(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主相がβ相である金属結晶組織を備える眼鏡フレーム用チタン合金材であって、
組成式がＴｉ１００−ａ−ｂ−Ｔａａ−Ｓｎｂで表わされ、
ａ、ｂが原子％（ａｔ％）で、１２≦ａ≦２５、１≦ｂ≦７の関係を満足し、
３５０℃〜５５０℃で３０分〜１２０分保持した熱処理により硬度調整した後のビッカース硬度が２５０ＨＶ０．１〜４００ＨＶ０．１であることを特徴とする眼鏡フレーム用チタン合金材。
【請求項２】
主相がβ相である金属結晶組織を備える眼鏡フレーム用チタン合金材であって、
組成式がＴｉ１００−ａ−ｂ−Ｔａａ−Ｓｎｂで表わされ、
ａ、ｂが原子％（ａｔ％）で、１２≦ａ≦２５、１≦ｂ≦７の関係を満足し、
６５０℃〜８５０℃で３０分〜１２０分保持した熱処理により硬度調整した後のビッカース硬度が２００ＨＶ０．１〜３００ＨＶ０．１であることを特徴とする眼鏡フレーム用チタン合金材。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の眼鏡フレーム用チタン合金材を用いて製造したことを特徴とする眼鏡フレーム用構成部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、眼鏡フレーム用チタン合金材に関し、特に主相がβ相である金属結晶組織を備える眼鏡フレーム用チタン合金材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属材料からなる眼鏡フレームは、硬質な質感が高級感を醸しだし、ファッション性に優れる等の特徴を有することから幅広い世代に支持されている。そして、金属製眼鏡フレームは、その素材として、繊細な彫りまで可能な特徴を備える銅合金製のものや、軽くて丈夫な特徴を備えるチタン合金製のものが、現在主流となって使われている。ここで、眼鏡フレームは、常時、人が身につけて使用するものであるため、耐食性及び強度に優れた特性を有した素材が求められる。この点においても、チタン及びチタン合金は、強度（硬さ）及び耐食性において他の金属よりも優れた性質を有する。また、チタンは、金属アレルギーを引き起こす等の人体への害が殆どなく、生体適合性にも優れている。
【０００３】
また、眼鏡フレームは、上述した要求特性に加えて、顔とのフィッティング性が重視されるため、しなやかなバネ性を有することも要求される。なお、従来より、眼鏡フレーム材には、チタン製及びチタン合金製（チタン−ニッケル合金、βチタン合金、ゴムメタル等）が、それぞれの特性と使用用途に合わせて選択されている。ここで、純チタンは、その特徴として、耐食性に優れ、低コストで、良好な加工性を有するものである。また、チタン−ニッケル合金は、その特徴として、耐食性に優れ、優れた超弾性、且つ低ヤング率を有するものである。また、βチタン合金は、その特徴として耐食性に優れ、低ヤング率で、良好な加工性を有するものである。また、「ゴムメタル」と称されるチタン合金は、その特徴として、耐食性に優れ、高強度で、低ヤング率で、良好な加工性を有するものである。このうち、チタン−ニッケル合金は、特に、低ヤング率で、且つ高強度を兼ね備えた特徴を有し、外力によって容易に変形可能であり、外力を除去した場合にはすぐに元の形状に戻る超弾性にも優れる性質を備える。そのため、チタン−ニッケル合金は、眼鏡フレーム用構成部材（例えば、テンプル材等）に好適に用いられている。
【０００４】
例えば、特許文献１（特開２００９−８６５８０号）には、少なくとも一部にチタン−ニッケル合金材料を用いた眼鏡フレームについて開示がされている。具体的には、引用文献１には、その変形調整部位にチタン−ニッケル合金材料に接合された純チタン材料が用いられており、接合部分の引張強度が純チタン材料以上となっていることを特徴とした眼鏡フレームが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−８６５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述の特許文献１のように眼鏡フレームの構成部材をチタン−ニッケル合金製とした場合、加工性が悪いため、（１）眼鏡部品用の素材を加工までに高温での加工、及び熱処理が何度も必要になるため加工コストが大幅に増大する、（２）プレス加工の際に割れやすいため加工履歴の管理体制を強化しなければならない、（３）複雑な形状への加工が困難である、（４）眼鏡フレームの構成部材である「テンプル」と眼鏡のフロント両端と丁番との接合部分である「智」とを接続するためのろう付けが困難である、（５）人体に有害なニッケルを半量近くも含む、等の問題があった。
【０００７】
