CS214502B1 - Method of making the optical construction elements from plastic materials - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby optických konstrukčních prvků z plastických hmot se složitě a nespojitě tvarovanými a/nebo ze stejných nebo různých sférických a/nebo nesférických plošných prvků sestavenými optickými účinnými plochami pomocí lící nebo vstřikovací polymerizece· Přitom jsou zahrnuty také takové plochy, které podle současných teoretických znalostí nelze předem propočítat· Jde zejména o takové konstrukční prvky, které musí splňovat vysoké nároky na výkon a přesnost, zčásti s novými funkčními principy, a které z tradičních optických materiálů, jako z anorganických skel nebo krystalů, a obvyklými výrobními metodami bu3 nelze vůbec vyrobit, nebo je lze vyrobit pouze s nepřiměřeným výrobním nákladem a technologickým úsilím·

Použití konstrukčních prvků z plastických hmot je mimořádně zajímavé z hlediska hospodárnosti s materiálem, vysokého využití materiálu při jejich výrobě a vzhledem na racionální využití surovin· Takové optické konstrukční prvky jsou předpokladem pro , značné úspory hmotnosti a pro možnost miniaturizace u optických přístrojů·

Je známo, že většinu plastických hmot pro optické účely lze opracovat frézováním, soustružením a broušením· Kromě toho lze umělé hmoty pro optické účely s úspěchem opracovat leštěním· Avšak úplné technické využití těchto způsobů při výrobě optických

214 502 konstrukčních ' prvků z organických . umělých hmot a vellým počtem kusů je opoti organickým sklům a krystalům, vzhledem k zásadně^odlišiým fyzikálrním a chemie kým vlastnostem struktury a mtteiálů, spojeno se ' značným technologickým úsilím, aby byly získány opticky bezvadná povrchy. .

K vyloučení těchto nevýhod jsou podle zvláštních fyzikálních a chemických vlastností optických umělých hmot, popřípadě jejich výchozích mae^e^ii^^Lů, a podleprávě se ' vyskytujících požadavků na funkci optických konstrukčních prvků známy různé způsoby tvarování pommcí forem, které musí být zhotoveny s optickou přesnootí· V s pobitím zpočátku výhradně termoplastických umiých hmot se tvarování provádělo llovrÉhíě, ražením, popřípadě vstMkovým ražením. Kromě několika výhod, jako je velký počet kusů, krátká doba výroby konstrukčních prvků, mjí tyto způsoby tu nevýhodu, že zhotovené konstrukční prvky z uměLých hmot vyhovují pouze velmi jednoduchým optickým nárokům. Pro svou mm Manickou a - tepelnou citlivost je lze potmít pro optické konstrukce pouze' podmněně· DhOŠÍ nevýhody . - fpooívají' v okoLnost, že na''' zhotovení forem jsou vhodné pouze speciální druhy oclí a slitin, neboť opracování povrchu forem s optickou přešnoolizí je veim obtížné.

\ .... · ’ '

V rámci vývoje terěosetlekýeh plastických hmot pro optické účely jsou známy různé způsoby výroby optických konstrukčních prvků odléváním^ přičemž polymrizace ^ό^ο z měrně zesnovaných monomerů se uskutečňuje ve farmách z opticky opracovaného skla. Me^i částm forem jsou uspořádány rozpěrné kroužky z - pružných u^mě-ých hmt. Části farem. jsou během polymrizace k sobě přidržovány pružinovou silou.

Kromě toho se v mmlé' míře podívalo jako - materiálu forem také speciálních kovových slitin. Také skleněné keramiky bylo používáno jako materiálu pro optická formy.

Společným znakem všech těchto způsobů ' odlévání je - větší či meré! směnování polyrarizačni -usazeniny, působící značnými deformačním silami na konstrukční části formy* K zachycení těchto sil a vyrovnání objemového úbytku byl matelál rozpěroýeh kroužků mezi částmi formy rozmanitým- způsobem obměňován' pouitm zejména polyetylénu, polyiztbJtyléoJ a polyvlцylehltridJ· - Tím se mia trvanlivost - konstrukčních částí farmy zvýšit a zajistit povrchová přesnost optických konstrukčních prvků z umělých hmot po polymгiizιci· Posledně ^еаетёти'пбе^ slouží také přídavné pružinové síly, které působí zvnějšku - na farmy a které jsou svým účinkem přizpůsobeny smrťováií.

