(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質材料からなる球状体の少なくとも表面に、互いに平均穴径が異なる第１の穴と第２の穴とが形成され、第１の穴の平均穴径が１μｍ以上５μｍ以下であり、第２の穴の平均穴径が７μｍ以上１５μｍ以下であることを特徴とするボールペン用ボール。
【請求項２】
第１の穴の平均穴間距離が、第２の穴の平均穴間距離より短くなっている請求項１記載のボールペン用ボール。
【請求項３】
硬質材料がセラミックス焼結体である請求項１または２記載のボールペン用ボール。
【請求項４】
硬質材料が炭化珪素焼結体である請求項３記載のボールペン用ボール。
【請求項５】
高粘度インク用ボールペンに用いられるものである請求項１〜４のいずれか一項に記載のボールペン用ボール。
【請求項６】
顔料入りインク用ボールペンに用いられるものである請求項１〜５のいずれか一項に記載のボールペン用ボール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールペンのペン先に使用されるボールペン用ボールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ゲルインク用ボールペンのペン先は、図５に示すような構造のものが用いられている。図において、１０は中空状に形成されたペン先本体であり、先端側が先細り状に形成され、その先端部にボールペン用ボール（以下「ボール」という）１１が回転自在に取り付けられている。そして、上記ペン先本体１０の後端側がインク筒（図示せず）に連結され、このインク筒から中空部に供給されたインクがインク流路１２を通じてボール１１に供給されるようになっている。
【０００３】
上記ペン先の先端部を詳しく説明すると、図６に示すように、先端にインク流路１２に連通するボール収容凹部１３が形成され、ボール１１収容状態で上記ボール収容凹部１３の開口にかしめ部１４が形成されることにより、ボール１１が回転自在に保持されるようになっている。上記ボール収容凹部１３の奥面は、すり鉢状のテーパ面１５に形成され、このテーパ面１５に、図７に示すように、インクの流出量を確保するため、放射状に５本のインク溝１６が形成されている。
【０００４】
上記ペン先を用いて筆記する際には、図８に示すように、傾けられたペン先のボール１１が紙面２２に押し当てられる。このとき、上記ボール１１は、ボール収容凹部１３内で斜め上方向にずれる（図示の矢印Ｂ）。ついで、インクは、ペン先本体１０の中空部からインク流路１２およびインク溝１６を通ってボール収容凹部１３内に導かれ、ボール１１の回転に伴ってインクがボール１１の表面を伝って紙面２２に転写され筆記が行われる（図示の矢印Ｃ）。
【０００５】
上記ペン先本体１０の材質としては、一般に、ステンレス鋼や等の金属材料が用いられている。一方、上記ボール１１としては、一般に、ＷＣ等の硬質金属間化合物粒子がＣｏ等の結合金属を介して焼結された超硬質合金が使用され、この超硬質合金を球状に研磨仕上げされたものが用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
最近では、顔料としてアルミニウム粉末や酸化チタン等を用いたインクが多用されるようになってきている。上記アルミニウム粉末入りのインクでは、金属光沢をだすため、粒子径の非常に大きな粉末（例えば５μｍ以上）を使用する必要がある。一方、酸化チタン入りのインクでは、遮蔽性を確保するため、酸化チタンの配合量を多くする必要がある。さらに、アルミニウム粉末や酸化チタンは比重が大きいため、顔料を均一に分散させて沈降を防止するため、高い粘度のインクを用いる必要がある。
【０００７】
上記のような顔料としてアルミニウム粉末や酸化チタンを用いたインクに、従来のボールを用いると、粒径の大きなアルミニウム粉末や多量の酸化チタンの存在により、インクの潤滑性が悪くなって連続筆記したときにボールが円滑に回転しにくくなり、筆跡が途切れる「線飛び」現象が生じやすくなる。また、上記インクは粘度が高いため、ボールに対する付着力が低く、ボール表面にインクで濡れない部分が生じることによる線飛びも発生しやすい。
【０００８】
このように、従来のボールでは、使用するインクの種類によって線飛びが生じやすく、スムーズな筆記に支障が生じやすいという問題があった。
【０００９】
