JP6068436B2 - 油性ボールペンレフィルおよびそれを用いた油性ボールペン - Google Patents

油性ボールペンレフィルおよびそれを用いた油性ボールペン Download PDF

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Description

本発明は油性ボールペン用インキ組成物に関し、さらに詳細としては、インキ経時安定性と、書き味に優れ、筆跡が濃く、耐光性が良好な油性ボールペン用インキ組成物およびそれを用いた油性ボールペンレフィルに関するものである。
従来より、油性ボールペン用インキ組成物において、着色剤として、ニグロシン系染料や、塩基性染料、酸性染料など様々な染料やそれを加工したタイプの染料を用いた油性ボールペン用インキ組成物が多数提案されている。
このような油性ボールペン用インキ組成物としては、様々な着色剤を用いているが、ニグロシン系染料を用いたものとしては、特許文献1(発明の名称「油性黒色インキ」)、トリアリルメタン系塩基性染料とアゾ系黄色酸性染料の造塩染料を用いたものとしては、特許文献2(発明の名称「油性黒色インキ」)、特許文献3(発明の名称「油性黒色インキ」)、塩基性染料を母体とした造塩染料を用いたものとしては、特許文献4(発明の名称「油性ボールペン用黒インキ組成物」)等に、開示されている。
特開平5−320558号公報 特開平9−165542号公報 特開平9−71745号公報 特開平8−134393号公報
特許文献1には、着色剤としてニグロシン系染料を用いたインキ組成物が開示されている。このようなインキ組成物は、濃度が濃く、コストが安いという利点があるので、従来より用いられているが、有機溶剤への溶解性が悪いため、インキ経時安定性の点で改良の余地があった。
また、特許文献2、3には、着色剤として、トリアリルメタン系塩基性染料とアゾ系黄色酸性染料の造塩染料を用いたインキ組成物が開示されている。このようなインキ組成物は、長期間の経時によって造塩染料の一部が崩れ、析出物の発生や、書き味が劣ってしまうなど、改良すべき点があった。
また、特許文献4では、着色剤として、塩基性染料を母体とした造塩染料を用いたインキ組成物が開示されている。このようなインキ組成物は、インキ経時安定性は良好であるが、さらに、耐光性を改善し、筆跡をより濃くすることが望まれている。また、このようなインキ組成物は、一般にインキ粘度が比較的高い傾向があるため、書き味を良好とするために、潤滑剤として、界面活性剤などをさらに含有させることで、書き味を向上することも検討されている。しかし、界面活性剤と染料が反応し析出物が発生することもあり、懸念される問題があった。
ところで、油性ボールペンレフィルにおいては、書き味を向上するために、粘度を低くすることが望まれている。しかし、このようなニーズに応えるためにインキ粘度を低くすると、ボールとチップ本体との間の潤滑状態が、流体潤滑又は混合潤滑から境界潤滑の傾向となり、ボールまたはチップ本体が摩耗し易くなる傾向があった。
本発明の目的は、インキ経時安定性と、書き味に優れ、筆跡が濃く、耐光性が良好である油性ボールペン用インキ組成物およびそれを用いた油性ボールペンレフィルを提供することである。
本発明は、上記課題を解決するために
「1.少なくとも染料、顔料、および有機溶剤を含んでなる油性ボールペン用インキ組成物であって、前記染料が、アルキルベンゼンスルホン酸とキサンテン系塩基性染料との造塩染料、アルキルベンゼンスルホン酸とトリアリルメタン系塩基性染料との造塩染料、アルキルベンゼンスルホン酸とアゾメチン系塩基性染料との造塩染料からなる群から選択される1種以上の造塩染料であることを特徴とする油性ボールペン用インキ組成物。
2.前記アルキルベンゼンスルホン酸が、ドデシルジフェニルオキシドジスルホン酸である、第1項に記載の油性ボールペン用インキ組成物。
3.前記顔料が、塩基性カーボンブラックである、第1項または第2項に記載の油性ボールペン用インキ組成物。
4.分子中の水酸基が20〜40mol%であるポリビニルブチラール樹脂をさらに含んでなる、第1項ないし第3項の何れか1項に記載油性ボールペン用インキ組成物。
5.前記油性ボールペン用インキ組成物のpHが7〜10である、第1項ないし第4項の何れか1項に記載の油性ボールペン用インキ組成物。
6.前記油性ボールペン用インキ組成物が、酸性染料と芳香環族アミンとの造塩染料をさらに含んでなる、第1項ないし第5項の何れか1項に記載の油性ボールペン用インキ組成物。
7.前記芳香環族アミンが、ベンゾキソニウム化合物、アルキルジメチルベンジルアンモニウム化合物、およびアルキルジエチルベンジルアンモニウム化合物からなる群から選択される少なくとも1種以上のものである、第6項に記載の油性ボールペン用インキ組成物。
8.20℃、剪断速度500sec−1におけるインキ粘度が、5000mPa・s以下である、第1項ないし第7項の何れか第1項に記載の油性ボールペン用インキ組成物。
9.チップ本体に、ボール抱持室と、該ボール抱持室の底壁の中央に形成したインキ流通孔と、該インキ流通孔から放射状に延びる複数本のインキ流通溝とを有し、チップ先端部を内側にかしめることにより、ボールの一部をチップ先端縁より突出させて回転自在に抱持してなるボールペンチップを、インキ収容筒の先端に直接、またはチップホルダーを介して装着し、前記インキ収容筒内に、第1項ないし第8項の何れか1項に記載の油性ボールペン用インキ組成物を直に収容してなる油性ボールペンレフィルであって、前記ボール抱持室の底壁には、前記ボールの曲率とは異なる曲率の曲面状の当接面が設けられており、前記ボールは当該当接面の一部である当接部に対して当接するようになっており、前記ボールと前記当接面との間に、インキ流通孔側から前記当接部までインキ流通孔側から除々に小さくなる第1の隙間が形成されていると共に、インキ流通溝の先端側から前記当接部までインキ流通溝の先端側から除々に小さくなる第2の隙間が形成してあることを特徴とする油性ボールペンレフィル。
10.前記ボールの表面、及び/又は、前記当接面の表面に、潤滑被膜層が設けられている、第9項に記載の油性ボールペンレフィル。」
