(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質粒子が焼結された焼結体からなるボールペン用ボールであって、粒子境界の平均間隔が０．２μｍ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】
硬質粒子がセラミックス粒子である請求項１記載のボールペン用ボール。
【請求項３】
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または２記載のボールペン用ボール。
【請求項４】
無機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１〜３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３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４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５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６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）。そして、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、ボール収容凹部１３の壁面とボール１１との隙間から重力によって流出する（図示の矢印Ｃ）。ついで、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。
【０００５】
上記ボール１１としては、一般に、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。このようなボール１１は、図７に示すように、ＷＣ等の硬質金属間化合物粒子１７がＣｏ等の結合金属１８を介して焼結された超硬質合金が球状に形成されてなり、表面１９が鏡面に研磨仕上げされて形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のボール１１では、硬質金属間化合物粒子１７同士の隙間に、結合金属１８の層が形成されているため、表面１９が鏡面に研磨仕上げされると、表面の結合金属１８の部分に硬質金属間化合物の小片２０が露呈する。そして、使用しているうちに、表面の結合金属１８部分が摩耗し、図８に示すように、上記小片２０が脱落する。このように脱落した小片２０は、研磨剤として作用し、ペン先本体１０を摩耗させる原因となる。
【０００７】
また、硬質金属間化合物粒子１７間の柔らかい結合金属１８部分が摩耗すると、研磨仕上げされた硬質金属間化合物粒子１７のエッジ２１が露出する。そして、表面にエッジ２１が露出したボール１１が、筆圧を受けながら回転することにより、上記エッジ２１がペン先本体１０に対して切刃として作用し、図９に示すように、ペン先本体１０のボール収容凹部１３のテーパ面１５が摩耗し、ボール１１がペン先本体１０内に沈み込む結果となる。
【０００８】
このように、ペン先本体１０のテーパ面１５が摩耗すると、インク溝１６が塞がれてインクが流出しにくくなる。また、ボール１１とペン先本体１０との接触面積が大きくなって摩擦抵抗が増え、ボール１１が回転しにくくなる。さらに、ペン先本体１０内にボール１１が沈み込むため、ペンを立てないとペン先本体１０のかしめ部１４が紙面に当たってかすれてしまう。すなわち、かすれずに書ける紙面２２とペンとの角度（筆記可能角度）が大きくなるのである。このように、筆記可能角度が大きくなると、筆記時のボール１１のズレ（図６における矢印Ｂ方向へのボール１１の移動距離）が小さくなって、インクが流出する隙間（ボール収容凹部１３の壁面とボール１１との隙間）が狭くなり、さらにインクが出にくくなる。上記のように、従来のボール１１では、使用されるうちにペン先本体１０を早期に摩耗させて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。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、ペン先本体の摩耗を和らげ、良好な書き味が長期間維持できるボールペン用ボールの提供をその目的とする。
【００１０】
【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、硬質粒子が焼結された焼結体からなるボールペン用ボールであって、粒子境界の平均間隔が０．３μｍ以下であることを要旨とする。
【００１１】
すなわち、本発明のボールペン用ボールは、粒子境界の平均間隔が０．２μｍ以下である。このように、従来のボールに比べ、粒子境界の平均間隔が狭いため、硬質粒子同士の隙間が極めて薄くなり、表面の結合金属の部分に露呈する硬質粒子の小片がそれだけ微小なものとなり、その数も極めて少なくなる。したがって、使用中に脱落して研磨剤として作用する小片の数が非常に少なくなり、ペン先本体の摩耗が防止され、ボールのペン先本体内への沈み込みが防止される。
【００１２】
また、結合金属を使用せずに硬質粒子を焼結したものであっても、粒子境界の間隔が狭いことから、境界部分のエッジがペン先本体に対する切刃として作用することが少なくなり、ペン先本体の摩耗が防止され、ボールのペン先本体内への沈み込みが防止される。
