專利名稱：用于圓珠筆的滾珠及圓珠筆的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于圓珠筆尖端的球型滾珠，以及涉及利用這種滾珠的圓珠筆。
背景技術：
傳統(tǒng)地，在圓珠筆的尖端處，一用于圓珠筆的滾珠可轉(zhuǎn)動地支承在向內(nèi)卷曲尖端部分形成的邊緣部分以及尖端主體的滾珠座部分中。滾珠的一部分從邊緣部分向外突出，滾珠可在由邊緣部分及滾珠座部分形成的滾珠支承室中轉(zhuǎn)動，以向尖端部分提供墨水。作為圓珠筆的滾珠，用于滾珠的材料就需要有高耐磨性，因此通常使用一種高速鋼制成。
如上所述，當滾珠與邊緣部分和滾珠座部分接觸時，在滾珠支承室中被支承的、用于圓珠筆的滾珠通過轉(zhuǎn)動提供墨水。因此滾珠就需有相對于邊緣部分和滾珠座部分的足夠的耐磨性。當滾珠的耐磨性不夠時，由于滾珠與邊緣部分和滾珠座部分的接觸轉(zhuǎn)動很容易發(fā)生磨損，也就常常不能獲得平滑的轉(zhuǎn)動。結(jié)果，在使用圓珠筆時，會發(fā)生線的模糊且墨水的濃度容易變化。這就導致了書寫性能降低的問題。因此，通常使用那些硬度極高的超鋼材料作為圓珠筆的滾珠。然而，由于超鋼材料本身具有非常高的硬度，它的加工過程就非常困難，這就導致了生產(chǎn)成本高且又要耗費大量時間。
另外，在圓珠筆使用時，圓珠筆需要具有平滑的和始終如一的書定性能。滾珠本身就需要有潤滑能力。然而，為了增加由超鋼制成的滾珠表面的潤滑能力，就需要通過較長的加工時間的打磨來改善滾珠的表面光滑度和球形，這也增加了加工成本和時間。
本發(fā)明的目的是提供一種用于圓珠筆的滾珠以及使用這種滾珠的圓珠筆，它易于生產(chǎn)，并具有良好的耐磨性和良好的潤滑能力。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的權利要求1所述的用于圓珠筆的滾珠，它以不銹鋼為材料，而材料的表面形成有一氮—硫化物層(nitrosulphurized layer)。根據(jù)本發(fā)明可方便得獲得滾珠的球形，而通過利用氮—硫化物層用于圓珠筆的滾珠可以獲得優(yōu)良的耐磨性和潤滑能力。
根據(jù)權利要求2的用于圓珠筆的滾珠，通過不銹鋼表面的鐵與氮和硫反應，使氮—硫化物層具有一鐵—氮化物層和一鐵—硫化物層。鐵一氮化物層使?jié)L珠獲得與超鋼材料相近的耐磨性，而鐵硫化物層使?jié)L珠獲得非常令人滿意的潤滑作用。
根據(jù)權利要求3所述的用于圓珠筆的滾珠，以鋁鉻鉬鋼為材料，在材料的表面形成一氮—硫化物層。因此，可以輕而易舉地獲得滾珠的形狀，而由于氮—硫化物層，用于圓珠筆的滾珠可以獲得優(yōu)良的耐磨性能和潤滑能力。
根據(jù)權利要求4所述的用于圓珠筆的滾珠，通過鋁鉻鉬鋼的表面上的鐵與氮和硫的反應，氮—硫化物層具有一鐵氮化物層和一鐵硫化物層。因此，鐵氮化物層使?jié)L珠獲得與超鋼材料基本相等的耐磨性，而鐵硫化物層使?jié)L珠具有非常令人滿意的潤滑能力。
根據(jù)權利要求5所述的用于圓珠筆的滾珠，鋁鉻鉬鋼是鉻含量為1.3-1.7％的SACM 645。由于SACM 645在氮—硫化物的處理進行之前具有優(yōu)良的加工性，它易于被加工成球形，而在氮—硫化物的處理之后，它的硬度顯著增加使該鋼材料具有優(yōu)良的耐磨性和潤滑能力。這種處理過程賦于圓珠筆的滾珠以優(yōu)良的性能。
另外，根據(jù)利用了如上所述的每一項權利要求中的滾珠的圓珠筆，耐用性和書寫性能都非常令人滿意。


圖1為一截面圖，它示出了使用了本發(fā)明的滾珠的圓珠筆的尖端。圖2為圖1中所示的用于圓珠筆的滾珠的說明性示圖。圖3是示出了在形成氮—硫化物的處理之后不同的鋼材料與表面硬度間的關系曲線以及不同鋼材料中的鉻的含量的圖表。
具體實施例方式
以下將參照

本發(fā)明的圓珠筆和用于圓珠筆的滾珠的實施例。
圖1是使用本發(fā)明的滾珠的圓珠筆尖端部分的截面圖。