Rovněž k zlepšení povrchové - přeanoosi a zejména racionální výroby při velkém počtu kusů slouží známé zpracování ter^m^^É^ť^tl^c^kých umiých hmot na optické konstrukční prvky pomocí - vstřikového - lití do forem - ze speciální occli, skla a skleněně keramiky.

Za účelem zvýšení prodtutlvity při výrobě většího počtu kusů jsou kromě toho znány mnohonásobné formy na výrobu optických čoček z - umělých hmoo.

Př hodnocení současného stavu techniky třeba uvést používání forem z leštěného <

optického Шо, přičemž části skleněných forem ae podrobují za účelem zvýSení trvanlivosti . navíc sρeciánιíěu tvrzení. Kromě - toho se zo účelem zmíraní směrovacích sil provádí předpolymrizace mimo formu· Přitom- je však ' nevýhodné, že tvrzený skleněný povrch lze opracovat s optickou pjřesnosSí. jen velmi obtížně a nákladně. Proto se - může provádět tvrzení částí skleněných forem teprve po optickém zpracoválí· Tvrzení spočívá ve . zpracování při vysokých teplotách s . náslechým Časově řízeiým ochlazováním skleněných Sásltí, takže vzniká další nevýhoda v . okolnosti, že není žádná záruka. pro reprodUcovatelnost povrchové zejména při zvýšených technických nárocích·

Ββ1-5:ί závažné nedostatky popsaných způsobů spočívají v tom, že jejich výkonnost postačuje pouze pro optické konstrukční prvky z umměých hmot, -na které se kladou poměrně jednoduché požadavky, pokud . jde o jakost a funkci, jako je - - tomu u skel pro - brýle, - lupy, hledáčkovou optiku a jiné· Kromě toho je opracování povrchu 'speciálních -ocelí -a slitin pro farmy technologicky velmi obtížné· V praxi- - se ukázalo, - že . - tratШavst- a -doba potužtí forem nepovSatuJí· Proto je - pak nutné vyrábět - velký počet forem, což je - u všech popsaných maateiálů spojeno s veim -značnými výrobním náklady·

Snížení technické pracдovti a výrobních nákladů - při výrobě - forem a zjednodušení jejich výroby pak sleduje způsob výroby optických konstrukčních prvků -z urnmiých hmot, u něhož z originálního vzorku optického konstrukčního -prvku se zhotovuje dvoudílná kopie formy - z termovlβtticOé ummié pryskyřice podobné vosku· Tyto dvě - poloviny farmy se použijí jako licí forma pro vyráběný konstrukční - prvek. V posledním stadiu licí polymrizace se v důsledku s tím spojeného vývoje tepla maaterál odtavuje a lze jej pak -znovu poiužt na foremní odlitky z originálního mandlu·

U jiného známého způsobu se - vychází z moUdlové formy ze skleněné keramiky nebo -oceli, - podle níž -se astřOkovým litím zhotovují licí - formy na - optické konstrukční prvky zuímié hmoty, přičemž - jako maatriálu forem - se používá - rovněž termoplastických ummiých hmot, zejména polyamidu, poVyetyléoteroftalátj a jiných· , , , Nevýhody těchto způsobů třeba vidět v tom, že nejsou vhodné pro výrobu vysoce výkonné optiky· Pouužtí termoppastických pryskalo jako mttriálu pro licí formy vytváří tepelnou nestabilitu formy vzhledem -k vyí^crmo^iá^Jí opticky přesných ploch pro polymerizaci, pOtbíhajcí za zvýšené teploty· NeWLedě- k tomu je třeba - přizpůsobit -chemické a fyzikální altseoovSi_l zejména tepelné paramtry utólých prysltyřlc pro formu - Teologickým a tepelným dějům při polymeizaci· To vede k - tomu, že - podle tohoto. způsobu lze zpracovávat pouze některé optické - materiály z plastických hmoo, které jsou jinak k - dispoozci·

