(57)【要約】【課題】滑らかな筆感で、かつ高い筆圧でもボール座が摩耗しにくい、切削性や展延性等の加工性が良好なアルミニウム青銅からなるボールペンチップを得る。【解決手段】チップ本体（１ａ）とこのチップ本体に配設されたボール（７）とを備えるボールペンチップ（１）において、チップ本体に形成したボール座（５）にボールを当接し、ボールの一部をチップ本体のチップ先端（３）より突出させて回転自在に配設したボールペンチップであって、チップ本体を、アルミニウムを３．０〜８．０質量％と、銅を９０質量％以上と、けい素を０．５〜３．０質量％と、快削成分であるテルルを０．０５〜０．５質量％と、を含有したアルミニウム青銅で形成するとともに、前記チップ本体のボール座の投影面積を前記ボールの最大断面積の３０〜６０％としたことを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ本体とこのチップ本体に配設されたボールとを備えるボールペンチップにおいて、前記チップ本体に形成したボール座に前記ボールを当接し、前記ボールの一部を前記チップ本体のチップ先端より突出させて回転自在に配設したボールペンチップであって、前記チップ本体を、アルミニウムを３．０〜８．０質量％と、銅を９０質量％以上と、けい素を０．５〜３．０質量％と、快削成分であるテルルを０．０５〜０．５質量％と、を含有したアルミニウム青銅で形成するとともに、前記チップ本体のボール座の投影面積を前記ボールの最大断面積の３０〜６０％としたことを特徴とするボールペンチップ。
【請求項２】
前記チップ本体の前記ボール座の投影面積が、前記ボールの最大断面積の５０％〜６０％としたことを特徴とする請求項１に記載のボールペンチップ。
【請求項３】
前記チップ先端からの前記ボールの突出量が、ボール径の２５〜３５％としたことを特徴とする請求項１ないし２の何れか１項に記載のボールペンチップ。
【請求項４】
前記アルミニウム青銅は、前記アルミニウム及び前記けい素が固溶した前記銅の素地に前記テルルが微細に析出し分散して形成された金属組織を有することを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載のボールペンチップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、滑らかな筆感で耐摩耗性に優れた、ボール座を有したボールペンチップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールをボール座に当接し、一部をチップ先端部より突出させて回転自在に配設した構造のボールペンチップについては良く知られている。こうしたボールペンチップの製造方法は、約φ２．３ｍｍの線材を適宜の長さにカットし、ボール抱持室やインキ流通孔等を切削加工により形成し、さらに、かしめ加工やボール座をハンマーリング加工すること等により形成している。また、ボールペンチップとしては、ボール座が摩耗したり、またインキにより腐食しないように、耐摩耗性が良好で、硬度が高く、かつ耐食性が良好な性質を有する材料でチップ本体を形成するのが好ましい事は知られている。具体的に、材質としてはステンレス、洋白、ブラス（黄銅）、アルミニウム青銅、アルミニウム等があげられる。
【０００３】
これらの材質において、チップ本体をブラス等の銅合金で形成したボールペンチップは、ステンレスで形成したボールペンチップより、筆記時に滑らかな筆感が得られることが知られている。また、色感においても銅合金独特の黄金色に近い色を呈しているため見た目の高級感が得られる。
【０００４】
その反面、ブラス等の銅合金からなるボールペンチップは、ステンレス材製のボールペンチップに比べて、ボール座が摩耗しやすく、ボールがチップ先端から沈み込み、線かすれや筆跡の濃淡が変化するという筆跡不良を起こしやすいという欠点がある。
【０００５】
本発明者は、ボールペンチップのチップ本体の材質について検討した結果、ブラス等の銅合金のなかでもアルミニウム青銅が、耐摩耗性、耐食性が良好であることを見出し、特開２０００−２３８４８４号にて開示している。
