Brevet FR2842801A1 — publié le 20040130

Procédé pour le moulage fin sous pression de composants optiques L'invention a pour objet un procédé pour le moulage fin sous pression d'un corps de verre, destiné notamment à des utilisations optiques, utilisant un moule de pressage comprenant une partie supérieure et une partie inférieure, ainsi qu'éventuellement un anneau, pour accueillir le corps de verre élevé à une température dépassant la température de déformation, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Par l'expression moulage fin sous pression on entend le pressage d'un corps de verre dont les faces optiquement actives n'ont plus à être façonnées, de sorte que les étapes du procédé que sont la rectification et le polissage de ces surfaces peuvent être supprimées. Le document JP 225 26 29 décrit un procédé de ce genre dans lequel le corps de verre est façonné selon un processus de pressage à deux étapes, le corps de verre déjà moulé étant refroidi pendant le processus de pressage. Dans une forme préférée de réalisation, une pré-ébauche moulée cylindrique est introduite en tant que corps de verre entre le moule supérieur et le moule inférieur, pour être chauffée et ensuite moulée par pressage. Après achèvement du premier processus de moulage, la pression de pressage est réduite provisoirement totalement ou en partie, puis à nouveau appliquée pendant le refroidissement amenant le corps de verre en dessous de la température de transition vitreuse TG. Le document US 5, 987, 922 présente un procédé de fabrication de corps de verre fondus qui peuvent être utilisés sans usinage ultérieur même dans des appareils optiques, par exemple sous forme de lentilles. Dans les procédés connus, on applique sur les corps de verre à l'état visqueux d'abord une pression de pressage à laquelle est superposée après un temps de 5 à 20 secondes par exemple une pression intermédiaire. De plus, la force exercée par la pression intermédiaire diminue quand la température du verre diminue. L'inconvénient principal du procédé connu à ce jour est que des composants optiques produits par un moulage fin sous pression, en particulier pour de grands diamètres, ne peuvent être fabriqués économiquement au niveau de qualité demandé. Pour cette raison, l'invention s'est fixée comme objectif de mettre à disposition un procédé permettant de fabriquer économiquement et dans une qualité optique optimisée, même des corps de verre d'assez grands diamètres. Un autre objectif partiel de l'invention est aussi de développer un dispositif de mise en oeuvre du procédé. L'objectif est atteint selon l'invention avec un premier procédé selon lequel entre le moule supérieur et le moule inférieur est appliquée une tension électrique pour façonner le corps de verre au dessus de la température d'adhérence, puis, au plus tard après que la température du corps de verre ait atteint la température du moule, une pression de pressage est exercée sur le corps de verre Le processus de fabrication était jusqu'alors limité en particulier par la température d'adhérence To à laquelle se produisait un collage du corps de verre sur le moule de pressage. En appliquant une tension électrique, il est possible maintenant de façonner le corps de verre au dessus de la température To, de sorte que ce corps, au début du process, c'est-à-dire quand on le chauffe dans le moule peut être déjà amené à un niveau de température plus élevé et de ce fait à une viscosité plus faible. Cela conduit à un raccourcissement du temps de séjour du corps de verre dans le moule de pressage, et ainsi on peut réaliser plus rapidement le procédé de moulage fin sous pression, et par conséquent réduire le cot de fabrication. Un autre aspect du procédé selon l'invention réside dans l'influence contrôlée exercée sur le comportement d'adhérence, c'est-à-dire de collage, faisant que le verre est pressé à des températures plus élevées et donc à des viscosités plus faibles que jusqu'à présent, et qu'ainsi il est possible d'obtenir une qualité du corps de verre, même pour des diamètres assez grands, qui ne pouvait être obtenue jusqu'alors. Un autre avantage essentiel est qu'il est aussi possible en réglant mieux le processus de mouillage d'obtenir un meilleur montage du contour c'est-àdire de la structure du moule de pressage sur le corps de verre. Ainsi, on peut obtenir des 25 écarts inférieurs à 100 nm même avec des diamètres du corps de verre dépassant mm. De plus, on peut disposer d'une plus grande ouverture du process c'est-àdire par exemple d'une température élevée du moule ou du verre, d'un temps de contact prolongé entre le corps de verre et le moule, ou d'une pression