JP2015024590A - ボールペンチップ - Google Patents

Abstract

【課題】 ボールペンチップの洗浄工程にてボールペンチップの先端が別のボールペンチップの後端孔内部に挿入されて連結状態となり、ボールペンチップのかしめ部が別のボールペンチップの後端孔の内壁面と接触し、該部に傷や変形が生じ、ボールペンチップの向きが異なることによって筆跡の細い部分と太い部分とが形成されてしまう問題を解消したボールペンチップを得る。
【解決手段】 ボールホルダーの後端開口部の外側には、ボールホルダーの軸心線に対し垂直である環状の後端縁部を設け、またボール側には前記後端開口部の内径よりも外径が小さい小径部と、小径部と大径部との間にボールホルダーの軸心線に対し垂直で前記後端開口部の内径よりも直径が大きい垂直段部を設け、前記小径部と垂直段部との境界に位置する角部からボールホルダーの前端部までの最小距離が、前記貫通孔の後端開口部の内径よりも小さい値であるボールペンチップとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、筆記部材としてのボールと、このボールを先端開口部より一部突出して回転自在に抱持するボールホルダーとから少なくともなるボールペンチップに関する。

ボールペンは、インキ収容部に収容したインキを、そのボールペンのペン先部材であるボールペンチップ内に供給し、筆記部材としてのボールが紙などの被筆記面に当たって回転することによって、このインキを吐出し筆跡を形成するものとして知られている。
ボールペンチップは、少なくとも筆記部材であるボールと、そのボールの一部を先端開口部より突出した状態で回転自在に抱持するボールホルダーとから基本的に構成されており、ボールホルダーは、その先端開口部を抱持されるボールの直径よりも縮径に圧延するかしめ加工を施され、ボールの抜け止めがなされている。この圧延加工された部分をかしめ部と称し、そのかしめ部とボールとの間に形成された環状の隙間よりインキを吐出し、筆跡を得ている。ボールホルダーの先端開口部の真円度が低かったり、紙面等の被筆記面に押されて変位するボールの移動に筆記方向による偏りがなければ、どの方向に向けて筆記されても、同様の隙間状態が形成でき、均一な筆跡を得ることができるものである。

ところが、ボールペンチップは、その加工によって発生した切り屑や加工油等を除去するための洗浄工程にて、ボールペンチップの先端が別のボールペンチップの後端孔内部に挿入されて連結状態となることがある。そしてその後、外力が加わるとボールペンチップのかしめ部が別のボールペンチップの後端孔の内壁面と接触し、該部に傷や変形が生じることがあった。特に、ボールペンの使用者が筆跡を見やすくさせる性能である視認性の向上のために、ボールペンチップのボール側先端部に小径部を設けたボールペンチップの場合は、別のボールペンチップの後端孔内に小径部が深くに挿入され易い形状となっているので、先端開口部付近に傷や変形が生じやすかった。
このようにかしめ部に傷や変形が生じた場合、ボールとボールホルダーの先端開口部との間にある環状の隙間が部分的に狭くなってしまい、ボールペンチップの向きが異なることによって筆跡の細い部分と太い部分とが形成されてしまう問題があった。

筆記時に、ボールペンチップ先端が損傷し、安定した吐出を得るのが難しいというような問題を解決する手段として、チップ先端縁を第一かしめ角６０〜１００°、第二かしめ角を第一かしめ角より大きく形成するとともに、ボール出をボール径の２０〜３０％としたものが知られている（特許文献１）。

特開２０００−１２７６８５号公報

特許文献１に記載の発明のように、かしめ角度などを指定してペン先の損傷を防止した場合でも、ボールペンチップを洗浄液内に浸漬させ超音波振動等にて洗浄し、別のボールペンチップと連結状態になって外力が加わった場合、ボールペンチップの先端のかしめ部が別のボールペンチップの後端孔の内壁部に当たり、該部に傷や変形が生じることがあった。また、この問題を極力抑制するために、ボールペンチップを一つ一つ隔離して洗浄させ、また一つ一つを前記専用容器に移し替える方法もあるが、生産性を著しく悪化し非効率なものであった。

