JP6035091B2 - レンズ基板用光照射装置、及びレンズの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光硬化膜の形成等のためにレンズ基板上に光を照射する光照射装置に関する。

従来、眼鏡レンズは、機能を付与するために、表面にハードコート膜やフォトクロミック層などの膜が形成される。レンズ基板上に膜を形成する際にして、レンズ基板上に光硬化性膜を形成し、紫外線等の光照射を行なって膜を硬化する方法が採用されることがある。当該光照射においては、レンズ基板の表面が曲面であるため、レンズ基板上に均一に光を照射することは容易でなくなる。例えば、表面の曲率半径の小さな眼鏡レンズへの光照射の場合、眼鏡レンズの中心と周辺部とで照射された光量の差が顕著になることがある。その場合には、光硬化膜はレンズ周辺部での硬化が遅い或いは不十分となるため、硬化膜の密着性などの性質が不均一になる場合がある。

特許文献１においては、光源とレンズ基板の間に透過光量調整部を配置し、当該透過光量調整部の中心部から周辺部分へと遮光量を減らしてレンズ基板上に到達する光量を均一にする方法が開示されている。透過光量調整部としては、遮光性の基板に複数の孔部を設けて、当該孔の面積等を変化させて中心部と周辺部の透過光量を調節する。
特許文献２においては、レンズ基板に光源からの光の反射光を導く反射面を設置して、レンズ基板の周辺部に対し反射光の照射光量を調整し、レンズ基板の中央部と周辺部とにおける照射光量の差を調整する方法が開示されている。

特開２０１１−２０９４０８号公報 特開２０１２−３０８９号公報

特許文献１又は２の方法によると、レンズ基板は様々な種類の曲面を有するため、レンズ基板ごとに対応して上記の透過光量調整部や反射面について複雑な調整を行なう必要があった。
そこで、本発明は、レンズ基板上に光を照射するに際して、レンズ基板上に均一に光を当てるレンズ基板用光照射装置、及びレンズの製造方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は以下の〔１〕〜〔５〕に関する。
〔１〕 長尺光源と、
前記長尺光源に対向する位置にレンズ基板を把持する基板保持手段と、
前記レンズ基板を回転させる回転手段と、
前記長尺光源により形成される光量分布の中心が前記レンズ基板の少なくとも中心から一端までを通過するように、前記レンズ基板、前記長尺光源の少なくとも一方を反復動作させる反復動作手段と、
を備える、レンズ基板用光照射装置。
〔２〕 前記反復動作手段の動作方向が、前記回転手段の回転軸に対して垂直方向である、〔１〕に記載のレンズ基板用光照射装置。
〔３〕 前記長尺光源が設けられた外部チャンバと、
該外部チャンバ内に設けられ、前記長尺光源との対向面の少なくとも一部が光透過部材で構成される内部チャンバと、を更に備え、
前記基板保持手段が、前記光透過部材を介して前記光源に対向する位置にレンズ基板を把持するように設置され、
前記反復動作手段が前記内部チャンバを反復動作させる、〔１〕又は〔２〕に記載のレンズ基板用光照射装置。
〔４〕 前記内部チャンバが、不活性ガス導入孔と、前記レンズ基板上に不活性ガス気流が直接あたらないように該不活性ガス導入孔の近傍に設置された邪魔板と、不活性ガス排出孔と、を更に有する、〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載のレンズ基板用光照射装置。
〔５〕 レンズ基板上に形成された光硬化性膜を長尺光源により光照射して硬化させるレンズの製造方法であって、
前記長尺光源に対向する位置で前記レンズ基板を回転させ、前記長尺光源により形成される光量分布の中心が前記レンズ基板の少なくとも中心から一端までを通過するように、前記レンズ基板、前記長尺光源の少なくとも一方を反復動作させて、前記長尺光源から光照射をおこなう、レンズの製造方法。

