JP2013176910A

JP2013176910A - ボールペン

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Publication number: JP2013176910A
Application number: JP2012042356A
Authority: JP
Inventors: Makoto Oya; 誠大屋
Original assignee: Pilot Ink Co Ltd; Pilot Corp
Current assignee: Pilot Ink Co Ltd; Pilot Corp
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-09-09

Abstract

【課題】十分なインキ流出性が得られるとともに、ロッド部を確実にインキ流出間隙の中心部にガイドすることができるボールペンを提供する。
【解決手段】金属製のチップ本体２の前端に内向きの前端縁部４を設ける。前端縁部４の後方のチップ本体２内面にボール受け座用の複数の内方突出部を設ける。内方突出部の相互間に、中心部から径方向外方に放射状に延びるインキ流出間隙５１を形成する。インキ流出間隙５１に、ボール３を前方に付勢し且つボール３を前端縁部４の内面に密接させるロッド部７１を挿通させる。ボール受け座用の複数の内方突出部を第１の内方突出部５とする。第１の内方突出部５より後方のチップ本体２内面に複数の第２の内方突出部６を設ける。第１の内方突出部５の相互間の後方に第２の内方突出部６が位置する。前端縁部４の内面及び／または前記ボール３の表面に炭素質膜を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールペンに関する。

従来、特許文献１には、金属製のチップ本体の先端に内向きの先端縁部を設け、前記先端縁部の後方のチップ本体内面に複数の内方突出部を内方への押圧変形により設け、前記先端縁部と前記内方突出部との間にボールを回転可能に抱持し、前記内方突出部の相互間に、中心部から径方向外方に放射状に延びるインキ流出間隙を形成し、前記インキ流出間隙に、ボールを前方へ付勢し且つボールを先端縁部の内面に密接させるロッド部を挿通させてなるボールペンであって、前記インキ流出間隙の中心部の仮想内接円の直径を、前記ロッド部の外径より大きく設定するとともに、前記インキ流出間隙の最小寸法を、前記ロッド部の外径より小さく設定したことを特徴とするボールペンが記載されている。

特開２００３−１３６８７７号公報

前記特許文献１のボールペンは、ロッド部がインキ流出間隙の周縁端部の近傍に入り込むことを防止できるとしても、ボール受け座のインキ流出間隙が小さくなり、インキ流出性が低下するおそれがある。特に、前記特許文献１のボールペンは、比較的粒子径の大きい顔料を含有するインキを採用した場合、十分なインキ流出性が得られないおそれがある。

また、前記特許文献１のボールペンは、筆記使用を続けるに従い先端縁部の内面がボールとの接触により摩耗して、ボールと先端縁部とのシール性が低下したり、ボール受け座がボールとの接触により摩耗して、インキ流出性を安定して維持できないおそれがある。

ところで、ボールペンに用いられるインキは、水性ボールペン用インキ、剪断減粘性が付与された水性又は油性のボールペン用インキ、油性ボールペン用インキ、に大別できる。近年、剪断減粘性が付与された水性又は油性のボールペン用インキ、及び、油性ボールペン用インキは、筆感向上等を日的として、粘度を低くすることが望まれている。

本発明者による、回転するボールとボール抱持部との関係についての分析によれば、ボールとボール抱持部との間にボールペン用インキが入り込むことで形成される流体潤滑、ボールとボール抱持部とが直接に接触する境界潤滑、流体潤滑と境界潤滑とが混じり合った混合潤滑、のそれぞれの状態がある。

しかし、ボール及びパイプの硬度を高くしただけでは、ボール及びボール抱持部の摩耗を完全に防止するには至っていないのが現実である。これは、ボールとボール抱持部との接触部位をミクロ的に見た場合には、ボールとボール抱持部との界面にボールペン用インキが介在することなく直接接触する境界潤滑の状態となる場合があり、特にボールペン用インキが低粘度の場合に生じやすいためであると推測する。

本発明は前記従来の問題点を解決するものであって、十分なインキ流出性が得られるとともに、ロッド部を確実にインキ流出間隙の中心部にガイドすることができ，しかも、長期にわたり安定したシール性とインキ流出性を維持できるボールペンを提供しようとするものである。

