JP4421116B2 - 軟質アクリル物品のための低温研磨方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、アクリル材料を含む製品の製造方法に関する。特に、本発明は、軟質アクリル物品を研磨して、粗表面を除去する方法およびツールまたは機械加工マークに関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
軟質アクリル材料は、多様な製品の製造に使用されている。軟質アクリル材料は、一般的に、生物学的組織および流体に適合性であるため、生物医学的適用のための製品を製造する際に特に有用であり得る。このような軟質アクリル製品の例には、ソフトコンタクトレンズおよび、角膜内および眼内レンズ，屈折手術中に使用される角膜インレー、および眼の手術中に天然レンズ被膜を支持するために使用される被膜内リングなどの軟質補綴用移植片が含まれる。
【０００３】
多くの生物医学的適用においては、高度に研磨された仕上げ、鋭利な縁または表面の凹凸が無いことが必要とされる。眼内レンズのような移植可能な製品は身体組織に直接接触しており、粗表面による組織の裂開または擦過が、血管の破裂，炎症または組織へのその他の外傷を生じ得る。微小な凹凸でさえ体組織の炎症を引き起こし得る。このことは、非常に敏感な組織である眼に接触するコンタクトレンズおよび一部の眼内レンズでは、特に深刻な問題である。
【０００４】
軟質アクリル材料の眼内レンズのための使用は、比較的新しい開発である。軟質アクリル材料から形成される眼内レンズは、折りたたまれ得、そしてこれまでに可能であったよりも角膜内の小さな切り口を通して挿入され得、より少ない術後の合併症を生じるという点において有利である。レンズブランクの切断、または成形の際に生じる鋳ばりによって生じる粗い縁は眼内炎症を引き起こし得る。
【０００５】
さらに、軟質コンタクトレンズは、瞼の内側および角膜上皮の炎症を防ぐために，高度に研磨された仕上げを必要とする。眼はコンタクトレンズの欠陥に非常に敏感であり、成形工程で生じるわずかな隆起でさえも，炎症や不快感を引き起こし得る。費用のかかる成形方法または個人の手作業の研削技術が、これらのレンズのために所望される仕上げを提供するために使用され得る。
【０００６】
円滑で摩擦の無い動きを利用した機械的な装置も、軟質アクリル製品の高度に研磨された平滑な表面を必要とする。このような高度に研磨され，平滑に仕上げられた軟質アクリル物品を入手することは、最も精密なダイでさえ鋳ばりおよび／または凹凸のある縁を生じることもあるモールドで、これらの製品が、アクリル材料を硬化することによって製造されるため、しばしば困難である。これらの製品は形を整えられ研磨され得るが、これらの仕上げ手順は一般的に人手によって行われ、時間浪費的および高価の両方、ならびに不正確であるため、必要とされる完全に平滑な、または整った表面を生じない。さらに、これらの物品の多くは、特に生物医学的適用のためのものは、比較的小さく、および／または不規則な形状をしており、所望される仕上げおよび／または清澄化において困難を生じる。
【０００７】
シリコーンゴムおよびシリコーンエラストマーのようなシリコーン材料については、タンブル研磨工程が公知である。例えば、米国特許第５，１３３，１５９号を参照のこと。しかし、シリコーン材料から作製される物品について公知のタンブル研磨方法は、軟質アクリル材料から作製される物品には、適切に適用されない。小さく不規則な形状をした軟質アクリル製品からの欠陥の除去は、当業者において未解決の問題である。工業、医療および機械の用途のための軟質アクリル物品を研磨し、そして／または清澄化するための、容易で、経済的および効果的な方法を提供することは、非常に有用である。
【０００８】
同一人に譲渡された同時係属中の米国特許出願第０８／９６２，６０４号は軟質アクリル物品をタンブル研磨するための方法を開示している。この方法は極低温研磨工程および洗浄工程を包含する。同一人に譲渡された同時係属中の米国特許出願第６０／０６８，２０１号は、研磨および洗浄工程を包含する軟質アクリル物品のためのタンブル研磨方法を開示し、研磨工程は室温で行われ得る。
