KR101811990B1

KR101811990B1 - 콘택트 렌즈를 생산하기 위한 시스템과 방법

Info

Publication number: KR101811990B1
Application number: KR1020177000935A
Authority: KR
Inventors: 스테판 디. 뉴먼
Original assignee: 메니콘 싱가포르 피티이. 엘티디.
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2017-12-22
Also published as: JP2012532771A; US11993038B2; CN102470617B; TW201105492A; ES2833036T3; HUE052910T2; US20120133064A1; US9498900B2; US20170072649A1; KR20170007553A; EP2451632B1; KR101811889B1; WO2011004611A1; TWI600533B; KR20120094897A; EP2451632A4; US9193119B2; US20160031126A1; EP2451632A1; CN102470617A

Abstract

본 발명에 따르면, 회전식 튜브를 포함하는 렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 장치가 제공되는데, 상기 회전식 튜브는 세로방향 공동을 형성하며, 상기 세로방향 공동은 몰드를 수용하도록 구성된다. 한 대표적인 구체예에 따르면, 상기 회전식 튜브는 금속으로 제조되며 화학 방사선을 전달할 수 있도록 구성된 복수의 구멍을 포함한다.

Description

콘택트 렌즈를 생산하기 위한 시스템과 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR THE PRODUCTION OF CONTACT LENSES}

본 발명에 따르면, 회전식 튜브를 포함하는 렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 장치가 제공되는데, 상기 회전식 튜브는 세로방향 공동을 형성하며, 상기 세로방향 공동은 몰드를 수용하도록 구성된다.

최근 몇십 년간, 콘택트 렌즈는 그 외의 다른 시력 교정 방법들에 대해 선호되는 대안이 되어 왔다. 콘택트 렌즈의 대중성으로 인해, 콘택트 렌즈는 소비자 요구를 충족시키기 위해 대용량으로 제작되어야 했다. 게다가, 콘택트 렌즈는 적절하고 효율적인 교정 렌즈를 제공하기 위해 낮은 오차율로 정밀하게 제작되어야 할 필요가 있다.

콘택트 렌즈를 생산하기 위한 방법으로서 스핀 캐스팅(spin casting) 공법이 사용되어 왔다. 하지만, 종래의 스핀 캐스팅 공법들은 밑에서 논의되는 것과 같이 몇몇 이유로 결점을 가지며 콘택트 렌즈 대량 생산에서는 쉽게 사용되지 않는다.

우선, 스핀 캐스팅 공정을 사용하여 콘택트 렌즈와 같은 축방향 대칭 물품들의 중합 캐스팅 공법이 수행될 수 있다. 이 공정에서, 개방 몰드 내에 조절된 양의 중합가능한 액체가 놓여지며, 그 뒤, 중합가능한 액체를 반경 방향으로 외부를 향하도록 배열하게 하는 원심력을 생성하기에 충분한 회전 속도로 수직 축 주위로 회전된다. 조절된 회전 속도를 유지함으로써, 회전에 의해 생기는 원심력으로 인해 중합가능한 액체는 일반적으로 오목한 형태가 될 것이다. 일단, 중합가능한 액체가 균형 형태에 도달하고 나면, 고형 폴리머 콘택트 렌즈를 생산하기 위하여 화학 방사선(즉 자외선)에 대한 노출 또는 열과 같은 임의의 적절한 수단을 사용하여, 액체의 중합반응이 일어날 수 있다.

스핀 캐스팅 공정에서 사용되는 개방 몰드는 통상 노출된 오목한 몰딩 공동(molding cavity)을 포함하는 몰드와 외측 원통형 벽을 특징으로 한다. 몰딩 공동의 형태는 통상 최종 콘택트 렌즈의 전방 표면의 형태를 형성할 것이며, 미리 정해진 방식으로, 볼록 렌즈 무늬 곡선(lenticulating curve), 원환체 곡선(toric curve), 비-구형 곡선 및 눈, 광학 공정, 또는 눈꺼풀과 상호작용하는데 초점을 맞춘 그 외의 다른 상기 특징 또는 형태와 같은 이러한 원하는 요소들을 포함할 수 있다.

콘택트 렌즈의 후방 표면 또는 후안부(posterior)의 형상 요인(shape factor)은 회전 각속도뿐만 아니라 중합가능한 액체의 표면 장력, 및 중력으로 인한 가속도와 같은 그 외의 다른 요인들에 의해 주로 결정된다.

스핀 캐스팅 공정에 사용되는 중합가능한 액체는 중합 반응이 통상 열 또는 화학 방사선(즉 자외선)과 같은 외부 요인에 의해 촉발될 수 있는 공정이며 따라서 자유 라디칼 중합 반응(free radical polymerization reaction)을 받는(undergo) 시스템과 연계하여 가장 많이 사용된다. 통상, 이러한 시스템들은 자유 라디칼 중합 반응 억제자(free radial polymerization initiator)와 함께, 모노머, 혹은, 메타크릴릭 애시드(methacrylic acid) 또는 아크릴릭 애시드(acrylic acid)계 모노머 혼합물을 포함할 것이다. 하지만, 용매계 재료와 같은 사전-중합된 재료(pre-polymerized material)도 스핀 캐스팅 시스템에 적용될 수 있다.

중합 반응 공정 동안 대기 산소의 억제 효과를 방지하기 위하여, 몰드와 중합가능한 액체는, 적어도 초기에는, 예를 들어 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스 환경(inert gas atmosphere)으로 유지된다. 중합 반응을 위해 외부 촉진제(external trigger)를 사용하면, 중합가능한 액체가 중합 반응이 개시되기 전에 회전 하에서 균형 형태에 도달할 수 있게 하며, 또한 중합가능한 액체 내에 용해되거나 또는 몰드 내에 존재하는 임의의 산소가 상기 중합가능한 액체로부터 확산되는 데 시간이 걸리게 한다.

콘택트 렌즈의 실제 대량 생산 동안, 개별 몰드는 수직 방향으로 적재된 형상으로 배열되거나 또는 회전 방식으로 배열될 수 있다(carousel). 상기 회전식 배열은 다소 복잡하고 몰드의 크기에 대해 꽤 크다. 각각의 몰드는 몰드 자체의 개별 수직 축 위에서 독립적으로 회전될 필요가 있다. 상기 회전식 배열은 중합 반응 동안 존재하는 산소의 억제 효과(주변 환경에서의)를 없애기 위하여 과잉의 불활성 가스를 필요로 하는 단점을 가지는 것으로 밝혀졌다. 모노머 반응제의 중합 반응 동안 과잉의 불활성 가스를 사용하면 모노머가 증기 형태로 혼입하게 되고, 그 뒤 주변 물체 및 특히 상기 시스템에 의해 사용되는 기기 상에 모노머가 증착되고 및/또는 중합 반응이 일어난다. 또 다른 정보는 (1963년 10월 24일에 출원되고 1972년 5월 2일에 등록되었고) Otto Wichterle씨에 허여 되었으며 발명의 명칭이 "Method of Centrifugally Casting Thin Edged Corneal Contact Lenses"인 미국 특허번호 3,660,545호에서 설명되어 있는데, 이 미국 특허의 전체 내용은 본 명세서에서 전반적으로 참조문헌으로 인용된다.

수직 방향으로 적재된 배열 상태에서, 일반적으로 원형의 내부 횡단면 기하학적 형태를 가진 회전식 중합반응 튜브가 튜브의 한 단부에서 통상 복수의 원형 몰드를 수용하도록 구성되는데, 상기 복수의 원형 몰드는 튜브 내에서 또 다른 몰드에 고정되며, 이들 각각의 몰드는 개별 몰드 공동(mold cavity) 내에 중합가능한 액체 반응제(polymerizable liquid reactant)를 함유하고 있다. 중합반응 튜브 또는 회전식 튜브는 억지로 끼워맞추기(interference fit) 위해 상기 튜브의 내측 직경이 일반적으로 개별 몰드의 외측 직경과 일치하도록 제작될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 회전식 튜브는 여러 지점에서 개별 몰드와 용이하게 접촉하도록 하기 위해 리지(ridge) 또는 이와 비슷한 부분들을 포함할 수 있다. 상기와 같이, 리지 또는 이와 비슷한 부분들을 포함할 수 있기 때문에, 몰드는 회전식 튜브와 회전할 수 있게 되고, 불활성 가스가 회전식 튜브를 통해 개별 몰드를 지나 통과할 수 있게 된다. 회전식 튜브에 대해, 적절한 종래 기술의 디자인이 (1983년 5월 2일에 출원되고 1985년 5월 14일에 등록되었으며), David L. Rawlings씨 등에게 허여되고, 발명의 명칭이 "Device and Method for Centrifugally Casting Articles"인 미국 특허번호 4,517,138호에 기술되어 있다.

상기 미국 특허번호 4,517,138호에 따르면, 스핀 캐스팅 공법에 의해 렌즈를 생산하기 위한 통상적인 종래 기술의 장치가 기술되어 있다. 이 디자인에서, 2개의 영역 즉 컨디셔닝 영역(conditioning zone)과 중합반응 영역(polymerization zone)을 포함하는 회전식 튜브의 상부 내에 모노머가 투입된 몰드(monomer dosed mold)가 차례로 공급된다. 통상적으로, 회전식 튜브는 복수의 모노머가 투입된 몰드를 포함하며 이에 따라 회전식 튜브는 실질적으로 몰드로 가득찬다(full of molds). 각각의 새로운 몰드가 회전식 튜브의 컨디셔닝 영역 내에 삽입될 때, 완전히 경화된 몰드가 중합반응 영역의 바닥으로부터 빠져나온다(ejected).

이에 따라, 회전식 튜브 내부의 몰드 개수는 일정한 상태로 유지되며, 개별 몰드는 서서히 전진하여(progressing) 제 1 컨디셔닝 영역을 통과하고 그 후 중합반응 영역을 통과한다. 이에 따라, 각각의 몰드 내에 있는 중합가능한 액체는 중합반응 영역에 유입되기 전에 균형 상태의 요철 형태(equilibrium meniscus shape)에 도달할 수 있게 하여, 중합반응이 개시될 수 있다(initiated). 이는 콘택트 렌즈를 지속적으로 경화할 수 있게는 하지만 이 또한 문제가 없는 것은 아니다.

이러한 문제들 중에서 가장 주된 문제는 라인 재고 정리(line clearnace)이다. 콘택트 렌즈를 생산할 때에는, 다양한 범위에 있는 상이한 변수들이 발생하는데 그중 가장 주의해야 하는 변수는 돗수(sphere power)이다. 판매용 콘택트 렌즈의 통상적인 돗수 범위는 0.25 디옵터 단계에서 적어도 +4.00 디옵터 내지 -8.00 디옵터인데, 이는 49개의 개별 디자인 또는 재고 관리 유닛(stock keeping unit; SKU)을 뜻한다. 첫 번째 재고 관리 유닛으로부터 두 번째 재고 관리 유닛으로 전환시키기 위하여, 부분적으로 중합된 물품 및 완전히 중합된 물품을 회전식 튜브로부터 모두 제거할 필요가 있는데, 이것은 재고 관리 유닛을 변경하기 위해 회전식 튜브의 회전 속도 및/또는 몰드 디자인을 변경시킬 필요가 있기 때문이다.

