СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИНЗ ПОСРЕДСТВОМ ЛИТЬЯ
METHOD OF CASTING LENSES

Изобретение относится к способу смешивания жидкости по меньшей мере с одной другой субстанцией, дегазации смеси и выдачи смеси.
Имеются различные области применения, в которых жидкость должна сводиться по меньшей мере с одной другой субстанцией, например другой жидкостью, и смешиваться, причем не может возникать никаких пузырьков. Такой областью применения является, например, производство линз посредством литья. При этом жидкий мономер, который может быть отдельной жидкостью или смесью, состоящей по меньшей мере из двух жидкостей, отливается в полость, ограниченную двумя формовочными вкладышами и уплотнением, и полимеризируется и при этом образует линзу. При этом постоянно возникает проблема, что готовая линза содержит замкнутые газовые пузырьки и/или свили. Чтобы это предотвращать, мономер перед вливанием в полость должен дегазироваться.
ЕР 671254 описывает обычный в настоящее время способ дегазации мономера, в котором мономером наполняется ротационный испаритель, где мономер в течение предварительно заданного промежутка времени одновременно размешивается и подвергается вакуумированию. При этом замкнутые в мономере газовые пузырьки выделяются и отсасываются. Затем мономер выдерживается в атмосфере азота до тех пор, пока он не будет использован для отливки линз. Недостатки этого способа согласно ЕР 671254 состоят в том, что выдерживание в атмосфере азота приводит к тому, что кислород лишь заменяется азотом, и что при заливке нужно тщательно следить за тем, чтобы мономер по возможности не приходил в контакт с кислородом, так как иначе он сразу снова принял бы кислород. Следующим недостатком является то, что при дегазации под вакуумом удаляются также другие содержащиеся в мономере вещества и вследствие этого изменяется состав мономера. Поэтому ЕР 671254 предлагает для удаления газов способ, в котором мономер из резервуара перекачивается насосом сквозь дегазатор к полости формы. Мономер дегазируется во время фазы производства непосредственно перед заливкой в полость. Дегазатор состоит из трубок из воздухопроницаемого материала, которые расположены в вакуумной камере.
Оба эти способа оценены также в WO 03/074149 и описаны там как непригодные. WO 03/074149 представляет новый дегазатор, который заменяет дегазатор согласно ЕР 671254.
В этих трех описанных способах либо мономер, либо готовая смесь мономера дегазируется перед заливкой.
US 5973098 описывает полимеризируемую смесь, предназначенную для производства линз, которая состоит из двух субстанций. Обе субстанции через два шприца порционно подводятся в смесительную камеру и путем перемешивания смешиваются там друг с другом, причем смесительная камера может находиться под вакуумом. Затем смесь посредством инертного газа выжимается из смесительной камеры в полость формы. Невыгодно в этом способе, что являющаяся достаточной дегазация, даже если речь идет только о маленькой порции, продолжается относительно долго.
WO 2005/084927 описывает процесс, в котором две субстанции подводятся в смесительную камеру и затем посредством поршня выдавливаются в полость формы. Полость формы выполнена таким образом, что возможные газовые пузырьки могут удаляться. Дегазация перед наливанием мономера здесь не происходит.
Из ЕР 1316819 известен предназначенный для линз оптический материал. Необходимые для производства материала вещества подаются в резервуар и перемешиваются. Смесь подвергается вакуумированию перед, во время и/или после смешивания, чтобы дегазировать рабочую смесь. Затем смесь заливается в форму и полимеризируется.
Из JP 61111130 известен способ для смешивания и дегазации различных жидкостей. Количество подаваемых в резервуар жидкостей управляют посредством клапанов и насосов.
Изобретение касается сведения вместе и смешивания по меньшей мере двух жидких субстанций и дегазации смеси. Изобретение подходит, например, для производства линз посредством литья, в котором состоящая по меньшей мере из двух жидкостей рабочая смесь заполняет полость формы. Жидкости в отдельности устойчивы длительное время. Смесь, напротив, устойчива только в течение нескольких дней.
В основе изобретения лежит задача предоставить способ сведения вместе и смешивания по меньшей мере двух жидких субстанций и дегазации рабочей смеси.
Изобретение характеризуется отличительными признаками, указанными в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.
