JP3789818B2 - 太字水性ゲルボールペン - Google Patents
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Description
本発明は、中粘度インキ、中性インキ、ゲルインキ、あるいは水性ゲルインキなどと呼ばれるインキを用いたボールペンに関し、特に、インキの消費量が大きいボールペン、即ち、太くて濃い字を書くためのボールペンに関するものである。
背景技術
従来から、種々のボールペンが提供されている。
例えば、溶剤として水又は水溶性溶媒を用いると共に、着色剤として染料又は顔料を用いたインキ(以下、「水性インキ」という。)を充填したボールペン(以下、「水性ボールペン」という。)が提供されている。
この水性ボールペンは、インキの粘性が低いため、低い筆記圧で筆記することができ、書き味が滑らかであるという利点を有している。しかし、その反面、振動や衝撃に弱く、チップの先端からインキが漏れ出してしまう現象(以下、「直流現象」という。)があり、又、チップの先端からチップの内部に空気を巻き込み、筆記流量の安定性が低下する現象(以下、「脈流現象」という。)を起こし易いという欠点を有している。更に、この水性ボールペンは、描線がにじみ易いという欠点をも有している。
一方、溶剤として有機溶媒を用いると共に、着色剤として染料又は顔料を用いたインキ(以下、「油性インキ」という。)を充填したボールペン(以下、「油性ボールペン」という。)も提供されている。
この油性ボールペンは、インキの粘性が高いため、水性ボールペンに見られるような欠点は有していない。しかし、筆記のために高い筆記圧を必要とし、書き味が重いという欠点を有している。更に、この油性ボールペンは、チップの先端や紙面上をインキの塊で汚してしまう現象(以下、「ボテ現象」という。)を起こし易いという欠点をも有している。
また、最近では、溶剤として水又は水溶性溶媒を用いると共に、着色剤として染料又は顔料を用い、更に、擬塑性化剤を添加することにより、擬塑性を有するようにしたインキ(以下、「水性ゲルインキ」という。)を充填したボールペン(以下、「水性ゲルインキボールペン」という。)が提供されている。
なお、擬塑性とは、静止状態においては非流動性を示すものの、剪断力が加えられると流動性を示す性質をいう。
この水性ゲルインキは、インキタンク内では油性インキのような非流動性を示し、一方、チップの先端近辺では、ボールの回転により剪断力が加えられるため、水性インキのような流動性を示すのである。
従って、この水性ゲルインキボールペンは、水性ボールペンが有する利点と、油性ボールペンが有する利点とを併せ持つこととなる。即ち、この水性ゲルインキボールペンは、低い筆記圧で筆記することができ、書き味が滑らかであると共に、描線がにじみにくく、ボテ現象も起こしにくいのである。
ところで、この水性ゲルインキボールペンの製造は、実際には容易ではない。
例えば、ボールの直径が0.5mmのチップと、ボールの直径が0.7mmのチップとでは、ボールとホルダーとの間のクリアランスが異なると共に、ボールの回転によりインキに加えられる剪断力が異なる。
このため、一方のチップに適した水性ゲルインキを他方のチップに使用すると、直流現象や脈流現象を起こしたり、あるいはボテ現象を起こしたりしてしまう。
従って、使用するチップに合わせて、水性ゲルインキの粘度などの調整が行われている。
更に、最近では、比較的太くて濃い字を書くことができる水性ゲルインキボールペン(以下、「太字水性ゲルインキボールペン」という。)が求められている。
この太字水性ゲルインキボールペンでは、太い字に対応するため、直径が0.9mm以上のボールが用いられる。
また、ボールの直径を大きくしただけでは、描線の幅は広くできても、描線の色が薄く見えてしまうこととなるので、この太字水性ゲルインキボールペンでは、ボールとホルダーとの間のクリアランスも比較的大きく形成される。
更に、この太字水性ゲルインキボールペンでは、ボールの直径を大きくして描線を太くした分と、ボールとホルダーとの間のクリアランスを大きくして流量を多くした分とに見合うだけの多量のインキをチップに供給する必要がある。
具体的には、単位面積当たりのインキ消費量値が0.64〜1.6mg/cm2程度となるように、チップにインキを供給する必要がある。
そして、このようなインキの消費量は、従来の水性ゲルインキボールペンにおけるインキ消費量の1.5倍から3倍にも相当するものである。
なお、単位面積当たりのインキ消費量値とは、単位長さ当たりのインキ消費量値を、描線幅で除することによって求められる値をいう。
例えば、太字水性ゲルインキボールペンの単位長さ当たりのインキ消費量値は、300〜750mg/100m程度が好ましい。単位長さ当たりのインキ消費量値が300mg/100m以下では、描線の色が薄く見えてしまう。他方、単位長さ当たりのインキ消費量値が750mg/100m以上では、紙面に転写されたインキが乾きにくくなってしまうからである。
また、直径が1.0mmのボールの描線幅は、紙質によって異なるが、ISO規格14145−1に準拠した筆記試験用紙に描いた場合には、0.47mm程度である。
従って、太字水性ゲルインキボールペンの単位面積当たりのインキ消費量値は、0.64〜1.6mg/cm2程度となる。
ところが、このような太字水性ゲルインキボールペン用のインキの調整が極めて困難である。
例えば、ボールの直径が0.5mmのチップに適した水性ゲルインキを、ボールの直径が1.0mmのチップに使用すると、ボールとホルダーとの間のクリアランスが大きくなることや、ボールの回転によりインキに加えられる剪断力が小さくなることなどにより、ボテ現象や、描線が複数本に分かれてしまう現象(以下、「線割れ現象」という。)などを起こしてしまうことになる。
また、このような太字水性ゲルインキボールペンでは、チップの先端からのインキの流出量が増大することにより、紙面に転写されたインキが乾きにくくなってしまうことも生じる。