＜１＞本願の第１の発明は、金属製のチップ本体２の前端に内向きの前端縁部４を設け、前記前端縁部４の後方のチップ本体２内面にボール受け座用の複数の内方突出部を内方への押圧変形により設け、前記前端縁部４と前記内方突出部との間で回転可能にボール３を抱持し、前記内方突出部の相互間に、中心部から径方向外方に放射状に延びるインキ流出間隙５１を形成し、前記インキ流出間隙５１に、ボール３を前方に付勢し且つボール３を前端縁部４の内面に密接させるロッド部７１を遊挿させてなるボールペンであって、前記ボール受け座用の複数の内方突出部を第１の内方突出部５とし、前記第１の内方突出部５より後方のチップ本体２内面に複数の第２の内方突出部６を設け、前記第２の内方突出部６の相互間に中心部から径方向外方に放射状に延びるインキ流出間隙６１を形成し、前記
第２の内方突出部６の相互間のインキ流出間隙６１に前記ロッド部７１を遊挿させてなり、前記前端縁部４の内面及び／または前記ボール３の表面に炭素質膜を設けてなるとともに、前記炭素質膜が、炭素原子及び該炭素原子と結合した酸素原子を有することを要件とする。

前記第１の発明のボールペン１は、前記第１の内方突出部５より後方のチップ本体２内面に複数の第２の内方突出部６を設け、前記第２の内方突出部６の相互間に中心部から径方向外方に放射状に延びるインキ流出間隙６１を形成し、前記第２の内方突出部６の相互間のインキ流出間隙６１に前記ロッド部７１を遊挿させてなることにより、従来のようなロッド部がインキ流出間隙の周縁端部の近傍に入り込むことを防止するためにボール受け座のインキ流出間隙を小さくする必要がなくなり、前記第１の内方突出部５の相互間のインキ流出間隙５１、及び前記第２の内方突出部６の相互間のインキ流出間隙６１を十分に大きく設定でき、チップ本体２の前端からの十分なインキ流出性が得られるとともに、ロッド部７１を確実にインキ流出間隙５１の中心部（即ちボール受け座の中心部）にガイドすることができる。

また、前記第１の発明のボールペン１は、前端縁部４の内面及び／またはボール３の表面に炭素原子及び該炭素原子と結合した酸素原子を有する炭素質膜を設けたことにより、前端縁部４の内面とボール６の表面との接触抵抗を軽減して、ボール６の回転をより円滑にできるとともに、前端縁部４の内面の耐摩耗性を著しく向上させることができ、長期にわたり安定したシール性とインキ流出性を維持できる。

また、本発明による筆記具に用いられるインキは、炭素質膜との親和性が高いことが望ましい。例えばボールペンに用いられるインキには、水や、アルコールやグリコールエーテル等の親水性官能基を有する成分が含まれていることが多い。このような成分を含むインキは、従来使用されていたボール、例えば表面処理がなされていない炭化ケイ素からなるボールとは親和性が低い。このため、ボール３と前端縁部４との接触部分が境界潤滑となり易い傾向がある。しかしながら、本発明においては前端縁部４の内面またはボール３の表面の少なくともいずれかに炭素質膜が形成されており、それと親和性の高いインキを用いることでボール３と前端縁部４との間が流体潤滑となりやすい。また、ボールとインキとの親和性が向上することにより、インキの供給を安定化することができるので、書き出し性を良化し、より均一な筆跡及び良好な筆感を実現することが可能となる。このような炭素質膜に対するインキの親和性は、接触角により評価することができる。

尚、炭素質膜を形成する方法は、特に制限されない。例えば、炭化水素ガスを原料として用いるプラズマ化学気相堆積法（プラズマＣＶＤ法）又は触媒化学気相堆積法（ＣＡＴ−ＣＶＤ法）等により形成することができる。また、固体グラファイトを原料とするスパッタリング法、アークイオンプレーティング法等により形成することもできる。さらに、他の方法により形成してもよく、複数の方法を組み合わせて形成してもよい。

本発明において用いられる炭素質膜は、ダイヤモンド様膜（ＤＬＣ膜）に代表されるｓｐ^２炭素−炭素結合（グラファイト結合）及びｓｐ^３炭素−炭素結合（ダイヤモンド結合）を含む膜である。ＤＬＣ膜のようなアモルファス状態の膜であっても、ダイヤモンド膜のような結晶状態の膜であってもよい。しかしながら、本発明において炭素質膜は、ｓｐ^３炭素−炭素結合のｓｐ^２炭素−炭素結合に対する比率が高いほうが、炭素質膜の硬度が高くなるので好ましい。具体的には、ｓｐ^３炭素−炭素結合のｓｐ^２炭素−炭素結合に対する比率が０．３以上であることが好ましい。