통상, 이러한 라인 재고 정리는 투입된 몰드 대신에 몰드 미가공품(mold blank)(예를 들어 속이 비어 있는 몰드 또는 원통형 플러그)을 회전식 튜브의 상부에 추가하고 모든 물품이 중합반응 영역으로부터 제거될 때까지 스피닝 공정(spinning process)을 계속함으로써 구현된다. 재고 관리 유닛에 영향을 끼치기 위해 필요한 변경작업이 종료되고 나면, 투입된 몰드가 다시 회전식 튜브 내에 차례로 추가될 수 있으며, 몰드 미가공품은 모든 미가공품들이 제거될 때까지 중합반응 영역의 바닥으로부터 제거된다. 상기와 같은 라인 재고 정리는 보통 시간이 걸릴 수 있는데 실질적으로 줄어든 생산성 주기를 나타낸다.

라인 재고 정리의 문제점은 원환체 렌즈(toric lens)가 제작될 때 복합적으로 발생된다. 원환체 렌즈는 난시(astigmatism)로 불리는 눈의 결함을 가진 환자들을 교정하도록 사용된다. 난시는 망막에 선명한 영상을 제공하도록 표적 물체에 촛점을 맞추기 위한 눈의 광학적 기능이 잘 작동하지 못하여 흐릿한 시력이 되게 한다. 이는 각막 또는 렌즈의 불규칙적이거나 혹은 원환체 곡률에 의해 발생될 수 있다. 원환체 렌즈에서, 통상적인 돗수 범위는 0.25 디옵터 단계에서 +4.00 디옵터 내지 -8.00 디옵터 이상인데, 1개 이상의 실린더 돗수는 6개 이상의 축을 제공하며 이는 294개의 개별 재고 관리 유닛을 나타낸다.

라인 재고 정리는 일시적인 라인 중단이 필요한 경우 더 큰 문제점을 내포한다. 제작 변수 편차(deviation)으로 인해 라인이 일시적으로 중단되는 경우, 문제 해결 또는 재시작 전에 전체 라인이 정리되어야 한다. 연속 물류 시스템(continuous flow system)의 성질은 몰드가 표준 부분 속도에서 재삽입되거나 또는 제거될 수 있음을 나타낸다. 라인이 길거나 또는 더 클수록, 더 긴 재고 정리 시간이 필요하게 될 것이다.

라인 재고 정리의 문제점들은 스피닝 공정이 배치(batch) 또는 세미-배치(semi batch) 공정으로서 작동할 때 해결될 수 있다. 이 공정에서, 처음에 회전식 튜브에는 한 작동 단계에서 투입된 몰드(dosed mold)로 채워진다. 그 뒤, 상기 회전식 튜브는 각각의 몰드 내에 함유된 중합반응 혼합물(polymerization mixture)이 균형 형태(equilibrium shape)에 도달할 수 있게 하기 위하여 원하는 회전 속도로 회전된다. 그 뒤, 바람직한 방사선 수단에 노출시킴으로써 중합반응이 개시된다. 배치 공정에서 자외선 중합반응(ultraviolet polymerization)이 특히 바람직한데, 그것은 거의 순간적으로 제로 노출(zero exposure)로부터 완전한 노출(full exposure)로 전환될 수 있게 하기 때문이며, 가열 및 냉각 주기에 대해 열 개시 공법(thermal initiation)가 필요할 것이다. 따라서, 배치 스핀 캐스팅 공정에서 전체 콘택트 렌즈 생산 사이클은 시간이 덜 걸릴 것이며 이에 따라 자외선 중합반응을 이용할 때 더 효율적일 것이다.

하지만, 스핀 캐스팅에서 자외선 개시 공법을 사용하기 위하여, 회전식 튜브는 자외선을 통과시키도록 투과성 재료로 제조하는 것으로 제한된다. 또한, 회전식 튜브를 제조할 때 사용되는 재료는 변색 또는 기계적으로 퇴화할 수도 있게 하는 오랜 시간 동안 자외선에 노출되어 심각한 영향을 받아서는 안 된다. 이런 이유로, 대부분의 회전식 튜브는 유리로 제조된다.

유리가 자외선 통과 측면에서 스핀 캐스팅 공법에서 사용하기 위해 효과적인 재료이기는 하지만, 스핀 튜브도 몰드를 위해 정밀하고 일직선의 내부 보어(inner bore)를 형성할 수 있어야 할 뿐만 아니라 본 시스템 내에서 진동을 최소화하고 중합가능한 액체가 유출되는(run out) 것을 최소화시키도록 자체의 수직 축 주위로 회전되어야(spin) 한다. 이러한 목적을 구현하기 위하여, 유리로 만든 회전식 튜브를 사용하는 것이 문제가 없는 것은 아니다. 우선, 유리는 정밀한 기계가공을 수행하기에 적합하지 않다. 회전식 튜브의 내부 보어를 정밀하게 형성하기 위하여, 금속 형성기(metal former)로부터 고온의 미가공 유리 로드(glass rod)가 드로잉되어야 한다. 예를 들어, (1941년 11월 22일 출원되고 1949년 1월 11일 등록되었으며) Everett Samuel James에게 허여되고 발명의 명칭이 "Method of Forming Precision Bore Glass Tubing"인 미국 특허번호 2,458,934호를 참조하라. 이 공정은 단순하고 시간이 많이 걸리며 결점을 내포하거나 또는 그 외의 경우 정밀하지 못한 내부 보어를 가진 튜브를 생산하게 된다.

두 번째로, 유리로 만든 회전식 튜브는 튜브의 상부와 바닥에 있는 베어링 내로 정확하게 장착되어야 한다. 이것은, 통상, 테이퍼(taper)를 튜브의 한 단부 상에서 그라인딩 가공(grinding)하여 구현된다. 일단 튜브에 테이퍼가 제공되면, 상기 회전식 튜브는 베어링 내에 장착될 수 있다. 회전 축이 정확하게 내부 보어의 중앙선을 따라 형성되도록(즉 "런-아웃(run-out)" 현상을 없애도록) 이 베어링들에는 회전식 튜브를 조절하기 위한 수단이 제공될 수 있다.

세 번째로, 유리가 파손되기 쉽기 때문에, 베어링 장착 부분에는 런-아웃을 조절하는 동안 압축력 또는 어떠한 과잉의 전단력도 가해져서는 안되도록 높은 인장 강도에 노출되어서는 안 된다. 이에 따라, 사전-하중을 받는(pre-loaded) 고속 베어링을 사용할 수 없으며 통상 제작 공정 동안 튜브를 빈번하게 정렬시킬 필요가 생긴다.

네 번째로, 유리로 만든 회전식 튜브는 변동적인 영향에 쉽게 반응하며 스피팅 공정 동안 튜브의 상부로부터 바닥까지 일정한 균일성을 쉽게 잃어버리게 될 수도 있다. 특정 크기의 일시적 굴곡(flexure)으로 인해 튜브 내에서 회전하고 있는 개별 렌즈의 정밀도에 부정적인 영향을 끼치기도 한다. 유리 자체의 잠재적인 비균질성으로 인해, 튜브 내부에 있는 몰드 부분에 변동적이고 잘못된 양의 자외선이 도달할 수도 있다. 이러한 것들이 튜브의 수직 축을 통해 발생하면, 튜브 내에 있는 특정 몰드 부분들은 부정적인 효과를 가질 수 있는 가변 크기의 자외선 방사선을 수용할 수도 있다.

마지막으로, 스핀 캐스팅 시스템에서 종래 기술의 유리로 만든 회전식 튜브가 사용될 때, 유리로 만든 튜브들에는 바람직하지 못한 진동이 가해진다. 유리로 만든 튜브 내의 이러한 진동들로 인해 유리 튜브와 베어링 장착 부분 사이에 충분히 견고하게 연결된 상태를 유지할 수 없다. 유리로 만든 튜브를 사용하는 시스템 내의 진동으로 인해, 충분한 정밀도가 없는 물품(예를 들어, 바람직하지 못한 결함 또는 단점을 가진 콘택트 렌즈)이 생성될 수도 있다.

따라서, 위에서 언급한 종래 기술의 단점들을 해결한, 스핀 캐스팅 공법으로 콘택트 렌즈를 대량 생산하기 위한 장치, 시스템 및 제작 방법이 필요하다.

본 발명의 한 대표적인 구체예에 따르면, 렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 장치가 회전식 튜브를 포함하며, 상기 회전식 튜브는 세로방향 공동(longitudinal cavity)을 형성하고, 상기 세로방향 공동은 몰드(mold)를 수용하도록 구성된다. 한 대표적인 구체예에 따르면, 상기 회전식 튜브는 금속과 같은 유리가 아닌 안정적인 재료로 제조된다.

본 발명의 또 다른 대표적인 구체예에 따르면, 렌즈를 원심 캐스팅 가공하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은: 제 1 회전식 튜브를 제공하는 단계를 포함하고; 상기 제 1 회전식 튜브의 내부 보어 내에 하나 이상의 몰드를 삽입하는 단계를 포함하며, 상기 몰드는 중합가능한 액체(polymerizable liquid)를 함유하고; 상기 제 1 회전식 튜브 내에서 상기 중합가능한 액체를 일부분 경화시키는 단계를 포함하며; 상기 제 1 회전식 튜브로부터 몰드를 제거하는 단계를 포함하고; 하나 이상의 제 2 경화 장치를 제공하는 단계를 포함하며; 상기 제 2 경화 장치 내에 몰드를 삽입하는 단계를 포함하고; 상기 제 2 경화 장치 내에서 중합가능한 액체의 경화를 종료하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 대표적인 구체예에 따르면, 렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 시스템이 제 1 회전식 튜브와 하나 이상의 제 2 경화 장치를 포함하는데, 상기 회전식 튜브는 하나 이상의 몰드 내에 함유된 중합가능한 액체를 일부분 경화하도록 구성되며 상기 제 2 경화 장치는 상기 몰드 내에 함유된 중합가능한 액체를 경화시키는 것을 종료하도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 대표적인 구체예에 따르면, 하우징, 상기 하우징 내에 배열된 제 1 회전식 튜브, 상기 회전식 튜브와 하우징 사이에 장착된 한 세트 이상의 베어링, 및 상기 제 1 회전식 튜브를 회전시키기 위한 구동 시스템을 포함하는 렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 시스템이 제공된다.

