PT807276E - Armacao metalica para oculos - Google Patents
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Description
DESCRIÇÃO "ARMAÇÃO METÁLICA PARA ÓCULOS" A invenção tem por objecto uma armação para óculos, possuindo pelo menos certos elementos metálicos, tais como, as hastes, a ponte e/ou as barras de ligação entre os aros de retenção das lentes de correcção da visão, de protecção solar ou de segurança ou directamente entre as referidas lentes.
Conhece-se já a utilização, para a realização de certos elementos que constituem as armações metálicas de óculos, de ligas com memória de forma.
Chama-se liga com memória de forma (AMF), qualquer liya metálica que pode retomar a sua forma inicial por simples aquecimento após ter sofrido uma deformação permanente a uma temperatura mais baixa.
Esta propriedade é a tradução macroscópica de um fenómeno fisico que intervém ao nivel da organização atómica da matéria: a transformação martensitica reversível. A transformação martensitica pode ser descrita do ponto de vista fenomenológico pela curva representada na figura 1, na qual a temperatura está representada em abcissas e a fracção transformada está representada em ordenadas.
No arrefecimento (transformação martensitica directa), a martensite começa a formar-se a partir da temperatura Ms «martensite start» e a amostra fica completamente martensitica à temperatura Mf «martensite finish». 1
No aquecimento (transformação inversa), a austenite (ou fase β) começa a formar-se a uma temperatura As «austenite start» e a amostra fica completamente austenitica à temperatura Af «austenite finish». A transição martensítica reversível está na origem das propriedades específicas das ligas com memória de forma: - efeito de memória de sentido simples, - efeito de memória de sentido duplo, - efeito superelástico, - efeito cauchútico. A transformação martensítica produz-se, não só para T < Ms, mas também para T > Ms, por aplicação de um constrangimento mecânico. Se se relaxa este constrangimento para uma liga deformável a T > Af, há uma transformação inversa da martensite em austenite com uma histerese de transformação. Este fenómeno é chamado efeito superelástico. Está representado pela figura 2, na qual a deformação é representada em abcissas e o constrangimento mecânico é representado em ordenadas. A deformação smax é a deformação máxima que pode suportar uma liga com memória de forma sem que uma deformação plástica irreversível subsista após libertação da liga com memória de forma de qualquer constrangimento mecânico. A norma NF A 51-080 define o vocabulário e as medidas associadas às ligas com memória de forma. Os termos utilizados neste texto referem-se a estas normas.
Existem actualmente armações para óculos, incluindo hastes, pontes ou barras, onde em todo ou em parte os componentes são constituídos por ligas com memória de forma superelástica. A liga com memória de forma utilizada para a realização destes componentes é uma liga à base de titânio e niquel. Importantes dificuldades de realização e de resistência mecânica das armações para óculos resultam desse facto: - Peguena resistência à fadiga das ligas de Ti-Ni que, após algumas centenas de ciclos de constrangimentos, apresentam uma rotura frágil. - Um tratamento a frio pode ser utilizado para minimizar a má resistência à fadiga das ligas de Ti-Ni, mas neste caso a deformação superelástica smax fica limitada a uns 3 a 4%. Para lá deste limite, a rigidez da liga de Ti-Ni aumenta rapidamente e a liga tende a partir-se. - As ligas de Ti-Ni contêm uma elevada proporção de niquel e devem ser revestidas de niquel pela junção a quente da prata, habi Lualiuente utilizada na arte. Ora, o elemento niquel pode provocar alergias ao portador de armações para óculos. - A junção de componentes superelásticos a ligas Ti-Ni com componentes constituídos por metais clássicos, normalmente utilizados na indústria de óculos (monel-liga de cobre e niquel-, metal branco, bronze, liga cupro-berilio, aços inoxidáveis, ligas de titânio), não pode ser facilmente concretizada.
