DE1704527B2 - Verfahren zum herstellen von nichtspaerischen linsen aus einem polymer - Google Patents
Verfahren zum herstellen von nichtspaerischen linsen aus einem polymerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren /um Herstellen von nicliisphärischcn Linsen, insbesondere von nicht
sphärischen Kontaktlinsen, aus einem spanabhebend bearbeilbaren, ihermo-rückiederungsfähigeni quellba
reu, aber nicht gequollenem Polymer, bei dem man einen Vorformling bildet, diesen durch an seiner
Oberfläche angreifende Kräfte unter Bildung nichtsphä nscher !lachen und innerer Spannungen deformiert, ihn
dann in deformiertem Zustand bei Raumtemperatur spanabhebend zu einem linsenartigeii Rotationskörper
verformt und den Rotationskörper /ur fertigen Linse relaxieren läßt.
Ein derartiges Verfahren lsi aus der ER-PS 12 % >92
bekanntgeworden. Bei diesem Verfahren werden Vorformlinge in Form von Linsen spanabhebend
bearbeitet. Jeder dieser linsenförmigen Vorformlinge
wird einzeln in eine Vorrichtung eingespannt und entsprechend der herzustellenden l.insenflächen deformiert.
Dann wird eine spanabhebende Bearbeitung der l.insenoberfläche vorgenommen. Danach wird die Linse
aus der Vorrichtung herausgenommen, wobei sie sich infolge ihrer Elastizität entspannt und eine andere Form
als in deformiertem Zustand annimmt.
Auf diese Weise nichtsphärische Linsen herzustellen ist aufwendig und schwierig. Denn es muH ein
Vorformling verwendet werden, der bereits eine Linsenform aufzuweisen hat. An jedem solchen
Vorformling sind dann Juslicrungs-Arbeiten vorzunehmen, die einen hohen Zeitaufwand verlangen und nur
schwierig durchführbar sind.
Aber nicht nur der hohe Aufwand und die erheblichen Schwierigkeilen der Justierung sind Nachteile dieses
bekannten Verfahrens, nachteilig ist es auch, daß sich mit diesem Verfahren nur torische Linsen herstellen
lassen. Aber gerade bei der Verwendung dieser Linsen als Kontaktlinsen für das menschliche Auge reicht die
Herstellungsmöglichkeit von nur lorischen Flächen nicht aus.
Die Forderung nach weiteren nichtsphärischen Flächen ergibt sich bei Kontaktlinsen einerseits daraus,
daß die Hornhaut immer kleinere und größere Abweichungen von der regelmäßigen Form hat und
andererseits aus der Forderung einer optischen Korrektur, bei der auch ein sphärischer Fehler beseitigt
werden soll, das heißt, daß die vordere Fläche der Kontaktlinse, z. B. einem Paraboloid, nahekommen soll.
Mittels weicher Kontaktlinsen, zum Beispiel mittels Linsen aus hydrophilen Gelen, die genau an der
Hornhaut anliegen, kann durch Wahl einer geeigneten Krümmung eine fast völlige Eliminierung eines sphärischen
Fehlers erzielt werden.
Eine weitere sphärische Fläche, die bei Linsen ausgebildet werden muß, ist die zylindrische Abweichung
für die Korrektur des Astigmatismus, insbesondere wenn es um einen anderen Astigmatismus als den der
Hornhaut geht.
Prinzipiell können diese nichtsphärischen Flächen mit Hilfe an sich bekannter Bearbeitungsmethoden hergestellt
werden, zum Beispiel mit Hilfe von Kopier-Drehbänken,
durch Kombination einer größeren Reihe von Kugelflächen zylindrisch schleifender Werkzeuge unter
Anwendung von Formen, welche nichtsphärische, mil Hilfe dieser Werkzeuge gebildete Flächen haben. Für
die laufende Praxis sind dies aber sehr kostenspielige Methoden, wofür die Tatsache spricht, daß die heutige
Produktion von Kontaktlinsen praktisch nur sphärische !'lachen verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kontaktlinsen mit beliebigen nichtspharischen Flächen aus
plastischen Kunststoffen in einfacher Weise mit geringen Kosten durch mechanische, unter Rotation
durchgeführte Bearbeitung herzustellen.
