WO1999012751A1

WO1999012751A1 - Instrument d'ecriture

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Publication number: WO1999012751A1
Application number: PCT/JP1998/004049
Authority: WO
Inventors: Jiro Hori
Original assignee: Hori R & D Co., Ltd.
Priority date: 1997-09-10
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 1999-03-18
Also published as: JPH1178350A; AU9000598A

Description

明細書筆記具技術分野本発明は、液体のインクを直接貯溜するインク貯溜形の筆記具に関する。さらに特定すれば、本発明はペン体に供給されるインクの圧力が一定に維持されるとともに、インクの乾燥を効果的に防止でき、また構造が簡単で小形化も容易な筆記具に関する。背景技術一般に、筆記具をそのインク貯溜の形式で分けると、インク室内に綿等の多孔体を充填し、この多孔体内に毛細管力によりインクを保持させるいわゆる中綿形と、インク貯溜室内に液体のィンクを直接貯溜するいわゆるィンク貯溜形の筆記具とがある。

上記の中綿形のものは、構造が簡単であるが、インクの保持量が少なく、また毛細管力によりインクをペン体に供給するので、このペン体へのインクの供給流量に制約があり、早く筆記した場合等にはペン体へのインクの供給量が不足し、筆跡がかすれる等の不具合がある。

また、上記のインク貯溜形のものは、大量のインクを貯溜でき、またペン体へのィンクの供給流量が原理的に制約されることがないので、早く筆記した場合でも筆跡のかすれ等が生じないという長所がある。しかし、このインク貯溜形のものは、温度の変化等によるインク貯溜室内の空気やインクの膨脹、収縮、また筆記具の姿勢の変化による水頭圧の変化等を補償する機構や、ペン体へのインクの供給流量の制御をなす機構等を設ける必要があり、構造が複雑になる。また、このような補償機構を設けても、条件によっては、温度や気圧、筆記具の姿勢の変化等により、ペン体に供給されるインクの圧力や流量が不安定になる等の短所がある。

このインク貯溜形の筆記具の構造には各種のものがある。その代表として、たとえば従来のいわゆる万年筆に使用されている蛇腹状のフィーダを設けたものがある。このものは、断面積の小さな蛇腹状の流路からなるフィーダ内に毛細管力によりインクを保持させるものである。そして、インク貯溜室内の空気等が膨脹した場合には、余剰のインクがこのフィーダ内に押し出されて保持され、またインク貯溜室内で収縮が生じた場合にはこのフィーダ内に保持されていたィンクがインク貯溜室内に吸い込まれて戻され、このようにしてインク貯溜室内の膨脹、収縮を補償して圧力を一定に維持する。また、別の構造のものとしては、スライド栓を使用したものがある。このものは、インク貯溜室を円筒状とするとともに尾端側を大気に連通させ、この内部に気密および液密を維持しつつ軸方向に摺動自在なスライド栓を設け、このスライド栓によりィンク貯溜室内のィンクと空気とを区画したものである。このものは、インクの膨脹、収縮、および筆記によるインクの消費に対応してこのスライド栓が摺動し、インクの圧力を大気圧と略等しい一定の圧力に維持する。また、ぺン体へのインクの供給を制御するため、インク貯溜室とペン体との間には、微少差圧で開弁する弁機構を設ける等の手段が採用される。

ところで、これらのものは、いずれもインク貯溜室内の空気やインクの膨脹、収縮等は捕償することができるが、筆記具の姿勢による水頭圧の変化を十分に補償することはできなかった。すなわち、筆記の際にはこの筆記具を略鉛直に立てて使用するので、インク貯溜室の内部のインクの自由表面とペン体までの軸方向の深さがたとえば 8 0 m mあれば、ペン体にはこの 8 O m mに相当する水頭圧が発生する。このような水頭圧は微少な圧力であるが、ペン体の種類によってはこのような水頭圧が作用すると、筆跡に変化が生じ、またペン体からインクが押し出されるいわゆるボタ落ちを生じること力ある。

上記のペン体には各種の形式があるが、一般的に広く用いられているものとして、ボールホルダの先端部にボールを回転自在に抱持したいわゆるボールチップと、繊維等を固めた多孔体からなるいわゆるフェル卜チップがある。これらの各種のペン体はそれぞれの特性があるが、共通した重要な特性の要素としては、インクシール圧力とインク引出し圧力があすなわち、これらのペン体は、たとえばボールチップではボールとボ一ルホルダの間の隙間、フェルトチップでは繊維の間の隙間の毛細管力、によりインクを保持してシール作用をなし、このシール作用を維持できる範囲の内外の差圧がィンクシール圧力である。ペン体の内外の差圧がこのィンクシ —ル圧力を超えると、たとえば内圧がィンクシール圧力より高くなるとこれらの隙間を通って内部のインクが押し出されていわゆるボタ落ちを生じ、また内部の圧力がこのィンクシ —ル圧力より低くなるとこれらの隙間内のィンクが吸い込まれ、この隙間を介して空気がインク貯溜室内に吸い込まれてしまうことになる。

また、これらのペン体は、筆記によって上記の隙間内のィンクが消費されると、内部から新たなインクがこの隙間内に吸い出されるが、この新たにィンクを吸い出す圧力がィンク引出し圧力である。したがって、内部の圧力がこのインク引出し圧力より低くなると筆記ができなくなる。このインクシール圧力およびインク引出し圧力はペン体の種類によって相違するが、同じ種類のペン体ではこのィンクシール圧力とィンク引出し圧力とは略等しい。