【０００６】
【特許文献１】
実公平０６−３８７０９号公報
【特許文献２】
特開平１０−２０３０７５号公報
【特許文献３】
特開２０００−２３８４８４号公報
【特許文献４】
特開平０８−２５８４７９号公報
【特許文献５】
特開２００１−１７１２８０号公報
【特許文献６】
特開平１１−２２７３７８号公報
【特許文献７】
特開平１０−２５０２８０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ボールペンチップのチップ本体の材質としてアルミニウム青銅を用いるだけでは、ブラスに比べ耐摩耗性に優れ、ステンレス鋼材に比べ滑らかな筆感は得られるものの、ステンレス鋼材よりも切削加工性が劣っていることも事実である。
【０００８】
ところで、油性インキ用ボールペンとしてのチップ構造は、複写伝票書きの際の高筆圧によるボールと当接した底壁部分の摩耗が起こりにくいように、ボールが底壁に面接触するようにボールと同形の球面状のボール座を形成してある。水性インキ用ボールペンとしてのチップ構造は、油性インキ用ボールペンのように複写伝票書きに用いられることが少なく、またインキの特性から、ボールが底壁に単に当接、いわゆる線接触しただけの構造である。
【０００９】
前者の油性インキ用ボールペンのチップ構造は、ボールがボール抱持室内のボール座に面接触した構造であるため、底壁にボールと線接触する後者の構造に比べたら、単位面積当たりの荷重が小さいためボール座が摩耗し難いという利点はあるものの、ボールと接触面積が多いので、ボールの回転抵抗が大きくなり、滑らかな筆感においては後者の水性インキ用ボールペンのチップ構造に劣るという欠点があった。
【００１０】
特開２０００−２３８４８４号にて開示しているように、材料の硬度を高めることで、ボール座の耐摩耗性は向上することも事実であるが、ボール座の摩耗は、前述したように構造によって大きく異なってくる。従って、チップ本体に異なる材料を使用する場合には、その材料に適したチップ構造を設定する必要がある。
【００１１】
本発明は上記事実に鑑み、滑らかな筆感で、かつ高い筆圧でもボール座が摩耗しにくい、切削性や展延性等の加工性が良好なアルミニウム青銅からなるボールペンチップを得ることを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、チップ本体とこのチップ本体に配設されたボールとを備えるボールペンチップにおいて、前記チップ本体に形成したボール座に前記ボールを当接し、前記ボールの一部を前記チップ本体のチップ先端より突出させて回転自在に配設したボールペンチップであって、前記チップ本体を、アルミニウムを３．０〜８．０質量％と、銅を９０質量％以上と、けい素を０．５〜３．０質量％と、快削成分であるテルルを０．０５〜０．５質量％と、を含有したアルミニウム青銅で形成するとともに、前記チップ本体のボール座の投影面積を前記ボールの最大断面積の３０〜６０％とする。
【００１３】
またさらに、前記チップ本体の前記ボール座の投影面積が、前記ボールの最大断面積の５０％〜６０％とする。
【００１４】
またさらに、前記チップ先端からの前記ボールの突出量が、ボール径の２５〜３５％とする。
尚、ボール座の投影面積とは、ボールが底壁に接触した面積を平面上に投影して表した面積である。
【００１５】
またさらに、前記アルミニウム青銅は、前記アルミニウム及び前記けい素が固溶した前記銅の素地に前記テルルが微細に析出し分散して形成された金属組織を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明すると、本発明のボールペンチップ１は、チップ本体１ａとこのチップ本体１ａに配設された球状のボール７とを備えている。チップ本体１ａは、アルミニウムを３．０〜８．０質量％と、銅を９０質量％以上と、けい素が０．５〜３．０重量％と、テルルが０．０５〜０．５質量％と、を含有するアルミニウム青銅の線材（図示せず）から、切削加工により形成される。このアルミニウム青銅の線材は、アルミニウム及びけい素が固溶した銅の素地にテルルが微細に析出し分散して形成された金属組織を有する。
