專利名稱：塑料透鏡的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適用于眼鏡用鏡片、太陽鏡(サングラス)用鏡片、照相機用透鏡等的光學用的，光學上均質(zhì)的塑料透鏡的制造方法。
與玻璃透鏡相比，塑料透鏡具有重量輕、不易破裂等特點，因此近年來廣泛地應用于眼鏡鏡片、照相機透鏡等光學儀器中。特別是眼鏡用塑料透鏡由于原料樹脂的高折射化及低比重化，因此其用量急速地增加。
作為原料樹脂，長期以來雖然可以使用二甘醇雙碳酸烯丙酯樹脂，但是近年來，為了獲得具有更高折射率的樹脂，人們正在開發(fā)一種由多異氰酸酯化合物與多元醇或多元硫醇反應而獲得的聚氨酯類樹脂。
作為聚氨酯透鏡的制造方法，已知的有利用下列各種反應的方法，例如，在特開昭57-136601號公報中提出的多異氰酸酯化合物與多元醇化合物的反應、在特開昭58-164615號公報中提出的由多異氰酸酯化合物與含有鹵素原子的多元醇化合物的反應、在特開昭60-194401號公報中提出的由多異氰酸酯化合物與含有二苯硫醚骨架的多元醇化合物的反應，在特開昭60-217229號公報中提出的由聚異氰酸脂化合物與含有硫原子的多元醇化合物的反應、在特開昭60-199016號公報、特開昭62-267316號公報、特開昭63-46213號公報、特開平5-320301號公報等文件中提出的由聚異氰酸脂化合物與一種由巰基取代多元醇中的羥基而成的多元硫醇的反應。這些聚氨酯透鏡的制造通常是按照澆鑄聚合法來進行。
過去，在澆鑄聚合中，如圖5所示，使用模片4和4-1及密封墊片5組成一種稱為模殼(shell)的透鏡制造用的成形模8，用一個彈簧6將該成形模8夾緊，然后將作為聚合材料的單體等的樹脂前體7注入其內(nèi)部空間，將其放入加熱爐內(nèi)在靜置的狀態(tài)下進行聚合。
關于通過澆鑄聚合來制造塑料透鏡的情況，在特開平5-212732號公報中公開了一種方法，該方法是向多異氰酸酯和多元醇中分別地加入各種添加劑，獲得兩種均一的混合液，將它們分別地進行脫氣，然后將這兩種液體一邊連續(xù)地混合一邊注入透鏡制造用的成形模內(nèi)，接著進行澆鑄聚合，從而制得一種沒有氣泡，光學性能優(yōu)良的透鏡。
另外，在按照上述的澆鑄聚合來制造塑料透鏡的情況下，聚合溫度和聚合時間是重要的。例如，特開平5-212732號公報中記載，初期溫度優(yōu)選為5～50℃，在5～50小時內(nèi)升溫至100～140℃，當初期溫度低于5℃時，聚合時間過長，當初期溫度高于50℃時，所獲的透鏡容易產(chǎn)生光學性能不均質(zhì)的現(xiàn)象。
然而，即使考慮了上述的問題，將模殼靜置于加熱爐內(nèi)按照以往的澆鑄聚合來制造塑料透鏡的制造方法，很難獲得完全沒有稱為脈紋的光學變形的透鏡，妨礙了合格率的提高，難以降低制造成本。
雖然在聚合過程中產(chǎn)生光學變形的原因尚不清楚，但是可以認為，在聚合過程中，由于受到來自外部的熱而進行聚合時，處于成形模內(nèi)部的單體慢慢地發(fā)生反應，隨著單體聚合成為低聚物，而比重逐漸變化，由于產(chǎn)生比重差而引起了單體和低聚物的移動，其移動的軌跡就是形成脈紋的原因之一。
本發(fā)明者們基于上述的考慮研究出一種用于防止單體和低聚物移動的方法，開發(fā)了一種用于制造完全沒有或者極少光學變形的塑料透鏡的制造方法，至此便完成了本發(fā)明。
