JP2002066435A - 液体吐出具の内容液タンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内圧変化に対応して圧力を調整し、吐出不良
や洩れの抑制された液体吐出具の内容液タンクを得る。 【解決手段】 一端が大気に直接連通した空気流通管の
他端を内容液が収容されている部分に配置すると共に内
部に連通孔部材を配した液体吐出具の内容液タンク。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インキ組成物や修
正液組成物、化粧料組成物等を収容するマーキングペン
やサインペン、ボールペンなどの筆記具や塗布具、イン
キジェットプリンタなど、内部に液体を収容し、該液体
を吐出する吐出手段と接続され、吐出手段を通じて内容
液が消費されるに伴って消費された内容液体の体積に見
合う空気を内部に取り込むために空気流通部を設けた液
体吐出具の内容液タンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、筆記具やインキジェットプリンタ
等、液体を制御しながら吐出するもののペン先、塗布先
や印字ヘッドなどの液体吐出手段にインキを供給する内
容液タンクに、孔などを介しての空気流通手段を設け、
消費されたインキの体積に見合う空気をタンク内部に取
り込むようなしたものが知られている。即ち、液体吐出
手段へのインキ供給によってそのインキを貯蔵するタン
ク内のインキ体積は減少するので、完全に密閉された容
器では次第にタンク内は外の圧力との差が増大して負圧
状態になり吐出手段にインキが供給され難くなり吐出不
良となるので、液体が消費されると直ちに、それに見合
う体積分の空気を内容液タンク内に取り込み、タンク内
の圧力を常に大気圧とほぼ同じに（正確には水頭圧分不
圧状態に）平衡に保つよう制御しようとするものであ
る。また、温度上昇などによってタンク内の圧力が外に
比べて相対的に高くなった時には、液体吐出手段よりの
インキの吹き出しとなってしまうこともあるので、この
通気孔より空気を吐き出して内外圧力の平衡状態を維持
するようなすものである。

【０００３】しかしながら、通気孔を設けることは液体
が貯蔵されている容器に孔を形成することであり、内部
液体がその孔から洩れる可能性がある。このような可能
性を極力排除したものとして、特開平１１−１５１１８
７号公報には、内容液体であるインキが減少するに伴っ
てインキ界面に追従して移動するスライド栓として粘性
流体を使用した筆記具が開示されている。このようなス
ライド栓は、インキタンクの内壁に密着した状態である
ので所謂孔を有していなく、インキ洩れが抑制されるこ
とが期待され、ボールペンのインキタンクなどが上市さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような、内容液
体の体積減少に伴って移動するインキ界面部分に配置さ
れたスライド栓を、インキ界面に追従して移動するよう
にしたものでは、内容液体の界面に対するスライド栓の
追従性が問題となる。即ち、スライド栓が内容液体が洩
れ出さない程度の保持力を有するためには、配置されて
いる部分における周辺部材との接触が必要となるが、保
持力の信頼性を高めるためには高い移動抵抗となるよう
な接触状態が好ましく、筆記具における高速筆記やイン
キジェットプリンタの高速印字などの急激な内容液体の
体積の減少が起こるような場合は、スライド栓の速やか
な移動は困難であり、反対にスライド栓を移動し易く移
動抵抗が低い接触状態ではインキが洩れない程度の保持
力を有することは困難であった。また、スライド栓とし
て粘性流体を使用したものでは、粘性流体が移動すると
きに貯蔵容器の内壁面に粘性流体が付着し、粘性流体の
体積は減少しながら移動するので、内容液（インキ）に
対する保持力は次第に低下してしまい粘性流体が少なく
なったときには急激な内圧変化に対応できず、インキが
洩れ出してしまう恐れもあった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、一端が
大気に直接連通するよう配置され、他端が内容液の吐出
部近傍に配置される空気流通管の、少なくともタンク内
の内容液が収容されている部分に該当する他端側内部に
内容液が含浸する連通孔部材を配したことを特徴とする
液体吐出具の内容液タンクを要旨とする。

