ボールペンチップ及びこれを使用したボールペン
【目的】 ボール表面及びボールホルダーの内面面に広い範囲の潤滑インキ層を形成し、滑らかな書き味を得る。
【構成】 ボールホルダーの内側面を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るボール転写部がボール受座部と先端カシメ部内面に形成され、ボール転写部の総面積が、前記ボールの表面積の１９．０％以上２７．０％以下を満足し、インキ流通路としての放射状の貫通溝を有し、前記ボール転写部の平均表面粗さ（Ｒａ）が５．０ｎｍ以上１４．０ｎｍ以下であると共に、最大最小高低差（Ｒｙ）が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるリン酸エステル系潤滑剤を含有する油性インキを使用した０．５ｍｍのボールペンチップ。
【構成】 ボールホルダーの内側面を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るボール転写部がボール受座部と先端カシメ部内面に形成され、ボール転写部の総面積が、前記ボールの表面積の１９．０％以上２７．０％以下を満足し、インキ流通路としての放射状の貫通溝を有し、前記ボール転写部の平均表面粗さ（Ｒａ）が５．０ｎｍ以上１４．０ｎｍ以下であると共に、最大最小高低差（Ｒｙ）が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるリン酸エステル系潤滑剤を含有する油性インキを使用した０．５ｍｍのボールペンチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、書き味が良好なボールペンとするために、実開平２−２２８８３号公報（特許文献１）に記載の考案では、ボール受座部の径や中心孔の径を規定したボールペンが開示されている。
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平２−２２８８３号公報（実用新案登録請求の範囲）
【特許文献２】特開平８−２５２９９８号公報（特許請求の範囲）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献に開示されているボールペンチップでは、ボールペンチップを先端側（ボール側）から見たときの投影される寸法を規定したものであり、長手方向（深さ方向）の量を考慮していないので、実質的にボールとボールホルダーとの接触部分の量を規定するものと言えず、また、ボールの後退規制部となるボール受座の部分の寸法しか考慮していない。通常、紙面などの被筆記面との間になす角度が７０度程度の斜めにボールペンを把持して筆記される際には、ボールが斜め方向から押されるので、偏った位置に移動することがあり、ボール受座以外の部分が接触することによって、滑らかな書き味を損なうことがあった。
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願の第１の発明は、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の総面積が、前記ボールの表面積の１９．０％以上２７．０％以下であるボールペンチップを要旨とするものであり、第２の発明は、前記ボール転写部が、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とし、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０．４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を要旨とし、第３の発明は、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３０．０％以上３７．０％以下である請求項１又は請求項２に記載の０．５ｍｍのボールペンチップを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
ボールホルダーの内側面を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は、筆記状態、特に、紙面に対する成す角度が７０度程度の斜めに把持されて筆記される際に、ボールと面状に接触する部分となり、また、ボール転写部が形成される際に、若干ではあるが、スプリングバック現象が発生して完全にボールの曲率半径とは同一とはならず、加工時の接触境界部分ほどスプリングバックが大きくなり、このボールの曲率半径に対して略同曲率半径であることによって、インキの介在するわずかな隙間を形成し得、このボール転写部の総面積がボールの表面積の１９．０％以上２７．０％以下であることによって、インキを潤滑剤とした層を形成できると共に、インキ流量を必要以上に制限することもなく、滑らかな筆記感触が得られるものとなる。
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。
【０００７】
ボール転写部の総面積が１９．０％未満では、ボールがボールホルダーに押し付けられる力を受ける部分に介在するインキが不十分となり、特に斜め書きで滑らかさが低下する。ボール転写部の総面積が３１．０％を超えるとインキの流通量が不足し、筆跡にカスレやヌケなどのインキが転写されない部分が発生しやすくなる。
【０００８】
