(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリカーボネートレンズを形成する方法であって：
レンズに形成すべきポリカーボネートブランクを得て；
前記ポリカーボネートブランクを、そのポリカーボネート材料を均一に加熱するのに有効な時間だけ同ポリカーボネート材料の熱変形温度未満の温度に予備加熱し；
前記ポリカーボネート材料の外側表面のみ、その温度をより高い温度であるが同ポリカーボネート材料のガラス転移点未満の第２の温度まで上昇させる補足的予備加熱を行って同ポリカーボネート材料の表面を軟化させ；
頂部および底部金型を前記第２の温度よりも高い第３の温度まで予備加熱して予備加熱された金型を形成し；
底部から加圧するための圧力を、頂部から加圧するための圧力と実質的に同一の圧力として、前記補足的予備加熱されたポリカーボネートブランクを前記予備加熱された金型のキャビティに移して同金型の各第１の表面の間で加圧し；
前記レンズを加圧した後、圧力を１．８８×１０６パスカルと３．１０×１０６パスカルの間まで増加させ、同レンズを同圧力下で冷却し、同レンズが冷却した後、同レンズを取り出す；
ことを含むポリカーボネートレンズを形成する方法。
【請求項２】
ポリカーボネートレンズを形成する方法であって：
レンズに形成すべきポリカーボネートブランクを得て；
前記ポリカーボネートブランクを、そのポリカーボネート材料を均一に加熱するのに有効な時間だけ同ポリカーボネート材料の熱変形温度未満の温度に予備加熱し；
前記ポリカーボネート材料の外側表面のみ、その温度をより高い温度であるが同ポリカーボネート材料のガラス転移点未満の第２の温度まで上昇させる補足的予備加熱を行って同ポリカーボネート材料の表面を軟化させ；
頂部および底部金型を前記第２の温度よりも高い第３の温度まで予備加熱して予備加熱された金型を形成し；
底部から加圧するための圧力を、頂部から加圧するための圧力と実質的に同一の圧力として、前記補足的予備加熱されたポリカーボネートブランクを前記予備加熱された金型のキャビティに移して同金型の各第１の表面の間で加圧し；
前記レンズを加圧した後、同レンズを、前記加熱されたポリカーボネートブランクを前記予備加熱された金型の各第１の表面の間で加圧する工程における圧力の２倍の圧力であって、同レンズ中で応力を生じさせることなく同レンズを圧縮するのに効果的な圧力にて加圧し、同レンズを同加圧下で冷却することを含む方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
さらに、前記ポリカーボネートブランクを加圧する前記第１の表面の反対側の前記各金型の第２の表面に対し、加熱媒体をスプリングで押し付けることを含む方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
前記加熱媒体は粒状にされた固体である方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
前記加圧は真っすぐな軸線に沿って行われる方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、
前記加圧は屈曲した軸線に沿って行われる方法。
【請求項７】
請求項２に記載の方法において、
前記金型がガラス金型である方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術】
ポリカーボネートは眼のレンズを作成するために普及している材料である。ポリカーボネートレンズは、しばしば、液体樹脂の射出および圧縮成形によって生産される。通常の工程はレンズに残存する応力効果を残してしまう。
【０００２】
この残存する応力効果はレンズの寸法安定性に影響しかねず、他の問題にも至りかねない。例えば、過剰に応力をかけたポリカーボネートレンズは保管または着用時に歪む。そのようなレンズのエッジは様々な光学パワーを有し得る。低温クリープとして知られている現象もまたレンズにおいて問題を引き起こしかねない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本記載のシステムは、低応力ポリカーボネートレンズを形成するための新しい方法および装置を教示する。
