JP2023514817A - ウェハ熱成形及び射出成形のための厚い積層ウェハを作製する方法 - Google Patents

ウェハ熱成形及び射出成形のための厚い積層ウェハを作製する方法 Download PDF

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Abstract

眼鏡用積層レンズを形成する方法は、熱可塑性エラストマー層の第１の側に第１のポリカーボネート層を付着させ、且つ熱可塑性エラストマー層の第２の側に第２のポリカーボネート層を付着させることにより、平面積層体を形成するステップであって、第１のポリカーボネート層は、２５０μｍを上回る厚さを有し、第２のポリカーボネート層は、２５０μｍを上回る厚さを有し、及び熱可塑性エラストマー層は、１５μｍ～１５０μｍの範囲の厚さを有する、ステップと、平面積層体を、成形前湾曲部を有する湾曲積層体に熱成形するステップと、湾曲積層体を金型内に配置するステップと、所定の温度及び所定の圧力に設定された金型を介して、ポリマー溶融物を用いて湾曲積層体を湾曲レンズに成形するステップとを含む。

Description

本開示は、熱可塑性エラストマーをベースとする光学的機能性膜積層体、高いベースカーブへのウェハの熱成形を可能にする膜構造並びに射出成形中のヘイズ及び冷却流線の抑制に関する。
ここに述べる背景技術の説明は、本開示の文脈を一般的に示すことを目的とする。現時点で指名された本発明者らの業績であって、背景技術セクションに記述される範囲における業績及び出願時点で他に先行技術として適格でない可能性がある記述の態様は、本開示に対する先行技術として明示的にも暗示的にも認められない。
機能性光学膜及び／又は積層体は、調光、偏光子又は他の機能性用途のレンズに整形（形成）及びオーバーモールドすることができる。これは、積層構造を製造し、積層体を湾曲ウェハに形成し、射出成形して、健康又は光管理のためのレンズを形成する方法を含む。
ポリマー、例えばポリカーボネート又はポリアミドの射出成形を用いて処方又は非矯正眼鏡レンズを製造することができる。このポリマー射出成形方法は、結果的に得られるレンズの全体的な機能性を変化させる所定の材料の機能膜を中心に有する、薄い多層積層構造のオーバーモールドに拡張され得る。例えば、矯正又は非矯正偏光サングラスレンズの製造方法は、中心機能膜として調光及び／又は偏光染料が含浸された層を含む多層積層体を利用することができる。
中心機能性膜の物理的特性は、弾性から粘弾性にわたり、材料の種類及びその物理機械的な特性に応じて結晶質～非晶質（及び任意の中間部分）であり得る。しかし、ガラス転移温度が低い中心機能性膜の場合、製造中の動作温度が中心膜のガラス転移温度に接近するのに従い、結果的に得られるレンズに欠陥が生じる可能性がある。従って、熱成形を介して厚い積層ウェハを作製し、且つ射出成形を介して、欠陥が少ないレンズを製造する方法が必要とされている。
本開示は、眼鏡用積層レンズを製造する方法であって、熱可塑性エラストマー層の第１の側に第１のポリカーボネート層を付着させ、且つ熱可塑性エラストマー層の第２の側に第２のポリカーボネート層を付着させることにより、平面積層体を形成するステップであって、第１のポリカーボネート層は、２５０μｍを上回る厚さを有し、第２のポリカーボネート層は、２５０μｍを上回る厚さを有し、及び熱可塑性エラストマー層は、１５μｍ～１５０μｍの範囲の厚さを有する、ステップと、平面積層体を、成形前湾曲部を有する湾曲積層体に熱成形するステップと、湾曲積層体を金型内に配置するステップと、所定の温度及び所定の圧力に設定された金型を介して、ポリマー溶融物を用いて湾曲積層体を湾曲レンズに成形するステップとを含む方法に関する。
本開示は、追加的に、眼鏡レンズ積層体であって、２５０μｍを上回る厚さを有する第１のポリカーボネート層と、２５０μｍを上回る厚さを有する第２のポリカーボネート層と、１５μｍ～１５０μｍの範囲の厚さを有する熱可塑性エラストマー層であって、第１のポリカーボネート層と第２のポリカーボネート層との間に配置され、熱可塑性エラストマー層は、熱可塑性エラストマーの第１の側の第１のポリカーボネート層に接着され、且つ熱可塑性エラストマーの第２の側の第２のポリカーボネート層に接着される、熱可塑性エラストマー層とを含む眼鏡レンズ積層体に関する。
この要約セクションは、本開示又は本発明の請求項のあらゆる実施形態及び／又は漸進的に新規な態様を指定するわけではないことに留意されたい。むしろ、本概要は、異なる実施形態に関する事前の議論及び対応する新規な点を提示するに過ぎない。本発明及び実施形態の追加的な詳細及び／又は可能な発展形態については、以下で更に詳述するような本開示の詳細な説明セクション及び対応する図を参照されたい。
複数の例として提案する本開示の各種の実施形態について、同様の要素を同様の参照符号で示す以下の図を参照して詳細に述べる。
