JP2002019143A

JP2002019143A - 液体貯蔵容器

Info

Publication number: JP2002019143A
Application number: JP2000199718A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kato; 靖雄加藤; Tsutomu Shimizu; 勉清水
Original assignee: Pentel Co Ltd
Current assignee: Pentel Co Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】容器内の微少から急激な圧力変化まで内容液
体の洩れを抑制し、環境変化に対して耐久性のある液体
貯蔵容器を得る。【解決手段】粘性流体の粘度αが、２００ｃｐ≦α≦２
０００００ｃｐであり、且つ粘性流体と接触する表面の
凹凸平均間隔Ｓが、０．２μｍ≦Ｓ≦１０００μｍで、
その部材に対して形成する接触角θが、０°＜θ≦９０
°である液体貯蔵容器

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内部にインキ組成
物や化粧料組成物等の液体を収容し、この液体を外部に
吐出する液体供給部を有し、また、容器の内側と外側と
を必要に応じて通気し得る空気流通手段を設けた、マー
キングペン、サインペン、ボールペン、万年筆等の筆記
具や、筆ペン、修正液塗布具、アイライナー、アイシャ
ドー、ネイルカラー、毛染め、液体ファンデーション、
口紅等の塗布具等のインキタンク、インキジェットプリ
ンター等のインキカートリッジ等の液体貯蔵容器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、液体を収容し、これをペン先、印
字ヘッドなどの液体吐出手段に供給する液体貯蔵容器
は、外気と連通する空気孔を形成し、ペン先や印字ヘッ
ド等の吐出手段による液体の消費によって液体貯蔵容器
内の減少した液体体積分の空気を取り込んでいる。即
ち、内容液体の消費によって容器内に残る内容液体の体
積は減少するので、次第に液体貯蔵容器内が大気圧に対
して大きく負圧となり、液体吐出手段から液体が吐出さ
れにくくなるため、消費された液体の体積分の空気を液
体貯蔵容器内に取り込み、液体貯蔵容器内の圧力を、内
容液の水頭圧に見合う一定の負圧状態に保ち、液体貯蔵
容器からペン先や印字ヘッド等の吐出手段へ内容液体の
供給が円滑になされるようにしている。しかしながら、
液体が貯蔵されている容器に孔を形成することは、内容
液体がその孔から洩れる可能性を作ることになる。この
内容液体が洩れる可能性を抑制し得るものとして、特公
平６−１７９５２号公報には、インキが収容されている
タンクの空気流通路に薄膜で開閉可能な蓋を形成して、
この薄膜との隙間にシリコンオイルを介在させて閉塞
し、インキの消費に伴うタンク内の圧力変化で一時的に
薄膜が押し上げられ、空気が取り込まれてタンク内の圧
力を調整するというものが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空気流
通路を薄膜とシリコンオイルを使用したものでは、温度
変化によってシリコンオイルの流動性が増して空気流通
路の外に流れ出してしまったり、薄膜が変形して空気流
通孔が形成される時、この空気流通孔形成の繰り返しに
より薄膜が元の状態に復元できなくなり、シリコンオイ
ルだけでは空気流通路を塞げなくなり、液体の水頭圧に
よって吐出手段から内溶液体が洩れ出してしまうという
問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、内部に
液体を収容し、この液体を外部に吐出する液体供給部を
有し、また、容器の内側と外側とを必要に応じて通気し
得る空気流通手段を設けた液体貯蔵容器において、前記
空気流通手段は、容器内外を連通し得る通気孔と、この
通気孔を閉塞し得る粘性流体とからなり、前記粘性流体
が前記通気孔が形成される部材に対して形成する接触角
θが、０°＜θ≦９０°であると共に、この通気孔が形
成されている部材の少なくとも前記粘性流体と接触する
表面の凹凸平均間隔Ｓが、０．２μｍ≦Ｓ≦１０００μ
ｍであると共に、前記粘性流体の粘度αが、２００ｃｐ
≦α≦２０００００ｃｐであることを特徴とする液体貯
蔵容器を要旨とする。

