TWI411524B - 熱硬化方法及形成隱形眼鏡之系統 - Google Patents

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Description

熱硬化方法及形成隱形眼鏡之系統
本發明係關於熱硬化方法及形成隱形眼鏡之系統。更特定言之，本發明係關於在一惰性氣氛中之熱硬化方法及形成隱形眼鏡之系統。甚至更特定言之，儘管非排外地，但本發明係關於使用該等方法及系統形成水凝膠隱形眼鏡及尤其聚矽氧水凝膠隱形眼鏡。
此為2007年5月18日所申請之名為"熱硬化方法及形成隱形眼鏡之系統(THERMAL CURING METHODS AND SYSTEMS FOR FORMING CONTACT LENSES)"的臨時申請案第60/939,037號之正式申請案，該案之內容以引用的方式明確併入本文中。
在聚合物隱形眼鏡之製造中，使可聚合眼鏡前驅體組合物聚合以形成隱形眼鏡產物，其經進一步處理而形成水合隱形眼鏡。諸如水凝膠隱形眼鏡及聚矽氧水凝膠隱形眼鏡之眼鏡已由多種不同材料藉由該方法製成。舉例而言，習知水凝膠隱形眼鏡包括由具有美國採用名稱(US Adopted Name,USAN)之材料(諸如聚麥康(polymacon)、四弗康(tetrafilcon)、歐弗康(ocufilcon)、維弗康(vifilcon)、伊他康(etafilcon)、歐瑪康(omafilcon)、α弗康(alphaphilcon)、奈弗康(nelfilcon)、喜弗康(hilafilcon)、替弗康(tefilcon)或凡弗康(vasurfilcon))製成的隱形眼鏡。經常，習知水凝膠隱形眼鏡為含有親水性單體之眼鏡前驅體組合物之聚合產 物，該等單體諸如甲基丙烯酸2－羥基乙酯(HEMA)、甲基丙烯酸(MA)、甲基甲基丙烯酸(MMA)、N－乙烯基吡咯啶酮(NVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯啶酮(PVP)及其組合。前驅體組合物經常亦含有一或多種催化劑及交聯劑。
聚矽氧水凝膠隱形眼鏡為包括聚矽氧組分之聚合隱形眼鏡。舉例而言，聚矽氧水凝膠隱形眼鏡可藉由使除其他眼鏡形成材料外還含有含聚矽氧之單體、寡聚物、大分子單體、聚合物及其類似物的眼鏡前驅體組合物聚合而形成。公開可得之聚矽氧水凝膠隱形眼鏡之實例包括由具有USAN芭弗康A(balafilcon A)(PUREVISION,Bausch & Lomb)、洛弗康A(lotrafilcon A)(NIGHT & DAY,CIBA Vision)、洛弗康B(O2OPTIX,CIBA Vision)、咖弗康A(galyfilcon A)(ACUVUE ADVANCE,Vistakon)、斯弗康A(senofilcon A)(ACUVUE OASYS,Vistakon)及庫弗康A(comfilcon A)(BIOFINITY,CooperVision)之材料形成的隱形眼鏡。
眼鏡前驅體組合物之聚合或硬化可藉由在(例如)硬化烘箱中將含有眼鏡前驅體組合物之隱形眼鏡模具總成曝露於紫外輻射或熱來實現。用於使前驅體組合物聚合之輻射類型常常視化學調配物而定。當需要化學惰性硬化方法以使反應性氧不影響前驅體組合物之聚合時，隱形眼鏡模具總成在化學惰性氣氛條件下(例如，在氮氣層下)經處理及/或接收可聚合組合物。
隱形眼鏡模具總成中眼鏡前驅體組合物之熱硬化原則上 可在正常或非化學惰性氣氛中發生，此係因為可聚合眼鏡前驅體組合物在化學惰性氣氛中經分配，但實務上，在正常氣氛中製造之許多隱形眼鏡由於各種缺陷而遭廢棄，許多缺陷起因於由聚合期間產生之揮發性物質產生的問題。
尤其自管理觀點來看，在水凝膠隱形眼鏡之熱硬化程序中，隨著眼鏡前驅體組合物聚合自其釋放之揮發性物質成為重大問題。硬化之揮發性副產物積聚在硬化烘箱內且必須藉由手動清潔(其通常不能實行，此係因為其需要停止烘箱使用以允許清潔)或藉由使用洗滌式過濾器來移除。舉例而言，活性碳過濾器常常用以洗滌由硬化過程產生之揮發性副產物；然而其可引起問題，此係因為隱形眼鏡製造需要極為潔淨之環境且活性碳過濾器通常並不潔淨。標準冷凝過濾器用以移除所產生之水分。
熱硬化過程可涉及在硬化期間更改分批型硬化烘箱之硬化腔室或硬化區的溫度若干次。舉例而言，烘箱之硬化腔室可保持在X℃之恆定第一溫度下A分鐘，接著加熱至Y℃且保持在該溫度下B分鐘，接著冷卻至X℃且保持在該溫度下A分鐘。不同硬化溫度及時間與用以製造隱形眼鏡之化學調配物有關。因此，為求便利，上述實際值藉由變數來表示。其他硬化概況亦為可能的。
商業規模之隱形眼鏡製造需要每天製造極大數目(若無幾十萬，則通常上萬)之隱形眼鏡。當使用分批式烘箱時，達成該等數目需要若干上述類型之分批式烘箱並行操作。然而，每一分批式烘箱傾向於提供略微不同之熱效 能。又，在分批式烘箱硬化過程中，惰性環境難以控制，從而再次導致不同烘箱效能。該等不同效能使得控制製造過程以將具有導致其遭丟棄之疵點之隱形眼鏡分數最小化為困難的。
對製造隱形眼鏡(包括水凝膠隱形眼鏡及尤其聚矽氧水凝膠眼鏡)之新系統及方法仍然存在需要，其快速製造大量隱形眼鏡同時減少與現有方法及系統相關聯之問題。舉例而言，對在化學惰性及無揮發性物質之氣氛中快速製造性質之均一性經改良之大量隱形眼鏡的新系統及方法存在需要。
本發明之方法及系統使用受控制之氣氛環境利用熱輻射使隱形眼鏡模具總成中眼鏡前驅體材料聚合以形成經聚合模製之隱形眼鏡產物。如熟悉製造隱形眼鏡之澆鑄成型法者所理解，如本文所用之隱形眼鏡模具總成指代前表面模具或母模具與後表面模具或公模具彼此接觸以形成隱形眼鏡狀空腔之總成。提供受控制之氣氛環境，在該受控制之氣氛環境中可將經組裝之隱形眼鏡模具總成曝露於聚合量之輻射以硬化一定量之隱形眼鏡前驅體組合物，從而形成聚合隱形眼鏡產物。隱形眼鏡硬化烘箱中受控制之氣氛環境可控制硬化烘箱或烘箱之硬化區中所存在之水分之量、硬化烘箱或烘箱之硬化區中存在之反應性化學基團(諸如，氧)之量、或硬化烘箱或烘箱之硬化區中之溫度或其組合。所需氣氛參數(諸如，水分含量、氧含量及溫度)可 基於烘箱中所製造之隱形眼鏡之試執行(test run)憑經驗來確定。
在特定實施例中，藉由控制硬化烘箱或烘箱之硬化區內的殘餘氧含量，藉此與無此控制之熱硬化烘箱中製造之實質上等同隱形眼鏡相比，改良所製造之隱形眼鏡產物之品質，本發明之方法及系統可熱硬化隱形眼鏡模具總成中之隱形眼鏡。
在本發明之方法及系統的其他實施例中，提供一硬化烘箱，其具有至少一個具有在第一壓力下之硬化氣氛之硬化區，且該硬化系統之一區域具有比硬化氣氛之第一壓力大的第二壓力。該具有第二壓力之區域可提供於硬化烘箱周圍之外壁之間，且可理解為外壁與硬化烘箱之間的腔室。增加之第二壓力可在於烘箱之硬化區中提供受控制之氣氛環境時有效。
在本發明之方法及系統之其他實施例中，隱形眼鏡在包含複數個硬化區之烘箱中硬化，且將該複數個硬化區中之第一硬化區維持在第一溫度下，且同時將該複數個硬化區中之第二硬化區維持在與第一溫度不同之第二溫度下。
在隱形眼鏡硬化系統之一實施例中，描述用於硬化模具中隱形眼鏡前驅體材料以形成隱形眼鏡之烘箱。烘箱或隱形眼鏡硬化烘箱包含一惰性氣體來源，該惰性氣體來源可操作以在硬化期間在烘箱中提供惰性氣氛。烘箱亦包含複數個區及用於在該複數個區之間移動模具之隱形眼鏡模具推進系統。如本文所用，隱形眼鏡模具推進系統指代硬化 烘箱之與一或多個模具載體相互作用以將模具載體移至烘箱中不同位置的組件。在特定實施例中，模具推進系統可理解為一定位系統(indexing system)。定位系統亦可記錄諸如模具中所形成之隱形眼鏡之產品規格的資訊。舉例而言，在特定實施例中，可使一電腦系統與定位系統或隱形眼鏡模具推進系統相關聯，且該電腦系統可包括追蹤與所製造之一批特定隱形眼鏡相關之資料的軟體。如本文所討論，本發明之隱形眼鏡模具推進系統包括與模具載體實體接觸且提供在烘箱中移動模具載體之力的部分。
烘箱可操作以同時維持複數個區中之第一區在第一溫度下且複數個區中之第二區在不同的第二溫度下。
