JPH0664261B2 - メガネフレ−ムの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、メガネフレームの製造方法に係り、特に、芯
材がTiを主体とする金属で外被材が貴金属からなる複合
線材を利用してメガネフレームを製造する方法に関す
る。

（従来の技術） Tiは耐食性、加工性、メッキ性等に優れた材料であり、
加えて、軽量であることから最近メタル製メガネフレー
ムの材料として注目を集めている。

ところが、メガネフレームは、メガネ枠、ツル、その他
の各部品をロー付けして製造するものであり、この点に
おいてTiはロー付け性が悪いことから不利となる。

そこで、Tiを芯材として用いその表面にロー付け性の優
れた貴金属をクラッド圧着した複合線材が提案されてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、この複合線材ではロー付けのための加熱時に芯
材と外被材との間に非常に脆い金属間化合物が形成され
るためにロー付け強度が小さいという不具合がある。

斯る観点から、芯材がTiを主体とする金属からなり、表
面層の貴金属からなり、かつ、上記芯材と表面層の間に
介在する中間層が、高温においてTiと脆い金属間化合物
を形成しない金属、例えばNi層からなるメガネフレーム
用Ti基線材が提案されている。

この提案された従来のメガネフレーム用Ti基線材はそれ
なりの優位性が認められるけれども、所謂三層構造であ
ることから、その製造が面倒となり、量産に適さない
し、又、メガネフレームを製造するにはメガネ枠はレン
ズ用溝の形成、ツルは断面扁平形状のスウエージング加
工及びプレス加工のようにいずれも加工が不可欠とな
り、この塑性加工にさいして表層が薄くなるという点に
ついては何らの解決がなされていないことから、メガネ
フレーム用としては今一歩であった。

本発明は、斯る実状に鑑み、芯材がTiを主体とする金属
であり、外被材が装飾性の優れた貴金属からなる所謂２
層構造のメガネフレームであったとしても、芯材と外被
材との間に金属間化合物を形成乃至生成することがな
く、しかも、メガネフレームの形状に塑性加工するにあ
たっても外被材が選択的に薄くなるようなことがなく、
ロー付けも容易で所要のロー付け強度を金属間化合物を
生成することなく確保できるようにした新しい装飾性の
優れたメガネフレームの製造法を提供せんとするもので
ある。

（問題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために次の手段を講じる。すなわ
ち、メガネフレームの素材として、β処理が施されかつ
結晶粒径が２００μｍ以下とされたTiを主体とする金属
をビレット芯材とし、Ａｕ−Ａｇ合金、Ａｇ−Ｐｄ合金
又はＰｄ−Ｃｕ合金からなる貴金属をビレット外被材と
して組立てられた複合ビレットを550〜700℃で熱間静水
圧押出しし、得られた押出し材を減面加工して製造され
た複合線材を５５０〜６５０℃で２０分以下焼鈍した
後、該複合線材をメガネ枠形状とツル形状にそれぞれ塑
性加工し、前記塑性加工後の各部品を700℃以下でロー
付けする。

（作用） 叙上の手段によれば、メガネフレームの素材である複合
線材は、β処理が施されかつ結晶粒径が２００μｍ以下
とされたTiを主体とする金属をビレット芯材とし、Ａｕ
−Ａｇ合金、Ａｇ−Ｐｄ合金等の押出性、成形性の良好
な特定材質の貴金属をビレット外被材として組立てた複
合ビレットを熱間静水圧押出しし、得られた押出し材を
減面加工したものであるから、押出し材はもとより、複
合線材の芯材と外被材との界面は、極めて滑らかな性状
を呈し、外被の肉厚が略一定となり、外被に部分的な薄
肉部が生じることがない。また、前記熱間静水圧押出し
は、550〜700℃の下で行なわれるから、芯材と外被材と
の界面に外被剥離の原因となる金属間化合物が生成する
ことがない。そして、該複合線材をメガネ枠形状とツル
形状に夫々塑性加工するに先立って550〜650℃で20分以
下に焼鈍するので、前記界面に金属間化合物の生成する
のが押えられつつ、芯材と外被材との変形抵抗が下げら
れかつ両者ができるだけ接近され、塑性加工に際し、接
合界面のすべりによる界面破壊を確実に防止することが
できる。更に、各種部品のロー付けに際しても、700℃
以下で行うから、前記界面に金属間化合物の生成は生じ
ず、従来ロー付け部で顕著に生じた剥離を可及的に防止
することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例につき図面を参照して詳述する。

