JPH10147091A - Ballpoint pen, ceramic ball for the pen, and manufacture of the ball - Google Patents

Ballpoint pen, ceramic ball for the pen, and manufacture of the ball

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JPH10147091A
JPH10147091A JP8306451A JP30645196A JPH10147091A JP H10147091 A JPH10147091 A JP H10147091A JP 8306451 A JP8306451 A JP 8306451A JP 30645196 A JP30645196 A JP 30645196A JP H10147091 A JPH10147091 A JP H10147091A
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ballpoint pen
ceramic ball
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve satisfactory processability of giving precise sphericity in addition to wear resistance, corrosion resistance and mechanical strength, surface smoothness in the case of a product and writing characteristics by specifying surface roughness of a ceramic ball for a ballpoint pen. SOLUTION: The ceramic ball for a ballpoint pen is formed on its surface to have a width of 0.5μm or more, a depth of 0.2μm or more, a length of 10μm or more without a polishing damage within a region of 100μm<2> , a centerline mean roughness of 4.5 to 10nm and maximum and minimum roughnesses of 50 to 100nm. On the surface of the ball, in an arbitrary range of 2,500m<2> , polishing damages of a width of 0.5μm or more, a depth of 0.2μm or more and a length of 10μm or more are two or less. As the material of the ceramics adapted to the ball for the pen, suitable hardness and strength are required, and hence any of ceramics of alumina, silicon nitride and composite ceramic sintered material is suitable.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、新規なボールペ
ン、ボールペン用セラミックボール、及びセラミックボ
ールの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel ballpoint pen, a ceramic ball for a ballpoint pen, and a method for manufacturing a ceramic ball.

【0002】本発明のセラミックボールは、ボールペ
ン、特に水性インクを用いる水性ボールペンに好適に用
いられ、耐磨耗性、耐蝕性を向上させ、筆記特性の向上
に有効であり、さらに、上記目的のボールペン用セラミ
ックボールを容易に製造する方法に関する。
[0002] The ceramic ball of the present invention is suitably used for a ballpoint pen, especially a water-based ballpoint pen using a water-based ink, is effective in improving abrasion resistance and corrosion resistance, improving writing characteristics, and has the above object. The present invention relates to a method for easily manufacturing a ceramic ball for a ballpoint pen.

【0003】[0003]

【従来の技術】筆記用具においては、耐磨耗性、耐食
性、機械的強度に加えて、精密な真球度を与える良好な
加工性、製品としたときの表面平滑性および良好な筆記
特性が要求されており、さらに近年、ボールペンにおい
てもインク溜まりがなく書き味の優れた水性インクの採
用に伴って、ボールペン用ボールにおいて、さらに耐食
性の向上が望まれている。
2. Description of the Related Art In a writing instrument, in addition to abrasion resistance, corrosion resistance, and mechanical strength, good workability for giving precise sphericity, surface smoothness when a product is produced, and good writing characteristics are obtained. In recent years, there has been a demand for a ballpoint pen ball to be further improved in corrosion resistance with the adoption of a water-based ink which has no ink accumulation and excellent writing taste even in a ballpoint pen.

【0004】通常ボールペンのリフィールはチップ部、
チューブ、インクで構成され、チップ部はボールとホル
ダーからなる。ボール直径の寸法は、0.5mmから
2.0mmが一般的であり、その真球度は0.3μm以
下が要求される。仮に10cm/秒で線を引くとする
と、0.5mmボールで60回転/秒、0.7mmボー
ルで45回転/秒となり、極めて過酷な回転速度である
ことがわかる。数1000mの使用においては、ボール
と受け台との間で100万回転以上の摩擦が生じる。
Normally, the refill of a ball-point pen is a tip,
It consists of a tube and ink, and the tip part consists of a ball and a holder. The size of the ball diameter is generally 0.5 mm to 2.0 mm, and its sphericity is required to be 0.3 μm or less. If a line is drawn at 10 cm / sec, the rotation speed is 60 rpm for a 0.5 mm ball and 45 rpm for a 0.7 mm ball, which indicates that the rotation speed is extremely severe. In the use of several thousand meters, friction of more than one million rotations occurs between the ball and the cradle.

【0005】これまでボールペン用ボールの素材として
は、安価で程良い筆記特性を有する炭化クロムが最もよ
く用いられてきたが、一定時間使用すると磨滅して極端
に書き味が落ちたり、水溶性インクに対する耐食性に劣
るなど多くの問題があった。
Hitherto, chromium carbide, which is inexpensive and has good writing characteristics, has been most often used as a material for ballpoint pens. There are many problems, such as poor corrosion resistance.

【0006】そこで、タングステンカーバイドなど超硬
合金、セラミックスなどが用いられるようになった。超
硬、セラミックスは硬度が高く、化学的に安定であるた
め、耐磨耗性、耐食性が向上し、炭化クロムに比べて極
めて長時間にわたり、初期の書き味が維持される。
Accordingly, cemented carbides such as tungsten carbide, ceramics and the like have come to be used. Carbide and ceramics have high hardness and are chemically stable, so that their abrasion resistance and corrosion resistance are improved, and the initial writing quality is maintained for an extremely long time as compared with chromium carbide.