上述したように、チタン−ニッケル合金製の眼鏡フレームの場合、加工性が悪いというデメリットを有するため、人の顔形状に合わせた加工が困難となる。眼鏡フレームは、眼鏡の掛け心地を左右する上で重要な部位である。従って、眼鏡フレームを金属製とした場合、その材料は、人の顔形状に合わせて加工が容易な優れた加工特性を備えたものであることも重要である。更に、引用文献１の眼鏡フレーム材に含まれるニッケルは、金属アレルギーを起こす要因となる元素である。ちなみに、金属アレルギーとは、金属が汗や体液等で僅かながら溶け出し、イオン化した金属が身体に入り込み、その後、同じ金属に触れると、拒絶反応を起こして、皮膚の表面がかぶれる等のアレルギー性接触皮膚炎を起こす現象であって、人間が持つ抗体反応の一種である。よって、例え人体の皮膚に直接接しないような構造上の配慮がなされていたとしても眼鏡フレームの素材にニッケルを含ませることはあまり好ましくない。
【０００８】
以上のことから、本件発明は、低ヤング率、且つ高強度であって、更に、生体適合性が高く、ろう付けが容易であり、加工性及びコスト面において優れた眼鏡フレーム用チタン合金材の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明者等は、鋭意研究を行った結果、低ヤング率、且つ高強度であって、更に、生体適合性が高く、ろう付けが容易であり、加工性及びコスト面において優れた眼鏡フレーム用チタン合金材の組成を見い出すことで、上述した課題を解決するに到った。以下、本件発明に関して説明する。
【００１０】
眼鏡フレーム用チタン合金材：  本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材は、主相がβ相である金属結晶組織を備える眼鏡フレーム用チタン合金材であって、組成式がＴｉ１００−ａ−ｂ−Ｔａａ−Ｓｎｂで表わされ、ａ、ｂが原子％（ａｔ％）で、１２≦ａ≦２５、１≦ｂ≦７の関係を満足し、３５０℃〜５５０℃で３０分〜１２０分保持した熱処理により硬度調整した後のビッカース硬度が２５０ＨＶ０．１〜４００ＨＶ０．１であることを特徴とする。
【００１１】
また、本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材は、主相がβ相である金属結晶組織を備える眼鏡フレーム用チタン合金材であって、組成式がＴｉ１００−ａ−ｂ−Ｔａａ−Ｓｎｂで表わされ、ａ、ｂが原子％（ａｔ％）で、１２≦ａ≦２５、１≦ｂ≦７の関係を満足し、６５０℃〜８５０℃で３０分〜１２０分保持した熱処理により硬度調整した後のビッカース硬度が２００ＨＶ０．１〜３００ＨＶ０．１であることを特徴とする。
【００１２】
眼鏡フレーム用構成部材：  本件発明に係る眼鏡フレーム用構成部材は、上述の眼鏡フレーム用チタン合金材を用いて製造したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材は、主相がβ相である金属結晶組織を備える眼鏡フレーム用チタン合金材であって、チタン−タンタル系合金材を採用したものである。この結果、本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材は、耐食性に優れ、低ヤング率且つ良好な加工性を有し、線引き加工途中における焼鈍処理が不要になるため、他のチタン合金材に比して低コストで複雑形状への加工が可能となる。
【００１４】
また、本件発明のチタン合金材は、冷間加工による線材への加工が可能な加工性を有しているため、低ヤング率と超弾性とを同時に達成出来る。一般的なチタン合金は、８０〜１１０ＧＰａ程度のヤング率を有しているのが通常であるのに対し、本件発明のチタン合金は７０ＧＰａ以下の、人体の骨に近いヤング率を有しているため、人工骨等の医療分野にも適用出来、眼鏡フレームに適用した場合においても、大幅に装着性、及びフィッティング性を改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】眼鏡フレームの形状及び各構成部位を示す図である。
【図２】表３及び表４の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材の好ましい実施の形態について以下に説明する。まず、本件発明の「主相がβ相である金属結晶組織」を備えるチタン合金の結晶構造について簡単に説明する。
【００１７】
チタン合金は常温での母相の結晶構造により大きく３種類に分類される。すなわち、稠密六方晶（ＨＣＰ）であるα相を主相とするα型チタン合金、体心立方晶（ＢＣＣ）であるβ相を主相とするβ型チタン合金、稠密六方晶（ＨＣＰ）であるα相と体心立方晶（ＢＣＣ）であるβ相とが共存するα＋β型チタン合金の３種類である。ここで、α型チタン合金は、耐熱性、低温特性に優れる特性を備え、α＋β型チタン合金は、高強度、高延性に優れる特性を備え、主相がβ相であるβ型チタン合金は、低ヤング率で超高強度であるという優れた特性を備える。この３種類のうち、主相がβ相であるβ型チタン合金は、ヤング率が低く、強度が高い特性に加え、唯一冷間加工が可能である特徴を有する。従って、主相がβ相であるβ型チタン合金は、この優れた特性及び特徴により、眼鏡フレーム用チタン合金材として好適である。
【００１８】
