KR20030046438A - 열가소성수지 렌즈의 성형 방법, 및 그 방법으로 제작되어고곡률 및/또는 얇은 두께를 갖는 렌즈 - Google Patents

열가소성수지 렌즈의 성형 방법, 및 그 방법으로 제작되어고곡률 및/또는 얇은 두께를 갖는 렌즈 Download PDF

Info

Publication number
KR20030046438A
KR20030046438A KR10-2003-7003409A KR20037003409A KR20030046438A KR 20030046438 A KR20030046438 A KR 20030046438A KR 20037003409 A KR20037003409 A KR 20037003409A KR 20030046438 A KR20030046438 A KR 20030046438A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mold
lens element
lens
thermoplastic material
cavity
Prior art date
Application number
KR10-2003-7003409A
Other languages
English (en)
Inventor
로버트 에이치. 주울
마이클 제이. 투탄
마틴 디. 롤프
마이클 에이. 모리스
콜린 엠. 페로트
사이먼 제이. 에드워즈
레이 에스. 스프래트
발레리 킹스버리
Original Assignee
솔라 인터내셔날 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 솔라 인터내셔날 인코포레이티드 filed Critical 솔라 인터내셔날 인코포레이티드
Publication of KR20030046438A publication Critical patent/KR20030046438A/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/46—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould
    • B29C45/57—Exerting after-pressure on the moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/46—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould
    • B29C45/56—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using mould parts movable during or after injection, e.g. injection-compression moulding
    • B29C45/561—Injection-compression moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00413—Production of simple or compound lenses made by moulding between two mould parts which are not in direct contact with one another, e.g. comprising a seal between or on the edges
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C7/00—Optical parts
    • G02C7/02—Lenses; Lens systems ; Methods of designing lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2011/00—Optical elements, e.g. lenses, prisms
    • B29L2011/0016—Lenses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은, 열가소성수지 렌즈의 사출성형을 위한, 특히 고곡률 및/또는 얇은 중심부를 갖는 렌즈(101)의 제작에 적합한, 새로운 성형 방법을 제공한다. 용융 열가소성수지는 두개의 몰드 사이의 몰드캐비티 안으로 도입되며 (단계 500), 상기 몰드는 소정의 하드스톱포인트로 이동된다 (단계 600). 상기 몰드가 정지상태로 상기 하드스톱포인트에서 유지되는 동안 상기 몰드캐비티 내의 압력이 조절되며 (단계 700), 상기 열가소성수지가 응고된 후 성형된 렌즈가 제거된다. (단계 800).

