JP5372491B2

JP5372491B2 - ボールペン

Info

Publication number: JP5372491B2
Application number: JP2008333355A
Authority: JP
Inventors: 貴史大野; 正広木暮
Original assignee: Pilot Corp KK
Current assignee: Pilot Corp KK
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010155346A

Description

本発明は、インキ収容筒の先端部に、筆記用ボールを回転自在に抱持したボールペンチップを、直接又はチップホルダーを介して装着し、前記インキ収容筒の内部にボールペン用インキを直詰めしてなるボールペンである。

従来から、顔料を用いたボールペン用インキはよく知られていて、特開２００３−２９１５７９号公報「布書き用ボールペン」等で開示されている。

また、インキ色を白色又はパステル色とするために、白色樹脂粒子を用いたインキ組成物を使用するボールペンとしては、特開２００６−７０２３６号公報「水性インキ組成物」が知られている。
「特開２００３−２９１５７９号公報」「特開２００６−７０２３６号公報」

しかし、一般的に用いられる顔料は、比重が高いためインキ中で顔料沈降が起こり易く、筆記不良や筆跡の濃淡が発生する問題があった。また、特許文献１では、１００〜３００００ｍＰａ・ｓ（２５℃）とインキ粘度が高いために、書き味が悪く、良好な筆記ができないという問題があった。

また、特許文献２では、白色樹脂粒子を用いているため、沈降速度は遅くなるが、ボールペンチップが上向きの状態で放置すると、経時により顔料が沈降して、書き出し時に白色樹脂粒子の色が得られ難い問題があった。

本発明の目的は、書き味及び筆跡が良好で、顔料が沈降しても、書き出し時に所望の色が得られやすいボールペンを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、インキ収容筒の先端部に、筆記用ボールを回転自在に抱持したボールペンチップを、直接又はチップホルダーを介して装着し、前記インキ収容筒の内部にボールペン用インキを直詰めしてなるボールペンにおいて、前記ボールの後方に、弁座を設け、前記弁座に弁部材を移動可能に配置した弁機構を具備するとともに、前記ボールペン用インキが、着色剤として少なくとも顔料を含有してなるボールペン用インキであって、１００ｍ当たりインキ消費量が２５０ｍｇ〜４５０ｍｇであり、前記ボールペン用インキの粘度が、２０℃、剪断速度３８４ｓｅｃ^−１において５ｍＰａ・ｓ〜５０ｍＰａ・ｓ、前記弁座に弁部材を配置した状態で、前記筆記用ボールから弁部材までのインキ収容室の体積が、２０ｍｍ^３以下であるとともに、前記弁座の後方に、第二弁座を設け、該第二弁座に第二弁部材を移動可能に配置した第二弁機構を具備したことを特徴とする。

さらにまた、前記着色剤が中空樹脂粒子であることを特徴とする。

本発明は、書き味及び筆跡が良好で、顔料が沈降しても、書き出し時に所望の色が得られやすいボールペンを提供することができた。

本発明の特徴は、ボールペンチップ又はチップホルダー内にボール弁機構を具備するとともに、１００ｍ当たりインキ消費量が２５０ｍｇ〜４５０ｍｇ、ボールペン用インキの粘度が、２０℃、剪断速度３８４ｓｅｃ^−１において５ｍＰａ・ｓ〜５０ｍＰａ・ｓにするとともに、筆記用ボールから弁部材までのインキ収容室の体積を２０ｍｍ^３以下とすることである。

２０℃において、剪断速度３８４ｓｅｃ^−１において５ｍＰａ・ｓ未満であると、筆跡に滲みが発生する可能性があり、さらに、筆跡乾燥性に影響を及ぼす可能性もある。また、インキ粘度が５０ｍＰａ・ｓを超えると、書き味及び筆跡乾燥性も低下するとともに、前記したインキ消費量の実現が困難となるため、５ｍＰａ・ｓ以上、５０ｍＰａ・ｓ以下、非浸透面への筆記性を考慮して、より好ましくは、１０〜３０ｍＰａ・ｓとする。尚、本発明に用いるボールペン用インキは、ニュートニアンインキであるため、剪断速度１．９４ｓｅｃ^−１にてインキ粘度を測定しても、略同等の粘度を示す。

