(57)【要約】【課題】樹脂製のインク収容管の先端に金属製ボールペンチップの一部が圧入装着され、その接合部を加熱して溶融又は軟化密着をするボールペンにおいて、ボールペンチップの接合部分の表面粗さを適切に設定することにより、接合部分を確実に密着せしめる。【解決手段】内部にインク２５を保蔵する樹脂製のインク収容管２０と、そのインク収容管２０の先端側に、後端側の一部が圧入されて装着される金属製のボールペンチップ３０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３０とインク収容管２０との接合部分を昇温することにより、ボールペンチップ３０とインク収容管２０とを溶融又は軟化密着させるとともに、ボールペンチップ３０後端の圧入嵌合する部分の表面の算術平均粗さが０．５μｍ以上３．０μｍ以下である。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にインクを保蔵する樹脂製のインク収容管と、
そのインク収容管の先端側に、後端側の一部が圧入されて装着される金属製のボールペンチップとを備えたボールペンであって、
前記ボールペンチップとインク収容管との接合部分を昇温することにより、ボールペンチップとインク収容管とを溶融又は軟化密着させるとともに、
ボールペンチップ後端の圧入嵌合する部分の表面の算術平均粗さが０．５μｍ以上３．０μｍ以下であることを特徴とするボールペン。
【請求項２】
内部にインクを保蔵する樹脂製のインク収容管と、
そのインク収容管の先端側に、後端側の一部が圧入されて装着される金属製のボールペンチップとを備えたボールペンであって、
前記ボールペンチップとインク収容管との接合部分を昇温することにより、ボールペンチップとインク収容管とを溶融又は軟化密着させるとともに、
ボールペンチップ後端の圧入嵌合する部分の表面の算術平均粗さが０．５μｍ以上１．５μｍ以下であることを特徴とするボールペン。
【請求項３】
前記インク収容管内の後端側には加圧ガスが封入されていることを特徴とする請求項１又は２記載のボールペン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂製のインク収容管の先端に金属製ボールペンチップの一部が圧入装着されるボールペンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、樹脂製のインク収容管の先端に金属製のボールペンチップの一部が圧入装着されるボールペンは広く製造販売されている。
このようなボールペンにおいては、ボールペンチップの後端部分がインク収容管の先端部分に圧入されることから、ボールペンチップの後端部分の外径は、インク収容管の先端部分の内径より大きくなっている。そして、インク収容管とボールペンチップとの接合をより緊密にすべく、圧入後に接合部分を昇温して溶融又は軟化させ、両者を密着させるということが知られている。
【０００３】
とりわけ、インク収容管の後端部分に加圧ガスを封入してインクを先端方向に押し出す力を与えているようなボールペン（いわゆる加圧式ボールペン）においては、インク収容管に装着されているボールペンチップにも、先端方向の圧力がかかる。このため、加圧式ボールペンについては、ボールペンチップとインク収容管とはより緊密に接合する必要がある。したがって、加圧式ボールペンにおいては、インク収容管とボールペンチップとの接合部の昇温による溶融又は軟化密着はより重視されることとなる。
【０００４】
ここで、インク収容管とは、単一のインクチューブから構成されているもののほか、ボールペンチップを直接保持するいわゆる継ぎ手の部分が、インクチューブとは別体に形成され、最終的にインクチューブにこの継ぎ手の部分が接合されてインク収容管を構成するものをも含む。
なお、先行技術として、インク消費量の直視できる加圧ボールペンの製造方法については下記の特許文献１に、筆記具チップの溶着による装着方法については下記の特許文献２にそれぞれ開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５０−９６３３４号公報
