JP2024009031A

JP2024009031A - 水性ボールペン

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Publication number: JP2024009031A
Application number: JP2023190220A
Authority: JP
Inventors: 孝介小椋; Kosuke Ogura; 悠一郎本間; Yuichiro Homma
Original assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2023-11-07
Publication date: 2024-01-19
Also published as: US20220194118A1; KR20220008283A; TW202104611A; EP3971250A1; EP3971250A4; CN113498430A; JP2020185713A; WO2020230431A1

Abstract

【課題】平均粒子径が０．３μｍ以上と比較的大きな粒子径の樹脂粒子を含んだインク組成物を用いた水性ボールペンにおいて、インクの組成を変更することなしに、ボールペンチップを外気に露出した状態で放置したあとの初筆性の向上を計る。【解決手段】平均粒子径が０．３μｍ以上の樹脂粒子が配合された水性インク組成物を収容する水性ボールペン１０であって、硬質相成分としての炭化タングステンと、結合相成分としてのコバルト及びニッケルと、クロムと、を含有する混合物からなる筆記ボール３０を有するボールペンチップ２０を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、硬質相成分及び結合相成分を有する筆記ボールを備えた水性ボールペンに関する。

ボールペンのボールを構成する材質として、下記特許文献１～３のように、超硬合金やセラミックなどが広く知られている。このような超鋼合金製ボールのインクののり具合や書き味の向上については下記特許文献４及び下記特許文献５にて検討されている。

また、水性ボールペンのインクに着色樹脂粒子を含有させることが下記特許文献６に開示されており、特にマイクロスフェア着色剤を用いることが下記特許文献７に開示されている。

さらに、熱変性顔料を用いたインクと、コバルト及びニッケルを含有するボールによる筆記性能の向上に関しては下記特許文献８に開示されている。

実開昭５２－１０６２３５号公報特開２００２－１９３６６号公報特開２０１５－５１５７１号公報特公昭５０－３１０４９号公報特開２００２－１９３６６号公報特開２００３－１５５４３５号公報特開２０１７－２１４５４０号公報特開２００６－１４２５１１号公報特開２０１６－１３２７４９号公報

平均粒子径が０．３μｍ以上と比較的大きな粒子径の樹脂粒子を含んだインク組成物を用いた水性ボールペンは、ボールペンチップを外気に露出した状態で放置すると、しばしば書き始めのインクが出渋ることがある。これは、ボールペンチップ先端に付着したインクに含まれる水分が蒸発したことにより、インク中における樹脂粒子の安定的な分散性が失われ、緩い凝集体を形成することによるものと推察される。このような現象は、インク中の樹脂粒子の平均粒子径が比較的大きい場合や、また、その配合量が多い場合に発生しやすい。

このような初筆性に関する問題点を、インクの組成を調整することで解決することは、上記特許文献９にあるように既に試みられている。しかしながら、初筆性の向上を、インクの組成を変更することなしに試みることはこれまで行われていなかった。

上記の問題点に鑑み、本発明は、平均粒子径が０．３μｍ以上と比較的大きな粒子径の樹脂粒子を含んだインク組成物を用いた水性ボールペンにおいて、インクの組成を変更することなしに、ボールペンチップを外気に露出した状態で放置したあとの初筆性の向上を計ることを課題とする。

上記課題を解決すべく、本発明の第１の態様は、平均粒子径が０．３μｍ以上の樹脂粒子が配合された水性インク組成物を収容する水性ボールペンであって、
硬質相成分としての炭化タングステンと、
結合相成分としてのコバルト及びニッケルと、
クロムと、
を含有する混合物からなる筆記ボールを有するボールペンチップを備えることを特徴とする。

なお、樹脂粒子の平均粒子径の上限は特に限定されないが、インクの流動性や樹脂粒子の分散性を阻害しないことに鑑み、５μｍ未満であることが望ましい。

また、本発明の第２の態様に係る水性ボールペンは、上記第１の態様の特徴に加え、前記水性インク組成物は前記樹脂粒子を５～３０質量％含有することを特徴とする。

さらに、本発明の第３の態様に係る水性ボールペンは、上記第１又は第２の態様の特徴に加え、前記樹脂粒子は着色剤を含むことを特徴とする。

上記のように構成されているので、本発明においては、平均粒子径が０．３μｍ以上と比較的大きな粒子径の樹脂粒子を含んだインク組成物を用いた水性ボールペンにおいて、インクの組成を変更することなしに、ボールペンチップを外気に露出した状態で放置したあとの初筆性が向上する。

本発明の実施の形態に係る水性ボールペンを側面図で示す。図１の水性ボールペンに用いられるリフィルを断面図で示す。図２のリフィルに用いられるボールペンチップの先端付近を拡大断面図で示す。

