(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエチレンテレフタレートを含む、独立した偏光フィルムを、単一の鋳型表面を用いて、制御された湾曲した形に形成して、固定された輪郭を画定する、形成工程、
ここで、該形成工程は、鋳型表面を、１４５℃以下までの温度に加熱して；該フィルムを鋳型表面に横切って橋掛けして；該フィルムを鋳型表面に近づけるとこによって間接的に加温し；該フィルムに圧力をかけて該フィルムを鋳型表面に適合させて；鋳型表面に対向する該フィルムを冷却して、形成されたフィルムの形状を固定させて；圧力を解放して、該フィルムの光学または機械的特性を低下させることなく、該鋳型表面から、形成されたフィルムを取り出すこと；によってなされる、および
フィルムまたは光学品質のプラスチック部品の光学または機械的特性を低下させずに、前記形成されたフィルムを、光学品質のプラスチック材料中に組み込む工程、
を含む、光学品質のプラスチック部品の製造方法。
【請求項２】
前記形成工程がさらに、シーリング表面を下げて、前記フィルムを鋳型表面で保持することを包含する請求項１記載の光学品質のプラスチック部品の製造方法。
【請求項３】
前記形成工程が、空気圧のみからなる加圧によって形成される請求項１記載の光学品質のプラスチック部品の製造方法。
【請求項４】
鋳型表面が、前記制御された形成されたフィルムのための球面状の曲線を表している請求項１記載の光学品質のプラスチック部品の製造方法。
【請求項５】
鋳型表面が、前記制御された形成されたフィルムのための非球面状の曲線を表している請求項１記載の光学品質のプラスチック部品の製造方法。
【請求項６】
鋳型表面が、前記制御された形成されたフィルムのための球面状の曲線および非球面状の曲線を包含する曲線の組み合わせを表す請求項１記載の光学品質のプラスチック部品の製造方法。
【請求項７】
前記フィルムが、結晶性または半結晶性ナフタレンジカルボン酸ポリエステルを更に含有する請求項１記載の光学品質のプラスチック部品の製造方法。
【請求項８】
前記形成工程が、鋳型表面を８０〜１４５℃に加熱すること、該フィルムに１０〜５０ｐｓｉの圧力をかけて該フィルムを鋳型表面に適合させること、および、制御して形成されたフィルムを取り出す前に鋳型表面を７０〜８５℃に冷却させることを包含する請求項１記載の光学品質のプラスチック部品の製造方法。
【請求項９】
前記フィルムが、光学品質のプラスチック材料の表面または表面付近に結合されている請求項１記載の光学品質のプラスチック部品の製造方法。
【請求項１０】
ポリエチレンテレフタレートを含む、独立した偏光フィルムを、制御された湾曲した形状に成形して、光学品質のプラスチック部品の画定された輪郭を補完する、偏光フィルムの成形方法であって、該方法が下記工程：
単一の、湾曲した鋳型表面を、１４５℃以下までの温度に加熱する工程、
該偏光フィルムを、湾曲した鋳型表面に横切って橋掛けする工程、
該鋳型表面に横切って橋掛けされた偏光フィルムを間接的に加温する工程、
相補的な加熱鋳型表面を用いずに空気圧力をかけて該フィルムを湾曲した鋳型表面に適合させる工程、および
鋳型表面に対向する該フィルムを冷却させて、次に光学品質のプラスチック部品に組み込む際におけるフィルムの光学または機械的特性を低下させることなく、形成されたフィルムの制御された湾曲した形状を固める工程、
を含む、方法。
【請求項１１】
前記フィルムが、鋳型表面を加熱することにより間接的に加温される請求項１０記載の偏光フィルムの成形方法。
【請求項１２】
前記フィルムが、鋳型表面を冷却することにより冷却される請求項１０記載の偏光フィルムの成形方法。
【請求項１３】
空気圧のみの圧力を前記フィルムに加えて該フィルムを鋳型表面に適合させる請求項１０記載の偏光フィルムの成形方法。
【請求項１４】
鋳型表面が、前記制御された形成されたフィルムのための球面状の曲線を表す請求項１０記載の偏光フィルムの成形方法。
【請求項１５】
鋳型表面が、前記制御された形成されたフィルムのための非球面状の曲線を表す請求項１０記載の偏光フィルムの成形方法。
【請求項１６】
前記フィルムが、結晶性または半結晶性ナフタレンジカルボン酸ポリエステルを更に含有する、請求項１０記載の偏光フィルムの成形方法。
【請求項１７】
前記鋳型の加熱が、鋳型表面を８０〜１４５℃に加熱した後に止められる、請求項１０記載の偏光フィルムの成形方法。
【請求項１８】
１０〜５０ｐｓｉの圧力を前記フィルムに加えて、該フィルムを鋳型表面に適合させる請求項１７記載の偏光フィルムの成形方法。
【請求項１９】
前記フィルムが、形成されたフィルムを取り出す前に鋳型表面を７０〜８５℃に冷却することにより冷却される請求項１８記載の偏光フィルムの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願とのクロスリファレンス
本出願は、1999年12月29日出願の米国特許出願第09/475,424号の一部継続出願である。これにより、前記出願の内容を参照としてここに完全に挿入する。
【０００２】
発明の背景
本発明の分野は、光学品質のプラスチック部品における形成されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）偏光子フィルム(polarizer film)の使用に関する。
【０００３】
