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Améliorations dans ou concernant la production de lentilles optiques et d'autres objets de moulage en matières plastiques.
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Je, sous-signe, FRANK EDWARD BRETON, Traducteur technique de la maison BOULT, WADE TENANT, Ingénieurs Conseils en matières de Brevets d'Invention, demeurant
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111/112 Hatton GardOns London, E.C..,
Déclare par la présente que la Mémoire Descriptive qui suif est une traduction fidèle de la spécification déposée avec l'Ambassade de Belgique a Londres, se référant à une Demande de Brevet d'invention en Belgique réclamant la sate de dépôt d'une Spécification provisoire d'une Demande de Brevet Britannique No. 3474/42 déposée le 16E Mars 1942, d'une spécification Cognate No.
427/43 déposée le 8E de janvier 1943 ainsi que la date de dépôt de la Spécification complète, à savoir le 13eme d'Avril de 1943 dans le Bureau de Brevets de Londres.
La dite Demande de Brevet ayant comme titre:
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"Anél19rations dans ou concernant la production de lentillesf optiques et d'autres objets de moulage en mati ères plastiques" et dont le vrai et premier inventeur est: ARTHUR WILLIAM KINGSTON, un sujet britannique, demeurant
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a the Old mill House, Donham, Buckin,hamshire, Angleterre.
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Cette invention se refera a des améliorations dans ou concernant la production de lentilles optiques ou autres objets
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de moulage en matière plastique et elle touche plus particulaire- ment à la production de lentilles, prismes et pareils éléments optiques à partir de matériel transparent tels
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les polymorides organiques ( a savoir méthyle méthacrylate, poly- styrene, chlorure de polyvinyl) lesquels dans leur forme finie
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sont optiquement clairs, uniformes,stables et résistants @0 formation et à tout changement de structure moléculaire. / * "/" i ',, Dans la spécification Nr.
z113 on a fait référence à une méthode de fabrication de dispositifs optiques, suivant la- quelle on donne la forme et la surface parfaitement poli qui sont nécessaires moyennant une série d'opérations de moulage.
D'une façon générale cette invention se refera\au type d(
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opérations auquel se référent ces brevets antérieure \0n corn- - prendra que dans l'opération de moulage d'une lentïrlle, prisme ou autre élément optique les matrices de m'étal( généralement
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d'un acier soeoiel) sont usinées, taillées et polis là un très haut degré de pr'éotsion,de sorte qu'elles tiennent deb surfaces qui produiront dans l'article moulée des surfaces cory,spondante4 du très haut degré de précision associe avec les 7.ent.les de verre comme destinées pour les lunettes, microscopes, .escops, appareils de prise de vue ou projecteurs cinématographiques.
On se propose dans cette invention que le matériel insère ..dans le moule ou matrice soit une pièce d'ouvrage solide de matière thermo.plastique du type ci-dessus indique.
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pendant la solidification originale ou la polymril tion des matières plastiques celles-ci prennent une structure moléculaire qui est normalement uniforme et libre de tensions internes, on a trouve que si,
dans le procédé final du moulage on soumet le
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matériel a une distortion bu tens9.onpareiy.e 1es propriétés op- tiques do l'élément fini seront atteintes et c'est un objet
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de la présente invention de surmonter ou d'éviter de telle distortion ou tension dans l'opération de moulage.
suivant l'invention, dans la production de lentilles, prismes et pareils éléments optiques a partir de matières plastiques transparentes,on préforma une pièce d'ouvrage par découpage, rodage et pareilles opérations mécaniques, à une forme qui ressemble très précisément a sa forme finale et on soumet ensuite la pièce d'ouvrage préformée a le moulage final,- dans des matrices précises, pour assurer que la lentille, prisme ou autre élément optique tient la forme et les surfaces de ,la précision optique nécessaire.
Dans un-arrangement préféré la pièce d'ouvrage est soumise non seulement à une préformation approximative à sa forme finale par découpage, rodage et pareilles opérations mécaniques, mais on soumet aussi la pièce d'ouvrage a une opération de polissage pour enlever toute aspérité, toujours avec l'objet d'amener la pièce d'ouvrage aussi précisément que possible à sa forme finale.
Il est essentiel dans l'opération de moulage d'éviter la formation de boules d'air, c'est à dire, que la pièce d' ouvra¯e preformee doit être d'une forme telle qu'elle présente pendant l'opération de moulage, une sortie libre vers la périphérie des parties de la moule pour l'échappement de làair.
Ainsi dans le cas de la surface convexe d'une lentille où la surface correspondante de la matrice est concave, le rayon de courbure de la pièce d'ouvrage préformée ne doit être pas plus grand que le rayon de courbure de la matrice; il doit être même un peu moins de la courbure de la matrice.