U dalšího známého způsobu se používá rovněž mo!dlu, přičemž k výrobě optických konstrukčních prvků s Fresnelovými - strukturami a - podobnými plošnými prvky se uplatňuje také gtlaαnoolaзtLcOý způsob formováií, - aby se trvanlivost formy zvýšila a snížily se výrobní náklady a technická pracnost při výrobě forem·

Ne výhody přitom spočívají v tom, - že mróelová forma může být pouze z určitých materiálů vhodných -pro přesné obrábění, zejména - z kovů, jako - z movati a oceli nebo z lakových vrstev, . např. - ze ' Selsku· Kromě toho volbu ' materiálu podmínky, že povrch pro galvanické vylučování . kovu mmuí být. buš elektricky vodivý, nebo Jako předpoklad k-tomu muuí mt hyddrfilní- vlastnosti· Hydrfilování převážně hydrofobních povrchů hmot bylo možné na druhé straně uskutečnit . - pouze prostředky, které . by vyvolaly - poškození - povrchových . struktur·

Kromě toho Je znám . způsob hyfrrfllování povrchu plastických hmot - a velmi - Jemnou strukturou pro - galvanické -formování . bez zmíněných nedostatků, čímž se výběr k - - tomu účelu použitelných . umělých hmot velmi rozšířil·

Tyto - způsoby se však - omeují na vyfarmování Jednoduchých nebo takových Jemně struk. ·’ · V .

turováných ploch, které lze buš - pro Jejich předpokládanou funkci přesně předem propočítat, nebo Je lze rozložit na Jedurtlivé, propoččtatelrné plošné prvky, Jejichž příslušné foremní prvky mohou být po svém - zhotovení sestaveny do modelové farmy, Jak Je tomu zejména u Fresnelových struktur a u podobných plošných - prvků·

Nutnost meeciarnckého dostatečného opracování. - výlisků se v žádném - případě - nedá zcela vyloiiučt·

V souhrnu lze k chJrrJteelstice známých technických řešení konstatovat, že všechny způsoby výroby optických konstrukčních prvků z plastických hmot mají řadu nedostatků a nevýhod· V první řadě Jsou to vysoké technické a výrobní náklady na zhotovení forem, zejména - při malém počtu kusů· Při velkém počtu vyráběných kusů, popřípadě u optických konstrukčních prvků se společnou základní formou, avšak s rozmanitě se odlišuJícími Jednotlivým. - parameeřy, - zejména u - - brýlových skel. Je další nevýhodou nutnost - skladování velkého počtu foremních konstrukčních dílců. Kromě toho další nevýhodou Je omezená trvanlivost a moonoot zatížení známých skleněných - forem. Přitom zvyšování trvanLivosti a modnodai zatěžování forem použitím tvrzeného skla, skleněné keramiky či kovů - Je spoJeno se zvýšením - pH JeJich výrobě·

Závažným nedostatkem známých způsobů Je okoXnooít, že lze vyrábět pouze optické konstrukční - prvky - s Jednoduchým nároky na funkční paramery, Jakož i na předem propočítateiný tvar a přesnost - povrchu· Také způsoby, u kterých se poUžívá samotného princi^pu formování podle mcddlu na ^- z^hotovení farem nebo op^ckých konstrJ^kčníc^{h p}rv^ků,^- majk Ještě závažné nevýhody· Meate^! na výrobu mcodlů forem muuí mít určité vlastnosti, což značně ome^i^jJe paletu vhodných látek· _z '

Pouuití galvanického způsobu formování při výrobě optických konstrukčních prvků z urnmiých - hmot - se dosud - om^zuJe - na optické -účinné plochy, které buš maaí Jednoduchý tvar, nebo v případě Jemně strukturovaných -nebo složitých povrchů muuí být ve svém souhrnu nebo v Jednotlivých - plošných prvcích předem přesně proppočtatelné·