とする。
本発明は、染料、顔料がインキ中で安定し、書き味に優れ、筆跡が濃く、耐光性が良好である油性ボールペン用インキ組成物およびそれを用いた油性ボールペンレフィルを提供することができた。
実施例1のボールペンチップを示す縦断面図である。 実施例1のボールペンチップを示す一部省略した要部拡大縦断面図である。 実施例1のボールペンチップを用いたボールペンレフィルを示す図である。
本発明のひとつの特徴は、油性ボールペン用インキ組成物が、染料と、顔料と、有機溶剤とを含んでなる、その染料が、アルキルベンゼンスルホン酸とキサンテン系塩基性染料との造塩染料、アルキルベンゼンスルホン酸とトリアリルメタン系塩基性染料との造塩染料、およびアルキルベンゼンスルホン酸とアゾメチン系塩基性染料との造塩染料からなる群から選択されるいずれか1種以上の造塩染料(以下、第一の造塩染料ということがある)であることである。このような構成により、書き味が良好で、筆跡が濃く、耐光性が良好で、さらにインキ経時が安定なインキ組成物を提供することが可能となる。
本発明では、染料として、アルキルベンゼンスルホン酸とキサンテン系塩基性染料との造塩染料、アルキルベンゼンスルホン酸とトリアリルメタン系塩基性染料との造塩染料、およびアルキルベンゼンスルホン酸とアゾメチン系塩基性染料との造塩染料からなる群からいずれか1種以上の造塩染料から選択されたものを用いることを必須としている。塩基性染料は、キサンテン系、トリアリルメタン系、アゾメチン系、アゾ系、アントラキノン系、またはオキサジン系などが挙げられるが、その中でも、アルキルベンゼンスルホン酸と、キサンテン系塩基性染料、トリアリルメタン系塩基性染料、またはアゾメチン系塩基性染料とを中和反応させて、アルキルベンゼンスルホン酸と塩基性染料間のイオン結合力が強い造塩染料とすることで、油性インキ中において、様々な環境下や長期間インキ経時安定性が保つことが可能である。
ここで本発明において用いることができるキサンテン系塩基性染料としては、C.I.ベーシックレッド1、1:1、C.I.ベーシックバイオレット10、11、およびソルベントレッド49が挙げられる。また、本発明において用いることができるトリアリルメタン系塩基性染料としては、C.I.ベーシックブルー1、7、19、26、C.I.ベーシックバイオレット1、3、4、10、15、C.I.ベーシックグリーン1、4、7、ソルベントブルー5、およびソルベントバイオレット8が挙げられる。さらに、本発明において用いることができるアゾメチン系塩基性染料としては、C.I.ベーシックイエロー28、11、13、14、21、23、24、28、40、44、49、51、52、および53が挙げられる。
また、前記造塩染料は、着色剤の効果としてだけではなく、同時に、前記造塩染料が有する、フェニルスルホン基やフェニル基が、金属に吸着し易い潤滑膜を形成することで、ボールとチップ本体との間の金属接触を抑制する効果があり、潤滑性が向上して、書き味が良好で、かつ、チップ本体の摩耗を抑制するものと推測される。そのため、前記造塩染料は、従来知られている染料とは異なり、着色剤と潤滑剤との効果を併せ持つことが可能となるものと推測される。
しかし、前記造塩染料を単独で用いるだけでは、筆跡の耐光性が不十分となることがあるため、顔料を併用することで耐光性を向上させることが可能となる。また、顔料を用いることで、ボールとチップ本体との隙間に顔料粒子が入り込むことで、金属接触が抑制され、潤滑性が向上する傾向にある。さらに、上述のように、前記造塩染料のフェニルスルホン基やフェニル基によって潤滑層が形成され、前記造塩染料による潤滑層と顔料粒子との相互作用で、より金属接触を抑制され、潤滑性が向上し、書き味とチップ本体の摩耗を抑制することが可能となる。
また、アルキルベンゼンスルホン酸としては、ドデシルジフェニルオキシドジスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸などが挙げられるが、潤滑性を向上することを考慮すれば、スルホ基(−SOH)が多いドデシルジフェニルオキシドジスルホン酸が好ましい。
さらに、アルキルベンゼンスルホン酸とキサンテン系塩基性染料、アルキルベンゼンスルホン酸とトリアリルメタン系塩基性染料、またはアルキルベンゼンスルホン酸とアゾメチン系塩基性染料との造塩染料をそれぞれ作成して、2種類以上の造塩染料を併用しても良い。潤滑性の観点から、2種類以上の造塩染料を併用する方が好ましく、3種類以上の造塩染料を併用する方が最も好ましい。
また、前記造塩染料の含有量は、インキ組成物全量に対し、0.1質量%より少ないと、所望の潤滑性が低下する傾向にあり、40.0質量%を越えると、インキ組成物の経時安定性が低下する傾向にあるため、インキ組成物全量に対し、0.1〜40.0質量%が好ましい。より好ましくは、インキ組成物全量に対し、3.0〜30.0質量%であり、最も好ましくは、10.0〜30.0質量%である。
また、顔料については、無機、有機、加工顔料などが挙げられる。より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、DPP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、オキサジン系、メタリック顔料、パール顔料、蛍光顔料、蓄光顔料等が挙げられる。これら顔料は、ボールとチップ本体との隙間に入り込むことで、金属接触を抑制し、潤滑性を向上させる機能を有する。また、チップ内部のインキ組成物の流路から、顔料の平均粒子径は、300nm以下が好ましく、150nm以下がより好ましい。ここで、平均粒子径とは、粒度分布計による平均粒子径d50のことである。これらの顔料は、単独又は2種以上組み合わせて使用することができる。顔料の含有量は、インキ組成物全量に対し、0.5〜15.0質量%が好ましい。これは0.5質量%未満だと、潤滑効果が得られにくい傾向があり、15.0質量%を越えると、インキ組成物中で顔料粒子が凝集しやすい傾向があるためであり、2.0〜10.0質量%が好ましく、最も好ましくは、3.0〜7.0質量%である。
