WO2011023879A2 - Dispositif de thermoformage d'un film plastique - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a device for thermoforming a plastic film.
  • thermoforming device which may comprise:
  • a chamber with variable internal pressure which comprises an opening in one face of this chamber
  • a film fixing system around the opening, which is adapted to firmly hold a peripheral edge of the film so that the film forms a tight closure of the enclosure;
  • this measuring system being disposed outside the enclosure and in front of the opening thereof; this ;
  • a film heating system which is adapted to heat the film held by the fastening system, and which itself comprises a hot air blowing unit arranged to produce a flow of hot air flowing through the wall; outside the enclosure in contact with the film.
  • the film which is held by the fixing system has, in the opening of the enclosure, a deformation which is variable depending on the pressure that is created in the enclosure. In this way, the plastic film can be hot deformed, with an amplitude of deformation which is controlled by measuring the deflection of the film in the opening of the enclosure.
  • thermoforming device also performs the application of the film on the substrate, which is particularly advantageous compared to the number of manipulations of the film that are necessary to assemble the film and the substrate together.
  • the measurement system of this arrow must be located substantially to the right of the center of the opening of the enclosure. For this reason, and when the internal volume of the enclosure is already occupied by the substrate, this system of measurement of the arrow is placed outside the enclosure.
  • thermoforming devices of the type under consideration which are already used, the heating system of the film is also located outside the enclosure, next to the system for measuring the arrow of the film.
  • This heating system is commonly of the type infrared radiation or hot air blowing. But the resulting congestion, in the space that is located in front of the opening of the enclosure, outside of it, disrupts the heating of the film. The temperature of the heated film then varies between points of it which are separated. The deformation of the film produced by the thermoforming then has a distribution that no longer corresponds to the shape that is desired.
  • the distribution of this deformation is no longer invariant by rotation around an axis which is perpendicular to the face of the enclosure which comprises the opening, and which passes through the center of this opening.
  • thermoforming devices are used to preform a plastic film which is intended to be applied to an optical lens.
  • the quality requirements of the final optical component are then particularly high, especially when it is a component Ophthalmic lens type eyeglass or lens glass blank. Indeed, for this field of applications, the final product is rejected when stretching, creasing, tearing, crushing or scratching of the film are visible to the naked eye.
  • the thermoforming devices that are currently used are not satisfactory.
  • An object of the present invention is then to provide a thermoforming device which does not have the above disadvantages, and which is compatible with the quality requirements of optical or ophthalmic products.
  • the invention proposes the improvement of a thermoforming device as described above, according to which the blowing unit is adapted so that the flow of hot air flows parallel to the plastic film from a first side side of the opening of the enclosure to a second lateral side of this opening, which is opposite the first side.
  • the hot air that is used to heat the plastic film can be fed to the latter from a lateral side of the enclosure, which reduces the space requirement which is located at outside the enclosure in front of the opening.
  • the film arrow measuring system can then be disposed in this space to the right of the film, correctly to provide accurate film arrow measurements.
  • the flow of hot air flows parallel to the film between two opposing sides thereof, the flow of this hot air can be particularly stable, and with a distribution which is constant at contact with the plastic film.
  • the temperature of the heated film is then more uniform, so that the thermoforming gives the film a deformation which is distributed in the desired manner.
  • the subsequent application of the film on the substrate no longer produces defects that are prohibitive for the final product, even when it is an optical or ophthalmic product such as a lens or a spectacle lens.
  • the thermoforming device is adapted so that the flow of hot air forms a laminar flow, in particular without turbulence, parallel to and in contact with the film, between the first and the second lateral side of the opening of the enclosure.
  • a tangential laminar flow of the hot air flow on the plastic film prevents the deformed plastic film from being pushed back by the hot air flow towards the second lateral side.
  • the deformation of the film is distributed more isotropically around the central axis which is perpendicular to the opening.
  • the following improvements of the invention make it possible to further improve the distribution of the hot air flow on the film, and therefore the distribution of the deformation which is imparted to the film by thermoforming.
  • the device may comprise a ring which extends around the opening of the chamber, outside thereof, with a slanted face in a meridian plane of the opening, and a lower inner edge of this inclined face which is arranged to come into contact with or near the film held by the fastening system, along at least part of the peripheral edge of the film.
  • the blowing unit is then arranged to produce the flow of hot air from an upper outer edge of the inclined face, on the first lateral side of the opening of the enclosure.
  • the flow of hot air is guided by the inclined face of the crown to the plastic film, or to a proximity of the plastic film, avoiding a stationary air zone is present in an angle that would be set back between the crown and the plastic film.
  • the hot air blowing unit may comprise a nozzle which has a hot air outlet section oriented towards the opening of the chamber, on the first lateral side. of the opening, and the nozzle may itself comprise a deflector with an oblique deflection face, which is arranged to fold the flow of hot air to the film held by the fastening system.
  • the flow of hot air is further guided upstream of its arrival on the plastic film, to further establish a flow of air that is stable and laminar.
  • an angle of the inclined face of the crown on the one hand and an angle of the deflection face on the other hand can have a difference which is less than 20 °, preferably less than 10 °, these two angles being measured from an axis perpendicular to the face of the enclosure, and in a meridian plane of its opening which connects the two lateral sides.
  • the nozzle may comprise internal partitions which are arranged longitudinally, to form a partition of the nozzle into separate channels which are intended to guide the hot air to the outlet section of the nozzle.
  • FIG. 1 is a general schematic view of a thermoforming device according to the invention
  • - Figures 2a and 2b are more detailed views of a portion of the thermoforming device of Figure 1, respectively in perspective and side;
  • FIGS. 3a and 3b are views of a nozzle used in the thermoforming device of Figures 1, 2a and 2b, respectively in perspective and side;
  • FIG. 3c is a perspective view of a deflector of the nozzle of FIGS. 3a and 3b;
  • FIGS. 4a and 4b are views of a ring used in the thermoforming device of Figures 1, 2a and 2b, respectively in section and in perspective.
