(57)【要約】【課題】十分なインキ流出性が得られるとともに、ロッド部を確実にインキ流出間隙の中心部にガイドすることができるボールペンを提供する。【解決手段】前端縁部２２の後方のチップ本体２内面にボール受け座用の複数の内方突出部２３を内方への押圧変形により設ける。前端縁部２２と内方突出部２３との間で回転可能にボール２１を抱持する。内方突出部２３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２３ｄを形成する。インキ流出間隙２３ｄに、ボール２１を前方に付勢するロッド部３１を遊挿させる。各々の内方突出部２３の後側表面の中心部に傾斜状の凹部２３ｂを形成する。凹部２３ｂを、凹部以外の内方突出部２３の後側表面よりも平滑にする。各々の内方突出部２３の径方向の頂部に軸方向に延びる凹溝２３ｃを形成する。各々の内方突出部２３において、凹溝２３ｃと凹部２３ｂとを接続する。【選択図】  図１
2013184375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の筒体からなるチップ本体の前端に内向きの前端縁部を設け、前記前端縁部の後方のチップ本体内面にボール受け座用の複数の内方突出部を内方への押圧変形により設け、前記前端縁部と前記内方突出部との間で回転可能にボールを抱持し、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、前記インキ流出間隙に、ボールを前方に付勢し且つボールを前端縁部の内面に密接させるロッド部を遊挿させてなるボールペンであって、
前記各々の内方突出部の後側表面の中心部に傾斜状の凹部を形成し、前記傾斜状の凹部を、前記凹部以外の前記内方突出部の後側表面よりも平滑にし、
前記各々の内方突出部の径方向の頂部に軸方向に延びる凹溝を形成し、前記各々の内方突出部において、前記凹溝と前記凹部とを接続してなることを特徴とするボールペン。
【請求項２】
前記前端縁部の内面及び／または前記ボールの表面に炭素質膜を設けてなるとともに、前記炭素質膜が、炭素原子及び該炭素原子と結合した酸素原子を有する請求項１記載のボールペン。
【請求項３】
金属製の筒体からなるチップ本体の前端に内向きの前端縁部を設け、前記前端縁部の後方のチップ本体内面にボール受け座用の複数の内方突出部を内方への押圧変形により設け、前記前端縁部と前記内方突出部との間で回転可能にボールを抱持し、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、前記インキ流出間隙に、ボールを前方に付勢し且つボールを前端縁部の内面に密接させるロッド部を遊挿させてなるボールペンの製造方法であって、
複数のポンチで前記金属製の筒体の側壁を内方に押圧することによって複数の内方突出部を形成し、それと同時に、一本のガイドピンを前記各々の内方突出部の後側表面及び前記各々の内方突出部の頂部に圧接させることにより前記各々の内方突出部の後側表面に凹部を圧潰形成するとともに前記各々の内方突出部の頂部に凹溝を圧潰形成することを特徴とするボールペンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールペン及びボールペンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、金属製のチップ本体の先端に内向きの先端縁部を設け、前記先端縁部の後方のチップ本体側壁内面に内方への押圧変形により複数の内方突出部を設け、前記先端縁部と前記内方突出部との間にボールを回転可能に抱持し、前記各々の内方突出部が凸曲面状表面を有し、前記内方突出部の相互間にスプリングのロッド部を挿通させ、前記ロッド部を前記ボールの後面に当接させ、前記ロッド部が前記ボールを前方に付勢することによって、前記ボールを前記先端縁部の内面に密接させてなるボールペンであって、前記各々の内方突出部の後側表面の中心部に傾斜状の平滑面を形成し、前記平滑面を、前記平滑面以外の前記内方突出部の後側表面よりも平滑にしたことを特徴とするボールペンが記載されている。
【０００３】
