JP5423584B2

JP5423584B2 - ボールペン

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Publication number: JP5423584B2
Application number: JP2010125357A
Authority: JP
Inventors: 洋勝初谷; 俊一郎町田; 良名須川
Original assignee: Pentel Co Ltd
Current assignee: Pentel Co Ltd
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-05-31
Also published as: JP2011251433A

Description

筆記部材としてのボールと、このボールを先端開口部から一部突出して抱持するボールホルダーとから少なくともなるボールペンチップを使用するボールペンに関するものである。

従来、筆記具として使用する前のインキの乾燥や経時劣化を防止する為に、ボールペンチップの先端の外部に加熱溶融した被覆樹脂を固着させることが特許４３０５６０１号公報（特許文献１）や、特開平２００１−２２５５８４号公報（特許文献２）に記載の発明に開示されている。

特許４３０５６０１号公報（特許請求の範囲）特開２００１−２２５５８４号公報（特許請求の範囲）

しかしながら、上記の特許文献に開示されているボールペンでは、加熱溶融した被覆樹脂の固化時の収縮や、固着する固着部位の形状や、金属表面の微細な凹凸の影響で、微小ではあるが空気の通る隙間が生じ、インキと空気の接触を完全に防止できず、店頭や倉庫などで長期にわたる保存をした場合は、ペン先のインキの乾燥を引き起こし筆記不能となる場合があった。また、被覆樹脂はボールペンの使用時に取り外すことを想定しているのでボールペンチップ先端との固着力は比較的弱いことがあり、それがボールペンの搬送時の振動や店頭での陳列時での落下のような外部よりの衝撃を受けた場合に外れてしまうことがあり、ペン先のインキの乾燥を引き起こし筆記不能となる場合があった。

本発明は、筆記部材としてのボールと、このボールを先端開口部から一部突出して抱持するボールホルダーとから少なくともなるボールペンチップを使用するボールペンにおいて、前記ボールペンチップ内部のインキよりも先端部分に、インキと相溶しない、粘度が１，０００ｍＰａ・ｓ以上１００，０００ｍＰａ・ｓ以下（せん断速度０．３５（１／ｓｅｃ）、２５℃）で、比重がインキに対して１．１倍以上である液状物を配置したボールペンを要旨とするものである。

ボールペンチップ内部のインキよりも先端部分に、インキと相溶しない、粘度が１，０００ｍＰａ・ｓ以上１００，０００ｍＰａ・ｓ以下（せん断速度０．３５（１／ｓｅｃ）、２５℃）で、比重がインキに対して１．１倍以上である液状物を配置することで、ボールペンの使用前にインキと空気の接触を防止し、ペン先乾燥を防止することが可能となる。尚、上記液状物はボールペンを使用する時に、ボールを紙面等に接触させて回転を加えると、そのボールの回転に伴って、ボールペンチップ先端より吐き出され、その後にインキがボールに付着し、同様に吐き出されるためボールペンとして使用可能とすることができる。

本発明のボールペンの縦断面図。図１のＩＩ部拡大図

まず、ボールペンの構造について説明する。ボールペンはインキ収容管に直接、または接続部材を介してボールペンチップが接続されている。インキ収容管及び接続部材内部と、前記ボールペンチップ内部にはインキが収容されており、ボールペンチップ内部のインキよりも先端部分には液状物が配置されている。

また、前記インキ収容管内のインキの後方には、インキの後方への移動防止等の為、逆流防止体を配置することも可能である。更に、前記ボールペンチップ内部にボールを前方へ押圧付勢させる弾撥体を配置することも可能である。

インキ収容管とボールペンチップとの径に差がある場合など、接続部材を介在させることができる。接続部材は、ステンレス等の金属や、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレンテレフタレートなどの合成樹脂が使用でき、特に合成樹脂は、製造の容易さやインキ色の視認性などから好適に使用される。また、着色を施したり、顔料や体質材などを配合することなども適宜なせる。

前記インキ収容管または接続部材に接続されるボールペンチップは、先端に筆記部材としてのボールと、このボールを先端開口部から一部突出して抱持するボールホルダーとから少なくともなり、ボールホルダーの素材としてはステンレスや洋白、真鍮等の金属で形成されており、加工性を重視するために、切削性が高く、塑性変形性に富んだものが望ましい。また、ボールの素材としては、炭化タングステン、チタン、コバルト、クロム、ニッケル等を主成分とした超硬材や、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタン、アルミナ、ジルコニア等のセラミックなどが使用できる。

