JP5719854B2 - ポリエステルカーボネート共重合体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、芳香族ジオールとして2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(以下ビスフェノールAと略すことがある)、芳香族ジカルボン酸としてテレフタル酸やイソフタル酸よりなる非晶性芳香族ポリエステルカーボネートは、ビスフェノールAを主成分とするポリカーボネートよりも高い熱変形温度を示すとともに、優れた透明性を示し比較的バランスの取れた特性を有していることから、各種の用途に用いられている。
これらポリエステルカーボネートを製造する方法は種々知られているが、その一般的な方法は、エステル交換法により芳香族ジオール類、炭酸ジエステルおよび芳香族ジカルボン酸ジエステル類を溶融状態で重合する溶融重縮合法がある。この溶融重縮合法は溶媒を使用せず、基本的にハロゲン系の原料を使用しないという特徴を有するが、高温で反応するために得られるポリマーの着色が大きいという問題を有する。このような溶融重縮合法の問題点を解決するため、特許文献1には、生成した全芳香族ポリエステルカーボネート中の末端を制御する方法が開示されている。該公報によれば、得られるポリエステルカーボネート樹脂は耐熱性に優れ、着色が少ないことが記載されている。しかしながら、該樹脂は原料として芳香族性水酸基を有するジオールを使用しているため、末端芳香族性水酸基が少なからず存在してしまい、上記着色問題を完全に解決できていない。
本発明者らは上記目的を達成せんとして鋭意研究を重ねた結果、ポリマー分子末端組成を特定の範囲内にし、使用する触媒種と量を厳密に制御することで、成形性および色相に優れるポリエステルカーボネート共重合体が得られることを見出し、本発明に到達した。
1. 67〜95モル%の下記式(I)で表される単位および33〜5モル%の下記式(II)で表される単位を含有し、比粘度が0.12〜0.55の範囲にあり、ポリマー全末端に対するフェニル末端の割合が30モル%以下であるポリエステルカーボネート共重合体。
2. ポリマー全末端に対するフェニル末端の割合が0〜30モル%、ヒドロキシル末端の割合が30〜98モル%、メチルエステル末端の割合が2〜70モル%である前項1に記載のポリエステルカーボネート共重合体。
3. 75〜95モル%の式(I)で表される単位および25〜5モル%の式(II)で表される単位を含有する前項1記載のポリエステルカーボネート共重合体。
5. Ti原子をポリエステルカーボネート共重合体の重量を基準として、0.5〜100ppm含む前項1記載のポリエステルカーボネート共重合体。
6. Ti原子をポリエステルカーボネート共重合体の重量を基準として、1.0〜50ppm含む前項1記載のポリエステルカーボネート共重合体。
7. シリンダ温度280℃で、厚さ1mmの成形板を成形した時の成形板のYI値が1.0〜6.0である前項1記載のポリエステルカーボネート共重合体。
8. 下記式(a)で表されるジオール、下記式(b)で表されるジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体、および炭酸ジエステル(c)を反応させポリエステルカーボネート共重合体を製造する方法であって、
炭酸ジエステル(c)の使用量が下記式(1)を満足し、かつ、チタン化合物を、ジオールとジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体との合計1モル対して、チタン元素として10−5〜10−3モルの比率で用いることを特徴とするポリエステルカーボネート共重合体の製造方法。
1.0≦(C)/{(A)−(B)}≦1.5 (1)
(式中、(A)はジオールの仕込みモル量、(B)はジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体の仕込みモル量、(C)は炭酸ジエステルの仕込みモル量である。)
9. 前項1に記載のポリエステルカーボネート共重合体を含有する樹脂組成物を射出成形することからなる光学部材の製造方法。
10. シリンダ温度260〜300℃、金型温度100〜140℃の範囲で射出成形する前項9記載の製造方法。
11. 光学部材がレンズである前項9記載の製造方法。