첨부된 도면들은 본 명세서의 일부분이며 본 명세서에 기술된 원리들의 다양한 구체예들을 예시하고 있다. 예시되어 있는 구체예들은 단지 실시예일 뿐이며 청구범위를 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 몰드를 도시한 횡단면도.
도 2는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 또 다른 구체예에 따른 몰드를 도시한 횡단면도.
도 3은 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 도 2의 몰드를 도식적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 회전식 튜브와 탈착 가능하게 결합되어 있는 도 1의 몰드를 도시한 상부 횡단면도.
도 5는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 회전식 튜브와 탈착 가능하게 결합되어 있는 도 2의 몰드를 도시한 상부 횡단면도.
도 6은 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 회전식 튜브를 도식적으로 도시한 도면.
도 7a는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 구멍을 포함하는 회전식 튜브를 도식적으로 도시한 도면.
도 7b는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 도 7a의 회전식 튜브를 도시한 횡단면도.
도 8a는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 복수의 구멍을 포함하는 회전식 튜브를 도식적으로 도시한 도면.
도 8b는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 도 8a의 회전식 튜브를 도시한 횡단면도.
도 9a는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 복수의 직사각형 구멍을 포함하는 회전식 튜브를 도식적으로 도시한 도면.
도 9b는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 도 9a의 회전식 튜브를 도시한 횡단면도.
도 10a는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 복수의 원형 구멍을 포함하는 회전식 튜브를 도식적으로 도시한 도면.
도 10b는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 도 10a의 회전식 튜브를 도시한 횡단면도.
도 11a는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 복수의 다이아몬드형 구멍을 포함하는 회전식 튜브를 도식적으로 도시한 도면.
도 11b는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 도 11a의 회전식 튜브를 도시한 횡단면도.
도 12a는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 복수의 테이퍼형 구멍을 포함하는 도 10a와 도 10b의 회전식 튜브의 한 부분을 도시한 횡단면도.
도 12b는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 복수의 테이퍼형 구멍을 포함하는 도 11a와 도 11b의 회전식 튜브의 한 부분을 도시한 횡단면도.
도 13은 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 콘택트 렌즈 제작 시스템의 블록 다이어그램.
도 14는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 몰드 보유 수단을 포함하는 회전식 튜브를 도식적으로 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 다단계 경화 공정의 플로차트.
상기 도면들에서, 동일한 도면부호들은 유사하지만 반드시 동일할 필요는 없는 요소들을 가리킨다.

하기 기술될 내용에서, 본 발명의 시스템과 방법들을 잘 이해하기 위해 다수의 특정 세부사항들이 설명된다. 하지만, 하지만, 당업자에게는 본 발명의 시스템과 방법들이 이러한 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있음이 자명할 것이다. 본 명세서에서 사용되는 "구체예(embodiment)", "실시예(example)" 또는 이와 유사한 용어들은 구체예 또는 실시예와 관련하여 기술된 특정 구조물, 구성 또는 특징들이 하나 이상의 구체예 내에 포함되지만 그 외의 구체예들에는 반드시 포함될 필요가 없다는 것을 의미한다. 본 명세서의 여러 곳에서 "한 구체예에서" 또는 이와 유시한 문구들의 여러 경우들은 반드시 똑같은 구체예를 가리킬 필요는 없다.

본 발명의 대표적인 시스템과 방법들은 대칭 또는 비대칭 물품들을 스핀 캐스팅(spin casting) 하도록 구성된다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 대표적인 시스템과 방법들은 회전식 튜브를 포함하는 콘택트 렌즈를 생산하기 위해 구성되며 복수의 몰드가 상기 회전식 튜브 내에 수용하도록 형성되고, 상기 회전식 튜브는 상기 몰드 내에 분산된(dispersed) 재료의 광화학적 가교 결합 또는 중합반응을 촉진시키기 위해 화학 방사선(actinic radiation)이 선택적으로 통과할 수 있게 구성된 투과성(non-opaque) 부분 또는 구멍을 포함하는 실질적으로 불투과성 재료로부터 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것과 같이, 용어 "구멍(aperture)"은 회전식 부재 내에 들어오는 광의 양을 선택적으로 조절하도록 구성된 회전식 부재의 임의의 부분을 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다.

몰드(Mold)

도 1은 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 몰드(100)를 도시한 횡단면도이다. 상기 몰드(100)는 몰딩 공동(120)이 내부적으로 연결되는 원통형의 측벽(110)을 포함할 수 있다. 몰딩 공동(120)의 오목한 표면은 몰딩 가공되는 물품의 볼록한 표면(예를 들어 콘택트 렌즈의 외측 표면 또는 볼록 표면)을 몰딩 가공하도록 사용된다.

상기 몰딩 공동(120)은 몰드(100)의 원통형 벽(110)에 연결된다.　몰딩 공동(120)과 원통형 벽(110) 사이의 연결부(connection)는 몰딩 공동(120)과 원통형 벽(110) 사이의 상대적 위치가 미리 정해진 작동 전반에 걸쳐 또는 특정 길이의 시간 동안 변경될 수 없도록 임의의 연결 수단일 수 있다. 한 대표적인 구체예에서, 몰딩 공동(120)과 원통형 벽(110) 사이는 몰딩 공동(120)을 원통형 벽(110)에 용접하여 연결될 수 있다.　또 다른 구체예에서, 몰딩 공동(120)과 원통형 벽(110) 사이는 몰딩 공동(120)과 원통형 벽(110)을 사출 몰딩 공정으로 단일 피스(single piece)의 재료로 형성함으로써 연결될 수도 있다.　추가적인 구체예에서, 몰딩 공동(120)과 원통형 벽(110)은 탈착 가능하게 결합될 수도 있다(removably coupled).　 예를 들어, 몰딩 공동(120)을 원통형 벽(110)에 탈찰 가능하게 연결시키기 위한 기계적 수단이 제공될 수 있다.

몰드(100)는 다수의 결합 구멍 결합 구멍(130)을 추가로 포함할 수 있다.　상기 몰드(100)는 회전식 튜브 내에 적재된 몰드 칼럼(mold column)으로서 삽입될 수 있는데(introduced), 이는 밑에서 더욱 상세하게 논의될 것이다. 회전식 튜브를 삽입할 때, 몰드(100)는 결합 구멍(130)을 통해 회전식 튜브의 수평축에 고정될 수 있다.　예를 들어, 결합 구멍(130)과 결합하기 위해 기계적 수단이 제공될 수 있다.　한 대표적인 구체예에서, 결합 구멍(130)은 회전식 튜브 내에 삽입된 다수의 몰드(100)를 고정시키도록 사용될 수 있다.

또 다른 구체예에서, 결합 구멍(130)은 오직 몰드(100) 바닥을 고정시키도록 사용될 수 있다.　이 구체예에서, 몰드(100) 나머지 부분은 몰드(100) 바닥의 상부에 고정될 수 있으며 몰드(100) 바닥에 의해 지지될 수 있다.　또한, 상기 구체예에서, 몰드(100) 나머지 부분의 결합 구멍(130)은 개별 몰드(100) 사이와 회전식 튜브에 걸쳐 불활성 가스의 확산을 위해 제공될 수 있는데, 이는 밑에서 더욱 상세하게 논의될 것이다.

이제, 도 2와 도 3을 보면, 도 2는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 또 다른 대표적인 구체예에 따른 몰드(200)를 도시한 횡단면도이며, 도 3은 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 도 2의 몰드(200)를 도식적으로 도시한 도면이다. 도 2와 도 3의 구체예에서, 몰딩 공동(120)과 원통형 벽(110) 사이는 다수의 방사형 스포크(210)에 의해 연결될 수 있다.　도 3에서 볼 수 있는 것과 같이, 3개의 방사형 스포크(210)가 몰딩 공동(120)과 원통형 벽(110)에 연결된다. 하지만, 어떠한 개수의 방사형 스포크(210)도 사용될 수 있다. 또한, 도 2와 도 3에서 볼 수 있듯이, 방사형 스포크(210), 몰딩 공동(120), 및 원통형 벽(110)은 단일의 사출 몰딩 공정에서 단일 피스의 재료로 형성될 수 있다.　하지만, 대안으로, 방사형 스포크(210), 몰딩 공동(120), 및 원통형 벽(110)은 개별 요소들과 같이 상이한 재료로 형성될 수도 있다.　게다가, 도 2와 도 3의 구체예의 원통형 벽(110)과 몰딩 공동(120)은 탈착 가능하게 결합될 수 있다.　예를 들어, 몰딩 공동(120)을 원통형 벽(110)에 탈착 가능하게 연결시키기 위한 기계적 수단이 제공될 수 있다.

몰드와 회전식 튜브 사이의 인터페이스(Interface between the Molds and the Rotatable Tube)

도 4는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 회전식 튜브(400)와 탈착 가능하게 결합되어 있는 도 1의 몰드(100)를 도시한 상부 횡단면도이다. 상기 몰드(100)는 회전식 튜브(400) 내부에 배치될 수 있는데 이는 밑에서 더욱 상세하게 논의될 것이다.　몰드(100)가 회전식 튜브(400) 내부에 고정된 상태로 유지될 수 있도록 하기 위하여, 몰드(100)는 상기 몰드(100)와 회전식 튜브(400)를 대칭 회전 상태로(in symmetrical rotation) 보유하기(retaining) 위해 인터페이스 링(410)을 추가로 포함할 수 있다.　상기 인터페이스 링(410)은 세로 방향으로 형성된 또는 달리 말하면 도 4에 표시된 것과 같이 회전식 튜브(400)와 몰드(100)의 z축에 대해 평행한 다수의 빈 공간(void)(420)을 포함할 수 있다. 상기 빈 공간(420)은 종래 기술에 공지된 것과 같이 임의의 방식으로 인터페이스 링(410) 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 한 구체예에서, 상기 인터페이스 링(410)은 빈 공간(420)을 형성하는 단일 피스로 캐스팅가공될 수 있다(cast).　또 다른 구체예에서, 인터페이스 링(410)은 단일 피스로 형성될 수도 있으며 상기 빈 공간(420)은 드릴링(drilling), 보링(boring), 에칭(etching) 등에 의해 인터페이스 링(410)으로부터 제거될 수 있다(removed).

또한, 회전식 튜브(400)는 상기 회전식 튜브(400)의 내부 벽 상에 다수의 돌출부(430)를 포함할 수 있다.　상기 돌출부(430)는 회전식 튜브(400)의 내부를 따라 세로 방향으로, 또는, 달리 말하면, 도 4에 표시된 것과 같이 상기 회전식 튜브(400)의 z축에 대해 평행하게 형성될 수 있다.

