(57)【要約】      （修正有）【課題】筆記ボールの製造において、製造及び加工コストの軽減と、筆記ボールの加工を容易にする製造方法と、該製造方法によって製造した筆記ボールを提供する。【解決手段】筆記ボールの三次元データを作成し、作成した三次元データを厚みが微少となるように輪切りにし、各断面形状を形成し、その上部に次の断面形状を形成していくことを繰り返すことで、略筆記ボールの形状をした金属ボールを製造する、粉末焼結積層造形法を用いる。なお、電子ビーム又はレーザービームの出力を変更することで、金属の気孔率を制御する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステンと炭化チタンとのうち、少なくとも１つを含む金属粉末を原材料とし、粉末焼結積層造形法によって形成されたことを特徴とする筆記ボール。
【請求項２】
多孔質に形成されたことを特徴とする請求項１記載の筆記ボール。
【請求項３】
筆記ボールの中心付近と周面付近とにおいて、それぞれ気孔率が異なることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の筆記ボール。
【請求項４】
内部に閉空間が設けられており、該閉空間に筆記ボールと同一素材の金属粉末が充填されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の筆記ボール。
【請求項５】
内部に閉空間が設けられており、該閉空間が空洞であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の筆記ボール。
【請求項６】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５に記載の筆記ボールを有していることを特徴とする筆記具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は筆記ボール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、筆記ボールは、金属粉末を成型後に焼結によって焼き固める粉末冶金法によって製造した球体に、目的の寸法と表面状態を持つボールにするため研磨を施すことで製造されていた。
また、特許文献１のように、表面を硬くした超硬合金の筆記ボールも提供されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２９１９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
粉末冶金法によって筆記ボールを製造する際、材料粉末から成型を経て焼結するまでの過程で多くの時間とエネルギーを要する。そのため、筆記ボールの製造過程で材料の酸化が生じることや不純物が混入することがある。また、材料の酸化や不純物の混入によって、焼結後の筆記ボールの組織に不具合が生じる可能性がある。焼結時においては、数時間に及ぶ加熱電力や材料酸化を防ぐために雰囲気制御用のガスが必要となり、加工コストが高くなっている。また、粉末冶金法では、筆記ボールの密度を変更することや、球体の内部構造をコントロールするといったことが極めて難しい。
【０００５】
前記特許文献１に記載されている筆記ボールを製造するにあたっては、焼結後に得られた金属ボールの真球度が低く、研磨工程に多くの時間と労力とを要するほか、材料の歩留まり率が低くなっていた。
そこで、本発明の目的とするところは、加工コストの軽減と、筆記ボールの加工を容易にする製造方法と、該製造方法によって製造した筆記ボールの提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的とするところは、製造及び加工コストの軽減と、筆記ボールの加工を容易にする製造方法と該製造方法によって製造した筆記ボールの提供である。
（第１の発明）
上記目的を達するため、本発明では、粉末焼結積層造形法を利用して、筆記ボールを製造する。
すなわち、本願のうち、第１の発明における筆記ボールは、炭化タングステンと炭化チタンとのうち、少なくとも１つを含む金属粉末を原材料とし、粉末焼結積層造形法によって製造されたことを特徴とする。
【０００７】
ここで、「粉末焼結積層造形法」とは、製造しようとする物品の三次元データを作成し、作成した三次元データを厚みが微少となるように輪切りにし、断面形状を、物品を製造する空間である造形部内で、原材料粉末に電子ビームやレーザービームを照射して溶融、焼結し、各断面形状を一層ごとに連続して積み上げることで、前記三次元データを具体化する方法である。
