JP2013103469A - ボールペン - Google Patents

Abstract

【課題】長距離筆記に適し、製造行程におけるインキ漏れなどが発生し難い、ボールペンを簡単な構造で提供する。
【解決手段】軸筒内に、ボールペン用インキを収容したインキタンクを配設し、ボールをボール抱持室の底壁に載置し、チップ先端部を内側にかしめることにより、ボールの一部をチップ先端縁より突出させて回転自在に抱持してなるボールペンチップを具備してなるボールペンにおいて、前記ボールの表面及び／又は前記底壁の表面に耐摩耗被膜層を設けるとともに、前記ボールの前後方向のクリアランスが、筆記距離０ｍのクリアランスＡ、筆記距離１００ｍのクリアランスＢ、筆記距離１０００ｍのクリアランスＣとしたとき、Ａ＜Ｂ≦Ｃ、１．２＜Ｂ／Ａ＜１．５、１．０＜Ｃ／Ｂ＜１．２を満足することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軸筒内に、ボールペン用インキを収容したインキタンクを配設し、ボールをボール抱持室の底壁に載置し、チップ先端部を内側にかしめることにより、ボールの一部をチップ先端縁より突出させて回転自在に抱持してなるボールペンチップを具備してなるボールペンに関する。

従来から、チップ本体に、ボール抱持室と、該ボール抱持室の底壁の中央に形成したインキ流通孔と、該インキ流通孔から放射状に延びる複数本のインキ流通溝とを有し、チップ先端部を内側にかしめることにより、ボールの一部をチップ先端縁より突出させて回転自在に抱持してなるボールペンチップについてよく知られている。

ボールとボール抱持室の底壁の関係について詳述すると、従来のボールぺンにあっては、筆記によってボールが回転すると、ボールとボール抱持室の底壁との接触部が摩耗する。

こうした、従来のボールペンチップにおいて、特開２０００−７１６７２号公報「ボールペンチップ」のように、ボール抱持室の底壁に、ボールと略同形のボール座を設け、該ボール座にボールを載置することで、耐摩耗性等、高荷重での性能を向上してなるボールペンチップも、数多く提案されている。

また、ボールペンチップにおいて、特開２００１−３９０７７号公報「ボールペンチップ」に、ボールをチップ先端側から押圧するハンマーリング加工によってボール座を形成することが開示されている。

特開２０００−７１６７２号公報 特開２００１−３９０７７号公報

しかし、特許文献２のように、ボール座を形成することで、前記した摩耗量を抑制することができるが、摩耗の進行を防止するものではない。これは、ボール座を形成することで、ボールとの接触面が増加し、単位面積当たり荷重を小さくすることで摩耗を抑制することはできるが、進行を防止するには至っていないためである。

ところで、ボールペンにおいて、ボールの前後動するためのクリアランスは、ボールペン用インキを筆記面に流出するための流路として重要な要素であることはよく知られている。そのため、製造工程において、ボールペンチップが外部に露出した状態での組立は、前記したクリアランスが大きいとインキが漏れ出しやすく、チップ先端部を汚す恐れがあるとともに、チップ内のインキが乾燥固化する恐れがあり、特に１０ｍＰａ・ｓ以下（２０℃）のような低粘度のインキ場合には、製造工程においてインキの漏れ出し防止及びチップ先端部の汚れ防止等の対策を講じる必要がある。

また、筆記によるクリアランスの変化量が大きい場合には、安定したインキ消費が得られず、長期距離に筆記において安定した筆記性能を維持することが困難であった。

本発明はこれらの従来技術に鑑みてなされたものであって、長距離筆記に適し、製造行程におけるインキ漏れなどが発生し難い、ボールペンを簡単な構造で提供することにある。

本発明は、前記問題を解決するために、軸筒内に、ボールペン用インキを収容したインキタンクを配設し、ボールをボール抱持室の底壁に載置し、チップ先端部を内側にかしめることにより、ボールの一部をチップ先端縁より突出させて回転自在に抱持してなるボールペンチップを具備してなるボールペンにおいて、前記ボールの表面及び／又は前記底壁の表面に耐摩耗被膜層を設けるとともに、前記ボールの前後方向のクリアランスが、筆記距離０ｍのクリアランスＡ、筆記距離１００ｍのクリアランスＢ、筆記距離１０００ｍのクリアランスＣとしたとき、Ａ＜Ｂ≦Ｃ、１．２＜Ｂ／Ａ＜１．５、１．０＜Ｃ／Ｂ＜１．２を満足することを特徴とする。