また、通常、炭素質膜はｓｐ^２炭素−水素結合及びｓｐ^３炭素−水素結合を含んでいるが、本発明における炭素質膜には炭素−水素結合は必須の構成要素ではない。また、炭素質膜には本発明の効果を損なわない範囲でシリコン（Ｓｉ）又はフッ素（Ｆ）等が添加されていてもよい。

また、炭素質膜へ炭素−酸素結合を導入する方法は、例えば酸素プラズマ又は酸素を含むガスのプラズマ等の照射により行えばよい。酸素を含むガスとしては水蒸気、空気等を用いることができる。また、酸素原子を含む有機物化合物等のガスを用いることもできる。さらに、酸素を含む雰囲気において炭素質膜に紫外線を照射したり、炭素質膜を酸化性の溶液に浸漬することによって、酸素を導入することもできる。また、炭素質膜を成膜する際に雰囲気中の酸素濃度を高くすることにより、炭素質膜を成膜する際に炭素−酸素結合を導入することも可能である。炭素質膜の成膜直後にはその表面に未結合手が存在している。このため、成膜直後の炭素質膜を酸素を含む雰囲気に放置することにより未結合手と酸素とを反応させて炭素−酸素結合を導入することも可能である。

炭素質膜の膜厚は、特に限定されないが、０．００１μｍ〜３μｍの範囲が好ましく、０．００５μｍ〜１μｍの範囲であることがより好ましい。また、炭素質膜はボールの表面またはボール抱持室の内壁表面に直接形成することができるが、ボールまたはボール抱持室（前端縁部４と内方突出部５の間のパイプ内面）と炭素質膜とをより強固に密着させるために、中間層を設けることが好ましい。中間層の材質としては、ボールまたはボール抱持室の種類に応じて種々のものを用いることができるが、例えばケイ素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）と炭素（Ｃ）又はクロム（Ｃｒ）と炭素（Ｃ）からなるアモルファス膜等の公知のものを用いることができる。その厚みは特に限定されるものではないが、０．００１μｍ〜０．３μｍの範囲が好ましく、０．００５μｍ〜０．１μｍの範囲であることがより好ましい。中間層は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、溶射法、イオンプレーティング法又はアークイオンプレーティング法等を用いて形成することができる。

＜２＞本願の第２の発明のボールペン１は、前記第１の発明のボールペン１において、前記第１の内方突出部５の頂点に接する仮想内接円の直径Ｙが、前記ロッド部７１の直径Ｘより大きく設定され、且つ、前記第２の内方突出部６の頂点に接する仮想内接円の直径Ｚが、前記ロッド部７１の直径Ｘより大きく設定されることを要件とする。

前記第２の発明のボールペン１は、前記第１の内方突出部５の頂点に接する仮想内接円の直径Ｙが、前記ロッド部７１の直径Ｘより大きく設定され、且つ、前記第２の内方突出部６の頂点に接する仮想内接円の直径Ｚが、前記ロッド部７１の直径Ｘより大きく設定されることにより、ロッド部７１を、第１の内方突出部５のインキ流出間隙５１の中心部と、第２の内方突出部６のインキ流出間隙６１の中心部とに確実に遊挿配置することができる。前記ロッド部７１の横断面形状は、円形状、楕円形状、多角形状等のいずれであってもよい。前記ロッド部７１の直径Ｘとは、ロッド部７１の外径の最大値をいう。前記ロッド部７１とは、それ自体が撓んだり圧縮変形したりしてもよいし、その後端にコイル部またはゴム等の弾性部材を配設してもよい。

＜３＞本願の第３の発明のボールペン１は、前記第１または第２の発明のボールペン１において、前記第１の内方突出部５の相互間の後方に前記第２の内方突出部６が位置してなることを要件とする。

前記第３の発明のボールペン１は、前記第１の内方突出部５の相互間の後方に前記第２の内方突出部６が位置してなることにより、より一層、前記第１の内方突出部５の相互間のインキ流出間隙５１、及び前記第２の内方突出部６の相互間のインキ流出間隙６１を十分に大きく設定でき、チップ本体２の前端からの十分なインキ流出性が得られるとともに、ロッド部７１を確実にインキ流出間隙５１の中心部にガイドすることができる。