Die Erfindung besteht bei einem Verfahren der eingangs geschilderten Art darin, daß man als
Vorformling einen Block bildet, den Block über die Erweichungstemperatur des Polymers erwärmt, ihn in
ganz oder teilweise erwärmten Zustand deformiert, ihn dann im deformierten Zustand unter die Erweichungstemperatur
des Polymers kühlt, aus dem deformierten und abgekühlten Block die spanabhebende Bearbeitung
ilen Rotationskörper bildet und diesen durch erneutes Erwärmen oder durch Quellen relaxieren läßt.
Durch die Vornahme der Deformierung an einem Block ist es möglich, die Deformierung mit hoher
Genauigkeit durchzuführen und auf diese Weise ein Halbfabrikat :.u erhalten, aus welchem durch Schnitte
eine Vielzahl von Vorformlingen für die individuellen Linsen gewonnen werden können. Das führt zu einer
wirtschaftlichen Herstellung. Die anschließende einmalige Bearbeitung jedes Vorformlings zu einer Linse, die
rotationssymmetrische Flächen aufweist, ist wirtschaftlich, da sie nach den bekannten wirtschaftlichen
Verfahren der l.insenherstelliing durchgeführt werden
kann.
Im Gegensatz zu der bekannten Herstellung, bei der
als Vorformlinge ein/eine Linsen einer weilen" mechanischen Bearbeitung, die zu rotationssymmein
sehen Flächen führt — also zwei Linsen-Herstellungsvorgänge -, unterworfen werden müssen, ist beim
Erfindungsgegenstand als Vorformling für viele Linsen
nur ein einziger Block und nach dessen Zerschneiden eine einzige Linsenbearbeitung notwendig. D.i js
führt zu einer wirtschaftlichen Herstellung von : .sen hoher Qualität. Darüber hinaus wird es auf diese Weise
möglich, nicht nur Linsen mit theoretischen Flächen, sondern Linsen mit beliebigen nichtspärischen Flachen
herzustellen.
Zweckmäßig ist es, daß man den Rotationskörper mit sphärischen, zylindrischen oder kegelförmigen Flachen
bildet. Diese lassen sich leicht durch eine Rotation der Werkzeuge relativ zum Vorformling herstellen.
Vorteilhaft ist es, daß man den Block aus spärlich vernetzten Polymeren bildet. Als Material kann jede Art
von Polymer verwendet werden, das bei Krwärmung unter Bildung vonjnneren Spannungen deformierbar ist.
zum Beispiel ein Kopolymer des Melhylacrylats mit Glykoldimethacrylat, ein Kopolymer des p-Chlorstyrols
mit Divinylbenzol, ein Polymer des Diallyldiglykolbarbonats. ein Polymer des Äthylenglykolmonomeihacrylats
und Dimethylacrylats und andere verwendet werden. Es kann sich hierbei auch mit Vorteil um
Polymere handeln, die durch Wasser /um Quellen gebracht werden können. Dieses ist zum Beispiel bei
dem angeführten Kopolymer der Glykolester der Fall.
Das Verfahren, durch das eine Deformation des Blocks aus Polymer erzeugt wird, kann sehr verschieden
sein. Die Deformation kann am besten mechanisch durchgeführt werden, das heißt durch Einschließen des
erwärmten Polymers von gegebener Gestalt in eine Form mit solchen Pressenflüchen, welche die gewünschte
Deformation hervorrufen. Man kann auch die Deformation durch Druck eines Gases oder einer
Flüssigkeit hervorrufen, wobei der Deformationsgradient durch Auswahl eines bestimmten Temperaturgradienten
im Augenblick des deformierenden Zuges oder Druckes beeinflußt werden kann. Wirk! man /um
Beispiel auf einen Block (/.. B. einen Zylinder mit einem Durchmesser und Höhe von 10 mm), der vorher über die
Erweichungstemperatur erwärmt wurde, mit einem
Druck in der Richtung der Hauptachse gerade in dem Augenblick ein, in welchem der Kern noch hochelastisch
ist, wahrend die Ränder schon erstarrt sind, dann bildet
sich eine ganz typische Deformation, die nach der F.ndgestaltung, das heißt nach der Bearbeitung unter der
F.infrienemperatur und der nachfolgenden Relaxation, zur Reduktion des sphärischen Fehlers der Linse fuhren
kann.
