JP2005509718A - 金属インキ及び毛管マーカー - Google Patents
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Abstract
金属顔料と皮膜形成性樹脂との水性分散液を、随意成分としての、pH調整剤、着色剤、結合剤、沈殿防止剤及び保存剤のうちの1種又はそれ以上と一緒に含むインキが開示される。また、本発明に従ったインキと共に使用するのに特に好適であり、そしてインキを貯蔵するための低密度溜めを多孔質の先端に毛管連結関係で連結してなるマーキング用具も開示される。
Description
本発明は、一般には、毛管作用マーキング用具及びそこに使用するインキに関する。より具体的に言えば、本発明は、水性金属インキを使用した毛管作用マーカーに関する。
金属インキを小出しするための筆記用具では、典型的には、易流動性のインキを装填した中空溜めと、インキを混合して金属粒子を分散させるための機械的手段とが使用されている。金属粒子をインキ中に混合するための手段を使用しないと、粒子は、液体から沈降して先端を詰まらせるか又は不規則なインキの分配をもたらす。混合後、筆記用具の筆記先端(ペン先)は、先端からインキが枯渇したときに先端と溜めとの間でマーカーの弁を開くことによってインキで反復して飽和される。このような用具は高価であり、組立てるのが複雑であり、それらの操作において退屈であり、しかも不信頼性になりがちである。
繊維溜めから金属インキを毛管作用によって小出しするための他のタイプの筆記用具が開示されている。しかしながら、この筆記用具は特定の材料で作ることに厳しく制限されており、そしてそれと共に使用することができる特定のインキによって制限されている。
本発明の目的は、上記の問題のうちの1つ又はそれ以上を打破することである。
従って、本発明の1つの面は、金属顔料と皮膜形成性樹脂との水性分散液を、随意成分としての、pH調整剤、着色剤、結合剤、沈殿防止剤及び保存剤のうちの1種又はそれ以上と一緒に含むインキである。
本発明の他の面は、インキを貯蔵するための低密度溜めを多孔質の先端に毛管連結関係で接続させてなり、そして随意に本発明に従った金属インキを収容するマーキング用具である。
本発明の更なる面及び利益は、当業者には、特許請求の範囲と関連させて以下の詳細な説明を通読することから明らかになるであろう。本発明では様々な形態の具体例が可能であるが、以下では本発明の特定の具体例が説明されており、従って、その開示は例示的であって、本発明をここに記載の特定の具体例に限定しようとするものではないことを理解されたい。
本発明は、毛管作用マーキング用具(本明細書では、マーカーとも称する)において有用な金属インキに、また、金属インキを随意に収容する毛管作用マーカーに関するものである。
かくして、本発明の1つの面は、金属顔料と皮膜形成性樹脂との水性分散液を含むインキである。この金属顔料は、リーフィング(典型的には、フレーク)又は非リーフィングタイプであってよい。リーフィング(leafing)顔料を使用すると、インキは基体の表面に対して平行な顔料の層を形成し、従って、高い金属光沢を有する高度に不透明なマークが望まれるときに(例えば、暗色紙での使用に対して)好ましい。非リーフィング顔料を使用すると、インキは、より多くの光輝効果を有する不透明性の低いマークをもたらす。金属顔料は、アルミニウム、銅、青銅、その酸化物、その陽極酸化物(例えば、真珠仕上げを提供するための)及び上記のもののどれかの組み合わせよりなる群から選択される金属顔料であるのが好ましい。好適な金属顔料は、米国イリノイ州ウエスト・シカゴ所在のMD−ボス・インダストリーズから入手可能である。また、金属顔料は、金属顔料に加えて又はその代わりに使用することができる真珠箔物質(例えば、オキシ塩化ビスマス(BiOCl))の如き金属又は真珠外観を提供することができる他の光沢のある物質を包含すると定義される。
