<Desc/Clms Page number 1>
VENSTEREENHEID VOOR BEHANDELINGSKAMER MET MICROGOLFSTRALING
De ultvinding betreft een venstereenhe1d voor een kamer ter behandeling van voorwerpen en materialen met microgolfstraling. Ze betreft tevens een met deze venstereenhetd uitgeruste kamer, bijvoorbeeld een microgolfoven.
Het is bekend dat venstereenheden voor mtcrogolfovens een scherm moeten omvatten dat de binnenin opgewekte m1crogolfstraling niet mag doorlaten. Tot op heden wordt hiervoor een metaalgaas aangewend met fijne openingen en zoals beschreven o. a. 1n de Nederlandse octroolaanvraag 7704607. Dit gaas 1s dan gevat tussen de glasplaten van het ovenvenster en via een aarding verbonden met het omringende materlaal van de ovendeur.
Alhoewel de microgolfafscherming hiermee afdoende is verzekerd, heeft deze ultvoering evenwel het nadeel dat het scherm n1et kontinu transparant 1s waardoor een vlotte kontrole op zicht van het behandelingsproces te wensen overlaat.
De vinding heeft derhalve tot doel een venstereenheld te verschaffen die de vereiste afscherming waarborgt en tegelljk een kont1nue transparantie bezit zoals bijv. bij een glazen ruit, welke transparantie overigens zo hoog en zo natuurlijk mogelijk is, m. a. w. zoveel mogelijk deze van gebruikelijk kleurloos glas benadert.
Voor zover 1n de behandelingskamer ook Infra-rood warmtestraling wordt toegepast naast microgolfstra11ng zal het kontinu transparante scherm bij voorkeur tegelljk deze infra-rood strang reflecteren In de oven ter beperking van warmteverllezen, en ook om ve11ighe1dsredenen (gevaar voor brandwonden bij de gebrutker).
Aan deze probleemstelling volgens de uitvinding wordt nu tegemoetgekomen door voor de venstereenhe1d een voor licht (zichtbaar spectrum) kont1nu transparant scherm te klezen dat een plaatvormige
<Desc/Clms Page number 2>
drager omvat waarvan tenminste een zljde elektrisch geleidend ls. De drager kan hierbij dus In een bepaalde ultvoeringsvorm volgens de ultvinding een niet geleidende zijde bezitten. In dit geval moet de andere zijde, d. w. z. het andere oppervlak, een elektrische weerstand bezitten van ten hoogste 5, 5 ohm per vierkant en liefst zelfs beneden 3 0/0.
Wanneer evemwel beide zijden elektrisch geleidend zijn dan zal de oppervlakteweerstand aan elke zijde In het algemeen moeten lager zijn dan 11 ohm per vierkant en bij voorkeur tussen 3 en 6 ohm per vierkant.
De drager zal bij voorkeur een transparante folle of plaat zijn voorzien van een kont1nu transparante bekleding met de gesch1kte geleidbaarheid. d. w. z. binnen de hiervoor vermelde grenzen voor de oppervlakteweerstand. Zoals verder toegelicht verdienen door sputteren of opdampen aangebrachte metaalachtige bekledingen de voorkeur.
Vanzelfsprekend zal de transparantie bij genoemde weerstandsgrenzen zo hoog mogelljk zijn. Bovendien zal de kleur van de bekledingslaag bij voorkeur zo neutraal mogel1jk zljn, bijv. licht grijs of grijsachtig, tene1nde het natuurlijk ultzicht van het te behandelen materlaal of voorwerp zo weinig mogelljk te vervormen.
Hierdoor blijft dan een zo weinig mogelljk vervalste, nagenoeg natuurgetrouwe en derhalve betrouwbare z1chtkontrole mogelljk.
In het geval dat de drager een geleidende zijde bezit en een niet geleidende, zoals hiervoor vermeld, kan vlot een aantrekke- lijkte hoge transparantie van minimum 40% voor zichtbaar licht bere1kt worden. Deze ultvoering biedt het voordeel dat slechts een ztjde van de drager moet bekleed worden met de metaalachtige geleidende laag.
Daar de metaalachtige geleidende lagen meestal gevoelig zljn voor oxydat1e, corrosie en andere beschadiging, bijv. door krassen,
<Desc/Clms Page number 3>
zal de drager bij voorkeur voorzlen zijn van tenminste een transparante beschermlaag die zieh bevindt tegenover genoemde geleidende bekled1ngslagen.
Een en ander zal thans nader toegelicht worden aan de hand van enkele uitvoeringsvormen en voorbeelden en onder verwijzing naar bijgaande figuren. Bijkomende voordelen zullen daarb1j verduidelijkt worden.
Figuur 1 toont schematisch in doorsnede een gelaagde struktuur als venstereenheld, omvattende als scherm een drager die langs een zijde voorz1en 1s van een geleidende bekleding en dat via transparante 11jmlagen gevat zit tussen glasplaten.
Figuur 2 stelt een var1ant voor waarbij de drager langs weersz1jden bekleed 15.
Flguur 3 geeft een ultvoerlng weer waarin als drager een of twee glasplaten toegepast worden die eenzljdig voorzien zijn van een geleidende bekleding.
Figuur 4 betreft een andere variant waarb1j het scherm geplaatst is
In de spouw van een ruit met dubbele beglazing.
Figuur 5 toont een ovenslultlng waarbij een aarding van het scherm achterwege kan blijven.
F1guur 6 1s een grafiek die de doorlaatbaarheid illustreert en reflectie van het scherm t. a. v. licht en nabije Infra-rood.
