JP2008046282A - 高屈折率眼鏡用累進多焦点プラスチックレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 ウレタン樹脂と比較して屈折率は高いが脆性なエピスルフィド系樹脂を用いたレンズの耐衝撃性を向上させることである。
【解決手段】 屈折率１．７０以上のエピスルフィド系樹脂モノマーで成形された累進多焦点レンズであって少なくともプライマー層とハードコート層を備え、レンズ中心厚及びその重量の条件が、遠用部にマイナスレンズを構成するものにおいては、前記レンズの中心厚が１．０ｍｍ〜１．９ｍｍの範囲にあり、眼鏡枠に装着前もしくは装着後のレンズの長径又は直径を５０ｍｍ以内に設定したとき、レンズの重量を１１ｇ〜４ｇの範囲とし、遠用部度数は０．００〜−１０．００の範囲を対象にしている。但し加入度数は１．００〜３．００とし特に需要の多い分野のレンズの耐衝撃性を向上させ中心厚が薄くてもＦＤＡ規格値の少なくとも１．５倍を達成できるようにすることを主眼にしている。
【選択図】図４

Description

本発明は、現時点で最も屈折率の高いエピスルフィド樹脂を用いた眼鏡用プラスチックレンズに関する。

眼鏡用プラスチックレンズは屈折率の高い樹脂を用いることで薄いレンズを提供することができる。近年では屈折率１．６０以上１．７０未満のウレタン樹脂が全盛を極めており、中心厚０．７ｍｍ以上のレンズが流通している。プラスチックレンズは耐擦傷性が劣るためレンズ面へのハードコート層の被着が不可欠になっている。耐擦傷性を向上させるためには、有機硅素やエポキシ樹脂等のハードコート層が設けられ、その上層に反射防止層を形成するために金属薄膜密着させるには極めて有効であるが、衝撃によりこのハードコート層や反射防止層に亀裂が生じた場合にはレンズ本体まで亀裂が波及し、一気にレンズを破壊する場合があり大きな欠点となっている。従って耐衝撃性は何等これらの薄膜を構成しない成形後のレンズの１／２０に低下すると云われている。これらの欠点を解消するためにレンズ本体とハードコート層の間にプライマー層を一定以上の厚さで形成することで耐衝撃性が向上し眼鏡着用者の安全を確保している。

耐衝撃性の評価は米国ＦＤＡ規格により実施されるのが一般的であり、重量約１６．４ｇの鋼球をレンズ上方１２７ｃｍから自然落下させ衝突したときの状態をもって評価している。衝突したときのエネルギーは位置エネルギーで換算され０．２０４ジュールに相当する。更に着用者の安全性を補償するための基準としてアメリカ国家規格（ＡＮＳＩ Ｚ８７．１ １−２００３）では工業用安全メガネとして、直径２５．４ｍｍの鋼球をレンズ上方１２７ｃｍから落下させ衝突したときの状態で評価しているが衝突したときのエネルギー値はＦＤＡ規格の４倍に相当する。本発明者らが属する（株）アサヒオプティカルは、この安全性に着目し、ウレタン樹脂レンズにおける安全性を検証してその成果をＰＣＴ／ＪＰ９６／０３０９９にて出願し、米国特許第６０７０９７９号及びヨーロッパ特許０８０１３２０号を取得している。

眼鏡用レンズは薄くて軽いレンズが要求されるが、屈折率が高ければ薄いレンズを提供できることは自明であり、近年屈折率１．７０以上のエピスルフィド系樹脂が上市されている。エピスルフィド樹脂はエポキシ系の樹脂であるが、高屈折率を求めた結果物性は硬くて脆い性質である。眼鏡用レンズは日本では近視用のマイナスレンズに需要は多いが、中心厚を薄くせざるを得ず温度変化や眼鏡枠に装填したときの応力により中心部の形状が多少波打つような現象が生じて実用に適さない場合がある。マイナスレンズの断面形状はＦＤＡ規格のような落球テストに対して最も抵抗力のない形状であり、中心厚を厚くする以外に耐衝撃性を向上させる方法が見いだせない。中心厚を厚くすると折角の高屈折率樹脂の長所をレンズに具現できないが、それでもプライマーの組成及びハードコートの膜厚を検討してＦＤＡ規格の１倍の耐衝撃性を確保するために中心厚を１．０ｍｍを超える範囲に設定している。