特許文献２には、金属製筒体よりなるチップ本体の先端に内向きの先端縁部を設け、前記先端縁部の後方のチップ本体内面に内方への押圧変形によりボール受け座用の複数の内方突出部を設け、前記先端縁部と前記内方突出部との間にボールを回転可能に抱持し、前記内方突出部の相互間に中心部から径方向外方に延び且つ軸方向に貫通するインキ流通間隙を形成したボールペンであって、各々の内方突出部の径方向の頂部に軸方向に延びる凹溝を形成したことを特徴とするボールペンが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−５２３９１号公報
【特許文献２】特開２０１１−８８３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１、２のボールペンは、ロッド部を後方からインキ流出間隙に挿入する際、
内方突出部の頂部または内方突出部の後側表面にロッド部が引っ掛かることを十分回避できるが、内方突出部の頂部または内方突出部の後側表面に引っ掛かること、確実に回避するには改善の余地がある。前記内方突出部の頂部または内方突出部の後側表面にロッド部が引っ掛かると、ロッド部が適正にボール後面に到達せず、組立不良が生じるおそれがある。
【０００６】
ところで、ボールペンに用いられるインキは、水性ボールペン用インキ、剪断減粘性が付与された水性又は油性のボールペン用インキ、油性ボールペン用インキ、に大別できる。近年、剪断減粘性が付与された水性又は油性のボールペン用インキ、及び、油性ボールペン用インキは、筆感向上等を日的として、粘度を低くすることが望まれている。
【０００７】
本発明者による、回転するボールとボール抱持部との関係についての分析によれば、ボールとボール抱持部との間にボールペン用インキが入り込むことで形成される流体潤滑、ボールとボール抱持部とが直接に接触する境界潤滑、流体潤滑と境界潤滑とが混じり合った混合潤滑、のそれぞれの状態がある。
【０００８】
しかし、ボール及びパイプの硬度を高くしただけでは、ボール及びボール抱持部の摩耗を完全に防止するには至っていないのが現実である。これは、ボールとボール抱持部との接触部位をミクロ的に見た場合には、ボールとボール抱持部との界面にボールペン用インキが介在することなく直接接触する境界潤滑の状態となる場合があり、特にボールペン用インキが低粘度の場合に生じやすいためであると推測する。
【０００９】
本発明は前記従来の問題点を解決するものであって、ロッド部が内方突出部に引っ掛かることを確実に防止し、ロッド部をインキ流出間隙の中心部に確実にガイドすることができ、また、長期にわたり安定したシール性を維持できるボールペン及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願の第１の発明は、金属製の筒体からなるチップ本体２の前端に内向きの前端縁部２２を設け、前記前端縁部２２の後方のチップ本体２内面にボール受け座用の複数の内方突出部２３を内方への押圧変形により設け、前記前端縁部２２と前記内方突出部２３との間で回転可能にボール２１を抱持し、前記内方突出部２３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２３ｄを形成し、前記インキ流出間隙２３ｄに、ボール２１を前方に付勢し且つボール２１を前端縁部２２の内面に密接させるロッド部３１を遊挿させてなるボールペンであって、前記各々の内方突出部２３の後側表面の中心部に傾斜状の凹部２３ｂを形成し、前記傾斜状の凹部２３ｂを、前記凹部２３ｂ以外の前記内方突出部２３の後側表面よりも平滑にし、前記各々の内方突出部２３の径方向の頂部に軸方向に延びる凹溝２３ｃを形成し、前記各々の内方突出部２３において、前記凹溝２３ｃと前記凹部２３ｂとを接続してなることを要件とする。
【００１１】
前記第１の発明のボールペン１は、前記各々の内方突出部２３の径方向の頂部に軸方向に延びる凹溝２３ｃを形成し、前記各々の内方突出部２３において、前記凹溝２３ｃと前記凹部２３ｂとを接続してなることにより、ロッド部３１をチップ本体２の後端開口部からチップ本体２内に挿入した際、前記ロッド部３１の前端を、内方突出部２３の傾斜状の凹部２３ｂに沿ってインキ流出間隙２３ｄの中心部（チップ本体２の軸心側）にガイドし、その後、前記ロッド部３１の前端を、内方突出部２３の凹溝２３ｃに沿ってスムーズに前方にガイドさせることができる。それにより、ロッド部３１の前端が内方突出部２３の後側表面及び内方突出部２３の頂部に引っ掛かることを確実に防止できる。その結果、ロッド部３１をインキ流出間隙２３ｄの中心部に確実にガイドすることができる。
