JP2006007602A - プラスチックレンズ成形型の製造方法及びプラスチックレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 プラスチックレンズの成形を高精度に行うことができ、プラスチックレンズが非球面レンズであっても好適に使用することができるプラスチックレンズ成形用ガラス製成形型の製造方法、この方法によって製造される成形型、及び、この成形型を使用して製造されたプラスチックレンズの提供。
【解決手段】 プラスチックレンズ成形用ガラス製成形型を、軟化したガラス２表面に押圧型１を押圧後、この押圧を保持して押圧されたガラス２をガラス転移点未満にまで冷却し、その後押圧を解除してガラスを徐冷することによってガラス製成形型を製造する。軟化したガラス２の形状は、凸状形状であり、この凸状部分から押圧することが好適な製造方法である。この製造方法によって製造されたガラス製成形型を使用することで、プラスチックレンズを製造する事ができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非球面プラスチックレンズなどの製造に好適に使用できるガラス製のプラスチックレンズ成形型、及び、この成形型を使用して製造されるプラスチックレンズに関する。

遠視用や近視用の凸レンズや凹レンズとして、元来、球面の一部をレンズ表面とする球面レンズだけが使用されてきた。しかし、近年、レンズ周辺部の収差を極小化して、より自然な視界を得るため非球面レンズが提供されるようになり、市場でも好評を博している。ここで、非球面レンズとは、レンズ表面の形状を球面から僅かに変形させたレンズを言い、一般に、さまざまな曲率半径を組み合わせてレンズ表面が設計されている。

かかる非球面を有するプラスチックレンズは、一般に、２つの成形型の間に高分子モノマーを注入して、この高分子モノマーを重合させることによって製造されている。そして、この成形型としては、展性、延性、及び熱による膨張・収縮が金属よりも小さいガラス製の成形型が使用されている。

このようなガラス製の成形型は、従来、スランピング法によって製造されている。スランピング法でメス型のプラスチックレンズ成形型を製造するには、図４（ａ）に示すように、先ず、所定の非球面の表面形状を有するスランピング型２０の上に、厚み４．５〜５．５ｍｍ程度のガラス板２１を載置し、ガラス板２１を加熱して軟化させる。すると、軟化されたガラス板２１は、自重によってスランピング型２０の表面形状に沿った形状に変化するので（図４（ｂ）参照）、その後、ガラス板２１を冷却してガラス製のプラスチックレンズ成形型とする。

このようにして製造されたメス型のプラスチックレンズ成形型では、スランピング型２０に接触しないガラス板の上面２１ａがプラスチックレンズ成形時の使用面となる。そこで、ガラス板が冷却した後、ガラス板の上面２１ａが仕上げ研磨され、また、不要なガラス板の周縁部２１ｃが除去された後（図４（ｂ）（ｃ）参照）、ガラス板の外周端面２１ｄも仕上げ研磨される。ここで、ガラス板の外周端面２１ｄまで研磨するのは、メス型の外周端面２１ｄが粗い状態のままでは、オス型と組み合わせてプラスチックを注入する際に不具合が生じるからである。

しかしながら、上記の製法によるプラスチックレンズ成形型２１では、精度上に限界があり、しかも、製造ごとに精度上のバラつきもあるので、市場が要求する高精度のプラスチックレンズを安定して製造できないという問題がある。すなわち、スランピング型２０に接触したガラス下面２１ｂは、ガラス軟化時に、それなりにスランピング型２０に沿った形状となるが、板厚（４．５〜５．５ｍｍ程度）を隔てたガラス上面２１ａは、スランピング型２０を間接的に反映するに過ぎず満足する表面精度が得られない。一般に、スランピング法では、設計表面に対して±５０μ程度の誤差は避けられないところである。

しかも、スランピング法では、一旦、形成されたガラス上面２１ａの表面形状も、ガラス冷却時にこれを保持する手段がないので、ガラス冷却とともに形状が変化してしまい、特に周縁部においては大きく変形することがあった。ここで、ガラス上面２１ａは、仕上げ研磨されるとは言え、表面偏差の大きいガラス上面２１ａをいくら仕上げ研磨したところで、表面を平滑化できるだけであって表面偏差を解消することはできない。むしろ、ならい研磨の結果、研磨すればするほど表面精度を悪化させかねないことになる。