なお、主相がβ相であるβ型チタン合金は、低温時効時（３００℃程度）にヤング率を上昇させる原因となるω相が発生する場合がある。しかし、本件発明の主相がβ相であるβ型チタン合金は、ω相の析出を抑える効果を奏する元素として、スズ、アルミニウム、ホウ素のいずれか一つを微量添加することでω相の発生を効果的に抑制することが出来る。従って、本件発明の主相がβ相であるβ型チタン合金は、マルテンサイト組織を形成させない所謂超弾性材として安定した主相がβ相であるβ型チタン合金である。また、本件発明の主相がβ相であるβ型チタン合金は、超低弾性率化と超高強度化とを両立させた合金であり、加工硬化を伴わずに理論上９９．９％以上の冷間加工が可能な超塑性的性質を備えるものである。参考までに、ニッケル−チタン系合金は、所定の温度以上に加熱されると記憶された形状に戻る形状記憶作用を得るのにマルテンサイト組織の双晶変形を利用するため、マルテンサイト組織の形成が必要不可欠である。
【００１９】
本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材は、低ヤング率で高強度の眼鏡用材料として生体適合性が高く、ろう付けが容易であり、加工性の良さを確保するため、主相がβ相であるβ型チタン合金に狙いを定め、更にβ相安定化元素の中で生体適合性の高いタンタルに着目してチタン−タンタル系合金材を採用した。また、本件発明の主相がβ相であるβ型チタン合金は、上述したβ型チタン合金特有の、低温（３００℃程度）時効時におけるω相の発生を抑制するためにスズ又はホウ素を微量添加すると共に、α＋β変態点以上の温度に加熱し、その後急冷することで主相がβ相である金属結晶組織を備えるようにした。
【００２０】
次に、本件発明に係る本件発明の眼鏡フレーム用チタン合金材の好ましい実施の形態について以下に説明していく。
【００２１】
本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材は、主相がβ相である金属結晶組織を備える眼鏡フレーム用チタン合金材であって、組成式がＴｉ１００−ａ−ｂ−Ｔａａ−Ｓｎｂで表わされ、ａ、ｂが原子％（ａｔ％）で、１２≦ａ≦２５、１≦ｂ≦７の関係を満足するものである。
【００２２】
上記組成式において、タンタルの含有量が１２．０ａｔ％未満の場合には、主相がβ相である金属結晶組織とするのに十分ではなく、良好な超弾性特性が得られない。また、タンタルの含有量が２５．０ａｔ％を超えた場合には、眼鏡用途におけるチタン合金としての軽量化が図れないため好ましくない。なお、タンタルは、主相がβ相である金属結晶組織にし、ヤング率を低下させることが出来る。また、タンタルは、高融点のため溶け難く、均質な合金溶湯が得られ難いという難点があるが、これら元素を用いることでこの問題もかなり解消されることとなる。
【００２３】
また、上記組成式において、スズは、ω相の発生を抑制する元素である。ここで、スズの含有量が１．０ａｔ％未満の場合には、ω相の発生を抑制する効果を十分に得られないため好ましくない。また、スズの含有量が７．０ａｔ％を超える場合には、ω相の発生を抑制する効果が飽和状態となり経済的ではなく、また、ヤング率を上昇させるα相の析出が多くなるため好ましくない。
【００２４】
また、本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材は、眼鏡フレーム用チタン合金材は、その硬度調整を、熱処理条件（温度、保持時間）の変更により行うことが出来る。そのため、本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金は、質感を維持しながらも所望の硬度に調整することが出来る。従って、眼鏡フレームを構成する部品は、使用される部位によってそれぞれ要求される硬さが異なるものであるが、これら構成部品を所望の硬さにするに際して質感に統一感を持たせることが可能となり、ファッション性を損なうことが無い。
【００２５】
本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材は、３５０℃〜５５０℃で３０分〜１２０分保持した熱処理により硬度調整した後のビッカース硬度が２５０ＨＶ０．１〜４００ＨＶ０．１となる。また、６５０℃〜８５０℃で３０分〜１２０分保持した熱処理により硬度調整した後のビッカース硬度が２００ＨＶ０．１〜３００ＨＶ０．１となる。
【００２６】
本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金は、３５０℃〜８５０℃の温度範囲内で設定温度を調整することで、そのビッカース硬度を２００ＨＶ０．１〜４００ＨＶ０．１の範囲内の任意の硬さに調整することが出来る。上述したように、眼鏡フレームを構成する部材は、用いられる部位によって必要とされる硬度が異なるが、ビッカース硬度で２００ＨＶ０．１〜４００ＨＶ０．１の範囲内であれば、眼鏡フレームを構成する全ての部品に用いることが可能となる。
【００２７】
本件発明に係る眼鏡フレーム用構成部材は、上述の眼鏡フレーム用チタン合金材を用いて製造したものである。眼鏡は、その役割に応じていくつかの部位を備えている。例えば、図１に示すように、眼鏡フレーム１は、レンズをはめ込む枠の部分である「リム」２、左右のリムをつなぐ部分である「ブリッジ」３、眼鏡を支持するためのつるの部分である「テンプル」４、鼻に乗せる部分である「パッド」５、眼鏡のフロントとテンプルをつないで開閉する部分である「丁番」６、テンプルの先に付いた耳にかける部分である「モダン」７、眼鏡のフロント側の丁番取り付け部分である「智」８等から主に構成されている。本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材を、これら眼鏡フレーム用構成部材に用いることで、耐久性、加工性、装着性、及びフィッティング性に優れた眼鏡フレームを提供可能である。
