JP3293975B2 - 眼レンズ成形品のレーザーによる取出し - Google Patents

眼レンズ成形品のレーザーによる取出し

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、製造される型から眼レ
ンズ成形品を取出すための改良された方法および装置に
関する。特に、本発明はヒドロゲルコンタクトレンズの
ような眼レンズ成形品に適しているが、本方法は眼内レ
ンズのような他の小さな精密眼レンズに好適である。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】眼レ
ンズ産業、特に定期的な度々の交換に提供されるコンタ
クトレンズを供給する産業が成長するにつれて、製造す
る必要のあるレンズの数は劇的に増加した。そのため、
製造業者は自動化作業に適合し、精度を伴って実施する
ことのできる方法および装置を求めて努力することが必
要になった。
【０００３】例えばポリスチレンまたはポリプロピレン
製の型でモノマーまたはモノマー混合物を成形すること
によりソフトコンタクトレンズのような眼レンズを製造
することは当該技術分野において公知である。
【０００４】この技術の例は米国特許第５，０３９，４
５９号、同第４，８８９，６６４号および同第４，５６
５，３４８号において見い出すことできる。型部分がレ
ンズに、または互いに粘着することにより分離時に過度
の力を必要としないように材料、化学作用および工程を
制御することのできるポリスチレン型の必要条件がこれ
らの特許に開示されている。
【０００５】上記のポリスチレン型に対して、別の例は
米国特許第４，１２１，８９６号に記載されているよう
なポリプロピレンまたはポリエチレン型の使用である。
【０００６】この種の型成形に固有の問題は、型部分は
通常フランジに囲まれており、そしてモノマーまたはモ
ノマー混合物が型のかみ合わせの前に、型の凹形の部分
に過剰に供給されるということである。レンズの外延を
なし縁を成形するように、型部分が互いに配置される
と、過剰のモノマーまたはモノマー混合物は型のキャビ
ティから押し出され、片方または両方の型部分のフラン
ジの上またはこれらの間に残る。
【０００７】材料が重合すると、この過剰の材料は成形
レンズの周囲に環状フランジまたは環を形成する。
【０００８】型部分を分離し、レンズを取出すための従
来の方法は、予備加熱、加熱、取外しおよび取出しから
なる。熱風により加熱され、てこ装置により取外しが行
われ、そして手で取出される。型の対流加熱は効率の良
い伝熱技術ではない。型が加熱装置に入り、裏型部分が
完全に取外されるまでの時間は１分程度である。
【０００９】レンズを取出すための現在の方法は熱気流
により裏型部分を加熱することである。裏型部分の加熱
は２段階、すなわち予備加熱段階および加熱／取外し段
階で行われる。加熱／取外し段階において、型が所定の
位置にクランプされ、そして取外しフィンガー（ｐｒｙ
ｆｉｎｇｅｒｓ）が裏型部分の下に挿入される。加熱
サイクルの間、力がそれぞれの裏型部分に加えられる。
【００１０】必要な温度に到達すると、裏型部分が自由
になり、一端が取外しフィンガーによりリフトされる。
裏型部分が少なくとも表型部分の一方の側から引き離さ
れると、型はヒーターから退出する。その後、裏型部分
および環状の鋳張りが完全に取り除かれる。
【００１１】他の熱勾配を達成するために、表型部分の
外面に熱風または冷風を与えることもまた可能である。
熱風は裏型部分の外部にブローされ、そこでレンズの上
面に熱が伝達される。熱は熱拡散により裏型を通して成
形レンズおよび表型に伝達される。
【００１２】上記の方法は型部分の間からのレンズの取
出しを促進するのに幾分有効であるが、加熱された裏型
部分からレンズを経て表型部分までの熱勾配は比較的小
さい。このアプローチの欠点は熱が型部分に運ばれると
いうやり方により生じるものである。定温気流は裏型部
分の外面をより迅速に加熱するが、一方、熱伝導により
レンズ表面に熱が伝達される。熱勾配を増加するための
唯一の方法は熱をより速く伝達することであるが、これ
により裏型部分が軟らかくなりすぎてリフトフィンガー
で掛けることができなくなる。
