JP2006341492A - 油性ボールペン用チップおよび該チップを用いた油性ボールペン - Google Patents

Abstract

【課題】 再生紙を筆記対象物とした場合であっても、紙粉の巻き込みに起因する筆記線異常を防ぐことができる油性ボールペン用チップおよび該チップを用いた油性ボールペンを提供する。
【解決手段】 チップ本体１０の前端側に略凹状のボールハウス１１を形成し、該ボールハウス１１内に転写ボール２０を回転自在に抱持するようにした油性ボールペン用チップにおいて、前記ボールハウス１１内で前記転写ボール２０をその後方側から略環状に受けるボール受座１５と、該ボール受座１５をチップ軸方向へ貫通する複数のブローチ溝１４とを備え、複数のブローチ溝１４の総面積ａ／ボール受座１５の総面積ｂにより算出される面積比であるＫ値を、０．６６よりも大きく且つ０．８０よりも小さい範囲内の値とした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、特に再生紙を筆記対象物とした筆記に好適な油性ボールペン用チップ、および該チップを用いた油性ボールペンに関するものである。

ボールペンの筆記対象物である紙の種類には、木材チップから加工される紙と、使用済みの紙から再加工される再生紙とがあり、元来、ノート用紙や、はがき用紙、便箋、印刷用紙、書籍用紙、コピー用紙等のように白色性を要求される紙には前者が用いられ、新聞用紙等のように白色性をあまり要求されない紙には後者（再生紙）が用いられる傾向にあった。
そのため、必然的に、従来のボールペンは、前記のような再生紙でない紙を筆記対象物とするように開発されていた。再生紙でない紙を筆記対象物としたボールペンの問題点としては、チップ先端側のエッジ部分が紙面を引っ掻いて削ってしまい、その際に発生した紙繊維が転写ボールに巻き込まれて、線割れや線薄等の筆記線異常の要因となる場合があった。そして、このような問題を解決する手段としては、例えば特許文献１に記載された発明のように、ボールペンチップの先端側のエッジ部分を面取り加工により無くすようにしたものがあった。

しかしながら、近年、環境保護等の観点等より再生紙使用の要求が急増し、また製紙技術の向上等から白色性を要求される紙にも再生紙の利用が可能となってきた。そこで、ボールペンに対しても再生紙を筆記対象とした筆記性能が要求されることになる。
本願発明者は、従来のボールペンにより再生紙でない紙に筆記を行った場合と、従来のボールペンにより再生紙に筆記を行った場合とを実験的に比較したところ、後者（再生紙）の場合の方が筆記線異常を生じる可能性が高く、特に、油性ボールペンの場合にその不具合が顕著であることに気づいた。
前記不具合は、再生紙の紙粉が転写ボールに巻き込まれてチップ内に残留してしまうことが要因と考えられる。すなわち、再生紙では、木材チップを原料としている再生紙でない紙と比較し、紙粉の発生が多い。紙粉は、紙繊維よりも粒子が小さいため、従来構造のボールペンによれば、転写ボールに巻き込まれてチップ内に残留してしまう可能性が高い。
特開２００５−１４３９０号公報

本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、再生紙を筆記対象物とした場合であっても、紙粉の巻き込みに起因する筆記線異常を防ぐことができる油性ボールペン用チップおよび該チップを用いた油性ボールペンを提供することにある。

上記課題を解決するために、第一の発明の油性ボールペン用チップでは、チップ本体の前端側にボールハウスを形成し、該ボールハウス内に転写ボールを回転自在に抱持するようにした油性ボールペン用チップにおいて、前記ボールハウス内で前記転写ボールをその後方側から略環状に受けるボール受座と、該ボール受座をチップ軸方向へ貫通する複数のブローチ溝とを備え、複数のブローチ溝の総面積／ボール受座の総面積により算出される面積比を、０．６６よりも大きく且つ０．８０よりも小さい範囲内の値としたことを特徴とする。

また、第二の発明の油性ボールペン用チップでは、上記面積比を、０．７３としたことを特徴とする。

また、第三の発明の油性ボールペンでは、筆記先端部に上記油性ボールペン用チップを用いた油性ボールペンであって、上記転写ボールの表面粗さＲａを５〜１０ｎｍの範囲内とし、油性インクのインク粘度を温度約３５゜Ｃの条件で約２５００ｍＰａ・ｓとしたことを特徴とする。

