JP2996607B2

JP2996607B2 - 油性ボールペン用インキおよび油性ボールペン

Info

Publication number: JP2996607B2
Application number: JP7143941A
Authority: JP
Inventors: 肇富田
Original assignee: 株式会社パイロット
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1995-05-18
Publication date: 2000-01-11
Anticipated expiration: 2015-01-11
Also published as: JPH08311388A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は油性ボールペン用インキ
および油性ボールペンに関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、油性ボールペンはその簡単な構造によりチップ先端
からインキが漏れ出す、いわゆる垂れ下がり現象を抑制
するため１万数千ｍＰａ・ｓ以上の高粘度インキを使用
しているが、筆記時のボールの回転抵抗が大きいため
に、書き味が重く悪い。

【０００３】一方、滑らかで良好な書き味を得るために
インキ粘度を下げると垂れ下がり現象が生じるといった
問題がある。

【０００４】また、インキ粘度を下げ、インキの紙への
浸透性を強くし、チップ先端の余剰インキを紙へ浸透さ
せ、ボテ現象を抑制するといった低粘度インキについて
は、インキの紙への浸透性が強すぎるため、著しい筆跡
滲みが発生する。また、金属同志の接触度合いの増加、
すなわち境界潤滑領域となり、チップ内ボールとボール
座の金属接触抵抗が生じるため、油性ボールペンの特徴
である滑らかな書き味が損なわれる。さらに、ボールと
ボール座が接触するためボール座は摩耗し、カスレ、濃
淡などの筆跡乱れを生じる。特に油性ボールペンの重要
な特徴の一つである伝票複写などの高筆圧筆記に対して
の耐久性が著しく劣化する。

【０００５】本発明の目的は垂れ下がり現象や筆跡の滲
みがなく、伝票複写などの高筆圧下における耐久性をボ
ールペンに付与し、滑らかで良好な書き味が得られ、さ
らにボテが良好に防止できる油性ボールペン用インキお
よびボールペンを得ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】本発明者は上
記欠点を改良するため、油性ボールペン用インキについ
て鋭意検討を行った。その結果、特定の非ニュートン粘
性指数と特定の剪断速度での粘度との関係がインキの性
能に大きな影響を与えることを知見し、本発明に至った
ものである。

【０００７】すなわち、本発明は「１．着色剤、溶剤、バインダ樹脂、およびインキ全量
に対し、０．１〜５重量％の非ニュートン粘性付与剤と
２０℃における曳糸長が１００ｍｍ以上である曳糸性を
付与する曳糸性付与樹脂を含有し、非ニュートン粘性指
数が０．２〜０．９５であり、剪断速度５００ｓ^-1にお
ける粘度が１，０００〜１０，０００ｍＰａ・ｓ（２０
℃）である油性ボールペン用インキ。

【０００８】２．非ニュートン粘性指数が０．４〜０．
９である第１項に記載の油性ボールペン用インキ。

【０００９】３．前記非ニュートン粘性付与剤が脂肪酸
アマイドであり、曳糸性付与樹脂が重量平均分子量１０
０万以上のポリビニルピロリドンである、第１項または
第２項に記載の油性ボールペン用インキ。

【００１０】４．前記曳糸性付与樹脂が重量平均分子量
２００万以上のポリビニルピロリドンである第１項〜第
３項のいずれかに記載の油性ボールペン用インキ。

【００１１】５．第１項〜第４項のいずれかに記載の油
性ボールペン用インキをインキ収容部に詰めたボールペ
ン。」である。

【００１２】本発明のインキは、着色剤、溶剤、バイン
ダ樹脂、非ニュートン粘性付与剤および２０℃における
曳糸長が１００ｍｍ以上である曳糸性を付与する曳糸性
付与樹脂を含有してなるインキで、剪断速度５００ｓ^-1
における粘度が１，０００〜１０，０００ｍＰａ・ｓ
（２０℃）である。ここで剪断速度５００ｓ^-1としたの
は筆記時にボールの回転によりインキに剪断力がかか
り、実際の筆記における剪断速度が５００ｓ^-1以上であ
るからである。

