Brevet FR2689302A1 — publié le 19931001

STRUCTURE DE SCELLEMENT DE DEUX ELEMENTS PAR FUSION D'UN CORPS IN- TERMEDIAIRE, ET NOTAMMMENT APPLICATION A LA TRAVERSEE D'UN ELEMENT DE CONDENSATEUR La présente invention concerne une structure d'étanchéité comnprenant un élément extérieur définissant une ouvertur?, un élément intérieur qui s'étend à travers l'ouverture et un corps en verre ou en un autre agent de scellement interposé entre les éléments intérieur et extérieur et assemblé par fusion avec eux pour sceller les éléments l'un à l'autre, le corps en verre ou en un autre agent de scellement présentant un ménisque concave s'étendant entre les éléments intérieur et extérieur Une telle structure est appelée ci-après la structure du type décrit. Un exemple de l'utilisation d'une structure du type décrit est constitué par des dispositifs électriques o l'élément extérieur est un boîtier d'un dispositif, par exemple un condensateur, et l'élément intérieur est ou contient un conducteur électrique qui s'étend à travers l'ouverture du boîtier depuis une position extérieure au boîtier vers une partie interne du dispositif Le corps en verre ou en un autre agent de scellement est nécessaire pour sceller hermétiquement le boîtier et pour isoler électriquement le boîtier et le conducteur Dans des dispositifs de ce type, tant le boîtier que le conducteur sont typiquement en métal. Assembler par fusion un corps en verre sur le boîtier et le conducteur est un procédé efficace de scellement hermétique du boîtier Le verre fondu mouille le boîtier et le conducteur, et le verre adhère à ceux-ci lorsqu'il se solidifie La composition du verre peut être choisie de façon à ce que son coefficient thermique de dilatation soit sensiblement le même que le coefficient de dilatation thermique du métal dont sont constitués le boîtier et le conducteur. Faire fondre le verre pour effectuer le scellement du conducteur sur le boîtier présente l'inconvénient qu'un ménisque concave est formé à la surface libre du verre entre le conducteur et le boîtier Dans la zone voisine de la surface libre du verre o le conducteur et le corps en verre se rencontrent, le corps en verre est relativement mince et fragile Ceci constitue une faiblesse mécanique du dispositif et le scellement en verre peut devenir défaillant si l'on exerce sur le dispositif une force tendant à déplacer le conducteur vers un côté de l'orifice du boîtier. Une variante d'agencement comprenant un élément extérieur définissant une ouverture, un élément intérieur qui s'étend à travers l'ouverture, et un scellement en verre pour fermer l'ouverture est décrit dans le brevet US-A-4 625 261 Le dispositif qui y est décrit comprend un boîtier métallique creux, à une extrémité duquel est ménagée une ouverture, et un fil conducteur qui s'étend à travers l'ouverture. L'ouverture est scellée par une structure comprenant une bague métallique extérieure, une tubulure métallique intérieure et un scellement en verre,entre la bague métallique extérieure et la tubulure intérieure Lorsque le dispositif est assemblé, la bague extérieure est brasée sur le boîtier et la tubulure intérieure est brasée sur le fil conducteur. Selon un premier aspect de l'invention, il est réalisé une structure comprenant un élément extérieur creux définissant une ouverture, un élément intérieur qui s'étend à travers l'ouverture et un corps en verre ou en un autre élément de scellement interposé entre les éléments intérieur et extérieur et assemblé par fusion avec eux pour sceller entre eux ces éléments, l'élément intérieur étant d'une dimension s'étendant à travers l'ouverture qui est considérablement supérieure à la dimension correspondante dudit corps et le corps de l'élément de scellement comportant un ménisque concave s'étendant entre les éléments intérieur et extérieur, caractérisée en ce que l'élément intérieur comprend une partie centrale allongée qui s'étend à travers l'ouverture et une saillie annulaire, latérale, à partir de la partie allongée, en ce que le corps de l'élément de scellement s'étend autour de l'ouverture depuis