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JPH0646269B2 - Glass frame made of Ti alloy - Google Patents
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JPH0646269B2 - Glass frame made of Ti alloy - Google Patents

Glass frame made of Ti alloy

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JPH0646269B2
JPH0646269B2 JP22845885A JP22845885A JPH0646269B2 JP H0646269 B2 JPH0646269 B2 JP H0646269B2 JP 22845885 A JP22845885 A JP 22845885A JP 22845885 A JP22845885 A JP 22845885A JP H0646269 B2 JPH0646269 B2 JP H0646269B2
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alloy
titanium
present
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cold working
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富雄 西川
弘行 市橋
由仁 杉本
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、チタン合金製めがねフレームに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a titanium alloy eyeglass frame.

特に、本発明は、冷間加工によつて所定形状にまで加工
したときに高硬度となり所要強度が確保でき、軽量化を
図ることのできるチタン合金製めがねフレームに関す
る。
In particular, the present invention relates to a titanium alloy spectacle frame which has a high hardness when it is formed into a predetermined shape by cold working, can secure a required strength, and can be reduced in weight.

(従来の技術) 第1図は、めがねフレームの斜視図であり、通常、めが
ねフレーム10はレンズを固着しておくアイリム部1
1、めがねを顔面に保持する作用を有するテンプル部1
2、両アイリム部11、11を結合するブリッジ部1
3、そしてアイリム部11とテンプル部12とを連絡す
る蝶番14および智15と呼ばれる各フレーム構成部材
から成る。そして、めがねフレームを製造する場合、ま
ず、スエージング加工、異型圧延加工、プレス加工など
の冷間加工によって所定形状、寸法に成形加工されたフ
レーム構成部材(例:アイリム、ブリッジ、テンプル)
をろう付けして、一般には銀ろう付けしてめがねフレー
ムに組立てるのである。
(Prior Art) FIG. 1 is a perspective view of a spectacle frame. Normally, a spectacle frame 10 has an eye rim portion 1 for fixing a lens.
1. Temple part 1 having a function of holding the glasses on the face
2, the bridge portion 1 that connects both eye rim portions 11 and 11
3, and each frame component member called a hinge 14 and a tooth 15 for connecting the eye rim portion 11 and the temple portion 12 to each other. When manufacturing a spectacle frame, first, a frame constituent member (eg, eye rim, bridge, temple) that is formed into a predetermined shape and size by cold working such as swaging, profile rolling, and pressing.
Are brazed, generally silver brazed and assembled to the spectacle frame.

ところで、最近、チタンのもつ軽量かつ高強度でありす
ぐれた耐食性を示すという特性を利用し、純チタン製め
がねフレームが実用化されてきている。
By the way, recently, pure titanium eyeglass frames have been put to practical use by utilizing the characteristics of titanium, which are lightweight, have high strength, and exhibit excellent corrosion resistance.

ところが、純チタンでは現在めがねフレームに最も多く
用いられている洋白(Cu−Ni−Zn合金)に比べて
60%加工後の硬度が230(Hv)と硬さが低く、軽量化
がその密度から予期される程には行われておらず、細線
化によるデザインの多様化の要求にも十分答えられてい
ないのが現状である。
However, pure titanium has a hardness of 230 (Hv) after 60% processing, which is lower than that of nickel silver (Cu-Ni-Zn alloy), which is most often used in eyeglass frames at present, and the weight saving is its density. However, the current situation is that the demand has not been met for the diversification of design due to the thinning of the line.

このため、さらに高強度化を目的としてチタン合金によ
る試作が行われているが、テンプル部の加工に必要な断
面減少率70%以上の冷間加工を中間焼鈍を行わずに可
能とする合金は既存合金では見い出されなかった。
For this reason, trial production using titanium alloys has been carried out for the purpose of further strengthening strength. However, alloys that enable cold working with a cross-section reduction rate of 70% or more necessary for working of temple parts without performing intermediate annealing are available. Not found in existing alloys.