金属顔料は、好ましくは約15μm以下、又は約2μm〜約15μmの範囲内、より好ましくは約5μm〜約12μmの範囲内、例えば、約5μm〜約9μmの範囲内の粒度(例えば、平均粒度)を有する。金属顔料は、着色剤を使用するときには、インキ中に約7.5重量%〜約20重量%そして好ましくは約5重量%〜約15重量%の範囲で含められるのが好ましい。リーフィング効果を提供する本発明に従ったインキ中に使用するための好ましいアルミニウム顔料は、MD−ボス・インダストリーズによって“非リーフィング”アルミニウム粉末NPW 2900(又はAquamet NPW 2900)として製造販売され、そして10μmの公称平均粒度を有する。
本発明に従ったインキ中に使用される皮膜形成性樹脂は、金属粒子を水性ビヒクル中に分散させ、そしてマーキング(例えば、筆記)時にインキを毛管作用によって先端に引き出し小分けするときに金属粒子を水性ビヒクルと共に引き出すのを助ける作用をする。好適な皮膜形成性樹脂の例としては、ヒダントイン−ホルムアルデヒド共重合体、例えば、ジメチルヒダントイン−ホルムアルデヒド(DMHF)及び5,5−ジメチルヒダントイン−ホルムアルデヒド共重合体(5,5−ジメチル−2,4−イミダゾリジンジオンとも称される)の如き水溶性樹脂が挙げられる。米国イリノイ州リオンス所在のエレ・ペルロンによって、商品名「DANTOIN 739」(CAS#26811−08−5;5,5−ジメチルヒダントイン−ホルムアルデヒド共重合体(5,5−ジメチル−2,4−イミダゾリジンジオンとも称される))の下に、好ましいジメチルヒダントイン−ホルムアルデヒド皮膜形成性樹脂が75%水溶液として販売されている。また、DMHF樹脂は、米国ニュージャジー州フェアローン所在のロンザ・インコーポレーテッドからも入手可能である。本発明のインキ中に使用するための他の樹脂としては、米国マサチューセッツ州ウイルミントン所在のゼネカ・レジンによって製造販売される商品名「NEOREZ」重合体(例えば、NEOREZ R−940、R−960、R−962、R−966及びR−967)の如き水溶性ウレタン重合体及びポリビニルアルコールが挙げられる。皮膜形成性樹脂は、着色剤を使用するときには、インキ中に約10重量%〜約40重量%そして好ましくは約7重量%〜約20重量%の範囲で含められるのが好ましい。顔料(金属及び着色顔料、使用するならば)対樹脂の比率は、約0.2〜0.6の好ましい範囲にあり、より好ましくは約0.6である。
随意としてそして好ましくは、インキのpHを中性〜僅かにアルカリ性に、例えば、約6〜約9好ましくは約7〜約8の範囲内に維持するために、インキにpH調整(例えば、緩衝)剤が添加される。本発明に従ってインキ中に使用するための好ましいpH調整剤としては、トリエタノールアミン及びアミノメチルプロパノール(例えば、米国ミシガン州ミッドランド所在のダウ・ケミカル・カンパニーによって商品名「AMP−95」の下に5%水溶液として製造販売される)が挙げられる。いかなる特定の理論によっても拘束されることを望まないが、トリエタノールアミン及びアミノメチルプロパノールのどちらも使用するときには、それらは、顔料の分散を補助することもできる。pH調整剤を使用するときには、それは、インキ中に約0.25重量%〜約2重量%の範囲内で含められるのが好ましい。
インキが金属顔料によって提供される原色以外の色彩を提供するのが望まれるときには、着色剤を添加することができる。好適な着色剤としては、有機顔料及び染料、例えば、酸性染料、直接染料、分散染料及び溶媒染料が挙げられる。好適な有機顔料としては、例えば、フタロブルー(例えば、銅フタロシアニン)、フタログリーン(例えば、塩素化銅フタロシアニン)、ジアリリドイエロー(例えば、ジアリルアニドイエロー;C32H26Cl2N6O4)、ナフトールレッド(例えば、アゾフロキシン)及びジオキサジンバイオレット(例えば、カルバゾールバイオレット;C34H22Cl2N4O2)が挙げられる。かかる有機顔料は、キャリヤとしての水との予備分散混合物として容易に入手可能である。