Description

열가소성수지 렌즈의 성형 방법, 및 그 방법으로 제작되어 고곡률 및/또는 얇은 두께를 갖는 렌즈{Process for molding thermoplastic lenses and, steeply curved and/or thin lenses produced thereby}
렌즈 성형
렌즈는, 예를 들면, 현미경 및 안경과 같은 광학장치에서, 여러가지 용도로 사용된다. 지난 수년에 걸쳐서, 전통적인 유리렌즈(glass lenses)와 대항하여, 시력교정렌즈 및 처방용(Rx) 안경렌즈 (prescriptive (Rx) spectacle lenses)와 같은 용도로 사용되는 안과용 렌즈를 제작하기 위한 열가소성수지 재료의 사용이 극적으로 증가되어왔으며, 그 이유는 열가소성수지 렌즈가 유리렌즈에 비해 몇가지 이점을 제공하기 때문이다. 예를 들면, 플라스틱(plastics)은 유리보다 더 가벼우며, 그에 따라, 특히 공칭 렌즈 두께가 통상적으로 2.0 ~ 2.2 mm이기 때문에, 열가소성수지 렌즈가 장착된 안경은 착용감이 더욱 편안하다. 열가소성수지 렌즈의 수요증가에 대한 다른 요인으로서는, 이러한 렌즈는 내긁힘성 및 내마모성을 갖도록 제작될 수 있다는 점, 이러한 렌즈는 광범위한 멋진 색상을 가질 수 있다는 점, 및 이제는 이러한 렌즈가 더욱 자동화된 방식에 의하여 더욱 빠른 속도로 제작될 수 있을 정도로 그 제작기법이 발전되었다는 점 등이 있다.
열가소성수지 렌즈 중에서도, 예를 들면 개별주조(individual casting)되며과산화물로 경화되는 열경화성 알릴(allyl) 수지로 만들어진 렌즈에 비하여, 폴리카보네이트 열가소성수지의 사용이 매우 유망해지고 있다. 폴리카보네이트 열가소성수지 렌즈를 선호하게 된 요인으로서는, 주조-열경화성 수지보다 낮은 밀도 및 높은 굴절률 등이 있다. 그러므로, 1.5 ~ 2.0 mm 범위의 두께를 갖는 더 얇은 렌즈가 제작될 수 있다. 게다가, 과산화물로 경화되는 열경화성 알릴 수지와 동일한 공칭 두께를 갖는 폴리카보네이트 렌즈는, 더 낮은 밀도때문에 무게가 더 가벼우며, 그에 따라 훨씬 더 편안한 착용감을 발휘하게 된다. 더욱이, 폴리카보네이트 열가소성수지 렌즈는, 어떠한 다른 광학등급의 폴리머 재료보다도 훨씬 더 강한 내충격성 및 내파손성을 갖는다.
지금까지는, 열가소성수지 사출성형 렌즈는, 압축(compression)을 수반하거나 수반하지 않는 사출성형법에 의하여 제작되어왔다. 압축을 수반하지 않는 사출성형법에 있어서, 통상적으로, 성형 사이클(cycle)에 걸쳐서 고정된 표면을 갖는 몰드캐비티(mold cavity)가 사용된다. 그러한 성형 공정은 매우 긴 성형 주기, (사용되는 수지의 평균 가소화(plastication) 및 용융 온도보다 더 높은) 높은 몰드표면온도, 및 게이트 프리즈-오프 (gate freeze-off)가 완료될 때까지 유지되는 매우높은 패킹압력(packing pressures)이 뒤따르는 느린 제어충진속도(controlled fill rates)를 수반한다.
앞에서 설명된 형태의 고정된 몰드캐비티 공정은, 게이트 프리즈-오프 발생전의 재료의 이송과 최대 패킹압력을 허용하기 위하여, 통상적인 경우보다 더 큰 게이팅 및 런너 시스템 (gating and runner system)을 사용하는데, 게이트 프리즈-오프 발생시에는, 런너시스템 또는 가소화유닛(plasticating unit)과 몰드캐비티 사이에서 용융 폴리머가 더 이상 전달되지 않는다. 고정 캐비티 사출기에서의 게이트 프리즈-오프는 문제점을 발생시킨다. 즉, 전면 및 후면 곡률반경이 다른 배율렌즈(powered lenses)의 경우에 있어서, 처방 렌즈 (prescription lenses)는 다른 단면두께를 가져야 하는데, 이는 몰드캐비티에서의 부분형성(part formation) 및 냉각과정 동안에 불균일한 수축을 초래하여 불량한 렌즈 및/또는 뒤틀림(distortion)을 야기시킬 수 있다. 게다가, 상기 렌즈의 가장 두꺼운 부분에는 약간 꺼진 자국 또는 함몰(depression)이 발생하게 되고, 이는 렌즈 표면의 곡률반경의 균일성을 손상시킨다. 이러한 손상은, 함몰 부위에서 렌즈의 빛 굴절 특성에 있어서의 국부적인 수차(aberration) 또는 편향(deviation)을 발생시킨다.
그러므로, 상당한 주의를 기울여 사출된 폴리머 덩어리가 고정된 렌즈몰드캐비티의 표면, 윤곽 및 치수에 완벽하게 합치하는 것을 확인한다고 하더라도, 일단 게이트 프리즈-오프에 의하여 추가적인 패킹압력과 재료의 전달이 중지되면, 폴리머 용융물 내에서 차별적인 수축이 발생하기 시작하고, 그에 따라 폴리머의 표피는 몰드의 표면으로부터 떨어져 나오기 시작한다. 이러한 조기 이탈은, 더이상 긴밀한접촉에 의하여 성형되는 렌즈의 윤곽 및 표면이 정밀한 렌즈몰드의 표면 및 경화윤곽(cure contours)을 정확하게 복제하도록 할 수 없기 때문에, 렌즈의 품질에 악영향을 미친다. 또한, 고정 캐비티 성형 공정은 렌즈 중심부의 두께를 얇게 만드는 측면에서 제한된다. 약 2 mm 이하인 경우, 용융 플라스틱은 우선적으로 두꺼운 주변부로 흘러들어가기 때문에, 공극(voids) 및/또는 주름선(knit line)이 형성되고 이는 형성중인 렌즈의 중심부로 연장된다.
고정 캐비티 성형 공정과 관련된 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 압축성형법(compression molding)이 사용되어 왔다. 사출/압축 성형법은 (i) 클램프-엔드 사출/압축 (clamp-end injection/compression)과 (ii) 보조요소 사출/압축 (auxiliary component injection/compression)의 두 종류로 구분된다. 클램프-엔드 사출/압축법에 있어서, 용융 폴리머는, 몰드밑판(mold platens)과 몰드윗판(mold halves)을 예정된 위치로 이동시킴으로써 형성되는 몰드공간(mold space)으로 주입된다. 사출 중에 또는 후에, 용융 폴리머 덩어리는 소정 시간 동안 냉각되고, 사출성형기는 이동가능한 밑판의 폐쇄동작을 개시한다. 이러한 클램핑-업(clamping-up) 동작은, 용융 폴리머의 응고 중에 발생하는 수축을 보상한다. 이러한 클램프에 의한 압축력이 가해지는 상태에서, 몰드캐비티의 내용물은 계속 냉각되어 응고되고, 결국에는, 렌즈의 뒤틀림이 발생할 위험없이 성형품이 안전하게 배출될 수 있도록, 사출된 폴리머의 유리전이온도(glass-transition temperature) 또는 응고점(freezing point) 보다 충분히 낮은 온도에 도달한다. 그러나, 높은 클램프압력이라는 관점에서 보면, 중심부가 얇은 렌즈에 있어서 그 응고된 중심부는, 몰드의 나머지 부분이 용융 폴리머를 보유하고 있는 동안에 뭉개질 수도 있다.
그러나, 이 방법은 심각한 제약조건을 갖는다. 첫째, 시간 간격과 더불어 사출압력과 충진속도를 주의깊게 제어하는 것이 매우 중요하다. 예를 들면, 용융 폴리머가 바람직한 런너-몰드-캐비티 구조의 외부로 흘러나오는 것을 방지함으로써, 많은 비용이 소요되고 번거로운 성형품 다듬기 작업의 필요성을 제거하기 위해서는, 사출된 용융물이 표피를 형성하고 부분적으로 응고될 수 있도록 하여야 한다. 둘째, 만약 용융물이 지나친 정도로 응고되면, 최종 클램핑 압력에서의 압축은, 분할선(parting line)에서 짝을 이루는 플랫(plats)의 호빙(hobbing) 또는 변형을 야기시킬 수 있으며, 그에 따라 몰드세트(mold set)를 손상시킬 수 있다. 세째, 만약 압축이 너무 오래 지연되면, 최종 클램핑-업을 통하여 압축력이 가해지기 시작할 때는 이미 과다한 폴리머 응고가 발생되어 있을 것이고, 그에 따라 폴리머의 강제적인 재정렬 및 플라스틱의 냉간가공(cold working)이 발생할 것이며, 이는 다시 복굴절(birefringence) 및 바람직하지 않은 성형 응력(molded-in stress) 수준을 발생시키고, 국부적으로 비균일한 빛굴절특성을 발생시키게 된다.
보조요소 사출/압축법에 있어서, 압축 압력은, 몰드 그 자체내에 내장되거나 주변장치로서 몰드에 부착된 보조 스프링(springs), 실린더(cylinders) 등을 통하여, 서로 대향하는 렌즈 표면에 가해진다. 이러한 종류의 초기 열가소성수지 렌즈 성형법은 간단한 스프링이 장착된 이동형 렌즈 금형(dies)을 몰드세트 내에서 사용하였다. 미국특허 제2,443,826호(Johnson, et al., "Compressor Unit", 1948년 6월 22일)에 개시된 것과 같은 장치는, 가변체적 렌즈몰드캐비티를 형성하였지만, 저항하는 스프링 압력에 대항하여 이동형 금형 (movable dies)을 펼치기 위하여 높은 내부 폴리머 용융물 압력에 의존하였다. 응고되는 몰드 내용물에 충분히 큰 압축력을 가하기 위하여, 이러한 스프링의 힘을 크게 하였다. 그러나, 스프링의 힘이 클수록, 가변 캐비티 충진과정 동안 스프링을 압축하기 위하여 사용되어야 하는 사출 압력도 커져야 한다. 요구되는 사출 압력이 커질 수록, 성형중 응력과 광학적으로 불만족스러운 복굴절의 정도도 증가한다. 성형된 렌즈의 광학배율이 증가할 수록, 전면과 후면 곡면 사이의 비유사성이 증가하며, 그에 따라 단면 두께의 변화도 증가한다. 그러므로, 이 방법은 극소의 직경 변화와 극소의 두께 변화를 갖는 저배율 렌즈의 제작에 제한된다.
다른 보조요소 공정의 예로서는, 미국특허 제4,008,031호(Weber, "Apparatus for Injection Molding Lenses", 1977.2.15), 미국특허 제4,091,057호(Weber, "Method for Injection Molding Lenses", 1978.5.23) 등이 있다. 웨버(Weber)는, 적어도 하나의 이동형 숫금형(male die) 또는 암금형(female die)의, 사출 용융물 압력에 의하여 유도되는 후방편향(rearward deflection)에 의해 형성되는 가변체적 캐비티를 제시하였는데, 상기 후방편향 후에는 일정 시간 간격을 둔 다음 전방편향을 일으키게 되며, 이때, 상기 이동형 금형과 1 대 1 관계로 장착된 보조 유압 실린더의 구동력에 의한 압축이 수행된다. 유체 출입구가 구비되는데, 이를 통하여 잉여의 폴리머 용융물이 렌즈 캐비티로부터 압축력에 의하여 강제적으로 압출된다. 웨버 역시, 사출 충진의 완료와 압축력의 개시 사이에 경과되는 소정의 설정 시간 양에 의존한다. 그러므로, 이 방법 역시, 앞에서 논의된 바와 같이 조기 압축 또는과도하게 지연된 압축에 의해 야기되는 결함을 갖는다. 게다가, 이 방법으로 제작된 렌즈는 일정하지 않은 두께를 가질 수도 있다.
또 다른 보조요소 공정의 예로서는, 미국특허 제4,364,878호(Laliberte, "Method for Molding Ophthalmic Lenses", 1982.12.21)가 있다. 이 공정은 보조 유압 실린더에 연결된 이동형 금형을 포함한다. 클램프 압력 하에 몰드가 폐쇄된 후에, 짝을 이루는 금형 부품은 폴리머의 주입에 의하여 벌어진다. 이때, 완전히 압축된 몰드-캐비티 시스템을 충진하기에 적절한 일정량의 폴리머가 주입된다. 이 공정은 공칭 렌즈 두께의 개선된 제어를 가능하게 하며, 그에 따라 재료의 낭비와 트리밍(trimming) 작업을 제거할 수 있다. 그러나, 랄리베르트(Laliberte)는, 소비자가 요구하는 두께보다 상당히 큰 수치인 공칭 3 mm의 중심부 두께와 관련된 렌즈 두께 제어만을 개시하였다.
