Brevet FR2633059A1 — publié le 19891222

Le secteur technique de la présente invention est celui des procédés d'obtention d'une surface de qualité optique-sur des pièces usinées dans un bloc ou une plaque en verre ou en matériau macromoléculaire-. Pour obtenir des pièces en matière plastique ou en verre à usage optique, on connaît actuellement deux moyens - coulée et polymérisation dans un moule, - polissage de pièces découpées. Dans le premier mode d'obtention, c'est la qualité du polissage des parois internes du moule qui fournit-celle des pièces obtenues. C'est ainsi que sont réalisées des pièces de faible épaisseur destinées à la lunetterie : verres, lentilles, etc. A titre indicatif, on pourra se reporter au brevet FR-A-2 449 522 qui décrit un procédé de moulage et un moule pour lentilles ophtalmiques Ce procédé pose des problèmes lorsqu'on veut réaliser des pièces de fortes épaisseurs (200 mm environ), liés à la mastrise des retraits considérables (de 14 à 25 % environ selon les résines), aux contraintes thermiques qui induisent des gradients d'indice, à l'obtention de faces planes et parallèles, qui doivent le rester lors de la polymérisation, etc., De plus, les temps de polymérisation sont généralement longs et s'étalent ainsi d'une dizaine de jours à plusieurs mois selon les résines. Dans le second mode d'obtention, les opérations de polissage sont longues et nécessitent des phases manuellés. Elles posent parfois des problèmes de planéité sur les bords et ne sont pas utilisables pour obtenir des profils de surface complexe. Les inconvénients de ces opérations sont décrits dans le brevet FR-A-2 456 332, où on propose un procédé d'enduction en phase aqueuse pour assurer un surfaçage optiquement limpide de lentilles exclusivement en verre. Le but de la présente invention est de proposer un procédé permettant de staffranchir des contraintes indiquées précédemment en réalisant sur un bloc en verre ou en matériau macromoléculaire transparent une couche de nature organique ayant une qualité optique directement utilisable dans un appareil optique. L'invention a donc pour objet un procédé pour obtenir une surface optique sur une pièce en verre ou en matériau macromoléculaire thermoplastique ou thermodurcissable transparent, caractérisé en ce que - on dépose une couche d'un monomère catalysé ou d'une résine sur au moins une face de la pièce, la couche de monomère ou de résine après polymérisation étant choisie de telle façon que son indice de réfraction soit sensiblement voisin de celui de la pièce tout en étant apte à adhérer à la surface de la pièce, - on applique sur la couche de monomère ou de résine une plaque de moulage polie dont on veut recopier l'état de surface recherché sur la pièce, - on exerce une pression comprise entre 102 et 108 Pa sur la plaque de moulage, - et on laisse polymériser sous pression la couche de monomère ou de résine, la plaque étant ultérieurement et éventuellement séparée de la pièce. La plaque de moulage peut être métallique et présen- ter une surface plane dont le poli correspond au poli final recherché de la pièce. La plaque plane peut être une feuille transparente en matériau organique ou minéral d'au moins 0,1 mm d'épaisseur adhérente à la couche de monomère ou de résine. La plaque plane peut être une feuille d'un matériau réfléchissant adhérente à la couche de monomère ou de résine, la feuille étant soit métallique, soit constituée par une feuille en matériau minéral ou organique ayant reçu une métallisation. La pièce obtenue selon le procédé conforme à l'invention peut comprendre un matériau macromoléculaire thermoplastique choisi dans le groupe constitué par les acryliques les polyméthacrylates de méthyle, les polycarbonates, les styréniques tel le polystyrène, ou bien un matériau thermodurcissable choisi dans le groupe constitué par les allyliques tel le polycarbonate d'allylglycol, les époxy et les polyesters. La pièce peut être constituée par du polyméthacryla te de méthyle ou du polycarbonate d'allylglycol et recouverte d'une couche de polycarbonate d'allylglycol. La pièce peut être constituée par du polyméthacrylate de méthyle ou du verre et revêtue d'une couche de résine époxy. La pièce peut être constituée par du polycarbonate d'alylglycol revêtue par une couche de résine époxy ou polyester. La pièce peut être constituée par du polycarbonate d'allylglycol et recouverte par une couche de polycarbonate d'allylglycol sur laquelle est collée une plaque de polycarbonate d'allylglycol d'au moins 1 mm d'épaisseur. La pièce peut être constituée par du polyméthacrylate de méthyle recouverte par une couche de résine époxy ou de carbonate d'allylglycol sur laquelle est collée une plaque de polycarbonate d'allylglycol d'au moins 1 mm d'épaisseur. Le procédé peut être appliqué à la réalisation de toutes pièces optiques transparentes ou réfléchissantes présentant au moins deux faces parallèles. Un avantage de la présente invention réside dans l'obtention de surfaces de qualité optique identique en grande série et, ce, de façon économique. En effet, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ne -nécessite que le seul -polissage recherché de la plaque et on transfère cette qualité dé surface sur les pinces optiques-brutes ou semi-finies quel que soit leur nombre. Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait qu'on peut réaliser des surfaces optiques planes ou courbes de n'importe quelles dimensions. Un autre avantage réside dans le fait que cette surface optique-peut être recopiée sur n'importe quel support en verre ou en matériau macromoléculaire présentant un état- de surface quelconque. D'autres avantages se dégageront de la lecture du complément de description donné ci-après en relation avec un dessin sur lequel - la figure lest une coupe d'un dispositif pour réaliser la recopie d'un état de suface représenté en position initiale, - la figure 2 représente le même dispositif en position finale. Sur les figures 1 et 2, on a représenté un dispositif permettant de réaliser sur une pièce 1 de forme générale parallélépipédique deux faces optiques 2 et 3. Cette pièce est obtenue préalablement par moulage comme l'enseigne la technique antérieure, mais les deux faces 2- et 3 ne sont pas parfaitement planes et parallèles et ne sont pas utilisables optiquement. Bien entendu, les côtes nominales de cette pièce 1 sont proches des dimensions finales désirées. On dépose une couche 4 de résine époxy ou d'un monomère convenablement catalysé sur la face 2, le dispositif étant alors en position initiale comme représenté sur la figure 1. Puis on applique la plaque plane 5. k cette fin, on place le bloc 1 entre deux plateaux 6 et 7 parallèles guidés par une colonne à bille 8 précontrainte, actionnée par une moteur électrique (non représenté). La pression est ensuite appliquée par l'intermédiaire du plateau supérieur 6 sur lequel est fixé un guide 9 ou moyen de centrage de la plaque 5. La colonne b bille assure des mouvements de translation très précis et donc des déplacements sans jeu. On maintient une pression de l'ordre de 104 Pa sur la plaque 5 à l'aide du plateau 6. Après polymérisation de la couche 4 de résine ou de monomère, on sépare la plaque 5 de la pièce 1 par simple dilatation thermique différentielle. On voit que l'on transfère l'état de surface de la plaque 5 sur la couche- 4. Par conséquent, l'état de surface de la plaque 5 doit être aussi proche que possible de l'état final désiré. Cette plaque peut être une plaque métallique polie à 8 franges sur un diamètre de 50 mm ou une plaque en verre. Ce nombre de franges permet de caractériser l'état de surface ; sa faible valeur indique une bonne planéité et un polissage très fin. On procède de la même manière au niveau de la face 3 en s'arrangeant pour que cell-ci soit parallèle à la fac 2 traitée précédemment. La face optique 2 précédemment réalisée est alors placée contre le plateau inférieur 7 comme repré senté sur la figure 2. La face 3 est enduite d'une couche 10 de résine ou de monomère catalysé, puis la plaque 5 est mise en place et maintenue dans cette position par le guide 9 prenant appui sur les faces longitudinales du bloc 1. Ce procédé peut avantageusement être étendu à toutes les familles de matériaux macromoléculaires transparents comme par exemple le polyméthacrylate de méthyle, les polycarbona- tes, le polystyrène, les époxy, le polycarbonated'allylglycol, les polyesters insaturés. En particulier, une variante de la présente invention concerne l'amélioration des propriétés de surface des ma tériaux-transparents organiques, comme le polyméthacrylate de méthyle ou le polyester, par dépôt d'une couche de carbonate d'allylglycol catalysé, plus résistante à la rayure, à l'abrasion, aux solvants, aux agents climatiques, etc... La couche 4 de résine ou de monomère catalysé utilisée peut être non seulement de la même famille chimique que celle de la pièce 1 qui la reçoit, mais aussi d'une famille chimique différente. Dans le cas où l'indice de réfraction de la couche 4 est voisin de celui de-la pièce, l'interface est totalement invisible. La catalyse du monomère utilisé dans l'invention est réalisée de façon classique. A titre d'illustration, une résine de polyester insaturé sera catalysée par du peroxyde de méthyléthylcétone et accélérée et par l'octoate de cobalt et le carbonate d'allylglycol monomère par le percarbonate d'isopropyle. Une résine époxy sera durcie par son durcisseur aminé. Les associations de matériaux d'indice voisin offriront dans tous les cas les meilleures performances de transmission (supérieure à 90%). Le coût de fabrication d'une telle pièce est peu élevé et lorsqu'on utilise les maté,iaux macromoléculaires la masse du système optique fabriqué est alors réduite de 50 % environ par rapport à celle du verre. A titre indicatif, on a réalisé une série de pièces de 20 cm d'épaisseur ayant deux faces parallèles de la façon suivante Exemple 1 a) pièce I : polyméthacrylate de méthyle ou polycarbonate d'allylglycol, b) couche 4 : monomère du carbonate d'allylglycol catalysé. Exemple 2 a) pièce 1 : polyméthacrylate de méthyle ou verre, b) couche 4 : résine