DE69416928T2

DE69416928T2 - Verfahren zum Polieren und Veredeln von optischen Linsen

Info

Publication number: DE69416928T2
Application number: DE69416928T
Authority: DE
Inventors: Robert A. Follensbee; Gene O. Lindholm
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1994-10-27
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2014-10-28
Also published as: CN1108590A; CA2133259A1; EP0650803B1; KR950011056A; DE69416928D1; AU672925B2; AU7586794A; EP0650803A1; BR9404182A; JPH07186030A

Description

Verfahren zum Polieren und Feinbearbeiten optischer Linsen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren und Fertig- bzw. Feinbearbeiten einer Oberfläche optischer Qualität mit einem strukturierten oder dreidimensionalen Schleifmittel, bei dem kein Schleifbrei oder -gel mit losen Schleifkörnern von außen erforderlich ist.
Schleifen und Polieren von Oberflächen optischer Qualität sind wichtige Verfahren bei der Herstellung akzeptabler Oberflächen auf optischen Komponenten, z. B. Linsen, Prismen, Spiegeln u. ä. Zum Beispiel brauchen die meisten Menschen heutzutage eine gewisse Form von korrigierender Sehhilfe, wozu für viele korrigierende Brillen gehören.
Jede verordnete Brillenlinse, u. a. solche für Sonnen- und Sicherheitsbrillen, muß für den speziellen Kunden einzeln gefertigt werden. Obwohl Kunststofflinsen primär das Material sein mögen, das poliert wird, ist ebenfalls erwogen, daß die hierin beschriebenen Verfahren auf andere Materialien optischer Qualität anwendbar sind, z. B. auf Glas. Ein verbreitetes Verfahren zur Herstellung einer optischen Linse für den Endnutzer, d. h. einer ophthalmischen Linse, besteht aus mehreren Schritten, u. a. Schleifen, Feinbearbeiten, Polieren und Hartbeschichten. Jede optische Linse beginnt als Rohlinse, der die gewünschte Wölbung durch eine Abfolge von Schritten verliehen wird.
Wie erwähnt wurde, beinhaltet eine herkömmliche Herstellung einer geglätteten Linsenoberfläche drei grundsätzliche Arbeitsabläufe. Der erste Schritt ist das Grobschleifen zur Wölbungserzeugung unter Einsatz eines Werkzeugs mit einer vorgeformten, gewölbten Oberfläche, die mit Diamant-, Wolframcarbid- oder anderen superharten Teilchen der gewünschten Korngröße plattiert oder imprägniert ist. Dieses Werkzeug dient zur Herstellung des (der) gewünschten Wölbungsradius (-radien) der Linsenform. Gewöhnlich hat die resultierende Linsenoberfläche annähernd die erforderliche Wölbung, ist aber weder ausreichend genau noch genügend glatt, um direkt in den gewünschten Endzustand poliert zu werden. Der nächste als "Feinbearbeiten" bezeichnete Schritt beinhaltet allgemein eine vorläufige Fertigbearbeitung der grob geschliffenen Oberfläche, um tiefe Kratzer zu beseitigen und eine im wesentlichen glatte, wenngleich unpolierte Oberfläche zu erzeugen. Im letzten als "Polieren" bezeichneten Schritt erfolgt allgemein ein Feinschleifen, um Kratzer zu entfernen und eine glatte, fertigbearbeitete oder im Fall einer optischen Komponente eine optisch klare Oberfläche zu erzeugen, die eine kratzfeste Hartbeschichtung erhalten kann, bei der es sich normalerweise um eine Beschichtung aus einem härtbaren Polymer handelt. Die Erfindung betrifft den Polierschritt.
Etwas näher dargestellt korrigiert der Feinbearbeitungsschritt die Oberflächengeometrie der Linse auf die genauen Anforderungen und erzeugt eine Oberflächentextur, die ausreichend geglättet ist, damit die Linse in einem späteren Stadium aus einem allgemein milchigen, undurchsichtigen Zustand poliert werden kann und durchsichtig wird. Häufig, wenngleich nicht immer, erfolgt das Feinbearbeiten bedarfsweise in zwei gesonderten Feinbearbeitungsschritten, um alle früheren Kratzer aus der Erzeugung der Grobwölbung zu beseitigen und eine Oberflächengüte herzustellen, die zum Polieren mit einem losen Schleifbrei geeignet ist.
Schleifprodukte, die normalerweise für den Feinbearbeitungsvorgang zum Einsatz kommen, sind beschichtete Schleifmittel mit Aluminiumoxid- oder Siliciumcarbid-Schleifteilchen für Kunststofflinsen oder Schleifmittel mit losen Körnern, z. B. Aluminiumoxid (Korund) oder Siliciumcarbid, für Glaslinsen. Gewöhnlich verwendet der erste Feinbearbeitungsschritt Schleifteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 15 bis 40 Mikrometern je nach Material und durch den Grobschleifschritt hergestellter Oberflächengüte. Im zweiten Feinbearbeitungsschritt kommen normalerweise Schleifteilchen zum Einsatz, die mindestens etwa 50% feiner als die ersten sind, gewöhnlich 4 bis 12 Mikrometer. Üblicherweise beträgt die für die beiden Feinbearbeitungsschritte notwendige Zeit ein bis zwei Minuten pro Schritt je nach Anfangsoberflächengüte, Schleifteilchengröße und gewünschter Endoberflächengüte. Nach den beiden Feinbearbeitungsschritten kann die Oberflächengüte der Linse normalerweise im Ra-Bereich von etwa 0,06 bis 0,13 Mikrometer liegen oder einen Rtm-Wert von über 0,40 bis etwa 0,90 Mikrometern haben.
Zahlreiche Versuche dienten der Verkürzung der notwendigen Zeit, um die gewünschte Oberflächengüte zu erhalten und die Lebensdauer der Schleifauflage beim Feinbearbeiten zu verlängern. Beispielsweise offenbart die US-A-5014468 (Ravipati et al.) einen für ophthalmische Anwendungen vorgesehenen Läppfilm mit einem zusammenhängenden Muster, das in eine Oberflächenbeschichtung aus Schleifteilchen übertragen ist, die in einem strahlungsgehärteten Klebebindemittel dispergiert sind.
Andere bekannte Schleifmittel für ophthalmische Anwendungen weisen Auflagen zur Feinbearbeitung in einem Schritt auf, die angeblich fähig sind, Feinbearbeitungsschritte mit einer einzelnen Auflage durchzuführen, um Zeit und Kosten zu sparen. Zum Beispiel soll eine Einschritt-Feinbearbeitungsauflage gemäß der Offenbarung der US-A-4644703 (Kaczmarek et al.) eine Linsenoberflächengüte von höchstens 0,25 Mikrometer AA (arithmetischer Mittelwert) ergeben, worunter man einen Ra- oder sogenannten Mittenrauhwert und keinen Rtm-Wert versteht. Ra steht für das arithmetische Mittel der Abweichungen des Oberflächenrauheitsprofils von der Mittellinie, während Rtm definitionsgemäß das Mittel von fünf Einzelrauhtiefen fünf aneinandergrenzender Meßstrecken ist, wobei eine Einzelrauhtiefe der senkrechte Abstand zwischen dem höchsten und tiefsten Punkt der Meßstrecke ist. Definitionsgemäß wird Ra normalerweise über einen wesentlich kleineren Weg als Rtm für ein typisches Oberflächenprofil gemessen. Dementsprechend geben Kaczmarek et al. nicht an, daß die Linse erfolgreich mit einer harten Schutzbeschichtung überzogen werden könnte, unmittelbar nachdem die beschriebene Feinbearbeitung erfolgt.
Andererseits offenbart die US-A-4773920 (Chasman et al.) ein beschichtetes Schleifmittel, das als Läppfilm nützlich ist, wobei das Schleifmaterial als Dispersion von Schleifteilchen in einem Bindemittel gebildet ist, das durch freie Radikalpolymerisation härtbar ist. Das Schleifmaterial ist als kontinuierliche Beschichtung auf eine Rückschicht aufgetragen und gemustert, vorzugsweise durch eine Tiefdruckwalze, um ein gleichmäßiges Muster oder zusammenhängendes Netz aus Stegen mit dazwischen liegenden Rillen zu bilden. Anschließend wird das Mittel gehärtet. Ein bei Chasman et al. als Beispiel genannter Einsatzbereich des Schleifmittels ist als Feinbearbeitungsauflage. Definitionsgemäß verleiht ein Feinbearbeitungsschritt der Linsenoberfläche normalerweise nicht die erforderliche Endgüte, d. h. eine äußerst feine, spiegelartige Oberflächengüte ohne starke oder tiefe Kratzer in der Oberfläche des Linsenwerkstücks. Daher ist in diesem Fall normalerweise eine weitere Bearbeitung erforderlich, bevor die Linse eine harte Schutzbeschichtung erhalten kann.
Demgegenüber offenbart die US-A-4255164 (Butzke et al.) eine Glas-Feinbearbeitungsbahn, die sich aus einer geschäumten Flüssigschleifkorn-Harzbeschichtung zusammensetzt. Die Zusammensetzung der Flüssigbeschichtung weist ein flüssiges härtbares Bindemittel, Feinbearbeitungsschleifkörnchen und ausreichend verträgliches Lösungsmittel auf, um eine beschichtungsfähige Zusammensetzung zu bilden. Eine solche Beschichtung erzeugt eine Zellschicht, die die Feinbearbeitungsschleifkörnchen unter Nutzungsbedingungen mit einer gesteuerten Rate freisetzt. Ferner beschreiben Butzke et al. eine frühere Verwendung von Einrichtungen zum Einbau von Feinbearbeitungsschleifmaterial in eine fest zusammenhängende Schicht, um Schleifmaterial beim Glasschleifen freizusetzen, wobei jedoch diesen Einrichtungen kein kommerzieller Erfolg beschieden war. Erwähnt werden auch frühere Versuche, um zu bewirken, daß das Bindemittel zerfällt, sich löst oder erweicht, um Schleifkörnchen freizugeben, beispielsweise durch Zugabe von Schmier- bzw. Gleitmitteln, z. B. Stearinsäure, Talg und Paraffinwachs. Allerdings werden diese früheren Versuche als unbefriedigend beschrieben, da das Bindemittelmaterial zu schnell zerfällt und Probleme mit einer unkontrollierbaren Reibungswärmeerzeugung auftraten.
Bekannt ist auch ein handelsübliches Schleifmittel mit 4-Mikrometer-Aluminiumoxidperlen unter der Bezeichnung 3M 356M Qwik StripTM Feinbearbeitungsauflage, hergestellt von Minnesota Minirig & Manufacturing, St. Paul, Minnesota, USA, zur Verwendung als Feinbearbeitungsauflage, bei der beobachtet wurde, daß eine Oberflächengüte (Rtm) von etwa 0,44 Mikrometern auf einer optischen Kunststofflinse aus Polycarbonat zustande kommt. Allgemein gilt eine Oberflächengüte (Rtm) von etwa 0,44 Mikrometern nicht als polierte Oberfläche und bildet keine ausreichende Grundlage für eine akzeptable harte Schutzbeschichtung.
Nach dem Feinbearbeitungsschritt folgt der Polierarbeitsgang als letzter Schritt in einem Verfahrensablauf zur Fertigbearbeitung einer Linse. Im allgemeinen erfolgt das Po lieren herkömmlich mit einem der Polierstelle von außen zugeführten losen Brei oder Gel mit darin enthaltenen Schleifteilchen. Dieser Polierschritt entfernt alle tiefen Restkratzer und gewährleistet den durchsichtigen Zustand der Linsenoberfläche, während die genaue Oberflächengeometrie beibehalten wird. Eine typische Polierzusammensetzung weist 1 bis 8 Mikrometer große Aluminiumoxidteilchen auf, die in einem flüssigen Medium dispergiert sind, z. B. in Wasser. Die normalerweise bei losen Kornbreien erforderliche Polierzeit beträgt 2 bis 7 Minuten je Linse, wiederum in Abhängigkeit von anfänglicher Oberflächengüte, Schleifteilchengröße und gewünschter Oberflächenendgüte.
Mit der Verwendung eines von außen zugeführten losen Schleifkornbreis Körnern sind zahlreiche Nachteile verbunden. Dazu gehören die schwierige Handhabung des notwendigen großen Breivolumens, das erforderliche Rühren, um das Absetzen der Schleifkörnchen zu verhindern und eine gleichmäßige Konzentration von Schleifkörnchen an der Schleifgrenzfläche zu gewährleisten, und der Bedarf an zusätzlichen Ausrüstungen zum Herstellen, Handhaben und auch Rückgewinnen und Recycling des Schleifbreis. Zusätzlich muß der Brei selbst periodisch analysiert werden, um seine Qualität und Dispersionsstabilität zu gewährleisten, was zusätzliche kostspielige Arbeitszeit notwendig macht. Zudem unterliegen Pumpenköpfe, Ventile, Zufuhrleitungen, Schleifläppwerkzeuge und andere den Brei berührende Teile der Breizufuhrausrüstung unerwünschtem Verschleiß. Dazu kommt, daß im Gebrauch der Poliervorgang gewöhnlich ein sehr schmutziges Verfahren ist, da der lose Körnchenbrei, der normalerweise als viskose Flüssigkeit auf eine weiche Auflage aufgetragen wird, leicht spritzt und schwierig einzudämmen ist.
Begreiflicherweise gab es im allgemeinen nicht restlos erfolgreiche Versuche, beschichtete Schleifauflagen zu ver wenden, um die Poliersysteme mit losem Körnchenbrei zu ersetzen, da solche Schleifelemente leichter zu gebrauchen sind. Beispielsweise beschreibt die US-A-4733502 (Braun) ein Verfahren zum Schleifen und Polieren von Linsen auf der gleichen Maschine. Die Feinbearbeitung erfolgt mit einer Feinbearbeitungsauflage mit Feinbearbeitungsschleifteilchen, die in einer wasserunlöslichen Matrix fixiert sind. Darstellungsgemäß erfolgt danach auf der gleichen Spindel der Oberflächenbearbeitungsmaschine das Polieren unter Verwendung einer Auflage mit einer flexiblen wasserlöslichen Matrix, die ein abrasives Polierpulver enthält, wobei die Polierteilchen beim Polieren in Gegenwart eines Wasserstroms freigesetzt werden. Beschreibungsgemäß ist diese Polierauflage vorzugsweise eine Auflage der in der US-A-4576612 (Shukla et al.) offenbarten Art. Allerdings beschreibt Braun nicht die durch das Verfahren erzeugte tatsächliche Oberflächengüte anhand von Ra- oder Rtm- Werten o. ä., und Braun gibt auch nicht an, daß die polierte Linse mit einer harten Polymerschutzbeschichtung auch nach dem Polierverfahren erfolgreich hartbeschichtet werden kann.
Außerdem beschreiben Shukla et al. eine Polierauflage für ophthalmische Linsen, bei der die Polierschicht durch Mischen eines wasserlöslichen Polyalkylenoxid/Phenolharzkomplexes mit einem Acryllatex und einem Polierteilchen enthaltenden Alkoholbrei hergestellt wird. Bei Shukla et al. ist die Polierschicht als kontinuierliche monolithische Schicht auf einem Textilsubstrat oder alternativ als Schicht zum vollständigen Abdecken oder teilweisen Füllen von Vertiefungen in einer geprägten Oberfläche eines Textilsubstrats vorgesehen.
Das sogenannte thermoplastische Matrix- oder Bindemittelsystem mit dem Latex soll sich nach der Beschreibung bei Shukla et al. beim Polieren allmählich auflösen, um Polierteilchen gesteuert freizusetzen und dadurch dem Vernehmen nach eine akzeptable Glasabnahmerate haben.
Wie zuvor erwähnt wurde, ist es nach dem Polieren derzeit verbreitete Praxis, die Linse normalerweise mit einer harten kratzfesten Polymerbeschichtung zu versehen, bevor die Linse in Gebrauch genommen wird. Der Polierschritt muß gewährleisten, daß die Oberflächenendgüte der Linse für eine solche harte Beschichtung akzeptabel ist. Verbleiben starke Wirbelspuren oder tiefe Kratzer in der Linsenoberfläche vor Auftragen der harten Schutzbeschichtung, kann die Beschichtung möglicherweise nicht die Ritzen füllen, und die Linse müßte verworfen werden. Auch wenn die harte Beschichtung die in einer Linsenoberfläche verbleibenden starken Wirbelspuren oder tiefen Rillen füllt, tritt normalerweise eine Fehlanpassung der Brechzahl zwischen der harten Beschichtung in der Kratzerrille und der Linse auf, was die optischen Eigenschaften der Linse beeinträchtigt.
Daher besteht Bedarf an einem leichteren dauerhafteren Verfahren zum Polieren optischer Komponenten, insbesondere zum Polieren ophthalmischer Linsen, bei dem keine Poliertechniken mit Schleifbrei oder -gel von außen zum Einsatz kommen müssen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigbearbeiten einer Oberfläche optischer Qualität auf eine geeignete Polierendgüte ohne Verwendung eines Schleifbreis oder -gels von außen. Das Verfahren stellt eine polierte Oberfläche optischer Qualität bereit, die erfolgreich mit einer Zusammensetzung beschichtet werden kann, die beim Härten eine harte Schutzbeschichtung bildet.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Polieren einer Oberfläche optischer Qualität ohne Verwendung eines von außen zugeführten Schleifkornbreis oder -gels, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
(a) Bereitstellen einer Oberfläche optischer Qualität mit einer ersten Hauptfläche, wobei die erste Hauptfläche einen Rtm-Anfangswert von über 0,35 Mikrometern hat:
(b) Herstellen einer berührenden Reibbeziehung zwischen der ersten Hauptfläche und einem Schleifmittel, wobei das Schleifmittel eine bahnartige Struktur aufweist, bei der auf mindestens einer Hauptfläche mehrere einzelne Schleifverbundkörper angeordnet sind, wobei jeder Verbundkörper mehrere in einem Bindemittel dispergierte Schleifteilchen hat; und
(c) Bewegen der ersten Hauptfläche und/oder des Schleifmittels, die in Berührung stehen, relativ zueinander mit einer Dreh- und/oder Schwingungsbewegung in Gegenwart einer Flüssigkeit, die im wesentlichen frei von Schleifteilchen ist, auf eine solche Weise und für eine solche Zeit, daß die erste Hauptfläche wirksam poliert wird, um einen Rtm-Endwert von höchstens 0,30 Mikrometern in der ersten Hauptfläche zu erzeugen.
Zudem wurde im Rahmen der Erfindung festgestellt, daß für ein gegebenes Los eines in der Erfindung verwendeten Schleifmittels das Verfahren der Erfindung einen (mehrere) zufällige(n) einzelne(n) Datenpunkt(e) bilden kann, an dem (denen) der Rtm-Wert wertmäßig geringfügig höher als 0,30 Mikrometer ist. Bei der Prüfung von mehr als einer Schleifmittelprobe aus diesem gegebenen Los wurde jedoch experimentell beobachtet, daß der mittlere (arithmetische) Rtm-Wert ein Wert von höchstens 0,30 Mikrometern und in den meisten Fällen sogar weniger als 0,30 Mikrometern ist. Unter "gegebenem Los" wird verstanden, daß ein Schleifmittel in Großform mit ausreichenden Oberflächenmaßen hergestellt wird, damit mehrere diskrete Proben des Schleifmittels, d. h. Segmentscheiben, aus dem Schleifmittel erhalten werden, und jede Probe beim Polieren einer separaten Linse (gleiche Linsenart) zum Einsatz kommt und ein separater Rtm-Wert für jede derartige po lierte Linse gemessen wird. Daher beträgt der mittlere Rtm- Wert, der durch Polieren der Linsen gemäß dem Verfahren der Erfindung für mehrere Proben erreicht wird, die einem gemeinsamen Schleifmittel in Großform entnommen werden, höchstens 0,30 Mikrometer und vorzugsweise weniger als 0,30 Mikrometer.
Im Sinne der Erfindung ist eine "Oberfläche optischer Qualität" eine Oberfläche, z. B. eine Oberfläche einer ophthalmischen Linse, die durchsichtig ist oder in einen durchsichtigen Zustand überführt werden kann und die dauerhaft an einer durchsichtigen aushärtbaren Beschichtung haftet. Eine "aushärtbare" Beschichtung u. ä. ist ein Beschichtungsmaterial. das bei Raumtemperatur (etwa 25ºC) fließunfähig gemacht werden kann.
Zum Beispiel stellt in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das Verfahren der Erfindung eine erste Hauptfläche in einer Oberfläche optischer Qualität bereit, die eine erzeugte Oberflächengüte hat, die eine durchsichtige aushärtbare Polymerbeschichtung, z. B. eine härtbare Polysiloxanbeschichtung, aufnimmt und an ihr dauerhaft haftet.