また、第四の発明の油性ボールペンでは、上記転写ボールの表面粗さＲａを約７ｎｍとしたことを特徴とする。

本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような作用効果を奏する。
第一の発明によれば、複数のブローチ溝の総面積／ボール受座の総面積により算出される面積比を上記値としたことにより、製造バラツキによる不良の発生を最小限とした範囲内で、ボールハウス内のインクの流れのレイノルズ数を小さくできるため（すなわちインクの流れを乱流から層流に変化させることができるため）、ボールハウス内においてインクの流動の少ない部分を減少させて、ボールハウス内の紙粉の残留を防止することができる。
したがって、紙粉の巻き込みに起因する筆記線異常を防ぐことができる。

更に、第二の発明によれば、紙粉の巻き込みに起因する筆記線異常を防ぐことができる上、製造バラツキによる不良の発生を、より確実に回避することができる。

更に、第三の発明によれば、紙粉の巻き込みに起因する筆記線異常を、より効果的に防ぐことができる。

更に、第四の発明によれば、紙粉の巻き込みに起因する筆記線異常を、一層効果的に防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
油性ボールペン用チップＡは、チップ本体１０の前端側に形成された略凹状のボールハウス１１内に、回動自在に転写ボール２０を抱持している。

チップ本体１０は、その前端側が略円錐状を呈し、その前端側内部に、切削加工やブローチ加工等の所定の加工によって、ボールハウス１１、インク誘導孔１２、インク通路１３、および複数のブローチ溝１４を形成し、更に、後述する転写ボール２０が挿入され押圧されることで、ボール受座１５が形成されている。
該チップ本体１０の後端側は、図示を省略しているが、油性インクを充填するための管体や軸筒等に接続可能な筒状に形成されている。

ボールハウス１１は、転写ボール２０を回動自在な状態で挿入可能な略円筒状の空間を形成している。
そして、このボールハウス１１の底面（図１における下側面）は、後方へ向かって徐々に縮径する傾斜状に形成され、該底面の軸心側には、挿入される転写ボール２０の押圧により、後述するボール受座１５が形成される。

インク誘導孔１２は、上記ボールハウス１１の内径よりも小さい内径の略円筒状の通路であり、当該油性ボールペン用チップＡを具備した油性ボールペンが構成された際に、油性インクにより充満される空間である。
また、インク通路１３は、インク誘導孔１２と連通した通路であり、詳細には、インク誘導孔１２よりも後方へ向かって徐々に拡大し、更に後方側（図示省略）を略円筒状の空間としている。

また、ブローチ溝１４は、断面略放射状の治具であるブローチによって加工される溝であり、インク通路１３の周壁に、その周方向にわたって所定間隔置きに複数配設されている。
各ブローチ溝１４は、インク通路１３の周壁を軸方向へ貫通した所謂ストレートブローチであり、詳細に説明すれば、その前端をボールハウス１１内の空間に連通し、その後端をインク通路１３に連通し、更に、そのチップ中心側をインク誘導孔１２に連通しており、本実施の形態の好ましい一例によれば、該ブローチ溝１４の幅寸法ｗを０．１３５ｍｍに設定している。
そして、このブローチ溝１４は、インク誘導孔１２およびインク通路１３内のインクを、転写ボール２０とボールハウス１１内周面の隙間へ導く。なお、図示した好ましい一例によれば、このブローチ溝１４の数を５つとしている。

上記構成のチップ本体１０には、転写ボール２０が挿入され押圧されることで、ボールハウス１１の底面にボール受座１５が形成される。そして、チップ本体１０の前端側外周が内向きにカシメられることで、挿入された転写ボール２０が脱落不能に抱持される。

前記ボール受座１５は、転写ボール２０に押圧されることでボールハウス１１の底面（換言すればインク誘導孔１２の周壁の前端面）に形成された略環状の圧痕である。このボール受座１５には、上記複数のブローチ溝１４が軸方向へ貫通されている。

本願発明者は、後述する実験により、複数のブローチ溝１４の総面積ａ／ボール受座１５の総面積により算出される面積比であるＫ値を０．６６よりも大きく且つ０．８０よりも小さい範囲内の値とするのが、適切であることを確認しており、その範囲内の特に好ましいＫ値として０．７３を適用している。
なお、前記総面積ａとは、図２に二点鎖線で示すように、複数のブローチ溝１４により形成される空間の前端面における総面積である。