エピスルフィド系樹脂に関する出願のうち特に耐衝撃性について記載している先行技術としては次の文献が挙げられる。文献１には実施例の中で中心厚１．５ｍｍ、直径３ｃｍのマイナスレンズに１２７ｃｍの高さから１１４ｇの鉄球を落下し割れなかったことが記載されていが屈折率は１．６３と低い。ＦＤＡ規格の７倍に相当する。文献２には２．５ｍｍ厚の平板に１２７ｃｍの高さより３００ｇの鉄球を落下させて、破壊しなかった例を記載している。ＦＤＡ規格の１８倍に相当する。文献３は硫黄含有ポリウレアウレタンに関し、少なくとも１種のエピスルフィド含有物質を含んでおり屈折率は１．５７〜１．６０でアッベ数が３５と高い数値を示している。耐衝撃性はＦＤＡ規格の１０倍を越えるエネルギー値が示されている。文献４には高屈折率、高アッベ数、高耐衝撃性を有する樹脂素材について記載されている。屈折率は１．７５と高い数値であるが耐衝撃性についての具体的な記載はない。これらの文献はレンズ用樹脂の組成に関するものであり、流通しているプラスチックレンズの耐衝撃性について述べてはいない。
特開平１０−１１４７６４号 特開２００３−２６６７４号 特表２００５−５０９７０３号 特開２００５−２３９５５３号

解決しようとする問題点は、ウレタン樹脂と比較して屈折率は高いがどちらかといえば脆性なエピスルフィド系樹脂を用いたレンズの耐衝撃性を向上させることである。

本発明は、屈折率１．７０以上のエピスルフィド系樹脂モノマーで成形された累進多焦点レンズであって少なくともプライマー層とハードコート層を備え、レンズ中心厚及びその重量の条件が、（ａ）遠用部にマイナスレンズを構成するものにおいては、前記レンズの中心厚が１．０ｍｍ〜１．９ｍｍの範囲にあり、眼鏡枠に装着前もしくは装着後のレンズの長径又は直径を５０ｍｍ以内に設定したとき、レンズの重量を１１ｇ〜４ｇの範囲とし、遠用部度数は０．００〜−１０．００の範囲を対象にしている。また、（ｂ）遠用部にプラスレンズを構成するものにおいては、前記レンズの中心厚が２．７ｍｍ〜７．５ｍｍの範囲にあり、眼鏡枠に装着前もしくは装着後にレンズの長径又は直径を５０ｍｍ以内に設定したとき、レンズの重量が１３ｇ〜１０ｇの範囲とし、遠用部度数は＋１．００〜＋４．００の範囲を対象にしている。但し加入度数は１．００〜３．００とし特に需要の多い分野のレンズの耐衝撃性を向上させることを主眼にしている。耐衝撃性の観点から検証を行うと特に遠用部にマイナスレンズを構成する場合は中心厚が１ｍｍ近傍の値を取る場合が多く不慮の衝撃で破損し眼を損傷する可能性が高い。ウレタン樹脂レンズは中心厚０．７ｍｍでもＦＤＡ規格値の４倍を保証できるが、エピスルフィド系の樹脂は脆性でＦＤＡ規格値の１倍程度となり、量産されるレンズには当然ばらつきが生じて危険なレンズが流通している。

一般的に機械工学の分野では、材料が衝撃荷重に対して示す抵抗を衝撃強さと云うが実際に行われている試験は衝撃破壊試験であって、破壊に費やされた仕事量、あるいはその時材料が吸収するエネルギーを試験片断面積で除して、これらを衝撃値と呼んでいる。衝撃値が小さい試験片の破面は塑性変形が少なく、脆性破面を呈するが、衝撃値が大きい試験片の断面は大きな塑性変形を起こすとされている。ＦＤＡ試験はまさに衝撃破壊試験であり、与える衝撃エネルギーを種々規定し耐衝撃性の優劣を示す基準にしている。エピスルフィド系樹脂からなるレンズはどちらかと云えば脆性に属しているから、規定された耐衝撃エネルギーを越えるためにはレンズの断面積を大きくして単位面積当たりの衝撃エネルギーを小さくする必要がある。従って、流通するレンズメーカーが供給するレンズの直径が７０乃至８０ｍｍとして、直径及び度数により断面積が異なるから実験的にＦＤＡ規格値の１倍を越える中心厚の範囲を求めている。その結果、度数の低いマイナスレンズの中心厚は度数の大きいマイナスレンズの中心厚より厚くなる傾向にある。耐衝撃性をＦＤＡの少なくとも１．５倍としているのは、量産する中で品質のばらつきは避けられないから最悪の場合でもＦＤＡの１倍以上を確保するためであり、ＦＤＡの３乃至４倍以上にするとレンズの中心厚が２ｍｍは必要となり折角の高屈折率樹脂の特徴を損なうことになる。