在尖端部分1中，形成了一用于可轉(zhuǎn)動地支承本發(fā)明的用于圓珠筆的滾珠2的一滾珠支承室。一邊緣部分8連同滾珠支承室3的底部6形成一滾珠支承室3，所述邊緣部分8在尖端部分1向內(nèi)卷曲。形成在滾珠支承室3的底部6上的與滾珠2的接觸部分形成類似一球形的滾珠座部分7。滾珠2可轉(zhuǎn)動地支承在邊緣部分8和滾珠座部分7之間，滾珠2的一部分從邊緣部分8向外突出。在滾珠支承室3的底部6設有一墨水通道孔4，從此墨水通道孔4徑向地形成有徑向槽5。因此，當滾珠2在由邊緣部分6和滾珠座部分7形成的滾珠支承室3中轉(zhuǎn)動時，墨水通過墨水通道孔4提供到從邊緣部分8向外突出的滾珠上。
接著，將在下文中詳細描述本發(fā)明中作為用于圓珠筆的滾珠2的滾珠的實施例。
圖2示出了本發(fā)明中用于圓珠筆的滾珠2的第一個實施例，其中由不銹鋼形成的滾珠材料20的表面通過形成氮—硫化物的處理在滾珠材料20表面上形成一氮—硫化物層。至于含有不銹鋼的滾珠材料20，例如可以使用人們熟知的材料奧氏體不銹鋼SUS304等等，馬氏體不銹鋼SUS403等等，或者鐵素體不銹鋼SUS430等等。滾珠材料在圓棒狀的不銹鋼以預定長度切斷后加工成圓形再加工成球形，因此，與使用超鋼材料的情況相比，本發(fā)明的滾珠材料20更便于加工和制造。
本發(fā)明中的滾珠材料20，通過使用由不銹鋼形成的滾珠材料20以及上述的加工方法，先形成與最終的尺寸大致相等的球形，而后對滾珠材料20進行形成氮—硫化物的處理，這樣氮—硫化物層21就形成在滾珠材料20的表面上。所述形成氮—硫化物處理的方法，是在500℃的溫度下將其中會發(fā)生熱氮離解的氮化氣體NH3以及將其中會發(fā)生熱硫離解的硫化氣體H2S引入到其中置有由滾珠材料20形成的許多滾珠2的反應爐中。然后，反應爐被加熱到500℃左右。從而，通過熱離解而產(chǎn)生的氮和硫與不銹鋼的表面的鐵反應而在滾珠材料的表面形成一氮—硫化物層。
通過進行上述的形成氮—硫化物處理，由不銹鋼制成的滾珠材料20的表面的成份重新組成10-20μm的氮—硫化物層21，它含有一鐵硫化物層和一鐵氮化物層。從而就可以生產(chǎn)出與滾珠材料20尺寸大致相同的用于圓珠筆的滾珠了。氮—硫化物層21具有一鐵氮化物(Fe24N)層，它是通過熱處理由一個鐵(Fe)原子結(jié)合一個氮原子(N)而產(chǎn)生的，因此，氮—硫化物層21具有硬度，也就是說，耐磨性等于超鋼材料。另外，氮—硫化物層21具有一鐵硫化物(FeS，F(xiàn)eS2)層，它是通過熱處理由鐵(Fe)原子結(jié)合硫原子(S)而產(chǎn)生的，因此，有極好的潤滑能力。也就是說，作為一支圓珠筆，由于可以流暢地書寫而可獲得良好的書寫性能。
在形成氮—硫化物的處理中，通過延長加熱時間可以增加氮—硫化物層的厚度。另外，在進行氮—硫化物處理后，滾珠表面可以使用一振動鼓來磨光。
接著，在本發(fā)明用于圓珠筆的滾珠2的第二種實施例中，鋁鉻鉬鋼(日本工業(yè)標準SACM)替代不銹鋼用作滾珠的材料。也就是說，在由鋁鉻鉬鋼制成的滾珠材料的表面進行形成氮—硫化物的處理，從而在滾表材料表面形成一氮—硫化物層。
在本發(fā)明的此實施例中，日本工業(yè)標準SACM 645被用作鋁鉻鉬鋼。這種SACM 645是一種合金，它的主要成份是Fe另外含有少量的Cr，Mo，Al，C，Si以及Mn等等。具體地說來，以1.3-1.7％的Cr、0.15-0.30％的Mo以及0.7-0.12％的Al為佳。Cr和Mo能改善硬度和拉伸強度，而Al能改善柔韌性。
首先，本發(fā)明中的滾珠通過使用由SACM 645制成的滾珠材料形成一球形，然后進行氮—硫化物的處理在滾珠材料表面形成一氮—硫化物層。氮—硫化物處理的方法如下與用不銹鋼的情況類似，其中氮化氣體NH3和硫化氣體H2S被引入到置有由SACM 645制成的許多滾珠2的反應爐中。通過氮和硫與SACM645表面的鐵反應在滾珠材料的表面形成一氮—硫化物層21。
通過實行上述的氮—硫化物處理，由SACM 645構成的滾珠材料的表面形成由鐵硫化物層與鐵氮化物層構成的10-20μm的氮—硫化物層。從而就可生產(chǎn)出了用于圓珠筆的滾珠。
