JP5186934B2 - ボールペンチップ - Google Patents

Description

本発明は、塗布部材となるボールと、このボールを一部が開口部より臨出した状態で回転自在に抱持するボールホルダーと、ボールの後端を弾撥力にて前方付勢するコイルスプリングとを少なくとも備えるボールペンチップに関するものである。

ボールホルダーの内部にコイルスプリングを設置し、弾撥力によってボールを押して、先端開口部の内壁にボールを押しつける事で非使用時のインキの乾燥、漏れ出しを防止するボールペンチップ（特許文献１参照）が知られている。
特開２００１−１８０１７８号公報

ボールの後端を弾撥力にて前方付勢するコイルスプリングを備えるボールペンチップは、筆記時にもコイルスプリングの弾発力によってボールを押しているので、コイルスプリングの先端は常にボールと接触していることになる。その接触部は、筆記時にボールの回転によって、コイルスプリングの復元性を超えた力で横方向に移動し、ボールホルダーの中孔の内壁に当接するまで移動するが、その際にコイルスプリング先端の変形しやすさによって、筆記時のボールの回転に影響を及ぼすことになる。
特許文献１に記載のものでは、コイルスプリングの先端直立状部分とコイル巻き部とは、一つの直線状部分と二つの屈曲部で接続されているものであり、折り曲げ部分である屈曲部は加工硬化しているから、ボールの回転によって受ける力に抗する方向に差が生じボールにかかる荷重が、筆記方向によって変わることで筆記が不安定になり、筆跡の見栄えが悪くなるという問題があった。

本発明は、塗布部材となるボールと、このボールを一部が開口部より臨出した状態で回転自在に抱持するボールホルダーと、ボールの後端を弾撥力にて前方付勢するコイルスプリングとを少なくとも備えるボールペンチップにおいて、前記コイルスプリングは、直接にボールと接触する先端直立状部分を有すると共に、当該先端直立状部分とコイル巻き部との間に方向が異なり、屈曲部で接続される連続した複数の直線状部分を有するボールペンチップを要旨とする。

コイルスプリングの先端直立状部分に屈曲部を介して連続する直線状部分は、先端直立状部分が受ける押圧力や移動の力を、ねじれによって吸収する部分となる。方向の異なる複数の直線状部分を備えることによって、コイルスプリングの先端直立状部分は、複数の方向への倒れこみを合計した変移が可能であり、あらゆる方向に変位可能となる。
よって、コイルスプリングの先端直立状部分が、ボールの回転によってボールとの接触部が中孔内で追従しようとしたときに、あらゆる方向に対する移動でも、ボールがコイルスプリングから受ける荷重に大差なく、その結果、筆跡が均一になるものである。

本発明のボールペンチップは、ボールを回転自在に抱持するボールホルダー内に、ボールを前方付勢するコイルスプリングを設置したものである。
このようなボールペンチップは、直接又は中継部材を介して、インキタンクと接続され、インキを連通する。インキタンクを外装部材とするタイプのボールペンであっても、リフィルと呼ばれるペン先とインキタンクとを備える部材を、他部材の外装体に収容するものであってもよい。また、ペン先を被嵌するキャップを別部材として設けたものでもよいし、キャップを設けずに、後端ノックなどの操作によってペン先が出没するタイプの筆記具としてもよいが、コイルスプリングによって、非筆記時にボールを前方付勢してボールホルダーの開口部内縁に周接させることで密閉性を得ているので、出没式のボールペンや低粘度インキを内蔵したボールペンに好適に使用できるものといえる。

ボールとしては、材料として炭化タングステン、チタン、コバルト、クロム、ニッケル等を主成分とした超硬合金や、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スを使用でき、研磨または粗し加工によって表面性状をインキ又は筆記条件に合わせて調整したものを使用している。ボール径としては０．１ｍｍから２．０ｍｍ程度のものが使用される。

ボールホルダーとしては、材料としてステンレスや洋白や真鍮を使用でき、コイル材から適宜長さに剪断加工したものを切削加工や圧延加工している。加工性を重視するために、切削性が高く、塑性変形性に富んだものが望ましい。