【実施例】
【００２８】
以下、本件発明の実施例を示し、本件発明をより詳細に説明する。
【００２９】
以下に、本件発明の眼鏡フレーム用構成部材に関し、眼鏡フレーム材として重要な機械的特性としてヤング率と引張強度とについて評価するための試験を行い、更に、加工性を評価するためにプレス成形性と、切削性と、ろう付け性とについて試験を行った。
【００３０】
そして、これらの試験を行うにあたり、実施例試料Ａは、タンタルが２３ａｔ％、スズが３ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００３１】
また、実施例試料Ｂは、タンタルが１２ａｔ％、スズが１ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００３２】
また、実施例試料Ｃは、タンタルが１２ａｔ％、スズが７ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００３３】
また、実施例試料Ｄは、タンタルが２５ａｔ％、スズが１ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００３４】
また、実施例試料Ｅは、タンタルが２５ａｔ％、スズが７ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００３５】
実施例試料Ａ〜実施例試料Ｅは、全て本件発明の条件範囲内の組成となるものである。表１には、実施例試料Ａ〜実施例試料Ｅの組成を比較例試料及び参考例試料の組成と対比容易となるよう併せて示す。
【００３６】
実施例試料Ａ〜実施例試料Ｅは、アルゴンアーク溶解により溶製された５０ｇのインゴット（直径６ｍｍ）を冷間鍛造（スウェージング）で直径４．５ｍｍの線材とし、表面の酸化層を酸洗で除去し、加工率（断面減少率）９０％程度で冷間伸線した結果得られる、直径０．５ｍｍの丸線形状のものを用いた。
【００３７】
ここで、「スウェージング」とは絞り加工のことで、丸線状態の材料を切削するのではなく、叩いて伸ばすことで、太さを変える技術である。スウェージング工程では、金属材に鍛造効果を与え、強度を高めたり、靭性を高めたりすることが出来るため、掛け心地を左右する眼鏡にとって重要な工程である。なお、スウェージング工程は、フレーム素材である金属部品をそれぞれのパーツの形に成型するためのプレス工程の前に、あらかじめＣＮＣスウェージングマシン等の機械を用いてフレーム素材（線材）の太さを変えておくことで、より高精度なプレス成型品を得ることが出来る。
【００３８】
一般的に、眼鏡フレームの構成品は、形も複雑で太さもそれぞれ異なるため、フレーム素材（線材）をスウェージング工程を行わずにプレス加工した場合、高精度のプレス成型品を得ることが困難となる。特に、眼鏡フレームの構成品である「テンプル」等は、使いやすさを考慮して、細い部分や太い部分が混在するため、あらかじめその形状に合わせて線材の太さを変えておかなければ、高精度で部品を製造することが出来ない。また、フレーム素材が金型の容量より大きいとバリの発生が顕著となる上、金型にも無理が生じて金型の寿命も短くなるため経済的にも好ましくない。
【比較例】
【００３９】
以下、本件発明に対する比較例について説明する。
【００４０】
比較例試料についても、実施例試料と同様、機械的特性を評価するためにヤング率と引張強度とについて試験を行い、更に、加工性を評価するためにプレス成形性と、切削性と、ろう付け性とについて試験を行った。なお、比較例試料は、実施例試料と同じ形状のものを用意するために、実施例試料と同じ線材加工条件を採ったところ、冷間鍛造（スウェージング）の工程が困難であることに加え、試験条件とした９０％程度の加工率で冷間伸線を行った結果、試料に破断が生じた。そこで、比較例試料に関しては、溶製された５０ｇのインゴット（直径６ｍｍ）をまず熱間鍛造し、その後、加工率５０％未満での冷間伸線と、焼鈍処理とを数回繰り返すことで実施例試料と同じ、直径０．５ｍｍの丸線形状を得た。
【００４１】
そして、これらの試験を行うにあたり、比較例試料ａは、純チタン（ＪＩＳ２種）の素材を用いた。
【００４２】
また、比較例試料ｂは、ニッケルが５０．９ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００４３】
また、比較例試料ｃは、ニッケルが４９．６ａｔ％、コバルトが１．３ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００４４】
また、比較例試料ｄは、タンタルが１１ａｔ％、スズが０．５ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００４５】