種々の偏光膜(polarizing film)が存在することが知られている。しかし、従来の偏光膜は、ＰＥＴから構成されていなかった。この事実は、主に、ＰＥＴの不活性特性に起因する。そのため、光学品質の偏光部品におけるＰＥＴ偏光膜の使用は、前記親出願にも開示しているように、独特な技術革新である。さらに、前記親出願にも開示しているように、このような偏光部品は、低い曇りが要求される眼科用レンズ（半完成もしくは完成した処方または非処方のブランク、レンズ、ゴーグル、バイザー、シールド）、偏光フェースマスクまたはシールド、および偏光ディスプレイ装置または窓を包含する。
【０００４】
前記の光学用途全てに関して、(1)偏光膜を制御された再現性のある湾曲により光学部品の輪郭を達成することと、(2)光学-プラスチック構造物における偏光子フィルムの制御された配置という２つの要件を満みたさなければならない。
【０００５】
眼科用レンズ用に製造される大抵の成形フィルムは積層される。すなわち、所望の光学または機械特性（偏光、光学濃度、色、耐破壊性など）を有する薄い材料は、より取り扱い易くするために別々の２つのプラスチック層間に挟まれる。これらのシートはしばしば、接着剤で結合されるが、化学結合されていてもよい。接着剤によるまたは加熱による積層技術は周知である（例えば、プラスチックス・エンジニアリング・ハンドブック、492頁以降、ザ・ソサイエティ・オブ・プラスチックス・インダストリー・インコーポレイテッド、ニューヨーク、1960年）。米国特許第5,286,419号明細書および同第5,051,309号明細書には、１層以上の支持体層の積層物を偏光子と組み合わせて加熱および成形することが開示されている。これらの特許公報の内容を全てここに参照として挿入する。
【０００６】
積層に関する問題は、応力下において、結合した層が剥離して、最終製品の外観または完全性を低下させる欠陥を残すかもしれないことである。そのために、技術を開発して、独立したフィルムを所望の形状に形成しようとしている。
【０００７】
独立したフィルム技術は、通常、フィルムを直接軟化点まで加熱することを伴うので、圧力、真空、またはこれら両者の組み合わせを使用して、フィルムを鋳型の形状に押しつける。これらの技術を通常の偏光子フィルム（例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ））に適用することに関する明確な問題は、フィルムを鋳型の形状にするために十分に軟化するのに要する高温加熱が、フィルムの光学および／または機械特性にダメージを与えることである。従って、偏光子フィルムまたは形成技術の改良が望まれている。
【０００８】
前記親出願に開示されているように、米国特許第5,059,356号明細書に記載されているようなＰＥＴから成る偏光膜は、入手し易さ、かなり良好な耐熱性、耐湿性および耐溶媒性並びに良好な機械安定性など、ＰＶＡを超える幾つかの利点を有している。前記米国特許第5,059,356号の内容を全てここに参照として挿入する。
【０００９】
本発明者らは、ＰＥＴフィルムを利用した光学品質のプラスチック部品が、不活性なＰＥＴフィルムを光学構造物中に容易に組み込むことができれば、ＰＶＡフィルムなどの従来の偏光子を用いた光学構造物を越える利点を提供し得ることを見出した。すなわち、ＰＥＴ偏光子フィルムの好適な形成方法と、フィルムを構造物内に適正に配置する方法が望まれている。
【００１０】
ポリエチレンテレフタレートは、ブロー成形によってプラスチック容器を形成するのに広く使用されている。しかし、ブロー成形は、偏光ＰＥＴフィルムを形成するのには適さない。ブロー成形では、溶融ＰＥＴ材料をチューブとして押出した後、その一方を封入して、空気または他のガスを熱プラスチックチューブの内部に押出すことにより、冷却した外側の鋳型形状に膨張させる。第一に、このような封入形状は、通常開いて湾曲した形状を有する大抵の光学構造物には適さない。第二には、もっと重要なことに、この常套の方法は、ＰＥＴを溶融する必要があって、これが前記フィルムの偏光効果を無効にすることがあった。
【００１１】
ＰＥＴフィルムの偏光効果の同様の損失が、別の常套の方法、熱または溶融材料の真空形成を用いた場合にもたらされることがあった。加えて、真空形成は、鋳型にバイアスをかけて(vias)、取り込まれた空気を取り除く必要がある。このようなバイアスは、偏光子フィルム上に容認できないマークを残して、最終部品に光学歪をもたらす。
【００１２】
別法によれば、ＰＥＴフィルムは、例えば、米国特許第5,641,372号明細書および同第5,434,707号明細書に記載されているような当業者に周知の方法によって曲げるまたは形成されてよい。前記米国特許第5,641,372号および同第5,434,707号の内容を全てここに参照として挿入する。特に、米国特許第5,641,372号明細書には、真空と液圧を使用して、材料の加熱したシートを鋳型表面に押しつけることが記載されているが、米国特許第5,434,707号明細書には、加熱と２５０〜３００ｐｓｉの範囲の圧力下で積層部品を形成することが記載されている。
【００１３】
