Brevet FR3007851A1 — publié le 20150102

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un élément optique comprenant une pièce de forme au moins partiellement transparente, ayant au moins une première couche en une matière plastique transpa- rente. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un tel élément optique. Etat de la technique De nombreux systèmes optiques entre-autres des sys- tèmes d'affichage tête haute (encore appelé « système d'affichage HUD ») utilisent des surfaces transparentes (encore appelées « dispositifs de combinaison ») pour afficher pour le conducteur des informations de conduite importante telles que par exemple la vitesse, les indications de navigation ou des symboles de risque, dans la zone de vision directe du conducteur. Pour cela, on génère une image virtuelle devant le pare- brise pour que le conducteur puisse reconnaître en même temps l'environnement et les informations de conduite sans avoir à refocaliser les yeux. L'image virtuelle peut être générée pour l'affichage direct par le pare-brise ou pour être afficher sur un dispositif de combinaison instal- lé dans le champ de vision du conducteur, devant le pare-brise. Les sys- tèmes de combinaison ont l'avantage vis-à-vis des systèmes HUD utilisant le pare-brise que la position et la distance de l'image soit adaptée au conducteur et que cette distance est toujours la même lorsqu'on remplace le pare-brise et la surface de matière plastique. Dans le cas d'un dispositif de combinaison, la fonction optique y compris les exi- gences de tolérances géométriques strictes imposées au pare-brise sont transposés sur le dispositif de combinaison. Cette solution à l'avantage que par exemple en cas de remplacement du pare-brise défectueux il n'y a pas à faire de présélection pour tenir compte des exigences de tolérances. Les dispositifs de combinaison peuvent être en un verre de sécurité ou aussi en matière thermoplastique. Le respect des exigences de tolérances strictes constituent un grand défi. Les dispositifs de combinaison sont fabriqués comme surfaces de forme libre dans un outil d'injection et d'impression dans des machines d'injection ayant une fonction d'impression. La matière thermoplastique est dans la plupart des cas du polycarbonate transparent. Dans de nombreux véhicules, on voit les essuie-glaces dans la partie inférieure ce qui peut être perçu comme gênant. Pour évi- ter cela, il est connu de réaliser le dispositif de combinaison en une ma- tière plastique teintée de noir. De tels dispositifs de combinaison ont l'inconvénient de ne laisser passer que très peu de lumière des véhicules qui précède (par exemple des feux de freins ce qui réduit les avantages de sécurité offerts par ce système). But de l'invention La présente invention a pour but de développer un élément optique au moins partiellement teinté qui a une pièce de forme au moins partiellement transparente et comporte une zone rendue sombre qui rejoint en continu la zone ou région transparente sans nécessiter pour cela de revêtement supplémentaire. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention a pour objet un élément optique comprenant une pièce de forme au moins partiellement transparente, ayant au moins une première couche en une matière plastique transparente Cet élément est caractérisé en ce que la première couche est reliée dans au moins une partie à une seconde couche en une seconde matière plastique moins transparente que la première matière plastique et la seconde couche à des épaisseurs différentes dans au moins deux endroits. L'élément optique selon l'invention est un élément à deux composants ayant d'une part une région ou zone transparente qui offre une vision claire vers l'extérieur et d'autre part une région ou zone moins transparente qui élimine pratiquement de la vue les éléments non souhaitables. Par exemple l'élément optique selon l'invention peut être un dispositif de combinaison partiellement teinté pour un dis- positif d'affichage tête haute, permettant de cacher les composants du véhicule situé dans la région inférieure comme par exemple les essuie-glaces grâce à la zone rendue sombre alors que la zone ou région supérieure, transparente comme du verre permet de voir parfaitement les signaux des évènements de circulation en amont. L'élément optique se- lon l'invention présente une transition continue sans arrête vive entre la région moins transparente et la région transparente et constitue un composant sans déformation ni orientation, avec un angle de coin qui élimine le dédoublement de l'image. L'élément optique selon l'invention remplit de façon avantageuse et sans nécessiter de revêtement supplé- mentaire et ainsi sans étape de procédé supplémentaire, les exigences très strictes imposées aux systèmes optiques car la plage de tolérance, d'épaisseur et de forme des deux couches est inférieure à 50 pm. Selon un développement