ところで、上記のボールチップは、インクが粘度の高い油性ィンクの場合には 1 0 O m m程度のィンクシール圧力およびインク引出し圧力があるが、粘度の低い水性インクまたは揮発性の溶媒を使用した速乾性のインクの場合には、 2 0 m m程度しかない。なお、フェルトチップは、一般に 1 0 0 m mないし数 1 0 0 m mの高いィンクシール圧力およびィンク引出し圧力を有する。上記のフェルトチップは、そのインクシール圧力、すなわち自身の毛細管力によるインク保持力が高いので、吸水性のない筆記面、たとえば樹脂フィルム等には少量のインクしか転写できず、一般にこれらの筆記面には「薄く」しか筆記できない。これに対して、水性インク、速乾性インクを使用するボールチップは、自身のインク保持力が弱いので、樹脂フイルム等の吸水性を有しない表面にも濃く筆記できる。特に、速乾性のインクを使用した場合には、この樹脂フィルムに転写されたインクが瞬時に乾燥するので、従来では筆記が不可能であったポリエエチレンフィルム等の撥水性の材料の表面にも筆記が可能である。また、このボールチップは、ボ一ルの回転によりその表面に付着したインクを筆記面に転写するので、筆記した線の輪郭が明瞭でかつ細い線の筆記も可能となる等、好ましい特徴がある。

しかし、このような水性または速乾性のインクを使用したボールチップは、上記のように 2 0 m m程度のインクシール圧力およびインク引出し圧力しかないので、これを使用した筆記具では、このボールチップに供給されるインクの圧力を外部すなわち大気の圧と略等しい圧力に安定して制御する必要がある。

また、フェルトチップは、上記のようにインクシール圧力およびインク引出し圧力は大きいが、内外の差圧が生じると、ボタ落ちや空気の吸入は生じないものの、このフェルトチップ内に保持されるインクの量が容易に変化する。したがって内部の圧力がわずかであっても高くなると、このフェルトチップ内に含まれるィンクの量が増加していわゆるィンクリッチの状態となり、筆跡が不所望に濃くなつてしまう。また逆に、内部の圧力がわずかであっても低くなると、このフェルトチップ内に保持されているィンクの量が少なくなっていわゆるインクプアの状態となり、筆跡が不所望に薄くなる。従つて、このフェルトチップを備えた筆記具であっても、供給されるィンクの圧力を安定して制御することが好ましいことはもちろんである。

しかしながら、前述のようなフィーダ機構では、基本的にインク貯溜室内の空気等の膨脹収縮を補償してこのインク貯溜室内の圧力を大気と等しい圧力に維持する機能しかなく、上記のようなインクの水頭圧を補償することはできなかった。また、このフィーダは、蛇腹状の複雑な通路を有しているので、この内部でインクが乾燥して詰まる等の不具合を生じやすく、特に速乾性のインクを使用する場合にはこのような不具合が顕著となる。

また、前記のスライド栓形の筆記具においては、筆記の際にはィンク貯溜室内のィンクの水頭圧が数十 m mに達するとともに、スライド栓の摺動抵抗によってもペン体に作用するインクの圧力が変化する。したがって、このスライド栓形のものは、上記のような微少差圧で開弁する弁機構を付加しても、やはりこの水性ボールチップ等に作用するィンクの圧力をそのィンクシール圧力の範囲内に正確に制御することは困難である。

上述のように、インク貯溜形の筆記具においては、インク貯溜室内の圧力を常時一定に維持するとともに、筆記の際の内部のィンクの水頭圧等によるィンク圧力の変動等を排除し、ペン体に供給するィンクの圧力を常に外部の大気圧に等しく、かつ一定の圧力に制御することが好ましいものであるが、従来のこのようなインク圧力の捕償機構は、必ずしも満足できるものではなかった。

また、筆記具には、全ての構成部品を一体化し、インクを消費したら筆記具全体を廃棄するいわゆる使い捨て形のものと、インク貯溜室およびペン先等の基本的な部品を一体化したいわゆるレフィ一ルを、これとは別体の筆記具のケ一シング本体内に交換可能に収容、またはノック機構等により突没自在に収容したいわゆるレフィ一ル形の筆記具がある。

このレフィールは、基本的には使い捨て形の筆記具とは同様の構造のものであるが、使い捨て形の筆記具とは異なる条件がある。すなわち、このレフィ一ルは、これとは別体のケ一シング本体内に収容されるものであるため、その寸法に制限があり、特に径を細くする必要があり、インクの供給や圧力の調整機構等に複雑な構造を採用するのが困難である。また、筆記具のケーシング本体内に別体として収容されるので、構造的に外部とのシールを完全にすることができず、常時開放された状態で放置され、インクの乾燥を防止するのが困難である。このため、従来のレフィ一ル形の筆記具では、構造が簡単で乾燥しない油性インクを使用したボールチップ形のものがほとんどである。

したがって、上記のような水性インクまたは速乾性インクを使用したボールチップ形の筆記具をレフィール形とする場合には、そのインクの供給および圧力の調整機構等が複雑なため小形化が困難であるとともに、インクが短時間で乾燥してしまう等の不具合を生じる。よって、現在のところ、このよう水性インクまたは速乾性インクを使用したボールチップ形のレフィ一ルを実用化するのは困難であった。発明の開示本発明は以上の事情に基づいてなされたもので、ペン体に作用するインクの圧力を圧力に制御することができ、また構造が簡単で小形に形成することが容易であるとともにインクの乾燥を効果的に防止することができ、たとえば水性インクまたは速乾性ィンクを使用したボールチップ形のレフィ一ルを実用化することも可能な筆記具を提供するものである。上記の目的を達成するために、本発明の筆記具は、本体と、この本体の先端部に設けられたペン体と、上記の本体内に形成され上記のペン体に連通したインク貯溜室と、このインク貯溜室内に軸方向に挿入され先端部が上記のインク貯溜室の先端部内に連通するとともに尾端部が上記の本体の尾端部側において外部に連通した管状の均圧通路と、本体の尾端部に形成され上記の均圧通路の尾端部側に連通するとともに外部に連通したリザーバとを具備したものである。

