专利名称：无框眼镜片钻孔抛光的方法和装置的制作方法
技术领域：
本原理涉及用于抛光无框眼镜片中的钻孔(borehole)的内表面的方法和装置。
背景技术：
近年来关于眼镜已在出现的流行趋势是无框眼镜的盛行。无框眼镜的区别性特征是，眼镜的支撑，最显著的是镜腿(temple)和鼻托(nose-bridge)，通过螺钉、安装销或类似物被直接附着到眼镜片上，而不利用镜片框。与无框眼镜相关联的共同问题是，由于由将支撑附着到镜片上的螺钉或安装销所施加的力而在镜片或涂层中发生裂纹(craking)和龟裂(crazing)。随着时间的推移，作为长时间使用的结果，裂纹可能会扩展到镜片的外边沿，从而不仅产生无吸引力的外观，而且由于缺少结构的整体性而需要更换。减少发生与无框眼镜相关联的裂纹缺陷的一种方法是，采用由对于这种缺陷具有增加的抵抗力(resistance)的材料组成的镜片。参见例如Yang等人的美国专利 No. 7，135，5450然而，需要一种用于减少无框眼镜中裂纹和龟裂的盛行的简单且经济的方法，其可以被应用于所有镜片材料，包括已知的和常用的那些材料。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于改进无框眼镜片的性能的简单的方法和装置。本发明的另一个目的是最小化在镜片中进行钻孔期间产生的微裂纹的有害影响。本发明的又一个目的是最小化在镜片中进行钻孔期间产生的龟裂的有害影响。本发明的又一个目的是抛光在聚碳酸酯镜片中形成的钻孔。这些和其他相关的目的根据本发明的一个实施例是通过一种用于通过首先提供光学级热塑性塑料镜片来制造对于应力诱发的裂纹具有抵抗力的无框眼镜片的方法来实现的。在镜片中进行钻孔。利用研磨线对钻孔表面进行软锉(soft-file)。研磨线包括线基材(substrate)和嵌在线基材上的研磨颗粒。软锉步骤提供具有较高程度的一致性 (consistency)和对于施加在钻孔表面上的扭矩应力的回弹能力(resilience)的表面纹理，从而减少镜片中裂纹的发生和传播。所述目的进一步根据本发明的另一个实施例来实现，该实施例提供一种供在对光学级热塑性塑料镜片内的钻孔的内表面进行锉光(file)中使用的研磨线，所述镜片包括经修边的椭圆形周界，其在无框眼镜构造中被采用。钻孔和镜片的最近的周界限定了区域 (land)，该区域具有的长度至多是镜片的最大镜片长度的20%。研磨线包括线基材和嵌在线基材上的研磨颗粒，其适于对热塑性塑料镜片内的钻孔表面进行软锉。研磨颗粒具有的硬度大于镜片材料的硬度。所述目的进一步根据本发明的又一个实施例来实现，该实施例提供一种研磨工具，其与工件相结合，用来制造对于应力诱发的裂纹具有抵抗力的无框眼镜片。工件是包含钻孔的光学级塑料热塑性塑料镜片。研磨线具有线性配置，其尺寸允许研磨线在轴向上被拉过钻孔，以及实现对钻孔的线性部分的软锉。研磨线包括线基材和嵌在线基材上的研磨颗粒。
一旦考虑了现在将结合附图详细描述的说明性实施例，本发明的优点、特性、以及各种附加特征将更充分地呈现。在附图中同样的参考数字表示贯穿各视图的类似的部件。图1是包括易受作为进行钻孔的结果的微裂纹和龟裂影响的部分的无框眼镜片中钻孔的俯视图。图2是钻孔的透视横截面图，其示出裂纹、突起、凹入和松散颗粒，其具有对裂纹和龟裂通过镜片或涂层的传播方向的指示。图3是围绕镜片中的钻孔的钻孔诱发的微裂纹和龟裂的另一个实例。图4描绘了在钻孔的内表面上采用以减少贯穿无框眼镜片的裂纹的发生和传播的研磨线的实施。图5提供根据本原理的用于构造对于应力诱发的裂纹传播具有增加的回弹能力的无框眼镜的方法的实例。图6A和6B是示出镜片中的钻孔的显微图，其中图6A示出抛光之前的钻孔，以及图6B示出抛光之后的钻孔。图7A和7B是示出由不同材料制成的镜片中的钻孔的显微图，其中图7A示出抛光之前的钻孔，以及图7B示出抛光之后的钻孔。
