JPH03264915A - ニッケル・チタン系合金部品を含むメタルフレーム眼鏡、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔本発明の技術分野〕 本発明は、ニッケル・チタン系合金部品を含むメタルフ
レーム眼鏡、およびその製造方法に関し、更に詳しくは
、接合困難なニッケル・チタン系の形状記憶合金や超弾
性合金で構成された眼鏡部品を、同材質またはニッケル
基合金から成る眼鏡フレーム構成部に冶金的に強固に接
合せしめたメタルフレーム眼鏡、並びにそのようなメタ
ルフレーム眼鏡を確実かつ能率的に製造することができ
る工業的量産方法に関するものである。

〔従来の技術、および解決すべき技術的課題〕周知のと
おり、ニッケル・チタン系の形状記憶合金は、ニチノー
ル（米国海軍兵器研究所の製品名：　Ｎ５ｔｉｎｏＬ　
）に代表されるように、標準形状の変形を特定温度の履
歴によって濁単に復元でき、しかも変形・復元の可逆性
が非常に優れているところから、メタルフレーム眼鏡の
新素材として有望視され、その実用化に向けて様々の試
作研究が払われており、 また、ニッケル・チタン系の超弾性合金も、バネ性およ
び軽量性、さらに耐蝕性などの化学的安定性の面におい
て、メタルフレーム眼鏡の素材として理想的な特性を備
えているところから、プレースバー、ブリッジ、バッド
アーム、エンドピース、耳掛テンプルのごとき眼鏡部品
に利用する努力が払われている。

ところが、これらニッケル・チタン系の形状記憶合金や
超弾性合金は、金属的に接合性が悪く、か＼るニッケル
・チタン系合金製の眼鏡部品を小さな接合面積で接合す
る場合にはリベットや止ネジ等の止着具を用いて機械的
に連結するか、あるいは当該ニッケル・チタン系合金部
品の表面にロウ付し易い金属材料をメツキして、そのメ
ツキ金属を介してロウ付するといった方法が採られてい
た。

しかしながら、前者のリベットや止ネジを使用する止着
方式は部品接合が非常に面倒で非能率的であるのに加え
て、リベット軸や止ネジ紬を中心として接合部品が回る
という難点があり、しかも接合面積をリベット軸やネジ
軸の太さよりも小さくすることが出来ないという欠点も
あって、デザインを尊ぶ眼鏡の部品結合の方法としては
実際に眼鏡を装用する一般消費者には歓迎されなかった
。

マタ、後者の前処理メツキによるロウ付法にあっては、
接合強度がメツキ層の付着力に依存しているために余り
強い外力を受けるとメツキ層と一緒に眼鏡部品が剥離し
てしまうという欠点があり、品質保証の面で常に不安が
伴った。

本発明は、ニッケル・チタン系の形状記憶合金製の眼鏡
部品や超弾性合金製の眼鏡部品を眼鏡フレーム構成部に
接合せしめる従来技術に前述の如き問題があったことに
鑑みて為されたもので、ニッケル・チタン系合金製の眼
鏡部品を眼鏡フレーム構成部の所要箇所に金属組織的に
強固に接合されたメタルフレーム眼鏡を提供することを
技術的課題とするものである。

また、本発明の他の技術的課題は、ニッケル・チタン系
合金製の眼鏡部品を眼鏡フレーム構戚部の所要箇所に瞬
間接合することができ、しかも接合部位以外の箇所には
接合熱による影響を殆ど与えることなく瞬間的に鍛造組
織状態を形成させて部品相互が冶金的に強固に接合した
メタルフレーム眼鏡を高能率に製造することができる新
方法を提供するにある。

さらに、本発明の他の技術的課題は、ニッケル・チタン
系合金製の眼鏡部品を眼鏡フレーム構成部の所要部位に
非常に微小で面積で接合できてデザイン的に非常にスマ
ートになるにも拘わらず、その接合強度が従来技術に比
較して格段に秀れたニッケル・チタン系合金部品を含む
メタルフレーム眼鏡の製造方法を提供するにある。