また、前記ボール転写部が、ボール受座部と先端カシメ部内面であることによって、筆記時にボールを底側と開口側との両方で支えることとなる。ボール受け座部ボール転写部は、ボールの後方移動を規制する内方突出部に形成されるので、後方側への力を受けることになるが、インキの吐出のためにボールの前後への移動のための隙間は確保されればならないので、ボール受け座部ボール転写部のみを広くしても、ボールが横方向にずれた場合には、ボール転写部によるボール支えの効果が得られなくなるが、先端カシメ部内面ボール転写部は、ボールの横からの支え部分となり、ボールがボール受け座部ボール転写部よりずれた場合にもボール転写部の支えの効果を発揮でき、ボール受け座部ボール転写部が広いことは、ボールがボール転写部からずれた位置にて回転することを抑制するものとなる。ただし、先端カシメ部内面ボール転写部は、インキの吐出する開口部に近い部分であるので、あまり広すぎても潤沢なインキ吐出を制限することになることがあるので、先端カシメ部内面ボール転写部表面積をボール受け座部ボール転写部表面積で除した値を０．４以上１．３以下と、双方のボール転写面積比が同程度から若干、先端カシメ部内面ボール転写部表面積比率を大きくすることによって、インキの流量を必要以上に制限せずに横方向でのボールの受け止めによる安定したボールの回転を保証するものとすることができ、きれいな筆跡と滑らかな筆記感が得られるものとなる。特に、ボールに対する横方向への力が大きくなる、紙面と筆記具とのなす角度が小さい斜め筆記でも滑らかな筆記感が得られるものとなる。
【０００９】
更に、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２９．０％以上３８．０％以下であることによって、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をボールが移動する際の衝撃が緩和され、ボールの回転が暴れなくなって、筆記時の引っかかり感や微振動による書き味の悪さを緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のボールペンの一例の縦断面図。
【図２】本発明のボールペンチップの一例の縦断面図。
【図３】図２のＩ部拡大図。
【図４】図３のＩＩ−ＩＩ’線断面矢視図。
【図５】実施例５の０．１秒毎の筆記抵抗値を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
筆記部材となるボールとしては、タングステンカーバイドなどの超硬合金や、シリコンカーバイドなどのセラミックス焼結体などで形成される。
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８４．０ｗｔ％〜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％〜１６．０ｗｔ％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０．２μｍ〜２．０μｍ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２００〜１０００ｍＰａ・ｓ、剪断減粘指数が０．８〜１．０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。
【００１２】
ボールを抱持するボールホルダーは、貫通孔としてのインキ通路の途中に、ボールの後退規制部となる内方突出部を備え、先端開口部にはボールの直径よりも小径に加工したカシメ部を形成しボールの抜け止めとしている。
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。
【００１３】
ボールホルダーの先端の、ボールの直径よりも小径に加工したカシメ部は、ボール挿入後に、回転するロール部材などを押し当てて、内側に倒れこませて形成する部分であり、この際にボールホルダーの内面をボールに押し当てることによってボール転写部とすることができる。ボールの抜け止めのためのカシメ部の形成とは別に外側から加える押圧力によってボールホルダーの内面をボールに押し当ててボール転写部とすることもできる。これらの押圧範囲を広いものとすることによって、ボール転写部の面積を広いものとすることができるが、具体的には、カシメ加工も含めて、押圧する際に、ボールの位置が先端に対して低い位置としておくことや、カシメ加工具の押圧角度（ペンの軸線に対する押圧加工具の押圧面のなす角）を鋭角としたり、押圧する際の荷重を大きくすることによって広いボール転写部を形成することができる。
【００１４】
ボールを設置して、カシメ加工にてボールの抜け止めをなした後に、ボールを内方突出部に押し付けることによって内方突出部を変形させボール転写部であるボール受座部を形成する。ボールを強く押圧することによって内方突出部の変形量を多く（深く）でき、結果的にボール転写部を広いものとすることができる。この加工によって、ボールの前後移動可能距離が増大することとなり、設定によって、ボールホルダーの先端に形成されるインキの吐出口の最大開口量を設定することができる。
【００１５】