第１図は本発明によって得られたメガネフレームを有す
るメガネ1の一例を示しており、メガネフレームはレン
ズ2等が嵌め込められたメガネ枠3とヒンジ4を介してメ
ガネ枠3に枢支されたツル5等から構成されており、該メ
ガネフレームは符号6で示す部分が少なくともロー付け
されるものである。

第２図を参照すると、本発明のフローチャートが一例と
して示されており、メガネフレームの素材となる複合線
材は熱間静水圧押出し及び減面加工によって作られ、こ
の複合線材を用いてメガネ枠とツルを少なくとも備えた
メガネフレームが各部品をロー付けすることによって製
造されるものである。

而して、複合線材を熱間静水圧押出によって作る工程
と、この複合線材を用いてメガネフレーム形状に塑性加
工するとともにロー付け等する工程は、これを一連の工
程として実施することも可能であるけれども、現状の産
業分野構造にあっては複合線材を作る工程は所謂素材メ
ーカーが、メガネフレーム形状に加工する等の工程は所
謂メガネフレーム加工業者がそれぞれ行なうことから、
これら工程はそれぞれ各別に分業して実施されることも
多い。

そこで、説明上、複合線材を作る方法を先に詳述してか
ら該複合線材を用いてメガネフレームを製造する方法に
ついて詳述する。

第２図において、Ａは芯材となるインゴットであり、例
えばＫＳ50，ＫＳ70等の純チタンであり、該インゴット
Ａは熱間鍛造工程Ｂをされてからスケール除去、寸法合
せ等の機械加工工程Ｃがされた後にβ処理Ｄがなされ、
接合界面を清浄にするための脱脂工程Ｅに付される。

一方、外被材となる貴金属板A′は、後述する押出しビ
レットの胴部外筒とするために円筒体に成形B′されて
から、接合界面を清浄にするため脱脂工程C′に付され
る。

外被材として用いる貴金属としては、Tiと金属間化合物
を作りにくい材料、若しくは、フレーム成形時にロー付
け加工を行った時の温度（通常500〜750℃）においても
著しく多くの金属間化合物を生成しない材料、更には成
形後の軟化処理温度（通常500〜750℃）で金属間化合物
を生成しない材料を選択する必要がある。また、メガネ
は汗等により塩分雰囲気下におかれるので腐食し難いこ
とが必要であり、耐食性に優れたものでなければならな
い。

以上の要件を充足する貴金属としては、白金（Pt）、金
（Au）、Pt−Au−Ag、パラジウム（Pd）、Pd−Ag、Au−
Ag、Au−Niなどの合金が考えられるが、更に、熱間静水
圧押出し時の押出し容易性、成形・軟化容易性も考慮し
なければならない。

すなわち、PtやPt−Ir、Pt−Ruなどの合金は、融点が17
71〜1885℃で熱間の変形抵抗が高く、軟化温度も高いの
で好ましくなく、PdやPd−Ruも融点が1550〜1580℃と比
較的高く同様のことが言える。一方、Agは軟質であるが
耐硫化性に劣るので好ましくない。この意味において
は、Pd−Ag合金やAu−Ag合金が優れている。すなわち、
Pd−Ag合金はPdの含有量によって融点ならびに硬度は異
なるが、10〜80％Pd合金は硬さが高く、耐摩耗性が大き
く、Agに比べて耐硫化性が向上すると共にPdに比べ有機
ガスの影響は少ない。更に、Au−Ag合金も耐硫化性、耐
食性に優れ、融点も1000℃近辺であるから、成形、軟化
処理も容易である。