烘箱經配置以使得在用於製造時，使用熱來硬化/聚合可聚合眼鏡前驅體材料。眼鏡前驅體材料之熱硬化在惰性氣氛(例如，化學惰性氣氛或無氧氣氛，例如氮氣氛)下經提供。與單腔室或單區分批式烘箱(其中一批眼鏡置放於烘箱之僅一腔室中、硬化及移除，接著另一批眼鏡置放於烘箱之該一腔室中、硬化及移除等)對比，本發明之烘箱能夠藉由在化學惰性環境中更"連續"處理隱形眼鏡而對此加以改良。
烘箱之每一區可為不同烘箱腔室，該等腔室彼此足夠連通以使模具在其間移動。不同烘箱腔室可為獨立烘箱，使得整個烘箱或硬化系統可理解為一"特大"烘箱且獨立烘箱可理解為"特大"烘箱內之"子"烘箱。可(例如)藉由使用可移動或可移除之壁來界定該等區，在烘箱腔室內形成該等 區。壁可約束鄰近區之間的熱流。該等區可至少部分地藉由固定壁(亦即，經配置以在烘箱操作期間保持固定但(例如)在烘箱維修期間可能可移除或可移動之壁)界定。該等區壁可藉由可移動及固定壁共同界定。
該複數個區可彼此氣體連通，使得惰性氣氛為遍及該複數個區而延伸之單一惰性氣氛。因此，烘箱可提供一惰性環境，其中同時維持複數個溫度區。(例如)在硬化過程期間，烘箱內之惰性環境與烘箱周圍之氣氛環境隔開，在烘箱之內部氣氛與烘箱之外部氣氛之間不存在未受控制之氣流。
本發明之硬化系統或烘箱可包括一或多個揮發性物質處理組件。舉例而言，可理解硬化系統包括一或多個硬化烘箱及一或多個揮發性物質處理組件。揮發性物質處理組件與硬化烘箱連通以接收由硬化過程產生之揮發性物質。或者，揮發性物質處理組件可為硬化烘箱之組件。揮發性物質處理組件之實例包括一或多個蒸氣冷凝器、一或多個有機物過濾器、一或多個去氧劑及其組合。處理組件接收包含由硬化過程產生之揮發性副產物的大量氣體且處理該氣體以減少且較佳實質上自該氣體移除揮發性副產物。處理組件亦可移除氣體中可能存在之水蒸氣。舉例而言，處理組件可處理含揮發性副產物之氣體，使得氣體中存在之揮發性副產物之量少於100百萬分率(ppm)。因此，處理組件可理解為氣體純化系統或氣體再循環系統之組件。
在特定實施例中，蒸氣冷凝器為如一般熟習此項技術者 所理解之冷阱。因此，蒸氣冷凝器可在自所處理之氣體移除水時有效。
本發明之硬化系統或硬化烘箱之特定實施例包括用於自惰性氣氛洗滌或移除揮發性物質之洗滌器。該洗滌器可包括一或多個促進揮發性物質自氣氛充分移除之組件。舉例而言，在特定實施例中，烘箱或硬化系統可包含一包括一或多個有機物過濾器、一或多個去氧劑或其組合之洗滌器。烘箱或系統可包含一包括一或多個木炭或活性碳過濾器及一或多個銅基催化劑或其組合之洗滌器。烘箱或系統之洗滌器可包括至少一個木炭過濾器及至少一個銅基催化劑。
在至少一實施例中，如本文所揭示之硬化系統包含：一硬化烘箱；一冷阱，其與硬化烘箱流體連通以接收來自硬化烘箱之含揮發性副產物之氣體；及一洗滌器，其與冷阱流體連通以接收通過冷阱之氣體，且與硬化烘箱流體連通以將實質上不含揮發性副產物之氣體引導回至硬化烘箱。在特定實施例中，本發明之系統包括烘箱、冷阱、洗滌器或其組合中之兩者或兩者以上。
可理解，烘箱之硬化區中的氣氛氣體可含有揮發性物質且可經引導通過冷阱以冷凝含有揮發性物質之蒸氣。通過冷阱之氣體可接著通過洗滌器之過濾器以產生經過濾之不含或實質上不含有機揮發性物質之氣體。可將經過濾之氣體暴露於銅催化劑以移除諸如氧之反應性組分。烘箱之洗滌器組件亦可包括一或多個溶劑感應器以監測溶劑含量且 提供溶劑是否未完全移除之指示。系統亦可包括多餘組件及感應器。在本發明之烘箱之特定實施例中，除活性碳過濾器外或替代活性碳過濾器，洗滌器可包含可再使用之有機物過濾器。舉例而言，洗滌器之過濾器組件可包括一或多個分子篩，諸如由以銅催化劑為主之材料及其類似物形成的篩。其他分子篩可含有諸如鋁矽酸鹽礦物、黏土、多孔玻璃、微孔木炭、沸石、活性碳或小分子可通過之其他合成化合物之材料。洗滌器之組件或整個洗滌器可自諸如MBraun USA(14 Marin Way,Stratham,NH 03885)之經銷商獲得。
本發明之烘箱或隱形眼鏡硬化系統之實施例的洗滌器組件及蒸氣冷凝器組件可為烘箱之整體組件，或其可與烘箱間隔開。(諸如)借助於一或多個能夠在烘箱與洗滌器之間傳送含揮發性物質之氣體及不含揮發性物質之氣體的管道，洗滌器及蒸氣冷凝器將與烘箱內部氣體連通。管道材料之實例包括鋼管路及其他金屬材料之管路及其類似物。作為一實例，硬化烘箱可經由一管道與蒸氣冷凝器氣體連通，且洗滌器可經由蒸氣冷凝器與洗滌器之間的管道與烘箱氣體連通。
在烘箱之一些實施例中，可能存在僅兩個硬化區、僅三個硬化區或三個以上硬化區。在一些實施例中，可藉由使用兩個區中之每一區三次或使用三個區中之每一區兩次來提供六區烘箱。在兩區實施例中，烘箱之模具推進系統可經配置以將隱形眼鏡模具自第一區移動至第二區且接著移 回至第一區。
烘箱可操作以將複數個區中之至少一個區維持在兩種或兩種以上不同溫度下，且將該區溫度在該等溫度之間改變。該區可為第一區或第二區。
在具有兩個以上區之實施例中，烘箱之模具推進系統可經配置以將隱形眼鏡模具自第一區移動至第二區且接著移動至另一區或其他區，諸如三區實施例中之第三區。
烘箱可包含在第一區之前之一入口腔室或一第一前室。模具推進系統可經配置以將模具自入口腔室移動至第一區中。入口腔室可經配置以充滿化學惰性氣體以提供惰性氣氛。可能入口腔室經配置而實質上未加熱至室溫以上。烘箱可包含經配置以將模具放於入口腔室中之自動置放裝置。在特定實施例中，自動置放裝置可理解為製造自動化中常見之自動操縱或拾放裝置(pick and place device)。自動置放裝置亦可理解為自第一位置拾取一批眼鏡模具且將該批眼鏡模具置放於不同的第二位置處的機器。
烘箱可包含在複數個區之最後一區後之一出口腔室或一第二前室。模具推進系統可經配置以將模具自上一區移動至出口腔室中。出口腔室可經配置以充滿惰性氣體。可能出口腔室經配置而實質上未加熱至室溫以上。烘箱可包含經配置以將模具自出口腔室中移除之自動置放裝置。在特定實施例中，自動置放裝置可理解為製造自動化中常見之自動操縱或拾放裝置。自動置放裝置亦可理解為自第一位置拾取一批眼鏡模具且將該批眼鏡模具置放於不同的第二 位置處的機器。
入口腔室及出口腔室可為不同腔室，使得模具通過烘箱。或者，入口腔室及出口腔室可為同一腔室，使得模具通過同一腔室進入烘箱及離開烘箱。
在入口腔室及出口腔室處使用自動機器可使烘箱操作能夠完全自動化。與若人類操作設備則可能充滿惰性氣體之烘箱環境體積相比，其亦可使較大體積之烘箱環境充滿惰性氣體。
模具可支撐於輸送單元或載體上。本發明之輸送單元之實施例(包括所說明之實施例)可理解為托盤。輸送單元可指代單一托盤或複數個托盤。輸送單元亦可指代複數個托盤之堆疊，每一托盤與鄰近托盤接觸。
在不使用將阻礙托盤之堆疊或托盤堆疊在各區之間移動的大擋護板之情況下，本發明之方法及系統的重要較佳但並非基本之特徵解決了保持各區溫度恆定且維持各區之間的溫度差的需要。模具之高密度堆疊可尤其存在問題，此係因為需要整個堆疊內溫度分布均勻。該問題可藉由在輸送單元上使用擋板來解決。或者或另外，可藉由將烘箱及/或輸送單元配置以便使得輸送單元周圍及通過其之氣流有助於均勻分布熱來解決該問題。
作為一實例，輸送單元可包含複數個(例如，兩個或兩個以上)托盤，該等托盤耦接於一起以形成托盤堆疊或輸送單元。托盤可使用多種機構耦接於一起以形成托盤之堆疊。每一托盤包括兩個對立末端。一托盤之兩個對立末端或第一及第二對立末端包括一塊狀結構(諸如，固體塊)， 該塊狀結構與提供於另一托盤上之塊狀結構合作以形成兩個對立托盤堆疊側壁或輸送單元側壁。兩個鄰近托盤可使用可與凹座嚙合之定位銷而耦接於一起。在特定實施例中，銷及凹座位於塊狀結構中。在其他實施例中，銷及凹座可為托盤之組件且進一步有助於影響托盤之間的氣流。當使用不同溫度時，托盤堆疊之側壁在烘箱之不同溫度區之間形成絕緣區或障壁。氣流可引導於側壁或塊狀結構之間的托盤之間以提供遍及輸送單元的實質上均勻之溫度。舉例而言，塊狀結構可准許個別鄰近托盤間隔開且耦接於一起使得兩個托盤之間存在氣流通道。可按需要監測及控制氣流。氣流可藉由產生氣流之裝置(諸如，風扇、吹風機及其類似物)而調整或控制。
