(57)【要約】インクを吐出するための自由インクマーキング器具が開示され、該器具は、ハウジングと、ハウジング内にインクを貯蔵するためのリザーバーと、リザーバーと連通し、インクを運ぶ供給管と、供給管内に配置されたチップであって、該チップのマーキング端部において基体にインクを運ぶための当該チップと、供給管に隣接してハウジング内に配置され、かつ、リザーバーと大気との間の圧力差が減少する間、インクを貯蔵するために構成された多孔性バッファーと、供給管における孔、又は、供給管とチップとの間に形成された孔もしくは通路のいずれかの形態の泡分離領域とを含む。
2004525795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するための自由インクマーキング器具であって、
ハウジングと、
ハウジング内に流体インクを貯蔵するためのリザーバーと、
リザーバーと連通する、流体インクを運ぶための供給管と、
供給管内に配置された多孔性チップであって、該チップのマーキング端部における基体へとインクを運ぶための当該多孔性チップと、
供給管に隣接してハウジング内に配置され、かつ、リザーバーと大気との間の圧力差が減少する間、インクを貯蔵するように構成された多孔性バッファーと、
チップの外側面と供給管の内側面との間に形成された通路であって、平均太さが約厚さ０．０１０インチ〜約０．０２５インチである通路とを備えたマーキング器具。
【請求項２】
前記チップに最も近い供給管の端部は、チップのマーキング端部から約０．５インチ〜約１．５インチにて配置される請求項１のマーキング器具。
【請求項３】
前記バッファーの一部は、チップの一部に対し、毛管結合接触にて配置される請求項１のマーキング器具。
【請求項４】
前記チップは、供給管内に配置されたチップの端部に近い肩部を備えると共に、供給管の端部面と肩部の面との間に形成された第２通路を更に備え、第２通路は、チップの外側面と供給管の内側面との間に形成された通路と流体連通する請求項１のマーキング器具。
【請求項５】
前記第２通路は、約０．００２インチ〜約０．０３０インチの平均太さを有する請求項４のマーキング器具。
【請求項６】
前記チップに最も近い供給管の端部は、チップのマーキング端部から約０．５インチ〜約１．５インチにおいて配置される請求項４のマーキング器具。
【請求項７】
前記チップの毛管現象は、バッファーの毛管現象よりも大きく、かつ、通路の毛管現象よりも大きい請求項１のマーキング器具。
【請求項８】
前記チップは、軸方向における実体的運動に対し固定される請求項１のマーキング器具。
【請求項９】
インクを吐出するための自由インクマーキング器具であって、
ハウジングと、
ハウジング内に流体インクを貯蔵するためのリザーバーと、
リザーバーと連通する、流体インクを運ぶための供給管と、
多孔性チップのマーキング端部において基体にインクを運ぶため、供給管内に配置される当該多孔性チップと、
供給管に隣接してハウジング内に配置され、かつ、リザーバーと大気との間の圧力差が減少する間、インクを貯蔵するために構成された多孔性バッファーと、
供給管内の通気孔であって、チップのマーキング端部から測定して、チップの長さよりも大きい距離において配置される通気孔とを備えたマーキング器具。
【請求項１０】
通気孔が前記チップのマーキング端部から約０．５インチ〜約１．５インチにおいて配置される請求項９のマーキング器具。
【請求項１１】
前記バッファーの一部は、チップの一部と毛管結合接触において配置される請求項９のマーキング器具。
【請求項１２】
前記チップは、バッファーとの接触から隔離される請求項９のマーキング器具。
【請求項１３】
前記チップは、供給管内に配置されたチップの端部に近い肩部を備え、供給管の端部は肩部と接触する請求項９のマーキング器具。
【請求項１４】
少なくとも一の追加の通気孔を更に備える請求項９のマーキング器具。
【請求項１５】
前記チップの毛管現象は、バッファーの毛管現象よりも大きく、かつ、通気孔の毛管現象よりも大きい請求項９のマーキング器具。
【請求項１６】
前記チップは、軸方向における実質的運動に対し固定される請求項９のマーキング器具。
【請求項１７】
前記チップは、供給管内に締まりばめにて配置される請求項９のマーキング器具。
【請求項１８】
前記通気孔は円形であり、かつ、約５／１０００インチ〜約２５／１０００インチの直径を有する請求項９のマーキング器具。
【請求項１９】
インクを吐出するための自由インクマーキング器具であって、
ハウジングと、
ハウジング内に流体インクを貯蔵するためのリザーバーと、
リザーバーと連通する、流体インクを運ぶための供給管であって、一の先端において第１端部及び第２端部を有する供給管と、
第１及び第２端部を有する供給管の先端内に配置された多孔性チップと、
供給管に隣接してハウジング内に配置され、かつ、リザーバーと大気との間の圧力差が減少する間、インクを貯蔵するために構成された多孔性バッファーと、
供給管の第２端部と供給管内に配置されたチップの後端部との間に形成された通気孔とを備えたマーキング器具。
【請求項２０】
通気孔が、前記チップのマーキング端部から約０．５インチ〜約１．５インチにおいて配置される請求項１９のマーキング器具。
【請求項２１】
前記バッファーの一部は、チップの一部に対し、毛管結合接触にて配置される請求項１９のマーキング器具。
【請求項２２】
前記チップの毛管現象は、バッファーの毛管現象よりも大きく、かつ、通気孔の毛管現象よりも大きい請求項１９のマーキング器具。
【請求項２３】
前記チップは、軸方向における実質的運動に対し固定される請求項１９のマーキング器具。
【請求項２４】