また、前記ボールペンチップと前記インキタンクとの間に配置され、前記インキタンク内の内圧上昇に伴う溢出インキを一時的に保持するインキ保溜部材とを具備し、前記インキ保溜部材の後方に前記インキタンクを着脱自在に取り付けた直液式ボールペンであることを特徴とする。

さらにまた、筆記距離２０００ｍのクリアランスＤとしたとき、１．０＜Ｄ／Ｃ＜１．２を満足することを特徴とする。

本願発明の第１の構成によれば、筒内に、ボールペン用インキを収容したインキタンクを配設し、ボールをボール抱持室の底壁に載置し、チップ先端部を内側にかしめることにより、ボールの一部をチップ先端縁より突出させて回転自在に抱持してなるボールペンチップを具備してなるボールペンにおいて、前記ボールの表面及び／又は前記底壁の表面に耐摩耗被膜層を設けるとともに、前記ボールの前後方向のクリアランスが、筆記距離０ｍのクリアランスＡ、筆記距離１００ｍのクリアランスＢ、筆記距離１０００ｍのクリアランスＣとしたとき、Ａ＜Ｂ≦Ｃ、１．２＜Ｂ／Ａ＜１．５、１．０＜Ｃ／Ｂ＜１．２を満足することで、生産性及び長期に渡り安定した筆記性能を得ることができる。

これは、筆記距離０ｍから筆記距離１００ｍまでは、ボールとインキ流通孔を形成することで生じる底壁の角部が当接し、ボールの回転が安定するまで、ボールの回転によって底壁を削り取って当接面を形成する。その後、当接面によって安定してボールが回転することと、底壁面の他の耐摩耗被覆層に相乗効果によって、クリアランスが、１．０＜Ｃ／Ｂ＜１．２を満足することで、摩耗しない或いは僅かに摩耗するだけなので、長期に渡り安定した筆記性能を満足するものとなる。尚、筆記距離０ｍから筆記距離１００ｍ筆記後のクリアランスが、Ｂ／Ａ＜１．２の場合には、当接面が小さく、その後の摩耗量が大きくなる恐れがあり、Ｂ／Ａ＞１．５の場合には、クリアランスの変化が大きく筆跡の太さや濃さの相違が判別し易いため、１．２＜Ｂ／Ａ＜１．５とするものである。

また、前述の通り、筆記距離０ｍから筆記距離１００ｍまでの摩耗によって、ボール抱持室の底壁に、摩耗することによって形成された当接面は、ボールの回転によって形成されるために、ハンマーリングによって形成されるボール座よりもボールとの抵抗を低減することができる。この当接面の面積は、表面積で、ボール表面積の１０％を超えると、当接面の形成前との差が大きく、筆感などに影響を及ぼす恐れがあるため、１０％以下が好ましく、１〜５％がより好ましい。

さらに、本発明のボールペンチップは、ボールをチップ先端側から押圧するハンマーリング加工等、製造によって予めボール座を形成しないため、製造工程の削減及びをインキの漏れ出しなどを抑制できる効果を奏する。

尚、本発明に用いる耐摩耗被覆層としては、本発明に用いる耐摩耗被膜層としては、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、二硫化タングステン（ＷＳ_２）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、窒化チタン層（ＴｉＮ）等、従来から知られている耐摩耗被膜層を適宜用いることができる。また、耐摩耗被膜層を被覆する方法は、特に制限されず、真空蒸着、イオン蒸着、物理的蒸着、化学的蒸着、真空アーク蒸着などが挙げられ、直接又は前記した耐摩耗被膜層を含有した被覆層であってもよい。特に前記した耐摩耗被膜層の中でも、潤滑性を考慮してダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を用いることが最も好ましい。

