JP5718628B2 - 塗布具用チップ及び塗布具 - Google Patents

Description

本発明は、ボールペン又はボールペンの様な構造を備えた塗布具及びこれに使用する塗布具用チップに関するものである。即ち本発明は、塗布用のボールを備えた塗布具用チップ、及びそのようなチップを用いた塗布具に関する。なお、本願でいう「塗布具」とは、インキ、修正液、液状接着剤、又は薬剤等の液体を塗布するための器具であり、「筆記具」という概念と一部重複するものである。

ボールペンは、代表的な筆記具として広く知られている。ボールペンは、インキ筒の先端にボールペンチップが取り付けられたものである。ボールペンチップは、チップ本体と筆記用ボールによって構成され、チップ本体内にボールハウスが形成されており、当該ボールハウスに筆記用ボールが収納されている。そして筆記時には当該筆記用ボールが回転してボールに付着したインキを紙面等に転写する。
また粘度の低いインキを使用する場合には、筆記用ボールは、回転することによってインキを排出する機能も果たす。

いずれにしても、滑らかな書き味を実現するためには、筆記用ボールが円滑に回転することが大切である。
そこで筆記用ボールとは別に複数の支持ボールをボールハウスに収納し、複数の支持ボールで筆記用ボールを支持して筆記用ボールの回転を円滑に行わしめる構成が特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示された構成は、ボールハウスの先端開口部分に筆記用ボールを配置し、筆記用ボールとボールハウスの底面との間に３個の支持ボールを配している。そして前記したボールハウスの底面には、円弧状の凹曲部が設けられている。

特許文献１に開示されたボールペンでは、筆記時に紙等に筆記用ボールを押し当てて、線を描かんとしてボールペンを動かして筆記用ボールを回転させると、支持ボールがそれぞれ自転しながら凹曲部に沿って公転する。その結果、筆記用ボールの回転抵抗が低減される。

特開２００６−１２３４１１号公報

特許文献１に開示されたボールペンは、支持ボールをベアリングの様に使用し、支持ボールの転がりによって筆記用ボールの回転抵抗を低減させるものである。しかしながら、特許文献１は、筆記用ボールの回転に連れて支持ボールを公転させるものであるから、筆記用ボールの回転が重い。即ち筆記用ボールを紙面等に強く押しつけることによって筆記用ボールと支持ボールとの接触力が増大し、筆記具を紙等に押しつけた状態でボールペンを移動させると筆記用ボールの回転に連れて支持ボールが自転及び公転するので、筆記用ボールの回転は円滑且つ確実ではあるが、特許文献１の構成では、筆記用ボールを回転させるために、複数の支持ボールも自転及び公転させる必要があるから、筆記用ボールの回転が重くなる。
特に、ボールハウス内にはインキが存在するので、支持ボールが公転するには、支持ボールが進路の前方にあるインキを押し退ける必要があり、筆記用ボールの回転をさらに重くしている。

また特許文献１に開示された構成は、支持ボールの転がりによって筆記用ボールを回転可能に支持するものであるから、支持ボールを高速で回転させて筆記するには不向きである。
従ってボールペンを紙等に押し当てて線を描く際、早い速度でボールペンを移動されると、内部の支持ボールの公転が追従できず、筆記用ボールの回転速度が低下したり、回転が停止してしまう。

また水性インキを使用するボールペンでは、筆記時にインキがかすれる懸念がある。即ち水性インキは、チキソトロピィ性を有するものが採用される場合が多い。ここでチキソトロピィ性インキとは、インキに掛かる剪断によって粘度が変化する性質を持つインキである。チキソトロピィ性インキは、ボールハウス内で筆記用ボールが回転すると、ボールハウスとボールとの間で剪断力を受け、粘度が低下してボールハウスの先端開口から排出される。
そのため筆記時に筆記用ボールの回転速度が低下すると、インキの粘度が低下せず、先端開口からのインキの排出が悪くなる。その結果、筆記時にインキがかすれる。

そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、軽い筆圧をもってしても筆記用ボールが円滑に回転し、なめらかな書き味を実現することができる筆記具及び筆記具用チップを提供することを課題とするものである。