上記の均圧通路によりインク貯溜室内は常時外部と連通されており、このインク貯溜室内の空気等の膨脹、収縮を捕償してその内部を大気圧と等しい圧力に維持する。また、筆記の際にこの筆記具を立てた場合でも、この均圧通路は外部に連通しているので、その先端部の位置のインク貯溜室内の圧力は大気圧と等しい圧力となり、ペン体にはこの均圧通路の先端とこのペン体までの距離に相当する水頭圧しか作用せず、筆記の際にこのペン体に作用する圧力を大気圧に近い一定の圧力に制御でき、安定したインクの供給および筆記が可能となる。また、構造が簡単であり、製造が容易であるとともに、小形化が容易である。

また、インクの蒸発面としては、この均圧通路内のインクの自由表面だけであり、その面積が小さいので蒸発量も少なく、かっこの均圧通路内ではインクの溶媒蒸気と空気との位置が交換することがなく、溶媒蒸気は分子運動による拡散のみによってこの均圧通路の尾端部側から蒸散する。さらに、この均圧通路の尾端部側はリザーバを介して外部と連通しているので、上記の拡散によりこの均圧通路の尾端部から拡散した溶媒蒸気はこのリザ一バにトラップされるので、インクの溶媒蒸気の蒸散は一層低く抑えられる。よって、構造が簡単で小形に形成できるとともに、インクの乾燥を効果的に防止できるので、たとえば水性ィンクまたは速乾性のィンクを使用したボールチップ形のレフィ一ル筆記具を実現することもできる。

また、好ましい実施形態では、前記のリザーバ内には流出防止管が突設され、この流出防止管を介してこのリザ一バが外部に連通されているものである。よって、均圧通路から万 0 一インクが流出しても、このインクはリザーバ内に収容され、内部に突出した流出防止管により外部への流出が防止される。また、この流出防止管内においても、ザ一バ内の気体と外部の空気との気体間の交換作用を防止するので、上記の均圧通路からこのリザーバ内に拡散したィンクの溶媒蒸気が、この流出防止管内においても拡散でしか外部に蒸散せず、インクの乾燥防止の効果が一層大きい。

また、好ましい実施形態では、前記の均圧通路の断面形状および断面寸法は、この内部に侵入したインクがその自由表面の表面張力によりこの均圧通路内で液柱状に維持されこの内部でィンクと空気との位置が交換する気液交換作用を生じない断面形状および断面寸法に設定されているものである。したがって、この均圧通路からリザ一バ内へのィンクの流出を防止することができる。

また、好ましい実施形態では、前記のインク貯溜室は略筒状をなし、また前記の均圧通路の断面積は上記のインク貯溜室の断面積の 1 Z 3 0 ないし 1 Z 4の範囲に設定されているものである。したがって、通常の筆記具であれば、この均圧通路内にインクを液柱状に保持し、またこの均圧通路により温度変化によるインク貯溜室の空気等に膨脹、収縮を捕償することができ、かつインクの乾燥も効果的に防止することができる。

さらに、好ましい実施形態では、前記の均圧通路の尾端部には屈曲状または迷路状の通路を有するインクの飛沫の飛散防止機構が設けられているものである。したがって、この筆記具に強い衝撃が作用し、均圧通路内のインクが飛沫状となつて飛散した場合でも、このインクの飛沫がリザ一バゃ外部まで飛散することがなく、周囲を汚損することがない。また、この屈曲状または迷路状の通路はインクの溶媒の蒸散を防止する効果がある。図面の簡単な説明図 1 は、第 1の実施形態のレフィール形の筆記具の縦断面図；

図 2は、第 1の実施形態の水平の姿勢の状態の縦断面図図 3は、第 1の実施形態の倒立の姿勢の状態の縦断面図図 4は、第 1の実施形態の立てた姿勢の状態の縦断面図図 5は、第 2の実施形態の使い捨て形の筆記具の先端部分の水平状態の縦断面図；

図 6 は、第 2の実施形態の使い捨て形の筆記具の先端部分の立てた状態の縦断面図；

図 7 は、第 3の実施形態の筆記具の縦断面図；

図 8は、第 3の実施形態の筆記具の要部を拡大した縦断面図；そして、

図 9 は、第 3の実施形態の筆記具の要部の分解斜視図である発明を実施するための最良の形態以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。図 1 ないし図 4には本発明の第 1の実施形態を示す。このものは、別体の筆記具ケ一シング本体内に交換可能に収容、またはノック機構等により突没自在に収容されるいわゆるレフィール形の筆記具である。しかしながら、このレフィールは、筆記具としての基本的な構成を有しており、同じ構造の使い捨て形の筆記具を形成することも可能なことはもちろんである。このレフィール形の筆記具は、アルコール系等の溶媒を用いた速乾性のインクを使用し、ペン体としてボールチップが用いられている。

この筆記具は略円筒状の本体 1を有し、この本体 1の先端部には、上記の速乾性ィンク用のボールチップ 2が設けられ、またこの本体 1 の尾端部には尾栓 3が取り付けられている。なお、これら本体 1ゃ尾栓 3等は合成樹脂材料を射出成型して形成されたものである。なお、図では省略されているが、このレフィ一ル形の筆記具は、任意の筆記具のケーシング本体内に収容されて使用される。

そして、この本体 1内には、略円筒状のインク貯溜室 4が形成され、このインク貯溜室 4内には上記の速乾性のインク 5が充填されている。このインク貯溜室 4の先端部はテ一パ状に形成され、上記のボールチップ 2に直接連通されている。また、この本体 1 の尾端部側は仕切部材 6によって区画されている。 3

そして、上記のインク貯溜室 4内の中心部には、このインク貯溜室 4の軸方向に沿って均圧管 7が設けられ、この均圧管 7内が均圧通路 8 に形成されている。この均圧管 7の尾端部は、上記の仕切部材 6 にこれを貫通して取り付けられており、上記の尾栓 3に形成された孔を介して外部に連通されている。また、この均圧管 7の先端部は、上記のインク貯溜室 4内の先端部のボールチップ 2の近傍の位置まで延長され、この位置においてィンク貯溜室 4内に連通している。