Cílem vynálezu Je vyráWt optické konstrukční prvky s vellým výkonem a přesnootí reproeJk>deaelnб s nepatrným nákladem,- při mlých i velkých - počtech kusů, ze všech zná . - i . ' mých optických plastických matriálů s - přihlédnutím k JeJich právě určeným optic^m .5 . parametrům. Kromě toho vynález sleduje cíl - uskuuečnit nové funkční principy optických systémů, . které - tvoří předpoklad pro další miniaturizaci - - u optických ' přístrojů ' á umožňují podstatné snížení hmotnost.

Vynález má za úkol zhotovit optické - konstrukční prvky z plastických hmt, jejichž výroba- dosud ztroskotávala - na nedostatku moonnotí přesné - výroby forem nebo na chybě Jících moonnstech vyjímat - optické plastické - hm^ty z formy· Vyxná.ez má kromě toho za úkol vyrábět konstrukční prvky - z optických plastických hmot, jejichž formy podle současných teoretických - znalostí nelze předem přesně propočítat a které by zahrnovaly - dosud neuskutečnitelné - kombinace optických - účinných ploch v - témže konstrukčním prvku·

Daný úkol je dále charakterizován -tím, že vyrábět konstrukční prvky o velkém optickém výkonu a s vysokou odolnoosí proti mdnamckým, tepeným a - chemickým vlivům, které z tradičních optických hmot, - - jako z - anorganických skel nebo krystalů, a obvyklým mtodam! opracování tvaru buň vůbec nelze vyrábět,- nebo je pouze Lze vyrábšt v - neuspokojivé jakooti nebo s nepřiměřenou technickou pracnistí· Zvláštní význam přitom má použití ~ termoplastů·

Kromě toho má vynález za úkbl vyřešit výrobou potřebných fórem - s mlou - pracnootí a nízkými- výrobními náklady, při velké přesnost, trvanlivosti a - moSnisti zatížení· Daný úkol je řešen způsobem výroby optických - konstrukčních prvků z plastických hmot se složitě - a - rlβapoSinJ tvarovanými a/nebo ze stejných nebo různých - sférických a/nebo ne sférických - plošných prvků sestave-zým optickým účinným, plochami - pomocí Licí nebo vstřikovací polymerrzace, jehož zvláštním význakem je, žé se zhotovují vzorové konstrukční prvky zkoušené na optickou funkční způssoilost, které slouž jako mráely pro vícenásobnou galvanoplastickou výrobu částí pro licí nebo vstřikovací formy, pomocí kterých - se provádí tvarově a funkčně - shodné vyformofání optických konstrukčních prvků z plastických hmot. .

. ' *

Tím - je - zajištěno, že s rrprseukovatr:ným vyf armováním povrchových detailů optických účinných ploch se - současně - jejich funkční spolehlivost na - formy a pompo!.

nich na vyráběné - optické konstrukční prvky·

Podle dalšího význaku vynálezu - se optický mattelál pro moddly shoduje a maeriálem pro výrobu optických konstrukčních prvků - z plastických - hmot pouze v parametrech optických - ilt8tiOStí·

Způsob výroby podle vynálezu je podrbaně! vysvětlen na následujícím příh^dnim provedení· ,

Prvním krokem je zhotovení modelσvéhs konstrukčního prvku, který je - současně laboratorním - funkčním - vzorkem. Výběr optického m^mála, který přichází v úvahu pro - zhotovení moddlu, - ee řídí funkčními parametry, které má splňovat optický konstrukční prvek, a to požadovaným optickými hodno tam, - zejména - indexem lomu, Abbéovým číslem, prostupem, popř. rozptylem světla apod· Kromě toho je třeba brát zřetel ha mechanickou obrobitelnost příslušného optického materiálů s přihlédnutím к Žádanému tvaru povrchu modelu.

