JP4363539B2

JP4363539B2 - ボールペン用ボール

Info

Publication number: JP4363539B2
Application number: JP15757799A
Authority: JP
Inventors: 好人宮坂; 均唐沢
Original assignee: 諏訪熱工業株式会社
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2019-06-04
Also published as: WO2000074951A1; CN1155480C; JP2000343869A; KR20020010691A; CN1353650A; EP1193082A1; EP1193082A4; AU4953500A; US6478498B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールペンの先端部に用いられる球形のボールペン用ボールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボールペンの先端部には、ペン先端部本体の内方にかしめ形成した先端縁部とボール座とによりボールペン用ボールを回転自在に保持し、ボールの一部を上記先端縁部より突出させ、上記先端縁部とボール座とにより形成されたボール保持室内で上記ボールを回転させながらインキをペン先端部に供給するような構成となっている。このボールペン用のボールとしては、耐摩耗性に優れた材料を用いることが必要であるので、超鋼材が一般に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ボール保持室内に保持されるボールペン用ボールは、上記先端縁部及びボール座と接触しながら回転してインキを供給するようになっているので、上記先端縁部及びボール座に対して充分な耐摩耗性を有していることが必要である。ところが、耐摩耗性が不充分であると上記先端縁部及びボール座との接触回転により摩耗が生じ易くなったり、スムーズな回転ができなくなることがあり、その結果、筆記した際に線かすれや筆跡の濃淡が変化する問題を生じ、筆記性能の低下という問題を生ずる。このため、従来一般には、金属材の中でも極めて硬度の高い超鋼材がボールペン用のボールとして用いられている。しかしながら、超鋼材は素材自体が非常に高硬度のために加工がし難くく、製造コストと製造時間が多くなるという問題があった。
【０００４】
また、ボールペンで筆記した際に書き味が良いことが求められる為、ボール自体に潤滑性が必要となる。しかしながら、超鋼材の表面の潤滑性を高めるには、長時間研磨して表面滑らかさと真球度を向上させる必要があり、より一層、製造コストが高騰するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は耐摩耗性及び潤滑性に優れるとともに製造も容易であるボールペン用ボールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、ボールペンの先端部に用いられる球形のボールペン用のボールにおいて、上記ボールを、ステンレス鋼を素材とし、該素材の表面に浸硫窒化層を形成してボールペン用ボールとした、又は、素材としてアルミニウムクロムモリブデン鋼（ＪＩＳ規格ＳＡＣＭ）を用い、該素材の表面に浸硫窒化層を形成してボールペン用ボールとしたことを特徴とする。
【０００７】
本発明では、ステンレス鋼又はアルミニウムクロムモリブデン鋼をボールの素材として用い、該素材の表面に浸硫窒化層を形成したものであるから、素材自体の硬度が従来の超鋼材に比べてかなり低い為、ボール形状を容易に形成することができるとともに、短時間で所望の浸硫窒化層を得ることができる。従って、耐摩耗性及び潤滑性に優れたボールペン用ボールを得ることができる。
【０００８】
なお、本発明では、ステンレス鋼、又はアルミニウムクロムモリブデン鋼の表層の鉄と窒素及び硫黄を反応させるようにして、浸硫窒化層が窒化鉄層と硫化鉄層とを有するように形成すれば、耐摩耗性と潤滑性をより良好なものとすることができる。
