JPS6235895A - インク式ペン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ペン先、液体インク用のタンクおよびタン
クからペン先にインクを運ぶ手段を備えたインク式ペン
に関する。

［従来技術］ このようなインク式ペンは、特に万年筆として知られて
いるが、またいわゆるローラーボール式あるいはファイ
バーチップ式のペンとしても知られている。

これらのインク式ペンにおいて、インクは、毛管作用の
２つの原理のうちの１方により、タンクからペン先へ運
ばれる。このようにタンクが徐々に空になるとき、タン
ク内には徐々に部分真空が発生し、そしてこのことが、
インクがそれ以上ペン先に達することを妨げる。これを
避けろためには、外部からの空気の供給により、部分真
空が解消されなければならない。

このことは、筆記姿勢におけるタンクの底面部に、そこ
において小さな気泡が、部分真空を越えて、タンク内に
侵入しそしてインク中を上昇してゆくような小さいオリ
フィスを設けることによりて行なわれている。

しかしながら、なお下記の短所力１残っている。

一方においては、装置全体が温度と圧力に対して極度に
敏感である。特に、温度の上昇または外部圧力の低下の
結果タンク中の空気の容積が増大した場合、過度の圧力
の結果として、インクは、高価な毛管式のインク溜まり
あるいはこれと似たもによって逃げられないようになっ
ているペン先の方へ押しやられる。さらにその上、気泡
が入ってくるはずの小さいオリフィスを通って、インク
が流れ出ることがある。

克服し難いこれらの問題は、いわゆるインクパッド、す
なわち多孔性の、例えばインクで浸した繊維質の材料を
用いることによって回避することができる。しかしこの
インクパッドの欠点は、完全にからにすることができな
いことである。特に、ある程度書いた後、インクの量そ
して必然的に多孔性のパッドが湿っている程度が下った
場合には、インクの流れも減少する。すなわち、筆記性
が損なわれる。それ故に、従来のタンクに関連したイン
クパッドの欠点は、タンクがより頻繁に再充填されたり
取替えられたりしなければならないことである。さらに
その上、タンクを備えたインク式ペンの方が、より高い
筆記速度が得られる。というのは、筆記速度が高いため
、インクは、インクパッドの湿った部位から、部分的に
乾いた部位へ、ゆっくりとしか流れず、またインクパッ
ドの空になった部位が増えると、毛管引力がインクの流
れが増加するのを妨げるため、インクパッドを備えたペ
ンにおいては、高い筆記速度では、インクの流れが悪く
なるからである。

［発明が解決しようとする問題点］ その結果、タンクには多くの利点があるけれども、序文
で述べたような欠点もある。このように、こういうイン
ク式ペンは温度に対して非常に敏感であり、例えば毛管
式のインク溜りのような形で、空間などを補償するため
の余地を設けなければならない。さらにその上、タンク
内の内圧は充填レベルに依存する。というのは、充填量
の変化、空気が入るオリフィス部での静水圧の変化が、
気泡の流入を変化させるからである。

［問題点を解決するための手段］ この発明の目的は、タンクの利点を備え、同時に、イン
クの流れが、温度変化、圧力変動および充填レベルに依
存しない、序文で述べたタイプのインク式ペンを提供す
ることにある。

この発明の解決法において、タンクは、少くともペン先
から離れた面で、多孔性の壁で閉め切られている。

このような多孔性の壁は、原理的には、いわゆるウェッ
トメンブレンとして、医学、電気化学、生物学およびよ
く似た分野で知られている。この発明の価値は、タンク
を備えた知られているインク式ペンの欠点が、多孔性の
壁によって、驚くべき方法で解消され得ることを認めた
点にある。インクの流れがインクパッドの充填レベルに
依存するという欠点を伴うことなく、実質上、インクパ
ッドの利点が得られている。

［発明の作用・効果］ 多孔性の壁は、以下の様に作用する。壁にはインクがし
み込んでいる。絶えずこの状態であることを確実なもの
にするために、多孔壁を適切な毛管、例えば同様に多孔
壁を通じて、通常つねに幾分かのインクが存在している
、筆記姿勢におけるタンクの底部の領域に接続しておく
のが適切である。しかしながら、上部が常に湿ったまま
であるためには、側壁も多孔性材料でできていれば好都
合である。

筆記中にインクが流失して部分真空が徐々に発生すると
き、インクで満たされた多孔壁の気孔を通じて、圧力バ
ランスが得られるかあるいはもはや気泡が流れない程圧
力差が小さくなるまで、小さな気泡が流れる。もちろん
、気泡がそれ以上流れ込まない圧力差は、充填レベルに
依存しない。