更に、このような太字水性ゲルインキボールペンでは、保存環境や筆記状態によって、チップの先端からのインキの流出量が不安定になり、描線の濃度や幅にバラツキを生じてしまうことになる。
発明の開示
そこで、本発明のうち請求項1又は請求項2に記載した発明は、上述したような太字水性ゲルインキボールペンであって、ボテ現象や線割れ現象などを起こしにくく、また、紙面に転写された際の速乾性に優れ、更に、保存環境や筆記状態によっても描線の濃度や幅にバラツキを生じにくいボールペンを提供することを目的とする。
本発明者等は、上記の目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、単位面積当たりのインキ消費量値が0.64〜1.6mg/cm2となるように形成されているボールペンにおいては、水性ゲルインキの表面張力を16〜32mN/mの範囲に調整しておけば、ボテ現象や線割れ現象などが起こりにくく、また、紙面に転写された際の速乾性に優れ、更に、保存環境や筆記状態によっても描線の濃度や幅にバラツキが生じにくくなることを見出し、以下に示す発明を完成させるに至った。
即ち、本発明のうち、請求項1に記載した発明は、単位面積当たりのインキ消費量値が0.64〜1.6mg/cm2となるように形成されている、直径が0.9mm以上のボールが用いられる太字水性ゲルインキボールペンであって、表面張力が16〜32mN/mの範囲となるように調整され、かつ、増粘剤の添加により擬塑性を付与した水性ゲルインキが充填されていることを特徴とする。
ここで、「単位面積当たりのインキ消費量値」とは、「単位長さ当たりのインキ消費量値」を、「描線幅」で除することによって求められる値をいう。
また、「単位長さ当たりのインキ消費量値」とは、ISO規格による単位長さ当たりのインキ消費量値をいう。
この単位長さ当たりのインキ消費量値は、ISO規格14145−1に準拠した筆記試験機を用い、所定の条件(例えば、筆記速度4.5m/分、筆記角度60°、筆記負荷100gの条件)で測定することができる。
また、「描線幅」とは、紙面上などに描かれる描線の幅をいう。
この描線幅は、紙質によって異なるが、例えば、ISO規格14145−1に準拠した筆記試験用紙に描いた場合には、ボールの直径が1.0mmであれば0.47mm程度となる。
そして、上述したように、太字水性ゲルインキボールペンにおける単位長さ当たりのインキ消費量値は、300〜750mg/100m程度が好ましいので、例えば、直径が1.0mmのボールを備えた太字水性ゲルインキボールペンにおける単位面積当たりのインキ消費量値は0.64〜1.6mg/cm2程度となるのである。
また、「表面張力」とは、ISO規格による表面張力をいう。
この表面張力は、例えば、共和界面科学株式会社製の表面張力計を用い、垂直平板法によって測定することができる。
そして、単位面積当たりのインキ消費量値が0.64〜1.6mg/cm2となるようなボールペン、即ち、太くて濃い字を書くためのボールペンに用いるボールペン用インキの表面張力を16〜32mN/mの範囲に調整することにより、このボールペンで筆記したとき、ボテ現象や線割れ現象などを起こしにくく、また、紙面に転写された際には乾き易く、更に、保存環境や筆記状態によっても描線の濃度や幅にバラツキを生じにくくすることができるのである。
なお、ボールペン用インキの表面張力が16mN/m以下では、直流現象を起こし易く、また、顔料の凝集や沈降を起こし易くなってしまう。他方、ボールペン用インキの表面張力が32mN/m以上では、ボテ現象や線割れ現象などを起こし易く、また、紙面に転写された際には乾きにくく、更に、保存環境や筆記状態によってインキの流出量が不安定になり、描線の濃度や幅にバラツキを生じ易くなってしまうのである。
また、請求項2に記載した太字水性ゲルインキボールペンは、請求項1に記載した太字水性ゲルインキボールペンの構成に加えて、前記水性ゲルインキは、フッ素系界面活性剤を0.01〜1.5重量%含有することを特徴とする。
ここで、「フッ素系界面活性剤」としては、例えば、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物(例えば、旭硝子株式会社製のサーフロンS−145(商品名)、ダイキン工業株式会社製のユニダインDS−401(商品名))、パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩(例えば、大日本インキ化学工業株式会社製のメガファックF−150(商品名))、パーフルオロアルキルカルボン酸塩(例えば、旭硝子株式会社製のサーフロンS−111(商品名))、アクリル酸ポリオキシアルキレングリコールモノエステル・アクリル酸N‐パーフルオロオクチルスルホニル‐N‐プロピルアミノエチル共重合物(例えば、株式会社トーケムプロダクツ製のEF−352(商品名))、フッ素化アルキルエステル(例えば、住友スリーエム株式会社製のフロラードFC−430(商品名))、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフルオロアルキル基親水性基含有オリゴマー、パーフルオロアルキル基親水性基含有ウレタン、パーフルオロアルキルリン酸エステル、パーフルオロアルキルベタイン、パーフルオロアルキルアミンオキサイド、パーフルオロアルキルアンモニウム塩、パーフルオロアルキルアルコキシレート、パーフルオロアルキルポリオキシエチレンエタノールなどを用いることができる。
そして、フッ素系界面活性剤を0.01〜1.5重量%加えることにより、ボールペン用インキの表面張力を16〜32mN/mの範囲に調整し易くすることができ、更には、このように調整したボールペン用インキをボールペンに用いることにより、ボテ現象や線割れ現象などを起こしにくく、また、紙面に転写された際には乾き易く、更に、保存環境や筆記状態によっても描線の濃度や幅にバラツキを生じにくくすることができるのである。
