【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、軽量であつて、しかも強度を有する
とともに、眼鏡フレームの組立におけるろう付け
性、冷間加工性などに優れたチタン合金でなる眼
鏡フレーム用部材に関するものである。
眼鏡フレーム用部材は、プラスチツクや金属な
ど種々のものが使用されているが、金属製眼鏡フ
レーム、特に合金製フレームは優れた機能および
形状デザインの斬新さなどから多く使用されてい
る。このような合金製フレームは、一般に銀ろう
などによるろう付けが可能な材料、即ち、銅合
金、ニツケル合金、ステンレス鋼などによつて眼
鏡のリム、ブリツヂ、智、蝶番などを作り、これ
らをろう付けすることによつて組立てられる。し
たがつて、合金製フレーム材料としては、ろう付
け性、冷間加工性、強度、耐食性、弾性などにそ
れぞれ優れた性能が要求されるが、現在、これら
の性能を十分満足し得るものはない。例えば、従
来から使用されている洋白、黄銅系合金はろう付
け時に高温にさらされる蝶番やブロー智の部分
は、熱によつて軟化して変形するなどの不具合を
生じたり、また、これに対処するために、これら
変形し易い部分の重量を増して補なつたりしてい
る。これに代わるニツケル合金は軟化温度が高
く、ろう付け時の変形は起り難いが、眼鏡フレー
ムの製造に不可欠の冷間加工性がやや劣るという
問題がある。
特に、最近は眼鏡レンズにおいて、ガラスレン
ズに代わりプラスチツクレンズが強度および軽量
化という特徴と有することから広く使用されるよ
うになり、眼鏡の軽量化という目的から眼鏡フレ
ームも軽量化が求められている。しかしながら、
前記合金材料は比重が約7.5〜９と重く、軽量化
を達成するためにリムなどを細身にすることが行
なわれているが、加工性、機械的強度などの機能
上からは限度がある。一方、軽量化のためにアル
ミニウム合金の使用も考慮されるが、アルミニウ
ム合金は耐食性のあるろう付けが困難であり、眼
鏡フレームとしての組立てには特殊な接合手段を
必要とすることから必ずしも適してはいない。ま
た、プラスチツク製フレームも採用され得るが、
整髪料、化粧品などによつて、プラスチツク表面
が変質し易く、耐油性、耐溶剤性、耐水性などに
欠点を有している。
かかる現状において、眼鏡フレーム用材料、特
に合金材料について要求される性能は、軽量化を
可能とする高強度、眼鏡フレームとしての組立て
を容易とするろう付け性、冷間加工性、および耐
食性、さらにレンズとのなじみ性などである。
眼鏡フレームの軽量化という目的から、新らし
い材料として純チタン、チタン―ニツケル合金、
チタンを芯材としてニツケルをクラツドしたもの
などが提案されていて、チタンをベースとしたも
のが注目されている。しかしながら、純チタンは
軽量ではあるが、機械的強度が低く、しかも、ろ
う付け時に熱せられる約700℃の温度によつて軟
化され変形し易くなる。したがつて、強度を維持
するために、ろう付け部の肉厚を増す必要があ
り、軽量化の利点が得られない。チタンをベース
とした合金としては、いわゆる“64合金”が公知
であり、機械的強度が大きいため、構造材料とし
ての使用に適しているが、冷間加工性が著るしく
劣り、熱間加工を必要とすることから、用途が限
定されている。
本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので
あつて、本発明のチタン合金でなる眼鏡フレーム
用部材は、フレームの組立てにおけるろう付け時
の軟化による変形を生ずることがなく、優れた冷
間加工性を有するという新規な知見が得られ、か
かる知見に基づいて完成されたものであつて、優
れた特性を有するチタン合金でなる眼鏡フレーム
用部材を提供するものである。
即ち、本発明は、重量比率で、アルミニウム
0.1〜４％、バナジウム0.1〜3.5％を含有し、残部
チタンを組成成分とするチタン合金でなることを
特徴とする眼鏡フレーム用部材である。
而して、本発明のチタン合金でなる眼鏡フレー
ム用部材において、前記の如く組成成分を限定し
た理由は、チタン中にアルミニウムとバナジウム
とを共添加することによつて、純チタンの有する
前記の如き機械的強度およびろう付け時の熱によ
る軟化・変形などの欠点を解消して軽量化を図る
と共に、冷間加工性など、その他の特性の改善が
同時になされることにある。即ち、単にチタンと
アルミニウムとからなる組成成分の合金では軽量
化は達成されるが、冷間加工性は悪く、また、単
にチタンとバナジウムとからなる組成成分の合金
ではろう付け時の軟化・変形性は改善されないこ
とによるものである。各成分比率において、アル
ミニウムの下限である0.1重量％以下ではろう付
け時の熱によつてチタンが再結晶化して軟化され
ることにより、該部分の機械的強度は低いものと
なり、一方、上限である４重量％を越える量を添
加しても一層の効果の期待とは逆の結果が与えら
れ、延伸性が低下し、冷間加工性を害するように
なることから、眼鏡フレーム用部材としては使用
し難いものとなるので、その範囲を0.1〜４重量
％と限定したものである。また、バナジウムの下
限である0.1重量％以下では冷間加工性が悪く、
一方、上限の3.5重量％を越えると機械的強度お
よび冷間加工性の改善は得られないことから、そ
の範囲を0.1〜3.5重量％と限定したものである。
さらに、合計量で7.5重量％を越えると冷間加工
性は劣つたものとなり、その他の特性も、従来品
と同程度か、それより低下することによるもので
ある。
本発明のチタン合金でなる眼鏡フレーム用部材
は、純チタンあるいは他のチタン合金からなる眼
鏡フレーム用部材と比較して、機械的強度および
硬度が大きく、しかも、ろう付け時の熱によつて
も、機械的強度あるいは硬度などの特性は低下す
ることがないので、眼鏡フレーム用部材として、
現行フレーム用部材より細く、且つ、薄く設計さ
れても所要強度が維持されるために軽量化が可能
となる。また、かかる設計にしたがつた眼鏡フレ
ーム用部材の製造において、優れた冷間加工性を
有するので、製造が容易であり、コスト的にも有
利となるものである。
本発明のチタン合金でなる眼鏡フレーム用部材
は、通常の合金製造手段、即ち、溶製、金型鋳造
によつて製造することが可能であつて、さらに冷
間圧延、焼鈍などによつて種々の眼鏡フレーム用
部品、例えば、テンプル、アイリム、ブリツジ、
パツトアーム、ヨロイ、蝶番、などを製造するこ
とができる。かかる製造手段において、不可避的
に混入する不純物は特に特性を著るしく変化させ
ることはない。
次に、本発明のチタン合金でなる眼鏡フレーム
用部材の特性を一層明瞭ならしめるため、その具
体的実施例によつて、従来品との比較により詳細
に説明する。
実施例
本発明のチタン合金でなる眼鏡フレーム部材に
おいて、第１表の本発明のフレーム部材１〜４に
示す如き組成成分となるように調合された原料
を、通常の方法により溶解鋳造した後、圧延加工
して直径３mmの線材を成形し、次いで幅４mm×厚
さ１mm×長さ150mmに室温にてスエージング加工
して、フレーム部材試料を作成した。
上記スエージング加工したフレーム部材試料
（以下、スエージング加工品と称する）をベース
に、750℃にて１時間焼鈍処理して焼鈍試料（以
下、焼鈍品と称する）を作成し、さらにろう材と
して銀ろう：JIS Ｚ 3261−1971 BAg−２を使
用しろう付け処理して、ろう付け試料（以下、ろ
う付け品と称する）を作成し、それぞれについて