〔課題解決のために採用した手段〕

本発明者は、メタルフレーム眼鏡においてチタン・ニッ
ケル系の形状記憶合金製の部品や超弾性合金製の部品を
接合させるべき相手方の金属材料の多くがニッケル基合
金であることに着目し、この共通するニッケル成分を何
らかの方法で融合させることが出来るならば、この両金
属材料が冶金的に強固に接合するであろうとの確信を得
、これを検証すべく種々の実験を試みた。ところが、形
状記憶合金や超弾性合金は、−旦、所定以上の高温を履
歴すると、形状記憶機能や超弾性機能を劣化して所期の
目的を達成しない金属に変質してしまい、とても、ニッ
ケルの融点近傍まで加熱することは許されないことが実
験を通じて判明した。

こうして、ニッケル・チタン系の形状記憶合金や超弾性
合金の特性を損なうことなく、双方金属のニッケル成分
を溶融させ、溶融したニッケル成分を互いに融合させて
両金属を接合するための技術的な条件を求めて試行錯誤
的実験を繰返すことを余儀無くされた。そして、偶然の
威り行きから、ニッケル・チタン系の形状記憶合金でも
、また同系の超弾性合金でも、急速かつ微小の時間内に
大きな熱エネルギーを局所的に集中させるることができ
るならば、帯熱部が狭小な範囲に限られ、他の部位の金
属特性に殆ど影響が出ない事実を突き止めることができ
た。

そこで、更に進んで、本発明者は当該金属の昇温箇所を
接合すべき対象部位のみに限定し、其処を瞬間的に急速
に発熱させて一時的に帯熱柔軟状態に変化させ、その柔
軟状態にある一瞬の間に両金属材料を互いに高圧で押し
合わせたみたところ、実に強固に両金属が接合する事実
を見出した次第である。

かくして、本発明者は、ニッケル・チタン系合金から成
る眼鏡部品を同材質またはニッケル基合金製の眼鏡フレ
ーム構成部に接合して眼鏡枠を製するにあたり、不活性
雰囲気中で前記眼鏡部品と眼鏡フレーム構成部とにおけ
る接合対象部位を瞬間的にニッケルの溶融温度近くにま
で急速に昇温させて帯熱柔軟状態の当該接合対象部位同
士を高圧で押し合わせるという冶金学的手段を採用する
ことによって、瞬間的に前記両合金の接合部分が鍛造組
織状態を威して強固に接合一体化せるニッケル・チタン
系合金部品を含むメタルフレーム眼鏡、並びにその合理
的な製造方法に到達し、前述の技術的課題の解決に成功
したのである。

〔実施例〕

以下、本発明を添附図面に示す実施例に基いて、更に詳
しく説明する。

図面上、符号ｌで指示するものはレンズ（図示せず）を
抱持すべきリムであり、左右対称に対として配置される
。本実施例においては、リムドｌにはニッケル・クロム
合金（Ｎｉ　８０％、　Ｃｒ　１３％、不可避的不純物
残余）のものと、ニッケル・銅合金＝　ｍｏｎｔＡ　ｍ
ｅｔａＬ（Ｎｉ　６３％以上、Ｃｕ　２１％以上）のも
のを採択した。

符号２で指示するものは、上記リムド１の上弦部に架橋
された長手細棒状のプレースバーであり、符号３で指示
するものはプレースパー２の下方へ左右のリムド１に目
状に架橋せる鞍形のブリッジであり、これらリムド・ｌ
、プレースパー２、およびブリッジ３は本実施例のメタ
ル眼鏡フレームのフロント枠Ｆを槽底している。これら
プレースバー２およびブリッジ３は、何れもニッケル・
チタン系超弾性合金（組成：　Ｎｉ　５０〜５１Ｘ、Ｔ
ｉ　４９〜５０％、不可避的不純物０．５％以下）によ
り作製されている。

符号４で指示するものは、ノーズバッドＰを支持するバ
ッドアームであり、上記ブリッジ３の付根部に対称的に
接合されである。このバッドアーム４・４は、チタン・
ニッケル系形状記憶合金（組成：　Ｎｉ　４０〜６０％
、Ｔｉ　６０〜４０　ＬＣｕ　３％、不可避的不純物０
．４％以下）にて構成されており、７０℃の温湯に接触
させると、マルテンサイト状態で変形されたアーム４の
結晶構造が母相に戻って設定された元の形状に復元する
ように形状記憶処理（Ｍｓ！度およびＡｓ温度の設定）
が施しである。

