JP3942659B2 - 眼科用レンズ型の処理方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本出願は、１９９２年１２月２１日出願の米国特許出願第07/992,884号の継続出願に係るものである。本発明は、成形した眼科用レンズをその成形に使った型から取り外すための方法および装置を改善したもので、特に、ヒドロゲルコンタクトレンズなどの成形眼科用レンズに適する。しかし、眼内レンズなどの小さな高精度眼科用レンズにも用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
角膜上もしくは目の中に配置するコンタクトレンズやソフト眼内レンズなどのソフト眼科用レンズは、種々の方法でつくることができる。コンタクトレンズは、回転する型にモノマー材料のスピンキャスティングを施し、ついでこの材料を型に従って成形することにより製造することができる。またコンタクトレンズおよび眼内レンズを製造するもう一つの方法は、材料片を精密旋盤にかけ、ついで研磨してレンズとして使うというものである。
【０００３】
ソフトコンタクトレンズおよびソフト眼内レンズの成形は、最近熱を帯びている。この成形という製造方法は、従来のレンズ製造方法と比べて、反復性および製造のスピードという点で利点を有する。このようなレンズをうまく製造する技術は、米国特許第4,495,313 号および同第4,640,489 号(Larsen)、ならびに米国特許第4,889,664 号、同第4,680,336 号および同第5,039,459 号（Larsen他）にみられる。これらの特許では、成形の過程において、水に代えて特に希釈剤を使用しており、成形の完了後に水で置き換えている。この方法の利点は、製造するレンズの光学特性、大きさおよび形状が、そのような希釈剤を使用しない方法に比べて急激には変化しないことである。
【０００４】
また、業界では、そのような眼科用レンズを、モノマーもしくはモノマー混合物から、ポリスチレンまたはポリプロピレンから製造する型を使って成形することも知られている。
【０００５】
この方法の例は、米国特許第4,495,313 号(Larsen)にみられる。そこでは、ポリスチレン製の型を使う場合は、型片がレンズに付着して、互いに引き剥がす際好ましくない力を必要としないよう、材料、化学条件および処理過程を制御しなければならないとある。
【０００６】
一方、上述のポリスチレン製の型と対比されるもう一つの例は、米国特許第4,121,896 号(Shepherd)にあるようなポロプロピレンもしくはポリエチレン製の型を使う方法である。
【０００７】
しかし、この方法には、モノマーもしくはモノマー混合物が凹型の型片に過剰に収められると、二つの型片を合わせてレンズを成形するとき、過剰のモノマーもしくはモノマー混合物が型の空隙からあふれ、一方の型片のフランジ上もしくは両方の型片のフランジ間にとどまって、形成したレンズの回りに環状体あるいはフラッシングを形成するという問題がある。
【０００８】
二つの型片を引き離すと、そのときには周縁部で重合を起こしている過剰材料のフラッシングは、通常レンズが収まっている雌の型片にとどまる。れんずをこの後、水和、検査、包装、殺菌等にかけるためには、重合した材料でできたフラッシングを雌の型片から除去する必要がある。今までのところ、フラッシングがレンズを収めた雌の型片に残った場合、それは指で取り出している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、眼科用レンズを、これが収められている型から、人間の手を借りずに周囲のフラッシングとともに取り外す手段を提供することである。本発明は、レンズ製造プロセスの一部を著しく簡単にして、コストを減らし、歩留りを向上させ、さらに自動化への道を開くものである。
【００１０】
より具体的には、本発明の目的は、型片同士を引き剥がしたとき、眼科用レンズをフラッシングから分離する方法および装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用】
上述の目的は、モノマーの充填とレンズ形成のための重合の前に、加速された電子を、型片の一方の少なくとも一つの表面に向ける方法および装置を提供することによって達成される。型片は、二つの型片が合わされたとき、両型片の間にレンズを形成するための空隙が形成されるよう、その一方に、他方の型片と線状の接触をする縁を有する。特に、コロナ放電電極によってイオン化された酸素が生成すると、このコロナ放電処理された型片へのポリマーの付着強度が十分に増加することが分った。好ましい態様においては、レンズ形成の重合の後二つの型片が引き離されたとき、レンズを凹型雌片から取り外す際にも、レンズ形成用の空隙を囲む重合が済んだ過剰の材料が、型雌片のフランジに付着するよう、レンズ型片のうち凸型雄片の周りにあるフランジがコロナ放電処理される。処理ガス流通用マニホールドは、コロナ放電処理中に型片の一部に適当なカバーガスが導入されるよう真空吸引をする一方で、窒素および空気を供給する。
