形狀記憶聚合物或合金鏡片模具和眼科產品的成形方法

2023-08-12 14:24:01 6

專利名稱：形狀記憶聚合物或合金鏡片模具和眼科產品的成形方法
相關申請的交叉參考本申請是2000年8月28日提交的題目為「可變形的模具及其用於製造鏡片的方法」序列號為09/649,635的美國專利申請的部分延續，並且本申請要求了在2001年1月24日提交的序列號為60/263,986的臨時申請的優先權，所述的兩篇申請在這裡都被引入作為參考。
1.發明領域本發明涉及眼科產品的製造。本發明特別是提供了用於成形眼科產品的模具、以及用該模具成形模型和眼科產品的方法。
2.背景技術用包括眼鏡鏡片、隱形眼鏡、眼內透鏡等等在內的鏡片來矯正屈光不正的應用是眾所周知的。鏡片的製造需要使用可以賦予鏡片表面所需矯正性的模具。一般需要大量的模具以與最終鏡片所需的各球體、附件、柱面功效、以及其組合相一致。該模具量的製造和維護費用很高。
目前，一種加工隱形眼鏡的方法實際上是通過一種使用兩個模塑步驟的方法。在第一步模塑步驟中，用使用諸如菱形點切削之類的方法製造以確保其具有非常光滑表面的陽性和陰性金屬插入物來注塑一種包含一對模具部件的鏡片模具，所包含的一對模具部件典型地是陰性和陽性的塑性模具——也被稱為後弧線和前弧線鏡片模具。然後，在第二步模塑步驟中，在後弧線和前弧線鏡片模具之間加入隱形眼鏡片成形材料並在該塑性的後和前弧線之間對該隱形眼鏡片進行模塑。該後和前弧線一般不再重新使用。一般包含鏡片成形材料在其中被模塑成眼科產品的模具部件的鏡片模具是本發明的主題。
恰恰就是所述的形成鏡片模具部件的注塑步驟限制了可用來形成鏡片模具的物質的類型。
在專利號為6,026,204的美國專利中公開了一種試圖不需要大量模具的鏡片製造方法。在這篇專利中公開了使用定製的、加熱的衝模，其單獨或與一種金屬表面相結合，使用機械手為鏡片毛坯提供了所需的矯正性。這種方法的缺點在於其不適於生產某些鏡片，如柔軟的隱形眼鏡片，這是因為柔軟的隱形眼鏡片的材料是受熱不能變形的熱固性材料。此外，這種方法的缺點還在於在用熱模具成形鏡片材料時需要該鏡片毛坯的光軸完全與該衝模對準，這為鏡片的生產帶來了很大的困難。因此，需要一種可以用模具來製備大量鏡片的方法，該方法可以克服上述缺點中的一些或可以克服所有上述缺點。
在大約20年前研製出了形狀記憶聚合物(SMPs)，在最近10年，它已經是商業化開發的物質。SMPs的名稱來源於其在發生變形後可回復至最初所「記憶」形狀的固有能力。預成形的SMPs在低於或高於其玻璃化轉變溫度(Tg)時可以變形成任何所需的形狀。如果低於其Tg，則該過程被稱為冷變形。當在其Tg之上發生塑性變形時，該過程被稱為熱變形。在兩種情況中，當維持熱成型的形狀以在變形中進行「鎖定」時，SMP必需保持低於或被驟冷至低於其Tg。一旦該變形被鎖定，則由於熱障而使得該聚合物網絡不能回復至鬆弛的狀態。該SMP將無限期地維持其變形的形狀直至其被加熱至Tg溫度之上的溫度，在該溫度下SMP儲存的機械應變被釋放出來，SMP回復至其預成形的狀態。
一些種類的聚合物表現出形狀記憶性。最公知的並被最好地進行了研究的表現出形狀記憶性的聚合物可能是聚氨酯類聚合物。Gordon，Proc of First Intl.Conf.Shape Memory and SuperelasticTech.，115-120(1994)和Tobushi等人，Proc of First Intl.Conf.Shape Memory and Superelastic Tech.，109-114(1994)列舉了涉及形狀記憶聚氨酯類的性質和應用研究。另一種由Kagami等人，Macromol.Rapid Communication，17，539-543(1996)所公開的公知聚合體系是一類丙烯酸十八酯和丙烯酸或丙烯酸甲酯的共聚物。現有技術中公知的其它SMP聚合物包括降冰片烯或二甲烷八氫萘均聚物或共聚物所形成的製品，其在專利號為4,831,094的美國專利中進行了描述，該文獻在這裡被引入作為參考。
發明概述本發明提供了一種包含形狀記憶聚合物(SMP)或形狀記憶合金(SMA)的眼科模具。該模具優選地包含至少兩個模具部件，優選地包含兩個模具部件，其中至少一個模具部件包含SMP或SMA。該模具優選地包含一個前弧線和一個後弧線，並且優選地被用來成形一種隱形眼鏡片；總之，可以用本發明的眼科模具成形的眼科產品包括眼鏡鏡片、隱形眼鏡、眼內透鏡或其它類似製品。
此外，本發明提供了一種靈活工具(agile tool)的模塑表面或如序列號為09/649,635的美國申請所述的、一種包含SMP或SMA的可變形的模具；但是，本說明書的重點將是該包含SMP或SMA的眼科模具的成形；但是，這裡所教導的也可用於該靈活工具的模塑表面。
本發明包含SMP或SMA的模具可用來製備一個鏡片並且然後可以被重新成型或被重新使用來形成另一個鏡片，從而減少了在鏡片製造設備中所消耗的模具材料的數量。在另一種供選擇的實施方案中，可使用用如下所述的方法所形成的模具以低於必需製造金屬內插物來製造各模部件的方法的成本來生產更多樣的隱形眼鏡並且甚至可生產定製的隱形眼鏡。此外，在製造眼科產品時通過使用本發明的模具，可以不採用現有技術中將模具中所模塑的眼科產品取出的機械脫模步驟而是將該包含SMP或SMA的模具加熱至其Tg溫度以上以使得該模具變形，此時不需要機械脫模步驟就可以將該眼科產品從模具中取出。
此外，本發明的模具不是通過在高溫即高至300℃的溫度下和升高的壓力下注塑來形成的，從而提供了可用來製造成形該眼科模具的裝置的新型材料。通過用注塑方法之外的方法來成形該模具時，可以用不同的成模材料和方法來製備該模具。此外，如果用這裡所述的靈活工具來製備該模具，則在降低所需模具的數量並取消同樣用於此目的所有注塑工具的同時可以製造出完全符合規定範圍的鏡片。此外，在為帶眼鏡的人提供定製鏡片的方法中也可以使用本發明的模具。
附圖的簡要說明通過參考如下的附圖可以對本發明進行更好的理解

圖1是本發明的鏡片模具。
圖2是形成第一模具部件的壓力機的剖視圖；圖3是形成第二模具部件的壓力機的剖視圖；圖4是形狀記憶聚合物或合金夾持器的頂視圖；圖5是表示如圖4所示的夾持形狀記憶聚合物或合金片的夾持器的剖視圖。
圖6是用壓力機或靈活工具形成模具部件時所用對準夾具的繪圖；圖7是在形狀記憶聚合物或合金片上進行操作形成第一模具部件的壓力機的剖視圖8是在形狀記憶聚合物或合金片上進行操作形成第二模具部件的壓力機的剖視圖；圖9是在形成模具部件前帶有芯部件的靈活工具中所放置的SMP或SMA片的剖視圖；圖10是圖9的靈活工具的頂部平面圖；圖11是一種靈活模具的放大的橫截面視圖；圖12是預澆制的模具的剖視圖；圖13是一種壓縮固定器；圖14是在靈活工具中本發明的一種眼科模具；圖15是製備和使用本發明模具的方法的流程圖。
本發明獨特地用形狀記憶聚合物(SMP)或形狀記憶合金(SMA)，優選地用形狀記憶聚合物來作為眼科產品製造中所用模具的構造材料，其中所述的眼科產品優選地是隱形眼鏡。該模具可以包含一個或多個零件或部件。優選地，該模具包含兩個模具部件，其中至少一個模具部件包含SMP或SMA。「鏡模」、「眼科模具」、「模具」和「模具部件」、「第一模具部件」、「第二模具部件」「前弧線」、「前弧線鏡模」、「後弧線」、「後弧線鏡模」的定義指的是用於形成眼科產品的本發明模具的模具或部件。
在模具的製備中可以使用具有上述性質的形狀記憶聚合物和合金。因此，可以使用形狀記憶聚合物，其包括聚氨酯聚合物、降冰片烯均聚物以及降冰片烯和烷基化、氰基、烷氧基化、單-或二酯化的醯亞胺或羧酸衍生物的共聚物。此外，該共聚物可以包括作為共聚單體的二甲烷八氫萘(DMON)。另一種供替代的選擇是，使用DMON的均聚物以及DMON和苯乙烯、苊或雙環戊二烯的共聚物，其可被氫化或滷化。此外，該SMP還可包括丙烯酸十八酯、丙烯酸或丙烯酸甲酯的共聚物。
用來形成該眼科模具的SMP優選地是一種通過輻射或加熱進行了固化的熱固性樹脂。