＜４＞本願の第４の発明のボールペン１は、前記第１乃至第３の発明のボールペン１において、前記第１の内方突出部５と前記第２の内方突出部６とを近接して設けたことを要件とする。

前記第４の発明のボールペン１は、第１の内方突出部５と第２の内方突出部６とを近接して設けたことにより、ロッド部７１を、より一層確実にインキ流出間隙５１の中心部にガイドすることができる。

＜５＞本願の第５の発明のボールペン１は、前記第１乃至第４の発明のボールペン１において、前記第１の内方突出部５の後端より後方に前記第２の突出部６の前端が位置することを要件とする。

前記第５の発明のボールペン１は、第１の内方突出部５の後端より後方に第２の突出部６の前端が位置することにより、第１の内方突出部５と第２の内方突出部６とが互いに影響し合うことがない。その結果、第１の内方突出部５及び第２の内方突出部６の各々の適正な形状を得る。もし、第１の内方突出部５の後端よりも前方に第２の突出部６の前端が位置する場合、第１の内方突出部５と第２の内方突出部６とが互いに影響し合い、第１の内方突出部５及び第２の内方突出部６の各々の適正な形状が得られないおそれがある。また、前記第５の発明のボールペン１は、第４の発明のように第１の内方突出部５と第２の内方突出部６とを近接して設けた場合でも、第２の突出部６のインキ流出間隙６１から第１の内方突出部５のインキ流出間隙５１へのインキ流通性が低下するおそれがない。

＜６＞本願の第６の発明のボールペン１は、前記第１乃至第５の発明のボールペン１において、前記第２の内方突出部６の頂点に接する仮想内接円の直径が、前記第１の内方突出部５の頂点に接する仮想内接円の直径より小さく設定されることを要件とする。

前記第６の発明のボールペン１は、第２の内方突出部６の頂点に接する仮想内接円の直径が、第１の内方突出部５の頂点に接する仮想内接円の直径より小さく設定されることにより、ロッド部７１を第２の内方突出部６によって、より一層確実に、第１の内方突出部５の相互間のインキ流出間隙５１の中心部にガイドすることができる。

本発明のボールペンは、十分なインキ流出性が得られるとともに、ロッド部を確実にインキ流出間隙の中心部にガイドすることができる。

本発明の第１の実施の形態のボールペンの要部拡大縦断面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。図１のＢ−Ｂ線断面図である。図１のＣ−Ｃ線矢視断面図である。本発明の第１の実施の形態のボールペンの縦断面図である。図５の要部拡大断面図である。本発明の第２の実施の形態のボールペンの要部拡大縦断面図である。図７のＤ−Ｄ線断面図である。図７のＥ−Ｅ線断面図である。図７のＦ−Ｆ線矢視断面図である。本発明の第２の実施の形態のボールペンの縦断面図である。図１１の要部拡大断面図である。

＜第１の実施の形態＞
図１乃至図６に本発明の第１の実施の形態を示す。

本実施の形態のボールペン１は、チップ本体２と、該チップ本体２の後端部を保持するホルダー８と、該ホルダー８の後端部が圧入固着されるインキ収容管９と、該チップ本体２内及びホルダー８内に収容されるスプリング７と、インキ収容管９の後端開口部に取り付けられる尾栓１０とからなる。前記インキ収容管９内には、インキ９１と、該インキ９１の消費に伴い前進する追従体９２（例えば高粘度流体と固形物）とが収容される。

前記スプリング７は、前部のロッド部７１と、後部のコイル部７２とが一体に連設されてなる。前記スプリング７は、ステンレス鋼製線材により形成される。

前記チップ本体２は、前端にボール３を回転可能に抱持した金属製（例えばステンレス鋼製）の筒体からなる。前記チップ本体２の前端部には、カシメ変形により内向きの前端縁部４と、内方への押圧変形により形成した複数の第１の内方突出部５よりなるボール受け座とが形成される。前記前端縁部４とボール受け座とによって、ボール３が回転可能且つ前後に移動可能に抱持される。前記ボール３の材料としては、例えば、タングステンカーバイドの焼結体、ジルコニア、アルミナ、シリカ、炭化珪素等のセラミックス、またはステンレス鋼等が挙げられる。

