(57)【要約】【課題】焼鈍後の硬さが低く加工性が良好であるとともに、超弾性特性においても優れた眼鏡フレーム用等に用いられる超弾性材を提供する。【解決手段】第３成分ＸとしてＣｏ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｒの何れか１種又は２種以上を含有するＮｉ−Ｔｉ−Ｘ３元系の超弾性材を用い且つこの３元系の超弾性材は溶体化処理材におけるＡｓ変態点が−４５〜−２５℃のものとする。また超弾性材を製造するに際して、形状記憶熱処理を４００〜５３０℃の温度範囲で行う。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第３成分ＸとしてＣｏ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｒの何れか１種又は２種以上を含有するＮｉ−Ｔｉ−Ｘ３元系の超弾性材であって、溶体化処理材におけるＡｓ変態点が−４５〜−２５℃であることを特徴とする超弾性材。
【請求項２】
請求項１において、前記超弾性材が眼鏡フレーム用のものであることを特徴とする超弾性材。
【請求項３】
請求項１，２の何れかにおいて、前記超弾性材が重量％で
Ｎｉ：５３．００〜５５．５０％
Ｘ  ：０．１〜３％
残部実質的にＴｉから成る組成を有していることを特徴とする超弾性材。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかの超弾性材を製造するに際して、形状記憶熱処理を４００〜５３０℃の温度範囲で行うことを特徴とする超弾性材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は超弾性材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、Ｎｉ−Ｔｉを主成分とする超弾性材がその特有の性質を利用して各種用途に用いられている。
超弾性は、弾性限の範囲を超えて変形させても荷重を除くと元の形状に戻る現象で、この超弾性は変態点以上の温度で即ち母相であるオーステナイト状態で力を加えたときに応力誘起によって母相がマルテンサイト相に相変態し、また力を除くとマルテンサイト相が再びオーステナイト母相に相変態することで発現する。
このとき主として剪断変形によって結晶構造が変化する。
【０００３】
このような超弾性材は、従来例えば眼鏡フレーム用として好適に用いられている。
例えば下記特許文献１，特許文献２には、かかる眼鏡フレームに適用した超弾性材についての発明が開示されている。
超弾性材は他の材料では得られない優れたしなやかさを有しており、かかる超弾性材を眼鏡フレームとして用いることで、眼鏡を装着したときに極めて優れた装着感が得られる。
【０００４】
図７は眼鏡フレームとしての一適用例を示したもので、図中１００ａは眼鏡フレーム１００におけるテンプルであり、１００ｂはブリッジ、１００ｃはパッドの脚、１００ｄはわたりである。
従来これらテンプル１００ａ，ブリッジ１００ｂ，脚１００ｃ，わたり１００ｄ等の眼鏡フレーム１００は、例えば直径φ１．０ｍｍ〜直径φ３．０ｍｍの線材をスエージング加工，プレス加工等により所定の形状に加工成形した上、その後形状記憶熱処理することで製造している。
超弾性材におけるしなやかさは、この形状記憶熱処理を施すことによって発現する。
【０００５】
このように超弾性材は目的とする部品の形状に合わせて加工成形されるもので、従って超弾性材としては加工性が良好であることが求められる。加工性が悪いと加工時に割れ等を生じてしまい、複雑な形状に加工成形することができなくなって、その利用用途も制限されてしまう。
【０００６】
ここで超弾性材における加工性はもっぱら焼鈍後の硬さによって決定される。
超弾性材としてはまた、このような加工性とともに当然ながらその優れた超弾性特性も要求される。
【０００７】
ここで超弾性特性とはしなやかさ及びそのしなやかさを繰返し変形後も維持する特性であり、具体的にはこの超弾性特性として、僅かな力で容易に変形すること、即ち変形に要する力が少ないこと及び変形力を除いたときに形状が良好に元に戻り、残留歪を残さない又は残留歪が小さいことが求められる。
【０００８】