【０００６】以下詳述する。連通孔部材は、内容液と相
溶性がなく内容液を含浸しうる材料であればよく、ポリ
エチレンテレフタレート、ナイロン、アクリル等の繊維
収束体や、ウレタン、ポリエチレン、シリコン樹脂、合
成ゴム等の合成樹脂製の連通多孔体が使用できる。繊維
収束体を使用する場合は平均毛管径が５〜１００μのも
のが好適である。５μ以下の材料では液体保持能力が低
いために前記空気流通抵抗が弱すぎて、容器を倒立状態
で保持した際や、容器に振動を加えた際などに空気流通
口からインキが洩れ出す可能性がある。また、平均毛管
径が１００μ以上の材料では前記空気流通抵抗が強すぎ
て、インキの消費や気温低下による内部圧力低下の際に
外部から空気が円滑に導入されず、内部の負圧が大きく
なりすぎてインキ吐出口から空気が入り込んでしまって
インキ吐出が不可能になる可能性がある。ここで平均毛
管径とは、繊維が正方格子状に配置していると仮定した
場合の格子間距離−繊維径を指し、繊維収束体の繊維の
直径、繊維収束体を収納する容器の繊維方向に垂直の断
面積、およびこの断面に含まれる繊維の本数から計算さ
れる。

【０００７】

【式１】

【０００８】また、合成樹脂製発泡体を使用する場合
は、１０ｍｍ当たりのセル数が２〜１０個のものが好適
に使用できる。但し、必ずしもこの範囲になくてはなら
ないわけではない。１０ｍｍ当たりのセル数が２個以下
の材料では液体保持能力が低いために前記空気流通抵抗
が弱すぎて、容器を倒立状態で保持した際や、容器に振
動を加えた際などに空気流通口からインキが洩れ出す可
能性がある。また、１０ｍｍ当たりのセル数が１０個を
越える材料では前記空気流通抵抗が強すぎて、インキの
消費や気温低下による内部圧力低下の際に外部から空気
が円滑に導入されず、内部の負圧が大きくなりすぎてイ
ンキ吐出口から空気が入り込んでしまってインキ吐出が
不可能になる可能性がある。ここで１０ｍｍ当たりのセ
ル数とは、発泡体の任意方向の線１０ｍｍが交差する発
泡体の単位気泡領域の数を指す。

【０００９】この連通孔部材は、タンク内の内容液が収
容されている部分に内容液に接して配置されるために、
空気流通管の大気に対する連通口からタンク内に空気を
導入する際にこの連通孔部材を介さなくてはならず、微
細な連通孔により構成される多数の毛管に内容液が充填
された濡れている状態になるため、空気は毛管に付着し
た液膜を破りながら侵入することになり、空気流通抵抗
体として機能する。この空気流通抵抗作用によって内容
液の消費に伴うタンク内圧の低下や温度変動によるタン
ク内圧の変動した分が全て補償されるわけではなく、内
圧減少時は一定の負圧、内圧上昇時は一定の正圧に維持
される。

【００１０】

【作用】タンク内の液体が消費された場合や外気温が低
下してインキタンク内の空気が収縮した場合には、イン
キタンク内の気圧が低下して連通孔部材に含浸されてい
る内容液体の液面が下がり、空気流通口から空気が取り
込まれて行く。更に液体が消費されたり気温が下がるの
に従って連通気孔部材内の液面が低下し、ついには連通
気孔部材の下端から空気がタンク内に取り込まれる。一
方、外部の温度が上昇し容器内の空気が膨張した場合、
連通気孔部材内の液体の液面が上昇することによって内
圧の過度の上昇を抑制し、インキ吐出口からインキが不
要に流出するのを防止する。

【００１１】

【実施例】以下図面に基づき一例について説明する。図
１に示したものは、熱による空気膨張の力や圧電素子に
よる振動の力等をインキに付与してインキ滴を飛翔させ
て印字を行う、所謂インキジェットプリンタに接続さ
れ、印字ヘッドに供給されるインキを貯蔵するインキタ
ンクであり、特に前記印字ヘッドと別部材にて構成さ
れ、インキの全量が消費されたときに交換されるカート
リッジ式のインキタンクである。