【００１３】上記したように、この方法は、引き起こさ
れる熱勾配が完全に、かつ反復性をもって型部分を分離
するには十分ではないため、完全には満足すべきもので
はない。
【００１４】したがって、本発明の目的はレンズに損傷
を与えることなく容易に、かつ反復性をもって型部分を
分離することのできる方法および装置を提供することで
ある。
【００１５】本発明の別の目的は、過剰の環境加熱、ま
たはエネルギーのむだを伴わずにこのような分離を行う
ことである。
【００１６】本発明のさらに別の目的は、高い温度勾配
を少なくとも１つの型部分を通して付与することのでき
る方法および装置を提供することである。
【００１７】これらの、および他の目的は下記の本発明
により達成される。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的は少なくとも１
つの型部分に照射される電磁線源、好ましくは二酸化炭
素（ＣＯ2 ）レーザーの使用により達成される。レーザ
ーは好ましくは波長１０．６μｍにおいて約８０ワット
である。型部分のレーザーへの暴露は０．５〜１秒であ
る。
【００１９】加熱された型ポリマーとより冷たいレンズ
ポリマーとの膨張差により一方の表面が他方に関してシ
フトするため、その剪断力はポリマー製のレンズとポリ
マー製の型の接着をはがし、型部分同士の分離を促進す
る。それぞれの型部分の表面同士の間の温度勾配が大き
いと、剪断力は大きくなり、より容易に型部分が分離す
る。この効果は熱勾配が最高の時最大になる。時間が経
過するにつれて、裏型部分からレンズポリマーおよび表
型部分に熱が伝導し、次いで全体的に周囲の環境への伝
導により熱が失われる。したがって、加熱された裏型部
分は、迅速に取り除かれ、非常に小さなエネルギーだけ
がポリマーレンズに伝達されて、レンズの熱分解の可能
性が回避される。
【００２０】
【発明の実施の形態】 シンラッド（Ｓｙｎｒａｄ）Ｃ４
８−１導波管ポンプ式ＣＯ2 レーザー（ワシントン州、
ボーゼルのシンラッド社から入手可能、波長１０．６μ
ｍにおける最大出力１０ワット）を使用してレンズ／型
の組合せのうちの裏型部分に３〜４ワット照射するだけ
で十分ポリスチレン型部分を加熱して型を機械的に分離
することができた。解放可能な温度は１０〜２０秒で容
易に到達でき、そして機械的取外しフィンガーを使用し
て型部分の分離を達成できることがわかった。
【００２１】波長１０．６ミクロンの中赤外域で電磁線
を発生するＣＯ2 レーザーを使用したが、発生する電磁
線が型材料の温度の上昇をひき起こすのに十分な程に、
型材料により吸収されるような強力なＵＶレーザーまた
は何れかのタイプの高強度電磁線エミッターを使用する
こともできる。
【００２２】レーザーは典型的には利用可能な線源の中
で最強のものであるため、線源から成形品へのエネルギ
ー伝達の効率を最大にする。「強度」は線源の総放射量
ではなく、むしろそのエネルギー濃度に依存する。マイ
クロ波発生器のような有効かつ迅速に加熱することので
きる他の強力な電磁エネルギー源を使用してもよい。こ
れらの線源に共通する特徴は、強力であるということで
あって、成形品と離れた所からの電磁線によりカバーさ
れる面積は成形品の面積とほぼ同じであるということで
ある。明らかに、上記の従来技術のような熱風での対流
加熱は幅広く分散するため強力なものとはならない。
【００２３】中赤外およびＵＶのレーザーの場合、ポリ
スチレン型材料はレーザエネルギーをほぼ１００％吸収
し、入射線のほんの一部分だけが反射または散乱するた
め、そのレーザーエネルギーはほぼ１００％有効であ
る。このように、大気吸収によるエネルギー損失がほと
んど、またはまったくないため、サンプルだけが加熱さ
れる。
【００２４】赤外スペクトルにおける１ｍｍポリスチレ
ン板による電磁線の吸収を図１に示す。上記のＣＯ2 レ
ーザーに関して、発生する電磁線の波長１０．６ミクロ
ンは、波長の逆数の波数９４３．３ｃｍ-1 に対応する。
【００２５】また、これらの振動数における型材料の吸
収性のため、レーザーエネルギーのほとんどは幾つかの
波長で材料への走行中に吸収される。その点から、熱は
表面からの伝導によってのみ伝達される。そのため、レ
