(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に筆記部を有したペン先と、常温での粘度が２から１００ｍＰａ・Ｓの比較的低粘度インクを直接保蔵するインクタンクと、内部の内圧を調整する毛細管現象を利用した複数枚の羽状調節体であるコレクターと、インクタンクから筆記部までインクを誘導する中芯等の誘導手段とを備えた所謂コレクター式筆記具において、インクタンク内にはインク保持性のある中綿をインク誘導手段である中芯に接続した状態で内蔵し、
インクタンクに内蔵される中綿は、中綿の最大のインク保持容積ｓがインクタンク内容積ｉの２０から５０％の範囲のサイズであり、中綿の周囲とインクタンク内壁との間には直液状態のインクが移動可能な空隙を有することを特徴とする筆記具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、先端に筆記部となるペン先を有する、ボールペンやサインペンなどの筆記具において、インクを直接保蔵するインクタンクと、内部の内圧を調整する毛細現象を利用した複数枚の羽状調節体であるコレクターと、インクタンクからペン先までインクを誘導する手段を備えた直液タイプコレクター式筆記具の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来知られている油性ボールペンはペン先からのインクモレ出しである直流や上向き時にインクが下がってしまい服を汚したり筆記不能となる逆流の問題の発生率を減少させるため、インクの移動を防止する目的で一般的には１万ｍＰａ・Ｓ程度の高粘度のインクを使用し、さらにインクタンクを細くすることで毛管力を高めて防止しているが、これにより重い筆記感、ボテ、筆記描線のムラ、濃度の薄さなどの問題を抱えている。
【０００３】
また、繊維束の中綿に数ｍＰａ・Ｓの低粘度インクを含浸させてペン先までインク誘導中芯を介してインクを誘導するようにした所謂中綿式ペンが知られているがインクの消費が分からない、インク流量が初期から徐々に筆記とともに減少してしまい薄い筆記描線となる問題を抱えている。中綿からのインクの導出を良くするには中綿の毛細管力を弱める設定とすればよいが、落下等の衝撃によってインクが中綿から漏れだして服を汚す吹き出しの発生率が上がってしまったり、逆に中綿の毛細管力を上げると筆記に従ってインク流量が極端に落ちてしまい、寿命後半ではインクが十分に残っているにもかかわらず筆記描線がかなり薄くなるという問題を抱えている。
【０００４】
上述の油性ボールペンと中綿式筆記具夫々の欠点を解決する目的で、インクを直接保蔵するインクタンクを後方へ配置し、羽状の溝を多数有するコレクターによって、筆記時の空気置換内圧調整する万年筆で用いられてきた機構を応用した所謂、コレクター方式のインク直接保蔵式筆記具（以後コレクター式筆記具と呼ぶ）が知られている。ところがコレクター筆記具はインクの流量が中綿式筆記具と同等以上で多く、筆圧をかけないでも終筆までインク流出量が暫減することなく濃い描線で筆記可能となる特長を有しているが、油性ボールペンよりもインク搭載量を多くする必要が有るためにインクタンクを大径として一般的には１から３ｃｃ程度の容量のインクを保蔵させている。
【０００５】
従来のコレクター筆記具では、外気の大気圧変動があるとコレクター内にインクを移動して内圧を調節してペン先の先端からインクが漏れ出す事を防止している。インクの揮発を防止する目的で空気孔とペン先を同時にシールして密閉するキャップを設けることが一般的であるが、このキャップの抜き差しによってキャップ内の内圧が変化してコレクター内にインクが充満していき、最後には保留できる限界を超えて空気孔からインクが出てしまうポンピング現象が欠点として存在している。
【０００６】
