JP6125854B2 - ボールペン - Google Patents

Description

本発明はガラス、金属等の非吸収面への筆記に優れたボールペンに関する。

従来より、ガラス、金属等に代表される非吸収面又は非浸透面への筆記に関しては繊維束等のペン芯を用いたマーキングペンが用いられていることが多い。しかし、マーキングペンでは、非吸収面とペン先との摩擦係数が高いことから筆記時に滑らかな書き味を得ることが難しい。そこで、ペン先を球体として非吸収面でも筆記可能なボールペンが開示されている（特許文献１）。

特開２００４−８２７０７号公報

しかし、特許文献１に記載されたボールペンチップを用いたボールペンでは、筆記での十分な流量を確保することができず、良好な筆跡を形成することができない。
そこで、ガラスやプラスチック等の非吸収面に対し、良好な筆跡を形成することができるボールペンチップを備えたボールペンを提供することを課題とする。

上記課題を解決すべく、本発明は、
ホルダー60と、
前記ホルダー60の先端の外周が先細に形成されているテーパー部61と、
前記テーパー部61の内部空間として形成されたボールハウス62と、
前記ホルダー60の後端から前記ボールハウス62の近傍まで達する内部空間としてのバック孔64と、
前記ボールハウス62と前記バック孔64との間を連絡するインク孔66と、
前記ボールハウス62内に位置する径１．０ｍｍの筆記ボール51と、
前記テーパー部61の先端部分が内側にかしめられているカシメ部70と、
を備えるボールペンチップ50と、内部に粘度が３〜２０ｍＰａ・ｓｅｃのインク42を収容しかつ前記ボールペンチップ50が先端に装着されるインク収容管41とを備えたボールペン10であって、
前記ボールペンチップ50は、前記ボールハウス62内での前記筆記ボール51の軸方向の移動可能距離γが、同筆記ボール51外径の５％未満であり、かつ、先端部より突出するボール出寸法βは同筆記ボール51が前記ボールハウス62の底面63に当接した状態において同筆記ボール51外径の２０％未満であることを特徴とする。

本発明において「先端」とは、ボールペン10において筆記先端が位置する側をいい、「後端」とはその反対側をいう。
ここで、ボールペンチップ50のインク収容管41への装着は、直接でも、継手44のような接続部材を介してでも、いずれでもよい。
本発明においては、前記カシメ部70は、前記テーパー部61との境界をなす変曲縁72と、この変曲縁72より内側に位置する小口縁71と、を備える。ここで「小口縁71」とは、テーパー部61がカシメ加工によりかしめられる前の状態での先端小口の外縁をなしていた部分であって、カシメ加工後も環状に残存している辺縁をいう。また、「変曲縁72」とは、カシメ加工の時に内方へかしめられた部分の最後縁であって、残存するテーパー部61との境界をなしている部分をいう。
通常、筆記時は筆記ボール51が回転することでボールハウス62内にあったインク42が筆記面Ｓへ塗布される。しかしながら、ガラス、金属などの非吸収面は紙面に比べ平滑であることが多く、筆記ボール51と筆記面Ｓに働く摩擦力が小さいことから筆記ボール51がうまく回転せず、インク42が塗布されない場合が多い。そこで本発明では、筆記ボール51が回転せずともインク42が流出可能となるよう、インク粘度と筆記ボール51の移動可能距離、小口縁71と筆記面Ｓとの距離を適切に保つことでインク42の筆記面Ｓへの吐出を促し、それによって非吸収面への筆記を可能とすることを図っている。
そのため、ボール出寸法βは筆記ボール51外径の２０％未満としている。ここで、ボール出寸法βが２０％以上となると、筆記時において小口縁71と筆記面Ｓとの距離が離れることにより、小口縁71部で保持するインク42が筆記面と接触せず、インク42の吐出が起こらない。その結果、非吸収面での良好な筆記も困難となる。そのため、適切なインク流出量を確保し、非吸収面での良好な筆記を可能とするためには、上記のように、ボール出寸法βを２０％未満とすることが好適である。

