专利名称：用于圆珠笔的滚珠及圆珠笔的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于圆珠笔尖端的球型滚珠，以及涉及利用这种滚珠的圆珠笔。
背景技术：
传统地，在圆珠笔的尖端处，一用于圆珠笔的滚珠可转动地支承在向内卷曲尖端部分形成的边缘部分以及尖端主体的滚珠座部分中。滚珠的一部分从边缘部分向外突出，滚珠可在由边缘部分及滚珠座部分形成的滚珠支承室中转动，以向尖端部分提供墨水。作为圆珠笔的滚珠，用于滚珠的材料就需要有高耐磨性，因此通常使用一种高速钢制成。
如上所述，当滚珠与边缘部分和滚珠座部分接触时，在滚珠支承室中被支承的、用于圆珠笔的滚珠通过转动提供墨水。因此滚珠就需有相对于边缘部分和滚珠座部分的足够的耐磨性。当滚珠的耐磨性不够时，由于滚珠与边缘部分和滚珠座部分的接触转动很容易发生磨损，也就常常不能获得平滑的转动。结果，在使用圆珠笔时，会发生线的模糊且墨水的浓度容易变化。这就导致了书写性能降低的问题。因此，通常使用那些硬度极高的超钢材料作为圆珠笔的滚珠。然而，由于超钢材料本身具有非常高的硬度，它的加工过程就非常困难，这就导致了生产成本高且又要耗费大量时间。
另外，在圆珠笔使用时，圆珠笔需要具有平滑的和始终如一的书定性能。滚珠本身就需要有润滑能力。然而，为了增加由超钢制成的滚珠表面的润滑能力，就需要通过较长的加工时间的打磨来改善滚珠的表面光滑度和球形，这也增加了加工成本和时间。
本发明的目的是提供一种用于圆珠笔的滚珠以及使用这种滚珠的圆珠笔，它易于生产，并具有良好的耐磨性和良好的润滑能力。
发明内容
根据本发明的权利要求1所述的用于圆珠笔的滚珠，它以不锈钢为材料，而材料的表面形成有一氮—硫化物层(nitrosulphurized layer)。根据本发明可方便得获得滚珠的球形，而通过利用氮—硫化物层用于圆珠笔的滚珠可以获得优良的耐磨性和润滑能力。
根据权利要求2的用于圆珠笔的滚珠，通过不锈钢表面的铁与氮和硫反应，使氮—硫化物层具有一铁—氮化物层和一铁—硫化物层。铁一氮化物层使滚珠获得与超钢材料相近的耐磨性，而铁硫化物层使滚珠获得非常令人满意的润滑作用。
根据权利要求3所述的用于圆珠笔的滚珠，以铝铬钼钢为材料，在材料的表面形成一氮—硫化物层。因此，可以轻而易举地获得滚珠的形状，而由于氮—硫化物层，用于圆珠笔的滚珠可以获得优良的耐磨性能和润滑能力。
根据权利要求4所述的用于圆珠笔的滚珠，通过铝铬钼钢的表面上的铁与氮和硫的反应，氮—硫化物层具有一铁氮化物层和一铁硫化物层。因此，铁氮化物层使滚珠获得与超钢材料基本相等的耐磨性，而铁硫化物层使滚珠具有非常令人满意的润滑能力。
根据权利要求5所述的用于圆珠笔的滚珠，铝铬钼钢是铬含量为1.3-1.7％的SACM 645。由于SACM 645在氮—硫化物的处理进行之前具有优良的加工性，它易于被加工成球形，而在氮—硫化物的处理之后，它的硬度显著增加使该钢材料具有优良的耐磨性和润滑能力。这种处理过程赋于圆珠笔的滚珠以优良的性能。
另外，根据利用了如上所述的每一项权利要求中的滚珠的圆珠笔，耐用性和书写性能都非常令人满意。
图1为一截面图，它示出了使用了本发明的滚珠的圆珠笔的尖端。图2为图1中所示的用于圆珠笔的滚珠的说明性示图。图3是示出了在形成氮—硫化物的处理之后不同的钢材料与表面硬度间的关系曲线以及不同钢材料中的铬的含量的图表。
具体实施例方式
以下将参照
本发明的圆珠笔和用于圆珠笔的滚珠的实施例。
图1是使用本发明的滚珠的圆珠笔尖端部分的截面图。