本発明の共重合体は、フェニル末端、ヒドロキシル末端、メチルエステル末端をポリマー中に少なくとも一つ含有する。本発明の共重合体の全末端に対するフェニル末端の割合は、30モル%以下であり、20モル%以下がより好ましく、10モル%以下がよりいっそう好ましい。フェニル末端の割合が30モル%より大きい場合、得られる共重合体の色相が悪くなること、成形時や製膜時のガス発生が多くなることがあり好ましくない。
本発明の共重合体の比粘度は、0.12〜0.55の範囲にあることが好ましく、0.12〜0.45の範囲であるとより好ましく、0.12〜0.30の範囲であるとよりいっそう好ましい。比粘度が0.12未満では成形品が脆くなり好ましくない。比粘度が0.55より高くなると、重合時間が長くなり樹脂の色相が悪くなることや溶融粘度が高くなり成形性が悪くなることがあり好ましくない。
ジカルボン酸成分は、得られる共重合体の特性を損なわない程度に他のジカルボン酸成分を含有していても良い。この場合、テレフタル酸、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸の含有量は、ジカルボン酸成分100モル%に対し、好ましくは80モル%以上、より好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは95モル%以上である。
他のジカルボン酸として、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、メチルマロン酸、エチルマロン酸等の脂肪族ジカルボン酸が挙げられる。また、フタル酸等の単環式芳香族ジカルボン酸や、2,7−ナフタレンジカルボン酸、2,3−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,8−ナフタレンジカルボン酸、アントラセンジカルボン酸、フェナントレンジカルボン酸等の多環式芳香族ジカルボン酸が挙げられる。また、2,2’−ビフェニルジカルボン酸等のビフェニルジカルボン酸や、1,4−シクロジカルボン酸、2,6−デカリンジカルボン酸等の脂還族ジカルボン酸が挙げられる。これらは単独または二種以上組み合わせて用いてもよい。また、これらの誘導体としては酸クロライドやエステル類が用いられる。
本発明の共重合体は、シリンダ温度280℃で、厚さ1mmの成形板を成形した時の成形板のYI値が1.0〜6.0であることが好ましい。
本発明の共重合体を製造する方法としては、ジオール(a)と、ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体(b)と、ビスアリールカーボネートとのエステル交換反応が好ましく採用される。
本発明の共重合体は、ジオール(a)およびジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体(b)および炭酸ジエステル(c)を、塩基性化合物触媒もしくはエステル交換触媒もしくはその双方からなる混合触媒の存在下、溶融重縮合法により好適に得ることができる。
溶融重縮合法を回分式の操作で実施する場合、エステル交換反応の進行に伴って反応系の粘度が大きく変化し、また反応で副生するモノヒドロキシ化合物の発生量が大きく変化する等の理由により、2基以上の反応槽を使用することが好ましい。
第1反応槽から第2反応槽への送液は副生するモノヒドロキシ化合物の留出量が理論留出量の50〜90%、好ましくは60〜80%に到達したところで実施することが好ましい。留出量が50%より小さい場合、未反応の炭酸ジエステル(c)やモノマーが多く、第2反応槽で原料のモルバランス崩れが生じることがあるため好ましくない。留出量が90%より大きい場合、樹脂の粘度が高くなり、送液に長時間を要するため、好ましくない。なお、この際、第1反応槽と第2反応槽との間で異物除去を目的とした濾過を行うこともできる。この様な濾過フィルターとしては10μm以下の目開きを有するフィルターがよく使用される。
上記モノヒドロキシ化合物とは、ジオール(a)と炭酸ジエステルとの反応で副生するフェノールおよびジオール(a)とジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体(b)との反応で副生するメタノール等のアルキルアルコール類や水である。また、モノヒドロキシ化合物の理論留出量は、仕込んだジオール(a)、ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体(b)および炭酸ジエステル(c)が全て反応したときに留出されるモノヒドロキシ化合物の量である。