【０００５】空気流通手段となる通気孔を閉塞する粘性
流体は、筆記や印字に伴ってインキを消費していないと
きには通気孔を覆って閉塞し、容器内外の空気の連通を
遮断する。現実的には、容器の材質や粘性流体の材質に
よって気体の透過があり、ガラスや金属などを使用しな
い限り完全に気体の透過を遮断することは困難である
が、本発明で問題としている空気の連通はそのような微
量な空気の移動ではなく、筆記や印字などにおける毎秒
０．００１〜０．０３ｃｃ程度のインキの消費に伴う空
気の置換である。粘性流体が通気孔を覆って通気を遮断
している状態では容器内が密閉された状態となり、大気
圧に対して内容インキの量に見合う水頭圧分の負圧状態
が形成されペン先や印字ヘッドにインキが供給されな
い。筆記や印字に伴ってインキが消費されると、インキ
の減少体積分だけ過負圧状態となるので、粘性流体の膜
が一時的に破れて容器内に空気を取り込む。空気の取り
込みは、次第に減少していく内圧に伴って一定量（およ
そ０．００００１ｃｃ〜０．０００１ｃｃ）消費時に瞬
時に繰り返し行われる。これは、容器内外の相対的な圧
力差がおよそ１６ｈＰａ以上になった場合に該当し、例
えば、１秒間に０．０１ｃｃのインキ消費があった場
合、およそ百〜千回、連通・遮断が繰り返される。この
ような粘性流体としては、炭化水素類より選ばれる難揮
発性有機液体および／又は不揮発性有機液体やシリコン
オイル等が使用でき、流動パラフィン、液状ポリブテ
ン、スピンドル油、ワセリン、α−オレフィンオリゴマ
ー、エチレン−α−オレフィンオリゴマー等の単独また
は混合物や、これにアエロジル（日本アエロジル（株）
製）などの微粒子シリカ、ディスパロン３０５（楠本化
成（株）製）などの水添ひまし油系のもの、ソロイド
（三晶（株）製）などのセルロース系のもの、レオパー
ル（デキストリン、千葉製粉（株）製）などのデキスト
リン系のもの、更に金属セッケン類、ベントナイト等各
種のゲル化剤が用いて粘度調整したものを使用すること
ができる。その粘度は２００ｃｐ以上、２０００００ｃ
ｐ以下とすることが必要である。

【０００６】そして、粘性流体が前記通気孔が形成され
る部材に対して形成する接触角θとは、容器自体に通気
孔が形成されているものでは、その容器の材質に対し
て、連通多孔質体の連通多孔を通気孔とするものでは、
その連通多孔質体の盤状物に対して、粘性流体の液滴を
滴下し測定したものである。そして、この接触角は、９
０°以下であることが必要であり、より好ましくは１０
°以下であれば、通気孔が形成される部材と粘性流体と
が濡れた状態となり、見かけ上の付着力が高い状態が得
られる。

【０００７】また、通気孔が形成される部材の粘性流体
と接触する部分の表面の凹凸平均間隔は、ＪＩＳＢ
０６０１（１９９４）に記載の「凹凸の平均間隔（Ｓ
ｍ）」に基づき、カットオフ値（λｃ）０．８ｍｍ、基
準長さ（ｌ）０．８ｍｍ、評価長さ（ｌｎ）４．０ｍｍ
にて測定した。測定機器は、サーフコム４７５Ａ（株
式会社東京精密製）を使用した。この凹凸平均間隔
は、０．２μｍ以上、１０００μｍ以下であることが必
要であるが、粘性流体と接触する部分の表面の全てが１
０００μｍ以下である必要はなく、部分的にこのような
表面になっていれば足りる。好ましくは、６０％以上の
面積部分が上記の凹凸平均間隔となっていると良いが、
粘性流体と接触する部分の表面の領域を取り囲むように
上記の凹凸平均間隔部分を形成すれば、粘性流体の流れ
出しを抑制し得る。

