KR20230058052A

KR20230058052A - 볼펜

Info

Publication number: KR20230058052A
Application number: KR1020237005654A
Authority: KR
Inventors: 유스케 사나다; 히데노리 구도오; 다케시 후지이
Original assignee: 가부시키가이샤 파이롯트 코포레이숀
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2023-05-02
Also published as: EP4205992A1; US20230322010A1; EP4205992A4; CN116234705A; TW202220855A; WO2022045313A1; US11993099B2; JPWO2022045313A1

Abstract

유성 볼펜용 잉크 조성물의 잉크 점도가, 20℃, 전단 속도 500sec^-1에 있어서, 500mPa·s 이상 15000mPa·s 이하의 범위이며, 볼(20)의 볼 직경이 0.5mm 이하이며, 칩 선단부(13)가 90도 이상 100도 미만의 경사각(α)인 제1 코킹부(14a)와, 상기 제1 코킹부(14a)보다 볼펜 칩(11)의 선단측에 마련되어 110도 이상 130도 이하의 경사각인 제2 코킹부(14b)를 갖고, 볼 포지실(15)의 저벽(19)의 각도(γ)가, 제2 코킹부(14b)의 경사각과 동각인 볼펜(1).

Description

볼펜

본 발명은, 볼펜에 관한 것이다.

종래부터, 볼펜 칩을 구비한 볼펜이 알려져 있다. 볼펜 칩은, 예를 들어 볼 포지실의 저벽 중앙에 형성된 잉크 유통 구멍과, 해당 잉크 유통 구멍으로부터 방사상으로 연장되는 복수개의 잉크 유통 홈을 갖는다. 볼펜 칩으로서는, 볼 포지실의 저벽에 마련된 대략 원호면 형상의 볼 시트에 볼을 적재하고, 칩 선단부를 내측에 코킹함으로써 볼의 일부를 칩 선단 테두리로부터 돌출시켜서 회전 가능하게 포지해서 이루어지는 것이 알려져 있다.

또한, 필기구는, 필기 시의 볼펜 칩과 피 필기면 사이의 필기 저항에 의해, 볼펜이나 마킹 펜 등의 필기감에 영향을 미치기 쉽다. 특히 볼펜은, 선단에 스테인리스강 등으로 이루어지는 금속제의 칩 본체와, 해당 금속제의 칩 본체의 볼 시트에 포지되는 초강 등의 금속으로 이루어지는 볼을 구비한 볼펜 칩을 갖고 있다. 이 때문에, 볼펜은, 필기 시의 볼의 회전에 의해 볼 시트에 마모가 발생하여, 필적에 선 끊김, 흐릿함 등의 발생이나, 필기감이 나빠진다는 문제가 있었다. 또한, 특히 볼 직경을 작은 0.5mm 이하와 같이 작게 한 경우, 필압에 의해 볼이 지면에 파고 들어가, 코킹부의 외면이 피 필기면에 맞닿는 종이 맞닿음 현상이 발생하기 쉬워, 필기 시에 있어서의 매끄러움이 떨어지는 경향이 있었다.

볼펜에 있어서 중요한 필기 시에 있어서의 매끄러움을 향상시키기 위해서, 코킹부의 두께를 얇게 하는 것이나, 코킹부의 각도를 작게 하는 것이 행해지고 있다. 구체적으로는, 대경부로부터 칩 선단 방향을 향해서 소경으로 하는 테이퍼면의 각도에 가까우면 가까울수록 종이 맞닿음이 발생하기 어렵다. 예를 들어, 테이퍼면의 각도는 약 30도로 하는 경우가 많았기 때문에, 코킹부의 각도를 90도 이하로 해서 종이가 맞닿기 어려운 구조로 하는 기술이 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 그러나, 코킹부의 두께를 얇게 하는 것이나, 경사 각도(코킹 각도)를 작게 하는 것은, 볼이 볼 포지실로부터 탈락하기 쉬워지는 등, 볼펜 칩의 내구성을 저하시키는 것이 된다.

또한, 볼펜 칩의 내구성을 향상시키기 위해서는, 코킹부의 두께를 두껍게 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 당해 코킹부가 피 필기면에 접촉하기 쉽게 하는 등, 필기 시에 있어서의 매끄러움을 저하시키는 것이 된다. 즉, 매끄러움을 향상시키면, 내구성을 저하시키는 것이 되고, 반대로 내구성을 향상시키면, 매끄러움을 저하시키는 것이 된다.

그런데, 볼펜 칩에 있어서, 칩 선단부로부터의 잉크 누설 방지 등을 위해서, 칩 선단부의 내벽에, 대략 원호면 형상의 시일면을 형성하는 것이 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 그러나, 코킹부에서의 두께는 얇아지기 때문에, 칩 내구성은 저하되는 경향이었다.

일본 특허 공개 평6-15218호 공보 일본 특허 공개 제2010-184495호 공보

특히, 볼 직경이 0.5mm 이하인 소경 볼을 사용한 볼펜에서는, 동일 거리의 필기를 할 경우에 볼의 직경이 작을수록 볼의 회전수가 많아진다. 또한, 소경 볼을 사용하면, 볼 시트에의 부하가 걸리므로, 볼 시트의 마모가 심해져서, 필기 불량의 원인이 된다. 이 때문에, 소경의 볼을 사용하면 새로운 과제가 발생하기 쉬웠다.

본 발명의 목적은, 볼 직경이 0.5mm 이하인 소경 볼을 사용하는 볼펜에 있어서, 안정된 볼의 회전과, 안정된 잉크 유출이 얻어지는 볼펜을 얻는 것이다.

본 발명의 볼펜은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 유성 볼펜용 잉크 조성물이 내부에 충전된 잉크 수용 통 및 상기 잉크 수용 통의 선단부에 설치된 볼펜 칩을 갖는 볼펜 리필을 구비하는 볼펜이며,

상기 볼펜 칩의 칩 본체가, 볼의 일부를 칩 선단부로부터 돌출시켜 회전 가능하게 보유 지지하는 볼 포지실과, 상기 볼 포지실의 저벽에 마련되고, 상기 볼이 적재되며 또한 상기 볼의 외형을 따른 원호면 형상의 볼 시트와, 상기 볼 포지실의 상기 저벽 중앙에 형성된 잉크 유통 구멍과, 상기 잉크 유통 구멍으로부터 방사상으로 연장되는 복수개의 잉크 유통 홈을 갖고,

상기 유성 볼펜용 잉크 조성물의 잉크 점도가, 20℃, 전단 속도 500sec^-1에 있어서, 500mPa·s 이상 15000mPa·s 이하의 범위이며,

상기 볼의 볼 직경이, 0.5mm 이하이며,

상기 칩 선단부의 내벽에, 원호면 형상의 시일면이 형성되어 이루어지고,

상기 칩 선단부가,

90도 이상 100도 미만의 경사각인 제1 코킹부와, 상기 제1 코킹부보다 상기 볼펜 칩의 선단측에 마련되어 110도 이상 130도 이하의 경사각인 제2 코킹부를 갖고,

상기 볼 포지실의 상기 저벽의 각도가, 상기 제2 코킹부의 경사각과 동각인 것을 특징으로 한다.

상기 볼을 상기 칩 선단부의 상기 선단측을 향해서 압박하는 코일 스프링을 더 구비하고, 당해 코일 스프링의 압박 하중이 5gf 이상 10gf 이하이다.

상기 유성 볼펜용 잉크 조성물이, 착색제, 유기 용제, 포화 지방산, 인산에스테르를 포함하여 이루어지고, 상기 인산에스테르가, C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는다.

상기 포화 지방산의 탄소수가 10 이상 20 이하이다.

상기 인산에스테르의 말단 알킬기의 탄소 쇄(l, m)가 1 이상 15 이하이다.

상기 유성 볼펜용 잉크 조성물이, 케톤 수지 또는 폴리비닐부티랄 수지를 포함하여 이루어진다.

상기 착색제가, 안료 또는 조염 염료이다.

본 발명은, 볼 직경이 0.5mm 이하인 소경 볼을 사용하는 볼펜에 있어서, 안정된 볼의 회전과, 안정된 잉크 유출이 얻어지는 볼펜을 얻을 수 있었다.

도 1은 본 실시 형태의 볼펜의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 실시 형태의 볼펜 리필의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태의 볼펜 칩의 일례를 도시하는 확대 단면도이다.

본 명세서에 있어서, 배합을 나타내는 「부」, 「％」, 「비」 등은 특별히 언급이 없는 한 질량 기준이다. 또한, 본 발명에 있어서, 「끝」이란, 볼펜으로서는 볼펜 칩측을 나타내고, 볼펜 칩으로서는, 볼측을 나타낸다.

(볼펜)

도 1은, 본 실시 형태의 볼펜(1)의 일례를 도시하는 단면도이다.

본 실시 형태의 볼펜(1)은, 볼펜 리필(4)을 구비한다. 볼펜 리필(4)은, 볼펜(1)의 교체용 심이다.

볼펜 리필(4)은, 볼펜(1)에서의 전방축(2)과 후방축(3)을 착탈 가능하게 나사 결합한 외통 본체 내에 수용되어 있다. 볼펜 리필(4)은, 코일 스프링(5)에 의해 후방으로 가압되어 수납되어 있다.

또한, 후방 및 후단부란, 볼펜(1)의 연신 방향(X)의 일단부측이며, 해당 연신 방향(X)에서의 볼(20)이 마련되어 있지 않은 측의 방향 및 해당 방향의 단부를 의미한다. 또한, 전방, 선단측, 전단부 및 선단부란, 볼펜(1)의 연신 방향(X)의 일단부측이며, 해당 연신 방향(X)에서의 볼(20)이 마련된 측의 방향 및 해당 방향의 단부를 의미한다.

도 2는, 본 실시 형태의 볼펜 리필(4)의 일례의 단면도이다. 도 2에는, 볼펜 리필(4)의 구성 일부를 생략한 주요부를 도시한다.

볼펜 리필(4)은, 잉크 수용 통(22) 및 볼펜 칩(11)을 갖는다.

잉크 수용 통(22)은, 연신 방향(X)으로 긴 통 형상이다. 잉크 수용 통(22) 및 볼펜(1)의 연신 방향(X)은 일치한다. 잉크 수용 통(22)의 내부에는, 유성 볼펜용 잉크 조성물이 충전되어 이루어진다. 잉크 수용 통(22)의 후단부에는, 뒷마개(24)가 장착되어 있다(도 1 참조).

잉크 수용 통(22)의 연신 방향(X)의 일단부(선단부)에는 볼펜 칩(11)이 마련되어 있다. 잉크 수용 통(22)의 연신 방향(X)과 볼펜(1)의 연신 방향(X)은 일치한다. 이하에서는, 연신 방향(X)을 축방향이라고 칭하여 설명하는 경우가 있다. 연신 방향(X)은, 즉, 통 형상의 잉크 수용 통(22)의 절단면의 중심을 통과하는 직선(중심축(J))을 따른 방향이다. 바꾸어 말하면, 연신 방향(X)이란, 원통상의 잉크 수용 통(22)의 중심축(J)을 따른 방향이다.

볼펜 칩(11)은, 볼(20)을 회전 가능하게 포지하는 부재이다. 즉, 볼펜 칩(11)은, 잉크 수용 통(22)의 연신 방향(X)의 일단부인 선단부에 볼(20)을 포지한다. 볼(20)은, 볼 직경 0.5mm 이하인 구상 부재이다. 볼(20)의 볼 직경은, 0.1mm를 초과하며 또한 0.5mm 이하이면 된다.

상세하게는, 볼펜 칩(11)은, 잉크 수용 통(22)의 선단부에 칩 홀더(23)를 통해서 장착되어 있다.

도 1로 돌아가서 설명을 계속한다.

본 실시 형태에서는, 볼펜(1)이, 출몰식 볼펜(1)인 형태를 일례로 하여 설명한다. 구체적으로는, 볼펜(1)은, 회전 캠(6)에 의한 출몰 기구에 의해 노크 부재(7)를 압박함으로써, 볼펜 리필(4)의 펜 끝이 되는 볼펜 칩(11)의 전단부를 전방축(2)의 전단 개구부(2a)로부터 출몰 가능하게 구성되어 있다. 후방축(3)에는, 예를 들어 클립(8)이 배치되어 있다. 또한, 전방축(2)의 파지부에는, 예를 들어 올레핀계의 열가소성 엘라스토머 등을 포함하는 그립(9)이 장착되어 있다.

상세하게는, 볼펜(1)에는, 출몰 기구로서, 회전 캠(6) 및 도시를 생략한 캠 기구가 마련되어 있다. 회전 캠(6)은, 후방축(3)에 마련되어, 볼펜 리필(4)의 볼펜 칩(11)의 출몰을 전환한다. 캠 기구는, 회전 캠(6)에 걸림 결합하는 캠 홈을 갖는다.

볼펜 리필(4)의 볼펜 칩(11)이 전방축(2) 내에 몰입된 상태에서 노크 부재(7)가 압박 조작되면, 회전 캠(6)이 캠 홈을 따라 미끄럼 이동한다. 노크 부재(7)의 압박 조작은, 노크 조작이라고 칭해지는 경우가 있다. 회전 캠(6)의 미끄럼 이동에 의해, 볼펜 리필(4)의 볼펜 칩(11)이 전방축(2)의 개구부(2c)로부터 전방으로 돌출된다. 또한, 캠 기구의 작용에 의해 회전 캠(6)이 회전됨으로써, 볼펜 리필(4)의 축방향 후방으로의 상대 이동이 제한된다. 이 때문에, 압박 조작의 종료 후에도 이 돌출 상태가 유지된다. 또한, 이 돌출 상태에서 다시 노크 부재(7)가 압박 조작(노크 조작)되면, 캠 기구의 작용에 의해 볼펜 리필(4)의 축방향 후방으로의 상대 이동이 허용된다. 이 상대 이동에 의해, 코일 스프링(5)의 가압력에 의해 볼펜 리필(4) 및 노크 부재(7)가 축방향 후방으로 되돌려져서 초기 상태로 복귀된다.

도 3은, 본 실시 형태의 볼펜 칩(11)의 일례의 확대 단면도이다. 도 3에는, 볼펜 칩(11)의 구성의 일부를 생략한 주요부를 도시한다.

볼펜 칩(11)은, 칩 본체(12)을 구비한다. 칩 본체(12)에는, 볼 포지실(15), 잉크 유통 구멍(16), 잉크 유통 홈(17) 및 볼 시트(19a) 등이 마련되어 있다.