Si, par exemplele rayon de courbure de la matrice concave était de 10 cm, le rayon de courbure de la surface convexe de la pièce d'ouvrage devait être de 9.5 a 9.8 cm,
Au contraire dans le cas d'une surface concave de la
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lentille ou autre élément optique les rayons do courbure de la pièce d'ouvrage préformée doivent être un peu plus grand que ceux de la surface convexe de la matrice,
Cette relation entre le rayon de courbure de la pièce d'ouvrage et le rayon de courbure de la-matrice est atteinte dans l'opération de réforma%ion de la pièce d'ouvrage moyen- nant le découpage, rodage ou poli sage de la pièce d'ouvrage en correspondance.
Dans beaucoup d'opérations de moulage sur matières mollies ou plastiques l'extrusion a lieu à ou près de la périphérie des matrices, suivant l'invention on évite l'extrusion autant que possible par deux mesures: (a) la pièce d'ouvrage est construits d'une volume totale telle que n'aucune partie de la volume sera pressée en dehors autour des bords continus des parties de la matrice, et (b) aux parties de la pièce d'ouvrage preformee qui constitueront les périphéries ou bords de l'élément moulé optique fini, les dimensions et la forme de la pièce d'Ouvrage préformée sont portées à des limites très proches à celles de la forme finale,
Il n'y a pas de "flash" ou babure avec une lentille construite selon cette invention..
Dans le cas d'un prisme de section tranversale triangu- lairo l'une des matricos peut avoir une partie en forme de V tandis que l'autre partie de la matrice est plate, et, tandis que la matrice en forme de V est de la forme exacte du prisme, la pièce d'ouvrage qui y est insérée tient un angle dièdre très peu moins de celui de la matrice, et ceci pour empêcher la formation de poches d'air pendant l'opération de moulage.
Des considérations pareilles s'appliquent à la formation de prismes ayant plus de trois cotés.
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Suivant la présente invention, dans la production de lentilles, prismes et pareils éléments optiques à partir de matières plastiques transparentes on préforme une pièce d' ouvrage moyennent découpage, rodage et pareilles opérations mécaniques à une forme très approximative à sa forme finale, cette pièce préformée est préchauffée jusqu'à une température conveiable pour le roulage et on la soumet ensuite au moulage final ians des matrices précises pour assurer que la lentille, prisme ou autre élément optique tient la forme et les surfaces de la précision optique nécessaire.. Dans le reste de cette spécification la description s'occupera exclusivement de la fabrication de lentilles optiquement précises.
Suivant une autre caractéristique de cette invention les matrices sont montées dans la presse de sorte qu'au moins une d' elles se trouve sous une tension flexible ou élastique ( c'est a dire, sous la pression d'un ressort fort comprima) de sorte que pendant le rafraîchissement et conséquente contraction de la pièce d'ouvrage moulée la matrice mobile peut suivre ce rétrécissements Avec cet arrangement il n'y a pas de butée mécanique pour le mouvement à la suite de la matrice mobile: la pièce d'ouvrage finie est elle-même la seule butée et les dimensions précises de la pièce d'ouvrage finie sont déterminées par le poids et la volume de la pièce preforme*.
Suivant une autre caractéritique de cotte invention les matrices sont montées dans des chemises dans la presse el la périphérie des matrices est entourée par un logement bien ajusté (cylindrique dans le cas d'une lentille circulaire); chaque chemise étant pourvue de conduits pour un fluide cliauf- fant tel que la vapeur et pour un fluide rafraîchissant tel que l'eau, de sorte que pendant la période de rafraîchissement l'extraction dr cheleur de la piéce d'ouvrage a liait à travers les matrices elles-mômes.
Le logement ou entourage n'est pas soumis au rafraîchissement par eau et cet arrangement empêche
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la. formation d'une sono annulaire solidifiee et endurcie à la périphérie de la pièce d'ouvrage qui se refroidit, ce qui
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pourrait avoir uno nl[',uv<:'J 1J( ?.rli i.llC'nC'C3 sur le mouvement de suite efficace do la matrico mobile pendant les étapes finales de Il
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opération de rafl'l1±chissement.
Dans le cas de lentilles ba.-crvEos ou bi-.concé<Ir;s .l' épaisseur de la lentille peut %.;àri:=#µConss- t-É,rablen',c,n'5 entre son centre 0'(, sa. périphérie et 3t't .',:ix3TlC? . 3'î.4.'^ii'c ù-Ctl.S8f3is7C-?:1t de la ï.Jatrice do telle manière que 1<extraction due la chaleur de la piôoe d'o1.'L\tr::,..:;e qui se rafraîchit,.'soit substantiellement uniforme sur toute son atendue ou t\:,. travers sa, volume.
