ペンさきを したに むけても、インクは ぽたりと おちません。かたい ものの よう です。

でも、かみの うえで ボールが ころがると、インクは さらさらに なって かけます。やわらかく なった のです。

ペンを つくる かいしゃは、みずの インクに 「ゲルに する くすり」を まぜて いる と せつめい して います［1］。ふだんは ねばねばして いて、かく ときだけ さらさらに なります。

では、こんな ふしぎな インクは、ペンの なかだけの ものでしょうか。

ペン先を下に向けて机の上に立てても、ゲルインクは垂れません。ところが、紙にボールを押しつけて動かすと、インクはなめらかに出て、濃い線になります。

ペンメーカーのパイロットは、ゲルインキボールペンを、水性インキにゲル化剤を加えたものと説明しています。ふだんは粘度が高く、筆記時には水性ボールペン並みに粘度が低くなり、軽い筆圧で書けてにじみも少ない、とのことです［1］。粘度とは、液体のねばりの度合いのことです。

つまり、同じインクが、置いてあるときと書いているときで、ねばりの強さを変えていることになります。では、こういう性質は、ペンのインクだけのものなのでしょうか。

ゲルインクを入れたペンは、ペン先を下に向けても漏れにくく、紙の上ではボールが回転して滑らかに書ける。パイロットの説明では、水性インキにゲル化剤を加えることで、通常は粘度が高く、筆記時は水性ボールペン並みに粘度が低くなる。その結果、軽い筆圧でも濃く鮮明な字が書け、にじみも少ないという［1］。

ここで注意したいのは、メーカーの説明にチクソトロピーという語は出てこないことだ。この記事では、粘度が筆記時に下がるという公式の説明に、後の章で述べる定義を重ねて、同じ種類の性質の一例として読む。では、この性質は他の身近なものにも見られるのだろうか。

ケチャップの びんを さかさに しても、なかなか でて きません。ところが、びんを ふったり、とんとん たたいたり すると、どっと でます。

ケチャップは、ある くらい ちからが かかる まで、かたい ものの ように じっと して います。その ちからを こえると、うすく なめらかに なって ながれだす と いわれます［5］。

ペンの インクと、ちょっと にて いませんか。では、ペンキは どうでしょう。

ケチャップのびんを逆さにしても、なかなか出てきません。振ったり、底を叩いたりすると、急にどっと出ます。

ニュースサイトの解説では、ケチャップは、ある限界を超える力が加わるまでは、固体のような性質を示します。限界を超えると、それまでよりずっとうすく、なめらかな液体のように流れ出す、と説明されています［5］。振ったり叩いたりするのは、この限界を超える力を与えるためだと考えられます。

ペンのインクと、ケチャップは、似た性質を持つらしいのです。では、塗料はどうでしょうか。

逆さにしたケチャップが出てこないのに、びんを振ると突然出るのは、ある限界を超える力が加わるまで固体のようにふるまい、超えると薄く滑らかに流れる流体だからだと説明される［5］。この記述は、力が小さいうちは流れず、大きくなると流れ出すという、降伏応力を持つ流体の説明に近い。

ケチャップとゲルインクは、力が加わると流れやすくなるという点で並べられる。では、この性質は、暮らしの中でどんな役に立っているのか。

かべに ペンキを ぬる ところを そうぞう して みます。ペンキが さらさらすぎると、ぬった そばから たれて しまいます。かたすぎると、ぬれません。

ペンキを つくる ぎじゅつしゃは、ぬる ときは ちからで やわらかく なり、ぬった あとは じっと して、かたく なる ペンキを つくろうと して います［6］。

ペンの インクや ケチャップと、おなじ かんがえ かたです。この せいしつには、なまえが あります。

壁にペンキを塗る場面を思い浮かべてみましょう。塗るときはハケやローラーで力が加わるので、よく伸びてほしいところです。ところが、塗ったあとも流れ続けたら、壁の上でどんどん垂れてしまいます。

ある特許の公報は、この問題を次のように説明しています。チクソトロピー性の高い塗料は、塗るときにかき混ぜなどの力が加わると、見かけの粘度が下がって塗りやすくなります。塗ったあとは静止するので粘度が上がり、流れにくくなって垂れが抑えられる、というのです［6］。

ペンの中のインク、ケチャップ、塗料。どれも「力がかかると流れ、休むと落ち着く」という点でつながっています。では、この性質には、どんな名前と定義があるのでしょうか。

