JP2781713B2 - 超弾性NiTi合金メガネフレーム部材の製造法 - Google Patents

超弾性NiTi合金メガネフレーム部材の製造法

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JP2781713B2 JP11070293A JP11070293A JP2781713B2 JP 2781713 B2 JP2781713 B2 JP 2781713B2 JP 11070293 A JP11070293 A JP 11070293A JP 11070293 A JP11070293 A JP 11070293A JP 2781713 B2 JP2781713 B2 JP 2781713B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、優れた超弾性を有する
NiTi基合金を主体とするメガネフレーム部材を短時
間熱処理により効率的に安価に製造する方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】金属メガネフレームの素材としては、洋
白、Ni−Cr合金、チタンおよびチタン合金などが一
般的であるが、いずれも弾性限界が1%未満であり、長
期間装着していると何らかの原因で変形してしまう欠点
がある。そこで、最大8%もの弾性限界を持つ超弾性材
として知られているNiTi合金をメガネフレームに使
用する多数の先行技術が公開されている。
【0003】NiTi合金は形状記憶合金として知られ
ており、高温相の母相状態で立方晶構造(オーステナイ
ト相:以下A相)をとり、これをある温度以下に冷却す
ると単斜晶構造のマルテンサイト相(以下M相)に変態
する。この変態は熱弾性型M変態と呼ばれ、8%以下の
変形であれば転位を生ずることなしに歪を変態でまかな
ってしまう特徴がある。したがって、温度を上げ、元の
母相に逆変態させると変形が回復するいわゆる形状記憶
効果を示す。また、A相の状態で応力を加え、変形させ
た場合でもA相→M相への応力誘起M変態が起こり、応
力を除去すると大きな歪を回復するいわゆる超弾性を示
すことになる。
【0004】このNiTi合金の超弾性という強力なバ
ネ性を応用した先行技術は数多く、特公昭56−897
15、特公昭56−95214、特公昭56−9931
7、特公昭58−186719、特公昭61−5006
39、特公平2−500050などがある。使用する部
分は図1に示すようにテンプル、ブリッジ(わたり)、
あし、やま、アイリムなどのメガネフレーム部材など多
岐にわたっている。
【0005】しかし、NiTi合金は金属間化合物であ
るため、難加工材であり、特に冷間での加工性が極めて
悪いことが知られている。加工途中で何度も焼き鈍し熱
処理を繰り返し、冷間加工歪を取り除き、軟化させるこ
とが必要である。また最終形状に冷間加工後に形状を記
憶させる熱処理(以下記憶熱処理と呼ぶ)を行う必要が
ある。この記憶熱処理とは、冷間加工の転位により破壊
された結晶格子を加熱により再配列する目的で行われる
ものであり、この熱処理により、超弾性もしくは形状記
憶効果が生ずることになる重要な処理である。
【0006】通常のメガネ材料では加工性の良い材料が
用いられており、加工途中での焼き鈍し処理は頻繁に行
われることはなく、また加工硬化によりバネ弾性を得る
ため、当然記憶熱処理などは不要である。したがって、
これらの熱処理は加工コストの増加となるため、NiT
i合金メガネフレームの製造上の大きな問題点となって
いる。通常これらの熱処理は、バッチ式の電気炉で行わ
れる。焼き鈍し熱処理はNiTi合金の再結晶温度以上
の650℃〜750℃で30分〜60分の高温処理とな
り、また再結晶温度以下で行われる記憶熱処理の場合も
300℃〜500℃で30分〜120分の熱処理が一般
的である。これらの熱処理を大気電気炉で行った場合、
表面に厚い酸化スケールが生成し、後工程の鏡面研磨作
業に多大な工数を必要とする。そのため、引用例特公昭
56−95214および特公昭56−89715に記載
があるように真空電気炉が使用されるが、NiTi合金
は酸素との親和力が強いため高真空が不可欠であり、装
置が高価であると同時に熱処理作業に長時間を必要とす
るなど、処理費用が大きい欠点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は従来の
焼き鈍し熱処理および記憶熱処理の問題点を解決するた
め、安価な大気電気炉でも表面酸化が少なく、後工程の
研磨作業に支障をきたすことのないNiTi合金メガネ
フレーム部材の製造法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明はNiTi合金メ
ガネフレーム部材の焼き鈍し熱処理および記憶熱処理に
関し、焼き鈍し熱処理は大気電気炉で800℃〜100
0℃で10秒〜120秒、記憶熱処理については750
℃〜900℃で10秒〜120秒の短時間処理を行うこ
とを特徴としている。メガネフレーム部材は、テンプ
ル、ブリッジ(わたり)、あし、やま、アイリムなどで
