JP2000504431A - 眼鏡用金属フレーム - Google Patents

眼鏡用金属フレーム

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JP2000504431A JP8523302A JP52330296A JP2000504431A JP 2000504431 A JP2000504431 A JP 2000504431A JP 8523302 A JP8523302 A JP 8523302A JP 52330296 A JP52330296 A JP 52330296A JP 2000504431 A JP2000504431 A JP 2000504431A
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Abstract

(57)【要約】 単結晶性形状記憶合金、すなわち、低角度の結晶粒界によって隔離された1以上の晶子からなり、かつ、銅基または鉄基合金の中から選ばれた合金で作られたつる部分(6)および/またはブリッジおよび/または棒(4)からなるフレーム。

Description

【発明の詳細な説明】 眼鏡用金属フレーム技術分野 本発明は、つる、ブリッジおよび/または視力矯正レンズ、サングラスレンズ または安全レンズを保持する縁(eyewires)の間又はこれらのレンズを 直接連結する連結棒(connecting bar)のような、少なくともい くつかの金属部材を含む眼鏡用フレームに関する。背景技術 金属性の眼鏡フレームのある種の部材を作るために形状記憶合金を使用するこ とはすでに公知である。 比較的低い温度における永久変形を経た後簡単な加熱によって最初の形状を回 復することができる合金は、いずれも形状記憶合金(SMA)と呼ばれている。 この性質は、材料の原子構造の中に含まれる物理的な現象:可逆マルテンサイ ト変態の顕微鏡組織的な発現である。 マルテンサイト変態は、現象学的観点からは図1に示される曲線によって説明 でき、その図1においては、温度は横軸に示され、変態分率は縦軸に示されてい る。 冷却と同時に(直接マルテンサイト変態)、Ms(マルテンサイト スタート )温度からマルテンサイトが生成され始め、そして試料はMf(マルテンサイト フィニッシュ)温度で完全にマルテンサイトになる。 再加熱(逆変態)と同時に、オーステナイト(またはβ相)がAs(オーステ ナイト スタート)温度で生成され始め、そして試料はAf(オーステナイト フ ィニッシュ)温度で完全にオーステナイトになる。 可逆マルテンサイト変態は、形状記憶合金の固有の性質の原因となる: ・一方向性記憶効果 ・二方向性記憶効果 ・超弾性効果 ・ゴム効果 マルテンサイト変態は、機械的応力の適用によって、T<Msの場合だけでな くT>Msの場合にも起こる。この応力がT>Afで変形された合金について除 去されると、マルテンサイトがオーステナイトに変わる逆変態が変態ヒステリシ スを伴って生ずる。この現象は超弾性効果と呼ばれている。この現象は、横軸に 変形量が示され、縦軸に機械的応力が示されている図2に図示されている。 変形量εmaxは、形状記憶合金が機械的応力を除去された後にも持続する、非 可逆塑性変形なしに堪え得る最大の変形量(ε)である。 NF基準A 51−080は形状記憶合金に関わる用語と測定値を規定する。 本明細書で使われる用語はこの基準に準拠するものである。 つる、ブリッジまたは連結棒を含み、これら部材の一部または全部が超弾性形 状記憶合金で作られている眼鏡フレームは現在用いられている。これらの部材を 作るのに使われる形状記憶合金はチタンとニッケルをベースとするものである。 このことは、眼鏡フレームの製造と機械的強度に関してかなりの困難を生じさせ る。 −Ti−Ni合金の低疲労強度はある応力サイクルを経た後の脆性破壊を示す。 −加工硬化はTi−Ni合金の貧弱な疲労強度を緩和するのに利用することがで きるが、超弾性変形εmaxはこの場合約3から4%に制限される。