通常の偏光子積層品または独立したＰＶＡフィルムを形成するのに使用される前記技術は、ＰＥＴ偏光子フィルムを形成するのには適当ではない。とりわけ、ＰＥＴ偏光子フィルムの厚さは１００μｍまでである。積層品の最小厚は０．６ｍｍであって、これは熱伝達にはかなり大きな量である。加えて、（偏光子フィルムのいずれかの面上に保護熱可塑性層を有する）積層構造物は、偏光子が外側の保護層よりも低い熱で処理されることを意味している。この構造物は、挟まれたフィルムの偏光特性が、独立したＰＥＴフィルムの特性よりも危険晒されるのにより適さないことを表している。他方、独立したポリビニルアルコールフィルムは、通常、約３０μｍ厚であり、ＰＥＴ偏光子フィルムよりも非常に低い粘性を示す。このため、これらの厚くて弱いフィルムが、ＰＥＴ偏光子フィルムよりも容易に鋳型形状から押出される。
【００１４】
従って、偏光子フィルムを湾曲した形状に形成して、通常の光学用途の輪郭を達成し、その後、形成されたフィルムを光学品質のプラスチック部品に、前記フィルムの光学および／または機械的特性を低下させずに、信頼性良く組み込むための改良方法が望まれている。
【００１５】
発明の要旨
好ましい態様は、光学用途に好適な湾曲した形状に形成されたＰＥＴ偏光膜を有する光学品質のプラスチック部品、および前記フィルムを光学構造物の表面に対して信頼性良く配置する方法に関する。加えて、前記フィルムの光学性能および表面品質は、好ましくは、眼科用レンズやディスプレイなどの光学品質の構造物に要求される高いレベルに保持される。様々な他の態様は、前記要素の全てではなく、そのうちの幾つかを利用しても、あるいは別の改良を包含していてもよく、同時に、ＰＥＴフィルムを用いた光学品質のプラスチック部品の利点を得ることもできる。
【００１６】
図面の簡単な説明
本発明の種々の目的、特徴および利点は、以降の「好ましい態様の詳細な説明」を、添付の図面と合わせて考察することによりより良く理解できる。
図１は、好ましい態様に従ってＰＥＴ偏光子フィルムのための一般的な形成プロセスを表すフローチャートであり、
図２は、湾曲したフィルム片を得るための加熱および冷却コイルを装備した模範的な形成装置を表し、
図２ａは、図２に示すシーリング表面の詳細な図面であり、
図２ｂは、図２に示す加熱／冷却コンビネーションコイルの詳細な図面であり、図２ｃは、図２に示す鋳型表面の詳細な図面であり、そして
図３は、湾曲したフィルム片を得るための電気ヒーターおよび別個の冷却コイルを装備した別の模範的な形成装置を表す。
【００１７】
好ましい態様の詳細な説明
好ましい態様を、図面を参照しながら説明する。説明を分かり易くするために、一図面中の要素を表す数字は、別の図面で使用する場合も同じ要素を表す。
【００１８】
前記親出願に開示しているように、光学品質のプラスチック基材（例えば、レンズ基材）は、熱硬化性材料または熱可塑性材料を包含していてよい。熱硬化性材料に関して、好ましい材料は、ジエチレングリコールビス(アリルカーボネート)またはジアリルジグリコールカーボネートを起源とするポリマーを包含し、例えば、ピーピージー・インダストリーズ・インコーポレイテッド(PPG Industries, inc.)製ＣＲ−３９(登録商標)またはアクゾ・ノベル(Akzo Nobel)ブランドのＮＳ205が挙げられる。光学品質のプラスチック基材は、1,3-ブチレングリコールジメタクリレート、アクリロニトリル、アリルメタクリレート、エトキシメチルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレートのポリマー、アリルエステル、アリルエステルとスチレンまたはビニル系モノマーとのコポリマー（例えば、ジアリルマレエート、ジアリルフタレート、メタリルメタクリレートなど）、およびビニル官能基、イソシアネート、ウレタン、硫黄含有芳香族ビニル化合物および臭素含有芳香族アクリル化合物などを含有する高いインデックスのコポリマーのような他の熱硬化性材料を包含していてよい。
【００１９】
熱可塑性材料に関し、好ましい材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂を包含し、例えば、ペンシルバニア州ピッツバーグのバイエル・インコーポレイテッド(Bayer Inc.)から商品名Makrolon(登録商標)ＤＰＩ-1821または-1815として、あるいはジェネラル・エレクトリック(General Electric)からLexan(登録商標)ＯＱ2720として販売されているものが挙げられる。光学品質のプラスチック基材は、他の熱可塑性材料を含有していてよく、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリスチレン、およびＰＣとポリウレタン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリスチレン、非晶質ポリオレフィンおよびアクリル樹脂との混合物が挙げられる。
【００２０】
ＰＥＴフィルムは、好ましくは、眼科用標準に適合する非常に高い光学品質のもの、例えば、日本国横浜のアール・アンド・エス・エンタープライジーズ(R & S Enterprises)によって分配される開発フィルム99-04であり、これは、偏光効率が少なくとも９６．３％、および透過率平均（４００〜７００ｎｍ）が１４〜１８％である。本発明は、一般に、アール・アンド・エス・エンタープライジーズによって分配される開発フィルム99-04の標準アニール形態のものよりも非アニール形態が好ましい。ＰＥＴフィルムは、ポリエチレンナフタレートポリエステル、またはエチレングリコール、ナフタレンジカルボン酸およびテレフタレートなどの幾つかのほかの酸から生成されるコポリマーのような結晶性または半結晶性ナフタレンジカルボン酸を更に含有していてよい。