l'élément extérieur vers la partie allongée de l'élément intérieur, et en ce que la saillie est approximativement au niveau d'une surface libre du corps de l'élément de scellement de sorte que le ménisque du corps en verre près de la saillie 2 diffère du ménisque qui serait formé près de la surface périphérique de l'élément intérieur> si cette surface périphérique était d'une longueur infinie. Dans une structure incorporant la présente invention, le corps de scellement établit un joint étanche entre la partie allongée de l'élément intérieur et l'élément extérieur La forme du ménisque est commandée d'une manière telle que l'on évite la formation d'une partie relativement mince et fragile du corps de scellement près de la partie allongée de l'élément intérieur. Ladite saillie latérale est de préférence située sensiblement à un débouché de l'ouverture. De façon avantageuse, la dimension de ladite saillie latérale, dans une direction traversant l'ouverture, est comprise dans la plage de 0,1 à 1 mm. Avantageuseaent la profondeur du ménisque près de ladite saillie latérale de l'élément intérieur ne dépasse pas 0,2 mm. Egalement avantageusement, il est fabriqué un conden- sateur électrolytique comprenant une structure telle que définie ci-avant. Selon un second aspect de l'invention, il est fourni un procédé destiné à sceller avec un jeu sensible, sur un élément extérieur creux définissant une ouverture, un élément intérieur qui s'étend à travers l'ouverture, caractérisé en ce qu ' est fixée l'élément intérieur une plaque comportant un orifice dans lequel l'élément intérieur est reçu, en ce qu'un corps en verre est inséré dans l'ouverture, en même temps que l'élément intérieur et la plaque, et en ce que le verre est assemblé par fusion sur l'élément extérieur, sur la plaque et sur l'élément On va maintenant décrire un exemple d'une structure incorporant la présente invention, et qui est formée selon un procédé conforme au second aspect de l'invention, en se référant aux dessins annexés dans lesquels la Figure 1 est une vue en coupe transversale partielle d'un dispositif électrique incorporant l'invention, la Figure 2 représente à plus grande échelle certaines parties du dispositif de la Figure 1, la Figure 3 est une illustration semblable à la Figure 2, représentant un agencement connu et la Figure 4 illustre une étape de fabrication du dispositif. Le dispositif représenté à la Figure 1 est un dispositif électrique comprenant un boîtier creux 10 et des composants internes qui ne sont pas représentés à la Figure 1 Le dispositif peut être, par exemple, un condensateur Une paire de fils électriquement conducteurs 11, 12 est prévue pour conduire le courant électrique vers le dispositif et à partir de celui-ci. Dans l'exemple particulier représenté, ces fils sont coaxiaux et s'étendent à partir du dispositif dans des sens opposés Dans le dispositif illustré, le boîtier constitue en outre une électrode du dispositif et le fil 12 est attaché au boîtier à une de ses extrémités. Le fil 12 peut être fixé sur une face externe du boîtier En variante, comme représenté à la Figure 1, le fil peut pénétrer à travers la paroi du boîtier Le fil 11 s'étend depuis l'extérieur du boîtier vers un composant intérieur du dispositif et il est isolé électriquement du boîtier 10. Dans l'exemple particulier représenté, le boîtier cylindrique et le fil 12 est attaché à une paroi d'extrémité du boîtier qui est d'un seul tenant avec une paroi latérale de celui-ci Une paroi d'extrémité opposée 13 du boîtier est formée séparément de la paroi latérale et est attachée à cette paroi latérale après l'insertion des composants internes dans le boîtier. La paroi d'extrémité 13 du boîtier comprend, à la périphérie de la paroi d'extrémité, une partie sensiblement cylindrique 14, qui s'appuie sur une surface interne de la paroi latérale du boîtier Une partie intermédiaire 15 de la paroi d'extrémité 13 part de la partie 14 et s'étend sur une fraction de l'espace compris entre elle et l'axe du boîtier Dans l'exemple représenté, cette partie intermédiaire 15 est sensiblement