JP4309104B2

JP4309104B2 - ボールペン用ボール

Info

Publication number: JP4309104B2
Application number: JP2002236370A
Authority: JP
Inventors: 良彦辻倉
Original assignee: Tsubaki Nakashima Co Ltd
Current assignee: Tsubaki Nakashima Co Ltd
Priority date: 2002-08-14
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2022-08-14
Also published as: US6755588B1; JP2004074524A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールペン用ボールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールペン用ボール（以下、「ボール」という。）は、ボールペンのボールホルダーの先端に一部を外方に突出させて回転自在に抱持され、筆記面（主として、紙面）に接触してインク転写部材となるものである（例えば、特開２０００−１６８２８６号公報の図８参照）。そして、このボールとして、一般に、呼び径が０．３〜１．２ｍｍの範囲のものが用いられている。
なお、ボールの材質としては、通常、超硬合金又はセラミックス等の硬質焼結材料が用いられている。
【０００３】
ところで、ボールペンでは、筆記面に接触したボールが筆圧を受けながら回転すると、ボールとボールホルダー内の円錐状のボール座との当接部分に摩擦が生じる。この摩擦によってボール座の当接部分が摩耗して、上記の特開２０００−１６８２８６号公報の図１３に示されるように、ボールがボールホルダー内に沈み込み（ボールペンメーカーでは、「玉落ち」又は「玉下り」と称呼されている。）、
（１）ボールの円滑な回転が阻害される。すなわち、筆記面に対して引っ掛り感があり、なめらかな書き味が得られない。
（２）インク流出量が初期の設定から変化してしまい、筆記線に「かすれ」又は「線切れ」が生じる。また、インクが急に流出して、筆記線に「ぼて」が生じる。
（３）ボール座の当接部分の摩耗が著しい場合には、筆記不能になることもある。
という問題がある。すなわち、ボール座の摩耗に起因する筆記性能の悪化という問題がある。
このため、ボールとして具備すべき第１の条件として、ボール座を摩耗させにくいことが必要とされている。
なお、後記のボール評価項目における「筆記性能」とは、主として、このボール座の摩耗の観点からの筆記性能をいう。
【０００４】
次に、ボールペンでは、所定の筆記距離を走行させたときのインク消費量を基準値以下にすることが求められている。インクとボールとの「濡れ」、すなわち、インクの「のり」が過大であると、インク流出量が過多となって、所定の筆記距離を走行させたときのインク消費量が基準値を超えるという問題がある。
また、インクの「のり」が過大、すなわち、インク流出量が過多であると筆記線に「ぼて」が生じやすく、反対にインクの「のり」が過小、すなわち、インク流出量が過少であると筆記線に「かすれ」、「線切れ」又は「濃淡」が生じるという問題がある。すなわち、インクの「のり」に起因する筆記性能の悪化という問題がある。
このため、ボールとして具備すべき第２の条件として、インクの「のり」が好適であることが必要とされている。
なお、ボールは、上記の第１の条件と、この第２の条件を兼ね備えることが必要とされている。
【０００５】
そこで、このような諸問題を解決するための手段として、
（１）特開平１０−２５０２８０号公報には、算術平均粗さ（Ｒａ）の値を５〜１５ｎｍに特定したボールが提案されている。
（２）特開平１０−３２９４７３号公報には、算術平均粗さ（Ｒａ）の値を４〜１０ｎｍに特定し、且つ、最大高さ（Ｒｙ）の値を１５０ｎｍ以下に特定したボールが提案されている。
（３）特開２００２−１０３８７１号公報には、表面の少なくとも５０μｍ×５０μｍの領域内の算術平均粗さ（Ｒａ）の値を５〜２５ｎｍに特定し、且つ、最大高低差（Ｐ−Ｖ）の値を１５０〜２５０ｎｍに特定したボールが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者は、下記の表１（本出願人製品「呼び径１ｍｍの超硬合金製ボール」の表面粗さと、それぞれのボールに対する某ボールペンメーカーの評価結果）に示すように、上記の提案されている算術平均粗さ（Ｒａ）だけでは前記の諸問題を解決することができないことを知った。
例示すると、
（１）製品１の算術平均粗さ（Ｒａ）の値は、５種類の製品の中で最大となっている。このため、インクの「のり」が過大、すなわち、インク流出量が過多となり、インク消費量の評価は「×」になると予想されたが、反対の「〇」という評価になっている。
（２）製品５の算術平均粗さ（Ｒａ）は、提案されている値の範囲内又は上限値に近似している。しかし、インク消費量の評価は「×」になっている。
なお、提案されている最大高さ（Ｒｙ）及び最大高低差（Ｐ−Ｖ）も、算術平均粗さ（Ｒａ）と同様に、ボールの表面に対する縦断面方向のプロファイル変化量のみを表示するパラメータであるから、前記の諸問題を解決することができないと考えられる。
【０００７】
【表１】

