(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に筆記先端を有するペン先と、
前記ペン先が先端に装着されるとともに後端が閉鎖しておりその内部空間の前半部がコレクター収納部に及び後半部がインクを直液状態で保蔵するインク収容部にそれぞれ形成されている軸筒と、
前記コレクター収納部と前記インク収容部とをほぼ分断する区画部と、
前記区画部の前方と後方のそれぞれの空間を通気可能な管状の通気部を有したシュノーケルと、
インク収容部からペン先まで毛細管力によりインクを誘導するインク誘導部と、
前記区画部の辺縁に設けられた切欠部であって、前記インク誘導部と連通するインク導通部と、
前記インク誘導部を軸芯部に包含するとともに、外周に周方向に設けられた複数のインク保留溝を有するコレクターとを備えた筆記具において、
前記シュノーケルは、前記コレクターがインク誘導部を包含する前記軸芯部を平面視で包含する位置に設けられ、
前記コレクターの後端寄りに位置し、前記インク保留溝にインクが保留される際に、同インク保留溝内の空気とインク収容部からのインクとが置換される界面が存在する気液交換部付近における同コレクターの外径をＡとし、かつ、前記軸筒の内径をＢとした場合に、
（Ｂ−Ａ）／２
で定義されるクリアランスＣが、同軸筒の内径Ｂの２．３％以上であることを特徴とする筆記具。
【請求項２】
前記区画部は、前記コレクターと一体に、かつ、その後端面として形成されることを特徴とする請求項１記載の筆記具。
【請求項３】
前記シュノーケルは、前記コレクターと一体に、かつ、その後端から後方へ突出して形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の筆記具。
【請求項４】
前記クリアランスＣは、前記軸筒の内径Ｂの１２．９％以下であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の筆記具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸筒内に低粘度のインクを収容するとともに内圧の変化を毛細管現象により調整するためのコレクターを備えた筆記具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、軸筒内に低粘度のインクを直液状態で収容しつつ、ペン先の先端からのインク漏れや、空気口からの吹出しを防止する内圧調節体であるコレクターを備えた筆記具が知られている。コレクター式筆記具はインク流量が多く、最後まで安定した筆記流量を確保でき、外観からインクの残量を視認できる性能を有している。
このコレクター式筆記具は、比較的低粘度のインクをインク収容部からコレクター表面に設けられた保留溝に保持したり、またこれをインク収容部に戻したりすることで温度・気圧変化による内圧のバランスを保ち、ペン先に圧力変化による影響がない状態に維持する機能を有している。すでに、通常の条件下での緩やかな気圧・温度変化ではインクがまず吹き出すことのない程度のインク保留容量のコレクターを搭載した筆記具が市販されている。
【０００３】
コレクター式筆記具では、温度・気圧の変化によらずとも、キャップの開閉時に生ずる軽微な衝撃でも少量のインクがコレクター表面へ移動して保留されることがある。この程度のインク量であれば、筆記中の空気交換の際に、インク収容部へ復帰するのが普通である。しかし、キャップの開閉を短時間中に頻繁に行うと、コレクターに保留されたインクがインク収容部へ復帰する前に少量ずつ保留量が累積し、ついには最大保留量を超えて筆記具の先端に設けられた空気口から外部へインクが漏出することがある。この現象はいわゆる「繰り返し」現象と称されるものである。
このようなインク漏出の危険性を低減する方法としては、軸筒を太くしつつコレクター外径を大きくすることでその表面のインク保留容量を増やすことが挙げられる。しかし、コレクター式筆記具は、現在でも安全性を考慮して、やや太い軸になっているが、これ以上太い軸にすると握りにくく、外観がスマートでなくなる問題がある。また、コレクター外径をさほど大きくせずにインク保留容量を増やすには単純にコレクターを長くする方法が考えられる。しかしながら、下記特許文献２にも課題として指摘されているように、コレクターを長くすると、気液交換部（インク保留溝内の空気とインク収容部からのインクとが置換される界面が存在する部位をいう）から筆記先端までの距離が大きくなり、筆記先端にかかるインクヘッド（水頭圧）が高くなる。その結果、筆記先端からインクが漏れる現象（いわゆる「直流」現象）が発生する。