因此，可理解，該等單元中之至少一者可包括一擋板部分，該擋板部分經配置以形成一區壁之至少一部分，使得在該單元處於該等區中之一者中時，該區壁起作用以約束熱流動至鄰近區。單元可包括托盤。輸送單元中之每一者可包括一擋板部分且輸送單元中之一者之擋板部分可經配置以與輸送單元中之另一者上的相應擋板部分合作以形成區壁之至少一部分。因此，當托盤之堆疊處於該等區中之一者中時，由合作之擋板形成的區壁起作用以約束熱流動至鄰近區中。每一托盤可為實質上平坦薄片且擋板可為與薄片實質上垂直之實質上平坦側壁(為塊或薄片)。輸送單元中之至少一些可經垂直堆疊。個別托盤(包括側壁部分)中之每一者由非反應性材料(諸如，金屬材料及其類似物) 形成。在特定實施例中，托盤為不鏽鋼。
本發明之方法及系統的另一重要較佳但並非基本之特徵解決避免在加熱區內具有化學敏感或可降解之用於移動模具或含有模具之輸送單元的機構之需要。需要在該等區內避免諸如習知輸送帶及其類似物之移動裝置，此係因為硬化過程期間所產生之揮發性副產物可引起此等機構損壞及腐蝕。因此，本發明之模具推進系統對由揮發性副產物所引起之降解作用有抗性。在一些實施例(包括所說明之實施例)中，模具推進系統包含延伸通過烘箱及一或多個托盤堆疊嚙合裝置之機械軸。嚙合裝置可移動以使其可與托盤堆疊之一部分接觸且引起托盤堆疊平行於嚙合裝置所耦接之機械軸的長度而移動。本發明之模具推進系統之其他實施例可使用對由硬化過程產生之揮發性副產物降解作用有抗性的輸送帶。
在一些實施例(包括所說明之實施例)中，托盤堆疊彼此獨立且不耦接於一起。舉例而言，輸送單元可使用機械組件獨立移動通過烘箱。如本文所述，一種使輸送單元移動通過烘箱之方法係使用棘爪單元或類似嚙合裝置，其可嚙合單一托盤堆疊且引起托盤堆疊自一區移向另一區，如本文所述。然而，在其他實施例中，托盤堆疊可耦接於一起。舉例而言，複數個輸送單元可包括將該複數個輸送單元中之至少兩者耦接於一起以形成該等單元之一輪系的聯軸器，使得模具推進系統可操作以藉由移動經耦接之單元中的任一者來移動所有經耦接之單元。
本發明之系統在製造聚合隱形眼鏡產物時有效，其可經進一步處理以製造水合隱形眼鏡。配置於輸送單元上或其中之模具中所提供的可聚合眼鏡前驅體組合物可為水凝膠隱形眼鏡形成材料，諸如含有HEMA、NVP、PVP、MA、MMA及其類似物之材料。或者，配置於輸送單元上或其中之模具中所提供的可聚合眼鏡前驅體組合物可為聚矽氧水凝膠隱形眼鏡形成材料，諸如洛弗康(lotrafilcon)、芭弗康(balafilcon)、咖弗康(galyfilcon)及斯弗康(senofilcon)。其他聚矽氧水凝膠眼鏡形成材料可提供於模具中。舉例而言，模具可包含一包括含氟二甲基丙烯醯基聚矽氧大分子單體、親水性含乙烯基單體、丙烯酸系單體交聯劑及丙烯酸酯官能化之氧化乙烯寡聚物及聚氧化烯聚矽氧可提取組分的眼鏡形成材料。
在隱形眼鏡硬化方法之一態樣中，提供藉由硬化模具中之隱形眼鏡前驅體材料來形成隱形眼鏡之方法。該方法包含在烘箱中提供惰性氣氛，且將烘箱中之模具加熱至複數個不同溫度中之每一者且將其維持在複數個不同溫度中之每一者下，其中該方法進一步包含在烘箱之第一區中將模具維持在該等溫度之第一溫度下，將模具自第一區移動至烘箱之第二區，且將第二區中之模具維持在設定溫度之第二溫度下。
該方法可包括以下步驟：將第一區之溫度改變至與第一溫度及第二溫度不同之第三溫度，將模具移回至第一區中，及在第一區中將模具維持在第三溫度下。
該方法可包括以下步驟：將第二區之溫度改變至與第一溫度、第二溫度及第三溫度不同之第四溫度，將模具移回至第二區中，及在第二區中將模具維持在第四溫度下。
該方法可包括以下步驟：將模具移動至第三區中且將第三區中之模具維持在與第一溫度及第二溫度不同之溫度下。
該方法可包括以下步驟：將模具移動至一或多個其他區中且將其他區中之模具維持在可與先前維持模具所在之任何溫度不同之其他溫度下。
該方法可包括以下步驟：將模具移回至其先前所在之任何區中且將該區中之模具維持在與先前維持模具所在之任何溫度不同之溫度下。
一重要較佳但非基本之特徵解決保持惰性氣氛為惰性而不使用過多惰性氣體(例如，氮)之需要。該方法可包括在將模具移動至第一區中之前將模具置放於入口腔室中的步驟。該方法可包括將模具自烘箱之最後一區移動至出口腔室中的步驟。該方法可包括將空氣自入口及/或出口腔室抽出且用惰性氣體替代空氣之步驟。以該方式使用"前室"可使烘箱內之惰性氣氛能夠快速建立。
需要惰性氣氛潔淨且一致。該方法可包括過濾或洗滌硬化烘箱中之氣氛以移除揮發性物質之步驟。在加熱期間，惰性氣氛可能包含少於100百萬分率(ppm)之氧。在特定實施例中，在加熱期間惰性氣氛中存在少於80 ppm或少於60 ppm或少於40 ppm之氧。
加熱可在"關閉"系統中執行，其中惰性氣氛為潔淨的且再循環回至加熱區中。該方法可包括以下步驟：將氣體自烘箱內部(例如，自烘箱中該等區中之一者、自入口腔室及/或自出口腔室)抽出，清潔或洗滌所抽取之氣體以產生潔淨之惰性氣體，且接著將潔淨之惰性氣體再引回至烘箱中。
該方法可包括連續或實質上連續排出或提取由前驅體組合物內之揮發性組分產生之揮發性煙及/或蒸氣的步驟。
該方法可包括移除可能自熱硬化程序積聚之殘餘材料之步驟。
含有藉由硬化過程產生之揮發性物質的氣體(例如，含有含N－乙烯基－N－甲基乙醯胺(VMA)或甲基丙烯酸甲酯(MMA)之反應混合物之副產物的氣體)以及水可通過蒸氣冷凝器或冷阱、有機物過濾器或有機物阱以移除有機揮發性物質，且產生經過濾之氣體。可將經過濾之氣體暴露於去氧劑，諸如銅基催化劑或其類似物以產生化學惰性氣體。因此，方法可包括引導由隱形眼鏡硬化過程產生之含揮發性副產物之氣體通過氣體純化或再循環系統，如本文所討論。
該方法可包括在平衡基礎上操作烘箱；亦即，以相同速率將模具放入該等區中及自該等區中移除模具。如本文所述，此可藉由本發明之烘箱之模具推進系統來實現。
加熱區中之溫度可經監測及控制，使得區中之每一者的溫度保持恆定。舉例而言，溫度可變化±5至10%。舉例而 言，當硬化溫度為約50℃至約80℃時，溫度變化可為約±4℃。用以硬化眼鏡前驅體組合物之溫度可視所聚合之眼鏡調配物而變化。舉例而言，溫度可在約30℃至約135℃之間變化。在特定實施例中，加熱區中之一或多者中的溫度可為約50℃至約130℃。在其他實施例中，加熱區中之一或多者中的溫度可為約80℃至約135℃。在特定實施例中，烘箱之一或多個加熱區中之溫度可為約50℃、約55℃、約60℃、約65℃、約70℃、約75℃或約80℃。作為另一實例，第一加熱區之溫度可維持在55±4℃下，第二區之溫度可維持在80±4℃下，且第三區之溫度可維持在80±4℃下。可有規則地監測溫度以確保其保持在適於達成可接受之隱形眼鏡形成的特定溫度範圍內。另外，可用不含有隱形眼鏡模具且實情為含有一或多個溫度感應器(包括溫度感應器陣列)以確保溫度遍及托盤堆疊均勻分布之托盤堆疊執行試執行。
在特定方法中，可冷卻隱形眼鏡模具。舉例而言，隱形眼鏡模具總成及其中所含之眼鏡材料可在烘箱之硬化區中冷卻。隱形眼鏡模具總成及眼鏡材料之冷卻可藉由降低烘箱或烘箱之硬化區中之溫度而引起。舉例而言，與未傳遞冷卻劑之方法(亦即，被動冷卻情況)相比，在可聚合眼鏡前驅體材料曝露於熱以形成聚合隱形眼鏡產物後，可將冷卻劑傳遞至烘箱中或隱形眼鏡模具總成周圍以將聚合眼鏡產物之溫度更快地降低至室溫或略微大於室溫(例如，15℃至約25℃或略微大於15℃至約25℃)之溫度。藉由在聚 合後主動冷卻眼鏡模具及聚合眼鏡產物，有可能減小聚合眼鏡產物之放熱反應效應。因此，本發明之方法可包括將模具總成及眼鏡產物冷卻以使得在自硬化系統移除模具總成時模具總成及眼鏡產物實質上在約室溫下的步驟。冷卻可藉由將冷卻氣體傳遞至烘箱中或模具總成附近或藉由引導冷卻液通過冷卻烘箱之一部分以使得模具總成及眼鏡產物可主動冷卻來實現。
在另一態樣中，本發明提供一種用於製造隱形眼鏡之自動化系統，包括如本文所述之烘箱。
