(57)【要約】【課題】筆記時の十分なインキ流出性が得られるとともに、非筆記時のカシメ部とボールとの確実なシール性が長期にわたり得られるパイプ式ボールペンを提供する。【解決手段】ボールペンチップ２が、金属製のパイプ３の先細状の先端部を径方向内方に押圧変形することにより形成したカシメ部４と、パイプ３の先端近傍側壁を径方向内方に押圧変形することにより形成した複数の内方突出部５とによってボール６が回転可能に抱持されるボール抱持部を有する。ボール抱持部の最大内径Ｂと前記ボール６の直径Ａとの差が２５μｍ以上とする。カシメ部４の内周面に、前方に向かうに従い次第に内径が小さくなる環状凸面部４ａを形成する。非筆記時、弾発体１１の前方付勢により、カシメ部４の環状凸面部４ａにボール６を密接させる。環状凸面部４ａの表面及び／またはボール６の表面に炭素質膜を設ける。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。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のパイプの先細状の先端部を径方向内方に押圧変形することにより形成したカシメ部と、前記パイプの先端近傍側壁を径方向内方に押圧変形することにより形成した複数の内方突出部とによってボールが回転可能に抱持されるボール抱持部を有するボールペンチップと、前記ボールを前方に付勢し且つ前記ボールを前記カシメ部の内周面に密接させる弾発体とを備えたパイプ式ボールペンであって、前記ボール抱持部の最大内径と前記ボールの直径との差が２５μｍ以上であり、且つ、前記カシメ部の内周面に、前方に向かうに従い次第に内径が小さくなる環状凸面部を形成し、非筆記時、前記弾発体の前方付勢により、前記カシメ部の環状凸面部に前記ボールを密接させ、前記環状凸面部の表面及び／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ことを特徴とするパイプ式ボールペン。
【請求項２】
前記環状凸面部の径方向外方のカシメ部の外周面に、前方に向かうに従い次第に外径が小さくなる環状凹面部を設け、前記ボールを前記内方突出部に当接させた状態で、前記環状凸面部と前記ボールとの間にインキ流通間隙が形成されるとともに、前記環状凹面部の先端と前記環状凹面部の後端とに接する仮想直線よりも前側に前記ボールの一部が突出してなる請求項１記載のパイプ式ボールペン。
【請求項３】
前記環状凹面部の後端が前記カシメ部の内周面基端よりも前方に位置してなる請求項２記載のパイプ式ボールペン。
【請求項４】
前記環状凹面部の先端と前記環状凹面部の後端とに接する仮想直線から垂直方向の環状凹面部の最大深さが、２μｍ以上である請求項２または３に記載のパイプ式ボールペン。
【請求項５】
前記炭素質膜の表面における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は、０．１以上であることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載のパイプ式ボールペン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプ式ボールペンに関する。詳細には、金属製のパイプの先細状の先端部を径方向内方に押圧変形することにより形成したカシメ部と、前記パイプの先端近傍側壁を径方向内方に押圧変形することにより形成した複数の内方突出部とによってボールが回転可能に抱持されるボール抱持部を有するボールペンチップを備えたパイプ式ボールペンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１には、カシメ部の内周面にボールと同等の曲率を有する球面状凹部を形成してなるパイプ式ボールペンチップが開示されている。
【０００３】
前記従来のパイプ式ボールペンチップは、筆記時のインキ流出性を向上させるために（例えば、比較的大きな着色剤粒子を有するインキを容易に吐出させるために）、内方突出部とカシメ部との間のボール抱持部内におけるボールの径方向の移動可能量を大きく設定するに従い、ポンチ加工により内方突出部を形成する際の押圧変形量も増加し、それに伴い、カシメ部の内面の横断面形状が円形から歪んだ形状になりやすくなると同時に、カシメ部の内周面にボールと同等の曲率を有する球面状凹部を形成するためのカシメ部の内方への折り曲げ量（カシメ変形量）も増加する。その結果、カシメ工程時にカシメ部内面を適正にボールに圧接させることができず、確実なシール性を備えたカシメ部を形成することが困難となるおそれがある。また、筆記によって、ボール及びボール抱持部が摩耗すると、安定したインキ流出性とシール性が低下する問題があった。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