なお、フッ素系界面活性剤の含有量が0.01重量%以下では、表面張力が32mN/m以上となり、ボテ現象や線割れ現象などを起こし易く、また、紙面に転写された際には乾きにくくなる。更に、保存環境や筆記状態によってインキの流出量が不安定になり、描線の濃度や幅にバラツキを生じ易くなってしまう。他方、フッ素系界面活性剤の含有量が1.5重量%以上では、表面張力が16mN/m以下となり、直流現象を起こし易く、また、顔料の凝集や沈降を起こし易くなってしまうのである。
このように、単位面積当たりのインキ消費量値が0.64〜1.6mg/cm2となるようなボールペン、即ち、太くて濃い字を書くためのボールペンに、表面張力を16〜32mN/mの範囲に調整したボールペン用インキを充填することにより、ボテ現象や線割れ現象などを起こしにくく、また、紙面に転写された際には乾き易く、更に、保存環境や筆記状態によっても描線の濃度や幅にバラツキを生じにくくすることができるのである。
なお、ボールペン用インキの表面張力が16mN/m以下では、直流現象を起こし易く、また、顔料の凝集や沈降を起こし易くなってしまう。他方、ボールペン用インキの表面張力が32mN/m以上では、ボテ現象や線割れ現象などを起こし易く、また、紙面に転写された際には乾きにくく、更に、保存環境や筆記状態によってインキの流出量が不安定になり、描線の濃度や幅にバラツキを生じ易くなってしまうのである。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係るボールペン用インキ、及びそのボールペン用インキを用いたボールペンの実施の形態を説明する。
(ボールペン用インキ)
本実施の形態に係るボールペン用インキは、単位面積当たりのインキ消費量値が0.64〜1.6mg/cm2となるように形成されているボールペンに用いられるものであって、表面張力が16〜32mN/mの範囲に調整されている。
また、本実施の形態に係るボールペン用のインキは、着色剤、水溶性溶媒、フッ素系界面活性剤、保湿剤、潤滑剤、防腐剤、防錆剤、pH調整剤、増粘剤、水などを含有する。
(着色剤)
着色剤としては、従来からボールペン用インキに用いられてきた染料又は顔料であって、水に溶解又は分散するものすべてを用いることができる。
具体的には、例えば、C.I.アシッドブラック1、同2、同24、同26、同31、同52、同107、同109、同110、同119、同154、C.I.アシッドイエロー7、同17、同19、同23、同25、同29、同38、同42、同49、同61、同72、同78、同110、同141、同127、同135、同142、C.I.アシッドレッド8、同9、同14、同18、同26、同27、同35、同37、同51、同52、同57、同82、同87、同92、同94、同111、同129、同131、同138、同186、同249、同254、同265、同276、C.I.アシッドバイオレット15、同17、C.I.アシッドブルー1、同7、同9、同15、同22、同23、同25、同40、同41、同43、同62、同78、同83、同90、同93、同103、同112、同113、同158、C.I.アシッドグリーン3、同9、同16、同25、同27などの酸性染料を着色剤として用いることができる。
また、例えば、C.I.ベーシックイエロー1、同2、同21、C.I.ベーシックオレンジ2、同14、同32、C.I.ベーシックレッド1、同2、同9、同14、C.I.ベーシックバイオレット1、同3、同7、C.I.ベーシックブラウン12、C.I.ベーシックブラック2、同8などの塩基性染料を着色剤として用いることもできる。
また、例えば、C.I.ダイレクトブラック17、同19、同22、同32、同38、同51、同71、C.I.ダイレクトイエロー4、同26、同44、同50、C.I.ダイレクトレッド1、同4、同23、同31、同37、同39、同75、同80、同81、同83、同225、同226、同227、C.I.ダイレクトブルー1、同15、同71、同86、同106、同119などの直接染料を着色剤として用いることもできる。
また、例えば、酸化チタン、カーボンブラック、ベンガラ、酸化クロム、鉄黒、コバルトブルー、アルミナホワイト、酸化鉄黄、ビリジアン、硫化亜鉛、リトポン、カドミウムイエロー、朱、カドミウムレッド、黄鉛、モリブデードオレンジ、ジンククロメート、ストロンチウムクロメート、ホワイトカーボン、クレー、タルク、群青、沈降性硫酸バリウム、バライト粉、炭酸カルシウム、鉛白、紺青、マンガンバイオレット、アルミニウム粉、ステンレス粉、ニッケル粉、銅粉、亜鉛粉、真鍮粉などの無機系顔料を着色剤として用いることもできる。
また、例えば、アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、キレートアゾ顔料、フタロシアニン顔料、ペリレン及びペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、染料レーキ、ニトロ顔料、ニトロソ顔料などの有機系顔料、より具体的には、フタロシアニンブルー(C.I.74160)、フタロシアニングリーン(C.I.74260)、ハンザイエロー3G(C.I.11670)、ジスアゾイエローGR(C.I.21100)、パーマネントレッド4R(C.I.12335)、ブリリアントカーミン6B(C.I.15850)、キナクリドンレッド(C.I.46500)などの有機系顔料を着色剤として用いることもできる。
なお、これらの染料又は顔料は、それぞれ単独で用いてもよく、また、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