ーザービームへの暴露の初期段階では、大きな熱勾配が
露出した外面と、レンズに接触する型部分の表面との間
に生じる。
【００２６】レーザ ホトニックス（Ｌａｓｅｒ Ｐｈｏ
ｔｏｎｉｃｓ）７．５ワットＲＦ導波管ポンプ式ＣＯ2
レーザー（フロリダ州、オーランドのレーザ ホトニッ
クス社から入手可能）を用いて、各型キャビティを完全
に、かつかなり均一に照射するように電磁線が放散され
る試験を行った。型の裏部分は約１２秒で機械的に取り
外すことができるが、暴露時間を１８秒まで増加する
と、裏型部分が十分に、しかも非破壊的に外れ、それに
より機械的な手段を用いないで分離することがわかっ
た。
【００２７】実験により好ましい態様を見い出した。３
〜４ワットのレーザー出力で十分にポリスチレン型部分
を加熱して型を機械的に分離できることがわかっている
が、５００ワットまでのさらにより高い出力のレーザー
が好ましい態様であることが確認された。レーザー出力
を増加し、暴露時間を減少することは熱勾配を増加し、
そしてそれにより型部分を分離することのできる容易性
および精度を増加することがわかった。
【００２８】５００ワットのコヒアレント ゼネラル
（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｇｅｎｅｒａｌ）ＣＯ2 レーザー
（マサチューセッツ州、スターブリッジのコヒアレント
ゼネラル社から入手可能）を使用したところ、約２０
〜約８０ワットの連続出力レベルを型／レンズの組合せ
に適用することにより最適な結果が得られることがわか
った。
【００２９】これらの出力レベルについて好ましい暴露
時間は約０．４〜約１．２秒であることがわかった。こ
れにより０．５秒あたり０．４ワット／ｃｍ2 、すなわ
ち０．２ジュール／ｃｍ2 の最適エネルギーが供給され
る。
【００３０】レンズ／型の組合せが十分に暴露されない
場合、なお高い力が分離に必要であることが分かった。
このため、引裂きのようなレンズの損傷および破壊のよ
うな型の損傷がもたらされる。
【００３１】レンズ／型の組合せが過剰にレーザーエネ
ルギーに暴露される場合、型部分の分離およびレンズの
取出しは困難である。酸化および融解（軟化）のような
型の損傷がもたらされ、型の剛性が失われると型の分離
は失敗する。さらに、暴露過剰は熱的にレンズを崩壊す
る。
【００３２】この測定を行った後、レーザ ホトニック
ス（Ｌａｓｅｒ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）５８０ＣＷ／パ
ルス型８０ワットレーザーを使用してさらに試験した。
【００３３】約８０ワットのレーザーはガス流および密
封レーザータイプの何れにおいても得られる。レーザ
ホトニックスレーザーは図２に示されるように光伝達装
置と一体になっている。
【００３４】当業者によって容易に理解されるように、
セレン化亜鉛は上記の特定の波長のレーザー光を使用す
る光伝達装置においてレンズおよび他の光学部品を構成
するのに適した材料である。図２に言及すると、入力ビ
ーム１０は図示されていないレーザーにより発生する。
ビームは最初に平凸レンズ１２を通過し、これはレーザ
ービームを収束する。
【００３５】ビームはさらに放散すると、内部散光器と
して働く光学的インテグレータ１８と出会う。散光器は
レーザー光を内部で散乱する働きをし、より均一なビー
ムにする。レーザーにより発生した元のビームは典型的
には、ビームを横切る方向における強度の配分が一様で
はない。光学的インテグレータが使用されない場合、散
光器がないため、このことは入射物体上にホットおよび
コールドスポットを引き起こすことがあった。
【００３６】上記したように、レンズ／型の組合せのレ
ーザーエネルギーへの暴露不足および暴露過剰により望
ましくない特性が生じる。エネルギーがビームを横切る
方向において不均一な場合、同じ型を用いる場合におい
て両方の悪影響を見い出すことができる。典型的なレー
ザービームは、ビームを横切る方向においてエネルギー
の２次元ガウス分布を有するため、エネルギー分布を平
坦にするには散光器が必要である。しかしながら、環状
または「ドーナツ」構造のビームであれば、レンズを成