また、加温冷却や飛行機内や高低気圧や標高高低差など減圧と高圧が繰り返されると同様に吹き出し現象が生じる欠点も上述同様のメカニズムで発生してしまう。ポンピング現象はキャップを工夫する事で解決可能であるが、大気圧の加減圧の繰り返し吹き出しの問題を解決するためには、コレクターのインク最大保留を大きくする（径、長さを大きくする）、インクタンクを小さくするなどの解決策も見られているが、軸サイズが大きくなって外観の問題が生じたり、インク量が少なくなって寿命が短くなりコストパフォーマンスが落ちる、コレクターを長くしすぎてペン先へのインクヘッドが高くなって直流しやすくなったり、インクによって解決して筆記性をやや犠牲にしたり、などの欠点を有したレベルの製品しか実用化されていない。
【０００７】
また、コレクター式の筆記具では、インクを全て消費するまで濃い描線を維持することが可能となるが故に、ペンを携帯していて使用中にインクがなくなると急激にまったく筆記ができなくなり不便であるという問題もある。タンクにインクがほとんど無い状態は外部から視認できて、この時点からはインク流量が暫減して、濃度が薄くてもとりあえず筆記描線が視認可能な筆記状態、つまりペンの寿命全体のほとんどは直液状態の良好な筆記性を確保しつつ、タンクにインクがなくなった時点からは中綿式の終筆時に近い性能が１００から２００ｍのみ確保できないかという終筆性の改良の要望も出されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、主に普及型のコレクター式筆記具の改良を目的としており、筆記時のスムーズな筆記を阻害することなく、輸送中やキャップの抜き差し等の大気圧の加減圧の影響によるインク洩れ出しの防止性能や、店頭で長期保存された場合などの吹き出し防止性能など筆記具における事故防止性能を確実に向上させたいという要望を満足させた事で、特に航空機での加減圧繰り返しで消費者の服を汚す等の重大欠点を防止するという課題や、太くなりやすいコレクター式でのスリムな外観の要望がある課題と、インクが無くなると急激に筆記できなくなる終筆性の課題などを同時に解決すると共に従来のコレクター筆記具の有する優秀な筆記性を満足させる事を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為に、本発明の筆記具は先端に筆記部となるボールを保持したホルダーと、筆記時の筆圧を受ける受け座を有したペン先にインクタンクから筆記部のボールまで流路を確保するような導孔や複数本のチャンネル溝を備え、導孔内にはインクタンクからボールまで毛管力によってインクを導く手段である中芯を挿入したボールペンやインク誘導芯そのものがペン先となるサインペンやマーカー類である。有底コップ状のインクタンクとペン先の間にはコレクターを設け、空気連通部と細いインク溝と羽状溝部を複数配置してそこにインクを出入りさせることでペン体内部の内圧調整機能を有している。
【００１０】
本発明を有効にする手段としては、インクタンク内部にインク保持性のある中綿等をインク誘導芯に接続した状態で有する構成とした。インクは常温（２３度前後）での粘度が２から１００ｍＰａ・Ｓの低（又は中）粘度インクである。静置状態では粘度がやや高く先端からインクがしみ出す直流を防止し、筆記によって剪断や移動が起こると粘度が低下してスムーズな筆記が可能となる擬塑性インク（ゲルインクとも呼ばれる）を応用したインクでも良い。またインクのベースとなる溶剤としては一般的な水のみではなく、低級アルコール、高級アルコール、キシレン等有機溶剤、エチレングリコールなどのグリコール類、それらのエステルなどの筆記具として使用できる各種のインクが適宜使用可能である。
【００１１】
本発明に使用する中綿については従来の中綿式筆記具に用いられる中綿をインクタンク内に収納できインクタンクの内壁との間には十分な空間を有した、細い又は小さなサイズとすることで、コレクター式の有する直液タイプの有利な特長を阻害することが無く、インクが消費されて内部に空気が多くなった場合の加圧減圧による空気の膨張を減らす目的でインクタンクの空間の一部をインク保持した状態の中綿で占めており、結果的に加減圧下でも吹き出しのない状態とすることが可能な手段である。