De venstereenheld 1 volgens F1guur 1, zoals bijv. toepasbaar
EMI3.1
1n de ovendeur van een microgolfoven, 15 In de vensteropening van het deurpaneel 2 opgenomen. Deze eenheid vormt via haar randelement 3 een elektrisch geleldend kontakt met de omringende geleidende (metaal-) rand 4 van het paneel 2. De venstereenheld zelf omvat een binnenste glasplaat 5 (d. w. z. een glasplaat toegekeerd naar de binnenkant van de oven of behandeltngskamer) en een buitenste glasplaat 6. Tussen deze glasplaten 1s het kontinu transparante microgolfreflekterend scherm 7 aangebracht.
Dit scherm kan desgewenst via geschikte transparante kleeflagen 8, bijv. uit polyvinylbutyrol
<Desc/Clms Page number 4>
tussen de glasplaten bevest1gd worden. Het kan ook volstaan het scherm enkel ter plaatse van z1Jn randen vast te kleven aan een of beide glasplaten. Vastkleven kan zelfs achterwege gelaten worden wanneer de platen voldoende aanslultend aandrukken voor het aldus geklemd houden van het scherm. I. p. v. glasplaten kunnen ook transparante polycarbonaatplaten toegepast worden.
Het scherm 7 omval een transparante polyethyleentercrtalaat- folte 9 als plaatvomige drager waarop langs één zijde een licht- gr1jze en kontinu transparante, elektrisch geleidende bekled1ngslaag 10, bijv. ult zilver, 15 aangebracht. Kunststoffol1es met transparante zllverlaag zijn bekend, bijv. uit het USA octrool 4, 331, 990. De polyesterfolle 9 volgens de vinding In deze u1tvoer1ngsvorm (figuur 1) heeft bij voorkeur een dikte van tenminste ongeveer 100 m1cron tenelnde een vlotte kleefbewerking (zonder rtmpelvorm1ng) te kunnen waarborgen.
De kont1nu en egaal transparante grijze z1lverlaag heeft in het algemeen een dikte tussen 250 A en 300 A tenetnde een oppervlakteweerstand van hooguit 2,2 ohm per vierkant te kunnen bereiken. Bij een dikte van 280 A bijv. bedraagt de weerstand nagenoeg 1, 9 ohm per vierkant. De zilverlaag kan opgebracht worden door plasmasputteren in argon. Bij voorkeur zal tussen de zllverlaag en de polyesterdrager (of substraat) 9 een ant1reflekterende overgangslaag aanwezig zljn voor zichtbaar licht, bijv. uit indium-oxyde en met een dikte van ongeveer 150 A. Eveneens kan de zilverlaag aan haar bultenkant afgedekt zljn met een analoge lndlum-oxydelaag.
Dit scherm heeft een nominale transparantie van nagenoeg 44 X voor zichtbaar licht wanneer de zilverlaag een dikte beztt van 280 A.
In figuur 6 is grafisch de doorlaatbaarheid en reflekt1e van dit scherm weergegeven voor elektromagnetische golven gaande van het zichtbaar spectrum over het nabije infra-rood. Curve 29 toont een gemiddelde transmissiewaarde van ru1m 40 % met een piek van 44 % voor het zichtbare spectrum. De transmissie neemt snel af in het na- blije Infra-rood tot beneden 10 % terwijl de reflekt1e van de golven
<Desc/Clms Page number 5>
(curve 30) In het infra-roodgebied sterk toeneemt tot over 90 %.
Bovendien blijft de absorptie (curve 31) over het hele bereik laag. Dit betekent dat het scherm naast zijn relatief hoge transparant1e In het zichtbaar spectrum tegelljk doelmatige 1nfra-rood-stral1ng terugkaatst In de oven- of kamerruimte. Ook voor het verre infra-rood (golflengte # = 10 m). dat een ultgesproken warmtestra11ng is, 119t de reflekt1e hoog en de absorptie laag zodat
EMI5.1
de transmss 5 y blijft. Het scherm op (zeer weinig absorptie) en laat ook zeer weinig warmteverliezen door naar bulten.
Dit is vooral Interessant wanneer naast microgolfbehandeling-bijv. microgolfopwarming-ookinfraroodverwarming. bijv. grills worden toegepast In de oven.
De glasplaten 5 en 6 hebben de gebruikelijke dikte van 2 tot 5 mm. De lijmverbinding verhoogt tevens de vetheid van de venstereenhe1d : bij glasbreuk worden de scherven Immers samengehouden via de lljmlaag met de drager van het scherm.
Een geleidend randelement 3 loopt over de omtrek van de venstereenhe1d In kontakt met de geleidende transparante deklaag 10.
Een zelfk1evende koperstrip van het type "Scotch" 1245 (merknaam van Minnesota Mining and Manufacturing Comp. ) is hiervoor geschikt. Dok kan men 1. p. v. een koperstrip b1jv. door zeefdruk een geleidende zllververf aanbrengen op de randzone 3. Een monelgaas 1s eveneens geschikt. Het randelement 3 sluit dan aan tegen het metalen raamprofiel 4 van het deurpaneel teneinde lekken voor microgolfstraling In deze randzone te vermijden.
Indien als kontinu transparant scherm 7 een tweezijdig met ztlver beklede drager 11 wordt verkozen, zoals geschetst In figuur 2, dan zal de oppervlakteweerstand langs elke zijde bij voorkeur liggen tussen 3 en 6 ohm per vierkant. De transparantie bij deze configuratie 1s lager dan In het eerste geval. Dit kan dan enigszins gekompenseerd worden door in de oven een sterkere verlichting te
<Desc/Clms Page number 6>
voorzien. De opbouw van het laminaat volgens figuur 2 1s analoog aan deze In figuur 1. Het scherm 7 omvat een drager 11 met twee zilverlagen 12 resp. 13.