また、転写ボール２０は、超鋼等の耐腐蝕性金属材料から略球状に形成されている。そして、この転写ボール２０の表面粗さは、紙粉の巻き込みを抑制し、且つ筆記性能の低下を最小限にするように適宜値に設定されている。
すなわち、この転写ボール２０の表面粗さが小さすぎる場合には、その表面に存在する多数の微小な凹凸部分によってボールハウス１１内の紙粉を掻き出す（排出する）という効果が現出し難いため、チップ本体１０内に残留する紙粉が多くなってしまう。そして更に、筆記時における紙表面との摩擦が小さくなるため、転写ボール２０がスリップし易くなり、筆記線異常等の要因となってしまう。
また、逆に、転写ボール２０の表面粗さが大きすぎる場合には、その表面に存在する多数の微小な凹凸部分によってボールハウス１１内の紙粉を掻き出す（排出する）という効果が顕著に現出する一方で、その粗い転写ボール２０表面により紙面が傷つけられ、その損傷により、紙粉よりも大きい紙の微細断片や紙繊維等が転写ボール２０に巻き込まれる易くなるため、その結果、筆記線異常等が生じ易くなってしまう。
そこで、本願発明者は、試行錯誤の実験の末に、転写ボール２０の表面粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１に規定された中心線平均あらさ）の適切な値を、５〜１０ｎｍの範囲内とし、より好ましくは約７ｎｍとし、本実施の形態の油性ボールペン用チップＡに適用している。なお、前記表面粗さには、±２ｎｍ程度の製造上の誤差を有する。
また、本実施の形態の好ましい一例によれば、この転写ボール２０の外径は、約０．７ｍｍとしている。

そして、上記構成の油性ボールペン用チップＡは、軸筒の先端に配設されることで、図示しない油性ボールペンを構成する。
この油性ボールペンの構造は、例えば、油性インクを充填した管体の先端に油性ボールペン用チップＡを装着することでリフィールを構成し、該リフィールを軸筒内に支持するようにした態様や、油性インクが直接充填された軸筒の先端に油性ボールペン用チップＡを装着するようにした態様等とすることが可能である。
また、この油性ボールペンに用いられるインクは、特に好ましいものとして、図４の表に示す組成および粘度の油性インクとしている。なお、図示例では、特に好ましい値として、温度約３５゜Ｃの条件における粘度の設計値を２５００ｍＰａ．ｓとしているが、実際に製造されるインクは、製造上の誤差等により２０００〜３０００ｍＰｓの範囲内の粘度となる。

次に、上記構成の油性ボールペン用チップＡにおける主要な寸法値を、実験的に求めるようにした過程および結果について、詳細に説明する。
この実験に用いたボールペンは、その筆記先端部に上記構造の油性ボールペン用チップＡを備え、図４の表に示す組成および粘度の油性インクを充填したものである。

この実験では、転写ボール２０をボールハウス１１底面に押圧する際の押圧力を略一定とし、ブローチ溝１４の幅ｗを変化させることで、複数のブローチ溝１４の合計の総面積ａ／ボール受座１５の総面積ｂにより算出される面積比であるＫ値を変化させている。
また、この実験に用いた再生紙は、図５（ａ）の電子顕微鏡写真に示す一般的な再生紙であり、参考例として図５（ｂ）の電子顕微鏡写真に示す再生紙でない紙と比較し、紙繊維間の紙粉が顕著に多いものである。

この実験の方法は、上記Ｋ値の異なる複数種類のボールペンを用意し、そのボールペンの各々について、上記再生紙に対し約３００ｍの線を筆記し、線割れや線薄等の筆記線異常の発生率（筆記線異常率）、および圧痕径ｘ（ボール受座１５の外径）を調べている。

この実験の結果、上記Ｋ値と筆記線異常率との関係、および上記Ｋ値と圧痕径ｘ（ボール受座１５の外径）との関係に、図３に示す相関性を確認した。
すなわち、筆記線異常率は、Ｋ値が大きくなるにつれて徐々に減少し、Ｋ値が略０．６６を超えた時点で、顕著に急激な減少があり、その時点以降も徐々に減少するという傾向があった。
また、圧痕径ｘは、Ｋ値が大きくなるにつれてバラツキ（図３の上のグラフにおける上下幅）が大きくなる傾向があり、特に、Ｋ値が０．８０以下の範囲内では前記バラツキが小さいが、Ｋ値が０．８０よりも大きくなると、前記バラツキが顕著に大きくなる傾向があった。