また、上記のような顔料として酸化チタン等を用いたインクに、従来の超硬質合金のボールを使用すると、使用しているうちに、表面の結合金属が摩耗し、この部分に存在する硬質金属間化合物粒子の小片が脱落して研磨剤として作用し、ペン先本体を摩耗させる原因となる。その結果、ボールがペン先本体内に沈み込んで書きにくくなったりかすれたりし、早期に書き味が悪くなるという問題があった。
【００１０】
さらに、上記アルミニウム粉末等の顔料が分散されたインクでは、アルミニウム粉末と他の顔料との親和性を高めるため、導電性物質が添加されることが多くなっている。このようなインクに従来のボールを使用すると、ボールとペン先本体の間に電位差が生じ、長期の使用や保管中にボールあるいはペン先本体に腐食が発生しやすいという問題がある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、連続筆記時の線飛びが生じにくく、スムーズな筆記性を確保できるボールペン用ボールの提供をその目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のボールペン用ボールは、硬質材料からなる球状体の少なくとも表面に、互いに平均穴径が異なる第１の穴と第２の穴とが形成され、第１の穴の平均穴径が１μｍ以上５μｍ以下であり、第２の穴の平均穴径が７μｍ以上１５μｍ以下であることを要旨とする。
【００１３】
すなわち、本発明のボールペン用ボールは、硬質材料からなる球状体の少なくとも表面に、互いに平均穴径が異なる第１の穴と第２の穴とが形成されている。このため、第１および第２の穴のうち、平均穴径が大きな穴に、顔料やインクが入った状態でボールが回転されることから、ボールが回転しやすくなるとともに、インクの汲み出しが多くなる。また、平均穴径の小さな穴の存在により、ボールに対するインクの付着性が高くなるとともに、インクの汲み出し効果も向上する。したがって、本発明のボールペン用ボールによれば、ボールの回転性やインクの付着性が向上するうえ、インクの流出も多くなり、従来のような線飛びが発生しにくく、スムーズな筆記性を確保できる。
【００１４】
また、本発明のボールペン用ボールは、第１の穴の平均穴径が１μｍ以上５μｍ以下であり、第２の穴の平均穴径が７μｍ以上１５μｍ以下であるため、比較的大きな第２の穴と、比較的小さい第１の穴の存在により、有効にボールの回転性やインクの付着性を向上させ、インクの流出性も良くなり、有効に線飛びを防止できる。
【００１５】
本発明のボールペン用ボールにおいて、第１の穴の平均穴間距離が、第２の穴の平均穴間距離より短くなっている場合には、比較的小さい第１の穴の平均穴間距離を短くすることで、有効にインクの付着性を向上させることができる。
【００１６】
本発明のボールペン用ボールにおいて、硬質材料がセラミックス焼結体である場合や、硬質材料が炭化珪素焼結体である場合には、従来のボールのような結合金属の摩耗による小片の脱落が生じない。したがって、ペン先本体の摩耗を抑え、ボールのペン先本体内への沈み込みによる書き味の低下を遅らせ、長期間にわたって良好な書き味が維持される。しかも、ペン先本体の摩耗が抑えられることから、ボール径を小さくしても摩耗が少ないため、細字に対応することができる。しかも、導電性の高いインクに用いられたとしても、セラミックス焼結体であるボールはほとんど腐蝕することがないうえ、ペン先本体との間に電位差も生じないことから、ペン先本体の腐蝕も低減できる。
【００１７】
本発明のボールペン用ボールにおいて、高粘度インク用ボールペンに用いられるものである場合や、顔料入りインク用ボールペンに用いられるものである場合には、線飛びを抑制して筆記性を確保する効果が特に顕著であり、効果的である。すなわち、高粘度インクでは、比重が重い顔料や粒径の大きなを十分に分散させることができるため、最近では多用されるようになってきている。このような顔料には、例えばアルミニウム粉末や酸化チタン等のようにボールの回転性を低下させやすいものがあり、このような顔料が入ったインクを用いると、従来のボールでは線飛びが生じやすい。また、高粘度インクでは、ボールに対する付着性が劣ることから、同様に線飛びが生じやすく、スムーズな筆記に支障が生じやすい。本発明のボールでは、第１および第２の穴の存在により、ボールを円滑に回転させやすくなるうえ、ボールに対するインクの付着性を良くしてインクの流出を促進し、線飛びの発生を有効に防止できるのである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１９】
