JP2574360B2 - プラスチックレンズ成形方法およびその装置 - Google Patents

プラスチックレンズ成形方法およびその装置

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JP2574360B2 JP63024326A JP2432688A JP2574360B2 JP 2574360 B2 JP2574360 B2 JP 2574360B2 JP 63024326 A JP63024326 A JP 63024326A JP 2432688 A JP2432688 A JP 2432688A JP 2574360 B2 JP2574360 B2 JP 2574360B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009Production of simple or compound lenses
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    • B29D11/00009Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00432Auxiliary operations, e.g. machines for filling the moulds
    • B29D11/00442Curing the lens material

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はレンズ,プリズムなどの光学素子の製造方法
および装置に関するものであり、特に重合プロセスを含
むプラスチック光学素子の製造方法および装置に関する
ものである。
従来の技術 プラスチックレンズには大きく分けて2種類あり、一
つは熱可塑性ポリマーのレンズであり、PMMA,ポリカー
ボネート,ポリスチレン,ポリアクリロニトリル−スチ
レン共重合体などの材質が良く用いられている。これら
の材質の成形には、圧縮成形,射出成形,射出圧縮成形
等が用いられ、原理的には加熱溶融してレンズ形状に対
応したキャビティに沿って加工し、更に圧力をかけて冷
却に伴なう収縮分を体積弾性を利用して高温時に補うべ
く圧縮している。従って、熱と圧力が不可欠であるので
金型,成形機が大きくなり、微小な変形も起り易い。
もう一つは、熱硬化性モノマーや一部の熱可塑性モノ
マーを重合成形したレンズであり、メチルメタクリレー
ト,ジエチレングリコールビスアリルカーボネート(別
名CR−39),グリコールジメタクリレート,ジエチレン
グリコールジメタクリレートなどの材質が知られてる。
これらは比較的低温でしかも定圧で硬化することが一般
的であり、キャステングあるいは注型法と呼ばれる容易
な成形方法で実施される。
眼鏡用レンズに良く用いられる一般的な注型法を第3
図に基いて説明する。レンズ面を形成する上下2枚のガ
ラス20,21をガスケット22を介して合わせ、上下ガラス2
0,21とガスケット22に囲まれた空気に液状のモノマー23
を充填しクリップ24で全体で保持して静置する。モノマ
ー23中には僅かな反応開始剤が成形直前に混入されてお
り僅かに昇温することにより反応を開始する。そのまま
数時間あるいは十数時間放置すると全体が硬化した成形
品が得られる。この時、全体の体積は10〜20パーセント
程収縮するのでレンズ全体の厚さがうすくなる。
上記注型法は、眼鏡レンズのような比較的肉厚が均一
でかつ肉厚そのものが薄い場合には可能であるが、VTR
カメラ等のレンズには不向きとされている。また成形時
間も長過ぎるため工業的手段としては敬遠されている。
この2つの欠点を補なうべく特開昭55−132221号では
第4図に示すように、紫外線ランプ31の照射のもとにガ
ラス型25,26に囲まれたキャビティ中の樹脂27を硬化
し、その時生ずる収縮分をロート28中に貯えた樹脂30を
コック29を介してキャビティに流し込み、全体が硬化し
たらコック29を閉じて離型し、成形品を取り出すことが
提案されている。もとより紫外線硬化プロセスは高速反
応プロセスとして知られており、これに反応収縮分を追
加するメカニズムを加えることで解決するかに見えた
が、全体の反応が完結する前に樹脂の流動性が損なわ
れ、収縮分の補給が不十分であることと、高速で全体の
反応が進むため、硬化収縮に伴なう圧縮応力とその反作
用による引張応力が急激に起るため、応力を緩和する余
