JP5319099B2

JP5319099B2 - ボールペン

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Publication number: JP5319099B2
Application number: JP2007281492A
Authority: JP
Inventors: 泰範中谷
Original assignee: Sakura Color Products Corp
Current assignee: Sakura Color Products Corp
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2027-10-30
Also published as: JP2009107209A

Description

本発明は、水性ボールペン等に使用するボールペンチップや、ボールペンに関するものであり、特に、顔料を含むインキを用いるボールペンに関するものである。

従来より、ボールハウスが形成されたボールペンチップ本体にボールを収納し、前記ボールを押しつけて、ボールに付着したインキなどの塗布液を塗布対象に塗布するボールペンが知られている。そして、インキとしては、染料、顔料等の色材を用い、水を主溶媒とした水性インキがあり、このインキを内蔵した水性ボールペンが知られている。また、インキとして、水を主溶媒として、これをゲル化した水性ゲルインキも用いられている。

このようなインキ組成物には顔料が含まれているものがある。そして、特許文献１には、ガラスフレーク顔料や金属被覆無機顔料等の光輝性顔料を含む水性インキ組成物を用いたボールペンが開示されている。
特開２００１−１５８１９４号公報

特許文献１に記載されたボールペンでは、平均粒子径が２０〜５０μｍ程度の光輝性顔料を用いた水性インキ組成物が用いられており、比較的粒子径の大きな顔料を含むインキを用いても、スムーズに塗布することができる。しかし、ボール径が比較的大きいため、塗布跡が太くなってしまい、文字などを書くことが難しい。
そのため、通常の文字などの筆記用の塗布具として用いる場合には、ボール径を小さくする必要がある。

上記したボールペンをそのままの比率で小さくすることにより、ボール径を小さくすることができるが、このような構造では、インキが通過する隙間も小さくなってしまうので、隙間でインキの流れが悪くなったり、インキが詰まったりするおそれがあり、塗布量を確保することができない場合がある。

また、そのままの比率で小さくした場合、ボールペンチップ本体の先端部分が薄くなって強度の低下のおそれがある。しかし、このボールペンチップ本体の先端部分を厚くすると、傾斜させて使用する際に、本体部分の先端が紙などの塗布対象（筆記対象）に接触しやすくなってしまうなどの問題があった。
そして、ボール径が小さいものだけでなく、ボール径が大きいものでも、できるだけインキの流れが良くなるような構造にして、吐出量を確保することが望ましい場合もある。

また、上記の構造以外の他の構造もあるが、このような目的には適当ではなかった。
例えば、ボールペンチップを、パイプを用いて外側からかしめて、ボールの保持のため座を形成する方法や、肉厚のパイプを用いてボールハウスの部分を切削して座を形成する方法によって製作する方法がある。

しかしながら、前者の方法では、座の形成を３点カシメで形成するので精度が悪く、また、外形形状を先端側から後端側に向かって拡径するような錐形にする場合、別の部品が必要となって生産性が低下してしまう。また、後者の場合には、座面の後端側に形成される放射溝の形状を、貫通するような構造とすることが難しく、そのため、インキの流れが悪くなる場合があった。
したがって、このような方法でボールペンチップを製作するのは、適当ではなかった。

