JP2020175608A - 筆先及び筆先を備える液体塗布具 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維の種類、繊維の化学構造、繊維の径、捲縮度合い、変形後の回復度合い等の面において、筆先の繊維として柔軟性がある筆先、及び、該筆先を備えた液体塗布具を提供する。【解決手段】２０％伸長回復率が５０％以上である繊維を長手方向に集束して樹脂バインダで接着後、所望の形状に成形した筆先とする。さらに、該繊維の嵩高率を１２５％以下とする。さらに、該繊維はポリトリメチレンテレフタレート繊維とする。さらに、該繊維の単糸を４ｄｔｅｘ以下とする。さらに、該樹脂バインダをポリウレタン樹脂とする。該筆先を備えた液体塗布具とする。【選択図】なし

Description

本発明は、筆記具や化粧用具等の液体塗布具に用いられる筆先、及び、該筆先を備える液体塗布具に関する。

毛筆タイプの筆記具や化粧用具に使用される繊維製の筆先は、繊維を長手方向に集束して樹脂バインダで接着後、研削等で先端を毛筆状等の所望の形状に成形したものである。
かかる筆先の繊維の素材として、ナイロン繊維やポリエステル繊維が主に使われてきた。

ナイロン繊維が多用されてきた理由は、ナイロン繊維は柔軟性があり、接着バインダとの接着性がよく、筆先としての機能（とめ、はね、はらい等）を発現させやすいからである。しかしながら、柔軟性の高い繊維がナイロンに限られないことは理解されていたものの、どのような繊維であればナイロン繊維と同等以上の筆先の柔軟性等が得られるかは知られていなかった。

一方、ポリエステル繊維のうち主に使用されるポリエチレンテレフタレート繊維の筆先は、ナイロン繊維と比較して柔軟性に劣り、筆先としての機能（とめ、はね、はらい等）を発現しにくいという問題があった。また、筆先と紙等の被塗布物との摩擦により、繊維同士を接着する樹脂バインダが徐々に剥がれ、集束していた繊維同士の一部がばらばらになり成形時の形状に回復しなくなる、いわゆる繊維相互のバラケが発生するという問題もあった。

つまり、「ナイロン繊維、又は、ポリエステル繊維」の素材の単純な選択という、繊維素材の種類の切り口だけでは、筆先の繊維としてより柔軟性があり、筆先としての機能（とめ、はね、はらい等）をより発現させやすく、形状の回復性が高い特徴を有する筆先を提供することは困難であった。

特開平２−２９５７９９号公報

本発明は、上記事情を鑑みたものであり、筆先の繊維の種類という切り口のみでなく、同種の繊維であっても化学構造、繊維の径（細さ）、捲縮度合い、捲縮後の加熱状態や引張状態が異なる繊維も含めて検討することにより、柔軟性が高く、形状の回復性が向上した筆先を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の筆先は、繊維を長手方向に集束して樹脂バインダで接着後、所望の形状に成形した筆先であって、前記繊維の２０％伸長回復率は５０％以上であることを特徴とする。

前記繊維の嵩高率は、１２５％以下であることが好ましい。

前記繊維は、ポリトリメチレンテレフタレート繊維であることが好ましい。

前記繊維の単糸は、４ｄｔｅｘ以下であることが好ましい。

前記樹脂バインダは、ポリウレタン樹脂であることが好ましい。

本発明の液体塗布具は、上記筆先を備えることを特徴とする。

本発明の筆先によれば、２０％伸長回復率が５０％以上である弾力性の高い繊維を備えるため、筆先の形状の回復性を向上させることができる。
また、上記伸長回復率に加え、筆先の嵩高率が１２５％以下と低い場合、すなわち、成形品の捲縮率が低い繊維を備える筆先の場合、繊維同士の接触面積が増え、かつ、樹脂バインダの接着面積も増える。このため、筆先と紙等の被塗布物との摩擦に対して繊維同士を接着する樹脂バインダが剥がれにくく、繊維相互のバラケの発生も抑制することができる。

筆先の繊維の種類ごとの、筆先の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）縦断面写真の例を示す。 筆先の繊維の種類ごとのバラケ・変形試験における、筆先の外観のマイクロスコープ写真の例を示す。

