JP4761807B2 - プラスチック原料注入装置及びプラスチック原料注入方法 - Google Patents

Description

本発明は、眼鏡レンズ等のプラスチックレンズを成形する場合に用いられるプラスチック原料注入装置及びプラスチック原料注入方法並びにプラスチックレンズに関する。

例えば、眼鏡レンズ等として用いられるプラスチックレンズは、一般に、プラスチックレンズ成形鋳型を用いた成形によって製造される。この成形はプラスチックレンズ成形鋳型内に原料の熱硬化性モノマー等を注入し、鋳型内の原料を加熱重合させ、硬化させて成形するものである。成型用鋳型内への原料の注入は、プラスチック原料を貯蔵する原料タンクから原料搬送流路を通じて成形鋳型にプラスチック原料を搬送し、この原料搬送路の先端部に設けられた注入ノズルを成形鋳型の注入口に挿入して鋳型内に注入する。

この注入のための原料の搬送方法としては、プラスチック原料の貯蔵された原料タンクを成形鋳型より高い位置に配置して重力作用を利用して搬送する方法（特許文献１参照）、あるいは、プラスチック原料の貯蔵された原料タンク内を窒素などの気体により加圧し、その圧力を利用して原料搬送流路を通じてプラスチック原料を圧送する方法等が知られている。この場合において、注入量は、注入ノズル近傍に設けられた開閉バルブによって制御される。

また、原料搬送流路の途中に、種々のポンプを設け、このポンプの搬送力によってプラスチック原料を搬送する方法も知られている。この場合、このポンプとしてローラーポンプ、プランジャーポンプ、あるいは、ダイヤフラムポンプ等の定流量ポンプを用いることにより、流量を制御して安定した注入を行えるようにしている（特許文献２参照）。このなかで、ローラーポンプは、管状弾性体の一部をローラーで押しつぶしながらローラーを移動して押しつぶす位置を移動することによって管状弾性体内の搬送物を搬送するものである。このため、搬送路自体の一部を管状弾性体で構成してローラーポンプとすることができるので、他のポンプに比較してポンプ機材による汚染が少なく、また、洗浄等のメンテナンスも比較的容易であるという利点があるのでよく用いられている。
特開2002-18866 特開2004-142429

ところで、特に最近、例えば、眼鏡レンズにおいては、より屈折率が大きく、かつ、より高い強度のレンズ材料が用いられるようになってきている。このようなプラスチック材料は、その原料の状態で、どうしても従来のものに比較して著しく粘性が高くなってしまうものもあることが判明してきた。しかも、そのような材料を用いたレンズは従来以上に成形の精度も求められるという場合も少なくない。

このようなプラスチック原料を、上述の従来のローラーポンプを用いた注入装置で注入すると、予定した注入ができない場合があり、成形の歩留まりも落ちる場合のあることが判明してきた。本発明は、このような背景のもとでなされたものであり、非常に簡単な方法によって、高い粘性を有するプラスチック原料であってもローラーポンプを用いた注入を安定して良好に行うことができるプラスチック原料注入装置及びプラスチック原料注入方法並びにそれらの装置若しくは方法を用いて製造されるプラスチックレンズを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための手段として、第１の手段は、
プラスチックレンズ成形鋳型内にプラスチック原料を注入するプラスチック原料注入装置であって、
前記プラスチック原料を貯蔵する原料タンクと、
前記プラスチックレンズ成形鋳型内に注入するためのプラスチック原料を、前記原料タンクから前記プラスチックレンズ成形鋳型に搬送するための原料搬送流路と、
前記原料流路の途中に設けられたローラーポンプであって、管状弾性体の一部をローラーで押しつぶしながらローラーを移動して押しつぶす位置を移動することによって、管状弾性体内の搬送物を搬送するローラーポンプと、
前記原料タンク内を加圧状態にする加圧装置とを有し、
前記加圧装置で原料タンク内を加圧状態にしながら前記ローラーポンプによって前記プラスチックレンズ成形鋳型内に注入するためのプラスチック原料を搬送するようにしたことを特徴とするプラスチック原料注入装置である。

第２の手段は、
前記プラスチックレンズ成形鋳型は、レンズ形成用光学面をそれぞれ有する一対のガラス成形型を、前記レンズ形成用光学面が所定の間隔をもって互いに対向するように配置し、これらガラス成形型によって囲まれる部分以外の部分のうち、注入口となる部分を除いて塞いだものであることを特徴とする第１の手段にかかるプラスチック原料注入装置である。

第３の手段は、
前記一対のガラス成形型は、筒状をなしたガスケットの内部に収納配置されたものであることを特徴とする第２の手段にかかるプラスチック原料注入装置である。

第４の手段は、
前記管状弾性体は、シリコン系、ウレタン系、ナイロン系、ゴム系の何れかの材料で構成されているものであることを特徴とする第１〜第３の何れかの手段にかかるプラスチック原料の注入装置である。

第５の手段は、
前記管状弾性体は、その管を構成している材料の厚みが1〜3mmであることを特徴とする第１〜第４のいずれかの手段にかかるプラスチック原料の注入装置である。

第６の手段は、
前記プラスチックレンズ成形鋳型が複数設けられ、これらそれぞれのプラスチックレンズ成形鋳型内に注入するためのプラスチック原料を前記原料タンクから搬送するための複数の原料搬送流路が設けられるとともに、これらそれぞれの流路の途中にローラーポンプが設けられており、
前記加圧装置で原料タンク内を加圧状態にしながら前記各ローラーポンプによって前記複数のプラスチックレンズ成形鋳型内に注入するためのプラスチック原料を搬送するようにしたことを特徴とする第１〜第５のいずれかの手段にかかるプラスチック原料注入装置である。