【００１２】タンク容器そのものは、有底のタンク本体
１と、このタンク本体１と超音波溶着にて液密に固定さ
れる蓋体２とにより構成され、このタンク容器内に、イ
ンキ３の他に印字ヘッド（図示せず）へのインキ供給の
ためのインキ中継芯４、内圧調整機構５、インキ中継芯
４へ全てのインキを供給するためのバイパス６が収容さ
れている。

【００１３】インキ中継芯４は、繊維収束体よりなり、
タンク本体１の底部に形成された筒状の取付け部１ａに
嵌め込まれているが、筒状の取付け部１ａの周囲に残さ
れたインキをインキ中継芯４に供給するために、繊維集
束体製のバイパス６が、タンク本体１の底部とインキ中
継芯４とに接触しており、筒状の取付け部１ａの周囲に
残されたインキを吸い上げてインキ中継芯４に供給す
る。

【００１４】内圧調整機構５は、前記蓋体２の通気孔２
ａに接続された通気パイプ５０１と連通孔部材５０２、
連通孔部材収容部５０３とから構成されており、連通孔
部材収容部５０３は通気パイプ５０１と接続される通気
口５０３ａと、インキタンクへ開口している開口部５０
３ｂを有しており、内部に連通孔部材５０２を充填して
いる。本例における連通孔部材５０２は、繊維収束体を
想定して図示してある。また、内部のインキは連通孔部
材収容部５０３の開口部５０３ｂでのみ流通可能であ
り、その他の部材の接続部分は超音波溶着や接着剤等に
よって液密に接続されている。

【００１５】このように構成したタンク容器にインキ３
が収容されると、連通孔部材収容部５０３の開口部５０
３ｂを通して連通孔部材５０２にインキ３が浸透する。
そのインキの浸透量は、インキの種類の他に、充填され
るインキ３の水位と連通孔部材５０２のインキ保持力
（毛細管力）によって決まるが、粘度が低く流動性の高
いインキであれば、連通孔部材５０２の高さ以上に充填
されれば、概ね連通孔部材５０２の飽和状態近くにまで
インキが浸透される。但し、連通孔部材５０２のインキ
保持力によって、通気孔２ａに向かう通気口５０３ａか
らはインキが漏れ出してこない。

【００１６】印字によりインキが消費されたり、環境温
度が下がりタンク容器内部の空気が収縮すると、タンク
容器内が大気圧に比して減圧状態となり、外気を取り込
もうとする力が働くが、この際、連通孔部材５０２に浸
透されているインキ３が開口部５０３ｂを通して吐き出
され、タンク容器内に供給され、連通孔部材５０２には
通気パイプ５０１を通じて空気が供給される。ここで、
インキ中継芯４には、タンク容器内のインキ３による水
頭圧がかかっていることと、プリンタにセットされてい
る状態であれば、印字ヘッドにつながるインキ通路（図
示せず）と共にインキにて満たされていることから外気
が取り込まれるようなことはない。

【００１７】環境の温度が上昇するなどして、タンク容
器内の空気が膨張した場合には、空気にて押されたイン
キが開口部５０３ｂ通じて連通孔部材５０２に供給さ
れ、その分の連通孔部材５０２内の空気を通気パイプ５
０１から外に吐き出すので、印字ヘッドに対して過剰な
インキは供給されず、インキ洩れとなることはない。

【００１８】図２に変形例を示す。図１の一例と異なる
点は、連通孔部材５０２として、連通多孔を有するポリ
ウレタン樹脂の発泡体を使用したものであることと、残
存インキの消費について、バイパスを使用せず、インキ
中継芯４に対する筒状の取付け部１ａの４方向にスリッ
ト１ｂを形成して底部のインキも直接インキ中継芯４に
供給されるようなした点である。よって、基本的な機能
は、上述の一例と同様である。