앞에서 설명된 사출/압축 성형법의 또 다른 주된 결점은, 상기 방법은 Rx렌즈, 특히 약 1 mm이하의 중심부 두께를 가지며 중심부 두께보다 더 큰 주변부 두께를 갖는 마이너스(minus) 열가소성수지 렌즈의 제작에는 부적합하다는 것이다. 그 이유는, 마이너스 렌즈의 더 얇은 중심부에 사출된 열가소성수지 용융물은, 더 두꺼운 주변부의 용융물의 응고에 앞서 응고되기 때문이다. 결과적으로, 이러한 응고 시점에서 몰드하프들 (몰드하프 렌즈 삽입물)에 의해 발생된 압축 압력은 응고된 중심부에만 집중되며, 이에 의하여 렌즈의 중심부는 뭉개지거나 또는 뒤틀리게 된다. 그러한 응고된 중심부의 뭉개짐 또는 뒤틀림은, 중심 두께가 약 1 mm 이하이고 용융된 주변부 두께가 상당히 더 큰 경우에 특히 문제가 되며, 이는 압축력의 전부가, 중심부의 직경이 작으며 얇은 기둥 형태의 응고된 재료에 집중되기 때문이다. 또한, 상기 압축력은 응고된 재료의 압축강도를 초과한다. 그러나, 명백하게 알 수 있는 바와 같이, 약 1 mm보다 큰 (예를 들면, 1.5 mm) 중심 두께를 갖는 종래의 마이너스 렌즈에 비하여 무게가 훨씬 더 감소되기 때문에, 약 1 mm이하의 두께를 갖는 중심부가 얇은 마이너스 렌즈가 특히 바람직하다.
사출/압축 성형법을 중심이 얇은 마이너스 렌즈의 제작에 적용하는 것이 불가능하다는 점을 고려하여, 그러한 렌즈는 두꺼운 렌즈를 마찰(abrading)시키고 연마(polishing)함으로써 제작되어 왔다. 그러한 제작법은, 렌즈의 곡면을 발생시키고, 정밀하게 다듬으며 연마하는 기계와 같은 마찰 및 연마 요소를 사용하는데, 그러한 기계는 불가피하게 렌즈 표면에 마찰/연마 잔류물 및/또는 공칭 표면 아래로 오목한 다듬은 자국 (negative fining marks)을 남긴다.
고곡률 렌즈 (steeply curved lenses)
본 출원인은, 배율이 없는 렌즈, 선글라스 렌즈 및 처방용 플러스 또는 마이너스 렌즈를 포함하는, 여러가지 종류의 고곡률 렌즈의 개발 및 제작에 참여해 왔다. 그러한 렌즈는 그 사용가능한 표면의 전체 또는 상당부분에 있어서 종래의 오스왈트 렌즈 (Ostwalt lenses)보다 더 높은 곡률을 갖는다. 고곡률 렌즈는, 눈의 보호와 향상된 시야를 포함하여 많은 이점을 제공할 가능성이 크다. 그러한 렌즈는 미용 용으로 바람직한 안경류(eyewear)에도 사용될 수도 있다.
여러가지 종류의, 곡률이 높으며 시야가 넓은 구면 렌즈가 앞에서 언급한 미국특허출원 제09/223,006호에 공개되어 있다. 다른 종류의 고곡률 렌즈가 국제출원PCT/AU99/00430호 (Morris et al., 국제공개번호 WO 99/63392)에 공개되어 있으며, 그 내용은 그 전체로서 원용되어 본출원에 포함된다. 다른 무엇보다도, 이러한 출원들은, 그 전체 또는 일부가 가파른 기초 곡률을 갖는, 새로운 안과용 렌즈를 개시하고 있다. 예를 들면, 미국출원 제09/223,006호는 곡률반경이 약 35 mm 미만인, 적어도 하나의 구면을 갖는 안과용 배율 렌즈를 개시하고 있다. 또 다른 예로서, 국제출원 PCT/AU99/00430호는, "사발(bowls)" 및 "달걀형태(ovaliforms)"를 포함하는, 여러가지 렌즈 형태를 개시하고 있으며, 그들의 적어도 일부는 가파른 곡률을 가지고 있다. 그러한 렌즈는 큰 사기탈(sagittal) 또는 공동(hollow) 깊이를 특징으로 한다.
본 발명의 출원인은 성형 공정을 이용한 고곡률 렌즈의 제작 방법을 조사하였다. 비록 몇가지 이용가능한 렌즈가 만들어졌지만, 종래의 성형 공정을 이용하여 그러한 렌즈를 제작함에 있어서, 이러한 렌즈의 설계에서 마주치게되는 가파른 곡면, 큰 사기탈 깊이 및 얇은 영역때문에, 많은 어려움을 겪었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 고곡률 및/또는 얇은 중심부를 갖는 렌즈를 효과적으로 그리고 경제적으로 성형하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 종래의 성형 공정에 의하여 발생되는 표면 결함 또는 내부 결함이 없는, 고곡률 및/또는 얇은 중심부를 갖는 렌즈를 제공하는 데 있다.
본 발명의 이러한 목적과 다른 목적 및 특징은 본 명세서의 기재사항과 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 열가소성수지 렌즈(lenses)의 제작을 위한 새로운 성형 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 고곡률을 갖는 안과용 렌즈 및 얇은 중앙부를 갖는 안과용 렌즈의 제작에 적용가능한 성형 방법 (molding method)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 방법으로 제작된 렌즈에 관한 것이다.
이하에서는, 첨부된 도면에 도시된 바람직한 구현예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하며, 이때 동일한 구성요소는 동일한 참조번호로 표시된다.
도 1은 본 발명의 방법을 설명하는 공정도이다.
도 2는 시작 위치에 있는 몰드의 개략적인 측면도이다.
도 3은 충진 위치에 있는 도 2의 몰드의 개략적인 측면도이다.
도 4는 충진 중에 있는 도 2의 몰드의 개략적인 측면도이다.
도 5는 압축 중에 있는 도 2의 몰드의 개략적인 측면도이다.
도 6은 최종 냉각 위치에 있는 도 2의 몰드의 개략적인 측면도이다.
도 7a~도 7c는 고곡률 안과용 렌즈의 여러가지 예에 대한 단면도이다.
도 8은 고곡률 배율 렌즈의 단면과, 같은 배율의 저곡률 렌즈의 단면을 비교하는 도면이다.
도 9a~도 9c, 도 10, 도 11은 고곡률 렌즈 요소의 기하학적 형상의 여러가지 태양을 설명하는 도표이다.
도 12는 고곡률 및 얇은 중심부를 갖는 렌즈 요소의 제작에 사용될 수 있는 몰드의 측단면도이다.
도 13은, 도 12의 몰드와 본 발명의 성형방법으로 제작될 수 있는 광시야각 구면 네가티브 렌즈 블랭크의 측단면도이다.
도 14a, 도 14b, 도 15a, 도 15b는 주름선과 경계표시의 형성과 제거를 설명하는 도면이다.
본 발명은, 고곡률 및/또는 얇은 중심부를 갖는 열가소성수지 렌즈를 제작하기 위한 새로운 성형 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 특히, 두께가 약 2 mm 미만인 중심부를 갖는 렌즈의 제작에 적합하다. 본 발명의 방법은, 가장 얇은 부분에서, 주름선(knit line), 경계표시(witness marks) 또는 과도한 응력(stress)이 없는 열가소성수지 렌즈를 제작할 수 있다.
바람직한 구현예에 있어서, 본 발명은 얇은 중심부를 갖는 고곡률 렌즈의 제작을 위한 성형 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 몰드캐비티를 과충진(overfilling)한 후, 열가소성수지 용융물이 응고되기 전에 렌즈몰드부(lens mold section)를 압축하는 단계를 포함한다. 이어서, 몰드하프들(mold halves)의 위치를 유지한 채, 몰드 내의 열가소성수지 용융물이 응고되는 동안에 발생하는 수축을 보상하기 위하여 열가소성수지 용융물에 걸리는 압력을 증가시킨다. 이어서, 몰드를 냉각시키면 새로운 특성을 갖는 렌즈 요소가 형성된다.
본 발명의 방법은, 제작과정 중에 몰드에 의한 얇은 렌즈의 뭉개짐이 방지되는 성형 공정이 사용된다는 점에서 특히 유리하다. 본 발명의 방법은 또한, 그러한 렌즈에 주름선(knit line)과 경계표시(witness marks)가 형성되는 것을 방지할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 방법의 일태양에 있어서, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 열가소성수지 렌즈 제작 방법을 제공한다:
(a) 이동부(movable sections)를 포함하는 몰드를 제공하는 단계로서, 상기 이동부는, 닫혔을 때, 열가소성수지 렌즈 요소의 형상을 이루는 몰드캐비티(mold cavity)를 한정하며, 상기 열가소성수지 렌즈 요소의 적어도 일부의 표면은, 약 35 mm 미만의 곡률반경에 의하여 특징지어진 국부(local region)에서, 최대 이론곡률(principle curvature)을 가지는 단계;
(b) 적어도 렌즈 요소를 형성하기에 충분한 양의 용융된 열가소성수지 재료를 몰드캐비티 안으로 도입하는 단계;
(c) 형성될 렌즈 요소의 가장 얇은 지점에서 열가소성수지 재료가 응고되기 전에, 상기 몰드부(mold sections)의 적어도 하나를 미리 결정된 하드스톱포인트 (hard stop point)로 이동시키고, 상기 적어도 하나의 몰드하프(mold half)를 상기 하드스톱포인트에서 정지시키는 단계;
(d) 몰드 내의 일정한 체적을 유지하기 위하여, 몰드캐비티 내의 압력을 제어하면서, 상기 하드스톱포인트에 정지된 상태로 상기 몰드하프(mold halves)를 유지하는 단계; 및
(e) 열가소성수지 재료를 응고시켜서 고곡률 열가소성수지 안과용 렌즈 요소를 형성하는 단계.
일 구현예에서, 몰드캐비티 내의 몰드 압력은, 몰드 내로 용융 열가소성수지를 추가적으로 주입함으로써 증가된다. 다른 구현예에서, 이러한 캐비티 내부압력의 증가는, 인젝터(injector)에 의하여, 또는 하나 이상의 스크류(screws), 2차 피스톤 (secondary pistons), 핀(pins), 또는 기타 메카니즘(mechanisms)의 사용에의하여 달성된다.
본 발명의 방법의 두번째 태양에 있어서, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 열가소성수지 렌즈 요소 제작 방법을 제공한다:
(a) 소정 위치로 이동되었을 때, 성형될 고곡률 렌즈 요소의 형상으로 몰드캐비티를 한정하는 이동부(movable sections)를 구비한 몰드를 제공하는 단계;
(b) 성형될 고곡률 렌즈의 체적을 초과하는 부피의 용융 열가소성수지 재료를 몰드 안으로 도입하는 단계;
(c) 성형될 렌즈의 가장 얇은 지점의 열가소성수지 재료가 유리전이온도 아래로 냉각되기 전에, 몰드부(mold sections)를, 성형될 고곡률 렌즈 요소의 체적과 거의 같은 체적의 캐비티를 한정하는 위치로, 서로에 대하여 상대적으로 이동시키는 단계; 및
(d) 몰드 내의 열가소성수지 재료가 성형될 고곡률 렌즈 요소로 응고될 때까지, 몰드 내의 열가소성수지 재료에 유압(hydraulic pressure)을 가하면서, 상기 위치에서 몰드부를 유지하는 단계.
본 발명은 또한, 사출성형된 고곡률 렌즈 요소를 제공한다. 본 발명의 사출성형된 고곡률 렌즈 요소의 광학표면의 적어도 일부는 약 35 mm 미만의 곡률반경을 가지며, 본 발명의 렌즈 요소는 그 중심부에 주름선 또는 경계표시가 없는 상태로 성형된다. 바람직한 구현예에서, 본 발명의 렌즈 요소는, 큰 사기탈 또는 공동 깊이를 갖는 모서리가공렌즈(edged lens)의 제작에 적합한 렌즈 블랭크(lens blank)이다. 상기 렌즈 블랭크는, 곡률반경이 약 35 mm 미만인 적어도 하나의 구면을 갖는 반구형태(semispheric)일 수도 있다.
음(negative)의 배율을 갖는 렌즈의 경우에, 상기 렌즈 요소는, 2 mm 미만의 최소 두께를 갖는 얇은 중심부를 가질 수 있다. 상기 렌즈 요소는, 2 mm 이하의 차이를 보이는 반지름을 갖는 두개의 동심구(concentric spheres)에 의하여 한정되는 구면 쉘 (spherical shell)내에 놓이는 적어도 하나의 광학표면을 가질 수 있는데, 이때, 상기 두개의 동심구 중 작은 구의 반지름은 길이가 50 mm 이하이며, 모서리가공렌즈 상의 적어도 두개의 점 O 및 Q는, 상기 쉘의 중심 P에 대하여 80°보다 큰 OPQ 각을 이룬다.