【０００８】通気孔が形成される部材は、上述のよう
に、容器に直接的に孔を形成したものであっても良い
し、別部材を取り付けても良い。別部材として、ポリウ
レタンのような連通多孔質体やポリエステルやナイロン
などの繊維収束体、ステンレス製の網部材などとする場
合には、容器への取り付け用アダプタを使用しても良
い。上記の凹凸平均間隔の表面を得るために、容器に直
接的に孔を形成したものでは、容器を合成樹脂の射出成
形品とし、成型金型にブラスト加工やエッチング加工、
放電加工等によって所望の表面粗さを形成しておくこと
によって容易に得られる。また、成形品そのものにブラ
スト加工やエッチング加工を施すこともできる。通気孔
が形成される部材が、ポリウレタンのような連通多孔質
体やステンレス製の網部材の場合、個々の連通多孔や網
の目の大きさを上記の平均凹凸間隔として作成または材
料を選択することができる。

【０００９】

【作用】容器内部と外界との相対的な圧力差によって、
通気孔を境いにして高圧側から低圧側に空気が流れよう
とする力により、粘性流体がおしのけられて空気が流通
する。おしのけられた粘性流体は、粘性流体自身の表面
張力と粘性流体が接触している部材との濡れによって直
ちに元に戻ろうとして再び通気孔を閉塞する。そして、
粘性流体が接触している部材の凹凸表面によって、連通
多孔質体から離れたり、空気流通孔形成の繰り返しによ
って減量したり、空気流通路の外側へ流出したりしない
ので、タンク内部と外界との相対的な圧力差の制御が永
続的に得られるものとなる。

【００１０】

【実施例】図面に基づいて一例について説明する。図１
に示したものは、インキジェットプリンタ用のインキカ
ートリッジを想定した一例であり、内部に自由状態のイ
ンキを収容したものである。全体としては、印字ヘッド
へのインキ吐出口を有する箱状の容器本体１と空気流通
手段を有する蓋部材２とからなり、両者は共に基本的に
はポリプロピレン樹脂製の射出成形品であり、超音波溶
着にて液密に接続されている。容器本体１のインキ吐出
口１ａは、ポリエチレンテレフタレート繊維の集束体１
ｂが充填されており、印字ヘッドへのインキ供給の誘導
部材かつ緩衝部材となっている。初期状態で容器内部に
収容されているインキは、充填量が約１８．４ｃｍ
³で、インキ供給部である集束体１ｂにかかる水頭圧は
約５．３２ｈＰａ程度であり、容器内部は大気圧に対し
て約５．３２ｈＰａ程度負圧になっている。

【００１１】図１のＩ部拡大図である図２に示すよう
に、蓋部材２の空気流通手段は、通気孔２ａを覆うよう
にして壁部材２ｂが置かれ、ポリプリピレン樹脂製のア
ダプタ２ｃを圧入することによって、前記壁部材２ｂを
固定している。通気孔２ａの容器内に対する開口部分は
複数の細孔２ｄとしてあるが、これはインキが通気孔２
ａ内に侵入することを極力抑制するものである。

【００１２】前記壁部材２ｂには粘性流体３が塗布され
ている。図示では模式的に塗布層の厚みを表現している
が、現実的には０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度の塗布層が
形成されれば足りる。粘性流体３は壁部材２ｂの孔内に
挿入されていることを妨げないが、このような塗布され
た状態であるがゆえに、壁部材２ｂに対して粘性流体３
が乗っている状態であるので、粘性流体３の量を調節す
ることによって容易に通気孔の形成されやすさをコント
ロールできるし、壁部材２ｂの個々の孔に束縛されない
粘性流体が多く存在するために、形成された通気孔の再
閉塞も迅速になされるものとすることができる。