Os métodos actualmente utilizados para a junção de componentes superelásticos com os componentes clássicos (não possuindo a propriedade de superelasticidade) sâo em número de três: - O primeiro consiste em encabar à força a extremidade ou as extremidades do componente superelástico numa manga constituída por um metal que pode ser soldado a prata. Depois, 3
Γ" com ο componente superelástico já encabado, solda-se a manga com os componentes clássicos.
Deve notar-se que pode ser utilizado um revestimento galvânico de niquel para melhorar a ligação e a brasagem. A segunda consiste no revestimento do composto superelástico com uma camada galvânica de níquel, e depois soldar o coiuponenLe plástico com uma solda de prata. - A terceira consiste em soldar por meio de feixe de energia: laser ou feixe de electrões os componentes superelásticos nos componentes clássicos. Estes métodos dispendiosos são, todavia, raramente utilizados na indústria de óculos.
Outras ligas com memória de forma foram consideradas para a realização de componentes de armações de óculos superelásticas. Estes ensaios e as patentes daí resultantes fazem menção das ligas Cu-Zn-X(com X = Al, Sn, etc.), Cu-Al-Ni. Tais ligas vêm descritas, nomeadamente, nos documentos FR-A-2.504.284, US-A-4.893.917 e JP-A-58-186 719, mencionando este último documento uma superestrutura cristalina. Todavia, tráta-3e de ligas policristalinas. Mas, em comparação com as ligas à base de Ti-Ni, estas ligas não podem suportar deformações emax de mais de 3 a 4%. Para além destes valores, a sua estrutura granular grosseira torna-as frágeis e quebram.
Actualmente, é procurada uma melhoria da resistência mecânica e da concretização de ligas com memória de forma utilizadas na indústria dos óculos, como Ti-Ni, bem como outras ligas com memória de forma.
Os métodos utilizados consistem em endurecer o material afim de que o seu limite elástico seja o mais elevado possível. 4 ··"?
Para isso, procura-se uma estrutura com grãos muito finos, obtida, quer pela recristalização das estruturas grosseiras de fundição após tratamentos a frio importantes, quer por endurecimento estrutural obtido no decurso de tratamentos térmicos, fazendo precipitar as fases duras, quer ainda por um tratamento a frio. 0 maior inconveniente destes métodos é limitar fortemente as deformações associadas à superelasticidade. Os conjuntos de grãos, os precipitados e o tratamento a frio bloqueiam a transformação martensitica e conduzem a um forte aumento da regidez da liga superelástica. O objecto da invenção é fornecer uma armação metálica para óculos, na qual certos elementos, por exemplo as hastes, as pontes ou as barras, sejam fabricados de uma liga susceptível de deformação sob a acção de pressões mecânicas, retomando no entanto perteitamente a sua forma, desde que a pressão deixe de ser exercida.
Por outro lado, convém que tais elementos possam suportar um número importante de ciclos de flexões sem rotura. Convém igualmente que os referidos elementos possam ser facilmente ligados aos outros elementos que constituem a armação dos óculos.
Para esse efeito, a armação a que a invenção se refere inclui hastes e/ou uma ponte, e/ou uma ou várias barras fabricadas de uma liga com memória de forma. A armação é caracterizada por esta liga ser monocristalina, isto é, constituída por uma só cristalite ou por várias cristalites separadas por juntas de baixa desorientação, e escolhida entre as ligas à base de Cu ou de Fe. A utilização de uma liga com memória de forma monocristalina é vantajosa, na medida em que permite beneficiar 5 de uma estrutura o mais homogénea possível do ponto de vista microscópico, afim de que nenhuma concentração de constrangimentos mecânicos locais apareça. As ligas com memória de forma são escolhidas entre as ligas à base de cobre seguintes:
Cu-Zn-Al; Cu-Al-Ni; Cu-Al-Be; Cu-Al-Mn; ou entre as ligas à base de ferro seguintes:
Fe-Mn-Si; Fe-Mn-Cr; Fe-Mn-Cr-Si.
