CN1173926A - 金属眼镜架 - Google Patents

Abstract

一种框架,包括边撑部(6)和/或桥接件(3)和/或一个或多个杆(4),这些部件用单晶形状记忆合金制作,这些合金即是由单晶体形成的或由低角度晶界分开的多晶体形成的,并且选自铜基或铁基合金。

Description

金属眼镜架

本发明涉及眼镜架，该眼镜架至少包括一些金属构件例如边撑、桥接件和/或连接杆，该连接杆固定在视力矫正镜片、墨镜片或防护镜片的镜框之间，或直接位于上述镜片之间。

用形状记忆合金来制作金属眼镜架的某些部件已是众所周知的。

在较低温度下已形成永久形变之后，通过简单的加热方法又能使其恢复到原来形状的任何一种合金被称作形状记忆合金(SMA)。

这种特性是涉及材料原子机构的物理现象的宏观表现：可逆马氏体式转变。

马氏体式转变从现象观点上可用图1所示曲线描述，在该图中横座标是温度，纵座标是转换系数。

在冷却(直接马氏体式转换)时，马氏体开始形成，从(马氏体转换开始点)温度Ms开始形成，并且在(马氏体转换终止点)温度Mf，样品完全形成马氏体。

在再加热(反向转换)时，在(奥氏体转换开始点)的温度As，开始形成奥氏体(或β相)，并且在(奥氏体转换终止点)的温度Af时样品完全变成奥氏体。

逆向奥氏体转换起因于形状记忆合金的下列特殊特性：

单向记忆效应；

双向记忆效应；

超弹性效应；

橡胶效应。

马氏体转换仅在T＜Ms时发生，但是在施加机械应力时在T＞Ms时也发生。如果对于形变合金在T＞Af解除该应力，则发生马氏体到奥氏体的反向转换，该反向转换具有转换滞后。这种现象称为超弹性效应。该现象示于图2，该图中横座标表示形变，纵座标表示机械应力。

形变ε_max是形状记忆合金能够承受的最大形变ε，该形变在形状记忆合金上去掉任何机械应力之后不会留下不可逆的塑料形变。

标准方法NF A 51-080定义有关形状记忆合金的术语和测量。用在本文中的术语是标准的术语。

目前的眼镜架包括边撑、桥接件或杆，其中所有这些部件或其一部分用超弹性记忆合金制作。用于制作这些部件的记忆合金是钛镍基合金。这种合金在制作眼镜架和作的眼镜架的强度方面存在许多问题：

Ti-Ni合金的疲劳强度低，经受若干应力周期之后便出现碎裂；

可应用加工硬化法来改善Ti-Ni合金的不良的疲劳强度，但这种情况下超弹性形变ε_max仅限于约3％～4％，超过该限度后Ti-Ni合金的刚性将迅速增加，并且该合金趋向于破裂；

Ti-Ni合金包含大量镍，而且在用制作眼镜常用的银焊法组装时必须镀镍。元素镍可能导致戴镜人过敏；

不能容易地使Ti-Ni合金作的超弹性部件与制镜中通用的常规金属(蒙耐尔合金、银镍合金、青铜、铍铜、不锈钢、钛合金)作的部件组装在一起。

目前采用三种方法将超弹性部件与常规部件(没有超弹性特性)组装在一起：

第一种方法是将超弹性部件的一个或两个端部用力嵌入一种金属的可以同银焊接的插口上。在将超弹性部件嵌入插口以后，再将插口银焊在常规部件上。

应当注意到，可以用电镀镍镀层来改善部件的结合和焊接；

第二种方法在于在超弹性部件上电镀-层镍镀层，然后用银焊焊接到常规部件上；

第三种方法在于用激光束或电子束能量将超弹性部件熔焊到常规部件上。然而这种方法成本高，很少用在制镜业上。

已经试验了用其它的形状记忆合金来作眼镜架的超弹性部件。已经得到结果的这些试验和专利提到Cu-Zn-X(其中X＝Al、Sn、…)和Cu-Al-Ni合金。与Ti-Ni基合金相比，这些合金不能承受大于3％～4％的ε_max形变。超过这一极限因为其粗的晶粒结构而容易碎裂和受损。

目前需要改进用于制镜业中的形状记忆合金例如Ti-Ni合金和其它形状记忆合金的机械强度和应用。

所用方法包括使材料硬化，以便尽可能增加其屈服强度。

为此目的需要很细的晶粒结构。获得很细晶粒结构的方法是：或者再结晶经过相当加工硬化后铸件中形成的粗结构；或者用热处理过程中形成的析出硬化法，使硬相析出；或者用冷加工。

这些方法的主要缺点是与超弹性有关的形变大大受到限制。晶界、析出物和加工硬化防碍马氏体转换并导致超弹性合金的刚性增加。

本发明的主要目的是提供一种金属眼镜架，在该镜架中的某些部件例如边撑、桥接件或杆用一种合金制作，这种合金在机械应力作用下能够经受形变，同时一当去掉应力时它们便完全恢复其形状。

