металлическая оправа для очков

Формула изобретения

1. Металлическая оправа для очков, отличающаяся тем, что содержит указанные дужки (6) очков, и/или указанную перемычку (3), и/или одну или более указанных соединительных стоек (4), выполненные из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы, то есть из сплава, образованного одним кристаллитом или множеством кристаллитов, разделенных границами с небольшой разориентацией, и выбранного из сплавов на основе Cu или Fe.

2. Оправа для очков по п.1, отличающаяся тем, что указанные компоненты (3, 4, 6), выполненные из металлического сплава с эффектом запоминания формы, выбраны из следующих сплавов на основе Cu: Cu - Zn - Al, Cu - Al - Ni, Cu - Al - Be, Cu - Al - Mn.

3. Оправка для очков по п.1, отличающаяся тем, что указанные компоненты (3, 4, 6), выполненные из металлического сплава с эффектом запоминания формы, выбраны из следующих сплавов на основе Fe: Fe - Mn - Si, Fe - Mn - Cr и Fe - Mn - Cr - Si.

4. Оправа для очков по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что температура (Af) конца аустенитного превращения, от которой начинается образование мартенсита в указанном металлическом сплаве с эффектом запоминания формы, находится в температурном диапазоне между -100 и -20^oC.

5. Оправа для очков по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что указанные компоненты, выполненные из металлического сплава с эффектом запоминания формы, способны подвергаться сверхупругой деформации на 11% при температуре, находящейся по меньшей мере в диапазоне от -40 до +80^oC.

6. Оправа для очков по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что указанные компоненты (3, 4, 6), выполненные из металлического сплава с эффектом запоминания формы, изготовлены из проволоки монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы, поперечное сечение которой может быть вписано в круг, имеющий диаметр менее 4 мм.

7. Оправа для очков по любому из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что указанные компоненты (3, 4, 6), выполненные из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы, могут быть непосредственно соединены сваркой с другими компонентами, которые образуют часть оправы и сделаны из металлических сплавов, обычно используемых для изготовления очков.

8. Оправа для очков по п.7, отличающаяся тем, что указанные дужки (6) очков непосредственно соединены сваркой с указанными оправами (2) оптических стекол оправы для очков.

9. Оправа для очков по п.7, отличающаяся тем, что каждая из указанных дужек (6) очков предусмотрена с указанным торсионом (7), предназначенным для соединения сваркой с оправой оптического стекла оправы для очков.

10. Оправа для очков по любому из пп.1 - 9, отличающаяся тем, что указанные компоненты (3, 4, 6), выполненные из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы, имеют указанные области уменьшенной толщины (8, 9, 10), расположенные вблизи области соединения между указанной дужкой очков и указанной оправой оптического стекла, и/или в середине длины указанных дужек очков, и/или в середине указанной перемычки и указанной соединительной стойки между указанными двумя оправами оптических стекол оправы для очков.

11. Оправа для очков по любому из пп.1 - 7, отличающаяся тем, что указанная перемычка (3), выполненная из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы, непосредственно прикреплена к оптическим стеклам, а указанные дужки очков, выполненные из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы, прикреплены либо непосредственно к оптическим стеклам, либо к указанным шарнирам (5), которые, в свою очередь, непосредственно прикреплены к оптическим стеклам.

12. Оправа для очков по любому из пп.1 - 11, отличающаяся тем, что указанные компоненты (3, 4, 6), выполненные из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы, имеют одну или более областей, подвергаемых обычной термомеханической обработке для (локальной) замены свойства сверхупругости материала свойством пластичности, что делает возможным регулировку этих компонентов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оправе для очков, содержащей по меньшей мере некоторые металлические компоненты, например дужки очков, перемычку и/или соединительную стойку между оправами оптических стекол (удерживающими оптические стекла коррекции зрения, (темные) солнцезащитные оптические стекла или защитные оптические стекла) или непосредственно между указанными оптическими стеклами.

Применение металлических сплавов с эффектом запоминания формы для изготовления некоторых компонентов металлических оправ для очков уже было известно.

Металлическим сплавом с эффектом запоминания формы называют любой металлический сплав, который способен восстанавливать свою первоначальную форму в результате простого нагрева после того, как он получил остаточную деформацию при более низкой температуре.