本発明によれば、レンズ基板上に光を照射するに際して、レンズ基板上に均一に光を当てるレンズ基板用光照射装置、及びレンズの製造方法を提供することができる。
長尺光源に対向してレンズ基板を静置すると、レンズ基板上に照射光量の分布が形成される。
これに対して、長尺光源に対向するレンズ基板を回転させることで、少なくともレンズ基板の中心からの同一の距離においては照射光量の均一性を得ることができる。しかし、レンズ基板の回転のみであると、レンズ基板の曲面に由来して中心部分の照射光量が多くなり、周辺部の照射光量が少なくなる。
そのため、レンズ基板の回転に加えて、前記長尺光源により形成される光量分布の中心が前記レンズ基板の少なくとも中心から一端までを通過をするように、前記レンズ基板、前記長尺光源の少なくとも一方を反復動作させることで、周辺部の照射光量を調整することができ、レンズ基板上の照射光量を均一にすることができる。

図１は、本発明の実施形態であるレンズ基板用光照射装置１の断面模式図である。 図２は、本発明の実施形態であるレンズ基板用光照射装置１の斜視模式図である。 図３（ａ）は棒状光源とｘｙｚ軸の位置関係を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるｘ軸上の照射光量の分布を示すモデル図である。 図４は、棒状光源側の視点から、レンズ基板の動作を説明する模式図である。 図５は、棒状光源側の視点から、レンズ基板の動作を説明する模式図である。 図６は、レンズ基板の回転の変形例を説明する模式図である。 図７は、棒状光源側の視点から、反復動作の変形例を説明する模式図である。 図８は、レンズ基板上の区画の説明図である。

レンズ基板用光照射装置は、長尺光源と、前記長尺光源に対向する位置にレンズ基板を把持する基板保持手段と、前記レンズ基板を回転させる回転手段と、前記長尺光源により形成される光量分布の中心が前記レンズ基板の少なくとも中心から一端までを通過するように、前記レンズ基板、前記長尺光源の少なくとも一方を反復動作させる反復動作手段と、を備える。当該回転及び反復動作によって、レンズ基板の中央部と周辺部における照射光量の差が調整される。これによってレンズ基板上の照射光量を均一にすることができる。

長尺光源とは、レンズ基材への対向面が長尺状である、又は光源への対向面に長尺状の光量分布を形成する光源を意味する。長尺光源は、例えば、直管状ランプ、及び発光ダイオード（ＬＥＤ）が直線状に多数並べられた光源等の棒状光源、Ｕ字管状ランプ、蛇管状ランプ、が用いられる。長尺光源の長手方向の長さは、少なくともレンズ基板の半径よりも大きなものを選択することが好ましい。
例えば、棒状光源は、図３に示すように対向する平面上に照射光量の分布が形成される。当該平面上において、最も高い照射光量を示す位置を光量分布の中心とする。すなわち、棒状光源においては、光源の棒形状に沿って線状の光量分布の中心が形成される。

本発明において反復動作は、前記長尺光源により形成される光量分布の中心が前記レンズ基板の少なくとも中心から一端までを通過するように反復動作させる。
反復動作は、特に限定されないが例えば、遥動、円形運動が挙げられる。遥動させる場合、一直線上を往復させても、円弧上を往復させる遠心遥動であってもよい。
反復動作手段の動作方向は、前記回転手段の回転軸に対して垂直方向であることが好ましい。

レンズ基板としては、例えば、円形状の眼鏡用レンズ基板が挙げられる。
また、レンズ基板の径は６０〜８０ｍｍが好ましい。
レンズ基板のベースカーブ（以下「ＢＣ」とすることがある）は任意のものが用いられるが、例えば、８〜１０のものが用いられる。

レンズ基板用光照射装置は、前記長尺光源が設けられた外部チャンバと、前記外部チャンバ内に設けられ、前記長尺光源との対向面の少なくとも一部が光透過部材で構成される内部チャンバと、を更に備えることが好ましい。また、前記基板保持手段が、前記光透過部材を介して前記光源に対向する位置にレンズ基板を把持するように設置され、前記反復動作手段が前記内部チャンバを反復動作させるものであることが好ましい。このように内部チャンバを設けて、当該チャンバ内でレンズ基板を回転させることで、反復動作による気流の影響を受けにくくなるので、光硬化膜を均一に形成しやすくなる。

