JP6629316B2 - 圧力差補償膜 - Google Patents

Description

本発明は、ペン又はその等価物のフリーインク貯蔵部（reservoir d'encre libre）の内側と外側との圧力差を補償するための膜に関し、さらに、当該膜を備えるフリーインク貯蔵ペンに関する。フリーインク貯蔵ペンは、貯蔵部として規定された筐体内をインクが自由に流れるペンである。本発明は、上記の貯蔵部の筐体内とその外側との圧力差を補償することに関する。

筆記用先端部に接続されたインク貯蔵部を有するフリーインクペンが知られている。あらゆる状況下（インクが消耗した状況、又は、飛行機内、高地、高温などの過酷な条件下）、特に、筆記用先端部からのインク漏れが起こりうる条件下における圧力及び上記インク貯蔵部の密封性の制御が繰り返し問題になっており、十分に満足のいくシステムは知られていない。

例えば、貯蔵部内の圧力を制御するためのバッフル装置（dispositif de chicane）が知られている（デフレクタ（deflecteur）又はラビリンス装置（dispositif en forme de labyrinth）としても知られている）。バッフル装置は、貯蔵部内の圧力に応じて、インクで満たされた状態又はインクのない状態になり、貯蔵部の内側の圧力を外側の圧力に一致させることができる。バッフル装置は、インクが消費されている間、及び、予期せぬ圧力の変化によって作動し、その間もなお筆記用先端部にはインクが供給される。

しかし、従来のほとんどのペンから理解できるとおり、バッフル装置自体は十分ではない。すなわち、バッフル装置は、外部に接続された通気口を有するバッファとして実質的に機能し、限られた量のインクしか貯蔵できない。そのため、インク貯蔵部に過度の圧力が印加された場合、バッフル装置によるバッファの容量が不十分になり、例えばバッフル装置の通気口を通じて、ペンが液漏れすることがある。逆に、貯蔵部の内側の圧力が外側よりも低い場合、バッフル装置が機能せず、筆記用先端部へのインクの供給が阻害されるといった状況が生じうる。フリーインクペンの圧力を制御する、新しいタイプの装置が必要とされている。

ある実施形態により、ペン又はその等価物のフリーインク貯蔵部の外側と内側との圧力差を補償するための補償膜が提供される。膜は、第１の剛性（rigidite）を示す第１の部分と、第２の剛性を示す第２の部分とを含む。第１の剛性は、第２の剛性よりも低い。

そのような実施形態において、補償膜は、異なる剛性を示す２つ以上の部分を有していてもよい。さらに、「ペン又はその等価物」の語は、フリーインク貯蔵部を有するあらゆる筆記具だけでなく、より一般的には、筆記用先端部に接続され、かつ、ペンと同じ原理で使用中に徐々に空になるフリーインク貯蔵部を有するあらゆる用具（例えば、修正ペン、液体又はペースト材料を塗布するための塗布器など）を含むものとして用いられる。

補償膜を介した圧力差の影響のもとで第１の部分が変形し、場合によっては第２の部分が変形しうる。第１の部分の第１の剛性が第２の部分の第２の剛性よりも低いため、圧力差が小さい場合、始めに第１の部分が変形する、又は、第２の部分よりも大きく第１の部分が変形する。補償膜を介した圧力差が所定の値を超えると、第１の部分と同じように第２の部分が変形する。このように、圧力差の増加が継続すると、補償膜に含まれる部分の数に応じて補償膜の変形が継続する。

このように、補償膜が貯蔵部に取り付けられていると、補償膜の変形によって、貯蔵部の内側と外側との圧力差を補償できる。圧力差を補償できるようにするために、補償膜は、当然ながら漏出防止性、特に気密性と、貯蔵部に収容された流動体（インク又はその等価物）に対する密閉性とを有する。さらに、補償膜の第１の部分及び第２の部分は、異なる剛性を示すため、圧力差に関するそれぞれの閾値に基づいて押圧される。異なる剛性を示す２つの部分の存在によって、補償膜は、圧力差の変化に適応するために段階的に応答することができる。補償膜を介した圧力差に応じて補償膜が非線形的に変形するため、貯蔵部の内側が加圧又は減圧されたあらゆる条件下で、漏れのおそれ及び筆記を妨げるおそれなしに、貯蔵部に最適な機能が確保される。具体的には、ペンを通常どおり使用する間に消費されたインクに基づく圧力の緩慢な変化により、瞬間的に小さい圧力差が生じる。この圧力差は、主に第１の部分の変形によって緩和される。一方、予期せぬ減圧又は加圧（高温、高度、衝撃など）による圧力の急激な変化により、瞬間的に大きい圧力差が生じる。この急激な変化は、主に第２の部分の変形によって緩和される。