着色剤をインキに添加して金属顔料の色をぼかすときには、好ましくは有機顔料が使用され、そして分散液に結合剤を添加してその色を金属顔料と結合させる。好ましい有機顔料は、米国ロードアイランド州コベントリイ所在のクラリアント・インターナショナルによって商品名「HOSTAFINE」の下に入手可能であり、そして非イオン性分散剤及び湿潤剤、並びにグリコールを含むと報告される水性ビヒクル中に予備分散された30重量%〜40重量%固形分として提供される。例えば、商品名「HOSTAFINE Yellow HR」の顔料は、金色に見える金属顔料を提供するためにアルミニウム金属顔料そして好ましくは適当な結合剤と共に使用されることができる。着色剤を使用するときには、それは、インキ中に好ましくは約2重量%〜約30重量%、より好ましくは約7重量%〜約25重量%の範囲で含められる。
マーキングしようとする基体(例えば、紙)による金属顔料の優先的吸収を阻止するのに好適な結合剤によって、着色剤が金属顔料粒子と結合される。例えば、極性端及び非極性端を有する結合剤が非極性顔料を極性金属表面(例えば、金属顔料)に結合させることができる。好ましい結合剤は、両親媒性共重合体、多官能性カルボジイミド、燐酸の塩及びそれらの組み合わせよりなる群から選択される。好適な両親媒性共重合体(疎水性単位及び親水性単位の両方を有する)は、米国ニュージャージー州ウエイン所在のインターナショナル・スペシャルティ・プロダクツによって商品名「STYLEZE 2000(CAS#831)」の下に製造販売されるポリ(ビニルピロリドン/アクリレート/メタクリル酸メチル)である。好ましい多官能性カルボジイミドは、米国コネチカット州ダンバリー所在のユニオン・カーバイド・コーポレーションによって商品名「UCARLNK XL−29SE」の下に製造販売される。モノエタノールアミン燐酸塩が好ましい燐酸の塩である。また、金属基体への有機顔料の付着を促進させるのに有用な他の物質(例えば、金属化フィルムを印刷するためのインキ中に使用される物質)も、本発明に従ったインキ中に有用になりうる。
極めて少量で使用される沈殿防止剤は、マーカーの性能及びインキのマーキング品質に影響を及ぼさずにインキの安定性を補助することができる。好ましくは、沈殿防止剤は、インキ中に約0.001重量%〜約0.01重量%、好ましくは約0.003重量%〜約0.006重量%の範囲で存在する。ここに記載するようなインキ中に使用するための好ましい沈殿防止剤は、約0.003重量%〜約0.006重量%の好ましい範囲で使用されるキサンタンガムである。
インキ配合物には、保存剤(例えば、殺カビ剤及び/又は殺菌剤)が添加されるのが好ましい。本発明に従ってインキに使用するための好ましい防腐剤は、米国デラウェア州ウイルミントン所在のICI・アメリカズ・インコーポレーテッドによって商品名「PROXEL GXL」の下に製造販売される水酸化ナトリウム及びジプロピレングリコールを含む活性成分1,2−ベンゾイソチアジン−3−オン(BIT;CAS#2634−33−5)の9.3%溶液である。保存剤を使用するときには、それは、インキ中に約0.05重量%〜約0.15重量%の範囲内で含められるのが好ましい。
皮膜形成性樹脂、金属顔料、水、及び随意成分としての添加剤は、インキに所望の色彩及び安定性、並びに毛管作用マーカーで使用するのに好適な粘度を備えるのに十分な量で添加される。好ましくは、インキは、成分の沈降を阻止するために少なくとも約2.5センチポイズ(cP)で約80cP以下、より好ましくは約3cP〜約30cP、そして最も好ましくは約3cP〜約14cPの粘度を有する。
本発明に従ったインキは、皮膜形成性樹脂、金属顔料、水、及び随意成分としての添加剤を均質な混合物が得られるまで十分に混合することによって製造することができる。