本発明は、筆記部材としてのボールと、このボールをインキ通路としての貫通孔の先端開口部より一部突出して回転自在に抱持するボールホルダーとから少なくともなるボールペンチップにおいて、前記貫通孔の後端開口部の外側には、ボールホルダーの軸心線に対し垂直である環状の後端縁部を設け、またボール側には前記後端孔の内径よりも外径が小さい小径部と、小径部と大径部との間にボールホルダーの軸心線に対し垂直で前記後端開口部の内径よりも直径が大きい垂直段部を設け、前記小径部と垂直段部との境界に位置する角部からボールホルダーの前端部までの最小距離が、前記貫通孔の後端開口部の内径よりも小さい値であるボールペンチップを要旨とする。

ボールペンチップの小径部が別のボールペンチップの貫通孔に挿入されて連結状態となった際に、別のボールペンチップの後端孔の内壁面にボールホルダーの最前端部が当接することが無く空振りの状態になる。よって、ボールペンチップのかしめ部の傷や変形が抑制され、そのかしめ部におけるボールとボールホルダーの先端開口部との間にある環状の隙間の状態を極力均一に保つことができ、筆跡に太いところと細いところが形成されるといった問題を抑制できるのである。

ボールペンチップの一例を示した縦断面図。 図１のＩ部拡大図。

本発明のボールペンチップに使用す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。

ボールホルダーは、インキ通路としての貫通孔に、筆記部材としてのボールを配置し、このボールの後退規制部分として内方突出部を有し、内方突出部にボール周囲にインキを供給するための中心孔と放射状溝を形成している。先端開口部は、ボールを配置した後に、回転するロール部材などを押し当てて、内側に倒れこませて形成する部分であり、ボールの直径よりも小径に縮径加工（かしめ加工）を施され、ボールの一部が突出した状態で、ボールが回転自在に抱持されボールペンチップの形態を備える。この際にボールホルダーの内面をボールに押し当てることによってボール転写部とすることもできる。

ボールを設置して、カシメ加工にてボールの抜け止めをなした後に、ボールを内方突出部に押し付けることによって内方突出部を変形させボール転写部であるボール受座部を形成する。ボールを強く押圧することによって内方突出部の変形量を多くでき、結果的にボール転写部を広いものとすることができる。この加工によって、ボールの前後移動可能距離が増大することとなり、設定によって、ボールホルダーの先端に形成されるインキの吐出口である環状の隙間の最大開口量を設定することができる。いずれにせよ、ボールホルダーの先端開口部の真円度が得られる様、切削加工や塑性加工が施されている。

ボールホルダーの貫通孔の反ボール側である後端開口部の外側には、ボールホルダーの軸心線に対し垂直である環状の後端縁部を形成している。この後端縁部は、使用者が筆記する際に筆圧を受ける部分になることもあるため、ある程度の肉厚が確保されている必要があり、好ましくは０．２〜１．０ｍｍ程度の肉厚が確保されている。またボールホルダーのインキ収容管または接続部材との組立性を向上させるために、後端縁部の外側に面取部を形成させることも可能である。
尚、環状の後端縁部の加工方法は、専用の刃物を回転させて該部に接触させて切削させる方法や、ハンマー等の圧接具にて叩き加工をして形成する方法があるが、その加工の際に加工機とボールホルダーとの固定位置がずれたり、ボールホルダー自体の座屈の懸念もあるため、加工力が比較的に少ない切削加工で形成されることが好ましい。