さらに、２つの剛性の値は、補償膜が所定の圧力差にさらされたときに、補償膜が制御された様式で展開するように定められており、これにより、貯蔵部の容量に加えられる又は差し引かれる制御された容量が提供される。特に、この制御された展開は、望ましくない空気溜まり、又は、使用できないインク溜まりの形成の回避に役立つ。

上記の補償膜は、単独で、又は、場合によっては他の付加的な装置とともに用いたときに、十分に圧力を管理し、漏れを防ぐ。例えば、上記の補償膜を備えるフリーインク貯蔵部を含むペンは、インクの重量によって変形せず、また、インクへ応力を付加せずに、消費されたインク及び外側の状況に起因する主な圧力の変化を補償できる。これにより、ペンを満足して使用できる。また、補償膜は、構造的に容易に製造でき、かつ、圧力差を補償するための公知の装置に比べて安価な部品である。

ある実施形態において、補償膜は、第３の剛性を示す第３の部分を含む。第３の剛性は、第１の剛性よりも高く、第２の剛性よりも低い。補償膜は、３又はこれ以上の部分を含みうる。第３の部分により追加された中間の閾値によって、第１の部分と第２の部分との間の連続的な変形をさらに制御することができるため、第３の部分によって、膜の展開の制御をさらに改善できる。

ある実施形態において、複数の部分は同心（concentriques）である。このとき、補償膜は、容易に予測できる形状で変形する。これにより、ペンの他の部品に対する補償膜の動作を容易に予測することができ、その信頼性を向上できる。

ある実施形態において、補償膜は、フライウェイト（masselotte）を含む。フライウェイトによって、補償膜に慣性を加えることができ、これにより、補償膜が、非常に素早い応力に対してあまりに激しく応答することを防止できる。さらに、フライウェイトは、圧力差によって膜が高速で振動することを制限する意味でのローパスフィルタ（filtre passe-bas）として機能する。フライウェイトは、補償膜が破れたり損傷を受けたりするおそれを低減する。

ある実施形態において、補償膜は、実質的に軸対称の形状を有する。「実質的に軸対称の形状」の語は、当然ながら、円形状だけでなく、長円形状、楕円形状又はそれらと等価の形状を含む。膜の主要な部分、特に変形に関与する部分は、軸対称であると理解できる。このような補償膜は、対称軸の方向に沿って変形し、その変形は容易に予測できる。このような補償膜の製造は、容易かつ安価である。

ある実施形態において、補償膜は、自重によって実質的に変形しないように構成されている。補償膜が実質的に変形しないとは、自重による変形量が、ゼロ、又は弾性変形量の最大値に対して無視できることである。具体的には、自重による変形量、特に第１の部分の変形量の最大値は、弾性変形量の最大値の１０分の１以下であり、１００分の１以下であり、又は、実質的に１０００分の１以下である。ある部分の変形量の最大値は、当該部分が最も移動したときの物理的な移動量として測定される。弾性変形量の最大値は、補償膜の少なくとも一部が塑性変形する前に、その材料によって最終的に到達可能な弾性変形量である。

上記の特性により、補償膜は、不要なときに、貯蔵部の向きに応じて自重で変形することによって貯蔵部内の圧力を変化させない。これにより、膜の変形が、実質的に、貯蔵部の内側又は外側の圧力の変化に起因することが確実になり、当該膜は、貯蔵部の両側の圧力差を釣り合わせるためにのみ変形する。

外部からの応力がないときに、膜が基準の位置にとどまり、又は基準の位置に戻るように、複数の部分が構成されていてもよい。このような補償膜は、力学的な意味で弾性を示す。言い換えると、静止位置からの補償膜の変形は、補償膜に応力場（champ de contraintes）を与える。応力場は、補償膜を基準の位置に戻そうとする。このように、補償膜は、貯蔵部の内側に対して、又は、外側に対して展開することができるダイヤフラムのように機能する。予め応力が加わった状態で補償膜が貯蔵部に配置される場合、外部からの応力がないときに、補償膜は、通常の静止位置とは異なる基準の位置にとどまり、又はその基準の位置に戻る。