인터페이스 링(410)의 빈 공간(420)과 회전식 튜브(400)의 돌출부(430)는 억지로 끼워맞춰질 수 있으며(interference fit) 마찰력들에 의해 그 자리에 고정될 수 있다.　이러한 억지 끼워맞춤은 회전식 튜브(400)가 회전될 때, 인터페이스 링(410), 및, 따라서, 몰드(100)가 회전식 튜브(400)와 대칭 회전되는 상태로 유지되도록 구성될 수 있다.　빈 공간(420)과 돌출부(430)는 임의의 형태 또는 형상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 표시된 것과 같이, 빈 공간(420)과 돌출부(430) 사이의 경계(border)는 반원형 라인을 형성한다.　하지만, 회전식 튜브(400)와 인터페이스 링(410) 사이가 충분히 가깝게 끼워 맞춰지는 어떠한 형태도 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 범위 내에 있다.　예를 들어, 회전식 튜브(400)와 인터페이스 링(410) 사이에서 각도 라인(angular line)을 형성하는 빈 공간과 돌출부 쌍도 사용될 수 있다. 한 가지 중요한 조절 기준은 몰드/튜브 관계가 주변 방향으로 형성되는(circumferential run) 특징을 최소화하고 원하는 입력 속도와 튜브 내에 다른 몰드와 일관적인(consistent) 조절식 스핀 변형(controllable spin variant)을 유지한다는 점이다.

또한, 회전식 튜브(400)와 인터페이스 링(410) 사이에 임의의 개수의 빈 공간과 돌출부 쌍들이 형성될 수 있다.　예를 들어, 도 4는 4개의 빈 공간과 돌출부 쌍들을 도시하고 있다. 하지만, 임의의 개수의 빈 공간과 돌출부 쌍들이 사용될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 빈 공간(420)은 회전식 튜브(400) 내에 형성될 수 있고, 돌출부(430)는 인터페이스 링(410) 상에 형성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 회전식 튜브(400)와 탈착 가능하게 결합되어 있는 도 2의 몰드(200)를 도시한 상부 횡단면이다. 도 4의 몰드(100)와 유사하게, 도 5의 몰드(200)도 회전식 튜브(400) 내부에 배치될 수 있는데 이는 밑에서 더욱 상세하게 논의될 것이다.　상기 몰드(200)가 회전식 튜브(400) 내부에 고정된 상태로 유지될 수 있도록 하기 위하여, 몰드(200)는 상기 몰드(200)와 회전식 튜브(400)를 대칭 회전 상태로 보유하기 위해 인터페이스 링(410)을 추가로 포함할 수 있다.　상기 인터페이스 링(410)은 도 5에 표시된 것과 같이 회전식 튜브(400)와 몰드(200)의 z축에 대해 세로 방향으로 형성된 다수의 빈 공간(420)을 포함할 수 있다. 상기 빈 공간(420)은 종래 기술에 공지된 것과 같이 임의의 방식으로 인터페이스 링(410) 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 한 구체예에서, 상기 인터페이스 링(410)은 빈 공간(420)을 형성하는 단일 피스로 캐스팅가공될 수 있다(cast).　또 다른 구체예에서, 인터페이스 링(410)은 단일 피스로 형성될 수도 있으며 상기 빈 공간(420)은 드릴링, 보링, 에칭 등에 의해 인터페이스 링(410)으로부터 제거될 수도 있다.

회전식 튜브(400)는 상기 회전식 튜브(400)의 내부 벽 상에 다수의 돌출부(430)를 포함할 수 있다.　상기 돌출부(430)는 도 5에 표시된 것과 같이 상기 회전식 튜브(400)의 z축에 대해 회전식 튜브(400)의 내부를 따라 세로 방향으로 형성될 수 있다.

인터페이스 링(410)의 빈 공간(420)과 회전식 튜브(400)의 돌출부(430)는 억지로 끼워맞춰질 수 있으며 마찰력들에 의해 그 자리에 고정될 수 있다.　이러한 억지 끼워맞춤은 회전식 튜브(400)가 회전될 때, 인터페이스 링(410), 및, 따라서, 몰드(100)가 회전식 튜브(400)와 대칭 회전되는 상태로 유지되도록 구성될 수 있다.　빈 공간(420)과 돌출부(430)는 임의의 형태 또는 형상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 표시된 것과 같이, 빈 공간(420)과 돌출부(430) 사이의 경계(border)는 반원형 라인을 형성한다.　하지만, 회전식 튜브(400)와 인터페이스 링(410) 사이가 충분히 가깝게 끼워 맞춰지는 어떠한 형태도 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 범위 내에 있다.　예를 들어, 회전식 튜브(400)와 인터페이스 링(410) 사이에서 각도 라인(angular line)을 형성하는 빈 공간과 돌출부 쌍도 사용될 수 있다.

또한, 회전식 튜브(400)와 인터페이스 링(410) 사이에 임의의 개수의 빈 공간과 돌출부 쌍들이 형성될 수 있다.　예를 들어, 도 4는 4개의 빈 공간과 돌출부 쌍들을 도시하고 있다. 하지만, 임의의 개수의 빈 공간과 돌출부 쌍들이 사용될 수 있다. 또 다른 대표적인 구체예에서, 빈 공간(420)은 회전식 튜브(400) 내에 형성될 수 있고, 돌출부(430)는 인터페이스 링(410) 상에 형성될 수 있다.

또 다른 구체예에서, 몰드(도 1에서 몰드(100); 도 2에서 몰드(200))는 능동식 기계적 수단(active mechanical means)에 의해 회전식 튜브(400) 내에 보유될 수 있다. 상기 대표적인 구체예는 밑에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.

회전식 튜브(Rotatable Tube)

도 6은 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 대표적인 구체예에 따른 회전식 튜브(400)를 도식적으로 도시한 도면이다. 한 대표적인 구체예에 따르면, 상기 대표적인 회전식 튜브(400)는 4개의 영역 즉 2개의 베어링 장착 영역(600), 경화 영역(610) 및 하나 이상의 구동 영역(620)을 포함한다. 상기 베어링 장착 영역(600)은 경화 영역(610)의 양쪽 면 위에서 분산되는(dispersed) 것이 바람직하다. 상기 구동 영역(620)은 회전식 튜브(400)의 한 단부에 위치될 수 있거나, 또는 하나 또는 그 이상의 베어링 장착 영역(600)과 경화 영역(610) 사이에 위치될 수 있다.

한 대표적인 구체예에 따르면, 회전식 튜브(400)는 정밀한 내부 보어(630)를 가지며 강체이고 이상적으로는 파손되지 않는 재료로부터 형성될 수 있다. 다수의 주변 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))로 몰드 대 보어 끼워맞춤(mold-to-bore fit)에서의 불균형을 최소로 하기 위해 회전식 튜브(400)의 내부 보어(630)가 제공될 수 있으며, 이에 따라 회전식 튜브(400)의 세로방향 축에 대해 경화 영역(610) 내에 포함된 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))들이 동심구성(concentricity)을 유지하면서도 회전식 튜브(400)의 속도와 같은 각속도(angular speed)로 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))가 동기화되어 회전될 수 있다(synchronized rotation). 이에 따라, 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200)) 내에 포함된 광-개시 조성물(photo-initiated composition)(예를 들어, 광화학적 중합성 조성물(photochemically polymerizable composition) 또는 광-가교 결합성 조성물(photo-crosslinkable composition))이 화학 방사선(예를 들어, 자외선)에 노출될 때, 복수의 대칭 또는 비대칭 스핀 캐스팅된 동일 물품들이 효율적으로 생산될 수 있다.

한 대표적인 구체예에 따르면, 회전식 튜브(400)는 다양한 재료로 제작될 수 있다. 예를 들어, 회전식 튜브(400)는 세라믹, 탄소 섬유, 폴리플루오로에틸렌(PTFE 또는 테플론), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 또는 그 외의 다른 임의의 적합한 강성의 엔지니어링 재료로 제조될 수 있다. 또한, 회전식 튜브(400)는 예를 들어, 스테인리스 스틸, 황동(brass), 티타늄, 또는 알루미늄과 같은 재료들로 제조될 수 있다.　일반적으로, 회전식 튜브(400)는 상기 회전식 튜브(400)가 회전될 때 회전식 튜브에 가해지는 비틀림 힘들을 견뎌낼 수 있기에 충분히 견고한 재료로 제조될 수 있다. 도 6의 회전식 튜브(400)의 다양한 성질들은 본 명세서에서 논의된 회전식 튜브의 그 외의 다른 여러 구체예들에도 적용될 수 있다.

또한, 한 대표적인 구체예에 따르면, 회전식 튜브(600)의 내부 보어(630)는 반사될 수 있다(reflective). 내부 보어(630)의 반사 성질은 예를 들어 은과 같은 반사성 코팅을 내부 보어(630)에 도포함으로써 구현될 수 있다. 또 다른 대표적인 구체예에서, 회전식 튜브(600)의 내부 보어(630)의 반사 성질은 내부 보어(630)가 광 에너지(radiant energy)를 반사하기에 충분히 매끈하도록 내부 보어(630)를 폴리싱(polishing)하고 금속으로 제조된 회전식 튜브(600)를 제공함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 회전식 튜브(600)는 스테인리스 스틸로 제조되는데, 스테인리스 스틸로 제조된 회전식 튜브(600)의 내부 보어(630)가 폴리싱되거나 또는 그 외의 경우 충분히 매끄럽게 제조될 때 내부 보어(630)가 광 에너지를 반사시킨다. 광 에너지를 반사시키는 내부 보어(630)를 제공하면, 회전식 튜브(600)에 들어오는 화학 방사선이 회전식 튜브(600)의 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200)) 내에 포함된 중합가능한 액체(polymerizable liquid)의 광화학적 중합반응을 더욱 균일하게 개시하여 따라서 특정 콘택트 렌즈를 완벽하게 경화시킬 수 있게 한다.

도 7a-11b는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 여러 구체예들에 따른 구멍들을 포함하는 회전식 튜브(400)를 예시하고 있다. 상기 대표적인 구체예들에서, 경화 영역(도 6에서는 경화 영역(610)) 내에 하나 이상의 구멍이 제공되어 화학 방사선이 통과할 수 있게 한다. 위에서 논의된 것과 같이, 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200)) 내에 포함된 광-개시 조성물(즉 광화학적 중합성 조성물 또는 광-가교 결합성 조성물)은 구멍을 통해 들어오는 화학 방사선에 노출되어 경화될 수 있다. 경화 영역(도 6에서는, 경화 영역(610)) 내에 있는 구멍은 개방될 수 있거나, 또는 화학 방사선에 대해 투과성의 재료로 채워진다.