また、ボールハウス62内に位置している筆記ボール51は、筆記時に筆記面Ｓに押圧されるため後端に移動することになる。この移動可能距離γは、筆記ボール51外径の５％未満としている。ここで、この移動可能距離γが５％以上となると、インク42の塗布量が多くなり過ぎ、インク42の乾燥が遅くなるため実用上好ましくない。そのため、適切なインク吐出量を得るためには、上記のように、筆記ボール51の移動可能距離γは、筆記ボール51外径の５％未満とすることが好適である。
ここで、筆記に際しての傾斜時に前記筆記ボール51と前記変曲縁72とが筆記面Ｓに接触するとき、前記小口縁71は同筆記面Ｓには接触しないことが望ましい。小口縁71が筆記面Ｓに接触すると筆記ボール51と変曲縁72とが筆記面Ｓへ同時に接触することが困難となり、その結果、インク吐出量が少なくなり、非吸収面での良好な筆記も困難となるからである。
また、前記筆記ボール51は、前記バック孔64に挿入されている押圧スプリング52により先端方向へ押圧され、待機状態においては前記カシメ部70の内周面と密着していることが望ましい。

また、前記カシメ部70のカシメ角度αは１００°を上回りかつ１６０°以下であることが望ましい。ここで、「カシメ角度α」とは、ボールペンチップ50の軸心に沿った断面において、変曲縁72と小口縁71とを結ぶ２線分がなす角をいう。このカシメ角度αが１００°以下であると、筆記に際しての傾斜時に変曲縁72が筆記ボール51と同時に筆記面Ｓに接触することが困難となる。一方、１６０°を上回ると、小口縁71が筆記面Ｓに接触しやすくなるとともに、筆記ボール51を抱持可能な程度のカシメ加工が不可能となる。以上の点を勘案して、カシメ角度αは上記の範囲が好適である。なお、筆記の際の書きやすさを考慮した場合、カシメ角度αは１２０°以上かつ１６０°以下であることがより望ましい。また、小口縁71の先端を曲面、斜面にした追加加工を行ってもよい。なお、ホルダー60は略円柱状からなる材料が通常用いられるが、中空のパイプ材料を用いてもよい。

本発明は上記のとおり構成されているので、ガラスやプラスチック等の非吸収面に対し、良好な筆跡を形成することができるボールペンチップを備えたボールペンを提供することが可能となる。
具体的には、適切なインク吐出量を確保できるので、非吸収面でも良好な筆跡を得ることができる。
さらに、筆記時においてカシメ部の小口縁が筆記面に接触することがないので、斜め書きでも引っかかりのない滑らかな書き味を得ることができる。

本発明の１の実施の形態に係るボールペンの待機状態（Ａ）及び筆記可能状態（Ｂ）を示す左側面断面図。 図１のボールペンで用いられるボールペンチップの正面断面図。 図２に示すボールペンチップの先端部分の拡大断面図。 図３に示すボールペンチップの筆記時の状態を表す拡大断面図。

本発明の１の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の１の実施の形態に係るボールペン10の待機状態（Ａ）及び筆記可能状態（Ｂ）を示す側面断面図である。
図１のボールペン10は、軸筒30の内部にノック動作によって進退可能なボールペンリフィル40を収納した構造を有している。
軸筒30は、後端側の後軸34に、先端側の先軸31が螺合された構造を有している。先軸31のうち後軸34に螺合される部分（螺合部32）を除く表面には、ラバー製のグリップ33が装着されている。一方、後軸34の内部には、ボールペンリフィル40が挿入されその内部でこのボールペンリフィル40が前後に摺動する略筒状の内筒11が装着されている。この内筒11の後端付近の内周面には、後述の回転部材13が係止する係止溝12が前後方向に沿って設けられている。また、後軸34の正面において、後端から後軸34の中間付近までの前後方向に沿って、ガイド溝35が形成されている。

