la région centrale de la source lumineuse tubulaire, malgré les chocs mécaniques que peut subir le dispositif d'éclairage dans lequel la source lumineuse est logée. De plus, en ce qui concerne les considérations de fabrication de la source lu- mineuse tubulaire elle-même, on désire que la longueur de la partie éclairée du filament puisse être ajustée de façon précise et aisée de façon à obtenir diverses puissances nominales pour la source lumineuse tubulaire. L'invention a donc pour but de procurer un fila- ment bispiralé comportant des moyens pour définir une partie éclairée qui est placée et maintenue dans la partie centrale de la source lumineuse tubulaire. L'invention a également pour but de procurer un filament bispiralé comportant des moyens qui permettent de régler la longueur des parties éclairées, de façon à obtenir avec précision diverses puissances nominales pour la source lumineuse tubulaire. L'invention porte sur un filament bispiralé ayant des paramètres qui sont spécialement prévus pour l'utilisa- tion en source lumineuse pour une enveloppe transparente tubulaire ayant une partie médiane renflée. La source lumineuse comprend une enveloppe trans- parente tubulaire ayant une partie renflée et contenant un composé halogéné. La source lumineuse comprend en outre un filament de tungstène bispiralé formé par un fil continu comportant plusieurs sections qui comprennent: (1) des premiers segments constituant des sections non éclairées du filament bispiralé lorsqu'il est sous tension; (2) un second segment constituant la section éclairée du filament bispira- lé lorsqu'il est sous tension; et (3) des segments de spires ouvertes définissant le début et la fin du second segment. Les premiers segments comprennent en outre au moins des pre- mière et seconde parties qui sont respectivement enroulées autour d'au moins un mandrin encastré aux extrémités oppo- sées de la partie médiane. Le second segment se trouve dans la région centrale de la partie médiane renflée de l'enve- loppe tubulaire. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui montrent respectivement Figure 1: une représentation de la source lumi- neuse tubulaire montée dans une lampe à incandescence. Figure 2: une représentation de la source lumi- neuse tubulaire de l'invention montée dans une lampe à ré- flecteur parabolique aluminé. Figure 3: une représentation des principales ca- ractéristiques du filament bispiralé de l'invention monté à l'intérieur d'une source lumineuse tubulaire. Figure 4: une représentation du fil constituant les sections non éclairées et éclairées du filament bispi- ralé qui est initialement enroulé autour d'un premier man- drin pour former un filament spiralé. Figure 5: une représentation du filament spiralé de la figure 4, enroulé autour d'un second mandrin pour former un filament bispiralé utilisé dans l'invention. Figure 6: une représentation montrant l'enlève- ment sélectif du mandrin associé à la partie éclairée du filament bispiralé, tandis que les mandrins associés à la partie non éclairée du filament bispiralé restent en place. Figure 7: une représentation agrandie du fila- ment bispiralé de l'invention. La figure 1 montre une lampe à incandescence 10 qui comporte une ampoule transparente 12 qui est de préfé- rence scellée à un culot métallique 14. Deux fils 16 et 18 faisant fonction de supports et de conducteurs électriques, sont montés de façon rigide dans l'ampoule 12 au moyen d'une tige 20. Les extrémités intérieures des fils conduc- teurs 16 et 18 sont connectées électriquement à la source lumineuse tubulaire 22 et supportent celle-ci, tandis que les extrémités opposées des fils conducteurs 16 et 18 tra- versent la tige 20 et établfssent une connexion électrique (non représentée) avec des parties appropriées du culot métallique 14, comme il est connu dans la technique. La source lumineuse tubulaire 22 de l'invention est également représentée sur la figure 2 dans une situation dans laquelle elle est incorporée dans une lampe à réflec- teur parabolique aluminé 24, comportant un réflecteur 26 de forme définie. La lampe 24 comprend également un culot mé- tallique 28 et une lentille 30. La source lumineuse 22 est montée à l'intérieur du réflecteur 26 au moyen de deux fils 32 et 34, faisant fonction de supports et de conducteurs électriques, qui sont similaires aux fils 16 et 18 décrits précédemment. La source lumineuse tubulaire 22 est représentée de façon plus détaillée sur la figure 3. La source lumineuse tubulaire 22 comporte une partie renflée 22A située dans sa région centrale. La source lumineuse 22 est de préférence en quartz. Si on le désire, une pellicule multicouche réflé- chissant l'infrarouge peut recouvrir la surface extérieure de la source lumineuse 22. Les conducteurs 16 et 18 (figure 2) qui supportent la source lumineuse 