前記ボール３の表面には、炭素−酸素結合を有する炭素質膜が形成されている。このため、ボール３は耐久性が高いだけでなく、ボール３とインキとの親和性が高い。その結果、ボール３と前端縁部４との隙間にインキが保持され、ボール３と前端縁部４との直接の接触が生じ難い。従って、ボール３と前端縁部４とが直接に接触することによるボール３及び前端縁部４の摩耗を低減でき、耐久性に優れ且つ使用に伴う書き味の劣化が生じにくいボールペンを実現する。また、ボールとインキとの親和性が向上することにより、ボール３の回転をより円滑にでき、長期にわたり安定したインキ流出性とシール性を得る。

次に、炭素質膜の形成方法について説明する。ここでは、例としてボール３の表面に炭素質膜を形成させる方法を説明する。前端縁部４の内面に炭素質膜を形成させる場合にも同様の方法を応用することができる。

まず、ボール３の表面にＳｉとＣとを含むアモルファス膜からなる中間層を形成させる。成膜には例えばイオン化蒸着法を用いることができる。この方法では、真空ポンプを用いてイオン化蒸着用のチャンバー内を所定の圧力に調整すると共に、チャンバー内にテトラメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ_３）_４）を導入し、ボール３にバイアス電圧（例えば１ｋＶ）を印加して、放電（例えば３０分間）を行う。成膜の際にチャンバー内においてボール３を回転させることにより、ボールの表面全面に中間層を形成することができる。

中間層の形成後、チャンバー内に供給するガスをベンゼンに変更し、炭素質膜を形成する。チャンバー内を真空ポンプを用いて所定の圧力に調整した後、ボール３にバイアス電圧（例えば１ｋＶ）を印加して、放電（例えば９０分間）を行う。成膜の際にチャンバー内においてボールを回転させることによりボールの表面全面に炭素質膜を形成することができる。

この後、酸素を含む雰囲気においてプラズマ照射を行い、炭素質膜への炭素−酸素結合の導入を行う。チャンバー内を例えば１００Ｐａの圧力に調整し、出力を例えば１０Ｗとしてプラズマ照射を行い、目的のボール３を得ることができる。

得られた炭素質膜に含まれる炭素−酸素結合の割合は、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）測定により評価することができる。測定条件は、形成させる炭素質膜の種類、厚さなどによって調整されるが、例えば、試料に対する検出角度を９０°とし、Ｘ線源にはＡｌを用い、Ｘ線照射エネルギーを１００Ｗとすることができる。１回の測定の時間は０．１ｍｓ程度とされるのが一般的である。また、測定精度を高めるために、１つの試料について複数回、例えば６４回測定を行ってその平均値を測定結果とすることがある。

炭素質膜中のＣ−Ｏ、Ｃ＝Ｏ及びＯ＝Ｃ−Ｏの割合を求めるために、ＸＰＳ測定により得られた炭素１ｓ（Ｃ１ｓ）ピークを、炭素同士が結合したｓｐ^３Ｃ−Ｃ及びｓｐ^２Ｃ−Ｃ、炭素と水素とが結合したｓｐ^３Ｃ−Ｈ及びｓｐ^２Ｃ−Ｈ、炭素と酸素とが結合したＣ−Ｏ、Ｃ＝Ｏ及びＯ＝Ｃ−Ｏの７つの成分にカーブフィッティングにより分解する。カーブフィッティングにあたり、ｓｐ^３Ｃ−Ｃの結合エネルギーは２８３．８ｅＶ、ｓｐ^２Ｃ−Ｃの結合エネルギーは２８４．３ｅＶ、ｓｐ^３Ｃ−Ｈの結合エネルギーは２８４．８ｅＶ、ｓｐ^２Ｃ−Ｈの結合エネルギーは２８５．３ｅＶ、Ｃ−Ｏの結合エネルギーは２８５．９ｅＶ、Ｃ＝Ｏの結合エネルギーは２８７．３ｅＶ、Ｏ＝Ｃ−Ｏの結合エネルギーは２８８．８ｅＶとするのが適当である。カーブフィッティングにより得られた各ピークの面積をＣ１ｓピーク全体の面積により割った値を、各成分の組成比とした。Ｃ−Ｏ、Ｃ＝Ｏ及びＯ＝Ｃ−Ｏの組成比の和を炭素−酸素結合した炭素原子の全炭素原子に対する割合（ＣＯ_{ｔｏｔａｌ}）とする。