ボールホルダーは、両端を連通したインキ通孔の先端側に、ボール抱持室を備え、その後部には内方突出部を設置することにより、筆記時のボールの後退規制をなしている。内方突出部のさらに後方は、順次径を拡大する後孔をなしている。インキ通孔の加工方法としては、先端および後端側からドリル等で順次切削加工を行う。内方突出部は、インキ通孔の最小径部（中孔）に、刃の形状が放射状となっているブローチ刃物の剪断加工で放射状溝を設置することにより形成している。この放射状溝は、ボール抱持室と後孔までを連通しているとインキの吐出量を多くすることができるが、コイルスプリングのセット性を良好とするために、後孔とは連通させずに、ボール抱持室と中孔とのみで連通させても良い。
加工後のインキ通孔内に、バリ等の不要な突起物がある場合には、コイルスプリングを設置する際に引っかかる等の邪魔となってしまったり、インキの吐出を妨げたりする場合があるので、それを取り除くことが望ましい。
筆記時の視認性を向上させるためや、直接又は中継部材を介して、インキタンクと接続する精度を高めるために、ボールホルダーの外形を加工することは適宜である。
ボール抱持室にボールを挿入した後、ボールホルダー先端部をボール径よりも小径に縮径するような塑性加工することによって、ボールをボールホルダーから臨出した状態で回転自在に抜けないように抱持する。

使用するインキとしては、水性インキでも油性インキでも使用可能である。染料や顔料どちらかまたは両方を混合させたものを使用でき、ゲル化剤などによって静置時での粘度を付加したものでもよい。繊維集束体などのインキ吸蔵体に吸蔵保持したインキをインキ収容部に配置するものや、そのようなインキ吸蔵体を使用せずに、容器内に自由状態のインキを直接充填した、所謂生インキ式のもの、またはインキ後方にインキの減少と共に追従する追従部材を設置したもの、更には、圧縮空気などでインキの後方を押圧して吐出支援をなす圧力式のものなどに使用することができる。

後述するコイルスプリングをボールホルダーにセットする際は、コイルスプリングの弾撥力がボールを付勢するように配置する。弾撥力を維持するために、コイルスプリングの抜け止めとしては、前述した中継部材にコイルスプリングの外形よりも小さな部分を設置することでなしても良いし、コイルスプリングを設置後に、ボールホルダーの後部を塑性変形によって縮径することでなしても良い。コイルスプリングによってボールを前方付勢し、ボールホルダーとの周接にて液密、気密をなすことで、圧縮気体によって液吐出の支援をなす内圧式又は容器を押圧して圧力を付与するような構造のボールペンや、使用するインキが揮発成分を含み、ボールペン内のインキが外気と触れることを嫌うようなボールペンにおいて、より効果を発揮するものであるといえる。

コイルスプリングとしては、材料として、ばね用ステンレス鋼線やピアノ線や硬鋼線やりん青銅線などが使用でき、線径としては０．０８ｍｍから０．２０ｍｍが望ましい。コイルスプリングはボールを前方に付勢するため、その先端はボールホルダーの中孔を通る必要があるため、インキの流通が阻害されることがないようにする必要がある。特に０．５ｍｍ以下の小径ボールの場合、中孔の内径が小径となるためにインキの流通を阻害しやすい。そのためにコイルスプリングの先端部は先端直立状部分としている。先端直立状部分のボールと接触される先端部分は、コイル材を切断したままの形状でも良いが、切断時のバリを取り除いたり、積極的に研磨して丸め加工を行ったり、コイル材の線形と異なる形状に変化させることで、ボールとの引っかかりを少なくさせて筆記感を向上させても良い。

先端直線状部分の後方には弾撥力を発生するコイル巻き部を有しており、その先端部と後端部は、コイルスプリング同士の絡みを防止する目的や、後端部に関しては特にセット時の座りを良くするために密着巻き部を形成すると良い。また、ボールホルダーや中継部材の形状に合わせて、コイル巻き部の外形を変化させても良い。

先端直立状部分とコイル巻き部の接続は、方向が異なり、屈曲部で接続される連続した複数の直線状部分で接続する。この直線状部分には、ほとんど外形の変化を伴わずに、ねじり変形を受ける役目をし、その直線状部分の軸線を回転軸とし、直線状部分に直交する方向に変位可能となっている。他の部分を非変形として先端直立状部分の動作を見ると、その先端部は回転軸を中心とした円弧を描くことになり、その方向への変位が容易となる。
直線状部分と屈曲部で接続され、他の方向の軸線を持つ、連続した他の直線状部分でも同様の動作を行い、それによる先端直立状部分の変位方向も同様である。すなわち方向の異なる直線状部分によって、先端直立状部分の先端に異なる方向に対する変位を与えるものとなる。この異なる方向の変位を組み合わせることにより、先端直立状部分の先端があらゆる方向に変位できるものとなる。

図１は、本発明の一例を示すボールペンリフィルの縦断面図である。ボール１を回転自在に抱持したボールホルダー２にコイルスプリング３を内蔵し、その弾撥力がボール１に付与されるように圧縮した状態で、中継部材４によってコイルスプリング３が抜け止めされた状態で配置されている。中継部材４はボールホルダー２とインキ収容部５を接続し、インキ収容部５にはインキ６、高粘度逆流防止剤７、浮体８が収容されている。高粘度逆流防止剤７や浮体８は、筆記によるインキ６の減少によるインキ界面の移動に伴って追従するものであり、インキ６がインキ収容部５から漏れ出したり、乾燥してしまうのを防ぐものである。