というのは、タンクを備えた従来のインク式ペンと違っ
て、気泡が入ってくるオリフィス部の圧力が、タンク内
のインクの静水圧に依存しないからである。

一方、例えば温度上昇あるいは周囲部の圧力減小の結果
、タンク内で過度の圧力が生じた場合は、逆に気泡は多
孔壁を通じて、タンクから周囲部へ流出することができ
、その結果、内部の過度の圧力は減小する。同時に、タ
ンクを備えた従来のインク式ペンとは違って、インクが
タンクの外に押しやられることはない。

少くとも部分的に多孔壁でできたこの発明のタンクは、
それ故に、以下のような利点を持っているニ ー充填レベルに依存しない気泡に対するバルブ機能の結
果、インクの流れが充填レベルに依存せず、均一である
。

一温度に対して鈍感であるので、インク保持能力が著し
く高い。

一従来の普通のタンクの場合より、必要な空間が小さい
。

一インクパッドと比較して、９　ｍ７分を越えるような
高い筆記速度においても、インクの供給が十分に速かで
ある。

多孔壁でできたこの発明のタンクは、全てのインク式ペ
ン、ローラーボール式、ファイバーデツプ式ペンにも万
年筆にも使用することができる。

従来のタンクでは、気泡はまず最初にインク中を流れな
ければならず、一方ここにおいては多孔壁による圧力補
償が、気泡を直接インク上部の空間部に導くのであるが
、従来のタンクにおける圧力均衡よりも、より小さい圧
力段階をもたらす圧力均衡の特性は、微小気孔の形状と
その直径により決まる。これと関連して、泡だち点ある
いは気泡発生圧力が定義付けられる。それは、気泡を形
成するために、気孔において毛管圧力に打ち勝つのに必
要な圧力である。

この関係は公式として、以下のように表現される。

Ｆ・σ　ｃａｓｅ Ｐｖ＝ Ｐｖ＝気泡発生圧力あるいは泡たち点 σ　＝液体の表面張力 θ　＝メンブレン材料内における液体のぬれ角 ｄ　＝気孔の平均直径 Ｆ　＝形状係数 タンクが、その全周囲を多孔性材料で囲まれていれば好
都合である。というのは、こうずれば、筆記姿勢におけ
る頂部箇所が、常に完全にインクで湿ったままであるか
らである。タンクが乾ききってしまわないように、タン
クはその下部と側壁部を不透過性の材料で、適切に覆わ
れている。同時に、側壁と、インクをペン先に運ぶ手段
を除いたペン先に面した部分の不透過性材料は、不透過
性材料で覆われている。この不透過性材料は、例えば収
縮性プラスチックでもよい。

多孔性の壁材もまたプラスチックででき得る。

しかしながら、ガラスまたは焼結金属もしくはセラミッ
ク等の他の材料でもでき得る。

多孔性の壁材は、気孔の平均直径が１から１００μｍ１
好ましくは、１０から５０μｍであれば好都合である。

多孔性の壁材が、約２５μｍの気孔の平均直径を持って
いれば有利である。

多孔壁にはインクがしみ込んでいることを上述した。こ
のことは壁材を適切に選ぶことによって得られる。特に
好適な実施例においては、多孔性壁材が吸水性にされ、
換言すれば、壁材が水を特によく吸収するような特別な
処理を施され、この故に水を引きつけ、特に効果的な方
法により、水またはインクで完全に浸されるようになる
。

一方、もう１つの好適な実施例においては、多孔性壁材
は撥水性、すなわち、水またはインクをはねつけるよう
な処理を施される。この場合、多孔性壁材は、もはや壁
材中に浸透できなくなったインク液をはねつけるが、一
方では撥水性の壁の内面上において、やはりインクの膜
を形成し、そしてここでタンク内の空間部を外気から閉
切ってしまう。

筆記の結果タンクが部分的にからになったとき、空間部
にある程度の真空が発生し、そのためインクが流れ出な
くなる。しかしもしこの真空がある値を越えれば、撥水
性の多孔壁材上に位置するインクの膜が破れ、その結果
少くとも部分的な圧力補償が起り得る。この液体の膜は
次に再び閉じてしまう。それ故その活動様式は、吸水性
の、あるいは吸水性にされた多孔壁中の、インク液で満
たされた気孔を通って流れる気泡の活動様式に似ている
。

しかしながら、壁材にインクを完全にはねつけるものが
選ばれる、換言すれば、タンク内面でインク膜が撥水性
の壁を全くぬらさないということも起り得る。そのよう
な場合は、普通の万年筆ではインクが漏れ出ることが多
分にあり得るけれども、ここでは、流れオリフィスを完
全に閉じて筆芯によってインクはタンクからペン先に導
かれ、その結果たとえタンク内に真空状態がなくても、
インクが流れ出ることはない。