本開示の一実施形態による平面積層ウェハの概略図である。 本開示の一実施形態による熱成形積層ウェハの概略図である。 本開示の一実施形態による凹金型挿入部の概略図である。 本開示の一実施形態による成形装置の概略図である。 本開示の一実施形態による平面積層ウェハ内の層の概略図である。 本開示の一実施形態による、厚さが非対称な平面積層ウェハ内の層の概略図である。 本開示の一実施形態による、厚さが対称な平面積層ウェハ内の層の概略図である。 本開示の一実施形態による、厚さが非対称であり、且つ直径が変化する平面積層ウェハ内の層の概略図である。 本開示の一実施形態による、成形装置内で非対称な層厚に熱成形された積層ウェハの概略図である。 本開示の一実施形態による、成形装置内で異なる層直径に熱成形された積層ウェハの概略図である。 本開示の一実施形態による、眼鏡レンズを製造する方法のフローチャートである。
以下の本開示は、提案する主題の異なる特徴を実装するための多くの異なる実施形態又は例を提供する。本開示を分かりやすくするために、要素及び配置の具体例について以下に述べる。これらは、当然のことながら、例に過ぎず、本発明を限定することを意図しない。例えば、以下の記述において、第１の特徴を第２の特徴に被せるか又は載せるように形成することは、第１及び第２の特徴を直接接触させて形成する実施形態を含み得、第１及び第２の特徴が直接接触することができないように第１及び第２の特徴間に追加的な特徴が形成され得る実施形態も含み得る。また、本開示は、各種の例で参照番号及び／又は文字を繰り返す場合がある。この繰り返しは、簡潔さ及び明確さを目的とし、議論する各種の実施形態及び／又は構成間の関係についてそれ自体言及するものではない。更に、空間的に相対的な用語、例えば「最上部」、「最下部」、「下」、「下方」、「下部」、「上方」、「上側」等は、図示するように、ある要素又は特徴と別の要素又は特徴との関係の記述を容易にするために本明細書で用いる場合がある。空間的に相対的な用語は、図に示す向きに加えて、使用又は動作中の装置の異なる向きも包含することを意図する。装置は、異なる向きに置かれ得（９０度又は他の向きに回転され得）、従って本明細書で用いる空間的に相対的な記述子も同様に解釈することができる。
本明細書に記述する異なるステップの議論の順序は、明確さを目的として示される。一般に、これらのステップは、任意の適当な順序で実行することができる。また、本明細書における異なる特徴、技術、構成等の各々について本開示の異なる箇所で議論する場合があるが、各々の概念が互いに独立して又は互いに組み合わせて実行できることを意図する。従って、本開示は、多くの異なる方法で実装して確認することができる。
ダイカットツールを用いて平面積層シートからウェハを円形又は楕円形の円盤に切断することができる。これらの平面積層ウェハは、次いで、球形ドーム形状に熱成形される。平面積層ウェハの直径は、所望のレンズ直径（例えば、７０ｍｍ、７６ｍｍ、８０ｍｍ等）、熱成形されたウェハのベースカーブ（例えば、０．２５、１．７５、３．００、４．００、４．５０、５．５０、６．００、６．５０、７．２５、８．００Ｄ等）及び金型挿入部のベースカーブ（例えば、１．７５、２．２５、３．２５、４．２５、５．５０、６．５０、７．５０、８．５０Ｄ等）考慮することにより決定される。金型挿入部のベースカーブは、レンズの凸屈折面と同じベースカーブであり得る。ウェハがある次元において他の次元のよりも不均等に収縮する場合、平坦な、非円形又は楕円形のウェハパターンを用いることにより、熱成形後にほぼ円形のウェハが得られる。この形成工程は、一般に、平坦なウェハを高品質の熱成形されたウェハに変換する困難さが、高いベース（４．００Ｄ超、ジオプタ単位で測定される曲率半径）で高くなる真空利用形成工程により行われる。
熱可塑性エラストマーは、機能性中心層に主マトリクスとして用いられる場合、多くの有益な特性を示す。軟質ポリマーセグメントは、柔軟性及び加法的整合性を示すのに対して、より硬いセグメントは、捩じり剛性及び曲げ剛性を示す。しかし、熱可塑性エラストマー（例えば、脂肪族熱可塑性ポリウレタン、ポリエーテルブロックアミドポリウレタン等）は、典型的な熱成形及び金型成形動作下で変形及び流動して、溢れ出し及び滲み出しを生じ得るポリマーのクラスである。ポリエーテルブロックポリアミドセグメントを用いる熱可塑性ポリウレタンは、粘性相から徐々に冷却された場合、霞んだ外観（大きい球晶成長に起因する）を示し得る半結晶ポリマーである。硬質ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の極性に基づく機能性膜と異なり、熱可塑性エラストマーにより形成された積層体には、高温の欠陥表面との接触（例えば、熱成形器の挿入又は凹若しくは凸金型の挿入に際して）からエンボス又は刻印欠陥が生じ得る。
更に、多くの機能性膜又は積層体の厚さは、２００～３００マイクロメートルの範囲であり、この厚さの範囲は、機能性膜の物理機械的性質による全ての問題を克服するのに十分でないため、熱成形中に問題が生じる。従って、上述の問題に対処する改良されたラミネート構造が必要とされている。