前記チップは、供給管内に配置されたチップの端部近くの肩部を備え、供給管の第１端部は肩部と接触する請求項１９のマーキング器具。
【請求項２５】
供給管の第２端部と供給管内に配置されたチップの後端部との間に複数の通気孔が形成される請求項１９のマーキング器具。
【請求項２６】
前記チップは、供給管内に締まりばめにて配置される請求項１９のマーキング器具。
【請求項２７】
通気孔が、約０．００２インチ〜約０．０１２インチの平均曲率半径を有する請求項１９のマーキング器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、マーキング器具に関し、更に詳しくは、温度及び圧力の変化に応じてのより大きな流体静力学的安定性、改善されたインク流性能、改善された設計自由度、及び製造の容易さを与える自由インクマーキング器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザーが、紙、金属又はプラスチックといった基材に選択的に適用することができる自由インク（すなわち、空洞に貯蔵可能で、かつ、動き、重力及び圧力といった外力に応じて自由に動き又は流れる液体インク）を有するペンを提供することはよく知られている。そのような既知のペンは、一般に、上記インクを貯蔵するためのリザーバと、該インクをリザーバからマーキングチップ（ペン先）へと導くためのチャネルとを含む。そのような既知のペンのインクは、インク及びリザーバ中の空気が周囲温度及び圧力の変化に応じて膨張及び縮小するような蒸気圧を有している。そのような膨張及び縮小は、ある条件下でインクをペンのペン先から漏出させることができる。
【０００３】
他のそのような既知のペンは、インクを貯蔵するためのバッファーを含み、これは、周囲温度及び圧力の変化に応じてペン先を通って別の方法で漏出させるであろう。過剰なインクは、ペンがペン先が下方位置にある際、一般に、重力によりペン先に近いバッファーの前部に貯蔵される。しかしながら、そのような既知のペンは、いくつかの不利な点を有する。すなわち、バッファーのインク容量は、バッファーが満杯の際、余分なインクがペンから漏れるように制限され、また、インクは、しばしばバッファーに永久に貯蔵され、バッファー容量の低減及び無駄なインクをもたらす。別のそのような既知のペンは、外部通気孔からペン内へ排出空気を入れることにより、ペン内部の圧力が高まった際のバッファーからのインクの排除に対処する。しかしながら、そのような既知のペンは、バッファーの小部分しか排除しない。更に他のペンは、流体静力学的安定性を実現しているが、これは、厳格な製造を必要とし、かつインク流の低減を招く設計上の制約を伴う場合のみである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、実質上の漏れ又はインクたれなしに繰り返しの温度及び圧力変化に応答し、かつ、より大きな設計自由度及びインク流量を可能にする、流体静力学的に安定したペンを提供することが望まれる。
【０００５】
上記した一又は複数の問題を克服することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本発明の一側面は、インクを吐出するための自由インクマーキング器具にあり、これは、ハウジングと、ハウジング内にインクを貯蔵するためのリザーバーと、リザーバーと連通する、インクを運ぶための供給管と、当該チップのマーキング端部において基体にインクを運ぶため、供給管内に配置されたチップと、供給管に隣接してハウジング内に配置され、かつ、リザーバーと大気との間の圧力差が減少する期間中、インクを貯蔵するために構成された多孔性バッファーと、供給管内の通気孔であって、チップのマーキング端部から測定して、チップの長さよりも長い距離にて配置される通気孔とを含む。
【０００７】
本発明の別の側面は、インクを吐出するためのフリーインクマーキング器具であって、これは、ハウジングと、ハウジング内にインクを貯蔵するためのリザーバーと、リザーバーと連通し、インクを運ぶ供給管であって、一の先端において第１端部及び第２端部を有する供給管と、チップのマーキング端部において基体にインクを運ぶための供給管端部内に配置された当該チップと、供給管に隣接してハウジング内に配置され、かつ、リザーバーと大気との間の圧力差が減少する期間中、インクを貯蔵するために構成された多孔性バッファーと、供給管の第２端部とチップの後端部との間に形成された通気孔とを含む。
【０００８】
本発明の更に別の側面は、インクを吐出するためのフリーインクマーキング器具であって、これは、ハウジングと、ハウジング内にインクを貯蔵するためのリザーバーと、リザーバーと連通し、インクを運ぶための供給管と、チップのマーキング端部において基体にインクを運ぶため、供給管内に配置された当該チップと、供給管と隣接してハウジング内に配置され、かつ、リザーバーと大気との間の圧力差が減少する期間中、インクを貯蔵するために構成された多孔性バッファーと、チップの外側面と供給管の内側面との間の通路であって、約０．０１０インチ〜約０．０２５インチ（約０．２５４ｍｍ〜約０．６３５ｍｍ）の平均太さ（厚さ）を有する通路とを含む。
【０００９】
本発明は、自由インクタイプのマーキング器具に向けられ、これは、温度及び圧力の変化の範囲にわたって流体静力学的安定性を維持しつつ、改善されたインク流及び製造の容易化を達成する。本発明の利点は、チップの書込み端部近くに泡分離領域を有するように本筆記具を設計することにより、部分的に実現される。米国特許第４，７５３，５４６号（１９８８年６月２８日）における教示と整合して、泡分離領域がチップの書込み端部に近付くほど、流体の所与の表面張力に対し、泡分離領域の許容できる平均曲率半径は大きくなる。