在形成用來成形眼科產品的本發明的模具時還可以使用形狀記憶合金。該類形狀記憶合金包括鎳鈦諾——一種鎳和鈦的合金(NiTi)、銅、鋁和鈷合金以及銅-鎳-鈦-鋁合金。與形狀記憶合金相比，更優選使用形狀記憶聚合物，因此，下面的說明書可能涉及形狀記憶聚合物而未涉及該形狀記憶合金；但是，這並不意味著要對其進行限制，在形狀記憶聚合物的術語出現的地方都可以加上形狀記憶合金的術語。
雖然上述形狀記憶聚合物在本發明考慮的範圍內，但優選地用來製備本發明模具的形狀記憶聚合物是一種新型的SMP——苯乙烯和除苯乙烯之外的乙烯基化合物的共聚物。這種SMP在共同待審並同時提交的題目為「形狀記憶苯乙烯共聚物」的申請VTN-576中進行了描述，其在這裡被引入作為參考。
優選的SMP是用一種反應混合物來製備的，所述的反應混合物除苯乙烯和乙烯基化合物外還包括一種交聯劑和一種引發劑、以及一種改性聚合物。
第二種單體——除苯乙烯外的乙烯基化合物優選地是新癸酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、甲基苯乙烯，其可以是一種混合物，3-甲基苯乙烯或4-甲基苯乙烯、乙烯基吡啶，其可以是一種混合物，2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶或4-乙烯基吡啶、月桂酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、醋酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、乙烯基2-furate、苯乙酸乙烯酯、乙烯基咔唑、醋酸4-乙烯基苄基酯、4-乙烯基苯甲酸、乙烯基甲基碸、乙烯基十八烷基醚、乙烯基異辛基醚、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、N-乙烯基-N-甲基乙醯胺、1-乙烯基咪唑、N-乙烯基甲醯胺、N-乙烯基己內醯胺、乙烯基噁唑酮、N-乙烯基脲、硬脂酸4-(乙烯氧基)丁酯、苯甲酸4-(乙烯氧基)丁酯、苯甲酸4-(乙烯氧基甲基)環己基甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸叔-丁酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸叔-丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸2-正-丁氧酯、丙烯酸2-氰基乙酯、丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸環己酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸二環戊烯酯、丙烯酸二環戊烯氧基乙酯、甲基丙烯酸二環戊烯氧基乙酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸2-羥基乙酯、甲基丙烯酸2-羥基乙酯、丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基)-乙酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、丙烯酸2-甲氧基丙酯、甲基丙烯酸2-甲氧基丙酯、甲基丙烯酸辛酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、甲基丙烯酸2-苯氧基乙酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸2-苯基乙酯、甲基丙烯酸2-苯基乙酯、甲基丙烯酸苯酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸硬脂基酯、甲基丙烯酸硬脂基酯、丙烯酸2，4，6-三溴苯酯、丙烯酸十一烷基酯或甲基丙烯酸十一烷基酯。
在該乙烯基化合物中優選用於本發明形狀記憶聚合物的反應混合物中的化合物有新癸酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、甲基苯乙烯、硬脂酸4-(乙烯氧基)丁酯或乙烯基吡啶。
該形狀記憶聚合物反應混合物的交聯劑是多官能團的，即該交聯劑是具有至少為2的聚合官能度的化合物。優選雙官能團的交聯劑。本發明範圍內的交聯劑包括延胡索酸二烯丙酯、二烯丙基二甘醇碳酸酯、甲基丙烯酸烯丙酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯、辛二酸二烯丙酯、四溴鄰苯二甲酸二烯丙酯、二甘醇二丙烯酸酯、二甘醇二甲基丙烯酸酯、二甘醇二乙烯基醚、N，N′-二甲基丙烯醯基哌嗪、2，2-二甲基丙二醇二甲基丙烯酸酯、五丙烯酸二季戊四醇酯、一縮二丙二醇二甲基丙烯酸酯、四丙烯酸二-三羥甲基丙酯、二乙烯基二醇、癸二酸二乙烯基酯、甘油三甲基丙烯酸酯、1，5-己二烯(haxadiene)、1，6-己二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二甲基丙烯酸酯、N，N′-亞甲基雙甲基丙烯醯胺、1，9-壬二醇二甲基丙烯酸酯、四丙烯酸季戊四醇酯、三丙烯酸季戊四醇酯、季戊四醇三烯丙基醚、1，5-戊二醇二甲基丙烯酸酯、聚(丙二醇)二甲基丙烯酸酯、四甘醇二甲基丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、三甘醇二甲基丙烯酸酯、三甘醇二乙烯基醚、三甲基丙烯酸1，1，1-三羥甲基乙酯、1，1，1-三羥甲基丙烷二烯丙基醚、三丙烯酸1，1，1-三羥甲基丙酯、三甲基丙烯酸1，1，1-三羥甲基丙酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1，2，4-三乙烯基環己烷、二乙烯基苯、雙(2-甲基丙烯醯氧基乙基)磷酸酯、2，2-二(4-甲基丙烯醯氧基苯基)丙烷、1，3-丁二醇二丙烯酸酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯、1，3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1，4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1，4-丁二醇二乙烯基醚、1，4-環己二醇二甲基丙烯酸酯、二[4-(乙烯氧基)丁基]間苯二酸酯、二[4-(乙烯氧基甲基)環己基甲基]戊二酸酯、二[-(乙烯氧基)丁基]琥珀酸酯、二((4-((-乙烯氧基)甲基)環己基)甲基)間苯二酸酯、二(4(乙烯氧基)丁基)對苯二甲酸酯、二[[(4-[乙烯氧基)甲基)環己基]甲基]對苯二甲酸酯、二[4-乙烯氧基)丁基]己二酸酯、二[4-(乙烯氧基)丁基](亞甲基二-1，4-亞苯基)二氨基甲酸酯、二[4-(乙烯氧基)丁基](4-甲基-1，3-亞苯基)二氨基甲酸酯、二[4-(乙烯氧基)丁基]1，6-己二基二氨基甲酸酯或三[4-(乙烯氧基)丁基]三苯六甲酸酯。
在這些優選的交聯劑中，特別優選地是二乙烯基苯、二[4(乙烯氧基)丁基]對苯二甲酸酯和二[[4-[(乙烯氧基)甲基]環己基]甲基對苯二甲酸酯。在這些物質中更特別地優選二乙烯基苯作為交聯劑。
該反應混合物的引發劑可以是自由基或離子引發劑。本發明範圍內的自由基引發劑包括有機過氧化物和偶氮化合物。雖然可以使用任何商業上可獲得的有機過氧化物，但特別優選叔-丁基過氧化物、叔-丁基氫過氧化物、過氧化苯甲醯、過氧化二枯基和月桂醯過氧化物。類似地，雖然可以使用任何商業上可獲得的偶氮引發化合物，但特別優選2，2′-偶氮二異丁腈。離子引發劑優選地是陽離子引發劑。優選的陽離子引發劑包括三氟化硼、三氟化硼二乙基醚合物、三氟化鋁和氯化錫(IV)。
如上所述，該SMP反應混合物可以包括第五種任選的組分。該形狀記憶聚合物反應混合物的第五種組分是可以包含或不包含的任選組分。該任選組分可以是改性聚合物。該改性聚合物可作為粘度調節劑並且還可以為所得的形狀記憶聚合物提供所必需的硬度。
該形狀記憶聚合物反應混合物的改性聚合物是可以與苯乙烯和乙烯基化合物的反應產物所形成的聚合物相容的熱塑性聚合物。特別優選的可相容的聚合物包括聚苯乙烯、聚(苯乙烯-共-丁二烯)、聚乙烯和聚丙烯。在這些物質中，特別優選地在該形狀記憶聚合物反應混合物中作為改性聚合物的是聚苯乙烯。