なお、この実施形態では、この均圧管 7 の先端部すなわち均圧通路 8の先端部とボールチップ 2 との間の距離は、 1 0 m m程度に設定され、この距離はこのボールチップ 2のィンクシ一ル圧力に相当する水頭圧の深さより短く設定されている。また、この実施形態では、上記のインク貯溜室 4の内径は約 6 m m、上記の均圧管 7の内径すなわち均圧通路 8の径は約 1 . 5 m mに設定され、この均圧通路 8の断面積はインク貯溜室 4の断面積の約 1 Z 1 6である。

また、上記の仕切部材 6の尾端部側には、円筒状のリザーバ部 9が形成され、このリザ一バ部 9の内部がリザ一バ 1 0 に形成されている。このリザーバ 1 0は、上記の均圧管 7内の均圧通路 8から万一インクが流出した場合に、この流出したインクを保持して外部に流出するのを防止するものである。また、上記の尾栓 3には、その中心部から内側に向けて流出防止管 1 1が突設され、この流出防止管 1 1内を介してこのリザーバ 1 0が外部と連通している。したがって、このリザ —バ 1 0内に流出したインクが溜まった場合において、この筆記具を水平または倒立させた場合でも、この流出防止管 1 1の先端部がインク中に水没しない限りは、このインクは外部に流出しない。

次に、図 2ないし図 4を参照してこの第 1の実施形態の筆記具のインクの圧力の補償作用を説明する。図 2には、この筆記具が非筆記状態で水平の姿勢となった場合を示す。この場合に、インク 5の量が多い場合には、この図 2のように上記の均圧管 7の先端部がインク中に浸漬される。しかし、この均圧管 7内の均圧通路 8 は比較的径が小さいので、この内部にインクが表面張力により液柱 5 a となって保持され、この均圧通路 8内でインクと空気の位置が交換するいわゆる気液交換作用は生じない。

したがって、この状態において、たとえば温度上昇等によりインク貯溜室 4内の空気が膨脹した場合に、上記の均圧通路 8内にその膨脹分だけインクが押し出され、このインク貯溜室 4内は大気圧と略等しい圧力に維持される。また、インク貯溜室 4内の空気が収縮した場合には、この均圧通路 8内に押し出されていたインクの液柱 5 aがインク貯溜室 4内に押し戻され、このインク貯溜室 4内の圧力は大気圧と等しい圧力に維持される。なお、上記の場合に、この均圧通路 8内のインクは気液交換作用はなされず、液柱 5 aの状態のままこの均圧通路 8内を軸方向に移動するだけで、このインクが均圧通路 8から流出するこどはない。

また、図 3にはこの筆記具が非筆記状態において倒立されている場合を示す。この場合においても、前述と同様に、ィンク貯溜室 4内の空気の膨脹、収縮に対応して均圧通路 8 内のインクの液柱 5 aが移動してこれら膨脹、収縮を補償し、このインク貯溜室 4内を大気圧と等しい圧力に維持する。また、図 4 にはこの筆記具が立てられている場合を示す。この場合においても、前述と同様に、インク貯溜室 4内の空気の膨脹、収縮に対応して均圧通路 8 内のインクの液柱 5 a が上下に移動してこれら膨脹、収縮を補償し、このインク貯溜室 4内を大気圧と等しい圧力に維持する。

なお、上記の場合に、インク貯溜室 4内の空気が大幅に収縮して均圧通路 8 内の液柱 5 aがこの均圧通路 8の先端まで移動した後は、この均圧通路 8 から外部の空気がインク貯溜室内 4内に侵入して収縮の捕償をなす。また、インク貯溜室 4内の空気が大幅に膨脹して均圧通路 8内のインクの液柱 5 aがこの均圧通路 8の尾端に達した後は、このインクは前記のリザーバ 1 0内に流出するが、このリザ一バ 1 0 内には前述の流出防止管 1 1 が突設されているので、このインクは外部に流出することなく、このリザーバ 1 0 内に保持される。

また、この筆記具を床に落下した場合等には、衝撃によつて均圧通路 8内のインクが飛沫となってこの均圧通路 8の尾端部から飛散することもあるが、このような場合でも、この飛散したインクはこのリザーバ 1 0内に収容され、外部に流出することはない。

上記のように、この均圧通路 8 は、非筆記時にはインク貯溜室 4内の空気またはインクの膨脹、収縮の補償をなす一種のフィーダとして作用するものである。この場合に、この均 6

圧通路 8 とインク貯溜室 4 との断面積の関係、およびこの均圧通路 8の径を適宜設定しておくことにより、上記のようにインクがリザーバ 1 0内に押し出されたり、またはこの均圧通路 8を介して外部の空気がインク貯溜室 4内に侵入することはまれにしか生じないように設定可能である。

すなわち、温度が T 1 ° Cから T 2 ° Cまで変化した場合の空気の膨脹または収縮率は、（Τ 2 — Τ 1 ) Ζ ( 2 7 3 + Τ 1 ) である。したがって、通常の気温の範囲内では、温度 1 ° Cの変化に対して空気の膨脹または収縮率は約 0. 3 % 程度である。よって、たとえば温度変化の範囲を ± 3 0 ° C と仮定すると、このインク貯溜室 4内の空気の膨脹または収縮は約 9 %である。そして、この実施形態では、上記のインク貯溜室 4 は断面積が軸方向に略一定の筒状をなしているので、このインク貯溜室 4内の空気は軸方向に約 9 %膨脹または収縮することになる。

そして、このインク貯溜室 4内の全体がほぼ空気で満たされている場合、すなわちインクが空に近い状態であると仮定すると、上記の均圧通路 8の長さはこのインク貯溜室 4の長さと略等しいので、この均圧通路 8の断面積をこのインク貯溜室の断面積の 9 %に設定しておけば、たとえばインク貯溜室 4内の空気が 9 %軸方向に膨脹した場合には、この均圧通路 8内のインクの液柱 5 aは、（9 1 0 0 ) x ( 1 0 0 Z 9) = 1 となり、このインクの液柱 4 aが均圧通路 8の尾端部一杯まで移動するが、リザーバ 1 0 には流出はしない。また、上記のインク貯溜室 4内の空気が収縮した場合には、この均圧通路 8からインク貯溜室 4内に空気が流入し、空気の収縮を補償することができる。