Ti−Ni合 金の剛性は限界を越えて急速に増加し、合金は破壊し勝ちである。 −Ti−Ni合金は高い比率のニッケルを含有し、通常眼鏡を作るのに使われる 銀鑞によって組立のためにニッケルで被覆されなければならない。金属ニッケル は眼鏡フレームをかける人にアレルギーを起こすことがある。 −Ti−Ni合金で作られた超弾性部材と眼鏡を作るのに共通して使われた従来 からの金属(モネル、ニッケルシルバー、青銅、キュプロベリリウム、ステンレ ス鋼、チタン合金)で作られた部材との組み合わせは簡単には達成できなかった 。 超弾性部材と従来からの部材(超弾性の性質を欠如するもの)とを組み合わせ るのに現在三つの方法がある。 −第1の方法は、超弾性部材の端部を銀で半田付けし得る金属で作られたソケッ ト内へ圧入することからなる。超弾性部材がソケット内へ圧入されるとともに、 ソケットはついで従来部材へ半田付けされる。 ニッケル電気めっき被覆が結合と半田付けを改善するのに使用し得ることに留 意されるべきである。 −第2の方法は、超弾性部材をニッケル電気めっき層で被覆し、引き続き銀鑞で 従来部材に半田付けすることからなる。 −第3の方法は、超弾性部材を従来部材にレーザビームまたは電子ビームのエネ ルギーで溶接することからなる。これらの費用のかかる方法は、しかしながら、 眼鏡を作るのに稀にしか使用されていない。 他の形状記憶合金も同様に超弾性眼鏡フレーム部材を作るために試験された。 これらの試験およびそれから生じた特許は、Cu−Zn−X合金(X=Al,S n,・・・・・)およびCu−Al−Ni合金について述べている。しかしなが ら、Ti−Niをベースとする合金に比べて、これらの合金は3〜4%以上の変 形εmaxに堪えることができない。この制限を越えると、それらの合金は粗大な 結晶粒組織によって脆くなりかつ破壊する。 現在では眼鏡を作るのに使われるTi−Niおよびその他の形状記憶合金の機 械的強度と用途を改善することが要望されている。 使用される方法はできるだけ降伏強度を高めるために材料を硬化することから なる。 非常に細粒の組織がこの目的のために望ましい;この細粒組織は鋳造で生じた 粗大組織をかなりの加工硬化の後に再結晶することによるか,または、硬質相の 析出を起こさせる熱処理の間に達成される組織的硬化によるか、あるいは、冷間 加工によって得られる。 これらの方法の大きな欠点は超弾性に関連する変形が大きく制限されることで ある。粒界、析出物、および加工硬化はマルテンサイト変態を妨げ、かつ、超弾 性合金の剛性を大幅に増加させる。 本発明の目的は金属性眼鏡フレームを提供することにあり、そこにおいて、つ る、ブリッジ、連結棒のようなある種の部材は機械的応力の作用下に変形を受け ることができ、その一方で、一旦応力を受けるのを止めると直ちに完全に形状を 回復することができる合金で作られる。 さらに、そのような部材は破断することなく非常に多数回の曲げサイクルに耐 えられるものでなければならない。そのような部材はまた眼鏡の部分を形成する 他の部材と簡単に組み立てられるものでなければならない。発明の開示 本発明が関係する眼鏡フレームは、このため、単結晶の形状記憶合金、すなわ ち、単一の晶子(crystallite)または弱く非配向とされた粒界によ って分離された複数個の晶子から形成され、かつ、CuまたはFe基の合金の中 から選ばれた合金で作られたつるおよび/またはブリッジおよび/または1以上 の連結棒を含むことを特徴とする。 単結晶の形状記憶合金の使用は、外見から如何なる局部的な機械的応力集中を も避けるために、微視的観点から最も均質な組織から益を受けることを可能とす る限りにおいて有利である。形状記憶合金は下記の銅基合金の中から選ばれる: Cu−Zn−Al, Cu−Al−Ni, Cu−Al−Be, Cu−Al−Mn あるいは、下記の鉄基合金の中から選ばれる。 Fe−Mn−Si, Fe−Mn−Cr, Fe−Mn−Cr−Si これらの合金の第1の利点は、通常使われているTi−Ni合金より非常に低 費用であるということである。