図１のＩ部拡大図を図２に示す。ボールホルダー２の先端部に、塗布部材となるボール１を設置し、ボール１が露出する先端開口部２ａはボールの脱落を防止するようにボール１の外径よりも僅かに小径になるように形成されている。また、ボールホルダー２は、インキ通路としての貫通孔を有しており、この貫通孔内に内方突出部２ｂを形成し、ボール１の後方への移動を規制している。貫通孔は、先端開口部２ａと内方突出部２ｂとの間をボール１が前後移動し得る範囲としてボール抱持室２ｃとしており、内方突出部２ｂの形成範囲は小径の中孔２ｄとし、内方突出部２ｂよりも後部を後孔２ｅとしている。

内方突出部２ｂには、インキの流通可能な複数の溝２ｆが、中穴２ｄとボール抱持室２ｃとに開口している。この溝２ｆは、後孔２ｅには連通していないが、これは溝２ｆを加工した際に加工バリ等が後孔２ｅに影響するほど発生して、コイルスプリング３のセットに影響が出ることを防止するためである。また、ボール抱持室２ｃに達したインキ６が逆流することを極力抑制するためでもあり、これらのような心配がないコイルスプリング３の形状やセット方法であったり、インキ６の種類であったり、インキ６の吐出量を多くしたい場合などは、溝２ｆを後孔２ｅまで貫通させて形成しても良い。

内方突出部２ｂの先端側には、ボール１を押圧することによってボール１の表面状態が転写された凹状の転写面２ｇが形成されている。ボール１の表面は輪郭曲線の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１）が０．００２μｍ以上０．０３０μｍ以下程度であり、転写面２ｇの同Ｒａは１μｍ以下となっている。この転写面２ｇは、複数の溝２ｆによって周方向に分断されている。

ボールホルダー２の外形の先端部分には、圧延加工による塑性変形が施され、先端に向かって縮径した先端テーパ部２ｈを形成している。この縮径加工によって先端開口部２ａの内縁も縮径され、ボール１の脱落を防止している。
この先端テーパ部２ｈのテーパ角度α（ＪＩＳ Ｂ０６１２：２００２に記載のテーパ角度に準ずる）は５０度から９０度となっており、
後方テーパ部２ｉのテーパ角度βが１５度から４５度であることに比べると、角度が大きいテーパ形状をしている。
この先端テーパ部２ｈを形成する圧延加工は、回転自在なローラーを押しつける事によって行う（図示せず）。ローラーの加工される部材に当接する面は、微細な凹凸のほとんどない、鏡面状の平滑な面になっており、その面の状態がボールホルダー２に転写される。ボールホルダー２の先端テーパ部２ｈの表面は輪郭曲線の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１）が１μｍ以下の鏡面状態となっていると、塗布時に塗布面に当接した際の引っかかりや摩擦抵抗が少なくなる。

ボールホルダー２の内部にはコイルスプリング３が配置されている。コイルスプリング３の一端は、コイル巻き部３ａの略中心位置から延伸された先端直立状部分３ｂを形成し、その先端がボール１と当接して前方へ付勢することによって、ボールホルダー２の先端開口部２ａの内縁２ｊにボール１が周接している。内縁２ｊはボール１と隙間無く周接することが求められるため、その横断面形状は円形であり、また、周接を高めて密閉性を向上させるために、前述の先端テーパ部２ｈを形成した際の圧延加工によってボール１に押しつけられて塑性変形させることで、内縁２ｊをボールと略同曲率である幅を持った帯状部として形成している。

本発明で使用されるコイルスプリングの一例における、斜視図を図３に、先端から見た正面図を図４に示した。コイルスプリング３は、コイル巻き部３ａの先方から密着巻き部３ｃへと接続し、さらにその先方で屈曲部３ｄ、直線状部分３ｅと接続し、さらにその先方で屈曲部３ｆ、直線状部分３ｇと接続し、さらにその先方で屈曲部３ｈと接続した先方で先端直立状部分３ｂと接続する。それぞれの屈曲部は、コイル線材をコイル巻き部３ａの中心径の曲率よりも小さくなるように折り曲げ加工されている。そのためコイル巻き部３ａよりも加工変形量が多く、そのため加工硬化により硬度を増している。先端直立状部分３ｂの先端部はボール１との接触部３ｉとなっている。コイル巻き部３ａの軸線に対して垂直な面を仮想すると、その面において直線状部分３ｅと直線状部分３ｇは、屈曲部３ｆを介して約９０°の角度で接続されている。先端直立状部分３ｂの軸線は、コイル巻き部３ａのコイルの中心を繋いだ軸線とほぼ一致するように配置されている。