particulièrement avantageux de l'élément optique de l'invention, la seconde couche a une section en forme de coin au moins dans un plan de coupe perpendiculaire à son plan principal d'extension, pour avoir une transition continue, régulière entre la région transparente et la région moins transparente. Selon un autre développement particulièrement avanta- geux de l'élément optique selon l'invention, la seconde couche est en une matière plastique transparente. Selon un autre développement avantageux de l'élément optique de l'invention, la seconde couche est appliquée à la surface de la première couche. C'est ainsi que par exemple en utilisant un vernis thermodurcissable réticulant sur le côté extérieur de l'élément optique on applique en même temps une couche à demi-teintée et une couche résistant aux rayures. On économise ainsi des revêtements supplémentaires ou des opérations de revêtements supplémentaires, ce qui en outre évite les risques d'erreurs. En variante, la seconde couche peut être intégrée dans la première couche, c'est-à-dire être installée en sandwich dans la pre- mière couche. De façon préférentielle, la seconde couche s'étend sur une région de bord de la première couche, et la surface de la région non couverte par la seconde couche est supérieure à la surface de la région de boni. Selon un autre développement avantageux de l'élément optique selon l'invention, la première couche est une matière thermoplastique et la seconde couche une matière thermodurcissable. L'invention a également pour objet l'application de l'élément optique selon l'invention comme composant d'un système d'affichage tête haute. Dans le cas où la seconde couche est appliquée à la surface de la première couche, le procédé de fabrication d'un élément optique selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à : a) former une première couche d'une pièce de forme dans une première cavité en une première matière plastique transparente, b) après le moulage de la première couche de préférence après le durcissement de la première couche on applique une seconde couche en une seconde matière plastique moins transparente que la première matière plastique à l'aide d'une seconde cavité étagée ou en forme de coin sur une partie de la première couche, c) après la prise de la seconde couche on extrait la pièce de forme de la seconde cavité. Dans le cas où la seconde couche est intégrée dans la première couche, le procédé de fabrication de l'élément optique est ca- ractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à : a) former une première couche d'une pièce de forme dans une première cavité en une première matière plastique transparente, b) avant le durcissement total de la première couche on injecte une se- conde couche en une seconde matière plastique moins transparente que la première matière plastique dans l'âme non encore durcie de la première matière plastique fondue, c) après le durcissement de la première couche on extrait la pièce de forme de la cavité. Le procédé selon l'invention de préférence le procédé de montage par injection avec un outil d'injection (moule d'injection) particulier permet de réaliser avantageusement la transition continue sans arrête vive entre la région la moins transparente (teintée) et la région transparente. En même temps, on a un composant sans déformation ni torsion et sans orientation intérieure ni contraintes et avec un angle de coin qui élimine le dédoublement de l'image. Grâce à l'utilisation d'un vernis thermodurcissable, réticulé on peut par exemple appliquer sur le côté extérieur du dispositif de combinaison en même temps une couche en demi-teinte et une couche résistant aux rayures ce qui économise une opération de revêtement supplémentaire et aussi des sources d'erreur. Le procédé de fabrication selon l'invention permet avantageusement de fabriquer des éléments optiques (surfaces de forme libre) respectant une plage de tolérance d'épaisseur et de forme des couches entre elles inférieure à 50 }gym. Ces éléments optiques répondent sans nécessiter de revêtement supplémentaire et d'opération de procédé sup- plémentaire que cela entraînerait, les exigences très strictes imposées aux systèmes optiques. Dessins La présente invention sera décrite, ci-après, de manière plus détaillée à l'aide d'un élément optique et de son procédé de fabrica- tion représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une partie d'outillage pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention à savoir l'injection d'une première matière plastique, - la figure 2 est une vue en coupe schématique d'une partie d'outil pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention à savoir l'application de la seconde matière plastique, - la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une partie de l'outillage de la figure 2 pour l'application d'un revêtement, - la figure 4 est une vue schématique