【０００４】
本明細書中に記載される機械およびプロセスは、制御された圧力下、及び均一な加熱下でこれらのレンズの凹および凸表面双方を同時に成形（モールド、型による成形）することにより、仕上げられた眼のレンズを生成する。
【０００５】
好ましい態様は、同時に、かつ実質的に同一の圧力で頂部および底部を加圧する。
【０００６】
もう１つの態様は、金型の膨張係数をポリカーボネートブランクにより近く一致させるためのガラスで作られた金型を用いる。この金型は、その金型に対して加圧されるミクロ造粒された固体（microgranulated solid）を用いて加熱され、及び冷却される。これは均一な加熱および熱の広がりをもたらす。本発明のこれらのおよび他の態様ならびに実施例は、添付の図面を参照して詳細に記載される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本システムは、好ましくは、固体ポリカーボネート樹脂ブランクとともに操作（工程）を開始する。これらのブランクは商業的に入手可能である。操作は図１のフローチャートに従う。樹脂ブランクはまず工程１１０で予備加熱される。初期の予備加熱はブランクを均一な温度とし、これはプラスチックの変形点未満の温度である。その後、ポリカーボネート樹脂ブランクの表面スキンを、さらに、プラスチックのガラス転移点を超える温度まで加熱を増加させることによって、工程１１２で軟化させる。特に好ましい実施例において、予備加熱はブランクをほぼ２７０Ｆとし、補足的な加熱が３０５Ｆで行われる。従って、ポリカーボネートの内部温度は、この時点でその外部温度とは異なり得る。
【０００８】
次いで、その表面が軟化したブランクを工程１１４で熱成形する。これは、２つのガラス金型およびその端部の周りの円筒状せき板の間に規定された金型キャビティー９９にその加熱されたブランクを入れることによってなされる。構造のレイアウトの詳細は、ここに、図２を参照して示され記述される。
【０００９】
前記熱成形は、そのブランクの加熱された外部表面を、予備加熱されたガラス金型と接触させる。ガラス金型は、ブランクの外部表面温度よりも高い温度まで加熱されている。その金型についての例示的な温度は、例えば、３９０Ｆである。
【００１０】
次いで、これらのガラス金型をブランクに対して加圧して（プレスして）、熱成形を行う。この加圧は比較的低圧、例えば、８  1/2（８．５）および１４０ｐｓｉの間で行われる。特殊な円筒状せき板を用いて、レンズの厚みおよび樹脂の流動を制御する。
【００１１】
熱成形の後、応力配向を工程１１６で行う。圧力は例えば２倍、好ましくは２７２および４２５ｐｓｉの圧力まで増加させる。レンズが比較的安定な温度、例えば２３５Ｆに到達するまで、熱成形されたレンズをこのより高い圧力下で冷却する。次いで、圧力を解放して仕上げられたレンズ（完成したレンズ）を得る。
【００１２】
その金型の加熱および冷却は、好ましくは、液化固体熱移動媒体（liquefied solid heat transfer medium）、例えば、非金属微粉砕固体（non-metallic micro-pulverized solid）を用いて行われる。この熱移動媒体を用いて、ガラス金型の組および保持キャニスターに対して、１３５０ｐｓｉまでの均一に分布した高圧を働かせることができる。これは、熱成形処置中におけるプラスチックの流れによるアンダーカットを回避するのを助ける。
【００１３】
凹金型および凸金型との間の空間は成形キャビティーを形成する。レンズの厚みおよび樹脂の粘性流動の速度は、可変サイズの円筒状せき板によって規定される。
【００１４】
これをさらに詳細に記述すると、出発製品を形成するブランクは、例えば、ポリカーボネートプラスチックの射出成形によって調製された固体樹脂ブランクで有り得る。これらのブランクは商業的に入手できる。樹脂ブランクは典型的にはディスク形状であり、相互に実質的に平行である２つの平面を有する。
