JPH0764151B2

JPH0764151B2 - 弁装置

Info

Publication number: JPH0764151B2
Application number: JP2199241A
Authority: JP
Inventors: 二郎堀
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1990-07-30
Publication date: 1995-07-12
Anticipated expiration: 2010-07-12
Also published as: JPH0485094A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は弁装置、特に筆記具のインク制御用に使用され
るような微小流量、微小圧力で使用されるような弁装置
に関する。

［従来の技術］従来、水性インクを使用するボールペン、フエルトペ
ン、等では、筆記具の軸筒内のインク収容室内に綿等の
多孔質の材料を充填し、この多孔質の材料内にインクを
含浸保持させたものであった。しかし、このようなもの
では、インクの保持量が少なく、またインクの供給量が
少く、早く筆記したような場合には筆跡がかすれる等の
不具合があった。

このような不具合を解消するため、大容量のインク貯溜
室内にインクを直接貯溜する筆記具が開発された。この
ものは、インク貯溜室内に液密のスライド栓を摺動自在
に挿入し、このスライド栓の摺動によりインクの膨張・
収縮を補償するように構成されている。また、このイン
ク貯溜室とは別の小さい容量の副インク室を形成し、こ
の副インク室がボールチップ、フエルトチップ等のペン
先に連通している。そして、このインク貯溜室と副イン
ク室とは逆止弁を介して連通している。この逆止弁は、
インク貯溜室から副インク室へのインクの流れのみを許
容し、またインク取溜室と副インク室との間の差圧が所
定の差圧以上となった場合に開弁し、インク貯溜室から
副インク室にインクを供給するように構成されている。
このようなものは、大容量のインク貯溜室内に発生する
圧力変動をこの逆止弁で遮断し、インクのボタ落ちや空
気の吸入を防止するものである。

しかし、このような筆記具では、筆記の際にボールチッ
プやフエルトチップが内部のインクを吸い出す能力（水
頭圧で数百mm程度の圧力）によってこの逆止弁を開弁さ
せ、かつ上記のスライド栓をその摺動抵抗に抗して移動
させなければならない。したがって、上記の逆止弁は極
めて低い差圧、たとえば100mm程度の差圧で開弁するよ
うなものである必要がある。また、上記のインク貯溜室
内のインクが長時間にわたってゆっくり収縮したような
場合には、万一この逆止弁に極めてわずかでも漏洩があ
ると、副インク室内のインクがインク貯溜室内に逆流
し、ペン先から空気が吸入されてしまう等の不具合を生
じる。

したがって、このような筆記具に使用される逆止弁等の
弁装置は、微小圧力、微小流量で正確に作動し、また内
部漏洩が殆ど生じないようなものでなければならない。
もちろん、従来の技術でもこのような弁装置を製作する
ことは可能である。しかし、従来のものは、弁装置の弁
座と弁体とを別々に製作し、これらの部品を組み立てる
ものであった。従って、これらの部品は極めて高い加工
精度を必要とする。しかもこのような弁装置は筆記具内
に収容されるものであるから、小形に形成しなければな
らない。このため、このような弁装置の製造には細心の
注意をはらわねばならず、かつ品質を確保するためには
全数の検査を必要とする。このため、従来はこのような
弁装置の製造コストは高いものであった。このような弁
装置を使用する筆記具は、一般に使い捨て形のものであ
り、製造コストは可能な限り低くする必要がある。

［発明が解決しようとする課題］本発明は以上の事情に基づいてなされたもので、微小圧
力、微小流量で確実かつ高い精度で作動し、また内部漏
洩が殆どなく、さらに製造が簡単で低いコストで製造す
ることができる弁装置を提供することを目的とするもの
である。