第1反応槽に使用する撹拌機の撹拌速度は、反応混合物の粘度が低いこと、生成したモノヒドロキシ化合物の蒸発のために大きなエネルギーが必要であることから、比較的高速の攪拌速度、例えば、数十〜200rpmであることが多く、第2反応槽に使用する撹拌機の撹拌速度は、反応混合物の粘度が高いことから、第1反応槽よりも低い攪拌速度、例えば、数〜数十rpmであることが好ましい。
第2反応槽で生成したポリエステルカーボネート重合体は第2反応槽の内部を加圧することによって外部にシートまたはストランドとして取り出し、これを水等で冷却し、ペレットとして製品化されることが多い。なお、第2反応槽で反応の途中または反応終了後の加圧前あるいは加圧時に失活剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤等の各種添加物を添加しても良い。
助触媒として使用する含窒素塩基性化合物としてはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルベンジルアミン、トリフェニルアミン、ジメチルアミノピリジン等が挙げられる。
以上の触媒の中でもチタン化合物が好適に用いられ、チタンテトラブトキシド(IV)、チタン(IV)=テトラキス(2−エチル−1−ヘキサノラート)が特に好ましい。
これらの触媒は単独で用いても、二種以上併用してもよく、これらの重合触媒の使用量はジオール(a)とジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体(b)の合計1モルに対して、10−9〜10−3モルの比率で用いられる。
これらの触媒のうち、チタン化合物を用いることが特に好ましく、その使用量はジオール(a)とジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体(b)の合計1モル対して、10−5〜10−3モルの比率で用いると、反応制御と色相の両立ができ、特に好ましい。
触媒失活後、ポリマー中の低沸点化合物を0.1〜1mmHgの圧力、200〜320℃の温度で脱揮除去する工程を設けても良い。
通常、樹脂中に残存するフェノール量を低減することは困難であるが、本発明の製造方法、すなわち、重合初期段階から減圧しフェノールを留去しながら反応を進めることで重合後期に発生するフェノールを大幅に低減できる。
また、炭酸ジエステルの使用量が下記式(1)を満足するよう調整することで、発生するフェノールを低減でき、樹脂の色相がさらに良くなる。
1.0≦(C)/{(A)−(B)}≦1.5 (1)
(式中、(A)はジオール(a)の仕込みモル量、(B)はジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体(b)の仕込みモル量、(C)は炭酸ジエステル(c)の仕込みモル量である。)
炭酸ジエステル(c)の使用量が下記式(1)を満足し、かつ、チタン化合物をジオールとジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体との合計1モル対して、チタン元素として10−5〜10−3モルの比率で用いることを特徴とするポリエステルカーボネート共重合体の製造方法が提供される。
1.0≦(C)/{(A)−(B)}≦1.5 (1)
(式中、(A)はジオールの仕込みモル量、(B)はジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体の仕込みモル量、(C)は炭酸ジエステルの仕込みモル量である。)
本発明は、本発明共重合体および各種添加剤を含有する樹脂組成物を包含する。本発明の共重合体に各種添加剤を添加する方法としては特に限定されない。例えば、反応生成物である熱可塑性樹脂が溶融状態にある間にこれらを添加してもよいし、一旦熱可塑性樹脂をペレタイズした後、再溶融して添加してもよい。以下各種添加剤について説明する。樹脂組成物は、例えば射出成形法、圧縮成形法、射出圧縮成形法、溶融製膜法、キャスティング法等任意の方法により成形、加工することができる。
各種添加剤として、離型剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、ブルーイング剤等が挙げられる。