具体实施例方式本原理涉及用于抛光无框眼镜片中的钻孔的内表面以减少裂纹和龟裂的发生的方法和装置。由于在其中插入了螺钉或安装销的钻孔的内表面上的粗糙突起和松散颗粒， 与无框眼镜相关联的裂纹缺陷常常被恶化和扩散。本原理的一个方面包括利用研磨丝 (thread)、丝棉(floss)或线对无框眼镜片钻孔的内表面进行软锉，以去除粗糙的瑕疵以及提供具有较高程度的一致性和对于扭矩应力的回弹能力的较光滑的表面，从而减少裂纹在镜片或涂层中的发生和扩展。图1和2示出具有外边沿102的典型的无框眼镜片100。外边沿102是通过对镜片周界进行修边(edge)以产生椭圆形形状而形成的，这在本领域中是已知的。在镜片的适当位置中进行钻孔104以提供插口以用于插入安装销或螺钉(未示出)，其被采用以将镜腿或鼻托附着到镜片上。进行钻孔不可避免地导致对镜片某种程度的损坏，包括形成微裂纹 202。在无框眼镜片内由进行钻孔产生的微裂纹的实例被描绘在图3中。另外，所钻的钻孔内表面110通常也包含松散材料的残余簇、粗糙突起、以及凹入202。一旦插入安装销或螺钉，突起和松散材料102就充当在销或螺钉的表面上的牵引点。通过正常使用眼镜片，安装销或螺钉对内表面110施加扭矩和其他力，这特别集中在突起和松散材料202上。在突起202上聚集的扭矩应力常常是微裂纹和龟裂传播通过围绕镜片中的钻孔的区域108的主要原因。随着时间的推移，作为眼镜支撑(例如镜腿或鼻托) 的弯曲和移动的结果，微裂纹从贯穿镜片的钻孔变宽和扩展。裂纹可以在区域112中朝着镜片102的外边沿在径向204上传播，以及也可以在标记为208的方向上在镜片100中在内部延伸。另外，裂纹和龟裂可以在标记为206的方向上发展通过外部镜片涂层106。
为了减少贯穿镜片的微裂纹和裂缝(flaw)的发生和传播，本原理的一个方面包括对钻孔表面进行软锉以去除粗糙突起和松散材料。软锉提供具有较高程度的一致性和对于由安装销或螺钉施加的扭矩应力的回弹能力的表面纹理，这是因为减少了在钻孔表面上牵引点的盛行。在图4中示出根据本原理采用的研磨线的实施，其描绘了柔性的线基材 302，包括嵌在其表面中或粘附在其表面上的研磨颗粒304。对“线”基材的提及是指具有类似于线、丝、细丝(filement)、纤维或丝棉的尺寸的基材。基材302由合成的热塑性复合物(compound)制成。合适的复合物将是结实的和柔性的，像尼龙或尼龙混合物，例如不同类型的尼龙或尼龙/PBT纤维的混合物。PBT代表聚对苯二甲酸丁二醇酯。基于应用(清洁、抛光、等等)，纤维的横截面例如可以是圆的、平的、中空的、以及甚至是星形的。横截面的形状能够被改变以改变纤维的表面积以及在有限的程度上改变磨料(grit)加载。为了赋予物理强度，挤压纤维通常被拉伸其长度的至少2或3 倍。在实际的测试中，纤维按照1 6的比被拉伸。另外，纤维被卷曲成波形结构以提高它们的效率。几个较小的纤维能够可选地被捆在一起以用于清洁或抛光操作。在一个优选实施例中，基材材料是尼龙或尼龙混合物。由于经济性和化学性质这二者，尼龙是商业上可行的选择。尼龙是具有建立很好的规模经济和宽的加工窗口的商品树脂。此外，尼龙能够通过拉伸工艺被加工成纤维，所述拉伸工艺提供强度，这是因为聚合物链在拉伸期间被对齐。作为非限制性实例，纤维可以由尼龙6、6/6、6/10、6/12及其组合制成。尼龙6和6/6处于价格范围的低端，并且因此代表最经济的选择。尼龙6/10和6/12 稍贵些，但是如果期望低吸水性则是好的选择。基本上，经济性、所需的强度特性、以及加工性能的容易性将支配材料的选择。如上所述，尼龙和尼龙混合物能够被容易地挤压成多种横截面形状。尼龙能够被容易地拉伸以改进强度特征。尼龙能够被容易地卷曲。如果纤维要被用在高热环境中，则材料可能过早地氧化并且变脆。