上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、チップ本体と、筆記用ボールと、後方ボールとを有し、チップ本体は、先端に開口を有すると共に座面部を有するボールハウスと、当該ボールハウスに連通する塗布液導入路を有し、筆記用ボールと後方ボールとは前記チップ本体のボールハウスに内蔵され、前記２個のボールは塗布具用チップの軸線方向に直列状に並び、筆記用ボールはその一部が前記開口から露出し、後方ボールは、筆記用ボールに直接接触すると共に座面部に接触し、筆記用ボールはボールハウス内で回転可能であって塗布時に被塗布面と接触して回転し、後方ボールはボールハウス内で回転可能であるが塗布時における筆記用ボールの回転によっては実質的に回転せず、筆記用ボールは、金属製又はセラミック製であり、後方ボールは筆記用ボールに対して固体潤滑性を有する樹脂製であり、後方ボールの表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４準拠の算術平均粗さにおいて１．０未満であり、後方ボールの表面は鏡面状であり、前記ハウジング内における後方ボールの自由度が、筆記用ボールの自由度よりも低いことを特徴とする塗布具用チップである。

本発明の塗布具用チップでは、筆記用ボールと後方ボールとがボールハウス内で直列状に並んでいる。そのため筆記用ボールと後方ボールとは点接触状態となり、接触面積がすこぶる小さい。そのため筆記用ボールと後方ボール間の摩擦力が小さい。また後方ボールは、塗布時における筆記用ボールの回転によっては実質的に回転しない。そのため筆記用ボールの回転によって後方ボールが連れ回ることがなく、筆記用ボールの回転が軽い。また前記した様に、筆記用ボールの回転によって後方ボールが連れ回ることがないので、筆記用ボールの回転に要する力が一様であり、安定した回転を示す。即ち、筆圧の変化によって後方ボールが回転したり回転しなかったりすると、筆記中における筆記用ボールの回転が不安定となり、使用者が筆記時に引っ掛かり感を感じたり線がかすれる場合がある。これに対して本発明では、原則的に筆記時には後方ボールを回転させないから、筆記中における筆記用ボールの回転が不安定となることはない。
ただし、本発明で採用する後方ボールは、ボールハウス内で回転可能であるから、書きはじめの衝撃的な筆記用ボールの動作や、筆記用ボールと後方ボールとがボールハウス内で浮遊状態となる様な特殊な状況下においては、後方ボールがボールハウス内で僅かに回転する。そのため後方ボールの筆記用ボールに対する接触位置が適度に入れ代わる。そのため後方ボールが局部的に磨耗することはない。
本発明で採用する後方ボールは、表面粗さが小さく、平滑度が高い。そのため筆記用ボールと後方ボールとの接触が理想的な点接触状態となる。
筆記用ボールと後方ボールは機能が異なる。即ち筆記用ボールは回転させるものであり、後方ボールは回転させない。そのため筆記用ボールの直径や、ボールハウスとの隙間は、機能に応じて異なるものであることが望ましい。

この観点から筆記用ボールの直径と後方ボールの直径が相違するものであってもよい（請求項２）。

またボールハウスの筆記用ボールが収容される部位の内径と、ボールハウスの後方ボールが収容される部位の内径とが相違するものであってもよい（請求項３）。

また本発明の塗布具用チップは、筆記用ボールの直径が小さなものに採用することが推奨される。即ち一般的に筆記用ボールが小さい場合は、紙等の筆記面から受ける回転力が小さく、回転させにくい。本発明の構成を採用することによってこの問題が解消される。そのため本発明は、筆記用ボールの直径が、１ｍｍ未満である場合に推奨される（請求項４）。

また請求項５に記載の発明は、ボールハウスには、後方ボールが当接する座面部があり、当該座面部には溝が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の塗布具用チップである。