볼 포지실(15)은, 볼(20)의 일부를 칩 선단부(13)로부터 돌출시켜서 회전 가능하게 포지한다. 볼 포지실(15)은, 잉크 유통 구멍(16)의 연신 방향(X)의 선단부에 마련되어 있다. 볼 포지실(15)의 저벽(19)에는, 볼(20)의 외형을 따른 형상의 볼 시트(19a)가 마련되어 있다. 상술한 바와 같이, 볼(20)은 구상이다. 이 때문에, 볼 시트(19a)는, 대략 원호면 형상으로 되어 있다. 볼 시트(19a)에는, 볼(20)이 적재되어 있다. 볼 포지실(15)의 저벽(19)은, 볼 포지실(15)의 내벽에서의, 칩 선단부(13)에 마련된 시일면(14c)에 연속하며, 또한 해당 시일면(14c)보다 볼펜(1)의 후방측 영역이다.

잉크 유통 구멍(16)은, 연신 방향(X)으로 관통해서 잉크가 흐르는 구멍부이다. 잉크는, 유성 볼펜용 잉크 조성물이다. 잉크 유통 구멍(16)은, 볼 포지실(15)의 저벽(19) 중앙에 형성되어 있다. 잉크 유통 홈(17)은, 잉크 유통 구멍(16)에 연통하여, 잉크 유통 구멍(16)으로부터 방사상으로 연장된 홈부이다. 볼펜 칩(11)에는, 복수의 잉크 유통 홈(17)이 마련되어 있다. 이러한 복수의 잉크 유통 홈(17)은, 잉크 유통 구멍(16)에 연통하며, 또한 칩 후방부 구멍(18)에 연통하지 않도록 마련되어 있다.

볼펜 칩(11)의 칩 선단부(13)는, 내측으로 코킹된 형상의 코킹부(14)로 되어 있다. 볼 포지실(15)의 볼 시트(19a)에 볼(20)이 적재되고, 칩 선단부(13)가 코킹부(14)를 가짐으로써, 볼 포지실(15)은, 볼(20)의 일부를 칩 선단부(13)로부터 돌출시켜 회전 가능하게 포지한다. 또한, 칩 선단부(13)의 내벽에는, 대략 원호면 형상, 즉, 볼(20)의 외형을 따른 형상의 시일면(14c)이 형성되어 있다.

상술한 바와 같이, 볼펜 칩(11)의 칩 선단부(13)는, 내측으로 코킹된 형상의 코킹부(14)로 되어 있다. 코킹부(14)는, 제1 코킹부(14a)와 제2 코킹부(14b)로 구성되어 있다.

제1 코킹부(14a)는, 90도 이상 100도 미만의 경사각이다. 제2 코킹부(14b)는, 제1 코킹부(14a)보다 볼펜 칩(11)의 선단측에 마련되고, 110도 이상 130도 이하의 경사각이다. 제1 코킹부(14a)의 경사각을, 제1 경사각(α)이라고 칭하여 설명하는 경우가 있다. 또한, 제2 코킹부(14b)의 경사각을, 제2 경사각(β)이라고 칭하여 설명하는 경우가 있다. 이들 경사각은, 코킹 각도라고 칭해지는 경우가 있다.

제1 경사각(α)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 볼펜 칩(11)의 연신 방향(X)을 따른 단면에서의, 제1 코킹부(14a)의 경사면을 따른 2개의 라인인 라인(Lα1)과 라인(Lα2)이 이루는 각도이다. 제2 경사각(β)은, 볼펜 칩(11)의 연신 방향(X)을 따른 단면에서의, 제2 코킹부(14b)의 경사면을 따른 2개의 라인인 라인(Lβ1)과 라인(Lβ2)이 이루는 각도이다.

또한, 볼 포지실(15)의 저벽(19)의 각도(γ)는, 제2 코킹부(14b)의 경사각(제2 경사각(β))과 동각이다. 또한, 본 발명에서의 동각이란, 측정 오차 등도 감안해서, ±3도 정도이면 동각으로 정의한다.

저벽(19)의 각도(γ)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 볼펜 칩(11)의 연신 방향(X)을 따른 단면에서의, 볼(20)의 외주 방향을 따른 저벽(19)의 일단부부터 타단부까지의 각도이다. 상세하게는, 저벽(19)의 각도(γ)는, 라인(Lγ1)과 라인(Lγ2)이 이루는 각도이다. 또한, 각도(γ)는, 라인(Lγ1)과 라인(Lγ2)이 이루는 각도에 있어서의, 볼(20)측(볼 포지실(15)의 내측)의 각도이다. 라인(Lγ1)은, 볼펜 칩(11)의 연신 방향(X)을 따른 단면에서의, 볼(20)의 외주 방향을 따른 저벽(19)의 일단부와, 저벽(19)과 중심축(J)의 교점을 통과하는 직선이다. Lγ2는, 해당 단면에서의, 볼(20)의 외주 방향을 따른 저벽(19)의 타단부와, 저벽(19)과 중심축(J)의 교점을 통과하는 직선이다.

볼 시트(19a)에 적재된 볼(20)은, 코일 스프링(21)에 의해 볼펜 칩(11)의 선단부를 향해서 압박된 상태에서 포지된다.

잉크 누설 억제를 하기 위해서는, 볼펜 칩(11)의 선단에 회전 가능하게 포지된 볼(20)을, 코일 스프링(21)에 의해 직접 또는 압박체를 통해서 칩 선단부(13)의 내벽을 향해서 압박하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 칩 선단부(13)의 내벽을 향한 압박이란, 볼펜 칩(11)의 선단측을 향해서 압박하는 것을 의미한다. 또한, 필기 시의 압박력에 의해 칩 선단부(13)의 내벽과 볼(20) 사이에 간극을 부여해서 잉크를 유출시키는 밸브 기구를 더 구비한 구성으로 하여, 칩 선단의 미소한 간극도 비사용 시에 폐쇄하는 것이 바람직하다.

필기감을 양호하게 하는 관점에서, 코일 스프링(21)에 의한 볼(20)의 압박 하중을 30gf 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 특히, 볼(20)의 볼 직경을 0.5mm 이하로 하여, 국부적으로 볼(20)과 볼 시트(19a) 사이에 부하가 가해진 경우라도 보다 높은 윤활성을 유지하여, 필기감을 양호하게 유지하기 쉽게 하는 관점에서, 코일 스프링(21)에 의한 볼(20)의 압박 하중을 3gf 이상 15gf 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 잉크 누설 억제 및 잉크 추종성 향상의 관점에서, 코일 스프링(21)에 의한 볼(20)의 압박 하중을 5gf 이상 10gf 이하로 하는 것이 바람직하다.

볼(20)의 볼 표면의 산술 평균 조도(Ra)는 한정되지 않는다. 예를 들어, 볼 표면의 산술 평균 조도(Ra)는, 0.1nm 이상 12nm 이하로 하는 것이 바람직하다. 산술 평균 조도(Ra)가 0.1nm 미만이면, 볼 표면에 충분히 잉크가 실리기 어려워, 필기 시에 진한 필적이 얻어지기 어렵고, 필적에 선 끊김, 흐릿함이 발생하기 쉽다. 산술 평균 조도(Ra)가 12nm를 초과하면, 볼 표면이 지나치게 거칠어서, 볼(20)과 볼 시트(19a)의 회전 저항이 크다. 이 때문에, 필기감이 떨어지기 쉽고, 또한, 필적에 흐릿함, 선 끊김, 선 얼룩 등의 필기 성능에 영향을 미치기 쉬워진다. 더 고려하면, 볼 표면의 산술 평균 조도(Ra)는 0.1nm 이상 10nm 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는, 0.5nm 이상 5nm 이하이다. 산술 평균 조도(Ra)는, 세이코엡손사 제조의 기종명 SPI3800N으로 구할 수 있다.

볼(20)에 사용하는 재료는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 볼(20)에 사용하는 재료는, 예를 들어 텅스텐 카바이드를 주성분으로 하는 초경합금 볼, 스테인리스강 등의 금속 볼, 탄화규소, 질화규소, 알루미나, 실리카, 지르코니아 등의 세라믹스 볼, 루비 볼 등을 들 수 있다.

볼펜 칩(11)의 재료는, 스테인리스강, 양은, 브래스(황동), 알루미늄청동, 알루미늄 등의 금속재, 폴리카르보네이트, 폴리아세탈, ABS 등의 수지재를 들 수 있다. 이들 중에서도, 볼펜 칩(11)의 재료에는, 볼 시트(19a)의 마모, 경시 안정성을 고려하면 스테인리스강을 사용하는 것이 바람직하다.

볼펜 칩(11)의 볼(20)의 연신 방향(X)의 이동량은 한정되지 않는다. 예를 들어, 볼(20)의 연신 방향(X)의 이동량은, 3㎛ 이상 30㎛ 이하가 바람직하다. 3㎛ 미만이면 진한 필적이나 양호한 필기감이 얻어지기 어려워지고, 30㎛를 초과하면 잉크 떨어짐 성능에 영향을 미치기 쉬워지기 때문이다. 더 고려하면, 볼(20)의 연신 방향(X)의 이동량은, 10㎛ 이상 25㎛ 이하가 바람직하다. 이것은, 제1 코킹부(14a)와 제2 코킹부(14b)에 의해 잉크를 저류하는 공간을 크게 할 수 있지만, 볼(20)의 연신 방향(X)의 이동량이 10㎛ 미만이면, 진한 필적이나 양호한 필기감이 얻어지기 어려워지기 때문이다.

특히, 볼 직경을 0.5mm 이하로 한 비교적 작은 볼 직경으로 하면, 잉크 소비량이 적어지기 쉽고, 필기감에도 영향을 미치기 쉽다. 이 때문에, 볼펜 칩(11)의 볼(20)의 연신 방향(X)의 이동량은, 12㎛ 이상 25㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 더 고려하면, 14㎛ 이상 25㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 볼(20)의 연신 방향(X)의 이동량을 해당 범위로 하는 것은, 볼 직경을 0.4mm 이하로 했을 경우에도 효과적이기 때문에 바람직하고, 또한 볼 직경을 0.3mm 이하로 했을 경우에도 효과적이어서 바람직하다.

볼펜(1)의 100m당 잉크 소비량은, 20mg 이상 70mg 이하인 것이 바람직하다. 100m당 잉크 소비량이 20mg 미만이면, 진한 필적이나, 양호한 필기감이 얻어지기 어렵다. 100m당 잉크 소비량이 70mg을 초과하면, 볼(20)과 칩 선단부(13)의 간극에 의해 잉크 누설 억제에 영향을 미치기 쉽고, 또한 처음 쓰기 성능, 잉크 뭉침도 발생하기 쉽기 때문이다. 더 고려하면, 100m당 잉크 소비량은, 20mg 이상 60mg 이하인 것이 바람직하다.

특히, 볼 직경을 0.5mm 이하로 한 비교적 작은 볼 직경으로 하면, 잉크 소비량이 적어지기 쉬워, 필기감, 흐릿함 등의 필기성에도 영향을 미치기 쉽다. 이 때문에, 100m당 잉크 소비량은, 20mg 이상 50mg 이하가 바람직하고, 더 고려하면, 20mg 이상 45mg 이하가 바람직하다.

또한, 볼 직경을 0.5mm 이하로 했을 경우에는, 더 진한 필적, 필기감, 및 잉크 누설 억제를 향상시키기 위해서는 잉크 소비량을 설정할 뿐만 아니라, 볼 직경과의 관계도 고려하면 효과적이다. 구체적으로는, 볼펜(1)의 100m당 잉크 소비량(mg)에 대한 볼 직경(mm)의 비(볼 직경:잉크 소비량)는, 1:40 이상 1:140 이하의 관계로 하는 것이 바람직하다. 이러한 종래와는 다른 관계로 함으로써, 더 진한 필적이나, 필기감, 잉크 누설 억제가 얻어지기 쉽기 때문에 바람직하다. 더 고려하면, 볼 직경:잉크 소비량은 1:50 이상 1:130 이하인 것이 바람직하고, 또한 1:60 이상 1:120 이하인 것이 바람직하다.

또한, 잉크 소비량에 대해서는, 20℃, 필기 용지 JIS P3201 필기 용지 상에 필기 각도 70°, 필기 하중 200g의 조건에서, 필기 속도 4m/min의 속도로, 시험 샘플 5개를 사용하여 나선 필기 시험을 행한다. 그리고, 그 100m당 잉크 소비량의 평균값을, 100m당 잉크 소비량으로 정의한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시 형태의 볼펜(1)을 사용해서 필기가 이루어지면, 잉크 수용 통(22)으로부터 유출된 유성 볼펜용 잉크 조성물인 잉크는, 잉크 유통 구멍(16)으로부터 잉크 유통 홈(17)을 통해서 볼 포지실(15)에 포지된 볼(20)에 공급된다. 볼(20)에 잉크가 공급됨으로써, 지면 등에 잉크에 의한 필기가 이루어진다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 볼펜(1)은, 볼 시트(19a)와 시일면(14c)을 구비한다. 또한, 볼펜 칩(11)의 칩 선단부(13)는, 내측으로 코킹된 형상의 코킹부(14)로 되어 있다. 코킹부(14)는, 제1 코킹부(14a)와 제2 코킹부(14b)로 구성되어 있다. 제1 코킹부(14a)는, 90도 이상 100도 미만의 제1 경사각(α)이다. 제2 코킹부(14b)는, 제1 코킹부(14a)보다 볼펜 칩(11)의 선단측에 마련되고, 110도 이상 130도 이하의 제2 경사각(β)이다. 또한, 볼 포지실(15)의 저벽(19)의 각도(γ)는, 제2 코킹부(14b)의 제2 경사각(β)과 동각이다.

본 실시 형태의 볼펜(1)은, 볼 시트(19a)와 시일면(14c)을 구비함으로써 볼(20)의 회전을 원활하게 하는 효과를 발휘한다. 또한, 잉크 유통 구멍(16)으로부터 볼 포지실(15)에 유입되는 잉크와, 칩 선단부(13)로부터 지면에 전사되지 않고, 칩 선단부(13)로부터 볼 포지실(15)에 유입되는 잉크(잉크 리턴)가, 볼 포지실(15) 내에서의 잉크의 흐름을 안정화시킬 수 있다고 생각된다. 이 때문에, 볼 시트(19a)나 시일면(14c)이 마모되어도 안정된 잉크 유출량을 얻을 수 있는 효과도 발휘한다.