また、着色剤の含有量は、ボールペン用インキの全量に対して0.1〜40重量%程度とすることが好ましい。着色剤の含有量が0.1重量%以下では、描線の色が薄く見えてしまう。他方、着色剤の含有量が40重量%以上では、インキが経時的に不安定となってしまうからである。
(水溶性溶媒)
また、水溶性溶媒としては、極性溶媒であって、水に溶解するものすべてを用いることができる。
具体的には、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,2‐プロパンジオール、1,3‐プロパンジオール、1,2‐ブタンジオール、2,3‐ブタンジオール、1,3‐ブタンジオール、1,4‐ブタンジオール、1,2‐ペンタンジオール、1,5‐ペンタンジオール、2,5‐ヘキサンジオール、3‐メチル1,3ブタンジオール、2‐メチルペンタン‐2,4‐ジオール、3‐メチルペンタン‐1,5‐ジオール、1,2,3‐ブタントリオール、1,2,4‐ブタントリオール、3‐メチルペンタン‐1,3,5‐トリオール、1,2,3‐ヘキサントリオールなどのアルキレングリコール類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類、グリセロール、ジグリセロール、トリグリセロールなどのグリセロール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ‐n‐ブチルエーテルなどのグリコールの低級アルキルエーテル、チオジエタノール、N‐メチル‐2‐ピロリドン、1,3‐ジメチル‐2‐イミダリジノン、スルホランなどの極性溶媒を水溶性溶媒として用いることができる。
なお、これらの極性溶媒は、それぞれ単独で用いてもよく、また、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
また、水溶性溶媒の含有量は、ボールペン用インキの全量に対して1〜40重量%程度とすることが好ましい。水溶性溶媒の含有量が1重量%以下では、書き味が悪くなってしまう。他方、水溶性溶媒の含有量が40重量%以上では、紙面に転写された際に乾きにくくなってしまうからである。
(フッ素系界面活性剤)
また、フッ素系界面活性剤としては、フッ素を含む界面活性剤であって、水に溶解又は分散するものすべてを用いることができる。
具体的には、例えば、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物(例えば、旭硝子株式会社製のサーフロンS−145(商品名)、ダイキン工業株式会社製のユニダインDS−401(商品名))、パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩(例えば、大日本インキ化学工業株式会社製のメガファックF−150(商品名))、パーフルオロアルキルカルボン酸塩(例えば、旭硝子株式会社製のサーフロンS−111(商品名))、アクリル酸ポリオキシアルキレングリコールモノエステル・アクリル酸N‐パーフルオロオクチルスルホニル‐N‐プロピルアミノエチル共重合物(例えば、株式会社トーケムプロダクツ製のEF−352(商品名))、フッ素化アルキルエステル(例えば、住友スリーエム株式会社製のフロラードFC−430(商品名))、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフルオロアルキル基親水性基含有オリゴマー、パーフルオロアルキル基親水性基含有ウレタン、パーフルオロアルキルリン酸エステル、パーフルオロアルキルベタイン、パーフルオロアルキルアミンオキサイド、パーフルオロアルキルアンモニウム塩、パーフルオロアルキルアルコキシレート、パーフルオロアルキルポリオキシエチレンエタノールなどを用いることができる。
そして、フッ素系界面活性剤の含有量を、ボールペン用インキの全量に対して0.01〜1.5重量%程度とすることにより、ボールペン用インキの表面張力を16〜32mN/mの範囲に調整し易くすることができるのである。
なお、これらのフッ素系界面活性剤は、それぞれ単独で用いてもよく、また、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
また、フッ素系界面活性剤の含有量が0.01重量%以下では、ボテ現象や線割れ現象などを起こし易く、また、紙面に転写された際には乾きにくく、更に、保存環境や筆記状態によってインキの流出量が不安定になり、描線の濃度や幅にバラツキを生じ易くなってしまう。他方、フッ素系界面活性剤の含有量が1.5重量%以上では、直流現象を起こし易く、また、顔料の凝集や沈降を起こし易くなってしまうのである。
(保湿剤)
また、保湿剤としては、マルチトールを主成分とする還元糖、ソルビトールを主成分とする還元糖、還元オリゴ糖、還元マルトオリゴ糖、デキストリン、マルトデキストリン、還元デキストリン、還元マルトデキストリン、α‐サイクロデキストリン、β‐サイクロデキストリン、マルトシルサイクロデキストリン、難消化性デキストリン、還元澱粉分解物、キシリトール、サッカロース、マルチトール、還元澱粉糖化物、還元麦芽糖などの糖類を用いることができる。
具体的には、例えば、TK−16、TK−75(いずれも商品名、松谷化学工業株式会社製)、ダイヤトールN、ダイヤトールK(いずれも商品名、サンエイ糖化株式会社製)、エスイー20、エスイー58(いずれも商品名、日研化学株式会社製)、PO−300、PO−20(いずれも商品名、東和化成工業株式会社製)などを保湿剤として用いることができる。
なお、これらの糖類は、それぞれ単独で用いてもよく、また、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
また、保湿剤の含有量は、ボールペン用インキの全量に対して0.1〜10重量%程度とすることが好ましい。保湿剤の含有量が0.1重量%以下では、保湿剤としての効果が発揮されなくなってしまう。他方、保湿剤の含有量が10重量%以上では、紙面に転写された際に乾きにくくなってしまうからである。