【0007】ボールペン用ボールは、あまり研磨しすぎ
ると受座と接触する部分が多くなって、インクの導入を
塞いでしまうため、インクの出が悪くなる。逆に研磨が
不足すると、ボールががたついて、スムースな回転が得
られないこと、受座の金属を磨滅させて、ボールシンク
(ボールが受座の中に沈む現象)を起こし、短時間で書
けなくなってしまうなどの問題点がある。このため、適
度な研磨が必要であり、ボールにある一定範囲の表面粗
さを持たせることが要求される。
If the ball for a ball-point pen is polished too much, the portion that comes into contact with the seat increases, thereby blocking the introduction of ink. Conversely, if the polishing is insufficient, the ball rattles, smooth rotation cannot be obtained, and the metal of the seat is worn away, causing a ball sink (the phenomenon that the ball sinks into the seat), and in a short time There are problems such as being unable to write. For this reason, appropriate polishing is required, and it is required that the ball have a certain range of surface roughness.

【0008】しかしながら、最適な表面粗さは,材質の
違いや、サブミクロン的表面微細孔などにより大きく変
動し、特にセラミックスの場合の最適値に関しては不明
な点が多かった。その上、超硬やセラミックスでは加工
性が劣り、研磨方法を特定しても砥石の目詰まりなどの
状況によって、いつも一定の表面粗さに調整することが
難しい。これまでは、熟練した加工技術が必要であり、
求める加工精度を得るためには何度も粗さの測定を繰り
返すなどの手間が必要であった。
However, the optimum surface roughness varies greatly due to differences in materials, submicron surface micropores, and the like. In particular, there are many unclear points regarding the optimum value in the case of ceramics. In addition, the workability is inferior to carbide and ceramics, and it is difficult to always adjust the surface roughness to a certain level depending on the situation such as clogging of the grindstone even if the polishing method is specified. Until now, skilled processing techniques were required,
In order to obtain the required processing accuracy, labor such as repeating the measurement of roughness many times was required.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決し、耐磨耗性、耐食性、機械的強度に加えて、精
密な真球度を与える良好な加工性、製品としたときの表
面平滑性および良好な筆記特性を有するボールペン用ボ
ールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and provides good workability that gives precise sphericity in addition to abrasion resistance, corrosion resistance and mechanical strength. An object of the present invention is to provide a ballpoint pen having excellent surface smoothness and good writing characteristics, and a method for producing the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、基本的
には、下記の構成により達成できる。即ち、「ボールの
表面において、幅0.5μm以上、深さが0.2μm以
上で、かつ、長さが10μm以上の研磨傷がない100
μm2の領域内で、中心線平均粗さが4.5nm〜10
nmであり、かつ、最大最小粗さが50〜100nmで
あることを特徴とするボールペン用セラミックボール」
である。
The object of the present invention can be basically achieved by the following constitution. That is, "100 μm or more in width, 0.2 μm or more in depth, and 10 μm or more in length on the surface of the ball without polishing scratches 100
In the region of μm 2 , the center line average roughness is 4.5 nm to 10
nm and a maximum and minimum roughness of 50 to 100 nm. "
It is.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明において、中心線平均粗さ
としては、算術平均粗さを用いることができ、その場
合、定量面における中心面から表面までの偏差の絶対値
の平均値を用いることができる。ここで定量面とは、粗
さ測定するエリア(例えば10μm角)であり、表面と
は、粗さを実測して得られた曲面(実際的には、AFM
等の測定で得られた点乃至線データより補間して得る)
である。そして、中心面とは、前記エリアより形成され
た平面を上下に平行移動させて、この平面より上にある
該表面とこの平面より囲まれる容積の総和が、この平面
より下にある該表面とこの平面より囲まれる容積の総和
に、等しくなるように設定した面である(容積も、実際
的には、AFM等の測定で得られた点乃至線データより
補間して得る)。また偏差とは、標準偏差である。最大
最小粗さとしては、定量面で最も高い山から低い谷まで
の垂直距離を用いることができ、一般に、最大最小粗さ
は視野内にたまたま入った突起や深い穴に直接影響され
る。このため、試料間での精密な比較には中心線平均粗
さがより適している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, the arithmetic mean roughness can be used as the center line average roughness. In this case, the average value of the absolute values of the deviations from the center plane to the surface in the quantitative plane is used. be able to. Here, the quantitative surface is an area (for example, 10 μm square) for measuring the roughness, and the surface is a curved surface (actually, AFM) obtained by actually measuring the roughness.
Interpolated from the point or line data obtained by the measurement
It is. And, the central plane is a plane formed from the area, which is translated vertically, and the sum of the surface above this plane and the volume enclosed by this plane is equal to the surface below this plane. This plane is set so as to be equal to the sum of the volumes enclosed by this plane (the volume is actually obtained by interpolation from point or line data obtained by measurement with AFM or the like). The deviation is a standard deviation. As the maximum and minimum roughness, the vertical distance from the highest peak to the lowest valley in the quantitative surface can be used, and generally, the maximum and minimum roughness is directly affected by a projection or a deep hole that happens to be in the field of view. Therefore, center line average roughness is more suitable for precise comparison between samples.

