JP6859051B2 - 加圧式筆記具 - Google Patents

Description

本発明は、ボールペンチップの前端部が軸筒前端から突出した状態で、前記軸筒に設けた加圧機構によって、筆記具用インキ組成物の後端に圧力を加える加圧式筆記具に関するものである。

従来から、インキ収容管の後端部に加圧機構が設けられ、例えば、特開２０００−３３５１７３号公報「ボールペン」に開示のように、ノック機構の押出し操作に連動させて前記インキ充填管内を加圧状態とする構造等、ノック体の押圧によって、加圧機構部を作動させてなる加圧式筆記具や、例えば、実開平６−１６０８８号公報「塗布具」に開示のように、キャップを軸筒後端部に嵌合することで、加圧機構部を作動させてなる加圧式筆記具が知られている。

特開２０００−３３５１７３号公報 実開平６−１６０８８号公報 特許５５５８９０８号公報

しかし、特許文献１のような加圧式筆記具にあっては、加圧機構部を作動させた後は、常時、インキの後端に加圧力が加わるため、チップ先端からのインキ漏れが発生しやすくなる。そのため、加圧式筆記具には、予めインキ粘度の高い筆記具用インキ組成物を用いることで、前記インキ漏れを抑制していた。

また、特許文献２では、キャップの装着によって加圧状態とすることができるが、弁機構によって、キャップを取り外した後も加圧状態を維持するために、特許文献１と同様に、筆記時には常時、筆記具用インキ組成物の後端に加圧力が加わることを前提として、インキ粘度やその配合を行っていた。

また、これらの問題を解決する技術として特許文献３には筆跡形成時の筆圧により加圧機構を作動させる加圧式筆記具が開示されている。
この特許文献３の加圧式筆記具では、リフィール（以後レフィル）の後端側に環状に装着されるホルダーと、該ホルダーに対し後方から覆い被されて当該ホルダーを進退可能に保持するシリンダーとを備えており、筆跡形成時にレフィルに対し後方への押圧力が加わると、シリンダーに対しレフィル及びホルダーが後退することでシリンダー内の加圧室が圧縮される構造になっており、筆跡形成時以外はインキに対して加圧力が加わらないため、非筆記時（筆圧が加わっていない）状態ではインキ漏れを抑制できる技術が開示されている。

しかしながら、特許文献３の加圧機構にあっては、レフィルの後端側に覆い被せる様にホルダーを取り付ける構造となっており、レフィル内に挿入される部材を要さないためレフィルの内径の寸法精度は必要としないが、レフィルの内側にホルダーを取り付ける場合に比べて取り付け時の圧入力が高くなる場合があり、さらに、圧入力が高いため、レフィル交換を繰り返し行うことでホルダーのレフィル装着部が拡径し、レフィルを交換した際にホルダーとレフィル間の嵌合が緩くなって気密が取れなくなる虞があった。

本発明の目的は、筆跡形成時にのみ、筆記具用インキ組成物の後端に加圧力が加えることができ、レフィルの交換が容易で当該レフィルの装着部が変形しにくい加圧式筆記具を得ることである。

上記目的を達成するために、本発明は、軸筒内に、筆記具用インキ組成物を充填したインキ収容筒と、該インキ収容筒の前方部にボールペンチップと、を具備したボールペンレフィルを収容してなり、
前記ボールペンチップの前端部が前記軸筒の先端開口部から突出した状態で、前記軸筒に設けた加圧機構によって、前記筆記具用インキ組成物の後端に圧力を加える加圧式筆記具であって、
前記ボールペンレフィルが、前記ボールペンチップの前端部が前記軸筒の前端から突出した状態で、前記軸筒の後方側に移動可能に配設され、
前記加圧機構は、前記インキ収容筒の後端部に装着され少なくとも該インキ収容筒の後端開口部内に連通可能としたシリンダーと、前記シリンダーの外周面に該シリンダーの内外を連通する空気孔と、当該シリンダーの後端開口部に当該シリンダーに対し前後動可能に配設したピストンと、当該シリンダーの空気孔を閉鎖する密閉部材と、当該シリンダーと当該ピストンの間に当該シリンダーを前方に弾発する第一弾発体と、が具備され、
前記インキ収容筒の後端開口部内に前記シリンダーにおける縮径された前端部、該シリンダーの後端開口部に前記ピストンの前端部がそれぞれ装着され、
前記ボールペンチップの前端部が前記軸筒の先端開口部から突出した状態で、前記ボールペンレフィルを後方に移動させることで、前記ピストンが、前記軸筒内に当接して後方への移動が抑制され、且つ前記第一弾発体の弾発力に抗して、前記シリンダーが軸筒後端方向に移動することで、前記密閉部材により前記シリンダーの空気孔を閉鎖させ、前記インキ収容筒の後端部に密閉された加圧空間が形成され、
さらに前記シリンダーが軸筒後端方向に移動することによって、前記加圧空間が圧縮されて、前記筆記具用インキ組成物の後端に圧力を加えることを特徴とする。尚、本発明で、「前」とは、ボールペンチップ側を指し、「後」とは、その反対側を指す。また、「内方」とは、軸筒の軸心方向を指し、「外方」とは、その反対方向を指す。