形狀記憶聚合物反應混合物組分中苯乙烯單體組分的存在量為約30％至約95％，乙烯基單體組分為約5％至約60％，交聯劑組分為約0.5％至約5％，引發劑的濃度在約0.1％至約4％的範圍內並且如果存在的話，改性聚合物為約0.5％至約60％，上述所有百分比都是以該形狀記憶聚合物反應混合物的總重量為基礎的重量百分比。
優選地，該形狀記憶聚合物反應混合物的組分是以如下的濃度範圍存在的，還是以該反應混合物的總重量為基礎以重量百分比來表示苯乙烯單體，約40％至約85％；乙烯基單體，約5％至約20％；交聯劑，約0.6％至約3％；引發劑，約0.5％至約3％；並且如果存在的話，改性聚合物，約5％至約50％。
更優選地，該形狀記憶聚合物反應混合物的組分包括約50％至約80％苯乙烯單體；約5％至約14％乙烯基單體；約1％至約2.5％引發劑；並且如果存在的話，約10％至約40％改性聚合物。跟前面一樣，這些百分比都是以該形狀記憶聚合物的總重量為基礎的重量百分比。
該形狀記憶聚合物反應混合物是在約20℃至約150℃的溫度範圍和約14.7psi至約50psi的壓力範圍內部約2秒至約4天的時間內進行聚合的，從而製備出一種交聯的形狀記憶聚合物。
在一個優選的實施方案中，製備本發明熱固性形狀記憶聚合物的聚合反應是在約50℃至約110℃的溫度範圍內和約14.7psi至約25psi的壓力下在約1分鐘至約3天的時間內進行的。
更優選地，用來形成由該形狀記憶聚合物反應混合物所形成的形狀記憶聚合物片的聚合反應條件如下溫度在約65℃至約75℃的範圍內，壓力為約14.7psi，反應時間為約4小時至約1.25天。
本發明包含SMP和SMA的模具可以具有可用於形成眼科產品的任何形狀。
本發明模具的一個實施方案如圖1所示。圖1表示包含第一模具部件112和第二模具部件114的模具110。模具110是用組裝的第一和第二模具部件112、114來表示的，兩個模具部件被組裝到一起從而形成了一個空腔113，優選地在將該模具部件進行組裝前將形成鏡片的材料給料到該空腔中。在將該模具部件進行組裝從而形成模具110後，優選地將該形成鏡片的材料進行固化或交聯從而形成一種眼科產品。第一模具部件112的表面116和第二模具部件114的表面115是模具的光學臨界表面(在這裡也被稱為光學形成表面)，這是因為它們是與形成鏡片的材料進行接觸的模具表面，並且這些表面115、116使得在模具110中所形成的眼科產品具有了光學特性。「光學特性」指的是一種或多種球面的、非球面的、復曲面的、圓柱形的曲率、或其它波前矯正等等以及它們的組合。
第一和第二模具部件112、114被表示為包含任選的凸緣118、117。正如所表示的那樣，模具110適用於製備隱形眼鏡。對於隱形眼鏡的製備而言，第一模具部件112可被稱為前弧線透鏡模具或前弧線，第二模具部件114可被稱為後弧線或後弧線透鏡模具，並且該模具110可被稱為鏡片組件。在現有技術中，該前弧線和後弧線通常是通過如在「技術背景」中所述的注塑來進行製備的。
將參考製備隱形眼鏡的優選實施方案來對本發明進行描述；但是，應當清楚的是，本發明的模具可以用來製備其它眼科產品。
該包含形狀記憶聚合物的模具的製造是通過利用了這些聚合物獨特性質的方法來完成的。在一個優選的實施方案中，該形狀記憶聚合物隱形眼鏡模具是用熱成形法來進行製備的，在該方法中，將形狀記憶聚合物的一種薄片製備成所需的隱形眼鏡片模具形狀，採用壓力機用模具形成相應的所需隱形眼鏡片，雖然可以使用各種形狀的形狀記憶聚合物薄片，但優選圓盤狀薄片。「壓力機」的定義是用來描述一種使SMP成形的裝置。該壓力機包括至少一個與SMP相接觸的表面。
在本發明中所用的一個壓力機的實施方案如圖2和3所示，其構成了形成第二模具部件的壓力機或第二壓力機1和形成第一模具部件的壓力機或第一壓力機7。第二壓力機1包括基礎曲線部件2和核心部件4。第一壓力機7包括前弧線部件6和核心部件8。該基礎曲線部件2和前弧線部件6可以通過適宜金屬例如黃銅的菱形點切削和/或拋光來形成。或者該金屬可以是電鍍的金屬，例如鍍鎳。優選地，該基礎曲線部件2和前弧線部件6的光滑度是這些部件的表面粗糙度至多為約20納米的粗糙度均方根(RMS)。要強調的是壓力機1、7的基礎曲線部件2和前弧線部件6分別確定了第二和第一模具部件114、112的表面115、116，因為模具的這些表面與被模塑成鏡片的鏡片成形材料相接觸，所以這些表面是模具的光學臨界表面。雖然該基礎曲線部件2和前弧線部件6的光滑表面3和5分別被描繪成球面，但它們可以是復曲面的形狀、雙焦點狀、矯正波前像差的形狀、或反映其它隱形眼鏡片方案的另外的形狀。
形成第二和第一模具部件的壓力機1、7的核心部件4、8在圖中被描繪成固體。核心部件4、8優選地是由彈性體、或金屬、或它們的組合所製成的。核心部件4、8可以包含與用來製備前弧線部件6和基礎曲線部件2的金屬相同的金屬。一般對核心部件4、8的表面沒有任何光滑度的要求。
在另一個實施方案中，該核心部件不是固體部件，而是通過氣壓或其它物質的形式被提供的。在一個優選的實施方案中該氣體是空氣，其是以該氣體具有不與SMP材料進行反應的惰性為條件的。另一種供替代的選擇是，在壓力機的基礎曲線部件2或前弧線6的側面上抽真空以使該形狀記憶聚合物片緊靠在該基礎曲線部件或前弧線部件上。關鍵是在推或拉該薄片緊靠在基礎曲線部件或前弧線部件上時該薄片上的壓力差。
在操作中，例如參照形成第二模具部件的壓力機1，當被形狀記憶聚合物或合金夾持器10夾持在核心部件4和具有光滑表面3的基礎曲線部件2之間時(如圖4和5所示)，該形狀記憶聚合物或合金片12被製備成第二模具部件。該SMP片優選地是一種扁平的片，並且被表示為圓形；但可以使用其它形狀。如圖4和5所述的那樣將該SMP片12插入到夾持器10中。如圖6所示，夾持器10是用對準夾具15來進行調節的。夾持器10在其邊緣33上可以有效地夾住該SMP片12以使得該SMP片12的邊緣33形成了該模具部件114的凸緣117。夾持器10在固定的位置夾持著SMP片的邊緣33，同時該片12的中心部分34形成模具部件114的形狀。該夾持器10不限制片12的中心部分34的變形，支撐著SMP片12。然後，將基礎曲線部件2和核心部件4引入到如下所述的對準夾具15中。在與該SMP片進行任何接觸之前，將SMP片的溫度升至高於SMP的玻璃化轉變溫度的溫度。通過對該SMP片進行輻射如IR輻射、熱氣或通過傳導(對該夾持器進行加熱)可以使該SMP被加熱至高於其玻璃化轉變溫度上的溫度。SMP的溫度優選地應被加熱至高於玻璃化轉變溫度幾度的溫度上並將其維持在該溫度，這是因為進一步加熱並不會改變該物質的模量(剛度)並且僅會增加加熱時間和能量需求。在對SMP進行加熱後，在適宜的壓力下將基礎曲線部件2推壓到核心部件4中。在經過短暫的時間後，隨即將壓力機1的溫度降低到低於SMP玻璃化轉變溫度足夠長的時間以使得SMP降低到低於其玻璃化轉變溫度的溫度。例如，通過僅除去熱源、除去熱源並將該樣品與冷氣流進行接觸、或通過除去熱源並使一種冷卻的液體流過該基礎曲線部件2來使該樣品進行冷卻。應當將SMP的溫度降低到低於玻璃化轉變溫度幾度的溫度。進一步的冷卻可能僅會增加冷卻時間。此時，將夾持器10從夾具15上除去，然後將形狀與第二模具部件14相一致的變形的SMP片12從夾持器10上除去。
在形成第一模具部件112時使用類似的方法。該模具部件進行同樣的製備，只是將前弧線部件6的菱形點切削、拋光或鍍鎳的表面5與形成前弧線的壓力機7的核心部件8相結合以形成具有如圖1所示的光學臨界表面116的第一模具部件112。
上述的形成模具的方法最好使用對準夾具15來完成。對準夾具15包括一個頂部部件22和一個底部部件23，在其間形成了一個凹槽口24。頂部和底部部件22和23具有排成直線的開口25。夾持器10與凹槽口24相適配。夾持器10包括一個與對準夾具15排成直線的開口11以使得開口11和25相重合。該加壓部件與開口11和25相配以使得該加壓部件彼此對準並且與該SMP夾持器10相對準。第二模具部件在圖7中被表示為在夾具15中在壓力機1中形成的形式。第一模具部件在圖8中被表示為在夾具15中在壓力機7中形成的形式。