【００１２】
【実施例】
型中でモノマー材料を重合した場合、このポリマーのこれを形成した型への付着は、型材料の表面エネルギーに関係することが分っている。固体の表面エネルギーは液体の表面張力に類似する材料特性であるが、この表面エネルギーは、材料の濡れ性を決定するもので、dyn/cmの単位で表される。
【００１３】
材料の表面エネルギーは、接触角測定により決定される。すなわち、固体表面上の液滴の接触角をゴニオーメータを使って測定することにより、表面エネルギーが決定される。接触角が小さければ小さいほど、その固体表面は濡れ性が大きいことになる。
【００１４】
図１（Ａ）には、液滴１４によって形成される接触角１２を指示する典型的なゴニオーメータ１０を示す。図１（Ｂ）は、液滴１４と、この液滴を載せながらこ液体に対して９０°以上の接触角を有して表面濡れ性に乏しい基板１６上の液滴１４を示す。また図１（Ｃ）は、再度液滴１４と基板１６を示すが、この場合は表面の濡れ性は大きい。この図１（Ｃ）では、図１（Ｂ）とは対照的に、接触角は６０°より小さく、この材料が、これに載っている液体の表面張力を少なくとも１０dyn/cm上回る表面エネルギーを有することを示している。
【００１５】
しかし、基板表面上の液体の濡れ性は、厳密には基板表面エネルギーの関数ではなく、むしろ基板表面エネルギーと液体表面張力の差の結果であるため、表面エネルギーは、濡れ性を指し示すものの、すべての液体に対する接触角の最終的な指標として単独で用いることはできない。
【００１６】
etafilcon A （５０％の水を含むヒドロゲルコンタクトレンズ）を形成する本発明の好ましい態様においては、表面エネルギーが４０dyn/cmであるポリスチレン製の型を用いる。実験によれば、etafilcon A 用のプレポリマー（従来技術の項で説明した各特許に記載された成形過程において水に代わる希釈剤としてホウ酸エステルと組合せて用いる）は、２８〜３０°の接触をもつことが分った。
【００１７】
ポリスチレンや他のプラスキックの表面エネルギーを増大させる方法には、焼炎処理、プラズマ、化学エッチングおよび電気的表面処理などがあるが、本発明の好ましい態様で用いる方法は電気的表面処理、別名コロナ処理である。加速電子を照射した表面上で重合されるモノマーは、この処理表面に結合する。特に、ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）、メタクリル酸（ＭＭＡ）、エチレングリコールメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）およびトリメチロールプロパントリメタクリレート（ＴＭＰＴＭＡ）を含むモノマーは、重合してetafilcon A の名で知られる水含量５８％のイオン性第４群のヒドロゲルポリマーを形成する場合は、コロナ処理によって加速電子を照射した高品質ポリスチレン製の型表面に付着する。この効果は、電子が酸素をイオン化し、このイオン化した酸素がポリマー製の型と相互作用を起こすという意味で、電子によって関節的にもたらされると考えられる。
【００１８】
この方法を実施する装置は、処理を行う領域に適合する電極のセット、高電圧発生用変圧器、およびインピーダンスマッチング装置を有する高周波発生器を備える。操作時の周波数は、１４〜５０kVで操作しながらインピーダンスに基づいて、２５kHz まで調整される。このように高周波と高電圧を組合せると、電極の間にかなり強いプラズマが発生し、約１．５インチの距離と比較的短い処理時間を保つことが可能になる。
【００１９】
この処理の後、etafilcon A モノマーとポリスチレンの間の接触角は、６〜１２°になる。これは、ポリスチレンの表面エネルギーにして６５〜７０dyn/cmの増加に相当する。
【００２０】
図２には、従来技術の項で上げた文献に従って製造したポリスチレン製型片上で本発明を実施する特別の態様を示す。すなわち、この図には、コロナ処理を行う凸型雄片２０を示す。この雄片２０は、型片支持体２２によって定位置に保持する。この型片支持体２２は、ポリエチレンテレフタレートなどの電気絶縁体から製造され、一般的には円筒形である。型片支持体２２の外側には、電極２４が配置されるが、この電極２４は型片２０の近くにはあるものの、この型片２０とは接触しない。
【００２１】