図１は、本発明のボールペン用ボールの一実施の形態を示す拡大断面図である。上記ボールは、硬質材料からなる球状体の表面２０に、互いに平均穴径が異なる第１の穴Ａと第２の穴Ｂとが形成されている。
【００２０】
上記硬質材料としては、例えば、合金工具鋼，軸受鋼，高速度工具鋼，粉末高速度工具鋼，分散型焼結高速度工具鋼，超硬質合金，セラミックス焼結体，サーメット等各種の硬質材料を用いることができる。上記硬質材料の中でも、特に、セラミックス焼結体は、ペン先本体の摩耗を低減するうえ、耐食性にも優れるため、好適に用いられる。すなわち、セラミックス焼結体は、超硬質合金やサーメットのような結合金属がなく、使用中の結合金属の摩耗による小片の脱落が生じないため、ペン先本体の摩耗を抑え、ボールのペン先本体内への沈み込みによる書き味の低下を遅らせる。また、導電性の高いインクに用いられたとしても、セラミックス焼結体であるボールはほとんど腐蝕することがないうえ、ペン先本体との間に電位差も生じないことから、ペン先本体の腐蝕も低減できる。
【００２１】
上記セラミックス焼結体としては、特に限定するものではなく、各種のものを用いることができる。例えば、ＷＣ，ＴｉＣ，ＶＣ，Ｃｒ３Ｃ２，ＴａＣ，ＮｂＣ，Ｍｏ２Ｃ，Ｂ４Ｃ，ＺｒＣ，ＳｉＣ等の炭化物をはじめ、Ａｌ２Ｏ３，ＣｒＯ３，ＭｇＯ，ＳｉＯ２，ＢｅＯ，ＴｈＯ２，ＴｉＯ２，ＣａＯ，ＴｉＯ，ＺｒＯ２等の各種酸化物、ＴｉＮ，ｃ−ＢＮ，Ｓｉ３Ｎ４，ＡｌＮ等の各種窒化物、ＺｒＢ２，ＣｒＢ，ＴｉＢ２等の各種ほう化物、ＭｏＳｉ２，ＴｉＳｉ２，ＣｒＳｉ２等の各種珪化物等があげられる。これらは単独でもしくは併せて用いられる。
【００２２】
これらの中でも、特に、ＳｉＣ焼結体は、耐摩耗性や耐食性等の特性に優れることから好適に用いられる。
【００２３】
上記硬質材料の球状体の表面に、互いに穴径の異なる第１の穴Ａと第２の穴Ｂとが形成される。上記第１および第２の穴Ａ，Ｂのうち、平均穴径が大きな第２の穴Ｂに、顔料やインクが入った状態でボールが回転されることから、ボールが回転しやすくなるとともに、インクの汲み出しが多くなる。また、平均穴径の小さな第１の穴Ａの存在により、ボールに対するインクの付着性が高くなるとともに、インクの汲み出し効果も向上する。
【００２４】
上記第１の穴Ａの平均穴径は、１μｍ以上５μｍ以下が好適である。上記第１の穴Ａの平均穴径の上限値としてより好適なのは４μｍであり、３μｍであればなお好適である。第１の穴Ａの平均穴径が１μｍ未満では、インクの付着性が不十分でインク流出が不足しやすくなり、５μｍを超えると、ボールの表面が粗くなって、ペン先本体を摩耗させるおそれがあるからである。
【００２５】
上記第２の穴Ｂの平均穴径は、７μｍ以上１５μｍ以下が好適である。上記第２の穴Ｂの平均穴径の下限値としてより好適なのは８μｍである。上記第２の穴Ｂの平均穴径の上限値としてより好適なのは１３μｍであり、１０μｍであればなお好適である。第２の穴Ｂの平均穴径が１５μｍを超えると、かえってペン先本体を摩耗させやすくなるうえ、ペン先本体とボールとの間からインクが漏れやすくなり、７μｍ未満では、顔料の汲み出し効果が不足して線飛びが発生しやくくなるからである。
【００２６】
なお、上記第１および第２の穴Ａ，Ｂの平均穴径は、例えば、走査型電子顕微鏡によってボールの表面を観察し、１０００〜５０００倍程度の倍率で撮影した写真を用いて測定することができる。
【００２７】
そして、第１の穴Ａの平均穴間距離は、第２の穴Ｂの平均穴間距離より短くなっていることが好ましい。このように、比較的小さい第１の穴Ａの平均穴間距離を短くすることで、有効にインクの付着性を向上させることができるからである。
【００２８】
本発明のボールは、例えば、つぎのようにしてつくることができる。すなわち、まず、ＳｉＣ等の所定のセラミックス粉末等に助剤を加えて平均粒径が１μｍ以下になるように調整し、原料粉末とする。ついで、この原料粉末に粘結剤等を配合して立方体や円柱状の圧粉成形体とし、この圧粉成形体を所定の焼結条件で焼結して焼結体を得る。そして、上記焼結体をバレル研摩等を施して略球形に形成し、この球体を、一定間隔に保持した２枚の砥石の間でダイヤモンドパウダーとともにころがし、ダイヤモンドパウダーを細かなものにして磨き上げて表面を鏡面に仕上げて球状体を得る。
