JP4363274B2 - ボールペン用ボールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホルダーに一部突出した状態で回転自在に抱持され、紙面等の被筆記面に接触することでインキを被筆記面に転写する所謂ボールペンに使用される筆記部材としてのボールに関する。

ボールペンの筆記部材であるボールとして、ボールに界面活性剤または酸化チタンを分布させるもの（特許文献１）、ボール表面に窒化物、炭化物等の被覆層を形成するもの（特許文献２）が知られている。
特開２００３−２３１３８５公報 特開２００１−０８０２６２公報

上述の特許文献においては、いずれも単にボール表面に酸化チタン等を付着させるというもので、滑らかな書き味や筆記初期からインキタンク中のインキを使い切るまで一定のインキ吐出が得られ、且つ筆記線の乱れ、筆記途中で線幅が減少する筆記かすれまたは一部に筆記されない線分を持つ線切れを伴った筆記線の解消および筆記途中で過剰なインキ吐出により筆記線上に発生するボテの解消について満足できるものではなかった。

本発明は、基材表面に無機粒子による膜厚５ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の被覆層を形成し、表面の算術平均あらさ（Ｒａ）が２ｎｍ以上１０ｎｍ以下であるボールペン用ボールを要旨とするものである。

本発明は、付着したインキを紙面に転写する筆記部材としてのボールが、その表面に十分な膜厚の無機微粒子被覆層を形成しつつ、表面状態が凹凸の少ない比較的平滑面に形成されているので、ボールホルダー内の回転体としては引っ掛かりが極力抑制された円滑なボールの回転が得られるものであると共に、無機微粒子が集合してボール表面を形成していることによって、粒子間には微細な空間や凹部が存在することになり、インキに対する濡れや浸透が発生し、筆記に際しては豊富なインキを保持したボールとなり、紙面などの被筆記面に十分なインキの供給を確保しつつ、このボールを覆うインキがボールホルダー内で回転するボールの潤滑剤としても機能し、更に円滑なボールの回転が得られるものとなる。また、ボールがインキ保持機能を有することにより、被筆記面に転写されなかった過剰なインキがボールホルダー内に確実に戻ることをも助けこの過剰なインキがボールホルダーの先端に堆積してボテとなることも極力抑制するので正常な筆記線を得ることに対しても寄与するものとなる。

本発明は、基材として、タングステンカーバイド、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、ルビー等をボールとして用いるボールペン筆記具に適用できる。また、使用できる機材ボールの材質には一般に超鋼合金と呼ばれる硬質材料の合金、焼結体も含まれる。例えば、平均粒子径５〜３０００ｎｍの酸化珪素または酸化チタンを混入したボールミル処理によりボール表面に酸化珪素または酸化チタンからなる被覆層形成し、ボールの表面積を増加させることによりインキとの濡れ性を向上させるとともにインキ吸蔵機能を持ったボールを得ることができる。
具体例としては、平均粒子径５ｎｍのチタニアゾル（ＴＫＣ３０４、テイカ（株）製）２０ｇとタングステンカーバイドを主成分として約５〜６％のニッケルおよびチタンを含有するボール径０．３ｍｍのボール（ＰＡ―Ｇ５、タングステンカーバイド合金、表面粗さ；算術平均あらさ（Ｒａ）３〜５ｎｍ、プライムアロイ社（中国）製）とを混入し、１５０ｒｐｍ、３０分間のボールミル処理を行うことにより、ボールペン用ボールを作製することができる。このようなボールを使用したボールペンとしては、このボールをステンレスなどの合金を機械的に切削、圧延加工などすることによって形成したボールホルダーに、ボールの一部を突出した状態で抱持させてボールペンチップとし、このボールペンチップに接続部材を介してポリプロピレン製の押し出し成型パイプであるインキタンクに接続しものに好適に使用することができる。

