(57)【要約】【課題】  ボールペンチップに装着するボールであって耐腐食性に優れ、滑らかな筆記感を与えるボールペン用ボール及びそれを備えたボールペンチップ及び該ボールペンチップを装着したボールペンを提供する。【解決手段】  超硬合金を素材とし、表面に浸硫窒化処理が施されたボールペン用ボール、前記ボールを備え、棒状の金属材料を切削加工により外形及び内部のボール受け座とインキ通路を形成したボールペンチップ或いは前記ボールを備え、金属製パイプの先端近傍の内面に複数の内方突出部を外面からの押圧変形により設け、前記内方突出部の相互間に、中心部から径方向外方に放射状に延びるインキ流出間隙を形成したパイプチップ及び該ボールペンチップを装着したボールペン。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールペンの先端部に用いられるボールにおいて、前記ボールが超硬合金を素材とし、表面に浸硫窒化処理が施されたことを特徴とするボールペン用ボール。
【請求項２】
請求項１に記載のボールペン用ボールを装着したことを特徴とするボールペン用チップ。
【請求項３】
棒状の金属材料を切削加工により外形及び内部のボール受け座とインキ通路を形成したことを特徴とする請求項２記載のボールペン用チップ。
【請求項４】
金属製パイプの先端近傍の内面に複数の内方突出部を外面からの押圧変形により設け、前記内方突出部の相互間に、中心部から径方向外方に放射状に延びるインキ流出間隙を形成したことを特徴とする請求項２記載のボールペン用チップ。
【請求項５】
請求項３乃至５に記載のボールペンチップを装着したことを特徴とするボールペン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボールペン用ボール、ボールペンチップ及びそれを装着したボールペンに関する。更に詳細には、耐腐食性に優れ、滑らかな筆記感を与えるボールペン用ボール及びそれを備えたボールペンチップ及び該ボールペンチップを装着したボールペンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールペンに用いられるボールは、高い硬度が要求される。又、水性インキを用いた水性ボールペン或いはゲルインキボールペンの場合は耐腐食性能も必要である。そのため、例えばＷＣ−Ｃｒ３Ｃ２−Ｃｏ系の超硬合金からなるボールペン用ボールが開示されている（特許文献１参照）。
前記超硬合金は主成分のタングステンカーバイド粉末をＣｏ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属（結合材）と混合し、焼結したものである。その後球状に成形し表面を研磨することにより得られたボールペン用ボールを、ステンレス鋼、洋白、真鍮等で作られたボールホルダーに装着してボールペンチップが作られる。
前記結合材として配合された金属は、水と長期間接触していると、徐々に水中に溶出し、表面に凹部が形成されてしまう。このように無数の凹部が形成されたボールで筆記すると、ボールの回転によりボール受け座が削られ、筆感が悪くなったり、インキの供給が不安定になったり、更にはインキ流通路が塞がり筆記不能になるなどの不具合があった。
又、前記超硬合金は金属部品の切削に用いられるほど硬度の高い素材であるため、筆記によるボールの回転でボール自体が摩耗することは無いが、ボールの受け座を摩耗させることがあり、それが筆記感を重くさせたり、更には筆記不能になるなどの不具合もある。
他の従来技術として、筆記感向上のためボールにチタンを含有させることが開示されているが、十分な筆記感の向上は認められない（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−９６５９１号公報
【特許文献２】特開２００６−３３４８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は表面の平滑性に優れ、良好な筆記性能を示し、水性インキを適用した場合でも腐食或いは結合材の溶出による表面の荒れ（凹部の発生）も認められることがないボールペン用ボール、ボールペンチップ及びそれを装着したボールペンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、ボールペンの先端部に用いられるボールにおいて、前記ボールが超硬合金を素材とし、表面に浸硫窒化処理が施されたことを特徴とするボールペン用ボールを要件とする。又、前記ボールを装着したボールペン用チップ、棒状の金属材料を切削加工により外形及び内部のボール受け座とインキ通路を形成し前記ボールを装着したことを特徴とするボールペン用チップ、金属製パイプの先端近傍の内面に複数の内方突出部を外面からの押圧変形により設け、前記内方突出部の相互間に、中心部から径方向外方に放射状に延びるインキ流出間隙を形成し前記ボールを装着したことボールペン用チップを要件とする。