【0012】本発明のボールペン用セラミックボールで
は、ボールの表面において、幅0.5μm以上、深さが
0.2μm以上で、かつ、長さが10μm以上の研磨傷
がない100μm2の領域内で、中心線平均粗さが4.
5nm〜10nmで、かつ、最大最小粗さが50〜10
0nmであることが必要である。中心線粗さが4.5n
m以下で、かつ、最大最小粗さが50nm以下であると
ボールは鏡面状態に近く、ボールをペン先の受座にセッ
ティングしたときに平滑すぎて、受座の金属と面で接触
するため、インク導入孔に栓をしてしまう状態となり、
すぐにインクがかすれて書けなくなってしまう。また、
逆にボール表面の中心線平均粗さが10nm以上、最大
最小粗さが100nm以上となると、表面が粗すぎて受
座の金属を急激に磨耗させてしまい、たちまちボールシ
ンクが生じてボールが回転しにくくなり、すぐに書けな
くなってしまう。好ましくは、中心線平均粗さが5〜9
nm、最大最小粗さが60〜90μmである。該100
μm2の領域の取り方は特に限定されるものではない
が、例えば10μm角の正方形で取ることが簡便でよ
い。なお、選択した該100μm2の領域によって、前
記最大最小粗さや中心線粗さの範囲を満たす該100μ
2の領域と満たさない該100μm2の領域がセラミッ
クボール上に混在する場合には、1つのセラミックボー
ル上において、重ならないように該100μm2の領域
を多数選択して、満たさない該100μm2の領域が5
箇所以内ならば、許容できるが、好ましくは、3箇所以
内、より好ましくは1箇所以内である。
In the ceramic ball for a ball-point pen according to the present invention, the surface of the ball has a width of 0.5 μm or more, a depth of 0.2 μm or more, and a length of 10 μm or more in an area of 100 μm 2 having no polishing scratches. 3. The center line average roughness is 4.
5 nm to 10 nm, and the maximum and minimum roughness is 50 to 10
It needs to be 0 nm. 4.5n center line roughness
m or less, and when the maximum and minimum roughness is 50 nm or less, the ball is close to a mirror surface state, is too smooth when the ball is set in the pen tip receiver, and comes into contact with the metal of the receiver at the surface, It becomes a state that plugs the ink introduction hole,
Immediately the ink fades and you can no longer write. Also,
Conversely, if the average roughness of the center line of the ball surface is 10 nm or more and the maximum and minimum roughness is 100 nm or more, the surface is too rough and the metal of the seat is rapidly worn, and the ball sinks immediately and the ball rotates. It becomes difficult to write and can not write immediately. Preferably, the center line average roughness is 5 to 9
nm, the maximum and minimum roughness is 60 to 90 μm. The 100
There is no particular limitation on how to take the area of μm 2 , but it is convenient and convenient to take a square of 10 μm square, for example. The selected 100 μm 2 region satisfies the range of the maximum and minimum roughness and the center line roughness.
When the area of m 2 and the area of 100 μm 2 that are not satisfied are mixed on the ceramic ball, a large number of areas of 100 μm 2 are selected on one ceramic ball so as not to overlap, and the area of 100 μm 2 that is not satisfied is selected. Area is 5
As long as it is within the position, it is acceptable, but preferably it is within 3 positions, more preferably within 1 position.

【0013】また、ボールの表面において、任意の25
00μm2の範囲で幅0.5μm以上、深さ0.2μm
以上で、かつ、長さが10μm以上の研磨傷が2本以下
であることが望ましく、1本以下がより好ましい。研磨
する過程において、幅0.5μm以上であり、かつ、深
さが0.35μm以上の溝状の傷が発生すると、この部
分からインクが流れ、インクだれや、にじみの原因とな
るので望ましくない。
Further, on the surface of the ball, an arbitrary 25
0.5 μm or more in width and 0.2 μm in depth in the range of 00 μm 2
Preferably, the number of polishing scratches having a length of 10 μm or more is 2 or less, more preferably 1 or less. In the process of polishing, if a groove-like scratch having a width of 0.5 μm or more and a depth of 0.35 μm or more is generated, ink flows from this portion, causing ink dripping or bleeding, which is not desirable. .

【0014】ボールペン用ボールに適するセラミックの
材質としては、適度な硬度と強度が必要である。硬度は
ビッカース硬度で1100以上2000以下が好まし
い。これ以下では、柔らかすぎて、すぐにボールが磨滅
してしまうし、逆に堅すぎると、受座の金属を磨滅させ
てボールシンクが起こりやすくなる。1200以上、1
700以下がより好ましい。
As a ceramic material suitable for a ballpoint pen ball, appropriate hardness and strength are required. The hardness is preferably from 1100 to 2000 in Vickers hardness. Below this, the ball is too soft and wears out quickly, while if too hard, the metal in the seat is worn away and a ball sink is more likely to occur. 1200 or more, 1
More preferably 700 or less.

【0015】アルミナ、ムライト、ジルコニア、窒化珪
素、炭化珪素およびこれらの複合セラミック焼結体のう
ちのいずれかからなるセラミックスが好適に用いること
ができ、好ましくはジルコニア、炭化珪素である。
Ceramics made of any one of alumina, mullite, zirconia, silicon nitride, silicon carbide, and a composite ceramic sintered body thereof can be suitably used, and zirconia and silicon carbide are preferable.

