Пишущий инструмент с жидкими чернилами

 

Инструмент может быть использован для писания на неабсорбционных средах, таких, как металлы или пластмассы, например на стираемых сухим способом белых досках. Задняя часть (7) корпуса (2) образует резервуар (8) для чернил (9). Задний конец (12а) переносящего стержня (12) открыт в резервуар (8), а передний его конец (12в) выступает из корпуса (2) и образует пишущий кончик. Буферный резервуар (13) соприкасается с переносящим стержнем (12). Чернила имеют коэффициент поверхностного натяжения в диапазоне 21 - 25 мН/м. Коэффициент поверхностного натяжения материала, образующего буферный резервуар (13), меньше, чем у чернил (9), и отличается на определенную величину от него. Описанный инструмент позволяет расширить область применения и повысить качество писания при изменении условий использования. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится к пишущему инструменту, использующему жидкие чернила, то есть инструменту, в котором чернила находятся в свободном состоянии, а не удерживаются в волоконном резервуаре. Инструмент включает в себя резервуар для жидких чернил, стержень, действующий посредством капиллярности для переноса чернил из резервуара к соответственному пишущему кончику, где упомянутый пишущий кончик необязательно является свободным концом переносящего стержня, и наконец, буферный резервуар, предназначенный для поглощения и возврата избыточных чернил в случае использования инструмента в изменяющихся условиях.

В этом типе пишущего инструмента резервуар, содержащий чернила, не изолирован от окружающего воздуха, где воздух поступает в резервуар через переносящий стержень. В результате любое изменение условий использования, и в частности, при увеличении давления воздуха, содержащегося в резервуаре, обусловленное нагревом упомянутого воздуха, дает возрастание потока чернил по переносящему стержню до ненормального, причем этот поток может привести к увеличению пятен и клякс при снятии с инструмента колпачка. Назначение буферного резервуара состоит в поглощении избытка чернил, поступающих из резервуара до того, как они достигнут пишущего кончика, то есть переднего конца переносящего стержня, который используется для написания, а затем, после того, как восстановятся нормальные условия подачи чернил, которые он содержит, обратно в переносящий стержень. Уже предложены различные варианты осуществления буферного резервуара. В документе ЕР 380696 буферный резервуар представляет собой отлитую в форме деталь, имеющую радиальные прорези в форме гребенки и продольные прорези, соединяющие упомянутые радиальные прорези таким образом, чтобы они сообщались с полой центральной частью, которая находится в контакте с переносящим стержнем.

В выкладке заявки Швейцарии CH A 422575 буферный резервуар представляет собой губчатую массу из открытых ячеек, предпочтительно сделанную из материала, не поглощающего чернила.

В документе WO 92/20530 конструкция буферного резервуара определена просто в виде капиллярного накопителя, обладающего капиллярностью, которая в среднем меньше средней капиллярности переносящего стержня, по крайней мере, в соединительном отверстии между переносящим стержнем и баллончиком с жидкими чернилами.

Отметим, что упомянутый буферный резервуар сделан из пористого и(или) волокнистого материала.

В документе EP 516538 буферный резервуар сделан в форме по меньшей мере одного компактного блока, который плотно расположен вокруг переносящего стержня. Он может состоять из пористого гидрофобного материала, основанного на сферических микрочастицах, полученных путем термической плавки микрошариков из одного или больше термопластических материалов, и, в частности, микрошариков из полипропилена или полиэтилена.

Насколько заявителю известно, пишущие инструменты, использующие жидкие чернила и буферный резервуар описанного выше типа, имеют данное улучшение только для применения в области чернил на водной основе, предназначенных для писания на абсорбционных средах.

Проблема, которую заявитель считает необходимым разрешить, заключается в предложении пишущего инструмента определенного ваше типа, который можно использовать с чернилами, предназначенными для писания на неабсорбционных средах, таких как металлы или пластмассы, например, на стираемых сухим способом белых досках. В таких случаях в качестве чернил используют основанные на растворителе чернила или чернила, основанные на воде, содержащие большое количество смачивающего агента, которое позволяет омачивать эту среду.

Выполненные заявителем испытания с использованием таких чернил и приспосабливание буферных резервуаров, как было описано в известных документах, дали неудовлетворительные результаты, поскольку чернила диффундируют в буферный резервуар, даже когда условия использования вполне нормальные. Когда условия использования претерпевают изменение, буферный резервуар больше не может действовать как таковой, и в результате наблюдаются пятна и кляксы, которые буферный резервуар должен был исключать.