Uma primeira vantagem destas ligas é que são bastante mais baratas que as ligas Ti-Ni utilizadas habitualmente. Por outro lado, apresentam características de deformação bem superiores, uma vez que a deformação máxima é da ordem dos 11% ou mais entre -40°C e +80°C, ou seja, de 2 a 3 vezes superior à de uma liga Ti-Ni, sem que qualquer aumento da rigidez seja observado, o que constitui uma vantagem segura para a pessoa que utiliza a armação para óculos em caso de incidente, por exemplo, um choque.
Deve notar-se que estas mesmas ligas Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, CU-Al-Be ou Cu-Al-Mn e Fe-Mn-Si, Fe-Mn-Cr ou Fe-Mn-Cr-Si, quando tenham uma estrutura policristalina, por oposição à estrutura monocristalina, não se podem deformar mais de 3 a 4% e têm uma resistência à fadiga muito limitada.
Nestas circunstâncias, a armação deforma-se e, após o choque, a armação dos óculos volta à sua geometria de origem sem deformação residual.
As propriedades relativas à fadiga de um elemento, fabricado de acordo com a invenção, são igualmente vantajosas. Uma vez que um elemento fabricado com a liga Ti-Ni apresenta um risco de rotura após algumas centenas de ciclos de constrangimentos, os elementos fabricados de uma liga com 6
memória de forma monocristalina, de acordo com a invenção, podem suportar vários milhares de ciclos sem rotura. Não é portanto necessário fazer o tratamento a frio de um tal elemento para lhe conferir uma melhor resistência à fadiga. Pelo contrário, o tratamento a frio de uma liga com memória de forma monocrÍ3talina arriscaria dc ocasionar uma alteração das características de superelasticidade. Os elementos obtidos de acordo com a invenção conservam com vantagem as suas propriedades de deformabilidade num dominio de temperatura que se estende por pelo menos 120°C. Assim, por exemplo, os componentes monocristalinos superelásticos conservam um regresso elástico sem qualquer deformação residual de -40°C a +80°C por oposição às ligas de Ti-Ni, cujas temperaturas de utilização são compreendidas entre -20 e +40°C.
Deve notar-se que, entre as ligas com memória de forma utilizadas para concretizar os elementos de acordo com a invenção, os à base de Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, Cu-Al-Mn, Cu-Al-Be e os à base de Fe-Mn-Si, Fe-Mn-Cr ou Fe-Mn-Cr-Si são directamente soldáveis às outras ligas vulgarmente utilizadas na indústria de óculos.
Note-se que as soldas com prata são directamente utilizáveis nas ligas com memória de forma à base de cobre monocristalinas, graças à ausência de conjuntos de grãos. Com efeito, a presença de conjuntos de grãos quando da solda traduz-se na formação de compostos intermetálicos nestes conjuntos de grãos, fragilizando estes compostos o desempenho mecânico dos conjuntos.
Além disso, não tendo estas ligas com memória de forma monocristalina necessidade de um tratamento a frio ou de um endurecimento estrutural, a soldadura ou a solda não modificam o estado da liga com memória de forma superelástica, permitindo 7 utilizar o material existente, cujos custos de fabrico e de amortização são pouco elevados. É assim possível soldar directamente os elementos, de acordo com a invenção, aos elementos constitutivos da armação realizada com ligas metálicas vulgarmente utilizadas na indústria de óculos. É assim nomeadamente que as hastes podem ser soldadas directamente sobre os aros da armação, ou cada haste pode ser equipada com uma pequena barra de torsão para ser soldada num aro da armação.