また、本発明によるインキ組成物は顔料分散剤を含んでもよい。このような顔料分散剤としては、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、セルロース樹脂、またはポリビニルピロリドン等が例示でき、これらを1種又は2種以上用いることができる。その中でも、ポリビニルブチラール樹脂が好ましいが、これは、有機溶剤中に速やかに微細に分散しやすく、さらにポリビニルブチラール樹脂が、顔料に吸着することで、長期間の顔料の分散を維持しやすいためである。特に、顔料の中でも、ポリビニルブチラール樹脂との顔料分散性を考慮すれば、塩基性カーボンブラックが好ましい。ここで、塩基性カーボンブラックとは、カーボンブラック粒子をpH7のイオン交換水に分散し、pHメーターにて25℃のpHを測定したpH値が7以上を塩基性カーボンブラックと定義する。顔料分散性を考慮すれば、pH値が7〜10の塩基性カーボンブラックが最も好ましい。
また、ポリビニルブチラール樹脂は、ポリビニルアルコール(PVA)をブチルアルデヒド(BA)と反応させたものであり、ポリビニルブチラール樹脂は、PVA分子に由来する水酸基のうち未反応で残存している水酸基(以下、残存水酸基という)の割合が、20〜40mol%であることが好ましい。これは、残存水酸基が20mol%未満だと、アルコール系の有機溶剤に溶解しづらい傾向があり、40mol%を越えると耐水性が劣りやすい傾向があるためであり、さらに、より好ましくは、残存水酸基が30〜40mol%であることが好ましい。また、有機溶剤に溶解性を考慮すれば、分子量が100,000以下である方が好ましく、30,000以下である方がより好ましい。
前記顔料分散剤の含有量は、0.1質量%より少ないと、顔料分散性が劣りやすく、20.0質量%を越えると、インキ組成物中で分散剤が析出しやすく、インキ組成物粘度も高くなりやすいため、インキ組成物全量に対し、1.0〜20.0質量%が好ましく、3.0〜10.0質量%が好ましい。
さらに、本発明において油性ボールペン用インキ組成物に前記造塩染料と顔料を併用する場合に、インキ経時安定性を保つには、pH値についても着目することが好ましい。本発明によるインキ組成物は、油性組成物であるが、製造時や保存時に吸湿してインキ組成物中に水を含有することがあるためである。尚、本発明においては、pH値が4.0未満である強酸性領域、pH値が10.0を越える強アルカリ領域、pH4.0〜10.0を強酸性領域と強アルカリ領域の中間領域(弱酸性、中性、弱アルカリ性)とする。
本発明の油性ボールペン用インキ組成物のpHは、経時安定性を考慮して、pH値が7.0〜10.0が好ましい。特に、顔料として、塩基性カーボンブラックを用いる場合、pH値が7.0〜10.0が好ましい。これは、pH値7以上であると、塩基性カーボンブラックの分散性を向上するためで、pH値が10.0を越えると、前記造塩染料のイオン結合が離れやすくなるため、インキ経時安定性や、色調に影響が出やすい傾向があるためである。さらに、よりインキ経時安定性を考慮すれば、pH値が7.0〜9.0が好ましい。
尚、本発明におけるpH値は、油性ボールペン用インキ組成物の測定方法においては、油性インキを容器に採取し、イオン交換水を加えて、攪拌しながら加温し、加温後放冷し、蒸発した水分量を補充後、濾紙を用いて濾過する。その濾過したろ液の上層を用いて、pH測定は東亜ディーケーケー株式会社製IM−40S型pHメーターを用いて、20℃にて測定した値を示すものである。
尚、前記した造塩染料に、酸性染料と芳香族アミンとから形成された造塩染料(以下、第二の造塩染料ということがある)を組み合わせることで、インキ経時安定性をさらに向上させることが可能である。この第二の造塩染料はイオン結合力が強く、安定性が良好であり、また、インキ組成物に用いられた場合には、優れた書き味、濃い筆跡、優れた耐光性を実現でき、さらに例えば筆記荷重が400gfに及ぶような高筆圧下においても潤滑性を保つことができるものである。この第二の造塩染料を第一の造塩染料と組み合わせた場合には、それらの相互作用によりさらに安定性が改良されるためと推測する。
芳香族アミンは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環などの芳香環を有するアミンであり、このようなアミンから形成される第二の造塩染料を組み合わせることで、書き味をさらに改良することが可能となる。これは、第二の造塩染料に含まれる芳香環が、金属に吸着し易い潤滑膜を形成することで、ボールとチップ本体との間の金属接触を抑制する効果があり、潤滑性を向上させ、書き味が良好となると推測する。さらに、前記第一の造塩染料のフェニルスルホン基やフェニル基と、顔料粒子と、第二の造塩染料の芳香環とで形成される潤滑層では、相乗的な潤滑効果が得られるため、それらの染料を併用することが最も好ましい。
また、芳香族アミンとしては、1級アミン、2級アミン、3級アミンや4級アミンなどが挙げられるが、酸性染料を十分に中和反応させるため、より安定性した造塩染料を作成するためには、芳香族4級アミンを用いることが好ましい。
芳香族4級アミンは、ベンゾキソニウム(Benzoxonium)化合物、アルキルジメチルベンジルアンモニウム化合物、アルキルジエチルベンジルアンモニウム化合物などが挙げられ、酸性染料との中和反応性の相性によるインキ経時安定性、書き味を考慮すれば、ベンゾキソニウム化合物が好ましい。具体的には、ベンゾキソニウム化合物として、ベンジルビスアルコキシテトラデシルアンモニウム化合物(例えばベンジルビス(2−ヒドロキシプロピル)テトラデシルアンモニウム)、ベンジルドデシルビスアルコキシアンモニウム化合物(例えばベンゾキソニウムクロライド、ベンジルビス(2−ヒドロキシプロピル)ドデシルアンモニウム)、ベンジルデシルビスアンモニウム化合物(例えばベンジルデシルビス(2−ヒドロキシプロピル)アンモニウム)などが挙げられ、アルキルジメチルベンジルアンモニウム化合物として、テトラデシルジメチルベンジルアンモニウム化合物、ヘキサデシルジメチルベンジルアンモニウム化合物、オクタデシルジメチルベンジルアンモニウム化合物、ヤシアルキルジメチルベンジルアンモニウム化合物などが挙げられ、アルキルジエチルベンジルアンモニウム化合物としては、ドデシルジエチルベンジルアンモニウム化合物などが挙げられる。これらは、単独または2種以上混合して使用してもよい。