Een ultstekende rand 14 kan omgeploold worden en bijv. onder tussenvoeging van een koperstr1p 3 kontakt maken met het raamproflel 4. In plaats van een dubbelzijdig bekleed substraat 11 kan men ook twee eenzijdig beklede substraten lla, llb toepassen met dezelfde oppervlakweerstandswaarden voor de bekledingslagen en met de niet beklede zijden tegen elkaar. bij voorkeur onder tussenvoeging van een geschikte transparante lijmlaag 15. Deze situatie 1s geschetst In de onderste helft van figuur 2.
Het 1s gebleken dat deze opstelllng lla, llb veel beter mterogolven reflekteert dan een op- stelling van twee eenzijdig zilver beklede folles met de zilverlagen tegen elkaar en met dezelfde oppervlakteweerstand. Een minimum afstand van 250 micron tussen twee naburige geleidende bekledingen met genoemde weerstandsgrenzen 1s aangewezen.
Desgewenst kan een kontinu transparante geleidende zilverlaag 17 met bijv. een oppervlakteweerstand onder 2, 2 % direkt op een der glasplaten 18 of 16 als drager, en bij voorkeur op de binnenste (18) neergeslagen worden volgens op zichzelf bekende technieken. De andere glasplaat (16) vormt dan een transparante beschermlaag die zich bevindt tegenover de geleidende bekleding 17 ; ze 1s dan bij voorkeur weer door een transparante lijmlaag 8 met de aangrenzende plaat (18) verbonden. Eventueel kunnen twee zilverbeklede glasplaten 19 en 20 parallel gekomb1neerd worden zoals gesuggereerd onderaan In figuur 3.
De weerstanden van de zilverlagen 22 en 23 zullen dan weer btj voorkeur tussen 3 en 6 Q/o liggen en een transparante tussenlaag 21, bijv. een lijmlaag, folie of spouw met dikte over 250 micron zal aangewezen zijn ter bevordering van het m1crogolfreflekt1evermogen zoals hiervoor werd toegelicht. Een randelement 3 wordt weer tussengeklemd In kontakt met de lagen 22, 23 en het raamprof1el 4.
<Desc/Clms Page number 7>
Een verdere variant betreft de ultvoering volgens figuur 4 onder toepassing van een ruit met dubbele beglazing 24,25. In de spouw 26 is een scherm 7, of een beklede drager 11 of lla, llb geklemd zoals hiervoor beschreven. Zoals gebruikelijk 1s het scherm bevestigd tussen afstandshouders 28 en is de vensterrand met behulp van een geschikte kleefpasta 27 afgedicht. De drager 7 of 11 1s bijv. een transparante plaat of aangepaste krimpfolie analoog aan deze toegepast volgens US octroo1 4, 335, 166. Een uitstekende Fo11erand 3 kan desgewenst weer gepast omgevouwen worden en onder tussenvoeging van een geleidende strip 3 kontakt maken met het raamprofiel 4.
Figuur 5 toont in doorsnede een u1tvoer1ngsvorm van een ovensluiting waarbij een aarding van het scherm achterwege kan blij- ven. Dit vereenvoudigt de montage van de venstereenheid. Teneinde evenwel bij deze uitvoering microgolflekken via de ovendeurranden te beletten moet een zeer specifieke dimensionering gerespecteerd worden. Tegen de opstaande geleidende (metalen) voorwand 32 van de oven die overloopt In de haaks daarop verlopende binnenwand 33 moet het deurpaneel 34 aanslulten met geleidende binnenkant 3. 5 van het deurraam op de volgende manier.
Tenminste één van de twee geleidende vlakken 32,35 moet door een niet geleidende omlopende strook 36 onderbroken worden ter hoogte van een afstand d., gemeten vanaf de rand 37, gelijk aan het equivalent van X/4 waarbij ^'de golf- lengte 15 van de toegepaste microgolfstraling. Voor een microgolfoven, werkend bij 2, 45 GHz geldt dus k = 37 mm. Deze equivalente waarde 1s experimenteel te bepalen in functie van de vorm en dimen- sanering van de afsluitingszone. In voorbeeld 2 wordt dit nader toegelicht.
Evenzo dient de strookvormige omlopende tussenru1mte 38 in het deurpaneel 34, waar het geleidende scherm 7 tegen het paneel aansluit een breedte dy te bezitten gelijk aan de aldaar geldende equlvalente waarde van \/4. De ruimte 38 kan gevuld z1jn met een niet geleldende kleefstof. Tevens 15 een omlopende vrije ru1mte 39
<Desc/Clms Page number 8>
voorz1en. Het scherm 7 1s vanzelfsprekend gevat tussen de doorzichtige platen 5 en 6.
De transparante drager kan ook een polycarbonaat- of glasplaat zljn. Er wordt ook vastgesteld dat de tnd1um-oxydelagen tegen de zilverbekleding aan de venstereenhe1d een esthetisch aantrekkelljk getemperd spiegeleffekt verlenen wanneer de binnenrulmte van de kamer
EMI8.1
net gszns egelende nd extra vcrUcht wordt. Deze enovenrulmte dan ook visueel moo1 af. Overigens bevordert de vrij kompakte en eenvoudige construct1e van de venstereenhe1d een vlotte montage.
Voorbeeld l In een prototype microgolfoven met metalen wanden en binnenruimteafmetingen 300 mm hoog, 200 mm d 1 ep en 450 mm breed 1 s nagenoeg centraal in een plafondplaat een magnetron type 2M172-J van Toshiba geplaatst met een vermogen van 850 W. Deze m1crogolfbron werkt bij de gebruikelijke frequentie van 2. 45 GHz.
