JP6804875B2 - ボールペン - Google Patents
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Description
ボールペンは、先端部分に配置されたボールペンチップと、この先端に回転可能に抱持された筆記ボールとを有している。そして、ボールペンチップの先端の筆記ボールが筆記される面で回転することにより、筆記ボールの裏側のインクが表側に送られて、線を描くものとなっている。
このようなボールペンに設けられているボールペンチップには、前述の筆記ボールに加えて、後端から先端まで連通するインク誘導孔が内部に形成された筒状のホルダー部が設けられている。
そして、このホルダー部の先端には、当該先端の周囲を内方にかしめられることで形成されたカシメ部が設けられている。このカシメ部によって、ホルダー部の先端内部に回転可能に設けられた筆記ボールがホルダー部から抜け出ないように保持されている。
このようなボールペンチップを備えたボールペンでは、ペン先が円錐状のテーパー部の陰となるので、ペン先の描線部分が見えにくい場合がある。
そこで、円錐状に形成されたテーパー部の代わりに、ホルダー部の最大外径部から先端へ向かって突出する、該最大外径部より外径が小さい円筒状のパイプ(ニードル)型チップを設け、このパイプ(ニードル)型チップの先端に筆記ボールを回転可能に抱持させ、これにより、ペン先の描線部分を見やすくしたものが知られている(特許文献2)。
なお、ホルダー部の最大外径部から先端のカシメ部近傍までを凹曲面としたものも開示されている(特許文献3)。
前記ホルダー部11の先端内部に回転可能に抱持される筆記ボール16と、
前記ホルダー部11の先端の周囲が内方にかしめられ前記筆記ボール16を該ホルダー部11の先端内部に保持するカシメ部11Eと、
を備えたボールペンチップ10であって、
前記ホルダー部11の先端部分には、前記カシメ部11Eの近傍から後方に向かって外径が漸増するとともに内側に凸な多次曲面で形成された先端曲面11Cが設けられているとともに、
前記先端曲面11Cの任意の点における外径をa(mm)、及び該任意の点における前記バック孔12の内径をb(mm)としたとき、
P=π(a4−b4)/(32a)
で定義される値Pが0.03(mm3)を上回ることを特徴とする。
Q=10d/P
で定義される値Qが900(N/mm2)を下回ることが望ましい。
換言すると、上記距離dの位置における前記a(mm)及びb(mm)の値が、前記Pが0.03(mm3)になるように設定され、かつ、そのP及びdから導かれるQが900(N/mm2)を下回るように、前記先端曲面11Cを形成することが望ましい。
このように構成することで、当該任意の点において筆記時の筆圧に伴う応力集中による屈曲や座屈が生ずることを、通常想定される筆圧の範囲内において防止することが可能となる。
また、ボールペンチップ10の強度と加工性を確保する観点から、前記ホルダー部11は、ビッカース硬度が200以上450以下の鉛又はビスマス含有のフェライト系ステンレス製であることが望ましい。
本実施形態に係るボールペン20は、図1及び図2に示すように、保護のために先端を着脱可能に覆うキャップ24(図1(B))と、リフィル30(図2)を内部に収納する軸筒21とを備えたものとなっている。また、リフィル30の先端部分には、ボールペンチップ10が設けられている。
キャップ24は、ポリカーボネート樹脂製で筒状に形成されている。キャップ24の内部においては先端側にシリコンラバー製のラバーボール26が挿入されている。これは、キャップ24を装着する際にボールペンチップ10の先端を保護するためのものである。また、キャップ24にはクリップ25が設けられている。
軸筒21の先端には、ステンレス製の略円錐台形の口金23が螺着されている。この口金23からは、ボールペンチップ10の先端が突出している。口金23の前端面は、後述のボールペンチップ10のテーパー面である円錐台面11Bと同軸上にあることが望ましい。また、軸筒21の先端近傍の側面には熱可塑性ラバー製のグリップ部22が設けられている。
