JP2006096015A

JP2006096015A - ボールペンチップ及びこれを使用したボールペン

Info

Publication number: JP2006096015A
Application number: JP2004288152A
Authority: JP
Inventors: Shunichiro Machida; 俊一郎町田
Original assignee: Pentel Co Ltd
Current assignee: Pentel Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【目的】筆記カスレや、筆記不能状態が抑制される０．３ｍｍ以下のボールを抱持したボールペンチップを提供する。
【構成】０．３ｍｍ以下の小径ボールペンチップにおいて、ボールホルダーの外表面の角度変化部のうち最先端部を曲面状とすると共に、ボールホルダー開口部の先端から０．０２ｍｍ以上の範囲の表面粗さ（Ｒａ）を１０ｎｍ以下とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転によって主にインキ紙面に転写することによって筆跡を形成するボールペンチップのボールが、直径０．３ｍｍ以下という小径のものに関する。

ボールペンチップは、ボールホルダーのインキ通路内の内方突出部であるボール受け座部と、パイプ体の先端開口部を絞るような圧延加工であるかしめ加工を施すなどすることによって、その開口部をボールの直径よりも縮径部として、その間のボール抱持室にボールを、先端突出口より一部突出させつつ回転自在に抱持しており、インキの流出によって濡れたボールが紙面と接触しつつ回転することによって筆跡を形成する筆記具のペン先であり、紙面との接触部材が回転するボールであることから滑らかな筆記感触が得られるものとして知られている。

近年、このようなボールペンの多様化に伴い、色々な直径のボールを使用したボールペンが知られており、特に、手帳などの細かいところに筆記できる細い筆跡が得られるものとして、０．３ｍｍ以下といった小径のボールを使用したものも知られている。

しかしながら、小径のボールであることから、筆記時にはボールホルダーから露出したボールが紙面に埋没してしまい、ボールホルダーの先端部分が紙面と接触して摩耗し、ボールの突出口の径が拡大してボールが抜け落ちてしまうことがあった。
このようなことを抑制するために、ボールホルダーの先端部分の肉厚を単に厚いものとして該部が摩耗しても結果的にボールが抜け落ちることを抑制しようとしたものが知られている（特許文献１参照）。
特開平１０−３２９４７７号公報

直径が０．３ｍｍといった小径のボールを使用したボールペンチップは、０．５ｍｍ以上といった大径のボールを使用したボールペンチップに比べて、ボールの抜け止め位置がボールの突出先端位置から絶対値として近いこととなるので、筆記した場合に紙などの被筆記面に近いこととなる。即ち、ボールをボールホルダーに抱持するためには、磁石などの特別な材料などを使用しない限り、ボールホルダーのボールの半径位置よりも先端側でボールの直径よりも小径の抜け止め部分を形成しなければならないので、小径のボールであれば自ずとボールホルダーの先端位置も紙面に近い位置となる。特に、小径のボールであれば相対的にサイズの小さい部品を組み合わせることともなる場合があり、その際にはボールの抜け止めをするボールホルダーの部分の肉厚も相対的に薄い場合があり、そうすると該部の強度は低く、紙面との接触によって変形したり、擦れることによって摩耗するなどしてボールが外れてしまう可能性があった。

また、筆記時ボールホルダーの先端部分は紙面に接触したり埋没したりして、紙の繊維を擦って繊維を分断することがある。特に、ボールホルダーが金属材料を切削加工や塑性変形などでその形状を形成されている場合、表面上の切削ひき目や圧延加工の境界部分の角等の凸部が紙面繊維の表面にひっかかり、紙繊維や光沢紙上に塗られているコーティング剤などを切り取ってしまい、紙繊維や紙表面物質は、ボールの回転とともにボールハウス内に侵入し、微細なインキ通路を塞ぐことがあり、結果、後方からインキが供給できなくなり、筆跡カスレや筆記不能が発生していた。

本発明は、ボールと、このボールを一部突出して回転自在に抱持するボールホルダーとから少なくともなるボールペンチップであって、前記ボールが直径０．３ｍｍ以下であり、ボールホルダーよりのボールの突出長さがボールの直径の３０％以上であるボールペンチップにおいて、前記ボールホルダーの外表面を曲面状とすると共に、少なくともボール突出口先端から０．０２ｍｍ以上までの範囲の表面粗さ（Ｒａ）を１０ｎｍ以下としたボールペンチップを要旨とする。