또한, 볼 시트(19a) 및 시일면(14c)을 형성할 때, 볼 포지실(15)의 저벽(19) 및 제2 코킹부(14b)의 내벽의 동각의 벽면에 볼(20)을 전사하게 된다. 이 때문에, 전사 후에 스프링백으로 곡률이 변화해도, 얻어지는 전사면의 곡률이 근사하고 있어, 볼(20)의 치우침을 억제할 수 있다. 따라서, 볼(20)의 회전에 의한 볼 시트(19a) 및 칩 선단부(13)의 시일면(14c)의 편마모를 억제할 수도 있다. 즉, 안정된 볼(20)의 회전과 안정된 잉크 유출을 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 볼펜(1)에서는, 칩 선단부(13)의 제1 코킹부(14a)의 제1 경사각(α)이 90도 이상 100도 이하의 둔각으로 되어 있다. 제1 경사각(α)을 둔각으로 함으로써, 경사각(코킹 각도)을 90도 미만으로 하는 경우에 비해서, 볼(20)과 칩 선단부(13) 사이에 잉크를 저류하는 공간을 크게 할 수 있다. 이 때문에, 잉크 리턴하기 쉬워, 잉크가 올라가는 것을 억제할 수 있고, 잉크 막힘을 억제하여, 진한 필적, 필기감, 볼 시트의 마모 억제를 양호하게 하기 쉽게 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 볼펜(1)에서는, 제2 코킹부(14b)의 제2 경사각(β)을 110도 이상 130도 이하로 함으로써, 볼 보유 지지력을 높임과 함께, 제2 경사각(β)과 볼 포지실(15)의 저벽(19)의 각도(γ)를 동각으로 하기 쉽게 할 수 있다.

따라서, 본 실시 형태의 볼펜(1)은, 볼 직경이 0.5mm 이하인 소경의 볼(20)을 사용하는 볼펜(1)에 있어서, 안정된 볼(20)의 회전과, 안정된 잉크 유출을 실현할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 코일 스프링(21)에 의한 볼(20)의 압박 하중을 5gf 이상 10gf 이하로 하는 것이 바람직하다. 볼(20)의 압박 하중을 5gf 이상 10gf 이하로 함으로써, 필기감을 양호하게 유지하기 쉽게 할 수 있다. 또한, 볼(20)의 압박 하중을 상기 범위로 함으로써, 볼 직경을 0.5mm 이하로 하여, 국부적으로 볼(20)과 볼 시트(19a) 사이에 부하가 걸린 경우에도, 보다 높은 윤활성을 유지해서, 필기감을 양호하게 유지하기 쉽게 할 수 있다. 필기감을 고려하면, 코일 스프링(21)의 압박 하중을 10gf 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 잉크 누설 억제, 잉크 추종성을 향상하기 쉬운 것을 고려하면, 코일 스프링(21)의 압박 하중을 5gf 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

(유성 볼펜용 잉크 조성물)

이어서, 본 실시 형태의 볼펜(1)에 사용하는 유성 볼펜용 잉크 조성물에 대해서 상세하게 설명한다.

본 실시 형태의 볼펜(1)에 사용하는 유성 볼펜용 잉크 조성물의 잉크 점도는, 20℃, 전단 속도 500sec^-1(필기 시)에 있어서 500mPa·s 이상 15000mPa·s 이하이다.

유성 볼펜용 잉크 조성물의 잉크 점도가 15000mPa·s을 초과하면, 필기 시의 볼 회전 저항이 커져서, 필기감이 무거워지기 쉽고, 볼 시트의 마모 억제에 영향을 미치기 쉬우며, 또한 처음 쓰기 성능, 잉크 추종 성능에 영향이 생기기 쉽다. 이 때문에, 볼펜(1)의 유성 볼펜용 잉크 조성물에는, 20℃, 전단 속도 500sec^-1(필기 시)에 있어서의 잉크 점도가 15000mPa·s 이하인 유성 볼펜용 잉크 조성물을 사용한다. 더욱 필기감, 볼 시트(19a)의 마모 억제의 향상을 고려하면, 잉크 점도는 10000mPa·s 이하가 바람직하고, 더욱 필기감, 볼 시트의 마모 억제를 고려하면, 잉크 점도는 8000mPa·s 이하인 것이 바람직하다. 유성 볼펜용 잉크 조성물의 잉크 점도는, 또한, 6000mPa·s 이하인 것이 바람직하다. 또한, 20℃, 전단 속도 500sec^-1(필기 시)에 있어서의 잉크 점도가 10mPa·s 미만인 경우에는, 볼 시트의 마모 억제, 필적에 번짐이나 잉크 떨어짐의 영향을 미치기 쉽다. 이 때문에, 유성 볼펜용 잉크 조성물의 20℃, 전단 속도 500sec^-1(필기 시)에 있어서의 잉크 점도는 10mPa·s 이상인 것이 바람직하다. 또한, 더 고려하면, 유성 볼펜용 잉크 조성물의 잉크 점도는 100mPa·s 이상인 것이 바람직하고, 또한, 볼 시트의 마모 억제를 고려하면, 잉크 점도가 500mPa·s 이상인 것이 바람직하고, 더 고려하면, 1000mPa·s 이상인 것이 바람직하고, 2000mPa·s 이상인 것이 바람직하다.

여기서, 볼펜 칩(11)의 볼(20)과 볼 시트(19a)의 윤활성 향상을 목적으로, 다양한 윤활제를 사용한 유성 볼펜용 잉크 조성물이 다수 제안되어 있다.

예를 들어, 알킬β-D-글루코시드를 사용한 문헌 A(일본 특허 공개 평5-331403호 공보 「유성 볼펜 잉크」), 평균 분자량이 200 내지 4000000인 폴리에틸렌글리콜을 사용한 문헌 B(일본 특허 공개 평7-196971호 공보 「유성 볼펜용 잉크 조성물」), N-아실아미노산, N-아실메틸타우린산, N-아실메틸아라닌을 사용한 문헌 C(일본 특허 공개 제2007-176995호 공보 「유성 볼펜용 잉크」) 및 인산에스테르를 사용한 문헌 D(일본 특허 제3500552호 공보 「볼펜용 유성 잉크 조성물」) 등이 개시되어 있다.

그러나, 문헌 A 내지 문헌 D와 같은 각종 윤활제를 사용한 경우, 어느 정도 필기감을 향상시키면서, 볼 시트(19a)의 마모를 억제할 수는 있지만, 윤활성이 만족할 만한 것이 아니어서, 개량의 여지가 있었다. 또한, 볼 직경이 0.5mm 이하인 소경 볼을 사용하면, 동일 거리의 필기를 할 경우에 볼의 직경이 작을수록 볼의 회전수가 많아진다. 또한, 소경 볼이면 볼 시트(19a)에의 부하가 걸리므로, 볼 시트(19a)의 마모가 심해져서, 필기 불량의 원인이 된다. 이 때문에, 종래 기술에서는, 소경 볼로 하면 새로운 과제가 발생하기 쉬웠다.

또한, 칩 선단부(13)를 대기 중에 방치한 상태에서, 해당 칩 선단부(13)가 건조되었을 때의 처음 쓰기 성능을 향상시키는 유성 볼펜용 잉크 조성물도 요망되고 있다. 특히, 노크식 유성 볼펜이나 회전 조출식 유성 볼펜 등의 출몰식 유성 볼펜을 사용한 경우에는, 처음 쓰기 성능에 영향을 미치기 쉬우므로 중요하게 된다.

본 발명자는, 본 실시 형태의 볼펜(1)에 사용하는 유성 볼펜용 잉크 조성물로서, 잉크 점도가 상기 범위를 충족하며, 또한, 포화 지방산, C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르를 포함하여 이루어지는 유성 볼펜용 잉크 조성물을 사용함으로써, 윤활성을 향상시키고, 볼 시트(19a)의 마모 억제와 필기감을 향상시키며, 처음 쓰기 성능을 더욱 양호하게 할 수 있는 것을 알아냈다.

포화 지방산, C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르를 포함하여 이루어짐으로써, 상기 포화 지방산과 상기 인산에스테르에 의한 윤활층에 의해, 윤활성을 향상시켜, 볼(20)과 칩 본체(12) 사이의 윤활성을 유지하는 것이 가능하게 된다. 또한, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함의 억제와, 필기감의 향상을 도모하는 것이 가능하다. 또한 칩 선단부(13)를 대기 중에 방치한 상태에서, 해당 칩 선단부(13)가 건조되었을 때의 처음 쓰기 성능을 양호하게 하는 것이 가능하다.

(포화 지방산)

유성 볼펜용 잉크 조성물에 포함되는 포화 지방산은, 볼(20)과 칩 본체(12) 사이의 윤활성을 유지하여, 볼 시트(19a)의 마모를 억제할 수 있다. 또한, 유성 볼펜용 잉크 조성물이 포화 지방산을 포함함으로써, 필적 흐릿함의 억제와, 필기감을 향상시키는 것이 가능하다. 특히 볼 직경을 0.5mm 이하인 소경 볼로 한 경우에도, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함의 억제와, 필기감을 양호하게 유지하는 것을 가능하게 한다. 이것은, 포화 지방산이 볼펜 칩(11)의 볼(20)이나 칩 본체(12)의 금속 표면에 흡착됨으로써, 볼(20)과 칩 본체(12) 사이의 금속 접촉을 억제할 수 있기 때문이다. 이 때문에, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함의 억제와, 필기감을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 처음 쓰기 성능을 양호하게 하는 것이 가능하다.

포화 지방산으로서는, 분지 포화 지방산, 직쇄 포화 지방산을 들 수 있다. 볼 시트(19a)의 마모 억제, 필기감을 고려하면, 분지 포화 지방산이 바람직하다. 분지쇄를 갖는 포화 지방산을 사용함으로써 부피가 큰 구조를 가질 수 있어, 금속 표면을 덮는 면적이 많아진다. 이 때문에, 볼펜 칩(11)의 볼(20)이나 칩 본체(12)의 금속 표면에 흡착되기 쉬워진다. 따라서, 볼(20)과 칩 본체(12)의 사이의 금속 접촉을 억제할 수 있어, 볼 시트의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함의 억제 및 필기감의 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다.

포화 지방산에 대해서는, 윤활성을 고려하면, 포화 지방산의 탄소수가 10 이상 20 이하인 것이 바람직하다. 이것은, 탄소수가 10 이상이면, 원하는 윤활성을 향상시키는데 적합한 알킬기의 길이이며, 볼펜 칩의 금속 표면에 흡착되기 쉽기 때문이다. 한편, 탄소수가 20을 초과하면, 보다 알킬기가 지나치게 길어짐으로써, 분자끼리 반발함으로써, 금속 표면에의 흡착을 저해하여, 윤활성의 향상을 저해하기 쉽기 때문이다. 또한, 더욱 윤활성을 고려하면, 포화 지방산의 탄소수가 16 이상 20 이하인 것이 바람직하고, 더욱 볼 시트(19a)의 마모 억제를 향상시키는 것을 고려하면, 포화 지방산의 탄소수가 18 이상 20 이하인 것이 바람직하다.

포화 지방산으로서는, 메틸 분지형 운데칸산, 메틸 분지형 도데칸산, 메틸 분지형 트리데칸산, 메틸 분지형 테트라데칸산, 메틸 분지형 펜타데칸산, 메틸 분지형 헥사데칸산, 메틸 분지형 헵타데칸산, 메틸 분지형 옥타데칸산(메틸 분지형 스테아르산), 메틸 분지형 노나데칸산, 메틸 분지형 이코산산, 메틸 분지형 도코산산 등의 분지형 포화 지방산이나, 운데칸산, 도데칸산, 트리데칸산, 테트라데칸산, 펜타데칸산, 헥사데칸산, 옥타데칸산(스테아르산), 옥타데칸산, 노나데칸산, 도코산산 등의 직쇄형 포화 지방산을 들 수 있다.

이들 중에서도, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함을 억제하고, 필기감을 향상시키는 것을 고려하면, 포화 지방산의 주쇄로부터 메틸기가 분지된 화학 구조인, 메틸 분지형 포화 지방산이 바람직하다.

바꾸어 말하면, 유성 볼펜용 잉크 조성물이 메틸 분지형 포화 지방산을 포함하여 이루어짐으로써, 메틸 분지형 포화 지방산에 의한 윤활층에 의해, 윤활성을 향상시켜, 볼(20)과 칩 본체(12) 사이의 윤활성을 유지할 수 있다. 또한, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함을 억제하고, 필기감을 향상시키는 것이 가능하다. 또한 볼펜 칩(11)(칩 선단부(13))을 대기 중에 방치한 상태에서, 해당 볼펜 칩(11)(칩 선단부(13))이 건조되었을 때의 처음 쓰기 성능을 양호하게 하는 것이 가능해지기 때문에, 바람직하다.

메틸 분지형 포화 지방산을 사용함으로써, 부피가 큰 구조로 할 수 있어, 볼펜 칩(11)의 볼(20)이나 칩 본체(12)의 금속 표면을 덮는 면적이 많아진다. 즉, 메틸 분지형 포화 지방산이, 볼펜 칩(11)의 볼(20)이나 칩 본체(12)의 금속 표면에 흡착되기 쉬워져, 볼펜 칩(11)의 볼(20)과 칩 본체(12) 사이의 금속 접촉을 억제할 수 있다. 이 때문에, 마찰 완화 작용이 일어나서, 볼펜 칩(11)의 필기 저항을 억제할 수 있다. 따라서, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함을 억제하고, 필기감을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 처음 쓰기 성능을 양호하게 하는 것이 가능하여, 특히 효과적이다.

또한, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 볼펜(1)의 볼(20)의 볼 직경은 0.5mm 이하이다. 메틸 분지형 포화 지방산을 사용하면, 볼 직경이 0.5mm 이하인 소경 볼로 한 경우에도, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함을 억제하고, 필기감을 양호하게 유지하고, 소경 볼과 같이 국부적으로 볼(20)과 볼 시트(19a) 사이에 부하가 걸린 경우에도, 윤활성을 유지하기 쉬워, 효과적이다. 또한, 볼 직경이 작아, 구체적으로는, 볼 직경이 0.4mm 이하, 나아가 0.3mm 이하로 되어도 그 효과를 유지하기 때문에, 그 효과는 현저하다.