(潤滑剤)
また、潤滑剤としては、脂肪酸塩や、ノニオン系界面活性剤などを用いることができる。
具体的には、例えば、リノール酸カリウム、オレイン酸カリウム、オレイン酸ナトリウムなどの脂肪酸塩や、グリセリン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、ペンタエリスリトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ペンタエリスリトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンゾルビット脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキレルエーテル、ポリオキシエチレンフィトステロール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンヒマシ油、ポリオキシエチレンラノリン、ポリオキシエチレンラノリンアルコール、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルフェニルホルムアルデヒド縮合物などのノニオン系界面活性剤を潤滑剤として用いることができる。
なお、これらの脂肪酸塩又はノニオン系界面活性剤は、それぞれ単独で用いてもよく、また、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(防腐剤)
また、防腐剤としては、例えば、ナトリウムオマジン、1‐2ベンゾイソチアゾリンなどを用いることができる。
なお、これらは、それぞれ単独で用いてもよく、また、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(防錆剤)
また、防錆剤としては、例えば、トリルトリアゾール、ベンゾトリアゾール及びその誘導体、リン酸オクチル、チオリン酸ジオクチルなどの脂肪酸リン誘導体、イミダゾール、ベンゾイミダゾール及びその誘導体、ベンゾイミダゾール、2‐メルカプトベンゾチアゾール、オクチルオキシメタンホスホン酸、ジシクロヘキシルアンモニウム・ナイトライト、ジイソプロピルアンモニウム・ナイトライト、プロパルギルアルコール、ジアルキルチオ尿素、サポニンなどを用いることができる。
なお、これらは、それぞれ単独で用いてもよく、また、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(pH調整剤)
また、pH調整剤としては、無機アルカリや、有機アミンなどを用いることができる。
具体的には、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、リン酸カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどの無機アルカリや、アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピル、トリプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、イソブチルアミン、ジイソブチルアミン、2‐ブタンアミン、N‐(1‐メチルプロピル)‐1‐プロパンアミン、N,N‐ジメチルブチルアミン、1,2‐ジメチルプロピルアミン、N‐エチル1,2‐ジメチルプロピルアミン、アリルアミン、ジアリルアミン、トリアリルアミン、N,N‐ジメチルアリルアミン、N‐メチルジアリルアミン、3‐ペンチルアミン、N,N‐ジイソプロピルエチルアミン、2‐(ヒドロキシメチルアミノ)エタノール、2‐アミノプロパノール、3‐アミノプロパノール、トリエタノールアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、2‐アミノ2‐メチル‐1プロパノール、N‐イソブチルジエタノールアミン、3‐メトキシプロピルアミン、3‐プロピルオキシプロピルアミン、3‐イソプロピルオキシプロピルアミン、3‐ブトキシプロピルアミンなどの有機アミンをpH調整剤として用いることができる。
なお、これらの無機アルカリ又は有機アミンは、それぞれ単独で用いてもよく、また、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(増粘剤)
また、増粘剤としては、例えば、アラビアガム、トラガカントガム、ローカストビーンガム、グアーガム及びその誘導体、アルギン酸、アルギン酸塩、ペクチン、カラギーナン、ゼラチン、ガゼイン、ガゼインナトリウム、キサンタンガム、ラムザンガム、ウェランガム、ジェランガム、デキストラン、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、デンプングリコール酸ナトリウム、ラノリン誘導体、キトサン誘導体、ラクトアルブミン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルピロリドン及びその誘導体、ポリアクリル酸樹脂、架橋型ポリアクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂のアルカリ金属塩などを用いることができる。
具体的には、例えば、日本純薬株式会社製のジュンロンPW‐111(商品名)、和光純薬株式会社製のハイビスワコー103(商品名)、三晶株式会社製のKELZAN、KELZAN AR、K1A96、K1A112、レオザン、K7C233(いずれも商品名)、ローヌ・プーランジャパン株式会社製のJAGUAR HP‐8、JAGUARHP‐60、RHODOPOL23、RHODOPOL 50MC(いずれも商品名)、大日本製薬株式会社製のエコーガムGM(商品名)などを用いることができる。
なお、これらは、それぞれ単独で用いてもよく、また、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(水)