【００１２】
さらなる手段としてはタンク内部の中綿の容積をインクタンクの容積の１０から６０％（望ましくは２０から５０％）とした。さらに別な有効な手段としては、インクタンクに内蔵される中綿の最大のインク保持容積ｓとコレクターの羽の全空間であるインク最大保留空間ｃとインクタンク容積ｉとの間に（ｉ×７０％）＞（ｓ＋ｃ）＞ｉ×２０％の関係式を満足する構成としたものである。
【００１３】
本発明の中綿容積が大きければ安全性は増すが、直液式としての筆記性を維持できる期間が短くなり、中綿式との差異が減ってインク流量が筆記と共に暫減してしまう。またコレクターの保留率が高い（つまりコレクターが大きい）設計の物では中綿は小さな空間でよいが、保留率が低い（コレクターが小さい）ものでは中綿を大きくする必要がある。上述の条件を満足させる手段によって、インクタンクの空気容積を減少させる安全性の向上、インク流量などの筆記性確保、インク残量確認など外観や視認性、終筆時にだらだらと筆記流量がダウンすることや急激に終筆になってしまう終筆性の問題、などの相反する性能となりやすい性能のバランスを取ることが可能となる。
【００１４】
ここで使用する中綿とは、従来の中綿式の様に短繊維又は長繊維の糸を外皮の中へ軟らかく固定した物や、長繊維の糸を外皮なしで接着剤や熱溶着により形状維持した所謂繊維束や、雪結晶状の断面を押し出しによって成形した所謂プラ芯や、小粒子を熱や接着剤によって空間を維持しながら固定した焼結芯や、スポンジなど、インクをある程度以上保持する性能が有ればよいものである。
【００１５】
【実施例】
以下、図示した実施例について詳説する。図１から図３は本発明の第１実施例を、図４には従来例を示している。図に示すように本発明の筆記具は先端に筆記用のボールを回転可能抜き出し不可能に遊嵌するペン先２と内部にインクタンク７から中芯３によってボールまでインク１２を誘導している。中芯３はインクタンク７までの長い物や繊維束の中芯３と内部に毛管力を有する雪結晶状の断面を有する押し出し管であるプラ芯４との組合せなどでも良い。
【００１６】
内部に常温での粘度が２から１００ｍＰａ・Ｓの比較的低粘度の水をベースとして４０％以上含むインク１２を直接保蔵している透明または半透明合成樹脂製インクタンク７は、インク漏れのない状態でコレクター６を圧入固定している。耐水性や耐光性に優位な着色剤としては直接性染料やカーボンブラックなどの顔料や染着樹脂粉等の疑似有機顔料などが存在しているが、従来のコレクター式筆記具同様のインクが使用可能であり、本発明では特に限定される物ではない。
【００１７】
特に筆記時のインク消費により、インクタンク７内の空気量がタンク容積の６０％から７０％まで充満した場合に、大気の加減圧によって内圧の外気圧との変化や温度変化があると、筆記のためのインクの流路が確保されているペン先部からインクが漏れだしたり、先端から空気が入ってカスレが生じる事を防止するために軸内と外部とは細いインク溝１０と空気連通部９と複数の羽状溝とを有するコレクター６を介して連通してある。コレクター６には外気と内部の圧力差が生じるとコレクター６の羽状溝にインクが出入りすることでペン体内部の容積を加減してバランスを取る機能がある。
【００１８】
コレクター６の羽状溝の空間にインクが充満可能な全容積をインクタンク７の容積の１２％以上の保留率ｃ（望ましくは１５％から３０％）とした。通常の大気の気圧変化や、室温から気温の最大である４５℃前後まで昇温した場合の水の蒸気圧上昇と空気の体積膨張は約１２％以内の膨張であることなどから内圧調整による容積の最大変化は１２％程度コレクター６に吸収されれば一般的には問題が発生することが無い。
【００１９】
