Brevet FR3059921A1 — publié le 20180615

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention a trait au surfaçage à qualité optique, pour des surfaces telles qu'une face d'un verre ophtalmique ou d'une lentille d'appareil photographique ou d'un instrument destiné à l'observation des objets éloignés ou encore une face d'un substrat semi-conducteur. Par surfaçage, on entend toute opération visant à modifier l'état d'une surface préalablement façonnée. Il s'agit notamment d'opérations de polissage, doucissage ou dépolissage visant à modifier (diminuer ou augmenter) la rugosité de la surface et/ou à en diminuer l'ondulation. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE On connaît déjà, notamment par la demande de brevet japonais 2000-317797, par la demande de brevet français 2 834 662 à laquelle correspond la demande de brevet américain 2005/0101235, par la demande de brevet français 2 857 610 à laquelle correspond la demande de brevet américain 2006/0154581, par la demande de brevet français 2 900 356 à laquelle correspond la demande de brevet américain 2008/0171502, par la demande de brevet français 2 918 911 à laquelle correspond la demande de brevet américain 2010/0178858, par la demande de brevet français 2 935 627 à laquelle correspond la demande de brevet américain 2011/0136416, par la demande de brevet français 2 935 628 à laquelle correspond la demande de brevet américain 2011/0136415 et par la demande de brevet français 2 953 433 à laquelle correspond la demande de brevet américain 2012/0231713, un outil de surfaçage d'une surface optique, comportant : un support rigide présentant une surface transversale d'extrémité ; une interface élastiquement compressible assujettie au support rigide et présentant une première surface transversale d'extrémité, une seconde surface transversale d'extrémité et une surface latérale s'étendant de la périphérie de la première surface d'extrémité à la périphérie de la seconde surface d'extrémité, ladite première surface d'extrémité de l'interface étant appliquée contre et recouvrant ladite surface d'extrémité du support rigide ; ainsi qu'un tampon flexible apte à être appliqué contre la surface optique et qui est appliqué contre et recouvre au moins en partie la seconde surface d'extrémité de l'interface à l'opposé et au droit de ladite surface d'extrémité du support rigide. 3059921 2 Pour diminuer la rugosité de la surface optique, on amène l'outil au contact de celle-ci en maintenant sur elle une pression suffisante de l'outil pour que, par déformation de l'interface, le tampon épouse la forme de la surface optique. 5 Tout en arrosant la surface optique au moyen d'un fluide, on l'entraîne en mouvement relatif par rapport à l'outil de manière à ce qu'elle soit entièrement balayée par ce dernier. Généralement, on entraîne en rotation la surface optique, son frottement contre l'outil étant suffisant pour entraîner conjointement celui-ci en 10 rotation, un décentrement variable au cours de l'opération assure le mouvement relatif et le balayage. L'opération de surfaçage nécessite un abrasif qui peut être contenu dans le tampon ou dans le fluide. Au cours du surfaçage, l'interface, élastiquement compressible, 15 permet de compenser la différence de courbure entre la surface d'extrémité du support de l'outil et la surface optique. OBJET DE L'INVENTION L'invention vise à fournir un outil de surfaçage performant en matière de productivité et de qualité d'aspect obtenue tout en restant simple, commode et 20 économique à fabriquer. Elle propose à cet effet un outil de surfaçage à qualité optique, comportant : - une embase comportant un support rigide et une collerette flexible entourant ledit support rigide, lequel support rigide présente une surface transversale d'extrémité, laquelle collerette présente une surface transversale 25 d'extrémité située du même côté que la surface transversale d'extrémité du support rigide ; - une interface élastiquement compressible comportant une première surface transversale d'extrémité, une seconde surface transversale d'extrémité et une surface latérale s'étendant de la périphérie de la première surface 30 transversale d'extrémité à la périphérie de la seconde surface transversale d'extrémité, la première surface transversale d'extrémité de l'interface élastiquement compressible étant assujettie à la surface transversale d'extrémité du support rigide et à la surface transversale d'extrémité de la collerette ; et 3059921 3 - un tampon flexible présentant une première surface transversale d'extrémité assujettie à la seconde surface transversale d'extrémité de l'interface élastiquement compressible et une seconde surface transversale d'extrémité configurée pour être appliqué contre une surface à