【００１０】
従って、例えば、筆記具を、チップの書込み端部の近くに泡分離領域を有するように設計することにより、筆記具は、通気孔又は通路の形態における泡分離領域を自由インクへと（すなわち、自由インクリザーバー又はその延長部へと）直接組み込むように設計され得、そこでは、通気孔又は通路は、適当な平均曲率半径を有する。
【００１１】
本発明の一側面は、インクを吐出するための自由インクマーキング器具であり、これは、ハウジングと、ハウジング内にインクを貯蔵するためのリザーバーと、リザーバーと連通する、インクを運ぶための供給管と、供給管内に配置されたチップであって、該チップのマーキング端部において基体にインクを運ぶためのチップと、供給管に隣接してハウジング内に配置され、かつ、リザーバーと大気との間の圧力差が減少する期間中、インクを貯蔵するために構成された多孔性バッファーと、供給管内の通気孔であって、チップのマーキング端部から測定して、チップの長さよりも長い距離において配置された通気孔とを含む。
【００１２】
本発明の別の側面は、インクを吐出するための自由インクマーキング器具であり、これは、ハウジングと、ハウジング内にインクを貯蔵するためのリザーバーと、リザーバーと連通し、インクを運ぶ供給管であって、一の先端に第１端部及び第２端部を有する供給管と、供給管内に配置されたチップであって、該チップのマーキング端部において基体にインクを運ぶための該チップと、供給管に隣接してハウジング内に配置され、かつ、リザーバーと大気との間の圧力差が減少する期間中、インクを貯蔵するために構成された多孔性バッファーと、供給管の第２端部とチップの後端部との間に形成された通気孔とを含む。
【００１３】
本発明の更に別の側面は、インクを吐出するための自由インクマーキング器具であり、これは、ハウジングと、ハウジング内にインクを貯蔵するためのリザーバーと、リザーバーと連通し、インクを運ぶ供給管と、供給管内に配置されたチップであって、該チップのマーキング端部において基体にインクを運ぶための当該チップと、供給管に隣接してハウジング内に配置され、かつ、リザーバーと大気との間の圧力差が減少する期間中、インクを貯蔵するために構成された多孔性バッファーと、チップの外側面と供給管の内側面との間の通路であって、約０．００２インチ〜約０．０２０インチ（約０．０５１ｍｍ〜約０．５０８ｍｍ）の平均太さ（厚さ／径）を有する通路とを含む。通路の太さは、チップの外側面と、供給管の隣接面との間（例えば、チップの外側面と供給管の内側面、又は、チップの肩部と供給管の端部）の距離として測定される。
【００１４】
本発明の更に別の側面は自由インク筆記具であり、これは、インクリザーバー（又はその延長部）からチップ材料へと自由インクを直接運ぶ。
【００１５】
マーキング器具は、好ましくは、約３インチ〜７インチ（約７．６ｃｍ〜約１８ｃｍ）、より好ましくは、約４インチ〜約５．５インチ（約１０ｃｍ〜約１４ｃｍ）の長さを有する。ハウジングは、好ましくは、その最も狭い箇所で約３／８インチ〜約１インチ（約０．９５ｃｍ〜約２．５ｃｍ）の幅であり、また、最も広い箇所で約３／８インチ〜約１１／４インチ（約０．９５ｃｍ〜約３．２ｃｍ）の幅である。
【００１６】
本発明は、約１５ｄｙｎｅ／ｃｍ〜５５ｄｙｎｅ／ｃｍの範囲の表面張力を有する流体と共に使用される場合、泡分離領域は、好ましくは、チップのマーキング端部から約０．５インチ〜約１．５インチ（約１．３ｃｍ〜約３．８ｃｍ）に配置され、より好ましくは、約０．８インチ〜約１．２インチ（約２ｃｍ〜約３ｃｍ）に配置される。
【００１７】
泡分離領域の平均曲率半径は、本器具が溶剤性インクと共に使用される場合、約０．００２インチ〜約０．０１２インチ（約０．０５１ｍｍ〜約０．３０５ｍｍ）、好ましくは、約０．００４インチ〜約０．００８インチ（約０．１０２ｍｍ〜約０．２０３ｍｍ）であり、水性インクで使用される場合、好ましくは、約０．００６インチ〜約０．０１０インチ（約０．１５２ｍｍ〜約０．２５４ｍｍ）である。
【００１８】
泡分離領域がチップの外側面と供給管の内側面との間の通路であるなら、溶剤性インクで使用される場合、該通路の平均太さは、約０．００２インチ〜約０．０２０インチ（約０．０５１ｍｍ〜約０．５０８ｍｍ）、より好ましくは、約０．０１２インチ〜約０．０１６インチ（約０．３０５ｍｍ〜約０．４０６ｍｍ）であり、また、水性インクで使用されるペンの場合、約０．０１４インチ〜約０．０２０インチ（約０．３５６ｍｍ〜約０．５０８ｍｍ）である。
【００１９】
泡分離領域が円形通気孔である場合、該孔の直径は、本器具が溶剤性インクで使用される場合、約０．００５インチ〜約０．０２５インチ（約０．１２７ｍｍ〜約０．６３５ｍｍ）、より好ましくは、約０．００８インチ〜約０．０１２インチ（約０．１０２ｍｍ〜約０．３０５ｍｍ）であり、水性インクに使用される場合、約０．０１４インチ〜約０．０２２インチ（約０．３５６ｍｍ〜約０．５５９ｍｍ）である。針のような物体で供給管を穿孔したりレーザーを使用するなどによる適当な手段によって一又は複数の孔が供給管に設けられ得る。供給管には一又は複数、好ましくは二つから四つ、より好ましくは二つの孔が設けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、温度及び圧力変化に対する流体静力学的安定性を維持しつつ、改良されたインク流及び製造の容易さを実現する自由インク型のマーキング器具に向けられる。本発明の利点は実現される。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に従う、ペン又は蛍光マーカーのような筆記具すなわちマーキング器具（マーカー１０として示される）を示す。種々の図面において、同じ番号は同じ構成要素を示すために用いられる。マーカー１０は、書込み側端部１４と後端部１６との間に配置された本体１２を含む。クリップ２２を有する着脱自在のキャップ２０は、本体１２の書込み側端部１４に取り付けられて示される。キャップ２０は、マーカー１０の使用中、キャップ２０の保管のため、後端部１６と係合するように寸法が決められ得る。どのような好ましい実施形態又は別の実施形態によっても、可撓性の又は堅いグリップ２４は、本体１２の少なくとも一部を包囲する。