この超弾性材には従来Ｎｉ−Ｔｉ２元系のものと、第３成分ＸとしてＣｏ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｒの何れか１種又は２種以上含むＮｉ−Ｔｉ−Ｘ３元系のものとが知られている。
【０００９】
ここで２元系のものは３元系のものに比べて焼鈍後の硬さが相対的に低く、加工性は良好であるものの超弾性特性、特に低温時（例えば−１０℃）において変形状態から外力（荷重）を除いた後の残留歪が大きいといった問題があった。
【００１０】
他方３元系のものは超弾性特性において優れているものの焼鈍後の硬さが高く、上記のようなスエージング加工，プレス加工等の加工の際の塑性変形性能が低く、複雑な形状に加工成形することが難しいといった問題があった。
【００１１】
超弾性材を眼鏡フレームに適用した場合、かかる眼鏡フレームは例えば−１０℃程度の寒冷地においても使用されることがあるため、そのような低温においても優れた超弾性特性を発揮できることが求められるが、上記２元系の超弾性材の場合、加工性は良好であるものの、特にこのような低温での超弾性特性に問題があり、一方３元系の超弾性材の場合、低温での超弾性特性は良好となし得るものの、一方において加工性が不十分であるなど２元系，３元系何れの超弾性材も、これら両特性をともに十分に満たし得るものが未だ提供されていないのが実情である。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−１８２１６２号公報
【特許文献２】
特開２００１−１３１６６４号公報
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の超弾性材とその製造方法はこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項１は超弾性材に関するもので、第３成分ＸとしてＣｏ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｒの何れか１種又は２種以上を含有するＮｉ−Ｔｉ−Ｘ３元系の超弾性材であって、溶体化処理材におけるＡｓ変態点が−４５〜−２５℃であることを特徴とする。
【００１４】
請求項２は、請求項１において、前記超弾性材が眼鏡フレーム用のものであることを特徴とする。
【００１５】
請求項３は、請求項１，２の何れかにおいて、前記超弾性材が重量％で、Ｎｉ：５３．００〜５５．５０％，Ｘ：０．１〜３％，残部実質的にＴｉから成る組成を有していることを特徴とする。
【００１６】
請求項４は超弾性材の製造方法に関するもので、請求項１〜３の何れかの超弾性材を製造するに際して、形状記憶熱処理を４００〜５３０℃の温度範囲で行うことを特徴とする。
【００１７】
【作用及び発明の効果】
以上のように本発明は、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｘ３元系の超弾性材において、その溶体化処理材におけるＡｓ変態点を−４５〜−２５℃となしたものである。
本発明者等は、Ｎｉ−Ｔｉ２元系の超弾性材が、焼鈍後の硬さが低く加工性が良好である点に着目して、その問題点である超弾性特性を改善することを試みた。
【００１８】
この２元系の超弾性材において、形状記憶熱処理を例えば５２０℃×６０分の条件で行った場合、曲げ試験の際の荷重―撓み曲線は図８（Ａ）のようになる。
但し図中横軸が撓み（曲げ量）で、縦軸が曲げ変形させたときの荷重である。
尚この曲げ試験に用いた２元系の超弾性材は、表１のＮｏ．７に示す化学組成を有するものであり、また図８（Ａ）の結果は−１０℃での曲げ試験の結果得られたものである。
【００１９】
【表１】
2005023359.tif 000002
【００２０】
図８（Ａ）に示しているようにこの２元系の超弾性材の場合、−１０℃での曲げ試験において、荷重を取り除いたときに形状が十分に元に戻らず、３ｍｍ以上の残留曲りが発生している。
このように従来の２元系の超弾性材の超弾性特性、特に低温での変形時におけるそれは、残留歪が大きく、不十分なものであった。
【００２１】
そこで本発明者等は、このような２元系の超弾性材において第３成分による転位・楔効果（ピン止め効果）が期待できない分を低温で形状記憶熱処理を施し、加工歪を残すことによって補う着眼の下に、かかる２元系の超弾性材を低温、具体的には２８０℃×６０分の条件で形状記憶熱処理を施し、その超弾性特性を調べたところ、図８（Ｂ）に示す結果が得られた。