また、１００ｍ当たりのインキ消費量が２５０ｍｇ未満では、筆跡濃度が薄くなる傾向であるとともに、１００ｍ当たりのインキ消費量が４５０ｍｇを超えると、筆跡乾燥性が悪く、擦過性が低下するため、１００ｍ当たりインキ消費量は２５０ｍｇ以上、４５０ｍｇ以下、好ましくは、３００ｍｇ以上、４５０ｍｇ以下とする。

また、本発明は、着色剤として顔料を用いているが、顔料の沈降の発生を抑制するためには、顔料分散剤の配合や粘度調整が考えられる。しかし、剪断速度３８４ｓｅｃ^−１において５０ｍＰａ・ｓ以下の低粘度のボールペン用インキでは、顔料の沈降を防止できない。特に金属顔料は、比重が高く、前記した顔料の沈降が顕著である。こうした顔料の沈降が発生すると、書き出しから顔料が沈降している部分までインキが消費されないと、顔料の色が表示されないといった不具合が発生する。

こうした問題を鑑みて、書き出した後に、できるだけ早く顔料の色を表示するために、本発明では、筆記用ボールの後方に、ボール弁機構を具備し、弁座に弁部材を配置した状態で、筆記用ボールから弁部材までのインキ収容室の体積が、２０ｍｍ^３以下であることを特徴とする筆記用ボールから弁部材までのインキ収容室の体積が、２０ｍｍ^３以下、さらに好ましくは、１０ｍｍ^３以下にする。これは、顔料が沈降する部分の体積を制限することで、書き出した後に、できるだけ早く顔料の色を表示し、筆跡濃度を復帰するものである。但し、体積が小さすぎると弁機構の設置が困難であるため、１ｍｍ^３以上とすることが好ましい。

インキ消費量が多い程、インキ収容室内のインキを消費するための筆記距離を短くすることができるので好ましいが、前述の通り、消費量が多すぎると、筆跡乾燥性の悪化等、筆跡に影響が発生する恐れがあるため、インキ消費量は、２５０ｍｇ〜４５０ｍｇとする。

また、１００ｍ当たりのインキ消費量は、筆記用紙ＪＩＳＰ３２０１筆記用紙上に筆記角度６５°、筆記荷重１００ｇの条件にて、筆記速度４ｍ／ｍｉｎの速度で、試験サンプル５本用いて、らせん筆記試験を行い、その１００ｍあたりのインキ消費量の平均値を、１００ｍ当たりのインキ消費量としてある。

さらに、インキ収容室内のインキを消費した後に、顔料が沈降している部分までインキが消費されないと、顔料の色が表示されないため、前記弁機構の後方に、第二弁座を設け、該第二弁座に弁部材を移動可能に配置した第二弁機構を具備することが好ましい。第二弁機構を具備することによって、弁部材及び第二弁部材が、弁座及び第二弁座に配置した状態で、弁部材から第二弁部材までの第二インキ収容室を設けることにより、第二弁部材より後方へのインキ流通を遮断し、インキ収容室内のインキを消費した後に、顔料が沈降する部分の体積を制限することで、できるだけ早く顔料の色を表示することができる。

また、インキ収容室のインキを消費している間に、沈降していた第二インキ収容室のインキの顔料が、顔料の自重及び第二弁部材の移動による撹拌によって、復帰するので、弁部材までのインキを消費した後に、顔料が沈降した薄い筆跡となることを抑制することができる。

第二インキ収容室の体積は、特に限定されないが、インキ収容室内のインキを消費するのに必要な時間等を考慮して、１０ｍｍ^３〜５０ｍｍ^３することが好ましく、２０ｍｍ^３〜４０ｍｍ^３が最も好ましい。

さらにまた、ボールペンチップ又はチップホルダーの後端部をインキ収容筒内に延設し、ボールペンチップ又はチップホルダー後端部とインキ収容筒の内壁に、環状空間を形成し、ボールペンチップ又はチップホルダー後端部に、弁機構を具備することによって、インキ収容室内のインキを消費した後に、インキ収容筒内の先端部にある上積み部分のインキが追従せず、それより後方のインキが消費されるため、早く顔料の色を表示し、筆跡濃度を復帰することができるので好ましい。