【００２１】
好ましい態様ではＰＥＴフィルムを利用するが、以降に開示する形成技術は、他の熱官能性ポリマーフィルムまたは他の熱官能性添加物を含み得るＰＥＴフィルムにも適用できる。このような添加物としては、有機染料または着色剤、フォトクロミック剤、および紫外線、赤外線または選択的な可視光吸収剤が挙げられる。
【００２２】
以降に開示する形成技術は、図１に例示するように、複雑でしかも偏光膜の光学および／または機械的特性にダメージを与える恐れがある常套の技術に比べて、より信頼性の高い光学品質の部品であると解される。
【００２３】
図１で表すように、本発明の態様によれば、常套のフィルム形成技術に比べて、フィルムが、鋳型の表面と接触して配置される前に活発に加熱されない。従って、以下の２つの理由から、劣化があまり生じない。第一に、フィルムが、フィルムの燃焼または変色をもたらす過剰な熱に付されない。そして第二に、フィルムが、偏光子を整備不良にする耐えられない応力に付すほど加熱されない。前記特徴をいずれも保存することが、好ましくは製品の有用性に対して理想である。
【００２４】
図１に詳細に示すように、このＰＥＴフィルム形成用フローチャートは、「下方鋳型を約８０〜９０℃に加熱する」工程12で始めて、ＰＥＴフィルムを一番下の好ましいセッティング10で形成することを示している。有利には、工程12は、フィルムを形成するために単一の鋳型表面を加熱することを伴う。すなわち、工程12は、前記ブロー成形技術のような従来のＰＥＴ形成技術を改良したものである。これは、一般には、前記技術が、匹敵する形成用表面の高価で更なるケアを要し、しかもどの場合もおそらくフィルムの偏光特徴を低下させ得るためである。工程12では、単一の鋳型表面を、ＰＥＴ偏光膜のガラス転移温度（６９℃）を超えるがフィルムの融点（〜２５０℃）よりかなり低い温度まで加熱する。好ましい鋳型温度は、例示的に定義すると、約１３５℃であるが、約８０〜９０℃程度の温度が首尾良く使用され得る。鋳型の温度が（１４５℃を超えて）更に上昇すると、この余分な加熱がフィルムを焼付けたり、変色させたり、または変形させる。
【００２５】
図１中の次の工程は、「ヒーターの電源を切って、ＰＥＴフィルム片を下方鋳型表面を横切って配置させる」工程14を表している。工程14では、ヒーターの電源を切り、ＰＥＴ偏光膜を、鋳型表面の限界をあらわす両縁を横切って橋渡しする。鋳型は、球面状、円筒形、または球面状、円筒形および円環面要素などの形状を組み合わせた複雑な曲線を包含していてよい。
【００２６】
例えば、特定の光学用途には、非球面形状がしばしば望まれる。実際、非球面は、眼科用プログレッシブレンズに一般に使用されている。前記光学用途のためのこの形状を得るために、主要な視野のための球の曲率半径が８４ｍｍまでの鋳型が必要とされるが、読み領域でのより高いレンズパワーに関しては、１５ｍｍ未満の距離に亙って変更して、たった４７ｍｍの球半径を達成できる。本発明の態様は、この種の輪郭に合うように作られた用途に、「折り畳み」、「しわ」または「別の物理的な欠点」をフィルムにもたらすことによって前記フィルムの光学特性を低下させたり、あるいは要求されている偏光作用を損なうことなく、前記フィルムを制御良く形成できる。
【００２７】
図１を参照すれば、次の「シーリング表面をＰＥＴフィルムを担持する鋳型表面まで下げて、約３０秒間加温する」工程16は、ＰＥＴ偏光子フィルムの背後にシーリング表面を押しつけて、フィルムの少なくとも縁を所望の鋳型表面に対してあるいはその両縁上のシーリングまたはガスケット材料に対して保持することを伴う。フィルムの背後のシーリング表面は、最終形状に合わせた輪郭を形成していたり、鋳型表面の縁の一般的な配置以外でＰＥＴフィルムに接触している必要はない。換言すると、これは平坦であっても、フィルムを鋳型の縁に対して保持する通常の態様の形状であってもよい。中実の部品、例えば、平坦な金属シートまたは柔軟な変形可能なプラスチックなどが使用され得る。好ましくは、シーリング表面は、適度な圧力を掛けた時に、フィルムを前記縁に対して静止して保持するように適合されなければならない。
【００２８】
フィルムは、鋳型表面の縁に直接押しつけられても、シーリングまたはガスケット材料によって前記縁と分離されていてもよい。同様に、シーリング表面は、フィルムに直接接触していても、あるいはガスケット、Ｏ-リングまたは他のシーリング媒体によってフィルムから離れていてもよい。従って、シーリング表面は、定位置で固定され、ゆるく加えられた圧力に耐えて、この加えられた圧力をフィルムに対して比較的平等に伝えて、そして最終作業領域ではフィルムを変形させないように適合されなければならない。
【００２９】
フィルムが鋳型の縁に対して密閉されると、この閉じた環境は、鋳型の余熱によって加温される。この加温は、工程16に示すように、一般には約３０秒間要する。
【００３０】
図１によれば、シーリングおよび加温工程16の後、「約５０ｐｓｉの成形圧を約１５秒間加える」活発な形成工程18が表されている。活発な形成工程18において、加えられる圧力は、ＰＥＴフィルムの背後のシーリング表面を通してまたはこの表面の移動によって加えられて、フィルムを鋳型表面と同じ輪郭にする。この圧力を加える方法の好ましい一態様は、空気または他の加圧ガスをシーリング表面を介してフィルムの後ろに導入することである。この圧力は、金属裏張りプレート中の単一経路または多孔性の裏張りプレート中の複数の経路を通じて伝わってよい。あるいは、変形可能なシーリング表面を使用する場合は、圧力を間接的に加えられてもよい。変形可能なシーリング表面を用いる場合、加圧ガスは、シーリング材料に伝わった後、フィルムからの距離を変え、間接的な圧力の波を形成して、鋳型に対してフィルムを押しつけることができる。