また、本発明で用いる酸性染料については、スルホ基(−SOH)やカルボキシル基(−COOH)などを有するものが挙げられ、より潤滑性の改良を考慮すれば、スルホ基(−SOH)を有する酸性染料が好ましい。これは、スルホ基(−SOH)を有すると、ボールまたはチップ本体の表面に吸着しやすく、強固な潤滑層を形成しやすいため、潤滑性改良効果が大きいと考えられ、芳香族アミンと用いることで相乗的な潤滑効果も得られるためである。
さらに、酸性染料としては、トリアリルメタン系酸性染料、アゾ系酸性染料、アントラキノン系酸性染料、オキサジン系酸性染料などが挙げられる。これらのうち、芳香族アミンと安定した造塩染料を形成し、長期間インキ経時安定性を保つことができるので、トリアリルメタン系酸性染料、または、アゾ系酸性染料を用いることが好ましく、最も好ましくは、アゾ系酸性染料を用いることが好ましい。
酸性染料として、具体的には、C.I.アシッドブラック1、2、7、16、17、24、26、28、31、41、48、52、58、60、63、94、107、109、112、118、119、121、122、131、155、156;C.I.アシッドイエロー1、3、4、7、11、12、13、14、17、18、19、23、25、29、34、36、38、40、41、42、44、49、53、55、59、61、71、72、76、78、79、99、111、114、116、122、135、142、161、172;C.I.アシッドオレンジ7、8、10、19、20、24、28、33、41、45、51、56、64;C.I.アシッドレッド1、4、6、8、13、14、15、18、19、21、26、27、30、32、34、35、37、40、42、51、52、54、57、80、82、83、85、87、88、89、92、94、97、106、108、110、111、114、115、119、129、131、133、134、135、143、144、152、154、155、172、176、180、184、186、187、249、254、256、289、317、318;C.I.アシッドバイオレット7、11、15、17、34、35、41、43、49、51、75;C.I.アシッドブルー1、7、9、15、22、23、25、27、29、40、41、43、45、49、51、53、55、56、59、62、78、80、81、83、90、92、93、102、104、111、113、117、120、124、126、138、145、167、171、175、183、229、234、236、249;C.I.アシッドグリーン3、9、12、16、19、20、25、27、41、44;C.I.アシッドブラウン4、14等が挙げられる。また、トリアリルメタン系酸性染料、アゾ系酸性染料としては、C.I.アシッドバイオレット17、C.I.アシッドブルー90、C.I.アシッドブルー9、C.I.アシッドイエロー36、C.I.アシッドイエロー42、C.I.アシッドレッド97等が挙げられる。これらは、単独または2種以上混合して使用してもよい。
また、前記酸性染料と芳香族アミンとの造塩染料の含有量は、インキ組成物全量に対し、0.1質量%より少ないと、所望の潤滑性が得られづらく、40.0質量%を越えると、インキ経時が不安定性になりやすいため、インキ組成物全量に対し、0.1〜40.0質量%が好ましい。より好ましくは、インキ組成物全量に対し、1.0〜30.0質量%であり、最も好ましくは、5.0〜20.0質量%である。
本発明に用いる有機溶剤としては、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、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピ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ジメチルエーテル、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、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、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、エチレングリコール等のグリコール類、ベンジルアルコール、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など、油性ボールペン用インキとして一般的に用いられる有機溶剤が例示できる。これらの中でも、アルキルベンゼンスルホン酸と塩基性染料との造塩染料との溶解安定性や、顔料とのインキ経時安定性を考慮すれば、アルコール類を溶剤として用いる方が好ましい。さらに、ベンジルアルコールなどの芳香族アルコ−ル類は、潤滑性を改良する効果もあるため、最も好ましい。これらの有機溶剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。有機溶剤の含有量は、着色剤の溶解性、筆跡乾燥性、にじみ等を考慮すると、インキ組成物全量に対し、10.0〜70.0質量%が好ましく、30.0〜65.0質量%が好ましく、最も好ましくは、45.0〜65.0質量%である。
さらに、本発明の油性ボールペン用インキに、芳香族アミンとは、別にエチレンオキサイド構造(CHCHO)を有する有機アミンをさらに併用すると、より潤滑効果が得られ易い。そのため、エチレンオキサイド構造を有する、オキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミンなどを用いる方が好ましい。これ等は、単独又は2種以上混合して使用してもよい。