炭素質膜が形成されたボールをオージェ電子分光分析装置（PHISICAL ELECTRONICS社製のＰＨＩ−６６０型走査型オージェ電子分光装置）により分析することで、中間層および炭素質膜の厚さを測定することができる。具体的には、炭素質膜が形成されたボールの表面を段階的にエッチングし、各段階でオージェ電子分光分析法により表面分析を行う。測定条件は、例えば、電子銃の加速電圧を１０ｋＶ、試料電流を５００ｎｍ、アルゴンイオン銃の加速電圧を２ｋＶとする。この測定条件により、ボール表面の４０μｍ角の領域について、各深さにおける分析を行うことで、中間層や炭素質膜の厚さを測定することができる。

前記した方法により製造した炭素質膜付きのボールについて分析した場合には以下の結果が得られた。炭素質膜が形成されたボールの表面から８０ｎｍ程度の深さまではほぼ炭素原子（Ｃ）だけが存在しており、炭素質膜が形成されていた。８０ｎｍ〜１２０ｎｍの深さにおいては、Ｓｉ原子が存在しており、ＳｉＣからなる中間層が形成されていた。１００ｎｍ以上の深さの部分では炭化タングステン（ＷＣ）だけが検出され、ボールである炭化タングステンの表面に、中間層および炭素質膜が形成されていることが確認された。

実施例
前記した方法により、ボール表面に炭素質膜を形成させたボール（ＤＬＣ−１）と、プラズマ照射条件を変えることにより、炭素−酸素結合の割合が異なる炭素質膜を得たボール（ＤＬＣ−２）を作成した。具体的には、ＤＬＣ−１は、高周波電源の出力を１０Ｗとし、６０秒秒間酸素プラズマを照射した。ＤＬＣ−２は、高周波電源の出力を５０Ｗとし、６０秒間酸素プラズマを照射した。これらのボールに形成された炭素質膜に含まれる各結合の割合を前記した方法で測定した。得られた結果は表１に示す通りであった。

酸素原子と結合した炭素原子の全炭素原子に対する比率（ＣＯ_{ｔｏｔａｌ}）は、ＤＬＣ−１では０．１６であり、ＤＬＣ−２では０．４３であった。酸素プラズマを照射する際の電源出力が高いＤＬＣ−２の方がＤＬＣ−１よりもＣＯ_{ｔｏｔａｌ}の値が大きくなった。ＣＯ_{ｔｏｔａｌ}をさらに詳しくみると、Ｃ−Ｏの全炭素に対する比率は、ＤＬＣ−１とＤＬＣ−２とでほぼ同じとなったが、Ｃ＝Ｏの比率は、ＤＬＣ−２においてＤＬＣ−１の約６倍となり、Ｏ＝Ｃ−Ｏの比率は、ＤＬＣ−２においてＤＬＣ−１の約９倍となった。また、これらの炭素質膜におけるｓｐ^３炭素−炭素結合のｓｐ^２炭素−炭素結合に対する比率は０．３以上であった。

本発明によるボールペンチップにおいては、前記ボール表面、または前記前端縁部の内面の少なくとも一方に炭素質膜が形成されている。前記ボール表面と前記前端縁部の内面の両方に炭素質膜が形成されていてもよい。また、前端縁部の外面に炭素質膜が形成されていてもよい。

次に、炭素質膜を形成していない炭化タングステンボール（ＷＣ）、前記したＤＬＣ−１、または前記したＤＬＣ−２と、前記した水性ゲルインキとの接触角に関し、測定を行った結果、未処理のボール（ＷＣ）＞炭素−酸素結合導入を行っていない炭素質膜（ＤＬＣ−０）＞ＤＬＣ−１＞ＤＬＣ−２という結果となった。このことから炭素−酸素結合を有する炭素質膜を形成することにより、ボールペン用インキとの親和性が向上していることは明らかである。

次に、前記の各ボールを具備したボールペンを準備して、荷重１００ｇｆ（約０．９８Ｎ）、筆記用紙（ＪＩＳ：Ｐ３２０１）を４ｍ／分にて走行試験を行った。筆記距離の１００ｍごとにボール先端位置の変化量（突出量）を測定した。

先に述べた摩耗量を測定した結果、炭素質膜を形成していない未処理のボール（ＷＣ）＞炭素−酸素結合導入を行っていない炭素質膜（ＤＬＣ−０）＞ＤＬＣ−１＞ＤＬＣ−２という結果となった。これは、水性ゲルインキにおいては、ボールと前端縁部の内面との間での混合潤滑になると考えられるが、炭素−酸素結合を有する炭素質膜を形成した場合には、ボールとインキとの親和性が向上し、ボールと前端縁部の内面との直接の接触が生じにくいため、ボール及び環状凸面部が摩耗しにくくなったためである考えられる。