In einer weiteren Ausführungsform beträgt der genannte Rtm-Anfangswert etwa 0,40 bis 0,90 Mikrometer. In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt der erreichte Rtm-Endwert unter 0,25 Mikrometern.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung ist die durch die Erfindung polierte optische Linse aus einem Kunststoff, u. a. einem Polycarbonatkunststoff, oder einem Glas gebildet. Normalerweise ist die optische Linse durchsichtig, insbesondere wenn es sich bei der optischen Linse um eine ophthalmische Linse handelt, nachdem das Polierverfahren der Erfindung erfolgte. Hierbei hat die im Verfahren der Erfindung verwendete optische Linse normalerweise ferner eine zweite Linsenoberfläche gegenüber der ersten Linsenoberfläche, wobei die erste Linsenoberfläche konkav nach innen zur zweiten Linsenoberfläche geformt ist. Die Form der optischen Linse, die durch das Verfahren der Erfindung poliert werden kann, ist nicht speziell eingeschränkt und weist u. a. eine konkav-konvexe sowie jede herkömmliche Linsenform auf, z. B. positiv, negativ oder flach. Durch das Verfahren der Erfindung können diese Linsen auf einer oder (nacheinander) auf beiden Seiten poliert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erwähnte bahnartige Struktur eine Rückschicht auf, und das erwähnte Bindemittel weist ein wärmehärtbares Bindemittel auf, wobei das wärmehärtbare Bindemittel die Befestigungseinrichtung der Verbundkörper an der Rückschicht bildet. Vorzugsweise ist das wärmehärtbare Bindemittel durch einen Additionspolymerisationsmechanismus gebildet, d. h. eine freie Radikal- oder kationische Polymerisation eines Bindemittelvorläufers, und der Bindemittelvorläufer kann vorzugsweise durch Einwirken von Strahlungsenergie, bei Bedarf zusammen mit einem geeigneten Härtemittel, polymerisiert werden.
Beispielsweise läßt sich der Bindemittelvorläufer aus der Gruppe auswählen, die aus (meth)acrylierten Urethanen, (meth)acrylierten Epoxidharzen, ethylenisch ungesättigten Verbindungen, Aminoplastderivaten mit α,β-ungesättigten Carbonylseitengruppen, Isocyanuratderivaten mit mindestens einer Acrylatseitengruppe, Isocyanatderivaten mit mindestens einer Acrylatseitengruppe, Vinylethern, Epoxidharzen und deren Mischungen besteht.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Bindemittelvorläufer so ausgewählt, daß er eine Mischung aus Vinylether mit einem Molekulargewicht unter 500 und einem Katalysator in einer zur Auslösung einer kationischen Härtung wirksamen Menge ist. Diese Vinylethermischung kann 10 bis 80 Gewichtsteile Schleifteilchen je 100 Gewichtsteilen Schleifteilchen und Vinylether enthalten.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Bindemittel eine Mischung aus einem wärmehärtbaren Harz und einem thermoplastischen Plastifikator. Beispielsweise kann das Bindemittel eine Mischung aus einem Acrylatmonomer und einem Polyethylenglycol sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung haben die erwähnten Schleifteilchen eine Größe von etwa 0,05 bis etwa 4 Mikrometern und eine Mohssche Härte von mindestens etwa 8, und sie können aus einem Schleifmaterial gebildet sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Chromoxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid-Zirkonoxid, Diamant, Eisenoxid, Ceroxid, kubisches Bornitrid, Borcarbid, Granat und deren Kombinationen besteht. Die Schleifteilchen und das wärmehärtbare Bindemittel können jeweils in einer anteiligen Menge von 95 : 5 bis 5 : 95 Gewichtsteilen und stärker bevorzugt in einem Verhältnis von 50 bis 90 Teilen Schleifteilchen und 10 bis 50 Teilen Bindemittel vorgesehen sein.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist jeder vorgenannte Verbundkörper so gebildet, daß er eine genaue Form hat, die durch eine im wesentlichen scharfe und erkennbare Grenze festgelegt ist, und jeder Verbundkörper hat ein distales Ende, das mit keinem anderen Verbundkörper verbunden ist. Das heißt, in dieser Ausführungsform haben die Verbundkörper freie obere oder distale Enden, um eine individuelle Polierwirkung zu haben, und die Verbundkörper bilden kein zusammenhängendes Netz von Strukturen an ihren distalen Enden. In einer weiteren Ausführungsform hat jeder Verbundkörper eine genaue geometrische Form, die durch eine im wesentlichen scharfe und erkennbare Grenze festgelegt ist, wobei die genaue geometrische Form aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Würfel-, Prismen-, Kegel-, Kegelstumpf-, Pyramiden-, Pyramidenstumpf- und Zylinderform besteht.
Vorzugsweise haben die Verbundkörper einen Flächenabstand auf der Hauptfläche von mindestens 700 Verbundkörpern/cm². In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Höhe der Verbundkörper einen Wert bis etwa 200 Mikrometern und insbesondere 25 bis etwa 200 Mikrometern haben. Bei Verwendung einer Pyramiden- oder Pyramidenstumpfform für die Verbundkörperform können zudem die Basisseitenlängen allgemein etwa 100 bis 500 Mikrometer lang sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die erwähnte bahnartige Struktur eine Rückschicht, die durch ein Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polymerfilm, Gewebe, Papier und Vlies sowie deren behandelten Versionen besteht. Bevorzugt ist eine Rückschicht, die aus einer Papierschicht besteht, die mit einem Acryllatexharz gesättigt ist und eine Dicke von etwa 255 bis 305 Mikrometern hat. Außerdem ist allgemein bevorzugt, daß die Rückschicht komprimierbar ist. Das Schleifmittel der Erfindung ist allgemein flexibel, so daß es leicht an die Kontur einer Läppeinrichtung angepaßt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die bahnartige Struktur eine Rückschicht mit einer Rückseite und einer gegenüberliegenden Vorderseite zum Stützen der Verbundkörper auf, wobei die Rückseite eine Einrichtung zum Befestigen der Rückschicht an einer Stützeinrichtung oder einer Läppeinrichtung aufweist. Vorzugsweise ist diese Befestigungseinrichtung ein druckempfindlicher bzw. selbsthaftender Klebstoff, wenngleich auch andere Verfahren möglich sind.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Polieren einer Oberfläche optischer Qualität ohne Verwendung eines von außen zugeführten Schleifkornbreis oder -gels bereitgestellt, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
(a) Bereitstellen einer Oberfläche optischer Qualität mit einer ersten Hauptfläche, wobei die erste Hauptfläche einen Rtm-Anfangswert von über 0,35 Mikrometern hat;
(b) Herstellen einer berührenden Reibbeziehung zwischen der ersten Hauptfläche und einem Schleifmittel, wobei das Schleifmittel eine bahnartige Struktur aufweist, bei der auf mindestens einer Hauptfläche mehrere in einem Bindemittel dispergierte Schleifteilchen angeordnet sind, wobei das Bindemittel aus einem Bindemittelvorläufer gebildet ist, der ein additionspolymerisierbares Harz aufweist;
(c) Bewegen der ersten Hauptfläche und/oder des Schleifmittels, die in Berührung stehen, relativ zueinander mit einer Dreh- und/oder Schwingungsbewegung in Gegenwart einer Flüssigkeit, die im wesentlichen frei von Schleifteilchen ist, auf eine solche Weise und für eine solche Zeit, daß die erste Hauptfläche wirksam poliert wird, um einen Rtm-Endwert von höchstens 0,30 Mikrometern in der ersten Hauptfläche zu erzeugen.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist zudem ein Schleifmittel erwogen, das eine Oberflächengüte von höchstens 0,30 Mikrometern in einer Oberfläche optischer Qualität erzeugen kann, wobei der zur Bildung der vorgenannten Schleifverbundkörper verwendete Schleifbrei statt dessen so konfiguriert ist, daß er ein zusammenhängendes Gitter oder Netz aus Schleifmaterial auf einer Rückschicht bildet, wobei das Schleifmaterial an der Rückschicht in einem diskontinuierlichen erhabenen Muster haftet, das aus mehreren länglichen dreidimensionalen, sich von der Rückschicht erstreckenden Gebilden gebildet ist, die Bereiche ohne Schleifmaterial abgrenzen.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung ist ein Verfahren zur Fertigbearbeitung einer auf einer Läppeinrichtung zur Linsenoberflächenbearbeitung angeord neten optischen Linse ohne Verwendung eines von außen zugeführten Schleifkornbreis oder -gels bereitgestellt, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
(a) Bereitstellen einer optischen Linse mit einer ersten Hauptfläche, wobei die erste Hauptfläche einen Rtm-Anfangswert von über 1,0 Mikrometern hat;
(b) an der Läppeinrichtung zur Linsenoberflächenbearbeitung erfolgendes lösbares Befestigen einer ersten Feinbearbeitungsauflage mit daran befestigten Schleifteilchen;
(c) Herstellen einer Reibberührung zwischen der optischen Linse und der ersten Feinbearbeitungsauflage und Bewegen der optischen Linse oder der ersten Feinbearbeitungsauflage mit einer Dreh- und/oder Schwingungsbewegung auf eine solche Weise und für eine solche Zeit, daß ein erster Rtm- Zwischenwert von 0,35 bis 0,90 Mikrometern in der ersten Hauptfläche wirksam erzeugt wird;
(d) Entfernen der ersten Feinbearbeitungsauflage von der Läppeinrichtung;
(e) wahlweises Wiederholen der Schritte (b), (c) und (d), allerdings mit einer zweiten Feinbearbeitungsauflage mit daran befestigten Schleifteilchen, um einen zweiten Rtm-Zwischenwert in der ersten Hauptfläche zu erzeugen, der wertmäßig kleiner als der erste Rtm-Zwischenwert ist und im Bereich von 0,35 bis 0,90 Mikrometern liegt;
(f) an der Läppeinrichtung erfolgendes lösbares Befestigen eines Schleifmittels mit einer flexiblen bahnartigen Struktur, die zwei gegenüberliegende Hauptflächen mit einer Rückseite und einer Vorderseite hat, wobei mehrere einzelne Schleifverbundkörper auf der Vorderseite angeordnet sind, jeder Verbundkörper mehrere in einem Bindemittel dispergierte Schleifteilchen aufweist und die Rückseite des Schleifmittels in im wesentlichen formangepaßter Berührung mit der Läppeinrichtung steht;
(g) Herstellen einer berührenden Reibbeziehung zwischen der ersten Hauptfläche und dem Schleifmittel; und
(h) Bewegen der ersten Hauptfläche und/oder des Schleifmittels, die in Berührung stehen, relativ zueinander mit einer Dreh- und/oder Schwingungsbewegung in Gegenwart einer Flüssigkeit auf eine solche Weise und für eine solche Zeit, daß die erste Hauptfläche wirksam poliert wird, um einen Rtm- Endwert von höchstens 0,30 Mikrometern in der ersten Hauptfläche zu erzeugen. Vorzugsweise sind die Feinbearbeitungsauflage und das Schleifmittel an der Läppeinrichtung jeweils durch eine Befestigungseinrichtung lösbar befestigt, die einen selbsthaftenden Klebstoff aufweist. In einer weiteren Ausführungsform ist der Rtm-Endwert kleiner als 0,25 Mikrometer.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Polieren einer Oberfläche optischer Qualität ohne Verwendung eines von außen zugeführten Schleifkornbreis oder -gels bereitgestellt, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
(a) Bereitstellen einer Oberfläche optischer Qualität mit einer ersten Hauptfläche, wobei die erste Hauptfläche einen Rtm-Anfangswert von über 0,35 Mikrometern hat;
(b) Herstellen einer berührenden Reibbeziehung zwischen der ersten Hauptfläche und einem Schleifmittel, wobei das Schleifmittel eine bahnartige Struktur aufweist, bei der auf mindestens einer Hauptfläche mehrere einzelne Schleifverbundkörper angeordnet sind, wobei jeder Verbundkörper mehrere in einem Bindemittel dispergierte Schleifteilchen aufweist;
(c) Bewegen der ersten Hauptfläche und/oder des Schleifmittels, die in Berührung stehen, relativ zueinander mit einer Dreh- und/oder Schwingungsbewegung in Gegenwart einer Flüssigkeit auf eine solche Weise und für eine solche Zeit, daß die erste Hauptfläche wirksam poliert wird, um einen Rtm- Endwert von höchstens 0,30 Mikrometern in der ersten Hauptfläche zu erzeugen; und
(d) Auftragen eines aushärtbaren Beschichtungsmaterials auf die erste Hauptfläche und Aushärten des Beschichtungsmaterials in einen festen Zustand. Vorzugsweise ist das Beschichtungsmaterial eine härtbare Polymerbeschichtung, die nach Auftragen auf die Linsenoberfläche in einen festen Zustand gehärtet wird.
Weitere Merkmale und Vorteile sowie weitere Verfahren zur praktischen Realisierung der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen und der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besser hervor.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein Schleifmittel zur Verwendung im Verfahren der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer herkömmlichen Oberflächenläppmaschine mit einer in der Erfindung verwendeten Polierbahn darauf.
Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Mittels an der Linie 3-3 von Fig. 1.
Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform eines Schleifmittels, das im Verfahren der Erfindung zum Einsatz kommen kann.
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht einer Anlage zum Herstellen eines Schleifmittels zur Verwendung in der Erfindung.
Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Verwendung eines Schleifmittels in Bahnform für den abschließenden Polierschritt für eine optische Linse ohne die Notwendigkeit eines von außen zugeführten Schleifkornbreis oder -gels.
Gemäß Fig. 1 und 3 wird ein flexibles Schleifscheibenmittel 10 durch Stanzen einer geeigneten Schleifbahn in "Seg mentscheiben"-Konfiguration so hergestellt, daß es sich radial erstreckende Schlitze hat, die die Seitenkanten von Segmenten 11 bilden. Durch die "Segmentscheibe" kann sich das Schleifscheibenmittel ohne unerwünschte Kräuselungen oder Falten an eine gewölbte Oberfläche anpassen und daran sicher befestigt werden. Die Schleifscheibe kann eine beliebige Anzahl von Segmenten haben, wobei gewöhnlich Anzahlen zwischen 3 und 8 zufriedenstellend sind.
Allerdings ist die Form des Poliermittels der Erfindung nicht unbedingt beschränkt, solange das Schleifmittel leicht an die Form eines gewölbten Läppwerkzeugs angepaßt werden kann. Die Form kann jede für Linsenpoliervorgänge geeignete Form sein, z. B. die Scheibenform gemäß Fig. 1 oder eine Abwandlung davon. Eine Scheibe kann geschlitzt oder gekerbt oder mit Perforationen versehen sein. Außerdem kann die Auflage auch anders geformt sein, z. B. rechtwinklig oder oval, je nach spezieller Form des verwendeten Läppwerkzeugs. Ferner kann das Bahnmaterial durch herkömmliche Verfahren zu einem endlosen Band geformt sein, indem die aneinanderstoßenden Enden eines länglichen Streifens des Bahnmaterials verspleißt sind. Die bevorzugte Auflagenform hat mehrere radial ausgerichtete, in gleichem Abstand angeordnete Schlitze, die sich von der Kante der Auflage zu ihrer Mitte erstrecken.
In Fig. 2 ist das Schleifscheibenmittel 10 auf einer konvex geformten Läppeinrichtung 12 mit seiner Schleiffläche nach außen weisend angeordnet, wobei die Läppeinrichtung die Wölbung hat, mit der eine optische Linse geläppt werden soll. Danach wird ein Linsenrohling 15 poliert, indem die Linse mit dem Schleifscheibenmittel 10 in Berührung gebracht wird und die Linse 15 sowie das Läppwerkzeug 12 zueinander mit einer Dreh- und/oder Schwingungsbewegung so bewegt werden, daß es zu Reibberührung zwischen dem Schleifscheibenmittel 10 und der Linse kommt, so daß die Oberfläche der Linse feinbearbei tet wird, während Frischwässer oder eine andere wäßrige Lösung kontinuierlich mit einer relativ hohen Volumenrate zur Grenzfläche zwischen Linse und Bahnmaterial geführt wird. Die Linse 15 wird durch einen Linsenblock oder -halter 13 an die Läppeinrichtung 12 gedrückt. Der Linsenblock 13 kann ein herkömmlicher Linsenblock mit einer (nicht gezeigten) Vertiefung zum Aufnehmen der Linse sein. Verständlich ist, daß die Linse 15 und der Halter 13 in Fig. 2 in etwas kleinerem Maßstab relativ zur Größe des Läppwerkzeugs 12 dargestellt sind, um den Blick auf die Anordnung zu erleichtern.
In Fig. 3 ist ein Schleifmittel 30 der Erfindung näher dargestellt und hat eine Rückschicht 31 mit mehreren einzelnen Schleifverbundkörpern 34, die mit der Vorderfläche 32 der Rückschicht verbunden sind, sowie ein Befestigungssystem, z. B. einen (nicht gezeigten) selbsthaftenden Klebstoff, auf der Rückfläche 33 der Rückschicht. Die Schleifverbundkörper 34 weisen mehrere in einem Bindemittel 36 dispergierte Schleifteilchen 35 auf. Eine Schicht 37 ist eine geeignete Trennlage und kann abgezogen werden, um die selbsthaftende Klebstoff-(PSA)-Schicht oder das Klebeband 38 freizulegen, womit die Rückfläche 33 der Rückschicht 31 beschichtet ist.
Gemäß Fig. 4 hat ein Schleifmittel 40 der Erfindung eine Rückschicht 31 mit mehreren einzelnen Schleifverbundkörpern 44, die mit der Vorderfläche 32 der Rückschicht durch ein Verbindungssystem 47 verbunden sind. Die Rückfläche 33 der Rückschicht hat ein Befestigungssystem, z. B. ein selbsthaftendes Klebeband. Die Schleifverbundkörper 44 sind ein Agglomerat mit mehreren in einem Bindemittel 46 dispergierten Schleifteilchen 35. Die Schicht 37 ist eine geeignete Trennlage und kann abgezogen werden, um die selbsthaftende Klebstoffschicht oder das Klebeband 38 freizulegen, womit die Rückfläche 33 der Rückschicht 31 beschichtet ist.
Im Sinne der Erfindung bedeutet der Begriff "Polieren" das Entfernen vorhandener Kratzer, um eine äußerst feine, spiegelartige Oberflächengüte ohne visuell feststellbare starke oder tiefe Kratzer in der Oberfläche des Linsenwerkstücks herzustellen. Als weiteres Kriterium für erfolgreiches Polieren im Verfahren der Erfindung hat die polierte Linsenoberfläche einen Rtm-Wert von höchstens 0,30 Mikrometern, gemessen mit einem Profilometer Perthen M4P, das eine Spitze mit 0,005 mm Radius und einen Meßhub von 8 mm hat. Diese Oberflächengüte ist notwendig, um zu gewährleisten, daß die Linsenoberfläche frei von starken Wirbelspuren und tiefen Kratzern ist, die die optischen Eigenschaften der Linse beeinträchtigen würden. Als weiteres Kriterium für erfolgreiches Polieren im Verfahren der Erfindung wird eine Linsenoberflächengüte bereitgestellt, die eine Höchsttiefe von 2,5 Mikrometern für den tiefsten einzelnen Kratzer innerhalb eines normalen Verfahrbereichs im Oberflächenmeßbereich hat.
Im Sinne der Erfindung bedeutet der Ausdruck "genau geformt" o. ä. zur Beschreibung der Schleifverbundkörper eine Form, die durch relativ glattflächige Seiten festgelegt ist, die durch wohldefinierte scharfe Kanten abgegrenzt und verbunden sind, die scharfe Kantenlängen mit scharfen Endpunkten haben, die durch die Schnitte dieser verschiedenen Seiten gebildet sind. Allgemein werden solche genau geformten Schleifverbundkörper durch Härten des härtbaren Bindemittels aus einer fließfähigen Mischung aus Schleifteilchen und härtbarem Bindemittel gebildet, während die Mischung sowohl auf einer Rückschicht ruht als auch einen Hohlraum auf der Oberfläche eines Produktionswerkzeugs füllt.
Im Sinne der Erfindung bezeichnet der Begriff "Grenze" zum Festlegen der Schleifverbundkörper die freiliegenden Oberflächen und Kanten jedes Verbundkörpers, die die wesenhafte dreidimensionale Form jedes Schleifverbundkörpers be grenzen und definieren. Diese Grenzen sind leicht sichtbar und erkennbar, wenn ein Querschnitt eines Schleifmittels der Erfindung unter einem Rasterelektronenmikroskop betrachtet wird. Diese Grenzen trennen und unterscheiden einen Schleifverbundkörper von einem anderen auch dann, wenn die Verbundkörper an einer gemeinsamen Begrenzung an ihren Basen aneinanderstoßen. Im Vergleich dazu sind in einem Schleifverbundkörper, der keine genaue Form hat, die Grenzen und Kanten nicht definitiv, z. B. dort, wo der Schleifverbundkörper vor Beendigung seines Härtevorgangs absackt.