第７の手段は、
プラスチックレンズ成形鋳型内にプラスチック原料を注入するプラスチック原料注入方法であって、
前記プラスチック原料を貯蔵する原料タンクから前記プラスチックレンズ成形鋳型に前記プラスチック原料を搬送するための原料搬送流路の途中に、管状弾性体の一部をローラーで押しつぶしながらローラーを移動して押しつぶす位置を移動することによって管状弾性体内の搬送物を搬送するローラーポンプを設け、前記原料タンク内を加圧状態にしながら前記ローラーポンプによって前記プラスチックレンズ成形鋳型内に注入するためのプラスチック原料を搬送するようにしたことを特徴とするプラスチック原料注入方法である。

第８の手段は、
プラスチック原料を成形鋳型に注入して成形することによってレンズ形状に形成されたプラスチックレンズであって、前記成形工程の際に第１〜第６の手段にかかるプラスチック原料注入装置が用いられて製造されたものであることを特徴とするプラスチックレンズである。

第９の手段は、
プラスチック原料を成形鋳型に注入して成形することによってレンズ形状に形成されたプラスチックレンズであって、前記成形工程の際に第７の手段にかかるプラスチック原料注入方法が用いられて製造されたものであることを特徴とするプラスチックレンズである。

上述の手段によれば、従来の装置をほとんどそのまま流用し、わずかな変更をするだけ、という非常に簡単な方法によって、非常に高い粘性を有するプラスチック原料であってもローラーポンプを用いた注入を安定して良好に行うことができるようになった。しかも、原料の粘性に応じて原料タンク内の圧力を調節することにより、さまざまな粘性の原料を非常にスムースに搬送して最良の状態で注入できるようになった。さらには、ローラーポンプの材料の選定が非常に容易になり、これによって、原料の種類に応じて耐久性に優れ、また、汚染性が小さい等の優れた材料を容易に選定できるようになった。

本発明者の研究によれば、このような作用が得られるのは、以下の理由によるものと考えられている。すなわち、ローラーポンプは、管状体の押しつぶし位置の移動によって搬送力を得ている。この場合、押しつぶされた部分の移動によって原料を押し出すと同時に、押しつぶされていた部分が移動した際にその部分が弾性力で復元するときに新たな原料をその部分に吸引することによって、原料タンクから原料を移送するものである。このため、原料の粘性が高い場合には、その粘性に比較して上記復元力が弱く、十分に復元できなかったり、場合によっては、原料の粘性に復元力が負けて管状体がつぶれたままの状態になることもある。そもそも、ローラーポンプは、原理的にもともと粘性の低いものを送るポンプとして考えられていたものであり、粘性の高い原料を搬送することは予定されていなかったものである。しかるに、本願発明者は、原料タンクを適度な加圧状態にするという、非常に簡単な方法によって、従来の常識を覆して粘性の高い材料をも非常に安定して良好に搬送することが可能であることをはじめてみいだしたものである。

図１は本発明の実施の形態にかかるプラスチック原料注入装置の全体構成を示すブロック図、図２は図１に示されるプラスチック原料注入装置の原料搬送経路及び制御接続状態の説明図、図３は図１に示されるプラスチック原料注入装置の部分斜視図、図４はローラーポンプを示す図、図５は注入ノズルを示す図であって図ａは平面図であり図ｂはａ−ａ線断面図、図６はプラスチックレンズ成形鋳型を示す図、図７はプラスチックレンズの製造工程を示すフローチャート図、図８はプラスチック原料の注入状態を示す説明図、図９はプラスチック原料の注入状態を示す説明図、図１０はプラスチック原料の注入時における気泡の発生状態の説明図である。以下、本発明を実施するための最良の形態を、これらの図面に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１に示されるプラスチック原料注入装置は、原料タンクから同時に多数の成形鋳型にプラスチック原料を注入することを可能にした装置である。図１において、符号１は、調合されたプラスチック原料を貯蔵する原料タンクである。この原料タンク1は、その内部の圧力が加圧装置２によって適宜加圧できるようになっている。また、原料タンク１には原料搬送流路を構成する管体１０１が接続され、この管体１０１は、第一分岐部１０２に接続されて複数の分岐管１０３、１０３、・・・に分岐される。各分岐管１０３は、複数設けられた第二分岐管部１０４にそれぞれ接続されるが、その途中にそれぞれ第１フィルター３が介在される。

第二分岐管部１０４は複数の分岐管１０５に分岐され、各々の分岐管１０５の先にはそれぞれローラーポンプ４が接続される。このローラーポンプ４は開閉バルブ５を介して第２フィルター６に接続される。第２フィルター６の出口には接続管１０７が接続され、その先端部に注入ノズル７が接続される。そして、この注入ノズル７からプラスチックレンズ成形鋳型８内にプラスチック原料が注入されるようになっている。なお、図２に示されるように、加圧装置２、ローラーポンプ４、開閉バルブ５は、制御回路９によって、適宜動作制御がなされる。また、図３にその一部斜視図を示したように、ローラーポンプ４、開閉バルブ５、第２フィルター６、注入ノズル７は、種々の取り付け部材及び必要な駆動機構等を介して基台１０００に取り付けられて固定されている。