前記第１の内方突出部５より後方のチップ本体２内面には、複数の第２の内方突出部６が内方への押圧変形により形成される。前記第１の内方突出部５の個数（例えば３個）と第２の内方突出部６の設ける個数（例えば３個）は同数である。

前記スプリング７のロッド部７１が、チップ本体２の後端開口部より前方に挿入され、最初に、第２の内方突出部６の相互間のインキ流出間隙６１に挿通され、次に、第１の内方突出部５の相互間のインキ流出間隙５１に挿通される。

第１の内方突出部５の相互間の軸方向後方の延長線上のチップ本体２内面には、第２の内方突出部６が位置し、第２の内方突出部６の相互間の軸方向前方の延長線上のチップ本体２内面には、第１の内方突出部５が位置する。即ち、前記チップ本体２から仮想的にボール３を除いた状態でチップ本体２の前端開口部から第１の内方突出部５を視認したとき、第１の内方突出部５の相互間に第２の内方突出部６が位置する（図１０参照）。それにより、前記第１の内方突出部５の相互間のインキ流出間隙５１、及び前記第２の内方突出部６の相互間のインキ流出間隙６１を十分に大きく設定でき、チップ本体２の前端からの十分なインキ流出性が得られるとともに、ロッド部７１を確実にインキ流出間隙５１の中心部にガイドすることができ、また、筆記時、ロッド部７１がインキ流出間隙５１の中心部に維持され、安定したボール３の回転が得られる。

前記第１の内方突出部５の頂点に接する仮想内接円の直径Ｙが、前記ロッド部７１の直径Ｘより大きく設定される（即ち、Ｘ＜Ｙの関係を示す）。さらに、前記第２の内方突出部６の頂点に接する仮想内接円の直径Ｚが、前記ロッド部７１の直径Ｘより大きく設定される（即ち、Ｘ＜Ｚの関係を示す）。それにより、ロッド部７１を、第１の内方突出部５のインキ流出間隙５１の中心部と、第２の内方突出部６のインキ流出間隙６１の中心部とに確実に遊挿配置することができる。

第１の内方突出部５と第２の内方突出部６とが近接して設けられる。それにより、ロッド部７１を、より一層確実にインキ流出間隙５１の中心部にガイドすることができる。

また、第１の内方突出部５の後端より後方に第２の突出部６の前端が位置する。それにより、第１の内方突出部５と第２の内方突出部６とが互いに影響し合うことがない。その結果、第１の内方突出部５及び第２の内方突出部６の各々の適正な形状を得る。さらに、第１の内方突出部５の後端より後方に第２の突出部６の前端が位置することにより、第１の内方突出部５と第２の内方突出部６とを近接して設けた場合でも、第２の突出部６のインキ流出間隙６１から第１の内方突出部５のインキ流出間隙５１へのインキ流通性が低下するおそれがない。

前記第２の内方突出部６の頂点に接する仮想内接円の直径Ｚが、前記第１の内方突出部５の頂点に接する仮想内接円の直径Ｙより小さく設定される（即ち、Ｙ＞Ｚの関係を示す）。それにより、ロッド部７１を第２の内方突出部６によって、より一層確実に、第１の内方突出部５の相互間のインキ流出間隙５１の中心部にガイドすることができる。

＜第２の実施の形態＞
図７乃至図１２に本発明の第２の実施の形態を示す。

前記チップ本体２は、前端にボール３を回転可能に抱持した金属製（例えばステンレス鋼製）の筒体からなる。前記チップ本体２の前端部には、カシメ変形により内向きの前端縁部４と、内方への押圧変形により形成した複数の第１の内方突出部５よりなるボール受け座とが形成される。前記前端縁部４とボール受け座とによって、ボール３が回転可能且つ前後に移動可能に抱持される。