【００１９】図３に示したものは、インキ３を繊維収束
体などの特定のインキ吸蔵体に含浸させずに自由な液体
の状態で収納する所謂生インキ式のボールペンである。

【００２０】軸筒７には内部を分割する隔壁８が一体に
形成されており、この隔壁８でしきられた一方をインキ
３が収容されるインキ収容室とし、他方を連通孔部材５
０２が収納される連通孔部材収容部５０３としている。
隔壁８は、ペン先９の近傍に開口部５０３ｂを形成して
連通孔部材５０２にインキが流通可能としてあり、連通
孔部材収容部５０３の後部は通気孔２ａが形成されてい
る。本例における連通孔部材５０２は、連通多孔を有す
るポリウレタン樹脂の発泡体を想定して図示してある。
また、内部のインキは連通孔部材収容部５０３の開口部
を通過してのみ流動可能である。

【００２１】上述のインキジェットプリンタのインキタ
ンクの場合と同様に、インキ収容室にインキ３が収容さ
れると、連通孔部材収容部５０３の開口部５０３ｂを通
して連通孔部材５０２にインキ３が浸透する。筆記によ
りインキが消費されたり、環境温度が下がりタンク容器
内部の空気が収縮すると、連通孔部材５０２に浸透され
ているインキが連通孔部材収容部５０３の開口部５０３
ｂを通してインキ収容室に吐き出され、連通孔部材５０
２には通気孔２ａを通じて空気が供給される。

【００２２】軸筒内の空気が膨張した場合には、空気に
て押されたインキが連通孔部材収容部５０３の開口部５
０３ｂ通じて連通孔部材５０２に供給され、その分の連
通孔部材５０２内の空気を通気孔２ａから外に吐き出す
ので、ペン先過剰なインキは供給されず、インキ洩れと
なることはない。

【００２３】図４に変形例を示す。連通孔部材５０２と
して繊維収束体を使用した一例であるが、この繊維収束
体は棒状態に束ねられた上にビニールシート１０にて側
壁が包まれ、棒状態の側壁からはインキや空気の出入り
ができないようにしてある。この繊維収束体は、ビニー
ルチューブ成形体の先端開口部を縮径し、後端開口部か
ら繊維収束体を充填して得られる。そして、連通孔部材
５０２の両端はビニールシート１０で包まれていない繊
維の露出した部分としてある。このような連通孔部材５
０２を軸筒７の後端に嵌着させた尾栓１１内底に形成し
た筒状の取り付け部１１ａにはめ込む。内底の取付け部
１１ａにて囲われた部分には通気孔２ａが形成されてい
る。上述の例と同様に、温度変化やインキ消費などによ
る内圧の変化に対応して、通気孔２ａを通じて空気が連
通孔部材５０２に出入りし、連通孔部材５０２の繊維が
露出した一端よりインキが出入りする。

【００２４】連通孔部材１ 直径１５μのポリエステル繊維を約５０，０００本束ね
て、１×２×３ｃｍの直方体の繊維収束体に成形した連
通孔部材を得た。

【００２５】連通孔部材２ １ｍｍ当たりのセル数が１０個のポリウレタン連通発泡
体を、１×２×３ｃｍの直方体に成型した連通孔部材を
得た。

【００２６】連通孔部材３ 直径２０μのアクリル繊維を約２０，０００本束ねて、
断面積１平方ｃｍ、長さ５ｃｍの連通孔部材収納部に装
填し、連通孔部材収納部に充填された連通孔部材を得
た。

【００２７】連通孔部材４ 直径４０μのポリエステル繊維を約５，０００本束ねて
繊維収束体とし、断面積１平方ｃｍ、長さ５ｃｍのビニ
ールチューブに装填し、ビニールチューブに充填された
連通孔部材を得た。

【００２８】連通孔部材５ 直径５μのアクリル繊維を約１９０，０００本束ねて繊
維収束体とし、１×２×３ｃｍの直方体の繊維収束体に
成形した連通孔部材を得た。

【００２９】連通孔部材６ 直径５μのアクリル繊維を約９０，０００本束ねて繊維
収束体とし、１×２×３ｃｍの直方体の繊維収束体に成
形した連通孔部材を得た。

【００３０】連通孔部材７ 直径４０μのナイロン繊維を約１０，０００本束ねて繊
維収束体とし、断面積１平方ｃｍ、長さ５ｃｍの連通孔
部材収納部に装填し、連通孔部材収納部に充填された連
通孔部材を得た。