메틸 분지형 포화 지방산에 대해서는, 윤활성을 고려하면, 메틸 분지형 포화 지방산의 탄소수가 10 이상 20 이하인 것이 바람직하다. 이것은, 탄소수가 10 이상이면, 원하는 윤활성을 향상시키는데 적합한 알킬기의 길이이며, 볼펜 칩(11)의 금속 표면에 흡착되기 쉽기 때문이다. 한편, 탄소수가 20을 초과하여, 보다 알킬기가 길어지면, 분자끼리 반발함으로써, 금속 표면에의 흡착을 저해하여, 윤활성의 향상을 저해하기 쉽기 때문이다. 또한, 더욱 윤활성을 고려하면, 메틸 분지형 포화 지방산의 탄소수가 16 이상 20 이하인 것이 바람직하다. 더욱 볼 시트(19a)의 마모 억제를 향상시키는 것을 고려하면, 메틸 분지형 포화 지방산의 탄소수가 18 이상 20 이하인 것이 바람직하다.

또한, 메틸 분지형 포화 지방산 대신에, 또는 메틸 분지형 포화 지방산과 함께, 메틸 분지형 불포화 지방산을 사용하는 것도 가능하다. 윤활성을 고려하면, 메틸 분지형 포화 지방산을 사용하는 것이 바람직하다.

메틸 분지형 포화 지방산으로서는, 구체적으로는, 메틸 분지형 운데칸산, 메틸 분지형 도데칸산, 메틸 분지형 트리데칸산, 메틸 분지형 테트라데칸산, 메틸 분지형 펜타데칸산, 메틸 분지형 헥사데칸산, 메틸 분지형 헵타데칸산, 메틸 분지형 옥타데칸산(메틸 분지형 스테아르산), 메틸 분지형 노나데칸산, 메틸 분지형 도코산산 등을 들 수 있다.

이들 중에서도, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함의 억제와, 필기감을 향상시키는 것을 고려하면, 메틸 분지형 헥사데칸산, 메틸 분지형 옥타데칸산(메틸 분지형 스테아르산), 메틸 분지형 이코산산이 바람직하다. 더 고려하면, 16-메틸옥타데칸산(16-메틸스테아르산)이 바람직하다. 특히, 볼 직경을 0.5mm 이하로 했을 경우에, 국부적으로 볼(20)과 볼 시트(19a) 사이에 부하가 걸렸을 경우에도 윤활성을 유지하기 쉽기 때문에, 효과적이다. 또한, 볼 직경을 0.4mm 이하로 한 경우에도 효과적이기 때문에 바람직하며, 또한 볼 직경을 0.3mm 이하로 했을 경우에도 효과적이어서, 바람직하다.

더욱 구체적으로는, 바람직한 메틸 분지형 포화 지방산으로서는, 10-메틸운데칸산, 10-메틸도데칸산, 12-메틸트리데칸산, 12-메틸테트라데칸산, 14-메틸펜타데칸, 14-메틸헥사데칸, 16-메틸헵타데칸산, 16-메틸옥타데칸산(16-메틸스테아르산), 10-메틸노나데칸산, 10-메틸헵타데칸산, 10-메틸헥사데칸산, 10-메틸펜타데칸산 등을 들 수 있다.

포화 지방산의 함유량은, 유성 볼펜용 잉크 조성물 전량에 대하여, 0.1질량％ 이상 10질량％ 이하가 바람직하고, 더욱 윤활성을 고려하면, 0.5질량％ 이상 10질량％ 이하가 바람직하고, 또한, 잉크 경시 안정성 등을 고려하면, 1질량％ 이상 5질량％ 이하가 바람직하다. 유성 볼펜용 잉크 조성물 전량에 대한 포화 지방산의 함유량이 0.1질량％ 보다 적으면, 원하는 윤활 효과를 얻지 못할 우려가 있고, 10질량％를 초과하면, 잉크 경시 안정성에 영향을 미칠 우려가 있다.

(인산에스테르)

볼펜 칩(11)의 윤활성을 향상시켜 필기 저항을 억제하는 것을 고려하면, 유성 볼펜용 잉크 조성물은 인산에스테르를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 볼 시트(19a)의 마모 억제, 필기감을 향상시키는 것을 더 고려하면, C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르를 사용하는 것이 바람직하다. C_lH_2l+1O-C₂H₄O(알콕시에틸기) 또는 C_mH_2m+1O(알콕실기)를 갖는 인산에스테르에 의해 윤활층을 형성함으로써, 볼펜 칩(11)의 윤활성을 향상시키기 쉬워, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함을 억제하고, 필기감을 향상시키기 쉽기 때문이다. 유성 볼펜(1)에 사용하는 경우에는 특히 효과적이다.

포화 지방산과 인산에스테르를 병용함으로써, 형성되는 2층의 윤활층의 상호 작용에 의한 윤활 효과에 의해, 종래에는 얻지 못했던 높은 윤활성을 얻을 수 있게 된다. 특히 메틸 분지형 포화 지방산과 C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 내지 30)를 갖는 인산에스테르를 병용하는 것이 바람직하다. 또한, 볼 직경을 0.5mm 이하로 했을 경우에, 국부적으로 볼(20)과 볼 시트(19a) 사이에 부하가 걸린 경우에도, 보다 높은 윤활성을 유지하기 때문에 효과적이다. 볼 직경을 0.4mm 이하로 한 경우에도 효과적이기 때문에 바람직하며, 또한 볼 직경을 0.3mm 이하로 했을 경우에도 효과적이어서, 바람직하다. 또한, 처음 쓰기 성능을 양호하게 하는 것이 가능하다.

인산에스테르에 대해서는, 잉크 중에서 안정되고, 윤활성을 향상시키기 쉬운 것을 고려하면, 화학식 (화학식 1), (화학식 2)와 같이 표현되는 것이 바람직하다. 이것은, 일반식 (화학식 1), (화학식 2)의 인산에스테르는, 일반식 (화학식 1), (화학식 2)의 구조의 P에 인접하는 O가, 금속제의 볼펜 칩 본체나 볼에 흡착되어, C_lH_2l+1O-C₂H₄O(알콕시에틸기)나 C_mH_2m+1O(알콕실기)가 윤활층을 형성하기 때문이다. 따라서, 윤활성을 향상시켜서, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함의 억제와, 필기감을 향상시키기 쉽다. 특히, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하는 것을 고려하면, C_lH_2l+1O-C₂H₄O(알콕시에틸기)를 갖는 일반식 (화학식 1)을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 일반식 (화학식 1), (화학식 2)와 같은 인산에스테르 중에서도, C_lH_2l+1O-C₂H₄O(알콕시에틸기), C_mH_2m+1O(알콕실기)의 말단 알킬기의 탄소 쇄(l, m)에 대해서 특정 탄소 쇄(l, m)로 하는 것이 바람직하다. 이 효과는, 이하와 같이 추측된다.

C_lH_2l+1O-C₂H₄O, C_mH_2m+1O의 말단 알킬기의 탄소 쇄(l, m)는, 1 이상 15 이하로 하는 것이 바람직하다. C_lH_2l+1O-C₂H₄O나 C_mH_2m+1O의 말단 알킬기의 탄소 쇄(l, m)가 15를 초과하면, 필기감이나 처음 쓰기 성능은 양호하지만, 탄소 쇄가 너무 길어져서, 볼 시트(19a)의 마모 억제가 얻어지기 어렵다. 이것은, 서로의 탄소 쇄끼리 서로 얽히기 쉬워, 탄소 쇄의 배열 배향이 랜덤하게 되어, 나란한 배열로 되지 않기 때문에, 윤활성이 충분한 윤활층이 얻어지지 않아, 볼 시트(19a)의 마모 억제가 얻어지기 어렵기 때문이다. 또한, 말단 알킬기의 탄소 쇄(l, m)가 15를 초과한 경우, 말단 알킬기의 극성이 저극성측으로 치우쳐버리기 때문에, 극성이 있는 유기 용제에 대한 친화성이 떨어짐으로써, 용해 안정성에 영향을 미치기 쉽다. 특히 글리콜에테르 용제에서는 영향이 생기기 쉬워, 잉크 중에서의 용해 안정성에 문제가 생기기 쉬워진다. 이 때문에, 장기간 보존에 의해 금속제 칩 중의 금속 이온 등의 영향에 의해, 금속염 석출물이 발생하기 쉬워져서, 잉크 경시 안정성이 떨어지기 쉬워, 본 발명과 같은 윤활 효과가 얻어지기 어렵다. 그 때문에, 상기 말단 알킬기의 탄소 쇄(l, m)에 대해서는, 1 이상 15 이하로 하는 것이 바람직하다. 더 고려하면, 상기 말단 알킬기의 탄소 쇄(l, m)는, 1 이상 10 이하인 것이 바람직하다. 더욱 볼 시트(19a)의 마모 억제와 필적 흐릿함 억제를 고려하면, 상기 말단 알킬기의 탄소 쇄(l, m)는, 1 이상 5 이하가 바람직하다.

한편, 말단 알킬기의 탄소 쇄(l, m)를 3 이하로 한 경우에는, 볼 시트(19a)의 마모 억제는 양호하지만, 잉크 중에 있어서, 상기 알킬기가 충분히 두꺼운 윤활층이 얻어지지 않는다. 이 때문에, 볼(20)과 볼 시트(19a) 사이의 쿠션성이 충분하지 않은 윤활층으로 되어, 필기감이나 처음 쓰기 성능, 볼 시트(19a)의 마모 억제에 영향을 미치기 쉽다. 그 때문에, 상기 말단 알킬기가, 부틸기(말단 알킬기의 탄소 쇄: 4)를 갖는 부톡시에틸애시도포스페이트(l=4), 부틸애시드포스페이트(m=4) 등을 사용함으로써, 볼 시트(19a)의 마모를 억제, 필기감, 처음 쓰기 성능이 향상되는 효과가 얻어지기 쉽기 때문에 바람직하다. 특히 부톡시 에틸기(C₄H₉OCH₂CH₂O, 말단 알킬기의 탄소 쇄 4)를 갖는 부틸애시드포스페이트가 바람직하다. 특히, 볼 직경을 0.5mm 이하로 했을 경우에, 국부적으로 볼(20)과 볼 시트(19a) 사이에 부하가 걸린 경우에도, 윤활성을 유지하기 쉽기 때문에, 볼 시트(19a)의 마모 억제에서는 효과적이므로 바람직하다. 볼 직경을 0.4mm 이하로 한 경우에도 효과적이기 때문에 바람직하며, 또한 0.3mm 이하로 했을 경우에도 효과적이어서, 바람직하다.

또한, 일반식 (화학식 1), (화학식 2)와 같은 인산에스테르에 대해서는, 인산에스테르의 모노에스테르(화학식 1, 화학식 2의 n=1), 인산에스테르의 디에스테르(화학식 1, 화학식 2의 n=2), 인산에스테르의 트리에스테르(화학식 1, 화학식 2의 n=3)나, 그들의 혼합물 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하는 것과, 필기감을 고려하면, 인산에스테르의 모노에스테르(화학식 1, 화학식 2의 n=1)와, 인산에스테르의 디에스테르(화학식 1, 화학식 2의 n=2)의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이것은, 상기 인산에스테르의 트리에스테르(화학식 1, 화학식 2의 n=3)이면, C_lH_2l+1O-C₂H₄O(알콕시에틸기), C_mH_2m+1O(알콕실기)가 너무 많음으로써, 잉크 경시 안정성에 영향을 미치기 쉽기 때문이다.

또한, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하는 것을 고려하면, 인산에스테르의 모노에스테르와, 인산에스테르의 디에스테르를 혼합하는 것이 바람직하다. 그 경우의 혼합비에 대해서는, 인산에스테르의 디에스테르(화학식 1, 화학식 2의 n=2)는, C_lH_2l+1O-C₂H₄O(알콕시에틸기)와, C_mH_2m+1O(알콕실기)가 많기 때문에, 윤활성에 유리하게 작용한다. 또한 잉크 경시 안정성도 유지할 수 있기 때문에, 인산에스테르의 디에스테르가 많은 편이 바람직하다. 그 때문에, 인산에스테르의 모노에스테르와 인산에스테르의 디에스테르의 혼합비는, 1:1 이상 1:5 이하의 범위가 바람직하고, 더 고려하면, 1:1 이상 1:3 이하의 범위가 바람직하다.

또한, 일반식 (화학식 1), (화학식 2)와 같은 인산에스테르의 구체예로서는, 일반식 (화학식 1)은 부톡시에틸애시드포스페이트(l=4) 등을 들 수 있다. (화학식 2)는 메틸애시드포스페이트(m=1), 에틸애시드포스페이트(m=2), 부틸애시드포스페이트(m=4), 2-에틸헥실애시드포스페이트(m=8), 이소데실애시드포스페이트(m=10), 라우릴애시드포스페이트(m=12), 알킬(m=12, 14, 16, 18)애시드포스페이트, 이소트리데실애시드포스페이트(m=13), 올레일애시드포스페이트(m=18), 테트라코실애시드포스페이트(m=24) 등을 들 수 있다.

또한, 상기 C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르의 함유량은, 유성 볼펜용 잉크 조성물 전량에 대하여, 0.1질량％ 이상 10질량％ 이하가 보다 바람직하다. 이것은, 0.1질량％보다 적으면, 원하는 윤활성이 얻어지기 어려운 경향이 있고, 10질량％를 초과하면, 잉크 경시가 불안정해지기 쉬운 경향이 있기 때문이다. 이러한 경향을 고려하면, 0.1질량％ 이상 5질량％ 이하가 바람직하고, 더 고려하면, 0.3질량％ 이상 3질량％ 이하가 바람직하다.

상기 포화 지방산의 유성 볼펜용 잉크 조성물 전량에 대한 총 함유량을 X, 상기 C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르의 잉크 조성물 전량에 대한 함유량을 Y로 한다. 이 경우, 볼 시트(19a)의 마모 억제, 필기감을 향상시키는 것을 고려하면, 0.1≤X/Y≤5의 관계인 것이 바람직하고, 더 고려하면, 0.3≤X/Y≤3이 바람직하고, 또한 0.5≤X/Y≤2의 관계인 것이 바람직하다.