【０００４】
一方、インク漏出の危険性を小さくするためには、インク収容部の容積を小さくする方法もあるが、その方法ではインク量が減って筆記具としての寿命が短くなることになる。
また、コレクター式筆記具を飛行中の航空機内で使用しようとした場合、キャップを開けた瞬間に空気口から急激にインクが噴出する現象、いわゆる急減圧現象が発生することがある。
すなわち、地上での使用条件では筆記具の内圧は通常約１気圧であり、この状態でキャップを閉めると筆記具内圧は約１気圧に保たれることになる。一方、飛行中の航空機内は、通常約０．８気圧と地上に対し減圧状態にある。その状態で筆記具を使用するためにキャップを開放すると、インク収容部の内圧は、気液交換部を介して航空機内の気圧より相対的に高くなっている状態に瞬間的に陥ることとなる。そうすると、インクがコレクター表面の毛細管力により保留溝に保留されるより早くコレクターの空気流通路を一気に移動し、空気口から吹き出すこととなる。
【０００５】
この吹出しを解決するために、下記特許文献１に開示されているように、インク収容部内に中綿を搭載してインク収容部の空気容積を減らしたり、また、下記特許文献に２に開示されているように、インク収容部を軸筒内で区画する区画部の前後を通気可能とするシュノーケルを装着することで、内圧が相対的に高くなったインク収容部内の空気をこのシュノーケルを介して逃がすことが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−３１４４８９号公報
【特許文献２】特開２００１−１７１２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この気圧変化の状態での吹出し問題を解決する手段として、上記従来技術のように中綿を使用することは、その分だけインク収容量を少なくするとともに、インク残量の視認性が損なわれることから、低粘度インクを使用する筆記具においてはできれば避けたいところである。
また、従来のシュノーケル付筆記具では、筆記時に気液交換部からインク収容部側に流入した気泡は、区画部に設けられたスリット状開口部を介してインク収容部側に移動しているが、長時間連続筆記または高速度筆記においては、インク消費量が急激に増え、大量の気泡が発生する。このため、スリット部位では気液交換部より流入したこの気泡が流路を塞ぐことで、空気置換効率が低下し、インク収容部内部の減圧状態が進む。よって、インクの供給が滞り、カスレが発生するなど筆記描線の不具合が発生する。
【０００７】
そこで本発明は、航空機内あるいは温度変化の激しい環境など、通常の使用状態に比べかなり過酷な条件下においても、インクの直流や吹き出しを確実に防止しつつ、筆記描線の不具合の発生も防止することの可能な筆記具を提供することを第１の課題とする。
また、本発明は、上記第１の課題に加え、軸筒構造をより簡素化することで製造コストの低減を図ることを第２の課題とする。
さらに、本発明は、上記第１の課題又は第２の課題に加え、コレクター及びシュノーケルの構造をより簡素化することで製造コストの低減を図るとともに空気交換効率を向上することを第３の課題とする。
【０００８】
また、本発明は、上記第１の課題、第２の課題又は第３の課題に加え、インクの保留量を十分に確保することを第４の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）第１の発明
前記第１の課題を解決するために、本発明のうち第１の発明は、先端に筆記先端19を有するペン先11と、前記ペン先11が先端に装着されるとともに後端が閉鎖しておりその内部空間の前半部がコレクター収納部14に及び後半部がインク12を直液状態で保蔵するインク収容部15にそれぞれ形成されている軸筒13と、前記コレクター収納部14と前記インク収容部15とをほぼ分断する区画部29と、前記区画部29の前方と後方のそれぞれの空間を通気可能な管状の通気部31を有したシュノーケル30と、インク収容部15からペン先11まで毛細管力によりインク12を誘導するインク誘導部18と、前記インク誘導部18を軸芯部に包含するとともに、外周に周方向に設けられた複数のインク保留溝23を有するコレクター17とを備えた筆記具10において、前記コレクター17の後端寄りに位置し、前記インク保留溝23にインク12が保留される際に、同インク保留溝23内の空気とインク収容部15からのインク12とが置換される界面が存在する気液交換部28付近における同コレクター17の外径をＡとし、かつ、前記軸筒13の内径をＢとした場合に、（（Ｂ−Ａ）／２）で定義されるクリアランスＣが、同軸筒13の内径Ｂの２．３％以上であることを特徴とする。
