Procédé de moulage d'éléments optiques de précision
La présente invention a pour objet un nouveau procédé de moulage d'éléments optiques de précision, par exemple des lentilles ophtalmiques, obtenus à partir de résines synthétiques.
On connaît déjà des procédés de moulage de résines synthétiques, et notamment des résines polymérisables à la chaleur, consistant, d'une part, à couler la résine non polymérisée à l'état fluide dans une cavité de moulage délimitée par les surfaces complémentaires de moules d'optique réalisés en verre ou en acier spécial et, d'autre part, à porter le moule ainsi chargé à une certaine température pendant un temps déterminé, de manière à solidifier ladite résine sons forme polymérisée.
La grosse difficulté empêchant une réalisation parfaite d'éléments optiques à l'aide desdits procédés provient du fait que, pendant le stade de leur solidification, les résines employées subissent des contractions relativement importantes, génératrices de vides ou d'irrégularités de surface mettant pratiquement hors d'usage les éléments moulés.
Le procédé conforme à l'invention a notamment pour objet de remédier à cet inconvénient et de permettre, tout en conservant les avantages des éléments optiques obtenus à partir de résines synthétiques, l'obtention de tels éléments pourvus de surfaces optiques parfaites.
Ce procédé est caractérisé par le fait qu'il consiste à couler un monomère dans un moule, dont au moins l'une des surfaces de contact présente le même état de fini que celui exigé pour les surfaces des éléments optiques terminés, à polymériser le monomère dans la région de la masse coulée voisine de ladite surface, à effectuer un préformage et un polissage des surfaces de ladite masse affectées par la contraction due à la solidification, à rapporter sur lesdites surfaces une quantité complémentaire de monomère, à mouler cette quantité complémentaire à l'aide d'un moule possédant une surface de contact présentant également le même état de fini que celui exigé pour les surfaces des éléments optiques terminés et à effectuer la polymérisation de la masse qui n'a pas encore été polymérisée.
Le procédé conforme à l'invention apparaît donc comme une suite d'opérations diverses lui conférant un caractère de mode opératoire discontinu, dont la première phase et la dernière constituent les points essentiels d'obtention des surfaces optiques de l'élément moulé, la phase intermédiaire étant une solution de continuité nécessitée par l'apparition des phénomènes classiques de contraction.
D'une manière avantageuse, lorsque les moules de coulée sont situés l'un au-dessus de l'autre, on dispose au niveau inférieur, avec sa courbure exposée vers le haut, la partie du moule dont la surface de contact correspond à la face de l'élément optique devant présenter la plus grande perfection, et l'on dispose au niveau supérieur, avec sa courbure tournée vers le bas, une partie du moule complémentaire dont la surface peut à la rigueur présenter certains défauts, mais devra, dans la généralité de ses formes, se rapprocher géométriquement de manière assez rigoureuse de la forme définitive de la surface correspondante de l'élément optique terminé.
Le moulage et la polymérisation de l'élément optique entre ces deux éléments de moules permet d'obtenir une surface inférieure dudit élément exempte de défauts et une surface supérieure qui, à la contraction de la masse, peut laisser apparaître des craquelures, dénivellations, irrégularités, pas toujours décelables à l'oeil nu. Ladite surface supérieure ne correspond plus du tout à la surface théorique qu'elle aurait dû présenter si, en cours de polymérisation, la masse était restée au contact des surfaces des moules délimitant le volume de ladite masse. Du fait des forces de pesanteur, la masse, se contractant, s'affaisse et le contact est rompu entre la surface supérieure de l'élément optique et la surface du moule supérieur.
Dans une mise en oeuvre particulière préférée, l'élément optique, au moins partiellement polymérisé
et dont la surface supérieure apparente, présentant
encore certains défauts, a été ensuite préformée par
des moyens classiques (meulage, par exemple), et
ensuite polie, est alors retourné sens dessus dessous
et posé dans un moule dont la surface de contact a
été traitée de manière à présenter le même état de fini que celui exigé pour la surface de l'élément opti
que terminé, une certaine quantité de monomère à l'état liquide étant interposée entre ledit élément opti
que et le moule de finition de la seconde surface dudit élément.
De préférence, cette quantité de monomère est déposée au centre de la surface du moule recevant l'élément optique, lequel, par son poids, détermine l'expansion de ladite quantité de monomère
et la formation d'un film plus ou moins épais remplis
sant parfaitement les irrégularités de la surface correspondante de l'élément, en même temps que ce film
épouse étroitement la forme de la surface optique du moule. Cette quantité de monomère est calculée de manière à ne pas déborder le contour périphérique
de l'élément moulé.
On chauffe à nouveau le moule et l'élément moulé, ce qui provoque la soudure parfaite de la cou
che rapportée de résine à la partie de l'élément antérieurement solidifiée, sa solidification par polymérisa
tion, et le surfaçage sans défaut de la seconde surface
de l'élément.
On obtient ainsi en phases successives et par mise en oeuvre de moyens extrêmement simples des
éléments optiques parfaits, d'un prix de revient très intéressant.
