專利名稱：金屬眼鏡架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及眼鏡架，該眼鏡架至少包括一些金屬構(gòu)件例如邊撐、橋接件和/或連接桿，該連接桿固定在視力矯正鏡片、墨鏡片或防護(hù)鏡片的鏡框之間，或直接位于上述鏡片之間。
用形狀記憶合金來制作金屬眼鏡架的某些部件已是眾所周知的。
在較低溫度下已形成永久形變之后，通過簡(jiǎn)單的加熱方法又能使其恢復(fù)到原來形狀的任何一種合金被稱作形狀記憶合金(SMA)。
這種特性是涉及材料原子機(jī)構(gòu)的物理現(xiàn)象的宏觀表現(xiàn)可逆馬氏體式轉(zhuǎn)變。
馬氏體式轉(zhuǎn)變從現(xiàn)象觀點(diǎn)上可用

圖1所示曲線描述，在該圖中橫座標(biāo)是溫度，縱座標(biāo)是轉(zhuǎn)換系數(shù)。
在冷卻(直接馬氏體式轉(zhuǎn)換)時(shí)，馬氏體開始形成，從(馬氏體轉(zhuǎn)換開始點(diǎn))溫度Ms開始形成，并且在(馬氏體轉(zhuǎn)換終止點(diǎn))溫度Mf，樣品完全形成馬氏體。
在再加熱(反向轉(zhuǎn)換)時(shí)，在(奧氏體轉(zhuǎn)換開始點(diǎn))的溫度As，開始形成奧氏體(或β相)，并且在(奧氏體轉(zhuǎn)換終止點(diǎn))的溫度Af時(shí)樣品完全變成奧氏體。
逆向奧氏體轉(zhuǎn)換起因于形狀記憶合金的下列特殊特性單向記憶效應(yīng)；雙向記憶效應(yīng)；超彈性效應(yīng)；橡膠效應(yīng)。
馬氏體轉(zhuǎn)換僅在T＜Ms時(shí)發(fā)生，但是在施加機(jī)械應(yīng)力時(shí)在T＞Ms時(shí)也發(fā)生。如果對(duì)于形變合金在T＞Af解除該應(yīng)力，則發(fā)生馬氏體到奧氏體的反向轉(zhuǎn)換，該反向轉(zhuǎn)換具有轉(zhuǎn)換滯后。這種現(xiàn)象稱為超彈性效應(yīng)。該現(xiàn)象示于圖2，該圖中橫座標(biāo)表示形變，縱座標(biāo)表示機(jī)械應(yīng)力。
形變?chǔ)舖ax是形狀記憶合金能夠承受的最大形變?chǔ)?，該形變?cè)谛螤钣洃浐辖鹕先サ羧魏螜C(jī)械應(yīng)力之后不會(huì)留下不可逆的塑料形變。
標(biāo)準(zhǔn)方法NF A 51-080定義有關(guān)形狀記憶合金的術(shù)語和測(cè)量。用在本文中的術(shù)語是標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語。
目前的眼鏡架包括邊撐、橋接件或桿，其中所有這些部件或其一部分用超彈性記憶合金制作。用于制作這些部件的記憶合金是鈦鎳基合金。這種合金在制作眼鏡架和作的眼鏡架的強(qiáng)度方面存在許多問題Ti-Ni合金的疲勞強(qiáng)度低，經(jīng)受若干應(yīng)力周期之后便出現(xiàn)碎裂；可應(yīng)用加工硬化法來改善Ti-Ni合金的不良的疲勞強(qiáng)度，但這種情況下超彈性形變?chǔ)舖ax僅限于約3％～4％，超過該限度后Ti-Ni合金的剛性將迅速增加，并且該合金趨向于破裂；Ti-Ni合金包含大量鎳，而且在用制作眼鏡常用的銀焊法組裝時(shí)必須鍍鎳。元素鎳可能導(dǎo)致戴鏡人過敏；不能容易地使Ti-Ni合金作的超彈性部件與制鏡中通用的常規(guī)金屬(蒙耐爾合金、銀鎳合金、青銅、鈹銅、不銹鋼、鈦合金)作的部件組裝在一起。
目前采用三種方法將超彈性部件與常規(guī)部件(沒有超彈性特性)組裝在一起第一種方法是將超彈性部件的一個(gè)或兩個(gè)端部用力嵌入一種金屬的可以同銀焊接的插口上。在將超彈性部件嵌入插口以后，再將插口銀焊在常規(guī)部件上。
應(yīng)當(dāng)注意到，可以用電鍍鎳鍍層來改善部件的結(jié)合和焊接；第二種方法在于在超彈性部件上電鍍-層鎳鍍層，然后用銀焊焊接到常規(guī)部件上；第三種方法在于用激光束或電子束能量將超彈性部件熔焊到常規(guī)部件上。然而這種方法成本高，很少用在制鏡業(yè)上。
已經(jīng)試驗(yàn)了用其它的形狀記憶合金來作眼鏡架的超彈性部件。已經(jīng)得到結(jié)果的這些試驗(yàn)和專利提到Cu-Zn-X(其中X＝Al、Sn、…)和Cu-Al-Ni合金。與Ti-Ni基合金相比，這些合金不能承受大于3％～4％的εmax形變。超過這一極限因?yàn)槠浯值木Я＝Y(jié)構(gòu)而容易碎裂和受損。