さらに、これらの合金は、観察できるほどの剛性 の増加もなく、最大変形が、少なくとも−40℃と+80℃の間で11%のオー ダーであるか、または、Ti−Ni合金の2から3倍であるので、明らかに優れ た変形特性をもっている。このことは、その眼鏡フレームをかけている人は衝撃 のような事故の場合にある種の有利性があることを表わしている。 同じCu−Zn−Al,Cu−Al−Ni,Cu−Al−Be)またはCu− Al−Mn、およびFe−Mn−Si,Fe−Mn−CrまたはFe−Mn− Cr−Si合金が、単結晶組織ではなく、多結晶組織をもつ場合には、3から4 %以上に変形し得ず、かつ非常に制限された疲労強度をもつことに留意されるべ きである。 このような状況下でフレームが変形されかつ衝撃の後で残留変形無しにその当 初の形状を回復する。 本発明にしたがって作られた部材の疲労特性は同様に有利である。Ti−Ni 合金で作られた部材が何回かの応力サイクルの後に破壊の危険にいたる場合でも 、本発明にしたがって単結晶形状記憶合金で作られた部材は破壊無しになお数千 サイクルに耐えることができる。したがって、より優れた疲労特性を与えるため に部材を加工硬化する必要なない。反対に単結晶合金の加工硬化は超弾性特性に 変化をもたらす危険を生ずる恐れがある。本発明にしたがって製造された部材は 少なくとも120℃にわたる広い温度範囲内で可変形性特性を有利に保持する。 たとえば、単結晶性超弾性部材は、使用温度が−20℃と+40℃の間であるT i−Ni合金と異なり、−40℃と+80℃の間で残留変形無しに弾性的な跳ね 返り(rebound)を保持する。 Cu−Zn−Al,Cu−Al−Ni,Cu−Al−Mn、またはCu−Al −Be系合金およびFe−Mn−Si,Fe−Mn−CrまたはFe−Mn−C r−Si系合金は、本発明による部材を作るのに使われる形状記憶合金の中から 選ばれた他の合金と直接溶接または半田付けできることに留意すべきである。 単結晶性形状記憶銅合金に結晶粒界が存在しないために、銀鑞が該合金に直接 使用できることに留意されるべきである。事実、半田付け中に結晶粒界の存在が 結晶粒界における金属間化合物の形成によって明らかにされ、そして、これらの 化合物は粒界の機械的強度の低減を生じさせる。 さらに、これらの単結晶性形状記憶合金は加工硬化または組織的硬化(str uctural hardening)を必要としないので、溶接または半田付 けは、単結晶性形状記憶銅合金の状態にいかなる変化も生じさせず、かくて、使 用コストと減価が低い現存する装置を利用することを可能とする。このため、本 発明による部材を眼鏡を作るのに通常使われている合金で作られたフレームの部 分を形成する部材に直接溶接することが可能である。かくて、特に、つるがフレ ームの縁(eyewires)に直接溶接できるか、もしくは、それぞれのつる にフレームの縁に溶接されることが意図されているトーションバーを設けること ができる。 (フレームの)つるにおける曲げを容易にするために、眼鏡製造の技術分野に おいて広く知られているような蝶番部材を使わないで、蝶番として働く材料の厚 みを低減することが可能である。このタイプのつるのフレーム本体への接合部の 有利性は、眼鏡ホールダーから取り出した途端に自動的につるを開かせることが できることで、これによって、片手だけで眼鏡をかけることができる。 同様に、眼鏡を畳めるように他の厚みの小さい部分を形成することができる。 この場合、各つるの中央部と共に、ふたつの縁を連結するブリッジ上、およびふ たつの縁に設ける場合のある連結棒上に、厚みの小さい部分を形成することがで きる。 本発明の他の特徴によれば、つるを耳の形に合わせられるように超弾性挙動か ら可塑性挙動へ挙動を変更するために従来の熱加工処理(thermomech anical treatment)を各つるの端部において局部的に実施でき る。この処理は同様にフレームのブリッジおよび/またはつるのいかなる部分に も容易に適用できる。 