なお、このような筆記具の使用または保管の状態において、温度変化が ± 3 0 ° Cを超えることは殆どなく、また一般的にはィンク貯溜室 4内にはィンクがある程度満たされており、空気の容積は上記の仮定より少ない。よって、一般的には、この均圧通路 8の断面積は、インク貯溜室 4の断面積の 1 1 0程度に設定しておけば、この均圧通路 8からインクがリザ一バ 1 0 に流出する可能性は確実に排除できる。

また、この均圧通路 8内に上記のようにインクが液柱 5 a となって保持されるためには、この均圧通路 8の径を小さくすればよい。このための均圧通路 8の径は、インクの粘性等の性質によっても異なるが、直径が 6 m m程度以下であれば、通常のインクを液柱状にして保持できる。しかし、上述のようにこの筆記具を床等に落下して衝撃が作用した場合にこの均圧通路 8内の液柱 5 aが飛沫となって飛散する可能性を減少させるには、この均圧通路 8 の内径は 3 m m程度以下が好ましい。

なお、上述の説明はこの均圧通路 8が非筆記時にフィーダとして作用する場合について説明したが、筆記時にはこの均圧通路 8内は殆ど空の状態で、その先端部に短い長さのインクの液柱 5 aが存在するだけの状態である。すなわち、このような筆記具は、筆記時の温度すなわち室温の状態でインクが充填され、この製造時では均圧通路 8内にはわずかの長さのインクの液柱 5 aが存在しているだけの状態である。そし 8

て、上述したような温度の変化は、周期的なものであり、温度が上昇または低下した後は必ず元の室温の状態に戻る。また、このような筆記具のインクは、製造時に十分に脱気され、充填した後にインク貯溜室 4内でガスを放出したりすることはなく、また筆記に伴ってインクの容積は減少する一方である。よって、通常の場合には、筆記時にはこの均圧通路 8内はほとんど空の状態で、その先端部に短いインクの液柱 5 a が存在しているだけの状態である。

また、上記の均圧通路 8 は、インク 5の乾燥防止、特に速乾性のインクの場合の乾燥防止の効果がある。すなわち、まずこの均圧通路 8の断面積は小さく、この内部のインクの液柱 5 aの自由表面の面積もまた小さいため、この表面からのインクの溶媒の蒸発量は少ない。さらに、この均圧通路 8 は細径でかつ軸方向に長く、かっこの内部での気体の流れの速度も極めて緩慢であり、この均圧通路 8内での気体の流れのレイノルズ数は極めて小さい値であり、この通路内での気体の挙動は完全な層流領域である。

よって、この通路内では、上述のような気液交換作用が生じないだけでなく、気体の交換作用も生じない。したがって、この均圧通路 8の先端側のインクの液柱 5 aの自由表面から蒸発した溶媒と、尾端部側の空気との位置が入れ替るような気体 · 気体間の交換作用は発生しない。よって、この均圧通路 8内では、溶媒蒸気がその分子運動により尾端部側へ拡散し、先端部側の液柱 5 aの自由表面近傍では溶媒蒸気はその温度での飽和蒸気圧であるが、尾端部に行くに従って連続的 9

に溶媒蒸気の蒸気圧が低下するような連続的な蒸気圧の分布となる。したがって、この均圧通路 8の尾端部の開口部分での溶媒蒸気の蒸気圧は低くなり、この尾端部開口から散逸する溶媒蒸気の量も少なくなる。

上記の点から、この均圧通路 8の断面積を小さく、かつ長くすれば、その内部のインクの液柱 5 aの自由表面も小さくなり、また上記の拡散による散逸も少なくなる。しかしながら、この均圧通路 8の断面積を小さくすると、インク貯溜室 4内の空気が膨脹した場合に、この均圧通路 8内のインクの液柱 5 aの自由表面が尾端部の開口部分の近傍に達してしまい、上記の拡散による蒸発が多くなる。この拡散による溶媒蒸気の散逸を効果的に防止するには、この均圧通路 8内のィンクの液柱 5 aの自由表面と、この均圧通路 8の尾端部側の開口との間に少なくとも 2 5 m m程度の長さの拡散防止長さが必要である。

したがつて、予想される温度変化の範囲内で温度が上昇し、インクの液柱 5 aが均圧通路 8内を尾端部側に移動した場合に、この液柱 5 a の自由表面とこの均圧通路 8の尾端部との間に、上記の 2 5 m m以上の拡散防止長さが残されるように、この均圧通路 8の断面積や内容積、および長さを設定すればよい。

なお、上述した温度変化の範囲の ± 3 0 ° Cは、寒冷な戸外から温暖な室内に筆記具が持ち込まれた場合や、炎天下に駐車した自動車のダッシュボードに筆記具を放置した場合等の極端な場合に対応したもので、このような例外的な温度変化が生じた場合には、均圧通路 8からリザ一バ 1 0へのインクの流出を許容するとすれば、この温度変化の範囲は ± 1 0 。 C程度に想定すれば十分である。

以上のような条件を考慮すると、この均圧通路 8 は、その内径が 6 m m以下、好ましくは 3 m m以下で、またインク貯溜室 4の内容積の 3 %以上の内容積と、この内容積分を差し引いた残りの部分に 2 5 m m以上の拡散防止長さを加えた長さを有するものであればよい。

また、一般的な筆記具の場合には、上記のような均圧通路 8の断面積を、インク貯溜室 4の断面積の 1 Z 3 0ないし 1 4の範囲内に設定しておけば、この均圧通路 8が温度変化等に対して十分な補償作用をなし、またこの均圧通路 8内でのインクの溶媒蒸気の拡散を実用上で十分な程度に低く抑えることができる。