【００１２】
本願の第２の発明は、第１の発明のボールペン１において、前記前端縁部２２の内面及び／または前記ボール２１の表面に炭素質膜を設けてなるとともに、前記炭素質膜が、炭素原子及び該炭素原子と結合した酸素原子を有することを要件とする。
【００１３】
前記第２の発明のボールペン１は、前端縁部２２の内面及び／またはボール２１の表面に炭素原子及び該炭素原子と結合した酸素原子を有する炭素質膜を設けたことにより、前端縁部２２の内面とボール２１の表面との接触抵抗を軽減して、ボール２１の回転をより円滑にできるとともに、前端縁部２２の内面の耐摩耗性を著しく向上させることができ、長期にわたり安定したシール性とインキ流出性を維持できる。
【００１４】
また、本発明による筆記具に用いられるインキは、炭素質膜との親和性が高いことが望ましい。例えばボールペンに用いられるインキには、水や、アルコールやグリコールエーテル等の親水性官能基を有する成分が含まれていることが多い。このような成分を含むインキは、従来使用されていたボール、例えば表面処理がなされていない炭化ケイ素からなるボールとは親和性が低い。このため、ボールと前端縁部２２との接触部分が境界潤滑となり易い傾向がある。しかしながら、本発明においては前端縁部２２の内面またはボールの表面の少なくともいずれかに炭素質膜が形成されており、それと親和性の高いインキを用いることでボールと前端縁部２２との間が流体潤滑となりやすい。また、ボールとインキとの親和性が向上することにより、インキの供給を安定化することができるので、書き出し性を良化し、より均一な筆跡及び良好な筆感を実現することが可能となる。このような炭素質膜に対するインキの親和性は、接触角により評価することができる。
【００１５】
尚、炭素質膜を形成する方法は、特に制限されない。例えば、炭化水素ガスを原料として用いるプラズマ化学気相堆積法（プラズマＣＶＤ法）又は触媒化学気相堆積法（ＣＡＴ−ＣＶＤ法）等により形成することができる。また、固体グラファイトを原料とするスパッタリング法、アークイオンプレーティング法等により形成することもできる。さらに、他の方法により形成してもよく、複数の方法を組み合わせて形成してもよい。
【００１６】
本発明において用いられる炭素質膜は、ダイヤモンド様膜（ＤＬＣ膜）に代表されるｓｐ２炭素−炭素結合（グラファイト結合）及びｓｐ３炭素−炭素結合（ダイヤモンド結合）を含む膜である。ＤＬＣ膜のようなアモルファス状態の膜であっても、ダイヤモンド膜のような結晶状態の膜であってもよい。しかしながら、本発明において炭素質膜は、ｓｐ３炭素−炭素結合のｓｐ２炭素−炭素結合に対する比率が高いほうが、炭素質膜の硬度が高くなるので好ましい。具体的には、ｓｐ３炭素−炭素結合のｓｐ２炭素−炭素結合に対する比率が０．３以上であることが好ましい。
【００１７】
また、通常、炭素質膜はｓｐ２炭素−水素結合及びｓｐ３炭素−水素結合を含んでいるが、本発明における炭素質膜には炭素−水素結合は必須の構成要素ではない。また、炭素質膜には本発明の効果を損なわない範囲でシリコン（Ｓｉ）又はフッ素（Ｆ）等が添加されていてもよい。
【００１８】
また、炭素質膜へ炭素−酸素結合を導入する方法は、例えば酸素プラズマ又は酸素を含むガスのプラズマ等の照射により行えばよい。酸素を含むガスとしては水蒸気、空気等を用いることができる。また、酸素原子を含む有機物化合物等のガスを用いることもできる。さらに、酸素を含む雰囲気において炭素質膜に紫外線を照射したり、炭素質膜を酸化性の溶液に浸漬することによって、酸素を導入することもできる。また、炭素質膜を成膜する際に雰囲気中の酸素濃度を高くすることにより、炭素質膜を成膜する際に炭素−酸素結合を導入することも可能である。炭素質膜の成膜直後にはその表面に未結合手が存在している。このため、成膜直後の炭素質膜を酸素を含む雰囲気に放置することにより未結合手と酸素とを反応させて炭素−酸素結合を導入することも可能である。