【００３１】連通孔部材８ １０ｍｍ当たりのセル数が２０個の合成ゴム製連通発泡
体を、１×２×３ｃｍの直方体に成型した連通孔部材を
得た。

【００３２】連通孔部材９ １０ｍｍ当たりのセル数が５個のシリコン樹脂製連通発
泡体を、１×２×３ｃｍの直方体に成型した連通孔部材
を得た。

【００３３】連通孔部材１０ 直径４μのポリエステル繊維を約１２００，０００本束
ねて繊維収束体とし、断面積１平方ｃｍ、長さ５ｃｍの
連通孔部材収納部に装填し、連通孔部材収納部に充填さ
れた連通孔部材を得た。

【００３４】連通孔部材１１ １０ｍｍ当たりのセル数が２０個のシリコン樹脂製連通
発泡体を、１×２×３ｃｍの直方体に成型した連通孔部
材を得た。

【００３５】連通孔部材１２ １０ｍｍ当たりのセル数が１０個のポリウレタン連通発
泡体を、１×２×３ｃｍの直方体に成型した連通孔部材
を得た。

【００３６】連通孔部材１３ １０ｍｍ当たりのセル数が５個のポリウレタン連通発泡
体を、１×２×３ｃｍの直方体に成型した連通孔部材を
得た。

【００３７】連通孔部材１４ 直径５μのポリエステル繊維を約２３０，０００本束ね
て繊維収束体とし、断面積１平方ｃｍ、長さ５ｃｍの連
通孔部材収納部に装填し、連通孔部材収納部に充填され
た連通孔部材を得た。

【００３８】連通孔部材１５ 直径２０μのポリエステル繊維を約１３，０００本束ね
て繊維収束体とし、断面積１平方ｃｍ、長さ５ｃｍのの
連通孔部材収納部に装填し、連通孔部材収納部に充填さ
れた連通孔部材を得た。

【００３９】連通孔部材１６ 直径５０μのアクリル繊維を約７，８００本束ねて繊維
収束体とし、断面積１平方ｃｍ、長さ５ｃｍの連通孔部
材収納部に装填し、連通孔部材収納部に充填された連通
孔部材を得た。

【００４０】連通孔部材１７ １０ｍｍ当たりのセル数が２２個のポリエチレン連通発
泡体を、１×２×３ｃｍの直方体に成型した連通孔部材
を得た。

【００４１】連通孔部材１８ １０ｍｍ当たりのセル数が４個のポリウレタン連通発泡
体を、１×２×３ｃｍの直方体に成型した連通孔部材を
得た。

【００４２】連通孔部材１９ 直径３μのアクリル繊維を約１，８００，０００本束ね
て繊維収束体とし、断面積１平方ｃｍ、長さ５ｃｍの連
通孔部材収納部に装填し、連通孔部材収納部に充填され
た連通孔部材を得た。

【００４３】連通孔部材２０ 直径５０μのアクリル繊維を約４，０００本束ねて繊維
収束体とし、断面積１平方ｃｍ、長さ５ｃｍの連通孔部
材収納部に装填し、連通孔部材収納部に充填された連通
孔部材を得た。

【００４４】連通孔部材２１ １０ｍｍ当たりのセル数が２２個のポリウレタン連通発
泡体を、１×２×３ｃｍの直方体に成型した連通孔部材
を得た。

【００４５】連通孔部材２２ １０ｍｍ当たりのセル数が４個のポリウレタン連通発泡
体を、１×２×３ｃｍの直方体に成型した連通孔部材を
得た。

【００４６】

【発明の効果】評価試験 各実施例サンプルについて以下に示す試験を行った。結
果を表１に示す。また、各試験に用いたインキの組成は
以下の通りである。 ＦＩＳＣＯ ＢＬＡＣＫ ８８３ （染料、オリエント化学工業（株）製） ４０部 エチレングリコール １０部 水 ５０部