【0016】さらに、焼結体は粉末X線回折により結晶
構造を解析することによって、実質的に単斜晶を含まな
い正方晶系の高強度ジルコニアであることが望ましく、
ボールの圧壊荷重は0.5mm径で200ニュートン以
上、0.7mm径で300ニュートン以上、1.0mm
径で500ニュートン以上、2.0mm径で1500ニ
ュートン以上であることがさらに望ましい。
Further, the sintered body is desirably made of tetragonal high-strength zirconia substantially free of monoclinic crystals by analyzing the crystal structure by powder X-ray diffraction.
The crushing load of the ball is 200 Newton or more at 0.5 mm diameter, 300 Newton or more at 0.7 mm diameter, 1.0 mm
More preferably, the diameter is 500 Newton or more and the 2.0 mm diameter is 1500 Newton or more.

【0017】本発明について、例えばボールに高強度ジ
ルコニアを用いる場合は,以下のような製造方法、製造
工程によって得ることができるが、これにより本発明は
何等限定されるものではなく、ジルコニア以外のセラミ
ックについてもこれに準じて実施できるものである。
In the present invention, for example, when high strength zirconia is used for a ball, the zirconia can be obtained by the following manufacturing method and manufacturing process, but the present invention is not limited thereto, and the present invention is not limited thereto. The same can be applied to ceramics.

【0018】〔粉末の種類および合成方法〕純度99.
9%のオキシ塩化ジルコニルと塩化イットリウム溶液を
ジルコニア(ZrO2)およびイットリア(Y23)に換
算して、モル比率が95:5〜98:2となるように混
合調整する。調製された混合溶液から100℃前後の温
度に設定したオートクレーブ中で結晶質水和ジルコニア
を得る加水分解法、またはアンモニア水などを添加する
ことによって中和させて溶解度を低くし、非晶質の水酸
化ジルコニウムと水酸化イットリウムを沈殿析出させる
中和共沈法などの方法により、ジルコニア前駆体を得た
後、焼成して高強度ジルコニア粉末原料とする。
[Powder type and synthesis method] Purity
A 9% solution of zirconyl oxychloride and yttrium chloride is converted to zirconia (ZrO 2 ) and yttria (Y 2 O 3 ), and the mixture is adjusted so that the molar ratio is 95: 5 to 98: 2. A hydrolysis method for obtaining crystalline hydrated zirconia in an autoclave set at a temperature of about 100 ° C. from the prepared mixed solution, or neutralization by adding ammonia water or the like to lower the solubility to reduce the solubility, A zirconia precursor is obtained by a method such as a neutralization coprecipitation method in which zirconium hydroxide and yttrium hydroxide are precipitated, and then fired to obtain a high-strength zirconia powder raw material.

【0019】〔粉末の性状、物性〕粉末の1次粒子径は
焼成温度に影響され、800から1000℃にて焼成を
行うと、0.01〜0.2μmの範囲に分布し、平均1
次粒子径は約0.1μmとなる。2次粒子径はレーザー
回折法により測定すると、0.01〜30μmの範囲に
分布し、平均2次粒子径は約1μmである。
[Powder Properties and Physical Properties] The primary particle size of the powder is affected by the firing temperature, and when fired at 800 to 1000 ° C., it is distributed in the range of 0.01 to 0.2 μm, with an average of 1 μm.
The secondary particle size is about 0.1 μm. When measured by a laser diffraction method, the secondary particle diameter is distributed in the range of 0.01 to 30 μm, and the average secondary particle diameter is about 1 μm.

【0020】〔造粒、成形方法〕ボールペン用ボールを
作製する方法には、圧縮式、押出し式、転動式などがあ
る。とりわけ転動造粒法による成形は、粉末を転がして
ペレットをつくるため、量産化、低コスト化が容易であ
る。
[Granulation and Forming Methods] Methods for producing balls for ballpoint pens include a compression type, an extrusion type, and a rolling type. In particular, the compacting by the rolling granulation method rolls the powder to form pellets, so that mass production and cost reduction are easy.

【0021】この方法は、回転容器、攪拌羽根の作用に
より、または振動手段を用いる機械的方法で乾燥粉末原
料を転がしながら、液を散布して、ほぼ球状で必要な強
度を供えたペレットを作るものである。
In this method, the liquid is sprayed while rolling the dry powder raw material by the action of a rotating container, a stirring blade, or by a mechanical method using a vibrating means, thereby producing a substantially spherical pellet having the required strength. Things.

【0022】〔焼結、加工方法〕成形されたペレット
は、大気中1300〜1500℃の範囲で30分〜3時
間の焼成することによって、緻密な焼結体を得ることが
できる。仕上げの研磨は両面ホーニング盤、バレル研磨
機により研磨し、最終的に最大粗さ50nm以下の鏡面
に仕上げる。好ましくは30nm以下に鏡面研磨する。
[Sintering and Processing Method] The compacted pellets can be obtained by firing the formed pellets in the atmosphere at 1300 to 1500 ° C. for 30 minutes to 3 hours. The finish is polished by a double-sided honing machine and a barrel polisher, and finally finished to a mirror surface having a maximum roughness of 50 nm or less. Preferably, it is mirror-polished to 30 nm or less.

【0023】鏡面状態に仕上げたボールは下記表面処理
によってなだらかな凹凸の形態を付与する。該表面処理
としては特に限定されるものではないが、非研磨的処理
が好ましい。
The mirror-finished ball is given a smooth uneven shape by the following surface treatment. The surface treatment is not particularly limited, but a non-abrasive treatment is preferable.

