【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明はメガネフレーム用ニオブ−チタン合金
に関するもので、特にフレーム用チタン特有の強
度及び耐食性を損なうことなく弾性を改善し、フ
レームとしての信頼性を向上せしめたものであ
る。
一般にメガネフレームには軽量で優れた強度、
弾性、耐食性及び冷間加工性が要求されており、
従来の金属性フレームには洋白、銅−ニツケル合
金（通称モネル）、ニツケル−クロム合金等が、
その機械的特性、耐食性、冷間加工性及び色調か
ら用いられていた。最近フレームの軽量化及び高
級化の指向が強くなり、チタン製フレームが用い
られるようになつた。
チタン及びチタン合金は航空機や宇宙船に使用
される高価な金属であり、チタン製フレームは高
級品としてのイメージが強い。チタンは比重約
4.5の軽い金属でフレームとしての上記諸特性を
ほぼ満足するも、弾性が劣るためメガネの保持力
が弱く装身性も劣り、フレームとして信頼性が欠
ける欠点があつた。
本発明はこれに鑑みチタンの弾性に及ぼす各種
添加元素の影響について検討の結果、ニオブの添
加がチタンの特性を損なうことなく弾性を向上し
得ることを知見し、更に検討の結果、メガネフレ
ームとして信頼性を高めることができるニオブ−
チタン合金を開発したもので、ニオブ15〜90重量
％（以下重量％を単に％と略記）、炭素0.2％以
下、酸素0.13〜0.35％、窒素0.1％以下、残部チタ
ンからなることを特徴とするものである。
即ち本発明はチタンにニオブを添加することに
より、チタン特有の諸特性を損なうことなく、弾
性を向上せしめ、更に含有する炭素量、酸素量及
び窒素量を調整することにより一層弾性を向上せ
しめたものである。
ニオブ−チタン合金としては超電導合金や耐食
性高力合金が知られており、特に耐食性高力合金
はニオブにチタンを添加することにより耐食性を
始め強度及び冷間加工性を向上し、更に合金の炭
素量、酸素量及び窒素量を調整することにより強
度を一層向上せしめたもので、優れた耐食性、強
度及び冷間加工性を有することが報告されてい
る。
本発明においてもチタンにニオブを添加するこ
とにより、チタン特有の諸特性を損なうことな
く、むしろこれを改善すると共に弾性を向上し得
たもので、合金元素の含有量を上記の如く限定し
たのは次の理由によるものである。
ニオブ含有量を15〜90％と限定たのは、含有量
が15％未満でも、90％を越えても十分な弾性が得
られないためである。また炭素含有量を0.2％以
下、酸素含有量を0.13〜0.35％、窒素含有量を0.1
％以下と限定したのは、酸素含有量が0.13％未満
では弾性の向上が得られず、かつ炭素含有量が
0.2％を越えても、酸素含有量が0.3％を越えて
も、窒素含有量が0.1％を越えても冷間加工性が
低下し、実用上フレームには適さないものとなる
ためである。
以下本発明を実施例について説明する。
第１表に示す組成の金属を真空アーク溶解によ
り溶解鋳造し、この鋳塊を850℃の温度で熱間加
工した後、冷間加工を加えて直径２mmの線材に仕
上げた。これ等線材についてばね限界値を測定し
た。その結果を第１表に示す。
尚ばね限界値は、JIS H3130（ばね用ベリリウ
ム銅、りん青銅及び洋白の板及び条）の６、４、
１項に準じた繰返したわみ式試験により求めたも
のである。これは直径２mmφに仕上げた線材を直
線状の試験片とし、試験機に固く締めつけ、自由
端から約３mmの負荷点に引掛金具を接触させ、４
mmのたわみ変位を毎分200回の速さで50回与え、
試験片の内力の分布を安定させたのち、たわみ変
位量を偏心ローラーの調節によつて段階的に増加
させ各測定毎に毎分200回の速さで50回の繰返し
たわみを与え、その都度、負荷点の永久たわみを
測定したものである。
The present invention relates to a niobium-titanium alloy for eyeglass frames, and in particular has improved elasticity without impairing the strength and corrosion resistance characteristic of titanium for frames, thereby improving reliability as a frame. In general, eyeglass frames are lightweight and have excellent strength.
Elasticity, corrosion resistance and cold workability are required,
Conventional metal frames include nickel silver, copper-nickel alloy (commonly known as Monel), and nickel-chromium alloy.