La description qui va suivre, faite en référence
au dessin annexé, représente deux modes de mise en
oeuvre du procédé conforme à l'invention.
Les fig. 1, 2 et 3 sont des vues schématiques en
coupe, montrant le processus des opérations de mou
lage.
La fig. 4 est une vue en coupe d'une variante.
Dans le mode de réalisation des fig. 1, 2 et 3,
on voit en 1 le moule inférieur, dont la surface
2 est sans défaut, c'est-à-dire présentant le même état
de fini que celui exigé pour la surface de l'élément
optique terminé. On a représenté en 3 une certaine
masse de monomère dont la forme est déterminée par le moule supérieur 4. La surface 5 de ce moule supérieur n'a pas obligatoirement une surface exempte de défauts au sens de ce qui précède, mais elle doit donner à la surface correspondante de l'élément optique moulé une forme dont la courbure générale se rapproche approximativement de celle de l'élément optique définitif.
L'ensemble étant porté à une température déterminée pendant un temps donné, la masse de résine se polymérise et se solidifie. La polymérisation peut n'être pas totale pour toute la masse, mais on constate qu'elle est complète dans la zone avoisinant la surface 2 qul, en principe, devra mouler la surface 6, la plus difficile à obtenir de l'élément optique. On remarque en 7 le vide créé par la contraction de la masse solidifiée, et l'on distingue les irrégularités de la surface 8 consécutives à cette contraction. Dans une deuxième phase du procédé, on exécute, à l'aide de moyens classiques bien connus des opticien s, un préformage, par exemple mécanique (meulage, etc.), ayant pour but de rendre aussi appropriés que possible, la courbure de la surface 8, son centrage, et le poids de l'élément optique.
On procède ensuite à un polissage et nettoyage de la surface 8 de l'élément optique.
On le présente ensuite dans une troisième phase, sens dessus dessous comme représenté à la fig. 2.
On dispose alors d'un moule 4a, dont la surface de contact Sa est exempte de défauts et doit déterminer la seconde surface de l'élément optique moulé. On a, au préalable, déposé, au centre de la surface Sa, une petite quantité liquide de monomère additionnelle non polymérisé 9 que vient écraser la masse 3 sous l'effet de son poids. On détermine ainsi la forme exacte du film 10 refoulé à partir de la masse additionnelle 9.
Cette troisième phase du procédé se termine par un échauffement du moule à température appropriée dans le but de compléter et de parfaire la polymérisation de l'ensemble de la masse et sa solidification.
On obtient ainsi un élément moulé parfaitement homogène, dans lequel il ne subsiste au contact des masses 3 et 10 absolument aucune trace de soudure, ni solution de continuité optique. I1 est évident que la masse 9 pourrait être appliquée directement sur la surface 8, par exemple au pinceau et non plus par le fait d'une expansion due à l'écrasement.
Dans la variante de la fig. 4, on a représenté en 1 1 un moule, en 12 un contre-moule et en 13 une masse de monomère supportant ledit contre-moule qui est relativement libre de suivre par un mouvement descendant le retrait de ladite masse lorsque celle-ci se contracte. Un guide 14, par exemple circulaire, maintient en position le contre-moule 12 lors de sa descente. Ce procédé n'est valable que pour la forme de l'élément optique représenté. Ces particularités éliminent toute surpression et évitent toute tension interne dans le matériau moulé. On peut ainsi obtenir une surface intermédiaire à polir, 8a, de l'élément optique, se rapprochant encore plus près de la sur face optique idéale que la surface 8 précédemment définie.
Precision optical element molding process
The present invention relates to a new method of molding precision optical elements, for example ophthalmic lenses, obtained from synthetic resins.
There are already known methods of molding synthetic resins, and in particular heat-polymerizable resins, consisting, on the one hand, of casting the unpolymerized resin in the fluid state in a molding cavity delimited by the complementary surfaces of the molds. optics made of glass or special steel and, on the other hand, to bring the mold thus loaded to a certain temperature for a determined time, so as to solidify said resin in its polymerized form.
The great difficulty preventing a perfect production of optical elements using said processes arises from the fact that, during the stage of their solidification, the resins used undergo relatively large contractions, generating voids or surface irregularities practically putting out of use the molded elements.
The object of the process according to the invention is in particular to remedy this drawback and to allow, while retaining the advantages of the optical elements obtained from synthetic resins, the production of such elements provided with perfect optical surfaces.
This process is characterized by the fact that it consists in pouring a monomer in a mold, at least one of the contact surfaces of which has the same finished state as that required for the surfaces of the finished optical elements, in polymerizing the monomer in the region of the casting mass adjacent to said surface, in carrying out a preforming and polishing of the surfaces of said mass affected by the contraction due to solidification, in applying to said surfaces an additional quantity of monomer, in molding this additional quantity to using a mold having a contact surface also having the same finished state as that required for the surfaces of the finished optical elements and effecting the polymerization of the mass which has not yet been polymerized.