硬度を測定した。
次いで、上記スエージング加工品、焼鈍品につ
いて機械的強度として破断強度および降伏強度を
測定し、さらに焼鈍品について伸びを測定した。
また、上記スエージング加工品については、ス
エージング加工時の冷間加工性および比重の測定
を行ない、同加工品の比重に対する降伏強度を求
めた。
一方、上記本発明フレーム部材の他に、比較例
として、第１表の如き従来品１〜４を本発明フレ
ーム部材と同様に溶解鋳造、圧延、スエージング
加工、焼鈍処理およびろう付け処理などを行つて
各試料品を作成し、本発明フレーム部材と同様に
硬度、機械的強度、比重などを測定した。
これらの結果を第１表に示した。但し、従来品
２は、上記スエージング加工は困難のため、加工
品の機械的強度は示していない。
第１表に示した結果から、本発明のチタン合金
でなる眼鏡フレーム用部材はスエージング加工
品、焼鈍品、ろう付け品いずれも、従来品より高
い硬度を有していることが明らかである。しかも
機械的強度が大きく、特に比重に対する降伏強度
が大きいことから明らかなように、強度低下を補
うために材料を増すという制約などは全く必要と
することがない。したがつて、眼鏡フレーム用部
材として、細く、しかも薄くすることが可能とな
り、さらに優れた冷間加工性を有していることか
ら、従来品に比較して、眼鏡フレーム用部材とし
て好適に使用され得るものであることが明らかで
ある。
The present invention relates to an eyeglass frame member made of a titanium alloy that is lightweight, strong, and has excellent brazing and cold workability in assembling eyeglass frames. Various materials such as plastic and metal are used for eyeglass frame members, and metal eyeglass frames, especially alloy frames, are widely used because of their excellent functionality and innovative shape design. For such alloy frames, the rims, bridges, hinges, etc. of the glasses are generally made of materials that can be soldered with silver solder, such as copper alloy, nickel alloy, stainless steel, etc., and these are then soldered. It is assembled by attaching. Therefore, alloy frame materials are required to have excellent performance in terms of brazing properties, cold workability, strength, corrosion resistance, elasticity, etc., but currently there is no material that can fully satisfy these properties. . For example, the hinges and blow tips of conventionally used nickel silver and brass alloys are exposed to high temperatures during brazing, which can cause problems such as softening and deformation due to the heat. In order to cope with this problem, the weight of these easily deformable parts is increased to compensate. Alternative nickel alloys have a high softening temperature and are less prone to deformation during brazing, but have a problem of slightly inferior cold workability, which is essential for manufacturing eyeglass frames. In particular, recently, plastic lenses have become widely used in place of glass lenses for eyeglass lenses due to their characteristics of strength and light weight.In order to reduce the weight of eyeglasses, lightweight eyeglass frames are also required. . however,
The alloy material has a heavy specific gravity of about 7.5 to 9, and although rims and the like have been made thinner to achieve weight reduction, there are limits in terms of functionality such as workability and mechanical strength. On the other hand, the use of aluminum alloys has been considered in order to reduce weight, but aluminum alloys are difficult to braze with corrosion resistance and require special joining means to assemble into eyeglass frames, so they are not necessarily suitable. Not there. A plastic frame may also be used, but
The plastic surface is easily altered by hair styling products, cosmetics, etc., and it has drawbacks in oil resistance, solvent resistance, water resistance, etc. In this current situation, the performance required for materials for eyeglass frames, especially alloy materials, is high strength to enable weight reduction, brazing properties to facilitate assembly as eyeglass frames, cold workability, and corrosion resistance. This includes compatibility with the lens. For the purpose of reducing the weight of eyeglass frames, new materials such as pure titanium, titanium-nickel alloy,