粉末焼結積層造形法としては、粉末床溶融結合法や指向性エネルギー体積法等がある。
「粉末床溶融結合法」とは、三次元データの各断面形状を、造形部内に敷かれた原材料粉末の薄い層に電子ビームやレーザービームを照射して溶融、焼結し、さらに原材料粉末を敷いて同じ行程をくり返すことで、前記三次元データを具現化する方法である。
【０００８】
また、「指向性エネルギー堆積法」とは、三次元データの各断面形状を、微少領域に原材料粉末を吹き付けると略同時に電子ビームやレーザービームを照射させて溶融、焼結し、この工程を繰り返す事で形成し、形成した断面形状の上に同様に該当する断面形状を形成するという行程をくり返すことで、前記三次元データを具現化する方法である。
筆記ボールを製造する際に、粉末焼結積層造形法を使用することで、焼結工程において、従来の粉末冶金法で使用していた成形関連設備と焼結炉とが不要となる。筆記ボールを大量生産するにあたっては、三次元データを作成する際に、筆記ボールが複数集まった集合体として作成することで、１度に大量に略筆記ボールの形状をした金属ボールを製造できる。また、減圧状態又は不活性ガス雰囲気とした前記造形部内において、原材料粉末から直接的に焼結されたボールを得ることができる。これにより、工程が短縮され、且つ製造中の空気暴露時間を最小限に抑えることができ、原材料粉末である炭化タングステンと炭化チタンとのうち、少なくとも１つを含む金属粉末の酸化が抑制できるほか、不純物の混入も防ぐことができるため、安定した品質の金属ボールを製造できる。
【０００９】
また、製造する際に、粉末焼結積層造形法を使用することで、工程が簡略化できることに加え、材料の配合や内外部の形状を工夫した筆記ボールを必要に応じて製造することができる。
（第２の発明）
本願のうち第２の発明における筆記ボールは、第１の発明の特徴に加え、多孔質に形成されたことを特徴とする。
粉末焼結積層造形法において、電子ビームやレーザービームの出力を調整することで、金属中の気孔率を調整することができる。そのため、電子ビームやレーザービームの出力を下げて、金属ボールを製造することで、多孔質の筆記ボールを製造できる。
【００１０】
（第３の発明）
本願のうち第３の発明における筆記ボールは、第２の発明の特徴に加え、筆記ボールの中心付近と周面付近とで、それぞれ気孔率が異なることを特徴とする。
筆記ボールの断面の中心付近と円周付近とで出力の異なる電子ビームやレーザービームを照射して金属ボールを製造することで、中心付近と周面付近とで、それぞれ気孔率が異なる筆記ボールを製造できる。
（第４の発明）
本願のうち第４の発明における筆記ボールは、第１又は第２の発明の特徴に加え、内部に閉空間が設けられており、該閉空間に筆記ボールと同一素材の金属粉末が充填されていることを特徴とする。
【００１１】
筆記ボールの断面の円周付近にのみ電子ビームやレーザービームを照射して金属ボールを製造することで、内部に閉空間が設けられており、該閉空間に筆記ボールと同一素材の金属粉末が充填されていることを特徴とする筆記ボールを製造できる。
（第５の発明）
本願のうち第４の発明における筆記ボールは、第１又は第２の発明の特徴に加え、内部に閉空間が設けられており、該閉空間が空洞であることを特徴とする。
筆記ボールの円周付近にのみ金属材料粉末を吹き付けて電子ビームやレーザービームを照射して金属ボールを製造することで、内部に閉空間が設けられており、該閉空間が空洞であることを特徴とする筆記ボールを製造できる。この場合、指向性エネルギー堆積法を用いることが望ましい。
【００１２】
（第６の発明）
本願のうち第６の発明における筆記具は、第１、第２、第３、第４又は第５の発明で製造される筆記ボールを有していることを特徴とする。ここで、筆記具とは先端に筆記ボールを有したものであれば制限はないことは勿論である。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように作成された本発明は以下に記載されるような効果を奏する。
焼結炉が不要となることで、電気及びガスの使用量を大幅に減らすことができるので製造コストの低減に繋がる。また、減圧状態又は不活性ガス雰囲気中で製造することで、安定的に略真球の金属ボールを製造でき、筆記ボールとしての品質が向上する。
また、電子ビームやレーザービームの出力を調整することで、容易に気孔率の異なる筆記ボールを製造でき、周表面の気孔率が高い筆記ボールを作ることで、インクの汲み出しが良い筆記ボールを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】粉末床溶融結合法による積層造形装置における電子ビーム又はレーザービーム出射部と造形部の断面図。