【特許文献２】
特開昭５６−４４６９４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、金属製のボールペンチップの周囲に、樹脂製のインク収容管を溶融又は軟化密着をする場合には、ボールペンチップの接合部分に溶融又は軟化した樹脂がよく絡むことが望ましい。そのため、ボールペンチップの接合部分の周囲はある程度の表面粗さを有していることが必要とされる。しかし、この点を検討した技術はこれまで存在していない。
【０００７】
そこで、本発明は、樹脂製のインク収容管の先端に金属製ボールペンチップの一部が圧入装着され、その接合部を昇温して溶融又は軟化密着をするボールペンにおいて、ボールペンチップの接合部分の表面粗さを適切に設定することにより、接合部分を確実に密着せしめることを課題とする。また、とりわけ加圧式ボールペンにおいて、このように接合部分を確実に密着せしめることで、封入したガスの圧力に対する耐久性を増すとともに気密性を確保することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題に鑑み、本発明は、内部にインク２５を保蔵する樹脂製のインク収容管２０と、そのインク収容管２０の先端側に、後端側の一部が圧入されて装着される金属製のボールペンチップ３０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３０とインク収容管２０との接合部分を昇温することにより、ボールペンチップ３０とインク収容管２０とを溶融又は軟化密着させるとともに、ボールペンチップ３０後端の圧入嵌合する部分の表面の算術平均粗さが０．５μｍ以上３．０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
ここで、ボールペンチップ３０後端の圧入嵌合する部分の表面の算術平均粗さが０．５μｍ未満である場合には、昇温によりインク収容管２０の樹脂を溶着したとしても、ボールペンチップ３０表面の微少な凹部に溶融した樹脂が入り込みにくくなる。したがって、ボールペンチップ３０へのインク収容管２０の食い付きが悪くなり、インク収容管２０がボールペンチップ３０を保持する力が弱くなってしまう。
【００１０】
一方、ボールペンチップ３０後端の圧入嵌合する部分の表面の算術平均粗さが３．０μｍを超える場合には、インク収容管２０に圧入する際、その内面に傷を付けやすくなる。これにより、割れが生じやすくなる。さらに、溶融した樹脂がボールペンチップ３０表面の凹部の底まで入りきることがかえって困難となるため、溶着が不完全となることとなる。特に、インク収容管２０のインク収容管２０内の後端側に加圧ガスが封入されているような場合には、溶着が不完全であることにより、加圧の際のガス漏れの原因ともなる。
【００１１】
また、インク収容管２０の先端部分には、別体に設けられた継ぎ手２２部材が設けられ、ボールペンチップ３０はこのインク収容管２０先端の継ぎ手２２部材に直接接続されることとしてもよい。
なお、加圧式ボールペンの場合、インク収容管２０とボールペンチップ３０との溶着による接合をより確実にする必要があることから、ボールペンチップ３０後端の圧入嵌合する部分の表面の算術平均粗さは、０．５μｍ以上１．５μｍ以下であることが望ましい。
【００１２】
ここで、「昇温」とは、接合部分の温度を上昇させることをいう。たとえば、誘導加熱でボールペンチップ３０表面に渦電流を発生させ抵抗により発熱させて昇温することが可能である。
よって、ボールペンチップ３０後端の圧入嵌合する部分の表面の算術平均粗さが上述の範囲内であれば、ボールペンチップ３０とインク収容管２０との接合部分を確実に密着せしめることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。なお、図１から図７までは、本発明の実施の形態を模式的に描いたものであって、必ずしも正確な縮尺に基づくものではない。
