(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
着色剤としての顔料と、極圧添加剤としてのフェニルスルホン酸と、高級脂肪酸アルカリ塩とを少なくとも含むことを特徴とするボールペン用インキ。
【請求項２】
前記フェニルホスホン酸を０．０１〜５．０重量％含むことを特徴とする請求項１記載のボールペン用水性インキ。
【請求項３】
前記高級脂肪酸アルカリ塩を０．１〜５．０重量％含むことを特徴とする請求項１記載のボールペン用インキ。
【請求項４】
超硬合金からなる転写ボール及びステンレス鋼からなる金属チップを具備したインキ収容管に、請求項１乃至３何れか１項記載のボールペン用水性インキを充填していることを特徴とするボールペン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールペン用水性インキに関するものである。更に詳しくは、ボールペンのステンレス鋼等からなる金属チップと、そのボール受け座に抱持される金属やセラミックなどからなる転写ボールとの間の潤滑性を向上させることができるボールペン用水性インキ、及び該ボールペン用水性インキを充填したボールペンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボールペンには、ステンレス鋼等からなる金属チップと、該金属チップのボール受け座に抱持される金属やセラミックなどからなる転写ボールとでなるものがあった。このようなボールペンに用いられる水性インキは、水溶性染料または水分散性顔料からなる着色剤に、蒸発抑制剤として水溶性有機溶剤、その他に水、防錆剤、防腐剤等を加えられて構成されている。しかし、このような構成のボールペン用水性インキでは、転写ボールとこの転写ボールを抱持する金属チップのボール受け座との間の潤滑性が劣るため、筆記時における転写ボールの回転によりボール受け座を摩耗し易く、その結果、転写ボールで転写されるインキ吐出量が均一でなくなり、筆記線がかすれ、更に、摩耗量が大きくなると筆記不能になるといった欠点が有った。
この欠点を改良すべく開発されたボールペン用水性インキは、高級脂肪酸、エステル、アミン等の油性剤と呼ばれる潤滑剤を添加することが試みられている。しかしながら、これらの油性剤を使用したボールペン用水性インキでも、比較的筆圧が低かったり、筆記速度が遅い場合には、ボール受け座の摩耗はほとんどないが、比較的筆圧が高かったり筆記速度が速いと、ボール受け座が著しく摩耗され、重い筆感、筆記かすれ、筆記不能等の不都合が生ずる。
一方、最近では特に、細い筆記線の得られるボールペンに対する要望が強く、転写ボール径の小さい細書き用ボールペンの開発が盛んに行われている。転写ボール径が小さくなると、同じ力で筆記した時のボール受け座に対する転写ボールの筆圧が高くなるため、ボール受け座の摩耗を起こしやすくなる。そこで、上記した油性剤だけではこの不都合を解決するに至らず、その他の潤滑剤が希求されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ボールペンにおいてステンレス鋼等の金属チップが用いられた場合、転写ボールと、この転写ボールを抱持するボール受け座との間の潤滑性を向上させることにあり、ボール受け座の摩耗を最小限にすることができるボールペン用水性インキ、及び該ボールペン用水性インキを充填したボールペンを提供することにある。これにより、筆圧が高かったり筆記速度が速い場合においても、筆感が軽く、長時間に亘る筆記後も均一で安定したインキ吐出量が得られ、筆記かすれや筆記不能を生ずることがない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は係る目的を達成するボールペン用水性インキであって、着色剤としての顔料と、極圧添加剤としてのフェニルホスホン酸と、高級脂肪酸アルカリ塩とが少なくとも含まれることを特徴とするものである。