【００１９】
炭素質膜の膜厚は、特に限定されないが、０．００１μｍ〜３μｍの範囲が好ましく、０．００５μｍ〜１μｍの範囲であることがより好ましい。また、炭素質膜はボールの表面またはボール抱持室の内壁表面に直接形成することができるが、ボール２１またはボール抱持室（前端縁部２２と内方突出部２３の間のチップ本体２内面）と炭素質膜とをより強固に密着させるために、中間層を設けることが好ましい。中間層の材質としては、ボール２１またはボール抱持室の種類に応じて種々のものを用いることができるが、例えばケイ素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）と炭素（Ｃ）又はクロム（Ｃｒ）と炭素（Ｃ）からなるアモルファス膜等の公知のものを用いることができる。その厚みは特に限定されるものではないが、０．００１μｍ〜０．３μｍの範囲が好ましく、０．００５μｍ〜０．１μｍの範囲であることがより好ましい。中間層は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、溶射法、イオンプレーティング法又はアークイオンプレーティング法等を用いて形成することができる。
【００２０】
本願の第３の発明は、金属製の筒体からなるチップ本体２の前端に内向きの前端縁部２２を設け、前記前端縁部２２の後方のチップ本体２内面にボール受け座用の複数の内方突出部２３を内方への押圧変形により設け、前記前端縁部２２と前記内方突出部２３との間で回転可能にボール２１を抱持し、前記内方突出部２３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２３ｄを形成し、前記インキ流出間隙２３ｄに、ボール２１を前方に付勢し且つボール２１を前端縁部２２の内面に密接させるロッド部３１を遊挿させてなるボールペンの製造方法であって、複数のポンチ８で前記金属製の筒体の側壁を内方に押圧することによって複数の内方突出部２３を形成し、それと同時に、一本のガイドピン７を前記各々の内方突出部２３の後側表面及び前記各々の内方突出部２３の頂部に圧接させることにより前記各々の内方突出部２３の後側表面に凹部２３ｂを圧潰形成するとともに前記各々の内方突出部２３の頂部に凹溝２３ｃを圧潰形成することを要件とする。
【００２１】
前記第３の発明のボールペンの製造方法は、一本のガイドピン７によって凹部２３ｂと凹溝２３ｃを形成できるので、各々の内方突出部２３に、凹部２３ｂと凹溝２３ｃとを確実に接続させることができる。それにより、ロッド部３１の前端が内方突出部２３の後側表面及び内方突出部２３の頂部に引っ掛かることを確実に防止でき、その結果、ロッド部３１をインキ流出間隙２３ｄの中心部に確実にガイドすることができるボールペンを得る。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のボールペンは、ロッド部を確実にインキ流出間隙の中心部にガイドすることができる。
【００２３】
本発明のボールペンの製造方法は、ロッド部を確実にインキ流出間隙の中心部にガイドすることができるボールペンを得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態のボールペンの要部拡大縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の実施の形態のボールペンの要部縦断面図である。
【図４】内方突出部の形成工程を示す要部縦断面図である。
【図５】内方突出部の形成後を示す要部縦断面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図５のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１乃至図７に本発明の実施の形態を示す。
本実施の形態のボールペン１は、前端にボール２１を回転可能に抱持されたチップ本体２と、該チップ本体２の後部が保持されるペン先保持筒４と、該ペン先保持筒４の後端部が圧入固着され且つ内部にインキが充填されたインキ収容筒５とからなる。前記ペン先保持筒４内部及びチップ本体２内部には、ボール２１を前方に押圧するスプリング３が配置される。