本發(fā)明所需解決的課題是在按照澆鑄聚合法來制造塑料透鏡時防止產(chǎn)生光學變形。
本發(fā)明是一種塑料透鏡的制造方法，該方法是按照澆鑄聚合法來制造塑料透鏡，其特征在于，向透鏡制造用的成形模(下面，本發(fā)明將其稱為模殼)中注入作為聚合材料的樹脂前體，使該模殼進行這樣一種運動，以便使所說樹脂前體的任意微小部分所受重力作用的方向發(fā)生變化，也就是一邊按照使內(nèi)部的單體不受離心力或慣性力等影響的程度進行比較低速的運動，一邊進行聚合。
上述的所謂樹脂前體，是指供澆鑄聚合用的材料，它主要是單體，但也可以是低聚物。在本發(fā)明中，下面是僅僅作為單體來說明。
在前文所述的澆鑄聚合過程中，作為施加于模殼的運動，只要是能使內(nèi)部的單體的任何微小部分所承受的重力的方向發(fā)生連續(xù)的、逐漸變化的運動，不管是什么運動都可以，但是，從容易控制的觀點考慮，優(yōu)選是旋轉(zhuǎn)運動。特別是模殼的旋轉(zhuǎn)軸按照幾乎水平的特定方向的旋轉(zhuǎn)運動。
也就是說，上述模殼的旋轉(zhuǎn)軸相對于水平方向也可以發(fā)生傾斜，但是該傾斜角度越大，則單體承受的重力作用的方向變化越小，因此不好。
另外，在上述按照澆鑄聚合的制造方法中，特別有效的方法是一邊使已注入單體的模殼沿著幾乎水平方向的旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)移動，一邊進行聚合。
在上述的澆鑄聚合過程中，所謂使模殼按特定方向的旋轉(zhuǎn)運動將在下面描述。
把按照規(guī)定的方法配制好的單體溶液注入模殼中，用塞子封住注入口以避免單體溶液泄漏，然后使該模殼按垂直方向作旋轉(zhuǎn)運動。所謂垂直方向的旋轉(zhuǎn)運動是指使已經(jīng)注入單體的模殼以幾乎呈水平方向的旋轉(zhuǎn)軸為軸心進行旋轉(zhuǎn)或者沿著該軸進行旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)動)。
模殼的旋轉(zhuǎn)速度(轉(zhuǎn)數(shù))為0.1～60rpm，優(yōu)選是在0.5～40rpm的比較低的速度范圍內(nèi)。也就是說，如果速度高于上述范圍，則離心力會對內(nèi)部的單體產(chǎn)生影響，另一方面，如果速度低于上述范圍，則內(nèi)部單體所受重力作用的方向變化遲緩，因此，速度在上述范圍外皆不能達到改善光學變形的目的。
應予說明，作為上述的旋轉(zhuǎn)運動，除了可以使模殼按一個方向作旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)移動之外，也包含按正、反兩個方向進行反復的旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動。
另外，本發(fā)明特別適用于制造聚氨酯類樹脂的透鏡，但是其他的樹脂，例如丙烯酸、CR-39等在光學透鏡方面應用的樹脂也可以使用。
上述的澆鑄聚合，可以將單官能性或多官能性的單體，單獨地或它們的混合物填充入一個由模片與密封墊片組合而成的透鏡制造用的模殼中，再通過熱或光的作用使其固化并成形為模殼的形狀。
