JP2015208932A - 油性ボールペンリフィル及び油性ボールペン - Google Patents

Abstract

【課題】ボール受座摩耗を抑制し、初筆から終筆まで描線濃度が良好な油性ボールペンリフィル及びこれを備えたボールペンを提供する。【解決手段】ボールハウス内に直径が０．１５ｍｍ以上かつ０．４５ｍｍ以下である筆記ボール30が収容され、ボールハウス24の底面24aにおいて筆記ボール30が後方へ押圧されることで該筆記ボール30の曲面が転写されたボール受座25が形成され、筆記ボール30がボールハウス24内で軸方向に沿って移動可能な距離は０．００５ｍｍ以上かつ０．０２５ｍｍ以下であり、ボール受座25の面積が筆記ボール30の表面積に対して７％以上である。【選択図】図３

Description

本発明は、ボールペンチップのボール受座摩耗の抑制と、筆記描線品位の向上とを図った油性ボールペンリフィル及びこれを備えた油性ボールペンに関する。

ボールペン、特に油性ボールペンはボール受座摩耗が水性ボールペンと比較して少ないため、初筆から終筆までのインク流量差が少ない。たとえば特許文献１のように、７００〜８，０００ｍＰａ・ｓｅｃと比較的低粘度のインクを使用しつつインク流量を少なくすることのない油性ボールペンが開示されている。

特許第４４８０１８７号公報

特許文献１に開示するような油性ボールペンにおいては、ボール径０．４５ｍｍ以下のいわゆる超極細といわれるボールペンチップを採用した場合には、ボール受座摩耗が発生し、初筆から終筆までのインク流量差が顕著になってしまうことがあった。特に終筆時においては、摩耗の方向性が一様でないことにより筆記方向によって描線濃度が異なる現象も発生し、それにより描線品位が低下する可能性があることがわかった。
そこで、本発明はボール受座摩耗を抑制し、初筆から終筆まで描線濃度が良好な油性ボールペンリフィル及びこれを備えたボールペンを提供することを課題とする。

上記の課題に鑑み、本発明は、ホルダー20と、
前記ホルダー20の先端の外周が先細に形成されているテーパー部21と、
前記テーパー部21の内部空間として形成されたボールハウス24と、
前記ホルダー20の後端から前記ボールハウス24の近傍まで達する内部空間としてのバック孔23と、
前記ボールハウス24と前記バック孔23との間を連絡するインク孔26と、
前記インク孔26の周囲に等配されるとともに同インク孔26と前記ボールハウス24とを連絡するように貫通する複数の溝であるチャンネル溝27と、
前記ボールハウス24内に収容されるとともに径が０．１５ｍｍ以上かつ０．４５ｍｍ以下である筆記ボール30と、
前記ボールハウス24の底面24aにおいて前記筆記ボール30が前記バック孔23側の方向へ押圧されることで該筆記ボール30の曲面が転写されたボール受座25と、
前記テーパー部21の先端部分が内側にかしめられているカシメ部22と、
を備えるボールペンチップ15と、
油性のインク12を収容し前記ボールペンチップ15が先端に装着されるインク収容管13と、を備えた油性ボールペンリフィル10であって、
前記筆記ボール30が前記ボールハウス24内で軸方向に沿って移動可能な距離は０．００５ｍｍ以上かつ０．０２５ｍｍ以下であり、
前記ボール受座25の面積が前記筆記ボール30の表面積に対して７％以上であることを特徴とする。

本発明において「先端」とは、油性ボールペン50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。
本発明では、径が０．１５ｍｍ以上かつ０．４５ｍｍ以下である筆記ボール30が使用される。
また、ボールペンチップ15のインク収容管11への装着は、直接でも、継手14のような接続部材を介してでも、いずれでもよい。
本件発明では、所定の角度で略円錐状の凹曲面として形成されているボールハウス24の底面24aに筆記ボール30が載置された状態で、この筆記ボール30が後端方向(すなわち、バック孔23方向)へ押圧されるいわゆる「タタキ工程」が実施される。この工程によって、ボールハウス24の底面24aは、筆記ボール30の曲面が転写された状態で変形することになる。この底面24aに転写された曲面が「ボール受座25」である。

