JP3875351B2 - 液体インク筆記用器具用の緩衝貯蔵部およびこの緩衝貯蔵部を含む筆記用器具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体インク筆記用器具、即ちインクが“自由”状態にある、即ちファイバー貯蔵部内に保持されていない筆記用器具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の筆記用器具はインク用の貯蔵部と、前記貯蔵部からフィードチップの終端部で構成される筆記ヘッドに毛細管によってインクを供給する前記フィードチップとを含んでいる。
【０００３】
インクを含んでいる貯蔵部が空気から隔離されていない場合、使用上の状態の変動、特に前記空気の加熱によるインク貯蔵部内に含まれる空気圧力の増加のために、フィードチップを通ってのインクの流れに異常な増加を生じ、キャップトップが器具から取り外された場合汚染またはリークを生じる可能性がある。
【０００４】
この現象を回避するために、この形式の装置にインクが筆記ヘッドに到着する前にインク貯蔵部からの過剰のインクを吸収する機能をもつ緩衝貯蔵部を取り付けることも可能である。すなわち端部が筆記ヘッドの作用をするフィードチップの尖端にインクが到達する前にインクを吸収し、通常の状態に戻ると含まれるインクはフィードチップに戻るようにする。
【０００５】
文献ＥＰ０５１６５３８において、出願人は既にこの形式の筆記用器具を提案しているが、緩衝貯蔵部は微小開孔疎水性材料の少なくとも１個の圧縮（コンパクト）ブロック体で作られ、フィードチップの周囲にしっかりと同軸に嵌め込まれている。
【０００６】
好ましくは、ポーラスの有孔疎水性物質は、例えばポリプロピレン製のマイクロビーズまたは微小球状体をベースとして作られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
文献ＥＰ０５１６５３８中で提供されている緩衝貯蔵部は機能的な見地からすると満足すべきものである、即ち、インク貯蔵部中の圧力が変化してもフィードチップに到着する過剰インクを吸収し、その後に前記過剰インクをフィードチップに戻すという機能を技術的に満足する。
【０００８】
残念ながら、出願人は緩衝貯蔵部の効果が、緩衝貯蔵部がフィードチップに接触している領域から半径方向に離れるに従って減少することを観察している。換言すれば、インクはフィードチップから緩衝貯蔵部中へフィードチップに比較的近い領域中へ容易に拡散するが、この領域は状況によって２ｍｍから４ｍｍの範囲の距離に及んでいる。フィードチップからの距離が大きいほどインクの拡散が困難となり約６ｍｍ乃至７ｍｍの距離において零に減少する。
【０００９】
緩衝貯蔵部の機能はインク貯蔵部中の圧力の変動による過剰インクの吸収能力にあることから、緩衝貯蔵部の稼働容積はこのような変動から生じるであろう過剰インクの最大容積の関数であることが理解されよう。過剰インクの前記容積は特に液体インク貯蔵部中に存在する空気の体積の関数であり、これは一般にフィードチップ中に過剰インクが含浸するような圧力変動を生じ前記液状インク貯蔵部中に含まれる空気の温度上昇によるからである。インク貯蔵部中に残留するインク量が少ないほど、その中にある空気の量が多いほど、同じ温度上昇で発生する過剰インクの量が多くなる。
【００１０】
出願人によって観察された問題はフィードチップ上に接触する大表面積を有する非常に長い緩衝貯蔵部を使用するか、または液状インク貯蔵部の容積を制限するかによって対処されている。
【００１１】
本発明の目的は上述の欠点の除去された緩衝貯蔵部を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明の緩衝貯蔵部によって非常に良く達成されるが、この緩衝貯蔵部は、文献ＥＰ０５１６５３８に開示されているように、液体インクを含有する筆記用器具用の緩衝貯蔵部に関する。前記筆記用器具は液状インク用の貯蔵部とこの貯蔵部に結合したフィードチップとを含み、前記緩衝貯蔵部は貯蔵部中の圧力が変化した場合に生じる過剰インクを吸収可能になっており、またこれをその後に戻すようになっており、マイクロビーズを基礎とした微細有孔物質で作られた圧縮ブロックの形をしている。