【図２】気孔率が均一である筆記ボールの断面図。
【図３】中心付近と周面付近とで気孔率の異なる筆記ボールの断面図。
【図４】内部に閉空間が設けられており、該閉空間に筆記ボールと同一素材の金属粉末の充填されている筆記ボールの断面図。
【図５】指向性エネルギー堆積法による積層造形装置における電子ビーム又はレーザービーム出射部、造形部及び噴射器の断面図
【図６】内部に閉空間が設けられており、該閉空間が空洞となる筆記ボールの断面図。
【図７】ボールペンの正面図（Ａ）及びボールペンチップの正面図（Ｂ）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
本発明における、粉末床溶融結合法による筆記ボールの製造方法について説明する。粉末床溶融結合法による製造の手順は、原材料である、炭化タングステンと炭化チタンとのうち、少なくとも１つを含む金属粉末400を薄層に展開する薄層形成工程と、形成された薄層に、前記筆記ボールの断面形状に対応する形状に電子ビーム又はレーザービームを照射して、該金属粉末400を焼結させる断面形状形成工程とを順次繰り返すこととしている。
（粉末床溶融結合法による積層造形装置）
本発明の筆記ボールを製造するにあたっては、粉末床溶融結合法による積層造形装置1を使用する。図１に示すように、前記積層造形装置1は、電子ビーム又はレーザービーム出射部110、造形部120、及び図示しない制御部からなる。制御部によって電子ビーム又はレーザービーム出射部110と造形部120とが制御される。電子ビーム又はレーザービーム出射部110から電子ビーム又はレーザービームが発射し、この電子ビーム又はレーザービームが造形部120内の金属粉末の薄層（金属粉末層410）に照射されることで、目的とする金属ボールが製造される。
【００１６】
少なくとも造形部120は、減圧状態又は不活性ガス雰囲気中に設置される。造形部120は、電子ビーム又はレーザービームの照射により造形が行われる造形用容器121、その両側に設置された第１金属粉末収納容器122、及び第２金属粉末収納容器123を備えている。前記造形用容器121は、支持台121aと、該支持台121aの底面に取り付けられた支持軸121bとを有する。前記第１金属粉末収納容器122及び第２金属粉末収納容器123も同様に、金属粉末400が上部に収納される第１収納台122a及び第２収納台123a並びに該第１収納台122a及び該第２収納台123aの底面に、それぞれ取り付けられた第１支持軸122b及び第２支持軸123bを有する。
【００１７】
すべての前記支持台121aの支持軸121b、第１収納台122aの支持軸122b及び第２収納台123aの支持軸123bには、前記支持台121a、第１収納台122a、及び第２収納台123aが、上下移動できるよう、図示しない駆動装置に接続されている。
さらに、前記造形部120には、前記造形用容器121、第１金属粉末収納容器122、及び第２金属粉末収納容器123の上面全域にわたって移動することのできるローラー124が設けられている。
（薄層形成工程）
金属粉末の第１層目の製造方法は次に示す通りである。
【００１８】
はじめは、前記支持台121aよりも低い位置に前記第１収納台122a及び第２収納台123aは位置しており、金属粉末400は、前記第１収納台122a及び第２収納台123aの上部に前記支持台121aの高さまで収納されている。
次に、金属粉末400を供給するため、前記第１収納台122aと前記第２収納台123aとが上昇する。これにより、金属粉末400は前記第１金属粉末収納容器122と前記第２収納容器123とから供給される。前記ローラー124が前記造形用容器121と前記第１金属粉末収納容器122及び第２金属粉末収納容器123の上面全域にわたって移動することで、供給された金属粉末400はならされ、金属粉末層410がつくられる。
【００１９】
（断面形状形成工程）
次に断面形状形成工程では、前記薄層工程によって形成された金属粉末層410に前記電子ビーム又はレーザービーム出射部110から発射された電子ビーム又はレーザービームを、前記筆記ボールの断面形状である円状（以後断面形状とする）に照射し、焼結させる。電子ビーム又はレーザービームとしては、金属粉末400を溶融でき、減圧状態又は不活性ガス雰囲気中で使用できるものであれば制限はない。１層の焼結が終了すると、製造中の造形物420を載置した支持台121aが１層分下降して、前述の薄層形成工程を経て、金属粉末層410が再度形成され、これに電子ビーム又はレーザービームが同様に照射される。
