JP2002069587A - メガネ部材用オーステナイト系ステンレス鋼線、並びに該鋼線で構成してなるメガネ用部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メガネ用フレームやテンプルなどメガネ用部
材として使用され、金属アレルギーの発生を抑えるとと
もに、成形性にもすぐれたオーステナイト系ステンレス
鋼線とその鋼線により構成してなるメガネ用部材を提供
する。 【解決手段】 本質的に、少なくともＣ：０．０６ｗｔ
％以下、Ｓｉ：１．０ｗｔ％以下、Ｍｎ：１６．０〜２
０．０ｗｔ％、Ｃｒ：１５．０〜１８．０ｗｔ％、Ｍ
ｏ：１．５〜３．０ｗｔ％、Ｎ：０．３５〜０．６０ｗ
ｔ％を含むとともに、Ｎｉを０．５ｗｔ％以下で構成さ
れ、かつ次式に示すＭｄ３０値を−１４０〜−２４０の
範囲にしたことを特徴とするメガネ部材用オーステナイ
ト系ステンレス鋼線。 Ｍｄ３０＝４１３−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−
８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−９．５Ｎｉ−１８．５Ｍｏ

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メガネ用フレーム
やテンプルなどメガネ用部材として使用され、金属アレ
ルギーの発生を抑えるとともに、成形性にもすぐれたオ
ーステナイト系ステンレス鋼線とその鋼線により構成し
てなるメガネ用部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のメガネ製品は、めがね本来の機能
に加えてさらにアクセサリー的な要素まで持たせるべ
く、金属部材で構成される種々部材に対し模様や色彩を
付与するとともに、複雑形状に加工することが行われて
おり、このような加工や処理に適し、しかも所定の機械
的特性を有する材料の選定が進められている。

【０００３】一方、ステンレス鋼はこれら機能とともに
耐食性にも優れ、また価格面でも手頃であることから幅
広く使用されてきており、前記メガネ用途についても例
えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などのオーステナイト
系ステンレス鋼が用いられてきた。

【０００４】特に、これらオーステナイト系ステンレス
鋼はフェライト系など他のステンレス鋼に比して加工硬
化率が大きく、強度的にもすぐれたものであるが、オー
ステナイト安定化の為に多量のＮｉを含有させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メガネ
は通常、人体皮膚に直接接触する機会が多いものであ
り、この為、不適合な金属材料を用いた場合には、その
接触によって汗などと反応しその一部が溶け出し、皮膚
表面に“かぶれ”や“発赤”などを誘発するという金属
アレルギーの問題が指摘されている。

【０００６】金属アレルギーは、金属材料を構成するあ
る金属のイオンが表皮や粘膜上皮の蛋白に結合すること
で身体が本来有していない化学物質を作り、この化学物
質に対して、生体細胞が拒絶反応を起こすことによるも
のと言われている。

【０００７】また最近の研究では、このようなアレルギ
ー問題を起こす要因として材料中のＮｉ元素が挙げられ
ており、欧州を中心としてＮｉフリー材料への転用が図
られているが、金属材料は通常多くの元素の組み合わせ
によってバランスを持たせ、それによって所定特性を満
足するものとしていることから、単に材料中の不必要元
素のみを削減しただけではバランスを崩し、別の問題を
引き起こすこととなる。

【０００８】したがって前記ステンレス鋼において、Ｎ
ｉアレルギーの点で問題となるＮｉ元素のみを削減して
も、それによって他の元素と調整させることが必要とな
る。本発明では、特に種々処理や成形加工を行うととも
に形状維持性が求められるメガネ用途では、指輪やネッ
クレスなど一般的な装身具とは異なる特性が必要であ
り、これら特性を満足しながらＮｉフリー化の研究を進
めた。

【０００９】その結果、Ｎｉに代えてＭｎをたかめオー
ステナイト安定化を図るとともに、侵入型元素で固溶強
化作用を有するＮを添加して生地強化を図り、さらに加
工した場合にも加工硬化が比較的緩くできるよう、材料
の加工誘起マルテンサイト変態の発生を防ぐことが有効
であるとの結論に至った。

【００１０】

【課題を解決するための手段】こうして、本願請求項１
の発明は、本質的に、少なくともＣ：０．０６ｗｔ％以
下、Ｓｉ：１．０ｗｔ％以下、Ｍｎ：１６．０〜２０．
０ｗｔ％、Ｃｒ：１５．０〜１８．０ｗｔ％、Ｍｏ：
１．５〜３．０ｗｔ％、Ｎ：０．３５〜０．６０ｗｔ％
を含むとともに、Ｎｉを０．５ｗｔ％以下で、かつ次式
に示すＭｄ３０値を−１４０〜−２４０の範囲にしたこ
とを特徴とするメガネ部材用オーステナイト系ステンレ
ス鋼線である。 Ｍｄ３０＝４１３−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−
８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−９．５Ｎｉ−１８．５Ｍｏ