プライマー層を形成する樹脂としてはポリウレタン樹脂が好適であり、特開平３−１０９５０２号に開示された熱硬化性ポリウレタン、特開平６−３３７３７６号に開示された無機微粒子を含有させた熱硬化性ポリウレタン樹脂等が用いられる。更に市販されているＷｉｔｃｏｂｏｎｄ，Ｗ−２４０（Ｃｒｏｍｐｔｏｎ社製）は水分散系ウレタン樹脂であり、風乾３０分で指触乾燥し膜厚も２μ以上が簡単に得られる。いずれもディッピング法で塗布されるが耐衝撃性をＦＤＡ規格値の１．５倍を越えるためには２乃至３μは必要である。プライマーの組成は近年屈折率を高くする開発が進められ屈折率１．６２を達成している。本発明ではこのようなプライマーも利用しうるものである。

プライマーとして利用できる他の組成物は、ゴム系エマルジョンに密着成分と高屈折率ゾルを添加した衝撃吸収能を有するプライマーである。エピスルフィド系樹脂レンズはどちらかといえば脆性でありレンズ全体を弾性体で覆うことで耐衝撃性を高めることができる。

また、ポリエステル樹脂液に密着成分、粘弾性成分、高屈折率ゾルを添加した水性プライマーも利用できる。構成は熱可塑性エラストマーの水性エマルジョンに添加したウレタンエラストマーをシランカップリング剤で加水分解し、密着成分Ｎ−メチル−２−ピロリドンを０．０１〜０．１重量部を添加し、更に粘弾性成分としてシリコーン変性有機系樹脂及びスチレンブタジェン系エマルジョンを０．０５〜０．２重量％添加した後、高屈折率ゾルを３０〜５０重量％添加した組成物である。

また、水性アクリル・ポリウレタン樹脂をシランカップリング剤で加水分解し、密着成分Ｎ−メチル−２−ピロリドンを０．０１〜０．１重量部を添加し、更に粘弾性成分スチレンブタジェン系エマルジョンを０．０５〜０．２重量％添加した後、高屈折率ゾルを３０〜５０重量％添加した組成物も利用できる。

その他に、エポキシ樹脂化合物に密着成分、粘弾性成分、高屈折率ゾルを添加したエポキシ樹脂系の弾性プライマーも利用できる。

ハードコート層を形成する樹脂は屈折率１．４７以上のオルガノシロキサン系ハードコート層が用いられる。この層を形成する樹脂は、シリコン樹脂主成分とする硬化性組成物からなり、アルキル基、アルケニル基、アリル基、ビニル基またはエポキシ基、ハロゲン基、アミノ基、メタクリロキシ基などを有する炭化水素基などで置換されたシラノール化合物、その加水分解物あるいは部分宿合物などに代表されるベース樹脂に粒径１〜５０ｍμのコロイダルシリカを分散せしめた組成物などを挙げることができる。更に屈折率を上げる目的で微粒子状ジルコニア、鉄などを添加してもよい。ハードコート層はその膜厚が２μ以下では耐擦傷性、耐衝撃性が不充分となり、４μを越えると面だれを生じて面精度が低下する。このハードコート層の上に５層よりなる反射防止の金属薄膜を蒸着法により施しても金属薄膜の影響による耐衝撃性の低下は除かれる。レンズ用樹脂が１．７４と高屈折率になったことを反映してハードコートの組成も高屈折率ゾルを利用し近年では屈折率１．６９が達成されている。本発明でもこのようなハードコート組成物を用いて干渉縞の解消に効果を上げている。

上述した熱硬化性ポリウレタン樹脂プライマー層とハードコート層及び反射防止薄膜の組み合わせは、本出願人が先に取得した米国特許及びヨーロッパ特許に記載されたようにウレタン樹脂レンズの表面加工として用いており、ＦＤＡ規格の４倍以上の耐衝撃性が保証されているものである。ウレタン樹脂レンズの耐衝撃性は中心厚が１．１ｍｍ程度でＦＤＡ規格値の１２倍を有しているが、エピスルフィドはＦＤＡ規格値の１倍程度しかない。従ってプライマー層は衝撃緩衝層としての役割が求められ、粘弾性成分を含有する組成物は好適である。そのためウレタン樹脂レンズの場合に比較して膜厚は大きくする必要がある。