先ず、ボール抱持室２とボール座５を形成し、ボール座５にインキ通路孔４とインキ通路孔４から放射状に延びた放射状溝６を有したチップ本体１ａを設ける。次に、ボール抱持室２内にボール７を挿入し、チップ先端部３を内方にかしめてかしめ部を形成し、ボール７の一部が前記チップ先端部３より突出させ、回転自在に抱持する。その後、ボール７をハンマーリング（図示せず）して、ボール座５をボール７の球形状に形成する。
【００１７】
本発明の第１の特徴は、アルミニウムの含有量を３．０〜８．０質量％、銅の含有量を９０質量％以上とすることにある。アルミニウム青銅の中でもアルミニウム、けい素、銅からなる合金は、耐食性に優れていることは知られている。さらに、銅の含有量を９０質量％以上と極めて多く配合することで、材料自体の展延性が向上し塑性変形しやすくなり、かしめ加工やハンマーリングによってボール座を形成しやすくなり、銅合金の特性であるボールの回転もスムーズにすることができる。但し、アルミニウムが３．０質量％未満では耐摩耗性及び耐食性が低下し、ボール座を有する如何なるチップ形状においても耐摩耗性に満足のいくものが得られず、また色感において黄金色が赤味を帯び、見た目の高級感が得られにくい。また、アルミニウムが８．０質量％を越えると、展延性が低下し、塑性変形しにくくなってしまう。そのため、ボール座形状やかしめ部が安定して作成できない。
【００１８】
第２の特徴は、けい素を０．５〜３．０質量％、快削成分を添加することである。本発明のボールペンチップは、アルミニウム青銅の線材から、ボール抱持室やインキ流通孔等を切削加工により形成し、次にかしめ加工やハンマーリング加工などによりボール座やチップ先端縁を形成する。前述したアルミニウムと銅だけでは、耐摩耗性や切削性に問題あるため、これらを向上する目的で、けい素及び快削成分の添加が必須である。けい素の添加により、材料強度の向上に繋がり、複写伝票書きの際に見られる高荷重の筆圧に対する磨耗性能が向上する。けい素が０．５質量％未満では、材料強度の向上が得られず耐摩耗性が低下し、けい素が３．０質量％を越えると展延性が低下し、塑性変形しにくくなってしまう。そのため、ボール座形状やかしめ部が安定して作成できない。また、快削成分としては、鉛、テルル、硫黄などが例示できる。
【００１９】
しかしながら、快削成分の選定においてボールペンチップに採用するため、約φ２．３ｍｍの極めて小径の線材を製造する必要があり、さらにアルミニウム、けい素、銅の含有量に制限があることを念頭に置くと、線材を製造する工程においても、例えば溶解、押出し、圧延等の際に機械的性質を下げる快削成分の選定は回避する必要がある。銅合金の快削成分としては鉛が代表的なものとして例示できるが、鉛の採用は、展延性が低下する傾向にあり、環境問題も考慮すると採用することは好ましくない。本発明者が快削成分について検討した結果、テルルの添加により切削性能が著しく向上するとともに、展延性の低下が少なく、快削成分としてはテルルが最も好適である。これは、テルルが他の快削成分に比べ高融点であり、溶解後の押出し、圧延、切削時に発生する熱によって変化しないためと考えられる。テルルが０．０５質量％未満では快削性や耐摩耗性が向上しにくく、テルルが０．５質量％を越えると展延性の低下が大きくなるので、テルルを０．０５〜０．５質量％添加することが望ましい。
【００２０】
その他の成分も適宜添加可能であるが、特殊アルミニウム青銅として、５〜１２％のアルミニウムを含む銅合金に、鉄、ニッケル、マンガン等が加えられた合金が一般的に知られているが、鉄を加えることにより耐食性が低下するため、本発明におけるボールペンチップに使用する場合には、溶剤、水、その他添加剤などの様々な環境下にあるボールペン用インキと接触することを考慮して配合することは好ましくない。
【００２１】