La nature de cette inention et de ses caractéristiques subsidiaires sera, comprise par la description suivante à titre d'exemple 'de la méthode ot appareils utilisas pour la production
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do lentilles partir do feuilles de polyrnoridc de m6thyle methacrylato ou duo iJôlys.ly;?olène, 011 sa rofcrcnt 13.1.1,." dessins Ci-arll1.8XeSI d'ails lesquels:
La Figure 1 est une -vue en perspective de l'appareil final
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de rnuua,s.;s, La Figura 2 donne une vue en perspective, partiellement en soci;iori, raontrc,nt la pince porte-lentille 3t le dispositif a chauffée électrique,
La.
Figure 3 est une vue de détail en section verticale
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d4mnntrt i'op±rat1crl d'expulser la lentille hors de la pince,
La Figure u est une vue.en section verticale d'une partie de la presse, y comprises les matrices supérieures et inférieures, avec leur membres associer .la lentille .étant sous pression,
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Moyennant une dàcoupouse à trépaner rb=:
..a.s .on découpe a partir d'une fouille plate .'epaisset1I' apprrpr3,ée dss ébauches circulaires, dont chacune est montée dans un mandrin de tour,
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une des faces étant taillèè là, la surface courbée appropriée par un découpeur forme en corraspondançoet la surface ainsi
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découpée peut etro rodéo. L'ébauche circulaire est alors renversée et on découla et rode l'autre face pareillement
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a la uurface courbée a.;,prop1-éée, i,toa,u s'est montre un lubrifiant adapte pour l'opération du découpage. On peut rranger dos butées pour opérer cur le chariot du tour pour
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assurer quo le poids de l'ébauche preformec ost juste.
On peut aussi contrôler le poids, et/ou les dimensions de l'
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ébauche i>^csfoi:ic.
Chaque obaucho prefomee est .polio sur une machine a buffle les objets en vue étant les cavités retenant la poussière, d'obtenir on contact plus étroit avec les matrices et do faciliter contrôle des surfaces pour la poussière ou autre contamination ou pour marques de surfaco,
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La prosso do moulss¯ dans essentiols les plus importants est de fornia classique. Le losament ou entourage cylindrique 10 et la chemise 11 pour la mitrice inférieure 12 sont montes dans 1s i 4?^3 inférieure do la presse (dans 1exc¯alc la partie mobile 13).
La cbemiso pour la matrice supérieure 15 est montée sur le fond d'un plongeur 16 qui est jL:itÉ =or1-octDu1c;,it dans un cylindre 17 (pot de compression) sur la partis supérieure da la presse et cntro le plongeur et le cylindre est monte un ressort fort comprimé 18 qui tende
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a pousser la matrice supori .u1-e en bas. La chemise inférieure porto-maurice 11 est pourvue de conduit- 21 pour la circulation de fluide, ceux 19 Itaau froide et 20 pour la vapeur.
T'os portes les ciieTnàise> sont disposÉes 'de Les portes dans les chemises olles'-mcnes sont disposées ;,,:ùiiÈl1-e iue l'application de la chaleur a :la matrice ou 1' extraction de la chaleur hors do la 1,iatriél a liou a travers l'arriére de la mc'.triOQ. Las faces oparatives dos matrices sont usinées, rodées et polies jusqu'à wa ;-vis haut degré de précision. La face d'arrière do chaque matrice est aussi rodée avec précision afin d'offre un contact parfait avec la face
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rodée correspondante de la chemise*
Des fours électriques 23 sont utilises pour préchauffer les ébauches de lentilles 24 et on arrange ces fours préférable- ment,à portée facile del'opérateur de la presse..
Par exemple, pour les lentilles d'un diamêtre maximum de 1 a 2 pouces, on peut monter des fours sur l'entomrage 25 de la presse et les chauffer électriquement, la température étant contrôlée par des rhéostats 26. Une ébauche de . lentille nette est saisie convenablement par des pinces 27 de forme appropriée et con- tact'ant seulement avec la périphérie de l'ébauche, et on peut introduire dans le four la partie de la pince quotient 1 ébauche. Dans le cas d'ébauches de méthyle methacrylate la température du préchauffage peut être élevée jusqu' a 130 C quoique cela dépend partiellement de la grandeur de la lentille.
Dans le cas d'ébauches de polystyrolène,la température dé pré- chauffage peut être de 100 -110 C. On prévoie des moyens pour assurer que l'air dans les fours soit propre.
On arrange les couduits de fluide dans les chemises des matrices pour qu'ils soient mis en communication ou avec une tubulure à vapeur 28 ou une tubulure à eau 29.
Se référant à la figure 5 la matrice inférieure 12 est accouplée par une tige 30 à un joug 31 mouvante verticalement dans des guides 32 dans la partie mobile 13 de la presse. Le joug 31 s'engage dans le levier à main pivote 33 de sorte que l'opération de moulage étant termisée et la partie mobile 13 est decendue (par l'engrenage hydraulique classique) on peut élever le levier a main 33 pour expulser et pour pousser en haut la 'natrice inférieure 12 en dedans de l'entourage 10 en expulsant ainsi la lentille finie.