【０００９】
更に、上記アルミニウムクロムモリブデン鋼（ＪＩＳ規格ＳＡＣＭ）を、１．３〜１．７％のクロムを含有しているＳＡＣＭ６４５とすれば、浸硫窒化処理前は被加工性に優れているのでボール形状に加工することが容易であり、一方、浸硫窒化処理後は非常に硬度が高まって耐摩耗性に優れるとともに摺動性に優れた鋼材となり、ボールペン用のボールとして非常に優れたものとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明におけるボールペン用ボールの実施の形態を説明する。
【００１１】
図１は、本発明におけるボールペン用ボールを用いたボールペンの先端部分を示す断面図である。
【００１２】
ボールペン先端部１には、本発明におけるボールペン用ボール２を回転自在に保持するボール保持室３が形成されている。ボール保持室３は、ペン先端部１本体の内方にかしめた先端縁部８とボール保持室３の底部６とにより形成されている。ボール保持室３の底部６に形成されたボール２の当接部分は、ボール座７として球形状に形成され、上記ボール２は、ボール２の一部を上記先端縁部８より外方に突出させた状態で、先端縁部８とボール座７とにより回転自在に保持されている。そして、ボール保持室３の底部６にはインキ通路孔４が設けられるとともに、このインキ通路孔４から放射状に延びた放射状溝５が形成されていることによって、上記先端縁部８とボール座７とにより形成されたボール保持室３内で上記ボール２を回転させながらインキ通路孔４を介して供給されるインキを先端部に供給することができるようになっている。
【００１３】
次に、上記ボール２として用いられる本発明におけるボールペン用ボールの実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
本発明におけるボールペン用ボール２の第１の実施形態は、図２に示すように、ステンレス鋼からなる素材２０の表面に浸硫窒化処理を施して素材２０の表面に浸硫窒化層２１を形成したものである。ステンレス鋼からなる素材２０としては、たとえば、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４０３等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼等、公知の材料を用いることができる。素材２０は、丸棒形状に形成されたステンレス鋼を所定の長さに切断したのち、丸めて球状に加工することができ、超鋼材を素材に用いるものに比較して素材２０を容易に製造することができる。
【００１５】
本発明におけるボール２は、ステンレス鋼からなる素材２０を上記のような加工方法によって仕上げ寸法とほぼ同一寸法の球形状に形成したのち、この素材２０に対して浸硫窒化処理を施し、素材２０の表面に浸硫窒化層２１を形成したものである。浸硫窒化処理方法としては、素材２０からなるボール２を配した反応炉に５００℃前後で窒素が熱解離する窒化ガスＮＨ₃と硫黄が熱解離する硫化ガスＨ₂Ｓを導入して、反応炉内を５００℃前後に加熱し、熱解離による発生期の窒素及び硫黄をステンレス鋼の表層の鉄と反応させることにより、素材の表面に浸硫窒化層２１を形成する。
【００１６】
以上のような浸硫窒化処理を行うことにより、ステンレス鋼からなる素材２０の表面の組成が硫化鉄層及び窒化鉄層からなる１０〜２０μｍの浸硫窒化層２１に改質され、素材とほぼ同一寸法のボールペン用ボールを製造することができる。この浸硫窒化層２１は、鉄（Ｆｅ）原子が加熱処理によって窒素原子（Ｎ）と結合して生成された窒化鉄（Ｆｅ_2-4Ｎ）層を有することにより、超鋼材に匹敵する硬さ、即ち、耐摩耗性を得ることができる。また、鉄（Ｆｅ）原子が加熱処理によって硫黄原子（Ｓ）と結合して生成された硫化鉄（ＦｅＳ，ＦｅＳ₂）層を有することにより潤滑性が極めて良好なものとなり、滑りやすさ、即ち、ボールペンとしての書き味の良さを得ることができる。
【００１７】
