專利名稱：給模芯加標志以生產帶標志的隱形眼鏡的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及給模芯加標志以生產帶標志的隱形眼鏡的方法，更具體地說，涉及隱形眼鏡的模芯的電火花加工方法。本發明是有效的、可控制的、可重復的，并且不必顯著地增加其制造費用即可在最終透鏡產品上提供清晰可見的標志。
本發明涉及給穩定化軟質模制水凝膠隱形眼鏡加上可見標志的方法。這樣的可見標志是一種正反指示器，它是放在透鏡上的可見的標志或特殊的花紋，讓用戶能夠確定配置是否正確，或者是否反了，里面朝外了。其他可見標志可用作商標，以識別制造廠家。對于放入時要求對于眼睛有一定方向的這種類型的的隱形眼鏡，可見標志也是需要的。當隱形眼鏡在鹽水溶液中時，例如原包裝中用的鹽水溶液中，或者在貯存容器中，為了讓用戶容易看到或找到透鏡，最好也要有可見標志。
現有技術對解決給隱形眼鏡加上可見標志的問題提出了許多技術途徑。歐洲專利291459和日本專利61223820提出了激光蝕刻或灼刻。德國專利3316730提出了金剛石尖端雕刻法。英國專利200614、德國專利3219890和日本專利61211382等提出印刷技術，其中有一些受紫外線能量作用的感光材料。日本專利62186221、日本專利62186222、日本專利62250286等提出了其他著色或印染技術。
所有這些現有技術途徑都是緩慢的并且難以控制，一般都加大隱形眼鏡的制造成本。
鑒于現有技術的這些缺陷，最好能夠開發一種在大批量生產的環境下是有效的、可控的、可重復的、不使透鏡產品制造成本顯著增大，又能給最終的隱形透鏡產品加上清晰可見的標志的給軟質隱形眼鏡加標志的方法。
因此，本發明的主要目的是提供一種給用于生產加有標志的隱形眼鏡的模芯加標志的方法。
按照本發明的教導，本發明提供一種在模制隱形眼鏡內產生可見標志的方法。該方法包括把一個凹的標志圖形放在金屬模芯上，隨后用該模芯注模生產模框，然后用該模框模制最終的隱形眼鏡。凹的標志圖形至少約深10微米，并具有至少約0.9的容積指數VI(低于基準面的容積減去基準面以上的容積之后的量與基準面以下的容積之比)。金屬模芯上凹的標志圖形隨后轉移到用注模法制造的模框上，變成凸的部分，然后轉移到由利用該模芯制備的模框模制的隱形眼鏡上，變成凹的可見標志。
更具體地說，本發明涉及一種在隱形眼鏡內提供可見標志的方法，該法在于把一個凹的標志圖形放在金屬模芯上，其中凹的標志圖形至少約深10微米，并具有至少約0.9的容積指數VI(低于基準面的容積減去基準面以上的容積之后的量與基準面以下的容積之比)。利用該金屬模芯用注模法生產熱塑模框，在該熱塑模框內模制軟質水凝膠隱形眼鏡，其中金屬模芯上凹的標志圖形轉移到用注模法制造的熱塑模框上，變成凸的部分，然后再轉移到在利用該模芯制備的熱塑模框內模制的隱形眼鏡上，變成凹的可見標志。
更詳細地說，凹的標志圖形表面粗糙度Ra(偏離中心線或擬合面的算術平均偏差)對峰谷差測量值(PV)之比Ra/PV約在0.15以上，而表面粗糙度RMS(偏離中心線或擬合面的均方根偏差)對于峰谷差測量值(PV)之比RMS/PV約在0.15以上。本發明的方法特別適用于穩定化軟質模制水凝膠隱形眼鏡。
另外，表面粗糙度(RMS或Ra)對于高度(H，標志剖面上兩條基準線之間的距離)的比率RMS/H或Ra/H至少約為1.5。
給模芯加上凹的標志圖形的推薦的方法是電火花加工(EDM)。