この際、該ボールペン用水性インキは、前記フェニルホスホン酸を０．０１〜５．０重量％含有し、好ましくは０．１〜２．０重量％含むことがよい。
また、該ボールペン用水性インキは、前記高級脂肪酸アルカリ塩を０．１〜５．０重量％含有し、好ましくは１．０〜４．０重量％含むことがよい。
更に、本発明のボールペンでは、超硬合金からなる転写ボール及びステンレス鋼からなる金属チップを具備したインキ収容管に、上記ボールペン用水性インキを充填していることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を好ましい実施の態様に基づいて詳細に説明する。
本発明は、これに係るボールペン用水性インキが、原料として、着色剤と、フェニルホスホン酸と、高級脂肪酸アルカリ塩とを少なくとも含む。
【０００６】
着色剤は、従来からボールペン用水性インキに使用されているものが使用可能であり、直接染料や酸性染料、塩基性染料等の水溶性染料、及び水分散性顔料が挙げられる。
その中で、直接染料としては、カラーインデックスナンバーで示すと、例えばカラーインデックス（以降Ｃ．Ｉ．と略称する。）Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｌａｃｋ  １７，同１９，同３８，同１５４、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  １，同４，同１２，同２９、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ  Ｏｒａｎｇｅ  ６，同８，同２６，同２９、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ  Ｒｅｄ  １，同２，同４，同１３、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｌｕｅ  ２，同６，同１５，同７８，同８７等が使用できる。
また、酸性染料としては、Ｃ．Ｉ．Ａｃｉｄ  Ｂｌａｃｋ  ２，同３１、Ｃ．Ｉ．Ａｃｉｄ  Ｙｅｌｌｏｗ  ３，同１７，同２３，同７３、Ｃ．Ｉ．ＡｃｉｄＯｒａｎｇｅ  １０，Ｃ．Ｉ．Ａｃｉｄ  Ｒｅｄ  １３，同１４，同１８，同２７，同５２，同７３，同８７，同９２、Ｃ．Ｉ．Ａｃｉｄ  Ｂｌｕｅ  １，同９，同７４，同９０等が使用できる。
更に、塩基性染料としては、Ｃ．Ｉ．Ｂａｓｉｃ  Ｙｅｌｌｏｗ  ２，同３、Ｃ．Ｉ．Ｂａｓｉｃ  Ｒｅｄ  １，同２，同８，同１２、Ｃ．Ｉ．Ｂａｓｉｃ  Ｖｉｏｌｅｔ  １，同３，同１０、Ｃ．Ｉ．Ｂａｓｉｃ  Ｂｌｕｅ  ５，同９，同２６等が使用できる。
以上のように、水溶性染料は、特にその種類を限定するものでないが、直接染料が最も好ましい。
また、水分散性顔料としては、水系媒体に分散可能な顔料全てが使用可能であって、例えば、カーボンブラック、金属粉顔料等の無機顔料、アゾ系、フタロシアニン系、キナクドリン系等の有機顔料、蛍光顔料等が使用できる。
【０００７】
高級脂肪酸アルカリ塩は、油性剤として作用し、その水性インキ中での配合割合が０．１〜５．０重量％であり、更に好ましくは１．０〜４．０重量％がよい。高級脂肪酸アルカリ塩の配合割合が０．１重量％未満だと、その潤滑性が著しく低下し、その配合割合が５．０重量％を越えると、水性インキの粘度が上昇したり未溶解の高級脂肪酸アルカリ塩が沈殿する等の不具合が発生する。
油性剤とは、接触固体面の摩擦を減少させる効果を有する潤滑油等をいい、一般に、長鎖で分子量が大きく、且つ分子の一端に官能基を持つ極性を有する化合物がこの効果を発揮する。
ボールペンに金属チップを使用した場合、このボール受け座の表面は真空中でない限り常に金属酸化物等で被膜されている。高級脂肪酸アルカリ塩は、この金属酸化物に吸着し易く、ボール受け座表面に吸着して潤滑膜を形成する。そのため、摩耗が進行しても、比較的穏和な摩擦条件においては、十分その潤滑効果を発揮することができるのである。
