JP5963495B2 - プラスチックレンズの昇華染色方法 - Google Patents
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そこで、高屈折率のプラスチックレンズに対しても、高濃度でムラ無く均一に染色するため、昇華性染料を用いてプラスチックレンズを染色する昇華染色法を始めとする、様々な試みがなされている。しかし、一般的に昇華染色法は片面染色で行われており、片面染色では達成できる染色濃度に限界があった。これに対し、視感透過率が20%を下回るような高濃度に染色することを目的として、プラスチックレンズの両面を染色することが考えられており、例えば、両面を昇華染色法にて同時に染色する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
一方、プラスチックレンズを片面ずつ昇華染色法において染色する場合であっても、プラスチックレンズを高濃度に染色するために、高温にさらす等の条件で染色を行うことで、既に付着した染料が再昇華してしまい染色ムラが生じ、染色安定性が下がってしまい、また再現性が悪いといった問題があった。
すなわち、本発明は下記のとおりである。
工程1:プラスチックレンズを50〜100℃に加熱する、加熱工程。
工程2:略真空雰囲気下、前記加熱工程において加熱されたプラスチックレンズの被染色面と、昇華性染料が塗布された基体の塗布面とを、非接触に対向した状態に設置し、前記基体を加熱することにより前記昇華性染料を昇華させ、前記プラスチックレンズの一方の被染色面を染色する、染色工程A。
工程3:前記染色工程Aにおいて得られたプラスチックレンズを反転させる、反転工程。
工程4:略真空雰囲気下、前記反転工程において反転させた前記プラスチックレンズの他方の被染色面と、前記昇華性染料が塗布された基体の塗布面とを、非接触に対向した状態に設置し、前記基体を加熱することにより前記昇華性染料を昇華させ、前記プラスチックレンズの他方の被染色面を染色する、染色工程B。
2. 前記工程2〜4において、前記プラスチックレンズを50〜100℃の温度範囲内に保つことを特徴とする、前記1に記載の昇華染色方法。
3. 前記工程2及び4において、前記プラスチックレンズの下方向に前記基体を設置する、前記1又は2に記載の昇華染色方法。
4. 前記工程4で得られたプラスチックレンズを加熱処理することにより、前記プラスチックレンズ内に昇華性染料を浸透させる工程をさらに含む、前記1〜3のいずれかに記載の昇華染色方法。
5. 前記プラスチックレンズの屈折率が1.7以上である、前記1〜4のいずれかに記載の昇華染色方法。
工程1:プラスチックレンズを50〜100℃に加熱する、加熱工程。
工程1ではプラスチックレンズを50〜100℃、好ましくは60〜85℃、さらに好ましくは70〜80℃となるように予め加熱する。昇華性染料を付着させる前にプラスチックレンズを予め加熱することにより、昇華性染料を付着させた際にレンズ表面上の色素を安定な非晶状態に保つことができるが、工程1においてプラスチックレンズの温度が50℃未満であると、レンズ表面上において色素が非晶状態として安定せず、均一にレンズに浸透しないためムラが発生する。一方上記温度が100℃を超えると昇華性染料が再昇華して染色ムラが生じてしまい、再現性が悪くなる。
また、上記レンズ表面上に付着した昇華性染料の色素を安定な状態に保つ観点から、後述する工程2〜4においてプラスチックレンズは上記温度範囲を保つことが好ましい。
通常昇華染色法は、基体に塗布された昇華性染料を昇華させるためのヒーター等の熱源と、該基体と、プラスチックレンズとを、この順で染色装置内に設置し、熱源からの熱で基体上の昇華性染料を昇華させてプラスチックレンズに付着させるが、熱源とプラスチックレンズとの間に基体を設置せずに、熱源からの熱でプラスチックレンズのみを加熱することで、プラスチックレンズのみを加熱することができる。
この際、基体をプラスチックレンズと対向させずに、すなわち熱源とプラスチックレンズとの間に位置しないよう染色装置内に設置し、プラスチックレンズが所望の温度に加熱され次第、基体を熱源とプラスチックレンズとの間に移動することで、所望の温度を有するプラスチックレンズに昇華性染料を付着させ染色することができる。一方、基体を染色装置内に設置せずにプラスチックレンズを加熱した場合、プラスチックレンズが所望の温度に加熱され後、染色装置を開放して基体を設置している間にプラスチックレンズが所望の温度範囲から外れてしまうおそれがあり、また基体を設置する間のプラスチックレンズの温度変化を想定してレンズを加熱することは実質上容易ではないので、基体を染色装置内に設置しておくことが好ましい。上記観点から染色装置としては、染色装置を開放せずに、該装置外部から基体を熱源とプラスチックレンズとの間に移動させることができるものが好ましい。