De voorkant van de oven 1s afgesloten met een metalen deur waarin een rechthoekige vensteropening 15 voorzien van 250 bij 150 mm. In deze vensteropening 1s een venstereenhe1d 1 opgenomen zoals geschetst in figuur 1 en met een omheen haar rand omlopende koperstrip 3 van het type Scotch 1245 die de gele1dende verblnding maakt van het scherm met het deurpaneel.
De twee glasplaten 5, 6 hebben een dikte van elk 2 mm. Tussen deze platen 1s een microgolfreflekterend scherm 7 gekleefd omvattende een polyesterfolie 9 van 125 m1eron dik als drager en met een zilverlaagbekleding 10 van 280 A dik tussen twee lndiumoxydelagen van elk 150 A dik. Deze folie 1s een special uitvoering van het type HH-44-f1lm
EMI8.2
van de Amerlkaanse firma Southwall. De oppervlakteweerstand bedraagt 1, ohm per vierkant. Deze heeft een lichtgrijs uitzicht en een nominale transparantie voor zichtbaar licht van 44 X.
<Desc/Clms Page number 9>
9In een gesloten oven 1s een schotel met 2 1 water geplaatst en de microgolfbron wordt aangezet. Een hoogfrekwent lekdetector (2, 45 GHz - type Narda 8201) wordt bulten de oven tegenover de venstereenheid geplaatst op een afstand van 5 cm van de buitenste glasplaat 6. De
EMI9.1
doorgelaten microgolfenergiestraling wordt opgemeten en bedraagt 0, 2 mW/cm. Deze waarde 1s gevoelig lager dan een gangbare spedfikatle 2 terzake voor deze proef die 1 mW/cm als bovengrens 9 vooropstellen. Andere normen zouden 3 tot 5 mW/cm"toelaten.
Wanneer de meting wordt verricht In dezelfde omstandigheden. doch
4waarbij de venstereenhe1d twee folles lla, 11b omvat (zoals getoond in de onderste helft van figuur 2) met elk een oppervlakweerstand van 1, 9 Q/o dan bedraagt de opgemeten energletransmissie 0, 13
2 mW/cm-. Bij een plaatsing van de meetopstelling op 1 m afstand van de venstereenhe1d 1s voor deze ultvoering de geregistreerde transmissiewaarde 0,1 mW/cm2. De doorlaatbaarheid voor zichtbaar licht ligt hier evenwel vrij laag.
Ter vergelijking werden tevens de microgolfattenuatlewaarden bepaald van een aantal polyester folles (dikte 125 jim) met eenzljdige zilverbekledingslagen (weerstand 2 #/#) bij 2, 45 GHz en bij laag vermogen. Het meettoestel omvatte een spectrum analysator HP 8754A voorz1en van een generator met regelbare frekwent1e en amp11-
EMI9.2
tude en een ontvanger alsook een transmissie-reflectie 8502A voor het bepalen van de attenuate (return loss Tevens was een frekwent1everdubbelaar Ingeschakeld om het meetbere1k van de spectrumanalysator (1300 MHz) ult te breiden tot 2, 45 GHz en een schljnantenne ("dummy") ter vervanging van een magnetron.
De folles werden dwars geplaatst op een golfpljp tussen schljnantenne en ontvanger van de spectrumanalysator. De attenuatie op een folie met eenzijdige zilverlaag bedroeg 41 dB. Bij twee tegen elkaar geplaatste folles bedroeg de attenuatie 48 dB wanneer de zllverbekledingen tegen elkaar aan lagen terwijl ze 58 dB bedroeg wanneer de zllverbekledingen van elkaar afgekeerd waren (polyesterzijden tegen elkaar). In de kombi nat ie waarbij de zilverlaag van een folie aanlag tegen de polyesterdrager van de andere folle bedroeg de attenuatie 53 dB.
<Desc/Clms Page number 10>
Er werden tevens microgolfreflectiemetingen ultgevoerd met het apparaat Bekiscan CPO, een toestel ontworpen door aanvraagster en beschreven o. a. In de"Conference Proceedings of ANTEC 1986 Boston April 28 : "Bekiscan#, a fast non destructive method to evaluate Mi-shielding propert1es of metal fiber filled polymers".
De reflectie van een 10 GHz-m1erogolf door een aantal zilverbeklede folies wordt vergeleken met de reflectie door een zeer goed geleidende metaalplaat. Als de reflect1ewaarde door deze metaalplaat als 100 % wordt beschouwd, dan 1s de relatieve reflectiewaarde nagenoeg 99 % voor een zllverbeklede polyesterfolie met weerstand 2, 1 % terwijl ze voor een z11verbeklede polyesterfolie met weerstand 5 #/# (type AltalrO-M5 van de firma Southwall) valt op zowat 96 % en voor een analoge folle met weerstand 10 0/0 (AltalrO-MIO) zakt tot ongeveer 91 %.
Tenslotte werd met een Takeda-Rlken opstelling de attenuatie nagegaan In het elektrisch veld (staafantennes), resp. het magnetisch veld (lusantennes) bij 1 GHz van een normale HM-44 folle van de firma Southwall (dikte 50 um ; eenzljdige z11verbekled1ng met oppervlakweerstand 2,4 do) en vergeleken met deze van een Alta1r-H5-fol1e (oppervlakweerstand 4, 4 0/0) en een kombinatie van twee Altair-M5-folies die met hun polyesterzljde tegen elkaar aan lagen. De folles werden bevestigd In een geschikt aluminiumraam. Oe atte-
EMI10.1
nuatlewaarden (dB) In het elektrisch veld bedroegen resp. voor één HM44-fo11e : 27 dB voor een Altatr-M5-fo11e : 22 dB voor de kombinative van de twee Alta1r-M5-fol1es : 31 dB.