Это свойство является макроскопическим проявлением физического явления, связанного с атомным строением материала: обратимого мартенситного превращения.

Мартенситное превращение может быть описано (с феноменологической точки зрения) кривой, показанной на фиг. 1, где температура показана по оси абсцисс, а относительное количество превращения - по оси ординат.

При охлаждении (мартенситное превращение), мартенсит начинает образовываться, начиная от температуры Ms "начала мартенситного превращения", и образец имеет полностью мартенситную структуру при температуре Mf "конца мартенситного превращения".

При повторном нагреве (обратное превращение), аустенит (или -фаза) начинает образовываться при температуре As "начала аустенитного превращения, и образец имеет полностью аустенитную структуру при температуре Af "конца аустенитного превращения".

Обратимое мартенситное превращение является причиной особых свойств металлических сплавов с эффектом запоминания формы:

односторонний эффект запоминания формы,

двусторонний эффект запоминания формы,

сверхупругость,

сверхпластичность при деформации в интервале мартенситного превращения.

Мартенситное превращение имеет место не только в том случае, когда T<Ms, а также тогда, когда T>Ms, но при приложении механического напряжения. Если это напряжение снимают у металлического сплава, деформированного при T>Af, то имеет место обратное превращение мартенсита в аустенит при наличии гистерезиса превращения. Это явление называют сверхупругостью. Оно иллюстрируется на фиг. 2, где деформация показана по оси абсцисс, а механическое напряжение - по оси ординат.

Деформация _max является максимальной деформацией , которую металлический сплав с эффектом запоминания формы способен выдерживать без необратимой пластической деформации, остающейся после снятия механического напряжения с металлического сплава с эффектом запоминания формы.

Стандарт NF A 51-080 определяет терминологию и измерения, связанные с металлическими сплавами с эффектом запоминания формы. Термины, используемые в тексте этой заявки, применены в соответствии с этим стандартом.

Как правило, оправы для очков являются оправами, содержащими дужки очков, перемычки или соединительные стойки, в которых все или часть этих компонентов выполнена из сверхупругого металлического сплава с эффектом запоминания формы. Металлическим сплавом с эффектом запоминания формы, используемым для изготовления этих компонентов является сплав на основе титана и никеля. Это приводит к значительным трудностям в отношении изготовления в механической прочности оправ для очков.

- Сплавы Ti-Ni с низкой усталостной прочностью хрупко разрушаются после нескольких циклов напряжении.

- Деформационное механическое упрочнение может быть использовано для компенсации плохой усталостной прочности, но в этом случае сверхупругая деформация _max ограничена до приблизительно 3-4%. Выше этого предела жесткость сплава Ti-Ni быстро увеличивается и сплав склонен к разрушению.

- Сплавы Ti-Ni имеют высокое процентное содержание никеля и должны быть покрыты никелем для сборки с помощью серебряного припоя, который, как правило, используют при изготовлении очков. Никель может вызвать аллергию у пользователей оправ для очков в процессе их ношения.

- Сборка сверхупругих компонентов, сделанных из сплава TI-Ni, с компонентами, выполненными из обычных металлов, используемых, как правило, при изготовлении очков (монель, нейзильбер, бронзы, купробериллий, нержавеющие стали, титановые сплавы), не может быть осуществлена.

Три способа, которые обычно используются для сборки сверхупругих компонентов компонентами (не обладающими сверхупругостью):

- Первый способ предусматривает принудительную посадку конца или концов сверхупругого компонента в гнездо, сделанное из металла, который может паяться серебром. После того, как сверхупругий компонент пригнан в гнезде, это гнездо припаивают к обычным компонентам.

Необходимо отметить, что для улучшения сцепления и пайки может быть нанесено гальваническое никелевое покрытие.

- Второй способ предусматривает нанесение на сверхупругий компонент слоя гальванического никелевого покрытия и последующее получение паяного соединения с обычным компонентом с помощью серебряного припоя.

- Третий способ предусматривает соединение сверхупругих компонентов с обычными компонентами сваркой с помощью энергии лазерного или электронного луча. Однако эти дорогие способы редко применяют при изготовлении очков.