【００１０】
なお、ここでいう「直液状態」とは、インク収容部15に保蔵されるインク12が、筆記具10を上下転倒すると中の空気が速やかに上下移動する程度の粘度を有していることを意味する。この程度の粘度であれば、具体的な数値は特に限定する必要はないが、２〜１００ｍＰａ・ｓｅｃであることが望ましい。
上記のように定義されるクリアランスＣは、換言すれば、軸筒内径Ｂとコレクター外径Ａとの物理的間隙を意味する。
すなわち、本発明においては、温度の上昇又は外界の圧力低下により膨張したインク収容部15内の空気を最も効率良く排出し、かつ、インク12の吹出しを防止する有効な手段として、前記クリアランスＣを軸筒内径Ｂの２．３％以上にすることとした。
【００１１】
インク収容部15の内圧が上昇した際、増圧された空気は、インク収容部15内のインク12を巻き込みつつ、シュノーケル30を介してコレクター17に流れ込んでいくこととなる。この際、クリアランスＣが軸筒内径Ｂの２．３％以上であれば、空気に巻き込まれたインク12は、気液交換部28を通過したところでコレクター17の毛細管力に引き寄せられ貯留し、空気と分離される。分離された空気は、コレクター17とインク収容部15間のクリアランスＣを介し、外部に速やかに排出されることとなる。
一方、クリアランスＣが軸筒内径の２．３％未満である場合には、気液交換部28を通過したところで、コレクター外径Ａと軸筒内径Ｂとの間のクリアランスＣが小さすぎるため、増圧された空気の流速が高まるとともにこのクリアランスＣに毛細管力が生じてしまう。これにより、空気に巻き込まれたインク12はコレクター17の毛細管力に引き寄せられず、空気と分離されずに通過し、ついには空気口20より吹き出すに至ることとなる。
【００１２】
なお、本発明においては、軸筒13の内壁を、フッ素でコーティングする等の撥水処理を施すことが望ましい。こうすることで、コレクター17外周と軸筒13内周との間にインク12が溜りにくくなり、メニスカスが発生しなくなるため、コレクター17と軸筒13との間のクリアランスＣを常に確保することができるため。これにより、空気流路が確保され、急減圧に対処する性能が劣化することがなくなる。また、このようにメニスカスが発生しなくなることから、インク12がこのクリアランスＣに滞留せず、再び急減圧が生じて増圧された空気が流入しても、インク12が外部へ送り出されることがなくなる。これにより、通常インク12が徐々に蓄積されて、いずれインク12が外部に吐き出されてしまうようないわゆる「繰り返し」現象を効果的に防止することができるようにもなる。
【００１３】
（２）第２の発明
前記第２の課題を解決するために、本発明のうち第２の発明は、前記第１の発明の特徴に加え、前記区画部29は、前記コレクター17と一体に、かつ、その後端面として形成されることを特徴とする。
すなわち、前記第１の発明においては、区画部29はコレクター17とは別体に成形されていてもよいことになるが、本第２の発明のようにすれば、コレクター17及び区画部29の金型成形も容易となる。
（３）第３の発明
前記第３の課題を解決するために、本発明のうち第３の発明は、前記第１の発明又は第２の発明の特徴に加え、前記シュノーケル30は、前記コレクター17と一体に、かつ、その後端から後方へ突出して形成されることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、前記第１の発明又は第２の発明においては、シュノーケル30はコレクター17と別体に形成されていてもよいことになるが、本第３の発明のようにすれば、部品点数を減らすことができ、製造工程も簡略化することができる。さらに、シュノーケル30とコレクター17との間に間隙ができることもなくなるため、シュノーケル30を通過する空気がコレクター17に至る前に漏れてインク収容部15へ戻ってしまうようなこともなくなる。