もし多孔壁の壁面があまりにも広ずぎる場合は、相当す
るオリフィスを通じてあまりにも多くのインクが蒸発し
、そのためインクがあまりにも早く乾ききってしまうと
いう危険性があり得るであろう。それ故、これらの壁部
は普通あまり広くしないか、または多孔壁部は、少くと
も部分的に、不透過性の層によって閉め切られる。

しかし、さらにもう１つの好適な実施例においては、タ
ンクの壁の少くとも１部が、その外面を撥水性の多孔壁
で覆われている吸水性の多孔壁材で形成されるならば、
この付加的な被覆は、それ自体多孔壁であってもよい。

［実施例コ 添付した図面に基づいて、好適な実施例により以下この
発明を説明する。ここに、 第１図は、図式的な側面図であり、従来のインク式ペン
の原理を示す。

第２図は、第１図と同様の図面であり。この発明のイン
ク式ペンの原理を示す。

第３図は、多孔壁の作用の様式を示す。そして第４図は
、第２図と同様の図面であり、この発明のインク式ペン
のもう一つの実施例の原理を示す。

第１図はインク２で満たされたタンクｌを備えた従来の
インク式ペン、例えば万年筆を説明している。気泡部３
がインク２の上部に位置している。

筆記中に、インク２が毛管５を通じて、矢印４の方向に
抜取られるとき、タンク内に徐々に部分真空ができる。

圧力を均衡させるために、筆記姿勢におけるタンクの底
の底面部には、小さなオリフィス６があり、ここを通っ
て、相当大きな分圧て気泡７がタンク２内を上昇する。

そしてこのようにして空気容積部３における部分真空を
減小させろ。

温度の上昇あるいは外部圧力の低下があるときには、空
間部３のインクは膨張し、その結果インクは、毛管５お
よびおそらくまたオリフィス６を通じて、無理に下方あ
るいは外部に押しやられる。

その結果毛管５を通って流れるインクが滴下仕す、それ
故、例えば万年筆のペン先のような比較的高価な毛管式
のインク溜り８を備えることが必要である。

第２図は、この発明のインク式ペンの第１の実施例を示
している。ここに（筆記姿勢において）頂部に位置する
タンク１の上端壁９は、多孔性材料でつくられている。

側壁１０もまた同様の多孔性材料でつくられている。こ
の実施例では、下端面は不透過性の壁材でできているが
、これもまた多孔性材料でもよい。同時に下端面２およ
び側壁１０は、ここでインクが蒸発しないように、不透
過性の材料でできた被覆１２でおおわれている。

筆記中インクは、矢印４の方向に、下方に抜き出される
。インクは、適切な毛管、例えば壁面材料と同様の多孔
性材料で作られた筆芯１３を通ってタンクから外部へ運
ばれる。

外部の圧力と、空気で満たされた空間部３の空気圧との
間の圧力均衡は、第３図において図式的に示したように
、インクがしみ込んだ多孔壁を通って生じる。

第３図における底部でのタンク内の内圧が、第３図にお
ける頂部での外部圧力よりも低いとき、気泡７は微小気
孔１４内のインク２を通って流れ出ることができる。第
３図は同時に、気泡７の流れ抜けにおけるａからｇまで
の異なる段階を示している。差圧が小さい時でも、とく
にタンク内のインクの充満のレベルにかかわらず、この
ようにして非常に正確な圧力均衡が生じる。同時に、タ
ンクｌ内のインク液２の上部の空気室３での圧力均衡が
直接的に得られる。もし過度の内部圧力が生じた場合に
は、気泡７は同様の方法で、内部から外部に向って、す
なわち第３図におい底部から上方に向って流れ出る。

第４図は、ポール１５の付いたペン先と筆芯１３を備え
たもう１つの実施例を示している。

微小気孔は、壁９．１０１および１１の１部分にしか表
示されていないけれども、もちろん壁全体にわたって存
在する。

らし筆芯の横断面が、広いペン先あるいは幅のある先端
（ＰＥＮＴＩＰ）に対しても十分なインクを供給するに
足るほど流路抵抗が低くなるように、計算されていれば
、高い筆記速度が得られる。

ダブルブラックペン先（ＢＢＮＩＢ）の場合、９ｍ／分
の筆記速度で、インクの供給量は１００ｍあたり約３０
０１１１ｇであり、筆圧は８０ｇである。

筆芯の横断面、長さおよび気孔の平均直径が、個々にペ
ン先に合わされるのが理想的である。

ローラボール式でインクの全売てん量が２ｇの場合につ
いて、以下の結果が得られた。気孔の平均直径としては
２５μｍの値が選ばれた。筆記用具業界で従来からテス
ト用途に使用されている紙面上において、この発明のイ
ンク式ペンは、空調のきいた部屋の中で、８０ｇの筆圧
および４．５０／分の筆記速度で、３，１００ｍの許容
筆記長さを達成した。この値は、今日慣習的な筆記長さ
である約８００から１．ｌｏｏｍを十分に上廻っている
。ニッケルー銀のペン先で０．８ｍｍボールの場合、イ
ンク消費ｍは、約５０から６０ｇｇ／　ｌ　Ｏ０−であ
った。またインク溜めの９５％が空になるまで書くこと
ができた。またフリーインク（Ｆ’ＲＥＥＩＮＫ）の量
は１．７ｇであり、一方気孔分は０．３ｇ含んでいた。

