(57)【要約】【課題】肌荒れなどのおそれがなく且つ超弾性が発揮できる眼鏡フレーム材およびこれを用いた眼鏡フレームを提供する。【解決手段】Ｎｉ、Ｖ、およびＡｌを含まないＴｉ合金、例えば、２０〜６０wt％のＴａと０．０１〜１０wt％のＺｒとを含み、残部がＴｉと不可避的不純物とからなり、且つ超弾性を有するテンプル４Ｒ，４Ｌなどの眼鏡フレーム材。また、係るテンプル４Ｒ，４Ｌを含む眼鏡フレーム１も提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＮｉを含まないＴｉ合金からなり且つ超弾性を有する、
ことを特徴とする眼鏡フレーム材。
【請求項２】
前記Ｔｉ合金は、更にＶおよびＡｌも含まないものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の眼鏡フレーム材。
【請求項３】
前記Ｔｉ合金は、２０〜６０wt％のＴａと０．０１〜１０wt％のＺｒとを含み、残部がＴｉと不可避的不純物とからなる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の眼鏡フレーム材。
【請求項４】
前記Ｔｉ合金は、ＮｂおよびＴａを合計で２０〜６０wt％含むと共に、
更に０．０１〜１０wt％のＭｏ、０．０１〜１５wt％のＺｒ、および０．０１〜１５wt％のＳｎのうちの一種または二種を含み、
残部がＴｉと不可避的不純物とからなる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の眼鏡フレーム材。
【請求項５】
前記Ｔｉ合金は、更に０．０１〜０．５wt％のＰｄを含む、
ことを特徴とする請求項３または４に記載の眼鏡フレーム材。
【請求項６】
前記眼鏡フレーム材の超弾性は、形状回復弾性歪（εｅ）で２％以上である、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の眼鏡フレーム材。
【請求項７】
前記眼鏡フレーム材は、前記Ｔｉ合金の素材に対し減面率で９０％以上の塑性加工を施したものである、
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の眼鏡フレーム材。
【請求項８】
前記眼鏡フレーム材は、前記塑性加工の後において、溶体化処理、時効処理、および焼鈍の少なくとも１つの熱処理を施されたものである、
ことを特徴とする請求項７に記載の眼鏡フレーム材。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかの眼鏡フレーム材をテンプルおよびブリッジの少なくとも一方に用いた、ことを特徴とする眼鏡フレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肌荒れなどのおそれがなく且つ不用意な変形を防止できる眼鏡フレーム材およびこれを用いた眼鏡フレームに関する。
尚、本発明における「眼鏡フレーム材」は、眼鏡フレームを構成するリム、テンプル、ブリッジ、よろい智など、ブレーズバー、およびこれらの中間加工材を指す。
【背景技術】
【０００２】
近年、超弾性を有するＴｉ合金を用いた変形に強い眼鏡フレームが提供されている（例えば、特許文献１参照）。上記Ｔｉ合金には、Ｔｉ−Ｎｉ合金、あるいはＴｉ−Ｎｉ−Ｃｏ合金や、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金などのＴｉ−Ｎｉ系合金が活用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０５１６４号公報（第１〜８頁、図４，５）
【０００４】
しかしながら、前記Ｔｉ−Ｎｉ系合金を構成する一方の元素であるＮｉは、眼鏡フレーム材に使用した場合、使用者の肌に接触すると、ある種の金属アレルギを生じて肌荒れを招いたり、発ガン性を有している、との指摘がなされている。