オキシエチレンアルキルアミン、またはポリオキシエチレンアルキルアミンとしては、具体的には、ナイミーンL−201、ナイミーンL−202、同L−207、同S−202、同S−204、同S−210、同T−206、同S−210、同DT−203、同DT−208、ナイミーンL−207、同T−206、同DT−208(日本油脂株式会社製)等が挙げられる。前記オキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミンの含有量は、潤滑性や経時安定性を考慮すると、インキ組成物全量に対し、0.1〜10.0質量%が好ましく、より好ましくは、1.0〜5.0質量%である。
本発明の油性ボールペン用インキ組成物のインキ粘度は、特に限定されるものではないが、20℃、剪断速度500sec−1におけるインキ粘度が10mPa・s未満の場合には、筆跡に滲みやインキ垂れ下がりの影響が出やすいため、また、20℃、剪断速度500sec−1におけるインキ粘度が30000mPa・sを超えると、筆記時のボール回転抵抗が大きくなり、書き味が重くなる傾向がある。そのため、20℃、剪断速度500sec−1におけるインキ粘度は、10〜30000mPa・sが好ましい。より書き味の向上を考慮すれば、10〜5000mPa・sが好ましく、最も好ましくは、よりインキ垂れ下がりや書き味を考慮すれば、100〜3000mPa・sである。
また、前記アルキルベンゼンスルホン酸と塩基性染料との造塩染料と、顔料を併用する場合、ペン先が乾燥し、皮膜が形成されるために、書き出し性能が劣化することがある。そこで、インキ組成物に脂肪酸を添加することで、形成される皮膜を柔らかいものとすることが可能となり、書き出し性能を改良できることがある。このため本発明によるインキ組成物には脂肪酸、特にオレイン酸を添加することが好ましい。なお、ノック式筆記具や回転繰り出し式筆記具等の出没式筆記具においては、キャップ式筆記具とは異なり、常時ペン先が外部に露出した状態であるため、書き出し性能に影響しやすいため、脂肪酸の添加はより好ましい。
また、本発明による油性ボールペン用インキ組成物には、潤滑性をより向上させるために、微粒子を添加することができる。これは、微粒子は、顔料と同様に、ボールとチップ本体との隙間に入り込んで、金属接触を抑制することで、潤滑性を改良することが可能であるためである。微粒子は具体的には、アクリル系、シリコーン系、ポリエチレン系等の樹脂微粒子やアルミナ微粒子、シリカ微粒子などの無機酸化物粒子が挙げられる。その中でも、球状のシリカ微粒子が好ましい。また、微粒子は、潤滑性を考慮すれば、平均粒子径が5〜100nmの微粒子が好ましい。ここで、平均粒子径はメジアン径であり、遠心沈降式やレーザー回折式、BET法等によって求めるこができる。
また、その他の着色剤としては、前述した第一の造塩染料、第二の造塩染料、および顔料以外に、油溶性染料、酸性染料、塩基性染料、含金染料、およびそれらの各種造塩タイプの染料等が組み合わせて採用することができる。
また、本発明によるインキ組成物には、その他の添加剤として、潤滑性やインキ経時安定性を向上させるために、(i)界面活性剤、例えばリン酸エステル系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、脂肪酸アルカノールアミド、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性界面活性剤や、陰イオン性界面活性剤および/または陽イオン性界面活性剤の造塩体を、(ii)粘度調整剤、例えばケトン樹脂、テルペン樹脂、アルキッド樹脂、フェノキシ樹脂、ポリ酢酸ビニル等の樹脂や脂肪酸アマイド、水添ヒマシ油などの擬塑性付与剤、また、(iii)着色剤安定剤、(iv)可塑剤、(v)キレート剤、または(vi)助溶剤としての水などを適宜用いても良い。これらは、単独又は2種以上組み合わせて使用してもかまわない。
これらのうち、本発明によるインキ組成物においては、界面活性剤としてリン酸エステル系界面活性剤が好ましく用いられる。これは、リン酸エステル系界面活性剤において、リン酸基が金属表面に吸着しやすく、高筆圧下においてもボールとチップ本体との間の潤滑性を保ち、当接部の摩耗を抑制する効果が高いためである。特に、本発明のように、前記アルキルベンゼンスルホン酸と塩基性染料と、顔料を併用する場合では、上述のように、前記造塩染料のフェニルスルホン基やフェニル基によって潤滑層が形成されるが、リン酸基によって、より強固な潤滑層を形成しやすくなるものと考えられる。さらに顔料粒子による潤滑作用との相乗効果によって、より金属接触を抑制することで、高筆圧下(例えば筆記荷重400gfの条件下)においても潤滑性を保ちやすくなる。さらに、リン酸エステル系界面活性剤を前記した脂肪酸とを組み合わせることで、脂肪酸を単独で用いた場合に比較してさらに書き出し特性を改良できる。
リン酸エステル系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル又はポリオキシエチレンアルキルアリールエーテルのリン酸モノエステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル又はポリオキシエチレンアルキルアリールエーテルのリン酸ジエステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル又はポリオキシエチレンアルキルアリールエーテルのリン酸トリエステル、アルキルリン酸エステル、アルキルエーテルリン酸エステル或いはその誘導体等が挙げられる。これらのリン酸エステル系界面活性剤は、単独又は2種以上混合して使用してもよい。その中でも、アルキル基に含まれる炭素数が5〜15であることが好ましく、10〜15であることがより好ましい。アルキル基の炭素数が過度に少ないと、高筆圧下(筆記荷重400gf)においての潤滑性が不足しやすい傾向があり、炭素数が過度に多いと、インキ経時安定性に影響が出やすい傾向があるので注意が必要である。
また、リン酸エステル系界面活性剤の含有量は、過度に少ないと、所望の潤滑性が得られにくい傾向があり、過度に多いと、インキ経時が不安定性になりやすい傾向がある。このため、リン酸エステル系界面活性剤の含有量は、インキ組成物全量に対し、0.1〜5.0質量%が好ましく、0.5〜3.0質量%であることがより好ましい。