実施例１
平均粒子径５ｎｍのチタニアゾル液（ＴＫＣ３０４、テイカ（株）製）２０ｇ、水４０ｇに対し、機械的に研磨した、ボール径０．３ｍｍのボール（ＰＡ−Ｇ５、タングステンカーバイド合金、表面粗さ；算術平均あらさ３〜５ｎｍ、プライムアロイ社（中国）製）を約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで３０分間のボールミル処理を行い、被覆層の平均厚みが５ｎｍで形成され、表面の算術平均あらさ（Ｒａ）が２．０ｎｍのボールペン用ボールを作製した。

実施例２
平均粒子径５ｎｍのチタニアゾル液（ＴＫＣ３０４、テイカ（株）製）２０ｇ、水２０ｇに対し、機械的に研磨した、ボール径０．３ｍｍのボール（ＰＡ−Ｇ５、タングステンカーバイド合金、表面粗さ；算術平均あらさ３〜５ｎｍ、プライムアロイ社（中国）製）を約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで３０分間のボールミル処理を行い、被覆層の平均厚みが５０ｎｍで形成され、表面の算術平均あらさ（Ｒａ）が３．５ｎｍのボールペン用ボールを作製した。

実施例３
平均粒子径５ｎｍのチタニアゾル液（ＴＫＣ３０４、テイカ（株）製）２０ｇに対し、機械的に研磨した、ボール径０．３ｍｍのボール（ＰＡ−Ｇ５、タングステンカーバイド合金、表面粗さ；算術平均あらさ３〜５ｎｍ、プライムアロイ社（中国）製）を約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで３０分間のボールミル処理を行い、被覆層の平均厚みが８０ｎｍで形成され、表面の算術平均あらさ（Ｒａ）が４．８ｎｍのボールペン用ボールを作製した。

実施例４
平均粒径２７０ｎｍの酸化チタン（ＪＲ３０１、テイカ（株）製）５ｇに、オレイルサルコシン（潤滑剤、サルコシネートＯＨ、日光ケミカルズ（株）製）２．５ｇ、パラフィン系ミネラルと疎水性成分の混合物（消泡剤、ＢＹＫ−０３５、ビックケミ製、独国）０．１ｇ、水５０ｇを加え、回転数２５０ｒｐｍで６０分間ボールミル処理して酸化チタン分散液を作製し、この分散液２０ｇに対して機械的に研磨した、ボール径０．３ｍｍ（ＰＡ−Ｇ５、タングステンカーバイド合金、表面粗さ；算術平均あらさ３〜５ｎｍ、プライムアロイ社（中国）製）のボールを約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで３０分間処理しボールを行い被覆層の平均厚みが２０００ｎｍで形成され、表面の算術平均あらさ（Ｒａ）が１０．０ｎｍのボールペン用ボールを作製した。

実施例５
平均粒径１２００ｎｍの酸化アルミニウム（ＡＭＳ−２、住友化学工業（株）製）１０ｇに、オレイルサルコシン（潤滑剤、サルコシネートＯＨ、日光ケミカルズ（株）製）２．５ｇ、パラフィン系ミネラルと疎水性成分の混合物（消泡剤、ＢＹＫ−０３５、ビックケミ製、独国）０．１ｇ、水５０ｇを加え回転数２５０ｒｐｍで６０分間ボールミル処理して酸化アルミニウム分散液を作成し、この分散液２０ｇに対して機械的に研磨した、ボール径０．３ｍｍ（ＰＡ−Ｇ５、タングステンカーバイド合金、表面粗さ；算術平均あらさ３〜５ｎｍ プライムアロイ社（中国）製）のボールを約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで３０分間処理を行い被覆層の平均厚みが１８００ｎｍで形成され、表面の算術平均あらさ（Ｒａ）が９．７ｎｍのボールペン用ボールを作製した。