これらのボール転写部は、ボールとボールホルダーの内面とを強く押しつけたり、ボールと同様の曲率半径を有する治具をボールホルダーの内面に押しつけたりして、圧延加工にて形成されるが、この際にボールや治具に回転を付与し、ボールホルダーの内面に形成されるボール転写部としての凹部を滑らかにすることもできる。また、一般的に金属材料の押圧による変形加工には、スプリングバックと呼ばれる押し戻し現象が発生するが、押圧部材の接触境界部分と中程とでは変形量が異なる場合が多い。このようなスプリングバック量も考慮して押圧量を設計するが、部分によるスプリングバック量の違いは、凹部の曲率半径の違いとして現れる。ボール転写部である凹部の曲率半径が完全にボールの曲率半径と同一でないことは、インキの介在する隙間を形成することとなり、インキの潤滑効果を得る上で有利であるが、あまりに大きく異なる曲率半径であるとかえってボールの回転を阻害する要因ともなるので、ボールの曲率半径に対するボール転写部の曲率半径が、１０１％以上１０４％以下であることが好ましい。
【００１６】
ボールホルダーのインキ通路に、コイルスプリングを挿入し、その先端で直接又は部材を介してボールを前方付勢することもできる。コイルスプリングの後方移動規制は、ボールホルダーの後端をカシメたり、インキタンクや、インキタンクとの接続部材に形成した段部とすることもできる。また、コイルスプリングは、ボールと当接させる先端部分を直線状に伸ばした形状とすることで、内方突出部の存在などによって細い穴となっている部分でも確実にボールに押圧力を付与することができる。コイルスプリングによってボールを前方付勢することによって、非使用時に、ボールがボールホルダーと周状当接し、不要なインキの漏れ出しなどを抑制することができる。
【００１７】
ボールホルダーの材質としては、ステンレス、洋白などの合金や、ポリオキシメチレンなどの耐摩耗性樹脂材料とすることができるが、耐久性やリン酸エステル系潤滑剤を使用したインキとの吸着性などから、鉄合金であるステンレス製が好ましい。
【００１８】
このようなボールホルダーはインキタンクとなる部材と直接又接続部材を介して接続される。
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。
【実施例】
【００１９】
図１に示したものは、筆記部材としてのボール１を、先端開口部２ａより一部突出した状態で回転自在に抱持してなるボールホルダー２とインキ収容部３が接合されてなるボールペンの一例である。外装体に収容されて使用される、所謂リフィルと称されるものとして示してあるが、外装についての図示及び説明は省略する。
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。
【００２０】
ボールペンチップのみの拡大図である図２にも示すように、ボールホルダー２の内部には、インキ漏れ防止のためのコイルスプリング６が配設されている。このコイルスプリング６は、ボールホルダー２に挿入された後に、押し込まれて全長を圧縮された状態で、ボールホルダー２の後端開口部２ｂを縮径するカシメ加工を施すことによって、ボール１の後端を付勢した状態で固定されている。コイルスプリング６は、伸縮する巻き部６ａと先端直状部６ｂを備えており、先端直状部６ｂが、ボールホルダー２のインキ通路である貫通孔を通ってボールの後端を直接押し、ボール１をボールホルダー２の先端開口部２ａの内縁に周接させている。
【００２１】
図３に図２のＩ部拡大図を示すが、説明の都合上コイルスプリング６の図示は省略し、ボール１は破線で示してある。
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。
【００２２】
前記カシメ加工にてボール１の抜け止め加工をした後に、ハンマー工具にてボール１に衝撃力を付与し、ボール１の後方移動を規制する部分である内方突出部１１にボール１を押し付ける。この加工によって内方突出部１１のボール１との当接部分をボール１の形状に変形させ、ボール１の表面が転写されたボール転写部である曲面状のボール受座ボール転写部１３を形成する。
【００２３】
本例のボールペンチップにおいては、前述の先端部ボール転写部１２とボール受座ボール転写部１３とが、ボール転写部であり、その各曲面の総合計面積がボール１の表面積の１９％以上３１％以下としてある。
即ち、０．５ｍｍのボールを使用した場合、ボール転写部の総面積は、０．１５ｍｍ２〜０．２５ｍｍ２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。
【００２４】
先端部ボール転写部１２の後方の終点は、できるだけ後方に位置するようなした方がボール転写部としての面積を稼ぐことになり好ましいが、ボール転写部はボール１と最も近接する部分となるので、インキ通路としては狭い部分となり得る。よって、ボール転写部の総面積の最大はボール表面積の３１％までとしているが、更に潤沢なインキ流通を確保するため、ボール抱持室７のボール転写部以外の部分を広く確保し、該部に放射状溝９が開口するようなすことが肝要である。
【００２５】
また、もう一方のボール転写部であるボール受座ボール転写部１３は、ボール１を押し付ける際に、より深く凹みを形成する方がボール転写部としての面積を稼ぐこととなる。図３のＩＩ−ＩＩ’線断面矢視図である図４に示すように、このボール受座ボール転写部１３の面積は、この矢視図方向からみた投影面積では深さ方向の大きさを考慮できないが、ボール受座ボール転写部１３を深く形成することは、中心孔８をある程度大きく開口するものとしつつもボールと接触する部分の面積を大きく確保することができるものである。
【００２６】