de pressage plus élevée. Du fait d'une viscosité plus faible pendant le pressage, les tensions internes dans le verre peuvent être mieux relâchées, ce qui améliore les qualités optiques du corps de verre issu du moulage. Un autre avantage est qu'un revêtement coteux du moule de pressage peut être éliminé ou que l'on peut revenir à des revêtements et à des matériaux plus économiques pour réaliser les revêtements et les matériaux du moule. En alternative, l'objectif peut être atteint également avec un second procédé selon lequel le moule de pressage, une fois qu'il a atteint une température qui peut être définie à l'avance, est refroidi et, quand sa température est passée en dessous de la température d'adhérence To, une pression de pressage est appliquée au corps de verre. Egalement dans ce second procédé, aussi bien le corps de verre que le moule de pressage sont élevés à une très haute température à laquelle, tant qu'aucune pression n'agit, le corps et le moule n'adhèrent pas l'un à l'autre. Mais si à cet instant une pression de moulage était appliquée au corps de verre, il en résulterait un collage du corps et du moule. Pour cette raison, directement avant le début du pressage, le moule qui présente une bonne conductibilité thermique, est refroidi rapidement jusqu'à ce que le corps de verre et le moule de pressage ne puissent plus coller l'un sur l'autre sous la pression de moulage. Ici, le verre qui possède une faible conductibilité thermique ne se refroidit que d'une manière peu sensible, de sorte que par rapport au procédé connu on retrouve les avantages présentés à propos du premier procédé. L'aspect essentiel est ici la température relativement élevée du corps de verre, et donc la viscosité faible correspondante qui permet de mouler très exactement le contour c'est-à-dire la structure du moule de pressage sur le corps de verre. Il s'est révélé particulièrement favorable d'appliquer de plus une tension électrique entre le moule supérieur et le moule inférieur. Cette tension a pour effet d'augmenter encore la température d'adhérence To, de sorte que les avantages exposés à propos du premier et du deuxième procédé peuvent être obtenus notamment en combinant les caractéristiques selon l'invention du premier et du second procédé. Avantageusement on utilise comme tension électrique une tension continue, mais le procédé peut également être mis en oeuvre avec une tension alternative dissymétrique. Avantageusement, la pression de moulage est réduite ou maintenue constante quand la température du moule de pressage s'abaisse. En réduisant de manière contrôlée la pression de pressage et la température du verre on peut agir sur l'état des tensions dans le verre, pour augmenter la qualité du corps de verre. Selon une configuration particulière du procédé, le corps de verre est échauffé dans le moule de pressage. Cela évite par ailleurs, si on transporte le verre d'un poste externe de chauffage au moule, des reformations et des difficultés en ce qui concerne le positionnement du lot de verre dans le moule. L'autre partie de l'objectif, à savoir la mise en oeuvre du premier procédé est atteinte selon l'invention avec un dispositif auquel est raccordée une source de tension, cette source étant reliée par des câbles au moule supérieur et au moule inférieur, tandis que sur le moule est disposé un dispositif de pressage. La mise en oeuvre du second procédé est réalisée au moyen d'un dispositif du genre indiqué sur lequel sont montés des moyens de refroidissement, tandis que sur le moule est également monté un dispositif pour appliquer la pression de pressage. Avantageusement, le moule de pressage est relié par des câbles à une source de tension électrique, qui peut aussi bien être une source de tension continue qu'un générateur. Dans une forme avantageuse de réalisation, le moule de pressage comporte des zones portant des revêtements différents, faisant par exemple que ces zones présentent des conductibilités électriques différentes. Cela permet d'exercer une influence sélective sur des processus électrochimiques de transformation dans différentes zones du corps de verre. De cette manière, les propriétés d'adhérence entre le corps et le moule peuvent être influencées de manière ciblée et ainsi on peut commander la configuration de la surface et du contour du corps de verre. De préférence, une source de chaleur est montée sur le moule de pressage. Celle-ci permet de chauffer le corps de verre à l'intérieur du moule et de moduler avec précision la température du moule pendant l'opération de pressage. Un exemple de l'invention va être décrit en détail ci-après à l'aide du dessin annexé. La Fig. 1 