JPH06167679A - 眼鏡フレ−ム用複合材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ろう付に起因した "リム切れ" を生じること
がなく、耐食性，肌への馴染み性に優れた軽量メタル眼
鏡フレ−ム用材料を提供する。 【構成】 図１で示したように、眼鏡フレ−ム用材料を
“Ni−Cr合金，Co合金，Cu合金又はステンレス鋼から選
ばれた芯材11”と“Ti或いはTi合金から成る外層12”と
より成る複合材10とするか、更には、前記芯材11と外層
12との間に“Nb，Ta又はそれらの合金から選ばれた中間
層13”を介在させた複合材構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、軽量であって加工
性，耐食性にも優れ、かつろう付部での材質劣化の進展
が抑制された眼鏡フレ−ム用複合材に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年、眼鏡フレ−ム用材料とし
ては“メタル（金属）”がその主流を占めるようになっ
てきたが、このようなメタル製眼鏡フレ−ムは、図６の
斜視図で示す如く、レンズを固定するリム部1,1 を連結
するブリッジ部２、リム部1,1 を顔面に保持するテンプ
ル部3,3 、及びリム部１とテンプル部３とを連結する蝶
番４，智５等から構成されるのが一般的である。そし
て、上記眼鏡フレ−ムを製造する場合には、素材線から
スウェ−ジング，圧延或いはプレス等の冷間加工によっ
てリム部1,1 、ブリッジ部２、テンプル部3,3 等を所定
の形状，寸法に成形加工，機械加工した後、これらをろ
う付にて連結し組み立てを行っている。

【０００３】ところで、最近、金属材料の中でも特にチ
タン(Ti)の軽量性や耐食性が着目されるようになり、Ti
又はTi合金を適用した眼鏡フレ−ム用材料の需要が急増
している。ただ、Ti又はTi合金は他の金属と比べて“ろ
う付性" や "表面処理性" 等の点で劣ることから、眼鏡
フレ−ム用材料として適用する場合には、前記欠点を補
うべく、他の金属と複合させた“複合材”の形態で用い
るのが一般的であった。

【０００４】そして、これらの複合材としては、例えば
次のようなものが知られている。 a) 特公昭６１−４０２９４号公報に記載されているよ
うな、「Ti又はTi合金製の芯材をニッケル(Ni)合金で被
覆した二層構造の複合材」 →これは、Ti又はTi合金製の芯材に外層材として“前記
Ti基金属と調和した加工性を有するNi合金”を被覆し、
Ti基金属の軽量性とNi合金の優れたろう付性，メッキ
性，表面光沢とを兼ね備えた材料を目指したものであ
る。

【０００５】b) 特開昭６３−７８７４１号公報に記載
されているような、「Ti又はTi合金製の芯材をNbから成
る中間層を介してNi又はNi合金外層で被覆した三層構造
の複合材」 →これは、上述したTi系金属／Ni合金二層複合材の場合
と同様、Ti又はTi合金の軽量性とNi又はNi合金の優れた
ろう付性やメッキ性との兼備を目論んだ材料であるが、
更に、この種の材料に指摘された「熱処理やろう付時の
熱影響で起きるNiの拡散により芯材／外層界面に金属間
化合物の脆弱層が形成される」との不都合をNb中間層を
設けることで防ぎ、界面強度の劣化防止を図ったもので
ある。

【０００６】このように、外層材がNi基合金である複合
材の場合は、通常の銀ろう（ろう付温度：６５０〜８５
０℃）を用いて容易にろう付が行えるので、特殊な技術
が必要であったTi又はTi合金同士のろう付によることな
く眼鏡フレ−ムの組み立てが可能であった。

【０００７】しかしながら、これらの複合材を用いて組
み立てられた眼鏡フレ−ムは表面処理（メッキ等）を施
して供給されるものの、実際の使用を続けると使用中に
めっき等が剥がれて地肌であるNi含有金属（外層材）が
露出し、Niが肌に合わない体質が多いことから“肌荒
れ”を起こす場合のあることが指摘されていた。また、
外層材がNi又はNi合金で構成された複合材製の眼鏡フレ
−ムは、Ti又はTi合金製の眼鏡フレ−ムに比べて耐食性
が劣るという問題もあった。