符号５で指示するものは上記フロント枠Ｆの左右両端に
各々接合されたＬ形に屈曲せるヨロイ智と呼ばれる板バ
ネタイプのエンドピースである。

このエンドピース５の素材は、上記プレースパー２およ
びブリッジ３と同様のニッケル・チタン系超弾性合金で
ある。

符号６で指示するものは上記エンドピース５・５に蝶番
ｈ−ｈによってヒンジ連結された耳掛テンプルであり、
上記プレースパー２、ブリッジ３と同質のニッケル・チ
タン系超弾性合金が用いられている。

しかして、本発明において最も注目すべき事項は、上記
リム１−１を接合せるプレースバー２およびブリッジ３
、同リムドｌにおけるブリッジ３の付根部近傍に接合せ
るバッドアーム４・４、および前記リムとプレースバー
とブリッジから成るフロント枠Ｆの両端に接合せるエン
ドピース５・５の接合部分が鍛造組織を形成して冶金的
に接合一体化されているという点である。そして、本発
明では、ニッケル・チタン系合金をニッケル基合金に接
合せしめる加工手段として、アルゴンガスのごとき不活
性ガスの雰囲気中で両合金部品の接合対象部位を局部的
にニッケル溶融温度近くにまで急速に昇温させて柔軟化
せしめ、柔軟化した瞬間に高圧で両合金部品相互を押し
合わせて接合するという巧みな瞬時熱間加工によって、
当該接合部分を組織的に強固な鍛造組織に変化させてい
るのである。

そこで、本実施例において行った眼鏡部品相互の接合処
理について具体的に説明すれば、次のとおりである。

まず、上記ニッケル・チタン系合金製の部品（２・３・
４）の端部付近に高周波加熱を施して部分焼鈍し、次い
で、当該線材の接合すべき端部に付着している酸化物や
油脂等の如き不純物を除去して清浄に洗浄処理する。同
様に、ニッケル基合金製のリム１も、接合すべき部位の
表面の酸化物や油脂等の如き不純物を除去して清浄にし
ておく。

次に、上記ニッケル・チタン系合金製部品の端部とニッ
ケル基合金製のリムエの接合対象部位同士が当接するよ
うに配置してエアシリンダ式バイスにてセットし、当該
接合対象部位に近接する部分には放熱部材としてクロム
銅を巻付けて不活性ガス（アルゴンガス）雰囲気中にお
いて、３サイクルの電流（１，０００〜２．０ＯＯＡ　
）を０．０５秒間流したところ、前記接合対象部位は双
方共に瞬間的に白熱化（１，３００〜１．４５０℃）し
て柔軟状態となり、かつ、それと同時に前記エアシリン
ダ式バイスを更に動作させて当該接合対象部位に２０ｋ
ｇ／ｍ１の圧力を加えたところ、当該部位の両金属は融
合して接合した。そこで、これを常温中で３分間放伶し
た後、当該接合部分を破壊して観察したところ内部は均
一な鍛造組織を威して完全に接合一体化いることが確認
された。

本発明は概ね上記実施例に示すような技術内容を有する
が、本発明は前述の実施例に限定されるものでは決して
なく、「特許請求の範囲」の記載内で種々の工程的付加
または削除が可能であって、例えば上記実施例において
はニッケル・チタン系合金部品に対し高周波加熱による
部分的焼鈍を施したが、これは後の接合工程での加圧に
よる折損を配慮したからであり、形状的またはサイズ的
に耐え得るものであれば不要であり、また、接合すべき
部品双方の接合対象部位をや＼突起状に膨出させて熱集
中を促進することも自由であり、何れの場合も本発明の
技術的範囲に属するものと云うべきである。