【００２２】
図２は、図１のマーカー１０の様式化された断面図であり、本器具の機能的な構成要素を示す。マーカー１０は、ハウジング２６（例えば外部壁３０によって与えられる）を含む。自由インク３６を貯蔵するためのリザーバー３２は、ハウジング２６内にある。用語「自由インク」は、空洞（例えばリザーバー）に貯蔵可能で、かつ、外力（動き、重力及び圧力）に応じて自由に動き又は流れる液体インクと定義される。ユーザーは、使用可能なインクがどの程度の量なのかを確認するため、筆記具のコラム（例えばリザーバーの一部）内のそのような自由インクを観察し得る。
【００２３】
無孔（非通気性）供給管３６は、インク３４をリザーバー３２からチップ４０を通ってそのマーキング端部すなわち書込み側端部４２へと送るため、リザーバー３２と流体連通する開放チャネル３８をリザーバー３２の延長部として提供する。供給管３６の下方部分４４は、チップ４０の後端部を受容するように適合される。供給管３６は、リザーバーに最も近い供給管３６の区域５２においてアダプター５０を有する。アダプター４４のプレナム（ヘッド５４として示される）は、マーカー１０の下方区域５６からリザーバー３２を分離し、かつ供給管３６を固定する。バッファー６０は、供給管３６とチップ４０の少なくとも一部とを取り囲み（図２及び３参照）、チップ４０とバッファー６０との間に毛管結合を与える。
【００２４】
リザーバー３２は、図２に示されるように、インク３４を貯蔵するための領域を提供する。空気及び蒸気の頭隙６２は、本器具が図示のように先を下にした位置にある場合、インク３４上にある。頭隙６２は、温度及び圧力の変化に応じて拡張及び縮小する。リザーバー３２内のインク３４は、一般に、比較的高い蒸気圧を有し、そのため、使用時に素早く乾燥可能で、また、温度及び圧力の変化にはっきりと応答する。溶剤性（例えばアルコール）インク又は水性インクのような種々のインクが本筆記具に使用され得、また、異なるインクの物理的性質は、本筆記具におけるわずかな違い（例えば、形状、寸法、幾何学的配置、チップ構成、気泡分離領域位置）を要求し得る。
【００２５】
別の実施形態によれば、インク３４は、サンフォード社（イリノイ州ベルウッド）から市販されるMAJOR ACCENTブランドのハイライトマーカー、液体ペイントフェルトペンマーキング及び着色アプリケーターに使用されるインクのように、水性であり得、また顔料（色素）を含み得る。他の実施形態によれば、インク３４は、サンフォード社から市販されるSHARPIEブランドのマーキング及び筆記ペンに使用されるインクのように、アルコール及び染料ベースであり得る。更に他の実施形態によれば、インク３４は、イリノイ州ベルウッドのサンフォード社から市販されるEXPOブランド及びEXPO２ブランドのホワイトボードマーカーペン及び乾燥消去マーキングペンに使用されるインクのように、アルコール及び顔料ベースであり得る。好ましい実施形態によれば、インク３４は、ポリプロピレンのようなプラスチック材料と適合する。
【００２６】
アダプター５０のヘッド５４は、図２に示されるように、ハウジング２６内における締まりばめによって保持され得る。アダプター５０の供給管３６は、インクの開放チャネル３８とバッファー６０との間の関わり合い制限する。バッファー６０及びチップ４０は、チップ４０の中間区域６４において十分に接触し、温度及び／圧力の変化中におけるバッファー６０への及びバッファー６０からのインクの移動のため、チップ４０とバッファー６０との間に毛管結合を与える。アダプター５０の供給管３６の長さはまた、インクがバッファー６０にアクセルする位置を制限する。図示されるような特に好ましい実施形態によれば、アダプター５０のヘッド５４は、単一部品（例えば成形品）を形成するため、供給管３６と一体である。供給管３６は、ポリプロピレンのようなプラスチックから成り、該プラスチックは一般にインクと適合する。図２に示される実施形態において、チップ４０の後端部４６は、供給管３６と結合しないが、その代わり、肩部９４と供給管３６の最下方の（図示されるような）端部との間の間隔として測定される高さを有するほぼトロイドすなわち環状の形状の気泡分離領域６８（図４も参照）を与える通路６６を形成するのに十分なクリアランスが存在する。
【００２７】
図２に示された本発明の実施形態において、チップ４０の後端部４６は、第１の直径７０を有し、チップ４０の中間区域６４（及び選択的に下方区域７２）は、より大きい第２の直径７４を有するが、そうでなくてもよい。従って、図５に示された実施形態におけるように、チップ１４０は、実質上均一な直径７６を有し得、これは、チップ１４０の後端部１４６と供給管３６との間に通路６６（表示されていない）を与える。例えば、チップ１４０の後端部１４６は、締まりばめにより供給管３６と結合しないが、その代わりに、ある程度のクリアランスが存在する。その場合、チップ１４０は、チップ１４０における円周切欠部７８とハウジング２６における対応する隆起部９０との組合せのような物理的な固定により、又は他の手段により、好ましくは、供給管３６内へと更に上昇すること又は供給管３６から出ることが防止される。加えて、チップ１４０を使用するこの実施形態の場合、バッファー１６０は、バッファー１６０のチップ端部１９２付近でチップ１４０と毛管連通するように適合され、チップ１４０からバッファー１６０へ、及びバッファー１６０からチップ１４０へとインクが移動可能であることを保証する。好ましくは、成形材料（成形物）が、バッファー１６０とチップ１４０との間に所望の接触を与え得る。