また、水は、ボールベン用インキの成分のうち、上記した着色剤から増粘剤までの成分以外の大部分を占めるものである。本実施の形態では、蒸留水、又はイオン交換水を用いている。
なお、水の含有量は、ボールペン用インキの全量に対して30〜80重量%程度とすることが好ましい。水の含有量が30重量%以下では、チップの先端からのインキの流出量が低下してしまう。他方、水の含有量が80重量%以上では、他の成分が相対的に増加することにより、インキが経時的に不安定となってしまうからである。
(その他)
また、上記した成分以外に、例えば、顔料の分散剤として、スチレンマレイン酸のアンモニウム塩や、スチレンアクリル酸のアンモニウム塩などの樹脂を添加することもある。
(ボールペン用インキの製造方法)
また、本実施の形態に係るボールペン用インキの製造方法は、他のボールペン用インキの製造方法と比べて特に異なるところはない。
即ち、本実施の形態に係るボールペン用インキは、上述した各成分を混合撹拌等することによって製造することができる。
(ボールペン)
次に、本発明に係るボールペンについて説明する。
本実施の形態に係るボールペンは、単位面積当たりのインキ消費量値が0.64〜1.6mg/cm2となるように形成されているものであって、表面張力が16〜32mN/mの範囲となるように調整されたボールペン用インキが充填されている。
更に詳しくは、本実施の形態に係るボールペンは、チップ、及びインキタンクを備えている。
(チップ)
前記チップは、ボールとホルダーとを備え、ホルダーの先端側にボールを回転自在に保持させている。
前記ボールは、超硬合金によって形成されている。また、このボールの直径は、1.0mmとされている。
また、前記ホルダーは、ステンレス製の線材を切削して形成されている。また、このホルダーには、ボールハウス及びインキ誘導孔などが設けられている。
そして、このチップは、ボールハウスにボールを収納した後に、ホルダーの先端近辺にカシメ部を形成することにより、ホルダーの先端側にボールを回転自在に保持させているのである。
また、ボールとホルダーとの間のクリアランスは、単位面積当たりのインキ消費量値が0.64〜1.6mg/cm2程度となるように、即ち、太くて濃い字を書くことができるように調整されている。
なお、ボールは、例えば、焼入鋼によって形成してもよく、また、セラミックによって形成してもよい。
また、単位面積当たりのインキ消費量値が0.64〜1.6mg/cm2程度となるように調整されれば、ボールの直径は、1.0mmに限られず、例えば、0.9mmとしてもよく、また、1.1mmとしてもよい。
また、ホルダーは、例えば、洋白又は真鍮などの金属製の線材を切削して形成してもよく、また、例えば、パイプ鋼材を切削するなどして形成してもよい。
(インキタンク)
また、前記インキタンクは、樹脂製のチューブによって形成されている。また、このインキタンクは、上述したチップの後端側に連設されている。そして、このインキタンクに、上述したボールペン用インキが充填されている。
(ボールペンの製造方法)
また、本実施の形態に係るボールペンの製造方法は、他のボールペンの製造方法と比べて特に異なるところはない。
即ち、上述したようにチップを形成し、また、このチップの後端側にインキタンクを連設し、更に、このインキタンクにボールペン用インキを充填し、その後、遠心処理を行い、ボールペン用インキ内の空気を抜くことによってボールペンを製造することができる。
(効果)
そして、単位面積当たりのインキ消費量値が0.64〜1.6mg/cm2となるように形成されているボールペンに用いるボールペン用インキの表面張力を、16〜32mN/mの範囲に調整することにより、ボテ現象や線割れ現象などを起こしにくく、また、紙面に転写された際には乾き易く、更に、保存環境や筆記状態によっても描線の濃度や幅にバラツキを生じにくいボールペンとすることができるのである。
言い換えれば、単位面積当たりのインキ消費量値が0.64〜1.6mg/cm2となるように形成されているボールペンに、表面張力が16〜32mN/mの範囲となるように調整されたボールペン用インキを充填することにより、ボテ現象や線割れ現象などを起こしにくく、また、紙面に転写された際には乾き易く、更に、保存環境や筆記状態によっても描線の濃度や幅にバラツキを生じにくくすることができるのである。
なお、ボールペン用インキの表面張力が16mN/m以下では、直流現象を起こし易く、また、顔料の凝集や沈降を起こし易くなってしまう。他方、ボールペン用インキの表面張力が32mN/m以上では、ボテ現象や線割れ現象などを起こし易く、また、紙面に転写された際には乾きにくく、更に、保存環境や筆記状態によってインキの流出量が不安定になり、描線の濃度や幅にバラツキを生じ易くなってしまうのである。
また、フッ素系界面活性剤を0.01〜1.5重量%加えることにより、ボールペン用インキの表面張力を16〜32mN/mの範囲に調整し易くすることができるのである。
以下、実施例及び比較例により、本発明を更に詳しく説明する。
(実施例1)
以下の成分を配合してボールペン用インキを製造した。
着色剤:カーボンブラック:7.0重量%
樹脂:スチレンアクリル酸樹脂アンモニウム塩:2.0重量%
水溶性溶媒:プロピレングリコール:15.0重量%
フッ素系界面活性剤:パーフルオロアルキルスルホン酸塩:1.0重量%
保湿剤:マルチトール:5.0重量%
潤滑剤:リン酸エステル:0.6重量%
防腐剤:ナトリウムオマジン:0.2重量%
防錆剤:サポニン:0.1重量%
pH調整剤:アミノメチルプロパノール:0.4重量%
増粘剤:ポリアクリル酸樹脂:0.2重量%
水:イオン交換水:68.5重量%
(実施例2)
以下の成分を配合してボールペン用インキを製造した。
着色剤:カーボンブラック:7.0重量%
樹脂:スチレンアクリル酸樹脂アンモニウム塩:2.0重量%