우선, 도 7a는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 구멍(710)을 포함하는 회전식 튜브(700)를 도식적으로 도시한 도면이다. 도 7a의 구체예는 단일 구멍을 포함하는 회전식 튜브(700)를 포함하는데, 이 구멍은 세로방향 슬롯(710)을 포함한다.　상기 세로방향 슬롯(710)은 경화 영역(610)의 길이에 걸쳐 연장되고 일정한 폭을 가진다.　상기 세로방향 슬롯(710)의 폭은 회전식 튜브(700)의 외주(outer circumference)의 0.05 내지 49%의 거리를 점유할 수 있다.　도 7b는 도 7a의 회전식 튜브(700)를 도시한 횡단면도이다. 도 7b에 예시되어 있는 것과 같이, 상기 회전식 튜브(700)는 세로방향 슬롯(710)을 더 잘 예시하기 위해 1/4 바퀴(a quarter of a turn) 회전하였다.　상기 세로방향 슬롯(710)은 드릴링, 보링, 에칭, 와이어 커팅(wire cutting), 캐스팅(casting), 또는 그 외의 다른 임의의 공법에 의해 회전식 튜브(700) 내에 형성될 수 있다. 상기 회전식 튜브 구체예와 그 외의 다른 회전식 튜브 구체예들에 대해, 튜브에 충분한 양의 화학 방사선이 들어올 수 있게 하여 이에 따라 회전식 튜브 내부에서 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200)) 내에 함유된 중합가능한 액체가 효율적으로 노출되는 것을 증가시킬 수 있게 하기 위하여, 회전식 튜브의 표면 영역 내에 충분하게 큰 공간 백분율을 가진 구멍을 제공할 필요가 있다.

도 8a는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 복수의 구멍(810)을 포함하는 회전식 튜브(800)를 도식적으로 도시한 도면이다. 도 8a에 도시된 것과 같이, 회전식 튜브(800) 내에 포함된 요소들 및 특히 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))가 화학 방사선에 효율적으로 노출되는 것을 증가시키기 위한 하나의 수단은 회전식 튜브(800)의 경화 영역(610) 내에 있는 구멍 개수를 증가시킨다. 도 8a에서, 회전식 튜브(800)는 복수의 세로방향 슬롯(810)을 포함하는데, 각각의 상기 세로방향 슬롯(810)은 길이가 같고 회전식 튜브(800)의 몰드 포함 부분의 길이에 걸쳐 연장된다.　도 8b는 복수의 세로방향 슬롯(810)들을 더 잘 도시하고 있는 도 8a의 회전식 튜브의 횡단면도이다.　상기 세로방향 슬롯(810)은 회전식 튜브(800)의 내부에 화학 방사선을 균일하고 일정하게 전달하기 위하여 회전식 튜브(800) 주위로 동일하게 배치되고 똑같은 폭을 가져야 한다. 또한, 상기 회전식 튜브(800)에 걸쳐 충분한 비틀림 강도를 제공하기 위하여 세로방향 슬롯(810)들 사이에 충분한 양의 중간 재료(820)가 남겨질 수 있다(left).　달리 말해, 회전식 튜브(800)의 비틀림 강도는 회전식 튜브(800)의 세로방향 축에 대해 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))들이 동심구성(concentricity)을 유지하면서도 회전식 튜브(800)와 똑같은 각속도로 상기 회전식 튜브(800) 내에 포함된 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))를 동기화하여 회전시키기 위해 제공된다.

도 9a를 보면, 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 복수의 직사각형 구멍(910)을 포함하는 회전식 튜브(900)를 도식적으로 도시한 도면이 예시된다. 도 9b는 도 9a의 회전식 튜브를 도시한 횡단면도이다. 비틀림 변형이 가해지지 않게 충분히 견고한 회전식 튜브(900)를 위해 상기 회전식 튜브(900)에 걸쳐 직사각형 구멍(910)이 엇갈리게 배치될 수 있다(staggering). 또한, 회전식 튜브(900)의 잠재적인 비틀림 변형에 좌우되거나 또는 상기 잠재적인 비틀림 변형에 무관하게, 회번식 튜브(900)의 벽들이 외부 방향으로 굴곡될 수 있는 진동 모드(vibrational mode)가 구현될 수 있다. 상기 진동 모드로 인해, 회전식 튜브(900)의 내부 벽과 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200)) 사이의 마찰력이 손실될 수 있거나, 혹은 상기 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))가 회전식 튜브(900)의 세로방향 축에 대해 비-동심구성적으로(non-concentrically) 회전할 수 있게 한다. 충분히 견고한 회전식 튜브(900)를 위해 도 9a와 도 9b의 회전식 튜브(900) 내의 직사각형 구멍(910)은 엇갈리게 배치될 수 있다. 이는 도 8a와 도 8b에 관해 위에서 언급한 것과 같이 충분한 양의 중간 재료(920)를 제공함으로써 구현될 수 있다.

도 10a는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 복수의 원형 구멍(1010)을 포함하는 회전식 튜브(1000)를 도식적으로 도시한 도면이다. 도 10b는 도 10a의 회전식 튜브(1010)를 도시한 횡단면도이다. 위에서 언급한 구체예들과 비슷하게, 도 10a와 도 10b의 회전식 튜브(1000)는 충분한 양의 중간 재료(1020)가 원형 구멍(1010)들 사이에 제공된 복수의 원형 구멍(1010)을 포함한다. 이 구체예에서, 회전식 튜브(1000)에 걸쳐 투과하기에(permeate) 충분한 향의 화학 방사선을 제공하기 위하여 상기 회전식 튜브(1000)에 걸쳐 충분한 양의 원형 구멍(1010)을 여전히 유지하면서도 상기 중간 재료(1020)의 양은 추가로 증가될 수 있다.

도 11a는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 또 다른 구체예에 따른 복수의 다이아몬드형 구멍(1110)을 포함하는 회전식 튜브(1100)를 도식적으로 도시한 도면이다. 도 11b는 다이아몬드형 구멍(1110)을 더 잘 예시하는 도 11a의 회전식 튜브(1100)의 횡단면도이다. 도 11a와 도 11b의 구체예에서, 상기 회전식 튜브(1100)는 경화 영역(610) 주위로 분산된 복수의 구멍(1110)들을 포함하는 경화 영역(610)을 포함한다. 도 11a와 도 11b에 표시된 구멍(1110)들은 전반적으로 다이아몬드 형태를 가진다.

하지만, 구멍(710, 810, 910, 1010, 1110)들은 예를 들어 세로방향 슬롯, 길이가 짧은 슬롯, 또는 상기 구체예들에서 예시되어 있는 원과 같이 임의의 다양한 형태로 구성될 수 있다. 상기 구멍(710, 810, 910, 1010, 1110)은 난형(oval), 다이아몬드, 삼각형 또는 이들의 임의의 조합 형태를 추가로 포함할 수 있다. 상기 구멍(710, 810, 910, 1010, 1110)은 심지어 회전식 튜브(1100) 내에 포함된 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))도 경화시킬 수 있도록 하기 위하여 상기 회전식 튜브(1100)의 경화 영역(610)에 걸쳐 엇갈린 형태로 배열될 수 있다. 일반적으로, 상기 구멍들의 형태는 수평방향 및 수직 방향으로 대칭일 수 있으며 상기 구멍의 어떤 면도 회전식 튜브의 x-y 평면에 배열될 수 없도록 위치될 수 있다. 상기 구멍들은 경화 영역(610) 내에 포함된 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))에 화학 방사선을 일정하고 균질하게 분포하는 것을 용이하게 하도록 설계될 수 있다. 일정하지 않은 구멍 형태 또는 형태의 경계(boundary)를 사용하면, 회전식 튜브의 경화 영역 내에 배열된 개별 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))에 관계없이, 회전식 튜브의 전체 경화 영역에 걸쳐, 자외선 균질성(UV homogeneity)이 발생할 수 있도록 효율적으로 사용된다. 구멍(910) 형태와 경계를 최적화하기 위하여 레이 트레이싱(ray tracing)과 같이 잘 알려져 있는 다양한 광학적 정화 수단(optical clarification means)이 사용될 수 있다.

도 12a는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 복수의 테이퍼형 구멍을 포함하는 도 10a와 도 10b의 회전식 튜브의 한 부분을 도시한 횡단면도이다. 이와 유사하게, 도 12b는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 복수의 테이퍼형 구멍을 포함하는 도 11a와 도 11b의 회전식 튜브의 한 부분을 도시한 횡단면도이다. 도 12a와 도 12b, 위에서 논의된 여러 구체예들, 및 그 외의 다른 가능한 구체예들에 걸쳐 예시되어 있는 것과 같이, 구멍(1010, 1110)들은 회전식 튜브(1000, 1100)의 외부보다 회전식 튜브(1000, 1100)의 내부를 향하여 폭이 넓어질 수 있다. 달리 말하면, 여러 구체예들의 구멍(1010, 1110)들은 내부 보어로부터 회전식 튜브(1000, 1100)의 외측 표면으로 테이퍼구성될 수 있다.

특히, 도 12a에서, 도 10a와 도 10b의 회전식 튜브(1000)에는 회전식 튜브(1000)의 두께와 같은 깊이를 가진 복수의 원형 구멍(1010)이 제공될 수 있다. 개별 구멍(1010)은 2개의 서로 다른 직경 즉 회전식 튜브(1000)의 외측 표면 상에 위치된 상대적으로 작은 직경(1215A)과 상기 회전식 튜브(1000)의 내측 표면 상에 위치된 상대적으로 큰 직경(1220A)을 포함할 수 있다.

이와 유사하게, 도 12b에서, 도 11a와 도 11b의 회전식 튜브(1100)에는 회전식 튜브(1100)의 두께와 같은 깊이를 가진 복수의 다이아몬드형 구멍(1110)이 제공될 수 있다. 개별 구멍(1110)은 2개의 서로 다른 다이아몬드 형태 크기 즉 회전식 튜브(1100)의 외측 표면 상에 위치된 상대적으로 작은 크기(1215B)와 상기 회전식 튜브(1100)의 내측 표면 상에 위치된 상대적으로 큰 크기(1220B)를 포함할 수 있다.

상기 구멍(1010, 1110) 내에 테이퍼형 형태를 제공함으로써, 상기 구멍(1010, 1110)들은 상기 포함된 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))를 더 밝게 조영(illumination)할 수 있을 뿐만 아니라 회전식 튜브(1000, 1100)의 내부 보어와 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))들 사이에서 물리적 접촉 영역을 줄일 수 있다. 게다가, 이러한 배열상태(arrangement)는 중합가능한 액체를 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))로부터 유출되는 것을 줄이는 것으로 밝혀졌는데, 중합가능한 액체가 몰드로부터 유출되면 회전식 튜브의 내부 벽들을 오염시킬 수도 있게 된다. 중합가능한 액체가 유출되면 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))가 회전식 튜브(1000, 1100)에 고착될 수도 있으며(adhered), 이에 따라 경화된 부분들이 상기 회전식 튜브(1000, 1100)로부터 빠져나올 때(ejected) 경화 사이클(curing cycle)의 끝 부분에서 차단되게 할 수도 있다.