［課題を解決するための手段とその作用］本発明は、円筒状の弁本体と、この弁本体内に未硬化の
状態で充填された後に硬化され、この弁本体に対して接
着性がなく、弾性を有する合成樹脂材料、たとえばシリ
コーンゴム等で形成された弁体とを備え、上記の弁本体
内には軸方向に沿って弁軸部挿通孔が形成され、また、
この弁本体の先端部には軸方向と交差する方向に沿った
弁座面が形成され、またこの弁本体の基端部には少なく
とも一部に軸方向と交差する方向に沿った面を有する本
体側係合部が形成されている。また、上記の弁体の先端
部には上記の弁座面の上に充填されたのち硬化した弁頭
部が一体に形成され、またこの弁体の中央部には上記の
弁軸挿通孔内に充填された状態で硬化した弁軸部が一体
に形成され、またこの弁体の基端部には上記本体側係合
部内に充填された状態で硬化した弁体側係合部が一体に
形成されている。したがって、この弁体の基端部は、弁
体側係合部と本体側係合部によって弁本体と一体化さ
れ、上記の弁体を形成する合成樹脂材料の硬化の際の収
縮によって、上記の弁軸部が軸方向に収縮することによ
って上記の弁頭部が上記の弁座面に所定の微小圧力で押
圧され、またこの弁軸部が径方向に収縮することによっ
てこの弁軸部の外周面と上記弁軸挿通孔の内周面との間
にインク等の流体流通用の隙間が形成されるものであ
る。

このような弁装置は、弁本体の基端面から上記の流体流
通用の隙間を通ってインク等の流体が導入され、この流
体の圧力が所定の差圧以上になると、上記の弁頭部と弁
座面との間に隙間が形成され、この隙間を通って流体が
流通し、この弁装置が開弁状態になる。

この弁装置は、弁本体の弁座面の上に未硬化の合成樹脂
が充填されて硬化されることによって弁頭部が形成され
るので、この弁座面の微小な凹凸にも正確に対応して弁
頭部が成形され、この弁座面に密接するので内部漏洩等
がほとんど生じない。また、この弁装置は、シリコーン
ゴム等の弾性を有する合成樹脂材料の硬化の際のわずか
な収縮を利用して弁頭部を弁座面に微小圧力で押圧する
ので、その設定開弁圧力を極めて小さくすることができ
る。また、この弁装置は弁本体の形状、弁体を構成する
合成樹脂材料の組成、その他の条件さえ正確に調整すれ
ば、大量に生産した場合でもこの弁装置の開弁圧力等の
特性を極めて正確に規制することができ、精度の高い弁
装置を低いコストで大量生産することができる。

また、本発明の好ましい実施例によれば、前記の弁頭部
は、成形型によって規制されていない自由表面を残して
前記の弁座面上に盛り付けられこの自由表面を残したま
ま硬化された合成樹脂によって形成されたものである。
したがって、この弁頭部の部分には、合成樹脂材料の硬
化の際の収縮による歪み等が発生しないので、この弁頭
部が弁座面に確実に密着し、内部漏洩を完全に防止する
とともに、開弁圧力等の特性もきわめて正確になる。

さらに、本発明の実施例によれば、前記本体側係合部に
は、前記の弁軸挿通孔の内周面と連続しこの本体側係合
部を通過して前記弁本体の基端面に達する内側面部が形
成され、弁体側係合部内に充填された合成樹脂材料の硬
化の際の収縮によってこの内側面部との間に流体流通用
の隙間が形成されるものである。したがって、前記の弁
軸部の外周面と弁軸挿通孔の内周面との間の流体流通用
の隙間がこの内側面部との間の隙間を介してこの弁本体
の基端面に確実に連通するものである。

さらに、この弁装置は構造が簡単であり、しかも部品等
の加工精度を余り高くする必要がないので、製造コスト
が低く、また上記のように開弁圧力等の作動の精度が高
いので全数を試験するような必要はない。

［実施例］以下、図を参照して本発明の実施例を説明する。第１図
ないし第３図は本発明の第１の実施例を示し、この実施
例のものは水性インクを使用した使い捨て形のフエルト
チップペンに本発明の弁装置を適用したものである。