目前需要改進(jìn)用于制鏡業(yè)中的形狀記憶合金例如Ti-Ni合金和其它形狀記憶合金的機(jī)械強(qiáng)度和應(yīng)用。
所用方法包括使材料硬化，以便盡可能增加其屈服強(qiáng)度。
為此目的需要很細(xì)的晶粒結(jié)構(gòu)。獲得很細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)的方法是或者再結(jié)晶經(jīng)過相當(dāng)加工硬化后鑄件中形成的粗結(jié)構(gòu)；或者用熱處理過程中形成的析出硬化法，使硬相析出；或者用冷加工。
這些方法的主要缺點(diǎn)是與超彈性有關(guān)的形變大大受到限制。晶界、析出物和加工硬化防礙馬氏體轉(zhuǎn)換并導(dǎo)致超彈性合金的剛性增加。
本發(fā)明的主要目的是提供一種金屬眼鏡架，在該鏡架中的某些部件例如邊撐、橋接件或桿用一種合金制作，這種合金在機(jī)械應(yīng)力作用下能夠經(jīng)受形變，同時(shí)一當(dāng)去掉應(yīng)力時(shí)它們便完全恢復(fù)其形狀。
另外，這些部件應(yīng)當(dāng)能夠承受許多次彎曲操作而不破裂。這些部件應(yīng)當(dāng)容易地與構(gòu)成眼鏡架一部分的其它部件組裝在一起。
因此本發(fā)明涉及的鏡架的特征在于，它包括用單晶形狀記憶合金做的邊撐和/或橋接件和/或一個(gè)或多個(gè)桿，單晶合金即是由單晶構(gòu)成的，或由許多弱雜亂取向晶界分開的微晶構(gòu)成的合金，而且這種單晶合金選自銅基或鐵基合金。
使用單晶形狀記憶合金是有利的，因?yàn)樗艿靡嬗趶奈⒂^看可能是最均勻的結(jié)構(gòu)，以便防止集中出現(xiàn)任何局部應(yīng)力。形狀記憶合金選自以下的銅基合金Cu-Zn-Al；Cu-Al-Ni；Cu-Al-Be；Cu-Al-Mn，或選自以下的鐵基合金；Fe-Mn-Si；Fe-Mn-Cr；Fe-Mn-Cr-Si。
這些合金的第一優(yōu)點(diǎn)是它們比常用的Ti-Ni合金便宜得多。另外，它們具有極佳的形變特性，因?yàn)樽畲笮巫冊(cè)?40℃到+80℃之間為11％數(shù)量級(jí)，或2～3倍于Ti-Ni合金的形變而沒有見到剛性的增加。這對(duì)發(fā)生事故例如受到碰撞的戴鏡人提供了實(shí)在的優(yōu)點(diǎn)。
應(yīng)當(dāng)注意到，同樣的合金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如果具有多晶結(jié)構(gòu)則其形變不超過3％～4％并且其疲勞強(qiáng)度很有限。
在這些情況下，鏡架形變并恢復(fù)到其原來的形狀而在碰撞后不會(huì)形成剩余形變。
按本發(fā)明制作的部件的疲勞特性也是很有利的。Ti-Ni合金做的部件在經(jīng)過相當(dāng)次數(shù)的應(yīng)力作用周期之后有破裂的危險(xiǎn)，但用本發(fā)明的單晶形狀記憶合金做的部件則可以承受幾千次的應(yīng)力作用而不破裂。因此不需要加工硬化這樣的部件使其具有更好的疲勞強(qiáng)度。與此相反，加工硬化單晶合金將有改變其超彈性特性的危險(xiǎn)。按本發(fā)明作的部件在跨距至少為120℃的大溫度范圍內(nèi)可以很好地保持其形變特性。例如，單晶超彈性部件可在-40℃～+80℃的溫度范圍內(nèi)保持其彈性回彈能力而沒有剩余形變，而Ti-Ni合金的使用溫度只在-20℃～40℃之間。
應(yīng)當(dāng)注意到，在用于制作本發(fā)明部件的形狀記憶合金中，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可以直接熔焊或低溫焊在制作鏡架常用的其它合金上。
還應(yīng)當(dāng)注意到，銀焊由于不存在晶界而可以直接焊接單晶形狀記憶合金。事實(shí)上，在焊接期間在晶界上形成中間化合物便顯示晶界的存在，并且這些化合物將損害晶界的機(jī)械強(qiáng)度。
另外，因?yàn)檫@些單晶形狀記憶合金不需要加工硬化或結(jié)構(gòu)硬化，所以熔焊或低溫焊不會(huì)造成超彈性形狀記憶合金狀態(tài)的任何變化，因而可以應(yīng)用現(xiàn)有的設(shè)備，這些設(shè)備的使用和折舊成本較低。