プラスチックレンズの形状に特に制限は無く、例えば、球面、回転対称非球面、多焦点レンズ、トーリック面等の非球面、凸面、凹面等の多様な曲面を有するプラスチックレンズを利用可能である。
プラズマ処理方法に特に制限は無く、公知のプラズマ処理装置を利用して実施すればよい。プラズマ処理は、好ましくはプラズマ出力50〜500W、より好ましくはプラズマ出力100〜300W、さらに好ましくはプラズマ出力200〜300Wで、好ましくは略真空圧下(例えば真空度1×10-3〜1×104Pa、好ましくは1×10-3〜1×103Pa、より好ましくは1×10-2〜5×102Pa)に行う。プラズマ出力及び真空度がこの範囲であれば、十分に表面処理が行われるため、昇華性染料含有インク中の昇華性染料を昇華した際にレンズ表面で色素が結晶化するという昇華染色法に特有の現象をより効果的に抑制できる。
プラスチックレンズの被染色面のプラズマ処理は、昇華性染料がレンズ内部に浸透し難い屈折率1.7以上のプラスチックレンズを用いた場合により効果的である。
工程2:略真空雰囲気下、前記加熱工程において加熱されたプラスチックレンズの被染色面と、昇華性染料が塗布された基体の塗布面とを、非接触に対向した状態に設置し、前記基体を加熱することにより前記昇華性染料を昇華させ、前記プラスチックレンズの一方の被染色面を染色する、染色工程A。
上記無機材料としては、ガラス、石英、雲母等や、ガラス繊維、炭化ケイ素繊維等の無機高分子化合物からなる織布又は不織布等が挙げられ、上記有機材料としては、紙等が挙げられる。これらの中でもガラスが好ましい。基体は、2種以上の材料を複合化した複合材料で形成されていてもよく、また複数の材料からなる多層構造体であってもよい。
基体の厚さに特に制限は無いが、昇華性染料の昇華を効率良く行う観点から、好ましくは0.5〜5mmであり、より好ましくは1〜3mmである。
また、プラスチックレンズの中心部と基体との距離は、高濃度でプラスチックを染色する観点から、好ましくは15〜120mmであり、より好ましくは17〜80mmであり、さらに好ましくは17〜30mmである。
また、昇華性染料含有インクには、プラスチックレンズを高濃度で均一に染色する観点から、界面活性剤、保湿剤、有機溶媒、粘度調整剤、pH調整剤、バインダー等を含有させてもよい。
上記界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、ノニオン性界面活性剤等が挙げられる。界面活性剤を昇華性染料含有インクに含有させる場合、アニオン系界面活性剤及びノニオン系界面活性剤を併用することが好ましい。
ノニオン性界面活性剤は公知のものを使用できる。ノニオン系界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のエーテル系ノニオン性界面活性剤;ステアリン酸ソルビタン、ステアリン酸プロピレングリコール等のエステル系ノニオン性界面活性剤;モノステアリン酸ポリオキシエチレングリセリル、オレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン等のエーテル・エステル系ノニオン性界面活性剤;ポリビニルアルコール、メチルセルロース等の水溶性ポリマー系ノニオン性界面活性剤等が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、水溶性ポリマー系ノニオン性界面活性剤が好ましく、メチルセルロースがより好ましい。
保湿剤を昇華性染料含有インクに含有させる場合、その含有量は、インク中における濃度が好ましくは5〜30質量%、より好ましくは10〜25質量%となるようにする。保湿剤の含有量が上記範囲内であると、プラスチックレンズを高濃度で均一に染色することができる。
また、基板の加熱は略真空圧下に実施するが、略真空圧下とは、通常、真空度1×10-3〜1×103Paの条件下であることをいい、レンズ表面にて昇華性染料中の色素が結晶化するのを抑制する観点から、好ましくは1×10-2〜8×102Paである。
加熱処理時間は、プラスチックレンズを高濃度に染色する観点及びプラスチックレンズの変形及び変色を抑制する観点から、1分〜150分が好ましい。
なお、上記加熱処理温度及び時間は、プラスチックレンズが所望の色及び色調、染色濃度となるように適宜調整すればよい。
工程3:前記染色工程Aにおいて得られたプラスチックレンズを反転させる、反転工程。
工程3は、基体を熱源から外すために、染色装置内において基体をプラスチックレンズと対向しない位置へ移動した後、プラスチックレンズを反転させることが好ましい。