本発明の他の特徴によれば、単結晶性形状記憶合金で作られたブリッジは直接 レンズに取り付けられるか、または、それ自身は直接レンズに取り付けられてい る蝶番に取り付けられる。 本発明による部材の他の有利な特徴は、これらがCu−Al−Ni合金以外の 場合を除きニッケルを含まないことであり、これによって、眼鏡をかける人がこ の元素を含む合金と接触することによって生ずるアレルギーの危険を回避できる 。 本発明による形状記憶合金で作られた部材は単結晶性形状記憶合金で作られた 断面が4mm以下の直径をもつ円に形成され得る線材から製造される。この形状 は単結晶性組織とそれによって生ずる性質に有害な加工硬化を生ずるかなりの変 形は必要とせずに、部材を容易に成形することを可能にする。 本発明の他の特徴によれば、部材は、マルテンサイトが形成され始める変態温 度Afが−100℃と−20℃の間であるような単結晶性形状記憶合金で作られ る。 本発明は、眼鏡の非制限的な実施例としてのいくつかの具体例を示す添付概略 図を参照した以下の説明からよりよく理解されるであろう。図面の簡単な説明 図3は、付加される応力の関数としての本発明の部材の変形量を示すグラフで ある。 図4は、眼鏡の斜視図である。 図5は、縁に対するつるの接合部分を特に詳細に示す眼鏡の斜視図である。 図6は、他の眼鏡の斜視図である。 図3は、本発明による単結晶形状記憶合金で作られた部材の変形量を、それに 加えられた応力の関数として示すグラフである。該グラフの左側部分に示される ように、チタン−ニッケルで作られた部材の弾性変形量は4%を越えない。それ と対照的に、本発明による形状記憶合金で作られた部材の変形量は11%に達し 、この変形量の値は、チタン−ニッケル製部材に最大変形を達成するのに必要な 応力よりも低い応力で得られる。 図4は、レンズを収容するための、ブリッジ3および連結棒4によって互いに 連結された二つの縁2を有する眼鏡を示す。つる6は蝶番5によって接合され、 各縁2に取付けられている。ブリッジ3、連結棒4およびつる6は上記の記載に 従って、単結晶形状記憶合金から作製し得る。 図5は、具体的態様の変形例を示し、各つる6は対応する縁2に、ねじり棒7 を介して、溶接によって取付けられている。その結果、つるが閉じた位置に向う 回転機能を行うのは蝶番ではない。棒7を用いずに、つる6の上および縁2に溶 接されたその端部の付近の曲げを容易にする、材料の厚さが薄い部分を設けるこ とも同様に可能である。 図6は、眼鏡の別の態様を示し、そのフレームは折り畳まれるように意図され ている。ブリッジ3は薄い中央帯域8を有し、連結棒4は薄い中央帯域9を有し 、各つる6は薄い中央帯域10を有する。 かくて、まず、薄い厚み10の部分のまわりに旋回することによって2本のつ るをそれら自身の上に折り畳むことができ、ついで、薄い厚み8、9の部分のま わりに旋回することによってフレームをそれ自身の上で畳むことが可能である。 上の説明から明らかなように、本発明は、形状記憶合金で作られた部材を使っ て眼鏡フレームを作ることによって現在の技術の著しい改善をもたらし、その部 材は優れた変形性能をもち、ある回数の変形の後にもよくあるような破損の危険 にさらされることがなく、従来合金で作られた眼鏡の他の部材に直接溶接または 半田付けすることができ、そして、そのようなフレームの多数の部材を制限する 蝶番を使用することなく、畳むことができる。 本発明が、実施例として上に記載されたこのフレームの具体例に限定されるこ とはなく、その逆に、すべての変形例をも包含することは明かである。かくて、 形状記憶合金で作られたブリッジは直接レンズに取り付けられ、単結晶性形状記 憶合金で作られたつるはレンズに直接か、または、それ自体レンズに直接レンズ に取り付けられている蝶番に取り付けられる。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1997年3月11日(1997.3.11) 【補正内容】 「他の形状記憶合金も同様に超弾性眼鏡フレーム部材を作るために試験された 。 