（１）第１の実施の形態
第１の実施の形態に係るボールペン１０は、インク収容管２０内部に加圧ガスが封入されているものである。本実施の形態においては、図１に示すリフィル１１が採用される。すなわち、インク収容管２０は、インクを直接収容するインク収容部２１と、このインク収容部２１の先端に装着される継ぎ手２２とで構成される。また、インク収容管２０の継ぎ手２２の先端には、ボールペンチップ３０が装着される。さらに、インク収容管２０の後端には、尾栓２４が装着される。
【００１４】
（１−１）インク収容管２０
インク収容管２０のうち、インク収容部２１はエチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）製の円筒チューブで構成される。インク収容部２１には、インク２５として、油性インクが充填される。
また、インク収容管２０のうち、継ぎ手２２は、ＥＶＯＨにより形成される。継ぎ手２２の内径Ｄ２は１．８４ｍｍである。継ぎ手２２の先端部分には、内径をやや拡げたアプローチ２３が形成されている（図２Ａ参照）。このアプローチ２３部分の長さＬ２は、０．１ｍｍである。
【００１５】
（１−２）ボールペンチップ３０
ボールペンチップ３０は、ステンレス鋼製の円柱材を切削して形成され、図２Ａに示すような外径を呈する。
具体的には、円柱材の先端側を円錐状に切削してテーパー部３１を形成する。そして、先端側の内側を切削して図示しないボールハウスを形成する。一方、円柱材の後端側の外径を切削により縮径して、圧入部３２が形成される。圧入部３２の外径Ｄ１は、１．９ｍｍである。
【００１６】
圧入部３２の外周の算術平均粗さ（Ｒａ）を、非接触三次元測定器（三鷹光器、ＮＨ−３）を用いて、測定ピッチ５μｍ、測定距離２ｍｍ及びカットオフ値０．８ｍｍの測定条件下で測定した。それによると、Ｒａは１．４７μｍであった。
圧入部３２の後端は、圧入の際の挿入の便のため面取りが施されている。圧入部３２のうち、この面取りが施されている部分を除いた部分の長さ、すなわち、外径がＤ１を保持している部分の長さＬ１は、３．２５ｍｍである。
【００１７】
以下、円柱材の後端側から中途部分まで図示しないバック孔が穿孔される。そして、先端側からボールハウスとバック孔とを連絡する図示しないインク孔が穿孔され、さらにこのインク孔周囲に放射状に、図示しない数本の溝（インク溝と称する）が貫通される。
そして、ボールハウス内に超硬合金製のボール３４が挿入された後、テーパー部３１の先端を内方にかしめてカシメ部３３が形成される。
【００１８】
こうして形成されたボールペンチップ３０の全長は１２．３ｍｍである。
（１−３）　リフィル１１の製造工程
リフィル１１の製造工程は、以下の通りである。
まず、インク収容部２１に、インク２５を充填する。一方、継ぎ手２２の先端に、ボールペンチップ３０の圧入部３２を圧入する（図２Ｂ参照）。そして、インク収容部２１の先端に、ボールペンチップ３０が圧入された継ぎ手２２の後端部分を圧入する。
【００１９】
ここで、ボールペンチップ３０の圧入部３２のうち、外径がＤ１を保持している部分の長さをＬ１とし、また、インク収容管２０の継ぎ手２２のアプローチ２３の長さをＬ２とすると、圧入の過程で、インク収容管２０の内壁を変形せしめた部分の長さ（圧入長）Ｌは、
Ｌ＝Ｌ１−Ｌ２＝３．２５−０．１＝３．１５
で３．１５ｍｍとなる（図２Ｃ参照）。
【００２０】
ボールペンチップ３０圧入後は、ボールペンチップ３０とインク収容管２０の継ぎ手２２との接合部分を誘導加熱させることで２００℃に昇温して、溶融密着させる。そして、ボールペンチップ３０先端方向に遠心力がかかるようにして遠心処理し、リフィル１１内に残存した気泡を除去する。
その後、窒素ガスを満たした３気圧（絶対圧）の加圧雰囲気中へリフィル１１を移してから、後端へ尾栓２４を圧入し、これを溶融固定する。これにより、インク収容管２０内でインク２５の後方に加圧窒素ガスが封入されることとなる。