さらに、上記の均圧通路 8の尾端部側にはリザ一バ 1 0が形成されているので、この均圧通路 8 の尾端部開口から蒸散したインクの溶媒蒸気は、このリザ一バ内にトラップされ、溶媒蒸気の外部への散逸をより少なくすることができる。また、このリザーバ 1 0 と外部とは細径で長い流出防止管 1 1 により連通されているので、この流出防止管の内部でも上記のような気体 · 気体交換作用を防止する作用があり、この内部では拡散による溶媒蒸気の散逸しか発生しないので、さらなる蒸発防止効果がある。

次に、筆記時におけるこの筆記具の作用を説明する。筆記の際には、図 1および図 4に示すように、この筆記具をポ一 2

ルチップ 2を下に向けて立てた状態で筆記する。この状態の場合には、インク 5 はインク貯溜室 4内の下方に溜まり、空気はこのインク貯溜室 4の上部に移動する。そして、この状態においては、通常はボールチップ 2には H 1 + H 2に相当する水頭圧が作用する。しかしながら、上記の均圧管 7すなわち均圧通路 8の先端部がこの H 1の深さまで達しており、かっこの均圧通路 8の尾端部は外部に連通している。なお、通常は筆記時においてはこの均圧通路 8内には極めて短いィンクの液柱 5 aのみが存在していることは前述の通りである。したがって、この均圧通路 8の先端部すなわちインク 5の H 1の深さの部分は、大気圧と等しい圧力になる。

このため、このインク貯溜室 4内のインク 5の液面は少し下がり、このインク貯溜室 4の上部の空気が膨脹してインク 5の H I に相当する水頭圧分だけ低圧となり、この状態で均衡し、安定する。この場合に、このインク 5の液面の低下に相当する分だけ、インクが均圧通路 8内に侵入し、この均圧通路 8内のィンクの液柱 5 aの深さは H 3 となる。

この場合に、たとえば上記の H Iを 5 O mmとし、またィンク貯溜室 4内の空気の部分の軸方向の長さを 5 0 mmとすると、このインク貯溜室 4内の空気はこの 5 0 mm分の水頭圧に対応するだけ低圧となり、膨脹するが、その膨脹量は、 1気圧を約水頭圧 1 0 0 0 0 mmと仮定すると、軸方向に約 5 0 x 5 0ノ 1 0 0 0 0 = 0. 2 5 mmであり、よってこのインク 5の液面の低下量もこれと等しい 0. 2 5 mmである。

—方、この実施形態では、この均圧通路 8の断面積は、ィンク貯溜室 4の断面積の 1ノ 1 6であるから、インク貯溜室 4内のィンク 5の液面低下によりこの均圧通路 8内のィンクの液柱 5 aの上昇は 0. 2 5 x l 6 = 4 mmである。したがつて、実際には、この均圧通路 8の先端部、すなわち H Iの深さの位置の圧力は、大気圧に対して上記の H 3の 4 mmの水頭圧分だけ高くなるが、これは極めて微小な圧であり、実際には無視できる。

したがって、このボールチップ 2に作用する水頭圧は H 2 + 4 mmである。そして、この実施形態では、この H 2は前述のように 1 0 mm程度に設定されているので、このボールチップ 2にはこの 1 4 mmに相当する水頭圧しか作用しないので、このボールチップ 2のィンクシール圧力がたとえば 2 0 mm程度と低い場合でも、インクが押し出されるようなことはない。

なお、この実施形態のものは、均圧管 7の先端部をボールチップ 2に極めて近接させることができ、原理的に図 4の H 2の長さには制限がない。たとえばこの均圧管 7の先端部を細径とし、またボールチップ 2のボールホルダの内径を大きくしてこの均圧管 7の先端部をこのボールホルダ内に挿入すれば、この均圧管 7の先端すなわち均圧通路 8の先端をボ一ルチップ 2のボールにたとえば 1 m mまで近接させることもできる。

このように、このボールチップ 2に作用する圧力が微小であるとともに、常に略 H 2に相当する略一定の圧力であるので、安定した筆記ができる。なお、筆記によってィンクが消費されると、インク貯溜室 4内および均圧通路 8内のインクの液面が低下するが、 1回の筆記で使用されるインクの量は極めてわずかであり、筆記中におけるインク液面の変化も無視できる。

また、筆記者の手の熱等により、筆記中にインク貯溜室 4 内の空気が膨脹する場合もある。しかし、このような場合の温度上昇は数。 C程度であり、たとえば温度が 3 ° C上昇したとしても、この空気の膨脹は 0. 3 % X 3 = 0. 9 %であり、空気の部分の軸方向の長さを 5 0 mmとしても、軸方向に 5 0 X 0. 9 / 1 0 0 = 0. 4 5 mmしか膨脹せず、よってインク貯溜室 4内のインクの液面の低下は 0. 4 5 m mで、均圧通路 8内の液柱 5 aの高さ H 3の上昇は 0. 4 5 X I 6 = 7. 2 mm程度であり、筆記には殆ど影響がない。なお、このような筆記中の温度上昇による影響を少なくするには、他の条件を満足する範囲で均圧通路 8の断面積を大きく設定すればよい。

上述のように、この実施形態の筆記具の非筆記時における圧力補償作用、および筆記時における圧力調整作用は、各部の圧力の均衡のみによって安定して制御されるものである。よつて可動部分や微細なォリフィス等、寸法精度に影響される部分もなく、毛細管力等の変動する要素も利用しないので、高い信頼性が得られ、また構造が簡単で製造も容易であるとともに小形化も容易である。

また、この筆記具は、その径が細くなつてインク貯溜室 4 の断面積が小さくなると、これに対応して均圧通路 8の断面積も小さくなる。よって、レフィ一ル形の筆記具のように、一般的に細径のものでは、均圧通路 8 の断面積がより小さくなり、インクの乾燥防止の効果がより大きくなる。したがつて、上述のように構造が簡単なことと相俟って、レフィール形の筆記具には適した構造である。

なお、本発明は上記の第 1 の実施形態には限定されない。前述のように、本発明のものは、上記のようなレフィール形の筆記具には限定されず、使い捨て形の筆記具に適用可能であり、またペン体もボールチップには限定されず、たとえばフェルトチップ、その他のものでも良い。

図 5 および図 6 には本発明の第 2 の実施形態を示し、このものは、水性または速乾性のインクを使用し、ペン体としてフェルトチップを使用した使い捨て形の筆記具である。なお、この図ではキヤップは省略されている。

前述したように、ペン体がたとえばフェルトチップである場合には、そのインクシール圧力は高いものの、インク貯溜室内の圧力の変化により、このフェルトチップ内に含まれるインクの量が増加、または減少し、筆跡が不所望に濃くなつたり薄くなつたりする場合がある。したがって、非筆記時に温度変化が生じ、インク貯溜室内の空気が膨脹した場合に、上記のような均圧通路による圧力の補償作用はあるものの、その際の微小な圧力変動により、このフェルトチップ内に含まれるィンクの量が過大となっていわゆるィンクリツチの状態となり、筆跡が不所望に濃くなる等の不具合を生じやすい。一方で、このようなフェルトチップは、インクシール圧力やィンク引出し圧力が高いので、前述のようなボールチップの場合のように、均圧通路の先端部をペン体に近接させる必要はなく、別のインク圧力調整機構を付加することが可能であ図 5および図 6 に示す第 2の実施形態の筆記具において、このインク圧力調整機構は、上記のインク貯溜室 4 の先端部内面にこれを区画する区画部材 2 1を備えており、この区画部材 2 1 とフェルトチップ 2 a との間に遮断室 2 3が形成されている。また、この区画部材 2 1の中央部には断面積の小さなオリフィス孔 2 2が形成され、このオリフィス孔 2 2を介してインク貯溜室 4 と遮断室 2 3 とが連通している。そして、この遮断室 2 3内には空気が充填されている。なお、この第 2の実施形態のものは、上記の点以外は前記の第 1の実施形態のものと同様であり、図中、第 1の実施形態と対応する部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

この第 2の実施形態のものは、非筆記時にたとえばこの筆記具が水平の姿勢に置かれている場合には、この遮断室 2 3 内に侵入している少量のィンク 5 b はこの遮断室 2 3の下方の周壁部に溜まり、上記のフェルトチップ 2 aの尾端部側はこのインク 5 bには接触しておらず、空気が接触している。したがって、この遮断室 2 3内において、インク貯溜室 4内のインクは、フェルトチップ 2 aには液体状態で連通はしておらず、一旦空気で遮断されている。そして、インク貯溜室 4内の空気の膨脹収縮等の圧力補償作用の際に微小な差圧が発生した場合でも、上記の区画部材 2 1 のオリフィス孔 2 2 内には毛細管力でインクが保持されているため、このような微小な差圧によってはこの遮断室 2 3 内にインクが押し出されたり、またこの遮断室 2 3から空気やインクがインク貯溜室 4内に引き込まれたりすることがない。よって、この遮断室 2 3内にはこの微小差圧も作用せず、フェルトチップ 2 a 内に含まれるィンクの量は一定に維持することができる。

また、図 6 に示すように、筆記の際にこの筆記具がフェルトチップ 2 aを下に向けて立てられると、遮断室 2 3内の少量のィンク 5 b はフェル卜チップ 2 a の尾端部側に接触し、筆記により消費されるインクをこのフェルトチップ 2 a に供給する。また、この遮断室 2 3 内のインク 5 bが消費されると、この遮断室 2 3内が低圧となり、この差圧により上記のォリフィス孔 2 2を介してィンクがこの遮断室 2 3内に捕給され、この遮断室 2 3内のインク 5 bの量は一定に維持され、安定したインクの供給が可能となる。

また、図 7 ないし図 9 には、本発明の第 3 の実施形態を示す。このものは、上記の均圧通路内のインクの液柱が衝撃等によって飛沫となって飛散するのを防止するとともに、インクの溶媒の蒸散防止の効果があり、前述のような各種の溶媒の蒸発防止機構を省略可能なものである。

この第 3の実施形態のものは、基本的な構造は前述の第 1 の実施形態と同様なもので、本体 1 の尾端部側に仕切部材 6 によって区画されたリザ一バ 1 0を備えており、均圧管 7内の均圧通路 8 はこのリザーバ 1 0内に連通している。そして、この均圧管 7の尾端部側すなわちリザーバ 1 0 に連通している端部には、飛散防止機構が設けられている。

図中の 3 1 は、この飛散防止機構の飛散防止部材であり、この飛散防止部材 3 1は頭部 3 2 と首部 3 3とを備えている。そして、この首部 3 3 は、上記の均圧管 7の尾端部内に密嵌されている。また、上記の頭部 3 2の外径は、上記のリザ一バ 1 0の内径よりやや小径に形成され、この頭部 3 2の外周面とリザーバ 1 0の内周面との間には、環状の隙間が形成されている。

また、この頭部 3 2の先端側面すなわち仕切部材 6 に対向する面には、たとえば放射状の連通溝 3 4が形成されている。また、上記の首部 3 3の周面にも軸方向に沿って連通溝 3 5 が形成され、これらの連通溝 3 4， 3 5は互いに連通している。なお、この実施形態の場合には、上記の首部 3 3の連通溝 3 5は、この首部 3 3の周部を平坦状に切除した形状をなし、この首部 3 3が均圧管 7内に嵌合された場合に、この均圧管 7の内周面との間に断面弓形の隙間すなわち通路が形成される。

また、上記の頭部 3 2の仕切部材 6に対向する面には、複数の突起 3 6が突設され、これらの突起 3 6が仕切部材 6 に当接し、この仕切部材 6 と頭部 3 2 との間に隙間 3 7が形成されるように構成されている。

この第 3の実施形態は、均圧管 7内の均圧通路 8が、上記の飛散防止部材 3 2の連通溝 3 4， 3 5を介してリザ一バ 1 0に連通しているので、前述と同様に、この筆記具のインク貯溜室 4内の空気等の膨脹、収縮を補償してこのインク貯溜室 4内を常時大気圧に維持するとともに、筆記の際にこの筆記具を立てた場合に、ィンクの水頭圧を解消する作用をなす。