【００１３】
本発明の特徴によれば、この緩衝貯蔵部は前記インクに対して疎水性のマイクロビーズとこの疎水性のマイクロビーズに比べて少量の親水性のマイクロビーズで作られている。
【００１４】
本明細書において、親水性または疎水性なる記載は、インクのタイプ、特にその粘性と表面張力に対する相対的な概念である。与えられたインクが通常の使用状態で自然に拡散するポーラス物質はこのインクに関して（このインクが溶媒として水分を持っていないとしても）親水性と考えられる。同一のインクが通常の使用状態で拡散しないポーラス物質はこのインクに関して疎水性と考えられる。所与の物質はあるインクに対しては疎水性で、かつ別のインクに対しては親水性でありうる。
【００１５】
例えば、ポリプロピレンはその表面張力を変更可能な適当な添加物なしでは水性インクに対して疎水性であるが、溶媒としてアルコールを有するタイプのインクに対しては親水性である。しかし、緩衝貯蔵部の原理は、特に圧力の異常な増加によって、使用状態が変化したときに、過剰のインクが疎水性の物質を通して拡散可能となるということである。
【００１６】
予想に反して、疎水性マイクロビーズ中のわずかな量の親水性マイクロビーズの存在が、特にフィードチップの表面でインクと直接接触している周辺領域を越えて緩衝貯蔵部の全体積中へのインクの拡散を容易にしている。
【００１７】
出願人は、フィードチップの周辺からの放射方向距離の増加と共に増加するヘッド損失のために、インクが緩衝貯蔵部の疎水性マイクロビーズで作られたメッシュを介して拡散することは困難であると信じている。疎水性マイクロビーズのメッシュを介してのインクの通路上に局部的に位置する親水性マイクロビーズの存在は、疎水性マイクロビーズのみで作られた緩衝貯蔵部の場合では解決し難かった疎水領域へのインクの到達を可能にしている。
【００１８】
疎水性および親水性マイクロビーズを緩衝貯蔵部の全体積に亘って均一な混合物とすることができる。
【００１９】
また、不均一な混合物とすることもできる。この場合、親水性のマイクロビーズの割合が過剰インクと直接に接触する領域においては、わずかに少なくそこから最も離れている領域においては大きくなっている。
【００２０】
平均的には、親水性マイクロビーズの割合は緩衝貯蔵部の全重量に対して２％乃至１０％の範囲内に存在している。
【００２１】
好ましい実施例においては、混合物は均一な混合物で、その９５％は疎水性のマイクロビーズで作られ、５％が親水性のマイクロビーズで作られている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明をさらによく理解してもらうために、図面を参照して疎水性マイクロビーズと少量の親水性マイクロビーズを有する緩衝貯蔵部を含む液状インク筆記用器具に関する以下の実施の形態により説明する。
【００２３】
図１に示す筆記用器具１の主構成は出願人の文献ＥＰ０５１６５３８の教示される通りであるが、円筒状の本体２、その中心軸に配置されたフィードチップ３、およびフィードチップ３の中間部に同心状に嵌入された緩衝貯蔵部４を有する。フィードチップ３はインク貯蔵部５のインクを筆記尖端に導く機能をもち、毛細管（キャピラリ）により行う。
【００２４】
本体２の後部は液状インク用の貯蔵部５を構成しているが、このインク貯蔵部５は内部隔壁６によって閉止されている。フィードチップ３の後端部３ａは内部隔壁６を介してインク貯蔵部５の中に進入して結合しており、その先端部３ｂは筆記尖端を構成し本体２の中央孔７を介して本体２の外側に伸びている。緩衝貯蔵部４は、インク貯蔵部５内の圧力が変動したときキャピラリによってフィードチップ３からの到来した過剰インクを吸収し、次に過剰インクをフィードチップに戻すのに適している。緩衝貯蔵部は微細開孔を有する材料のマイクロビーズを基にして作られており、フィードチップ３の周囲にきちんと取り付けられた圧縮ブロックの形で、チップと同軸を成している。
【００２５】