上述幾個參數的量值RMS，Ra，PV和VI可以用非接觸掃描白光干涉儀來校驗。
與現有技術相反，本發明的方法是有效的、可控的、可重復的，能給透鏡最終產品加上清晰可見的標志，又不顯著增大其制造成本。
對于本專業的普通技術人員來說，參閱聯系附圖針對幾個最佳實施例所作的詳細說明，不難明白用于給生產加有標志的隱形眼鏡的模芯加上標志的本發明的上述目的和優點。在附圖的所有幾個視圖中，類似的元件均標以相同的號碼，其中
圖1是說明標志深度與清晰度等級之間關系的曲線，它用圖形表明，要想清晰可見，標志的深度應在10微米以上。
圖2是說明標志容積指數與清晰度等級之間關系的曲線，它用圖形表明，當容積指數接近1時，標志的有效清晰度增大，而要想標志清晰可見，容積指數至少應為0.9。
圖3是說明表面粗糙度測量值(RMS和Ra)與峰谷差(PV)之比跟清晰度等級之間關系的曲線，它用圖形表明，要想標志清晰可見，該比率應大于0.15。
圖4是說明表面粗糙度測量值(RMS和Ra)與H(標志剖面內兩條基準線之間的差)的比值跟清晰度等級之間關系的曲線，它用圖形表明，要想標志清晰可見，該比率應大于1.5。
圖5用圖形說明平均高度(AvgHgt)，這是標志剖面內測試數據區相對于基準數據區的平均高度(將測試數據區所定義的區域與基準屏蔽面或數據區所定義的區域比較)，并測量它們之間的垂直偏移量。
圖6用圖形說明瑞典高度(H)，這是標志剖面內上、下兩條基準線之間的距離，其中上基準線位于暴露5％數據的深度，而下基準線位于暴露90％數據的深度。
圖7用圖形說明峰谷差(PV)，這是標志內采樣測試區內最高點與最低點之間的距離，用來量化粗糙度。
圖8用圖形說明Ra，這是對于擬合曲線或曲面中心線的算術平均偏差。
圖9用圖形說明均方差(RMS)，這是對于擬合曲線或曲面中心線的均方差。先求出各值平方的平均值，然后求該平均值的平方根。
圖10用圖形說明容積，這是測試屏蔽面所定義的三維數據面上的數據所占的空間總體積，其中容積是將每個數據點或象素的高度乘以每個象素的面積。
本發明所采用的整個模制過程都是現有技術所熟悉的，并采用金屬模芯，其中每一個金屬模芯用注模法生產許多熱塑模框，而每個熱塑模框則只用一次，模制一個隱形眼鏡。在此過程中，熱塑模框是用注模法在金屬模芯內生產的，成兩半，在處理過程中合起來形成一個模腔。注模產生的模框形成的模腔填以單體，單體聚合形成透鏡，從模中取出，再進一步處理，產生最終產品軟質水凝膠透鏡。模框用任何一種能夠注模成形的，并能提供具有要求光學性能的最終模制透鏡的熱塑材料生產，推薦采用的模框材料是聚乙烯或聚丙烯。為了用注模法制造模框，對要求配置的金屬工具模芯進行機加工，并安裝在現有技術熟悉的注模成形機內。注模成形的模框是金屬模芯的精確的反向復制品。
在本發明中，凹的可見標志圖形通過機加工刻在金屬模芯的表面上。在隨后的注模成形中，熱塑聚合物材料與金屬模芯的形狀和尺寸一致，因此，注模成形的模框在其表面上具有凸的部分，它精確地與金屬模芯中的凹的圖形一致。然后在澆鑄隱形眼鏡的過程中，按劑量加入模框的模腔內的反應性聚合物準確地與模型的表面一致，因此，聚合之后透鏡具有與模型凸部準確一致的凹的圖形，并準確地復制了刻在金屬模芯中的凹陷部分。
金屬模芯上的凹陷圖形可以用諸如激光蝕刻、化學蝕刻、電火花加工等現有技術所熟悉的幾個方法中的任何一個形成，只要能夠達到要求的深度、表面粗糙度及容積指數，所有這些指標后面還將敘述。給出具有適當參數的凹陷圖形的推薦方法是電火花加工(EDM)。