De komb1natte met twee minder geleidende folles M5 1s dus behoorlijk. De transparantie evenwel van deze kombinatie 1s slechts 40, 8 % terwijl ze voor een M5-folle 62 % bedraagt en voor de HM44-folte 45 X.
<Desc/Clms Page number 11>
Voorbeeld 2 In een microgolfoven van het merk Phlps, type"Cooktrontc"M. 712 werd 1n de venstereenheld het geperforeerde microgolfreflekterende scherm vervangen door een scherm volgens de uitvinding en overeenkomstig de schets van figuur 5. Met de hoogfrekwent lekdetector (type Narda 8201) werd weer de microgolfenergiestraling opgemeten zoals In voorbeeld 1. In tabel 1 zijn de resultaten weergegeven voor de diverse uitvoeringen van schermen volgens de uitvinding : 1. Referentie : de Philips oven met het geperforeerde scherm in de venstereenheld van het deurpaneel 2. Zelfde oven met als scherm een Altaar0 M5-fo11e (oppervlakte- weerstand langs een zijde : 5,2 #/# 3.
Zelfde oven met als scherm twee Altair# M5-folies die met hun polyesterzijden tegen elkaar aanliggen (zie ook fig.2 : 11a - 11b) 4. Zelfde oven met als scherm één HM44-folie zoals hiervoor beschre-
EMI11.1
ven (oppervlakteweerstand eenzijdig : 2, 1 Tabel 1
EMI11.2
<tb>
<tb> Q/Ouitvoering <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb> gemiddelde <SEP> energie
<tb> transmissie <SEP> (mW/cm2) <SEP> 0,012 <SEP> 1,10 <SEP> 0,11 <SEP> 0,21
<tb> transparantie <SEP> (%)-62 <SEP> 40, <SEP> 8 <SEP> 45
<tb>
Hieruit blljkt dat de hiervoor aanbevolen oppervlakteweerstandsgrenzen voor het scherm aanvaardbaar z1jn. Een ultvoering met twee, resp.
drie samengevoegde Altaire# MIO-folles (weerstand ongeveer 10 #/#) is ook mogelijk. De transparantie zal hierbij dalen tot ongeveer 64 % resp. 50 %.
<Desc/Clms Page number 12>
De sluitingszone van deze Philips oven 1s geschetst In Figuur 5. De equivalente waarde d voor \/4 bedroeg 29 mm. De spleetvormige ruimte tussen opstaande metalen ovenwand 32 en metalen binnenwand 35 van de deur met afdichtingsstrip 36 vormt als het ware een open transm1ssteltjn voor de uitgezonden microgolven. Bij de gepaste afstand dl 1s het effekt van deze spleetru1mte dat de microgolven
EMI12.1
ter hoogte van rand 37 teruggekaatst worden 1n de oven (equivalent dus aan een kortslu1t1ngseffekt). Oe waarde d2 analoge manier experlmenteel bepaald 1n samenhang met de niet geleidende wordt opspleetrulmten 38 en 39.
De uitvinding werd toegelicht aan de hand van een microgolfoven voor huishoudelijk gebru1k. Ze 1s natuurlijk ook toe te passen voor grotere Industrie behandellngskamers met rnicrogolfstra11ng hetzij gesloten (afslultbare) kamers of doorloopkamers of dito ovens.
Specifieke maatregelen tegen lekver11ezen aan 1n- en u1tvoerope- ningen moeten dan natuurlijk in acht genomen worden. Eventuele aanpassingen van de karakteristleken van de kontinu transparante schermen voor toepassing bij andere golffrekwenties l.h.bijz. andere microgolffrekwenties vallen natuurlijk ook binnen het raam van de ultvinding.
Ook aanpassing aan de specifieke geometrie van de binnenrulmte van de kamer, plaats1ng van de golfbron (nen) daar1n en positie en vorm van het of de vensters in de kamerwand (en) kan zich opdringen. Bij nieuw te ontwerpen venstereenheden voor kamerdeuren zal waar mogelijk het eenvoudige stralingsafdichtingsprincipe volgens figuur 5 aangewend kunnen worden. Bij vervanging van venstereenheden in bestaande microgolfovens van oudere types zal zich evenwel meestal een uitvoeringsprincipe met aard1ngsranden 3,4 (fiquren 1-4) opdringen.
<Desc / Clms Page number 1>
WINDOW UNIT FOR MICROWAVE RADIATION TREATMENT
The invention relates to a window unit for a chamber for treating objects and materials with microwave radiation. It also concerns a room equipped with this window unit, for example a microwave oven.
It is known that microwave oven window units should include a screen that should not allow the microwave radiation generated inside to pass through. To date, a metal mesh with fine openings has been used for this purpose and as described, inter alia, in Dutch patent application 7704607. This mesh is then placed between the glass plates of the oven window and connected via earthing to the surrounding material of the oven door.
Although the microwave shielding is hereby adequately ensured, this implementation has the drawback, however, that the shield is not continuously transparent, so that a smooth inspection of the treatment process leaves much to be desired.
The object of the invention is therefore to provide a window hero which ensures the required shielding and which at the same time has a continuous transparency such as, for instance, with a glass pane, which transparency is incidentally as high and as natural as possible, i.e. a. W. as close as possible to that of conventional colorless glass.
Insofar as Infra-red heat radiation is also used in the treatment room in addition to microwave radiation, the continuously transparent screen will preferably reflect this infra-red strand at the same time In the oven to limit heat loss, and also for safety reasons (risk of burns by the user).
This problem according to the invention is now met by selecting a transparent screen for the window unit that is transparent (light spectrum) and that has a plate-shaped
<Desc / Clms Page number 2>
carrier of which at least one side is electrically conductive ls. The carrier can thus have a non-conductive side in a particular embodiment according to the invention. In this case, the other side, d. w. z. the other surface, have an electrical resistance of at most 5.5 ohms per square and most preferably even below 30 ° / o.