本明細書に記述する技術は、眼鏡用積層レンズを製造する方法及び装置を提供する。記述する実施形態は、多層スタック、例えばレンズの一部として中心機能性層の両側に設けられた外側ポリマー層により形成された３層積層体を利用することができる。上述のように、中心機能性層は、中心機能性膜に利用されるいずれかの材料の温度感度に起因して製造条件に影響され得る。例えば、中心機能性膜の物理的特性は、弾性から粘弾性にわたり、結晶質～非晶質（及び任意の中間部分）であり得、動作温度の影響を受ける。外側ポリマー膜は、中心機能性膜に向上した断熱性を提供するように形成することができる。例えば、外側ポリマー膜の一方又は両方の厚さの変化は、積層体を平面ウェハから湾曲ウェハに整形（熱成形、液圧成形等）する間、射出成形を実行する間又はその両方で生じる範囲の中心機能性膜特性を受容することができる。
図１Ａは、本開示の一実施形態による平面積層ウェハ１００の概略図である。図１Ａは、切断、熱成形及び成形に関わる各種の要素の直径及びベースカーブを示す。一実施形態において、円形の平面ウェハの直径ｄｆｗは、熱成形後の平面積層ウェハ１００の弧長と同じ長さである。
図１Ｂは、本開示の一実施形態による熱成形積層ウェハ１０５の概略図である。一実施形態において、熱成形積層ウェハ１０５のコード長ｄＴＦは、レンズの直径とほぼ同じ直径であり得る。
図１Ｃは、本開示の一実施形態による凹金型挿入部１３０の概略図である。一実施形態において、レンズの直径は、例えば、凹金型挿入部１３０の直径ｄＩｎｓｅｒｔにより決定することができる。従って、弦長（ｄＴＦ）及び凹金型挿入部１３０の直径（ｄＩｎｓｅｒｔ）の両方の直径は、平面積層ウェハ１００の直径（ｄｆｗ）よりも小さくてよい。凹金型挿入部１３０の弧長は、平面積層ウェハ１００及び凹金型挿入部１３０のベースカーブの差違に起因して、熱成形積層ウェハ１０５の弧長以上である。
図１Ｄは、本開示の一実施形態による成形装置の概略図である。一実施形態において、成形装置は、第１の金型側面１４５ａ、第２の金型側面１４５ｂ、凹金型挿入部１３０及び凸金型挿入部１３５を含み得る。第１の金型側面１４５ａ及び第２の金型側面１４５ｂは、それぞれ空洞部分を含み得、その内部に凹金型挿入部１３０及び凸金型挿入部１３５を着脱可能に配置することができる。図１Ｄに示すように、凹金型挿入部１３０を含む第１の金型側面１４５ａは、凸金型挿入部１３５を含む第２の金型側面１４５ｂと結合するように構成することができる。凹金型挿入部１３０及び凸金型挿入部１３５は、結合されると、第１及び第２の金型側面１４５ａ、１４５ｂの結合により形成される中空ラインに接続された空洞を形成することができる。このラインは、例えば、ネジ送り又は類似の装置を介してポリマーを受け入れるように構成することができる。空洞は、熱成形積層ウェハ１０５を受け入れるように構成することができる。凹金型挿入部１３０の湾曲部及び凸金型挿入部１３５の湾曲部は、結果的に生じるレンズのレンズ度数を決定することができる。半仕上げレンズに対して、レンズの凸面側に沿って湾曲部が固定され、レンズの凹面側は、成形後、例えば研削及び研磨を介して修正することができる。ポリマーを受け入れる複数のラインを接続できるため、射出源からのポリマーの射出は、複数の成形装置を一回の射出で満たすことができ、複数のレンズを並行して製造することができることに留意されたい。
成形装置への配置前に、平面積層ウェハ１００を、例えば熱成形機械を介して熱成形積層ウェハ１０５の球形ドーム形状に熱成形することができる。熱成形の実行中、平面積層ウェハ１００を加熱された熱成形挿入部に配置し、真空力を印加して平面積層ウェハ１００を熱成形挿入部に固定することができる。印加された熱の温度及び印加された真空力を調整することにより、平面積層ウェハ１００を熱成形挿入部の湾曲した形状に形成して熱成形積層ウェハ１０５を製造することができる。
一実施形態において、平面積層ウェハ１００は、第１の層１１５、中心層１２０及び第２の層１２５を含み得る。図１Ｄに示すように、平面積層ウェハ１００を熱成形することにより、第１の層１１５が凹面側にあり、及び第２の層１２５が凸面側にある湾曲した構造を製造することができる。
一実施形態において、熱成形積層ウェハ１０５は、凹金型挿入部１３０に隣接して成形装置内に配置することができ、熱成形積層ウェハ１０５の凸側面（すなわち第２の層１２５）は、凹金型挿入部１３０に隣接する。熱成形積層ウェハ１０５が凹金型挿入部１３０に当接し、熱成形積層ウェハ１０５の端縁が凹金型挿入部１３０の端縁まで突出（ｄＴＦ＝ｄＩｎｓｅｒｔ）して、熱成形積層ウェハ１０５を金型空洞内に固定する。熱成形積層ウェハ１０５のベースカーブが凹金型挿入部１３０のベースカーブよりも小さい場合、直径がより小さい平面積層ウェハ１００を用いて一定のコード長（又はレンズ直径）を維持することができ、すなわち全ての熱成形積層ウェハ１０５のベースカーブのコード長が好適には凹金型挿入部１３０の直径と等しくなって、装填動作中に熱成形積層ウェハ１０５が空洞から脱落することを防止する。これは、特に、真空を用いるとき、熱成形積層ウェハ１０５と凹金型挿入部１３０との間を密閉する必要がある場合に関連する。
平面積層ウェハ１００の外周が熱成形積層ウェハ１０５の外周よりもｄｆｗ／ｄＴＦの比率だけ大きくなり得ることにも留意されたい。所定の比率を上回ると、端縁変形が生じ、平面積層ウェハ１００の端縁に余分な長さは、熱成形積層ウェハ１０５の端縁での圧縮、面外変形、座屈又はしわ形成により収容できる。
