(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記ソルビタン脂肪酸エステルのインキ組成物全量に対する含有量をA、前記リン酸エステル系界面活性剤のインキ組成物全量に対する含有量をB、とした場合、0.1≦A/B≦5の関係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用インキ組成物。
インキ収容筒の先端部に、ボールを回転自在に抱持したボールペンチップを有し、前記インキ収容筒内に、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の油性ボールペン用インキ組成物を収容した油性ボールペンとし、前記ボール表面の算術平均粗さが、0.1〜15nmであることを特徴とする油性ボールペン。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の特徴は、ソルビタン脂肪酸エステル、リン酸エステル系界面活性剤を含んでなる油性ボールペン用インキ組成物とすることである。これは、リン酸エステル系界面活性剤を含んでなることで、リン酸基が金属表面に吸着し、潤滑層を形成し、ボールとチップ本体との間の潤滑性を保ち、書き味を向上することができるが、さらに、ソルビタン脂肪酸エステルを併用することで、より潤滑性が高い潤滑層を形成することで、より潤滑性を向上することで、より書き味を向上し、ボール座の摩耗抑制を向上することが可能となるためであると推測する。
【0011】
特に、ソルビタン脂肪酸エステルとリン酸エステル系界面活性剤を併用することで、高筆圧下(筆記荷重300〜500gf)においても潤滑性を保ち、ボール座の摩耗を抑制しやすくする効果を奏する。これは、前記ソルビタン脂肪酸エステルの潤滑層とリン酸エステル系界面活性剤との潤滑層とが相互作用することで形成された潤滑層を形成できるためと推測する。さらに、後述するが、ポリビニルブチラールを用いる場合は、ポリビニルブチラールによって形成するインキ層と前記潤滑層によって、より潤滑性を向上しやすいためより好ましい。
【0012】
(ソルビタン脂肪酸エステル)
本発明で用いるソルビタン脂肪酸エステルについては、水酸基を4つ有するソルビタンと脂肪酸とのエステルであり、前記脂肪酸として具体的には、カプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、エイコサン酸、オレイン酸等が挙げられる。具体的な化合物としては例えば、ソルビタンモノカプリレート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンジラウレート、ソルビタンジステアレート、ソルビタンジオレエート、ソルビタントリラウレート、ソルビタントリパルミテート、ソルビタントリステアレート、ソルビタントリオレエート等やそれらの複合物等が挙げられる。
【0013】
前記ソルビタン脂肪酸エステルは、金属類である金属製のボールペンチップ本体やボールに吸着しやすく、潤滑層を形成することで、潤滑性を向上し、ボール座の摩耗抑制と書き味を向上することを可能とする。さらに、水酸基を有することで、吸湿作用が働き、チップ先端部が乾燥したときに形成する皮膜の強度を和らげ、ボールの回転をスムーズにする効果が得られるので、ドライアップ時の書き出しにおいて、筆跡カスレが発生せずに、書き出し性能が向上するものと推測されるため、より効果的である。
【0014】
その中でも、潤滑性とインキ経時安定性を考慮すれば、ソルビタンモノ脂肪酸エステルが好ましい。さらに、潤滑性を考慮すれば、ソルビタン脂肪酸エステルのアルキル基に含まれる炭素数が1〜20であることが好ましく、より考慮すれば、潤滑層を形成するのに適した長さである、前記アルキル基に含まれる炭素数が5〜15であるソルビタン脂肪酸エステルを用いることが好ましく、さらに考慮すれば、前記アルキル基に含まれる炭素数が6〜12であるソルビタン脂肪酸エステルが好ましく、特に、高筆圧下(筆記荷重300〜500gf)における潤滑性を考慮すれば、ソルビタンモノカプリレートが好ましい。
【0015】
また、前記ソルビタン脂肪酸エステルの含有量は、インキ組成物全量に対し、0.1〜10.0質量%がより好ましい。これは、0.1質量%より少ないと、所望の書き出し性能が得られにくい傾向があり、10.0質量%を越えると、インキ経時が不安定になりやすい傾向があるためであり、その傾向を考慮すれば、0.5〜5.0質量%が好ましく、より考慮すれば、1.0〜5.0質量%が、最も好ましい。
【0016】
(リン酸エステル系界面活性剤)
リン酸エステル系界面活性剤については、ボールとチップ本体との間の潤滑性を向上するだけでなく、ドライアップ性能を向上することが可能である。これは、リン酸エステル系界面活性剤を用いると、形成される皮膜を柔らかくする傾向があり、ドライアップ時の書き出し性能を改良できることがある。その中でも、リン酸エステル系界面活性剤のアルキル基に含まれる炭素数が12〜18であることが好ましく、さらに考慮すれば、前記炭素数が12〜15であることがより好ましい。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、ドライアップ時の書き出し性能に影響しやすいため、リン酸エステル系界面活性剤を用いることはより好ましい。