  • the eyeglass lens blank may be of any nature, of mineral material, organic or even hybrid. It has a diameter that is usually about 60 mm (mm), and a final face on which the plastic film is to be applied. This face can be convex or concave.
  • the shape of the face of the spectacle lens blank can be likened to a portion of a sphere, even if it is a complex surface without an axis of symmetry, for example example for a progressive spectacle lens.
  • the plastic film can also be of any kind, consisting of one or more materials that can be hot deformed.
  • the plastic film may have any function, or several functions such as antireflection, anti-fouling, anti-scratch, anti-shock, anti-fog, photochromic, etc.
  • the plastic film may have a complex structure, multilayer or cellular.
  • film means the element which is initially planar and which is intended to be preformed and then applied globally to the eyeglass lens blank, whatever its internal structure.
  • a plastic film thermoforming device comprises:
  • a system for varying and controlling the pressure inside the enclosure 100 which may consist of a pump 101, denoted P, and a pressure detector in the enclosure 100, not shown;
  • a heating system of the film 200 which consists of a unit for producing and blowing hot air.
  • the enclosure 100 may further contain a support 102 on which is placed the blank glass of glasses.
  • the latter is designated by the reference 400 in FIG.
  • the spectacle lens blank 400 may be placed on the support 102 so as to present towards the film 200, the face S 4 oo of the blank on which the film 200 is intended to be applied.
  • the face S 4 oo may be the convex face of the spectacle lens.
  • the support 102 may be adapted to move the eyeglass lens blank 400 to the film 200, in particular to mount the blank until it comes into contact with the film 200.
  • the support 102 can be provided with a cylinder 103 which can be mounted inside a piston 104, in a controlled manner, for example with hydraulic means 105.
  • the fixing system of the plastic film 200 in the opening O can be combined with one of the improvements of the invention, as will be described in detail below.
  • the film 200 Since the film 200 is plastic when it has been previously heated, it acquires a deformation through the opening O, towards the outside or towards the inside of the enclosure 100, depending on whether it is placed under an overpressure or under a vacuum relative to the outside, by means of the pump 101.
  • the amplitude of this deformation can be characterized by the arrow f of the film 200 at a central point of the opening O. This arrow f is marked with respect to the initial position of the film 200, before the pressure in the chamber 100 be varied. For most applications, the initial shape of the film 200 is flat.
  • the system 300 for measuring the deformation of the plastic film 200 is disposed above the center of the opening O, outside the enclosure 100. In this position, it allows measurements of the arrow f which are accurate.
  • the system 300 may include itself: a detection head 301, which is adapted to receive a signal R coming from a central part of the film 200 held by the fixing system;
  • a system 303 for moving the detection head 301 which is adapted to move the head 301 towards or away from the central portion of the film 200;
  • a system 304 for controlling the displacement system 303 which is adapted to activate the system 303 so as to maintain a constant amplitude of the signal R received by the detection head 301;
  • a system 305 for reading a position of the detection head 301 is a system 305 for reading a position of the detection head 301.
  • Such a measurement system 300 makes it possible to measure the arrow f of the film 200 at any moment, in particular in a continuous manner while the film is heated. It also makes it possible to measure the arrow f by using a signal that has a constant amplitude, when this signal is received by the detection head 301. The measurement of the arrow f then corresponds to the displacement that is produced by the system 303. It is read on the system 305. Particularly accurate measurements of the arrow f can thus be obtained.
  • the signal R which is received by the detection head 301 can be produced by a separate transmission head 302. In this case, the two transmission 302 and detection 301 heads are moved simultaneously by the system 303. Detection head 301 can also have the transmission function, depending on the measurement technology that is used.
  • system 300 may be of the light reflection or ultrasonic type.
  • the signal R is then a light beam or ultrasound beam which is reflected on the film 200.
  • the unit for producing and blowing hot air may comprise itself, following the direction of flow of the air:
  • a flow acceleration system F 0 which may comprise a propeller 30 driven by a motor 31, and which produces an accelerated air flow Fi; a system for heating the air of the flow Fi, which may be constituted by a heating resistor 40;
  • the nozzle 60 which directs a flow of hot air F 2 from the flow Fi, through an outlet section 61 of the nozzle and towards the plastic film 200.
  • the outlet section 61 of the nozzle 60 is located on a lateral side Ci of the opening O, outside the enclosure 100, and oriented towards a side C 2 of the opening O, which is diametrically opposite to the In this way, the flow of hot air F 2 passes over and in contact with the entire film 200 which is exposed in the opening O.
  • the nozzle 60 has the additional function of giving the flow of hot air F 2 a flow that is constant and laminar, with a distribution that is homogeneous through the outlet section 61.
  • the nozzle 60 may advantageously be provided with internal partitions, which are arranged longitudinally in the hot air flow F 2 , and which form a partition of the nozzle 60 in separate channels. Such internal partitions are referenced 63 in FIG. 3a.
  • an additional distribution element 59 may be arranged in the blowing unit, upstream of the nozzle 60.
  • element is adapted to produce a loss of a Vogellic load in order to modify a distribution of the flow in the nozzle
  • the element 59 for distributing the hot air flow can comprise in particular a grid, a perforated plate or a compacted permeable block.
  • the thermoforming device may advantageously comprise a ring 1 which surrounds the opening O of the enclosure 100, above the plastic film 200.
  • a ring 1 may have an upper face Si which is inclined in a meridian plane of the opening O, towards the center of this opening and the interior of the enclosure 100.
  • the face Si may be frustoconical ("tapered") and continues around the opening O of the 100. In this case, it has a symmetry of revolution about an axis AA which is perpendicular to the face of the enclosure 100 which has the opening O, and which passes through a center of this opening.