なお、浸硫窒化処理において、加熱時間を長くすることにより浸硫窒化層の厚さをより厚くすることが可能である。また、浸硫窒化処理の後、振動バレルにより表面を研磨するようにしてもよい。
【００１８】
次に、本発明におけるボールペン用ボール２の第２の実施形態は、素材としてステンレス鋼に代えてアルミニウムクロムモリブデン鋼（ＪＩＳ規格ＳＡＣＭ）を用いたものである。即ち、アルミニウムクロムモリブデン鋼からなる素材の表面に浸硫窒化処理を施して素材の表面に浸硫窒化層を形成する。
【００１９】
本発明におけるアルミニウムクロムモリブデン鋼は、ＪＩＳ規格ＳＡＣＭ６４５を使用している。このＳＡＣＭ６４５は、主成分であるＦｅに、Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎなどが微量に配合された合金である。特に、Ｃｒは１．３〜１．７％、Ｍｏは０．１５〜０．３０％、Ａｌは０．７〜１．２％配合されることが好ましい。ＣｒやＭｏを含むことにより硬度、引張り強度が向上し、Ａｌを含むことにより展性を向上させることができる。
【００２０】
本発明におけるボールは、ＳＡＣＭ６４５からなる素材を球形状に形成したのち、浸硫窒化処理を施し、表面に浸硫窒化層を形成したものである。浸硫窒化処理方法は、ステンレス鋼の場合と同様に、ＳＡＣＭ６４５からなる素材ボールを配置した反応炉に窒化ガスＮＨ₃と硫化ガスＨ₂Ｓを導入して、窒素及び硫黄をＳＡＣＭ６４５の表層のＦｅと反応させることにより、素材の表面に浸硫窒化層を形成する。
【００２１】
以上のような浸硫窒化処理を行うことにより、ＳＡＣＭ６４５からなる素材の表面に硫化鉄層及び窒化鉄層からなる１０〜２０μｍの浸硫窒化層が形成され、本発明におけるボールペン用のボールとすることができる。
【００２２】
このように、ＳＡＣＭ６４５を素材として用いたボールにおいても、浸硫窒化層２１は、鉄（Ｆｅ）原子が加熱処理によって窒素原子（Ｎ）と結合して生成された窒化鉄（Ｆｅ_2-4Ｎ）層を有することにより、超鋼材に匹敵する耐摩耗性を得ることができる。また、鉄（Ｆｅ）原子が加熱処理によって硫黄原子（Ｓ）と結合して生成された硫化鉄（ＦｅＳ，ＦｅＳ₂）層を有することにより潤滑性が極めて良好なものとなり、ボールペンとしての書き味の良さを得ることができる。
【００２３】
図３は、浸硫窒化における各種鋼材と表面硬さの関係、及び各種鋼材中のＣｒ（クロム）含有量を示したグラフである。図３から判るように、鋼材中のＣｒ含有量が４％程度に至るまでは、その含有量が増加するほど浸硫窒化された鋼材の硬度は高くなる。ところが、Ｃｒ含有量が４％を越えた近辺から鋼材の硬度は殆ど上昇しなくなる。Ｃｒは強熱すると窒素と直接反応するが、その含有量が多すぎるとその反応が飽和状態となるからである。また、Ｃｒ含有量が４％を越える鋼材は、浸硫窒化処理を施す以前から硬度が高い反面、被加工性に劣るものとなる。
【００２４】
本実施形態におけるボールペン用ボールの素材であるアルミニウムクロムモリブデン鋼（ＳＡＣＭ）は、約０．８〜１．７％のＣｒを含有しており、とりわけＳＡＣＭ６４５は、１．３〜１．７％のＣｒを含有している。特に注目すべき点は、図３に示すように、ＳＡＣＭ６４５を浸硫窒化した後の表面硬度が、Ｃｒを４％以上含有する鋼材を浸硫窒化した後の表面硬度と同等、若しくはそれ以上（Ｈｖ１０００〜１２００）になることである。すなわち、ＳＡＣＭ６４５は、浸硫窒化処理前の段階では被加工性に優れているのでボール形状に加工することが容易であり、一方、浸硫窒化処理後は、非常に硬度が高まって耐摩耗性に優れるとともに摺動性に優れた鋼材に改質されるので、ボールペン用のボールとして非常に優れたものとなる。
【００２５】
また、ＳＡＣＭを浸硫窒化することにより、その表面に形成された浸硫窒化層は、素材がもつ耐食性よりもさらに耐食性が向上する。したがって、水性ボールペン用のボールとして用いたとしても錆が発生することはない。
【００２６】