Materials using titanium as a core material and cladding as nickel have been proposed, and materials based on titanium are attracting attention. However, although pure titanium is lightweight, it has low mechanical strength and is easily softened and deformed by the temperature of about 700° C. heated during brazing. Therefore, in order to maintain strength, it is necessary to increase the wall thickness of the brazed portion, and the advantage of weight reduction cannot be obtained. The so-called "64 alloy" is a well-known titanium-based alloy, which has high mechanical strength and is suitable for use as a structural material, but has extremely poor cold workability and is difficult to hot work. Its use is limited because it requires The present invention has been made in view of these problems, and the eyeglass frame member made of the titanium alloy of the present invention does not undergo deformation due to softening during brazing during frame assembly, and has excellent cold resistance. A new finding that the titanium alloy has excellent workability has been obtained, and the present invention has been completed based on this finding to provide a member for eyeglass frames made of a titanium alloy having excellent properties. That is, the present invention has a weight ratio of aluminum
The eyeglass frame member is made of a titanium alloy containing 0.1 to 4% vanadium, 0.1 to 3.5% vanadium, and the remainder being titanium. The reason for limiting the composition as described above in the eyeglass frame member made of the titanium alloy of the present invention is that by co-doping aluminum and vanadium into titanium, the above-mentioned properties of pure titanium can be improved. The aim is to reduce the weight by eliminating drawbacks such as mechanical strength and softening and deformation due to heat during brazing, and at the same time to improve other properties such as cold workability. In other words, although weight reduction is achieved with alloys whose composition consists simply of titanium and aluminum, they have poor cold workability, and alloys whose composition consists simply of titanium and vanadium suffer from softening and deformation during brazing. This is due to the fact that the nature of the disease is not improved. In each component ratio, if the lower limit of aluminum is 0.1% by weight or less, titanium will recrystallize and soften due to the heat during brazing, and the mechanical strength of the part will be low; Even if it is added in an amount exceeding a certain 4% by weight, the opposite result will be obtained, contrary to the expected effect, and the stretchability will decrease and cold workability will be impaired. Since it is difficult to use, the range is limited to 0.1 to 4% by weight. In addition, if vanadium is below the lower limit of 0.1% by weight, cold workability is poor;
On the other hand, if the upper limit of 3.5% by weight is exceeded, mechanical strength and cold workability cannot be improved, so the range is limited to 0.1 to 3.5% by weight.