【0017】
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、前記リン酸エステル系界面活性剤のアルキル基は、スチレン化フェノール系、ノニルフェノール系、ラウリルアルコール系、トリデシルアルコール系、オクチルフェノール系などが挙げられる。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、潤滑性を考慮すれば、アルキル基に含まれる炭素数が5〜18であることが好ましく、さらに考慮すれば、前記炭素数が10〜18であることがより好ましく、前記ソルビタン脂肪酸エステルとのとの安定性を考慮すれば、前記炭素数12〜18が好ましい。アルキル基の炭素数が過度に少ないと、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。
【0018】
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%がより好ましい。これは、0.1質量%より少ないと、所望の潤滑性が得られにくい傾向があり、5.0質量%を越えると、インキ経時が不安定性になりやすい傾向があるためであり、その傾向を考慮すれば、インキ組成物全量に対し、0.3〜3.0質量%が好ましく、より考慮すれば、0.5〜3.0質量%が、最も好ましい。
【0019】
前記ソルビタン脂肪酸エステルのインキ組成物全量に対する含有量をA、前記リン酸エステル系界面活性剤のインキ組成物全量に対する含有量をB、とした場合、ドライアップ時の書き出し性能とボール座の摩耗抑制とを、両立させるバランスを考慮すれば、0.1≦A/B≦5の関係であることが好ましく、より考慮すれば、0.5≦A/B≦5の関係であることが好ましい。
【0020】
リン酸エステル系界面活性剤の具体例としては、プライサーフシリーズ(第一工業製薬(株))の中から、プライサーフA217E(アルキル基:炭素数14、酸価:45〜58)、同A219B(アルキル基:炭素数12)、同A215C(アルキル基:炭素数12)、同A208B(アルキル基:炭素数12)、同A208N(アルキル基:炭素数12と13の混合物)、フォスファノールシリーズ(東邦化学工業(株)製)の中から、フォスファノールRB410(アルキル基:炭素数18)、同RS−610(アルキル基:炭素数13)、同RS−710(アルキル基:炭素数13)等が挙げられる。これらの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。
【0021】
(樹脂)
本発明では樹脂を用いることが好ましい、具体的には、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、ポリビニルピロリドン樹脂、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、ポリ酢酸ビニル樹脂などが挙げられるが、書き味を向上するためには、少なくともポリビニルブチラール樹脂を用いることが好ましい。ポリビニルブチラール樹脂については、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が、従来技術としては、ポリビニルブチラール樹脂を顔料分散剤として、好適に用いた技術はあるが、本発明では、書き味を向上しやすくする効果がある。
【0022】
これは、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、書き味を向上しやすくすることが可能となるためである。さらに、ポリビニルブチラール樹脂は、チップ先端で樹脂皮膜を形成し、ボールとチップ先端の間隙を覆うことで、インキ垂れ下がりを抑制するため、好ましいが、一方で、チップ先端の樹脂皮膜によって、ドライアップ時の書き出しが劣りやすい。
そのため、本発明のように、潤滑性を向上し、ボール座の摩耗を抑制して、かつ、ドライアップ時の書き出し性能を向上するには、前記ソルビタン脂肪酸エステルと、リン酸エステル系界面活性剤に加えて、さらにポリビニルブチラール樹脂を併用することが好ましい。
【0023】
また、ポリビニルブチラール樹脂は、水酸基量25mol%以上とすることが好ましい。これは、水酸基量25mol未満のポリビニルブチラール樹脂では、有機溶剤への溶解性が十分でなく、十分な潤滑効果や、インキ垂れ下がり抑制の効果が得られにくく、さらに、吸湿性によるドライアップ時の書き出し性を考慮すると、水酸基量25mol%以上のポリビニルブチラール樹脂を用いることが好ましいためである。また、前記水酸基量30mol%以上のポリビニルブチラール樹脂は、書き味が向上しやすくなるため、好ましい。これは、筆記時において、ボールの回転により摩擦熱が発生することで、チップ先端部のインキが温められて、該インキの温度が高くなるが、前記ポリビニルブチラール樹脂は他の樹脂とは違い、インキ温度が高くなっても、インキ粘度を下がりづらくする性質があり、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、書き味を向上しやすい傾向がある。特に、油性ボールペンでは、高筆圧で筆記することも多いため、油性ボールペンでは効果的である。また、前記水酸基量40mol%を越えるポリビニルブチラール樹脂を用いると、吸湿量が多くなりやすく、油性インキ成分との経時安定性に影響が出やすいため、水酸基量40mol%以下のポリビニルブチラール樹脂が好ましい。そのため、水酸基量30〜40mol%のポリビニルブチラール樹脂が好ましく、さらに好ましくは、水酸基量30〜36mol%が好ましい。