電極２４の雄片２０と反対側には、対向電極２６が配置される。この対向電極２６も通常円筒形で、内部は中空である。この対向電極２６は、雄片２０のフランジ領域に接触し、かつ型片の内部凸面まで延びる表面を有するが、電極２４の反対側にある雄片２０の裏面には接触しない。
【００２２】
このような装置構成の結果、処理領域２８が得られる。
【００２３】
対向電極２６と雄片２０の裏面との間の領域は、処理領域において０（接触状態）〜約０．０７５インチであるのに対し、電極２４と処理領域の間の空隙は０．０〜０．０５インチである。
【００２４】
図３には、複数の型片を処理するアセンブリにおける複数の電極と対向電極を示す。図２に示したように、この図３においても、型片支持体２２、電極２４および対向電極２６が設けられる。処理する型片は図示していない。
【００２５】
この図３の装置は、電極２２と、取付け板３４に装着される絶縁支持体３２に共通の電圧を送る電極板３０を備える。対向電極２６はマウント３６に支持され、アセンブリはガイドロッド３８上に載せられる。ガイドロッド３８を動かすと、型片の挿入・取り外しが容易に行えるよう、マウント３６は、対向電極２６を電極と型片支持体２２から離れるように動かす。
【００２６】
実際の型片を処理するに当っては、電極は、処理する型片表面から０．２５〜０．５mmの間隔を空けて設置される。
【００２７】
重合した材料をコロナ処理したポリスチレンに付着させる正確な機構は分っていないが、電気的な表面処理の効果は、理論滴には、アブレーション（表面分解）、ポリマーの架橋、酸化、水素結合およびエレクトレットの形成に関連づけられている。この機構は不明であるが、ポリスチレンとレンズポリマー間の付着強度に影響するパラメータの一つは、型片表面処理の前とその最中に存在する酸素の量であることが分っている。一般的に、酸素の存在量が少なければ少ないほど、型片表面に結合する酸素の量は少なくなり、ポリスチレンとレンズポリマー間の付着力は小さくなる。このため、ポリスチレン製型と接触する酸素は、処理前には最小にしておくのが最善である。
【００２８】
付着強度に影響する他のパラメータは、電極における電力と処理時間、および装置の処理周波数と処理電圧である。
【００２９】
本発明においては、処理電圧は１０kV、周波数は２０〜３０kHz 、電力は１０〜８０Ｗ（３０Ｗが好ましい）、そして処理時間は少なくとも約０．２秒の場合に最良の結果が得られることが分った。好ましい態様においては、電極の径が０．７９インチ、電力が２２Ｗ、そして室内雰囲気で処理時間が０．３秒のときに、凸型雄片２０とともに、１００％のフラッシングが除去され、他方凸型雄片２０に保持された不良レンズは、０．５％に過ぎなかった。
【００３０】
図４には、凹型雌片４０を含む合体した型片を示す。この合体した型片対の間にはレンズ４２が配置され、レンズ４２の外側、すなわち型片２０と４０のフランジ周縁およびこれらフランジの間には、フラッシング４４がある。コロナ処理に曝される領域２８のレンズとフラッシングに対する位置は、これから明らかになる。
【００３１】
当業者には理解できるように、上述のパラメータはどれでも過大に増加すると、凸型型片のレンズ面に対して処理の移行（マイグレーション）を引き起こし、レンズが雄片に付着するようになる。
【００３２】
もし電極からターゲット面への放電の最中に酸素がまったく存在しないとすると、処理時間を長くしても、また電力を大きくしても、フラッシングのターゲット面へ付着は起こらない。要するに、コロナ処理は、酸素をイオン化して雄片の特定の面に結合させ、その雄片処理面の性質を化学的に変えることが分る。
【００３３】
しかし、特別な製造条件の下では、型およびモノマーの周囲に、可能な限り酸素のない環境を維持するのが好ましい。このため、製造過程は、レンズの重合成形が行われるまで、不活性ガス（好ましくは窒素）雰囲気下で行われる。この要求を満たしかつ本発明を実施するためには、特別な装置が必要になる。
【００３４】
図５には、上述のコロナ処理時以外は酸素を含まない条件下で本発明を実施するのに用いられる処理用のガスを流通させるマニホールドを示す。このマニホールドは、酸素を含むガス、すなわち空気を処理領域まで送ると同時に、他のレンズ処理領域においては酸素が型片のレンズ製造領域を汚染したり、窒素雰囲気を希釈しないようにする。
【００３５】
型片４９は、Lexan(ポリ炭酸エステル）でできた、三つの同心環を含むハウジング５０上に位置する。窒素ガスは、中心環５２のような供給手段に送られ、ハウジング５０の長さ全体に渡って移動し、窒素カップ５４を経由して型片のレンズ形成部上方を洗浄する。非反応性のガス、すなわち窒素は、型のレンズ形成部がコロナ処理中も影響されないようにする。酸素を含む空気は、外側環５６のような供給手段を通じて送られ、最終的には、処理されるフランジ領域の上方を流れる。
