JPH0642001B2

JPH0642001B2 - 合成樹脂製レンズ

Info

Publication number: JPH0642001B2
Application number: JP58197090A
Authority: JP
Inventors: 良夫佐野; 隆夫最上; 博一出口
Original assignee: Seiko Epson Corp; Suwa Seikosha KK
Current assignee: Seiko Epson Corp; Suwa Seikosha KK
Priority date: 1983-10-20
Filing date: 1983-10-20
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: JPS6088901A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、耐擦傷性、耐熱性、耐衝撃性に優れ、且つ、
反射を防止した合成樹脂製レンズに関するものである。

合成樹脂は、ガラスに比較して、耐衝撃性、軽量性、染
色性、易加工性等の点で優れているため安全性、ファッ
ション性を重視する眼鏡レンズ、軽量化を図るカメラレ
ンズ等に多く用いられている。

しかし、合成樹脂は、ガラスに比較して、傷がつき易い
という欠点があり、これが合成樹脂レンズの普及の大き
な妨げとなっている。

この欠点を除去するために、従来、２通りの方法が行な
われている。一つの方法は、合成樹脂レンズの表面にシ
リコン樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂等のハードコ
ート層を、ディッピング法、スピンナー法、フロー法、
スプレー法等で塗布し、熱硬化、または紫外線硬化させ
ることにより被膜を形成するものである。この方法は、
被膜の耐熱性、耐水性、耐擦傷性、密着性等の耐久性が
優れレンズの耐衝撃性を低下させない等の利点がある
が、反面、反射防止効果がないという欠点があつた。

他の方法は、合成樹脂レンズ表面に酸化珪素、酸化アル
ミニウムといった無機物を、真空蒸着法、スパッタリン
グ法等で形成するものである。この方法は現在反射防止
膜と組み合わせたかたちで、眼鏡レンズにおいて実用化
されている。その膜構成は、第１図に示すようなもの
で、合成樹脂レンズ基材の上に、まず、酸化硅素、酸化
アルミニウム等からなるハードコート層を設け、その上
に、酸化硅素、酸化ジルコニウム、酸化イッテルビウ
ム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、五酸化タン
タル、酸化クロム、フッ化マグネシウム等の物質のう
ち、高い屈折率の物質と低い屈折率の物質とを交互に何
層か重ねてつけた反射防止層を設けたかたちになってい
を。この方法は、ハードコートと反射防止とを兼ね備え
られるという利点はあるが、被膜の耐久性、および耐衝
撃性が劣るという欠点がある。

これらの欠点を克服すべく種々の研究が成されている。
例えば、ハードコート層として合成樹脂被膜を設け、そ
の上に無機物を真空蒸発法で形成する方法が考えられて
おり、既に商品化されているものもある。この場合、合
成樹脂によるハードコート層のため、無機物の膜を薄く
することができ、その結果、耐熱性、耐擦傷性等の耐久
性を向上させることができるが、実用上十分とはいえな
い。

また、合成樹脂薄膜により反射防止効果を得ようという
考え方もある。例えば、特開昭58-46301に開示されるよ
うな膜構成をもつレンズ基材の場合には、レンズ基材と
屈折率の異なる合成樹脂被膜を直接レンズ基材の表面に
設けてあるため、レンズ基材と反射防止層最下層の界面
における反射が高くなり、反射防止効果が損われ、安定
した干渉色が得られないという欠点を有している。

あるいは、ハードコート層の膜厚が薄いため、耐擦傷性
が劣る場合もある。

本発明は、かかる欠点を除去したものである。

本発明の目的は、耐擦傷性、耐熱性、耐衝撃性に優れ、
且つ、反射防止効果のある合成樹脂製レンズを提供する
ことにある。

すなわち本発明は、屈折率が１．４８から１．５８の合成樹脂製レンズ基材
Ａの表面に、前記基材との屈折率の差が±０．０４以内
の屈折率をもち、膜厚が１から２０ミクロンの合成樹脂
被膜Ｂによるハードコート層および該被膜の表面に、一
層の膜厚が７０から２００ミリミクロンである単層また
は多層からなる合成樹脂被膜Ｃによる反射防止層を設
け、かつ前記合成樹脂被膜Ｂ，および／または前記合成
樹脂被膜Ｃを構成する層のうち、１層または２層以上
が、下記の（イ）（ロ）（ハ）を主成分としてなること
を特徴とするものである。

