Brevet FR2626134A1 — publié le 19890721

Applicateur à micro-ondes pour le traitement de produits, notamment pour la vulcanisation de produits en caoutchouc ou analogue. L'invention concerne un applicateur à micro-ondes pour le traitement par chauffage de produits en matériau diélectrique et notamment pour la vulcanisation de produits en caoutchouc ou analogue. Un dispositif de chauffage à micro-ondes comprend, de façon générale, une source de puissance du type magnétron propre à fournir une énergie micro-onde, cette source étant combinée à un applicateur propre à assurer le transfert d'énergie micro-onde entre la source et le produit à traiter. Parmi les nombreuses applications industrielles des dispositifs de chauffage à micro-ondes, on peut citer notamment la vulcanisation de produits en caoutchouc ou analogue. Les applicateurs existants sont groupés en quatre genres principaux - les cavités à dimensions inférieures à la longueur d'onde dans le vide XOI dites cavités mono-modes; - les cavités à dimensions supérieures à la longueur d'onde dites cavités multi-modes; - les guides d'ondes homogènes ; - les guides d'ondes non homogènes. Dans un dispositif de chauffage à micro-ondes, le choix de l'applicateur est conditionné par le type de chauffage requis, lequel dépend des caractéristiques diélectriques du matériau du produit à traiter, des dimensions de ce produit, de la plage de température de chauffage, du temps de chauffage, etc... L'applicateur qui fait l'objet de l'invention est du type comprenant une cavité multimode, c'est-à-dire une cavité à dimensions supérieures à 20, et une alimentation de cette cavité en énergie micro-onde. Les applicateurs connus de ce type présentent certains inconvénients en raison du fait que, dans une cavité multimode, la répartition du champ électromagnétique n'est pas homogène. Ce champ dépend de la géométrie du produit à chauffer, de sa température, de la fréquence d'excitation et de la déformation mécanique de la cavité. Différentes solutions ont déjà été envisagées pour tenter de remédier à ces inconvénients. C'est ainsi que l'on utilise couramment des brasseurs d'ondes rotatifs ou des supports rotatifs, mais ces dispositifs ne sont pas bien mai- trisés et ne donnent qu'un résultat médiocre. C'est, en conséquence, un but de l'invention de procurer un applicateur à micro-ondes du type à cavité multimode qui permet d'éviter les inconvénients ci-dessus. C'est, en particulier, un but de l'invention de procurer un tel applicateur qui permet d'assurer une bonne répartition de l'énergie micro-onde dans une cavité multimode. C'est encore un but de l'invention de procurer un tel applicateur qui peut etre utilisé tout particulièrement pour la vulcanisation de produits en caoutchouc ou matériaux analogues. Selon l'une des caractéristiques essentielles de l'invention, la cavité de l'applicateur présente une section droite ayant au moins en partie la forme générale d'une parabole, l'alimentation de la cavité est placée au foyer géométrique de la parabole et deux réflecteurs ajustables en position sont placés respectivement aux deux foyers secondaires de rayonnement de la parabole. Par l'expression "foyers secondaires de rayonnement", on entend désigner les deux points d'interférence entre le lobe de rayonnement principal de la parabole et respectivement les deux lobes de rayonnement secondaires de la parabole. Le lobe principal provient du rayonnement direct ou incident qui est issu du foyer principal, c'est-à-dire du foyer géométrique de la parabole. Les deux lobes secondaires proviennent de la superposition du rayonnement indirect ou réfléchi et du champ direct ou incident. La position des deux foyers secondaires dépend de l'angle d'ouverture de la parabole, comme on le verra plus loin. Grâce à la disposition des deux réflecteurs ajustables de l'invention, on peut modifier la répartition de l'éne :e micro-onde dans la cavité et notamment adapter cette repartition en fonction de la nature du produit à traiter. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les deux réflecteurs sont placés symétriquement par rapport à l'axe de la parabole, ces deux réflecteurs étant montés à rotation sur deux axes parallèles passant par les deux foyers secondaires. De préférence, l'alimentation de la cavité est un guide d'ondes circulaire à fentes rayonnantes, l'axe du guide passant par le foyer géométrique de la parabole. La cavité est de préférence limitée par des parois à génératrices parallèles s'appuyant sur une parabole ou une "pseudoparabole" dont la concavité est tournée vers le haut, par deux parois transversales d'extrémité et par une paroi supérieure. Dans une forme de réalisation de l'invention, les parois à génératrices parallèles s'appuient sur une pseudo-parabole et comprennent une paroi de fond et deux parois latérales inclinées qui se raccordent respectivement à la paroi de fond et à la paroi supérieure, par l'intermédiaire de deux autres parois verticales. Avantageusement, les parois transversales comprennent respectivement deux fentes en vis-à-vis pour permettre le défilement, à l'intérieur de la cavité, d'une bande transporteuse sans fin. Ainsi, il est possible de traiter un produit allongé, tel qu'un joint en caoutchouc, défilant en continu à l'intérieur de la cavité. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue de côté d'un applicateur conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne Il-Il de la figure 1; et - la figure 3 est un schéma montrant la position des deux foyers secondaires de la parabole de l'applicateur. L'applicateur représenté aux figures 1 et 2 comprend une enceinte formant une cavité multimode 10, ainsi qu'une alimentation 12 de cette cavité en énergie micro-onde. Cette cavité a une forme générale allongée et présente une section droite ayant au moins en partie la forme générale d'une parabole (figure 2). Dans l'exemple, la cavité est limitée par des parois à génératrices parallèles qui s'appuient sur une pseudo-parabole d'axe XX à concavité tournée vers le haut. Ces parois à génératrices parallèles comprennent une paroi de fond horizontale 14 qui se raccorde à deux parois latérales inclinées 16 et 18, le long respec tivement de deux arêtes 20 et 22 parallèles. La paroi 16 se raccorde à une paroi verticale 24 le long d'une arête horizontale 26 et la paroi 18 se raccorde à une paroi verticale 28 le long d'une arête horizontale 30, les arêtes 26 et 30 étant parallèles entre elles. Les parois 24 et 28 se raccordent à une paroi supérieure horizontale 32 le long respectivement de deux arêtes horizontales et parallèles 34 et 36. La cavité 10 est en outre limitée par deux parois d'extrémités 38 et 40 à contour en forme de pseudo-parabole, qui ménagent respectivement deux fenêtres rectangulaires 42 et 44. Ces deux fenetres sont à direction générale horizontale et permettent le passage, au travers de la cavité, d'une bande transporteuse sans fin 46. Celle-ci permet de faire défiler en continu à l'intérieur de la cavité un produit 48, lequel peut être constitué, par exemple, par un joint en caoutchouc qu'il convient de vulcaniser. Les parois délimitant la cavité 10 sont en un matériau métallique, par exemple en acier inoxydable ou en aluminium, de manière à permettre de réfléchir le rayonnement issu de l'alimentation 12. Cette dernière comprend un guide d'ondes circulaire 50 muni de fentes rayonnantes 52. L'axe 54 du guide d'ondes 50 passe par le foyer géométrique de la parabole et s'étend parallèlement aux génératrices de la cavité, c'est-à-dire parallèlement aux aretes 20, 22, 26, 30, 34 et 36. Le guide d'ondes 50 est couplé à un magnétron (non représenté). L'applicateur de l'invention comprend en outre deux réflecteurs 56 et 58 ajustables en position et placés respectivement aux deux foyers secondaires de rayonnement de la parabole. Ces deux réflecteurs sont constitués chacun par une plaque métallique de forme généralement rectangulaire, réalisée par exemple en acier inoxydable ou en aluminium, et sont montés respectivement à rotation sur deux axes 60 et 62 passant par les deux foyers secondaires précités. Ces deux axes 60 et 62 sont parallèles entre eux et parallèles aux génératrices de la cavité. Ils sont disposés symétriquement par rapport à l'axe XX de la parabole. Dans l'exemple, la plaque métallique constitutive de chaque réflecteur 56 ou 58 est plane, son plan passant par l'axe de rotation correspondant 60 ou 62. Les deux réflecteurs peuvent être ajustés en position, indépendamment l'un de l'autre, par rotation autour de l'axe 60 ou 62 correspondant. On peut ainsi modifier la répartition et la distribution du champ électromagnétique sur le produit 48, pour tenir compte notamment de la géométrie du produit et du ou des matériaux qui le constituent. Le règlage de la position des réflecteurs 56 et 58 peut s'effectuer manuellement ou, de préférence, automatiquement par des moyens d'asservissement qui seront convenablement couplés à des moyens de détection appropriés. Ces moyens de détection peuvent être constitués, par exemple, par des sondes qui prélèveront une partie du champ électromagnétique à proximité immédiate de la zone de déplacement de la bande transporteuse 46. On se réfère maintenant à la figure 3 qui illustre la manière dont on peut définir les foyers secondaires de