本発明の筆先は、該筆先の後端部分から供給される液体を用い、又は、筆先の先端部分に液体を浸漬し、該液体を紙や皮膚等の被塗布物に塗布するものである。
かかる筆先は、繊維を長手方向に集束して成形金型に通して熱加工し、樹脂バインダを含浸乾燥させて接着した後、研削等により所望の長さ、形状にしたものである。

（繊維の２０％伸長回復率）
本発明の筆先の繊維は、２０％伸長回復率は、５０％以上であり、６２％以上であることが好ましく、６５％以上であることがより好ましい。
２０％伸長回復率とは、繊維（糸）の弛みや捲縮の影響を除き、繊維を２０％伸長させた後の回復率を示したものであり、もとの長さまで回復した場合が１００％、伸長させた長さのままの場合が０％となる。

本発明の２０％伸長回復率の試験法は、以下のとおりであり、ＪＩＳ Ｌ１０１３：２０１０の伸長弾性率Ｂ法を参照している。
すなわち、試料（繊維）を２０ｃｍのつかみ間隔でつかみ、一定の速度で荷重Ｇ０をかけて、つかみ間隔の３％（必要に応じて、５％、２％）分を引き伸ばす。このときの長さをＬ０とする。つかみ間隔の３％（５％もしくは２％）分を予め引き伸ばすのは、繊維（糸）の弛み、捲縮を除いた長さを基準とするためである。
つかみ間隔の３％（５％もしくは２％）分を引き伸ばして１分間保持後、同じ速度で荷重Ｇ０を取り除き、３分間保持する。その後、再び同じ速度で荷重Ｇ１をかけ、Ｌ０に対して２０％の伸びまで引き伸ばす。このときの長さをＬ１とする。
Ｌ０に対して２０％の伸びまで引き伸ばした後、荷重Ｇ１を取り除き、再び初期の荷重Ｇ０を加えて引き伸ばす。このときの長さをＬ２とする。

２０％伸長回復率（％）は、数１の式で表される。

（数１）
２０％伸長回復率（％）＝｛（Ｌ１−Ｌ２）／（Ｌ１−Ｌ０）｝×１００

５回の平均値を、ＪＩＳ Ｚ８４０１の規則Ｂ（四捨五入法）により、整数位に丸め、得られた値を２０％伸長回復率とする。

たとえば、つかみ間隔２０ｃｍの繊維（糸）に荷重Ｇ０をかけ、つかみ間隔２０ｃｍの３％分０．６ｃｍを引き伸ばし、２０．６ｃｍとする。このときＬ０＝２０．６ｃｍである。１分間保持後、荷重Ｇ０を取り除き、３分間保持する。その後、再び同じ速度で荷重Ｇ１をかけ、Ｌ０に対して２０％の伸びである２４．７２ｃｍまで引き伸ばす。このときＬ１＝２４．７２ｃｍである。引き伸ばし後、荷重Ｇ１を取り除き、初期の荷重Ｇ０をかけて引き伸ばす。このときの長さＬ２が仮に２１．６ｃｍであった場合、数１の式より、
｛（２４．７２−２１．６）／（２４．７２−２０．６）｝×１００＝７５．７
となり、２０％伸長回復率は７６％となる。

繊維の２０％伸長回復率が５０％以上であると、筆先の弾力性が高く、筆先の形状の回復性を向上させることができる。

（繊維束の嵩高率）
本発明の筆先の繊維の嵩高率（％）は、１２５％以下であることが好ましく、１２２％以下がより好ましく、１２０％以下であることがさらに好ましい。
嵩高率（％）とは、数２の式で表され、成形後の繊維束の単位重量Ｄ１（ｇ／ｍ）を、該繊維束がストレートとした場合の見かけの単位重量Ｄ２（ｇ／ｍ）で除して１００を掛けたものである。

（数２）
嵩高率（％）＝単位重量Ｄ１／見かけの単位重量Ｄ２×１００

成形後の繊維束の単位重量Ｄ１（ｇ／ｍ）は、繊維を長手方向に集束し、成形金型に通して熱加工した後であり、樹脂バインダを含浸する前の繊維束を用い、該繊維束の長さと重量から単位重量Ｄ１（ｇ／ｍ）を算出する。
該繊維束がストレートとした場合の見かけの単位重量Ｄ２（ｇ／ｍ）は、総デシテックスを１０，０００で除して算出する。なお、デシテックス（ｄｔｅｘ）は、繊維（糸）１０，０００ｍあたりの重量（ｇ）である。