また、前記シリンダー及び前記ピストンが、それぞれ前端部が後端部よりも縮径された筒体よりなり、前記インキ収容筒の後端開口部内に、前記シリンダーにおける縮径された前端部、前記シリンダーの後端開口部内に前記ピストンの前端部を装着してあることを特徴とする。

さらに、前方部に固定カムを設けたノック体が、前記軸筒の後端開口部から後方へ突出するよう配設してあり、
外周面にカム突起を備えた回転カムが、前記軸筒内に該軸筒に対して回転可能に配設してあり、
前記ボールペンレフィルが、前記軸筒内に設けた弾発体によって、当該軸筒の後方に弾発、且つ前後動可能に配設してあり、
前記軸筒内に、前記ノック体を前進させることにより、前記固定カムと前記回転カムのカム突起とが当接して該回転カムを回転させ、前記軸筒の内部に収容した前記ボールペンレフィルのボールペンチップを該軸筒の前端開口部より出没させる出没機構を備え、
前記回転カムと前記ピストンとが一体に形成されたことを特徴とする。

また、前記筆記具用インキ組成物の後端に加える圧力は、大気圧を１０００ｈＰａとした場合、１０００ｈＰａより高く、１５００ｈＰａ以下としたことを特徴とする。尚、前記筆記具用インキ組成物の後端に加える圧力は、加圧前と加圧後の圧縮空間の体積変化量を測定して計算によって測定することができる。この時、２０℃、大気圧を１０００ｈＰａとして計算を行う。

本発明は、筆跡形成時にのみ、筆記具用インキ組成物の後端に加圧力が加えることができ、レフィルの交換が容易で当該レフィルの装着部が変形し難い加圧式筆記具を得ることができた。

実施例１の加圧式筆記具のボールペンチップが没入した状態（非加圧状態）を示す縦断面図である。 図１における、一部省略した要部拡大縦断面図である。 実施例１の加圧式ボールペンを分解した状態を示す図である。 実施例１の加圧式ボールペンにおけるカム動作を模式的に示した図であり、図４（Ａ）はペン先が没入した状態で、図４（Ｂ）はペン先が突出した状態を示す図である。 図１における、ボールペンチップが突出した状態（非加圧状態）を示す縦断面図である。 図５における、筆圧が加わった状態（加圧状態）を示す縦断面図である。

本発明は、第一に、ボールペンレフィルが、ボールペンチップの前端部が軸筒の前端から突出した状態で、前記ボールペンレフィルを後方に移動させることで、ピストンの後端部が、前記軸筒内に当接して後方への移動が抑制され、且つ第一弾発体の弾発力に抗して、シリンダーが軸筒後端方向に移動することで、密閉部材により前記シリンダーの空気孔を閉鎖させ、さらに前記シリンダーが軸筒後端方向に移動することによって、前記シリンダーと前記ピストンと前記密閉部材とで囲われた加圧空間が圧縮され、筆記具用インキ組成物の後端に圧力を加えることで、非筆記時（筆圧が加わっていない）の状態では、非加圧（筆記具用インキ組成物の後端に圧力が加わっていない）となるため、チップ先端からのインキ漏れを確実に防止することができる。さらに、筆圧加圧であるため、１画毎に加圧がリセットされるため、筆記時の加圧力が安定し、濃度変化が生じ難い効果を奏する。
また、前記インキ収容筒の後端開口部内に前記シリンダーの縮径された前端部を装着しているため、圧入しろと圧入長さが同一であれば、前記インキ収容筒の後端外周部に前記シリンダーの内周部を装着した場合と比べて、前記シリンダーと前記インキ収容筒との装着部の接触面積が小さくなることから、装着する際に必要な力(圧入力)を小さくすることができる。このため、ボールペンレフィルの交換を繰り返しても前記シリンダーの前記インキ収容筒との装着部の変形を抑えることができ、気密を維持する効果を奏する。

次に、前記シリンダー及び前記ピストンが、それぞれ前端部が後端部よりも縮径された筒体よりなり、前記インキ収容筒の後端開口部内に、前記シリンダーにおける縮径された前端部、前記シリンダーの後端開口部内に前記ピストンの前端部が装着することで、前記シリンダー及び前記ピストンの装着方向が一致するため装着し易く、また、インキ収容筒の外径は、軸筒に収納可能であればシリンダーの外径に影響されること無く太く形成できるため、インキ収容筒の容量を増やすことができる。