本発明における弁機構とは、チップ先端部が上向きの状態で、弁座にボール等の弁部材が載置してインキ流路を遮断し、筆記時等、チップ先端部が下向きの状態で、弁部材が、弁座から離脱してインキ流路を解放する機構のことである。

また、インキ収容室の体積とは、ボールペン用インキが収容される空間の体積を示すものであり、弁部材及びチップ内にコイルスプリング等を配設した場合は、コイルスプリング等の体積を除いた部分の体積を示すものである。

本発明に用いる着色剤については、少なくとも顔料を含有していれば、染料を併用して用いることができる。顔料については、無機、有機、加工顔料などが挙げられる。具体的にはカーボンブラック、アニリンブラック、群青、黄鉛、酸化チタン、酸化鉄、フタロシアニン系、アゾ系、キナクリドン系、キノフタロン系、スレン系、トリフェニルメタン系、ペリノン系、ペリレン系、ギオキサジン系、アルミ顔料、パール顔料、蛍光顔料、蓄光顔料、可逆性熱変色顔料等が例示できる。また着色樹脂粒子や無色樹脂粒子を、顔料もしくは染料で着色したもの等も用いることもできる。これらの顔料の含有量は、経時安定性を考慮して、インキ組成物全量に対し、１質量％以上、３０質量％以下が好ましい。単独又は２種以上組み合わせて使用してもかまわない。また、染料としては、従来からボールペンに採用されている水溶性染料、直接染料、酸性染料、塩基性染料、含金染料、及び各種造塩タイプ染料等が採用可能であり、染料の含有量は、インキ組成物全量に対し、１質量％以上、１０質量％以下が好ましい。

前述した顔料の中でも中空樹脂粒子を用いることが最も好ましい。これは、中空樹脂粒子は、一般に用いられる顔料とは異なり、粒子内部に空隙を有し、かつ粒子の外殻は、ポリマーで架橋された中空状のポリマー層であり、前記粒子内部に空隙を有したものである。粒径が大きく、比重が高い酸化チタン等の顔料とは異なり、粒子内部を空隙にすることで、比重を低くできるため、沈降を抑制できるためである。

また、中空樹脂粒子の外殻のポリマー層はとしては、アクリル樹脂、スチレン−アクリル樹脂、架橋型スチレン−アクリル樹脂等のアクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、マレイン系樹脂などが挙げられる。また、上記中空樹脂粒子は、単独又は２種以上組み合わせて混合して使用してもよい。具体的には、アクリル系樹脂としては、ＭＨ５０５５、ＭＨ５０５５Ａ（日本ゼオン（株）社製）、ＳＸ８６３（Ａ）、ＳＸ８６４（Ｂ）、ＳＸ８６５（Ｂ）、ＳＸ８６６（Ａ）、ＳＸ８６６（Ｂ）、ＳＸ８７８２（Ｄ）、ＡＥ８６５（ＪＳＲ（株）社製）、ロイペークＯＰ−６２、同ＯＰ−８４Ｊ、同ＯＰ−９１、ＨＰ１０５５（ロームアンドハースジャパン（株）社製）等や、それらを加工した中空樹脂粒子を用いたものが挙げられ、これらは、単独又は２種以上混合して使用してもよい。

また、前述した顔料を分散する分散剤としては、アクリル系樹脂、アルキッド樹脂、セルロース誘導体、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール等や、樹脂エマルジョンとして、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂、ポリエステル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂等の水溶性樹脂を添加することができる。これらは単独又は２種以上組み合わせて使用することができる。この中でも分散性能と定着性能を兼備していれば、粘度制限のあるインキ組成物を構築する上で最も効率的な処方となるため、分散性能と乾燥後の定着性能を兼備したアクリル系樹脂を用いることが最も好適である。