회전식 튜브가 제조되는 재료(즉 PEEK, PTFE 등)를 주의하여 선택하거나, 또는 회전식 튜브의 내부 보어에 소수성 표면 처리제(hydrophobizing surface treatment)를 가하여, 상대적으로 낮은 에너지 표면(통상 30 다인/cm 미만)을 가진 회전식 튜브를 제공함으로써, 유출된 모노머(monomer)가 회전식 튜브의 내부 보어에 고착되려 하는 경향이 감소될 수 있다. 상기 소수성 표면 처리제는 가령 예를 들어 적절한 실란 결합제(silane coupling agent)(즉 옥타데실트리메톡시실란(octadecyltrimethoxysilane), 디메틸 디클로로실란(dimethyl dichlorosilane) 등)를 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 메탄(methane)과 같은 하이드로카본(hydrocarbon)을 회전식 튜브의 표면들 상에 플라즈마 중합시킴으로써 소수성 표면이 구현될 수 있다.

본 발명의 대표적인 시스템이 불투과성 재료 내에서 임의의 개수를 가진 대칭 오리피스를 가진 튜브를 포함하는 것으로 기술되었으나, 비대칭 오리피스들의 어떠한 조합도 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 원리들에 따르면, 그 외의 다른 형상들도 고려될 수 있다. 예를 들어, 한 구체예에 따르면, 회전식 튜브(1000)는, "구멍"을 둘러싸고 있는 하나 이상의 투명 또는 반투명 윈도우 매질(window medium)과 일체로 구성되면서도, 베어링 마운트(bearing mount)에서 완전한 금속 부분들을 가진 반원형 금속 부분을 포함할 수 있다.

콘택트 렌즈 제작 시스템(Contact Lens Manufacturing System)

도 13은 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 콘택트 렌즈 제작 시스템(1300)의 블록 다이어그램이다. 상기 콘택트 렌즈 제작 시스템(1300)은 회전식 튜브(400)를 수용하기 위한 하우징(1305)을 포함할 수 있다. 상기 하우징(1305)은 상기 영역에 들어오는 것이 오염되는 것을 방지하기 위해 밀폐 방식으로 밀봉될 수 있다(hermetically seale). 또한, 하우징(1305)은 불활성 가스가 상기 시스템에 들어올 수 있도록 하기 위해 밀폐 방식으로 밀봉될 수도 있다. 위에서 논의된 것과 같이, 중합 공정 동안 대기중 산소(atmospheric oxygen)의 억제 효과를 방지하기 위하여 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))와 중합가능한 액체는 예를 들어 질소 또는 아르곤으로 구성된, 불활성 가스-농후 산소가 없는 대기 내에 유지된다. 불활성 대기(inert atmosphere)에 의해 제공된 혐기성 대기(anaerobic atmosphere)와 결합된 중합반응을 위해 외부 트리거(external trigger)로서 화학 방사선과 같은 외부 경화 수단을 사용하면, 중합가능한 액체가 중합반응이 개시되기 전에 회전 하에서 균형 형태(equilibrium shape)를 유지할 수 있게 된다. 상기 시스템 내에서 불활성 가스를 사용하면, 중합가능한 액체로부터 확산시키기 위해 중합가능한 액체 내에 용해되거나 또는 몰드 내에 존재하는 임의의 산소에 대해 충분한 시간을 추가로 제공된다.

따라서, 회전식 튜브(400)를 둘러싸고 있는 하우징(1305)은 회전식 튜브(400)와 하우징(1305) 내부에 불활성 대기를 제공하는 수단을 포함할 수 있다. 상기 하우징(1305) 내에 있는 불활성 대기는, 예를 들어, 불활성 가스를 하우징(1305)의 내부 안으로 통과시킬 수 있게 하기 위하여 하우징 주위에서 세로방향 또는 반경 방향으로 배열된 복수의 지점들 또는 내부 하우징 벽과 회전식 튜브(400) 사이의 공간 내에 있는 단일 지점에 다수의 유입 포트(1310)를 제공함으로써 구현될 수 있다. 따라서, 불활성 가스는 하우징(1305) 주위에서 세로방향 또는 반경 방향으로 배열된 복수의 지점들 또는 하우징(1305)의 내부 벽과 회전식 튜브(400) 사이의 공간 내에 있는 단일 지점에서 유입될 수 있다.

하우징(1305) 내에 유입된 불활성 가스는 회전식 튜브(400)의 경화 영역(610) 내의 구멍들을 통해 자유로이 확산될 것이다. 한 구체예에서, 회전식 튜브(400) 내에 포함된 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))는 위에서 언급한 것과 같이 가스를 몰드 칼럼(mold column) 내로 통과시킬 수 있게 하기 위해 축성(castellations), 절단면(cutaway), 결합 구멍(gement aperture)(도 1에서는 결합 구멍(130)), 또는 원통형 측벽 내에 있는 임의의 개수를 가진 그 외의 다른 구멍들을 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))는 위에서 논의된 것과 같이 복수의 방사형 스포크(210)에 의해 회전식 튜브(400)의 원통형 측벽에 고정되어 이에 따라 불활성 가스가 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))의 칼럼을 통해 세로 방향으로 통과할 수 있게 하여야 한다.

이와 동시에, 중합가능한 액체의 중합반응 동안 과잉 불활성 가스를 사용하면, 모노머를 증기 형태로 혼입(entrainment)시킨 뒤 주변 물체들에 상기 모노머를 증착 및/또는 중합시킬 수 있게 된다. 특히, 모노머 증기는 상기 시스템(1300)에 의해 사용된 장치 위에 증착되고 및/또는 중합될 수 있다. 회전식 튜브(400)의 한 단부로부터 불활성 가스를 하우징(1305)으로부터 배출시키는 것은 다양한 가스 배출 수단에 의해 조절될 수 있다. 일반적으로, 일정량의 불활성 가스를 하우징(1305)으로부터 배출시킬 수 있게 하기 위해 다수의 불활성 가스 배출 포트(1315)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 플러그(plug), 아이리스 밸브(iris valve), 플랩 밸브(flap valve), 플런저(plunger) 등을 사용함으로써 불활성 가스가 배출될 수 있다. 한 대표적인 구체예에서, 회전식 튜브(400)로부터 배출된 불활성 가스는 다수의 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200)) 칼럼을 포함하는 회전식 튜브(400)의 상부 및/또는 바닥에 다수의 플러그(1315a)를 배열함으로써 제한될 수 있으나, 경화 영역(610)에 나란하게 배열된(juxtaposition) 영역에 가스가 배출될 수 있게 한다. 상기 플러그(1315a)는 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))와 동일한 외측 직경으로 구성될 수 있으며 원통형 형태로 구성될 수 있다. 게다가, 플러그(1315a)는 개별 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))와 같은 높이를 가질 수 있다.　또 다른 구체예에서, 회전식 튜브(400)의 상부로부터 배출된 가스는 플랩 밸브, 또는 아이리스 밸브로 조절될 수 있으며, 바닥으로부터 배출된 가스는 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))를 회전식 튜브(400) 내에 적재하도록 사용되는 플런저 로드(plunger rod)를 적절하게 배열함으로써 조절될 수 있다.

밀폐 방식으로 밀봉된 하우징(1305)의 벽은 임의의 재료로 제조될 수 있다. 한 구체예에서, 하우징(1305)의 벽은 유리 벽들을 통해 화학 방사선을 상기 시스템에 들어오게 하기 위해 유리로 제조될 수 있다.

또 다른 대표적인 구체예에서, 하우징(1305)의 벽은 금속과 같은 강성 재료로 제조될 수 있다. 정밀하게 형성된 금속 하우징을 사용하면 안전하고 정밀한 자립형(stand-alone) 스핀 튜브 하우징이 제공된다. 이러한 하우징과 스핀 튜브 조합을 사용하면 재설치(reinstallation) 시에 스핀 튜브를 재정렬할 필요 없이 유지보수를 위해 스핀 튜브를 신속하게 변경시키는 것이 용이하게 된다. 하우징(1305)의 벽들은 화학 방사선을 상기 시스템에 전달하기 위해 윈도우(window)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 윈도우는 하우징(1305) 내에서 표면 반사에 의한 방사선 손실을 최소화하기 위해 반사 방지 재료로 코팅될 수 있다. 또 다른 대표적인 구체예에서, 특정 파장의 방사선이 전달되는 것을 최적화시키면서도 그 외의 방사선은 전달되는 것을 줄이기 위해 특정 반사 방지 코팅이 사용될 수 있다.

콘택트 렌즈 제작 시스템용 구동 시스템(Drive System for Contact Lens Manufacturing System)

회전식 튜브(400)에는, 세로방향 축으로부터 벗어나는 임의의 움직임을 최소화시키면서도 세로방향 축 주위로 정밀하며 부드럽고 용이하게 회전하게 하여 이에 따라 세로방향 축 주위로 회전식 튜브(400) 내에 포함된 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))가 정밀하게 동심적으로 회전할 수 있게 하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 이는 종래 기술에 공지되어 있는 임의의 수단에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 회전식 튜브(400)의 베어링 장착 영역(600) 상에 설치된 예컨대 베어링과 같은 결합 수단(1320)에 의해 상기와 같이 부드럽게 세로 방향으로 회전하는 것이 구현될 수 있다. 결합 수단(1320)은 회전식 튜브(400)의 경화 영역(610)을 완전히 둘러쌀 수 있게 하기 위하여 하우징(1305)의 벽을 통해 상기 회전식 튜브(400)와 결합되는 것이 바람직하다.

구동 영역(620)은 회전식 튜브(400)의 바닥 단부에 배열될 수도 있고 하우징(1305)에 대해 외부에 위치될 수도 있다. 회전식 튜브(400)를 회전시키기 위해 상기 구동 영역(620) 내에 구동 시스템(1340)이 제공될 수 있다.　한 대표적인 구체예에서, 상기 구동 시스템(1340)은 체인(chain) 또는 벨트 구동부(belt drive)에 의해 전기모터에 결합된 구동 풀리(drive pulley)를 포함할 수 있다. 상기 구동 풀리의 직경은 회전식 튜브(400)의 직경보다 더 클 수 있는 것이 바람직하며, 회전식 튜브 조립체의 관성모멘트를 증가시켜 이에 따라 더욱 균일한 각속도를 제공할 수 있도록 하기 위해 고밀도 재료로 제조될 수 있다.

또 다른 대표적인 구체예에서, 구동 풀리에는 상기 구동 풀리를 제 2 피동 풀리(second driven pulley)와 자성적으로 결합시켜 이에 따라 회전식 튜브(400)와 구동 모터를 기계적으로 분리시킬 수 있게 하기 위해 주변 자석(circumferentail magnet)들이 제공될 수 있다. 이로 인해, 상기 회전식 튜브(400)는 구동 모터에 의해 유도된 어떠한 진동도 차단될 수 있다.