さらに、ボールハウス24内に位置している筆記ボール30は、筆記時に筆記面に押圧されるため後端に移動することになる。この移動可能な距離は、０．００５ｍｍ以上かつ０．０２５ｍｍ以下である。ここで、この距離が０．００５ｍｍを下回ると、インク12の吐出量が不足して満足な描線が得られない。一方、この距離が０．０２５ｍｍを上回ると、インク吐出量が多くなり過ぎ、インク12のボタ落ちのような不具合が生ずる。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30が移動可能な距離は、０．００５ｍｍ以上かつ０．０２５ｍｍ以下とすることが好適である。

また、ボール受座25の面積は、筆記ボール30の表面積に対して７％以上である。ここで、この面積が７％を下回ると、この面積に対するボール受座25の筆記ボール30による摩耗の程度が相対的に大きくなる。このため、摩耗によるインク吐出量の、初期状態に対する増大をもたらすことになり、インク12のボタ落ちのような不具合が生ずる。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、ボール受座25の面積を筆記ボール30の表面積に対して７％以上（より望ましくは、８％以上）とすることが好適である。
なお、本発明においては、前記ボールペンチップ15の軸心を通る断面において、前記ボールハウス24の底面24aを延長する線分のなす角度（以下、「テーパー角」と称する。）が９０°〜１１５°であることが望ましい。

ここで、前記インク孔26は上述したとおり、バック孔23とボールハウス24とを貫通するように穿孔するものであるが、このインク孔26がホルダー20の軸心から偏心した位置に穿孔されることがある。このことは、いわゆる「芯ズレ」と称される。このテーパー角が１１５°より大きい場合にこのような芯ズレが生じていた場合、ボールハウス24の底面24aとインク孔26との境界をなす辺縁に筆記ボール30が接した状態のままタタキ工程が実施されることになりやすく、そのため、ボール受座25が軸心から偏心した位置に形成されることになりやすい。そうすると、筆記方向によりインク吐出量が異なることで描線濃度が均一になりにくくなる。

このようなことを防ぐために、テーパー角は１１５°以下とすることが望ましい。そうすることで、タタキ工程に際して、筆記ボール30はボールハウス24の底面24aとインク孔26との境界をなす辺縁からは離れたところに位置することができ、インク孔26の芯ズレの影響を受けにくくなる。また、テーパー角を１１５°以下にすることでタタキ工程時にボール受座25の変形量が小さくなり、摩擦係数が小さくなることで、書き味もよくなる。そのためには、タタキ工程によるボール受座25の変形量が前記筆記ボール30の体積の０．７％以上かつ２．０％以下であることが望ましい。

なお、テーパー角があまりに小さ過ぎるとインク吐出量が著しく少なくなり、快適な書き味を得ることが困難になるため、９０°を下回らないことが望ましい。
また、本発明においては、前記バック孔23の内部に、先端部分が前記筆記ボール30を先端へ押圧する押圧棒41として形成されている押圧スプリング40が挿入されているとともに、前記押圧スプリング40の押し荷重が０．０１０Ｎ以上かつ０．２５０Ｎ以下であることが望ましい。なお、この押圧スプリング40は、非筆記状態において筆記先端を下向きにした状態でインク12が重力により筆記先端から流出するのを防止する目的で設けられる。

さらに、本発明においては、上記のように構成することで、初筆からの筆記距離１００ｍにおけるインク流量が２５〜５０ｍｇであるようにすることができる。このためには、インク粘度は７００〜８，０００ｍＰａ・ｓｅｃの比較的低粘度、特に３，０００ｍＰａ・ｓｅｃ程度のものとすることが望ましい。
本発明においては、上記のような油性ボールペンリフィル10を軸筒51に収容することで、油性ボールペン50として構成され、筆記が可能となっている。
なお、上記の特徴の他、本発明においては、ボールペンチップ15の筆記ボール30の表面粗さは算術平均粗さ（Ｒａ）７ｎｍ以下が望ましい。