22 sont respectivement connectés à des plaquettes de molybdène 36 et 38 qui sont scellées dans les extrémités opposées de la source lumineuse 22. La source lumineuse 22 contient un filament de tungstène bispiralé 40. Le filament bispiralé 40 est un fil continu qui comporte plusieurs sections comprenant des pre- miers segments 40A et 40B' constituant une section non éclairée du filament bispiralé lorsqu'il est sous tension, et ayant des paramètres sélectionnés, comme un diamètre de fil prédéterminé. Les segments 40A et 40B sont enroulés autour de mandrins d'une manière qu'on décrira. Les premiers segments 40A et 40B avec leurs mandrins associés sont en- castrés et scellés aux extrémités opposées de la partie ren- flée 22A. Dans le mode de réalisation qui est représenté sur la figure 3, les parties d'extrémité de chacun des premiers segments 40A et 40B sont respectivement connectées aux pla- quettes 36 et 38. Dans un autre mode de réalisation, les mandrins respectifs des premiers segments, qu'on décrira ul- térieurement, sont respectivement connectés aux plaquettes 36 et 38. Le fil continu qui forme le filament bispiralé 40 comprend en outre un second segment 40C qui constitue la section éclairée du filament bispiralé lorsqu'il est sous tension, et qui présente des paramètres sélectionnés, avec le même diamètre de fil que les premiers segments 40A et B. Le second segment 40C se trouve dans la région cen- trale de la partie médiane renflée 22A de la source lumineu- se tubulaire 22. Le fil continu qui forme le filament 40 comprend en outre des segments à spires ouvertes 40D et 40E qui, comme on le décrira, déterminent la longueur et défi- nissent le début et la fin du second segment 40c. On forme les premiers segments, ou segments non éclairés, et le second segment, ou segment éclairé, ayant chacun le même diamètre de fil prédéterminé, en les enrou- lant initialement sur un mandrin 42, comme la figure 4 le montre de façon agrandie pour faire apparaître plus claire- ment les paramètres associés du filament 40. Les segments non éclairés 40A et 40B sont formés par un fil de métal réfractaire ayant un diamètre dl, qui est enroulé autour d'un premier mandrin 42 ayant un diamètre M1. Dans un mode de réalisation préféré, le fil qui forme les premiers seg- ments 40A et 40B est un fil de tungstène fibreux à un seul brin ayant un diamètre dans la plage d'environ 0,05 mm à environ 0,15 mm. Dans un mode de réalisation préféré, le mandrin 42 est en molybdène et il a un diamètre M1 dans la plage d'environ 0,10 mm à environ 0,25 mm. Chacun des seg- ments enroulés 40A et 40B a un diamètre D1 donné par l'ex- pression suivante: D1 = 2d. + M (1) Le segment éclairé 40C est également enroulé au- tour du premier mandrin 42, et il est formé par le même fil que les segments 40A et 40B. Le segment éclairé enroulé 40C a le diamètre D1 indiqué pour les segments 40A et 40B. Les segments à spires ouvertes 40 et 40E, non représentés sur la figure 3 mais qu'on envisagera de façon plus détaillée en relation avec la figure 7, sont formes pendant la première opération d'enroulement du filament et ils ont de préférence une forme en S ayant une longueur dans la plage d'environ 3 mm à environ 10 mm. Des spires adjacentes des segments 40A et 40B sont représentées avec un écartement S1, tandis que des spires adjacentes du segment 40 sont représentées avec un écarte- C ment S2. Chacun de ces écartements S et S est mesuré entre le milieu des spires adjacentes le long du filament 40. L'écartement S1 a une valeur comprise dans la plage d'envi- ron 0,05 mm à environ 0,45 mm. On établit l'écartement S2 en choisissant un nombre particulier de spires par centimètre, et cet écartement a des valeurs comprises dans la plage d'environ 0,063 mm à environ 0,30 mm. Le segment éclairé enroulé 40C ainsi que les seg- ments non éclairés et enroulés 40A et 40B, qui sont respec- tivement enroulés autour du mandrin 42, sont ensuite enrou- lés autour d'un second mandrin 44, cormme le montre la figure , à une échelle réduite par rapport à la figure 4. Dans un mode de réalisation préféré, le second mandrin est en molyb- dène et il a un diamètre M2 dans la plage d'environ 0,38 mm à environ 0, 63 mm. Les spires adjacentes des segments non éclairés 40A et 40B et du segment éclairé 40C de la figure sont mutuellement espacées avec un écartement S3 qui est lié à la seconde opération d'enroulement du filament 40. L'écartement S a des valeurs comprises dans la plage d'en- viron 0,25 mm à environ 1,15 mm. Les segments non éclairés 40A et 40B, ainsi que le segment éclairé 40C, qui sont des segments bispiralés et sont maintenant enroulés, ont un diamètre D2 donné par l'expression suivante: D2 = 2D1 + M2 (2) Après l'achèvement de l'opération d'enroulement destinée à établir le filament bispiralé 40 qui est repré- senté