【００１３】本発明の目的の一つである書き味の滑らか
さは官能的な特性であるが、筆記抵抗との相関性が大き
い。筆記抵抗はチップ内ボールの回転抵抗であり、筆記
時のインキ粘度とまた、ボール座の金属接触による摩擦
抵抗の二要因に支配される。

【００１４】剪断速度５００ｓ^-1におけるインキの粘度
が１，０００ｍＰａ・ｓ以上では、筆記時にボールとボ
ール座との間にボールの回転によりインキ油膜を形成す
るため流体潤滑領域となり金属接触は生じないので、抵
抗が低く書き味の滑らかさに優位性を与える。１０，０
００ｍＰａ・ｓ以下では抵抗は低く書き味の滑らかさに
優位性を与える。一方、１０，０００ｍＰａ・ｓより大
きくなると書き味が悪くなる。

【００１５】これに対し、剪断速度５００ｓ^-1における
インキの粘度が１，０００ｍＰａ・ｓより小さいと、筆
記時に粘度が低いために紙へのインキの浸透性が高くな
り、滲みのない筆跡が得られない。また、筆記時に金属
接触度合いが増して境界潤滑領域となり、摩擦抵抗が生
じるため、書き味の滑らかさが悪くなる。さらに、前述
のごとく境界潤滑領域となるので、ボール座が摩耗し、
カスレ、濃淡などの筆跡不良が発生する。これに対し、
粘度が１，０００ｍＰａ・ｓ以上では問題なく、特にボ
ール径が大きくなるにつれて、すなわち０．７ｍｍまた
はこれより大きい直径のボールであると、面圧が低下す
るためボール座摩耗を抑制し、高筆圧に対する筆跡安定
性はより良くなる。

【００１６】したがって、滑らかな書き味、ボール座の
摩耗による筆跡劣化の防止、特に高筆圧における筆跡の
安定性、滲みのない筆跡を得るためには、剪断速度５０
０ｓ ^-1 における粘度が１，０００〜１０，０００ｍＰａ
・ｓ（２０℃）であることが必要である。

【００１７】前記の非ニュートン粘性指数を有するイン
キは剪断減粘性を示す。前述のように流体潤滑要因はイ
ンキ粘度とボール回転速度、つまり筆記速度であり、遅
いほど境界潤滑領域に近づく。したがって非ニュートン
粘性指数０．２〜０．９５をインキに付与することによ
り筆記速度変化に対応したボール座摩耗の抑制効果が得
られる。

【００１８】剪断速度５００ｓ^-1におけるインキの粘度
の測定は、イギリス、キャリメ社製ＣＳＬレオメータ等
を用いて、温度２０℃で行った。

【００１９】本発明の油性インキは、剪断速度５００ｓ
^-1における粘度が１，０００〜１０，０００ｍＰａ・ｓ
であるインキにおいて、非ニュートン粘性指数が０．２
〜０．９５、好ましくは０．４〜０．９である。非ニュ
ートン粘性指数はＳ＝αＤｎ（但し、１＞ｎ＞０）で示
される粘性式中、「ｎ」を指す。なお、Ｓは剪断応力
（ｄｙｎｅ/ｃｍ²）、Ｄは剪断速度（ｓ^-1）、αは非ニ
ュートン粘性係数を示す。非ニュートン粘性指数の測定
は、温度２０℃でコーンプレートの角度、直径を適切な
値とし、剪断速度１〜６００ｓ^-1で行った。

【００２０】また、剪断減粘性が付与されたインキは、
ボール静止時におけるチップ内インキ粘度がボール回転
時に比較し高くなる。図面を用いて説明すると、チップ
内インキ、すなわち図１の符号４で示す箇所のインキが
自重によりチップ先端部より滲み出る。これが垂れ下が
りの原因であり、防止するには滲み出る速度、つまりイ
ンキ流動速度を遅くし、チップ先端部でのインキを乾燥
させやすくすればよい。