本発明の油性ボールペン用インキ組成物をボールペンレフィルに用いる場合、その構造は、特に限定されないが、チップ本体に、ボール抱持室と、該ボール抱持室の底壁の中央に形成したインキ流通孔と、該インキ流通孔から放射状に延びる複数本のインキ流通溝とを有し、チップ先端部を内側にかしめることにより、ボールの一部をチップ先端縁より突出させて回転自在に抱持してなるボールペンチップを、インキ収容筒の先端に直接、またはチップホルダーを介して装着し、前記インキ収容筒内に、本発明による油性ボールペン用インキ組成物を直に収容してなる油性ボールペンレフィルとして用いることができる。前記ボールペンチップの構造も特に限定されるものではないが、より書き味やチップ本体の摩耗を抑制することを考慮すれば、前記ボール抱持室の底壁に、前記ボールと異なる曲率の略円弧面状の当接面を設け、前記ボールが当接面に当接するとともに、前記ボールと当接面間に、インキ流通孔側から前記ボールと当接面との当接部まで、インキ流通孔側から除々に小さくなる第1の隙間及びボール抱持室側から前記ボールと当接面との当接部まで、インキ流通孔側から除々に小さくなる第2の隙間を形成することが好ましい。
これは、前記ボールと当接面間に、前記第1の隙間及び前記第2の隙間を形成することで、ボールと当接面との間の潤滑状態が流体潤滑又は混合潤滑になりすく、当接面の摩耗を抑制し、書き味を改善させることができる。
さらに、ボールと当接面の関係について詳述すると、筆記することによってボールが回転すると、油性ボールペン用インキ組成物が、インキ流通孔から前記ボールと当接面との狭い隙間へと引きずり込まれ、ボールと当接面間にボールペン用インキの層が形成され、このインキの層によって、圧力が発生しボールを浮かせる力が発生する、いわゆるくさび効果が得られ、その結果底壁の摩耗が抑制されるものと推測される。特に、本発明のように前記第一の造塩染料と顔料を併用する油性インキ組成物では、前記第一の造塩染料のフェニルスルホン基やフェニル基と顔料粒子との相互作用で形成される弾力性のある潤滑膜層によって、よりくさび効果が得られやすいため、底壁の摩耗抑制には効果的であると推測される。
また、筆記時にはボールの回転によって油性ボールペン用インキ組成物がボールと当接面との狭い隙間へと引きずり込まれるが、インキ流通孔側からの当接面に供給される油性ボールペン用インキ組成物と、紙面に付着できなかった油性ボールペン用インキ組成物が、ボール抱持室から当接面に戻される傾向がある。そのため、前記第1の隙間及び前記第2の隙間を形成することで、相乗効果的に、書き味や及び耐摩耗性が向上しやすくすることができる。
前記ボールと当接面間に、前記第1の隙間及び第2の隙間を形成させるために、前記当接面の形状をボールの曲率と異なる曲率を有する曲面状とすることが重要である。また、第1の隙間は、インキ流通孔側の距離が小さい程、前述したくさび効果が高まる傾向があるので、インキ流通孔側の隙間を小さくすることが好ましい。具体的には、軸心方向の長さで、インキ流通孔側の距離が5μmを超えると、くさび効果が得られ難いため、5μm以下が好ましく、0.001μm〜3μmであることがより好ましく、0.001μm〜1μmであることが最も好ましい。また、当接面を予め略円弧面状とし、前記第1の隙間を、インキ流通孔側から前記当接部まで、除々に小さくなるように形成させることで、前記したボールの当接部近傍で、ボールを浮かせる力が大きくなり、高いくさび効果を得ることができる。この結果、当接面の摩耗を効果的に抑制することができ、当接面の急激な摩耗を抑制し、ボールと当接面との隙間が長期間維持される。
なお、本発明では、ボールの表面及び/又は当接面の表面に潤滑被膜層をさらに設けることが好ましい。このような構成によれば、潤滑被膜層と前記したインキ組成物層による流体潤滑又は混合潤滑との相乗効果によって、ボールとチップ内壁との間の接触抵抗を著しく軽減することができ、当接面の耐摩耗性及び筆感を著しく改良できる。
ここで潤滑被膜層としては、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)、二硫化タングステン(WS)、二硫化モリブデン(MoS)やグラファイト、四フッ化エチレン(PTFE)等の含フッ素高分子、シリコーン樹脂等、従来から知られている固体潤滑剤などを適宜用いることができる。また、潤滑被膜層を被覆する方法は、特に制限されず、真空蒸着、イオン蒸着、物理的蒸着、化学的蒸着、真空アーク蒸着などが挙げられ、直接又は前記した潤滑剤を含有した被膜層であってもよい。特に前記した潤滑剤の中でも、耐摩耗性及び潤滑性を考慮してダイヤモンドライクカーボン(DLC)を用いることが最も好ましい。
なお、本発明において、書き味を改善するために、20℃、剪断速度500sec−1におけるインキ粘度を10〜5000mPa・sの範囲に設定する場合には、インキの垂れ下がりを防止するため、ボールペンチップ先端に回転自在に抱持したボールを、コイルスプリングにより直接又は押圧体を介してチップ先端縁の内壁に押圧して、筆記時の押圧力によりチップ先端縁の内壁とボールに間隙を与えインキを流出させる弁機構を具備する構成として、チップ先端の微少な間隙も非使用時に閉鎖する構成とすることが好ましい。
次にアルキルベンゼンスルホン酸とキサンテン系塩基性染料との造塩染料の作成方法を説明する。
配合例1
まず、ビーカーに水を1000g、塩基性染料(Basic Red 1)を30g秤量して混合し、加温した後、ディスパー攪拌機を用いて溶解させて染料用液を得た。その後、アルキルベンゼンスルホン酸60gを秤量して染料用液に混合し、攪拌して反応させて、造塩染料を合成した。その後、濾紙を用い濾過を行って、濾紙上の残渣を乾燥させ第一の造塩染料を得た。
配合例2〜6、11、12
