JPH02282701A - 積層レンズ構造 - Google Patents

積層レンズ構造

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JPH02282701A
JPH02282701A JP2071759A JP7175990A JPH02282701A JP H02282701 A JPH02282701 A JP H02282701A JP 2071759 A JP2071759 A JP 2071759A JP 7175990 A JP7175990 A JP 7175990A JP H02282701 A JPH02282701 A JP H02282701A
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lens structure
layer
epoxy
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JP2071759A
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English (en)
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Jr E Robert Fretz
エドワード ロバート フレッツ ジュニア
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Original Assignee
Corning Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はガラスとそれに結合されたプラスチックの積層
から成る眼病レンズ構造に関する。
(従来技術) 全てガラスの眼病用レンズは比較的高密度であり、従っ
てかなりの重量になるため、使用者にとって不都合であ
る。比較的密度が小さく、従って軽量となる有機プラス
チックレンズが普及してきた。しかし、それらはガラス
レンズより耐引掻性が小さい。
近年、フォトクロミックレンズ、すなわち可逆的暗色化
ガラスレンズが普及してきた。しかしながら今までのと
ころ、疲労への耐性、すなわち使用に伴う可逆的暗色化
特性のそう失に対する耐性がある有機フォトクロミック
材料は開発されていない。従って、フォトクロミック挙
動の潜在性を有する軽量眼病レンズの開発が強く望まれ
ている。
米国特許節4.793.703号は3層複合レンズを記
載している。その構造は、フォトクロミックでもよい無
機ガラス層と、硬質有機プラスチック層と、室温の付近
で硬化できる柔軟性有機接着剤の中間層から成る。特徴
的には、前記ガラスの線熱膨張率は約60−120 x
to”7/℃であり、前記硬質プラスチック層の線熱膨
張率は約200−700 X 10’ /℃である。
この構成は、有機レンズに通常使用されるCI(−39
などの大きい膨張率のプラスチックが遭遇する厳しい応
力条件およびその結果として起る離層を解消した。さら
にこの構成は、光学的明澄度、特に高湿度条件下におけ
る光学的明澄度を向上させた。
それにもかかわらず、商業的製品を開発する試みにおい
て層間の結合力をさらに向上させる必要性が示された。
特にやっかいな問題は、積層レンズが高湿度または熱湯
に暴露された後に遅発離層を起す傾向があることである
。このようなレンズの離層は、環境条件への耐性を測定
するために水性環境で試験した後数日間放置した際に起
る。
ポリアミド樹脂および複合エポキシド(coa+ple
x epoxldes)の混合物の硬化について例えば
米国特許第2.705.223号に記載されている。
ポリビニルブチラールまたはエポキシ樹脂と積層する前
にシランでガラス表面を下塗することが米国特許第3.
341,399号に開示されている。
エポキシガラス複合物の離層強さを改良するためにアミ
ノ官能シランを使用することが米国特許第3.391.