如上所述，在用SACM 645制成的滾珠中，氮—硫化物層21具有通過熱處理由鐵(Fe)原子結(jié)合氮原子(N)而產(chǎn)生的一鐵氮化物(Fe2.4N)層，從而就可以獲得與超鋼材料相等的硬度與耐磨性。另外，氮—硫化物層21具有通過熱處理由鐵(Fe)原子結(jié)合硫(S)原子而產(chǎn)生的一鐵硫化物(FeS，F(xiàn)eS2)層，這樣可以獲得令人滿意的流暢性和良好的書寫性能。
圖3示出了形成氮—硫化物的處理后不同的鋼材料和表面硬度間的關系曲線，以及不同鋼材料中Cr(鉻)的含量。如圖3所示，形成氮—硫化物后的鋼材料的硬度H隨著Cr的含量Q的增加而增高，直到Cr在鋼材料中的含量達到4％左右為止。當Cr的含量超過大約4％時，鋼材料的硬度幾乎不再增加。原因是當Cr被強烈地加熱后，Cr直接與氮反應，但當Cr的含量過多時，反應會飽和。另外，在進行氮—硫化物的處理前就含有超過4％的Cr含量的鋼材料已經(jīng)具有很高的硬度，但其加工性能較差。
在本發(fā)明的實施例中，用作圓珠筆的滾珠的材料的鋁鉻鉬鋼(SACM)含有大約0.8-1.7％的Cr，特別是，SACM 645含有1.3-1.7％的Cr。特別要注意的是，如圖3所示，在經(jīng)過氮—硫化物處理后的SACM 645的表面硬度大約等于或大于(Hv 1000至1200)經(jīng)過形成氮—硫化后的含有超過4％的Cr的鋼材料的表面硬度。也就是說，在氮—硫硫化物處理之前SACM 645具有優(yōu)良的加工性，易于被加工成球形。另一方面，在氮—硫化處理之后，SACM 645的硬度顯著增加，并重組成一種具有優(yōu)良的耐磨性和滑動功能的鋼材料，這樣就產(chǎn)生了一種非常優(yōu)良的用于圓珠筆的滾珠。
另外，通過SACM的氮—硫化，在表面形成的氮—硫化物層使其耐腐蝕性比較原始材料高得多。因此，即使這種滾珠用作于水性圓珠筆的滾珠也不會生銹。
工業(yè)應用如上所述，用于圓珠筆的滾珠的材料鋁鉻鉬鋼(SACM)具有優(yōu)良的加工性能，另外，氮—硫化物層可以在很短的時間內(nèi)形成。因此，可以低成本地提供這些具有優(yōu)良的耐磨性和潤滑能力的滾珠。當滾珠與滾珠座部分接觸轉(zhuǎn)動時，滑動性能變得非常令人滿意，從而可以改善圓珠筆的書寫性能。
在氮—硫化物處理中，加長加熱的時間可使氮—硫化物層更厚。另外，在形成氮—硫化處理后，表面可以由一振動鼓磨光。
權利要求
1.一種用于圓珠筆尖端中的球型滾珠，該滾珠由表面形成有氮—硫化物層的不銹鋼材料制成。
2.如權利要求1所述的用于圓珠筆的滾珠，其特征在于，通過不銹鋼表面的鐵與氮和硫的反應，使氮—硫化物層包括一鐵—氮化物層和一鐵—硫化物層。
3.在用于圓珠筆尖端中的球型滾珠中，滾珠由表面形成有氮—硫化物層的鋁鉻鉬鋼材料制成。
4.如權利要求3所述的用于圓珠筆的滾珠，其特征在于，通過鋁鉻鉬鋼表面的鐵與氮和硫反應，使氮—硫化物層包括一鐵氮化物層和一鐵硫化物層。
5.如權利要求4所述的用于圓珠筆的滾，其特征在于，鋁鉻鉬鋼是含有1.3-1.7％的鉻的SACM 645。
6.一種圓珠筆，在圓珠筆的尖端具有如權利要求1所述的滾珠。
7.一種圓珠筆，在圓珠筆的尖端具有如權利要求2所述的滾珠。
8.一種圓珠筆，在圓珠筆的尖端具有如權利要求3所述的滾珠。
9.一種圓珠筆，在圓珠筆的尖端具有如權利要求4所述的滾珠。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于圓珠筆的滾珠以及提供了使用這種滾珠的圓珠筆,其中的滾珠具有優(yōu)良的耐磨性及潤滑功能,并易于生產(chǎn)。用于圓珠筆的滾珠2由表面形成有一氮－硫化物層的不銹鋼材料制成,或者,用于圓珠筆的滾珠2由表面形成有一氮－硫化物層的鋁鉻鉬鋼材制成。利用這種滾珠的圓珠筆具有優(yōu)良的書寫性能。
文檔編號B43K1/00GK1353650SQ00808436
公開日2002年6月12日 申請日期2000年6月2日 優(yōu)先權日1999年6月4日
發(fā)明者宮坂好人, 唐澤均 申請人:諏訪熱工業(yè)株式會社