壁に塗った塗料が垂れないのは、塗るときと塗ったあとで、粘度が別の値になるように設計されているからだ。特許公報では、チクソトロピー性の高い塗料は、塗布時に撹拌など機械的な力で見かけの粘度が下がって流動性が上がり、塗布後は静止して見かけの粘度が上がって流動性が急に落ち、垂れ（タレ）が抑えられると説明される［6］。

塗料では、この性質を意図して持たせている。この特許の題名にもあるとおり、チキソトロピー性付与剤という添加剤を塗料に加えて、垂れを抑えつつ塗りやすくする設計が行われている。ペンにおけるゲル化剤と、役割が近い。ただし、化学的に同じ物質だとは、この資料からは言えない。

ケチャップ、塗料、ゲルインクに共通する動きには、共通の名前がついている。その定義を、次に見ていく。

ゲルは、ぷるんと かたまった もの です。ちからを くわえると、さらさらの えきたいに なる ことを 「ゾル」と いいます。

ゲルを かきまぜると ゾルに なり、しばらく おいて おくと また ゲルに もどる。この せいしつを、チクソトロピーと よびます［2］。ヨーグルトや ペンキが れいと して あげられて います。

ただし、ちからを くわえて やわらかく なる だけでは、まだ ちがう なまえの ことも あります。もどって くる ところが だいじ です。

ゲルは、ゼリーのようにぷるんと固まった状態です。かき混ぜると流れるようになった状態を、ゾルといいます。辞典によると、ゲルをかき混ぜるとゾルになり、放っておくとまたゲルに戻る性質を、チクソトロピー（チキソトロピー、揺変性）といいます。ヨーグルトやペンキが例に挙げられています［2］。

国際的な化学の団体であるIUPAC（国際純正・応用化学連合）の用語集も、ほぼ同じ内容を、ずりを加えると粘度が下がり、ずりをやめると元の粘度に戻るゲル、と定義しています［3］。「ずり」とは、面をずらすように加わる力のことです。

研究者の総説では、もう一歩踏みこんだ説明がされています。静止していたものをかき混ぜて流れを与えると、粘度が時間とともに下がり、かき混ぜるのをやめると粘度が回復する。「時間がかかる」という点が特徴で、力が増えるとすぐ粘度が下がるだけの単純な変化とは区別されている、とのことです［4］。

では、この性質は、ペンよりずっと遠い場所にも現れるのでしょうか。

チクソトロピーは、ゲルにせん断を加えると粘度が下がり、せん断をやめると元の粘度に戻る性質を指す。辞典もIUPACの用語集も、この意味で定義している［2］［3］。日本語では揺変性ともいう。

ただし、力が加わると粘度が下がるだけなら、ずり減粘と呼ばれる別の概念に近い。研究者の総説では、チクソトロピーは、静止していた試料に流れを与えたとき粘度が時間とともに連続的に下がり、流れをやめると粘度が回復することとされ、時間依存性が要点になる［4］。ケチャップの限界を超えれば流れる、という説明は、この時間の要素までは語っていない。

この語が広まる前の1923年には、酸化鉄の水ゲルを振ると液になり止めるとまた固まる現象が報告されていた［4］。では、この性質は、もっと遠い場所にも現れるのか。

うちゅうで つかう ペンが あります。インクは、おいて おく ときは ゲルの ように かたまって います。ボールが うごくと、えきたいに なって かけます［7］。

さらに、ペンの なかは ガスという きたい で おされて います。

「うちゅうペンは、ナサが なんびゃくまんドルも かけて つくった」と いう はなしを きく ことが あります。でも、おかねを だしたのは ナサでは なく、ペンを つくった ポール・フィッシャーさん じしん だと、つたえられて います［7］。

宇宙ペンとして知られるフィッシャー・スペースペンは、1965年に特許が出願されたペンです。インクはチクソトロピー性で、置いてあるときはゲル状の固体のようであり、ボールが動くと流体になります。ペンの中は窒素ガスで約240キロパスカル（約35psi）に加圧されています［7］。

ここで有名な話が出てきます。「NASAが何百万ドルもかけて宇宙で書けるペンを作ったのに、ソ連は鉛筆を使った」という話です。科学雑誌の記事は、これを俗説とし、約100万ドルの開発費はNASAではなく、ペンを作ったフィッシャー自身が負担したと伝えています。NASAが1968年に400本を買ったときの値段は、1本2.39ドルで、通常の3.98ドルより安かったとのことです［7］。