また、これら先端部ボール転写部１２とボール受座ボール転写部１３は、ボール設置、先端部ボール転写部形成、ボール受座部形成の順に加工される部分であるので、先端部ボール転写部１２を後方にまで形成し、ボール受座ボール転写部１３を前方位置に形成することによって、両者がより近接した位置に形成されることとなるが、両者が近接位置に形成されるほどボールの長手方向の移動可能量に対して横方向の移動可能量が少なくなり、筆記時におけるボール１の変位量が少なく、筆記に不快な振動が発生しなかったり、筆記方向を変えた際などに一瞬大きな筆記抵抗が係るなどの最大筆記抵抗値が低く抑えられるなどの効果がある。しかしながら、前述の通り、ボール転写部の総面積が大きくなりすぎることはインキ通路となる空間が少なくなることともなり得るので、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Ｌ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２９．０％以上３８．０％以下が好ましい。
【００２７】
更に、これらのボール転写部の表面は、平均表面粗さ（Ｒａ）が５ｎｍ以上１４ｎｍ以下であると共に、最大最小高低差（Ｒｙ）が２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。該部はボールに押し付けられることによってボール表面を転写する形で形成される部分であるので、その表面粗さの調整は、形成に使用するボールの表面粗さにてなすことができる。ただし、必ずしも筆記用のボールと同じとする必要はなく、例えば、ボール転写部を形成した後に、ボールを抜き取り、筆記用のボールを設置するようなこともできる。この際、筆記用のボールの抜け止めのために、ボールホルダーの先端に縮径加工であるカシメ加工を施すことになるが、必ずしもこのカシメ加工の際にボールホルダーの内面面をボールに押し付ける必要はないし、また、異なる表面粗さのボールとして、カシメ加工の際に押し付けて先端部ボール転写部１２の表面粗さを調節したりすることなどもできる。
【００２８】
上述の一例について、種々の筆記試験サンプルを作成した。
（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、０．５ｍｍのものを使用したボールペンチップ。
【００２９】
ボール転写部の総面積の計算は次の方法に基づいた。
（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。
【００３０】
また、筆記サンプルとして作成したボールペンチップには、ボール付勢力２０ｇとなるコイルスプリングを設置し、ぺんてる（株）製の０．５ｍｍボールペン「ドットｅ」（製品符号：ＢＫ１２５）のインキ収容パイプに固定し、後述の油性インキを充填して、ペン先の方向に遠心力が働くようにして、遠心分離機（国産遠心器（株）製：卓上遠心機Ｈ−１０３Ｎ）で遠心処理を施し、筆記具内に存在する気体を除去して試験用ボールペンサンプルとした。
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。
【００３１】
【表１】
【００３２】
試験に使用したインキの配合は次の通り。
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
ハイラック ９０１（ケトン樹脂、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。
【００３３】
下記に示す筆記試験を実施した。結果は表２に示す。
（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
【００３４】
（インキ吐出試験１）
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
【００３５】
（筆記抵抗試験１）
上記試験用サンプルを、ぺんてる（株）製の０．５ｍｍボールペン「ドットｅ」（製品符号：ＢＫ１２５）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。
【００３６】
下記に示す筆記試験を実施した。結果は表３に示す。
（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
【００３７】
（インキ吐出試験２）
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。
【００３８】
（筆記抵抗試験２）
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。
【００３９】
【表２】
【００４０】
【表３】
【符号の説明】
【００４１】
１ ボール
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
【技術分野】
【０００１】
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関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、書き味が良好なボールペンとするために、実開平２−２２８８３号公報（特許文献１）に記載の考案では、ボール受座部の径や中心孔の径を規定したボールペンが開示されている。
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平２−２２８８３号公報（実用新案登録請求の範囲）