筆先の繊維束がストレートに近い場合は嵩高率が小さく１００％に近づき、筆先の繊維束が大きく捲縮している場合は嵩高率が大きくなる。

嵩高率は、繊維の捲縮状態の影響を受ける。
筆先の繊維は、成形性を向上させ、かつ、インク等の液体の通路を確保するために、通常、捲縮（クリンプ）加工してから、成形される。成形時には加熱され、また、引っ張られるため、繊維の捲縮も引き伸ばされるものの、成形後の繊維は完全にストレートに戻ることはなく、捲縮状態を有する。かかる捲縮状態の捲縮率が高い場合、繊維束は嵩高くなる。

繊維束の嵩高率が１２５％以下と低いと、捲縮率が低く、繊維同士の接触面積が増え、かつ、樹脂バインダの接着面積も増える。このため、筆先と紙等の被塗布物との摩擦に対して繊維同士を接着する樹脂バインダが剥がれにくく、繊維相互のバラケの発生も抑制できる。

（繊維の太さ、及び、繊維束の径）
筆先の繊維の径（太さ）は、０．１ｄｔｅｘ〜１１．１ｄｔｅｘの範囲が例示され、０．５ｄｔｅｘ〜４．０ｄｔｅｘの範囲が好ましく、０．５ｄｔｅｘ〜２．０ｄｔｅｘの範囲がより好ましい。一般的には、繊維の径は小さいほうが樹脂バインダとの接着面積が大きくなるため、繊維相互のバラケの発生を抑制しやすくなる。

繊維束の径は、筆記具や化粧用具等の液体塗布具の目的によって適宜設定される。繊維が有する弾力性を活かし、樹脂バインダの接着面積を確保するため、０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲が好ましく、２．０ｍｍ〜７．０ｍｍの範囲がより好ましい。

（繊維の材料）
筆先の繊維には、合成繊維等が用いられ、ポリアミド繊維のナイロン（登録商標）等、ポリエステル繊維のポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート等、アクリル繊維等が例示される。なかでも、ポリトリメチレンテレフタレートが好ましい。なお、上述したように、同じ種類の繊維素材であっても、繊維（糸）の径（太さ）や捲縮状態によりバラケの指標のひとつとなる嵩高率は異なり、また、同じカテゴリーの繊維であっても化学構造（炭素数の違い等）により柔軟性の指標のひとつとなる２０％伸長回復率は異なってくる。

さらに、成形性を保ち、液体の通路が確保され、本発明に規定した２０％伸長回復率に相当する範囲になれば、上記繊維を複数種類用いてもよく、同一の材料であっても捲縮状態が異なる繊維を束ねてもよい。ストレート繊維を捲縮した繊維に混ぜて、束ねてもよい。本発明に規定した伸長回復率に加え、本発明に規定した嵩高率に相当する範囲になれば、より好ましい。

（樹脂バインダ）
本発明の筆先の樹脂バインダには、ポリウレタン樹脂、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂等が例示される。繊維の材料と接着性が高い樹脂バインダであることが好ましく、ナイロン繊維やポリエステル繊維には、ポリウレタン樹脂がより好ましい。

（液体塗布具）
本発明の筆先は、筆記具や化粧用具等の液体塗布具に適用可能である。

液体塗布具は、筆記具として、毛筆タイプのペン、細線用毛筆タイプのペン、修正液等、ブラシが用いられる筆記具が例示される。また、化粧用具として、アイライナー、リップライナー等の各種化粧用ライナー、マニュキア用ブラシ、アイブロウ、アイシャドウ、リップスティック、コンシーラー等が例示される。
該液体塗布具に使用される液体は、塗布具の用途により水性、油性のものが例示される。

以下に本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

―筆先の構成―
各種試験を行うため、表１に示した材質、径の筆先を作成した。

表１に示すように、試料１は、１．３ｄｔｅｘのポリトリメチレンテレフタレート繊維を長手方向に５２，１２８本束ねて成形金型に通して熱加工して外径４．４ｍｍとし、ポリウレタン樹脂を含浸乾燥させて接着した後、研削等により長さ３２．５ｍｍの毛筆形状にしたものである。
試料２は、３．３ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維を長手方向に１７，０８８本束ねて成形金型に通して熱加工して外径４．４ｍｍとし、ポリウレタン樹脂を含浸乾燥させて接着した後、研削等により長さ３２．５ｍｍの毛筆形状にしたものである。
試料３は、３．３ｄｔｅｘのナイロン６繊維を長手方向に２０，９２８本束ねて成形金型に通して熱加工して外径４．４ｍｍとし、ポリウレタン樹脂を含浸乾燥させて接着した後、研削等により長さ３２．５ｍｍの毛筆形状にしたものである。