Schleifmittelrückschicht

Zu Beispielen für typische Rückschichten, die für das in der Erfindung verwendete abrasive Poliermittel verwendet werden können, gehören Polymerfilm, grundierter Polymerfilm, Stoff, Papier, Vliese sowie deren behandelte Versionen und Kombinationen. Papier- oder Stoffrückschichten sollten eine wasserundurchlässig machende Behandlung erfahren, so daß die Rückschicht beim Polieren nicht spürbar beeinträchtigt wird, da bei der praktischen Durchführung der Erfindung gewöhnlich Wasser zum Fluten der Läppeinrichtung beim Polieren eingesetzt wird.
Wünschenswert ist die Verwendung einer komprimierbaren Rückschicht für die Erfindung. Bevorzugt ist eine relativ komprimierbare Rückschicht zum Ausgleichen der Linsenradiusänderung vom Feinbearbeitungsschritt zum Polierschritt. Theoretisch trägt eine stärker komprimierbare Rückschicht auch dazu bei, die Schleifteilchen beim Polieren abzupuffern. Dieser Puffereffekt kann helfen, eine relativ feine Oberflächengüte zu erzeugen. Im allgemeinen sollte die Rückschichtdicke im Bereich von 200 bis 400 Mikrometern liegen. Die bevorzugte Rückschicht für die Erfindung ist eine 10 bis 12 Milli-Inch (etwa 255 bis 305 Mikrometer) dicke Papierrückschicht, die mit einem Acryllatexharz zur Erhöhung der Was serbeständigkeit gesättigt ist. Normalerweise ist die Rückschicht flach und ungeprägt.
Außerdem kann die Rückschicht eine Befestigungseinrichtung auf ihrer Rückfläche haben, um das resultierende beschichtete Schleifmittel an einer Stützauflage oder Halteauflage zu befestigen. Diese Befestigungseinrichtung kann ein selbsthaftender Klebstoff oder ein Klebeband, ein Schlingengewebe für eine Haken- und Schlaufen- bzw. Klettbefestigung oder ein ineinandergreifendes Befestigungssystem sein, z. B. das in der US-A-5201101 beschriebene, die hierin durch Verweis eingefügt ist. Vorzugsweise kommt selbsthaftender Klebstoff oder Klebeband als Befestigungseinrichtung zum Polieren ophthalmischer Linsen in der Erfindung zum Einsatz. Zu Beispielen für verbreitete selbsthaftende Klebstoffe gehören Acrylpolymere, Acrylhomopolymere, Acrylcopolymere, Vinylether, Alkylklebstoffe, Gummiklebstoffe und deren Mischungen. Alternativ können diese Klebstoffe auf beide Oberflächen einer dünnen Rückschicht aufgetragen sein, um ein selbsthaftendes Band zu bilden.