前記ボールペンチップ内部のインキよりも先端部分に配置されている液状物は、インキと空気の間に介在させて、インキと空気の接触を防止し、ペン先乾燥を防止するものである。難揮発性または不揮発性流体をそのまま使用しても良いが、基材をゲル化剤によってゲル化させたり増粘剤により増粘させたものを使用することもできる。いずれにしても、粘度を１，０００ｍＰａ・ｓ以上１００，０００ｍＰａ・ｓ以下（せん断速度０．３５（１／ｓｅｃ）、Ｅ型粘度計、ＳＴロータ、１ｒｐｍ、２５℃）とする必要がある。

前記液状物の粘度が１０００ｍＰａ・ｓより小さい場合は、ボールとボールホルダーとの隙間より、前記液状物が外部へ洩れ出してしまう虞がある。また、粘度が１００，０００ｍＰａ・ｓより大きい場合は、ボールペンを使用する際にボールの回転が前記液状物の粘度によって阻害されたり、ボールが回転しても前記液状物がそれに追従せずに外部に吐き出されない虞がある。

また、この液状物は、前記インキと相溶しない必要があるため、水性には油性または疎水性、ＳＰ値の小さい基材を、また油性インキには水性または親水性、ＳＰ値の大きい基材が使用される。よって、水性インキやアルコール系、グリコール系溶剤を用いた油性インキの場合、前記液状物の基材として使用できる流体としては、具体的にはフタル酸ジ−２−エチルヘキシル（比重０．９９）、フタル酸ジブチル（比重１．０５）といったフタル酸エステル類、リン酸トリクレジル（比重１．１７５）といったリン酸エステル類、アジピン酸ジ−２−エチルヘキシル（比重０．９３）やアジピン酸イソデシル（比重０．９２）といったアジピン酸エステル類、セバシン酸ジ−２−エチルヘキシル（比重０．９２）といったセバシン酸エステル類、トリメリット酸トリ−２−エチルヘキシル（比重０．９９）といったトリメリット酸エステル類、クエン酸トリエチル（比重１．１４）やアセチルクエン酸トリブチル（比重１．０４）といったクエン酸エステル類、エポキシ化大豆油（比重０．９９）やエポキシ化アマニ油（比重１．０４）といったエポキシ化植物油やエポキシ化脂肪酸エステル（比重０．９２〜０．９７）、ポリエステル系可塑剤（比重１．０２〜１．１２）のような可塑剤が挙げられる。また、ポリブテン（比重０．８２〜０．９０）、ポリブタジエン（比重０．９０）、流動パラフィン（比重０．８５〜０．９０）、α−オレフィンオリゴマー（比重０．８２〜０．８５）といった液状オリゴマーや液状ゴムが挙げられ、ポリジメチルシリコーン（比重０．７５〜１．００）、ポリエーテル変性シリコーン（比重１．００〜１．１０）、フッ素変性シリコーン（比重１．２５〜１．３０）などのシリコーンオイルが挙げられ、パラフィン系・ナフテン系・アロマ系プロセスオイル（比重０．８５〜１．０５）やエクステンダーオイル等の鉱物油、植物油、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、ワセリン等の油脂類が挙げられ、ホスファロールＮＦ４６（比重１．７６）、同ＮＦ６８（比重１．７８）、同ＮＦ１００（比重１．７９）（以上、大塚化学（株）製）などのフルオロアルコキシシクロトリホスファゼンが挙げられ、エンパラ４０（比重１．１４〜１．１７）、同７０（比重１．６０〜１．７０）、同ＡＲ５００（比重１．２３〜１．２０）、同Ｋ４３（比重１．１２〜１．１５）、同Ｋ４５（比重１．１５〜１．１８）、同Ｋ４７（比重１．１９〜１．２２）、同Ｋ５０（比重１．２３〜１．２６）（以上、味の素（株）製）などの塩素化パラフィンが挙げられる。また極性の小さい炭化水素系の溶剤を用いたインキの場合、極性の大きい溶剤を使用する。具体的には水の他に、極性が大きい多価アルコールのエチレングリコール（比重１．１１）、プロピレングリコール（比重１．０４）、グリセリン（比重１．２５）、グリセリンモノアセテート（比重１．２１）、ジエチレングリコール（比重１．１２）、テトラエチレングリコール（比重１．１２）、トリメチロールプロパン（比重１．１８）、１，３−ブタンジオール（比重１．０１）、１，４−ブタンジオール（比重１．０２）、ポリプロピレングリコール（比重１．１２〜１．２０）、ポリエチレングリコール（比重１．００〜１．０９）などが使用できる。これらは単独もしくは混合して使用可能である。これらは１種もしくは２種以上、併用して使用できる。

