JP4236003B2 - プラスチックレンズの染色方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチックレンズの染色方法に関するものである。

従来より、眼鏡用のプラスチックレンズに対して染色を行う方法として、浸漬染色方法（以下「浸染法」という）が多く用いられている。この浸染法は、分散染料の赤、青、黄の三原色を混合して水中に分散させた染色液を調合し、この染色液を９０℃程度に加熱し、その中にプラスチックレンズを浸漬して染色を行うものである。
また、この浸染法に代わる方法として、気相法による染色方法が提案されている。この気相法は固形昇華性染料を加熱して昇華させ、同じく加熱状態にあるプラスチックレンズを染色するというものである（特許文献１参照）。
特開昭５９−１５９３７６号公報

しかしながら、従来の気相法による染色法では、固形昇華性染料を加熱してレンズの染色を行うことから、染色後の廃液処理等の問題はないものの、レンズ面に染料を定量的に飛ばすのは困難であり、染色濃度の調製が難しいという問題や、濃い色のレンズになるように染色するのが困難であるという問題もある。また、染色に使用される染料の色相の調合は人為的な面が大きいため、調合した際の色のばらつきが生じ易く、品質管理上大きな問題となっている。
また、従来の浸染法おいては分散染料の相互作用や凝集等により、色相のばらつきやムラが発生して安定な染色物が得られないという問題がある。また、使用した染色液を最終的には廃棄しなければならないことから、染料の有効利用ができない上に廃液処理の問題も発生する。さらに浸染法では、染色液を加熱するため、高温多湿でしかも染料による悪臭の存在する環境で染色作業を行うことになり、作業環境が悪いという問題がある。
本発明は濃度の調製が容易で常に安定した色相のプラスチックレンズの染色を行うと共に、作業環境を損なわずに快適に染色作業を行う方法、染色装置及びそれらを用いて得られる染色レンズを提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１） 染色用色素が付いたプラスチックレンズをオーブンにて加熱することにより染色を完了させるプラスチックレンズの染色方法において、昇華性色素を溶解又は微粒子分散させた染色用用材を電子計算機にて管理された色データに基づいて基体に塗布し印刷基体を得る第１ステップと、該第１ステップにて得られた印刷基体における前記染色用用材が塗布された塗布面を真空中にプラスチックレンズと非接触に対向させるとともに前記印刷基体を所定温度で加熱することにより昇華性色素を昇華させ，該昇華性色素を前記プラスチックレンズに蒸着させる第２ステップと、を有することを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、濃度の調製が容易で常に安定した色相のプラスチックレンズの染色を行うと共に、作業環境を損なわずに快適に染色作業を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参考にしつつ説明する。図５は染色方法の流れを示したフローチャート、図６は使用する染色装置等を示した概略図である。

（１）印刷基体の作製
昇華性染料として、ウペポ（株）製の分散染料インキ赤、青、黄、黒色（いずれも水性）の計４色を使用した。このインキを市販のインクジェットプリンタ用のインクカートリッジにそれぞれ入れ、インクジェットプリンタにこのカートリッジを装着する。インクジェットプリンタは市販（（株）MIJ製）のものを使用する。

次に、このインクジェットプリンタを使用して所望の色をプリントさせるために、市販されているパーソナルコンピュータ（以下ＰＣという）を使用して、プリントされる色相及び濃度の調製を行った。色相の調製はＰＣのドローソフトやＣＣＭ（コンピュータカラーマッチング）等により行うため、所望する色データをＰＣ内に保存しておくことができ、必要になったときに何度でも同じ色調が得られるようになっている。また、色の濃淡もデジタル管理されるため、必要なときに何回でも同じ濃度の色を所望することができる。

昇華性染料を印刷する基体には市販のＡ４の白紙１（上質PPC用紙）を使用する。プリンターに白紙１を入れ、ＰＣの操作により、予め設定しておいた色相及び濃度にて印刷を行う。印刷された白紙１には図１に示すように着色層２が円形状に印刷された印刷基体３が作製される。着色層２は白紙１上に２つ印刷されるが、これは眼鏡レンズは左右一対となるので予めペアにして作製しておく方が都合が良いためである。また、印刷される着色層２の直径は実際に染色をするレンズ径よりも若干長めの方が好ましい。着色層２の直径がレンズ径よりも短い場合、レンズの着色側全面に十分染料が行き渡らない可能性があるからである。

