Brevet FR2690434A1 — publié le 19931029

L'invention concerne un procédé et une machine pour le formage par pressage de lentilles optiques asphériques en verre dont l'une des surfaces est convexe et l'autre concave. Le seul procédé connu, à l'heure actuelle, de production de lentilles optiques asphériques en verre dont l'une des surfaces est convexe et l'autre concave fait appel à des techniques d'usinage mécanique, qui sont compliquées et laborieuses, d'où un coût élevé de ces lentilles. I1 existe donc un besoin pour un procédé de formage de lentilles optiques asphériques en verre dont l'une des surfaces est convexe et l'autre concave, qui soit plus rapide et plus économique à mettre en oeuvre. L'invention vise à satisfaire ce besoin. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de formage de lentilles optiques asphériques en verre dont l'une des surfaces est convexe et l'autre concave, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à a) délivrer une quantité appropriée de verre fondu ayant une viscosité d'au plus 500 Pa.S environ dans la cavité d'un élément inférieur de moule à ébauche en matériau poreux ayant une forme sensiblement complémentaire de celle qu'on désire conférer à l'une des surfaces de la lentille, un gaz étant simultanément insufflé à travers ledit matériau poreux dudit élément inférieur pour sustenter le verre dans la cavité et éviter que le verre ne vienne en contact avec la surface de l'élément, tout en permettant à la partie inférieure de la masse de verre de se conformer à la forme de l'élément inférieur, b) enfoncer dans la partie supérieure de la masse de verre fondu un élément supérieur de moule à ébauche en matériau poreux tout en maintenant cet élément supérieur espacé de l'élément inférieur, ledit élément supérieur ayant une forme sensiblement complémentaire de celle qu'on veut conférer à l'autre surface de la lentille, un gaz étant simultanément insufflé à travers ledit matériau poreux de l'élément supérieur pour éviter que le verre ne vienne en contact avec la surface dudit élément supérieur, tout en permettant à la partie supérieure de la masse de verre fondu de se conformer à la forme dudit élément supérieur, c) refroidir de manière contrôlée l'ébauche de verre résultante dans la cavité jusqu a ce que le verre ait une viscosité comprise dans la gamme d'environ 50 000 à environ 10 000 000 Pa.s, et minimiser les gradients thermiques existant entre la peau et le coeur de l'ébauche ; et d) transférer l'ébauche de verre refroidie à un poste de pressage où elle est conformée à la forme précise désirée, la viscosité du verre étant comprise dans la gamme d'environ 50 000 à environ 10 000 000 Pa.s. L'invention concerne également une machine pour le formage de lentilles optiques asphériques en verre dont l'une des surfaces est convexe et l'autre concave, caractérisée en ce qu'elle comprend i) un poste d'alimentation en verre fondu équipé de moyens permettant de délivrer une goutte de verre fondu de viscosité et de volume appropriés dans la cavité d'un élément inférieur de moule à ébauche, ii) au moins un élément inférieur de moule à ébauche en matériau poreux, dont l'ouverture est tournée vers le haut, qui est pourvu de moyens pour insuffler un gaz à travers ses pores, cet élément inférieur ayant une forme sensiblement complémentaire de celle qu'on désire impartir à l'une des surfaces de la lentille, iii) au moins un élément supérieur de moule à ébauche, en matériau poreux, ayant une forme sensiblement complémentaire de celle qu'on désire conférer à l'autre surface de la lentille, cet élément supérieur étant pourvu de moyens pour insuffler un gaz à travers ses pores, iv) des moyens pour positionner l'élément supérieur au-dessus de l'élément inférieur et pouvoir le déplacer verticalement d'une position de repos à une position de moulage du verre fondu contenu dans ledit élément inférieur, v) un poste de pressage comportant un moule présentant des surfaces de moulage inférieure et supérieure ayant des formes correspondant