Furthermore, if the total amount exceeds 7.5% by weight, cold workability becomes inferior, and other properties are also reduced to the same level as conventional products or worse. The eyeglass frame member made of the titanium alloy of the present invention has greater mechanical strength and hardness than eyeglass frame members made of pure titanium or other titanium alloys, and is also resistant to heat during brazing. , properties such as mechanical strength or hardness do not deteriorate, so it can be used as a member for eyeglass frames.
Even if it is designed to be thinner and thinner than current frame members, the required strength is maintained, making it possible to reduce the weight. Further, in manufacturing a member for an eyeglass frame according to such a design, since it has excellent cold workability, it is easy to manufacture and is advantageous in terms of cost. The eyeglass frame member made of the titanium alloy of the present invention can be manufactured by ordinary alloy manufacturing methods, such as melting and die casting, and can be manufactured in various ways by cold rolling, annealing, etc. parts for eyeglass frames, such as temples, eye rims, bridges,
We can manufacture parts arms, endpieces, hinges, etc. In such a production method, impurities that are inevitably mixed in do not significantly change the properties. Next, in order to further clarify the characteristics of the eyeglass frame member made of the titanium alloy of the present invention, a detailed explanation will be given using specific examples and comparison with conventional products. Example In the eyeglass frame member made of the titanium alloy of the present invention, raw materials prepared to have the composition components as shown in Frame members 1 to 4 of the present invention in Table 1 are melted and cast by a normal method, and then A wire rod with a diameter of 3 mm was formed by rolling, and then swaged at room temperature to a width of 4 mm, a thickness of 1 mm, and a length of 150 mm to prepare a frame member sample. Based on the above swaged frame member sample (hereinafter referred to as swaged product), an annealed sample (hereinafter referred to as annealed product) was created by annealing at 750°C for 1 hour, and further used as a brazing material. Silver solder: JIS Z 3261-1971 BAg-2 was used for brazing to prepare brazed samples (hereinafter referred to as brazed products), and the hardness of each was measured. Next, the breaking strength and yield strength of the swaged and annealed products were measured as mechanical strengths, and the elongation of the annealed products was also measured. Furthermore, for the swaged product, cold workability and specific gravity during swaging were measured, and yield strength with respect to specific gravity of the swaged product was determined. On the other hand, in addition to the above frame members of the present invention, as comparative examples, conventional products 1 to 4 as shown in Table 1 were melted and cast, rolled, swaged, annealed, and brazed in the same manner as the frame members of the present invention. Each sample was prepared using the same method as the frame member of the present invention, and its hardness, mechanical strength, specific gravity, etc. were measured in the same manner as the frame member of the present invention. These results are shown in Table 1. However, for Conventional Product 2, the mechanical strength of the processed product is not shown because the swaging process described above is difficult. From the results shown in Table 1, it is clear that the eyeglass frame members made of the titanium alloy of the present invention have higher hardness than conventional products, whether they are swaged products, annealed products, or brazed products. . Moreover, as is clear from the fact that the mechanical strength is high, especially the yield strength with respect to specific gravity is high, there is no need for restrictions such as increasing the amount of material to compensate for the decrease in strength. Therefore, it can be made thinner and thinner as a member for eyeglass frames, and has excellent cold workability, so it is more suitable for use as a member for eyeglass frames than conventional products. It is clear that it can be done.
【表】【table】
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