【００３１】
活発な形成工程18において、好ましい圧力範囲は約１０〜２０ｐｓｉであり、最も好ましくは約１５〜２０ｐｓｉである。５〜５０ｐｓｉの範囲の圧力が使用され得る。前記範囲の上限の圧力は、より低い鋳型温度を使用する場合に好ましい。高圧力では、許容できない「しわ」が、シーリング表面またはシーリングガスケットに生じることがある。加えて、より高い圧力は、フィルムが形成表面に平等に適合できないために、主要な鋳型表面において「しわ」または「変形」を生じさせることがある。
【００３２】
前記形成態様において、圧力は、鋳型の形状に依存して約１５〜４５秒加えられてよい。より深いまたはより複雑な（非−球面状の）鋳型形状においては、僅かに長い形成時間を使用する。工程18に示すように、約５０ｐｓｉの圧力は約１５秒間加えるが、本発明では前記以外の圧力が考えられることに注意すべきである。
【００３３】
有利には、前記形成態様によれば、取り込まれたガスの排除または鋳型表面に対するフィルムの牽引には活性な真空を使用しない。この改良点は、製造方法および形成装置要件を簡易にして、真空ポートに対してフィルムが活発に引っ張られることによって生じる変形を回避する。にもかかわらず、真空援助が望まれる場合は、任意に、排気孔(vent hole)または溝をフィルム形成装置に組み込むことができる。
【００３４】
工程18の短い形成時間後、図１に開示された次の工程は、「冷却弁を開けて、鋳型を約７０℃まで冷却する」20である。工程20は、本発明の方法におけるもう一つの好ましい段階（すなわち、鋳型の冷却）を表している。前記形成技術を用いれば、前述のように、形成鋳型のみが加熱されるが、残りの形成装置は、ほぼ室温で保持されている。この利点は、製造要件を簡易にして、ＰＥＴフィルムが形成プロセスで過熱されないことを確実にする。従って、工程20では、形成鋳型表面のみを活発に冷却することが好ましい。別態様では、間接的であっても、より迅速な熱伝達のために、上方のシーリング表面中に別の冷却を包含してもよい。
【００３５】
工程20では、鋳型を好ましくは約７０〜８５℃、最も好ましくは約７５℃に冷却する。図１では最も下に示すように、工程20は、鋳型を約70℃まで冷却してよいと記載している。この短い鋳型の冷却工程により、フィルムを新しい形状に更に「調節」できる。鋳型温度で取り出されると、フィルムは鋳型表面を、再生可能な光学構造物のために十分に再生できない。フィルムを、まだ温かいうちに鋳型に接着させるという方法もある。
【００３６】
好ましい態様によれば、鋳型表面はフィルムを加熱および冷却するための能動的な要素である。鋳型表面を通常は低温に保持して熱い（溶融）材料を所定の場所で単に凍結させる常套の形成技術とは対照して、好ましい態様は、保護用熱可塑性シートを用いずに、フィルムの光学特性を低下させずに、しかもその機械的完全性を低下させるフィルムへの熱損傷を生じさせずに、偏光ＰＥＴフィルムを有利に形成することができる。
【００３７】
図１に例示した形成プロセスにおける最終工程は、「冷却弁を閉じ、形成用の加圧を止め、シールを上げて、形成されたウェハー(wafer)を取り出して、ヒーターの電源を切る」22である。工程22は、加圧および冷却サイクルの終点であり、シーリング表面を取り除くことにより、形成されたフィルムを成形装置から取り出すことができる。この時点で、工程12に戻って前述の通り、別のフィルム片を用いて形成サイクルを始めてよい。
【００３８】
図１のフローチャートで例示された前記態様を用いてフィルムを形成した後、フィルムを、前記親出願および発明の名称：「トリーテッド・ポリエチレン・テレフタレート・ポーラライジング・フィルムズ・フォア・インプローヴド・アドヒージョン・イン・オプティカル・パーツ(Treated polyethylene Telephthalate Polarizing Film For Improved Adhesion In Optical Parts)」の2000年5月10日出願の関連する一部係属出願に記載されているように、表面処理に付してよい。前記親出願および一部係属出願の内容を全てここに参照として挿入する。前記特許に開示されている表面処理は、有利なことに、この不活性なＰＥＴ偏光膜を、種々の光学品質のプラスチック部品を得るために、熱硬化性、熱可塑性および反応−射出成形材料を含む通常の光学品質のプラスチック材料に完全に接合させる。更に、この方法は、形成されたフィルムを、現存する光学プラスチック構造物との接着積層により、あるいは備品の外側表面または多層部品の表面間との結合により組み込むこともできる。
【００３９】
熱硬化性または反応−射出成形混合物のための更なる改良点は、1999年11月22日出願の米国特許出願第09/447,445号に記載の装置を使用することである。前記米国特許出願第09/447,445号の内容を全てここに参照として挿入する。ここに記載の成型装置は、光学品質のプラスチック構造物中へのフィルムのより正確な配置、およびフィルムの両面周囲への液体モノマーのより高度に制御された導入を可能にする。
【００４０】
１．実施例のあらまし