【特許文献２】特開平８−２５２９９８号公報（特許請求の範囲）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献に開示されているボールペンチップでは、ボールペンチップを先端側（ボール側）から見たときの投影される寸法を規定したものであり、長手方向（深さ方向）の量を考慮していないので、実質的にボールとボールホルダーとの接触部分の量を規定するものと言えず、また、ボールの後退規制部となるボール受座の部分の寸法しか考慮していない。通常、紙面などの被筆記面との間になす角度が７０度程度の斜めにボールペンを把持して筆記される際には、ボールが斜め方向から押されるので、偏った位置に移動することがあり、ボール受座以外の部分が接触することによって、滑らかな書き味を損なうことがあった。
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願の第１の発明は、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の総面積が、前記ボールの表面積の１９．０％以上２７．０％以下であるボールペンチップを要旨とするものであり、第２の発明は、前記ボール転写部が、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とし、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０．４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を要旨とし、第３の発明は、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３０．０％以上３７．０％以下である請求項１又は請求項２に記載の０．５ｍｍのボールペンチップを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
ボールホルダーの内側面を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は、筆記状態、特に、紙面に対する成す角度が７０度程度の斜めに把持されて筆記される際に、ボールと面状に接触する部分となり、また、ボール転写部が形成される際に、若干ではあるが、スプリングバック現象が発生して完全にボールの曲率半径とは同一とはならず、加工時の接触境界部分ほどスプリングバックが大きくなり、このボールの曲率半径に対して略同曲率半径であることによって、インキの介在するわずかな隙間を形成し得、このボール転写部の総面積がボールの表面積の１９．０％以上２７．０％以下であることによって、インキを潤滑剤とした層を形成できると共に、インキ流量を必要以上に制限することもなく、滑らかな筆記感触が得られるものとなる。
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。
【０００７】
ボール転写部の総面積が１９．０％未満では、ボールがボールホルダーに押し付けられる力を受ける部分に介在するインキが不十分となり、特に斜め書きで滑らかさが低下する。ボール転写部の総面積が３１．０％を超えるとインキの流通量が不足し、筆跡にカスレやヌケなどのインキが転写されない部分が発生しやすくなる。
【０００８】
また、前記ボール転写部が、ボール受座部と先端カシメ部内面であることによって、筆記時にボールを底側と開口側との両方で支えることとなる。ボール受け座部ボール転写部は、ボールの後方移動を規制する内方突出部に形成されるので、後方側への力を受けることになるが、インキの吐出のためにボールの前後への移動のための隙間は確保されればならないので、ボール受け座部ボール転写部のみを広くしても、ボールが横方向にずれた場合には、ボール転写部によるボール支えの効果が得られなくなるが、先端カシメ部内面ボール転写部は、ボールの横からの支え部分となり、ボールがボール受け座部ボール転写部よりずれた場合にもボール転写部の支えの効果を発揮でき、ボール受け座部ボール転写部が広いことは、ボールがボール転写部からずれた位置にて回転することを抑制するものとなる。ただし、先端カシメ部内面ボール転写部は、インキの吐出する開口部に近い部分であるので、あまり広すぎても潤沢なインキ吐出を制限することになることがあるので、先端カシメ部内面ボール転写部表面積をボール受け座部ボール転写部表面積で除した値を０．４以上１．３以下と、双方のボール転写面積比が同程度から若干、先端カシメ部内面ボール転写部表面積比率を大きくすることによって、インキの流量を必要以上に制限せずに横方向でのボールの受け止めによる安定したボールの回転を保証するものとすることができ、きれいな筆跡と滑らかな筆記感が得られるものとなる。特に、ボールに対する横方向への力が大きくなる、紙面と筆記具とのなす角度が小さい斜め筆記でも滑らかな筆記感が得られるものとなる。
【０００９】
更に、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２９．０％以上３８．０％以下であることによって、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をボールが移動する際の衝撃が緩和され、ボールの回転が暴れなくなって、筆記時の引っかかり感や微振動による書き味の悪さを緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のボールペンの一例の縦断面図。