  • the inclined face Si makes it possible to reduce, or even eliminate, a difference in height between a lower edge of the outlet section 61 of the nozzle 60 and the face of the plastic film 200 which is turned towards the outside of the enclosure 100. Such a difference in height would constitute a step likely to produce turbulence in the flow of hot air F 2 at the places where this flow comes into contact with the film 200 and leaves it, that is to say on the sides Ci and C 2 .
  • the inclined face Si guides the flow of hot air F 2 in the lower part of the latter.
  • the inclined face Si of the ring 1 has a lower inner edge Bi which is intended to be in contact with or near the film 200, and an upper outer edge B 2 which is intended to be close to the outlet section 61 of the nozzle 60.
  • the inclined face Si forms an angle ⁇ which is between 25 ° (degree) and 90 °, or better between 65 ° and 80 °, with the axis AA in the meridian plane of the opening O which connects the sides Ci and C 2 .
  • the ring 1 may further constitute a clamping flange of the film 200 on the enclosure 100.
  • the ring 1 is part of the film fixing system on the pregnant, around the opening O. It then has the two functions of guiding the hot air flow F 2 and fixing the film 200 to close the enclosure 100 sealingly.
  • the ring 1 can only cover at least a portion of the fixing system of the film 200 on the enclosure 100 around the opening O.
  • the nozzle 60 is provided with a deflector 62 at its outlet section 61.
  • the deflector 62 guides the flow of hot air F 2 in the upper part of the latter, when the flow F 2 approaches the film 200.
  • the face Si of the ring 1 and the deflector 62 are complementary to guide the flow F 2 .
  • the deflector 62 has a deflection face S ⁇ 2 which is in contact with the flow of hot air
  • this deflection face S ⁇ 2 is inclined by an angle ⁇ which is between 25 ° and
  • the angle ⁇ of the inclined face Si of the ring 1, measured from the axis AA, and the angle ⁇ of the deflection face S 62 of the deflector 62, also measured from the axis AA have a difference which is less than 20 °, preferably less than 10 °.
  • the ring 1 and the baffle 62 together form a complete guide to the flow of hot air F 2 , from below and from above, so that the flow F 2 has a laminar flow and stable.
  • the deflection face S 62 may advantageously have a B end edge 62 which extends substantially parallel to a portion of the peripheral edge of the opening O of the enclosure 100.
  • the opening O may be circular with a diameter D of about 77 mm (FIGS. 4a and 4b).
  • the outlet section 61 of the nozzle 60 is close to the peripheral edge of the opening O, and can follow this edge on an angular sector ⁇ of about 150 ° ( Figures 3a and 3c).
  • the inclined face Si of the ring 1 may be a cone of axis A-A and half-angle at the apex substantially equal to 72.5 °.
  • the nozzle 60 may have a hot air inlet section which is parallel to the plane of the opening O, and circular with a radius of 31 mm for example.
  • the hot air distribution element 59 can then be placed in this inlet section of the nozzle 60.
  • the length L of the nozzle 60 can be about 220 mm in a central section plane of the nozzle ( Figure 3b).
  • the nozzle 60 may be divided internally by three internal walls 63, so as to form four hot air supply channels which have substantially identical cross sections.
  • the height H of the walls 63, measured parallel to the axis A-A and corresponding to the thickness of the channels, may be equal to 25.5 mm, for example.
  • the deflection face S 62 may be a portion of a cylinder of radius 77.25 mm and whose axis of revolution is inclined by the angle ⁇ with respect to the axis AA.
  • the angle ⁇ can be equal to 67.5 °.
  • the outlet section 61 may have a height h of about 5.6 mm, and the deflection face S 62 may have a length I of about 13.5 mm, measured in parallel projection. at the plane of the opening O.
  • the hot air can be brought into the nozzle 60 at a temperature which is substantially equal to 700 ° C. and with a flow rate which is between 400 and 700 I. min -1 (liter per minute).
  • the average of the heated film 200 may be about 140 °, with deviations from this average value, at different locations in the opening O, which are less than 10 0 C, or even less than 5 ° C.
  • the pressure in the chamber 100 can be varied to preform the film, controlling in real time the increase of the arrow f.

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Abstract

Un dispositif de thermoformage permet de chauffer un film plastique (200) à une température sensiblement uniforme, pour conférer audit film une forme courbe. Le dispositif comprend une enceinte (100) à pression interne variable qui est fermée par le film, un système (300) de mesure d'une flèche (f) du film qui est disposé à l'extérieur de l'enceinte et en face dudit film, et un système de chauffage du film. Le système de chauffage comprend une unité de soufflage d'air chaud (20-62) qui est adaptée pour produire un flux d'air chaud (F2) s'écoulant parallèlement au film entre deux bords opposés (C1, C2) dudit film.

Description

DISPOSITIF DE THERMOFORMAGE D'UN FILM PLASTIQUE
La présente invention concerne un dispositif de thermoformage d'un film plastique.
Il est connu de préformer un film plastique qui est destiné à être appliqué sur une face courbe d'un substrat, pour réduire des contraintes qui sont produites dans ce film lorsqu'il est assemblé ensuite avec le substrat. De cette façon, le film peut être appliqué sur la face courbe du substrat sans que des étirements excessifs, des plis, des déchirures, des écrasements ou des rayures soient produites dans le film par l'outil qui est utilisé pour l'appliquer.