前記液状物の粘度を調整するために、液状物のゲル化剤および／または増粘剤は従来公知のものが使用できる。具体例としては、前記液状物の基材に低極性の溶剤を用いた場合、微粒子シリカよりなるアエロジルＲ９７２、同Ｒ９７４、同２００（以上、日本アエロジル（株）製）、脂肪酸アマイドよりなるディスパロンＡ６７０−２０Ｍ、同６９００−２０Ｘ（以上、楠本化成（株）製）、ソロイド（三晶（株）製）などのセルロース系のもの、更に金属セッケン類、ベントナイト、デキストリンなどを用いることができ、基材に高極性の溶剤を用いた場合、グァーガム、ヒドロキシプロピル化グァーガム、カルボキシメチルヒドロキシプロピル化グァーガム、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、キサンタンガム、ウエランガム、ラムザンガム、ジェランガム、アルギン酸、アルギン酸ソーダ、アルギン酸アンモニウム、アルギン酸カリウム、アルギン酸プロピレングリコールエステル、ローカストビーンガム、タマリンドガム、アラビアガム、トラガカントガム、カラヤガム、カラギーナン、サクシノグルカン等の水溶性多糖類、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、アクリル酸アルキル／アクリルアミド共重合体、Ｎ−ビニルアセトアミド共重架橋物などの合成高分子、スメクタイト等の粘度系鉱物などを添加することができ、これらは、単独もしくは２種以上混合して使用できる。こういったゲル化剤に関しては、単にゲル化剤を多く添加すれば、その構造がより強固になると考えられるが、ゲル化剤の増粘方法、ゲル構造の違いにより、上記物性値を得ることができないことがある。尚、基材として水を用いた場合、前記液状物のカビ発生防止のためにデヒドロ酢酸ナトリウム、１，２−ベンゾチアゾリン−３−オン、安息香酸ナトリウムなどの防腐防カビ剤を適量加えることができる。また、水などの蒸発しやすい材料では、蒸発抑制の為に、この基材に不溶及び／または難溶の不揮発性及び／または難揮発性の有機溶剤、またはこれらを粘度調整したものが使用できる。

更に前記液状物は、比重がインキに対して１．１倍以上に調整されているものである。インキに対して比重を１．１倍以上にすることで、遠心力などにより、確実に液状物をインキよりも前方に配置することが可能であるとともに、ボールペンにてペン先を床方向にして長期保存する場合でも、重力にて前記液状物が反ボールペンチップ側に浮上することが防止できるので好ましい。具体的には液状物の基材に比重の高い塩素化パラフィンを使用することなどが有効である。

使用するインキとしては、主溶剤を水とした水性インキや、主溶剤を有機溶剤とした油性インキでも使用可能である。また染料や顔料どちらかまたは両方を混合させたものを使用でき、ゲル化剤などによって静置時での粘度を付加したものでも良い。更に、水性成分を油性成分中に分散したＷ／Ｏ型エマルションインキや、油性成分を水中に分散したボールペン用Ｏ／Ｗ型エマルションインキなども使用でき、特に制限は設けない。

インキ収容管内のインキの後方に配置する逆流防止体は、Α−オレフィンやポリブテンなどのゲル化物、シリコーンオイルなどの高粘度流体があげられる。この逆流防止体は、特に低粘度のインキを使用した場合のインキが後方への移動を抑制することに有効である。

前記液状物をボールペンチップ内部のインキよりも先端部分に配置させる方法としては、ボールペンチップ内部に予め液状物を充填したものをインキを充填したインキ収容管と接続させる方法や、インキ収容管内部に前記液状物、インキ、必要な場合は逆流防止体を配置し、ボールペンチップを接続した後に、遠心することで、各組成物の比重差により液状物はボールペンチップ先端部に、インキは液状物の後部に、逆流防止体はインキの後部にそれぞれ配置させることも可能であるが、液状物は、予めインキよりもボールペンチップ側に充填してから遠心することが好ましい。

以下、図面に基づき一例について説明する。

図１に示したものは、ボールホルダー２とインキ収容管３とが接合されたボールペンの一例である。ボールホルダー２は、筆記部材としてのボール１を一部突出した状態で回転自在に抱持しており、ボールホルダー２のインキ収容管３の内孔と連通する後孔６内にコイルスプリング７を配置してボール１を前方に付勢している。このコイルスプリング７の後端は、ボールホルダー２の後端部をかしめて縮径した部分にて抜け止めされている。