（２）プラスチックレンズの染色
図２に真空気相転写機を正面から見た内部該略図を示す。
１０は真空気相転写機本体であり、正面上部にはプラスチックレンズ１４や印刷基体３を出し入れするための図示無き取出し口が設けられている。１１は支持軸であり、プラスチックレンズ１４を載せる載置台１２を上下方向に移動させ、取出し口近くまで引き寄せることができる。載置台１２には支持軸１１を中心にして左右に円形の開口部１２ａが設けられており、円形の開口部１２ａは染色するレンズ径よりも大きく作られている。載置台１２の下面には印刷基体３（白紙１に着色層２が印刷されたもの）が、開口部１２ａに着色層２が位置するように貼り付けられ、染料はこの開口部１２ａを通って昇華できるようになっている。

図３は載置台１２の開口部１２ａ（左側）の拡大断面図である。１３は円筒状のレンズ保持具で、図３（ａ）に示すようにプラスチックレンズ１４が下に落ちないように支えるレンズ支持部１３ａを備える形状となっている。レンズ保持具１３を開口部１２ａに接合後、プラスチックレンズ１４の縁をレンズ支持部１３ａに載せて開口部１２ａ上に保持させておくことができる。

また、図３（ｂ）に示すように、高さの違うレンズ保持具１３′を使いわけて印刷基体３からプラスチックレンズ１４までの高さを変え、染色濃度を調整することができる。本形態においては６種類のレンズ保持具１３を用意し、レンズ保持具１３を取り替えることで、高さを５〜３０ｍｍ（５ｍｍ毎）に調整することができるようにした。このようにすることで、例えば同一の印刷基体３を使用しても、高さのあるレンズ保持具１３を使うほど、プラスチックレンズ１４を染色する色素の量は少なくなるため、染色されたレンズの色濃度を薄くすることが可能となる。

プラスチックレンズ１４の材質は、ポリカーボネート系樹脂（例えば、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート重合体（ＣＲ−３９））、ポリウレタン系樹脂、アリル系樹脂（例えば、アリルジグリコールカーボネート及びその共重合体、ジアリルフタレート及びその共重合体）、フマル酸系樹脂（例えば、ベンジルフマレート共重合体）、スチレン系樹脂、ポリメチルアクリレート系樹脂、繊維系樹脂（例えば、セルロースプロピオネート）等が用いられている。

１５は白紙１に印刷された染料を昇華させるためのヒーターであり、所望の温度を設定できるようになっている。材質は熱伝導が良くなるようにアルミが使用されており、ヒーター１５内部を通っている図示無きニクロム線に電流を流し加熱させることでヒーター１５の表面温度が上がるようにしている。ヒーター１５の温度は温度センサ１６により検知されており、設定された温度に達したか否かが分かるようになっている。
１７はロータリーポンプであり、本体１０内をほぼ真空にさせるために使用する。１８はリークバルブであり、このバルブ１８を開くことでほぼ真空になった本体１０内に外気を入れ大気圧に戻すものである。

このような構成を持つ真空気相転写機を使用して以下の操作を行い、プラスチックレンズ１４の染色を行う。
支持軸１１を上に持ち上げ、載置台１２を上方へ移動させる。載置台１２が本体１０内上部に移動したら、取出し口から（１）において作製された印刷基体３を入れ、印刷面（着色層２）を上にして載置台１２下面にテープ等で貼り付けておく。この時、載置台１２の２つの開口部１２ａに印刷された昇華性染料（着色層２）が位置するように調節をしておく。載置台１２の下面に印刷基体３を貼り付けたら、載置台１２の上側にレンズ保持具１３を取り付けておく。

レンズ保持具１３を取り付けたら、プラスチックレンズ１４の凹面を下向きにしてレンズ保持具１３上に載置する。次にヒーター１５を加熱させ、温度を１００〜２００℃程度で設定しておく、温度設定は１００℃を下回ると印刷基体３から染料が昇華し難くなり、また、２００℃を上回ると高温による染料の変質やレンズの変形が生じ易くなる。従ってヒーター１５の温度は１００〜２００℃の間が良いが、プラスチックレンズ１４の材料に合せてできるだけ高い温度を選ぶようにすると良い。
ここで、昇華に当たって加熱を行う場合の温度をできるだけ高温とするのは、所望の色相及び濃さに発色させるための加熱時間を短くすることができ、生産性を向上することができるからである。