ある実施形態において、膜は、静止位置で（又は静止時に）波打った形状（forme ondulee）を有する。ある実施形態において、補償膜は、静止時に、少なくとも１つの環状の湾曲部（coude annulaire）を含む。湾曲部では膜が折り畳まれている。湾曲部、又は折り畳み部は、隣接する２つの部分の接続部周辺に位置していてもよく、隣接する２つの部分の接続部に位置していてもよく、いずれかの部分内に位置していてもよい。湾曲部は、膜が変形する継手（articulation）を構成しうる。少なくとも１つの環状の湾曲部を有することによって、補償膜は静止位置において折り畳まれる。そのため、展開時に、貯蔵部の容量を大きく変化できる。さらに、この形状は、補償膜が段階的に展開すること、及び、応力がないときには補償膜が静止位置に戻ることを容易にする。

また、本明細書は、上述の実施形態に従った補償膜を備えるフリーインク貯蔵部を含むペン又はその等価物を提供する。

ある実施形態において、補償膜は、インクの重さによって実質的に変形しない。特に、インクの重さによる補償膜の変形量は、弾性変形量の最大値に比べて無視できる程度であってもよい。具体的には、インクの重さによる第１の部分の変形量の最大値は、弾性変形量の最大値の１０分の１以下であり、１００分の１以下であり、又は、実質的に１０００分の１以下である。インクの重さは、貯蔵部が最大限に満たされたときのものであることに留意すべきである。そのため、当然ながら、貯蔵部が十分に満たされていないとき、膜は変形しない。

上記の特性のため、補償膜は、不要なときに、貯蔵部の向きに応じてインクの重さで変形することによって貯蔵部内の圧力を変化させないようにできる。

ある実施形態において、貯蔵部は、実質的に軸方向に延びており、かつ、第１の軸端部と第１の軸端部に対向する第２の軸端部とを有する。補償膜は、第１の軸端部の近傍に配置された貯蔵部の第１の開口を閉じている。実質的に軸方向とは、軸からの角度が２０°未満であり、１０°未満であり、５°未満であり、若しくは実質的に２°未満である直線方向、又は、平均した方向が実質的に軸方向である折れ線及び／又は曲線である。このように、膜は、貯蔵部において、ペンの他の部品との相互作用が非常に限定的でありうる位置に配置される。そのため、膜の変形は、ペンのその他の機能を妨げない。

ある実施形態において、貯蔵部は、不透液性かつ通気性の膜を含む。上記の膜を「通気」膜と呼ぶことがある。補償膜及び通気膜を含むフリーインク貯蔵部では、補償膜及び通気膜が貯蔵部の内側と外側との圧力差を制限するために協働する。補償膜は圧力差の急速な変化を調節することに特に適し、通気膜はゆっくり時間をかけて圧力差を釣り合わせることができる。特に、通気膜は、インクの消費とともに空気を貯蔵部内に徐々に透過させることができ、これにより、補償膜への応力を制限する。

ある実施形態において、不透液性かつ通気性の膜は、第２の軸端部の近傍に配置された貯蔵部の第２の開口を閉じている。

このように、補償膜は、貯蔵部の第１の開口において圧力補償装置として機能し、通気膜は貯蔵部の第２の開口において圧力補償装置として機能する。このように、補償膜及び通気膜は、互いに妨げとなるおそれなく協働する。

ある実施形態において、貯蔵部は、バッフル装置をさらに含む。補償膜は、貯蔵部への衝撃又は加圧、特に突然の加圧が生じたときにバッフル装置が液漏れすることを完全に防ぐ。具体的には、バッフル装置は、貯蔵部の内側と外側との間の圧力を釣り合わせるために、インクで満たされた状態又はインクのない状態になりうる。しかし、バッフル装置内のインクの量は、ペンがインク漏れせず、かつ、筆記の妨げにならない所定の範囲内に維持される必要がある。バッフル装置内のインクの量は、変形により圧力の不均衡を調節する大きさを有する補償膜によって自動的に調節される。補償膜及びバッフル装置の組み合わせにより、適切にペンが機能する。