rayonnement précités. On a représenté sur cette figure, en traits interrompus, le fond d'une parabole P ayant un foyer géométrique ou foyer principal Fp. Cette parabole est limitée par deux points A et B disposés symétriquement de part et d'autre de l'axe XX de la parabole. Les points A, Fp et B définissent ainsi un secteur angulaire dont l'angle au sommet correspond à l'ouverture de la parabole. En traçant une droite passant par les points A et Fp, on obtient sur la parabole P un point C. Si l'on trace une droite passant par les points A et Fp, cette droite coupe la parabole P en un point C. De façon correspondante, si l'on trace une droite passant les points B et Fp, cette droite coupe la parabole P en un point D symétrique du point C par rapport à l'axe XX. En traçant les segments de droite AD, DC et CB on peut définir une forme pseudo-parabolique correspondant à la forme définie par les parois 14, 16 et 18 de la figure 2. Si l'on trace une demi-droite DD' parallèle à l'axe XX, cette demi-droite intersecte le segment AC en un point Fs qui définit l'un des deux foyers secondaires de rayonnement de la parabole P. De façon correspondante, si l'on trace une demi-droite CC' parallèle à l'axe XX, cette demi-droite intersecte le segment BD en un point F's qui constitue l'autre foyer secondaire, les points FS et F's étant symétriques par rapport à l'axe XX. Ces deux points FS et F's définissent respectivement l'emplacement des deux axes 60 et 62 des réflecteurs 56 et 58 (figure 2). Il serait bien évidemment possible de réaliser une cavité conforme à l'invention, dont la section droite a une forme strictement parabolique. Toutefois, il a été constaté qu'une section pseudo-parabolique, tel que défini précédemment, permet d'obtenir des résultats satisfaisants. D'autre part, il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée au cas particulier d'une cavité susceptible d'être traversée en continu par une bande transporteuse. Elle s'applique également au cas d'une cavité munie d'une porte étanche susceptible d'être ouverte pour l'introduction du produit à traiter et ensuite fermée lors du traitement du produit par le champ électromagnétique. Revendications. 1. Applicateur à micro-ondes pour le traitement de produits, notamment pour la vulcanisation de produits en caoutchouc, du type comprenant une cavité multimode et une alimentation de cette cavité en énergie micro-onde, caractérisé en ce que la cavité (10) présente une section droite ayant au moins en partie la forme générale d'une parabole, en ce que l'alimentation (12) est placée au foyer géométrique de la parabole et en ce que deux réflecteurs (56, 58) ajustables en position sont placés respectivement aux deux foyers secondaires de rayonnement de la parabole. 2. Applicateur à micro-ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux réflecteurs (56, 58) sont placés symétriquement par rapport à l'axe (XX) de la parabole. 3. Applicateur à micro-ondes selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux réflecteurs (56, 58) sont montés à rotation sur deux axes respectifs parallèles (60, 62) passant par les deux foyers secondaires. 4. Applicateur à micro-ondes selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacun des réflecteurs (56, 58) comprend une plaque métallique plane dont le plan passe par l'axe de rotation (60, 62). 5. Applicateur à micro-ondes melon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'alimentation (12) comprend un guide d'ondes circulaire (50) à fentes rayonnantes (52), l'axe (54) du guide d'ondes passant par le foyer géométrique de la parabole. 6. Applicateur à micro-ondes selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la cavité (10) est limitée par des parois (14, 16, 18) à génératrices parallèles s'appuyant sur une parabole ou une pseudo-parabole dont la concavité est tournée vers le haut, par deux parois transversa les d'extrémité (38, 40) et par une paroi supérieure (32). 7. Applicateur à micro-ondes selon la revendication 6, caractérisé en ce que les parois à génératrices parallèles s'appuient sur une pseudo-parabole et comprennent une paroi de fond (14) et deux parois latérales inclinées (16 et 18), lesquelles se raccordent respectivement à la paroi supérieure (32) par deux parois verticales (24 et 28). 8. Applicateur à micro-ondes selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les deux parois transversales d'extrémité (38 et 40) comprennent respectivement deux fentes (42, 44) en vis-à-vis pour permettre le défilement, à l'intérieur de la cavité (10) d'une bande transporteuse sans fin (46) propre à acheminer un produit (48) défilant en continu dans l'enceinte.