Brevet FR2706077A1 — publié le 19941209

POLYEDRES DE VERRE ET PROCEDE DE FABRICATION L'invention concerne des polyèdres de verre pouvant être utilisés notamment en tant qu'entretroises permettant de maintenir un espace entre deux feuilles de verre. Plus particulièrement, l'invention concerne des entretoises15 permettant la réalisation d'un ensemble de deux feuilles de verre en les maintenant séparées par un espace d'épaisseur limitée généralement inférieure au millimètre sur toute la surface des feuilles de verre. Un tel système de feuilles de verre est notamment utilisé pour la réalisation d'écrans de type "écran à plasma". En effet, un espace limité doit être maintenu pour la réalisation de ces écrans de façon à permettre la for- mation d'un plasma par décharge entre les deux feuilles de verre.25 Ce type d'écran et plus particulièrement la feuille de verre extérieure, c'est- à-dire la feuille de verre qui est à la vue d'un observateur présente une transparence. Les entretoises permettant de maintenir un espacement doivent par conséquent être le moins visible possible.30 Une solution actuellement connue consiste à réaliser des entretoises en verre notamment sous forme de billes ou bien sous forme de cylindres pouvant s'apparenter à des fibres de verre. Ces entretoises sont généralement polies de façon à être le moins visible possible.35 Ces entretoises semblent réalisables industriellement de façon aisée mais leur utilisation pose des problèmes de stabilité. En effet, les formes arrondies entraînent des roulements lors de la mise en place et éventuellement après montage. - 2 - Pour remédier à ce problème, il a été envisagé de réaliser des entretoises en verre qui s'apparentent égale- ment à des fibres mais à section de type rectangulaire. Ces entretoises apportent une meilleure stabilité du fait de surfaces planes de contact avec les feuilles de verre. Par contre, ces entretoises à section de type rec- tangulaire présentent des arêtes qui peuvent endommager les feuilles de verre. Or pour la réalisation d'écran à plasma, les feuilles de verre comportent généralement des couches10 qui ont été déposées au préalable. Les arêtes des entretoises présentent un risque no- tamment en cas de glissement. Elles peuvent entraîner un endommagement des couches déposées sur les feuilles de verre et même rayer les feuilles de verre. 15 Un autre inconvénient réside dans la préparation de ces entretoises. Elles sont généralement réalisées par usinage, ce qui ne permet pas d'obtenir une régularité des dimensions de la section. D'autre part, pour améliorer la transparence optique, les entretoises sont polies sur toutes leurs faces. Les faces latérales sont polies avec plus ou moins de facilité mais les faces en bout correspondant à la section ne sont polies que très difficilement et avec des coûts de fabri- cation très importants car le polissage est effectué en-25 tretoise par entretoise. L'invention a pour but la réalisation de polyèdres de verre pouvant être utilisés notamment en tant qu'entre- toises, pour le type d'application considérée, qui pallient aux inconvénients cités et qui notamment ne risquent pas30 d'endommager les autres éléments et présentent une quasi- transparence optique lors de leur utilisation. L'invention a également pour but un procédé de fabri- cation pour réaliser ces polyèdres à moindre coût et avec des dimensions précises. -35 Selon l'invention, ces buts sont atteints par la réa- lisation de polyèdres de verre pouvant être utilisés no- tamment en tant qu'entretoises, pour la séparation de deux feuilles de verre pouvant comporter des couches déposées sur les faces en vis à vis, possédant une section -3- sensiblement polygonale dont les dimensions des côtés sont inférieurs au millimètre et dont les angles sont arrondis avec un rayon de courbure inférieur à 10 microns et de préférence compris entre 2 et 4 microns. 5 L'une des dimensions du polyèdre est avantageusement bien supérieure aux autres et de préférence au moins dix fois plus grande. De préférence la section de ces entretoises a une forme proche d'un parallélogramme. De préférence encore la section est sensiblement carrée. Avantageusement les côtés de la section ont des dimensions comprisent entre 30 microns et 1 millimètre, et de préférence entre 50 et 200 microns. Ces entretoises sont avantageusement réalisées avec une tolérance des dimensions inférieure au micron et avec une bonne régularité. De telles entretoises permettent de maintenir un es- pace entre deux feuilles de verre de façon stable. En effet, les contacts entre les feuilles de verre et les entretoises se font selon des surfaces planes. De plus, les angles qui ont été arrondis avec des rayons de courbure inférieurs à 10 microns, permettent de conserver une forme générale de type polygonal et donc des surfaces planes pour les contacts entre entretoises et feuilles de verre.25 De plus, ces arrondis