したがって、従来において、十分なインキ流出性と、確実なシール性の両方を満足するパイプ式ボールペンは、未だ得られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１０３２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点を解決するものであって、筆記時の十分なインキ流出性が得られるとともに、非筆記時のカシメ部とボールとの確実なシール性が長期にわたり得られるパイプ式ボールペンを提供しようとするものである。尚、本発明で、「前」とはボールペンチップ側を指し、「後」とはその反対側を指す。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
［１］本願の第１の発明は、金属製のパイプ３の先細状の先端部を径方向内方に押圧変形することにより形成したカシメ部４と、前記パイプ３の先端近傍側壁を径方向内方に押圧変形することにより形成した複数の内方突出部５とによってボール６が回転可能に抱持されるボール抱持部を有するボールペンチップ２と、前記ボール６を前方に付勢し且つ前記ボール６を前記カシメ部４の内周面に密接させる弾発体１１とを備えたパイプ式ボールペンであって、前記ボール抱持部の最大内径Ｂと前記ボール６の直径Ａとの差が２５μｍ以上であり、且つ、前記カシメ部４の内周面に、前方に向かうに従い次第に内径が小さくなる環状凸面部４ａを形成し、非筆記時、前記弾発体１１の前方付勢により、前記カシメ部４の環状凸面部４ａに前記ボール６を密接させ、前記環状凸面部４ａの表面及び／または前記ボール６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。
【００１１】
前記第１の発明のパイプ式ボールペン１は、前記ボール抱持部の最大内径Ｂと前記ボール６の直径Ａとの差が２５μｍ以上であり、且つ、前記カシメ部４の内周面に、前方に向かうに従い次第に内径が小さくなる環状凸面部４ａを形成し、非筆記時、前記弾発体１１の前方付勢により、前記カシメ部４の環状凸面部４ａに前記ボール６を密接させたことにより、筆記時の十分なインキ流出性が得られるとともに、非筆記時のカシメ部４とボール６との確実なシール性が得られる。
【００１２】
また、前記第１の発明のパイプ式ボールペン１は、環状凸面部４ａの表面及び／またはボール６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、環状凸面部４ａの表面とボール６の表面との接触抵抗を軽減して、ボール６の回転をより円滑にできるとともに、環状凸面部４ａの表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インキ流出性とシール性を得る。
【００１３】
尚、本発明でボール６は、直径Ａが、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍ（好ましくは０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ）の範囲のものが好ましい。尚、前記ボール抱持部の最大内径Ｂとボール６の直径Ａとの差は、２５μｍ〜８０μｍが有効であるが、より一層、円滑なインキ流出性が得られる点で、３０μｍ〜７０μｍが好ましい。尚、前記ボールペン抱持部内でのボールペンの前後方向の移動可能量は、円滑なインキ流出性が得られる点で、１５μｍ〜６５μｍの範囲が好ましい。
【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６と環状凸面部４ａ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、本発明においては環状凸面部４ａの表面またはボール６の表面の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６と環状凸面部４ａ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、ボールまたはボール抱持室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】
［２］本願の第２の発明は、前記第１の発明のパイプ式ボールペン１において、前記環状凸面部４ａの径方向外方のカシメ部４の外周面に、前方に向かうに従い次第に外径が小さくなる環状凹面部４ｂを設け、前記ボール６を前記内方突出部５に当接させた状態で、前記環状凸面部４ａと前記ボール６との間にインキ流通間隙７が形成されるとともに、前記環状凹面部４ｂの先端と前記環状凹面部４ｂの後端とに接する仮想直線Ｐよりも前側に前記ボール６の一部が突出してなることを要件とする。
【００２１】
前記第２の発明のパイプ式ボールペン１は、紙面に対してボールペン本体を傾斜させて筆記しても環状凹面部４ｂの先端（カシメ部４の先端）が紙面に当たることを回避し、滑らかな筆記感が得られるとともに、カシメ部４の内周面の変形（即ち横断面形状が円形から歪んだ形状になること）も回避でき、非筆記時のボール６とカシメ部４との確実なシール性が維持される。
【００２２】
［３］前記第３の発明は、前記第２の発明のパイプ式ボールペン１において、前記環状凹面部４ｂの後端が前記カシメ部４の内周面基端４ｃよりも前方に位置してなることを要件とする。