インク収容管31の内部にはインク34が収容されている。さらに、インク34の後端には、インク34の逆流や蒸発を防止するためのグリース状の追従体35が注入されている。
インク34について詳細に説明する。インク34をいわゆる水性のインク組成物とした場合は、少なくとも水、色剤、水溶性溶剤を含み、インク組成物内に含有されるアルミナ、酸化チタン、シリカ、炭化ケイ素及び炭化タングステンの微粒子は、受け座の摩耗を抑制するためや、インク組成物への分散安定性をよくするために、非常に微細である必要があり、平均粒子径が0.1μm未満の超微粒子で、筆記感の向上のために形状は球状であることが好ましい。ここでいう超微粒子とは、0.001〜0.1μm未満の粒子径である微粒子のことである。
また、有機系顔料としては、たとえばアゾレーキ、不溶性アゾ顔料、キレートアゾ顔料、フタロシアニン顔料、ペリレン及びペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、染料レーキ、ニトロ顔料、ニトロソ顔料などが挙げられる。具体的には、フタロシアニンブルー(C.I.74160)、フタロシアニングリーン(C.I.74260)、ハンザイエロー3G(C.I.11670)、ジスアゾイエローGR(C.I.21100)、パーマネントレッド4R(C.I.12335)、ブリリアントカーミン6B(C.I.15850)、キナクリドンレッド(C.I.46500)などが使用できる。また、スチレンやアクリル樹脂の粒子から構成されているプラスチックピグメントも使用できる。さらに、粒子内部に空隙のある中空樹脂粒子は白色顔料として、又は染料で染着した擬似顔料として多色用等に使用できる。
直接染料の一例を以下に記載する。C.I.ダイレクトブラック17、同19、同22、同32、同38、同51、同71、C.I.ダイレクトエロー4、同26、同44、同50、C.I.ダイレクトレッド1、同4、同23、同31、同37、同39、同75、同80、同81、同83、同225、同226、同227、C.I.ダイレクトブルー1、同15、同71、同86、同106、同119などが挙げられる。
塩基性染料の一例を以下に記載する。C.I.ベーシックエロー1、同2、同21、C.I.ベーシックオレンジ2、同14、同32、C.I.ベーシックレッド1、同2、同9、同14、C.I.ベーシックブラウン12、ベーシックブラック2、同8などが挙げられる。
また、以上に挙げた溶剤の他にリン酸エステルとアミン系化合物の混合物との溶解性や発揮性能を妨げない範囲で以下に挙げる溶剤を添加することも可能である。
それらの例として、多価アルコール類誘導体があり、ソルビタン脂肪酸系、ポリグリセリン高級脂肪酸系、ショ糖脂肪酸系、プロピレングリコール脂肪酸系等の誘導体も挙げられる。
ボールペンチップ10は、図3及び図4に示すように、後端から先端近傍まで連通するバック孔12が内部に形成された筒状のホルダー部11と、このホルダー部11の先端内部に回転可能に設けられた超鋼合金製の筆記ボール16と、筆記ボール16がホルダー部11から脱落しないように保持するカシメ部11Eとを備えたものである。ホルダー部11は、ビッカース硬度が270である加工性のよい鉛又はビスマス含有のフェライト系ステンレス製の円柱材を切削加工することで形成される。
一方、ホルダー部11の後端側の部分は、最大外径部11Aより外径が小さくなるように切削された略円筒状の固定部11Fとなっており、この部分が前記継手32の先端に圧入固定されている(図2参照)。
P=π(a4−b4)/(32a)>0.03(mm3)
との関係が成立するように、先端曲面11C及びバック孔12は切削される。
Q=10d/P<900(N/mm2)
との関係が成立する。すなわち、先端曲面11Cのどの点においても、極端に大きい応力が集中することがないため、ほぼ同様の先端外径を有するストレートな形状のパイプ(ニードル)型チップに比べると、筆記中の屈曲や座屈が生じにくくなっている。その一方で、筆記先端近傍のボールペンチップ10の幅はこのようなパイプ(ニードル)型チップと同様であるため、描線がボールペンチップ10の陰になることもなく見やすくなっている。
実施例1に係るボールペンにおけるボールペンチップは、前記実施形態に基づいた形状を有するものを使用した。筆記ボールの外径は0.38mmであった。
なお、インクは、以下の組成とした。
カーボンブラック#25(三菱化成製):10重量%
ポリビニルブチラール(BL−S、積水化学製):5重量%
テルペンフェノール樹脂(YP90L、ヤスハラケミカル製):8重量%
ポリプロピレングリコール(平均分子量:4000):5重量%
リン酸エステル(プライサーフA208B):1.47重量%
アミン系化合物(ポリオキシエチレンアルキルアミン:AMIET105):1.03重量%
3−メトキシブタノール:5重量%
3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノール:64.5重量%
実施例2に係るボールペンにおけるボールペンチップは、前記実施形態に基づいた形状を有するものを使用した。筆記ボールの外径は0.28mmであった。
なお、インクは、以下の組成とした。
色剤(顔料:カーボンブラック):5重量%
剪断減粘性付与剤(架橋型ポリアクリル酸):0.2重量%
水溶性有機溶剤(グリセリン):20重量%
潤滑剤(リン酸エステルアルキルエーテル):0.8重量%
防錆剤(ベンゾトリアゾール):0.3重量%
防腐剤(1,2−ベンゾイソチアゾリン−3−オン):0.1重量%
pH調整剤(トリエタノールアミン):2重量%
アルミナ(一次粒子径0.033μm):0.05重量%
水溶性樹脂(スチレンアクリル酸共重合体塩):0.5重量%
精製水:残部
比較例1に係るボールペンにおけるボールペンチップは、出願人製品であるUM−201の筆記ボール径0.38mmのパイプ(ニードル)型チップを使用した。このボールペンチップは、外径aは0.60mmで、バック孔の内径bは0.42mmであった。この外径aが0.60mmである部分の長さは、2.75mmであった。
なお、インクは、以下の組成とした。
カーボンブラック#25(三菱化成製):10重量%
ポリビニルブチラール(BL−S、積水化学製):5重量%
テルペンフェノール樹脂(YP90L、ヤスハラケミカル製):8重量%
リン酸エステル(プライサーフA208B):1.47重量%
アミン系化合物(ポリオキシエチレンアルキルアミン:AMIET105):1.03重量%
3−メトキシブタノール:5重量%
3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノール:69.5重量%
比較例2及び3に係るボールペンにおけるボールペンチップは、前記実施形態に類似した先端曲面を有するものを使用した。筆記ボールの外径は実施例1と同じ0.38mmであった。ただし、比較例2ではバック孔の内径bが実施例1よりやや大きく形成されていた(下記表1参照)。また、比較例3では先端曲面の外径aが実施例1よりやや小さく形成されていた(下記表1参照)。なお、インクは、比較例1と同等の組成とした。
比較例4に係る筆記具におけるボールペンチップは、出願人製品であるUM−201の筆記ボール径0.28mmのパイプ(ニードル)型チップを使用した。このボールペンチップは、外径aは0.60mmで、バック孔の内径bは0.32mmであった。この外径aが0.60mmである部分の長さは、2.81mmであった。
なお、インクは、以下の組成とした。
色剤(顔料:カーボンブラック):5重量%
剪断減粘性付与剤(架橋型ポリアクリル酸):0.22重量%
水溶性有機溶剤(グリセリン):20重量%
潤滑剤(リン酸エステルアルキルエーテル):0.8重量%
防錆剤(ベンゾトリアゾール):0.3重量%
防腐剤(1,2−ベンゾイソチアゾリン−3−オン)0.1重量%
pH調整剤(トリエタノールアミン):2重量%
水溶性樹脂(スチレンアクリル酸共重合体塩)0.3重量%
精製水:残部
比較例5及び6に係るボールペンにおけるボールペンチップは、前記実施形態にに類似した先端曲面を有するものを使用した。筆記ボールの外径は実施例2と同じ0.28mmであった。ただし、比較例5ではバック孔の内径bが実施例2よりやや大きく形成されていた(下記表1参照)。また、比較例6では先端曲面の外径aが実施例2よりやや小さく形成されていた(下記表1参照)。なお、インクは、比較例4と同等の組成とした。
以上の実施例及び比較例において、カシメ部の後端部からの距離dにおける外径a及び内径bを測定した。この距離dは、筆記ボール径が0.38mmで先端曲面を有する実施例1並びに比較例2及び3においては、先端側から順に0.64mm(位置A)、1.49mm(位置B)、2.59mm(位置C)及び3.79mm(位置D)とした。また、筆記ボール径が0.28mmで先端曲面を有する実施例2並びに比較例5及び6においては、先端側から順に0.59mm(位置A)、1.53mm(位置B)、2.63mm(位置C)及び3.83mm(位置D)とした。さらに、パイプ(ニードル)型チップである比較例1(筆記ボール径0.38mm)では2.75mm及び比較例4(筆記ボール径0.28mm)では2.81mmとした。それらから算出されるP値及びQ値は、下記表1に示す通りとなる。
以上から、筆記ボール径が0.38mmである実施例1においては、算出した4点のうち、位置BにおけるQ値が327.6N/mm2と最も高かった。しかし、この値は900N/mm2を下回るものであった。そして、それより後端側の位置ではQ値はさらに減少している。したがって、通常の筆圧の範囲内での筆記によっては屈曲あるいは座屈のおそれはきわめて少ないものと思われる。
このことは、筆記ボール径が0.28mmとより小さい実施例2でもほぼ同様であり、位置BにおけるQ値が337.7N/mm2と最も高かったが、この値は900N/mm2を下回るものであった。そして、それより後端側の位置ではQ値はさらに減少している。
一方、筆記ボール径は実施例1と同じであるがパイプ(ニードル)型チップの比較例1においては、距離dが2.75mmの位置におけるQ値が1,706.6N/mm2と、900N/mm2を大きく上回るものであった。ちなみに、実施例1でのほぼ同様の位置C(距離dが2.59mm)におけるQ値は253.4N/mm2であった。
同じく、筆記ボール径は実施例2と同じであるがパイプ(ニードル)型チップの比較例4においては、距離dが2.81mmの位置におけるQ値が1,441.8N/mm2と、900N/mm2を大きく上回るものであった。ちなみに、実施例2でのほぼ同様の位置C(距離dが2.63mm)におけるQ値は221.8N/mm2であった。
以上より、実施例のような先端曲面を有するボールペンチップは、ほぼ同様の先端外径を有する従来品のパイプ(ニードル)型チップに比べ、筆記時の屈曲あるいは座屈の可能性が著しく低減するものである。
実施例1と同じく筆記ボール径が0.38mmで先端曲面を有する比較例2では位置AにおけるP値が0.0284mm3と、0.03mm3を下回るものであった。これは、この位置Aにおける内径bが0.65mmと、実施例1における同じ位置Aの内径b(0.55mm)よりも大きかったためである。これに伴い、Q値も実施例1の同じ位置Aより大きくなるため、応力集中が実施例1よりも起こりやすくなると考えられる。
また、実施例1と同じく筆記ボール径が0.38mmで先端曲面を有する比較例3では、位置DにおけるQ値が1,008.6N/mm2と、900N/mm2を大きく上回るものであった。これは、この位置Dにおける外径aが1.22mmと、実施例1における同じ位置Dの外径a(1.86mm)よりも小さかったためであり、これにより実施例1の同じ位置DにおけるQ値(70.2N/mm2)を大きく上回ることとなっている。
よって、実施例1は比較例3に比べ、位置Dのように荷重から離れた位置における筆記時の屈曲あるいは座屈の可能性が著しく低減するものである。
また、実施例2と同じく筆記ボール径が0.28mmで先端曲面を有する比較例6では、位置DにおけるQ値が938.6N/mm2と、900N/mm2を上回るものであった。これは、この位置における外径aが1.27mmと、実施例2における同じ位置Dの外径a(1.93mm)よりも小さかったためであり、これにより実施例2の同じ位置DにおけるQ値(62.1N/mm2)を大きく上回ることとなっている。
よって、実施例2は比較例6に比べ、位置Dのように荷重から離れた位置における筆記時の屈曲あるいは座屈の可能性が著しく低減するものである。
11B 円錐台面 11C 先端曲面 11D 先端テーパー部
11E カシメ部 11F 固定部 12 バック孔
13 ボールハウス 14 インク誘導孔 15 チャンネル溝
16 筆記ボール 17 内面テーパー部
20 ボールペン 21 軸筒 22 グリップ部
23 口金 24 キャップ 25 クリップ
26 ラバーボール 27 尾栓
30 リフィル 31 インク収容管 32 継手
33 逆止ボール 34 インク 35 追従体
Claims (2)
- 後端から先端まで連通するバック孔が内部に形成された筒状のホルダー部と、
前記ホルダー部の先端内部に回転可能に抱持される筆記ボールと、
前記ホルダー部の先端の周囲が内方にかしめられ前記筆記ボールを該ホルダー部の先端内部に保持するカシメ部と、
を備えたボールペンチップであって、
前記ホルダー部の先端部分には、前記カシメ部の近傍から後方に向かって外径が漸増するとともに内側に凸な多次曲面で形成された先端曲面が設けられているとともに、
前記先端曲面の任意の点における外径をa(mm)、及び該任意の点における前記バック孔の内径をb(mm)としたとき、
P=π(a4−b4)/(32a)
で定義される値Pが0.03(mm3)を上回り、前記先端曲面の後端縁と前記ホルダー部の最大外径部の先端縁との間には、先端方向に縮径する円錐台面が設けられているとともに、ビッカース硬度が200以上450以下のビスマス含有のフェライト系ステンレス製であるボールペンチップを備えるとともに、
少なくとも水、色剤及び水溶性溶剤を含み、平均粒子径0.001μm〜0.1μm未満のアルミナ、酸化チタン、シリカ、炭化ケイ素及び炭化タングステンからなる群から選ばれる一種又は二種以上の超微粒子が0.002〜2重量%配合され、コーンプレート型回転粘度計(1°34′R24コーン)による1rpmにおける粘度が50〜2000mPa・s(25℃)である水性インク組成物を備えたことを特徴とするボールペン。 - 後端から先端まで連通するバック孔が内部に形成された筒状のホルダー部と、
前記ホルダー部の先端内部に回転可能に抱持される筆記ボールと、
前記ホルダー部の先端の周囲が内方にかしめられ前記筆記ボールを該ホルダー部の先端内部に保持するカシメ部と、
を備えたボールペンチップであって、
前記ホルダー部の先端部分には、前記カシメ部の近傍から後方に向かって外径が漸増するとともに内側に凸な多次曲面で形成された先端曲面が設けられているとともに、
前記先端曲面の任意の点における外径をa(mm)、及び該任意の点における前記バック孔の内径をb(mm)としたとき、
P=π(a4−b4)/(32a)
で定義される値Pが0.03(mm3)を上回り、前記先端曲面の後端縁と前記ホルダー部の最大外径部の先端縁との間には、先端方向に縮径する円錐台面が設けられているとともに、ビッカース硬度が200以上450以下のビスマス含有のフェライト系ステンレス製であるボールペンチップを備えるとともに、
少なくとも色剤及び樹脂を含み、かつ、25℃での蒸気圧が0.001mmHg以上のアルコール、多価アルコール及びグリコールエーテルから選ばれる溶剤を含む油性インク組成物を備えたことを特徴とするボールペン。
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