光透過部材としては、特に制限されないが、長尺光源が紫外線ランプである場合には、合成石英等の紫外光を透過する素材で構成されることが好ましい。

内部チャンバは、不活性ガス導入孔と、前記レンズ基板上に不活性ガス気流が直接あたらないように該不活性ガス導入孔の近傍に設置された邪魔板と、不活性ガス排出孔と、を更に有することが好ましい。このように不活性ガスを導入する手段を設けることで、不活性ガス雰囲気下で光硬化をすることが可能になり、酸素阻害を防ぐことが可能となる。特に邪魔板を設けることで、不活性ガスの気流によって硬化前の膜が荒れることを防止することができる。

本発明のレンズの製造方法は、レンズ基板上に形成された光硬化性膜を長尺光源により光照射して硬化させる方法である。当該製造方法は、長尺光源に対向する位置で前記レンズ基板を回転させ、前記長尺光源により形成される光量分布の中心が前記レンズ基板の少なくとも中心から一端までを通過するように、前記レンズ基板、前記長尺光源の少なくとも一方を反復動作させて、前記長尺光源から光照射をおこなう。

ここで光硬化性膜としては、光硬化性樹脂組成物を含む。当該光硬化性樹脂組成物は、硬化後、フォトクロミック層、ハードコート膜として機能する光硬化性組成物であることが好ましい。
光硬化性樹脂組成物としては、例えば、光ラジカル硬化系組成物、光カチオン硬化系組成物、これらのハイブリット硬化系組成物が挙げられる。
光ラジカル硬化系組成物としては、アクリレート化合物とエネルギー線感受性ラジカル重合開始剤を含有する組成物が挙げられる。
アクリレート化合物としては、特に限定されないが、多官能アクリレートや、単官能アクリレートが挙げられる。多官能アクリレートとしては、複数のアクリレート基を有する化合物であれば特に限定されないが、例えば、３官能アクリレート、末端アクリレート基を有するデンドリマー又はハイパーブランチポリマー等が挙げられる。
光カチオン硬化系組成物としては、エポキシ基を有する化合物と、シラン系化合物若しくは二以上のヒドロキシ基を有する化合物との組合せが挙げられる。ここでの光開始剤としては、エネルギー線感受性カチオン重合開始剤を用いることができる。
光硬化性樹脂組成物としては、更に金属酸化物粒子を有することが好ましい。金属酸化物としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素等の微粒子が挙げられる。
多官能アクリレートの含有量は、光硬化性樹脂組成物に対して、４５〜９５質量％が好ましく、３５〜９０質量％が好ましい。光カチオン硬化系組成物の重合性化合物の含有量は、光硬化性樹脂組成物に対して、４５〜９５質量％が好ましく、３５〜９０質量％が好ましい。光開始剤の含有量は、光硬化性樹脂組成物に対して、０．１〜１０質量％が好ましく、０．５〜５質量％がより好ましい。金属酸化物粒子の含有量は、多官能アクリレートの合計量１００質量部に対し、好ましくは５〜１８０質量部であり、より好ましくは６０〜１５０質量部である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態であるレンズ基板用光照射装置１の断面を示した模式図である。図２は、当該レンズ基板用光照射装置１の斜視図である。なお、図２において外部チャンバ１１については透視図として点線で示した。
レンズ基板用光照射装置１は、外部チャンバ１１、及び該外部チャンバ内に設けられた内部チャンバ１２を有する。
外部チャンバ１１は、該外部チャンバ上部で棒状光源１１１を固定するための固定部１１２と、該外部チャンバの側面から光が漏れることを防止する遮光部１１３と、台座１１４とを有する。棒状光源１１１は、直管状の紫外線ランプが用いられる。

内部チャンバ１２は、筐体１２１と、該筐体の棒状光源１１１との対向面に設けられた内部に光を取り込むための光透過窓１２２とを有する。光透過窓１２２は、光透過部材により構成される。また、内部チャンバ１２には、窒素等の不活性ガスをパージするために、不活性ガス導入孔１２５、及び不活性ガス排出孔１２６を有する。また、不活性ガス導入孔１２５の近傍には、当該ガスの気流により、レンズ基板上に形成された膜が未硬化である場合に表面を荒らすことを防止する観点から、邪魔板１２７が設けられる。