【００２１】
こうして製造されたリフィル１１の前半部分は、後端部分内側に雌ねじが切られた前軸１２内に挿入される。そして、その後半部分を、先端部分外側に雄ねじが切られた後軸１３内に挿入しつつ、後軸１３と前軸１２とがねじ止めされる。そして、先端にキャップ１４が装着され、ボールペン１０が完成する（図３参照）。
なお、上述のリフィル１１のように、インク収容管２０の後端に尾栓２４を装着してこれを密閉する態様のほか、インク収容管２０を加圧雰囲気中でさらに大径の管体で覆い、この管体を密閉する態様も可能である。
【００２２】
（２）第２の実施の形態
第２の実施の形態に係るボールペンは、インク収容管２０内が開放構造を有している。本実施の形態においては、図４に示すリフィル１１が採用される。すなわち、インク収容管２０は、インク２５を直接収容するインク収容部２１と、このインク収容部２１の先端に装着される継ぎ手２２とで構成される。また、インク収容管２０の継ぎ手２２の先端には、ボールペンチップ３０が装着される。さらに、インク２５の後端部分には、インク２５の逆流を防止すべく、インク追従体２６が設けられている。
【００２３】
（２−１）インク収容管２０
インク収容管２０のうち、インク収容部２１はポリプロピレン製の円筒チューブで構成される。インク収容部２１には、インク２５として、いわゆる中粘度水性ゲルインクが充填される。
また、インク収容管２０のうち、継ぎ手２２は、変性ポリフェニルエーテル（ｍ−ＰＰＥ）により形成される。継ぎ手２２の内径Ｄ２は１．８５ｍｍである。継ぎ手２２の先端部分には、内径をやや拡げたアプローチ２３が形成されている（図２Ａ参照）。このアプローチ２３部分の長さＬ２は、０．６ｍｍである。
【００２４】
（２−２）ボールペンチップ３０
ボールペンチップ３０は、ステンレス鋼製の円柱材を切削して形成され、図２Ａに示すような外径を呈する。
具体的には、円柱材の先端側を円錐状に切削してテーパー部３１を形成する。そして、先端側の内側を切削して図示しないボールハウスを形成する。一方、円柱材の後端側の外径を切削により縮径して、圧入部３２が形成される。圧入部３２の外径Ｄ１は、１．９ｍｍである。
【００２５】
圧入部３２の外周の算術平均粗さ（Ｒａ）を、非接触三次元測定器（三鷹光器、ＮＨ−３）を用いて、測定ピッチ５μｍ、測定距離２ｍｍ及びカットオフ値０．８ｍｍの測定条件下で測定した。それによると、Ｒａは０．８３μｍであった。
圧入部３２の後端は、圧入の際の挿入の便のため面取りが施されている。圧入部３２のうち、この面取りが施されている部分を除いた部分の長さ、すなわち、外径がＤ１を保持している部分の長さＬ１は、３．２５ｍｍである。
【００２６】
以下、円柱材の後端側から中途部分まで図示しないバック孔が穿孔される。そして、先端側からボールハウスとバック孔とを連絡する図示しないインク孔が穿孔され、さらにこのインク孔周囲に放射状に、図示しない数本の溝（インク溝と称する）が貫通される。
そして、ボールハウス内に超硬合金製のボール３４が挿入された後、テーパー部３１の先端を内方にかしめてカシメ部３３が形成される。
【００２７】
こうして形成されたボールペンチップ３０の全長は１２．３ｍｍである。
（２−３）　リフィル１１の製造工程
リフィル１１の製造工程は、以下の通りである。
まず、インク収容部２１の先端に、インク２５を充填し、さらにインク追従体２６を充填する。一方、継ぎ手２２の先端に、ボールペンチップ３０の圧入部３２を圧入する（図２Ｂ参照）。そして、インク収容部２１の先端に、ボールペンチップ３０が圧入された継ぎ手２２の後端部分を圧入する。
【００２８】
ここで、ボールペンチップ３０の圧入部３２のうち、外径がＤ１を保持している部分の長さをＬ１とし、また、インク収容管２０の継ぎ手２２のアプローチ２３の長さをＬ２とすると、圧入の過程で、インク収容管２０の内壁を変形せしめた部分の長さ（圧入長）Ｌは、
Ｌ＝Ｌ１−Ｌ２＝３．２５−０．６＝２．６５
