JP2012030382A - パイプ式ボールペンチップの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ホールを抱持するボールホルダーの加工上のゆがみを抑制して、方向性のない均一なインキ吐出ができるパイプ式ボールペンを得る。
【解決手段】 ボールの後退規制部となる内方突出部を形成するピンによる押圧変形加工時に、それよりも前部分のパイプ材に、内外に変形規制ガイドとなるコアピンとカバー部材を配置する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、金属製パイプ材の外側壁部にピンによる押圧変形加工を施して凹部を形成することによって、該部に対応する内側壁部に凸部を形成して、後に設置する筆記用ボールの後退規制部となる内方突出部となし、筆記用ボールを設置後にパイプ材の先端を内方にかしめ加工することによってボールの抜け止めとしたパイプ式ボールペンチップの製造方法に関する。

従来、筆記部材として回転可能なボールを備えた、所謂ボールペンは、紙面と接触するボールが回転して、内蔵するインキを紙面に転写するものであり、紙面との摩擦が少なく滑らかな筆記感が得られると共に、ペン先が摩滅しないので、インキがなくなるまでの長期にわたって筆記線幅が変化しない筆記具として知られている。
そして、ボールペンとして、パイプ材を変形して得られるボールホルダーに筆記用ボールを設置した、所謂パイプ式ボールペンも知られている。パイプ式ボールペンは、金属製のパイプ材に、主に塑性変形によってボールの後退規制部や抜け止め部を形成するので、切削加工が比較的少なく、切粉が発生しないなどの利点を備え、比較的細いボールペンチップとして得やすく、０．４ｍｍ未満というような小径のボールを備えたものとして使用されている。
近年では、金属に対する切削加工の精度も向上し、パイプ式であることと小径ボールを使用することとは必ずしも対応するものではないが、出発部材としてパイプ材を使用することによる加工工程の削減には有効である。

特許第３７８９５８４号

パイプ式ボールペンチップでは、ピンによる押圧変形加工を施して凹部を形成することによって、該部に対応する内側壁部に凸部を形成して、後に設置する筆記用ボールの後退規制部となる内方突出部を形成しているが、この押圧変形加工が、塑性変形であるため、その押圧による変形が目的部分の周囲にも及ぶことになる。特に、該加工は、パイプ材外周壁の円周上の一部を加工するため、加工された部分は内側に引っ張られ、それに続くパイプ先端部分は外側に倒れ込む方向に変形を受けてしまう。結果として、加工後のパイプを先端開口部側から見た場合には、その先端部がピンで押圧した部分に該当する部分が内側に、そうではないところは外側に位置してしまい、パイプ材の先端部外周・内周が同軸性のない非円形に形成されてしまう。
例えば、放射状に４点ピンで打ち、押圧変形加工するものでは、図６に示したように、真円度を失い四角に近い形状に変形してしまうものであった。
このようなものにボールを配置して、先端にかしめ加工を施したものでは、加工変形量が均一にならず、ボールとボールホルダー（かしめ加工後のパイプ材先端部）内径との隙間が周上で均一にならず、筆記方向によってインキの吐出量が異なる問題が発生してしまうものであった。

本発明は、金属製パイプ材の外側壁部にピンによる押圧変形加工を施して凹部を形成することによって、該部に対応する内側壁部に凸部を形成して、後に設置する筆記用ボールの後退規制部となる内方突出部となし、筆記用ボールを設置後にパイプ材の先端を内方にかしめ加工することによってボールの抜け止めとしたパイプ式ボールペンチップの製造方法において、前記内方突出部より先方の内側壁部に対するコアピンを挿入し、また、内方突出部より先方の外側壁部に対するカバー部材を全周に配置した状態で、前記内方突出部を形成するピンによる押圧変形加工を施すことを特徴としたパイプ式ボールペンチップの製造方法を要旨とするものである。