【０００９】
（発明の要約）
本発明は軟質アクリル材料を含む物品を研磨するための方法を提供する。この方法は二つの工程を含む：研磨工程および洗浄工程。この研磨工程は、容器に研磨スラリーおよび研磨される物品を装填する工程、および物品から表面の凹凸を除去するために充分な時間および速度で容器を攪拌させる工程を包含する。研磨スラリーは、研磨ビーズ、アルミナ、水酸化ナトリウム、界面活性剤および水を含む。この研磨工程は冷却条件下で実行される。
【００１０】
研磨工程の後、この物品はアルミナ粒子もしくは表面被膜または濁りもしくは汚染された外見を生じるその他の残渣を含み得る。いかなるアルミナ粒子またはその他の残渣も洗浄工程で除去される。洗浄工程は、研磨された物品の表面を洗浄するために充分な時間、研磨された物品を水ですすぐ工程を包含する。
【００１１】
本発明の方法に従って研磨され得る物品の例は、１ピースの眼内レンズ、眼内レンズハプティクス（ｉｎｔｒａｏｃｕｌａｒ ｌｅｎｓ ｈａｐｔｉｃｓ）、眼内レンズオプティクス（ｉｎｔｒａｏｃｕｌａｒ ｌｅｎｓ ｏｐｔｉｃｓ）、被膜内リング、角膜インレー、角膜内レンズおよびコンタクトレンズのような眼のレンズおよび移植片を含む。
【００１２】
（発明の詳細な説明）
別に記載が無ければ、百分率で表記されている組成成分の全ての量は、重量／重量ベースで表記されている。
【００１３】
本発明は軟質アクリル材料を含む物品を研磨するための方法を供給する。本明細書中で使用されているように、「軟質アクリル材料」は、アクリル酸、メタクリル酸、これらの酸のエステル、もしくはアクリロニトリルの重合体または共重合体を含む材料を意味し、この重合体または共重合体は約３５℃以下のガラス転移温度（Ｔ_g）、および約９０以下のショアＡ硬度値を有する。好ましくは、この軟質アクリル材料は約２５℃以下、もっとも好ましくは２０℃以下のＴ_gを有する。この軟質アクリル材料は好ましくは約６０以下、最も好ましくは約４５以下のショアＡ硬度値を有する。
【００１４】
折り畳み可能な眼内レンズを作製するために適した軟質アクリル材料の例は、（ｉ）約６５％のアクリル酸２−フェニルエチル、約３０％のメタクリル酸２−フェニルエチル、紫外線吸収剤および架橋剤の共重合工程から作製されたアクリル材料、ならびに（ｉｉ）約８０％のアクリル酸２−フェニルエチル、約１５％のメタクリル酸２−ヒドロキシエチル，紫外線吸収剤および架橋剤の共重合工程から作製されたアクリル材料、を含むがこれらに限定されない。これらとその他の適切な軟質アクリル材料は、米国特許第５，２９０，８９２号および第５，６９３，０９５号に記載されている。軟質アクリル材料のその他の例は、米国特許第５，３３１，０７３号に開示されているものを含むが、これらに限定されない。
【００１５】
本明細書中で使用されているように、「好ましいアクリル材料」とは、約６５％のアクリル酸２−フェニルエチル、約３０％のメタクリル酸２−フェニルエチル、約１．８％のｏ−ｍｅｔｈａｌｌｙｌ Ｔｉｎｕｖｉｎ Ｐおよび３．２％の１，４−ブタンジオール二アクリル酸エステルの、１．８％のＰｅｒｋａｄｏｘ１６を開始剤として使用する共重合工程により得られる軟質アクリル材料を意味する。
【００１６】
本方法は研磨工程および洗浄工程を包含する。この研磨工程は低温条件下で行われる。本明細書中で使用されているように、「低温条件」は０℃より高く、この軟質アクリル材料のＴ_gより低い温度を意味する。任意の白紛化した縁またはフライス痕（ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｒｋｓ）の除去の際に補助するためにこの研磨される物品が硬く、少なくとも非可撓性であることを確実にするために、研磨工程は軟質アクリル材料のガラス転移温度より低い温度で行われる。好ましくは、この研磨工程は約１０℃以上、軟質アクリル材料のＴ_gより低い温度で行われる。最も好ましくは、この研磨工程は約１５℃以上、軟質アクリル材料のＴ_gより低い温度で行われる。