また、比較例試料ｅは、タンタルが１１ａｔ％、スズが８ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００４６】
また、比較例試料ｆは、タンタルが２６ａｔ％、スズが０．５ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００４７】
また、比較例試料ｇは、タンタルが２６ａｔ％、スズが８ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００４８】
そして、表１には、比較例試料ａ〜比較例試料ｇの組成を実施例試料及び参考例試料の組成と併せて示す。
【００４９】
［参考例］
次に、本件発明に対する参考例について説明する。参考例としての試料についても、機械的特性を評価するためにヤング率と引張強度とについて試験を行い、更に、加工性を評価するためにプレス成形性と、切削性と、ろう付け性とについて試験を行った。各参考例試料は、上述の実施例試料と組成のみが異なり、作製方法は実施例試料と同様とする。以下に、参考例試料ａ〜ｅの組成を示す。
【００５０】
ここで、参考例試料ａは、タンタルが５ａｔ％、ニオブが７ａｔ％、アルミニウムが１ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００５１】
また、参考例試料ｂは、タンタルが５ａｔ％、モリブデンが７ａｔ％、ホウ素が７ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００５２】
また、参考例試料ｃは、タンタルが５ａｔ％、バナジウムが７ａｔ％、アルミニウムが１ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００５３】
また、参考例試料ｄは、タンタルが５ａｔ％、クロムが７ａｔ％、ホウ素が７ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００５４】
また、参考例試料ｅは、タンタルが４ａｔ％、ニオブが２ａｔ％、モリブデンが２ａｔ％、バナジウムが２ａｔ％、クロムが２ａｔ％、スズが１ａｔ％、残部がチタン及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【００５５】
［実施例と比較例及び参考例との対比］
以下に、本件発明の実施例と比較例及び参考例とを対比しつつ、本件発明を詳細に説明する。
【００５６】
（機械的特性評価試験）
表１には、実施例と比較例及び参考例との試料をそれぞれ用いて、ヤング率、引張強度、冷間加工性についての評価試験を行った結果を示す。
【００５７】
【表１】
0005800330.tif 000002
【００５８】
表１において、引張強度は、引張試験機を用いて試験を実施した。そして、引張強度が１０００ＭＰａ以上の場合に良好な性質として判断し評価とした。また、ヤング率は、ＪＩＳ  Ｈ  ７１０３（２００２）に基づき、引張試験機による引張試験実施中における応力−歪曲線を測定し、降伏点以下の応力での応力増加直線の勾配から求めた。そして、ヤング率が７０ＧＰａ以下の場合に良好な性質として判断し評価とした。また、冷間加工性は、試料準備時の減面率９０％程度の冷間伸線が正常に行うことが出来た場合を「○」、クラックが発生し正常に伸線出来なかった場合を「△」、破断が発生し正常に伸線出来なかった場合を「×」で示して評価とした。
【００５９】
表１から明らかなように、実施例試料Ａは、ヤング率が５０ＧＰａ、引張強度が１０５０ＭＰａ、冷間加工性が「○」であった。
【００６０】
また、実施例試料Ｂは、ヤング率が６０ＧＰａ、引張強度が１１００ＭＰａ、冷間加工性が「○」であった。
【００６１】
また、実施例試料Ｃは、ヤング率が７０ＧＰａ、引張強度が１２００ＭＰａ、冷間加工性が「○」であった。
【００６２】
また、実施例試料Ｄは、ヤング率が４０ＧＰａ、引張強度が１０００ＭＰａ、冷間加工性が「○」であった。
【００６３】
また、実施例試料Ｅは、ヤング率が４５ＧＰａ、引張強度が１０５０ＭＰａ、冷間加工性が「○」であった。
【００６４】
これに対し、比較例試料ａは、ヤング率が１１０ＧＰａ、引張強度が４５０ＭＰａ、冷間加工性が「△」であった。
【００６５】
また、比較例試料ｂは、ヤング率が３０ＧＰａ、引張強度が１３７０ＭＰａ、冷間加工性が「×」であった。
【００６６】
また、比較例試料ｃは、ヤング率が６０ＧＰａ、引張強度が１１６０ＭＰａ、冷間加工性が「×」であった。
【００６７】
また、比較例試料ｄは、ヤング率が１００ＧＰａ、引張強度が９００ＭＰａ、冷間加工性が「×」であった。
【００６８】
また、比較例試料ｅは、ヤング率が１０５ＧＰａ、引張強度が９５０ＭＰａ、冷間加工性が「×」であった。
【００６９】
また、比較例試料ｆは、ヤング率が８０ＧＰａ、引張強度が１２８０ＭＰａ、冷間加工性が「△」であった。
【００７０】
また、比較例試料ｇは、ヤング率が９０ＧＰａ、引張強度が１３５０ＭＰａ、冷間加工性が「×」であった。
【００７１】
また、参考例試料ａは、ヤング率が５０ＧＰａ、引張強度が１１００ＭＰａ、冷間加工性が「○」であった。
【００７２】
また、参考例試料ｂは、ヤング率が４５ＧＰａ、引張強度が１０７０ＭＰａ、冷間加工性が「○」であった。