これらの試験およびそれから生じた特許は、Cu−Zn−X合金(X=Al,S n,・・・・・)およびCu−Al−Ni合金について述べている。そのような 合金は特に、特許文献FR−A−2504284およびUS−A−489391 7に記載されている。しかしながら、これらは多結晶合金である。 しかしながら 、Ti−Niをベースとする合金に比べて、これらの合金は3〜4%以上の変形 εmaxに堪えることができない。この制限を越えると、それらの合金は粗大な結 晶粒組織によって脆くなりかつ破壊する。」 補正された請求の範囲 1.単結晶性形状記憶合金、すなわち、単一の晶子または弱い非配向性の粒界に よって分離された複数個の晶子から形成され、かつ、CuまたはFe基の合金の 中から選ばれた合金で作られた、つる(6)および/またはブリッジ(3)およ び/または1以上の連結棒(4)を含むことを特徴とする金属性眼鏡フレーム。 2.形状記憶合金で作られた前記部材(3、4、6)が以下のCu基合金:Cu −Zn−Al、Cu−Al−Ni、Cu−Al−Be、Cu−Al−Mnの中か ら選ばれることを特徴とする請求の範囲1によるフレーム。 3.形状記憶合金で作られた前記部材(3、4、6)が以下のFe基合金:Fe −Mn−Si,Fe−Mn−Cr,Fe−Mn−Cr−Siの中から選ばれるこ とを特徴とする請求の範囲1によるフレーム。 4.当該形状記憶合金内にマルテンサイトが形成され始める変態温度Afが−1 00℃と−20℃の間にあることを特徴とする請求の範囲1から3のいずれか1 項によるフレーム。 5.形状記憶合金で作られた前記部材が少なくとも−40℃と+80℃の間で1 1%までの超弾性変形を受けることができることを特徴とする請求の範囲1から 4のいずれか1項によるフレーム。 6.形状記憶合金で作られた前記部材(3、4、6)が断面が4mm以下の直径 をもつ円に形成され得る単結晶性形状記憶合金の線材から製造されることを特徴 とする請求の範囲1から5のいずれか1項によるフレーム。 7.単結晶性形状記憶合金で作られた前記部材(3、4、6)がフレームの部分 を形成しかつ眼鏡フレームを作るのに通常使われる合金で作られている他の部材 に直接溶接できることを特徴とする請求の範囲1から6のいずれか1項によるフ レーム。 8.前記つる(6)がフレームの縁(2)に直接溶接されることを特徴とする請 求の範囲7によるフレーム。 9.フレームの縁(2)に溶接されることを意図するねじり棒(7)が前記つる (6)に設けられていることを特徴とする請求の範囲7によるフレーム。 10.単結晶性形状記憶合金で作られた前記部材(3、4、6)が、上記つると 上記縁の間の結合帯域の近傍に、および/または前記つるの長さ方向の中間部に 、および/または前記ブリッジの中央部に、および前記フレームの前記二個の縁 の間の連結棒の中央部に配置された厚みの薄い帯域(8、9、10)を含むこと を特徴とする請求の範囲1から9のいずれか1項によるフレーム。 11.単結晶性形状記憶合金で作られた前記ブリッジ(3)が直接レンズに取り 付けられ、そして単結晶性形状記憶合金で作られた前記つるが直接レンズにまた は直接レンズに取り付けられる蝶番(5)に取り付けられることを特徴とする請 求の範囲1から7のいずれか1項によるフレーム。 12.単結晶性形状記憶合金で作られた前記部材(3、4、6)が、材料の挙動 を超弾性挙動からこれら部材の調整を可能とする可塑性挙動へ変化させるために 、従来の熱加工処理を施された1以上の帯域を含むことを特徴とする請求の範囲 1から11のいずれか1項によるフレーム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,SZ,U G),UA(AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM ),AL,AM,AT,AU,AZ,BB,BG,BR ,BY,CA,CH,CN,CZ,DE,DK,EE, ES,FI,GB,GE,HU,IS,JP,KE,K