この種の筆記用器具１において、インク貯蔵部５から到来したインク８は筆記用器具が使用されると筆記チップ３ｂによって消費され、これは大気と前記インク貯蔵部との間を自由に流通可能な空気と置換される。これはフィードチップ３が自然の有孔性をもつのみならず、中央孔７に設けられてこれを介して先端部３ｂが通過する流通オリフィス９と、緩衝貯蔵部４を取り囲む空所１０があるからである。
【００２６】
緩衝貯蔵部４はそのグレード、粒径、分布、分子量、および形態の周知のマイクロビーズを基礎として塊状とした微細開孔状の圧縮ブロックである。文献ＥＰ０５１６５３８の教示するように、相違するグレードを有する少なくとも２種類の可塑性物質、例えば相違する溶融点を有する２種の物質のマイクロビードの混合物の熱融着によって得ることができよう。
【００２７】
適当なモールド内にマイクロビーズが一様に混合されると、第１のタイプの物質の溶融点よりは高いが第２のタイプの物質の溶融点よりは低い所定の温度に加熱される。このようにして、第１のタイプのマイクロビーズの物質が溶融し、これによってまず開孔に対応する微細孔がまず形成され、次に第２のタイプの物質の全マイクロビーズが相互に結合される。
【００２８】
この実施例は限定的なものではない。特に、圧縮ブロックは単一熱可塑性物質のマイクロビーズを使用して単にこれを焼結して作ることもでき、キャピラリメッシュはこれらが局部的に溶融して相互に粘着した後、マイクロビーズ間の間隙によって構成し得る。
【００２９】
通常の使用状態においては、インク貯蔵部５内に含まれフィードチップ３の後端部３ａに接触しているインク８はこれがその前端部３ｂに達するまではフィードチップ３の中に毛細管現象によってフィードチップ３中に吸収され、移動する。筆記ヘッドとして働く前記前端部３ｂで消費されるインクは、消耗されるのに伴ってインク貯蔵部５から来るインクによって置換される。インク貯蔵部５中ではフィードチップ３中に拡散されるインクはそれ自体本体２の内側から来る空気によって置換される。このようにしてインク貯蔵部５中に含まれる空気と本体２の残余部分中に含まれる空気の間の圧力平衡が達成される。
【００３０】
不自然な使用状態では、特にインク貯蔵部５中の圧力の上昇のために、例えば器具１の加熱のために、過剰なインク８がインク貯蔵部５からフィードチップ３中に流れる。緩衝貯蔵部４の存在のために、過剰インクは筆記チップ３ｂには到達しない。キャピラリ作用によって、圧力バランスが再達成されるまではフィードチップ３のキャピラリ管に接触する緩衝貯蔵部４中に拡散する。次に、装置１を再使用すると、筆記ヘッド３ｂによって消費されたインクは緩衝貯蔵部４から優先的に到達する。
【００３１】
緩衝貯蔵部４はインク貯蔵部５内部に異常な圧力増加が生じると、フィードチップ３から流れる全過剰インクを受入れ可能でなければならない。この貯蔵能力は液状インク８のインク貯蔵部５の容量の関数であり、この過剰量はインク貯蔵部が大量の空気を含有しているときに最大となる。これは空気が装置１の温度が上昇したときにかなり膨脹しやすいからである。
【００３２】
緩衝貯蔵部４を構成するポーラス圧縮ブロック中の空気の割合が与えられると、所定の筆記装置の緩衝貯蔵部に必要な理想的容積を定める計算を行う事が理論的に可能となる。
【００３３】
残念ながら、出願人は、緩衝貯蔵部４の形状に依存するが、元来インクがフィードチップ３に接触している表面からある距離を越えてフィードチップの軸に対して放射横方向に拡散することが不可能であることから、緩衝貯蔵部は必ず完全に飽和しない限り、全過剰インクを吸収するのに足る理想的容積が必ずしも十分ではない、ということを観察した。この距離はインク８のタイプの関数、特に表面張力とその粘度、また同様に緩衝貯蔵部４の構造に依存する。ある場合、実際に効果的な距離は、即ち緩衝貯蔵部が飽和した距離は２ｍｍ乃至３ｍｍの範囲に限定される。
【００３４】
この問題を解決するには、インクと密接に接触する緩衝貯蔵部４の表面積を増加すれば可能であることは明らかである。しかし、これには貯蔵部４の構造を例えば所定の理想的容積に対してその長さを増加することが必要となる。このような構造変更は当然器具の形状を変更することを必要とする。