プラスチックレンズの反転は染色装置を開放せずに該装置外部から行ってもよいが、外部から反転させることができない染色装置であれば、染色装置を開放してプラスチックレンズを反転させてもよい。プラスチックレンズの反転は、上述した基体の設置と異なり時間を掛けずに容易に行うことができるので、染色装置を開放して例えば手で反転しても温度を極端に下げることなく、上述したプラスチックレンズの好ましい温度範囲を維持することが可能である。
工程4:略真空雰囲気下、前記反転工程において反転させた前記プラスチックレンズの他方の被染色面と、前記昇華性染料が塗布された基体の塗布面とを、非接触に対向した状態に設置し、前記基体を加熱することにより前記昇華性染料を昇華させ、前記プラスチックレンズの他方の被染色面を染色する、染色工程B。
この際、プラスチックレンズが上述した好ましい温度範囲(好ましくは50〜100℃、より好ましくは60〜85℃、さらに好ましくは70〜80℃)であれば、工程2において一方の被染色面に付着した昇華性染料が再昇華することなく、また他方に付着する昇華性染料が均一に浸透するため染色ムラが無く、再現性良く染色することができる。
上記工程は、昇華性染料をプラスチックレンズに、より均一に浸透させる観点から、予め加熱してある炉(例えばオーブン等)に、工程4で得られたプラスチックレンズを入れる方法であることが好ましい。炉の温度は、色素を十分に浸透させると共にプラスチックレンズの変形及び変色を抑制する観点から、好ましくは80〜170℃であり、より好ましくは100〜160℃であり、さらに好ましくは120〜150℃である。また加熱時間は、色素を十分に浸透させると共にプラスチックレンズの変形及び変色を抑制する観点から、好ましくは10〜180分であり、より好ましくは20〜120分であり、さらに好ましくは30〜80分である。
(染色濃度)
染色濃度はレンズカラーの濃さを表す数値であり、下記式により求めた。
染色濃度(%)=100(%)−550nmでの可視光線透過率(%)
なお、上記式中の可視光線透過率は、分光光度計「U3410」(日立製作所(株)製)を用いて、波長550nmにおける可視光線透過率を測定したものである。
(染色ムラ)
得られた染色プラスチックレンズを、蛍光灯下、光学顕微鏡によって染色ムラを観察した。
(プラスチックレンズ)
「EYVIA(アイビア)」(商品名、HOYA(株)製);屈折率1.74、中心厚1.4mm、レンズ度数0.00、直径80mmの、ポリスルフィド結合を有するプラスチックレンズ
(調製例1)
昇華性染料として「Dianix Blue AC-E」(ダイスタージャパン(株)製)、「ディスパース レッド 802」(双葉産業(株)製)、FSP エロー P-E(双葉産業(株)製)を所定の比率で水に分散させ、さらにアニオン系界面活性剤、ノニオン性界面活性剤及び保湿剤を混合して、色がグレーの昇華性染料含有インクとした。各成分の組成比は以下の通りである。
昇華性染料/水/アニオン系界面活性剤/ノニオン系界面活性剤/保湿剤
=5/74.55/0.25/0.2/20(質量比)
(1) 常温(22℃)のガラス基体上に、調製例1で得られた昇華性染料含有インクをディスペンサーによって3mm間隔で碁盤目状に塗布圧0.4MPaで、1打点あたり質量0.75μgで合計0.6g塗布した。
(工程1):略真空雰囲気を形成する染色装置内に、プラスチックレンズと上記ガラス基体とを対向しない状態となるよう設置し、ヒーターとプラスチックレンズの間にガラス遮蔽板を挟んでレンズのみを加熱し、レンズ温度を80℃に調整した。
(工程2):次いで、染色装置内の真空度を2×102Paとし、上記プラスチックレンズの一方の被染色面(凹面側)とガラス基体の塗布面とが対向するように、そしてプラスチックレンズの中心とガラス基体との距離が25mmとなるように、プラスチックレンズの下方向にガラス基体を移動した。ガラス基体を220℃で120秒加熱して昇華性染料を昇華させ、昇華性染料をプラスチックレンズに付着させた。
(工程3):染色装置内においてガラス基体をヒーターから外れるよう移動して、工程2で得られたプラスチックレンズと上記ガラス基体とを対向しない状態に設置した後、染色装置を大気開放し、プラスチックレンズの凸面側が下方向になるよう手で反転した。
(工程4):再び染色装置内の真空度を2×102Paとし、上記(工程2)と同様の昇華条件でプラスチックレンズの凸面側に昇華性染料を付着させた。
さらに、(工程4)で得られたプラスチックレンズを、150℃に加熱したオーブン内に置いて1時間加熱することにより、昇華性染料中の色素をプラスチックレンズ内に浸透させた。
なお、(工程2)〜(工程4)において、プラスチックレンズ温度は75℃に維持されていた。
上記の手順で得られた両面染色プラスチックレンズの染色濃度を測定した。また、得られた両面染色プラスチックレンズには染色ムラが無いことを確認した。