sur la figure 6, on soumet le filament 40 à un traite- ment supplémentaire de façon à enlever sélectivement les premier et second mandrins 42 et 44 dans le segment éclairé c, tout en conservant ces premier et second mandrins 42 et 44 dans les segments non éclairés 40A et 40B, de façon à procurer des moyens d'accouplement pleins et rigides pour la mise en place et le scellement ultérieurs aux extrémités opposées de la partie renflée 22A de la source lumineuse tu- bulaire 22. L'enlèvement et la rétention sélective des man- drins 42 et 44 s'effectuent en revêtant tout d'abord les segments non éclairés 40A et 40B avec une matière telle qu'une résine de goudron de houille ou de la cire, qui ré- siste à une attaque par un acide tel qu'un mélange d'acide nitrique et d'acide sulfurique. Le segment éclairé 40C reste sans revêtement. On plonge ensuite le filament 40 dans la solution d'attaque acide de façon à enlever sélectivement les mandrins 42 et 44 dans les limites du segment éclairé C. Les mandrins restants 42 et 44 qui se trouvent dans les limites des segments 40A et 40B maintiennent ces segments dans un état non éclairé. Les moyens d'accouplement pleins des segments non éclairés 40A et 40C procurent également des connexions électriques rigides et fixes pour le segment éclairé 40C. La figure 7 représente de façon agrandie le fila- ment bispiralé 40 terminé. On voit que les premiers segments A et 40B sont constitués par des parties du filament bis- piralé 40 comportant le mandrin 42 à l'intérieur de leur premier enroulement et comportant le mandrin 44 à l'intérieur de leur second enroulement. La partie éclairée du filament de tungstène 40C est dépourvue du mandrin 42 ou du mandrin 44. Le filament bispiralé 40 terminé comporte les segments de spires ouvertes 40Det 43E. Ces segments ouverts 40D et E définissent le début et la fin du segment éclairé 40C et ils fournissent les moyens permettant de définir de façon précise et aisée la longueur du segment éclairé 40C, de façon à équiper la source lumineuse tubulaire de filaments ayant diverses longueurs qu'on peut sélectionner en fonction de la puisse nominale désirée de la source lumineuse. On peut utiliser la longueur du segment éclairé pour définir la puissance nominale du filament bispiralé, et on peut la sé- lectionner de façon correspondante. On peut disposer les segments ouverts 40D et 40 sur la longueur du filament de façon a définir une section éclairée qui puisse être obser- vée et fabriquée aisément au cours du processus de fabrica- tion de diverses sources lumineuses. Le filament de tungs- tène 40 est placé dans la source lumineuse tubulaire de façon que la partie éclairée 40C se trouve dans la région centrale de l'intérieur de la partie renflée 22A de la source lumineuse tubulaire 22. On peut effectuer un tel ré- glage en introduisant tout d'abord le filament bispiralé , connecté aux plaquettes 36 et 38 ainsi qu'aux conduc- teurs 16 et 18, dans une extrémité d'une source lumineuse tubulaire 22 qui n'est initialement pas scellée. On posi- tionne ensuite le filament 40 de façon que le segment éclairé 40C se trouve dans la région centrale de la partie renflée 22A. Si on désire que le filament 40 soit légère- ment tendu, on saisit les deux extrémités du filament 40 par des moyens appropriés et on écarte ou on tire légère- ment les extrémités du filament 40 dans des directions op- posées. Après avoir obtenu la position désirée pour le seg- ment éclairé 40C et avoir éventuellement établi la tension désirée dans le filament, on scelle les plaquettes 36 et 38 dans les queusots opposés de la source lumineuse tubulaire 22, et on scelle également les segments non éclairés 40A et 40B aux extrémités opposées de la partie renflée 22A, pour achever la fabrication de la source lumineuse tubulaire 22 de l'invention. On voit maintenant que l'utilisation de l'inven- tion permet d'obtenir un filament bispiralé 40 particuliè- rement bien adapté pour l'utilisation dans une source lumi- neuse tubulaire comportant une partie médiane renflée. Les segments non éclairés 40A et 40B sont encastrés dans les parties de sortie et d'entrée de la partie renflée de la source lumineuse tubulaire, et ilsprocurent des connexions électriques rigides et appropriées pour le filament 40. La section non éclairée ainsi que la section éclairée ont une forme linéaire qui correspond à la forme de l'enveloppe tu- bulaire de la source lumineuse 22. Le diamètre du fil des segments non éclairés 40A et 40B ainsi que les diamètres des mandrins 42 et 44 sont avantageusement sélectionnés de façon à être presque égaux au diamètre du passage intérieur des queusots de la source lumineuse 22. Cette correspondance procure initialement un ajustement glissant entre l'envelop- pe tubulaire et les segments non éclairés 40A et 40B, et elle procure