以下、本発明の各実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図に記された符号のうち、複数の図面において共通するものについては、以下の各図の説明において記述がない場合であっても同じ技術的意義を有するものである。また、各図面においては、図面の上側が先端側であり、図面の下側が後端側である。

（１）外観
図１は、第１実施形態に係る水性ボールペン１０の側面図である。この水性ボールペン１０は、後端に尾栓１２が装着されている軸筒１１の先端に、クリップ１４を備えたキャップ１３が装着された外観を呈している。

図２は、図１の水性ボールペン１０の軸筒１１の内部に装着されるリフィル１５の断面図である。リフィル１５は、水性インク組成物４０を収容する長軸円筒状のインク収容管１６の先端に、継手１７を介してボールペンチップ２０が装着された構造を有する。ボールペンチップ２０は、先端が先細に形成されたホルダー２１の最先端に筆記ボール３０が装着された構造を有する。水性インク組成物４０の後端には、水性インク組成物４０がリフィル１５の後端から流出するのを防止するために、グリース状のフォロワー４１が注入されている。このフォロワー４１は、筆記によって水性インク組成物４０が消費されていくのに伴い、先端方向へ追随していく。

図３に、ボールペンチップ２０先端付近の拡大断面図を示す。ボールペンチップ２０は、円筒状の胴体部の先端が先細に縮径するように形成されたテーパー部２７を有するホルダー２１と、ホルダー２１の内部に抱持される球状の筆記ボール３０から構成されている。ホルダー２１は、ボールペンチップ２０の後端から穿孔されたバック孔２８と、ホルダー２１の先端付近の内周を切削して拡げて形成したボールハウス２２と、ボールハウス２２とバック孔２８とを貫通するインク誘導孔２６と、ボールハウス２２の内周面先端とテーパー部２７の先端とに挟まれた部位で、かつ、筆記ボール３０の中心方向への塑性変形によってかしめられたカシメ部２３から構成されている。ボールペンチップ２０はさらに、ボールハウス２２の底部に設けられ、かつ、インク誘導孔２６の周囲に形成されたボール受座２４と、ボール受座２４とインク誘導孔２６とを連絡するようにインク誘導孔２６の周囲４箇所に等配されたインク溝２５とを有している。なお、インク溝２５は水性インク組成物４０の粘度等に応じて幅や数を変えてもよい。

ホルダー２１の組み立ての際は、その先端からボールハウス２２に、筆記ボール３０を挿入する。そして、筆記ボール３０の上部を後端方向に押圧することによって、ボール受座２４を筆記ボール３０の外形に沿って変形させる。その後、テーパー部２７の先端にテーパー状のローラーを用いてかしめ加工を施してカシメ部２３を設けることでホルダー２１が形成される。

このホルダー２１は、ビッカース硬度が２００～４２０程度のステンレスから形成されている。ホルダー２１の材料は、他に洋白、真鍮、又は黄銅などの金属や樹脂を用いて形成することもできるが、ビッカース硬度（Ｈｖ）は１７０～４５０であることが望ましい。

さらに、ホルダー２１は本実施の形態では、中実の線材からの切削加工にて形成されているが、線材からの切削加工に限定されず、たとえば中空状のパイプ材を塑性加工にて形成されてもよい。

（２）筆記ボール
本実施形態の筆記ボール３０は、硬質相成分としての炭化タングステン（ＷＣ）並びに結合相成分としてのコバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）の他にクロム（Ｃｒ）を含有する混合物からなる。ここで言及されている金属元素に関しては、単体であっても、化合物であってもいずれでもよい。なお、この混合物は、たとえばモリブデン（Ｍｏ）のような他の金属元素を含有することとしてもよい。

硬質相成分が筆記ボール３０の全体に占める割合は８０質量％以上であることが望ましい。

そして、前記した硬質相成分、結合相成分及びクロムの材料粉末、並びにそれ以外の成分がある場合にはその成分の材料粉末を粉砕混合した混合物を、略球状に形成した後、焼結して球体に形成する。そして、得られた球体を、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転がし、ボール表面３１を鏡面に仕上げることで、筆記ボール３０が形成される。このボール表面３１のビッカース硬度（Ｈｖ）は１，６００～２，０００である。

（３）水性インク組成物４０
本実施形態の水性インク組成物４０は、平均粒子径が０．３μｍ以上の樹脂粒子が配合されている。この樹脂粒子は、着色剤としての染料又は顔料を含有する微小球体（マイクロスフェア／マイクロカプセル）をこれに充てることもできる。さらには、中空樹脂をこの樹脂粒子とすることもできる。樹脂粒子の含有量は、インク組成物の全体に対し５～３０質量％が望ましい。また、樹脂粒子の平均粒子径の上限は、インクの流動性及び樹脂粒子の分散性を損ねない限り特に限定されないが、５μｍ未満であることが望ましい。

（１）筆記ボール
下記の組成による５種類の筆記ボールを製造した。

（１－１）ボール１
以下の組成の混合物を、前記した方法にて製造した筆記ボールをボール１とした。
ＷＣ（硬質相成分）：９１質量％
Ｃｏ（結合相成分）：５質量％
Ｎｉ（結合相成分）：２質量％
Ｃｒ_３Ｃ_２：２質量％

（１－２）ボール２
以下の組成の混合物を、前記した方法にて製造した筆記ボールをボール２とした。
ＷＣ（硬質相成分）：８９質量％
Ｃｏ（結合相成分）：３質量％
Ｎｉ（結合相成分）：５質量％
Ｃｒ_３Ｃ_２：３質量％

（１－３）ボール３
以下の組成の混合物を、前記した方法にて製造した筆記ボールをボール３とした。
ＷＣ（硬質相成分）：８６質量％
Ｃｏ（結合相成分）：１０質量％
Ｎｉ（結合相成分）：１質量％
Ｃｒ_３Ｃ_２：３質量％

（１－４）ボール４
以下の組成の混合物を、前記した方法にて製造した筆記ボールをボール４とした。
ＷＣ（硬質相成分）：８５質量％
Ｃｏ（結合相成分）：１０質量％
Ｃｒ_３Ｃ_２：５質量％

（１－５）ボール５
以下の組成の混合物を、前記した方法にて製造した筆記ボールをボール５とした。
ＷＣ（硬質相成分）：９１質量％
Ｎｉ（結合相成分）：６質量％
Ｃｒ_３Ｃ_２：３質量％

（２）インク
下記のとおり、インク１～３を調整した。

（２－１）インク１
（２－１－１）油相溶液
有機溶剤としての酢酸エチル１２．５質量部を６０℃に加温しながら、ここに水不溶性染料としての油溶性黒染料（ＯｉｌＢｌａｃｋ８６０、オリヱント化学工業）３．５質量部を加えて十分に溶解させた。次いで、ここにプレポリマーとしてのヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート変性体（ＴＬＡ－１００、旭化成ケミカルズ）８質量部を加えて、油相溶液を調製した。

（２－１－２）水相溶液
蒸留水２００質量部を６０℃に加温しながら、ここに分散剤としてのポリビニルアルコール（ＰＶＡ－２０５、クラレ）１５質量部を溶解して、水相溶液を調製した。

（２－１－３）乳化重合
６０℃に加温した上記の水相溶液に前記油相溶液を投入し、ホモジナイザーで乳化混合して重合を完了した。得られた分散体を遠心処理することで着色剤を含むマイクロスフェアを回収した。平均粒子径は１．５μｍであった。なお、平均粒子径は、粒子径分布解析装置（ＨＲＡ９３２０－Ｘ１００、日機装）を用いて、屈折率１．８１、体積基準により算出されたＤ_５０の値を採用した（後述のインク２及び３についても同様）。

そして、下記の組成を有するインク組成物を、インク１とした。
マイクロスフェア：１５質量部
キサンタンガム（増粘剤、ＫＥＳＬＡＮＳ、三晶）：０．１８質量部
リン酸エステル（プライサーフＡ２１９Ｂ、第一工業製薬）：０．５質量部
防腐剤（バイオデン４２１、大和化学工業）：０．２質量部
ベンゾトリアゾール（防錆剤）：０．３質量部
アミノメチルプロパノール（ｐＨ調整剤）：０．１質量部、
プロピレングリコール（溶剤）：１５質量部、
イオン交換水：６８．７２質量部

（２－２）インク２
（２－２－１）熱変色性マイクロカプセル顔料
ロイコ色素として、ＥＴＡＣ（山田化学工業社）１質量部、顕色剤として、ビスフェノールＡ２質量部、及び変色性温度調整剤として、ミリスチン酸ミリスチル２４質量部を１００℃に加熱溶融して、均質な組成物を得た。

上記で得た組成物２７質量部の均一な１００℃の熱溶液に、カプセル膜剤として、イソシアネート１０質量部及びポリオール１０質量部を加えて撹拌混合した。次いで、保護コロイドとして１２％ポリビニルアルコール水溶液６０質量部を加えて、２５℃で乳化して分散液を調製した。次いで、５％の多価アミン５質量部を添加して、８５℃で４５分間処理してコアシェル型の、着色剤を含むマイクロカプセルを得た。なお、平均粒子径は２．１μｍであった。

そして、下記の組成を有するインク組成物を、インク２とした。
熱変色性マイクロカプセル顔料：１５質量部
キサンタンガム（増粘剤、ＫＥＳＬＡＮＳ、三晶）：０．３質量部
リン酸エステル（プライサーフＡ２１９Ｂ、第一工業製薬）：０．３質量部
防腐剤（バイオデン４２１、大和化学工業）：０．２質量部
ベンゾトリアゾール（防錆剤）：０．３質量部
トリエタノールアミン（ｐＨ調整剤）：０．１質量部
グリセリン（溶剤）：１０質量部
イオン交換水：７３．８質量部

（２－３）インク３
下記の組成を有するインク組成物を、インク３とした。
顔料（ＦＵＪＩＲＥＤ２５１０、冨士色素）：８質量部
顔料分散剤（Ｊｏｎｃｒｙｌ６０、ＢＡＳＦＪＡＰＡＮ）：６質量部
中空樹脂粒子（ローペイクＯＰ－８４Ｊ、ダウ・ケミカル、固形分４２．５％、平均粒子径０．５５μｍ）：１０質量部
キサンタンガム（増粘剤、ＫＥＳＬＡＮＳ、三晶）：０．３質量部
リン酸エステル（プライサーフＡ２１９Ｂ、第一工業製薬）：０．３質量部
防腐剤（バイオデン４２１、大和化学工業）：０．２質量部
ベンゾトリアゾール（防錆剤）：０．３質量部
トリエタノールアミン（ｐＨ調整剤）：０．５質量部
グリセリン（溶剤）：１０質量部
イオン交換水：６４．４質量部

（３）実施例及び比較例
上記したボール１～５及びインク１～３を用いて、前記実施形態に示した水性ボールペンを調製した。

（３－１）実施例１
実施例１の水性ボールペンは、筆記ボールとしてボール１を使用した。なお、リフィルは、インク１～３のそれぞれを収容した３通りを準備した。

（３－２）実施例２
実施例２の水性ボールペンは、筆記ボールとしてボール２を使用した。なお、リフィルは、インク１～３のそれぞれを収容した３通りを準備した。

（３－３）実施例３
実施例３の水性ボールペンは、筆記ボールとしてボール３を使用した。なお、リフィルは、インク１～３のそれぞれを収容した３通りを準備した。

（３－４）比較例１
比較例１の水性ボールペンは、筆記ボールとしてボール４を使用した。なお、リフィルは、インク１～３のそれぞれを収容した３通りを準備した。

（３－５）比較例２
比較例１の水性ボールペンは、筆記ボールとしてボール５を使用した。なお、リフィルは、インク１～３のそれぞれを収容した３通りを準備した。

（４）評価方法及び結果
上記した実施例１～３並びに比較例１及び２の水性ボールペンについて、キャップをしない状態で、温度２５℃、湿度５０％の環境下で６０分放置した後、ＰＰＣ用紙に直線を筆記し、下記評価基準で初筆性を評価した。
Ａ：書き始めから描線のかすれは一切認められない
Ｂ：書き始めから描線のかすれが確認される
この評価基準による結果は下記表１のとおりであった。

筆記ボール１～３をそれぞれ使用した実施例１～３の水性ボールペンについては、インク１～３のいずれを使用した場合も、書き始めの描線のかすれがなく、初筆性に優れた水性ボールペンとなっている。

一方、ニッケルを含有していないボール４を使用した比較例１の水性ボールペンについては、インク１～３のいずれを使用した場合も、書き始めの描線のかすれが認められた。また、コバルトを含有していないボール５を使用した比較例２の水性ボールペンについても同様に、インク１～３のいずれを使用した場合も、書き始めの描線のかすれが認められた。

以上より、筆記ボールの組成として、炭化タングステン及びクロムに加え、コバルト及びニッケルの両方を配合することで、樹脂粒子の種類を問わずに、初筆性の向上が図られることとなった。

本発明は、樹脂粒子が配合された水性インクを収容したボールペンに利用可能である。

１０水性ボールペン１１軸筒１２尾栓
１３キャップ１４クリップ
１５リフィル１６インク収容管１７継手
２０ボールペンチップ２１ホルダー２２ボールハウス
２３カシメ部２４ボール受座２５インク溝
２６インク誘導孔２７テーパー部２８バック孔
３０筆記ボール３１ボール表面
４０水性インク組成物４１フォロワー

Claims

平均粒子径が０．３μｍ以上の樹脂粒子が配合された水性インク組成物を収容する水性ボールペンであって、
硬質相成分としての炭化タングステンを８０質量％以上と、
結合相成分としてのコバルト及びニッケルを合計で１１質量％以下と、
炭化クロムを３質量％以下と、
からなる混合物からなる筆記ボールを有するボールペンチップを備えることを特徴とする水性ボールペン。
前記水性インク組成物は前記樹脂粒子を５～３０質量％含有することを特徴とする請求項１記載の水性ボールペン。
前記樹脂粒子は着色剤を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水性ボールペン。