évitent tous risques de dégra- dation des surfaces des feuilles de verre ou bien des cou- ches qui ont été déposées. Selon un mode préféré de l'invention les entretoises sont polies sur toutes ou certaines de leurs faces. De cette façon, lorsqu'elles sont utilisées pour la séparation de deux feuilles de verre, elles ne sont que très peu visibles. De plus, le fait que ces entretoises à section poly- gonale possèdent des "angles arrondis" contribue également à les rendre peu visibles puisqu'elles ne possèdent aucune arête latérale. Avantageusement, ces entretoises sont réalisées avec un verre possédant le même indice de réfraction que les feuilles de verre qui forment l'écran. -4- D'autre part, on choisit avantageusement un verre de qualité optique qui ne présente pas de bulle. L'invention propose aussi un procédé pour la fabrica- tion de ces polyèdres de verre utilisés notamment en tant qu'entretoises. Ce procédé comporte plusieurs étapes. Tout d'abord, on étire un barreau primitif ou tige de verre qui présente une section de forme sensiblement identique à celle que l'on veut obtenir à un rapport homothétique près. Ce barreau primitif qui a une taille suffisamment impor-10 tante peut être usiné selon la section voulue, avec une grande précision. De plus, ce barreau primitif est ini- tialement poli sur ses faces latérales. Cette étape d'étirage se fait avec une élévation de la température du barreau primitif à une température proche de sa température de ramollissement et l'étirage proprement dit est alors réalisé en au moins deux étapes. Les dimensions requises pour les applications de ces entretoises sont telles qu'il est préférable d'étirer le barreau primitif en au moins deux étapes, ce qui permet20 d'avoir des dimensions des côtés de la section du barreau primitif de l'ordre d'une ou plusieurs dizaines de milli- mètres. Le barreau primitif est alors facilement usinable. Le barreau étiré obtenu après étirage du barreau pri- mitif présente une section de forme semblable à celle du barreau primitif à un rapport homothétique près et conserve un aspect poli sur ses faces latérales. De plus, cet aspect poli se conserve du fait du pas- sage à température élevée qui crée un "poli au feu". Ce phénomène peut permettre d'utiliser non pas un barreau30 primitif poli sur ses faces latérales mais présentant un aspect "douci fin". Ce barreau étiré est ensuite découpé en plusieurs éléments qui sont de nouveau étirés pour conduire à des tiges qui présentent la section des entretoises désirées et qui conservent toujours un aspect poli sur les faces laté- rales. Ces tiges sont rassemblées parallèlement les unes aux autres. De préférence, ces tiges sont rassemblées dans un cylindre notamment en verre, et sont solidarisées à l'aide - 5 - d'une cire à bas point de fusion. L'ensemble des tiges est ensuite découpé à la longueur désirée pour qu'elles forment les entretoises souhaitées. La longueur étant obtenue, l'ensemble des entretoises (ou tiges) est poli aux deux extrémités. Il est ainsi pos- sible d'obtenir des entretoises polies sur toutes leurs faces. De plus, si la découpe n'est pas très précise, il est possible de rectifier la longueur des entretoises lors du polissage.10 Les entretoises sont ensuite désolidarisées les unes des autres notamment par fusion de la cire, ou par disso- lution chimique. Le procédé ainsi décrit permet d'obtenir des entretoises avec des dimensions précises et à moindre coût. En effet, les opérations manuelles exécutées par un opérateur, sont très limitées. D'une part, cela diminue les coûts de production et d'autre part, les opérations conduisant aux dimensions n'étant pas manuelles sont à la fois précises et régulières.20 L'invention propose également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le dispositif proposé pour la fabrication de polyèdres en verre de section polygonale dont les côtés sont infé- rieurs à 1 millimètre comprend des moyens de chauffage, des25 moyens d'étirage et des moyens pour la découpe et le po- lissage. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de chauffage sont un anneau chauffé par effet Joule en basse tension associé à un système mécanique permettant30 le défilement du barreau primitif au sein de l'anneau. Il est possible de cette façon de contrôler avec précision la température du barreau primitif. De façon préférée, les moyens d'étirage sont composés de deux courroies motrices. Les courroies sont avanta- geusement réalisées en un matériau évitant le glissement sur le verre. Elles peuvent notamment être réalisées en silicone. D'autres détails et caractéristiques avantageux de l'invention ressortent ci-après de la description des - 6 - exemples de réalisation de l'invention décrits en référence aux figures 1 et 2 qui représentent: - figure 1, un schéma d'un exemple de dispositif selon l'invention, - figure 2, des schémas de sections d'entretoises ob- tenues selon