(イ)一般式が、（式中R¹は炭素数１〜６の炭化水素基、ビニル基、アミ
ノ基、イミノ基、エポキシ基、（メタノアクリロキシ
基、フェニル基、およびメルカプト基から選ばれる少な
くとも１種を含む有機基、R²は水素、または炭素数１〜
６の（ハロゲン化）炭化水素基、R³は炭素数１〜５の炭
化水素基、アルコキシアルキル基、または炭素数１〜４
のアシル基、ａ，ｂおよびａ＋ｂは0.1または２であ
る）で示される有機シリコン化合物の１種または２種以
上。

(ロ)粒径１〜１００ミリミクロンの金属酸化物微粒子の
コロイド分散体。

(ハ)過塩素酸マグネシウム次に、本発明における合成樹脂製レンズを構成する各被
膜について説明する。

本発明の基本的な膜構成は、第２図の通りであるが、合
成樹脂レンズ２４上に、合成樹脂のハードコート層２３
と、合成樹脂からなる単層または多層の反射防止層２１
から２２が設けられている。

合成樹脂レンズ基材としては、眼鏡レンズ等として広く
一般に使用されているアクリル樹脂、ジエチレングリコ
ールビスアリルカーボネート樹脂を始め、ポリエステル
・アルキド樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリ
エチレン樹脂等が好ましい。

合成樹脂被膜Ｂとしては、ハードコート層として十分に
効果のあるものでなければならない。ハードコート層の
目的は、レンズ表面の耐擦傷性を改善すると共に、ハー
ドコート層の上に設けられる反射防止層の反射防止効果
に悪影響を与えないことである。従つて、ハードコート
層である合成樹脂被膜Ｂには、レンズ基材との屈折率の
差が±0.04以内の屈折率を持つた合成樹脂を用いる必要
があり、また、膜厚も１から２０μｍと、耐擦傷性およ
び染色性を改善するために十分な厚みを持たせてある。
基材との屈折率の差が±004以上である場合には、界面
において反射が高いため、本発明の特徴の一つである反
射防失効果に悪影響を与え、ハードコート層の膜厚が均
一でない場合、干渉色が微妙に変化するため、レンズと
して致命的な外勧上の欠点となる。また、膜厚は１から
２０μｍ程度が良く、より好ましくは２から１０μｍ程
度である。膜厚１μｍ未満の場合、耐擦傷性に劣しく、
ハードコート層として不十分である。これに対し、２０
μｍを越えると、耐熱性が低下し易く、クラックが入る
こともある。本発明におけるハードコート層の場合、基
板との屈折率の差が^±0.04以内であるため、膜厚を厳し
く管理することは不要であり、0.3μｍ以内であれば、
まったく問題ない。

合成樹脂被膜Ｂに用いられる成分(イ)としては、テトラメトキシシランテトラエトキシシランテトライソプロポキシシランテトラブトキシシランメチルトリメトキシシランメチルトリエトキシシランメチルトリプロポキシシランメチルトリブトキシシランエチルトリメトキシシランエチルトリエトキシシランビニルトリメトキシシランビニルトリエトキシシランビニルトリエトキシシランビニルトリアセトキシシラン γ−アミノプロピルトリメトキシシラン γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメ
トキシシラン β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエ
トキシシラン γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランフェニ
ルトリメトキシシラン γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランフェニルト
リアセトキシシラン γ−クロロプロピルトリメトキシシラン β−シアノエチルトリエトキシシランジメチルジメトキシシランジメチルジエトキシシラン γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシランフェニルメチルジメトキシシランビニル−トリス（β−メトキシエトキシ）シラン等がある。これらは、単独で用いても２種以上併用して
もよい。また、これらはアルコール等の有機溶媒中、酸
の存在下で加水分解して使用する方が好ましく、成分
(ロ)と混合して加水分解しても、加水分解後に成分(ロ)と
混合してもいずれでも良い。