（４）第４の発明
前記第４の課題を解決するために、本発明のうち第４の発明は、前記第１の発明、第２の発明又は第３の発明の特徴に加え、前記クリアランスＣは、前記軸筒13の内径Ｂの１２．９％以下であることを特徴とする。
【００１５】
通常、コレクター17のインク12保留率はインク収容部15の容積の１０〜３０％になるように設計される。ここで、上記クリアランスＣが軸筒内径Ｂの１２．９％を越える場合には、コレクター17の外径が小さくなりすぎるため、コレクター17のインク12保留量も少なくなり、インク収容部15容積の１０％未満となってしまう。よって、本第４の発明においては、上述のごとく、クリアランスＣの上限を軸筒内径の１２．９％にとどめることとした。こうすることで、コレクター17のインク12の保留量が十分に確保されることとなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、上述のように構成されているので、以下に記す効果を奏する。
すなわち、本発明のうち第１の発明に係る筆記具の構成によると、航空機内あるいは温度変化の激しい環境など、通常の使用状態に比べかなり過酷な条件下においても、インクの直流や吹き出しを確実に防止しつつ、筆記描線の不具合の発生も防止することが可能となる。
また、本発明のうち第２の発明に係る筆記具の構成によると、上記第１の効果に加え、軸筒構造をより簡素化することで製造コストの低減を図ることが可能となる。
さらに、本発明のうち第３の発明に係る筆記具の構成によると、上記第１の効果又は第２の効果に加え、コレクター及びシュノーケルの構造をより簡素化することで製造コストの低減を図るとともに空気交換効率を向上することが可能となる。
【００１７】
また、本発明のうち第４の発明に係る筆記具の構成によると、上記第１の効果、第２の効果又は第３の効果に加え、コレクターのインクの保留量を十分に確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の１の実施の形態を説明する。
（１）全体構成
本実施の形態に係る筆記具10は、図１に示すようなボールペンであり、先端が開放し、後端が閉鎖した筒状の軸筒13と、この軸筒13の先端に継手16を介して装着されるペン先11と、この軸筒13の内部空間の前半部に当たるコレクター収納部14内に収納されるコレクター17と、この軸筒13の内部空間の後半部に当たるインク収容部15内に収容される直液状態のインク12とを備える。ペン先11は、筆記先端19としてのボールが装着されているボールペンチップとして形成されている。
【００１９】
（２）コレクター17
コレクター17の表面には周方向に多数のインク保留溝23が設けられている。各インク保留溝23で画されたコレクター17表面の薄板状構造を保留羽22と称する。コレクター17の表面の一側には、この各インク保留溝23を前後方向に深く貫き連絡する縦溝24が設けられるとともに、その反対側には、クランク状に折れ曲がりつつ各インク保留溝23を前後方向に浅く貫く空気溝25が設けられている。この空気溝25の先端は、最先端の保留羽22の前で止まっているが、その保留羽22の直上のインク保留溝23を介し、さらにその保留羽22の空気溝25のある側と反対側に設けられた切欠部であるコレクター空気孔21を介して、継手16とペン先11との間に設けられる空気口20と連絡している。
【００２０】
コレクター17の軸芯部は管状に中空になっており、その中に、繊維束で形成されたインク誘導部18が挿入されている。このインク誘導部18は、インク収容部15内のインク12を、毛細管力により筆記先端19まで誘導する。
コレクター17の後端面は、軸筒13内部を２つにほぼ分断する区画部29となっている。換言すると、この区画部29により、軸筒13内部は先述のように前半部に当たるコレクター収納部14と、後半部に当たるインク収容部15とに分割されている。区画部29は、ほぼ全周で軸筒13内側面と密着することとなっているが、図３に示すように、その円周のちょうど互いに正反対となる２箇所に、それぞれ大小の略矩形の切欠部が設けられている。これらのうち、小さい方をスリット32と称し、また、大きい方をインク導通部33と称する。インク導通部33は、前記のインク誘導部18と連絡しており（図１参照）、インク収容部15のインク12をインク誘導部18まで導くこととなっている。また、スリット32は、半径方向の長さが０．１５ｍｍ程度、周方向の長さが１．０ｍｍ程度に形成されている。そして、筆記先端19を下向きにした状態では、表面張力によりインク12がこのスリット32を通ることはないのに対して、筆記先端19を上向きにしたときには空気がこのスリット32を通過可能となっている。