【図２】本発明のボールペンチップの一例の縦断面図。
【図３】図２のＩ部拡大図。
【図４】図３のＩＩ−ＩＩ’線断面矢視図。
【図５】実施例５の０．１秒毎の筆記抵抗値を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
筆記部材となるボールとしては、タングステンカーバイドなどの超硬合金や、シリコンカーバイドなどのセラミックス焼結体などで形成される。
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８４．０ｗｔ％〜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％〜１６．０ｗｔ％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０．２μｍ〜２．０μｍ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２００〜１０００ｍＰａ・ｓ、剪断減粘指数が０．８〜１．０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。
【００１２】
ボールを抱持するボールホルダーは、貫通孔としてのインキ通路の途中に、ボールの後退規制部となる内方突出部を備え、先端開口部にはボールの直径よりも小径に加工したカシメ部を形成しボールの抜け止めとしている。
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。
【００１３】
ボールホルダーの先端の、ボールの直径よりも小径に加工したカシメ部は、ボール挿入後に、回転するロール部材などを押し当てて、内側に倒れこませて形成する部分であり、この際にボールホルダーの内面をボールに押し当てることによってボール転写部とすることができる。ボールの抜け止めのためのカシメ部の形成とは別に外側から加える押圧力によってボールホルダーの内面をボールに押し当ててボール転写部とすることもできる。これらの押圧範囲を広いものとすることによって、ボール転写部の面積を広いものとすることができるが、具体的には、カシメ加工も含めて、押圧する際に、ボールの位置が先端に対して低い位置としておくことや、カシメ加工具の押圧角度（ペンの軸線に対する押圧加工具の押圧面のなす角）を鋭角としたり、押圧する際の荷重を大きくすることによって広いボール転写部を形成することができる。
【００１４】
ボールを設置して、カシメ加工にてボールの抜け止めをなした後に、ボールを内方突出部に押し付けることによって内方突出部を変形させボール転写部であるボール受座部を形成する。ボールを強く押圧することによって内方突出部の変形量を多く（深く）でき、結果的にボール転写部を広いものとすることができる。この加工によって、ボールの前後移動可能距離が増大することとなり、設定によって、ボールホルダーの先端に形成されるインキの吐出口の最大開口量を設定することができる。
【００１５】
これらのボール転写部は、ボールとボールホルダーの内面とを強く押しつけたり、ボールと同様の曲率半径を有する治具をボールホルダーの内面に押しつけたりして、圧延加工にて形成されるが、この際にボールや治具に回転を付与し、ボールホルダーの内面に形成されるボール転写部としての凹部を滑らかにすることもできる。また、一般的に金属材料の押圧による変形加工には、スプリングバックと呼ばれる押し戻し現象が発生するが、押圧部材の接触境界部分と中程とでは変形量が異なる場合が多い。このようなスプリングバック量も考慮して押圧量を設計するが、部分によるスプリングバック量の違いは、凹部の曲率半径の違いとして現れる。ボール転写部である凹部の曲率半径が完全にボールの曲率半径と同一でないことは、インキの介在する隙間を形成することとなり、インキの潤滑効果を得る上で有利であるが、あまりに大きく異なる曲率半径であるとかえってボールの回転を阻害する要因ともなるので、ボールの曲率半径に対するボール転写部の曲率半径が、１０１％以上１０４％以下であることが好ましい。
【００１６】
ボールホルダーのインキ通路に、コイルスプリングを挿入し、その先端で直接又は部材を介してボールを前方付勢することもできる。コイルスプリングの後方移動規制は、ボールホルダーの後端をカシメたり、インキタンクや、インキタンクとの接続部材に形成した段部とすることもできる。また、コイルスプリングは、ボールと当接させる先端部分を直線状に伸ばした形状とすることで、内方突出部の存在などによって細い穴となっている部分でも確実にボールに押圧力を付与することができる。コイルスプリングによってボールを前方付勢することによって、非使用時に、ボールがボールホルダーと周状当接し、不要なインキの漏れ出しなどを抑制することができる。
【００１７】
ボールホルダーの材質としては、ステンレス、洋白などの合金や、ポリオキシメチレンなどの耐摩耗性樹脂材料とすることができるが、耐久性やリン酸エステル系潤滑剤を使用したインキとの吸着性などから、鉄合金であるステンレス製が好ましい。
【００１８】
このようなボールホルダーはインキタンクとなる部材と直接又接続部材を介して接続される。
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。
【実施例】
【００１９】