平面積層ウェハ１００は、中（４．００Ｄ）から高（８．５０Ｄ）ベースカーブに熱成形することができ、平面積層ウェハ１００の直径ｄｆｗは、熱成形された積層ウェハ１０５の直径ｄＴＦよりはるかに大きい。積層構造体（例えば、平面積層ウェハ１００）に失敗せずに問題なく張力及び圧縮を加える能力は、積層体の組成の機械的特性に実質的に基づく。捩じり剛性、延性及び弾性等の機械的特性は、平面積層ウェハ１００の熱成形に重要な役割を果たす。より軟質であり且つ延性の高い材料（５０ミクロン超）を中心層１２０に用いることで欠陥の可能性が高まる。一般的に見られるウェハ欠陥は、任意の配置又はセンタリングタブで座屈及びしわの形成を含む。層の厚さの調整を介して平面積層ウェハ１００の捩じり剛性を高めることについて本明細書に記述する。熱が印加された状態で、漸進的に平面積層ウェハ１００の湾曲部を高める、例えばＩｔａｌｙ ｍａｃｈｉｎｅのＬＥＭＡのような公知の装置及び方法を用いて、平面積層ウェハ１００を熱成形できることが理解されるであろう。
図２Ａは、本開示の一実施形態による平面積層ウェハ１００の層の概略図である。当業者に公知の技術を用いて平面積層ウェハ１００を製造できることが理解されるであろう。一例において、粘着積層を用いることができ、第１の層１１５と第２の層１２５とが接着剤を用いて中心層１２０に結合されて、ニップローラーの対により互いに近接させられる。ニップローラーは、平面積層ウェハ１００の厚さを制御しながら接着剤を広げ易くし、且つ層を互いに圧搾するように構成することができる。第１の層１１５と第２の層１２５との間に高温溶融中心層１２０が挟まれる別の例では、押出積層を用いることができる。本例での厚さは、ニップローラーの間隙設定を介して調整することができる。別の例において、粘着コーティング積層を用いることができ、中心層１２０は、搬送膜上に溶液流延されて乾燥させることができる。この状態において、中心層１２０は、より粘着性でべたつくため、層を圧力密閉するように構成されたニップローラーの対を用いて搬送膜から第１の層１１５及び第２の層１２５に転写できる。従って、上述のように、いくつかの例では、任意選択の接着剤を中心層１２０と外側の第１の層及び第２の層１１５、１２５との間に適用することができる。他の複数の例において、層を直接接着することができる。
中心層１２０は、光学的機能性熱可塑性エラストメリック樹脂であり得る。一例において、中心層１２０は、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）であり得る。別の例において、中心層１２０は、半結晶性ポリエーテルブロックポリアミド（ＰＥＢＡ）であり得る。特に、光学添加物（例えば、調光染料、色調染料、選択的波長の染料吸収体、電子調光染料等）を中心層１２０と混ぜ合わせて、光学機能性膜を製造することができる。第１の層１１５及び第２の層１２５は、例えば、ポリカーボネート、セルロースエステル（例えば、セルローストリアセテート）、アクリル、環状オレフィンコポリマー等であり得、光学的に透明であり、ヘイズが殆ど又は全くない。
図２Ｂは、本開示の一実施形態による、厚さが非対称な平面積層ウェハ１００の層の概略図である。一実施形態において、平面積層ウェハ１００は、第１の層１１５、中心層１２０及び第２の層１２５を含み得、第１の層１１５は、中心層１２０を熱絶縁して、熱成形中に更なる構造的剛性を提供するように構成され、第１の層１１５及び第２の層１２５の厚さは、異なる。例えば、第２の層１２５の厚さは、約２５０マイクロメートル（μｍ）であり得る。熱成形中に中心層１２０を熱絶縁して更なる構造的剛性を提供するために、第１の層１１５の厚さは、２５０μｍを上回り得る。例えば、第１の層１１５の厚さは、３５０～８００μｍの範囲であり得る。中心層１２０の厚さは、例えば、１５～１５０μｍの範囲であり得る。この構造を図３Ａで用いることができる。より厚い第１の層１１５は、高いベースカーブ、例えば４．００Ｄ以上のベースカーブに熱成形する場合、座屈、変形又はしわの形式の欠陥を減らすこともできる。特に、厚い第１の層１１５を有する熱成形された積層ウェハ１０５は、中間ステップを飛ばして１回のパスで高いベースカーブ（例えば、８．００Ｄ）に直接成形することができる。すなわち、中位のベースカーブへの成形を一切行わずに平面積層ウェハ１００から８．００Ｄのベースカーブに直接成形することができる。
代替的な一実施形態において、第２の層１２５は、第１の層１１５よりも厚い。例えば、第１の層１１５の厚さは、約２５０μｍであり得、第２の層１２５の厚さは、２５０μｍを上回り得る。従って、成形装置内に配置された際、より厚い層（第２の層１２５）は、凹金型挿入部１３０に隣接する。
図２Ｃは、本開示の一実施形態による、厚さが対称な平面積層ウェハ１００内の層の概略図である。一実施形態において、平面積層ウェハ１００は、第１の層１１５、中心層１２０及び第２の層１２５を含み得、第１の層１１５は、熱成形中に中心層１２０を熱絶縁して更なる構造的剛性を提供するように構成され、第１の層１１５及び第２の層１２５の厚さは、同じである。熱成形中に中心層１２０を熱絶縁して更なる構造的剛性を提供するために、第１の層１１５の厚さは、２５０μｍを上回り得る。例えば、第１の層１１５の厚さは、３５０～８００μｍの範囲であり得る。第２の層１２５の厚さは、第１の層１１５と同じであり得る。中心層１２０の厚さは、例えば、１５～１５０μｍの範囲であり得る。