travailler, lequel tampon 5 comporte une partie centrale qui se trouve au droit de la surface transversale d'extrémité du support rigide et une partie périphérique qui se trouve transversalement au-delà de cette surface transversale d'extrémité ; caractérisé en ce que ladite partie périphérique est raccordée au support exclusivement par ladite interface et par ladite collerette, laquelle 10 collerette est configurée pour que l'outil soit déformable élastiquement entre une position de repos qu'il prend en l'absence de sollicitation et une position de référence où la seconde surface transversale d'extrémité du tampon flexible est plaquée contre une surface de référence qui est sphérique à rayon compris entre 40 mm et 1500 mm. 15 Contrairement par exemple à l'outil de surfaçage connu notamment par la demande de brevet français 2 900 356 à laquelle correspond la demande de brevet américain 2008/0171502, il n'y a pas de moyens de rappel élastique tels qu'une pièce étoilée raccordant la partie périphérique du tampon au support. Bien que cela soit surprenant, il s'avère qu'en fait il est possible de 20 configurer la collerette, par exemple ainsi qu'exposé ci-après, pour que la collerette soit suffisamment déformable élastiquement pour qu'il ne soit pas besoin de tels moyens de rappel élastique. Le caractère élastique de la déformation de l'outil entre la position de repos et la position de référence signifie que l'outil n'est pas déformé de façon 25 permanente, c'est-à-dire que quand on cesse de plaquer l'outil contre la surface de référence il revient à la position de repos, avec éventuellement un délai de quelques secondes. Grâce à son nombre de composants réduit, l'outil selon l'invention est simple, commode et économique à fabriquer. 30 En outre, il est possible de configurer l'outil selon l'invention, par exemple ainsi qu'expliqué ci-après, pour que l'outil ait la capacité d'exercer une pression relativement uniforme sur la surface à travailler, ce qui est favorable aux performances de productivité et de qualité d'aspect du surfaçage effectué. 3059921 4 Selon des caractéristiques avantageuses, ladite collerette est configurée pour que l'outil soit déformable élastiquement entre ladite position de repos qu'il prend en l'absence de sollicitation et : - dans le cas où ladite surface à travailler est concave, aussi bien 5 jusqu'à une première position de référence concave où la seconde surface transversale d'extrémité du tampon flexible est plaquée contre une première surface de référence concave qui est sphérique concave à rayon de 1500 mm que jusqu'à une deuxième position de référence concave où la seconde surface transversale d'extrémité du tampon flexible est plaquée contre une deuxième 10 surface de référence concave qui est sphérique concave à rayon de 40 mm ; ou - dans le cas où ladite surface à travailler est convexe, aussi bien jusqu'à une première position de référence convexe où la seconde surface transversale d'extrémité du tampon flexible est plaquée contre une première surface de référence convexe qui est sphérique convexe à rayon de 40 mm que jusqu'à une 15 deuxième position de référence convexe où la seconde surface transversale d'extrémité du tampon flexible est plaquée contre une deuxième surface de référence convexe qui est sphérique convexe à rayon de 1500 mm. L'outil est ainsi capable de se déformer élastiquement aussi bien de la position de repos jusqu'à la première position de référence que de la position de 20 repos jusqu'à la deuxième position de référence, et donc de se déformer élastiquement sur une gamme de courbure particulièrement étendue. Grâce à la capacité qu'a l'outil de se déformer élastiquement sur une plage de courbures aussi étendue, un ensemble formé par une machine de surfaçage et par un outil selon l'invention peut surfacer la plupart des lentilles ophtalmiques 25 courantes. On notera à ce sujet qu'au contraire, avec les outils déjà connus, il faut généralement trois modèles différents d'outils, à courbures différentes en position de repos, pour pouvoir surfacer la même plage de courbures. Le caractère universel de l'outil selon l'invention est particulièrement 30 avantageux en matière de productivité puisqu'il n'est pas besoin de changer d'outil lorsqu'on change de courbure de la surface à travailler. Selon des caractéristiques avantageuses : 3059921 5 - la valeur de l'effort appliqué sur le support coaxialement à l'outil alors que l'outil est coaxial à la surface de référence pour faire passer l'outil de la position de repos à la position de référence est compris entre 30 N et 180 N ; - ladite collerette est configurée pour que le ratio effort sur déplacement 5 entre, d'une part, la valeur de l'effort appliqué sur le support coaxialement