Brevet FR2688936A1 — publié le 19930924

- TUBE À ARC POUR UNITÉ DE LAMPE À DÉCHARGE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un tube à arc pour unité de lampe à décharge d'un type qui s'est récemment répandu comme ampoule pour phare de véhicule du fait de ses excellentes propriétés de rendement lumineux et de restitution de couleur et de sa longue durée de vie par comparaison aux ampoules à incandescence.10 Une unité de lampe à décharge est réalisée de la façon représentée dans la figure 13 Un tube à arc 4 est monté sur une paire de supports conducteurs métalliques 2 et 3 qui partent d'une base isolante 1 Le tube à arc 4 comporte un globe de verre fermé 4 a en son milieu et des parties scellées par pincement 4 b de part et d'autre du globe de verre fermé 4 a, formées par scellement par pincement des deux parties d'extrémité ouvertes d'un tube de verre quartzeux Le globe de verre fermé 4 a définit une zone de décharge Un ensemble d'électrodes20 5, se composant d'une électrode de tungstène 5 a, d'une feuille de molybdène 5 b et d'un fil conducteur de molybdène 5 c, est maintenu de façon étanche dans chacune des parties scellées par pincement 4 b, de telle manière que les électrodes 5 a dépassent à l'intérieur du globe25 de verre fermé 4 a et que les fils conducteurs 5 c se prolongent vers l'extérieur des parties scellées par pincement 4 b Les fils conducteurs 5 c sont soudés aux supports conducteurs 2 et 3 qui leur sont respectifs, qui sont des éléments de support du tube à arc et30 servent de lignes d'alimentation en courant pour les fils conducteurs 5 c Des matériaux photoluminescents, à savoir du mercure et un iodure de métal associés à un gaz inerte (Xe), sont introduits de façon étanche dans la zone de décharge, c'est-à- dire dans le globe de verre35 fermé 4 a du tube à arc 4. Pour allumer de façon stable le tube à arc sans extinction de l'arc, sans augmentation de la tension d'allumage (amorçage de l'arc), ni rupture du tube à 2 - arc, il est préférable d'appliquer une tension de 80 à volts (tension du tube) au tube à arc Pour faire fonctionner de façon adéquate le tube à arc, il est nécessaire que la lumière émise par le tube à arc ait un 5 flux lumineux, une température de couleur et une chromaticité appropriés Cependant, aucune norme n'a encore été établie en ce qui concerne les quantités de mercure et d'iodure de métal devant être présents dans le globe de verre fermé et la pression de gaz Xe afin10 d'obtenir le flux lumineux, la température de couleur et la chromaticité appropriés. RÉSUMÉ DE L'INVENTION Les inventeurs ont réalisé diverses expériences pour déterminer la façon dont le flux lumineux, la température de couleur et la chromaticité de la lumière émise du tube à arc varient en fonction des densités de mercure et d'iodure de métal et de la pression du gaz inerte, ce qui les a conduits à élaborer la présente20 invention. L'un des buts de la présente invention est de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus relatifs au tube à arc classique dans une unité de lampe à décharge. Plus précisément, l'un des buts de l'invention est de25 fournir un tube à arc pour unité de lampe à décharge qui produit une lumière dont le flux lumineux, la température de couleur et la chromaticité sont appropriés. Les buts de l'invention mentionnés ci-dessus ainsi que d'autres ont été atteints par un tube à arc pour unité de lampe à décharge qui comporte un globe de verre fermé dans lequel des électrodes se trouvent en vis-à- vis l'une de l'autre et qui est chargé de façon étanche de matériaux photoluminescents, à savoir de mercure et35 d'un iodure de métal choisi parmi le Na I et Sc I 3, en association avec un gaz inerte, à savoir le gaz Xe, dans lequel, conformément à l'invention, le volume du globe de verre fermé est de 20 à 50 WE, la densité du mercure 3 - dans le globe de verre fermé est de 2 x 10-2 à 4 x 10-2 mg/g, la quantité d'iodure métallique