本発明の塗布具用チップではボールハウスの座面部に溝が設けられているので、インキ等がボールハウス内に満遍なく行き渡る。

請求項６に記載の発明は、インキが貯留されたインキ貯留部を有し、当該インキ貯留部に請求項１〜５のいずれか１項に記載の塗布具用チップが接続されてなる塗布具である。

本発明の塗布具は、筆記用ボールの回転が円滑であり、書き味がよい。

本発明の塗布具用チップ及び塗布具は、筆記用ボールの回転が滑らかであって安定しており、軽い筆圧をもってしても筆記用ボールが円滑に回転し、滑らかな書き味を実現することができる効果がある。

本発明の実施形態に係る水性ボールペンの断面図である。 図１の水性ボールペンのボールペンチップの断面図である。 図１の水性ボールペンのボールペンチップの部分断面斜視図である。

図１に示した本発明の実施形態のボールペン１は、筒状の本体軸２と、インキ芯３とを備えている。また、インキ芯３は、筆記用ボール１０が回転可能に保持されたボールペンチップ（塗布具用チップ）５を有し、該チップ５が、接続部材６を介してインキ収納管（インキ収納部）７の先端に取付けられたものである。接続部材６内部には球状の弁体８が設けられている。

上記ボールペンチップ５は、チップ本体１１と筆記用ボール１０及び後方ボール５０によって構成され、チップ本体１１の先端に筆記用ボール１０が設けられ、その後方（座面４５側）に後方ボール５０が配されたものである。
チップ本体１１は、快削鋼等の金属材料を切削加工して作られている。チップ本体１１の材料は、他に例えば快削ステンレス鋼（Free Cutting Stainless Steel）や真鍮を用いることが可能である。
チップ本体１１の外形形状は、先端部分１７が円錐形をしており、後側１８は円柱状をしている。また後端側の部位には段差１９が設けられており、段差１９よりも更に後端側はやや小径に作られている。
ボールペンチップの内部の概略形状は、先端部分に２個のボール（筆記用ボール１０及び後方ボール５０）を収納するボールハウス５１がある。ボールハウス５１の先端には開口５５がある。またボールハウス５１から後端側に連通するインキ導通孔（塗布液導入路）１２が設けられている。
またインキ導通孔１２の後端開口の近傍部分に弁受け５６が形成されている。

そしてチップ本体１１のボールハウス５１には、筆記用ボール１０と後方ボール５０が収納されている。
ボールハウス５１の詳細は図２，３の通りである。即ちボールハウス５１は、端部が開放された凹形状であり、円筒壁４１を持つ。また開口５５の開放端は、ややかしめられていて窄んでいる。
またボールハウス５１の開放側に対向する部位には、座面４５が設けられている。座面４５は、円錐面であり、中央の孔４６に収斂し、インキ導通孔１２と連通している。

ボールハウス５１の中央の孔４６は、筆記用ボール１０のボール径の約１／２であり、具体的には０．３ｍｍ〜０．６ｍｍ程度である。
また座面４５には十字の放射状に延びる溝４９が設けられている。前記した溝４９は矢溝と称されるものである。

そして本実施形態に特有の構成として、ボールハウス５１の内壁たる円筒壁４１は、軸方向に大きく二つの領域に分かれている。
即ちボールハウス５１の開放側は、筆記用ボール収納室４０として機能するものである。
一方、ボールハウス５１の座面４５は、後方ボール収納室５２として機能するものであり、前記した筆記用ボール収納室４０に比べて内径が小さい。即ち本実施形態では、ボールハウス５１内に内径が異なる部分があり、先端側（開放側）の内径が大きく、座面４５側の内径が小さい。

筆記用ボール１０の直径は任意であるが、望ましくは直径が１．０ｍｍ以下の球であり、より望ましくは、直径が０．８ｍｍ以下の球である。
また筆記用ボール１０の素材は特に限定がなく、ステンレススチールやアルミナ焼結体、ジルコニア、ＳｉＣ、ＷＣその他公知のものが使用できる。
ただし筆記用ボール１０の素材は、金属又はセラミックであることが望ましい。最も推奨される筆記用ボール１０の素材は、焼結金属である。