更に、前記ボールペンチップを装着したボールペンをも要件とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は、表面の平滑性に優れるため初期の筆記感が良好であり、長期間放置された後においても腐食による表面の変化が少なく初期の筆記感を長期間持続させることが出来るボールペン用ボール、ボールペンチップ及びそれを装着したボールペンを得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明のボールペン用ボールは、超硬合金製ボール表面に金属窒化物及び金属硫化物を生成させる浸硫窒化処理を施すことによって得られる。
前記浸硫窒化処理は、処理対象物の超硬合金性ボールを配した反応炉に５００℃前後で窒素が熱解離するアンモニアガス（ＮＨ３）と硫黄が熱解離する硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ）を導入して、反応炉内を５００℃前後に加熱し、熱解離による発生期の窒素及び硫黄を前記ボール表面の金属と反応させることにより、ボール表面に浸硫窒化層を形成する。
一般に処理ガス全量中にＮＨ３を５０容量％以上、Ｈ２Ｓを０．００５容量％以上混合し、４５０〜６００℃の温度で１〜１０時間処理を行う。
浸硫窒化処理後は窒化物により硬度が高まり、ボール最表面の硫化物が潤滑性を付与するため筆記感に優れたボールペン用のボールを得ることができる。
【０００７】
本発明のボールペンチップについて説明する。前記ボールペンチップは大別して２種類ある。
ひとつは棒状の金属材料を所定の長さに切断し、切削機により外形、内部のインキ通路、ボール収容部及びボール受け座を形成するものである。棒状の金属材料はステンレス鋼、洋白などが用いられる。
もう一種のチップは金属の細管を所定の長さに切断し、先端近傍外周面の複数か所を等間隔に外方から内方に押圧変形した箇所をボール受け座とし、ボールを装着後前記金属細管の先端縁部を内方へ押圧変形したものである。金属細管としては主にステンレス鋼が用いられる。
前記ボールペンチップには直径０．３〜２．０ｍｍ、好ましくは０．３〜１．５ｍｍ、より好ましくは０．３〜１．０ｍｍ径程度のボールが適用される。
【０００８】
前記ボールペンチップと組み合わせるインキは、油性インキ、水性インキのいずれでもよく、ニュートニアンインキでも剪断減粘性インキでも適用可能である。
前記インキを収容するインキ収容管は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン等の熱可塑性樹脂からなる成形体が用いられる。
前記インキ収容管にはチップを直接連結する他、接続部材を介して前記インキ収容管とチップを連結してもよい。
【０００９】
尚、前記インキ収容管はレフィルの形態として、前記レフィルを樹脂製、金属製等の軸筒内に収容するものでもよいし、先端部にチップを装着した軸筒自体をインキ収容体として、前記軸筒内に直接インキを充填してもよい。
前記インキ組成物を出没式のボールペンに収容する場合、出没式ボールペンの構造、形状は特に限定されるものではなく、ボールペンレフィルに設けられた筆記先端部が外気に晒された状態で軸筒内に収納されており、出没機構の作動によって軸筒開口部から筆記先端部が突出する構造であれば全て用いることができる。
出没機構の操作方法としては、例えば、ノック式、回転式、スライド式等が挙げられる。
【００１０】
前記ノック式は、軸筒後端部や軸筒側面にノック部を有し、該ノック部の押圧により、ボールペンチップを軸筒前端開口部から出没させる構成、或いは、軸筒に設けたクリップ部を押圧にすることにより、ボールペンチップを軸筒前端開口部から出没させる構成を例示できる。
前記回転式は、軸筒後部に回転部を有し、該回転部を回すことによりボールペンチップを軸筒前端開口部から出没させる構成を例示できる。
【００１１】
前記スライド式は、軸筒側面にスライド部を有し、該スライドを操作することによりボールペンチップを軸筒前端開口部から出没させる構成、或いは、軸筒に設けたクリップ部をスライドさせることにより、ボールペンチップを軸筒前端開口部から出没させる構成を例示できる。
前記出没式ボールペンは軸筒内に複数のボールペンレフィルを収容してなり、出没機構の作動によっていずれかのボールペンレフィルの筆記先端部が軸筒前端開口部から出没する複合タイプの出没式ボールペンであってもよい。