表1に示すように、各成分を変更した以外は、配合例1と同様な方法で配合例2〜6、11および12のアルキルベンゼンスルホン酸とキサンテン系塩基性染料との造塩染料、アルキルベンゼンスルホン酸とトリアリルメタン系塩基性染料との造塩染料、アルキルベンゼンスルホン酸とアゾメチン系塩基性染料との造塩染料(第一の造塩染料)を作成した。これらの造塩染料は、後述する実施例と比較例に用いた。
次に酸性染料との造塩染料などの作成方法を説明する。
配合例7
まず、ビーカーに水を1000g、酸性染料(Acid Violet 17)を30g秤量して混合、加温した後、ディスパー攪拌機を用いて溶解させて染料用液を得た。その後、ベンゾキソニウム化合物60gを秤量して染料用液に混合し、攪拌して反応させて造塩染料を合成した。その後、濾紙を用い濾過を行って、濾紙上の残渣を乾燥させ第二の造塩染料を得た。
配合例8〜10、13
表1に示すように、各成分を変更した以外は、配合例7と同様な方法で配合例8〜10、13の造塩染料を作成した。これらの染料は、後述する実施例と比較例に用いた。
Figure 0006068436
次に、実施例を示して本発明を説明する。
実施例1の油性ボールペン用インキ組成物は、以下の手順で調製した。まず、有機溶剤、顔料分散剤を50℃にて混合攪拌機を用いて混合し、溶解させて溶液Aを製造した。得られた溶液Aに顔料を添加し、三本ロールを用いて分散物を調製した。この分散物に残りの成分を添加し、50℃にて混合攪拌機を用いて攪拌して油性ボールペン用インキ組成物を得た。具体的な配合量は下記の通りである。尚、ティー・エイ・インスツルメント株式会社製AR−G2(ステンレス製 40mm2°ローター)を用いて20℃の環境下で、剪断速度500sec−1にてインキ粘度を測定したところ、830mPa・sであった。また、pH値を測定したところ、pH=7.5であった。
実施例1
配合例 1の造塩染料 10.0質量%
配合例 2の造塩染料 10.0質量%
配合例 3の造塩染料 10.0質量%
顔料(塩基性カーボンブラック) 5.0質量%
顔料分散剤(ポリビニルブチラール) 2.5質量%
有機溶剤(ベンジルアルコール) 50.1質量%
安定剤(ポリオキシエチレンアルキルアミン) 1.0質量%
安定剤(オレイン酸) 1.0質量%
曳糸性付与剤(ポリビニルピロリドン K90) 0.4質量%
樹脂(ケトン樹脂) 10.0質量%
実施例2〜13
表2、3に示すように、各成分を変更した以外は、実施例1と同様な手順で実施例2〜11の油性ボールペン用インキ組成物を得た。なお、実施例10については、水を用いずに実施例1と同様の手順で油性インキ組成物を調製し、室温冷却後に水を添加しディスパー攪拌にて油性ボールペン用インキ組成物を得た。
Figure 0006068436
Figure 0006068436
比較例1〜4
表4に示すように、各成分を変更した以外は、実施例1と同様の手順で、配合し、比較例1〜4の油性ボールペン用インキ組成物を得た。
Figure 0006068436
試験及び評価
実施例1〜13及び比較例1〜4で作製した油性ボールペン用インキ組成物24(0.4g)及びグリース状のインキ追従体25を、インキ収容筒22(ポリプロピレン)にボール径がφ0.7mmのボール9を回転自在に抱持したボールペン用チップ1(ステンレス綱線)を装着したボールペン用レフィル21に充填し、油性ボールペンを作製した。筆記試験用紙として筆記用紙JIS P3201を用いて以下の試験及び評価を行った。
本発明においてボールペンチップ1は図1および2に示された構成のものを用いることができる。図1および2に示されたボールペンチップは、ステンレス鋼線材からなるチップ本体2のボール抱持室3の中央にインキ流通孔7と、このインキ流通孔7から放射状に延び、チップ後部孔8に達しないインキ流通溝6を形成した底壁4に、ボール9と異なる曲率の略円弧面状の当接面5を設け、この当接面5にφ0.5mmのタングステンカーバイド製のボール9を載置し、チップ先端部2aを内側にかしめることにより、ボール9の一部がチップ先端縁より突出するように回転自在に抱持したものである。
このようなボールペンチップ1は、以下のように製造される。すなわち、例えばφ2.3mmで硬度が230Hv〜280Hvのステンレス鋼線材が所望の長さに切断され、ボール抱持室3、インキ流通孔7、及び当該インキ流通孔7から放射状に伸びるインキ流通溝6が作製される。その後、ボール抱持室3の底壁4にボール9を載置した状態でチップ先端部2a側からハンマーリングが行われ、スプリングバック性によってボール9より曲率半径の大きい曲面が形成された後、チップ先端部2aが内側へかしめられる。これにより、ボール9と異なる曲率の曲面状の当接面5が形成され、ボール9は当接面5の軸心方向の中央位置よりもチップ先端部2a側で軸心回りの周回線上の当接部5aにおいて当接する。これにより、ボール9と当接面5との間に、第1の隙間S1及び第2の隙間S2が形成される。
この第1の隙間S1と第2の隙間S2とが形成されていることにより、ボール9と当接面5(当接部5a)との間の潤滑状態を流体潤滑又は混合潤滑の状態に維持しやすい。このため、当接面(当接部)の摩耗が抑制される。なお、各例においては、第1の隙間S1のインキ流通孔7側の軸心方向における開口の長さHは、0.9μmである(図2参照)。
書き味:手書きによる官能試験を行い評価した。
非常に滑らかなもの ・・・A
滑らかなもの ・・・B
やや重いもの ・・・C
重いもの ・・・D
筆跡の濃さ:手書きによる筆記した筆跡を観察した。
濃く鮮明な筆跡であるもの ・・・A
濃い筆跡であるもの ・・・B
実用上問題ない濃さの筆跡であるもの ・・・C
薄い筆跡のもの ・・・D
耐光性試験:JIS P3201筆記用紙Aに筆記角度70°、筆記荷重150gの条件にて、筆記速度4.5m/minの速度で、らせん筆記試験を行い、1時間放置した後、キセノンフェードメーターX15F(スガ試験機株式会社製)を用いて、ブルースケールが3級退色するまで照射し、筆跡を観察した。
退色しない若しくは若干退色する ・・・A
退色するが、実用上問題ないレベルのもの ・・・B
退色が目立ち、実用上問題になるレベル ・・・C
インキ経時試験:50℃、湿度80%、2ヶ月経過後に光学顕微鏡(オリンパス社製)倍率100倍にてチップ本体内のインキを顕微鏡観察した。
