Brevet FR2722213A1 — publié le 19960112

La présente invention concerne un dispositif pour créer un faisceau d'ions d'énergie ajustable notamment pour le traitement au défilé et sous vide de surfaces de grandes dimensions. Pour traiter en particulier des tôles de véhicules automobiles, afin d'en augmenter la résistance à la corrosion, il est connu de les soumettre à un bombardement d'ions obtenus par ionisation d'un gaz approprié tel que de l'azote. Le traitement au défilé d'une tôle consiste à déplacer cette dernière dans le champ d'un faisceau d'ions immobile, de manière à ce que le faisceau d'ions balaye toute la surface de la tôle. Selon la densité du faisceau d'ions, on déplace la tôle à une vitesse appropriée pour obtenir le bombardement désiré. Pour pouvoir mettre en oeuvre cette technique, il est préférable de disposer d'un faisceau d'ions de largeur importante. Mais dans ce cas, le problème se pose de générer un faisceau d'ions qui soit suffisamment dense et homogène sur toute sa largeur. La présente invention vise à fournir un dispositif apte à fournir un faisceau d'ions dense de grande largeur et d'une bonne homogénéité, qui est donc particulièrement adapté au traitement au défilé de surfaces de grandes dimensions. La présente invention a pour objet un dispositif pour créer un faisceau d'ions notamment pour le traitement au défilé de surfaces de grandes dimensions, comportant une chambre d'ionisation dans laquelle un gaz peut étre introduit pour y subir l'action d'un champ électrique alternatif à haute fréquence, une optique d'extraction apte à extraire des ions de la chambre d'ionisation et émettre un faisceau d'ions sortant du dispositif et des moyens d'excitation aptes à établir le champ électrique alternatif à haute fréquence à l'intérieur de la chambre d'ionisation, en étant raccordés par un guide d'ondes à un générateur de micro-ondes, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'excitation comprennent un caisson conducteur accolé à une paroi de la chambre d'ionisation, l'intérieur de ce caisson étant divisé en une première partie, opposée à la chambre d'ionisation, dans laquelle débouche le guide d'ondes, et une seconde partie, adjacente à la chambre d'ionisation, dans laquelle sont régulièrement réparties des cavités conductrices cylindriques sensiblement identiques, ouvertes à leurs deux extrémités, et dont les axes longitudinaux sont parallèles entre eux et perpendiculaires à ladite paroi de la chambre d'ionisation, chaque cavité comportant un organe de réglage apte à ajuster la quantité d'énergie micro-onde traversant ladite cavité. Selon l'inventlon, on entend par cavité cylindrique une cavité dont la section transversale est constante. Cette section peut être de forme quelconque, et de préférence rectangulaire. On comprend que les moyens d'excitation selon l'invention constituent un diviseur de puissance qui a pour fonction de répartir l'énergie fournie par le générateur de micro-ondes entre les différentes cavités, lesquelles constituent chacune un guide d'ondes indépendant qui rayonne, a son ouverture voisine de la chambre d'ionisation, dans ladite chambre d'ionisation. Les cavités étant sensiblement identiques, elles émettent la même quantité d'énergie dans la chambre d'ionisation. En outre, les cavites étant régulièrement réparties dans le caisson, le champ électrique généré dans la chambre d'ionisation présente une bonne homogénéité. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les cavités sont alignées sur deux rangées parallèles à la grande dimension de la face de la chambre d'ionisation qui est située en regard de l'optique d'extraction, et sont disposées en quinconce entre ces deux rangées. Dans ce mode de réalisation, le déplacement des pièces à traiter selon une direction perpendiculaire aux deux rangées de cavités permet d'améliorer encore l'homogénéité du traitement ionique de chaque pièce, du fait que les zones les moins denses de la première rangee sont compensées par les zones les plus denses de la seconde rangée, et inversement. Conformément a 1' Invention, la chambre d'ionisation est séparée du caisson conducteur par une fenêtre diélectrique étanche au gaz à ioniser et perméable aux ondes électromagnétiques. Si elle est soumise à l'action d'éventuelles particules métalliques émises par la surface de la pièce en cours de traitement, la fenétre diélectrique a tendance à se métalliser et à perdre, de ce fait, ses propriétés diélectriques. I1 peut en résulter une dégradation de l'efficacité du dispositif. I1 est alors nécessaire de remplacer ladite fenêtre diélectrique, ce qui ne pose aucun problème pour des dispositifs de petite dimension. En revanche, le dispositif selon l'invention comporte une fenêtre diélectrique de grande taille qui constitue une pièce coûteuse et difficile à remplacer. Pour résoudre cet inconvénient dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'axe de l'optique d'extraction est incliné par rapport à l'axe longitudinal du dispositif, de manière à empêcher d'éventuelles particules métalliques émises par la surface de la pièce en cours de traitement d'atteindre ladite fenêtre diélectrique. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la paroi extérieure de la chambre d'ionisation comporte des aimants permanents qui ont pour effet de créer un champ magnétique statique dans la chambre d'ionisation. Grâce à la combinaison du champ électrique alternatif et du champ magnétique statique, l'efficacité de l'ionisation est accrue par le phénomène connu de résonance électronique cyclotron. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant deux modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe selon Il-Il de la figure 1, - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 d'un dispositif selon un second mode de réalisation de l'invention et, - la figure 4 est une vue en coupe et à plus grande échelle selon IV-IV de la figure 3. Le dispositif représenté sur le dessin comporte une chambre d'ionisation 1 dans laquelle un gaz peut être introduit par un orifice 2. La chambre 1, qui est parallélépipédique, est allongée selon une direction X. Une optique d'extraction 3 comportant de préférence trois grilles est placée devant l'une des faces la de la chambre d'ionisation. L'axe des grilles est parallèle à l'axe longitudinal du dispositif. Sur sa face lb opposée à la face la, la chambre d'ionisation comporte une paroi réalisée en un matériau diélectrique, perméable aux micro-ondes, par exemple en quartz, qui constitue une fenêtre diélectrique étanche au vide, et donc au gaz, au sens de l'invention. Des aimants permanents 5 sont disposés sur les deux grandes faces latérales lo de la chambre d'ionisation. A la manière connue, deux aimants voisins présentent des polarités opposées. Un diviseur de puissance 6 est appliqué contre la face lb de la chambre d'ionisation 1. Ce diviseur de puissance 6 comprend un caisson électriquement conducteur 7, schématisé en trait interrompu, de même section transversale que la chambre d'ionisation 1. Conformément à l'invention, l'intérieur du caisson 7 est divisé en une première partie S opposée à la chambre d'ionisation 1 et une seconde partie 9, contiguë a la première et adjacente à la chambre d'ionisation 1. Un guide d'ondes 10 débouche à l'intérieur du caisson 7 dans sa première partie 8. Ce guide d'ondes 10 est relié à un adaptateur d'impédance 11, qui comporte avantageusement trois pistons d'accord lla, et est lui-même alimenté par un générateur de micro-ondes non représenté. La seconde partie 9 du caisson 7 comporte des cavités conductrices cylindriques à section rectangulaire de mêmes dimensions qui sont constituées par une unique paroi 12, parallèle à la direction X, et s'étendant sur toute la longueur du caisson 7, et par des cloisons 13, perpendiculaires à la paroi 12, disposées de part et d'autre de cette dernière. La paroi 12 et les cloisons 13 sont électriquement conductrices. Sur la vue en coupe de la figure 2, on voit clairement que les cavités 14 ainsi définies dans la seconde partie 9 du caisson 7 présentent les mêmes dimensions. Les cavités 14 sont ainsi alignées sur deux rangées parallèles 15a et lSb et sont en outre disposées en quinconce entre ces deux rangées. De cette manière, lorsque des pièces à traiter défilent selon une direction Y perpendiculaire à la direction X, elles subissent successivement l'action d'un premier faisceau d'ions issu de la rangée 15a et celle d'un second faisceau d'ions issu de la rangée 15b, de sorte que les deux traitements ioniques successifs se superposent, ce qui permet de compenser d'éventuels défauts d'homogénéité du faisceau de chaque rangée, notamment entre les régions centrales des cavités 14 et les régions voisines des parois 12, et de la cloison 13. De manière à assurer une bonne répartition de l'énergie micro-ondes entre les différentes cavités 14, le caisson 7 comporte en outre, sur ses grandes parois latérales, des vis de réglage 16 qui débouchent chacune dans une cavité 14. La partie de chaque vis de réglage 16 qui débouche dans la cavité 14 correspondante constitue un obstacle au passage des micro-ondes, de sorte qu'en vissant plus ou moins cette vis 16, on règle la quantité d'énergie qui traverse ladite cavité 14. Ainsi, les cavités les plus éloignées de l'embouchure du guide d'ondes 10 peuvent rayonner dans la chambre d'ionisation 1 sensiblement la même quantité d'énergie que les cavités situées au voisinage de l'embouchure du guide d'ondes 10. Du fait de la disposition en quinconce des cavités 14 entre les deux rangées îSa et 15b, il subsiste des petits espaces inutilisés 17 à l'une des extrémités de chaque rangée. La dimension de ces espaces 17, selon la direction X, est égale à la moitié de la longueur des cavités 14. Dans le mode de