電火花加工是現有技術所熟悉的，并在Poco Graphite所著的<A Practical Guide toElectrode material selection>一書(1601 S.State，Decatur，Texas 76234)中，特別是第8-16頁有所描述。
本發明的一個設計的實施例采用三菱公司(MitsubishiInternational Corp.of Wod Dale，Illinois 6191)的M25J型電火花加工裝置。在灼刻標志的過程中，從電極向側壁，也向下產生火花。這在側壁和底部都產生標志的粗糙表面。電流、進給速率、電極尺寸和通過次數都影響最終表面的粗糙度。這里所說的粗糙度是使標志成為可見所必要的。
校驗和測定所達到的標志參數，可以用NewView 100型干涉儀和MetroPro軟件完成，后兩者都是ZYGO公司(ZYGO Corp.ofMiddleField，Connecticut)供應的。NewView 100干涉儀采用非接觸掃描白光干涉法來建立高分辨率的x，y和z軸圖像，用于求出表面拓樸特性。NewView 100干涉儀把從自己的光源來的光分成兩股光束，一束射向精密的內表面，另一束射向采樣面。反射的光束在干涉儀內部再復合。由此造成的光路差引起相長和相消干涉，由此產生在監視器上可以看到的亮暗相間的條紋圖形。
選擇適當的電火花加工(灼刻)條件，對于標志的整個清晰度和性能是很關鍵的。特定的灼刻條件包括幾個變量的值。能產生可接受的灼刻的這些變量值和適當的組合已由制造商預先確定了，并編入他們所供應的軟件中。這些變量的組合稱為“E”組合(E-packs)并用字母“E”和4位數字表示E組合的編號。表1包含標有E組合標志的灼刻條件值的某些例子，變量列于左列，其定義詳見制造商提供的用戶手冊。現對左列所列的變量作如下簡要說明。
EP-SEL選擇電源類型TP標準晶體管電源，SF精細拋光電路，SC斜坡控制電路，
GM有光澤鏡面用的精細拋光電路。
POL是極性選擇選擇正(+)和負(-)正極性意味著火花是從電極到工件，負極性意味著火花是從工件到電極。
AUX是輔助設置的選擇輔助設置用于SF，SC電路的功率設定0至9。
IP是峰值電流設定設定實際的峰值電流安培數0至10。
DEL IP是峰值電流安培數微調設定0至10。
GAP(F)是火花隙電壓GAP設定有兩個目的。首先選擇伺服器響應，不是EP就是MV。其次選擇火花隙電壓(火花隙產生火花之前而加工正在進行時的電位)。設定EP0-5/MV 10-15。
ON是接通時間選擇選擇放電脈沖接通時間。設定為1至12。
DEL ON是接通時間微調。設定為0至9。
OFF是斷開時間選擇放電脈沖斷開時間。設定為1至12。
DEL OFF是斷開時間微調。設定是0至9。
JUMPU是上跳，選擇工件與電極之間的實際距離。設定為1至9。
JUMPD是下跳，選擇實際下跳時間。設定為1至9。
PCON是并聯電容數PCON設定選擇可以加在放電電路上的并聯電容個數。設定為0至5。
JUMP是ON/OFF跳動選擇范圍是0至9，0(斷開，OFF)，1-9(ON，接通)。
GAIN是增益選擇控制該裝置伺服器的增益1(最小)至99(最大)。
OPAJ是優化器靈敏度選擇優化器靈敏度的范圍是0(最靈敏)至10(最不靈敏)。
E組合中的每一個變量都可以單獨改變，以實現灼刻質量的改變。造成標志性能最大改變的兩個主要變量是安培數，IP和DEL IP變量。理論上說，安培數越大，灼刻越強烈，越深，結果標志越深，越清晰，因而，更加清晰可辨。