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。
【0024】
また、ポリビニルブチラール樹脂の含有量は、油性ボールペン組成物中の全樹脂の含有量に対して50質量%以上とし、主たる樹脂として用いることが好ましい。これは、ポリビニルブチラール樹脂の含有量が全樹脂の含有量の50質量%未満となると、その他の樹脂によって、弾力性があるインキ層を形成するのを阻害してしまい、書き味の向上効果が得られなくなりやすく、さらにチップ先端の樹脂皮膜の形成を阻害してしまいインキ垂れ下がりを抑制できないためである。より書き味やインキ垂れ下がり性能を向上する傾向を考慮すれば、ポリビニルブチラール樹脂の含有量は、全樹脂の含有量に対して70質量%以上が好ましく、さらにその傾向を考慮すれば、90質量%以上が好ましい。
【0025】
また、ポリビニルブチラール樹脂の平均重合度については、前記平均重合度は200以上であると、インキ垂れ下がり性能が向上するとともに、インキの凝集力を高めることができ、ボール表面にインキが載りやすく、ボールにインキが残ることで、ボールとボール座の間にインキが入り込みやすいため、ボールがボール座と直接接触しづらくなるため、書き味を向上しやすい傾向がある。一方、前記平均重合度は2000を超えると、インキ粘度が高くなりすぎて書き味に影響する傾向があるため、前記平均重合度は、200〜2000が好ましい。さらに、安定性を考慮すれば、前記平均重合度は1500以下であることが好ましく、より書き味を考慮すれば、前記平均重合度は1000以下が好ましい。そのため、前記平均重合度は200〜1500が好ましく、より好ましくは、前記平均重合度は200〜1000が最も好ましい。ここで、平均重合度とは、ポリビニルブチラール樹脂の1分子を構成している基本単位の数をいい、JISK6728(2001年度版)に規定された方法に基づいて測定された値を採用可能である。
【0026】
ポリビニルブチラール樹脂については、具体的には、積水化学工業(株)製の商品名;エスレックBH−3(水酸基量:34mol%、平均重合度:1700)、同BH−6(水酸基量:30mol%、平均重合度:1300)、同BX−1(水酸基量:33±3mol%、平均重合度:1700)、同BX−5(水酸基量:33±3mol%、平均重合度:2400)、同BM−1(水酸基量:34mol%、平均重合度:650)、同BM−2(水酸基量:31mol%、平均重合度:800)、同BM−5(水酸基量:34mol%、平均重合度:850)、同BL−1(水酸基量:36mol%、平均重合度:300)、同BL−1H(水酸基量:30mol%)、同BL−2(水酸基量:36mol%、平均重合度:450)、同BL−2H(水酸基量:29mol%)、同BL−10(水酸基量:28mol%)などや、クラレ(株)製の商品名;モビタールB20H(水酸基量:26〜31mol%、平均重合度:250〜500)、同30T(水酸基量:33〜38mol%、平均重合度:400〜650)、同30H(水酸基量:26〜31mol%、平均重合度:400〜650)、同30HH(水酸基量:30〜34mol%、平均重合度:400〜650)、同45H(水酸基量:26〜31mol%、平均重合度:600〜850)、同60T(水酸基量:34〜38mol%、平均重合度:750〜1000)、同60H(水酸基量:26〜31mol%、平均重合度:750〜1000)、同75H(水酸基量:26〜31mol%、平均重合度:1500〜1750)などが挙げられる。これらは、単独又は2種以上混合して使用してもよい。
【0027】
前記ポリビニルブチラール樹脂の含有量は、インキ組成物全量に対し、3.0質量%より少ないと、樹脂皮膜形成量が足りないおそれがあり、書き味やインキ垂れ下がり性能が劣りやすく、40.0質量%を越えると、ドライアップ時の書き出し性能やインキ中で溶解性が劣りやすいため、インキ組成物全量に対し、3.0〜40.0質量%が好ましい。さらに、書き出し性能やインキ垂れ下がり性能を考慮すれば7.0質量%以上が好ましく、30.0質量%を越えると、インキ粘度が高くなりすぎて書き味に影響する傾向があるため、7.0〜30.0質量%が好ましい。
【0028】
ポリビニルブチラール樹脂以外の樹脂は、インキ粘度調整樹脂や曳糸性付与樹脂を適宜用いてもよい。特に、曳糸性付与樹脂を配合することで、インキの結着性を高め、チップ先端における余剰インキ(泣きボテ)の発生を抑制しやすいため、曳糸性付与樹脂を含有することが好ましく、さらに、吸湿性があるため、前記ポリビニルブチラール樹脂によって、形成された皮膜を和らげ、ドライアップ時の書き出し性能も向上しやすいため、好ましい。曳糸性付与樹脂としては、ポリビニルピロリドンが好ましく、具体的には、アイエスピー・ジャパン(株)製の商品名;PVP K−15、PVP K−30、PVP K−90、PVP K−120などが挙げられる。これらは、単独又は2種以上混合して使用してもよい。