在本發(fā)明中，作為用于制造聚氨酯透鏡的單體使用的聚異氰酸脂化合物沒有特殊限定，但是可以舉出甲苯撐二異氰酸酯、二甲苯撐二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯、六甲撐二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、氫化二甲苯撐二異氰酸酯、氫化二苯基甲烷二異氰酸酯、四甲基二甲苯撐二異氰酸酯雙(異氰酸甲酯)二硫醚、2，5-雙環(huán)[2，2，1]庚烷雙(異氰酸甲酯)、2，6-雙環(huán)[2，2，1]庚烷雙(異氰酸甲酯)等。
在本發(fā)明中在為了制造聚氨酯透鏡而用于與多異氰酸酯反應的多元醇沒有特殊限定。例如可以舉出乙二醇、二甘醇、丙二醇、丙三醇、戊二醇、己三醇等，但是從折射率的觀點考慮，優(yōu)選是使用那些由上述的多元醇中羥基的一部分或全部被巰基取代了的四(巰甲基)甲烷、季戊四醇四(3-巰基丙酸酯)、1，2-雙[(2-巰乙基)硫代]-3-巰基丙烷、4-巰甲基-3，6-二硫代-1，8-辛二硫醇等含有硫原子的化合物作為透鏡用樹脂。
關于多異氰酸酯化合物與多元醇化合物的混合比例，換算為NCO/OH或SH(官能基)的摩爾比，通常為0.5～3.0，優(yōu)選為0.5～1.5的范圍。
另外，也可以根據(jù)目的加入各種添加劑。例如可以加入內(nèi)部脫模劑、交聯(lián)劑、紫外線吸收劑、光穩(wěn)定劑、抗氧化劑、染料、顏料、香料等。
作為利用澆鑄聚合的透鏡制造用模殼(成形模)，可以使用玻璃、金屬或陶瓷的模片與乙烯-乙酸乙烯乙酯共聚物(EVA)、乙烯-乙酸乙烯乙酯共聚物(EEA)、聚乙烯(PE)等樹脂制的密封墊片組合而成的模殼。在制造聚氨酯透鏡的情況下，通過向所說模殼的空隙中注入多異氰酸酯化合物與多元醇化合物的混合物來進行澆鑄聚合。也可以使用PE、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)等的粘合帶或密封帶來代替上述的密封墊片。
該聚合通常是在從低溫慢慢地升溫至高溫的條件下進行。這時，從提高透鏡的均質(zhì)性方面考慮，優(yōu)選是使初期溫度為5～50℃，然后在5～50小時內(nèi)升溫至100～140℃。另外，為了調(diào)整反應速度，可以添加入某些在氨基甲酸乙酯化反應中使用的公知的反應催化劑。
按照本發(fā)明的方法，如上所述，由于使模殼作旋轉(zhuǎn)等運動，使得內(nèi)部單體的任意的微小部分承受重力的方向發(fā)生連續(xù)而逐漸的變化，因此能夠幾乎完全防止注入的單體的移動，從而可以獲得沒有或者極少有光學變形的塑料透鏡，特別是通過將溫度和旋轉(zhuǎn)速度等設計成合適的條件，可以獲得沒有光學變形的塑料透鏡。
另外，按照現(xiàn)有技術將模殼靜置的方法，由于密封墊片與單體的反應，在制成的透鏡內(nèi)部產(chǎn)生混濁，但是按照本發(fā)明，由于在防止模殼內(nèi)部的單體移動和條件下進行聚合，因此可以將這種混濁限制在周邊部分，從而能夠防止透鏡內(nèi)部發(fā)生混濁。

圖1是表示在本發(fā)明的實施例1、2、4和比較例3中旋轉(zhuǎn)軸的位置和旋轉(zhuǎn)方向的說明圖。
圖2是表示在本發(fā)明的實施例3中旋轉(zhuǎn)軸的位置和旋轉(zhuǎn)方向的說明圖。
圖3是表示在本發(fā)明的實施例5中旋轉(zhuǎn)軸的位置和旋轉(zhuǎn)方向的說明圖。
圖4是表示在本發(fā)明的比較例2中旋轉(zhuǎn)軸的位置和旋轉(zhuǎn)方向的說明圖。