更にまた、スランピング法では、不要なガラス板の周縁部２１ｃの除去工程が不可欠であるので作業効率が悪いだけでなく、除去する位置がずれるとガラスの中心点がずれて更に精度を悪化させるという致命的な問題点もある。

そもそも、プラスチックレンズ成形型のガラス使用面の精度の低さは、これを用いて製造されるプラスチックレンズの精度に直接影響するので、高精度の成形型の製造方法が強く望まれるところである。本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、高精度のガラス製の成形型を効率よく製造できる方法、この方法で製造されたガラス製の成形型、及びこの成形型を使用して製造されるプラスチックレンズを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係るガラス製のプラスチックレンズ成形型の製造方法は、プラスチックレンズ成形型の原料ガラスを軟化させるガラス軟化工程と、軟化状態のガラスの表面を押圧型で押圧して、前記押圧型に沿ったガラス表面に形成する使用面形成工程と、前記押圧型による押圧状態を保持したまま、ガラス転移点未満の温度までガラスを冷却する保持冷却工程と、その後、押圧状態を解除してガラスを徐冷する徐冷工程と、を特徴的に備えている。また、本発明は、前記の製造方法で製造された成形型、及び、前記の成形型を使用して製造されたプラスチックレンズである。

本発明では、押圧型で押圧されたガラス上面をプラスチックレンズ成形型の使用面とするだけでなく、ガラス上面を保持したまま冷却する保持冷却工程を有するので、押圧型の表面を高精度に仕上げておくことで、高精度のプラスチックレンズ成形型を製造することができる。本発明では、設計表面に対して確実に±２５μ以下の誤差に抑えることができる。

本発明の押圧型は、好ましくは、ガラス表面を押圧する湾曲面を有する本体部と、前記湾曲面の外周に設けられた環状スリーブと、ガス通路とを備えている。このような環状スリーブを備える押圧型を使用すれば、ガラスの使用面と同時にガラスの外周端面を生成できるので、湾曲面の中心点がずれることがなく、正確に芯出しされた成形型を製造することができる。また、従来例のような、ガラス周縁部の切除作業や外周端面の研磨作業が不要となり、大幅なコスト削減が可能となる。本発明で、ガス通路は、好ましくは、前記環状スリーブと前記本体部との間に形成される。

実用的には、徐冷工程の後、研磨工程を設けて使用面を仕上げるが、本発明の製法によれば、表面精度に優れた使用面が形成されているので、研磨作業によって精度が劣化することはない。なお、研磨量は、数μから数１０μであり、通常は１０〜１５μ程度で足りる。

本発明のプラスチックレンズ成形型は、好ましくは、メス型成形型に適用され、更に好ましくは、原料ガラスの表面が、凸面状に形成された押圧型の押圧面に向けて突出する凸面状に形成されている。この場合、ガラス表面と押圧型との間に気泡が介在することが防止されるので、より高精度の成形型を製造できる。本発明をメス型成形型に適用する場合には、球面レンズ用の成形型だけでなく、非球面レンズ用の成形型についても、押圧型の押圧面を精密に形成するだけで、高精度の成形型を製造できる利点がある。

本発明のプラスチックレンズ成形型は、オス型成形型にも適用できるが、この場合には、押圧型の凹面状の押圧面を球面状に形成するのが好ましい。このようなオス型成形型を使用すれば、凹状球面を有するプラスチックレンズを製造でき、この凹状球面は、仕上げ研磨などによって、その表面精度を極限まで高めることが可能であるから、メス型成形型で製造された凸状非球面によって、設計通りの球面収差を達成するのが容易である。

なお、プラスチックレンズ成形型がオス型の場合には、原料ガラスの表面は、凹面状に形成された押圧型の押圧面に向けて突出する凸面状に形成され、押圧型の凹面の曲率半径は、ガラス表面の凸面の曲率半径より大きく設定されているのが好ましい。この場合も、ガラス表面と押圧型との間の気泡を排除できる。