Für das Verfahren nach der Erfindung ist also
charakteristisch, daß die sphärische Linse aus einem
Material mit einer Thermorückfederungsfähigkeit. und
/war mit sogenanntem Formgedächtnis hergestellt wird, das ist aus einem nicht allzu dicht verr.et/tem
Polymer, dem über der Einfriertemperatiir eine Deformation erteilt wird, die nach der Relaxation die
sphärische Fläche in eine nichtsphärische 1 lache. gegebenenfalls eine zylindrische in eine nicht/ylindri
sehe, verwandelt, vor allem in eine paraboloide, die für
eine Linse besonders erwünscht ist, insbesondere für Kontaktlinsen. Bei der Deformation kommt es /u einer
regelmäßigen reversiblen Verlagerung der Masse lies Polymers, die unter der F.infriertemperatur fixiert ist.
Die durchzuführende mechanische Bearbeitung (schneiden,
schleifen, polieren) muß selbstverständlich so vor sich gehen, daß das Polymer nicht über die Einfriertem
peratur erwärmt wird und nicht vorzeitig relaxiert.
Das Verfahren nach der Erfindung kann /ur Herstellung von verschiedenartigen Linsen aus plasii
sehen Stoffen verwendet weiden, bei denen sich eine paraboloide äußere Fläche praktisch gar nicht anders
herstellen läßt. Es sind dies zum Beispiel Linsen aus vernetzten! Polymethylacrylat und anderen durchsichtigen,
nicht allzu dicht vernetzten Polymeren, die sich durch Wärme erweichen und deformieren lassen. Es
können so zum Beispiel Linsen für billige Photoapparate, Brillenlinsen, Lupen, Linsen für analytische Waagen
und andere Apparate hergestellt werden.
Die Relaxation bei größeren Linsen aus harten Polymeren muß mit einer bestimmten Vorsicht durchgeführt
werden, damit es nicht zu einer unerwünschten Deformation, zum Beispiel durch Einfluß der Eigenschwere,
kommt. Zu diesem Zweck wird die Linse auf eine geeignete geformte Unterlage gelegt, und das
Erwärmen wird sehr langsam vorgenommen, damit sich die ganze Masse der Linse gleichmäßig durchwärmt.
Bei weichen Kontaktlinsen aus hydrophilen Gelen, die durch Quellen in Wasser. Alkohol oder ähnlich
relaxiert \: erden, ist eine solche Vorsicht nicht nötig.
Für eine bestimmte Form und für ein bestimmtes Ausmaß der Linse kann man die Deformation, die für
das Erreichen der gewünschten nichtsphärischen Fläche notwendig ist. entweder \orher berechnen oder
experimentell bestimmen, /um Beispiel in der Weise. daß der deformierte Block des Polymers in gerade
Plättchen zerschnitten wird, auf denen in nichirelaxierlern
Zustand auf irgendeine Weise ein regelmäßiges Net/, bildlich dargestellt wird, dessen Ausmaße und
Form mit den Veränderungen nach der durchgeführten Relaxation verglichen wird. Bei manchen Polymeren
kann die Verteilung der inneren Spannung nach der Deformation direkt im polarisierten Licht ν ei folgt
werden.
Die Änderungen des diopiiischcu Wertes, der durch
die Relaxation nach der Deformation hervoi uerufcn
wird, kann durch die in den Auslührungshcispiclen
Jargeste'lte Weise berechnet werden.
•Vusfühnmgslieispiele
Ein Block eines Polymers, das durch Polyniensaiioii
von 99,5% Äthylenglykolmonomethacryliit. O.V'n Dimethacrylat
und 0,I1Vn I),isopropylperkarbon.it hergestellt
wurde, hatte in relaxiertem Zustand die Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von J mm und einer
Höhe von ν mm. Dieser Vorformling wurde in den zylindrischen Innenraum einer Diirallorm mit einem
Durchmesser von JfO1I eingelegt und /wischen /wei
dichtpassenden Kolben, die am Ende mit Kiigelllächen
mit einem konkaven Radius R versehen waren, eingeschlossen. Die Form wurde auf 150 C erwärmt,
und nach etwa 5 Minuten, als das Polymer schon gleichmäßig durchwärmt war. wurden die beulen
Kolben gegeneinander mit einer Kraft von M) kp gedrückt. Die Form wurde dann aul Zimmertemperatur
abgekühlt und auseinandergenommen Ls hatte sich eine
l'aßartige Gestalt gebildet, die dann in konventioneller
Weise durch Drehen spanabhebend /u einer Kontaktlinse verarbeitet wurde. Diese Linse wurde so
geschliffen, daß sie in der Mitte eine Dicke von mim
und einen dioptrischcn Wert von I) halle. Bei der nachfolgenden Relaxation der Spannung, die durch
Eintauchen in siedendes Xylol erreicht wurde, gestalteten
sich die Ausmaße und die Form der I .uise in der
Weise, daß diese an Stelle der ursprünglichen Dicke ί
die Dicke
und den dioptrischen Wert D1 hatte, der in der
nachfeilenden Beziehung zum ursprünglichen Dsteht:
S(Wf
Cs wurde also im Beispiel bei c/=12mm, v=6mm.
R=IO mm. r = 0,4 mm wird bei D=-5 die Dicke 0,28 mm und der dioptrische Wert - 8,8 erhalten.
Ein zylindrischer Stab aus dem gleichen Material mit einem Durchmesser von d mm wurde in ein zylindrisches
Metallgefäß mit dem größeren Durchmesser d\ gebracht. Nach dem Erwärmen auf 150°C wurde dieser
Stab durch einen Kolben so zusammengedrückt, daß der ganze zylindrische Raum ausgefüllt ist. Nach dem
Abkühlen wurde der Stab zu Kontaktlinsen in gewohnter Weise verarbeitet. Die bearbeiteten und
polierten Linsen wurden durch Erwärmen in einem Wärmeschrank bei 145CC relaxiert. Ihre Fjrm verändert
sich so, daß die Dicke in der Mitte von der ursprünglichen Dicke (auf
anwuchs und ihre ursprünglichen Kugelflächen mit einem Durchmesser R sich in eine elliptische verwandelte,
wobei sich die auf der optischen Achse senkrechte Halbachse auf Rd/di verkleinerte und die lange
Halbachse, die mit der optischen Achse identisch ist. gegenüber dem ursprünglichen Halbmesser R der Kugel
auf
d-
anwuchs.
Ein zylindrischer Vorformling aus dem gleichen Material wurde zwischen zwei parallele Platten gelegt,
welche hoch waren wie der Durchmesser des Zylinders und wurde unter denselben Bedingungen wie in den
vorangehenden Beispielen durch das Zusammendrükken von zwei halbelliptischen Backen zu einer Ellipse
geformt, deren Fläche der Fläche des ursprünglichen Zylinders entspricht. Waren die Verhältnisse der
Halbachsen dieser Ellipse gegeben, so änderten sich die Parameter senkrecht zur Achse der Kontaktlinse nach
der Relaxation im Verhältnis dieser Halbachsen, während die axialen Parameter unverändert blieben.
Ein Vorformling des Polymers gemäß dem Beispiel 1 wurde auf beiden Stirnflächen sphärisch bis in eine Tiefe
von 1 mm in der Mitte ausgehöhlt. Er wurde dann auf 135°C erwärmt und zwischen zwei ebenen Flächen
unter Entlüften in die Form eines regelmäßigen Zylinders zusammengedrückt. Nach dem Schleifen und
nach der Relaxation im Wasser hatte die Kontaktlinse nichtsphärische Flächen.
Claims (2)
1. Verfahren zum Herstelle;! von nichtsphärischen
Linsen, insbesondere von nichtsphärischen Kontaktlinsen, aus einem spanabhebend bearbeitbaren
thermo-rückfederungsfähigem und/oder quellbaren, aber nicht gequollenem Polymer, bei dem man einen
Vorformling bildet, diesen durch an seiner Oberfläche angreifende Kräfte unter Bildung nichtsphärischer
Flächen und innerer Spannungen deformiert, ihn dann in deformiertem Zustand bei Raumtemperatur
spanabhebend zu einem linsenförmigen Rotationskörper verformt und den Rotationskörper
zur fertigen Linse relaxieren läßt, dadurch ge kennzeichne·, daß man als Vorformling
einen Block bildet, den Block über die Erweichungstemperatur des Polymers erwärmt, ihn in ganz oder
teilweise erwärmten Zustand deformiert, ihn dann im deformierten Zustand unter die Erweichungstemperatur
des Polymers kühlt, aus dem deformierten und abgekühlten Block durch spanabhebende
Bearbeitung den Rotationskörper bildet und diesen durch erneutes Erwärmen oder durch Quellen
relaxieren läßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Rotationskörper mit sphärischen,
zylindrischen oder kegelförmigen flächen bildet.
). Verfuhren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Block aus spärlich
vernetzten Polymeren bildet.
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