ある。
【0009】短時間熱処理により大気電気炉で熱処理し
ても表面酸化を極力抑えることができ、後工程である鏡
面研磨作業に支障をきたすことのない焼き鈍しおよび記
憶熱処理を行うことが可能となる。
【0010】
【作用】本発明の一つは焼き鈍し熱処理法に関するもの
であり、あと一つは記憶熱処理に関するものである。
【0011】まず、焼き鈍し熱処理に関しては、温度条
件を800℃以上1000℃以下とし、処理時間を10
秒以上120秒以下とした。熱処理時間の上限を120
秒とした理由は長時間処理となり生産効率が落ちるとと
もに、表面酸化が激しく後工程である仕上げ研磨に多大
な負荷を与えることになるためである。また下限を10
秒とした理由としては、10秒未満では極めて熱処理が
短時間となり、品質を安定させるためには高度の時間管
理が必要であり、作業が困難となるためである。温度条
件を800℃以上1000℃以下とした理由は、下限温
度未満では短時間処理とした場合、焼き鈍しの効果が充
分ではなく、上限温度を超えると焼き鈍し効果が最大と
なる処理時間が10秒以下となり、10秒以上の熱処理
時間では逆にNiTi合金の延性値が低下するためであ
る。冷間加工された線径2mmの丸線における焼き鈍し熱
処理時間と引張試験にて調査した絞り値との関係を図2
に示す。図2より高温処理ほど絞り値の最大値が短時間
側に移行していることがわかり、略60%を超える焼き
鈍し処理条件を上記発明の範囲とした。
【0012】次に、記憶熱処理条件に関しては、温度条
件を750℃以上900℃以下とし、処理時間を10秒
以上120秒以下とした。熱処理時間の上限および下限
の設定は上述の焼き鈍し熱処理と同様の理由にて行っ
た。温度条件を750℃以上900℃以下とした理由
は、下限温度未満では短時間処理とした場合、熱処理の
効果が充分でなく4%以上の超弾性が得られず、上限温
度を超えると冷間加工による加工歪が除去され焼き鈍し
状態となって超弾性特性が低下するためである。焼き鈍
し後15%の減面率で冷間加工された線径2mmの丸線に
おける記憶熱処理時間と引張試験にて調査した残留歪量
の関係を図3に示す。超弾性特性の定量的把握は室温で
4%の伸びを与えた後応力を除去した際の残留歪量を測
定して行い、残留歪量が0.2%以下のものを良好な超
弾性を有するNiTi合金とした。10秒〜120秒の
処理において0.2%以下の残留歪を示す記憶熱処理温
度を本発明の熱処理条件とした。
【0013】熱処理装置は通常の大気電気炉でも良く、
望ましくは連続熱処理炉を使用することが理想的であ
る。またソルトバス、鉛浴、流動層炉なども使用可能で
ある。連続熱処理炉を使用した場合、バッチ炉の問題点
である炉内温度分布のばらつきも解消され、品質の安定
化が図れる。
【0014】また、NiTi合金組成としては50.5
〜51.5at%Ni、残部Tiからなる第2元合金、も
しくはTiとNiの原子%の比率が1:0.90〜1.
10で、第3元素としてFe,Co,Cr,Vのうち1
種類を3at%以下含むNiTi基3元合金が室温以下で
超弾性効果が出現する組成として推奨でき、メガネフレ
ーム部材として望ましい。
【0015】
【実施例】
(実施例1)実施例1はメガネフレーム用NiTi合金
素線の加工例であり、焼き鈍し熱処理法に関する実施例
である。成分組成が50.5原子%−1.5原子%Co
−残部TiからなるNiTi基合金を真空アーク溶解に
て溶製し、熱間鍛造後、熱間および温間圧延にて直径5
mmの丸線を作製した。次に冷間穴ダイス伸線により減面
率50%での冷間引き抜きと焼き鈍し熱処理を繰り返
し、直径2.0mmの線材に加工した。次に冷間加工され
た直径2.0mmの線材を沸硝酸水溶液中で酸洗し、表面
の酸化スケールを除去した上で、大気中で長さ2mのト
ンネル状電気加熱炉を張力をかけながら通過させ、焼き
鈍し熱処理を行い、同時に直線化処理を行った。次にこ
の線径2mmのNiTi合金線をセンタレスグラインダー
により表面研磨を行い超弾性メガネフレーム用NiTi
合金素線を製造した。
【0016】表1には焼き鈍し熱処理条件と冷間加工性
の評価およびセンタレスグラインダーによる研磨性の評
価結果を示した。冷間加工性の評価は断線せずに伸線加
工ができたものを良好とし、断線などのトラブルのあっ
たものを不適と判断した。また、センタレスグラインダ
ーによる研磨性の評価は、線径で50μmの取代で完全
にスケールが除去できたものを良好とし、取りきれなか
ったものを不適とした。備考欄に記載のある焼き鈍し熱
処理条件が本発明の処理範囲に入るものであり、冷間加
工性および研磨性の評価は良好である。本発明の範囲を
外れる焼き鈍し熱処理条件では700℃の場合120秒
以下の熱処理では充分な焼き鈍し効果が得られず冷間加
工が不可能であった。また、1050℃では10秒以上
の熱処理を行った場合、過熱処理となり、やはり冷間加
工性が悪化し、また研磨性も低下している。
【0017】
【表1】
【0018】(実施例2)実施例2はメガネフレーム用
テンプルの加工時のスウェージング加工後の焼き鈍し熱
処理法に関する実施例である。実施例1で作製した線径