本発明を有効にする手段として、インクタンク７の内部にやや細い中綿１をプラ芯４に接続した状態で固定した。コレクター側やインクタンク内部の中綿受け面はリブや溝などで構成して、インクが中綿１に自由に入る様にしている。またある程度は中綿が移動しても良いが落下などによってもプラ芯４と中綿１がインク１２の導通が可能なように接続を維持する構成としてある。
【００２０】
インクタンク７の内壁と中綿１の外皮の間には十分な空間を持たせるように中綿１の太さを細くし、長さはインクタンク７内の長さとほぼ等しい物とした。ここではインクタンク７の内壁のサイズに近い太く短い中綿１の搭載も可能であるが、中綿１の前側と後端側へのインク１２の移動が規制されるとインクタンク後端からインク１２が先端側に落ちてこなくなる現象や、中綿１の周辺に付着したインクがいつまでも残ってしまうことから実際にはインク１２を全て消費してしまっているにもかかわらずユーザーがインクの残量があると勘違いしてしまう外部からの視認性の問題が発生しやすくなるので、特にコレクター側のインクタンク前方周辺では十分な空間があることが望ましい。
【００２１】
本発明の第２実施例としては図５に示すように、ペン先は繊維束芯を固めて任意形状に成形研磨したラインマーカーとした物であるが、第１実施例と同様な作用効果を有している。第１実施例との差異点は、中綿１を太く短くインクタンクの後方に配置した。具体的にはペン先２の後方にインク連通可能な状態で中程度の太さのプラ芯４とさらにその後方に太い中綿１をインク連通状態で設けた。つまり不透明の尾栓１１に隠れた後端側には体積の大きい中綿１を設けることで外観の問題を気にせず高い効果が得られるうえに、ユーザーから見える部分には中綿１よりはかなり細いプラ芯４しか見えないので視認性やインク移動性の問題は全くないものである。
【００２２】
本発明者が調査実験した結果、インクタンクの容積ｉとコレクターのインク保留容積ｃと中綿の容積ｓの間には密接な関係があるという知見が得られた。つまり径方向は外観サイズにより、長さ方向には直流性によって、コレクター６の大きさはある程度以上には大きくできないのでコレクター容積ｃを重視した設計とすると、インクタンク容積ｉが大きければ中綿容積ｓも大きくすれば良い。ただしコレクター容積ｃがやや小さくても中綿容積ｓが大きい物では安全性も確保できる事や、逆にコレクター容積ｃが大きければ中綿容積ｓが小さくても良い事である。また従来からコレクター容積ｃはインクタンク容積ｉに比例して大きくしなければならない事は知られていたが、さらに中綿を追加した物では下記の２つの知見が得られた。
【００２３】
中綿のインク保持容積ｓがインクタンク容積ｉの１０から６０％、望ましくは２０から５０％の範囲である事が、本発明を有効にする最適範囲の一つである。
【００２４】
中綿容積ｓとコレクター容積ｃとの和（ｓ＋ｃ）はインクタンク容積ｉの２０％から７０％の範囲で有ることを満足する事が本発明を有効にする別な最適範囲の一つである。
【００２５】
具体的な実施実験結果を以下に述べる。ここで使用した試料は三菱鉛筆製コレクター式水性ボールペンＵＢ−１５０のインクその他部材を基本的には使用し、各種の中綿、コレクター、インクタンクを試作して比較実験した。また図５のようなペン先がラインマーカーの三菱鉛筆製ＰＵＳ−１５０でも同様の実験を行ったがまったく同様の結果であったため、ここではＵＢ−１５０の結果のみ示す。またコレクター容積ｃを増加させるためコレクター長さを増加させた物は直流が発生したため、結果は省略した。
【００２６】
インクやペン先やインク誘導芯などの筆記基本部材が市販品と同じであり、まったく問題ないことから、評価項目は下記の３項目について評価した。１筆記性：ＩＳＯ規格自動螺旋機械筆記での筆記流量や筆記描線目視判定結果。２終筆性：正常値から徐々に薄くなっている距離で表示。２００ｍ前後が最適。３低圧繰り返し吹出：航空機並の０．８気圧と１気圧繰り返しでの吹出の有無。評価はコメントと共に下記の３評点で評価した。 ○：問題なし △：やや問題有るが実使用は可能×：実使用上も注意が必要であったり、問題が大きい