また、本願発明の第２の構成によれば、前記ボールペンチップと前記インキタンクとの間に配置され、前記インキタンク内の内圧上昇に伴う溢出インキを一時的に保持するインキ保溜部材とを具備し、前記インキ保溜部材の後方に前記インキタンクを着脱自在に取り付けた直液式ボールぺンとすることで、ボールペンチップの交換を不要とし、長期及び長距離にわたり安定した筆記性能を維持することができる。

また、本願発明の第３の構成によれば、前記ボールペンの筆記距離２０００ｍのクリアランスＤとしたとき、１．０＜Ｄ／Ｃ＜１．２を満足することで、さらに長距離にわたり安定した筆記性能を維持することができる。

本発明に用いるボール材としては、タングステンカーバイドの超硬材やジルコニアなどのセラミックス材、ステンレス鋼材等、特に限定されるものではく、チップ本体もステンレス鋼や銅合金、アルミニウム等、特に限定されるものではない。

本発明は、長距離筆記に適し、製造行程におけるインキ漏れなどが発生し難い、ボールペンを簡単な構造で提供することができた。

実施例１のボールペンを示す縦断面図である。 図１のキャップを取り外した状態を示す図である。 図１のボールペンチップを示す一部省略した要部拡大縦断面図である。 図３の１００ｍ筆記後のボールペンチップを示す一部省略した要部拡大縦断面図である。

図１から図４に示す実施例１のボールペン１は、ボールペンチップ２とインキタンク４との間に、インキタンク４の内圧上昇に伴う溢出インキを一時的に保持する櫛歯状のインキ保溜部材３を配置し、前記インキ保溜部材３の後方にインキタンク４を着脱自在に取り付けたインキタンク交換式の直液式のボールペン１である。

また、ボールペン１は、先軸５と、前記先軸５の後端部に着脱自在に構成される後軸６とを備え、先軸にキャップを着脱自在に装着するとともに、先軸５内にインキ保溜部材３が収容され、後軸６内にインキタンク４が収容される。さらに、先軸５の後端部には筒状の結合部５Ｂが突出され、結合部５Ｂにインキタンク４が着脱自在に接続される。また、インキ保溜部材３の先端にペン先となるボールペンチップ２が取り付けてある。インキタンク４からボールペンチップ２へは、第１、第２インキ誘導部材７、８によりボールペン用インキ（図示せず）が誘導される。

先軸５は、両端が開口された円筒体よりなり、先軸５の後端部には、縮径された筒状の螺合部に、雄ネジ部５Ａが形成される。また、結合部５Ｂは、インキタンク４の開栓時、インキタンク４の開口部内に圧入され、結合部５Ｂの後端の一部には、インキタンク４の開栓時にインキタンク４の開口部の栓体９を後方へ押し外す突片５ＢＡが形成される。

後軸６は、前端が開口された有底筒状体よりなり、後軸６の先端開口部内周面には、先軸５の螺合部５Ａの雄ネジ部に着脱自在に螺合可能な雌ネジ部６Ａが形成される。また、後軸６は、インキタンク４内のインキ残量を外部より視認可能なよう、透明性を有するポリエチレンからなる合成樹脂で形成してある。

インキ保溜部材３は、複数の円板状の櫛歯３Ａを備える。櫛歯３Ａの相互間には、インキを一時的に保溜する保溜溝３Ｂが形成される。櫛歯３Ａには、各々の保溜溝３Ｂと接続する、軸方向に延びるスリット状の誘導溝３Ｃが形成される。インキ保溜部材３の櫛歯３Ａ群の最後端に位置する鍔部３Dには、誘導溝３Ｃと接続し且つインキタンク４側に開口する連通溝３Ｅが前後に貫設される。また、櫛歯３Ａには、空気流通用の凹溝３Ｆが形成される。また、インキ保溜部材３の中心には、中心孔３Ｇが貫設され、中心孔３Ｇには、合成樹脂の押出成形体からなる第１のインキ誘導部材７が挿着される。また、ボールペンチップ２の内部には、ボール１０後面にインキを誘導する繊維加工体よりなる第２のインキ誘導部材８が収容される。