【００３６】
真空は、中央環５８から引かれ、Ｎ₂ やＯ₂ ガスが互いに混じり合うことなく所望の領域に流れるようにする。各ガスの流れは、オリフィス６０を適当な大きさにすることによってバランスが保たれる。処理は、次の手順で行われる。まず可動性のマニホールドを型片４９に係合するように配置する。次に、Ｎ₂ を流しながら、管５８を介し中央環を通じて真空を引く。この後、空気のような酸素を含むガスを、管５６を介して外側環まで送る。Ｎ₂ ガスを流しながら、電圧が電極６２に印加されたとき、コロナ処理を開始する。Ｏ₂ 源を遮断し、酸素含有ガスを真空吸引して取り除き、管５２を介してＮ₂ ガスで入れ替える。最後に処理サイクルが完了したら（約０．２秒間）、ガスの流通をとめ、マニホールドを引き込める。そして型片を取り外し、次の型片を定位置に置く。
【００３７】
この処理の後は、モノマーを雌片に充填し、化学的手段、熱手段あるいは紫外線手段によって重合を開始してモノマーを重合させる。重合が完了したら、型片の雄片と雌片は分離され、レンズが取り出される。
【００３８】
本発明の具体的な実施態様は以下の通りである。
Ａ）凹型雌片と凸型雄片の両型片が合わされたとき両型片の間に空隙を形成し、しかも少なくとも一方の型片はその周りにフランジを有するこれら凹型雌片と凸型雄片の少なくとも二つの型片から構成される型により形成される重合・成形した眼科用レンズを、成形用空隙の外側でレンズを取り囲む過剰の材料から分離する方法であって、
酸素含有ガスを前記型片の一方におけるフランジ面の少なくとも一部に導入する工程と、
不活性なガスを前記型片のレンズ製造領域に導入する工程と、
前記酸素に曝された型片におけるフランジ面の少なくとも一部で表面エネルギーを増加させる工程と、
前記凹型雌片をモノマーで充填する工程と、
前記凸型雄片をモノマーを収めた前記凹型雌片上に合わせ、過剰のモノマーを型の空隙から押し出して表面エネルギーの増加した型材料と接触させる工程と、
前記モノマーを重合させる工程と、
重合を終えた前記過剰のモノマーを前記表面エネルギーの増加したフランジ面上に保持しながらレンズを型片から取り出し、前記型片を分け離す工程を含む方法。
１）前記型片表面の表面エネルギーの増加は、この型片表面に向けた電子の加速によって得られる上記実施態様Ａ）記載の方法。
２）前記型片表面に向けた電子の加速は、この型片に対してコロナ電界を印加することによって得られる上記実施態様１）記載の方法。
３）前記コロナ電界は、前記型片表面をイオン化された酸素に曝す上記実施態様２）記載の方法。
４）前記コロナ電界は、二つの電極間に生成される放電によって前記型片の一方に印加される上記実施態様３）記載の方法。
５）前記コロナ電界の電力は、少なくとも１０Ｗである上記実施態様４）記載の方法。
６）前記凹型雌片のモノマーによる充填は、メタクリル酸ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）、メタクリル酸（ＭＡＡ）、エチレングリコールメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）およびトリメチロールプロパントリメタクリレート（ＴＭＰＴＭＡ）の混合物による充填である上記実施態様Ａ）記載の方法。
７）前記コロナ電界は、少なくとも０．２秒間印加される上記実施態様５）記載の方法。
８）前記不活性なガスは水素である上記実施態様Ａ）記載の方法。
Ｂ）眼科用レンズ型を処理する装置であって、レンズを、好ましくはフラッシングを処理した型片のフランジに保持しながら、フラッシングから分離させる装置であり、
前記フランジに加速電子を送る手段と、
前記電子を前記型片の表面のフランジ部分に向ける手段を有する装置。
９）前記装置はさらに、酸素含有ガスを型片のフランジに導入する酸素供給手段と、不活性なガスを型片のレンズ製造領域に導入する窒素供給手段を備える上記実施態様Ｂ）記載の装置。
１０）前記加速電子を送る手段と、この電子を型片表面に向ける手段は、処理する型片表面の近傍に設けられる電極と、処理する型片表面の反対側の表面上もしくはこの表面近くに設けられる対向電極と、約２０kHz 以上の周波数で約１０kV以上の電圧を与え、前記電極および対向電極と電気的に接続される電源を備える上記実施態様Ｂ）記載の装置。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、重合の済んだ過剰のモノマーはその型片に付着し、成形を終えたレンズを取り外すときこのレンズに付いていくことはなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ），図１（Ｂ）および図１（Ｃ）は本発明により変化させられる液体／固体界面相互作用の特性およびその測定手段を示す図。