053号に開示されている。
合成マイカおよびエポキシ樹脂の複合材料における曲げ
強さを改良するためにシランカップリング剤を使用する
ことが米国特許第4.480,080号に開示されてい
る。
フォトクロミックガラスの埋込層、光学的透明プラスチ
ックの表面層および中間接着結合層から成るフォトクロ
ミックガラス/プラスチック積層レンズが米国特許第4
,268.134号に記載されている。
(発明の目的) 本発明の基本的な目的は、前記特許第4.793.70
3号に記載されている型の改良された積層レンズ構造を
提供することである。
本発明の特定の目的は、温度サイクルおよび水分浸透に
対する優れた耐性を有する前記のようなレンズ構造を提
供することである。
本発明のもう1つの目的は、遅発離層の問題を解決する
ことである。
本発明のさらにもう1つの目的は、各層間の改良された
結合性を有する3層レンズ構造を提供することである。
(発明の構成) 本発明の三成分積層レンズ構造は、−40℃から80℃
の温度範囲に亘る繰り返し熱サイクル後に離層せず、長
時間にわたる高湿度への暴露後に離層せずまた重大な曇
りを生じない光学的特性透過率を示す三成分積層レンズ
構造であって、(a)約60−120 XIO°了/℃
の範囲の線熱膨張率を有し、かつその結合表面に反応性
基を有する薄い無機ガラス層と、 (b)200−700 XIO°7/℃の範囲の線熱膨
張率を有し、かつその結合表面に反応性基を有する硬質
有機プラスチック層と、 (C)室温付近で硬化し、前記ガラス層および前記プラ
スチック層の前記表面にある反応性基と反応性を有する
基を有する柔軟性エポキシ接着層とから成り、 それによって前記各層同士の結合性が向上され、それに
伴って耐熱性および耐湿性が向上されていることを特徴
とするものである。
好ましい実施例において、ガラス層は0.5−1.5m
+sの厚さであり、その表面の反応性基はアミノ官能シ
ラン基である。好ましい実施例において、硬質プラスチ
ック層は、エポキシ樹脂またはイミド改質アクリル樹脂
であり、その表面の反応性基はカルボン酸基である。ま
た、好ましい実施例において、接着中間層は0.01−
0.02’  (0,25−0,51龍)の厚さであり
、化学量論量を超える量のエポキシ基を有する。
(実 施 例) 本発明を以下の実施例に基づいてさらに詳細に説明する
本発明は前記特許第4.793.703号に記載された
主題に改良を加えたものである。各製品の基本的構造は
3層積層レンズであり、外側のガラス層と外側の硬質プ
ラスチック層が柔軟性プラスチック接希中間層によって
互いに結合されている。
本発明のレンズ構造における第1の基本的特徴は、ガラ
ス層の熱膨張率と硬質プラスチック層の熱膨張率の間に
近い関係にあゐことである。前記ガラスの熱膨張率は8
0−120 XIO°7/℃の範囲にあり、前記プラス
チックの熱膨張率は200−700XIO°1/”Cで
ある。この近い関係は、大きい熱膨張率のプラスチック
を使用した際に生じる厳しい応力条件を緩和する。従っ
て、これは本発明のレンズ構造における要件として採用
される。
本発明の重要な特徴は、積層レンズの結合力をより大き
くするために各層の結合表面に化学反応性有機基を備え
ることである。
大きい耐引掻性を有するためガラス層は通常前面層をな
すが、これは必ずしも必要な条件ではない。このガラス
層は光学的特性を有するどのようなガラスから形成して
もよい。しかし、本発明は軽量のフォトクロミックレン
ズを与えるのに特に有用である。ガラス層の厚さは0.