TITANIUM'80 VOl.2,pp.1147〜1154にはジルコニウムを
8.31%(原子)以下含有し、さらに不純物として酸
素560ppm(重量)、窒素26ppm(重量)含有するT
i−Zr合金について強度向上効果を明らかにしてい
る。しかし、冷間加工性については何ら明らかにするこ
とがない。
TITANIUM'80 VOl.2, pp.1147 to 1154 contains zirconium less than 8.31% (atoms), and further contains 560 ppm oxygen (weight) and 26 ppm nitrogen (weight) as impurities.
The strength improving effect of the i-Zr alloy is clarified. However, nothing is made clear about cold workability.

また、めがねフレームの製造には上述のようにろう付け
が多用されており、チタンの場合、Ti−Cu−Niあ
るいはAg−Mnがろう材として使用されており、接合
時に920〜980℃に短時間昇温するので、母材であ
るチタンが軟化する。純チタンは特にこの軟化後の硬さ
(以下、「軟化後硬さ」ということもある)が低く、レ
ンズを入れるアイリム部の溝線部については所要強度を
確保するために線径が太くならざるを得ず、この点から
も軟化後硬さの高いチタン合金製フレームの要求があっ
た。
As described above, brazing is often used in the manufacture of eyeglass frames, and in the case of titanium, Ti-Cu-Ni or Ag-Mn is used as a brazing filler metal, which is short at 920 to 980 ° C during joining. Since the temperature is raised for a time, the base material titanium is softened. Pure titanium has a particularly low hardness after softening (hereinafter also referred to as "hardness after softening"), and if the wire diameter of the groove line part of the eye rim where the lens is inserted is large in order to secure the required strength. Inevitably, also from this point, there was a demand for a titanium alloy frame having high hardness after softening.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明の1つの目的は、冷間加工性を改善したチタン合
金製めがねフレームを提供することである。
(Problems to be Solved by the Invention) One object of the present invention is to provide a titanium alloy eyeglass frame having improved cold workability.

本発明の別の目的は、冷間加工性が改善されるとともに
軟化後硬さの高いチタン合金製めがねフレームを提供す
ることである。
Another object of the present invention is to provide a titanium alloy spectacle frame which has improved cold workability and high hardness after softening.

(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、純チタン製めがねフレームの上述の問題
点を解決するため、Ti−Zr系合金に着目し、それに
ついて広範な研究を行った結果、その合金組成を規制す
ることによりチタン合金製めがねフレームの製造時にお
ける冷間加工性および軟化後硬さを改善し、軟量化の目
的を十分に達成することができることを知り、本発明を
完成した。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems of the pure titanium eyeglass frame, the present inventors have paid attention to Ti—Zr alloys, and as a result of extensive research thereof, By controlling the alloy composition, it was found that the cold workability and the hardness after softening at the time of manufacturing a titanium alloy eyeglass frame can be improved, and the purpose of softening can be sufficiently achieved, and the present invention was completed. .

よって、本発明の要旨とするところは、Zr≧1.0重
量%、かつZr+25×≧5および3×Zr+22
0×≦66の条件を満たす量のジルコニウムおよび
酸素、さらに所望により、アルミニウム、スズ、鉄、銅
およびクロムの1種または2種以上、合計1重量%以
下、残部チタンと不可避不純物より成る組成を有するチ
タン合金を所定形状にまで冷間加工して成るTi合金製
めがねフレームである。
Therefore, the gist of the present invention is that Zr ≧ 1.0 wt%, and Zr + 25 × 2 ≧ 5 and 3 × Zr + 22.
A composition comprising zirconium and oxygen in an amount satisfying the condition of 0 × 2 ≦ 66, and, if desired, one or more of aluminum, tin, iron, copper and chromium, a total of 1% by weight or less, and the balance titanium and inevitable impurities. It is a spectacle frame made of Ti alloy, which is obtained by cold working a titanium alloy having the above-mentioned shape to a predetermined shape.