【００１７】
研磨工程では、容器は研磨スラリーおよび研磨される物品で装填されている。この容器は多様な形状および大きさであり得、ガラス、ポリカーボネートまたはその他の適切な材料で作製され得る。この容器は好ましくは１リットルのＮａｌｇｅｎｅ（登録商標）四角ジャーのような四角のプラスチックの容器である。
【００１８】
研磨スラリーは研磨ビーズ、アルミナ、水酸化ナトリウムおよび界面活性剤の混合物を含む。しかし、当業者が理解するように、この研磨スラリーの正確な組成は、アクリル材料の特性ならびに研磨される物品の大きさおよび形状などの多様な要因によって変化する。
【００１９】
好ましくは、研磨ビーズは比較的安価で容易に市販で入手可能のガラスビーズであるが、任意の適切な材料から形成された固形または充填されたビーズであり得る。市販で入手可能のガラスビーズは、例えば０．３−、０．４−、０．５−、０．６−、１−および２−ｍｍサイズの多様な大きさで入手可能である。研磨スラリーに含まれるガラスビーズは好ましく予備調整されているため未処理の状態ではない、すなわち、好ましくは少し磨耗または調整されているため、レンズの表面を傷つけにくい。
【００２０】
購入された未処理のガラスビーズを調整する１つの方法は、このビーズを酸性（例えば、２Ｎ ＨＣＬで３日間）および塩基性（１％ ＮａＯＨで７日間）それぞれの洗浄溶液中で順次にタンブルすることである。それらの粗い表面がわずかに磨耗された後、このビーズは研磨工程に使用され得る。
【００２１】
研磨ビーズの必要な数およびサイズ分布は、研磨される物品の数と大きさとともに変化するが、適切な選択は過度の実験なしで容易に決定され得る。一般的に、異なる大きさの研磨ビーズ混合物が好ましい。好ましいアクリル材料の場合、例えば研磨スラリーは０．６ｍｍ、１．０ｍｍおよび２．０ｍｍのガラスビーズを１：２：１の比で含む。例えば、１リットルの容器に加えられた研磨ビーズは、次のような約１１８４ｇの研磨ビーズ：約２９６ｇの０．６ｍｍのガラスビーズ、および約５９２ｇの１．０ｍｍのガラスビーズ、および約２９６ｇの２．０ｍｍのガラスビーズ、を含む。
【００２２】
研磨スラリーは、研磨剤としてアルミナも含む。アルミナ研磨紛は、α形状（板状）およびγ形状（立方体状）粒子の二つの形態で市販で入手可能である。過剰な濁りまたは研磨物品への表面損傷を避けるために、本発明の方法において使用されるアルミナはγ形状であることが必須である。したがって、別に記載が無ければ、本明細書で使用されているように「アルミナ」はγ形状アルミナを意味する。入手可能なアルミナのメッシュの大きさは、０．０５μｍ未満から３．０μｍ以上までの範囲である。アルミナの最適な量およびメッシュの大きさは、軟質アクリル材料の特性を含むその他の工程の変数に依存する。しかし、一般的には、研磨される物品の大きさおよび形状にかかわらず、１リットルの容器に含まれる研磨スラリーは、充分な結果を得るために、水含有量に対して最小限約０．１％のアルミナ、好ましくは水含有量に対して少なくとも０．２％のアルミナを必要とする。例えば、水に対して約２％以上のような高濃度のアルミナは、加工する物品に損傷を生じ得る。一般的には、比較的低い濃度で充分である。より高濃度で物品を損傷しないとしても、研磨効果または結果において重大な改善を提供することは明らかでない。好ましいアクリル材料の場合は、研磨スラリーは水含有量に対して約０．２％の０．０５μｍアルミナを含む。
【００２３】
研磨ビーズおよびアルミナに加え、研磨スラリーはまた水（好ましくは脱イオン水）、水酸化ナトリウム、および界面活性剤を含む。研磨スラリーに固体または溶液状態で加えられ得る水酸化ナトリウムは、研磨中のスラリーのｐＨの調節に作用し、その結果、研磨結果を促進および改善する。研磨スラリーに含まれる水酸化ナトリウムの量は、ｐＨを約１０以上に制御するために充分な量である。