アクリル系樹脂としては、ジョンクリル５２、同５７、同６０、同６１Ｊ、同６２同６３、同６７、同７０、同３５４、同５０１、同５８６、同５８７、同６７８、同６８０、同６８２、同６８３、同６９０、同６６１０、ＨＰＤ−７１、同−９６、同６７１、ＰＤＸ−６１０２Ｂ等（ジョンソンポリマー（株）社製）、ポリビニルピロリドンとしては、ＰＶＰＫ−１５、同−３０、同−９０、同−１２０等（アイエスピー・ジャパン（株）社製）が挙げられる。これらは、単独又は２種以上混合して使用してもよい。

本発明において、ボールペンに一般的に採用されている有機溶剤を用いることができる。具体的には、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、ポリエチレングリコール、グリセリンなどのグリコール類、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、イソプロパノール、イソブタノール、ｔ−ブタノール、プロパギルアルコール、アリルアルコール、３−メチル−１−ブチン−３−オール、エチレングリコールモノメチルエーテルアセタートやその他の高級アルコール等のアルコール類、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、３―メトキシブタノール、３―メトキシー３―メチルブタノール等のグリコールエーテル類などが例示でき、これらを１種もしくは２種以上混合して用いることができる。

また、濡れ性の向上及び書き味向上のため、界面活性剤を含有することが好ましい。界面活性剤としては、アセチレングリコール系、リン酸エステル系、フッ素系、シリコーン系などが挙げられ、単独又は２種以上混合して使用してもよい。

その他として、トリエタノールアミン等のｐＨ調整剤、１，２ベンゾイソチアゾリン−３−オン等の防菌剤、尿素、ソルビット等の保湿剤、ベンゾトリアゾール等の防錆剤、エチレンジアミン四酢酸などのキレート剤を添加することができる。

実施例１
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明するが、本発明のボールペンは実施例に限定されるものではない。尚、図面中同じ部材、同じ部品については同じ番号を付してある。

図１、図２に示すボールペン１は、筆記用ボール５を回転自在に設けたボールペンチップ４を、チップホルダー３を介して、インキ収容筒２の先端開口部に装着してある。また、筆記用ボール５は、コイルスプリング６によりチップ先端縁の内壁に押圧してある。

また、インキ収容筒２の内部には、ボールペン用インキ１０と該インキの後端に当接しインキの消費と共に追従するグリース状のインキ追従体１１が直詰めしてある。

チップホルダー３内には、弁座３ａを設けてあり、この弁座３ａにボールからなる弁部材７を移動可能に配置して、弁機構を具備してある。弁座３ａに筆記用ボール５を配置した状態で、コイルスプリング６の体積を除いた筆記用ボール５から弁部材７までのインキ収容室Ｂ１の体積は、１８ｍｍ^３であった。

また、インキ収容室Ｂ１の後方となるチップホルダー３の後端部内に、第二弁座８ａを有する被弁部材８を装着し、この第二弁座８ａにボールからなる第二弁部材９を移動可能に配置して第二弁機構を具備してある。弁部材７及び第二弁部材９が、弁座３ａ及び第二弁座８ａに配置した状態で、弁部材７から第二弁部材９までの第二インキ収容室Ｂ２の体積は、３０ｍｍ^３であった。

インキ収容室Ｂ１のインキを消費した後に、第二インキ収容室Ｂ２のインキが筆記用ボール５に到達することになるが、第二弁部材９によって、それより後方へのインキ流通を遮断し、顔料が沈降する部分の体積を制限することで、できるだけ早く顔料の色を表示することができるので好ましい。

また、インキ収容室Ｂ１のインキを消費している間に、沈降していた第二インキ収容室Ｂ２のインキの顔料が、顔料の自重及び第二弁部材９の移動による撹拌によって、復帰するので、第一インキ収容室Ｂ１のインキを消費した後に、顔料が沈降した薄い筆跡となることを抑制することができる。尚、筆記時には、弁部材７、９は、チップホルダー３内のリブ３ｂ、３ｃに当接し、ボールペンチップ４内へのボールペン用インキの流通は可能としてある。

また、チップホルダー３の後端部を前記インキ収容筒２内に延設し、チップホルダー３後端部とインキ収容筒２の内壁に、環状空間Ｋを形成することによって、第二インキ収容室Ｂ２のインキを消費した後に、インキ収容筒２内の先端部の上積み部分より後方のインキが消費されるため、第二インキ収容室Ｂ２のインキを消費した後に、顔料の色を表示しやくすることができる。