【００３５】
本発明は上述の問題を、緩衝貯蔵部４をマイクロビーズから作るに当たり、疎水性マイクロビーズと少量の親水性マイクロビーズを使用して解決しているが、ここで“親水性”および“疎水性”の概念は上述したように特定の定義に従うものである。
【００３６】
少量の親水性のマイクロビーズの存在は緩衝貯蔵部の全体積を通してインクの拡散を容易にする。
【００３７】
平均直径が２５μｍ乃至２５０μｍの範囲にあるポリエチレンマイクロビーズについては、上述の技術的効果を達成するのに適する親水性ポリエチレンの割合は緩衝貯蔵部を構成する全マイクロビーズの２％乃至１０％の範囲内にある。
【００３８】
緩衝貯蔵部４を作るのに、使用されたマイクロビーズの大部分は疎水性で、その小部分が親水性である。マイクロビーズは用いるインクのタイプの関数として疎水性または親水性になる。これを作る材料を適当に選定することにより、またはこれらを適当に前処理することによって、例えばこれらを弗素含有プラズマで処理することによりこれらを疎水性にまたはこれらに酸化処理を行うことによってこれらを親水性にすることができるし、または表面活性剤を加えて物質の表面エネルギーを所望の性質例えば親水性または疎水性の所望の性質の関数として定まる値にすることもできる。
【００３９】
一つの実施例においては、疎水性マイクロビーズと親水性マイクロビーズが緩衝貯蔵部の全容積にわたって均一に混合される。特殊な例においては、水性インクとポリエチレンマイクロビーズが使用されたがその平均直径は１４０μｍでこの混合物は９５％の疎水性のマイクロビーズと５％の親水性のマイクロビーズとを含んでいた。
【００４０】
緩衝貯蔵部は円筒形状で直径約１２．５ｍｍで、緩衝貯蔵部に軸方向に位置するフィードチップは直径約５ｍｍを有していた。器具の温度を使用中に５０℃乃至５５℃にまで周期的に上昇することによって、緩衝貯蔵部の全容積はインク貯蔵部５がほとんど空になったサイクルの終点において完全に飽和されていた。
【００４１】
親水性マイクロビーズの割合を増加すると、緩衝貯蔵部はこれが全体的に親水性物質で作られたかのような性質を示す事を強調しなければならない。換言すればインクは、使用状態が通常の状態であったにしても、問題の物質中に拡散する。明らかに、これは緩衝貯蔵部に対して所望した技術的機能ではない。緩衝貯蔵部は不自然な使用条件から生じる過剰のインクを吸収して戻さなければならず、またインクが液状インク貯蔵装置に加えてインクを貯蔵する貯蔵装置として作用してはならない。
【００４２】
出願人によって実験された場合において、得られるインク移動の所望の改良効果は約１０％であった。この割合はインクのタイプの関数として、また、マイクロビーズのタイプとサイズのそれとして変化可能である。従って、これらのパラメータの関数として緩衝貯蔵部を製造するのに使用されるマイクロビーズに対する全親水性マイクロビーズの最適な割合を正確に決定する事は当業者に残された所である。
【００４３】
上記に強調したように、フィードチップ３と接触している面からのインク８の拡散は緩衝貯蔵部４の網目状毛細管（キャピラリメッシュ）のヘッド損失の存在のために低下する。しかし、この拡散はインクと直接に接触する領域に於いては非常に良好である。従って、この領域に於いては疎水性のマイクロビーズのみを使用することも、または好みによってごく僅かな親水性マイクロビーズを使用することもできる。換言すれば、親水性マイクロビーズの割合を連続的にまたは不連続的にインクに直接に接触する領域からこれから最もはなれた領域まで変化させることも可能である。この種の変化が不連続である場合、緩衝貯蔵部はこの場合相互にその中に同心的に入り子になっている複数個の環状部材の形にすることができ、外側の環状部材は高い割合の親水性マイクロビーズを有する。
【００４４】
図２は相互に嵌め込まれた３個の連続的部材４´ 、４´´、４´´´ で作られ、親水性マイクロビーズの割合は夫々最内部の部材４´ に対して２％、中間部材４´´に対して６％、また最も外側の部材４´´´ に対しては１０％である。