dans Le globe de verre fermé est de 6 x 10-3 à 12 x 10-3 mg/pe, et la pression du gaz Xe introduit est de 3 x 105 à 5 6 x 105 ( 3 à 6 atm). Dans le cas o une unité de lampe à décharge est utilisée comme source de lumière pour un phare de véhicule, la taille de la lampe à décharge est bien sûr déterminée en fonction de la taille du corps du phare.10 Cela fixe la taille du tube à arc, qui constitue le corps de la source de lumière Dans le cas d'un tube à arc pour lampe à décharge, il est généralement souhaitable que le volume de son globe de verre fermé, qui forme la zone émettrice de lumière du tube à arc,15 soit dans l'intervalle de 20 à 50 W. La tension du tube à arc est de préférence dans un intervalle de 80 à 90 V, comme décrit précédemment Le niveau de puissance lumineuse émis par le tube à arc permettant d'éclairer suffisamment la route à l'avant du20 véhicule sur lequel le phare est monté, sans éblouir le conducteur d'un véhicule venant en sens inverse, est déterminé de la façon suivante: le flux lumineux est dans un intervalle de 3200 à 3500 lumens, la chromaticité (x) est dans un intervalle de 0,38 à 0,39,25 la chromaticité (y) est dans l'intervalle de 0,39 à 0,40, et la température de couleur correspondante est dans un intervalle de 4000 'K à 4500 'K Le flux lumineux, la température de couleur, la chromaticité (x), la chromaticité (y) et la tension du tube dépendent des30 densités de l'iodure métallique et du mercure dans le globe de verre fermé et de la pression de Xe introduit, comme le montrent les figures 1 à 12. Pour obtenir le flux lumineux, la température de couleur, la chromaticité et la tension de tube souhaitables mentionnés ci- dessus, la densité du mercure doit être dans l'intervalle de 2 x 10-2 à 4 x 10-2 mg/Wg, la densité de l'iodure métallique, dans l'intervalle de 6 x 10-3 à 12 x 10-3 mgl W et la pression du gaz Xe chargé dans l'intervalle de 3 x 105 à 6 x 105 Pa ( 3 à 6 atm) Plus précisément, dans le cas o la densité du mercure est supérieure à 4 x 10-2 mg/W, la tension du tube dépasse 100 volts, ce qui nuit à la stabilité et à 5 la durée de vie de l'arc Si la densité du mercure est inférieure à 2 x 10-2 mg/ge, la tension du tube est alors inférieure à 80, ce qui affecte défavorablement la continuité de l'éclairement Lorsque la densité de l'iodure de métal est inférieure à 6 x 10-3 mg/W, le10 flux lumineux n'atteint pas 3200 lumens; par conséquent, la luminance minimale souhaitée ne peut être obtenue. Par ailleurs, si la densité de l'iodure métallique est supérieure à 12 x 10-3 gg/ge, de l'iodure non vaporisé en excès forme une poche d'iodure sur la surface15 intérieure du globe de verre fermé du tube à arc La poche d'iodure ainsi formée peut provoquer une irrégularité de la couleur du phare et l'amener à émettre un faisceau lumineux éblouissant Lorsque la pression du gaz Xe introduit est inférieure à 3 x 105 Pa ( 3 atm), la température de couleur est excessivement élevée, c'est-à-dire de l'ordre de 4800 'K, ou davantage. Si elle dépasse 6 x 105 Fa ( 6 atm), la tension du tube dépasse alors 90 V, ce qui affecte défavorablement la stabilité et la durée de vie de l'arc.25 Conformément à l'invention, des gammes normalisées souhaitables sont établies pour les densités du mercure et de l'iodure de métal chargées dans le globe de verre fermé du tube à arc et pour la pression de gaz Xe introduit En ajustant la densité du mercure, la densité30 de l'iodure de métal et la pression du gaz Xe introduit, dans les gammes normalisées ainsi établies, on peut établir un tube à arc émettant un faisceau de lumière sous une tension de tube appropriée, ce tube étant caractérisé par un flux lumineux, une chromaticité et35 une température de couleur sensiblement constants et éclairant la route à l'avant du véhicule, à un niveau suffisant pour que celle-ci puisse être facilement vue - du conducteur, sans que le faisceau n'éblouisse le conducteur d'un véhicule provenant en sens inverse. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS La figure 1 est une représentation graphique illustrant les relations entre la densité (mg/ge) de l'iodure de métal dans un globe de verre fermé et le flux lumineux; la figure 2 est une représentation graphique indiquant les relations entre la densité de l'iodure métallique se trouvant dans Le globe de verre fermé et la température de couleur; la figure 3 est une représentation graphique illustrant les relations entre la densité de l'iodure métallique se trouvant dans Le globe de verre fermé et la chromaticité (x); la figure 4 est une représentation graphique illustrant les relations entre la densité de l'iodure métallique se trouvant dans Le globe de verre fermé et20 la chromaticité (y); la figure 5 est une représentation graphique illustrant les relations entre la densité de l'iodure métallique se trouvant dans Le globe de verre fermé et la tension du tube;25 la figure 6 est une représentation graphique illustrant la tension du tube, la température de couleur, et le flux lumineux en fonction de la densité du mercure; la figure 7 est une représentation graphique illustrant la tension du tube, la température de couleur, et le flux lumineux en fonction de la pression du gaz Xe introduit; la figure 8 est une représentation graphique illustrant la répartition spectrale de la lumière émise par Le globe de verre fermé lorsque la densité de l'iodure de métal s'y trouvant varie; la figure 9 est une représentation graphique illustrant la répartition spectrale de la lumière émise 6 - par Le globe de verre fermé lorsque l'on modifie la densité du mercure et la pression du gaz Xe introduit; la figure 10 est un diagramme illustrant la façon dont le flux lumineux, la température de couleur, la chromaticité (x), la chromaticité DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Certains modes de réalisation préférés de l'invention sont décrits ci-après en référence aux dessins annexés.25 Un tube à arc conforme à la présente invention présente une structure identique au tube à arc classique représenté dans la figure 13 Cependant, il est à noter que le tube à arc de l'invention diffère du tube à arc classique par les densités des matériaux30 photoluminescents, à savoir de l'iodure de métal (iodure de sodium et iodure de scandium) et du mercure qui, en association avec un gaz inerte, à savoir le xénon, sont introduits de façon étanche dans Le globe de verre fermé 4 a, et par la pression du gaz xénon (désignée ci-après sous le nom de "pression de gaz Xe introduit"). Plus précisément, dans le globe de verre fermé 4 a du tube à arc de l'invention, la densité de l'iodure métallique est de 6 x 10-3 à 12 x 103 mg/l, la densité du mercure est de 2 x 10-2 à 4 x 10-2 mg/g et la pression du gaz Xe introduit est de 3 x 105 Pa à 6 x 105 Pa ( 3 à 6 atm) Dans ce cas, avec une tension de tube de 80 à 90 V, le flux lumineux de la lumière émise est de 3200 à 3500 lumens, la chromaticité (x) est de 0,38 à 0,39, la chromaticité (y) est de 0,39 à 0,40, et la température de couleur est de 4000 à 4500 'K. La figure 1 est une représentation graphique illustrant la relation entre la densité (mg/g ) de l'iodure métallique dans le globe de verre fermé et le flux lumineux Comme le montre la figure 1, le flux lumineux augmente notablement avec la quantité (densité) de l'iodure métallique se trouvant dans le globe de verre fermé Cependant, lorsque la densité dépasse15 environ 1,5 x 10-2 mg/ge, le taux d'augmentation diminue; c'est-à-dire que le flux lumineux tend à décroître On remarque également dans la figure 1 que, pour obtenir le flux lumineux souhaité ( 3200 à 3500 lumens), la densité d'iodure métallique doit être d'au moins 6 x 10-3 mg/g.20 La figure 2 est une représentation graphique illustrant la relation entre la densité (mg/ge) de l'iodure métallique se trouvant dans le globe de verre fermé et la température de couleur