【００１５】
ブランクの厚みは、十分な樹脂容量が金型キャビティーを完全に満たし得るように十分な厚みであるべきだが、樹脂の損失が余り多くならないように過度に厚くすべきではない。また、ブランクは、好ましくは、その直径が最終レンズより小さい。例えば、８５ｍｍレンズは直径が７５ｍｍの樹脂ブランクから成形することができる。
【００１６】
固体ブランクは通常のオーブン中で同ブランクの変形点（deformation
point）未満の温度まで予備加熱される。好ましいポリカーボネート材料は２７０Ｆに変形点を有するので、予備加熱に好ましい温度は２６０Ｆである。一旦ブランクが均一に加熱されたなら、ブランクを同ブランクの少なくとも１部をプラスチックのガラス転移点を超えて加熱する高温オーブンに移す。ポリカーボネートのガラス転移点は３０５Ｆである。表面加熱工程１１２に適した時間は、例えば、３７０Ｆにおいては７分ないし９分である。この時までに、ブランクは完全には加熱されていないと考えられる。すなわち、ブランクの表面はブランクの内部よりも加熱される。
【００１７】
工程１１４は熱成形を表す。予備加熱をされた固体ブランクは軟化した表面を有する。この予備加熱されたブランクは、補足的加熱温度よりもわずかに高い３９０Ｆまで予備加熱されたガラス金型を有するここに記載する金型キャビティーに移される。その金型への熱は、移動時に実質的に直ちに供給を断たれる。金型キャビティーに対する圧力はその上側および下側双方から増加させる。圧力増加は、実質的に、上側に対する圧力が下側に対する圧力に一致（match）するようなものとする。好ましくは、フローティングキャニスターを用いて、頂部および底部への負荷をバランスさせる。
【００１８】
圧力は、約１０ｐｓｉの初期圧から１００ｐｓｉ近くの最終圧力まで徐々に増加させる。熱成形の間、樹脂の塊は金型キャビティー中を粘性を伴って流れる。レンズ熱成形が終了した後、工程１１６においてレンズを応力配向させる。応力配向は圧力レベルを、例えば、粘性流の最後における熱成形レベルの２倍まで増加させることを含む。一旦この圧力レベルに到達すると、冷却を開始する。応力配向に好ましい圧力レベルは２７２および４２５ｐｓｉの間である。どのような上方限界を用いようと、その上方限界に到達した後に熱源を取り除き、レンズをそのガラス転移点（その変形温度未満の温度）未満まで冷却する。好ましいレベルは２３５である。この時点において、仕上げられたレンズを金型キャビティーから取り出す。熱成形および応力配向の組み合わされたサイクルは２２分および２３分の間の時間を要する。
【００１９】
熱成形は、好ましくは、ガラス金型を用いて行われる。先行技術のシステムは、例えば、関係するより高い温度および圧力のためガラス金型を教示していなかった。本発明のシステムのより低い温度および圧力はガラス金型の使用を可能とする。さらに、そのようなガラス金型を用いることにより過剰の収縮が回避されるということを含む利点が確認された。本発明者は、これは、先行技術で使用される鋼−ポリカーボネートのマッチと比較した場合、ガラス−ポリカーボネートシステムが有するより近い熱膨張係数によるものと仮定した。
【００２０】
液化／微粉砕固体媒体は、好ましくは、ガラス金型を再度加圧する。これは、また、改良された制御加熱／冷却移動技術を提供する。
【００２１】
もう１つの重要な特徴は、樹脂塊に対してガラス金型によって加えられた圧力が均一であり、全冷却期間の間維持されることである。これは、３２０および２３５Ｆの間の冷却の間に、応力緩和ならびに応力配向を引き起こす。
【００２２】
ポリカーボネートレンズはこのプロセスにより生産され、それは優れた幾何学的曲線ならびに光学パワー、改良された寸法安定性、低応力パターン、および優れた衝撃強度を呈する。以下の表１に比較を示すが、本発明のプロセスによって生産されたレンズは「応力配向ポリカーボネート」と記される。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