後軸34の後端には、クリップ21を備え後端が閉塞した略筒状のスライド部材20がその筒状部分を後軸34に挿入するようにして装着されている。スライド部材20の正面部分には前記ガイド溝35から突出しこれに沿って前後移動するスライド突条22が形成されている。前記クリップ21はスライド部材20後端から先端方向へ延伸し、このスライド突条22と対向している。また、このスライド部材20の後端から先端方向に、略筒状の保持筒部23が突出している。この保持筒部23には、略筒状のノック筒15の後端が挿入される。さらに、このノック筒15の内部空間には、インク収容管41の後端を先端方向へ押圧する回転部材13の後半部分が遊嵌される。この回転部材13のより大径な前半部分には、前記係止溝12に沿って摺動しかつこれに係止されるカム機構14が設けられる。このカム機構14は前後方向に沿った突条として形成されている。

ボールペンリフィル40は、インク42を収容するインク収容管41と、その先端に装着される継手44と、継手44の先端に装着されるボールペンチップ50とにより構成されている。インク収容管41内部においてインク42の後端には、グリース状のフォロワー43が充填されている。また、継手44と先軸31との間には、ボールペンリフィル40全体を後方に常に付勢する目的でノックスプリング16が介装されている。
本実施形態でインク収容管41に充填されるインク42は、剪断減粘性を有しない、３〜２０ｍＰａ・ｓｅｃの低粘度の水性又は油性インクが用いられる。
筆記が行われない待機状態（図１（Ａ））においては、筆記先端としてのボールペンチップ50は軸筒30の中に引き込まれた状態で外部からは視認できない。ここから、スライド部材20を先端方向へ押圧すると、その内部のノック筒15、さらに回転部材13も同方向へ押圧され、そしてその回転部材13によりボールペンリフィル40も押圧され、ボールペンチップ50の先端が先軸31の先端から露出する（図１（Ｂ））。このとき、ノックスプリング16は圧縮された状態で、ボールペンリフィル40に対し後方へ復帰しようとする力を付勢しているが、回転部材13のカム機構14が内筒11の係止溝12と係合することで、この状態が維持され、筆記が可能となる。

この状態から、再びスライド部材20を先端方向へ押圧すると、回転部材13のカム機構14と内筒11の係止溝12との係合が解かれ、それにより圧縮されたノックスプリング16の復元力によってボールペンリフィル40が後方へ押圧され、再び図１（Ａ）の待機状態へ復帰する。
ボールペンチップ50は、図２の正面断面図に示すように、ステンレス鋼製のホルダー60と、その先端に抱持される超硬合金製の筆記ボール51と、ホルダー60の内部空間に収容されるステンレス鋼製の押圧スプリング52とにより構成される。
ホルダー60は、ステンレス鋼製の円柱材を、先端部分は先細に切削してテーパー部61とし、また、後端部分は外径を減じるように切削して前記継手44に圧入される圧入部67としている。

テーパー部61の先端の内部空間は、先端方向からドリルにより切削されて筆記ボール51を収容するボールハウス62となっている。テーパー部61の先端は、内方にかしめられたカシメ部70となっていて、これにより筆記ボール51が抱持されている。このカシメ部70の詳細については後述する。
一方、ホルダー60後端からは、先端にかけて段階的に内径を減じていく内部空間としてのバック孔64が形成されている。このバック孔64は、ボールハウス62の底面63の近傍まで形成されている。そして、このバック孔64とボールハウス62とは、インク孔66により連結されている。このインク孔66の内径は、バック孔64の最先端部65の内径よりやや小径となっている。

バック孔64には、後端から押圧スプリング52が挿入される。この押圧スプリング52は、その先端部分が真っ直ぐな形状の棒状部53として形成され、その先端は筆記ボール51の後端に当接してこれを先端方向に押圧している。この押圧により、待機状態においては筆記ボール51がカシメ部70の内周面73に密着し（図３参照）、先端からのインク42の直流を防止している。なお、押圧スプリング52を挿入してから、圧入部67外周の数箇所がポンチ加工で内方へ突出するように変形され、押圧スプリング52の後端を保持するスプリング止め68となっている。
前記カシメ部70は、図３に示すように、テーパー部61との境界をなす変曲縁72と、この変曲縁72より内側に位置する小口縁71と、を備えている。そして、この断面において変曲縁72と小口縁71とを結ぶ２線分がなすカシメ角度αは１００を上回りかつ１６０°以下である。なお、この図３に示す状態は待機状態（非筆記状態）を示している。この状態では、筆記ボール51は押圧スプリング52により先端方向へ押圧され、カシメ部70の内周面73と密着している。これにより、ボールハウス62が外部から遮断され、インク42の直流が防止される。また、筆記ボール51がカシメ部70から露出しているボール出寸法βは筆記ボール51外径の２０％未満である。