より特定的には、本発明の要旨とするところは、酸素を
不純物量含有するとともにZrを重量%で5〜22%を
含み、必要によりアルミニウム、スズ、鉄、銅およびク
ロムの1種以上を合計で1重量%以下、残部チタンと不
可避不純物よりなる組成を有するチタン合金を所定形状
にまで冷間加工して成るTi合金製めがねフレームであ
る。
More specifically, the gist of the present invention is to contain oxygen in an amount of impurities and Zr in an amount of 5 to 22% by weight, and if necessary, at least one of aluminum, tin, iron, copper and chromium. A Ti alloy spectacle frame made by cold working a titanium alloy having a total composition of 1% by weight or less and the balance titanium and unavoidable impurities to a predetermined shape.

ここに、「冷間加工」は、スエージング加工、異型圧延
加工、プレス加工等、通常めがねフレーム製造に採用さ
れる冷間での加工一般を包含する。また、「めがねフレ
ーム」は前述のような各フレーム構成部材から完成され
ためがねフレーム全体をいうばかりでなく、アイリム
部、テンプル部などの各フレーム構成部材をも包含する
ものである。したがって、少なくとも一部に本発明にお
ける上述のチタン合金から成るフレーム構成部材を利用
しためがねフレームは本発明の範囲内のものである。
Here, “cold working” includes general cold working such as swaging, profile rolling, pressing, etc., which is usually adopted for manufacturing eyeglass frames. The "glass frame" not only refers to the entire eyeglass frame completed from the above-mentioned frame components, but also includes each frame component such as the eye rim portion and the temple portion. Therefore, a spectacle frame which utilizes at least a part of the above-described titanium alloy frame component of the present invention is within the scope of the present invention.

(作用) 次に、本発明において合金組成を上述のように制限した
理由について述べる。
(Function) Next, the reason why the alloy composition is limited as described above in the present invention will be described.

ジルコニウムは、単独添加の場合は冷間加工後の硬さを
確保するために5%以上添加する必要があり、22%を
越えるとチタンフレームに要求される冷間加工性が得ら
れなくなる。酸素を添加する場合は、酸素により冷間加
工後の硬さが向上するのでジルコニウムは5%未満であ
ってもよいが、酸素は冷間加工性を阻害する元素でもあ
るので多量の添加ができなくZrは1%以上添加する必
要がある。また、ジルコニウムはチタンに全率で固溶す
る合金元素であり、1重量%以上添加することにより、
ろう付け時の昇温による軟化の程度を小さくすることが
できる。このためジルコニウム含有量の下限は1重量%
に限定される。
When zirconium is added alone, it is necessary to add 5% or more in order to secure the hardness after cold working. If it exceeds 22%, the cold workability required for a titanium frame cannot be obtained. When oxygen is added, zirconium may be less than 5% because oxygen improves the hardness after cold working. However, since oxygen is an element that hinders cold workability, a large amount can be added. Without Zr, it is necessary to add 1% or more. Zirconium is an alloying element that forms a solid solution in titanium at a total rate, and by adding 1% by weight or more,
The degree of softening due to the temperature rise during brazing can be reduced. Therefore, the lower limit of zirconium content is 1% by weight.
Limited to

ジルコニウムおよび酸素はいずれもチタン中に固溶し、
その硬さを著しく上昇させる作用を有する。本発明の目
的である、洋白の加工率60%の冷間加工後の硬さであ
るHv270よりも高い冷間加工後硬さを得るための下
限として、研究の結果、Zr+25×≧5(Zr、
はいずれも重量%)を満足する組成が必要であるこ
とが判明した。このため、Zrおよびの含有量の下
限はZr+25×≧5を満足する範囲に限定され
る。
Zirconium and oxygen both form a solid solution in titanium,
It has the effect of significantly increasing its hardness. As a lower limit for obtaining the hardness after cold working which is higher than Hv270 which is the hardness after cold working at a working rate of 60% of nickel silver, which is the object of the present invention, as a result of the research, Zr + 25 × 2 ≧ 5 (Zr,
It was found that a composition satisfying 2 % by weight is required. Therefore, the lower limits of the contents of Zr and 2 are limited to the range satisfying Zr + 25 × 2 ≧ 5.