à l'outil alors que l'outil est coaxial à la surface de référence pour faire passer l'outil de la position de repos à la position de référence et, d'autre part, la valeur du déplacement du support entre la position de repos et la position de référence est compris entre 3 N/mm et 15 N/mm avec une vitesse de déplacement imposée de 10 25 mm/s ; - ledit ratio effort sur déplacement est compris entre 5 N/mm et 8 N/mm avec une vitesse de déplacement imposée de 25 mm/s ; - la surface transversale d'extrémité de la collerette est à fleur de la surface transversale d'extrémité du support ; 15 - la collerette est subdivisée en pétales ; - lesdits pétales sont subdivisés par des fentes orientées radialement ; - chaque pétale prend racine latéralement audit support rigide ; - chaque pétale a une épaisseur qui varie en fonction de la distance x à son extrémité distale, avec pour chaque distance x l'épaisseur qui est constante ; 20 - à chaque distance x, l'épaisseur h(x) du pétale est donnée par la formule : h(x)3- -K b x (fxb(x)dx)dx () 0 0 avec b(x) qui est la largeur du pétale à la distance x et K une constante ; - la largeur du pétale en fonction de la distance x à l'extrémité distale du pétale est exprimable sous la forme d'un polynôme : b(x) = an xn = a0 + aix + a2 x2 + - -- + an xn i=0 25 de sorte qu'à chaque distance x l'épaisseur du pétale est donnée par la formule : h(x)3 = _K (a0x2 aix3 a xn+2 b(x) 2 6 (n+1)(n+2)) ; 3059921 6 - les pétales sont en forme de tronc de secteur angulaire de sorte que la largeur du pétale en fonction de la distance x à l'extrémité distale du pétale est exprimable sous la forme du polynôme : b(x) = ao + aix 5 de sorte qu'à chaque distance x l'épaisseur du pétale est donnée par la formule : h(x)3=K (a REVENDICATIONS1. Outil de surfaçage à qualité optique, comportant : - une embase (11) comportant un support rigide (12) et une collerette flexible (13) entourant ledit support rigide (12), lequel support rigide (12) présente une surface transversale d'extrémité (14), laquelle collerette (13) présente une surface transversale d'extrémité (15) située du même côté que la surface transversale d'extrémité (14) du support rigide (12) ; - une interface élastiquement compressible (16) comportant une première surface transversale d'extrémité (17), une seconde surface transversale d'extrémité (18) et une surface latérale (19) s'étendant de la périphérie de la première surface transversale d'extrémité (17) à la périphérie de la seconde surface transversale d'extrémité (18), la première surface transversale d'extrémité (17) de l'interface élastiquement compressible (16) étant assujettie à la surface transversale d'extrémité (14) du support rigide (12) et à la surface transversale d'extrémité (15) de la collerette (13) ; et - un tampon flexible (20) présentant une première surface transversale d'extrémité (21) assujettie à la seconde surface transversale d'extrémité (18) de l'interface élastiquement compressible (16) et une seconde surface transversale d'extrémité (22) configurée pour être appliquée contre une surface à travailler (23), lequel tampon (20) comporte une partie centrale (24) qui se trouve au droit de la surface transversale d'extrémité (14) du support rigide (12) et une partie périphérique (25) qui se trouve transversalement au-delà de cette surface transversale d'extrémité (14) ; caractérisé en ce que ladite partie périphérique (25) est raccordée au support (12) exclusivement par ladite interface (16) et par ladite collerette (13), laquelle collerette (13) est configurée pour que l'outil (10) soit déformable élastiquement entre une position de repos qu'il prend en l'absence de sollicitation et une position de référence où la seconde surface transversale d'extrémité (22) du tampon flexible (20) est plaquée contre une surface de référence (37, 40, 46, 47) qui est sphérique à rayon compris entre 40 mm et 1500 mm. 2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite collerette (13) est configurée pour que l'outil (10) soit déformable élastiquement entre ladite position de repos qu'il prend en l'absence de sollicitation et : 3059921 26 - dans le cas où ladite surface à travailler est concave, aussi bien jusqu'à une première position de référence concave où la seconde surface transversale d'extrémité (22) du tampon flexible est plaquée contre une première surface de référence concave (37) qui est sphérique concave à rayon de 1500 mm 5 que jusqu'à une deuxième position de référence concave où la seconde surface transversale d'extrémité (22) du tampon flexible est plaquée contre une deuxième surface de référence concave (40) qui est sphérique concave à rayon de 40 mm ; OU - dans le cas où ladite surface à travailler est convexe, aussi bien jusqu'à 10 une