Следовательно, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить пишущий инструмент, использующий жидкие чернила и буферный резервуар, который уменьшит вышеописанный недостаток. В частности, изобретение обеспечивает пишущий инструмент с жидкими чернилами, включающий в себя: a) корпус, задняя часть которого представляет резервуар для чернил, b) переносящий стержень, задний конец которого открыт в резервуар, а передний конец которого выступает из упомянутого корпуса и образует пишущий кончик, и c) буферный резервуар, соприкасающийся с переносящим стержнем.

В типичном способе чернилами являются чернила, имеющие коэффициент поверхностного натяжения 21 - 25 мН/м, то есть пригодными для использования на непоглощающей среде, сделанной из металла или пластмассы, а коэффициент поверхностного натяжения материала, образующего буферный резервуар, меньше, чем коэффициент поверхностного натяжения чернил, отличающийся на определенную величину от него, причем упомянутое поверхностное натяжение буферного резервуара достаточное для того, чтобы дать возможность абсорбировать и выдавать обратно избыточные чернила, поступающие из переносящего стержня благодаря капиллярности в случае изменения давления внутри резервуара.

Заслуга заявителя состоит в том, что он проанализировал конкретные условия капиллярности в буферном резервуаре и определил важность коэффициента поверхностного натяжения материала, образующего упомянутый буферный резервуар, относительно коэффициента поверхностного натяжения чернил.

Полученная разница между коэффициентами поверхностного натяжения чернил и материала, образующего буферный резервуар, предпочтительно меньше или равна 4 мН/м.

Буферный резервуар предпочтительно изготавливают из пористого или волокнистого материала, в частности полипропилена или полиэфирной синтетической пластмассы, коэффициент поверхностного натяжения которого понижается благодаря покрытию его веществом, имеющим коэффициент поверхностного натяжения менее 21 мН/м. Такой же эффект диффузии благодаря капиллярности в случае основанных на растворителе чернил или в случае водяных чернил, имеющих большое количество смачивающего вещества, можно получить при использовании буферных резервуаров такого типа, которые описаны в документах прототипа, но которые подвергнуты обработке, необходимой для достижения осаждения на поверхности вещества, которое изменяет первоначальный коэффициент поверхностного натяжения буферного резервуара.

Эта обработка может заключаться, в частности, в обработке фторированием, например, с помощью плазмы. При таких условиях поверхностный слой фтора помещают на место, изменяя тем самым коэффициент поверхностного натяжения буферного резервуара, причем упомянутый коэффициент поверхностного натяжения в этом случае соответствует коэффициенту поверхностного натяжения фтора.

В другом варианте обработка может осуществляться посредством нанесения полисилоксана. Когда буферный резервуар основан на волокнах, это покрытие можно получить с помощью пропитки упомянутых волокон в ванне с полисилоксаном, отжимания и сушки.

Настоящее изобретение можно лучше понять при чтении нижеприведенного описания конкретного варианта осуществления пишущего инструмента, использующего жидкие чернила для непоглощающей поверхности и включающего в себя буферный резервуар из пористого полипропилена, который покрыт фтором с помощью плазмы, как показано на прилагаемых чертежах, на которых: фиг. 1 представляет схематический продольный разрез инструмента; и фиг. 2a - 2c представляют фрагментные схематические виды в разрезе переносящего стержня.

Настоящее изобретение касается пишущего инструмента, использующего жидкие чернила, того типа, в котором чернила содержатся в резервуаре и переносятся из упомянутого резервуара в пишущий кончик по переносящему стержню посредством капиллярности. В известном способе, в частности, из известных документов CH 422575, EP 380696, WO 92/20531 и EP 516538, пишущий инструмент включает в себя также буферный резервуар, в котором, в случае изменений давления в резервуаре, избыточные чернила могут перемещаться из переносящего стержня и затем возвращаться, когда условия использования вернутся к нормальным.

Предпочтительный вариант осуществления пишущих инструментов этого типа описан, в частности, в известном документе EP 516538 и показан на прилагаемом чертеже фиг. 1.

Пишущий инструмент 1 состоит из полого корпуса 2, который имеет по существу цилиндрическую форму и имеет закрытый задний конец 3 и передний конец 4, который оканчивается конусом 5, включающим в себя центральное отверстие 6. Задний конец корпуса 7 (на фиг. не показано) составляет резервуар 8 для жидких чернил 9. Резервуар 8 закрыт внутренней перегородкой 10, которая имеет центральное отверстие 11.