で２．６５ｍｍとなる（図２Ｃ参照）。
【００２９】
ボールペンチップ３０圧入後は、ボールペンチップ３０とインク収容管２０の継ぎ手２２との接合部分を誘導加熱させることで２００℃に昇温して、溶融密着させる。そして、ボールペンチップ３０先端方向に遠心力がかかるようにして遠心処理し、リフィル１１内に残存した気泡を除去する。
（３）第３の実施の形態
第３の実施の形態に係るボールペンは、インク収容管２０内部が、外部と交通している。本実施の形態においては、図５に示すように、インク収容管２０は、後半部分にインク２５を直接収容するとともに前半部分にコレクター２７が圧入されるインク収容部２１と、このインク収容部２１の先端に装着される継ぎ手２２とで構成される。また、インク収容管２０の継ぎ手２２の先端には、ボールペンチップ３０が装着される。なお、上記コレクター２７とは、インク収容管２０内部と外界との圧力差を緩衝するための構造であり、ＡＢＳ樹脂にて形成されている。また、コレクター２７の軸心には、インク２５をボールペンチップ３０まで毛管力により誘導する誘導芯２８が設けられている。誘導芯２８は、繊維束体により形成されている。
【００３０】
（３−１）インク収容管２０
インク収容管２０のうち、インク収容部２１はポリプロピレン製の盲端を有する軸筒として構成される。インク収容部２１には、インク２５として、低粘度水性インクが充填される。
また、インク収容管２０のうち、継ぎ手２２は、ポリアセタール（ＰＯＭ）により形成される。継ぎ手２２の内径Ｄ２は２．２５ｍｍである。継ぎ手２２の先端部分には、内径をやや拡げたアプローチ２３が形成されている（図６Ａ参照）。このアプローチ２３部分の長さＬ２は、０．１ｍｍである。
【００３１】
（３−２）ボールペンチップ３０
ボールペンチップ３０は、ステンレス鋼製の円柱材を切削して形成され、図６Ａに示すような外径を呈する。
具体的には、円柱材の先端側を円錐状に切削してテーパー部３１を形成する。そして、先端側の内側を切削して図示しないボールハウスを形成する。一方、円柱材の外径は２．３ｍｍである。したがって、インク収容管２０に圧入される圧入部３２の外径Ｄ１は、２．３ｍｍである。
【００３２】
圧入部３２の外周の算術平均粗さ（Ｒａ）を、非接触三次元測定器（三鷹光器、ＮＨ−３）を用いて、測定ピッチ５μｍ、測定距離２ｍｍ及びカットオフ値０．８ｍｍの測定条件下で測定した。それによると、Ｒａは０．５２μｍであった。
圧入部３２の後端は、圧入の際の挿入の便のため面取りが施されている。圧入部３２のうち、この面取りが施されている部分を除いた部分の長さ、すなわち、外径がＤ１を保持している部分の長さＬ１は、２．８ｍｍである。
【００３３】
以下、円柱材の後端側から中途部分まで図示しないバック孔が穿孔される。そして、先端側からボールハウスとバック孔とを連絡する図示しないインク孔が穿孔され、さらにこのインク孔周囲に放射状に、図示しない数本の溝（インク溝と称する）が貫通される。
そして、ボールハウス内に超硬合金製のボール３４が挿入された後、テーパー部３１の先端を内方にかしめてカシメ部３３が形成される。
【００３４】
こうして形成されたボールペンチップ３０の全長は８．２ｍｍである。
（３−３）　インク収容管２０の製造工程
インク収容管２０の製造工程は、以下の通りである。
まず、軸筒の開放端を上向きにして、インク２５を充填する。一方、継ぎ手２２の先端に、ボールペンチップ３０の圧入部３２を圧入する（図６Ｂ参照）。そして、この継ぎ手２２を、あらかじめ誘導芯２８を挿入しておいたコレクター２７に挿入する。さらに、このコレクター２７を、インク２５の充填された軸筒に挿入しつつ、継ぎ手２２の後端部分を軸筒の開放端に圧入する。
【００３５】
ここで、ボールペンチップ３０の圧入部３２のうち、外径がＤ１を保持している部分の長さをＬ１とし、また、インク収容管２０の継ぎ手２２のアプローチ２３の長さをＬ２とすると、圧入の過程で、インク収容管２０の内壁を変形せしめた部分の長さ（圧入長）Ｌは、
Ｌ＝Ｌ１−Ｌ２＝２．８−０．１＝２．７