【０００８】そこで、ろう付技術や表面処理技術の急速
な進歩により“TiやTi合金同士のろう付”或いは“Ti，
Ti合金の効果的な表面処理”も比較的容易に行えるよう
になったことを背景として、Ti又はTi合金単体の材料同
士をろう付して眼鏡フレ−ムを組み立てる試みがなされ
た。このTi又はTi合金同士のろう付はTi−Cu系，Ti−Cu
−Ni系又はTi−Cu−Ni−Zr系成分のろう材を用いて行な
われるが、その際、ろう付温度は９００〜１１００℃で
実施される。ところが、ろう付時の温度が上述の如き９
００℃以上の高温になると、Ti又はTi合金製のリム部が
ろう付部付近から破断（ "リム切れ" と呼ぶ）する事故
が起きがちであることが明らかとなった。

【０００９】もっとも、作業性や仕上がりの点で問題は
あるものの、以前には溶接接合でTi又はTi合金製眼鏡フ
レ−ムの組み立てが行われたこともあったが、この場合
にも高温に加熱された溶接部やその周辺部で強度低下が
生じたことから、その防止のため、強度の高いTi基合金
を芯材としてその表面にTi製鞘材をクラッドした二層構
造の複合材が提案されている（特開昭６３−７６７７５
号公報）。そして、この複合材は、ろう付を行った場合
の“ろう付部での強度低下”に対しても抵抗性を有して
いることが認められた。しかし、このような複合材を用
いたとしても、実際にはTi又はTi合金単体の材料で製作
された眼鏡フレ−ムの場合と同様、前記 "リム切れ" の
事故を十分に防止することはできなかった。

【００１０】このようなことから、本発明が目的とした
のは、軽量性，耐食性，肌への馴染み性の点で十分に満
足でき、しかもろう付に起因した "リム切れ" を生じる
ことのない眼鏡フレ−ム用材料を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく鋭意研究を行ったところ、Ti又はTi合金製
眼鏡フレ−ムの "リム切れ" は次の２点が主原因となっ
て起きるとの結論に達した。 1) リム加工時にリム線の内部に割れが発生すると、こ
の内部割れを起点として割れが進展する場合があり、こ
れが "リム切れ" にまで達する。 2) ろう付時にろう付部が異常に（１０００℃以上に）
加熱される時があり、これによって材料表面に粒界割れ
が発生しその粒界割れ部にろう材が溶け込むと、ろう材
に含まれるCuがTiと共晶反応を起こして（CuとTiとの共
晶反応は８７５℃で起きる）加速度的に割れが進展し、
これが "リム切れ" にまで達する。 そして、この内、前者（第１の原因）についてはリム線
加工工程での軟化熱処理を適正に調整することで解決で
きることが分かったが、後者（第２の原因）については
加工条件等の調整のみで解決できる有効な手段が見つか
らなかった。

【００１２】そのため、本発明者等は前記「第２の原
因」への対策について検討を続けた結果、次のような新
しい知見を得ることができた。 a) 前述した如く眼鏡フレ−ム素材として数々の優れた
特性を持つTi又はTi合金材をろう付した際の“共晶反応
による割れの進展”を抑えるには、その内部にNi−Cr合
金，Co合金，Cu合金又はステンレス鋼から成る芯材を存
在せしめて一体化するのが有効であり、この複合材を眼
鏡フレ−ム用材料に適用すると、眼鏡フレ−ム組み立て
時のろう付に起因した "リム切れ" が効果的に防止され
る上、該複合材は表層部がTi又はTi合金で構成されてい
るので耐食性に優れ、肌荒れを生じることもない，

【００１３】b) 更に、このような複合材において、“T
i又はTi合金外層”と“Ni−Cr合金，Co合金，Cu合金又
はステンレス鋼から成る芯材”との間に“Nb，Ta又はそ
れらの合金から成る高融点金属から成る中間層”を介在
させると、ろう付時等の高温加熱に起因した割れの進展
を防止する効果が一段と向上する。

【００１４】本発明は、上記知見事項等に基づいた更な
る検討により完成されたものであって、「図１で示した
断面構造例のように、 眼鏡フレ−ム用材料を、 “Ni−Cr
合金，Co合金，Cu合金又はステンレス鋼から選ばれた芯
材11”と“Ti又はTi合金から成る外層12”とより成る複
合材10とした点」に特徴を有し、更には「図２で示した
断面構造例のように、 眼鏡フレ−ム用材料を、 “Ni−Cr
合金，Co合金，Cu合金又はステンレス鋼から選ばれた芯
材11”と“Nb，Ta又はそれらの合金から選ばれた中間層
13”と“Ti又はTi合金から成る外層12”とより成る複合
材10とした点」をも大きな特徴とするものである。