5−1.5 cmであることが好ましく、約1.1m+
*の厚さを用いて実験した。
本発明によれば、ガラス層は、ガラス表面に反応性カッ
プリング剤を与えるべく処理される。特に有効なカップ
リング剤は、シランがガラスに結合し、アミンが反応性
メンバーとして得られるアミノ官能シラン基である。
硬質エポキシ層は無水物硬化樹脂とすることができ、例
えば、ヘキサハイドロフタリックアンハイドライドなど
の脂環式無水物によって硬化された脂環式および芳香族
エポキシ樹脂の混合物などである。そのような配合物は
、エポキシ基に対するカルボキシル基の比が約1.7/
lであり、それによって、結合目的のため、エポキシ層
表面に過剰の酸基を与える。
硬質プラスチック層として利用できるもう1つの材料は
イミド改質アクリル樹脂である。このような樹脂はRo
ho+ and Haas社からKAMAXの登録商標
で販売されている。それらは結合表面に多量の自由カル
ボン酸基を与えるよう配合される。特に有用な樹脂はコ
ードT 151として得られるものである。
化学的に言って、これらの樹脂は側基がメチルイミド、
特にN−メチル−ジメチルグルタルイミドに変換されて
いるポリメタクリレートである。
典型的なアクリル熱可塑性樹脂において、側基はエステ
ルまたは酸成分から成る。異ったグレードの材料は、存
在させるイミド基の量および残る酸基とエステル基の量
を変えることによって作られる。
ASTMD−1003の試験によるこれらの樹脂の光学
的透過率は2%の曇りを伴う90%である。屈折率は存
在するイミド基の量によって1.53−1.54の範囲
となる。このようにして、イミド基は標準的アクリル樹
脂の屈折率を約1649からより高いレベルに増加させ
る。アツベ数は眼病用に使用するのに適した48である
ことがわかった。
柔軟性エポキシ中間層は大変薄いことが好ましく、通常
0.01−0.02インチ(0,250,51a■)の
厚さであることが好ましい。本発明においては、化学量
論量を超えるエポキシ基を有するように形成される。こ
の過剰な部分は、ガラス層および硬質プラスチック層の
反応性基と化学結合するのに利用できる。
柔軟性エポキシ接着剤の特に有効なグループは芳香族エ
ポキシ樹脂から調製される。これらの樹脂はポリオキシ
プロピレンジアミンで硬化されて、存在するエポキシド
基の当量を基準にした理論量の50−75%のアミノ基
を含む安定な配合を得る。
アミノ基を少量にすると、接着剤は粘着性を有し、弱か
った。アミノ基の量を多くすると、材料は脆くなり、柔
軟性が不十分となった。アミノ基を上記した範囲内にす
ると、硬化された樹脂は相当強靭で柔軟となり、ガラス
層および硬質プラスチック層への優れた接着性を有して
いた。
硬化剤として使用されるポリオキシプロピレンジアミン
はTexaco Cheliea1社からjettaa
tnesの登録商標で販売されるものである。樹脂の硬
化はポリフェノリック材料、特にカテコールの添加によ
って促進される。ゲル化時間は約55℃において約4時
間であった。
環境条件に対する積層体の耐性を測定するため、4つの
試験を用いた。それらはニー40℃から80℃までの熱
サイクル(2時間サイクルを30日間)、30日間の5
0℃/98%相対湿度での湿潤老化、6時間の煮沸試験
、および100℃における6時間オーブンベーク試験で
ある。これらの試験は、高湿度および使用温度のリーズ
ナブルな極値の条件下で積層体が長期間にどのような挙
動を示すかを予/lP1するのに使用できる促進試験で
ある。
接着剤に必要なもう1つの要件は室温付近で硬化するこ
とである。これは、高温での硬化およびそれに続(使用
温度への冷却によって発生する積層体中の応力を排除す
るのに必要である。
エポキシ樹脂は、通常、硬質芳香族ジエボキシド(縮合
生成物のA−側と称される)と芳香族または脂肪族ジア
ミンまたは無水物硬化剤(B−側と称される)との間の