内部チャンバ１２内には、前記棒状光源１１１に対向する位置にレンズ基板Ｓを把持する基板保持部１３１が設けられる。基板保持部１３１は、棒状光源１１１に対して、レンズ基板の凸面を対向させるようにして保持する機構を有する。基板保持部１３１は、該基板保持部を回転させる回転軸１３２と接続し、更に当該回転軸は、回転機構を含む第一駆動機構１３３と接続する。

内部チャンバ１２は、可動台座１４上に設けられる。可動台座１４は、台座本体１４１と、該台座本体を横方向（図１のｘ軸方向）に移動可能に取り付けたガイドレール１４２と、前記台座本体を横方向に遥動させる第二駆動機構１４３とを有する。

レンズ基板用光照射装置１は、概略以下のとおりに動作させる。
内部チャンバ１２内の基板保持部１３１に、凸面に未硬化の光硬化性膜を形成したレンズ基板Ｓを搭載する。レンズ基板Ｓを第一駆動機構１３３により回転軸１３２を中心に回転させ、更に、第二駆動機構１４３により可動台座１４を横方向（図１のｘ軸方向）に遥動させる。このように第一駆動機構１３３及び第二駆動機構１４３により動作させつつ、棒状光源１１１より光を照射して、レンズ基板Ｓ上の光硬化性膜を硬化させる。光照射は、外部チャンバ１１内で行なわれるため、遮光部１１３により光が漏れることを防止でき作業の安全性を高められる。また、照射した光は内部チャンバ１２上部に設けられた光透過窓１２２を介して、レンズ基板Ｓ上の光硬化性膜に到達して硬化が行なわれる。

光照射する際には、内部チャンバ１２の不活性ガス導入孔１２５から、不活性ガスを導入する。導入された不活性ガスの気流は、邪魔板１２７に衝突してレンズ基板に直接当たらないようにして、不活性ガス排出孔１２６から排出される。このようにして、内部チャンバ内を不活性ガスでパージする。これにより、光照射中に発生する内部チャンバ内を不活性ガス雰囲気とすることで、酸素阻害等を防止することができる。

以下、レンズ基板用光照射装置１における照射光量の分布と、レンズ基板Ｓの回転と遥動の動作の関係について詳細に説明する。
図３（ａ）は、棒状光源１１１とｘｙｚ軸の位置関係を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるｘ軸上の照射光量の分布を示すモデル図である。このように棒状光源に対向する平面においては、棒状光源の長軸に対して垂直方向（図３（ａ）におけるｘ軸方向）において、棒状光源と最も近い点（図３（ａ）に示されるｚ軸と直交する点）を光量中心ＰＣとして、照射光量の分布が発生する。当該面上の棒状光源の長軸と平行方向（図３（ａ）のｙ軸方向）のいずれの場所においても、棒状光源の長軸に対して垂直方向（ｘ軸方向）に照射光量の分布が発生し光量中心が棒状光源の長軸と平行方向（図３（ａ）のｙ軸方向）に線状に現れる。

棒状光源の性質に基づいて発生する照射光量の分布に加えて、レンズ基板表面上は、凸面のベースカーブに基づいて、照射光量の分布が発生する。すなわち、棒状光源の長軸と平行方向（図３（ａ）のｙ軸方向）においても、ベースカーブに由来して、レンズ基板の中央部の照射光量が多く、周辺部の照射光量が少なくなる。

レンズ基板Ｓは、棒状光源１１１に対向する位置で、凸面を棒状光源に対向させて基板保持部１３１により把持される。続いて、レンズ基板Ｓは、回転軸１３２を介して回転させられる。ここでレンズ基板Ｓの回転はレンズ基板の中心を軸心として回転させる。これによって、レンズ基板Ｓの表面における照射光量は、少なくとも中心から同心円状に均質な照射光量となる。
レンズ基板Ｓの回転速度は、光硬化膜の性質に応じて、当該塗膜の表面が荒れないような回転数であることが好ましく、例えば、１〜３０００ｒｐｍが好ましく、５〜１０００ｒｐｍがより好ましく、１０〜３００ｒｐｍが更に好ましい。