第３の特徴は、チップ本体のボール座の投影面積は、ボールの最大断面積の３０〜６０％とすることである。３０％未満では、複写伝票書き等の高筆圧で摩耗しやすく、６０％を越えると滑らかな筆感においてその効果が薄い。特に耐摩耗性を考慮し、５０〜６０％とすることが好ましい。
【００２２】
第４の特徴は、線材を構成するアルミニウム青銅が、アルミニウム及びけい素が固溶した銅の素地にテルルが微細に析出し分散して形成された金属組織を有することである。このように、線材が銅の素地に快削成分であるテルルが微細に析出し分散して形成されているので、切削性能を著しく向上させることができ、この線材の実用化を図ることができる。
【００２３】
ボール座の投影面積をボールの最大断面積の３０〜６０％、好ましくは５０〜６０％とするには、従来のボール座の投影面積は、ボールの最大断面積の約２５％であることを考えれば、より多くのハンマーリング量が必要となる。しかしながら、ハンマーリング量（軸方向の押圧量）が多過ぎると応力集中による加工硬化等により表面に割れが発生する恐れがある。本発明では、ステンレス鋼に比べ、展延性の高いアルミニウム青銅を使用し、さらに銅の含有量を９０質量％以上と極めて多く配合することで、材料自体の展延性が向上し塑性変形しやすくすることにより、ハンマーリングによって軸方向及び径方向にボール座が広がるので、加工硬化等により表面の割れが発生することがない。また、ボール座の投影面積をボールの最大断面積の３０〜６０％としても、前述した通り、ボール座は、軸方向及び径方向にも広がるため、ハンマーリング前の構造は、従来のステンレス鋼とほぼ同一の構造及び同一のハンマーリング量で形成することが可能である。
【００２４】
また、チップ先端からのボール突出量は、インキの粘度やかしめ角度等を考慮し決定される。検討結果によれば、ボール径の２５〜３５％とすることが好適である。２５％未満では、かしめ角を小さくしても筆記の際の紙当たりが発生しやすく、３５％より大きいと、ボールに付着するインキ量が多く、インキ粘度を高く設定しても泣きやボテが発生しやすくなる。
【００２５】
チップ本体に用いるアルミニウム青銅の硬度は適宜選択可能であるが、ビッカース硬度が２００Ｈｖ未満では、落下等による強い衝撃によってボール座が変形し易く、２５０Ｈｖを越えると、加工性の低下による切削用の工具寿命の低下に繋がり、製造コストがアップするなどの問題が発生するため、アルミニウム青銅の硬度は２００Ｈｖ〜２５０Ｈｖとすることが好ましい。また、耐摩耗性を考慮しボール座の投影面積に反比例して硬度を設定することが好ましい。
【００２６】
また、ボール７の材質としては、タングステンカーバイド系超硬材、シリカ、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素等のセラミック等をあげることができる。
【００２７】
【実施例】
本発明の実施例を図面を用いて説明する。
下記に示した主たる成分の配合による、硬度２３０Ｈｖ（中心から０．３８ｍｍ、ＭＨＶ５００ｇ）のアルミニウム青銅を用いて、チップ本体の原形状（図示せず）を作製し、切削加工により、ボール径Ａが０．７ｍｍのタングステンカーバイド系超硬材のボール７を抱持可能にボール抱持室２を形成し、ボール抱持室２の底壁の中央にインキ通路孔４を設け、前記インキ通路孔４から放射状に延びた放射状溝６を設ける。そして、ボール７をボール抱持室２に挿入し底壁に当接させて、ボールをハンマーリングして当接した部分をボール形状としたボール座５を形成する。次に、チップ先端縁部３を内方にかしめてボール７の一部が前記チップ先端縁部３より外方に突出させて回転自在に抱持して、図１に示すボールペンチップ１を形成した。ボールをハンマーリングする際、ボール座５の投影面積（図２において砂地部分）がボールの最大断面積の４２％となるようにハンマーリング量を調整した。
けい素（Ｓｉ）          １．５０    質量％
テルル（Ｔｅ）          ０．１５    質量％
アルミニウム（Ａｌ）    ５．００    質量％