内方突出部を形成するピンによる押圧変形加工の際に、内側壁部に対するコアピンを挿入し、また、内方突出部より先方の外側壁部に対するカバー部材を全周に配置したので、ピン打ち加工の際の周囲の変形を矯正し、特に、かしめ加工前のパイプ先端部分における肉厚を極力均一なものとすることができ、かしめ加工後のボールとボールホルダーとの隙間を均一なものとすることができ、どの方向に筆記しても同程度のインキが吐出する、均一な筆跡が得られるパイプ式ボールペンを得ることができる。

本発明により製造したボールペンチップの一例を示す要部拡大縦断面図。 工程の一例を示す要部縦断面図。（工程（ａ）） 工程の一例を示す要部縦断面図。（工程（ｂ）） 工程の一例を示す要部縦断面図。（工程（ｃ）） 工程の一例を示す要部縦断面図。（工程（ｄ）〜（ｆ））。 従来の製造方法にて製造したボールペンチップの一例を示す、要部拡大矢視図。

本発明のボールペンチップの製造方法は、パイプ式ボールペンチップの製造方法であり、例えば、次のようにしてその形状は形成される。
金属製パイプ材の中腹部分外表面から等間隔に円周上位置にて複数箇所、ピン等の押圧冶具にて内方へ押圧変形させ、円筒状金属材料の内壁に凸状の突起を形成し、これを後に設置するボールの後退規制部とする。この突起の個数は、３個または４個が一般的である。
この突起間には放射状溝が形成され、同時にボール受座の中央には、基礎孔よりも小さい中心孔が形成されることとなる。
個々の凸状の突起の寸法ばらつきを是正するため、仕上げ加工としてボールが接触する部分の高さを均等にするために、ボールの接触する側に切削加工等を施す。この突起よりも先端側部分の内壁が、基礎孔の内径よりも大径になるように、半月バイト等の刃具にて切削し、ボール抱持室を形成する。
ボール抱持室の先端部分となる開口縁はペン先としての先部分となるため、円筒状金属材料そのままの厚みだと紙面に対するひっかかり部分となるので、先端部の外周面に切削バイト等の切削刃具にて、先端に向かって次第に縮径するテーパ形状を施し、先端が薄肉状となるように形成する。ボール抱持室と突起のボール抱持室側と外面のテーパとを同時に切削することも可能であり、その場合、それぞれの刃具の中心が同一であるため加工精度が向上する。

次いで、ボール抱持室内部にボールを挿入し、ボールをハンマー等の押圧冶具にて押圧させ、ボール受座面にボールと同等の曲率形状の曲面を形成させる。
次いで、かしめ加工にてボール抱持室の先端側外表面部をボール側に向かって倒しこみ、ボール抱持室先端の開口部の内径を縮径加工して、ボールを抱持させる。
縮径加工によるスプリングバック現象によって、先端開口部とボールとの間には僅かな隙間が形成されるためインキが吐出することができるが、前記隙間を大きくしてインキ吐出量を増やす場合は、ボールをボール受座方向に向かってハンマーなどで叩いたり、後方よりピンなどでボールを前方に押し上げたりして、ボールホルダーの前後方向の移動量を付与させることで形成される。

前記の加工工程において、本願発明は、内側壁部に対するコアピンを挿入し、また、内方突出部より先方の外側壁部に対するカバー部材を全周に配置して、ピン打ち加工の際の周囲の変形を矯正する手段をとる。
尚、カバー部材の内壁面の直径は、金属製パイプ材の外径よりも略同径となっている。

内方突出部より先方の内側壁部に対するコアピンは、超硬や、焼き入れ鋼などを使用でき表面硬度を向上させることが好ましい。また形状は先端部を先尖り状にしたピン形状であるが、先端を半球形状にしても良い。また、コアピンの先端を前記内方突出部に当接させて、内方突出部先端側の表面をコアピンの先端形状を写しても良い。

内方突出部を形成するピンは、超硬や、焼き入れ鋼などを使用でき、表面硬度を向上させることが好ましい。また形状は先端部を先尖り状にしたピン形状であるが、先端を半球形状にしても良い。また、先尖り状、即ちテーパ形状における角度も適宜であるが、連続加工による破損性を考慮すれば４０°以上が好ましい。また、ピンの後方部にも先尖り上のテーパ部が形成されており、このテーパ部を利用して、ピンを内方に押圧させることが好ましい。またピンによる生産性を考慮し、前記ピンとバネ等の弾撥部材を組み合わせることで連続してピンを摺動することもできる。