また、成形鋳型８は、移送装置８０３（図９参照）等によって移送され、位置決め固定装置８０１や８０２によって位置決めできるようになっており、また、注入ノズル７は、水平移動装置７０１や上下駆動装置７０２によって上下・水平位置を移動でき、さらに、傾斜調整機構７０３によって傾斜角度を調整できるようになっている。
（原料タンク）
原料タンク１は、攪拌装置と冷却装置とを備えた密閉式タンクである。攪拌装置は、磁性棒を外部磁場で回転させる周知のものを用いることができる。また、冷却装置としては、周囲をジャケットで包み、そのジャケットを冷却水で冷却するものを用いることができる。内部の圧力は、加圧装置２によって任意に変えられるようになっている。本実施の形態では、大気圧よりも大きく設定され、プラスチック原料の搬送流路内の圧力が大気圧に対して陽圧になるようにされ，それによる特有の効果を得ている。しかし、原料の種類，その他の条件しだいでは、必ずしも加圧しなくても良い場合がある。
（原料搬送流路）
管体１０１、複数の分岐管１０３、複数の分岐管１０５、接続管１０７等の搬送流路は、管状弾性体で構成される。管状弾性体としては、プラスチック原料の特性と対薬品性、弾性機能、経済性、簡略配管性を考慮して選定される。この実施の形態では、汎用のシリコンチューブを使用している。シリコンチューブの内径は６ｍｍ，外径は８ｍｍ、シリコンチューブの管状部分を形成する厚みは１mmである。なお、内径、外径、厚み等は、プラスチック原料に応じて選定されるが、好ましい範囲は、内径が４〜８ｍｍ、外径が６〜１４ｍｍ、厚みが１〜３ｍｍである。他の材料としては、ポリオレフィン系チューブ、ナイロン系チューブ、ウレタン系チューブ、フッ素系チューブ、ゴム系チューブ等が考えられる。
（第１、第２フィルター）
第１フィルター３は、主として小さい粒子を含むプラスチック原料中の不純物、異物の濾過を目的とする。それゆえ、第１フィルター３として、ろ過面積が大きく、かつ所定の大きさの不純物を除去できる濾過機能の高いものが用いられる。一方、バルブ５の先に設けられる第２フィルター６は、この第１のフィルターに比較して、濾過性能が低く、目詰まりのしにくい、かつ圧力損失の少ない、目の粗いフィルターを配置する。すなわち、この実施の形態のフィルター配置は、常識的配置と全く逆の配置である。これは、本願発明者がはじめて提案したもので、プラスチック原料自体に含まれる不純物や異物等は、濾過性能の高い第１フィルターで十分に取り除き、第２フィルターでは、原料自体に含まれる不純物ではなく、ローラーポンプ等で発生する可能性のある比較的大きな異物等を取り除く役割と同時に、ローラーポンプの脈動を抑える役割を担わせるようにしたものである。これによって、異物が含まれないことは勿論、脈動が極めて少なく、極めて安定した注入を可能にしているものである。

ここで、一般的には、フィルターは、原材料中の不純物を除去し、成型品に異物が混入することを防ぐ目的で配置される。フィルターの配置は一般に原材料の供給部である供給タンクの直後、または、排出部である注入ノズルの手前に配置される。その場合、フィルターは、除去を対象とする不純物の大きさに合わせて選択されるが、小さい粒子を除去するフィルターは不純物が詰まり、濾過機能が低下しやすい。このため、２種類以上のフィルタを直列設置して、最初のフィルターで大きな粒子を除去、順次小さい粒子を濾過することで目詰まりを回避する事が一般的である。その意味で、本実施の形態のフィルター配置は常識的配置と逆である。

さらに、説明すると、注入ノズル側に第２フィルター６を配置したのには、２つの目的がある。一つには、ローラーポンプ４やバルブ５の開閉で発生する配管内部の発塵物を濾過して除去するためである。これらからの発塵物はもともと原料に含まれる微細な異物に比較すると大きいものである。二つにはローラーポンプによる脈動を解消して、安定した流量を維持する事でである。すなわち第２フィルター６は、濾過機能、及びポンプの脈動を抑える目的を兼ねて配置される。ここで、第２フィルター６を第１フィルター３と同じように濾過機能を優先したものとすると、注入量の制御精度の低下を招く。第２フィルター６の濾過機能が高い場合、ポンプからの送液を一定の圧力になるまで保持し、一定の圧力を越えた場合に排出する。従って濾過機能の高いフィルターがポンプと注入ノズルの間に介在すると、ポンプが液送開始した直後は注入が開始されず、またポンプが停止しても注入は完了しない。さらに濾過機能の高いフィルターは目詰まりしやすく、圧力損失が大きく変化し、ポンプの稼働時間と実際の注入時間との時間差は定性的にとらえることができない。そしてこの時間差は注入量の制御精度を低下させるため、ローラーポンプによる流量制御ができない。

このように、本実施の形態では、濾過に関しては、濾過性能の高い第１フィルター３で十分に行い、第２フィルター６では脈動を抑える事を主たる目的とし、濾過性能は副次的な目的とした。そして、第２フィルター６は濾過性能の低く目詰まりのしにくい、かつ圧力損失の少ない目の粗いフィルターを配置したものである。本実施の形態では、12個の成形鋳型へ同時に注入する構成される注入装置において、スフィルド樹脂系を濾過するための第１フィルター３としては、濾過機能が0.1〜10ミクロン、圧力損失が5〜100KPa(at 10L/min)を、第２フィルター６として、濾過機能が1〜25ミクロン、圧力損失が0.1〜5KPa(at 10L/min)のものとしている。