ボールホルダーのボール側には、使用者が筆跡を見やすくさせる性能である視認性の向上のために、前記後端孔の内径よりも外径が小さい小径部が形成されている。本発明では前記後端開口部の後端孔の内径よりも外径を小さく設定している。小径部はボール側に向かうに従い次第に直径が小さくなる円錐形状としても良い。尚、該小径部の加工方法は、専用の刃物を回転させて該部に押し付けて切削させる方法や、ローラー等の圧接具にて圧接加工をする方法があるが、小径部であるためインキ通路との肉厚が比較的薄くなっている。よって小径部がその加工の力に耐えられずボールホルダー軸心とずれて前後左右に振れてしまい、首曲がり状態になることを避けるために、加工抵抗が比較的に少ない切削加工で数回亘って加工されることが好ましい。

前記小径部とボールホルダーの反ボール側に位置する大径部との間には、ボールホルダーの軸心線に対し垂直で、前記後端開口部の内径よりも直径が大きい垂直段部が形成されている。尚、使用者の筆跡の視認性の向上等のため、垂直段部と大径部との間にテーパ面取部を形成することも可能である。更に、前記垂直段部の加工方法は、専用の刃物を回転させて該部に押し付けて切削させる方法や、ローラー等の圧接具にて圧接加工をする方法があるが、素材の加工の際に加工機に固定する部分がずれたり、素材や加工条件次第によっては塑性加工によるスプリングバックで垂直段部の角度がばらつく懸念もあるため、加工抵抗が比較的に少なくスプリングバックも小さい切削加工で形成されることが好ましい。また、上記小径部と同時に１つの刃具にて切削加工することで、双方の軸心が一致するだけでなく、加工工程も削減できるため好ましい。

小径部と垂直段部との境界に位置する角部からボールホルダーの前端部までの最小距離とは、別のボールペンチップの貫通孔である後端孔に小径部が挿入された際に、後端孔の内径よりも短いことで双方のボールペンチップの軸心が斜めの状態で連結状態が開始されたとしても、別のボールペンチップの後端孔の内壁面にボールホルダーの最前端部が当接しない。
寸法のバラツキや安全性などを考慮すれば、この最小距離は極力短く、また後端孔径を極力大きくした方が好ましいが、小径部の最小距離を短くすることは、小径部の長手方向の長さもまた短くなることを意味し、小径部形成の目的である使用者の視認性が悪化することがあるため、少なくとも前記最小距離は１．０〜３．０ｍｍ程度となることが好ましい。よって、それに伴って後端開口部の内径はそれより大きく１．５〜４．０ｍｍ程度となることが好ましい。また、前記小径部の直径自体も大径であることで使用者の筆跡の視認性向上が悪化することがあるため、少なくとも直径を１．０〜３．０ｍｍ程度と設定することが好ましい。よって、前記同様、後端開口部の内径もそれより大きく１．５〜４．０ｍｍ程度となることが好ましい。
また、ボールペンチップの小径部が別のボールペンチップの貫通孔に挿入されて連結状態となった際に、後端孔と小径部との隙間は、後端孔径の直径と小径部外径との差となるが、この寸法差は加工ばらつきも考慮して、少なくとも０．１ｍｍ以上確保していれば圧入状態が避けられるため好ましい。

ボールホルダーの材質としては、ステンレス、洋白などの合金が適宜使用することができる。またコイル線材を使用して作るものと、予め貫通孔のあるパイプ材を使用するものとがある。

ボールホルダーの内部には、最終的にインキ通路にコイルスプリングを挿入し、その先端で直接又は部材を介してボールを前方付勢することもできる。コイルスプリングの後方移動規制は、ボールホルダーの後端をカシメたり、インキタンクや、インキタンクとの接続部材に形成した段部とすることもできる。

このようなボールホルダーはインキタンクとなる部材と直接又接続部材を介して接続される。ボールペンとして使用するインキとしては、着色剤として顔料を使用した顔料インキ、染料を使用した染料インキ、主溶剤として水を使用した水性インキ、有機溶剤を使用した油性インキなど、いずれも使用することができる。