以上のようにして得られたボールペンチップを、インキが充填されたパイプ体に直接または接続部材を介して接続し、ボールペンチップ側に力がかかるようにして遠心力を付与するなどしてボールペン体を得る。このボールペン体を外装体内に収容するものとすると、所謂「リフィル」と呼ばれるものとなり、例えば、操作によって外装体の先端口部より出没する出没式のボールペンとすることもできる。
また、必要に応じてインキの後方にはグリス状の追従体などを充填しても良い。またインキとしては、着色剤として、顔料、染料、いずれも使用できる。さらに、パイプ体はステンレスや樹脂など適宜に選択できる。更に金属製パイプ材の内部、即ちボールホルダーの内部には、中継芯や、筆記しない時にボールを前方に付勢させるコイルバネなどの弾撥体などを挿入配置させることも可能である。

ボールの材質としては、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などが使用できる。
また、ボールホルダーの材質としては、予め中穴のあるパイプ材を使用でき、ステンレス等の金属製のものが使用できる。中でも塑性加工にて加工硬化をするオーステナイト系ステンレス鋼が好ましい。

以下、図面に基づき１例を説明する。
図１に示したものは、本発明にて製造されるボールペンチップの一例について、要部を拡大した縦断面図である。
筆記部材として超硬やセラミックスなどからなるボール１を、ステンレス等の金属からなるボールホルダー２にて回転自在に抱持している。
そのボールホルダー２は、貫通したインキの通り路としての中心孔２ａを有しており、その中心孔２ａの先端部分が前記ボール１を抱持するボール抱持室２ｂとなっている。
そのボール抱持室２ｂは、縮径加工によって縮径化された先端開口部２ｃと、ボール受座２ｄにて前記ボール１の移動し得る範囲を区画している。また、そのボール受座２ｄには、ボール１と同等の曲率形状の曲面２ｅが形成されているが、この曲面２ｅは、ボール１を先端側から押圧して形成したものである。

前記内方突出部は、ピンＡによる押圧変形加工を施すことで形成され、同時に内方突出部の間に放射状溝２ｆと、その中心部には中心孔２ａを形成している。また、中心孔２ａより後方には後孔２ｇが形成されている。この後孔２ｇは、金属製パイプ材３に予め形成されていた基礎穴としている。

次に、上述のボールペンチップの製造方法について説明する。尚、以下の説明においては、アルファベットの順に工程が移行するものとする。

実施例１（工程（ａ）〜（ｃ）は図２参照、工程（ｄ）〜（ｇ）は図３参照。）
工程（ａ）
金属製パイプ材３をチャックＢに固定し、金属製パイプ材３の先方部分に、外側壁ガイドＣを被せ、コアピンＤを先端に挿入する。外側壁ガイドＣは円筒状であり、金属製パイプ材３の先方部分の全周を被覆する。外側壁ガイドＣの円筒状部分には、内方突出部形成用のピンＡが貫通する穴部Ｆを放射状に配置している。また、金属製パイプ材３の外壁と外側壁ガイドＣのガイド内壁とは、略同径の寸法としているが、通常５μｍ〜１０μｍ程度の隙間があるように寸法設定され、外側壁ガイドＣがスムースに金属製パイプ材３を被覆できるようにしつつ、その後の押圧変形による応力を受けた場合の変形矯正機能を損なわないようにしてある。
また、金属製パイプ材３の先端側内部に先尖り状のコアピンＤを挿入配置する。

工程（ｂ）
カバー部材Ｅの外側方向より内側に向かって放射状に配置されたピンＡを押圧加工する。この時、ボールホルダー２の内壁面２ｈは先尖り状のコアピンＤの外壁面Ｄ１に、またボールホルダー２の外壁面２ｉは、前記カバー部材Ｅの内壁面Ｅ１に当接しているので、ピン打ち加工の際の周囲の変形を矯正している。