【0029】
本発明で用いる曳糸性付与樹脂の含有量は、油性ボールペン組成物中の全樹脂の含有量に対して0.1〜20.0%であることが好ましい。これは、曳糸性付与樹脂の含有量が全樹脂の含有量の0.1%未満となると、余剰インキ(泣きボテ)の発生を抑制しにくい傾向があり、20%を越えると、ポリビニルブチラール樹脂の効果を阻害しやすく、具体的には、チップ先端の樹脂皮膜の形成を阻害してしまいインキ垂れ下がりを抑制しづらくし、さらに弾力性があるインキ層を形成するのを阻害してしまい、書き味向上の効果が得られにくくしやすいためである。より余剰インキを抑制する傾向を考慮すれば、曳糸性付与樹脂の含有量は、全樹脂の含有量に対して1.0〜20.0%が好ましく、インキ垂れ下がり性能や書き味が向上する傾向を考慮すれば、1.0〜10.0%が好ましく、さらにその傾向を考慮すれば、2.0〜7.0%が好ましい。
【0030】
(有機溶剤)
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。
【0031】
これら有機溶剤の中でも、グリコールエーテル溶剤を用いることが好ましい。これは、グリコールエーテル溶剤を用いると、吸湿しやすいため、チップ先端部が乾燥したときに形成する皮膜の強度を和らげ、ドライアップ時の書き出し性能も向上しやすいためであり、前記ソルビタン脂肪酸エステルと併用するとより効果的である。さらに、グリコールエーテル溶剤以外の有機溶剤については、アルコール溶剤を用いることが好ましい。これは前記ソルビタン脂肪酸エステルや樹脂を用いる場合、溶解安定させて、長期間インキ中で安定させることができ、書き味、インキ垂れ下がり性能を向上することが可能となるためである。
【0032】
また、有機溶剤については、アルコール溶剤の含有量をX、グリコールエーテル溶剤の含有量をYとした場合、1≦X/Y≦10の関係であることが好ましい。これは、アルコール溶剤が多すぎると、ドライアップ時の書き出し性能に影響しやすいため、X/Y≦10が好ましく、一方、グリコールエーテル溶剤が多すぎても、水分を吸湿し過ぎて、樹脂皮膜が柔らかくなりインキ垂れ下がり性能や、インキ経時安定性にも影響しやすいため、1≦X/Yが好ましいためである。さらに、本発明で用いるソルビタン脂肪酸エステルとリン酸エステル系界面活性剤との相乗効果によりドライアップ時の書き出し性能が向上することを考慮すれば、1≦X/Y≦5が好ましい。
【0033】
また、有機溶剤の含有量は、溶解性、筆跡乾燥性、にじみ等を向上することを考慮すると、インキ組成物全量に対し、10.0〜70.0質量%が好ましい。また、グリコールエーテル溶剤の含有量は、チップ先端での乾燥性を考慮すれば、全有機溶剤に対し、10.0〜50.0質量%が好ましく、より好ましくは10.0〜30.0質量%である。また、アルコ−ル溶剤の含有量は、前記ソルビタン脂肪酸エステルや樹脂との溶解安定性を考慮すれば、全有機溶剤に対して30.0〜90.0質量%が好ましく、より好ましくは30.0〜60.0質量%である。
【0034】
(着色剤)
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。
【0035】
その中でも、酸性染料と芳香環を有するアミンとの造塩染料を選択することが好ましい。これは、該酸性染料を油性インキ中で安定させるために、芳香環を有するアミンで中和反応させて造塩染料とする。そこで酸性染料と芳香環を有するアミン間での強いイオン結合力が働いており、油性インキ中において、長期間インキ経時安定性を保つことができると推測できるためである。さらに芳香環を有するアミンは、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、芳香環を有することで、潤滑性を向上し、書き味やボール座の摩耗抑制を良好とすることが可能となる。これは、芳香環が、金属チップに吸着し易い潤滑層を形成することで、ボールとチップ本体間の金属接触を抑制する効果があり、潤滑性を向上して、書き味やボール座の摩耗抑制を良好とすると推測する。そのため、本発明では、酸性染料と芳香環を有するアミンとの造塩染料を用いることで、インキ経時安定性と、書き味やボール座の摩耗抑制を向上することが可能となるためである。そのため、前記造塩染料は、従来とは異なり、着色剤と潤滑剤との効果を併せ持つことが可能となる。特に、本発明に用いるソルビタン脂肪酸エステルとリン酸エステル系界面活性剤を用いた場合に、潤滑性において、相互作用が働き、よりボール座の摩耗の抑制と書き味を向上することが可能となるため、好ましい。
【0036】
酸性染料と芳香環を有するアミンとの造塩染料を用いた場合は、該造塩染料との相性により経時安定性や潤滑性を考慮すれば、更に塩基性染料と有機酸との造塩染料を含んでなることが好ましく、より考慮すれば、塩基性染料とアルキルベンゼンスルホン酸との造塩染料を含んでなることが好ましい。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1621、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、BASEOF 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。