Schleifverbundkörper

Das bevorzugte Schleifmittel zur Verwendung mit der Erfindung nutzt eine regelmäßige Anordnung einzelner Schleifverbundkörper, wobei jeder Verbundkörper in einem Bindemittelsystem dispergierte Schleifteilchen aufweist, was im Gegensatz zu einer kontinuierlichen Schicht aus Schleifteilchen steht, die in einem Bindemittel dispergiert sind. Bevorzugt ist, daß die Verbundkörper dreidimensional sind, Arbeitsflächen haben, die nicht Teil einer einstückigen Schicht bilden, und von anderen Verbundkörpern bei Gebrauch unabhängig wirkende Schleifflächen haben. Diese in der Erfindung verwendeten einzelnen Schleifverbundkörper lassen sich als perlenartiges Schleifmittel oder sogenanntes "strukturiertes Schleifmittel" verwenden. Unter einem strukturierten Schleifmittel wird ein Schleifmittel verstanden, bei dem mehrere einzelne, genau geformte Verbundkörper auf einer Rückschicht regelmäßig angeordnet sind, wobei jeder Verbundkörper in einem Bindemittel dispergierte Schleifteilchen aufweist. Beispiele für in der Erfindung anwendbare "einzelne" Schleifverbundkörper lassen sich in den US-A-4930266, 5219462 und 5152917 finden. Das strukturierte Schleifmittel dieser bevorzugten Ausführungsform hat keine monolithische Beschichtung oder modifizierte (z. B. geprägte oder mit diskontinuierlichen Mustern versehene) Beschichtung aus Schleifteilchen, die in einem Bindemittel dispergiert sind.
Beim Gebrauch des beim Polieren einer optischen Linse für die Erfindung verwendeten Schleifmittels erodiert der Schleifverbundkörper allmählich. Diese Eigenschaft der Erodierbarkeit trägt dazu bei, die feine Oberflächengüte auf der Linsenoberfläche zu erhalten. Durch diese Erodierbarkeit können verschlissene Schleifteilchen mit einer Rate abgestoßen werden, die zum Freilegen neuer Schleifteilchen ausreicht. Angenommen wird, daß diese Erodierbarkeitsrate verhindert, daß alte Schleifteilchen tiefe und starke Kratzer in der Linsenoberfläche erzeugen.
Diese Erodierbarkeitsrate ist von vielen Faktoren abhängig, u. a. der Formulierung bzw. Zusammensetzung der Schleifverbundkörper und den Polierbedingungen. Im Hinblick auf die Zusammensetzung der Schleifverbundkörper können Art der Schleifteilchen, Größe der Schleifteilchen, Art des Bindemittels, wahlweise Zusatzstoffe einzeln oder in Kombination die Erodierbarkeit des Schleifverbundkörpers beeinflussen. Beispielsweise sind härtere Bindemittel, z. B. Phenolbindemittel, weniger erodierbar als weichere Bindemittel, z. B. aliphatische Epoxidharzbindemittel. Alternativ tendieren bestimmte Zusatzstoffe oder Füllmittel, z. B. Glasblasen, dazu, den Schleifverbundkörper leichter erodierbar zu machen. An hand der Offenbarungen hierin könnte der Fachmann routinemäßig eine befriedigende Erodierbarkeitsrate empirisch ermitteln, indem er die resultierende Oberflächengüte überwacht.
Theoretisch wird zudem davon ausgegangen, daß ein weicherer Schleifverbundkörper dazu beiträgt, daß das resultierende Schleifmittel eine feinere Oberflächengüte am Werkstück erzeugt. Obwohl derzeit keine theoretische Festlegung erfolgen soll, wird angenommen, daß der weichere Schleifverbundkörper beim Polieren als Puffer wirkt, wodurch eine feinere Oberfläche zustande kommt, was dazu beiträgt, die Notwendigkeit eines Schleifbreis entfallen zu lassen.
Zur Bildung eines weichen Schleifverbundkörpers gibt es mehrere Möglichkeiten. Ein Weg ist die Verwendung eines relativ weichen Bindemittels, z. B. Acrylatmonomere, acrylierte Urethanoligoinere, Epoxidharze, Vinylether u. ä. Im allgemeinen haben die weichen Bindemittel eine Knoop-Härte unter etwa 25, allgemein unter etwa 20. Normalerweise läßt sich mit diesen weichen Bindemitteln ein ausreichend erodierbares Verbundsystem zum Polieren erreichen, ohne daß Fremdplastifikatoren für eine erforderliche Weichheit nötig sind.
Andererseits besteht eine weitere Möglichkeit zur Bildung eines weichen Schleifverbundkörpers für die Erfindung darin, einen Plastifikator im Schleifverbundkörper einzubauen. Zudem wird davon ausgegangen, daß der Plastifikator die Erodierbarkeit des Schleifverbundkörpers beeinflußt und allgemein die Erodierbarkeit erhöht. Der Plastifikator sollte mit dem Bindemittel und Bindemittelvorläufer verträglich sein. Der Plastifikator sollte in den Bindemittelvorläufer gleichmäßig eingemischt sein und nicht aus dem Schleifbrei austreten oder mit ihm gerinnen. Das Gewichtsverhältnis von Plastifikator in Mischung mit einem Bindemittelvorläufer kann im Bereich von 10 bis 50 und vorzugsweise 30 bis 50 Gewichtsteilen Plastifikator je 100 Gewichtsteilen der Kombination aus Bindemittelvorläufer und Plastifikator liegen. Vorzugsweise sind die Bindemittelvorläufer jene, die über Additionspolymerisation gehärtet und an anderer Stelle hierin beschrieben sind zu Beispielen für geeignete Plastifikatoren gehören organische Materialien, z. B. Organosilikonöle, Glycerol oder ein Polyalkylenglycol. Ein bevorzugtes Polyalkylenglycol ist Polyethylenglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 200 bis 10.000. Polyethylenglycol kann wirksam als Plastifikator zusammen mit Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA) als Bindemittelvorläufer verwendet werden. Allerdings sind Plastifikatoren nicht in allen Fällen notwendig, um die gewünschte Eigenschaft der Erodierbarkeit bereitzustellen, was an anderem Ort hierin erläutert ist.

Schleifteilchen

Die in der Erfindung verwendeten Schleifteilchen haben in ihrer dispergierten Form im Verbundkörper-Bindemittel eine Teilchengröße im Bereich von etwa 0,01 bis 5 Mikrometern, gewöhnlich von etwa 0,05 bis 4 Mikrometern und vorzugsweise von 0,1 bis 3 Mikrometern. Bevorzugt ist, daß die Schleifteilchen eine Mohssche Härte von mindestens etwa 8, stärker bevorzugt über 9 haben. Zu Beispielen für solche Schleifteilchen zählen Schmelzkorund bzw. geschmolzenes Aluminiumoxid (wozu braunes Aluminiumoxid, wärmebehandeltes Aluminiumoxid und weißes Aluminiumoxid gehören), keramisches Aluminiumoxid, grünes Siliciumcarbid, Siliciumcarbid, Chromoxid, Aluminiumoxid-Zirkonoxid, Diamant, Eisenoxid, Ceroxid, kubisches Bornitrid, Borcarbid, Granat, Siliciumoxid und deren Kombinationen. Aluminiumoxide sind die bevorzugten Schleifteilchen.
Im Schutzumfang der Erfindung liegt zudem eine Oberflächenbeschichtung, mit der die Oberseite der Schleifteilchen überzogen ist. Die Oberflächenbeschichtung kann viele unterschiedliche Funktionen erfüllen. In manchen Fällen erhöhen die Oberflächenbeschichtungen die Haftung am Bindemittel, wandeln die Schleifkennwerte der Schleifteilchen ab u. ä.
Außerdem kann der Schleifverbundkörper Streckmittelteilchen enthalten. Die Teilchengröße dieser Streckmittelteilchen kann in der gleichen Größenordnung wie die Schleifteilchen liegen. Zu Beispielen für solche Streckmittelteilchen gehören Gips, Marmor, Kalkstein, Feuerstein, Siliciumoxid, Glasblasen, Glasperlen, Aluminiumsilicat u. ä. Andererseits dürfen Schleifteilchen der zuvor beschriebenen Sorten und Arten nicht im Flüssigkeitsstrom enthalten oder vorhanden sein, der auf die Grenzfläche zwischen dem Schleifbahnmittel der Erfindung und der Linsenoberfläche beim Polieren gerichtet ist.

Bindemittel

Die Schleifteilchen sind in einem Bindemittel dispergiert, um den Schleifverbundkörper zu bilden. Das Bindemittel ist ein hitzehärtbares oder vernetzendes Bindemittel und vorzugsweise ein Bindemittel, das durch eine Additions-(Kettenreaktions-)Polymerisation härtbar ist. Die Verwendung von Bindemittelsystemen in der Erfindung, die über einen Additionsmechanismus härten, bietet wesentliche Vorteile gegenüber thermoplastischen Bindemittelsystemen, da sie durch Einwirken Strahlungsenergie schnell und kontrollierbar gehärtet werden können, damit eine hohe Produktionsrate möglich ist, während die Endform der Schleifverbundkörper in hohem Grad gesteuert werden kann. Vorzugsweise wird das wärmehärtbare Bindemittel aus einem Bindemittelvorläufer gebildet.
Schleifteilchen werden mit dem Bindemittelvorläufer gemischt, um einen Schleifbrei zu bilden. Bei Herstellung des Schleifmittels wird der Schleifmittelbrei einer Energiequelle ausgesetzt, die zur Auslösung des Polymerisations- oder Härtungsverfahrens des Bindemittelvorläufers beiträgt. Zu Beispielen für Energiequellen gehören Wärmeenergie und Strah lungsenergle, u. a. Elektronenstrahlen, ultraviolettes Licht und sichtbares Licht.
Zu Beispielen für geeignete Bindemittelvorläufer, die über einen Additions-(Kettenreaktions)-Mechanismus härtbar sind, gehören Bindemittelvorläufer die über einen freien Radikalmechanismus oder alternativ über einen kationischen Mechanismus polymerisieren. Diese Begriffe wie "Additions"- oder "Kettenreaktions"-Mechanismus, Polymerisation über einen "freien Radikal"- oder einen "kationischen" Mechanismus haben bekannte Bedeutungen, die z. B. im Textbook of Polymer Science, Dritte Ausgabe, F. Billmeyer, jr., John Wiley & Sons, New York, NY, 1984 beschrieben sind.
Insbesondere gehören zu geeigneten Bindemittelvorläufern für die Erfindung, die über einen freien Radikalmechanismus polymerisieren, acrylierte Urethane, acrylierte Epoxidharze, ethylenisch ungesättigte Verbindungen, Aminoplastderivate mit α,β-ungesättigten Carbonylseitengruppen, Isocyanuratderivate mit mindestens einer Acrylatseitengruppe, Isocyanatderivate mit mindestens einer Acrylatseitengruppe, Epoxidharze sowie deren Mischungen und Kombinationen. Der Begriff Acrylat umfaßt Acrylate und Methacrylate.
Festgestellt wurde, daß kein Plastifikator benötigt wird, um die gewünschte Weichheit und Erodierbarkeit des Bindemittels in den Schleifverbundkörpern zu verleihen, wenn bestimmte Vinylether als Bindemittelvorläufer verwendet werden. Diese Vinylether polymerisieren über einen kationischen Mechanismus. Im allgemeinen gehören zu nützlichen Vinylethern solche, die bifunktionell sind und ein Molekulargewicht unter etwa 600, vorzugsweise unter 500 haben. Die Bindemittelharze auf Vinyletherbasis können mit Ultraviolettstrahlung in Gegenwart eines Fotokatalysators gehärtet werden, der eine kationische Härtung auslöst. Diese Vinyletherharze können mit bis zu 60 Gewichtsprozent Schleifteilchen der hierin be schriebenen Arten beladen sein. Dieser Schleifbrei läßt sich in die regelmäßige Anordnung aus Schleifverbundkörpern durch die hierin beschriebenen Produktionswerkzeugtechniken formen.
Vinylethermonomere und -oligomere können gemischt werden, um eine Vielfalt von Härtungsgeschwindigkeiten, Härtungsausmaßen und Vernetzungsdichten und damit Bindemitteln mit unterschiedlichen Erodierbarkeitseigenschaften zu erreichen. Vinylether härten kationisch ohne Sauerstoffinhibierung und härten schnell. Festgestellt wurde, daß Plastifikatoren nicht benötigt werden, um einen erwünschten Erodierbarkeitsgrad zu erreichen, wenn das Bindemittelsystem auf Vinyletherbasis in den Schleifverbundkörpern zum Einsatz kommt. Bei mehreren Vinylethermonomeren und -oligomeren mit niedrigem Molekulargewicht und unterschiedlichen Härtungseigenschaften wurde eine gewünschte Erodierbarkeit im Gebrauch beobachtet. Nützliche Vinylethermonomere können von ISP unter den Handelsnamen Rapicure CHVE®, Rapicure DVE-3® und Rapicure PEPC® bezogen werden. Zu verwendbaren Oligomerarten gehören Vectomer 4020® und Vectomer 4030®, die von Allied Signal erhältlich sind. Der Fotokatalysator kann ein Triarylsulfoniumsalz sein, z. B. Cyracure UVI-6990® von Union Carbide.
Zwei Faktoren, die bei der Gestaltung eines erodierbaren Bindemittels von Bedeutung sind, sind das Härtungsausmaß und die Vernetzungsdichte der gehärteten Beschichtung. Diese beiden Faktoren können ausgeglichen werden, indem eine geeignete Mischung aus Vinylethermonomeren gewählt wird, die ein Bindemittel ergibt, das erodiert, beim Polieren aber zusammenhält. Beispielsweise härtet Rapicure CHVE® sehr schnell und bildet ein sprödes und eventuell erodierbares Bindemittel. Im Gegensatz dazu härtet Rapicure DVE-3® langsamer und bildet eine weiche Beschichtung, die leicht zerbröckelt. Allerdings schrumpfen diese beiden Monomere stark beim Härten und haften möglicherweise nicht immer gut an Papier. Andererseits haben die Vectomer-Oligomere ein höheres Anfangsmolekulargewicht, das dazu neigt, die Vernetzungsdichte zu verringern, und sie schrumpfen nicht so umfangreich und fördern damit die Haftung an Papier. Mischungen aus diesen Vinylethermonomeren und -oligomeren, z. B. den zuvor genannten, können problemlos formuliert werden, um den Ausgleich zwischen Haftung und erwünschten Erodierbarkeitseigenschaften zu schaffen.
Obwohl Bindemittelvorläufer bevorzugt sind, die über einen freien Radikal- oder kationischen Mechanismus härtbar sind, gehören zu anderen für die Erfindung nützlichen Harzen kondensationshärtbare Harze, z. B. Phenolharze, Harnstoff- Formaldehyd- und Melamin-Formaldehydharze. Unter einigen Bedingungen können Phenolharze wegen ihrer thermischen Eigenschaften und Kosten erwünscht sein. Beim Einsatz von Phenolharzen ist bevorzugt, eine Mischung aus dem Phenolharz mit einem Plastifikator, z. 3. einem Polyesterharz, zu verwenden. Allerdings sind die Bindemittelvorläufer, die über einen freien Radikal- oder kationischen Mechanismus härten, wegen der mit ihrem Gebrauch verbundenen reduzierten Lösungsmittelemissionen häufig bevorzugt.
In jedem Fall ist es aber in der Erfindung nicht erforderlich, daß das Bindemittel in einen wasserlöslichen Komplexzuständ mit einem gegebenenfalls verwendeten Plastifikator überführt wird; ausreichend ist, das Bindemittel lediglich physikalisch mit dem gegebenenfalls verwendeten Plastifikator zu vermischen, bevor es in das Formgebungs- oder Produktionswerkzeug zur Bildung der Schleifverbundkörper eingeleitet wird. Tatsächlich wurde beobachtet, daß z. B. Bindemittelsysteme auf Vinyletherbasis ausreichendes Erodierbarkeits- oder Polierverhalten bei der praktischen Realisierung der Erfindung zeigen, ohne daß ein Plastifikator zugegeben werden muß.