【００２１】
この区画部29からは、後端方向に管状のシュノーケル30が突出形成されている。このシュノーケル30は、図３に示すように、平面視で前記スリット32のある側に幾分偏心している。このシュノーケル30は、出荷時の状態で筆記先端19を下向きにしたときに、インク収容部15内のインク12水面より上に後端が出る程度の長さに形成されている。このシュノーケル30は、その内部空間である通気部31によってインク保留溝23及び空気溝25を介して空気口20と連通することとなっている。
（３）気液交換部28
コレクター17のシュノーケル30を除いた部分の後端から約４ｍｍの範囲（ほぼ、前記のインク導通部33の長さの範囲に相当する。図１参照）は、空気とインク12との交換には実質的に寄与しないダミー部27となっている。そして、このダミー部27以外の部分（主要部26。図１参照）の最後端に位置する保留羽22の一部には、矩形の切欠部が設けられている。この切欠部を通して、インク収容部15内とコレクター17表面との間で実質的にインク12と空気との交換が行われている。この切欠部を気液交換部28と称する。筆記先端19に係るインクヘッド（水頭圧）は、この気液交換部28から筆記先端19までの距離で決定されることとなっている。
【００２２】
図２は、本実施の形態に係る筆記具10の気液交換部28付近を拡大して示したものである。気液交換部28付近における軸筒13の内径Ｂとコレクター17の外径Ａとの差の２分の１が、クリアランスＣとなっている。言い換えると、クリアランスＣは、気液交換部28に最も近い位置における、保留羽22の辺縁と軸筒13の内周との間隙である。このクリアランスＣが、本発明においては、軸筒内径Ｂの２．３％以上１２．９％以下の範囲内に形成されることとなっている。
（４）機能
次に、本実施の形態に係る筆記具10の機能を、通常状態と急減圧状態とに分けて説明する。
【００２３】
（４−１）通常状態
通常状態においては、筆記先端19を紙面に接した状態で線描が開始されると、インク収容部15内のインク12は、コレクター17のインク導通部33を経てコレクター17軸芯部のインク誘導部18に至る。インク誘導部18ではその毛細管力によりインク12が先端に向かって誘導される。誘導されたインク12はついにペン先11から筆記先端19に至り、紙面に転写されることとなる。
一方、インク12の消費によりインク収容部15内の空気体積が増大することで、インク収容部15内は陰圧となる。この陰圧状態により、外界の空気が導入されることとなる。空気口20から入った外界の空気はコレクター空気孔21を通ってまず最先端のインク保留溝23へ至る。ここから大部分の空気は空気溝25を通って、また一部はコレクター17表面と軸筒13内周面との間隙を通って、途中のインク保留溝23を満たしつつ気液交換部28へ至る。ここからダミー部27を通過してシュノーケル30の通気部31を経てついにインク収容部15へ到着することとなる。
【００２４】
ここで、筆記継続状態においては、多少の気圧変化又は温度変化によりインク収容部15内の空気が膨張し、その膨張した空気により、インク供給量がインク誘導部18の毛細管力で処理可能な量を越えた場合には、その越えた分は、インク誘導部18の上端付近からダミー部27のインク保留溝23を経て、気液交換部28を通り、主要部26のインク保留溝23の毛細管力により捉えられ保留されることとなる。そして、後端側のインク保留溝23で保留しきれない分は、縦溝24を伝ってさらに次のインク保留溝23へと移動していくこととなる。一方、気圧や温度が元に戻りインク収容部15内の空気が収縮すれば、インク収容部15内が減圧されることになり、インク保留溝23に保留されたインク12は、インク収容部15内に吸い戻されることになる。また、通常の使用状態であれば、インク保留溝23に保留されたインク12は筆記により消費されてなくなっていく。
【００２５】
（４−２）急減圧状態
次に、地上でキャップを装着した筆記具10を、飛行中の航空機内で使用するためにキャップを外すような、急減圧状態における機能を説明する。