ところで、Ｎｉを含まない超弾性合金としては、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金が挙げられる。しかし、係るＣｕ系合金は、強度が低いと共に、ＣｕやＺｎも肌荒れなどを生じるおそれがあり、Ａｌはある種の痴呆症を招くおそれがある、と指摘されている。このため、上記Ｃｕ系合金も、眼鏡フレーム材には不向きであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前述した背景技術における問題点を解決し、肌荒れなどのおそれがなく且つ超弾性が発揮できる眼鏡フレーム材およびこれを用いた眼鏡フレームを提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、Ｎｉなどの肌荒れを生じる元素を含まない超弾性のＴｉ合金を適用する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の眼鏡フレーム材（請求項１）は、少なくともＮｉを含まないＴｉ合金からなり且つ超弾性を有する、ことを特徴とする。
また、本発明には、前記Ｔｉ合金は、更にＶおよびＡｌも含まないものである、眼鏡フレーム材（請求項２）も含まれる。
これらによれば、ＮｉやＶによるアレルギおよびこれに基づく肌荒れや炎症など、あるいはＡｌによるある種の痴呆症などから、肌が敏感な眼鏡使用者の安全性を確保できる。しかも、大きな曲げ荷重など受けても、超弾性によって元の形状に瞬時に復帰できるため、眼鏡フレームの耐久性およびデザイン性を安定して保つことが可能となる。
【０００７】
更に、本発明には、前記Ｔｉ合金は、２０〜６０wt％のＴａと０．０１〜１０wt％のＺｒとを含み、残部がＴｉと不可避的不純物とからなる、眼鏡フレーム材（請求項３）も含まれる。
これによれば、ＮｉやＶによるアレルギに基づく肌荒れや炎症など、あるいはＡｌによる痴呆症などから、眼鏡の使用者の安全を確保できる。しかも、高い耐食性および耐磨耗性、ならびに激しい動きに対応可能な超弾性を有する眼鏡フレームを得ることが可能となる。
【０００８】
尚、Ｔａの添加量を２０〜６０wt％の範囲としたのは、耐食性を高め且つ当該Ｔｉ合金をβ相化するためであって、２０wt％未満では係るβ相化が生成し難くなり、一方、６０wt％を越えるとＴｉ合金の融点が高く成り過ぎて均一なβ相の組織が得られず、加工性も低下するためである。望ましいＴａの添加量は、４０〜６０wt％の範囲であり、一層均一なβ単相組織が得られる。また、Ｚｒの添加量を０．０１〜１０wt％の範囲としたのは、Ｔｉ合金の機械的性質を高めるためであるが、１０wt％を越えると脆性化し得るため、上記範囲とした。
更に、前記Ｔｉ合金（Ｔｉ−Ｎｂ−Ｔａ系）は、０．０１〜１０wt％のＭｏ、０．０１〜１５wt％のＺｒ、および０．０１〜１５wt％のＳｎの一種または二種以上を含む、眼鏡フレーム材も含まれ得る。これによる場合、前述した各特性を安定化させたＴｉの眼鏡フレームにすることが可能となる。尚、上記各元素の下限値未満では、前記各特性が得られず、上記各元素の上限値を越えると、各特性が飽和し且つコスト高になるため、上記範囲としたものである。
【０００９】
また、本発明には、前記Ｔｉ合金は、ＮｂおよびＴａを合計で２０〜６０wt％含むと共に、更に０．０１〜１０wt％のＭｏ、０．０１〜１５wt％のＺｒ、および０．０１〜１５wt％のＳｎのうちの一種または二種を含み、残部がＴｉと不可避的不純物とからなる、眼鏡フレーム材（請求項４）も含まれる。
これによっても、ＮｉやＶによるアレルギに基づく肌荒れや炎症など、あるいはＡｌによる痴呆症などから、眼鏡の使用者の安全を確保できる。しかも、高い耐食性および耐磨耗性、ならびに激しい動きに対応可能な超弾性を有する眼鏡フレームを得ることが可能となる。
【００１０】
尚、ＮｂおよびＴａを合計した際の上限値は、５０wt％が望ましい。このうち、Ｎｂは、Ｔａの代替元素としても用いられ、１５wt％超〜５０wt％が望ましい。Ｎｂが１５wt％以下になるとＴｉ合金の組織にα相が析出し、一方、５０wt％を越えると延びなどの加工性が低下し始める。このため、上記範囲としたものであり、望ましくは１５wt％超〜４５wt％である。