【００１１】また請求項２の発明は、前記ステンレス鋼
線が冷間加工によって引張り強さ１６００〜２１００Ｎ
／mm² にしてなる前記ステンレス鋼線であり、さらに請
求鋼３の発明は、前記オーステナイト系ステンレス鋼線
に、さらに冷間成形加工を施し所定形状に成形してなる
メガネ用部材である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の説明上、各元素の
成分分量は重量（ｗｔ）％として示す。このように本発
明は、材料中のＮｉを実質的に有しないよう０．５％以
下にしてＮｉアレルギーの問題を防ぎ、しかもそのよう
な低Ｎｉであるにもかかわらず、Ｍｎを高めることによ
ってオーステナイトを安定化したオーステナイト系ステ
ンレス鋼としている。また、材料の生地強度を図る為
に、侵入型元素であるＮを０．３５〜０．６０％と多く
添加させることとしている。

【００１３】Ｎによる固溶強化の機構については、一般
的にＮは結晶格子内に侵入しやすい非常に小さい元素で
あることから容易に格子内に侵入することができ、その
侵入によって結晶格子をひずめて動きにくくさせること
によるものと考えられる。

【００１４】また、Ｎをこのように多く添加することは
材料の耐食性を向上させることから、仮に使用時におい
て汗や皮膚などに接触したとしても金属元素の溶出を抑
えることができ、この点でも有効である。

【００１５】このような成分範囲にすることによって、
本発明のステンレス鋼線はその溶体化熱処理状態（加工
率０％）でも例えば引張り強さ１０００Ｎ／mm² あるい
はそれ以上の強度を持たせることができる。

【００１６】さらに本発明では、特に前記した種々特性
を備えさせる為の要件として、Ｍｄ３０を−１４０〜−
２４０としている。より好ましくは−１５０〜−２００
とする。Ｍｄ３０が−１４０℃より高いと応力誘起マル
テンサイト量が多くなり過ぎ、加工硬度が大き過ぎてメ
ガネ用部材への加工性が悪くなり、−２４０℃を下回る
と、応力誘起マルテンサイト量が少なくなり過ぎ、メガ
ネ用部材としての必要な強度が得られない。

【００１７】通常、ステンレス鋼は種々加工によって加
工硬化し硬質化することが知られている。その場合の材
料は、変形に伴う転位密度の増加とともに加工誘起マル
テンサイト変態を発生させ、結果的に大幅な強度アップ
を達成させることができるが、反面、そのものを熱処理
すると、強度は大幅に低下したものとなるという特徴が
ある。

【００１８】したがって、そのような特性の材料をメガ
ネ用として用いようとする場合、材料は例えば溶接やロ
ウ付けなどによる部分的加熱を施した部分と加工状態の
ままの未加熱部分とが共存することとなり、その結果、
メガネとして使用する場合の繰り返し応力付加によって
応力集中を起こしやすくなって、早期に破損するという
危険性がある。

【００１９】こうした問題を改善する為には、加工状態
によって特性が大きく異ならないものが望まれ、本発明
では、前記Ｎによる固溶強化作用と、応力誘起マルテン
サイト変態を起こさせにくい特性とする為のＭｄ３０を
−１４０〜−２４０とすることが有効である。

【００２０】前記Ｍｄ３０は、材料に３０％の歪みを与
えた時に、材料中に５０％のマルテンサイト層を生ずる
温度を規定するものであって、この値が低い材料程、応
力誘起マルテンサイト変態が起こりにくいことを示し、
次式から計算によって求めることができる。 Ｍｄ３０＝４１３−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−
８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−９．５Ｎｉ−１８．５Ｍｏ

【００２１】メガネ１は、通常図１に示すように、レン
ズ２を保持する為に溝付け加工し輪状に成形したフレー
ム３と、該フレームに接合されたテンプル４、さらには
ブリッジ５、小ネジ６などによって構成され、本発明は
前記レンズ以外の全ての金属部材において使用できる
が、特にフレーム用やテンプル用などでは、生体と直接
接触する機会が高くなることから、これら用途における
本発明の効果は大きい。

【００２２】また、本発明のステンレス鋼線は結晶格子
内にＮを侵入させ結晶微細化させることができ、種々冷
間加工にも耐え得るが、特にテンプル４などのように高
い弾性を必要とし、かつ形状的にも大きな縦横比を持つ
平線にしようとする場合は、予め冷間伸線加工によって
結晶を繊維状にした上でさらに圧延することが好まし
く、そうすることで圧延ワレを防ぐことができる。