また、上記と異なるプラスチック原料の場合、例えば、ポリチオウレタン系では、第１フィルター３の濾過機能が1〜10ミクロン、圧力損失が5〜50KPa(at 10L/min)を、第２フィルター６としては、濾過機能が3〜25ミクロン、圧力損失が0.1〜2KPa(at 10L/min)のものとしている。
（ローラーポンプ）
ローラーポンプ４は、管状弾性体の一部を回転するローラーで押しつぶしながらローラーを移動して押しつぶす位置を移動することによって、管状弾性体内の搬送物を搬送するものである。換言すると、弾性を持つポンプ用管をローラーを回転させながらしごくことで、原料に一定方向の流れを与えるポンプである。ローラーポンプ４は、一般的にはローラーで圧閉された弾性管がその形状をもとの形に復元するときの陰圧により次に送る原料を吸引する。図４は実施の形態にかかるローラーポンプ４の断面図である。ローラーポンプ４は、間隙をおいて対向して設けられた２枚の円板体４０,４０の外周端部の周囲に等間隔で掛け渡されて固定された６本のローラー軸４４ａに、それぞれ６個のローラー４４が回転可能に支持され、さらにこれら一体に固定された円板体４０，４０が、軸４１によって回転可能に支持されたものである。また、６個のローラー４４のうち、下側に配置される３個のローラーを包み込むように、略半円筒形形状のカバー部材４３配置固定され、これら３個のローラー４４とカバー部材４３との間に管状弾性体４２が挟み込まれるように介在される。

ローラーポンプ４による原料の搬送は、次のようにしてなされる。まず、原料タンク１から供給されたプラスチック原料が管状弾性体４３内に充填され、充填された状態でローラーポンプ全体が中心軸４１を中心に回転する。この回転に伴い、２枚の円板体４０に支持されたローラー４４が管状弾性体４２の一部を圧迫して封止する。さらにローラーポンプが回転するとローラー４４も管状弾性体４２の一部を封止し、ローラー４４とその隣のローラー４４との間に管状弾性体内の原材料を保持する空間を形成する。この空間を保持したままローラー４４が移動し、これにより、原料の搬送が行われる。ローラー４４間に封止された空間は常に一定量となるため、ローラーポンプ４の回転数に応じて原料の搬送量を制御できる。すなわち、ローラーポンプ４は、一定の間隔で配置された複数のローラー４４が、管状弾性体４２を圧着しながら移動して所定量を送出する。
（開閉バルブ）
開閉バルブ５は、プラスチック原料が、第２フィルター６を通過する手前に配置されている。この開閉バルブ５は、プラスチック原料の注入の開始及び停止を行うためのものである。なお、バルブ５の開閉弁構造がプラスチック原料の固形化を促進し、不純物の発生源となることがあるが、この開閉バルブ５で発生した固形物は第２フィルター６で除去され、原料と共に成型鋳型に注入されることはない。
（注入ノズル）
図５(a)は注入ノズル７の平面図であり図５（ｂ）は図５（ａ）のａ−ａ線断面図である。図に示されるように、注入ノズル７は、金属で形成されたノズル本体７１と、このノズル本体７１の大部分を覆うと共に、ノズル本体７１の先端部７１２から所定距離はみ出た領域も覆うようにした樹脂被覆体７２とで構成されたものである。ノズル本体７１は、その基端部７１１は円管状をなし、先端部７１２にいくに従って段階的に平らにつぶれていく中空構造をなしている。すなわち、基端部７１１に続く領域７１３でやや急激に平らにつぶれていき、次の領域７１４では、緩やかに平らにつぶれていくようになっている。

ノズル本体７１の先端部７１２の開口部外側厚みは1.1mm、開口部内側厚みは0.5mm、幅は9mm程度である。なお、先端部７１２の開口部外側厚みの好ましい寸法範囲は0.5〜5ｍｍ、開口部内側厚みの好ましい寸法範囲は0.3〜4.6 ｍｍ、幅の好ましい寸法範囲は2〜25ｍｍ程度である。本実施の形態の注入ノズル７は、従来の円形の注射管タイプのものと比較して幅が広く、注入ノズルの開口部断面積を大きく確保している。従って十分な流量及び注入速度を確保することができる。

また、樹脂被覆体７２は、ノズル本体７１の基端部７１１の一部を除いてノズル本体７１のほぼ全体を覆っており、内部が中空で両端が開口部となる管形状を外形が金属の注入ノズルの相似形になるように金属に密着した扁平な形状をしている。さらに樹脂被膜体７２は、ノズル本体７１の先端部７１２よりさらに先端方向に突出している。さらに、樹脂被覆体の突出部分は、ノズル本体７１の先端部７１２の扁平な管状形状を延長する中空形状で、先端部は開口している。樹脂製被膜の突出部分は挿入する成型鋳型によって所定の長さとなるが、本願の場合例えば3〜7mm程度である。そして樹脂先端部の外側厚みは0.6〜0.9mm、樹脂先端部の内側厚みは0〜0.6、幅は9.6mmである。なお、樹脂被覆体７２の先端部を、原料が液送されない待機状態では常に閉じており、原料が内部を通過する際だけ対向する樹脂が離れて内部に断面積を有する管形状とすることもできる。このようにすれば、先端部によって自動開閉弁の役割を兼ねることができる。

樹脂被覆体７２の材料として使用する樹脂は、成形鋳型の光学面に傷をつけにくい材質を用いる。例えば、フッ素系樹脂、ポロオレフィン系樹脂、合成ゴムなどが適しており、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂が好適である。４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂は収縮温度１２０℃で熱種縮を起こす特徴がある。本実施の形態では、この熱収縮の性質を利用して、金属製のノズル本体７１に樹脂被覆体を形成する。