また、前記金属酸化物を蒸着した反射防止膜の代わりに、前記ハードコート層の上に屈折率が１．３乃至１．３５の非晶質フッ素樹脂からなる低屈折率層をコーティングにより形成し、前記屈折率が１．７４のレンズの上に屈折率１．４７以上のハードコート層及び空気の屈折率に最も近い屈折率が１．３乃至１．３５の低屈折率層をこの順に積層することで、各層の界面における反射光を少なくして干渉縞を軽減させるほか視感透過率を向上させる。

エピスルフィド樹脂は高屈折率であるためにできるだけ薄いレンズを供給することが優先されるが、耐衝撃性が低いためともすると安全性に欠けるレンズが流通する。本発明はこの点を重視しレンズの薄さを維持しながら眼鏡着用者の安全性も保証している。

衝撃値がＦＤＡ規格値の少なくとも１倍を越えるレンズを用意し、これにプライマー層とハードコート層及び反射防止膜を形成しても少なくともＦＤＡ規格値の１．５倍以上の耐衝撃性を有するエピスルフィド樹脂レンズを提供する。本願発明は高屈折率累進多焦点レンズの安全性を確保することを主眼にしているが、遠用部にマイナスレンズを設ける場合には中心厚が薄くなり特に耐衝撃性を検証するためにマイナスレンズを十分に検証することとした。

先ずレンズ基材を成形する際に衝撃値がＦＤＡ規格値の１倍を越えるエピスルフィド樹脂レンズを特定するために度数−１．０、度数−２．０、度数−３．０のマイナスレンズのそれぞれに、中心厚１．０、１．１、１．２、１．３、１．４ｍｍの中心厚をもつレンズを各３個宛作製する。これらのレンズをＦＤＡ試験要領に基づき、１６．４ｇの鋼球を１２７ｃｍの高さから自然落下させレンズの中央に衝突させ、細い放射状の小さなスタークラックが生じた場合を合格の最低条件として全数落球テストを行った。中心厚１．０ｍｍは度数−１．０及び−２．０は貫通したが、度数−３．０は小さなスタークラックにとどまり合格した。中心厚１．１ｍｍは小さなスタークラックが度数−１．０のレンズに認められたが１個を合格とした。１．２ｍｍと１．３ｍｍは衝撃痕は見られたがクラックは発生しなかった。度数が大きくなるとレンズ断面積が増加し、合格する確率は高くなる。試験の結果を図１（ａ）図に表として示す。更に同（ｂ）図にはＦＤＡ規格値の２倍の衝撃エネルギーを与えた場合の試験結果を表として示す。遠用部度数が−２．００Ｄの場合中心厚は１．２ｍｍが必要であり、度数−１．０の場合は中心厚１．４ｍｍでは不充分であり１．５ｍｍにした場合は３個とも合格した。

新たに度数−１．０〜−３．０のレンズを対象に、前記各中心厚を有するレンズをそれぞれ３個宛作製し、同じ中心厚のレンズに熱硬化型ポリウレタン樹脂からなるプライマー溶液にディッピングしてプライマー層の膜厚を１μ、２μ、３μになるよう調整して成膜した。プライマー層が指触乾燥したところでオルガノシロキサン系のハードコート液にディッピングして、乾燥時の膜厚が全数２．６μの膜厚になるよう調整してハードコート層を形成した。

ハードコート層を形成したのち、その上に５層の金属薄膜からなる反射防止膜を蒸着してレンズを完成させた。全数にＦＤＡ規格値の２倍の落球テストを行い損傷の状態を検証した。中心厚１．０ｍｍのレンズはプライマーの膜厚が３μのものは合格したが、２μと１μは不合格となった。中心厚が１．１ｍｍ以上では度数−２．０及び−３．０はＦＤＡ規格値の２倍は合格し、中心厚が１．３ｍｍ以上では全数合格となっている。度数−１．０では中心厚が１．４ｍｍを越えてから小さなスタークラックで納まり、図示していないが中心厚１．５ｍｍで合格した。その結果を図２に表として示す。