そして筆記用ボール１０は、ボールペンチップ５の筆記用ボール収納室４０内に回転可能に保持され、その一部が筆記用ボール収納室４０の開口５５から露出している。

一方、後方ボール５０は、筆記用ボール１０に比べてやや小さい球である。後方ボール５０の材質は、筆記用ボール１０に対して固体潤滑性を有する素材であり、樹脂であることが望ましい。例えばポリオキシメチレン（ＰＯＭ）（デュポン社商標「デルリン」）や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（デュポン社商標「テフロン」）を後方ボール５０として採用することが推奨される。

また後方ボール５０は、表面が極めて平滑であり、鏡面状である。少なくとも後方ボール５０の表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４準拠の算術平均粗さにおいて１．２未満であることが望ましい。より推奨される表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４準拠の算術平均粗さにおいて１．０未満であり、さらに望ましくは、０．５未満である。
なお表面粗さは、測定装置として（株）キーエンス社製超深度形状測定顕微鏡ＶＫ−８５００を用いて測定した表面粗さＲａ（算術平均粗さ）である。

本実施形態のボールペンチップ５では、ボールハウス５１内に筆記用ボール１０と後方ボール５０が収納されている。
即ち筆記用ボール１０と後方ボール５０は直列に配置されており、ボールハウス５１の先端側たる筆記用ボール収納室４０に筆記用ボール１０があり、その後方たる後方ボール収納室５２に後方ボール５０が配されている。

ここで、本実施形態のボールペンチップ５では、筆記用ボール収納室４０の内径と筆記用ボール１０の外径との関係は、筆記用ボール１０が何の障害もなく極めて自由に回転できる大きさ関係にある。
そして前記した様に筆記用ボール１０は、その一部がボール収納室４０の開口から露出している。

一方、後方ボール収納室５２と後方ボール５０との関係は、後方ボール５０が自由に回転できるけれども、インキが導入された状態においては、筆記用ボール１０に比べてやや自由度が低い関係にある。
後方ボール５０はボールハウス５１の座面４５と接している。また後方ボール５０の座面４５との接触部に対して反対側の部位では、筆記用ボール１０と点接触している。

すなわち先頭の筆記用ボール１０と、これに隣接する後方ボール５０は、塗布具用チップの軸線方向に直列状に相互に接して並び、両者は点接触している。

接続部材６は、ポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂を素材とする射出成形によって作られたものであり、外形形状は公知のものと大差無い。すなわち、接続部材６は先端部２０が円錐形をしている。また後端側は二段の円筒形状になっており、大径部２１と小径部２２が順次設けられている。接続部材６の中心には、軸方向に貫通する連通孔２３が設けられている。この連通孔２３の中間部分には弁座２５が設けられている。連通孔２３の先端側には位置決め用の段差３１が設けられている。

弁体８は、ステンレススチールや超硬合金或いはセラミックス等の錆びにくく、且つ、ある程度の重量を有する素材で作られた球である。

インキ収納管（インキ貯留部）７は、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂等を素材として押出成形によって作られたものであり、水性インキ３０が充填されている。水性インキ３０の着色剤は、染料であっても顔料であってもよい。
また水性インキ３０としてガラスフレーク顔料を含有する光輝性の水性インキ３０を採用することもできる。
本実施形態で用いた水性インキ３０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度Ｒ１４コーン、回転数：０．５ｒｐｍ、摂氏２０度）。水性インキ３０の後端部分は、ポリブテン等のゲル状封止剤（図示せず）により封止されている。

インキ芯３は、図１に示すように、ボールペンチップ５とインキ収納管７が接続部材６を介して繋がれたものであり、ボールペンチップ５は、接続部材６の連通孔２３の先端側に内挿され、インキ収納管７は接続部材６の後端部の小径部２２に外装されている。そして、接続部材６内であって、ボールペンチップ５の弁受け５６と、弁座２５の間に、弁体８が軸方向に移動可能に挿入されている。本実施形態のボールペン１は、上記したインキ芯３の接続部材６の大径部２１に本体軸２が外装されたものである。