【実施例】
【００１２】
以下に実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
超硬合金ＰＢ−１１（株式会社ツバキ・ナカシマ製）及びＨＰ−１５（米国フーバー社製）を素材とした直径０．３ｍｍのボールを試験用ボールとした。表１にそれぞれの組成を示す。
【表１】
2012096376.tif 000002
【００１３】
〔浸硫窒化処理〕
前記２種類のボールをそれぞれ５００メッシュのステンレス容器に入れ、反応容器に収めた。反応容器内を真空にした後、Ｎ２、ＮＨ３、Ｈ２Ｓの比率（容量）が１０００：２０００：０．６の混合ガスを導入し、５６０℃で２時間保持することにより浸硫窒化処理を施した。
【００１４】
〔試験用インキ組成〕
表２に試験用インキの組成を示す。尚、表中の数字は重量部を表す。
【表２】
2012096376.tif 000003
表中の原料の内容を注番号に従って説明する。
（１）冨士色素（株）製、黒色顔料水分散体（顔料分２５％）
（２）オリエント化学工業（株）製、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｌａｃｋ１９水溶液（固形分１０％）
（３）ロームアンドハース社製、アルカリ増粘型アクリルエマルジョン（固形分２８％）
（４）三晶（株）製、キサンタンガム（増粘多糖類）
（５）（株）林原製、還元澱粉糖化物（７０％水溶液）
（６）第一工業製薬（株）製、ＰＯＥアルキルエーテルリン酸エステル
（７）第一工業製薬（株）製、ＰＯＥアルキルエーテルリン酸エステル
（８）アーチ・ケミカルズ・ジャパン（株）製、防腐剤
前記インキは撹拌容器に溶剤、着色剤、添加剤を投入し室温で１時間撹拌した後、増粘剤を添加してディスパーで２時間分散することにより得られる。
【００１５】
〔試験用ボールペンの作成〕
金属の細管を所定の長さに切断し、先端近傍外周面の複数か所を等間隔に外方から内方に押圧変形した箇所をボール受け座としたボールホルダーに、前記浸硫窒化処理を施した２種類のボールと未処理の２種類のボールを装着後、前記金属細管の先端縁部を内方へ押圧変形して試験用パイプチップ（４種）を得た。
実施例及び比較例の各インキを前記試験用パイプチップを樹脂製チップホルダーを介して取り付けたインキ収容管に充填し、チップと反対側のインキの界面にインキの消費に伴ってインキ収容管内を移動するα−オレフィンオリゴマーをゲル化剤でゲル化した逆流防止剤を充填した後、遠心処理を施して試料ボールペンとした。
【００１６】
試験用チップの構成は以下の通り。
チップａ：浸硫窒化処理有り・ＰＢ−１１ボール
チップｂ：浸硫窒化処理有り・ＨＰ−１５ボール
チップｃ：浸硫窒化処理無し・ＰＢ−１１ボール
チップｄ：浸硫窒化処理無し・ＨＰ−１５ボール
〔筆記感試験〕
組み立て直後及び、自動筆記試験機で１０００ｍの連続筆記を行った各試料ボールペンを、任意に選出した筆記試験者５名に自由に筆記してもらい、５点満点として試験者が評価した数字から平均値を算出した。尚、数字の大きいほうが筆記感はよい。
〔ボール腐食試験〕
試料ボールを試験用インキに浸漬し、５０℃雰囲気に３０日間放置後取出し、表面状態を光学顕微鏡（４００倍）で観察した。
試験用チップと試験用インキの組合せ、及び試験結果を表３に示す
【表３】
2012096376.tif 000004
【００１７】
尚、腐食試験の評価基準は以下の通り。
○：初期と変化がない、或いは極わずかに表面に曇りが認められる。
×：初期と比較して表面の曇りが著しい。
【００１８】
前記浸硫窒化処理の際高温の熱エネルギーでＮＨ３ガスが乖離し発生した窒素がボール表面から侵入し金属を窒化物に改質することでボール結合材を硬化し、更にその表面を同様にＨ２Ｓガスから熱解離した硫黄がボール表面を固体潤滑性に優れた厚さ数μｍの極薄い浸硫窒化層（金属硫化物）を生成する。筆記時にボールとホール受け座との摩擦を軽減するため、弱い力でもボールが回転し、引っかかりの無い滑らかな筆記感を得ることが出来る。
【００１９】
又、メッキや蒸着薄膜のようにボール表面に付着するのではなく、高温ガス雰囲気下でボール素材自体を反応・改質するため、均一な処理表面が得られ、処理層の剥離などの不具合は発生しない。したがって長距離筆記後でも未処理のボールに比べて滑らかな筆記感を維持できる。
更に、ボール表面のＣｏ、Ｃｒ、Ｎｉ等の水に溶出しやすい金属が窒化物や硫化物となっているため、水性インキ中でもイオン化による溶出をしにくく、平滑なボール表面が維持され長期の保管後も滑らかな筆記感を得ることが出来る。