【００２３】
前記第３の発明のパイプ式ボールペン１は、前記環状凹面部４ｂの後端が前記カシメ部４の内周面基端４ｃよりも前方に位置してなることによって、より一層、筆記時のカシメ部４先端が紙面に当たることを回避できる。もし、環状凹面部４ｂの後端が前記カシメ部４の内周面基端４ｃよりも後方に位置する場合、環状凹面部４ｂの先端と環状凹面部４ｂの後端とに接する仮想直線Ｐよりも前側にボール６の一部が突出しないため、紙面に対してボールペン本体を傾斜させて筆記した際、環状凹面部４ｂの先端（カシメ部４の先端）が紙面に接触するおそれがある。
【００２４】
［４］前記第４の発明は、前記第２の発明または第３の発明において、前記環状凹面部４ｂの先端と前記環状凹面部４ｂの後端とに接する仮想直線Ｐから垂直方向の環状凹面部４ｂの最大深さＤが、２μｍ以上であることを要件とする。
【００２５】
前記第４の発明のパイプ式ボールペン１は、前記環状凹面部４ｂの先端と前記環状凹面部４ｂの後端とに接する仮想直線Ｐから垂直方向の環状凹面部４ｂの最大深さＤが、２μｍ以上（好ましくは４μｍ以上）であることにより、カシメ部４の内周面に適正な環状凸面部４ａを形成することができ、前記した炭素質膜によって、長期に渡って維持することができる。
【００２６】
［５］前記第５の発明は、前記第１の発明ないし第５の発明の何れか１つのパイプ式ボールペン１において、前記炭素質膜の表面における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は、０．１以上とすることを要件とする。
【００２７】
前記第５の発明のパイプ式ボールペン１は、前記炭素質膜の表面における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は、０．１以上とすることにより、ボールの表面とインキとの親和性が高まり、ボールの表面にインキが十分行き渡り、ボールとボール抱持部との直接の接触をより生じにくくすることができる。
【００２８】
これは、ボールの表面とインキとの親和性が低い場合には、ボールの表面においてインキがはじかれてしまい、ボールとチップ本体との界面にインキを保持し難くなるため、特に長距離筆記時に摩耗を防止し難くなるため、炭素質膜の表面における酸素原子と結合した炭素原子を有し、ボール表面の親水性を高めることが好ましいためである。尚、炭素質膜における酸素原子と結合した炭素原子の中で、Ｃ−Ｏは水酸基及びエーテル等を主に構成し、Ｃ＝Ｏはカルボニル基及びケトン等を主に構成し、Ｏ＝Ｃ−Ｏは主にカルボキシル基及びエステル等を主に構成していると考えられる。このため、ＣＯtotalの値が大きくなるほど、炭素質膜の表面における親水性が増大し、炭素質膜とインキとの親和性が高くなると考えられるためである。ＣＯtotalの値は０．１以上とすることでボールの表面とインキとの親和性が高まり、長期及び長距離にわたり安定した筆記性能を維持しやすい。ただし、ＣＯtotalの値が大きくなりすぎると、炭素同士の結合が減少し硬度が低下するため、０．５以下とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のパイプ式ボールペンは、筆記時の十分なインキ流出性が得られるとともに、非筆記時のカシメ部とボールとの確実なシール性が長期にわたり得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の非筆記時の要部拡大縦断面図である。
【図３】図２の要部拡大縦断面図である。
【図４】図２のＸ−Ｘ線拡大断面図である。
【図５】図１のボールと内方突出部との当接状態（筆記時）の要部拡大縦断面図である。
【図６】図５の要部拡大縦断面図である。
【図７】図１のボールペンチップのカシメ加工前の状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図８】図１のボールペンチップのカシメ加工時を示す要部拡大縦断面図である。
【図９】インキの接触角の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明のパイプ式ボールペン１の実施の形態を図面に従って説明する（図１乃至図８参照
）。
【００３２】
本実施の形態のパイプ式ボールペン１は、先端に回転可能にボール６が抱持されたボールペンチップ２と、該ボールペンチップ２の後部を保持するホルダー８と、該ホルダー８内及びボールペンチップ２内に収容され且つボール６を前方に付勢する弾発体１１と、前記ホルダー８を先端開口部に圧入固着されたインキ収容筒９と、該インキ収容筒９内に収容されるインキ９ａ及び追従体９ｂと、前記インキ収容筒９の後端開口部に圧入固着される、通気孔を備えた尾栓１０とからなる。
【００３３】
・インキ収容筒