【００１３】図３に他の一例を示す。ポリエチレンテレ
フタレート繊維の収束体によるペン先４を有し、容器内
に自由状態でインキを収容する、所謂生インキ式の繊維
ペンの一例である。ペン先４はポリプロピレン樹脂製の
ペン先ホルダー５の中心孔に圧入されていて、圧入力に
よってインキの流れ易さが調節されている。このペン先
ホルダー４はインキを収容するポリプロピレン樹脂製の
軸筒６に接続されており、その後端を尾栓７にて閉鎖し
ている。初期状態で容器内部に収容されているインキ
は、充填量が約１．９ｃｍ³で、インキ供給部であるペ
ン先４にかかる水頭圧は約９．３１ｈＰａ程度であり、
容器内部は大気圧に対して約９．３１ｈＰａ程度負圧に
なっている。

【００１４】図３のＩＩ部拡大図である図４にも示すよ
うに、尾栓７は、ポリプロピレン樹脂の射出成形品であ
り、扇型の開口形状、開口面積約３．４ｍｍ²の通気孔
２ａが３個形成されている。この通気孔２ａには、粘性
流体３が充填されている。また、通気孔２ａの内壁には
微細凹凸が形成されている。尚、通気孔の長さは５ｍｍ
である。

【００１５】上記の図１に示した一例に基づいて、凹凸
平均間隔Ｓ、粘性流体の粘度α、接触角θを種々組み合
わせた実施例を作成した。

【００１６】実施例１壁部材２ｂにステンレス製の網部材（曙金網産業（株）
製、ハイスクリーンメッシュ、凹凸平均間隔（孔間隔）
０．５ｍｍ）を使用した。この網部材の通気孔２ａ内へ
開口している孔の総面積は３．７６ｍｍ²である。この
壁部材２ｂにはαオレフィン（ルーカントＨＣ１０三井
石化（株）製）を主剤としてこれにゲル化剤としてレオ
パールＫＥ（千葉製粉（株）製）、増粘剤としてアエロ
ジルＲ９７２（日本アエロジル（株）製）を添加した、
粘度２００ｃｐ（２５℃）の粘性流体３が塗布されてい
る。また、この壁部材２ｂの表面と上記粘性流体３とが
形成する接触角θは約２８度である。

【００１７】実施例２壁部材２ｂとして、図３、図４に図示したような合成樹
脂製の板部材に複数の通気孔２ａを形成したものを使用
し、この通気孔２ａの内壁には、成型金型にブラスト加
工を施したことによる平均凹凸間隔１ｍｍの微細凹凸を
形成した。この場合、ポリプロピレン樹脂製のアダプタ
２ｃを設置しないこともできる。この通気孔２ａにはポ
リブテン（ポリブテンＨＶ１５日本石油（株）製）と
αオレフィン（モービルＳＨＦ１００３モービルケミ
カル（株）製）を混合したものを主剤として、これにゲ
ル化剤としてレオパールＫＥ（千葉製粉（株）製）、増
粘剤としてアエロジルＲ９７２（日本アエロジル（株）
製）を添加した、粘度１０００００ｃｐ（２５℃）の粘
性流体３が充填されている。また、この通気孔２ａの内
面と上記粘性流体３とが形成する接触角は、壁部材２ｂ
にある通気孔２ａの内面の表面と同様の凹凸平均間隔
を、同一材質の板状のものに形成させて、粘性流体３の
液滴を滴下し測定した結果とする。その結果約５９度で
ある。尚、通気孔の長さは５ｍｍである。

【００１８】実施例３壁部材２ｂにメンブランフィルター（アドバンテック東
洋（株）製、凹凸平均間隔Ｓ（孔間隔）０．２μｍ）を
使用した。また、厚みは３５μｍである。この壁部材２
ｂにはポリブテン（ポリブテンＨＶ１５日本石油
（株）製）とαオレフィン（ルーカントＨＣ１０三井石
化（株）製）を混合したものを主剤として、これにゲル
化剤としてレオパールＫＥ（千葉製粉（株）製）、増粘
剤としてアエロジルＲ９７２（日本アエロジル（株）
製）を添加した、粘度α＝１０００００ｃｐ（２５℃）
である粘性流体３が塗布されている。また、この壁部材
２ｂの表面と上記粘性流体３とが形成する接触角θは約
１０度である。