【００２８】
図２を参照して、チップ４０が第１の直径７０の後端部４６とより大きい第２の直径７４の中間区域６４（及び選択的に下方区域７２）とを有する場合、中間区域６４は、隆起部（肩部９４で示される）を有し、これは、供給管３６の下方区域４４の直前に設けられる。チップ４０の後端部４６は、肩部９４から供給管３６内へと所定距離上方に伸長する。チップ４０の中間区域６４は、肩部９４からバッファー６０の最下端へと延在し、更に、チップ４０の下方区域７２は、バッファー６０の最下端からマーキング端部４２へと伸長し、これは、インクの送り出しのために基体に接触させて使用される。
【００２９】
チップ４０は、好ましくは、図２に示されるようにほぼ垂直方向に配向された合成樹脂繊維１０２から成る。好ましい実施形態によれば、繊維１０２は、不揃いな形状とされ、また、チップ４０においていくぶんでたらめに分散される。好ましい実施形態によれば、チップ４０は円形断面を有する。別の実施形態によれば、チップ４０、特に上方部分４６は、表面積の拡大をもたらすため、種々の形状の断面を有し得る（例えば、歯付き、鋸歯状、平滑等）。アクリル線状繊維材料のような適当なチップ４０の材料は、日本国静岡県浜松市のテイボー株式会社から市販されている。別の適当なチップ４０の材料は、ポリエステル線状繊維であり、これは、日本国東京都のAubex社から市販されている。別の実施形態によれば、チップ４０は、フェルト又は合成樹脂フォームから作製され得る。
【００３０】
チップホルダー１０４は、図２に示されるように、チップ４０をハウジング２６に取り付ける。チップ４０のマーキング端部４２は、放物線形状を有して図２に示されるが、そうでなくてもよい。別の実施形態によれば、マーキング端部４２は、たがね（のみ）形状、角度付きたがね形状、先の尖った又は丸い形状等、種々の形状のうちの一つであり得る。どのような特定の理論によっても限定されることを企図せずに、マーキング端部４２の表面積の拡大は、マーキング端部４２がインクで飽和されている際、その毛管圧を下げると考えられる。マーキング端部のそのような低下された毛管圧は、ラプラスによって説明され、彼はある境界面を横切る圧力は、液体の表面張力と比例し、かつ、そのような液体の平均曲率半径に反比例するということを理論化した。ラプラス方程式、及びそれの流動性インク送出システムへの適用は、米国特許第４，７５３，５４６号に記述されている。
【００３１】
マーカー１０の適切な機能にとって、チップ４０の毛管現象は、バッファー６０及びチャネル３８の毛管現象よりも大きいものでなければならない。従って、チップ４０（及び、重要なことには、マーキング端部４２）は、マーカー１０が、書込み動作中、常に基体上にマークできる準備ができているように、マーカー１０内部のインク分布にかかわらず、インクで濡れたままである。用語「毛管現象」は、液体が、所与の高さ及び直径を有する毛管の孔隙内を上昇する高さとして定義され得、また、毛管に対する液体の毛管引力（すなわち毛管圧）を含み得る。どのような特定の理論によっても限定されることを企図せずに、毛管力は、毛管の孔径、毛管の貯蔵能力及び毛管の断片充填（fractional filling）に反比例すると考えられる。
【００３２】
バッファー６０は多孔質であり得、また、リザーバー３２内の温度及び／又は圧力の変化に応じてインク及び空気を保持するのに十分な容積を含み得る。バッファー６０のインク保持容量（能力）が限度を超えなければ、バッファー６０の毛管圧は、余分なインクを保持する。ハウジング２６内の空気取入れ口（空気流入孔１０６として示される）は、周囲と連通する空気孔を提供し得る。（空気はまた、チップホルダー１０４においてチップ４０を取り囲む毛管スペースを通ってマーカー１０に入り得る。）空気を保持するためのスペース（空隙１０８として示される）は、バッファー６０の外側面１１０を取り囲む。孔１０６からの空気は、外側面１１０を通ってバッファー６０内に入り得る。バッファー６０の寸法は、余分なインク量を保持するために要するマーカー１０の空気量に従って選択され得る。好ましい実施形態によれば、バッファー６０は、リザーバー３２の寸法に対して約４０％の容量を有する。特に好ましい実施形態によれば、バッファー６０は、約２ｍｌ〜約４ｍｌのインクを保持すなわち貯蔵可能である。
【００３３】
バッファー６０は、種々の繊維性材料又は多孔質物質から選択された材料から作製され得、その多孔性（間隙率）及び毛管特質は、本器具に使用される特定のインクとの適合性のために選択され得る。本発明の好ましい実施形態によれば、バッファー６０は、バージニア州リッチモンドのFiltrona Richmond株式会社から市販されている親水性の（製品番号Ｄ−２６０５）又は疎水性の（製品番号Ｄ−２６１１）線状ポリオレフィン樹脂繊維から作製される。親水性材料は、水性インクでの使用に好ましい。疎水性材料は、溶剤性インクに使用され得、また、水性インクでの使用のために改変され得る。別の実施形態によれば、バッファー６０は、セラミック；連続気泡発泡体、アクリル樹脂、スポンジ等の多孔性プラスチック；及びこれらの組合せから選択される材料から作製され得る。別の実施形態によれば、バッファー６０は、ポリウレタンのような親水性又は疎水性フォームから作製され得る。
【００３４】