本実施の形態の樹脂被覆体の製造方法は、両端が開口し、所定の長さに切断された管状の４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂を原型となる金属製のノズル本体７１の先端部にかぶせる。管状熱種縮樹脂を金属製ノズル本体７１にかぶせた状態で、電気炉にて１２０℃以上で熱処理する。熱収縮樹脂は、金属製ノズル本体７１の形状まで収縮し、金属製ノズル本体７１と密着安定する。また金属製ノズル本体７１の開口部に薄い板を挿入して熱処理を行うと、樹脂被覆体７２の突出した先端部の対向する面をあわせて閉じた状態に加工することもできる。また管状熱４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂は他耐溶剤性に優れ、柔軟性が高いことが特徴である。

眼鏡レンズの種類によっては成形型の間隔が極めて小さく、成型鋳型の注入口が1mm程度の間隙となることがある。鋳型への注入は注射針のような注入管によって行われる事が一般的であり、外側厚みや外径が1mm程度である注入管の製作は金属が適している。しかしながら、金属が成形型であるガラスと接触するとガラス成形型は容易に傷つく。傷は成形型から転写して成型品にも発生する。さらに傷の生成にあわせてガラスの破片が成型鋳型内に混入し、成型品の任意の位置にガラス片が浮遊して異物と認識される。これらの問題を回避するためには金属以外の柔らかい樹脂製注入ノズルが好適である。しかし、外径1mm程度の中空構造を有する樹脂製の注入管の製作は困難であり、コストも増大する。さらに本願の注入ノズルのように厚みが薄く、かつ幅が厚みに対して１０倍程度ある中空構造を有する樹脂製注入管の製作はさらに困難である。
（プラスチックレンズ成形鋳型）
図６はプラスチックレンズ成形鋳型を示す断面図である。図に示されるように、このプラスチックレンズ成形鋳型８は、プラスチック製の眼鏡レンズを、注型法と呼ばれる製法によって成形するための鋳型であり、物体側の光学面を形成する成形型８１（以降上型モールドともいう）、眼球側の光学面を形成する成形型８２（以降下型モールドともいう）及びガスケット８３を有して構成される。上記上型モールド８１及び下型モールド８２はレンズ母型と総称される。

ガスケット８３は、弾性を有する樹脂にて円筒形状に形成され、内周面に上型モールド８１と下型モールド８２を所定距離離間して液密に保持する。これらの上型モールド８１、下型モールド８２及びガスケット８３に囲まれて成型鋳型（以降キャビティともいう）８４が構成される。ガスケット８３には、このキャビティ８４内へ、光学レンズの原料を注入するための注入部８５が一体に設けられている。また、ガスケット８３の高さは、成形品である光学レンズの周縁部の厚みを確保できる寸法に設定される。

上型モールド８１及び下型モールド８２はガラスなどで構成される。本実施の形態が主に対象とする成形レンズはメニスカス形状をしている。そして上型モールド８１は、光学レンズの曲面（凸面）を形成すべく凹面型に形成される。また、下型モールド８２は、光学レンズの曲面（凹面）を形成すべく凸面型に形成される。これらの上型モールド８１及び下型モールド８２においては、図６にも示すように、光学レンズのレンズ曲面を形成する面を使用面８６と称し、上記レンズ曲面を形成しない面を非使用面８７と称する。そして、ガスケット８４の一部には材料を注入するための注入口８５が設けられている。注入口は後述する注入ノズル７に対して十分な大きさとなっている。また注入ノズル７が確実に注入口８５に挿入されるように、注入ノズル７を注入口８５に導くためのホッパー状のテーパー構造をなした受け口８５ａが設けられている。
（プラスチックレンズの製造）
次に、図７〜図１０を参照しながら、上述のプラスチックレンズ原料注入装置を用いて眼鏡用のプラスチックレンズを製造する手順を説明する。まず、プラスチックレンズの原料を用意する。本実施例で原料は熱硬化樹脂であり、この樹脂に触媒と紫外線吸収剤などを加えて調合し、フィルタで濾過する。調合は、まず、攪拌装置と冷却装置を備えた密閉式タンクである原料タンク１で行う。原料タンク１のジャケットに５℃の冷水を通して原料タンク１を冷却する。

次に、５℃に冷却した１，３-ジイソシアネートメチル-シクロヘキサン４．０００ｋｇを計り取り、これに紫外線吸収剤として２-（２'-ヒドロキシ-５'-ｔ-オクチルフェニル）ベンゾトリアゾール（シプロ化成製シーソーブ７０９）１８．０ｇ、離型剤としてブトキシエチルアシッドフォスフェート（城北化学工業製ＪＰ−５０６Ｈ）２９．０ｇ、重合触媒としてジメチルチンジクロリド８１．０ｇを加えて２０分間攪拌する。この攪拌により各添加剤は１，３-ジイソシアネートメチル-シクロヘキサンに溶解し、均一な溶液となる。

次に、１，３-ジイソシアネートメチル-シクロヘキサン４．５５７ｋｇを追加する。ここにそれぞれ５℃に冷却したペンタエリスリトールテトラキス-（２−メルカプトアセテート）４．７６４ｋｇ、２，５−ジメルカプトメチル−１，４−ジチアン４．６７９ｋｇを加え、タンクを密閉して１０分間攪拌する。いったん攪拌を止め、原料タンク１を真空ポンプに接続し、減圧脱泡を開始する。内部のモノマー組成物の発泡状態を確認しながら攪拌を開始し、徐々に攪拌速度を上げたところ、減圧度は４０Ｐａで安定した。このまま３０分間保って減圧脱泡を行ってから常圧に戻し、モノマー組成物の調合工程を終える。