図２Ｄは、本開示の一実施形態による、厚さが非対称であり、且つ直径が変化する平面積層ウェハ１００内の層の概略図である。一実施形態において、平面積層ウェハ１００は、第１の層１１５、中心層１２０及び第２の層１２５を含み得、第１の層１１５及び中心層１２０は、第２の層１２５の直径よりも小さい同じ直径を有し、第２の層１２５は、第１の層１１５よりも厚い。熱成形中に更なる構造的剛性を提供するために、第２の層１２５の厚さは、２５０μｍを上回り得る。例えば、第２の層１２５の厚さは、３５０～８００μｍの範囲であり得る。第１の層１１５の厚さは、約２５０マイクロメートル（μｍ）であり得る。中心層１２０の厚さは、例えば、１５～１５０μｍの範囲であり得る。この構造を図３Ｂで用いることができる。特に、厚さが非対称な設計を用いる利点の１つは、平面積層ウェハ１００が形成できないほど厚過ぎないように、積層体の全体の厚さを薄くすることである。また、第１の層１１５及び中心層１２０の直径が第２の層１２５よりも小さいため、ウェハの端縁に沿った欠陥、層間剥離及び凹側面における座屈が少なくなるように、平面積層ウェハ１００を熱成形することができる。更に、厚さが非対称な設計では、全体の厚さが顕著に増大しないため、射出成形に適している。
代替的な一実施形態において、第１の層１１５の厚さは、第２の層１２５と同じである。例えば、第１の層１１５の厚さは、３５０～８００μｍの範囲であり得る。本実施形態において、更なる構造的剛性の利点は、第１の層１１５又は第２の層１２５の一方が厚いことにより実現される。
図３Ａは、本開示の一実施形態による、成形装置内で非対称な層厚に熱成形された積層ウェハ１０５の概略図である。一実施形態において、熱成形された積層ウェハ１０５は、ポリマー溶融物１４０が空洞内に射出される箇所により厚い第１の層１１５が隣接するように空洞に配置される。空いている成形装置から始めて、熱成形積層ウェハ１０５は、凹金型挿入部１３０に隣接して配置される。凹金型挿入部１３０が収納される第１の金型側面１４５ａは、凸金型挿入部１３５が収納される第２の金型側面１４５ｂと結合するように近づけられる。これは、例えば、金型側面１４５ａ、１４５ｂの一方を他方に押し付けて閉じる油圧又は電気プレスにより実行できる。金型側面１４５ａ、１４５ｂを結合した後、ポリマー溶融物１４０（例えば、溶融ポリカーボネート）は、熱成形積層ウェハ１０５と凸金型挿入部１３５との間の成形装置の空洞に射出される。いくつかの実装において、ポリマー溶融物１４０は、透明又は半透明の熱可塑性材料、例えばポリカーボネート、熱可塑性ウレタン、ポリアクリレート、ポリエステル、コポリエステル、ポリメタクリレート、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリスチレン、ポリアミド、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリペンテン、ポリオレフィン、イオノマ、エチレンメタクリル酸、環状オレフィンコポリマー、アクリロニトリル、スチレン無水マレイン酸、そのコポリマー又はその誘導体若しくは混合物を含む。
ポリマー溶融物１４０は、時間経過に伴って金型内部で徐々に冷却して、熱成形積層ウェハ１０５と接着し、金型側面１４５ａ及び１４５ｂが分離された場合、成形装置から排出することができる。金型側面１４５ａ、１４５ｂは、独立に熱制御することができる。凹及び凸金型挿入部１３０、１３５も独立に熱制御することができるか、又は熱放散について金型側面１４５ａ、１４５ｂに依存し得る。すなわち、凹及び凸金型挿入部１３０、１３５は、金型側面１４５ａ、１４５ｂに熱結合することができ、且つ金型側面１４５ａ、１４５ｂは、冷却中にポリマー溶融物１４０から凹及び凸金型挿入部１３０、１３５に伝導された熱をヒートシンクが吸収するのに十分に大きくすることができる。特に、第１の層１１５又は第２の層１２５の厚さが増大することで、熱成形中に熱成形された積層ウェハ１０５の外縁部が座屈することを防止するのに十分な構造的完全性を提供するため、射出成形後のレンズの欠陥を減らすことにつながる。
一実施形態において、中心層１２０は、ポリエーテルブロックアミド（ＰＥＢＡ）である。ＰＥＢＡの射出成形により、ＰＥＢＡポリマーの形態的特性に起因する製造の困難さが生じ、これは、主に分子間順序と結晶度に基づいており、その両方が製造時の温度上昇に影響を受ける。ＰＥＢＡ中心層１２０を有する熱成形された積層ウェハ１０５がポリマー溶融物１４０により射出成形された場合、結果的に得られる半仕上げレンズは、レンズの中心又は全体にわたり、「ヘイズ」として知られる明瞭且つ反復的な欠陥を含み得る。このヘイズは、第１の層１１５から中心層１２０にわたるポリマー溶融物１４０からの伝熱に起因するＰＥＢＡ中心層１２０の加熱に続く、緩慢な冷却の結果であり得る。重要な点として、第１及び第２の層１１５、１２５が薄い場合、ＰＥＢＡ中心層１２０に伝導される熱の量が増大することで中心層１２０内の結晶領域が溶ける。更に、第１及び第２の層１１５、１２５が両方とも薄いため、ＰＥＢＡ中心層１２０の冷却は、ポリマー溶融物１４０のより緩慢な冷却速度に追随する。