Для изготовления сверхупругих компонентов оправы для очков были испытаны также другие металлические сплавы с эффектом запоминания формы. Эти испытания и патенты относятся к сплавам Cu-Zn-X (в которых X = Al, Sn, ...) и Cu-Al-Ni. Эти сплавы описаны главным образом в патентах FR-A-2504284 и US-A-4893917. Однако эти сплавы являются поликристаллическими. По сравнению со сплавами на основе Ti-Ni эти сплавы не могут выдерживать деформации _max более 3-4%. Вне этого предела они обладают хрупкостью и разрушаются вследствие своей крупнозернистой структуры.

При изготовлении очков, как правило, желательно улучшить механическую прочность и расширить применение металлических сплавов с эффектом запоминания формы, например сплавов Ni-Ti, а также других металлических сплавов с эффектом запоминания формы.

Используемые способы предусматривают упрочнение материала для как можно большего увеличения прочности.

Для этой цели желательно получить очень мелкозернистую структуру, которую получают либо в результате рекристаллизации крупнозернистой структуры, полученной в процессе литья, после значительного деформационного механического упрочнения или посредством структурного упрочнения, достигаемого в процессе термических обработок, приводящих к выделению твердых фаз, или посредством деформации в холодном состоянии.

Основной недостаток этих способов заключается в том, что деформации, связанные со сверхупругостью, сильно ограничены. Границы зерен, выделившиеся фазы и деформационное механическое упрочнение блокируют мартенситное превращение и ведут к значительному увеличению жесткости сверхупругого металлического сплава.

Целью настоящего изобретения является обеспечение металлической оправы для очков, в которой некоторые компоненты, например дужки очков, перемычки или соединительные стойки, выполнены из сплава, поддающегося деформации под воздействием механических напряжений и полностью восстанавливающего свою форму при прекращении воздействия механического напряжения.

Кроме того, такие компоненты должны выдерживать без разрушения большое число периодически повторяющихся изгибов. Такие компоненты должны также поддаваться простой сборке с другими компонентами, образующими часть оправы для очков.

В связи с этим оправа для очков, к которой относится настоящее изобретение, отличается тем, что содержит дужки очков и/или перемычку, и/или одну или более соединительных стоек, выполненных из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы, то есть из сплава, который образован из одного кристаллита или из множества кристаллитов, разделенных границами, имеющими небольшую разориентацию, и выбран из сплавов на основе Cu и Fe.

Применение монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы выгодно до тех пор, пока он делает возможным получать выгоду из самой гомогенной структуры, возможной с точки зрения микроструктуры, для предотвращения появления какой-либо локальной концентрации механического напряжения. Металлические сплавы с эффектом запоминания формы выбирают из следующих сплавов на основе меди:

Cu-Zn-Al,

Cu-Al-Ni,

Cu-Al-Be,

Cu-Al-Mn, или из следующих сплавов на основе железа:

Fe-Mn-Si,

Fe-Mn-Cr,

Fe-Ma-Cr-Si.

Первым преимуществом этих сплавов является то, что они намного дешевле, чем сплавы Ti-Mi, которые используются обычно. Кроме того, они поддаются более высоким деформациям, поскольку максимальная деформация имеет порядок величины 11% по меньшей мере в температурном диапазоне от приблизительно -40^oC до +80^oC или в 2-3 раза превышает деформацию сплава Ti-Ni, без какого-либо заметного увеличения жесткости, что дает некоторое преимущество для пользователя оправы для очков в случае аварии, например при ударе.

Необходимо отметить, что некоторые сплавы Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, Cu-Al-Be или Cu-Al-Mn и Fe-Mn-Si, Fe-Mn-Cr или Fe-Mn-Cr-Si не могут деформироваться более, чем на 3-4%, и имеют очень ограниченную усталостную прочность при поликристаллической структуре в противоположность тому, что имеет место при наличии монокристаллической структуры.

В этих условиях оправа для очков деформируется и возвращается к исходной геометрии без остаточной деформации после удара.