ある実施形態において、貯蔵部は、多孔質かつ疎水性の部分をさらに含む。特に、多孔質かつ疎水性の部分は、互いに接続され、かつ外部へと通じた空孔部、すなわち複数の空孔が当該部分の表面に到達可能であって互いに接続された空孔部、を有していてもよい。多孔質かつ疎水性の部分における疎水性により、静止時にインクが当該部分を透過することを防止できる。一方、多孔質かつ疎水性の部分は、わずかな加圧下でインクを受け入れ可能であって（多孔質の側面）、完全にはインクで満たされずにそのようになり得る（疎水性の側面）。ある実施形態において、多孔質かつ疎水性の部分は、多孔質かつ疎水性の部分におけるインクの量が増加するにつれてインクに対する抵抗力を増加させながら、インクを受け入れることができる。さらに、補償膜を備える貯蔵部内において、多孔質かつ疎水性の部分は、単独で又はバッフル装置と組み合わせて備えられていてもよい。

ある実施形態において、貯蔵部は、実質的に軸方向に延びており、かつ、第１の軸端部とこれに対向する第２の軸端部とを有する。バッフル装置又は多孔質かつ疎水性の部分は、第２の軸端部の近傍に配置された貯蔵部の第２の開口を閉じている。このように、補償膜が貯蔵部の一端に位置している一方、バッフル装置又は多孔質かつ疎水性の部分は、貯蔵部の他端に位置し、貯蔵部を閉じている。変形例において、貯蔵部は、バッフル装置及び多孔質かつ疎水性の部分の両方を有していてもよい。例えば、バッフル装置及び多孔質かつ疎水性の部分の両方が貯蔵部の第２の開口を閉じており、これら２つの部品は、連続して配置されている。例えば、貯蔵部に対して、バッフル装置が貯蔵部の内側に接している一方、多孔質かつ疎水性の部分が貯蔵部の外側に接していてもよい。

このように、第２の開口において、バッフル装置又は多孔質かつ疎水性の部分は、貯蔵部の内側と外側との圧力差に応じて、所定量のインクを吸収できる。そのため、バッフル装置又は多孔質かつ疎水性の部分は、補償膜とともに、貯蔵部の内側と外側との圧力差を補償することに寄与する。第２の軸端部の近傍において、バッフル装置又は多孔質かつ疎水性の部分が占める位置は特に小さく、貯蔵部と、ペンの他の部品、例えば筆記用先端部との間を接続する流動体の流れを可能とする。例えば、補償膜が第１の開口を閉じているとき、バッフル装置又は多孔質かつ疎水性の部分が、第１の開口について軸方向に対向している第２の開口を閉じていることによって、いずれの部品も互いに妨げになるおそれなしに相補的に作動できる。このように、補償膜は、バッフル装置又は多孔質かつ疎水性の部分の作動を妨げず、逆もまた同様に妨げない。例えば、補償膜は貯蔵部の後端部に位置していてもよく、後端部にて補償膜は自由に展開する。例えば、バッフル装置及び／又は多孔質かつ疎水性の部分は、筆記用先端部が貯蔵部に接続するのに適した構造で筆記用先端部の近傍における貯蔵部の前端部に位置していてもよい。

ある実施形態において、不透液性かつ通気性の膜と、バッフル装置又は多孔質かつ疎水性の部分とは、第２の開口を閉じている。上記の膜は、バッフル装置又は多孔質かつ疎水性の部分に隣接している。バッフル装置又は多孔質かつ疎水性の部分は、上記の膜に対して貯蔵部の内側に配置されている。そのため、第２の開口において、通気膜は貯蔵部の外側に接し、バッフル装置又は多孔質かつ疎水性の部分が貯蔵部の内側に接している。

このように、通気膜によって、貯蔵部は、気体、特に空気を透過させながら、インクに対する漏れ防止性を有する。一方、バッフル装置及び／又は多孔質かつ疎水性の部分は通気膜を保護する。通気膜は、インクと直接かつ頻繁に接触した場合に、目詰まりが生じ、空気に対する透過性を失いうる。通気膜と、バッフル装置又は多孔質かつ疎水性の部分とを用いることによって、これらの部品の互いの機能を保護し、維持する相乗効果が同時に得られる。

さらに、補償膜と、通気膜と、バッフル装置又は多孔質かつ疎水性の部分との組み合わせによって、貯蔵部内をわずかな減圧条件にすることが可能になる。わずかな減圧条件は、筆記用先端部が下向きになるときに、筆記用先端部の上のインクの重さを補償するために必要である。そのため、補償膜と、通気膜と、バッフル装置及び／又は多孔質かつ疎水性の部分との組み合わせによって、貯蔵部の内側と外側との圧力差の突然の変化を制御することだけでなく、ペンの筆記用先端部の上のインクの重さを補償すること、及び、インクが消耗するにつれて貯蔵部内に空気が徐々に入ることが可能になる。これによって、ペンの使用がさらに最適化される。