図中１はこのペンの軸筒であり、この軸筒１の内部には
大容量のインク貯溜室２が形成され、この内部に液体状
のインクが充填されている。また、この軸筒１の先端部
には、ペン先３が設けられている。この実施例の場合、
このペン先３はフエルトチップ形のものであり、このペ
ン先はフエルトチップ５とホルダ４とから構成されてい
る。また、この軸筒１の先端部側には、小さい容量の副
インク室６が形成され、この副インク室６は上記のペン
先３に連通している。そして、この副インク室６は、本
発明の弁装置10を介して上記のインク貯溜室２に連通さ
れ、この弁装置10を介してこのインク貯溜室２からこの
副インク室６にインクが供給されるように構成されてい
る。

また、上記のインク貯溜室２内には、スライド栓７が摺
動自在に設けられている。このスライド栓７は、液密性
を有し、このインク貯溜室２内に充填されているインク
と大気とを区画する。そして、このスライド栓７はこの
インク貯溜室２内のインクの消費、あるいは膨張収縮に
対応して摺動し、これらを補償してこのインク貯溜室２
内のインクの圧力を大気圧と平衡させる。なお、この軸
筒１の尾端部には尾栓８が取付けられ、この尾栓８には
大気連通路９が形成されている。

上記の弁装置10は、上記のインク貯溜室２から副インク
室６へ向かう方向のインクの流れのみを許容する逆止弁
であり、また小さい差圧で開弁するように構成されてい
る。この筆記具は、筆記によって副インク室６内のイン
クが消費されると、上記の弁装置10が開弁してインク貯
溜室２からこの副インク室６にインクが供給され、この
副インク室６を常にインクで満たされた状態に維持す
る。また、このインク貯溜室２内のインクの消費に対応
して、上記のスライド栓７が図中左方に摺動し、このイ
ンクの消費を補償する。上記のフエルトチップ５は、毛
細管現象によって内部のインクを引き出し、またこの中
に含まれたインクを毛細管現象によって保持しシールを
維持する機能を有しており、この能力は水頭圧で約400m
m程度である。そして、筆記の際には、このフエルトチ
ップ５の毛細管力によって上記の弁装置10を開弁させ、
かつスライド栓７をその摺動抵抗に打ち勝って摺動させ
る。また、温度変化等によってインク貯溜室２内のイン
クが膨張または収縮した場合、上記のスライド栓７の摺
動抵抗によってこのインク貯溜室内に正圧または負圧が
発生するが、これらの正圧または負圧は弁装置10によっ
て遮断され、ペン先３には伝達されない。また、このペ
ンを床等に落下させてしまったような場合には、衝撃に
よってこのインク貯溜室２内に瞬間的な正圧または負圧
が発生する。この負圧は、逆止弁である弁装置10によっ
て遮断され、また正圧はこの弁装置10によって大幅に減
衰されるので、ペン先３からインクがボタ落ちするよう
なことはない。

以上のように、この弁装置10は、極めて小さい所定の差
圧によって作動し、かつ内部漏洩を確実に防止できるも
のでなければならない。このような目的を達成するた
め、この弁装置は第２図ないし第３図に示すように構成
されている。すなわち、この弁装置10は弁本体11と弁体
12とから構成されている。この弁本体11は合成樹脂材料
から形成され、略円筒状をなしている。この弁本体11の
基端部の外周面は拡径され、取り付け嵌合部15が形成さ
れている。そしてこの取り付け嵌合部15が上記の軸筒１
の内面に液密を保って圧嵌され、この弁装置を所定の位
置に固定するように構成されている。この弁本体11の内
部には、断面形状がたとえば円形の弁軸挿通孔11bが形
成されている。また、この弁本体11の先端部には、中心
から周辺に向かって基端部側に後退した略円錐形の弁座
面11aが形成されている。また、この弁本体11の基端部
には、本体側係合部が形成されている。この本体側係合
部は、この弁本体11の基端部内に形成された段部11dを
備えており、この段部11dは、上記の弁軸挿通孔11bの中
心軸線と交差した方向の面、たとえばこの中心軸線と直
交した平面、またはこの中心軸線と所定の角度をなした
円錐面に形成されている。また、この本体側係合部に
は、この段部11dから軸方向後方に突設された４本の係
合凸部11cが形成されている。これらの係合凸部11cの後
端部は、この弁本体11の基端面の部分にまで達してお
り、またこれら係合凸部11cの内側面部21は上記の弁軸
挿通孔11bの内周面に連続している。