―２０％伸長回復率及び嵩高率―
試料１〜３の繊維につき、上述した方法で２０％伸長回復率及び嵩高率を測定した。
試料１のポリトリメチレンテレフタレート繊維の２０％伸長回復率は８８％と高く、試料３のナイロン６繊維は６２％であり、試料２のポリエチレンテレフタレート繊維は２９％と低い値を示した。すなわち、試料１のポリトリメチレンテレフタレート繊維は、試料２や試料３に比べた場合には弾力性のより高い繊維であることが分かった。

試料１のポリトリメチレンテレフタレート繊維の嵩高率は１０３％と低く、試料２のポリエチレンテレフタレート繊維は１１０％であり、試料３のナイロン６繊維は１２２％であった。すなわち、試料１のポリトリメチレンテレフタレート繊維は、試料２や試料３に比べた場合には捲縮率のより低い繊維であり、繊維同士の接触面積が増え、かつ、樹脂バインダの接着面積も増えることが分かった。

図１に、試料１〜３の筆先の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）縦断面写真を示す。嵩高率が低い試料１のポリトリメチレンテレフタレート繊維束は繊維同士の隙間が小さいことが分かった。

−評価試験１（ペン組込線幅測定）−
試料１〜３の筆先をペン本体に組み込み、１日後にペン組込線幅測定を行った。１日放置するのは、筆先の穂先とは反対側の後端部分から供給されるインク等の液体の、筆先繊維への浸透を十分に行い、液体の供給を安定させるためである。
ペン組込線幅測定は、量りの上にコート紙を置き、筆記角度をコート紙に対して９０°、筆記速度を８ｃｍ／ｓに設定し、荷重を５０ｇｆ、１００ｇｆ、２００ｇｆの順に変えて筆記し、筆跡の線幅を線幅測定器にて測定することにより行った。

得られた線幅につき、荷重５０ｇｆ及び２００ｇｆのときの線幅の変化率を算出し、結果を表１に示した。
試料１のポリトリメチレンテレフタレート繊維の筆先では、変化率が１５５％と大きく、荷重すなわち筆圧に応じて線幅を変えることができ、繊維としての柔軟性が高いことが分かった。筆圧に応じて線幅を変えられると、意図する線幅（太さ）での筆記・塗布がしやすくなる。
逆に、試料２のポリエチレンテレフタレート繊維の筆先では、変化率が１２８％と試料１に比べて小さく、荷重すなわち筆圧に応じて線幅を変え難く（書きにくく）、繊維としての柔軟性が低いことが分かった。
試料３のナイロン６繊維の筆先では、変化率が１３４％であった。

−評価試験２（ジグザグ筆記による繊維相互のバラケ確認試験）−
試料１〜３の筆先をペン本体に組み込み、１日後にジグザグ筆記による繊維相互のバラケ確認試験を行った。
ジグザグ筆記による繊維相互のバラケ確認試験は、普通紙を置き、筆記角度を普通紙に対して７０°、荷重を２００ｇｆに設定し、２ｃｍ幅のジグザグ筆記を５０往復（ジグザグを５０回）２ｍ行った後、ペン本体を周方向に９０°回転させ、同様に２ｃｍ幅のジグザグ筆記を５０往復（ジグザグを５０回）２ｍ行った後、ペン本体を周方向にさらに９０°回転させることを繰り返すことにより行った。かかるジグザグ筆記を合計４０ｍ、１００ｍ、１２０ｍ、１８０ｍ行う毎に、倍率２５倍でマイクロスコープ写真を撮影した。ジグザグ筆記はｎ＝２で行った。各筆先のマイクロスコープ写真を図２に示し、結果を表１に示した。

試料１のポリトリメチレンテレフタレート繊維の筆先では、繊維相互のバラケは観察されなかった。一方、試料２のポリエチレンテレフタレート繊維の筆先では、４０ｍ筆記の時点で繊維相互のバラケが観察された。試料３のナイロン６繊維の筆先では、１２０ｍ筆記の時点までは繊維相互のバラケは観察されなかったものの、１８０ｍ筆記後には繊維相互のバラケがやや見られた。
試料１のポリトリメチレンテレフタレート繊維は、他の試料に比べて嵩高率が小さく、繊維同士や繊維と樹脂バインダとの接着面積が大きいために、繊維相互のバラケが抑制されているものと考えられる。