(유기 아민)

또한, 상기 포화 지방산, 상기 C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르를 사용하는 경우에는, 유기 아민을 사용하는 것이 바람직하다. 이것은, 상기 포화 지방산, 상기 인산에스테르를 유기 아민에 의해 중화시킴으로써, 잉크 중에서 용해 안정시킬 수 있기 때문이다. 이 때문에, 상기 포화 지방산, 상기 인산에스테르의 효과를 얻어지기 쉽게 하고, 또한 착색제 등 다른 잉크 성분의 경시 안정성을 양호하게 하기 쉽게 할 수 있다. 상기 유기 아민과, 상기 포화 지방산, 상기 인산에스테르, 착색제의 안정성을 고려하면, 2급 아민 또는 3급 아민을 사용하는 것이 바람직하다. 이것은, 유성 잉크 중에서의 반응성에 대해서는, 1급 아민이 가장 강하고, 이어서 2급 아민, 3급 아민으로 반응성이 작아지기 때문이다. 1급 아민은, 상기 인산에스테르, 상기 포화 지방산, 착색제나 기타 성분과 반응하기 쉬워, 잉크 경시 안정성에 영향을 미치기 쉽다. 그 때문에, 2급 아민 또는 3급 아민을 사용하는 것이 바람직하고, 더 고려하면, 3급 아민을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 유기 아민에 대해서는, 구체적으로는, 옥시에틸렌알킬아민, 폴리옥시에틸렌알킬아민 등의 에틸렌옥시드를 갖는 아민이나, 라우릴아민, 스테아릴아민 등의 알킬아민이나, 디스테아릴아민, 디메틸라우릴아민, 디메틸스테아릴아민, 디메틸옥틸아민 등의 디메틸알킬아민 등의 지방족아민을 들 수 있다. 이들 중에서도, 잉크 중에서의 안정성을 고려하면, 에틸렌옥시드를 갖는 아민, 디메틸알킬아민이 바람직하고, 더 고려하면 에틸렌옥시드를 갖는 아민이 바람직하다.

또한, 상기 유기 아민의 전체 아민가는, 상기 인산에스테르, 상기 포화 지방산, 착색제나 기타 성분과의 안정성을 고려하면, 100(mgKOH/g) 이상 300(mgKOH/g) 이하로 하는 것이 바람직하다. 300(mgKOH/g)을 초과하면 반응성이 강하여, 상기 성분과 반응하기 쉽기 때문에, 잉크 경시 안정성이 떨어지기 쉽다. 또한, 전체 아민가가 100(mgKOH/g) 미만이면, 잉크 중에서의 포화 지방산, C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르의 안정성에 영향을 미치기 쉽다. 상기 볼펜(1)에 적용하는 경우, 볼(20)이나 칩 본체(12) 등의 금속류의 흡착성이 떨어지기 쉬워, 윤활 성능이 얻어지기 어렵다. 더욱 상기 성분과의 안정성이나 윤활성을 고려하면, 150(mgKOH/g) 이상 300(mgKOH/g) 이하의 범위가 바람직하고, 더욱 안정성을 고려하면, 200(mgKOH/g) 이상 300(mgKOH/g) 이하가 바람직하고, 가장 고려하면, 230(mgKOH/g) 이상 270(mgKOH/g) 이하가 바람직하다.

또한, 전체 아민가에 대해서는, 1급, 2급, 3급 아민의 총량을 나타내는 것으로, 시료 1g을 중화하는데 요하는 염산에 당량의 수산화칼륨의 mg수로 나타내는 것으로 한다.

유기 아민으로서는, 옥시에틸렌알킬아민, 폴리옥시에틸렌알킬아민 등을 들 수 있다. 옥시에틸렌알킬아민, 폴리옥시에틸렌알킬아민으로서는, 구체적으로는, 나이민 L-201(전체 아민가: 232 내지 246, 2급 아민), 동 L-202(전체 아민가: 192 내지 212, 3급 아민), 동 L-207(전체 아민가: 107 내지 119, 3급 아민), 동 S-202(전체 아민가: 152 내지 166, 3급 아민), 동 S-204(전체 아민가: 120 내지 134, 3급 아민), 동 S-210(전체 아민가: 75 내지 85, 3급 아민), 동 DT-203(전체 아민가: 227 내지 247, 3급 아민), 동 DT-208(전체 아민가: 146 내지 180, 3급 아민)(니혼 유시(주)사 제조) 등을 들 수 있다. 알킬아민으로서는, 구체적으로는, 파민 80(전체 아민가: 204 내지 210, 1급 아민), 파민 D86(전체 아민가: 110 내지 119, 2급 아민), 파민 DM2098(전체 아민가: 254 내지 265, 3급 아민), 파민 DM8680(전체 아민가: 186 내지 197, 3급 아민)(가오(주)), 닛산 3급 아민 BB(전체 아민가: 243 내지 263, 3급 아민), 동 FB(전체 아민가: 230 내지 250, 3급 아민)(니혼 유시(주)사 제조) 등을 들 수 있다. 이들은, 단독 또는 2종 이상 혼합해서 사용해도 된다.

상기 유기 아민의 함유량은, 상기 포화 지방산, 상기 인산에스테르, 착색제나 기타 성분과의 안정성을 고려하면, 유성 볼펜용 잉크 조성물 전량에 대하여, 0.1질량％ 이상 10질량％ 이하가 바람직하고, 또한 후에 설명하는 계면 활성제에 대한 중화를 고려하면, 0.5질량％ 이상 5질량％ 이하가 바람직하다.

상기 인산에스테르, 상기 포화 지방산의 잉크 조성물 전량에 대한 총 함유량을 A, 상기 유기 아민의 잉크 조성물 전량에 대한 함유량을 B로 한다. 이 경우, 중화에 의한 잉크 경시 안정성을 고려하면, 0.01≤A/B≤5의 관계인 것이 바람직하고, 더 고려하면, 0.1≤A/B≤3이 바람직하고, 또한 0.1<A/B<1의 관계인 것이 바람직하다.

(착색제)

본 실시 형태의 유성 볼펜용 잉크 조성물에 사용하는 착색제는, 염료, 안료 등, 특별히 한정되는 것이 아니라, 적절히 선택해서 사용할 수 있고, 염료, 안료는 병용해서 사용해도 된다. 염료로서는, 유용성 염료, 산성 염료, 염기성 염료, 금 함유 염료 등이나, 그것들의 각종 조염 타입의 염료 등으로서, 산성 염료와 염기성 염료의 조염 염료, 염기성 염료와 유기산의 조염 염료, 산성 염료와 유기 아민의 조염 염료 등의 종류를 들 수 있다. 이들 염료는, 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용해도 상관없다.

염료에 대해서, 구체적으로는, 발리패스트 블랙 1802, 발리패스트 블랙 1805, 발리패스트 블랙 1807, 발리패스트 바이올렛 1701, 발리패스트 바이올렛 1704, 발리패스트 바이올렛 1705, 발리패스트 블루 1601, 발리패스트 블루 1605, 발리패스트 블루 1613, 발리패스트 블루 1621, 발리패스트 블루 1631, 발리패스트 레드 1320, 발리패스트 레드 1355, 발리패스트 레드 1360, 발리패스트 옐로우 1101, 발리패스트 옐로우 1151, 니그로신 베이스 EXBP, 니그로신 베이스 EX, BASE OF BASIC DYES ROB-B, BASE OF BASIC DYES RO6G-B, BASE OF BASIC DYES VPB-B, BASE OF BASIC DYES VB-B, BASE OF BASIC DYES MVB-3(이상, 오리엔트 가가꾸 고교(주) 제조), 아이젠 스필론 블랙 GMH-스페셜, 아이젠 스필론 바이올렛 C-RH, 아이젠 스필론 블루 GNH, 아이젠 스필론 블루 2BNH, 아이젠 스필론 블루 C-RH, 아이젠 스필론 레드 C-GH, 아이젠 스필론 레드 C-BH, 아이젠 스필론 옐로우 C-GNH, 아이젠 스필론 옐로우 C-2GH, S.P.T.블루 111, S.P.T.블루 GLSH-스페셜, S.P.T.레드 533, S.P.T.오렌지 6, S.B.N.옐로우 510, S.B.N.옐로우 530, S.R.C-BH(이상, 호도가야 가가꾸 고교(주) 제조) 등을 들 수 있다.

또한, 착색제로서는, 포화 지방산, 인산에스테르와의 상성에 의한 경시 안정성을 고려하여, 적어도 조염 염료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 조염 결합이 안정되어 있음으로써 경시 안정성을 유지할 수 있는 것을 고려하면, 염기성 염료와 유기산의 조염 염료, 산성 염료와 염기성 염료의 조염 염료, 산성 염료와 유기 아민의 조염 염료를 사용하는 것이 바람직하다.

더 고려하면, 염기성 염료와 유기산의 조염 염료, 산성 염료와 유기 아민의 조염 염료를 사용하는 것이 바람직하고, 더 고려하면 아조계 골격 염료를 가진 조염 염료, 크산텐계 염료를 가진 조염 염료, 방향족 아민을 가진 조염 염료 중에서 사용하는 것이 바람직하다. 이들 중에서도, 결합 안정에 의해 포화 지방산, 인산에스테르에의 영향을 미치기 어렵기 때문에, 아조계 염기성 염료와 유기산의 조염 염료, 산성 염료와 방향족 아민의 조염 염료 중에서 사용하는 것이 바람직하다.

염기성 염료와 유기산의 조염 염료의 유기산에 대해서는, 페닐술폰기를 갖는 유기산이라면, 금속에 흡착되기 쉬운 윤활막을 형성하기 쉬워, 윤활성을 향상시켜서, 필기감이나 볼 시트의 마모 억제를 양호하게 하기 때문에 바람직하다. 또한 잉크 중에서 장기 안정되는 것을 고려하면, 유기산으로서 알킬벤젠술폰산을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 산성 염료와 유기 아민에 대해서는, 윤활성을 향상시키면서, 내광성을 양호하게 하기 위해서는, Cu, Cr, Fe, Co를 포함하는 산성 금 함유 염료가 바람직하고, 산성 금 함유 염료와 유기 아민의 조염 염료를 사용하는 것이 바람직하다. 해당 산성 금 함유 염료를 유성 잉크 중에서 안정시키기 위해서, 유기 아민 중에서도, 방향환을 갖는 아민으로 중화 반응시켜서 조염 염료로 하는 것이 바람직하다.

해당 산성 금 함유 염료에 대해서는, 잉크 중에서의 경시 안정성을 양호하게 하는 것을 고려하면, Cu를 포함하는 산성 금 함유 염료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 프탈로시아닌계, 아조계 등이 있는데, 그 중에서도, 구리 프탈로시아닌계 산성 염료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 해당 산성 금 함유 염료의 구조 내에, 술포기(-SO₃H)나 카르복실기(-COOH) 등을 갖는 것을 들 수 있다. 더욱 윤활성의 향상을 고려하면, 술포기(-SO₃H)를 갖는 산성 금 함유 염료가 바람직하다. 이것은, 술포기(-SO₃H)를 가지면, 볼(20)과 볼 시트(19a) 사이에 견고한 윤활층을 형성하기 쉽기 때문에, 윤활성이 향상되기 쉽다고 생각된다. 또한, 방향환을 갖는 아민과 병용함으로써 상승적인 윤활 효과도 얻어진다고 생각된다.

또한, 안료에 대해서는, 무기, 유기, 가공 안료 등을 들 수 있다. 구체적으로는 카본 블랙, 아닐린 블랙, 군청, 황연, 산화티타늄, 산화철, 프탈로시아닌계, 아조계, 퀴나크리돈계, 디케토피롤로피롤계, 퀴노프탈론계, 트렌계, 트리페닐메탄계, 페리논계, 페릴렌계, 디옥사진계, 메탈릭 안료, 펄 안료, 형광 안료, 축광 안료 등을 들 수 있다.

착색제로서는, 윤활성을 고려하면, 안료를 사용하는 것이 바람직하다. 이것은, 안료 입자를 사용함으로써 볼(20)과 칩 본체(12)의 간극에 안료 입자가 들어가서, 베어링과 같은 작용이 일어나기 쉽기 때문이다. 이 때문에, 금속 접촉을 억제할 수 있어, 윤활성을 향상시키고, 필기감을 향상시키고, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하는 효과가 얻어지기 쉽다. 특히, 포화 지방산, C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르에 의한 윤활층과 안료 입자의 베어링 작용에 의한 상승 효과에 의해, 윤활성을 유지하기 쉬워진다. 이 때문에, 볼 시트(19a)의 마모 억제와, 필기감을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 볼펜 칩(11) 내부의 간극 관계를 고려하여, 평균 입자경은, 1nm 이상 500nm 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 30nm 이상 350nm 이하이며, 더욱 바람직하게는 50nm 이상 300nm 이하이다. 평균 입자경은, 레이저 회절법, 구체적으로는, 레이저 회절식 입도 분포 측정기(상품명 「MicrotracHRA9320-X100」, 닛키소 가부시키가이샤)를 사용하여, 표준 시료나 다른 측정 방법을 사용해서 캘리브레이션한 수치를 기초로 측정되는 입도 분포의 체적 누적 50％일 때의 입자경(D50)에 의해 구할 수 있다.

또한, 상기 안료는, 유성 볼펜용 잉크 조성물 중에서의 안료의 분산 상태에서 상기한 작용 효과를 발휘하기 위해서, 분산 상태의 입자경을 구하는 것이 바람직하다. 또한, 안료는, 내수성, 내광성이 우수하고, 양호한 발색을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.

안료의 종류로서는, 포화 지방산, C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르와의 상성에 의한 윤활성을 고려하면, 카본 블랙, 퀴나크리돈계, 트렌계, 디케토피롤로피롤계의 안료 중에서 사용하는 것이 바람직하고, 또한 경시적인 상성에 의해, 잉크 경시 안정성을 고려하면, 디케토피롤로피롤계의 안료를 사용하는 것이 바람직하다.

착색제의 함유량은, 유성 볼펜용 잉크 조성물 전량에 대하여, 5질량％ 이상 30질량％ 이하가 바람직하다. 5질량％ 미만이면, 진한 필적이 얻어지기 어려운 경향이 있고, 30질량％를 초과하면, 잉크 중에서의 용해성에 영향을 미치기 쉬운 경향이 있기 때문이다. 더욱 그러한 경향을 고려하면, 7질량％ 이상 25질량％ 이하가 바람직하고, 더욱 고려하면, 10질량％ 이상 20질량％ 이하이다.

(유기 용제)

본 실시 형태의 유성 볼펜용 잉크 조성물에 사용하는 유기 용제로서는, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜모노페닐에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 3-메톡시부탄올, 3-메톡시-3-메틸부탄올 등의 글리콜에테르 용제, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 에틸렌글리콜 등의 글리콜 용제, 벤질알코올, 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 이소프로판올, 이소부탄올, t-부탄올, 프로파르길알코올, 알릴알코올, 3-메틸-1-부틴-3-올, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트나 기타 고급 알코올 등의 알코올 용제 등, 필기구용 잉크로서 일반적으로 사용되는 유기 용제를 예시할 수 있다.