Изобретение разъясняется посредством выбранного примера использования. Пример использования касается производства линз посредством литья, при котором предоставленная в резервуаре жидкость при приложении давления подводится через выходную линию к полой игле, конец которой оканчивается в полости формы, ограниченной двумя полуформами и элементом уплотнения. Полость формы открыта вверх и находится под атмосферным давлением. Жидкость - это смесь из одной жидкости и по меньшей мере одной другой субстанции, которая может быть жидкой или также порошкообразной. Соответствующий изобретению способ включает в себя подготовительную фазу, на которой жидкость сводится вместе по меньшей мере с одной другой субстанцией, смешивается и дегазируется, с этапами:
A) предоставление по меньшей мере двух исходных субстанций в раздельных контейнерах, причем по меньшей мере одна из исходных субстанций является жидкостью;
B) перемещение одной исходной субстанции за другой из ее контейнера в резервуар, причем каждый отдельный заправочный объем отмеряется с помощью весоизмерительного датчика; и
C) перемешивание субстанций в резервуаре, чтобы смешать и дегазировать заполняющие субстанции;
и фазу производства, на которой резервуар подвергается воздействию (т.е. нагружается) сжатого воздуха, чтобы выдавать жидкую смесь из резервуара в выходную линию, с этапами:
D) открытие расположенного в выходной линии рабочего клапана, чтобы начинать выдачу, и
E) запирание рабочего клапана, чтобы останавливать выдачу.
Этап B особенно важен, так как уже незначительные отклонения предварительно заданных долей отдельных исходных субстанций имеют большое влияние на качество линз. Весоизмерительный датчик должен иметь возможность измерять с точностью до грамма при загрузке весом в несколько килограммов.
Для литья линзы таким образом в выходной линии открывается расположенный между резервуаром и полой иглой рабочий клапан и снова закрывается, как только полость формы заполнена.
Предпочтительно на этапе C смесь сначала перемешивается в резервуаре с первой скоростью перемешивания и затем дегазируется со второй скоростью перемешивания, причем вторая скорость перемешивания при дегазации меньше, чем первая скорость перемешивания при смешивании.
Уровень давления в резервуаре может при необходимости подгоняться под переменные требования. При отливке линз, например, самое узкое место у наливного отверстия полости формы определяет, с какой скоростью потока может подводиться жидкость, без того чтобы возникал обратный подпор и полость формы заливалась через край. Чтобы иметь возможность ограничивать как можно больше промежуток времени для наполнения, преимущественно уровень давления, созданный сжатым воздухом в резервуаре, приводится перед отливкой линзы к значению, которое зависит от интервала в самом узком месте наливного отверстия, причем уровень давления с возрастающим интервалом возрастает непрерывно или дискретными ступенями.
Имеющаяся внутри резервуара температура регулируется предпочтительно по меньшей мере во время фазы производства на предварительно заданное значение, чтобы жидкость имела оптимальную вязкость.
Выгодно также субстанции на этапе B порциями перекачивать насосом в резервуар, чтобы возникновение пены оставалось по возможности незначительным.
При отливке линз в качестве датчика для обнаружения, когда полость формы заполнена жидкостью, преимущественно используется другая полая игла, которая нагружается воздухом, так что из полой иглы постоянно вытекает незначительный поток воздуха. Как только жидкость в полости формы достигает конца полой иглы, давление внутри полой иглы поднимается. Это повышение давления измеряется и используется для производства команды на закрытие для рабочего клапана.
Далее изобретение поясняется посредством одного предназначенного для осуществления способа устройства и посредством чертежей. Пример относится к устройству для отливки линз, однако, по смыслу устройство можно использовать для других областей применения, в которых жидкость нужно смешивать с другими субстанциями, без того чтобы в рабочей смеси возникали пузырьки. В этом примере смешиваются жидкости.
Фиг.1, 2 показывают в перспективном и схематическом представлении аппаратуру, предназначенную для осуществления соответствующего изобретению способа, а Фиг.2, кроме того, полость формы в разрезе, и
Фиг.3 показывает в разрезе одну другую полость формы.