為了形成該模具，可以用任何適合的接觸方法以將壓力機的部件和如下所述的其它實施方案中用於形成本發明模具的任何部件相接觸，所述的接觸方法非限制性地包括步進電機、螺旋驅動、或類似的手段、以及它們的組合。
另一種製備包含形狀記憶聚合物的眼科模具的方法是使用如在序列號為09/649,635的美國申請中所述的靈活的可變形模具。為了避免混淆本文所要求的模具和在該專利申請中所描述的並在這裡進行進一步描述的靈活模具，在本文中將該靈活模具稱為「靈活工具」。優選地用該靈活工具來製備眼科模具或眼科模具部件，然後用該模具或模具部件來製備眼科產品。該靈活工具包含一種能變形的模具表面。通過使用調節裝置，該靈活工具的模具表面可發生變形。
用於製備本發明模具的一種靈活工具包含一層或多層可以是複合材料的層，其中該層的非模塑側或該靈活工具的非模塑表面與調節裝置相接觸並且該層的模塑側或該靈活工具的模塑表面與形成眼科模具的SMP相接觸。該靈活工具的至少一部分模塑表面能夠變形並且具有可以是任何形狀的第一種形狀，但是一般是具有曲率為R1的第一半徑的凹或凸形的形狀。該靈活工具的模塑表面的這種可變形部分在調節裝置進行作用時能發生變形，優選地對該靈活工具的非模塑表面進行作用以使得其可變形的部分呈現出第二種形狀，所述的第二種形狀是需要傳遞到用該靈活工具所製造出的眼科模具表面至少一部分上的形狀。該靈活工具的模塑表面的第二種形狀賦予了該模具所需的光學特性。
正如前面所闡述的那樣，「光學特性」指的是一種或多種球面、非球面、復曲面、或圓柱狀彎曲、或其它波前像差等等以及它們的組合。所賦予的光學特性將取決於需要進行矯正的帶眼鏡的人的像差。該靈活工具適於製造用來生產矯正眼睛的任何波前像差的眼科產品的模具，眼睛的波前像差指的是相對於球波陣面的任何偏離。這些像差非限制性地包括散光、散焦、斜射球面像差、球面像差、變形等等。這些像差還可以用Zemike多項式進行定義。
該靈活工具的層和/或至少模塑表面是由任何可變形的材料所形成的，能經受由SMP或SMA模塑製造過程所帶來的壓力，並且當變形時能維持適於為靈活工具所形成的模具傳遞所需光學特性的形狀。該靈活工具的表面必需是可變形的並且不會與用於形成該靈活工具部件的SMP或SMA發生反應。適宜的靈活工具層或模塑表面材料非限制性地包括金屬、聚合物、金屬化聚合物等等以及它們的組合。這些材料的實例有鋁、金、黃銅、和鎳金屬、非限制性地包括聚乙烯和聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二酯在內的聚烯烴聚合物、有機矽聚合物、電活性聚合物如聚苯胺、聚吡咯、離子交換聚合物金屬基質組合物等等、形狀記憶聚合物如多嵌段的聚氨酯、以及以前所描述的其它SP的任何物質、陶瓷如碳化矽、形狀記憶合金如鎳鈦諾等等以及它們的組合。這些材料可以通過商業的途徑獲得或者其製造方法是已知的。
如果該靈活工具的模塑表面與SMP或SMA模具的光學臨界表面相接觸，則該靈活工具的模塑表面優選地具有光學質量的表面拋光。該靈活工具的非模塑表面不需要具有光學質量的表面光潔度。但是，該靈活工具的非模塑表面必需具有足夠的柔韌性、可彎曲性，並且能夠使其耐受重複接觸和調節裝置對其的作用，其可以由彈性體或類似物質來製成。
優選地，該靈活工具的模塑表面自身或與該靈活工具的非模塑表面一起都是膜的形式，更優選地是聚合物膜。在一個最優選的實施方案中，該模塑表面是一種適於生產柔軟的隱形眼鏡片的大小和形狀，並且厚度為約0.5至約5000，優選1至約1000微米的膜。
在適於使該靈活工具模塑表面的可變形部分變形成所需形狀的條件下，調節裝置可以與本發明靈活工具的非模塑表面進行接觸。調節裝置可以是能進行控制並使該靈活工具模塑表面的可變形部分變形到獲得該靈活工具模塑表面所需構型的必需程度的任何裝置。該類調節裝置的實例非限制性地包括液體、微調節器，如壓電的、微驅動的、或液壓微調節器、磁限制的調節器、靜電調節器、電活性聚合物以及輸入信號時可以移動的類似物。例如，通過改變應用到一系列壓電微調節器上的電壓，該模塑表面的可變形部分可以移位從而使得其呈現出所需形狀。可以用一排銷子或同心管用作調節裝置，其中每個銷子或管分別可以具有其各自相對於基準面的單獨可調節高度並被固定在可形成所需形狀的位置上。
在實施方案中，用靈活工具中的微調節器來形成本發明的模具，該調節器的間隔可以由該靈活工具所形成的模具表面和該模具所形成的最終眼科產品解析度的需要來決定。該解析度將由需要傳遞到該模具和/或眼鏡片表面的特性所決定。在使用該調節裝置時可以同時使用加熱以改變該靈活工具模塑表面的形狀。如果該靈活工具的模塑表面還包含SMP或SMA，則將需要進行加熱。用作靈活工具可變形表面的SMP或SMA的Tg應當高於用於形成鏡模的SMA的Tg。
圖9和10表示了用來製備本發明包含形狀記憶聚合物或合金的模具的靈活工具210的實例。該靈活工具具有可以是單一材料或可以包含幾種材料的層220或可以是具有凹模塑表面213和凸非模塑表面214的層。圖示了支撐靈活工具210的外殼211。圖示了作為調節裝置的與非模塑表面214相接觸的一排微調節器218。模塑表面213具有可變形和曲率半徑為R1的第一種形狀的部分215，該半徑將隨著調節裝置的活動而變化。此外，如圖所示，模塑表面213具有各自具有固定曲率半徑的區域216和217。區域216與部分215相連並在部分215周圍向外延伸。區域217與區域216相連並在區域216周圍向外延伸。由區域216和217所形成的模具是這些將要形成該鏡片光學區的外側鏡片部分的部分。在一個供選擇的實施方案中，區域216和217還可以具有不固定的曲率半徑並且受調節裝置的支配。當大多數調節器218被開動並且移動非模塑表面214時，將引起模塑表面213的可變形部分變形成所需形狀。
優選地用在圖9和10中所示的靈活工具210形成第二模具部件或後弧線。為了模塑一種模具部件，如圖9所示，可以使用與靈活工具210互補的核心部件4。可以使用與圖1和2中製備成對的模具部件時使用的成對壓力機相似的帶有互補核心部件(未表示出)的另一種靈活工具(未表示出)來形成第一模具部件或前弧線。但是，如果需要的話，可以與一種或多種核心部件結合使用一種可廣泛調節其從凸至凹模具表面的靈活工具來形成兩個模具部件。
在將其形狀由調節裝置218所控制的調節表面213設定成所需的形狀後，將扁平的或被預製成球面或復曲面形狀的SMP材料以類似於在壓縮過程中所使用的方式加入到靈活工具210中。即，用其中配置了SMP夾持器10的對準夾具來處理位於核心部件4和模塑表面213之間的SMP。一旦將SMP片12放置於靈活工具210中，並將SMP的溫度升至SMP玻璃化轉變溫度或升至高於SMP玻璃化轉變溫度的溫度後，在所需壓力下用核心部件4向SMP片12加壓使其與調節表面213相接觸。然後將溫度降低到低於SMP玻璃化轉變溫度的溫度，優選地將其降至環境溫度，直至SMP的溫度降至低於其玻璃化轉變溫度的溫度，然後將該核心部件4從SMP片12上抬起。然後，將處於與鏡模部分相接觸狀態的SMP片12從靈活工具213上取下。重複進行同樣的步驟以用形成第一模具部件(未表示出)形狀的靈活工具來形成第一模具部件。
或者，作為上述方法的替代或除上述方法之外的附加方法，在將SMP片引入到該靈活模具中之前，將其形狀由調節裝置218所控制的調節表面213設置為所需形狀，當SMP片與靈活模具相接觸時，可以改變調節裝置218。
在用靈活工具製備本發明模具的另一個供選擇的實施方案中，可以用氣流(未表示出)或通過向片12的表面218上抽真空(未表示出)來替代如圖9所述的核心部件4。在實施方案中，用氣壓將片12壓到模具表面213上，以使得片12成為模具表面213的形狀，該模具的光學成形表面可以在片12的表面218或219上形成。如果該光學成形表面在片12的表面219上形成，則可以使用或不使用靈活工具210的層220。(實際上如果該沒有任何層的調節裝置的表面粗糙度足夠低，則雖然這將使該調節裝置的製造變得複雜，但即使該模具的光學成形表面是受該調節裝置壓縮的表面，該靈活模具的層也將是任選的)。優選的在用氣壓作為核心部件的實施方案中，SMP12的光學成形表面將不接觸任何可將其表面缺陷帶給該模具光學成形表面並從而帶給用該模具所製備的鏡片的固體表面。模具的光學成形表面，即與形成鏡片的材料相接觸的模具表面優選地具有至多約20納米的均方根表面粗糙度。優選地認為用氣壓作為核心部件並且在該方法操作期間光學成形表面不接觸任何固體的方法能提供最光滑的光學成形表面，這是因為所得模具部件的表面光滑度等於起始材料(片12)的表面光滑度，其一般遠低於20nm RMS。