前記インキ収容筒９の内部には、インキ９ａと、該インキ９ａの後端に配置され且つ該インキ９ａの消費に伴って前進する高粘度流体からなる追従体９ｂとが充填される。前記インキ９ａは、例えば、低粘度の水性または油性インキ、剪断減粘性を有する水性または油性ゲルインキ等が挙げられる。前記追従体９ｂは、例えば、高粘度流体のみからなる構成、または高粘度流体中に固形物を収容させた構成が挙げられる。
【００３４】
前記インキ９ａの着色剤としては、例えば、顔料または染料が用いられる。前記染料としては、例えば、酸性染料、直接染料、塩基性染料等が挙げられる。前記顔料としては、例えば、無機顔料、有機顔料、蛍光顔料、パール顔料、メタリック顔料、蓄光性顔料、酸化チタン等の白顔料、金属粉顔料、可逆熱変色性マイクロカプセル顔料等が挙げられる。
【００３５】
・弾発体
前記弾発体１１は、前部のストレート部１１ａと、後部のコイル部１１ｂとが一体に連設されてなる。前記コイル部１１ｂの後端部には、外径が前方のコイル部１１ｂより大きく設定された密着巻部よりなる膨出部１１ｃが形成される。前記膨出部１１ｃがホルダー８内周面の係止突起８ａを後方より乗り越えて、前記膨出部１１ｃが前記係止突起８ａの前面に係止される。それにより、弾発体１１が圧縮状態で保持される。尚、前記弾発体１１の弾発力（即ちボール６を前方に押圧する力）は、１０グラム〜２５グラムに設定される。
【００３６】
前記ストレート部１１ａの先端は、ボール６後面に当接され、ボール６を前方に押圧し、それにより、ボール６がボールペンチップ２のカシメ部４内周面に周状に密接され、ボール６とカシメ部４内周面との間がシールされる。前記カシメ部４内周面にボール６が密接されることにより、ペン先下向き状態で保管したとしても、ペン先からのインキ漏出が防止され、また、ペン先上向き状態で保管したとしても、ペン先からの空気混入が防止される。
【００３７】
・ボールペンチップ
前記ボールペンチップ２は、金属製のパイプ３の先細状の先端部を径方向内方に押圧変形することにより形成したカシメ部４と、前記パイプ３の先端近傍側壁を径方向内方に押圧変形することにより形成した複数（具体的には４個）の内方突出部５とを備え、前記カシメ部４と内方突出部５とによってボール６を回転可能に抱持するボール抱持部を構成する。前記金属製のパイプ３は、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３２１等のオーステナイト系ステンレス鋼）の円筒体が採用される。前記金属製のパイプ３は、少なくとも先端部がストレート状の円筒体（直管状円筒体）であることが好ましく、例えば、全体がストレート状の円筒体からなる構成、または、先端部がストレート状であり、且つ、その後方が外径及び内径が拡径する形状である構成が挙げられる。前記内方突出部５は、パイプ３の内周面に周状に等間隔に配置される。
【００３８】
前記カシメ部４の内周面に、前方に向かうに従い次第に内径が小さくなる環状凸面部４ａが形成される。前記環状凸面部４ａの径方向外方のカシメ部４の外周面に、前方に向かうに従い次第に外径が小さくなる環状凹面部４ｂが形成される。
【００３９】
前記環状凸面部４ａは、前方に向かうに従い次第に内径が小さくなる形状を有する。前記環状凸面部４ａは、例えば、環状凸曲面からなる構成、環状凸曲面と環状傾斜面とからなる構成、または、複数の環状傾斜面からなる構成が挙げられる。
【００４０】
前記環状凹面部４ｂは、前方に向かうに従い次第に外径が小さくなる形状を有する。前記環状凹面部４ｂは、例えば、環状凹曲面からなる構成、環状凹曲面と環状傾斜面とからなる構成、または複数の環状傾斜面からなる構成が挙げられる。
【００４１】
前記ボール抱持部の最大内径Ｂとボール６の直径Ａとの差が２５μｍ以上（好ましくは３０μｍ以上）に設定される。それにより、筆記時の十分なインキ流出性が得られる。
【００４２】
前記ボール抱持部内でのボールペンの前後方向の移動可能量は、１５μｍ〜３０μｍの範囲に設定される。それにより、筆記時の十分なインキ流出性が得られる。
【００４３】
前記ボール６は、直径Ａが、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍ（好ましくは０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ）の範囲のものが採用される。
【００４４】
前記ボール６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６は耐久性が高いだけでなく、ボール６とインキとの親和性が高い。その結果、ボールと環状凸面部４ａとの隙間にインキが保持され、ボールと環状凸面部４ａとの直接の接触が生じ難い。従って、ボールと環状凸面部４ａとが直接に接触することによるボール及び環状凸面部４ａ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、ボールとインキとの親和性が向上することにより、ボール６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。
【００４５】