Инструмент 1 содержит также цилиндрический переносящий стержень 12, сделанный из материала, пригодного для переноса чернил с помощью капиллярности. Он может состоять, в частности, из войлока, полученного из уплотненных полиэфирных волокон или акриловых волокон. Стержень 12 занимает продольную ось симметрии корпуса 2. Его задний конец 12a обычно не слишком плотно входит в центральное отверстие 11 перегородки 10, гарантируя тем самым, что резервуар 8 герметичен, но не раздавливает конец 12a, чтобы гарантировать, что воздух и чернила могут все еще протекать через стержень 12.

Как показано на фиг. 1, на внутренней перегородке 10 предпочтительно обеспечивают трубчатый выступ 14 для окружения центрального отверстия 11, через который проходит стержень 12. Этот трубчатый выступ 14 служит для обеспечения хорошей герметичности резервуара 8 без раздавливания конца 12a стержня 12.

Передний конец 12b стержня 12 заострен в форме скоса, конической формы или в любой другой форме, он образует пишущий кончик и расположен в центральном отверстии в конической части 5 корпуса 2. Это центрирование предпочтительно достигается с помощью приливов 15, распределенных по внутренней периферии горловины 16, продолжающей конус 5, упомянутые приливы 15 определяют свободные пространства вокруг переднего конца 12b стержня, позволяя тем самым воздуху проходить внутрь инструмента и из него.

И наконец, инструмент 1 имеет буферный резервуар 13, окружающий переносящий стержень 12 внутри той части корпуса 2, которая лежит между резервуаром 8 и конусом 5.

Назначение буферного резервуара 13 заключается как во впитывании, так и в возвращении обратно любого избыточного количества чернил, поступающих из переносящего стержня 12 в случае изменений условий использования инструмента 1.

При нормальной работе чернила 9, содержащиеся в резервуаре 8 и контактирующие с задним концом 12a стержня 12, абсорбируются и переносятся благодаря капиллярности по стержню 12 к его переднему, или выступающему концу 12b. Чернила, расходуемые пишущим кончиком, замещаются по мере их использования, новыми чернилами, поступающими из резервуара 8. Между воздухом, содержащимся в резервуаре 8, и воздухом внутри остальной части корпуса 2 устанавливается состояние равновесия давления.

При ненормальной работе, в частности в случае повышения давления внутри резервуара 8, например, когда инструмент 1 нагревается, из резервуара 8 в стержень 12 вытекает избыточное количество чернил 9.

При отсутствии буферного резервуара 13 эти избыточные чернила проходят весь путь до пишущего кончика 12b и вызывают подачу инструментом 1 ненормального количества чернил, вследствие чего делая его способным образовывать грязь и кляксы на среде написания. Из-за наличия буферного резервуара 13 эти избыточные чернила не достигают пишущего кончика 12b, вместо этого избыточные чернила диффундируют благодаря капиллярности в буферный резервуар 13, который соприкасается с капиллярами стержня 12, и это продолжается до тех пор, пока не восстановится равновесное состояние давления. После этого, когда инструмент 1 используют снова, чернила, расходуемые пишущим кончиком 12b, поступают предпочтительно из буферного резервуара 13.

В варианте осуществления, описанном в документе EP 516538, буферный резервуар 13 сделан в форме компактного бруска, который плотно посажен вокруг стержня 12, и он сделан из материала большой пористости с открытыми порами. Материал может быть волокнистым или, в качестве альтернативы, буферный резервуар может состоять из формованной детали в виде гребенки вместе с продольными пазами, обеспечивающими связь радиальных пазов с полой центральной частью, которая соприкасается с переносящим стержнем, как описано в документе EP 380696.

Целью настоящего изобретения является сделать пишущий инструмент 1, способным писать на непоглощающих средах типа белой доски, стираемой сухим способом, или на средах, сделанных из металла или пластмассы. Известно, что в таких случаях используемые чернила должны обладать способностью смачивать среду в достаточной степени для получения адекватной отметки. При таких обстоятельствах используют основанные на растворителе чернила или водяные чернила, которые содержат смачивающие вещества, предназначенные для изменения их способности смачивать такие среды.

Заявитель обнаружил, что обычно коэффициент поверхностного натяжения чернил, используемых для таких сред, лежит в диапазоне 21 - 25 мН/м.

Пишущий инструмент 1, как было описано выше, до сих пор использовался только с водяными чернилами, то есть для писания на поглощающих средах. Целью настоящего изобретения является модифицировать упомянутый пишущий инструмент 1 таким образом, чтобы его можно было использовать на непоглощающих средах или на средах, сделанных из металла или пластмассы.