影響標志清晰度的另一個獨立變量是電極直徑。適當的電極直徑可以是0.005至0.010英寸。在某些實驗中發現，電極直徑較大，則字母“A”上部三角的尺寸減小，結果字母不那么清晰。最好根據加在透鏡上的標志圖形來確定電極的直徑。
每個字母都是電火花加工機械一次次地刻在工件上的。從一個字母的開始到一個字母的結束所走的距離和路徑圖案被看作是通過一次。從理論上說，在一個字母上通過次數越多，灼刻得就越深，因而字母就越清晰。
表2給出特定字母通過次數的例子，同時列出總的消耗時間、E組合編號和編程字母高度。對于通過次數的限制取決與產出性能、加工考慮以及與標志位置有關的透鏡幾何尺寸。應該指出，標志深一點，模芯表面在隨后模框模制操作的耐磨壽命就長一點。
金屬模芯是在表1和表2所列的灼刻條件下加上標志的。透鏡是用表1標有A，B和C的灼刻條件下加上標志的模芯制出的熱塑模框模制的。正如表2所指出的，透鏡A是用在E組合E9521所指定的通過次數灼刻的金屬模芯生產的模框模制出來的。透鏡B是用在E組合E9520所指定的通過次數灼刻的金屬模芯生產的模框模制出來的。透鏡C是用在E組合E9521所指定的通過次數灼刻的金屬模芯生產的模框模制出來的。
然后一個標志等級評定組將每個標志按1至5的分度進行等級評定，1是勉強可見，而5是非常清晰。在條件B，條件#4下灼刻的標志和在條件C，條件#1下灼刻的，評出的等級最高，說明灼刻安培數增大對標志質量影響很大。清晰度等級2.8，4.1和44這一表面特性段所列的數據，直接對應表2加有陰影或打星號的灼刻。
下面是要使標志清晰可見標志必須具有的關鍵特性。
標志深度—要想使標志清晰可見、深度必須大于10微米。圖1是說明深度與清晰度等級之間關系的曲線圖，它用圖形表明，標志要想清晰可見，深度必須大于10微米。正如圖1標志深度圖所表明的，0至5微米范圍內的標志，在主觀評定的等級上被評定為不太清晰。最大深度取決于加工過程和最終的透鏡幾何尺寸。
容積指數—容積指數定義為低于基準面的容積減去基準面以上的容積之后的量與基準面以下的容積之比，數學上表達為
圖2是說明容積指數與清晰度等級之間關系的曲線圖，它用圖形表明，當容積指數接近于1時，實際清晰度增大，要使標志清晰可見，容積指數至少應為0.9。
表面粗糙度—表面粗糙度可以用RMS，Ra，PV和H描述。如下所述，它們之間有著某種關系。PV定義為樣品或標志內最高點與最低點的距離。H是剖面內兩條基準線之間的距離。上基準線位于暴露出5％數據的深度，而下基準線則位于暴露出90％數據的深度。最后結果是，對于數據尖峰，H不如PV靈敏。畫出表面粗糙度測量值(RMS和Ra)對于PV的比率的曲線時，可以看出，要想標志清晰可見，這個比率必須大于0.15。圖3的表面粗糙度曲線表明了這一點。
類似地，畫出表面粗糙度測量值(RMS和Ra)與瑞典高度H的比率跟清晰度等級之間的關系曲線時，可以看出，要想標志清晰可見，這個比率必須大于1.5。最大值是由把標志加在金屬模芯上所用的方法確定的。
圖5用圖形說明平均高度(AvgHgt)，其定義為在儀器的z軸上測試數據區相對于基準數據區的平均高度。它將測試屏蔽面所定義的區域與基準屏蔽面所定義的區域加以比較，并測定它們之間的垂直偏移量。高度指的是儀器z軸方向上的高度，亦稱AvgHgt。若分析過程不采用屏蔽面，則AvgHgt等于該組數據的算術平均值。