また、上記の弁体12は、シリコーンゴム等の弾性を有す
る合成樹脂材料で形成されている。また、この弁体12を
形成する合成樹脂材料は、上記の弁本体11に対して接着
性を有していない。この弁体12は、未硬化の状態のシリ
コーンゴムを上記の弁本体11の内部すなわち弁体固定部
と弁座面の部分に充填および盛り付けてから硬化させた
ものである。したがって、この弁体12は、上記の弁本体
11の内部の形状に対応した形状に形成されている。

この弁体12には、この弁本体11の弁軸挿通部11b内に充
填された状態で硬化した弁軸部12bが一体に形成されて
おり、この弁軸部12bはこの弁軸挿通孔11bに対応した円
柱状の形状をなしている。

また、この弁体12の先端部には、弁頭部12aが形成され
ている。この弁頭部12aは、この弁本体11の先端部を上
向きにした状態で、この弁体12を形成する合成樹脂材料
を未硬化の状態で弁座面11aの上に盛り付け、そのまま
の状態で硬化させたものである。なお、この盛り付けと
は、金型を使用せず、あるいは一部が開放された金型を
使用し、自由表面を残したまま充填し、硬化させること
を意味する。したがって、この弁頭部12aは、盛り上が
った略球面状の先端面を有し、また上記の弁座面11aに
密着している。

さらに、この弁体12の基端部には、弁体側係合部12cが
形成されている。この弁体側係合部12cは、上記の本体
側係合部の内部、すなわち上記の段部11cによって拡径
された弁本体の基端部内周面と、前記の係合凸部11cの
間に、これら係合凸部11cを包み込んで充填されて硬化
された部分によって形成されている。

この弁体12を構成するシリコーンゴムが硬化する際に
は、わずかな収縮が生じる。したがって、この弁体12の
各部は、軸方向および径方向に収縮する。

したがって、上記の弁軸部12bも軸方向に収縮するが、
この弁体12の基端部は上記の弁体側係合部12cおよび本
体側係合部11c,11dによって弁本体11と機械的に一体化
されているので、この弁軸部12bの軸方向の収縮によっ
て、上記の弁頭部12aは弁座部11aに所定の圧力で押圧さ
れる。なお、この状態では、この弁軸部12b内には、わ
ずかな引っ張り応力が発生しており、この弁軸部12bの
弾性力によって上記の弁頭部12aが弁座部11aにわずかの
圧力で押圧されているものである。

また、この弁軸部12bの径方向の収縮によって、この弁
軸部12bの外周面と弁軸挿通孔11bの内周面との間には、
隙間20が形成され、この隙間20が流体すなわちインクの
流通する通路として形成される。また、上記の係合凸部
11cの内側面部21との間にも同様にして径方向の収縮に
よって隙間22が形成される。この係合凸部11cの内側面2
1は弁軸挿通孔11bの内周面と連続しているので、この隙
間22も上記の隙間20と連続し、これらの隙間20,22がイ
ンクの流通通路として形成され、これらを通ってこの弁
本体11の基端面から弁頭部12aおよび弁座面11aの部分ま
でインクが流通する。

このように形成された弁装置10は、上記の弁頭部12aの
背面は上記の弁座面11aとは雄型、雌型の関係をなし、
この弁頭部12aは弁座面11a上の微小な凹凸にも忠実に対
応しており、したがって、これらの間には全く隙間が形
成されておらず、これらは完全に密着している。また、
この弁体12の弁頭部12aは盛り付けたままの状態で硬化
されているので、この弁頭部12a内には内部応力がな
く、確実に密着しているので内部漏洩を完全に防止する
ことができる。

このような弁装置は、前記のインク貯溜室２と副インク
室６との間の差圧が所定の差圧以上になると、上記の弁
軸部12bがこの圧力によってわずかに伸び、弁頭部12aと
弁座部11aとの間にわずかの隙間が形成され、開弁状態
となってインクを副インク室６に流通させる。また、こ
の弁装置は、副インク室６内の圧力が高くなった場合に
は逆止弁として作用し、インクの逆流を防止する。