При типичном способе, во-первых, чернила 9 являются чернилами, имеющими коэффициент поверхностного натяжения в диапазоне 21 - 25 мН/м, и во-вторых, буферный резервуар 13 имеет коэффициент поверхностного натяжения, значение которого меньше, чем у чернил. Разница между коэффициентом поверхностного натяжения материала, образующего буферный резервуар 13, и коэффициентом поверхностного натяжения чернил 9 такова, чтобы обеспечить возможность буферному резервуару как абсорбировать, так и возвращать обратно избыточные чернила, поступающие благодаря капиллярности из переносящего стержня 12 в случае изменений, возникающих в давлении, существующем в резервуаре.

Работа, выполненная заявителем, привела к определению соотношения, которое существует между коэффициентами поверхностного натяжения различных анализируемых составляющих, участвующих в потоке чернил, и при проверке их значения, причем осуществлялось это после обнаружения, что при использовании чернил на основе растворителя, гидрофобный буферный резервуар из полипропилена, как описано в заявке EP 516538, наполняется чернилами даже при нормальных рабочих условиях.

Для того, чтобы получить буферный резервуар, который являлся бы универсальным, то есть допускающий использование с любым типом чернил, имеющих коэффициент поверхностного натяжения 21 - 25 мН/м, предпочитаемая установленная разница между коэффициентами поверхностного натяжения материала, образующего буферный резервуар, и чернил должна быть меньше или равна 4 мН/м.

Этого можно достичь посредством изготовления упомянутого резервуара из материала, который имеет такой коэффициент поверхностного натяжения, или же посредством такой модификации материала, из которого сделан буферный резервуар, чтобы снизить его коэффициент поверхностного натяжения посредством нанесения на него вещества, имеющего более низкий коэффициент поверхностного натяжения, например, коэффициент поверхностного натяжения менее 21 мН/м.

Чтобы получить такой результат, можно обработать уже имеющийся буферный резервуар 13, например, получаемой посредством термоплавления смеси микрошариков или микробусинок из двух разных типов полипропилена разных сортов, то есть, полипропиленов, имеющих разные температуры плавления, как описано в заявке EP 516538, или посредством термоадгезивы микрошариков, сделанных из одного микропластичного материала. Как упоминалось выше, когда резервуар используют с чернилами на основе растворителя или включающие в себя смачивающие вещества, он заполняется чернилами, даже когда инструмент используется при нормальных условиях давления и температуры.

Однако, если упомянутый буферный резервуар подвергнут обработке фторированием в плазменной среде, буферный резервуар 13 выполняет свои функции, то есть он поглощает чернила 9 из стержня 12 только в случае изменения давления внутри резервуара 8. Действие обработки фторированием состоит в том, чтобы нанести тонкий слой фтора на поверхность полипропилена, из которого сделан буферный резервуар, снижая тем самым его коэффициент поверхностного натяжения до значения, например, менее 21 мН/м.

Подвергнуть такой плазменной обработке фторированием можно любой тип материала, пригодного для изготовления буферного резервуара.

Кроме того, можно обработать еще не изготовленный буферный резервуар, а материалы, идущие на изготовление буферного резервуара, до того, как из них будет сделан резервуар. В частности, если буферный резервуар сделан из волокон, например, на основе волокон полипропилена или полиэфира, можно нанести тонкий слой полисилоксана или содержащей фтор смолы на поверхность упомянутых волокон посредством пропитки упомянутых волокон в ванне, содержащей один или другой из упомянутых ингредиентов, с последующими отжиманием и сушкой.

Коэффициент поверхностного натяжения буферного резервуара 13 должен быть меньше, чем у чернил 9, содержащихся в резервуаре 8. Однако он не должен быть слишком низким, поскольку это может предотвратить прохождение чернил 9 в буферный резервуар 13 даже в случае изменения давления внутри резервуара 8. Буферный резервуар 13 в таком случае уже не будет выполнять ту функцию, для которой он предназначен. В соответствий с определением заявителя, разница между коэффициентами поверхностного натяжения буферного резервуара и чернил не должна превышать 4 мН/м.

Буферный резервуар 13 может иметь коэффициент поверхностного натяжения буферного резервуара, который изменяется в продольном направлении внутри его объема. В частности, такое изменение коэффициента поверхностного натяжения можно получить посредством изготовления буферного резервуара 13 в виде модульного узла в продольном направлении относительно переносящего стержня 12. Поверхностное натяжение буферного резервуара предпочтительно должно быть выше, ближе к резервуару 8, чем к центральному выходному отверстию переносящего стержня, так что абсорбируется любое избыточное количество чернил, которое может появиться предпочтительно рядом с резервуаром 8.