縮合反応によって生成される。脂肪族アミン硬化剤は室
温でエポキシドと反応するので、本発明には好ましい。
エポキシ樹脂に最も頻繁に使用されるジエポキシドは通
常ビスフェノール−Aに基づくものである。
これらの樹脂は3つの基本的方法によって柔軟化される
。第1の方法において、より大きな回転の自由を有する
長鎖脂肪族グループが樹脂のA−側またはB−側のどち
らかで短い脂肪族グループの全部または一部を置換する
。また、長鎖脂肪族アミンが硬化剤として使用される。
第2の方法において、ブチルグリシジルエーテルなどの
通常脂肪族または芳香族モノエポキシドである反応性希
釈剤がジエボキシド樹脂の一部を置換する。第3の方法
において、過剰のエポキシドまたはアミン、すなわち1
:1化学量論量をはずれた量のエポキシドまたはアミン
が架橋の量を減らすために使用される。
本発明による組合せに到達する際に重要な要素は、接着
中間層を研究している際に現れた。種々の供給源からの
脂肪族および芳香族エポキシ樹脂が単独または組合わせ
て使用された。次にこれらは異なった供給源からの種々
の硬化剤で硬化された。ジエポキシドと硬化剤を通常の
奨励される方法により1:1の割合で混合した。積層レ
ンズ構造に使用した際に前述の試験をバスするいくつか
の組合せが見い出された。しかし、常に、遅発離層が放
置したレンズの外縁周囲で発生した。
驚いたことに、湿度および6時間煮沸試験の後に遅発離
層が起きない積層レンズがあった。このレンズは、Em
erson and CumlngからEecogel
 12G5として販売される樹脂から成る柔軟性接着中
間層を使用していた。エポキシドおよび硬化剤成分は1
:1の割合で混合され、前述の混合物と同様に1=1化
学量論量を与えるものと思われる。従って、成分の広範
な研究が挙動の違いに対する理由を捜しながら行われた
。樹脂のエポキシ当ff1(A−側)9fll定値は1
89 g/eqであった。硬化剤(B−側)も、過塩素
酸を用いて第一アミングループを滴定することによって
測定した。その測定値は319 g/eqであった。こ
れら当量の比較により、1265の配合物が、エポキシ
ドおよびアミンの化学量論的当量を与えるのに必要なア
ミン基の量に比べて59%のアミン基しか使用していな
いことがわかる。
柔軟性エポキシ接着剤配合の例がそれらの特性と供に表
1に示されている。“%吸水率“は30分煮沸試験で吸
収された水分を表わし、“硬化時間″は一定の転移温度
を確立することによってall定された配合の完全硬化
に要する時間を時間の単位で表わしている。
配合中、比は重量部で表示され、各符号は以下のものを
表わす。
EC−1265A : Eserson and Cu
mlngからの優勢芳香族エポキシ樹脂 EC−1265B ; Emerson and Cu
slngからのポリオキシプロピレンジアミンの混合物 DER−332:Dov Chemicalの芳香族エ
ポキシ樹脂DER−732:Dow Chemical
の脂肪族エポキシ樹脂EC8799: Interez
 、 Inc 、の脂肪族アミン硬化剤ET310:E
poxy Technologyの柔軟性エポキシ樹脂
および硬化剤配合物(A/B) DY−023: C1ba−Geig>’のトリルグリ
シジルエーテルDEN−431:Dow Chemic
alのエポキシノボラック樹脂JD−400およびJ 
D−2000:Texaeo CheIIical C
o、のポリオキシプロピレンジアミン硬化剤 表   1 L  EG−1285A1.0 EG−1285B1.O M  DER−3322,5 DER−7322,5 EC87991,15 HG−1265B1.O N  ET−31OA  2.5 ET−310B  1.0 DY−0231,0 EG−1265B1.58 0 1:T−31OA  2.5 ET−310B  1.38 −2  1.50 1.539  681.28 1.