圖6用圖形表示瑞典高度H，其定義為剖面內兩條基準線之間的距離。上基準線位于暴露出5％數據的深度，而下基準線則位于暴露出90％數據的深度。瑞典高度對于數據尖峰的靈敏度不如PV。
圖7用圖形說明峰谷差(PV)，其定義為測試區域內樣品中最高點與最低點之間的距離。亦稱為Rt，Ry和Rmax。用來量化粗糙度時，PV是最大粗糙度高度。PV最糟糕的情況是數據組中點到點的誤差。PV比較表面上兩個最極端的點，對于兩個極其不同的表面卻可能具有相同的PV值。PV(ALL)是測試區與基準區兩者中最高點與最低點之間的距離。
圖8用圖形說明Ra，其定義為對于中心線或擬合面的算術平均偏差Ra=Y1+Y2+Y3...+YnN]]>式中Yn是每個數據點的絕對值，N是數據點數。
圖9用圖形說明均方根(RMS)，這是對于中心線或擬合面的均方根偏差，先計算每個值的平方的平均值，再將該平均值開方。亦稱Rq，rms是對面積加權的統計值。它比PV更準確地描述被測表面的光學性能，因為在計算中它采用了較多的數據。RMS=[Y12+Y22+Y32...+Yn2N]1/2]]>式中Y是每個數據點的值，而N是樣品中數據點的數目。
圖10用圖形說明容積，它是測試屏蔽所定義的三維測試區域中數據所占的空間的總和。容積是將每個數據點的高度乘以該象素的面積。
下部容積(VOL Dn)是低于基準面的測試區的容積。正的VOLDn可以想象為測試區中凹坑所占的體積，而負的VOL Dn則是從基準面凸出的凸塊造成的。
上部容積(VOL Up)是高于基準面的測試區的容積。正的VOLUp可以想象為凸出測試面的凸塊所占的體積，而負的VOL Up則是凹到基準面以下的部分造成的。
凈容積(VOL Net)定義為測試取得總容積，它等于VOL Up減VOL Dn。
雖然在這里詳細地描述了本發明給用于生產加有標志的隱形眼鏡的模芯加上標志的幾個實施例及其變型，但是對于本專業的普通技術人員來說，本發明的公開和指導會提示出許多設計方案，這應該是很清楚的。
電火花加工灼刻條件
表1.確定最優標志圖形用的電火花加工灼刻條件透鏡A0.060″編程高度0.009″直徑的電極*0.015″直徑的電極E-9521 消耗的時間 通過次數#1 A＝1分05秒 V＝0分57秒 2#2 A＝1分33秒 V＝1分17秒 3#3 A＝2分01秒 V＝1分40秒 4#4 A＝2分01秒 V＝1分40秒 4*表2A透鏡B0.060″編程高度0.009″直徑的電極空穴1
E-9520 消耗的時間通過次數#1A＝2分03秒 V＝2分03秒5#2A＝3分27秒 V＝2分52秒7#3A＝4分57秒 V＝3分58秒10#4A＝7分00秒 V＝6分00秒12表2B透鏡C0.065″編程高度0.009″直徑的電極E-9507 消耗的時間通過次數#1A＝0分33秒 V＝0分31秒1#2A＝1分05秒 V＝0分58秒2#3A＝1分38秒 V＝1分22秒3#4A＝2分43秒 V＝2分36秒5表2C表2.在透鏡A至C上完成的灼刻采用的消耗時間和通過次數。加陰影的數據標明了標志關鍵的表面特性部分。
權利要求
1.一種給模制隱形眼鏡加上可見標志的方法，其特征在于它包括a.將凹的標志圖形刻在金屬模芯上，凹的標志圖形的深度至少10微米，容積指數(低于基準面的容積減去基準面以上的容積之后的量與基準面以下的容積之比)至少為0.9，b.用金屬模芯以注模法制造熱塑模框，c.用熱塑模框模制軟質水凝膠隱形眼鏡，其中金屬模芯上凹的標志圖形轉移到用注模法制造的熱塑模框上，變成凸出的部分，然后再轉移到在利用該模芯制備的熱塑模框內模制的隱形眼鏡上，變成凹的可見標志。