【００２４】
界面活性剤は研磨作用を高め、研磨される物品の仕上げの改善を提供するために使用される。スラリーに使用される適切な界面活性剤は、水に溶解し、スラリーにアルミナ粒子を懸濁する際に補助するものである。研磨スラリー中の界面活性剤の濃度は約１％以下（水に対する界面活性剤）である。界面活性剤の量を約１％より増加させることは、スラリーを過剰に石鹸の様にすなわち泡立たせ、研磨工程の効果を減少させ得る。スラリー中の界面活性剤中の好ましい量は、約０．０３％（水に対する界面活性剤）である。アクリル材料に使用するために好ましい界面活性剤は、市販の界面活性剤であるＭｉｃｒｏ ９０（登録商標）洗浄剤である。
【００２５】
水はアルミナおよび研磨ビーズの媒質として役立つ。一般的に水の適切な量は、研磨スラリーに含まれる研磨ビーズの定常体積を覆うために充分な量である。したがって、約１１８４ｇのガラス研磨ビーズを含む１リットルの容器では、好ましいアクリル材料のための好ましい研磨スラリーは、約２７０ｍｌの脱イオン水を含む。
【００２６】
研磨スラリーは好ましくは、研磨ビーズおよび研磨されるアクリル物品が無い状態で、容器中で調製される。例えば，アルミナ、脱イオン水、水酸化ナトリウムおよび界面活性剤からなる研磨成分は、ガラスのフラスコ中で混合される。これらの成分は１度完全に混合され、その後研磨ジャー（すでに水の大部分および研磨ビーズを含む）に分配され得る。
【００２７】
研磨される物品が研磨スラリーに加えられると、この容器は、物品の表面から粗い傷、鋭利な縁、および工具痕または機械加工痕を除去するために充分な時間と速度で攪拌される。攪拌は好ましくは、この容器を回転装置に設置する工程によって達成される。この回転装置は閉鎖されたユニットであり得、また冷却された領域内にあり得る。最適な時間および回転速度は、バッチサイズ、軟質アクリル材料の特性、研磨される物品の大きさおよび形状、研磨される物品の縁の質、などによって変化し得る。本発明の方法が眼内レンズを研磨するために使用される場合は、典型的なバッチサイズは、１リットルの容器に対しておよそ５０〜１００個オーダーのレンズである。好ましいアクリル材料の場合、この物品が容器の回転速度約１２０ｒｐｍで、約３〜１０日間タンブル研磨されたときに優れた研磨結果が得られた。研磨中の温度は０℃より高く、軟質アクリル材料のＴ_gより低く維持されるべきである。
【００２８】
研磨工程の後、この物品が研磨材料から徐徐に分離されるように、研磨ジャーの内容物をふるいスタックに移す工程によって、この物品は研磨ビーズから分離され得る。次いでこの物品は、ビーズから分離するために、流水工程によりすすがれ得る。この物品がこのビーズから分離された後、任意のアルミナ粒子および物品上の任意の表面残渣は洗浄工程で除去される。この洗浄工程は、全てまたは実質的全てのアルミナ粒子あるいは表面残渣を除去するために充分な時間、水で研磨された物品をすすぐ工程を包含する。好ましくは、このすすぎ水は脱イオン水であり、この物品が洗浄工程中に凝集するのを最小限にする、または防ぐために冷却される（すなわち、０℃より高いが軟質アクリル材料のＴ_gより低い）。この洗浄工程は好ましくは、噴霧すすぎ工程およびプログラム可能な論理制御器を利用して達成される。洗浄工程の後、研磨された物品は、光学的に清澄で、非常に清浄、そしてほとんどまたは全く表面的な傷が無く平滑に見える。
【００２９】
本発明の特定の実施形態は、以下の実施例で例示される。
【００３０】
（実施例１）
（眼内レンズのタンブル研磨工程）
（好ましいアクリル材料）