圖5是表示按現(xiàn)有技術方法制造透鏡時使用的成形模的結構剖面圖。下面根據(jù)實施例和比較例來具體地解釋本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些示例的限制。
應予說明，關于實施例和比較例中單體溶液的配制方法和脈紋的檢查方法按如下所述的步驟進行。
單體溶液的配制方法將一種由三井東壓化學制的MR-6A液15kg裝入一個401的罐(アドバンテツク制DV-40-JA型)中，在減壓下進行5小時脫泡。然后裝入MR-6B液19.5kg，冷卻(10℃)，一邊攪拌一邊繼續(xù)脫泡。然后向其中加入作為催化劑的二氯化二丁基錫，繼續(xù)進行冷卻、攪拌、脫泡3小時，配制成單體溶液。
脈紋的檢查方法利用100W超高壓水銀燈照射裝置(ウシオ電氣制的UI-100型)發(fā)出的平行光線通過透鏡，將其投影于白色的屏幕上，檢查透鏡的投影像。如果存在脈紋，則在投影像上顯出陰影，據(jù)此將其判定為不良。
(實施例1)圖1是本實施例的說明圖，1是作為透鏡制造用的成形模的模殼，2是旋轉(zhuǎn)軸。將一種按照上述規(guī)定的制備方法獲得的單體溶液注入一個與以往同樣的由2塊玻璃模片與密封墊片組成的模殼中，用塞子封住注入口以避免單體漏出，然后將其安裝在一個具有幾乎水平的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)裝置上，使旋轉(zhuǎn)軸幾乎垂直地通過玻璃模片表面的中心附近，將其縛緊以免在旋轉(zhuǎn)時模殼落下。在轉(zhuǎn)數(shù)為1rpm、聚合溫度為40℃的條件下連續(xù)旋轉(zhuǎn)10小時，進行聚合。然后停止旋轉(zhuǎn)，升溫至120℃以使單體固化。然后除去密封墊片和玻璃模片，獲得了成為聚合物的固體透鏡。所獲透鏡的脈紋檢查結果示于表1中。
(實施例2)與實施例1同樣地按照圖1的說明圖，把已經(jīng)注入單體溶液的模殼1安裝在一個具有水平旋轉(zhuǎn)軸2的旋轉(zhuǎn)裝置上，在實施澆鑄聚合時，按照轉(zhuǎn)數(shù)25rpm、聚合溫度20℃的條件連續(xù)旋轉(zhuǎn)42小時，以后的操作完全與實施例1同樣，獲得了固體的透鏡。該透鏡的脈紋檢查結果示于表1中。
(實施例3)圖2是本實施例的說明圖，其中，1是作為透鏡制造用的成形模的模殼，2是旋轉(zhuǎn)軸。把按照上述規(guī)定的配制方法制得的單體溶液注入一個由2塊玻璃模片與密封墊片組成的模殼中，用一個塞子封住注入口以避免單體溶液泄漏，然后將其安裝在一個具有幾乎水平的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)裝置上，使旋轉(zhuǎn)軸幾乎平行地通過玻璃模片表面的中心附近，將其縛緊以免在旋轉(zhuǎn)時作為成形模的模殼落下，然后在轉(zhuǎn)數(shù)10rpm、聚合溫度20℃的條件下連續(xù)旋轉(zhuǎn)42小時，進行聚合。然后停止旋轉(zhuǎn)，升溫至120℃以使單體固化。然后除去密封墊片和玻璃模片，獲得了固體透鏡。該透鏡的脈紋檢查結果示于表1中。
(實施例4)與實施例1同樣地按照圖1的說明圖，把已經(jīng)注入單體溶液的模殼1安裝在一個具有水平旋轉(zhuǎn)軸2的旋轉(zhuǎn)裝置上，在實施澆鑄聚合時，按照轉(zhuǎn)數(shù)25rpm、聚合溫度35℃的條件連續(xù)旋轉(zhuǎn)12小時，以后的操作完全與實施例1同樣，獲得了固體透鏡。該透鏡的脈紋檢查結果示于表1中。