【００２１】非ニュートン粘性指数が０．２より小さく
なると、筆記時に剪断力のかかっていないインキ、つま
りカートリッジ内インキ粘度が高すぎて筆記によるカー
トリッジ内インキ流動を阻害するためインキ追従不良を
起こし、カスレ、線切れなどの筆跡不良を生じる。特に
速書き時に顕著である。一方、非ニュートン粘性指数が
０．９５より大きいと垂れ下がりを防止するのに必要な
インキ粘度は得られない。

【００２２】したがって、垂れ下がりがないほかインキ
追従性がよく、特に速書き時に安定した筆跡を得るため
には、非ニュートン粘性指数が０．２〜０．９５である
ことが必要である。

【００２３】本発明において、２０℃における曳糸長が
１００ｍｍ以上であることが好ましい。ボテの抑制はイ
ンキの粘弾性が重要であり、特に曳糸性と大きな相関が
ある。曳糸長が１００ｍｍ未満では、インキの粘弾性要
素の弾性成分が不足であるため、チップ先端の余剰イン
キをチップ内に戻す力が不足し、それが筆記時ボテとし
て現れる。２００ｍｍ以上ならより充分な効果が得られ
る。

【００２４】曳糸長の測定は、次のようにして行った。
すなわち、室温２０℃の環境下、２０ｍｌのガラスビー
カーにインキを約１０ｇ採取する。次に、直径５ｍｍの
ガラス棒の先端がインキ中に５ｍｍ浸漬するようセット
する。引き続き、引き上げ速度３１ｍｍ／ｓｅｃで垂直
方向に定速度でガラス棒を引き上げた時、インキの曳糸
が切れた時点の長さを測定し、これを曳糸長とした。

【００２５】本発明に用いる着色剤は、従来油性ボール
ペン用インキに用いている染料または顔料を特に限定す
ることなく用いることができる。顔料として無機、有
機、加工顔料、例えばカーボンブラック、フタロシアニ
ン系、アゾ系、キナクリドン系、アントラキノン系、イ
ンジゴ系などがある。また染料としてアルコール可溶性
染料、油溶性染料、直接染料、酸性染料、塩基性染料、
含金染料、および各種造塩タイプの染料が使用可能であ
る。また、これらは単独、あるいは混合して使用するこ
とができる。配合割合はインキ全量に対して５〜５０重
量％が好ましい。

【００２６】本発明に用いる溶剤は、粘度をインキに与
えるほか、着色剤ないし非ニュートン粘性付与剤の溶解
または分散媒、樹脂の溶媒などの目的で使用され、従来
の油性ボールペン用インキに用いる有機溶剤が使用でき
る。具体的には、ベンジルアルコール、プロピレングリ
コール、ブチレングリコールなどのアルコール系および
グリコール系、フェニルセロソルブなどのセロソルブ
系、フェニルカービトールなどのカービトール系、Ｎ−
メチルピロリドンなどの含窒素溶剤系が単独または混合
して使用可能である。これらはインキ全量に対して大体
３０〜９０重量％でよいが、粘度を考慮すれば３０〜７
０重量％が最適である。

【００２７】本発明に用いる非ニュートン粘性付与剤
は、油性インキに剪断減粘性を付与する目的で使用さ
れ、脂肪酸アマイドおよびその誘導体、長鎖脂肪酸エス
テル重合体、酸化ポリエチレン、硬化ヒマシ油、有機ベ
ントナイト、シリカ、硫酸エステル系アニオン活性剤な
どが使用可能である。これらはインキ全量に対して０．
１〜５重量％の添加によりインキに０．２ないし０．９
５の非ニュートン粘性指数を与えることができる。

【００２８】本発明に用いるバインダ樹脂は、着色剤の
筆記後の定着やインキの粘度調整などの目的で使用する
ものであって、従来油性ボールペン用インキに用いられ
ているバインダ樹脂を使用することができる。具体的に
は、フェノール樹脂、アミド樹脂、キシレン樹脂、水添
ロジン樹脂、ケトン樹脂などが挙げられる。これらは単
独または混合して使用することができる。配合量はイン
キ全量に対して０．５〜４０重量％が好ましい。