上記のように構成された本発明によれば、軟化したガラスの表面に押圧保持した状態でガラス転移点以下に軟化ガラスを冷却するので、冷却過程におけるガラス形状変化のバラつきを抑制でき、押圧型の押圧面の精度を上げるだけで、高精度且つ精度の安定したガラス製の成形型を製造できる。

本発明は、例えば、非球面プラスチックレンズ用のガラス成形型に適用されるが、その他、複雑な表面形状を有する累進レンズなどのメガネレンズのガラス成形型にも好適に適用される。更に、本発明は、メガネレンズに限らず、光学レンズその他にも適用できるのは勿論である。

以下に実施形態に基づき本発明について説明する。本発明に係るガラス製の成形型は、オス型及びメス型の何れの形状もとることができる。また、本発明によって製造されたガラス製の成形型は、球面レンズのみならず、成形型の寸法精度が要求される非球面レンズの成形にも好適に使用される。本発明に係る製造方法は、ガラス軟化工程、使用面形成工程、保持冷却工程、徐冷工程を順に行い、最後に研磨工程を有する製造方法である。また、徐冷工程の後に化学強化を行う工程を設けても良い。

ガラス軟化工程では、製造目的である成形型の原材料となるガラスを加熱することによって軟化させる。原材料となるガラスは、プラスチックレンズの成形型に使用されるガラスであれば、特に限定されるものではないが、化学強化によって強度を高めることができる高融点アルミノシリケートガラスを選択することが好適である。高融点アルミノシリケートガラスは、Ａｌ_２Ｏ_３が２〜４重量％、Ｂ_２Ｏ_３が２重量％以下、Ｋ_２Ｏが８〜１０重量％、ＭｇＯが２〜４重量％、Ｎａ_２Ｏが８〜１０重量％、ＳｉＯ_２が６２〜６４重量％、ＴｉＯ_２が２重量％以下、及びＺｎＯが１０〜１２重量％の組成を有するガラスを使用することが好適であり、このガラスは、更にＡｓ_２Ｏ_３を０．２重量％程度、Ｓｂ_２Ｏ_３を０．４５重量％程度有しているガラスであると良い。原材料ガラスの形状は、使用するガラスの一表面が凸状形状を有していることが好適である。加熱は、ガラス転移点以上の温度に原材料ガラスを加熱することによって行うと良く、高融点アルミノシリケートガラスの場合には、７００〜８００℃の温度に加熱すると良い。

なお、原材料となるガラスの表面は、平滑に研磨されていることが好適である。この場合、後述する押圧型と軟化したガラス表面との間に気泡が存在することが防止されるので、製造されるガラス製成形型の寸法精度を一層高めることができる。

プラスチックレンズ成形使用面形状形成工程は、加熱された所定形状の金属で軟化したガラス表面を押圧することによって行われる。なお、金属に変えてセラミックスを使用することもできるが、金属としてはステンレスを選択することが好ましい。金属の所定形状は、形成するガラス表面に対応する形状である。また、軟化したガラスの表面と接触する金属表面には、めっき処理を行っていないことが好適である。なぜなら、金属表面にめっき処理が行われている場合、本工程中にめっきが劣化して剥離することになり、軟化したガラス表面へ剥離しためっきが付着するからである。

以下、高融点アルミノシリケートガラスを原材料ガラスに使用した非球面プラスチックレンズ成形用ガラス製成形型の製造方法に基づき、本発明を説明する。図１は、本発明に係る方法を使用してメス型の成形型を製造する工程を説明する図である。図１（ａ）は、軟化したガラス２を金属で押圧する直前を表している。

図１（ａ）において、ステンレス製の押圧型１は、非球面の凸面である湾曲面ＣＵＲを有する本体部１ａと、湾曲面ＣＵＲの外周に設けられた環状スリーブ１ｂと、本体部１ａと環状スリーブ１ｂとの隙間に形成されたガス通路１ｃとを備えて構成されている。図示例では、ガス通路１ｃは円環状に形成されているが、本体部１ａと環状スリーブ１ｂの間の隙間は、数１０μ程度であり、ガス通路１ｃにガラスが進入することはない。なお、本体部１ａと環状スリーブ１ｂとは取り付けネジなどによって一体化されている。