【００２６】
前記チップ本体２は、金属製（例えば、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳＵ３１６，ＳＵＳ３２１等のステンレス鋼製）の円筒状筒体からなる。前記チップ本体２の前端には、カシメ加工により内向きの前端縁部２２が形成され、前記前端縁部２２の僅かに後方のチップ本体２の側壁内面には、内方への押圧変形により複数（例えば３個または４個）の内方突出部２３が周方向に等間隔に形成される。前記前端縁部２２と前記内方突出部２３との間でボール２１が回転可能に抱持される。前記内方突出部２３相互間に、中心部より径方向外方に放射状に延びるインキ流出間隙２３ｄが形成される。
【００２７】
前記ボール２１の材質は特に限定されないが、一般に金属またはセラミックスからなるものが用いられる。本発明による筆記具には耐久性が求められるために、高度の高い材料が選択されることが好ましい。例えば、炭化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、炭化ケイ素などのセラミックスやステンレス鋼などの金属が用いられる。また、セラミックスと金属性結合材とからなる超硬合金を用いてもよい。このような超硬合金としては、タングステンカーバイトと、コバルトまたはニッケルなどの金属性結合材とからなるものが知られている。
【００２８】
本実施の形態では、直径０．５ｍｍの炭化タングステン（ＩＳＯ  Ｋ−１０相当）のボール２１を用いている。ボール２１の大きさは、その筆記具の用途や筆記時に要求される描線の幅などによって決められるが、一般に０．２５〜２．０ｍｍの範囲から選択される。
【００２９】
前記各々のチップ本体２の内方突出部２３の後側表面の中心部には、円錐凹面状の平滑面よりなる凹部２３ｂが圧潰形成される。前記凹部２３ｂは、該凹部２３ｂ以外の内方突出部２３の後側表面より平滑である。前記凹部２３ｂは、傾斜状（即ち、前方に向かうに従いチップ本体２の軸心側に近付く傾斜状）である。
【００３０】
前記各々のチップ本体２の内方突出部２３の径方向の頂部に軸方向に延びる円柱凹面状の凹溝２３ｃが圧潰形成される。前記各々の内方突出部２３において、前記凹溝２３ｃと前記凹部２３ｂとが接続される。
【００３１】
また、前記チップ本体２の内方突出部２３の前側表面の中心部には、円錐凹面状のボール受け座２３ａが圧潰形成される。前記各々の内方突出部２３において、前記凹溝２３ｃと前記ボール受け座２３ａとが接続される。前記ボール受け座２３ａにボール２１が線状接触される。
【００３２】
前記スプリング３は、軸方向に延びるロッド部３１と該ロッド部３１の後端に一体に連設されたコイル部３２とからなる。前記ロッド部３１は、チップ本体２内に挿通され、前記コイル部３２が、ペン先保持筒４の内面の係止突起に係止される。前記ロッド部３１の前端は、内方突出部２３相互間（インキ流出間隙２３ｄの中心部）に挿通されるとともに、ボール２１後面に当接され、ボール２１を前方に付勢する。前記ロッド部３１によるボール２１の前方付勢によって前記前端縁部２２内面にボール２１が密接される。それにより、ペン先からのインキ漏出やペン先からの空気混入を防止できる。
【００３３】
本実施の形態のボールペンの製造方法について説明する。（図４、図５参照）
前端部外面に円錐面状の傾斜面を有する円筒状の金属製の筒体を用意する。
【００３４】
図４に示すように、前方に向かうに従い拡径する円錐状外面６１を備えた第一のガイドピン６と、前端部の円柱状外面７１と、その後方に連設され且つ後方に向かうに従い拡径する円錐状外面７２とを備えた第二のガイドピン７と、円錐面状の尖頭部を備えたポンチ８と、を用意する。前記第一のガイドピン６を前記チップ本体２の前端開口側から挿入し、前記第二のガイドピン７を前記チップ本体２の後端開口側から挿入し、前記チップ本体２の前端近傍の側壁を、複数のポンチ８の円錐面状の尖頭部により径方向内方に押圧変形する。
【００３５】