Ｋ値が大きくなるにつれて筆記線異常率が減少する一因は、Ｋ値が大きくなると各ブローチ溝１４の面積が比較的大きくなり、それに伴って、ボールハウス１１内のインクの流れのレイノルズ数が小さくなるため（すなわちインクの流れが乱流から層流に変化するため）、ボールハウス１１内においてインクの流動の少ない部分が減少して、ボールハウス１１内の紙粉の残留も減少するためと考えられる。
本願発明者は、筆記線異常率の減少が著しくなるポイントを実験的に見出し、該ポイントよりも大きい範囲に、適切なＫ値を設定することにした。

また、Ｋ値が大きくなるにつれて圧痕径ｘのバラツキが大きくなる一因は、以下のように考えられる。つまり、Ｋ値が大きくなると、ブローチ溝１４を加工するための治具であるブローチの刃幅が大きくなる等に起因してブローチ加工時の切削抵抗が増大し、これによりチップ本体１０全体に歪みが生じ、この歪んだ状態で、転写ボール２０による押圧加工が行われるため、その結果、圧痕径ｘのバラツキが大きくなるものと考えられる。
本願発明者は、この圧痕径ｘのバラツキが著しく急増するポイントを実験的に見出し、該ポイントよりも小さい範囲に、適切なＫ値を設定することにした。
なお、圧痕径ｘのバラツキが大きい場合の不具合としては、転写ボール２０がボールハウス１１から突出する寸法のバラツキが大きくなったり、転写ボール２０とボールハウス１１との隙間寸法のバラツキが大きくなったり等するため、転写ボール２０がボールハウス１１から外れてしまうボール飛び不良や、チップ先端から過剰にインクを流出してしまうボテやダレ等の不良を生じ易くなることが懸念される。

よって、本願発明者は、上記のような実験の末、紙粉の巻き込みによる筆記異常を大幅に減少でき、且つ圧痕径の製造上のバラツキを最小限にできるＫ値を、０．６６よりも大きく且つ０．８０よりも小さい範囲内とした。
更に、本実施の形態の油性ボールペン用チップＡでは、圧痕径ｘの製造バラツキに起因する不良の発生をより確実に回避できるように、前記範囲の上限値から安全率を考慮して、Ｋ値に０．７３を適用した。

本発明に係わるボールペンチップの一例を示す縦断面図である。 図１における(II)-(II)線断面図であり、転写ボールを外した状態を示している。 本発明に係わるボールペンチップを用いた油性ボールペンによる筆記実験の結果を示すグラフであり、下側のグラフはＫ値と筆記線異常率との関係を示し、上側のグラフは、Ｋ値と圧痕径との関係を示すとともに圧痕径のバラツキの範囲を二点鎖線によって示している。 本発明に係わる油性ボールペンのインク組成およびインク粘度を示す表である。 （ａ）は再生紙の一例を示す電子顕微鏡写真であり、（ｂ）は再生紙でない紙の一例を示す電子顕微鏡写真である。

符号の説明

１０：チップ本体
１１：ボールハウス
１４：ブローチ溝
１５：ボール受座
２０：転写ボール
ａ：複数のブローチ溝の総面積
ｂ：ボール受座の総面積
ｘ：圧痕径
Ａ：油性ボールペン用チップ

Claims (4)

1. チップ本体の前端側に略凹状のボールハウスを形成し、該ボールハウス内に転写ボールを回転自在に抱持するようにした油性ボールペン用チップにおいて、
   前記ボールハウス内で前記転写ボールをその後方側から略環状に受けるボール受座と、該ボール受座をチップ軸方向へ貫通する複数のブローチ溝とを備え、
   複数のブローチ溝の総面積／ボール受座の総面積により算出される面積比を、０．６６よりも大きく且つ０．８０よりも小さい範囲内の値としたことを特徴とする油性ボールペン用チップ。
2. 上記面積比を、０．７３としたことを特徴とする請求項１記載の油性ボールペン用チップ。
3. 筆記先端部に請求項１又は２記載の油性ボールペン用チップを用いた油性ボールペンであって、
   上記転写ボールの表面粗さＲａを５〜１０ｎｍの範囲内とし、油性インクのインク粘度を温度約３５゜Ｃの条件で約２５００ｍＰａ・ｓとしたことを特徴とする油性ボールペン。
4. 上記転写ボールの表面粗さＲａを約７ｎｍとしたことを特徴とする請求項３記載の油性ボールペン。