JPS6026826B2 - 時効硬化ニツケル青銅を使用する眼鏡フレーム製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属製眼鏡フレームに関連する。

従来技術の説明 融点よりかなり低い温度に曝露することによって強化、
又は時効硬化できる鋼ベースニッケル青銅合金は公知で
、軸受、弁、ポンプ及びバネ等に使用されている。

これらの材料の性質はＥａｓｈｅｔａｌ．の論文、Ｔｒ
ａｍａｃｔｉｏｎｓｏｆＡＩＭ旧，１９３３．ＶＯＩ．
１０４．２２１−２４９頁の″ＴｈｅＣｏｐｐｅｒ一Ｒ
ｉｃｈＡ止ｌｏ淡ｏｆ比ｅＣｏｐｐｅｒ‐Ｎｉｃｋｅｌ
‐ＴｉｎＳ＄ｔｅｍ″及びＷＩＳＳｅｔａｌ．の論文，
Ｔｒａ船ａｃｔｉｏｎｓｏｆＡＩＭ旧，１９３４．ＶＯ
Ｉ．１１１，２１８−２４４頁の″Ｓ○ｅｎｇｔｈａｎ
ｄＡｇｎｇＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅ
ｎｉｃｋｅＩＢｒｏｎｚｅｓ″，及び米国特許第１．８
１６．５０ｙ号と第１．９２８７４７号の明細書に記載
されている。これらの合金の硬化法、例えば５時間以上
にわたって３１６ｑｏの高温に鋳造物を曝露する方法は
″析出硬化法＾と呼ばれ、合金のアルファ領域に変化を
生ずる。最近、ブルース（Ｐｉｅｗｅｓ）はＭｅｔａｌ
ｌｕｒｇｉｃａＩＴｒａｍａｃｔｉｏｎ．ＶＯＩ．６Ａ
，Ｍａｒｃｈｌ９７５．５３７一鼠４頁の論文で、銅−
ニッケル−錫合金に施される。

従来の袷間処理が上記の合金の性質に影響を与え、これ
らの処理合金は高温で時効硬化することを報告している
。この論文に示される高強度鋼べース合金の応用例はコ
ネクタ．ダイヤフラム部材及び電気機械式リレーパッケ
−ジのバネ素子である。ニッケル９％（以下すべて重量
％）及び錫６％を含む銅合金の処理について、プルーズ
は延性−脆性間の所望の限界的競合平衡に達するのに必
要な従釆の冷間処理の最低レベルは７５％の断面積減少
であると報告している。純粋のニッケル、モネルメタル
、又は１０−３０％ニッケルと５一般％亜鉛を含むＣｕ
−Ｎｉ−Ｚｕ合金、いわゆる″ニッケルシルバー″のよ
うに、熱処理不能、又は時効硬化可能の材料が従来主と
して眼鏡フレームの製造に使用されている。

これらの製造に使用される所望の標準寸法又は直径を有
するワイヤを作る際に、従来はワイヤ合金に冷間加工を
行うのが普通で、所望の形状のフレーム組立及びフレー
ムの連結部と強化部のロゥ付前に、約１０％ないし７５
％の断面覆滅少が起こるように線引きする。例えば電気
抵抗加熱法を利用して行われるロウ付操作闇に、ワイヤ
フレームは約６００℃ないし７５０℃に加熱され、結合
に使用されるロウ付材料を融解する。ワイヤフレームの
加熱間に、連結部の隣接部分で部分暁鎚が起こる額向が
あり、このため完成フレームはｏウ付連結部に弱点を生
じ又曲げ抵抗が低下する。この結果、従釆のフレームは
曲げ抵抗が低く、又応力が加わると容易に永久ヒズミを
生ずるから、使用者の頭部に対する適合性が氷総せず、
時々フレームを再調整しなければならない。従来の金属
フレームは、フレームが軟化される組立間のロウ付操作
後に引張強ご又は硬度を増加できない材料で作られるか
らロウ付部分に弱い区域が発生する。ニッケル又はコバ
ルトを含むベリリウム鋼合金は高度の強度と硬度を有し
、これも眼鏡フレームのような光学製品に有用であるこ
とは公知である。

この代表的合金組成は、ベリリウム２．２５％、ニッケ
ル０．３５％で残部は銅である。この合金は熱処理によ
って硬化できるがこの合金を眼鏡フレ−ムに使用するこ
とはべりリウムの存在のためロウ付が困難な制限がある
。この合金は非常に粘着性と耐火性のあるベリリウム酸
化物を生成する懐向があり、この酸イｑ物‘ま電気メッ
キは勿論、酸洗と。ウ付を困難にする。インコネルの熱
処理可能の合金及び２００及び４００系のステンレス鋼
もベリリウム鋼合金と同様に眼鏡フレームに使用するこ
とは困難である。