【００２２】
図８（Ｂ）に示しているように低温での形状記憶熱処理により狙いとする残留歪については小さくし得たものの、今度は曲げに要する荷重、即ち荷重ピーク値が大きくなってしまう問題の生ずることが判明した。
この荷重ピーク値が高いということは曲げ変形のために強い力を必要とすることを意味し、それは即ち超弾性のしなやかさが低くなったことを意味する。
【００２３】
このように荷重ピーク値が高くなったのは、２元系の超弾性材において、形状記憶熱処理温度を低くすることにより加工歪が残っていることによるものと考えられる。
即ちこのような２元系の超弾性材においては、荷重ピーク値を低くすると残留歪が大となり、また一方残留歪を小とすると今度は荷重ピーク値が大となり、その両立を図ることは困難であった。
【００２４】
このようなことから、本発明者等は次に３元系の超弾性材に着目し、その良好な超弾性特性を維持しつつ、その問題点であるところの加工性を改善することを試みた。
【００２５】
その際本発明者等は、焼鈍後の硬さと超弾性材を溶体化処理して成る溶体化処理材のＡｓ変態点との間に相関があることに着目し、そのＡｓ変態点を−４５〜−２５℃の範囲としたところ（従来の３元系の超弾性材の場合、溶体化変態点は−６０℃程度の低いものである）、３元系の超弾性材における焼鈍後の硬さを十分に低くでき、これによって良好な加工性を確保でき、しかもそのようにしてもかかる３元系の超弾性材にあっては、本来有する良好な超弾性特性を維持できることが判明した。
本発明はこのような知見の下になされたものである。
【００２６】
かかる本発明によれば、超弾性材として求められる良好な加工性と超弾性特性の両特性を共に確保でき、従って複雑形状のものであっても良好に求める形状に加工成形できるとともに、併せて優れたしなやかさを得ることができる。
【００２７】
かかる本発明の超弾性材は、特に眼鏡フレーム用として好適なものである（請求項２）。
また本発明においてはその超弾性材の組成を重量％でＮｉ：５３．００〜５５．５０％、第３成分Ｘを０．１〜３％とすることができる（請求項３）。
【００２８】
次に請求項４は超弾性材の製造方法に係るもので、この製造方法は、３元系の超弾性材において形状記憶熱処理を４００〜５３０℃の温度範囲で行うものである。
上述したように２元系の超弾性材の場合、形状記憶熱処理の温度を高くすると荷重ピーク値は低くなる一方で残留歪が大となる。一方形状記憶熱処理の温度を低くすると残留歪は小さくなる一方で荷重ピーク値は大となる。
【００２９】
これは２元系の超弾性材の場合、形状記憶熱処理温度が高くなると加工歪が多く除かれることによって荷重ピーク値が低くなる一方で残留歪が大となり、また一方形状記憶熱処理を低くすると加工歪が多く残ることによって残留歪が小さくなる一方で荷重ピーク値が大になるものと考えられる。
【００３０】
これに対して本発明の対象とする３元系の超弾性材の場合、第３成分による楔効果即ちピン止め効果が期待でき、そのため４００〜５３０℃の高い温度で形状記憶熱処理を行った場合においても低い荷重ピーク値と小さい残留歪、即ち良好な超弾性特性を保持できる。
即ち請求項４に従って３元系の超弾性材を４００〜５３０℃の温度で形状記憶熱処理を行うことで、３元系の超弾性材の有する特性を最も良く引き出すことが可能となる。
【００３１】
【実施例】
次に本発明の実施例を以下に詳述する。
表１に示す化学組成の超弾性材を伸線加工により直径φ１．２ｍｍとした後、焼鈍処理を経て冷間加工を施し、直径φ１．０ｍｍに伸線加工した（加工率は３０％）。
【００３２】
これら超弾性材について焼鈍後の硬さ（ビッカース硬さ）と溶体化処理材におけるＡｓ変態点とを求めたところ、図１に示す結果が得られた。ここで溶体化処理材のＡｓ変態点とは、各超弾性材を７５０℃×６０分の条件で加熱して溶体化処理し、その後水冷した材料、即ち溶体化処理材をＤＳＣ（示差走査熱量分析）法で測定したとき、マルテンサイトからオーステナイトが生成し始める温度である。
【００３３】
超弾性材における溶体化処理材のＡｓ変態点とＮｉ含有量（詳しくは（Ｎｉ＋Ｘ含有量））との間には密接な相関関係があり、Ａｓ変態点を調べることによって超弾性材におけるＮｉ含有量、つまりはその組成を推定することができる。