미국출원 제09/223,006호의 설계를 이용하여, 본 발명의 방법은, 예를 들면, 바람직한 구현예에서 16.0 D ±약 0.5 D의 기초곡선(base curve)을 가지며, 렌즈의 중심으로부터 적어도 약 40°에 걸치는 안구회전(eye rotation)에 대해 비교적 낮은 RMS 배율 오차 (RMS power error)를 보이는 렌즈 요소를 성형하는 데 이용될 수도 있다. 그러한 렌즈는, 처방 배율로부터 0.5 D 이하로 변하는, 렌즈의 관자놀이쪽 모서리부터 코쪽 모서리까지의 관통배율(through power)을 갖는 모서리가공렌즈의 형태로 제작될 수 있다.
이상의 설명은, 본 발명의 일부 태양의 간편한 요약으로서 제공되었다. 그러나, 보호받고자 하는 본 발명은 청구항과 그 균등영역에 의하여 한정된다.
앞에서 언급한 바와 같이, 본 발명은 고곡률 열가소성수지 렌즈의 제작을 위한 새로운 성형 방법에 관한 것이며, 또한 새로운 얇은 열가소성수지 렌즈에 관한것이다. 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기에 앞서, 다음과 같이 용어를 정의한다.
용어의 정의
본 명세서에서 사용되는 다음의 용어는 다음과 같은 의미를 갖는다.
"용융 열가소성 폴리머 (molten thermoplastic polymer)" 또는 "용융물(melt)"은, 폴리머가 흐를수 있도록 하는, 연화된 물리적 상태 (softened physical state)의 비정질 또는 결정질 열가소성 폴리머를 의미한다. 바람직하게는, 용융 열가소성 재료는, 유리전이온도(glass transition temperature : Tg) 또는 용융점(melting temperature : Tm) 위로 가열되었을 때, 압력이 걸리면 흐른다.
"응고시킨다(freeze)" 또는 "응고(freezing)"는 열가소성 폴리머가 더 이상 흐르지 않는 온도까지 용융 열가소성 폴리머를 냉각하는 것을 의미한다.
"흐른다(flows)" 또는 "흐를 수 있는 (flowable)"은, ASTM D 1238 시험법에 의하여 측정되었을 때 적어도 3 mfi(melt flow index)의 유속으로 흐를 수 있는 용융 열가소성 폴리머의 능력을 의미한다. ASTM D 1238 시험법은 압출가소도계(extrusion plastometer)에 의하여 유속 또는 용융인덱스(melt index)를 측정한다.
"열가소성수지(thermoplastic)"는 가열되었을 때는 가역적으로 연화 또는 용융되고 냉각되었을 때는 경화될 수 있는 폴리머를 의미한다. 적절한 열가소성수지 재료는 당해 기술분야에서 잘 알려져 있으며, 그 예로서는 폴리카보네이트계, 폴리에틸렌 테레프탈레이트계 (PET), 폴리아크릴계, 폴리스티렌계, 폴리우레탄계, 폴리티올렌계, 및 기타 고굴절률(high index) 재료가 있다. 바람직한 열가소성수지 재료는 폴리카보네이트이다.
"정지위치(stationary position)"는, 몰드부 또는 몰드하프가 공간에서 실질적으로 고정되어 있으며 각 몰드하프가 약 ±0.05 mm를 초과하여 움직이지 않는 몰드의 위치를 가리킨다. 몰드하프가 정지위치에 있을 때 이동이 전혀 없는 것이 더욱 바람직하다. 몰드하프의 정지위치를 유지하기 위하여 힘이 필요할 수도 있지만, 몰드하프를 더욱 근접시킬 수 있는 추가적인 힘은 가해지지 않는다.
성형 방법 (molding methods)
본 발명의 방법은, 열가소성수지 렌즈의 제작을 위한 성형 공정에 관한 것이다. 이러한 방법은, 숫몰드하프(male mold half)와 암몰드하프(female mold half)를 포함하는 종래의 몰드를 사용할 수도 있으며, 이때 상기 몰드하프들은, 닫혔을 때, 몰드캐비티를 렌즈의 형상으로 한정한다. 어떠한 종래의 몰드도 사용될 수 있으며 당해 기술분야에서 잘 알려져 있다. 본 발명은 또한, 이하에서 설명되는 고곡률 렌즈 요소용 몰드의 사용을 포함한다.
본 발명의 방법에 따르면, 렌즈의 얇은 부분이 뭉개지거나 뒤틀리지 않은 채, 가장 얇은 부분의 두께가 약 2 mm 이하인 얇은 열가소성수지 렌즈를 제작할 수 있다. 이러한 얇은 렌즈는, 열가소성수지의 주입 후에 몰드하프들을 고정시키고, 냉각 중의 열가소성수지의 수축을 보상하기 위한 팽창 압력을 가함으로써 얻을 수 있다.
본 발명의 방법에 있어서, 몰드캐비티는 숫몰드하프와 암몰드하프를 닫음으로써 형성된다. 초기에, 몰드는, 몰드하프들 사이의 거리가 최종적으로 원하는 렌즈의 두께 보다 큰 위치로 닫힌다. 확대된 몰드캐비티를 정밀하게 한정하기 위하여, 몰드하프 폐쇄 공정은 몰드하프의 적어도 하나의 또는 둘 다의 이동을 수반할 수도 있다. 그런 다음, 용융 열가소성수지 재료가, 바람직하게는 Tg위로 가열되어, 몰드캐비티 안으로 주입된다. 바람직한 구현예에서, 열가소성수지를 몰드로 전달하기 위한 인젝터 (injector)는, 사출 공정 동안에 열가소성수지 재료가 용융상태로 확실히 유지되도록 하기 위하여, 짧고/뜨거운 런너(runner)를 사용한다. 다른 바람직한 구현예에서, 열가소성수지 재료는, 가열된 사출구(injection port)를 통하여 전달될 수도 있고, 또는 더 나아가서, 짧고/뜨거운 런너와 가열된 사출구의 조합이 사용될 수도 있다.
또 다른 바람직한 구현예에서, 폴리머 용융물의 조기 응고를 확실히 방지하기 위하여 사출 공정 동안에 몰드하프는, 바람직하게는 열가소성수지 재료의 Tg위로 가열된다. 더욱 바람직하게는, 예를 들면 폴리카보네이트의 경우에, 몰드하프는 약 275 ℉ 를 상회하는 온도까지, 더더욱 바람직하게는 약 290 ℉ 내지 약 340 ℉ 의 온도까지 가열된다. 다른 열가소성수지 재료는, 자신의 고유 Tg특성에 알맞은, 다른 바람직한 또는 최적의 작업 온도를 가질 것이다.
그리고 나서, 적어도 렌즈를 형성하기에 충분한 양의 용융 열가소성수지 재료가 몰드캐비티에 투입된다. 어떤 경우에는, 캐비티가 완전하게 충진되도록 하기 위하여, 약간 과잉의 용융 재료가 투입될 수도 있다. 그러한 사용 재료의 구체적인양은 형성될 렌즈의 치수에 상응하며, 이는 당업자에 의하여 용이하게 결정될 수 있다는 것은 명백하다.
이어서, 숫몰드하프 및 암몰드하프 중의 적어도 하나를 다른 몰드하프를 향하여 이동시켜서, 몰드캐비티 내의 열가소성수지 재료를 압축하여 수축 압력을 발생시키며, 이 동안에 그 안에 있는 폴리머는 용융 상태로 유지시킨다. 몰드하프의 폐쇄는, 몰드하프 사이의 하드스톱포인트에 도달할 때까지 계속된다. 이러한 하드스톱포인트에서 숫몰드하프와 암몰드하프 사이의 거리는, 완성되는 마이너스 Rx렌즈의 원하는 중심두께와 일치할 수도 있는데, 상기 중심두께는 약 2 mm 이하, 바람직하게는 약 1.5 mm 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.7 mm 내지 1.5 mm, 더더욱 바람직하게는 약 0.8 mm 내지 1.3 mm 이다. 적층(lamination)에 사용되는 렌즈 웨이퍼 (lens wafers)의 경우에는, 상기 치수는 훨씬 더 얇을 수 있으며, 마이너스 렌즈의 가장 바람직한 상기 두께는 0.5 mm 와 1.0 mm 사이이다. 이러한 하드스톱포인트에 도달하였을 때, 다시 압축 중에, 몰드캐비티 내의 열가소성수지 재료는, 형성될 렌즈의 가장 얇은 지점의 재료를 포함하여, 용융상태로 유지된다.
하드스톱포인트에서, 몰드하프는 정지위치에서 유지되며, 이 동안에, 응고 중에 발생하는 몰드캐비티 내의 열가소성수지의 수축을 보상하고 그에 따라 몰드에 대한 열가소성수지 재료의 부합성(conformity)을 유지하기 위하여, 몰드캐비티 내의 압력을 제어한다. 몰드캐비티 압력은, 바람직하게는 팽창 압력에 의하여 달성되는 캐비티 압력의 증가를 통하여 제어된다. 바람직한 일 구현예에서, 팽창 압력은, 필요에 따라, 추가의 용융 열가소성수지 재료를 몰드캐비티 내로 사출하는 하나 이상의 인젝터의 사용에 의하여, 캐비티 내에 형성된다. 추가로 사출되는 열가소성수지 재료가 용융상태로 확실히 유지되도록 하기 위하여, 앞에서와 같이, 인젝터 및/또는 사출구를 선택적으로 가열할 수 있다. 응고가 완료되거나 또는 실질적으로 완료될 때까지, 팽창 압력을 가하는 것이 바람직하다.
다른 바람직한 구현예에서, 팽창 압력은, 하나 이상의 스크류, 2차 피스톤, 핀, 유연한 압축 링(ring), 벨로우즈(bellows) 등의 사용에 의하여, 몰드캐비티 내에 형성된다. 이러한 스크류, 핀, 또는 피스톤은, 수축을 보상하기 위하여 응고 중인 열가소성수지 재료에 힘을 가한다. 그 힘을 몰드캐비티의 측면으로부터 안쪽으로 가하거나, 또는 몰드의 개방 및 폐쇄 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 가하는 것이 바람직하다.
일단 그러한 팽창력이 몰드캐비티 내에 구축되면, 열가소성수지 재료를 냉각하여 응고시킴으로써, 적절한 렌즈가 형성된다. 바람직한 일 구현예에서, 열가소성수지 재료의 냉각 및 이어지는 응고는 몰드의 냉각에 의하여 달성된다. 앞에서 논의된 바와 같이, 제작 공정 중의 하드스톱포인트에서의 팽창력의 사용은, 제일 먼저 응고되는 렌즈의 가장 얇은 지점에서의 뭉개짐을 방지한다.
도 1은, 본 발명의 일 구현예에 따른 방법을 설명하는 공정도이다. 도 2~도 6은, 하나의 예시적인 몰드 시스템으로 수행되는 본 발명에 따른 방법의 단계들을 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따라 열가소성수지 렌즈를 형성하는 공정은, 앞서 형성된 렌즈를 꺼내기 위하여 몰드하프는 개방위치에 있고, 인젝터는 열가소성수지재료로 충진되어 있는 상태인 단계 "100"에서 시작한다. 단계 "200"에서, 몰드는, 몰드하프가 최종적으로 형성될 렌즈의 크기보다 큰 간격에 의하여 분리되어 있게 되는 소정의 위치로 폐쇄된다. 몰드의 폐쇄 중에 또는 후에, 몰드는 예열단계 "300"에서 가열되는 것이 바람직하다. 몰드를 예열하는 것과 더불어 또는 이를 대신하여, 인젝터가 가열될 수도 있다. 단계 "400"에서 예열 중에 또는 후에, 열가소성수지 재료의 사출을 위해 인젝터가 몰드의 충진구(fill port)와 접촉하도록 하기 위하여, 열가소성수지 재료 인젝터를 전방으로 이동시킨다. 이와 달리, 인젝터는, 가열되기 전에, 몰드캐비티 내로 결합될 수도 있으며, 이 경우에는, 단계 "300"과 "400"은 순서가 뒤바뀔 수 있다. 단계 "500"에서, 열가소성수지 재료는 고압으로 사출된다. 열가소성수지 재료의 사출에 이어서, 단계 "600"에서는, 최종 제품의 두께까지 몰드하프가 서로를 향하여 이동하는, 성형품의 프레스(press) 또는 압인공정(coining)을 수행하며, 이때 사출된 재료의 일부는 인젝터 배럴(barrel) 내로 다시 밀려나올 수도 있다. 단계 "700"에서, 팽창 압력이 몰드 내의 열가소성수지 재료에 가해진다. 앞에서 설명된 바와 같이, 이러한 팽창 압력은 여러가지 방식으로 가해질 수 있다. 예를 들면, 팽창 압력은, 냉각 중에 추가의 열가소성수지 재료의 사출에 의하여 가해질 수 있다. 마지막으로 단계 "800"에서, 성형품의 최종 냉각, 몰드의 개방, 및 성형품의 꺼내기가 수행된다. 일단 성형품이 꺼내어 지면, 또 다른 성형품의 형성을 위하여, 공정은 단계 "100"으로 되돌아 간다.
도 2는, 몰드하프가 개방 위치에 있는 상태인 시작 위치의 몰드(10)을 설명한다. 몰드(10)는, 볼스터 플레이트 (bolster plate)(14)에 고정되어 있는 상부 몰드캐비티 하프(12)를 포함한다. 상부 몰드캐비티 하프(12)는 상부 몰드 부재(16)를 갖고 있으며, 상부 몰드 부재(member)(16) 역시 볼스터 플레이트(14)에 고정되어 있다. 이와 달리, 상부 몰드 부재(16)는 상부 몰드캐비티 하프(12) 내에서 이동가능할 수도 있다. 몰드(10)는 또한, 이동형 하부 몰드 부재(20)를 갖는 하부 몰드캐비티 하프(18)를 포함한다. 하부 몰드캐비티 하프(18)는 복수의 연결봉(connecting rods)(22)에 의하여 유압실린더(24)에 연결되며, 유압실린더(24)는 상부 몰드캐비티 하프(12) 위에 배치되어 있다. 연결봉(22)은 상부 몰드캐비티 하프(12)를 통하여 연장되어서, 하부 몰드캐비티 하프(18)를 상부 몰드캐비티 하프에 대하여 이동시킨다. 하부 몰드 부재(20)는, 하부 몰드 부재 아래에 배치되어 있는 제2 유압실린더(26)에 의하여, 하부 몰드캐비티 하프(18) 내에서 이동가능하다. 도 2에 도시된 시작 위치에 있어서, 앞서 형성된 성형품(30)이 몰드(10)로부터 꺼내어질 수 있도록, 하부 몰드캐비티 하프(18)와 하부 몰드 부재(20)는 하강되어 있다.