また、前記ボールペンレフィルが、前記軸筒内に設けた弾発体によって、軸筒の後方に付勢、且つ前後動可能に配設してあり、前記軸筒に設けた出没機構を作動することで、前記ボールペンチップを、前記軸筒の前端から出没可能に設けた出没式ボールペンとすることで、待機状態（ペン先没入）時と筆記状態（ペン先突出）の切り替えを簡単に行うことができ、筆記状態の状態で、放置してあっても非加圧（筆記具用インキ組成物の後端に圧力が加わっていない）であるため、チップ先端からのインキ漏れが発生することはない。
また、前記ピストンと前記回転カムとを一体に形成することで、部品点数を減らすことができ、部品の製造コストや組立コストを削減することができる。

次に、前記筆記具用インキ組成物の後端に加える圧力は、大気圧を１０００ｈＰａとした場合、１０００ｈＰａより高く、１５００ｈＰａ以下とすることで、安定したインキ消費量を得られやすく、且つ加圧した状態でのチップ前端部からのインキ漏れを抑制することができ好ましい。また、筆記具用インキ組成物の後端に加える圧力は、インキ漏れを抑制する効果がさらに高まるため １２００ｈＰａ以下とすることがより好ましい。

尚、本発明に用いる筆記具用インキ組成物は、油性インキ、水性インキ、剪断減粘性インキなど、特に限定されるもののではないが、筆記状態であっても紙面から筆記先端が離脱した際（筆圧がかかっていない状態）では非加圧となるため、粘度の比較的低いインキに好適に用いることができ、加圧によるインキ流出量の増加、筆跡濃度の向上を得ることができるため、マイクロカプセル顔料を含有した熱変色性インキや非浸透面に筆記する筆記具に用いることが好ましい。

また、非浸透面上への筆記は筆記面が極端に平滑であることが多く、筆端部のボール回転に向けた駆動力が生じ難い。そのため、加圧力によって、ボール受け座周辺に潤滑性良好なインキが充たされ回転抵抗を低減すること、更には、平滑な筆記面上に粘度を有したインキが移行することで回転環境が形成できるためである。

さらに、前記ボールペンレフィルの単位面積当たりのインキ消費量値が０．７〜１．５ｍｇ／ｃｍ^２とすることで、前記した筆跡濃度を得られやすい。さらに、インキ消費量値が０．７〜１．２ｍｇ／ｃｍ^２とすることが好ましい。尚、良好な筆跡を得るには、筆跡幅としては、ボール径よりも小さくすることが重要であり、加圧状態での筆跡幅としては、ボール径の６５％〜９５％が好ましく、より好ましくは、７０％〜９０％である。

尚、筆跡幅は、前記筆記によって得られた筆跡をＩＳＯ１３６６０に準じて、筆跡幅（ｍｍ）は、反射率の６０％以下の領域の平均値を測定したもので、本願発明における筆跡幅は、パーソナル画質評価装置（QEA（Quality Engineering Associates）社製、ＰＩＡＳ−ＩＩ）によって求めることができる。尚、本発明においては、１５箇所測定し、その平均値によって求めたものである。

また、ボールペンチップとしては、金属製のパイプの先端近傍を外面より内方に押圧変形させたボール抱持部にボールを抱持してなるチップ、或いは、金属材料をドリル等による切削加工により形成したボール抱持部にボールを抱持してなるチップ、或いは、金属製のパイプや金属材料の切削加工により形成したチップに抱持するボールをコイルスプリングにより前方に付勢させたもの等を適用できる。

また、前記ボールは、超硬合金、ステンレス鋼、ルビー、セラミック等からなる汎用のものが適用でき、直径０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲のものが好適に用いられる。特に、ボール径が０．５ｍｍ以下の小径のものでは、筆記距離に対するボールの回転数が多く、非浸透面に筆記し難くなることから、本発明がより好適に作用するので、ボール径が０．５ｍｍ以下のボールペンレフィルに使用することが最も効果的である。

前記ボールペンチップの形状も特に限定されるものではないが、チップ本体に、ボール抱持室の底壁の中央に形成したインキ流通孔と、該インキ流通孔から放射状に延びる複数本のインキ流通溝とを有しており、前記ボール抱持室の底壁に、略円弧面状のボール座を設け、前記ボール座にφ０．５ｍｍ以下のボールを載置させ、ボールの一部をチップ先端縁より突出させて回転自在に抱持してなり、前記チップ前端部の内壁に、略円弧面状のシール面を形成するとともに、ボールの縦方向のクリアランスが１５〜４０μｍとすることで、安定した筆跡と、ボール座の磨耗を抑制することができるので好ましい。