【００２９】
このとき、上記第２の穴Ｂは、圧粉成形体の成形密度、焼結時間，焼結温度を調節することにより、焼結体中にボイドＢ’（図１参照）を形成し、この焼結体を球状化して研摩し、上記ボイドＢ’を表面２０に露呈させることにより形成する。上記第２の穴Ｂの穴径（言いかえればボイドＢ’の径）は、圧粉成形体の成形密度、焼結時間，焼結温度によって決定される。すなわち、成形密度が低いほど第２の穴Ｂの穴径は大きくなり、焼結時間が長く、焼結温度が高いほど第２の穴Ｂの穴径は小さくなる。
【００３０】
また、上記第１の穴Ａは、焼結体を研摩する際に砥石や砥粒を調節することによって形成する。すなわち、焼結体をバレル研摩等を施して略球形に形成したのち、まず、目の粗い砥石もしくは砥粒で粗研摩することにより研摩痕を形成する。ついで、中研摩を経ることなく仕上げ研摩を行うことにより、上記研摩痕の部分を第１の穴Ａとして表面２０に残し、他の表面２０を鏡面に仕上げて第１の穴Ａを形成する。したがって、粗研摩での砥石もしくは砥粒が粗いほど第１の穴Ａの穴径は大きくなり、粗研摩で細かい砥石もしくは砥粒を用いれば第１の穴Ａの穴径は小さくなる。
【００３１】
上記ボールは、所定のペン先本体に取り付けられ、ボールペンのペン先の一部として使用される（図５，図６および図８参照）。
【００３２】
上記ボールペンに用いられるインクとしては、特に限定するものではなく、油性インクや水性インク，ゲルインク等各種のものが用いられるが、特に、粘度が１００ｍＰａ・ｓ以上２００００ｍＰａ・ｓ以下の高粘度インクが好適に使用される｛トキメック社製ＥＬＰ型粘度計３°（Ｒ１４）コーン、０．５ｒｐｍ（２０℃）で測定｝。インク粘度の下限値としては、５００ｍＰａ・ｓ以上であれば一層好適である。
【００３３】
すなわち、上記粘度範囲にある高粘度インクでは、高粘度インクでは、比重が重い顔料や粒径の大きなを十分に分散させることができるため、最近では多用されるようになってきている。このような顔料には、例えばアルミニウム粉末や酸化チタン等のようにボールの回転性を低下させやすいものがあり、このような顔料が入ったインクを用いると、従来のボールでは線飛びが生じやすい。また、高粘度インクでは、ボールに対する付着性が劣ることから、同様に線飛びが生じやすく、スムーズな筆記に支障が生じやすい。本発明のボールでは、第１および第２の穴Ａ，Ｂの存在により、ボールを円滑に回転させやすくなるうえ、ボールに対するインクの付着性を良くしてインクの流出を促進し、線飛びの発生を有効に防止できるのである。
【００３４】
上記インクに用いられる顔料としては、アルミニウム粉末や酸化チタンに限定されるものではなく、各種のものが用いられる。例えば、無機顔料として、亜鉛華，弁柄，酸化クロム，鉄黒，チタンエロー（ＴｉＯ２・ＢａＯ・ＮｉＯ，ＴｉＯ２・ＮｉＯ・Ｓｂ２Ｏ３，ＴｉＯ２・Ｓｂ２Ｏ３・ＮｉＯ，ＺｎＯ・Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯ・Ｆｅ２Ｏ３・Ｃｒ２Ｏ３，ＴｉＯ２・ＣｏＯ・ＮｉＯ・ＺｎＯ，ＣｏＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｃｒ２Ｏ３等各種のものを含む），コバルトブルー，セルリアンブルー，コバルトグリーン等の各種酸化物、アルミナホワイト，黄色酸化鉄，ビリジアン等の各種水酸化物、カドミウムエロー，カドミウムレッド，朱，リトポン等の各種硫化物、黄鉛，モリブデートオレンジ，ジンククロメート等の各種クロム酸、石膏，硫酸バリウム等の各種硫酸塩、炭酸カルシウム，鉛白等の各種炭酸塩、群青等の珪酸塩、マンガンバイオレット，コバルトバイオレット等の各種燐酸塩、エメラルドグリーン等の砒酸塩、紺青等のフェロシアン化物、カーボンブラック、黄土、バリウム黄、ブロンズ粉，亜鉛末等の各種金属粉、天然パールエッセンス，塩基性炭酸鉛，酸塩化ビスマス，雲母チタン等の各種真珠顔料等があげられる。
【００３５】
また、有機顔料としては、モノアゾレーキ，モノアゾ，ジスアゾ，縮合アゾ，金属錯塩アゾ等の各種アゾ顔料、フタロシアニン類、酸性染料レーキ，塩基性染料レーキ等の染付、アンスラキノン，チオインジゴ，ペリノン，ペリレン，キナクリドン，ジオキサジン，イソインドリノン，キノフタロン，イソインドリン等の各種縮合多環顔料、ニトロソ，アリザリンレーキ，金属錯塩アゾメチン，アニリンブラック，アルカリブルー，昼光蛍光顔料等があげられる。