【0024】表面処理の1つの方法は、例えば、焼結温
度以下焼結温度の85%以上で熱処理する方法が挙げら
れ、好ましくは焼結温度以下でかつ焼結温度の70%以
上の温度で熱処理することである(パーセンテージは摂
氏で算出)。上記ジルコニアの場合、1200〜145
0℃の範囲で10分から2時間熱処理することにより粒
界を腐食させ、適度な表面起伏を設ける方法が好適であ
る。このときの熱処理条件は酸化物は大気中もしくは非
酸化雰囲気中でもよく、大気圧下もしくは加圧条件下で
もよい。
One method of the surface treatment includes, for example, a method of performing a heat treatment at a sintering temperature of 85% or more of the sintering temperature, preferably a sintering temperature of 70% or more. Heat treatment (percentages are calculated in degrees Celsius). In the case of the above zirconia, 1200 to 145
A method in which a grain boundary is corroded by performing a heat treatment in a range of 0 ° C. for 10 minutes to 2 hours to provide appropriate surface undulations is preferable. The heat treatment condition at this time may be that the oxide may be in the air or in a non-oxidizing atmosphere, or may be under atmospheric pressure or under pressure.

【0025】さらに、もう1つの方法は、酸または塩基
性の腐食性溶液中に浸漬することにより、粒界を化学的
に腐食させ、表面起伏を設ける方法である。好適にはp
H2〜4の酸性溶液又はpH8〜12の塩基性溶液等が
挙げられる。
Further, another method is a method of chemically eroding grain boundaries by immersing the same in an acid or basic corrosive solution to provide surface irregularities. Preferably p
An acidic solution of H2 to 4, a basic solution of pH 8 to 12, and the like are included.

【0026】または、熱間静水圧下で熱処理を行うこと
が例示でき、好ましくは500〜2000kg/cm2の条件
で熱間静水圧下で熱処理を行うことである。
Alternatively, the heat treatment may be performed under a hot isostatic pressure, preferably, under a condition of 500 to 2000 kg / cm 2 under a hot isostatic pressure.

【0027】上記の方法により得られたセラミックボー
ルは、ボールペン用ボール、特に水性ボールペン用ボー
ルに用いることができる。
The ceramic ball obtained by the above method can be used for a ballpoint pen ball, particularly a water-based ballpoint pen ball.

【0028】次に、一般的なボールペンの製造方法につ
いて述べる.金属ロッドから所定の寸法形状に加工され
たボールペンのホルダーは、その一端から段階的にドリ
ルにより穿孔し、インク導入孔を設ける。さらに、5乃
至6ヶ所に羽刃のついた切削工具にてブローチ加工を行
い、受座に切り込みを設けてインク溝を形成する。
Next, a general method of manufacturing a ballpoint pen will be described. A ball-point pen holder processed into a predetermined size and shape from a metal rod is drilled in a stepwise manner from one end thereof to provide an ink introduction hole. Further, broaching is performed with a cutting tool having feather blades at five or six places, and a cut is formed in the seat to form an ink groove.

【0029】受座を洗浄して切削屑などを取除いた後、
ボールをハンマーにて打ち込み、受座の先からボールが
直径の3割程度露出するようにして、ボールが外に飛び
出さないようアンビルにてかしめる。この後、チューブ
を填め、インクを導入する。受座には、洋銀もしくはス
テンレス鋼が用いられる。
After cleaning the seat and removing cutting chips, etc.,
The ball is driven in with a hammer, and the ball is exposed about 30% of the diameter from the tip of the seat, and caulked with an anvil to prevent the ball from jumping out. Thereafter, the tube is filled and ink is introduced. For the seat, nickel silver or stainless steel is used.

【0030】次に、表面粗さの測定方法について述べ
る。
Next, a method for measuring the surface roughness will be described.

【0031】ボールペン用ボールの表面粗さは中心線平
均粗さで0.1μm以下であるため、触針式またはレー
ザーなどの光学系位相差を用いて測定する方法では検出
精度に限界がある。このため、原子間力顕微鏡や複数の
検出器のある走査型電子顕微鏡により、表面粗さを測定
する方法が再現性よく高精度の測定が可能となるので好
ましい。
Since the surface roughness of the ballpoint pen ball is 0.1 μm or less in terms of the center line average roughness, there is a limit in the detection accuracy in a method of measuring using a stylus type or an optical phase difference such as a laser. For this reason, a method of measuring the surface roughness by using an atomic force microscope or a scanning electron microscope having a plurality of detectors is preferable because highly accurate measurement can be performed with good reproducibility.

【0032】ここでは原子間力顕微鏡を用いて行った表
面粗さの測定方法について詳述する。原子間力顕微鏡
は、試料表面の微細形状を非接触で3次元的に測定する
顕微鏡である。試料とカンチレバー先端の探針の間に働
くファンデルワールス力を利用するものである。探針は
ピラミッド型の突起状であり、この頂点に試料を近づけ
ることによって、原子どうしの斥力が働き、カンチレバ
ーが撓む。撓みを一定に保つように試料高さを制御しな
がら試料を水平方向に走査する。このときの高さ方向の
制御信号から試料表面の3次元形状を像に描くことがで
きる。カンチレバーの撓みはレーザー光の反射方向の変
化を利用して検出する。原子間力顕微鏡は通常の走査型
電子顕微鏡で必要な導体膜のコーティングが必要ないた
め、より高精度の測定が可能である。
Here, a method of measuring the surface roughness using an atomic force microscope will be described in detail. An atomic force microscope is a microscope that measures a fine shape of a sample surface three-dimensionally in a non-contact manner. It utilizes the van der Waals force that acts between the sample and the probe at the tip of the cantilever. The probe has a pyramid-shaped projection. By bringing the sample close to the apex, repulsion between atoms acts, and the cantilever bends. The sample is scanned in the horizontal direction while controlling the sample height so as to keep the deflection constant. At this time, the three-dimensional shape of the sample surface can be drawn on the image from the control signal in the height direction. The deflection of the cantilever is detected by utilizing a change in the direction of reflection of the laser beam. Since the atomic force microscope does not require the coating of the conductor film, which is necessary for a normal scanning electron microscope, it is possible to perform more accurate measurement.