なお、本発明は上記の実施例には限定されない。たとえ
ば、第４図および第５図には本発明の第２の実施例を示
す。この実施例は、弁本体11の基端部に、段部31dを有
して拡径した本体側係合部を有し、また弁体12の基端部
にはこの本体側係合部に充填されて硬化された弁体側係
合部32cを備えたものである。また、この弁本体11内に
未硬化のシリコーンゴムを充填する際には、この弁本体
11を金型33内に挿入する、この金型33の底部には凸部34
が形成され、この凸部34の高さは、この先端がこの弁本
体11の弁軸挿通孔11bの内周面に達するような高さに設
定されている。したがって、充填されたシリコーンゴム
はこの凸部34の部分に通路部分35が形成され、この通路
部分35は弁軸挿通孔11bの内周面、すなわちインク通路
を形成する隙間20に達している。そして、インクはこの
通路部分35を介して隙間20に導入される。

また、第６図および第７図には本発明の第３の実施例を
示す。このものは、弁本体11の基端部に弁軸挿通孔11b
と直交する本体側嵌合孔41dを形成し、また弁体12の基
端部にはこの内部に充填されて硬化された弁体側係合部
42cを一体に形成したものである。なお、弁軸部12bはこ
の弁本体11の基端部まで延長され、この弁軸部12bの外
周面と弁軸挿通孔11bの内周面との間に形成される隙間2
0はこの弁本体11の基端面に開口している。なお、43は
シリコーンゴムの充填の際に使用される金型である。

また、第８図および第９図には本発明の第４の実施例を
示す。この実施例のものは、弁本体11の基端部に放射状
に配置された４本の本体側係合溝51dを形成してある。
また、上記の弁体12の基端部にはこの本体側係合溝51d
および金型53で囲まれる空洞部に充填されて硬化した弁
体側係合部52cが一体に形成されている。なお、弁軸部1
2bの外周面と弁軸挿通孔11bの内周面との間に形成され
る隙間20は、これら本体側係合部51d、弁体側係合部52c
の間の部分を通って弁本体11の基端面に開口している。

さらに、第10図ないし第12図には本発明の第５の実施例
を示す。このものは、弁本体11の基端部に段部61dを形
成して拡径した拡径部65からなる本体側係合部を形成し
たものである。また、この拡径部65の内周面から弁軸挿
通孔12bの中央部の内周面にわたって、テーパ状の複数
たとえば４本のリブ溝66を形成したものである。また、
弁体12は、この弁本体11の内部の形状に対応した形状を
なしており、上記の本体側係合部に対応した弁体側係合
部62が形成され、また上記のリブ溝66に対応したリブ部
67が形成されている。そして、この弁体12を形成するシ
リコーンゴムの硬化の際の収縮により、上記の拡径部65
の内周面と弁体側係合部62cの外周面との間に隙間69が
形成され、また、上記のリブ溝66の底面すなわち内側面
部とリブ部67の頂面との間にも隙間が形成されている。
そして、上記の隙間69は隙間68を介して弁軸挿通孔11b
の内周面と弁軸部12bの外周面との間の隙間20の中間部
に連通している。したがって、この隙間20は上記の隙間
68,69を介してこの弁本体11の基端面に開口しおり、こ
れらの隙間を通ってインクが流通される。

なお、上記の第２ないし第５の実施例では、上述した構
成以外の点については、前記の第１の実施例と同様の構
成であり、第４図ないし第12図中で第１の実施例と対応
する部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。

なお、本発明は上記の各実施例にも限定されない。例え
ば、弁本体、弁座面、弁本体側係合部、弁体側係合部等
の形状、構成等は上記のものには限定されず、用途その
他に応じて適宜設定できるものである。また、弁体を構
成する弾性材料もシリコーンゴムには限定されず、その
他の弾性を有する合成樹脂材料が使用できる。また、本
発明は筆記具に使用される弁装置には限定されず、その
他の用途に使用される弁装置にも適用できるものである
ことはもちろんである。