It was used for its mechanical properties, corrosion resistance, cold workability, and color tone. Recently, there has been a strong trend toward lighter and more sophisticated frames, and titanium frames have come to be used. Titanium and titanium alloys are expensive metals used in aircraft and spacecraft, and titanium frames have a strong image as luxury products. Titanium has a specific gravity of approximately
Although the lightweight metal of 4.5 satisfies most of the above-mentioned characteristics as a frame, it had the drawback of poor elasticity, weak holding power for glasses, poor wearability, and lack of reliability as a frame. In view of this, the present invention has investigated the effects of various additive elements on the elasticity of titanium, and has found that the addition of niobium can improve the elasticity without impairing the properties of titanium. Niobium can improve reliability
It is a developed titanium alloy, and is characterized by consisting of 15 to 90% by weight of niobium (hereinafter weight % is simply abbreviated as %), 0.2% or less of carbon, 0.13 to 0.35% of oxygen, 0.1% or less of nitrogen, and the balance is titanium. It is something. That is, in the present invention, by adding niobium to titanium, the elasticity is improved without impairing the characteristics unique to titanium, and the elasticity is further improved by adjusting the amount of carbon, oxygen, and nitrogen contained. It is something. Superconducting alloys and corrosion-resistant high-strength alloys are known as niobium-titanium alloys. In particular, corrosion-resistant high-strength alloys improve corrosion resistance, strength, and cold workability by adding titanium to niobium, and further improve the carbon content of the alloy. It has been reported that the strength has been further improved by adjusting the amount of oxygen, oxygen and nitrogen, and that it has excellent corrosion resistance, strength and cold workability. In the present invention, by adding niobium to titanium, we were able to improve the properties of titanium and improve its elasticity without impairing the properties unique to titanium. This is due to the following reasons. The reason why the niobium content is limited to 15 to 90% is that sufficient elasticity cannot be obtained even if the content is less than 15% or exceeds 90%. In addition, the carbon content should be 0.2% or less, the oxygen content should be 0.13-0.35%, and the nitrogen content should be 0.1%.
% or less because if the oxygen content is less than 0.13%, elasticity cannot be improved and if the carbon content is
This is because even if the content exceeds 0.2%, the oxygen content exceeds 0.3%, and the nitrogen content exceeds 0.1%, the cold workability deteriorates, making it unsuitable for practical use in frames. The present invention will be described below with reference to Examples. Metals having the compositions shown in Table 1 were melted and cast by vacuum arc melting, and the ingots were hot worked at a temperature of 850°C and then cold worked to form wire rods with a diameter of 2 mm. The spring limit value was measured for these wire rods. The results are shown in Table 1. The spring limit values are JIS H3130 (beryllium copper, phosphor bronze, and nickel silver plates and strips for springs) 6, 4,
It was determined by a repeated deflection test according to Section 1. This is done by using a linear test piece made of a wire finished with a diameter of 2 mmφ, tightening it tightly in a testing machine, and contacting the hook with a load point about 3 mm from the free end.
A deflection displacement of mm is applied 50 times at a speed of 200 times per minute.
After stabilizing the distribution of internal force on the test piece, the amount of deflection was increased step by step by adjusting the eccentric roller, and for each measurement, the deflection was repeated 50 times at a rate of 200 times per minute. , which measures the permanent deflection at the load point.
【表】
第１表から明らかなように本発明合金No.1〜
No.6は高い弾性を示し、メガネフレームとして
目鏡保持力を向上し、かつ良好な装身性を得るこ
とができる。これに対しニオブ含有量が本発明合
金の組成範囲より外れる比較合金No.7及びNo.8
では弾性の改善がほとんど認められず、また酸素
含有量が本発明合金の組成範囲より少ない比較合
金No.8では十分な弾性が得られないことが判
る。更に炭素含有量、酸素含有量、窒素含有量の
何れかが、本発明合金の組成範囲より多い比較合
金では冷間加工性が悪く、ばね限界値の測定を断
念した。
このように本発明合金はチタンの諸特性を損な
うことなく、弾性を著しく向上せしめたもので、
メガネフレームとして目鏡保持力を向上し、かつ
良好な装身性を得ることができるもので、メガネ
フレームの信頼性を向上する顕著な効果を奏する
ものである。[Table] As is clear from Table 1, the invention alloy No. 1~
No. 6 exhibits high elasticity, improves the holding power of eyeglasses as an eyeglass frame, and provides good wearability. On the other hand, comparative alloys No. 7 and No. 8 whose niobium content is outside the composition range of the alloy of the present invention
It can be seen that almost no improvement in elasticity was observed in No. 8, and that sufficient elasticity could not be obtained with Comparative Alloy No. 8, which had an oxygen content lower than the composition range of the alloy of the present invention. Furthermore, cold workability was poor in comparative alloys in which any one of the carbon content, oxygen content, and nitrogen content was higher than the composition range of the alloy of the present invention, and measurement of the spring limit value was abandoned. In this way, the alloy of the present invention has significantly improved elasticity without impairing the properties of titanium.
As a spectacle frame, it is possible to improve the holding power of eyeglasses and to obtain good wearability, and it has a remarkable effect of improving the reliability of the spectacle frame.