成分(ロ)の粒径１〜１００ミリミクロンの金属酸化物微
粒子のコロイド分散体とは、水、または他の分散媒にケ
イ素、アルミニウム、チタニウム、ジルコニウム、アン
チモン等の金属元素の高分子酸化物微粒子を分散したコ
ロイド溶液である。金属酸化物の種類は、レンズ基材の
屈折率に合わせて選択・混合することができる。

成分(イ)の１種または２種以上、および成分(ロ)に加え
て、成分(ハ)の過塩素酸マグネシウムを硬化触媒として
使用することにより、優れた耐熱水性、被染色性、帯薬
品性、帯候性を有する塗膜を得、且つ、ポットライフと
長い塗料を得ることができる。硬化触媒としては、一般
に、アルミニウムアセチルアセトネート、過塩素酸アン
モニウム、オクチル酸スズ等が知られているが、これら
は、表面硬度が十分でない、耐熱水性が劣る、液のポッ
トライフが短い等の欠点を有しており、あらゆる特性に
おいて満足できるものは、過塩素酸マグネシウムをおい
て他にない。

反射防止層を構成する合成樹脂被膜Ｃは、ハードコート
層に用いる樹脂と同様、耐擦傷性に優れたものでなくて
はならない。また、良い反射防止効果を得るには、高い
屈折率の層と低い屈折率の層を交互に重ねる方法を採る
ため、合成樹脂被膜Ｃは、単層とは限らず、多層の場合
もある。また多層の場合、高い屈折率の層と低い屈折率
の層とでは、005以上の屈折率の差が必要である。従つ
て、高い屈折率の層としては、屈折率が1.53以上の合成
樹脂、例えば、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ
スチレン以外の芳香環、複素環、脂環式環状基、または
フッ素以外のハロゲンを有する各種重合体組成物、メラ
ミン樹脂、フェノール樹脂、ないしエポキシ樹脂などを
硬化剤とする熱硬化性樹脂、および上記の化合物に２重
結合を導入することによりラジカル硬化を可能なした各
種変性樹脂などが好ましい。さらにシリコン樹脂は有機
金属化合物、金属配位化合物などと併用することによ
り、屈折率を高めることができる。この他、合成樹脂被
膜Ｂに用いた樹脂を用いてもよい。この場合には、屈折
率を高めるために各成分を調整する必要がある。具体的
には、成分(ロ)の金属酸化物コロイド溶液にアルミナゾ
ル、またはチタンゾル等を用いる方法がある。低い屈折
率の層としては、屈折率が1.51未満の合成樹脂、例えば
アクリル樹脂、ビニル樹脂、フッ素樹脂、アルキドを含
むポリエステル樹脂、セルロース樹脂、およびシリコン
樹脂などが好ましい。また各種合成樹脂をフッ素置換し
て用いる方法もある。この他、合成樹脂被膜Ｂに用いた
樹脂を用いても良い。この場合には、屈折率を低くする
ために、各成分を調整する必要がある。具体的には成分
(ロ)にシリカゾルを用いる。各成分の中で成分(ロ)の割合
を多くするなどの方法がある。

本発明における特許請求の範囲第２項、および第３項に
示される各成分の混合比は、好ましくは成分(ロ)（SiO₂
として計算される固形分）100重量部に対して、成分(イ) （として計算した固形分に換算）の合計が50〜800重量
部、成分(ハ)の合計が50〜600重量部であり、成分(ニ)
は、全残留固形分の0.01〜5.0重量パーセントの範囲内
で使用する。さらに、より好ましくは、成分(イ)は100〜
500重量部である。上記の各成分はアルコール類、ケト
ン類、セロソルブ類、カルボン酸類などの溶媒を単独、
または混合して加えて用いることもでき、必要に応じて
少量の界面活性剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤を添加
し、塗液の塗布性、被膜の性能を改良することもでき
る。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。