具体的に一価アルコールと飽和脂肪酸とエステルとしては、ステアリルステアレート、パルミチルパルミテート、ブチルステアレート、メチルラウレート、イソプロピルパルミテート等が挙げられる。ステアリルステアレートが好ましい。
離型剤中の前記エステルの量は、離型剤を100重量%とした時、90重量%以上が好ましく、95重量%以上がより好ましい。
離型剤の含有量は、共重合体100重量部に対して0.005〜2.0重量部の範囲が好ましく、0.01〜0.6重量部の範囲がより好ましく、0.02〜0.5重量部の範囲がさらに好ましい。
熱安定剤としては、リン系熱安定剤、硫黄系熱安定剤およびヒンダードフェノール系熱安定剤が挙げられる。
リン系熱安定剤の含有量は、共重合体100重量部に対して0.001〜0.2重量部が好ましい。
硫黄系熱安定剤の含有量は、共重合体100重量部に対して0.001〜0.2重量部が好ましい。
紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤、環状イミノエステル系紫外線吸収剤およびシアノアクリレート系からなる群より選ばれる少なくとも1種の紫外線吸収剤が好ましい。
トリアジン系紫外線吸収剤としては、2−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)−5−[(ヘキシル)オキシ]−フェノール、2−(4,6−ビス(2.4−ジメチルフェニル)−1,3,5−トリアジン−2−イル)−5−[(オクチル)オキシ]−フェノール等が挙げられる。
なかでも2,2’−p−フェニレンビス(3,1−ベンゾオキサジン−4−オン)、2,2’−(4,4’−ジフェニレン)ビス(3,1−ベンゾオキサジン−4−オン)および2,2’−(2,6−ナフタレン)ビス(3,1−ベンゾオキサジン−4−オン)が好適である。特に2,2’−p−フェニレンビス(3,1−ベンゾオキサジン−4−オン)が好適である。かかる化合物は竹本油脂(株)からCEi−P(商品名)として市販されており、容易に利用できる。
紫外線吸収剤の含有量は、共重合体100重量部に対して、好ましくは0.01〜3.0重量部であり、より好ましくは0.02〜1.0重量部であり、さらに好ましくは0.05〜0.8重量部である。かかる配合量の範囲であれば、用途に応じ、共重合体成形体に十分な耐候性を付与することが可能である。
本発明の共重合体を含有する樹脂組成物を射出成形して光学部材を製造することができる。光学部材としてレンズが挙げられる。射出成形は、シリンダ温度260〜300℃、金型温度100〜140℃の範囲で行なうことが好ましい。本発明によれば、射出成形の成形不良率が10%以下となる。
ηsp=(t1−t0)/t0
ここで比粘度のt1:ポリマー溶液の標線間通過時間、t0:塩化メチレンの標線間通過時間である。
(2)末端比:日本電子社製JNM−AL400のプロトンNMRを用いて測定した。各末端の算出方法は、下記式より求めた。
フェニル末端比:{(a)/((a)+(b)+(c))}×100
ヒドロキシル末端比:{(b)/((a)+(b)+(c))}×100
メチル末端比:{(c)/((a)+(b)+(c))}×100
(a):4.570〜4.520ppmの積分値÷4
(b):3.925〜3.840ppmの積分値÷4
(c):3.960〜3.925ppmの積分値÷6
(4)成形性:射出成形機[JSW(株)製J75EIII]により、シリンダ温度280℃で厚さ1mmの成形板を成形し、目視にて表面外観を測定した。成形板の欠点(シルバーや汚れ等)の有無を判定した。5ショット中欠点無しを○、5ショット中欠点1個以上ありを×として評価した。
(5)YI:射出成形機[JSW(株)製J75EIII]により、シリンダ温度280℃で厚さ1mmの成形板を成形し、日本電色(株)製分光色彩計SE−2000を用いて測定した。
9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレン(以下“BPEF”と省略することがある)143.83重量部、テレフタル酸ジメチル(以下“DMT”と省略することがある)13.98重量部、ジフェニルカーボネート(以下“DPC”と省略することがある)59.98重量部、チタンテトラブトキシド20.42×10−3重量部を精留塔付き撹拌槽(第1反応槽)に投入した。その後、窒素置換を3度行った後、ジャケットを180℃に加熱し、原料を溶融させた。