【００４７】（１）吐出部からのインキ洩れ試験 各実施例サンプルを２０℃の室温から３０、４０、５０
℃の恒温槽中に投入した際の、インキ吐出部からのイン
キ洩れ有無を目視判定する。 Ａ：５０℃までインキ洩れ無し Ｂ：４０℃でインキ洩れ発生 Ｃ：３０℃でインキ洩れ発生

【００４８】（２）空気孔からのインキ洩れ試験 各実施例サンプルを２０℃の室温から３０、４０、５０
℃の恒温槽中に投入した際の、空気孔からのインキ吹き
出しの有無を目視判定する。 Ａ：５０℃までインキ吹き出し無し Ｂ：４０℃でインキ吹き出し発生 Ｃ：３０℃でインキ吹き出し発生

【００４９】（３）連続吐出インキ切れ試験 インキジェットプリンタ用カートリッジ カートリッジをプリンタに装着し、全ての印字ヘッドか
らのインキ吐出を行わせる所謂ベタ印字で連続印字を、
６０、８０、１００ｃｍ／秒の印字速度で行った際のイ
ンキ切れの有無を目視判定する。 Ａ：１００ｃｍ／秒の印字速度でインキ切れ無し Ｂ： ８０ｃｍ／秒の速度でインキ切れ発生 Ｃ： ６０ｃｍ／秒の速度でインキ切れ発生

【００５０】筆記具 繊維ペン先（ぺんてる（株）製サインペンＳ５２０のペ
ン先セットを使用）を装着した筆記具を用いて、６０、
８０、１００ｃｍ／秒の筆記速度で連続筆記試験を行っ
て、インキ吐出の追従性を目視判定する。 Ａ：１００ｃｍ／秒の筆記速度でかすれ無し Ｂ： ８０ｃｍ／秒の筆記速度でかすれ発生 Ｃ： ６０ｃｍ／秒の筆記速度でかすれ発生

【００５１】

【表１】

【００５２】以上により、本発明は、タンクの内圧が変
化した時、空気交換を応答性良く行うことができ、液体
貯蔵容器内部を常に大気圧に対して特定の好ましい状態
に保つことができるので、内容液の吐出不良や内容物の
吹き出しを起こしにくいものとすることができると共
に、内容液を空気流通路から外に洩らすことを極力抑制
できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】一例を示す縦断面図。

【図２】変形例を示す縦断面図。

【図３】他の一例を示す縦断面図。

【図４】変形例を示す縦断面図。

【符号の説明】

１ タンク本体 １ａ 取付け部 １ｂ スリット ２ 蓋体 ２ａ 通気孔 ３ インキ ４ インキ中継芯 ５ 内圧調整機構 ５０１ 通気パイプ ５０２ 連通孔部材 ５０３ 連通孔部材収容部 ５０３ａ 通気口 ５０３ｂ 開口部 ６ バイパス ７ 軸筒 ８ 隔壁 ９ ペン先 １０ ビニールシート １１ 尾栓 １１ａ 取り付け部

───────────────────────────────────────────────────── 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 8/03 Ｂ４３Ｋ 7/02 Ａ Ｂ４３Ｌ 19/00 8/02 Ｌ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端が大気に直接連通するよう配置さ
   れ、他端が内容液の吐出部近傍に配置される空気流通管
   の、少なくともタンク内の内容液が収容されている部分
   に該当する他端側内部に内容液が含浸する連通孔部材を
   配したことを特徴とする液体吐出具の内容液タンク。
2. 【請求項２】 前記連通孔部材が、平均毛管径が５〜１
   ００μの繊維収束体で構成されていることを特徴とする
   請求項１に記載の液体吐出具の内容液タンク。
3. 【請求項３】 前記連通孔部材が、１０ｍｍ当たりのセ
   ル数が５〜２０個の合成樹脂製発泡体で構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出具の内容液
   タンク。
4. 【請求項４】 前記吐出具が筆記具又は塗布具であるこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の
   液体吐出具の内容液タンク。
5. 【請求項５】 前記吐出具がインキジェットプリンタで
   あることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに
   記載の液体吐出具の内容液タンク。