注意到在使用其中核心部件是如前所示的空氣加壓或氣壓的壓力機的實施方案中，該光學成形表面不被空氣或氣體所接觸；但是，可以對該實施方案進行修改，使該光學成形表面是被空氣或氣體所接觸的表面，從而提供剛才所描述的益處。此外，在任何使用優選地對SMP是惰性的氣流的這些實施方案中，可以用該氣流來對形成包含SMP的模具過程中的SMP進行加熱和/或冷卻。在這些實施方案中優選的氣體是空氣。但是，如果空氣與所用的SMP反應，則可以選擇使用一種低成本的惰性氣體如氮氣。
正如前面所述的其它實施方案那樣，在特定的操作中，當形成模具部件時，通過調節裝置的特定調節來將該靈活模具預調節到SMP片12所需的形狀。該SMP片12可以被放置在夾持器10中並位於對準夾具15中。用該夾具使SMP片12相對於該靈活模具而言居中。將其邊緣被位於對準夾具15中的夾持器10所夾緊的SMP片加熱至高於其玻璃化轉變溫度的溫度。該加熱可以通過如下的方法來進行通過傳導，即直接加熱，通過諸如提供帶有加熱工具的夾子的這些手段；通過對流，即用熱氣體；或通過輻射，例如紅外(IR)線加熱。在這些加熱方法中，由於SMP被加熱的速度而優選熱輻射。通過使用真空或兩種都採用而將被加熱至其轉變溫度或高於其轉變溫度的溫度的SMP材料用高壓惰性氣流進行處理。該氣流的壓力和速度是可以使SMP片呈現出由調節裝置或模具表面所確定的形狀，如果存在模具表面的話，其變成SMP12的側面暴露於該氣流。在一個供選擇的實施方案中，可以補加一種真空源或用其替代該氣流。一旦形成所需的形狀，則通過除去該加熱源來將SMP樣品冷卻至室溫從而「鎖定」所需的形狀。將形成該隱形眼鏡片模具一半的被夾緊的邊緣鬆開並將所形成的SMP隱形眼鏡模取下。
在本發明的另一個實施方案中，該包含SMP或SMA的鏡模可以在包含一種作為機械磁領域變形工具的調節裝置的靈活工具中被形成。在該實施方案中，第一磁表面接觸該靈活工具的層。優選地，該磁表面是與該靈活工具的層互補的形狀。該磁性表面可以用任何能經受得住模塑加工環境的磁性材料來製造，並且優選地是能物理或化學地與該靈活工具的非模塑表面進行結合的材料。適宜的材料非限制性地包括磁性鋼鐵、澆注或燒結的鋁鎳鈷磁鋼、焊接的或燒結的鐵磁體、lodex、P-6合金、銅鎳鐵永磁合金、銅鎳鈷永磁合金、維卡釩鈷鐵磁性合金、鐵鈷鉬永磁合金、鉑鈷、鈷-稀土混合物等等以及它們的組合。或者通過選擇合適的材料，該磁性表面可以是模塑表面。
將第二磁性表面與第一磁性表面足夠接近以在第一磁性表面上產生一種磁力從而有效地將所需的形狀賦予第一磁性表面，並且從而通過該第一磁性表面將所需形狀賦予該靈活工具的模塑表面。可以用任何常規的定位方法來對第二磁性表面進行定位，所述的常規定位方法非限制性地包括機器臂、機械爪、可調節的機械臂、或類似物或它們的組合。第一或第二磁性表面或第一和第二磁性表面都可以由一系列電磁體所形成。
圖11表示了本發明的一個供選擇的實施方案，在該方案中用來形成本發明模具部件的靈活工具的調節裝置是一種磁領域的變形工具。模塑表面213具有可變形的部分215。非模塑表面214與第一磁性物質221相接觸。通過機械臂223將第二磁性物質222與第一磁性物質221接近到足夠的程度，所安裝的臂是可移動的，從而使其可以沿著箭頭所示的方向進行移動。通過物質222在物質221上產生一種磁力使物質221產生變形和可變形的模塑表面215。雖然沒有表示出優選地具有反饋機理的靈活工具，但是用該類幹涉(interferomic)技術將信息反饋到涉及該模塑表面、非模塑表面和模塑表面以及非模塑表面的位置和形狀的調節裝置中。
在另一個實施方案中，一種包含SMP的眼科模具可以被製造成混有內部調節器。內部調節器是該包含通過加熱而可被激活的SMP的模具的不連續部分，可以對內部調節器分別進行加熱以使得用來形成眼科產品的模具表面發生精確的改變。該精確的改變是由內部調節器的大小、內部調節器的組成、以及被加熱的內部調節器的數目所控制的。圖12、13和14表示了一種製備具有內部調節器的SMP材料的方法。在圖12中，SMP被澆注到預製模具70中從而形成了形成於預製模具70內的預成型品79。(該方法不同於所述的從已經在一個扁平模具中進行了澆注的SMP片開始的其它方法，所述的SMP片優選地是在具有至少一個光學性質表面的雙面扁平模具中進行澆注從而被形成的(即一種扁平的預成型品))。如圖所示，預製模具70提供了一種球面的預成型品79，但是其也可以形成其它形狀。該預製模具70包含兩部分，第一部分75和第二部分76。第一和第二部分75和76可以包含任何材料，例如金屬或玻璃；但是，優選地至少在與第一部分75接觸的表面上為預成型品79提供一種光學表面，因此應當用具有光學表面光潔度的金屬或玻璃來形成該預製模具70的第一部分75。第二部分76具有小部件71的排列或一些集合，其為預成型品79的表面提供了一些凸起72。凸起72存在於與能提供該眼科模具的光學成形表面的表面相對的該預成型品79的表面上，從而使得該預成型品79開始發生變化。該凸起72具有從幾微米至幾百微米的大小。一旦在預製模具70中已經形成了該預成型品79，如圖13那樣將其取出並進一步進行加工。
然後優選地將該預成型品79放置在一種具有與預成型品79的形狀相似的碗形缺口83的壓縮夾具81中，將預成型品79放置在該缺口中。將該預成型品79的凸緣77通過夾緊工具(未表示出)夾在夾具81上。將該SMP的預成型品加熱至高於其玻璃化轉變溫度的溫度，然後將其在夾具81和形狀與夾具81互補的杵之間壓緊，夾具81和杵82都可以是球面、復曲面或其它形狀。在維持該預成型品79總體形狀的同時將夾具81和杵82壓緊。隨後將預成型品79冷卻至低於其玻璃化轉變溫度的溫度，並將其從夾具81中取出。該凸起72不再從預成型品79的表面上凸出，但是將在預成型品79上作為內部的調節器85而存在，如圖14所示，其可用來改變預成型品79的光學成形表面84的形狀。
杵82可以由已經進行了菱形點切削的金屬(例如黃銅)和玻璃所製成以使其具有20nm RMS或更好的表面粗糙度。還可使用空氣壓縮代替杵82來對該SMP預成型品79和凸起72進行壓縮。
該預成型品79可被用作眼科模具或被用來形成本發明的眼科模具。優選地形成該預成型品79的表面84以提供光學特性和/或優選地可以通過內部調節器85而改變該光學特性從而提供定製的光學特性。根據需要，可以使用圖14中箭頭86所示的局部熱源將各個內部調節器85分別自加熱到高於SMP Tg的溫度上來改變該預成型品的表面84。這種局部熱源86可以是CO2雷射器、或一排微型的加熱線圈。可以在被稱為加熱延停時間的時間內進行加熱並且然後使該內部調節器85冷卻至低於SMP Tg的溫度。在對內部調節器85進行加熱和冷卻後，在被加熱的內部調節器85的區域中表面84的形狀將發生改變。對內部調節器85進行加熱可以使其回復至原來的形狀，恢復程度將部分或完全取決於總的加熱時間。
優選地在如圖14所示的靈活工具90內對內部調節器85進行加熱。用夾緊工具(未表示出)將預成型品79夾在靈活工具90上。該靈活工具具有一排加熱器86，該加熱器是靈活工具中的調節裝置。該靈活工具90還可以為受到壓縮的預成型品提供一種模塑表面91以使得在該受熱的內部調節器85回復到其最初的形狀時，推動靈活模具90的模塑表面，從而推動並提升了該鏡模79的表面84。因此，通過對內部調節器85中的一個或多個進行加熱就可以獲得所需的鏡模形狀。另一種供替代的選擇是該調節裝置可以是能通過計算機控制的自動機械進行移動並位於被加熱的內部調節器下方的單加熱器。
圖14表示了在從靈活工具90中被取出來之後可用作眼科模具的預成型品79，通過熱源86′對內部調節器85′進行加熱，從而改變模具的表面84。