因此可以直接將本發(fā)明的部件熔焊在制作眼鏡常用合金做的構(gòu)成鏡架一部分的部件上。具體是，邊撐可以直接熔焊在鏡架的鏡框上，或每個(gè)邊撐上可以裝一個(gè)可以焊接到鏡架鏡框上的扭力桿。
為有利于彎曲鏡框的邊撐，可以減小部分材料的厚度，使其起活頁作用，而不使用眼鏡制造業(yè)中周知的活頁部件。這種邊撐與鏡框主體的鉸接連接的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從眼鏡盒中取出時(shí)邊撐可以自動(dòng)打開，這樣只用一只手便可以戴上眼鏡。
還可以在其它區(qū)域上形成減小的厚度以便可以將鏡架折疊起來。在這種情況下可以在連接兩個(gè)鏡框的橋接件上、在鏡框之間可能有的桿上以及在每個(gè)邊撐的中間形成厚度減小的區(qū)域。
按照本發(fā)明的另一特征，可以在每個(gè)邊撐的端部局部地進(jìn)行常規(guī)的熱機(jī)械處理以改變其特征，從超彈性特性轉(zhuǎn)變到塑性特性，這有助于按照耳的輪廓進(jìn)行調(diào)節(jié)。在鏡架的橋接件和/或邊撐的任何一部分上可以容易地進(jìn)行這種處理。
按照另一實(shí)施例，單晶形狀記憶合金做的橋接件可以直接固定在鏡片上，并且用單晶形狀記憶合金做的邊撐或者直接固定在鏡片上，或者固定在活頁上，該活頁本身又直接固定在鏡片上。
本發(fā)明部件的另一有利特征是合金不是Cu-Al-Ni時(shí)部件不含鎳，這便消除了由于戴鏡人與含這種成分的合金接觸而引起過敏反應(yīng)的危險(xiǎn)。
本發(fā)明形狀記憶合金做的部件用單晶形狀記憶合金絲制作，該絲的橫截面為直徑小于4mm的圓。這種特征使得容易加工制作部件，不要求因加工硬化產(chǎn)生相當(dāng)大的形變，而這對(duì)于單晶結(jié)構(gòu)和最終特性都是有害的。
按照本發(fā)明的另一特征，部件用單晶形狀記憶合金制作，該單晶的開始形成馬氏體的轉(zhuǎn)換溫度Af在-100℃～20℃之間。
下面參考所附示意圖進(jìn)行說明，作為非限定性例子的附圖示出許多眼鏡的實(shí)施例，從該說明可以更清楚地理解本發(fā)明。
圖3是曲線圖，示出本發(fā)明部件的形變，該形變?yōu)槠渖纤討?yīng)力的函數(shù)。
圖4是眼鏡的透視圖。
圖5是眼鏡一部分的透視圖，具體示出鏡框上邊撐的鉸接連接。
圖6另一種眼鏡的透視圖。
圖3是用本發(fā)明單晶形狀記憶合金制的部件的形變曲線，該形變是由施加于其上的應(yīng)力的函數(shù)示出。如曲線的左部分所示，Ti-Ni合金部件的彈性形變不超過4％。與此相反，用本發(fā)明單晶形狀記憶合金作的部件的彈性形變則達(dá)到11％，而獲得這一形變值的應(yīng)力低于達(dá)到Ti-Ni部件最大形變所必需的應(yīng)力。
圖4示出一種眼鏡，它包括兩個(gè)放鏡片的鏡框2，該鏡框用橋接件3和桿4相互連接起來。邊撐6通過活頁5鉸接地裝在各自的鏡框上。橋接件3、桿4和邊撐6可以按照上述構(gòu)造用單晶形狀記憶合金制作。
圖5示出變型實(shí)施例，該實(shí)施例中每個(gè)邊撐6通過扭力桿7用熔焊法裝在相應(yīng)的鏡框2上。因此不再有本來意義的活頁，因?yàn)樵摵辖鹉軌驅(qū)崿F(xiàn)邊撐轉(zhuǎn)到其關(guān)合位置的轉(zhuǎn)動(dòng)功能。不用桿7而在邊撐6上靠近該邊撐與鏡框2的熔焊端部處形成材料厚度減小的部分也同樣是可能的。
圖6示出眼鏡的另一實(shí)施例，該鏡架可以折疊起來。在這種情況下，橋接件3包括厚度減小的中心區(qū)域8、桿4具厚度減小的中心區(qū)域9，各個(gè)邊撐6包括厚度減小的各個(gè)中心區(qū)域10。
因此圍繞厚度減小的區(qū)域10轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)邊撐6便可以將邊撐對(duì)折起來，再后再繞厚度減小的區(qū)域8、9轉(zhuǎn)動(dòng)鏡架便可以將鏡架對(duì)折起來。