で２．７ｍｍとなる（図６Ｃ参照）。
【００３６】
ボールペンチップ３０圧入後は、ボールペンチップ３０とインク収容管２０の継ぎ手２２との接合部分を誘導加熱させることで２００℃に昇温して、溶融密着させる。
（４）その他
上記第１の実施の形態においては、図１に示すリフィル１１のように、継ぎ手２２を別体として設けている。しかし、図７に示すリフィル１１のように、インク収容管２０の先端に継ぎ手２２を設けずに、直接ボールペンチップ３０を圧入することとしてもよい。このようなリフィル１１の製造工程は、以下の通りである。
【００３７】
まず、インク２５を充填したインク収容部２１の先端に、ボールペンチップ３０の圧入部３２を圧入する。なお、圧入部３２の外周のＲａについては、第１の実施の形態で述べたとおりである。
ボールペンチップ３０圧入後は、ボールペンチップ３０とインク収容管２０の継ぎ手２２との接合部分を誘導加熱させることで２００℃に昇温して、溶融密着させる。そして、ボールペンチップ３０先端方向に遠心力がかかるようにして遠心し、インク収容管２０内に残存した気泡を除去する。
【００３８】
その後、窒素ガスを満たした３気圧（絶対圧）の加圧雰囲気中へリフィル１１を移してから、後端へ尾栓２４を圧入し、これを溶融固定する。これにより、インク収容管２０内でインク２５の後方に加圧窒素ガスが封入されることとなる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成されているので、以下に記すような効果を奏する。
すなわち、本発明の説明によると、樹脂製のインク収容管の先端に金属製ボールペンチップの一部が圧入装着され、その接合部を加熱して溶融又は軟化密着をするボールペンにおいて、ボールペンチップの接合部分の表面粗さを適切に設定することにより、接合部分を確実に密着せしめることが可能となる。また、とりわけ加圧式ボールペンにおいて、このように接合部分を確実に密着せしめることで、封入したガスの圧力に対する耐久性を増すとともに気密性を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるリフィルの形状を示したものである。なお、インク収容管は断面で示してある。
【図２】本発明の第１の実施の形態及び第２の実施の形態におけるボールペンチップとインク収容管との接合部分を示したものである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るボールペンの外観を示したものである。なお、キャップは一部断面で示してある。
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるリフィルの形状を示したものである。なお、インク収容管は断面で示してある。
【図５】本発明の第３の実施の形態におけるインク収容管の形状を、一部断面で示したものである。
【図６】本発明の第３の実施の形態におけるボールペンチップとインク収容管との接合部分を示したものである。
【図７】本発明の別の実施の形態におけるリフィルの形状を示したものである。なお、インク収容管は断面で示してある。
【符号の説明】
１０　ボールペン　　　　　　１１　リフィル
１２　前軸　　　　　　　　　１３　後軸
１４　キャップ
２０　インク収容管　　　　　２１　インク収容部
２２　継ぎ手　　　　　　　　２３　アプローチ
２４　尾栓　　　　　　　　　２５　インク
２６　インク追従体　　　　　２７　コレクター
２８　誘導芯
３０　ボールペンチップ　　　３１　テーパー部
３２　圧入部　　　　　　　　３３　カシメ部
３４　ボール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004130651.tif 000006
【図５】
2004130651.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004130651.tif 000009