形成あれたＰＥＴ偏光膜を形成および使用するための好ましい態様を、以降の実施例による詳細に記載する。これら実施例は、単なる例示として意図されるものであることから、一般的な開示の範囲内の改良および変更は当業者には自明である。
【００４１】
実施例１〜５は、一適用に関する前記形成技術の使用、特に熱可塑性眼科用レンズの製造を表している。実施例３は、実施例４および５に記載の好ましい態様の利点と対照して、非−球面湾曲光学部品のための現存する積層偏光子技術を使用する際の本質的な制限を示している。
【００４２】
図２は、湾曲フィルム片を得るための加熱および冷却コイルを装備した例示的な形成装置50を表している。実施例１で利用する場合、このポリマーフィルム形成装置50は、フィルム56と鋳型表面52の間に取り込まれた空気を排出させるための貫通した排気孔54を有する、凹状の（均一な、または輪郭の形状）加熱可能な鋳型表面52を含んで成る。単一の孔54として示されているが、フィルムが鋳型52に押しつけられるとガスを排出させるためのこの手段は、材料中に取り込まれたガスを放出させるための鋳型中の最小の孔または鋳型52の縁にある最小の溝の形態であってよい。従って、別の排気孔が添加されてもよく、所望により、活性な真空を使用して取り込まれた空気を除去してもよい。有利なことに、以降の実施例ではいずれも、更なる孔や真空を用いなかった。
【００４３】
形成中のフィルムのマーキングを低減するために、排気孔54は、非常に小さな（好ましくは０．００１インチ(0.001'')未満の）孔で鋳型表面を貫通する。この排気孔は、真空と共に任意に使用する場合は、鋳型表面52の背後に広がっていてよい。鋳型表面52および排気孔54を、図２ｃにより詳細に示す。
【００４４】
シーリング表面58は、フィルム56上に直接配置されているか、または好ましくは、封入用Ｏ-リング60で示されるガスケット、Ｏ-リングまたは他の緩衝材料を用いて僅かに離れている。シーリング表面58は、図２ａに最も好ましく示すように、封入用Ｏ-リング60を保持するための溝67を鋳型表面52の縁の位置に有する中実で平坦な金属プレートであってよい。この封入用Ｏ-リング60は、鋳型表面52の曲面か鋳型表面52の縁に配置されていてよく、またはシーリング表面58をより大きくして、鋳型52の曲面の周囲の平坦な領域で封入を生じさせてもよい（図２参照）。
【００４５】
エアーラム(air ram)62または他の好適な装置は、圧力を提供して、封入用Ｏ-リング60をフィルム56にしっかりと保持し得る。別法として、シーリング表面58は、不浸透性であるが変形可能な材料であってよく、これは、フィルム56を圧力下で接触させて鋳型表面52に押しつけるか、あるいは圧力波を前記表面52に向けるようにフィルム56に伝える。
【００４６】
加熱／冷却コンビネーションコイル64は、鋳型表面52を加熱してよい。このコイル64を、図２ｂに、より詳細に示す。加熱および冷却したコイルは、コイル64を通じて循環される。良好な熱伝導性を有する他の材料（液体、固体または気体）を使用して、鋳型表面52の加熱および冷却を行ってもよい。
【００４７】
（平坦または予め湾曲している）フィルム56を、図示するように挿入して、鋳型表面52を横切って橋渡しする。任意の真空を使用するのであれば、フィルムを鋳型表面52上に引き寄せるように適用する。前記実施例では、空気（または他のガス）圧を、シーリング表面58のガス圧ポート66を通じてフィルム56の反対側に加えた。鋳型表面52とシーリング表面58で表される閉じた環境中での更なるガス圧が、フィルム56を鋳型表面52に押しつけた。次いで、フィルム56を圧力下で冷却する。その結果、凹状の鋳型表面52の形状および曲線を有するフィルム56が得られる。
【００４８】
Ａ．実施例１
上述の通り、実施例１では、図２に示す形成装置50を使用した。この実施例において、成形装置50には、半径１２４．７ｍｍ（４．２５ジオプター、屈折率１．５３に相当）の球面状の凹面形状に曲げた鋳型表面52が設けられていた。加熱および冷却は、熱オイル貯蔵器（１６０℃）と冷オイル貯蔵器（２１℃）からコンビネーションコイル64を通じて供給された。
【００４９】
鋳型表面52を143℃の温度まで加熱した。次いで、封入用Ｏ-リング60および鋳型表面52を装備したシーリング表面58を、圧搾空気により分離して、平坦なＰＥＴ偏光膜56片を鋳型表面52を横切って橋渡しした。その後、シーリング表面58とＯ-リング60をエアーラム62圧４０ｐｓｉによってフィルム56上に下げて気密シールを形成した。
【００５０】
ＰＥＴフィルム56をこの閉じた環境で６０秒間加温した。加温期間後、ガス圧ポート66を通じて空気を２０ｐｓｉ圧とした。この圧力を３０秒間加える。次いで、熱伝達のためにオイルの流れを方向付ける弁（図示せず）を加熱から冷却に切りかえて、形成されたフィルム56を圧力下で７４℃まで冷却した。次に、形成圧を取り除いて、シーリング表面58を上げて、形成したＰＥＴフィルム56を取り出した。
【００５１】
この時点で、熱伝達弁を切り替えて、加熱オイルを装置50に入れて、次の形成サイクルのために準備した。前記技術に関する合計サイクル時間は、コイル64の通常の熱伝達ラインを加熱および冷却するのに要する時間に本来は起因して１０分までであった。
【００５２】