【0037】
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が、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、ジオキサジン系、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。潤滑性を考慮すれば、顔料を含有することが好ましい。これは、顔料を用いることで、ボールとチップ本体の隙間に顔料粒子が入り込むことで、ベアリングのような作用が働きやすく、金属接触を抑制することで、潤滑性を向上し、ボール座の摩耗を抑制する効果が得られやすいためである。また、ボールペンチップ内部の隙間関係を考慮し、平均粒子径は、1〜300nmが好ましい。より好ましくは、1〜150nmである。ここで、また、平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定機(商品名「MicrotracHRA9320−X100」、日機装株式会社)を用いてレーザー回折法で測定される粒度分布の体積累積50%時の粒子径(D50)により測定することができる。これらの顔料は、単独又は2種以上組み合わせて使用してもかまわない。
【0038】
顔料の含有量は、着色剤としての効果を考慮すれば、インキ組成物全量に対し、0.01〜20質量%が好ましいが、本発明のように、潤滑性を向上するためには、インキ組成物全量に対し、0.01〜8.0質量%が好ましい。これは0.01質量%未満だと、潤滑性が十分ではなく、書き味やボール座の摩耗抑制を向上することが得られにくい傾向があり、8.0質量%を越えると、顔料粒子が多すぎて、潤滑性に影響が出やすいためである。さらに、前記ソルビタン脂肪酸エステルと、顔料とを併用した場合では、それぞれの相互作用により、ボール座の摩耗抑制を特段に向上しやすくする効果があり、それを考慮すれば、インキ組成物全量に対し、0.01〜1.0質量%が好ましく、より考慮すれば、インキ組成物全量に対し、0.1〜0.6質量%が好ましい。
【0039】
(有機アミン)
本発明で用いる有機アミンについては、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く、さらに考慮すれば、ジメチルアルキルアミンが好ましい。
【0040】
前記有機アミンの中でも、前記有機アミンと、着色剤、リン酸エステル系界面活性剤との安定性を考慮すれば、2級アミンまたは3級アミンを用いることが好ましい。これは、油性インキ中での反応性については、1級アミンが最も強く、次いで2級アミン、3級アミンと反応性が小さくなり、1級アミンは、前記着色剤、リン酸エステル系界面活性剤やその他の成分と反応しやすく、特に造塩染料と反応して、くすんだ色になりやすく、濃い筆跡が得られにくい。そのため、前記造塩染料との安定性を考慮すれば、2級アミンまたは3級アミンを用いることが好ましく、より考慮すれば、3級アミンを用いることが好ましい。
【0041】
さらに、前記有機アミンの全アミン価は、前記造塩染料、リン酸エステル系界面活性剤やその他の成分との安定性を考慮すれば、100〜300(mgKOH/g)とすることが好ましい。これは、300(mgKOH/g)を超えると、反応性が強いため、前記造塩染料、リン酸エステル系界面活性剤やその他の成分と反応し易いため、インキ経時安定性が劣りやすい。また、全アミン価が、100(mgKOH/g)未満であると、インキ中での前記造塩染料の安定性に影響が出やすく、さらに、リン酸エステル系界面活性剤を用いた場合は、リン酸エステル系界面活性剤に対する中和が不十分になり、インキ経時安定性に影響が出やすく、油性ボールペンとした場合、ボールやチップ本体などの金属類の吸着性が劣りやすく、潤滑性能が得られにくい。より前記造塩染料、リン酸エステル系界面活性剤との安定性や潤滑性をより考慮すれば、150〜300(mgKOH/g)の範囲が好ましく、より安定性を考慮すれば、200〜300(mgKOH/g)が好ましく、最も考慮すれば、230〜270(mgKOH/g)が好ましい。
なお、全アミン価については、1級、2級、3級アミンの総量を示すもので、試料1gを中和するのに要する塩酸に当量の水酸化カリウムのmg数で表すものとする。
【0042】
有機アミンについては、具体的には、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としては、具体的には、ナイミーンL−201(全アミン価:232〜246、2級アミン)、同L−202(全アミン価:192〜212、3級アミン)、同L−207(全アミン価:107〜119、3級アミン)、同S−202(全アミン価:152〜166、3級アミン)、同S−204(全アミン価:120〜134、3級アミン)、同S−210(全アミン価:75〜85、3級アミン)、同DT−203(全アミン価:227〜247、3級アミン)、同DT−208(全アミン価:146〜180、3級アミン)(日本油脂(株)社製)等が挙げられる。アルキルアミンとしては、具体的には、ファーミン80(全アミン価:204〜210、1級アミン)、ファーミンD86(全アミン価:110〜119、2級アミン)、ファーミンDM2098(全アミン価:254〜265、3級アミン)、ファーミンDM8680(全アミン価:186〜197、3級アミン)(花王(株))、ニッサン3級アミンBB(全アミン価:243〜263、3級アミン)、同FB(全アミン価:230〜250、3級アミン)(日本油脂(株)社製)等が挙げられる。これらは、単独又は2種以上混合して使用してもよい。