非筆記時、前記弾発体１１の前方付勢により、前記カシメ部４の環状凸面部４ａに前記ボール６を周状に密接される。カシメ部４の内周面に環状凸面部４ａを形成したことにより、カシメ加工前のパイプ３の先端部内周面の横断面形状が円形状から多少歪んだ形状になっていても、弾発体１１の前方付勢でボール６が環状凸面部４ａに容易に食い付き、カシメ部４内周面とボール６との確実なシール性が得られる。
【００４６】
前記ボール６を前記内方突出部５に当接させた際（即ち筆記時）、前記環状凸面部４ａと前記ボール６との間にインキ流通間隙７が形成されるとともに、前記環状凹面部４ｂの先端と前記環状凹面部４ｂの後端とに接する仮想直線Ｐよりも前方に前記ボール６が突出してなる。それにより、紙面に対してボールペン本体を傾斜させて筆記しても環状凹面部４ｂの先端（カシメ部４の先端）が紙面に当たることを回避し、滑らかな筆記感が得られるとともに、カシメ部４の内周面の変形（即ち円形から歪んだ形状になること）も回避でき、非筆記時のボール６とカシメ部４との確実なシール性が維持される。
【００４７】
また、前記環状凹面部４ｂの後端が前記カシメ部４の内周面基端４ｃよりも前方に位置される。具体的には、図６に示すように、前記環状凹面部４ｂの後端が前記カシメ部４の内周面基端４ｃよりも距離Ｃだけ軸方向前方に位置される。それにより、より一層、筆記時の環状凹面部４ｂ（カシメ部４の先端）が紙面に当たることを回避できる。
【００４８】
また、前記環状凹面部４ｂの先端と前記環状凹面部４ｂの後端とに接する仮想直線Ｐから垂直方向の環状凹面部４ｂの最大深さＤが、２μｍ以上（好ましくは４μｍ以上）に設定される。それにより、カシメ部４の内周面に適正な環状凸面部４ａを形成することができる。
【００４９】
・製造方法
本実施の形態に用いられるボールペンチップ２の製造方法について説明する。
図７に示すように、先細状の先端部（具体的には前方に向かうに従い縮径するテーパ状の先端部）を備えた金属製のパイプ３の先端近傍側壁を内方への押圧変形（ポンチ加工）によって、ボール受け座用の複数の内方突出部５を形成した後、ボール６を内方突出部５の前側に挿入する。
【００５０】
次に、図８に示すように、金属製のパイプ３の先細状の先端部の外周面に、カシメ具１２の圧接面を圧接させることにより、カシメ部４が形成される。前記カシメ具１２の圧接面は、凸面状となっているため、前記カシメ部４の形成と同時に、前記カシメ部４の内周面に環状凸面部４ａが形成され、且つ、前記カシメ部４の外周面に環状凹面部４ｂが形成される。尚、前記ボールペンチップ２の製造方法は、１例であり、これに限らない。
【００５１】
次に、炭素質膜の形成方法について説明する。ここでは、例としてボール表面に炭素質膜を形成させる方法を説明する。環状凸面部の表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。
【００５２】
まず、ボールの表面に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を回転させることにより、ボールの表面全面に中間層を形成することができる。
【００５３】
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を回転させることによりボールの表面全面に炭素質膜を形成することができる。
【００５４】
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、目的のボールを得ることができる。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
炭素質膜が形成されたボール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。
【００５８】
前記した方法により製造した炭素質膜付きのボール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。
【００５９】
実施例
前記した方法により、ボール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。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
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。
【００６２】
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、ボールペン用インキとの接触角に関し、測定を行った。得られた結果は図９に示す通りであった。尚、ボールペン用インキは、水、有機溶剤、着色剤（水溶性染料）からなるボールペン用水性インキ（株式会社パイロットコーポレーション製、２０℃の環境下におけるインキ粘度は、２ｍＰａ・ｓ）を用いて測定を行っている。
【００６３】
未処理のＷＣボールでは６０°程度あった接触角がＤＬＣ−１では５５°程度まで低下し、ＤＬＣ−２では３°程度まで低下しており非常に親和性が高くなっていることがわかる。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することが明らかである。