〔実験例〕

チタン・ニッケル系超弾性合金（組成：Ｎｉ５０〜５１
％、Ｔｉ　４９〜５０％、不可避的不純物０．５％以下
）を成形して成るプレースバー２（φ１．４：長す７ａ
ｎ）およびブリッジ３　（１，２φ：長さ３．５ａｎ）
を、ニッケル・クロム合金（Ｎｉ　８０％、Ｃｒ　１３
Ｘ、不可避的不純物残余）のリム１（２φ：円周１８ａ
ｎ）の上弦部に接合したものを試料■（第２図参照）と
し、また、チタン・ニッケル系形状記憶合金（組成＝Ｎ
ｉ４０〜６０％、Ｔｉ６０〜４０％、Ｃｕ　３　Ｌ不可
避的不純物０．４％以下）のパッドアーム４（１，０φ
：長さ１５Ｂ）をニッケル・銅合金材料−？ｍｏｎｅＬ
　ｍｅｔａＬ（８４６３１以上、Ｃｕ　２１％以上）の
リム１（２φ：円周１５ｃ！＋１）に接合したものを試
料■として、次の試験に付した。なお、試料■と試料■
との接合条件は、前者の加熱電流が１．０ＯＯＡであっ
たのに対して、後者が１、５００Ａである点のみが相違
する。

（１）屈曲試験 試料■については、第３図に示すように、接合部位を中
心にして前後に９０°ずつ（計１８０°）の角度範囲で
１分間に３０回の速度で、２４０回往復的に繰り返して
屈曲させたか、目視上、形状に何らの変形も生じず、ま
た何らの弾性劣化も起こらなかった。

（２）　　引張強度試験 試料■におけるプレスパー２とリムｌとの接合部分を中
心に各々ａａｎずつ切り取り、また同じく、試料■にお
けるパッドアーム４とリム１とについても接合部分を中
心に１５　ｗｍずつ切り取って、第４図のごとく、試料
■および試料■の両端を、引張試験機（訝　島津製作所
：＾ＧＳ−Ａ型）のクランプで挾み、接合部分を中心に
して上下に引っ張って計測したところ、次のような結果
が得られた。

ｉ、試料■について、 引張荷重が８２．７ｋｇｆに達したところで、超弾性金
属線の部分で破断した。この強度は、眼鏡のフロント枠
に要求されるところの引張強度として十分に実用に耐え
るものである。

五、試料■について、 引張荷重が５５．１　ｋｇ　ｆに達したところで、接合
部分が破断した。これもまた、眼鏡のパッドアームに要
求される強度としては十分に実用に耐え得るものである
。

（３）形状記憶性試験 試料■について、上記接合処理が予じめ与えた形状記憶
性に影響するか否かを検証するために、同試料■を２０
℃の温度下で曲げ変形（５０１１１）を与えて７０℃の
温湯に接触させてみたところ、結晶構造が母相に戻って
初期の形状にぼり完全に復元した。

〔本発明の効果〕

以上実施例をもって説明したとおり、本発明方法ににお
いては、ニッケル・チタン系合金製の眼鏡部品に含まれ
るニッケル成分とニッケル基合金材料に含まれるニッケ
ル成分とが帯熱柔軟化した状態の下で高圧により押圧さ
れることになる金属構造が鍛造組織を形成して冶金的に
一体化し強固に接合されることになる。したがって、本
発明によれば、従来接合が困難であると信じられていた
ニッケル・チタン系合金製の眼鏡部品を異種のニッケル
基合金材料とでも非常に強固に冶金的に接合することが
できるので、接合が困難であるがゆえに、利用が制約さ
れていたニッケル・チタン系合金（特に、超弾性合金や
形状記憶合金）の秀れた物理的特性や化学的特性を眼鏡
フレームに活せることになり、メタルフレーム眼鏡の性
能・機能を大きく前進させることができる。

また、本発明においては、ニッケル・チタン系合金製の
眼鏡部品およびニッケル基合金材料をニッケルの溶融温
度近くまでに昇温させはするが、温度上昇部位が局所的
な接合対象部位に限られ、そのうえ非常に微小時間の温
度上昇であるので、接合部位以外の箇所には接合熱によ
る悪影響を殆ど与えることなく、高性能で均質のメタル
フしため、共通するニッケル成分がベースとなって−ム
眼鏡を提供することが可能である。