温度センサ１６により設定温度が検出された後、本体１０を密封してロータリーポンプ１７を用いて真空状態にする。このときの真空状態とは１〜５０ｍｍＨｇ付近まで減圧したときのことである。１ｍｍＨｇを下回っても差し支えないが、高性能排気装置を必要とする。また、本体１０内の気圧が高ければ高い程、染料を昇華させるのに必要な温度が高くなるため圧力の上限は５０ｍｍＨｇまでが望ましい。さらに望ましくは１０〜３０ｍｍＨｇである。プラスチックレンズ１４を載置した後、ヒーター１５が所定の温度になったことを確かめて、支持軸１１を使用して載置台１２を下げ、ヒーター１５に接触させる。

印刷基体３とヒーター１５を接触させ、染料が昇華し始めてから１〜２０分程おいておく。加熱時間が１分を下回ると所定の濃度まで色が着いてこない。また、２０分を上回ると熱によるプラスチックレンズ１４の変形が生じ易い。そのため加熱時間は１〜２０分程がよく、さらに望ましくは３〜１０分程である。

加熱が終了したらリークバルブ１８を開いて常圧に戻し、本体１０の取り出し口を開けプラスチックレンズ１４を取り出す。プラスチックレンズ１４には昇華した染料が蒸着しているが、このままでは取れやすいので、図６に示すオーブンに入れ常圧下にて加熱し定着させる。この工程はプラスチックレンズ１４の耐熱温度以下で、できるだけ高温に設定された温度にオーブン内を加熱し、所望の色相及び濃度を得るために予め定めておいた時間が経過した後にオーブン内からプラスチックレンズ１４を取り出すといった手順で実行される。実際の加熱温度は５０〜１５０℃、加熱時間は３０分〜１時間程である。
また、上記の真空気層転写機ではプラスチックレンズ１４の下方から染料を昇華させて染色するものとしたが、プラスチックレンズ１４の凹面側を上に向け、上方より染料を昇華させて染色を行なってもよい。以下にその構成を備える染色用治具を図４（ａ）の概略断面図に示しながら簡単に説明する。

２０は円筒形の形状をした載置台である。載置台２０の上部にはレンズ支持部１３ａを備えるレンズ保持具１３が取り付けられ、図のようにプラスチックレンズ１４の凸面側をレンズ支持部１３ａにて支持することにより、載置台２０の上部に保持させておくことができる。
３３は印刷基体であり、前述したようにＰＣとプリンターを使用して、白紙３１に着色層３２を印刷することにより、図４（ｂ）に示すような印刷基体３３が簡単に得られる。２１は印刷基体３３を載せるための円筒の形状を有する基体載置台である。２２は基体押さえであり、基体載置台２１の上部に載せられた印刷基体３３を基体押さえ２２と基体載置台２１とで挟み込むことにより、印刷基体３３が動かないようにしっかりと固定保持する。このようにプラスチックレンズ１４の凹面側をレンズ支持部１３ａに当接させないようにすることで、凹面側全域を染色できるというメリットがある。２３は上方から印刷基体３３を熱し、染料を昇華させるためのハロゲンランプである。
このような染色用治具を用いて、前述同様に真空状態にて印刷基体３３から染料を昇華させ、プラスチックレンズ１４に染色を行なうこともできる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、従来の浸染法のようなウエットな作業環境でなく、ドライな作業環境においてプラスチックレンズの染色を行うことができ、作業環境を改善することができ、作業性を大幅に向上することができる。また、インキの調製をＰＣにてデジタル管理で行っているため、印刷基体には常に制御された量の染料が印刷される。したがって色相や濃度のばらつきが少なくなるとともに、少量多品種の製品に対して染色を行う方法として特に優れた効果を発揮する。

（実施例１）
この実施例では、ＣＲ−３９のレンズを使用した。昇華性インキはウペポ社製の分散染料（水性）を使用し、ＰＣのドローソフトを使用して色相をブラウン色（配合比赤：青：黄＝２：１：３）に決定した。また、同じくＰＣのドローソフトを使用して色の濃度を３０％（遮光率）に調製した。その後、この色データに基づいて白紙１（上質PPC用紙）に染色するレンズ径よりも若干大きめの円形を２つ印刷し、これを印刷基体３とした。

この印刷基体３の乾燥を待って、本体１０内の載置台１２下面に印刷基体３をテープ等で張り付けた。次に載置台１２にレンズ保持具１３を取り付け、その上にプラスチックレンズ１４（ＣＲ−３９）を凹面側を下にして２つ載せた。また、レンズ保治具１３は１５ｍｍの高さの物を使用した。次にヒーター１５の電源を入れ２００℃まで加熱する。２００℃になったことを温度センサ１６により確認した後、ロータリーポンプ１７を使用して本体１０内の圧力を１０ｍｍＨｇにする。１０ｍｍＨｇになったら支持軸１１を使用して載置台１２を下げ、印刷基体３とヒーター１５を接触させ、染料の昇華を始める。印刷基体３とヒーター１５との接触時間は５分とした。