另外，这些部件应当能够承受许多次弯曲操作而不破裂。这些部件应当容易地与构成眼镜架一部分的其它部件组装在一起。

因此本发明涉及的镜架的特征在于，它包括用单晶形状记忆合金做的边撑和/或桥接件和/或一个或多个杆，单晶合金即是由单晶构成的，或由许多弱杂乱取向晶界分开的微晶构成的合金，而且这种单晶合金选自铜基或铁基合金。

使用单晶形状记忆合金是有利的，因为它能得益于从微观看可能是最均匀的结构，以便防止集中出现任何局部应力。形状记忆合金选自以下的铜基合金：

Cu-Zn-Al；Cu-Al-Ni；Cu-Al-Be；Cu-Al-Mn，或选自以下的铁基合金；

Fe-Mn-Si；Fe-Mn-Cr；Fe-Mn-Cr-Si。

这些合金的第一优点是它们比常用的Ti-Ni合金便宜得多。另外，它们具有极佳的形变特性，因为最大形变在-40℃到+80℃之间为11％数量级，或2～3倍于Ti-Ni合金的形变而没有见到刚性的增加。这对发生事故例如受到碰撞的戴镜人提供了实在的优点。

应当注意到，同样的合金Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Be或Cu-Al-Mn和Fe-Mn-Si、Fe-Mn-Cr或Fe-Mn-Cr-Si如果具有多晶结构则其形变不超过3％～4％并且其疲劳强度很有限。

在这些情况下，镜架形变并恢复到其原来的形状而在碰撞后不会形成剩余形变。

按本发明制作的部件的疲劳特性也是很有利的。Ti-Ni合金做的部件在经过相当次数的应力作用周期之后有破裂的危险，但用本发明的单晶形状记忆合金做的部件则可以承受几千次的应力作用而不破裂。因此不需要加工硬化这样的部件使其具有更好的疲劳强度。与此相反，加工硬化单晶合金将有改变其超弹性特性的危险。按本发明作的部件在跨距至少为120℃的大温度范围内可以很好地保持其形变特性。例如，单晶超弹性部件可在-40℃～+80℃的温度范围内保持其弹性回弹能力而没有剩余形变，而Ti-Ni合金的使用温度只在-20℃～40℃之间。

应当注意到，在用于制作本发明部件的形状记忆合金中，合金Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Mn、Cu-Al-Be和Fe-Mn-Si、Fe-Mn-Cr或Fe-Mn-Cr-Si可以直接熔焊或低温焊在制作镜架常用的其它合金上。

还应当注意到，银焊由于不存在晶界而可以直接焊接单晶形状记忆合金。事实上，在焊接期间在晶界上形成中间化合物便显示晶界的存在，并且这些化合物将损害晶界的机械强度。

另外，因为这些单晶形状记忆合金不需要加工硬化或结构硬化，所以熔焊或低温焊不会造成超弹性形状记忆合金状态的任何变化，因而可以应用现有的设备，这些设备的使用和折旧成本较低。

因此可以直接将本发明的部件熔焊在制作眼镜常用合金做的构成镜架一部分的部件上。具体是，边撑可以直接熔焊在镜架的镜框上，或每个边撑上可以装一个可以焊接到镜架镜框上的扭力杆。

为有利于弯曲镜框的边撑，可以减小部分材料的厚度，使其起活页作用，而不使用眼镜制造业中周知的活页部件。这种边撑与镜框主体的铰接连接的一个优点是从眼镜盒中取出时边撑可以自动打开，这样只用一只手便可以戴上眼镜。

还可以在其它区域上形成减小的厚度以便可以将镜架折叠起来。在这种情况下可以在连接两个镜框的桥接件上、在镜框之间可能有的杆上以及在每个边撑的中间形成厚度减小的区域。

按照本发明的另一特征，可以在每个边撑的端部局部地进行常规的热机械处理以改变其特征，从超弹性特性转变到塑性特性，这有助于按照耳的轮廓进行调节。在镜架的桥接件和/或边撑的任何一部分上可以容易地进行这种处理。

按照另一实施例，单晶形状记忆合金做的桥接件可以直接固定在镜片上，并且用单晶形状记忆合金做的边撑或者直接固定在镜片上，或者固定在活页上，该活页本身又直接固定在镜片上。

本发明部件的另一有利特征是合金不是Cu-Al-Ni时部件不含镍，这便消除了由于戴镜人与含这种成分的合金接触而引起过敏反应的危险。

本发明形状记忆合金做的部件用单晶形状记忆合金丝制作，该丝的横截面为直径小于4mm的圆。这种特征使得容易加工制作部件，不要求因加工硬化产生相当大的形变，而这对于单晶结构和最终特性都是有害的。