そこで、本発明は、インキの流れがよく、上記のような問題が発生しにくいボールペンチップやボールペンを提供することを課題とするものである。

上記した目的を達成するための請求項１に記載の発明は、外径が０．４ｍｍ以上であって０．８ｍｍ未満であるボールと、ボールハウスが形成されているボールペンチップ本体とを有し、ボールペンチップ本体のボールハウスにボールが収納されるものであり、ボールハウスの後端側には中心孔、放射溝及びバック孔が形成され、ボールハウスの先端側には先端開口が形成され、ボールペンチップ本体の後端側に設けられるインキ収容部に収容されたインキが、バック孔を通過して中心孔及び放射溝に流入し、さらに、ボールハウスから先端開口を通って外に流出させることができるものであり、ボールハウスの後端側には、ボールを保持する座面と、中心孔及び放射溝のボールハウス側の開口である座面側開口とを有しており、座面側開口の軸方向の投影面積は、座面を含む全体の５０％以上７０％以下であり、放射溝は中心孔から放射状に形成されるものであって、ボールハウス側とバック孔側との両方につながって貫通するものであって放射溝の幅は０．１５ｍｍ以上であり、放射溝は３ヵ所に形成されており、放射溝同士の間に位置する中心孔の壁部の幅の中心角はそれぞれ１０°〜２５°の範囲であり、当該中心角の３ヵ所の合計が４０〜７５°の範囲であり、中心孔の内径に対する放射溝の幅は６５％〜８５％であり、前記先端開口の内径は前記ボールの外径に対して、６２％〜９８．２％であるボールペンチップが用いられ、インキ収納部には粒子径にばらつきを有する顔料を含有する水性インキが充填され、当該顔料には、粒子径が４０〜２００μｍのものが含まれ、インキ収納部には、粒子径にばらつきを有していて平均の粒子径が２０〜５０μｍの顔料を含有する水性インキが充填されていることを特徴とするボールペンである。

請求項１に記載の発明によれば、中心孔及び放射溝のボールハウス側の開口である座面側開口の軸方向の投影面積は、座面を含む全体の５０％以上７０％以下であり、放射溝は中心孔から放射状に形成されるものであって、ボールハウス側とバック孔側との両方につながって貫通するものであって放射溝の幅は０．１５ｍｍ以上であるので、使用する時に、ボールハウス内でのインキの流れが良くなり、インキの吐出量を確保することができる。

請求項１に記載の発明によれば、放射溝は３ヵ所に形成されており、放射溝同士の間に位置する中心孔の壁部の幅の中心角はそれぞれ１０°〜２５°の範囲であるので、放射溝の幅が長くなってインキの流れが良くなり、また、座面による後端側でのボールの保持を確実に行うことができる。

請求項２に記載の発明は、ボールの外径に対するボールの突出量が、２５％〜３６．６％であり、前記先端変形部の先端部分が薄いものであることを特徴とする請求項１に記載のボールペンである。

請求項１又は２に記載のボールペンに用いられるインキでは、顔料として、ガラスフレーク顔料又は金属被覆無機顔料の少なくともいずれかを含むものである。

本発明のボールペンチップやボールペンでは、ボールとボールハウスとの隙間を確保して、インキの流れを良くすることができる。

以下さらに本発明の具体的実施例について説明する。
本発明の第１の実施形態におけるボールペンチップ１は、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、ボールペン１８に用いられるものである。そして、ボールペン１８には芯７が使用されており、芯７の先端にボールペンチップ１が取り付けられている。また、図１（ｂ）に示されるように、芯７には先栓７ａ及びインキ筒６が設けられている。そして、先栓７ａの先端側に外部に露出するようにボールペンチップ１が取り付けられ、先栓７ａの後端側にインキ収容部となるインキ筒６が取り付けられている。そして、インキ筒６の内部にインキ５が充填される。
本実施形態のインキ５は、平均粒子径が２０〜５０μｍ程度の光輝性顔料を用いた水性インキ組成物が用いられているが、他の種類のものを用いることができ、例えば、油性インキや油性ゲルインキなどを用いることができる。なお、インキ５の詳細については後述する。

芯７は、図１（ｂ）に示されるように、ボールペン１８の軸筒１９の内部に装着されて使用される。この軸筒１９との装着は、先栓７ａと固定することにより行われる。
このボールペン１８は、ボールペンチップ１の先端に有するボール１０を紙面等で押圧しながらボールペン１８を移動させることによってボール１０が回転し、塗布液であるインキ５がボールペンチップ１の内部を通って、ボール１０に適当量付着しながら流出し、筆記することができる。

なお、芯７のインキ筒６内のインキ５の後端にはインキフォロア８が設けられており、インキフォロア８によってインキ５の吐出量が大きい場合にも、安定的に追随させることができる。

ボールペンチップ１は、図２に示されるように、ボールペンチップ本体１１と、ボールペンチップ本体のボールハウス１５に配置されるボール１０を有している。

ボール１０は、球状であり、外形（直径）は０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ未満である。本実施形態のボール１０は、外形（直径）が０．６ｍｍのものが用いられている。