以下、図面に基づき以下に説明する。
図１に示したものはボールペンチップの一例を示した縦断面図であり、図１のＩ部拡大図を図２に示す。
紙面などの被筆記面と接触して回転することによってインキを転写する筆記部材であるボール１を、先端開口部２ａより一部突出して抱持するボールホルダー２は、ボール１側に向かって次第に縮径するテーパ部２ｂが施され、その先端近傍をボール１の直径よりも縮径に圧延するかしめ加工が施されたかしめ部２ｃが形成されており、ボール１が外方へ抜け止めされ、回転自在な状態としている。
また、前記ボールホルダー２内のボール１の後部には、内方突出部としてのボール受座部３が形成され、そのボール１側には、ボール１の表面にインクを供給する放射状溝４が開口している。そして、ボールホルダー２の先端外側には、大径部２ｄよりも径が小さい小径部２ｅが形成され、小径部と大径部の間には垂直段部２ｆと、垂直段部２ｆと大径部２ｄの間には面取部２ｇが形成されている。
更に、前記放射状溝４の図中下方にはインキ流通孔２ｈが形成され、ボール１が抱持されている先端開口部２ａまで貫通している。またインキ流通孔の後端には大径のインキ流通孔である後端開口部２ｉが形成される。またボールホルダー２の後端には後端縁部２ｊが形成される。

このようなボールペンチップを使用する形態の一例としては、ポリプロピレン樹脂のパイプなどによるインキ収容管内にインキを充填したものに接続され、外装体に交換可能に収容されるリフィルとすることができる。また、ボールペンチップは接続部品を介してインキ収容管に接続することもできる。更にインキ収容管をそのまま外装部材として直接把持する筆記具とすることもできる。尚、外装体を複数の様々な材質の部品で構成したり、ペン先をキャップで保護したり、筆記具の後端を押圧することでペン先の出没を可能としたりすることなどは適宜である。インキ収容管の材質としては、ポリアミド樹脂や、塩化ビニル樹脂、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリアクリロニトリル、フッ素樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエチレンナフタレート等の樹脂やステンレス等の金属を使用しても良く、またインキは水性染料インキ、油性染料インキ、ゲルインキなどの水性顔料インキなど特に制限はない。更に、インキ収容管のインキの後部には、インキの減少に伴い前進するフォロアー体を設置しても良い。また、インキ収容管の形状は筒抜け状ではなく有底筒状の容器を使用しても良い。更に、インキを供給させる手段の１つとして繊維収束体のインキ吸蔵体や、インキ漏れや乾燥防止を目的とした弾撥部材をボールペンチップ内部に挿入してもよい。

ここで洗浄について説明する。上記のようなボールペンチップは切削加工等を施して形成された後、一定の数量にて洗浄容器に収納され、超音波洗浄機等の洗浄液に浸漬や揺動等がなされ洗浄される。洗浄液は、ヘキサン、アセトン、イソプロピルアルコール等の有機溶剤、または超純水等であるがこの限りではない。尚、洗浄容器はステンレスや耐溶剤性の樹脂等で形成されるが、この限りではなく、また該洗浄容器自体の形状も角柱状、円柱状、半球状等適宜に使用でき、かつ該洗浄容器の内面は該容器の材質と異なった別材質にて構成されていても良い。更に、該洗浄容器の外面と内面を連通させた穴を適宜に形成することもできる。

筆記試験サンプルを作製し、以下の洗浄工程を経た後、ボールペン体に組み立て、その後、筆記試験にて筆跡の評価を行った。尚、試験用ボールペンリフィルサンプルは、市販されているボールペンＥＮＥＲＧＥＬ（ぺんてる株式会社製、製品符号ＬＲＮ５−Ａ、ボール径０．５ｍｍ）のボールペンチップを試験用ボールペンチップに交換した後、ペン先の方向に遠心力が働くように配置して、遠心分離機（国産遠心器株式会社製、卓上遠心機Ｈ−１０３Ｎ）で遠心処理を施し、インキ中に存在する気体を除去して得たものである。