筆記時に紙面と擦れる部分であるボールホルダーの外表面を曲面状とすることにより、摩擦抵抗を低いものとして該部の摩耗を抑制することができる。また、表面粗さ（Ｒａ）を１０ｎｍ以下とすることも摩擦抵抗を低いものとして、結果としてボールの外れや、紙繊維の巻き込みを抑制することができる。
更に、インキとして、高分子エマルジョン粒子を使用すると、筆記時にボールペンチップの先端部（ボールの先端とボールホルダーの先端部）が紙面に埋没するために、ボールホルダーの先端部外面に付着したインキ中の高分子エマルジョン粒子が、紙繊維との直接衝突を緩和すると推察され、ボールホルダーの摩耗を緩和することができる。

本発明のボールペンチップは、インキタンクとなる部材と直接又は継ぎ手部材を介して接続されるが、大量のインキを収容するなど、インキタンクが大径となる場合には、継ぎ手部材にてインキ通路となる内径の縮小化が行われる。また、インキは水を主媒体とする水性インキ、有機溶剤を主媒体として実質的に水を配合しない油性インキのいずれも使用可能であり、着色剤も染料、顔料共に使用可能である。ただし、ボール径が０．３ｍｍ以下という小径のボールであることにより、インキの流動するボールとボールホルダーとの隙間も小さくなるので、顔料などの固形分が隙間に詰まってインキの流動を阻害し無いように顔料の微分散化や不要固形分・粗大粒子のフィルターによる除去などが十分になされるべきである。さらに、インキの後端界面にインキの逆流を防止する液状又は固体の移動栓を配置することもできる。このようなインキタンク内にインキを直接収容するものの場合、静止状態では高粘度で、剪断力が付与されると粘度が低下する、所謂ゲルインキとすることもできる。また、インキの流動性が十分に高い場合には、繊維収束体などのインキ吸蔵体にインキを毛細管力によって保持し、毛細管力の差によってインキをボールペンチップ内に供給するものであってもよい。

図１にボールペンチップの一例の要部縦断面図を、図２には図１のＡ部拡大図を示す。
ボールペンチップは、筆記部材としてのボール１とこれを回転自在に抱持するボールホルダー２とからなっており、インキ通路である内孔の先端開口部３よりボール１を一部突出し、この先端開口部３の縁がボールホルダー２外形の最小径部分となって、後方にしたがって次第に拡径する形状となっている。

ボールホルダー２の内孔は、ボール１を収容するボール抱持室４、ボール１の後方移動規制をなす内方突出部５の中心部に形成される中心孔６、内方突出部５の間に形成される放射状溝７、インキタンク（図示せず）と実質的に接続される後孔８とからなっており、比較的先端側ほどインキの流通する隙間が小さく、毛細管力によってもインキが導かれるようになされている。

ボールホルダー２の先端開口部３近傍部分はかしめ加工によって先端開口部３がボールの直径よりも小さく縮径化されることによってボールの抜け止めをなした部分であり、圧延加工による圧接加工具（図示せず）が押し付けられて、圧接加工具の接触部の表面状態が転写される部分である。よって、この圧接加工具の接触部の表面状態を表面粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ未満とすることによって、ボールホルダー２該部の表面粗さ（Ｒａ）を１０ｎｍ未満とすることができる。必要に応じて、かしめ加工が施される部分を含んで更に広範囲に研磨加工を施して表面粗さ（Ｒａ）を調整することもできる。また、圧接部材の表面の粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍより大きい値でも、カシメ加工において圧接部材が自転しながら圧接し、カシメ部の金属が伸びる塑性加工であるため、得られる加工後の表面粗さ（Ｒａ）は１０ｎｍ以下の値になっている場合もある。

また、このかしめ加工によって、ボールホルダー２の外表面の角度変化部９のうち最先端部となる部分９ａにも圧接加工具を押し付け、角（カド）が形成されない曲面上に形成する。外表面の角度変化部の全てにこのような曲面加工を施してもかまわないが、より紙面との接触可能性の高い先端側には極力曲面加工を施すことが好ましく、最先端角度変化部９ａが曲面状であることは必須である。