Na zhotovení modelu není nutné použít téhož opticky propustného materiálu, z jakého se zhotovuje vlastní konstrukční prvek· Spíše Je vhodné, aby se volba z technologických a ekonomických důvodů zaměřila na veškeré optické materiály z umělých hmot a na anorganická optická skla· Aby byl zhotoven model shodný rozměrově a funkčně s vyráběným optickým konstrukčním prvkem z umělé hmoty, Je pouze nutná shoda optických hodnot·

Model se zhotovuje mechanickým opracováním povrchu podle výkresu daného optického konstrukčního prvku· Třískovým obráběním na soustruhu pro výrobu kulových ploch s přesnými diamantovými nástroji se podle známých způsobů zhotovují při 1 100 až 1 600 otáčkách za minutu na většině optických umělých látkách brilantní povrchy s vysokou přesností· Je-li to nutné, následuje Ještě leštění známým způsobem jako dokončující pracovní operace.

Při zhotovení modelu z optických skel Je možné kromě opracování přesnými frézami také broušení s následujícím leštěním podle obvyklých metod.

Pokud nejsou na závadu pro zkoušení optické funkce, lze upravit v optické ose zvláštní strukturní prvky, zejména Jednoduché, stupňovité nebo kuželovité otvory, také po vyjmutí hotového konstrukčního prvku z formy.

Modelový konstrukční prvek se po zhotovení podrobuje optické funkční zkoušce. U ploch, které nelze předem přesně propočítat, následují v této fázi podle výsledků funkční zkoušky opravy a retuše ploch, až se dosáhne konečných parametrů funkce optického konstrukčního prvku. Tento modelový konstrukční prvek se nyní hydrofiluje, aniž by to negativně ovlivnilo optickou přesnost povrchu, a tím se připraví na galyanoplastické vyformování.

V následující výrobní fázi se tento modelový konstrukční prvek vloží do objímky z polyvinylchloridu, se souhlasené na míry optického konstrukčního prvku, tak aby dolní plocha modelu nemohla být poškozena. Po chemickém postříbření za účelem vytvoření elektrické vodivosti na ploše obrácené právě vzhůru se na postříbřené ploše nechá známým, způsobem nárůst galvanická vrstva niklu, mědi a chrómu. Po oddělení takto vytvořené první galvanizované fóre mní poloviny od modelu a objímky z polyvinylchloridu se nyní model vloží druhou plochou vzhůru do objímky z polyvinylchloridu· Další galvanizované fóre mní polovina se zhotovuje stejným způsobem, Jak Již bylo popsáno.

\.

Další navazující výrobní fáze se skládá z kombinování obou foremních polovin v Jednu licí formu s použitím pružného vloženého kroužku, zejména z polyetylénu. Celá forma je к sobě přidržována pružinovou silou.

Po naplnění forem polymerizační usazeninou následuje vytvoření optického konstrukčního prvku podle známého radikálového, časově a teplotně řízeného polymer!začního způsobu. Po otevření formy ae získává opticky konstrukční prvek, odpovídající modelu bez dodatečného opracování, v podobě shodné rozměrově, tvarově i funkčně.

Další postupy provádění způsobu podle vynálezu'spočívá jí v tom, že v licí formě se kombinují galvanizovaná fóremní část ve spojitosti s pružným vloženým kroužkem s druhou foremní částí z tvrzeného skla nebo z kovu.

Kromě toho je možné, aby jedna nebo obě foremní části byly opatřeny pouze galvanoplesticky zhotovenými vložkami s opticky účinnými strukturami.

Podle další varianty mohou být formy vytvořeny podle počtu vyráběných kusů také jako formy pro vstřikované lití.

S použitím jediného modelu lze zhotovit při plné reprodukovatelnosti nejméně čtyři formy získané galvanickým postupem. Pomocí každé takové formy, popřípadě · je jí varianty, lze zhotovit 1 000 až 10 000 optických konstrukčních prvků z umělých hmot v bezvadné funkci bez dalšího dodatečného opracování.