インキ収容管３の内部には、インキ４が収容されており、インキ４が後方には逆流防止体５が収容されている。尚、図１においては、外装体に収容されて使用される、所謂リフィルと称されるものとして示してあるが、外装についての図示及び説明は省略する。

図１のＩ部拡大図である図２に示すように、ボールホルダー２の内孔は、ボール１の直径よりも小径とした先端開口部２ａと、ボール１の後方移動規制をなす内方突出部８にて、ボール１が移動し得る範囲としてのボール抱持室９を形成している。また、この内孔は、内方突出部８の中心部に形成される中心孔１０、内方突出部８の間に形成される放射状溝１１、前記後孔６を有している。そして、図３内では後孔６から中心孔１０及び放射状溝１１に至る部分にはインキ４が充填されており、更に前記インキ４よりも先端部分であるボール抱持室９から先端開口部２ａに至る部分には液状物１２が配置されている。ただし、前記液状物１２は前記インキ４よりも先端部分であれば、その量に制限はないが、実際の使用においては使用者の利便性を考慮し、３０ｃｍ以下の筆記で完全に吐き出される事が望ましい。

以下に、各実施例及び比較例で使用する液状物、インキ、逆流防止体の組成を示す。

（液状物１）
エンパラＡＲ−５００（基材、塩素化パラフィン、味の素（株）製）１００重量部
上記成分の粘度は１，２５０（ｍＰａ・ｓ）（せん断速度０．３５（１／ｓｅｃ）、２５℃）で比重は１．２５（ｇ／ｃｍ^３）である。

（液状物２）
ＨＶ−１５（基材、ポリブテン、日本石油（株）製）２２．５重量部
エンパラＫ４３（基材、塩素化パラフィン、味の素（株）製）２２．５重量部
エンパラＫ４７（基材、塩素化パラフィン、味の素（株）製）４５．０重量部
アエロジルＲ９７２（ゲル化剤、シリカ、日本アエロジル（株）製）２．５重量部
レオパールＴＬ（ゲル化剤、パルミチン酸デキストリンエステル、千葉製粉（株）製）
７．０重量部
ドデシルベンゼン０．５重量部
上記各成分を容器に入れ、温度を１２０℃に加熱しながら撹拌を２〜３時間行い、液状物２を得た。尚、粘度は３５，０００ｍＰａ・ｓ（せん断速度０．３５（１／ｓｅｃ）、２５℃）で、比重は１．１３（ｇ／ｃｍ^３）である。

（液状物３）
ＨＶ−５０（基材、ポリブテン、日本石油（株）製２０．０重量部
エンパラＫ−５０（基材、塩素化パラフィン、味の素（株）製２０．０重量部
エンパラＡＲ−５００（基材、塩素化パラフィン、味の素（株）製）４０．０重量部
アエロジルＲ９７２２．０重量部
レオパールＴＬ４．０重量部
上記各成分を容器に入れ、温度を１２０℃に加熱しながら撹拌を２〜３時間行い、液状物３を得た。尚、粘度は７８，０００ｍＰａ・ｓ（せん断速度０．３５（１／ｓｅｃ）、２５℃）で、比重は１．２５（ｇ／ｃｍ^３）である。

（液状物４）
エンパラＫ４３（基材、塩素化パラフィン、味の素（株）製）１００重量部
上記成分の粘度は１１０（ｍＰａ・ｓ）（せん断速度０．３５（１／ｓｅｃ）、２５℃）で比重は１．１２（ｇ／ｃｍ^３）である。

（液状物５）
エンパラＫ５０（基材、塩素化パラフィン、味の素（株）製）１００重量部
上記成分の粘度は９００（ｍＰａ・ｓ）（せん断速度０．３５（１／ｓｅｃ）、２５℃）で比重は１．２４（ｇ／ｃｍ^３）である。

（液状物６）
ポリブテンＨＶ−１５１５．０重量部
エンパラＫ４５２０．０重量部
エンパラＫ５０５４．０重量部
アエロジルＲ９７２４．０重量部
レオパールＴＬ７．０重量部
上記各成分を容器に入れ、温度を１２０℃に加熱しながら撹拌を２〜３時間行い、液状物６を得た。尚、粘度は１２３，０００ｍＰａ・ｓ（せん断速度０．３５（１／ｓｅｃ）、２５℃）で、比重は１．１３（ｇ／ｃｍ^３）である。