ペンのインクの性質が、宇宙ペンにも使われているわけです。では、ペンではなく、地面のほうにも同じ性質は見つかるのでしょうか。

宇宙ペンことフィッシャー・スペースペンは、ポール・C・フィッシャーが1965年5月19日に米国特許3285228を出願したペンで、インクはチクソトロピー性を持ち、静止中はゲル状、ボールが動くと液体になる。インクは窒素ガスで約240 kPa（約35 psi）に加圧されている［7］。

「NASAが何百万ドルもかけて宇宙ペンを開発し、ソ連は鉛筆で済ませた」という話は、Scientific Americanが俗説として否定している。約100万ドルの開発費は、NASAではなくフィッシャー自身の負担で、NASAは1968年に400本を1本2.39ドル（通常は3.98ドル）で購入した。金額は当時のドルで、円換算はしていない［7］。

インクの性質に加えて、ガスによる加圧も組み合わされている点が面白い。では、この性質は、ペンの外、地面にも現れるのだろうか。

みずを たくさん ふくんだ すなは、とても やわらかく なる ことが あります。「りゅうさ」と よばれる、すなの ばしょも あります。

ある けんきゅうでは、ほんの ちょっと ちからが ふえた だけで、すなが いっぺんに くずれて、みずのように ながれた ことが しめされて います［8］。

じしんの ゆれで、かたまって いた すなが ちょっとの あいだ えきたいのように なる ことも、ペンの インクと おなじ なかまの れいと されて います［2］。

流砂（りゅうさ）は、水をたっぷり含んだふつうの砂で、粒どうしの摩擦が減っているものだと、科学ニュースは説明しています。2005年の科学誌『ネイチャー』の論文（研究者はKhaldounら）は、ほんの少し力が加わっただけで、砂が一気に崩れて液体のようになることを示しました。報道によると、力が約1％増えるだけで、粒の流れが100万倍になったといいます［8］。

ただし、この記事には「チクソトロピー」という語は使われず、「液状化」という言葉が使われています。

辞典も、地震の振動で固まっていた砂の層が一時的に液状になる現象を、同じ揺変性の例として紹介しています［2］。ここでは、似た性質の例として並べるにとどめます。ペンから砂まで、同じ言葉で語られる場面が、これだけあるのです。

流砂は、水を多く含んで粒子間の摩擦が減った通常の砂である。2005年のNature論文（Khaldoun, Eiser, Wegdam, Bonn）は、わずかな応力の増加で砂が急に崩れ液状化することを示し、Bonnは1％ほどの応力増加で粒子の流れが100万倍になると述べた［8］。

Nature側の記事は「チクソトロピー」ではなく「液状化」の語を用いており、この2つの言葉を同一視してよいかどうかは、研究の文脈に左右される。辞典は、地震の振動で砂の層が一時的に液状になる現象を、同じ揺変性の例として挙げている［2］。似た性質の例として並べるところまでは、資料から言える。

こうして見ると、ゲルインクから流砂まで、共通するのは、力が加わると流れ、止まると戻るという動き方である。台所や机の上で、その入り口を観察することもできる。

今日できること

おうちの ひとと いっしょに、ケチャップを おさらの うえで、ためして みましょう。まず びんを そっと かたむけて、どう でるか 見ます。つぎに ふたを しめて かるく ふって から でして、ちがいを くらべます。

出かけてできること

ぶんぼうぐうりばに いったら、ゲルインクの ペンと ほかの ペンを、ためしがきで かいて くらべて みましょう。

もっと知りたいとき

ペンを つくる かいしゃの ホームページに、インクの しゅるいと とくちょうが のって います［1］。

今日できること

おうちの人と一緒に、お皿の上でケチャップを試してみましょう。びんをそっと傾けたときと、ふたを閉めて軽く振ってから出したときとで、出方がどう違うか見比べます。ペンなら、ゲルインクのペン先を下に向けて紙につけずに少し置き、垂れないかも見られます。

出かけてできること

文房具売り場で、ゲルインクのペンとほかのペンを試し書きして、書き心地を比べてみましょう。

公式情報

パイロットのサポートページには、ボールペンの種類と特長が載っています［1］。

今日できること

ケチャップのびんを、そっと傾けて出したときと、蓋を閉めて軽く振ってから出したときで、出方を比べてみる。ゲルインクのペンを、ペン先を下にして紙に触れさせずにしばらく立てて、垂れないかも見られる。「押す前」と「押したあと」で何が変わるかを、身近なものから探してみる。

資料を読むなら

チクソトロピーの定義は、IUPAC用語集の「thixotropic gel」の項［3］、時間依存性の議論は、Mewis & Wagner（2009）の総説［4］がもとになる。宇宙ペンの開発費をめぐる話は、Scientific Americanの記事［7］にまとまっている。