形成されたＰＥＴ偏光膜56の曲線を、４．２５ジオプターのテンプレートと比較して評価した。形成されたフィルム56は、この曲線に非常に良く適合していた。形成されたフィルム56は、平坦なフィルムと同じ表面品質であり、その偏光作用も同等であった。この形成されたフィルム56をある形に切断して、その後、光学品質のＰＣ樹脂と共に射出成形して、良好な光学品質の偏光レンズを生成した。
【００５３】
Ｂ．実施例２
改良されたサイクル時間のために、形成装置を加熱および冷却する別法を評価した。図３は、別の改良された模式的な形成装置80を示しており、装置50と同様であるが、湾曲したフィルム片を達成するために電気ヒーター82と別個の冷却コイル84を装備している。図３に示すように、鋳型表面86は、電気ヒーター82を用いて加熱され、そして別個の冷却コイル84により、閉じたループ系で冷却される。この場合、冷却材はオイルであって、冷蔵室により１３℃に保持した。別の冷却材を使用してもよい。熱電対ゲージ88を用いて系の温度をモニターしてもよい。
【００５４】
図３に示すように形成装置80には、半径６４．２４ｍｍ（８．２５ジオプター、屈折率１．５３に相当）の球面状の凹面形状に湾曲した鋳型表面86を装備した。
【００５５】
電気ヒーター82の出力変圧器を１００％に設定して、熱電対88が１４０℃を示すまで加熱した。ＰＥＴ偏光膜90片を鋳型表面86を横切って橋渡しした。次に、シーリング表面92とＯ-リング94をエアーラム圧４０ｐｓｉでフィルム90上に下げて気密シールを形成した。ヒーター82の変圧器の電源を切って、ＰＥＴフィルム90をこの周囲の閉じた条件で４５秒間加温した。初期加温期間後、空気圧をガス圧ポート96を通じて２０ｐｓｉにした。装置を、１３５℃においてこの圧力で３０秒間保持した。その後、冷却弁（図示せず）を開けて、冷却したオイルをコイル84に導入して、形成したフィルム90を圧力下で温度が７４℃になるまで冷却した。形成圧を取り除き、シーリング表面を上げて、形成されたＰＥＴフィルム90を取り出した。
【００５６】
この時点で、冷却弁を閉じて、変圧器を再スタートさせ、次の形成サイクルを開始した。図３の装置に関して、サイクル時間が６分未満短縮された。サイクル時間の更なる改良は、別の加熱／冷却システムを用いると可能である。
【００５７】
形成されたＰＥＴ偏光膜90の曲線を、８．２５ジオプターのテンプレートと比較して評価した。形成されたフィルム90は、この曲線に非常に良く適合していた。形成されたフィルム90は、平坦なフィルムと同じ表面品質であり、その偏光作用も同等であった。この形成されたフィルム90をある形に切断して、その後、光学品質のＰＣ樹脂と共に射出成形して、良好な光学品質の偏光レンズを生成した。
【００５８】
Ｃ．実施例３、４および５のあらまし
実施例３、４および５は、本発明の態様による、非球面光学部品のための標準的な熱可塑性偏光子成形技術を比較している。
【００５９】
光学設計には、しばしば非球面が要求される。眼科用産業における一例がプログレッシブレンズの設計である。このレンズは、８０ｍｍ以下の面積に亙って球面および／または非球面状の混合曲線範囲を有する。例えば、6-200で示される通常のプログレッシブレンズ設計は、レンズの遠用部(distance portion)での曲率の球面半径が約８４．８ｍｍ（パワー６．２５ジオプター、屈折率１．５３に相当）である。このレンズの遠用部では、距離１５ｍｍ未満を超えて、読み領域での曲率半径約６４ｍｍまで変化する。この曲率は非球面コンビネーション中で混合されて、最終レンズの輪郭を和らげる。
【００６０】
ｉ．比較例３
市販の６．２５ジオプターＰＣ／偏光膜／ＰＣ積層物湾曲ウェハー（０．８ｍｍ厚）を得た。曲線は、６．２５ジオプターのテンプレートと比較して確立した。この偏光子ウェハーを、6-200設計と同じ輪郭の凹状のインサート鋳型表面を有する標準的な熱可塑性射出成形機の空洞に配置した。光学品質のＰＣを標準的な射出成形温度および圧力で入れて、この偏光子ウェハーを組み込んだ6-200レンズを形成した。
【００６１】
形成されたレンズの光学特性を目視評価し、そして光学焦点距離測定により評価した。肉眼での目視評価では、曲線変化に沿って、より急勾配の（短い方の）半径までに歪みが観られた。更に悪いことに、ウェハーがこの変化領域でレンズの主要本体から剥離することもあった。この結果は、明らかに工業基準に適合していない。焦点距離測定では、鋳型インサート上での測定から予想される半径６６３．３〜６３．５ｍｍの読み領域において、半径６５〜６３．８ｍｍだけが達成されることが分かった。この比較例は、標準的なウェハー技術が非球面鋳型形状に従うか、あるいは好適な光学製品を製造するのには十分に適合していないことを示している。
【００６２】
ii．実施例４
６．２５ジオプターの球面状の凹状鋳型表面86を用いたこと以外は、前記装置80と実施例２の方法を使用した。
電気ヒーター82の出力変圧器を１００％に設定して、熱電対88が１４０℃を示すまで加熱した。平坦なＰＥＴ偏光膜90片を、鋳型表面86を横切って橋掛けするように配置した。次に、シーリング表面92とＯ-リング94をエアーラム厚４０ｐｓｉでフィルム90上に下げて、気密シールを形成した。ヒーター82変圧器の電源を切って、ＰＥＴフィルム90をこの周囲の閉じた条件下で３０秒間加温した。初期加温期間後、空気圧は、ガス圧ポート96を通じて２０ｐｓｉにした。装置80を、１３５℃においてこの圧力で３０秒間保持した。その後、冷却弁を開けて、コイル84に冷却されたオイルを入れて、形成されたフィルム90を圧力下、温度が７４℃に達するまで冷却した。次いで、形成圧を取り除いて、シーリング表面92を上げて、形成されたＰＥＴフィルム90を取り出した。