ある実施形態において、第１の軸端部は、第２の軸端部に対して筆記用先端部の反対側にある。そのため、筆記用先端部、第２の軸端部及び第１の軸端部は、ペンに沿ってこの順番で配置されている。貯蔵部の第１の軸端部は補償膜を備えている。補償膜は、ペンの筆記機能に妨げられるおそれ、又は筆記機能を妨げるおそれなしに自由に作動することが可能であり、さらに、インクが常に流れることを確実にするように貯蔵部の大きさを調製できる。

非限定的な実施例として示される実施形態に関する以下の詳細な説明を参照することによって、本発明及びその利点がより理解されうる。説明は、添付の図面を参照する。

図１は、補償膜及び多孔質かつ疎水性の部分が取り付けられた第１実施形態のペンの断面を示す。 図２は、静止位置における図１の補償膜の詳細を示す。 図３Ａは、ペンの貯蔵部内の圧力が相対的に増加する間における図２の補償膜の展開の一連の段階の一段階を示す。 図３Ｂは、ペンの貯蔵部内の圧力が相対的に増加する間における図２の補償膜の展開の一連の段階の一段階を示す。 図３Ｃは、ペンの貯蔵部内の圧力が相対的に増加する間における図２の補償膜の展開の一連の段階の一段階を示す。 図４は、補償膜及びバッフル装置が取り付けられた第２実施形態のペンの断面を示す。

図１は、第１実施形態におけるフリーインクペン１０（以下では、省略して「ペン」と称する）の断面図である。ペン１０は、貯蔵部１４を形成しているバレル１２を含む。貯蔵部１４内をインク（図示せず）は自由に流れる。バレル１２は、例えば、ペンのその他の部品を取り付けることができるように、隆起した部分又は内部若しくは外部形状を有していてもよい。バレル１２の上記の形状又は隆起した部分は、単に視覚効果を目的としていてもよい。

図１に示すように、貯蔵部１４は実質的に軸方向Ｘに延びている。ペン１０は、流動体の流れが貯蔵部１４に連通する筆記用先端部１６を有する。筆記用先端部１６は、どのような種類の先端部であってもよく、特に、ボールポイント、サインペン先端部、羽ペン（plume）、又はその他の公知のタイプの先端部であってもよい。筆記用先端部１６と貯蔵部１４との接続には、先端部のタイプに応じて、先行技術で知られた方法が適用される。図１では、筆記用先端部１６は、貯蔵部１４に直接導入されたファイバコネクタとともにボールポイントを含んでいる。

ペン１０は、補償膜２０、多孔質かつ疎水性の部分３０、及び通気膜４０を有する。補償膜２０は、第１の軸端部１４ａの近傍に配置された貯蔵部１４の第１の開口を閉じている。詳細には、第１の軸端部１４ａは、筆記用先端部１６と反対側の貯蔵部１４の端部である。補償膜２０の構造及び作動は以下で説明する。

多孔質かつ疎水性の部分３０は、第２の軸端部１４ｂに位置する貯蔵部１４の第２の開口を閉じている。第２の軸端部１４ｂは、第１の軸端部１４ａに対向している。第２の軸端部１４ｂは、筆記用先端部１６に隣接している。

通気膜４０も第２の開口を閉じている。より正確には、通気膜４０は、多孔質かつ疎水性の部分３０に隣接している。多孔質かつ疎水性の部分３０は、通気膜４０に対して貯蔵部１４の内側に配置されている。通気膜４０と多孔質かつ疎水性の部分３０とは、直接隣接していてもよく、間接的に隣接、すなわちそれらの間に１つ以上の部品が存在していてもよい。

補償膜２０は作動閾値を有する。言い換えると、補償膜２０は、貯蔵部１４の内側と外側とが所定の圧力差になってからのみ変形するように設計されている。これにより、貯蔵部１４内をわずかに減圧することが可能になる。特に、先端部が下端になるようにペン１０が保持されたとき、多孔質かつ疎水性の部分３０はインクの一部を吸収し、これによって貯蔵部１４にはわずかな吸引力が生じる。この吸引力は小さいために補償膜２０の作動によって補償されない。この状態は、筆記用先端部１６上のインクの重さの補償に寄与して、筆記用先端部１６からインクが滴ることの防止にも寄与する。これに加え、通気膜４０は、多孔質かつ疎水性の部分３０がインクで満たされたときに、貯蔵部１４からの液漏れを防止する。