該預成型品或眼科模具的內部調節器及其餘部分可以包含相同或不同的形狀記憶聚合物。另一種供替代的選擇是，該內部調節器可以包含一種形狀記憶聚合物而該預成型品的其餘部分可以包含不是形狀記憶聚合物的，但能與該形狀記憶聚合物相容的供選擇的材料。
在可用來形成本發明模具的靈活工具中，輸入到該調節裝置的輸入信號可以是並且優選地是所被製造的鏡片所反映的眼睛的變形或像差。臨床波前傳感器如像差儀(aberroscopes)、Hartmann-Shack裝置和能測量這些像差的鏡陣列(mirror arrays)都是可以通過商業途徑獲得的。這些波前數據或所測定的像差可以用一系列數學係數如Zernike係數來表示，其可以形成驅動調節裝置的輸入信號。該調節裝置可以改變該模具以將一種或多種光學特性傳遞到在該靈活工具內所形成的模具表面的全部或一部分上。該調節裝置可以直接改變該模具或通過該靈活工具模塑表面可變形部分的變形來改變該模具。用以驅動該調節裝置的適於對該信號進行處理和輸入的軟體配置是本領域普通技術人員的技能。
用波前傳感器所獲得的數據可以根據Zernike係數的形式來進行報告。然後將這種數據用數學的方法轉化成高於或低於指定平均球面值的高度映射以獲得光程差。然後用這些高度映射來決定要賦予該模具(以及其後的鏡片)的形狀。對於該模具的製造而言，這些高度映射優選地將決定該模具的光學臨界表面的形狀。
除光學特性外，可以用該靈活工具的模塑表面來將幾何形態賦予第二模具部件或後弧線的光學臨界表面，以使得形成於該模具內部的鏡片具有基本與眼鏡佩戴者的角膜的後表面相一致的後表面。後表面的該類修改還需要通過前弧線而對該前表面進行另外的修改。本發明模具的這種功能在隱形眼鏡的製造中可以得到最大的利用。可以用常規的形態測量來獲得眼鏡佩帶者角膜的局部解剖學數據。開始可以將這些數據用於未彎曲狀態的柔軟的隱形眼鏡片上，然後當將該鏡片放置到帶眼鏡人的眼睛中時再考慮鏡片屈曲。
對於隱形眼鏡而言，優選地用角膜數據來決定該鏡片後表面的高度映射。可以用公知的方法來將角膜高度映射到鏡片表面上。對於柔軟隱形眼鏡的製備而言，優選地完成該類映射以將鏡片屈曲所引入的誤差降到最低。在這種方法中，將角膜高度數據應用到未彎曲狀態的柔軟的隱形眼鏡片上。然後將通過考慮該鏡片的屈曲來對該高度數據進行轉換。在將該數據用於模具的光學臨界表面上時對該數據進行進一步的處理，優選用於後弧線鏡模，以使得其對該隱形眼鏡片的後表面具有所需的作用。
在這種方法中，從實際考慮，假設理想的角膜是球形的並且將實際的角膜高度及其最好的球形適配表示為f(x)和g(x)，函數g(x)是半徑為Ra的球部分。一般而言，未彎曲的柔軟的隱形眼鏡片的半徑Rb是球形的並且大於最好的球形適配g(x)的半徑。第一步是將角膜高度f(x)轉化成較大規模，以使最好的球形適配具有等於Rb的半徑。簡化該轉化的一種方法是將函數f(x)在極坐標中表示為f(θ)。然後通過使用比例因子α＝Rb/Ra，角膜高度的放大可以被表示為f(1)(θ)＝αf(θ)在第二步中，將該放大的角膜高度f(θ)按比例縮小以使得被該柔軟的隱形眼鏡片所覆蓋的區域相當於角膜區域。在二維情況中，根據如下的關係來獲得這種按比例的縮小f(2)(θ)＝α-1f(1)[(θ-π/2)/α+π/2]+Rb(1-1/α)上述方程所給出的映射轉換並不僅限於角膜和隱形眼鏡片的後表面是球形的情況。更願意使用真實的角膜和鏡片曲率來計算作為鏡片和角膜曲率半徑之間比例的尺度參數α。在一般情況中，該尺度參數將是θ的函數，即α＝Rb(θ)/Ra(θ)＝α(θ)。
可以將上述變換推廣到三維轉換的情況中。在該類情況中，角膜高度可以用函數f(1)(θ，φ)來進行表示，其中θ和φ分別表示方位角和仰角。用如下的轉換關係將最初的高度數據從曲率Ra(θ，φ)的半徑按比例放大f(1)(θ，φ)＝αf(θ，φ)其中α＝Rb(θ，φ)/Ra(θ，φ)。
為了獲得所需的鏡片後表面，將函數f(1)(θ，φ)按比例縮小。但是，在三維情況中，在完成該縮放操作時有許多選項可進行選擇以保留該類區域。例如，假定物質的變形是均勻放射狀的，則該縮放可以通過僅對仰角進行縮放而保留最初的方位角來完成。這可以用如下的關係來進行表示f(2)(θ，φ)＝α-1f(1)[θ，(φ-π/2)/α+π/2]+Rb(1-1/α)一旦通過一種所述的實施方案將模具變形成所需的形狀，則然後用該模具來形成所需的眼科產品。因此，在另一個實施方案中，本發明提供了一種製備包含形狀記憶聚合物的模具的方法，該方法包含、基本由以下步驟、和完全由以下步驟所組成a.)提供一種包含調節裝置的靈活工具；b.)調節所述的調節裝置以將一種或多種光學特性賦予到形狀記憶聚合物或合金的表面；c.)將形狀記憶聚合物或合金的預成型品放置到所述的靈活工具中；d.)對所述預成型品的至少一些部分進行加熱；和e.)將所述的預成型品進行冷卻。
可以向如上所述的用於壓力機的靈活工具中加入該形狀記憶聚合物，即通過使用夾持器和對準夾具來引入。
可以將本發明的模具用於製備鏡片的一種方法中。形成鏡片的材料可以是任何適於形成鏡片的材料。形成眼鏡鏡片材料的實例非限制性地包括聚碳酸酯，如雙酚A聚碳酸酯、烯丙基二甘醇碳酸酯，如二甘醇二烯丙基碳酸酯(CR-39TM)、烯丙基型酯，如氰尿酸三烯丙基酯、磷酸三烯丙基酯和枸櫞酸三烯丙基酯、丙烯酸型酯，如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯，如丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯、乙酯和丁酯、苯乙烯型聚酯等等以及它們的組合。此外，形成鏡片的物質可以是US 6,008,229中所描述的一種或多種氧化膦，該專利文獻在這裡被全部引入作為參考。
用於隱形眼鏡片的形成鏡片的適宜材料是用來形成硬的或軟的隱形眼鏡片的任何材料。該形成鏡片的材料優選地是適於形成軟隱形眼鏡片的材料。用於形成軟隱形眼鏡片的材料的實例非限制性地包括矽氧烷彈性體、包含矽氧烷的大分子單體、水凝膠、包含矽氧烷的水凝膠等等以及它們的組合，其中所述的大分子單體非限制性地包括這些在US 5,371,147；5,314,960和5,057,578中所公開的物質，這些專利文獻在這裡被全部引入作為參考。更優選地，該表面是矽氧烷、或包含矽氧烷官能度的物質，非限制性地包括聚二甲基矽氧烷大分子單體、甲基丙烯醯氧基丙基聚烷基矽氧烷及其混合物、矽氧烷水凝膠或水凝膠，如etafilcon A。
用於形成眼內透鏡的適宜材料非限制性地包括聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羥乙基酯、惰性透明塑料、以矽氧烷為基礎的聚合物等等以及它們的組合。
沉積在模具內的形成鏡片的材料的固化可以用公知方法來完成，所述的方法非限制性地包括熱固化、輻射固化、化學固化、電磁輻射固化等等或它們的組合。優選地，模塑是用紫外線或用可見光的全光譜來進行。許多形狀記憶聚合物對於紫外線或可見光而言是透明的，這使得它們十分適宜用作眼科模具。
更特定地，適於對形成鏡片的材料進行固化的條件將取決於所選擇的材料和所要形成的鏡片。對於鏡片的製備而言，優選的固化條件為一種兩步UV固化法，在該方法中先將模具組件暴露於低強度的紫外線中，然後將其暴露於高強度的紫外線中。低強度的UV光線是強度為約0.5至約50，優選約1至約5mW/cm2的UV光線。高強度的UV光線的強度為約50至約2000，優選地為約500至約1500mW/cm2。可以進行照射操作的波長可以是並且優選地是相同的。適宜的波長為約300至約450，優選約360至約400nm。進行低強度照射的時間將取決於所選擇的鏡片材料、所用任何引發劑的種類和數量、材料的粘度及其反應性基團的性質、以及UV光線的強度。在低強度的照射結束後，將該模具組件在適於將所形成的鏡片完全徹底固化的條件下進行高強度的UV光線照射。由與決定低強度照射時間相同的因素來決定高強度照射的時間。高強度和低強度照射都可以是並優選地是以單獨的連續照射方式來完成的。但是，還可以用UV照射和不照射交替的方式來完成該照射。可以在約10至約50℃和大氣壓的條件下來完成該低和高強度的聚合步驟，優選地在環境溫度下來進行聚合。可以單獨使用UV照射或將其與加熱結合使用。