（水性インキ）
ＦＵＪＩＳＰＢＬＡＣＫ８９２２（黒色顔料ベース、冨士色素（株）製）
１８．０重量部
プロピレングリコール２５．０重量部
プロクセルＧＸＬＳ０．２重量部
ケルザンＡＲ０．５重量部
水５６．３重量部
上記成分を混合し、攪拌機にて２時間攪拌して、粘度２，２００（ｍＰａ・ｓ）、比重１．０３（ｇ／ｃｍ^３）の黒色水性インキを得た。

（油性インキ）
スピロンブラックＧＭＨスペシャル（染料、保土ヶ谷化学工業（株）製）
１５．０重量部
バリファストバイオレット＃１７３１（染料、オリヱント化学工業（株）製）
１５．０重量部
ジエチレングリコールモノメチルエーテル４０．０重量部
ベンジルアルコール１７．５重量部
レジンＳＫ（ケトン樹脂、デグサ社製）１２．０重量部
ＰＶＰＫ−９０（ポリビニルピロリドン、ＩＳＰジャパン（株）製）
０．５重量部
上記成分を混合し、攪拌機にて８０℃で２時間攪拌して、粘度９，５００（ｍＰａ・ｓ）、比重１．０５（ｇ／ｃｍ^３）の黒色油性インキを得た。

（逆流防止体）
ポリブテンＨＶ−１５９４．０重量部
アエロジルＲ９７２４．０重量部
レオパールＫＥ２．０重量部
上記各成分を容器に入れ、温度を１２０℃に加熱しながら撹拌を２〜３時間行い、粘度４２，０００（ｍＰａ・ｓ）、比重０．８３（ｇ／ｃｍ^３）の逆流防止体を得た。

上記で作製した液状物１〜６、及び水性インキ、油性インキ、逆流防止体を用いて各実施例及び比較例となる試験用ボールペンを作製した。

水性インキを用いた試験用ボールペンは、インキ収容管内のボールペンチップ及び接続部材を接続する側から順番に各液状物を０．０１ｇ、水性インキを０．８ｇ、逆流防止体を０．０９ｇを充填し、ボールペンチップ及び接続部材を接続し、遠心機にてペン先方向に遠心力を加えて水性インキ及び各液状物、逆流防止体中の気泡を脱気して作製した。尚、ボールペンの構造及び部品は、市販の水性ボールペン（ハイブリッドテクニカ、製品符号ＫＮ１０５、ぺんてる（株）製（ボール径φ０．５））と同じものを使用した。

また、油性インキを用いた試験用ボールペンは、インキ収容管内のボールペンチップを接続する側から順番に液状物２を０．０１ｇ、前記油性インキを０．３ｇを充填し、ボールペンチップを接続し、遠心機にてペン先方向に遠心力を加えて油性インキ及び液状物２中の気泡を脱気して作製した。尚、ボールペンの構造及び部品は、市販の油性ボールペン（．ｅ−ｂａｌｌ、製品符号ＢＫ１２７、ぺんてる（株）製（ボール径φ０．７））と同じものを使用した。

表１に基づいて作製した試験用ボールペン１〜１３をそれぞれ各３本ずつ用意し、温度６０℃湿度８０％の恒温槽で３ヶ月間放置した。その後、恒温槽から取り出し、室温の条件下にて螺旋筆記試験機（ＳＥＩＫＩＫＯＧＹＯＬＡＢ．製ＷＲＩＴＩＮＧＴＥＳＴＥＲ、ＭＯＤＥＬＴＳ−４Ｃ−１０）にて、筆記角度を７０°、筆記荷重を９８１ｍＮ、筆記速度を７ｃｍ／ｓｅｃ、ボールペンサンプルの自転を、１ｍ毎に一回転させる条件で行い、上質紙上に連続した螺旋状の筆跡を書き始めから１００ｍまで筆記した。その筆跡を目視で確認した。但し、液状物の吐出を考慮し、１０ｍ筆記後以降の筆跡にて判定を行った。

結果を下記表２に示す。

１ボール
２ボールホルダー
２ａ先端開口部
３インキ収容管
４インキ
５逆流防止体
６後穴
７コイルスプリング
８内方突出部
９ボール抱持室
１０中心孔
１１放射状溝
１２液状物

Claims

筆記部材としてのボールと、このボールを先端開口部から一部突出して抱持するボールホルダーとから少なくともなるボールペンチップを使用するボールペンにおいて、前記ボールペンチップ内部のインキよりも先端部分に、インキと相溶しない、粘度が１，０００ｍＰａ・ｓ以上１００，０００ｍＰａ・ｓ以下（せん断速度０．３５（１／ｓｅｃ）、２５℃）で、比重がインキに対して１．１倍以上である液状物を配置したボールペン。