なお、本発明は、これに係る高級脂肪酸アルカリ塩が、特にその種類を限定されず、例えばオレイン酸カリウム、オレイン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム等を挙げることができる。
【０００８】
上述したように、金属チップのボール受け座の表面は、使用当初では金属酸化物に被膜されており、この状態では、油性剤である高級脂肪酸アルカリ塩の作用により、潤滑性が維持されている。しかし、実際の筆記時には転写ボールは１分間に数１０００回転にまで至り、転写ボールと金属チップのボール受け座との間の摩擦は非常に過酷な条件となり、更に摩擦熱により温度も摂氏数１００度まで上昇すると推測される。温度が上昇すると吸着していた前記高級脂肪酸アルカリ塩の分子が金属チップのボール受け座の表面から脱離してしまい、潤滑効果を失ってしまう。その結果、摩耗が進行して金属の新生面が現れることになる。このような金属の新生面が現れるような過酷な条件下では無極性の極圧添加剤を用いるのがよい。
【０００９】
極圧添加剤とは、一般に硫黄やリン、塩素等を含む化合物であり、摩擦熱で温度が上昇すると金属表面と反応しやすく、固体状の柔らかい膜を形成し、潤滑性を高める作用を有する。一般に、金属酸化物が剥がれた金属表面等の化学的に活性な物質には、極性の化合物よりも、無極性の極圧添加物の方が相性が良いことが知られている。しかし、形成する膜が柔らかすぎると摩耗も進行してしまうので、適度な柔らかさの膜を形成する極圧添加剤を選択する必要がある。
【００１０】
本発明に係るフェニルホスホン酸は、この金属の新生面と反応し、固体状の柔らかい膜を形成することで、引き続き安定した潤滑性を維持させるための極圧添加剤として作用するのである。
このフェニルホスホン酸は、水性インキ中での配合割合としては、０．０１〜５．０重量％含有され、更に好ましくは配合割合を０．１〜２．０重量％とすることがよい。
ところで、フェニルホスホン酸の配合割合が０．０１重量％未満だと、潤滑性が著しく低下し、また配合割合が５．０重量％を越えると、水性インキの粘度が高くなるため、ボールペン用インキとしての使用が困難になる。
なお、本発明に係るフェニルホスホン酸に代えて、無極性の極圧添加剤として知られているリン系（例えばフェニルホスホン酸ジメチル、トリブチルホスフェート等）、モリブデン系（例えばジチオリン酸モリブデン等）、塩素系等の他の極圧添加剤を用いても、フェニルホスホン酸を用いた場合程の安定した潤滑性は得られなかった。
【００１１】
また、本発明のボールペン用水性インキは、イオン交換水をも含み、必要性に応じて、原料として通常用いられる防錆剤、防腐剤、防黴剤、ｐＨ調製剤、表面張力調整剤、保湿剤、潤滑剤、分散安定剤等の添加剤を併用することも可能である。
このうち、ステンレス鋼等の金属に防錆効果のあるベンゾトリアゾール及びその誘導体や、トリルトリアゾール及びその誘導体を添加することにより、潤滑効果を向上させることができる。
更に本発明のボールペン用水性インキは、上述したように金属チップを具備するボールペンに用いた場合は、転写ボールと金属チップのボール受け座との間に安定した潤滑性が得られ、好ましくはステンレス鋼からなる金属チップの場合には、フェニルホスホン酸の潤滑効果が一層発揮される。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
（実施例１）
【表１】
0003914724.tif 000002
上記成分と、更に通常添加させる界面活性剤、防腐剤、ｐＨ調整剤、防錆剤、潤滑剤を混合し、４０〜６０℃に加熱した状態で約５時間撹拌して水性黒色顔料インキを調製した。
【００１３】
（実施例２）
フェニルホスホン酸の配合割合を１．５重量％とし、イオン交換水の配合割合を２８．０重量％とした以外は、実施例１と同様になして水性黒色顔料インキを調製した。
【００１４】
（実施例３）