【００１５】ここで、外層材料としてのTi又はTi合金と
しては、工業用純Ti、或いは「Tiを主成分としAl，Ｖ，
Mn，Fe，Cu，Ｗ，Zr，Sn等の合金成分の１種又は２種以
上を含む合金」を例示することができる。

【００１６】また、芯材としてはNi−Cr合金，Co合金，
Cu合金又はステンレス鋼が用いられるが、各合金の種類
は特に指定されるものではなく、例えば88％Ni−10％Cr
合金や90％Ni−７％Cr−３％Co合金等のような「Niを主
成分とし次にCrを多く含むと共に、 これにCu，Fe，Ag，
Si，Ｓ，Pb，Pt，Au，希土類元素，Ti，Nb，Al，Mo，S
n，Co等の１種又は２種以上を含むNi−Cr合金」，41％C
o−39.3％Ni−16.8％Cr-2.5％Mo合金等の如き「Coを主
成分とし、 これにNi，Cr，Mo，Si，Mn，Ｐ，Ｓ，Fe等の
１種又は２種以上を含むCo合金」，洋白やベリリウム銅
等の如きCu合金，ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等のステ
ンレス鋼等を挙げることができる。

【００１７】一方、中間層材料にはNb，Ta又はそれらの
合金が適用され高温加熱に起因した割れ進展の防止効果
を一層確実ならしめるが、これらは外層材料であるTi又
はTi合金との拡散接合によってその界面に脆い金属間化
合物を生成することがなく、しかも耐食性，加工性の面
でも不都合を招くことはない。

【００１８】ところで、軽量眼鏡フレ−ム用材料として
十分に満足できる“軽量性”を追求するならば、芯材部
分及び中間層部分の合計断面積比が0.35以下に調整して
複合材の比重が大きくならないように設計すれば良い。

【００１９】なお、本発明に係る眼鏡フレ−ム用複合材
は、例えば次の方法にて製造することができる。即ち、
Ti又はTi合金管材等に芯材としてNi−Cr合金棒，Co合金
棒，Cu合金棒又はステンレス鋼棒を挿入して複合素材を
制作した後、冷間抽伸と軟化熱処理とを組み合わせて縮
径加工を施し、目標とする寸法に加工すれば良い。

【００２０】また、Nb，Ta又はそれらの合金から成る中
間層が存在する眼鏡フレ−ム用複合材の場合には、Ti又
はTi合金管材等に、Nb，Ta或いはそれらの合金から成る
薄板を巻き付けたNi−Cr合金棒，Co合金棒，Cu合金棒又
はステンレス鋼棒を挿入して複合素材を制作した後、こ
の複合素材を適当な温度に加熱して熱間圧延，熱間押出
し又は熱間抽伸等の熱間加工を施し、更に目標とする寸
法まで抽伸，伸線等の冷間加工を施す等の手段を採用す
れば良い。

【００２１】

【作用】さて、眼鏡フレ−ム材としてTi又はTi合金をそ
のまま適用すると“リム切れ”が多発していたが、前述
したように、これはろう付作業時の加熱温度がばらつい
た結果として起きると考えられる。つまり、ろう付時の
加熱温度バラツキが“異常加熱”となって材料表面の粒
界割れを誘い、この粒界割れ部にろう材が溶け込んでろ
う材中のCuと眼鏡フレ−ム材のTiとが共晶反応を起こし
て割れを加速度的に進展させる訳である。それ故、ろう
材中のCuと眼鏡フレ−ム材のTiとの共晶反応によるこの
“割れの進展”を如何に抑制できるかが、“リム切れ”
発生を防止する上でのポイントとなる。

【００２２】しかるに、本発明に係る眼鏡フレ−ム用複
合材は、外層部分がTi又はTi合金から成ると共に“Ti又
はTi合金以外の金属材料（Ni−Cr合金，Co合金，Cu合金
又はステンレス鋼）”から成る芯材を有するか、或いは
前記外層と芯材との間にNb，Ta又はそれらの合金から成
る中間層を介在させて構成されたものである。このよう
に、Ti又はTi合金材の中に“Ti又はTi合金以外の金属材
料”を芯材として介在させておくと、ろう付時の異常加
熱により発生した外面からの割れ（Ti又はTi合金部で発
生する割れ）の進展がTi又はTi合金外層内のみで停止
し、芯材の部分への割れ進展が効果的に防止される。な
お、外層と芯材との間に前記中間層を介在させてある場
合には、この割れの進展は中間層との境界部で一層確実
に停止する。