Comme le montre la figure 2, la température de couleur décroît lorsque la25 quantité (densité) de l'iodure métallique augmente. Lorsqu'on augmente la quantité d'iodure, comme sa pression de vapeur est limitée, l'excès d'iodure ne se vaporise pas et provoque la formation d'une poche d'iodure sur la surface intérieure du globe de verre30 fermé Cette poche d'iodure est jaune, et agit par conséquent comme filtre coloré, provoquant une irrégularité des couleurs En outre, la poche d'iodure diffuse les rayons lumineux provenant de l'arc Par conséquent, lorsqu'un tel tube à arc est utilisé comme35 phare de véhicule, la poche d'iodure provoque l'émission par ce dernier d'un faisceau éblouissant Lorsque la quantité (densité) d'iodure métallique est faible, la puissance lumineuse est susceptible de fluctuer Par 8 conséquent, on comprendra que pour obtenir la température de couleur souhaitée ( 4000 à 4500 'K), la densité de l'iodure métallique doit être de 6 x 10-3 à 12 x 10-3 mg/p V. La figure 3 est une représentation graphique illustrant les relations entre la densité (mg/g ) de l'iodure métallique se trouvant dans le tube de verre fermé et la chromaticité (x) La figure 4 est également une représentation graphique illustrant la relation10 entre la densité (mg/g) de l'iodure métallique se trouvant dans le tube de verre fermé et la chromaticité (y) Comme le montrent ces figures, pour que la lumière émise par le tube à arc ait une chromaticité sensiblement égale à celle de la lumière naturelle, la chromaticité (x) doit être de 0,38 à 0,39 et la chromaticité (y) doit être de 0,39 à 0,40 A cet effet, l'iodure métallique doit avoir une densité de 6 x 10-3 à 12 x 10-3 mg/ge. La figure 8 est une représentation graphique illustrant la répartition spectrale de la lumière émise par le tube à arc lorsque la densité de l'iodure métallique se trouvant dans le globe de verre fermé varie Lorsque la densité de l'iodure de métal est de 24 x 10-3 mg/g (cette valeur étant indiquée par les courbes en traits discontinus), par comparaison au cas o elle vaut 6 x 10-3 mg/g (cette valeur étant indiquée par les courbes en traits pleins), le pic du mercure est faible, les pics du Sc et du Na existant sous forme d'iodure de métal sont élevés, et l'énergie du30 rayonnement de fond est élevée Cela est dû au fait que lorsque la densité de l'iodure métallique augmente, l'équilibre thermique dans le globe de verre fermé est modifié, ce qui a pour effet que le taux d'émission de lumière par l'iodure métallique devient supérieur à35 celui du mercure Il en résulte que, comme le montrent les figures 3 et 4, la chromaticité (x) et la chromaticité (y) augmentent (c'est-à-dire que les températures de couleur diminuent comme le montre la 9 - figure 2), et que le flux lumineux augmente également comme le montre la figure 1. La figure 5 est une représentation graphique illustrant les relations entre la densité d'iodure métallique se trouvant dans le globe de verre fermé et la tension du tube Comme décrit précédemment, il est préférable que la tension du tube soit dans l'intervalle de 80 à 90 V A cet effet, la densité de l'iodure métallique se trouvant dans le globe de verre fermé doit10 être de 6 x 10-3 à 12 x 10-3 mg/g. Par ailleurs, les inventeurs ont établi l'équation suivante: V = 87,3 p O,431 d O 926 p O,136 o V est la tension du tube, p est la densité du mercure (mg/g), d est la distance entre électrodes (mm), et P est la pression de gaz Xe (atm) Il a été confirmé à partir de cette équation que, pour ajuster la tension du tube à 80-90 V, la pression du gaz Xe introduit devait être de 3 x 105 à 6 x 105 Pa ( 3 à 6 atm).20 La figure 6 est une représentation graphique illustrant la densité du mercure, et la tension du tube, la température de couleur et le flux lumineux en fonction de la densité du mercure Dans ce cas, l'iodure métallique se trouvant dans le globe de verre fermé25 contient de l'iodure de sodium, de l'iodure