在本發明之其他態樣中，提供包含一烘箱之隱形眼鏡硬化系統，該烘箱包括一惰性氣體來源，該惰性氣體來源可操作以在硬化過程期間在烘箱中提供惰性氣氛以自提供於隱形眼鏡模具總成中之隱形眼鏡前驅體材料製造聚合隱形眼鏡。烘箱可包括：複數個硬化區及一用於在該複數個區之間移動隱形眼鏡模具總成之模具推進系統，其中提供在第一壓力下之惰性氣氛；及一在烘箱周圍之腔室，其提供在大於惰性氣氛之第一壓力之第二壓力下的第二氣氛。
在本發明之其他態樣中，提供包含一包括複數個硬化區之烘箱的隱形眼鏡硬化系統。亦提供用於在該複數個區之間移動隱形眼鏡模具總成的模具推進系統及硬化區內之提供實質上化學惰性環境之受控制氣氛，其中隱形眼鏡前驅體材料可在位於硬化區中之隱形眼鏡模具總成中經聚合。
應瞭解，關於本發明之方法所述的本發明之態樣同樣可應用於本發明之烘箱，且反之亦然。
僅借助於實例，參考隨附示意圖，現將詳細描述本發明之系統及方法之特定說明性實施例。
一隱形眼鏡硬化烘箱10用於聚矽氧水凝膠隱形眼鏡之硬化過程中(圖1)。其包括一裝載站15、一第一進入門20、一入口腔室30、一第一加熱區40、一第二加熱區50、一第三加熱區60、一出口腔室70、一第二進入門80及一卸載站90。在此實例中，每一區由可用作獨立區之兩個單元形成。舉例而言，第一加熱區40由一第一烘箱腔室42及一第二烘箱腔室47形成(圖1(e))。每一烘箱腔室42、47保存一隱形眼鏡模具總成堆疊100，且因此每一區40、50、60每次保存兩個堆疊。
分別與入口腔室30及出口腔室70鄰近的是一第一自動置放裝置(未圖示)及一第二自動置放裝置(未圖示)。第一自動置放裝置經配置以將托盤堆疊100裝載至入口腔室30中。第二自動置放裝置經配置以將托盤堆疊100自出口腔室70中卸載。藉由第二自動置放裝置將托盤堆疊100沿輸送系統(未圖示)自出口腔室70移動至廢棄站或各種箱或容器。將模具總成中之硬化眼鏡引導至不同通道或路徑中，每一通道通向不同容器，且每一容器係用於不同類型之眼鏡。根據類型將經聚合之眼鏡分類且接著沿該等通道將其引導至合適之容器。
第一加熱區40與第二加熱區50藉由包括一縫隙120之第一壁110(圖1(e))分離。第二加熱區50與第三加熱區60藉由 包括一縫隙140之第二壁130分離。在一實施例中，複數個加熱元件(未圖示)位於加熱區中之每一者中以用於提供以本文所述之時間及循環硬化眼鏡前驅體組合物所必需之熱。加熱元件可安裝於硬化烘箱之內壁表面，且在一實施例中彼此以間隔開組態安裝。加熱元件可為感應加熱器型且藉由一控制器(未圖示)調節，該控制器亦控制載運眼鏡前驅體組合物之眼鏡堆疊移動通過硬化烘箱，如下文進一步討論。
當已將托盤堆疊100置放於入口腔室30中時，第一進入門20閉合，且一障壁150阻斷入口腔室30與第一加熱區40之間的縫隙155，從而起作用以防止烘箱10周圍之氣氛進入加熱區40、50、60(圖2(a))。將該氣氛自入口腔室30提取出且用惰性氮氣氛替代。接著移除障壁150(圖2(b))且托盤堆疊100進入加熱區40、50、60而未改變該等區40、50、60內部之惰性氣氛。
包括眼鏡前驅體組合物之隱形眼鏡模具總成160(圖3(a)至3(b))配置於托盤170上且該等托盤堆疊於彼此頂部，使得其形成托盤堆疊100。在正常使用中，以連續過程發送複數個此等托盤堆疊100通過烘箱10。
在此實例中，存在10個托盤170，每一托盤170保存呈16×16配置之256個隱形眼鏡模具總成160。托盤170包含一平坦基底180及在托盤170之第一末端處實質上垂直於基底180配置的第一擋板190及在托盤170之對立末端處實質上垂直於基底180配置的第二實質上等同擋板(未圖示)。托盤 之第一擋板190及第二擋板經配置，使得兩個或兩個以上托盤170可垂直堆疊於彼此頂部以形成堆疊100。重要的是無論眼鏡位於托盤堆疊100中何處，均將其曝露於相同硬化過程，且因此托盤170之不具有擋板190、200的側面為敞開的。藉由橫向吹氣越過區40、50、60且因此通過托盤170之敞開側面且越過模具總成160的風扇(未圖示)而控制遍及加熱區40、50、60之氣流。以此方式，確保遍及托盤堆疊100之溫度分布均勻。
入口腔室30，加熱區40、50、60及出口腔室70經由其間的縫隙155、120、140、165而彼此相繼連通。縫隙155、120、140、165經定位及定尺寸，使得托盤堆疊100可恰好配合通過其，其中擋板形成壁狀障壁，在堆疊100固定時擋板幾乎完全阻斷其所在之縫隙。
加熱區40、50、60中之每一者獨立操作且每一烘箱腔室42、47包括專用加熱元件、一空氣再循環風扇、溫度量測裝置及氣流量測裝置。然而，加熱區40、50及60彼此氣體連通，此係因為托盤堆疊100移動通過烘箱10意謂在區40、50、60之間無恆定空氣密封，且單一惰性環境遍及烘箱10而存在。藉由壁110使第一加熱區40與第二加熱區50部分分離。藉由壁130使第二加熱區50與第三加熱區60部分分離。
壁110、130並不完全將加熱區40、50、60彼此阻斷。實情為，壁110、130中之每一者中的縫隙120、140經定位及定尺寸，使得托盤堆疊100可恰好配合通過縫隙120、 140。當托盤堆疊100處於第一加熱區40之第二烘箱腔室47中時，其前面經定位與壁110中之縫隙120成直線，且組成托盤堆疊100之托盤170上所包括的擋板200充當第一加熱區40與第二加熱區50之間的另一障壁。一旦托盤堆疊100通過壁110中之縫隙120，進入第二加熱區50之第一烘箱腔室，則包括組成托盤堆疊100之擋板190的後邊緣充當第一加熱區40與第二加熱區50之間的另一障壁。以此方式，當托盤堆疊100自縫隙120、140之一側面傳送至另一側面時，其提供將加熱區40、50、60彼此分離之障壁，從而使區40、50、60之溫差能夠保持實質上恆定。此等縫隙120、140之使用及托盤堆疊100移動通過烘箱10之熱轉移的阻斷意謂托盤堆疊100可移動通過三個加熱區40、50、60而不打開任何門或障壁。
每一堆疊100中最底部托盤210在對立側面上包括兩個"把手"狀裝置220。此等"把手"220自最底部托盤210之側面延伸。
當將托盤堆疊100裝載至入口腔室30中時，其與一模具推進系統230(圖5(a))嚙合，該模具推進系統230將托盤堆疊100自入口腔室30輸送朝向且通過第一加熱區40、第二加熱區50及第三加熱區60，至出口腔室70。堆疊100在每一加熱區30、40、50中停止兩次，每一烘箱腔室42、47中一次。
模具推進系統230(圖5(a))包含推動/牽拉控制桿240，該推動/牽拉控制桿240每次移動托盤堆疊100通過烘箱10一 步。移動托盤堆疊100，使得在托盤堆疊100之移動之間始終存在由托盤堆疊100中之至少一些上的擋板190產生的邊界，擋板190位於壁110及130中之縫隙內。
更詳細地，托盤堆疊100沿經由個別加熱區40、50、60延伸之兩個橫向側軌(lateral side－rail)250支撐及移動。在所說明之實施例中，側軌250(圖5(a))終止於兩個鄰近區(40、50；50、60)之間，使得在兩個鄰近加熱區(40、50；50、60)之側軌末端之間存在一間隙255(圖5(b))。控制桿或推進機械軸240位於一加熱區40、50、60之兩個側軌250之間且推進機械軸240具有與側軌250平行之長度。在所說明之實施例中，推進機械軸240延伸通過烘箱10之所有加熱區40、50、60。(在其他實施例中，每一加熱區可包括其自己的推進機械軸，且個別推進機械軸接著可經對準，使得托盤堆疊可完全移動通過加熱區)。
在每一加熱區40、50、60中，棘爪單元260提供於推進機械軸240上。棘爪單元260與推進機械軸240可旋轉耦接，使得棘爪單元260可繞推進機械軸240之中心縱軸旋轉。棘爪單元260可旋轉以嚙合托盤堆疊100且可旋轉以脫離托盤堆疊100。棘爪單元260可沿推進機械軸240之長度自加熱區40、50、60之一末端移動至加熱區40、50、60之對立末端。棘爪單元260亦可理解為托盤堆疊嚙合部件。在一些實施例中，藉由使推進機械軸旋轉，棘爪單元260相對於推進機械軸240之縱軸旋轉。換言之，使棘爪單元260固定至推進機械軸240。在其他實施例中，可使棘爪單 元260旋轉而不使推進機械軸240旋轉。