以上の観点から、外被材として用いる貴金属としては、
Au−Ag合金、Ag−Pd合金、Pd−Cu合金が好適である。更
に軟化温度の適否を考慮すれば、第１表に○を付したも
のが好ましい。

而して、前記脱脂工程Ｅ，Ｃ′を経た芯材と外被材とは
嵌合工程Ｆ、電子ビーム溶接工程Ｇを経て第３図に示す
複合ビレット7が得られる。尚、嵌合工程Ｆに先だち、
芯材と外被材とは脱脂工程ＥＣ′により清浄化されてい
るが、こうすることにより、前記ビレットを熱間静水圧
押出しした時、押出し材の芯部と外被との界面に金属間
化合物の生成を抑止でき、かつ拡散接合強度の高い押出
し材が得られる。

複合ビレット7は、第３図に示したとうり、前記外被材
である貴金属板を曲げ加工して作成された胴部外筒9
と、該胴部外筒9の内側に嵌合され、前記芯材で形成さ
れた芯部8と、胴部外筒9の両端に接合される裁頭円錐部
12及び底部10とからなり、芯部8が嵌合した胴部外筒9の
両端に、真空下で裁頭円錐部12及び底部10が電子ビーム
溶接によるシール部11を介して一体化して得られる。
尚、裁頭円錐部12と底部10とは安価な銅材を用いればよ
く、これらは、所定形状に加工、脱脂洗浄され、別途準
備されたものである。

ここにおいて、複合ビレット7を作成するのに先立っ
て、その芯材（チタン）は、インゴットが700〜900℃で
従来同様に熱間加工されてから、その異方性を消去する
ためにβ処理焼鈍されるが、この際、処理温度と保持時
間は、β処理後の芯材の結晶粒を決定する基になるもの
で、適切な値を選択する必要がある。

芯材の結晶粒径は、複合ビレットを熱間静水圧押出しし
て得られた押出し材における芯材と外被材との界面性状
に大きく影響し、結晶粒が細かいほど界面性状が良好と
なる。すなわち薄い貴金属の層をチタン芯材の表面に均
一につけるには芯材チタンの表面は可及的に滑らかであ
る必要がある。結晶粒径を小さくするには、ビレット芯
材をβ処理温度に加熱した後保持時間をできるだけ短く
すればよい。保持時間を可及的に短時間としても、異方
性の消去については、保持時間を極端には０に近くして
も異方性は消去されるので、この面での問題はない。ま
た、結晶粒は、β処理温度が高温ほど粗粒化するが、β
処理後に冷間加工を施しても細粒化させることができ
る。

例えば、第13図(2)は、β処理（950℃×30分）後、20％
の冷間引抜きを行なったチタン材の結晶粒を示す組織写
真（倍率50倍）と、前記チタン材をビレット芯材とし、
ビレット外被材としてCu−Ni合金を用いて複合ビレット
を作成し、該複合ビレットを700℃で熱間静水圧押出し
して得られた押出し材の横断面マクロ組織写真（倍率3.
5倍）を示す。ビレット芯材のチタン結晶粒径は50〜150
μｍで、押出し材の芯材と外被材との界面の凹凸は50μ
ｍ以下と極めて小さく、平滑面となっている。一方、第
13図(1)は、β処理（950℃×30分）のみ行なったチタン
材の結晶粒を示す組織写真（倍率は(1)と同じ。）と、
該チタン材をビレット芯材に用いた場合（外被材は第13
図(1)と同様）の押出し材の横断面マクロ組織写真（倍
率は(1)と同じ。）であるが、チタン結晶粒は粗大化
し、又不規則であり、押出し材の界面の凹凸も200〜300
μｍ程度となりかなり大きい。

第13図(2)の場合の他に、ビレット芯材となるチタン材
の前処理条件を種々変えて650〜700℃で熱間静水圧押出
しを行ない、押し出し材の界面を調べた結果を第２表に
示す。

