JP5716275B2 - ボールペンチップ及びこれを使用したボールペン - Google Patents
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また、特開平8−252998号公報(特許文献2)に記載の発明では、滑らかで軽い書き味を得るために、ボール座の投影面積を規定したボールペンが開示されている。
また、使用するインキ、特に配合されている潤滑成分の種類によっては、ボールとの接地面積が大きいと金属同士の直接接触部分が多いためか、かえって滑らかな書き味を阻害することもあった。
特に、インキ中の潤滑性付与成分として、金属表面に対する吸着性の強いリン酸エステル系化合物を使用したものであると、ボール転写部全体がリン酸エステル系化合物の吸着した潤滑性壁面となることによって、更に、潤滑性壁面がインキ成分との親和性によって薄いインキ層を形成できることにより円滑なボールの回転を保証し、より滑らかな筆記感が得られる。
このようなボールは、例えば、タングステンカーバイド75wt%〜95wt%、コバルトやニッケル、クロムなどのバインダー金属が5wt%〜25wt%。好ましくは、タングステンカーバイド87.5wt%〜95.5wt%、コバルトやニッケル、クロムなどのバインダー金属が4.5wt%〜12.5wt%。が主な配合物であり、表面の物理的及び/又は化学的研磨処理によって微細なバインダー金属が除去され、ボール表面に2nm〜15nm程度の微細な凹部が形成されたものである。
リン酸エステル系潤滑剤を使用したインキを使用したボールペンとした場合には、その吸着力から超硬金属が好ましく、更に、粘度が200〜800mPa・s、剪断減粘指数が0.9〜1.0のインキであることによって、前述の表面の凹部にインキが浸透しやすく、ボール表面がインキに濡れた状態を確保しやすいので、更にボールとボール転写部との間にインキが介在し易く、インキがボールの回転における潤滑剤として働きやすくなり好ましい。また、ボール表面に酸化チタンなどを被覆させたものとすることもできる。
内方突出部は、中心孔と、放射状の貫通溝とによって略均等に分割され、周状に配置されている。放射状溝は、ボールの外側部分にインキを流入させる路となるものであり、インキの流量のみを考慮すれば、多数で幅広の方が好ましいが、ボール受座部の面積が少なくなることとなるので適宜本数、適宜幅となるように調整される。放射状溝が3本以上であると、ボールの周囲に均等にインキを供給しやすくなるので好ましいものと言える。この放射状溝は、ボールホルダーを金属製のパイプ材を使用して形成される場合には、外側からポンチによる押圧加工にてパイプ側壁を内側に凹ませることによって内方突出を周状に複数形成することによって得ることもできる。このような加工により得る場合には、0.3mmなどの小径なボールを使用した小径のパイプとなるほど細かい加工となるため、放射状溝の数を増やすことは一つ一つの放射状溝の幅や開口面積を小さいものとすることになるので、3本か4本の放射状溝数とすることが好ましい。
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が、潤滑剤となる界面活性剤や特にリン酸エステル系潤滑剤を配合したインキであることが好ましい。また、インキ粘度は、書き味の軽さに影響するので、数mPa・s〜1300mPa・s程度の比較的低粘度のインキであることが好ましく、剪断減粘性のインキの場合には、想定される筆記時のボールの回転によって生じる剪断速度3000[1/sec]付近での粘度が数mPa・s〜500mPa・s程度となるインキであることが好ましいといえる。ただし、インキを剪断減粘指数が、1.0もしくはそれに近い、剪断減粘性のほとんど無いインキとした場合には、静止時の粘度と筆記時の粘度がほぼ同等となるので数mPa・s〜500mPa・s程度となる。
リン酸エステル系潤滑剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸モノエステル又はジエステル、トリエステルが挙げられ、エチレンオキサイドの付加モル数が0〜20、末端のアルキルエーテルのアルキル基の炭素数が9〜18のものなどが例示できる。