從上面說明可以清楚看到，本發(fā)明用形狀記憶合金制作部件，大大改進(jìn)了現(xiàn)有技術(shù)，該部件具有極好的形變性能，在經(jīng)過一定次數(shù)的形變之后沒有通常的破裂危險(xiǎn)，可以直接熔焊或低溫焊接在用常規(guī)合金作的其它鏡架部上，而且還可以折疊起來而不用活頁，這樣便限制了這種鏡架的部件數(shù)目。
很明顯，本發(fā)明不限于上述作為舉例的鏡架的實(shí)施例。相反，本發(fā)明還包括所有的變型。因此，用形狀記憶合金作的橋接件可以直接固定在鏡片上，并且用單晶形狀記憶合金作的邊撐可以直接固定在鏡片上，或固定在其本身直接裝在鏡片上的活頁上。
權(quán)利要求
1.一種金屬眼鏡架，其特征在于，它包括上述邊撐(6)和/或上述橋接件(3)和/或一個(gè)或多個(gè)上述桿(4)，這些部件用單晶形狀記憶合金制作、這種合金即是由單晶體形成的或由許多弱消向的晶界分開的多晶體形成的合金，并且選自銅基或鐵基合金。
2.如權(quán)利要求1所述的眼鏡架，其特征在于，上述形狀記憶合金部件(3、4、6)選自下列銅基合金Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Be。
3.如權(quán)利要求1所述的眼鏡架，其特征在于，上述形狀記憶合金部件(3、4、6)選自下列鐵基合金Fe-Mn-Si、Fe-Mn-Cr和Fe-Mn-Cr-Si。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的眼鏡架，其特征在于，在所述形狀記憶合金中開始形成馬氏體的開始轉(zhuǎn)換溫度(Af)在-100℃和-20℃之間。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的眼鏡架，其特征在于，上述記憶合金做的部件至少在-40℃～+80℃之間可以承受11％的超彈性形變。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的眼鏡架，其特征在于，上述形狀記憶合金部件(3、4、6)用單晶形狀記憶合金絲制作，該合金絲的橫截面為直徑小于4mm的圓。
7.如權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的眼鏡架，其特征在于，由單晶形狀記憶合金制的上述部件可以直接熔焊在構(gòu)成鏡架一部分的并由制作眼鏡架常用合金制的其它部件上。
8.如權(quán)利要求7所述所述眼鏡架，其特征在于，上述邊撐(6)可直接熔焊在鏡架的上述鏡框(2)上。
9.如權(quán)利要求7所述的眼鏡架，其特征在于，上述邊撐(6)上分別具有可熔焊到鏡架鏡框上的扭力桿(7)。
10.如權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的眼鏡架，其特征在于，由單晶形狀記憶合金制的上述部件(3、4、6)包括上述厚度減小的區(qū)域(8、9、10)，這些區(qū)域位于靠近上述邊撐和上述鏡框之間的連接區(qū)域和/或上述邊撐的中部和/或上述兩個(gè)鏡架鏡框之間的上述橋接件和上述連接桿的中間。
11.如權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的眼鏡架，其特征在于，用單晶形狀記憶合金做的上述橋接件(3)可直接固定在鏡片上，并且用單晶形狀記憶合金制的上述邊撐可直接固定在鏡片上或固定于直接裝在鏡片上的上述活頁(5)上。
12.如權(quán)利要求1～11中任一項(xiàng)所述的眼鏡架，其特征在于，用單晶形狀記憶合金制的部件(3、4、6)包括一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行常規(guī)的加熱機(jī)械處理，可使材料特性從超彈性特性改變?yōu)樗芰咸匦?，這種改變使得可以調(diào)節(jié)這些部件。
全文摘要
一種框架,包括邊撐部(6)和/或橋接件(3)和/或一個(gè)或多個(gè)桿(4),這些部件用單晶形狀記憶合金制作,這些合金即是由單晶體形成的或由低角度晶界分開的多晶體形成的,并且選自銅基或鐵基合金。
文檔編號(hào)G02C5/14GK1173926SQ9619177
公開日1998年2月18日 申請(qǐng)日期1996年1月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月2日
發(fā)明者阿蘭·豪特考爾, 安德烈·埃伯哈特 申請(qǐng)人:弗蓋弗拉克斯公司