몰드(10)는 또한, 몰드캐비티 내로의 주입을 위한 열가소성수지 재료(42)를 준비하기 위하여 열가소성수지 펠렛(pellet)을 용융시키는 데 사용되는 배럴(40)을 갖는 인젝션유닛 또는 인젝터(32)를 구비하고 있다. 상부 몰드 부재(16)와 하부 몰드 부재(20)는, 몰드 부재의 채널(channels)을 통하여 가열된 유체를 통과시키는 것에 의하여, 가열되는 것이 바람직하다. 다른 바람직한 구현예에서는, 가열 유체 채널을 선택적으로 포함하는 몰드 인서트 (mold inserts)에 열적으로 결합된 전기 카트리지히터 (electric cartridge heater)에 의하여 전열(electric heat)이 발생될 수 있다. 몰드 부재(16,20)의 가열은 열가소성수지 재료(42)의 냉각이 시작되기전에 상기 재료가 완전히 사출될 수 있도록 한다.
도 3은, 열가소성수지 재료(42)로 몰드캐비티를 충진하는 것에 대비하여 폐쇄 위치에 있는 몰드(10)를 설명한다. 도 3에 나타난 바와 같이, 하부 몰드캐비티 하프(18)와 하부 몰드 부재(20)는, 상부 유압실린더(24)에 의하여 폐쇄 위치로 이동한다. 상부 몰드캐비티 하프(12)에 대한 하부 몰드캐비티 하프(18)의 폐쇄에 의하여, 몰드의 구분선(parting line)(46)이 폐쇄된다. 도 3에 도시된 위치에 있어서, 상부 몰드 부재(16)와 하부 몰드 부재(20) 사이의 거리는, 최종적으로 원하는 성형품의 두께 보다 크다. 바람직하게는, 몰드하프 사이의 거리는 최종 성형품 두께 보다 약 1 내지 5 mm 더 크다. 도 3은 또한, 몰드의 충진에 대비하여 몰드캐비티(44)의 충진구(fill port)(34)에 바싹 붙여지도록 이동된 인젝터(32)를 도시하고 있다. 이때, 몰드는 도 3에 도시된 준비 위치에 있으며, 열가소성수지 재료(42)가 사출 공정 동안 용융상태로 확실히 유지되도록 하기 위하여, 몰드 및/또는 인젝터유닛(32)은 예열되어 있다.
도 4는, 몰드캐비티(44) 내로의 용융 열가소성수지 재료(42)의 사출 중에 있는 몰드(10)를 도시한다. 사출 중에, 상부 몰드 부재(16)와 하부 몰드 부재(20) 사이의 간격은, 최종 성형품 두께 보다 큰 거리에서 유지되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 몰드캐비티 충진 또는 사출 단계 동안에 몰드하프는 정지상태로 유지된다. 인젝터(32)는, 배럴(40) 내의 스크류(48)를 전진시킴으로써 작동될 수 있다. 몰드캐비티 충진은, 10,000 psi 내지 20,000 psi와 같은 높은 압력 F1에서 수행된다.
도 5는, 용융 열가소성수지 재료(42)가 몰드캐비티(44) 안으로 도입된 후에 몰드하프 (16, 20)가 서로를 향하여 이동한 상태인, 파트-프레스(part-press) 단계를 나타낸다. 도 2~도 6에 도시된 몰드에 있어서, 프레스 공정은, 하부 유압실린더(26)를 작동시켜서 하부 몰드 부재(20)를 상부 몰드 부재(16) 쪽으로 이동시킴으로써 수행된다. 이 공정은, 두 몰드하프가 최종위치에 있고 상부 몰드 부재(16)와 하부 몰드 부재(20) 사이의 거리가 최종 렌즈의 원하는 두께와 실질적으로 같게 될 때에 완료된다. 도 5에 도시된 몰드에 있어서, 프레스 공정의 끝 또는 바닥점(bottom out point)은, 하부 유압실린더(26)의 행정(stroke)을 물리적으로 제한함으로써 결정된다. 바람직하게는, 프레스 공정 동안에, 추가의 열가소성수지 재료(42)가 더이상 사출되지 않도록 하기 위하여, 인젝터(32)는 선택적으로 정지된다. 다른 선택가능한 구현예에서, 열가소성수지 재료(42)의 일부는 인젝터(32) 안으로 밀려나올 수도 있다. 일단 프레스 공정이 완료되면, 몰드하프 (16, 20)은 정지상태로 유지된다. 이 공정 후에, 성형품의 냉각을 위하여 냉각공기가 몰드 안으로 주입되기 시작한다. 냉각공기는 상부 및 하부 몰드캐비티 하프 (12, 18)에 있는 채널(36)을 통하여 주입된다. 비록 냉각공기 또는 다른 유체를 사용한 냉각이 바람직하기는 하지만, 자연대류에 의한 냉각도 이용될 수 있다.
몰드(10)의 최종 정지 및 냉각 위치가 도 6에 도시되어 있다. 이 위치에서, 냉각 중의 성형품의 수축을 보상하기 위하여, 팽창 압력이 몰드캐비티(44) 내의 열가소성수지 재료(42)에 가해진다. 도 2~도 6에 도시된 구현예에서, 성형품이 응고될 때, 인젝터(32)를 사용하여 낮은 사출력으로 추가의 열가소성수지 재료(42)를사출함으로써 팽창 압력이 가해진다. 팽창 압력을 인가하는 동안에, 상부 몰드 부재(16)와 하부 몰드 부재(20)는 정지상태로 유지된다. 팽창 압력을 인가하는 동안의 인젝터(32)의 사출 압력은, 약 3000 psi 내지 7000 psi 와 같은, 낮은 압력인 것이 바람직하다. 소정의 냉각 시간이 경과한 후에, 인젝터(32)를 정지시킴으로써 팽창 압력의 인가가 정지되며, 최종 냉각이 수행되고, 성형품을 꺼내기 위하여 몰드는 개방된다.
고곡률 안과용 렌즈를 포함하는 성형된 렌즈
일반적으로, 본 발명은, 처방용 안경, 선글라스, 보안경류 등과 같은 안경류에 사용되는 안과용 렌즈 요소에 관한 것이다. 본 발명에 있어서, 안과용 렌즈 요소는, 완성된 또는 모서리가공된 안과용 렌즈, 반가공렌즈, 렌즈 블랭크 또는 이들을 위한 몰드를 포함할 수 있다. 또한, 적층렌즈 또는 적층렌즈 블랭크를 형성하기 위한 웨이퍼도 포함된다.
앞에서 설명한 성형 방법의 중요한 적용은 고곡률 안과용 렌즈를 제작하는 것이다. 도 7a~도 7c는 고곡률 렌즈의 몇가지 예의 단면도를 제공한다. 도 7a의 렌즈(101)는 국제출원 PCT/AU99/00430호에 더욱 상세하게 설명되어 있다. 그 국제출원서에 설명된 바와 같이 상기 렌즈는 광축(optical axis) O-O를 가지고 있다. 상기 렌즈의 전, 후 광학표면의 곡률은 렌즈의 각 지점마다 다르다. 상기 렌즈의 적어도 일부분은, 전통적인 오스왈트 섹션 렌즈 (Ostwalt section lenses)와 비교할 때 비교적 가파르거나 급격한 곡률에 의하여 특징지어질 수 있다. 그러한 영역이 도 7a의 "A"로 나타나 있다. 적어도 이러한 영역에서는, 상기 렌즈의 광학표면은,약 35 mm 미만의 반지름 평면 P에서의 곡률반경 R을 갖는 것으로 묘사될 수 있다. 이는, 영역 "A"에서 곡률반경이 일정하다는 것을 의미하는 것은 아니다. 오히려, 상기 실시예는 단지 광학표면의 곡률의 일반적인 가파름의 예시로서 제공된다.
도 7b와 도 7c는, 고곡률 렌즈의 단면에 대한 다른 실시예를 제공한다. 이러한 일반적인 종류의 렌즈는 때때로, 사발(bowls) 또는 달걀면(ovaloids) 형태로서 지칭된다. 물론, 모서리가공을 거치면, 사발은, 원하는 안경 테 또는 밑받침(mountings)에 맞추어진 비원형테두리(non-circular rim)를 가질 수도 있다.
도 7b의 구면 사발(102)은 모서리(edge) 또는 테두리(rim) (103)을 갖는다. 물론, 앞에서 언급한 미국출원 제09/223,006호에 개시된 렌즈는, 도 7b에 나타나 있는 일반적인 형상을 가질 수도 있다. 그러한 렌즈는, 착용상태에서의 눈의 회전중심(104)에 중심을 둔, 35 mm 이하의 일반적으로 일정한 구면 곡률반경에 의하여 특징지어질 수 있다. 렌즈의 광축 O-O는 회전중심(104)과 만나는 것으로 나타나 있다. 구면 사발(102)은 축 O-O에 대하여 방사상으로 대칭이다. 이 렌즈는 착용되었을 때, 착용자의 시축(visual axis)으로부터의 광축(optical axis) 틸트(tilt) 또는 오프셋(offset)을 요구하지 않을 수도 있다.
도 7c는 편원 사발 (oblate bowl)을 도시한다. 도 7c의 사발 모양의 렌즈 요소(106) 역시, 그 광축 O-O에 대하여 방사상으로 대칭이다. 그것은, 광축 O-O와 렌즈 요소 표면의 교차점 부근에 위치하는 구점(sphere point)(108)에서의 비교적 완만한 순간 구면 곡률에 의하여 특징지어 진다. 축 O-O로부터 반지름방향으로 바깥쪽으로 갈수록 곡률은 더 가파르게 된다. 이 효과가, 점선(110)으로 단면에 표시된기준 구면에 의하여 도시되어 있다. 기준 구면은 구점(108)에서의 렌즈 요소의 순간 곡률과 동일한 곡률을 갖는다. 도 7c에 나타나 있는 바와 같이, 반지름 방향의 거리가 증가할 수록 렌즈는 기준 구면으로부터 점차 벗어난다.
도 7a~도 7c의 렌즈로부터 가공된 렌즈의 형상은, 공동깊이(hollow depth) ZH에 의하여 특징지어질 수 있다. 공동깊이는, 렌즈 요소의 반지름 방향으로 가장 멀리있는 측두 모서리 점 (temporal edge point)을 표시하는 점(112)과 렌즈의 뒷면에서 축 O-O에 수직인 평면으로부터 측정될 수 있다. 성형 기법의 관점에서, 곡률의 가파름과 큰 공동깊이는, 종래의 사출성형법을 이용하여 그러한 렌즈를 성형하는 데 있어서의 어려움의 지표이다. 특히, 서로 압착되는 몰드하프를 사용하는 성형 공정에 있어서, 몰드 압력은 렌즈의 서로 다른 부분에서 실질적으로 불균일하게 작용할 수 있다. 이러한 문제점이 도 8에 도시되어 있다.
도 8a는 고곡률 배율 렌즈(120)와, 동일한 배율의 저곡률 오스왈트 섹션 렌즈(122)를 비교하는 도면이다. 네가티브 렌즈(-6D, -3D)의 쌍과 포지티브 렌즈(+3D)의 쌍이 나타나 있다.
도 8b와 도 8c는 고곡률 배율 렌즈(120')의 성형과 동일한 배율의 저곡률 렌즈(122')의 성형을 비교한 것이다. 도 8b와 8c에서, 축 X-X 방향의 힘벡터 F로 표시된 바와 같이 종래의 성형 과정에서 숫놈 몰드 부재(124)는 렌즈에 압착된다. 도 8b의 종래의 렌즈 요소(122')의 경우에 있어서, 그 모서리에서 종래의 렌즈 요소(122')의 표면에 수직으로 가해지는 힘 N은, 성형되고 있는 렌즈(122')의 중심의 표면에 수직으로 가해지는 힘 M과 거의 같다. 이와 대조적으로, 도 8c의 고곡률렌즈(120')의 경우에 있어서, 그 모서리에서 렌즈 표면에 수직으로 가해지는 힘 N은, 고곡률 렌즈의 중심에 수직으로 가해지는 힘 M 보다 실질적으로 작다. 이러한 불균일한 힘은, 축 X-X로부터 반지름 방향으로 바깥쪽에 위치한 렌즈의 영역에서 몰드 표면 윤곽으로부터의 분리 또는 뒤틀림의 결과를 낳을 수도 있다. 그것은 또한, 렌즈 요소의 중심 영역에서의 과도한 힘과 응력 결함을 가져올 수 있다. 물론, 이러한 어려움은 렌즈 곡률과 공동 깊이에 따라 증가할 것이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 앞에서 언급된 미국출원 제09/223,006호에 서 설명된 것과 같은 광시야각 구면 렌즈가 제작된다. 이하에서 그러한 렌즈의 기초적인 기하학적 형상이 자세하게 논의될 것이다. 도 9a, 도 9b, 도 9c는 각각, 본 발명에 따르는 모서리가공 렌즈(201)의 전면, 측면, 평면을 보여준다. 도 9a에서, 원점(202)은 렌즈의 광학중심의 위치이며, 착용시 동공의 중심의 계획된 위치이다. 모서리가공된 렌즈의 외곽선(204)이 도 9a의 전면 조망으로부터 나타나 있다. 도 9b에서, 렌즈의 관자놀이쪽 모서리(206)와 코쪽 모서리(208)가 나타나 있다. 도 9c에서, 렌즈의 상단 모서리(210)와 하단 모서리(212)가 나타나 있다. 도 9의 렌즈 구현예에서, 렌즈의 전면은 가파른 구면 곡선이며, 그 가장 오른쪽 한계는 선 "214"로 표시되어 있다.