à celles que l'on veut impartir aux faces respectives de la lentille à former, et vi) des moyens pour transférer l'ébauche produite dans le moule à ébauche au poste de pressage. Dans l'étape (a) une quantité de verre appropriée pour remplir la cavité de l'élément inférieur du moule à ébauche est délivrée dans ladite cavité, par exemple à partir d'un four à verre continu. Le verre doit avoir une faible viscosité pouvant aller jusqu'à environ 500 Pa.s. On préfère une viscosité de l'ordre de 10 Pa.s. L'élément inférieur du moule à ébauche est réalisé en un matériau à porosité ouverte, par exemple en graphite, matière céramique ou métal, au travers des pores duquel on fait passer un gaz (par exemple de 1' azote) de façon à sustenter le verre visqueux par le phénomène dit du coussin d'air et à éviter que le verre vienne en contact avec la surface de l'élément inférieur, tout en permettant au verre de prendre la forme de cet élément inférieur Dans l'étape (b), qui est généralement effectuée dès la délivrance du verre fondu dans la cavité de l'élément inférieur du moule à ébauche, on vient enfoncer un élément supérieur du moule à ébauche dans la masse de verre fondu de façon à conformer la partie supérieure de cette dernière à la forme complémentaire de celle dudit élément supérieur.L'élément supérieur, comme l'élément inférieur, est réalisé en un matériau à porosité ouverte (dont des exemples ont été donnés ci-dessus à propos dudit élément inférieur du moule à ébauche) au travers des pores duquel on fait aussi passer un gaz (par exemple de l'azote) de façon à éviter un contact direct du verre sur l'élément supérieur, mais en permettant néanmoins à cet élément supérieur de jouer son rôle de formage. On obtient ainsi une ébauche dont la surface est exempte de défauts, contrairement à ce qui serait le cas si le verre venait au contact du matériau poreux constituant le moule. Tout en maintenant l'élément supérieur en position de moulage, on laisse l'ébauche de verre se refroidir dans la cavité du moule de manière contrôlée jusqu a ce que le verre ait une viscosité comprise dans la gamme d'environ 50 000 à environ 10 000 000 Pa.s. Par "refroidissement contrôlé", on entend un refroidissement de durée réglée dans des conditions minimisant les échanges thermiques radiatifs entre le verre se trouvant dans le moule à ébauche et l'extérieur. Ce refroidissement contrôlé permet en outre de minimiser les gradients thermiques pouvant exister entre la peau et le coeur de l'ébauche. Après le refroidissement contrôlé, on relève l'élément supérieur et l'ébauche est transférée à un poste de pressage où on la conforme à la forme asphérique désirée dans un moule de précision convenable. La forme du moule de pressage final est généralement telle que l'opération de pressage ne consiste qu'en une légère déformation de l'ébauche. Si besoin est, on peut, de façon optionnelle, procéder à un réchauffement de la peau de l'ébauche, par exemple à l'aide de la flamme d'un chalumeau, juste avant de procéder à opération de pressage, toujours dans le but de minimiser les gradients thermiques entre la peau et le coeur de l'ébauche. Habituellement, on utilisera un moule chauffé pour réaliser le pressage final afin d'éviter un refroidissement trop précoce de l'ébauche. La température du moule doit être choisie pour maintenir le verre dans la gamme de viscosités sus-mentionnée pendant la période précédant le pressage et pendant ce dernier, c'est-à-dire à une viscosité comprise dans la gamme allant d'environ 50 000 Pa.s à environ 107 Pa.s. La lentille obtenue par le pressage présente des surfaces de bonne qualité (qualité "poli feu") en raison du fait que le verre , quand il est fluide, ne touche aucun matériau solide. La description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés fera bien comprendre l'invention. Sur ces dessins Les figures la à 1g illustrent schématiquement le procédé et la machine de l'invention. La figure la montre la délivrance d'une goutte de verre 1 de volume et de viscosité