【００２２】また、肌と直接的に接する外面部が肌と良
く馴染むTi又はTi合金で構成されているため、本発明材
で作られた眼鏡フレ−ムは、例えメッキが剥がれたとし
ても肌荒れを起こすことがない上、優れた耐食性をも発
揮する。

【００２３】そして、上記本発明に係る眼鏡フレ−ム用
複合材においては、製造時の設計により断面における芯
材部分の面積比を適宜調整することができるので、該断
面積比の調整によって複合材の比重がほぼ 6.0以下とな
るように図れば、軽量眼鏡フレ−ムとしての要望にも十
分に応えることができる。なお、芯材や中間層材料の比
重からすると、材料断面に占める芯材，中間層の面積比
を合計で前述した0.35以下に抑えれば複合材の比重がほ
ぼ 6.0以下となり、Ti又はTi合金の軽量性を生かした複
合材とすることができる。

【００２４】続いて、本発明を実施例に基づいて更に詳
しく説明する。

【実施例】

〔実施例１〕まず、眼鏡フレ−ム用複合材を製造するた
めの素材として、表１に示すような外層用の２種類の材
料と、芯材用の４種類の材料を準備した。

【００２５】

【表１】

【００２６】次に、これらを機械加工によって表１に示
した寸法に仕上げ、外層材の片端に口絞り加工を施した
後、脱脂・清浄した外層材に同じく脱脂・清浄した芯材
を挿入してクラッド素材を制作した。図３は、このクラ
ッド素材20の組み立て状態を説明する概念図であり、純
Ti又はTi−10％Zr合金管である外層材21内に、各種金属
から成る芯材22を挿入した状況を示している。

【００２７】続いて、これを図４で示すように冷間抽伸
して外径１０mmとした後、５５０℃×３０分の熱処理を
施して、以降、冷間減面率７５％以下でダイス伸線と上
述の熱処理を繰り返して外径を縮径し、外径が 1.8mmの
細径複合線材とした。そして、この後、更にリム加工を
施してリム線とした。なお、この時の芯材の断面積比は
0.3であった。

【００２８】次いで、このようにして得られたリム線コ
イルを用いて眼鏡フレ−ムのリムを制作し、ろう付テス
トを実施した。また、比較として、純Ti（ＪＩＳ２種）
製のリムを用いたろう付テストも実施した。この際、ろ
う付テストとしてはろう材にTi−Cu系成分のものを用
い、ろう付温度が１１５０〜１２００℃となるように制
御してろう付けを行った後、ろう付部を中心として角度
±15°で１００回／分の繰り返し曲げを１０００回加え
る方法で実施した。

【００２９】このテストを通じて、純Ti製リムの場合
（比較例）には割れがリム中心まで進展しているのが多
数発見され、リム切れ発生につながると判定された。こ
れに対して、芯材に“Ti又はTi合金以外の材料”を適用
した本発明複合材リムの場合には、外層である純TiやTi
−10％Zr合金に割れが発生しているものもあったが、そ
の割れは芯材との界面部分で止まってリム中心にまで進
展しておらず、リム切れ発生につながる恐れは全く無い
と判定された。

【００３０】このように、“Ti又はTi合金以外の金属材
料”であるNi−Cr合金，Co合金，Cu合金又はステンレス
鋼から成る芯材を設けた場合には、ろう付に起因して起
きがちな割れがリム中心まで進展するのを完全に抑制で
きることが分かる。

【００３１】また、複合材のリム線横断面につき、接合
界面全周を電子顕微鏡にて観察を行ったところ、ボイド
等の接合不良は何ら認められず、良好な接合界面である
ことが確認された。

【００３２】〔実施例２〕眼鏡フレ−ム用複合材を製造
するための素材として、実施例１と同様、外層用の２種
類の材料と、芯材用の４種類の材料を準備した。また、
中間層用として、純Ta又はNb−１％Zr合金から成る 0.1
mm厚の薄板も準備した。

【００３３】そして、機械加工によって前記表１に示す
寸法に外層材及び芯材を仕上げ、脱脂・清浄した純Ta又
はNb−１％Zr合金製薄板を同じく脱脂・清浄した外層材
に挿入した後、、その両端に脱脂・清浄した厚さ5.0mm
の“外層材と同材質の円板を嵌め込み、４×10^-4Torrの
真空チャンバ−内で外層材と円板とを全周密閉溶接して
長さが５００mmの複合素材を組み立てた。