また、ボールホルダー２をボール１の直径よりも小さく縮径化させるかしめ加工において、ボール抱持室４の先端側がボール１に圧接されることでボールとほぼ同じ曲率の形状を有する帯状の部分として圧接変形部９ｂを形成させることもできる。この圧接変形部９ｂは、先端開口部の開口径寸法の精度が安定し、結果インキ吐出が安定する。

図３に示すように、このようなボールペンチップにて紙面に筆記する場合、ボール１を含んだ先端部分が紙面に埋没することになる。本発明は、このようにボールホルダーが紙面と接触する場合にも紙繊維を極力分断せず、インキ流出を阻害しないボールペンチップを得ようとするものであり、以下に具体例を挙げて説明する。

本発明のボールペンにおいて、部材の寸法などやインキを変えて下記の試験を行った。
（水性顔料ゲルインキ１の組成と調整方法）
カーボンブラック＃１０００（着色剤、カーボンブラック、三菱化成工業（株）製）
１１．０重量部
エマルゲンＡ−６０（分散剤、界面活性剤、花王（株）製）０．８重量部
エチレングリコール（保湿溶剤）１１．０重量部
ジエチレングリコール（保湿溶剤）７．５重量部
ジョンクリル６１ｊ（定着向上剤、３０．５％アクリル樹脂水溶液、ジョンソン（株
）製）１２．０重量部
エポスターＭＡ１００２（高分子エマルジョン、ポリメタクリル酸メチル系架橋物、
日本触媒（株）製）２０．０重量部
ＴＢＺ・ＦＬ２５（防腐剤、２−（４−チアゾリル）ベンズイミダゾールの２５％分
散液、三愛石油（株）製）０．２重量部
ケルザン（増粘剤、キサンタンガム、三晶（株）製）０．３重量部
モノエタノールアミン（ｐＨ調整剤）１．０重量部
イオン交換水３６．２重量部
上記各成分のうちケルザンとエポスターＭＡ１００２を除いた各成分を混合し、攪拌機で２時間攪拌し、更にボールミルで６時間分散を行った後、エポスターＭＡ１００２とケルザンを加えて３時間攪拌し、最後に４８０メッシュのナイロンメッシュを通過させて粗大粒子を除去してボールペン用水性黒色ゲルインキを得た。

（水性顔料ゲルインキ２の組成と調整方法）
前記実施例サンプル用水性顔料ゲルインキ１の組成よりエポスターＭＡ１００２を１０重量部とし、またイオン交換水４６．２重量部にし、それ以外は、前記実施例サンプル用水性顔料ゲルインキ１と同様にしてボールペン用水性黒色ゲルインキを得た。

（水性顔料ゲルインキ３の組成と調整方法）
前記実施例サンプル用水性顔料ゲルインキ１の組成よりエポスターＭＡ１００２を除き、代わりにイオン交換水を５６．２重量部とし、それ以外は、前記実施例サンプル用水性顔料ゲルインキ１と同様にしてボールペン用水性黒色ゲルインキを得た。以上３種類のインキを作製する一方、上述の一例に沿ったボールペンチップについては表１内に記載する。

筆記試験サンプルとしたボールペンの詳細については表１に示す。尚、筆記試験サンプルは、市販のボールペン（ＨｙｂｒｉｄＴｅｃｈｉｎｉｃａ、ぺんてる株式会社製、型番ＫＦＧＮ３−Ａ）のボールペンチップおよびインキを試験用ボールペンチップ及びインキに交換した後、ペン先の方向に遠心力が働くように配置して、遠心分離機（国産遠心器（株）製：卓上遠心機Ｈ−１０３Ｎ）で遠心処理を施し、筆記具内に存在する気体を除去して試験用ボールペンサンプルを作成した。

表１に示している各表面粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳＢ０６０１で定義されている中心線平均粗さを、測定面（２５００ミクロン平方、一辺５０μｍの正方形）に対して三次元に拡張し、基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値を使用した。表面粗さの測定は、セイコーインスツルメンツ社製の機種名ＳＰＩ３８００Ｎを使用し、測定面は、ボール突出口先端からそれぞれ０．０２ｍｍ、０．０３ｍｍの箇所にて測定をした。