对于这种应用，尼龙的材料特性可以通过添加减少热降解的影响的热稳定封装(package)来改进。研磨颗粒包括磨料材料，其将与基材组合以形成研磨细丝。通常，具有比光学镜片材料大的硬度的磨料材料将是合适的。更具体地，磨料材料应该拥有比光学硬膜大的硬度。 对于具有4-5的莫氏硬度的光学硬膜，适当的磨料材料将具有大于7的莫氏硬度。在一个实施例中，磨料材料具有从约7. 5到约9. 5的范围内的莫氏硬度。示例性材料包括碳化硅 (SiC)、氧化铝(A1203)、工业金刚石粉、天然金刚石粉、以及它们的组合。在一个优选实施例中，磨料材料是氧化铝或碳化硅。氧化铝具有4的密度、8. 8到9. 0的莫氏硬度，并且被表征为很硬。碳化硅具有3. 2的密度、9. 5的莫氏硬度，并且被表征为极度硬和锐利。金刚石具有10的莫氏硬度。磨料尺寸可以从低于10或高于1000起进行变化。磨料尺寸被定义为研磨颗粒的标称尺寸，其对应于在颗粒正好能够通过的滤网中每英寸孔的数目。在低端，小于120的磨料尺寸能够被用于镜片或涂层材料的物理去除。在范围的中间部分，在约180到约240之间的磨料尺寸能够被用于轻的研磨清洁。在实际测试中，在320到500的范围内的磨料尺寸在通过消除在典型的镜片钻孔操作期间产生的粗糙区域来抛光钻孔中是有效的。作为磨料与总研磨细丝的重量百分比，磨料可以以从约20%到约35%的量存在。在实际测试中， 磨料存在于约与约30%之间的范围内。在图5中示出根据本原理的一个方面的利用研磨线制造对于应力诱发的裂纹具有抵抗力的无框眼镜片的方法500。该方法通过提供光学级镜片毛坯502开始，该镜片毛坯常常是圆形的并且由热塑性材料组成。另外，镜片毛坯可以是两种类型之一，其出于当前目的这里被称为“半成品”或“成品”。“半成品”镜片毛坯是仅仅一个表面被精加工(finish) 成特定曲面的镜片。为了构造眼镜片，半成品镜片毛坯必须根据特定光焦度(power)、验光处方(prescription) (Rx)或对于眼镜片而言期望的其他光学特征被机加工(machine) 504 以形成第二特定曲面和厚度。相比之下，“成品”镜片毛坯被预先成形以具有带有两个已精加工的曲面的特定厚度和光焦度或Rx。成品镜片毛坯不需要被机加工以形成第二曲面。在机加工镜片毛坯之后，必要时，镜片然后根据本领域中已知的工艺进行修边506 以形成椭圆形外周界102，其与最终镜片的期望形状一致。在对镜片进行修边之后，在适合用于安装镜腿或鼻托的位置中进行钻孔508。在无框眼镜片中，进行钻孔通常在外边沿102 附近，以在钻孔和外边沿102之间形成短区域112。然后对钻孔进行软锉510，这是通过将研磨线插入钻孔开口并且沿着钻孔的表面摩擦该线以去除任何残余的松散材料和剥去任何粗糙突起来实现的。在通过采用研磨线提供更光滑的钻孔内表面之后，将螺钉或安装销插入钻孔512。为了完成无框眼镜的构造 514，无框眼镜的支撑，例如镜腿和鼻托，通过插入到镜片钻孔中的螺钉或安装销被附着到根据上述方法加工的一对镜片上。图6A和6B是示出在抛光之前和之后镜片中的钻孔的比较性显微图。更具体地， 图示的是由Teijin L 1250ZT树脂制成的成品镜片中所钻的孔的25X显微切片机横截面。 图6A示出没有抛光的钻孔。图6B示出抛光之后的钻孔。抛光包括利用五个成捆的研磨波形纤维来铰孔 10 个冲程，其利用了 GRAY400，Abralon SIC 0. 18，CR-5, C/M 500 Grit-ff/C 333。图7A和7B是示出在抛光之前和之后镜片中的钻孔的另外的比较性显微图。更具体地，图示的是由SABIC 7220树脂制成的0. 195英寸(5mm)厚聚碳酸酯板中0. 098英寸 0.5mm)的所钻孔的25X显微切片机横截面。图6A示出没有抛光的钻孔。图6B示出抛光之后的钻孔。