１０００ｍｌの四角プラスチックタンブルジャーを、約１１８４ｇの予備調製されたガラス研磨ビーズの混合物で満たした。この混合物は、約２５％の０．６ｍｍ、５０％の１．０ｍｍ、および２５％の２．０ｍｍのガラスビーズを含む。脱イオン水を、ビーズが水で覆われるまで（約２７０ｍｌ）、タンブルジャーに加えた。次いでこのジャーを、使用のために列を作って冷却器内に配置した。次いで、約０．７ｇの０．０５ミクロンアルミナ研磨紛、２．１ｇの水酸化ナトリウム、４ｍｌの２％Ｍｉｃｒｏ（登録商標）９０洗浄剤および２７ｍｌの脱イオン水を含む溶液を調製することで、研磨媒質を調剤した。次いでこの溶液を、ガラスフラスコで完全に混合し（マグネティックバー攪拌子を使用して約３０分）、冷却された研磨ジャー内へ分配した。このタンブル機械を１２０ｒｐｍに設定し、冷却器を、研磨温度を維持するために１８℃未満に設定した。好ましいアクリル材料から作製された約１００個の１ピース眼内レンズを、準備されたタンブルジャーに加えた。次いでこのジャーを、タンブル機械に設置し、５日間タンブルした。タンブル工程の後、このジャーを取りはずし、その内容物を、ガラスビーズからレンズを分離するためにふるいへ注いた。次いでこのレンズを、３．５分間冷却した（４℃）脱イオン水ですすぎ、空気乾燥した。標本レンズを、湾曲性および表面の仕上げ品質に関して１６Ｘで検査した。それらは高度に研磨されて見えた。全ての機械加工の線は除去され、視覚的および触覚的な縁は平滑で曲線的であった。
【００３１】
本発明はある好ましい実施例を参照にして記述された：しかし、本質的な特徴の精神から外れることなく、その他の特定の形状またはその変形物で実施され得るということは、理解されるべきである。このため上に記述された実施例は、全ての点で例示するものであり、限定するものでないとみなされ、本発明の範囲は、上記の記述ではなく添付の特許請求の範囲によって示される。

Claims (14)

1. 軟質アクリル材料を含む物品を研磨する方法であって、以下：
   ａ）容器に研磨スラリーおよび研磨される物品を装填することにより該物品を研磨し、そして該容器を攪拌して、表面凹凸を該物品から除去する工程であって、ここで（ｉ）該研磨スラリーは、１０以上のｐＨを有し、研磨ビーズ、γアルミナ、水酸化ナトリウム、界面活性剤、および水を含み、そして（ｉｉ）該研磨工程は０℃を超え、該軟質アクリル材料のＴ_g未満の温度において実施される、工程、および、
   ｂ）該研磨物品を水と接触させることにより、該物品の表面を洗浄する工程、
   を包含する、方法。
2. 前記研磨ビーズがガラスビーズである、請求項１に記載の方法。
3. 前記研磨ビーズが、０．６ｍｍ、１．０ｍｍ、および２．０ｍｍのガラスビーズを、それぞれ１：２：１の比で含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記スラリー中のγアルミナの量が、約０．１重量％から２重量％（水に対するγアルミナ）である、請求項１に記載の方法。
5. 前記研磨スラリー中のγアルミナの量が、少なくとも約０．２重量％（水に対するγアルミナ）である、請求項４に記載の方法。
6. 前記γアルミナの大きさが、約０．０５〜３．０μｍである、請求項１に記載の方法。
7. 前記γアルミナの大きさが、約０．０５μｍである、請求項６に記載の方法。
8. 前記研磨中の温度が、少なくとも１０℃以上、前記軟質アクリル材料のＴ_g未満に維持される、請求項１に記載の方法。
9. 前記研磨中の温度が、少なくとも１５℃以上、前記軟質アクリル材料のＴ_g未満に維持される、請求項６に記載の方法。
10. 前記研磨スラリー中の界面活性剤の量が、約１重量％（水に対する界面活性剤）より少ない、請求項１に記載の方法。
11. 前記界面活性剤の量が約０．０３重量％（水に対する界面活性剤）である、請求項８に記載の方法。
12. 前記工程（ｂ）で使用される水が、０℃より高く前記軟質アクリル材料のＴ_g未満の温度で、脱イオン水である、請求項１に記載の方法。
13. 前記物品が、眼用レンズおよび移植片から成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
14. 前記物品が、１ピース眼内レンズ、眼内レンズハプティクス、眼内レンズオプティクス、被膜内リング、角膜インレー、角膜内レンズ、およびコンタクトレンズから成るグループから選択される、請求項９に記載の方法。