作為一實例，棘爪單元260位於加熱區40中推進機械軸240之一末端附近。使棘爪單元260旋轉以與托盤堆疊100之最底部托盤210上之把手220嚙合。使棘爪260旋轉而與把手220鄰近(圖6(a))且將其移動而與把手220相抵以與把手220嚙合(在此實例中，棘爪260及把手220彼此並不耦接，而僅彼此接觸)。隨著機械軸240移動，棘爪260壓抵把手220之側面且引起整個托盤堆疊100移動(圖6(b))。
使用習知伺服驅動270，使棘爪單元260沿推進機械軸240之長度移動。當與托盤堆疊100嚙合時，棘爪單元260藉由推動及/或牽拉而使把手220移動，且因此使托盤堆疊100在加熱區40、50、60內移動及朝向另一鄰近加熱區40、50、60移動。更具體言之，棘爪單元260將托盤堆疊100移動至第一加熱區40中之第一位置。將托盤堆疊100曝露於熱，歷時預定量之時間。預定量之時間過去後，棘爪單元260將托盤堆疊100移動至下一加熱區50。棘爪單元260接著退回且返回至原始位置以與第二托盤堆疊100嚙合。
以下描述追隨單一托盤堆疊100通過烘箱10之進程(一操作烘箱10之實例方法概述於圖10(a)中；實務上，如下文進一步解釋，大體涉及其他步驟)。在形成隱形眼鏡之此實例方法中，一烘箱被提供(步驟1010)，且其自身具備一惰性氣氛(步驟1012)。將隱形眼鏡前驅體材料放入模具總成160中(步驟1014)。藉由加熱烘箱10中之模具總成160，使 隱形眼鏡前驅體材料硬化(步驟1016)。該加熱步驟更詳細地展示於圖10(b)中。在烘箱10之第一區40中將模具總成160維持在第一溫度下(步驟1020)。將模具總成160自烘箱10之第一區40移動至第二區50(步驟1022)。在第二區50中，將模具總成160維持在與第一溫度不同之第二溫度下(步驟1024)。
現將更詳細地描述一種操作烘箱10之更複雜方法。在下文進一步討論之周圍"第二表層"中，托盤堆疊100通過進入門(未圖示)進入生產線。第一自動置放裝置將托盤堆疊100移動至入口腔室30前之區域中。如上文所提及，另一自動置放裝置將托盤堆疊100裝載至入口腔室30中。接著使入口腔室30自外部環境密封，且亦降低障壁150以使入口腔室30與第一加熱區40分離。接著將正常氣氛自入口腔室30排空且用來自氮氣來源之惰性氮氣氛替代。在此實施例中，惰性氮氣氛包含少於100百萬分率(ppm)之氧。(在替代實施例中，惰性氣體來源可針對任何其他惰性氣體，諸如包括(但不限於)二氧化碳、氦、氬或其他惰性氣體之氣體。)
在本實例中，將第一加熱區40保持在55℃之溫度下，第二加熱區50保持在80℃之溫度下，且第三加熱區60保持在80℃之溫度下。(在下文所述之實例兩區烘箱中，將第一加熱區保持在50℃之溫度下，且第二加熱區保持在80℃之溫度下。)
藉由推進系統230以實質上恆定之速率驅動托盤堆疊100 通過加熱區40、50、60。因此，眼鏡在特定溫度下硬化之時間可視其移動通過之加熱區40、50、60之長度而定。基於眼鏡調配物及樣本執行，預定托盤堆疊100保持在加熱區40、50、60中之時間。托盤堆疊100保持在單一加熱區40、50、60中之合適時間的實例可為約15分鐘至約120分鐘及/或此等時間之倍數。托盤堆疊100保持在單一加熱區40、50、60中之預定時間可為30分鐘或其倍數。舉例而言，托盤堆疊100可保持在第一加熱區40中30分鐘，保持在第二加熱區50中30分鐘，且保持在第三加熱區60中30分鐘。(在一使用兩區實施例之實例過程中，托盤堆疊可(例如)保持在第一加熱區中30分鐘且保持在第二加熱區中60分鐘。)
另外，當托盤堆疊100自一區40、50轉移至另一區50、60時，實際硬化循環之間存在小量的時間。此可理解為托盤堆疊轉移時間。托盤堆疊轉移時間可為硬化時間之約1%至約10%。舉例而言，轉移時間可為約1%至約5%，或1%與2%之間。作為一額外實例，對於加熱區硬化時間為30分鐘而言，第一加熱區40與第二加熱區50之間的轉移時間可為約30秒。然而，在其他實施例中，轉移時間可自約15秒至約2分鐘而變化。
將托盤堆疊100自入口腔室30移動至第一加熱區40中。其保持在第一加熱區40中直至其經受硬化過程之第一加熱階段為止。接著其通過壁110中之縫隙120且移動至第二加熱區50中，直至其經受硬化過程之第二階段為止。托盤堆 疊100接著移動通過第二加熱區50，通過壁130中之縫隙140且移動至第三加熱區60中，直至其經受硬化過程之第三加熱階段為止。最終，托盤堆疊100通過第三加熱區60，通過最終縫隙且至出口腔室70中。
一旦托盤堆疊100達到出口腔室70，則降低第三加熱區60與出口腔室70之間的障壁以保護第三加熱區60免於經受正常氣氛。如下文關於第二實施例所述，接著將包括硬化過程期間所釋放之揮發性物質的惰性氣氛自出口腔室70抽出，使得其不釋放至正常氣氛中。第三自動置放裝置接著將托盤堆疊100自出口腔室70移除且將其移動至卸載站(未圖示)。在卸載站，將硬化眼鏡按類型分離且沿通道(未圖示)移動至與輸送系統鄰近之相關袋或容器。
上述製造過程藉由控制單元(未圖示)控制。一旦該過程經起始，則其完全自動。控制單元亦連接至複數個感應器，該等感應器追蹤經由該過程硬化之眼鏡。托盤堆疊100包括識別分組開始(start of lot)、分組結束(end of lot)、存在之部分、廢棄部分及時間及日期戳記的資訊。托盤堆疊100及感應器上所儲存之資訊可(例如)以條碼蝕刻於與相關感應器耦接之托盤170或RFID標籤上。藉由此等感應器聚集之資訊傳送至卸載站，在卸載站確定如何根據類型將產物裝袋或分組歸類。控制單元亦監測眼鏡廢棄品。眼鏡可能歸因於遍及烘箱10的通過時間、溫度及氣流條件經量測並非最佳而遭廢棄。此資訊儲存在關於每一批眼鏡之資料表中。將廢棄之眼鏡置放於廢品箱中。控制單 元亦監測加熱區40、50、60之溫度、烘箱10中之氣氛中所存在的揮發性物質及氧之量，及硬化過程之時序。若此等值由於任何原因而在特定預定範圍之外，則起動警報器，指示存在嚴重故障。
以上描述自單一托盤堆疊100之角度追隨該過程。然而，在使用中，烘箱10將容納移動通過加熱區40、50及60之複數個托盤堆疊。該複數個托盤堆疊100配置於模具推進系統230上，使得如上所述，隨著其通過壁110、130中之縫隙120、140，其歸因於其擋板190提供之障壁效應而保持不同加熱區40、50、60分離。
熟習此項技術者將瞭解，第一實例實施例可視(例如)將其他加熱區引入烘箱10中所需之硬化過程而經調適。在此實施例之變化中，可存在四、五、六或六個以上加熱區。
烘箱310(圖7(a))為本發明之第二實施例的一實例。烘箱310包括一進入門320、一入口腔室330、一第一加熱區340及一第二加熱區350。(注意，與第一實施例對比，此處每一加熱區由單一烘箱腔室(經定尺寸以保存一堆疊)製成。)
一自動置放裝置(未圖示)將一托盤堆疊100裝載至入口腔室330中。第一加熱區340與第二加熱區350藉由壁410(圖7(e))部分分離，該壁410包括一縫隙455，該縫隙455經定位及定尺寸使得托盤堆疊100可較佳以托盤堆疊與縫隙之間具有充分間隙之準確方式配合通過縫隙455。
如同第一實施例，藉由將正常氣氛排空且用氧少於100 ppm之氮氣氛替代正常氣氛，入口腔室330起作用以在托盤 堆疊100周圍產生惰性氮氣氛。接著將托盤堆疊100移動至第一加熱區340中。以類似於第一實施例之配置的方式，托盤堆疊100包括有效阻斷壁410中之縫隙455的擋板，從而防止第一加熱區340與第二加熱區350之間的任何顯著熱轉移。第一加熱區340在55℃之溫度下，且在移動至第二加熱區350之前將托盤堆疊100保持在此區中30分鐘。第二加熱區350在80℃之溫度下且將托盤堆疊100保持在此處30分鐘。當托盤堆疊100保持在第二加熱區350中時，將第一加熱區340之溫度變成80℃。一旦托盤堆疊100在第二加熱區350中30分鐘，則將其移回至目前在80℃溫度下之第一加熱區340中，將其保持在第一加熱區中又30分鐘。在此硬化過程結束時，將托盤堆疊100移回至入口腔室330中。提取該處目前包括在硬化過程中產生之一些雜質的惰性氮氣氛且用正常氣氛替代。已自入口腔室330移除之惰性氮氣氛通過過濾/洗滌過程以移除在硬化過程期間所釋放之雜質。自動置放裝置接著將托盤堆疊100自入口腔室330卸載且將其移動至卸載站(未圖示)。類似於如針對第一實施例所述來配置卸載站。
