JP2575373B2 - 眼鏡フレ−ムテンプル成形熱処理方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は形状記憶効果もしくは超弾性材料の眼鏡フレ
ームテンプルの成形熱処理方法および装置の改良に関す
るものである。

〔従来の技術とその問題点〕

眼鏡フレームにはプラスチック製、金属製などがある
が、その機能の優れている点、意匠、形状の目新しさか
ら金属製が多く使用されている。この金属としては洋
白、Ni−Cr合金、ステンレス鋼、チタンなど耐食性、ば
ねに優れた材料が用いられているが最近に至り、数パー
セントにおよぶ回復特性と、ゴムのように一定の応力で
回復する超弾性や、変形しても所定の温度に加熱すると
元の形状に回復する形状記憶効果を有するNiTiなどの合
金が眼鏡フレームに用いられるようになった。この合金
は上記のような良好なフィット性と形状回復性を有する
ことから主に眼鏡フレームのテンプルに用いられ好評を
得ている。眼鏡フレームのテンプルは第７図に示すよう
に直線部（１）、（１′）および耳掛部（２）、
（２′）からなり、耳掛部（２）、（２′）は耳の後部
に密着するように内部にわん曲しており、かつ（ｂ）の
側面側に示すように耳の下方にも或る角度をもってわん
曲している。また直線部（１）においても実際には個人
の顔の形に合わせて内側にややわん曲させる場合もあ
り、さらに耳掛部の先端を平行になるように逆曲げする
場合もある。このようにテンプルの形状は微妙な角度と
直線および曲線などにより複雑な形状をなしているもの
である。

NiTiなどの形状記憶や、超弾性を有する合金を用いた
テンプルの成形は、テンプルを上記したような複雑な形
状の曲線を付けた上型と下型の金型に拘束した状態で電
気炉中において所定の温度に加熱して成形熱処理をして
いた。しかしこの方法ではテンプルの多様な形状に応じ
て多数の型が必要となり、また作業が繁雑で、しかも熱
処理炉を要するなどの種々の問題があった。

そこで本発明者等はテンプルを挟持し、耳掛部を複数
の耳掛部成形具で所望の形状に成形拘束し電極に通電し
て加熱する成形装置を開発し実用に供した。しかしこの
装置は、複数の耳掛部挟持具で電極間のテンプルを挟持
するため、電極間に通電してテンプルを加熱しても耳掛
部挟持具がテンプルの温度を放熱する働きをなしこの結
果電極近傍は略々所定の温度に達するが拘束部分におい
ては所定の温度より低く、充分な記憶熱処理ができない
という問題が生じて来た。

すなわち第８図に示す眼鏡フレームテンプル成形装置
により、テンプル耳掛部（２）を耳掛部挟持具（４）、
（41）、（42）、（43）により挟持して所望の形状に成
形し、耳掛部の両端に設けられた電極に通電し耳掛部を
加熱して拘束熱処理を施し際、例えば形状記憶合金とし
てNiTi合金を用いた場合は耳掛部挟持具（41）、（42）
間の中央部は350℃に達するが挟持具の拘束面では160℃
までしか昇温していないことが判った。これは拘束面で
の放熱が原因であるが、拘束点を減らすと加熱による形
状変化が大きくなるため或る程度の拘束点が必要であ
り、また拘束点の接触面積を小さくしたが上記のバラツ
キが若干少なくなる程度であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の問題を解決するため形状記憶合金の成形熱処理
について種々検討の結果、従来の形状記憶効果もしくは
超弾性材料の熱処理は成形熱処理と記憶処理とを同一も
しくは同時の加熱処理で施していたものであるが、本発
明者は上記の熱処理を別工程で行なうことにより所期の
特性が得られることを見出し本発明に至ったものであ
る。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