이들 유기 용제 중에서도, 상기 포화 지방산이나 C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 상기C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르와의 용해성을 고려하면, 윤활성을 향상시키는 효과가 얻어지기 쉽기 때문에, 글리콜에테르 용제를 사용하는 것이 바람직하다. 이것은, 포화 지방산, C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르와의 글리콜에테르 용제에 대한 친화성이 양호해지기 쉬워, 용해 안정되기 때문이다. 이 때문에, 장기간 보존에 있어서도 잉크 경시가 안정되기 쉽다.

또한, 글리콜에테르 용제를 사용하면, 흡습되기 쉽기 때문에, 칩 선단부(13)가 건조되었을 때 형성되는 피막의 강도를 연화시켜, 처음 쓰기 성능도 향상되기 쉽다. 이 때문에, 후술하는 계면 활성제와 병용하면 보다 효과적이며, 잉크 중에서의 안정성을 고려하면, 방향족 글리콜에테르 용제를 사용하는 것이 바람직하다.

글리콜에테르 용제 이외의 유기 용제에 대해서는, 알코올 용제를 사용하는 것이 바람직하다. 이것은, 알코올 용제가 휘발하여, 칩 선단부(13)에서의 건조가 용이해지기 때문이다. 따라서, 필기 선단부 내(칩 선단부(13) 내)를 보다 빠르게 증점시켜, 필기 선단부의 간극으로부터의 잉크 누설을 억제하여, 잉크 누설 억제 성능을 향상시킬 수 있어 바람직하다. 또한, 벤질알코올 등의 방향족 알코올은, 윤활성을 향상시키는 효과도 있기 때문에, 적어도 사용하는 편이 바람직하다. 그 때문에, 글리콜에테르 용제와 알코올 용제를 병용하는 것이 바람직하다.

또한, 유기 용제의 함유량은, 용해성, 필적 건조성, 번짐 등을 향상시키는 것을 고려하면, 유성 볼펜용 잉크 조성물 전량에 대하여, 10질량％ 이상 70질량％ 이하가 바람직하다. 또한, 알코올 용제의 함유량은, 칩 선단부(13)에서의 건조성을 고려하면, 전체 유기 용제에 대하여, 30질량％ 이상 90질량％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 50질량％ 이상 90질량％ 이하이다.

(수지)

본 발명에서는, 점도 조정제로서 수지를 사용해도 된다. 점도 조정제로서는, 구체적으로는, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리비닐알코올 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리비닐피롤리돈 수지, 케톤 수지, 테르펜 수지, 알키드 수지, 페녹시 수지, 폴리아세트산비닐 수지 등을 들 수 있다.

이들 중에서도, 케톤 수지는, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함을 억제하기 쉽게 하는 것이 가능하기 때문에, 바람직하다. 특히, 상기 포화 지방산, 상기 인산에스테르와의 상성이 좋아, 본 발명의 특징인 윤활성을 저해하지 않고, 상승적으로 윤활성을 향상시킴으로써, 보다 한층 볼 시트(19a)의 마모를 억제하기 쉽기 때문에 바람직하다.

케톤 수지 중에서도, 방향환 골격(페닐기, 아세토페논기, 나프탈렌기 등 벤젠환을 가짐)이나 시클로헥산 골격(시클로헥산기, 시클로헥사논기 등 시클로헥산환을 가짐) 등의 환상 구조를 갖는 케톤 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이것은, 환상 구조를 갖는 케톤 수지에 의한 쿠션 효과가 얻어져서, 윤활성을 향상시켜, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하고, 필적 흐릿함을 억제하기 쉽기 때문이다. 보다 바람직하게는, 방향환을 갖는 케톤 수지쪽이 이중 결합 구조를 다수 갖기 때문에, 보다 강한 쿠션 효과가 얻어지기 쉬워 윤활성에는 효과적이어서, 바람직하다.

또한, 케톤 수지에 대해서는, 수산기가가 100(mgKOH/g) 이상인 것이 바람직하다. 이것은, 100(mgKOH/g) 이상이면, 알코올 용제나 글리콜 용제 등의 유기 용제에 용해하기 쉽기 때문이다. 이 때문에, 상기 메틸 분지형 지방산, 상기 인산에스테르와 병용함으로 인한 상호 작용에 의한 볼 시트(19a)의 마모 억제의 효과가 얻어지기 쉽다. 더욱 볼 시트(19a)의 마모 억제를 고려하면, 수산기가가 200(mgKOH/g) 이상인 것이 바람직하고, 더 고려하면, 케톤 수지의 수산기가가 300(mgKOH/g) 이상인 것이 바람직하다. 특히, 볼 직경을 0.5mm 이하로 했을 경우에, 국부적으로 볼(20)과 볼 시트(19a) 사이에 부하가 걸린 경우에도, 윤활성을 유지하기 쉬워, 볼 시트(19a)의 마모 억제에 효과적이기 때문에 바람직하다. 또한, 볼 직경을 0.4mm 이하로 한 경우에도 효과적이기 때문에 바람직하며, 또한 볼 직경을 0.3mm 이하로 했을 경우에도 효과적이어서, 바람직하다.

또한, 케톤 수지는, 볼 시트(19a)의 마모 억제를 하기 쉽게 하는 것은 가능하지만, 필기감 향상에 대해서는, 충분히 얻어지기 어렵다. 이 때문에, 폴리비닐부티랄 수지를 병용해서 사용하는 것이 바람직하다.

폴리비닐부티랄 수지에 대해서는, 상기 포화 지방산, 상기 인산에스테르와 병용함으로써, 더 높은 윤활 효과가 얻어지는 윤활층을 형성하기 쉽다. 그 때문에, 볼(20)과 볼 시트(19a) 사이에 항상 탄력성이 있는 잉크층을 형성하여, 직접 접촉하기 어렵게 할 수 있어, 필기감을 향상시키기 쉽다. 또한, 상기 폴리비닐부티랄 수지를 사용하면, 형성되는 피막에 의해 잉크 누설을 더 향상시키기 쉬워지기 때문에 바람직하다. 또한, 착색제로서 안료를 사용하는 경우는, 안료 분산 효과도 얻어지기 때문에, 폴리비닐부티랄 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

여기서, 폴리비닐부티랄 수지는, 폴리비닐알코올(PVA)을 부틸알데히드(BA)와 반응시킨 것이며, 부티랄기, 아세틸기, 수산기를 가진 구조이다.

또한, 폴리비닐부티랄 수지는, 수산기량 25mol％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 수산기량 25mol 미만의 폴리비닐부티랄 수지에서는, 유기 용제에의 용해성이 충분하지 않아, 충분한 필기감 향상 효과나, 잉크 누설 억제 효과가 얻어지기 어렵기 때문이다. 또한, 흡습성에 의한 처음 쓰기 성능을 고려하면, 수산기량 25mol％ 이상의 폴리비닐부티랄 수지를 사용하는 것이 바람직하기 때문이다. 또한, 상기 수산기량 30mol％ 이상의 폴리비닐부티랄 수지는, 필기감이 향상되기 쉬워지기 때문에 바람직하다. 이것은, 필기 시에 있어서, 볼(20)의 회전에 의해 마찰열이 발생함으로써, 칩 선단부(13)의 잉크가 따뜻해져서, 해당 잉크의 온도가 높아지기 때문이다. 상기 폴리비닐부티랄 수지는 다른 수지와는 달리, 잉크 온도가 높아져도, 잉크 점도를 낮아지기 어렵게 하는 성질이 있다. 이 때문에, 볼(20)과 볼 시트(19a) 사이에 항상 탄력성이 있는 잉크층을 형성하여, 직접 접촉하기 어렵게 할 수 있어, 필기감을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 수산기량 40mol％를 초과하는 폴리비닐부티랄 수지를 사용하면, 흡습량이 많아지기 쉬워, 잉크 성분과의 경시 안정성에 영향을 미치기 쉽다. 이 때문에, 수산기량 40mol％ 이하의 폴리비닐부티랄 수지가 바람직하다. 또한, 수산기량 30mol％ 이상 40mol％의 폴리비닐부티랄 수지가 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 수산기량 30mol％ 이상 36mol％ 이하가 바람직하다.

또한, 상기 폴리비닐부티랄 수지의 수산기량(mol％)이란, 부티랄기(mol％), 아세틸기(mol％), 수산기(mol％)의 전체 mol양에 대하여, 수산기(mol％)의 함유율을 나타내는 것이다.

또한, 폴리비닐부티랄 수지의 평균 중합도에 대해서는, 상기 평균 중합도는 200 이상이면, 잉크 누설 억제 성능이 향상되기 쉽고, 또한, 상기 평균 중합도는 2500을 초과하면, 잉크 점도가 너무 높아져서 필기감에 영향을 미치는 경향이 있다. 이 때문에, 상기 평균 중합도는, 200 이상 2500 이하가 바람직하다. 또한, 더욱 필기감, 잉크 누설 억제를 고려하면, 상기 평균 중합도는 1500 이하가 바람직하고, 또한 1000 이하가 바람직하다. 평균 중합도란, 폴리비닐부티랄 수지의 1분자를 구성하고 있는 기본 단위의 수를 말하며, JISK6728(2001년도판)에 규정된 방법에 기초하여 측정된 값을 채용 가능하다.

또한, 케톤 수지, 폴리비닐부티랄 수지를 병용해서 사용하는 경우는, 상기 케톤 수지의 잉크 조성물 전량에 대한 함유량을 C, 상기 폴리비닐부티랄 수지의 잉크 조성물 전량에 대한 함유량을 D로 한다. 이 경우, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함의 억제와, 필기감, 잉크 누설 억제를 밸런스 좋게 향상시키기 쉽게 하는 것을 고려하면, 0.1≤C/D≤10의 관계인 것이 바람직하다. 더 고려하면, 0.5≤C/D≤7이 바람직하고, 또한 1.5≤C/D≤5의 관계인 것이 바람직하다.

상기 수지의 총 함유량은, 유성 볼펜용 잉크 조성물 전량에 대하여, 1질량％보다 적으면, 원하는 필기감, 볼 시트의 마모 억제, 잉크 누설 억제 성능이 떨어지기 쉽다. 40질량％를 초과하면, 잉크 중에서 용해성이 떨어지기 쉽다. 이 때문에, 유성 볼펜용 잉크 조성물 전량에 대하여, 1질량％ 이상 40질량％ 이하가 바람직하다. 더 고려하면, 5질량％ 이상이 바람직하다. 30질량％를 초과하면, 잉크 점도가 너무 높아져서 필기감에 영향을 미치는 경향이 있기 때문에, 5질량％ 이상 30질량％ 이하가 바람직하다.

케톤 수지, 폴리비닐부티랄 수지 이외의 수지는, 예사성 부여제를 적절히 사용해도 된다. 특히, 폴리비닐피롤리돈 수지를 배합함으로써, 잉크의 결착성을 높여서, 칩 선단에서의 잉여 잉크의 발생을 억제하기 쉽다. 이 때문에, 폴리비닐피롤리돈 수지를 함유하는 것이 바람직하다. 상기 폴리비닐피롤리돈 수지의 함유량은, 유성 볼펜용 잉크 조성물 전량에 대하여, 0.01질량％보다 적으면, 잉여 잉크의 발생을 억제하기 어려운 경향이 있다. 또한, 3.0질량％를 초과하면, 잉크 중에서 용해성이 떨어지기 쉬운 경향이 있다. 이 때문에, 유성 볼펜용 잉크 조성물 전량에 대하여, 0.01질량％ 이상 3.0질량％ 이하가 바람직하다. 더욱 상기 이유를 고려하면, 0.1질량％ 이상 2.0질량％ 이하가 바람직하다. 구체적으로는, ISP·재팬(주) 제조의 상품명; PVP K-15, PVP K-30, PVP K-90, PVP K-120 등을 들 수 있다. 이들은, 단독 또는 2종 이상 혼합해서 사용해도 된다.

(계면 활성제)

본 발명에서는, 상기 윤활성으로서, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함의 억제와, 필기감이나, 칩 선단부를 대기 중에 방치한 상태에서, 해당 칩 선단부가 건조되었을 때의 처음 쓰기 성능을 향상시키는 것을 고려하면, 계면 활성제를 사용하는 것이 바람직하다. 이것은, 계면 활성제를 사용하면, 형성되는 피막을 유연하게 하는 경향이 있어, 처음 쓰기 성능을 개량할 수 있고, 또한 윤활성도 향상시킬 수 있기 때문이다. 계면 활성제로서는, 불포화 지방산, 실리콘계 계면 활성제, 불소계 계면 활성제, 인산에스테르계 계면 활성제(C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르를 제외함) 등을 들 수 있다.

이들 중에서도, 상기 효과를 고려하면, 불포화 지방산, 실리콘계 계면 활성제, 인산에스테르계 계면 활성제(C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르를 제외함) 중에서 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2종 이상 사용하는 것이 바람직하다.

특히, 본 발명에서 사용하는 인산에스테르에 대해서는, 인산에스테르계 계면 활성제(C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르를 제외함)는 동 골격으로서 인산을 가짐으로써, 상성이 좋아, 상승적인 윤활 효과가 얻어지기 쉽다. 이 때문에, 인산에스테르계 계면 활성제를 사용하는 것이 바람직하다. 인산에스테르와 인산에스테르계 계면 활성제(C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르를 제외함)를 병용함으로써, 상기 인산에스테르의 윤활층과 인산에스테르계 계면 활성제의 윤활층이 상호 작용한다. 이 상호 작용에 의해, 더 높은 윤활성을 갖는 윤활층을 형성할 수 있다. 이 때문에, 윤활성을 유지해서, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함의 억제와, 필기감을 향상시키기 쉽게 하는 효과를 발휘하는 것으로 추측한다.

또한, 인산에스테르계 계면 활성제(C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 인산에스테르를 제외함)를 사용하는 경우는, 산가는, 160(mgKOH/g) 이하로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 인산에스테르계 계면 활성제에 의한 윤활성의 향상을 발휘하기 쉽게 하기 위함이며, 또한 잉크 중에서의 안정성이나, 윤활성을 고려하면, 산가는 30(mgKOH/g) 이상 160(mgKOH/g) 이하가 바람직하다. 더 고려하면, 산가는 70(mgKOH/g) 이상 120(mgKOH/g) 이하가 바람직하다.