réalisation représenté, les espaces inutilisés 17 sont occupés par des cales conductrices en laiton ou en aluminium 18, en forme de demi parallélépipède, tronqué selon un plan diagonal. Les cales 18 sont disposées dans chaque espace 17 avec leur base appliquée contre la paroi 4 de la chambre d'ionisation. Ainsi, la section de chaque cale 18 va croissant depuis l'interface entre les parties 8 et 9 du caisson 7 en direction de la chambre d'ionisation 1. De cette manière, on évite d'éventuelles réflexions d'ondes dans la première partie 8 du caisson, ce qui pourrait perturber la répartition de l'énergie entre les cavités 14. Dans l'exemple illustré, la dimension du dispositif selon la direction X est d'environ 50 cm et selon la direction Y d'environ 4 cm. Sur les figures 3 et 4, on a représenté un second mode de réalisation de l'invention dans lequel l'optique d'extraction 3', qui est également constituée par trois grilles, est positionnée avec son axe incliné par rapport à l'axe longitudinal t2 du dispositif. 2 A cet effet, la chambre d'ionisation 1' présente la forme d'un demi-parallelépipède dont la section droite est un rectangle et dont la face avant la est inclinée, comme on le voit sur les figures 3 et 4, par rapport à sa face arrière l'b. Ainsi que représenté sur la vue en coupe de la figure 4, cette disposition de l'optique d'extraction 3 empêche d'éventuelles particules métalliques émises par la surface d'une pièce 20 soumise à un faisceau d'ions délimité par deux traits mixtes 21 d'atteindre la fenêtre étanche au gaz 4. En effet, on voit que les trajectoires 19 des particules métalliques qui traversent l'optique d'extraction 3 en sens contraire du faisceau d'ions aboutissent sur l'une des parois latérales l'c de la chambre d'ionisation 1'. Par conséquent, seule cette paroi l'c est susceptible de se métalliser, ce qui n'a aucune incidence sur la formation du faisceau d'ion. En revanche, la paroi étanche 4 étant soustraite aux particules métalliques, elle conserve ses propriétés diélectriques. I1 n'est donc plus nécessaire de la remplacer. Il est bien entendu que le mode de réalisation qui vient d'être décrit ne présente aucun caractère limitatif et qu'il pourra recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour créer un faisceau d'ions notamment pour le traitement au défilé de surfaces de grandes dimensions, comportant une chambre d'ionisation dans laquelle un gaz peut etre introduit pour y subir l'action d'un champ électrique alternatif à haute fréquence, une optique d'extraction apte à extraire des ions de la chambre d'ionisation et émettre un faisceau d'ions sortant du dispositif et des moyens d'excitation aptes à établir le champ électrique alternatif à haute fréquence à l'intérieur de la chambre d'ionisation, en étant raccordés par un guide d'ondes à un générateur de micro-ondes, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'excitation comprennent un caisson conducteur (7) accolé à une paroi (lb) de la chambre d'ionisation (1), l'intérieur de ce caisson (7) étant divisé en une première partie (8), opposée à la chambre d'ionisation (1), dans laquelle débouche le guide d'ondes (10) et une seconde partie (9), adjacente à la chambre d'ionisation (1), dans laquelle sont régulièrement réparties des cavités (14) conductrices cylindriques sensiblement identiques, ouvertes à leurs deux extrémités, et dont les axes longitudinaux sont parallèles entre eux et perpendiculaires à ladite paroi (lb) de la chambre d'ionisation (1), chaque cavité comportant un organe de reglage (16) apte à ajuster la quantité d'énergie micro-onde traversant ladite cavité (14). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'axe (ss1) de l'optique d'extraction (3') est incliné par rapport à l'axe longitudinal ( (02) du dispositif, de manière à empêcher d'éventuelles particules métalliques (19), émises par la surface de la pièce (20) en cours de traitement, d'atteindre une fenêtre diélectrique (4) séparant la chambre d'ionisation (1) du caisson conducteur (7). 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les cavités (14) sont alignées sur deux rangées (15a,156) parallèles à la grande dimension (X) de la face (la) de la chambre d'ionisation (1) qui est située en regard de l'optique d'extraction (3), et sont disposées en quinconce entre ces deux rangées. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la paroi extérieure (lc) de la chambre d'ionisation (1) comporte des aimants permanents (5) qui ont pour effet de créer un champ magnétique statique dans la chambre d'ionisation (1). 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les cavités (14) sont constituées par une unique paroi (12) parallèle à grande dimension de la chambre d'ionisation (X), et s'étendant sur toute la longueur du caisson (7), et par des cloisons (13), perpendiculaires à ladite paroi (12) disposées de part et d'autre de cette dernière.