この緩慢な冷却速度によりＰＥＢＡ中心層１２０の結晶領域が成長できるため、最終レンズに散乱光及びヘイズが生じることになる。従って、より厚い第１の層１１５をポリマー溶融物１４０に隣接して有する熱成形された積層ウェハ１０５の厚さが非対称である設計に起因して、ＰＥＢＡ中心層１２０の温度は、凹金型挿入部１３０の温度により近い。これは、厚い第１の層１１５に起因して、ＰＥＢＡ中心層１２０がポリマー溶融物１４０の熱から熱絶縁されるため、冷却速度が速くなることを意味する。冷却速度が速ければ、ＰＥＢＡ中心層１２０内の大きい結晶領域の成長が阻害されるため、最終レンズの散乱光が少なくなる。従って、第１の層１１５の厚さがポリマー溶融物１４０から中心層１２０への所定の閾値を超える伝熱を防止するように、注入されたポリマー溶融物１４０の温度に基づいて第１の層１１５の厚さを決定することができ、所定の閾値は、中心層１２０内の結晶領域の成長が阻害又は完全に防止されるように、中心層１２０の冷却速度により決定される。
図３Ｂは、本開示の一実施形態による、成形装置内で異なる層直径に熱成形された積層ウェハ１０５の概略図である。一実施形態において、熱成形された積層ウェハ１０５が、端縁にしわがない高いベースカーブ（４．０Ｄベース超）まで極めて良好に熱成形できるように、第１の層１１５及び中心層１２０の直径は、第２の層１２５よりも小さくてよい。厚さ及び直径が非対称な設計を用いる別の利点は、凹及び凸金型挿入部１３０、１３５の汚染を回避するために、射出成形処理がより良好に行われ得ることである。同様に、熱成形された積層ウェハ１０５は、ポリマー溶融物１４０が空洞内に射出される箇所に第１の層１１５が隣接するように空洞に配置される。次いで、図３Ａについて記述した射出成形工程を実行することができる。
図４は、本開示の一実施形態による、眼鏡レンズを製造する方法のフローチャートである。ステップＳ４０１において、平面積層ウェハ１００が形成される。例えば、平面積層ウェハ１００は、粘着積層、押出積層、粘着コーティング積層又は他の任意の公知の方法により形成することができる。平面積層ウェハ１００は、例えば、中心層１２０が熱可塑性エラストマーである３つの層を含み得る。ステップＳ４０３において、平面積層ウェハ１００は、熱成形積層ウェハ１０５に形成される。熱成形装置を用いて、成形装置内での成形前に平面積層ウェハ１００の湾曲部及び形状を修正し得る。ステップＳ４０５において、熱成形積層ウェハ１０５が成形装置内に配置される。例えば、熱成形積層ウェハ１０５は、熱成形積層ウェハ１０５の凸側面が凹金型挿入部１３０に対向するように凹金型挿入部１３０に隣接して配置される。凹金型挿入部１３０は、真空力により熱成形積層ウェハ１０５を固定することができる。金型側面１４５ａは、１４５ｂは、互いに押し付けられて結合して、密閉を形成することができる。ステップＳ４０７において、ポリマー溶融物１４０は、熱成形積層ウェハ１０５と凸金型挿入部１３５との間の金型装置の空洞に射出することができる。ステップＳ４０９において、レンズは、金型装置内におけるポリマー溶融物１４０の冷却により成形される。ポリマー溶融物１４０からの熱及び圧力は、追加的に、熱成形された積層ウェハ１０５を凹金型挿入部１３０の湾曲に押し付けて更に成形するために、熱成形された積層ウェハ１０５を加熱することができる。本方法を用いて、「平面」眼鏡レンズ、プラノ眼鏡レンズ、処方眼鏡レンズ及び「ハイラップ」サングラス及びゴーグルを形成できることが理解されるであろう。
上記の説明において、処理システムの特定のジオメトリ及び各種要素並びにそこで用いる処理等の具体的な詳細を開示した。しかし、本明細書に記述する技術は、これらの具体的な詳細と異なる他の実施形態で実施可能であり、そのような詳細は、説明目的であり、限定目的ではないことが理解されるであろう。本明細書に開示する実施形態について添付の図面に関して記述してきた。同様に、詳細な理解を提供するために、説明目的で特定の数、材料及び構成を開示した。それにもかかわらず、そのような具体的な詳細なしに実施形態を実施することができる。実質的に同一の機能的構造を有する構成要素は、同じ参照符号で表記し、従って、冗長な記述は、全て省略され得る。
各種の実施形態の理解を支援するために、各種の技術を複数の別個の動作と記述してきた。記述の順序は、これらの動作が必然的に順序に依存することを示唆するものと解釈してはならない。実際、これらの動作は、提示する順序で実行される必要はない。記述する動作は、記述される実施形態と異なる順序で実行され得る。各種の追加的な動作を実行し、且つ／又は追加的な実施形態において記述する動作を省略し得る。
当業者は、本発明の同じ目的を依然として達成しながら、上述の技術の動作に対する多くの変更形態がなされ得ることも理解するであろう。このような変更形態は、本開示の範囲に含まれるものとする。このように、本発明の実施形態の上記の記述は、限定を意図しない。むしろ、本発明の実施形態に対するいかなる限定も以下の請求項に示される。
本開示の実施形態は、以下の括弧内の番号で示される通りでもあり得る。