l'invention. La figure 1 décrit le schéma d'une installation pour la réalisation d'entretoises possédant des sections poly- gonales dont les côtés ont des dimensions inférieures au10 millimètre et pouvant être de l'ordre de quelques dizaines de microns. Un barreau primitif 1 possédant une section de type polygonal est fixé à un support 2. Le barreau primitif a été initialement préparé, c'est-àdire qu'il a été usiné selon une section correspondant sensiblement après étirage à la section désirée pour les entretoises à un rapport d'homothétie près. De plus, toutes les faces latérales ont été polies. Le support 2 est lui-même rattaché à un système méca- nique dont l'axe 3 est représenté sur le schéma. Ce système mécanique, qui peut être par exemple une vis sans fin, permet de donner un mouvement vertical des- cendant au barreau primitif qui peut ainsi passer au tra- vers d'un anneau chauffant 4. Cet anneau chauffant 4 est25 chauffé par effet Joule en basse tension. Un tel système de chauffage peut être régulé à plus ou moins 0,1 degré. Cela permet d'élever la température du barreau primitif à la température désirée avec une grande précision. L'anneau chauffant est entouré d'un réfractaire d'isolation 5. La hauteur de l'anneau chauffant est d'en- viron 70 millimètres. Placé sous le dispositif de chauffage à une distance d'environ 500 millimètres, un dispositif 6 permet l'étirage du barreau primitif. Ce dispositif se compose de deux courroies motrices. La force motrice de ces courroies permet l'étirage du barreau primitif. Les courroies sont réalisées en un matériau permettant d'éviter le glissement sur le verre et donc d'obtenir un étirage régulier. Elles sont par exemple réalisées en si- licone. La longueur de la zone de contact entre les courroies et le barreau étiré est environ 100 mm. D'autre part, des éléments non représentés sur la fi- gure 1 exercent des forces de pression latérales 7, 8 sur les courroies et favorisent ainsi l'étirage. Ces éléments sont par exemple des petits vérins à pression réglable. Le dispositif ainsi présenté sur la figure 1 permet l'étirage du barreau primitif pour la réalisation d'entre- toises.10 Il apparaît que selon ce procédé d'étirage, il est possible de conserver quasiment le même profil, c'est-à- dire sensiblement la même forme de section entre le barreau primitif et le barreau étiré, avec un rapport homothétique entre les deux.15 Il est possible de réaliser l'étirage en une seule étape mais il est avantageux de le réaliser en au moins deux étapes. En effet, il est préférable de commencer avec un barreau primitif dont les dimensions des sections sont de l'ordre de la dizaine de millimètres. De telles dimen- 20 sions facilitent l'usinage du barreau primitif. Les dimen- sions finales désirées pour l'entretoise sont de l'ordre de quelques dizaines de microns. Un étirage permettant le passage direct aux dimensions finales des entretoises se- rait trop important.25 Il est donc préférable de passer par un état intermé- diaire dont les dimensions sont alors de l'ordre du milli- mètre. Lors du premier étirage, le barreau étiré est dé- coupé en plusieurs éléments après passage entre les deux courroies. Ces éléments sont ensuite étirés selon le même30 procédé. L'élément obtenu a la section des entretoises dé- sirées. Les dimensions de cet élément en font un élément souple qui vient se lover sous le dispositif d'étirage. Sur la figure 2, sont représentés trois profils dif- férents du barreau après un double étirage. Le profil 9 correspond à un profil désiré d'entretoise de section carrée. Les profils 10 et 11 non désirables sont obtenus à partir du même barreau primitif mais avec des conditions opératoires différentes. Le profil 10 correspond notamment a une température de l'anneau 4 trop basse et le -8- profil 11 a une température trop élevée. Les différents paramètres, que sont la vitesse de passage du barreau dans l'anneau, la température de l'an- neau, la vitesse d'entraînement des courroies ainsi que les 5 forces de pression 7, 8 exercées par les courroies sur l'élément déjà étiré, doivent être réglés de façon à obte- nir les dimensions souhaitées après étirage tout en con- servant la forme initiale donnée au barreau primitif. Il n'existe pas de lois définies permettant de com- biner ces différents paramètres. De plus, leurs valeurs varient en fonction de la forme de section désirée et de ses dimensions. Ces valeurs sont donc établies de façon empirique par un manipulateur qui peut également établir des abaques en réalisant des essais. Le barreau étiré qui s'est lové sur le plateau de ré- ception est ensuite récupéré par un opérateur qui le divise en une multitude de fines "tiges". Il rassemble ces tiges dans un tube de verre et il coule une cire pour que les20 tiges soient bien tenues et solidaires les unes des autres. Cette cire est par exemple une résine optique à bas point de fusion, de l'ordre