當隱形眼鏡產物形成時，硬化過程導致揮發性物質釋放至惰性氣氛中。此等揮發性物質的大累積將使硬化過程降級，從而引起雜質在眼鏡中形成且亦使加熱區40、50、60；340、350及入口腔室30；330及出口腔室70內部變髒。歸因於此等揮發性物質可能引起環境及健康與安全問題，亦必需在此等揮發性物質進入該氣氛之前將其移除。 借助於將含有揮發性物質之惰性氣氛自出口腔室70(或在第二實施例之狀況下，第二加熱區350之封閉空間下游)抽出且在將潔淨氮氣再循環至入口腔室30；330之前使用洗滌及過濾過程來移除此等揮發性物質係最有效的。因此，該系統包括一氣體純化系統或一氣體再循環器系統。此亦為有利的，因為其降低必須供應大量惰性及潔淨氮氣之成本。若藉由硬化過程產生之揮發性物質之量高，則有可能使用再循環配置，該再循環配置自烘箱10；310內部所有不同區30、40、50；330、340獲得氣體且連續洗滌並過濾其。
在該實例中，第一實施例及第二實施例兩者中所用之洗滌及過濾過程在位於與烘箱10或310相距一定距離處且藉由載運氣體之管路540、550與烘箱10或310連接的單元490中進行。為求便利，參考第二實施例說明該過程(圖8)。
"冷阱"或蒸氣冷凝器510與洗滌系統500分離。氣體純化系統(圖8)包括(i)冷阱510；及(ii)呈單元500之洗滌器系統。洗滌器系統包括(i)活性碳過濾器520；及(ii)銅催化劑530。活性碳過濾器520及銅催化劑裝置530含於洗滌器系統外罩(單元490)中。管道550將冷阱510連接至洗滌器系統490，且另一管道540將洗滌器系統490連接回至硬化烘箱10；310。
若烘箱10、310為雙表層的，該等表層之間具有微小過壓，則為有利的，因此若烘箱內表層損壞，則藉由硬化過程釋放至烘箱惰性氣氛中之揮發性物質不會釋放至外部環 境中，從而引起環境及健康與安全危險。
因此，在另一實例實施例(圖9)中，烘箱系統600在烘箱610及其相關聯自動置放裝置612、613，廢棄站614及輸送系統615(其包括硬化眼鏡沿通道616經引導至之容器)周圍包含一外部安全外殼590(或"第二表層")。安全外殼590與烘箱外壁690之間的空間可充滿化學惰性氣體，諸如氮。此經添加之氣體障壁有助於防止來自外部空氣之污染物(諸如，氧及其類似物)進入加熱區640、650、660且減少揮發性組分自加熱區不小心放出至外部大氣中。在大部分情況下，安全外殼590與烘箱610之間的空間充滿純氮且不經受洗滌。
現參看圖11，展示根據本發明之態樣提供的強制通風加熱器系統700的橫截面透視圖。在一實施例中，強制通風加熱器("FDH")系統700經組態以安裝於硬化烘箱(諸如，10、310或600)上，以提供用於聚合托盤之堆疊100中之眼鏡前驅體材料的熱及氣流或氣體，如下文進一步討論。FDH系統700大體包含一包含頂蓋704之外罩結構702、一排放管706及一回流管708，其共同界定一加熱區710。當安裝在硬化烘箱上時，加熱區710經定尺寸以緊靠配合於硬化烘箱之各別加熱區上，如下文進一步討論。更佳地，加熱區710以尺寸對尺寸(size－on－size)之配合而配合於硬化烘箱上，FDH系統700與硬化烘箱之間的界面(諸如)藉由螺桿、螺釘及/或鉚釘而緊固在一起以將一安裝凸緣與另一安裝凸緣或部分緊固。頂蓋704併有一風扇外罩712以用於 容納風扇或葉輪(未圖示)及一擴散器714。風扇可為離心無蝸殼風扇(plug fan)類型或其他類似功能風扇。入口節流器716位於風扇外罩712之上游以用於引導循環入口氣體通過風扇(未圖示)以使內部氣氛循環通過硬化烘箱。一機械軸(未圖示)連接至風扇(未圖示)且一馬達726耦接至該機械軸以使風扇旋轉。展示馬達安裝於風扇外罩上，且更特定言之安裝於頂蓋之外表面上，以促進進行組裝及維修。馬達可根據已建立之電力工程實踐而定尺寸及選擇。在一實施例中，馬達經定尺寸以對額定高於350 CFM(諸如高於750 CFM且諸如高於1000 CFM)之風扇提供動力。亦展示與馬達726鄰近的是一再循環管線724。如先前所討論，再循環管線724可用於將揮發性潛在氣氛發送至洗滌器及過濾單元以純化氣氛，諸如純化惰性氣體。一旦經純化或洗滌，則可經由直接安裝至硬化烘箱、頂蓋702之回流噴嘴或回流管708使氣體返回至硬化烘箱。視情況但較不佳地，可將回流噴嘴併入排放管706中。
將包含複數個個別加熱桿或元件720之一組加熱元件718安裝在頂蓋704之收集末端722處。在一較佳系統中，該組加熱元件718連接至控制個別加熱元件720之時序及操作的控制器(未圖示)。舉例而言，控制器可控制加熱元件720打開及關閉之時間及打開及/或關閉循環歷時多久。在一實施例中，控制器基於來自安裝在回流管708、排放管706、頂蓋704、硬化烘箱10、310或其組合中之一或多個熱電偶(未圖示)的反饋而控制加熱元件。在一較佳實施例中，加 熱元件720經組態以在瞬變時期期間操作，諸如眼鏡堆疊100置放於硬化烘箱中以待硬化時，此時可能引起操作溫度暫時下降。因此，該組加熱器718可識別為後熱器或次級加熱器。
複數個主要加熱元件(未圖示)位於排放管706之對流區728中，正好在擴散器714下面。可將三個加熱元件併入，各彼此間隔開且縱向對準以與頂蓋704之縱向一致。或者，加熱元件經對準使得其重疊相應垂直加熱區，如下文進一步討論。加熱元件可具有大於6 kW(諸如，8 kW、10 kW或更高)之總或組合額定容量，且可連續或間歇操作且較佳可操作以維持各個硬化烘箱區中之溫度在所需設定位準下。因此，舉例而言，若FDH系統700安裝於硬化烘箱10之第一加熱區40(圖1(a))上，則該等加熱元件經組態以在維持硬化烘箱之第一加熱區40在第一設定溫度下之溫度下操作。加熱元件亦可視硬化循環而向上或向下衰減，諸如執行以維持第一加熱區在50℃下30分鐘且接著增加以維持第一加熱區在80℃下另外15分鐘。儘管額外加熱元件可併入硬化烘箱中以用於與FDH系統一起使用(諸如，先前參考圖1之硬化烘箱10所討論)，但在一較佳實施例中，當將FDH系統併入時不將加熱元件併入硬化烘箱中。
為調整通過排放管706之氣體或氣流，將複數個壓力感應裝置(諸如，百葉窗或風門730)正好安裝在主要加熱元件之下游，在正好位於分段排放管區730上方之對流區728中。在一實施例中，將九個個別百葉窗730併入以准許經 由排放管之九個不同區進行九個獨立流量調整。在一實施例中，每一個別百葉窗由連接至桿或機械軸之閘組成，該桿或機械軸又(諸如)借助於凸輪、齒輪組、聯動系統或此項技術中已知之其他構件而連接至控制旋鈕734。在其他實施例中，少於或大於九個區可併入具有相應數目之百葉窗及控制旋鈕的排放管706中。在一較佳實施例中，壓力感應裝置各類似於兩個矩形格柵，其中一格柵經組態以在另一格柵上滑動以產生開口。每一裝置之格柵開口可藉由使用安裝在第一表層外部之螺桿旋鈕來調整。另外，包含複數個開口(諸如，圓形、正方形或橢圓形開口)之穿孔板747(圖11)可併入九個區之出口處、排放管706與硬化烘箱之間的界面處。穿孔板可經組態以約束經管道輸送之氣流，因此允許排放管中壓力累積，此可增強經管道輸送之氣體越過托盤之堆疊100的氣體分布。經穿孔之開口各經定尺寸為約0.5吋至約2吋，其中約0.75吋為更佳。或者，穿孔板可經組態以與固體表面相比具有約25%至約60%之開孔面積。