【００３４】
表１及び図１に示しているように従来の３元系の超弾性材にあっては溶体化Ａｓ変態点が−４５℃よりも低く、これと共に焼鈍後硬さが高いものとなっているが、本実施例の３元系の超弾性材にあっては溶体化Ａｓ変態点は−４５〜−２５℃の範囲にあり、これに伴って焼鈍後硬さがそれらに比べて低い値となっている。
【００３５】
更にその結果として本実施例の３元系の超弾性材は焼鈍後における冷間加工性が良好で、複雑な形状のものであってもスエージング加工，プレス加工等の加工によって容易に加工成形することが可能である。
【００３６】
次に上記超弾性材をそれぞれ５２０℃×６０分の条件で形状記憶熱処理（ＭＴ処理）し、それらについて常温及び−１０℃で３点曲げ試験を実施した。
この３点曲げ試験は図２に示しているように試料１２を２５ｍｍ離れた一対の支持部材１４によりＰ１とＰ２とで支持し、そして中央部を下向きに押して５ｍｍまで撓ませ、材料のしなやかさを測定するものである。
【００３７】
図３はこの３点曲げ試験において荷重を取り除いた後に残る残留曲がりを示したもので（但し表１中のＮｏ．１，Ｎｏ．３，Ｎｏ．５，Ｎｏ．７についてのもの。以下同様）、このうち（Ａ）が常温での試験結果を、（Ｂ）が−１０℃での試験結果をそれぞれ示している。
【００３８】
図３の結果、特に図３（Ｂ）の結果から溶体化Ａｓ変態点が−４５〜−２５℃の範囲内にある本実施例のものでは、残留曲りが小さいのに対し、２元系の超弾性材にあっては同様に溶体化Ａｓ変態点が−４５〜−２５℃の範囲内にあっても残留曲りが大きいこと、また３元系の超弾性材であっても溶体化Ａｓ変態点が本発明の上限値である−２５℃より高いものについては残留曲りが大きいことなどが分かる。
尚、溶体化Ａｓ変態点が本発明の下限値である−４５℃よりも更に低いものについては、超弾性特性における残留曲りの値は良好であるが、このものは図１に示しているように焼鈍後の硬さが高く、加工性が悪いものとなる。
【００３９】
次に図４（Ａ），（Ｂ）はこの３点曲げ試験におけるピーク荷重値、即ち５ｍｍ撓ませたときの最大荷重値が示してある。
同図に示しているように本実施例のものは−１０℃においても、常温時と同レベルの曲げ荷重レベル、つまりしなやかさを保持している。
【００４０】
次に図５及び図６は、表１に示す本実施例の３元系の超弾性材について形状記憶熱処理を上記と異ならせ、４００〜５００℃×６０分の条件となし、その結果得られる超弾性特性としての残留曲り，ピーク荷重値を求めて、その結果を従来例，比較例の結果とともに示したものである。
尚図５（Ａ），図６（Ａ）は常温での試験結果を、図５（Ｂ），図６（Ｂ）は−１０℃での試験結果をそれぞれ示している。
これらの図に示しているように、形状記憶熱処理を４００〜５００℃とした場合において、２元系の比較例及び３元系の比較例ともに−１０℃での残留曲りが大きいのに対して、本実施例のものは−１０℃においても残留曲りが小さく、また図６の曲げ荷重においても本実施例のものは−１０℃でも常温時と同レベルのピーク荷重値を保持している。
【００４１】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶体化処理材のＡｓ変態温度と焼鈍硬さとの関係を示す図である。
【図２】３点曲げ試験の方法を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例，従来例及び比較例の３点曲げ試験における残留曲りの値を示す図である。
【図４】本発明の実施例，従来例及び比較例の３点曲げ試験におけるピーク荷重の値を示す図である。
【図５】本発明の実施例，従来例及び比較例の形状記憶熱処理温度と３点曲げ試験における残留曲りとの関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例，従来例及び比較例の形状記憶熱処理温度と３点曲げ試験におけるピーク荷重との関係を示す図である。
【図７】超弾性材の眼鏡フレームへの適用例を示す説明図である。
【図８】２元系の超弾性材の３点曲げ試験における曲げ変形量と曲げ荷重値との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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