【００２９】曳糸性付与樹脂は、インキに２０℃におけ
る曳糸長が１００ｍｍ以上の曳糸性を付与する目的で使
用され、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイ
ド、ヒドロキシプロピルセルローズ、ゴム系高分子化合
物などが使用できる。この中で好適なものは重量平均分
子量１００万以上の曳糸性付与樹脂、例えばポリビニル
ピロリドン樹脂が挙げられる。具体的にはＰＶＰＫ−
９０（ＧＡＦ社製、重量平均分子量１２８万）がある。
最も好適には、重量平均分子量２００万以上のポリビニ
ルピロリドン樹脂が挙げられる。具体的にはＰＶＰＫ
-1２０（ＧＡＦ社製、重量平均分子量２８０万）があ
る。

【００３０】配合量は、少なすぎると曳糸長が１００ｍ
ｍ未満となってボテが発生し、多すぎると弾性要素が強
すぎてボール表面へのインキの乗りが悪くなり筆跡カス
レが発生するため、インキ全量に対して０．１〜５重量
％が好ましい。

【００３１】その他添加剤として必要に応じて、界面活
性剤、分散剤、防錆剤、防菌剤、潤滑剤、ｐＨ調整剤、
染料溶解安定剤など適宜選択して添加することができ
る。

【００３２】本発明の油性ボールペンは、図１に示すよ
うなボール１とボール受け２からなるチップ３のほか、
インキ収容部としてのインキ収容管、軸筒、キャップな
どから構成され、本発明のインキを充填したものであ
る。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を示す。

【００３４】実施例１ニグロシンＥＸ（染料）１５．０重量％バリファーストバイオレット１７０１（染料）１５．０重量％（オリエント化学工業（株）製）ハイラック１１１（バインダ樹脂）４．０重量％（ケトン樹脂、日立化成（株）製）オレイン酸（溶剤）３．０重量％フェニルグリコール（溶剤）３６．０重量％ベンジルアルコール（溶剤）２４．０重量％ＰＶＰＫ−９０（曳糸性付与樹脂）０．５重量％ターレン７２００（非ニュートン粘性付与剤）２．５重量％（脂肪酸アマイド、共栄社化学（株）製）上記成分を混合後、６０℃に加温攪拌し、染料、バイン
ダ樹脂および曳糸性付与樹脂を溶解し、黒色油性ボール
ペン用インキを得た。このインキの剪断速度５００ｓ^-1
における粘度は６，０００ｍＰａ・ｓ（２０℃）であ
り、非ニュートン粘性指数は０．３であった。また、こ
のインキの曳糸長（２０℃）は１２０ｍｍであった。

【００３５】実施例２ニグロシンＥＸ１０．０重量％バリファーストバイオレット１７０１２０．０重量％ハイラック１１１４．０重量％オレイン酸３．０重量％フェニルグリコール３６．６重量％ベンジルアルコール２４．４重量％ＰＶＰＫ-1２００．５重量％ターレン７２００１．５重量％上記成分を実施例１と同様に混合、加温攪拌および溶解
し、黒色油性ボールペン用インキを得た。このインキの
剪断速度５００ｓ^-1における粘度は７，０００ｍＰａ・
ｓ（２０℃）であり、非ニュートン粘性指数は０．５で
あった。また、このインキの曳糸長（２０℃）は２５０
ｍｍであった。

【００３６】実施例３ニグロシンＥＸ１５．０重量％バリファーストバイオレット１７０１１５．０重量％ハイラック１１１４．０重量％オレイン酸３．０重量％フェニルグリコール３７．２重量％ベンジルアルコール２４．８重量％ＰＶＰＫ-1２００．５重量％ターレン７２０００．５重量％上記成分を実施例１と同様に混合、加温攪拌および溶解
し、黒色油性ボールペン用インキを得た。このインキの
剪断速度５００ｓ^-1における粘度は６，８００ｍＰａ・
ｓ（２０℃）であり、非ニュートン粘性指数は０．９で
あった。また、このインキの曳糸長（２０℃）は２４０
ｍｍであった。