【００２０】
（仕上げ工程）
薄層形成工程と断面形状形成工程とを必要な回数順次繰り返した後、未焼結の金属粉末と造形物420とを分離することで、略筆記ボールの形状となった、金属ボールを得ることができる。
必要に応じて、得られた前期金属ボールを目的の寸法となるように研磨を施すことによって、図２に示すような、球体の内部構造210が一様な筆記ボール200が得られる。
（気孔率の異なる筆記ボールの製造方法）
なお、断面形状形成工程において、金属粉末層410に対して、電子ビーム又はレーザービームの出力を下げて断面形状に照射して金属ボールを製造することで、図２に示す形態で、内部構造210が多孔質の筆記ボール200を製造できる。また、断面形状の中心付近と円周付近とで電子ビーム又はレーザービームの出力をそれぞれ変えて照射して金属ボールを製造することで、図３に示すような中心付近220と周面付近210とで、それぞれ気孔率の異なる筆記ボール200を製造できる。さらに、断面形状の円周付近にのみ電子ビーム又はレーザービームを照射して金属ボールを製造することで、図４に示すような内部に閉空間が設けられており、該閉空間に筆記ボールと同一素材の金属粉末400とが充填されていることを特徴とする筆記ボール200を製造できる。
【００２１】
（第２の実施形態）
本発明における、第２の実施形態として、指向性エネルギー堆積法による内部に閉空間が設けられており、該閉空間が空洞である筆記ボールの製造方法について説明する。
本筆記ボールを作製するに当たっては、指向性エネルギー堆積法による積層造形装置2を使用する。
図５に示すように、指向性エネルギー堆積法による製造の手順は、前記筆記ボールの断面形状に対応する形状のうち微少領域に金属粉末400を噴射器130で吹きつけ、略同時に電子ビーム又はレーザービームを吹きつけられた金属粉末400に照射させて溶融、焼結し、これを断面形状が形成されるまで繰り返す。次に、得られた断面形状の上部に原材料粉末の噴射と電子ビーム又はレーザービームの照射を繰り返すことで、筆記ボールを得る。
【００２２】
なお、断面形状を形成する際に、中心付近には金属粉末400を噴射させずに形成することで、内部に閉空間が設けられており、該閉空間が空洞である造形物420を得られる。第１の実施形態における、仕上げ工程を経て、図６に示すような、内部に閉空間が設けられており、該閉空間が空洞である筆記ボール200が得られる。
（本発明にて作成できる筆記ボールを有した筆記具）
本発明の筆記ボール200は、図７に示すような、軸部310に内装された図示しないリフィルに嵌合されたボールペンチップ320の先端にはめこまれ、筆記具300として提供される。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明はボールペン等の筆記具に用いられる筆記ボール製造に利用可能である。
【符号の説明】
【００２４】
1    粉末床溶融結合法による積層造形装置                  
2    指向性エネルギー堆積法による積層造形装置
110  電子ビーム又はレーザービーム出射部
120  造形部                        121  造形用容器
121a  支持台                        121b  支持台の支持軸
122  第１金属粉末収納容器          122a  第１収納台
122b  第１収納台の支持軸            123  第２金属粉末収納容器
123a  第２収納台                    123b  第２収納台の支持軸
124  ローラー                      130  噴射器
200  筆記ボール                    210  筆記ボールの内部構造
220  内部構造210とは異なる構造を持つ内部構造
300  筆記具                        310  軸部
320  ボールペンチップ              400  金属粉末
410  金属粉末層                    420  造形物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2016002698.tif 000008
【図７】
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