又これらの合金は降伏点が高いため処理が困難で、又こ
れらの合金の焼錨温度はニッケル青銅よりも少くとも１
００ｑｏは高いからインコネル又はステンレス鋼の使用
には高価な暁錨炉が必要であろう。本発明の要約本発明
は、優れた引張強ごと永久ヒズミ抵抗性とを有する眼鏡
フレームの製造法を提供するものである。

本発明に使用されるような熱処理可能のニッケル青銅は
、フレーム組立及びロウ付工程中に起こる嫌錨後の人工
時効処理によって従釆のものより強度の優れた眼鏡フレ
ームに製造できることが発見された。本発明の方法によ
れば、眼鏡フレームは、使用される合金又はロウ付材料
の融点よりもかなり低い温度の人工時効によって硬化さ
れる。この方法では合金の強度は、例えばニッケルと錫
とを含む合金内の化合物Ｎｉ２Ｓｎの相に対応する上記
鋼合金内の相析出を含む機構によって増加する。適当な
鋼合金は重量で約２ないし１０％の錫と、約３なし、し
２６％のニッケルを含有するものである。

図面の詳細な説明 添付図面は中央連結部のないし一連のリム、即ち眼鏡枠
（前方部）の剛度（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）の評価結果を
示す。

曲線１０上の各点は、下記の例６の本発明の方法で作っ
た眼鏡枠の剛度の５個平均値を示す。対照例７の方法で
作った眼鏡枠の同様な結果は曲線１１で示され。この剛
度は従来の眼鏡枠の代表的な値である。上記のように評
価した眼鏡枠は試験試料に永久ヒズミが発生する点で試
験する。

例６の眼鏡枠は２？のたわみ角の曲げで８ｏ１５の永久
ヒズミを発生した。対照例７の眼鏡枠（従釆の代表的な
もの）は２５０のたわみ角の曲げで１４ｏの永久ヒズミ
を発生した。上記の測定はスパン２インチで荷重８イン
チ−ポンドを使用しチニアス・オルセン（Ｔｉｎｉｕｓ
０１ｓｅｎ）剛度計で行った。

図面のグラフでたわみは機軸、即ちｘ軸で示され、又最
大曲げモーメントは縦軸、即ちＹ軸で示される。このグ
ラフは人工時効で硬化できる銅−ニッケル−錫合金を使
用して強度と永久ヒズミ抵抗性が改善された眼鏡フレー
ムが得られることを示す。

好適実施例の説明本発明により従釆の眼鏡フレームに比
べて改善された最終強度と永久ヒズミ抵抗性を有する眼
鏡フレームの製法が行われる。

本発明の方法によればロウ付で組立てられる眼鏡フレー
ムはニッケル青銅合金で作られる。本発明の方法ではフ
レーム連結部は、銀ロウのようなロウ付用合金が融解す
る温度に加熱される。この加熱は任意の方法、例えば電
気抵抗加熱、誘導加熱又は炉内加熱が使用できる。後者
の二方法は、連結部のみならず全フレームが加熱できる
から労働コストが低い利点がある。抵抗加熱を使用する
従釆の方法では一つの連結部の組立に時間がかかる。本
発明のニッケル青銅合金で作られたフレームは人工時効
で強化できるから全フレームが制御温度でロウ付でき、
複数の連結部がジグ内のフレームの加熱でロウ付でき、
又ロウ付温度で起きる恐れのある部分燐鈍によって引張
強さが低下するが、この引張強さはこれに続く人工時効
によって回復される。抵抗加熱性もロウ付操作に使用で
きる。本発明の方法で従来のものに比べて引張強さと永
久ヒズミ抵抗性が大幅に改善されたフレームが得られる
。これはロゥ付連結部の金属は、従来のようにニッケル
シルバー（Ｃｕ一Ｍ一Ｚｎ）．モネルメタル（Ｃｕ一Ｎ
ｉ）及びニッケルのような人工時効不能材料を使用する
抵抗ロウ付法で作られたロウ付連結部よりもはるかに強
度が大きいためである。ロウ付操作の時間サイクルを調
節してロゥ付部の過熱防止を顧慮することなく良好な抵
抗加熱ロウ付連結部を得ることができる。抵抗加熱ロウ
付操作間の過熱は従来のフレームの連結部を弱化する恐
れがある。本発明の熱処理可能なニッケル青銅合金は米
国特許第１．８１６５０９号と第１．班８７４７号の明
細書．及びＴｒａｎｓａｔｉｏ瓜ｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉ
ｃａｎ１船ｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａ
ＩＥｎｇｉｎｅｅ岱．ＡＩＭ区．１９３３．Ｖｏｌ．１
０４．２２１一２４９頁及びＭＭＥ，１９私．Ｖｏｌ．
１１１，第２１８一２４４頁の論文に詳細に記載されて
いる。この合金は主成分として銅，ニッケル及び錫，．
又少量成分としてマンガン又はチタンを単独に、又これ
らと少量のマグネシウムを含むものである。これらの少
量成分は冷間加工に良好な延性を与えるために望ましく
、例えばこの合金のニッケル成分の約１ないし５％のマ
ンガン成分を含有する。又この合金の延性及び熱処理性
に悪影響がなければ少量の鉄、鉛、アルミェウム又は珪
素は存在してもよいが、これらの成分は全合金組成物の
総合比率としては１％以上存在してはならない。亜鉛は
合金のコストを低下する任意成分として含有してもよい
。一般に使用される亜鉛の比率は全合金の１０％以上で
あってはならない。上記の合金は全成分を融解し鋳造で
合金ィンゴットを作る。

必要に応じて融解合金を融解温度以上に加熱しこの温度
でィンゴットに鋳造する。ィンゴツトを約６０ぴないし
９５０℃の温度で長時間鱗鈍して軟質金属を作るが、こ
の温度は合金のニッケルと錫の合量、及び高比率のニッ
ケルを含む合金に必要な高温度によって変わる。燐鈍後
、水又は油で急冷する。これで合金は眼鏡フレームの製
造に使用する針線材料に線引きすることができる。合金
の線引き間に、線引き操作の硬化効果を防止するため、
及び更に細い線引きが容易に行われるように上記の温度
より高い温度で焼鈍することによって硬化合金を軟化す
ることが望ましい。フレームに組立てるのに使用される
ワイヤ合金は所望の形状と寸法を得るため冷間加工後一
般に溶体化燐鈍する。この合金中のニッケルと錫の重量
比率は約３ないし２６％のニッケルと約２なし、し１０
％の錫で、好適には約４ないし１２％のニッケルと約２
ないし８％の錫である。

全体を１００％とする合金の残部は銅、及び上記のよう
に延性を良好にするための極めて少量のマンガン又はチ
タン、少量の不純物、例えば鉄、鉛、アルミニウム又は
珪素．及びコストを低下する目的の１０％以下の亜鉛で
ある。本発明の方法の別の利点は製造設備の規模とコス
トの点で、誘導加熱又は炉内加熱法を使用することによ
って従釆の抵抗メッキ法よりもコストを大幅に低下でき
ることである。抵抗加熱法、及びニッケル、モネルメタ
ル又はニッケルシルバー合金組成物を使用して眼鏡フレ
ームを製造する場合には各連結部に対して個々のジグが
必要であるが、本発明の方法では全フレーム連結部に１
個のジグの使用ですむのがこのコスト低下の理由である
。眼鏡フレームの従釆の製造法では、通常フレ−ム材料
を袷間加工によって断面積を約１０ないし７５％減少す
る。

この操作はある程度フレーム材料を硬化するから引張強
ごが増加する。本発明の方法によれば、人工時効によっ
て硬化できるニッケル青銅合金を利用してフレームを製
造する際上記と同程度の冷間加工を行うことができる。
眼鏡フレームの組立は、約１０なし、し８０％の銀、残
部の主成分は銅と亜鉛であるロウ付用合金、例えば１５
％銭、５％リン及び８０％の銅を含む合金、又は４５％
銀、１５％鋼、１６％亜鉛及び２４％カドミウムを含む
合金、のように約６００℃ないし８５０℃の温度で融解
する材料から選択されたロウ付用材料を使用してフレー
ム連結部をロウ付することによって達成される。

ロウ付操作に必要な熱は適当な方法、例えば抵抗加熱法
でも得られるが、本発明の方法により、又本発明の時効
硬化性鋼合金を利用するロゥ付操作間に起こる恐れのあ
る部分燐鈍は、組立フレームを強化する約２０ぴ０ない
し５５０ｑＣの約１／４時間ないし１幼時間の時効によ
って補償されるから、本発明の方法では同時に全連結部
を加熱する誘導加熱法又は炉加熱法が適当である。好適
には時効は約３００午○ないし４５０℃で、約１時間な
いし６時間で行われる。この時効硬化処理後のフレーム
は、フレームワイヤの部分燐鈍又は軟化を起きし易い熱
を使用するロウ付操作後のフレームよりもかるかに優れ
た引張強さを有する。好適には時効硬化処理は約３２５
℃ないし４８０ｑｏで、約３時間ないし５時間で実施さ
れる。下記の例は本発明の実施例で本発明を限定するも
のではない。特記しなければ温度はすべて摂氏温度で百
分率は重量％である。例１ ８５％鋼、９％ニッケル及び６％錫を含む銅合金から作
った０．１２８ィンチ（３．２脚）径のワイヤを使用し
て眼鏡フレームを作る。

ワイヤはフレームに組立てる前に冷間加工によって断面
積を４０％減少したものである。フレームの部品、例え
ばリム、バ一、つる及びフレームは３０分間、７２０℃
の溶体化燐鈍後ジグ内で組立て、適正位置のこれらの部
品は、４５％銀、１５％鋼、１６％亜鉛及び２４％カド
ミウムからなるロウ付用合金を使用し、フレーム全体を
５分間以上にわたって７２０℃の温度に加熱する誘導加
熱法によってロウ付する。このようにしてフレーム部品
は溶体化燐鈍後は焼錨前よりも引張強ごが大幅に低下す
る。暁鎚前のフレームの引張強さは約９５，００岬ｓｉ
（６．６５０ｋ９／係）であるが暁錨及びロウ付後は６
０，００のｓｉ（４．２００ｋ９／係）である。ロウ付
後眼鏡フレームは人工時効操作によって硬化するが、こ
の操作でフレームを３４４℃の温度に４時間曝露して硬
化する。引張強さはこの人工時効操作で１２５，００岬
ｓｉ（８．７５０ｋ９／地）に増加する。この人工時効
した眼鏡フレームは次に仕上処理が行われ、この処理で
フレームは研摩されかつ電気メッキされて仕上フレーム
になる。例２例１と同じ合金と同じ方法で眼鏡フレーム
を作るが、この部品は溶体化暁錨後７２０℃の温度の炉
内で５分間ロウ付を行ったものである。

このフレームは次に３４４ｑｏで４時間人工時効すると
ロウ付後の引張強ごは１２５．００他ｓｉ（８．７５０
ｋ９／地）になる。例３，４及び５ 例１の手順に従い、しかし重量で５％ニッケル，５％錫
及び９０％銅を含む銅合金金（例３）、８５％鋼、７％
ニッケル及び８％錫を含む銅合金（例４）及び８９％鋼
、９％ニッケル及び２％錫を含む鋼合金（例５）を使用
して眼鏡フレームを作る。

ロウ付フレームの引張強さは例１のロウ付フレームより
も大きい、この仕上フレームの引張強さは出発材料の値
より大きくなる。例６ 元の断面積の４０％の断面積まで冷間加工で線引きした
０．１２８インチ（３．２肋）径のワイヤを使用して前
方枠を作った。

このワイヤは８５％鋼、９％ニッケル及び６％錫を含む
ものを使用した。このフレ−ム部品は７２０ｑｏで３０
分間溶体化暁銘を行った後、組立てるべき連結部に交流
を通す電気抵抗加熱法によるロウ付でフレームに粗立て
た。連結部の通電に対すぬ電気抵抗でロゥ付に必要な熱
を発生する。使用したロウ付用材料は４５％銀、１５％
銅、１６％亜鉛及び２４％カドミウムを含有するもので
あった。フレームの引張強さは溶体化焼鈍後の６０．０
０蛇ｓｉ（４．２００ｋ９／鮒）から、３４４こ○、４
時間の人工時効後１２５．００蛇ｓｉ（８．７５０ｋｇ
／地）に増加した。例７ （対照：本発明の一部ではない） 断面積を元の４０％までの冷間加工で線引きした０．１
２８インチ（３．２肋）径のワイヤを使用した前方枠を
作った。

この合金組成は７２％鋼、１５％ニッケル及び１３％亜
鉛を含む。いわゆるニッケルシルバ‐又は洋銀である。
例６のように抵抗加熱法によってフレームを組立てた。
ロウ付用合金は例１と同じものであった。このフレーム
の組立後の引張強ご‘ま５５．０００ｐｓｉ（３．８５
０ｋ９／地）であった。ニッケルシルバーは時効硬化し
ないことは公知であるから時効硬化は行われなかった。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明で得られる眼鏡フレームの引張強ごと
永久ヒズミ抵抗性の大幅な増加を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 引張強さと永久ヒズミ抵抗性が高い眼鏡フレームの
   製造法で：熱処理可能のニツケル青銅合金フレーム部品
   をフレームに組立てるため６００℃ないし８５０℃の第
   １温度でロウ付する工程；及び上記第１温度よりも低い
   第２温度で上記フレームを人工時効処理し上記フレーム
   の引張強さと永久ヒズミ抵抗性を増加する工程；からな
   る時効硬化ニツケル青銅を使用する眼鏡フレーム製造法
   。 ２ 上記第１項記載の製造法で、該ニツケル青銅合金が
   重量で２％ないし１０％の錫と、３％ないし２６％のニ
   ツケルとを含む眼鏡フレーム製造法。 ３ 上記第１項記載の製造法で、第２温度が２００℃な
   いし５５０℃である眼鏡フレーム製造法。