実施例１ (1)合成樹脂レンズ基材ジエチレングリコールビスアリルカーボネート樹脂（CR
-39）レンズを、４％水酸化ナトリウム水溶液に３分間
浸漬した後洗浄乾燥する。このレンズの屈折率は1.50で
あつた。

(2)ハードコート層 γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン３６重量
部、メタノール分散コロイダルシリカ（触媒化成工業製
固形分濃度３０％）１９重量部、およびエチルセロソ
ルブ36.6重量部からなる溶液に、0.05規定の塩酸8.2重
量部を徐々に滴下し加水分解を行７た。その後、過塩素
酸マグネシウム0.1重量部を加え、撹拌して混合させ
た。これに、シリコン系界面活性剤0.1重量部を加えて
塗料とした。

以上のように調整した溶液に、合成樹脂レンズ基材を浸
漬し、２０cm／分の速度で引き上げ、均一に塗布した。
塗布したレンズは、８０℃の熱風乾燥機で３０分間加熱
乾燥した後、120℃の熱風乾燥機で１時間加熱乾燥し
た。得られた被膜の屈折率は、1.50、膜厚は４μｍであ
った。

(3)反射防止層 (a)前述のメタノールコロイダルシリカ６重量部、テト
ラブトキシチタン３重量部、メタノール９１重量部、お
よびシリコン系界面活性剤0.1重量部を加え、撹拌して
塗料とした。

(b)γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン2.0重
量部、前述のメタノール分散コロイダルシリカ6.7重量
部、およびメタノール９０重量部からなる溶液に0.05規
定の、塩酸1.2重量部を徐々に滴下し、加水分解を行っ
た。その後、過塩素酸マグネシウム0.02重量部を加え、
撹拌して混合させた。これにシリコン系界面活性剤0.08
重量部を加えて塗料とした。

以上のように調整した溶液(a)に、(2)によりハードコー
ト層を形成した合成樹脂レンズを浸漬し、10cm／分の速
度で引き上げ、均一に塗布した。塗布したレンズは、８
０℃の熱風乾燥機で２０分間加熱乾燥した後、120℃の
熱風乾燥機で１時間加熱乾燥した。得られた被膜の屈折
率は1.59、膜厚は８４nmであつた。次に、前述の被膜の
上にさらに溶液(b)による被膜を設けた。塗布、および
硬化の方法は、溶液(a)の時と同じ方法で行った。得ら
れた被膜の屈折率は1.48、膜厚９０nmであつた。

このようにして得られた合成樹脂製レンズの可視光域の
平均反射率は片面で2.0％であり、良好な反射防止効果
が認められた。

実施例２ (1)合成樹脂レンズ基材には、実施例１の(1)を使用し
た。

(2)ハードコート層には、実施例１の(2)を使用した。

(3)反射防止膜 (c)γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン2.2重
量部、水分散アルミナゾル12.5重量部（日産化学工業
製，固形分１０％）、およびメタノール75.3重量部から
なる溶液に0.3規定の塩酸0.1重量部を徐々に滴下し、加
水分解を行った。その後、過塩素酸マグネシウム0.02重
量部を加え、撹拌して均一とした。これにシリコン系界
面活性剤0.08重量部を加えて塗料とした。

実施例１の(2)によりハードコート層まで形成してある
合成樹脂レンズに、前記の溶液(c)による被膜を設け
た。塗布、および硬化の方法は、溶液(a)の時と同じ方
法で行つた。得られた被膜の屈折率は1.58、膜厚８５nm
であった。次に前述の被膜の上にさらに溶液(b)による
被膜を設けた。