−評価試験３（ジグザグ筆記による変形度の評価）−
評価試験２で撮影したマイクロスコープ写真より、筆先の先端と筆先の中心線の距離（ずれ）を計測し、筆先の変形度を評価した。該距離が大きいほど変形度が大きく、筆先の形状が回復しにくいことを示す。評価結果を表１に示した。

試料１のポリトリメチレンテレフタレート繊維の筆先では、１００ｍ筆記の時点までは変形がなく、１２０ｍ、１８０ｍ筆記の時点でも、中心線とのずれがそれぞれ０．３ｍｍ、０．５ｍｍと小さく、筆先の形状が回復しやすいことが分かった。一方、試料２のポリエチレンテレフタレート繊維の筆先では、４０ｍ筆記の時点で中心線とのずれが２．５ｍｍと大きく、試料１や試料３に比べて筆先の形状が回復しにくいことが分かった。試料３のナイロン６繊維の筆先では、１００ｍ筆記の時点までは変形がなく、１２０ｍ、１８０ｍ筆記の時点では、中心線とのずれがそれぞれ１．１ｍｍ、１．５ｍｍとなり、試料１と比べた場合は筆先の形状がやや回復しにくいものの、試料２と比較した場合は筆先の形状が回復しやすいことが分かった。

−評価試験４（ジグザグ筆記による線幅変化の測定）−
評価試験２で行ったジグザグ筆記前後の筆先を用い、荷重５０ｇｆでの線幅測定を行い、変化率を算出した。変化率（％）は、１８０ｍ筆記後の筆先の線幅を、スタート時の筆先の線幅で除して１００を掛けたものである。結果を表１に示した。

試料１のポリトリメチレンテレフタレート繊維の筆先では、ジグザグ筆記前後での線幅の変化率が１０４％と小さく、安定した筆記が可能であることが分かった。試料３のナイロン６繊維の筆先では、試料１に比べ、ジグザグ筆記前後での線幅の変化率が１２０％と試料１に比べてやや大きいことが分かった。試料２のポリエチレンテレフタレート繊維の筆先では、１８０ｍ筆記後の変形が大きく、変化率を測定することが困難であった。

−評価試験５（変色評価）−
試料１〜３の筆先をペン本体に組み込んだものを１０８本用意し、異なる色の液体をそれぞれに供給し、変色評価を行った。
筆先が組み込まれた評価用のペン本体を、温度５０℃のオーブンの中に横置きにし、ペン本体への組み込み直後、１日後、１週間後、２週間後、４週間後の筆跡の色目を比較し、変色が認められた色数をカウントした。評価結果を表１に示した。

試料１のポリトリメチレンテレフタレート繊維の筆先、及び、試料２のポリエチレンテレフタレート繊維の筆先では、変色が認められなかった。一方で、試料３のナイロン６繊維の筆先は、１日後に１７色、１週間後に２６色、2週間後に２８色の変色が認められた。ナイロン繊維が、インク等の液体のうちの特定の色素化合物を吸着するため、液体本来の色を失わせてしまうことが確認された。

以上の評価結果は、表１に記載された構成を有する筆先のものである。液体塗布具の用途、要求される筆圧（荷重）、被塗布物と筆の角度、使用する色、使用期間等に応じ、本発明の筆先は適宜構成される。

Claims (6)

1. 繊維を長手方向に集束して樹脂バインダで接着後、所望の形状に成形した筆先であって、
   前記繊維の２０％伸長回復率は５０％以上である、筆先。
2. 前記繊維の嵩高率は１２５％以下である、請求項１に記載の筆先。
3. 前記繊維は、ポリトリメチレンテレフタレート繊維である、請求項１又は２に記載の筆先。
4. 前記繊維の単糸は、４ｄｔｅｘ以下である、請求項１〜３いずれか一項に記載の筆先。
5. 前記樹脂バインダは、ポリウレタン樹脂である、請求項１〜４いずれか一項に記載の筆先。
6. 請求項１〜５いずれか一項に記載の筆先を備える、液体塗布具。

Images