ボールペンチップ本体１１は、円柱状の材料を切削して製造されるものである。ボールペンチップ本体１１の内側には、ボールハウス１５、中心孔１６、先端開口１４及び放射溝４７が形成されるものであり、中心孔１６の後端側には、バック孔１７が形成されている。そして、ボールペンチップ本体１１は全体が貫通しており、バック孔１７側から先端開口１４側へとインキ５が流出するものである。

ボールペンチップ本体１１に用いられる材料は、切削可能な材料であって必要な強度を有するものであれば特に限定されるものではないが、ステンレスなどの金属材料などが用いられる。
本実施形態のボールペンチップ本体１１では、ＨＶ（ビッカース硬さ）を２６０としたステンレス鋼が用いられており、通常のこのような用途に用いられるステンレス鋼よりも硬いものが用いられている。そのため、全体の強度を高めることができ、特に、薄い部分となる先端開口１４付近の強度をより高めることができる。

図２、図３に示されるように、ボールハウス１５は、円筒内部の形状をした側壁である側壁面４１と、側壁面４１の後端側に位置する座面４５を有している。この座面４５は、使用時にボール１０が接触する面である。

この座面４５は、ボールハウス１５を基準として、インキ５が収容されるインキ収容部（インキ筒６）側に形成されるものである。
本実施形態のボールハウス１５の後端側の形状は、側壁面４１側が先端側となる形状であるすり鉢状となっている。そして、座面４５の座角は１２０°となっている。

側壁面４１の内径などの大きさは、ボール１０の外径（直径）に合わせて形成されるものであり、具体的には、ボール１０の外径に、必要な隙間を合わせた大きさとされるものである。

また、放射溝４７はいわゆる矢溝と呼ばれるものであり、ボールペンチップ本体１１の中心孔１６の周りに放射状に形成されている。放射溝４７の径方向外側の端は、側壁面４１付近となっている。そして、放射溝４７はボールハウス１５側、及び、バック孔１７側の両方につながっており、軸方向に貫通する状態となっている。
図３に示されるように、ボールハウス１５のインキ収容部（インキ筒６）側は座面側開口５１が形成されているが、この座面側開口５１は、中心孔１６及び放射溝４７のボールハウス１５側の開口部分によって形成される。

放射溝４７は、３ヵ所に設けられ、軸方向から見ると１２０°ごととなるように等間隔に配置されている。
また、座面側開口５１の軸方向の投影面積は、全体（側壁面４１の内側の部分）に対して６１％であり、５０％以上７０％以下の範囲が好ましい。

また、放射溝４７の幅Ｌは０．１５ｍｍ以上であり、本実施形態では、０．２４ｍｍである。そして、ボール１０の外径に対する放射溝４７の幅Ｌは４０％であり、３５％〜４５％であることが望ましい。
一般に、中心孔１６のボールハウス１５側の開口部分は、ボール１０との距離が短いので、この部分のボール１０との隙間は小さい。そして、放射溝４７のボールハウス１５側の開口部分、特に、外側の、側壁面４１寄りの開口部分ほどボール１０との距離が長くなって隙間が大きくなるので、かかる部分はインキ５の流出がよい。
本実施形態の放射溝４７の幅Ｌは０．２４ｍｍであって、ボール１０の外径に対する放射溝４７の幅Ｌが４０％であるので、使用時にスムーズにインキ５を流出させることができる。

また、本実施形態の中心孔１６の内径は０．３ｍｍであるので、中心孔１６の内径に対する放射溝４７の幅Ｌは８０％であり、６５％〜８５％であることが望ましい。
放射溝４７は、中心孔１６の中心から外側に向かって前方側から後方側へ拡がって形成されるものであり、また、放射溝４７の幅Ｌは、全域でほぼ同じとなっている。そのため、放射溝４７は中心側ほど隣との距離が近くなる。
本実施形態の放射溝４７は、隣り合う放射溝４７の内側付近は接近しており、大半の中心孔１６の壁部５５を削るものであるが一部残っている。そして、その壁部５５は放射溝４７同士の間にあって、壁部５５の幅は短くなっている。