図４は、棒状光源側の視点からのレンズ基板の反復動作を説明する模式図である。反復動作においては、レンズ基板Ｓの回転に加えて、図４（ａ）に示すように、光量分布の中心ＰＣがレンズ基板Ｓの中心ＳＣから、図４（ｂ）に示すように、光量中心ＰＣがレンズ基板Ｓの一端まで通過するように遥動させ、レンズ基板の中央部と周辺部における照射光量の差を調整し、レンズ基板Ｓ上の照射光量を均一にする。
遥動の方向は、中心が前記レンズ基板の少なくとも中心から一端までを通過するように移動すれば、特に限定されない。例えば図４に示すように、Ｔ１の遥動方向であっても、Ｔ２の遥動方向であってもよい。
遥動幅は、例えば、棒状光源の長軸に対して垂直方向の移動量がレンズ基板Ｓの半径ｒとなる幅である。この場合、遥動動作の一端が照射光量の中心とレンズ基板Ｓの中心部が一致する位置（図４（ｂ））であり、遥動動作の他端が照射光量の中心とレンズ基板Ｓの一端とが一致する位置（図４（ａ））として遥動させることで、レンズ基板上の照射光量を均一にすることができる。
また図５に示すように、遥動幅は、例えば、レンズ基板Ｓの直径２ｒと同じ幅以上であってもよい。この場合、遥動動作の一端が、照射光量の中心ＰＣとレンズ基板Ｓの一端とが一致する位置（図５（ａ））であり、遥動動作の他端が照射光量の中心とレンズ基板Ｓの他端とが一致する位置（図５（ｃ））として遥動させることで、レンズ基板上の照射光量を均一にすることができる。
遥動の速度は、特に限定されず、光硬化膜の性質に応じて、当該膜の表面が荒れないような速度で動作させることが好ましいが、例えば、１〜１０００ｍｍ／ｓが好ましく、５〜５００ｍｍ／ｓがより好ましく、１０〜３００ｍｍ／ｓが更に好ましい。

（変形例）
図６は、レンズ基板の回転の変形例を説明する模式図である。レンズ基板Ｓの回転は、図１に示すようにその回転軸が棒状光源１１１に対して垂直に対向していてもよいが、図６に示すように垂直対向方向に対して傾きを有していてもよい。この場合、レンズ基板用光照射装置１において、内部チャンバ１２内の回転軸１３２を傾けて構成する。

図７は、棒状光源側の視点から、反復動作の変形例を説明する模式図である。
図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、棒状光源１１１に対して、円形軌道Ｔ３上を動作させて、光量中心ＰＣがレンズ基板Ｓの一端から他端までを通過するように反復動作させてもよい。この場合、レンズ基板用光照射装置１において、ガイドレール１４２を円形軌道上に形成し、第二駆動機構により当該ガイドレール１４２上を可動台座１４が動作するように構成する。

実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。

ガラス製容器に、溶媒として１−メトキシ−２−プロパノール、金属酸化物（シリカゾル、商品名ＰＧＭ−ＳＴ、日産化学工業株会社製）とシランカップリング剤（商品名：ＫＢＭ−５０３、信越化学工業株式会社製）を入れ、５５℃、４５０ｒｐｍで撹拌し、金属酸化物にシランカップリング剤を被覆させた。
続いて、多官能アクリレート｛ペンタエリスリトールアクリレート（商品名Ｍ−３０６、東亜合成株式会社製、トリアクリレート〈１分子中水酸基１個〉６５〜７０％含有する混合物）５０質量部、樹枝状脂肪族化合物（商品名ＳＩＲＩＵＳ−５０１、大阪有機化学工業株式会社製）５０質量部｝１００質量部と、上記シランカップリング剤を被覆させた金属酸化物１００質量部と、レベリング剤（商品名：Ｙ−７００６、ポリオキシアルキレン・ジメチルポリシロキサン コポリマー 東レダウコーニング株式会社製）と、反応開始剤（商品名：ＩＲＧＡＣＵＲＥ１８４、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製）とを含む光硬化性樹脂組成物溶液を調製した。
レンズ基板として、ＥＹＮＯＡ基材（商品名、ＨＯＹＡ（株）製造、ポリチオウレタン樹脂、屈折率１．６７、中心厚１．０ｍｍ、レンズ度数０．００）を用い、それぞれの基板に上記光硬化性樹脂組成物溶液をスピンコーター（ミカサ株式会社製）で塗布した。
レンズ基板光照射装置１を用いて上記のレンズ基板に対して、表１に示す条件で光照射を行なった。なお揺動は、揺動方向が棒状光源の長軸に対して垂直方向に、揺動幅がレンズ基板の半径ｒに対して２ｒとなるようにして行なった。以下に示す密着性の評価方法に従って評価を行なった。