前記ボール３の表面には、第１の実施の形態と同様、炭素−酸素結合を有する炭素質膜が形成されている。このため、ボール３は耐久性が高いだけでなく、ボール３とインキとの親和性が高い。その結果、ボール３と前端縁部４との隙間にインキが保持され、ボール３と前端縁部４との直接の接触が生じ難い。従って、ボール３と前端縁部４とが直接に接触することによるボール３及び前端縁部４の摩耗を低減でき、耐久性に優れ且つ使用に伴う書き味の劣化が生じにくいボールペンを実現する。また、ボールとインキとの親和性が向上することにより、ボール３の回転をより円滑にでき、長期にわたり安定したインキ流出性とシール性を得る。炭素質膜の形成方法は、第１の実施の形態と同様である。

前記第１の内方突出部５より後方のチップ本体２内面には、複数の第２の内方突出部６が内方への押圧変形により形成される。前記第１の内方突出部５の個数（例えば４個）と第２の内方突出部６の設ける個数（例えば４個）は同数である。

第１の内方突出部５の相互間の軸方向後方の延長線上のチップ本体２内面には、第２の内方突出部６が位置し、第２の内方突出部６の相互間の軸方向前方の延長線上のチップ本体２内面には、第１の内方突出部５が位置する。即ち、前記チップ本体２から仮想的にボール３を除いた状態でチップ本体２の前端開口部から第１の内方突出部５を視認したとき、第１の内方突出部５の相互間に第２の内方突出部６が位置する（図１４参照）。それにより、前記第１の内方突出部５の相互間のインキ流出間隙５１、及び前記第２の内方突出部６の相互間のインキ流出間隙６１を十分に大きく設定でき、チップ本体２の前端からの十分なインキ流出性が得られるとともに、ロッド部７１を確実にインキ流出間隙５１の中心部にガイドすることができ、また、筆記時、ロッド部７１がインキ流出間隙５１の中心部に維持され、安定したボール３の回転が得られる。

また、第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、便宜上、チップ本体２の内面のみ（前端縁部４の内面及び各々の第１の内方突出部５の内面）に設けているが、これ以外にも、チップ本体２の内面とボール３表面の両方に設ける構成、またはボール３の表面のみに設ける構成を採用することができる。

１ボールペン
２チップ本体
３ボール
４前端縁部
５第１の内方突出部
５１インキ流出間隙
６第２の内方突出部
６１インキ流出間隙
７スプリング
７１ロッド部
７２コイル部
８ホルダー
９インキ収容管
９１インキ
９２追従体
１０尾栓
Ｘロッド部の直径
Ｙ第１の内方突出部の頂点に接する仮想内接円の直径
Ｚ第２の内方突出部の頂点に接する仮想内接円の直径

Claims

金属製のチップ本体の前端に内向きの前端縁部を設け、前記前端縁部の後方のチップ本体内面にボール受け座用の複数の内方突出部を内方への押圧変形により設け、前記前端縁部と前記内方突出部との間で回転可能にボールを抱持し、前記内方突出部の相互間に、中心部から径方向外方に放射状に延びるインキ流出間隙を形成し、前記インキ流出間隙に、ボールを前方に付勢し且つボールを前端縁部の内面に密接させるロッド部を遊挿させてなるボールペンであって、
前記ボール受け座用の複数の内方突出部を第１の内方突出部とし、前記第１の内方突出部より後方のチップ本体内面に複数の第２の内方突出部を設け、前記第２の内方突出部の相互間に中心部から径方向外方に放射状に延びるインキ流出間隙を形成し、前記第２の内方突出部の相互間のインキ流出間隙に前記ロッド部を遊挿させてなり、前記前端縁部の内面及び／または前記ボールの表面に炭素質膜を設けてなるとともに、前記炭素質膜が、炭素原子及び該炭素原子と結合した酸素原子を有することを特徴とするボールペン。
前記第１の内方突出部の頂点に接する仮想内接円の直径が、前記ロッド部の直径より大きく設定され、且つ、前記第２の内方突出部の頂点に接する仮想内接円の直径が、前記ロッド部の直径より大きく設定される請求項１記載のボールペン。
前記第１の内方突出部の相互間の後方に前記第２の内方突出部が位置してなる請求項１または２記載のボールペン。
前記第１の内方突出部と前記第２の内方突出部とを近接して設けた請求項１乃至３の何れかに記載のボールペン。
前記第１の内方突出部の後端より後方に前記第２の突出部の前端が位置する請求項１乃至４の何れかに記載のボールペン。
前記第２の内方突出部の頂点に接する仮想内接円の直径が、前記第１の内方突出部の頂点に接する仮想内接円の直径より小さく設定される請求項１乃至５の何れかに記載のボールペン。