Zusatzstoffe

Ferner kann der Schleifbrei wahlweise Zusatzstoffe aufweisen, z. B. Füllmittel (u. a. Schleifhilfsmittel), Fasern, Gleit- bzw. Schmiermittel, Benetzungsmittel, thixotrope Materialien, grenzflächenaktive Stoffe, Pigmente, Farbstoffe, Antistatikmittel, Haftmittel, Plastifikatoren und Suspendiermittel. Die Mengen dieser Materialien sind so ausgewählt, daß sich die gewünschten Eigenschaften ergeben.
Zu Beispielen für Füllmittel, die nur wegen ihrer Auswirkungen auf die Erodierbarkeit zum Einsatz kommen, gehören u. a. Glasblasen, Aluminiumoxidblasen, Polymerkugeln, Tonblasen, Marmor, Mergel, Gips, Kreide, Koralle, Muschelkalk und Oolith.
Ein Haftmittel kann eine Assoziationsbrücke zwischen dem Bindemittelvorläufer und den Füllmittelteilchen oder Schleifteilchen bilden. Zu Beispielen für Haftmittel gehören Silane, Titanate und Zircoaluminate. Außerdem enthält der Schleifbrei vorzugsweise etwa 0,01 bis 3 Gewichtsprozent Haftmittel.
Ein Beispiel für ein Suspendiermittel ist ein amorphes Siliciumoxidteilchen mit einer Oberfläche unter 150 Quadratmetern/Gramm, das im Handel von DeGussa Corp. unter dem Handelsnamen "Aerosil 130" oder "OX-50" erhältlich ist.

Form der Schleifverbundkörper

Bevorzugt ist, daß jeder Schleifverbundkörper eine ihm zugeordnete genaue Form hat. In einer Ausführungsform hat die Form eine ihr zugeordnete Oberfläche oder Grenzen, die dazu führen, daß ein Schleifverbundkörper in gewissem Grad von einem weiteren benachbarten Schleifverbundkörper getrennt ist. Das heißt, zur Bildung eines einzelnen Schleifverbundkörpers müssen die Ebenen und Grenzen, die die Form des Schleifverbündkörpers bilden, mindestens an den distalen Enden an den oberen Abschnitten der Formen der Schleifverbundkörper voneinander getrennt sein.
Diese distalen Enden können sich alle bis zu einer gemeinsamen gedachten Ebene erstrecken, die parallel zur Rückschicht verläuft, oder können voneinander unabhängige Höhen haben. Die unteren oder Bodenabschnitte von Schleifverbundkörpern, aber nicht die distalen Enden, können aneinanderstoßen. In dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Schleifverbundkörper "einzeln" in dem Sinn, daß mindestens die distalen Enden unterschiedlicher Verbundkörper nicht zusammenhängen. Stoßen die Schleifverbundkörper aneinander an, stehen normalerweise höchstens 10% von jedem berührenden Verbundkörper auf der Grundlage des senkrechten Höhenmaßes jedes Verbundkörpers in körperlicher Berührung. Infolge dessen bilden mindestens die distalen Enden unabhängige Schleifflächen am Werkstück. Es wird davon ausgegangen, daß diese Bedingung eine regelmäßige Anordnung gesonderter flexiblerer Schleifteile bereitstellt, um die Polierwirkung zu verstärken. Beispielsweise sind gemäß Fig. 3 benachbarte Schleifverbundkörper 34 nahe der Oberseite getrennt und stoßen nahe der Unterseite aneinander an. Gemäß Fig. 4 können benachbarte Schleifverbundkörper 44 nahe der Oberseite und Unterseite vollständig getrennt sein.
Die Einzelform der Schleifverbundkörper kann jede dreidimensionale Form haben, hat aber vorzugsweise eine geometrische Form, z. B. Zylinder-, Kugel-, Pyramiden-, Pyramidenstumpf-, Kegel-, Kegelstumpf-, Prismen-, Würfelform oder ein pfostenartiges Merkmal mit einer Oberseitenform als Dreieck, Quadrat, Rechteck, Sechseck, Achteck o. ä. Zudem kann das resultierende Schleifmittel unterschiedliche Schleifverbundkörperformen gemischt aufweisen. Eine bevorzugte Form ist eine Pyramide oder ein Pyramidenstumpf. Vorzugsweise hat die nicht als Stumpf gebildete Pyramidenform vier bis fünf Seiten und die als Stumpf gebildete Form fünf bis sechs Seiten (einschließlich der Basisseite), wenngleich auch eine größere Seitenanzahl im Schutzumfang der Erfindung liegt. Bevorzugt ist eine über das Schleifmittel konstante Höhe der Verbundkörper, wobei aber auch Verbundkörper mit variierenden Höhen vorhanden sein können. Die Höhe der Verbundkörper kann einen Wert bis etwa 200 Mikrometern, insbesondere 25 bis etwa 200 Mikrometern haben. Bei Verwendung einer Pyramiden- oder Pyramidenstumpfform können die Basisseitenlängen allgemein eine Länge von etwa 100 bis 500 Mikrometern haben.
Alternativ können die einzelnen Schleifverbundkörper als Schleifagglomerate oder -perlen vorgesehen sein, z. B. gemäß Fig. 4. Allgemein sind diese Schleifagglomerate von der Art, die in den hierin durch Verweis eingefügten US-A-4311489 (Kressner), US-A-4652275 (Bloecher et al.) und US-A-4799939 (Bloecher et al.) beschrieben ist, jedoch im Sinne der Erfindung abgewandelt, um die Erodierbarkeit des Verbundkörpers auf die hierin beschriebene Weise zu erhöhen.
Vorzugsweise sollten mindestens 700 einzelne Schleifverbundkörper je Quadratzentimeter, bevorzugt mindestens 1500, stärker bevorzugt mindestens 3000 und am stärksten bevorzugt mindestens 4600 einzelne Schleifverbundkörper je Quadratzentimeter als Flächenabstand der Verbundkörper auf der Rückschichtbahn vorhanden sein. Diese Dichtezahlen von Schleifverbundkörpern führen zu einem Schleifmittel mit relativ hoher Spanrate und langer Standzeit, aber auch zu einer relativ feinen Oberflächengüte auf dem geschliffenen Werkstück. Zusätzlich liegt bei dieser Abstandszahl von Schleifverbundkörpern eine relativ geringe flächenbezogene bzw. Einheitskraft je Schleifverbundkörper vor. In manchen Fällen kann dies zu besserer, stärker reproduzierbarer Zersetzung des Schleifverbundkörpers führen.
Alternativ ist erwogen, daß die in der Erfindung verwendeten Schleifverbundkörper als zusammenhängendes Netz auf einer Rückschicht gebildet sein können, das durch einen gehär teten Brei aus den in einem Bindemittel der hierin offenbarten Art dispergierten Schleifteilchen zustande kommt. Das Netz kann eine Gitterkonfiguration haben, bei der miteinander verbundene Stege aus dem Schleifmaterial, das z. B. mittels Tiefdruckwalze auf eine Rückschicht aufgetragen ist, Öffnungen ohne Schleifmaterial umschließen. In dieser Ausführungsform ist das Schleifmaterial diskontinuierlich auf die Rückschicht aufgetragen oder darauf ausgebildet, um längliche Stege aus Schleifmaterial vorzusehen, die einschließlich der distalen Enden miteinander verbunden sind. Diese Ausführungsform der Erfindung bildet ein erhabenes Muster aus Schleifmaterial, beispielsweise u. a. die in den US-A-4773920 und US- A-5014468 erwähnten Muster, obwohl das Schleifmaterial im Sinne der Erfindung durch hierin offenbarte Einrichtungen abgewandelt ist, um ein erodierbares Schleifmaterial zu bilden, beispielsweise durch die Art und Menge von zugegebenem Plastifikator gemäß der Beschreibung hierin oder durch Verwendung eines weichen Bindemittels, beispielsweise u. a. den hierin beschriebenen Vinylethern.