Pour cela, le film plastique est préformé en utilisant un dispositif de thermoformage qui peut comprendre :
- une enceinte à pression interne variable, qui comporte une ouverture dans une face de cette enceinte ;
- un système de fixation du film autour de l'ouverture, qui est adapté pour maintenir fermement un bord périphérique du film de sorte que le film forme une fermeture étanche de l'enceinte ;
- un système de variation et de contrôle de la pression dans l'enceinte ;
- un système de mesure d'une flèche («straight height») du film qui est maintenu par le système de fixation, ce système de mesure étant disposé à l'extérieur de l'enceinte et en face de l'ouverture de celle-ci ; et
- un système de chauffage du film, qui est adapté pour chauffer le film maintenu par le système de fixation, et qui comprend lui-même une unité de soufflage d'air chaud disposée pour produire un flux d'air chaud s'écoulant à l'extérieur de l'enceinte en contact avec le film. Le film qui est maintenu par le système de fixation présente, dans l'ouverture de l'enceinte, une déformation qui est variable en fonction de la pression qui est créée dans l'enceinte. De cette façon, le film plastique peut être déformé à chaud, avec une amplitude de déformation qui est contrôlée en mesurant la flèche du film dans l'ouverture de l'enceinte. Par ailleurs, il est aussi connu d'utiliser le volume interne de l'enceinte pour y placer le substrat, en le supportant d'une façon qui est appropriée pour commander un rapprochement du substrat par rapport au film plastique, pendant que ce dernier est encore maintenu dans l'ouverture de l'enceinte par le système de fixation. Ainsi, le dispositif de thermoformage réalise aussi l'application du film sur le substrat, ce qui est particulièrement avantageux par rapport au nombre de manipulations du film qui sont nécessaires pour assembler ensemble le film et le substrat.
Or, pour fournir des mesures de la flèche du film qui soient suffisamment précises, le système de mesure de cette flèche doit être situé sensiblement au droit du centre de l'ouverture de l'enceinte. Pour cette raison, et lorsque le volume interne de l'enceinte est déjà occupé par le substrat, ce système de mesure de la flèche est placé à l'extérieur de l'enceinte.
Dans les dispositifs de thermoformage du type considéré qui sont déjà utilisés, le système de chauffage du film est aussi situé à l'extérieur de l'enceinte, à côté du système de mesure de la flèche du film. Ce système de chauffage est couramment du type à rayonnement infrarouge ou à soufflage d'air chaud. Or l'encombrement qui en résulte, dans l'espace qui est situé devant l'ouverture de l'enceinte, à l'extérieur de celle-ci, perturbe le chauffage du film. La température du film chauffé varie alors entre des points de celui-ci qui sont séparés. La déformation du film produite par le thermoformage présente alors une répartition qui ne correspond plus à la forme qui est désirée.
En particulier, la répartition de cette déformation n'est plus invariante par rotation autour d'un axe qui est perpendiculaire à la face de l'enceinte qui comporte l'ouverture, et qui passe par le centre de cette ouverture. Certains des défauts qui ont été cités précédemment apparaissent alors de nouveau lorsque le film qui est ainsi préformé est appliqué sur le substrat, notamment lorsque la face du substrat possède une forme sensiblement sphérique.
En particulier, de tels dispositifs de thermoformage sont utilisés pour préformer un film plastique qui est destiné à être appliqué sur une lentille optique. Les exigences de qualité du composant optique final sont alors particulièrement élevées, notamment lorsqu'il s'agit d'un composant ophtalmique du type verre de lunettes ou ébauche de verre de lunettes. En effet, pour ce domaine d'applications, le produit final est rejeté lorsque des étirements, des plis, des déchirures, des écrasements ou des rayures du film sont visibles à l'œil nu. Ainsi, pour les applications optiques et ophtalmiques en particulier, les dispositifs de thermoformage qui sont utilisés actuellement ne sont pas satisfaisants.
Un but de la présente invention consiste alors à fournir un dispositif de thermoformage qui ne présente pas les inconvénients précédents, et qui est compatible avec les exigences de qualité des produits optiques ou ophtalmiques.
Pour cela, l'invention propose l'amélioration d'un dispositif de thermoformage tel que décrit précédemment, selon laquelle l'unité de soufflage est adaptée pour que le flux d'air chaud s'écoule parallèlement au film plastique à partir d'un premier côté latéral de l'ouverture de l'enceinte jusqu'à un second côté latéral de cette ouverture, qui est opposé au premier côté.
Ainsi, l'air chaud qui est mis en œuvre pour chauffer le film plastique peut être amené vers celui-ci à partir d'un côté latéral de l'enceinte, ce qui réduit l'encombrement de l'espace qui est situé à l'extérieur de l'enceinte en face de l'ouverture. Le système de mesure de la flèche du film peut alors être disposé dans cet espace au droit du film, correctement pour fournir des mesures de la flèche du film qui soient précises.
En outre, étant donné que le flux d'air chaud s'écoule parallèlement au film entre deux côtés latéraux de celui-ci qui sont opposés, l'écoulement de cet air chaud peut être particulièrement stable, et avec une répartition qui est constante au contact du film plastique. La température du film chauffé est alors plus uniforme, si bien que le thermoformage confère au film une déformation qui est répartie de la façon désirée. L'application ultérieure du film sur le substrat ne produit plus de défauts qui soient rédhibitoires pour le produit final, même lorsqu'il s'agit d'un produit optique ou ophtalmique tel qu'une lentille ou un verre de lunettes.
De préférence, le dispositif de thermoformage est adapté pour que le flux d'air chaud forme un écoulement laminaire, notamment sans turbulences, parallelement à et en contact avec le film, entre le premier et le second côté latéral de l'ouverture de l'enceinte. Un tel écoulement laminaire tangentiel du flux d'air chaud sur le film plastique évite que le film plastique déformé soit repoussé par le flux d'air chaud vers le second côté latéral. Ainsi la déformation du film est répartie de façon plus isotrope autour de l'axe central qui est perpendiculaire à l'ouverture.
Les perfectionnements suivants de l'invention permettent d'améliorer encore la répartition du flux d'air chaud sur le film, et donc la répartition de la déformation qui est conférée au film par le thermoformage.