【0033】[0033]

【実施例】以下に、本発明について、下記実施例を用い
て、具体的に説明する。ただし、本発明はこれに限定さ
れない。
The present invention will be specifically described below with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to this.

【0034】実施例1 (セラミックスラリーの組成) (1) 無機粉末 平均粒径0.12μmのイットリア部分安定化ジルコニ
ア(Y23が2.75モル%添加されたZrO2)を原料
粉末として用いた。
Example 1 (Ceramic Slurry Composition) (1) Inorganic Powder Yttria partially stabilized zirconia (ZrO 2 added with 2.75 mol% of Y 2 O 3 ) having an average particle size of 0.12 μm was used as a raw material powder. Using.

【0035】上記粉末に焼結助剤として、Al23(平
均粒径は0.01μm)を0.375重量%添加した。
As a sintering aid, 0.375% by weight of Al 2 O 3 (average particle size: 0.01 μm) was added to the powder.

【0036】(2) バインダーにはポリビニルアルコール
を5重量%添加した。
(2) 5% by weight of polyvinyl alcohol was added to the binder.

【0037】(3) 溶媒には純水を用いた (セラミックボールの製造)ボールペン用ボールは、転
動造粒法により成形した。ここでは、回転容器を用いて
乾燥粉末原料を転がしながら、純水を散布して、直径
0.7mmの球状ペレットを作製した。
(3) Pure water was used as a solvent (Production of ceramic balls) Balls for ballpoint pens were formed by a rolling granulation method. Here, pure water was sprinkled while rolling the dry powder raw material using a rotating container to produce spherical pellets having a diameter of 0.7 mm.

【0038】〔焼結、加工方法〕成形されたペレット
は、大気中1400℃、1時間焼成することによって、
緻密な焼結体を得ることができた。仕上げの研磨は両面
ホーニング盤を用い、最終的に最大粗さ0.03μmの
鏡面に仕上げた。
[Sintering and Processing Method] The formed pellets are fired at 1400 ° C. for 1 hour in the atmosphere,
A dense sintered body could be obtained. The finish was polished using a double-sided honing machine and finally finished to a mirror surface with a maximum roughness of 0.03 μm.

【0039】鏡面状態に仕上げたボールは、大気中、焼
結温度以下の1350℃で30分間熱処理することによ
り、適度な表面起伏を設けることができた。
The mirror-finished ball was subjected to a heat treatment at 1350 ° C., which is lower than the sintering temperature, for 30 minutes in the air, so that an appropriate surface undulation could be provided.

【0040】(セラミックボールの表面粗さ、組織)実
施例1より得られたセラミックボールの表面粗さは、原
子間力顕微鏡により測定した。中心線平均粗さは5.4
nmで、最大粗さが78nmであった。また、観察した
ボールの表面において、巾0.5μm以上で、かつ、深
さ0.35μm以上、長さ10μm以上の研磨傷はなか
った。
(Surface Roughness and Structure of Ceramic Ball) The surface roughness of the ceramic ball obtained in Example 1 was measured by an atomic force microscope. Center line average roughness is 5.4
In nm, the maximum roughness was 78 nm. In addition, on the surface of the observed ball, there was no polishing scratch having a width of 0.5 μm or more, a depth of 0.35 μm or more, and a length of 10 μm or more.

【0041】なお、実施例1のセラミックボールを粉末
X線回折により結晶構造を解析した結果、実質的に単斜
晶を含まない正方晶系のジルコニアであり、ボールのビ
ッカース硬度は1350、圧壊荷重は0.5mm径で2
50ニュートン、0.7mm径で430ニュートン、
1.0mm径で750ニュートンであった。
The crystal structure of the ceramic ball of Example 1 was analyzed by powder X-ray diffraction. As a result, the ceramic ball was tetragonal zirconia substantially free of monoclinic crystal, the Vickers hardness of the ball was 1350, and the crushing load was Is 0.5mm diameter 2
50 Newton, 430 Newton at 0.7mm diameter,
It was 750 Newton with a diameter of 1.0 mm.

【0042】(ボールペンの評価)1000mの書き味
試験後も、インクのかすれ、にじみはなく、ボールシン
クの現象はほとんど見られなかった。ボールを受座から
外し、表面粗さを測定した結果、中心線平均粗さは5.
6nmで、最大粗さが74nmであり、初期の表面粗さ
と比較して大きな差はなかった。
(Evaluation of Ballpoint Pen) Even after the writing taste test of 1000 m, there was no blurring or bleeding of the ink, and almost no ball sink phenomenon was observed. As a result of removing the ball from the seat and measuring the surface roughness, the center line average roughness was 5.
At 6 nm, the maximum roughness was 74 nm, not much different from the initial surface roughness.