【図２】本発明で用いる電極と雄型型片の拡大断面図。
【図３】図２の電極を備えた、多数個の雄型型片を処理する本発明の装置の断面図。
【図４】雄雌が合わされた型片の断面図。
【図５】本発明の特殊な用途に用いるコロナ放電処理ガス流通用マニホールドの断面図。
【符号の説明】
２０ 凸型雄片
２４ 電極
２６ 対向電極
２８ 処理領域
４０ 凹型雌片
４２ レンズ
４４ フラッシング

Claims (12)

1. 凹型雌片と凸型雄片の両型片が合わされたとき両型片の間に空隙を形成し、しかも少なくとも一方の型片はその周りにフランジを有するこれら凹型雌片と凸型雄片の少なくとも二つの型片から構成される型により形成される重合・成形した眼科用レンズを、成形用空隙の外側でレンズを取り囲む過剰の材料から分離する方法であって、
   酸素含有ガスを前記型片の一方におけるフランジ面の少なくとも一部に導入する工程と、
   不活性なガスを前記型片のレンズ製造領域に導入する工程と、
   前記酸素に曝された型片におけるフランジ面の少なくとも一部で表面エネルギーを増加させる工程と、
   前記凹型雌片をモノマーで充填する工程と、
   前記凸型雄片をモノマーを収めた前記凹型雌片上に合わせ、過剰のモノマーを型の空隙から押し出して表面エネルギーの増加した前記フランジ面と接触させる工程と、
   前記モノマーを重合させる工程と、
   重合を終えた前記過剰のモノマーを前記表面エネルギーの増加したフランジ面上に保持しながらレンズを型片から取り出し、前記型片を分け離す工程を含む方法。
2. 前記型片の表面の表面エネルギーの増加は、この型片の表面に向けた電子の加速によって得られる請求項１記載の方法。
3. 前記型片の表面に向けた電子の加速は、この型片に対してコロナ電界を印加することによって得られる請求項２記載の方法。
4. 前記コロナ電界は、前記型片の表面をイオン化された酸素に曝す請求項３記載の方法。
5. 前記コロナ電界は、二つの電極間に生成される放電によって前記型片の一方に印加される請求項３または４記載の方法。
6. 前記コロナ電界の電力は、少なくとも１０Ｗである請求項３〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記凹型雌片のモノマーによる充填は、メタクリル酸ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）、メタクリル酸（ＭＡＡ）、エチレングリコールメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）およびトリメチロールプロパントリメタクリレート（ＴＭＰＴＭＡ）の混合物による充填である請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記コロナ電界は、少なくとも０．２秒間印加される請求項３〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記不活性なガスは水素である請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 両型片が合わされたとき両型片の間に空隙を形成し、しかも少なくとも一方の型片はその周りにフランジを有する少なくとも二つの型片から構成された眼科用レンズ型を処理する装置であって、前記空隙外にあって前記レンズを取り囲み前記フランジと接触している過剰の材料を前記型片のフランジ上に保持することにより、前記空隙中に形成されたレンズを前記過剰材料から分離させる装置であり、
    前記フランジに加速電子を送る手段と、
    前記電子を前記型片の表面のフランジ部分に向ける手段を有する装置。
11. 前記装置はさらに、酸素含有ガスを前記型片のフランジに導入する酸素供給手段と、不活性なガスを前記型片のレンズ製造領域に導入する窒素供給手段を備える請求項１０記載の装置。
12. 前記加速電子を送る手段と、この電子を前記型片の表面に向ける手段は、 処理する前記型片の表面の近傍に設けられる電極と、
    処理する前記型片の表面の反対側の表面上もしくはこの表面近くに設けられる対向電極と、
    約２０ kHz 以上の周波数で約１０ kV 以上の電圧を与え、前記電極および対向電極と電気的に接続される電源と
    を備える請求項１０または１１記載の装置。

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