【００７３】
また、参考例試料ｃは、ヤング率が５０ＧＰａ、引張強度が１０４０ＭＰａ、冷間加工性が「○」であった。
【００７４】
また、参考例試料ｄは、ヤング率が６０ＧＰａ、引張強度が１０２０ＭＰａ、冷間加工性が「○」であった。
【００７５】
また、参考例試料ｅは、ヤング率が７０ＧＰａ、引張強度が１２５０ＭＰａ、冷間加工性が「○」であった。
【００７６】
以上、眼鏡フレーム用チタン合金材の機械的特性評価試験の結果、実施例試料Ａ〜実施例試料Ｅは、いずれも７０ＧＰａ以下の低いヤング率を示し、１０００ＭＰａ以上の高い引張強度を示し、更に、断面減少率９０％の冷間伸線を正常に行うことが出来、冷間加工性にも優れる結果となった。
【００７７】
これに対し、比較例試料ａ、比較例試料ｄ、比較例試料ｅは、７０ＧＰａを超える高いヤング率を示し、１０００ＭＰａ以下の低い引張強度を示し、更に、断面減少率９０％の冷間伸線を正常に行うことが出来ず、冷間加工性にも劣る結果となった。また、比較例試料ｂ、比較例試料ｃは、いずれも７０ＧＰａ以下の低いヤング率を示し、１０００ＭＰａ以上の高い引張強度を示したものの、断面減少率９０％の冷間伸線を正常に行うことが出来ず、冷間加工性に劣る結果となった。そして、比較例試料ｆ、比較例試料ｇは、１０００ＭＰａ以上の高い引張強度を示したものの、７０ＧＰａを超える高いヤング率を示し、断面減少率９０％の冷間伸線を正常に行うことが出来ず、冷間加工性に劣る結果となった。
【００７８】
（眼鏡フレーム加工性評価試験）
機械的特性評価試験の結果、比較例試料ａに関しては、ヤング率、引張強度、冷間加工性の全てにおいて設定した評価基準を満足しない結果（特に、引張強度に関しては著しく劣る結果）となったため、以下の加工性評価試験は行わないこととする。従って、表２には、実施例試料Ａ〜実施例試料Ｅ、比較例試料ｂ〜比較例試料ｇ、参考例試料ａ〜参考例試料ｅの試料をそれぞれ用いて、加工性（プレス成形性、切削性）とろう付け性とについての評価試験を行った結果を示す。
【００７９】
【表２】
0005800330.tif 000003
【００８０】
プレス成形性評価試験：  表２において、プレス成形性は、各試料を眼鏡フレーム構成部材の一つである「テンプル」用の金型を用いて、プレス加工を施した後のプレス成形品の形状精度を確認した。なお、プレス成形性の評価は、各試料それぞれプレス成形品を３０個用意し、実際図面上に設定されている「テンプル」の重要管理寸法として定められた箇所（３箇所）を三次元測定器を用いて計測し、品物３０個の計９０箇所のうち全ての箇所が公差内である場合に「○」、品物３０個の計９０箇所のうち１箇所以上３箇所以内が公差外となった場合に「△」、品物３０個の計９０箇所のうち４箇所以上が公差外となった場合に「×」と定めた。
【００８１】
表２にプレス成形性評価試験の結果を示したように、実施例試料Ａ〜実施例試料Ｅは、品物３０個の計９０箇所のうち全ての箇所が公差内であった。一方、比較例試料ｂは、品物３０個の計９０箇所のうち２箇所が公差外となり、比較例試料ｃは、品物３０個の計９０箇所のうち３箇所が公差外となった。また、比較例試料ｄ〜比較例試料ｇは、全て品物３０個の計９０箇所のうち４箇所以上が公差外となった。また、参考例試料ａ〜参考例試料ｅに関しては、実施例試料と同様に品物３０個の計９０箇所のうち全ての箇所が公差内であった。
【００８２】
このプレス成形性評価試験の結果について、比較例試料ｂ及び比較例試料ｃのチタン−ニッケル系合金に関しては、所謂α＋β型チタン合金材であって、実施例試料Ａ〜実施例試料Ｅ及び参考例試料ａ〜参考例試料ｅの主相がβ相であるβ型チタン合金のように、低ヤング率で超高強度であるという特性を備えていない点がその原因として挙げられる。また、比較例試料ｄ〜比較例試料ｇのチタン−タンタル系合金に関しては、β相安定化元素であるタンタルの含有量が少な過ぎて（代替元素も含んでおらず）β相のみの金属結晶組織とするのに十分でないこと（比較例試料ｄ及び比較例試料ｅ）、スズの含有量が少な過ぎてヤング率を上昇させるω相の発生を十分に抑制出来ないこと（比較例試料ｄ及び比較例試料ｆ）、スズの含有量が多過ぎてヤング率を上昇させるα相が多く析出し、更にタンタルの含有量が多過ぎて試料が軟化したことでそりが大きくなったこと（比較例試料ｇ）等がそれぞれ原因として考えられる。
【００８３】
チタンは常温では稠密六方格子のα相であり、８８５°Ｃで体心立方格子構造のβ相に変態し、β相安定化元素を添加するに従って、低い温度でβ相に変態する性質を有する。本件発明の主相がβ相であるβ型チタン合金は、常温から８８５°Ｃの温度範囲においてα＋β相の結晶組織の占める割合が多い領域で材料を設計し、β相安定化元素であるタンタルの添加量を決定する。そして、主相がβ相であるβ型チタン合金特有の低温時効時に発生するω相を抑制するためにスズ、アルミニウム、ホウ素のいずれか一つを微量添加し、α＋β変態点以上の温度に加熱し、その後急冷することで主相がβ相である金属結晶組織を備えるものである。仮に、チタン合金の金属結晶組織にα相が備わると、β相からα相への変態が起こる際に硬くて脆い針状結晶が析出し、設定した機械的強度を期待出来なくなる場合がある。よって、一般的にα＋β型チタン合金は、加工性が悪くプレス加工には適さない。