plate et comprend une surface opposée à l'intérieur du boîtier et située dans un plan V-V indiqué à la Figure 2 Une partie centrale 16 de la partie d'extrémité 13 définit un puits 29 dont l'orifice ouvert est opposé à l'intérieur du boîtier Au fond du puits se trouve un orifice 17 à travers lequel s'étend le fil 11. La partie du fil 11 qui s'étend à travers la paroi d'extrémité 13 est enfermée dans un tube rectiligne 18 Une extrémité du tube 18 est située à l'intérieur du boîtier et peut être alignée avec une surface de la paroi d'extrémité 13, tournée vers l'intérieur Une extrémité opposée du tube 18 est située à l'extérieur du boîtier et est sensiblement espacée de la paroi d'extrémité 13 Le tube 17 est espacé de la paroi d'extrémité 13 par un intervalle annulaire Un corps 19 en verre, qui occupe le puits 29 défini par la paroi d'extrémité 13, est assemblé par fusion tant à cette paroi d'extrémité qu'au tube 18, pour sceller hermétiquement le boîtier. Le boîtier 10, le fil 11 et le tube 18 sont métalliques et sont constitués de préférence par le même métal Dans l'exemple représenté, ces composants du dispositif sont tous en tantale Le fil 12 peut être formé d'une métal différent, de préférence un métal pouvant être brasé, et il est soudé à la paroi d'extrémité adjacente du boîtier La partie périphérique 14 de la paroi d'extrémité 14 est soudée sur la paroi latérale du boîtier et le tube 18 est soudé sur le fil il à l'extrémité du tube qui est distante de l'intérieur du boîtier Un prolongement métallique, qui peut être brasé, peut être soudée sur le fil Il et le tube 12. On connaît des condensateurs d'une structure conforme en général à ceux qui étaient décrits jusqu'ici en se référant à la Figure 1 Dans la fabrication des dispositifs connus, le corps en verre 19 est assemblé par fusion sur le tube 18 et sur la paroi d'extrémité 13, avant le montage de cette paroi d'extrémité sur la paroi latérale du boîtier et avant l'insertion du fil il dans le tube 18 Lorsque le verre est fondu, un ménisque est formé à la surface libre du verre, entre le tube 18 et la paroi d'extrémité 13, comme représenté à la Figure 3 On voit que le ménisque est concave Près du tube 18, la hauteur du ménisque est représentée par la dimension Y à la Figure 3 Par hauteur du ménisque adjacent au tube, on entend la distance mesurée le long du tube entre l'extrémité du corps en verre à la surface du tube et un plan indiqué par le nombre en chiffres romains XX à la Figure 3, qui est le plan le plus voisin de la partie centrale 16 de la paroi d'extrémité qui touche la surface libre du verre On notera que la hauteur du ménisque près de la partie intermédiaire 15 de la paroi d'extrémité du boîtier est un peu inférieure à la dimension Y, parce que la surface 21 du boîtier, qui est située à la périphérie du puits et est tournée vers le tube 18, se termine au voisinage de la surface libre du verre, là o la partie centrale 16 se raccorde avec la partie intermédiaire sensiblement plate 15 la paroi d'extrémité En revanche, le tube 18 se poursuit sans interruption depuis l'intérieur du boîtier vers une position située bien au-delà de la surface libre du corps en verre Près du tube 18, le ménisque est le même que ce qu'il serait si le tube 18 était d'une longueur infinie. Comme représenté aux Figures 1 et 2, le dispositif incorporant l'invention diffère du dispositif connu représenté à la Figure 3 par la présence, sur le tube 18, d'un autre composant qui présente, dans l'exemple illustré, la forme d'une plaque sensiblement plate 22 Le diamètre extérieur de la plaque 22 est sensiblement inférieur au diamètre du puits 29 défini par la paroi d'extrémité 13 La plaque est annulaire et est montée en ajustement serré sur l'extérieur du tube 18 La plaque est positionnée sur le tube de façon à reposer ou déboucher du puits 29 Le diamètre extérieur de la plaque 22 est sensiblement inférieur au diamètre du puits de sorte qu'il existe, entre la plaque et la paroi d'extrémité 13, un intervalle radial qui est suffisamment large pour empêcher une fuite significative de