Výkonnost a možnosti použití způsobu výroby podle vynálezu jsou zřejmé z příkladných povedení optických konstrukčních prvků neznačených na připojeném výkresu, které dosud nebylo vůbec možné vyrábět nebo pouze s velkou technickou pracností a s vysokými výrobními náklady. Způsobem podle vynálezu lze naznačené konstrukční prvky zhotovit poměrně jednoduchými technickými prostředky a za přijatelných výrobních nákladů ve velkém 1 malém počtu kusů z optických umělých hmot.

Na obr. 1 je naznačena kruhová čočka se dvěma vypuklými optickými plochami, z nichž jedna může být opatřena strukturou. Lze je vyrábět o průměru 10 až 160 mm a s otvory, které mohou být menší než 2 mm a maximálně 2/3 hodnoty průměru čočky, přičemž lze vytvořit také válcové, odstupňované nebo kuželové otvory /obr. 2/.

Oblastí použití Je výroba kruhových světelných signálů při zpracování údajů a osvětlení v tmavém poli obrazových polí.

Na obr. 3 je rovněž naznačena kruhová čočka, která je opatřena otvorem o maximálním průřezu 2 mm. Tyto kruhové čočky lze ryrábět o průměru až 100 mm, zejména pak v rozsahu do 30 mm a s torickou kruhovou plochou, přičemž vrcholový bod poloměru křivosti leží na kružnici v maximální vzdálenosti 1/3 hodnoty průměru čočky. Protilehlá plocha může být vydutá, vypuklá nebo strukturovaná. Oblastí použití je výroba avětel*ných signálů o tvaru kruhových ploch.

Na obr. 4 je naznačena kruhová čočka s leštěnou vydutou sférickou nebo torickou plochou a s otvorem od 2 mm až do 2/3 hodnoty průměru celé čočky, který může činit až 160 mm. Protilehlá plocha může také zde být vydutá, vypuklá, rovinná a leštěná nebo . strukturovaná. Tyto kruhové čočky se používají zejména při rozšíření světelných signálů.

Na obr. 5 a 6 Jsou naznačeny nesférické čočky, které lze vyrábět s osovými otvory nebo bez nich. Oblastí jejich použití Je zkracování optických systémů při velmi dobré struktuře.

Na obr» 7, 8 a 9 Jsou naznačeny tvary různých rovinných a nerovinných Fresnelových konstrukčních prvků z umělých hmot, u nichž lze vytvořit přímočaré nebo kruhové rýhy a rozteční od 0,03 mm nahoru· Jejich pohžití přichází v úvahu při zkracování a zjednodušení optických systémů·

Na obr· 10 Jsou naznačeny sférické a nesférické Jednotlivé plošky ne základní • . i · desce, vhodné pro oční optiku, voětinové kondenzory, popřípadě pro čočkové mřížkové clony· >

Vynález není ovšem vymezen uvedenými příkladnými provedeními v možnostech svého dalšího využití· Kromě toho Je možný velký počet optických konstrukčních prvků pro účely osvětlování, odečítání a zobrazení, u nichž se uplatňují neJrůzněJSí kombinace optických účinných ploch, zejména sférických, ne sférických či rovinných ploch ve stavu leštěném nebo strukturovém, smát ovánými, rozptylovými strukturami, Jakož i s Fresnelovými a mřížkovanými strukturami·

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   Způsob výroby optických konstrukčních prvků z plastických hmot se složitě a nespojitě tvarovanými a7nebo ze stejných nebo různých sférických a/nebo nesférických plošných prvků sestavenými optickými účinnými plochami pomocí licí nebo vstřikovací polymerizace v galvanoplasticky zhotovených farmách, vyznačený tím, že se zhotovují vzorové konstrukční prvky zkoušené na jejich optickou funkční způsobilost, které slouží Jako modely pro vícenásobnou galvanoplastickou výrobu částí pro licí nebo vstřikovací formy, pomocí kterých ae provádí tvarově a funkčně shodné vyformování optických konstrukčních prvků z umělých hmot, přičemž optický materiál pro modely Je z optických skel nebo z plastických hmot a pouze v parametrech optických vlastností se shoduje s materiálem pro výrobu optických konstrukčních prvků z plastických hmot·