本発明は前記の問題に鑑みなされたもので、その第１
発明は形状記憶効果もしくは超弾性を有するNiTi系合金
の眼鏡フレームテンプルを所定の形状に多数箇所で成形
拘束し、拘束状態において形状記憶する部分を該材料の
Af点より70℃以上高い温度に加熱した後、該拘束を解除
した状態において再度該部分を300〜700℃に加熱するこ
とを特徴とする眼鏡フレームテンプル成形熱処理方法で
あり、また第２発明は形状記憶効果もしくは超弾性材料
の眼鏡フレームテンプルの直線部を着脱自在に挟持する
テンプル挟持具と、テンプルの耳掛部を挟持し耳掛部の
わん曲形状に合わせて耳掛部を調整する複数個の独立し
た耳掛部成形具とからなり、該耳掛部成形具の少なくと
も２個はテンプルと同じかまたはそれ以上の電気抵抗を
有する材料で構成され、該２個のテンプルを電極として
電極間のテンプルに通電加熱するように構成したことを
特徴とする眼鏡フレームテンプル成形熱処理装置であ
る。

すなわち第１発明は形状記憶効果もしくは超弾性を有
するNiTi系合金の眼鏡フレームテンプルを所定の形状に
成形拘束し、この状態において該材料のAf点より70℃以
上高い比較的低温において一度熱処理を施せば、その後
の記憶熱処理において前の拘束状態の形状があまり変化
しないで熱処理ができるものである。

第２発明において形状記憶効果もしくは超弾性材料と
はNiTiおよびこれにFe、Co、Cr、Mn、Moなどの他元素を
少量添加したNiTi系合金の他Cu−Al−Ni、Cu−Zn−Alな
ど一般的に形状記憶効果もしくは超弾性を有する材料を
云うものである。眼鏡フレームテンプルとしては耐食性
などの点から主にNiTi系合金が用いられる。第１発明の
拘束状態において形状記憶する部分を該材料のAf点より
70℃以上高い温度で加熱するのは、この温度未満では形
状の復元性が低下せず、したがってその後の形状記憶処
理において、前の拘束状態の形状が維持できないからで
ある。加熱温度の上限は上記の材料によって異なりNiTi
系合金の場合は250℃程度であるが、これは約210℃付近
において復元性が飽和し、これ以上高い温度で加熱して
もあまり実用性がないからである。また加熱時間は30秒
〜10分程度が好ましい。30秒未満では拘束の効果が現わ
れず、10分を超えても効果が飽和してしまい実用的でな
いからである。

第１発明は上記の比較的低温な所定の温度において所
定の形状に記憶させた後拘束部分を解除して再度300〜7
00℃に加熱するものであるが、この熱処理は形状記憶の
特性である繰り返し寿命を安定化させるもので300℃未
満ではその効果が少なく、700℃を越えても飽和して実
用性がないからである。そしてこの加熱時間は低温なら
ば長時間を要し、高温の場合は短時間でよく５秒〜10時
間の範囲で行なわれる。

次に第２発明装置について説明する。

すなわちその装置の側面図を第１図に、平面図を第２
図に、また挟持具の正面図を第３図に、耳掛部拘束具の
正面図を第４図に示すように、眼鏡フレームテンプルの
直線部（１）を着脱自在に挟持するテンプル挟持具
（３）とテンプルの耳掛部（２）を挟持し、耳掛部のわ
ん曲形状に合わせて耳掛部を所望の形状に成形する複数
の耳掛部成形具（４）、（41）、（42）、（43）からな
り、基板（５）上にボルトなどにより取付けられている
上記のテンプル挟持具は第３図に示すように基台（５）
上に取付けられた基台（６）にプラスチックなどからな
る挟持プレート（７）が取付けられ、これと対向してピ
ン（８）を支点として押しボルト（９）を進退すること
により矢印方向に移動してテンプル直線部（１）を着脱
自在に挟持する挟持プレート（７′）を取付けたもので
ある。

また耳掛部成形具は第４図に正面図を示すように耳掛
部（２）をその両側から挟持する周面がＵ字形の挟持具
（10）、（10′）により挟持する。この挟持具はその一
方に矢印方向に開閉が自在の締付けボルト（11）が設け
られており耳掛部を所望の位置に調整し取付け、または
取外しが可能となっている。また挟持具（10′）を挟持
するアーム（12）はノック（13）を支点として回動自在
に移動台（14）に取付けられている。そしてこの移動台
（14）はスライドシャフト（15）に滑動自在に取付けら
れておりスクリューシャフト（16）を進退することによ
り移動台（14）が図面上左右に移動できるようになって
いる。この耳掛部成形具は第１図に示すように耳掛部の
わん曲形状に合わせて上下の高さが耳掛部後部に行くに
従い低くなるようにして複数本（図面は４本）が設けら
れる。また、このうちの少なくとも２本の通常は両端に
位置する耳掛成形具の挟持具（10）をテンプルの材料と
同じNiTi合金か、それ以上の電気抵抗の高い金属として
通電可能な電極（17）、（17′）とするものである。電
極材に電気抵抗の高い材料を用いるのは、通電と同時に
電極自体を発熱させて電極からの放熱を防止する作用を
なすものである。