一方、ジルコニウムおよび酸素を必要以上に多量にチタ
ン中に添加した場合、冷間加工性を阻害し、めがねフレ
ームのテンプル部を製造するのに必要な断面減少率70
%以上の冷間加工が中間焼鈍なしでは行なえない。本発
明者らの研究の結果、このような冷間加工のための限界
は3×Zr+220×≦66(Zr、はいずれ
も重量%)であることが判明した。
On the other hand, when zirconium and oxygen are added to titanium in an unnecessarily large amount, the cold workability is impaired, and the cross-sectional reduction rate required to manufacture the temple portion of the spectacle frame is 70%.
% Cold work cannot be done without intermediate annealing. As a result of the research conducted by the present inventors, it has been found that the limit for such cold working is 3 × Zr + 220 × 2 ≦ 66 (Zr and 2 are both weight%).

このため、本発明においては、Zrおよびの含有量
の上限は、3×Zr−220×≦66に限定され
る。
Therefore, in the present invention, the upper limits of the Zr and 2 contents are limited to 3 × Zr−220 × 2 ≦ 66.

さらに、本発明の別の態様によれば、アルミニウム、ス
ズ、鉄、銅、クロムの各添加元素を少なくとも1種添加
するが、それらはチタン中に固溶してその硬度を上昇さ
せる効果を持つ有効な添加元素である。しかし、上述の
組成のチタン合金にこれらの添加元素を1種または2種
以上添加する場合、その添加量の合計が1重量%超とな
ると、得られるTi合金の冷間加工性を悪化させ、テン
プル部製造に必要な断面減少率70%以上の冷間加工が
行なえなくなる。このため、アルミニウム、スズ、鉄、
クロムの各元素を1種または2種以上含有する場合、そ
の合計量は1重量%以下に限定される。
Further, according to another aspect of the present invention, at least one additive element of aluminum, tin, iron, copper and chromium is added, and they have the effect of forming a solid solution in titanium to increase the hardness thereof. It is an effective additive element. However, when one or more of these additional elements are added to the titanium alloy having the above-mentioned composition, if the total amount of addition exceeds 1% by weight, the cold workability of the resulting Ti alloy deteriorates, It becomes impossible to carry out cold working with a cross-section reduction rate of 70% or more, which is necessary for manufacturing the temple part. Therefore, aluminum, tin, iron,
When one element or two or more elements of chromium are contained, the total amount thereof is limited to 1% by weight or less.

ここに、第2図は本発明において利用する酸素を添加し
たチタン合金の場合の組成範囲を示すグラフであり、斜
線部が本発明の範囲内のものである。酸素は不純物とし
て通常0.04〜0.06%程度混入してくる。
FIG. 2 is a graph showing the composition range in the case of the oxygen-added titanium alloy used in the present invention, and the hatched portion is within the range of the present invention. Oxygen is usually mixed as an impurity in an amount of about 0.04 to 0.06%.

次に、実施例によって本発明をさらに詳述する。実施例
としては実際にめがねフレームを製造する場合を想定し
て、各種チタン合金に冷間加工、ろう付けを行い、その
ときの材料特性を評価した。
Next, the present invention will be described in more detail by way of examples. As an example, various titanium alloys were subjected to cold working and brazing, and the material properties at that time were evaluated on the assumption that an eyeglass frame was actually manufactured.