形する型のキャビティの外側の余分なポリマー環４５に
隣接した型部分にエネルギーを供給することにより、適
切な結果をもたらすこともありうるということは自明で
ある。
【００３７】光学的インテグレータ１８から出ると、ビ
ームは均一でやや収束し、ビーム分割器２０で入射す
る。ビーム分割器はビームエネルギーの半分を通過さ
せ、そしてもう半分を反射する。分割器２０により反射
された半分のビーム２２は鏡２４により完全に反射さ
れ、それによりビームは一方のレンズ／型の組合せ２６
に照射される。ビーム分割器２０により分割されたもう
半分のビーム２８は鏡３０に入射し、そして他方のレン
ズ／型の組合せ３２に反射される。
【００３８】この好ましい態様において、その間にポリ
マー製の重合レンズを内包する２つのかみ合わされた型
部分は同時に装置によって加熱することができる。
【００３９】この場合、型部分に入射するレーザー出力
が好ましくは約８０ワットであるように、使用するレー
ザーは１５０〜２００ワットであることに注目された
い。
【００４０】この装置には、装置の光学的アラインメン
トを適切にするために使用されるヘリウム−ネオン整合
レーザー３４もまた示されている。ヘリウムネオンレー
ザー３４はビームを発生し、このビームは主レーザービ
ーム１０の行路に向けて鏡３８により反射される。整合
レーザービームと主レーザービームの行路との交点で、
整合レーザーはビーム分割器３９と出会い、ビーム分割
器３９は整合レーザービームを主レーザービームと同じ
行路に揃える。
【００４１】レンズ／型の組合せは図３および４に示さ
れる取付具で、（その間にレンズを包含する）片方また
は両方の型部分を従来の方法で保持することにより位置
決めされる。この取付具の主要な必要条件は機械的安定
性の他に電磁線のビームと干渉しないことである。この
ため、レンズ／型の組合わせを第１型部分だけで保持
し、第２型部分に照射することが好ましい。
【００４２】図３および４に、図２で構成要素２６およ
び３２として示されたレンズ／型の組合せおよび保持用
取付具４８を示す。このレンズ／型の組合せはその間に
図５で示されたレンズ４４を有する表型部分４０および
裏型部分４２を備える。
【００４３】上記したような装置では、裏型部分だけが
電磁線に暴露することにより加熱される。裏型部分はよ
り薄く、それにより大きな熱勾配をひき起こすのに十分
な程ポリスチレンの迅速で非破壊的な加熱を行うことが
できる。より多量のポリスチレンを含有するより厚い表
型部分は急速に加熱されないので、局部的な過熱という
問題を引き起こさずに同様の熱勾配を達成することはな
い。
【００４４】従って、図３に示されるように、押え５０
およびフィンガー５２が表型部分４０と裏型部分４２の
間に配置される。レンズ／型の組合せが保持されると、
レーザーエネルギーが取付具４８のチャネル５４を通っ
て裏型部分４２上に導かれる。
【００４５】両方の型部分を加熱することは可能である
が、裏型部分だけを加熱する場合に比べて利点はないで
あろう。
【００４６】図５に言及すると、その間にレンズを有す
る一対のかみ合わされた型部分の断面が示されている。
型部分は表型部分４０および裏型部分４２を備える。こ
れらの２つの型部分の間に、レンズ４４および余分なポ
リマー環４５がある。ポリマ ー環４５はレンズを成形す
る型のキャビティの外側にはみ出している。図５に示さ
れた記号は熱電対４６の位置を表している。
【００４７】図６には、上記と同じ記号で表された熱伝
対の位置における、時間によって変動する温度のグラフ
が示されている。
【００４８】グラフからわかるように、ｔ＝０、すなわ
ち成形品の取出しのサイクルの開始時に、熱電対の位置
における温度は周囲温度よりもわずかに高く、その温度
で型は硬化工程から放出される。
【００４９】時間（ｔ）＝０秒の時、レーザービームは
裏型部分の表面に直射し、急速にフランジを除く型の裏
部分全体を加熱する。温度は約２秒間上昇し続ける。約
ｔ＝２．７５秒の時、表型部分からの裏型部分の機械的
取外しが開始し（この時点をＡ点と表す）、そして裏型
部分の表面が完全に表型部分から取り除かれる（約ｔ＝
４．７５秒、Ｂ点）まで約２秒間継続する。
【００５０】見てわかるように、同位置における表型部