これは、前記ボール抱持室の底壁に、略円弧面状のボール座を設けることで、ボールとチップ本体の接触面積が増加するため、座の磨耗が抑制するためと考えられる。但し、ボール座を形成することで、ボール抱持室のボールを除く空間（体積）が減少するため、インキ消費量は減少する傾向となるが、本発明の加圧式熱変色性筆記具においては、加圧力によってインキを多く吐出することが可能となる。特に、前記ボール座にφ０．５ｍｍ以下のボールを載置させたボールペンにおいては、ボール座の磨耗が顕著であるため、本発明の効果は顕著であり、ボールの縦方向のクリアランスが１５〜４０μｍ、好ましくは、２０〜３０μｍとすることで、安定した筆跡と、チップ先端からのインキ漏れを抑制することができる。

前記筆記具用インキ組成物を収容するインキ収容筒は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂からなる成形体や、金属材料が用いられ、インキの低蒸発性、生産性の面でポリプロピレンが好適に用いられる。また、加圧状態を維持するため、ＥＶＯＨなどのガスバリア性の材料を、単層や多層、他の材料に積層するなど適宜用いることができる。

更に、筆記具用インキ組成物の後端部にはインキ追従体（液栓）を配することもできる。前記インキ追従体としては、液状または固体のいずれを用いることもでき、前記液状のインキ追従体としては、ポリブテン、α−オレフィンオリゴマー、シリコーン油、精製鉱油等の不揮発性媒体が挙げられ、所望により前記媒体中にシリカ、珪酸アルミニウム、膨潤性雲母、脂肪酸アマイド等を添加することもできる。また、固体のインキ追従体としては樹脂成形物が挙げられる。前記液状及び固体のインキ追従体は併用することも可能である。

前記軸筒として透明、着色透明、或いは半透明の成形体を用いることにより、インキ色やインキ残量等を確認できる。尚、前記軸筒は、ボールペン用レフィルの形態として、前記レフィルを軸筒内に収容するものが好ましい。

また、筆記具用水性インキ組成物は、染料または顔料のどちらを含有してもよいが、顔料を含有することが好ましい。顔料については、無機、有機、加工顔料などが挙げられるが、具体的にはカーボンブラック、アニリンブラック、群青、黄鉛、酸化チタン、酸化鉄、フタロシアニン系、アゾ系、キナクリドン系、キノフタロン系、スレン系、トリフェニルメタン系、ペリノン系、ペリレン系、ギオキサジン系、アルミニウム顔料、パール顔料、可逆熱変色性顔料、蛍光顔料、蓄光顔料、熱変色性顔料、補色顔料等が挙げられる。これらの顔料は、単独又は２種以上組み合わせて使用してもかまわない。含有量は、インキ組成物全量に対し、０．１〜２０．０質量％が好ましい。

更に必要に応じて、水に相溶性のある従来汎用の水溶性有機溶剤を用いることができる。具体的には、エタノール、プロパノール、ブタノール、グリセリン、ソルビトール、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、チオジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、スルフォラン、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等が挙げられる。
尚、前記水溶性有機溶剤は一種又は二種以上を併用して用いることができ、２〜６０重量％、好ましくは５〜３５重量％の範囲で用いられる。

更に、紙面への定着性や粘性を付与、非浸透面上での筆跡定着性を向上させために水溶性樹脂や樹脂エマルジョンを添加することが好ましい。前記水溶性樹脂としては、アルキッド樹脂、アクリル樹脂、スチレンマレイン酸共重合物、セルロース誘導体、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、デキストリン等が挙げられる。前記樹脂エマルジョンとして、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂、ポリエステル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂等が挙げられる。前記水溶性樹脂や樹脂エマルジョンは一種又は二種以上を併用することができ、インキ組成中１〜３０重量％の範囲で用いられる。

その他、必要に応じて、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、酢酸ソーダ等の無機塩類、水溶性のアミン化合物等の有機塩基性化合物等のｐＨ調整剤、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、２，５−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾール、サポニン等の防錆剤、石炭酸、１、２−ベンズチアゾリン３−オンのナトリウム塩、安息香酸ナトリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、ソルビン酸カリウム、パラオキシ安息香酸プロピル、２，３，５，６−テトラクロロ−４−（メチルスルフォニル）ピリジン等の防腐剤或いは防黴剤、尿素、ノニオン系界面活性剤、ソルビット、マンニット、ショ糖、ぶどう糖、還元デンプン加水分解物、ピロリン酸ナトリウム等の湿潤剤、消泡剤、ノニオン系の界面活性剤を使用してもよい。

更に、アスコルビン酸類、エリソルビン酸類、α−トコフェロール、カテキン類、合成ポリフェノール、コウジ酸、アルキルヒドロキシルアミン、オキシム誘導体、α−グルコシルルチン、α−リポ酸、ホスホン酸塩、ホスフィン酸塩、亜硫酸塩、スルホキシル酸塩、亜ジチオン酸塩、チオ硫酸塩、二酸化チオ尿素等を添加して化学的に気泡を除去することもできる。