523 2.11 1.518 2.18 1.517 DY−0231,0 EG−1285B1.0 P  ET−31OA 2.5 ET−310B 1.7 DY−0231,0 2G−1285B0.5 Q  EG−1285A4.0 EG−1265B5.I DEN−4311,O RET−31OA 5.0 IET−310B 1.40 PG−1285B2.16 S  ET−31OA 5.0 ET−310B 1.84 EG−1265B1.44 7  ET−31OA 5.0 ET−310B 0.92 EG−1265B2.11II U  EG−1385A1.0 EG−1385B1.0 2.94 1.518 1.40 1.540 2.32 1.517 2.50 −10 2.08 1.53 3時m/100c V  EG−1265A4.5 EG−1205135,口5 DEN−4310,5 W  DER33212,75 JD−20007,40 JD−4003,7 CATECIIOLOJ8 X  DER−3324,0 JD−20002,26 JD−4001,13 CATECIIOLo 、 15 DEN 431 1.00 Y  DER−3324,0 JD−20002,90 JD−4001,45 CATECHOLo、20 DEN 431 1.O Z  DER−3325,00 JD−20002,82 JD−4001,31 ■、74 1.48 1.56 1.18 1.31 B B CATECHOLo、20 接着剤配合物をまずガラスバイアルで計量し、スパチュ
ラで混合した。これらをオープルによってアルミニウム
パン内で所定時間硬化し、さらに100℃で2時間後硬
化して完全硬化を達成した。
硬化時間および転移温度(Tg)を低温運転用IMAS
Sオートパイブロン(Autovlbron)を用いて
測定した。Tgは硬化時間の関数として決定し、硬化時
間はTgが一定となるのに要する時間として定義した。
■からZまでの接着剤では、Tgはまた、PTSシステ
ム低温インタークーラーを備えたPerkin−Elm
er DSC−4熱分析システムによって測定した。水
分吸収率は、アルミニウムパン内でキャストし脱イオン
水で30分間煮沸した試料7gの重量ピックアップによ
り測定した。屈折率はBecke−Line法を用いて
Δ−1定した。引張n1定は1nstronテスターで
行った。
エポキシ当量を、エポキシドグループと過剰のテトラエ
チルアンモニウムブロマイドの反応および過塩素酸によ
る遊離テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイドの
滴定を含む方法により測定した。0.0INの過塩素酸
をポタシウムアミツドフタレートの滴定によって標準化
した。
ポリアミンのアミノ窒素含有量を、前述のように標準化
した0、I N過塩素酸を用いて前記アミンをクリスタ
ルバイオレットエンドポイントまで滴定することにより
測定した。
表1の接着剤配合がレンズ構造に取り込まれた場合、L
、 Qおよびv−Zの配合を組み入れたレンズ構造は遅
発離層しないことがわかった。これらの配合はエポキシ
ドとアミンのバランスされた1:1化学量論量を有さな
い。他の例の配合を組み入れたレンズ構造はエポキシド
とアミンのバランスされた化学量論量を有し、遅発離層
が起った。
本発明を、成形されたフォトクロミックガラスレンズと
成形された硬質プラスチックレンズを用いた積層レンズ
の集成化に基づいてさらに説明する。前記硬質プラスチ
ックレンズは、一部がメチルアミド、特にN−メチル−
ジメチルグルタルイミドで置換されたエステルまたは酸
側基を有するポリメタクリレートから成り、表面に実質
的自由酸基を有することを特徴とする。
前記ガラスレンズを完全に洗浄し、すすぎ、そして3−
アミノプロピル・トリメトキシシランの3%水溶液に1
5分間浸漬した。次にそれを1100℃で1時間加熱し
、すすぎ、100℃で乾燥して使用に供した。射出成形
されたプラスチックレンズをヘプタンで洗い、100℃
で乾燥した。
表1のL−Rで表わされた接着剤溶液を室温で混合した
。各混合物をガラスレンズの凹状表面に注いだ。lOミ
ル厚のスペーサーを、スペーサーテープまたはプラスチ
ック表面内に成形されたバンブ(bumps )によっ
てプラスチックレンズに設けた。次にプラスチックレン
ズを接着剤のパドル(pudd I e)が端に向って
押されるようにガラスレンズにおろしていった。積層体
の接着剤配合物をオーブンで55℃において硬化しなが
ら、この積層アセンブリに重量をかけてエレメントが所
定の位置に保持されるようにした。