【0043】
前記有機アミンの含有量は、前記造塩染料やその他の成分との安定性を考慮すれば、インキ組成物全量に対し、0.1〜10.0質量%が好ましく、さらに後に説明するリン酸エステル系界面活性剤に対する中和を考慮すれば、0.2〜5.0質量%が好ましい。
【0044】
また、その他として、潤滑性を向上させるために、界面活性剤として、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤や、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、粘度調整剤として、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を、また、着色剤安定剤、可塑剤、キレート剤、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。
【0045】
本発明の油性ボールペン用インキ組成物の金属塩析出物の抑制などのインキ経時安定性、潤滑性を保つには、pH値を3.0〜10.0とすることが好ましい。これは、pH値が3.0未満だと、チップ本体内の金属イオンが溶出し易いため、金属塩析出物が発生し易く、pH値が10.0を越えると、インキ中の着色剤や界面活性剤のイオン結合が離れやすくなるため、インキ経時安定性、潤滑性、色調に影響が出やすい傾向があり、さらに顔料分散安定性が得られなくなってしまうためである。さらに、よりインキ経時安定性を考慮すれば、pH値が3.0〜9.0が好ましく、より考慮すれば、pH値が3.5〜8.0が好ましい。
【0046】
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。
【0047】
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5sec
−1におけるインキ粘度は10〜5000mPa・sとすることが好ましい。特に、インキ粘度を10〜5000mPa・sとするのに加えて、100mあたりのインキ消費量をC(mg)、前記ボール径をD(mm)とした場合、40≦C/D≦100の関係として、従来のボールペンとは異なる関係とすることで、より相乗的にボールの回転抵抗を抑制しやすいため、潤滑性を向上し、書き味を向上しやすい。また、20℃、剪断速度5sec
−1におけるインキ粘度が500mPa・s未満の場合では、インキ垂れ下がりを抑制しづらいため、インキ粘度は500〜5000mPa・s、が好ましい。また、書き味やインキ垂れ下がり抑制をより向上することを考慮すれば、前記インキ粘度は1000〜4000mPa・sがより好ましく、さらに、より考慮すれば、1500〜3500mPa・sが最も好ましい。
【0048】
(ボールペンチップ)
また、本発明で用いるボールペンチップのボール表面の算術平均粗さ(Ra)については、0.1〜15nmとすることが好ましい。これは、算術平均粗さ(Ra)が0.1nm未満だと、ボール表面に十分にインキが載りづらく、筆記時に濃い筆跡が得られづらく、筆跡に線とび、カスレが発生しやすく、算術平均粗さ(Ra)が15nmを越えると、ボール表面が粗すぎて、ボールとボール座の回転抵抗が大きいため、書き味が劣りやすく、さらに、筆跡にカスレ、線とび、線ムラなどの筆記性能に影響が出やすくなるためである。特に、後に記載するポリビニルブチラール樹脂を用いる場合では、前記算術平均粗さ(Ra)が0.1〜10nmのボール表面にインキが載りやすいためより好ましい。また、前記ソルビタン脂肪酸エステルによる、ボール座の摩耗抑制効果を発揮しやすくすることを考慮すれば、1〜8nmが好ましく、さらに前記アルキル基に含まれる炭素数が6〜12であるソルビタン脂肪酸エステルは2〜7nmであると、ボールの表面に残りやすいため、ボール座の摩耗抑制効果が得られやすいため、好ましい。なお、表面粗さの測定は(セイコーエプソン社製の機種名SPI3800N)で求めることができる。
【0049】
また、ボールに用いる材料は、特に限定されるものではないが、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金ボール、ステンレス鋼などの金属ボール、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、シリカ、ジルコニアなどのセラミックスボール、ルビーボールなどが挙げられる。書き味やボール座の摩耗、経時安定性を考慮してセラミックスボールとすることが好ましい。また、ボールの直径は、特に限定されないが、一般的には0.25mm〜2.0mm程度である。