その後、直ちに原料タンク１内を、加圧装置２によって乾燥窒素０．３ｋｇｆで加圧する。調合を完了した原料タンク１は、例えば、内部圧力が0.5〜1.0kg/Cｍ程度、温度は５℃〜１０℃程度の状態で保持する。なお、本実施の形態で製造するプラスチックレンズ及びその原料としては、上記のほかにも、例えば、メチルメタクリレートと一種以上の他のモノマーとの共重合体、ジエチレングリコールビスアリルカーボネートと一種以上の他のモノマーとの共重合体、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリチオウレタン、エンーチオール反応を利用したスフィルド樹脂、硫黄を含むビニル重合体等が上げられるが、これらにも限定されるものではない。

次に、ガスケット８３に上型モールド８１及び下型モールド８２を組み付けてプラスチックレンズ成形鋳型８を組み立てる。次に、この成形鋳型８のキャビティ８４内に、上述の如く調合されたプラスチック原料を注入する。この注入工程は、図７及び図８に示した通りである。まず、成型鋳型８は、移送装置８０３により注入装置の所定の位置に搬送される（図８a）。そして、成型鋳型８は、位置決め部８０１，８０２に狭持されて注入位置に保持される（図８ｂ）。さらに、注入ノズル７及び液面センサー７ａが下がり、成型鋳型８の所定の位置で停止する（図８ｃ）。

注入受け口８５ａは，ホッパー状のテーパー構造になっており、注入ノズル７が正確に注入口８５に誘導される。そして、バルブ５が開くと同時にローラーポンプ４が回転し、注入装置は所定のスピードで注入を行う。一方、成型鋳型８の種類によっては成型鋳型８及び注入装置を傾斜させて注入を行う（図８ｄ）。液面が注入口まで達し、液面センサー７ａが感知するとローラーポンプ４を停止して注入を終了する。注入装置が傾いていた場合は元の垂直姿勢に戻り、注入ノズル７と液面センサー７ａが注入口受け口８５ａの中央付近まで少し上昇し、注入口受け口８５ａへの追加注入を適量行う（図８e）。

追加注入は原料の重合過程で材料自体の収縮により空気の吸引を防止するためである。そのためには成型鋳型８の内部の充填された原料に加えて、成型鋳型８の外部の注入口受け口８５ａに原料を充填する。追加注入が完了すると、注入ノズル７と液面センサー７ａは上昇して待機位置に復帰する（図８ｆ）。注入が完了すると、成型鋳型８を狭持していた位置決め装置８０１，８０２が開放され、移送装置８０３によって次工程へ移送され、同時に空の成型鋳型８が移送され、図８aの状態になる。以後、図８ａ〜８ｆを自動で繰りし連続的に注入を行う。

ここで、上述の注入工程において、成型鋳型８及び注入装置を傾斜させて注入を行う場合について、図９を参照にしながら説明する。成型鋳型８中の泡８００は第1には、原料が成形型またはガスケットに接触したときに発生する。第２には液面が上昇していく過程で空気が取り残されてしまう。第３には上方から原材料が注入されると液面の上に原料が落ち、滝つぼのような乱流のために発生する（図９（ａ）参照）。泡の発生を抑制する効果的な方法は公知の技術として注入速度を小さくする等の方法があるが、生産性の低下を招きコストの上昇要因となる。

そこで、本実施の形態では、注入時の成形鋳型８の保持姿勢を傾けることで上記課題を解決した。すなわち、ガラス成形型どうしの間隔が小さい形状に関しては、立てたままの状態でも下型に沿わせて注入することができるが、図９に示したような半完成品レンズの場合には、成形型の間隔が大きく、垂直のまま注入を行うと原材料が液面をたたいて泡が発生する（図９（ａ）参照）。そこで、成形鋳型８の姿勢を傾けることで眼球側成形型８２の表面に沿わして原料を注入することで泡の発生を抑制している（図９（ｂ）参照）。

また、図９に示した場合のように、ガラス成形型の間隔が大きい成形鋳型はガスケット側面中央部がへこんだ形状に変形する。これはガスケットがガラス成形型との密閉性を向上させるためにガラス成形型の外径はガスケット内径よりも大きくしているためである。図９（ａ）の状態で注入した場合、液面は水平に上がっていくため、最上部の眼球側成形型端部８１０（○印部分）に空気が残ってしまう。そこで、図９（ｂ）に示したように、注入口８５を、物体側の成形型８１の極近傍に位置するように形成し、かつ、成形鋳型８を傾けたときに、注入口８５がキャビテイ８４内で最も上に位置することになるようにする。これによって、成形鋳型８内の空気は注入が完了するまでに、最上方に設置した注入口８５から全て排出され、成形鋳型８内には残らない。

傾斜角度は、鉛直方向より３０度程度に設定した。この傾斜角度は、本実施の形態の成形鋳型８の形状の場合において、注入完了時に原料が漏れないようにする条件を満たすことから規定されている。従って成形鋳型８の形状が異なると、傾斜角度の大きさも所定の大きさに変更される。また、傾斜を付けて注入する対象の鋳型形状は、特に限定されないが、素材または形状によっては傾斜を付ける場合が好適である場合がある。特に注入口とその鉛直方向がオープンとなる形状の場合、成型鋳型に傾斜を付けることは有効である。

例えば、完成品であるプラスレンズ、及びマイナスレンズ用成型鋳型の一部は傾斜を付ける必用はない。但し、一般的な透過屈折力が−２．００Ｄより小さいレンズ、及び半完成品等の中心肉厚が厚いレンズは傾斜を付けることで注入速度を増加させながら泡の発生を抑制するのに有効である。
（泡の大きさ制御について）
注入が完了したときには、成形鋳型内部は全てレンズ原料で充填されることが望ましい。しかし、注入を完了時でも微量の空気の泡はどうしても残留してしまい、しかも、この微小な泡が1mm程度であると、自らの表面張力と、原材料の粘性のため成型鋳型付近に付着して簡単には除去できない。注入後の重合工程は鋳型を密封して重合が行われる。そして泡が成型鋳型内部に残留すると重合後も成形品に存在することとなる。さらに泡は重合中に移動してレンズ光学面の重要な位置で固定され、光学的に欠陥となる事もある。