析出物がなく、良好のもの ・・・A
析出物が微少に発生したもの ・・・B
析出物が発生したが、実用上問題のないもの ・・・C
析出物が発生し、カスレや筆記不良などの原因になるもの ・・・D
顔料分散性試験:50℃、湿度80%、2ヶ月経過後に光学顕微鏡(オリンパス社製)倍率100倍にてインキ組成物の顔料分散性を観察した。
均一に顔料分散していたもの ・・・A
ほぼ均一に顔料分散していたもの ・・・B
顔料凝集が、みられたが実用上問題のないもの ・・・C
顔料凝集していたもの ・・・D
実施例1〜13では、書き味、筆跡の濃さ、耐光性、インキ経時安定性、顔料分散性ともに良好な性能が得られた。実施例13は、実施例1のインキ組成物にリン酸エステル系界面活性剤を添加したものである。高筆圧下(筆記荷重400gf)において各例のインキ組成物を用いたボールペンの筆記試験をおこなったところ、実施例13のインキ組成物を用いたボールペンにおいて、当接部の摩耗が5μm未満であり、実施例1のインキ組成物を用いた場合は、当接部の摩耗が5μm以上、10μm未満であった。この点からリン酸エステル系界面活性剤を含有する実施例13のインキ組成物は、潤滑性を保ち、当接部の摩耗を抑制する効果を発揮することがみられた。なお、高筆圧筆記試験については、荷重400gf、筆記角度70°、4m/minの走行試験機を用いて、筆記試験前後の当接部の摩耗量を測定することで評価した。
比較例1では、トリアリルメタン系塩基性染料と、アゾメチン系塩基性染料と、酸性染料との造塩染料を用いたため、インキ経時が安定せず、書き味も重かった。
比較例2および3では、顔料を用いないため、退色が目立ち、耐光性は、実用上問題になるレベルで、筆跡の濃さも、劣ってしまった。また、書き味も劣ってしまった。
比較例4では、染料を用いないため筆跡の濃さがなく、書き味も劣ってしまった。
また、参考例1〜3は、造塩染料として第二の造塩染料のみを含むものである。これらの例におけるインキ組成物も、書き味に優れ、筆跡が濃く、耐光性が良好で、高筆圧下においても潤滑性を保ち、当接部の摩耗が抑制されていることがわかる。そして、参考例1と3との比較から、第二の造塩染料を用いたインキ組成物についても、リン酸エステル系界面活性剤を組み合わせることで、当接部の摩耗が抑制されることがわかった。
本発明による油性ボールペン用インキ組成物は油性ボールペンに利用できる。さらに詳細には、該油性ボールペン用インキ組成物を充填した、キャップ式、ノック式等の油性ボールペンに広く利用することができる。
1 ボールペンチップ
2 チップ本体
2a 先端部
2b シール面
3 ボール抱持室
4 底壁
5 当接面
5a 当接部
6 インキ流通溝
7 インキ流通孔
8 後部孔
9 ボール
21 ボールペンレフィル
22 インキ収容筒
23 コイルスプリング
24 ボールペン用インキ
25 インキ追従体
S1、S2 隙間

Claims (10)

  1. チップ本体に、ボール抱持室と、前記ボール抱持室の底壁の中央に形成したインキ流通孔と、前記インキ流通孔から放射状に延びる複数本のインキ流通溝とを有し、チップ先端部を内側にかしめることにより、ボールの一部をチップ先端縁より突出させて回転自在に抱持してなるボールペンチップを、インキ収容筒の先端に直接、またはチップホルダーを介して装着し、前記インキ収容筒内に、油性ボールペン用インキ組成物を直に収容してなる油性ボールペンレフィルであって、
    前記油性ボールペン用インキ組成物が、少なくとも染料、顔料、および有機溶剤を含んでなり、前記染料が、アルキルベンゼンスルホン酸とキサンテン系塩基性染料との造塩染料、アルキルベンゼンスルホン酸とトリアリルメタン系塩基性染料との造塩染料、およびアルキルベンゼンスルホン酸とアゾメチン系塩基性染料との造塩染料からなる群から選択される1種以上の造塩染料であり、
    前記ボール抱持室の底壁には、前記ボールの曲率とは異なる曲率の曲面状の当接面が設けられており、前記ボールは前記当接面の一部である当接部に対して当接するようになっており、前記ボールと前記当接面との間に、インキ流通孔側から前記当接部までインキ流通孔側から除々に小さくなる第1の隙間が形成されていると共に、インキ流通溝の先端側から前記当接部までインキ流通溝の先端側から除々に小さくなる第2の隙間が形成してあり、
    前記第1の隙間のインキ流通孔側の軸心方向における開口の長さが5μm以下であることを特徴とする油性ボールペンレフィル。
  2. 前記アルキルベンゼンスルホン酸が、ドデシルジフェニルオキシドジスルホン酸である、請求項1に記載の油性ボールペンレフィル。
  3. 前記顔料が、塩基性カーボンブラックである、請求項1または2に記載の油性ボールペンレフィル。
  4. 分子中の水酸基が20〜40mol%であるポリビニルブチラール樹脂をさらに含んでなる、請求項1〜3の何れか1項に記載の油性ボールペンレフィル。
  5. 前記油性ボールペン用インキ組成物のpHが7〜10である、請求項1〜4の何れか1項に記載の油性ボールペンレフィル。
  6. 前記油性ボールペン用インキ組成物が、酸性染料と芳香環族アミンとの造塩染料をさらに含んでなる、請求項1〜5の何れか1項に記載の油性ボールペンレフィル。
  7. 前記芳香環族アミンが、ベンゾキソニウム化合物、アルキルジメチルベンジルアンモニウム化合物、およびアルキルジエチルベンジルアンモニウム化合物からなる群から選択される少なくとも1種以上のものである、請求項6に記載の油性ボールペンレフィル。
  8. 20℃、剪断速度500sec−1におけるインキ粘度が、5000mPa・s以下である、請求項1〜7の何れか1項に記載の油性ボールペンレフィル。
  9. 前記ボールの表面、及び/又は、前記当接面の表面に、潤滑被膜層が設けられている、請求項に記載の油性ボールペンレフィル。
  10. 請求項1〜9の何れか1項に記載の油性ボールペンレフィルを備えてなることを特徴とする、油性ボールペン。
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