本発明によれば、初筆から終筆までインク流量の変化が少なく、方向性も無い描線濃度が良好な油性ボールペンを提供することができる。

本発明の１の実施の形態に係る油性ボールペンリフィルの正面断面図である。 本発明の１の実施の形態に係る油性ボールペンリフィルで使用されるボールペンチップの正面断面図である。 図２に示すボールペンチップの先端部分を拡大した正面断面図である。 図２に示すボールペンチップの先端部分を拡大して一部を断面で表した正面図である。 ボールハウスの底面を平面視で示したものである。 図１に示す油性ボールペンリフィルが装着された油性ボールペンを右側面図で示す。

以下、図面を参照しつつ、本発明の一の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の１の実施の形態に係る油性ボールペンリフィル10の正面断面図である。
両端が開放したポリプロピレン製の円筒形状のインク収容管11の一端に、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）製の継手14を介してボールペンチップ15が装着されている。なお、継手14内には、筆記先端を上向きにして放置した際の空気の流入に伴うインクの逆流を防止する目的で、逆流防止ボール16が挿入されている。インク収容管11には油性のインク12が充填されている。この後端側に、グリース状の物質であるインク追従体13が充填されている。このインク追従体13は、インク12がインク収容管11の後端から流出するのを防止するための栓の役割を果たす。

図２は、本発明の１の実施の形態に係る油性ボールペンリフィル10で使用されるボールペンチップ15の正面断面図である。
ボールペンチップ15は、ステンレス鋼製の円柱材を切削して形成されるホルダー20と、ホルダー20の先端に装着される超硬合金製の筆記ボール30と、ホルダー20内部に嵌装される押圧スプリング40とから構成される。
ホルダー20の先端部は、円錐状に先細に形成されたテーパー部21となっている。テーパー部21の先端は内方に縮径するように押圧変形されたカシメ部22となっており、先端から一部が覗いている筆記ボール30を抱持している。一方、ホルダー20の後端部の外径は縮径されており、この部分が図１に示す継手14に挿入される挿入部28となっている。

ホルダー20の内部には、後端からテーパー部21の途中まで達するバック孔23が形成されている。バック孔23は先端に向かって段階的に縮径している。一方、先端部分には、筆記ボール30が収容される空間であるボールハウス24が形成されている。そして、このボールハウス24とバック孔23とは、インク孔26を介して連通している。また、バック孔23内にはコイル状の押圧スプリング40が挿入されている。押圧スプリング40後端は、縮径部の周囲複数箇所を内方にポンチ加工して形成された内方突起28aで支持されている。一方、押圧スプリング40の先端部分は先端へ真っ直ぐのびる押圧棒41として形成されている。押圧棒41の先端はインク孔26を貫通して、ボールハウス24内の筆記ボール30の後端に接している。この押圧スプリング40の押し荷重が０．０１０Ｎ以上かつ０．２５０Ｎ以下である。

図３は、図２に示すボールペンチップ15の先端部分を拡大した正面断面図である。また、図４は、図２に示すボールペンチップ15の先端部分を拡大して一部を断面で表した正面図である。さらに、図５は、ボールハウス24の底面24aを平面視で示したものである。
ボールハウス24の底面24aは、図３中の角度αで示されるテーパー角を有するような略円錐凹面として形成されている。このテーパー角αは、９０°以上１１５°以下である。また、ボールハウス24内には筆記ボール30が挿入されている（図３）。この筆記ボール30は内方に押圧変形されたカシメ部22によって抱持されている（図３、図４）。カシメ部22の先端側と筆記ボール30とは、筆記ボール30の移動により、カシメ部22の内面に当たるシール面22aで筆記ボール30と直接接触する（図３、図４）。ボールハウス24の底面24aには、筆記ボール30が挿入後に後方に押圧されるタタキ工程によって筆記ボール30の曲面が転写されたボール受座25が形成されている（図３、図５）。このボール受座25の面積は、図５において斜線を施した４箇所の曲面の面積の合計である。さらに、ボールハウス24の底面24aから、インク孔26周囲の４箇所に等配されたチャンネル溝27が形成されている（図３、図５）。このチャンネル溝27は、ボール受座25に筆記ボール30が接触している状態において、インク孔26とボールハウス24とのインクの流通を確保するための構造である。また、図４に示すように、ボールハウス24の内部で、筆記ボール30がボールハウス24内で軸方向に沿って移動可能な距離（縦ガタ、β）は、筆記ボール30が、ボール受座25に接した位置と、シール面22aと接した状態との距離で定義される。具体的には０．００５ｍｍ以上かつ０．０２５ｍｍ以下である。