また、Ｎ−ビニル−２−ピロリドンのオリゴマー、Ｎ−ビニル−２−ピペリドンのオリゴマー、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、Ｎ−シクロヘキシル−２−ピロリドン、ε−カプロラクタム、Ｎ−ビニル−ε−カプロラクタムのオリゴマー等の増粘抑制剤を添加することで、出没式等、常時、ペン先が露出する形態での機能を高めることもできる。

更に、潤滑剤を使用することができ、例えば、金属石鹸、ポリアルキレングリコール脂肪酸エステル、エチレンオキサイド付加型カチオン活性剤、リン酸エステル系活性剤、β−アラニン型界面活性剤、Ｎ−アシルアミノ酸、Ｎ−アシルメチルタウリン、２，５−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾールやその塩やオリゴマー、３−アミノ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール、チオカルバミン酸塩、ジメチルジチオカルバミン酸塩、α−リポ酸、Ｎ−アシル−Ｌ−グルタミン酸とＬ−リジンとの縮合物やその塩等が用いられる。

実施例１
図１から図６に示す加圧式筆記具１は、前軸２と後軸３とで軸筒４を構成し、前軸２の後端部の外面に雄螺子部２ａを設け、後軸３の前端部の内面に設けた雌螺子部３ａに着脱自在に螺着してある。さらに、加圧式筆記具１は、前軸２の外面を周方向に取り囲む不透明のグリップ５と、軸筒４内に設けた回転カム機構６（出没機構）により前軸２の前端開口部２ｂから出没可能に収容されたボールペンレフィル７と、を備えており、ボールペンレフィル７の後方内周部７ａを軸筒４内に配設したシリンダー８の前端外周部８ａ（前端部）に着脱自在に圧入装着してある。

また、グリップ５はスチレン系エラストマーからなり、二色成型により前軸２と一体に設けてある。

ボールペンレフィル７は、ＰＰ樹脂からなる透明のインキ収容筒９に、後述するインキ配合Ａ１で得た筆記具用インキ組成物１０及び当該筆記具用インキ組成物１０の後端にインキの消費に伴い追従するグリース状のインキ追従体１１を直接収容し、インキ収容筒９の前端開口部に、ボール（φ０．３８ｍｍ）を回転自在に抱持したボールペンチップ１２の後端部を圧入嵌合して得たものである。
また、ボールペンレフィル７の前段部７ｂと前軸の内段２ｃとの間にノックスプリング１７（第二弾性体）を張架して、前軸２に対してボールペンレフィル７を後方に弾発してある。

また、本実施例では、軸筒４の内部に、ノック操作により作動する従来の回転カム機構６（出没機構）が設けられている。回転カム機構６は、後軸３の後部内面３ｂの円周上に等間隔で形成したカム溝３ｃと、後軸３の後端に形成した後端開口部３ｄから突出した筒状の固定カム１３と、固定カム１３の前方に軸筒４に対して回転可能に配設した筒状の回転カム１４（ピストン）とで構成してある。
固定カム１３は、前端に山形の凹凸部１３ａを有し、外面には、カム溝３ｃに係合する複数の突起１３ｂを、凹凸部１３ａの頂部１３ｃに位置するよう円周上に等間隔で設けてある。
更に、回転カム１４の外周面には、カム溝３ｃに係合する複数のカム突起１４ａを有し、カム突起１４ａの後端に前記凹凸１３ａに噛み合う傾斜面１４ｂで構成した噛合部１４ｃを設けてある。

回転カム１４（ピストン）について更に詳述すると、回転カム１４（ピストン）は内孔を有する筒体であり、回転カム１４（ピストン）の前部１４ｄ（前端部）は前記シリンダー８の後部開口部８ｂに、前後動自在に挿入されており、シリンダー８の内段８ｃと回転カム１４（ピストン）の前段部１４ｅとの間に加圧用スプリング１５（第一弾発体）を張架することで、回転カム１４に対してシリンダー８を前方に弾発してある。
また、回転カム１４（ピストン）の前部１４ｄの側面には軸周方向に溝状の溝部１４ｆが形成されており、溝部１４ｆに合成ゴムで形成したＯリング１６（密閉部材）を嵌着してある。
尚、Ｏリング１６の外側部はシリンダー８の内側面に圧接しており、シリンダー８の後端開口部８ｂを回転カム１４とＯリング１６とで空気が漏れないように密閉してある。
また、回転カム１４（ピストン）の側面には外方へ向かって突出する突起部１４ｇが軸心を挟んで対称に２箇所形成してあり、突起部１４ｇをシリンダー８の後部外側部８ｇに形成した軸心に沿って延びる窓部８ｈに、摺動自在に係止してある。