水溶性溶媒:プロピレングリコール:15.0重量%
フッ素系界面活性剤:パーフルオロアルキルスルホン酸塩:0.05重量%
保湿剤:マルチトール:5.0重量%
潤滑剤:リン酸エステル:0.6重量%
防腐剤:ナトリウムオマジン:0.2重量%
防錆剤:サポニン:0.1重量%
pH調整剤:アミノメチルプロパノール:0.4重量%
増粘剤:ポリアクリル酸樹脂:0.4重量%
水:イオン交換水:69.2重量%
(実施例3)
以下の成分を配合してボールペン用インキを製造した。
着色剤:フタロシアニンブルー:7.5重量%
樹脂:スチレンマレイン酸樹脂アンモニウム塩:2.2重量%
水溶性溶媒:グリセリン:15.0重量%
フッ素系界面活性剤:フッ素化アルキルエステル:0.5重量%
保湿剤:マルチトール:3.0重量%
潤滑剤:カリセッケン:0.5重量%
防腐剤:ナトリウムオマジン:0.2重量%
防錆剤:サポニン:0.1重量%
pH調整剤:アミノメチルプロパノール:0.3重量%
増粘剤:ポリアクリル酸樹脂:0.3重量%
水:イオン交換水:70.4重量%
(実施例4)
以下の成分を配合してボールペン用インキを製造した。
着色剤:フタロシアニンブルー:1.5重量%
着色剤:酸化チタン:20.0重量%
樹脂:スチレンマレイン酸樹脂アンモニウム塩:2.5重量%
水溶性溶媒:ジグリセリンプロピレンオキサイド4モル付加物:5.0重量%
フッ素系界面活性剤:パーフルオロアルキルリン酸エステル:1.0重量%
保湿剤:マルチトール:5.0重量%
潤滑剤:カリセッケン:0.5重量%
防腐剤:ナトリウムオマジン:0.2重量%
防錆剤:サポニン:0.1重量%
pH調整剤:アミノメチルプロパノール:0.3重量%
増粘剤:アラビアガム:0.4重量%
水:イオン交換水:63.5重量%
(実施例5)
以下の成分を配合してボールペン用インキを製造した。
着色剤:フタロシアニンブルー:7.5重量%
樹脂:スチレンマレイン酸樹脂アンモニウム塩:2.2重量%
水溶性溶媒:グリセリン:15.0重量%
フッ素系界面活性剤:フッ素化アルキルエステル:0.5重量%
保湿剤:マルチトール:3.0重量%
潤滑剤:カリセッケン:1.0重量%
防腐剤:ナトリウムオマジン:0.2重量%
防錆剤;サポニン:0.1重量%
pH調整剤:アミノメチルプロパノール:0.3重量%
増粘剤:ポリアクリル酸樹脂:0.3重量%
水:イオン交換水:69.9重量%
(比較例1)
以下の成分を配合してボールペン用インキを製造した。
着色剤:カーボンブラック:7.0重量%
樹脂:スチレンアクリル酸樹脂アンモニウム塩:2.0重量%
水溶性溶媒:プロピレングリコール:15.0重量%
フッ素系界面活性剤:パーフルオロアルキルスルホン酸塩:1.8重量%
保湿剤:マルチトール:5.0重量%
潤滑剤:リン酸エステル:0.6重量%
防腐剤:ナトリウムオマジン:0.2重量%
防錆剤:サポニン:0.1重量%
pH調整剤:アミノメチルプロパノール:0.4重量%
増粘剤:ポリアクリル酸樹脂:0.2重量%
水:イオン交換水:67.7重量%
(比較例2)
以下の成分を配合してボールペン用インキを製造した。
着色剤:カーボンブラック:7.0重量%
樹脂:スチレンアクリル酸樹脂アンモニウム塩:2.0重量%
水溶性溶媒:プロピレングリコール:15.0重量%
フッ素系界面活性剤:なし
保湿剤:マルチトール:5.0重量%
潤滑剤:リン酸エステル:0.6重量%
防腐剤:ナトリウムオマジン:0.2重量%
防錆剤:サポニン:0.1重量%
pH調整剤:アミノメチルプロパノール:0.4重量%
増粘剤:ポリアクリル酸樹脂:0.4重量%
水:イオン交換水:69.3重量%
(比較例3)
以下の成分を配合してボールペン用インキを製造した。
着色剤:フタロシアニンブルー:7.5重量%
樹脂:スチレンマレイン酸樹脂アンモニウム塩:2.2重量%
水溶性溶媒:グリセリン:15.0重量%
フッ素系界面活性剤:なし
保湿剤:マルチトール:3.0重量%
潤滑剤:カリセッケン:0.5重量%
防腐剤:ナトリウムオマジン:0.2重量%
防錆剤:サポニン:0.1重量%
pH調整剤:アミノメチルプロパノール:0.3重量%
増粘剤:ポリアクリル酸樹脂:0.3重量%
水:イオン交換水:70.9重量%
(比較例4)
以下の成分を配合してボールペン用インキを製造した。
着色剤:フタロシアニンブルー:1.5重量%
着色剤:酸化チタン:20.0重量%
樹脂:スチレンマレイン酸樹脂アンモニウム塩:2.5重量%
水溶性溶媒:ジグリセリンプロピレンオキサイド4モル付加物:5.0重量%
フッ素系界面活性剤:パーフルオロアルキルリン酸エステル:0.005重量%
保湿剤:マルチトール:5.0重量%
潤滑剤:カリセッケン:0.5重量%
防腐剤:ナトリウムオマジン:0.2重量%
防錆剤:サポニン:0.1重量%
pH調整剤:アミノメチルプロパノール:0.3重量%
増粘剤:アラビアガム:0.4重量%
水:イオン交換水:64.5重量%
(表面張力の測定、及び筆記試験の結果)
上述した実施例1から5まで、及び比較例1から4までのボールペン用インキの表面張力を測定した。
また、上述した実施例1から5まで、及び比較例1から4までのボールペン用インキを充填したボールペンについての筆記試験を行った。
その結果を、下記の表1に示す。
なお、表面張力の測定は、ISO規格に従い、共和界面科学株式会社製の表面張力計を用いて、垂直平板法により行った。
また、ボールペンは、ボールの直径が1.0mmであり、かつ、単位面積当たりのインキ消費量値が0.64〜1.6mg/cm2の範囲に形成されているものを用いた。
また、単位面積当たりのインキ消費量値は、単位長さ当たりのインキ消費量値を、ISO規格14145−1に準拠した筆記試験機を用いて、筆記速度4.5m/分、筆記角度60°、筆記負荷100gの条件で測定すると共に、この値を描線幅で除することによって求めた。
