(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ−Ｔｉ−Ｍ（ＭはＦｅ、ＶまたはＣｏ）合金であって、重量％で、Ｎｉ＋Ｍ：５５．０〜５５．９％およびＴｉ：残部からなり、ＭがＦｅまたはＶの場合はＭ：０．２〜１．２％、ＭがＣｏの場合はＭ：０．１〜２．０％である合金組成を選択することにより、溶体化処理後の変態温度および硬さを調節した合金を、所望の部品形状に加工した後、焼鈍して形状記憶特性を失わせ、ついで、特定の部分だけ冷間で１０％以上の加工を行ない、最後に温度３００〜５５０℃、時間１〜６０分の熱処理を部品全体に施すことにより、冷間加工部分だけに超弾性を発揮させることからなる、部分的に超弾性を有する部品の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法により部分的に超弾性を発揮させた部品。
【請求項３】
部品が、めがねフレームの腕であり、テンプル部分にだけ超弾性を与え、モダン部分は超弾性を生じさせてないものである請求項２の部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には、部分的に超弾性を有する部品に関し、そのような部品を製造するための形状記憶合金と、そのような部品を製造する方法にも関する。本発明の特定的な対象は、めがねフレームの「腕」の部分である。
【０００２】
【従来の技術】
形状記憶合金の示す超弾性特性を利用して、さまざまな部品が製造され、使用されている。そのひとつの重要な例に、めがねフレームがある。めがねフレームを構成する各部分のうち、超弾性が欲しいのは、ブリッジ部分と腕のテンプル部分であって、レンズを保持する枠と、腕のモダン部分すなわち耳に掛ける部分とは、超弾性であっては、むしろ好ましくない。いうまでもないが、レンズ枠は一定の形状を保持する必要があり、モダン部分は、めがね使用者の耳の形に合わせてめがね店で変形させるものだからである。
【０００３】
このように、形状記憶合金で製造した一体の部品においても、その一部分が超弾性を示し、残りの部分は示さないものが要求される。同様に、一体の部品の部分によって形状記憶特性が異なるものが要求されることがあり、その要求に応えた形状記憶合金コイルバネが提案されている（特開平８−２３２０５４）。そのコイルバネは、Ｎｉが５０．３原子％以上のＮｉ−Ｔｉ合金でコイルを製作し、温度または処理時間が部分によって異なる形状記憶処理を施したものである。
【０００４】
めがねフレームの腕に関していえば、１本のＮｉ−Ｔｉ合金の線材を材料とするが、上記のように、テンプル部分だけに超弾性を発揮させ、モダン部分は塑性変形可能なことが要求される。従来、腕は、つぎのようにして製造していた。
１）Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金の直径２〜３mmの線材を母材とし、これを７００〜９００℃の温度に加熱する焼鈍処理を施す。
２）焼鈍した線材に冷間のスエージング加工を行なって、テンプルになる部分が、たとえば直径１．５mm、モダンになる部分が直径１．０mmと異なる、段付きの素材を得る。
３）この素材を歪取焼鈍した後、テンプル部分だけをプレス加工して断面形状をほぼ長方形とし、モダン部分を湾曲させる。ついで、
４）形状記憶処理を行なって、超弾性を与える。その熱処理条件は、通常、温度３００〜５５０℃、時間１〜６０分間の加熱である。
５）モダン部分だけ部分焼鈍し、超弾性を取り去る。
【０００５】
上記の諸工程は、段階が多く、コストが嵩む。めがねフレームも低価格化の趨勢にあり、それに応えてコストを低減するには、合理化が必要である。そこで発明者が注目したのが、最後の部分焼鈍の工程５である。この工程は、高温で活性なＮｉ−Ｔｉ系合金を対象に、いかにしてモダン部分の部分焼鈍の影響をテンプル部分に及ぼさないようにするかが重要な問題であって、十分満足な処理をするには、高いコストがかかるからである。
【０００６】