На фиг. 2 показаны различные варианты осуществления переносящего стержня 12, которые можно выполнить для облегчения изготовления и сборки. Во всех этих вариантах переносящий стержень 12 сделан из двух частей, которые соединены друг с другом с помощью соединительных средств. Соединение должно давать возможность переносящему стержню выполнять свою функцию диффузии чернил 9 из резервуара 8 в пишущий кончик, несмотря на то, что стержень разделен на две части 12' и 12'', которые могут быть одинакового или разного типа. Задний конец 12'a (на фиг. не показано) первой части 12' проникает в резервуар 8, тогда как передний конец 12''b (на фиг. не показано) второй части 12'' образует пишущий кончик и выступает из корпуса 2. Буферный резервуар 13 соприкасается с первой частью 12'.

Первая часть 12' образуется капиллярным стержнем. Вторая часть образуется пишущим или маркирующим кончиком любого типа, например, вытесняемым кончиком, игольчатым кончиком, пером ручки, войлочным кончиком или волоконным кончиком из полиэфирного или акрилового волокна.

Соединение между передним концом 12' с первой части 12' и заднего конца 12'' с второй части 12'' можно получить, например, посредством применения связующего вещества 17 (фиг. 2A) или сварки, либо с помощью кожуха 18 (фиг. 2B), который необязательно можно приваривать на месте, или же с помощью соединительной части 19, сделанной из гидрофильного волокна или из капиллярного пористого материала, являющегося гидрофильным.

Настоящее изобретение не ограничивается предпочтительным вариантом осуществления, который описан в качестве неисчерпывающего примера. В частности, при использовании буферного резервуара, описанного в заявке EP 380696 типа, можно будет с помощью соответствующей обработки, в частности, плазменного фторирования, сделать пишущий инструмент, в котором он помещен, пригодным для использования на непоглощающих средах и, в частности, на белых досках, стираемых сухим образом, или на средах, сделанных из металла или пластмассы.

Формула изобретения

1. Пишущий инструмент с жидкими чернилами, состоящий из корпуса, задняя часть которого образует резервуар для чернил, переносящего стержня, задний конец которого открыт в резервуар, а передний конец выступает из упомянутого корпуса и образует пишущий кончик, и буферного резервуара, соприкасающегося с переносящим стержнем, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью использования на непоглощающих средах, сделанных из металла или пластмассы, при этом чернила имеют коэффициент поверхностного натяжения в диапазоне 21 - 25 мН/м, а коэффициент поверхностного натяжения материала, образующего буферный резервуар, меньше, чем у чернил, и отличается на определенную величину от него, причем величина коэффициента поверхностного натяжения буферного резервуара достаточна для обеспечения возможности абсорбировать и возвращать обратно избыточные чернила, поступающие из переносящего стержня, благодаря капиллярности в случае изменения давления внутри резервуара.

2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что установленная разница между коэффициентами поверхностного натяжения чернил и материала, образующего буферный резервуар, меньше или равна 4 мН/м.

3. Инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что буферный резервуар изготовлен из материала с нанесенным на него веществом, коэффициент поверхностного натяжения которого меньше, чем у чернил, и находится в пределах установленной разницы.

4. Инструмент по п.3, отличающийся тем, что покрытие веществом является покрытием фтором.

5. Инструмент по п.4, отличающийся тем, что покрытие фтором выполнено путем плазменной обработки фторированием.

6. Инструмент по п.3, отличающийся тем, что покрытие веществом является покрытием фторсодержащей смолой или полисилоксаном.

7. Инструмент по п.6, отличающийся тем, что буферный резервуар выполнен из волокон, предпочтительно покрытых путем их пропитки в ванне из фторсодержащей смолы или плисилоксана, отжимания и сушки.

8. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что коэффициент поверхностного натяжения буферного резервуара выполнен изменяемым в продольном направлении, определяемом направлением переносящего стержня, при этом он ближе к резервуару, чем центральному выходному отверстию.

9. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что переносящий стержень изготовлен из двух соединенных частей: первой части, задний конец которой проникает в резервуар, и второй части, передний конец которой образует пишущий кончик и выступает из корпуса, при этом буферный резервуар соприкасается с упомянутой первой частью и он включает в себя средство, предназначенное для подсоединения переднего конца первой части к заднему концу второй части.

Приоритет по пунктам: 11.05.94 по пп.1 - 8.

10.05.95 по п.9.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2