シリンダー８ついて更に詳述すると、シリンダー８は内孔を有する筒体であり、シリンダー８の後部外側部８ｇには内孔まで貫通する空気孔８ｄを形成してあり、シリンダー８の内孔には、シリンダー８の内側部８ｉと回転カム１４（ピストン）の前端とＯリング１６とにより囲まれた加圧空間８ｅが形成され、加圧空間８ｅは空気孔８ｄによりシリンダー８の外部と通気される。
また、シリンダー８の前端外周部８ａは後部外周部８ｇより小径で形成されており、前端外周部８ａには外方へ向かって突出する装着部８ｆが円周状に２箇所形成してある。尚、前述したようにボールペンレフィル７の後方内周部７ａはシリンダー８の前端外周部８ａの装着部８ｆに着脱自在に圧入装着してある。
このため、シリンダー８の加圧空間８ｅは、回転カム１４（ピストン）の前部１４ｄの前後への摺動によりＯリング１６の位置がシリンダー８の内周面の空気孔８ｄより前方にあるときは密閉状態となり、Ｏリング１６の位置が空気孔８ｄより後方にあるときは、加圧空間８ｅとシリンダー外部とが空気孔８ｄにより通気され非密閉状態となる。

また、本実施例において、シリンダー８の前端外周部８ａをボールペンレフィル７の後方内周部７ａに装着する際の圧入力は、シリンダー８と同肉厚、同材料、同圧入しろで製作した別のシリンダー（図示せず）をボールペンレフィル８の後部外周に圧入装着した場合と比べて、圧入力が小さいことを確認した。
尚、シリンダー８はポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）により形成してあり、ＰＰ樹脂で形成されたインキ収容筒９より材料強度を高くすることで、ボールペンレフィル７の後方内周部７ａをシリンダー８の前端外周部８ａの装着部８ｆに圧入装着した際に、ボールペンレフィル７の方がより大きく変形するよう構成してある。
このため、繰り返しボールペンレフィル７をシリンダー８に対して抜き差してもシリンダー８の前端外周部８ａは変形度合いが小さく、ボールペンレフィル７とシリンダー８間の気密を保つことができるものとなった。

尚、加圧用コイルスプリング１５（第一弾発体）の弾発力は、ノックスプリング１７（第二弾発体）の弾発力より大きく設定してあり、非筆記時にはシリンダー８が後方へ移動することを防止し、加圧空間８ｅが加圧されないようにしてある。
また、シリンダー８、回転カム１４（ピストン）、Ｏリング１６、加圧用コイルスプリング１５ により加圧機構１９を構成する。

また、後軸３の前部の内面３ｅには環状に形成されたストッパー１８が圧入固着してあり、シリンダー８が前進した際にストッパー１８の後端部とシリンダー８の外周部が当接するよう構成することで、シリンダー８の一定以上の前進を規制し、ボールペンレフィル７の交換時にシリンダー８が後軸４から抜けないようにしてある。

次に、図４及び図５用いて、本実施例のボールペンのノック操作について説明を行う。 図４は本実施例の加圧式筆記具におけるカム動作を模式的に示した図であり、図４（Ａ）はペン先が没入した状態で、図４（Ｂ）はペン先が突出した状態である。図５は、本実施例のボールペンにおけるペン先を突出させた状態を示す縦断面図である。
図４（Ａ）に示すように、本実施例の回転カム機構６は、固定カム１３の突起１３ｂ及び回転カム１４のカム突起１４ａをカム溝３ｃに係合させた際、固定カム１３の凹凸部１３ａの頂部１３ｃが、噛合部１４ｃの傾斜面１４ｂの中間点に位置するようにしてある。
後軸３の後端開口部３ｄから突出した固定カム１３のノック部１３ｄを軸筒２の前方へ押圧操作（ノック操作）すると、固定カム１３は、後軸３の後部内面３ｂに形成した深いカム溝３ｃａと浅いカム溝３ｃｂに係合した突起１３ｂに導かれて前進し、固定カム１３に連接した回転カム１４は、深いカム溝３ｃａに係合したカム突起１４ａに導かれて前進する。
カム突起１４ａが、深いカム溝３ｃａの先端に達してカム溝３ｃから離脱すると、固定カム１３の凹凸部１３ａの頂部１３ｃは、回転カム１４の噛合部１４ｃの傾斜面１４ｂの中間に位置する。この時、回転カム１４は、ボールペンレフィル７とシリンダー８を介してノックスプリング１７及び加圧用コイルスプリング１５で後方へ弾発されているので、後方へ後退しようとして右側から左側に回転し（図において、噛合部１４ｃの傾斜面１４ｂが右下がりのため）、回転カム１４の噛合部１４ｃは固定カム１３の凹凸部１３ａを滑って、図４（Ｂ）に示したように、カム突起１４ａの噛合部１４ｃが浅いカム溝３ｃｂの先端の係止斜面３ｆに係止され、図５に示したように、前軸２の先端開口部２ｂからボールペンチップ１２を突出させた状態で維持することができる。