(實施例5)圖3是本實施例的說明圖，其中，1是作為透鏡制造用的成形模的模殼，2是旋轉(zhuǎn)軸，3是用于將模殼與旋轉(zhuǎn)軸連接在一起的夾具。把按照上述配制方法獲得的單體溶液注入一個由2塊玻璃膜片與密封墊片組成的模殼中，用一個塞子封住注入口以避免單體泄漏，然后將其安裝在一個具有幾乎水平的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)裝置上，使旋轉(zhuǎn)軸垂直地通過玻璃模片的表面，并且伸出該模殼的外面，將其縛緊以免在轉(zhuǎn)時模殼落下。然后在轉(zhuǎn)數(shù)1rpm、聚合溫度30℃的條件下連續(xù)旋轉(zhuǎn)16小時。之后也不停止旋轉(zhuǎn)，升溫到120℃以使單體固化。除去密封墊片和玻璃模片，獲得了固體的透鏡。該透鏡的脈紋檢查結果示于表1中。
(比較例1)把按照上述配制方法獲得的單體溶液注入一個由2塊玻璃模片與密封墊片組成的模殼中，用一個塞子封住注入口以避免單體泄漏，然后不讓其旋轉(zhuǎn)，在聚合溫度30℃的條件下聚合16小時。然后升溫至120℃以使單體固化。除去密封墊片和玻璃模片，獲得了固體透鏡。所獲透鏡的脈紋檢查結果示于表1中。
(比較例2)圖4是本比較例的說明圖，其中，1是作為透鏡制造用的成形模的模殼，2是旋轉(zhuǎn)軸。把按照上述規(guī)定的配制方法獲得的單體溶液注入由2塊玻璃模片與密封墊片組成的模殼中，用一個塞子封住注入口以避免單體泄漏。然后將其安裝在一個具有幾乎垂直的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)裝置上，使旋轉(zhuǎn)軸幾乎垂直地通過玻璃模片表面的中心附近，將其縛緊以免在旋轉(zhuǎn)時模殼落下。然后在轉(zhuǎn)數(shù)10rpm、聚合溫度20℃的條件下連續(xù)旋轉(zhuǎn)42小時以進行聚合。然后停止旋轉(zhuǎn)，升溫至120℃，使單體固化。除去密封墊片和玻璃模片，獲得了固體的透鏡。該透鏡的脈紋檢查結果示于表1中。
(比較例3)與實施例1同樣地按圖1的說明圖，把已注入單體溶液的模殼1安裝在一個具有水平旋轉(zhuǎn)軸2的旋轉(zhuǎn)裝置上，在實施澆鑄聚合時，按轉(zhuǎn)數(shù)100rpm、聚合溫度20℃的條件連續(xù)旋轉(zhuǎn)42小時，以后的操作與實施例1完全相同，獲得了固體的透鏡。所獲透鏡的脈紋檢查結果示于表1中。
表1
根據(jù)上述的假說進行了實驗，但是由表1可以看出，通過使模殼進行特定的運動，主要是特定的旋轉(zhuǎn)運動(實施例1～5)，以便使單體的微小部分所承受的重力的方向產(chǎn)生連續(xù)的緩慢的變化。這樣就可以改善脈紋不良的狀況，特別是除了聚合溫度之外，在使模殼旋轉(zhuǎn)的情況下還可以通過控制旋轉(zhuǎn)軸的位置和方向或者旋轉(zhuǎn)速度等條件，可以大大改善脈紋不良的狀況。按照上述本發(fā)明的塑料透鏡的制造方法，可以解決以往的塑料透鏡制造方法所存在的脈紋問題，并且由于聚合時間縮短，因此可以使模片的庫存量減少，使合格率提高，并能達到制造成本的降低。