本発明に従ったマーカーは、一般には、インキ貯蔵溜めを多孔質の先端に毛管連結関係で連結させてなるものである。図1は、バレル14内に配置されそして毛管作用によって先端16に連結された溜め12を含む本発明のマーカー10の一例の部分破断図である。バレル14は、溜めを適所に保つのを補助することができるプラグ20によってシールされる。毛管連結とは、溜めと先端との間で毛管作用によるインキの移送を可能にするような態様で、例えば、連結帯域22において、圧力の変化(先端か又は溜めのどちらかにおいて)がこの2つの部材間の界面を横切ってインキを引き出すことができるように、溜め及び先端が配置されることを意味する。好ましくは、本発明に従ったマーカーは、本発明のインキと多孔質アルリル繊維の先端とを含む。
溜めは、高多孔度又は低密度材料、好ましくは低密度ポリエステル繊維の如き低密度繊維材料から構成することができる。溜めは、インキが溜めから引き出されるときに粒状顔料の実質的なろ過を防止するのに十分な多孔度を有するべきである。溜めの空隙は、実質上線状の通路を有するのが好ましい。何故ならば、曲がりくねった通路は、粒状顔料のホールドアップ及びろ過の一因となる可能性があるからである。繊維溜めのような溜めの密度は、溜めの多孔度の概算値として役立つことができる。好ましくは、溜めの密度は、約1g/cm3以下、より好ましくは約0.5g/cm3以下、例えば約0.10g/cm3である。約7μm〜約12μmの好ましい粒度を有する金属顔料を使用するときには、溜めは、好ましくは約0.3g/cm3以下、より好ましくは約0.25g/cm3〜約0.07g/cm3の範囲内、例えば約0.10g/cm3の密度を有する。繊維を使用するときには、その繊維は、好ましくは5以下の繊維デニール(dpf)、より好ましくは約1dpf〜約3dpfの範囲内、例えば約2.3dpfを有する。溜めの材料は、所望の表面エネルギーを提供するように変性(例えば、プラズマ又はコロナ処理)されることができる。好適なポリエステル繊維溜めは、米国バージニア州リッチモンド所在のフィルトロナ・リッチモンド・インコーポレーテッドから商品名「TRANSORB XPE」の下に入手可能である。
溜めの寸法及び形状は、マーキング用具の物理的寸法によって一部分制限される。手使用のための慣用寸法の円筒状マーカーで使用するのに好適な1つの好ましい具体例では、溜めは、直径が約5mm〜約15mmでそして長さが約70mm〜約120mmであるのが好ましい。本発明に従った溜めには、溜めの形状を定めるのを助けそして取扱特性の便宜を提供するために外部包装材を設けることができる。かくして、例えば、溜めの少なくとも一端が露出される(即ち、包装材料によって覆われない)ような円筒形状を定めるために、低密度ポリエステル繊維溜めをプラスチック(例えば、ポリプロピレン)フィルムで包装することができる。本発明は任意の特定寸法及び形状の溜めの使用に限定されず、従って、他の好適な溜めの寸法及び形状が当業者によって選択されうる。
溜めは、金属顔料と皮膜形成性樹脂との水性分散液を、随意成分としてのpH調整剤、着色剤、結合剤、沈殿防止剤及び保存剤のうちの1種又はそれ以上と一緒に含むのが好ましい。好ましいマーカーの具体例では、溜めは、ここに開示されるような金属インキを含む。
先端は、多孔質で実質上線状のアクリル繊維から構成されるのが好ましい。アクリル製先端は、顕著な耐溶剤性、硬い筆記感触及び良好な摩耗抵抗を有し、そして本発明に従ったインキと共に使用するのに特に適している。先端は、インキ中の粒子を実質上ろ過しないようなインキ通路を提供するのに十分なだけ多孔質である。好ましくは、先端の多孔度は、約55容量%〜約80容量%の空隙範囲内にある。約7μm〜約12μmの範囲内の公称平均粒度を有する金属顔料を使用するときには、先端は、好ましくは約57容量%〜約73容量%、より好ましくは約65容量%〜約70容量%、最も好ましくは約68容量%〜約70容量%の空隙範囲内の多孔度を有する。先端として使用するための好適な高多孔度で実質上線状のアクリル繊維材料は、東京都所在のテイボー・ハンバイ・カンパニー・リミテッドから商品名「CE348S」の下に、また、東京都所在のアウベックス・コーポレーションから商品名「WA49R」の下に入手可能である。