本発明者は、注入速度を小さくするなどして残留泡が発生しない方法を種々試みたが残留泡の完全な除去はできなかった。そこで、試行錯誤の結果、残留泡を大きくすれば、注入口からの除去が容易であることを見いだした。これは十分に大きい泡は表面張力よりも、浮力が大きくなるため、上方に容易に移動できるためであると考えられる。さらに発明者は残留泡を大きくする方法として、成形鋳型内部への注入ノズルの挿入量と注入ノズルの引き上げ速度によって制御することを見いだした。

従来、成形鋳型内部の光学面を傷つけるなどの理由で注入ノズルは鋳型内部にはあまり挿入しないか、又は鋳型内部に挿入する場合でもその挿入量は微量であった。図１０は成型鋳型８への注入後に残留泡が形成される事象を示している。図１０（a）は、注入ノズル７が成形鋳型８の内部に距離ｄだけ挿入されて注入を行っている状態である。図では注入ノズル７の先端部が距離ｄ＝5mm程度鋳型内部に差し込まれている。図１０（b）は、注入が完了した状態を示す。

注入ノズル７付近には、0.5〜4mmの残留泡８２０が発生している。残留泡の大きさは注入ノズル先端部の挿入量で制御する。本願では注入ノズル先端部の挿入量ｄを３〜7mm程度として，残留泡を2〜4mm程度に制御している。この程度の大きさの泡は自らの浮力で浮上し、注入後に注入口から除去することが容易である。従って本実施の形態では、注入ノズル７の成形鋳型８内部への挿入量を大きくして注入を行う。注入後は注入ノズル７を引き出すと泡が自らの浮力で上昇し泡の除去が完了する。また、泡が自然に除去されないときでも、鋳型に軽い衝撃を与えると泡は注入口から排出する事ができる。注入ノズルを引き出す速度は1〜10mm/secであるが、5mm/secが好適である。

注入及び泡抜きが終了したら、図示しない電気炉内で加熱重合させて硬化させる。成形鋳型８内で原料の重合が完了することでプラスチックレンズが成形されるので、このプラスチックレンズを成形鋳型８から離型して製品を得る。光学レンズの離型後に、重合より生じたレンズ内部の歪みを除去すべく、アニールと呼ばれる加熱処理を実施する。その後、中間検査として外観検査及び投影検査を光学レンズに対し実施する。光学レンズは、この段階で完成品と半製品（セミ品）に区分けされ、半製品に対しては処方に応じて第２面を研磨する。完成品に対しては、その後、カラー製品を得るための染色工程、傷に対し強化する強化コート工程、反射防止用の反射防止コート工程を実施し、最終検査を実施する。完成品は、この最終検査後に製品となる。

上述の実施の形態によれば、以下の利点がある。すなわち、まず、原料タンク１から同時に多数の成形鋳型８に注入するようにしたことにより、生産性と品質向上を図ることができる。つまり、調合された原材料は調合された瞬間より重合が始まっており、調合後長時間を経ている原材料を使用すると粘性の変化から注入に支障をきたすと同時に出来上がったレンズの光学的性能が低下する（以降部分的な重合不均一ともいう）。このため、調合された原材料はできるだけ早く、使用することが望ましい。しかし貯蔵タンクの容量が小さいと、頻繁に調合を繰り返さなければならず生産性が低くなる。従って本願では、大量に調合された原材料供給タンクから複数の注入装置へ原材料を供給する。さらに個々の注入装置は複数の注入軸にて原材料を同時注入することで短時間に大量の注入を行い、生産性の向上と品質の維持を同時に実現している。

また、原料タンクを加圧しつつ同時にローラーポンプを用いて注入するようにしたことにより、以下の利点を得ている。すなわち、原材料供給タンクからの原材料の送出方法としては圧縮空気（気体）を用いた圧送手段が一般に用いられる。しかし、この方法では特に注入装置の注入軸が多軸構成となった場合、各注入軸毎に異なる配管内部の抵抗や各装置・軸に配置されているフィルターの目詰まりが発生する。そして、各注入軸毎の送出量にばらつきが発生し、各軸の流量を一定にすることが困難になる。また成型鋳型の容量の誤差、特に各注入軸よって異なるアイテムを注入した場合など、多軸同時に注入を開始しても同時に注入を完了することができない。例えば、0.1Mpaのタンク圧で12軸に供給した場合、前述の理由による注入速度のバラツキのため、成形鋳型への注入が同時ではなく順番に終了し、各軸のバルブが順次閉じていく。供給タンクの圧力は一定であるため、残された注入軸の流量が増加し、適切な流量速度での注入ができなくなる。すると注入速度が大きくなるため、注入時の泡の発生が起きやすくなる。

すなわち、供給タンクからタンク内圧力によって送出される原材料は、他の注入軸軸が注入を停止した場合、残った注入軸に圧力が集中して、瞬間的に多量に吐出することがある。多量に吐出した原材料は成型鋳型内部の液面に衝突して泡を巻き込むことがある。そのため本願は各注入軸に独立した流量制御をしており、その方法としてローラーポンプによる流量制御をおこなっている。従って本願発明によると供給側からの圧力変化に左右されず安定した原料の供給を行う事ができる。