急減圧状態においては、シュノーケル30を介してインク12を巻き込んだ空気がコレクター17表面に押し寄せることとなる。インク12を巻き込んだ空気は、ダミー部27を経て、気液交換部28に至る。ここで、図２に示すようにコレクター17外周と軸筒13内周との間にはある程度のクリアランスＣが確保されているので、このクリアランスＣには毛細管力は生じない。よって、気液交換部28を通過したインク12は速やかにインク保留溝23の毛細管力に捉えられることとなる。かくして、インク12を巻き込んだ空気からインク12が分離されるので、残った空気のみがコレクター17表面を流れていき、最終的に空気口20から排出されることとなる。
【実施例】
【００２６】
図１に示した形状の筆記具10に、市販の水性ボールペン（ＵＢ−２００、三菱鉛筆）に使用される黒のインク、具体的には下記の表１に示す組成のインク12をインク収容部15容積の３分の１量となるように充填した。
【００２７】
【表１】
0004840843.tif 000002
上記組成により、インク12のｐＨは８．５、粘度は３．４ｍＰａ・ｓｅｃ、及び表面張力４３．０ｍＮ／ｍとなった。
この筆記具10について、クリアランスＣを下記の表２に示すような数値（軸筒内径Ｂに対するパーセンテージで表示）になるよう成形して実施例及び比較例とした。この筆記具10について、以下の手順による実験を行った。
１．実施例及び比較例の筆記具10を減圧チャンバー内に筆記先端19を下にして静置。
２．減圧前の１気圧の状態で筆記具10にキャップを装着。
【００２８】
３．０．７５気圧まで減圧。
４．キャップを外す。
５．インク12がコレクター17表面のインク保留溝23に浸透していく様を視認しつつ、浸透が止まったと見た時点でキャップを装着。
６．１気圧まで加圧。
７．キャップを外して筆記先端19を上向きにした状態で５分間静置。
上記手順１〜７までを１サイクルとし、手順５でインク12の噴出が認められなければ次のサイクルを何回も繰り返し実行した。そして、インク12の噴出が認められた時点で実験を終了し、当該サイクルの前に実行されたサイクル数を評価スコアとした。たとえば、第３サイクルでインク12の噴出を見た場合には評価スコアは「２」となる。また、第１サイクルでインク12が噴出してしまった場合の評価スコアは「０」である。
【００２９】
上記実験の結果は、下記の表２の通りである。
【００３０】
【表２】
0004840843.tif 000003
クリアランスＣの数値が軸筒内径Ｂの２．３％未満である比較例１〜４は、上記結果に示すように、急減圧の繰返しに耐え得る回数が２〜３回となっている。
一方、クリアランスＣの数値が軸筒内径Ｂの２．３％以上である実施例１〜４においては、急減圧の繰返しに少なくとも６回は耐えられることとなった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の１の実施の形態に係る筆記具を正面断面図で示したものである。
【図２】本発明の１の実施の形態に係る筆記具の気液交換部付近を拡大して正面断面図で示したものである。
【図３】本発明の１の実施の形態にかかる筆記具のコレクターを平面視で示したものである。ただし、シュノーケルは断面で示してある。
【符号の説明】
【００３２】
10  筆記具                11  ペン先
12  インク                13  軸筒
14  コレクター収納部      15  インク収容部
16  継手                  17  コレクター
18  インク誘導部          19  筆記先端
20  空気口                21  コレクター空気孔
22  保留羽                23  インク保留溝
24  縦溝                  25  空気溝
26  主要部                27  ダミー部
28  気液交換部            29  区画部
30  シュノーケル          31  通気部
32  スリット              33  インク導通部
Ａ  コレクター外径        Ｂ  軸筒内径
Ｃ  クリアランス
【図１】
0004840843.tif 000004
【図２】
0004840843.tif 000005
【図３】
0004840843.tif 000006