【００１３】
したがって、従来のように、インク溝が塞がれてインクが流出しにくくなったり、ボールとペン先本体との接触面積が大きくなることによる摩擦抵抗の増大が防止される。また、筆記可能角度の増大も抑えられる。このように、従来のボールのように、早期に書き味が悪くなるようなことがほとんどなく、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。
【００１４】
本発明のボールペン用ボールにおいて、硬質粒子がセラミックス粒子である場合には、セラミックス粒子境界の間隔が狭いことから、境界部分のエッジがペン先本体に対する切刃として作用することが少なくなり、ペン先本体の摩耗が防止され、ボールのペン先本体内への沈み込みが防止される。
【００１５】
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、無機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、ペン先本体の摩耗が防止されることによって書き味を維持する作用がさらに顕著であり、効果的である。すなわち、無機顔料は、例えばチタンホワイト等のように硬質であり、このような硬質の顔料が入ったインクを用いると、従来のボールでは、結合金属部分の摩耗が激しく、硬質粒子小片の脱落による研磨作用が激しく、ペン先本体を大きく摩耗させる。また、高粘度インクでは、比重が重い無機顔料を十分に分散させることができるため、最近では多く使われるようになってきている。本発明のボールでは、硬質粒子同士の隙間の結合金属の層が極めて薄く、表面の結合金属の部分に露呈する硬質粒子の小片が極めて小さくかつ少ないため、上記のような硬質の無機顔料が入ったインクが使用されても、硬質粒子小片の研磨作用によるペン先本体の摩耗が大幅に軽減されるのである。
【００１６】
【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。
【００１７】
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。このボール１は、基本的には、図７に示すものと同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。すなわち、ＷＣ等の硬質粒子１７がＣｏ等の結合金属１８を介して焼結された焼結体からなり、この焼結体が球状に形成され、表面１９が鏡面に研磨仕上げされている。
【００１８】
上記硬質粒子１７の材質としては、ＷＣに限定するものではなく、各種のものが用いられる。例えば、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。
【００１９】
上記硬質粒子１７の粒径としては、平均粒径で０．１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。上記粒径の上限値としては、７μｍ以下であればより好ましく、５μｍ以下であれば一層好ましい。０．１μｍ未満では、粒径が細かすぎて本発明の効果を十分に得られないほかコストアップとなり、１０μｍを超えると、結晶粒が粗くなり、強度が低下するからである。
【００２０】
上記結合金属１８としては、Ｃｏだけ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、Ｃｕ，Ｓｎ，Ｐ，Ｂｅ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｎ等各種のものが用いられる。これらは単独でもしくは併せて用いられる。
【００２１】
すなわち、本発明のボール１に用いられる焼結体としては、例えば、ＷＣ−Ｃｏ系，ＷＣ−Ｃｏ−ＣｒＣ系，ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系，ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ（ＮｂＣ）−Ｃｏ系，ＷＣ−ＴａＣ（ＮｂＣ）−Ｃｏ系等の各種超硬質合金や、炭化物系，酸化物系，窒化物系，ほう化物系，珪化物系等の各種サーメット等があげられる。また、ＳｉＣ焼結体，ＺｒＯ２焼結体，Ａｌ２Ｏ３焼結体等の結合金属１８を使用しないセラミックス焼結体も本発明のボール１に用いられる。
【００２２】
上記焼結体のうち、超硬質合金やサーメットの場合、焼結体中の結合金属１８の含有量は、原子量がナトリウム以上の元素に対する重量比で１０％以下が好ましく、９％以下であればより好ましい。最も好ましくは、５％以下である。１０％を超えると、硬質粒子１７同士の隙間の結合金属１８の層が厚くなり、表面１９に露呈する硬質粒子の小片が大きくかつ多くなり、ペン先本体の摩耗が多くなるからである。なお、超硬質合金やサーメットの場合、焼結体中の結合金属１８含有量は、硬質粒子１７同士の結合力を確保するため、少なくとも１％以上とすることが好ましい。
【００２３】
そして、本発明のボール１は、硬質粒子１７同士の粒子境界の平均間隔が０．２μｍ以下のものであることが好ましい。
【００２４】
すなわち、硬質粒子１７同士の粒子境界の平均間隔が０．２μｍを超えると、表面１９の結合金属１８の部分に露呈する硬質粒子の小片が大きくなり、ボール１の使用中に上記小片が脱落して研磨剤として作用し、ペン先本体１０の摩耗が大きくなり、ボール１のペン先本体１０内への沈み込みも大きくなるからである。また、粒子境界の間隔が大きくなると、境界部分のエッジがペン先本体１０に対する切刃として作用し、ペン先本体１０の摩耗が大きくなり、ボール１のペン先本体１０内への沈み込みも大きくなるからである。