【００１９】実施例４壁部材２ｂにポリウレタン製の連通多孔質体（凹凸平均
間隔（平均細孔直径）３０μｍ）を使用した。この壁部
材２ｂにはポリブテン（ポリブテンＨＶ１５日本石油
（株）製）を主剤として、これにゲル化剤としてレオパ
ールＫＥ（千葉製粉（株）製）、増粘剤としてアエロジ
ルＲ９７２（日本アエロジル（株）製）を添加した、粘
度α＝２０００００ｃｐ（２５℃）である粘性流体３が
塗布されている。また、この壁部材２ｂの表面と上記粘
性流体３とが形成する接触角θは約３７度である。

【００２０】比較例１壁部材２ｂに、アルミニウム板（凹凸平均間隔０．１μ
ｍ、アルミニウム板を硫酸溶液に浸して陽極酸化によっ
て微細凹凸を形成させ連通孔はドリル加工によりあけた
もの）を使用した。また、厚みは約２ｍｍ程度である。
この壁部材２ｂにαオレフィン（ルーカントＨＣ１０三
井石化（株）製）粘度α＝１００ｃｐ（２５℃）である
粘性流体３が塗布されている。また、この壁部材２ｂの
表面と上記粘性流体３とが形成する接触角θは約１８度
である。

【００２１】比較例２壁部材２ｂにステンレス製の網部材（曙金網産業（株）
製、ハイスクリーンメッシュ、凹凸平均間隔（孔間隔）
０．６ｍｍ）を使用した。この壁部材２ｂには、αオレ
フィン（モービルＳＨＦ８２モービルケミカル（株）
製）を主剤として、これにゲル化剤としてレオパールＫ
Ｅ（千葉製粉（株）製）を添加した、粘度α＝１００ｃ
ｐ（２５℃）である粘性流体３が塗布されている。ま
た、この壁部材２ｂの表面と上記粘性流体３とが形成す
る接触角θは約２１度である。

【００２２】比較例３壁部材２ｂに、アルミニウム板（凹凸平均間隔０．１μ
ｍ、アルミニウム板を硫酸溶液に浸して陽極酸化によっ
て微細凹凸を形成させ連通孔はドリル加工によりあけた
もの）を使用した。この壁部材２ｂにはポリブテン（ポ
リブテンＨＶ１５日本石油（株）製）を主剤として、
これにゲル化剤としてレオパールＫＥ（千葉製粉（株）
製）、増粘剤としてアエロジルＲ９７２（日本アエロジ
ル（株）製）を添加した、粘度α＝３０００００ｃｐ
（２５℃）である粘性流体３が塗布されている。また、
この壁部材２ｂの表面と上記粘性流体３とが形成する接
触角θは約４５度である。

【００２３】比較例４壁部材２ｂとして、図３、図４に図示したような合成樹
脂製の板部材に複数の通気孔２ａを形成したものを使用
し、この通気孔２ａの内壁には、成型金型にブラスト加
工を施したことによる平均凹凸間隔１．５ｍｍの微細凹
凸を形成した。この場合、ポリプロピレン樹脂製のアダ
プタ２ｃを設置しないこともできる。この壁部材２ｂ
にポリブテン（ポリブテンＨＶ１５日本石油（株）
製）を主剤として、これにゲル化剤としてレオパールＫ
Ｅ（千葉製粉（株）製）、増粘剤としてアエロジルＲ９
７２（日本アエロジル（株）製）を添加した、粘度α＝
３０００００ｃｐ（２５℃）である粘性流体３が塗布さ
れている。また、この壁部材２ｂの表面と上記粘性流体
３とが形成する接触角θは約６３度である。

【００２４】比較例５壁部材２ｂの通気孔２ａの内壁には、成型金型にブラス
ト加工を施したことによる平均凹凸間隔１．５ｍｍの微
細凹凸が形成されている。この壁部材２ｂにはαオレフ
ィン（ルーカントＨＣ２０三井石化（株）製）を主剤
として、これにゲル化剤としてレオパールＫＥ（千葉製
粉（株）製）、増粘剤としてアエロジルＲ９７２（日本
アエロジル（株）製）を添加した、粘度α＝５００ｃｐ
（２５℃）である粘性流体３が塗布されている。また、
この壁部材２ｂの表面と上記粘性流体３とが形成する接
触角θは約２５度である。