上記のとおりに製造した図１に示す油性ボールペンリフィル10は、後端にクリップ52を備えた軸筒51に装着されることで図６に示すような油性ボールペン50となる。この軸筒51の内部で、油性ボールペンリフィル10は図示しないノック機構と接続され、後端から視認されるノックボタン53の押圧操作により、軸筒51の先端から筆記先端としてのボールペンチップ15が出没可能となっている。
このような油性ボールペン50として筆記した場合には、インク収容管11に収容されるインク12の初筆からの筆記距離１００ｍにおけるインク消費量は２５ｍｇから５０ｍｇとなる。ここで、このインク12の望ましい組成としては、着色剤と、下記構造式で表される溶剤がインク12中の全溶剤の４０重量％以上を占める主溶剤と、この溶剤に可溶な樹脂を含み、測定温度：２５℃、剪断速度：３．８３／ｓにおける粘度は７００〜８，０００ｍＰａ・ｓｅｃの範囲となっている。

上記構造式に該当する主溶剤として具体的には、３−メトキシブタノール、３−メチル−３−メトキシブタノール、３−メチル−１，３ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、へキシレングリコールなどが挙げられる。好適には３−メトキシブタノール、３−メチル−３−メトキシブタノールである。また、上記主溶剤の他に、主溶剤に対して相溶性に優れた補助溶剤を含むことができる。

前記溶剤に可溶な樹脂は、様々な目的のために用いられる。たとえば、固形分の調整、ペン先の摩耗抑制、色材の定着性及び固着性向上、粘度調整、耐擦過性の向上、顔料分散などが挙げられる。したがって、用いられる樹脂は目的に応じて、その種類や分子量、インク配合量が適宜選択される。具体的には、ケトン樹脂、スチレン樹脂、スチレン−アクリル樹脂、テルペンフェノール樹脂を含むテルペン系樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジンフェノール樹脂、アルキルフェノール樹脂、フェノール系樹脂、スチレンマレイン酸樹脂、ロジン系樹脂、アクリル系樹脂、尿素アルデヒド系樹脂、マレイン酸系樹脂、シクロヘキサン系樹脂、ポリビニルピロリドン、セルロース系樹脂、ポリビニルブチラールなどが挙げられる。

実施例及び比較例として、上記実施の形態に示すような油性ボールペンリフィルを製作し、下記の実験に供した。なお、油性インク組成は以下のとおりとした。
スピロンブラックＧＭＨスペシャル（保土ヶ谷化学工業）：８．０重量％
バリファーストバイオレット＃１７０２（オリエント化学工業）：２０．０重量％
スピロンイエローＣ−ＧＮＨ（保土ヶ谷化学工業）：５．０重量％
ポリビニルブチラール ＢＭ−１（積水化学）：６．０重量％
ＹＳポリスター Ｔ−１３０（ヤスハラケミカル）：４．０重量％
３−メトキシブタノール：５７．０重量％
上記組成で得られた油性インクの粘度は１，１００ｍＰａ・ｓｅｃ（２５℃、剪断速度：３．８３／ｓ）であった。