実施例 第1表に合金組成を示す各種チタン合金の15kgwイン
ゴットを溶製し、1100℃加熱でβ鍛造を行った後、
850℃に加熱してα+β鍛造を行い直径9mmの線材と
した。得られた熱間圧延材に冷間鍛造であるスエージン
グ加工により断面減少率71%となる冷間加工を中間焼
鈍なしで行い直径4.9mmの冷間加工材を得た。かかる
冷間加工はめがねフレーム構成部材であるアイリム部を
製造する場合に通常行われている加工法である。
Example 15 kgw ingots of various titanium alloys whose alloy compositions are shown in Table 1 were melted and subjected to β forging by heating at 1100 ° C.,
Α + β forging was performed by heating to 850 ° C to obtain a wire having a diameter of 9 mm. The obtained hot-rolled material was cold-worked by swaging to achieve a cross-sectional reduction rate of 71% without intermediate annealing to obtain a cold-worked material having a diameter of 4.9 mm. Such cold working is a working method that is usually performed when manufacturing an eye rim portion that is a component of an eyeglass frame.

同じく第1表にそのときの加工試験結果および冷間加工
後の硬さを示す。
Similarly, Table 1 shows the results of the working test at that time and the hardness after cold working.

第1表における合金No.1〜15はいずれも本発明の範
囲内にある組成を有する合金であり、冷間加工性は満足
のゆくものであり、加工後の硬さの目標値であるHv2
70以上の硬さをも満足した。
Alloy Nos. 1 to 15 in Table 1 are all alloys having a composition within the range of the present invention, the cold workability is satisfactory, and the target value of the hardness after working is Hv2.
A hardness of 70 or more was also satisfied.

一方、合金No.16の純チタン(JIS 3種相当)で
は冷間加工性は十分であるが加工後の硬さが目標値に達
しない。またZr:2.0重量%、酸素0.10重量%
(Zr+25×=4.5)の合金No.17の合金も
加工後の硬さがHv=270に達しなかった。
On the other hand, alloy No. 16 pure titanium (corresponding to JIS Class 3) has sufficient cold workability, but the hardness after working does not reach the target value. Zr: 2.0 wt%, oxygen 0.10 wt%
The hardness of the alloy No. 17 (Zr + 25 × 2 = 4.5) after working did not reach Hv = 270.

また、合金No.18〜20に示した3×Zr+22×
が66を越える合金では冷間加工試験で割れが発生し
た。
Also, 3 × Zr + 22 × shown in Alloy Nos. 18 to 20
In the alloy with 2 exceeding 66, cracking occurred in the cold working test.

さらに、合金No.21〜28に示したアルミニウム、ス
ズ、鉄、銅、クロムの各元素を1種または2種以上含有
し、その合計含有量が1重量%を超える合金では3×Z
r+220×の値が66以下となっているにかかわ
らず、冷間加工試験で割れが発生した。
Further, alloys containing one or more of each element of aluminum, tin, iron, copper, and chromium shown in Alloy Nos. 21 to 28, and the total content thereof exceeds 1% by weight is 3 × Z.
Despite the value of r + 220 × 2 being 66 or less, cracking occurred in the cold working test.

第2表には第1表の合金No.1、3、7、15の合金に
ついて銀ろう付け試験を行なったときのろう付けのため
の昇温前後950℃の硬さを純チタンと比較して示す。
純チタンが著しく軟化するのに対し本発明に係るチタン
合金では軟化の程度が小さいのが分かる。なお、銀ろう
付けは良好に行われ、十分なろう付け強度を有してい
た。
Table 2 compares the hardness of alloys Nos. 1, 3, 7, 15 in Table 1 with 950 ° C. before and after temperature rise for brazing when compared with pure titanium. Indicate.
It can be seen that the pure titanium is significantly softened, whereas the titanium alloy according to the present invention is softened to a small extent. The silver brazing was carried out well and had a sufficient brazing strength.