また、筆記試験は、ISO規格14145−1に準拠した筆記試験機を用い、筆記速度4.5m/分、筆記角度60°、筆記負荷100gの条件で「らせん筆記」し、ボールペン用インキを使い切るまで行った。このとき、筆記試験用紙としては、ISO規格14145−1に準拠したものを用いた。
そして、この筆記試験により、インキの流出量の安定性、ボテ現象の発生の有無、線割れ現象の発生の有無、描線の速乾性、及びインキの経時的安定性についての評価を行った。
ここで、インキの流出量の安定性は、下記の基準で判断し、「○」「△」「×」の3段階で評価した。
(イ)100m毎のインキの流出量が安定していた。また、ボールペン用インキを使い切るまで、カスレや濃度ムラの発生がほとんど認められなかった。→評価「○」
(ロ)100m毎のインキの流出量に多少のバラツキが認められた。また、ボールペン用インキを使い切るまでの間に、カスレや濃度ムラの発生がわずかに認められた。→評価「△」
(ハ)100m毎のインキの流出量に大きなバラツキが認められた。また、ボールペン用インキを使い切るまでの間に、カスレや濃度ムラの発生が明らかに認められた。→評価「×」
また、ボテ現象の発生の有無は、下記の基準で判断し、「○」「△」「×」の3段階で評価した。
(イ)ボテ現象の発生がほとんど認められなかった。→評価「○」
(ロ)ボテ現象の発生がわずかに認められた。→評価「△」
(ハ)ボテ現象の発生が明らかに認められた。→評価「×」
また、線割れ現象の発生の有無は、下記の基準で判断し、「○」「△」「×」の3段階で評価した。
(イ)線割れ現象の発生がほとんど認められなかった。→評価「○」
(ロ)線割れ現象の発生がわずかに認められた。→評価「△」
(ハ)線割れ現象の発生が明らかに認められた。→評価「×」
また、描線の速乾性は、下記の基準で判断し、「○」「△」「×」の3段階で評価した。
(イ)筆記後30秒以内に描線が乾燥した。→評価「○」
(ロ)筆記後30秒〜1分以内に描線が乾燥した。→評価「△」
(ハ)筆記後1分以内に描線が乾燥しなかった。→評価「×」
また、インキの経時的安定性は、製造直後のものと、ガラス瓶に封入して50℃の環境下で1ヶ月間保管したものとについて粘度測定を行い、その結果を下記の基準で判断し、「○」「×」の2段階で評価した。
(イ)粘度変化がほとんど認められなかった。→評価「○」
(ロ)著しい粘度変化が認められた。→評価「×」
また、表1中、「A」は「インキの流出量の安定性」を、「B」は「ボテ現象の発生の有無」を、「C」は「線割れ現象の発生の有無」を、「D」は「描線の速乾性」を、「E」は「インキの経時的安定性」を示す。
【表1】
このように、実施例1から5までのボールペン用インキを充填したボールペンについては、インキの流出量の安定性、ボテ現象の発生の有無、線割れ現象の発生の有無、描線の速乾性、及びインキの経時的安定性のいずれの項目の評価も「○」又は「△」であった。即ち、これらのボールペンは、ボテ現象や線割れ現象などを起こしにくく、また、紙面に転写されたインキが乾き易く、更に、保存環境や筆記状態によっても描線の濃度や幅にバラツキを生じにくかった。
他方、比較例1から4までのボールペン用インキを充填したボールペンについては、インキの流出量の安定性、ボテ現象の発生の有無、線割れ現象の発生の有無、描線の速乾性、又はインキの経時的安定性のいずれかの項目の評価が「×」であった。即ち、これらのボールペンは、ボテ現象や線割れ現象などを起こし易かったり、紙面に転写されたインキが乾きにくかったり、あるいは保存環境や筆記状態によって描線の濃度や幅にバラツキを生じ易かったりした。
更に、表面張力の限界数値についての実験を行ったところ、少なくとも16〜32mN/mの範囲においては、ボテ現象や線割れ現象などを起こしにくく、また、紙面に転写された際には乾き易く、更に、保存環境や筆記状態によっても描線の濃度や幅にバラツキを生じにくくなることが確認された。
また、フッ素系界面活性剤を加えなくても、あるいは他の物質を加えても、表面張力が16〜32mN/mの範囲に調整されていれば、ボテ現象や線割れ現象などを起こしにくく、また、紙面に転写された際には乾き易く、更に、保存環境や筆記状態によっても描線の濃度や幅にバラツキを生じにくくなることが確認された。
このように、表面張力が16mN/m以下では、直流現象を起こし易く、また、顔料の凝集や沈降を起こし易くなってしまい、他方、表面張力が32mN/m以上では、ボテ現象や線割れ現象などを起こし易く、また、紙面に転写された際には乾きにくく、更に、保存環境や筆記状態によって描線の濃度や幅にバラツキを生じ易くなってしまうことが確認された。
また、フッ素系界面活性剤を0.01〜1.5重量%加えることによって、表面張力を16〜32mN/mの範囲に調整し易くなることが確認された。
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではない。
産業上の利用可能性
以上説明したように、請求項1又は請求項2に記載した発明によれば、太くて濃い字を書くためのボールペンであって、ボテ現象や線割れ現象などを起こしにくく、また、紙面に転写されたインキが乾き易く、更に、保存環境や筆記状態によっても描線の濃度や幅にバラツキを生じにくいボールペンを提供することができた。
Claims (2)
- 単位面積当たりのインキ消費量値が0.64〜1.6mg/cm2となるように形成されている、直径が0.9mm以上のボールが用いられる太字水性ゲルインキボールペンであって、
表面張力が16〜32mN/mの範囲となるように調整され、かつ、増粘剤の添加により擬塑性を付与した水性ゲルインキが充填されていることを特徴とする太字水性ゲルインキボールペン。 - 前記水性ゲルインキは、フッ素系界面活性剤を0.01〜1.5重量%含有することを特徴とする請求項1記載の太字水性ゲルインキボールペン。
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