【００６４】
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、ボールペン用インキとの接触角に関し、測定を行った。尚、ボールペン用インキは、水、有機溶剤、着色剤からなるボールペン用水性ゲルインキ（株式会社パイロットコーポレーション製、２０℃の環境下で、剪断速度３８４．０秒−１における粘度は５０ｍＰａ・ｓ）を用いて測定を行っている。
【００６５】
未処理のＷＣボールでは４５°程度あった接触角がＤＬＣ−１では４０°程度まで低下し、ＤＬＣ−２では２０°程度まで低下しており非常に親和性が高くなっていることがわかる。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することが明らかである。
【００６６】
接触角の測定には、自動接触角測定機（協和界面科学株式会社製ＤＭ−５００（商品名））を用いた。ボールに設けた炭素質膜と同一条件にて設けた炭素質膜を有する試験プレート（ＷＣ、ＩＳＯ  Ｋ−１０相当）の表面上にインキを１μｌ滴下して接触角を測定した。測定タイミングは滴下直後とし、測定値は３点の平均値とした。尚、接触角は、粘度の高い水性ゲルインキ及び油性インキの場合には滴下の３秒後の測定（測定値は３点の平均値）によって求めることができる。
【００６７】
次に、前記の各ボールを具備したパイプ式ボールペンを準備して、走行試験を行った。この試験は、パイプ式ボールペンを紙面に対して７０度傾斜させた状態で保持し、直径３２ｍｍの円を描くように回転させ、筆記用紙（ＪＩＳ：Ｐ３２０１）を４ｍ／分の速さで移動させる試験機を用いて、ボールペンによる筆記距離を調べる試験である。ボールペンが１つの円を描くことにより約１０ｃｍの距離を筆記する。筆記距離の１００ｍごとにパイプ先端からのボール先端位置までの距離を測定した。ボール及び環状凸面部の磨耗により、ボールを後方から押圧し、パイプ先端部の内壁にボールを当接した状態でのパイプ先端からのボールまでの距離が大きくなるため、ボール先端位置の変化量（突出量）を磨耗量とした。
【００６８】
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、ボールと環状凸面部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、ボールと環状凸面部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。
【００６９】
また、同様に、先に述べた水性ゲルインキについて、炭素質膜を形成していない未処理のボール、表面に炭素−酸素結合導入を行っていない従来のＤＬＣ（ＤＬＣ−０）ボール、実施の形態ＤＬＣ−２について、前記した走行試験におけるボール抱持部の内壁（内方突出部）の摩耗量を確認した結果、炭素質膜を形成していない未処理のボール（ＷＣ）＞官能基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、ボールとインキとの親和性が向上し、ボールとボール抱持部の内壁との直接の接触が生じにくいため、ボール及びボール抱持部の内壁が摩耗しにくくなったためであると考えられる。
【００７０】
本発明によるパイプ式ボールペンにおいては、前記ボール表面、または前記ボール抱持室の当接面の少なくとも一方に炭素質膜が形成されている。前記ボール表面と前記当接面の両方に炭素質膜が形成されていてもよい。なお、当接面に炭素質膜が形成される場合には、当接面だけに炭素質膜が形成されていればよいが、製造の容易さや、使用による変形などの観点から、ボール抱持室内全体など、広い範囲に炭素質膜が形成されていてもよい。さらには、チップ本体の外面に炭素質膜が形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１  パイプ式ボールペン
２  ボールペンチップ
３  パイプ
４  カシメ部
４ａ  環状凸面部
４ｂ  環状凹面部
４ｃ  カシメ部の内周面基端
５  内方突出部
６  ボール
７  インキ流通間隙
８  ホルダー
８ａ  係止突起
９  インキ収容筒
９ａ  インキ
９ｂ  追従体
１０  尾栓
１１  弾発体
１１ａ  ストレート部
１１ｂ  コイル部
１１ｃ  膨出部
１２  カシメ具
Ｐ  仮想直線
Ａ  ボールの直径
Ｂ  ボール抱持部の最大内径
Ｃ  環状凹面部の後端とカシメ部の内周面基端との間の軸方向の距離
Ｄ  環状凹面部の最大深さ
【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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【図８】
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【図９】
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