본 발명의 구면 고곡률 구현예는 다양한 방식으로 렌즈로 설계될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 앞에서 논의된 바와 같이, 렌즈의 전면(front surface)은, 안구회전의 중심에 있는 또는 그 근처에 있는 중심을 갖는 단일 반경의 구(sphere)이다. 이와 달리, 일련의 렌즈 요소의 후면이, 회전의 중심에 있는 또는 그 근처에있는 중심을 갖는 일정한 곡률의 구면일 수 있다. 이러한 구현예에서, 반대쪽 표면은 가변성 곡률을 가지며, 그 곡률은 착용자를 위하여 적어도 적절한 관통배율(through power)을 제공할 수 있도록 선택된다. 예를 들면, 렌즈의 전면이 16D 구면으로 선택된다면, 대경선(major meridian)에서 20D의 곡률을 가지며 소경선(minor meridian)에서 18D의 곡률을 갖는 후면(rear surface)을 사용함으로써, -2D cycl을 갖는 -4D 관통배율을 제공할 수 있다. 이와 달리, 만약 일정한 반경의 표면이 렌즈의 후면에 배치된다면, 특정한 처방을 위하여 선택된 상응하는 표면이 전면에 배치될 수 있다.
다른 구현예에서는, 렌즈 요소 또는 그 표면은 구면 쉘 내에 놓이도록 제한된다. 이러한 기하학적 형상이 도 10에 도시되어 있다. 두개의 동심구(254, 256)가 점 P의 중심과 두개의 반지름 r1, r2에 의하여 정의되어 있다 (이때, r2> r1). 동시에, 상기 동심구는 구면 쉘 S를 한정한다. 모서리가공된 렌즈(258)는 코쪽으로 가장 치우친 모서리 점 Q와 관자놀이쪽으로 가장 치우친 모서리 점 O를 가지고 있다. 렌즈의 전면(260)은 구면 쉘 S 내에 놓인다.
본 발명에 따른 광학 렌즈 요소의 전면은 원환체 구면 (spherical, toric surface) 또는 회전대칭성 비구면 (rotationally symmetric aspheric surface)일 수 있다. 시야를 더욱 개선시키기 위하여, 본 발명에 따른 렌즈 요소의 전면 및 후면은 구면의 형태로부터 벗어날 수도 있으며, 그에 따라 개선된 광학적 성능 및/또는 미용상의 외관을 제공하게 된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 전면 및/또는 후면은, 렌즈 착용자에게 보여지는 광학적 편차의 척도를 나타내는 가치함수(meritfunction)를 최소화시키는 최적화 문제의 해법에 의하여 유도될 수도 있다. 이러한 교정은, 대체적으로 또는 추가적으로, 렌즈 요소의 미용상 외관을 향상시킬 수 있다. 이와 달리, 구면 쉘 내의 표면은, 뒤에서 더욱 상세하게 설명될 누진다촛점 렌즈 (multi-focal progressive lens)일 수 있다.
바람직한 구현예에서, 반지름 r1, r2의 길이는 2 mm 이하의 차이를 가지며, 더욱 바람직한 구현예에서는, 하나의 반지름은 약 35 mm이고 r1, r2의 길이의 차이는 약 0.1 mm 이하이다. 전면은 75°보다 큰, 바람직하게는 80°보다 큰, 더욱 바람직하게는 90°보다 큰 OPQ 각을 형성한다. 이러한 각도는 렌즈에 의하여 제공되는 넓은 시야의 척도이다.
이와 달리, 렌즈는, 도 10의 쉘 S와 유사한 방식으로 한정된 쉘 내에 전체가 놓이도록 한정될 수도 있으며, 이때 r1과 r2의 길이의 차이는 6 mm 미만이다.
추가적으로 그리고 대체적으로, 렌즈는, 도 10에서 반지름 r1을 갖는 구면의 OQ 부분과 같은 고곡률 구면의 일부를 포함하는 것으로 한정될 수도 있다. 기준 구면은, 렌즈의 전면과 후면 사이에 놓이는 구면일 수 있다. 본 발명의 구현예에서, 이러한 고곡률 구면은, 원용에 의하여 본 출원에 포함된 미국특허 제5,187,505호에 따라 달리 제작된 두개의 렌즈 웨이퍼의 인접한 표면을 한정할 수 있다. 그러한 경우에, 안과용 렌즈 또는 렌즈 블랭크(lens blank)는 후면과 전면 웨이퍼의 적층물로서 형성된다. 웨이퍼의 인접하는 표면이 구면이기 때문에, 원하는 방향의 cyl 교정이 상기 표면 중의 하나에 적용되도록 하기 위하여, 웨이퍼가 회전될 수 있음은당연하다. 이는 누진 렌즈를 제공하는 데 특히 유용하다. 일 구현예에서, 착용자의 난시를 위한 교정 및 누진 굴절률은 렌즈의 후면에 적용될 수 있다. 이는 고곡률 렌즈에서 특히 유리하다. 만약 그렇지 않고, 누진 처방이 전면에 적용된다면, 1) 표면 반사의 변화가 관측자에게 감지될 수도 있으며, 2) 큰 부가 누진(large "add" progressive)의 경우에 상당한 곡률 변화로 인하여 프레임작업(framing)이 어려워질 수도 있다.
또 다른 방법으로서는, 고곡률 렌즈는 반가공 블랭크 (semifinished blank)로서 성형될 수 있다. 후면은 고속 다이아몬드 커터(cutter)에 의하여 형성 및 절삭될 수 있다. 전면과 연계하여 후면은 착용자를 위해 적절한 굴절률 및 난시 교정을 제공할 수 있다.
본 발명의 렌즈 요소의 새로운 기하학적 형상의 다른 태양이 도 11에 도시되어 있다. 안구 회전의 중심(272)과 거의 동심을 이루고 있는, 고곡률 구면을 갖는 렌즈(270)가 나타나 있다. 전면-평행 평면(fronto-papallel plane) P는 렌즈의 구면형태의 전면(274)에 접하고 있다. 렌즈의 광축(276)은 평면 P에 수직이며 안구 회전의 중심을 통과한다. 후면은 "278"로 표시되어 있다. 렌즈는 관자놀이 방향으로 연장되어 관자놀이쪽 모서리(280)에 이른다. 렌즈의 새로운 기하학적 형상은, 렌즈의 후면(278)의 광축상의 지점과 모서리(280) 사이의 수직 거리인 공동 깊이 ZH에 의하여 부분적으로 한정된다. 관련된 치수 ZF는 전면-평행 평면 P와 모서리(280) 사이의 (수직)거리이다.
도 12는, 본 발명의 기술적 사상에 따른 렌즈의 제작에 적합한 몰드를 도시한다. 상기 몰드는, 전면 몰드부(301), 후면 몰드부(302) 및 폐쇄플랜지부(closure flange portion)(304)를 포함한다. 렌즈 요소는, 사출구(308)를 통한 용융된 렌즈 재료의 사출에 의하여 몰드하프 사이의 캐비티(306) 내에서 형성될 수 있다. 공기는 출입구(310)를 통하여 배출된다. 렌즈 요소가 경화되면, 몰드하프는 분리된다. 몰드에서 꺼내어 질 때의 렌즈 요소는 레이디얼 플랜지 (radial flange)(312)를 가지게 될 것이며, 이는 후속 공정에서 제거될 수 있다.
도 12의 몰드는, 고곡률 렌즈 블랭크를 형성하기 위하여, 앞에서 설명된 성형 공정에서 사용될 수 있다. 그렇게 형성된 렌즈 블랭크의 예가 도 13에 나타나 있으며, "314"로 표시되어 있다. 이 렌즈 블랭크는 전체적으로 반구의 형태이며 렌티큘라 림 (lenticular rim)(316)을 가지고 있다. 사용시에, 이 렌티큘라 림 (lenticular rim)과 그 인접부위는 렌즈 모서리가공에 의하여 제거될 것이다. 도 13에 도시된 렌즈 블랭크는 네가티브 렌즈이며 더 얇은 중심부(318)를 가지고 있는데, 바람직한 구현예에서 중심부(318)는 1.5 mm ±1 mm의 두께 t를 가질 수 있다.네가티브 고곡률 렌즈의 구현예에서, 그 두께는 2 mm 미만이며, 통상적인 구현예에서는 1.8 mm ±0.1 mm 이다. 고곡률 네가티브 렌즈에서의 상기 두께를 약 1 mm 미만으로 감소시키는 것이 바람직할 수도 있다. 도 13의 렌즈 블랭크의 공동 깊이 ZH는, 블랭크의 배율 및 기초 곡률에 따라 약 13 내지 20 mm 정도로 형성될 수 있다.
도 14a와 도 14b는, 도 13에 도시된 것과 같은 얇은 중심부를 갖는 렌즈 블랭크의 사출 성형시 발생할 수 있는 플로우 패턴 (flow pattern)을 도시한 것이다.도시된 바와 같이, 용융 열가소성수지는 인젝터도관(injector conduit)(520)을 통하여 주입된다. 용융물은 우선적으로 캐비티의 두꺼운 부분(522)을 통하여 흐르며, "524"로 표시된 플로우 선단 (flow front)을 형성한다. 어떤 상황에서는, 초기에 중심부는 용융된 재료로 채워지지 않을 수 있다. 다른 상황에서는, 추가적인 재료의 사출은, 완성된 렌즈 요소에서, 도 15a에 도시된 것과 같은 경계표시(526) 또는 도 15b에 도시된 것과 같은 주름선(528)을 형성한다. 게다가, 종래의 공정에서는, 렌즈의 중심부는 응고 후에 압축될 수 있으며 그에 따라 편광하에서 볼 수 있는 크레이징 (crazing) 또는 응력(stress)이 형성된다. 이러한 효과는 고곡률 렌즈의 경우에 더욱 악화된다. 이러한 결함은 모두 바람직하지 않다.
본 출원인은, 몰드캐비티의 적절한 충진, 폐쇄 및 압축을 통하여, 특히 고곡률 렌즈의 성형에 있어서, 이러한 결함이 감소되거나 제거될 수 있다는 것을 밝혀내었다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, "과량 주입 (oversized shot)"이 캐비티 내로 도입되는데, 예를 들면, 성형될 렌즈의 최종 체적의 120 내지 160% 에 해당하는 부피의 용융 열가소성수지 재료가 몰드 안으로 사출된다. 가장 바람직하게는, 40% 초과된 양의 용융 열가소성수지 재료가 몰드캐비티 내로 도입된다. 그리고 나서, 몰드의 이동부(movable sections)를 소정 위치로 이동시켜, 성형될 렌즈 블랭크의 형상과 체적을 갖는 몰드캐비티를 한정한다. 이는 강제적으로 잉여의 재료를 몰드캐비티 밖으로 밀어내어, 재가열될 수도 있는 인젝터 캐비티 안으로 돌려보내게 된다. 바람직한 구현예에서, 여전히 용융상태인 재료는 강제적으로 인젝터 도관으로 밀려나고, 후속의 렌즈 요소 성형에 다시 사용될수 있다. 이러한 과량의 열가소성수지의 사용은 열가소성수지 렌즈의 특성을 개선시킨다. 즉, 과량의 재료를 사용함으로 인하여, 더 많은 양의 사출된 열가소성수지에 의하여 부여된 더 큰 열용량 때문에, 렌즈의 중심이 응고하기 전 까지의 더 긴 작업 또는 처리 시간을 얻게 된다. 이러한 더욱 긴 작업 또는 처리 시간은, 열가소성수지가 몰드의 중심으로부터 계속 흘러나올 수 있도록 하는데, 반면에 종래의 제작 방법에서는 이 경우에 중심부가 이미 응고되었을 것이다. 그리하여, 렌즈 제작 중에 전형적으로 발생하는 경계표시 또는 주름선은, 열가소성수지 재료가 흐름에 따라, 사실상, 렌즈의 모서리 밖으로 밀려나거나 유용한 광학 영역에서 사라지는데, 네가티브 렌즈 블랭크가 성형되는 경우에 특히 그러하다. 몰드부를 하드스톱포인트에서 소정 위치로 유지하는 동안, 유압(hydraulic pressure)이 인젝터 도관을 통하여 몰드캐비티에 가해진다. 열가소성수지 재료는 몰드 내에서 응고될 수 있게 되고, 몰드의 형상에 합치하는 광학표면을 갖는 고곡률 렌즈 블랭크가 형성된다. 과량의 재료의 사용 그리고 더욱 긴 처리 시간의 달성을 통하여, 앞에서 논의된 바와 같이, 본 발명은 또한, 종래의 성형법과는 달리 냉각 몰드 (cooler molds)의 사용을 허용한다. 냉각 몰드는 렌즈와 몰드 사이의 부착을 감소시키며, 그에 따라 성형 공정이 완료되었을 때 렌즈 제거를 용이하게 한다. 제작된 렌즈 블랭크는 몰드에서 꺼내어지고, 그에 따라, 그 중앙의 이용부 (central usable area)에 주름선 또는 경계표시가 없는 채로 형성된다. 이러한 방법의 사용에 의하여, 예를 들면, 곡률반경이 약 35 mm 미만이고 최소 중심 두께가 2 mm 미만인 구면을 적어도 하나는 갖는 반구형태의 렌즈 블랭크를 성형하는 것이 가능해진다.
본 발명이 바람직한 구현예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않은 채 다양한 변화와 변경이 이루어질 수 있고 균등물이 사용될 수 있다는 사실은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (29)