【００８４】
切削性評価試験：  また、切削性は、各試料のどちらか一方の端部をシャーリングカッターを用いて切断し、バリの発生する頻度を確認した。なお、切削性の評価は、プレス成形前の各試料をそれぞれ３０個用意し、それぞれの試料をシャーリング切断した後に高さ１００μｍ未満のバリのみ発生した場合に「○」、シャーリング切断した後に高さ１００μｍ以上のバリが１個以上３個以内発生した場合に「△」、シャーリング切断した後に高さ１００μｍ以上のバリが４個以上発生した場合に「×」と定めた。
【００８５】
切削性評価試験の結果、実施例試料Ａ〜実施例試料Ｅは、シャーリング切断後に高さ１００μｍ以上のバリが全く発生しなかった。一方、比較例試料ｂ及び比較例試料ｄは、シャーリング切断後に高さ１００μｍ以上のバリが２個発生し、比較例試料ｃ及び比較例試料ｆは、シャーリング切断後に高さ１００μｍ以上のバリが３個発生した。また、比較例試料ｅ及び比較例試料ｇは、シャーリング切断後に高さ１００μｍ以上のバリが４個以上発生した。また、参考例試料ａ〜参考例試料ｅに関しては、実施例試料と同様にシャーリング切断後に高さ１００μｍ以上のバリが全く発生しなかった。
【００８６】
この切削性評価試験の結果については、プレス成形性評価試験の結果で述べたと同様、比較例試料ｂ及び比較例試料ｃのチタン−ニッケル系合金に関しては、所謂α＋β型チタン合金材であって、実施例試料Ａ〜実施例試料Ｅ及び参考例試料ａ〜参考例試料ｅの主相がβ相であるβ型チタン合金のように、低ヤング率で超高強度であるという特性を備えていない点がその原因として挙げられる。また、比較例試料ｄ〜比較例試料ｇのチタン−タンタル系合金に関しては、β相安定化元素であるタンタルの含有量が少な過ぎて（代替元素も含んでおらず）β相のみの金属結晶組織とするのに十分でないこと（比較例試料ｄ及び比較例試料ｅ）、スズの含有量が少な過ぎてヤング率を上昇させるω相の発生を十分に抑制出来ないこと（比較例試料ｄ及び比較例試料ｆ）、スズの含有量が多過ぎてヤング率を上昇させるα相が多く析出し、更にタンタルの含有量が多過ぎて試料が軟化したことでそりが大きくなったこと（比較例試料ｇ）等が原因として考えられる。
【００８７】
ろう付け性評価試験：  また、ろう付け性は、眼鏡フレームの構成部材である「テンプル」と眼鏡のフロント両端と丁番との接合部分である「智」とを接続する場合に、ろう付けが行われていることを考慮したものであり、ろう付部を目視にて確認し、手で両端部をねじり、当該ろう付部の割れ発生の有無を確認した。なお、ろう付け性の評価は、「テンプル」用の金型を用いて、プレス加工を施した後のプレス成形品を各資料につき３０個用意し、それぞれの試料に「智」をろう付けした後、当該ろう付部について上述した方法で試験を行い、目視にて当該ろう付部に割れを全く確認出来なかった場合に「○」、目視にて当該ろう付部に割れを１個以上３個以内確認出来た場合に「△」、目視にて当該ろう付部に割れを４個以上確認出来た場合に「×」とした。
【００８８】
なお、ろう付け性評価試験において、アルゴンガス雰囲気中で、ろう材にはチタン−銅系成分のものを使い、スポットろう付け機で瞬時加熱することによりろう付けした。そして、ろう付け性評価試験を行うに際し、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。
【００８９】
ろう付け評価試験の結果、実施例試料Ａ〜実施例試料Ｅは、全て目視にて当該ろう付部に割れを全く確認出来なかった。一方、比較例試料ｂ及び比較例試料ｃは、共に目視にて当該ろう付部に割れを４個以上確認出来た。また、比較例試料ｄ〜比較例試料ｇは、全て目視にて当該ろう付部に割れを３個確認出来た。また、参考例試料ａ〜参考例試料ｅに関しては、実施例試料と同様に全て目視にて当該ろう付部に割れを全く確認出来なかった。
【００９０】
このろう付け評価試験の結果より、実施例試料Ａ〜実施例試料Ｅ及び参考例試料ａ〜参考例試料ｅにおいては、高融点金属であるタンタルの含有がろう付け性の向上に寄与しているとも考えられる。なお、比較例試料ｂ及び比較例試料ｃのチタン−ニッケル系合金は、実施例試料Ａ〜実施例試料Ｊのような安定型β型チタン合金とは異なる所謂α＋β型チタン合金材であり、ろう付け温度がα−β変態点以上であるため、結晶粒が粗大化し機械的性質の劣化を招いたことが考えられる。また、比較例試料ｄ〜比較例試料ｇのチタン−タンタル系合金に関しては、β相安定化元素であるタンタルの含有量が少な過ぎて（代替元素も含んでおらず）β相のみの金属結晶組織とするのに十分でないこと（比較例試料ｄ及び比較例試料ｅ）、スズの含有量が少な過ぎてヤング率を上昇させるω相の発生を十分に抑制出来ないこと（比較例試料ｄ及び比較例試料ｆ）、低融点金属であるスズの含有量が多過ぎてろう付け性の向上を図ることが出来なかったこと（比較例試料ｅ及び比較例試料ｇ）がそれぞれ原因として考えられる。
【００９１】
以上より、実施例試料Ａ〜実施例試料Ｅは、ヤング率、引張強度、冷間加工性、プレス成形性、切削性、ろう付け性の全てにおいて優れた特性が得られた。この結果より、本件発明の主相がβ相である金属結晶組織を備えるチタン−タンタル系合金材は、眼鏡フレーム用構成部品に適したものであることが分かった。