courant électrique en travers de l'intervalle lorsque le dispositif est en cours d'utilisation La surface périphérique 23 de la plaque 22 est de préférence cylindrique et coaxiale au boîtier 10 Cette surface est tournée, dans le sens transversal du puits, vers la partie intermédiaire 15 de la partie d'extrémité 13 de l'autre côté du puits et vers la paroi latérale du boîtier 10. La dimension de la surface périphérique 23 qui s'étend dans une direction le long de l'axe du boîtier et correspond à l'épaisseur de la plaque 22 est faible, par comparaison avec la dimension correspondante du corps en verre 19 Dans l'exemple illustré, la dimension de la plaque est comprise dans la plage de 0,1 à 1 mm Comme représenté à la Figure 2, la plaque est positionnée de telle manière que le corps en verre s'étend vers la surface périphérique 23. Cependant, la surface 23 se termine à la surface plate 24 de la plaque 22 qui est opposée à l'intérieur du boîtier 10 et la position de cette surface plate par rapport à la surface libre du verre est telle que la profondeur du ménisque près de la surface 23, représentée par la dimension Z à la Figure 2, est considérablement moindre que la profondeur du ménisque près du tube 18, dans l'agencement de la Figure 3 Par conséquent, la forme du ménisque sur le verre, immédiatement au voisinage de la surface périphérique 23 diffère de la forme du ménisque qui est représenté à la Figure 3 près du tube 18 La partie du corps en verre qui entoure la surface 23 est d'une épaisseur plus forte (mesurée selon une direction perpendiculaire à l'axe du boîtier 10) et d'une plus grande robustesse. L'interface entre la plaque 22 et le corps en verre 19 à la surface 23 est bien plus espacé de l'axe du boîtier 10 que l'interface entre le tube 18 et le corps en verre représenté à la Figure 3 Ceci contribue aussi à la robustesse du dispositif parce que toute force dirigée latéralement exercée sur le tube 18 et tendant à déplacer le tube par rapport à l'axe du boîtier est répartie sur une interface à plus grand rayon de courbure. A la Figure 2, le corps en verre 19 est représenté comme recouvrant sensiblement en totalité la surface périphérique 23 En variante, le volume de verre présent peut être tel que la surface périphérique 23 n'est que partiellement couverte par le verre. La profondeur du ménisque près de la surface périphérique 23 de la plaque n'est, de préférence, pas supérieure à 0,25 mm La surface plate 24 de la plaque 22 qui termine la surface périphérique sur le bord de celle-ci le plus éloigné du fond du puits peut, comme représenté à la Figure 2, être située dans un plan qui est un peu plus proche du fond du puits que le plan V-V) défini par la partie intermédiaire 15 de la paroi d'extrémité 13 à l'extérieur du boîtier En variante, la surface 24 peut être située un peu plus loin du fond du puits que ne l'est le plan V-V, défini par la partie intermédiaire 15 Cependant, la distance entre la surface 24 et le plan V-V ne dépasse pas 0,2 mm En outre, la distance dont l'espacement de la surface 24 par rapport au fond du puits dépasse l'espacement entre le fond du puits et la surface V-V n'est,de préférence, pas supérieure au jeu radial, entre la surface périphérique 23 et la paroi d'extrémité du puits 29. On comprendra que le tube 18 s'étend au-delà du plan V-V d'une distance considérable, certainement supérieure à l'espacement radial entre la surface 23 et la paroi latérale du puits. La Figure 4 représente le montage du tube 18 et de la plaque 22 sur la paroi d'extrémité 13 La paroi d'extrémité est placée dans un évidement du bloc 25, le débouché du tube 29 étant tourné vers le haut. L'évidement du bloc est dimensionné de façon à recevoir la paroi d'extrémité selon un ajustement coulissant serré, mais sans frotter sur la paroi d'extrémité La paroi d'extrémité peut être enlevée du bloc sans difficulté Le bloc supporte aussi une tige de guidage 27 qui s'étend le long de l'axe de la paroi d'extrémité 13, lorsqu'elle est située dans le bloc Un corps annulaire, préfabriqué en verre 18, est placé dans le puits 19 et