Фиг.1 показывает в перспективном представлении предназначенную для осуществления соответствующего изобретению способа аппаратуру. Фиг. 2 показывает аппаратуру схематически и не в масштабе. В примере аппаратура образована на тележке и используется в полностью автоматизированном станке для производства линз. Аппаратура содержит управляющее устройство 1, два места для размещения на каждом по одному контейнеру 2 и 3 с исходными субстанциями, температурно-регулируемый резервуар 4, три фильтра 5, 6 и 7, три насоса 8-10, регулятор 11 давления, переключающий клапан 12, который связывает резервуар 4 либо с регулятором 11 давления, либо с источником 13 вакуума, выходную линию 14 с рабочим клапаном 15 и полой иглой 16, через которую выдается заполняющая полость 17 формы смесь мономера, а также различные соединительные линии 18 и другие клапаны 19-22. В резервуар 4 встроена мешалка 23. Резервуар 4 находится на весоизмерительном датчике 24, например датчике фирмы Pesa. Резервуар 4 таким образом нагружает весоизмерительный датчик 24 своим грузом. Регулятор давления 11 снабжается сжатым воздухом.
Три насоса 8-10 являются преимущественно диафрагменными насосами. Первый диафрагменный насос 8 служит для того, чтобы перекачивать жидкость из первого контейнера 2 через первый фильтр 5 и первый клапан 19 в резервуар 4, причем возможные загрязнения жидкости остаются в фильтре 5. Второй диафрагменный насос 9 аналогично служит для того, чтобы перекачивать жидкость из второго контейнера 3 через второй фильтр 6 и второй клапан 20 в резервуар 4. Диафрагменные насосы 8 и 9 позволяют подводить жидкости порционно, маленькими порциями, даже капельно, что в сочетании с весоизмерительным датчиком 24 делает возможным очень точную весовую дозировку заправочных объемов. В этом примере фильтры 5-7 встроены в соответствующий насос 8 или 9, или 10 соответственно.
Аппаратура предусмотрена для использования на полностью автоматизированном станке для производства линз, которые выполняются, в частности, как очковые стекла и вставляются в очки. При этом каждая линза производится по собственному рецепту. Линза образуется за счет того, что мономер или смесь мономеров заполняет в полость 17 формы и затем полимеризируется. Жидкость подводится по полой игле 16, острие которой на верхнем конце оканчивается в полости 17 формы. Полость 17 формы образована двумя полуформами 25, 26 и элементом 27 уплотнения и наклонена относительно вертикали на предварительно заданный угол, так что жидкость стекает вниз по внутренней стороне 25A одной полуформы 25 и постепенно заполняет полость 17 формы. Полость 17 формы не уплотнена относительно давления по отношению к окружающей среде. Она находится таким образом под атмосферным давлением. На фиг.2 полость 17 формы представлена с многократным увеличением.
Станок содержит несколько модулей, а именно накопитель для хранения множества полуформ; транспортную систему для транспортировки полуформ или, соответственно, полости формы; технологическую позицию соединения, на которой две полуформы соединяются с элементом уплотнения в полость формы; технологическую позицию заполнения, где мономер заливается в полость формы; технологическую позицию ультрафиолетового облучения, где мономер полимеризируется и частично затвердевает и таким образом образуется линза; печь, где линза полностью затвердевает; и разделительную технологическую позицию, где готовая линза отделяется от полости формы. Станком управляет компьютер. Геометрические данные полуформ сохраняются в компьютере.
В начале резервуар 4 пуст и находится в очищенном состоянии. Контейнеры 2 и 3 содержат исходные субстанции, в примере - по одному жидкому мономеру, которые смешиваются и дегазируются и тогда предоставляются в качестве смеси мономеров для отливки линз. Рабочий клапан 15 закрыт. Соответствующий изобретению способ смешивания и дегазации исходных субстанций и отливка линз включает в себя подготовительную фазу, во всяком случае фазу ожидания, и фазу производства со следующими этапами способа.
A) Подготовка по меньшей мере двух служащих исходными субстанциями жидкостей в раздельных контейнерах.
В дальнейшем будем исходить из того, что число исходных субстанций представлено двумя. Если число исходных субстанций больше, то способ нужно соответствующим образом приспосабливать.
B) Заполнение резервуара 4 согласно следующим подэтапам:
B1) перекачивание жидкости из первого контейнера 2 в резервуар 4 до тех пор, пока весоизмерительный датчик 24 не покажет первое предварительно заданное значение. Затем клапан 19 закрывается, чтобы контейнер 2 и резервуар 4 были разделены по давлению;
B2) перекачивание жидкости из второго контейнера 3 в резервуар 4 до тех пор, пока весоизмерительный датчик 24 не покажет второе предварительно заданное значение. Затем второй клапан 20 также закрывается, чтобы контейнер 3 и резервуар 4 были разделены по давлению.