所定時間（５分）経過後、リークバルブ１８を開いて本体１０内の圧力を常圧に戻し、染色されたプラスチックレンズ１４を取り出す。その後、染色されたプラスチックレンズ１４の色を定着させるためにオーブン内にて１３５℃、３０分程おいた。定着後、外観不良、色むら、色抜け等がなく目的の色と一致しているかという観点で目視観察を行ったが、問題はなかった。

（実施例２）
実施例１と同様な染色条件でグラディエント（ハーフ）の染色を行った。
グラディエントの濃度はレンズの幾何中心より１０ｍｍ上にて３０％（遮光率）になるようにＰＣにて色データが調製され、白紙１に実施例１同様、大きめの円形を２つ印刷し、これを印刷基体３としてプラスチックレンズ１４にグラディエントの染色を行った。最終的に製造されたプラスチックレンズ１４の発色状態は良好であり、目視による観察では色むら等の問題はなかった。

（実施例３）
また、染色濃度３０％以外でも、染色濃度１０〜９０％において同様な染色条件にて全面及びグラディエントの染色を行ったが目視による観察では色むら等の問題はなかった。

（実施例４）
一般的に使用される真空蒸着器内に図４で示した染色用治具を入れ、染色を行なった。プラスチックレンズ１４は実施例１と同様の材料を使用した。染色用治具に印刷基体３３とプラスチックレンズ１４を設置後、ロータリーポンプ１７で減圧し、１０ｍｍＨｇまで減圧する。次にハロゲンランプ２３の電源を入れ、印刷基体３３の表面温度が２１０℃になるまで加熱し、２１０℃到達と同時にハロゲンランプの電源を切り、染料を昇華、蒸着させた。その後、実施例１と同様に常圧に戻した後、染色されたプラスチックレンズ１４の色を定着させるためにオーブン内にて１３５℃、３０分程おいた。定着後、外観不良、色むら、色抜け等がなく目的の色と一致しているかという観点で目視観察を行ったが、問題はなかった。

以上のように、上記実施例では水性インキを使用したが、油性インキを使用しても同じような効果が得られる。油性インキの場合、インクカートリッジのヘッド部分が乾燥して詰まりやすいため、ピエゾ方式によるインクジェットで印刷を行うのが好ましい。
また、印刷基体の加熱方法は上方若しくは下方から行っているが、これに限るものではなく、側面からの加熱においても同じように染料の昇華をさせることができる。
さらに、本実施の形態で使用されたデータ出力装置はインクジェット方式のプリンタであったがこれに限るものではなく、昇華型のプリンタやインクカートリッジに換えてトナーカートリッジを用いたレーザプリンタ、さらにはプロッター等のＰＣからのデータを出力する出力装置を使用することができる。
さらにまた、色濃度等をデジタル管理できるため、例えば受注量の多い色については、予め色データの管理番号等を付与しておけば、簡単に同一色を呼び出すことができ、色の安定化が図れるとともに効率よく染色作業を進めることができる。

白紙に昇華性色素を印刷した印刷基体の模式図である。 実施例で使用する真空気相転写機の内部該略図である。 載置台の開口部（左側）の拡大断面図である。 染色用治具の概略と、それに使用する印刷基体を示した図である。 本発明にかかる染色方法の流れを示すフローチャートである。 本発明に係るプラスチックレンズ染色に使用される装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 白紙
２ 着色層
１０ 真空気相転写機本体
１１ 支持軸
１２ 載置台
１３ レンズ保持具
１４ プラスチックレンズ
１５ ヒータ
１６ 温度センサ
１７ ロータリーポンプ

Claims (1)

1. 染色用色素が付いたプラスチックレンズをオーブンにて加熱することにより染色を完了させるプラスチックレンズの染色方法において、昇華性色素を溶解又は微粒子分散させた染色用用材を電子計算機にて管理された色データに基づいて基体に塗布し印刷基体を得る第１ステップと、該第１ステップにて得られた印刷基体における前記染色用用材が塗布された塗布面を真空中にプラスチックレンズと非接触に対向させるとともに前記印刷基体を所定温度で加熱することにより昇華性色素を昇華させ，該昇華性色素を前記プラスチックレンズに蒸着させる第２ステップと、を有することを特徴とするプラスチックレンズの染色方法。