appropriés dans la cavité 2 d'un élément inférieur 3 de moule à ébauche en matériau poreux à partir d'un four à verre continu 4 équipé de moyens de sectionnement 5 permettant de séparer la goutte de verre du courant d'alimentation. Un gaz 6 est insufflé en continu à travers les pores de l'élément 3 pour sustenter la goutte de verre, ce gaz formant un coussin d'air 7 entre le verre et l'élément de moule. Le verre épouse la forme de la cavité de l'élément de moule au fur et à mesure de sa délivrance. Une fois la goutte délivrée dans la cavité 2, on positionne un élément supérieur 8 de moule à ébauche, en matériau poreux, au-dessus de ladite cavité 2 et on l'abaisse de façon à conformer la partie supérieure de la goutte de verre fondu à la forme désirée (figure lb), le verre se répartissant dans l'espace subsistant entre l'élément inférieur 3 et l'élément supérieur 8. Un gaz 9 est insufflé en continu à travers les pores de l'élément supérieur pour former un film d'air 10 intermédiaire qui évite un contact direct du verre fondu et de l'élément supérieur 8 qui serait préjudiciable à la qualité de la surface de la lentille de verre finale. On refroidit ensuite le verre confiné entre les éléments inférieur et supérieur de façon contrôlée, jusqu a ce qu'il atteigne une viscosité convenable, par exemple de 105 Pa.s. environ, tout en continuant d'insuffler du gaz dans les éléments de moule poreux pour éviter tout contact entre le verre et ceux-ci. Pendant ce refroidissement contrôlé, il se produit aussi une réduction des gradients thermiques existant entre la peau et le coeur du verre. Une fois le verre suffisamment refroidi, on enlève l'élément supérieur poreux 8 (figure lc) et on vient positionner sur le dessus de l'ébauche de verre 11 formée l'élément de moule inférieur 12a du moule 12 qui sert au moulage par pressage de la lentille à sa forme définitive (figure ld). On fait alors pivoter de 1800 l'ensemble élément poreux 3-ébauche ll-élément de moule inférieur 12a (figure le), puis on enlève l'élément poreux 3 et on réchauffe, à l'aide d'un chalumeau 15, la peau de l'ébauche 11 en faisant tourner sur lui-même l'ensemble ébauche ll-élément 12a autour de l'axe vertical 16 (figure lf). On positionne ensuite l'élément de moule supérieur 12b du moule 12 et on presse l'ébauche 11 entre les deux éléments de moule 12a et 12b du moule 12 à l'aide d'un piston 13 jusqu a ce qu'elle épouse parfaitement la forme de ce moule (figure lg). Bien entendu les éléments de moule 12a et 12b doivent présenter des surfaces de moulage adaptées aux profils que l'on veut conférer aux faces de la lentille, respectivement, l'un au moins de ces profils étant asphérique. Le moule 12 est chauffé par des moyens classiques (non représentés), tels que des résistances électriques.On extrait finalement du moule une lentille 14 asphérique ayant un fini de bonne qualité. A titre illustratif, on a pu produire avec le procédé de l'invention des lentilles convexes-concaves asphériques en verre blanc, pesant 60 g, dont la précision de surface était de + 15 pm par rapport à la surface idéale. Les paramètres du procédé étaient Viscosité du verre à la sortie du four : 10 Pa.s. Eléments du moule à ébauche en graphite poreux, traversés par un courant d'azote. Temps entre dépose de la goutte de verre fondu dans l'élément inférieur du moule à ébauche et la descente de l'élément supérieur : 2 secondes environ. Temps de maintien de l'élément supérieur en position de moulage : 30 secondes. Pressage pendant 4 secondes sous une force de 350 kg avec un moule chauffé à 490"C. Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et qu'on pourrait le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Un procédé de formage de lentilles optiques asphériques en verre dont l'une des surfaces est convexe et l'autre concave, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à a) délivrer une quantité appropriée de verre fondu (1) ayant une viscosité d'au plus 500 Pa.S environ dans la cavité (2) d'un élément inférieur (3) de moule à ébauche en matériau poreux ayant une forme sensiblement complémentaire de celle qu'on désire conférer à l'une des surfaces de la lentille un gaz (6) étant simultanément insufflé à travers ledit matériau poreux dudit élément inférieur pour sustenter le verre dans la cavité et éviter que le verre ne vienne en contact avec la surface de l'élément, tout en permettant à la partie inférieure de la masse de verre de se conformer à la forme de l'élément inférieur, b) enfoncer dans la partie supérieure de la masse de verre fondu un élément supérieur (8) de moule à ébauche en matériau poreux tout en maintenant cet élément supérieur espacé de l'élément inférieur, ledit élément supérieur ayant une forme sensiblement complémentaire de celle qu'on veut conférer à l'autre surface de la lentille, un gaz (9) étant simultanément insufflé à travers ledit matériau poreux de l'élément supérieur pour éviter que le verre ne vienne en contact avec la surface dudit élément supérieur, tout en permettant à la partie supérieure de la masse de verre fondu de se conformer à la forme dudit élément supérieur, c) refroidir de manière contrôlée l'ébauche de verre (11) résultante dans la cavité jusqu a ce que le verre ait une viscosité comprise dans la gamme d'environ 50 000 à environ 10 000 000 Pa.s, et minimiser les gradients thermiques existant entre la peau et le coeur de l'ébauche ; et d) transférer l'ébauche de verre refroidie à un poste de pressage (12) où elle est conformée à la forme précise désirée, la viscosité du verre étant comprise dans la gamme d'environ 50 000 à environ 10 000 000 Pa.s. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans l'étape (a), le verre délivré a une viscosité de l'ordre de 10 Pa.s. 3. Un procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans l'étape (c) l'ébauche est refroidie jusqu a ce que le verre ait une viscosité d'environ 105 Pa.s. 4. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, juste avant l'étape de pressage (d), la peau de l'ébauche est réchauffée par la flamme d'un chalumeau. 5. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au cours de l'étape de transfert (d), on fait subir à l'ébauche une opération de retournement. 6. Une machine pour le formage de lentilles optiques asphériques en verre dont l'une des surfaces est convexe et l'autre concave, caractérisée en ce qu'elle comprend i) un poste d'alimentation (4) en verre fondu équipé de moyens (5) permettant de délivrer une goutte de verre fondu de viscosité et de volume appropriés dans la cavité (2) d'un élément inférieur (3) de moule à ébauche, ii) au moins un élément inférieur (3) de moule à ébauche en matériau poreux, dont l'ouverture est tournée vers le haut, qui est pourvu de moyens pour insuffler un gaz (6) à travers ses pores, cet élément inférieur ayant une forme sensiblement complémentaire de celle qu'on désire impartir à l'une des surfaces de la lentille, iii) au moins un élément supérieur (8) de moule à ébauche, en matériau poreux, ayant une forme sensiblement complémentaire de celle qu'on désire conférer à l'autre surface de la lentille, cet élément supérieur étant pourvu de moyens pour insuffler un gaz (9) à travers ses pores, iv) des moyens pour positionner l'élément supérieur au-dessus de l'élément inférieur et pouvoir le déplacer verticalement d'une position de repos à une position de moulage du verre fondu contenu dans ledit élément inférieur, v) un poste de pressage (12) comportant un moule présentant des surfaces de moulage inférieure et supérieure (12a, 12b) ayant des formes correspondant à celles que l'on veut impartir aux faces respectives de la lentille (14) à former, et vi) des moyens pour transférer l'ébauche produite dans le moule à ébauche au poste de pressage. 7. Une machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que le moule à ébauche est en graphite poreux. 8. Une machine selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, un chalumeau pour réchauffer la peau de l'ébauche, disposé juste avant le poste de pressage.