Жидкости могут перекачиваться насосом в резервуар 4. Однако, если наполняющая субстанция является не жидкостью, а, например, порошком, то она соответствующим адекватным способом транспортируется в резервуар.
C) Вакуумирование резервуара (4), самое позднее после этапа B2.
Как видно из фиг.2, соединительные линии 18 из контейнеров 2 и, соответственно, 3 к резервуару 4 кончаются наверху на крышке резервуара. Поэтому при наполнении жидкость падает каплями вниз. При этом возникает пена. Чтобы удерживать пенообразование настолько незначительным, насколько возможно, резервуар 4 предпочтительно уже перед этапом B1 подвергается вакуумированию, т.е. этап C предпочтительно происходит уже перед шагом B1.
Исходные субстанции загружаются по весу. Нагружаемый из резервуара 4 весоизмерительный датчик 24, в частности в сочетании с порционным подводом жидкости диафрагменным насосом 8 и соответственно 9, позволяет с большей точностью достигать расчетного веса загружаемой жидкости и тем самым соотношения обеих жидкостей.
D1) Смешивание жидкостей в резервуаре 4.
1
Смешивание жидкостей происходит за счет перемешивания мешалкой 23 в течение предварительно заданного промежутка t времени. Частота вращения мешалки 23 относительно мала, чтобы возникало как можно меньше пены.
D2) Очистка жидкости в резервуаре 4. Этот этап является факультативным (необязательным).
2
Даже если резервуар 4 был тщательно очищен перед заполнением жидкостями, загрязнения могут, тем не менее, остаться. Чтобы отфильтровывать такие загрязнения, открываются оба клапана 21 и 22 и жидкость в течение предварительно заданного промежутка t времени перекачивается с помощью циркуляционного насоса 10 в замкнутом цикле через третий фильтр 7. Затем оба клапана 21 и 22 снова закрываются.
E) Дегазация жидкости в резервуаре 4.
3
Дегазация происходит посредством перемешивания с помощью мешалки 23 в течение предварительно заданного промежутка tвремени. Частота вращения мешалки 23 снова относительно мала, чтобы предотвращать развитие пены.
Этапы D1 и E отличаются предпочтительно тем, что частота вращения мешалки 23 на этапе E во время дегазации меньше, чем на этапе D1 во время смешивания. Если в распоряжении имеется достаточно времени, то смешивание жидкостей может происходить с той же самой частотой вращения мешалки 23, что и при дегазации. Таким образом, этапы D1 и E могут быть также единственным совместным этапом способа.
Подготовительная фаза теперь закончена, так как жидкость в резервуаре 4 размешана и дегазирована и таким образом окончательно подготовлена, чтобы иметь возможность отливать линзы. До тех пор пока не начинается фаза производства, резервуар 4 находится либо под вакуумом, либо уже при незначительном избыточном давлении. Эта фаза обозначается как фаза ожидания.
Температура резервуара 4 регулируется на предварительно заданное значение, которое рассчитано настолько высоким, чтобы вязкость жидкости в резервуаре 4 являлась достаточно низкой, чтобы делать возможной беспроблемную отливку линз. В этом примере резервуар 4 является термически несущим стальным баком, поэтому его температура постоянно регулируется на предварительно заданное значение, хотя это было бы необходимо только во время фазы производства.