【0043】実施例2 (セラミックスラリーの組成) (1) 無機粉末 平均粒径0.78μmの炭化珪素を原料粉末として用い
た。
Example 2 (Composition of Ceramic Slurry) (1) Inorganic Powder Silicon carbide having an average particle size of 0.78 μm was used as a raw material powder.

【0044】上記粉末に焼結助剤として、B4C(平均
粒径は1.2μm)を0.75重量%、Al23(平均
粒径は0.01μm)を0.375重量%添加した。
As a sintering aid, 0.75% by weight of B 4 C (average particle size: 1.2 μm) and 0.375% by weight of Al 2 O 3 (average particle size: 0.01 μm) Was added.

【0045】(2) バインダーにはボリビニルアルコール
を5重量%添加した。
(2) 5% by weight of polyvinyl alcohol was added to the binder.

【0046】(3) 溶媒には純水を用いた (セラミックボールの製造)ボールペン用ボールは、転
動造粒法により成形した。ここでは、回転容器を用いて
乾燥粉末原料を転がしながら、純水を散布して、直径
0.7mmの球状ペレットを作製した。
(3) Pure water was used as a solvent (Production of ceramic balls) Balls for ballpoint pens were formed by a rolling granulation method. Here, pure water was sprinkled while rolling the dry powder raw material using a rotating container to produce spherical pellets having a diameter of 0.7 mm.

【0047】〔焼結、加工方法〕成形されたペレット
は、アルゴン雰囲気中2150℃にて1時間焼成するこ
とによって、緻密な焼結体を得ることができた。仕上げ
の研磨は両面ホーニング盤を用い、最終的に最大粗さ
0.03μmの鏡面に仕上げた。
[Sintering and Processing Method] The formed pellets were fired at 2150 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere to obtain a dense sintered body. The finish was polished using a double-sided honing machine and finally finished to a mirror surface with a maximum roughness of 0.03 μm.

【0048】鏡面状態に仕上げたボールは、2000℃
にて30分、アルゴン雰囲気中、大気圧下で熱処理する
ことにより、適度な表面起伏を設けることができた。
The ball finished to a mirror state is 2000 ° C.
For 30 minutes in an argon atmosphere under atmospheric pressure, thereby providing appropriate surface undulations.

【0049】(セラミックボールの表面粗さ、組織)実
施例2より得られたセラミックボールの表面粗さは、原
子間力顕微鏡により測定した。中心線平均粗さは5.8
nmで、最大粗さが84nmであった。また、観察した
ボールの表面において、巾0.5μm以上で、かつ、深
さ0.35μm以上、長さ10μm以上の研磨傷はなか
った。
(Surface Roughness and Structure of Ceramic Ball) The surface roughness of the ceramic ball obtained in Example 2 was measured by an atomic force microscope. Center line average roughness is 5.8
In nm, the maximum roughness was 84 nm. In addition, on the surface of the observed ball, there was no polishing scratch having a width of 0.5 μm or more, a depth of 0.35 μm or more, and a length of 10 μm or more.

【0050】なお、実施例2のセラミックボールのビッ
カース硬度は2300、圧壊荷重は0.5mm径で21
0ニュートン、0.7mm径で380ニュートン、1.
0mm径で700ニュートンであった。
The ceramic ball of Example 2 had a Vickers hardness of 2300 and a crushing load of 21 mm for a 0.5 mm diameter.
0 Newton, 380 Newton at 0.7 mm diameter, 1.
It was 700 Newtons with a 0 mm diameter.

【0051】(ボールペンの評価)1000mの書き味
試験後も、インクのかすれ、にじみはなく、ボールシン
クの現象はほとんど見られなかった。ボールを受座から
外し、表面粗さを測定した結果、中心線平均粗さは6.
3nmで、最大粗さが86nmであり、初期の表面粗さ
と比較して大きな差はなかった。
(Evaluation of Ballpoint Pen) Even after the writing taste test of 1000 m, there was no blurring or bleeding of the ink, and almost no ball sink phenomenon was observed. As a result of removing the ball from the seat and measuring the surface roughness, the center line average roughness was 6.
At 3 nm, the maximum roughness was 86 nm, not much different from the initial surface roughness.

【0052】比較例1 鏡面状態に仕上げたボールを1350℃で30分間熱処
理して適度な表面起伏を設ける操作をしない以外は、実
施例1と同様にした。
Comparative Example 1 The procedure of Example 1 was repeated, except that the mirror-finished ball was not heat-treated at 1350 ° C. for 30 minutes to provide proper surface undulations.

【0053】(セラミックボールの表面粗さ、組織)比
較例1より得られたセラミックボールの表面粗さは、原
子間力顕微鏡により測定した。中心線平均粗さは35n
mで、最大粗さが40nmであった。また、観察したボ
ールの表面において、巾0.5μm以上で、かつ、深さ
0.35μm以上、長さ10μm以上の研磨傷はなかっ
た。
(Surface Roughness and Structure of Ceramic Ball) The surface roughness of the ceramic ball obtained in Comparative Example 1 was measured by an atomic force microscope. Center line average roughness is 35n
m and the maximum roughness was 40 nm. In addition, on the surface of the observed ball, there was no polishing scratch having a width of 0.5 μm or more, a depth of 0.35 μm or more, and a length of 10 μm or more.