仕上げられた眼のレンズを成形するための好ましい値はその中央において１．５ないし５ｍｍの間である。しかしながら、この典型的な値とは異なり、本仕様によって形成されるシステムは、０．４ｍｍまたはおそらくはそれよりもより厚みが小さく仕上げられた眼用のポリカーボネートレンズを製造することができる。また、そのようなデバイスは優れた幾何学曲線を持つ１．０ｍｍの縁を有することができる。しかしながら、このプロセスによれば、中心厚みは１および４ｍｍの間であることが好ましい。
【００２５】
より高いジオプターのレンズは中央に対してより厚い縁を要するであろう。ここに記載する円筒状せき板は成形キャビティーを規定する。これらのより高いジオプターのレンズは、レンズの縁において熱喪失を妨ぐための絶縁（インシュレータ）を要するであろう。
【００２６】
前記したプロセスを行うのに用いられる器具を図２に示す。このシステムは２つのフローティングキャニスター２００、２０２を用いる。このフローティングキャニスターは別々に制御することができる事実上のピストンである。フローティングキャニスターのそれぞれの端部において、ガラス金型２０４はフローティングキャニスター２００によって保持され、もう１つのガラス金型２０６は他のキャニスター２０２よって保持される。よって、ガラス金型２０４および２０６は各他方に向けて移動し、各他方に対して加圧することができる。
【００２７】
円筒状せき板２１０は下方キャニスター２０２の成形キャビティーの縁（端部）を規定する。円筒状せき板２１０は押縁２１２上に静止して、成形されたレンズを所定の位置に保持する。
【００２８】
特に好ましい具体例によると、フローティング凸金型２０６および凹金型２０４に対して各プラットフォームピストン２２０および２２２によってかけられた圧力は等しい。スラストシリンダー、例えば２２４、は結合したプラットフォームピストン２２０からの圧力を伝達する。
【００２９】
キャニスター２２８の壁は、好ましくはステンレス鋼で形成される。同様にスラストシリンダー２２４は、好ましくは、ステンレス鋼または他の熱伝導性パーツを含む。これらの壁およびシリンダーは、伝導体材料を通じての熱の伝達を可能とする。圧力プレート２３４、２３６は、好ましくは、各々圧力Ｐ1およびＰ2で対称に駆動される平面プレートである。
【００３０】
そのプレート、例えば２３４は、液化熱伝導媒体２４０を加圧し、その媒体を金型に対して加圧する。特に最も好ましい態様においては、熱伝導媒体は微粉砕塩、コランダム、または適当な熱伝導係数（コンダクタンス）および圧縮性を有する他の非金属自由流動固体である。
【００３１】
この材料は、ガラス金型２０４および圧力プレート２３４の間のチャンバー内に保持されなければならない。Ｏ−リング２４２は、圧力プレート２３４および壁２２８の間に静止し、チャンバーの縁をシールする。
【００３２】
頂部ガラス金型２０４は保持リップ２４４によって保持される。下方リップ２４６を設けて、下方ガラス金型を所定の位置に保持することができる。しかしながら、樹脂塊が粘性流動する間に、樹脂塊は保持リップ２４４、２４６（金型−保持要素）の下にもぐりこむことがある。これを避けるには、固体媒体２４０をガラス金型２０４、２０６に対して加圧する必要がある。好ましくは、スプリングを用いてこの一定圧力を維持する。例えばＢｅｌｌｅｖｕｅスプリング２５０（スプリング荷重要素）に予めテンションをかけて所定の位置に収まらせて、圧力プレート２３４に対して一定の圧力、例えば、１３５０ｐｓｉを供することができる。スクリュープレート２５２をネジ止めロッド２２４にネジ締めし、それがフローティングキャニスターのスプリングを加圧する地点まで螺合させることによって、そのスプリングをネジ止めロッド２２４に対して所定の位置に保持することができる。
【００３３】
円筒状せき板２１０は粘性流の速度を制御し、よって、レンズの厚みを制御する。よって、成形キャビティー９９は、ガラス金型２０４、２０６の外側表面、および円筒状せき板２１０の内部表面によって規定される。好ましくは、円筒状せき板の断面をほぼ３５傾けて、最終的に成形されたレンズの取り出しを容易とする。
【００３４】