【0050】
また、ボ−ルペンチップの材料は、ステンレス鋼、洋白、ブラス(黄銅)、アルミニウム青銅、アルミニウムなどの金属材、ポリカーボネート、ポリアセタール、 ABSなどの樹脂材が挙げられるが、ボール座の摩耗、経時安定性を考慮するとステンレス製のチップ本体とすることが好ましい。
【0051】
また、インキ消費量については、100mあたりのインキ消費量が30mg未満だと、濃い筆跡や、良好な書き味が得られにくいため、30mg以上が好ましく、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垂れ下がりが発生しやすく、泣きボテも発生しやすいため、70mg以下が好ましい。そのため、油性ボールペンの100mあたりのインキ消費量が30〜70mgが好ましく、より濃い筆跡にするには、40mg以上が好ましく、よりインキ垂れ下がり性能や泣きボテを向上するには、60mg以下が好ましく、そのため、40〜60mgが好ましい。
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。
【0052】
また、より濃い筆跡にするにはインキ消費量を設定するだけではなく、ボール径との関係も重要である。前記油性ボールペンの100mあたりのインキ消費量をC(mg)、前記ボール径をD(mm)とした場合、40≦C/D≦100の関係とし、従来とは異なる関係とすることで、より濃い筆跡になりやすい。また、40≦C/D≦100の関係については、40>C/Dだと、ボール径に対して、インキ消費量が十分ではなく、濃い筆跡や、良好な書き味が得られにくく、C/D>100だと、ボールとチップ先端の間隙よりインキ垂れ下がりや、泣きボテが発生し、筆跡乾燥性にも影響しやすい。より濃い筆跡とインキ垂れ下がりを考慮すれば、50≦C/D≦80の関係とすることが好ましい。具体的に例を挙げると、ボール径をD(mm)=0.7(mm)の場合、100mあたりのインキ消費量C(mg)は、C=30〜70(mg)とすることで、40≦C/D≦100の関係とすることができる。
【0053】
本発明で用いるインキ収容筒としては、耐薬品性、水分透過性、空気透過性等の観点から採用可能な材料に制限がある。その点、従来からポリプロピレンを材料として用いることが、好ましい。しかし、本発明では、ポリビニルブチラール樹脂を用いた場合、ポリプロピレンのインキ収容筒と非常に親和性が強く、インキ収容筒内をインキが移動する際、インキが内壁に付着しやすく、インキ残量が分かりづらい。そのため、ポリプロピレンをインキ収容筒とする場合はそのインキ収容筒内壁をシリコーンで処理することが好ましい。これは、シリコーンをインキ収容筒内壁に塗布することで、収容筒材料であるポリプロピレンとインキとが直接接することなく、あくまでもシリコーンを中間に介在させた関係を維持し、インキが移動する際において収容筒内壁への付着防止することが可能ある。
【0054】
シリコーンの材料としては、ジメチルシリコーン、メチルフェニルシリコーン、メチル水素シリコーン、アルキルアラルキルシリコーン、ポリエーテルシリコーン、高脂肪酸エステル脂肪酸シリコーンなどが挙げられ、その中でも、付着防止性が優れ、非反応性であるため、油性インキ成分に対しても安定性を考慮すれば、アルキルアラルキルシリコーンが好ましい。塗布の方法は押出成形時において内壁に同時に均一に塗布することが最も効果的である。
【0055】
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、有機溶剤に顔料と顔料分散剤を添加し分散機で分散させた後、染料、有機溶剤、ポリビニルブチラール樹脂、ソルビタン脂肪酸エステル、曳糸性付与樹脂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。
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20℃の環境下で剪断速度5sec
−1(回転数2.5rpm)にて実施例1のインキ粘度を測定したところ、インキ粘度3000mPa・sであった。
また、実施例1の100mあたりのインキ消費量Cは、ボール径D=0.7mmのボールペンでらせん筆記試験を行ったところ、40mg/100mで、C/D=57であった。
【0056】
実施例1
着色剤(有機酸と塩基性染料との造塩染料) 5.0質量%
着色剤(酸性染料と有機アミンとの造塩染料) 5.0質量%
顔料分散体(Pigment Blue60) 3.0質量%
ソルビタン脂肪酸エステル 3.0質量%
アルコール溶剤(ベンジルアルコール) 42.5質量%
グリコールエーテル溶剤(エチレングリコールモノフェニルエーテル)25.0質量%
リン酸エステル系界面活性剤 2.0質量%
有機アミン(ジメチルアルキルアミン(3級アミン) 2.0質量%
ポリビニルブチラール樹脂
(水酸基量:36mol%、平均重合度:300) 12.0質量%
曳糸性付与樹脂(ポリビニルピロリドン樹脂) 0.5質量%
【0057】
実施例2〜9
表に示すように、各成分、チップ仕様を変更した以外は、実施例1と同様な手順でインキ配合し、実施例2〜9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。