図1より、本発明の両面染色方法によって、屈折率1.74の高屈折率プラスチックレンズであっても、染色濃度85%以上の高濃度で、かつ染色ムラ無く、染色濃度差±1.5%以内で再現性良く染色できたことが分かる。
(1) 実施例1の(工程1)において、プラスチックレンズ温度を110℃とした以外は実施例1と同じ手順で両面染色プラスチックレンズを得た。
なお、(工程2)〜(工程4)において、プラスチックレンズ温度は110℃に維持されていた。
比較例1において得られた両面染色プラスチックレンズの染色濃度を測定した。また、得られた両面染色プラスチックレンズに染色ムラがあることを目視で確認した。
(2) さらに、上記比較例1の手順でプスチックレンズの両面染色を5回行い、作製した5サンプルそれぞれの染色回数(回)対染色濃度(%)のグラフを図2に示した。
図2より、比較例1の手順では、屈折率1.74の高屈折率プラスチックレンズは、染色濃度85%以上の高濃度で染色されたが、染色ムラがあり、染色濃度差が大きく再現性に劣ることが分かる。
(1) 実施例1の(工程1)において、プラスチックレンズ温度を75℃とし、(工程3)及び(工程4)を行わず片面のみを染色した以外は実施例1と同じ手順で片面染色プラスチックレンズを得た。
なお、(工程2)において、プラスチックレンズ温度は75℃に維持されていた。
比較例2において得られた片面染色プラスチックレンズの染色濃度を測定した。また、得られた片面染色プラスチックレンズには染色ムラが無いことを確認した。
(2) さらに、上記比較例2の手順でプスチックレンズの片面染色を9回行い、作製した9サンプルそれぞれの染色回数(回)対染色濃度(%)のグラフを図3に示した。
図3より、比較例2の手順では、屈折率1.74の高屈折率プラスチックレンズは、染色ムラ無く、染色濃度差±1.5%以内で再現性良く染色できたが、染色濃度が80%にとどかず高濃度で染色できないことが分かる。
(1) 実施例1の(工程1)において、プラスチックレンズ温度を110℃とし、(工程3)及び(工程4)を行わず片面のみを染色した以外は実施例1と同じ手順で片面染色プラスチックレンズを得た。
なお、(工程2)において、プラスチックレンズ温度は110℃に維持されていた。
比較例3において得られた片面染色プラスチックレンズの染色濃度を測定した。また、得られた片面染色プラスチックレンズに染色ムラがあることを目視で確認した。
(2) さらに、上記比較例3の手順でプスチックレンズの片面染色を8回行い、作製した8サンプルそれぞれの染色回数(回)対染色濃度(%)のグラフを図4に示した。
図4より、比較例3の手順では、屈折率1.74の高屈折率プラスチックレンズは、染色濃度が80%にとどかず高濃度で染色できないうえ、染色ムラがあり、染色濃度差が大きく再現性に劣ることが分かる。
Claims (7)
- 下記工程1〜工程4を順次含むことを特徴とする、プラスチックレンズの昇華染色方法。
工程1:プラスチックレンズを50〜100℃に加熱する、加熱工程。
工程2:略真空雰囲気下、前記加熱工程において加熱されたプラスチックレンズの被染色面と、昇華性染料が塗布された基体の塗布面とを、非接触に対向した状態に設置し、前記基体を加熱することにより前記昇華性染料を昇華させ、前記プラスチックレンズの一方の被染色面を染色する、染色工程A。
工程3:前記染色工程Aにおいて得られたプラスチックレンズを反転させる、反転工程。
工程4:略真空雰囲気下、前記反転工程において反転させた前記プラスチックレンズの他方の被染色面と、前記昇華性染料が塗布された基体の塗布面とを、非接触に対向した状態に設置し、前記基体を加熱することにより前記昇華性染料を昇華させ、前記プラスチックレンズの他方の被染色面を染色する、染色工程B。 - 前記工程2〜4において、前記プラスチックレンズを50〜100℃の温度範囲内に保つことを特徴とする、請求項1に記載の昇華染色方法。
- 前記工程2及び4において、前記プラスチックレンズの下方向に前記基体を設置する、請求項1又は2に記載の昇華染色方法。
- 前記工程4で得られたプラスチックレンズを加熱処理することにより、前記プラスチックレンズ内に昇華性染料を浸透させる工程をさらに含む、請求項1〜3のいずれかに記載の昇華染色方法。
- 前記プラスチックレンズの屈折率が1.7以上である、請求項1〜4のいずれかに記載の昇華染色方法。
- 前記昇華染色方法によって得られたプラスチックレンズの染色濃度が80%以上である、請求項1〜5のいずれかに記載の昇華染色方法。
- 前記工程1が、プラスチックレンズと昇華性染料が塗布された基体とを互いに対向させない位置に設置した後に、プラスチックレンズのみを加熱する工程である、請求項1〜6のいずれかに記載の昇華染色方法。
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