【００２５】
上記粒子境界の平均間隔は、例えば、つぎのようにして測定することができる。すなわち、走査型電子顕微鏡により、５００〜５０００倍程度の倍率でボール１の表面写真を撮影し、上記硬質粒子１７間の幅を広いところから１０〜３０箇所程度測定し、その平均値を算出する。この平均値を粒子境界の平均間隔とする。なお、上記ボール１を、所定のペン先本体に取り付け、例えば、下記のような条件で筆記試験を行い、図２に示すように、表面１９の結合金属１８の部分を除去して凹部２を形成したのち、走査型電子顕微鏡によって上記凹部２の幅を測定して平均間隔を算出してもよい。
〔筆記試験条件〕
筆記角度  ：６５°
荷  重    ：１００ｇ
筆記速度  ：７ｃｍ／ｓｅｃ
筆記距離  ：５００ｍ
【００２６】
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、所定の硬質粒子１７を所定の焼結条件で焼結し、略球形に形成する。ついで、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徐々に細かなものにして磨き上げることにより、表面１９を鏡面に仕上げる（図１参照）。
【００２７】
上記ボール１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３，図４および図６参照）。
【００２８】
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｛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。すなわち、上記粘度範囲にある高粘度インクでは、比重が重い硬質の無機顔料であっても十分に分散させることができる。このような硬質の無機顔料を分散させたインクを使用すると、従来のボールでは、結合金属１８部分の摩耗が激しく、硬質粒子小片の脱落による研磨作用も増大し、ペン先本体を激しく摩耗させる。上記本発明のボールでは、表面の結合金属１８の部分に露呈する硬質粒子小片が極めて小さくかつ少ないため、上記のような硬質の無機顔料を分散させたインクを使用しても、硬質粒子小片の研磨作用によるペン先本体の摩耗が大幅に軽減されるのである。
【００２９】
上記無機顔料としては、特に限定するものではなく、各種のものが用いられる。例えば、亜鉛華，酸化チタン，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、アルミニウム粉，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。
【００３０】
上記無機顔料の中でも、特に、酸化チタンおよび亜鉛華は、乳白色の色目を出すため最近よく使われるが、従来のボールを用いたボールペンにおいて結合金属１８部分を摩耗させる度合いが高く、本発明のボール１を使用すると摩耗防止の効果が大きい。
【００３１】
上記ペン先を使用して筆記を行う場合には、傾けられたペン先のボール１が紙面２２に押し当てられたとき（図６参照）、上記ボール１は、ボール収容凹部１３内で斜め上方向にずれる。そして、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、ボール収容凹部１３の壁面とボール１との隙間から重力によって流出する。ついで、ボール１の回転に伴ってインクがボール１の表面を伝って紙面２２に転写され筆記が行われる。
【００３２】
このとき、上記ボール１では、表面の硬質粒子１７同士の隙間の硬質粒子の小片２０が微小でかつ少ないため、使用中に脱落して研磨剤として作用することが少ない。このため、筆圧を受けながらボール１がボール収容凹部１３内で回転しても、ペン先本体１０の摩耗が抑制され、ボール１のペン先本体１０内への沈み込みが防止される。したがって、インク溝１６が塞がれてインクが流出しにくくなったり、ボール１とペン先本体１０との摩擦抵抗の増大や筆記可能角度の増大も防止され、良好な書き味が維持される。
【００３３】
なお、上記実施の形態では、ボール１の鏡面研磨を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１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。
【００３４】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３５】
【実施例および比較例】
硬質粒子としてＷＣ，ＳｉＣ，ＺｒＯ２を使用し、結合金属としてＣｒ，Ｃｏ等を使用した焼結体を、球状に鏡面研磨して直径０．５ｍｍの球体とし、ボールペン用のボールを得た。実施例および比較例のボールの組成を下記の表１に示す。
【００３６】
【表１】
0004355060.tif 000002
【００３７】
つぎに、上記各実施例および比較例のボールについて、図３に示すペン先にセットし、精機工業社製ライティングテスター（ＭＯＤＥＬ  ＴＳ−４Ｃ−１０）を使用して下記の条件で連続筆記試験を行った。
［試験条件］
筆記角度  ：６５°
荷  重    ：１００ｇ
筆記速度  ：７ｃｍ／ｓｅｃ
筆記距離  ：５００ｍ
ペン先本体：ステンレス