【０００８】
ここで、表１における
（１）算術平均粗さ（Ｒａ）の値は、以下のようにして求めたものである。
各製品ロットから、ランダムに５個のボールを抜き取る。非接触で３次元粗さ測定が可能な表面形状粗さ測定機（例えば、テーラーホブソン（株）製フォームタリサーフＰＧＩ）を用いて、抜き取った各ボールの表面の一箇所、すなわち、ボールの呼び径１ｍｍの１０％である０．１ｍｍを直径とする円領域内の表面粗さを測定する。そして、カットオフ値を０．１１１４９ｍｍと定め、このカットオフ値を用いて３次元パラメータの算術平均粗さ（Ｒａ）の値を求める。
なお、ボールの表面粗さを求める領域をボールの表面の一箇所、すなわち、呼び径の１０％を直径とする円内にする意義、及び、３次元パラメータの算術平均粗さ（Ｒａ）を用いる意義は後述する。
【０００９】
（２）筆記性能及びインク消費量に関する「〇」，「×」の２段階の評価は、それぞれ、以下の基準に基づいている。
▲１▼ 筆記性能
筆記面に対して引っ掛り感がなく、なめらかな書き味が得られる。また、筆記線に「かすれ」、「線切れ」、「ぼて」及び「濃淡」が生じない。・・・・「〇」
筆記面に対して引っ掛り感があり、なめらかな書き味が得られない。また、筆記線に「かすれ」、「線切れ」、「ぼて」又は「濃淡」が生じる。・・・・「×」
▲２▼ インク消費量
インクの「のり」が好適、すなわち、インクの流出量が好適で、所定の筆記距離を走行させたときのインク消費量が基準値以下になる。・・・・「〇」
インクの「のり」が過大、すなわち、インクの流出量が過多で、所定の筆記距離を走行させたときのインク消費量が基準値を超える。・・・・「×」
【００１０】
そこで、本発明者は、粗さパラメータの一である算術平均粗さ（Ｒａ）の他に、スキューネス（Ｒｓｋ）、クルトシス（Ｒｋｕ）及び局部山頂の平均間隔（Ｓ）に着目して鋭意研究した結果、
（１）カットオフ値を特定したとき（具体的には、後記の０．００１３２ｍｍとしたとき）、３次元パラメータのスキューネス（Ｒｓｋ）の値とクルトシス（Ｒｋｕ）の値との積、すなわち、Ｒｓｋ×Ｒｋｕの値と筆記性能には相関関係がある。
（２）３次元パラメータの算術平均粗さ（Ｒａ）の値と２次元パラメータの局部山頂の平均間隔（Ｓ）の値との比、すなわち、Ｒａ／Ｓの値とインク消費量（インク流出量）には相関関係がある。
ことを見出し、本発明に至った。
【００１１】
本発明は、ボールホルダー内のボール座を摩耗させにくくして、当初の良好な筆記性能を維持することができ、且つ、インクの「のり」を好適、すなわち、インク流出量を好適にして、所定の筆記距離を走行させたときのインク消費量を基準値以下にすることができるボールを提供することを目的としている。
【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に、本発明のボールは、ボールペン用ボールの表面粗さを、前記ボールの表面の一箇所であって前記ボールの呼び径の１０％を直径とする円領域内における値で代表させたとき、０．００１３２ｍｍをカットオフ値と定め、該カットオフ値を用いて求めた３次元パラメータの算術平均粗さ（Ｒａ）、スキューネス（Ｒｓｋ）及びクルトシス（Ｒｋｕ）、並びに２次元パラメータの局部山頂の平均間隔（Ｓ）のそれぞれの値が、−２．５＜Ｒｓｋ×Ｒｋｕ＜−１．２及び０．００５＜Ｒａ／Ｓ＜０．０１２の関係を満足することを特徴とする。
【００１３】
上記のように構成されたボールは、０．００１３２ｍｍをカットオフ値と定め、このカットオフ値を用いて求めた
（１）３次元パラメータのスキューネス（Ｒｓｋ）の値とクルトシス（Ｒｋｕ）の値との積が −２．５＜Ｒｓｋ×Ｒｋｕ＜−１．２の関係を満足するようにしたから、ボールホルダー内のボール座を摩耗させにくくなり、当初の良好な筆記性能を維持することができる。
（２）３次元パラメータの算術平均粗さ（Ｒａ）の値と２次元パラメータの局部山頂の平均間隔（Ｓ）の値との比が０．００５＜Ｒａ／Ｓ＜０．０１２の関係を満足するようにしたから、インクの「のり」が好適、すなわち、インク流出量が好適となり、所定の筆記距離を走行させたときのインク消費量を基準値以下にすることができる。また、前記のインクの「のり」の観点からの筆記性能を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、ボールペンのボールホルダー先端の構成は、前記の特開２０００−１６８２８６号公報の図８に示されているように周知であるので、その図示は省略する。
【００１５】
冒頭に、本発明における「ボールペン用ボールの表面粗さを、前記ボールの表面の一箇所であって前記ボールの呼び径の１０％を直径とする円領域内における値で代表させたとき、」という文言、「３次元パラメータの算術平均粗さ（Ｒａ）」という文言、「３次元パラメータのスキューネス（Ｒｓｋ）」という文言、「３次元パラメータのクルトシス（Ｒｋｕ）」という文言及び「２次元パラメータの局部山頂の平均間隔（Ｓ）」という文言のそれぞれの意義を説明する。
なお、２次元パラメータの算術平均粗さ（Ｒａ）、スキューネス（Ｒｓｋ）、クルトシス（Ｒｋｕ）及び局部山頂の平均間隔（Ｓ）のそれぞれの意義は、前記の表面形状粗さ測定機の説明書等に記載されているから、その説明は簡単に留める。また、局部山頂の平均間隔（Ｓ）は、後記の文言の定義から、２次元パラメータのみである。
【００１６】
（１）「ボールペン用ボールの表面粗さを、前記ボールの表面の一箇所であって前記ボールの呼び径の１０％を直径とする円領域内における値で代表させたとき、」という文言の意義。
ボールは、周知のラッピング（例えば、田中義信、津和秀夫共著，「精密工作法下巻」，初版１６刷，共立出版（株），昭和４９年４月１０日，ｐ．３５２参照）によって均一な表面に仕上げられている。このため、ボールの表面の一箇所における値で、そのボールの表面粗さを代表させることができる。
次に、前記の表面形状粗さ測定機を用いて、非接触でボールの表面粗さを求める場合（ボールは静止したままの状態に置かれる。）を考える。
そうすると、図１に模式的に示すように、ボール１は頂点Ｐを中心にして周囲へ広がるにつれ低くなるから、測定領域を広げていくと、求める値の信頼性が損なわれることになる。
そこで、本発明者は、種々試みた結果、ボール１の表面粗さを求める領域を呼び径Ｄの１０％を直径とする円内にすれば、呼び径Ｄが異なったとしても、信頼性のある値が得られるとの判断に至った。
【００１７】
（２）「３次元パラメータの算術平均粗さ（Ｒａ）」という文言の意義。
２次元パラメータの算術平均粗さ（Ｒａ）とは、ＪＩＳＢ０６０１−１９９４にも定義されているように、平均線から絶対値偏差の平均値をいう。
ボールとしては、前記の特開平１０−２５０２８０号公報等に示されているように、ボールホルダー内のボール座を摩耗させにくくする観点から、算術平均粗さ（Ｒａ）の値は小さいことが好ましいと考えられる。但し、算術平均粗さ（Ｒａ）の値が小さすぎると、
▲１▼ 前記のように、インクの「のり」が過小、すなわち、インク流出量が過少になって、筆記線に「かすれ」、「線切れ」又は「濃淡」が生じる。
▲２▼ 筆記面との摩擦が過小になって、筆記面に対してボールが転がらない、すなわち、ボールが滑る。
という問題がある。
ところで、本発明者は、種々のボールの算術平均粗さ（Ｒａ）について、２次元パラメータの値と３次元パラメータの値を比較検討した。その結果、両者は僅差であるため、下記の３次元パラメータのスキューネス（Ｒｓｋ）及びクルトシス（Ｒｋｕ）と整合させる観点から、３次元パラメータの算術平均粗さ（Ｒａ）を採用した。
【００１８】
（３）「３次元パラメータのスキューネス（Ｒｓｋ）」という文言の意義。
２次元パラメータのスキューネス（Ｒｓｋ）とは、平均線に対するプロファイル高さの対称性の程度を定量的に表す値をいう。このスキューネス（Ｒｓｋ）は、下記の表２に示すように、分布が下へ偏ったときに負の値となり、反対に分布が上へ偏ったときに正の値となる。また、スキューネス（Ｒｓｋ）が負の値のとき、後記のクルトシス（Ｒｋｕ）の値は大きくなる。
ボールとしては、インクの「のり」を好適にする観点から、スキューネス（Ｒｓｋ）は負の値であることが好ましいと考えられる。
ところで、本発明者は、種々のボールのスキューネス（Ｒｓｋ）について、２次元パラメータの値と３次元パラメータの値を比較検討した。その結果、２次元パラメータの値は離散して定性的な傾向がない反面、３次元パラメータの値には定性的な傾向があることがわかった。そこで、３次元パラメータのスキューネス（Ｒｓｋ）の値を採用することにした。
【００１９】
【表２】

【００２０】
（４）「３次元パラメータのクルトシス（Ｒｋｕ）」という文言の意義。
２次元パラメータのクルトシス（Ｒｋｕ）とは、ＡＤＦ（変調密度関数）曲線及び表面の「先の尖った状態」の鋭さを定量的に表す値をいう。先の尖った状態は、個々の山及び谷の鋭さを意味しない。ＡＤＦ曲線が鋭ければ鋭い程、クルトシス（Ｒｋｕ）の値は大きくなる（０〜８の範囲の値をとる。）。
また、上記の表２に示すように、クルトシス（Ｒｋｕ）はプロファイル高さの不揃いの度合いも示し、完全に不揃いな表面の値は３になる。
ボールとしては、ボールホルダー内のボール座を摩耗させにくくする観点から、山が尖っていないこと、すなわち、クルトシス（Ｒｋｕ）の値は大きいことが好ましいと考えられる。
ところで、本発明者は、種々のボールのクルトシス（Ｒｋｕ）について、２次元パラメータの値と３次元パラメータの値を比較検討したところ、前記のスキューネス（Ｒｓｋ）の場合と同様な結果が得られた。そこで、３次元パラメータのクルトシス（Ｒｋｕ）の値を採用することにした。
【００２１】
（５）「２次元パラメータの局部山頂の平均間隔（Ｓ）」という文言の意義。
２次元パラメータの局部山頂の平均間隔（Ｓ）とは、前記のＪＩＳＢ０６０１−１９９４にも定義されているように、評価長全体にわたる多数の隣接するローカルピーク（２つの隣接する最小値間の最高点）の平均間隔をいう。
ボールとしては、インクの「のり」を好適にする観点から、局部山頂の平均間隔（Ｓ）の値は小さいことが好ましいと考えられる。なお、このように考える理由は、ミクロ的に見たとき、局部山頂の平均間隔（Ｓ）の値が小さいものは大きいものに対してボールの表面積が大きくなるからである。
【００２２】
ここで、前記の表面形状粗さ測定機を用いて、「呼び径１ｍｍの超硬合金製ボール」の表面粗さを測定した結果の一例を示す。
図２は３次元パラメータとして表示したものであり、図３は図２に示される円の３−３線断面プロファイル、すなわち、２次元パラメータとして表示したものである。
なお、図２中“ Size X 0.10 mm ”という表示は、測定領域がボールの表面の一箇所、すなわち、呼び径１ｍｍの１０％である０．１ｍｍを直径とする円内であることを意味する。また、同図中“ Filter Low Wavelen: 0.00132mm ”という表示は、カットオフ値が０．００１３２ｍｍであることを意味する。
図２の原本はカラー表示であり、中央値は黄色、プラスがわは赤、マイナスがわは青の色相で、それぞれ表示されている。しかし、特許図面はカラー表示できないので、ここに添付の図２は正確なものではないことを注記する。
【００２３】
次に、本発明者がラッピング条件を変えて製作した種々の「呼び径１ｍｍの超硬合金製ボール」の表面粗さと、それぞれのボールに対する某ボールペンメーカーの評価について説明する。
下記の表３及び表４は、それぞれ、同一のボールに対してカットオフ値を０．００１３２ｍｍ及び０．０５６２６ｍｍとしたときの粗さパラメータの値とその評価結果を示したものである。なお、
（１）本発明に該当するものを実施例とし、そうではないものを比較例とした。
（２）０．００１３２ｍｍ及び０．０５６２６ｍｍは、前記の表面形状粗さ測定機の解析ソフトウェアに組込まれているカットオフ値の中から選択した。
（３）表面粗さの値は、各製造ロットからランダムに５個のボールを抜き取って測定した平均値を示している。
（４）評価の基準は前記の表１と同様であるので、その説明は省略する。
【００２４】
【表３】

【００２５】
【表４】

【００２６】
上記の表３及び表４から、
（１）カットオフ値を０．００１３２ｍｍに特定したとき、３次元パラメータのスキューネス（Ｒｓｋ）の値とクルトシス（Ｒｋｕ）の値との積、すなわち、Ｒｓｋ×Ｒｋｕの値と筆記性能には相関関係があることがわかる。具体的には、筆記性能の評価が「〇」になったボールは、−２．５＜Ｒｓｋ×Ｒｋｕ＜−１．２の関係を満足していることがわかる。
（２）３次元パラメータの算術平均粗さ（Ｒａ）の値と２次元パラメータの局部山頂の平均間隔（Ｓ）の値との比、すなわち、Ｒａ／Ｓの値とインク消費量（インク流出量）には相関関係があることがわかる。具体的には、インク消費量の評価が「〇」になったボールは、０．００５＜Ｒａ／Ｓ＜０．０１２の関係を満足していることがわかる。
【００２７】
そうすると、筆記性能とインク消費量の評価が両者とも「〇」になるボール、すなわち、前記のボールホルダー内のボール座を摩耗させにくいという第１の条件と、インクの「のり」が好適であるという第２の条件を兼ね備えたボールを得るためには、０．００１３２ｍｍをカットオフ値と定め、このカットオフ値を用いて求めた３次元パラメータの算術平均粗さ（Ｒａ）、スキューネス（Ｒｓｋ）及びクルトシス（Ｒｋｕ）、並びに２次元パラメータの局部山頂の平均間隔（Ｓ）のそれぞれの値が、−２．５＜Ｒｓｋ×Ｒｋｕ＜−１．２及び０．００５＜Ｒａ／Ｓ＜０．０１２の関係を満足するようにすればよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のボールは、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
０．００１３２ｍｍをカットオフ値と定め、このカットオフ値を用いて求めた（１）３次元パラメータのスキューネス（Ｒｓｋ）の値とクルトシス（Ｒｋｕ）の値との積が −２．５＜Ｒｓｋ×Ｒｋｕ＜−１．２の関係を満足するようにしたから、ボールホルダー内のボール座を摩耗させにくくなり、当初の良好な筆記性能を維持することができる。
（２）３次元パラメータの算術平均粗さ（Ｒａ）の値と２次元パラメータの局部山頂の平均間隔（Ｓ）の値との比が０．００５＜Ｒａ／Ｓ＜０．０１２の関係を満足するようにしたから、インクの「のり」が好適、すなわち、インク流出量が好適となり、所定の筆記距離を走行させたときのインク消費量を基準値以下にすることができる。また、前記のインクの「のり」の観点からの筆記性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボールペン用ボールの表面粗さを求める領域を呼び径の１０％を直径とする円内にする意義を説明するための模式図。
【図２】表面形状粗さ測定機を用いて「呼び径１ｍｍの超硬合金製ボールペン用ボール」の表面粗さを測定した結果の一例を示し、３次元パラメータとして表示したもの。
【図３】図２に示される円の３−３線断面プロファイル、すなわち、２次元パラメータとして表示したもの。
【符号の説明】
１ボールペン用ボール
Ｄボールペン用ボールの呼び径

Claims

ボールペン用ボールの表面粗さを、前記ボールの表面の一箇所であって前記ボールの呼び径の１０％を直径とする円領域内における値で代表させたとき、０．００１３２ｍｍをカットオフ値と定め、該カットオフ値を用いて求めた３次元パラメータの算術平均粗さ（Ｒａ）、スキューネス（Ｒｓｋ）及びクルトシス（Ｒｋｕ）、並びに２次元パラメータの局部山頂の平均間隔（Ｓ）のそれぞれの値が、−２．５＜Ｒｓｋ×Ｒｋｕ＜−１．２及び０．００５＜Ｒａ／Ｓ＜０．０１２の関係を満足することを特徴とする、
ボールペン用ボール。