図１に示したものは、筆記部材としてのボール１を、先端開口部２ａより一部突出した状態で回転自在に抱持してなるボールホルダー２とインキ収容部３が接合されてなるボールペンの一例である。外装体に収容されて使用される、所謂リフィルと称されるものとして示してあるが、外装についての図示及び説明は省略する。
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。
【００２０】
ボールペンチップのみの拡大図である図２にも示すように、ボールホルダー２の内部には、インキ漏れ防止のためのコイルスプリング６が配設されている。このコイルスプリング６は、ボールホルダー２に挿入された後に、押し込まれて全長を圧縮された状態で、ボールホルダー２の後端開口部２ｂを縮径するカシメ加工を施すことによって、ボール１の後端を付勢した状態で固定されている。コイルスプリング６は、伸縮する巻き部６ａと先端直状部６ｂを備えており、先端直状部６ｂが、ボールホルダー２のインキ通路である貫通孔を通ってボールの後端を直接押し、ボール１をボールホルダー２の先端開口部２ａの内縁に周接させている。
【００２１】
図３に図２のＩ部拡大図を示すが、説明の都合上コイルスプリング６の図示は省略し、ボール１は破線で示してある。
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。
【００２２】
前記カシメ加工にてボール１の抜け止め加工をした後に、ハンマー工具にてボール１に衝撃力を付与し、ボール１の後方移動を規制する部分である内方突出部１１にボール１を押し付ける。この加工によって内方突出部１１のボール１との当接部分をボール１の形状に変形させ、ボール１の表面が転写されたボール転写部である曲面状のボール受座ボール転写部１３を形成する。
【００２３】
本例のボールペンチップにおいては、前述の先端部ボール転写部１２とボール受座ボール転写部１３とが、ボール転写部であり、その各曲面の総合計面積がボール１の表面積の１９％以上３１％以下としてある。
即ち、０．５ｍｍのボールを使用した場合、ボール転写部の総面積は、０．１５ｍｍ２〜０．２５ｍｍ２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。
【００２４】
先端部ボール転写部１２の後方の終点は、できるだけ後方に位置するようなした方がボール転写部としての面積を稼ぐことになり好ましいが、ボール転写部はボール１と最も近接する部分となるので、インキ通路としては狭い部分となり得る。よって、ボール転写部の総面積の最大はボール表面積の３１％までとしているが、更に潤沢なインキ流通を確保するため、ボール抱持室７のボール転写部以外の部分を広く確保し、該部に放射状溝９が開口するようなすことが肝要である。
【００２５】
また、もう一方のボール転写部であるボール受座ボール転写部１３は、ボール１を押し付ける際に、より深く凹みを形成する方がボール転写部としての面積を稼ぐこととなる。図３のＩＩ−ＩＩ’線断面矢視図である図４に示すように、このボール受座ボール転写部１３の面積は、この矢視図方向からみた投影面積では深さ方向の大きさを考慮できないが、ボール受座ボール転写部１３を深く形成することは、中心孔８をある程度大きく開口するものとしつつもボールと接触する部分の面積を大きく確保することができるものである。
【００２６】
また、これら先端部ボール転写部１２とボール受座ボール転写部１３は、ボール設置、先端部ボール転写部形成、ボール受座部形成の順に加工される部分であるので、先端部ボール転写部１２を後方にまで形成し、ボール受座ボール転写部１３を前方位置に形成することによって、両者がより近接した位置に形成されることとなるが、両者が近接位置に形成されるほどボールの長手方向の移動可能量に対して横方向の移動可能量が少なくなり、筆記時におけるボール１の変位量が少なく、筆記に不快な振動が発生しなかったり、筆記方向を変えた際などに一瞬大きな筆記抵抗が係るなどの最大筆記抵抗値が低く抑えられるなどの効果がある。しかしながら、前述の通り、ボール転写部の総面積が大きくなりすぎることはインキ通路となる空間が少なくなることともなり得るので、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Ｌ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２９．０％以上３８．０％以下が好ましい。
【００２７】
更に、これらのボール転写部の表面は、平均表面粗さ（Ｒａ）が５ｎｍ以上１４ｎｍ以下であると共に、最大最小高低差（Ｒｙ）が２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。該部はボールに押し付けられることによってボール表面を転写する形で形成される部分であるので、その表面粗さの調整は、形成に使用するボールの表面粗さにてなすことができる。ただし、必ずしも筆記用のボールと同じとする必要はなく、例えば、ボール転写部を形成した後に、ボールを抜き取り、筆記用のボールを設置するようなこともできる。この際、筆記用のボールの抜け止めのために、ボールホルダーの先端に縮径加工であるカシメ加工を施すことになるが、必ずしもこのカシメ加工の際にボールホルダーの内面面をボールに押し付ける必要はないし、また、異なる表面粗さのボールとして、カシメ加工の際に押し付けて先端部ボール転写部１２の表面粗さを調節したりすることなどもできる。
【００２８】
上述の一例について、種々の筆記試験サンプルを作成した。