第２表より、チタン結晶粒径が200μｍ以下で良好な界
面性状が得られることが判った。また、β処理後に冷間
加工を施した方が、施さないものに対し結晶粒が細粒化
されているのが判る。

尚、冷間加工の大きさは、6〜20％がよい。6％以下では
細粒化効果が小さく、一方20％を越えると冷間加工時の
焼付が懸念されるからである。

この第３図に一例を示した複合ビレット7は第２図で符
号Ｈで示す加熱（550℃〜700℃）工程に付されるととも
に塗布乾燥された潤滑剤としてMoＳ_２を有し、一方、Mo
Ｓ_２ペーストを塗布したダイスにより、第２図符号Ｉで
示す熱間静水圧押出し法によって押出し加工され、ここ
に、貴金属とTi接合界面が拡散接合状態にある押出し材
が得られるのである。

ここにおいて、複合ビレット7を550℃〜700℃の範囲に
したのは次の理由による。

ビレット加熱温度は高い方が被加工材の変形抵抗が小さ
くなり高減面の加工により製造工程の短縮となるけれど
も750℃以上に加熱して押出すると複合材界面に脆い金
属間化合物が生成することから上限値は700℃とされて
いる。即ち、第８図(1)(2)で押出し材界面のＥＰＭＡ分
析結果を示した如く押出温度700℃では金属間化合物の
生成がほとんどみられない（第８図(1)参照）のに対
し、押出温度750℃ではこれが第８図(2)で示す如く見ら
れたことからも明らかである。

一方、ビレット加熱温度を低くすることは押出比が小さ
くなり押出し後の抽伸工程が多くなることから細線製造
条件として好ましくなく、550℃以上とされる。500℃以
上で変形抵抗が著しく低下し、実操業面での安定性が考
慮されているからであり、例えば、第９図に示すよう
に、各種の貴金属は500℃以上で硬度の急激な低下が看
取される。

なお、熱間静水圧押出による押出比は押出し温度によっ
て異なるけれども、ビレット温度を600℃以上（750℃以
下）にするとその下限は4以下にもできるが一応の目安
として4以上とすることができる。

このようにして押出された押出し材は第２図で示す酸洗
による脱スケール工程Ｊおよび冷間引抜きによる抽伸工
程Ｋを経てから、第１図に示したツル5の形状、メガネ
枠3の形状にそれぞれ塑性加工されることになるが、抽
伸工程Ｋにあっては、1伸当りの抽伸加工率を10〜20％
とし、又、抽伸ダイスのアプローチ角度は芯材と外被材
の伸び率が一定になるように考慮し、焼鈍せずに伸線が
行なわれ、中間焼鈍が省かれることになる。

即ち、通常、管の引抜きダイスと線棒の引抜きダイスで
ダイス角の選択は異なるけれども、線棒のダイス角は管
に比べて小さく5〜16°の範囲が多く用いられ、この発
明においても対象は線材であることから通常の線棒に準
じることができる。但し、メガネフレームとして表面光
沢を有することが要求されることから抽伸にさいしては
摩擦力が大きく引抜き時の断線を防ぐ意味から20％以下
の減面率とされ、生産性を考慮して減面率の下限が10％
とされているのである。

以上のようにして製造された複合線材を用いてメガネフ
レームが塑性加工を経てからロー付け、メッキその他の
コーティングＰを経て、最終検査Ｑにより製造されるこ
とになるが、メガネフレーム断面形状に成形するために
はツル5にあっては第２図で示すスウエージング加工M′
によって第６図に示す塑性加工されたツル5Aとされ、さ
らに、プレス加工N′によって第７図に示す塑性加工さ
れたツル5とされるのであり、一方、メガネ枠3にあって
は抽伸又はロール圧延による下加工Ｍが第４図の複合丸
棒材3Aから複合偏平材3Bと塑性加工され、更に、レンズ
溝2Aを形成するために抽伸又はロール圧延による溝加工
Ｎによる塑性加工されることになる（第５図にその加工
前後を示している）。