また、Ｔａは６t％超〜２０wt％が望ましい。Ｔａが６t％以下では延びなどの加工性が低下し始め、一方、２０wt％を越えるとＴｉ合金の融点が高く成り過ぎるためであり、望ましくは６wt％超〜１５wt％である。
【００１１】
更に、本発明には、前記Ｔｉ合金は、更に０．０１〜０．５wt％のＰｄを含む、眼鏡フレーム材（請求項５）も含まれる。これによれば、係るフレーム材から構成される眼鏡フレームの耐食性を高め且つ肌のアレルギなどを防ぐことが一層可能となる。
尚、Ｐｄが０．０１wt％未満になると、上記効果が得られず、０．５wt％を越えると、Ｔｉ合金の組織に完全に固溶しなくなり且つコスト高になる。このため、上記範囲としたもので、望ましいＰｄの範囲は０．１〜０．３wt％である。
【００１２】
更に、本発明には、前記眼鏡フレーム材の超弾性は、形状回復弾性歪（εｅ）で２％以上である、眼鏡フレーム材（請求項６）も含まれる。
これによれば、眼鏡フレームが何らかの外力を受けても、瞬時に元の形状の眼鏡フレームに復帰できる。尚、上記形状回復弾性歪（εｅ）は、弾性変形した眼鏡フレーム材が完全に元の形状に復帰する弾性変形限度内における最大歪量を指す。また、望ましい形状回復歪（εｅ）は、２．５％またはこれ以上である。
【００１３】
更に、本発明には、前記眼鏡フレーム材は、前記Ｔｉ合金の素材に対し減面率で９０％以上の塑性加工を施したものである、眼鏡フレーム材（請求項７）も含まれる。
これによれば、上記塑性加工により、Ｔｉ合金の結晶粒の平均粒径を１０μｍまたはこれ以下にした眼鏡フレーム材となる。従って、強度および耐磨耗性にも優れた眼鏡フレームを得ることが可能となる。
尚、上記減面率（断面減少率）は、塑性加工前のＴｉ合金の素材の断面積をＸ1とし且つ塑性加工後の断面積をＸ2とした場合、（１−Ｘ2／Ｘ1）×１００％で表せる。また、上記塑性加工には、前記Ｔｉ合金の素材を、例えば、溝径が順次小径となる複数組の溝付きロール間を通したり、テーパ孔の孔径が順次小径となる複数組の伸線用ダイスを順次通した後、得られる縮径された中間素材をプレス機、鍛造機、または圧延機で所要の断面形状に成形するプロセスが挙げられる。
【００１４】
加えて、本発明には、前記眼鏡フレーム材は、前記塑性加工の後において、溶体化処理、時効処理、および焼鈍の少なくとも１つの熱処理を施されたものである、眼鏡フレーム材（請求項８）も含まれる。
これによれば、上記溶体化処理および時効処理の少なくとも一方を施すことにより、Ｔｉ合金のβ相の結晶粒を微細化でき、更に上記各処理および焼鈍の少なくとも１つを施すことにより、常温付近における超弾性を確実に発現させることが可能となる。尚、上記焼鈍は、例えば３００〜９００℃の範囲において行う歪取り焼鈍である。
【００１５】
一方、本発明の眼鏡フレーム（請求項９）は、前記眼鏡フレーム材をテンプルおよびブリッジの少なくとも一方に用いた、ことを特徴とする。
これによれば、何らかの外力を受けても、瞬時に元の形状に復帰でき且つ金属アレルギによる肌荒れなどを生じない眼鏡フレームを提供可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
Ｔｉ、Ｎｂ、およびＴａの原料を所要量ずつ組合せ、あるいは、これらにＰｄ、Ｍｏ、Ｚｒ、およびＳｎのうちの少なくとも一種を更に所要量添加した前記の成分組成のＴｉ合金を、真空溶解炉で溶製した後で鋳型に鋳込むことにより、Ｎｉ、Ａｌ、およびＶを含んでいないＴｉ合金のインゴットを得た。
係るインゴットを再度熔解した後、複数の溝付きロール間に通すことにより、直径約８ｍｍのＴｉ合金の素材を得た。
次に、上記Ｔｉ合金の素材を溝径が順次小径となる複数組の溝付きロール間を通して縮径するスエージング加工を施し、更には、テーパ孔の孔径が順次小径となる複数組の伸線用ダイスを通した。この間において、中間焼鈍を適宜行った。その後、直径約２ｍｍに縮径された中間素材を、プレス機、鍛造機、または圧延機で所要の断面形状に成形する塑性加工を行った。