完全溶解後、20分かけて40kPaまで減圧すると同時に、60℃/hrの速度でジャケットを250℃まで昇温し、エステル交換反応を行った。副生するモノヒドロキシ化合物の留出量が理論留出量の67vol%に到達したところで、窒素加圧により、プレポリマーを第1反応槽から精留塔なしの撹拌槽(第2反応槽)へ送液した。
第2槽において、ジャケットを260℃に保持したまま、20分かけて40kPa、さらに、100分かけて0.13kPaまで減圧し、260℃、0.13kPa以下の条件下で30分重合反応を行った。反応終了後、生成したポリエステルカーボネート共重合体(A)をペレタイズしながら抜き出し、比粘度、Ti原子量、末端比を評価した。得られたポリマーを120℃で4時間真空乾燥した後、得られる樹脂組成物の重量を基準としてビス(2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイトを0.10%、グリセリンモノステアレートを0.10%加えて、ベント付きφ30mm単軸押出機を用いてペレット化した。該ペレットを120℃で5時間乾燥後、射出成形にて成形板を成形し、成形性、黄色度(YI)を評価した。評価結果を表1に示した。
実施例1のDPCの使用量を64.27重量部、チタンテトラブトキシドの使用量を34.03×10−3重量部とする以外は実施例1と同様にしてポリエステルカーボネート共重合体(B)のペレットおよび、成形板を得た。評価結果を表1に示した。
BPEF157.86重量部、2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチル(以下“NDCM”と省略することがある)9.77重量部、DPC71.98重量部、チタンテトラブトキシド13.61×10−3重量部を精留塔付き撹拌槽(第1反応槽)に投入した。その後、窒素置換を3度行った後、ジャケットを180℃に加熱し、原料を溶融させた。
完全溶解後、20分かけて40kPaまで減圧すると同時に、60℃/hrの速度でジャケットを250℃まで昇温し、エステル交換反応を行った。副生するモノヒドロキシ化合物の留出量が理論留出量の65vol%に到達したところで、窒素加圧により、プレポリマーを第1反応槽から精留塔なしの撹拌槽(第2反応槽)へ送液した。
第2槽において、ジャケットを260℃に保持したまま、20分かけて40kPa、さらに、100分かけて0.13kPaまで減圧し、260℃、0.13kPa以下の条件下で30分重合反応を行った。反応終了後、生成したポリエステルカーボネート共重合体(C)をペレタイズしながら抜き出し、比粘度、Ti原子量、末端比を評価した。得られたポリマーを120℃で4時間真空乾燥した後、得られる樹脂組成物の重量を基準としてビス(2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイトを0.10%、グリセリンモノステアレートを0.10%加えて、ベント付きφ30mm単軸押出機を用いてペレット化した。該ペレットを120℃で5時間乾燥後、射出成形にて成形板を成形し、成形性、黄色度(YI)を評価した。評価結果を表1に示した。
撹拌機付ステンレス製反応釜に9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン24.2部(ジオールの合計モル数に対して50モル%)、ビスフェノールA13.6部、ジメチルテレフタレート8.2部(ジオールとジカルボン酸(b)の合計モル数に対して25モル%)、ジメチルイソフタレート1.7部(ジオールとジカルボン酸(b)の合計モル数に対して5モル%)およびジフェニルカーボネート20.8部を仕込み、これに触媒としてテトラブトキシチタン6×10-5部を加え、200〜220℃で脱メタノールおよび脱フェノールを行った。殆ど留出が終了した後リン酸トリメチル1マイクロリットルおよび0.5%酸化ゲルマニウム水溶液0.1ミリリットルを加え、260〜280℃まで徐々に昇温すると同時に徐々に減圧度を上げて0.1mmHgにした。溶融粘度が十分になった後反応を停止し、ポリエステルカーボネート(D)共重合体46.4部(収率97%)を得た。このポリマーのエステル基の割合は30モル%、比粘度は0.365であった。得られたポリマーを120℃で4時間真空乾燥した後、得られる樹脂組成物の重量を基準としてビス(2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイトを0.10%、グリセリンモノステアレートを0.10%加えて、ベント付きφ30mm単軸押出機を用いてペレット化した。該ペレットを120℃で5時間乾燥後、射出成形にて成形板を成形し、成形性、黄色度(YI)を評価した。評価結果を表1に示した。