【0054】(ボールペンの評価)ボール表面の粗さ
が、小さすぎ、受座と接触する部分が多くなって、イン
クの導入を塞いでしまうため、最初からインクの出が悪
かった。
(Evaluation of Ballpoint Pen) The roughness of the ball surface was too small, and the portion in contact with the seat increased, blocking the introduction of the ink.

【0055】比較例2 研磨を途中でやめて鏡面状態に仕上げず、また、135
0℃で30分間熱処理もしない以外は、実施例1と同様
にした。
Comparative Example 2 Polishing was stopped halfway and the mirror was not finished.
Example 1 was repeated except that no heat treatment was performed at 0 ° C. for 30 minutes.

【0056】(セラミックボールの表面粗さ、組織)比
較例2より得られたセラミックボールの表面粗さは、原
子間力顕微鏡により測定した。中心線平均粗さは80n
mで、最大粗さが150nmであった。また、観察した
ボールの表面において、巾0.5μm以上で、かつ、深
さ0.35μm以上、長さ10μm以上の研磨傷は多数
見られた。
(Surface Roughness and Structure of Ceramic Ball) The surface roughness of the ceramic ball obtained in Comparative Example 2 was measured by an atomic force microscope. Center line average roughness is 80n
m, the maximum roughness was 150 nm. In addition, many polishing scratches having a width of 0.5 μm or more, a depth of 0.35 μm or more, and a length of 10 μm or more were observed on the surface of the observed ball.

【0057】(ボールペンの評価)研磨が不足していた
ので、ボールががたついて、スムースな回転が得られな
かった。1000mの書き味試験後、インクのかすれ、
にじみが発生し、ボールシンクの現象が見られた。
(Evaluation of Ballpoint Pen) Since the polishing was insufficient, the ball rattled and smooth rotation was not obtained. After writing taste test of 1000m, fading of ink,
Bleeding occurred, and the phenomenon of ball sink was observed.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ボールの表面において、幅0.5μm以
上、深さが0.2μm以上で、かつ、長さが10μm以
上の研磨傷がない100μm2の領域内で、中心線平均
粗さが4.5nm〜10nmであり、かつ、最大最小粗
さが50〜100nmであることを特徴とするボールペ
ン用セラミックボール。
1. A center line average roughness of a ball having a width of 0.5 μm or more, a depth of 0.2 μm or more, and a length of 10 μm or more and 100 μm 2 without polishing scratches on the surface of the ball. A ceramic ball for a ballpoint pen, having a thickness of 4.5 nm to 10 nm and a maximum and minimum roughness of 50 to 100 nm.
【請求項2】 ボールの表面において、任意の2500
μm2の範囲で該研磨傷が2本以下であることを特徴と
する特許請求第1項記載のボールペン用セラミックボー
ル。
2. An arbitrary 2500 on the surface of the ball.
2. The ceramic ball for a ball-point pen according to claim 1, wherein the number of said polishing scratches is 2 or less in a range of μm 2 .
【請求項3】 ボールの材質がビッカース硬度1100
以上であり、アルミナ、ムライト、ジルコニア、窒化珪
素、炭化珪素およびこれらの複合セラミックス焼結体の
うちのいずれかからなることを特徴とする請求項1項記
載のボールペン用セラミックボール。
3. The ball material has a Vickers hardness of 1100.
The ceramic ball for a ballpoint pen according to claim 1, wherein the ceramic ball is made of any one of alumina, mullite, zirconia, silicon nitride, silicon carbide, and a composite ceramic sintered body thereof.
【請求項4】 セラミック粉末をボール状に成形、焼結
した後、表面粗さ50nm以下に鏡面研磨し、さらに表
面処理により凹凸の形態を付与することを特徴とするセ
ラミックボールの製造方法。
4. A method for producing a ceramic ball, comprising: forming a ceramic powder into a ball shape, sintering the resultant, polished to a mirror surface having a surface roughness of 50 nm or less, and further imparting an uneven shape by surface treatment.
【請求項5】 該表面処理を、焼結温度以下焼結温度の
85%以上で熱処理することにより行うことを特徴とす
るセラミックボールの製造方法。
5. A method for producing a ceramic ball, wherein the surface treatment is performed by heat treatment at a sintering temperature of 85% or more of the sintering temperature.
【請求項6】 該熱処理を、熱間静水圧下の熱処理によ
り行うことを特徴とするセラミックボールの製造方法。
6. A method for producing a ceramic ball, wherein the heat treatment is performed by heat treatment under hot isostatic pressure.
【請求項7】 該表面処理を、酸または塩基性の腐食性
溶液中に浸漬することによりおこなうことを特徴とする
ボールペン用セラミックボールの製造方法。
7. A method for producing a ceramic ball for a ball-point pen, wherein said surface treatment is performed by immersion in an acid or basic corrosive solution.
【請求項8】 請求項1項記載のボールペン用セラミッ
クボールを用いたことを特徴とするボールペン。
8. A ballpoint pen using the ceramic ball for a ballpoint pen according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003041971A1 (en) * 2001-11-16 2003-05-22 Sakura Color Products Corporation Ball for ball-point pen
JP2016221906A (en) * 2015-06-02 2016-12-28 三菱鉛筆株式会社 Knock type ball point pen
JP2019107900A (en) * 2019-03-05 2019-07-04 三菱鉛筆株式会社 Knock-type ballpoint pen

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JP2019107900A (en) * 2019-03-05 2019-07-04 三菱鉛筆株式会社 Knock-type ballpoint pen

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