JP7523941B2 - 油性ボールペン - Google Patents
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Description
さらに、新たなインキ漏れ抑制剤を用いた場合では、他のインキ成分との相性もあり、インキ中での経時安定性に影響が出やすい。
「1.インキ収容筒の先端部にボールペンチップを有し、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収容してなる油性ボールペンであって、前記油性ボールペンの100mあたりのインキ消費量が20~70mgであり、かつ、前記油性ボールペン用インキ組成物が、着色剤、有機溶剤、アミノ樹脂粒子を含んでなることを特徴とする油性ボールペン。
2.前記アミノ樹脂粒子の含有量が、インキ組成物全量に対し、0.1~5質量%であることを特徴とする第1項に記載の油性ボールペン。
3. 前記アミノ樹脂粒子の平均粒子径が、5μm以下であることを特徴とする第1項または第2項に記載の油性ボールペン。
4. 前記アミノ樹脂粒子が、メタクリル酸エステル樹脂粒子であることを特徴とする第1項ないし第3項のいずれか1項に記載の油性ボールペン。
5.前記ボールペンチップのボールの縦軸方向への移動量が、3~20μmであることを特徴とする第1項ないし第4項のいずれか1項に記載の油性ボールペン。
6.前記有機溶剤がアルコール溶剤であり、該アルコール溶剤の含有量は、油性ボールペン組成物中の全有機溶剤の含有量に対して50%以上とすることを特徴とする第1項ないし第5項のいずれか1項に記載の油性ボールペン。
7.前記油性ボールペン用インキ組成物に、ポリビニルブチラール樹脂またケトン樹脂を含んでなることを特徴とする第1項ない第6項のいずれか1項に記載の油性ボールペン。 」とする。
本発明では、油性ボールペン用インキ組成物に、アミノ樹脂粒子を含んでなることで、インキ漏れを抑制することが可能であることが解った。これは、ボールとチップ先端の内壁との間の隙間に、アミノ樹脂粒子による物理的な障害を起こして、インキ漏れを抑制することを可能とし、さらに、アミノ樹脂粒子同士が一部変形などして、お互い密着することで、微弱な凝集により形成された構造を生じることにより、静置時のインキ漏れに対しての抵抗作用の高い構造をインキ中で形成することで、高いインキ漏れ抑制を可能とする。一方で、微弱な凝集により形成された構造のため、筆記時にはボールの回転などの物理作用により凝集構造は解砕されるため、筆記時のインキ流動性を阻害することなく、良好に筆記することで、濃い筆跡を得ることが可能である。また、アミノ樹脂粒子は、溶剤に対しても安定しているため、インキ経時安定性を保ちつつ、さらに、筆跡に対しても高い耐溶剤性、耐水性も付与することができるため、好適に用いられる。
また、ボールペンの100mあたりのインキ消費量は、20~70mgであることが好ましい。これは、100mあたりのインキ消費量が、20mg未満だと、濃い筆跡や、良好な書き味が得られにくく、100mあたりのインキ消費量が70mgを越えると、ボールとチップ先端の間隙よりインキ漏れ抑制に影響が出やすく、さらに書き出し性能、泣きボテも発生しやすいためである。
なお、インキ消費量については、20℃、筆記用紙JIS P3201筆記用紙上に筆記角度70°、筆記荷重200gの条件にて、筆記速度4m/minの速度で、試験サンプル5本を用いて、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あたりのインキ消費量と定義する。
また、ボール径については、特に限定されないが、0.1~2.0(mm)程度のボールを用いる。
本発明において、ボールペンチップのボールの縦軸方向の移動量については、筆記開始前の初期状態のボールペンのボールペンチップの形態とする。
本発明に用いる着色剤は、染料、顔料等、特に限定されるものではなく、適宜選択して使用することができる。染料、顔料を併用することで、下記のような効果が得られやすいため、好ましい。
染料としては、油溶性染料、酸性染料、塩基性染料、含金染料などや、それらの各種造塩タイプの染料等として、酸性染料と塩基性染料との造塩染料、有機酸と塩基性染料との造塩染料、酸性染料と有機アミンとの造塩染料などの種類が挙げられる。これらの染料は、単独又は2種以上組み合わせて使用してもかまわない。染料としては、アミノ樹脂粒子との相性による経時安定性を考慮して、少なくとも造塩染料を用いることが好ましく、さらに造塩結合が安定していることで経時安定性を保てることを考慮すれば、塩基性染料と有機酸との造塩染料、酸性染料との塩基性染料との造塩染料、酸性染料と有機アミンとの造塩染料を用いることが好ましい。