実施例１のボールペン用インキ１０は、着色剤として中空樹脂粒子、ＭＨ５０５５（日本ゼオン（株）社製）と、蛍光顔料、ＬＵＭＩＫＯＬＮＫＷ−６０００ＥシリーズのＮＫＷ−６００７Ｅ（日本蛍光化学（株）社製）、樹脂エマルジョンとして、ＡＥ８８３（ＪＳＲ（株）社製）、水溶性樹脂として、ジョンクリル５７（ジョンソンポリマー（株）社製）、アセチレングリコール系界面活性剤として、ダイノール６０４（エアープロダクツジャパン（株）社製）、その他、防錆潤滑剤、防錆剤、ｐＨ調整、防菌剤を採用し、これを所定量秤量して、５０℃加温しながら、ディスパー攪拌機を用いて撹拌させ、インキ組成物を得た。具体的な配合量は下記の通りであった。尚、ブルックフィールド社製ＤＶ−ＩＩ粘度計（ＣＰＥ−４２ローター）を用いて２０℃の環境下で、剪断速度３８４ｓｅｃ^−１にてインキ粘度を測定したところ、１８．０ｍＰａ・ｓであった。

具的的なインキ配合は、以下の通りである。
インキ組成１
中空樹脂粒子（ＭＨ５０５５）（固形分：３０％）６０．０質量％
樹脂エマルジョン（ＡＥ８８３）（固形分：５５％）１５．０質量％
水溶性樹脂（ジョンクリル５７）（固形分：５５％）１４．０質量％
アセチレングリコール系界面活性剤（ダイノール６０４）０．８質量％
着色剤（ＮＫＷ−６００７Ｅ）（固形分：３４％）８．０質量％
防錆潤滑剤（プライサーフ２０８Ｆ）０．５質量％
防錆剤（ベンゾトリアゾール）０．５質量％
ｐＨ調整（トリエタノールアミン）１．０質量％
防菌剤（プロキセルＸＬ−２Ｓ）０．２質量％

表１に示すように各成分を変更した以外は、インキ組成１と同様な手順でインキ組成２〜４のインキ組成物を得た。
表１

試験及び評価
インキ組成１〜４で作製したボールペン用インキを、実施例１、または、図示はしていないが、実施例１と同様にして得た、弁機構を具備したボールペンのインキ収容筒内に充填し、インキ収容室までの体積、インキ粘度、インキ消費量が本発明の範囲であるものを実施例１〜４とし、弁機構のない従来のボールペンに充填したもの、インキ粘度、インキ消費量等、本発明とは異なるものを比較例１〜４として、下記試験を行い評価した。

表２

顔料沈降試験：ボールペンチップを上側にし、常温にて１か月放置後、筆記試験用紙１（黒色上質紙）に手書き筆記を行った後、筆跡の濃度を目視にて観察した。
書き出しから２ｃｍ以内に筆跡に濃度の変化が無くなったもの・・・◎
書き出しから５ｃｍ以内に筆跡に濃度の変化が無くなったもの・・・○
筆跡に濃度の変化が無くなるまで、書き出しから５ｃｍを超えたもの・・・× とした。

筆跡かすれ試験：走行試験機（筆記試験用紙２（ＪＩＳＰ３２０１）、筆記角度６５°、筆記荷重１００ｇ、筆記速度４ｍ／ｍｉｎの速度）にて筆記した筆跡を目視にて観察した。
筆跡にかすれが出ないもの・・・◎
筆跡にかすれが出るが、実用上問題ないもの・・・○
筆跡にかすれがひどく出て、実用性に乏しいもの・・・× とした。

筆跡滲み試験：走行試験機（筆記試験用紙２（ＪＩＳＰ３２０１）、筆記角度６５°、筆記荷重１００ｇ、筆記速度４ｍ／ｍｉｎの速度）にて筆記した筆跡を目視にて観察した。
筆跡に滲みが出ないもの・・・◎
筆跡に滲みが出るが、実用上問題ないもの・・・○
筆跡に滲みひどく出て、実用性に乏しいもの・・・× とした。

