ボールペンは身近だけど謎だらけの道具

ボールペンが大好きな娘は、カラフルなボールペンでお手紙をかいたり、ボールペンを分解して観察したりしています。

そこで、ボールペンをもっと掘り下げてみることにしました。

すると、身近なボールペンが実は科学の宝庫だったことがわかりました。

ボールペンにはたくさんの種類がある

銀座伊東屋に行って、娘と一緒にさまざまな特徴のあるボールペンを選んで買ってきました。

写真のボールペン

• 水性インク： ボールペンてる、Vコーン、
  ユニボールエア
• ゲルインク： サラサクリップ、エナージェル
• 油性インク： ジェットストリーム、
  ノックボールペン（ダイソー）

実験①：書き心地を比べる

まずは、書き心地をたしかめてみるために、それぞれのボールペンの名前を書いてみました。

すると、水性インクやゲルインクは太い線をかくことができました。

しかし、油性のジェットストリームやダイソーのノックボールペンは細い線になりました。

実験②：水をかけてインクの強さを比べる

油性のマジックペンは、水に強いので、小学校のもちものに名前を書くのにつかいます。

ボールペンも同じように、油性インクのほうが水に強いんじゃないかと考えました。

雨で濡れたり、飲み物をこぼしたりしても平気かどうか、試してみました。

ボールペンで☆マークを書いて水をかけた

ボールペンの名前の隣に☆をおなじペンで書いて、水をたらして、１分ほど待ちました。

水をたらした結果

スポイトで水を１滴ずつ落としていくと、大きな違いが現れました。

ボールぺんてる、Vコーン、エナージェルで書いた文字は、水にインクが溶けて広がりました。

一方、ユニボールエア、サラサクリップ、そして油性のジェットストリームはほとんど滲みません。

追加で実験したダイソーの油性ボールペンも滲みませんでした。

染料と顔料の違い

写真は、水滴をティッシュで吸い取ったあと、裏返してみたところです。

同じ水性ペンなのにボールぺんてる・Vコーンと、ユニボールエアとで結果が違った理由は、インクの「着色剤」の違いにあります。

ボールぺんてるやVコーンは水に溶ける「染料」、ユニボールエアは水に溶けない「顔料」を使っているのです。

水性だから水に弱いとは限らないことがわかりました。

また、油性であっても、ジェットストリームは黄色い成分が分離しているように見えました。

油性だから水に強いとも限らないことがわかりました。

実験③：ペーパークロマトグラフィーで色を分解

そこで、インクの性質についてもっとくわしく調べることにしました。

コーヒーフィルターと水をつかって、インクにどんな色が含まれているのかを調べる実験です。

用意するもの

用意するものは、家にすでにあるかもしれないものばかりです。

用意するもの

• コーヒーフィルターを短冊状に切ったもの
• 水を入れたコップ
• 7種類のボールペン

コーヒーフィルターはダイソーの漂白と書かれた白いものを選び、２cm幅にカットしました。

ペーパークロマトグラフィーの手順

フィルターの下から2センチくらいのところに、各ペンで小さな黒い点を描きます。

それを割り箸に挟んで、コップの水にフィルターの先だけを浸けます。

インクの点は水に浸からないように注意するのがポイントです。

びっくりの結果！

水につけて、フィルターの上のほうまで水が登ってくるのを待ちました。

すると、水性インクのボールぺんてるとVコーンの黒い点から、青・紫・黄の色がじわじわと広がっていきました。

一方、水性のユニボールエアと、ゲルのサラサクリップは、ほとんど色が分かれませんでした。

そして、当初、油性ボールペンは水に強いと思っていたにもかかわらず、ジェットストリームは色が分離しました。

なぜ色が分かれるの？

ボールぺんてる、Vコーン、エナージェルは「染料」という水に溶けるインクを使っているので、水と一緒に上へ移動します。

インクに含まれる色ごとに、移動するスピードが違うため、色が分かれるのです。

一方、顔料のインクは水に溶けないので、色が分かれず、その場からあまり動かなかったというわけです。

実験④：リフィルのインクの粘性をしらべる

普段はボールペンのペン先から出てくるインクばかりを見かけますが、リフィルの中のインクはどんな具合なのでしょうか。

リフィルをカットして、爪楊枝で感触を確かめてみました。

フォロワーはインクを守る蓋

ジェットストリームのリフィル

リフィルのインクのお尻側には、透明なジェル状のものが入っているのが見えます。

減っていくインクを追いかけて移動するので、フォロワーと呼ばれています。

フォロワーは、インクが飛び出してペンをよごしたり、インクが乾いて書けなくなったりしないように、蓋の役割をしているそうです。

この、フォロワーの付近でカッターで切り込みを入れて、ポキっとリフィルを折っていきました。

ダイソーのノックボールペンのインクはネバネバ

ダイソーのノックボールペンは、フォロワーがありません。

リフィルのお尻をカットして、爪楊枝を入れてみると、糸を引くくらい粘り気がありました。

昔ながらの、乾きにくくて、ネバネバのインクが使われているようです。

ジェットストリームのインクはトロトロ

ジェットストリームのリフィルには、フォロワーがありました（フォロワーの説明写真参照）。

同じ油性インクでも、ジェットストリームはトロトロでした。

爪楊枝で描く線の伸びがよく、ダイソーのボールペンと全然インクの性質がちがうことがわかります。

エナージェルのインクはサラサラ

エナージェルも、リフィルのフォロワーとインクの境目に切れ込みを入れ、ポキっと折りました。

すると、インクが飛び散って大変なことになりました。

エナージェルは簡単に飛び散るほどに、サラサラのインクでしたが、爪楊枝でこすってもあまり伸びはありません。

エナージェルのインクの特徴

エナージェルは、リフィルに力を入れて折ったときや、爪楊枝でかきまぜたときの感触としてはサラサラなのに、逆さまにしてもインクが流れ出てくることはありませんでした。

これはゲルインクの特性であるチキソトロピー※の性質を示しています。

※チキソトロピー（Thixotropy）とは、力を加えると粘度が低下して液状になり、力を加えるのをやめて静置すると、時間とともに元の粘度（ゲル状、固体状）に戻る可逆的な性質です。

実験でわかったこと

今回の実験でわかったことをまとめます。

1. 「油性＝水に強い」とは限らない

油性ネームペンでは当たり前だったことが、ボールペンでは当てはまらないケースがありました。

同じ「油性」でも、インクの性質は製品ごとに違うようです。

2. 黒いインクは「混ぜて作られている」

クロマトグラフィーで分解すると、黒い点から青、紫、黄色、ピンクなど様々な色が出てきました。

一つの色ではなく、複数の色を混ぜて黒を作っていたのです。

3. 顔料と染料で水に溶けやすさが違う

ユニボールエアが水性なのに滲まなかった理由は、顔料。

また、染料を使っていると滲みやすくなります。

まとめ：伊東屋で買ったペンから広がった世界

お気に入りの文房具をきっかけに、こんな発見ができるなんて思ってもいませんでした。

お子さんと一緒に、ぜひ身近なボールペンの「当たり前」を実験で確かめてみてください。

きっと「あれ？」という発見がたくさん待っています。