【００１７】
例えば、図１で示すように、本発明の眼鏡フレーム１における左右一対のテンプル４Ｒ，４Ｌやよろい智８Ｒ，８Ｌは、例えば約１ｍｍ×約２〜３ｍｍのほぼ長方形断面に成形される。また、左右一対のリム２Ｒ，２Ｌ、更にこれらの間を連結するブレースバー６やブリッジ７は、例えば約１ｍｍ×約１〜２ｍｍのほぼ正方形またはほぼ長方形断面に成形される。
前記Ｔｉ合金素材からテンプル４Ｒ，４Ｌなどの眼鏡フレーム材へ塑性加工した際の断面減少率（以下、減面率と称する）は、９０％以上であり、望ましくは、９５％以上である。
【００１８】
次いで、少なくとも前記テンプル４Ｒ，４Ｌ、ブレースバー６、およびブリッジ７の眼鏡フレーム材（本発明の眼鏡フレーム材）を、Ａｒなどの不活性ガス中で、溶体化処理、時効処理、および焼鈍の少なくとも１つの熱処理を施す。係る熱処理により、係る眼鏡フレーム構成材を形成する前記Ｔｉ−Ｔａ−Ｚｒ系、およびＴｉ−Ｔａ−Ｎｂ系合金に対し、常温付近（約−２０℃〜約＋６０℃）において超弾性を発現させることができる。このことから、上記Ｔｉ合金のマルテンサイト変態温度域は、０℃よりも低温寄りと推定される。
超弾性は、荷重による応力（σ）を受けて弾性変形した眼鏡フレーム材が完全に元の形状に復帰することを指す形状回復弾性歪（εｅ）で表わせ、図３の引張り応力−形状回復弾性歪のグラフ中における実線のように、２％以上、望ましくは、２．５％以上とされる。因みに、超弾性を有しない一般の材料では、図３のグラフ中の破線で示すように、応力（σ）と弾性変形とが正比例する範囲であって、１％未満の形状回復弾性歪（εｅ）である。
【００１９】
尚、図１で示す眼鏡フレーム１のうち、左右一対のリム２Ｒ，２Ｌおよびよろい智８Ｒ，８Ｌに対しては、上記超弾性を必要としていないため、前記塑性加工した後は、約２００℃〜５００℃の比較的低温の歪み取り焼鈍のみを行う。
そして、超弾性を付与されたブレースバー６とブリッジ７とは、図１に示すように、リム２Ｒ，２Ｌ間でＡｇロウなどを介してロウ付けされる。また、図２に示するように、テンプル４Ｒ，４Ｌは、よろい智８Ｒ，８Ｌの一端部に丁番１０を介して個別に連結されると共に、当該よろい智８Ｒ，８Ｌは、リムロック３を介してリム２Ｒ，２Ｌの外側面に対称に連結される。また、リム２Ｒ，２Ｌには、それぞれパッドｐが公知の手段で取り付けられる。更に、テンプル４Ｒ，４Ｌの先端には、樹脂製の耳当て（いわゆるモダン）５Ｒ，５Ｌが固着される。
【００２０】
図２に示すように、リムロック３は、前記同様のＴｉ合金の鋳物からなり、リム２Ｒ，２Ｌの外側面にロウ付けされると下側部分３ｂと、よろい智８Ｒ，８Ｌの内側面にロウ付けされると上側部分３ａとからなり、両者の互いに連通する雌ネジ孔ｈ，ｈに図示しないネジを螺入することで、リム２Ｒ，２Ｌの外側面によろい智８Ｒ，８Ｌが個別に連結される。
また、丁番１０も、前記同様のＴｉ合金の鋳物からなり、図２に示すように、ベース１１およびこれから水平に突出する上下一対の円形部１２，１２を有する丁番部分１０ａと、ベース１３およびこれの中間から水平に突出する円形部１４を有する丁番部分１０ｂとからなる。図２中の矢印で示すように、丁番部分１０ａは、そのベース１１がよろい智８Ｒ，８Ｌにそれぞれロウ付けされ、丁番部分１０ｂは、そのベース１３がテンプル４Ｒ，４Ｌにそれぞれロウ付けされる。
【００２１】
そして、丁番部分１０ａ，１０ｂの互いに連通する雌ネジ孔ｈ，ｈに図示しないネジを螺入することで、丁番１０を形成すると同時に、図１に示すように、超弾性の前記Ｔｉ合金からなるテンプル４Ｒ，４Ｌ、ブレースバー６、およびブリッジ７を含む眼鏡フレーム１を得ることができる。
係る眼鏡フレーム１は、図４中の破線で示すように、例えば耳当て５Ｒと共にテンプル４Ｒを指で外側に大きく曲げても、係る指を離すことにより、同図中の矢印で示すように、瞬時に元の形状に復帰する超弾性を備えている。