前記内方突出部２３を形成する際、前記第二のガイドピン７の円柱状外面７１を前記各々の内方突出部２３の径方向の頂部に圧接させるとともに、前記第二のガイドピン７の円錐状外面７２を各々の内方突出部２３の後側表面の中心部に圧接させることより、前記各々の内方突出部２３の径方向の頂部に軸方向に延びる円柱凹面状の凹溝２３ｃを圧潰形成するとともに、前記各々の内方突出部２３の後側表面の中心部に円錐凹面状（傾斜状）の凹部２３ｂを圧潰形成する。前記内方突出部２３を形成する際、前記第一のガイドピン６の円錐状外面６１を各々の内方突出部２３の前側表面の中心部に圧接させることより、前記各々の内方突出部２３の後側表面の中心部に円錐凹面状（傾斜状）のボール受け座２３ａを圧潰形成する。即ち、前記ポンチ８、前記第一のガイドピン６、及び前記第二のガイドピン７によって、チップ本体２の側壁の外面と内面とを挟持することによって、内方突出部２３、ボール受け座２３ａ、凹部２３ｂ、及び凹溝２３ｃが同時に形成される。尚、本発明において、前記凹部２３ｂの形状は、円錐凹面状以外の形状（例えば角錐凹面状）でもよい。前記凹溝２３ｃの形状は、円柱凹面状以外の形状（例えば角柱凹面状）でもよい。
【００３６】
チップ本体２の前端にはボール２１が回転可能に抱持されている。これは、チップ本体２の前端にボール２１を挿入するとともにチップ本体２の前端にカシメ加工により内向きの前端縁部２２を形成することによって得られる。
【００３７】
前記チップ本体２の後端開口部よりスプリング３のロッド部３１が挿入される。前記ロッド部３１の前端は、チップ本体２の軸心から外れた場合でも、内方突出部２３の後側表面の凹部２３ｂに沿ってチップ本体２の軸心側にガイドされ、その後、前記ロッド部３１の前端が、内方突出部２３の頂部の凹溝２３ｃに沿ってチップ本体２の軸心側にガイドされる。それにより、ロッド部３１の前端が内方突出部２３の後側表面に引っ掛かることを確実に回避できる。そして、適正にロッド部３１の前端がボール２１の後面に当接し、ボール２１を前方に付勢することができる。
【００３８】
前記チップ本体２の前端部に回転可能に抱持されたボール２１の表面には、炭素−酸素結合を有する炭素質膜が形成されている。このため、ボール２１は耐久性が高いだけでなく、ボール２１とインキとの親和性が高い。その結果、ボール２１と前端縁部２２との隙間にインキが保持され、ボール２１と前端縁部２２との直接の接触が生じ難い。従って、ボール２１と前端縁部２２とが直接に接触することによるボール２１及び前端縁部２２の摩耗を低減でき、耐久性に優れ且つ使用に伴う書き味の劣化が生じにくいボールペンを実現する。また、ボール２１とインキとの親和性が向上することにより、ボール２１の回転をより円滑にでき、長期にわたり安定したインキ流出性とシール性を得る。
【００３９】
次に、炭素質膜の形成方法について説明する。ここでは、例としてボール２１の表面に炭素質膜を形成させる方法を説明する。前端縁部２２の内面に炭素質膜を形成させる場合にも同様の方法を応用することができる。
【００４０】
まず、ボール２１の表面にＳｉとＣとを含むアモルファス膜からなる中間層を形成させる。成膜には例えばイオン化蒸着法を用いることができる。この方法では、真空ポンプを用いてイオン化蒸着用のチャンバー内を所定の圧力に調整すると共に、チャンバー内にテトラメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）４）を導入し、ボール２１にバイアス電圧（例えば１ｋＶ）を印加して、放電（例えば３０分間）を行う。成膜の際にチャンバー内においてボール２１を回転させることにより、ボール２１の表面全面に中間層を形成することができる。
【００４１】
中間層の形成後、チャンバー内に供給するガスをベンゼンに変更し、炭素質膜を形成する。チャンバー内を真空ポンプを用いて所定の圧力に調整した後、ボール２１にバイアス電圧（例えば１ｋＶ）を印加して、放電（例えば９０分間）を行う。成膜の際にチャンバー内においてボール２１を回転させることによりボール２１の表面全面に炭素質膜を形成することができる。
【００４２】
この後、酸素を含む雰囲気においてプラズマ照射を行い、炭素質膜への炭素−酸素結合の導入を行う。チャンバー内を例えば１００Ｐａの圧力に調整し、出力を例えば１０Ｗとしてプラズマ照射を行い、目的のボール２１を得ることができる。
【００４３】