実施例1のDPCの使用量を65.98重量部、チタンテトラブトキシドの使用量を136.13×10−3重量部とする以外は実施例1と同様にしてポリエステルカーボネート共重合体(E)のペレットおよび、成形板を得た。評価結果を表1に示した。
実施例1のDPCの使用量を83.12重量部とする以外は、実施例1と同様にしてポリエステルカーボネート共重合体(F)のペレットおよび、成形性を得た。評価結果を表1に示した。
実施例1〜3のポリエテルカーボネート共重合体はフェニル末端が極めて少なく、熱分解によるフェノール発生量が極めて少ないため、成形性や色相に優れる。
これに対して、比較例1(共重合体(D))はフェニル末端が多く、熱分解によるフェノールの発生量が多いため、成形性や色相に劣る。比較例2(共重合体(E))は、樹脂中に残存するTi化合物量が多いため、色相に劣る。
比較例3(共重合体(F))は、フェニル末端が多く、熱分解によるフェノール発生量が多いため、成形性や色相が劣る。
得られた共重合体を120℃で4時間真空乾燥した後、得られる樹脂組成物の重量を基準としてビス(2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイトを0.10重量%、グリセリンモノステアレートを0.10重量%加えて、ベント付きφ30mm単軸押出機を用いてペレット化した。該ペレットを120℃で5時間乾燥後、表2に示す成形条件にて厚さ0.3mm、凸面曲率半径5mm、凹面曲率半径4mmのレンズを成形し、20枚連続成形して成形安定性を評価した。
Claims (11)
- ポリマー全末端に対するフェニル末端の割合が0〜30モル%、ヒドロキシル末端の割合が30〜98モル%、メチルエステル末端の割合が2〜70モル%である請求項1に記載のポリエステルカーボネート共重合体。
- 75〜95モル%の式(I)で表される単位および25〜5モル%の式(II)で表される単位を含有する請求項1記載のポリエステルカーボネート共重合体。
- 比粘度が0.12〜0.30の範囲にある請求項1記載のポリエステルカーボネート共重合体。
- Ti原子をポリエステルカーボネート共重合体の重量を基準として、0.5〜100ppm含む請求項1記載のポリエステルカーボネート共重合体。
- Ti原子をポリエステルカーボネート共重合体の重量を基準として、1.0〜50ppm含む請求項1記載のポリエステルカーボネート共重合体。
- シリンダ温度280℃で、厚さ1mmの成形板を成形した時の成形板のYI値が1.0〜6.0である請求項1記載のポリエステルカーボネート共重合体。
- 下記式(a)で表されるジオール、下記式(b)で表されるジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体、および炭酸ジエステル(c)を反応させポリエステルカーボネート共重合体を製造する方法であって、
炭酸ジエステル(c)の使用量が下記式(1)を満足し、かつ、チタン化合物を、ジオールとジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体との合計1モル対して、チタン元素として10−5〜10−3モルの比率で用いることを特徴とするポリエステルカーボネート共重合体の製造方法。
1.0≦(C)/{(A)−(B)}≦1.5 (1)
(式中、(A)はジオールの仕込みモル量、(B)はジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体の仕込みモル量、(C)は炭酸ジエステルの仕込みモル量である。) - 請求項1に記載のポリエステルカーボネート共重合体を含有する樹脂組成物を射出成形することからなる光学部材の製造方法。
- シリンダ温度260〜300℃、金型温度100〜140℃の範囲で射出成形する請求項9記載の製造方法。
- 光学部材がレンズである請求項9記載の製造方法。
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