도 13에 도시된 것과 같이, 또 다른 대표적인 구체예에서, 회전식 튜브(400)는 직접 구동될 수도 있다.　상기 구체예에서, 상기 구동 영역(620)에는 주변 방향으로 배열된 영구 자석(1325), 및 홀 효과 트랜스듀서(Hall Effect transducer)(1345)와 같은 회전식 튜브(400)의 각속도를 평가할 수 있는 수단(assessing means)이 끼워진다(fitted).　상기 홀 효과 트랜스듀서(1345)는 센서 전압으로서 장치의 가해진 전압을 사용하여 하중(load)에 제공된 전류를 감지함으로써 구동 시스템(1340)에 분산된 전력(power)을 결정한다. 상기 영구 자석(1325)은 구동 코일(1330)이 원형으로 배열되어 둘러싸여 질 수 있다. 각각의 구동 코일(1330)에 직류가 제공될 수 있으며 이에 따라 브러시리스 직류 모터(brushless direct current motor)가 제공될 수 있다. 각각의 구동 코일(1330)을 제공하는 시간은 홀 효과 트랜스듀서(1345)에 의해 전자기적으로 제공되며 이에 따라 고정밀 방식으로 각회전(angular rotation)이 수행될 수 있게 한다.

콘택트 렌즈 제작 시스템용 화학 방사선원 (Sources of Actinic Radiation for Contact Lens Manufacturing System)

회전식 튜브(400)를 둘러싸고 있는 하우징(1305)에는 화학 방사선으로 상기 회전식 튜브(400)의 내용물(contents)을 조영하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 상기 조영 수단은 하우징(1305) 내부, 또는 상기 하우징(1305)에 대해 외부에 고정될 수 있으며 구멍을 포함하고 있는 회전식 튜브(400) 경화 영역(610)의 길이에 걸쳐 균일한 원하는 파장에 화학 방사선을 제공하는 어떠한 수단도 포함할 수 있다.

일반적으로, 화학 방사선을 생성하기 위해 다수의 화학 방사선원(1350)이 제공될 수 있다. 상기 화학 방사선원(1350)의 예들은 UV LED 어레이, 형광 튜브 램프, 또는 수은 방전 램프일 수 있다.　화학 방사선원(1350)이 하우징(1305)의 내부 안에 위치되는 구체예들에서, 화학 방사선은 회전식 튜브(400) 내에 위치된 개별 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200)) 내에 함유된 중합가능한 액체에 직접 제공될 수 있다.

화학 방사선원(1350)이 하우징(1305)에 대해 외부에 위치되는 구체예들에서, 상기 하우징(1305)은 보로실리케이트 유리 윈도우(borosilicate glass window) 또는 석영(quartz)과 같은 화학 방사선을 전달하기 위한 수단을 포함할 수 있다.　한 대표적인 구체예에서, 상기 윈도우들은 표면 반사에 의한 방사선 손실을 최소화시키기 위해 반사 방지 코팅이 제공될 수 있다. 또 다른 대표적인 구체예에서, 특정 파장의 방사선이 전달되는 것을 최적화시키면서도 그 외의 방사선은 전달되는 것을 줄이기 위해 특정 반사 방지 코팅이 사용될 수 있다.

또 다른 대표적인 구체예에서, 회전식 튜브(400)에 들어오는 방사선의 여러 성질들을 변경시키거나 또는 교정하고 이에 따라 회전식 튜브(400) 내에 중합반응 상태를 변경시키기 위해 서로에 대해 방사선과 방사선 필터의 다양한 조합들이 사용될 수 있다. 상기와 같이 방사선과 방사선 필터의 다양한 조합들을 사용하면 전체 공정에 걸쳐 효율적일 수 있거나 또는 제작 공정에 걸쳐 원하는 시간에서 적절하게 사용될 수 있다.

한 대표적인 구체예에서, 구조적으로 견고한 하우징(1305)과 견고한 회전 부재들이 구동 시에 생성되는 진동 또는 회전 요동(rotational fluctuation)에 의해 덜 영향을 받게 촉진하기 위하여 높은 질량을 가진 재료들이 사용될 수 있다. 본 발명의 시스템에서, 스피닝 공정(spinning process) 동안 (모든 축에서의) 회전 안정성 및 진동 차단 모두 최적화되는 것이 바람직하다. 또한, 회전식 튜브(400), 하우징(1305), 및 구동부는 용이하게 교체하고 유지 보수할 수 있도록 모듈 방식으로 구성될 수 있다.

또 다른 대표적인 구체예에서, 다수의 회전식 튜브(400)를 단일의 견고한 하우징(1305) 내에 배열하는 것도 가능하다.　다수의 회전식 튜브(400)를 하우징(1305) 내에 배열하면 각각의 회전식 튜브(400)의 정밀도를 감소시키지 않고도 생산성 수준을 매우 크게 촉진할 수 있다. 튜브 간 공간(inter tube spacing) 및 부분 하중(part loading)의 잘 알려져 있고 표준형 수단이 전체 생산 공정의 일부분으로서 포함될 수 있다.

경화 영역 내에 몰드 수용(Retention of Molds in the Curing Zone)

도 14는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 몰드 보유 수단(mold retention means)을 포함하는 회전식 튜브(400)를 도식적으로 도시한 도면이다. 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))가 다양한 수단에 의해 경화 영역(도 6에서는 경화 영역(610)) 내에 고정될 수 있다.　한 구체예에서, 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))는 회전식 튜브(400)의 내부 벽과 억지로 끼워맞추기(interference fit) 위하여 상기와 같은 수치로 구성될 수 있으며 위에서 논의된 것과 같이 마찰력들로 그 자리에 고정될 수도 있다.

대안으로, 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))는 능동식 기계적 수단(active mechanical means)에 의해 그 자리에 고정될 수 있다. 한 구체예에서, 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))는 푸셔 로드(pusher rod)를 사용하여 화살표(1410) 방향으로 회전식 튜브(400)의 하측 단부 내로 삽입될 수 있다. 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))는 다수의 사전-하중을 받는 보유 도그(pre-loaded retention dog)(1400)를 지나 밀려질 수 있다.　상기 보유 도그(1400)는 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))가 상부 방향으로 통과할 수 있게 하도록 배열되지만, 일단 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))로부터 보유 도그(1400)가 제거되고 나면 다수의 스프링(1405)이 충분한 힘을 제공하여 상기 보유 도그(1400)가 반경 방향으로 내부를 향해 이동하게 할 수 있으며, 최종 삽입된 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))가 안착되고(sit) 이에 따라 경화 영역(610) 내에 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))를 고정시키는 시트(seat)를 형성할 수 있게 한다. 한 구체예에서, 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))는 보유 도그(1400)가 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))와 결합하여 상기 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))를 수평방향과 수직 방향으로 고정시키도록 제공될 수 있는 다수의 구멍 또는 가스 확산 구멍(도 1에서는 구멍(130))을 포함할 수 있다.　이에 따라 상기 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))는 회전식 튜브(400)에 대해 고정된 위치에 유지될 수 있게 된다.　또 다른 구체예에서, 상기 결합 구멍(도 1에서는 구멍(130))은 상기 결합 구멍(도 1에서는 구멍(130))들이 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))의 바닥에서 개방되지 않도록 상기 보유 도그(1400)를 완전히 둘러쌀 수 있다. 이에 따라 상기 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))를 회전식 튜브(400) 내에 추가로 고정시키는 데 도움이 될 수 있다. 위에서 언급한 것과 같이, 상기 회전식 튜브(400)는 모든 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))를 회전식 튜브(400) 내의 고정된 위치에 고정시키기 위해 다수의 보유 도그(1400)를 포함할 수 있다.

또 다른 구체예에서, 회전식 튜브(400) 내에 삽입된 최종 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))를 위해 시트를 제공하기 위하여 상기 회전식 튜브(400)의 하측 단부에 보유 도그(1400)가 제공될 수 있다. 따라서, 오직 바닥 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200)) 만이 회전식 튜브(400)와 기계적으로 결합될 것이다.　다수의 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))와 회전식 튜브(400)에 걸쳐 가스가 확산될 수 있도록 하기 위해 나머지 결합 구멍(도 1에서는 구멍(130))이 사용될 수도 있다.

몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))는 개별적으로 삽입되거나 또는 몰드의 적재된 칼럼으로서 삽입될 수도 있다.　또 다른 구체예에서, 푸셔 로드 자체는 회전식 튜브(400)의 경화 영역(610) 내에 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))를 고정시키기 위한 수단으로서 사용될 수 있다. 이는, 콘택트 렌즈 제작 시스템(도 13에서 시스템(1300))을 유지 보수하고 사용하며 제작하는데 있어 간단할 뿐만 아니라 공정 시간 측면에서도 유리한 것으로 입증될 수 있다.

대표 작동(Exemplary operation)

한 바람직한 작동 모드에서, 불활성 가스가 가스 유입 포트(도 13에서는 포트(1310))를 통해 하우징(1305) 내로 통과된다. 그 뒤, 중합가능한 액체가 주입된 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))는 푸셔 로드를 사용하여 하측 단부를 통해 고정 회전식 튜브(400) 내에 삽입된다. 상기 몰드는 개별적으로 또는 적재된 칼럼으로서 삽입된다. 상기 푸셔 로드는 보유 도그(도 13에서는 도그(1300))를 지나 올라간 뒤 빼내진다. 그 후, 적재된 몰드 내에서 최하측 몰드는 상기 보유 도그(도 13에서는 도그(1300)) 상에 안착된다. 그 뒤, 회전식 튜브(도 4에서는 회전식 튜브(400); 도 7에서는 회전식 튜브(700); 도 8에서는 회전식 튜브(800); 도 9에서는 회전식 튜브(900))용 구동 메커니즘이 작동되어 회전식 튜브(400)가 미리 정해진 속도로 회전된다. 이 상태에서, 회전식 튜브(400)가 회전함으로써 생성된 원심력이 중합가능한 액체에 작용하여 각각의 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))의 몰딩 공동(도 1에서는 공동(120))의 에지를 향해 밀어낸다. 회전식 튜브(400)는 일정 시간 동안 상기 미리 정해진 속도로 회전되어 (회전 속도, 중합가능한 액체의 표면 장력, 및 중력에 의한 가속도와 같은 여러 요인들의 조합에 의해 형성된) 오목 표면이 균형 형태에 도달할 수 있게 한다. 이 지점에서, 화학 방사선에 의해 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))의 칼럼이 조영되며 이에 따라 중합반응이 개시되어 고형의 물품이 형성된다. 경화 공정이 종료될 때, 화학 방사선은 소멸되고(extinguished) 회전식 튜브(400)의 회전이 중지된다. 그 뒤, 푸셔 로드를 올리고 경화된 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))를 수거하기 위해 회전식 튜브(400)의 상부로부터 밀어냄으로써, 상기 경화된 몰드(도 1에서는 몰드(100); 도 2에서는 몰드(200))가 제거될 수 있다.