est la courbe représentant la variation de la température du corps de verre et du moule de pressage, ainsi que la courbe de variation de la pression quand est appliquée une tension électrique selon le premier procédé La Fig. 2 est la courbe représentant la variation de la température du corps de verre et du moule de pressage, ainsi que la courbe de variation de la pression quand le moule de pressage est refroidi selon le second procédé La Fig. 3 est la courbe représentant la variation de la température du corps de verre et du moule de pressage, ainsi que la courbe de variation de la pression quand sont appliqués une tension électrique et un refroidissement du moule de pressage, selon une combinaison du premier et du second procédé. La Fig. 1 représente d'abord l'évolution en fonction du temps de la température du moule et du corps de verre dans le premier procédé selon l'invention, o une tension électrique est appliquée au corps de verre par l'intermédiaire du moule supérieur et du moule inférieur. Une autre courbe représente l'évolution en fonction du temps de la pression exercée sur le corps de verre. Au début du procédé, le moule est chauffé en continu au dessus de la température d'adhérence T0 jusqu'à une température Ti atteignant au plus 1,5 To. Cela est possible sans que le verre adhère sur le moule de pressage, seulement en appliquant une tension électrique sur le corps de verre par l'intermédiaire du moule. Dans cette phase du procédé, la température du corps de verre s'approche progressivement de la température du moule de pression. Une fois que ce moule et le corps de verre ont atteint la même température, sur le corps de verre est exercée la pression de pressage pendant l'intervalle de temps "pressage 1 ", la température du moule et du corps de verre restant essentiellement constante jusqu'à l'instant o débute la phase "pressage 2". Pendant cette phase "pressage 2", la pression et en même temps la température du moule diminuent. Comme on peut le voir à la Fig. 1, la température du verre se rapproche progressivement de la température du moule de pressage. Mais cela se produit nettement plus vite que lors de la phase de chauffage, car maintenant le corps de verre est appliqué totalement à plat et sous pression sur le moule et de ce fait la transmission de chaleur est plus favorable. Pendant la phase "pressage 2" la pression diminue de manière continue. Dans la phase suivante, "pressage 3", les température du corps de verre et du moule, ainsi que la pression de pressage restent constantes pendant un court espace de temps. Dans la dernière phase "pressage 4" avant que le corps de verre soit retiré, la température du moule est d'abord importante pour ensuite diminuer rapidement. La pression de pressage est également réduite. La pression de pressage régnante étant maintenant plus faible, la transmission de température du corps de verre au moule de pressage est plus mauvaise, de sorte que la température du corps de verre se rapproche de celle du moule plus lentement que dans la phase "pressage 2". La Fig. 2 présente le second procédé dans lequel le moule, avant que la pression de pressage soit exercée sur le corps de verre, est refroidi rapidement en dessous de la température de collage. Cela a lieu directement après une phase de chauffage qui se déroule de la même manière que le chauffage de la Fig. 1. C'est seulement après refroidissement rapide du moule l'amenant en dessous de la température d'adhérence To, que la pression entre dans la phase "pressage 1". Il en résulte qu'également la température du corps de verre, du fait d'une transmission de la chaleur plus favorable assurée par le contact sous pression du corps de verre et du moule, diminue relativement vite. Au début de la phase suivante "pressage 2", la pression de pressage est nettement réduite et la température du moule et du corps de verre diminuée. Dans une troisième phase "pressage 3", la température du moule et la pression de pressage sont maintenues largement constantes. La dernière phase "pressage 4" correspond, en ce qui concerne l'évolution de la température et celle de la pression, comme déjà pour les phases "pressage 2" et "pressage 3 ", aux courbes de la Fig. 1. A la Fig. 3 sont représentées les courbes des températures du corps de verre et du moule ainsi que la courbe correspondante de la pression de pressage, quand est appliquée au corps de verre une tension électrique par l'intermédiaire du moule tandis qu'en même temps celui-ci est refroidi avant que soit appliquée la pression de pressage. Pendant la phase de chauffage, le corps de verre est d'abord amené à un niveau de température qui dépasse largement