銅（Ｃｕ）            ９３．３５    質量％
【００２８】
以下、ボール座の投影面積Ｃを、表１に示すように本発明の範囲内で変化したものを実施例１と同様にして作製して、実施例２〜６とした。但し、ボールの最大断面積の円周率は３．１４で計算し、小数点４位以下を四捨五入してある。
【００２９】
比較例１、２として、ボール座の投影面積Ｃを表１の通りとした以外は、実施例１と同様のアルミニウム青銅を用いてチップ本体を作製し、以下、実施例１と同様にしてボールペンチップを作製した。
【００３０】
比較例３として、アルミニウム２．５質量％、銅９４．５質量％、けい素２．８質量％、テルル０．２質量％含有したアルミニウム青銅、比較例４として、アルミニウム１０質量％、銅９０質量％含有したアルミニウム青銅で前述した実施の形態のようにしてボールペンチップを作製した。
【００３１】
比較例５として、アルミニウム８．０質量％、けい素３．０質量％、銅８９質量％からなる快削成分を含まないアルミニウム青銅、比較例７として、アルミニウム５．０質量％、けい素１．５質量％、銅９３．３質量％、鉛０．２質量％からなる快削成分として鉛を用いたアルミニウム青銅で前述した実施の形態のようにしてボールペンチップを作製した。
【００３２】
比較例６として、アルミニウム９．５質量％、けい素３．０質量％、銅８７．５質量％を用いて、前述した実施の形態のようにしてボールペンチップを作製したが要望する形状のものは得られなかった。
【００３３】
比較例８として、硬度１８３Ｈｖ（中心から０．３８ｍｍ、ＭＨＶ５００ｇ）快削黄銅（新日東金属株式会社製、品名：四１６Ｙ）を用いて、前述した実施の形態のようにしてボールペンチップを作製した。
【００３４】
比較サンプル１及び比較例９として、硬度２３０Ｈｖ（中心から０．３８ｍｍ、ＭＨＶ５００ｇ）のフェライト系ステンレス鋼材（大同特殊鋼株式会社製の品番：ＤＳＲ６Ｆ）を用いて作製し、ボール座の投影面積を表１の通りとし、前述した実施の形態のようにしてボールペンチップを作製した。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
実施例のボールペン、比較例のボールペンにおいて、次のような要領で比較試験を行った。
【００３７】
先ず、材料の加工性について、実施例と比較例及び比較サンプル１を、超硬性の切削バイトで２００００ｒｐｍ、不水溶性切削油剤（ＪＩＳ２種１号）を用いた切削試験によって試験した。評価は、仕上げ面が良好であったもの。：○、バリなどが発生し仕上げ面が良好でなかったものや全く削れなかったもの。：×とした。結果は表１に記載の通りである。
【００３８】
次に、筆記時の滑らかな筆感について、実施例と比較例及び比較サンプル１を、当社で市販しているステンレス製のボールペンチップを装着した油性インキボールペンに挿着し直して各々の油性インキボールペンを作製した。この油性インキボールペンについてボール径の同じ実施例と比較サンプル及び比較例と比較サンプルにおける官能試験を、一対比較法により１０人による検定を行った。評価は、滑らか書き味において優位性がある：○、優位性がない：×とした。結果は表１に記載の通りである。
【００３９】
次に、高筆圧荷重による耐摩耗性について、走行試験機により、筆記角度７０度、荷重５００ｇ（複写伝票書きの際の筆圧相当荷重）、筆記速度１ｍ／ｍｉｎの諸条件下でのらせん書きを行ない、筆跡状態のかすれや濃淡を目視観察した。評価は、○：良、×：不可の２通りである。結果は表１に記載の通りである。
【００４０】
【評価】
比較例１は、ボール座の投影面積がボールの最大断面積の３０％未満であるため、複写伝票書きの際の高筆圧相当荷重で摩耗してしまったため濃淡等が発生してしまった。比較例２は、ボール座の投影面積がボールの最大断面積の６０％より大きいため滑らかな筆感においてその効果が薄く、ステンレス鋼材製の比較サンプル１との優位性が得られなかった。
【００４１】