図１（ａ）に示すガラス軟化工程では、７００〜８００℃の温度で加熱され軟化したガラス２が、非球面レンズの非球面形状と同一湾曲面ＣＵＲを有し、且つ、４７０〜５８０℃、好ましくは４８０〜５２０℃に加熱されたステンレス製押圧型１の直下に設置されている。設置されたガラス２は、上面が曲面凸形状をとっている。

図１（ｂ）は、ガラスの使用面形成工程を表した図である。この工程において、押圧型１の湾曲面ＣＵＲをガラス２の上面に接触押圧させる。このとき、押圧型２の底面先端をガラス２の上面頂部から接触させることによって、ガラス２を押し広げつつ本工程が進行する。この進行過程においては、押圧型１のガス通路１ｃが空気の逃避路として確保されることになる。その結果、押圧型１とガラス２との間に気泡が介在することが防止され、ガラス２の押圧された面の形状が高精度化することになる。また、環状スリーブ１ｂの降下によって、ガラス２の外周端面が自動的に高精度に形成される。

この押圧時において、押圧型の温度が４７０℃未満である場合、押圧型１によってガラス２が冷却される速度が速すぎることになって、ガラス２の表面に歪みが生じやすくなってしまう。また、押圧型２の温度が５８０℃を超える場合は、押圧型１とガラス２とが融着し易くなる傾向が生じる。

図１（ｃ）は、保持冷却工程を表す図である。ガラス２は、押圧型１で押圧された状態で保持されており、この状態でガラス転移点未満の温度にまでガラス２が冷却される。押圧保持した状態でガラス２をガラス転移点未満の温度にまで冷却することによって、加熱によって膨張したガラス２が収縮しても押圧型１の底面形状に沿ったまま収縮することになり、ガラス製成形型の寸法を高精度化かつ高安定性を実現することになる。

図１（ｄ）は、徐冷工程を表した図である。徐冷工程では、押圧型１による押圧を解除されたガラス２が徐冷炉内で徐冷され、ガラス２内部の歪みが除去される。その後、ガラス下部２ｃを必要に応じて研磨除去すると共に、ガラス使用面２ａとガラス端面２ｂとを仕上げ研磨して平滑化する。この場合、ガラス端面２ｂの不要部を除去する作業はなく、単に仕上げ研磨するだけであるから、ガラスの中心がずれてしまうおそれがない。なお、ガラス端面２ｂについては、仕上げ研磨を省略することもできる。

図１（ｅ）は、研磨工程を経たガラス２を表した図である。本実施形態では、ガラス２の底面２ｄが湾曲形成されているので、非球面プラスチックレンズの成形使用面となるガラス２の上面に生じている傷をより目視確認し易くなる。

研磨工程の後には、ガラス２の化学強化が行われる。化学強化は、硝酸カリウム浴にガラス２を浸漬すると良い。この硝酸カリウム浴には、硝酸ナトリウム及びケイ酸が添加されていると良い。硝酸ナトリウム及びケイ酸が添加された硝酸の組成は、例えば、硝酸カリウムが９９．５重量％、硝酸ナトリウムが０．５重量％、ケイ酸が０．５重量％である。硝酸カリウム浴の温度は、４００〜５００℃、好ましくは４２０〜４７０℃である。ガラス２を硝酸カリウムに浸漬する時間は、１〜２０時間であると良い。化学強化が行われたガラス２は、成形型として使用した際の機械的耐久性に優れたものとなる。

上記実施形態では、メス型のガラス製成形型について説明してきたが、次に、オス型のガラス製成形型について説明する。図２は、本発明に係る方法を使用してオス型の成形型を製造する工程を説明する図である。図２において、押圧型４は、凹状球面である湾曲面ＣＵＲを有する本体部４ａと、湾曲面ＣＵＲの外周に設けられた環状スリーブ４ｂと、本体部４ａと環状スリーブ４ｂとの隙間に形成されたガス通路４ｃとを備えて構成されている。