この３ヵ所の壁部５５の幅は同じであり、中心角θは３ヵ所ともほぼ同じである。本実施形態においては、この壁部５５の中心角θは約１４°であり、壁部５５の中心角θは、１０°〜２５°の範囲が望ましい。また、中心角θの３ヵ所の合計が約４２°であり、この合計は４０〜７５°の範囲であることが望ましい。そして、このような範囲にすることにより、座面４５の内側寄りの位置を残すことによってボール１０の保持を確実にしながら、放射溝４７の幅Ｌを大きくすることができる。

図２に示されるように、ボール１０はボールハウス１５に収納され、ボールペンチップ本体１１のボールハウス１５に回転可能に保持されている。すなわち、ボール１０の後端側は座面４５により、ボール１０の側面側は側壁面４１により、ボール１０の先端側は先端開口１４付近に形成される先端変形部４３により保持されている。この先端変形部４３は、ボール１０の挿入後にボールペンチップ本体１１の先端を内側に向かって変形するようにかしめられた部分である。

先端変形部４３は、ボール１０の離脱を防いでボール１０の保持を行うものであり、変形後の先端開口１４の内径は、ボール１０の径に対して小さいものである。本実施形態のボールペンチップ１では、ボール１０の外径Ｄに対する先端開口１４の内径Ｗの大きさが、一般的なボールペンに対して大きいので、ボール１０の外径Ｄに対するボール１０の突出量Ｈも大きい。

そして、変形後の先端開口１４の内径Ｗはボール１０の外径Ｄに対して、６２％〜９８．２％であり、ボール１０の外径Ｄに対するボール１０の突出量Ｈが、２５％〜３６．６％である。本実施形態のボールペンチップ１においては、変形後の先端開口１４の内径Ｗはボール１０の外径Ｄに対して９６．７％であり、ボール１０の外径Ｄに対するボール１０の突出量Ｈが２６．７％である。

さらに、先端変形部４３の先端部分の幅は、０．０３ｍｍであり、一般的なものと比べて比較的薄いものである。しかしながら、ボールペンチップ本体１１は、ＨＶが２６０のステンレス鋼を用いているので、使用に耐えうる強度を維持することができる。
このように、本実施形態のボールペンチップ１は、ボール１０の突出量Ｈが大きく、先端変形部４３の先端部分が薄いので、ボールペン１８を使用する際に、大きく傾斜させても筆記することができる。本実施形態のボールペンチップ１を用いたボールペン１８では、筆記可能角度は５１°であり、紙などの筆記対象の法線とボールペン１８の軸方向との相対角度が５１°以下の範囲では、先端変形部４３などのボールペンチップ本体１１が筆記対象に接触することなく筆記することができる。

インキ５の具体的な内容は、以下の通りである。
本実施形態のボールペン１８に用いられるインキ５は、チキソトロピー性を有する水性インキであり、ガラスフレーク顔料又は金属被覆無機顔料を含有するものである。またインキ５に含有されるガラスフレーク顔料又は金属被覆無機顔料は、粒子径（全長）が極めて大きいものを含むものである。
本実施形態のインキ５の粘度は１０００〜１００００ｍＰａ・ｓである（株式会社トキメック製ＥＬＤ型粘度計３°Ｒ１４コーン、回転数：０．５ｒｐｍ（ｒ／ｍｉｎ）、２０℃）。

ここでガラスフレーク顔料とは、フレーク状ガラスが金属などで被覆された構造からなる顔料を指し、光輝感と立体感を有する。ガラスフレーク顔料の粒子は、偏平であり、その厚さは１μｍ程度である。しかしながら、インキ組成物として配合するガラスフレーク顔料の粒子を個々に見ると、その径（全長）は、ある程度のばらつきがある。そこでガラスフレーク顔料の粒子の大きさを表すには、平均の粒子径やメジアンの粒子径で表示するのが適切である。

そして、筆記跡を、光輝感や立体感を表出させるために、ボールペン１８のインキ５中にガラスフレーク顔料を配合する場合には、平均粒子径が２０〜５０μｍのものを選択することが適切である。即ちガラスフレーク顔料の平均粒子径が２０μｍ未満の場合は、フレーク粒子が小さすぎるために光輝性に劣りインキ５中に配合する価値がない。一方、平均粒子径が５０μｍを超える場合は、粒子が余りにも大きすぎるので、詰まりやすくなってしまう。