Verfahren zur Herstellung des bevorzugten Schleifmittels

Fig. 5 ist ein Schema des bevorzugten Schleifmittels zur Verwendung mit der Erfindung. Der erste Schritt bei Herstellung des bevorzugten Schleifmittels ist die Herstellung des Schleifbreis. Der Schleifbrei wird hergestellt, indem durch eine geeignete Mischtechnik der Bindemittelvorläufer, die Schleifteilchen und die wahlweisen Zusatzstoffe kombiniert werden. Zu Beispielen für Mischtechniken gehören Mischen mit niedriger Scherung und hoher Scherung, wobei Mischen mit hoher Scherung bevorzugt ist. Die Luftblasenmenge im Schleifbrei läßt sich minimieren, indem während des Schritts zum Mischen ein Vakuum erzeugt wird. Wichtig ist, daß der Schleifbrei ein gut beschichtendes Fließverhalten (Rheologie) hat, bei dem sich die Schleifteilchen und andere Zusatzstoffe nicht aus dem Schleifbrei absetzen. Alle bekannten Techniken zur Verbesserung der Beschichtungsfähigkeit, z. B. Ultraschall oder Erwärmung, können zum Einsatz kommen.
Für die Erfindung gibt es zwei Hauptverfahren zur Herstellung des Schleifmittels. Das erste und bevorzugte Verfahren führt allgemein zu einem Schleifverbundkörper, der eine genaue Form hat. Um die genaue Form zu erhalten, wird der Bindemittelvorläufer verfestigt oder gehärtet, während der Schleifbrei in Hohlräumen eines Produktionswerkzeugs vorhanden ist. Das zweite Verfahren führt allgemein zu einem Schleifverbundkörper, der eine unregelmäßige Form hat.
Beim zweiten Verfahren wird der Schleifbrei zu Kugeln oder Perlen oder Schleifverbundkörpern geformt, z. B. solchen, die in einem handelsüblichen Erzeugnis, 3M 356M Qwik StripTM Feinbearbeitungsauflage, hergestellt von Minnesota Mining & Manufacturing, St. Paul, Minnesota, USA, vorhanden sind, wobei jedoch diese Auflage für Zwecke der Erfindung abgewandelt wurde, indem ein Aluminiumoxid-Schleifteilchen mit höchstens 2,0 Mikrometern anstelle der zuvor verwendeten Teilchen mit 4 Mikrometern zum Einsatz kam. Zuvor wurde nicht erwartet, daß die Schleifauflage 356M Qwik StripTM, die als Feinbearbeitungsauflage vertrieben wird, in der Abwandlung hierin oder anderweitig auf das Verfahren der Erfindung anwendbar ist, das Verfahrensabläufe zum Linsenpolieren beinhaltet, geschweige denn, daß sie eine Oberflächengüte liefert, die für eine harte Beschichtung akzeptabel ist, ohne daß dazu ein loser Schleifbrei in einem weiteren Schritt im Polierablauf eingesetzt werden muß.
Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung des Schleifmittels, um genau geformte Schleifverbundkörper zu bilden, verwendet ein Produktionswerkzeug, das zahlreiche Hohlräume enthält. Diese Hohlräume haben im wesentlichen die Umkehrform des gewünschten Schleifverbundkörpers und sind für die Erzeu gung der Schleifverbundkörperform zuständig. Die Anzahl von Hohlräumen führt zur Bildung eines Schleifmittels mit einer entsprechenden Anzahl von Schleifverbundkörpern je quadratischer Flächeneinheit. Diese Hohlräume können jede geometrische Form haben, z. B. Zylinder, Kuppel, Pyramide, Pyramidenstumpf, Prisma, Würfel, Kegel, Kegelstumpf oder ein pfostenartiges Merkmal mit einer Oberseitenform als Dreieck, Quadrat, Rechteck, Sechseck, Achteck o. ä. Die Abmessungen der Hohlräume sind so ausgewählt, daß die gewünschte Anzahl von Schleifverbundkörpern je Quadratzentimeter erreicht wird. Die Hohlräume können in einem punktartigen Muster mit Räumen zwischen benachbarten Hohlräumen vorhanden sein, oder die Hohlräume können aneinanderstoßen. Bevorzugt ist, daß die Hohlräume aneinanderstoßen.
Das Produktionswerkzeug kann ein Band, eine Bahn, eine kontinuierliche Bahn oder Lage, eine Beschichtungswalze, z. B. eine Tiefdruckwalze, eine auf einer Beschichtungswalze angeordnete Hülse oder Prägeform sein. Das Produktionswerkzeug kann aus Metall, u. a. mit einer nickelplattierten Oberfläche, Metallegierungen, Keramik oder Kunststoff bestehen. Weitere Angaben zu Produktionswerkzeugen, deren Herstellung, Materialien usw. finden sich in der hierin durch Verweis eingefügten US-A-5152917 (Pieper et al.) sowie in der gleichzeitig anhängigen US-Anmeldung Nr. 08/004929 (Spurgeon et al.), eingereicht am 14. Januar 1993. Ein bevorzugtes Produktionswerkzeug ist ein thermoplastisches Produktionswerkzeug, das von einem Metallbezugsformstück abgeprägt ist.
Weist der Schleifbrei einen wärmehärtbaren Bindemittelvorläufer auf, wird der Bindemittelvorläufer gehärtet oder polymerisiert. Allgemein wird diese Polymerisation bei Exposition gegenüber einer Energiequelle ausgelöst. Im allgemeinen ist die Energiemenge von mehreren Faktoren abhängig, z. B. chemische Zusammensetzung des Bindemittelvorläufers, Abmessungen des Schleifbreis, Menge und Art von Schleifteilchen sowie Menge und Art der wahlweisen Zusatzstoffe. Zu den Strahlungsenergiequellen gehören solche mit Elektronenstrahl, ultraviolettem Licht oder sichtbarem Licht. Elektronenstrahlung (ionisierende Strahlung) kann mit einem Energieniveau von etwa 0, 1 bis etwa 10 Mrad zum Einsatz kommen. Ultraviolettstrahlung bezeichnet Nichtteilchenstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 200 bis etwa 400 Nanometern, vorzugsweise im Bereich von etwa 250 bis 400 Nanometern. Die bevorzugte Ausgabe der Strahlungsquelle beträgt 118 bis 236 W/cm. Sichtbare Strahlung bezeichnet Nichtteilchenstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 400 bis etwa 800 Nanometern, vorzugsweise im Bereich von etwa 400 bis etwa 550 Nanometern.
In Fig. 5 ist ein Verfahren zur Herstellung des bevorzugten dreidimensionalen Schleifmittels dargestellt. Eine Rückschicht 51 verläßt eine Abwickelstation 52, und gleichzeitig verläßt das Produktionswerkzeug (Hohlraumwerkzeug) 56 eine Abwickelstation 55. Das Produktionswerkzeug 56 wird durch eine Beschichtungsstation 54 mit Schleifbrei beschichtet. Die Beschichtungsstation kann eine herkömmliche Beschichtungseinrichtung sein, z. B. eine Tropfdüsen-Auftragmaschine, Rakelstreichmaschine, Lackgießmaschine, Vakuumdüsenbeschichtungsmaschine oder Düsenbeschichtungsmaschine. Beim Auftragen sollte die Luftblasenbildung minimiert sein. Die bevorzugte Beschichtungstechnik ist eine Vakuum-Fluidlagerdüse, die von der in den US-A-3594865, 4959265 und 5077870 beschriebenen Art sein kann.
Nach Beschichten des Produktionswerkzeugs werden die Rückschicht 51 und der Schleifbrei durch eine Einrichtung so in Berührung gebracht, daß der Schleifbrei die Vorderfläche der Rückschicht benetzt. In Fig. 5 wird der Schleifbrei mit der Rückschicht durch eine Kontaktquetschwalze 57 in Berüh rung gebracht. Danach drückt die Kontaktquetschwalze 57 ferner den resultierenden Aufbau an eine Stütztrommel 53. Anschließend wird eine gewisse Strahlungsenergieform, z. B. gemäß der Beschreibung hierin, durch eine Energiequelle 63 in den Schleifbrei übertragen, um den Bindemittelvorläufer mindestens teilweise zu härten. Beispielsweise kann das Produktionswerkzeug aus einem durchsichtigen Material bestehen, um Lichtstrahlung zum Brei durchzulassen, der in den Hohlräumen im Werkzeug enthalten ist, während das Werkzeug und die Rückschicht über die Walze 53 laufen. Unter dem Begriff "teilweises Härten" wird verstanden, daß der Bindemittelvorläufer polymerisiert wird und einen solchen Zustand einnimmt, daß der Schleifbrei nicht aus einem umgekehrten Produktionswerkzeug fließt. Der Bindemittelvorläufer kann durch eine Energiequelle vollständig gehärtet werden, sobald er vom Produktionswerkzeug entfernt ist. Danach wird das Produktionswerkzeug wieder auf einen Dorn 59 aufgewickelt, so daß das Produktionswerkzeug 56 erneut verwendet werden kann. Außerdem wird das Schleifmittel 60 wird auf einen Dorn 61 aufgewickelt. Ist der Bindemittelvorläufer nicht vollständig gehärtet, kann der Bindemittelvorläufer anschließend durch zeitliche Wirkung und/oder Exposition gegenüber einer Energiequelle vollständig gehärtet werden.
Weitere Details zum Einsatz eines Produktionswerkzeugs zur Herstellung des Schleifmittels gemäß diesem bevorzugten Verfahren sind in der hierin durch Verweis aufgenommenen US- A-5152917 (Pieper et al.) sowie der am 14. Januar 1993 eingereichten USSN 08/004929 (Spurgeon et al.) näher beschrieben.
In einer weiteren Variante dieses ersten Verfahrens kann anstelle der Hohlräume des Produktionswerkzeugs die Rückschicht mit dem Schleifbrei überzogen werden. Danach wird die mit Schleifbrei beschichtete Rückschicht so mit dem Produktionswerkzeug in Berührung gebracht, daß der Schleifbrei in die Hohlräume des Produktionswerkzeugs fließt. Im übrigen entsprechen die Schritte zur Schleifmittelherstellung der vorstehenden Beschreibung. Bei diesem Verfahren ist bevorzugt, daß der Bindemittelvorläüfer durch Strahlungsenergie gehärtet wird. Die Strahlungsenergie kann durch die Rückschicht oder durch das Produktionswerkzeug übertragen werden. Von der Rückschicht oder dem Produktionswerkzeug sollte die Strahlungsenergie kaum aufgenommen werden. Zusätzlich sollte die Strahlungsenergie die Rückschicht oder das Produktionswerkzeug kaum beeinträchtigen. Beispielsweise läßt sich ultraviolettes Licht durch eine Polyesterrückschicht übertragen.
Ist das Produktionswerkzeug aus bestimmten thermoplastischen Materialien hergestellt, z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polycarbonat, Poly(ethersulfon), Poly(methylmethacrylat), Polyurethanen, Polyvinylchlorid oder deren Kombinationen, kann alternativ ultraviolettes oder sichtbares Licht durch das Produktionswerkzeug und in den Schleifbrei übertragen werden. Je stärker das Material verformbar ist, um so einfacher ist die Verarbeitung. Für Produktionswerkzeuge auf der Grundlage von thermoplastischem Material sollten die Betriebsbedingungen zur Schleifmittelherstellung so eingestellt sein, daß keine überschüssige Wärme erzeugt wird. Bei zu starker Wärmeerzeugung könnte sich das thermoplastische Werkzeug verformen oder schmelzen.
Nach Herstellung des Schleifmittels kann es gefaltet und/oder befeuchtet werden, bevor es in die Form einer Segmentscheibe vor Gebrauch des Schleifmittels gebracht wird.
Ein weiteres Verfahren zur Schleifmittelherstellung besteht darin, mehrere Schleifagglomerate mit einer Rückschicht zu verbinden. Diese Schleifagglomerate weisen zahlreiche Schleifteilchen auf, die miteinander verbunden sind, um eine geformte Masse mittels eines ersten Bindemittels zu bilden. Anschließend werden die resultierenden Schleifagglomerate in einem zweiten Bindemittelvorläufer dispergiert und auf eine Rückschicht aufgetragen. Der zweite Bindemittelvorläufer wird zu einem Bindemittel verfestigt, wonach die Schleifagglomerate mit der Rückschicht verbunden werden.
Die Schleifagglomerate können die zuvor diskutierten wahlweisen Zusatzstoffe aufweisen und enthalten vorzugsweise einen Plastifikator. Die Schleifagglomerate sollten eine gewünschte Erodierbarkeitsrate haben, so daß sie beim Gebrauch zerfallen. Wiederum kann die Erodierbarkeitsrate durch die Schleifmittelart, die Art des ersten Bindemittels, die Arten der Zusatzstoffe und deren Verhältnisse bestimmt werden. Außerdem ist bevorzugt, daß dieses Schleifagglomerat einen Plastifikator enthält.
Schleifagglomerate können durch ein herkömmliches Verfahren hergestellt werden, z. B. durch jene, die in den hierin durch Verweis aufgenommenen US-A-4311489, 4652275 und 4799939 näher beschrieben sind.
Die Schleifagglomerate werden in einem zweiten Bindemittelvorläufer dispergiert, um einen Schleifbrei zu bilden. Die übrigen Schritte zur Schleifmittelherstellung können die gleichen wie hierin diskutiert sein. Alternativ kann der Schleifbrei auf die Rückschicht durch Rakelbeschichten, Walzenbeschichten, Sprühen, Tiefdruckbeschichten, Düsenbeschichten, Florstreichbeschichten oder andere herkömmliche Beschichtungstechniken aufgetragen werden. Anschließend wird der Schleifbrei einer Energiequelle ausgesetzt, um den Bindemittelvorläufer zu härten und den Schleifbrei in einen Schleifverbundkörper zu überführen.

Verfahren zur Feinbearbeitung eines Werkstücks

Das Verfahren der Erfindung betrifft das Polieren ophthalmischer Linsen mit einer festen, dreidimensionalen Schleifauflage anstelle eines losen Schleifbreis oder -gels. Gewöhnlich ist das Werkstück für dieses Verfahren eine oph thalmische Kunststofflinse, obwohl auch Glaslinsen im Schutzumfang der Erfindung liegen. Die Kunststofflinsenmaterialien, die durch die Erfindung poliert werden können, sind nicht speziell beschränkt und weisen Polycarbonate, z. B. CR- 39, hergestellt von PPG, Pittsburgh, Pennsylvania, USA, Polyester, Polyurethane, Polymethylmethacrylate, Polystyrole und andere auf diesem Gebiet bekannte Materialien mit hoher Brechzahl auf.
Nach dem zweiten oder abschließenden Feinbearbeitungsschritt erhält man normalerweise einen Ra-Wert von etwa 0,06 bis 0,13 Mikrometern oder einen Rtm-Wert von 0,40 bis 0,90 Mikrometern auf der Linsenoberfläche durch Verwendung herkömmlicher Feinbearbeitungsauflagen. Dieser Oberflächengütegrad muß nach dem Polierschritt auf einen Rtm-Wert von mindestens 0,30 Mikrometern gesenkt sein, damit die Oberfläche zur Hartbeschichtung akzeptabel wird. Außerdem sind starke Kratzer, Wirbelspuren oder Einschnitte inakzeptabel und führen zu einer fehlerhaften Linse.
Eine in der Erfindung einsetzbare Poliermaschine kann jede Maschine sein, die so gestaltet ist, daß sie eine feste Schleifauflage, d. h. eine Läppeinrichtung, aufnehmen kann. Zu Beispielen für Läppmaschinen, die für den Poliervorgang der Erfindung geeignet sind, gehören eine Zylindermaschine Coburn 5000 oder Zylindermaschine Coburn 5056, beide von Coburn Optical Industries, Inc., Muskogee, Oklahoma zu beziehen, und andere in der Industrie bekannte Maschinen. Für das Verfahren sind flächenbezogene bzw. Einheitsdrücke von etwa 0,7 bis 1,8 kg/cm² erwünscht, wobei 1,3 bis 1,5 kg/cm² am stärksten bevorzugt sind. Allerdings richtet sich der Einheitsdruck gewöhnlich teilweise nach der verwendeten Polierausrüstung. Angenommen wird, daß der Einheitsdruck auf das Schleifmittel bei der Zersetzung der Erosion des verwendeten Schleifmittels hilfreich ist, wobei er sich für jede Art von Schleifmittel unterscheidet. Insgesamt hängt der genutzte Druck von der eingesetzten Polierausrüstung, der anfänglichen Oberflächengüte der Linse, der Größe der Schleifteilchen und der gewünschten Endgüte der Linsenoberfläche ab.
Die Polierzeit für Linsen beträgt gewöhnlich 30 Sekunden bis 6 Minuten, wobei 2 bis 3 Minuten am weitesten verbreitet sind. Die tatsächlich erforderliche Zeit zum Linsenpolieren hängt vom verwendeten Druck, von der Anfangsoberflächengüte der Linse, der Schleifteilchengröße und der gewünschten Endgüte der Linsenoberfläche ab. Ein erfahrener Maschinenbediener wird in der Lage sein, die richtige Zeit und den richtigen Druck zu bestimmen, die für die gewünschte Endgüte der Linsenoberfläche erforderlich sind.
Die Läppeinrichtung wird im Verlauf des Polierverfahrens der Erfindung mit Wasser geflutet. Die bei Einsatz der Polierbahn oder -auflage der Erfindung verwendete wäßrige Strömung ist vorzugsweise überwiegend Wasser, kann aber auch andere Bestandteile aufweisen, die normalerweise beim Breipolieren oder Fertigbearbeiten mit herkömmlichen beschichteten Schleifmitteln verwendet werden. Solche Zusatzstoffe können wasserlösliche Öle, emulgierbare Öle, Benetzungsmittel u. ä. aufweisen. Die wäßrige Strömung ist mindestens im wesentlichen frei von Schleifteilchen und enthält vorzugsweise keine Schleifteilchen.
Klar ist, daß ohne Zugabe zusätzlicher Schleifteilchen zur Flüssigkeit das Polieren durch das Schleifmittel erfolgt. Jedoch können und werden bei Erosion der Schleifverbundkörper im Polierverlauf natürlich einige verschlissene Schleifteilchen, die aus diesen Schleifverbundkörpern freigesetzt werden, vorübergehend in der Flüssigkeit nahe der Schleifarbeitsfläche bis zu ihrer Trockenlegung vorhanden sein, liegen aber nicht in der anfangs zugeführten Flüssigkeit vor.
Die an der Grenzfläche zwischen Polierbahn und zu polierender Linse zugeführte Wasserströmung sollte ein relativ großes Volumen haben, um die Polieroberfläche zu "fluten", d. h., sie sollte in einer Menge zum Einsatz kommen, die ausreicht, um im wesentlichen alle Oberflächen an der Schleifgrenzfläche zu bedecken. Ein Wasserschlauch und eine Düse können auf die Grenzfläche gerichtet sein, damit beim Polieren Wasser an der Grenzfläche vorhanden ist.
Nach Polieren der optischen Linse auf eine Oberflächengüte mit einem Rtm-Höchstwert von 0,30 Mikrometern gemäß der Erfindung kann eine harte kratzfeste Beschichtung auf die polierte Oberfläche der Linse aufgetragen werden, um die Oberfläche zu schützen. Vorzugsweise ist diese kratzfeste Beschichtung ein härtbares Polymermaterial, das bei Einwirkung von Strahlung aus einer Wärme- oder Lichtquelle vernetzt werden kann. In der Technik bekannte Polysiloxanmaterialien können dafür zum Einsatz kommen. Zu geeigneten harten Beschichtungen gehören handelsübliche Materialien, z. B. die Ultra- Optics-Hartbeschichtung, hergestellt von Ultra Optics Co., Minneapolis, Minnesota, USA, sowie Beschichtungen, z. B. TI- 325, hergestellt von Lens Technology Inc., Torrance, California, USA. Außerdem könnte die harte Beschichtung durch Aufstäuben bzw. Sputterverfahren auf die Linsenoberfläche hergestellt werden.
In den folgenden nichteinschränkenden Beispielen wird die Erfindung näher veranschaulicht. Sofern nichts anderes angegeben ist, sind in den Beispielen alle Teil-, Prozent-, Verhältnisangaben usw. gewichtsbezogen.
Im folgenden werden durchweg folgende Abkürzungen verwendet:
TMPTA: Trimethylolpropantriacrylat, unter dem Handelsnamen "SR 351" von Sartomer zu beziehen;
PEG: Polyethylenglycol, im Handel unter dem Handelsnamen "Carbowax 600" von Union Carbide vertrieben;
PH2 : 2-Benzyl-2-N,N-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl) -1-butanon, im Handel unter dem Handelsnamen "Irgacure 369" von Ciba Geigy Corp. erhältlich;
ASF1: amorphes Siliciumoxidfüllmittel, im Handel unter dem Handelsnamen "Aerosil 130" von DeGussa vertrieben;
ASF2: amorphes Siliciumoxidfüllmittel, im Handel unter dem Handelsnamen "Aerosil 812" von DeGussa vertrieben;
WA0: weißes Aluminiumoxid, Güte 6000 nach JIS, mittlere Teilchengröße 2 Mikrometer, vertrieben von Fujimi Corp.;
WAB: agglomeriertes weißes Aluminiumoxid (mittlere Teilchengröße 2 Mikrometer), Mischung aus Siebgüten 40/170, 170/200 und 200;
SCA: Silanhaftmittel, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, im Handel unter dem Handelsnamen "A-174" von Union Carbide zu beziehen;
PMR: ein Phenolharzsystem, hergestellt durch ein nachstehend beschriebenes Verfahren;
RV: 1,4-Cyclohexandimethanoldivinylether, im Handel unter dem Handelsnamen "Rapicure CHVE" von International Speciality Products (ISP), Wayne, New Jersey zu beziehen;
RP: Propenylether von Propylencarbonat, im Handel unter dem Handelsnamen "Rapicure PEPC" von International Speciality Products (ISP), Wayne, New Jersey zu beziehen;
RD: Triethylenglycoldivinylether, im Handel unter dem Handelsnamen "Rapicure DVE-3" von International Speciality Products (ISP), Wayne, New Jersey zu beziehen;
RH: Hydroxybutylvinylether, im Handel unter dem Handelsnamen "Rapicure HBVE" von International Speciality Products (ISP), Wayne, New Jersey zu beziehen;
V2: Estermonomer mit endständigem Vinylether, MW 436, Viskosität 430 Zentipoise, im Handel unter dem Handelsnamen "Vectomer 4020" von Allied Signal, Morristown, New Jersey erhältlich;
V3: Estermonomer mit endständigem Vinylether, Viskosität 75 zentipoise, im Handel unter dem Handelsnamen "Vectomer 4030" von Allied Signal, Morristown, New Jersey erhältlich;
IC: kationischer Fotoinitiator, Triarylschwefelsalz, im Handel unter dem Handelsnamen "Cyracure UVI-6990" von Union Carbide zu beziehen.