première position de référence convexe où la seconde surface transversale d'extrémité (22) du tampon flexible est plaquée contre une première surface de référence convexe (46) qui est sphérique convexe à rayon de 40 mm que jusqu'à une deuxième position de référence convexe où la seconde surface transversale d'extrémité (22) du tampon flexible est plaquée contre une deuxième surface de 15 référence convexe (47) qui est sphérique convexe à rayon de 1500 mm. 3. Outil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur de l'effort appliqué sur le support (12) coaxialement à l'outil (10) alors que l'outil (10) est coaxial à la surface de référence (40, 47) pour faire passer l'outil (10) de la position de repos à la position de référence est compris entre 30 N 20 et 180 N. 4. Outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite collerette (13) est configurée pour que le ratio effort sur déplacement entre, d'une part, la valeur de l'effort appliqué sur le support (12) coaxialement à l'outil alors que l'outil (10) est coaxial à la surface de référence (40, 47) pour faire 25 passer l'outil (10) de la position de repos à la position de référence et, d'autre part, la valeur du déplacement du support (12) entre la position de repos et la position de référence est compris entre 3 N/mm et 15 N/mm avec une vitesse de déplacement imposée de 25 mm/s. 5. Outil selon la revendication 4, caractérisé en ce ledit ratio effort sur 30 déplacement est compris entre 5 N/mm et 8 N/mm avec une vitesse de déplacement imposée de 25 mm/s. 3059921 27 6. Outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface transversale d'extrémité (15) de la collerette (13) est à fleur de la surface transversale d'extrémité (14) du support (12). 7. Outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce 5 que la collerette (13) est subdivisée en pétales (27). 8. Outil selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits pétales (27) sont subdivisés par des fentes (26) orientées radialement. 9. Outil selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque pétale (27) prend racine latéralement audit support rigide (12). 10 10. Outil selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque pétale (27) a une épaisseur qui varie en fonction de la distance x à son extrémité distale, avec pour chaque distance x l'épaisseur qui est constante. 11. Outil selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'à chaque distance x, l'épaisseur h(x) du pétale (27) est donnée par la formule :X h(x)3- -K b x ( b(x)dx)dx () 0 0 15 avec b(x) qui est la largeur du pétale à la distance x et K une constante. 12. Outil selon la revendication 11, caractérisé en ce que la largeur du pétale (27) en fonction de la distance x à l'extrémité distale du pétale est exprimable sous la forme d'un polynôme : n b(x) = an xn = a0 + alx + a2 x2 + - -- + an xn i=0 de sorte qu'à chaque distance x l'épaisseur du pétale est donnée par la 20 formule : K a0x2 a1x3 a xn+2 h(x)3 - ID(X) + +...± (n+1n)(n+2)) 13. Outil selon la revendication 12, caractérisé que les pétales (27) sont en forme de tronc de secteur angulaire de sorte que la largeur du pétale en fonction de la distance x à l'extrémité distale du pétale est exprimable sous la forme du polynôme : 25 b(x) = ao + aix de sorte qu'à chaque distance x l'épaisseur du pétale est donnée par la formule : 3059921 28 K fa0x2 a1x3 h (X) 3 - b(x) ) 14. Outil selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce qu'à chaque distance x de l'extrémité distale du pétale (27), l'épaisseur du pétale est inférieure à : hmAx - 2E avec o-mAx qui est la limite en traction de la matière des pétales, E qui est le 5 module d'élasticité de la matière des pétales et R qui est l'inverse de la différence de courbure entre la position de repos et la position de référence de l'outil. 15. Outil selon l'une quelconque des revendications 7 à 14, caractérisé en ce que le ratio entre l'aire de la surface transversale d'extrémité (15) de la collerette (13), c'est-à-dire l'aire totale de la surface des pétales (27), et l'aire de la 10 surface annulaire correspondante est compris entre 30 et 80%. 16. Ensemble comportant une machine de polissage (29) et un outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel ladite machine (29) est configurée pour appliquer sur le support (12) de l'outil (10) un effort machine prédéterminé (31) de valeur constante, et ledit outil (10) est configuré pour que la 15 valeur de l'effort (31) appliqué sur le support (12) coaxialement à l'outil (10) alors que l'outil est coaxial à la surface de référence (40) pour faire passer l'outil (10) de la position de repos à la position de référence est compris entre 85% et 100% de ladite valeur constante de l'effort machine (31). ROEmAx