L'opération de moulage est la suivants: Les deux matrices 12 et 15 ainsi que les ébauches 24 sont rendues optiquement nettes. Après;le preohauffage dans le four 23 on pose l'ébauche 24 dans la matrice inférieure 12 laquelle
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est engage par l'entourage ou logement 10 et moyennant l' opération normale de la pressa 34 contact est établi entre l'ébouche 24 et les deux matrices 12 et 15, dont les chemises 11 et 16 sont chauffées, à cette étage, par les conduits à vapeur 2o et 22 jusqu' à la température de moulage. La pres- sion dans le cas des ébauches de methyl méthacrylate est de 2 tonnes par pouce carré et dans le cas des ébauches de poly- styrolene elle est d'une tonne environ par pouce carre.
Les périodes de moulage aux hautes températures ci-dessus indi- quées varient légèrement .suivant les-dimensions des lentilles, mais elles peuvent être de 2à 3 minutes* on arrête alors la vapeur et les chemises porte-matrices 11 et 14 sont ref- raichissees par la circulation d'eau à travers les conduits 19 et 21. C'est a cet étage que la matrice supérieure fait son mouvement suite. Autrement dit, on maintient la pression pen- dant le rafraîchissement et l'effet du ressort comprime 18 sur la matrice supérieur* 15 oblige la surface des matrices à rester en contact parfait avec les surfaces moulées de la lentille 24 jusqu'à ce que la solidification est terminés.
Avec lentilles d'un diamètre de 1 à 2 pouces la période de rafraîchissement sous pression peut être de 3 à 31/2 minutes.
En ouvrant la presse on enlevé la matrice inférieure 12 hors de l'entourage 10 en la soulevant mécanniquement. Les bords de la périphérie sertnt peut-être légèrement rugueux mais on peut les facilement aplanir.
Il faut noter les points suivants en ce qui concerne le procédé améliore décrit: le procédé permet la fabrication de lentilles et autres articles optiques de précision optique à partir de matières plastiques dans un moule clos et sans l'emploi d'une butée positive, de telle manière que les objets finis restent libres de torsions internes nuisibles, sont de l'épaisseur désirée et retiendront sans détérioration leurs
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forme et carectaristiques optiques pour une période indéterminée en dépit des variations usuelles de température et d'atmosphère un résultat de la préformation de l'ébauceh très prôche à la courbure finale est qu'il reste très peu de matériel à déplacer par les matrices pendant l'opération de moulage.
La préformation est en général suffisamment exacte a la courbure finale pour que chaque face de la lentille ne demande qu'une petite réduction par l'opération de moulage,, Cette réduction est accomplie, la matrice préchauffée étant à la température correcte, par une légère coulée radialement du centre sans la formation de patrons nuisibles de tensions internes tandis que si la courbure de la lentille devait être formée entière- ment par la pression des matrices à partir d'une ébauche plate d'épaisseur uniforme dans trouverait géné- ralement dans le produit patrons de tension interne d'un caractère nuisible,,
Il faut noter naturellement que la forma- tion de la préforme courbée moyennant une opération de décou- page ne tend pas à exercer--autant d'effort sur le matériel que le fait une opération de moulage d'une importance suffi- sante pour former la surface courbée à partir d'une partie plate, où le matériel n'est pas libre à écouler hors du moule, une autre avantage de l'emploi de la préforma courbée c'est que la formation de poches d'air dans la moule est ainsi em- pèches.
De plus, l'absence d'une butés fixe limitant le mouve- ment de la matrice est d'importance en vue du fait remarque que le matériel plastique se rétrécit légèrement pendant .le rafraîchissement'et avec le procède ci-dessus décrit un contact intima est maintenu entre le matériel et les matrices jusqu'à ce que le produit soit solidifie, ce qui n'est pas possible on utilisant une butée fixe. A ce propos.,
la méthode de faire- rafraîchir l'ébaucha uniformément par toutesses surfaces eu extrayant la chaleur à travers les parties d'arrière
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des matrices est important parce que si le rafraîchissement avait lieu à travers l'entourage, la partie périphérale de la lentille tendrait à se durcir la premier, ainsi empêchant la pression du mouvement de suite de maintenir un contact intime avec la surface courbée entière de la lentille.
On peut prédéterminer très précisément l'épaisseur finale désirée de la lentille en faisant la préforme d'un poids et volume calcules joint à la connaisance facilement acquise par expérience avec des matériels différents, de la réduction en épaisseur qui résultera de la pression sous la chaleur et le rétrécissement subséquent pendant le rafraîchissement.