【００９２】
（眼鏡フレーム用チタン合金材における、熱処理条件と硬度との関係についての確認）
次に、本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材について、熱処理条件の変更によって硬度にどのような変化が生じるかの確認を行う。具体的には、眼鏡フレーム用チタン合金材について、熱処理条件を変更するだけで、眼鏡フレーム構成品として要求される硬さを得ることが出来るか否かの確認を行う。
【００９３】
表３には、実施例試料Ａ（加工率５３％で冷間伸線した結果得られる直径１１ｍｍの棒材）に対し、それぞれ異なる条件（温度、保持時間）で熱処理を施した後の硬度を平均値（１０回測定して算出）により示す。また、表４には、実施例試料Ａ（加工率９８％で冷間伸線した結果得られる直径０．５ｍｍの線材）に対し、それぞれ異なる条件（温度、保持時間）で熱処理を施した後の硬度を平均値（１０回測定して算出）により示す。そして、図２には、表３及び表４に示す結果をグラフにより示す。なお、図２において、グラフにおけるＩ型の線は、１０回測定を行ったデータのばらつき（誤差範囲）を示したものである。
【００９４】
【表３】
0005800330.tif 000004
【００９５】
【表４】
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【００９６】
表３及び表４、図２に示す結果より、熱処理温度が３５０℃〜５５０℃までの間では、棒材と線材との硬さに若干の差（最大で５０ＨＶ０．１程度）が生じたものの、熱処理を施さないものに対して保持時間の経過と共に硬度が高くなる傾向、及び熱処理温度の上昇に伴い硬度が高くなる傾向が確認出来た。また、熱処理温度が６５０℃〜７５０℃では、熱処理温度が５５０℃のものに対して保持時間に関係なく急激に硬度が低くなる傾向（３５０ＨＶ０．１程度から２１０ＨＶ０．１程度へ）が確認出来た。また、熱処理温度が８５０℃以上では、熱処理を施さないものに対して僅かに硬度が高くなる（最大で５０ＨＶ０．１程度）にとどまった。
【００９７】
以上の結果から、本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材は、ビッカース硬度で２５０ＨＶ０．１〜４００ＨＶ０．１の硬さにする場合に熱処理温度３５０℃〜５５０℃で３０分〜１２０分保持すれば良く、また、ビッカース硬度で２００ＨＶ０．１〜３００ＨＶ０．１の硬さにする場合に熱処理温度６５０℃〜８５０℃で３０分〜１２０分保持すれば良いことが分かった。また、本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材は、熱処理条件（温度、保持時間）を変更するだけで、ビッカース硬度で２００ＨＶ０．１〜４００ＨＶ０．１の範囲内で任意に硬度調整可能であり、眼鏡フレームを構成する全ての部品に採用出来ることが分かった。なお、本確認試験は、実施例試料Ａの組成のみを採用して行ったが、本件発明に規定する条件を満たす組成であれば全て同様の傾向及び結果が得られると考えられる。
【００９８】
以上、本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材は、主相がβ相である金属結晶組織を備えることで、従来のチタン材に比べ、強度、弾性、冷間加工性、ろう付け性の全てにおいて優れたものである。また、本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材によれば、熱処理の条件を変更することでその硬度を変更することが可能であるため、金属の質感を変えることなく眼鏡フレーム構成品全ての部品に採用することが出来る。従って、本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材によれば、製品コストの低減を図りつつもフィッティング性及びファッション性に優れた眼鏡フレーム用構成部品を提供することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本件発明に係る眼鏡フレーム用チタン合金材は、低ヤング率、高強度のチタン合金材であって、生体に有害なニッケルやコバルトを含まない成分範囲において合金設計したろう付け性及び加工性に優れ、また、生体適合性が高く、且つフィッティング性に優れたものである。従って、当該眼鏡フレーム用チタン合金材は、眼鏡以外の人工骨や人工関節等の医療分野や腕時計等の様々な部分にも好適に用いることが出来、また、当該眼鏡フレーム用チタン合金材を用いることで、製品を高品質、低価格で提供することが可能となる。
【符号の説明】
【０１００】
１  眼鏡フレーム
２  リム部
３  ブリッジ部
４  テンプル部
５  パッド部
６  丁番部
７  モダン部
８  智部
【図１】
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【図２】
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