  1. (a) 닫혔을 때, 고곡률 렌즈 요소의 형상으로 몰드캐비티를 한정하는, 숫몰드하프와 암몰드하프를 포함하는 몰드를 제공하는 단계;
    (b) 적어도 상기 고곡률 렌즈 요소를 형성하기에 충분한 양의 용융된 열가소성수지 재료를 상기 몰드캐비티 안으로 도입하는 단계;
    (c) 상기 형성될 렌즈 요소의 가장 얇은 지점에서 상기 열가소성수지 재료가 응고되기 전에, 상기 숫몰드하프와 암몰드하프 중의 적어도 하나를 소정의 하드스톱포인트로 이동시키고, 상기 적어도 하나의 몰드하프를 상기 소정의 하드스톱포인트에 정지시키는 단계;
    (d) 상기 몰드캐비티 내의 압력을 제어하면서, 상기 소정의 하드스톱포인트에서 정지 상태로 상기 몰드하프들을 유지하는 단계; 및
    (e) 상기 열가소성수지 재료를 응고시켜서 상기 고곡률 열가소성수지 렌즈 요소를 형성하는 단계를 포함하는, 안과용 고곡률 열가소성수지 렌즈 요소의 제작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고곡률 렌즈 요소의 광학 표면의 적어도 일부가 35 mm 미만의 곡률반경을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 고곡률 렌즈 요소가 적어도 8 mm의 최대 공동 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 고곡률 렌즈 요소가 2 mm 미만의 중심 두께를 갖는 네가티브 렌즈 요소인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 몰드캐비티 안으로 도입된 상기 용융 열가소성수지 재료가, 상기 성형될 고곡률 렌즈 요소의 체적 보다 더 큰 체적을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 소정의 하드스톱포인트로의 상기 몰드하프(들)의 이동이, 상기 성형될 렌즈 요소의 중심으로부터 주름선 또는 경계표시를 몰아내는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 몰드캐비티 내로 도입된 상기 용융 열가소성수지 재료의 체적이, 상기 성형될 고곡률 렌즈 요소의 체적의 120%와 160% 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성수지 재료는 폴리카보네이트계, 폴리에틸렌 테레프탈레이트계 (PET), 폴리아크릴계, 폴리스티렌계, 폴리우레탄계, 및 폴리티올렌계로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 열가소성수지 재료는 폴리카보네이트인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 캐비티 압력은, 적어도 하나의 인젝터의 사용과 용융 열가소성수지 재료의 상기 몰드캐비티 내로의 사출에 의하여 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 캐비티 압력은, 하나 이상의 스크류(screws), 피스톤 (pistons), 핀(pins), 또는 링(rings)에 의하여 상기 열가소성수지 재료에 힘을 가함으로써 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. (a) 몰드 이동부를 포함하는 몰드를 제공하는 단계로서,
    상기 몰드 이동부는, 닫혔을 때, 열가소성수지 렌즈 요소의 형상을 이루는 몰드캐비티를 한정하고, 상기 열가소성수지 렌즈 요소의 광학표면의 적어도 일부는, 35 mm 미만의 반지름 평면 (radial plane)에서의 국부적인 곡률반경을 갖는 단계;
    (b) 적어도 상기 렌즈 요소를 형성하기에 충분한 양의 용융된 열가소성수지 재료를 상기 몰드캐비티 안으로 도입하는 단계;
    (c) 상기 형성시키고자 하는 렌즈 요소의 가장 얇은 지점에서 상기 열가소성수지 재료가 응고되기 전에, 상기 몰드 이동부의 적어도 하나를 소정의 하드스톱포인트로 이동시키고, 상기 적어도 하나의 몰드 이동부를 상기 하드스톱포인트에 정지시키는 단계;
    (d) 인젝터 또는 인젝터들의 사용에 의하여 상기 몰드캐비티 내에 압력을 가하면서, 상기 하드스톱포인트에 정지 상태로 상기 몰드 이동부들을 유지하여, 상기 몰드 내의 일정한 체적을 유지하는 단계; 및
    (e) 상기 열가소성수지 재료를 응고시켜서 상기 고곡률 열가소성수지 안과용 렌즈 요소를 형성하는 단계를 포함하는, 고곡률 열가소성수지 안과용 렌즈 요소의 제작 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 몰드캐비티는 적어도 13 mm의 공동 깊이를 갖는 렌즈 블랭크의 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 몰드 캐비티는 2 mm 미만의 최소 두께를 갖는 렌즈요소의 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 용융 열가소성수지 재료는 275 ℉ 보다 높은 온도를 갖는 폴리카보네이트 재료인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 몰드 이동부는 숫놈 몰드하프 및 암놈 몰드하프인것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 몰드 압력은 상기 몰드캐비티 내로의 용융 열가소성수지 재료의 사출에 의하여 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. (a) 미리 결정된 위치로 이동되었을 때 성형시키고자 하는 고곡률 렌즈 요소의 형상을 이루는 몰드캐비티를 한정하는 몰드 이동부를 갖는 몰드를 제공하는 단계;
    (b) 상기 성형될 고곡률 렌즈 요소의 체적을 초과하는 체적의 용융 열가소성수지 재료를 상기 몰드 안으로 도입하는 단계;
    (c) 상기 렌즈 요소의 가장 얇은 지점의 상기 열가소성수지 재료가 유리전이온도 아래로 냉각되기 전에, 상기 성형시키고자 하는 고곡률 렌즈 요소의 체적과 거의 같은 체적의 캐비티를 한정할 수 있는 위치로 상기 몰드 이동부를 서로에 대하여 상대적으로 이동시키는 단계; 및
    (d) 상기 몰드 내의 상기 열가소성수지 재료가 상기 성형시키고자 하는 고곡률 렌즈 요소로 응고되는 때까지 상기 몰드 내의 상기 열가소성수지 재료에 유압을 가하면서 상기 위치에서 상기 몰드 이동부를 유지하는 단계를 포함하는, 고곡률 렌즈 요소의 제작 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 고곡률 렌즈 요소는 광학표면을 가지며, 상기 광학표면의 적어도 일부는 35 mm 미만의 반지름 평면에서의 국부적인 곡률반경을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18 항의 방법에 따라 제작된 사출성형 고곡률 안과용 렌즈 요소.
  21. 적어도 일부의 광학표면이 35 mm 미만의 곡률반경에 의하여 특징지어지는 표면 영역 내에서 최대 이론곡률을 가지며, 2 mm 미만의 렌즈 요소 최소 두께를 가지며, 렌즈 요소 중심부의 이용부위에 주름선 또는 경계표시가 없는 상태로 형성된, 사출성형 고곡률 렌즈 요소.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 렌즈 요소는, 적어도 8 mm의 공동 깊이를 갖는 모서리가공렌즈의 제작에 적용되는 렌즈 블랭크인 것을 특징으로 하는 렌즈 요소.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 렌즈 요소는, 곡률반경이 35 mm 미만인 적어도 하나의 반구형 표면을 갖는 반구형 렌즈 블랭크인 것을 특징으로 하는 렌즈 요소.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 렌즈 블랭크는 13 mm 보다 큰 공동 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 렌즈 요소.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 렌즈 요소는 네가티브 배율 렌즈 요소인 것을 특징으로 하는 렌즈 요소.
  26. 제 21 항에 있어서, 상기 렌즈 요소는, 반지름의 길이 차이가 2 mm 이하이며 작은 반지름이 50 mm 이하인 두개의 동심구에 의하여 한정되는 구면 쉘 내에 놓이는 적어도 하나의 광학표면을 가지며, 상기 표면의 서로 마주보는 말단 모서리 상의 적어도 두개의 지점 O 및 Q가, 상기 쉘의 중심 P에 대하여 80°보다 큰 OPQ 각을 이루는, 모서리가공렌즈인 것을 특징으로 하는 렌즈 요소.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 OPQ 각이 100°보다 큰 것을 특징으로 하는 렌즈 요소.
  28. 제 21 항에 있어서, 상기 렌즈 요소는 적어도 40°의 안구 회전에 대해 비교적 낮은 RMS 배율 오차를 보이는 것을 특징으로 하는 렌즈 요소.
  29. 제 21 항에 있어서, 상기 렌즈 요소는, 상기 렌즈 요소의 관자놀이쪽 모서리부터 코쪽 모서리 까지의 관통 배율이 처방 배율로부터 0.5 D 이하의 차이를 보이는 모서리가공렌즈인 것을 특징으로 하는 렌즈 요소.
KR10-2003-7003409A 2000-09-08 2001-08-13 열가소성수지 렌즈의 성형 방법, 및 그 방법으로 제작되어고곡률 및/또는 얇은 두께를 갖는 렌즈 KR20030046438A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/658,496 2000-09-08
US09/658,496 US6440335B1 (en) 1998-12-30 2000-09-08 Process for molding thermoplastic lenses and, steeply curved and/or thin lenses produced thereby
PCT/US2001/025436 WO2002020254A1 (en) 2000-09-08 2001-08-13 Process for molding thermoplastic lenses and, steeply curved and/or thin lenses produced thereby