在尖端部分1中，形成了一用于可转动地支承本发明的用于圆珠笔的滚珠2的一滚珠支承室。一边缘部分8连同滚珠支承室3的底部6形成一滚珠支承室3，所述边缘部分8在尖端部分1向内卷曲。形成在滚珠支承室3的底部6上的与滚珠2的接触部分形成类似一球形的滚珠座部分7。滚珠2可转动地支承在边缘部分8和滚珠座部分7之间，滚珠2的一部分从边缘部分8向外突出。在滚珠支承室3的底部6设有一墨水通道孔4，从此墨水通道孔4径向地形成有径向槽5。因此，当滚珠2在由边缘部分6和滚珠座部分7形成的滚珠支承室3中转动时，墨水通过墨水通道孔4提供到从边缘部分8向外突出的滚珠上。
接着，将在下文中详细描述本发明中作为用于圆珠笔的滚珠2的滚珠的实施例。
图2示出了本发明中用于圆珠笔的滚珠2的第一个实施例，其中由不锈钢形成的滚珠材料20的表面通过形成氮—硫化物的处理在滚珠材料20表面上形成一氮—硫化物层。至于含有不锈钢的滚珠材料20，例如可以使用人们熟知的材料奥氏体不锈钢SUS304等等，马氏体不锈钢SUS403等等，或者铁素体不锈钢SUS430等等。滚珠材料在圆棒状的不锈钢以预定长度切断后加工成圆形再加工成球形，因此，与使用超钢材料的情况相比，本发明的滚珠材料20更便于加工和制造。
本发明中的滚珠材料20，通过使用由不锈钢形成的滚珠材料20以及上述的加工方法，先形成与最终的尺寸大致相等的球形，而后对滚珠材料20进行形成氮—硫化物的处理，这样氮—硫化物层21就形成在滚珠材料20的表面上。所述形成氮—硫化物处理的方法，是在500℃的温度下将其中会发生热氮离解的氮化气体NH3以及将其中会发生热硫离解的硫化气体H2S引入到其中置有由滚珠材料20形成的许多滚珠2的反应炉中。然后，反应炉被加热到500℃左右。从而，通过热离解而产生的氮和硫与不锈钢的表面的铁反应而在滚珠材料的表面形成一氮—硫化物层。
通过进行上述的形成氮—硫化物处理，由不锈钢制成的滚珠材料20的表面的成份重新组成10-20μm的氮—硫化物层21，它含有一铁硫化物层和一铁氮化物层。从而就可以生产出与滚珠材料20尺寸大致相同的用于圆珠笔的滚珠了。氮—硫化物层21具有一铁氮化物(Fe24N)层，它是通过热处理由一个铁(Fe)原子结合一个氮原子(N)而产生的，因此，氮—硫化物层21具有硬度，也就是说，耐磨性等于超钢材料。另外，氮—硫化物层21具有一铁硫化物(FeS，FeS2)层，它是通过热处理由铁(Fe)原子结合硫原子(S)而产生的，因此，有极好的润滑能力。也就是说，作为一支圆珠笔，由于可以流畅地书写而可获得良好的书写性能。
在形成氮—硫化物的处理中，通过延长加热时间可以增加氮—硫化物层的厚度。另外，在进行氮—硫化物处理后，滚珠表面可以使用一振动鼓来磨光。
接着，在本发明用于圆珠笔的滚珠2的第二种实施例中，铝铬钼钢(日本工业标准SACM)替代不锈钢用作滚珠的材料。也就是说，在由铝铬钼钢制成的滚珠材料的表面进行形成氮—硫化物的处理，从而在滚表材料表面形成一氮—硫化物层。
在本发明的此实施例中，日本工业标准SACM 645被用作铝铬钼钢。这种SACM 645是一种合金，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。具体地说来，以1.3-1.7％的Cr、0.15-0.30％的Mo以及0.7-0.12％的Al为佳。Cr和Mo能改善硬度和拉伸强度，而Al能改善柔韧性。
首先，本发明中的滚珠通过使用由SACM 645制成的滚珠材料形成一球形，然后进行氮—硫化物的处理在滚珠材料表面形成一氮—硫化物层。氮—硫化物处理的方法如下与用不锈钢的情况类似，其中氮化气体NH3和硫化气体H2S被引入到置有由SACM 645制成的许多滚珠2的反应炉中。通过氮和硫与SACM645表面的铁反应在滚珠材料的表面形成一氮—硫化物层21。
通过实行上述的氮—硫化物处理，由SACM 645构成的滚珠材料的表面形成由铁硫化物层与铁氮化物层构成的10-20μm的氮—硫化物层。从而就可生产出了用于圆珠笔的滚珠。