筆記時において筆記ボール51が筆記面Ｓに押圧されると、図４に示すように、筆記ボール51は軸方向に距離γ（移動可能距離γ）だけ移動する。この移動可能距離γは筆記ボール51外径の５％未満である。この押圧により筆記ボール51とカシメ部70の内周面73との間に間隙（クリアランス）が生じ、そこからインク42が吐出される。そして、筆記ボール51と同時にカシメ部70の変曲縁72も筆記面Ｓに接触し、この間に吐出されたインク42が拡がることで、非吸収面である筆記面Ｓに付着しやすくなっている。このとき、カシメ部70の小口縁71は筆記面Ｓには接触していないため、筆記時の引っかかりが生じないこととなっている。

なお、前記筆記ボール51は、超硬合金以外の金属、あるいは非鉄金属等、筆記面と転がり摩擦の低い材質で、かつ、ある程度の耐摩耗性を有するものであれば、いずれも用いるのに差し支えはない。

（１）インク組成
本発明の実施例及び比較例で使用するインクの組成は以下のとおりとした。
カーボンブラックリーガル４００Ｒ（キャボット社製、揮発分２．５％）：１５．０重量部
ソルスパース１２０００（日本ルーブリゾール社製）：１．０重量部
ソルスパース２００００（日本ルーブリゾール社製）：６．０重量部
レジンＳＫ（Ｈｕｌｓ社製）：５．０重量部
ヒタノール１５０１（日立化成社製）：５．０重量部
ＦＺ−５６０９（東レダウコーニング社製）：０．５重量部
プロピレングリコールモノメチルエーテル：５０．０重量部
エタノール：１７．５重量部
上記の各原料を上記の配合割合で調合し、０．６ｍｍガラスビーズにて６０分間湿式分散して、粘度９ｍＰａ・ｓｅｃ、平均粒径１０５ｎｍの黒色の油性マーキングペン用インク組成物を得た。

（２）ボールペンチップ
本発明の実施例及び比較例で使用するボールペンチップは以下のとおりとした。
筆記ボール径は１．０ｍｍとし、この筆記ボールを抱持するように、前記実施の形態で示すような形状のボールペンチップを作製した。なお、軸方向の移動可能距離は５〜２０μｍ（筆記ボール径の０．５〜２．０％）とし、ボール出寸法及びカシメ角度にについては下記各表に記載の数値にて加工を行った。なお、カシメ角度が１７０°の場合は十分に筆記ボールを抱持できる程度にかしめることができなかったため、下記各表の試験には供することができなかった。

（３）試験１
上記（２）のボールペンチップを、前記実施の形態に示した継手を介してインク収容管に接続し、その中に上記（１）のインクを充填してボールペンリフィルとし、これを軸筒に装着して前期実施の形態に示したボールペンとした。このボールペンを用いて、筆記面はガラス、筆記角度は９０°の条件下でＪＩＳ Ｓ６０５４に準拠した筆記試験機にて筆記を行った。評価基準は以下のとおりとした。
Ａ：非常に良好な描線品質を得ることができた
Ｂ：良好な描線品質を得ることができた
Ｃ：僅かに掠れることがあるが、描線を得ることはできた
Ｄ：多くの掠れが生じて描線を得ることができなかった
この試験１の結果は、下記表１のとおりであった。