Selon un premier perfectionnement, le dispositif peut comprendre une couronne qui s'étend autour de l'ouverture de l'enceinte, à l'extérieur de celle- ci, avec une face inclinée («slanted») dans un plan méridien de l'ouverture, et un bord interne inférieur de cette face inclinée qui est disposé pour venir en contact avec ou à proximité du film maintenu par le système de fixation, le long d'une partie au moins du bord périphérique du film. L'unité de soufflage est alors disposée pour produire le flux d'air chaud à partir d'un bord externe supérieur de la face inclinée, sur le premier côté latéral de l'ouverture de l'enceinte. Ainsi, le flux d'air chaud est guidé par la face inclinée de la couronne jusqu'au film plastique, ou jusqu'à une proximité du film plastique, en évitant qu'une zone d'air stationnaire soit présente dans un angle qui serait situé en retrait entre la couronne et le film plastique.
Selon un deuxième perfectionnement de l'invention, l'unité de soufflage d'air chaud peut comprendre une buse qui possède une section de sortie de l'air chaud orientée en direction de l'ouverture de l'enceinte, sur le premier côté latéral de l'ouverture, et la buse peut comprendre elle-même un déflecteur avec une face de déflexion oblique, qui est disposée pour rabattre le flux d'air chaud vers le film maintenu par le système de fixation. Ainsi, le flux d'air chaud est guidé en outre en amont de son arrivée sur le film plastique, pour établir encore mieux un écoulement de cet air qui soit stable et laminaire.
Lorsque ces deux perfectionnements de l'invention sont mis en œuvre simultanément, un angle de la face inclinée de la couronne d'une part et un angle de la face de déflexion d'autre part peuvent avoir une différence qui est inférieure à 20°, de préférence inférieure à 10°, ces deux angles étant mesurés à partir d'un axe qui perpendiculaire à la face de l'enceinte, et dans un plan méridien de son ouverture qui relie les deux côtés latéraux. Ainsi la couronne et le déflecteur forment ensemble un guidage continu et efficace du flux d'air chaud, jusqu'à ce que celui-ci arrive au contact du film plastique.
Selon un troisième perfectionnement de l'invention, la buse peut comprendre des cloisons internes qui sont disposées longitudinalement, pour former une partition de la buse en canaux séparés qui sont destinés à guider l'air chaud vers la section de sortie de la buse.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'un exemple de réalisation non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue générale schématique d'un dispositif de thermoformage selon l'invention ; - les figures 2a et 2b sont des vues plus détaillées d'une partie du dispositif de thermoformage de la figure 1 , respectivement en perspective et de côté ;
- les figures 3a et 3b sont des vues d'une buse utilisée dans le dispositif de thermoformage des figures 1 , 2a et 2b, respectivement en perspective et de côté ;
- la figure 3c est une vue en perspective d'un déflecteur de la buse des figures 3a et 3b ; et
- les figures 4a et 4b sont des vues d'une couronne utilisée dans le dispositif de thermoformage des figures 1 , 2a et 2b, respectivement en coupe et en perspective.
Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans ces figures ne sont pas nécessairement en relation avec des dimensions réelles, ni avec des rapports de dimensions réels. En outre, des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques.
L'invention est maintenant décrite en détail dans le cadre d'une application ophtalmique, consistant à appliquer un film plastique sur une ébauche de verre de lunettes. L'ébauche de verre de lunettes peut être d'une nature quelconque, en matériau minéral, organique voire hybride. Elle possède un diamètre qui est usuellement d'environ 60 mm (millimètre), et une face définitive sur laquelle le film plastique doit être appliqué. Cette face peut être convexe ou concave. Pour ce qui concerne l'application du film, la forme de la face de l'ébauche de verre de lunettes peut être assimilée à une portion de sphère, même s'il s'agit d'une surface complexe sans axe de symétrie, par exemple pour un verre de lunettes progressif. Le film plastique peut aussi être de nature quelconque, constitué d'un ou plusieurs matériaux qui peuvent être déformés à chaud. Il peut avoir une fonction quelconque, ou plusieurs fonctions telles que les fonctions antireflet, antisalissure, anti-rayure, antichoc, antibuée, photochromique, etc. Eventuellement, le film plastique peut avoir une structure complexe, multicouche ou cellulaire. Dans tous les cas, on désigne par film l'élément qui est initialement plan et qui est destiné à être préformé puis appliqué globalement sur l'ébauche de verre de lunettes, quelque soit sa structure interne.
Conformément aux figures 1 , 2a et 2b, un dispositif de thermoformage de film plastique comprend :
- une enceinte 100 à pression interne variable, avec une ouverture O qui peut être située sur une face supérieure de l'enceinte ;
- un système de fixation du film plastique 200 à travers l'ouverture O, de façon à fermer l'ouverture O de façon étanche ;
- un système de variation et de contrôle de la pression à l'intérieur de l'enceinte 100, qui peut être constitué par une pompe 101 , notée P, et un détecteur de la pression dans l'enceinte 100, non représenté ;
- un système 300 de mesure d'une déformation du film plastique 200 dans l'ouverture O ; et
- un système de chauffage du film 200, qui est constitué par une unité de production et de soufflage d'air chaud.
On suppose dans la suite que l'enceinte 100 est tournée de sorte que l'ouverture O soit sensiblement horizontale et apparaisse sur le dessus de l'enceinte 100.
Lorsque le dispositif de thermoformage est aussi adapté pour réaliser l'application du film 200 sur l'ébauche de verre de lunettes, après que ce film a été préformé par thermoformage, l'enceinte 100 peut contenir en outre un support 102 sur lequel est placé l'ébauche de verre de lunettes. Cette dernière est désignée par la référence 400 sur la figure 1 . D'une façon avantageuse, l'ébauche de verre de lunettes 400 peut être placée sur le support 102 de façon à présenter en direction du film 200, la face S4oo de l'ébauche sur laquelle le film 200 est destiné à être appliqué. A titre d'illustration, la face S4oo peut être la face convexe du verre de lunettes. Eventuellement, le support 102 peut être adapté pour déplacer l'ébauche de verre de lunettes 400 vers le film 200, notamment pour monter l'ébauche jusqu'à ce qu'elle entre en contact avec le film 200. Pour cela, le support 102 peut être pourvu d'un cylindre 103 qui peut être monté à l'intérieur d'un piston 104, d'une façon contrôlée, par exemple avec des moyens hydrauliques 105.