également un moyen permettant d'aligner aisé- ment le segment éclairé 40C avec l'axe de la source lumineu- se tubulaire 22. En outre, du fait que le filament 40 ainsi que les éléments qui lui sont connectés sont linéaires, on peut les étirer légèrement dans la source lumineuse 22 de façon à introduire une tension dans le segment éclairé. Bien qu'on ait décrit le filament bispiralé en considérant un seul segment éclairé, on considère que l'ap- plication de l'invention permet de réaliser d'autres confi- gurations, comme un ensemble de segments éclairés. De façon similaire, au lieu de la configuration dans laquelle les segments non éclairés sont imbriqués avec deux mandrins, on peut réaliser une configuration dans laquelle un seul man- drin est présent à l'intérieur des segments non éclairés. On peut obtenir une telle configuration à un seul mandrin en immergeant les segments non éclairés ainsi que les seg- ments éclairés dans une solution d'attaque acide similaire à celle décrite précédemmer._. La solution d'attaque acide enlève tous les mandrins aussi bien dans les segments éclai- rés que dans les segments non éclairés. On introduit ensui- te dans l'ouverture complémentaire de chacun des segments non éclairés une tige ayant des dimensions similaires à cel- les du mandrin 44. En outre, bien qu'on ait indiqué que le filament bispiralé en tungstène convenait particulièrement bien pour l'utilisation dans une source lumineuse tubulaire ayant une partie renflée, il faut noter qu'on peut tout aussi bien appliquer l'invention à des lampes à incandescence qui uti- lisent à l'intérieur un filament bispiralé sans aucune en- ceinte telle qu'une enveloppe tubulaire. REVENDICATIONS 1. Source lumineuse caractérisée en ce qu'elle comprend: une enveloppe tubulaire transparente comportant une partie médiane renflée (22A) et contenant un composé halogéné; et un filament de tungstène bispiralé (40) cons- titué par un fil continu comportant plusieurs sections qui comprennent: (1) des premiers segments (40A, 40B) consti- tuant les parties non éclairées du filament bispiralé (40) lorsqu'il est sous tension; (2) un second segment (40c) constituant la section éclairée du filament bispiralé (40) lorsqu'il est sous tension; et (3) des segments à spires ouvertes (40D' 40E) définissant le début et la fin du se- cond segment (40c), les premiers segments (40A' 40B) com- prenant en outre au moins des première et seconde parties qui sont respectivement enroulées autour d'au moins un man- drin (42, 44) et sont scellées aux extrémités opposées de la partie renflée (22A), et le second segment (40c) se trouvant dans une région centrale de la partie renflée (22A). 2. Filament de tungstène bispiralé faisant fonc- tion de source de lumière pour une lampe à incandescence, caractérisé en ce qu'il comprend: un fil continu (40) ayant plusieurs sections qui comprennent: (1) des premiers segments (40A, 40B) constituant des parties non éclairées du filament bispiralé lorsqu'il est sous tension, et ayant au moins des première et seconde parties qui sont respecti- vement enroulées autour d'au moins un mandrin (42, 44); (2) un second segment (40c) constituant une section éclairée du filament bispiralé lorsqu'il est sous tension; et (3) des segments à spires ouvertes (40E' 40D) définissant le début et la fin du second segment (40C). 3. Source lumine.e selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que le fil continu (40) a un diamètre dans une plage d'environ 0,05 mm à environ 0,15 mm. 4. Filament bispiralé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fil continu (40) a un diamètre dans la plage d'environ 0,05 mm à environ 0,15 mm. 5. Lampe à incandescence caractérisée en ce qu'el- le comprend: une enveloppe extérieure (12, 26); une enve- loppe intérieure tubulaire transparente comportant une par- tie médiane renflée (22A) et contenant un composé halogéné; des moyens (16, 18, 32, 34) destinés au montage mécanique et électrique de l'enveloppe intérieure à l'intérieur de l'en- veloppe extérieure (12, 26); et un filament de tungstène bispiralé (40) formé par un fil continu comportant plusieurs sections qui comprennent: (1) des premiers segments (40A' B) constituant des sections non éclairées du filament bis- piralé (40) lorsqu'il est sous tension; (2) un second seg- ment (40c) constituant une section éclairée du filament bis- piralé (40) lorsqu'il est sous tension; et (3) des segments à spires ouvertes (40D, 40E) définissant le début et la fin du second segment (40C) , les premiers segments (40A, 40B) comprenant en outre des première et seconde parties qui sont respectivement enroulées autour d'au moins un mandrin (42, 44) et sont scellées aux extrémités opposées de la partie renflée (22A), et le second segment (40c) se trouvant dans une région centrale de la partie renflée (22A).