Para favorecer a flexão ao nível das hastes, é possível realizar adelgaçamentos do material que desempenha o papel de charneira, sem todavia recorrer a elementos de charneira, tais como são conhecidos actualmente no domínio da indústria de óculos. Uma vantagem deste tipo de articulação das hastes sobre o corpo da armação é permitir a abertura automática das hastes desde a saída do estojo de óculos, o que permite colocá-los na cara só com uma mão. É igualmente possível prever outras zonas de adelgaçamento para poder dobrar em duas a armação. É possível, neste caso, prever zonas de adelgaçamento na ponte que liga os dois aros, na eventual barra colocada entre estes, assim como no meio de cada haste.
De acordo com uma outra característica da invenção, pode ser efectuado um tratamento termomecânico clássico localmente na extremidade de cada haste para fazer passar esta de um comportamento superelástico a um comportamento clássico, permitindo a regulação no contorno da orelha. Este tratamento pode também facilmente ser efectuado sobre qualquer parte das pontes e/ou das hastes da armação.
De acordo com uma outra forma de execução, a ponte de liga com memória de forma monocristalina é fixada directamente às 8 Γ' \ lentes, e as hastes de liga com memória de forma monocristalina são fixadas, quer directamente às lentes, quer às charneiras que são elas próprias fixadas directamente às lentes.
Uma outra caracteristica vantajosa dos elementos de acordo com a invenção é que não contém níquel nas liqas diferentes da de Cu-Al-Ni, o que evita qualquer risco de alergia, da parte do utilizador destes óculos, resultante do contacto de uma liga contendo este componente.
Os elementos de liga com memória de forma, de acordo com a invenção, são obtidos a partir de um fio de liga com memória de forma monocristalina, cuja seccão pode se inscrever num círculo de diâmetro inferior a 4 mm. Esta caracteristica permite uma concretização fácil para obter os elementos, sem necessitar de deformação importante resultante de um tratamento a frio prejudicial à estrutura monocristalina e às propriedades dela decorrentes.
De acordo com outra caracteristica da invenção, os elementos são realizados numa liga com memória de forma monocristalina, cuja temperatura de transformação Af, a partir da qual a martensite começa a formar-se, está compreendida entre -100 e -20°C.
De qualquer maneira, a invenção será melhor compreendida com a ajuda da descrição que se seque, com referência ao desenho esquemático anexo que representa, a título de exemplos não limitativos, várias formas de execução de um par de óculos. A figura 3 é uma vista de um diagrama, representando a deformação de um elemento de acordo com a invenção em função de constrangimentos sobre ele exercidos; A figura 4 é uma vista em perspectiva de um par de óculos; 9 A figura 5 é uma vista em perspectiva de uma parte de um par de óculos, mostrando mais especialmente a articulação de uma haste num aro; A figura 6 é uma vista em perspectiva de um outro par de óculos. A figura 3 representa um diagrama de deformação de um elemento de uma liga com memória de forma monocristalina, dc acordo com a invenção, em função de um constrangimento sobre ele exercido. Como se mostra na parte esquerda do diagrama, a deformação elástica de um elemento de titânio-niquel não ultrapassa os 4%. Pelo contrário, a deformação elástica de um elemento fabricado de uma liga com memória de forma, de acordo com a invenção, atinge 11%, sendo este valor da deformação obtido com um valor de constrangimento inferior ao necessário para obter a deformação máxima do elemento de titânio-niquel. A figura 4 representa um par de óculos, possuindo dois aros 2 destinados a receber as lentes e ligados um ao outro por uma ponte 3 e por uma barra 4. Em cada aro 2 é montada, articulada com a ajunda de uma charneira 5, uma haste 6. A ponte 3, a barra 4 e as hastes 6 podem ser fabricadas de uma liga com memória de forma monocristalina, de acordo com as disposições indicadas anteriormente. A figura 5 representa uma variante de execução, na qual cada haste 6 é montada no aro 2 correspondente, por soldagem, por intermédio de uma pequena barra de torsão 7. Deixa portanto de haver charneira real, permitindo a liga, tendo em conta as suas possibilidades, realizar a função de oscilação das hastes para a posição de fecho. Será igualmente possível, sem utilizar uma pequena barra 7, trazer ao nível da haste 6 e na proximidade da sua extremidade soldada ao aro 2 um adelgaçamento de material, favorecendo a flexão. 10 A figura 6 representa uma outra forma de execução de uns óculos, cuja armação está destinada a ser dobrada em duas. Nesse caso, a ponte 3 possui uma zona central 8 adelgaçada, a barra 4 apresenta uma zona central 9 adelgaçada e cada uma das hastes 6 compreende uma zona central 10 adelgaçada. É assim possível, em primeiro lugar, dobrar as duas hastes 6 sobre si próprias por rotação à volta das zonas adelgaçadas 10 e depois dobrar a armação sobre si própria por rotação à volta das zonas adelgaçadas 8, 9.
Como é evidente do que atrás foi descrito, a invenção traz uma grande melhoria à técnica existente, fornecendo uma armação para óculos, utilizando elementos de liga com memória de forma, que possuem uma excelente capacidade de deformação, que não apresentam os riscos habituais de rotura após um certo número de deformações, que podem ser directamente sujeitos a soldaduras ou soldas aos outros elementos dos óculos fabricados de ligas tradicionais e que permitem uma dobragem sem utilização de charneira, o que limita o número de componentes de uma destas armações.
Como é evidente, a invenção não se limita às únicas formas de execução desta armação, acima descritas a título de exemplo; abrange, pelo contrário, todas as variantes. É assim que a ponte de liga com memória de forma poderia ser fixada directamente naa lentes e as hastes de liga com memória de forma monocristalina poderiam ser fixadas, quer directamente às lentes, quer em charneiras, que são elas próprias fixadas directamente às lentes.
Lisboa, 26 de Dezembro de 2001
O AGENTE OFICIAL DA^ROPRIEDADE INDUSTRIAL
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- REIVINDICAÇÕES Armação metálica de óculos, incluindo hastes (6) e/ou uma ponte (3) e/ou uma ou várias barras (4) fabricadas de liga com memória de forma, caracterizada por esta liga ser monocristalina, ou seja, constituída por uma só cristalite ou por várias cristalites separadas por juntas com baixa desorientação, e escolhida entre as ligas à base de Cu ou de Fe. Armação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por os elementos (3, 4, 6) de liga com memória de forma serem escolhidos entre as ligas à base de Cu seguintes: Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, Cu-Al-Be, Cu-AI-Mn. Armação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por os elementos (3, 4, 6) de liga com memória de forma serem escolhidos entre as ligas à base de Fe seguintes: Fe-Mn-Si, Fe-MN-Cr, Fe-Mn-Cr-Si. Armação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizada por a temperatura de transformação (Af), a partir da qual, para a liga com memória de forma considerada, a marquensite começa a formar-se, estar compreendida entre -100°C e -20°C. Armação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizada por os elementos de liga com memória de forma possuírem uma capacidade de deformação superelástica de 11%, pelo menos entre -40°C e +80°C. Armação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizada por os elementos (3, 4, 6) dc liga com memória de forma serem obtidos a partir de um fio de liga com memória de forma monocristalina, cuja secção se pode inscrever num circulo de diâmetro inferior a 4 mm.
- 7. Armação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizada por os elementos (3, 4, 6) de liga com memória de forma monocristalina serem soldáveis directamente a outros elementos que constituem a armação e fabricados de ligas metálicas vulgarmente usadas na indústria de óculos.
- 8. Armação de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por as hastes (6) serem soldadas directamente aos aros (2) da armação.
- 9. Armação de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por as hastes (6) serem equipadas cada uma com uma pequena barra de torsão (7) destinada a ser soldada a um aro da armação. Lisboa, 26 de Dezembro de 2001 0 AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL\ \ - ··-? 2
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