（密着性の評価）
コーティング膜に１．５ｍｍ間隔で１００目クロスカットし、このクロスカットしたところに粘着テープ（登録商標：セロテープ、ニチバン株式会社製）を強く貼り付けた後、粘着テープを急速に剥がした後の硬化膜の剥離の有無を、図８に示すように初期の光量分布の中心ＰＣを基準にレンズ基板を９つの区画に分けて、当該区画ごとに調べた。
◎．剥がれた目が０個であった。
○．剥がれた目が１個以上２個以下であった。
△．剥がれた目が３個以上４個以下であった。
×．剥がれた目が５個以上であった。

本発明のレンズ基板用光照射装置は、レンズ基板上に均一に光を当てるレンズ基板用光照射装置、及びレンズの製造方法を提供することができる。このため、本発明の装置によれば、光硬化性樹脂を用いてレンズ基板上にハードコート膜などを設けることができる。

１：レンズ基板用光照射装置
１１：外部チャンバ
１１１：棒状光源
１１２：固定部
１１３：遮光部
１１４：台座
１２：内部チャンバ
１２１：筐体
１２２：光透過窓
１２５：不活性ガス導入孔
１２６：不活性ガス排出孔
１２７：邪魔板
１３１：基板保持部
１３２：回転軸
１３３：第一駆動機構
１４：可動台座
１４１：台座本体
１４２：ガイドレール
１４３：第二駆動機構
Ｓ：レンズ基板
ＳＣ：レンズ中心
ＰＣ：光量中心

Claims (5)

1. 長尺光源と、
   前記長尺光源に対向する位置にレンズ基板を把持する基板保持手段と、
   前記レンズ基板を回転させる回転手段と、
   前記長尺光源により形成される光量分布の中心が前記レンズ基板の少なくとも中心から一端までを通過するように、前記レンズ基板、前記長尺光源の少なくとも一方を反復動作させる反復動作手段と、
   を備える、レンズ基板用光照射装置。
2. 前記反復動作手段の動作方向が、前記回転手段の回転軸に対して垂直方向である、請求項１に記載のレンズ基板用光照射装置。
3. 前記長尺光源が設けられた外部チャンバと、
   前記外部チャンバ内に設けられ、前記長尺光源との対向面の少なくとも一部が光透過部材で構成される内部チャンバと、を更に備え、
   前記基板保持手段が、前記光透過部材を介して前記光源に対向する位置にレンズ基板を把持するように設置され、
   前記反復動作手段が前記内部チャンバを反復動作させる、請求項１又は２に記載のレンズ基板用光照射装置。
4. 前記内部チャンバが、不活性ガス導入孔と、前記レンズ基板上に不活性ガス気流が直接あたらないように該不活性ガス導入孔の近傍に設置された邪魔板と、不活性ガス排出孔と、を更に有する、請求項１〜３のいずれかに記載のレンズ基板用光照射装置。
5. レンズ基板上に形成された光硬化性膜を長尺光源により光照射して硬化させるレンズの製造方法であって、
   前記長尺光源に対向する位置で前記レンズ基板を回転させ、前記長尺光源により形成される光量分布の中心が前記レンズ基板の少なくとも中心から一端までを通過するように、前記レンズ基板、前記長尺光源の少なくとも一方を反復動作させて、前記長尺光源から光照射をおこなう、レンズの製造方法。