KR20030066861A - 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법에 관한 것으로서, 안경렌즈프레임(1) 사이를 연결하는 연결브릿지(5), 안경다리(2)와 끼움접속하는 힌지(3)의 접속부재(4) 등의 연결부재를 가지는 안경테를 제조하기 위하여, 상기 연결부재의 어느 한쪽 또는 양측을 형상기억합금으로 성형하고, 상기 형상기억합금의 연결부재를 상변태 이하의 온도에서 정상치수보다 작게 하여 구성하며, 상기 형상기억합금의 연결부재가 대향하는 타 연결부재의 연결부는 상기 형상기억합금의 연결부재의 정상치수보다 작게 하여 구성하여 상기 형상기억합금을 열처리함으로서 부재간의 마찰압력으로 접속하는 통상의 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법에 있어서;

상기 형상기억합금은 니켈(Ni)함량이 50 - 52 중량 % 인 니켈과다합금인 것을 특징으로 하여; 안경테의 재질의 열적변형이 극소화되고, 또한 가공공정이 대폭 단축되는 장점을 가짐으로서 안경 제조원가를 저감하고 별도의 후가공이 불요하게 되어 제품의 품질 또한 증대할 수 있는 유용성을 가진다.

Description

형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법{Manufacturing method of frames for spectacles with metalic transofrmation}

본 발명은 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 안경다리 또는 연결브릿지 등을 가지는 금속형 안경테의 개선된 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

다양한 구성의 안경테, 특히 금속소재를 기조로 하는 안경테가 널리 사용되고 최근에는 각종의 특수합금 등을 이용한 안경테가 경량성과 착용상의 편리함으로 인하여 널리 보급되고 있다.

이러한 종래로 부터의 금속소재의 안경은 대부분이 안경다리와 연결브릿지 등의 구성부재를 브레이징, 용접, 압착법 등으로 가공하여 구성하게 된다.

안경테의 생산원가의 대부분은 인건비가 차지하게 되는 바, 경쟁력있는 안경테의 제조를 위해서는 상기하는 가공방법의 단순화가 절실히 요구되고 있는 실정으로서 이러한 문제점을 감안하여 종래로 부터도 형상기억합금을 이용하여 브레이징, 용접 등의 가공방법이 가지는 인건비의 상승과 가공 후처리작업의 요구, 소재의 변질 등의 문제점을 해결하기 위한 노력이 시도되고 있다.

또한 이러한 형상기억합금을 이용한 안경테의 제조기법에 관한 선출원도 다수 안출되어 있다.

그러나 종래 안출된 선 특허출원 등의 내용은 대부분이 형상기억합금을 소재로 하는 안경부품을 영하 이하의 저온에서 가공하여 조립하는 방법을 채택하고 있슴으로 인하여 작업환경의 저온유지와 저온화 장치 등에 많은 초기비용이 필요하며 작업여건 또한 바람직하지 못하다는 문제점을 가지고 있다.

따라서 실제 작업환경 하에서의 실온과 유사한 온도에서 제조가 가능함으로서 시설투자가 적고 저렴한 형상기억합금을 사용하는 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법이 요구되고 본 발명은 그러한 요구에 부응하기 위하여 개발, 안출된 것이다.

본 발명의 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법은 상온에서 가공할 수 있는 소재구성과 가공법을 제공함으로서 상술하는 문제점을 일소하고 한다.