比較例３は、アルミニウムが少ないため、本発明のアルミニウム青銅や比較サンプルに比べ耐摩耗性が劣るため、かすれや濃淡等が発生し、筆跡が著しく悪化してしまった。
【００４２】
比較例４、６は、快削成分が含有されていないため、本発明のアルミニウム青銅や比較サンプルに比べ切削性が著しく劣り、切削開始直後に切削ツールが破損して切削できなかった。
【００４３】
比較例５は、含有する銅の割合が少ないため滑らかな筆感で優位性が認められなかった。また、展延性が低下し塑性変形し難くなるため、ボール座形状やかしめ部が安定して作成できず、かすれや濃淡などの筆跡に問題が発生し、安定したチップ構造を得ることができない。
【００４４】
比較例７は、快削成分として鉛を使用しているため、本発明のアルミニウム青銅や比較サンプルに比べかしめ加工等の展延性が著しく劣るため、ボール座形状やかしめ部が安定して作成できず、かすれや濃淡などの筆跡に問題が発生した。
【００４５】
比較例８は、実施の形態のボールペンチップと滑らかな筆感では、優位性が認められたものの、ボール座の投影面積がボールの最大断面積の５５％であるにも関わらずボール座に摩耗が著しく発生してしまい、濃淡等が発生し、筆跡が著しく悪化してしまった。
【００４６】
比較例９は、ボール座の投影面積をボールの最大断面積の４０％であるにも関わらず、滑らかな筆感及び筆跡において著しく劣る。これは、耐摩耗性によるものでなく、前述した通り、ハンマー量が多いため、ポール座に割れが発生し、さらに、チップ先端からのボールの突出量が小さくなってしまい、チップ先端部に紙当たりが発生しているためであると考えられる。
【００４７】
通常、油性ボールペンにおいては、ボールペンレフィール内に筆記距離にして５００ｍ以上の量のインキが収容されており、インキが消費されたボールペンレフィールは使い捨てとなる。従って、ボールペンチップの性能として、高筆圧荷重で５００ｍ筆記までにボール座に摩耗が生じないことが一つの目安となる。
【００４８】
本実施例では、油性インキを用いているが、水性インキや剪断減粘性インキ等、特に限定されることなく実施可能であるが、複写書き等、高筆圧荷重で使用され、一般的に水性インキに比べて滑らかな筆感で劣る油性インキや剪断減粘性インキに用いることが好ましく、特に２０℃における粘度が１０，０００ｍＰａ・ｓを越える高粘度インキに用いることが好ましい。インキ粘度は、東京計器株式会社製Ｂ８Ｈ型粘度計ブルックフィールド社製ブルックフィールドＥ型粘度計等で測定することができる。
【００４９】
また、本実施例では、ボール径がφ０．７ｍｍの細字用を用いているが、ボール径は特に限定されるものではなく、適宜選択することができるが、ボール径がφ０．６５ｍｍより小さいの極細字用（ＪＩＳ  Ｓ  ６０３９）の場合には、同一の筆記荷重で筆記した場合、φ０．６５ｍｍ以上のボール径よりボール座との接触する総面積が小さく、その結果、ボール座に加わる単位当たりの筆記荷重が大きくなるため、耐摩耗性が劣る傾向になるので、本発明の効果は特に顕著である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は、前述した構成を備えるので、滑らかな筆感で、かつ高い筆圧でもボール座が摩耗しにくい、切削性や展延性等の加工性が良好なアルミニウム青銅からなるボールペンチップを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボールペンチップの先端部分の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線部横断面で、ボールを省略した状態の断面図である。
【符号の説明】
１  ボールペンチップ
２  ボール抱持室
３  チップ先端部
４  インキ流通孔
５  ボール座
６  インキ流通溝
７  ボール
【図１】
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【図２】
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