de scandium et de l'iodure de thallium Comme le montre la figure 6, la tension du tube et la température de couleur sont proportionnelles à la densité du mercure, et le flux lumineux est inversement proportionnel à la densité du30 mercure Pour ajuster la tension du tube entre 80 et volts, la température de couleur entre 4000 et 45000 K et le flux lumineux entre 3200 et 3500 lumens, la densité du mercure doit être ajustée entre 2 x 10-2 et 4 x 10-2 mg/W. La figure 7 est une représentation graphique illustrant la pression du tube, la température de couleur et le flux lumineux en fonction de la pression de gaz Xe introduit Comme dans le cas de la figure 11, - de l'iodure de thallium est ajouté à l'iodure métallique Comme le montre la figure 7, la tension du tube est proportionnelle à la pression de gaz Xe introduit, et la température de couleur ainsi que le 5 flux lumineux sont inversement proportionnels à la pression du gaz Xe introduit Pour ajuster la tension du tube entre 80 et 90 V, la température de couleur entre 4000 et 4500 'K, et le flux lumineux entre 3200 et 3500 lumens, la pression du gaz Xe introduit doit être ajustée entre 3 x 105 Pa et 6 x 105 Pa ( 3 et 6 atm). La figure 9 est une représentation graphique illustrant la répartition spectrale de la lumière émise par le tube à arc lorsque la densité du mercure et la pression du gaz Xe introduit sont modifiées Comme le15 montre la figure 9, lorsque la densité du mercure est réduite de 3 x 10-2 mg/g L à 2,5 x 10-2 mg/g, et lorsque la pression du gaz Xe introduit est portée de 5 x 105 Fa à 6 x 105 Pa ( 5 atm à 6 atm), le pic de mercure diminue, les pics du Sc et du Na augmentent et l'énergie du fond lumineux augmente Cela est dû au fait que, de même que pour le cas o la densité de l'iodure métallique augmente, l'équilibre thermique dans le globe de verre fermé est modifié, ce qui a pour effet que le taux d'émission de lumière par l'iodure métallique devient25 plus important que celui du mercure Il en résulte que, comme le montre la figure 6, la chromaticité (x) et la chromaticité (y) augmentent (la température de couleur diminuant), et que le flux lumineux augmente. Comme il ressort de la description présentée ci- dessus, lors de la fabrication d'un tube à arc pour une unité de lampe à décharge conforme à l'invention, des gammes normalisées souhaitables sont établies pour les densités du mercure et de l'iodure métallique introduits dans le tube de verre fermé du tube à arc et pour la35 pression du gaz Xe introduit Par conséquent, en déterminant la densité du mercure, la densité de l'iodure métallique et la pression du gaz Xe introduit de façon à ce qu'elles respectent les gammes établies il - conformément à la présente invention, on peut aisément réaliser des tubes à arc qui émettent un faisceau de lumière sous une tension de tube appropriée, ce tube ayant un flux lumineux, une chromaticité et une5 température de couleur sensiblement constants, et fournissant un bon éclairage de la zone se trouvant à l'avant du véhicule sans éblouir le conducteur d'un véhicule venant en sens inverse. 12 - REVENDICATION 1 Tube à arc pour unité de lampe à décharge comprenant un globe de verre fermé ( 4 a) dans lequel des électrodes ( 5) se trouvent en vis-à-vis l'une l'autre et dans lequel sont introduits de façon étanche des matériaux photoluminescents, incluant du mercure et un iodure métallique choisi parmi le Na I et le Sc I 3, en association avec un gaz inerte Xe, caractérisé en ce10 que: ledit globe de verre fermé ( 4 a) présente un volume dans la gamme de 20 à 50 Et, ledit mercure se trouvant dans ledit globe de verre fermé ( 4 a) a une densité dans la gamme de 2 x 10-2 à 4 x 10-2 mg/W, ledit iodure métallique se trouvant dans ledit globe de verre fermé ( 4 a) a une densité dans la gamme de 6 x 10-3 à 12 x 10-3 mg/g, et la pression dudit gaz inerte Xe introduit est dans la gamme de 3 x 105 pa à 6 x 105 Pa ( 3 à 6 atm).