상술하는 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법은;

안경렌즈프레임 사이를 연결하는 연결브릿지, 안경다리와 끼움접속하는 힌지의 접속관체 등의 연결부재를 가지는 안경테를 제조하기 위하여, 상기 연결부재의 어느 한쪽 또는 양측을 형상기억합금으로 성형하고, 상기 형상기억합금의 연결부재를 상변태 이하의 온도에서 정상치수보다 작게 하여 구성하며, 상기 형상기억합금의 연결부재가 대향하는 타 연결부재의 연결부는 상기 형상기억합금의 연결부재의 정상치수보다 작게 하여 구성하여 상기 형상기억합금을 열처리함으로서 부재간의 마찰압력으로 접속하는 통상의 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법에 있어서;

상기 형상기억합금은 니켈(Ni) 함량이 50 - 52 중량 % 인 니켈과다합금인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 중요한 구성방법 중, 하나는 상기 형상기억합금은 기본소재구성의합금을 800 도 섭씨 이상에서 용체화처리를 시행하는 것이며 더욱 중요한 부가적인 구성방법은, 용체화처리 이후, 300 -600 도 섭씨의 온도로서 열처리하여 석출상을 구성하여 안경부품을 만들기 위한 1 차소재로서 가공하여 부품간의 조립을 수행하고,

상기 1차소재의 가공, 조립 이후에 550 에서 600 도 섭씨 사이의 온도로서 열처리하여 변태온도를 낮추어 초탄성효과를 얻게 하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법이 적용되는 예시적인 구성을 가지는 안경의 부분사시도.

도 2 a b, c 는 본 발명의 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법에서 결합을 설명하기 위한 설명도.

도 3 은 본 발명의 기본적인 원리를 설명하는 형상기억합금의 시차주사열분석곡선도.

도 4 는 형상기억합금을 사용한 안경부품의 연속적인 열처리 이후의 변태온도의 변화곡선도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 안경렌즈프레임

2: 안경다리

3: 힌지

4: 접속관체

이하의 부수된 도면과 함께 본 발명의 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법의 구성 및 작용을 설명한다.

도 1 은 본 발명의 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법이 적용되는 예시적인 구성을 가지는 안경의 부분사시도, 도 2 a b, c 는 본 발명의 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법에서 결합을 설명하기 위한 부재측면의 설명도, 도 3 은 본 발명의 기본적인 원리를 설명하는 형상기억합금의 시차주사열분석곡선도, 도 4 는 형상기억합금을 사용한 안경부품의 연속적인 열처리 이후의 변태온도의 변화곡선도이다.

본 발명의 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법에서는 종래 용접 등으로 제작되던 안경의 부품 구성을 형상기억합금을 사용하여 구성하게 하고, 다양한 형상기억합금 중, 형상기억효과를 의미하는 초탄성효과를 극대화하기 위한 합금의 선택과, 선택된 합금의 열처리를 주된 내용으로 한다.

일반적으로 티탄-니켈(Ti-Ni) 계열의 경우는 온도가열에 따라서 약 10 % 정도의 기하학적인 상변화를 유발하는 것으로서 알려져 있고, 형상기억합금은 고온에서의 안정상을 오스테나이트와, 저온에서의 안정상을 마르텐사이트를 형성한다.

이러한 상변화가 유발되는 임계온도를 변태온도라고 하며, 형상기억합금은 마르텐사이트의 변태온도 이하에서 기하학적으로 형상을 변경시키고 다시 변태온도 이상으로 가열하면 오스테나이트의 상으로 복원되면서 원래의 형상으로 복귀하는 힘을 가지게 된다.

따라서, 안경부재로 사용하기에 적합하게는 이러한 역변태종료온도(Af:변태가 종료되어 안정화되는 온도)가 실온이어야 하는 것이다.

따라서 이 역변태종료온도를 실온으로 낮추기 위한 방법은 연구결과 하기의 2 가지가 존재하게 된다.

(1) 통상적인 티탄-니켈(Ti-Ni) 합금에 제 3 의 원소를 첨가하는 방법

(2) 티탄-니켈 (Ti-Ni)에 제 3 의 원소를 첨가하지 않고 단지 니켈 (Ni)의 함량을 가변시켜 구성하는 방법.

위 방법 중, 일반적인 티탄-니켈 (Ti-Ni)을 주로 하는 방법을 선택하며 이는 구입의 용이성과, 경제성 및 가공성이 양호하기 때문이다.