【００３６】
なお、上記実施の形態では、ボールの研摩をバレル研摩および砥石研削で行ったが、これに限定するものではなく、磁性流体による研磨や、電解研磨，電解研削，化学研磨等各種の手法が用いられる。また、ボールとして球体のものを例示したが、これに限定するものではなく、円柱状のもの等に適用することもできる趣旨である。
【００３７】
つぎに、実施例について、比較例と併せて説明する。
【００３８】
【実施例】
硬質材料としてＳｉＣを使用し、第１の穴Ａの平均穴径を２μｍとし、第２の穴Ｂの平均穴径を１０μｍとして本発明のボールを得た（図１参照）。
【００３９】
【比較例１】
硬質材料としてＺｒＯ２を使用し、第１の穴Ａも第２の穴Ｂも存在しない鏡面の表面２０のボールを得た（図２参照）。
【００４０】
【比較例２】
硬質材料としてＡｌ２Ｏ３を使用し、表面２０に第１の穴Ａだけが存在するボールを得た（図３参照）。
【００４１】
【比較例３】
硬質材料としてＳｉＣを使用し、表面２０に第２の穴Ｂだけが存在するボールを得た（図４参照）。
【００４２】
上記実施例および各比較例について、図５に示すペン先本体にセットし、つぎの条件で筆記試験を行い、筆記性を評価した。その結果を、下記の表１に示す。
〔筆記試験条件〕
筆記角度  ：６５°
荷  重    ：１００ｇ
筆記速度  ：５ｃｍ／ｓｅｃ
筆記距離  ：３００ｍ
ペン先本体：ステンレス
〔使用インク〕
アルミニウム粉末顔料  ：  ５．０  重量％
ｐＨ調整剤            ：  ０．０４重量％
増粘剤                ：  ０．３  重量％
青色有機顔料          ：  ６．０  重量％
保湿剤                ：１８      重量％
顔料分散樹脂          ：  １．０  重量％
イオン交換水          ：６９．６６重量％
【００４３】
【表１】
0004303374.tif 000002
【００４４】
上記表１から明らかなように、実施例のボールは、各比較例と比べ、筆記性が良好なことがわかる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明のボールペン用ボールによれば、第１および第２の穴のうち、平均穴径が大きな穴に、顔料やインクが入った状態でボールが回転されることから、ボールが回転しやすくなるとともに、インクの汲み出しが多くなる。また、平均穴径の小さな穴の存在により、ボールに対するインクの付着性が高くなるとともに、インクの汲み出し効果も向上する。したがって、本発明のボールペン用ボールによれば、ボールの回転性やインクの付着性が向上するうえ、インクの流出も多くなり、従来のような線飛びが発生しにくく、スムーズな筆記性を確保できる。また、第１の穴の平均穴径が１μｍ以上５μｍ以下であり、第２の穴の平均穴径が７μｍ以上１５μｍ以下であるため、比較的大きな第２の穴と、比較的小さい第１の穴の存在により、有効にボールの回転性やインクの付着性を向上させ、インクの流出性も良くなり、有効に線飛びを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボールペン用ボールの一実施の形態を示す拡大断面図である。
【図２】比較例１のボールペン用ボールを示す拡大断面図である。
【図３】比較例２のボールペン用ボールを示す拡大断面図である。
【図４】比較例３のボールペン用ボールを示す拡大断面図である。
【図５】ボールペンのペン先を示す断面図である。
【図６】上記ペン先の要部拡大断面図である。
【図７】ペン先本体のＡ−Ａ断面図である。
【図８】上記ペン先の使用状態を示す断面図である。
【符号の説明】
２０  表面
Ａ  第１の穴
Ｂ  第２の穴
【図１】
0004303374.tif 000003
【図２】
0004303374.tif 000004
【図３】
0004303374.tif 000005
【図４】
0004303374.tif 000006
【図５】
0004303374.tif 000007
【図６】
0004303374.tif 000008
【図７】
0004303374.tif 000009
【図８】
0004303374.tif 000010