リザーバー３２内の空気及び蒸気は、圧力及び温度の変化に応答する。平衡状態において、リザーバー３２内の空気及び蒸気の圧力は、マーキング端部４２上のリザーバー３２内のインクの高さのため、周囲圧力（大気圧）よりわずかに低い。用語「周囲圧力」は、マーカー外部の大気の圧力として定義される。リザーバー３２内の空気及び蒸気のそのようなわずかに低い圧力において、インクは、マーカー１０内に保持される。マーカー１０で書込み動作を始めるため、インクは、チャネル３８からチップ４０を通ってそのマーキング端部４２へと移動する。もし、書いている間、インクが少しでもバッファー６０に貯蔵されるなら、そのような貯蔵インクは、チップ４０に優先的に取り込まれる。その理由は、チップ４０の毛管現象がバッファー６０に比べて大きいからである。
【００３５】
キャップ２０が本体１２から取り去れた場合、マーカー１０は、周囲圧力及び周囲温度の変化（すなわち圧力差及び温度差）に応答して、平衡（すなわち、周囲圧力よりわずかに低い圧力）に達する。用語「圧力差」は、リザーバー３２（例えば頭隙６２）内部の空気及び蒸気と周囲圧力との間の圧力における差異として定義される。用語「高まる圧力差」は、高まる周囲圧力に応答してリザーバー３２内部における空気及び蒸気の圧力の上昇として定義される。用語「低下する圧力差」は、低下する周囲圧力に応答してリザーバー３２内部における空気及び蒸気の圧力の低下として定義される。どのような特定の理論にも限定されることを企図せず、マーカー１０内部の空気及び蒸気は、周囲空気及び温度の変化にすぐに応答して平衡に達すると考えられる。
【００３６】
圧力差が増加する状態が、例えば、加圧された飛行機の降下中に起こる。圧力差増加状態の間、インクがバッファー６０に貯蔵されるなら、チップ４０は、バッファー６０からインクを得ようとし、チャネル３８は、チップ４０及びバッファー６０からインクを求める。もし圧力差増加状況中、バッファー６０に実質上インクが無ければ、リザーバー３２は、泡分離領域６８においてバッファー６０を通じて空気を引き込み得る。ユーザーが、基体（例えば、紙、布、マーカーボード、金属、プラスチック等）上にインクを放出してインクで書き込みむ際、インク及び空気の流れは、同様に振る舞う。従って、チップ４０は、インクを優先的にバッファー６０から引き出し、飽和状態の場合、リザーバー３２から引き出す。
【００３７】
バッファー６０がほぼ空（すなわち、実質上インクが無い）の場合で圧力差増加状態（又は温度差減少状態）の間、リザーバー３２内の空気及び蒸気と周囲圧力との間の圧力差は、マーカー１０の泡圧力に到達するほど大きくなり得る。用語「泡圧力」は、外部空気を、孔１０６、バッファー６０、通路６６、チャネル３８を通って最終的にリザーバー３２内へと吸引又は排出するのに必要な圧力差として定義される。そのような空気の逃がしは、リザーバー３２内の空気量を増加し、リザーバー３２内の空気とマーカー１０の外部の周囲状態との間の圧力差を比較的一定のレベルに維持する。逃がされた空気は、泡分離領域６８、通路６６及びチャネル３８を通じて優先的にリザーバー３２内へと引き抜かれる（チップ４０を通じてではなく）。その理由は、泡分離領域６８は、空気に使用可能な、チップ４０よりも大きい毛管スペースと、従ってより小さい抵抗とを有する。チップ４０が迅速な書き込み及び漏れの低減のためにインクで濡れたままである間、増加する圧力は、インク及び／又は空気を移送する。
【００３８】
周囲圧力及び温度が変化する際、リザーバー３２内部の空気は膨張及び収縮し、それに応じて、インクをチップ４０を通ってバッファー６０内へと（又はバッファー６０外へと）追いやる。圧力差が増加する状況の間、バッファー内にインクが不足するなら、空気（泡１１４としてインク相で示される）は、通路６６を通ってリザーバー３２に入り、望ましい平衡状態を作り出す。そのような圧力差増加状態の間、空気は、まずインクをバッファー６０外に駆り立て、次に、最小抵抗の通路をたどり、それに応じて、泡分離領域６８の方へと移動する（空気がアダプター５０又は供給管３６を通って実質上チップ４０に入らないであろうため）。
【００３９】
マーカー１０もまた、圧力差減少状況を経験することができる。圧力差減少状況は、例えば、加圧された飛行機の上昇中に起こり、その間、周囲圧力は、標準大気圧の約２／３（すなわち、１気圧の２／３（１詰は７６０ｍｍ水銀に等しい））に低下し得る。圧力が減少した結果として、リザーバー３２内の空気は膨張し、インクをチップ４０のマーキング端部４２に向けて押しやる。圧力差低減状況の間、バッファー６０がインクで十分に飽和されていないなら、バッファー６０（その毛管力により）は、リザーバー３２から余分なインク３４を吸収する。マーカー１０が増加する及び減少する圧力差及び温度差の両方を補償することができるので、マーカー１０内の空気における流体静水力学的平衡が達成され得、これは、使用時にインクの一定の流れを与え、マーカー１０がどの方向に向けられている場合でも（例えば、水平、垂直等）、マーキング端部４２からインクが落下したり漏れたりすることを抑制する。
【００４０】
チップ４０及び供給管３８の配置は、図４に示されるような泡分離領域６８を与える。泡分離領域６８は、バッファー６０と第１直径７０との間のチップ４０の肩部９４付近にあり、泡１１４が生じて、リザーバー３２内のインク３４の液面まで通路６６を上ることを許容する。マーキング端部４２近くの泡分離領域６８の位置は、圧力差増加状況の間、バッファー６０のチップ端部９２のインクをパージする機能を果たす。泡分離領域６８の位置は、少なくとも四つの理由のため有利である。すなわち、それは、先端が下を向く最悪の場合において、バッファー６０のインクをより完全に空にする又はパージすることを支援する。また、それは、バッファー６０のチップ端部９２のインクの蓄積を減らし、これは、別の方法でマーカー１０からのインクの漏れに貢献し得る。更に、それは、チップ４０上の静的高さを低減し、静水力学的観点からより安定した器具を作成する。更にまた、それは、インクのより良好な流れを許容する。
