JP2009029057A - ボールペン - Google Patents

Abstract

【目的】 塗布部材となるボールとボールホルダー先端の内壁とをコイルスプリングによるボールの前方付勢によって密閉することで、インキの漏れ出しを防止する。
【構成】 塗布部材となるボールの一部をインキ通孔の先端開口部より臨出した状態で回転自在に抱持するボールホルダーの内孔に挿通され、ボールを弾性的に押して前方付勢するコイルスプリングのコイル部の最大外径をＡ、最小外径をＢ、ボールホルダーのコイル部が配置される部分以後のインキ通孔の最大内径をＣとしたとき、１．１１Ａ＜Ｃ＜２．００Ｂであるボールペン。
【選択図】 図２

Description

本発明は、筆記部材としてのボールを、コイルスプリングにて前方付勢するボールペンに関する。

ボールホルダーの内部にコイルスプリングを設置し、弾撥力によってボールを押して、先端開口部の内壁にボールを押しつける事で非使用時のインキの乾燥、漏れ出しを防止するボールペンチップ（特許文献１参照）が知られている。
特開平０８−１４２５７１号公報

特許文献１は、ボールホルダーの内部にコイルスプリングを挿入する際、そのコイル部外径がボールホルダー内孔に案内される事で設置されるものである。コイルスプリングはボールホルダー後端を上側にした状態で、コイルスプリングの直線部を下向きにして落下させて挿入させる。しかし、コイルスプリングの中心軸線がボールホルダーの中心軸線からずれてしまうことがほとんどであり、その場合は挿入の際にコイルスプリングがボールホルダーの一部に引っかかってしまって、コイルスプリングの直線部先端がボールホルダーの内方突出部によって形成される最小内接円径部を貫通できなかったり、治具等でコイルスプリングをボールホルダー内に圧縮させながら押し込む際にボールホルダー内孔の内壁に当ててしまうことによって破損してしまうという結果、ボールを押圧することができないため、密閉性が低下するという欠点があった。また、コイルスプリングの小径部分においては、内壁に当たって破損しなかったとしても、内壁との間の隙間が大きい為に座屈を起こすことがあった。

本発明は、塗布部材となるボールの一部をインキ通孔の先端開口部より臨出した状態で回転自在に抱持するボールホルダーの内孔に挿通され、ボールを弾性的に押して前方付勢するコイルスプリングのコイル部の最大外径をＡ、最小外径をＢ、ボールホルダーのコイル部が配置される部分以後のインキ通孔の最大内径をＣとしたとき、１．１１Ａ＜Ｃ＜２．００Ｂであるボールペンを要旨とする。

コイルスプリングをホールホルダー後端孔から落下によって挿入する際、またはコイルスプリングを圧縮しながらボールホルダー内に内蔵しようとした際に、コイルスプリングのコイル部最大外径の部分が、ボールホルダー内孔の最大内径の部分の側壁部に引っかかる事が無いため、コイルスプリングの直線部先端がボールホルダーの内方突出部によって形成される最小内接円径の部分を貫通してボールに当接させて付勢することができ、ボールをボールホルダーの先端近傍部内縁と周接して押し当てることができる。その結果、ボールホルダー先端内縁とボールとで密閉し、インキの漏れ出しや乾燥を防ぐことができる。また、コイルスプリングの最小外径の部分は、ボールホルダー内孔との隙間が大きくなるため、圧縮させた際に座屈（コイルスプリングの軸線から大きくずれる現象）しないようにすることでボールに対する前方付勢を維持し、ボールホルダー先端内縁とボールとで密閉させている。

本発明のボールペンに使用するボールペンチップは、少なくともボールとボールホルダーとからなり、ボールホルダーの先端部分を内方に倒れこませるカシメによってボールを抜け止めしつつ回転自在に抱持するものである。ボールはコイルスプリングにて前方付勢されるが、ボールホルダーの内向にコイルスプリングの全体が収容されるものでも、ボールホルダーの後端からコイルスプリングの後端が突出したものでもよい。ボールホルダーの後端からコイルスプリングの後端が突出したものでは、インキ収容部を構成する部材やインキ収容部とボールホルダーとの接続部材にてコイルスプリングの後端を受けるようにする。