また、リン酸エステル系の潤滑材以外の併用する潤滑剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンひまし油、ポリオキシエチレン硬化ひまし油、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、N−アシルアミノ酸などが挙げられる。
これらは1種もしくは複数種を混合して使用することもでき、その使用量は、0.1〜5重量%程度が好ましい。
ボール1とボールホルダー2と、後述するコイルスプリングとからなるボールペンチップは、その後端の小径部を、ポリプロピレン樹脂などの押し出し成形パイプであるインキ収容部3の先端に圧入して固定されている。
インキ収容部3内には、油性インキ4が収容されており、油性インキ4の後端界面に接して、インキと相溶しない高粘度流体である逆流防止体組成物5が配置されている。特に、低粘度のインキを使用した場合には、インキが後方に移動することを抑制するために逆流防止体組成物を配置することは有効である。
ボールホルダー2は、貫通したインキの通路として、先端側よりボール抱持室7、中心孔8、放射状溝9、後穴10を有している。
ボール抱持室7と後孔10との間には、内方突出部11が、周状に等間隔で複数(本例では6個)形成されており、この隣り合った各内方突出部11の間が放射状溝9となっている。放射状溝9は、ボール抱持室7のボールの外側部分に開口しており、ボール1が後端に移動した場合にもボール1で塞がれていない部分にインキを供給し得る。
ボールホルダー2の先端部分は、ボール1を設置後に、内側に倒れこませる塑性変形を施してボール1の直径よりも小径の開口部となるように縮径する、所謂カシメ加工を施した部分であり、具体的には、回転するロール部材などを、ボールホルダー2の先端部分外側に斜め方向に押し当て、周状に縮径するものである。
そして、このカシメ加工の際に、ボールホルダー2の内側、即ち、ボール抱持室7の先端側内面をボール1に押し付けるようになし、該部にボール1の表面が転写された先端部ボール転写部12を帯状に形成する。
即ち、0.7mmのボールを使用した場合、ボール転写部の総面積は、0.34mm2〜0.48mm2の範囲にすることとなる。
ボール転写部の一部である先端部ボール転写部12は、ボールホルダー2の開口部先端から帯状部分として形成することもできるが、前述のカシメ加工の位置や角度を調節するなどして、先端よりも少し後方の部分、例えば、ボール径の3%程度後方から形成することもできる。この場合、コイルスプリング6で前方付勢された状態のボール1とボールホルダー2の先端開口部2aとの間には若干の隙間が形成される。この隙間は、ボールの乗っているインキの内、紙面に塗布されなかったインキが再度ボールホルダー2内に回収されることに役立ち、ボールホルダー2の外側にインキが乗り上げてしまう現象を極力抑制するものである。また、ボールホルダー2の外面にフッ素化合物などのインキと反発する成分の塗膜を形成するなどすると、外部がインキに濡れることを抑制し、インキの乗り上げを防止できることもある。また、このようなインキに反発する成分をボールホルダー2の内面にも施すと、インキの拡張濡れが制限され、静止状態における先端開口部からのインキ洩れを抑制し得る。
(1)先端部ボール転写部及びボール受座部の面積を調整し、ボール転写部の総面積が異なるボールペンチップ。
(2)先端部ボール転写部及びボール受座部の面積を調整し、ボール受座ボール転写部の表面積に対する先端カシメ部内面ボール転写部の表面積の比が異なるボールペンチップ。
(3)ボール受座ボール転写部と先端カシメ部内面ボール転写部との距離が異なるボールペンチップ。
(4)ボール1の直径として、1.0mm、0.7mm、0.5mm、0.3mmのものを使用したボールペンチップ。
(1)先端部ボール転写部面積
ボールを球体とみなすと、その表面積は、その球体に外接する円柱の側壁面積に等しいので、球の直径をDとすると、直径Dの円の周長さDπと円柱の高さDとの積で示すことができ、即ち、πD2となる。