如上所述，在用SACM 645制成的滚珠中，氮—硫化物层21具有通过热处理由铁(Fe)原子结合氮原子(N)而产生的一铁氮化物(Fe2.4N)层，从而就可以获得与超钢材料相等的硬度与耐磨性。另外，氮—硫化物层21具有通过热处理由铁(Fe)原子结合硫(S)原子而产生的一铁硫化物(FeS，FeS2)层，这样可以获得令人满意的流畅性和良好的书写性能。
图3示出了形成氮—硫化物的处理后不同的钢材料和表面硬度间的关系曲线，以及不同钢材料中Cr(铬)的含量。如图3所示，形成氮—硫化物后的钢材料的硬度H随着Cr的含量Q的增加而增高，直到Cr在钢材料中的含量达到4％左右为止。当Cr的含量超过大约4％时，钢材料的硬度几乎不再增加。原因是当Cr被强烈地加热后，Cr直接与氮反应，但当Cr的含量过多时，反应会饱和。另外，在进行氮—硫化物的处理前就含有超过4％的Cr含量的钢材料已经具有很高的硬度，但其加工性能较差。
在本发明的实施例中，用作圆珠笔的滚珠的材料的铝铬钼钢(SACM)含有大约0.8-1.7％的Cr，特别是，SACM 645含有1.3-1.7％的Cr。特别要注意的是，如图3所示，在经过氮—硫化物处理后的SACM 645的表面硬度大约等于或大于(Hv 1000至1200)经过形成氮—硫化后的含有超过4％的Cr的钢材料的表面硬度。也就是说，在氮—硫硫化物处理之前SACM 645具有优良的加工性，易于被加工成球形。另一方面，在氮—硫化处理之后，SACM 645的硬度显著增加，并重组成一种具有优良的耐磨性和滑动功能的钢材料，这样就产生了一种非常优良的用于圆珠笔的滚珠。
另外，通过SACM的氮—硫化，在表面形成的氮—硫化物层使其耐腐蚀性比较原始材料高得多。因此，即使这种滚珠用作于水性圆珠笔的滚珠也不会生锈。
工业应用如上所述，用于圆珠笔的滚珠的材料铝铬钼钢(SACM)具有优良的加工性能，另外，氮—硫化物层可以在很短的时间内形成。因此，可以低成本地提供这些具有优良的耐磨性和润滑能力的滚珠。当滚珠与滚珠座部分接触转动时，滑动性能变得非常令人满意，从而可以改善圆珠笔的书写性能。
在氮—硫化物处理中，加长加热的时间可使氮—硫化物层更厚。另外，在形成氮—硫化处理后，表面可以由一振动鼓磨光。
权利要求
1.一种用于圆珠笔尖端中的球型滚珠，该滚珠由表面形成有氮—硫化物层的不锈钢材料制成。
2.如权利要求1所述的用于圆珠笔的滚珠，其特征在于，通过不锈钢表面的铁与氮和硫的反应，使氮—硫化物层包括一铁—氮化物层和一铁—硫化物层。
3.在用于圆珠笔尖端中的球型滚珠中，滚珠由表面形成有氮—硫化物层的铝铬钼钢材料制成。
4.如权利要求3所述的用于圆珠笔的滚珠，其特征在于，通过铝铬钼钢表面的铁与氮和硫反应，使氮—硫化物层包括一铁氮化物层和一铁硫化物层。
5.如权利要求4所述的用于圆珠笔的滚，其特征在于，铝铬钼钢是含有1.3-1.7％的铬的SACM 645。
6.一种圆珠笔，在圆珠笔的尖端具有如权利要求1所述的滚珠。
7.一种圆珠笔，在圆珠笔的尖端具有如权利要求2所述的滚珠。
8.一种圆珠笔，在圆珠笔的尖端具有如权利要求3所述的滚珠。
9.一种圆珠笔，在圆珠笔的尖端具有如权利要求4所述的滚珠。
全文摘要
本发明提供了一种用于圆珠笔的滚珠以及提供了使用这种滚珠的圆珠笔,其中的滚珠具有优良的耐磨性及润滑功能,并易于生产。用于圆珠笔的滚珠2由表面形成有一氮－硫化物层的不锈钢材料制成,或者,用于圆珠笔的滚珠2由表面形成有一氮－硫化物层的铝铬钼钢材制成。利用这种滚珠的圆珠笔具有优良的书写性能。
文档编号B43K1/00GK1353650SQ00808436
公开日2002年6月12日 申请日期2000年6月2日 优先权日1999年6月4日
发明者宫坂好人, 唐泽均 申请人:诹访热工业株式会社