以上のように、ＳＡＣＭは、加工性に優れ、しかも短時間で浸硫窒化層を形成することができるので耐摩耗性及び潤滑性に優れたボールを低コストで提供することができるとともに、ボールがボール座と接触しながら回転する際の摺動性が極めて良好となり、ボールペンの書き味を向上させることができる。
【００２７】
なお、浸硫窒化処理において、加熱時間を長くすることにより浸硫窒化層の厚さをより厚くすることが可能である。また、浸硫窒化処理の後、振動バレルにより表面を研磨するようにしてもよい。
【００２８】
以上、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることはいうまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載のボールペン用ボールによれば、ステンレス鋼を素材とし、該素材の表面に浸硫窒化層を形成したものであるから、ボール形状を容易に形成することができるとともに、浸硫窒化層により耐摩耗性及び潤滑性に優れたボールペン用ボールを得ることができる。
【００３０】
そして、請求項２記載のボールペン用ボールによれば、前記ステンレス鋼の表層の鉄と窒素及び硫黄を反応させることにより、前記浸硫窒化層が窒化鉄層と硫化鉄層とを有するようにしたものであるから、窒化鉄層を有することにより超鋼材に匹敵する耐摩耗性を得ることができるとともに、硫化鉄層を有することにより潤滑性も極めて良好なものとすることができる。
【００３１】
また、請求項３記載のボールペン用ボールによれば、アルミニウムクロムモリブデン鋼を素材とし、該素材の表面に浸硫窒化層を形成したものであるから、ボール形状を容易に形成することができるとともに、浸硫窒化層により耐摩耗性及び潤滑性に優れたボールペン用ボールを得ることができる。
【００３２】
さらに、請求項４記載のボールペン用ボールによれば、前記アルミニウムクロムモリブデン鋼の表層の鉄と窒素及び硫黄を反応させることにより、前記浸硫窒化層が窒化鉄層と硫化鉄層とを有するようにしたものであるから、窒化鉄層を有することにより超鋼材に匹敵する耐摩耗性を得ることができるとともに、硫化鉄層を有することにより潤滑性も極めて良好なものとすることができる。
【００３３】
さらに、請求項５記載のボールペン用ボールによれば、前記アルミニウムクロムモリブデン鋼は、１．３〜１．７％のクロムを含有しているＳＡＣＭ６４５を用いたことにより、浸硫窒化処理前は被加工性に優れているのでボール形状に加工することが容易であり、一方、浸硫窒化処理後は非常に硬度が高まって耐摩耗性に優れるとともに潤滑性に優れた鋼材となり、ボールペン用のボールとして非常に優れたものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボールペン用ボールを用いたボールペンの先端部分を示す断面図である。
【図２】同ボールペン用ボールを示す説明図である。
【図３】浸硫窒化における各種鋼材と表面硬さの関係、及び各種鋼材中のクロム含有量を示したグラフである。
【符号の説明】
２ボールペン用ボール
２０素材
２１浸硫窒化層

Claims

ボールペンの先端部に用いられる球形のボールペン用ボールにおいて、上記ボールを、ステンレス鋼を素材とし、該素材の表面に浸硫窒化層を形成して構成したことを特徴とするボールペン用ボール。
前記ステンレス鋼の表層の鉄と窒素及び硫黄を反応させることにより、前記浸硫窒化層が窒化鉄層と硫化鉄層とを有するようにしたことを特徴とする請求項１記載のボールペン用ボール。
ボールペンの先端部に用いられる球形のボールペン用ボールにおいて、上記ボールを、アルミニウムクロムモリブデン鋼を素材とし、該素材の表面に浸硫窒化層を形成して構成したことを特徴とするボールペン用ボール。
前記アルミニウムクロムモリブデン鋼の表層の鉄と窒素及び硫黄を反応させることにより、前記浸硫窒化層が窒化鉄層と硫化鉄層とを有するようにしたことを特徴とする請求項３記載のボールペン用ボール。
前記アルミニウムクロムモリブデン鋼は、１．３〜１．７％のクロムを含有しているＳＡＣＭ６４５であることを特徴とする請求項４記載のボールペン用ボール。