【００４１】
図６は、マーカー１０の一部の別の実施形態を示し、そこでは、チップ２４０は、供給管１３６に対し締まりばめにて係合される後端部２４６を有し、また、通気孔１１６の形態の泡分離領域６８が、バッファー６０とチャネル３８間の空気の移動のために設けられる。通気孔１１６は、マーキング端部４２から固定された距離に泡分離領域６８を与える。米国特許第４，７５３，５４６号における本発明者の教示と整合して、マーキング端部４２（図示せず）からの直線距離における（すなわち、マーカー１０の軸線と平行な直線における）泡分離領域６８（例えば通気孔１１６）の高さは、静水学的安定性を維持するため、マーカー１０に対し、所与の表面張力を有する液体での分離領域（例えば通気孔１１６）の許容できる平均曲率半径を決定する。従って、通気孔１１６の平均曲率半径は、通気孔１１６がマーキング端部４２に近付くにつれ大きくなり得、また、通気孔１１６がマーキング端部４２からより遠くに配置されるに従い小さくなり得る。
【００４２】
図６の実施形態は、別の実施形態において、チップが図２に示されるような肩部９４を有しないが、その代わり、一定の直径（供給管と締まりばめを与えるようにされた）を有し、かつ、軸方向の運動が起きないようにされる（図５に示されるノッチ（切欠部）７８及び隆起部９０配置構造などにより）ように改変され得る。
【００４３】
図７及び８は、別の種類の供給管実施形態を例示し、そこにおいて、供給管は、ノッチ付き、円鋸歯状、波形仕上げ、歯付き、小歯付き、のこ歯状等のような断面が不均一の下方（図において）先端１４４を有する。図７において、幅広の城郭風の（溝付き）下方先端１４４を有する（すなわち、幅広のフィンガー１２０を有する）供給管２３６は、第１端部１２２（これは、フィンガー１２０の端部とも考えられ得る）及び第２端部１２４を形成する。供給管２３６は、少なくとも一つのフィンガー１２０、好ましくは、少なくとも二つのフィンガー１２０を有する。第１端部１２２と第２端部１２４との間の距離は、好ましくは均一であり、チップ３４０の後端部３４６との所望のフィット、及び、所望の孔２１６の平均曲率半径を与えるように選択され得る。この実施形態において、孔２１６は、泡分離領域を与え、これは、マーキング端部４２から固定された距離にある。
【００４４】
チップ３４０の後端部３４６は、好ましくは、下方先端１４４において供給管２３６のフィンガーと締まりばめにて結合される。チップ３４０のヒール１２６（フィンガー１２０の背部に想像線で示される）は、通気孔２１６を残すように配列されて示されるが、これでなくてもよい。チップ３４０のヒール１２６はまた、第２端部１２４と合致するヒール１２６、又は第２端部１２４上のヒール１２６のいずれかにより、通気孔２１６を与えないように、供給管２３６と配列され得る。チップ３４０及び供給管２３６の配置構造が通気孔２１６を全く与えない場合、好ましくは、供給管は、ヒール１２６上の通気孔を有する。
【００４５】
図８は、供給管３３６を示し、該管は、狭い城郭風の下方（図において）先端２４４を有し（すなわち、狭いフィンガー２２０を有し）、これは、第１端部２２２（これは、フィンガー２２０の端部とも考えられ得る）及び第２端部２２４を形成する。第１端部２２２と第２端部２２４との間の距離は、好ましくは均一であり、チップ４４０の後端部４４６との望ましいフィットと、もし存在するなら、チップ４４０で形成された通気孔３１４の望ましい平均曲率半径とを与えるように選択され得る。
【００４６】
チップ４４０の後端部４４６は、好ましくは、下方先端２４４において供給管３３６のフィンガー２２０と締まりばめにて結合される。図示の配置構成において、チップ４４０の後端部４４６は、チップ４４０の残りの部分よりも小径であり、また、肩部４５０を形成し、これは、フィンガー２２０の第１端部に対し接触し、チップ４４０が供給管３３６内へと更に移動するのを防ぐ。
【００４７】
本発明に従うマーカーの別の実施形態であるマーカー１１０が図９に示される。マーカー１１０において、供給管４３６は、チップホルダー１０４の区域１３０と結び付くように延長されかつ適合されている（例えば、図９に示されるように、区域１３２における締まりばめにより）。供給管４３６には、固定された泡分離点として機能する通気孔３１６が設けられている。チップ５４０の後端部５４６は、チップ５４０の残りの部分の直径１４２よりも小さい直径１３４を有し、供給管４３６の下方（図において）端部３４４において供給管４３６の肩部と接触する肩部を提供する。チップ５４０の後端部５４６は、好ましくは、供給管４３６と締まりばめで結合される。この実施形態において、チップ５４０とバッファー６０との間の接触は全くない。温度及び圧力の変化に応じて、インクは、バッファー６０へと又はバッファー６０から直接運ばれる。同様に、圧力差増加状況において、バッファー６０がインク欠乏（枯渇）状態の場合、リザーバー３２は、チャネル３８を介し通気孔３１６を通じて、バッファー６０から空気を吸い込む。別の実施形態（図示せず）において、チップは、一定の直径を有し、通気孔を有する供給管と締まりばめにて結合され得る。そのような実施形態において、チップは、好ましくは、軸方向におけるチップの運動を防ぐように固定される。
【００４８】
以前の自由インクマーキング器具は、リザーバーからマーカーのチップへとインクを運ぶため、時にインクフィーダー又は毛管輸送ラインと称される追加の繊維状部材のような追加の部材を使用していた。そのような器具の一般的な製造方法は、本発明に従うマーキング器具のための製造方法において除去される非効率性及び第２の問題を含んでいた。