ガラス金型２０４、２０６は、好ましくは、強化ガラス（tempered glass）により形成される。これは、金型の温度および圧力に対する抵抗性を改良する。
【００３５】
作動において、固体ブランクをまず予備加熱し、次いで、前述したように補足的に加熱する。ブランクを成形キャビティー９９に入れる。頂部および底部プラットフォームピストン２３４、２３６双方を通じて圧力を実質的に均等に加える。頂部に加える圧力は、底部に加える圧力と実質的に等しい。これらの圧力は等しい速度にて対向する方向から加えられる。一旦レンズがこのように熱成形されれば、圧力を増加させ、温度を低下させる。レンズが金型から取り出されるのに十分に冷却されるまで、その圧力は維持される。
【００３６】
好ましいシステムは、改良された作動のために強化ガラスから形成されたガラス金型を用いる。ガラス金型が好ましいが、別法として、他の材料の金型を用いることもできる。金型用の好ましい材料は、成形されるべき材料と同様の膨張係数および収縮係数を有する材料を含む。金型用の１つの他の好ましい材料はニッケルである。ニッケルは電気分解で形成できる。別法として、金属−ポリカーボネート界面において結果として生じる収縮制御の差異を最小化できるように、液化固体媒体がキャニスター２００、２０２との熱移動の接触において十分に効力がある場合には、他の金属を用いることができる。よって、この別法システムは、たとえ金属金型でレンズを成形しても、そのレンズ中の応力発生を防止することができる。金属金型の端部（エッヂ）は、好ましくは、十分にテンションをかけて、樹脂塊の粘性流によるアンダーカットを排除する。
【００３７】
別の実施例は、眼のレンズのプリズミングを介して、ある仕様の（処方された）レンズ（prescription lens)、ここではＲｘレンズに対応する。プリズミングは、レンズの光学中心を非中心位置まで移動させる行為を表す。これは、通常、レンズの着用者の骨組み（anatomy）によって必要となる。プリズム化されたレンズは、もはやその幾何学的中心ではない光学中心を有する。市販のレンズの適切な幾何学的センタリングは、仕上げられたレンズブランクを用いて達成することができる。レンズブランクの全体のサイズは、幾何学的中心が、レンズをカッティングし選択されたフレームに設置する時の仕様に適合するように位置されることを可能とする。しかしながら、プリズミングは、通常、さらなる研磨および仕上げ研磨によって達成される必要がある。
【００３８】
この実施例の好ましいシステムは、スラストシリンダーの位置を変更することによってさらなるプリズミングに対応することができる。図３および４は、スラストシリンダーおよび円筒状せき板をプリズミングする作動（操作）を示す。図３はプリズミング有りおよび無しでのスラストシリンダーを示し、図４はプリズミングの有りおよび無しでの円筒（円筒状せき板）を示す。成形物は、仕様が定められたレンズ（prescription lens)用にプリズミングされ得る。光学デバイス（光学装置）の半分は、他の半分に対して傾いていて、それにより、レンズの研磨および仕上げ研磨を必要としない仕上げられたポリカーボネートレンズが形成される。
【００３９】
少数の実施例のみを前記で詳細に記載してきたが、当業者であれば、開示された具体例から多くの変形例が意図され、予測できることを認識するであろう。例えば、全てのそのような変形例は特許請求の範囲に含まれることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明のシステムで用いるプロセスの概略のフローチャートを示す。
【図２】  図２は低応力ポリカーボネートレンズを成形するのに用いられる成形マシーンの線図を示す。
【図３】  図３は通常のレンズで用いられるマシーンを示す。
【図４】  図４は仕様が定められたレンズで用いられるマシーンを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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