（紙詰まり試験）
精機工業（株）製のＷＲＩＴＩＮＧＴＥＳＴＥＲＴＳ−４Ｃ−１０にて、上記試験用サンプルを用い、ＪＩＳＰ３２０１に規定される上質紙Ａに、筆記角度７０°、筆記速度７ｃｍ／ｓ、筆記荷重９８１ｍＮ、ペン自転の条件で１周約１０ｃｍの螺旋筆記し、筆記開始点から２００ｍ筆記時の矢溝部の詰まり状態を確認した。
尚、矢溝部の詰まり状態の確認は、チップをリフィールより抜き、チップ内部に残っているインキをチップ後部から排出させるために遠心機にて、ペン先を遠心の中心方向になるようにして遠心を行い、その後チップのボールホルダーの先端側面部を刃物にて切断し、ボールを除去した後、放射状の矢溝部を目視観察した。観察にはオリンパス株式会社（ＯＬＹＭＰＵＳＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）製の測定顕微鏡ＳＴＭを用いた。

（ボールホルダ外表面最先端部の磨耗確認試験）
精機工業（株）製のＷＲＩＴＩＮＧＴＥＳＴＥＲＴＳ−４Ｃ−１０にて、上記試験用サンプルを用い、ＪＩＳＰ３２０１に規定される上質紙Ａに、筆記角度７０°、筆記速度７ｃｍ／ｓ、筆記荷重９８１ｍＮ、ペン自転の条件で１周約１０ｃｍの螺旋を筆記させ、紙とボールホルダ外表面最先端部の磨耗によって僅かに変形する先端開口径の寸法差を測定した。尚、試験前にボールホルダ先端開口径は予め測定しておき、試験サンプルを作製した後、２００ｍ螺旋筆記を行い、試験終了後チップを試験サンプルから取り外し、超音波洗浄器にて水洗浄したものを得る。測定はオリンパス株式会社（ＯＬＹＭＰＵＳＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）製の測定顕微鏡ＳＴＭにて測定した。ここで、螺旋機筆記試験前後のボールホルダ先端開口径の差（ｍｍ）が０．００５ｍｍより大きくあっては、先端開口部の寸法変化によってボール脱落が発生する可能性が高くなってしまうので好ましくない。

これらの試験結果から、筆記時に紙面と擦れる部分であるボールホルダーの外表面を曲面状とすることにより、摩擦抵抗を低いものとして該部の摩耗を抑制することができる。また、表面粗さ（Ｒａ）を１０ｎｍ以下とすることも摩擦抵抗を低いものとして、結果としてボールの外れや、紙繊維の巻き込みを抑制することができる。
更に、インキとして、高分子エマルジョン粒子を使用すると、筆記時にボールペンチップの先端部（ボールの先端とボールホルダーの先端部）が紙面に埋没するために、ボールホルダーの先端部外面に付着したインキ中の高分子エマルジョン粒子が、紙繊維との直接衝突を緩和すると推察され、ボールホルダーの摩耗を緩和することができる。

本発明は、ボールペンに使用できるものである。インキの種類や用途によってはインキ収容部内を加圧したり、直接または間接的に押圧することによって吐出支援をなすものであってもよい。また。インキが乾燥性の高い種類のものであれば乾燥防止のためにキャップを設けたり、ボールホルダーの開口部を弾性部材で覆うこともできる。インキの粘度が低く、流動性が高かったり、前述した吐出支援などしている場合には、少なくともボールホルダー内に設置された弾性部材によってボールを先端側に押しつけてボールとの開口部を密閉できるようにしても良い。

一例を示すの要部縦断面図。図１のＡ部拡大図。使用状態を説明する図。

符号の説明

１ボール
２ボールホルダー
３先端開口部
４ボール抱持室
５内方突出部
６中心孔
７放射状溝
８後孔
９角度変化部
９ａ最先端部
９ｂ圧接変形部
Ｐ紙

Claims

ボールと、このボールを一部突出して回転自在に抱持するボールホルダーとから少なくともなるボールペンチップであって、前記ボールが直径０．３ｍｍ以下であり、ボールホルダーよりのボールの突出長さがボールの直径の３０％以上であるボールペンチップにおいて、前記ボールホルダーの外表面を曲面状とすると共に、少なくともボール突出口先端から０．０２ｍｍ以上までの範囲の表面粗さ（Ｒａ）を１０ｎｍ以下としたボールペンチップ。
高分子エマルジョン粒子をインキ全量に対して１０重量％以上含有する水性インキと請求項１に記載のボールペンチップとを使用したボールペン。