ボールとしては、材料として炭化タングステン、チタン、コバルト、クロム、ニッケル等を主成分とした超硬材や、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタン、アルミナ、ジルコニア等のセラミックを使用でき、研磨または粗し加工によって表面性状をインキ又は筆記条件に合わせて調整したものを使用している。ボール径としては０．１ｍｍから２．０ｍｍ程度のものが使用される。

ボールホルダーとしては、材料としてステンレスや洋白や真鍮を使用でき、コイル材から適宜長さに剪断加工したものをワークとして使用している。加工性を重視するために、切削性が高く、塑性変形性に富んだものが望ましい。

コイルスプリングとしては、材料として、ばね用ステンレス鋼線やピアノ線や硬鋼線やりん青銅線などが使用でき、線径としては０．０８ｍｍから０．２０ｍｍが望ましい。コイルスプリングのボールと接触させる先端部分は、ボールに到達させるために狭い通路を通過させる必要があるので、直線状に起立したものとすることが望ましい。

使用するインキとしては、水性インキでも油性インキでも使用可能である。染料や顔料どちらかまたは両方を混合させたものを使用でき、ゲル化剤などによって静置時での粘度を付加したものでもよい。繊維集束体などのインキ吸蔵体に吸蔵保持したインキをインキ収容部に配置するものや、そのようなインキ吸蔵体を使用せずに、容器内に自由状態のインキを直接充填した、所謂生インキ式のもの、またはインキ後方にインキの減少と共に追従する追従部材を設置したもの、更には、圧縮空気などでインキの後方を押圧して吐出支援をなす圧力式のものなどに使用することができる。

図１にボールペンの外装体（図示せず）を取り除いたボールペンリフィルを示す。塗布部材となるボール１の一部をボールホルダー２の先端開口部２ａより臨出した状態で回転自在に抱持し、ボールホルダー２の後部にはインキ（図示せず）およびその後部に配置した追従体（図示せず）を内蔵したインキ収容管３を圧入接続しているものである。インキ収容管３の後部は開放して大気と連通しており、インキを塗布する際にインキを追従させるための水頭がかかるようになっている。この水頭は塗布時以外にもかかるため、ボールホルダー２とボール１との密閉がなされていないとインキが漏れだしてしまう。
図２に本発明のボールペンチップを縦断面図で示す。また、図２のＩ部拡大図を図３に、ＩＩ部拡大図を図４示した。
ボールホルダー２の先端部に、塗布部材となるボール１を設置し、ボール１が露出する先端開口部２ａはボールの脱落を防止するようにボール１の外径よりも僅かに小径になるように形成されている。また、ボールホルダー２は、インキ通路としての貫通孔を有しており、この貫通孔内に内方突出部２ｂを形成し、ボール１の後方への移動を規制している。貫通孔は、先端開口部２ａと内方突出部２ｂとの間をボール１が前後移動し得る範囲としてボール抱持室２ｃとしており、内方突出部２ｂの形成範囲は小径の中孔２ｄが、内方突出部２ｂよりも後部を後孔２ｅとしている。

内方突出部２ｂには、インキの流通可能な複数の溝２ｆが、中穴２ｄとボール抱持室２ｃと後孔２ｅに開口している。この溝２ｆは、インキの吐出量を多くするためにボール抱持室２ｃと後孔２ｅを連通しているが、ボール抱持室２ｃに達したインキが逆流することを極力抑制するために後孔２ｅには開口しないようにしても良い。

内方突出部２ｂの先端側には、ボール１を押圧することによってボール１の表面状態が転写された凹状の転写面２ｐが形成されている。ボール１の表面は輪郭曲線の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１）が０．００２μｍ以上０．０３０μｍ以下程度であり、転写面２ｐの同Ｒａは１μｍ以下となっている。この転写面２ｐは、溝２ｆによって周方向に分断されている。