得られた炭素質膜に含まれる炭素−酸素結合の割合は、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）測定により評価することができる。測定条件は、形成させる炭素質膜の種類、厚さなどによって調整されるが、例えば、試料に対する検出角度を９０°とし、Ｘ線源にはＡｌを用い、Ｘ線照射エネルギーを１００Ｗとすることができる。１回の測定の時間は０．１ｍｓ程度とされるのが一般的である。また、測定精度を高めるために、１つの試料について複数回、例えば６４回測定を行ってその平均値を測定結果とすることがある。
【００４４】
炭素質膜中のＣ−Ｏ、Ｃ＝Ｏ及びＯ＝Ｃ−Ｏの割合を求めるために、ＸＰＳ測定により得られた炭素１ｓ（Ｃ１ｓ）ピークを、炭素同士が結合したｓｐ３Ｃ−Ｃ及びｓｐ２Ｃ−Ｃ、炭素と水素とが結合したｓｐ３Ｃ−Ｈ及びｓｐ２Ｃ−Ｈ、炭素と酸素とが結合したＣ−Ｏ、Ｃ＝Ｏ及びＯ＝Ｃ−Ｏの７つの成分にカーブフィッティングにより分解する。カーブフィッティングにあたり、ｓｐ３Ｃ−Ｃの結合エネルギーは２８３．８ｅＶ、ｓｐ２Ｃ−Ｃの結合エネルギーは２８４．３ｅＶ、ｓｐ３Ｃ−Ｈの結合エネルギーは２８４．８ｅＶ、ｓｐ２Ｃ−Ｈの結合エネルギーは２８５．３ｅＶ、Ｃ−Ｏの結合エネルギーは２８５．９ｅＶ、Ｃ＝Ｏの結合エネルギーは２８７．３ｅＶ、Ｏ＝Ｃ−Ｏの結合エネルギーは２８８．８ｅＶとするのが適当である。カーブフィッティングにより得られた各ピークの面積をＣ１ｓピーク全体の面積により割った値を、各成分の組成比とした。Ｃ−Ｏ、Ｃ＝Ｏ及びＯ＝Ｃ−Ｏの組成比の和を炭素−酸素結合した炭素原子の全炭素原子に対する割合（ＣＯｔｏｔａｌ）とする。
【００４５】
炭素質膜が形成されたボール２１をオージェ電子分光分析装置（PHISICAL ELECTRONICS社製のＰＨＩ−６６０型走査型オージェ電子分光装置）により分析することで、中間層および炭素質膜の厚さを測定することができる。具体的には、炭素質膜が形成されたボール２１の表面を段階的にエッチングし、各段階でオージェ電子分光分析法により表面分析を行う。測定条件は、例えば、電子銃の加速電圧を１０ｋＶ、試料電流を５００ｎｍ、アルゴンイオン銃の加速電圧を２ｋＶとする。この測定条件により、ボール２１表面の４０μｍ角の領域について、各深さにおける分析を行うことで、中間層や炭素質膜の厚さを測定することができる。
【００４６】
前記した方法により製造した炭素質膜付きのボール２１について分析した場合には以下の結果が得られた。炭素質膜が形成されたボール２１の表面から８０ｎｍ程度の深さまではほぼ炭素原子（Ｃ）だけが存在しており、炭素質膜が形成されていた。８０ｎｍ〜１２０ｎｍの深さにおいては、Ｓｉ原子が存在しており、ＳｉＣからなる中間層が形成されていた。１００ｎｍ以上の深さの部分では炭化タングステン（ＷＣ）だけが検出され、ボール２１である炭化タングステンの表面に、中間層および炭素質膜が形成されていることが確認された。
【００４７】
実施例
前記した方法により、ボール２１表面に炭素質膜を形成させたボール（ＤＬＣ−１）と、プラズマ照射条件を変えることにより、炭素−酸素結合の割合が異なる炭素質膜を得たボール（ＤＬＣ−２）を作成した。具体的には、ＤＬＣ−１は、高周波電源の出力を１０Ｗとし、６０秒秒間酸素プラズマを照射した。ＤＬＣ−２は、高周波電源の出力を５０Ｗとし、６０秒間酸素プラズマを照射した。これらのボールに形成された炭素質膜に含まれる各結合の割合を前記した方法で測定した。得られた結果は表１に示す通りであった。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
酸素原子と結合した炭素原子の全炭素原子に対する比率（ＣＯｔｏｔａｌ）は、ＤＬＣ−１では０．１６であり、ＤＬＣ−２では０．４３であった。酸素プラズマを照射する際の電源出力が高いＤＬＣ−２の方がＤＬＣ−１よりもＣＯｔｏｔａｌの値が大きくなった。ＣＯｔｏｔａｌをさらに詳しくみると、Ｃ−Ｏの全炭素に対する比率は、ＤＬＣ−１とＤＬＣ−２とでほぼ同じとなったが、Ｃ＝Ｏの比率は、ＤＬＣ−２においてＤＬＣ−１の約６倍となり、Ｏ＝Ｃ−Ｏの比率は、ＤＬＣ−２においてＤＬＣ−１の約９倍となった。また、これらの炭素質膜におけるｓｐ３炭素−炭素結合のｓｐ２炭素−炭素結合に対する比率は０．３以上であった。