일반적으로는 니켈(Ni)이 조성비 51.5% 이상이면 소성가공이 거의 불가능하게 되는 것으로서 알려져 있고 니켈(Ni)이 50 % 를 넘는 경우 시효처리를 하여 합금 내부에 석출상을 형성시켜 변태온도를 조절할 수있 다.

도 1 은 본 발명의 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법이 적용되는 예시적인 구성을 가지는 안경이다.

여기에서, 안경(10)의 전체 구성에 있어서, 특히 안경렌즈프레임(1)과 안경다리(2)를 연결하는 힌지(3)의 접속관체(4)와 안경다리(2) 사이에 채용되거나, 안경렌즈프레임 사이를 연결하는 연결브릿지(5)에 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법에서는,

상기의 안경다리(2)와 힌지(3)의 접속부재인 접속관체(4)를 결합구성함에 있어서 형상기억합금을 사용하여 간단하게 체결을 도모하는 구성을 가진다.

상기의 안경다리(2)와 힌지(3)의 접속부재인 접속관체(4)를 결합구성함에 있어서 안경다리(2)를 형상기억합금으로서 구성하고 이를 가공처리형상기억합금을 사용하여 간단하게 체결을 도모하는 구성을 가진다.

안경다리(2)를 구성하는 형상기억합금에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.

니켈(Ni)과잉의 티탄-니켈(Ti-Ni)합금을 선택하고 바람직하게는 니켈(Ni)과잉, 즉 니켈(Ni)이 중량성분 50 % 를 넘고 52 %를 초과하지 않는 조성으로서 형상기억합금을 구성하고 이를 열처리하여 구성한다. 가장 바람직하게는 티탄-니켈 (TiNi) 성분비가 50.7 : 49.3 인 것으로 실험결과 알려졌다.

이러한 티탄-니켈(TiNi)합금을 열간압연을 수행하여 작은 직경의 와이어를 구성하고 다시 냉간인발하여 안경다리(2)에 적합한 직경의 와이어로 최종 소재를 구성한다.

상기한 티탄-니켈(TiNi)합금을 열처리하여 변태온도를 조절하는 방법을 설명한다.

우선 용체(溶體)화함으로서 소재의 내부 성분을 균일하게 처리한다. 용체화처리는 섭씨 850 도에서 1 시간동안 행하였다.

용체화이후에 소재 내부에 변태온도를 결정하는 석출상을 만들기 위하여 400 도 섭씨, 500 도 섭씨, 550 도 섭씨, 570 도 섭씨, 600 도 섭씨에서 각각 1 시간동안 가열하여 열처리를 수행한다. 모든 시료는 열처리 이후에 얼음물에 ??칭하여 처리한다.

상기와 같이 처리한 티탄-니켈(Ti-Ni)합금의 변태온도를 조사하기 위하여 시차주사열분석(時差走査列分析:DSC)을 행한 것이 도 3 의 각각의 그래프도이다.

그래프에서 보면 400 도 섭씨에서 처리한 도 a 에서, 냉각시의 마르텐사이트 변태개시온도(Ms)가 약 섭씨 43 도로서 상온에서 마르텐사이트 상태임을 알 수 있다.

형상기억합금의 경우 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 부근에서 소성가공에 필요한 응력이 가장 낮으므로 400도 섭씨로 열처리할 경우, 가공이 극히 용이함을 알 수 있다. 도 b,c,d 에서 알 수 있듯이 열처리온도가 증가하면 변태온도가 감소하여 열처리온도가 600 도 섭씨가 되면 그래프 상에서 냉각시 피크를 관찰하기가 어려워 짐을 알 수 있다.

따라서, 티탄-니켈(Ti-Ni) 성분비가 50.7 : 49.3 인 형상기억합금을 400 도 섭씨에서 열처리하여 1차가공을 하고 다시 550 도 섭씨와 600 도 섭씨 사이의 온도로 열처리하면 변태온도가 하강함으로서 초탄성효과를 보이게 되는 것이다.

[실시예]

이를 더욱 구체적으로 도시하는 것이 도 4 의 그래프도이다.

우선 티탄-니켈(TiNi) 성분비가 50.7 : 49.3 의 형상기억합금을 용체화처리하고, 400 도 섭씨에서 1 시간 열처리를 행한 후에, 다시 570 도 섭씨에서 1시간 열처리를 수행하여 변태온도를 조사한다.

그 결과, 도 4 에서와 같이 400 도 섭씨 에서 열처리 후, 570 도 섭씨에서 열처리하면 변태온도가 하강함을 알 수 있고 570 도 섭씨에서 열처리한 경우, Af 가 약 -12 도 섭씨로서 상온에서 초탄성을 보이게 됨을 알 수있다.

이를 구체적으로 안경다리(2)와 접속관체(4)에 적용하는 구성이 도 2 에 모식적으로 도시되어 있다.

(1) 1.34mm 직경의 와이어(W:안경다리(2)) 형태로 가공한 티탄-니켈 (TiNi) 성분비가 50.7 : 49.3 인 형상기억합금을 850 도 섭씨에서 1 시간의 가열로서 용체화처리한 이후에. 400 도 섭씨에서 1시간동안 시효열처리하고,

(2) 열처리된 와이어(W)를 직경 1.29 mm(단면감소율약 7 %)로 냉간인발한다.

(3) 인발가공된 와이어(W)를 안경다리로 하여 내직경이 1.3 mm 인 접속관체(4)에 삽입한다. 이경우 와이어(W)와 접속관체(4)의 직경 간의 여유값으로 인하여 용이하게 삽입이 이루어진다.

(4) 이 상태에서 570 도 섭씨에서 1시간 다시 시효처리를 행한 결과 와이어(W)의 직경이 1.31 mm 가 되었다. 이는 단면적이 약 3% 증가함을 의미하고 와이어(W)는 그보다 직경이 작은 접속관체(4)의 내방에서 확장되는 팽창압력으로 인하여 견고하게 고정되는 것이다.

이상과 같은 본 발명의 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법은, 종래의 용접으로서 구성, 조립된 안경에 비하여 역변태온도가 낮으므로 안경테의 재질의 열적변형이 극소화되고, 또한 가공공정이 대폭 단축되는 장점을 가짐으로서 안경 제조원가를 저감시키고 별도의 후가공이 불요함으로서 제품의 품질 또한 증대할 수 있는 유용성을 가진다.

Claims (3)

1. 안경렌즈프레임(1) 사이를 연결하는 연결브릿지(5), 안경다리(2)와 끼움접속하는 힌지(3)의 접속관체(4) 등의 연결부재를 가지는 안경테를 제조하기 위하여, 상기 연결부재의 어느 한쪽 또는 양측을 형상기억합금으로 성형하고, 상기 형상기억합금의 연결부재를 상변태 이하의 온도에서 정상치수부다 작게 하여 구성하며, 상기 형상기억합금의 연결부재가 대향하는 타 연결부재의 연결부는 상기 형상기억합금의 연결부재의 정상치수보다 작게 하여 구성하여 상기 형상기억합을 열처리 함으로서 부재간의 마찰압력으로 접속하는 통상의 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법에 있어서;

   상기 형상기억합금은 니켈(Ni)함량이 50 - 52 중량 % 인 니켈과다합금인 것을 특징으로 하는 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 형상기억합금은 기본소재구성의 합금을 800 도 섭씨 이상에서 용체화처리를 시행하는 것을 특징으로 하는 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 용체화처리 이후, 300 에서 600 도 섭씨 사이의 선택된 온도로서 열처리하여 석출상을 구성하여 안경부품을 만들기 위한 1 차소재로서 가공하여 부품간의 조립을 수행하고,

   상기 1차소재의 가공,조립 이후에 550 에서 600 도 섭씨 사이의 온도로서 열처리하여 변태온도를 낮추어 초탄성효과를 얻게 하는 것을 특징으로 하는 형상기억형 부재를 이용한 안경테의 제조방법.