Le système de fixation du film plastique 200 dans l'ouverture O peut être combiné avec l'un des perfectionnements de l'invention, comme il sera décrit en détail plus loin.
Le film 200 étant plastique lorsqu'il a été préalablement chauffé, il acquiert une déformation à travers l'ouverture O, vers l'extérieur ou vers l'intérieur de l'enceinte 100 selon si celle-ci est mise en surpression ou en dépression par rapport à l'extérieur, au moyen de la pompe 101 . L'amplitude de cette déformation peut être caractérisée par la flèche f du film 200 en un point central de l'ouverture O. Cette flèche f est repérée par rapport à la position initiale du film 200, avant que la pression dans l'enceinte 100 soit variée. Pour la plupart des applications, la forme initiale du film 200 est plane.
Le système 300 de mesure de la déformation du film plastique 200 est disposé au dessus du centre de l'ouverture O, à l'extérieur de l'enceinte 100. Dans cette position, il permet des mesures de la flèche f qui sont précises. Le système 300 peut comprendre lui-même : - une tête de détection 301 , qui est adaptée pour recevoir un signal R en provenance d'une partie centrale du film 200 maintenu par le système de fixation ;
- un système 303 de déplacement de la tête de détection 301 , qui est adapté pour éloigner ou rapprocher la tête 301 par rapport à la partie centrale du film 200 ;
- un système 304 d'asservissement du système de déplacement 303, qui est adapté pour activer le système 303 de façon à maintenir constante une amplitude du signal R reçu par la tête de détection 301 ; et
- un système 305 de lecture d'une position de la tête de détection 301.
Un tel système de mesure 300 permet de mesurer la flèche f du film 200 à tout instant, notamment d'une façon continue pendant que le film est chauffé. Il permet aussi de mesurer la flèche f en utilisant un signal qui possède une amplitude constante, lorsque ce signal est reçu par la tête de détection 301. La mesure de la flèche f correspond alors au déplacement qui est produit par le système 303. Elle est lue sur le système 305. Des mesures particulièrement précises de la flèche f peuvent ainsi être obtenues. Le signal R qui est reçu par la tête de détection 301 peut être produit par une tête d'émission séparée 302. Dans ce cas, les deux têtes d'émission 302 et de détection 301 sont déplacées simultanément par le système 303. Alternativement, la tête de détection 301 peut aussi avoir la fonction d'émission, selon la technologie de mesure qui est utilisée. De préférence, système 300 peut être du type à réflexion lumineuse ou à ultrasons. Le signal R est alors un faisceau lumineux ou un faisceau d'ultrasons qui est réfléchi sur le film 200.
L'unité de production et de soufflage d'air chaud peut comprendre elle- même, en suivant le sens d'écoulement de l'air :
- un ou plusieurs orifices 20 de prise d'air, à travers le(s)quel(s) un flux d'air F0 est aspiré ;
- un système d'accélération du flux F0, qui peut comprendre une hélice 30 entraînée par un moteur 31 , et qui produit un flux d'air accéléré Fi ; - un système de chauffage de l'air du flux Fi, qui peut être constitué par une résistante chauffante 40 ;
- un segment de conduit 50, qui amène le flux d'air chaud Fi à une buse
60 ; et
- la buse 60, qui dirige un flux d'air chaud F2 issu du flux Fi, à travers une section de sortie 61 de la buse et en direction du film plastique 200.
La section de sortie 61 de la buse 60 est située sur un côté latéral Ci de l'ouverture O, à l'extérieur de l'enceinte 100, et orientée vers un côté C2 de l'ouverture O, qui est diamétralement opposé au côté Ci. De cette façon, le flux d'air chaud F2 passe au dessus de et au contact de l'ensemble du film 200 qui est exposé dans l'ouverture O.
La buse 60 a comme fonction additionnelle de conférer au flux d'air chaud F2 un écoulement qui soit constant et laminaire, avec une répartition qui soit homogène à travers la section de sortie 61. Pour cela, la buse 60 peut avantageusement être pourvue de cloisons internes, qui sont disposées longitudinalement dans le flux d'air chaud F2, et qui forment une partition de la buse 60 en canaux séparés. De telles cloisons internes sont référencées 63 sur la figure 3a.
Avantageusement, pour améliorer encore l'homogénéité de la répartition transversale du flux d'air chaud dans la section de sortie 61 , un élément additionnel de répartition 59 peut être disposé dans l'unité de soufflage, en amont de la buse 60. Un tel élément est adapté pour produire une perte de charge aéraulique afin de modifier une répartition du flux dans la buse
60. L'élément 59 de répartition du flux d'air chaud peut comprendre notamment une grille, une plaque perforée ou un bloc compacté perméable.