インキタンク４は、先端が開口され且つ後端が閉鎖された有底筒状体であり、開口部の内周面には、インキタンク４内を封鎖する栓体９が設けられ、インキタンク４内には、水性ボールペン用インキが直接収容される。

キャップ１８は、キャップ本体１９の後端が開口され且つ先端が閉鎖された有底筒状体であり、先端部内に内方側に突出するリブ１９Ａを設け、このリブ間に、チップ先端部１２とボール１０を閉鎖する弾性体２０を圧入保持によって配設してある。

ボールペンチップ２について詳述すると、φ２．３ｍｍ、硬度が２３０Ｈｖ〜２８０Ｈｖのステンレス鋼線材を切削加工によって得ている。このボールペンチップ２は、チップ本体１１のボール抱持室１３、インキ流通孔１６と、インキ流通孔１６から放射状に伸びるインキ流通溝１５を作製後、ボール抱持室の底壁１４に、φ０．５ｍｍのボール１０を載置し、チップ先端部１２を内側へかしめることで、ボール１０を回転自在に抱持してある。

チップ先端部１２のかしめ角度αは、紙当たり角度やインキ流路を考慮して６０度としてある。また、底壁４の角度βは、１１０度であった。尚、底壁の角度は、１５０度を超えると、長距離筆記における摩耗を抑制し難く、９０度より小さいと当接面の面積が大きくなり過ぎる恐れがあるため、底壁の角度βは、９０度以上、１５０度以下が好ましく、１００度から１４０度が最も好ましい。

ボールペンチップ２のチップ先端部１２の内面及び底壁１４には、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の表層部からなる耐摩耗被膜層１７を被覆して設けてある。チップ先端部１２の内面に耐摩耗被膜層１７を設けたことにより、筆記時におけるボール抱持室１３の底壁１４とボール１０の表面及びチップ先端部１２の内面とボール１０の表面の耐摩耗性が著しく向上し、ボールペンチップの交換を不要にでき、長期にわたり安定した筆記性能を満足することができる。また、ボール抱持室１３の底壁１４とボール１０の表面との接触抵抗も軽減してあるので、ボール１０の回転を円滑にすることができる。

ボールペン用インキは、水、有機溶剤、着色剤（水溶性染料）からなる市販（パイロットコーポレーション製）の水性ボールペン用インキであり、２０℃の環境下におけるインキ粘度は、２ｍＰａ・ｓであった。また、１００ｍ当たりのインキ消費量は、０〜１００ｍまでが、１２０ｍｇであり、４００ｍ〜５００ｍが１３２ｍｇ、９００ｍ〜１０００ｍが１３２ｍｇであった。さらに、カートリッジを交換して、連続的に測定した結果、１４００〜１５００ｍが１３５ｍｇ、１９００ｍ〜２０００ｍが１３７ｍｇであった。尚、インキ消費量の測定は、螺旋状に筆記する筆記試験機（筆記速度：４ｍ／分、筆記荷重：１００ｇ、筆記角度：７０度）にて筆記させ、筆記距離１００ｍにおけるインキ消費量を測定した数値である。

ボールとチップ先端部との縦方向の隙間（クリアランス）は、未筆記で１８μｍ、０〜１００ｍ筆記後、２２．０μｍであり、５００ｍ筆記後が２３μｍ、１０００ｍ筆記後が２４μｍであった。さらに、カートリッジを交換して、連続的に測定した結果、１５００ｍ筆記後が２４μｍであり、２０００ｍ筆記後が２５μｍであった。

これは、筆記距離０ｍから筆記距離１００ｍまでボールと底壁がなじんで当接面を形成し、その後は耐摩耗被覆層によって、摩耗しない或いは僅かに摩耗するだけなので、長期に渡り安定した筆記性能を満足するものとなる。

本実施例では、便宜上、本実施例では、便宜上、チップ本体にのみ耐摩耗被膜層を設けているが、ボールの表面及び／又はチップ本体の表面に耐摩耗被膜層を設けてもよい。また、ステンレス鋼線材をドリルによる切削加工によってボールペンチップを形成する切削タイプを例示しているが、ステンレス鋼パイプを押圧加工等によってボールペンチップを形成するパイプタイプのボールペンチップであってもよい。また、インキ流通溝も便宜上、後部孔まで貫通しない形状を用いているが、貫通、非貫通など特に限定されるものではない。