époxy. Exemple 3 a) pièce 1 : polycarbonate d'allylglycol, b) couche 4 : résine époxy ou polyester. La visibilité est totale à travers une telle pièce. La transmission est supérieure à 90% sur une longueur de 200 mm et le pouvoir séparateur est de l'ordre de 22 secondes d'arc. Une autre variante de l'invention consiste à utiliser une plaque transparente du commerce qui reste collée à demeure sur la pièce 1. Dans ce cas, la plaque 5 peut être en verre ou en matériau organique d'épaisseur quelconque, jusqu'à par exemple 15 mm et on applique directement la pression sur celle-ci. Bien entendu, on doit tenir compte de l'épaisseur initiale de la pièce 1, de l'épaisseur de la couche 4 et de l'épaisseur de la plaque 5 fixée à demeure dans la détermination de d'épaisseur finale de la pièce 1. Exemple 4 a) pièce I : polyester, b) couche 4 : résine époxy, c) plaque 5 : verre. Exemple 5 a) pièce 1 : polycarbonate d'allylglycol, b) couche 4 : carbonate d'allylglycol catalysé, c) nlaque S : polycarbonate d'allylglycol. Exemple 6 a) pièce 1 : polyméthacrylate de méthyle ou verre, b.) couche 4 : résine époxy ou carbonate d'allylglycol, c) plaque 5 : polycarbonate d'allylglycol. Exemple 7 a) pièce 1 : verre, b) couche 4 : résine époxy, c) plaque 5 : verre. Une autre variante de l'invention, concerne la réalisation d'une surface optique destinée à recevoir une métallisation en vue de la fabrication de systèmes réfléchissants, comme par exemple les miroirs concaves, paraboliques, etc.. En effet, cette métallisation peut être réalisée directement sur la plaque 5 transparente des exemples 4 à 7 par des procédés classiques. Dans l'autre cas, la plaque 5 est métallique et est fixée à demeure sur la pièce 1 en vue d'une utilisation ultérieure dans un système optique. ta pièce obtenue selon l'invention peut etre utilisée dans tous les systèmes optiques en transmission ou en réflexion, par exemple les épiscopes d'engins blindés. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour obtenir une surface optique sur une pièce en verre ou en matériau macromoléculaire thermoplastique ou thermodurcissabletransparent, caractérisé en ce que - on dépose une couche (4) d'un monomère catalysé ou d'une résine sur au moins une face (2) de la pièce (1), la couche (4) de monomère ou de résine après polymérisation étant choisie de telle façon que son indice de réfraction soit sensiblement voisin de celui de la pièce (1) tout en étant apte à adhérer à la surface de la pièce, - on applique sur la couche (4) de monomère ou de résine une plaque (5) de moulage polie dont on veut recopier l'état de surface sur la pièce, - on exerce une pression comprise entre 102 et 108 Pa sur la plaque de moulage, - et on laisse polymériser sous pression la couche de monomère ou de résine, la plaque étant ultérieurement et éventuellement séparée de la pièce. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de moulage (5) est métallique et présente une surface plane dont le poli correspond au poli final recherché de la pièce. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la plaque plane (5) est une feuille transparente en matériau organique ou minéral d'au moins 0,1 mm d'épaisseur adhérente à la couche de monomère ou de résine. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque plane (5) est une feuille d'un matériau réfléchissant adhérente à la couche de monomère ou de résine, la feuille étant soit métallique, soit constituée par une feuille en matériau minéral ou organique ayant reçu une métallisation. 5 - Produit obtenu selon le procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau macromoléculaire thermoplastique est choisi dans le groupe constitué par les acryliques les polyméthacrylates de méthyle, les polycarbonates, les styréniques tel le polystyrè ne, et en ce que le matériau thermodurcissable est choisi dans le groupe constitué par les allyliques tel le polycarbonate d'allylglycol, les époxy et-les polyesters. 6 - Produit selon la revendication 5, caractérisé en ce que la piece est constituée par du polyméthacrylate de méthyle ou du polycarbonate d'allylglycol-et recouverte une cou- che de polycarbonate d'allylglycol. 7 - Produit selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pièce est constituée par du polyméthacrylate de méthyle ou du verre et revêtue d'une couche de résine époxy. 8 - Produit selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pièce èst constituée par du polycarbonate d'allylglycol revêtue par une couche de résine époxy ou polyester. 9 - Produit -selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pièce est constituée par du polycarbonate d'allylglycol et découverte par une couche de polycarbonate d'allylglycol sur laquelle est collée une plaque de polycarbonate d'allylglycol d'au moins 1 mm d'épaisseur. 10 - Produit selon la revendication 5, caractérisé en ce que la piece est constituée par du polyméthacrylate de méthyle recouverte par une couche de résine époxy ou de carbonate d'allylglycol sur laquelle est collée une plaque de polycarbonate d'allylglycol d'au moins 1 mm d'épaisseur.