ところで、メガネフレームのメガネ枠3、ツル5のいずれ
においても前述の如く塑性加工が必要となり、これは強
加工であることから加工前に熱処理が必要となる。

一方、複合線材は前述した2層構造であり、、後工程と
しての第２図で示す高周波、抵抗溶接等によるロー付け
工程Ｏを考慮してTiと貴金属の接合界面における金属間
化合物の生成を抑制を図ることが肝要であるし、又、塑
性加工に伴う外被材が薄くなることを防止することが肝
要であり、このため、芯材と外被材の変形抵抗をできる
限り近ずけ、接合界面のすべりによる界面破壊をなくす
意味から、塑性加工に先立って第２図の符号Ｌ．Ｌ′で
示す如く550℃〜650℃で20分以下の焼鈍工程に付される
のである。

なお、第２図では説明の便宜上焼鈍工程を各別に示して
いるが、これは各別に実施しなくとも押出複合線材を焼
鈍すればよいこと当然である。

而して、焼鈍工程Ｌ．Ｌ′における焼鈍温度及び時間を
特定した理由を第10図、第11図及び第12図(1)〜(4)を参
照して説明する。

即ち、熱処理温度が高いと金属間化合物が生成されるこ
とになり、本実施例における外被材はAg−Pd合金であり
芯材はＫＳ50であり、これらがともに500℃以上で軟化
することから操業面の安定性を考慮して熱処理温度の上
限は650℃とされる。即ち、実際にはその上限は700℃で
もよいことになるけれども、第12図(1)(2)で示す如く温
度650℃で20分間の焼鈍を実施したときには同図(1)に示
す如く境界部に金属間化合物の生成がみられなかったの
に対し、700℃で20分間の焼鈍を実施すると同図(3)，
(4)で示す如く金属間化合物の生成がみられることか
ら、焼鈍時間は20分以下とされるのであり、実操業性を
加味すると2〜10分が最適である。そして、安全をみこ
んで上限温度は650℃とされているのである。

一方、複合材の芯材であるＫＳ−50の軟化特性は第11図
において示す如く520℃以上では硬さが著るしく低下す
ることから、焼鈍温度の下限は余裕を見て550℃とされ
ているのである。

また、メガネフレーム素材は1.5〜4.0mmφの丸線から平
板にプレス成形したり、あるいは溝加工されたりする等
の塑性加工が施されるし、このさい芯材がTiを主体とす
る金属で外被材が貴金属である複合線材にあっては外被
材が芯材より軟らかく外被材が局部的に薄肉になる傾向
があることから熱処理（中間焼鈍）させる意義がある。
その温度範囲を特定することにより外被材と芯材の硬さ
の比ができるだけ1.0近くにすること、すなわち、Tiと
貴金属の変形抵抗をできるだけ近ずけることにより接合
界面のすべりによる界面破壊をなくすことができる（第
10図参照）。この点からも焼鈍温度は550℃〜650℃とさ
れ、時間は20分以下とされているのである。

なお、斯る熱処理の時期としては、連伸加工率90％以上
の丸線引きの途中工程が望ましい。而して、メガネフレ
ーム素材として用いられる本件における複合線材は連伸
が可能であ連伸加工率98％の実績があり、連伸材の硬さ
（Ｈｖ）はAg−Pd合金では成分比によって異なるが、15
0〜200、ＫＳ−50では260〜280である。

このように塑性加工に先立って焼鈍されたフレーム素材
は第２図で示す如く下押加工Ｍ、溝加工Ｎされてメガネ
フレームの部品としてのメガネ枠3が形成され、一方、
スウエージングＭ′、プレス加工Ｎ′されてメガネフレ
ームの部品としてのツル5が形成され、これらを含む部
品が高周波又は抵抗溶接等によって第１図で示す各所を
ロー付けされるのである。

このロー付けは、ロー材としてBAg-4を用い温度600℃、
650℃、700℃、750℃、800℃において加熱時間２分で実
験した。

試料の断面を観察し、芯材ＫＳ−50と銀パラジウム合金
の界面の金属間化合物の出来具合を調べた結果700℃以
下では金属間化合物の生成がほとんど認められず750
℃、800℃では界面に前述化合物が認められた。