【００６３】
形成されたフィルム90の曲率を６．２５ジオプターのテンプレートで確かめた。この形成された偏光膜90をある寸法に切断して、6-200設計と同じ輪郭の凹状のインサート鋳型表面を装備した標準的な熱可塑性射出成形機の空洞に配置した。光学品質のＰＣを標準的な射出成形温度および圧力で入れて、前記偏光膜90を組み込んだ6-200レンズを形成した。
【００６４】
得られたレンズには、異なる曲率半径の変化領域に沿った視覚的な歪が観られなかった。加えて、正確な光学レンズパワーが得られた。しかし、この球面状のフィルム90は、球面状よりむしろ非球面状のために存在する別の表面積を被覆できなかった。そのため、レンズの縁部分には、偏光膜９０で被覆されていない部分があった。この結果は、より大きな直径が必要であるか、あるいは非球面状に形成されたフィルムが非球面設計による組込みにより適合し得ることを示唆している。
【００６５】
しかしながら、より大きな直径の球面状に形成されたフィルムは、射出成形装置には容易に収納されない。この部分は、射出成形インサート内に安全に適合しないか、あるいはインサートの縁に重なっている。このことは、射出成形空洞が適性に閉じるのを抑制させ、その結果、この部分を破壊することがある。ある種の改良および収納が可能であるが、より広い製造許容度のために、非球面状のフィルムの選択が望ましい。この要求を実施例５で調査する。
【００６６】
iii．実施例５
非球面凹状鋳型表面86を用いたこと以外は、装置80と実施例２の方法を使用した。この非対称鋳型86は、実施例４に関連して上述の通り、6-200プログレッシブレンズ設計の前面の混合輪郭を有していた。電気ヒーター82の出力変圧器を１００％に設定して、熱電対88が１４０℃を示すまで加熱した。平坦なＰＥＴ偏光膜90片を、鋳型表面86を横切って橋掛けするように配置した。次に、シーリング表面92とＯ-リング94をエアーラム厚４０ｐｓｉでフィルム90上に下げて、気密シールを形成した。ヒーター82変圧器の電源を切って、ＰＥＴフィルム90をこの周囲の閉じた条件下で４５秒間加温した。初期加温期間後、空気圧は、ガス圧ポート96を通じて２０ｐｓｉにした。
【００６７】
装置80を、１３５℃においてこの圧力で３０秒間保持した。その後、冷却弁を開けて、コイル84に冷却されたオイルを入れて、形成されたフィルム90を圧力下、温度が７４℃に達するまで冷却した。次いで、形成圧を取り除いて、シーリング表面92を上げて、形成されたＰＥＴフィルム90を取り出した。
【００６８】
形成されたフィルム90全体を、四角形の格子パターンで(at a square, checkerboard pattern)観察することによって、形成されたフィルム90の非球面性を目視観察した。形成されたフィルム90は、平坦なフィルムと同様の表面品質であり、偏光作用も同等であった。この形成された偏光膜90をある寸法に切断して、その後、光学品質のＰＣと一緒に射出成形して、良好な光学品質（正確な光学パラ-値を含む）の偏光プログレッシブレンズを形成した。
【００６９】
従って、ＰＥＴ偏光膜を含む光学品質のプラスチック部品およびその製造方法を開示している。前記製造方法は、部品の光学および／または機械特性を損なうことなく、光学部品の要求されている輪郭に適合するようにＰＥＴ偏光膜を形成することを組み込んでいる。本明細書には、好ましい態様を開示しているが、本発明の概念および範囲内に存続する多数の変更が可能である。このような変更は、本明細書および図面を調べた後で当業者には自明となるであろう。そのため、本発明者らは、特許請求の範囲の精神および範囲以外に制限されるべきではないと考える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のＰＥＴ偏光膜のための一般的な形成プロセスを表すフローチャートである。
【図２】  本発明の方法に使用する、湾曲したフィルム片を得るための加熱および冷却コイルを装備した模範的な形成装置を表す。
【図２ａ】  図２に示すシーリング表面の詳細な図面である。
【図２ｂ】  図２に示す加熱／冷却コンビネーションコイルの詳細な図面である。
【図２ｃ】  図２に示す鋳型表面の詳細な図面である。
【図３】  本発明の方法に使用する、湾曲したフィルム片を得るための電気ヒーターおよび別個の冷却コイルを装備した別の模範的な形成装置を表す。
【符号の説明】
10…ＰＥＴ偏光膜を形成するためのプロセスフローチャート、12、14、16、18、20、22…工程、50、80…ポリマーフィルム形成装置、52、86…鋳型表面、54…排気孔、56、90…フィルム、58、92…シーリング表面、60、94…封入用Ｏ-リング、62…エアーラム、64…加熱／冷却コンビネーションコイル、66、96…ガス圧ポート、67…封入用Ｏ-リング60を保持するための溝、82…電気ヒーター、84…冷却コイル、88…熱電対ゲージ
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
0004745588.tif 000004
【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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