９ＩＩｌＺ分以上の筆記速度では、インク消費量の減少
はわずかしかなかった。最初の２．００　Ｏｎに対して
、インクは１０ｇ９／１００ｍ以下であった。

既に述べたように、多孔性の壁材は、インクがより効果
的に壁材の気孔に浸透するように、特に吸水性をもつよ
うに処理されてもよい。しかしながら一方、多孔性の壁
材は、インクが壁材に浸み込まないように、撥水性をも
つように処理されてもよい。特定の用途に応じて、吸水
性あるいは撥水性の処理の程度の中間的な値もまた可能
である。

多孔壁は１部吸水性また１部撥水性のいくつかの層から
成ることもできる。

撥水性の多孔壁のもう１つの利点は、パッド式のインク
溜りの場合に比べて、貯えるインク量を増やすことがで
きることである。いままでその中にパッド式のインク溜
りを備えていたタンクにおいては、撥水性の多孔膜が、
他の点では同じであるが、パッド式のインク溜りが関係
する典型的なタンクの場合で、インクの充填量が１．１
ｇであったのが１．６ｇに増加することができる特性を
備えているので、パッド式のインク溜りは無くずことか
できる。

パッド式インク溜りの場合と同様に、供給されるインク
量が充填レベルに実質的に依存しないという利点が同時
に存る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、図式的な側面図であり、従来のインク式ペン
の原理を示す。 第２図は、第１図゛と同様の図面であり、この発明のイ
ンク式ペンの原理を示す。 第３図は、多孔壁の作用の様式を示す。そして第４図は
、第２図と同様の図面であり、この発明のインク式ペン
のもう一つの実施例の原理を示す。 ｌ・・・タンク、　　２・・・インク、　３・・・空間
部、４・・・矢印、　　５・・・毛細管、　　６・・・
オリフィス、７・・・気泡、　８・・・インク溜り、９
・・・タンク上端部、　　１０・・・タンク側壁、１１
・・・タンク下端壁、１２・・被覆、１３・・・筆芯、
　　１４・・・気孔、　　１５・・・ボール。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）ペン先、液体インク用のタンクおよびそのタンク
   からペン先にインクを運ぶ手段を備え、タンク（１）が
   、少くともペン先（１５）から離れて向い合う側（９）
   で、多孔性の壁により閉じられていることを特徴とする
   インク式ペン。
2. （２）上記タンク（１）が、側壁部（１０）にも多孔性
   の壁材を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のインク式ペン。
3. （３）上記タンク（１）が、ペン先（１５）に面する側
   （１１）にも多孔性の壁材を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のインク式ペン。
4. （４）側壁部（１０）の少くとも幾分かが、不透過性の
   材料（１２）により覆われていることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載のインク式ペン。
5. （５）側壁部（１０）の不透過性の材料（１２）が、イ
   ンクをペン先（１５）に運ぶ手段（１３）を除いて、ペ
   ン先（１５）に面する部分（１１）において不透過性の
   材料（１２）により覆われていることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載のインク式ペン。
6. （６）不透過性の材料（１２）が収縮することを特徴と
   する特許請求の範囲第４項および第５項のいずれか一に
   記載のインク式ペン。
7. （７）多孔性の壁材がプラスチックでできていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項から第６項のいずれか
   一に記載のインク式ペン。
8. （８）多孔性の壁材が、ガラスまたはセラミックででき
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第６
   項のいずれか一に記載のインク式ペン。
9. （９）多孔性の壁材が１から１００μｍ、好ましくは約
   １０から５０μｍの平均気孔直径を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項から第８項のいずれか一に記
   載のインク式ペン。
10. （１０）多孔性の壁材が約２５μｍの平均気孔直径を有
    することを特徴とする特許請求の範囲第１項から第９項
    のいずれか一に記載のインク式ペン。
11. （１１）多孔性の壁材が吸水性であることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項から第１０項のいずれか一に記載
    のインク式ペン。
12. （１２）多孔性の壁材が撥水性であることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項から第１０項のいずれか一に記載
    のインク式ペン。
13. （１３）タンクの壁（（９）、（１０）、（１１））の
    少くとも１部分が、その外面を撥水性の多孔壁で覆われ
    た吸水性の多孔性壁材で形成されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項から第１０項のいずれか一に記
    載のインク式ペン。