However, if both sides are electrically conductive, the surface resistance on each side will generally be less than 11 ohms per square and preferably between 3 and 6 ohms per square.
The support will preferably be provided with a transparent sheet or plate provided with a continuous transparent coating with the appropriate conductivity. d. w. z. within the aforementioned surface resistance limits. As further explained, metallic coatings applied by sputtering or vapor deposition are preferred.
Obviously, the transparency at said resistance limits will be as high as possible. In addition, the color of the coating will preferably be as neutral as possible, eg light gray or greyish, in order to minimize distortion of the natural appearance of the material or article to be treated.
As a result, as little as possible falsified, virtually true-to-nature and therefore reliable soft control is possible.
In the case where the carrier has a conductive side and a non-conductive, as mentioned above, an attractive high transparency of at least 40% for visible light can be easily achieved. This implementation offers the advantage that only one side of the carrier has to be coated with the metallic conductive layer.
Since the metallic conductive layers are usually sensitive to oxidation, corrosion and other damage, e.g. from scratches,
<Desc / Clms Page number 3>
the carrier will preferably be provided with at least a transparent protective layer opposite to said conductive coating layers.
All this will now be further elucidated on the basis of some embodiments and examples and with reference to the accompanying figures. Additional benefits will be clarified in this way.
Figure 1 shows schematically in cross-section a layered structure as a window hero, comprising as a screen a carrier which on one side is provided with a conductive coating and which is enclosed via transparent layers between glass plates.
Figure 2 represents a variant in which the carrier is coated on both sides.
Figure 3 shows an embodiment in which one or two glass plates are used as carrier, which are provided on one side with a conductive coating.
Figure 4 concerns another variant in which the screen is placed
In the cavity of a pane with double glazing.
Figure 5 shows a furnace seal where an earthing of the screen can be omitted.
F1gure 6 1s a graph illustrating the transmittance and reflection of the screen t. a. v. light and near infrared.
The window hero 1 according to F1gure 1, such as applicable
EMI3.1
1n in the oven door of a microwave oven, 15 included in the window opening of the door panel 2. This unit, through its edge element 3, forms an electrically valid contact with the surrounding conductive (metal) edge 4 of panel 2. The window hero itself comprises an inner glass plate 5 (ie a glass plate facing the inside of the oven or treatment chamber) and a outer glass plate 6. The continuous transparent microwave reflecting screen 7 is arranged between these glass plates.
If desired, this screen can be provided via suitable transparent adhesive layers 8, e.g. from polyvinyl butyrol
<Desc / Clms Page number 4>
between the glass plates. It may also suffice to stick the screen to one or both glass plates only at the edges. Adhesion can even be dispensed with if the plates press sufficiently consecutively to keep the screen thus clamped. I. p. v. glass plates, transparent polycarbonate plates can also be used.
The screen 7 encloses a transparent polyethylene tercthalate film 9 as a plate-shaped support on which on one side a light-gray and continuously transparent, electrically conductive coating layer 10, for example ult silver, is applied. Plastics films with transparent layer will be known, for example from USA patent 4, 331, 990. The polyester film 9 according to the invention In this embodiment (figure 1), preferably a thickness of at least about 100 millimeters has a smooth adhesion process (without wrinkle formation). to guarantee.
The continuous and uniformly transparent gray self-layer generally has a thickness between 250 A and 300 A, in order to achieve a surface resistance of at most 2.2 ohms per square. For example, at a thickness of 280 A, the resistance is approximately 1.9 ohms per square. The silver layer can be applied by plasma sputtering in argon. Preferably, an anti-reflective transition layer will be present between the silver layer and the polyester support (or substrate) 9 for visible light, for example from indium oxide and with a thickness of about 150 A. Also, the silver layer can be covered on its bulge side with an analog Indlum oxide layer.
This screen has a nominal transparency of nearly 44 X for visible light when the silver layer has a thickness of 280 A.
Figure 6 shows graphically the transmittance and reflectivity of this screen for electromagnetic waves ranging from the visible spectrum over the near infrared. Curve 29 shows an average transmission value of ru1m 40% with a peak of 44% for the visible spectrum. The transmission decreases rapidly in the negative Infra-red to below 10% while the reflection of the waves
<Desc / Clms Page number 5>
(curve 30) In the infrared region increases sharply to over 90%.
In addition, the absorption (curve 31) remains low over the entire range. This means that in addition to its relatively high transparency in the visible spectrum, the screen also reflects effective 1fra-red radiation in the oven or room space. Also for the far infrared (wavelength # = 10 m). that an ultimate heat radiation is 119, the reflection high and the absorption low so that
EMI5.1
the transmss 5 y remains. The screen on (very little absorption) and also allows very little heat loss to bulge.
This is especially interesting when, in addition to microwave treatment, e.g. microwave heating, also infrared heating. eg grills are applied In the oven.
The glass plates 5 and 6 have the usual thickness of 2 to 5 mm. The adhesive bond also increases the grease of the window unit: in case of glass breakage, the shards are after all held together via the film layer with the support of the screen.
A conductive edge element 3 extends over the periphery of the window unit in contact with the conductive transparent cover 10.
A self-adhesive copper strip of the type "Scotch" 1245 (brand name of Minnesota Mining and Manufacturing Comp.) Is suitable for this. One can also dock 1. p. v. a copper strip b1jv. apply a conductive paint to the edge zone 3 by screen printing. A monel gauze is also suitable. The edge element 3 then adjoins the metal window profile 4 of the door panel in order to avoid leakages for microwave radiation in this edge zone.