Conformément aux figures 4a et 4b, le dispositif de thermoformage peut comprendre avantageusement une couronne 1 qui entoure l'ouverture O de l'enceinte 100, au dessus du film plastique 200. Une telle couronne 1 peut posséder une face supérieure Si qui est inclinée dans un plan méridien de l'ouverture O, vers le centre de cette ouverture et l'intérieur de l'enceinte 100. Par exemple, la face Si peut être tronconique («tapered») et continue autour de l'ouverture O de l'enceinte 100. Dans ce cas, elle possède une symétrie de révolution autour d'un axe A-A qui est perpendiculaire à la face de l'enceinte 100 qui comporte l'ouverture O, et qui passe par un centre de cette ouverture. La face inclinée Si permet de réduire, voire de supprimer, un écart de hauteur entre un bord inférieur de la section de sortie 61 de la buse 60 et la face du film plastique 200 qui est tournée vers l'extérieur de l'enceinte 100. Un tel écart de hauteur constituerait une marche susceptible de produire des turbulences dans le flux d'air chaud F2 aux endroits où ce flux entre en contact avec le film 200 et le quitte, c'est-à-dire sur les côtés Ci et C2. Autrement dit, la face inclinée Si guide le flux d'air chaud F2 dans la partie inférieure de ce dernier. Pour cela, la face inclinée Si de la couronne 1 possède un bord interne inférieur Bi qui est destiné à être en contact avec ou proche du film 200, et un bord externe supérieur B2 qui est destiné à être proche de la section de sortie 61 de la buse 60. De préférence, la face inclinée Si forme un angle α qui est compris entre 25° (degré) et 90°, ou mieux compris entre 65° et 80°, avec l'axe A-A dans le plan méridien de l'ouverture O qui relie les côtés Ci et C2.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, la couronne 1 peut constituer en outre une bride de serrage du film 200 sur l'enceinte 100. Dans ce cas, la couronne 1 fait partie du système de fixation du film sur l'enceinte, autour de l'ouverture O. Elle possède alors les deux fonctions de guidage du flux d'air chaud F2 et de fixation du film 200 pour fermer l'enceinte 100 de façon étanche. Alternativement, la couronne 1 peut seulement recouvrir au moins une partie du système de fixation du film 200 sur l'enceinte 100 autour de l'ouverture O.
En référence aux figures 3a à 3c, la buse 60 est pourvue d'un déflecteur 62 à sa section de sortie 61. Lorsque la buse 60 est assemblée avec l'enceinte 100 munie de la couronne 1 (figures 1 , 2a et 2b), le déflecteur 62 guide le flux d'air chaud F2 dans la partie supérieure de ce dernier, lorsque le flux F2 se rapproche du film 200. Ainsi, la face Si de la couronne 1 et le déflecteur 62 sont complémentaires pour guider le flux F2. Le déflecteur 62 possède une face de déflexion Sβ2 qui est en contact avec le flux d'air chaud
F2, et qui est inclinée pour rabattre le flux F2 vers le film 200. De préférence, cette face de déflexion Sβ2 est inclinée d'un angle β qui est compris entre 25° et
90°, ou mieux entre 60° et 75°, par rapport l'axe A-A dans le plan méridien de l'ouverture O qui relie les côtés Ci et C2.
Avantageusement, l'angle α de la face inclinée Si de la couronne 1 , mesuré à partir de l'axe A-A, et l'angle β de la face de déflexion S62 du déflecteur 62, aussi mesuré à partir de l'axe A-A, ont une différence qui est inférieure à 20°, de préférence inférieure à 10°. Ainsi, la couronne 1 et le déflecteur 62 forment ensemble un guidage complet du flux d'air chaud F2, par le dessous et par le dessus de celui-ci, de sorte que le flux F2 possède un écoulement laminaire et stable.
Par ailleurs, la face de déflexion S62 peut avantageusement posséder un bord d'extrémité B62 qui s'étend sensiblement parallèlement à une partie du bord périphérique de l'ouverture O de l'enceinte 100.
Lorsque le film 200 est à appliquer sur l'ébauche de verre de lunettes 400, l'ouverture O peut être circulaire avec un diamètre D d'environ 77 mm (figures 4a et 4b). La section de sortie 61 de la buse 60 est proche du bord périphérique de l'ouverture O, et peut suivre ce bord sur un secteur angulaire θ d'environ 150° (figures 3a et 3c). La face inclinée Si de la couronne 1 peut être un cône d'axe A-A et de demi-angle au sommet α sensiblement égal à 72,5°.
La buse 60 peut avoir une section d'entrée d'air chaud qui est parallèle au plan de l'ouverture O, et circulaire avec un rayon de 31 mm par exemple. L'élément de répartition d'air chaud 59 peut alors être placé dans cette section d'entrée de la buse 60. La longueur L de la buse 60 peut être d'environ 220 mm, dans un plan de section central de la buse (figure 3b). En outre, la buse 60 peut être divisée intérieurement par trois parois internes 63, de façon à former quatre canaux d'amenée de l'air chaud qui ont des sections transversales sensiblement identiques. La hauteur H des parois 63, mesurée parallèlement à l'axe A-A et correspondant à l'épaisseur des canaux, peut être égale à 25,5 mm, par exemple.
Enfin, la face de déflexion S62 peut être une portion d'un cylindre de rayon 77,25 mm et dont l'axe de révolution est incliné de l'angle β par rapport à l'axe A-A. Par exemple, l'angle β peut être égal à 67,5°. La section de sortie 61 peut avoir une hauteur h d'environ 5,6 mm, et la face de déflexion S62 peut avoir une longueur I d'environ 13,5 mm, mesurée en projection parallèlement au plan de l'ouverture O.
L'air chaud peut être amené dans la buse 60 à une température qui est sensiblement égale à 7000C et avec un débit qui est compris entre 400 et 700 I. min"1 (litre par minute). Dans ces conditions, la température moyenne du film 200 chauffé peut être d'environ 140°, avec des écarts par rapport à cette valeur moyenne, à des endroits différents dans l'ouverture O, qui sont inférieurs à 100C, voire inférieurs à 5°C.
Une fois que le film plastique 200 est ainsi chauffé, la pression dans l'enceinte 100 peut être variée pour préformer le film, en contrôlant en temps réel l'augmentation de la flèche f.