la température d'adhérence To et également largement la température dans le procédé avec application d'une tension électrique, ou dans le procédé avec refroidissement rapide du moule avant application de la pression de pressage. La suite du processus correspond qualitativement à celui décrit à propos de la Fig. 2, mais à un niveau de température largement plus élevée. La phase "pressage 1" commence à la température maximale du corps de verre, tandis que la température du moule est déjà abaissée au niveau définitif de température correspondant à cette phase. Lorsque la pression de pressage s'établit, la température du corps de verre s'égalise relativement vite avec la température du moule de pressage. Le corps et le moule, à la fin de la phase "pressage 1" sont approximativement au même niveau de température qui est nettement au-dessus de la température d'adhérence T0. Les phases suivantes, notamment en ce qui concerne l'évolution de la pression de pressage, correspondent aux phases déjà décrites à propos des Fig. 1 et 2. REVENDICATIONS ) Procédé pour le moulage fin sous pression d'un corps de verre, destiné notamment à des utilisations optiques, utilisant un moule de pressage comprenant une partie supérieure et une partie inférieure, ainsi qu'éventuellement un anneau, pour accueillir le corps de verre élevé à une température dépassant la température de déformation, caractérisé en ce que entre le moule supérieur et le moule inférieur est appliquée une tension électrique pour façonner le corps de verre au dessus de la température d'adhérence, puis, au plus tard après que la température du corps de verre ait atteint la température du moule, une pression de pressage est exercée sur le corps de verre. 2 ) Procédé pour le moulage fin sous pression d'un corps de verre, destiné notamment à des utilisations optiques, utilisant un moule de pressage comprenant une partie supérieure et une partie inférieure, ainsi qu'éventuellement un anneau pour accueillir le corps de verre élevé à une température dépassant la température de déformation, caractérisé en ce que, une fois qu'il a atteint une température qui peut être définie à l'avance, le moule de pressage est refroidi et, quand sa température est passée en dessous de la température d'adhérence To, une pression de pressage est appliquée au corps de verre. 30) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, une tension électrique est appliquée entre le moule supérieur et le moule inférieur. ) Procédé selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que, la tension électrique est une tension continue. ) Procédé selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que, la tension électrique est une tension alternative dissymétrique. ) Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, la pression de moulage est abaissée ou maintenue constante quand la température du moule diminue. ) Procédé selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, le corps de verre est échauffé à l'intérieur du moule. 8 ) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou selon les revendications 3 à 7, avec un moule de pressage comprenant un moule supérieur et un moule inférieur ainsi qu'éventuellement un anneau, pour accueillir un corps de verre élevé à une température dépassant la température de déformation, caractérisé en ce que, sur le dispositif est montée une source de tension électrique qui est reliée par des câbles au moule supérieur et au moule inférieur, tandis que sur le moule de pressage est disposé un dispositif de pressage. 90) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon une des revendications 2 à 7, avec un moule de pressage comprenant un moule supérieur et un moule inférieur ainsi qu'éventuellement un anneau, pour accueillir un corps de verre élevé à une température dépassant la température de déformation, caractérisé en ce que, sur le dispositif sont montés des éléments de refroidissement, et sur le moule un dispositif de pressage. ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que, le moule de pressage est relié par des câbles à une source de tension électrique. 11 ) Dispositif selon la revendication 8 ou 10, caractérisé en ce que, la source de tension comprend une source de tension continue. 12 ) Dispositif selon la revendication 8 ou 10, caractérisé en ce que, la source de tension comprend un générateur. 13 ) Dispositif selon une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que, le moule de pressage comprend des zones portant des revêtements différents. ) Dispositif selon une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que, sur le moule de pressage est disposée une source de chaleur.