第２発明の装置により眼鏡フレームテンプルを成形す
るには先ず所定の寸法、形状に仕上げたNiTi合金などの
形状記憶または超弾性材料からなるテンプルの直線部
（１）を第１図を示すようにテンプル挟持具（３）によ
り挟持する。この詳細は第３図に示すように押しボルト
をゆるめて挟持プレートを開口しテンプルを直線部
（１）の両側をテンプルが水平になるように位置調整し
た後、押しボルト押してテンプルを挟持する。次に第１
図に示すように耳掛部成形具（４）、（41）、（42）、
（43）で耳掛部を所望の形状に成形するのであるが、先
ず第４図に示すように締付ボルトをゆるめて開口し耳掛
部（２）を所望の位置に調整して締付ボルトを締め挟持
具（10）（10′）により耳掛部を挟持する。次いでスク
リューシャフト（16）を進退せしめてアーム（12）を移
動させる。すなわち第２図に示すように４個所の挟持具
（10）、（10′）に挟持された耳掛部（２）は４本のス
クリューシャフト（16）を調整することにより内側に所
望の角度に成形された状態で拘束される。そしてこの拘
束された状態において電極（17）、（17′）に通電し、
耳掛部を必要な温度に加熱して形状記憶熱処理するもの
である。

ここで、挟持具（10），（10′）と成形具とは同一の
もので、耳掛部を挟持する際は挟持具となり、耳掛部を
成形する際は成形具となる。

このようにして形状記憶熱処理をした後、次に第１図
に示す電極中間の耳掛部拘束具（41）、（42）の拘束を
解除した後電極に再度通電して所定の温度に加熱して記
憶処理を施すものである。

第１発明の熱処理方法によれば始めの比較的低温にお
ける成形拘束熱処理により所望の形状に成形すれば次の
比較的高温の熱処理により加熱を行なっても前の形状が
くずれることがなく、前の形状を維持したまま熱処理す
ることができる。したがって眼鏡フレームテンプルの如
き微妙な形状の成形に好適な方法と云えるものである。

また第２発明装置によれば、耳掛部を両側から挟持
し、耳掛部の下方へわん曲形状および内側へのわん曲角
度さらに耳掛部後端の外側へのわん曲形状などを三次元
の形状を、夫々独立して調整可能な複数個の耳掛部成形
具により適宜自由な角度、形状に成形できるものであ
る。

さらに電極材料にテンプルと同じかまたはそれ以上の
電気抵抗を有する材料例えばNi−Cr合金Fe−Cr合金など
を使用するために電極からの放熱が少なく、テンプルの
熱処理温度のバラツキが著しく減少し、その結果、形状
記憶材としての特性のバラツキも大きく改善するもので
ある。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例について説明する。

実施例１ Ni50.3at％残部TiのNiTi合金を冷間伸線により1.2mm
φの線とし、この線を切断して形状記憶熱処理を施し、
Af点が60℃の直線に記憶した線材とした。この線材を第
５図（ａ）示すように常温において角部の曲率半径が20
mmとして直角に曲げ、この形状に拘束して常温〜240℃
に５分間保持し、第５図（ｂ）のように放冷後拘束を解
除して形状の回復状態を調べた。第６図は、この拘束保
持温度と放冷拘束解除後の線材の角度の変化すなわち復
元性を示したものである。なお180゜（直線）に戻るも
のが最も復元力の大きいものである。同図から明らかな
ようにAf点プラス30℃（90℃）の拘束保持温度までは拘
束加熱前の直線形状に近い形状に復元するがAf点プラス
70℃（130℃）になると形状回復角度（θ）は約120゜付
近にしか復元しない。すなわち形状記憶の復元力（回復
力）は低下することが判る。そして拘束保持温度が210
℃になると（θ）は約90゜、すなわち復元力はほぼ零
で、ほとんど復元しないことが判った。またAf点プラス
70℃（130℃）および210℃で拘束加熱し、これを400℃
に再加熱した場合の（θ）は約125゜と約90゜であっ
た。したがって拘束加熱温度をAf点より70℃以上高い温
度で行なうと再加熱後の形状の変化が少なくこの傾向は
210℃でほぼ飽和する（ほとんど変化しない）ことが明
らかとなった。