按照本发明的另一特征，部件用单晶形状记忆合金制作，该单晶的开始形成马氏体的转换温度Af在-100℃～20℃之间。

下面参考所附示意图进行说明，作为非限定性例子的附图示出许多眼镜的实施例，从该说明可以更清楚地理解本发明。

图3是曲线图，示出本发明部件的形变，该形变为其上所加应力的函数。

图4是眼镜的透视图。

图5是眼镜一部分的透视图，具体示出镜框上边撑的铰接连接。

图6另一种眼镜的透视图。

图3是用本发明单晶形状记忆合金制的部件的形变曲线，该形变是由施加于其上的应力的函数示出。如曲线的左部分所示，Ti-Ni合金部件的弹性形变不超过4％。与此相反，用本发明单晶形状记忆合金作的部件的弹性形变则达到11％，而获得这一形变值的应力低于达到Ti-Ni部件最大形变所必需的应力。

图4示出一种眼镜，它包括两个放镜片的镜框2，该镜框用桥接件3和杆4相互连接起来。边撑6通过活页5铰接地装在各自的镜框上。桥接件3、杆4和边撑6可以按照上述构造用单晶形状记忆合金制作。

图5示出变型实施例，该实施例中每个边撑6通过扭力杆7用熔焊法装在相应的镜框2上。因此不再有本来意义的活页，因为该合金能够实现边撑转到其关合位置的转动功能。不用杆7而在边撑6上靠近该边撑与镜框2的熔焊端部处形成材料厚度减小的部分也同样是可能的。

图6示出眼镜的另一实施例，该镜架可以折叠起来。在这种情况下，桥接件3包括厚度减小的中心区域8、杆4具厚度减小的中心区域9，各个边撑6包括厚度减小的各个中心区域10。

因此围绕厚度减小的区域10转动两个边撑6便可以将边撑对折起来，再后再绕厚度减小的区域8、9转动镜架便可以将镜架对折起来。

从上面说明可以清楚看到，本发明用形状记忆合金制作部件，大大改进了现有技术，该部件具有极好的形变性能，在经过一定次数的形变之后没有通常的破裂危险，可以直接熔焊或低温焊接在用常规合金作的其它镜架部上，而且还可以折叠起来而不用活页，这样便限制了这种镜架的部件数目。

很明显，本发明不限于上述作为举例的镜架的实施例。相反，本发明还包括所有的变型。因此，用形状记忆合金作的桥接件可以直接固定在镜片上，并且用单晶形状记忆合金作的边撑可以直接固定在镜片上，或固定在其本身直接装在镜片上的活页上。

Claims (12)

1.一种金属眼镜架，其特征在于，它包括上述边撑(6)和/或上述桥接件(3)和/或一个或多个上述杆(4)，这些部件用单晶形状记忆合金制作、这种合金即是由单晶体形成的或由许多弱消向的晶界分开的多晶体形成的合金，并且选自铜基或铁基合金。

2.如权利要求1所述的眼镜架，其特征在于，上述形状记忆合金部件(3、4、6)选自下列铜基合金：Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Be。

3.如权利要求1所述的眼镜架，其特征在于，上述形状记忆合金部件(3、4、6)选自下列铁基合金：Fe-Mn-Si、Fe-Mn-Cr和Fe-Mn-Cr-Si。

4.如权利要求1～3中任一项所述的眼镜架，其特征在于，在所述形状记忆合金中开始形成马氏体的开始转换温度(Af)在-100℃和-20℃之间。

5.如权利要求1～4中任一项所述的眼镜架，其特征在于，上述记忆合金做的部件至少在-40℃～+80℃之间可以承受11％的超弹性形变。

6.如权利要求1～5中任一项所述的眼镜架，其特征在于，上述形状记忆合金部件(3、4、6)用单晶形状记忆合金丝制作，该合金丝的横截面为直径小于4mm的圆。

7.如权利要求1～6中任一项所述的眼镜架，其特征在于，由单晶形状记忆合金制的上述部件可以直接熔焊在构成镜架一部分的并由制作眼镜架常用合金制的其它部件上。

8.如权利要求7所述所述眼镜架，其特征在于，上述边撑(6)可直接熔焊在镜架的上述镜框(2)上。

9.如权利要求7所述的眼镜架，其特征在于，上述边撑(6)上分别具有可熔焊到镜架镜框上的扭力杆(7)。

10.如权利要求1～9中任一项所述的眼镜架，其特征在于，由单晶形状记忆合金制的上述部件(3、4、6)包括上述厚度减小的区域(8、9、10)，这些区域位于靠近上述边撑和上述镜框之间的连接区域和/或上述边撑的中部和/或上述两个镜架镜框之间的上述桥接件和上述连接杆的中间。

11.如权利要求1～7中任一项所述的眼镜架，其特征在于，用单晶形状记忆合金做的上述桥接件(3)可直接固定在镜片上，并且用单晶形状记忆合金制的上述边撑可直接固定在镜片上或固定于直接装在镜片上的上述活页(5)上。

12.如权利要求1～11中任一项所述的眼镜架，其特征在于，用单晶形状记忆合金制的部件(3、4、6)包括一个或多个区域，对该区域进行常规的加热机械处理，可使材料特性从超弹性特性改变为塑料特性，这种改变使得可以调节这些部件。

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