de 60 à 70 C. Après refroidissement, l'ensemble, formé par le tube de verre contenant les tiges maintenues par la cire, peut être découpé par exemple à l'aide d'une scie à fil, sous forme de rondelles. L'épaisseur des rondelles de tube de verre correspond à la longueur désirée des entretoises, qui est généralement bien supérieure aux autres dimensions, par exemple cent fois plus grande.30 Chaque surface des rondelles est alors polie. Ce polissage permet de polir chaque extrémité des tiges conte- nues dans les rondelles. Cette technique est très avanta- geuse; elle permet d'une part de rectifier avec plus de précision la longueur des tiges et d'autre part, il est35 possible de polir les extrémités des tiges non pas une par une mais toutes ensembles. Le polissage fini, l'opérateur élève la température de l'ensemble de façon à fondre la cire ou l'attaque chimi- quement par un solvant et récupère les tiges à l'aide d'un - q - filtre. Il ne reste plus alors qu'à conditionner ces tiges ou entretoises. Le dispositif décrit mettant en oeuvre le procédé se- lon l'invention permet de réaliser des entretoises notam- ment utilisées pour la séparation de deux feuilles de verre pour écran à plasma. De plus, selon l'invention, il est possible d'obtenir une très bonne régularité des dimensions des entretoises obtenues. - 10 - REVENDICATIONS 1. Polyèdre en verre, possédant une section sensible- ment du type polygonale dont les dimensions des côtés sont inférieures au millimètre, caractérisé en ce que les angles 5 de ce polygone sont arrondis avec un rayon de courbure in- férieur à 10 microns. 2. Polyèdre en verre selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'une des dimensions est bien supérieure aux autres et de préférence dix fois plus grande.10 3. Polyèdre selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le rayon de courbure est compris en- tre 2 et 4 microns. 4. Polyèdre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la section est de type parallélogramme. 5. Polyèdre selon l'une des revendications 1 à 4, ca- ractérisé en ce que la section est carrée. 6. Polyèdre selon l'une des revendications 1 à 5, ca- ractérisé en ce que les côtés de la section ont des dimen- sions comprisent entre 30 microns et 1 mm, et de préférence20 entre 50 et 200 microns. 7. Polyèdre selon l'une des revendications 1 à 6, ca- ractérisé en ce qu'il est réalisé avec une tolérance des dimensions inférieure au micron et avec une bonne régula- rité.25 8. Polyèdre selon l'une des revendications 1 à 7, ca- ractérisé en ce qu'il est poli sur au moins certaines de ses faces. 9. Polyèdre selon l'une des revendications 1 à 8, ca- ractérisé en ce qu'il est utilisé comme entretoise notam- ment pour la séparation de deux feuilles de verre pouvant comporter des couches superficielles. 10. Polyèdre selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que son indice de réfraction est identi- que à celui des feuilles de verre.35 11. Utilisation de polyèdres selon la revendication 9 ou 10 pour maintenir un espace entre deux feuilles de verre dans la réalisation d'un écran à plasma. 12. Procédé de fabrication de polyèdres en verre dé- finis selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en * _ 1 1 - ce que l'on étire un barreau primitif de section polygo- nale, avantageusement poli sur toutes ses faces latérales, en ce qu'on découpe le barreau étiré en plusieurs tiges, en ce qu'on rassemble ces tiges parallèlement les unes aux 5 autres telles qu'elles soient bien tenues, en ce qu'on les découpe à une longueur désirée, en ce qu'on polie les ex- trémités des tiges toutes ensembles et en ce qu'on les dé- solidarise les unes des autres. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étirage se fait avec élévation de la température du barreau primitif à une température proche de sa tempé- rature de ramollissement et en ce que celui-ci est alors étiré en au moins deux étapes. 14. Procédé selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce les tiges obtenues sont rassemblées dans un cylindre par exemple en verre, et en ce que l'on coule une cire à bas point de fusion de telle sorte que les tiges sont alors solidaires les unes des autres au sein du cy- lindre.20 15. Dispositif pour la fabrication de polyèdres en verre définis selon l'une des revendications 1 à 10, ca- ractérisé en ce qu'il comprend des moyens de chauffage, des moyens d'étirage et des moyens pour la découpe et le po- lissage.25 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont un anneau chauffé par effet Joule en basse tension associé à un système mé- canique permettant le défilement du primitif. 17. Dispositif selon la revendication 15 ou 16, ca- ractérisé en ce que les moyens d'étirage sont deux cour- roies motrices. 18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que les courroies sont en matériau évitant les glis- sements sur le verre, tel que le silicone.35