【００２７】
従来例：市販のＵＢ−１５０、コレクター容積ｃ＝０．３ｃｃ（ｉ×１５％） 、インクタンク容積ｉ＝２．０ｃｃ、中綿容積ｓ＝０ｃｃ（なし）。 結果：筆記性はまったく問題なし：○ 終筆性は５０ｍ以下で急激に終筆となっている：× 低圧繰返吹出は、１回目で吹き出し：×
【００２８】
実施例１：ｃ＝ｉ×１５％、ｉ＝２．０ｃｃ、ｓ＝ｉ×１０％ 結果：筆記性はまったく問題なし：○ 終筆性は最終１００ｍ間で僅かにダウンして終筆となっている：○ 低圧繰返吹出は、３回はクリアしたが４回目以降吹き出し：△
【００２９】
実施例２：ｃ＝ｉ×１５％、ｉ＝２．０ｃｃ、ｓ＝ｉ×５０％ 結果：筆記性はわずかに流量暫減傾向：△ 終筆性は最終３００ｍの間でダウンして終筆となっている：△ 低圧繰返吹出は、５回目以上でも吹き出しなし：○
【００３０】
実施例３：ｃ＝ｉ×８％、ｉ＝２．０ｃｃ、ｓ＝ｉ×６０％ 結果：筆記性はわずかに流量暫減傾向：△ 終筆性は最終３００ｍの間でダウンして終筆となっている：△ 低圧繰返吹出は、２回目クリア３回目以降吹き出し：△
【００３１】
実施例４：ｃ＝ｉ×３０％、ｉ＝１．０ｃｃ、ｓ＝ｉ×１０％ 結果：筆記性は問題ないが寿命は短い：○ 終筆性は最終１００ｍの間でわずかダウンして終筆となっている：○ 低圧繰返吹出は、５回目以上でも吹き出しなし：○
【００３２】
実施例５：ｃ＝ｉ×１５％、ｉ＝１．０ｃｃ、ｓ＝ｉ×５０％ 結果：流量派やや暫減傾向、寿命は短くなっている：△ 終筆性は最終３００ｍの間でダウンして終筆となっている：△ 低圧繰返吹出は、吹き出しなし：○
【００３３】
実施例６：ｃ＝ｉ×８％、ｉ＝３．０ｃｃ、ｓ＝ｉ×６０％ 結果：筆記性はやや暫減傾向：△ 終筆性は最終３００ｍの間でダウンして終筆となっている：△ 低圧繰返吹出は、４回目で吹き出し：△
【００３４】
実施例７：ｃ＝ｉ×８％、ｉ＝３．０ｃｃ、ｓ＝ｉ×２０％ 結果：筆記性は問題なし：○ 終筆性は最終２００ｍの間でわずかダウンして終筆となっている：○ 低圧繰返吹出は、２回目で吹き出し：△
【００３５】
比較例１：ｃ＝ｉ×１５％、ｉ＝２．０ｃｃ、ｓ＝ｉ×５％ 結果：筆記性は問題なし：○ 終筆性は最終１００ｍ以下でやや急にダウンして終筆：× 低圧繰返吹出は、２回目で吹き出し：△〜×
【００３６】
比較例２：ｃ＝ｉ×１５％、ｉ＝２．０ｃｃ、ｓ＝ｉ×７０％ 結果：筆記性は後半からかなり流量ダウン見られる：× 終筆性は最終４００ｍでなだらかにダウンして終筆：× 低圧繰返吹出は、吹き出しなし：○
【００３７】
比較例３：ｃ＝ｉ×２４％、ｉ＝１．０ｃｃ、ｓ＝ｉ×７０％ 結果：筆記性は中綿式のようで流量暫減、寿命も短い：× 終筆性は最終８００ｍで徐々にダウンが続く：× 低圧繰返吹出は、吹き出しなし：○
【００３８】
比較例４：ｃ＝ｉ×１５％、ｉ＝３．０ｃｃ、ｓ＝ｉ×５％ 結果：筆記性は問題なし：○ 終筆性は最終１００ｍ以下でやや急にダウンして終筆：× 低圧繰返吹出は、２回目で吹き出し：△〜×
【００３９】
比較例５：ｃ＝ｉ×５％、ｉ＝３．０ｃｃ、ｓ＝ｉ×１０％ 結果：筆記性は問題なし：○ 終筆性は最終１００ｍ以下でややダウンして終筆：△ 低圧繰返吹出は、１回目で吹き出し：×
【作用】
【００４０】
従来のコレクター筆記具では、上述したようにコレクターのみで１２％程度までの内圧調整を行っている。しかしながら、航空機などでの気圧変化は約０．８気圧まで減圧され、さらに体温と外気温等温度変化も加わる。つまり従来のコレクター式筆記具では航空機の減圧までは考慮されておらず、コレクターの最大保留を越えて圧力が変化するため吹き出しの事故が発生する。
【００４１】
現状でもコレクター式筆記具はやや太くなっており、これ以上太くすると握り部の太さや外観で問題が発生するうえ、コレクターを従来品以上に長くするとコレクターの内部の長さの分はペン先にインクヘッドｈがかかっていることからペン先からインクが漏れ出す直流の問題が発生する。インクタンクの容積を小さくすればコレクターサイズが同じでも保留率は大きくなって安全性が増すが、筆記寿命の問題が発生する。特に直液式筆記具では初期から終筆付近まで流量が多く安定するため、インク消費量が暫減していく中綿式よりもインク搭載量をかなり多くしないと同じ寿命にできない。