染料について、具体的には、バリファーストブラック1802、バリファーストブラック1805、バリファーストブラック1807、バリファーストバイオレット1701、バリファーストバイオレット1704、バリファーストバイオレット1705、バリファーストブルー1601、バリファーストブルー1605、バリファーストブルー1613、バリファーストブルー1621、バリファーストブルー1631、バリファーストレッド1320、バリファーストレッド1355、バリファーストレッド1360、バリファーストイエロー1101、バリファーストイエロー1151、ニグロシンベースEXBP、ニグロシンベース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(以上、オリエント化学工業(株)製)、アイゼンスピロンブラック GMH-スペシャル、アイゼンスピロンバイオレット C-RH、アイゼンスピロンブルー GNH、アイゼンスピロンブルー 2BNH、アイゼンスピロンブルー C-RH、アイゼンスピロンレッド C-GH、アイゼンスピロンレッド C-BH、アイゼンスピロンイエロー C-GNH、アイゼンスピロンイエロー C-2GH、S.P.T.ブルー111、S.P.T.ブルーGLSH-スペシャル、S.P.T.レッド533、S.P.T.オレンジ6、S.B.N.バイオレット510、S.B.N.イエロー530、S.R.C-BH(以上、保土谷化学工業(株)製)等が挙げられる。
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-3-メチルブタノール等のグリコールエーテル溶剤、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溶剤、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溶剤など、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。
その中でも、アルコール溶剤を用いることが好ましいが、これは、アルコ-ル溶剤は揮発して、ボールペンチップ先端での乾燥をしやすく、チップ先端外部からインキ漏れ抑制しやすい。特に、本発明では、前述したように前記アミノ樹脂粒子を含有することによる、チップ先端内部からも物理的障害・微弱な凝集構造形成による、インキ漏れ抑制効果が働くことで、ボールペンチップ先端の内部と外部による両面からのインキ漏れ抑制効果によって、より高いインキ漏れ抑制効果を期待できるため、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-ルは、アミノ樹脂粒子を分散安定させるため好ましい。特に、アルコール溶剤の含有量は、油性ボールペン組成物中の全有機溶剤の含有量に対して50%以上とすることが好ましく、より考慮すれば、70%以上とすることが好ましく、80%以上が好ましい。
また、インキ漏れ抑制をより向上するためには、樹脂をインキ粘度調整剤として、用いることが好ましい、樹脂としては、ポリビニルブチラール樹脂、ケトン樹脂、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、テルペン樹脂、アルキッド樹脂、フェノキシ樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂などが挙げられるが、その中でも、ポリビニルブチラール樹脂またはケトン樹脂を含んでなることが好ましい。これは、インキ漏れ抑制効果をより向上しやすいためである。
また、ポリビニルブチラール樹脂は、ボールとボール座との間に常に弾力性があるインキ層を形成して、直接接触しづらくするため、書き味を向上することが可能となるためである。また、着色剤として顔料を用いる場合は、顔料分散効果も得られるため、ポリビニルブチラール樹脂を用いることが好ましい。
ここで、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、ブチラール基、アセチル基、水酸基を有した構造である。
特に、油性ボールペンの100mあたりのインキ消費量を20~70mgとしてインキ消費量を多くした場合では、ボールペンチップ本体とボールとの隙間からインキ漏れの影響が出やすいため、ポリビニルブチラール樹脂を用いると効果的であり、本発明で用いるアミノ樹脂粒子とポリビニルブチラール樹脂を併用するとより効果的である。
なお、前記ポリビニルブチラール樹脂の水酸基量(mol%)とは、ブチラール基(mol%)、アセチル基(mol%)、水酸基(mol%)の 全mol量に対して、水酸基(mol%)の含有率を示すものである。
また、油性ボールペンは、複写用紙に筆記することが多く、複写用紙に筆記する時には、通常より筆圧を高く筆記(高筆圧筆記)するため、、高筆圧筆記性を向上することが求められているが、ケトン樹脂を用いると、高筆圧下(筆記荷重300~500gf)で、潤滑性を向上し、ボール座の摩耗抑制をより向上しやすいため、効果的であり好ましい。