通気膜４０は、その不透液性及び通気性により、貯蔵部１４内に空気を導入することができる。空気は、多孔質かつ疎水性の部分３０を容易に通過することもできる。このように、通気膜４０と多孔質かつ疎水性の部分３０とのアセンブリは、通気口のように機能して、空気が貯蔵部１４に侵入又は貯蔵部１４から排出されることを可能にする。また、補償膜２０との組み合わせによって、外側の圧力に応じて、貯蔵部１４の内側の圧力を制御することを可能にする。

本実施形態において、補償膜２０は、弾性変形する範囲内のみで応力が加わるように構成されている。こうして、補償膜２０は、外部からの応力がない状態では基準の位置（形状）に戻るように構成されている。上述のとおり、補償膜２０は、大きな及び／又は急速な圧力の変化の緩和に寄与する。この目的のために補償膜２０は変形し、これによって補償膜２０の内部に応力が生じる。この応力は、貯蔵部１４の内側と外側との圧力が均衡すると直ちに補償膜２０を基準の位置に戻そうとする。

図２を参照しながら、補償膜２０の構造を以下において詳細に説明する。図２には、静止位置、すなわち内部圧力Ｐｉ（貯蔵部１４の内側の圧力）と外部圧力Ｐｏ（貯蔵部１４の外側の圧力）との相違が補償膜２０の作動閾値よりも小さい位置、における補償膜２０の軸方向の断面が示されている。

補償膜２０は、第１の剛性Ｋ１を示す第１の部分２２、第２の剛性Ｋ２を示す第２の部分２４、及び、第３の剛性Ｋ３を示す第３の部分２６を有する。図示した例において、第１の剛性は第３の剛性より低く、第３の剛性は第２の剛性より低い（すなわち、Ｋ１＜Ｋ３＜Ｋ２）。ある部分の剛性が高くなるほど、当該部分を変形するために必要な力は大きくなる。また、図２に示すように、補償膜の両側の圧力差が補償膜の作動閾値よりも小さいとき、各部分は、波打った形状又はそれと同等の形状を有する。起伏又は畳み込みの存在によって、その部分が展開したときに、より大きい容量が得られる。

異なる剛性を示す部分２２，２４及び２６の径方向の並び順は、図２で示された並び順から変更してもよい。

補償膜２０の部分２２，２４及び２６は、異なる材料で作製されていてもよく、同じ材料で作製されていてもよい。同じ材料で作製されている場合には、異なる剛性を得るために、各部分は異なる厚さを有していてもよい。図２に示すように、この例においては、各部分が示す剛性は、当該部分の厚さが増加するとともに増加する。詳細には、第１の部分２２が第３の部分２６よりも薄く、第３の部分２６が第２の部分２４よりも薄い。例えば、少なくとも１つの部分は、ポリマー材料で作製されていてもよく、具体的には、シリコーン又は熱可塑性エラストマーで作製されていてもよい。補償膜が複数の材料で作製されている場合、補償膜は、バイインジェクション（bi-injection）又はトリインジェクション（tri-injection）によって作製してもよく、挿入物を配置することによって作製してもよい。

本実施形態において、補償膜の部分２２，２４及び２６は、軸Ｘについて同心である。さらに、これらの部分は、軸Ｘについて実質的に軸対称である。

図２において、補償膜２０は、径方向外側部分２０ａによって、バレル１２に固定されている。ただし、補償膜は、バレル１２の射出時に直接射出、又は共に射出することが可能であり、これによって貯蔵部１４の漏れ防止性がさらに改善される。

補償膜２０は、フライウェイト２８を有している。フライウェイトは、具体的には、補償膜２０全体の対称性を阻害しないように、環状であって軸対称の形状を有する。フライウェイト２８は、第１の部分２２と第２の部分２４との間に配置されている。フライウェイト２８は、補償膜２０の慣性を増加させる。