Усталостные свойства компонента, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, также являются предпочтительными. В то время как компонент, выполненный из сплава Ti-Ni может разрушиться после некоторого числа циклов напряжении, компоненты, выполненные из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы в соответствии с настоящим изобретением, способны выдерживать несколько тысяч циклов без разрушения. Следовательно, отпадает необходимость в деформационном механическом упрочнении такого компонента для придания ему более высокой усталостной прочности. Наоборот, деформационное механическое упрочнение монокристаллического сплава создало бы опасность изменения свойств сверхупругости. Компоненты, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, преимущественно сохраняют свои характеристики деформируемости в широком температурном диапазоне, перекрывающем по меньшей мере температуру 120^oC. Например, монокристаллические сверхупругие компоненты сохраняют свое упругое восстановление после деформации без какой-либо остаточной пластической деформации в температурном диапазоне от -40^oC до +80^oC в противоположность сплавам Ti-Ni, температура применения которых находится между -20^oC и +40^oC.

Необходимо отметить, что сплавы на основе Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, Cu-Al-Mn, Cu-Al-Be и сплавы на основе Fe-Mn-Si, Fe-Mn-Cr или Fe-Mn-Cr-Si могут быть непосредственно соединены сваркой или пайкой с другими сплавами, обычно используемыми при изготовлении очков, вместе с металлическими сплавами с эффектом запоминания формы, используемыми для изготовления компонентов в соответствии с настоящим изобретением.

Необходимо отметить, что серебряные припои могут быть использованы непосредственно на монокристаллических медных сплавах с эффектом запоминания формы вследствие отсутствия границ между зернами. Наличие границ между зернами фактически проявляется в процессе пайки образованием интерметаллических соединении в этих границах между зернами и эти соединения вызывают ухудшение механической прочности границ.

Кроме того, эти монокристаллические металлические сплавы с эффектом запоминания формы не требуют деформационного механического упрочнения или структурного упрочнения, соединение сваркой или пайкой не вызывает какие-либо изменения состояния сверхупругого металлического сплава с эффектом запоминания формы, делая, таким образом, возможным применение существующего оборудования, имеющего низкую стоимость применения и амортизации.

Таким образом, компоненты, соответствующие настоящему изобретения, можно непосредственно соединять сваркой с компонентами, образующими часть оправы для очков, выполненными из металлических сплавов, обычно применяемых для изготовления очков. Таким образом, в частности, дужки очков могут быть непосредственно соединены сваркой с оправами оптических стекол, или каждая дужка очков может быть обеспечена торсионом, предназначенным для соединения сваркой к оправе оптического стекла.

Для облегчения изгибания дужек очков (оправы для очков) можно уменьшить толщину материала, работающего как шарниры, но без применения шарнирных компонентов, которые широко известны в области производства очков. Преимущество такого типа сочленения дужек очков с корпусом оправы заключается в том, что оно дает возможность открывания дужек очков при извлечении очков из футляра (для очков), что в свою очередь создает возможность надевания очков только одной рукой.

Можно также обеспечить другие области уменьшенной толщины, предназначенные для создания возможности складывания оправы для очков. В этом случае можно предусмотреть области уменьшенной толщины на перемычке, соединяющей две оправы оптических стекол, на соединительной стойке, которая может быть обеспечена между ними, а также в середине каждой дужки очков.

В соответствии с другим признаком настоящего изобретения, на конце каждой дужки очков локально может быть сделана обычная термомеханическая обработка, предназначенная для замены его свойства сверхупругости свойством пластичности, что делает возможным регулирование дужек очков в соответствии с контуром уха. Такая обработка может быть также просто выполнена на любой части перемычек и/или дужек очков оправы для очков.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, перемычка, выполненная из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы, непосредственно присоединена к оптическим стеклам, а дужки очков, выполненные из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы, присоединены непосредственно к каждому из оптических стекол или шарниров, которые сами непосредственно присоединены к оптическим стеклам.

Другим предпочтительным признаком компонентов, соответствующих настоящему изобретению, является то, что они не содержат никеля в случае применения других сплавов, чем сплав Cu-Al-Ni, при этом исключается какая-либо опасность возникновения аллергии у пользователя очков в результате контактного взаимодействием со сплавом, содержащим никель.

Компоненты, сделанные из металлического сплава с эффектом запоминания формы, соответствующие настоящему изобретению, получены из проволоки, выполненной из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы, поперечное сечение которой может быть вписано в круг, имеющий диаметр менее 4 мм. Этот признак дает возможность простого формообразования при изготовлении компонентов, без требования значительной деформации в результате деформационного механического упрочнения, которая вредна для монокристаллической структуры и для свойств, получаемых в результате обработки.