さらに、本発明によれば、ニッケル・チタン系合金製の
眼鏡部品を眼鏡フレーム構成部の所要部位に非常な微小
で面積で接合することが可能になるので、理想的物性を
持った素材で非常にスマートな垢抜けしたデザイン的の
眼鏡を工業的に量産することが可能となる。

このように本発明は、従来、接合技術が隘路となって用
途が不可避的に限定されていたニッケル・チタン系合金
を眼鏡フレームの分野に飛躍的に拡張できるものであり
、その産業上の利用価値は頗る高いものと云える。

ｌ・−・・リム、２・・・・プレースバー３・・・・ブ
リッジ、４・・・・パッドアーム、５・・・・エンドピ
ース、６・・・・耳掛テンプル。

Ｆ・・・・フロント枠、ｈ・・・蝶番。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）ニッケル・チタン系合金から成る眼鏡部品が同材
   質またはニッケル基合金製の眼鏡フレーム構成部に鍛造
   組織を形成して冶金的に接合一体化されていることを特
   徴としたニッケル・ チタン系合金部品を含むメタルフレーム眼鏡。
2. （２）眼鏡部品がニッケル・チタン系超弾性合金または
   ニッケル・チタン系形状記憶合金を成形して成るプレー
   スバー２およびブリッジ３であって、この眼鏡部品２・
   ３がニッケル基合金を成形して成る左右のリム１・１に
   鍛造組織を形成して冶金的に接合一体化され、フロント
   枠Ｆを構成している請求項（１）記載の、ニッケルチタ
   ン系合金部品を含むメタルフレーム眼鏡。
3. （３）フロント枠Ｆにおける左右のリム１・１の内側ま
   たはブリッジ３に、ニッケル・チタン系合金を成形して
   成るパッドアーム４・４が鍛造組織を形成して冶金的に
   接合一体化されている請求項（２）記載の、ニッケルチ
   タン系合金部品を含むメタルフレーム眼鏡。
4. （４）フロント枠Ｆを構成するリム１・１の左右外側部
   に、ニッケル・チタン系超弾性合金またはニッケルチタ
   ン系形状記憶合金を成形して成るエンドピース５・５が
   鍛造組織を形成して冶金的に接合一体化されている請求
   項（１）〜（３）の何れか一つに記載の、ニッケルチタ
   ン系合金部品を含むメタルフレーム眼鏡。
5. （５）ニッケル・チタン系合金から成る眼鏡部品を同材
   質またはニッケル基合金製の眼鏡フレーム構成部に接合
   して眼鏡枠を製するにあたり、不活性雰囲気中で前記眼
   鏡部品と眼鏡フレーム構成部とにおける接合対象部位を
   瞬間的にニッケルの溶融温度近くにまで急速に昇温させ
   て帯熱柔軟状態の当該接合対象部位同士を高圧で押し合
   わせることにより、前記両合金の接合部分を鍛造組織で
   冶金的に接合一体化せしめることを特徴としたニッケル
   ・チタン系合金部品を含むメタルフレーム眼鏡の製造方
   法。
6. （６）ニッケル・チタン系合金が、Ｎｉ含有率が６０〜
   ４０％およびＴｉ含有率が４０〜６０％の形状記憶合金
   または超弾性合金であり、これを接合すべきニッケル基
   合金が、Ｎｉ−Ｃｕ系合金、Ｎｉ−Ｍｏ系合金、Ｎｉ−
   Ｃｒ系合金、またはＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金である請求
   項（５）記載の、ニッケル・チタン系合金部品を含むメ
   タルフレーム眼鏡の製造方法。
7. （７）ニッケル・チタン系合金から成る眼鏡部品接合対
   象部位に近接する部位とニッケル基合金製の眼鏡フレー
   ム構成部の接合対象部位に近接する部位とを伝熱性金属
   材で被包することによって放熱部を形成し、接合対象部
   位以外の過熱を抑制しつゝ接合対象部位のみをニッケル
   溶融温度近くにまで瞬間的に急速に昇温させて冶金的に
   接合一体化せしめる請求項（５）または（６）の何れか
   一つに記載の、ニッケル・チタン系合金部品を含むメタ
   ルフレーム眼鏡の製造方法。