実施例６
粒子径１０〜５０ｎｍシリカゾル（スノーテックス−ＰＳ、日産化学工業社製）２０ｇに対して、機械的に研磨した、ボール径０．３ｍｍのボール（ＰＡ−Ｇ５、タングステンカーバイド合金、表面粗さ；算術平均あらさ３〜５ｎｍ、プライムアロイ社（中国）製）、を約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで３０分間のボールミル処理を行い被覆層の平均厚みが１７５０ｎｍで形成され、表面の算術平均あらさ（Ｒａ）が７．９ｎｍのボールペン用ボールを作製した。

比較例１
機械的に研磨した、ボール径０．３ｍｍのボール（ＰＡ−Ｇ５、タングステンカーバイド合金、表面粗さ；算術平均あらさ３〜５ｎｍ、プライムアロイ社（中国）製）。

比較例２
平均粒子径５ｎｍのチタニアゾル液（ＴＫＣ３０４、テイカ（株）製）２０ｇに対し、機械的に研磨した、ボール径０．３ｍｍのボール（ＰＡ−Ｇ５、タングステンカーバイド合金、表面粗さ；算術平均あらさ３〜５ｎｍ、プライムアロイ社（中国）製）を約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで１０分間のボールミル処理を行い被覆層の平均厚みが２３０００ｎｍで形成され、表面の算術平均あらさ（Ｒａ）が８．０ｎｍのボールペン用ボールを作製した。

比較例３
平均粒径２７０ｎｍの酸化チタン（ＪＲ３０１、テイカ（株）製）５ｇにオレイルサルコシン（潤滑剤、サルコシネートＯＨ、日光ケミカルズ（株）製）２．５ｇ、パラフィン系ミネラルと疎水性成分の混合物（ＢＹＫ−０３５、ビックケミ製、独国）０．１ｇ、水５０ｇを加え回転数２５０ｒｐｍで６０分間ボールミル処理して酸化チタン分散液を作成し、この分散液２０ｇに対して、機械的に研磨した、ボール径０．３ｍｍ（ＰＡ−Ｇ５、タングステンカーバイド合金、表面粗さ；算術平均あらさ３〜５ｎｍ、プライムアロイ社（中国）製）のボールを約５０個混入し、回転数１００ｒｐｍで２０分間処理しボールを行い被覆層の平均厚みが１０００ｎｍで形成され、表面の算術平均あらさ（Ｒａ）が１５．０ｎｍのボールペン用ボールを作製した。

比較例４
平均粒径２０００〜３０００ｎｍの酸化アルミニウム（ＡＭＳ−２、住友化学工業（株）製）１０ｇに、オレイルサルコシン（潤滑剤、サルコシネートＯＨ、日光ケミカルズ（株）製）２．５ｇ、パラフィン系ミネラルと疎水性成分の混合物（消泡剤、ＢＹＫ−０３５、ビックケミ製、独国）０．１ｇ、水５０ｇを加え回転数２５０ｒｐｍで６０分間ボールミル処理して酸化アルミ分散液を作成し、この分散液２０ｇに対して、機械的に研磨した、ボール径０．３ｍｍ（ＰＡ−Ｇ５、タングステンカーバイド合金、表面粗さ；算術平均あらさ３〜５ｎｍ、プライムアロイ社（中国）製）のボールを約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで２０分間処理しボールを行い、被覆層の平均厚みが１７００ｎｍで形成され、表面の算術平均あらさ（Ｒａ）が１２．０ｎｍのボールペン用ボールを作製した。

実施例１〜４および比較例１〜４のボールを、ぺんてる（株）製の水性ゲルインキボールペン、ハイブリッド（Ｋ１０３）のボールペンチップとして組み込み、下記に示すインキ１、インキ２とそれぞれ組み合わせて筆記線評価用のボールペンサンプルとした。
評価結果は表１および表２に示す