前記した様に、配合されるガラスフレーク顔料の粒子径にばらつきがあるため、その平均粒子径を中心として、それよりも大きな粒子の顔料や小さな粒子の顔料がインキ５中に含まれることとなる。具体的には、上記した平均粒子径の下限たる２０μｍのガラスフレーク顔料であれば、最大のものとして一般的に４０μｍ程度の径を有する粒子が含まれる。また上記した平均粒子径の上限たる平均粒子径が５０μｍのガラスフレーク顔料であれば、一般的に２００μｍの径の粒子が含まれる。

以上は、ガラスフレーク顔料の一般的性質であるが、現在市販されているガラスフレーク顔料としては、フレーク状ガラスが無電解メッキ法により金属で被覆されたものがある。具体例として、銀で被覆された東洋アルミニウム社製の商品名「メタシャインＲＥＦＳＸ−２０１５ＰＳ」、「メタシャインＲＥＦＳＸ−２０２５ＰＳ」及び「メタシャインＲＥＦＳＸ−２０４０ＰＳ」が挙げられる。

また、フレーク状ガラスがスパッタリング法により金属で被覆された顔料もガラスフレーク顔料の一例である。これには銀で被覆された東洋アルミニウム社製の商品名「クリスタルカラーＧＦ２１２５」、「クリスタルカラーＧＦ２１２５−Ｍ」、「クリスタルカラーＧＦ２１４０」、「クリスタルカラーＧＦ２１４０−Ｍ」がある。また、ニッケル・クロム・モリブデンで被覆された同社製の商品名「クリスタルカラーＧＦ２５２５」、「クリスタルカラーＧＦ２５２５−Ｍ」、「クリスタルカラーＧＦ２５４０」、「クリスタルカラーＧＦ２５４０−Ｍ」がある。また、真鍮で被覆された同社製の商品名「ＧＦ２５０」、銀合金で被覆された同社製の商品名「ＧＦ１３４５」、チタンで被覆された同社製の商品名「ＧＦ１４４５」がある。

上記したガラスフレーク顔料は、インキ組成物全量中０．１〜２０．０重量％含まれる。即ち上記ガラスフレーク顔料がインキ組成物全量中０．１重量％未満の場合は光輝性及び立体感が十分でない。ガラスフレーク顔料がインキ組成物全量中２０．０％を超えると、インキ５としては粘度が上がりすぎ、流動性が低下する。ガラスフレーク顔料の最適配合量は１．０〜１０．０重量％である。

次に金属被覆無機顔料について説明する。金属被覆無機顔料とは、金属及び金属酸化物のうち少なくともいずれか一つの物質が被覆された無機顔料を総称するものである。金属被覆無機顔料は、例えば金属蒸着等で金属及び／又は金属酸化物が被覆された無機顔料として構成されたものであり、光輝性顔料として用いることができるものである。市販されているものに酸化鉄（III）が被覆されたアルミニウムがあり、例えば、ＢＡＳＦ株式会社製の商品名「Paliocrom Gold L2000/L2002」、「Paliocrom Gold L2020/L2022」、「Paliocrom Gold 2025 」、「PaliocromOrange L2800」が例として挙げられる。

また、酸化鉄（III）が被覆された雲母も金属被覆無機顔料の一つとして知られている。例えば、ＢＡＳＦ株式会社製の商品名「Paliocrom Red Gold L2500」、「Paliocrom Red L4000 」がある。また他に、アルミ−マンガン被覆の雲母状酸化鉄（III）もあり、この例としてＢＡＳＦ株式会社製の商品名「PaliocromCopper L3000」及び「Paliocrom Copper L3001」がある。また、還元二酸化チタンが被覆された雲母も金属被覆無機顔料の一つとして知られている。さらに二酸化チタンが被覆された雲母も金属被覆無機顔料の一つである。

上記の金属被覆無機顔料の平均粒径も、ガラスフレーク顔料と同様の理由から、２０μｍ〜５０μｍのものが好適である。また配合量も、前記したガラスフレーク顔料と同等である。