【００５０】
本発明によるボールペンにおいては、前記ボール２１表面、または前記前端縁部２２の内面の少なくとも一方に炭素質膜が形成されている。前記ボール２１表面と前記前端縁部２２の内面の両方に炭素質膜が形成されていてもよい。また、前端縁部２２の外面に炭素質膜が形成されていてもよい。
【００５１】
次に、炭素質膜を形成していない炭化タングステンボール（ＷＣ）、前記したＤＬＣ−１、または前記したＤＬＣ−２と、前記した水性ゲルインキとの接触角に関し、測定を行った結果、未処理のボール（ＷＣ）＞炭素−酸素結合導入を行っていない炭素質膜（ＤＬＣ−０）＞ＤＬＣ−１＞ＤＬＣ−２という結果となった。このことから炭素−酸素結合を有する炭素質膜を形成することにより、ボールペン用インキとの親和性が向上していることは明らかである。
【００５２】
次に、前記の各ボールを具備したボールペンを準備して、荷重１００ｇｆ（約０．９８Ｎ）、筆記用紙（ＪＩＳ：Ｐ３２０１）を４ｍ／分にて走行試験を行った。筆記距離の１００ｍごとにボール先端位置の変化量（突出量）を測定した。
【００５３】
先に述べた摩耗量を測定した結果、炭素質膜を形成していない未処理のボール（ＷＣ）＞炭素−酸素結合導入を行っていない炭素質膜（ＤＬＣ−０）＞ＤＬＣ−１＞ＤＬＣ−２という結果となった。これは、水性ゲルインキにおいては、ボールと前端縁部の内面との間での混合潤滑になると考えられるが、炭素−酸素結合を有する炭素質膜を形成した場合には、ボールとインキとの親和性が向上し、ボールと前端縁部の内面との直接の接触が生じにくいため、ボール及び環状凸面部が摩耗しにくくなったためである考えられる。
【００５４】
本実施の形態のボールペン１は、前記各々の内方突出部２３の径方向の頂部に軸方向に延びる凹溝２３ｃを形成し、前記各々の内方突出部２３において、前記凹溝２３ｃと前記凹部２３ｂとを接続してなることにより、ロッド部３１をチップ本体２の後端開口部からチップ本体２内に挿入した際、前記ロッド部３１の前端を、内方突出部２３の傾斜状の凹部２３ｂに沿ってインキ流出間隙２３ｄの中心部（チップ本体２の軸心側）にガイドし、その後、前記ロッド部３１の前端を、内方突出部２３の凹溝２３ｃに沿ってスムーズに前方にガイドさせることができる。それにより、ロッド部３１の前端が内方突出部２３の後側表面及び内方突出部２３の頂部に引っ掛かることを確実に回避できる。その結果、ロッド部３１をインキ流出間隙２３ｄの中心部に確実にガイドすることができる。
【００５５】
本実施の形態のボールペン１は、前端縁部２２の内面及び／またはボール２１の表面に炭素原子及び該炭素原子と結合した酸素原子を有する炭素質膜を設けたことにより、前端縁部２２の内面とボール２１の表面との接触抵抗を軽減して、ボール２１の回転をより円滑にできるとともに、前端縁部２２の内面の耐摩耗性を著しく向上させることができ、長期にわたり安定したシール性とインキ流出性を維持できる。
【００５６】
本実施の形態のボールペンの製造方法は、一本のガイドピンによって凹部２３ｂと凹溝２３ｃを形成できるので、各々の内方突出部２３に、凹部２３ｂと凹溝２３ｃとを確実に接続させることができる。それにより、ロッド部３１の前端が内方突出部２３の後側表面及び内方突出部２３の頂部に引っ掛かることを確実に防止でき、その結果、ロッド部３１をインキ流出間隙２３ｄの中心部に確実にガイドすることができるボールペンを得る。
【符号の説明】
【００５７】
１  ボールペン
２  チップ本体
２１  ボール
２２  前端縁部
２３  内方突出部
２３ａ  ボール受け座
２３ｂ  凹部
２３ｃ  凹溝
２３ｄ  インキ流出間隙
３  スプリング
３１  ロッド部
３２  コイル部
４  ペン先保持筒
５  インキ収容筒
６  第一のガイドピン
６１  円錐状外面
７  第二のガイドピン
７１  円柱状外面
７２  円錐状外面
８  ポンチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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