F) Отливка линз
1
n
1-
n
1
n
Форма и размер полости 17 формы варьируется в соответствии с рецептом линз. Обе полуформы 25 и 26 как правило выполнены на своих обращенных к полости 17 формы сторонах как цилиндрические поверхности 25A и 26A. Напротив кромки передняя полуформа 25 (на профессиональном жаргоне называемый «фронтальная матрица») на своей обращенной к полости 17 формы стороне сделана плоской, чтобы возникало наливное отверстие 28, которое достаточно велико, чтобы в него могла вводиться полая игла 16. При некоторых комбинациях полуформ самое узкое место наливного отверстия 28 относительно невелико. Мономер должен заполняться при таких комбинациях со сравнительно незначительной скоростью потока, так как иначе в самом узком месте образуется обратный подпор и подведенная жидкость переливается через край полости 17 формы. В других комбинациях самое узкое место наливного отверстия 28 относительно велико и мономер может заливаться со сравнительно большей скоростью потока, без того, чтобы образовывался обратный подпор. При определенных стеклах (как представлено на фиг.2) самое узкое место наливного отверстия 28 сравнительно велико почти всегда и не является критическим для заполнения. В других стеклах (как представлено на фиг.3), оптическая ось которых указана позицией 30, самое узкое место часто очень тонко. Компьютер с помощью рецепта линз определяет, какие две полуформы 25 и 26 для формирования полости 17 формы должны извлекаться из памяти и на каком интервале и в каком относительном поворотном положении друг относительно друга должны позиционироваться полуформы 25 и 26. Кроме того, из геометрических данных полуформ 25 и 26 и рецепта линз компьютер рассчитывает, какой величины должен быть интервал D в самом узком месте наливного отверстия 28, и определяет, какое давление нужно создать в резервуаре 4, чтобы полость 17 формы могла наполняться с оптимальной скоростью потока жидкости. Оптимальная скорость потока означает, что, с одной стороны, скорость потока по возможности велика, чтобы необходимое для заполнения полости 17 формы время было по возможности наиболее коротким, и что, с другой стороны, скорость потока достаточно мала, чтобы в самом узком месте наливного отверстия 28 не возникало обратного подпора. В этом примере давление может устанавливаться посредством регулятора 11 давления на n различных дискретных уровней p-p давления, например, n=8. Каждому уровню pp давления поставлен в соответствие диапазон интервала D, так что по расчету интервала D компьютер может выбирать соответствующий уровень p давления из значений p-p.
Самое позднее в начале фазы производства в резервуаре 4 создается предварительно заданный уровень давления, который лежит выше атмосферного давления. Создание давления происходит медленно, чтобы избегать возникновения воздушных пузырьков в жидкости. Как только давление создано, линзы могут отливаться одна за другой. Отливка каждой линзы происходит соответственно этапам:
k
G) повышение или понижение давления на уровень pдавления, который определен в соответствии с интервалом D для оптимальной скорости потока,
H) открытие рабочего клапана 15,
I) закрытие рабочего клапана 15, как только полость 17 формы заполнена.
Изменение давления на этапе G происходит осторожно, чтобы не производилось никаких воздушных пузырьков. Так как имеющееся в резервуаре 4 давление находится выше атмосферного давления, жидкость течет в полость 17 формы, как только открывается рабочий клапан 15. Уровень давления в резервуаре 4 определяет скорость потока.
В принципе также возможно использовать только один единственный уровень давления и не управлять скоростью потока, разумеется, тогда заливка большой полости формы соответственно должна длиться долго. В этом случае предварительно заданный уровень давления определен для самого маленького ожидающегося интервала D наливного отверстия 28 всех возможных полостей формы и этап G отпадает.
Рабочий клапан 15 предпочтительно является переключающимся свободно от пузырьков клапаном, который, кроме того, в закрытом состоянии показывает обратный всасывающий эффект, который предотвращает вытекание жидкости до и после отливки линзы. Подходящим клапаном является, например, клапан LVC23U-S06 японской фирмы SMC. Применение переключающегося свободно от пузырьков клапана гарантирует, что при включении и выключении клапана никаких воздушных пузырьков не возникает.
Как датчик для обнаружения, когда полость 17 формы заполнена жидкостью, т.е. когда залитая в полость 17 формы жидкость достигла предварительно заданного уровня заполнения, служит преимущественно другая полая игла 29, в которую подводится воздух, так что из полой иглы 29 постоянно выпускается очень маленький поток воздуха. Как только залитая в полость 17 формы жидкость достигает острия полой иглы 29, в полой игле 29 очень быстро повышается давление. Давление в полой игле 29 измеряется посредством датчика давления. Повышение давления производит сигнал для выполнения этапа I, т.е. для запирания рабочего клапана 15.
Резервуар 4 преимущественно рассчитан такой величины, что загрузки резервуара хватает для производства большого количества линз, например, чтобы иметь возможность отливать линзы весь рабочий день. Производство линз формируется тогда таким образом, что в течение ночи резервуар 4 наполняется и подготавливается согласно этапам B, C, D1 и E или даже всем этапам B-E, так что в течение дня с утра до вечера могут производиться линзы. Как правило вечером резервуар 4 не опорожнен полностью. Он наполняется тогда следующей ночью до предварительно заданного уровня. Если производство должно повыситься больше, чем на одну рабочую смену, то тогда резервуар 4 может быть увеличен или могут поочередно использоваться две такие аппаратуры.