圖12為根據本發明之態樣提供之強制通風硬化烘箱系統736的橫截面透視圖，其包含硬化烘箱738及複數個FDH系統700。硬化烘箱738類似於參看圖1至圖5所示之烘箱10，且在該特定實施例中併有六個加熱區，每一加熱區上安裝有一FDH系統700。如清楚展示，每一FDH系統700具有一排放管706，該排放管706分成不同分段流動區732。亦參看圖11，將兩個垂直面板740併入以在排放管706內界定三 個不同垂直區。另外，將三個弧形面板742併入以形成三個水平區。組合而言，九個個別流動區744併入每一FDH系統之排放管706中。顯而易見，氣流可藉由增加或減少區的數目而不同地調整，此涵蓋於本發明中。
因此，本發明之態樣包括使用複數個可調壓力感應裝置感應通過排放管中複數個區之氣流來調整通過硬化烘箱之氣流的系統。該系統允許調整通過排放管之流量，使得隨著氣體離開該管且通過硬化烘箱至回流管708，可進行不同流量調整以改變硬化烘箱之不同內部部分的流動及溫度特性。有利地，經加熱之惰性氣體可越過眼鏡堆疊100來調節以准許越過堆疊之所需熱及流量分布，以達成所需硬化效應。在一實施例中，熱電偶安裝在排放管706、硬化烘箱及/或回流管708中以提供各個區中之溫度反饋以促進流量調整。本實施例亦可藉由使用可控馬達(諸如，伺服馬達)而自動化以至少部分地基於自各種熱電偶接收之反饋使壓力感應裝置730旋轉。如一般熟習此項技術者所理解之術語"控制器"可用以至少部分地基於自熱電偶接收的信號來調節壓力感應裝置。
再次參看圖11，在一實施例中，回流管708類似於排放管706分成複數個區。在一替代實施例中，回流管具有少於九個區(諸如一個及達至八個區)或大於九個區之區。視情況，可使用相同數目之控制旋鈕將一或多個壓力感應裝置730併入回流管中以用於調整其。在所示實施例中，將九個壓力感應裝置730併入以與九個流動區對應。另外， 穿孔板(類似於747)可併入於回流管708之入口處以准許硬化烘箱內部的壓力累積。
圖13為圖12之硬化烘箱系統736之部分透視圖。在一實施例中，將複數個孔口或門746併入FDH系統700上。舉例而言，可將孔口併入每一FDH系統之頂蓋704、排放管706及/或回流管708上。該等孔口允許進入FDH系統內部進行維修、檢查、升級、修理等。在其他實施例中，可將透明檢查窗(諸如，耐熱強化玻璃)併入。在其他實施例中，將檢查燈併入以照明烘箱內部以用於增強觀察。
再次參看圖12，在所示實施例中，除安裝在第二表層之外部頂面上的馬達726外，第二表層741提供於FDH系統700及硬化烘箱738之各區上。乾氣密封、套管、機械密封或其他密封方式可用於密封第二表層與每一機械軸之馬達軸之間的表面。第二表層741用作強制通風硬化烘箱系統736之雙壁安全殼，如先前所討論，其經組態以含有自硬化烘箱洩漏之可能含有不合需要之揮發性物質(VOC)的不需氣體。第二表層741與FDH系統及硬化烘箱之內壁層之間的空間可用氣體覆蓋層(gas blanket)(諸如，氮或其他惰性氣體)來加壓。視情況，VOC監測器或感應器可位於安全殼空間中以警告使用者可能漏氣。在一特定實施例中，第二表層741具有兩個軸末端，一末端終止於硬化烘箱之第一加熱區且另一末端終止於硬化烘箱之最後一個加熱區。如圖12中所示，第二表層之軸末端743之一末端具有進入門或孔口746以用於檢查，該進入門或孔口746可為如 參看圖13所討論的併入系統中之許多孔口之一。
圖14為根據本發明之態樣提供之替代強制通風硬化烘箱750的示意性橫截面端視圖。在所示實施例中，隱形眼鏡模具之托盤堆疊100位於硬化烘箱752內部以用於聚合眼鏡前驅體材料。如同圖1之硬化烘箱10，本硬化烘箱752併有一驅動系統，托盤之堆疊100藉由該驅動系統沿硬化烘箱之縱向而移動。另外，將V形烘箱底板754併入以提供托盤堆疊中之最低托盤與烘箱底板之間的經添加之間隙。V形烘箱底板亦可併入先前所述之硬化烘箱中之任一者中。所添加之空間允許氣流循環通過硬化烘箱之較低部分。
提供一FDH系統756以使氣流及熱循環通過系統。在所示實施例中，FDH系統756包括一頂蓋758及兩個排放管760、762，兩者均連接至硬化烘箱752之側開口764。控制風門766位於兩管760、762中之每一者中以用於調節背壓力，且因此調節通過硬化烘箱750之循環氣體的流動特性。控制風門可連接至控制器以用於控制風門。舉例而言，風門可經起動以完全打開、完全閉合或在兩位置之間衰減以控制通過兩管之氣流。更佳地，基於至控制器之溫度反饋而調節風門。
各包含複數個個別加熱元件720之兩組加熱器718併入頂蓋758中。如所示，該兩組加熱器718位於排氣管768之任一側上，該排氣管768提供循環風扇或吹風機770之下游排氣裝置。風扇或吹風機770直接安裝在硬化烘箱頂壁772上方且藉由聯軸器774而旋轉，該聯軸器774藉由馬達726旋 轉。在一實施例中，回流管762具備用於容納聯軸器774及氣體回流管線778之通道，如下文進一步討論。
風扇770可為向上通風風扇(updraft fan)或無蝸殼風扇，其在入口780處抽吸且將氣流排出排氣裝置768，其接著藉由頂蓋之結構而偏轉且接著流動越過兩組加熱器718且接著最終流入兩個排放管760、762中。隨著氣體流動越過加熱器720，其經加熱使得提供越過托盤之堆疊100的熱以硬化其中裝載之眼鏡前驅體材料。可如上文參考本文所討論之其他烘箱所討論來調節熱。
將用於抽出揮發性氣體遠離系統750之通風管線782併入。如先前所討論，所移除之氣體可經洗滌及/或過濾以移除在硬化過程期間放出之不需揮發性物質。經洗滌及/或過濾之氣體可經由回流管線778返回至系統。或者或另外，可經由回流管線778將新鮮或新的惰性氣體摻合或添加至系統。有利地，當再循環一氣體流而非排空且用新的惰性氣體替代時，氣體之熱值保留，使得加熱所補充氣體之BTU浪費較少。因此，本發明之態樣包括一種用於使用於聚合眼鏡前驅體材料之經加熱惰性氣體再循環的方法。
儘管本發明已參考特定實施例被描述及說明，但一般熟習此項技術者應瞭解，本發明適用於本文未具體說明之許多不同變化。特定變化在上文描述且其他變化在下文借助於實例描述。
如關於圖1所述之本發明之系統的一實施例可藉由提供任何數目之額外加熱區而經調適用於不同硬化過程。
如關於圖7所述之另一實施例可視所需硬化過程而調適。舉例而言，托盤堆疊100可在第一加熱區340與第二加熱區350之間傳送任何次數，在需要時改變每一階段的溫度及持續時間。
在上文描述中提及具有已知、明顯或可預見之等效物的整數或要素之情況下，如個別闡述一般將此等等效物併入本文中。應參考申請專利範圍以確定本發明之真實範疇，本發明之真實範疇應經解釋以包含任何此等等效物。讀者亦應瞭解，描述為較佳、有利、便利或其類似者之本發明之整數或特徵為可選的且不限制獨立申請專利範圍之範疇。
儘管本文之揭示內容涉及特定具體實施例，但應理解此等實施例借助於實例且非借助於限制來呈現。本文所述之任何特徵或特徵組合包括在本發明之範疇內，其限制條件為如自上下文、本說明書及一般熟習此項技術者之知識顯而易見，包括在任何此組合中之特徵不相互矛盾。另外，任何特徵或特徵組合可自本文所揭示之任何實施例具體排除。儘管討論例示性實施例，但上文實施方式之意圖將解釋為涵蓋本發明之實施方式及申請專利範圍中所述的實施例之所有修改、替代及等效物。
10‧‧‧隱形眼鏡硬化烘箱
15‧‧‧裝載站
20‧‧‧第一進入門
30‧‧‧入口腔室/加熱區
40‧‧‧第一加熱區
42‧‧‧第一烘箱腔室
47‧‧‧第二烘箱腔室
50‧‧‧第二加熱區
60‧‧‧第三加熱區
70‧‧‧出口腔室
80‧‧‧第二進入門
90‧‧‧卸載站
100‧‧‧托盤堆疊
110‧‧‧第一壁
120‧‧‧縫隙
130‧‧‧第二壁
140‧‧‧縫隙
150‧‧‧障壁
155‧‧‧縫隙
160‧‧‧隱形眼鏡模具總成
165‧‧‧縫隙
170‧‧‧托盤
180‧‧‧平坦基底
190‧‧‧第一擋板
200‧‧‧擋板
210‧‧‧最底部托盤
220‧‧‧"把手"狀裝置/把手
230‧‧‧模具推進系統
240‧‧‧推動/牽拉控制桿/控制桿或推進機械軸
250‧‧‧橫向側軌
255‧‧‧間隙