또한, 산가에 대해서는, 시료 1g 중에 포함되는 산성 성분을 중화하는데 요하는 수산화칼륨의 mg수로 나타내는 것으로 한다.

또한, 상기한 포화 지방산, 케톤 수지, 폴리비닐부티랄 수지를 사용하는 경우는, 보다 윤활성을 향상시키기 쉽기 때문에 보다 바람직하다.

상기 계면 활성제에 대해서는, 더욱 윤활성, 처음 쓰기 성능의 양쪽을 향상시키는 것을 고려하면, HLB값이 6 이상 14 이하인 것이 바람직하다. 이것은, HLB값이 14를 초과하면 친수성이 강해지기 쉬워, 유성 잉크 중에서의 용해성이 떨어지기 쉬워져서, 상기 계면 활성제의 효과가 얻어지기 어려워, 윤활 효과가 얻어지기 어렵기 때문이다. 또한, HLB값이 6 미만이면 친유성이 지나치게 강해져서, 유기 용제와의 상용성에 영향을 미치기 쉬워, 잉크 경시가 안정되기 어렵고, 또한 처음 쓰기 성능이 향상되기 어렵기 때문이다. 또한, 윤활성을 고려하면, HLB값을 12 이하로 하는 것이 바람직하고, HLB값이 6 이상 12 이하인 것이 바람직하고, 더욱 처음 쓰기 성능을 고려하면, HLB값은 7 이상 12 이하인 것이 바람직하다.

또한, HLB는, 그리핀법, 카와카미법 등으로부터 구할 수 있으며, 일례로서는, 일반식으로서, HLB=7+11.7log(Mw/Mo), (Mw; 친수기의 분자량, Mo; 친유기의 분자량) 등으로부터 구할 수 있다. 특히, 노크식 필기구나 회전 조출식 필기구 등의 출몰식 필기구에 있어서는, 캡식 필기구와는 달리, 상시 펜 끝이 외부에 노출된 상태이기 때문에, 필기 선단부의 건조 시의 처음 쓰기 성능에 영향을 미치기 쉽기 때문에, 상기 HLB 값으로 한 계면 활성제를 사용하는 것은 보다 바람직하다.

상기 계면 활성제로서는, 구체적으로는, 불포화 지방산으로서는, 올레산, 리놀레산 등을 들 수 있다. 실리콘계 계면 활성제로서는, 디메틸실리콘, 메틸페닐실리콘, 폴리에테르 변성 실리콘, 고급 지방산 에스테르 변성 실리콘 등을 들 수 있다. 불소계 계면 활성제로서는, 퍼플루오로기부틸술폰산염, 퍼플루오로기 함유 카르복실산염, 퍼플루오로기 함유 인산에스테르, 퍼플루오로기 함유 인산에스테르형 배합물, 퍼플루오로알킬베타인, 퍼플루오로알킬아민옥시드 화합물 등을 들 수 있다.

인산에스테르계 계면 활성제(C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 내지 30)를 갖는 인산에스테르를 제외함)로서는, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 또는 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르의 인산모노에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 또는 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르의 인산디에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 또는 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르의 인산트리에스테르, 알킬인산에스테르, 알킬에테르인산에스테르 혹은 그의 유도체 등을 들 수 있다.

계면 활성제의 함유량은, 유성 볼펜용 잉크 조성물 전량에 대하여, 0.1질량％ 이상 5.0질량％ 이하가 보다 바람직하다. 이것은, 0.1질량％보다 적으면, 원하는 윤활성이 얻어지기 어려운 경향이 있고, 5.0질량％를 초과하면, 잉크 경시가 불안정성으로 되기 쉬운 경향이 있기 때문이다. 이러한 경향을 고려하면, 유성 볼펜용 잉크 조성물 전량에 대하여, 0.3질량％ 이상 3.0질량％ 이하가 바람직하고, 더 고려하면, 0.5질량％ 3.0질량％ 이하가 가장 바람직하다.

(지방산 에스테르)

본 발명에서는, 상기 윤활성과, 칩 선단부(13)를 대기 중에 방치한 상태에서, 해당 칩 선단부(13)가 건조되었을 때의 처음 쓰기 성능을 보다 향상시키는 것을 고려하면, 지방산 에스테르를 사용하는 것이 바람직하다. 지방산 에스테르에 의해, 칩 선단부(13)의 잉크 건조 시에 형성되는 피막 강도가 연화되기 쉽게 함으로써, 처음 쓰기 성능을 향상시키기 쉽다. 또한, 윤활성을 향상시키기 쉽게 함으로써, 볼 시트(19a)의 마모를 억제하여, 필적 흐릿함의 억제와, 필기감, 처음 쓰기 성능을 모두 향상시키기 쉽기 때문에 바람직하다. 그 때문에, 포화 지방산과 C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 내지 30)를 갖는 인산에스테르, 지방산 에스테르를 병용함으로써, 형성되는 윤활층과의 상호 작용에 의한 윤활 효과에 의해, 종래에는 얻지 못한 높은 윤활성이 얻어지기 쉽다. 즉, 볼 시트(19a)의 마모 억제, 필기감, 처음 쓰기 성능을 밸런스 좋게 모두 향상시키기 쉽기 때문에 바람직하다.

지방산 에스테르는, 지방산과, 1가 알코올이나 다가 알코올 등의 알코올을 에스테르화 반응시킨 것이다. 상기 지방산 에스테르 중에서도, 더욱 처음 쓰기 성능을 향상시키는 것을 고려하면, 분지형 알킬기를 갖는 지방산 에스테르를 사용하는 것이 바람직하다. 이것은, 분지형 알킬기를 갖는 지방산 에스테르는, 직쇄 구조보다도 부피가 큰 구조를 하고 있기 때문이다. 분지형 알킬기의 부피가 큰 것에 의해, 금속제의 볼 표면이나 칩 본체의 볼 시트에 흡착되었을 때, 두꺼운 윤활막을 형성하여, 보다 윤활성이 향상되기 쉽기 때문이다. 또한, 동시에 분지형 알킬기의 부피가 큰 것에 의해, 칩 선단부(13)의 잉크 건조 시에 형성되는 피막 강도가 연화되어, 처음 쓰기 성능을 향상시키기 때문이다.

또한, 상기 지방산 에스테르에 대해서는, 산가를 0.01(mgKOH/g) 이상 5(mgKOH/g) 이하로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 유성 볼펜용 잉크 조성물 중의 상기 메틸 분지형 지방산, 상기 인산에스테르나 타 성분과의 상성이 양호하기 때문이다. 장기간 잉크 중에서 안정되어 있기 때문에, 장시간 처음 쓰기 성능과 윤활성을 향상시켜, 필기감을 향상시키기 쉽게 하는 것이 가능하게 된다. 더 고려하면, 산가에 대해서는, 0.01(mgKOH/g) 이상 2.5(mgKOH/g) 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05(mgKOH/g) 이상 1.0(mgKOH/g) 이하이다.

또한, 산가에 대해서는, 시료 1g 중에 포함되는 산성 성분(유리 지방산)을 중화하는데 요하는 수산화칼륨의 mg수로 나타내는 것으로 한다.

상기 지방산 에스테르의 에스테르화 반응에 사용되는 알코올은, 다가 알코올이 바람직하다. 이것은, 이유는 분명하지는 않지만, 상기 지방산 에스테르의 에스테르화 반응에 사용되는 알코올의 수산기가 많은 쪽이, 보습 작용이 일어나기 쉽다고 추측된다. 따라서, 칩 선단부(13)가 건조되었을 때 형성되는 피막의 강도를 연화시켜, 볼(20)의 회전을 원활하게 하는 효과가 얻어지므로, 필적 흐릿함이 발생하지 않고, 처음 쓰기 성능이 향상되는 것으로 추측된다. 더욱 처음 쓰기 성능, 윤활성을 향상시키는 것을 고려하면, 수산기가 3가 이상의 다가 알코올인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 수산기가 5가 이상인 것이 바람직하다. 또한, 수산기가 너무 많으면, 유성 잉크 중에서의 안정성에 영향을 미치기 쉽기 때문에, 수산기가 8가 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 수산기가 6가 이하이다.

상기 지방산 에스테르의 에스테르화 반응에 사용되는 알코올의 구체예로서는, 1가 알코올로서는, 펜탄올, 시클로헥산올, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올, 2-에틸헥산올, 노난올, 이소노난올, 데칸올, 라우릴알코올, 미스티릴알코올, 스테아릴알코올, 도코산올 등을 들 수 있다. 다가 알코올로서는, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리알킬렌글리콜, 1,3-프로판디올, 디에틸렌글리콜, 글리세린, 2-메틸프로판트리올, 네오펜틸글리콜, 트리메틸올에탄, 트리에틸올에탄, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 트리펜타에리트리톨 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 더욱 처음 쓰기 성능을 향상시키고, 잉크 경시 안정성을 고려하면, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 트리펜타에리트리톨 등의 펜타에리트리톨류에 의해 에스테르화한 지방산 에스테르를 포함하는 것이 바람직하고, 더 고려하면, 디펜타에리트리톨에 의해 에스테르화한 지방산 에스테르를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 지방산 에스테르의 함유량은, 유성 볼펜용 잉크 조성물 전량에 대하여, 0.1질량％ 이상 10질량％ 이하가 보다 바람직하다. 이것은, 0.1질량％보다 적으면, 원하는 윤활성, 처음 쓰기 성능이 얻어지기 어려운 경향이 있고, 10질량％를 초과하면, 잉크 경시가 불안정해지기 쉬운 경향이 있기 때문이다. 그 경향을 고려하면, 0.1질량％ 이상 5질량％ 이하가 바람직하고, 더 고려하면, 0.1질량％ 이상 3질량％가 바람직하고, 0.3질량％ 이상 2질량％ 이하가 가장 바람직하다.

또한, 기타로서, 점도 조정제로서, 지방산 아미드, 수소 첨가 피마자유 등의 의소성 부여제를, 또한, 착색제 안정제, 가소제, 킬레이트제, 물 등을 적절히 사용해도 된다. 이들은, 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용해도 상관없다.

본 실시 형태의 유성 볼펜용 잉크 조성물의 잉크 점도는, 상술한 바와 같이, 20℃, 전단 속도 500sec^-1(필기 시)에 있어서의 잉크 점도가 500mPa·s 이상 15000mPa·s 이하의 범위이다.

잉크 점도가 15000mPa·s을 초과하면, 필기 시의 볼 회전 저항이 커져서, 필기감이 무거워지기 쉽고, 볼 시트(19a)의 마모 억제에 영향을 미치기 쉬우며, 또한 처음 쓰기 성능, 잉크 추종 성능에 영향이 생기기 쉽다. 이 때문에, 20℃, 전단 속도 500sec^-1(필기 시)에 있어서의 잉크 점도는, 15000mPa·s 이하인 것이 바람직하다. 더욱 필기감, 볼 시트(19a)의 마모 억제의 향상을 고려하면, 10000mPa·s 이하가 바람직하고, 더욱 필기감, 볼 시트(19a)의 마모 억제를 고려하면, 8000mPa·s 이하인 것이 바람직하고, 더욱 필기감을 고려하면, 6000mPa·s 이하인 것이 바람직하다.

또한, 20℃, 전단 속도 500sec^-1(필기 시)에 있어서의 잉크 점도가 10mPa·s 미만일 경우에는, 볼 시트(19a)의 마모 억제나, 필적에 번짐이나 잉크 떨어짐의 영향을 미치기 쉽다. 이 때문에, 20℃, 전단 속도 500sec^-1(필기 시)에 있어서의 잉크 점도가 10mPa·s 이상인 것이 바람직하고, 더 고려하면, 잉크 점도가 100mPa·s 이상인 것이 바람직하고, 또한 볼 시트(19a)의 마모 억제를 고려하면, 잉크 점도가 500mPa·s 이상인 것이 바람직하고, 더 고려하면, 1000mPa·s 이상인 것이 바람직하고, 2000mPa·s 이상인 것이 바람직하다.

[실시예]

이하, 본 발명에 대해서 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1의 유성 볼펜용 잉크 조성물은, 이하에 의해 제작했다. 유기 용제에 안료와 안료 분산제를 첨가해서 분산기로 분산시킨 후, 안료 분산체, 염료, 유기 용제, 폴리비닐부티랄 수지, 케톤 수지, 인산에스테르, 유기 아민, 계면 활성제, 지방산 에스테르, 예사성 부여 수지를 채용하여, 이것을 소정량 칭량해서 60℃로 가온했다. 이 가온 후, 디스퍼 교반기를 사용해서 완전 용해시킴으로써, 유성 볼펜용 잉크 조성물을 제작했다. 구체적인 배합량은 하기와 같다.

실시예 1

착색제(산성 염료와 염기성 염료의 조염 염료) 10.0질량％

착색제(염기성 염료와 유기산의 조염 염료) 5.0질량％

안료 분산체(안료분 20％, 디케토피롤로피롤계 안료) 15.0질량％

포화 지방산(메틸 분지형 옥타데칸산(탄소수: 18) 2.0질량％

C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O를 갖는 인산에스테르

(화학식 1: l=4로서, n=1과 n=2의 혼합물) 2.0질량％

알코올 용제(벤질알코올) 25.0질량％

글리콜에테르 용제(에틸렌글리콜모노페닐에테르) 19.5질량％

계면 활성제(인산에스테르계 계면 활성제) 2.0질량％

유기 아민 2.0질량％

지방산 에스테르(산가: 0.1mgKOH/g, 수산기 6가) 2.0질량％

폴리비닐부티랄 수지(수산기량: 36mol％) 5.0질량％

케톤 수지(방향환을 갖는 케톤 수지) 10.0질량％

예사성 부여 수지(폴리비닐피롤리돈 수지) 0.5질량％

실시예 1에서는, 상기 배합량으로 하여 제작한 유성 볼펜용 잉크 조성물 0.3g을, 도 1 내지 도 3에 도시하는 볼펜(1)의 잉크 수용 통(22)(폴리프로필렌제)에 직접 충전하여, 실시예 1의 볼펜(1)으로 했다.

또한, 실시예 1에서 사용하는 볼펜(1)의 볼펜 리필(4)의 사양은 이하이었다.

·볼(20): φ0.3mm의 텅스텐 카바이드제의 볼(20)

·칩 본체(12): φ2.3mm, 경도가 230Hv 내지 280Hv의 스테인리스강 선재를 원하는 길이로 절단함으로써 제작.