発明者は、上記しためがねフレームの製造方法のうち、工程５すなわち部分焼鈍を省略し、工程４の形状記憶処理だけで超弾性を発揮させることを着想した。研究の結果、特定の合金組成の形状記憶合金を選択し、機械加工および冷間加工ののち、適切な熱処理を施すことにより、冷間加工を受けた部分だけが、加工に続く熱処理の結果超弾性を発現し、冷間加工を受けなかった部分は塑性変形が可能なまま残る、という事実を見出した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した発明者の得た新しい知見を活用し、一般的には、部分的に超弾性を有する部品を、低減されたコストで製造するための方法を提供することにある。本発明の特定的な目的は、めがねフレームのうちの「腕」の部分を、簡略化された工程で、したがって低コストで製造する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する、本発明の部分的に超弾性を発揮することのできる形状記憶合金の部品を製造する方法は、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｍ（ＭはＦｅ、ＶまたはＣｏ）合金であって、重量％で、Ｎｉ＋Ｍ：５５．０〜５５．９％およびＴｉ：残部からなり、ＭがＦｅまたはＶの場合はＭ：０．２〜１．２％、ＭがＣｏの場合はＭ：０．１〜２．０％である合金組成を選択することにより、溶体化処理後の変態温度および硬さを調節した合金を、所望の部品形状に加工した後、焼鈍して形状記憶特性を失わせ、ついで、特定の部分だけ冷間で１０％以上の加工を行ない、最後に温度３００〜５５０℃、時間１〜６０分の熱処理を部品全体に施すことにより、冷間加工部分だけに超弾性を発揮させることからなる、部分的に超弾性を有する部品の製造方法である。
【０００９】
本発明の部分的に超弾性を発揮することのできる形状記憶合金のいまひとつの態様は、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｍ（ＭはＣｏ）合金であって、重量％で、Ｎｉ＋Ｍ：５５．０〜５５．９％、Ｍ：０．１〜２．０％およびＴｉ：残部からなる合金組成を有し、ＮｉおよびＭの含有量を選択することにより、溶体化処理後の変態温度を−５０℃〜−５℃、硬さＨｖ＝２８０以下に調節してなり、冷間加工を受けた部分だけが、続く形状記憶処理により部分的に超弾性を発揮することのできるものである。
【００１０】
【発明の実施形態】
本発明の部分的に超弾性を有する部品を製造する方法は、上記したいずれかの合金組成を有するとともに、変態温度および硬さを上記のように調節した合金を、所望の部品形状に加工した後、焼鈍して形状記憶特性を失わせ、ついで特定の部分だけ冷間で１０％以上の加工を行ない、最後に温度３００〜５５０℃、時間１〜６０分の熱処理を施すことにより、加工部分だけに超弾性を発揮させることからなる。
【００１１】
第三成分であるＭ（Ｆｅ、ＶまたはＣｏ）の添加は、溶体化処理を施した合金の変態温度を低下させることを目的としている。添加量の増大につれて、変態温度低下の効果が高まる。部品が超弾性を示すべき温度領域は、当然に部品の用途によって異なるが、通常の用途において求められる変態温度を実現するには、ＭがＦｅおよびＶである場合は０．２〜１．２％、Ｃｏである場合は０．１〜２．０％の範囲の添加量から選べばよい。
【００１２】
一方、Ｍの添加は、Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金の硬さを増す傾向がある。しかし部品には、切削、穴あけ、ねじ切りなどの機械加工を施すことが多く、機械加工が容易であるためには、材料があまり硬くては不都合である。この観点から、溶体化処理後の硬さを、Ｈｖにして２５０以下、高くても２８０以下に抑えることとした。ＭがＦｅ，Ｖの場合、前記した０．２〜１．２％の範囲の添加で、Ｈｖ２５０以下の条件は達成できる。ＭがＣｏの場合も、前記した０．１〜２．０％の範囲の添加量および溶体化温度の選択により、Ｈｖ２８０以下とすることができる。
【００１３】