抛光包括利用五个成捆的研磨波形纤维来铰孔25个冲程，其利用了 0. 022英寸直径的320个磨料波形纤维。可以选择平的或波形的纤维，其具有的直径在钻孔直径的约15%到95%的范围内。纤维可以被单独地用于清洁或抛光。为了改进效率，几个纤维可以被一起使用，例如， 在2个与7个之间的纤维可以被捆在一起。成捆的纤维增加了研磨表面面积，使得整个钻孔表面能够与每个抛光冲程接触。在一个捆内，各个纤维具有在钻孔直径的约15%到25% 的范围内的直径。当被迫使通过钻孔或倚靠钻孔壁时，波形纤维具有互相压缩的能力，从而使波形变平，因而提供“软锉”效果。钻穿无定形热塑性塑料(例如聚碳酸酯)诱发表面应力。与切割操作不同，钻穿聚合物涉及由从块状材料中剪切掉多片(Piece)而使聚合物达到其破坏点。剪切在相邻的剩余块状材料中产生应力。在使用期间，这些残余应力由通过框架作用于钻孔部位的弯曲和压缩力来复合。粗糙的表面形态充当由集中的应力点产生的微裂纹的传播点。抛光的工艺达到了两个目的。第一，它通过物理地去除应力层来减少聚碳酸酯中的表面应力，这减少了总应力值。第二，抛光表面将形态从粗糙(在顶层内具有微裂纹)改变为光滑，其中“传播通道”已被大大地消除。照此类推，凹口充当凹口测试中破坏的沉降点。在没有凹口的情况下，样品可能不破坏/破裂，仅仅变形。去除应力层和去除传播通道的组合改进了供无框眼镜中使用的聚碳酸酯中钻孔的整体性能。 已经描述了镜片制造和处理、在其中使用的材料以及用于加工所述材料的方法的优选实施(其意图是说明性的而非限制性的)，注意，本领域技术人员根据上面的教导能够进行修改和变化。因此要理解的是，在所公开的处于由所附权利要求书概述的本原理的范围和精神内的特定实施中可以进行改变。因此已经利用专利法要求的细节和特殊性描述了本原理，由专利证书要求和期望保护的内容被陈述在所附的权利要求书中。
权利要求
1.一种用于制造对于应力诱发的裂纹具有抵抗力的无框眼镜片的方法，包括 提供光学级热塑性塑料镜片；在所述镜片中进行钻孔；以及利用研磨线对钻孔表面进行软锉，所述研磨线包括 线基材，以及嵌在所述线基材上的研磨颗粒。
2.权利要求1所述的方法，其中，所述镜片包括聚碳酸酯镜片，所述聚碳酸酯镜片包含涂层；其中，贯穿所述镜片和涂层进行钻孔；其中，所述基材是由合成的热塑性塑料制成的；以及其中，所述研磨颗粒具有在7. 5到9. 5的范围内的莫氏硬度，以及磨料尺寸按照磨料网孔来测量在100与800之间，由此，所述软锉步骤清除松散材料，抛光粗糙突起，以及去除在所述聚碳酸酯镜片中钻孔诱发的应力层的部分。
3.权利要求2所述的方法，其中，在所述软锉步骤之前，所述方法另外包括以下步骤 选择具有在钻孔直径的15%和25%之间的直径的卷曲的研磨线；以及将2个与7个之间的研磨线捆在一起；其中，所述软锉步骤包括利用一捆研磨线对钻孔进行软锉。
4.权利要求1所述的方法，其中，所述锉步骤提供具有较高程度的一致性和对于施加在钻孔表面上的扭矩应力的回弹能力的表面纹理，从而减少裂纹在所述镜片中的发生和传播。
5.权利要求4所述的方法，其中，所述钻孔和所述镜片的最近的周界限定了区域，该区域具有的长度至多是所述镜片的最大镜片长度的20%。
6.权利要求5所述的方法，进一步包括在所述钻孔中安装安装销的步骤，其中，所述锉步骤提供具有较高程度的一致性和对于在无框眼镜的使用期间由所述安装销施加的扭矩应力的回弹能力的表面纹理，从而减少裂纹发生和传播到该区域中。
7.权利要求6所述的方法，其中，所述研磨颗粒具有在约7.5与10. 0之间的莫氏硬度。
8.权利要求7所述的方法，其中，所述研磨线的最大直径是在钻孔直径的15%与95% 之间。
9.权利要求8所述的方法，其中，所述研磨颗粒由选自下述组的材料组成，所述组由氧化铝、碳化硅、金刚石及其组合构成。
10.权利要求9所述的方法，其中，所述线基材由合成的热塑性材料制成。