また、本発明に用いるボールペン用インキは、油性ボールペン用インキ、水性ボールペン用インキ等、特に限定されるものではないが、ニュートン粘性の水性ボールペン用インキ、剪断減粘性を付与した水性ボールペン用インキは、ボールとチップ本体が境界潤滑の傾向となり、摩耗し易い問題があるため、ボール抱持室の内面及び／又はボールに耐摩耗被覆層を設けることが好ましい。さらに、本発明のボールペン用インキのインキ粘度も、特に限定されるものではないが、筆記時の粘度が１０ｍＰａ・ｓ未満（２０℃）の場合には、ボールと底壁とが境界潤滑となり易く底壁が摩耗し易いため、本発明の効果は顕著である。

また、筆記時の粘度が１０ｍＰａ・ｓ未満の場合には、筆記距離０ｍのクリアランスＡは、筆記距離０ｍのクリアランスＡは、５μｍより小さいと十分なインキ消費量が得られず、カスレなどが発生する恐れがあり、２５μｍを超えると、製造時におけるインキ漏れや垂れ下がりが発生する恐れがあることなどを考慮して適宜設定することができ、１０μｍ≦Ａ≦２５μｍ、好ましくは、１５μｍ≦Ａ≦２０μｍ、１５μｍ≦Ａ≦１８μｍが最も好ましい。

本実施例では、便宜上、本実施例では、便宜上、チップ本体にのみ潤滑被膜層を設けているが、ボールの表面及び／又はチップ本体の表面に潤滑被膜層を設けてもよい。また、ステンレス鋼線材をドリルによる切削加工によってボールペンチップを形成する切削タイプを例示しているが、ステンレス鋼パイプを押圧加工等によってボールペンチップを形成するパイプタイプのボールペンチップであってもよい。

本発明のボールペンは、０．５ｍｍ以下の小径のボールを用いたボールペンとして好適に用いることができる。

１ ボールペン
２ ボールペンチップ
３ インキ保溜部材
３Ａ 櫛歯
３Ｂ 保留溝
３Ｃ 誘導溝
３Ｄ 鍔部
３Ｅ 連通溝
３Ｆ 凹溝
３Ｇ 中心孔
４ インキタンク
５ 先軸
６ 後軸
７ 第１のインキ誘導部材
８ 第２のインキ誘導部材
９ 栓体
１０ ボール
１２ チップ本体
１３ ボール抱持室
１４ 底壁
１４Ａ 当接面
１５ インキ流通溝
１６ インキ流通孔
１７ 耐摩耗被膜層
α かしめ角度
β 底壁の角度

Claims (3)

1. 軸筒内に、ボールペン用インキを収容したインキタンクを配設し、ボールをボール抱持室の底壁に載置し、チップ先端部を内側にかしめることにより、ボールの一部をチップ先端縁より突出させて回転自在に抱持してなるボールペンチップを具備してなるボールペンにおいて、前記ボールの表面及び／又は前記底壁の表面に耐摩耗被膜層を設けるとともに、前記ボールの前後方向のクリアランスが、筆記距離０ｍのクリアランスＡ、筆記距離１００ｍのクリアランスＢ、筆記距離１０００ｍのクリアランスＣとしたとき、Ａ＜Ｂ≦Ｃ、１．２＜Ｂ／Ａ＜１．５、１．０＜Ｃ／Ｂ＜１．２を満足することを特徴とするボールペン。
2. 前記ボールペンチップと前記インキタンクとの間に配置され、前記インキタンク内の内圧上昇に伴う溢出インキを一時的に保持するインキ保溜部材とを具備し、前記インキ保溜部材の後方に前記インキタンクを着脱自在に取り付けた直液式ボールペンであることを特徴とする請求項１に記載のボールペン。
3. 前記ボールペンの筆記距離２０００ｍのクリアランスＤとしたとき、１．０＜Ｄ／Ｃ＜１．２を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のボールペン。

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