【００４９】
従って、例えば、以前の製造方法において、リザーバースペースを含むハウジングの後端部は、その開放端部を持って配置され、インクで満たされた。次に、アダプター及び、選択的に管がハウジングに据え付けられた。アダプター及び管が使用されると、インクで満たされたハウジングへのアダプター及び管の挿入が、インクを管内へと上昇させた。次に、フィーダーは、少なくとも部分的に管内に置かれ、また、工程が、フィーダーが管からインクを吸収するのに十分な時間の間、一般に約１０秒、停止される。チップが実質上インクで満たされた後、追加の力がフィーダーに適用されて、管内への挿入を完了する。
【００５０】
該器具が染料ベースインクと共に使用された場合、バッファーは、フィーダー上の上部から挿入され、完成した器具におけるその据付け位置までの距離の約１／２を押され、次いで、チップホルダーに含まれるフェルールの形態のハウジングの第２位置は、バッファー上に挿入され、バッファーを据え付けるために下方に押され、ハウジングの後端部とフェルールを係合させられた。最終的に、チップは、フェルールを通って挿入され、フィーダーと接触させられた。
【００５１】
器具が顔料ベースのインクと共に使用された場合、上部から挿入された円筒状バッファーは、フィーダーの上部が、フィーダー上約１／４インチ（約６．４ｍｍ）となる距離、押し下げられ、また、少量のインク（約１ｍｌ〜２ｍｌ）がフィーダーの上部及びバッファーに配された。インクは、チップがその最初の使用時に顔料インクで湿潤されることを保証する点を支援した。次に、チップホルダーに含まれるフェルールの形態のハウジングの第２部分が、バッファー上に挿入され、かつ下方に押されて、バッファーを据え付け、また、フェルールをハウジングの後端部と係合させた。そうする間、バッファーの上部からのインクは、フェルールの下方端部と接触するようになり得、結局、マーキング器具の外側面に広がり、これはまた、インクを製造装置と接触させ、ある場合は、ペンが別の方法で清浄な外側面を有していたであろう。
【００５２】
どの種類のインクを使用するマーキング器具でも、ペンは、その後、インクがチップのマーキング端部へと移動し、マーキング器具がその最初の使用を「開始」することを保証するため、約４時間の間、反転された（すなわち、先端下向きに置かれた）。
【００５３】
本発明のマーキング器具では、いくつかの効率的な製造が実現される。本発明に従うマーキング器具のための製造方法において、ハウジングの後端部は、端部が開放されて配置され、供給管付きアダプターがハウジング内で封止される。インクは、アダプター及び供給管の挿入前、又はアダプター及び供給管の挿入後にリザーバーに加えられ得、後者の場合、インクは、供給管を通って満たされる。次に、バッファーがハウジング内に置かれる。チップは、次に、アダプター管内に挿入され、チップ及びアダプター管は、フェルールをこれがチップ上へと下方に挿入されてハウジングの後端部と係合するように案内し、また同時に、フェルールは、チップをフェルールのチップ保持部分内へと案内する。別の手段において、チップは、バッファーがハウジング内に置かれる前に挿入され得、バッファーをハウジング内へ案内するように使用され得る。更に別の手段において、フェルールは、チップの挿入前に据え付けられ得、この場合、フェルール管は、アダプター管をチップホルダーに向かって案内し得、また、チップはフェルールを通ってチップから挿入される。最終的に、どの種類のインクでも、該マーキング器具は、該器具がその最初の使用を開始することを保証するために、数分の間だけ反転が必要となる。従って、本発明に従う器具のための製造方法は、フィーダーがインクを吸収する間、待機するどのようなプロセス工程をも除去し、顔料ベースインクが器具の外側面に到達する可能性を除去し、かつ、マーキング器具の素早い最初の使用開始を可能にする、といった利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態に従うマーキング器具の斜視図である。
【図２】本器具の機能的構成要素を示す、図１の線２−２に沿う図１のマーキング器具の様式化した断面図である。
【図３】図２の線３−３に沿う図２のマーキング器具の断面図である。
【図４】図２のマーキング器具の拡大破断断面図である。
【図５】本器具の機能的構成要素を示す、本発明のマーキング器具の別の実施形態の様式化した破断断面図である。
【図６】本器具の機能的構成要素を示す、本発明のマーキング器具の別の実施形態の様式化した破断断面図である。
【図７】本発明のマーキング器具の別の実施形態の供給管及びチップ構成要素の拡大側面図である。
【図８】本発明のマーキング器具の別の実施形態の供給管及びチップ構成要素の拡大側面図である。
【図９】本器具の機能的構成要素を示す、本発明のマーキング器具の別の実施形態の様式化した断面図である。
【国際公開パンフレット】
2004525795.tif 000003
2004525795.tif 000004
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2004525795.tif 000006
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2004525795.tif 000029
2004525795.tif 000030
【国際調査報告】
2004525795.tif 000031
2004525795.tif 000032
2004525795.tif 000033