【表1】
【0058】
比較例1〜6
表に示すように、各成分、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1〜6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。
【表2】
【0059】
試験及び評価
実施例1〜9及び比較例1〜6で作製した油性ボールペン用インキ組成物を、シリコーンでインキ収容筒(ポリプロピレン製)内壁に塗布したインキ収容筒の先端に、ボール(φ0.7mm)を回転自在に抱時したボールペンチップ(ボールの縦軸方向の移動量:12μm)を装着するとともに、インキ収容筒内に、実施例1の油性ボールペン用インキ(0.4g)を直に収容してボールペンレフィルを(株)パイロットコーポレーション製の油性ボールペン(商品名:アクロボール(登録商標)に配設して、油性ボールペンを作製し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。
【0060】
耐摩耗試験(ボール座の摩耗試験):荷重200gf、筆記角度70°、4m/minの走行試験機にて筆記試験後のボール座の摩耗を測定した。
ボール座の摩耗が5μm未満のもの ・・・◎
ボール座の摩耗が5μm以上、10μm未満であるもの ・・・○
ボール座の摩耗が10μm以上、20μm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・・・×
【0061】
高荷重耐摩耗試験(ボール座の摩耗試験):荷重400gf、筆記角度70°、4m/minの走行試験機にて筆記試験後のボール座の摩耗を測定した。
ボール座の摩耗が5μm未満のもの ・・・◎
ボール座の摩耗が5μm以上、10μm未満であるもの ・・・○
ボール座の摩耗が10μm以上、20μm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・・・×
【0062】
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 ・・・◎
滑らかであるもの ・・・○
実用上問題ないレベルの滑らかさであるもの ・・・△
重いもの ・・・×
【0063】
ドライアップ性能試験:手書き筆記した後、チップ先端部を出したまま20℃、65%RHの環境下に30分放置し、その後、走行試験で下記筆記条件にて筆記し、書き出しにおける筆跡カスレの長さを測定した。
<筆記条件>筆記荷重70gf、筆記角度70°、筆記速度4m/minの条件で、走行試験機にて直線書きを行い評価した。
筆跡カスレの長さが、10mm未満であるもの ・・・◎
筆跡カスレの長さが、10mm以上、20mm未満であるもの ・・・○
筆跡カスレの長さが、20mm以上、40mm未満であるもの ・・・△
筆跡カスレの長さが、40mm以上であるもの ・・・×
【0064】
インキ垂れ下がり性能試験:30℃、85%RHの環境下にペン先下向きで7日放置し、チップ先端からのインキ漏れを確認した。
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未満のもの ・・・○
チップ先端のインキ滴がテーパー部の1/4以上、1/2未満のもの・・・△
チップ先端のインキ滴がテーパー部の1/2以上のもの・・・×
【0065】
実施例1〜9では、耐摩耗試験・高荷重耐摩耗試験(ボール座の摩耗試験)、書き味、ドライアップ性能試験、インキ垂れ下がり性能試験ともに良好な性能が得られた。
【0066】
比較例1、3、4、5では、ソルビタン脂肪酸エステルを用いなかったため、耐摩耗試験・高荷重耐摩耗試験において(特に高荷重耐摩耗試験)、ボール座の摩耗がひどく筆跡にカスレが発生し、筆記不良になるものや、書き味が重いものがあり、全体的に劣っていた。
【0067】
比較例2、3、6では、リン酸エステル系界面活性剤を用いなかったため、ドライアップ性能試験において、筆跡カスレが劣ってしまった。
【0068】
比較例6では、ソルビタン脂肪酸エステルの代わりに、シリコーン系界面活性剤を用いたため、書き味が劣ってしまい、耐摩耗試験・高荷重耐摩耗試験においてもボール座の摩耗が劣ってしまった。
【0069】
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を用いた場合では、ドライアップ性能やインキ垂れ下がり性能が最も重要な性能の1つであるため、少なくとも本発明のようなソルビタン脂肪酸エステルとリン酸エステル系界面活性剤と、ポリビニルブチラール樹脂とを併用すると効果的である。
【0070】
また、本実施例では、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たボールペンレフィルを軸筒内に配設した油性ボールペンを例示したが、本発明の油性ボールペンは、軸筒自体をインキ収容筒とし、軸筒内に、油性ボールペン用インキ組成物を直に収容した直詰め式の油性ボールペンであっても良く、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たもの(ボールペンレフィル)をそのままボールペンとして使用した構造であっても良い。