上記の実施例から本発明の成形拘束加熱の温度をAf点
より70℃以上高い温度としたものである。

実施例２ Ni50.3at％、残部TiのNi−Ti合金を冷間伸線、スウェ
ージング加工、ヘツダー加工およびプレス加工により所
定の寸法に作成したテンプルを第１図〜第４図に示す装
置により、先ずテンプルの直線部（１）を第１図に示す
テンプル挟持具（３）により挟持する。次に耳掛部成形
具（４）、（41）、（42）、（43）で耳掛部を所望の位
置に調整して締付ボルトを締め挟持具（10）、（10′）
により耳掛部を挟持する。次いでスクリューシャフト
（16）を進退せしめアーム（12）を移動させて耳掛部を
所望の角度に調整し成形した状態で拘束した。この状態
においてテンプルと同じ材質の電極（17）、（17′）に
20Aの電流を流し耳掛部成形具（41）、（42）の間で350
℃、クランプ面で300℃に５分間加熱した。この際テン
プルの形状変化は全くみられなかった。次に中間の耳掛
部成形具（41）、（42）の拘束を解除し、18Aの電流で
再加熱を行なった。この際のテンプルの温度ほ略全長に
わたり490℃±20゜で温度のバラツキは著しく減少し
た。上記のテンプルの繰り返し曲げ形状記憶特性も良好
な結果を得た。

なお本発明の如く電極にテンプルと同材質のものを使
用すると、従来の銅電極を使用した場合よりバラツキが
100℃程度減少することが判った。

〔効果〕

第１発明によれば形状記憶効果もしくは超弾性を有す
るNiTi系合金の眼鏡フレームテンプルを成形拘束熱処理
と特性熱処理とを別工程で行なうことにより精度のよい
形状を得ることが可能となった。また第２発明装置は拘
束部からの放熱が少ないので加熱の際の温度のバラツキ
が減少し、記憶特性のバラツキも防止できるなど工業上
顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明する側面図、第２
図は本発明の一実施例を説明する平面図、第３図は本発
明のテンプル挟持具の正面図、第４図は本発明の耳掛部
拘束具の正面図、第５図は本発明における試験方法を示
す図、第６図は本発明における拘束保持温度と形状回復
角度との関係を示す図、第７図は眼鏡フレームテンプル
を説明する図、第８図は先行技術のテンプル成形装置の
側面図である。 １、１′……テンプル直線部、２、２′……耳掛部、３
……テンプル挟持具、４、41、42、43……耳掛部成形
具、５……基台、６……基板、７……挟持プレート、８
……ピン、９……押しボルト、10、10′……挟持具、11
……締付ボルト、12……アーム、13……ノック、14……
移動台、15……スライドシャフト、16……スクリューシ
ャフト、17、17′……電極、

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】形状記憶効果もしくは超弾性を有するNiTi
   系合金の眼鏡フレームテンプルを所定の形状に多数箇所
   で成形拘束し、拘束状態において形状記憶する部分を該
   材料のAf点より70℃以上高い温度に加熱した後、該拘束
   を解除した状態において再度該部分を300〜700℃に加熱
   することを特徴とする眼鏡フレームテンプル成形熱処理
   方法。
2. 【請求項２】形状記憶効果もしくは超弾性材料の眼鏡フ
   レームテンプルの直線部を着脱自在に挟持するテンプル
   挟持具と、テンプルの耳掛部を挟持し耳掛部のわん曲形
   状にあわせて耳掛部を調整する複数個の独立した耳掛部
   成形具とからなり、該耳掛部成形具の少なくとも２個は
   テンプルと同じかまたはそれ以上の電気抵抗を有する材
   料で構成され、該２個のテンプルを電極として電極間の
   テンプルに通電加熱するように構成したことを特徴とす
   る眼鏡フレームテンプル成形熱処理装置。