また、一般的に原料が駆動部分と接触すると液状原料の一部が固形化し発塵する。さらにポンプと原料が接触するため定期的な洗浄が必要となる。洗浄には有機溶剤や洗浄機が必要となるためコストが高く、作業性も低下する。しかしながらローラーポンプは他のポンプと構造が異なり、原材料がポンプの駆動部分と直接接触しないため発塵することはまれである。また原材料と唯一接触する管状弾性体は、安価であり交換が可能であり洗浄の必要はない。

さらには、プラスチック原料は、重合硬化時の気泡の発生を抑制するために事前に脱気利処理を行うが、長時間プラスチックレンズ原材料を圧縮空気で加圧すると、空気が原材料内にとけ込み、重合硬化時に気泡が発生し、歩留まり低下の原因となることがある。長時間経過した場合は再度脱気処理を行うことが必要となる。従って定量ポンプによる原材料の供給手段がある場合加圧による液送を行う必然性は考えられない。従って、ローラーポンプと加圧の組み合わせが最適な手段として選択される必然性は従来の常識的では考えられない。

本実施の形態では、ローラーポンプと原料タンクの加圧の組み合わせを実施している。上記課題に対して本実施の形態は、第一には同一の原料タンクから原料を分流させて、複数の注入を並行して行い短時間に大量の注入を行うことで対応している。第２にはローラーポンプによる送液をメインとし、加圧は管状弾性体の形状復元に必要な最小圧力とすることで、原料への単位時間あたりの気体のとけ込み量を削減している。なお，本実施の形態では、ローラーポンプを用いることでそれによる特有の効果を得ているが、原料の種類等によっては、ローラーポンプのかわりに定量ポンプその他のポンプを用いても一定の効果が得られる場合がある。

本発明は、眼鏡用プラスチックレンズ、その他のプラスチックレンズ製品を量産製造する技術として利用することができる。

本発明の実施の形態にかかるプラスチックレンズ原料注入装置の全体構成を示すブロック図である。 図１に示されるプラスチックレンズ原料注入装置の原料搬送経路及び制御接続状態の説明図である。 図１に示されるプラスチックレンズ原料注入装置の部分斜視図である。 ローラーポンプを示す図である。 注入ノズルを示す図であって図ａは平面図であり図ｂはａ−ａ線断面図である。 プラスチックレンズ成形鋳型を示す図である。 プラスチックレンズの製造工程を示すフローチャート図である。 プラスチック原料の注入状態を示す説明図である。 プラスチック原料の注入状態を示す説明図である。 プラスチック原料の注入時における気泡の発生状態の説明図である。

符号の説明

１ 原料タンク
２ 加圧装置
３ 第１フィルター
４ ローラーポンプ
５ 開閉バルブ
６ 第２フィルター
７ 注入ノズル
８ プラスチックレンズ成形鋳型

Claims (7)

1. プラスチックレンズ成形鋳型内にプラスチック原料を注入するプラスチック原料注入装置であって、
   前記プラスチック原料を貯蔵する原料タンクと、
   前記プラスチックレンズ成形鋳型内に注入するためのプラスチック原料を、前記原料タンクから前記プラスチックレンズ成形鋳型に搬送するための原料搬送流路と、
   前記原料流路の途中に設けられたローラーポンプであって、管状弾性体の一部を回転するローラーで押しつぶしながらローラーを移動して押しつぶす位置を移動することによって、管状弾性体内の搬送物を搬送するローラーポンプと、
   前記原料タンク内を加圧状態にする加圧装置とを有し、
   前記加圧装置で原料タンク内を加圧状態にしながら前記ローラーポンプによって前記プラスチックレンズ成形鋳型内に注入するためのプラスチック原料を搬送するようにしたことを特徴とするプラスチック原料注入装置。
2. 前記プラスチックレンズ成形鋳型は、レンズ形成用光学面をそれぞれ有する一対のガラス成形型を、前記レンズ形成用光学面が所定の間隔をもって互いに対向するように配置し、これらガラス成形型によって囲まれる部分以外の部分のうち、注入口となる部分を除いて塞いだものであることを特徴とする請求項１記載のプラスチック原料注入装置。
3. 前記一対のガラス成形型は、筒状をなしたガスケットの内部に収納配置されたものであることを特徴とする請求項２記載のプラスチック原料注入装置。
4. 前記管状弾性体は、シリコン系、ウレタン系、ナイロン系、ゴム系の何れかの材料で構成されているものであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のプラスチック原料注入装置。
5. 前記管状弾性体は、その管を構成している材料の厚みが1〜3mmであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラスチック原料注入装置。
6. 前記プラスチックレンズ成形鋳型が複数設けられ、これらそれぞれのプラスチックレンズ成形鋳型内に注入するためのプラスチック原料を前記原料タンクから搬送するための複数の原料搬送流路が設けられるとともに、これらそれぞれの流路の途中にローラーポンプが設けられており、
   前記加圧装置で原料タンク内を加圧状態にしながら前記各ローラーポンプによって前記複数のプラスチックレンズ成形鋳型内に注入するためのプラスチック原料を搬送するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラスチック原料注入装置。
7. プラスチックレンズ成形鋳型内にプラスチック原料を注入するプラスチック原料注入方法であって、
   前記プラスチック原料を貯蔵する原料タンクから前記プラスチックレンズ成形鋳型に前記プラスチック原料を搬送するための原料搬送流路の途中に、管状弾性体の一部をローラーで押しつぶしながらローラーを移動して押しつぶす位置を移動することによって管状弾性体内の搬送物を搬送するローラーポンプを設け、前記原料タンク内を加圧状態にしながら前記ローラーポンプによって前記プラスチックレンズ成形鋳型内に注入するためのプラスチック原料を搬送するようにしたことを特徴とするプラスチック原料注入方法。

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