裕がなく、でき上った成形体の破壊限界応力を超えるこ
とから成形精度も不十分でありなおかつクラックを生じ
やすく型から取り出す時には既に割れていることが多
い。特に肉厚差の大きいレンズに顕著である。
発明が解決しようとする課題 そこで本発明が解決しようとする課題は、重合成形プ
ロセスによるレンズ成形において、肉厚差が比較的大き
い形状のレンズでも高速でかつ高精度に成形できるよう
にすることである。
課題を解決するための手段 本発明のプラスチックレンズ成形方法は、レンズ形成
に対応するキャビティと、このキャビティの外周に連通
する注入孔とを有すると共に、少なくとも一方のレンズ
面を形成する型部材は透明な部材よりなり、外部からこ
の透明部材を通して前記キャビティに光を導びくことを
可能とした型を用い、前記注入孔より孔硬化性プラスチ
ック材料をキャビティに注入し、更に余剰の材料を注入
孔に貯えたまま、キャビティの中心部の光強度が最も強
く、外周側に向って徐々に弱くなる光強度分布を有する
光をキャビティに照射して前記材料を硬化することを特
徴とする。
本発明のプラスチックレンズ成形装置は、レンズ形状
に対応するキャビティと、このキャビティの外周に連通
する注入孔とを有すると共に、少なくとも一方のレンズ
面を形成する型部材が透明である型と、光硬化性プラス
チック材料の光硬化反応を励起する光を前記キャビティ
全面に照射可能な光源と、この光源と前記型との間にあ
って、前記キャビティの中心と概ね一致する中心で開閉
し、最大開き時において光源からの光がキャビティ全面
を照射する絞り機構とを備えたことを特徴とする。
作用 本発明のプラスチックレンズ成形方法によればキャビ
ティに導かれた光硬化性プラスチックレンズ材料は、光
照射により透明の型部材のレンズ面側から光硬化反応を
起こす。この光硬化反応速度は光の照射量に比例するの
で光強度が強い中心が最も盛んに反応し、周囲ほど反応
がゆっくりしている。従って、中心が盛り上ったように
硬化層が成長するので、光強度分布とレンズ形状との兼
ね合いをうまく選ぶことにより、中心部が先に全肉厚部
の硬化が完結し、その後外周に向って硬化完了域が進行
するので、硬化収縮分は、キャビティの外周に連通する
余剰の材料が流入することによりレンズ全体が硬化する
まで補なうことができる。
また本発明のプラスチックレンズ成形装置によれば、
光源からの光を絞り機構により絞って型に照射すること
が可能であり、特に光照射開始時は量も絞って中心のみ
に光が照射するようにし、キャビティ内の光硬化性プラ
スチック材料の光硬化反応速度に合わせて絞りを徐々に
開放することにより外周に反応域を広げることができ
る。
実 施 例 第1図は本発明の第1実施例を示している。紫外光源
に対して良好な透過率を示す石英ガラスを用いた上型1
と下型2にはレンズ形状に対応するレンズ面3,4がそれ
ぞれ形成され、レンズの厚さを保つための段差5は下型
2に形成されている。レンズ面3とレンズ面4と段差5
によりレンズ形状に対応するキャビティ6が形成されて
いる。キャビティ6に連通する注入孔7が下型2に設け
られ、段差5の一部を凹部8となして連通を保ってい
る。
第1図は既に、キャビティ6に光硬化性プラスチック
レンズ材料9が充填され、注入孔7にも余剰の光硬化性
プラスチックレンズ材料10が満たされている。
ここでいう光硬化性プラスチックレンズ材料とは、ヒ
ドロキシエチルアクリレート,エチレングリコールジア
クリレート,フェノキシエチルアクリレート,フェノキ
シジエチレングリコールアクリレート,2−ヒドロキシ−
3−フエノキシプロピルアクリレート,テトラヒドロフ
ルフリルアクリレート,ジシクロペンテニルオキシエチ
ルアクリレート,1,4−ブタンジオールジアクリレート,
ネオペンチルグリコールジアクリレート,トリエチレン
グリコールジアクリレート等のアクリル酸エステル類
や、2−ヒドロキシエチルメタクリレート,グリシジル
メチクリレート,ビスフェノールAジメタクリレートシ
クロヘキシルメタクリレート,ジシクロペンテニルメタ
クリレート,モノブロムジシクロペンテニルメタクリレ
ート,2,2−ビス(4−メタクリロキシ−3,5−ジブロモ
フェニル)プロパン,ビス(オキシメチル)トリシクロ
〔5,2,1,02.6〕デカンジメタクリレート,チオビスフェ
ノールジメタクリレート等のメタクリル酸エステル類、
更にはセチレン,ジビニルベンゼン等のビニル化合物の
単独液体や数種類の混合液に光重合開始剤としてベンゾ
インメチルエーテル,ベンゾインエチルエーテル,ベン
ジルジメチルケタール,1−ヒドロキシシクロヘキシンフ
ェニルケトン,2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニ
ルプロパノン,ジエトキシアセトフェノン,トリクロロ
アセトフェノン等の一種もしくは数種を配合した材料
で、急速に熱重合しない温度領域で液状であるものをさ
す。
第1図のハッチング部は既に硬化した部分11を示し、
矢印で示す強度分布の光の強度に応じた反応速度でレン
ズ面3からレンズ面4に向って硬化が進行中である。
上記硬化部分11は時間とともに成長するが、光の強度
分布を選ぶことにより必らず中心部が先にレンズ面4ま
で硬化し、徐々に外周に向って硬化部分11がレンズ面4
に達する。
上記のような硬化条件によれば、液状の光硬化性プラ
スチックレンズ材料9と硬化部分11との境界で起る最も
収縮の多きい光硬化反応部分はいつまでも液状部分と接
しているので、収縮分は注入孔7の余剰材料10がキャビ
ティ6に流入することにより補なうことができる。
第2図は本発明の第2実施例であり、光硬化性プラス
チックレンズ材料の光硬化反応を励起し得る光源を発す
る光源12(例えば高圧水銀灯など)と対向して透明な部
材からなる上型13と下型14を設け、キャビティ15に連通
する注入孔16より液状の光硬化性プラスチックレンズ材
料を充満し、キャビティ15と概ね一致する中心で開閉す
る空間18′を作り出す絞り羽根18と、この絞り羽根18を
駆動する支持部19とからなる絞り機構により、光源12か
らの光を中心から外周に向って徐々に広がるように制御
してキャビティ15に照射することにより硬化部分19は、
上型13に接した中心部分から硬化が始まり、外周側と深
さ方向とに徐々に進行する。絞りの開き速度と光源の強
さを選ぶことによりレンズ形状が異なっても、その形状
に応じて必らず中心部が先に厚さ方向に硬化完了し、常
に注入孔16から収縮分を補給しながら硬化することが可
能である。
発明の効果 本発明のプラスチックレンズ成形方法によれば、硬化
収縮を常に補ないながら硬化するので精度が良いレンズ
が得られることと、光照射区域を制御することなく、硬
化完了域を制御できるので成形装置を安価にし得ること
ができる。
本発明のプラスチックレンズ成形装置によれば、やは
り硬化収縮を常に補ないながら硬化するので精度が良い
レンズが得られることと、絞り機構により、レンズ形成
や光強度,光硬化性プラスチックレンズ材料の反応性に
応じて硬化区域を制御しながら硬化でさるので簡単な構
成でヒズミが少ないレンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す断面図、第2図は本
発明の第2の実施例を示す断面図、第3図は従来のレン
ズ注型型の断面図、第4図は従来の光硬化レンズ成形装
置の断面図である。 1,13……透明な型、6,15……キャビティ、7,16……注入
孔、3……レンズ面、12……光源、18……絞り羽根。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レンズ形状に対応するキャビティと、この
    キャビティの外周に連通する注入孔とを有すると共に、
    少なくとも一方のレンズ面を形成する型部材は透明な部
    材よりなり、外部からこの透明部材を通して前記キャビ
    ティに光を導びくことを可能とした型を用い、前記注入
    孔より光硬化性プラスチック材料をキャビティに注入
    し、更に余剰の材料を注入孔に貯えたまま、キャビティ
    の中心部の光強度が最も強く、外周側に向って徐々に弱
    くなる光強度分布を有する光をキャビティに照射して前
    記材料を硬化するプラスチックレンズ成形方法。
  2. 【請求項2】レンズ形状に対応するキャビティと、この
    キャビティの外周に連通する注入孔とを有すると共に、
    少なくとも一方のレンズ面を形成する型部材が透明であ
    る型と、光硬化性プラスチック材料の光硬化反応を励起
    する光を前記キャビティ全面に照射可能な光源と、この
    光源と前記型との時にあって、前記キャビティの中心と
    概ね一致する中心で開閉し、最大開き時において光源か
    らの光がキャビティ全面を照射する絞り機構とを備えた
    プラスチックレンズ成形装置。
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