d'une variante de parties d'outillage pour la mise en oeuvre d'un autre mode de réalisation du procédé de l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe schématique d'un élément optique selon l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention Pour fabriquer l'élément optique selon l'invention par exemple une vitre en matière plastique, le dispositif de combinaison, partiellement teinté, on utilise par exemple une presse à injection avec un moule d'injection et une presse réglable avec un moule d'injection et à dosage de vernis. Dans la première coupe représentée à la figure 1, la pièce de forme, transparente, est réalisée dans une machine d'injection avec un outillage 1 (par exemple un moule d'injection) par exemple en polycarbonate thermoplastique (PC) en procédant d'une manière connue en soi. Pour cela on remplit tout d'abord la cavité 3 du moule 1 par l'entrée 2 avec de la matière plastique fondue puis on transforme cette première couche 4 à l'aide du poinçon d'impression 5 en régulant la pression. Le poinçon d'impression 5 est par exemple réalisé pour avoir une amorce avec une arrête de coupe pour ainsi couper la carotte lors de la course de mise en pression. Si la première couche 4 nécessite une amorce plus épaisse que la course d'impression, on démoule la pièce de forme après un temps de refroidissement prédéfini et on coupe la carotte à l'extérieur du moule 1. Dans l'étape suivante représentée à la figure 2 on place les pièces de forme 11 qui on une première couche 4 avec un manipula- teur dans l'outil 10 sur la presse réglable. Les cavités du moule 10 sont revêtues de poly-tétra-fluor-éthylène thermo-conducteur (revêtement de PTFE 12, par exemple en téflon, marque déposée) de façon à protéger la surface sensible de la première couche 4 et d'assurer l'étanchéité. La région du moule 10 qui reçoit la seconde couche de matière plastique 13 c'est-à-dire la région de la cavité pour teinter la pièce de forme 11 à une section en forme de coin de sorte que la transition entre la zone transparente et la zone teintée de la pièce de forme 11 se fait de manière continue sans arrête vive. On fait le vide dans la cavité pour éviter la formation de bulles d'air (élément d'étanchéité 14). Avec les buses de l'installation de dosage 15 on injecte par exemple un vernis thermodurcissable, sans solvant, par exemple une laque de polyuréthane avec des particules sombres constituant la seconde couche 13 ; on fait durcir à une température d'outillage d'environ 180°C. La seconde couche 13 ou le vernis ne s'accroche pas au revêtement PTFE 12 et ainsi ne s'accroche pas à la paroi de la cavité. Après un temps de prise prédéfini, on rétracte le tiroir derrière la seconde couche 13 et on injecte un second vernis thermodurcissable transparent à l'aide de l'installation de dosage 16 qui constitue un revêtement protecteur 17 (figure 3). Ensuite, après un temps de prise prédéfini on ouvre le moule d'injection et on extrait l'élément optique selon l'invention avec son revêtement 17 en plus résistant aux rayures en utilisant un dispositif de manipulation. En variante, on peut utiliser pour la fabrication d'un élément optique selon l'invention, par exemple une vitre de dispositif de combinaison en matière plastique partiellement teintée, par exemple une machine d'injection à deux composants comportant un moule d'injection 20. Comme le montre la figure 4 dans ce mode de réalisation, après la phase d'injection de la matière plastique transparente fondue, qui constitue la première couche 21 on injecte une seconde matière plastique fondue, colorée qui constitue la seconde couche 22 à l'aide du canal chauffant 23 avec une seconde unité d'injection dans l'âme encore plastique de la matière plastique transparente. La seconde couche 22 s'intègre dans la première couche 21. Par le choix de la position et du nombre de buses de canal chaud pour la seconde couche 22, le vo- lume injecté et la vitesse d'injection on peut influencer la forme du rem- plissage en couleurs. Dans l'étape suivante, par l'opération d'impression, on transforme la pièce de forme, partiellement teintée de façon connue. Le poinçon d'impression 24 est réalisé pour qu'à l'amorce il comporte une arrête de coupe pour couper la carotte 25 lors de la course d'impression. Si cette pièce nécessite une coupe plus importante que la course d'impression, on effectue la coupe de la carotte 25 en dehors du moule 20, après avoir démoulé la pièce et attendu un certain temps de refroidissement. La figure 5 montre un élément optique 30 terminé selon l'invention. Cet élément se compose d'une pièce moulée 31 formée d'une première couche 32 et d'une seconde couche 33. La première couche 32 est en une matière thermoplastique transparente c'est-à-dire vitreuse par exemple en polycarbonate PC. La seconde couche 33 est en une matière thermodurcissable, dopée avec des particules