В соответствии с другим признаком настоящего изобретения, компоненты выполнены из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы, температура Af (конца аустенитного превращения) которого, от которой начинает образовываться мартенсит, находится между температурами -100^oC и -20^oC.

Настоящее изобретение будет лучше понято из следующего описания со ссылкой на схематические сопроводительные чертежи, прилагаемые к этой заявке, на которых иллюстрируются неограничивающие примеры нескольких вариантов воплощения пары очков.

Фиг. 3 - диаграмма, на которой показана деформация компонента, соответствующего настоящему изобретению, в функции от прикладываемого к нему механического напряжения.

Фиг. 4 - изометрическое изображение пары очков.

Фиг. 5 - изометрическое изображение части пары очков, на котором более конкретно показано сочленение дужки очков с оправой оптического стекла.

Фиг. 6 - изометрическое изображение другой пары очков.

На фиг. 3 показана диаграмма деформации компонента, выполненного из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы, в соответствии с настоящим изобретением как функция от прикладываемого к нему механического напряжения. Как показано в левой части диаграммы, упругая деформация компонента, выполненного из сплава Ti-Ni, не превышает 4%. В противоположность этому, упругая деформация компонента, выполненного из металлического сплава с эффектом запоминания формы, в соответствии с настоящим изобретением достигает 11% и такая величина деформации получена при напряжении, которое меньше напряжения, необходимого для достижения максимальной деформации компонента, выполненного из сплава Ti-Ni.

На фиг. 4 показана пара очков, содержащая две оправы 2 оптических стекол, предназначенные для размещения оптических стекол и соединенные друг с другом перемычкой 3 и соединительной стойкой 4. Дужка 6 очков, сочленяемая посредством шарнира 5, установлена на каждой оправе 2 оптического стекла. Перемычка 3, соединительная стойка 4 и дужки 6 очков могут быть изготовлены из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы в соответствии с тем, как описано выше.

На фиг. 5 показан вариант воплощения, в котором каждая дужка 6 очков соединена с соответствующей оправой 2 оптического стекла (посредством сварки) через торсион 7. Следовательно, отпадает необходимость в шарнире, поскольку сплав позволяет, исходя из рассмотрения его возможностей, обеспечивать выполнение функции поворота дужки очков в закрытое положение. Становится также возможным обеспечить секцию с уменьшенной толщиной материала без применения торсиона 7, облегчающую изгибание на дужке 6 очков и вблизи конца секции, соединенного сваркой с оправой 2 оптического стекла.

На фиг. 6 показан другой вариант воплощения очков, оправа которых предназначена для складывания. В этом случае, перемычка 3 имеет центральную область уменьшенной толщины 8, соединительная стойка 4 имеет центральную область уменьшенной толщины 9, а каждая из дужек 6 очков имеет центральную область уменьшенной толщины 10.

Таким образом, представляется возможным сначала сложить две дужки 6 очков поворотом частей дужек вокруг областей уменьшенной толщины, а затем сложить оправу для очков поворотом ее частей вокруг областей уменьшенной толщины 8, 9.

Как очевидно из приведенного выше описания, настоящее изобретение обеспечивает большое усовершенствование существующей техники, давая возможность изготавливать оправу для очков при использовании компонентов, выполненных из металлического сплава с эффектом запоминания формы, которые обладают превосходной деформируемостью, не подвергаются обычной опасности разрушения после некоторого числа деформаций, могут быть непосредственно соединены сваркой или пайкой с другими компонентами очков, выполненными из обычного сплава, и могут быть сложены без применения шарнира, что ограничивает число компонентов такой оправы для очков.

Очевидно, что настоящее изобретение не ограничено вариантами воплощения этой оправы для очков, которые описаны выше в качестве примеров; наоборот, оно также охватывает все варианты. Таким образом, перемычка, выполненная из металлического сплава с эффектом запоминания формы, может быть непосредственно прикреплена к оптическим стеклам, а дужки очков, выполненные из монокристаллического металлического сплава с эффектом запоминания формы, могут быть прикреплены либо непосредственно к оптическим стеклам, либо к шарнирам, которые сами непосредственно прикреплены к оптическим стеклам.