ボールペンチップ１は、以下のようにして製造される。
ボールペンチップ本体１１の加工は、姿バイトなどの半月バイトなどのツールを用いて、切削により加工される。具体的には、ツールを、円柱形の材料の外側や内側に接触させながら相対回転させて行われる。
ボールペンチップ本体１１の内側は、軸方向の両側から切削することにより形成される。そして、一方側からの切削により、ボールハウス１５などが形成され、他方側からの切削によりバック孔１７などが形成される。そして、これらは貫通するように形成されるが、ボールハウス１５とバック孔１７との間に位置する中心孔１６は、いずれか側から行われる切削により形成される。

また、放射溝４７を所定の形状に切削する。
さらに、このように加工されたボールペンチップ本体１１のボールハウス１５にボール１０を収納し、先端開口１４付近をかしめて、先端変形部４３を形成して、ボールペンチップ１が完成する。
そして、このボールペンチップ１を用いて、ボールペン１８を製作する。

なお、必要に応じて、先端変形部４３を形成した後に、ボール１０を後端側に押して座面４５を変形させる座打ちを行ってもよい。また、ボール１０を後端側から先端側へと付勢するバネなどの付勢部材を用いることもできる。

ボールペン１８を使用するときには、ボールペン１８は、ボール１０を筆記対象に押し付けて移動させる。そうすると、ボール１０が回転し、先端開口１４から流出して筆記対象にインキ５が付着する。また、この流出に伴って、インキ筒６内のインキ５が、ボールペンチップ本体１１の中心孔１６や放射溝４７から座面側開口５１を通ってボールハウス１５へと流れて、インキ５が供給される。

このように、本発明のボールペンチップ１を用いることにより、インキ５の流れをスムーズにすることができ、顔料を含むインキ５を用いても詰まりなどを発生させることなく使用することができる。

（ａ）は、本発明のボールペンの正面図であり、（ｂ）は（ａ）に示したボールペンの断面図である。図１に示すボールペンチップの先端部分の断面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。

１ボールペンチップ
１０ボール
１１ボールペンチップ本体
１４先端開口
１５ボールハウス
１６中心孔
１７バック孔
１８ボールペン
４１側壁面
４５座面
４７放射溝
５１座面側開口
５５壁部

Claims

外径が０．４ｍｍ以上であって０．８ｍｍ未満であるボールと、ボールハウスが形成されているボールペンチップ本体とを有し、ボールペンチップ本体のボールハウスにボールが収納されるものであり、
ボールハウスの後端側には中心孔、放射溝及びバック孔が形成され、ボールハウスの先端側には先端開口が形成され、ボールペンチップ本体の後端側に設けられるインキ収容部に収容されたインキが、バック孔を通過して中心孔及び放射溝に流入し、さらに、ボールハウスから先端開口を通って外に流出させることができるものであり、
ボールハウスの後端側には、ボールを保持する座面と、中心孔及び放射溝のボールハウス側の開口である座面側開口とを有しており、座面側開口の軸方向の投影面積は、座面を含む全体の５０％以上７０％以下であり、
放射溝は中心孔から放射状に形成されるものであって、ボールハウス側とバック孔側との両方につながって貫通するものであって放射溝の幅は０．１５ｍｍ以上であり、
放射溝は３ヵ所に形成されており、放射溝同士の間に位置する中心孔の壁部の幅の中心角はそれぞれ１０°〜２５°の範囲であり、
当該中心角の３ヵ所の合計が４０〜７５°の範囲であり、
中心孔の内径に対する放射溝の幅は６５％〜８５％であり、
前記先端開口の内径は前記ボールの外径に対して、６２％〜９８．２％であるボールペンチップが用いられ、
インキ収納部には粒子径にばらつきを有する顔料を含有する水性インキが充填され、当該顔料には、粒子径が４０〜２００μｍのものが含まれ、
インキ収納部には、粒子径にばらつきを有していて平均の粒子径が２０〜５０μｍの顔料を含有する水性インキが充填されていることを特徴とするボールペン。
ボールの外径に対するボールの突出量が、２５％〜３６．６％であり、
前記先端変形部の先端部分が薄いものであることを特徴とする請求項１に記載のボールペン。
顔料として、ガラスフレーク顔料又は金属被覆無機顔料の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールペン。