TWI601646B - Notebook (a) - Google Patents

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Nobuo Sekine
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Kk Pilot Corporation (Also Trading As Pilot Corporation)
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Description

筆記具(一) 發明領域
本發明係一種有關於筆記具者。詳而言之，為有關於一種筆記具，其係具有：筆尖保持構件、安裝於前述筆尖保持構件之其中一端之筆尖、及自由裝脫地安裝於前述筆尖保持構件之另一端之墨水槽。
發明背景
以往，眾所周知的墨水槽替換式筆記具(例如專利文獻1)係在筆尖與墨水槽之間，配置墨水保留構件，將墨水槽自由裝脫地安裝於前述墨水保留構件之後方。專利文獻1記載有一筆記具，其係將筆尖(滾珠筆尖)可自由裝脫且可替換地安裝於墨水保留構件，在筆尖磨損時，藉由將其替換成新筆尖，而可長期地維持適當之筆記性能。
前述專利文獻1所記載之墨水槽替換式筆記具為可將筆尖與墨水槽個別替換，並長期地使用者。但，也有替換筆尖之作業對使用者來說費事，或因使用者造成之筆尖安裝不完全(安裝失誤)而筆記性能降低，或者是對使用者來說不夠經濟等等應改良之點。又，筆尖為滾珠筆尖時，因伴隨滾珠旋轉之滾珠抱持部內表面面(具體而言，前端緣 部內表面、及與各個內側突出部內表面之滾珠接觸的部分)之磨損而使筆記性能容易低落，耐久性之點亦有改良的餘地。
有鑑於這樣的課題，為了減低滾珠或滾珠抱持部之磨損，試著使用陶瓷製滾珠，或是將金屬製滾珠表面利用鑽石狀碳質膜等之硬質材料來塗層(例如專利文獻2)等。又，為了減低因滾珠造成之滾珠抱持部的磨損，不只是滾珠，滾珠抱持部表面亦試著利用硬質材料來塗層。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2005-324336號公報
專利文獻2：日本特開2004-338134號公報
但，如特許文獻2，即使只提高滾珠或滾珠抱持部之硬度，要防止該等之磨損並實現充分耐久性是相當困難的。這是因為將滾珠及與滾珠抱持部之接觸部位微觀地來觀察時，會有介於滾珠及與滾珠抱持部之界面間無筆記具用墨水存在而直接接觸之邊界潤滑狀態的情況。上述現象在使用如10mPa．s以下(20℃)之低黏度的墨水時，有特別容易產生之傾向。又，在上述情況下，筆跡或描線容易變得不均，有改良的餘地。
本發明欲提供一種在墨水槽替換式筆記具中，採用習知被認為耐久性容易不足之筆尖構造，卻可長期地維 持穩定之筆記性能，筆感及筆跡良好之筆記具。
本發明之筆記係具有：筆尖保持構件；筆尖，係具備滾珠與將前述滾珠抱持成可旋轉之滾珠抱持部，且安裝於前述筆尖保持構件之其中一端；墨水槽，係於前述筆尖保持構件之另一端安裝成可自由裝脫；又該筆記具特徵在於：前述滾珠表面、或是與前述滾珠抱持部之前述滾珠之接觸部分的至少一方形成有碳質膜，且前述碳質膜具有碳原子以及與該碳原子鍵結之氧原子。
根據本發明，在採用滾珠筆尖作為筆尖之墨水槽替換式筆記具中，藉由不用替換筆尖，解決替換筆尖造成之間題點，且可長期地維持穩定之筆記性能，並良好地保持筆感及筆跡。進而，本發明之筆記具為可重複使用筆尖與筆尖保持構件者，藉此與習知之拋棄式滾珠筆比較，為對環境之負荷較小者。
1‧‧‧筆記具
2‧‧‧筆尖
3‧‧‧筆尖保持構件
4‧‧‧墨水槽
5‧‧‧前軸
6‧‧‧後軸
7‧‧‧夾持部
8‧‧‧墨水誘導構件
21‧‧‧管部
22‧‧‧前端緣部
23‧‧‧內側突出部
24‧‧‧滾珠
24A‧‧‧滾珠本體
24B‧‧‧中間層
24C‧‧‧碳質膜
31‧‧‧櫛齒
32‧‧‧保留溝
33‧‧‧誘導溝
34‧‧‧鍔部
35‧‧‧連通溝
36‧‧‧凹溝
37‧‧‧中心孔
41‧‧‧栓體
51‧‧‧螺合部
51a‧‧‧陽螺紋部
52‧‧‧結合部
52a‧‧‧突片
61‧‧‧母螺旋部
81‧‧‧第1墨水誘導構件
82‧‧‧第2墨水誘導構件
83‧‧‧第3墨水誘導構件
[圖1]係本發明實施形態之筆記具的縱截面圖。
[圖2]係圖1之A-A線截面圖。
[圖3]係圖1之重要部分擴大縱截面圖。
[圖4]係顯示滾珠及與筆記具用墨水之接觸角的圖。
用以實施發明之形態
針對本發明之筆記具之實施形態，參照圖式並詳細地說明時，就如以下所述。
本發明之一實施形態之筆記具截面圖如圖1所示。該筆記具1為直液式筆記具，筆尖保持構件3兩端安裝有筆尖2與墨水槽4。該筆尖保持構件3形成有暫時性地保持伴隨著墨水槽4之內壓上昇而溢出的墨水的櫛齒31。利用該櫛齒31劃分保留溝32與誘導溝33，可發揮保留墨水之功能。當將筆記具1之筆尖側當作前端側時，後端側安裝有墨水槽4，但在本發明中，墨水槽4安裝成可自由裝脫，筆記具1為墨水槽替換式筆記具。
圖1所圖示之筆記具1更具有：前軸5、後軸6。前述前軸5收容筆尖保持構件3，又於其後端部設有用以將後軸6自由裝脫地安裝之螺合構造。收容於前軸5之筆尖保持構件的後端側設有可自由裝脫地安裝墨水槽4的構造。在圖1所示之筆記具中，後述前軸5之後端會突出，形成筒狀之結合部52，墨水槽4可自由裝脫地連結於該結合部。藉由安裝後軸6，該墨水槽4可收容於後軸6內。前述筆尖保持構件3之前端透過夾持部7，安裝有筆尖2。利用貫通筆尖保持構件3之墨水誘導構件8，可從前述墨水槽4朝筆尖2誘導墨水。
．前軸
前述前軸5由兩端開口之筒狀構造，例如圓筒體所構成，利用合成樹脂(例如，聚丙烯、聚碳酸酯等)之射出成形等來獲得。前述前軸5之後端部具有：經縮徑之筒狀螺合部 51、與於該螺合部51內側配置成同心圓狀之筒狀結合部52。前述螺合部51外面形成有陽螺紋部51a。安裝墨水槽4時，前述結合部52會壓入於墨水槽4之開口部內。進而，安裝墨水槽4時前述結合部52後端之一部分會形成用以使墨水槽4之開口部之栓體41朝後方推離而開栓的突片52a。
．後軸
前述後軸6可由前端側開口之有底筒狀體構成，利用合成樹脂(例如，聚丙烯、聚碳酸酯等)之射出成形等來獲得。前述後軸6之前端側開口部之內周面形成有可自由裝脫地與前述前軸5之螺合部51的陽螺紋部51a螺合的母螺旋部61。又，前述後軸6宜為從外部可目視確認墨水槽4內之墨水殘量之具有透明性者。
．筆尖保持構件
前述筆尖保持構件3可利用合成樹脂(例如，ABS樹脂等)之射出成形等來獲得。該筆尖保持構件3安裝有筆尖2與墨水槽4。墨水槽4安裝成可自由裝脫。另一方面，圖1所示之筆記具中，筆尖2安裝成不可裝脫。即，在本發明中，由於筆尖之耐久性較高，因此無替換之必要性，故，無使作成可裝脫之必要。但，意圖能更長期地使用，亦可將筆尖安裝成可裝脫。
在本發明中，筆尖保持構件3為具有將筆尖與墨水槽連結之功能者。在此，為了實現更高之筆記特性，宜使筆尖保持構件持有墨水保留功能。圖1所示之筆記具為具備具有墨水保留功能的筆尖保持構件者。
前述筆尖保持構件3具有複數圓板狀之櫛齒31。前述櫛齒31彼此間形成有將墨水暫時性地保留之保留溝32。在前述櫛齒31形成有與前述各個保留溝32連接，並朝軸方向延伸之細縫狀之誘導溝33。在位於前述筆尖保持構件3之櫛齒31群最後端的鍔部34，前後地貫通設置有與前述誘導溝33連接且於墨水槽4側開口之連通溝35(參照圖2)。又，前述櫛齒31形成有空氣流通用之凹溝36。又，前述筆尖保持構件3之中心貫通設置有中心孔37。前述中心孔37插裝有合成樹脂之押出成形體所構成之第1墨水誘導構件81。
而，在此作為筆尖保持構件，是例示具有將伴隨著墨水槽內之內壓上昇之溢出墨水暫時性地保持的墨水保留功能的構件，但並非特別限定於此者。
．墨水槽
圖1所示之筆記具中，前述墨水槽4可利用合成樹脂(例如聚乙烯等)之射出成形等來獲得。前述墨水槽4為一般前端開口且後端封閉之有底筒狀體，在開口部之內周面利用嵌裝、銲接或黏接等設有封鎖墨水槽4內之栓體41。前述墨水槽4內直接收容有筆記具用墨水。又，前述墨水槽4宜為可目視確認內部的墨水殘量之具有透明性者。
又，圖1雖例示了在墨水槽直接收容墨水之直液式筆記具，但亦可為在內綿含浸墨水之內綿式筆記具。
又，用於本發明之筆記具之墨水為水性墨水、水性凝膠墨水、油性墨水等，並非特別限定者。但，由於牛頓黏性之水性墨水、賦予剪切減黏性之水性墨水係會有滾 珠與滾珠抱持部之接觸部分變成邊界潤滑而容易磨損之傾向，因此可明顯表現本發明之耐久性改良的效果，因而以此為佳。進而，用於本發明之墨水黏度亦為無特別限定者，但筆記時使用黏度為小於10mPa．s(20℃)之墨水時，亦同樣地可明顯表現本發明效果，因而以此為佳。
又，用於本發明筆記具之墨水宜為與碳質膜之親和性較高。例如用於滾珠筆之墨水多為含有水、或具有醇或乙二醇醚等之親水性官能基的成分。包含上述成分之墨水與習知使用之滾珠、例如無表面處理之矽碳化物構成之滾珠的親和性較低。故，滾珠與滾珠抱持部之接觸部分有容易變成邊界潤滑之傾向。然而，本發明中滾珠或滾珠抱持部任一者形成有具碳-氧鍵結之碳質膜，藉由使用與其親和性較高之墨水，使滾珠與滾珠抱持部之間容易變成流體潤滑。墨水對於如此碳質膜之親和性可由接觸角來評價。在本發明中特別是墨水對於前述碳質膜的接觸角宜為55°以下，更宜為30°以下。
．筆尖
前述筆尖2具有一構造，其係設於前端之滾珠抱持部內抱持有可旋轉之滾珠24。這種構造亦稱為滾珠筆尖。在此滾珠抱持部中，利用將金屬製之管部21(例如不銹鋼、銅、鋁、鎳等構成之管部)之尖細狀前端部朝徑方向內側推壓變形而形成之向內的前端緣部22、與將前述管部前端附近側壁藉由在徑方向內側推壓變形而形成之複數個(例如3個或4個)內側突出部23，將滾珠24抱持成可旋轉。前述複數個 內側突出部23於管部2內表面一般來說是等間隔地配置成周狀。藉由該最前端部22與內側突出部23，而使滾珠被抱持成不從筆尖脫離。
又，圖1例示有將不銹鋼製管部進行推壓加工等而形成之管型的滾珠筆尖，但亦可為利用鑽磨將不銹鋼線材進行切削加工而形成之切削型的滾珠筆尖。作為前述滾珠24之材料，可舉例有例如：例示之碳化鎢燒結體、氧化鋯、氧化鋁、氧化矽、碳矽化物等之陶瓷、或不銹鋼等。
筆尖所抱持之滾珠的材質無特別地限定，但一般會使用金屬或陶瓷構成者。本發明之筆記具為了求得耐久性，宜選擇硬度較高之材料。例如，使用碳化鎢、氧化鋯、氧化鋁、氧化矽、矽碳化物等之陶瓷或不銹鋼等之金屬。又，亦可使用陶瓷與金屬性結合材構成之超硬合金。作為上述超硬合金，眾所周知有碳化鎢、鈷或鎳等之金屬性結合材構成者。
圖1所示之筆記具中，使用了直徑0.5mm之碳化鎢(相當於ISO K-10)之滾珠。滾珠之大小由該筆記具之用途或筆記時所要求之描線寬度等來決定，但一般從0.25~2.0mm之範圍來選擇。
．碳質膜
本發明之筆記具中，前述滾珠表面、或前述滾珠抱持部之與前述滾珠之接觸部分的至少一方形成有碳質膜。前述滾珠表面與前述接觸部分之兩方亦可均形成有碳質膜。圖3係顯示在滾珠本體24A表面透過中間層24B(詳細於後再 述)，形成有碳質膜24C之例。在本發明中，有時候將在滾珠本體24A含有該等中間層24B與碳質膜24C者包含在內也稱為滾珠。再者，滾珠抱持部形成有碳質膜時，可只在與滾珠接觸之部分形成碳質膜，但從製造容易度、或因使用造成之變形等的觀點來看，可在比實際接觸部分更廣的範圍形成碳質膜。進而，亦可在滾珠抱持部之內表面全部形成碳質膜。
在本發明中，碳質膜具有碳原子及與該碳原子鍵結之氧原子。故，滾珠或滾珠抱持部之耐久性會變高。進而，由於本發明之碳質膜與墨水之親和性很高，因此滾珠與滾珠抱持部內部之間的間隙可保持墨水，滾珠與滾珠抱持部不易產生直接的接觸。該結果，可將因滾珠與滾珠抱持部直接地接觸之滾珠及滾珠抱持部內部的磨損減低，進而可改良耐久性。且由於耐久性改良，不易產生伴隨使用之書寫狀況之劣化，因此實質上便不需要替換筆尖，可實現滿足經長期仍穩定之筆記性能的滾珠筆。又，在滾珠表面使碳質膜形成時，藉由滾珠表面與墨水之親和性提升，筆記時可朝滾珠與紙面之接觸部穩定地供給墨水，因此可實現更均勻的筆跡及良好的筆感，可改良書寫性。
又，在碳質膜中，碳原子用各種形態與氧原子鍵結。具體而言，碳原子與氧原子鍵結可考慮用C-O、O=C-O、及C=O之形態。在此，可考慮C-O以羥基及醚等為主來構成，C=O以羰基及酮等為主來構成，O=C-O主要以羧基及酯等為主來構成。可考慮利用這些鍵結提高親水性。又， 碳原子會與其他碳或氫以C-C或C-H之形態來鍵結。因此，當包含氧的鍵結(C-O、O=C-O、及C=O)相對於碳的全鍵結(C-O、O=C-O、C=O、C-C、及C-H)之比例(以下稱為COtotal)愈大時，碳質膜表面之親水性會愈增大，碳質膜與墨水之親和性便愈高。由於COtotal值係提高碳質膜與墨水之親和性，容易維持經長期及長距離仍穩定之筆記性能，因此宜為0.1以上，更宜為0.15以上。另一方面，當COtotal值變得過大時，碳之間的鍵結會減少而有硬度降低的傾向，故，宜為0.5以下，更宜為0.45以下。
在本發明中，碳質膜可利用任意之方法，使其在滾珠表面、或滾珠抱持部之與滾珠的接觸部分形成。可使碳質膜在滾珠表面或滾珠抱持部之任一方形成，但亦可在兩方形成。但，當在滾珠表面使碳質膜形成時，由於除了滾珠與滾珠抱持部之間的磨損減低之外，亦如前所述墨水供給可穩定化，因此至少在滾珠表面使碳質膜形成為佳。
又，形成碳質膜之方法並無特別地限制。例如，可利用使用以烴氣為原料之電漿化學氣相堆積法(電漿CVD法)或是觸媒化學氣相堆積法(CAT-CVD法)等來形成。又，亦可利用固體石墨為原料之濺鍍法、電弧離子鍍法等來形成。進而，可利用其他方法形成，亦可組合複數方法來形成。
本發明中所使用之碳質膜係包含鑽石狀碳膜(DLC膜)所代表之sp2碳-碳鍵結(石墨鍵結)及sp3碳-碳鍵結(鑽石鍵結)的膜。可為如DLC膜之非晶質狀態之膜，亦可為 如鑽石膜之結晶狀態的膜。然而，本發明中碳質膜係sp3碳-碳鍵結相對於sp2碳-碳鍵結之比率較高者，碳質膜之硬度會變高，故以此為佳。具體而言，sp3碳-碳鍵結相對於sp2碳-碳鍵結之比率宜為0.3以上。
又，通常碳質膜包含sp2碳-氫鍵結及sp3碳-氫鍵結，但對於本發明之碳質膜，碳-氫鍵結非必須之構成要素。又，在不損及本發明之效果的範圍可對碳質膜添加矽(Si)或是氟(F)等。
又，朝碳質膜導入碳-氧鍵結之方法可利用例如氧電漿或是含氧之氣體的電漿等之照射來進行。作為包含氧之氣體可使用水蒸氣、空氣等。又，亦可使用包含氧原子之有機物化合物等的氣體。進而，在包含氧之環境中，對碳質膜照射紫外線，或是將碳質膜浸漬於氧化性之溶液，藉此亦可導入氧。又，將碳質膜成膜時，使環境中之氧濃度變高，藉此亦可在碳質膜成膜時，將碳-氧鍵結導入。碳質膜之剛成膜後，在該表面會有未鍵結鍵存在。故，藉由將剛成膜後之碳質膜放置於包含氧之環境，可使未鍵結鍵與氧反應而導入碳-氧鍵結。又，只要有導入碳-氧鍵結，亦可存在有未鍵結鍵之碳原子。
碳質膜之膜厚並無特別地限定，但宜為0.001μm~3μm之範圍，更宜為0.005μm~1μm之範圍。又，碳質膜可在滾珠或滾珠抱持部的表面直接形成，但為了使滾珠或滾珠抱持部與碳質膜更加強固地密合，宜設置中間層。作為中間層之材質，可根據滾珠或滾珠抱持部之種類 使用各種材質，但可使用例如矽(Si)與碳(C)、鈦(Ti)與碳(C)或是鉻(Cr)與碳(C)構成之非晶質膜等的公眾所知的材質。該厚度並非特別限定者，但宜為0.001μm~0.3μm之範圍，更宜為0.005μm~0.1μm之範圍。中間層可使用例如濺鍍法、CVD法、電漿CVD法、溶射法、離子鍍法或是電弧離子鍍法等來形成。
前述筆尖2安裝於夾持部7之前部。且，前述夾持部7之後部壓入於筆尖保持構件3之中心孔37的前端開口部。即，筆尖2在筆尖保持構件3透過夾持部7來安裝。前述夾持部7由安裝有筆尖2之鍔狀之前部、與壓入於筆尖保持構件3之中心孔37之前端開口部的後部構成。前述夾持部7利用合成樹脂等之射出成形等來獲得。
前述墨水誘導構件8具有第1墨水誘導構件81、第2墨水誘導構件82、及第3墨水誘導構件83。前述夾持部7之後部內收容有纖維加工體構成之第2墨水誘導構件82。前述筆尖2之內部收容有在滾珠24後面誘導墨水之合成樹脂的押出成形體所構成的第3墨水誘導構件83。在前述第2墨水誘導構件82之前端穿入連接有第3墨水誘導構件83之後端，且在前述第2墨水誘導構件82之後端穿入連接有第1墨水誘導構件81之前端。前述第3墨水誘導構件83與各個內側突出部23之內表面(後側內表面)相接。
．碳質膜之形成方法
在本發明之筆記具中，滾珠或滾珠抱持部之至少一方形成有碳質膜。接著，針對碳質膜之形成方法來說明。在 此，作為一例，說明在滾珠表面使碳質膜形成之方法。在滾珠抱持部使碳質膜形成時亦可應用同樣之方法。
在滾珠表面使碳質膜形成之前，可先形成中間層。在此，說明在滾珠表面形成包含Si與C之非晶質膜所構成之中間層的情況。對中間層之成膜可使用如離子化沉積法。在該方法中，使用真空幫浦將離子化沉積用之室內調整成預定之壓力，並在室內導入四甲基矽烷(Si(CH3)4)，對滾珠施加偏壓電壓(例如1kV)，進行放電(例如30分鐘)。藉由成膜時在室內使滾珠旋轉，可在滾珠之表面全面形成中間層。
中間層之形成後，將供給室內之氣體變更為苯，形成碳質膜。使用真空幫浦將室內調整成預定之壓力後，對滾珠施加偏壓電壓(例如1kV)，進行放電(例如90分鐘)。藉由成膜時在室內使滾珠旋轉，可在滾珠表面全面形成碳質膜。
之後，在包含氧之環境進行電漿照射，進行朝碳質膜之碳-氧鍵結的導入。將室內調整成例如100Pa之壓力，輸出為例如10W來進行電漿照射，便可獲得目標之滾珠。
獲得之碳質膜所包含之碳-氧鍵結的比例可利用X光光電子能譜(XPS)測定來評價。測定條件可根據形成之碳質膜之種類、厚度等來調整，例如可使對實驗材料之檢出角度為90°，在X光源使用AI，使X光照射能量為100W。一般是使1次的測定時間為0.1ms左右。又，為了提高測定精度，會有針對1份實驗材料進行複數次，例如進行64次測 定且將其之平均值作為測定結果。
為了求得碳質膜中之C-O、C=O及O=C-O的比例，將利用XPS測定所獲得之碳1s(C1s)峰值由曲線適插法分解成：碳彼此鍵結之sp3C-C及sp2C-C、碳與氫鍵結之sp3C-H及sp2C-H、碳與氧鍵結之C-O、C=O及O=C-O的7個成分。適用於曲線適插法的是使sp3C-C之鍵結能量為283.8eV，sp2C-C之鍵結能量為284.3eV，sp3C-H之鍵結能量為284.8eV，sp2C-H之鍵結能量為285.3eV，C-O之鍵結能量為285.9eV，C=O之鍵結能量為287.3eV，O=C-O之鍵結能量為288.8eV較為適當。將由曲線適插法所獲得之各峰值的面積除以C1s峰值全體之面積之值當作各成分之組成比。使C-O、C=O及O=C-O之組成比之和為碳-氧鍵結之碳原子相對於全碳原子的比例(COtotal)。
藉由將形成有碳質膜之滾珠利用奧杰電子能譜學裝置(ULVAC-PHI股份有限公司製PHI-660型(商品名))來分析，可測定中間層與碳質膜之厚度。具體而言，將形成有碳質膜之滾珠之表面階段性地蝕刻，在各階段利用奧杰電子能譜學法來進行表面分析。測定條件係例如使電子槍之加速電壓為10kV，使實驗材料電流為500nm，使氬離子槍之加速電壓為2kV。藉由利用該測定條件針對滾珠表面之40μm角的區域進行各深度之分析，便可測定中間層或碳質膜之厚度。
針對利用前述方法所製造之附碳質膜之滾珠來分析時，可獲得以下結果。從形成有碳質膜之滾珠表面到80nm左右的深度為止，幾乎只有碳原子(C)存在，來形成碳 質膜。在80nm~120nm之深度，會有Si原子存在，形成SiC構成之中間層。在100nm以上之深度部分只有檢出碳化鎢(WC)，可確認到在滾珠即碳化鎢之表面形成有中間層與碳質膜。
實施例
利用前述方法，作成在滾珠表面使碳質膜形成之滾珠(DLC-1)、與藉由改變電漿照射條件而獲得碳-氧鍵結之比例不同之碳質膜的滾珠(DLC-2)。具體而言，DLC-1是使高頻率電源之輸出為10W，並照射60秒鐘氧電漿。DLC-2是使高頻率電源之輸出為50W，並照射60秒鐘氧電漿。將這些滾珠所形成之碳質膜包含之各鍵結比例用前述方法來測定。所獲得之結果如表1所示。
與氧原子鍵結之碳原子相對於全碳原子的比率(COtotal)，在DLC-1為0.16，在DLC-2為0.43。照射氧電漿時之電源輸出較高的DLC-2比起DLC-1，COtotal值亦較大。當將COtotal更加詳細地觀察時，C-O相對於所有碳的比率係DLC-1與DLC-2大約相同，但C=O之比率在DLC-2中變成約DLC-1的6倍，O=C-O之比率在DLC-2中變成約DLC-1的9倍。又，這些碳質膜中sp3碳-碳鍵結相對於sp2碳-碳鍵結的比率為0.3以上。
接著，關於未形成碳質膜之碳化鎢滾珠(WC)、 前述DLC-1、或前述DLC-2之各滾珠表面、及與筆記具用墨水之接觸角，進行測定。所獲得之結果如圖4所示。又，筆記具用墨水使用水、有機溶劑、著色劑(水溶性染料)構成之筆記具用水性墨水(股份有限公司PILOT CORPORATION製，20℃之環境下的墨水黏度為2mPa．s)來進行測定。再者，對於黏度之測定使用數位黏度計(BROOKFIELD社製DV-II：CPE-42轉子)來進行測定。
可知在未處理之WC滾珠，60°左右之接觸角在DLC-1會降低至55°左右為止，在DLC-2會降低至3°左右為止，親和性變得非常高。又可明瞭到藉由形成具有碳-氧鍵結之碳質膜，與筆記具用墨水之親和性會提升。
對於接觸角之測定，使用了自動接觸角測定機(協和界面科學股份有限公司製DM-500(商品名))。在實驗板(相當於WC，ISO K-10)表面上滴下1μl的前述水性墨水，來測定接觸角，前述試驗板是具有以與設置在滾珠之碳質膜相同條件設置之碳質膜者。測定時機為剛滴下後，測定值為3點的平均值。接觸角為黏度比較高之墨水時，例如水性凝膠墨水或油性墨水時，可利用滴下3秒後之測定(測定值為3點的平均值)來求得。
又，前述水性墨水之表面張力為40mN/m。墨水之表面張力宜在20℃之環境下，為20mN/m以上、40mN/m以下，最宜為25mN/m~35mN/m，而使墨水槽替換時可順利地供給墨水。該表面張力之測定方法可使用協和界面科學股份有限公司製之表面張力計測器，在20℃之環境下，使 用玻璃板，藉由利用垂直平板法測定來求得。
接著，準備具有前述各滾珠之筆記具，進行書寫試驗。該試驗係使用了可使筆記具相對於紙面保持70度傾斜之狀態，負重100gf(約0.98N)，使其旋轉而可描繪直徑32mm之圓，並使筆記用紙(JIS：P3201)用4m/分之速度來移動的試驗機，來調查筆記具之筆記距離的試驗。藉由筆記具描繪1個圓，筆記約10cm之距離。將每100m之筆記距離從筆尖前端到滾珠前端位置之距離加以測定。利用滾珠與滾珠抱持部之磨損，由於從筆尖前端到滾珠前端位置為止的距離會變小，因此可將滾珠前端位置之變化量(下沉量)作為磨損量。又，消耗充填於墨水槽之墨水之後，替換墨水槽，進而繼續書寫試驗。
先前所述之測定磨損量之結果會變成未形成碳質膜之未處理滾珠(WC)>未進行碳-氧鍵結導入之碳質膜(DLC-0)>DLC-1>DLC-2的結果。這是因為在水性墨水中，滾珠與滾珠抱持部之間產生邊界潤滑，但由於形成具有碳-氧鍵結之碳質膜時，滾珠與水性墨水之親和性提升，不易產生滾珠與滾珠抱持部之直接接觸，因此滾珠與滾珠抱持部變成不易磨損之故。又、DLC-0在筆記2000m時，磨損量相當大，無法獲得均勻之筆跡。另一方面，針對DLC-1、DLC-2，即使在筆記3000m、5000m時，仍可維持穩定之筆記性能。
DLC-1之具體的滾珠前端位置變化量(下沉量)在未筆記下為0μm，在筆記0~100m後為3μm，在筆記500m後 為4μm，在筆記1000m後為5μm。進而，替換墨水匣，連續性地測定之結果是，在筆記1500m後為5μm，在筆記2000m後為6μm，在筆記3000m後為7μm，在筆記5000m後為8μm。又，依據墨水之組成或黏度而有所不同，但當滾珠前端位置之變化量(下沉量)超過10μm時，便很難獲得均勻之筆跡。
針對DLC-1，雖筆記0~100m後會為3μm，磨損量稍大，這是因為從筆記距離0m到筆記距離100m為止滾珠與滾珠抱持部貼近且形成抵接面之故，之後由於利用碳質膜，不會磨損或僅稍微磨損，便可滿足經長期仍穩定之筆記性能者。
1‧‧‧筆記具
2‧‧‧筆尖
3‧‧‧筆尖保持構件
4‧‧‧墨水槽
5‧‧‧前軸
6‧‧‧後軸
7‧‧‧夾持部
8‧‧‧墨水誘導構件
31‧‧‧櫛齒
32‧‧‧保留溝
33‧‧‧誘導溝
34‧‧‧鍔部
35‧‧‧連通溝
36‧‧‧凹溝
37‧‧‧中心孔
41‧‧‧栓體
51‧‧‧螺合部
51a‧‧‧陽螺紋部
52‧‧‧結合部
52a‧‧‧突片
61‧‧‧母螺旋部
81‧‧‧第1墨水誘導構件
82‧‧‧第2墨水誘導構件
83‧‧‧第3墨水誘導構件

Claims (5)

  1. 一種筆記具，具有：筆尖保持構件；筆尖，是具備滾珠與將前述滾珠抱持成可旋轉之滾珠抱持部，且不可裝脫地安裝於前述筆尖保持構件之其中一端；墨水槽，是於前述筆尖保持構件之另一端安裝成可自由裝脫；又該筆記具之特徵在於：前述滾珠表面、或是前述滾珠抱持部之與前述滾珠之接觸部分的至少一方形成有碳質膜，且前述碳質膜具有碳原子以及與該碳原子鍵結之氧原子，前述墨水槽收容有筆記具用墨水，前述筆記具用墨水與前述碳質膜之間的接觸角為55°以下，前述筆記具用墨水是包含具有親水性官能基的成分，且前述筆記具用墨水之表面張力在20℃之環境下，為20mN/m以上、40mN/m以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之筆記具，其中前述滾珠表面、以及前述滾珠抱持部之與前述滾珠之接觸部分的兩方都形成有碳質膜。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之筆記具，其中前述碳質膜所包含之含有氧的鍵結相對於碳的全鍵結的比例為0.1以 上0.5以下。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之筆記具，其中前述碳質膜所包含之sp3碳-碳鍵結相對於sp2碳-碳鍵結的比率為0.3以上。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之筆記具，其中筆記前之從前述筆尖到滾珠前端之間的距離、與筆記5000m後之從前述筆尖到滾珠前端之間的距離的差為10μm以下。
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