［発明の効果］本発明は、弁本体に弁座面および本体側係合部を形成
し、この弁本体の内部に未硬化の弾性を有する樹脂を盛
付け、これを硬化させて弁体を構成したものである。従
って、この弁体の弁頭部は弁座面の凹凸等と忠実に対応
した形状に形成され、この弁座面と隙間なく完全に密着
する。したがって、内部漏洩等がほとんど生じない。ま
た、この弁体を形成する合成樹脂材料が硬化する際のわ
ずかな収縮によって、弁軸部が軸方向に収縮し、弁頭部
が所定のちいさな圧力で弁座面に押圧され、微小圧力で
開弁する正確な弁装置が得られる。そして、このもの
は、構造が簡単であるとともに、この弁本体の形状、弁
体の材料の特性等を調整、設定するだけで極めて正確で
かつ安定した開弁作動を達成できる。したがって、小さ
い弁作動圧力、小さい流量の弁装置を低いコストでかつ
高い信頼性で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を示し、第
１図は筆記具全体の縦断面図、第２図は弁装置の縦断面
図、第３図は第２図のIII−III線に沿う断面図である。
第４図ないし第５図は第２の実施例を示し、第４図は弁
装置の縦断面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線に沿う断面
図である。第６図および第７図は第３の実施例を示し、
第６図は弁装置の縦断面図、第７図は第６図のVII−VII
線に沿う断面図である。第８図および第９図は第４の実
施例を示し、第８図は弁装置の縦断面図、第９図は第８
図のIX−IX線に沿う断面図である。第10図ないし第12図
は第５の実施例を示し、第10図は弁装置の縦断面図、第
11図は第10図のXI−XI線に沿う断面図、第12図は第10図
のXII−XII線に沿う断面図である。 10……弁装置、11……弁本体、11a……弁座面、11b……
弁軸挿通孔、11c……係合凸部（本体側係合物）、11d…
…段部（本体側係合部）、12……弁体、12a……弁頭
部、12b……弁軸部、12c……弁体側係合部、20……隙間
（流体の流通路）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状の弁本体を備え、この弁本体内には
軸方向に沿って弁軸挿通孔が形成され、また、この弁本
体の先端部には軸方向と交差する方向に沿った弁座面が
形成され、またこの弁本体の基端部には少なくとも一部
に軸方向と交差する方向に沿った面を有する本体側係合
部が形成されており、またこの弁本体内にこの弁本体と
非接着性を有し弾性を有する合成樹脂材料を未硬化の状
態で充填したのち硬化することによって形成された弁体
を備え、この弁体の先端部には上記の弁座面の上に充填
されたのち硬化した弁頭部が一体に形成され、またこの
弁体の中央部には上記の弁軸挿通孔内に充填された状態
で硬化した弁軸部が一体に形成され、またこの弁体の基
端部には上記本体側係合部内に充填された状態で硬化し
た弁体側係合部が一体に形成されており、上記の弁体を
形成する合成樹脂材料の硬化の際の収縮によって、上記
の弁軸部が軸方向に収縮することによって上記の弁頭部
が上記の弁座面に押圧され、またこの弁軸部が径方向に
収縮することによってこの弁軸部の外周面と上記弁軸挿
通孔の内周面との間に流体流通用の隙間が形成されてい
ることを特徴とする弁装置。
【請求項２】前記の弁頭部は、成形型によって規制され
ていない自由表面を残して前記の弁座面上に盛り付けら
れこの自由表面を残したまま硬化された合成樹脂によっ
て形成されたものであることを特徴とする前記請求項１
記載の弁装置。
【請求項３】前記本体側係合部には、前記の弁軸挿通孔
の内周面と連続しこの本体側係合部を通過して前記弁本
体の基端面に達する内側面部が形成され、弁体側係合部
内に充填された合成樹脂材料の硬化の際の収縮によって
この内側面部との間に流体流通用の隙間が形成されてい
ることを特徴とする前記請求項１記載の弁装置。