度数により同じ中心厚でもレンズの断面積が異なるがその状況を図３を用いて説明する。樹脂はエピスルフィド樹脂を用いている。（ａ）図１ａは度数−１．０で中心厚１．０ｍｍのマイナスレンズ、（ｂ）図１ｂは度数−２．０で中心厚１．０、（ｃ）図１ｃは度数−３．０で中心厚１．０ｍｍを示し、それぞれの断面積を記載している。（ｄ）図１ｄはマイナスレンズ１ａの中心厚を１．５ｍｍにした場合で断面積を１３０ｍｍ^２以上になる中心厚を示しており、中心厚が増加したときの断面積の増加割合を確認するためである。（ｅ）図１ｅはマイナスレンズレンズ１ｂの中心厚を１．２ｍｍにした場合の断面積の増加率を検証するためのものである。ＦＤＡ規格値１倍を越えるためには断面積が１３０ｍｍ^２以上必要である。

図４は屈折率１．７４のエピスルフィド系樹脂を用いて成形された累進多焦点レンズ２の模式断面図である。遠用部には度数−２．００Ｄのマイナスレンズが構成され、近用部には度数０．００が構成され、加入度数は２．００Ｄである。中心厚は１．２０ｍｍである。レンズ全体の重量は基準径７５ｍｍで１４ｇである。眼鏡枠入れに必要な直径を５０ｍｍとした場合の重量は５ｇである。累進多焦点レンズの遠用部度数に対する加入度数、中心厚と基準径及び直径５０ｍｍに加工した場合のそれぞれの重量を図５に一覧表として示す。ここに記載の重量はプライマー層、ハードコート層、反射防止膜を含む重量であり、耐衝撃特性は全数ＦＤＡ規格値の２倍以上を達成している。

レンズの製造過程で中心厚等にばらつきが生じても、高屈折率であり、耐衝撃性が少なくともＦＤＡ規格値の１倍以上を保証できるので眼鏡着用者の安全を保証できる。

成形されたレンズについて（ａ）図はＦＤＡ規格値１倍の耐衝撃性の結果を示す表であり、（ｂ）図はＦＤＡ規格値２倍の耐衝撃性試験結果を示す表である。（実施例１） 成形されたレンズにプライマー層、ハードコート層、反射防止層を加工した後に、ＦＤＡ規格値の２倍の耐衝撃試験を行った結果を示す表である。（実施例１） 度数と中心厚の異なるマイナスレンズの断面図である。（実施例１） 累進多焦点レンズの模式断面図である。（実施例２） 累進多焦点レンズの遠用部度数に対する加入度数、中心厚と基準径及び直径５０ｍｍに加工した場合の重量を示す表である。（実施例２）

符号の説明

１ マイナスレンズ
２ 累進多焦点レンズ

Claims (4)

1. 屈折率１．７０以上のエピスルフィド系樹脂モノマーで成形されたレンズであって少なくともプライマー層とハードコート層を備え、レンズ中心厚及びその重量が次の（ａ）及び（ｂ）のいずれかを構成したことを特徴とする高屈折率眼鏡用累進多焦点プラスチックレンズ。
   （ａ）前記レンズの中心厚が１．０ｍｍ〜１．９ｍｍの範囲にあり、眼鏡枠に装着前もしくは装着後のレンズの長径または直径を５０ｍｍ以内に設定したとき、レンズの重量が１１ｇ未満であり遠用部にマイナスレンズを構成する。
   （ｂ）前記レンズの中心厚が２．７ｍｍ〜７．５ｍｍの範囲にあり、眼鏡枠に装着前もしくは装着後のレンズの長径もしくは直径を５０ｍｍ以内に設定したとき、レンズの重量が１８ｇ未満であり遠用部にプラスレンズを構成する。
2. ＦＤＡ規格値の少なくとも１．５倍以上の耐衝撃性を示す請求項１に記載の累進多焦点プラスチックレンズ。
3. 前記ハードコート層の上に反射防止層を備えた請求項１又は２に記載の累進多焦点プラスチックレンズ。
4. 前記ハードコート層の上に屈折率が１．３近傍の非晶質フッ素樹脂からなる低屈折率層を備え、前記レンズと前記ハードコート層及び前記低屈折率層をこの順に積層して干渉縞を軽減したことを特徴とする請求項１に記載の高屈折率プラスチックレンズ。

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