このように、本発明によればチタン合金製めがねフレー
ムが冷間加工およびろう付けを行いながら製造されるの
であって、これは以上の実施例の結果から当業者には明
らかなことである。
As described above, according to the present invention, the titanium alloy spectacle frame is manufactured while cold working and brazing, which is obvious to those skilled in the art from the results of the above embodiments.

(発明の効果) 以上、詳述したように、本発明により、中間焼鈍を行わ
ずに、スエージングおよびその後のプレス加工により、
現行の純チタン製めがねフレームと比較してより細線化
が可能となったチタン合金製めがねフレームの製造が可
能となり、その軽量化の結果からも斯界における本発明
の寄与は大きい。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, by performing swaging and subsequent press working without performing intermediate annealing,
It is possible to manufacture a titanium alloy spectacle frame which can be made thinner than the current pure titanium spectacle frame, and the contribution of the present invention to the field is great also from the result of weight reduction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、めがねフレームの斜視図;および 第2図は、本発明に係るチタン合金の組成範囲を示すグ
ラフである。 10:めがねフレーム、11:アイリム部、 12:テンプル部、13:ブリッジ部、 14:蝶番、15:智
FIG. 1 is a perspective view of a spectacle frame; and FIG. 2 is a graph showing a composition range of a titanium alloy according to the present invention. 10: Glasses frame, 11: Eye rim part, 12: Temple part, 13: Bridge part, 14: Hinge, 15: Satoshi

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市橋 弘行 兵庫県尼崎市西長洲本通1丁目3番地 住 友金属工業株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 杉本 由仁 兵庫県尼崎市西長洲本通1丁目3番地 住 友金属工業株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 高 昌樹 東京都豊島区池袋本町3丁目34番16号 株 式会社三洋特殊合金内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hiroyuki Ichihashi Inventor Hiroyuki Ichihashi 1-3-3 Nishi-Nagasumotodori, Amagasaki City, Hyogo Prefecture Sumitomo Metal Industries, Ltd. Central Technology Research Institute (72) Yuhi Sugimoto Nishi-Nagasumoto, Amagasaki City, Hyogo Prefecture Sumitomo Metal Industries, Ltd. Central Technology Research Institute (72) Inventor Masaki Takashi 3-34-16, Ikebukurohonmachi, Toshima-ku, Tokyo Sanyo Special Alloy Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】Zr≧1.0重量%、かつZr+25×
≧5および3×Zr+220×≦66の条件を満
たす量のジルコニウムおよび酸素、残部チタンと不可避
不純物より成る組成を有するチタン合金を所定形状にま
で冷間加工して成るTi合金製めがねフレーム。
1. Zr ≧ 1.0 wt%, and Zr + 25 ×
A Ti alloy eyeglass frame formed by cold working a titanium alloy having a composition of zirconium, oxygen, and the balance titanium and unavoidable impurities in an amount satisfying the conditions of 2 ≧ 5 and 3 × Zr + 220 × 2 ≦ 66 to a predetermined shape.
【請求項2】Zr≧1.0重量%、かつZr+25×
≧5および3×Zr+220×≦66の条件を満
たす量のジルコニウムおよび酸素、ならびにアルミニウ
ム、スズ、鉄、銅およびクロムの1種または2種以上、
合計1重量%以下、残部チタンと不可避不純物より成る
組成を有するチタン合金を所定形状にまで冷間加工して
成るTi合金製めがねフレーム。
2. Zr ≧ 1.0 wt%, and Zr + 25 ×
Zirconium and oxygen in an amount satisfying the conditions 2 ≧ 5 and 3 × Zr + 220 × 2 ≦ 66, and one or more of aluminum, tin, iron, copper and chromium,
A glasses frame made of Ti alloy, which is obtained by cold working a titanium alloy having a total composition of 1% by weight or less and the balance of titanium and inevitable impurities into a predetermined shape.
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