ボールホルダー２の外形の先端部分には、圧延加工による塑性変形が施され、先端に向かって縮径した先端テーパー部２ｈを形成している。この縮径加工によって先端開口部２ａの内縁も縮径され、ボール１の脱落を防止している。
この先端テーパー部２ｈの開き角度は５０度から９０度となっており、１５度から４５度である後方テーパー部２ｉよりも開き角度が大きいテーパー形状をしている。尚、ここで言う「開き角度」とは、中心を通る面での縦断面を見たときの対峙する傾斜面が形成する角度のことである。
この圧延加工は、回転自在のローラーを押しつける事によって行う（図示せず）。ローラーの加工される部材と当接する面は、微細な凹凸のほとんどない鏡面になっており、ローラーの表面状態がボールホルダー２に転写される。ボールホルダー２の先端テーパー部２ｈの表面は輪郭曲線の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１）が１μｍ以下の鏡面状態となっていると、塗布時に塗布面に当接した際の引っかかりや摩擦抵抗が少なくなる。

ボールホルダー２の内部にはコイルスプリング３が配置されている。コイルスプリング３の一端はコイル部３ａの略中心位置から延伸された直線部３ｂを形成し、その先端がボール１と当接して前方へ付勢することによって、ボールホルダー２の先端開口部２ａの内縁２ｊにボール１が周接している。内縁２ｊはボール１と隙間無く周接することが求められるため、その横断面形状は円形であり、また、周接を高めて密閉性を向上させるために、前述の先端テーパー部２ｈを形成した際の圧延加工によってボール１に押しつけられて塑性変形させることで、内縁２ｊをボールと略同曲率である幅を持った帯状部として形成している。
図４に示すように、コイルスプリング３の他端には、コイル部３ａの外径よりも小さな内接円径となる小径の押し部３ｃを形成している。

コイルスプリング３をボールホルダー２の中に設置する製造方法について説明する。
図５は、コイルスプリング３を挿入した工程を示す要部縦断面図であり、ボールホルダー２の後端開口部２ｋを上向きにしてそこにコイルスプリング３を小径の押し部３ｃを上向きにして挿入したものである。この状態でコイルスプリング３の直線部３ｂは中孔２ｄを通ってその先端がボール１に当接している。

ボールホルダー２の後部には、薄肉の部分としてカシメ凹部２ｒが形成されている。カシメ加工によって変形させるに際して他の部分に変形を加えるよりも少ない力で変形させることができ、力の大きさを調節することによって他部分を極力変形させずに塑性変形の変曲点をこのカシメ凹部２ｒ内とすることができる。

図６は、コイルスプリング３を圧縮する工程を示す要部縦断面図である。
押し治具４は、先端にコイルスプリング３内に挿入される小径部４ａを有している。押し治具４の小径部４ａの外径は、コイルスプリング３の小径の押し部３ｃの内接円径よりも小径であり、押し治具４の大径部４ｂは小径部４ａよりは大径であるが、カシメ当接部３ｄの内径よりも小径となっている。これによって、カシメ加工によってコイルスプリング３を抜け止めするためには、カシメ当接部３ｄの外径よりも、ボールホルダー２の後端開口部２ｋを縮径した後の内接円径を小さくする必要があるが、カシメ加工後に押し治具４の大径部４ｂが抜けなくなってしまう事がない。

小径部４ａと大径部４ｂは、傾斜面である接続段部４ｃによって連結されているが、傾斜面とせずに押し治具４の軸線に対して垂直な面でも良い。また、小径部４ａや大径部４ｂや接続段部４ｃを曲面状にしても良い。