図３Ａ〜３Ｃを参照しながら、以下において補償膜２０の作動を詳細に説明する。図３Ａ〜３Ｃは、補償膜２０の一連の変形の状態を示している。図３Ａ〜３Ｃに示された一連の状態は、内部圧力と外部圧力との差（Ｐｉ−Ｐｏ）が正であって増加していくときに生じる。当然ながら、圧力差Ｐｉ−Ｐｏが負であって減少していくときに生じる反対側（貯蔵部の内側）への変形も同様であるから、詳細な説明は省略する。

図２は初期状態を示している。図２において、３つの部分２２，２４及び２６の全ては、静止位置（それらが実質的に波打った形状を有する位置）にある。これは、圧力差Ｐｉ−Ｐｏの絶対値が補償膜２０の作動閾値よりも小さいことを意味する。

例えば、高温又は高度の影響により、内部圧力が増加又は外部圧力が減少すると、差Ｐｉ−Ｐｏが増加する。差が補償膜２０の作動閾値を超えると補償膜は変形を開始する。最も低い剛性Ｋ１を有する第１の部分２２は、貯蔵部１４の容量が増加するように貯蔵部１４の外側へと変形を開始し、これにより内部圧力Ｐｉが減少する。この状態は図３Ａに示されている。第１の剛性Ｋ１よりも高い剛性Ｋ２及びＫ３を示す第２の部分２４及び第３の部分２６は、実質的に元の形状を保っている。この状態により第１の作動が定義され、る。第１の作動では、圧力差の変化が主に第１の部分２２の変形によって吸収される。

部分２２，２４及び２６のそれぞれの３つの剛性Ｋ１，Ｋ２及びＫ３は、圧力差Ｐｉ−Ｐｏの増加に応じて、補償膜２０の変形のための３つの連続した作動を定義する。各作動において、圧力差の変化は、主に所定の部分の変形によって吸収される。所定の部分よりも剛性が低い部分は伸長している（すなわち外側へと既に変形している）。一方、所定の部分よりも剛性が高い部分は実質的に弛緩している（すなわち変形がわずかであるか、まだ変形していない）。例えば、図３Ｂには中間の状態が示されている。この中間の状態において、圧力差は、主に第３の部分２６によって吸収される。第１の部分２２及び第３の部分２６が外側へ変形している一方、最も高い剛性を示す部分２４は、ほとんど又は全く変形していない。言い換えると、圧力は、第１の部分２２及び第３の部分２６を変形させるのには十分であるが、第２の部分２４を変形させるには足りない。

差Ｐｉ−Ｐｏがさらに増加していくと、補償膜２０の各部分は、剛性が増加していく順番で、かつ一連の作動により、全ての部分２２，２４及び２６が外側へと展開する状態になるまで、同様の原理により変形を継続する。上記状態が図３Ｃに示されている。

補償膜２０は、部分２２，２４及び２６の種々の剛性及び形状によって制御された展開膜であると記述することもできる。

好ましくは、部分２２，２４及び２６の弾性範囲内において補償膜２０が変形するように、部分２２，２４及び２６の各剛性Ｋ１，Ｋ２及びＫ３が定められる。そのため、圧力差Ｐｉ−Ｐｏが、ある部分の作動閾値を再び下回れば、当該部分は、実質的に基準の位置に戻る。この意味では、補償膜２０は、形状記憶の膜であると記述することができる。言い換えると、一般に、膜は、外部から応力が加えられていない場合に、静止位置にとどまり、又は静止位置に戻るように構成されている。上記の位置は１つのみである。

より正確には、図３Ｃの状態から開始し、圧力差Ｐｉ−Ｐｏが減少していくと、補償膜２０は上述と逆の順序で静止位置に戻る。図２に示された静止状態から開始し、圧力差Ｐｉ−Ｐｏがさらに減少していくと、補償膜２０は貯蔵部１４の内側へ変形する。この際、部分２２，２４及び２６は、剛性が増加していく順に変形する。

図４は、別の実施形態におけるフリーインクペンを示している。図４のペン１１０は、多孔質かつ疎水性の部分３０がバッフル装置１３０に置き換わったことを除いて、図１のペン１０と同じである。バッフル装置１３０は、通気経路を有し、その複数のバッフルは、バッフル装置１３０を介した圧力差に応じた量のインクを貯蔵することに適している。バッフル装置１３０は、多孔質かつ疎水性の部分３０と同じ機能を発揮できる。ただし、その信頼性は、本実施形態においても同様である通気膜４０及び補償膜２０との協働によってのみ確保される。また、ある変形例において、ペン１１０は、バッフル装置１３０と連続して配置された多孔質かつ疎水性の部分を有しうる。