隱形眼鏡片的聚合方法是公知的。在US 5,540,410中公開了適宜的方法，其在這裡被整體引入作為參考。對於隱形眼鏡的製備而言，優選的固化條件是用強度為約2至約10mW/cm2的UV光線對模具組件進行預固化。在預固化後，用強度為約0至約4.0mW/cm2的UV光線對該模具組件進行照射。適宜波長為約300至約500nm。低強度照射的時間將取決於所選擇的鏡片材料、所用任何引發劑的種類和數量、材料的粘度及其反應性基團的性質、以及UV光線的強度。預固化和隨後的UV照射都可以是並且優選地是單獨的連續照射。但是，還可以用UV照射和不照射交替的方式來完成該照射。該聚合步驟優選地是在約40至約75℃的溫度和大氣壓的條件下完成的，優選地在氮氣的覆蓋下完成。總固化時間為約300至約500秒。一旦固化完成，則將所形成的鏡片從該模具中取出。取決於鏡片的材料，在使用前可以對該鏡片進行進一步的加工。在現有技術公開了諸如水化、檢查、和包裝之類的另外的處理步驟。
在用於製備眼科產品後，該包含SMP或SMA的模具可以重新使用。將該SMP或SMA剛好加熱至高於其玻璃化轉變溫度的溫度並且優選地使回復至其預成型品的形狀，將其壓成一種片並進行冷卻或在一種壓縮夾具中進行壓縮以回復至未變形的模具形狀並使之進行冷卻。可以用製備這裡所述模具的任何方法來再次使用該SMP或SMA預成型品片。或者可以不將其恢復至預成型品的形狀而是將該SMP和SMA模具重新成型。雖然該SMP和SMA模具優選地僅使用一次並然後回復預成型的形狀，但是仔細操作時可以用它來形成許多鏡片。
可以用該調節裝置來使得該靈活工具回復至其最初的形狀或呈現出用於製備另一種規定模具的另一種形狀。另一種供替代的選擇是在該靈活工具的模塑表面是SMP或SMA的情況中，該模塑表面的所有部分或一部分首先用該調節裝置變形，被加熱至高於該模塑表面材料的Tg溫度之上的溫度，隨後被冷卻，然後可被重新使用以形成另一種模具。
在本發明的一個實施方案中，可以用本發明的模具來製備適於矯正視力缺陷的任何鏡片。但是，發現本發明的模具特別是可用來製備能用靈活工具來進行製備的鏡片，其可以被定製來矯正具體眼鏡佩戴者的低位和高位像差。圖15是用本發明的模具製備該類眼鏡片的方法的流程圖。
在該方法的步驟401中，測定了眼鏡佩戴者的特定信息。「特定信息」指的是矯正該眼鏡佩戴者的低位像差所必需的信息。該信息非限制性地包括球、圓柱、軸、add power等等以及其組合。通過使用常規的眼睛測量裝置或優選地通過使用波前傳感器就可以獲得該信息。任選地並優選地在步驟402中測定該眼鏡佩戴者的光學數據。「光學數據」指的是高位視覺像差的測定。該類數據是用波前傳感器獲得的。最後，任選地並優選地在步驟403中測定患者的佩戴數據。對於隱形眼鏡而言，該類數據非限制性地包括該眼鏡佩戴者角膜的局部解剖學的測定。對於眼鏡鏡片而言，該類信息非限制性地包括佩戴高度、距離空間、瞳孔間距離等等或其組合。
然後用常規的定貨手段將特定信息、光學數據、和患者佩戴數據(合起來被稱為「定製信息」)送到眼鏡製造商那裡(404)，其中所述的常規定貨手段非限制性地包括電話、傳真發送、國際網際網路網站等等及其組合。在一個優選的實施方案中，定貨是由消費者用可與眼鏡製造商的服務系統(網絡伺服器或網站)進行聯繫的任何方法通過眼鏡製造商的國際網際網路網站來進行的。用於與網站進行聯繫的適宜方法非限制性地包括個人電腦和數據機。因此，還是在一個實施方案中，本發明提供了一種製造定製眼鏡的方法，該方法包含、基本由以下步驟組成、和由以下步驟組成a.)由消費者用計算機系統將定製信息傳遞到眼鏡製造商的服務系統上；b.)由眼鏡製造商用包含使模塑表面(405)變形的調節裝置的靈活工具製造至少一種模具部件；和c.)用所述的模具部件(406)製造鏡片。
在製造眼鏡時，眼鏡製造商用全部或部分的定製信息驅動該靈活工具的調節裝置來製造模具部件並優選地用該模具部件和另一種模具部件組合來製造佩帶者的眼鏡。「消費者」指的是眼鏡鏡片、隱形眼鏡、眼內透鏡或類似物質的定貨人。眼鏡定貨人的實例非限制性地包括眼科醫師、驗光師、眼鏡商、眼鏡零售商、眼鏡佩帶者等等。本發明的方法優選地以一種商業-對-商業的體系來實行。
用來製備鏡片的一個或多個模具部件可以包含形狀記憶聚合物或形狀記憶合金。另一種供替代的選擇是可以將用本發明的形狀記憶聚合物或形狀記憶合金所製備的一種模具部件與用常規方法和材料所製備的第二種模具部件配對，其中所述的用常規方法和材料所製備的第二種模具部件是用例如在1999年5月5日所提交的序列號為09/305,886的美國專利申請和US 5,545,366中所公開和描述的熱塑性材料的注塑法來進行製備的，這些專利文獻在這都被引入作為參考，或者是用石英或玻璃所製成的可重複使用的模具來進行製備的。在一個實施方案中，該包含形狀記憶聚合物或形狀記憶合金的模具部件—一第二模具部件優選地可以用可根據眼鏡佩帶者的角膜表面信息來調節其模塑表面的靈活工具製造。第一模具部件(可以與該包含SMP或SMA的第二模具部件配對)可以提供普通的放大率矯正(powercorrection)即矯正散焦誤差，其可以用可重複使用的模具部件或易於用注塑法進行製備的模具部件來製備。因此，本發明的模具可以包含一種包含SMP或SMA的模具部件和另一種不包含SMP或SMA的模具部件。該不包含SMP或SMA的模具部件可以是可重複使用的模具部件或可以是一次性的模具部件。
用如下的實施例來對本發明的範圍進行舉例說明。因為這些實施例僅是為了進行說明，所以不應當認為本發明會受到其限制。前兩個實施例描述了製備優選的形狀記憶聚合物的方法。
實施例1通過將新癸酸乙烯酯(7％)、二乙烯基苯(1％)、以及苯乙烯(90％)以任意次序進行混合產生一種澄清的溶液來製備一種聚合反應混合物。然後向所得的溶液中加入過氧化苯甲醯(2％)(所有組分％都是重量百分比)。在使用前將所得的溶液放在冰箱中冷藏。為了製備該形狀記憶聚合物(SMP)，用注射器將上面所製備的反應混合物注入到用兩個通過用Viton墊片分離開的14″×14″的玻璃板製備的模具中。然後用夾子將兩個玻璃板沿著邊緣夾緊。該Viton墊片在該模具中也作為密封片。然後將該樣品在維持大氣壓和溫度為75℃的烘箱中加熱24小時。在將樣品固化特定的時間後，將其從烘箱中取出並立即將其轉移到一個溫水浴中。所用水的溫度為約60℃。通過在該模具的邊緣施加輕微的撬起的壓力而在該溫水中將所形成的SMP片脫模。然後將所釋放出來的SMP片進行乾燥並使之冷卻至室溫。
在這種聚合反應結束時獲得一種透明的被固化形狀記憶聚合物的預成型品片。
實施例2通過將新癸酸乙烯酯(7％)、二乙烯基苯(1％)、以及苯乙烯(60％)以任意次序進行混合得到一種無色溶液來製備一種聚合反應混合物。然後向所得溶液中加入聚苯乙烯顆粒(30％)。然後將所得的混合物在室溫下放置，偶爾進行攪拌直至所有的聚苯乙烯顆粒都被溶解而得到一種澄清的粘性溶液。然後向所得的溶液中加入過氧化苯甲醯(2％)(所有的組分％都是重量百分比)。將所得的混合物在室溫下超聲15分鐘，得到一種澄清的溶液。在使用前將所得的溶液在冰箱中冷藏。為了製備該形狀記憶聚合物(SMP)，用注射器將上面所製備的反應混合物注入到用兩個通過用Viton墊片分離開的14″×14″的玻璃板製備的模具中。然後用夾子將兩個玻璃板沿著邊緣夾緊。該Viton墊片在該模具中也作為密封片。然後將該樣品在維持大氣壓和溫度為75℃的烘箱中加熱24小時。在將樣品固化特定的時間後，將其從烘箱中取出並立即將其轉移到一個溫水浴中。所用水的溫度為約60℃。通過在該模具的邊緣施加輕微的撬起的壓力而在該溫水中將所形成的SMP片脫模。然後將所釋放出來的SMP片進行乾燥並使之冷卻至室溫。
在這種聚合反應結束時獲得一種透明的被固化形狀記憶聚合物的預成型品片。
下面的實施例——實施例3和4描述了一種用壓力機製備包含SMP的模具的方法。
實施例3將一片厚度在0.65mm至0.85mm之間變化的聚降冰片烯SMP切割成與附圖中所舉例說明的夾持裝置類型相適應的圓片。將該放置在夾持裝置中的SMP圓片放置在圖中所繪製樣式的對準夾具中並將其放置在如圖所示類型的基礎曲線部件和核心部件之間。
