JP4149918B2 - 樹脂レンズの半製品とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂レンズの半製品の形状とその成形に関する。

近年、眼鏡レンズの素材として高屈折率素材を使用したプラスチックレンズが数多く提供されている。従来のプラスチックの素材の屈折率を高屈折率化することで、より薄いレンズを提供でき、このようにレンズが全体的に薄くなることで、レンズ１個当たりの素材使用量は少なくなる。しかしながら、素材メーカーにおいては高屈折率素材の開発及び製造にかかるコストが増加し、樹脂レンズの素材自体のコストは高くなっている。従って、レンズキャスティングメーカーにおけるレンズ１個当たりの製造コストに占める素材コストは高くなってきているのが現状である。

眼鏡レンズとしては、眼鏡枠のレンズ装着部の大きさに合わせて、直径が８０ｍｍの樹脂レンズが現在流通している。眼鏡は視力矯正が本来の目的であるが、同時にファッション性や機能性が高く評価されるものであり、着色レンズ、ホトクロミクスレンズ、非球面レンズ、２焦点レンズなど種類も豊富である。従ってあらゆる種類の眼鏡枠に適合させるために、上述した大きさで提供されているのである。そのために、レンズ製造メーカーでは、樹脂を注型するためのモールドの直径を８０ｍｍにして、各度数に応じたモールドを多数在庫することを余儀なくされており、その在庫数は数千に及んでいる。一方、耐用期間としては１００回程度の使用（成形）で再研磨が必要となり、モールドの維持費は膨大なものとなっている。しかしながら実際には処方レンズを対象とした場合、成形されるレンズの直径は６０〜７０ｍｍもあれば十分であり、マイナスレンズにおいてはレンズの周縁部が特に分厚い形状となっているために、従来のレンズにおいて切除され、廃棄されていた周縁部の樹脂量は全体の５０〜１０％に達している。

従って、レンズの直径が小さくなれば樹脂の使用量はかなり少なくてすむが、最初から直径の小さなレンズを作製しようとすれば、モールドの小さいものが必要であり、上述したように別にモールドを準備するとなると更に在庫が増えることになり、負担が大きくなる。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、光学用樹脂を節約することにより、高性能の樹脂レンズがより安価で得られる樹脂レンズの半製品、その製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の状況をふまえ、１個当たりのレンズの製造コストに占める素材コストを低減すべく鋭意研究した結果、レンズ成形工程において樹脂の表面張力を利用することで目的を達成しうることを見出し、本発明の完成に至った。

すなわち、本発明の樹脂レンズの半製品は、周縁部を切削加工して所望の樹脂レンズを製造するためのものであって、レンズとなるべき部分を中央部に位置せしめ、その周縁部に切削されるべき薄目の鍔を一体に形成させたものである。レンズとなるべき部分と、周縁部に形成された切削されるべき鍔の部分との境界部分は、樹脂の表面張力により盛り上がった形状をなしている。

例えば、通常のモールドを用いてシェルを作製し、このシェルを水平に置いて、所定量の約半分の樹脂を注入して静置すると、モールドのほぼ中央部に、樹脂の表面張力により周辺部が水平にはならずに盛り上がった樹脂溜まりが形成される。これをそのまま加熱重合すると、樹脂は硬化して上記盛り上がりはややなだらかになるが、中心部がレンズとして成形され、その周辺部に薄い鍔状部分が一体に成形されたものが得られる。この鍔状部分を切除することにより、モールドの直径より小さな直径の樹脂レンズが得られる。

レンズ部分と薄い鍔状部分が一体になった上記成形物は、レンズを得るための予備成形物であり、半製品である。従来から種々の度数に対応するために分厚い成形物を用意して在庫し、需要に応じて厚み方向に切削研磨するようにしたものを半製品レンズ（セミレンズ）と称しているが、本発明でいう半製品レンズはこのような半製品レンズとは区別されるものであり、鍔の周縁部分を切削して正規のレンズを得ることから樹脂レンズの半製品と位置づけられるものである。形状としては、ほぼ中央部のレンズ本体となるべき部分の周縁部分に、切削される薄目の鍔の部分が形成されており、上記２つの部分の境界面が成形途上における樹脂の表面張力により盛り上がりの形状を呈していることを特徴としている。

次に、本発明の製造装置は、上記半製品を得るための製造装置であって、樹脂が注入されるキャビティを内部に有するシェルと、樹脂を注入された前記シェルを、ほぼ水平に保持し、かつ搬送することが可能な保持搬送用具と、前記シェルをほぼ水平に保持した状態で、注入された樹脂を加熱重合することが可能な加熱重合機とを有するものとする。

例えば、まず、使用する面が凹形状と凸形状の成形用モールドの中心部を所定の間隙に保持して周縁部を接着テープで密封し、キャビティを形成したシェルを作製する。この工程で２枚のモールドの光軸を合致させることは当然であるが、モールドの周縁部に貼着する接着テープが正確な円筒面を形成するようになすことも重要である。

シェルに樹脂を注入する時のシェルの姿勢は縦もしくは横方向のいずれでもよいが、注入量は所要の最低量を確実に注入することが必要であり、不足するとレンズの直径が小さくなるので、精度の高い計量が行える注入機の使用が好ましい。シェルに樹脂を注入した後、シェルは光軸を垂直方向にしてモールドを水平に置かなければならない。そのために、シェルの保持具は前述の接着テープが円筒面を形成していることを利用して、円筒面が挿入されるシリンダーに相当する穴を設けたものとすることができる。しかし、穴の側壁の全体は必要ではなく、熱の伝達が満遍なく行えるように側壁の一部と底部が除去されているのが好ましい。

シェルが傾いたまま加熱重合すると、得られるレンズ部分の中心が偏って所定の直径のレンズが得られない。従って、多数のシェルを加熱重合機に挿置するために、シェルをほぼ水平に保持する保持搬送用具と、シェルを入れる穴を多数設けたパレットを用意し、パレットもまた水平に支持されるように、加熱重合機にパレット保持器具もしくは保持構造を設けることが好ましい。シェルの姿勢は製造工程中において種々の姿勢をとり得るが、樹脂溜まりの形状を安定させるためにはできるだけ水平に保つことが好ましく、少なくとも加熱重合機に設置され、室温以上の加熱が行われる前の所定の時間帯は水平に維持することが必要である。

なお、本発明の製造装置は、シェルのキャビティの周縁部に配されるリング状部材であって、その厚さがキャビティの厚さより小さいために、キャビティ上部に空間を生じるリング状部材をさらに有するものとすることもできる。例えば、レンズ部分の半径が本発明の中では比較的大きい樹脂レンズの半製品を得ようとする場合や、粘性の比較的低い樹脂を使用する場合は、このようなリング状部材を使用することにより、所望のレンズの半製品を得ることがさらに容易となる。

次に、本発明の製造方法は、上記半製品を得るための製造方法であって、シェルのキャビティ内に、キャビティの容積の１０〜５０％の空間を残して樹脂を注入し、シェルをほぼ水平に保持するものであり、樹脂の流動性が小さくなり始めてから室温以上に加熱することが好ましい。

樹脂をシェルのキャビティ内に注入する際には、注入量を計測しながら所定量を注入し、キャビティの容積の５０〜９０％を満たすようにするので顕著な空間が残る。注入量は所望するレンズの直径により定められる。シェルをほぼ水平に保持するとキャビティ中央に樹脂溜まりができるが、樹脂には重合を促進させる触媒が混合されているので室温で放置しても樹脂の流動性が小さくなり、樹脂溜まりの形状が安定してくる。本発明において樹脂の使用量をより減少させるには、この時点から室温以上に加熱する。すなわち、加熱重合が進むと樹脂溜まりの粘度が一旦下がり、流動性が増すので、樹脂溜まりの形態が崩れ、周辺に向かって広がるが、この部分は不要な部分であるので、極力少なくなるように上記のように重合条件を調整するのが望ましい。

以下、本発明の実施の形態を表と図を用いて説明する。

図１に示すように、使用面の曲率半径が１４８０ｍｍのガラス製凹型８０ｍｍ径のモールド１と、曲率半径が１１３．８ｍｍの凸型８０ｍｍ径のモールド２を、中心部の間隙が１．０ｍｍになるように同一軸心上に配置し、その周辺部を接着テープ３で密封してキャビティ４を構成したシェル５を２個作製した。このキャビティ４に充填する樹脂を次の通り準備した。なお、モノマーは三井化学（株）製を用いた。

チオエピスルフィドモノマー ９０．０部（重量部）
チオールモノマー １０．０部
Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン ０．０４部
Ｎ，Ｎ−ジシクロヘキシルメチルアミン ０．１０部
無水酢酸 ０．０８部
Ｓｅｅｓｏｒｂ７０４ ３．０部

上記材料を撹拌混合したのち、濾過・脱泡して注形用の樹脂を調製した。この樹脂の粘度は４２ｃｐｓであった。

先に作製したシェル５のうちの片方のシェル５ａを横に静置して、図１に示すように、キャビティ中心部に向けて接着テープ部分より、注入針６を通じて上記要領にて調製した樹脂を注入した。樹脂はキャビティ中心部の間隙１．０ｍｍの部分において円形を保ちながら徐々に拡大したので、直径が６５ｍｍの円形状になるまで注入して、樹脂溜まり７ａを形成させた。この樹脂溜まりの周縁部には表面張力による盛り上がり部分が形成されていた。この状態で樹脂はキャビティの周辺部４ａを満たすには至らず、モールド１の上に広がって薄い層を形成していた。同様の手法にて、図３に示すように、他方のシェル５ｂのキャビティ中心部に直径６０ｍｍの円形状の樹脂溜まり７ｂが形成されるまで樹脂を注入した。これら２個のシェル５ａ及び５ｂを電気炉内に水平に置き、４０℃で１時間、引き続き９０℃で４時間加熱することにより、重合を完結させた。

重合処理後、シェル５ａのモールドを離型した。図４に示すように、得られた成形物８ａは中央にレンズ部分９ａがあり、その周辺部に厚み３ｍｍで直径が８０ｍｍの薄い鍔部分１０ａが一体に成形されたものであった。レンズ部分はレンズ凹面側に凸型ガラスモールドの曲率半径１１３．８ｍｍの面が転写され、直径６２ｍｍの縁周部には盛り上がり部分１１ａが形成されていた。レンズ部分の度数は−６．００Ｄであり、中心部の厚みは１．１２ｍｍであった。この成形物８ａをテストレンズ１として表１に示す。

また図５に示す他方のシェル５ｂから得られた成形物８ｂは中央にレンズ部分９ｂがあり、その周縁部には厚さ２ｍｍで直径８０ｍｍの薄い鍔部分１０ｂが一体に形成されていた。レンズ部分９ｂの凹面側は凸型ガラスモールドの曲率半径１１３．８ｍｍの曲面が転写され、直径５７ｍｍのところには円形状の盛り上がり部分１１ｂが形成され、レンズ部分９ｂの度数は−６．００Ｄであり、中心厚は１．１６ｍｍであった。この成形物８ｂをテストレンズ２として表１に示す。

これらの結果から考察すると、当初シェルに樹脂を注入したときには、それぞれのキャビティ中心部に円形状の樹脂溜まり７ａ及び７ｂができており、キャビティ周辺部には樹脂が薄い層を形成しているのみであったが、出来上がった成形物を見る限り、レンズ部分の凸面側はモールドの直径と同じ８０ｍｍに仕上がっていることから、加熱重合時の初期温度によりシェルが加熱され、シェル内の樹脂が同時に加温されることで、樹脂の液温が上がり、これにより一時的に樹脂の粘性が低下し、キャビティ中心部の円形状の樹脂溜まりが崩れて、キャビティ周辺部へと樹脂が流れたものと思われる。これらの状況から、キャビティ周辺部への樹脂の流れを少なくするためには、樹脂の種類によって適正な粘性があり、一概には云えないが、注入時の樹脂の粘性をレンズの重合成形に支障をきたさない範囲で高くして使用するか、あるいは初期重合温度を常温あるいは常温以下の温度に設定し、シェル内の樹脂の粘性を重合反応により高くした後に加温重合することが有効である。また、中心部の厚さを当初１．０ｍｍに設定したにも拘わらず、通常の成形によるレンズに比較して、やや厚目に成形されたのは、樹脂の収縮がモールドに及ぼす面積が小さく、特に樹脂の容積の大きい部分が無いことと、キャビティ内の空隙に存在する空気が膨張したことなどに起因していると判断される。

次に実施例に基づくテストレンズのデータを示す。比較例として使用した−６．００Ｄのレンズデータは、通常の生産方法にて製作されたレンズのデータである。

上記の表によれば、テストレンズ１は通常生産の−６．００Ｄレンズと比較して、レンズ中心厚が若干厚めであるが、重量は約３２％軽量となっている。同様にテストレンズ２はレンズ中心厚が通常レンズと比較して厚めにも拘わらず、重量は約４５％軽量になっている。このように、直径が８０ｍｍのガラス製モールドを使用して、フル仕様の８０ｍｍ径のレンズを製作しなくても、上述の手法により任意の直径のレンズを生産でき、性能を全く変えずにレンズの材料コストを少なくとも３０％以上削減することができる。

上述したようにシェルに樹脂を注入後、すぐに加熱重合を行ったために表面張力が低下し、樹脂溜まりから樹脂が流出したと思われるので、図２に示すシェル５ａと同等なシェルを用意し、樹脂を注入後すぐに温度を上昇させずにシェルを水平に静置養生し、約２時間後に加熱重合を開始したところ、図６に示す成形物８ｃが得られた。成形物８ｃの鍔部分１０ｃは極めて薄く、約１ｍｍ〜１ｍｍ未満であった。注入時樹脂の液温は約１７℃であるが、触媒が混合されているのでシェルを２０〜２４℃の室温に放置すると液温が上がり、重合が進むので粘性が増し、流動性が小さくなって樹脂溜まりの形状が安定するものと推察される。加熱重合が開始されると樹脂の粘度は一旦下がり、周辺にわずか流出するが、硬化も進み、大きな変形は生じなかったと思われ、レンズ部分の直径は６４ｍｍとなり、最初の樹脂溜まりがほぼそのまま硬化しているのが認められた。本例では使用面が凹形状のモールドとして曲率半径が１４８０ｍｍのモールドを使用したので、直径が８０ｍｍの範囲ではほぼ平面に近い形状であって樹脂が広がりやすい形状である。従って、曲率半径がこれより小さいモールドを使用した場合は鍔部分の厚みと直径は更に小さくなる。

なお、シェルを縦方向にして樹脂注入した場合、シェルを水平に静置して、樹脂溜まりが出来上がるまでに少なくとも３０分から１時間を要する。また２０〜２２℃の室温で、触媒による重合が進行して樹脂溜まりの流動性が小さくなる迄には約１時間は必要である。従って、図６に示す成形物の重合条件としてはシェルに樹脂を注入して約２時間後から加熱するような温度曲線を設定した。このような重合条件を設定することにより、樹脂の無駄を極力減少させることができる。

ところで、上記成形物８ａ、８ｂ及び８ｃは、その中央にレンズ部分を構成しているものの、その周縁部にはレンズ部分より薄い鍔を構成していることから、全体をレンズと称するのは適切ではないので、本発明ではこれを樹脂レンズの半製品と呼称し、前記成形物と同じ符号が適用される。

本発明のさらに別の実施形態を図７に基づき説明する。図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施例では、シェル５のキャビティ４の周辺部４ｂにリング状部材１２が配されている。このリング状部材１２の厚さｈ’はキャビティの厚さｈより小さく、キャビティ周辺部４ｂのリング状部材１２の上方には空間を生じており、注入された樹脂はその表面張力によりリング状部材１２の上面から盛り上がった形状をなしている。これにより得られるレンズの半製品８ｄは、同図（ｃ）に示すように、レンズ部分の側面の中央部付近から鍔１０ｄが突出した形状となる。例えば、レンズ部分の半径が本発明の中では比較的大きい樹脂レンズの半製品を得ようとする場合や、粘性の比較的低い樹脂を使用する場合は、表面張力が十分に働かずに樹脂が広がり過ぎてしまい、所望の成形品が得られ難い場合があると考えられるが、そのような場合に、本例のようなリング状部材を使用することにより、問題の解決が図れる。なお、本例におけるリング状部材は、その上面が、中心部から外方向に向かって高くなる、やや傾斜した形状をなしているが、リング状部材の形状や各部の寸法はこれに限定されず、樹脂の表面張力により鍔が形成され得るものであればよい。また、リング状部材の素材としては、離型性のよいものが好ましく、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、エチレン／酢酸ビニル共重合体等のガスケット材料として通常使用されているものを好適に使用できる。さらに、本実施形態においては、リングの厚さｈ’が大きく、キャビティの厚さｈに近付いた場合や、樹脂量が少ない場合等には、鍔は顕著に突出したものとはならないが、そのような場合でも断面形状は曲線となり、表面張力による作用が認められる。本発明でいう「鍔」はこのようなものも含むものとする。

次に、本発明の製造方法及び装置について、図８を用いて説明する。まず、図８（ａ）に示すように、処方に基づき選択されたモールド１ａと２ａを回転駆動軸２０ａ及び２０ｂに取着された吸盤２１ａ及び２１ｂにより保持し、光軸を一致させて中心部の間隙を調整したのち、接着テープ３をモールドの周縁部に接着し、駆動軸を回転させて全周に巻き付けて同図（ｂ）に示すシェル５を完成させる。このシェル５は吸盤を有するロボットハンド１３により自在に搬送される。次に図（ｃ）に示すように、縦方向に支持されたシェル５に注入針６を差し込んで計量しながら所定量の樹脂を注入する。注入量はシェルのキャビティ容積の５０〜９０％である。注入針を引き抜いた箇所は接着テープの切片で塞ぎ、樹脂が漏れないようにする。同図（ｄ）は樹脂を注入したシェルを保持搬送用具１４の穴１５に挿入するところを示している。保持搬送用具は水平に保たれており、また穴１５にはシェルの接着テープ面に正確に接する爪１６が４箇所に設けてあり、接着テープ面を垂直に導き、その先端部分１６ａはモールドを同じ高さに保持するようになっていて、シェルを水平に保持する。同図（ｅ）はシェル５が保持搬送用具に挿置されたところを示している。

図９に示すように、保持搬送用具１４には穴１５が多数設けられており、それぞれの穴にシェル５が挿置されている。１９ａ及び１９ｂは加熱重合の際の空気の流通を可能にする通気孔である。加熱重合機の内部にはシェルを水平に保持する保持器具の一例として、複数のレール１７を水平に配置したラック１８が備えられており、保持搬送用具１４を水平に設置することができる。特にラックを用意しない場合は加熱重合機の内壁にレールを設けておけばよい。

本発明によれば、樹脂レンズの成形に通常使用される直径８０ｍｍのモールドを使用して、その外径より小さい任意の直径を有するレンズの半製品を製作することができ、無駄な素材を使用せず、またそれにより重合時間も短縮させることができるので、レンズの製造原価を削減することができる。従って、高性能の樹脂レンズをより安価で需要者に提供することが可能となる。さらに、本発明は、例えば、レンズの製造と眼鏡枠への玉入加工を同一場所で行う契機を与える等、従来の流通システムを変革する一因ともなると考えられる。

図１は、樹脂を注入する前のシェルの断面図である。 図２は、シェルに樹脂を注入して樹脂溜まりを形成した状態を示す断面図である。 図３は、シェルに樹脂を注入して樹脂溜まりを形成した別の例を示す断面図である。 図４は、本発明の樹脂レンズの半製品を示す断面図である。 図５は、樹脂注入量の異なる本発明の樹脂レンズの半製品を示す断面図である。 図６は、重合条件の異なる本発明の樹脂レンズの半製品を示す断面図である。 図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の別の実施形態を示す断面図である。 図８（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る製造工程を示す斜視図である。 図９は、保持搬送用具とこれを加熱重合機内部で保持する器具を示す斜視図である。

符号の説明

１…凹型モールド、２…凸型モールド、３…接着テープ
４…キャビティ、４ａ，４ｂ…キャビティ周辺部、５…シェル、
６…樹脂注入針、７ａ，７ｂ…樹脂溜まり、
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ…成形物（樹脂レンズの半製品）
９ａ，９ｂ，９ｃ…レンズ部分、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…鍔、
１１ａ，１１ｂ…盛り上がり部分、１２…リング状部材、
１４…保持搬送用具、１５…穴、１６…爪、１８…ラック

Claims (4)

1. シェルのキャビティ内に、キャビティの容積の５０〜９０％を満たすように樹脂を注入し、
   前記シェルをほぼ水平に保持し、キャビティの中央部に前記樹脂が表面張力により盛り上がった樹脂溜まりを形成させ、キャビティの周縁部の上部に空間を形成させ、
   この樹脂を室温以上に加熱することにより、
   レンズとなるべき部分が中央部に位置し、その周縁部に切削されるべき薄目の鍔が一体に形成された樹脂レンズの半製品を製造する
   ことを特徴とする樹脂レンズの半製品の製造方法。
2. 前記シェルのキャビティの周縁部に配されるリング状部材であって、その厚さがキャビティの厚さより小さいために、キャビティ上部に空間を生じるリング状部材をさらに用いることを特徴とする、請求項１に記載の樹脂レンズの半製品の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の製造方法により製造された、樹脂レンズの半製品。
4. 請求項１又は２に記載の製造方法により製造され、前記レンズとなるべき部分と、前記周縁部に形成された切削されるべき鍔の部分との境界部分が、樹脂の表面張力により盛り上がった形状をなしていることを特徴とする、樹脂レンズの半製品。

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