콘택트 렌즈의 스핀 캐스팅을 위해 금속 회전식 튜브를 사용하도록 제안되었지만(예를 들어, 미국 특허번호 4,517,138호 참조), 이러한 회전식 튜브에서는 중합반응을 개시하기 위해 자외선(또는 그 외의 다른 유사한 방사선)을 사용하지 못한다는 사실은 자명하다. 그러나, 단순히 회전식 튜브의 벽들 내에 구멍을 배열함으로써, 고품질의 콘택트 렌즈를 제작하기 위해 견고한 장치를 제조하는 것이 가능하다고 입증되었다. 이와 같은 구멍의 형태와 배열은 물리적으로 견고한 구조 형태를 유지하면서도 회전식 튜브 내로 광을 전달하는 것을 최적화시키도록 선택된다. 또한, 이 구멍들은 중합가능한 액체 상에 불활성 대기를 제공하여 이에 따라 산소 차단(oxygen inhibition)의 해로운 영향을 줄일 수 있도록 하기 위해 콘택트 렌즈로부터 가수가 신속하고 균질성있게 배출될 수 있게 한다.

본 명세서에서 기술된 회전식 튜브의 디자인으로 인해, 특히 외부 케이싱에 결합되었을 때, 콘택트 렌즈와 같은 회전적으로 대칭 물품(rotationally symmetric object)의 스핀 캐스팅을 위해, 쉽게 교체될 수 있고 기계적으로 견고한 장치가 제공된다.

다단계 경화 공정(Multi-Stage Curing)

도 15는 본 발명의 대표적인 시스템과 방법의 한 구체예에 따른 다단계 경화 공정의 플로차트이다. 중합가능한 액체를 경화시키거나 혹은 일부분만 경화시킨 후, 몰드는 푸셔 로드를 사용하여 상부 방향으로 밀려져서 회전식 튜브(400)의 상부 위에 위치된 제 2 경화 장치 내로 이동될 수 있다. 대안으로, 몰드는 수동으로 또는 로봇 암(robot arm)에 의해 하역될 수 있다(offloaded). 그 뒤, 상기 제 2 경화 장치는 몰드 내에 함유된 중합가능한 액체를 추가로 경화시킬 수 있다. 상기 제 2 경화 장치는 종래에 사용되는 임의의 장치일 수 있다. 예를 들어, 제 2 경화 장치는 종래의 유리 튜브일 수 있다.

이제, 도 15를 더욱 상세하게 보면, 한 구체예에서, 위에서 기술한 것과 같이, 중합가능한 액체를 함유하고 있는 몰드가 회전식 튜브(400) 내에 삽입될 수 있다(단계 2110). 그 뒤, 회전식 튜브(400) 내에서는 화학 방사선에 의해 조영되어 렌즈 폴리머가 일부분 경화되어, 이에 따라 중합반응이 개시되고 고형 물품이 부분적으로 형성된다(단계 2120). 따라서, 상기 대표적인 구체예에 따르면, 회전식 튜브(400)의 경화 영역(도 6에서는 경화 영역(610)) 내에서 렌즈의 초기 가교 결합 단계가 수행될 수 있다.

렌즈의 경화 단계의 초기 단계 동안, 폴리머는 결과적인 렌즈(resulting lens)의 표면에 결함(imperfection)이 생길 가능성이 가장 크다. 불량 광학(poor optics)을 만드는 스탠딩 웨이브(standing wave) 또는 몰드가 움직이게 하는 진동은 렌즈 재료가 대부분 유체적일 때(fluidic) 발생된다. 이에 따라, 한 대표적인 구체예에 따르면, 콘택트 렌즈의 형태가 형성되고 안정적인 수준까지 회전식 튜브(400)의 경화 영역(도 6에서는 경화 영역(610)) 내에 렌즈가 부분적으로 형성된다. 그 뒤, 렌즈와 렌즈 몰드 조합은 최종 경화 단계를 위해 종래의 유리 튜브 또는 또 다른 덜 조절된 환경으로 전달된다. 이것은, 상기 대표적인 구체예에 따르면, 진동과 런-아웃(run-out)을 최소화시키기 위하여 렌즈는 초기에 회전되고, 조영되며, 본 명세서에 기술된 것과 같이 회전식 튜브(400)의 조절된 환경에서 가교 결합된다. 구체적으로, 본 발명의 대표적인 회전식 튜브(400)의 상대적으로 타이트한 오차(tolerance)는 줄어든 런-아웃(run-out) 및 디-커플된(de-coupled) 자성 구동부를 포함하지만 이 특징에만 제한되지 않는 그 외의 다른 특징들과 함께, 최소 표면 수차(surface aberration)를 가진 렌즈의 초기 형태가 된다.

이제, 렌즈의 표면 영역과 형태가 구현된 도 15를 보면, 부분적으로 형성된 렌즈가 회전식 튜브(400)로부터 제 2 경화 튜브로 전달될 수 있는데(단계 2130 및 2140), 여기서 상기 부분적으로 형성된 렌즈는 완전히 경화될 수 있다(단계 2150). 렌즈의 경화 단계는 광화학적 또는 열 유도 중합반응을 포함하지만 이들에만 제한되지는 않는 임의의 수단에 의해 제 2 경화 튜브에서 종료될 수 있다. 또한, 또 다른 대표적인 구체예에서, 부분적으로 형성된 렌즈의 제 2 경화 단계가 화학 방사선, 열, 또는 이 둘 모두에 의해 렌즈 경화 단계를 종료할 수 있는 적절한 조절식 터널 오븐(tunnel oven)에서 수행될 수 있다. 회전식 튜브(400) 내에서 화학 방사선에 의해 초기 가교 결합이 수행되면, 부분적으로 가교 결합된 렌즈 폴리머는 위에서 언급한 터널 오븐 또는 그 외의 다른 경화 장치에 삽입을 통해 혹은 제 2 경화 튜브 내에서 회전됨으로써 영향을 덜 끼치거나 또는 완전히 영향을 끼치지 않도록 충분한 구조적 안정성을 가진다.

또한, 위에서 기술된 다단계 경화 공정을 실시하면, 완전히 경화된 물품을 제조하는데 필요한 시간이 현저하게 줄어들 수 있다. 회전식 튜브(400) 내에 물품을 일부분 경화하는데 필요한 시간은 오직 짧은 양의 시간일 수 있다. 방사선원을 단순히 분리함으로써, 최종 물품을 제조하는 데 필요한 시간은 회전식 튜브(400)를 사용하는 제 1 일부분 경화 단계와 제 2 경화 튜브를 사용하는 제 2 완전한 경화 단계 사이에서 나뉠 수 있다. 또한, 회전식 튜브(400) 내에서 일부분 경화된 더 많은 물품들이 다수의 제 2 경화 튜브 내에서 완전히 경화될 수 있도록 하기 위해 다수의 제 2 경화 튜브가 제공될 수도 있다.

전술한 내용들은 본 명세서에 기술된 원리들의 실시예들과 구체예들을 오직 기술하고 예시하기 위해 나타내어 졌다. 이 기술내용은 상기 원리들을 개시된 임의의 정확한 형태에 제한하거나 또는 한정하려는 것이다. 상기 원리들에 비추어 볼 때 여러 개선예들과 변형예들이 가능하다.

Claims

렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 시스템으로서,
상기 시스템은 회전식 튜브의 형태로 구성된 제 1 경화 장치를 포함하고, 상기 회전식 튜브는 하나 이상의 콘택트 렌즈 몰드를 수용하도록 구성된 내부 세로방향 공동을 형성하는 세로방향 표면에 의해 연결된 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며, 상기 회전식 튜브는 하나 이상의 구멍을 형성하는 하나 이상의 부분을 포함하고, 상기 하나 이상의 구멍은 회전식 튜브의 세로방향 표면을 통하여 내부 세로방향 공동으로 연장되고, 상기 하나 이상의 구멍은 튜브의 회전 중에 화학 방사선원으로부터 내부 세로방향 공동 내로 화학 방사선을 전달할 수 있도록 구성되고, 상기 하나 이상의 부분은 화학 방사선에 대해 불투과성인 재료로 부분적으로 제조되고, 회전식 튜브는 하나 이상의 콘택트 렌즈 몰드 내에 수용된 중합가능한 액체를 부분적으로 경화시키도록 구성되고,
하나 이상의 제 2 경화 장치를 포함하고, 상기 제 2 경화 장치는 하나 이상의 콘택트 렌즈 몰드 내에 수용된 중합가능한 액체의 경화를 종료하도록 구성되는 렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 시스템.
제1항에 있어서, 하나 이상의 콘택트 렌즈 몰드 내에 수용된 중합가능한 액체가 오목한 형태를 형성하도록 상기 회전식 튜브를 회전하게끔 구성된 구동부(drive) 및 상기 회전식 튜브에 인접하게 배치된 화학 방사선원(actinic radiation source)을 추가로 포함하는 렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 시스템.
제2항에 있어서, 회전식 튜브는 회전식 튜브의 제 1 단부 위에 형성된 제 1 베어링 장착 영역과 회전식 튜브의 제 2 단부 위에 형성된 제 2 베어링 장착 영역을 추가로 포함하고, 상기 제 1 베어링 장착 영역과 제 2 베어링 장착 영역은 각각 화학 방사선에 대해 불투과성인 재료로 형성되는 렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 시스템.
제2항에 있어서, 상기 구동부는 상기 회전식 튜브의 일부분 주위에 주변 방향으로 배열된 하나 이상의 자석, 상기 자석의 일부분 주위에 주변 방향으로 배열된 하나 이상의 구동 코일, 및 상기 구동 코일에 전기 결합된 모터를 추가로 포함하는 렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 시스템.
제4항에 있어서, 회전식 튜브의 각속도를 결정하도록 구성되고 상기 구동 코일에 전자기적으로 결합된 홀 효과 트랜스듀서(Hall Effect transducer)를 추가로 포함하는 렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 시스템.
제2항에 있어서, 상기 화학 방사선원은 UV LED, 형광 튜브 램프, 및 수은 방전 램프 중 하나를 포함하는 렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 시스템.
제6항에 있어서, 제 1 경화 장치는 하우징을 추가로 포함하고, 상기 회전식 튜브와 상기 화학 방사선원은 상기 하우징 내에 밀폐 방식으로 밀봉되는(hermetically sealed) 렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 시스템.
제2항에 있어서, 회전식 튜브를 둘러싸는 유리 하우징을 추가로 포함하고, 상기 유리 하우징은 화학 방사선에 대해 투과성인 렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 시스템.
제8항에 있어서, 유리 하우징 상에 형성된 반사 방지 코팅을 추가로 포함하는 렌즈를 스핀 캐스팅 가공하기 위한 시스템.