將由此所形成的組件放置在一種加熱板上並向核心部件頂部施加25磅的重量。將該SMP樣品加熱至略微高於其玻璃化轉變溫度的溫度，然後向其施壓。需要強調的是該溫度高於SMP聚降冰片烯的固化溫度。
使在核心部件和基礎曲線部件之間進行壓縮的該SMP圓片成為該基礎曲線部件的形狀。立即除去該25磅的重量和加熱板，將裝置冷卻至環境溫度並且將由此所形成的前弧線鏡模取出。
將上述隱形眼鏡片模具部件成形方法重複四次從而製備出五個模具部件。對用此方法所形成的隱形眼鏡片模具部件進行分析以測定其曲率特性及其表面粗糙度。這是通過測量曲率，即以毫米為單位的半徑以及測定結果以「PV」表示的其與形態的偏差來完成的。當乘以633納米時，該值是以納米為單位的模具部件的偏差度。這種測量是用一種Mark IV GPI XP幹涉儀來進行的。以微米為單位，測量值表示為均方根粗糙度的表面粗糙度雖然是使用不同類型的幹涉儀進行測定的，但也是用幹涉儀進行測定的，使用的是New View 3D Surface幹涉儀。
除了這些試驗外，也測定了插入到所設置的SMP模具中的黃銅的半徑和PV值。因為該SMP模具是由為特定的金屬內插物所設計的單一基礎曲線部件所形成的，所以這些值顯然對所有五個模具都相同。
將這些試驗和測量的結果概括地列於表1中。
表1
實施例4根據實施例3的描述，進行了另一個實施例，在該實施例中用與實施例1中所用的聚降冰片烯相同的片製成了四個陰性SMP隱形眼鏡片半模具。但是，用四種不同的基礎曲線部件對該四個模具進行製造。因此各模具是用不同的壓力機進行成形的。
在本實施例中所報告的測量結果與在實施例3中所報告的結果相同，只是本實施例還用與實施例3中相同的儀器對該金屬內插物的表面粗糙度進行了報告。但是本實施例還包括兩種附加對比試驗。第一種附加的對比試驗是對用SMP模具所形成的SMP片的表面粗糙度的測定。這種測定是根據測定該SMP模具和金屬內插物的表面粗糙度的方法來進行的。第二種附加的對比試驗是另一種表面粗糙度的測定。但是，這種測定是與用現有技術的方法所製備的隱形眼鏡片半模具的表面粗糙度進行比較的，其中所述的用現有技術的方法所製備的鏡片模具是用非-SMP例如聚苯乙烯作為製備隱形眼鏡片模具的材料來進行製備的。
本實施例的結果被概括地列於表2中。
表2
上述實施方案和實施例對本發明的範圍和主旨進行了舉例說明。由這些實施方案和實施例得到其它的實施方案和實施例對於現有技術中的技術人員而言是顯而易見的。這些其它的實施方案和實施例也在本發明考慮的範圍之內。因此，本發明僅受所附的權利要求的限制。
權利要求
1.一種包含形狀記憶聚合物或形狀記憶合金的眼科模具。
2.如權利要求1所述的模具，其中所述的形狀記憶聚合物選自降冰片烯均聚物、降冰片烯和烷基化醯亞胺的共聚物、降冰片烯和氰基醯亞胺的共聚物、降冰片烯和烷氧基化醯亞胺的共聚物、降冰片烯和單-或二酯化的醯亞胺的共聚物、降冰片烯和羧酸衍生物的共聚物、降冰片烯和二甲烷八氫萘的共聚物以及苯乙烯和乙烯基化合物的共聚物。
3.如權利要求2所述的模具，其中所述形狀記憶聚合物是一種熱固性樹脂。
4.如權利要求3所述的模具，其中所述SMP是一種輻射固化的樹脂。
5.如權利要求3所述的模具，其中所述熱固性的形狀記憶聚合物是苯乙烯和乙烯基化合物的共聚物。
6.如權利要求1所述的模具，其包含一種第一部件和一種第二部件。
7.如權利要求6所述的模具，其中所述模具是在一種壓力機中製備的並且所述模具的所述第二部件是按照基礎曲線部件的形狀來形成的並且所述第一部件是按照前弧線部件的形狀來形成的。
8.如權利要求7所述的模具，其中所述壓力機包括與所述基礎曲線部件或所述前弧線部件相互作用的核心部件。
9.如權利要求8所述的模具，其中所述基礎曲線部件和所述前弧線部件是用金屬形成的並且其中所述基礎曲線和所述前弧線部件具有其均方根表面粗糙度不大於約20納米的光學成形表面。
10.如權利要求7所述的模具，其中所述的核心部件是由氣壓所提供的。
11.如權利要求1所述的模具，其中所述形狀記憶聚合物模具的一半模具是在所述的壓力機中用如下的步驟來進行製備的，包括a)將形狀記憶聚合物的預成型品放置在前弧線部件或基礎曲線部件和核心部件之間；b)將所述的預成型品加熱至其玻璃化轉變溫度或高於其玻璃化轉變溫度但低於所述形狀記憶聚合物的分解溫度的溫度；c)提供一種足夠引起所述形狀記憶聚合物片呈現出所述的前弧線或基礎曲線部件形狀的壓力；d)將成形的所述形狀記憶聚合物的溫度降低到低於所述的玻璃化轉變溫度的溫度；e)將成形的所述形狀記憶聚合物從所述的壓力機中取出來。
12.如權利要求11所述的模具，其中在步驟d)中將所述的溫度降至環境溫度。
13.如權利要求11所述的模具，其中所述預成型品是在所述步驟(a)之前放置在夾持器中的所述形狀記憶聚合物片並且隨後到所述步驟e)時成形的所述形狀記憶聚合物被從所述夾持器中取出來。
14.如權利要求1所述的模具，其進一步包含一個或多個模具部件，其中至少一個模具部件是用一種靈活工具來進行製備的，該靈活工具包含用來使所述模具部件成形的調節裝置。
15.如權利要求14所述的模具，其中所述的調節裝置是許多或一排同心管，並且所述的靈活工具進一步包含一個可變形的模塑表面。
16.如權利要求14所述的模具，其中所述的調節裝置是許多或一排銷子。
17.如權利要求14所述的模具，其中所述的調節裝置是一排加熱器。
18.如權利要求14所述的模具，其中所述形狀記憶聚合物的一半是在所述靈活工具中用如下的步驟來進行製備的，包含a)將形狀記憶聚合物的片放在其形狀可由調節裝置所決定的可變形的模塑表面和核心部件之間，在等於或高於所述形狀記憶聚合物的玻璃化轉變溫度但低於其分解溫度的溫度下，在足夠引起所述形狀記憶聚合物片呈現出所述前弧線或基礎曲線被調節表面的形狀的壓力下使其進行接觸；b)將所述成形的形狀記憶聚合物的溫度降低至低於所述玻璃化轉變溫度的溫度；c)移開與所述形狀記憶聚合物片相接觸的所述核心部件；和d)將成形的形狀記憶聚合物從所述靈活工具中取出來。
19.如權利要求18所述的模具，其中所述形狀記憶聚合物片在所述步驟(a)之前被放置到夾持器中並且隨後至所述步驟(d)時將所述成形的形狀記憶聚合物從所述夾持器中取出。
20.如權利要求6所述的模具，其中至少一個模具部件的至少一個表面是由氣壓形成的，該氣壓將所述一個表面的相對面壓到壓力機或靈活工具的表面上。
21.如權利要求20所述的模具，其中所述靈活工具的所述表面是由許多同心管形成的。
22.如權利要求1所述的模具，其中所述模具是用以下步驟製備的，包含a)將形狀記憶聚合物的片放置在調節裝置上，進行設置來確定一種預先確定的形狀，所述調節裝置具有所需的形狀；b)將所述形狀記憶聚合物片的溫度升高到低於其分解溫度但至少等於其玻璃化轉變溫度的溫度；c)以足夠使所述形狀記憶聚合物片形成所述調節裝置的形狀的壓力向所述形狀記憶聚合物片上噴射一種氣流；d)將所述成形的形狀記憶聚合物的溫度降低至低於所述玻璃化轉變溫度的溫度；e)將所述成形的形狀記憶聚合物從所述調節裝置中取出來。
23.如權利要求21所述的模具，其中在所述步驟(d)中將所述氣流的溫度降到環境溫度。
24.如權利要求22所述的模具，其包括在步驟(c)中同時創造真空的步驟。
25.如權利要求1所述的模具，其還進一步包含內部的調節器。
26.如權利要求25所述的模具，其中所述模具是用如下的步驟製備的，包含a)對帶有凸起的預成型品在所述預成型品的一個表面上進行壓縮；b)通過將各內部調節器加熱到高於所述內部調節器Tg的溫度來調節所選擇的內部調節器，和c)將所述內部調節器冷卻。
全文摘要
用一種形狀記憶聚合物在一種壓力機中形成了一種形狀記憶聚合物的隱形眼鏡片模具，該模具是在壓力機中用靈活工具或用使用惰性氣體的靈活工具在等於或高於其玻璃化轉變溫度的溫度形成的，然後將其冷卻至低於玻璃化轉變溫度的溫度並取出。
文檔編號C08F212/08GK1498232SQ02807164
公開日2004年5月19日 申請日期2002年1月24日 優先權日2001年1月24日
發明者G·J·霍夫曼, K·W·福利, T·R·羅尼, P·霍德, G J 霍夫曼, 福利, 羅尼 申請人:莊臣及莊臣視力保護公司