半仕上積層レンズを商業的手順に従って仕上げ、そして
縁取りした。仕上げられたレンズを4つの標準試験:6
時間煮沸試験;100℃における6時間オーブンベーク
;50℃および98%相対湿度における30日間湿度試
験;そして30日間にわたる一40℃から80℃の2時
間塩度サイクル試験に供してみごとバスした。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)−40℃から80℃の温度範囲に亘る繰り返し熱サ
    イクル後に離層せず、長時間にわたる高湿度への暴露後
    に離層せずまた重大な曇りを生じない光学的特性透過率
    を示す三成分積層レンズ構造において、 (a)約60−120×10^−^7/℃の範囲の線熱
    膨張率を有し、かつその結合表面に反応性基を有する薄
    い無機ガラス層と、 (b)200−700×10^−^7/℃の範囲の線熱
    膨張率を有し、かつその結合表面に反応性基を有する硬
    質有機プラスチック層と、 (c)室温付近で硬化し、前記ガラス層および前記プラ
    スチック層の前記表面にある反応性基と反応性を有する
    基を有する柔軟性エポキシ接着層とから成り、 それによって前記各層同士の結合性が向上され、それに
    伴って耐熱性および耐湿性が向上されていることを特徴
    とするレンズ構造。 2)前記ガラス層がフォトクロミックガラスであること
    を特徴とする請求項1記載のレンズ構造。 3)前記ガラス層の厚さが0.5−1.5mmの範囲に
    あることを特徴とする請求項1記載のレンズ構造。 4)前記ガラス層の厚さが約1.1mmであることを特
    徴とする請求項3記載のレンズ構造。 5)前記表面にある反応性基がアミノ官能シラン基であ
    ることを特徴とする請求項1記載のレンズ構造。 6)前記硬質有機プラスチック層が無水物で硬化された
    エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1記載のレ
    ンズ構造。 7)前記無水物で硬化されたエポキシ樹脂が、脂環式無
    水物によって硬化された芳香族エポキシ樹脂および脂環
    式エポキシ樹脂の混合物であることを特徴とする請求項
    6記載のレンズ構造。 8)脂環式無水物硬化剤がヘキサハイドロフタリックア
    ンハイドライドであることを特徴とする請求項7記載の
    レンズ構造。 9)前記硬質有機プラスチック層がイミド改質アクリル
    樹脂であることを特徴とする請求項1記載のレンズ構造
    。 10)硬質有機プラスチック層が無水物で硬化されたエ
    ポキシ樹脂またはイミド改良アクリル樹脂であり、前記
    反応性酸基がカルボン酸基であることを特徴とする請求
    項1記載のレンズ構造。 11)硬質有機プラスチック層が無水物で硬化されたエ
    ポキシ樹脂であり、カルボキシルがエポキシ基に対して
    約1.7:1の比で存在していることを特徴とする請求
    項10記載のレンズ構造。 12)前記柔軟性エポキシ接着層の厚さが0.01−0
    .02インチ(0.025−0.051cm)の範囲に
    あることを特徴とする請求項1記載のレンズ構造。 13)前記柔軟性エポキシ接着層がエポキシ樹脂とアミ
    ン硬化剤の複合物であり、エポキシ基が樹脂のエポキシ
    −アミン化学量論量を超えて存在していることを特徴と
    する請求項1記載のレンズ構造。 14)前記柔軟性エポキシ接着層がポリオキシプロピレ
    ンジアミンで硬化された芳香族樹脂であることを特徴と
    する請求項1記載のレンズ構造。 15)エポキシ基が前記硬化された樹脂のアミン基より
    多い量で存在することを特徴とする請求項14記載のレ
    ンズ構造。 16)アミノ当量が、エポキシ当量と1:1の比となる
    ために必要な量の50−75%の範囲にあることを特徴
    とする請求項15記載のレンズ構造。 17)前記柔軟性接着層が促進剤としてポリフェノール
    を含んでいることを特徴とする請求項14記載のレンズ
    構造。 18)前記ポリフェノールがカテコールであることを特
    徴とする請求項17記載のレンズ構造。
JP2071759A 1989-03-20 1990-03-20 積層レンズ構造 Pending JPH02282701A (ja)

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