The process according to the invention therefore appears as a series of various operations giving it the character of a discontinuous operating mode, of which the first phase and the last constitute the essential points for obtaining the optical surfaces of the molded element, the phase intermediate being a solution of continuity necessitated by the appearance of the classical phenomena of contraction.
Advantageously, when the casting molds are located one above the other, at the lower level, with its curvature exposed upwards, the part of the mold whose contact surface corresponds to the face of the optical element having to present the greatest perfection, and there is at the upper level, with its curvature turned downwards, a part of the complementary mold whose surface may at a pinch have certain defects, but must, in the generality of its shapes, geometrically approach in a fairly rigorous way the final shape of the corresponding surface of the finished optical element.
The molding and the polymerization of the optical element between these two mold elements makes it possible to obtain a lower surface of said element free from defects and an upper surface which, on contraction of the mass, can reveal cracks, unevenness, irregularities. , not always visible to the naked eye. Said upper surface no longer corresponds at all to the theoretical surface which it should have presented if, during polymerization, the mass had remained in contact with the surfaces of the molds delimiting the volume of said mass. Due to the forces of gravity, the mass, contracting, collapses and contact is broken between the upper surface of the optical element and the surface of the upper mold.
In a particular preferred embodiment, the optical element, at least partially polymerized
and whose visible upper surface, presenting
still some flaws, was then preformed by
conventional means (grinding, for example), and
then polished, then turned upside down
and placed in a mold whose contact surface has
been treated so as to present the same finish as that required for the surface of the opti
that finished, a certain quantity of monomer in the liquid state being interposed between said opti element
that and the finishing mold of the second surface of said element.
Preferably, this quantity of monomer is deposited in the center of the surface of the mold receiving the optical element, which, by its weight, determines the expansion of said quantity of monomer.
and the formation of a more or less thick film filled
perfectly respecting the irregularities of the corresponding surface of the element, at the same time as this film
closely matches the shape of the optical surface of the mold. This quantity of monomer is calculated so as not to overflow the peripheral contour
of the molded element.
The mold and the molded element are heated again, which causes the perfect welding of the neck.
added resin to the part of the element previously solidified, its solidification by polymerization
tion, and the flawless surfacing of the second surface
of the element.
In this way, successive phases and by using extremely simple means are obtained.
perfect optical elements, at a very attractive cost price.
The following description, made with reference
in the accompanying drawing, shows two modes of implementation
implementation of the method according to the invention.
Figs. 1, 2 and 3 are schematic views in
section, showing the process of slack operations
lage.
Fig. 4 is a sectional view of a variant.
In the embodiment of FIGS. 1, 2 and 3,
we see in 1 the lower mold, whose surface
2 is flawless, i.e. presenting the same condition
finish than that required for the surface of the element
optics finished. We have represented in 3 a certain
mass of monomer, the shape of which is determined by the upper mold 4. The surface 5 of this upper mold does not necessarily have a surface free from defects in the sense of the above, but it must give the corresponding surface of the element optically molded into a shape whose general curvature approximates that of the final optical element.
The assembly being brought to a determined temperature for a given time, the mass of resin polymerizes and solidifies. Polymerization may not be complete for the whole mass, but it is observed that it is complete in the zone bordering the surface 2 which, in principle, will have to mold the surface 6, which is the most difficult to obtain from the optical element. We notice in 7 the vacuum created by the contraction of the solidified mass, and we distinguish the irregularities of the surface 8 consecutive to this contraction. In a second phase of the process, using conventional means well known to opticians, a preforming, for example mechanical (grinding, etc.), is carried out with the aim of making the curvature of the lens as appropriate as possible. surface 8, its centering, and the weight of the optical element.
The surface 8 of the optical element is then polished and cleaned.
It is then presented in a third phase, upside down as shown in FIG. 2.
A mold 4a is then available, the contact surface Sa of which is free from defects and must determine the second surface of the molded optical element. A small liquid quantity of additional unpolymerized monomer 9 which the mass 3 is crushed under the effect of its weight has been deposited beforehand in the center of the surface Sa. The exact shape of the film 10 is thus determined from the additional mass 9.
This third phase of the process ends with heating the mold to an appropriate temperature in order to complete and perfect the polymerization of the whole of the mass and its solidification.
A perfectly homogeneous molded element is thus obtained, in which there remains in contact with the masses 3 and 10 absolutely no trace of welding, nor any solution of optical continuity. I1 is obvious that the mass 9 could be applied directly to the surface 8, for example with a brush and no longer by the fact of an expansion due to crushing.
In the variant of FIG. 4, there is shown at 1 1 a mold, at 12 a counter-mold and at 13 a mass of monomer supporting said counter-mold which is relatively free to follow by a downward movement the withdrawal of said mass when the latter contracts . A guide 14, for example circular, maintains the counter-mold 12 in position during its descent. This method is only valid for the shape of the optical element shown. These features eliminate any overpressure and avoid any internal tension in the molded material. It is thus possible to obtain an intermediate surface to be polished, 8a, of the optical element, approaching even closer to the ideal optical surface than the surface 8 defined above.