図２（ａ）は、軟化したガラス５を金属で押圧する直前を表している。このガラス５は、ガラス軟化工程で７００〜８００℃の温度で加熱されたガラスであり、押圧型４の真下に設置される。押圧型４は、４７０〜５８０℃、好ましくは４８０〜５２０℃に加熱されている。

図２（ｂ）は、使用面形成工程を表した図である。本工程において、押圧型４の底面をガラス５の上面に接触押圧させる。接触押圧させる手順は、上記メス型と同じ手順で行われ、ガス通路４ｃが、空気の逃避路として確保されるため、押圧型４とガラス５との間に気泡が介在することが防止される。また、押圧型４の温度が４７０〜５８０℃に設定されているので、ガラス５の表面に歪みが生じることが防止されると共に、押圧型４へのガラス５の融着が防止される。

図２（ｃ）は、保持冷却工程を表す図である。本工程では、ガラス５が押圧型４で押圧された状態でガラス転移点未満の温度にまでガラス５が冷却されるので、押圧型４の底面形状に沿ったガラス５表面の形状を実現し、ガラス製成形型の寸法を高精度かつ高安定化する。

図２（ｄ）は、徐冷工程を表した図である。徐冷工程では、押圧型４による押圧を解除されたガラス５が、徐冷炉内で徐冷される。この後、ガラス５の表面を研磨し、必要に応じて、上記化学強化方法と同様の方法によって化学強化が行われる。

上記の通り製造された非球面プラスチックレンズ用のガラス製成形型を使用して、非球面プラスチックレンズを成形することができる。図３は、本発明に係る方法を使用して製造したガラス製成形型を使用したプラスチックレンズ成形機の一例を表した断面模式図である。図３の成形機は、シリンダ７の中空内部にメス型成形型となるガラス２とオス型成形型となるガラス５を対向して設けたものであり、シリンダ７には、ガラス２とガラス５との間に高分子モノマーを充填するための導入孔８が設けられている。図３の成形機を使用してプラスチックレンズを成形する場合、所定量の高分子モノマーを導入孔８からガラス２とガラス５の間に導入し、その後、ガラス２とガラス５の間に導入された高分子モノマーを重合させてプラスチックレンズを成形することができる。

図３に示した製造装置を使用して製造するプラスチックレンズは、半凸の非球面レンズであるが、ガラス２及びガラス５を任意の形状に成形することによって、半球レンズ、平凸レンズ、両凸レンズ、平凹レンズ、両凹レンズ等、様々なプラスチックレンズ形状を製造する事ができる。

本発明に係る方法を使用してメス型ガラス製成形型を製造する工程を説明する図である。 本発明に係る方法を使用してオス型ガラス製成形型を製造する工程を説明する図である。 本発明に係る方法を使用して製造したガラス製成形型を使用したプラスチックレンズ成形機の一例を表した断面模式図である。 従来技術を説明する図面である。

符号の説明

１、４ 押圧型
２、５ ガラス
３、６ 空気の逃避路

Claims (6)

1. プラスチックレンズ成形型の原料ガラスを軟化させるガラス軟化工程と、
   軟化状態のガラスの表面を押圧型で押圧して、前記押圧型に沿ったガラス表面に形成する使用面形成工程と、
   前記押圧型による押圧状態を保持したまま、ガラス転移点未満の温度までガラスを冷却する保持冷却工程と、
   その後、押圧状態を解除してガラスを徐冷する徐冷工程と、を備えることを特徴とするガラス製のプラスチックレンズ成形型の製造方法。
2. 前記押圧型は、ガラス表面を押圧する湾曲面を有する本体部と、前記湾曲面の外周に設けられた環状スリーブと、ガス通路とを備えている請求項１に記載の製造方法。
3. 前記徐冷工程の後、研磨工程を設けて前記使用面を仕上げる請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 前記押圧型の押圧面は、非球面に形成されている請求項１〜３の何れかに記載の方法の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかの方法で製造されたプラスチックレンズ成形型。
6. 請求項５に記載の成形型を使用して製造されたプラスチックレンズ。

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