図７に示したものは、コイルスプリング３をボールホルダー２に落下させた際に後端開口部２ｋにコイル部３ａの外形が引っかかったものである。コイルスプリング３とボールホルダー２とでは、少なからず各々の中心軸にずれがあり、それによって起こったものである。この状態で押し治具４によってコイルスプリング３を圧縮すると図８のようにコイルスプリング３が座屈した状態になり破損してしまう。

また、コイルスプリング３の小径押し部３ｃは小径となっているため、ボールホルダー２の後孔２ｅの内壁との隙間が大きいと、コイルスプリング３の圧縮時に座屈を起こしてしまいボール１を前方付勢する荷重が低くなってしまい、その結果ボールホルダー２の内縁２ｊとボール１との密閉力を低下させてしまう。

コイルスプリング３のコイル部３ａの最大外径をＡ、最小外径をＢ、ボールホルダー２のコイル部３ａが配置される部分以後の後孔２ｅの最大内径をＣとしたとき、それぞれを表１に示したように変更して組立試験およびインキ漏れ試験を行った。
組立はボールホルダー２をボール１が下向きになるように固定し、後端開口部２ｋからコイルスプリング３を直線部３ｂが下向きになるように落下させて挿入した。この時点でコイルスプリング３がボール１に当接する位置まで挿入されているか確認し、挿入されているものにおいてはボールホルダー２の後端をカシメ加工を行った。このカシメ加工によってコイルスプリング３が後端開口部から出た状態で破損しているか確認した。また、破損が見られなかったものに対してインキ漏れ試験を行った。インキ漏れ試験は、ボールホルダー２の後部にパイプ状のインキタンク（図示せず）を接続し、その内部にぺんてる（株）社製「ハイブリッドノック式０．５」（製品符号：Ｋ１９５−Ａ）のインキ及びインキ後部の追従体を入れ、ボールを下向きにして、試験場所の標準状態（ＪＩＳ Ｚ ８７０３）に準拠した温度２５℃、湿度６５％にて２４時間放置し、ボールホルダーの先端からインキの漏れがあるかを確認した。

ボールペンチップにおける、コイルスプリングを内蔵してボールを前方に付勢し、先端開口部を閉止することで密閉し、インキの乾燥、漏れ出しを防止するものにおいて、コイルスプリングをボールペンチップ内に確実に挿入し、またボールの前方付勢を確実にする事で密閉性を維持する。

本発明のボールペンの一例を示す外観図。 本発明の製造方法によって製造されたボールペンチップの一例を示す縦断面図 図２のＩ部拡大図 図２のＩＩ部拡大図 製造途中を示す要部拡大縦断面図 コイルスプリング３を圧縮する工程を示す要部縦断面図 ボールホルダー２の後端開口部２ｋにコイルスプリング３が引っかかった状態を示す縦断面図 コイルスプリング３を圧縮した際に座屈して破損した様子を示す要部縦断面図

符号の説明

１ ボール
２ ボールホルダー
２ａ 先端開口部
２ｂ 内方突出部
２ｃ ボール抱持室
２ｄ 小径部
２ｅ 後穴
２ｆ 溝
２ｐ 転写面
２ｈ 先端テーパー部
２ｉ 後方テーパー部
２ｊ 内縁
２ｋ 後端開口部
２ｒ カシメ凹部
３ インキ収容管
４ コイルスプリング
４ａ コイル部
４ｂ 直線部
４ｃ 小径の押し部
４ｄ カシメ当接部
５ 押し治具
５ａ 小径部
５ｂ 大径部
５ｃ 接続段部
６ カシメ加工具
６ａ カシメテーパー部

Claims (1)

1. 塗布部材となるボールの一部をインキ通孔の先端開口部より臨出した状態で回転自在に抱持するボールホルダーの内孔に挿通され、ボールを弾性的に押して前方付勢するコイルスプリングのコイル部の最大外径をＡ、最小外径をＢ、ボールホルダーのコイル部が配置される部分以後のインキ通孔の最大内径をＣとしたとき、１．１１Ａ＜Ｃ＜２．００Ｂであるボールペン。