図３の先端要部拡大図を図５に示す。
接触部３ｉはボール１と接触する部分であるため、筆記時におけるボールの回転によって中孔２ｄの範囲内で変位する。方向Ｑに変位する場合には、先端直線状部分３ｂと屈曲部３ｈを塊として、直線状部分３ｇのねじれｑによって変位する。また、方向Ｒに変位する場合には、先端直線状部分３ｂと屈曲部３ｈと直線状部分３ｇと屈曲部３ｆを塊として、直線状部分３ｅのねじれｒによって変位する。接触部３ｉが、その他の方向に変位する場合には、方向Ｑと方向Ｒに分解して変位する。

図６に他の一例を示す。前述の一例の図４に相当する正面図として示してある。
接触部３ｉをさらに動き易くするためには、直線状部分３ｅおよび直線状部分３ｇのねじれ時の剪断応力を小さくすればよい。その部分の線径を小さくすることでも、ねじれによる剪断応力を減少できるが、それを加工等で形成することは困難である。そこで、容易に剪断応力を減少するために各直線状部分の長さを極力長くしたものである。コイルスプリング３の外形よりも外側に各直線状部分が出てしまうと、コイルスプリング３の動作時にボールホルダー２の内壁とで干渉して機能しなかったり、ボールホルダー２へコイルスプリング３をセットする際に不具合となる場合があるため、コイルスプリング３の外形内で設置することが望ましいが、それらの影響がない場合には、より接触部３の追従性を増すためにコイルスプリング３の外形よりも出て設置しても良い。

各直線状部分の長さを、コイルスプリング３の外形内で極力長く確保し、且つ接触部３ｉの変位可能範囲を広く確保するためには、前述した直線状部分３ｅと直線状部分３ｇを、屈曲部３ｆを介して接続する角度を３０°から６０°の範囲とするとバランスがよい。

図７に更に他の一例を示す。前例と同様図４に相当する正面図として示してある。
接触部３ｉをさらに動き易くするために、ねじれを起こす直線状部分をさらに違う方向で追加したものである。屈曲部３ｄから後方に向かって順に、直線状部分３ｊ、屈曲部３ｋ、直線状部分３ｌ、屈曲部３ｍの後方で密着巻き部３ｃに接続するものである。前述の仮想面におけるそれぞれの直線状部分がなす角度は、直線状部分３ｇと直線状部分３ｅが約４５°、直線状部分３ｅと直線状部分３ｊが約９０°、直線状部分３ｊと直線状部分３ｌが約１３５°となっており、接触部３ｉの変位に必要な直線状部分のねじれを複数箇所でまかなえるようにしたものである。

ボールペンチップにおける、コイルスプリングを内蔵してボールを前方に付勢し、先端開口部を閉止することで密閉し、インキの乾燥、漏れ出しを防止するものにおいて、筆記時におけるボールの回転により、コイルスプリングのボールとの接触部がボールの回転によってボールとの接触部が中孔内で追従しようとしたときに、あらゆる方向に対する移動でも、ボールがコイルスプリングから受ける荷重に大差なく、その結果、筆跡が均一になるものである。

本発明の一例を示すボールペンリフィルの縦断面図 図１のＩ部拡大図 本発明で使用されるコイルスプリングの一例における斜視図 図３のコイルスプリングを先端から見た正面図 図３の先端要部拡大図 他の一例を示す図４に相当する正面図 さらに他の一例を示す図４に相当する正面図

符号の説明

１ ボール
２ ボールホルダー
２ａ 先端開口部
２ｂ 内方突出部
２ｃ ボール抱持室
２ｄ 中孔
２ｅ 後孔
２ｆ 溝
２ｇ 転写面
２ｈ 先端テーパ部
２ｉ 後方テーパ部
２ｊ 内縁
３ コイルスプリング
３ａ コイル巻き部
３ｂ 先端直立状部分
３ｃ 密着巻き部
３ｄ 屈曲部
３ｅ 直線状部分
３ｆ 屈曲部
３ｇ 直線状部分
３ｈ 屈曲部
３ｉ 接触部
３ｊ 直線状部分
３ｋ 屈曲部
３ｌ 直線状部分
３ｍ 屈曲部
４ 中継部材
５ インキ収容部
６ インキ
７ 高粘度逆流防止剤
８ 浮体

Claims (1)

1. 塗布部材となるボールと、このボールを一部が開口部より臨出した状態で回転自在に抱持するボールホルダーと、ボールの後端を弾撥力にて前方付勢するコイルスプリングとを少なくとも備えるボールペンチップにおいて、前記コイルスプリングは、直接にボールと接触する先端直立状部分を有すると共に、当該先端直立状部分とコイル巻き部との間に方向が異なり、屈曲部で接続される連続した複数の直線状部分を有するボールペンチップ。