·코일 스프링(21)의 압박 하중: 8gf/mm

·볼(20)의 보유 지지력: 300gf

·볼(20)의 연신 방향(X)의 이동량: 18㎛

·볼(20)의 볼 표면의 산술 평균 조도(Ra): 2nm

·제1 경사각(α): 90도

·제2 경사각(β): 120도

·볼 포지실(15)의 저벽(19)의 각도(γ): 120°

·볼(20)이 저벽(19)에 적재된 상태에서 칩 선단부(13)로부터 나온 정도(H): 볼 직경의 30％

·칩 선단부(13)로부터 후방의 각도(δ): 30°

·볼(20)의 연신 방향(X)의 클리어런스: 18㎛

실시예 1에서는, 상기 사양의 볼펜 리필(4)을 (주)파이롯트 코포레이션 제조의 유성 볼펜에 배치함으로써, 도 1 내지 도 3을 사용해서 설명한 볼펜(1)을 제작했다.

실시예 2 내지 실시예 36

표에 나타내는 바와 같이, 각 성분을 변경한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 배합하여, 실시예 2 내지 36의 유성 볼펜용 잉크 조성물을 얻었다. 또한, 실시예 2 내지 실시예 36에서는, 유성 볼펜용 잉크 조성물이 다른 것 이외는, 실시예 1과 동일한 사양의 볼펜(1)을 사용했다.

비교예 1 내지 2

표에 나타내는 배합의 유성 볼펜용 잉크 조성물을 사용했다. 상세하게는, 비교예 1에는 실시예 1과 동일한 유성 볼펜용 잉크 조성물을 사용하고, 비교예 2에는 실시예 33과 동일한 유성 볼펜용 잉크 조성물을 사용했다. 그리고, 유성 볼펜용 잉크 조성물을 사용하고, 제2 경사각(β)이 150도, 볼 포지실(15)의 저벽(19)의 각도(γ)가 120도이며, 제2 경사각(β)과 각도(γ)가 다른 각도인 점 이외는 실시예와 동일한 사양의 볼펜(1)을, 비교예 1 및 비교예 2의 비교 볼펜으로서 제작했다.

또한, 브룩필드 가부시키가이샤 제조 점도계 비스코미터 RVDVII+Pro CP-52 스핀들을 사용하여, 실시예 1 내지 실시예 33 및 비교예 1에서 사용한 유성 볼펜용 잉크 조성물의 잉크 점도를 측정한 결과, 20℃의 환경 하, 전단 속도 500sec-1에 있어서, 모두 500mPa·s 이상 15000mPa·s 이하의 범위이었다.

상세하게는, 각 실시예 및 비교예에서 사용한 유성 볼펜용 잉크 조성물의 20℃의 환경 하, 전단 속도 500sec^-1에서의 잉크 점도는, 이하이었다.

실시예 1 내지 실시예 2: 잉크 점도=4500mPa·s

실시예 13: 잉크 점도=3700mPa·s

실시예 19 내지 실시예 20: 잉크 점도=2800mPa·s

실시예 21: 잉크 점도=4300mPa·s

실시예 23: 잉크 점도=3500mPa·s

실시예 29: 잉크 점도=5900mPa·s

실시예 30: 잉크 점도=7100mPa·s

실시예 31: 잉크 점도=1500mPa·s

시험 및 평가

실시예 1 내지 실시예 33에서 제작한 볼펜(1) 및 비교예 1에서 제작한 비교 볼펜에 대해서, 필기 시험 용지로서 필기 용지 JIS P3201을 사용해서 이하의 시험 및 평가를 행했다.

표에 측정, 평가 결과를 나타낸다.

표 중, (1) 내지 (15)는, 각각 이하를 나타낸다.

(1) 호도가야 가가꾸 고교(주) 제조

(2) 오리엔트 가가꾸(주) 제조

(3) 닛산 가가쿠 고교(주) 제조 16-메틸스테아르산

(4) 닛산 가가쿠 고교(주) 제조

(5) 가오(주) 제조 올레산

(6) 부톡시에틸애시드포스페이트의 모노에스테르와, 부톡시에틸애시드포스페이트의 디에스테르의 혼합물의 혼합비=4:6

(7) 도호 가가쿠 고교(주) 제조 포스페놀(HLB: 8.6, 산가: 85)

(8) 도호 가가쿠 고교(주) 제조 포스페놀(HLB: 10.5, 산가 82)

(9) 니치유(주) 제조 나이민 L201(전체 아민가: 232 내지 246)

(10) 세끼스이 가가꾸 고교(주) 제조

(11) 니치유(주) 제조 유니스타 HR170R

(12) 니치유(주) 제조 유니스타 H334R

(13) 히타치 가세이 고교(주) 제조

(14) ISP·재팬(주) 제조 PVP K-90

(15) 가오(주) 제조 파민 DM2098(전체 아민가: 254 내지 265)

실시예 1, 실시예 2, 실시예 13, 실시예 19의 초기 100m당 잉크 소비량은, 유성 볼펜으로 나선 필기 시험을 행한 결과, 각각 30mg/100m, 27mg/100m, 25mg/100m, 40mg/100m이었다.

실시예 1, 실시예 2, 실시예 13, 실시예 19의 유성 볼펜의 초기 100m당 잉크 소비량(mg)에 대한 볼 직경(mm)의 비에 대해서는(볼 직경:잉크 소비량), 각각 실시예 1은 1:100, 실시예 2는 1:90, 실시예 13은 1:83, 실시예 19는 1:80이었다.

또한, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 13, 실시예 19의 초기 0m 내지 100m 시점의 잉크 소비량(Emg)과, 잉크 종료 전 100m의 잉크 소비량(Fmg)으로 했을 때의 E:F에 대해서는, 각각 실시예 1은 30:33=1:1.1, 실시예 2는 27:25=1:0.93, 실시예 13은 25:27=1:1.08, 실시예 19는 40:42=1:1.05이었다.

잉크 유량 안정성 시험: 하중 100gf, 필기 각도 70°, 4m/min의 주행 시험기로 필기 시험 후의 필적을 확인했다.

제2 코킹부(14b)의 시일면(14c)의 편마모의 영향이 없고, 잉크 유량이 안정되어 있으며, 잉크 막힘이 없고, 진한 필적인 것 … ○

제2 코킹부(14b)의 시일면(14c)의 편마모의 영향에 의해, 잉크 유량이 불안정하고, 잉크 막힘이 발생하는 것 … ×

종이 맞닿음 필기 시험: 하중 100gf, 필기 각도 70°로 지면에, 손으로 필기한 경우에, 제2 코킹부(14b)의 외면이 지면에 맞닿는지를 관찰했다.

제2 코킹부(14b)의 외면이 지면에 걸리지 않고, 양호하게 필기할 수 있는 것 … ○

제2 코킹부(14b)의 외면이 지면에 걸려버려, 양호하게 필기할 수 없는 것 … ×

내마모 시험(볼 시트(19a)의 마모 시험): 하중 100gf, 필기 각도 70°, 4m/min의 주행 시험기로 필기 시험 후의 볼 시트(19a)의 마모를 측정했다.

볼 시트(19a)의 마모가 5㎛ 미만인 것 … ◎

볼 시트(19a)의 마모가 5㎛ 이상, 10㎛ 미만인 것 … ○

볼 시트(19a)의 마모가 10㎛ 이상, 20㎛ 미만이지만, 필기 가능한 것 … △

볼 시트(19a)의 마모가 심하여, 필기 불량으로 되어버리는 것 … ×

필기감: 수기에 의한 관능 시험을 행하여 평가했다.

매우 매끄러운 것 … ◎

매끄러운 것 … ○

실용상 문제 없는 레벨의 매끄러움인 것 … △

무거운 것 … ×

처음 쓰기 성능 시험: 손으로 필기한 후, 칩 선단부를 내놓은 채 20℃, 65％RH의 환경 하에 30분 방치하고, 그 후, 주행 시험에서 하기 필기 조건에서 필기하여, 처음 쓰기에 있어서의 필적 흐릿함의 길이를 측정했다.

<필기 조건> 필기 하중 70gf, 필기 각도 70°, 필기 속도 4m/min의 조건에서, 주행 시험기로 직선 쓰기를 행하여 평가했다.

필적 흐릿함의 길이가 10mm 미만인 것 … ◎

필적 흐릿함의 길이가 10mm 이상, 20mm 미만인 것 … ○

필적 흐릿함의 길이가 20mm 이상, 40mm 미만인 것 … △

필적 흐릿함의 길이가 40mm 이상인 것 … ×

잉크 경시 시험: 칩 본체 내의 잉크를 현미경 관찰했다.

석출물이 없고, 양호한 것 … ◎

석출물이 미소하게 발생한 것 … ○

석출물이 발생했지만, 실용상 문제가 없는 것 … △

석출물이 발생하여, 흐릿함이나 필기 불량 등의 원인이 되는 것 … ×

실시예 1 내지 실시예 31에서는, 내마모 시험(볼 시트(19a)의 마모 시험), 필기감, 처음 쓰기 성능 시험, 잉크 경시 시험 모두 양호한 성능이 얻어졌다.

또한, 실시예 1 내지 실시예 36은, 비교예 1 내지 비교예 2에 비하여, 잉크 유량 안정성 시험 및 종이 맞닿음 필기 시험에 있어서 양호한 결과가 얻어졌다. 상세하게는, 비교예 1 및 비교예 2에서는, 제1 코킹부(14a)의 시일면(14c)의 편마모가 진행되어, 잉크 유용이 불안정하여, 잉크 막힘이 발생했다. 또한, 비교예 1 및 비교예 2에서는, 필기 시에 제2 코킹부(14b)가 종이에 걸려서, 버석버석한 필기감으로 되어 양호한 필기를 할 수 없었다. 이것은, 비교예 1 및 비교예 2에서는, 제2 경사각(β)과 각도(γ)가 다른 각도이며, 또한, 제2 경사각(β)이 150도로 크기 때문이라고 생각된다.

또한, 노크식 유성 볼펜이나 회전 조출식 유성 볼펜 등의 출몰식 유성 볼펜을 사용한 경우에는, 처음 쓰기 성능이 중요한 성능의 하나이기 때문에, 적어도 본 발명과 같은 유성 볼펜용 잉크 조성물을 사용하면 효과적이다.

또한, 본 실시예에서는, 잉크 수용 통 내에 유성 볼펜용 잉크 조성물을 수용한 볼펜 리필(4)을 축통 내에 배치한 볼펜(1)을 예시했지만, 본 발명의 볼펜(1)은, 축통 자체를 잉크 수용 통으로 해서, 축통 내에, 유성 볼펜용 잉크 조성물을 직접 수용한 직접 충전식의 유성 볼펜이어도 되고, 잉크 수용 통(22) 내에 유성 볼펜용 잉크 조성물을 수용한 것(볼펜 리필(4))을 그대로 볼펜(1)으로서 사용한 구조이어도 된다.

본 발명은 볼펜으로서 이용할 수 있고, 또한 상세로서는, 캡식, 노크식 등의 볼펜으로서 널리 이용할 수 있다.

1: 볼펜 2: 전방축
2a: 개구부 3: 후방축(축통 본체)
4: 볼펜 리필 5: 코일 스프링
6: 회전 캠 7: 노크 부재
8: 클립 9: 그립
11: 볼펜 칩 12: 칩 본체
13: 칩 선단부 14: 코킹부
14a: 제1 코킹부 14b: 제2 코킹부
14c: 시일면 15: 볼 포지실
16: 잉크 유통 구멍 17: 잉크 유통 홈
18: 칩 후방부 구멍 19: 저벽
19a: 볼 시트 20: 볼
21: 코일 스프링 22: 잉크 수용 통
23: 칩 홀더 24: 뒷마개

Claims

유성 볼펜용 잉크 조성물이 내부에 충전된 잉크 수용 통 및 상기 잉크 수용 통의 선단부에 설치된 볼펜 칩을 갖는 볼펜 리필을 구비하는 볼펜이며,
상기 볼펜 칩의 칩 본체가, 볼의 일부를 칩 선단부로부터 돌출시켜서 회전 가능하게 보유 지지하는 볼 포지실과, 상기 볼 포지실의 저벽에 마련되고, 상기 볼이 적재되며 또한 상기 볼의 외형을 따른 원호면 형상의 볼 시트와, 상기 볼 포지실의 상기 저벽 중앙에 형성된 잉크 유통 구멍과, 상기 잉크 유통 구멍으로부터 방사상으로 연장되는 복수개의 잉크 유통 홈을 갖고,
상기 유성 볼펜용 잉크 조성물의 잉크 점도가, 20℃, 전단 속도 500sec^-1에 있어서, 500mPa·s 이상 15000mPa·s 이하의 범위이며,
상기 볼의 볼 직경이, 0.5mm 이하이며,
상기 칩 선단부의 내벽에, 원호면 형상의 시일면이 형성되어 이루어지고,
상기 칩 선단부가,
90도 이상 100도 미만의 경사각인 제1 코킹부와, 상기 제1 코킹부보다 상기 볼펜 칩의 선단측에 마련되어 110도 이상 130도 이하의 경사각인 제2 코킹부를 갖고,
상기 볼 포지실의 상기 저벽의 각도가, 상기 제2 코킹부의 경사각과 동각인 것을 특징으로 하는
볼펜.
제1항에 있어서, 상기 볼을 상기 칩 선단부의 상기 선단측을 향해서 압박하는 코일 스프링을 더 구비하고, 당해 코일 스프링의 압박 하중이 5gf 이상, 10gf 이하인 것을 특징으로 하는 볼펜.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유성 볼펜용 잉크 조성물이,
착색제, 유기 용제, 포화 지방산, 인산에스테르를 포함하여 이루어지고, 상기 인산에스테르가, C_lH_2l+1O-C₂H₄O 또는 C_mH_2m+1O(l, m=1 이상 30 이하)를 갖는 것을 특징으로 하는 볼펜.
제3항에 있어서, 상기 포화 지방산의 탄소수가 10 이상 20 이하인 것을 특징으로 하는 볼펜.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 인산에스테르의 말단 알킬기의 탄소 쇄(l, m)가 1 이상 15 이하인 것을 특징으로 하는 볼펜.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 볼펜용 잉크 조성물이, 케톤 수지 또는 폴리비닐부티랄 수지를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼펜.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 착색제가, 안료 또는 조염 염료인 것을 특징으로 하는 볼펜.