（１）眼鏡用積層レンズを形成する方法であって、熱可塑性エラストマー層の第１の側に第１のポリカーボネート層を付着させ、且つ熱可塑性エラストマー層の第２の側に第２のポリカーボネート層を付着させることにより、平面積層体を形成するステップであって、第１のポリカーボネート層は、２５０μｍを上回る厚さを有し、第２のポリカーボネート層は、２５０μｍを上回る厚さを有し、及び熱可塑性エラストマー層は、１５μｍ～１５０μｍの範囲の厚さを有する、ステップと、平面積層体を、成形前湾曲部を有する湾曲積層体に熱成形するステップと、湾曲積層体を金型内に配置するステップと、所定の温度及び所定の圧力に設定された金型を介して、ポリマー溶融物を用いて湾曲積層体を湾曲レンズに成形するステップとを含む方法。
（２）金型は、凹金型挿入部及び凸金型挿入部を含み、湾曲積層体は、第２のポリカーボネート層が凹金型挿入部に隣接するように金型内に配置され、及びポリマー溶融物は、湾曲積層体の第１のポリカーボネート層と凸金型挿入部との間に射出される、（１）の方法。
（３）第１のポリカーボネート層の厚さは、第２のポリカーボネート層の厚さに等しく、及びポリマー溶融物と接触する第１のポリカーボネート層は、湾曲レンズの凹面を生成する、（１）又は（２）のいずれかの方法。
（４）第１のポリカーボネート層の第１の厚さ及び第２のポリカーボネート層の第２の厚さは、それぞれ３８０μｍ～８００μｍの範囲である、（１）～（３）のいずれか１つの方法。
（５）第１のポリカーボネート層の厚さは、第２のポリカーボネート層の厚さを上回り、及びポリマー溶融物と接触する第１のポリカーボネート層は、湾曲レンズの凹面を生成する、（１）又は（２）のいずれかの方法。
（６）第１のポリカーボネート層の厚さは、３８０μｍ～８００μｍの範囲である、（１）、（２）、（４）又は（５）のいずれか１つの方法。
（７）第１のポリカーボネート層の直径及び熱可塑性エラストマー層の直径は、両方とも第２のポリカーボネート層の直径よりも小さい、（１）～（６）のいずれか１つの方法。
（８）第２のポリカーボネート層の厚さは、第１のポリカーボネート層の厚さを上回り、及びポリマー溶融物と接触する第１のポリカーボネート層は、湾曲レンズの凹面を生成する、（１）～（７）のいずれか１つの方法。
（９）平面積層体を湾曲積層体に熱成形するステップは、いかなる中間成形ステップもなしに実行される、（１）～（８）のいずれか１つの方法。
（１０）熱成形された湾曲積層体は、５．０Ｄを上回るベースカーブを有する、（１）～（９）のいずれか１つの方法。
（１１）熱可塑性エラストマー層の材料は、熱可塑性ポリウレタンである、（１）～（１０）のいずれか１つの方法。
（１２）熱可塑性エラストマー層の材料は、ポリエーテルブロックポリアミドである、（１）～（１１）のいずれかに１つの方法。
（１３）第１のポリカーボネート層の厚さが、ポリマー溶融物から熱可塑性エラストマー層への所定の閾値を上回る伝熱を防止するように、第１のポリカーボネート層の厚さは、射出されたポリマー溶融物の温度に基づいて決定される、（１）～（１２）のいずれかに１つの方法。
（１４）眼鏡レンズ積層体であって、２５０μｍを上回る厚さを有する第１のポリカーボネート層と、２５０μｍを上回る厚さを有する第２のポリカーボネート層と、１５μｍ～１５０μｍの厚さを有する熱可塑性エラストマー層であって、第１のポリカーボネート層と第２のポリカーボネート層との間に配置され、熱可塑性エラストマーの第１の側で第１のポリカーボネート層に結合され、且つ熱可塑性エラストマー層の第２の側で第２のポリカーボネート層に結合される、熱可塑性エラストマー層とを含む眼鏡レンズ積層体。
（１５）第１のポリカーボネート層の厚さは、第２のポリカーボネート層の厚さに等しい、（１４）の眼鏡レンズ積層体。
（１６）第１のポリカーボネート層の厚さ及び第２のポリカーボネートの厚さは、それぞれ２５０μｍ超～８００μｍの範囲である、（１４）又は（１５）のいずれかの眼鏡レンズ積層体。
（１７）第１のポリカーボネート層の厚さ及び第２のポリカーボネート層の厚さは、それぞれ３６０μｍ～６００μｍの範囲である、（１４）～（１６）のいずれか１つの眼鏡レンズ積層体。
（１８）第１のポリカーボネート層の厚さは、第２のポリカーボネート層の厚さを上回る、（１４）の眼鏡レンズ積層体。
（１９）第１のポリカーボネート層の厚さ及び第２のポリカーボネート層の厚さは、それぞれ２５０μｍ～８００μｍの範囲である、（１４）又は（１８）のいずれかの眼鏡レンズ積層体。
（２０）第１のポリカーボネート層の厚さは、３６０μｍ～８００μｍ、好適には３６０μｍ～６００μｍの範囲であり、及び第２のポリカーボネート層の厚さは、２５０μｍ～５５０μｍの範囲、例えば４５０μｍ～５５０μｍの範囲、より好適には２５０μｍ～３５０μｍの範囲である、（１４）、（１８）又は（１９）のいずれか１つの眼鏡レンズ積層体。
（２１）第１のポリカーボネート層の厚さは、３６０μｍ～６００μｍの範囲であり、及び第２のポリカーボネート層の厚さは、２５０μｍ～３５０μｍの範囲である、（２０）の眼鏡レンズ積層体。

Claims (20)

  1. 眼鏡用積層レンズを形成する方法であって、