【００４５】
本発明は全内容を網羅したものではない例示として上述した実施例に限定されるものではない。特に、緩衝貯蔵部の組成中に含まれるマイクロビーズの選定は所望の特性の関数として決定される。これは上述の実施例のようにポリエチレンで作っても良く、または、特に、ポリプロピレンのような別の物質で作っても良い。疎水性マイクロビーズは親水性マイクロビーズの材料とは相違する物質で作ってもよい。
【００４６】
さらに、各種の寸法を有するまたはさらに疎水性マイクロビーズおよび／または親水性マイクロビーズとして相違するグレードのマイクロビーズを選定することも有用である。寸法の相違およびまた溶融点の相違は、グレードが相違しているとできた緩衝貯蔵部の毛細管効果に影響する。緩衝貯蔵部を製造するのに含まれ得る各種パラメータは当業者に与えられた可能性を広げるものである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、過剰インク対容量比のすぐれた緩衝貯蔵部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】筆記用器具の縦断面略図、
【図２】図１の線II−IIによる断面略図。
【符号の説明】
１： 筆記用器具
２： 本体
３： フィードチップ
３ａ：後端部
３ｂ：先端部
４： 緩衝貯蔵部
５： インク貯蔵部
６： 内部隔壁
７： 中央孔
８： 液状インク
９： 通流オリフィス
１０：空所

Claims (8)

1. 液体インク（８）を有する筆記用器具（１）の緩衝貯蔵部（４）において、前記筆記用器具（１）は液状インク（８）用のインク貯蔵部（５）とインク貯蔵部（５）に形成されたフィードチップ（３）を有し、前記緩衝貯蔵部（４）はインク貯蔵部（５）内の圧力が変動した場合に過剰インク（８）の吸収し、つぎに戻すのに適しており、マイクロビーズを基礎とする有孔材物質ブロック形状をなし、前記緩衝貯蔵部は前記インクに対して疎水性のマイクロビーズと、この疎水性のマイクロビーズよりも少量で前記インクに対して親水性のマイクロビーズでなることを特徴とする液体インク筆記用器具用の緩衝貯蔵部。
2. 疎水性のマイクロビーズと親水性のマイクロビーズは緩衝貯蔵部（４）の全容積を通して均一に混合分布していることを特徴とする請求項１記載の緩衝貯蔵部。
3. 疎水性のマイクロビーズと親水性のマイクロビーズは不均一に混合分布し、親水性マイクロビーズの割合は過剰インクと直接接触する領域に於いて少なく、これから最も離れた領域では多くなる事ことを特徴とする請求項１記載の緩衝貯蔵部。
4. 相互に入れ子にされた環状部材（４´ 、４´´、４´´´ ）でなり、親水性マイクロビーズの割合は過剰インクと最近接接触する部材（４´）において最小でこれから最遠の部材（４´´´ ）において最大であることを特徴とする請求項１記載の緩衝貯蔵部。
5. 親水性マイクロビーズの割合は緩衝貯蔵部（４）の全重量に対して２％乃至１０％の範囲内にある事を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の緩衝貯蔵部。
6. 均一混合物の９５％は疎水性マイクロビーズで作られ、前記均一混合物の５％が親水性のマイクロビーズで作られていることを特徴とする請求項２記載の緩衝貯蔵部。
7. 親水性のマイクロビーズは疎水性のマイクロビーズとは相違する材料、寸法およびまたはグレードを有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の緩衝貯蔵部。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の液状インク（８）用のインク貯蔵部（５）と、インク貯蔵部（５）中に結合されたフィードチップ（３）と、緩衝貯蔵部（４）とを有する筆記用器具（１）において、前記緩衝貯蔵部はフィードチップ（３）の周囲に嵌め込まれ、これと同軸になっている筆記用器具。

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