Il est entendu que l'invention peut être mise en œuvre en modifiant des aspects du mode de réalisation qui a été décrit en détail ci-dessus, tout en conservant certains au moins des avantages cités. En particulier, les valeurs numériques qui ont été énumérées, notamment pour les dimensions, sont illustratives et peuvent être modifiées en fonction de la taille du film plastique qui doit être thermoformé.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 . Dispositif de thermoformage d'un film plastique (200), comprenant :
- une enceinte (100) à pression interne variable, avec une ouverture (O) dans une face de ladite enceinte ;
- un système de fixation du film (200) autour de ladite ouverture (O), adapté pour maintenir fermement un bord périphérique du film de sorte que ledit film forme une fermeture étanche de l'enceinte (100) ;
- un système (101 ) de variation et de contrôle de la pression dans l'enceinte (100), le film (200) maintenu par le système de fixation présentant dans l'ouverture (O) de l'enceinte une déformation variable en fonction de ladite pression ;
- un système (300) de mesure d'une flèche (f) du film (200) maintenu par le système de fixation, ledit système de mesure étant disposé à l'extérieur de l'enceinte (100) et en face de l'ouverture (O) de ladite enceinte ; et
- un système de chauffage du film (200), adapté pour chauffer ledit film maintenu par le système de fixation, et comprenant lui-même une unité de soufflage d'air chaud (20-62) disposée pour produire un flux d'air chaud (F2) s'écoulant à l'extérieur de l'enceinte (100) en contact avec le film,
le dispositif étant caractérisé en ce que l'unité de soufflage (20-62) est adaptée pour que le flux d'air chaud (F2) s'écoule parallèlement au film (200) à partir d'un premier côté latéral (Ci) de l'ouverture (O) de l'enceinte (100) jusqu'à un second côté latéral (C2) de ladite ouverture opposé audit premier côté.
2. Dispositif selon la revendication 1 , adapté pour que le flux d'air chaud (F2) forme un écoulement laminaire parallèlement à et en contact avec le film (200), entre le premier (Ci) et le second (C2) côté latéral de l'ouverture (O) de l'enceinte (100).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant une couronne
(1 ) s'étendant autour de l'ouverture (O) de l'enceinte (100), à l'extérieur de ladite enceinte, avec une face inclinée (Si) dans un plan méridien de l'ouverture, et un bord interne inférieur (Bi) de ladite face inclinée étant disposé pour venir en contact avec ou à proximité du film (200) maintenu par le système de fixation, le long d'une partie au moins du bord périphérique dudit film, et l'unité de soufflage (20-62) étant disposée pour produire le flux d'air chaud (F2) à partir d'un bord externe supérieur (B2) de la face inclinée, sur le premier côté latéral (Ci) de l'ouverture de l'enceinte.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la face inclinée (Si) de la couronne (1 ) est tronconique et continue autour de l'ouverture (O) de l'enceinte (100).
5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la face inclinée (Si) de la couronne (1 ) forme un angle (α) compris entre 25° et 90°, de préférence compris entre 65° et 80°, avec un axe (A-A) perpendiculaire à la face de l'enceinte (100), et dans un plan méridien de l'ouverture (O) reliant les premier (Ci) et second (C2) côtés latéraux.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel la couronne (1 ) constitue une bride de serrage du film (200) sur l'enceinte (100), en appartenant au système de fixation dudit film, ou recouvre au moins en partie le système de fixation du film.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de soufflage d'air chaud comprend une buse (60) ayant une section de sortie de l'air chaud (61 ) orientée en direction de l'ouverture (O) de l'enceinte (100), sur le premier côté latéral (Ci) de ladite ouverture, ladite buse comprenant un déflecteur (62) avec une face de déflexion oblique (S62), disposée pour rabattre le flux d'air chaud (F2) vers le film (200) maintenu par le système de fixation.
8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel la face de déflexion (Sβ2) est inclinée d'un angle (β) compris entre 25° et 90°, de préférence entre 60° et 75°, par rapport à un axe (A-A) perpendiculaire à la face de l'enceinte (100), et dans un plan méridien de l'ouverture (O) reliant les premier (Ci) et second (C2) côtés latéraux.
9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la face de déflexion (S62) possède un bord d'extrémité (B62) qui s'étend parallèlement à une partie d'un bord périphérique de l'ouverture (O) de l'enceinte (100).
10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9 ensemble la revendication 5, dans lequel l'angle (α) de la face inclinée (Si) de la couronne (1 ) avec l'axe (A- A) perpendiculaire à la face de l'enceinte, dans le plan méridien de l'ouverture (O) reliant les premier (Ci) et second (C2) côtés latéraux, d'une part, et l'angle (β) de la face de déflexion (S62) du déflecteur (62), par rapport audit axe et dans ledit plan méridien, d'autre part, ont une différence inférieure à 20°, de préférence inférieure à 10°.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel la buse (60) comprend des cloisons internes (63) disposées longitudinalement, pour former une partition de ladite buse en canaux séparés destinés à guider l'air chaud vers la section de sortie (61 ).
12. Dispositif selon la revendication 11 , dans lequel l'unité de soufflage comprend en outre un élément (59) de répartition du flux d'air chaud, disposé en amont de la buse (60) et adapté pour produire une perte de charge aéraulique afin de modifier une répartition dudit flux dans ladite buse.
13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel l'élément (59) de répartition du flux d'air chaud comprend une grille, une plaque perforée ou un bloc compacté perméable.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système (300) de mesure de la flèche (f) du film (200) est du type à réflexion lumineuse ou à ultrasons.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système (300) de mesure de la flèche (f) du film (200) comprend lui-même :
- une tête de détection (301 ), adaptée pour recevoir un signal (R) en provenance d'une partie centrale du film (200) maintenu par le système de fixation ;
- un système (303) de déplacement de la tête de détection, adapté pour éloigner ou rapprocher ladite tête de détection par rapport à la partie centrale du film (200) ;
- un système (304) d'asservissement du système de déplacement, adapté pour activer ledit système de déplacement de façon à maintenir constante une amplitude du signal (R) reçu par ladite tête de détection ; et
- un système (305) de lecture d'une position de la tête de détection.
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