本発明に従ってマーカーでアクリル製先端を使用すると、化学的相容性を促進させそして大きい顔料粒子のろ過による先端の表面での毛管通路の閉塞を抑制することによって製品の適切な機能及び有効な使用寿命が確保される。先端の寸法及び形状は、溜めの寸法及び形状、並びに実用上の考慮事項によって一部分制限されよう。かくして、例えば、先端の筆記端は、広い又は狭いマークを形成するのに有用なのみ形を有することができる。溜めに対して毛管連結関係で(即ち、図1において連結帯域22で)配置される先端の反対側の端は、溜めよりも横断面寸法(例えば、直径)が小さいのが好ましい。
連結帯域(例えば、図1における要素22)は、先端と溜めとの間の毛管連結を最大限にするのに十分なだけ大きいのが好ましい。かくして、本発明の1つの具体例では、連結帯域における先端及び溜めの形状は、先端の連結帯域の大きい表面積が溜めに暴露(好ましくは、接触状態に)されるように選択される。例えば、溜めに暴露される先端の端部にテーパー(例えば、円錐形)を設け、これによって、先端の表面積のより多くの量を毛管連結のために溜めに暴露させることができる。例えば、実質上線状の繊維を含む先端材料を使用するときに、溜めに暴露される先端のテーパー端を設けると、毛管連結のために溜めに暴露される繊維端の表面積が増大する。従って、ここに記載する如き用具は、暴露した繊維端の表面積が先端の横断面積よりも大きいような連結帯域を含むのが好ましい。
連結帯域端と先端の配置を示す別の例は図2〜6に示されている。図2は、溜めに暴露される円錐形(即ち、鉛筆の先端形)連結部分26を有する円錐形先端24の連結帯域端の正面図である。この形状配置では、連結部分26は、例えば、長さが約1cm〜約2.5cmであってよい。
円錐形先端の1つの変形例が図3に示されている。図3は、溜め34と共に示される細長い円錐形連結部分32を有する細長い円錐形先端30の連結帯域端の横断面図であり、そして連結帯域端の連結部分32は相対的により長く、そして更に溜め34の中を相対的に伸びるように設計されている。例えば、連結部分32は、溜めの全長を伸びることができる。
図4は、のみ形連結部分40を有するのみ形先端36の連結帯域端の正面図である。図5は、くさび形連結部分44を有するくさび形先端42の連結帯域端の正面図である。図6は、ピラミッド形連結部分50を有するピラミッド形先端46の連結帯域端の正面図である。図4〜6に示される形状配置では、各連結部分は、例えば、長さが約1cm〜約2.5cmであってよい。先端の連結部分は、先端の毛管チャンネルを暴露させるために1つ又はそれ以上の表面を磨ることができる。本発明は先端で任意の特定の寸法又は形状の連結部分を使用することに限定されず、従って、当業者は他の適当な先端の寸法及び形状を選択することができる。
次の実施例は、本発明を例示するために提供されるものであって、いかなる点においても本発明の範囲を限定しようとするものではない。
このインキは、2.61cPの測定粘度を有していた。ポリエステル繊維製溜めをアクリル製先端に連結させたマーカーにインキを装填した。マーカーは、溜めから先端を経て金属インキを基体上に毛管作用によって小出しした。
このインキは、11.3cPの測定粘度を有していた。ポリエステル繊維製溜めをアクリル製先端に連結させたマーカーにインキを装填した。マーカーは、溜めから先端を経て金属インキを基体上に毛管作用によって小出しした。
このインキは、4cPの測定粘度を有していた。ポリエステル繊維製溜めをアクリル製先端に連結させたマーカーにインキを装填した。マーカーは、溜めから先端を経て金属インキを基体上に毛管作用によって小出しした。
このインキは、10.6cPの測定粘度を有していた。ポリエステル繊維製溜めをアクリル製先端に連結させたマーカーにインキを装填した。マーカーは、溜めから先端を経て金属インキを基体上に毛管作用によって小出しした。