分と裏型部分の温度差は、３５℃にまでなりえ、表型部
分およびレンズからの裏型部分の取外しが非常に容易に
なる。熱流体を使用して裏型部分を加熱する従来の方法
では約３〜５℃の温度差しか達成できず、しかもこの最
大の温度差を達成するには０．５〜１．５分程度必要で
あった。
【００５１】レーザーで裏型部分を加熱した後、表型部
分から裏型部分を取外すための好ましい方法はこれらの
型部分の間に相対引張力を付与することであることを見
い出した。図４に言及すると、裏型部分フランジ４２の
下側に位置する薄い金属フィンガー５２はその両側が平
らに機械加工されている。型部分４２がレーザーに暴露
した後にフィンガー５２が裏型部分を持ち上げるよう
に、取付具４８の上部は軸５６の周りを回転することが
できる。裏型部分を任意の方法で単に取外すだけでもよ
いが、金属フィンガーをフランジの下で止め、後方に傾
けた場合、取出されたレンズの全体の品質は従来の技術
と比べて同様またはより良いものであることがわかっ
た。
【００５２】上記のこのような機械的補助は電磁線への
暴露後０．３秒未満で行うと最良であることが確認され
た。暴露と機械的取外しの間の時間がより短いと有害な
作用は生じないと考えられるが、現実的には暴露と型分
離との間の時間は約０．２〜約１．５秒であるというこ
とになろう。遅れが１．５秒を超えると、型分離および
レンズ取出しにおいて生じる問題は上記したような暴露
不足から得られるものと同様である。
【００５３】本発明の顕著な品質上の重要性および利点
は、上記の技術に従って裏型部分がレーザーで加熱さ
れ、取外される時、表型部分のレンズは終始変わらず保
持されるということである。
【００５４】予想されるように、レンズ欠陥の増加はビ
ームの断面分布における高エネルギー領域すなわち「ホ
ット スポット」の存在に関連する。このことは、ある
領域の過熱がレンズをもろくし、それにより引裂き、チ
ッピングまたは表型部分の表面からの引き離しをレンズ
が受けやすくなるため、予想される。
【００５５】最適の暴露時間、および裏型部分を前後に
動かすために使用されるくさび形フィンガーのような適
当な成形品の取出し機構を用いて、約５秒で型部分を分
離し、レンズを型から取出すことができる。
【００５６】好ましいポリスチレンの型の装置について
の例を上記に示したが、他の材料のレンズ／型の装置に
ついて最適の特性を達成するには上記の考察に従って電
磁線の波長、出力レベル、および暴露時間を適当に調節
しなければならないことは当業者ならば容易に理解でき
よう。
【００５７】
【発明の効果】 本発明によれば、型部分の間からその中
で成形された眼レンズを取出すための装置および方法が
提供される。本発明においては、強力な電磁線、好まし
くは波長１０．６μｍで約８０ワットのＣＯ2 レーザー
が少なくとも一方の型部分に照射される。本発明により
短時間で型部分の分離およびレンズの取出しができ、ま
た高品質のレンズ成形品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポリスチレンの赤外領域における電磁線透過率
を波数の関数として示すグラフ。
【図２】本発明の光学装置の略図。
【図３】本発明の型部分を分離するための取付具装置の
斜視図。
【図４】型部分が分離された後の図３の装置の側面図。
【図５】熱電対の位置を示す２つの型部分の間に含まれ
る成形された眼レンズの断面図。
【図６】対応する熱電対の位置における図５の成形品の
温度分布を時間の関数として示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｃ 13/00 Ｇ０２Ｃ 13/00 (72)発明者 クライグ・ダブリュー・ウォーカー アメリカ合衆国、32224 フロリダ州、 ジャクソンビル、ハント・クラブ・ロー ド 3746 (72)発明者 オリン・ダブリュー・カルビン アメリカ合衆国、32216 フロリダ州、 ジャクソンビル、グレンダイン・ドライ ブ・サウス 7133 (72)発明者 トーマス・ジー・デイビス アメリカ合衆国、08540 ニュージャー ジー州、プリンストン、オータム・ヒ ル・ロード 160 (56)参考文献 特開 