本発明は、特定の実施形態を参照して説明されているが、請求項によって定義された発明の一般的範囲を越えることなくこれらの実施形態を変更してもよい。具体的には、開示された及び／又は言及された様々な実施形態に固有の特徴を追加の形態に組み合わせてもよい。本明細書及び図面は、限定的なものではなく、説明のためのものであることに留意すべきである。

Claims (15)

1. ペン又はその等価物（１０，１１０）のフリーインク貯蔵部（１４）の外側と内側との圧力差を補償するための補償膜（２０）であって、
   前記膜は、第１の剛性を示す第１の部分（２２）と、第２の剛性を示す第２の部分（２４）とを含み、
   前記第１の剛性は、前記第２の剛性よりも低く、
   前記第１の部分（２２）及び前記第２の部分（２４）は、前記膜（２０）の径方向に沿って並んでいる、補償膜。
2. 第３の剛性を示す第３の部分（２６）を含み、
   前記第３の剛性は、前記第１の剛性よりも高く、かつ、前記第２の剛性よりも低く、
   前記第１の部分（２２）、前記第２の部分（２４）及び前記第３の部分（２６）は、前記膜（２０）の径方向に沿って並んでいる、請求項１に記載の補償膜（２０）。
3. 前記部分（２２，２４，２６）が同心である、請求項１又は２に記載の補償膜（２０）。
4. フライウェイト（２８）を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の補償膜（２０）。
5. 実質的に軸対称の形状を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の補償膜（２０）。
6. 弾性変形する範囲内のみで応力が加わるように構成された、請求項１〜５のいずれか１項に記載の補償膜（２０）。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の補償膜（２０）を備えたフリーインク貯蔵部（１４）を含む、ペン又はその等価物（１０，１１０）。
8. 前記貯蔵部（１４）は、実質的に軸方向（Ｘ）に延びており、かつ、第１の軸端部（１４ａ）と第１の軸端部に対向する第２の軸端部（１４ｂ）とを有し、
   前記補償膜（２０）は、前記第１の軸端部（１４ａ）の近傍に配置された前記貯蔵部（１４）の第１の開口を閉じている、請求項７に記載のペン又はその等価物（１０，１１０）。
9. 前記貯蔵部（１４）は、不透液性かつ通気性の膜（４０）を含む、請求項７又は８に記載のペン又はその等価物（１０，１１０）。
10. 前記不透液性かつ通気性の膜（４０）は、前記第２の軸端部（１４ｂ）の近傍に配置された前記貯蔵部の第２の開口を閉じている、請求項８及び９に記載のペン又はその等価物（１０，１１０）。
11. 前記貯蔵部（１４）は、バッフル装置（１３０）をさらに含む、請求項７〜１０のいずれか１項に記載のペン又はその等価物（１１０）。
12. 前記貯蔵部（１４）は、多孔質かつ疎水性の部分（３０）をさらに含む、請求項７〜１１のいずれか１項に記載のペン又はその等価物（１０）。
13. 前記貯蔵部は、実質的に軸方向（Ｘ）に延びており、かつ、第２の軸端部（１４ｂ）に対向する第１の軸端部（１４ａ）を有し、
    前記バッフル装置（１３０）又は前記多孔質かつ疎水性の部分（３０）は、前記第２の軸端部（１４ｂ）の近傍に配置された前記貯蔵部の第２の開口を閉じている、請求項１１又は１２に記載のペン又はその等価物（１０，１１０）。
14. 前記不透液性かつ通気性の膜（４０）と、前記バッフル装置（１３０）又は前記多孔質かつ疎水性の部分（３０）とは、前記第２の開口を閉じており、
    前記膜（４０）は、前記バッフル装置（１３０）又は前記多孔質かつ疎水性の部分（３０）に隣接しており、
    前記バッフル装置（１３０）又は前記多孔質かつ疎水性の部分（３０）は、前記膜（４０）に対して前記貯蔵部（１４）の内側に配置されている、請求項１０及び１３に記載のペン又はその等価物（１０，１１０）。
15. 前記第１の軸端部（１４ａ）は、前記第２の軸端部（１４ｂ）に対して筆記用先端部（１６）の反対側にある、請求項７〜１４のいずれか１項及び請求項８に記載のペン又はその等価物（１０，１１０）。

Images