【００３７】実施例４ニグロシンＥＸ１５．０重量％バリファーストバイオレット１７０１１５．０重量％ハイラック１１１７．０重量％オレイン酸３．０重量％フェニルグリコール３４．９２重量％ベンジルアルコール２３．２８重量％ＰＶＰＫ−９００．６重量％ターレン７２００１．２重量％上記成分を実施例１と同様に混合、加温攪拌および溶解
し、黒色油性ボールペン用インキを得た。このインキの
剪断速度５００ｓ^-1における粘度は９，３００ｍＰａ・
ｓ（２０℃）であり、非ニュートン粘性指数は０．６で
あった。また、このインキの曳糸長（２０℃）は１５０
ｍｍであった。

【００３８】比較例１ニグロシンＥＸ１０．０重量％バリファーストバイオレット１７０１１０．０重量％ハイラック１１１１．０重量％オレイン酸３．０重量％フェニルグリコール４５．６重量％ベンジルアルコール３０．４重量％上記成分を実施例１と同様に混合、加温攪拌および溶解
し、黒色油性ボールペン用インキを得た。このインキの
剪断速度５００ｓ^-1における粘度は５００ｍＰａ・ｓ
（２０℃）であり、非ニュートン粘性指数は１．０であ
った。また、このインキの曳糸長（２０℃）は２０ｍｍ
であった。

【００３９】比較例２ニグロシンＥＸ１５．０重量％バリファーストバイオレット１７０１１５．０重量％ハイラック１１１８．０重量％オレイン酸３．０重量％フェニルグリコール３５．３７重量％ベンジルアルコール２３．５８重量％ターレン７２０００．０５重量％上記成分を実施例１と同様に混合、加温攪拌および溶解
し、黒色油性ボールペン用インキを得た。このインキの
剪断速度５００ｓ^-1における粘度は１４，０００ｍＰａ
・ｓ（２０℃）であり、非ニュートン粘性指数は０．９
７であった。また、このインキの曳糸長（２０℃）は６
０ｍｍであった。

【００４０】比較例３ニグロシンＥＸ１０．０重量％バリファーストバイオレット１７０１１０．０重量％ハイラック１１１１．０重量％オレイン酸３．０重量％フェニルグリコール４２．３重量％ベンジルアルコール２８．２重量％ターレン７２００５．５重量％上記成分を実施例１と同様に混合、加温攪拌および溶解
し、黒色油性ボールペン用インキを得た。このインキの
剪断速度５００ｓ^-1における粘度は７００ｍＰａ・ｓ
（２０℃）であり、非ニュートン粘性指数は０．１であ
った。また、このインキの曳糸長（２０℃）は３０ｍｍ
であった。

【００４１】比較例４ニグロシンＥＸ１５．０重量％バリファーストバイオレット１７０１１５．０重量％ハイラック１１１８．０重量％オレイン酸３．０重量％フェニルグリコール３２．１重量％ベンジルアルコール２１．４重量％ターレン７２００５．５重量％上記成分を実施例１と同様に混合、加温攪拌および溶解
し、黒色油性ボールペン用インキを得た。このインキの
剪断速度５００ｓ^-1における粘度は１５，０００ｍＰａ
・ｓ（２０℃）であり、非ニュートン粘性指数は０．１
であった。また、このインキの曳糸長（２０℃）は７０
ｍｍであった。

【００４２】比較例５ニグロシンＥＸ３０．０重量％ハイラック１１１５．０重量％オレイン酸５．０重量％フェニルグリコール３５．４重量％ベンジルアルコール２３．６重量％ターレン７２００１．０重量％上記成分を実施例１と同様に混合、加温攪拌および溶解
し、黒色油性ボールペン用インキを得た。このインキの
剪断速度５００ｓ^-1における粘度は４２００ｍＰａ・ｓ
（２０℃）であり、非ニュートン粘性指数は０．７であ
った。また、このインキの曳糸長（２０℃）は４５ｍｍ
であった。

【００４３】上記実施例１〜３、比較例１、３および４
のインキをそれぞれボールペン（商品名「ＢＰ−Ｓ、
（株）パイロット製、０．７ｍｍ径のボールを備えたス
テンレス鋼製ボールペンチップ）に詰め試験を行った。
また、実施例４、比較例２のインキをそれぞれボールペ
ン（商品名「ＢＰ−Ｓ、（株）パイロット製、０．５ｍ
ｍ径のボールを備えたステンレス鋼製ボールペンチッ
プ）に詰め、試験を行った。結果をインキ組成などと共
に以下に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】書き味：粘度（５００ｓ^-1）２
０，０００ｍＰ・ｓ、２０℃のインキを充填したボール
ペンを比較サンプルとして用意し、このサプルと各例の
ボールペンとの官能テストを１対比較法で行った。すな
わち、比較サンプルには記号をつけず、順序効果を打ち
消すために順序を入れ替え、その組み合わせが同数発生
するようにして行った。繰り返し回数は４回。テスト人
数１０人。表中、○は比較サンプルに対して書き味が滑
らかで良いことに有意差あり、×は有意差なし、をそれ
ぞれ示す。

【００４６】垂れ下がり現象：各例のボールペンをチッ
プを下向きに直立して温度４０℃、湿度９５％ＲＨで２
４時間放置後のチップ先端部のインキ流出の有無を観察
した。表中、○は無し、×は有り、を示す。

【００４７】インキ追従性：連続筆記したときの筆跡
線切れの有無を観察した。表中、○は線切れなし、×は
線切れあり、を示す。

【００４８】ボテ：各例あたり４本のボール
ペンを使用し、走行試験機を用いた。走行試験は荷重２
００ｇ、速度４ｍ／ｍｉｎで行い、１００ｍ当たりのボ
テの発生個数を数え、４本の平均をとった。表中、◎は
０個、○は１個、△は１〜５個、×は５個以上、を示
す。

【００４９】筆跡滲み：筆跡の滲みの有無を観察
した。表中、○はなし、×はあり、を示す。

【００５０】ボール座摩耗量：走行試験機を用い、荷重
２００ｇ、速度４ｍ／ｍｉｎで１，０００ｍ筆記前後の
チップボール出代変化を測定した。ボール座摩耗量およ
びボール出代変化をそれぞれ図１の符号Ｌ１およびＬ２
で示す。

【００５１】

【発明の効果】本発明の油性ボールペン用インキおよび
油性ボールペンは、垂れ下がり現象や筆跡のカスレ、線
切れ、滲みがなく、伝票複写などの高筆圧下における耐
久性を付与でき、滑らかで良好な書き味が得られ、さら
に、インキに２０℃における曳糸長が１００ｍｍ以上の
曳糸性を付与する曳糸性樹脂を含有しているので、本発
明のインキおよびボールペンはボテを良好に防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の油性ボールペンのチップ拡大図であ
る。

【符号の簡単な説明】

１ボール２ボール受け３チップ４チップ内インキ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】着色剤、溶剤、バインダ樹脂、およびイン
キ全量に対し、０．１〜５重量％の非ニュートン粘性付
与剤と２０℃における曳糸長が１００ｍｍ以上である曳
糸性を付与する曳糸性付与樹脂を含有し、非ニュートン
粘性指数が０．２〜０．９５であり、剪断速度５００ｓ
^-1における粘度が１，０００〜１０，０００ｍＰａ・ｓ
（２０℃）である油性ボールペン用インキ。
【請求項２】非ニュートン粘性指数が０．４〜０．９で
ある請求項１に記載の油性ボールペン用インキ。
【請求項３】前記非ニュートン粘性付与剤が脂肪酸アマ
イドであり、曳糸性付与樹脂が重量平均分子量１００万
以上のポリビニルピロリドンである、請求項１または２
に記載の油性ボールペン用インキ。
【請求項４】前記曳糸性付与樹脂が重量平均分子量２０
０万以上のポリビニルピロリドンである請求項３に記載
の油性ボールペン用インキ。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の油性ボー
ルペン用インキをインキ収容部に詰めたボールペン。