11.权利要求10所述的方法，其中，所述软锉步骤的钻孔表面包括至少一个涂层。
12.权利要求11所述的方法，其中，所述提供步骤包括 对成品镜片毛坯的周界进行修边以形成眼镜片。
13.权利要求12所述的方法，其中，所述提供步骤包括机加工半成品镜片毛坯以形成具有特定厚度以及具有已精加工成特定曲面的两个表面的镜片；对经机加工的镜片的周界进行修边以形成眼镜片。
14.权利要求13所述的方法，进一步包括以下步骤利用经软锉的镜片来构造无框眼镜。
15.一种供在对光学级热塑性塑料镜片内所钻的钻孔的内表面进行锉光中使用的设备，所述镜片包括经修边的椭圆形周界，其在无框眼镜构造中被采用，其中所述钻孔和所述镜片的最近的周界限定了区域，该区域具有的长度至多是最大镜片长度的20%，所述设备包括包括线基材和研磨颗粒的软锉设备，所述研磨颗粒具有比镜片涂层大的硬度，被嵌在所述线基材上，并且适于对热塑性塑料镜片内的钻孔表面进行软锉以部分地去除钻孔诱发的应力层。
16.权利要求15所述的装置，其中，所述软锉设备被配置成提供具有较高程度的一致性和对于在无框眼镜的使用期间由安装销施加的扭矩应力的回弹能力的钻孔表面纹理，从而减少裂纹在所述区域中的发生和传播。
17.权利要求16所述的装置，其中，所述研磨颗粒具有在约7.5到约10. 0的范围内的莫氏硬度。
18.权利要求17所述的装置，其中，所述研磨线的最大直径是在钻孔直径的15%与 95%之间。
19.权利要求18所述的装置，其中，所述研磨颗粒的含量按照重量是在所述软锉设备的10%与30%之间。
20.权利要求19所述的装置，其中，所述研磨颗粒按照磨料网孔来测量具有在约100与 800之间的磨料尺寸。
21.权利要求20所述的装置，其中，所述研磨颗粒由选自下述组的材料组成，所述组由氧化铝、碳化硅、金刚石及其组合构成。
22.权利要求21所述的装置，其中，所述线基材由卷曲的合成的热塑性塑料制成，所述热塑性塑料具有在钻孔直径的15%和25%之间的直径，以及其中所述软锉设备包括被捆在一起的2个与7个之间的线基材，其中该捆适于压缩通过所述钻孔的运动。
23.一种研磨工具，其与工件相结合，用来制造对于应力诱发的裂纹具有抵抗力的无框眼镜片，所述研磨工具包括包含钻孔的光学级塑料热塑性塑料镜片；具有线性配置的研磨线，其尺寸允许所述研磨线在轴向上被拉过所述钻孔，以及实现对所述钻孔的线性部分的软锉，所述研磨线包括线基材，以及嵌在所述线基材上的研磨颗粒。
24.权利要求23所述的装置，其中，当被用在钻孔表面上时，所述研磨线被配置成提供具有较高程度的一致性和对于扭矩应力的回弹能力的钻孔表面纹理，从而减少裂纹在所述镜片中的发生和传播。
25.权利要求23所述的装置，其中，所述钻孔和所述镜片的最近的周界限定了区域，该区域具有的长度至多是所述镜片的最大镜片长度的20%。
26.权利要求25所述的装置，其中，所述镜片包括(i)经修边的周界和(ii)至少一个涂层。
27.权利要求沈所述的装置，其中，所述镜片由具有约M70的洛氏硬度的聚碳酸酯制成，以及所述涂层具有在4与5之间的莫氏硬度，以及其中所述研磨颗粒具有在约7. 5与约 10.0之间的莫氏硬度。
全文摘要
一种用于改进无框眼镜片的性能的方法和装置。提供研磨线以用于抛光在镜片中钻的钻孔。研磨线包括线基材，该线基材具有沿着其长度嵌入的研磨颗粒。确定所述线和颗粒的尺寸，以用于穿过钻孔，并且允许空间以执行软锉操作。通过抛光在进行钻孔期间形成的微裂纹，能够减少由眼镜使用而产生的导致镜片破坏的传播。
文档编号B24B5/48GK102574258SQ201080022103
公开日2012年7月11日 申请日期2010年4月29日 优先权日2009年5月20日
发明者P·基奇卢, R·F·小维穆思 申请人:金特克斯光学公司