260‧‧‧棘爪單元/棘爪
270‧‧‧伺服驅動
310‧‧‧烘箱
320‧‧‧進入門
330‧‧‧入口腔室
340‧‧‧第一加熱區
350‧‧‧第二加熱區
410‧‧‧壁
455‧‧‧縫隙
490‧‧‧洗滌器系統/單元
500‧‧‧洗滌系統/單元
510‧‧‧"冷阱"或蒸氣冷凝器
520‧‧‧活性碳過濾器
530‧‧‧銅催化劑/銅催化劑裝置
540‧‧‧管路/管道
550‧‧‧管路/管道
590‧‧‧外部安全外殼
600‧‧‧烘箱系統
610‧‧‧烘箱
612‧‧‧自動置放裝置
613‧‧‧自動置放裝置
614‧‧‧廢棄站
615‧‧‧輸送系統
616‧‧‧通道
640‧‧‧加熱區
650‧‧‧加熱區
660‧‧‧加熱區
690‧‧‧烘箱外壁
700‧‧‧強制通風加熱器系統
702‧‧‧外罩結構/頂蓋
704‧‧‧頂蓋
706‧‧‧排放管
708‧‧‧回流管
710‧‧‧加熱區
714‧‧‧擴散器
716‧‧‧入口節流器
718‧‧‧加熱元件/加熱器
720‧‧‧加熱桿或元件/加熱器
722‧‧‧收集末端
724‧‧‧再循環管線
726‧‧‧馬達
728‧‧‧對流區
730‧‧‧壓力感應裝置/百葉窗或風門/分段排放管區
732‧‧‧分段流動區
734‧‧‧控制旋鈕
736‧‧‧強制通風硬化烘箱系統
738‧‧‧硬化烘箱
740‧‧‧垂直面板
741‧‧‧第二表層
742‧‧‧弧形面板
743‧‧‧軸末端
744‧‧‧流動區
746‧‧‧孔口/進入門
747‧‧‧穿孔板
750‧‧‧強制通風硬化烘箱
752‧‧‧硬化烘箱
754‧‧‧V形烘箱底板
756‧‧‧FDH系統
758‧‧‧頂蓋
760‧‧‧排放管
762‧‧‧排放管
764‧‧‧側開口
766‧‧‧控制風門
768‧‧‧排氣管/排氣裝置
770‧‧‧風扇或吹風機
772‧‧‧硬化烘箱頂壁
774‧‧‧聯軸器
778‧‧‧氣體回流管線
780‧‧‧入口
782‧‧‧通風管線
圖1為隱形眼鏡硬化烘箱之一實例的(a)透視圖、(b)俯視圖、(c)前視圖、(d)端視圖及(e)橫截面圖(平行於前視圖)； 圖2為位於前室與加熱區之間的可移動側壁之示意圖，其中側壁處於(a)閉合位置及(b)打開位置，其中側壁之一部分已向上移動以形成托盤堆疊通過之縫隙；圖3提供包括隱形眼鏡模具之托盤堆疊之兩個透視圖，展示烘箱外之托盤堆疊(圖3A)及烘箱內之托盤堆疊(圖3B)；圖4為圖3之堆疊中底部托盤之平面示意圖；圖5提供用於移動托盤堆疊通過圖1之烘箱的模具推進系統之三個透視圖，展示(a)驅動機構及機械軸、(b)更詳細之機械軸，包括附著至機械軸之棘爪，及(c)遍及烘箱而延伸之機械軸；圖6為說明圖5之機械軸及棘爪與圖4之托盤合作的示意性側視圖；圖7為另一隱形眼鏡硬化烘箱之一實例的(a)透視圖、(b)俯視圖、(c)前視圖、(d)端視圖及(e)橫截面圖(平行於前視圖)；圖8為圖7之烘箱之示意圖，其更詳細地展示用於處理烘箱中之惰性氣氛的處理系統；圖9為封閉於氣密"表層"內之隱形眼鏡硬化烘箱之俯視圖；圖10為闡述(a)本發明之隱形眼鏡硬化方法之一實施例的步驟及包括(b)加熱步驟之子步驟的流程圖；圖11為根據本發明之態樣所提供之強制通風加熱器系統之橫截面透視圖；在無風扇葉片之情況下展示以求清晰； 圖12為安裝在硬化烘箱上之一組強制通風加熱器系統的橫截面透視圖；圖13為圖12之系統之透視圖；及圖14為根據本發明之態樣提供之替代強制通風加熱器系統的示意性端視圖。
10‧‧‧隱形眼鏡硬化烘箱
15‧‧‧裝載站
20‧‧‧第一進入門
30‧‧‧入口腔室/加熱區
40‧‧‧第一加熱區
50‧‧‧第二加熱區
60‧‧‧第三加熱區
70‧‧‧出口腔室
80‧‧‧第二進入門
90‧‧‧卸載站
100‧‧‧托盤堆疊
490‧‧‧洗滌器系統/單元

Claims (20)

  1. 一種藉由聚合模具中之隱形眼鏡前驅體材料而形成隱形眼鏡之方法，其中該方法包含以下步驟：在模具中提供隱形眼鏡前驅體材料，提供一烘箱，其具有一熱輻射熱源及利用一個或多個物質分隔物將彼此隔開之複數個溫度區，該等溫度區包含至少一第一區及一第二區，在該烘箱提供一惰性氣氛，加熱該烘箱中之該等模具並將該等模具移動通過該等溫度區以聚合該等模具中之該等隱形眼鏡前驅體材料，以形成經聚合模製之隱形眼鏡；及藉此，在該烘箱之第一區之加熱步驟係在一第一溫度下，而在該烘箱之第二區之加熱步驟係在一不同於該第一溫度之第二溫度下。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括約束該第一區及該第二區之間之熱流之步驟。
  3. 如請求項1之方法，其中該等模具係位在複數個隔開之托盤上。
  4. 如請求項1之方法，其進一步包括停止該等模具在該第一區或該第二區或在該二者中之步驟。
  5. 如請求項1之方法，包括移動該等模具進入一第三區且將在該第三區之該等模具維持在與該第一及第二溫度不同之溫度下之步驟。
  6. 如請求項1之方法，其包括以下步驟： 將氣體自該烘箱內部抽出，清潔所抽出之該氣體以產生經潔淨惰性氣體，及將該經潔淨惰性氣體再引回至該烘箱中。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包括：轉動一風扇將一氣流排放在該熱輻射熱源上；及引導該氣流通過一排放管及傳遞該氣流通過該烘箱以流過跨越該等溫度區。
  8. 如請求項1之方法，其中該隱形眼鏡前驅體材料包含一聚矽氧水凝膠隱形眼鏡前驅體材料，及該經聚合模製之隱形眼鏡包含經聚合模製聚矽氧水凝膠隱形眼鏡。
  9. 如請求項1之方法，其中當該等模具在該第一區及該第二區間被移動，其被移動通過一在一個或多個物質分隔物中之縫隙。
  10. 如請求項1之方法，其中該等模具係在一單元上被載運，該單元包括一擋板部分，該擋板部分係被設置以形成該一個或多個物質分隔板之至少一部分，且該單元可作用以約束在第一區及第二區之間之熱流。
  11. 一種烘箱，其用於硬化模具中之隱形眼鏡前驅體材料以形成隱形眼鏡，其中該烘箱包含：一惰性氣體之一來源，其可操作以在該硬化期間在該烘箱中提供一惰性氣氛，複數個區，其藉由至少一壁而彼此分隔，一模具推進系統，其用於在該複數個區之間移動該等模具，且 該烘箱可操作以同時維持該複數個區中之一第一區在一第一溫度下且該複數個區中之一第二區在一不同的第二溫度下。
  12. 如請求項11之烘箱，其中每一區由一不同烘箱腔室界定，該等腔室彼此充分連通以用於使該等模具在其間移動。
  13. 如請求項11之烘箱，其中一可移動壁界定該複數個區中之兩者之間的一邊界之至少一部分。
  14. 如請求項11之烘箱，其中一固定壁界定該複數個區中之兩者之間的一邊界之至少一部分。
  15. 如請求項11之烘箱，其中該複數個區彼此氣體連通，使得該惰性氣氛為一延伸遍及該複數個區之單一惰性氣氛。
  16. 一種硬化在烘箱中之模具中之隱形眼鏡前驅體材料而形成隱形眼鏡之方法，其中該方法包含以下步驟：在一第一模具堆疊之模具中提供一定量之一隱形眼鏡前驅體材料，提供一烘箱，在該烘箱中提供一惰性氣氛，及藉由以下步驟將該烘箱中該等模具加熱以硬化該等模具中之該隱形眼鏡前驅體材料：將氣流在一加熱元件上移動且經過該烘箱；及將該等模具在複數個區之間移動，該等區係利用至少一壁將其彼此分隔；及 其中該烘箱係可操作以同時維持該等複數個區之一第一區在一第一溫度下且該等複數個區之一第二區在一不同之第二溫度下。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包括轉動一風扇以在一加熱元件上排放氣流。
  18. 如請求項16之方法，其進一步包括約束該第一區及該第二區之間之熱流之步驟。
  19. 如請求項16之方法，其進一步包括調整一開口以約束在一排放管中之氣流之步驟。
  20. 如請求項16之方法，其進一步包括停止該等模具在該第一區或該第二區或在該二者中之步驟。
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