平４−59314（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−6107（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−334410（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−123428（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 33/44 B29C 39/02 B29C 39/36 B29D 11/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２つの型部分、すなわちその
    中に眼レンズを包含する第１型部分および第２型部分を
    備える型の各部分を分離するための装置であって、そ の間に眼レンズを包含する前記型部分の何れかまたは
    両方を取付具で固定することによって、前記型部分を位
    置決めするための手段と、少 なくとも１つの型部分の材料が前記材料の温度の上昇
    をひき起こすのに十分な程吸収する電磁線を発生させる
    強力な電磁線源と、前 記型部分の何れかまたは両方の外面に衝突するように
    前記線源から電磁線を導くための手段と、電 磁線衝突時間中に前記線源からの電磁線により衝突さ
    れる型部分の温度の上昇をひき起こすように強力な電磁
    線の型部分への衝突時間を制御するための手段とを包含
    する装置。
  2. 【請求項２】 前記強力な電磁線源はレーザーである請
    求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記電磁線は約１μｍ〜約２０μｍの波
    長を有する請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記位置決めするための手段が第１型部
    分を固定することにより、前記第１型部分に取付けられ
    た第２型部分およびレンズを保持し、前記電磁線源が第
    ２型部分の外面に電磁線が衝突するように向けられてい
    る請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 少なくとも２つの型部分、すなわちその
    中に眼レンズを包含する第１型部分および第２型部分を
    備える型の各部分を分離するための方法であって、その間に眼レンズを包含する前記型 部分の何れかまたは
    両方を取付具で固定することによって、前記型部分を保
    持し、少 なくとも１つの型部分の材料が前記材料の温度の上昇
    をひき起こすのに十分な程吸収するように強力な電磁線
    源を前記材料に向け、前記型 部分の何れかまたは両方の外面に電磁線を衝突さ
    せ、電 磁線衝突時間中に強力な電磁線により衝突される型部
    分の表面温度の上昇をひき起こすが、本質的に眼レンズ
    の温度上昇をひき起こさないように前記電磁線の衝突時
    間を制御し、衝 突後に型部分同士を分離する方法。
  6. 【請求項６】 前記第１型部分を取付具で保持し、電磁
    線を前記第２型部分に向けて第２型部分に電磁線を衝突
    させ、第１型部分と第２型部分の間に引張力を付与する
    ことにより前記分離を行う請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記取付具で保持される前記第１型部分
    は眼レンズの表面を形成するものであり、前記電磁線が
    衝突する前記第２型部分は眼レンズの裏面を形成するも
    のである請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記第１型部分を取付具で保持し、電磁
    線を前記第２型部分に向けて第２型部分に電磁線を衝突
    させ、前記第２型部分を第１型部分およびレンズから引
    き離すことにより前記分離を行う請求項７記載の方法。
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