［使用インク］
Ｐｉｇ．Ｒｅｄ２５８                            ：５重量％
スチレンアクリル樹脂                            ：１重量％
架橋型ポリアクリル酸                            ：０．２４重量％
キサンタンガム                                  ：０．２４重量％
グリセリン                                      ：７重量％
エチレングリコール                              ：１５重量％
ジエチレングリコール                            ：６重量％
安息香酸ナトリウム                              ：０．２４重量％
１，２−ベンズイソチアゾリン−３−オン          ：０．４重量％
ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル：１．５重量％
イオン交換水                                    ：６３．３８重量％
【００３８】
上記各実施例１〜４の筆記試験前の表面状態写真をそれぞれ図１０〜図１３に示す。また、比較例１の筆記試験前後の表面状態写真をそれぞれ図１４および図１５に、比較例２の筆記試験前の表面状態写真を図１６に示す。上記各表面状態写真は、走査型電子顕微鏡による撮影像であり、写真中央下部の白線が５μｍのスケールになっている。また、図１０，１１，１４，１５，１６において、矢印で示しているのは、粒子境界の測定位置であり（各１０箇所）、この位置の粒子間隔を測定して粒子境界の平均間隔を求めている。
【００３９】
また、上記各実施例および比較例の粒子境界の平均間隔、ならびに筆記試験後のボールの沈み込み量（ペン先本体の摩耗量）の測定結果を下記の表２に示す。
【００４０】
【表２】
0004355060.tif 000003
【００４１】
上記図１０〜図１６および表２から明らかなように、各実施例は、比較例に比べ粒子境界の平均間隔が小さく、ボールの沈みも良好な結果が得られることがわかる。
【００４２】
【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、硬質粒子同士の隙間が極めて薄くなり、表面の結合金属の部分に露呈する硬質粒子の小片がそれだけ微小なものとなり、その数も極めて少なくなる。したがって、使用中に脱落して研磨剤として作用する小片の数が非常に少なくなり、ペン先本体の摩耗が防止され、ボールのペン先本体内への沈み込みが防止される。
【００４３】
また、結合金属を使用せずに硬質粒子を焼結したものであっても、粒子境界の間隔が狭いことから、境界部分のエッジがペン先本体に対する切刃として作用することが少なくなり、ペン先本体の摩耗が防止され、ボールのペン先本体内への沈み込みが防止される。
【００４４】
したがって、従来のように、インク溝が塞がれてインクが流出しにくくなったり、ボールとペン先本体との接触面積が大きくなることによる摩擦抵抗の増大が防止される。また、筆記可能角度の増大も抑えられる。このように、従来のボールのように、早期に書き味が悪くなるようなことがほとんどなく、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のボールペン用ボールを示す要部拡大断面図である。
【図２】上記ボールペン用ボールの筆記試験後の状態を示す要部拡大断面図である。
【図３】ボールペンのペン先を示す断面図である。
【図４】上記ペン先の要部拡大断面図である。
【図５】ペン先本体のＡ−Ａ断面図である。
【図６】上記ペン先の使用状態を示す断面図である。
【図７】従来のボールペン用ボールを示す要部拡大断面図である。
【図８】上記ボールペン用ボールの摩耗状態を示す要部拡大断面図である。
【図９】ペン先本体が摩耗した状態を示す要部拡大断面図である。
【図１０】実施例１の表面状態写真である。
【図１１】実施例２の表面状態写真である。
【図１２】実施例３の表面状態写真である。
【図１３】実施例４の表面状態写真である。
【図１４】比較例１の表面状態写真である。
【図１５】比較例１の筆記試験後の表面状態写真である。
【図１６】比較例２の表面状態写真である。
【図１】
0004355060.tif 000004
【図２】
0004355060.tif 000005
【図３】
0004355060.tif 000006
【図４】
0004355060.tif 000007
【図５】
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【図６】
0004355060.tif 000009
【図７】
0004355060.tif 000010
【図８】
0004355060.tif 000011
【図９】
0004355060.tif 000012
【図１０】
0004355060.tif 000013
【図１１】
0004355060.tif 000014
【図１２】
0004355060.tif 000015
【図１３】
0004355060.tif 000016
【図１４】
0004355060.tif 000017
【図１５】
0004355060.tif 000018
【図１６】
0004355060.tif 000019