このようにして得られた合成樹脂製レンズの可視光域の
平均反射は、片面で2.1％であり、良好な反射防止効果
が得られた。

実施例３ (1)合成樹脂レンズ基材ジエチレングリコールビスアリルカ−ボネート３０重量
部，ベンジルメタクリレート１０重量部、ジアリルイソ
フタレート６０重量部、ジイソプロピルパーオキシジカ
ーボネート３重量部を混合して得られた溶液を、加熱・
重合させて得られたレンズを、実施例１の(1)と同様の
方法で表面処理する。このレンズの屈折率は1.55であつ
た。

(2)ハードコート層 γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン３６重量
部、メタノール分散チタンゾル１９重量部、およびエチ
ルセロソルブピ36.6重量部からなる溶液に、0.05規定の
塩酸8.2重量部を徐々に滴下し、加水分解を行った。そ
の後過塩素酸マグネシウム0.1重量部を加え、撹拌して
混合させた。これに、シリコン系界而活性剤0.1重量部
を加えて塗料とした。

以上のように調整した溶液に、合成樹脂レンズ基材を浸
漬し、２０cm／分の速度で引き上げ、均一に塗布した。
塗布したレンズは、８０℃の熱風乾燥機で３０分間加熱
乾燥した後、120℃の熱風乾燥機で１時間加熱乾燥し
た。屈折率は1.59、膜厚は４μｍであつた。

(3)反射防止層には、実施例１の(3)−(b)を使用した。
このようにして得られた合成樹脂製レンズの可視光域の
平均反射率は、片面で2.0％であり良好な反射防止効果
が認められた。

比較例１ (1)合成樹脂レンズ基材には、実施例１の(1)を使用し
た。

(2)ハードコート層には、実施例１の(2)を使用した。

(3)反射防止層 SiO₂,ZiO₂を、真空蒸着法により交互に５層設けた反射
防止層であり、ハードコート層側からみて、SiO₂,ZiO₂,
SiO₂の３層の合計光学膜厚が、約λ／４、次のZiO₂がλ
／４、最上層のSiO₂がλ／４の順で構成されている。こ
のようにして得られた合成樹脂製レンズの表面反射は0.
9％であつた。

以上の実施例１から４につき、透過率、耐擦傷性、耐熱
性、耐衝撃性を評価し、結果を表１に示した。なお、表
１における試験方法は下記のとおりである。

(1)透過率：分光光時計を使用し、可視域における透過
率を平均した。

(2)耐擦傷性：＃0000スチールウールにより荷重200ｇ
下、100往復させた後の被膜の状態をみた。

Ａ：ほとんど傷がつかないＢ：少し傷がつくＣ：多く傷がつく (3)耐熱性：熱風恒温槽中に１時間放置後でも外観上変
化のみられない温度。

(4)耐衝撃性：ＦＤＡ規格に従つて、鋼球落下試験を行
い、合格したものを○、不合格のものを×とした。

以上の如く、本発明の合成樹脂製レンズは、屈折率が
１．４８から１．５８の合成樹脂製レンズ基材Ａの表面
に、前記基材との屈折率の差が±０．０４以内の屈折率
をもち、膜厚が１から２０ミクロンの合成樹脂被膜Ｂに
よるハードコート層および該被膜の表面に、一層の膜厚
が７０から２００ミリミクロンである単層または多層か
らなる合成樹脂被膜Ｃによる反射防止層を設け、かつ前
記合成樹脂被膜Ｂ，および／または前記合成樹脂被膜Ｃ
を構成する層のうち、１層または２層以上が、下記の
（イ）（ロ）（ハ）を主成分としてなることを特徴とす
る合成樹脂製レンズ。

（イ）一般式が、（式中R¹は炭素数１〜６の炭化水素基、ビニル基、アミ
ノ基、イミノ基、エポキシ基、（メタ）アクリロキシ
基、フェニル基、およびメルカプト基から選ばれる少な
くとも１種を含む有機基、R²は水素、または炭素数１〜
６の（ハロゲン）炭化水素基、R³は炭素数１〜５の炭化
水素基、アルコキシアルキル基、または炭素数１〜４の
アシル基、ａおよびｂは０，１または２であつてａ＋ｂ
≧０）で示される有機シリコン化合物の１種または２種
以上。