フェニルホスホン酸の配合割合を４．０重量％とし、イオン交換水の配合割合を２５．５重量％とした以外は、実施例１と同様になして水性黒色顔料インキを調製した。
【００１５】
（実施例４）
【表２】
0003914724.tif 000003
上記成分と、更に通常添加させる界面活性剤、防腐剤、ｐＨ調整剤、防錆剤、潤滑剤等を混合し、４０〜６０℃に加熱した状態で約５時間撹拌して水性黒色染料インキを調製した。
【００１６】
（比較例１）
フェニルホスホン酸の代わりにイオン交換水を加えた以外は、実施例２と同様になして水性黒色顔料インキを調製した。
【００１７】
（比較例２）
フェニルホスホン酸の代わりにイオン交換水を加えた以外は、実施例４と同様になして水性黒色染料インキを調製した。
【００１８】
（試験方法）
実施例１〜４及び比較例１，２で得られた水性インキを、超鋼合金からなる転写ボール及びステンレス鋼からなる金属チップを具備したボールペンのインキ収容管に充填し、水性インキが消費されるまで機械筆記（約７００ｍ）を行った。
筆記条件は転写ボール径０．５ｍｍ、インキ排出量１００〜１５０ｍｇ／１００ｍで行い、筆記用紙は上質紙（ＪＩＳ  Ｐ  ３２０１筆記用紙Ａ）を使用した。
その時の筆記線の状態、筆記後の転写ボールのボール受け座への沈み込み量、筆記後のボール受け座の状態についての結果を表３に示す。
【表３】
0003914724.tif 000004
【００１９】
評価は以下の通り。
筆記線の状態：
◎・・・全く異常のない筆記線。
○・・・６００〜７００ｍのところで筆記線の抜けが生じる。
△・・・４００〜６００ｍのところで筆記線の抜けが生じる。
筆記後のボール受け座の状態（ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による観察）：
Ａ・・・摩耗がない状態。
Ｂ・・・僅かな摩耗が確認できる。
Ｃ・・・ある程度の摩耗が確認できる。
Ｄ・・・かなりの摩耗が確認できる。
【００２０】
上に示した表３から明らかな通り、本発明に係る水性インキを用いたボールペンは、筆記線の状態が、ボールペン作成直後のみでなく、経時後、即ち長期保存後であっても良好であり、転写ボールのボール受け座への沈み込み量も小さく、筆記後のボール受け座の状態も摩耗が認められない。そして仮に、認められたとしても筆記には影響のない程度であった。
それに対して、フェニルホスホン酸を含まない水性インキを用いたボールペンでは、長時間に亘る筆記により筆記線に抜けが生ずるようになり、転写ボールのボール受け座への沈み込み量も大きく、更に筆記後のボール受け座の摩耗も激しいものであった。その上、ボールペンを長期保存した後に筆記試験を行った場合は、筆記線の状態、転写ボールのボール受け座への沈み込み量、筆記後のボール受け座の状態のいずれも更なる悪化傾向にあった。
これらの結果より、書き始めの比較的穏和な摩擦条件では高級脂肪酸のアルカリ塩が潤滑膜を形成して潤滑性を向上し、長時間に亘る筆記時等の過酷な摩擦条件では、摩擦熱による温度上昇により、高級脂肪酸のアルカリ塩が金属表面から脱離した時に、フェニルホスホン酸が金属表面と反応して適度な柔らかさの膜を形成し、安定した潤滑性を与えるものと推察されるものである。
【００２１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の水性インキは、金属チップを備えたボールペンに用いることにより、金属チップのボール受け座の摩耗が低減でき、筆感が軽く、筆記かすれや筆記不能のない安定した筆記ができ、更にステンレス鋼等の金属チップを使用したボールペンにおいては、転写ボールのボール受け座での回転時に生じる摩耗を低減することができる。その結果、長時間に亘る筆記においてもインキの吐出量を安定させることができ、更には、長期保存後であっても、インキ吐出量が安定しており、筆記かすれや筆記不能を生じることのない筆記ができることになり、このようなボールペンに対するボールペン用水性インキを提供することができる。