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030046438A true KR20030046438A (ko) 2003-06-12

Family

ID=24641469

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-7003409A KR20030046438A (ko) 2000-09-08 2001-08-13 열가소성수지 렌즈의 성형 방법, 및 그 방법으로 제작되어고곡률 및/또는 얇은 두께를 갖는 렌즈

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6440335B1 (ko)
EP (1) EP1324874A1 (ko)
JP (1) JP2004508223A (ko)
KR (1) KR20030046438A (ko)
CN (1) CN1452547A (ko)
AU (1) AU2001283366A1 (ko)
IL (1) IL154233A0 (ko)
WO (1) WO2002020254A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102452824B1 (ko) 2021-04-20 2022-10-07 한국기술교육대학교 산학협력단 열가소성 고분자 기반 안경의 제조방법

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6343860B1 (en) * 1999-08-26 2002-02-05 Greenhouse Grown Products, Inc. Toric-shaped lenses and goggle assembly
EP1226924B1 (en) * 2001-01-24 2006-02-15 Novartis AG Lens Manufacturing Process
US7066597B2 (en) * 2001-12-05 2006-06-27 Sola International Holdings Limited Balanced progressive lens
US6790388B2 (en) * 2001-12-17 2004-09-14 Essilor International (Compagnie Generale D'optique) Method of injection molding an optical article out of thermoplastic synthetic material
MX2007005270A (es) * 2004-10-28 2007-11-23 Nypro Inc Sistema, dispositivo y metodo para producir lentes de plastico delgadas.
US7754127B2 (en) * 2006-09-30 2010-07-13 Let's Gel, Inc. Method for fabricating an anti-fatigue mat
US20080189838A1 (en) * 2007-02-12 2008-08-14 Mage Jerome J M Multi-base lens goggle
IT1393078B1 (it) * 2009-01-26 2012-04-11 Plastodidattica Commerciale S R L Metodo per la produzione di lenti di presentazione.
US9452597B2 (en) 2010-04-05 2016-09-27 Let's Gel, Inc. Method for fabricating an anti-fatigue mat with a pre-formed gel cushioning member
CN102107504B (zh) * 2010-11-30 2013-06-26 毅昌金型（东莞）五金制品有限公司 挤压滑块装置的注塑模具及应用该模具的注塑方法
KR101820484B1 (ko) * 2010-12-21 2018-01-19 에스프린팅솔루션 주식회사 복굴절을 개선한 렌즈, 이의 제조방법, 및 광주사장치
MX2017001042A (es) * 2014-07-25 2017-05-04 Vision Ease Lp Lente delgado estabilizado.
EP3470202B1 (en) * 2017-10-12 2021-08-18 Essilor International Injection molding with heat/cool cycle for making optical articles with a fresnel surface
EP3690520B1 (en) 2019-01-30 2024-06-12 Carl Zeiss Vision International GmbH Finished uncut spectacle lens, semi-finished lens blank and method of manufacturing a spectacle lens
EP3797828A1 (de) * 2019-09-27 2021-03-31 Dyconex AG Lösbare dichtung für medizinische implantate
EP3838544B1 (en) * 2019-12-17 2023-09-20 Essilor International Methods, apparatuses, and systems for edge sealing laminate wafers containing a soft deformable inner film
US20230004025A1 (en) * 2019-12-24 2023-01-05 Hoya Lens Thailand Ltd. Semi-finished lens and method for manufacturing eyeglass lens
CN111283969B (zh) * 2020-03-30 2024-02-02 北京化工大学 柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置及方法

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1741536A (en) 1927-05-21 1929-12-31 Bausch & Lomb Goggles
US1942400A (en) 1929-08-23 1934-01-09 American Optical Corp Ophthalmic lens
US1918999A (en) 1929-09-16 1933-07-18 American Optical Corp Ophthalmic lens
US2443286A (en) 1946-11-25 1948-06-15 Ralph B Weston Compressor unit
GB680400A (en) 1951-01-02 1952-10-01 Ernest Burdette Gatten Ophthalmic lens for spectacles affording increased field of vision
FR1509090A (fr) 1966-11-29 1968-01-12 Lunetiers Cottet Poichet Soc D Perfectionnements aux lentilles ophtalmiques à puissance focale progressivement variable
US3526449A (en) 1967-11-09 1970-09-01 Ritchard Salvage One-piece sunglasses
US4008031A (en) 1975-08-22 1977-02-15 Weber Hermann P Apparatus for injection molding lenses
US4364878A (en) 1978-08-10 1982-12-21 Omnitech Inc. Method for molding ophthalmic lenses
US4741611A (en) 1981-03-26 1988-05-03 Pro-Tec, Inc. Eyeglasses adapted for sports and protective use
JPS6166623A (ja) 1984-09-10 1986-04-05 Hitachi Ltd 射出圧縮成形用金型装置
FR2588672B1 (fr) 1985-10-16 1989-01-13 Essilor Int Lentille ophtalmique multifocale et progressive
GB8528460D0 (en) 1985-11-19 1985-12-24 Sola Int Holdings Multifocal lens
US4828769A (en) 1986-05-05 1989-05-09 Galic/Maus Ventures Method for injection molding articles
US4779972A (en) 1986-09-16 1988-10-25 Gottlieb Daniel D Method of using a prism in lens for the treatment of visual field loss
US4836960A (en) 1987-10-05 1989-06-06 Sola Usa, Inc. Fabrication of thermoplastic optical components by injection/compression molding
JP2872247B2 (ja) 1988-06-21 1999-03-17 久司 小嶋 パルス射出圧縮成形法
IL93557A (en) 1990-02-27 1993-08-18 Bezalel Research And Dev Ltd J Goggles' lenses
US5208614A (en) 1990-11-30 1993-05-04 Oakley, Inc. Concavely indented lenses for eyeware
US5187505A (en) 1991-02-19 1993-02-16 Pilkington Visioncare, Inc. (A Ca. Corp.) Laminated lens wafers
US5968439A (en) 1991-08-26 1999-10-19 Grove; Dale Method for simultaneous injection and compression
US5764332A (en) 1991-08-28 1998-06-09 Kranhouse; Jon Diving mask with lenses and method of fabricating the same
US5625425A (en) 1991-08-28 1997-04-29 Kranhouse; Jon Diving mask with lenses and method of fabricating the same
US5323192A (en) 1991-11-18 1994-06-21 Pilkington Visioncare, Inc. Method and packaging system for facilitating fabrication of laminated lenses
TW215478B (ko) 1992-01-29 1993-11-01 Oakley Inc
JPH05228970A (ja) 1992-02-21 1993-09-07 Sony Corp 射出圧縮成形法、これに用いる射出成形金型及び射出圧縮成形機
US5376317A (en) 1992-12-08 1994-12-27 Galic Maus Ventures Precision surface-replicating thermoplastic injection molding method and apparatus, using a heating phase and a cooling phase in each molding cycle
GB2281635B (en) 1993-09-01 1997-04-09 Gentex Optics Inc Aspheric sunglass or eye protector of substantially uniform thickness
US5517260A (en) 1994-03-28 1996-05-14 Vari-Site, Inc. Ophthalmic lens having a progressive multifocal zone and method of manufacturing same
US5555038A (en) 1994-10-28 1996-09-10 Bausch & Lomb Incorporated Unitary lens for eyewear
US5512221A (en) 1994-12-22 1996-04-30 Galic Maus Ventures Lens thickness adjustment method and apparatus in a thermoplastic injection mold for ophthalmic finished spectacle lenses
US5718849A (en) 1995-09-25 1998-02-17 Galic Maus Ventures Method and apparatus for injection-compression molding & ejecting paired thermoplastic spectacle lens suited for fully automated dip hardcoating
US5648832A (en) 1995-12-05 1997-07-15 Oakley, Inc. Decentered noncorrective lens for eyewear
JP4195091B2 (ja) 1996-03-21 2008-12-10 カール・ツァイス・ビジョン・オーストラリア・ホールディングズ・リミテッド 改良単視野レンズ
DE69737931T2 (de) 1996-04-04 2008-04-10 Carl Zeiss Vision Australia Holdings Ltd., Lonsdale Progressive Linsen und Verfahren zu deren Entwurf und Verwendung
US5825455A (en) 1996-05-02 1998-10-20 Cabot Safety Intermediate Corporation Aspheric plano eyewear
US6129435A (en) 1998-04-09 2000-10-10 Nike, Inc. Decentered protective eyewear
US6284162B1 (en) * 1999-03-25 2001-09-04 Sola International, Inc. Molding method for manufacturing thin thermoplastic lenses

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102452824B1 (ko) 2021-04-20 2022-10-07 한국기술교육대학교 산학협력단 열가소성 고분자 기반 안경의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP1324874A1 (en) 2003-07-09
JP2004508223A (ja) 2004-03-18
AU2001283366A1 (en) 2002-03-22
CN1452547A (zh) 2003-10-29
WO2002020254A1 (en) 2002-03-14
IL154233A0 (en) 2003-07-31
US6440335B1 (en) 2002-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6440335B1 (en) Process for molding thermoplastic lenses and, steeply curved and/or thin lenses produced thereby
EP1370408B1 (en) Injection molding method
EP0972488B1 (en) Plastic trial lens, its injection molded article and its molding apparatus
CA2233556C (en) Method and manufacturing complex optical designs in soft contact lenses
JP3264615B2 (ja) プラスチックレンズの射出成形方法
US4091057A (en) Method for injection molding lenses
AU771333B2 (en) Molding method for manufacturing thin thermoplastic lenses
EP2495084B1 (en) Method for producing plastic lens and injection compression molding apparatus
IL145042A (en) Compression design of optical lenses
JPH0671755B2 (ja) 物品を成型する為の方法
GB2050928A (en) Method and apparatus for molding ophthalmic lenses without spoilation
US6390621B1 (en) Manufacturing of positive power ophthalmic lenses
CN111212718A (zh) 使用加热/冷却循环用于制造光学制品的高速注射成型
JP4071764B2 (ja) 光学部品の製造方法、製造装置、および光学部品
AU2002240709B2 (en) Injection molding method
CN219926770U (zh) 一种环保型非球面树脂镜片注塑模具
AU2002240709A1 (en) Injection molding method
JPH05254862A (ja) 樹脂接合型非球面レンズの製造方法
GB1577522A (en) Injection moulding of lenses
JPH0139337B2 (ko)
JPH0159100B2 (ko)
JPH0139336B2 (ko)

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid