JP5467670B2 - 染色方法及び染色装置 - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光を用いて透明樹脂体、特にプラスチックレンズを染色する方法、及び該方法に用いる染色装置に関するものである。
従来、プラスチックレンズ等の透明樹脂体を染色する方法として、レンズを染色液の中に所定時間浸漬してレンズを染色する方法（浸染法）が知られている。この方法は従来から用いられているものであるが、作業環境が良くないこと、高屈折率のレンズ、及びポリカーボネート系樹脂製レンズ（屈折率１．５９）には染色を行うことが困難であるという問題があった。ポリカーボネート系樹脂製レンズは、割れにくく安全性が高いため、米国で眼鏡レンズとして広く使用されている。
ポリカーボネ―ト系樹脂製レンズを染色するために、本出願人はインクジェットプリンタを用いて、昇華性染料を含有する染色用インクを紙等の基体上に塗布（出力）させ、これを真空中でレンズと非接触に置き、昇華性染料をレンズ側に飛ばして染色を行う方法（以下 気相転写染色方法と記す）による染色方法を提案した。（例えば、特許文献１参照）この方法では、オーブン内でレンズを加熱することにより、染料をレンズ表面に定着させている。特許文献１に記載の気相転写染色法は、浸染法に比べ、高屈折率のレンズやポリカーボネート系樹脂製レンズを染色することができるという利点があった。
一方、昇華性色素あるいはこれを含むインクを布地などの被染物に予め塗布しておき、被染物に可視光域の波長のレーザ光を照射することにより、染色させる方法が知られている（特許文献２参照）。
一方、昇華性色素あるいはこれを含むインクを布地などの被染物に予め塗布しておき、被染物に可視光域の波長のレーザ光を照射することにより、染色させる方法が知られている（特許文献２参照）。
しかしながら、従来の技術には、次のような問題があった。
（１）近年、より高屈折率（例えば、屈折率１．７４以上）のプラスチックレンズが提供されており、このような高屈折率のレンズを、気相転写染色法を用いて染色を行う場合、昇華性染料をレンズに定着させ，発色させるためには加熱温度を上げるか、加熱時間を長くしなければならない。このように加熱温度を上げ、加熱時間を長くすると、レンズ自体に黄変しやすいという問題がある。また、レンズに染料を定着させるための加熱時間をできるだけ短くし、染色工程の効率を上げることが望まれている。ここで、黄変とは、プラスチックレンズが化学変化して、黄色に着色される現象をいう。レンズ全体が黄変すると、レンズを染色した時に、異なった色調となる問題がある。
（２）また、特許文献２に記載のレーザによる染色方法では、被染物全体を加熱しない点で有利であるが、昇華性色素に対してレーザ光の照射を行い加熱するため、昇華性色素が昇華しやすく所望する色濃度が得られないという問題がある。
（１）近年、より高屈折率（例えば、屈折率１．７４以上）のプラスチックレンズが提供されており、このような高屈折率のレンズを、気相転写染色法を用いて染色を行う場合、昇華性染料をレンズに定着させ，発色させるためには加熱温度を上げるか、加熱時間を長くしなければならない。このように加熱温度を上げ、加熱時間を長くすると、レンズ自体に黄変しやすいという問題がある。また、レンズに染料を定着させるための加熱時間をできるだけ短くし、染色工程の効率を上げることが望まれている。ここで、黄変とは、プラスチックレンズが化学変化して、黄色に着色される現象をいう。レンズ全体が黄変すると、レンズを染色した時に、異なった色調となる問題がある。
（２）また、特許文献２に記載のレーザによる染色方法では、被染物全体を加熱しない点で有利であるが、昇華性色素に対してレーザ光の照射を行い加熱するため、昇華性色素が昇華しやすく所望する色濃度が得られないという問題がある。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、プラスチックレンズ等の透明樹脂を好適に染色することのできるレーザ光を用いた染色方法及び染色装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の染色方法、または染色装置は、以下のような構成を備える。
（１）表面に染料が塗布された透明樹脂体を加熱することにより、該染料を該透明樹脂体表面に定着させる染色方法において、染料に吸収されにくい波長のレーザ光を透明樹脂体に向けて照射し、透明樹脂体を介して染料を加熱すると共に、透明樹脂体の表面を溶融させない温度であって、透明樹脂体内に加熱された染料が拡散する温度に透明樹脂体を加熱する工程を有する。
（２）表面に染料が塗布された透明樹脂体を加熱することにより、該染料を該透明樹脂体表面に定着させる染色方法において、透明樹脂体表面に染料と，赤外線または紫外線を吸収するための吸収剤とが、この順番に積層された状態で、該吸収剤に対する吸収波長を持つレーザ光を吸収剤に向けて照射し、吸収剤を介して透明樹脂体及び前記染料を加熱すると共に、透明樹脂体の表面を溶融させない温度であって、透明樹脂体内に前記加熱された染料が拡散する温度に透明樹脂体を加熱する工程を有する。
（３）（１）または（２）の染色方法において、前記レーザ光は前記染料に吸収されにくく、前記透明樹脂体に吸収される波長のレーザ光であり、前記染料を通過させて前記透明樹脂体の表面に照射することを特徴とする。
（４）（１）乃至（３）に記載する染色方法のいずれか１つにおいて、前記レーザ光は赤外域又は紫外域の波長であることを特徴とする。
（１）表面に染料が塗布された透明樹脂体を加熱することにより、該染料を該透明樹脂体表面に定着させる染色方法において、染料に吸収されにくい波長のレーザ光を透明樹脂体に向けて照射し、透明樹脂体を介して染料を加熱すると共に、透明樹脂体の表面を溶融させない温度であって、透明樹脂体内に加熱された染料が拡散する温度に透明樹脂体を加熱する工程を有する。
（２）表面に染料が塗布された透明樹脂体を加熱することにより、該染料を該透明樹脂体表面に定着させる染色方法において、透明樹脂体表面に染料と，赤外線または紫外線を吸収するための吸収剤とが、この順番に積層された状態で、該吸収剤に対する吸収波長を持つレーザ光を吸収剤に向けて照射し、吸収剤を介して透明樹脂体及び前記染料を加熱すると共に、透明樹脂体の表面を溶融させない温度であって、透明樹脂体内に前記加熱された染料が拡散する温度に透明樹脂体を加熱する工程を有する。
（３）（１）または（２）の染色方法において、前記レーザ光は前記染料に吸収されにくく、前記透明樹脂体に吸収される波長のレーザ光であり、前記染料を通過させて前記透明樹脂体の表面に照射することを特徴とする。
（４）（１）乃至（３）に記載する染色方法のいずれか１つにおいて、前記レーザ光は赤外域又は紫外域の波長であることを特徴とする。
（５）（１）乃至（４）に記載する染色方法のいずれか１つにおいて、前記レーザ光が、スポット光またはスリット光であって、前記透明樹脂体表面を全体に渡ってスキャンすることを特徴とする。
（６）（５）に記載する染色方法において、前記レーザ光は被染色物に対してラインフォーカスされた状態で照射されることを特徴とする。
（７）（５）に記載する染色方法において、前記レーザ光は前記被染色物の染色予定面に対して所定の距離だけデフォーカスされた状態で照射されることを特徴とする。
（８）（１）乃至（７）に記載する染色方法のいずれか１つにおいて、前記透明樹脂体は１．６０以上の高い屈折率を有するプラスチックレンズであることを特徴とする。
（６）（５）に記載する染色方法において、前記レーザ光は被染色物に対してラインフォーカスされた状態で照射されることを特徴とする。
（７）（５）に記載する染色方法において、前記レーザ光は前記被染色物の染色予定面に対して所定の距離だけデフォーカスされた状態で照射されることを特徴とする。
（８）（１）乃至（７）に記載する染色方法のいずれか１つにおいて、前記透明樹脂体は１．６０以上の高い屈折率を有するプラスチックレンズであることを特徴とする。
（９）表面に染料が塗布された透明樹脂体を加熱することにより、該染料を該透明樹脂体表面に定着させる染色装置であって、染料に吸収されにくい波長のレーザ光を透明樹脂体に向けて照射し、透明樹脂体を介して染料を加熱すると共に、透明樹脂体の表面を溶融させない温度であって、透明樹脂体内に加熱された染料が拡散する温度に透明樹脂体を加熱するレーザ光照射装置を有する。
（１０）表面に染料が塗布された透明樹脂体を加熱することにより、該染料を該透明樹脂体表面に定着させる染色装置において、透明樹脂体表面に染料と，赤外線または紫外線を吸収するための吸収剤とが、この順番に積層された状態で、該吸収剤に対する吸収波長を持つレーザ光を吸収剤に向けて照射し、吸収剤を介して透明樹脂体及び染料を加熱すると共に、透明樹脂体の表面を溶融させない温度であって、透明樹脂体内に加熱された染料が拡散する温度に透明樹脂体を加熱するレーザ光照射装置を有する。
（１１）（９）または（１０）の染色装置において、前記レーザ光は前記染料に吸収されにくく、前記透明樹脂体に吸収される波長のレーザ光であり、前記染料を通過させて前記透明樹脂体の表面に照射することを特徴とする。
（１２）（９）乃至（１１）に記載する染色装置のいずれか１つにおいて、前記レーザ光は赤外域又は紫外域の波長であることを特徴とする。
（１０）表面に染料が塗布された透明樹脂体を加熱することにより、該染料を該透明樹脂体表面に定着させる染色装置において、透明樹脂体表面に染料と，赤外線または紫外線を吸収するための吸収剤とが、この順番に積層された状態で、該吸収剤に対する吸収波長を持つレーザ光を吸収剤に向けて照射し、吸収剤を介して透明樹脂体及び染料を加熱すると共に、透明樹脂体の表面を溶融させない温度であって、透明樹脂体内に加熱された染料が拡散する温度に透明樹脂体を加熱するレーザ光照射装置を有する。
（１１）（９）または（１０）の染色装置において、前記レーザ光は前記染料に吸収されにくく、前記透明樹脂体に吸収される波長のレーザ光であり、前記染料を通過させて前記透明樹脂体の表面に照射することを特徴とする。
（１２）（９）乃至（１１）に記載する染色装置のいずれか１つにおいて、前記レーザ光は赤外域又は紫外域の波長であることを特徴とする。
（１３）（９）乃至（１２）に記載する染色装置のいずれか１つにおいて、 前記レーザ光が、スポット光またはスリット光であって、前記透明樹脂体表面を全体に渡ってスキャンすることを特徴とする。
（１４）（１３）に記載する染色装置において、前記レーザ光は被染色物に対してラインフォーカスされた状態で照射されることを特徴とする。
（１５）（１３）に記載する染色装置において、前記レーザ光は前記被染色物の染色予定面に対して所定の距離だけデフォーカスされた状態で照射されることを特徴とする。
（１６）（９）乃至（１５）に記載する染色装置のいずれか１つにおいて、前記透明樹脂体は１．６０以上の高い屈折率を有するプラスチックレンズであることを特徴とする。
（１４）（１３）に記載する染色装置において、前記レーザ光は被染色物に対してラインフォーカスされた状態で照射されることを特徴とする。
（１５）（１３）に記載する染色装置において、前記レーザ光は前記被染色物の染色予定面に対して所定の距離だけデフォーカスされた状態で照射されることを特徴とする。
（１６）（９）乃至（１５）に記載する染色装置のいずれか１つにおいて、前記透明樹脂体は１．６０以上の高い屈折率を有するプラスチックレンズであることを特徴とする。
（１）表面に染料が塗布された透明樹脂体を加熱することにより、該染料を該透明樹脂体表面に定着させる染色方法において、染料に吸収されにくい波長のレーザ光を透明樹脂体に向けて照射し、透明樹脂体を介して染料を加熱すると共に、透明樹脂体の表面を溶融させない温度であって、透明樹脂体内に加熱された染料が拡散する温度に透明樹脂体を加熱する工程を有するので、樹脂の高分子の分子構造を緩くして、高分子の分子構造が緩んだ部分に分散染料を拡散させることにより、染料を透明樹脂体表面に定着させることができる。このような定着は、透明樹脂体に対して分散染料の親和性によって引き起こされると考えられる。また、レーザ光を用いることにより、レンズを効率よく加熱することができ、非常に短時間で染色を行うことができる。
このとき、透明樹脂体の表面、深さにして１００〜２００μｍ程度のみが高い温度まで加熱され、透明樹脂体の内部は、ほとんど加熱されないため、透明樹脂体の表面が黄変したとしても、透明樹脂体全体が黄変することがないため、透明樹脂体を染色した時に、染色の色調が変化することがない。また、染料は、レーザ光をほとんど吸収しないので、加熱されることがなく昇華されないため、染色の濃度が変化することがない。
このとき、透明樹脂体の表面、深さにして１００〜２００μｍ程度のみが高い温度まで加熱され、透明樹脂体の内部は、ほとんど加熱されないため、透明樹脂体の表面が黄変したとしても、透明樹脂体全体が黄変することがないため、透明樹脂体を染色した時に、染色の色調が変化することがない。また、染料は、レーザ光をほとんど吸収しないので、加熱されることがなく昇華されないため、染色の濃度が変化することがない。
（２）また、染料に吸収されにくく、前記透明樹脂体に吸収される波長のレーザ光を用いて、染料を通過させて透明樹脂体の表面に照射するので、染料を直接加熱することがなく、空気中への染料の昇華を抑制することができる。
（３）また、レーザ光は赤外域又は紫外域の波長であるので、染料は一般的に可視光領域を吸収する性質を有しており、赤外域又は紫外域の波長は、吸収しにくいため、染料を加熱することなく、プラスチックレンズの表面のみを加熱することができる。
（４）また、レーザ光が、スポット光またはスリット光であって、透明樹脂体表面を全体に渡ってスキャンするので、プラスチックレンズ表面の全体を均一、かつ迅速に加熱することができる。
（３）また、レーザ光は赤外域又は紫外域の波長であるので、染料は一般的に可視光領域を吸収する性質を有しており、赤外域又は紫外域の波長は、吸収しにくいため、染料を加熱することなく、プラスチックレンズの表面のみを加熱することができる。
（４）また、レーザ光が、スポット光またはスリット光であって、透明樹脂体表面を全体に渡ってスキャンするので、プラスチックレンズ表面の全体を均一、かつ迅速に加熱することができる。
（５）また、レーザ光はプラスチックレンズに対してラインフォーカスされた状態で照射されるので、ラインを走査するだけでプラスチックレンズ表面を効率よく加熱できる。
（６）また、レーザ光はプラスチックレンズ表面に対して所定の距離だけデフォーカスされた状態で照射されるので、レーザ光を分散させることにより、プラスチックレンズ表面をより均一に加熱することができる。
（７）また、デフォーカスはレーザ光の焦点位置が、透明樹脂体表面に対して光源側に位置するようになされているので、簡易にデフォーカスを行うことができる。
（８）また、本件発明は、透明樹脂体として特に１．６０以上、より好ましくは１．７４以上の高い屈折率を有するプラスチックレンズを染色する方法として有効である。従来のオーブン加熱による染色方法では、１．６０以上の高い屈折率を持つ、例えばチオウレタン系やチオエポキシ系樹脂製のプラスチックレンズを加熱する場合、レンズ全体を１４０℃〜１５０℃以上の温度で加熱する必要があり、加熱温度や加熱時間による黄変の問題が生じていた。
それに対して、本発明によれば、レーザ光により、プラスチックレンズの表面のみを加熱できるため、少ない熱量で、樹脂の高分子の分子構造を緩くして、高分子の分子構造に染料を親和させることにより、染料を透明樹脂体表面に密着させることができる。すなわち、プラスチックレンズ全体を高温としないため、黄変される範囲が狭いため、プラスチックレンズ全体として、染色の色調を変化させることはない。
（６）また、レーザ光はプラスチックレンズ表面に対して所定の距離だけデフォーカスされた状態で照射されるので、レーザ光を分散させることにより、プラスチックレンズ表面をより均一に加熱することができる。
（７）また、デフォーカスはレーザ光の焦点位置が、透明樹脂体表面に対して光源側に位置するようになされているので、簡易にデフォーカスを行うことができる。
（８）また、本件発明は、透明樹脂体として特に１．６０以上、より好ましくは１．７４以上の高い屈折率を有するプラスチックレンズを染色する方法として有効である。従来のオーブン加熱による染色方法では、１．６０以上の高い屈折率を持つ、例えばチオウレタン系やチオエポキシ系樹脂製のプラスチックレンズを加熱する場合、レンズ全体を１４０℃〜１５０℃以上の温度で加熱する必要があり、加熱温度や加熱時間による黄変の問題が生じていた。
それに対して、本発明によれば、レーザ光により、プラスチックレンズの表面のみを加熱できるため、少ない熱量で、樹脂の高分子の分子構造を緩くして、高分子の分子構造に染料を親和させることにより、染料を透明樹脂体表面に密着させることができる。すなわち、プラスチックレンズ全体を高温としないため、黄変される範囲が狭いため、プラスチックレンズ全体として、染色の色調を変化させることはない。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参考にしつつ説明する。
図１は本発明のレーザ光を用いた染色方法に使用される染色システムの概略図、図２は染色用装置の概略構成を示した図である。
染色システムは、染色用の基体を作成するための染色用基体作成装置１００、染色用基体に塗布された染料を透明樹脂体であるプラスチックレンズ１０（本実施形態では、透明樹脂体としてプラスチックレンズを用いる）に昇華性染料を蒸着（転写）させるための真空気相転写機２０、昇華性染料が蒸着したプラスチックレンズ１０にレーザ光を照射し染色を行うための染色装置３０からなる。
染色用基体作成装置１００は、モニタ１０１、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと略す）１０２、インクジェットプリンタ１０３等から構成される。１０４はキーボード、マウス等のＰＣを操作するための操作部である。ＰＣ１０２は、ハードディスクに記憶されている染色用基体作成用プログラムを実行してインクジェットプリンタ１０３から染色用基体１を出力させるために用いられる。なお、ＰＣ１０２のハードディスクには、プラスチックレンズを染色するための染色用基体を作成するための染色用基体作成ソフトのプログラムの他に、プラスチックレンズの各種基材情報、基体に塗布するための染色用インクの色データ等が記憶されている。
図１は本発明のレーザ光を用いた染色方法に使用される染色システムの概略図、図２は染色用装置の概略構成を示した図である。
染色システムは、染色用の基体を作成するための染色用基体作成装置１００、染色用基体に塗布された染料を透明樹脂体であるプラスチックレンズ１０（本実施形態では、透明樹脂体としてプラスチックレンズを用いる）に昇華性染料を蒸着（転写）させるための真空気相転写機２０、昇華性染料が蒸着したプラスチックレンズ１０にレーザ光を照射し染色を行うための染色装置３０からなる。
染色用基体作成装置１００は、モニタ１０１、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと略す）１０２、インクジェットプリンタ１０３等から構成される。１０４はキーボード、マウス等のＰＣを操作するための操作部である。ＰＣ１０２は、ハードディスクに記憶されている染色用基体作成用プログラムを実行してインクジェットプリンタ１０３から染色用基体１を出力させるために用いられる。なお、ＰＣ１０２のハードディスクには、プラスチックレンズを染色するための染色用基体を作成するための染色用基体作成ソフトのプログラムの他に、プラスチックレンズの各種基材情報、基体に塗布するための染色用インクの色データ等が記憶されている。
染色用基体１は、インクジェットプリンタ１０３に使用可能な紙等の媒体に所定の形状にて染色用インクが塗布（出力）されたものである。なお、染色用基体１の熱の吸収効率を上げるために、裏面（印刷を行わない面）の全域が黒色となっているものが使用される。
また、インクジェットプリンタ１０３に用いられる染色用インクは、少なくとも赤、青、黄、の計３色が用いられる。染色用インク中に含有される染料は昇華性を有しつつ、昇華時の熱に耐えうる染料を使用する必要がある。さらにプラスチックレンズ１０へ染料が蒸着したあと、発色作業を行い、染料をプラスチックレンズ１０へ定着させたときに染色がムラのない状態にてプラスチックレンズ１０に行われている必要がある。これらの点を考慮した場合、染料としてはキノフタロン系昇華性染料またはアントラキノン系昇華性染料が好適に用いられる。
また、インクジェットプリンタ１０３に用いられる染色用インクは、少なくとも赤、青、黄、の計３色が用いられる。染色用インク中に含有される染料は昇華性を有しつつ、昇華時の熱に耐えうる染料を使用する必要がある。さらにプラスチックレンズ１０へ染料が蒸着したあと、発色作業を行い、染料をプラスチックレンズ１０へ定着させたときに染色がムラのない状態にてプラスチックレンズ１０に行われている必要がある。これらの点を考慮した場合、染料としてはキノフタロン系昇華性染料またはアントラキノン系昇華性染料が好適に用いられる。
図１に示す真空気層転写機２０には、プラスチックレンズ１０や染色用基体１等を出し入れするための図示無き開閉扉が設けられている。真空気相転写機２０内の上部には、染色用基体１を熱して染料を昇華させるための熱源としての加熱ランプ２１が設置される。本実施形態で使用される加熱ランプ２１はハロゲンランプを使用しているが、染色用基体１と非接触にて加熱が可能なものであればこれに限るものではない。また、真空気相転写機２０の床部には、染色用治具２００が置かれ、この染色用治具２００にプラスチックレンズ１０や染色用基体１を取り付ける。また、２２はロータリーポンプであり、真空気相転写機２０内をほぼ真空にさせるために使用する。２３はリークバルブであり、このバルブを開くことで、ほぼ真空になった真空気相転写機２０内に外気を入れ、大気圧に戻すものである。染色用治具２００はレンズ１０（染色予定面である表面）と染色用基体１（インク塗布面）とを非接触にて向き合うように保持する。
なお、使用されるプラスチックレンズ１０の材質は、ポリカーボネート系樹脂（例えば、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート重合体（ＣＲ−３９））、ポリウレタン系樹脂、アリル系樹脂（例えば、アリルジグリコールカーボネート及びその共重合体、ジアリルフタレート及びその共重合体）、フマル酸系樹脂（例えば、ベンジルフマレート共重合体）、スチレン系樹脂、ポリメチルアクリレート系樹脂、繊維系樹脂（例えば、セルロースプロピオネート）、さらにチオウレタン系樹脂（ＭＲ−７、ＭＲ−８）やチオエポキシ系等の高屈折率の材料や、その他、従来より染色性に劣るとされた高屈折率材料等を用いることができる。
また、染色装置３０は真空気相転写機２０にて昇華性染料がついたプラスチックレンズ１０にレーザ光を照射して所定温度で加熱し、染料を定着、発色させるために用いられる。
また、染色装置３０は真空気相転写機２０にて昇華性染料がついたプラスチックレンズ１０にレーザ光を照射して所定温度で加熱し、染料を定着、発色させるために用いられる。
図２は染色装置３０の構成を示した概略図である。
染色装置３０は、所定の波長のレーザ光を出射するレーザ光源３３、レーザ光の光径を広げるためのビームエキスパンダ３５、反射ミラー３６、シリンドリカルレンズ３７、ＸＹ移動ステージ３２、駆動機構３８、制御部３９、コントロール部４０等を備える。
レーザ光源３３は赤外域の波長のレーザ光を出射する。本実施形態では波長１０．２〜１０．８μｍのＣＯ２レーザ光を出射する光源を用いているが、これに限るものではなく、プラスチックレンズ１０の基材に吸収可能な赤外域の波長、または紫外域（近紫外を含む）の波長のレーザ光を出射するものであれば使用可能である。この場合には、基材の表面に染料と吸収剤（照射されるレーザ光の波長を吸収可能な吸収剤）とをこの順番に積層させておき、レーザ光を吸収剤に向けて照射して吸収剤を加熱させる。この吸収剤への加熱によって基材と染料を間接的に加熱することにより、染料を基材に定着させることができる。なお、レーザビームの長さは、これに限るものでなく、好ましくは１ｍｍ以上、さらに好ましくは５ｍｍ以上の長さを有していればよい。
染色装置３０は、所定の波長のレーザ光を出射するレーザ光源３３、レーザ光の光径を広げるためのビームエキスパンダ３５、反射ミラー３６、シリンドリカルレンズ３７、ＸＹ移動ステージ３２、駆動機構３８、制御部３９、コントロール部４０等を備える。
レーザ光源３３は赤外域の波長のレーザ光を出射する。本実施形態では波長１０．２〜１０．８μｍのＣＯ２レーザ光を出射する光源を用いているが、これに限るものではなく、プラスチックレンズ１０の基材に吸収可能な赤外域の波長、または紫外域（近紫外を含む）の波長のレーザ光を出射するものであれば使用可能である。この場合には、基材の表面に染料と吸収剤（照射されるレーザ光の波長を吸収可能な吸収剤）とをこの順番に積層させておき、レーザ光を吸収剤に向けて照射して吸収剤を加熱させる。この吸収剤への加熱によって基材と染料を間接的に加熱することにより、染料を基材に定着させることができる。なお、レーザビームの長さは、これに限るものでなく、好ましくは１ｍｍ以上、さらに好ましくは５ｍｍ以上の長さを有していればよい。
レーザ光源３３から出射したレーザ光は、ビームエキスパンダ３５により光径を広げられ、反射ミラー３６により折り曲げられた後、シリンドリカルレンズ３７により所定位置にラインフォーカスされる。本実施形態ではレーザ光源から直径２．２ｍｍのレーザ光を出射するものとし、これをビームエキスパンダにより、５倍の１１．０ｍｍまで拡げ、シリンドリカルレンズにより長さ１１．０ｍｍの線状レーザ光を照射するものとしている。なお、レーザビームの長さは、これに限るものではなく、少なくとも１ｍｍ以上の長さを有していることが好ましい。
ラインフォーカスされるレーザ光の照射先には、移動ステージ３２が上下前後左右方向に移動可能に設置されている。移動ステージ３２は、駆動機構３８の駆動によって移動する。駆動機構３８の駆動制御は制御部３９によって行われ、その制御情報（移動方向や移動速度）は、コントロール部４０により設定される。移動ステージ３２上には、載置台１１が置かれ、昇華性染料が蒸着されたプラスチックレンズ１０がその蒸着面（染色予定面）を上向きにして置かれる。なお、コントロール部４０は、レーザ光の出力も設定することができる。
本発明は昇華性染料をレーザ光により加熱するのではなく、レーザ光を基材に対して照射し、基材（プラスチックレンズ１０）の表面を溶融しない程度に加熱し、高分子の分子構造が緩み、染料が浸透しやすくなる状態として、昇華性染料が持つ基材への親和性により基材内部に昇華性染料を取り込み定着させるものである。
本発明は昇華性染料をレーザ光により加熱するのではなく、レーザ光を基材に対して照射し、基材（プラスチックレンズ１０）の表面を溶融しない程度に加熱し、高分子の分子構造が緩み、染料が浸透しやすくなる状態として、昇華性染料が持つ基材への親和性により基材内部に昇華性染料を取り込み定着させるものである。
したがって、レーザ光の出力は、プラスチックレンズが溶融しない温度であって、且つ基材を構成する高分子の分子構造が緩むのに必要な温度となるように、レーザ光による染色予定面への単位面積辺りの照射エネルギ密度が決定されている。このような照射エネルギ密度の調節は、コントロール部４０によってレーザ光現３３から出射するレーザ光の出力を調節する他に、プラスチックレンズに対するレーザ光の走査速度やデフォーカスによっても行うことが可能である。
また、本実施形態ではレーザ光を走査せず、レンズ側を移動させることにより、染色予定面に対して相対的にレーザ光を走査するものとしているが、これに限るものではなく、レーザ光を走査するようにしてもよい。また、シリンドリカルレンズを用いたラインフォーカスではなく、単にレーザ光をスポット光としてレンズに向けて照射し、これを走査することもできる。この場合もスポット径は１ｍｍ以上が好ましい。
また、本実施形態ではレーザ光を走査せず、レンズ側を移動させることにより、染色予定面に対して相対的にレーザ光を走査するものとしているが、これに限るものではなく、レーザ光を走査するようにしてもよい。また、シリンドリカルレンズを用いたラインフォーカスではなく、単にレーザ光をスポット光としてレンズに向けて照射し、これを走査することもできる。この場合もスポット径は１ｍｍ以上が好ましい。
以下、プラスチックレンズ１０の染色方法の作用を説明する。
図２に示すように、プラスチックレンズ１０の表面に昇華性染料が塗布された状態で、昇華性染料が塗布された面を上向きにして、載置台１１に置かれる。次に、プラスチックレンズ１０の昇華性染料塗布面に、ＣＯ２レーザ光を照射する。ＣＯ２レーザ光はパワーが強すぎるので、レーザ光をビームエキスパンダ３５及びシリンドリカルレンズ３７を用いて、ラインフォーカスしている。さらに、ラインフォーカスの焦点をプラスチックレンズ１０の昇華性染料塗布面に合わせずに、デフォーカスしている。
これにより、照射されるライン光は、広がりを持ち光の密度が弱められている。
図２に示すように、プラスチックレンズ１０の表面に昇華性染料が塗布された状態で、昇華性染料が塗布された面を上向きにして、載置台１１に置かれる。次に、プラスチックレンズ１０の昇華性染料塗布面に、ＣＯ２レーザ光を照射する。ＣＯ２レーザ光はパワーが強すぎるので、レーザ光をビームエキスパンダ３５及びシリンドリカルレンズ３７を用いて、ラインフォーカスしている。さらに、ラインフォーカスの焦点をプラスチックレンズ１０の昇華性染料塗布面に合わせずに、デフォーカスしている。
これにより、照射されるライン光は、広がりを持ち光の密度が弱められている。
図３にレーザ光のスキャン方法を示す。プラスチックレンズ１０は、直径１００ｍｍ程度であり、厚さは薄い箇所で２ｍｍ、厚い箇所で８ｍｍであり、各部で異なっている。プラスチックレンズ１０の表面には、昇華性染料が塗布されている。本実施の形態では、移動ステージをＸＹ（前後左右）方向に移動させることにより、図３に示すように、第１スキャン、折り返して第２スキャン、また折り返して第３スキャンを行っている。第１スキャンと第２スキャンとでは、２ｍｍ横方向に移動させているので、第１スキャンと第２スキャンとでは、９ｍｍ重なりをもたせている。以下のスキャンも同様である。各スキャンは、プラスチックレンズ１０の全領域を被うようにしている。
なお、レンズ表面に照射されるレーザ光の長さをレンズ径以上とすれば、一回のスキャンにて染色を行うこともできる。スキャン速度は一律に決定されるものではないが、本件発明は、プラスチックレンズ１０が溶融しない温度であって、かつプラスチックレンズ１０の基材を構成する高分子の分子構造が緩むのに必要な温度となるように、スキャン速度を設定する必要がある。さらに言えば、プラスチックレンズ１０がこのような温度を維持していくのに必要なスキャン温度を設定する必要がある。また、レーザ光を染色予定のレンズ面全域に対して素早く繰り返し走査して、レンズ表面全体の温度を上述した温度に維持させるような方法であってもよい。
なお、レンズ表面に照射されるレーザ光の長さをレンズ径以上とすれば、一回のスキャンにて染色を行うこともできる。スキャン速度は一律に決定されるものではないが、本件発明は、プラスチックレンズ１０が溶融しない温度であって、かつプラスチックレンズ１０の基材を構成する高分子の分子構造が緩むのに必要な温度となるように、スキャン速度を設定する必要がある。さらに言えば、プラスチックレンズ１０がこのような温度を維持していくのに必要なスキャン温度を設定する必要がある。また、レーザ光を染色予定のレンズ面全域に対して素早く繰り返し走査して、レンズ表面全体の温度を上述した温度に維持させるような方法であってもよい。
レーザ光源３３はＣＯ２レーザであり、波長は１０．２〜１０．８μｍである。この波長は、赤外光であり、昇華性染料は、この波長の光をほとんど吸収しない。本実施の形態では、プラスチックレンズ１０の材料として、チオウレタン系やチオエポキシ系等の高い屈折率を持つ材料を使用している。本実施の形態で用いられるプラスチックレンズ１０の材料は、１０．２〜１０．８μｍの波長を５０〜９０％程度吸収する。
ＣＯ２レーザ光は、染料に吸収されにくく、プラスチックレンズ１０に吸収されるので、プラスチックレンズ１０の表面のみを加熱して、樹脂の高分子の分子構造を緩くして、高分子の分子構造が緩んだ部分に昇華性の分散染料を拡散させることにより、分散染料をプラスチックレンズ１０の表面に定着させることができる。このような分散染料の定着による染色は、プラスチックレンズ１０の材料に対する分散染料の親和性によるものであると考えられる。
ＣＯ２レーザ光は、染料に吸収されにくく、プラスチックレンズ１０に吸収されるので、プラスチックレンズ１０の表面のみを加熱して、樹脂の高分子の分子構造を緩くして、高分子の分子構造が緩んだ部分に昇華性の分散染料を拡散させることにより、分散染料をプラスチックレンズ１０の表面に定着させることができる。このような分散染料の定着による染色は、プラスチックレンズ１０の材料に対する分散染料の親和性によるものであると考えられる。
色素が、プラスチックレンズ１０の表面から内部に拡散されると、洗っても落ちることなくプラスチックレンズ１０に色素が残る現象が染色である。
染料とは、色を持つ物質（色素）のうち、プラスチックレンズ１０等に対して定着力を有する物質である。また、染色とは、基本的には染料分子と、プラスチックレンズ１０の分子間の親和性に基づく現象である。
ここで、親和性とは、分子の持つ電気的なプラスとマイナスの吸引力や、分子同士の引力に基づく力である。親和性とは、配向力、誘起力、分散力、水素結合等の物理結合力に基づくものである。
染料とは、色を持つ物質（色素）のうち、プラスチックレンズ１０等に対して定着力を有する物質である。また、染色とは、基本的には染料分子と、プラスチックレンズ１０の分子間の親和性に基づく現象である。
ここで、親和性とは、分子の持つ電気的なプラスとマイナスの吸引力や、分子同士の引力に基づく力である。親和性とは、配向力、誘起力、分散力、水素結合等の物理結合力に基づくものである。
本実施の形態によれば、プラスチックレンズ１０の表面部分のみが高い温度まで加熱される。染色した後、プラスチックレンズ１０を切断して測定したところ、染料が深さ２０μｍ程度まで浸透していることを確認した。
このとき、プラスチックレンズ１０の内部は、ほとんど加熱されないため、プラスチックレンズ１０の表面層（厚みとして１００μｍ程度）が黄変したとしても、プラスチックレンズ１０（厚み２〜８ｍｍ）の全体が黄変することがないため、プラスチックレンズ１０を染色した時に、染色の色調が変化することがない。また、染料は、レーザ光をほとんど吸収しないので、加熱されることがなく昇華されないため、染色の濃度が変化することがない。
このとき、プラスチックレンズ１０の内部は、ほとんど加熱されないため、プラスチックレンズ１０の表面層（厚みとして１００μｍ程度）が黄変したとしても、プラスチックレンズ１０（厚み２〜８ｍｍ）の全体が黄変することがないため、プラスチックレンズ１０を染色した時に、染色の色調が変化することがない。また、染料は、レーザ光をほとんど吸収しないので、加熱されることがなく昇華されないため、染色の濃度が変化することがない。
また、透明樹脂体は１．６０以上の高い屈折率を有するプラスチックレンズである。従来のオーブン加熱による染色法では、１．６０以上の屈折率をもつ、例えばチオウレタン系やチオエポキシ系樹脂製のプラスチックレンズを染色するのは困難であり、１４０℃以上で２時間以上加熱しなければ十分な濃度で染色することができなかった。しかし、作業性を考えた場合、短時間での染色が必要であり１５０℃以上の更に高い温度にすることにより短時間での染色は可能になるが、レンズ全体が黄変したり、レンズの変形が起きてしまう。なお、本実施の形態ではレンズ面に染料を載せる方法として真空中にて昇華性染料を加熱してレンズに染料を蒸着させる方法を用いたが、これに限るものではない。例えば大気圧中にて昇華性染料を昇華させ、レンズ面に蒸着させても良いし、スピンコート法にてレンズ面に染料を塗布することも可能である。
次に、具体的な実施例について説明する。
＜実施例１＞
１．テスト条件
（１）プラスチックレンズ表面への染料の塗布 気相転写方式
（１−１）使用機材
プリンタ ＥＰＳＯＮ ＭＪ−８０００Ｃ
インク ニデック製 ＴＴＳ ＩＮＫ ＲＥＤ ＮＫ−１
ニデック製 ＴＴＳ ＩＮＫ ＹＥＬＬＯＷ ＮＫ−１
ニデック製 ＴＴＳ ＩＮＫ ＢＬＵＥ ＮＫ−１
印刷ソフトウェア ニデック製 ＴＴＳ−ＰＳ１．０
気相転写装置 ＴＴＭ−１０００
＜実施例１＞
１．テスト条件
（１）プラスチックレンズ表面への染料の塗布 気相転写方式
（１−１）使用機材
プリンタ ＥＰＳＯＮ ＭＪ−８０００Ｃ
インク ニデック製 ＴＴＳ ＩＮＫ ＲＥＤ ＮＫ−１
ニデック製 ＴＴＳ ＩＮＫ ＹＥＬＬＯＷ ＮＫ−１
ニデック製 ＴＴＳ ＩＮＫ ＢＬＵＥ ＮＫ−１
印刷ソフトウェア ニデック製 ＴＴＳ−ＰＳ１．０
気相転写装置 ＴＴＭ−１０００
（１−２）印刷
転写用の紙にＭＪ−８０００Ｃを使って表１のデータ（黄色、赤色、青色、ブラウン色）で印刷した。
転写用の紙にＭＪ−８０００Ｃを使って表１のデータ（黄色、赤色、青色、ブラウン色）で印刷した。
（１−３）気相転写
印刷した転写紙とＭＲ８レンズ（Ｓ−２・５０）を治具にセットし、ＴＴＭ−１０００に入れて転写作業を行った。この時の条件は、真空度０．５ｋＰａ、転写紙の温度は２２５℃。ＭＲ８レンズの屈折率は、１．６０である。
（１−４）レーザ照射テスト
実験器具 レーザ シンラッド社製 ｔ１００Ａ １００Ｗ
レーザ光の出力 １５Ｗ
ＤＰを出たレーザ光の直径 ２．２ｍｍ
ビームエクスパンダ倍率 ５倍 出力ビーム直径 １１．０ｍｍ
デフォーカス量 ５０ｍｍ
スキャン速度 １０ｍｍ／ｓ
実験方法 染料を塗布したレンズをステージにセットして、ステージを動かしながら照射させる。
印刷した転写紙とＭＲ８レンズ（Ｓ−２・５０）を治具にセットし、ＴＴＭ−１０００に入れて転写作業を行った。この時の条件は、真空度０．５ｋＰａ、転写紙の温度は２２５℃。ＭＲ８レンズの屈折率は、１．６０である。
（１−４）レーザ照射テスト
実験器具 レーザ シンラッド社製 ｔ１００Ａ １００Ｗ
レーザ光の出力 １５Ｗ
ＤＰを出たレーザ光の直径 ２．２ｍｍ
ビームエクスパンダ倍率 ５倍 出力ビーム直径 １１．０ｍｍ
デフォーカス量 ５０ｍｍ
スキャン速度 １０ｍｍ／ｓ
実験方法 染料を塗布したレンズをステージにセットして、ステージを動かしながら照射させる。
２．テスト結果
色の着色、基材表面のダメージ、コーティング後の膜の物性について評価した。
（１）色の着色：レーザ光照射完了した後、アセトンを浸した布で拭きあげて、着色できているか確認した。各色とも所望する濃度にて染色されていた。
（２）基材表面のダメージ：眼鏡レンズに使用している現行のハードコートと反射防止コートを行った後、表面の反射を見て、照射した部分のダメージ（基材溶融による凸凹）がないか確認した。各色に染色されたレンズ表面を確認したが、何れもダメージはなかった。
（３）膜の物性：レーザ光により、ハードコートと基材との密着性の影響が心配されるため、JIS K5400 碁盤目法、碁盤目テープ法に従い、カッターナイフで碁盤目を作り、ニチバンのセロファンテープで剥離試験をおこなった。
結果としては、膜剥がれは無く、問題ない。
色の着色、基材表面のダメージ、コーティング後の膜の物性について評価した。
（１）色の着色：レーザ光照射完了した後、アセトンを浸した布で拭きあげて、着色できているか確認した。各色とも所望する濃度にて染色されていた。
（２）基材表面のダメージ：眼鏡レンズに使用している現行のハードコートと反射防止コートを行った後、表面の反射を見て、照射した部分のダメージ（基材溶融による凸凹）がないか確認した。各色に染色されたレンズ表面を確認したが、何れもダメージはなかった。
（３）膜の物性：レーザ光により、ハードコートと基材との密着性の影響が心配されるため、JIS K5400 碁盤目法、碁盤目テープ法に従い、カッターナイフで碁盤目を作り、ニチバンのセロファンテープで剥離試験をおこなった。
結果としては、膜剥がれは無く、問題ない。
＜実施例２＞
レンズはＣＲ−３９、条件はレーザ光出力が２０Ｗ、デフォーカス５０ｍｍ、スキャン速度４０ｍｍ／ｓである。
テスト結果は、各色何れも問題がないことを確認した。
レンズはＣＲ−３９、条件はレーザ光出力が２０Ｗ、デフォーカス５０ｍｍ、スキャン速度４０ｍｍ／ｓである。
テスト結果は、各色何れも問題がないことを確認した。
＜実施例３＞
レンズは屈折率１．７４のレンズ、条件はレーザ光出力が１５Ｗ、デフォーカス５０ｍｍ、スキャン速度１０ｍｍ／ｓである。
テスト結果は、各色何れも問題がないことを確認した。
レンズは屈折率１．７４のレンズ、条件はレーザ光出力が１５Ｗ、デフォーカス５０ｍｍ、スキャン速度１０ｍｍ／ｓである。
テスト結果は、各色何れも問題がないことを確認した。
＜実施例４＞
実施例４では赤外線吸収剤を使って染色可能か否かを検討した。
基材はポリカーボネート平板（ｔ＝1）に実施例と同様の手法、条件にて染料を塗布し、その後、赤外線吸収剤（KP Deeper NR paste：日本化薬株式会社 製）をアセトンに溶かし、気相転写用の紙に塗布した。赤外線吸収剤が塗布された紙を用いて気相転写により染料が塗布された平板上に赤外線吸収剤を積層させた。
レーザ装置（ファイバーカップリング式高出力半導体レーザ 45W 波長808nm） イエナオプティック レーザダイオード社製、集光レンズ（ｆ＝30ｍｍ）を使用した。レンズ下面から基材表面までの距離を約38ｍｍとして、赤外レーザ光を集光レンズを介して基材（吸収剤）に向けて照射した。このときの入力電流約10A（約2ｗ程度）とした。
テスト結果は各色何れも問題ないことを確認した。
実施例４では赤外線吸収剤を使って染色可能か否かを検討した。
基材はポリカーボネート平板（ｔ＝1）に実施例と同様の手法、条件にて染料を塗布し、その後、赤外線吸収剤（KP Deeper NR paste：日本化薬株式会社 製）をアセトンに溶かし、気相転写用の紙に塗布した。赤外線吸収剤が塗布された紙を用いて気相転写により染料が塗布された平板上に赤外線吸収剤を積層させた。
レーザ装置（ファイバーカップリング式高出力半導体レーザ 45W 波長808nm） イエナオプティック レーザダイオード社製、集光レンズ（ｆ＝30ｍｍ）を使用した。レンズ下面から基材表面までの距離を約38ｍｍとして、赤外レーザ光を集光レンズを介して基材（吸収剤）に向けて照射した。このときの入力電流約10A（約2ｗ程度）とした。
テスト結果は各色何れも問題ないことを確認した。
（４）まとめ
気相転写では通常オーブンを使用して染料を定着（染色）していたが、ＣＯ2レーザ光で短時間に着色できることを確認できた。
ＣＯ2レーザ光の照射が強すぎると、基材にダメージがあり、弱すぎると着色できないところも見られる。
色（染料）に影響なく染色できているが、基材別に条件を変更することは必要と思われる。
気相転写では通常オーブンを使用して染料を定着（染色）していたが、ＣＯ2レーザ光で短時間に着色できることを確認できた。
ＣＯ2レーザ光の照射が強すぎると、基材にダメージがあり、弱すぎると着色できないところも見られる。
色（染料）に影響なく染色できているが、基材別に条件を変更することは必要と思われる。
本発明は、上記記載した実施例に限定されず、色々な応用が可能である。
例えば、本実施の形態では、レーザ光として、ＣＯ２レーザ光を使用しているが、半導体レーザ等を使用しても良い。
また、本実施の形態では、プラスチックレンズ１０の表面に染料を塗布する方法として、気相転写方式を使用しているが、他の塗布方式を使用しても良い。
例えば、本実施の形態では、レーザ光として、ＣＯ２レーザ光を使用しているが、半導体レーザ等を使用しても良い。
また、本実施の形態では、プラスチックレンズ１０の表面に染料を塗布する方法として、気相転写方式を使用しているが、他の塗布方式を使用しても良い。
１０ プラスチックレンズ
３０ 染色装置
３３ レーザ光源
３５ ビームエキスパンダ
３６ 反射ミラー
３７ シリンドリカルレンズ
３２ ＸＹ移動ステージ
３８ 駆動機構
３９ 制御部
４０ コントロール部
３０ 染色装置
３３ レーザ光源
３５ ビームエキスパンダ
３６ 反射ミラー
３７ シリンドリカルレンズ
３２ ＸＹ移動ステージ
３８ 駆動機構
３９ 制御部
４０ コントロール部
Claims (10)
- 染色予定面全域の表面に昇華性染料が塗布された透明樹脂体を加熱することにより、該昇華性染料を該透明樹脂体表面に定着させる染色方法において、
前記昇華性染料に吸収されにくく前記透明樹脂体に吸収される波長となる赤外域又は紫外域の波長のレーザ光を前記透明樹脂体に向けて照射し、前記透明樹脂体を介して前記昇華性染料を加熱すると共に、前記透明樹脂体の表面を溶融させない温度であって、前記透明樹脂体内に前記加熱された昇華性染料が拡散する温度に前記透明樹脂体の染色予定面全域を加熱する工程を有することにより、前記透明樹脂体の高分子の分子構造が緩み、前記昇華性染料が持つ前記透明樹脂体への親和力で、前記透明樹脂体の内部に前記昇華性染料を取り込み定着させることを特徴とする染色方法。 - 請求項１に記載する染色方法において、
前記レーザ光が、スポット光またはスリット光であって、前記透明樹脂体表面を全体に渡ってスキャンすることを特徴とする染色方法。 - 請求項２に記載する染色方法において、
前記レーザ光は被染色物に対してラインフォーカスされた状態で照射されることを特徴とする染色方法。 - 請求項２に記載する染色方法において、
前記レーザ光は前記透明樹脂体表面に対して所定の距離だけデフォーカスされた状態で照射されることを特徴とする染色方法。 - 請求項１乃至請求項４に記載する染色方法のいずれか１つにおいて、
前記透明樹脂体は１．６０以上の高い屈折率を有するプラスチックレンズであることを特徴とする染色方法。 - 染色予定面全域の表面に昇華性染料が塗布された透明樹脂体を加熱することにより、該昇華性染料を該透明樹脂体表面に定着させる染色装置において、
前記昇華性染料に吸収されにくく前記透明樹脂体に吸収される波長となる赤外域又は紫外域の波長のレーザ光を前記透明樹脂体に向けて照射し、前記透明樹脂体を介して前記昇華性染料を加熱すると共に、前記透明樹脂体の表面を溶融させない温度であって、前記透明樹脂体内に前記加熱された昇華性染料が拡散する温度に前記透明樹脂体の染色予定面全域を加熱するレーザ光照射装置を有するにより、前記透明樹脂体の高分子の分子構造が緩み、前記昇華性染料が持つ前記透明樹脂体への親和力で、前記透明樹脂体の内部に前記昇華性染料を取り込み定着させることを特徴とする染色装置。 - 請求項６に記載する染色装置において、
前記レーザ光が、スポット光またはスリット光であって、前記透明樹脂体表面を全体に渡ってスキャンすることを特徴とする染色装置。 - 請求項７に記載する染色装置において、
前記レーザ光は被染色物に対してラインフォーカスされた状態で照射されることを特徴とする染色装置。 - 請求項８に記載する染色装置において、
前記レーザ光は前記透明樹脂体の表面に対して所定の距離だけデフォーカスされた状態で照射されることを特徴とする染色装置。 - 請求項６乃至請求項９に記載する染色装置のいずれか１つにおいて、
前記透明樹脂体は１．６０以上の高い屈折率を有するプラスチックレンズであることを特徴とする染色装置。
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