上記の説明は本発明に対する明確な理解のために提供されるものであって、それから不必要な限定を推測すべきではない。当業者には本発明の範囲内での変更修正が明らかであるからである。
10:マーカー
12、34:溜め
14:バレル
16:先端
20:プラグ
22:連結帯域
24:円錐形先端
26:円錐形連結部分
30:細長い円錐形先端
32:細長い円錐形連結部分
36:のみ形先端
40:のみ形連結部分
42:くさび形先端
44:くさび形連結部分
46:ピラミッド形先端
50:ピラミッド形連結部分
12、34:溜め
14:バレル
16:先端
20:プラグ
22:連結帯域
24:円錐形先端
26:円錐形連結部分
30:細長い円錐形先端
32:細長い円錐形連結部分
36:のみ形先端
40:のみ形連結部分
42:くさび形先端
44:くさび形連結部分
46:ピラミッド形先端
50:ピラミッド形連結部分
Claims (22)
- 金属顔料とヒダントイン−ホルムアルデヒド共重合体からなる皮膜形成性樹脂との水性分散液を含み、しかも約6〜約9の範囲内のpHを有する水性金属インキ。
- 金属顔料が約15μm以下の平均粒度を有する請求項1記載のインキ。
- 金属顔料が約5μm〜約12μmの平均粒度を有する請求項2記載のインキ。
- 金属顔料がインキの総重量を基にしてインキの約7.5重量%〜約20重量%を占める請求項1記載のインキ。
- 樹脂がジメチルヒダントイン−ホルムアルデヒド共重合体からなる請求項1記載のインキ。
- インキのpHを6〜9の範囲に維持するのに十分な量のpH調整剤を含む請求項1記載のインキ。
- pH調整剤が、トリエタノールアミン、アミノメチルプロパノール及びそれらの組み合わせよりなる群から選択される化合物からなる請求項6記載のインキ。
- 有機顔料、染料及びそれらの組み合わせよりなる群から選択される着色剤を更に含む請求項1記載のインキ。
- 着色剤が、インキの総重量を基にしてインキの約2重量%〜約30重量%を占める請求項8記載のインキ。
- 着色剤が有機顔料からなり、そしてインキが更に結合剤を含む請求項8記載のインキ。
- 結合剤が、両親媒性共重合体、多官能性カルボジイミド、ポリ燐酸塩及びそれらの組み合わせよりなる群から選択される請求項10記載のインキ。
- 結合剤が両親媒性共重合体からなる請求項11記載のインキ。
- 沈殿防止剤を約0.01重量%〜約0.01重量%の範囲内の量で更に含む請求項1記載のインキ。
- 保存剤を更に含む請求項1記載のインキ。
- インキが2.5cP〜80cPの範囲内の粘度を有する請求項1記載のインキ。
- インキ貯蔵溜めを多孔質の先端に毛管連結関係で連結してなるマーキング用具。
- 更に請求項1記載のインキをインキ貯蔵溜めに配置してなる請求項16記載のマーキング用具。
- 溜めが、約1g/cm3以下の密度を有するポリエステル繊維溜めからなる請求項16記載のマーキング用具。
- 先端が多孔質で実質上線状のアクリル繊維からなる請求項16記載のマーキング用具。
- 先端の多孔度が、約55容量%〜約80容量%の空隙範囲内である請求項19記載のマーキング用具。
- 先端が多孔質で実質上線状の繊維からなり、そして露出繊維端の表面積が先端の横断面積よりも大きいような連結帯域を更に含む請求項16記載のマーキング用具。
- 多孔質で実質上線状のアクリル繊維先端に毛管連結関係で配置された約1/cm3以下の密度を有するポリエステル繊維溜めと、該溜めに配置された水性金属インキとを含むマーキング用具であって、インキが、インキの総重量を基にして約7.5重量%〜約20重量%の、約5μm〜約12μmの範囲内の粒度を有する金属顔料と、ジメチルヒダントイン−ホルムアルデヒド共重合体からなる皮膜形成性樹脂と、トリエタノールアミン、アミノメチルプロパノール及びそれらの組み合わせよりなる群から選択されるpH調整剤とを含むことからなるマーキング用具。
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