【００３４】図５は、この複合素材30の組み立て状態を
説明する概念図であり、純Ti又はTi−10％Zr合金から成
る外層材31内に、純Ta又はNb−１％Zr合金薄板から成る
中間材32を巻き付けた芯材（Ti又はTi合金以外の各種金
属材料から成る）33を挿入した後、その両端に円板状の
外層材と同材質の蓋34, 34を溶接して密閉した状況を示
している。

【００３５】次に、これらの複合素材を加熱炉で８００
〜９５０℃に加熱した後、熱間押出しにて外径２０mmに
延伸加工し複合棒材とした。続いて、これらの複合棒材
を矯正機にて矯正した後、センタ−レスグラインダ−で
外削して外径を19.2mmに整えた。なお、この時の芯材及
び中間材の断面積比は合計で0.28であった。そして、冷
間減面率７５％以下の範囲でのダイス伸線と５５０℃の
軟化熱処理を繰り返しながら外径を縮径し、外径:1.8mm
の細径複合線材とした後、更にリム加工を施してリム線
コイルを得た。

【００３６】次いで、このようにして得られたリム線コ
イルを用いて眼鏡フレ−ムのリムを制作し、ろう付テス
トを実施した。この際、ろう材としてはTi−Cu系成分の
ものを用い、ろう付温度が１１５０〜１２００℃となる
ように制御してろう付けを行った後、前述の繰り返し曲
げを実施した。なお、この時、実施例１の場合と同様、
比較のために純Ti（ＪＩＳ２種）製のリムを用いたろう
付テストも実施した。

【００３７】これらのテストを通じ、本発明材では、外
層である純Ti又はTi−10％Zr合金の部分では表面より割
れが発生しているのがあったが、その割れは中間層との
界面部分で止まっていてリム中心にまで進展しておら
ず、リム切れ発生につながる恐れは全くないと判定され
た。一方、純Ti製リムを用いた比較例の場合には、割れ
がリム中心まで進展しているのが多数発見され、リム切
れ発生につながると考えられた。

【００３８】また、リム線の横断面につき、接合界面全
周を電子顕微鏡にて観察を行ったところ、ボイド等の接
合不良は何ら認められなかった。更に、折り曲げテスト
及びペンチによる切断テストを行ったところ、接合界面
での剥離は観察されず、接合界面の接合強度が優れてい
ることが確認できた。これより、上述のようにして得ら
れた複合線材は、接合性及び接合強度にも優れているこ
とが確認された。

【００３９】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、軽量であって耐食性や肌への馴染み性にも優れてお
り、また高温加熱に起因する "リム切れ" をも防止した
Ti又はTi合金製眼鏡フレ−ム用複合材料を提供できるな
ど、産業上極めて有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明眼鏡フレ−ム用複合材に係る断面構造の
一例に関する説明図である。

【図２】本発明眼鏡フレ−ム用複合材に係る断面構造の
別例に関する説明図である。

【図３】本発明眼鏡フレ−ム用複合材を製造するために
組み立てられたクラッド素材例の断面状況説明図であ
る。

【図４】クラッド素材の冷間抽伸状況を説明した概念図
である。

【図５】本発明眼鏡フレ−ム用複合材を製造するために
組み立てられた複合素材の別例に関する断面状況説明図
である。

【図６】一般的なメタル製眼鏡フレ−ムの斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ リム部 ２ ブリッジ部 ３ テンプル部 ４ 蝶番 ５ 智 10 複合材 11 芯材 12 外層 13 中間層 20 クラッド素材 21 外層材 22 芯材 30 複合素材 31 外層材 32 中間材 33 芯材 34 蓋

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ni−Cr合金，Co合金，Cu合金又はステン
   レス鋼から選ばれた芯材と、Ti又はTi合金から成る外層
   とにより構成されたことを特徴とする、眼鏡フレ−ム用
   複合材。
2. 【請求項２】 Ni−Cr合金，Co合金，Cu合金又はステン
   レス鋼から選ばれた芯材と、Nb，Ta又はそれらの合金か
   ら選ばれた中間層と、Ti又はTi合金から成る外層とによ
   って構成されたことを特徴とする、眼鏡フレ−ム用複合
   材。