If a two-sided coated carrier 11 is chosen as continuous transparent screen 7, as outlined in Figure 2, the surface resistance on each side will preferably be between 3 and 6 ohms per square. The transparency with this configuration is 1s lower than in the first case. This can then be somewhat compensated by using stronger lighting in the oven
<Desc / Clms Page number 6>
to provide. The construction of the laminate according to figure 2 is analogous to that in figure 1. The screen 7 comprises a support 11 with two silver layers 12 and 12, respectively. 13.
A protruding edge 14 can be folded over and, for example, with the insertion of a copper strip 3, contact the window profile 4. Instead of a double-sided coated substrate 11, one can also use two one-sided coated substrates 11a, 11b with the same surface resistance values for the coatings and with the uncoated sides together. preferably with the insertion of a suitable transparent adhesive layer 15. This situation is sketched in the bottom half of figure 2.
It has been found that this arrangement 11a, 11b reflects mtero waves much better than an arrangement of two one-sided silver coated foils with the silver layers against each other and with the same surface resistance. A minimum distance of 250 microns between two adjacent conductive coatings with said resistance limits 1s is indicated.
If desired, a continuously transparent conductive silver layer 17 with, for example, a surface resistance below 2.2%, can be deposited directly on one of the glass plates 18 or 16 as a support, and preferably on the inner (18), by techniques known per se. The other glass plate (16) then forms a transparent protective layer opposite the conductive coating 17; they are then preferably connected again to the adjacent plate (18) by a transparent adhesive layer 8. Optionally, two silver-clad glass plates 19 and 20 can be paralleled as suggested at the bottom of Figure 3.
The resistances of the silver layers 22 and 23, in turn, will preferably be between 3 and 6 Q / o and a transparent intermediate layer 21, e.g. an adhesive layer, foil or cavity with a thickness over 250 microns, will be indicated to promote the microwave reflectivity as before. was explained. An edge element 3 is clamped again In contact with the layers 22, 23 and the window profile 4.
<Desc / Clms Page number 7>
A further variant concerns the version according to figure 4 using a window with double glazing 24.25. A screen 7, or a coated support 11 or 11a, 11b is clamped in the cavity 26 as described above. As usual, the screen is secured between spacers 28 and the window edge is sealed using a suitable adhesive paste 27. The carrier 7 or 11 1s, for example a transparent plate or modified shrink film analogous to that used according to US patent 1, 335, 166. An excellent Fo11erand 3 can, if desired, be folded back properly and contact the window profile while inserting a conductive strip 3. 4.
Figure 5 shows in cross-section an embodiment of an oven closure in which an earthing of the screen can be omitted. This simplifies the mounting of the window unit. However, in order to prevent microwave leaks through the oven door edges in this embodiment, very specific sizing must be respected. Against the upright conductive (metal) front wall 32 of the oven which overflows In the perpendicular inner wall 33, the door panel 34 must abut with conductive interior 3.5 of the door window in the following manner.
At least one of the two conductive surfaces 32,35 must be interrupted by a non-conductive circumferential strip 36 at a distance d., Measured from the edge 37, equal to the equivalent of X / 4, where the wavelength 15 of the microwave radiation used. Thus, for a microwave oven operating at 2.45 GHz, k = 37 mm. This equivalent value can be determined experimentally in function of the shape and dimen- sion remediation of the sealing zone. This is explained in more detail in example 2.
Likewise, the strip-shaped circumferential spacing 38 in the door panel 34, where the conductive screen 7 adjoins the panel, should have a width dy equal to the equivalent value of 1/4 applicable there. The space 38 can be filled with a non-gelling adhesive. Also a circumferential free space 39
<Desc / Clms Page number 8>
provide. The screen 7 is, of course, enclosed between the transparent plates 5 and 6.
The transparent support can also be a polycarbonate or glass plate. It is also found that the nylon oxide layers against the silver coating on the window unit impart an aesthetically pleasing, tempered mirror effect when the interior space of the chamber
EMI8.1
just gszns egilend nd extra vcrUcht. This enovenrulrmte visually beautiful1. Incidentally, the fairly compact and simple construction of the window unit promotes smooth mounting.
Example 1 In a prototype microwave oven with metal walls and interior space dimensions 300 mm high, 200 mm d 1 ep and 450 mm wide 1 s, a microwave type 2M172-J from Toshiba is placed almost centrally in a ceiling plate with a power of 850 W. This microwave source works at the usual frequency of 2.45 GHz.
The front of the oven 1s closed with a metal door in which a rectangular window opening 15 provided with 250 by 150 mm. Included in this window opening is a window unit 1 as outlined in Figure 1 and having a Scotch 1245 type copper strip 3 encircling its edge which makes the beaming of the screen with the door panel.
The two glass plates 5, 6 have a thickness of 2 mm each. Glued between these plates is a microwave reflecting screen 7 comprising a polyester foil 9 of 125 ml thick as a support and with a silver coating 10 of 280 A thick between two aluminum oxide layers, each 150 A thick. This foil 1 is a special version of the type HH-44-f1lm
EMI8.2
from the American firm Southwall. The surface resistance is 1, ohm per square. It has a light gray appearance and a nominal transparency for visible light of 44X.
<Desc / Clms Page number 9>
9In a closed oven 1s place a dish with 2 1 water and the microwave source is turned on. A high-frequency leak detector (2.45 GHz - type Narda 8201) is placed in the oven opposite the window unit at a distance of 5 cm from the outer glass plate.
EMI9.1
transmitted microwave energy radiation is measured and amounts to 0.2 mW / cm. This value is significantly lower than a conventional spedfikatle 2 for this test, which put 1 mW / cm as the upper limit of 9. Other standards would allow 3 to 5 mW / cm ".