【００２３】次に、本発明において各成分範囲を限定し
た理由について説明する。 Ｃ：０．０６ｗｔ％以下 Ｃは、前記Ｎと同様に結晶格子内に侵入できる侵入型元
素であり、強度の向上並びにオーステナイト生成元素と
して有効である。しかし、多量の添加は溶湯中のＮの溶
解度を低下させるとともに、Ｃｒと結合して炭化物を形
成させ、同時にＣｒ固溶量を低下させることとなり、メ
ガネ部材として十分な耐食性確保が困難となることか
ら、その上限を０．０６％とした。

【００２４】Ｓｉ：１．０ｗｔ％以下 Ｓｉは、おもに溶解精錬時の脱酸材として作用する元素
である。しかし、多量に含有させると製造性を劣化させ
ることから、その上限を１．０％とする必要がある。

【００２５】Ｍｎ：１６．０〜２０．０ｗｔ％ Ｍｎは、Ｎｉと同様にオーステナイト相の安定化に寄与
し、また溶湯中のＮの溶解度を著しく高める作用があ
り、これら作用を有効に発揮させる為には少なくとも１
６．０％以上の添加が必要である。しかし、多量に含有
させると融点の低下によって熱間加工性を損ね、またメ
ガネ用部材としての耐食性確保が困難となることから、
本発明ではその上限を２０．０％とした。

【００２６】Ｃｒ：１５．０〜１８．０ｗｔ％ Ｃｒは、溶湯中のＮの溶解度を増加させる作用があり、
またメガネ用としての耐食性を確保する為には少なくと
も１５．０％の添加が必要である。しかし、多量に添加
すると凝固時のｒ相が減少することとなり、窒素ブロー
が発生して溶製が困難となる。また溶体化処理でのオー
ステナイト相確保も困難となる為、その上限を１８．０
％とした。

【００２７】Ｍｏ：１．５〜３．０ｗｔ％ Ｍｏは、高い耐食性を持たせる為にできるだけ多量の添
加が望ましく、特にメガネ用とする場合は、汗などのよ
うに腐食環境に耐え得る特性を有することが必要とな
り、少なくとも１．５％を必要とする。しかし、Ｃｒや
Ｍｎ程ではないものの、凝固時の窒素ブローの発生を助
長し、オーステナイト相の不安定にも影響することから
過度の添加は好ましくなく、その上限を３．０％とし
た。より好ましくは２．０〜３．０％とする。

【００２８】Ｎ：０．３５〜０．６０ｗｔ％ Ｎは前記したように結晶格子内に侵入して固溶強化を果
たす作用があり、さらにオーステナイト相安定化や、耐
食性、強度を高める点で有効である。特にメガネ用にお
いては、他の装身具にも増してこれら作用が必要となる
ことから、その効果を得る為には少なくとも０．３５％
は必要である。しかし、多量のＮを添加させようとして
も限界があり、溶製時の作業性からその上限を０．６０
％とした。

【００２９】Ｎｉを０．５ｗｔ％以下 Ｎｉはオーステナイト生成元素であって、オーステナイ
ト相の安定に寄与する。しかし、本発明ではＮｉアレル
ギーの観点からその削減が必要である為、上限を０．５
％としたが、より好ましくは０．２％以下とする。

【００３０】本発明は、本質的にこれら元素を少なくと
も含んで構成され、さらに必要あるならばその他元素を
目的に応じて適宜添加することができる。Ｎｂ、Ｃｕ、
Ｔｉ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｖ、Ｈｆ、Ｃａなどは一例であり、
例えば熱間加工性のために極微量（０．０１％前後）の
ＣａやＭｇ、Ｂ、ＲＥＭなどを加えたり、耐食性の更な
る向上の為に１％程度のＣｕやＷを添加することもでき
る。

【００３１】またステンレス鋼ではしばしば不純物が不
可避的に混入することがあり、例えばＰや、Ｓ、Ｏなど
が一例である。これら不純物については、含有しないに
越したことはないがその実現は現状の技術の中では困難
であることから、好ましくは各々０．０３％以下、０．
０１５％以下、０．０１％以下としておくことが望まれ
る。

【００３２】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。表１に示す
組成のステンレス鋼圧延ロットを冷間伸線により仕上げ
１．８mmにまで加工するとともに、加工に伴う硬化特性
と、メガネフレームへの加工性を調査することとした。
なお、ここで用いた実施例品についての前記Ｍｄ３０
は、計算結果からいずれも−１４０〜−２４０であり、
一方、同表中の、比較鋼１は通常の所謂ＳＵＳ３０４材
に、また比較鋼２はＳＵＳ３１６に相当するものであ
り、Ｍｄ３０はそれぞれ＋５３．９、−２２．３で応力
誘起マルテンサイトが発生しやすい成分組成である。