また、全ての実施例及び比較例において、ボールペンチップに装着した筆記ボールの径は０．３８ｍｍであった。
（１）実験１
下記表１に各々示すボール受座径を有するボールペンチップを各々５サンプル製作し、それぞれ油性ボールペンリフィルとして、ＪＩＳ規格Ｓ６０３９に準拠した筆記試験機を用い、筆記速度４ｍ／分、筆記角度７０°、筆記荷重１．９６Ｎ及び筆記距離１００ｍの筆記条件で、ＪＩＳ規格Ｐ３２０１に準拠した筆記試験紙上に螺旋筆記を行った。この螺旋筆記において、初期１００ｍのインク流量と、４００〜５００ｍ筆記時のインク流量とを比較し、初期インク流量に対して２０％以上の増加が見られたものを×評価とし、増加がそれを下回るものを○評価とした。

上記表１の結果から、ボール受座の面積がボール表面積の７％以上のものは少なくとも過半数のサンプルで高評価が得られた。特に、８％以上の場合は全てのサンプルで高評価となった。一方、７％を下回る場合には、高評価のサンプルは皆無であった。
（２）実験２
下記表２に各々示すテーパー角及びタタキ量（タタキ工程において筆記ボールを後方へ押圧する距離。ボールハウス内で筆記ボールが軸方向に沿って移動可能な距離に相当する。）を有するボールペンチップを各々５サンプル製作し、それぞれ油性ボールペンリフィルとした。ただし、インク孔はボールハウスに対して７μｍ芯ズレさせた状態で穿孔した。これらサンプルを上記実験１と同様の筆記試験に供し、初期筆記状態について、筆記方向にかかわらず描線状態が良好なものをＡ評価、筆記方向によって描線濃度に差が見られるものをＢ評価、描線にカスレ・線とびが著しいものをＣ評価とした。

上記表２の結果から、テーパー角は１１５°以下、そして、タタキ量は０．０２５ｍｍ以下のボールペンチップが良好な結果を示す結果となった。

本発明は、油性ボールペンに利用可能である。

10 油性ボールペンリフィル
11 インク収容管 12 インク 13 インク追従体
14 継手 15 ボールペンチップ 16 逆流防止ボール
20 ホルダー 21 テーパー部
22 カシメ部 22a シール面
23 バック孔 24 ボールハウス 24a 底面
25 ボール受座 26 インク孔 27 チャンネル溝
28 挿入部 28a 内方突起
30 筆記ボール
40 押圧スプリング 41 押圧棒
50 油性ボールペン 51 軸筒 52 クリップ
53 ノックボタン

Claims (5)

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、
   前記インク孔の周囲に等配されるとともに同インク孔と前記ボールハウスとを連絡するように貫通する複数の溝であるチャンネル溝と、
   前記ボールハウス内に収容されるとともに径が０．１５ｍｍ以上かつ０．４５ｍｍ以下である筆記ボールと、
   前記ボールハウスの底面において前記筆記ボールが前記バック孔側の方向へ押圧されることで該筆記ボールの曲面が転写されたボール受座と、
   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、
   油性のインクを収容し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、を備えた油性ボールペンリフィルであって、
   前記筆記ボールが前記ボールハウス内で軸方向に沿って移動可能な距離は０．００５ｍｍ以上かつ０．０２５ｍｍ以下であり、
   前記ボール受座の面積が前記筆記ボールの表面積に対して７％以上であることを特徴とする油性ボールペンリフィル。
2. 前記ボールペンチップの軸心を通る断面において、前記ボールハウスの底面を延長する線分のなす角度が９０°〜１１５°であることを特徴とする請求項１記載の油性ボールペンリフィル。
3. 前記バック孔の内部に、先端部分が前記筆記ボールを先端へ押圧する押圧棒として形成されている押圧スプリングが挿入されているとともに、
   前記押圧スプリングの押し荷重が０．０１０Ｎ以上かつ０．２５０Ｎ以下であることを特徴とする請求項２記載の油性ボールペンリフィル。
4. 初筆からの筆記距離１００ｍにおけるインク流量が２５〜５０ｍｇであることを特徴とする請求項３記載の油性ボールペンリフィル。
5. 軸筒を備えるとともに、
   請求項１から４までのいずれかに記載の油性ボールペンリフィルが前記軸筒に収容されていることを特徴とする油性ボールペン。