本発明においては、潤滑性と、チップ先端部を大気中に放置した状態で、該チップ先端部が乾燥したときの書き出し性能を向上することを考慮すれば、界面活性剤を用いることが好ましい。これは、界面活性剤を用いると、形成される被膜を柔らかくする傾向があり、書き出し性能を改良でき、さらに潤滑性も向上することができる。界面活性剤としては、脂肪酸、脂肪酸エステル、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、リン酸エステル系界面活性剤などが挙げられる。その中でも、上記効果を考慮すれば、脂肪酸、シリコーン系界面活性剤、リン酸エステル系界面活性剤の中から1種以上を用いることが好ましい。
尚、HLBは、グリフィン法、川上法などから求めることができる。特に、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、筆記先端部の乾燥時の書き出し性能に影響しやすいため、上記HLB値とした界面活性剤を用いることはより好ましい。
さらに、リン酸エステル系界面活性剤の中でも、高筆圧下(300~500gf)においてもボールとチップ本体との間の潤滑性を向上してボール座の摩耗を抑制することを考慮すれば、アルコキシエチル基(CnH2n+1OCH2CH2O)またはアルコキシル基(CmH2m+1O)を有するリン酸エステル系界面活性剤を用いることが好ましく、より考慮すれば、アルコキシエチル基(CnH2n+1OCH2CH2O)を有するリン酸エステル系界面活性剤を用いることが好ましい。
一方、末端アルキル基の炭素鎖(n、m)が3以下とした場合には、高筆圧下でのボール座の摩耗抑制は良好であるものの、インキ中において、前記アルキル基が十分に伸びず、ボールとボール座の間のクッション性が十分でない潤滑層であるため、書き味や書き出し性能に影響が出やすい。そのため、前記末端アルキル基が、ブチル基(末端アルキル基の炭素鎖:4)を有するブトキシエチルアシッドホスフェート(n=4)、ブチルアシッドホスフェート(m=4)などを用いることで、高筆圧下でのボール座の摩耗を抑制、書き味、書き出し性能の向上する効果が得られやすいため、好ましい。
本発明では、インキ中でのインキ成分の安定性を考慮すれば、有機アミンを用いることが好ましい。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等のエチレンオキシドを有するアミンや、ラウリルアミン、ステアリルアミン等のアルキルアミンや、ジステアリルアミン、ジメチルラウリルアミン、ジメチルステアリルアミン、ジメチルオクチルアミン等のジメチルアルキルアミン等の脂肪族アミンが挙げられ、その中でも、インキ中での安定性を考慮すれば、エチレンオキシドを有するアミン、ジメチルアルキルアミンが好ましい。特にリン酸エステル系界面活性剤を用いる場合は、中和することで、インキ中で安定することで、リン酸エステル系界面活性剤の効果が得られやすいため、好ましい。
上記した界面活性剤以外で、潤滑性と、チップ先端部を大気中に放置した状態で、該チップ先端部が乾燥したときの書き出し性能を向上することを考慮すれば、脂肪酸エステルを用いることが好ましい。特に、高筆圧下(筆記荷重300~500gf)においても潤滑性を保ちやすくなるため、ボール座の摩耗を抑制(高筆圧筆記性)と、書き味、書き出し性能を全て向上しやすいため好ましい。
なお、酸価については、試料1g中に含まれる酸性成分(遊離脂肪酸)を中和するのに要する水酸化カリウムのmg数で表すものとする。
また、ノック式油性ボールペンや回転繰り出し式油性ボールペン等の出没式油性ボールペンにおいては、インキ漏れ抑制をより考慮する必要があるため、効果的であり、好ましい。
実施例1の油性ボールペン用インキ組成物は、着色剤として染料、有機溶剤としてベンジルアルコール、アミノ樹脂粒子、界面活性剤としてアルコキシエチル基を有するリン酸エステル系界面活性剤、有機アミンとしてオキシエチレンアルキルアミン、分岐鎖アルキル基を有する脂肪酸エステル、ポリビニルブチラール樹脂、曳糸性付与剤としてポリビニルピロリドンを採用し、これを所定量秤量して、60℃に加温した後、ディスパー攪拌機を用いて完全溶解させ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。
着色剤(染料、酸性染料と塩基性染料との造塩染料) 8.0質量%
着色剤(染料、有機酸と塩基性染料との造塩染料) 5.0質量%
有機溶剤(ベンジルアルコール) 72.5質量%
アミノ樹脂粒子(メラミン・ホルムアルデヒド縮合物、平均粒子径:0.4μm)
1.0質量%
界面活性剤(アルコキシエチル基(CnH2n+1OCH2CH2O:n=4)を有するリン酸エステル系界面活性剤) 1.0質量%
有機アミン(オキシエチレンアルキルアミン) 1.0質量%
分岐鎖アルキル基を有する脂肪酸エステル(脂肪酸とジペンタエリスリトールによってエステル化した脂肪酸エステル) 1.0質量%