ボールペンチップの後端孔内径を求める方法、小径部と垂直段部との境界に位置する角部と、ボールホルダーの前端部の距離の測定方法は、測定顕微鏡（オリンパス株式会社製、ＳＴＭ−６）にてボールホルダーを資料台に静止させて測定した。

ここで実施例及び、比較例として作製した各ボールペンチップの洗浄方法は、３槽式超音波洗浄装置（型番３ＴＰＣ−４３ＲＵ―Ｐ型、アスカ精器産業（株）製）にて実施し、切削油が付着した加工済みのボールペンチップを角型のステンレス性の洗浄容器に２００個入れ、洗浄液内に浸漬し、洗浄液に超音波振動を発生させ、第１槽にて荒洗浄、第２槽にてすすぎ洗浄、第３槽にて仕上げ洗浄という工程で行った。なお、洗浄層間の移動は全て手動にて行い、また各洗浄層での洗浄時間は１０分間とした。

試験サンプルで使用したインキは次の通り。
（インキ）染料を使用した水性ゲルインキ
ＷａｔｅｒＢｌａｃｋ１０８Ｌ（Ｃ．Ｉ．ＤＩＲＥＣＴ ＢＬＡＣＫ１９の１４％水溶液（オリエント化学工業（株）製） ４５．００部
エチレングリコール １０．００部
グリセリン １０．００部
ベンゾトリアゾール ０．５０部
オレオイルサルコシンナトリウム ３．００部
プロクセルＧＸＬ（Ｓ）（防腐剤、ＩＣＩジャパン（株）製） ０．２０部
ケルザンＡＲ（キサンタンガム、三晶（株）製） ０．４０部
イオン交換水 ３０．９０部
各成分を混合し、２時間攪拌し、粘度が８００ｍＰａ・ｓ（２５℃）のインキを得た。

（筆跡目視確認試験）
試験用ボールペンサンプルを、それぞれのボールペンチップごとに２００本ずつ用意し、螺旋筆記試験機（ＳＥＩＫＩ ＫＯＧＹＯ ＬＡＢ．製 ＷＲＩＴＩＮＧ ＴＥＳＴＥＲ、ＭＯＤＥＬ ＴＳ−４Ｃ−１０）にて、筆記角度を７０°、筆記荷重を９８１ｍＮ、筆記速度を７ｃｍ／ｓ、ボールペンサンプルの自転を１ｍ／自転の条件で行い、上質紙上に連続した螺旋状の筆跡を書き始めから１０ｍまで筆記した。その筆跡を目視で判定し、筆跡の太いところと細いところが確認できるものを不良とし、サンプル２００本中の不良数を百分率にて表１に示した。尚、２００個中に数十個の不良が発生したということは、数万個、数十万個という多量のチップを生産した場合に、多くの不良を発生させることを意味するものである。

１ ボール
２ ボールホルダー
２ａ 先端開口部
２ｂ テーパ部
２ｃ かしめ部
２ｄ 大径部
２ｅ 小径部
２ｆ 垂直段部
２ｇ 面取部
２ｈ インキ流通孔
２ｉ 後端開口部
２ｊ 後端縁部
３ ボール受座部
４ 放射状溝

Claims (1)

1. 筆記部材としてのボールと、このボールをインキ通路としての貫通孔の先端開口部より一部突出して回転自在に抱持するボールホルダーとから少なくともなるボールペンチップにおいて、前記貫通孔の後端開口部の外側には、ボールホルダーの軸心線に対し垂直である環状の後端縁部を設け、またボール側には前記後端開口部の内径よりも外径が小さい小径部と、小径部と大径部との間にボールホルダーの軸心線に対し垂直で前記後端開口部の内径よりも直径が大きい垂直段部を設け、前記小径部と垂直段部との境界に位置する角部からボールホルダーの前端部までの最小距離が、前記貫通孔の後端開口部の内径よりも小さい値であるボールペンチップ。

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