（ロ）粒径１〜１００ミリミクロンの金属酸化物微粒子
のコロイド分散体。

（ハ）過塩素酸マグネシウム。

という構成をとることを特徴とする。

上記構成を採用したことにより、本発明の合成樹脂レン
ズは下記の如き顕著な効果を有するものである。すなわ
ち、第１に重合触媒として添加された（ハ）の過塩素酸
マグネシウムは、常温の状態ではコート液の重合を抑
え、コート後加熱することにより重合促進の効果を顕す
という他の触媒にはない特有の効果を有する。従つて調
合したコート液は常温で長期間の保存が可能である
（「ポットライフが長い」という。）。すなわち、液調
合後時間が経過してもコート液の粘度が変化しないの
で、一定の膜厚にコートを施することができ、常に安定
した被膜形成が可能となる。

第２に、合成樹脂基材Ａの表面に形成されたハードコー
ト層及び反射防止膜は合成樹脂被膜であるので、基材と
各層とは親和性に優れ、従つて可撓性、耐衝撃性、耐熱
性に優れた合成樹脂製レンズが得られる。また、反射防
止層は有機物であることから染色も容易で、美しい着色
が得られる。

更に、第３には基材とハードコート層との屈折率の差が
±0.04と小さいため、干渉縞の発生も抑えられという効
果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の反射防止膜構成による合成樹脂レンズ
であり、比較例１に示すものと同等の性能を有するもの
である。１５は合成樹脂レンズ基材、１４は合成樹脂に
よるハードコート膜、１３はSiO₂，ZiO₂，SiO₂の膜構成
で、合計の膜厚がλ／４であり、真空蒸着法により被膜
を形成ずてある。１２はZiO₂膜、または１１はSiO₂膜で
それぞれλ／４の膜厚を持つている。第２図は、本発明における膜構成による合成樹脂レンズ
であり、実施例１に相当する。２４は合成樹脂レンズ基
材、２３は合成樹脂によるハードコート膜、２２は屈折
率1.60の合成樹脂被膜、２１は屈折率1.48の合成樹脂被
膜である。第３図は、第１図に示すような真空蒸着法による反射防
止膜を有する合成樹脂レンズの分光反射率特性を示す。
図中の直線は、CR-39レンズを示す。第４図は、第２図に示すような、本発明による反射防止
膜を有する合成樹脂製レンズの分光反射率特性を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者出口博一長野県諏訪市大和３丁目３番５号株式会社諏訪精工舎内 (56)参考文献特開昭58−23001（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−74202（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折率が１．４８から１．５８の合成樹脂
製レンズ基材Ａの表面に、前記基材との屈折率の差が±
０．０４以内の屈折率をもち、膜厚が１から２０ミクロ
ンの合成樹脂被膜Ｂによるハードコート層および該被膜
の表面に、一層の膜厚が７０から２００ミリミクロンで
ある単層または多層からなる合成樹脂被膜Ｃによる反射
防止層を設け、かつ前記合成樹脂被膜Ｂ，および／また
は前記合成樹脂被膜Ｃを構成する層のうち、１層または
２層以上が、下記の（イ）（ロ）（ハ）を主成分として
なることを特徴とする合成樹脂製レンズ。（イ）一般式が、（式中R¹は炭素数１〜６の炭化水素基、ビニル基、アミ
ノ基、イミノ基、エポキシ基、（メタ）アクリロキシ
基、フェニル基、およびメルカプト基から選ばれる少な
くとも１種を含む有機基、R²は水素、または炭素数１〜
６の（ハロゲン）炭化水素基、R³は炭素数１〜５の炭化
水素基、アルコキシアルキル基、または炭素数１〜４の
アシル基、ａおよびｂは０，１または２であってａ＋ｂ
≧０）で示される有機シリコン化合物の１種または２種
以上。（ロ）粒径１〜１００ミリミクロンの金属酸化物微粒子
のコロイド分散体。（ハ）過塩素酸マグネシウム。