Verfahren zur Herstellung von PMR

Folgende Bestandteile wurden gründlich dispergiert, ohne eine spezielle Reihenfolge zu beachten: 15,84 Teile Deionat, 0,72 Teile "Poly-Solv", im Handel von Olin Chemicals, Stamford, Connecticut zu beziehen, 12,60 Teile Aceton, 5,30 Teile Glycolether-Lösungsmittel, 29; 77 Teile Resol-Phenolharz (enthält 2 bis 4% freies Phenol, Formaldehyd-Phenol-Verhältnis etwa 1,8 : 1, und 70% Feststoffe), 7,39 Teile PEG, 14,02 Teile amorpher Kieselton, 12,17 Teile Methylethylketon, 0,78 Teile "Bentone SDI" sowie 0,78 Teile "Bentone 38", beide von National Lead Company erhältlich.

Prüfverfahren 1

Im Prüfverfahren 1 sollte das Schleifmittel zum Polieren ophthalmischer Linsen geprüft werden. Die gemäß den nachfolgenden Beispielen hergestellten Schleifmittelproben wurden mit einem normalen Schneidwerkzeug in "Segmentscheiben" mit 3 Inch (etwa 7,6 cm) Durchmesser geschnitten. Das Linsenwerk stück bestand aus Kunststoff "CR-39", hergestellt von Pittsburgh Paint & Glass (PPG), Pittsburgh, Pennsylvania, USA, und war zu einer 68-mm-Hartlinse als Halbfertigprodukt gearbeitet, die von SOLA Optical, USA, Petaluma, California zu beziehen ist, sofern in den folgenden Beispielen nichts anderes angegeben ist. Sie hatte einen Durchmesser von 68 mm und war auf eine sphärische 212er Wölbung (2,12 Dioptrien) vorgeschliffen. Die Rückseite des zu prüfenden Schleifmaterials war mit einem selbsthaftenden Klebeband laminiert und über einen Läppblock gespannt. Sofern in den nachfolgenden Beispielen nichts anderes angegeben ist, war die verwendete Poliermaschine eine Zylindermaschine Coburn 5000 von Coburn Optical Industries, Inc., Muskogee, Oklahoma, USA mit einer Poliermaschineneinstellung von 20 Poundal (etwa 4, 5 Newton), die dazu diente, die Läppeinrichtung und das Schleifmittel an die Oberfläche des Linsenwerkstücks zu drücken. Der Läppblock und die Linse wurden beim Polieren mit Wasser geflutet. Die Wasserflutung kam zustande, indem ein kontinuierlicher Wasserstrom in die Grenzfläche zwischen dem in Berührung stehenden Läppblock und Linsenwerkstück gespritzt wurde.
Sofern in den folgenden Beispielen nichts anderes angegeben ist, wurde zunächst ein Feinbearbeitungsvorgang in zwei Schritten durchgeführt. Die Linse wurde eine Minute mit einem 15-Mikrometer-Siliciumcarbidpapier feinbearbeitet, das im Handel von Minnesota Mining and Manufacturing, St. Paul, Minnesota, USA unter dem Namen 3M 416M Qwik StripTM Feinbearbeitungsauflage erhältlich ist, und danach zwei Minuten mit einem 4-Mikrometer-Läppfilm mit Aluminiumoxidperlen, im Handel von Minnesota Mining and Manufacturing unter dem Handelsnamen 3M 356M Qwik StripTM Feinbearbeitungsauflage zu beziehen. Das (die) beispielhafte(n) Polierschleifmittelmaterial(ien) gemäß der nachfolgenden Beschreibung wurde(n) anschließend zum zweiminütigen Polieren der Linse unter ansonsten gleichen Bedingungen als zweiter Feinbearbeitungsschritt verwendet.

Rtm

Bei Rtm handelt es sich um ein in der Schleifindustrie verbreitetes Rauheitsmaß; es bezeichnet definitionsgemäß das Mittel von fünf Einzelrauhtiefen fünf aneinandergrenzender Meßstrecken, wobei eine Einzelrauhtiefe der senkrechte Abstand zwischen dem höchsten und tiefsten Punkt der Meßstrecke ist. Gemessen wurde der Rtm-Wert mit einem Profilometertaster, der ein Fühler mit Diamantspitze ist, und die Ergebnisse wurden in Mikrometern registriert. Allgemein gilt, daß bei kleinerem Rtm-Wert die Oberfläche glatter ist. Eine geringe Abweichung im absoluten Rtm-Wert kann, muß aber nicht, auftreten, wenn die Messung an der gleichen Fertiglinse mit unterschiedlichen handelsüblichen Profilometermodellen erfolgt.
Zur Charakterisierung des in der Erfindung verwendeten Schleifmittels wurden die Rtm-Messungen mit einem Profilometer Perthen M4P bestimmt, das von der Feinprof Perthen GmbH, Göttingen, Deutschland zu beziehen ist und eine Spitze mit 0,005 mm Radius sowie einen Meßhub von 8 mm hatte.

Beispiele 1 und 2

Schleifmittel für die Beispiele 1 und 2 wurden aus den Schleifbreiformulierungen gemäß Tabelle 1 hergestellt. Tabelle 1
Das Schleifmittel für Beispiel 1 und Beispiel 2 wurde jeweils durch einen allgemein in Fig. 5 dargestellten Ablauf hergestellt. Insbesondere wurde für Beispiel 1 und 2 der Schleifbrei jeweils mit einer Rakelstreichmaschine bei einer Geschwindigkeit von 4,6 Metern/Minute auf ein Polypropylen- Produktionswerkzeug aufgetragen, das ein pyramidenstumpfförmiges Muster hatte, so daß der Schleifbrei Vertiefungen im Werkzeug füllte. Der Schleifbrei wird in etwas überschüssiger Menge zugeführt, um eine Wulst aus überschüssigem Brei auf dem Werkzeug oberhalb der Quetschwalze 57 zu bilden, was eine spätere Trennung der Rückschicht vom Produktionswerkzeug erleichtert. Das Pyramidenmuster war so, daß ihre benachbarten Basen einen kürzesten gegenseitigen Abstand von etwa 510 Mikrometern hatten. Die Höhe der Pyramidenstümpfe betrug etwa 80 Mikrometer (3,15 Milli-Inch), die Basis hatte etwa 178 Mikrometer (7 Milli-Inch) je Seite, und die Oberseite hatte etwa 51 Mikrometer (2 Milli-Inch) je Seite. Je Inch waren etwa 125 Zeilen vorhanden (etwa 49 Zeilen je Zentimeter), die die regelmäßige Anordnung aus Verbundkörpern darstellten. Eine 250 Mikrometer dicke Papierrückschicht wurde durch eine Walze an das Produktionswerkzeug gepreßt, und der Schleifbrei benetzte die Vorderseite der Rückschicht. Die Härtung des Mittels erfolgte durch einmaliges Durchführen des Werkzeugs zusammen mit der Rückschicht und dem Bindemittelvorläufer unter einer "V-Kolben"-Lampe mit 600 W/Inch (236 W/cm) (zu beziehen von Fusion Systems Co.) mit einer Geschwindigkeit von etwa 45,7 Metern je Minute. Die Strahlung durchlief das Produktionswerkzeug. Dieses sichtbare Licht führte dazu, daß der Schleifbrei in einen Schleifverbundkörper überführt und der Schleifverbundkörper an den Papierträger geklebt wurde. Danach wurde der Aufbau aus Papier und Schleifverbundkörper vom Produktionswerkzeug getrennt, um ein Schleifmittel zu bilden.

Vergleichsbeispiel A

Beim Vergleichsbeispiel A erfolgte das Polieren mit einem losen Aluminiumoxidbrei mit 2,5 Mikrometern mittlerer Teilchengröße, der im Handel von Transelco Co., Penn Yan, New York, USA unter dem Handelsnamen "Micronal Supreme 700" erhältlich ist. Der Brei wurde auf eine weiche Polierauflage gegeben, und das Prüfverfahren 1 wurde durchgeführt.
Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt (in Mikrometern) die Rtm-Anfangs- und Endwerte der Linsen vor bzw. nach Polieren für die Beispiele 1 und 2 und das Vergleichsbeispiel A bei der Prüfung nach Prüfverfahren 1. Tabelle 2
* Der Rtm-Wert wurde als Mittelwert von 6 bis 8 Messungen bestimmt.
** Die Rtm-Werte für das Vergleichsbeispiel wurden mit einem bekannten Laser-Profilometer von UBM Corporation, Roselle, New Jersey anstelle des für die Beispiele 1 und 2 verwendeten Perthometers Perthen M4P gemessen.
Die Ergebnisse zeigen, daß die Verwendung des bahnförmigen Schleifmittels in der Erfindung zwar nicht so niedrige Werte wie beim Vergleichsbeispiel mit einem losen Schleifbrei, wohl aber eine Oberflächengüte oder Oberflächenrauheit unter 0,30 Mikrometern erzeugt, was zur Aufnahme einer harten Schutzbeschichtung akzeptabel ist, ohne daß dazu die Notwendigkeit der mühsamen und unsauberen Verwendung eines Schleifbreis oder -gels besteht.

Beispiel 3

Die Herstellung von Beispiel 3 erfolgte durch Mischen von 6,3 Teilen WAB, das so abgewandelt war, daß weißes Aluminiumoxid mit 1 Mikrometer zum Einsatz kam, mit 100 Teilen PMR. Dieser Schleifbrei wurde mit einer Rakel (bei einem Rakelspalt von 127 Mikrometern) auf eine 250 Mikrometer dicke Papierrückschicht gemäß Beispiel 1 und 2 aufgestrichen. Ansonsten entsprachen Breiherstellung und -behandlung der Beschreibung von Beispiel 1 und 2. Die erzeugten Schleifmittel und eine Linse wurden in einem Polierverfahren gemäß der vorstehenden Beschreibung auf einer Zylindermaschine Coburn 5000 für einen Zeit von 2 Minuten geprüft. Für Rtm-1 in Tabelle 3 wurde der Rtm-Wert der polierten Linse (in Mikrometern) mit einem Perthometer Perthen M4P als "mittlerer" Rtm-Wert durch Mitteln von 6 bis 8 Messungen anstelle von fünf Messungen gemessen, die an verschiedenen zufälligen Stellen an der Linse genommen wurden, obwohl jede Messung etwa im gleichen Abstand von der Linsenkante erfolgte. Für Rtm-2 wurde das gleiche Profilometer zur Messung der Oberflächenrauheit der polierten Linse mit der Ausnahme verwendet, daß zwei Messungen der Länge der Basiswölbung nach erfolgten, wobei die zweite Messung senkrecht zur ersten Messung lag, und diese jeweiligen beiden Messungen für Rtm-2 in Tabelle 3 angegeben sind. Tabelle 3
Die Ergebnisse zeigen, daß das Verfahren der Erfindung sicher Rtm-Werte unter 0,30 Mikrometern über die Gesamtfläche der polierten Linse erzeugt, was noch besser gewährleistet, daß eine harte Schutzbeschichtung aufgenommen werden kann.