工程（ｃ）
ピンＡを後退させ、加工前の位置に戻した後に、前記カバー部材Ｅ及び先尖り状のコアピンＤを後退させる。

工程（ｄ）
金属製パイプ材３の先端部の外周面に切削バイト等の切削刃具Ｇにて、先端に向かって次第に縮径するテーパ形状及び端面を施し、先端が薄肉状となるように形成する。またそれと同時にボール抱持室２ｂの内壁面と、ボール受座２ｄのボール抱持室２ｂ側を切削する。

工程（ｅ）
ボール抱持室２ｂ内部にボール１を挿入し、ボール抱持室２ｂの先端外表面部２ｊに回転するかしめ加工ロールＲを圧接し、先端部をボール１に当接するまで倒しこみ、ボール抱持室２ｂ先端の先端開口部２ｃの内径を縮径加工して、ボール１を抱持させる。

工程（ｆ）
ボール１を圧接治具であるハンマーＨにて圧接させ、ボール受座２ｄにボール１と同等の曲率形状の曲面２ｅを形成させると同時に、ボールホルダー２の前後方向の移動量を付与させる。

上記の方法で形成されたパイプ式ボールペンチップ各１０個を、顕微鏡（（株）ＯＬＹＭＰＵＳ製 ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ ＳＴＭ６）にてボール方向から観察し、ボールホルダーのかしめ加工後の開口部の内径を測定した。内径の測定は、開口部内縁の任意の接線をその接線に直行する方向に移動させ、対峙する開口部内縁について接線となるまでの距離を測り、次いで、ボールペンチップを９０度回転させて同様の測定をした。この二度の測定値の差を開口部のゆがみ量とした。

比較として、外側壁ガイド部分がなく、コアピンのみの冶具にて同様にボールペンチップを形成し（図６参照）、同様にゆがみ量を算出した。

上記測定後のボールペンチップについて、それぞれ、市販のボールペン（ぺんてる株式会社製の「ｓｌｉｃｃｉ」製品符号：ＢＧ２０４−Ａ、試験に使用したインキ：前記製品黒色水性ゲルインキ）のボールペンチップと差し替え、ボール側に遠心力を付与して筆記試験用ボールペンサンプルを得た。尚、前記ボールペンチップには直径０．７ｍｍのボールを使用した。チップとチップホルダーとの間には接続部材を仲介させた。
自転式連続螺旋筆記試験機（ＴＳ−４Ｃ−２０、精機工業研究所）にて、筆記用紙（ＮＳ−５５カエデ、リンテック（株））に筆記速度７ｃｍ／秒、筆記角度７０゜、筆記荷重９８１ｍＮの条件で、５０ｍ筆記し、筆跡の濃淡が確認されたサンプルの本数を目視にて確認した。
結果を表１に示す。

１ ボール
２ ボールホルダー
２ａ 中心孔
２ｂ ボール抱持室
２ｃ 先端開口部
２ｄ ボール受座
２ｅ 曲面
２ｆ 放射状溝
２ｇ 後孔
２ｈ ボールホルダーの内壁面
２ｉ ボールホルダーの外壁面
２ｊ 先端外表面部
３ 金属パイプ材
Ａ ピン
Ｂ チャック
Ｃ 外側壁ガイド
Ｄ コアピン
Ｄ１ コアピンの外壁面
Ｅ カバー部材
Ｅ１ カバー部材の内壁面
Ｆ 穴部
Ｇ 切削刃具
Ｈ ハンマー
Ｒ かしめ加工ロール

Claims (1)

1. 金属製パイプ材の外側壁部にピンによる押圧変形加工を施して凹部を形成することによって、該部に対応する内側壁部に凸部を形成して、後に設置する筆記用ボールの後退規制部となる内方突出部となし、筆記用ボールを設置後にパイプ材の先端を内方にかしめ加工することによってボールの抜け止めとしたパイプ式ボールペンチップの製造方法において、前記内方突出部より先方の内側壁部に対するコアピンを挿入し、また、内方突出部より先方の外側壁部に対するカバー部材を全周に配置した状態で、前記内方突出部を形成するピンによる押圧変形加工を施すことを特徴としたパイプ式ボールペンチップの製造方法。

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