インキ１（水性ゲルインキ）
ＭＡ１００（カーボンブラック、三菱化成工業（株）製） ８．０重量％
カルボキシメチルヒヂロキシプロピル化ガーガム（水溶性増粘多糖類） １．５重量％
カラギーナン（水溶性増粘多糖類） ０．２重量％
ＮＰ−２０（ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、日光ケミカルズ（株）製）
１．０重量％
安息香酸（防錆剤） ０．４重量％
プロピレングリコール ９．０重量％
水 ８０．９重量％
上記成分中カルボキシメチルヒヂロキシプロピル化ガーガム、カラギーナン以外の成分をボールミルで３時間混合攪拌した後、カルボキシメチルヒヂロキシプロピル化ガーガム、カラギーナンを加えて再度２時間分散処理を行い、粘度２０１８ｃｐの黒色インキ組成物を得た。
インキの粘度は（株）トキメック製ＥＬＤ型粘度計ＳＴローター２．５ｒｐｍ（２５℃）にて測定した。

インキ２（油性インキ）
エチレングリコールモノフェニルエーテル ４４．０重量％
ベンジルアルコール １５．０重量％
ジオキシエチレンラウリルエーテル １．５重量％
ドデシルエタノールアミン ０．５重量％
ハイラック１１０Ｈ（ケトン樹脂、日立化成（株）製） ８．０重量％
バリファーストバイオレット＃１７０１（染料、オリエント科学工業（株）製）
２５．０重量％
バリファーストブラック＃１８０７（染料、オリエント化学工業（株）製）
５．０重量％
ポリビニルピオリドンＫ−９０（ＢＡＳＦ社製） １．０重量％
上記混合物を８０℃で６時間攪拌して粘土６８７０ｃｐ（２５℃）の黒色インキを得た。
粘度は（株）トキメック製ＥＬＤ型粘土計ＳＴローター１０ｒｐｍ（２５℃）にて測定した。

ボール表面に形成した付着層の評価
ボール表面上に形成した付着層は実施例１〜４および比較例２〜３で示したボールを半球状に劈開し外周部を走査型電子顕微鏡（日本電子（株）製、ＪＳＭ−５３１０）で観察した。

筆記試験
各ボールペンサンプルについて（株）精機工業研究所製、ＴＳ−４Ｃ−１０型（自動筆記装置）を使用して、筆記加重１００ｇ、筆記角度７０度、毎秒１０ｃｍの速度でインテック（株）製ＮＳ−＜５５＞カエテの用紙を移動させて螺旋状の筆記線を得た。

インキ吐出量の評価
１０００ｍまで連続筆記を行い、その途中２００ｍ筆記毎に消費されたインキ量を筆記前後のボールペンサンプルの重量を計測して求めた。

筆記線の評価１
３００ｍの筆記を行い、筆記線中にインキが転写されていない領域が連続して２ｍｍ以上ある箇所を線飛び部とした。３００ｍの筆記線中に線飛び部が５カ所以上伴ったものをともなった場合を不適切な筆記線とした。

筆記線の評価２
３００ｍの筆記を行い、筆記線中に発生した直径２ｍｍ以上のインキ溜まり部をインキのボテとした。３００ｍの筆記線中にボテが５カ所以上発生したものを不適切な筆記線とした。

以上の評価結果から、ボール表面に存在する凹部を酸化珪素または酸化チタンの微粒子で被覆し、且つボール表面に前記酸化珪素または酸化チタンからなる被覆層を形成したボールペン用ボールを用いることにより、筆記初期から使い切りまで安定したインキ吐出を保持し、筆記線のかすれ線、切れおよび筆記線中にボテのないボールペン用ボールが得られた。

Claims (4)

1. 基材表面に無機粒子による膜厚５ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の被覆層を形成し、表面の算術平均あらさ（Ｒａ）が２ｎｍ以上１０ｎｍ以下であるボールペン用ボール。
2. 前記無機粒子が、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミニウムから選ばれる１種もしくは２種以上の混合物である請求項１に記載のボールペン用ボール。
3. 前記基材を無機粒子材料と共にボールミルに投入し、回転数１５０ｒｐｍで少なくとも３０分以上処理する請求項１又は請求項２に記載のボールペン用ボールの製造方法。
4. 前記無機粒子材料の平均粒子径が５ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である請求項３に記載のボールペン用ボールの製造方法。