sombres, par exemple un vernis de polyuréthane sans solvant. La seconde couche 33 est appliquée sur la première couche 32 ou intégrée dans celle-ci. Dans tous les cas, la seconde couche 33 est telle que la teinte qu'elle génère diminue progressivement à la transition de la partie transparente, c'est-à-dire vitreuse de façon à voir une transition continue sans arrête vive. Pour cela, la seconde couche à des épaisseurs différentes ou est de pré- férence en forme de coin. L'élément optique 30 selon l'invention est un élément optique 30 avec deux composants, à savoir, d'une part une zone transparente qui permet une vision claire vers l'extérieur et d'autre part une zone moins transparente qui élimine pratiquement les champs de vue non souhaitables. A titre d'exemple, l'élément optique 30 selon l'invention peut être un dispositif de combinaison d'un dispositif d'affichage tête haute pour sa partie inférieure pour cacher des composants du véhicule dans la partie inférieure tels que les essuie-glaces dans le champ de vision du conducteur alors que la partie supérieure parfaitement transparente permet de percevoir nettement les signaux des évènements de circulation en amont.10 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Outil/Moule d'injection/Moule d'injection et d'impression 2 Entrée du moule 3 Cavité 4 Première couche 5 Poinçon d'impression Outil/ Moule 11 Pièce de forme 10 12 Revêtement de poly-tétra-fluor-éthylène 13 Seconde couche de matière plastique 14 Elément d'étanchéité Installation de dosage 16 Installation de dosage 15 17 Revêtement résistant aux rayures Outil d'injection 21 Première couche 22 Seconde couche 23 Canal chaud 20 24 Poinçon d'impression Carotte Elément optique 31 Pièce de forme 32 Première couche 25 33 Seconde couche REVENDICATIONS1°) Elément optique (30) comprenant une pièce de forme (11, 31) au moins partiellement transparente, ayant au moins une première couche (4, 21, 32) en une matière plastique transparente, élément caractérisé en ce que la première couche (4, 21, 32) est reliée dans au moins une partie à une seconde couche (13, 22, 33) en une seconde matière plastique moins transparente que la première matière plastique et la seconde couche (13, 22, 33) à des épaisseurs différentes dans au to moins deux endroits. 2°) Elément optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde couche (13, 22, 33) a une section en forme de coin dans au 15 moins un plan de coupe perpendiculaire à son plan principal d'extension. 3°) Elément optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que 20 la seconde couche (13, 22, 33) est en matière plastique transparente. 4°) Elément optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde couche (13, 22, 33) est appliqué à la surface de la première 25 couche (4, 21, 32). 5°) Elément optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde couche (13, 22, 33) est intégrée dans la première couche (4, 30 21, 32). 6°) Elément optique selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la seconde couche (13, 22, 33) s'étend sur une région de bord de la 35 première couche (4, 21, 32) et, la surface de la région non couverte parla seconde couche (13, 22, 33) et supérieure à la surface de la région de bord. 7°) Elément optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche (4, 21, 32) est une matière thermoplastique et la seconde couche (13, 22, 33) est une matière thermodurcissable. 8°) Application de l'élément optique selon l'une des revendications 1 à 7 io comme composants d'un système d'affichage tête haute. 9°) Procédé de fabrication d'un élément optique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' il comprend les étapes suivantes consistant à : 15 a) former une première couche (4) d'une pièce de forme (11) dans une première cavité (3) en une première matière plastique transparente, b) après le moulage de la première couche (4) de préférence après le durcissement de la première couche (4) on applique une seconde couche (13) en une seconde matière plastique moins transparente 20 que la première matière plastique à l'aide d'une seconde cavité éta- gée ou en forme de coin sur une partie de la première couche (4), c) après la prise de la seconde couche (13) on extrait la pièce de forme (11) de la seconde cavité. 25 10°) Procédé de fabrication d'un élément optique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' il comprend les étapes suivantes consistant à : a) former une première couche (21) d'une pièce de forme dans une première cavité en une première matière plastique transparente, 30 b) avant le durcissement total de la première couche (21) on injecte une seconde couche (22) en une seconde matière plastique moins transparente que la première matière plastique dans l'âme non encore durcie de la première matière plastique fondue, c) après le durcissement de la première couche (21) on extrait la pièce 35 de forme de la cavité.