When the measurement is taken In the same conditions. but
4 where the window unit includes two folles 11a, 11b (as shown in the bottom half of Figure 2) each having a surface resistance of 1.9 Q / o then the measured energy transmission is 0.13
2 mW / cm-. When the measurement set-up is placed at a distance of 1 m from the window unit 1s, the registered transmission value is 0.1 mW / cm2 for this implementation. However, the transmittance for visible light is quite low here.
For comparison, the microwave satellite values were also determined for a number of polyester folles (thickness 125 µm) with one-sided silver coatings (resistance 2 # / #) at 2.45 GHz and at low power. The measuring device included a spectrum analyzer HP 8754A with a generator with adjustable frequency1 and amp11-
EMI9.2
tude and a receiver as well as a transmission reflection 8502A for determining the attenuate (return loss) A frequency doubler was also switched on to extend the measuring range of the spectrum analyzer (1300 MHz) to 2.45 GHz and a display antenna ("dummy") to replace a microwave oven.
The folles were placed transversely on a wave between the antenna and receiver of the spectrum analyzer. The attenuation on a foil with a one-sided silver layer was 41 dB. In two adjacently placed folles, the attenuation was 48 dB when the zilcoats were abutting, while it was 58 dB when the zllcoats were facing away from each other (polyester sides against each other). In the combination where the silver layer of one foil abuts the polyester support of the other foil, the attenuation was 53 dB.
<Desc / Clms Page number 10>
Microwave reflectance measurements were also carried out with the Bekiscan CPO device, a device designed by the applicant and described, among others, in the "Conference Proceedings of ANTEC 1986 Boston April 28:" Bekiscan #, a fast non destructive method to evaluate Mi-shielding propert1es of metal fiber filled polymers ".
The reflection of a 10 GHz multi-wave by a number of silver-coated films is compared with the reflection by a highly conductive metal sheet. If the reflectivity value is considered to be 100% by this metal sheet, then the relative reflectance value is almost 99% for a zll coated polyester film with resistance 2, 1% while for a z11 coated polyester film with resistance 5 # / # (type AltalrO-M5 from the company Southwall) falls at about 96% and for an analog folle with resistor 10 0/0 (AltalrO-MIO) drops to about 91%.
Finally, with a Takeda-Rlken setup, the attenuation was investigated In the electric field (rod antennas), resp. the magnetic field (loop antennas) at 1 GHz of a normal HM-44 folle from Southwall (thickness 50 µm; single-sided coating with surface resistance 2.4 do) and compared with that of an Alta1r-H5 foil (surface resistance 4.4 0/0) and a combination of two Altair-M5 films which were pressed together with their polyester side. The folles were mounted in a suitable aluminum frame. Oe atte-
EMI10.1
nuatle values (dB) In the electric field, resp. for one HM44-fo11e: 27 dB for an Altatr-M5-fo11e: 22 dB for the combination of the two Alta1r-M5 fol1es: 31 dB.
So the komb1 wet with two less conductive folles M5 1s. However, the transparency of this combination is only 40.8% while it is 62% for an M5 folle and 45 X for the HM44 folle.
<Desc / Clms Page number 11>
Example 2 In a microwave oven of the brand Phlps, type "Cooktrontc" M. 712 In the window unit, the perforated microwave reflecting screen was replaced by a screen according to the invention and according to the sketch of figure 5. With the high-frequency leak detector (type Narda 8201) the microwave energy radiation was again measured as in Example 1. Table 1 shows the results for the various versions of screens according to the invention: 1. Reference: the Philips oven with the perforated screen in the window hero of the door panel 2. Same oven with the screen an Altar0 M5-fo11e (surface resistance on one side: 5.2 # / # 3.
Same oven with two Altair # M5 foils as a screen, which abut against each other with their polyester sides (see also fig.2: 11a - 11b) 4. Same oven with a screen as one HM44 foil as described above.
EMI11.1
ven (surface resistance one-sided: 2, 1 Table 1
EMI11.2
<tb>
<tb> Q / O version <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb> average <SEP> energy
<tb> transmission <SEP> (mW / cm2) <SEP> 0.012 <SEP> 1.10 <SEP> 0.11 <SEP> 0.21
<tb> transparency <SEP> (%) - 62 <SEP> 40, <SEP> 8 <SEP> 45
<tb>
From this it appears that the recommended surface resistivity limits for the screen are acceptable. A performance with two resp.
three joined Altaire # MIO folles (resistance about 10 # / #) is also possible. The transparency will drop to approximately 64% resp. 50%.
<Desc / Clms Page number 12>
The closing zone of this Philips oven 1s is outlined In Figure 5. The equivalent value d for / / 4 was 29 mm. The gap-shaped space between upright metal oven wall 32 and metal inner wall 35 of the door with sealing strip 36 forms, as it were, an open transmission for the emitted microwaves. At the appropriate distance, the effect of this slit space is that of the microwaves
EMI12.1
bounced off at edge 37 in the oven (equivalent to a short-circuit effect). The value d2 is determined experimentally in an analogous way in connection with the non-conductive splitting curves 38 and 39.
The invention has been explained with reference to a microwave oven for household use. They can of course also be used for larger industrial treatment rooms with microwave radiation, either closed (lockable) rooms or walk-through rooms or ditto ovens.
Specific measures against leakage at 1n and outlet openings must, of course, be observed. Possible adjustments of the characteristics of the continuously transparent screens for use with other wave frequencies. of course, other microwave frequencies also fall within the scope of the invention.
Also adaptation to the specific geometry of the inner space of the room, location of the wave source (s) therein and position and shape of the windows in the room wall (s) may be necessary. Where possible, window units for room doors to be newly designed can employ the simple radiation sealing principle shown in Figure 5. When replacing window units in existing microwave ovens of older types, however, an implementation principle with ground edges 3,4 (Figures 1-4) will usually be imposed.