而且，按照本發(fā)明制得的塑料透鏡是一種沒有或者極少光學變形的，光學上均質(zhì)的透鏡，而且是內(nèi)部沒有混濁的透鏡，適合作為眼鏡用鏡片、太陽鏡用鏡片、照相機用透鏡等各種光學用透鏡使用。
權利要求書按照條約第19條的修改1、一種塑料透鏡的制造方法，該方法是按照澆鑄聚合法來制造塑料透鏡，其特征在于，一邊使制造透鏡用的成形模進行使注入成形模中的樹脂前體所受重力作用的方向發(fā)生變化的運動，一邊進行聚合。
2、權利要求1所述的塑料透鏡的制造方法，其特征在于，一邊使注入了樹脂前體的成形模作旋轉(zhuǎn)運動，一邊進行聚合。
3、權利要求2所述的塑料透鏡的制造方法，其特征在于，所說進行旋轉(zhuǎn)運動的成形模的旋轉(zhuǎn)軸幾乎是水平的。
4、權利要求2或3所述的塑料透鏡的制造方法，其特征在于，使所說的成形模沿著幾乎水平方向的旋轉(zhuǎn)軸作旋轉(zhuǎn)移動。
5、權利要求2～4中任一項所述的塑料透鏡的制造方法，其特征在于，其中所說成形模的旋轉(zhuǎn)速度在0.1～60rpm的范圍內(nèi)。
6、權利要求1～5中任一項所述的塑料透鏡的制造方法，其特征在于，注入成形模中的物質(zhì)是聚氨酯類樹脂前體。
7、按照權利要求1～6中任一項所述的制造方法制得的沒有和/或極少光學變形的塑料透鏡。
8、一種塑料透鏡的制造裝置，該裝置是按照能使已注入了樹脂前體的成形模以能夠沿著實質(zhì)上水平的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的方式進行軸支承，并能一邊使該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，一邊進行加熱聚合。
權利要求
1.一種塑料透鏡的制造方法，該方法是按照澆鑄聚合法來制造塑料透鏡，其特征在于，一邊使制造透鏡用的成形模進行一種使注入成形模中的樹脂前體的任意微小部分所受重力作用的方向發(fā)生變化的運動，一邊進行聚合。
2.權利要求1所述的塑料透鏡的制造方法，其特征在于，一邊使注入了樹脂前體的成形模作旋轉(zhuǎn)運動，一邊進行聚合。
3.權利要求2所述的塑料透鏡的制造方法，其特征在于，所說進行旋轉(zhuǎn)運動的成形模的旋轉(zhuǎn)軸幾乎是水平的。
4.權利要求2或3所述的塑料透鏡的制造方法，其特征在于，使所說的成形模沿著幾乎水平方向的旋轉(zhuǎn)軸作旋轉(zhuǎn)移動。
5.權利要求2～4中任一項所述的塑料透鏡的制造方法，其特征在于，其中所說成形模的旋轉(zhuǎn)速度在0.1～60rpm的范圍內(nèi)。
6.權利要求1～5中任一項所述的塑料透鏡的制造方法，其特征在于，注入成形模中的物質(zhì)是聚氨酯類樹脂前體。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過澆鑄聚合法來制造一種沒有或者極少光學變形的聚氨酯類樹脂等的塑料透鏡的制造方法，在澆鑄聚合進程中，一邊使模殼作適度的運動，例如特定的旋轉(zhuǎn)運動，使旋轉(zhuǎn)軸幾乎水平地進行旋轉(zhuǎn)運動，以便使注入到模殼中的單體的任意微小部分所受重力的方向進行連續(xù)的變化，一邊進行聚合。
文檔編號B29C41/04GK1152273SQ96190429
公開日1997年6月18日 申請日期1996年4月26日 優(yōu)先權日1995年4月28日
發(fā)明者小林忠, 齊藤祐義, 加藤昌司 申請人:株式會社朝日光學