先端部ボール転写部の表面積は、球体のある高さ範囲の帯部分の面積であり、これは前記球体に外接する円柱の側壁のうち、先端部ボール転写部の帯状部分を投影した幅の側壁面積に該当するので、その先端部ボール転写部の投影高さをTとすると、πTDとなる。
(2)ボール受座部面積(合計)
ボール受座部の表面積(合計)は、球体の表面のうち、ボール受座部となる幅分の帯状部分の面積から放射状溝に該当する幅部分の開口面積を差し引いた分の面積となる。
ボール受座部となる幅分の帯状部分の面積は、同様に球体に外接する円柱の側壁のうち、ボール受座部の帯状部分を投影した幅の側壁面積に該当するので、ボール受座部の投影高さをHとすると、πHDとなる。
次に、放射状溝1本の開口面積は、球体の赤道を中心とした放射状溝の幅長さの帯状部分のうち、ボール受座部部分に該当する部分である。放射状溝の幅長さをFとすると、球体の赤道を中心とした放射状溝の幅長さの帯状部分は、πFDとなる。
球体の赤道を中心とした放射状溝の幅長さの帯状部分のうち、ボール受座部部分に該当する部分の割合は、球体の中心におけるなす角度の全周に対する占有割合なので、ボール受座部部分のなす角度をθとすると、(θ/360°)であり、放射状溝1本の開口面積は、πFD(θ/360°)となる。
放射状溝の本数をnとすると、放射状溝の合計の開口面積は、
n・πFD(θ/360°)である。
(3)ボール転写部の総面積
以上より、ボール転写部の総面積は、次の式にて導かれる。
πTD+πHD−n・πFD(θ/360°)
π:円周率
D:ボールの直径
T:先端部ボール転写部の投影高さ
H:ボール受座部の投影高さ
n:放射状溝の本数
F:放射状溝の幅
θ:ボール受座部部分のボール中心からのなす角度
尚、実際の測定においては、ボールペンチップを縦半分に切断した面の写真を撮影することによって、T:先端部ボール転写部の投影高さ、H:ボール受座部の投影高さ、F:放射状溝の幅を得ることができ、θ:ボール受座部部分のボール中心からのなす角度は、ボール受座部の直径、中心孔の直径、ボールの直径から、三平方の定理にて導き出すことができる。
実施例、比較例のボールペンサンプルにおける各部の寸法を表1に示す。
インキを製造するには、分散した顔料と他の成分、例えば粘度調整用樹脂や溶剤、潤滑剤等を混合し、ホモミキサー等の撹拌機にて均一になるまで溶解・混合することで得られるが、場合によって混合したインキをさらに分散機にて分散したり、得られたインキを濾過や遠心分離機に掛けて粗大粒子や不溶解成分を除いたりすることは何ら差し支えない。
プリンテックス35(カーボンブラック、デグサヒュルスジャパン(株)製)
6.0部
SPILON VIOLET C−RH(油性染料、保土谷化学工業(株)製)
16.3部
VALIFAST YELLOW C−GNH(油性染料、オリエント化学工業
(株) 3.1部
ジエチレングリコールモノメチルエーテル 50.1部
エチレングリコールモノイソプロピルエーテル 16.0部
エスレックBL−1(ポリビニルブチラール、積水化学工業(株)製) 1.6部
エスレックBH−3(ポリビニルブチラール、積水化学工業(株)製) 0.4部
フォスファノールLB400(ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸、活性剤、東邦化学工業(株)製) 1.5部
ナイミーンL201(ポリエチレングリコール−1ラウリルアミン、日油(株)製) 1.0部
ヒタノール1501(アルキルフェノール樹脂、日立化成工業(株)製)0.5部
FZ−7002(ポリエーテル変性シリコーンオイル、東レダウコーニング(株)製) 0.25部
ニッコールHCO−10(POE硬化ひまし油、日光ケミカルズ(株)製)
2.0部
上記成分のうち、ジエチレングリコールモノメチルエーテルの全量と、エスレックBL−1の全量を70゜Cで攪拌、混合溶解した後、これを室温まで放冷してからプリンテックス35の全量を加えダイノーミル(ビーズミル、(株)シンマルエンタープライズ製)で直径0.3mmのジルコニアビーズを用い10回通しを行い黒色のペーストを得た。
次いで、このペーストに残りの材料の全量を加え、70℃で3時間攪拌して黒色のボールペン用油性インキを得た。