【００３３】

【表１】

【００３４】試験は、これら材料について加工率０〜８
０％範囲における引張り強さと伸び、絞り値を測定し、
また耐食性として、孔食電位をＪＩＳ Ｇ０５５７に基
づくＶ′ｃ１０、Ｖ′１００でのアノード分極試験で求
め、さらにＮｉ溶出については、０．５％Ｎａｃ１＋
０．１％尿素＋０．１％乳酸の水溶液（ＰＨ：６．５）
により、３０℃で１６８時間浸漬し、試験溶液中のＮｉ
量をＩＣＰによって分析したものであって、試料表面の
単位時間当たりのＮｉ溶出量に換算したもので示してい
る。

【００３５】これら試験の結果については、表２及び表
３とともに代表的な加工硬化曲線を図２に示している。
これら結果から明らかなように、発明実施品は溶体化熱
処理状態では、比較鋼線に比べて約４〜５割も高い引張
り強さを得ることができ、Ｎ添加による固溶強化されて
いることが確認される。

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】またＮｉ溶出量及び孔食電位の測定結果に
おいても、本発明実施品において優れた効果が得られて
いる。特に、Ｎｉ溶出については、いずれの実施品とも
溶出量０．１μｇ／cm² 以下であったのに対し、多くの
Ｎｉを含んでいる比較鋼では約１μｇ／cm² 程度の溶出
が確認された。この結果から見てもＮｉアレルギーに対
する対応として十分であることが伺える。

【００３９】次に図２の加工硬化曲線の結果について考
察すれば、本実施品は加工率０％状態において高い強度
を有しているにもかかわらず、例えば比較鋼１では加工
率２０％を越えた辺りから急激な引張り強さの増加が見
られており、変形による転位と加工誘起マルテンサイト
変態が起こっていることが推測される。

【００４０】これに対して、本実施品ではこのような急
激な特性変化は見られておらず比較的緩やかな増加に止
まっている。また、比較鋼２については強度的に非常に
劣るものであり、メガネ用として使用することはできな
いものであった。

【００４１】このような特性を持つステンレス鋼線につ
いてメガネ用部材としての適正を調査することとした。
調査は、前記１．８mmの同線材を一旦熱処理した後、
１．２mmにまで冷間伸線加工した加工線材を用いること
とした。圧延は、駆動ロール式圧延機により圧下率５０
％で行い、引張り強さ１７８０Ｎ／mm² の特性を得るこ
とができたが、圧延割れなどの問題は一切生じなかっ
た。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は用途をメ
ガネ用部材として好適な特性を備えながらも、Ｎｉアレ
ルギーの発生を抑制するよう、特殊組成のステンレス鋼
を用いることとしており、さらに耐食性や成形性につい
ても大幅な向上をさせていることから、製造歩留りにお
いても非常に好ましいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的メガネの構成を示す斜視図である。

【図２】本発明で用いたステンレス鋼の加工硬化を示す
応力−歪み線図の一例である。

【符号の説明】

１ メガネ ３ フレーム ４ テンプル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 成夫 大阪府枚方市池之宮４丁目17番１号 日本 精線株式会社枚方工場内 (72)発明者 松田 潤 大阪府枚方市池之宮４丁目17番１号 日本 精線株式会社枚方工場内 (72)発明者 古賀 猛 愛知県東海市加木屋町鎌吉良根53の257 (72)発明者 清水 哲也 愛知県名古屋市天白区高島２丁目1410 (72)発明者 野田 俊治 岐阜県多治見市脇之島町４−26−11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本質的に、少なくとも Ｃ：０．０６ｗｔ％以下 Ｓｉ：１．０ｗｔ％以下 Ｍｎ：１６．０〜２０．０ｗｔ％ Ｃｒ：１５．０〜１８．０ｗｔ％ Ｍｏ：１．５〜３．０ｗｔ％ Ｎ：０．３５〜０．６０ｗｔ％を含むとともに、Ｎｉを
   ０．５ｗｔ％以下で構成され、かつ次式に示すＭｄ３０
   値を−１４０〜−２４０の範囲にしたことを特徴とする
   メガネ部材用オーステナイト系ステンレス鋼線。 Ｍｄ３０＝４１３−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−
   ８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−９．５Ｎｉ−１８．５Ｍｏ
2. 【請求項２】前記ステンレス鋼線は、冷間加工によって
   引張り強さ１６００〜２１００Ｎ／mm² にしてなる請求
   項１に記載のメガネ用オーステナイト系ステンレス鋼
   線。
3. 【請求項３】請求項１又は２のオーステナイト系ステン
   レス鋼線に、さらに冷間成形加工を施し所定形状に成形
   してなるメガネ用部材。