ポリビニルブチラール樹脂 10.0質量%
曳糸性付与剤(ポリビニルピロリドン樹脂) 0.5質量%
表1に示すように、インキ成分とチップ仕様を変更した以外は、実施例1と同様な手順で実施例2~24の油性ボールペン用インキ組成物を得た。表に測定、評価結果を示す。
尚、ブルックフィールド株式会社製粘度計 ビスコメーターRVDVII+Pro CP-52スピンドルを使用して、実施例1、実施例9、実施例10のインキ粘度を測定したところ、20℃の環境下、剪断速度10sec-1、実施例1:インキ粘度=2000mPa・s、実施例9:インキ粘度=5000mPa・s、実施例10:インキ粘度=12000mPa・sであった。
表に示すように、インキ成分とチップ仕様を変更した以外は、実施例1と同様の手順で、比較例1~4の油性ボールペン用インキ組成物を得た。表に測定、評価結果を示す。
実施例1および比較例1で作製した油性ボールペン用インキ組成物(0.27g)を、インキ収容筒(ポリプロピレン)に、ボール径がφ0.5mmのボールを回転自在に抱持したボールペン用チップ(ボールの縦軸方向の移動量10μm、ボール表面の算術平均粗さ(Ra)6nm)を装着した油性ボールペン用レフィルに充填し、油性ボールペンを作製した。実施例2~24および比較例2~4も同様にして、作製した油性ボールペン用インキ組成物(0.27g)を、インキ収容筒(ポリプロピレン)に、表のようにチップ仕様を変更したボールペン用チップを装着した油性ボールペン用レフィルに充填し、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および評価を行った。
実施例1の100mあたりのインキ消費量は、油性ボールペンで、らせん筆記試験を行ったところ、36mg/100mであった。
油性ボールペンの100mあたりのインキ消費量(mg)に対するボール径(mm)の比については(ボール径:インキ消費量)、1:72であった。
アミノ樹脂粒子の平均粒子径(μm)に対するボールペンチップのボールの縦軸方向の移動量(μm)の比については(アミノ樹脂粒子の平均粒子径:ボールの縦軸方向の移動量)、1:12.5であった。
チップ先端のインキ滴がないもの ・・・◎
チップ先端のインキ滴がテーパー部の1/4以内のもの ・・・○
チップ先端のインキ滴がテーパー部の1/4以上、1/2以内のもの ・・・△
チップ先端のインキ滴がテーパー部の1/2以上のもの ・・・×
濃く鮮明な筆跡であるもの ・・・◎
濃い筆跡であるもの ・・・○
実用上問題ない濃さの筆跡であるもの ・・・△
薄い筆跡のもの ・・・×
ボール座の摩耗が8μm未満であるもの ・・・◎
ボール座の摩耗が8μm以上、15μm未満であるもの ・・・○
ボール座の摩耗が15μm以上、25μm未満であるが、筆記可能であるもの ・・・△
ボール座の摩耗がひどく、筆記不良になってしまうのもの ・・・×
比較例2では、ポリスチレン系樹脂を用いたが、インキ中で変形してしまい、インキ漏れ抑制性が劣ってしまった。
比較例3では、インキ消費量が少ないため、濃い筆跡が得られなかった。
比較例4では、インキ消費量が多すぎたため、インキ漏れ抑制効果が得られなかった。
Claims (3)
- インキ収容筒の先端部にボールペンチップを有し、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収容してなる油性ボールペンであって、前記油性ボールペンの100mあたりのインキ消費量が20~70mgであり、
筆記開始前の初期状態のボールペンチップのボールの縦軸方向への移動量が7~16μmであり、
かつ、前記油性ボールペン用インキ組成物が、着色剤、有機溶剤、アミノ樹脂粒子、アルコキシエチル基(CnH2n+1OCH2CH2O)またはアルコキシル基(CmH2m+1O)を有するリン酸エステル系界面活性剤を含んでなり、
前記有機溶剤がアルコール溶剤であり、該アルコール溶剤の含有量は、油性ボールペン組成物中の全有機溶剤の含有量に対して70%以上とし、
前記アミノ樹脂粒子の平均粒子径(μm)に対する前記ボールペンチップのボールの縦軸方向の移動量(μm)の比については(アミノ樹脂粒子の平均粒子径:ボールの縦軸方向の移動量)、1:2~1:30の関係とすることを特徴とする油性ボールペン。 - 前記アルコキシエチル基(CnH2n+1OCH2CH2O)またはアルコキシル基(CmH2m+1O)を有するリン酸エステル系界面活性剤の末端アルキル基の炭素鎖(n、m)が1~10であることを特徴とする請求項1に記載の油性ボールペン。
- 前記アミノ樹脂粒子の平均粒子径が、5μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の油性ボールペン。
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