Beispiele 4 bis 7

Bewertet wurde außerdem der Gebrauch eines Schleifmittels der Erfindung als Polierauflage unter Verwendung von Bindemittelsystemen auf Vinyletherbasis ohne Plastifikatoren in den Schleifverbundkörpern.
Mit den nachstehend aufgeführten Schleifbreien wurde die Oberseite eines Produktionswerkzeugs rakelbeschichtet, das 80 Mikrometer tiefe Pyramidenhohlräume im Inneren hatte und an einer 250 Mikrometer starken Papierrückschicht befestigt wurde. Die Basis der Pyramidenhohlräume hatte etwa 178 Mikrometer je Seite, und die Oberseite hatte etwa 51 Mikrometer je Seite. Vorhanden waren etwa 125 Zeilen je Inch (etwa 49 Zeilen je Zentimeter), die die regelmäßige Anordnung aus Schleifverbundkörpern darstellten. Das Pyramidenmuster war so, daß ihre benachbarten Basen einen Abstand von etwa 25 um voneinander hatten.
Mit den in Tabelle 4 beschriebenen Komponenten wurden die nachfolgenden Bindemittelvorläuferformulierungen BP1, BP2 und BP3 hergestellt. Mengen sind in Gewichtsteilen angegeben. Tabelle 4
Der Schleifbrei für Beispiel 4 wurde mit 53,2 Teilen WA0, 44,4 Teilen BP1, 1,4 Teilen ASF2 und 1 Teil SCA hergestellt.
Der Schleifbrei für Beispiel 5 entsprach Beispiel 4 mit der Ausnahme, daß BP2 anstelle von BP1 verwendet wurde.
Der Schleifbrei für Beispiel 6 war der gleiche wie für die Beispiele 4 und 5 mit der Ausnahme, daß BP3 anstelle von BP1 bzw. BP2 zum Einsatz kam. Beispiel 6 wurde dupliziert, um die gleichen Schleifbreie für zwei getrennte Durchläufe, Beispiele 6A und 6B, herzustellen. Beispiel 6A wurde mit einer Liniengeschwindigkeit von 6 Metern/Minute aufgetragen und gehärtet, und Beispiel 6B wurde mit einer Liniengeschwindigkeit von 23 Metern/Minute aufgetragen und gehärtet.
Für Beispiel 7 wurde die Bindemittelvorläuferformulierung BPA mit 60 Teilen TMPTA, 40 Teilen PEG und 1,0 Teil PH2 hergestellt. Bei der für Beispiel 7 hergestellten Schleifbreizusammensetzung handelte es sich um eine Mischung aus 49 Teilen WA0, 49 Teilen BPA, 1,0 Teil ASF1 und 1,0 Teil SCA, wobei alle Teile Gewichtsteile sind.
Die folgenden Parameter kamen auf einer Produktionslinie, z. B. der allgemein in Fig. 5 dargestellten, zum Einsatz, um die Schleifbahnmittel der Beispiele 4 bis 7 zu bilden. Die Beschichtungs- und Härtungsgeschwindigkeit betrug 6 Meter/Minute für die Beispiele 4, 5 und 6A, 15 Meter/Minute für das Beispiel 7 und 23 Meter/Minute für das Beispiel 6B. Die Beschichtungsstation war eine Rakelstreichmaschine mit einem Spalt von 51 Mikrometern.
Der Dorn wurde auf etwa 60ºC erwärmt. Das Härten des Bindemittelvorläufers erfolgte mit einer "D-Kolben"-Lampe mit 600 W/Inch (236 W/cm) von Fusion Systems.
Anschließend wurden die Beispiele 4 bis 7 wie im Prüfverfahren 1 mit der Ausnahme geprüft, daß die verwendete Maschine eine Zylindermaschine Coburn 5056 war und die Linse in nur einem Schritt feinbearbeitet wurde, wobei der 4,0-Mikrometer-Läppfilm mit Aluminiumoxidperlen zum Einsatz kam, der im Handel als Feinbearbeitungsauflage 3M 356M Qwik StripTM erhältlich ist. Im Mittel hatten die feinbearbeiteten Linsen einen Rtm-Wert von etwa 0,42 Miktometern und in allen Fällen über 0,39 Mikrometern. Danach wurden die Linsen mit den Schleifmitteln der Beispiele 4 bis 7 gemäß den Bedingungen des Prüfverfahrens 1 poliert. Zwei oder drei separate Linsen wurden jeweils mit zwei oder drei separaten Proben, d. h. Segmentscheiben, poliert, die aus dem Schleifmittel der jeweiligen Beispiel 4 bis 7 erhalten wurden, um einen Mittelwert für jedes Beispiel gemäß Tabelle 5 zu bestimmen. Die in Mikrometern registrierten Rtm-Ergebnisse der Prüfungen sind in der nachfolgenden Tabelle 5 zusammengefaßt. Tabelle 5
Wie diese Ergebnisse zeigen, liefern die keine Plastifikatoren enthaltenden Vinylether-Bindemittelsysteme ebenfalls Schleifverbundkörper, die Rtm-Polierkennwerte unter 0,30 Mikrometern erzeugen, was eine zur Hartbeschichtung akzeptable Oberflächengüte ist.

Beispiele 8 bis 11

Weitere Prüfungen zum Gebrauch eines Schleifmittels der Erfindung als Polierauflage unter Verwendung von Bindemittelsystemen auf Vinyletherbasis ohne Plastifikatoren in den Schleifverbundkörpern wurden gemäß der nachfolgenden Darstellung durchgeführt.
Mit den in Tabelle 6 beschriebenen Komponenten wurden weitere Bindemittelvorläuferformulierungen hergestellt. Die angegebenen Mengen beziehen sich auf Gewichtsteile. Tabelle 6
Die Schleifbreiherstellung für Beispiel 8 erfolgte mit 53,0 Teilen WA0, 44,6 Teilen BP4, 1,4 Teilen ASF2 und 1 Teil SCA. Der Schleifbrei von Beispiel 8 wurde mit 15,24 Metern/- Minute Liniengeschwindigkeit aufgetragen und gehärtet.
Der Schleifbrei für Beispiel 9 war der gleiche wie im Beispiel 8 mit der Ausnahme, daß BP5 anstelle von BP4 verwendet wurde. Der Schleifbrei von Beispiel 9 wurde mit einer Liniengeschwindigkeit von 15,24 Metern/Minute aufgetragen und gehärtet.
Der Schleifbrei für Beispiel 10 war der gleiche wie im Beispiel 8 mit der Ausnahme, daß BP6 anstelle von BP4 verwendet wurde. Der Schleifbrei von Beispiel 10 wurde mit einer Liniengeschwindigkeit von 4,57 Metern/Minute aufgetragen und gehärtet.
Der Schleifbrei für Beispiel 11 war der gleiche wie im Beispiel 8 mit der Ausnahme, daß BP7 anstelle von BP4 verwendet wurde. Beispiel 11 wurde mit einer Liniengeschwindigkeit von 15,24 Metern/Minute aufgetragen und gehärtet.
Die Schleifbreie kamen auf einer Produktionslinie gemäß der allgemeinen Darstellung in Fig. 5 zum Einsatz, um die Schleifbahnmittel der Beispiele 8 bis 11 zu bilden. Insbesondere wurden die Schleifbreie der Beispiele 8 bis 11 auf ein Polypropylen-Produktionswerkzeug aufgetragen und danach auf 250 Mikrometer starkes Papier übertragen. Die Beschichtungsstation war eine Rakelstreichmaschine mit einem Spalt von 51 Mikrometern. Das für die Beispiele 8 bis 11 verwendete Produktionswerkzeug war mit dem für die Beispiele 1 und 2 verwendeten identisch.
Der Dorn wurde auf etwa 60ºC erwärmt. Das Härten des Bindemittelvorläufers erfolgte mit einer "D-Kolben"-Lampe mit 600 W/Inch (236 W/cm) von Fusion Systems.
Anschließend wurden die Beispiele 8 bis 11 wie im Prüfverfahren 1 mit den folgenden Änderungen geprüft: Die eingesetzte Maschine war eine Zylindermaschine Coburn 5056, das Linsenwerkstück war aus Polycarbonatkunststoff hergestellt, erhältlich von Vision-Ease, St. Cloud, Minnesota (68 mm Durchmesser) und auf eine 212er sphärische Wölbung vorgeschliffen (2,12 Dioptrien), und die Feinbearbeitung der Linse erfolgte in nur einem Schritt in einer Minute mit einer Feinbearbeitungsauflage 3M 314 Qwik StripTM der Güte 1000 (Bezeichnung P1000 A/0), die im Handel von 3M Company, St. Paul, Minnesota zu beziehen ist, auf eine Oberflächengüte von etwa 0,98 Mikrometern. Danach wurden die Linsen mit den Schleifmitteln der Beispiele 8 bis 11 poliert. In der nachfolgenden Tabelle 7 sind die Rtm-Werte (in Mikrometern) für die polierten Linsen aller jeweiligen Durchläufe der Beispiele 8 bis 11 zusammengefaßt.
Zwei oder drei separate Linsen wurden jeweils mit zwei oder drei separaten Proben, d. h. Segmentscheiben, poliert, die aus dem Schleifmittel der jeweiligen Beispiel 8 bis 11 erhalten wurden, um einen Mittelwert für jedes Beispiel gemäß Tabelle 7 zu bestimmen. Die in Mikrometern registrierten Rtm- Ergebnisse der Prüfungen sind in der nachfolgenden Tabelle 7 zusammengefaßt. Tabelle 7
Wie diese Ergebnisse zeigen, lieferten die keine Plastifikatoren enthaltenden Vinylether-Bindemittelsysteme Schleif verbundkörper, die Rtm-Polierkennwerte von höchstens 0,30 Mikrometern erzeugen, was eine zur Hartbeschichtung akzeptable Oberflächengüte ist.

Beispiele 12 bis 14

Noch weitere Prüfungen zum Gebrauch eines Schleifmittels der Erfindung als Polierauflage unter Verwendung von Bindemittelsystemen auf Vinyletherbasis ohne Plastifikatoren in den Schleifverbundkörpern wurden gemäß der nachfolgenden Darstellung durchgeführt.
Mit den in Tabelle 8 beschriebenen Komponenten wurden zusätzliche Bindemittelvorläuferformulierungen hergestellt. Die angegebenen Mengen beziehen sich auf Gewichtsteile. Tabelle 8
Der Schleifbrei von Beispiel 12 wurde wie im Beispiel 8 mit der Ausnahme hergestellt, daß BP8 anstelle von BP4 (in der gleichen Menge) verwendet wurde. Zum Einsatz kam der Schleifbrei von Beispiel 12 beim Herstellen eines Schleifmittels wie in der Beschreibung für Beispiel 8.
Der Schleifbrei von Beispiel 13 wurde wie im Beispiel 8 mit der Ausnahme hergestellt, daß BP9 anstelle von BP4 (in der gleichen Menge) verwendet wurde und der im Beispiel 13 verwendete WAO-Bestandteil 53,0 Teile WAO war, wobei die Klassierung auf Güte 4000 (3 Mikrometer) geändert war. Zum Einsatz kam der Schleifbrei von Beispiel 13 beim Herstellen eines Schleifmittels wie in der Beschreibung für Beispiel 8.
Der Schleifbrei von Beispiel 14 wurde wie im Beispiel 8 mit der Ausnahme hergestellt, daß der im Beispiel 14 verwendete WAO-Bestandteil 60,0 Teile WAO der Güte 6000 (2 Mikrome ter) war und der BP9-Bestandteil anstelle von BP4 zum Einsatz kam, wobei BP9 in 37,6 Teilen verwendet wurde. Der Schleifbrei von Beispiel 14 diente zur Herstellung eines Schleifmittels wie in der Beschreibung für Beispiel 8 mit der Ausnahme, daß der Schleifbrei mit einer Liniengeschwindigkeit von 36,58 Metern/Minute aufgetragen und gehärtet wurde.
Anschließend wurden die Beispiele 12 bis 14 wie im Prüfverfahren 1 mit den folgenden Änderungen geprüft: Die eingesetzte Maschine war eine Zylindermaschine Coburn 5056, die Linsenwerkstücke waren aus einem Kunststoffwerkstück von Silor, St. Petersburg, Florida mit hoher Brechzahl von 1,60 hergestellt, und ferner wurde die Linse in zwei Schritten feinbearbeitet: eine Minute mit einer Papier-Feinbearbeitungsauflage 3M 314 Qwik StripTM (P600 A10) und danach zwei Minuten mit einem Feinbearbeitungsauflagefilm 3M 264M Qwik StripTM (12 um A/O Fine), beide im Handel von 3M Company, St. Paul, Minnesota erhältlich, um eine Oberflächengüte von etwa 0,55 Mikrometern zu ergeben. Anschließend wurden die Linsen mit den Schleifmitteln der Beispiele 12 bis 14 poliert.
Zwei oder drei separate Linsen wurden jeweils mit zwei oder drei separaten Proben, d. h. Segmentscheiben, poliert, die aus dem Schleifmittel der jeweiligen Beispiel 12 bis 14 erhalten wurden, um einen Mittelwert für jedes Beispiel gemäß Tabelle 9 zu bestimmen. Die in Mikrometern registrierten Rtm- Ergebnisse der Prüfungen sind in der nachfolgenden Tabelle 9 zusammengefaßt. Tabelle 9
Wie diese zusätzlichen Ergebnisse zeigen, lieferten die keine Plastifikatoren enthaltenden Vinylether-Bindemittelsy steme Schleifverbundkörper, die Rtm-Polierkennwerte von höchstens 0,30 Mikrometern erzeugen, was eine zur Hartbeschichtung akzeptable Oberflächengüte ist.
Dem Fachmann werden verschiedene Abwandlungen und Änderungen der Erfindung deutlich sein, ohne vom Schutzumfang der Erfindung gemäß der Festlegung in den beigefügten Ansprüchen abzuweichen, und es sollte verständlich sein, daß die Erfindung nicht auf die hierin zur Veranschaulichung dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims

1. Verfahren zum Polieren einer Oberfläche optischer Qualität, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Bereitstellen einer Oberfläche optischer Qualität mit einer ersten Hauptfläche, wobei die erste Hauptfläche einen Rtm-Anfangswert von über 0,35 Mikrometern hat;

(b) Herstellen einer berührenden Reibbeziehung zwischen der ersten Hauptfläche und einem Schleifmittel (10, 30; 40), wobei das Schleifmittel (10, 30; 40) eine bahnartige Struktur aufweist, bei der auf mindestens einer Hauptfläche mehrere einzelne Schleifverbundkörper (34; 44) angeordnet sind, wobei jeder Verbundkörper (34; 44) mehrere in einem Bindemittel (36; 46) dispergierte Schleifteilchen (35) aufweist; und

(c) Bewegen der ersten Hauptfläche und/oder des Schleifmittels (10, 30; 40), die in Berührung stehen, relativ zueinander mit einer Dreh- und/oder Schwingungsbewegung in Gegenwart einer Flüssigkeit, die im wesentlichen frei von Schleifteilchen (35) ist, auf eine solche Weise und für eine solche Zeit, daß die erste Hauptfläche wirksam poliert wird, um eine fertigbearbeitete Oberfläche mit einem Rtm-Endwert von höchstens 0,30 Mikrometern zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (36; 46) aus einem Bindemittelvorläufer hergestellt ist, der über einen Additionspolymerisationsmechanismus gehärtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Vorläufer des Bindemittels (36; 46) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus (meth)acrylierten Urethanen, (meth)acrylierten Epoxidharzen, ethylenisch ungesättigten Verbindungen, Aminoplastderivaten mit α,β-ungesättigten Carbonylseitengruppen, Isocyanuratderivaten mit mindestens einer Acrylatseitengruppe, Isocyanatderivaten mit mindestens einer Acrylatseitengruppe, Vinylethern, Epoxidharzen und deren Mischungen besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Vorläufer des Bindemittels (36; 46) eine Mischung aus Vinylether und einem Katalysator in einer Menge aufweist, die wirksam eine kationische Härtung auslöst.

5. Verfahren nach Anspruch 4, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Vinylether ein Molekulargewicht unter 500 hat.

6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung 10 bis 80 Gewichtsteile Schleifteilchen (35) je 100 Gewichtsteilen Schleifteilchen (35) und Vinylether aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche optischer Qua lität aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kunststoff und Glas besteht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verbundkörper (34; 44) eine genaue dreidimensionale Form hat, die durch eine im wesentlichen scharfe und erkennbare Grenze festgelegt ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verbundkörper (34; 44) ein distales Ende aufweist, das von der ersten Hauptfläche beabstandet ist, und das distale Ende mit keinem anderen Verbundkörper (34; 44) verbunden ist.