【００２５】上記各実施例及び比較例の構成をまとめる
と表１のとおりである。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】上記各実施例及び比較例について、空気
流通手段の機能維持に関する以下の試験を行った。結果
を表２に示す。

【００２８】印字試験容器内の圧力を繰り返し変化させ、強制的に空気交換さ
せることにより、粘性流体が元の位置に復元できるかを
見るために、上記各サンプルを恒温層内に配置し、恒温
層内の温度を２時間毎に２５℃、−３０℃、２５℃、６
０℃の順序で変化させ、これを１サイクルとして５サイ
クル行う。５サイクル後の各サンプルをインキジェット
プリンタＢＪＣ４６５Ｊ（キャノン（株）製）にセット
して、毎秒７０ｍｍの印字速度にて、２．０ｍｍ幅の塗
りつぶしを１０ｃｍ印字させ、１ｃｍ毎のインキ吐出量
を測定するとともに、印字状態について、インキカスレ
とインキボテの有無を確認した。

【００２９】

【表２】

【００３０】以上のように本発明の液体貯蔵容器は、温
度変化によって粘性流体が流れ出してしまうことや、繰
り返しの空気流通によって密閉性が阻害されることが極
力抑制され、内溶液体が洩れ出してしまうことが防止し
えるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】一例を示す縦断面図。

【図２】図１のＩ部拡大図。

【図３】他の一例を示す縦断面図。

【図４】図３のＩＩ部拡大図。

【符号の説明】

１容器本体１ａインキ吐出口１ｂ集束体２蓋部材２ａ通気孔２ｂ網部材２ｃアダプタ２ｄ細孔３粘性流体４ペン先５ペン先ホルダー６軸筒７尾栓 θ 接触角Ｓ凹凸平均間隔 α 粘性流体の粘度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ４３Ｋ 8/02 Ｂ４３Ｋ 7/02 ＡＢ４３Ｌ 19/00 8/02 Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に液体を収容し、この液体を外部に
吐出する液体供給部を有し、また、容器の内側と外側と
を必要に応じて通気し得る空気流通手段を設けた液体貯
蔵容器において、前記空気流通手段は、容器内外を連通
し得る通気孔と、この通気孔を閉塞し得る粘性流体とか
らなり、前記粘性流体が前記通気孔が形成される部材に
対して形成する接触角θが、０°＜θ≦９０°であると
共に、この通気孔が形成されている部材の少なくとも前
記粘性流体と接触する表面の凹凸平均間隔Ｓが、０．２
μｍ≦Ｓ≦１０００μｍであると共に、前記粘性流体の
粘度αが、２００ｃｐ≦α≦２０００００ｃｐであるこ
とを特徴とする液体貯蔵容器。
【請求項２】前記粘性流体が少なくとも通気孔内に位
置していることを特徴とする請求項１記載の液体貯蔵容
器。
【請求項３】前記粘性流体が前記通気孔が形成されて
いる部材に対して形成する前記接触角θが、０°＜θ≦
１０°であることを特徴とする請求項１又は２記載の液
体貯蔵容器。
【請求項４】前記通気孔が、孔径０．５ｍｍ以下の互
いに連通する連通多孔を有する連通多孔質体であること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体
貯蔵容器。
【請求項５】前記内容液がインキジェットプリンタ用
インキであり、前記液体供給部が印字ヘッドに連通する
インキジェットプリンタ用のインキタンクである請求項
１乃至４記載のいずれかに記載の液体貯蔵容器。
【請求項６】前記内容液が筆記具用インキであり、前
記液体供給部が、ボールペンチップ、繊維収束体ペン
先、中心インキ導通路を有する合成樹脂製ペン先等のペ
ン先に連通する塗布具もしくは筆記具のインキタンクと
した請求項１乃至４記載のいずれかに記載の液体貯蔵容
器。