le tube 18, qui porte déjà la plaque 22, est abaissé le long de la tige de guidage 17 de façon qu'une partie d'extrémité inférieure du tube entre dans le trou de l'anneau de verre et que la plaque 22 vienne reposer sur l'anneau de verre L'ensemble est ensuite placé dans un four et est chauffé suffisamment pour faire fondre le verre Le verre fond sur la paroi d'extrémité 13, le tube 18 et la plaque 22 Pour assurer que les composants occupent les positions nécessaires et qu'il ne reste pas de vides dans le puits, un poids (non représenté) peut être placé sur la partie en saillie vers le haut du tube 18 pour appuyer sur la plaque 22 et exercer une pression descendante sur le verre. Lorsque le verre a été fondu, on laisse l'ensemble se refroidir et il est ensuite assemblé avec la paroi latérale de boîtier 10, en plaçant le tube 18 au-dessus du fil 11 en saillie depuis le boîtier et en ajustant la paroi d'extrémité 13 à l'intérieur de la paroi latérale du boîtier La paroi d'extrémité est ensuite soudée sur le boîtier et le tube est soudé sur le fil 11 Pendant la soudure du tube sur le fil 11, la chaleur est inévitablement conduite, à l'extrémité du tube distante de l'intérieur du boîtier, le long du tube vers le corps 19 en verre La plaque 22 sert de puits thermique et réduit le choc thermique auquel le corps en verre serait soumis en l'absence de la plaque. il Ceci contribue à réduire le risque de défaillance du joint en verre. REVENDICATIONS 1 Structure comprenant un élément extérieur ( 16) creux définissant une ouverture, un élément intérieur ( 11, 18) qui s'étend à travers l'ouverture et un corps ( 29) en verre ou en un autre élément de scellement interposé entre les éléments intérieur et extérieur et assemblé par fusion avec eux pour sceller entre eux les éléments, l'élément intérieur ( 11, 18) étant d'une dimension s'étendant à travers l'ouverture qui est considérablement supérieure à la dimension correspondante dudit corps ( 29) et le corps ( 29) de l'élément de scellement comportant un ménisque concave s'étendant entre les éléments intérieur et extérieur, caractérisée en ce que l'élément intérieur ( 11, 18) comprend une partie centrale allongée qui s'étend à travers l'ouverture et une saillie annulaire ( 23), latérale, à partir de la partie allongée ( 18), en ce que le corps ( 29) de l'élément de scellement s'étend autour de l'ouverture depuis l'élément extérieur ( 16) vers la partie allongée ( 18) de l'élément intérieur ( 11, 18), et en ce que la saillie est approximativement au niveau d'une surface libre du corps ( 29) de l'élément de scellement de sorte que le ménisque du corps ( 29) en verre près de la saillie diffère du ménisque qui serait formé près de la surface périphérique de l'élément intérieur ( 11, 18) si cette surface périphérique était d'une longueur infinie. 2 Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite saillie latérale ( 22) est située sensiblement à un débouché de l'ouverture. 3 Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la dimension de la surface périphérique ( 23) de ladite saillie latérale ( 22), dans une direction traversant l'ouverture, est comprise dans la plage de 0,1 à 1 mm. 4 Structure selon la revendication 1 caractérisée en ce que la profondeur du ménisque près de ladite saillie latérale ( 22) de l'élément intérieur ( 11, 18) ne dépasse pas 0,2 mm. 5 Condensateur électrolytique caractérisé en ce qu'il comprend une structure telle que définie dans une quelconque des revendications précédentes. 6 Procédé destiné à sceller avec un jeu sensible, sur un élément extérieur ( 16) creux définissant une ouverture, un élément intérieur ( 11, 18) qui s'étend à travers l'ouverture, caractérisé en ce qu' est fixée sur l'élément intérieur ( 11, 18) une plaque comportant un orifice dans lequel l'élément intérieur ( 11, 18) est reçu, en ce qu'un corps ( 29) en verre est inséré dans l'ouverture, en même temps que l'élément intérieur ( 11, 18) et la plaque, et en ce que le verre est assemblé par fusion sur l'élément extérieur ( 16), sur la plaque et sur l'élément intérieur ( 11, 18).