    熱可塑性エラストマー層の第１の側に第１のポリカーボネート層を付着させ、且つ前記熱可塑性エラストマー層の第２の側に第２のポリカーボネート層を付着させることにより、平面積層体を形成するステップであって、前記第１のポリカーボネート層は、２５０μｍを上回る厚さを有し、前記第２のポリカーボネート層は、２５０μｍを上回る厚さを有し、及び前記熱可塑性エラストマー層は、１５μｍ～１５０μｍの範囲の厚さを有する、ステップと、
    前記平面積層体を、成形前湾曲部を有する湾曲積層体に熱成形するステップと、
    前記湾曲積層体を金型内に配置するステップと、
    所定の温度及び所定の圧力に設定された前記金型を介して、ポリマー溶融物を用いて前記湾曲積層体を湾曲レンズに成形するステップと
    を含む方法。
  2. 前記金型は、凹金型挿入部及び凸金型挿入部を含み、
    前記湾曲積層体は、前記第２のポリカーボネート層が前記凹金型挿入部に隣接するように前記金型内に配置され、及び
    前記ポリマー溶融物は、前記湾曲積層体の前記第１のポリカーボネート層と前記凸金型挿入部との間に射出される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１のポリカーボネート層の厚さは、前記第２のポリカーボネート層の厚さに等しく、及び
    前記ポリマー溶融物と接触する前記第１のポリカーボネート層は、前記湾曲レンズの凹面を生成する、請求項２に記載の方法。
  4. 前記第１のポリカーボネート層の前記第１の厚さ及び前記第２のポリカーボネート層の前記第２の厚さは、それぞれ３８０μｍ～８００μｍの範囲である、請求項３に記載の方法。
  5. 前記第１のポリカーボネート層の厚さは、前記第２のポリカーボネート層の厚さを上回り、及び
    前記ポリマー溶融物と接触する前記第１のポリカーボネート層は、前記湾曲レンズの凹面を生成する、請求項２に記載の方法。
  6. 前記第１のポリカーボネート層の前記厚さは、３８０μｍ～８００μｍの範囲であり、及び
    前記第２のポリカーボネート層の前記第２の厚さは、２５０μｍ～６００μｍの範囲である、請求項５に記載の方法。
  7. 前記第１のポリカーボネート層の直径及び前記熱可塑性エラストマー層の直径は、両方とも前記第２のポリカーボネート層の直径よりも小さい、請求項２に記載の方法。
  8. 前記第２のポリカーボネート層の厚さは、前記第１のポリカーボネート層の厚さを上回り、及び
    前記ポリマー溶融物と接触する前記第１のポリカーボネート層は、前記湾曲レンズの凹面を生成する、請求項７に記載の方法。
  9. 前記平面積層体を前記湾曲積層体に熱成形する前記ステップは、いかなる中間成形ステップもなしに実行される、請求項２に記載の方法。
  10. 前記熱成形された湾曲積層体は、５．０Ｄを上回るベースカーブを有する、請求項９に記載の方法。
  11. 前記熱可塑性エラストマー層の材料は、熱可塑性ポリウレタンである、請求項２に記載の方法。
  12. 前記熱可塑性エラストマー層の材料は、ポリエーテルブロックポリアミドである、請求項２に記載の方法。
  13. 前記第１のポリカーボネート層の厚さが、前記ポリマー溶融物から前記熱可塑性エラストマー層への所定の閾値を上回る伝熱を防止するように、前記第１のポリカーボネート層の前記厚さは、前記射出されるポリマー溶融物の温度に基づいて決定される、請求項１２に記載の方法。
  14. 眼鏡レンズ積層体であって、
    ２５０μｍを上回る厚さを有する第１のポリカーボネート層と、
    ２５０μｍを上回る厚さを有する第２のポリカーボネート層と、
    １５μｍ～１５０μｍの範囲の厚さを有する熱可塑性エラストマー層であって、前記第１のポリカーボネート層と前記第２のポリカーボネート層との間に配置され、前記熱可塑性エラストマーの第１の側で前記第１のポリカーボネート層に結合され、且つ前記熱可塑性エラストマーの第２の側で前記第２のポリカーボネート層に結合される、熱可塑性エラストマー層と
    を含む眼鏡レンズ積層体。
  15. 前記第１のポリカーボネート層の厚さは、前記第２のポリカーボネート層の厚さに等しい、請求項１４に記載の眼鏡レンズ積層体。
  16. 前記第１のポリカーボネート層の前記厚さ及び前記第２のポリカーボネートの前記厚さは、それぞれ２５０μｍ超～８００μｍの範囲である、請求項１５に記載の眼鏡レンズ積層体。
  17. 前記第１のポリカーボネート層の前記厚さ及び前記第２のポリカーボネート層の前記厚さは、それぞれ３６０μｍ～６００μｍの範囲である、請求項１６に記載の眼鏡レンズ積層体。
  18. 前記第１のポリカーボネート層の厚さは、前記第２のポリカーボネート層の厚さを上回る、請求項１４に記載の眼鏡レンズ積層体。
  19. 前記第１のポリカーボネート層の前記厚さ及び前記第２のポリカーボネート層の前記厚さは、それぞれ２５０μｍ～８００μｍの範囲である、請求項１８に記載の眼鏡レンズ積層体。
  20. 前記第１のポリカーボネート層の前記厚さは、３６０μｍ～６００μｍの範囲であり、及び
    前記第２のポリカーボネート層の前記厚さは、２５０μｍ～５５０μｍの範囲である、請求項１９に記載の眼鏡レンズ積層体。
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