Ｎｉ−Ｔｉ−Ｍ（Ｍ＝Ｆｅ）合金において、Ｆｅが０．２％、０．５％および０．９％の場合について、それぞれの［Ｎｉ＋Ｆｅ］％を変化させたときに、溶体化処理後の変態温度（Ａｓ）がどのように変化するかを調べて、図１のグラフを得た。これらの合金について、［冷間加工＋熱処理］で超弾性が生じる領域と、硬さが加工に不都合な限度を超える領域とを、グラフ上にあわせて示した。
【００１４】
本発明の特定的な対象であるめがねフレームの腕は、テンプル部分だけが超弾性を有することが望まれ、モダン部分は超弾性を有してはならない部品である。超弾性特性は、常温において発現することが望まれる。従って、熱処理後の変態温度が、−３０℃〜−１０℃に位置することが好ましい。このような腕を製造するには、合金組成をそれに応じて選択し、前記した工程１）〜４）を行なえばよい。それにより、［冷間加工＋熱処理］でテンプル部分に超弾性が生じ、熱処理しか受けなかったモダン部分は超弾性が生じない。このようにして、工程５）の部分焼鈍を省略することができる。
【００１５】
【実施例】
表１に記載した合金組成を有するＮｉ−Ｔｉ−Ｍ合金を、真空誘導炉で溶製した。各合金の溶体化処理後の変態温度（Ａｓ）の実測値を、併せて表１に示す。
【００１６】
各合金を直径３mmの線材に伸線し、８００℃×１０分間の加熱を行なって焼鈍した。長さ約２０００mmに切り取った焼鈍材を一端から順にスエージング加工して、大径の方は径１．９mm×長さ７０mm、小径の方は径１．５mm×長さ７０mmのものとして、これを順次全長１４０mmに切断して、ほぼ中央に段差をもつ素材を得た。この素材に、８００℃×１０分間の加熱を行なう歪取焼鈍を施したのち、大径部分（テンプル部分となる）を冷間でプレス加工して、２．５×１．０mmの長方形断面をもつものとした。小径部分（モダン部分となる）には加工を加えなかった。
【００１７】
最後に、全体に４００〜５３０℃×３０分間の加熱を行なって、形状記憶処理した。加熱温度は、上記の範囲内で合金組成にしたがって選択した。冷間加工したテンプル部分は、常温でほぼ直角に折り曲げてももとの形状を回復する超弾性を示し、一方でモダン部分は折り曲げるとそのままの形状を保ち、塑性加工が可能であった。
【００１８】
表  １
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【００１９】
【発明の効果】
本発明の部分的に超弾性を有する部品の製造方法は、Ｎｉ−Ｔｉ合金に第三成分として、Ｍ（Ｆｅ、ＶまたはＣｏ）から選んだ１種または２種以上を添加し、Ｎｉ＋ＭとＴｉとの割合とＭの添加量とを選択した形状記憶合金を材料として使用することにより、変態温度を−５０℃〜−５℃の範囲で用途に応じて調節し、かつ機械加工に適した硬さが得られ、それによって、冷間加工を受けた部分だけが、続く形状記憶処理により部分的に超弾性を発揮するという特性を有する。
【００２０】
したがってこの合金を材料として、これを所望の部品形状に加工した後、焼鈍して形状記憶特性を失わせ、ついで特定の部分だけ冷間加工し、最後に形状記憶のための熱処理を行なうことにより、加工部分だけが超弾性を有する部品を製造することができる。従来の部分的に超弾性を有する部品の製造は、全体に超弾性を与えた後、一部に超弾性を失わせるための熱処理を施すという工程が最後に必要であり、これがコストを高くしていたが、本発明によりこの工程が不要になったから、部分的に超弾性を有する部品が、低減されたコストで製造できるようになった。
【００２１】
本発明は、実例として挙げためがねフレームの腕の製造に適用したとき、とくに有意義であるが、それに限らず、一体であってその一部が超弾性を有し、残りの一部が塑性加工可能である部品の製造に、広く応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  Ｎｉ−Ｔｉ−Ｍ（Ｍ＝Ｆｅ）合金において、［Ｎｉ＋Ｆｅ］％と溶体化処理後の変態温度（Ａｓ）との関係を示すグラフ。
【図１】
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