そして、上記の連通溝 3 4は、径方向に沿って形成され、これら連通溝 3 4， 3 5で形成される連通路は途中で屈曲ないしは迷路状となっている。したがって、万一この筆記具が高所から床上に落下した場合のように強い衝撃が作用し、均圧通路 8内のインクの液柱 5 aが衝撃によって飛沫状に飛散した場合でも、このインクの飛沫はリザーバ 1 0内まで飛散することはない。よって、この飛沫がこのリザーバ 1 0から流出防止管 1 1を介して外部まで飛散することは確実に防止される。

また、このものは、均圧通路 8の尾端部側が上記の狭小な通路である連通溝 3 4， 3 5でリザーバ 1 0 と連通されているので、この連通溝 3 4， 3 5内では空気とインクの溶媒蒸気との気体間の交換作用がなく、かつ狭小な通路であるから拡散も少なく、溶媒蒸気の蒸散が十分に防止される。なお、この実施形態では、上記のリザ一バ 1 0の軸方向の長さが比較的長く形成されており、尾栓 3 に形成された流出防止管 1 1の長さが比較的長く形成されている。したがって、この長い流出防止管 1 1内でも十分な溶媒蒸気の蒸散防止の効果がある。よって、この実施形態のものは、前述したようなインクの蒸発防止機構を設けなくても、速乾性インクの蒸発を十分に防止することができる。

また、この実施形態のものは、前述のようにインク貯溜室 4内の空気が過度に膨脹してインクがこのリザーバ 1 0内に流出した場合でも、インク貯溜室 4内の空気が再び収縮した場合に、このリザーバ 1 0内に流出したインクを効率的にィンク貯溜室 4内に戻すことができる。

すなわち、上記の飛散防止部材 3 1 の頭部 3 2 と仕切部材 6 との間に隙間 3 7が形成されており、流出したインクは毛細管力によりこの隙間 3 7内、および上記の連通溝 3 4， 3 5内に保持される。よって、この筆記具が水平またはペン体を下向きにした姿勢でインク貯溜室 4内の空気が膨脹し再び収縮した場合には、このリザーバ 1 0内のインクは全て上記の隙間 3 7および連通溝 3 4， 3 5内を介して均圧通路 8内に吸引され、残すことなくインク貯溜室 4内に戻される。なお、この筆記具がペン体側を上向き倒立した状態で空気が膨脹、収縮した場合には、均圧管 7の先端部はインクの液面上に突出しているので、もともとこのインクが均圧通路 8を介してリザ一バ 1 0内に流出することはないので、このリザ一バ 1 0内にインクが残ることはない。

また、この第 3 の実施形態の場合に、上記の飛散防止部材 3 1 に形成する通路は上述のようなものに限らず、インクの飛沫の飛散を防止するような屈曲または迷路状の通路であればどのような形状でもよい。

なお、本発明は上記の各実施形態にも限定されない。上記の実施形態は、一般的な文字筆記用の筆記具について説明したが、本発明の筆記具は、その他にホワイトボードマーカ、ペイントマ一力、あるいはその他の用途の筆記具にも適用可能であり、またペン体、インクの種類にも制限されるものではない。産業上の利用可能性上述の如く本発明によれば、筆記時においては均圧通路によりインク貯溜室の先端部内が大気圧と略等しい圧力に調整され、ペン体に作用する水頭圧を任意に低く、かつ一定に維持することができ、安定したインクの供給および筆記が可能である。また、この均圧通路は非筆記時には、インク貯溜室内の空気の膨脹収縮を補償してこのィンク貯溜室内を大気圧に略等しい圧力に維持する。さらに、本発明の筆記具は、微妙な弁機構等の可動部分がなく、また微細なォリフィス等の毛細管力を利用する部分もなく、かつ各部の圧力のバランスのみで作用するものであるから、その作動の信頼性が極めて高く、かつインクの圧力を安定して制御できる。また、この筆記具は、構造が簡単であり、小形に形成できるとともに製造が容易でコストも低減でき、良好な筆記特性の筆記具を安価に提供することができる。

さらに、本発明のものは、均圧通路とその尾端部に形成されたリザーバにより、内部にインク乾燥を効果的に防止できるので、速乾性のインクを使用することが可能となる。また、この筆記具は、ィンク貯溜室の断面積が小さくなる程これに対応して均圧通路の断面積も小さくなり、上記のインクの乾燥防止の効果も高くなるので、一般に細径に形成されるレフィール形の筆記具に適する等、その産業上の利用価値は高い。

Claims

3 請求の範囲

1 . 筆記具の本体と、この本体の先端部に設けられたぺン体と、上記の本体内に形成され上記のペン体に連通したィンク貯溜室と、このインク貯溜室内に軸方向に挿入され先端部が上記のィンク貯溜室の先端部内に連通するとともに尾端部が上記の本体の尾端部側において外部に連通した管状の均圧通路と、本体の尾端部に形成され上記の均圧通路の尾端部側に連通するとともに外部に連通したリザ一バとを具備したことを特徵とする筆記具。

2 . 前記のリザーバ内には流出防止管が突設され、この流出防止管を介してこのリザ一バが外部に連通されていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の筆記具。

3 . 前記の均圧通路の断面形状および断面寸法は、この内部に侵入したィンクがその自由表面の表面張力によりこの均圧通路内で液柱状に維持されこの内部でインクと空気との位置が交換する気液交換作用を生じない断面形状および断面寸法に設定されていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の筆記具。

4 . 前記のインク貯溜室は略筒状をなし、また前記の均圧通路の断面積は上記のィンク貯溜室の断面積の 1 Z 3 0ないし 1 Z 4の範囲に設定されていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の筆記具。

5 . 前記の均圧通路の尾端部には、屈曲状または迷路状の通路を有するインクの飛沫の飛散防止機構が設けられていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の筆記具。