2.權利要求1提出的一種給模制隱形眼鏡加上可見標志的方法，其特征在于，凹的標志圖形具有用Ra量度的表面粗糙度(Ra是標志上偏離中心線或擬合面的算術平均偏差)對PV(標志內最高點與最低點之間的距離)的大于0.15的比率Ra/PV。
3.權利要求1提出的一種給模制隱形眼鏡加上可見標志的方法，其特征在于，凹的標志圖形具有用RMS量度的表面粗糙度(RMS是偏離中心線或擬合面的均方根偏差)對PV(標志內最高點與最低點之間的距離)的大于0.15的比率RMS/PV。
4.權利要求1提出的一種給模制隱形眼鏡加上可見標志的方法，其特征在于，模制步驟生產出穩定軟質模制水凝膠隱形眼鏡。
5.權利要求1提出的一種給模制隱形眼鏡加上可見標志的方法，其特征在于，刻制凹的標志圖形的步驟是采用電火花加工法。
6.權利要求1提出的一種給模制隱形眼鏡加上可見標志的方法，其特征在于，所述模芯中用Ra量度的表面粗糙度(Ra是標志上偏離中心線或擬合面的算術平均偏差)對H(H是標志剖面上兩條基準線之間的距離)的比率Ra/H大于1.5。
7.權利要求1提出的一種給模制隱形眼鏡加上可見標志的方法，其特征在于，所述模芯中用RMS量度的表面粗糙度(RMS是標志上偏離中心線或擬合面的均方差)對H(H是標志剖面上兩條基準線之間的距離)的比率RMS/H大于1.5。
8.權利要求4提出的一種給模制隱形眼鏡加上可見標志的方法，其特征在于，刻制凹的標志圖形的步驟是采用電火花加工法。
9.權利要求8提出的一種給模制隱形眼鏡加上可見標志的方法，其特征在于，凹的標志圖形具有用Ra量度的表面粗糙度(Ra是標志上偏離中心線或擬合面的算術平均偏差)對PV(標志內最高點與最低點之間的距離)的大于0.15的比率Ra/PV。
10.權利要求9提出的一種給模制隱形眼鏡加上可見標志的方法，其特征在于，凹的標志圖形具有用RMS量度的表面粗糙度(RMS是偏離中心線或擬合面的均方根偏差)對PV(標志內最高點與最低點之間的距離)的大于0.15的比率RMS/PV。
11.權利要求10提出的一種給模制隱形眼鏡加上可見標志的方法，其特征在于，所述模芯中用Ra量度的表面粗糙度(Ra是標志上偏離中心線或擬合面的算術平均偏差)對H(H是標志剖面上兩條基準線之間的距離)的比率Ra/H大于1.5。
12.權利要求11提出的一種給模制隱形眼鏡加上可見標志的方法，其特征在于，所述模芯中用RMS量度的表面粗糙度(RMS是標志上偏離中心線或擬合面的均方差)對H(H是標志剖面上兩條基準線之間的距離)的的比率RMS/H大于1.5。
全文摘要
一種通過在金屬模芯上刻制凹的標志圖形，在模制隱形眼鏡，特別是軟質水凝膠隱形眼鏡內產生可見標志的方法。隨后用該模芯用注模法生產模框，然后用該模框模制最終的隱形眼鏡。凹的標志圖形至少約深10微米，并具有至少約0.9的容積指數VI(低于基準面的容積減去基準面以上的容積之后的量與基準面以下的容積之比)。凹的標志圖形的表面粗糙度(RMS或Ra)對于高度(H，標志剖面上兩條基準線之間的距離)的比率RMS/H或Ra/H最好大于1.5左右。
文檔編號B29C33/76GK1165079SQ9612015
公開日1997年11月19日 申請日期1996年9月27日 優先權日1995年9月29日
發明者W·E·威廉斯, M·A·杜阿特 申請人:莊臣及莊臣視力產品有限公司