また再度、ノック部１３ｄを軸筒４の前方へ押動することにより、カム突起１４ａの噛合部１４ｃと浅いカム溝２ｂａの係止斜面３ｆとの係止状態が解かれ、ノックスプリング１７に弾発された回転カム７が後退しようとして右側から左側に回転し（図において、噛合部１４ｃの傾斜面１４ｂが右下がりのため）、回転カム１４のカム突起１４ａが深いカム溝３ｃａを後退して図４（Ａ）の状態となり、図１に示したように、前端開口部２ｂにボールペンチップ１２が没入した状態となる。

ここで、図５〜図６を用いて、本実施例のボールペンの筆記動作について説明を行う。
図５に示すように、筆記時にボールペンチップ１２の前端部が、前軸２の前端開口部２ｂから突出した位置から筆圧が掛かると、前述したように回転カム１４（ピストン）の噛合部１４ｃが係止斜面３ｆに係止されているため後方への移動ができず、加圧用コイルスプリング１５の弾発力に抗してボールペンレフィル７とシリンダー８とが連動して後方（矢印Ｇ方向）に移動する。具体的には、先ず、加圧用コイルスプリング１５が圧縮し、シリンダー８が後方へ移動すると、シリンダー８の空気孔８ｄがＯリング１６（密閉部材）の位置より後方へ移動し、シリンダー８の内面とＯリング１６と回転カム１４（ピストン）の前端とで加圧空間８ｅを密閉する。さらに、シリンダー８が後方へ移動すると、加圧用コイルスプリング１５を更に圧縮させ、インキ収容筒９の後端部及び加圧空間８ｅの空間を圧縮させ、ボールペンレフィル７の筆記用インキ組成物１０の後端に配設したインキ追従体１１の後端に圧力を加えることができる図６の状態となる。

また、筆圧を解除（非筆記時）すると、加圧用コイルスプリング１５の弾発力により、シリンダー８及びボールペンレフィル７が前方（元の位置）に移動する。その際、シリンダー８の空気孔８ｄの位置がＯリング１６まで達すると、空気孔８ｄが開放されて加圧空間８ｅ及びインキ収容筒９の後端部の密閉を解除して、大気圧と同圧になり図５の状態に戻る。尚、本実施例では、筆記時において、筆記具用インキ組成物１０の後端にインキ追従体１１を介して加えた最大圧力は、１０５０ｈＰａであった。

インキ配合Ａ１は、色材として顔料であるピグメントブラック７、溶剤として水と、顔料分散機能と筆跡定着性能を兼備した水溶性樹脂としてアクリル系樹脂（商品名ＨＰＤ−９６ ジョンソンポリマー株式会社製）を採用し、各成分を所定量正確に秤量し、ボールミルで顔料を均一に分散させた顔料分散体を得た。次いで、ｐＨ調整剤であるトリエタノールアミン、防錆潤滑剤として燐酸エステル界面活性剤である商品名プライサーフＡ−２０８Ｓ（第一工業製薬株式会社製）、筆跡の定着性向上剤としてアルリルエマルジョンである商品名ジョンクリル７００１（ジョンソンポリマー株式会社製）、非浸透面上への濡れ性向上剤として水溶性変性シリコーンオイルである商品名ＫＦ−６１８（信越化学工業株式会社）、防菌剤として１，２−ベンゾイソチアゾリン−３−オンを所定量正確に秤量し、ディスパー撹拌機にて５０℃の攪拌温度で１時間加温撹拌した後、液温が３０℃になるまで徐々に冷却した。さらに、その均一混合液体をディスパーで撹拌しながら、２０℃の蒸気圧が４．３ｋＰａであるイソプロピルアルコールを所定量徐々に添加して３０℃の温度で２０分間撹拌することにより筆跡、外観共に黒色の水性ボールペン用インキを得た。尚、商品名ＨＰＤ−９６、ジョンクリル７００１については、それぞれの有効固形分量を勘案してインキ設計した。また、２０℃でのインキ粘度を５ｍＰａ・ｓとした。

インキ粘度は、トキメック製 Ｂ８Ｍ型粘度計を用い、ＢＬローターの回転速度１２ｒｐｍにおける粘度を２０℃の環境下で測定した。

本発明は、筆圧が掛かった時のみ筆記具用インキ組成物１０に加圧が掛かるように構成してあるため、ボールペンチップ１２を前軸２の先端開口部２ｂより突出させた状態のまま放置しても、インキ収容筒９内の筆記具用インキ組成物１０が漏れ出すことはない。
また、ボールペンレフィル７の後方開口部７ａ内にシリンダー８の縮径された前端外周部８ａを装着しているため、装着する際に必要な力(圧入力)を小さくすることができ、ボールペンレフィル７の交換を繰り返してもシリンダー８のインキ収容筒９との装着部８ｆの変形を抑えて気密を維持することができた。
さらに、本発明は筆記時のみ加圧する方式とすることにより、本来筆記し難い非浸透面への筆記を確実にできるものとなった。

本発明の加圧式筆記具は、インキ色、単式、複式など加圧式筆記具として広く利用可能である。

１…加圧式筆記具、
２…前軸、２ａ…雄螺子部、２ｂ…前端開口部、２ｃ…内段、
３…後軸、３ａ…雌螺子部、３ｂ…後部内面、３ｃ…カム溝、３ｄ…後端開口部、
３ｅ…内面、３ｆ…係止斜面、３ｂａ…深いカム溝、３ｂｂ…浅いカム溝、
４…軸筒、
５…グリップ、
６…回転カム機構、
７…ボールペンレフィル、７ａ…後方内周部、７ｂ…前段部、
８…シリンダー、８ａ…前端外周部、８ｂ…後部開口部、８ｃ…内段、８ｄ…空気孔、
８ｅ…加圧空間、８ｆ…装着部、８ｇ…後部外側部、８ｈ…窓部
９…インキ収容筒、
１０…筆記具用インキ組成物、
１１…インキ追従体、
１２…ボールペンチップ、
１３…固定カム、１３ａ…凹凸部、１３ｂ…突起、１３ｃ…頂部、１３ｄ…ノック部、
１４…回転カム、１４ａ…カム突起、１４ｂ…斜面部、１４ｃ…噛合部、
１４ｄ…前部、１４ｅ…前段部、１４ｆ溝部…、１４ｇ…突起部
１５…加圧用コイルスプリング、
１６…Ｏリング、
１７…ノックスプリング、
１８…ストッパー、
１９…加圧機構、
Ａ１…インキ配合。

Claims (4)

1. 軸筒内に、筆記具用インキ組成物を充填したインキ収容筒と、該インキ収容筒の前方部にボールペンチップと、を具備したボールペンレフィルを収容してなり、
   前記ボールペンチップの前端部が前記軸筒の先端開口部から突出した状態で、前記軸筒に設けた加圧機構によって、前記筆記具用インキ組成物の後端に圧力を加える加圧式筆記具であって、
   前記ボールペンレフィルが、前記ボールペンチップの前端部が前記軸筒の前端から突出した状態で、前記軸筒の後方側に移動可能に配設され、
   前記加圧機構は、前記インキ収容筒の後端部に装着され少なくとも該インキ収容筒の後端開口部内に連通可能としたシリンダーと、前記シリンダーの外周面に該シリンダーの内外を連通する空気孔と、当該シリンダーの後端開口部に当該シリンダーに対し前後動可能に配設したピストンと、当該シリンダーの空気孔を閉鎖する密閉部材と、当該シリンダーと当該ピストンの間に当該シリンダーを前方に弾発する第一弾発体と、が具備され、
   前記インキ収容筒の後端開口部内に前記シリンダーにおける縮径された前端部、該シリンダーの後端開口部に前記ピストンの前端部がそれぞれ装着され、
   前記ボールペンチップの前端部が前記軸筒の先端開口部から突出した状態で、前記ボールペンレフィルを後方に移動させることで、前記ピストンが、前記軸筒内に当接して後方への移動が抑制され、且つ前記第一弾発体の弾発力に抗して、前記シリンダーが軸筒後端方向に移動することで、前記密閉部材により前記シリンダーの空気孔を閉鎖させ、前記インキ収容筒の後端部に密閉された加圧空間が形成され、
   さらに前記シリンダーが軸筒後端方向に移動することによって、前記加圧空間が圧縮されて、前記筆記具用インキ組成物の後端に圧力を加えることを特徴とする加圧式筆記具。
2. 前記シリンダー及び前記ピストンが、それぞれ前端部が後端部よりも縮径された筒体よりなり、前記インキ収容筒の後端開口部内に、前記シリンダーにおける縮径された前端部、前記シリンダーの後端開口部内に前記ピストンの前端部を装着してあることを特徴とする請求項１に記載の加圧式筆記具。
3. 前方部に固定カムを設けたノック体が、前記軸筒の後端開口部から後方へ突出するよう配設してあり、
   外周面にカム突起を備えた回転カムが、前記軸筒内に該軸筒に対して回転可能に配設してあり、
   前記ボールペンレフィルが、前記軸筒内に設けた弾発体によって、当該軸筒の後方に弾発、且つ前後動可能に配設してあり、
   前記軸筒内に、前記ノック体を前進させることにより、前記固定カムと前記回転カムのカム突起とが当接して該回転カムを回転させ、前記軸筒の内部に収容した前記ボールペンレフィルのボールペンチップを該軸筒の前端開口部より出没させる出没機構を備え、
   前記回転カムと前記ピストンとが一体に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の加圧式筆記具。
4. 前記筆記具用インキ組成物の後端に加える圧力は、大気圧を１０００ｈＰａとした場合、１０００ｈＰａより高く、１５００ｈＰａ以下としたことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の加圧式筆記具。

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