本実施形態のボールペン１を用いて文字等を筆記するとき、水性インキ３０は、インキ収納管７からボールペンチップ５のボールハウス５１内に入る。そして筆記用ボール１０を介して紙等に塗布される。ここで本実施形態のボールペン１では、ボールハウス５１内に筆記用ボール１０だけでなく、後方ボール５０も収容されており、両者は点接触している。
また筆記用ボール１０とボールハウス５１との大きさ関係は、筆記用ボール１０が自由に回転できる関係である。
そのため筆記用ボール１０を紙等に接触させ、ボールペン１を移動させると、筆記用ボール１０は後方との接触面積が小さいために円滑に回転する。また後方ボール５０は、筆記時に回転しないから、筆記時の筆圧の変化によって、筆記用ボール１０の回転状態が変わることはない。
そのため筆記用ボール１０の回転はなめらかであり書き味がよい。

一方、後方ボール５０は、原則的に回転しないが、回転ができない訳ではない。そのため筆記開始直後の衝撃的な筆圧によって、幾分後方ボール５０は回転する。そのため、後方ボール５０の筆記用ボール１０との接触面は、更新されてゆき、傷みが少ない。

そのため本実施形態のボールペン１は、インキが尽きるまで書き味が滑らかである。

以上説明した実施形態のボールペン１では、筆記用ボール１０として金属又はセラミックを推奨したが、樹脂を筆記用ボール１０として採用することを否定するものではない。同様に、先の実施形態では、後方ボール５０を構成する素材として樹脂製ボールを推奨したが、金属やセラミックを後方ボール５０として採用することを否定するものではない。
以上説明した実施形態では、後方ボールが、筆記用ボールよりも直径が小さい構成としたが、両者は同一の直径であってもよく、逆に後方ボールの方が大きくてもよい。
以上説明した実施形態の、ボールペン１は、水性ボールペンであるが、油性ボールペンにも本発明を適用することができる。
さらに以上説明した実施形態は、ボールペン１に本発明を適用したものであるが、インキ収納管７にインキに代わって修正液や液状接着剤を収納することにより、修正液を塗布する器具として使用することもできる。

１ ボールペン
５ ボールペンチップ
７ インキ収納管（インキ収納部）
１０ 筆記用ボール
１１ チップ本体
１２ インキ導通孔（塗布液導入路）
４５ 座面
４９ 溝
５０ 後方ボール
５１ ボールハウス
５５ 開口

Claims (6)

1. チップ本体と、筆記用ボールと、後方ボールとを有し、チップ本体は、先端に開口を有すると共に座面部を有するボールハウスと、当該ボールハウスに連通する塗布液導入路を有し、筆記用ボールと後方ボールとは前記チップ本体のボールハウスに内蔵され、前記２個のボールは塗布具用チップの軸線方向に直列状に並び、筆記用ボールはその一部が前記開口から露出し、後方ボールは、筆記用ボールに直接接触すると共に座面部に接触し、筆記用ボールはボールハウス内で回転可能であって塗布時に被塗布面と接触して回転し、後方ボールはボールハウス内で回転可能であるが塗布時における筆記用ボールの回転によっては実質的に回転せず、筆記用ボールは、金属製又はセラミック製であり、後方ボールは筆記用ボールに対して固体潤滑性を有する樹脂製であり、後方ボールの表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４準拠の算術平均粗さにおいて１．０未満であり、後方ボールの表面は鏡面状であり、
   前記ハウジング内における後方ボールの自由度が、筆記用ボールの自由度よりも低いことを特徴とする塗布具用チップ。
2. 筆記用ボールの直径と後方ボールの直径が相違することを特徴とする請求項１に記載の塗布具用チップ。
3. ボールハウスの筆記用ボールが収容される部位の内径と、ボールハウスの後方ボールが収容される部位の内径とが相違することを特徴とする請求項１又は２に記載の塗布具用チップ。
4. 筆記用ボールの直径は、１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の塗布具用チップ。
5. ボールハウスには、後方ボールが当接する座面部があり、当該座面部には溝が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の塗布具用チップ。
6. インキが貯留されたインキ貯留部を有し、当該インキ貯留部に請求項１乃至５のいずれか１項に記載の塗布具用チップが接続されてなる塗布具。

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