G,KP,KR,KZ,LK,LR,LS,LT,LU ,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO, NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,S I,SK,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US ,UZ,VN (72)発明者 エベルハルト,アンドレ フランス国 57045 メッツ セデックス 1,イル ドゥ ソルシ,アンスティテ ュ シュペリウール ドゥ ジェニ メカ ニーク エ プロデュクティク ラバラト ワール ドゥ フジィーク エ メカニー ク デ マテリオ,セーエヌエールエヌ− イュエールアー 1215

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.単結晶性形状記憶合金、すなわち、単一の晶子または弱い非配向性の粒界に よって分離された複数個の晶子から形成され、かつ、CuまたはFe基の合金の 中から選ばれた合金で作られた、つる(6)および/またはブリッジ(3)およ び/または1以上の連結棒(4)を含むことを特徴とする金属性眼鏡フレーム。 2.形状記憶合金で作られた前記部材(3、4、6)が以下のCu基合金:Cu −Zn−Al,Cu−Al−Ni,Cu−Al−Beの中から選ばれることを特 徴とする請求の範囲1によるフレーム。 3.形状記憶合金で作られた前記部材(3、4、6)が以下のFe基合金:Fe −Mn−Si,Fe−Mn−Cr,Fe−Mn−Cr−Siの中から選ばれるこ とを特徴とする請求の範囲1によるフレーム。 4.当該形状記憶合金内にマルテンサイトが形成され始める変態温度Afが−1 00℃と−20℃の間にあることを特徴とする請求の範囲1から3のいずれか1 項によるフレーム。 5.形状記憶合金で作られた前記部材が少なくとも−40℃と+80℃の間で1 1%までの超弾性変形を受けることができることを特徴とする請求の範囲1から 4のいずれか1項によるフレーム。 6.形状記憶合金で作られた前記部材(3、4、6)が断面が4mm以下の直径 をもつ円に形成され得る単結晶性形状記憶合金の線材から製造されることを特徴 とする請求の範囲1から5のいずれか1項によるフレーム。 7.単結晶性形状記憶合金で作られた前記部材(3、4、6)がフレームの部分 を形成しかつ眼鏡フレームを作るのに通常使われる合金で作られている他の部材 に直接溶接できることを特徴とする請求の範囲1から6のいずれか1項によるフ レーム。 8.前記つる(6)がフレームの縁(2)に直接溶接されることを特徴とする請 求の範囲7によるフレーム。 9.フレームの縁(2)に溶接されることを意図するねじり棒(7)が前記つる (6)に設けられていることを特徴とする請求の範囲7によるフレーム。 10.単結晶性形状記憶合金で作られた前記部材(3、4、6)が、上記つると 上記縁の間の結合帯域の近傍に、および/または前記つるの長さ方向の中間部に 、および/または前記ブリッジの中央部に、および前記フレームの前記二個の縁 の間の連結棒の中央部に配置された厚みの薄い帯域(8、9、10)を含むこと を特徴とする請求の範囲1から9のいずれか1項によるフレーム。 11.単結晶性形状記憶合金で作られた前記ブリッジ(3)が直接レンズに取り 付けられ、そして単結晶性形状記憶合金で作られた前記つるが直接レンズにまた は直接レンズに取り付けられる蝶番(5)に取り付けられることを特徴とする請 求の範囲1から7のいずれか1項によるフレーム。 12.単結晶性形状記憶合金で作られた前記部材(3、4、6)が、材料の挙動 を超弾性挙動からこれら部材の調整を可能とする可塑性挙動へ変化させるために 、従来の熱加工処理を施された1以上の帯域を含むことを特徴とする請求の範囲 1から11のいずれか1項によるフレーム。
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