なお、ロー付け時間は実際問題としてメガネフレーム製
造は所謂流れ作業であり、瞬時に終了することから問題
となることはなく、又、ロー付け温度の下限はロー材の
選定と作業性によって異なることになる。

（発明の効果） 本発明によれば、熱間静水圧押出しに供する複合ビレッ
トの芯材をβ処理が施されかつ結晶粒径が２００μｍ以
下とされたＴｉを主体とする金属で形成すると共にその
外被材をＡｕ−Ａｇ合金、Ａｇ−Ｐｄ合金等の押出性、
成形性の良好な特定材質の貴金属で形成したので、熱間
静水圧押出しやその後の塑性加工において押出材や複合
線材の外被材の肉厚がほぼ均一になり、部分的な薄肉部
が生じず、引いては品質に優れたネガネフレームが得ら
れる。また、熱間静水圧押出し温度を５５０℃〜７００
℃にすると共に、所定の形状に塑性加工する前の焼鈍を
５５０℃〜６５０℃で２０分以下に止めたので、芯材と
外被材との界面に金属間化合物が生成するのが抑制さ
れ、また塑性加工の際の接合界面のすべりによる界面破
壊を防止することができる。更に、塑性加工後の部品の
ロー付けに際しても、ロー付け温度を７００℃以下で行
うため、界面に金属間化合物が生成するのが抑制され、
従来ロー付け部で顕著に生じた外被材の剥離を可及的に
防止することができる。

このように、本発明のメガネフレームの製造方法は、素
材となる複合線材の製造課程から、厳格なる品質管理、
温度管理によって高品質を確保しており、その生産コス
トを押えながら装飾性の高い良品質のメガネフレームを
製造できるものとして優れている。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明によって得られたメガネ一例を示す斜視
図、第２図は本発明の一例を示すフローチャート図、第
３図は複合ビレットの一例を示す断面図、第４図はメガ
ネ用枠の下押加工一例を示す断面図、第５図は同溝加工
一例を示す断面図、第６図は同ツルのスウエージング加
工一例の斜視図、第７図は同プレス加工一例の斜視図、
第８図は押出し材界面のＥＰＭＡ分析結果を示す図、第
９図は各種貴金属及びTiの加熱温度と硬さとの関係を示
すグラフ図、第10図と第11図は硬度と焼鈍条件の関係を
示すグラフ図、第12図(1)〜(4)は複合線材の焼鈍時の境
界部におけるＥＰＭＡ分析結果を示した図、第13図(1)
(2)は各々ビレット芯材のチタン結晶組織及び押出し材
の横断面組織を示す金属組織写真である。 1……メガネ、3……メガネ枠、5……ツル、6……ロー付
け部、Ｉ……静水圧押出工程、Ｌ．Ｌ′……焼鈍工程、
Ｍ．Ｍ′．Ｎ．Ｎ′……塑性加工工程、Ｏ……ロー付け
工程。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有村 和男 兵庫県神戸市垂水区高丸７丁目３番４号 (72)発明者 斉藤 昭雄 福岡県北九州市門司区北川町11の23 (56)参考文献 特開 昭61−159617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−5851（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−88114（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】β処理が施されかつ結晶粒径が２００μｍ
   以下とされたＴｉを主体とする金属をビレット芯材と
   し、Ａｕ−Ａｇ合金、Ａｇ−Ｐｄ合金又はＰｄ−Ｃｕ合
   金からなる貴金属をビレット外被材として組立てられた
   複合ビレットを５５０〜７００℃で熱間静水圧押出し
   し、 得られた押出し材を減面加工して複合線材を得て、該複
   合線材を５５０〜６５０℃で２０分以下焼鈍した後、メ
   ガネ枠形状とツル形状にそれぞれ塑性加工し、 前記塑性加工後の各部品を７００℃以下でロー付けする
   ことを特徴とするメガネフレームの製造方法。