（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、０．５ｍｍのものを使用したボールペンチップ。
【００２９】
ボール転写部の総面積の計算は次の方法に基づいた。
（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。
【００３０】
また、筆記サンプルとして作成したボールペンチップには、ボール付勢力２０ｇとなるコイルスプリングを設置し、ぺんてる（株）製の０．５ｍｍボールペン「ドットｅ」（製品符号：ＢＫ１２５）のインキ収容パイプに固定し、後述の油性インキを充填して、ペン先の方向に遠心力が働くようにして、遠心分離機（国産遠心器（株）製：卓上遠心機Ｈ−１０３Ｎ）で遠心処理を施し、筆記具内に存在する気体を除去して試験用ボールペンサンプルとした。
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。
【００３１】
【表１】
【００３２】
試験に使用したインキの配合は次の通り。
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
ハイラック ９０１（ケトン樹脂、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。
【００３３】
下記に示す筆記試験を実施した。結果は表２に示す。
（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
【００３４】
（インキ吐出試験１）
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
【００３５】
（筆記抵抗試験１）
上記試験用サンプルを、ぺんてる（株）製の０．５ｍｍボールペン「ドットｅ」（製品符号：ＢＫ１２５）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。
【００３６】
下記に示す筆記試験を実施した。結果は表３に示す。
（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
【００３７】
（インキ吐出試験２）
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。
【００３８】
（筆記抵抗試験２）
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。
【００３９】
【表２】
【００４０】
【表３】
【符号の説明】
【００４１】
１ ボール
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の総面積が、前記ボールの表面積の１９．０％以上２７．０％以下である０．５ｍｍのボールペンチップ。
【請求項２】
前記ボール転写部が、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とし、先端カシメ部内面ボール転写部の表面積に対するボール受座ボール転写部の表面積の比が０．４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。
【請求項３】
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２９．０％以上３８．０％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。
【請求項４】
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。
【請求項１】
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の総面積が、前記ボールの表面積の１９．０％以上２７．０％以下である０．５ｍｍのボールペンチップ。
【請求項２】
前記ボール転写部が、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とし、先端カシメ部内面ボール転写部の表面積に対するボール受座ボール転写部の表面積の比が０．４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。
【請求項３】
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２９．０％以上３８．０％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。
【請求項４】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−８１７１０（Ｐ２０１２−８１７１０Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３１９３０（Ｐ２０１０−２３１９３０）
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（０００００５５１１）ぺんてる株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（０００００５５１１）ぺんてる株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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