【００４２】
本発明のやや細い中綿を搭載することで、初期のインク搭載量はほとんど減らす必要がなく、インクを消費してタンク内部に空間が多くなった場合でも中綿がタンクの空間内でインクを十分に吸い上げた状態で保持している。タンクの空間そのものが減っている上に筆記可能なインクが中綿に保持されており、タンク内の膨張収縮する空気量の減少と共に、終筆までのある程度以上のインク消費量では中綿が吸い上げたインクのみが残って直液状態のインクは存在しなくなるがメモ程度のやや薄くなっても良い最終付近での筆記ができる期間が存在するようになる。
【００４３】
中綿式では圧力変化や温度変化による体積膨張分は空気孔から大気への連通によって影響を受けない構造となっている。つまり、上述の直液の存在しない期間は中綿式とまったく同様に加減圧や温度変化は影響なくなり、同じ寿命を有する従来のコレクター式筆記具よりも安全性は格段に向上できる。従来の中綿式よりは直液として機能する期間が十分に長く中綿が保持しているインク量自体も遥かに少ないことや、落下等の衝撃があってもインクタンクとコレクターによって筆記具外部にインクが漏れだす事がないこと、などから中綿の毛細管力をやや弱く設定することなどで流量が暫減する期間は従来の直液式とほぼ同じ設定が可能となる。
【００４４】
本発明では中綿式とコレクター式の欠点を補完した上述のような有用な作用を有している。さらには本発明の数値範囲とすることで中綿式とコレクター式のそれぞれの欠点の補完のみならず、それぞれの優位点を生かす事が可能となる作用を有している。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の筆記具の構成及び作用は以上の如くであり、細身で外観の良く、コストパフォーマンスの優れた筆記具とする事ができる。航空機による加減圧下や、温度変化、キャップによるポンピング現象が発生しにくくなり複雑な耐ポンピング機構が不要となることなどから、安全かつ安定した筆記性を確保できるようになる。上述のように構造が簡単で製造が容易な安価で外観の良いコレクター筆記具を提供できる効果がある。さらには筆記の最終段階で急激にインクがなくなって書けなくなる問題についても、あまり長すぎない適度な期間で徐々にインク流量がダウンしていくためとりあえずのメモ書き程度は筆記可能となり、終筆付近では２本目の筆記具を用意する必要が無くなる効果も有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である筆記具の全体を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施例である筆記具の先端側を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１実施例である筆記具の後端側を示す縦断面図である。
【図４】従来例である筆記具を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第２実施例である筆記具の全体を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 中綿
２ ペン先
３ 中芯
４ プラ芯
５ 口プラ
６ コレクター
７ インクタンク
８ キャップ
９ 空気溝
１０ インク溝（細溝）
１１ 尾栓
１２ インク
【図１】
0004230562.tif 000002
【図２】
0004230562.tif 000003
【図３】
0004230562.tif 000004
【図４】
0004230562.tif 000005
【図５】
0004230562.tif 000006