2mmのメガネフレーム用NiTi基合金素線のうち表1
に示した試料B3(800℃×60秒焼き鈍し処理材)
を長さ150mmに切断した後、スウェージングマシーン
にて図4に示す形状(一端A−Aが直径2mmで片端B−
Bが直径1.4mm)に冷間で段付きテーパー加工を施し
た。その後、加工硬化された線材の軟化を目的に搬送型
のトンネル状電気炉で表2に示した焼き鈍し熱処理条件
にて焼き鈍し熱処理を行い、冷間加工性の向上を図り、
NiTi合金超弾性テンプル素材を作製した。次に図4
のC−Cで示された線径2mmの部分のみ冷間プレス加工
により、厚みが1.4mmとなるように平打ち加工を行い
テンプルの形状に成型し、NiTi合金超弾性テンプル
素材を作製した。
【0019】表2には焼き鈍し熱処理条件とプレス加工
性の評価およびバレル研磨性の評価結果を示している。
プレス加工性の評価は割れ、疵などが発生せずに加工が
できたものを良好とし、トラブルのあったものを不適と
判断した。また、バレル研磨による研磨性の評価は、バ
レル研磨にて完全にスケールが除去できたものを良好と
し、取りきれなかったものを不適とした。表2より明ら
かなように本発明による焼き鈍し熱処理法は実施例1で
示した冷間引き抜き法と同様、スウェージング加工およ
びプレス加工においてもその効果が確認された。
【0020】
【表2】
【0021】(実施例3)実施例3はテンプルの記憶熱
処理に関する実施例である。実施例2で作製した表2の
プレス加工されたテンプル素材のうち、B3試料を表3
に示した種々の記憶熱処理条件にて熱処理を施した後、
バレル研磨機にて鏡面研磨を行いメガネフレーム用Ni
Ti合金テンプルを完成させた。
【0022】表3には作製したNiTi合金テンプルの
記憶熱処理条件と4%引張歪負荷試験における残留歪、
超弾性評価およびバレル研磨性の評価結果を示した。備
考欄に記載のある記憶熱処理条件が本発明の処理範囲に
入るものであり、超弾性および研磨性の評価は良好であ
る。本発明の範囲を外れる記憶熱処理条件では650℃
の場合120秒以下の熱処理では充分な熱処理効果が得
られず超弾性特性は良くない。また、950℃では10
秒以上の熱処理を行った場合、過熱処理となり冷間加工
歪が完全に除去され超弾性効果がなくなることがわか
る。
【0023】
【表3】
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明はNiTi
合金超弾性メガネフレーム部材を製造する上で極めて短
時間で効率よい熱処理法を提供するものであり、本発明
によりNiTi合金超弾性メガネフレーム部材を真空加
熱炉を用いずして低コストで簡便に製造することが可能
となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】メガネフレームの構造を示す斜視図である。
【図2】焼き鈍し熱処理における熱処理時間と絞り値の
関係を示す線図である。
【図3】記憶熱処理における熱処理時間と残留歪量の関
係を示す線図である。
【図4】テンプル加工時のスウェージング成形の形状を
示す図面である。
【符号の説明】
1 テンプル 2 アイリム 3 やま 4 わたり 5 あし
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高島 昌樹 栃木県下都賀郡野木町野木1985番地 株 式会社三洋特殊合金内 (72)発明者 中筋 和行 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−83735(JP,A) 特開 昭63−41824(JP,A) 実開 平5−79528(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02C 5/00 - 5/22 G02C 13/00 C22F 1/00 - 1/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 NiTi基合金製メガネフレーム部材の
    製造において、加工硬化の歪取り焼き鈍し熱処理を80
    0℃〜1000℃、10秒〜120秒で行い、冷間加工
    性を向上させることを特徴とする超弾性NiTi合金メ
    ガネフレーム部材の製造法。
  2. 【請求項2】 NiTi基合金製メガネフレーム部材の
    製造において、冷間加工後、記憶熱処理を750℃〜9
    00℃、10秒〜120秒で行い、室温で4%以上の超
    弾性を得ることを特徴とする超弾性NiTi合金メガネ
    フレーム部材の製造法。
  3. 【請求項3】 NiTi基合金製メガネフレーム部材の
    製造において、冷間加工後、800℃〜1000℃、1
    0秒〜120秒で焼き鈍し熱処理を行った後、再び冷間
    加工を施した上、さらに750℃〜900℃、10秒〜
    120秒で記憶熱処理を行い室温で4%以上の超弾性を
    得ることを特徴とする超弾性NiTi合金メガネフレー
    ム部材の製造法。
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