尚、上記組成の単に「部」とあるのは「重量部」を表す。
(書き味試験1)
ほぼ70゜の筆記角度で手書き官能試験により筆記感の軽さを判定。
○:軽い書き味
△:重い書き味を時々感じる
×:重い書き味
自動筆記機である精機工業社製PEN WRITING TESTER MODEL TS−4C−10にて上記試験用サンプルを用い筆記試験を実施し、100m筆記後のインキ吐出量を測定した。
自動筆記機による筆記条件は、JIS S 6039に準じ、70゜の筆記角度、筆記荷重150g、筆記速度7cm/sec、で筆記を行った。
各サンプル3本づつ筆記し、その平均インキ吐出量がボール転写部の総面積最小ボールペンサンプル(比較例1)の平均インキ吐出量を100%とした時、下記の基準で判定した。
○:90%以上
△:86〜89%
×:85%以下
上記試験用サンプルを、ぺんてる(株)製の0.7mmボールペン「Rolly」(製品符号:BP127)の外装に設置し、外装の中程を保持しつつ、ボールペンチップのボールを紙面に当て、紙を移動させることによって筆記し、その際に紙の移動によってボールペン本体が紙の移動方向に引っ張られる力の大きさを外装の保持部分に設けたロードセルにて筆記方向の荷重を感知し、筆記の抵抗値とした。
ボールを紙面に押しつける力を150g、紙面と外装とのなす角度を70°、紙の移動速度を7cm/secの条件で、15cm筆記し、0.005secから2.0sec間の0.005secごとに検出した400個の抵抗値を平均したものを平均筆記抵抗値とした。
(書き味試験2)
ほぼ50゜の筆記角度で手書き官能試験により筆記感の滑らかさを判定。
○:滑らかな書き味
△:ゴリゴリ感・微振動を時々感じる
×:ゴリゴリ感・微振動を感じる書き味
インキ吐出試験1同様の方法及び評価基準で筆記角度50゜で実施した。
筆記抵抗試験1と同様の方法及び評価基準で筆記角度50゜で実施した。
また、人間の感知する振動として0.1secより小さい間隔で起こる抵抗値の違いは筆記感触を大きくは阻害しないので、得られた測定値を0.1secごとの平均値として比較した。これの一例(実施例5)をグラフにすると、図5のようになる。特に、平均筆記抵抗値より高い隣り合った抵抗値の差の平均値が1.5g以上では筆記の際にゴリゴリとした微振動が感知され易く筆記感触の悪いものとして認識されやすいものと言える。そこで平均筆記抵抗値より高い0.1secごとの隣り合った抵抗値の差の平均値を算出した。
2 ボールホルダー
2a 先端開口部
2b 後端開口部
3 インキ収容部
4 油性インキ
5 逆流防止体組成物
6 コイルスプリング
6a 巻き部
6b 先端直状部
7 ボール抱持室
8 中心孔
9 放射状溝
10 後穴
11 内方突出部
12 先端部ボール転写部
13 ボール受座ボール転写部
Claims (4)
- 筆記部材としてのボールと、このボールを先端開口部から一部突出して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、前記ボールホルダーの内側面を前記ボールの表面に押し付けることによって略ボールの曲率に転写されて形成されるボール転写部がボール受座部と先端カシメ部内面とより少なくともなるものであり、その総面積が、前記ボールの表面積の22.0%以上31.0%以下であるボールペンチップ。
- 前記ボール受座ボール転写部の表面積に対する前記先端カシメ部内面ボール転写部の表面積の比が0.8以上1.3以下である請求項1に記載のボールペンチップ。
- 前記ボール受座ボール転写部と先端カシメ部内面ボール転写部との間部分が、ボールが最後部に位置するときのボールの赤道部分を跨いでいると共に、その間部分の長さがボールの直径の24.0%以上34.0%以下である請求項1又は請求項2に記載のボールペンチップ。
- 前記請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のボールペンチップを、直接又は接続部材を介して先端に接続したインキタンク中に、リン酸エステル系潤滑剤を含有する油性インキを収容したボールペン。
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