筆跡乾燥性試験：筆記試験用紙２（ＪＩＳＰ３２０１）に手書き筆記を行った後、筆跡の上に５００ｇの荷重をかけた筆記用紙を重ね、荷重をかけた筆記用紙へのインキの転写具合を目視にて観察した。
紙面に殆どインキが転写されないもの・・・◎
紙面に微小に転写されるが、実用上問題ないもの・・・○
紙面にインキが転写され、実用性に乏しいもの・・・× とした。

実施例１〜４では、ボールペン用インキの粘度、１００ｍ当たりインキ消費量、インキ収容室の体積が、本発明の範囲内にあるため、実用上問題のないレベルの性能が得られた。

比較例１では、弁部材を配設していないため、顔料が沈降してしまい、筆跡が同等になるまでに、５ｃｍ以上、具体的には、２０ｃｍ掛かってしまったため、実用性に乏しかった。

また、比較例２は、１００ｍ当たりのインキ消費量が４５０ｍｇを超えているため、筆跡乾燥性が悪く、擦過性が低下し、比較例３では、１００ｍ当たりのインキ消費量が２５０ｍｇ未満であったため、筆跡濃度が薄く、筆跡にかすれが発生した。

比較例４は、２０℃において、剪断速度３８０ｓｅｃ^−１におけるインキ粘度が５ｍＰａ・ｓ未満であるため、筆跡に滲みが発生しまい、さらに、筆跡乾燥性も悪かった。また、比較例５では、インキ粘度が５０ｍＰａ・ｓを超えているため、筆跡にかすれが発生し、さらに筆跡乾燥性が低下した。

尚、本実施例では、便宜上、弁部材としてボールを用いているが、チップ先端部が上向きの状態で、弁座に弁部材７が載置してインキ流路を遮断し、筆記時等、チップ先端部が下向きの状態で、弁部材が、弁座から離脱してインキ流路を解放するものであれば、形状は特に限定されない。弁部材としてボールを用いることで、方向性がなく、弁座に弁部材が載置してインキ流路を遮断しやすいので最も好ましい。

また、本実施例では、便宜上、チップホルダー内に弁座を形成しているが、ボールペンチップ内やインキ収容筒内に弁座を形成してもよい。また、図示はしていないが、第二弁機構の後方に、第三の弁機構を設けても良く、第三弁機構の後方に第四の弁機構を設ける等、二つ以上の弁機構を具備してあってもよい。

本発明のボールペンは、キャップ式、ノック式等、ボールペンとして広く利用することができ、顔料が沈降しても、復帰までの時間が省略できるので、縦置きにて保管できるなど、保管状態を気にせず用いることができる。

実施例１におけるボールペンの縦断面図である。図１における一部省略した拡大縦断面図である。

符号の説明

１ボールペン
２インキ収容筒
３チップホルダー
３ａ弁座
４ボールペンチップ
５筆記用ボール
６コイルスプリング
７弁部材
８被弁部材
８ａ第二弁座
９第二弁部材
１０ボールペン用インキ
１１インキ追従体
Ｂ１インキ収容室
Ｂ２第二インキ収容室

Claims

インキ収容筒の先端部に、筆記用ボールを回転自在に抱持したボールペンチップを、直接又はチップホルダーを介して装着し、前記インキ収容筒の内部にボールペン用インキを直詰めしてなるボールペンにおいて、前記ボールの後方に、弁座を設け、前記弁座に弁部材を移動可能に配置した弁機構を具備するとともに、前記ボールペン用インキが、着色剤として少なくとも顔料を含有してなるボールペン用インキであって、１００ｍ当たりインキ消費量が２５０ｍｇ〜４５０ｍｇであり、前記ボールペン用インキの粘度が、２０℃、剪断速度３８４ｓｅｃ^−１において５ｍＰａ・ｓ〜５０ｍＰａ・ｓ、前記弁座に弁部材を配置した状態で、前記筆記用ボールから弁部材までのインキ収容室の体積が、２０ｍｍ^３以下であるとともに、前記弁座の後方に、第二弁座を設け、該第二弁座に第二弁部材を移動可能に配置した第二弁機構を具備したことを特徴とするボールペン。
前記着色剤が、中空樹脂粒子であることを特徴とする請求項１に記載のボールペン。