上記試験１の結果、ボール出寸法が２０％を下回るボールペンチップでの結果が概ねＢを上回る評価が得られ、良好な描線が得られたといえる。一方、ボール出寸法が２０％以上では評価はほぼＤであり、筆記具として満足のいく描線は得られることはなかった。
（４）試験２
上記試験１と同様に調整されたボールペンを用いて、筆記面をガラスとして被験者に自由に筆記をさせ、その筆記感触を下記評価基準に基づく官能試験に供した。
Ａ：引っかかるような感触は全くなく、非常に滑らかに筆記することができた
Ｂ：僅かに引っかかるような感触はあったが、滑らかに筆記することができた
Ｄ：引っかかるような感触が著しく、滑らかに筆記することができなかった
この試験２の結果は、下記表２のとおりであった。

ボール出寸法が２０％以下の場合はいずれも、カシメ角度が１００°以下では、引っかかるような感触が著しく、滑らかな筆記ができない、という評価となった。一方、１２０°以上では悪くとも評価Ｂが得られており良好な筆記感触が得られたといえる。
（５）まとめ
以上より、試験１の描線の掠れの観点からは、ボール出寸法が２０％を下回るボールペンチップが優れているという結果となった。また、試験２の筆記感触の観点からは、カシメ角度が１００°を上回るボールペンチップが優れているという結果となった。さらに、カシメ加工が十分できるかどうかという観点では、カシメ角度は１６０°を上回ることは不可能であった。

これらを総合的に判断すれば、ボール出寸法は２０％未満が好適であり、カシメ部のカシメ角度は１００°を上回りかつ１６０°以下、特に１２０°以上１６０°以下が好適であることが判明した。

本発明は、ボールペン、修正ペン等のボールを使用した筆記具あるいは塗布具に利用可能である。

10 ボールペン 11 内筒 12 係止溝
13 回転部材 14 カム機構 15 ノック筒
16 ノックスプリング
20 スライド部材 21 クリップ 22 スライド突条
23 保持筒部
30 軸筒 31 先軸 32 螺合部
33 グリップ 34 後軸 35 ガイド溝
40 ボールペンリフィル 41 インク収容管 42 インク
43 フォロワー 44 継手
50 ボールペンチップ 51 筆記ボール 52 押圧スプリング
53 棒状部
60 ホルダー 61 テーパー部 62 ボールハウス
63 ボールハウスの底面 64 バック孔 65 バック孔の最先端部
66 インク孔 67 圧入部 68 スプリング止め
70 カシメ部 71 小口縁 72 変曲縁
73 カシメ部の内周面
α カシメ角度 β ボール出寸法 γ 移動可能距離
Ｓ 筆記面

Claims (4)

1. ホルダーと、
   前記ホルダーの先端の外周が先細に形成されているテーパー部と、
   前記テーパー部の内部空間として形成されたボールハウスと、
   前記ホルダーの後端から前記ボールハウスの近傍まで達する内部空間としてのバック孔と、
   前記ボールハウスと前記バック孔との間を連絡するインク孔と、
   前記ボールハウス内に位置する径１．０ｍｍの筆記ボールと、
   前記テーパー部の先端部分が内側にかしめられているカシメ部と、
   を備えるボールペンチップと、内部に粘度が３〜２０ｍＰａ・ｓｅｃのインクを収容しかつ前記ボールペンチップが先端に装着されるインク収容管とを備えたボールペンであって、
   前記ボールペンチップは、前記ボールハウス内での前記筆記ボールの軸方向の移動可能距離が、同筆記ボール外径の５％未満であり、かつ、先端部より突出するボール出寸法は同筆記ボールが前記ボールハウスの底面に当接した状態において同筆記ボール外径の２０％未満あることを特徴とするボールペン。
2. 前記筆記ボールは、前記バック孔に挿入されている押圧スプリングにより先端方向へ押圧され、待機状態においては前記カシメ部の内周面と密着していることを特徴とする請求項１記載のボールペン。
3. 前記カシメ部は、前記テーパー部との境界をなす変曲縁と、この変曲縁より内側に位置する小口縁と、を備えるとともに、
   筆記に際しての傾斜時に前記筆記ボールと前記変曲縁とが筆記面に接触するとき、前記小口縁は同筆記面には接触しないことを特徴とする請求項１又は２記載のボールペン。
4. 前記カシメ部のカシメ角度は１００°を上回りかつ１６０°以下であることを特徴とする請求項３記載のボールペン。