【実施例】
【００２２】
ここで、本発明の眼鏡フレーム材の具体的な実施例について説明する。
表１中に示す成分組成のＴｉ合金を、真空溶解炉で個別に溶製した後で鋳型に鋳込むことにより、Ｎｉ、Ａｌ、およびＶを含んでいない実施例１〜２８のＴｉ合金のインゴットを得た。係るインゴットを再度溶解した後、複数の溝付きロール間に通すことにより、直径７．５ｍｍのＴｉ合金の素材を得た。
次に、各例のＴｉ合金の素材に対し、溝径が順次小径となる複数組の溝付きロール間を通す縮径加工（スエージング加工：塑性加工）を行って、直径２．２ｍｍの中間素材を得た。この間において、中間焼鈍を適宜行った。
更に、上記中間素材をプレス機により、断面が３ｍｍ×０．８ｍｍで且つ長さ１３５ｍｍのテンプル用試験片に成形する塑性加工を行った。以上の間における実施例１〜２８の各試験片の全塑性加工による断面減少率を表１に示した。
【００２３】
更に、実施例１〜２８の各試験片に対し、表１中に示す温度および時間で溶体化処理および時効処理、あるいは焼鈍ｓの何れかの熱処理を個別に施した。
一方、表１中に示すα＋β型またはβ型の比較例１〜６のＴｉ合金についても、前記同様の溶製および表１に示す断面減少率の塑性加工を行って、前記同様のサイズのテンプル用試験片を得ると共に、これらに対して表１に示す熱処理を個別に施した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
実施例１〜２８および比較例１〜６の試験片をそれぞれ４個ずつ用意し、これらに対し、引張試験、０．２％耐力試験、ロックウェル硬度試験、および弾性変形試験を個別に行った。それらの結果を表２に示した。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
表２に示すように、実施例１〜２８の試験片は、引張り強さ（σａ）：約４００〜１２００ＭＰａ、０．２％耐力（σ０．２）：約４００〜１１７０ＭＰａ、硬さ（ＨＲＣ）：３６〜４６、形状回復弾性歪（εｅ）：２．４〜３．３％であった。
一方、比較例１〜６の試験片は、引張り強さ（σａ）：約８００〜約１０００ＭＰａ、０．２％耐力（σ０．２）：約６００〜約９００ＭＰａ、硬さ（ＨＲＣ）：３０〜３５、形状回復弾性歪（εｅ）：０．４〜０．７％であった。
上記結果によれば、実施例１〜２８の試験片は、眼鏡フレーム材に求められるレベルの引張り強さと０．２％耐力とを有し、且つ比較的高いレベルの硬さを有すると共に、形状回復弾性歪（εｅ）が２％以上の超弾性を有していたことが判明した。
【００２８】
従って、実施例１〜２８の試験片をテンプルやブリッジなどの眼鏡フレーム材に適用することにより、肌荒れなどのおそれがなく、且つ不用意な外力を受けても瞬時に元の形状に復帰できるという耐久性に優れた眼鏡フレームを提供することが可能となる。
一方、比較例１〜６の試験片は、ＡｌやＶのような健康上に支障があり得る元素を含むと共に、不用意な外力を受けると僅かの弾性変形しか生じず且つ直ちに塑性変形（永久歪み）を生じ得るので、眼鏡フレーム材には不向きであった。
以上のような実施例によって、本発明の眼鏡フレーム材の優れた効果が裏付けられたことが容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の眼鏡フレーム材とこれを用いた眼鏡フレームを示す斜視図。
【図２】上記眼鏡フレームの細部を示す部分的な分解斜視図。
【図３】超弾性材と非超弾性材との応力−歪み線を示す模式的なグラフ。
【図４】上記眼鏡フレームの超弾性の一例を示す概略図。
【符号の説明】
【００３０】
１……………眼鏡フレーム
４Ｒ，４Ｌ…テンプル(眼鏡フレーム材）
６……………ブレーズバー（眼鏡フレーム材)
７……………ブリッジ（眼鏡フレーム材)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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