墨水储存室中容纳有颗粒材料的书写工具的制作方法

专利名称：墨水储存室中容纳有颗粒材料的书写工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种书写工具，该书写工具的在其墨水储存室中结合有颗粒材料。
背景技术：
在1950年的美国专利US-A-2,528,408中，已知有这样一种墨水储存室设 计。尤其是，该文件披露了一种尖嘴笔，其墨水储存室被设置有颗粒材料。该 材料的结构为自身提供了一种对于墨水的毛细管作用，该作用适用于获得对尖 端的稳定墨水供应。然而，为获得这种毛细管作用，颗粒材料要被烧结，或要 具有一种可控的在墨水储存室内的颗粒分布。具有确定的开口气孔的烧结材料 难于采取可再生的方式进行批量生产。烧结步骤因此也给笔形成了许多额外成 本。另外，将储存室灌满墨水也很困难，因为墨水将缓慢渗透烧结颗粒材料的 空隙。此外，在当颗粒材料必须被以可控的方式以分散颗粒的形式分布在储存 室中时，颗粒必须被分几个步骤放在储存室中，这代表了在笔的制造过程中的 麻烦和冗长的工序。这些缺点解释了为什么这种类型的解决方案在当今没有被 工业应用。尤其是，所选择的解决方案，尤其是用于多孔书写尖端的方案，在 于放置合成纤维材料的充填物到墨水储存室中，或者更近来的，在于把墨水自 由储存在储存室中，亦即不用充填物，而是通过可控的毛细管连接器将该储存 室流体地连接到尖端。
另夕卜，欧洲专利申请EP 1 510 560中披露了一种墨水组成物，其包括固体 微粒，尤其是尺寸小于200pm (微米)的硅微粒。这样，硅微粒组成了墨水 的完整部分，也就是说，它们被设计成与墨水的着色剂和溶剂一起被沉积在注 入纸的书写介质上。为防止书写工具被硅微粒所堵塞，硅微粒必须占墨水重量 的小于5%。这样，书写工具的储存室对于墨水的毛细管作用便不能得到有效 的改善。

发明内容
本发明的一个目的是改善书写工具的储存室中墨水的毛细管现象，以获取 墨水对尖端的均匀供应，同时使得储存室能在工具的制造过程中被快速充满墨 水。
为此，本发明提出一种书写工具，其包括墨水储存室和流体连接到该墨水 储存室的尖端，在使用该工具时，墨水通过该尖端流出。除了墨水之外，储存 室中还包容纳有分散的颗粒，该颗粒具有角和锐边，该角和锐边的尺寸相对于 所述颗粒的外观尺寸d来说是显著的。
颗粒上角和锐边的存在肯定会有助于储存室中墨水的毛细管作用行为，这 为书写尖端提供了均匀的墨水供应，比颗粒本身之间的设置更有效。这些角和
锐边产生于颗粒的外形。因此它们是与所讨论的颗粒的外观尺寸d或粒度测量 结果具有相同数量级尺寸的浮雕物，也就是说，从其外观尺寸d的十分之几到 百分之几。通过尖端的墨水流于是便是恒定的。另外，在书写工具的长期使用 中，最初被容纳在储存室中的相当大比例的墨水可以被恢复。假定这些大的角 和锐边有助于修改颗粒间墨水流体的动态特性，甚至墨水和颗粒之间的物理化 学相互作用，这将改善被容纳在颗粒之间所形成的毛细空间中的墨水的回流。 此外，因为颗粒的不规则形状，颗粒之间的毛细空间具有基本上各不相同的形 状和体积，这将对调节储存室所提供的墨水流的整体特性产生有利的作用。
当书写工具在固定位置保持不动时，角和锐边的存在还限制了储存室中颗 粒的固结或压紧。对书写工具的操作从而也相对不易受到工具长久储存而不摇 动颗粒的影响。
在储存室中被浸没在墨水中的分散颗粒的存在还使得衰减墨水中压力的 增长成为可能，所述压力增长可能是由对书写工具的冲击而引起。这种冲击可 能引起的墨水从书写尖端的漏出也因此被减轻或阻止。
由于颗粒是分散的，也就是说它们不连接在一起，因此它们可被简便地灌 入储存室中，即使储存室的形状很复杂也没关系。墨水然后可通过空心的针被 注入储存室中。例如，针可沉入颗粒中直到储存室底部，然后在将针逐渐退出 的过程中，墨水被从颗粒间的针中快速送出。于是可容易地获得对储存室的快 速且均匀的充满。
最后，采用分散颗粒使得储存室能够很好地通气。于是一种特别简单的用
于对储存室通气的装置可被采用。具体来说，简单的通气装置的使用使得设计 和生产具有复杂或新颖形状的书写工具成为可能。
另外，在本发明的不同实施例中，还可选择性地使用组成本发明改进点的 以下配置中的一种和/或另一种
-颗粒是本质上无孔的；
-至少一些颗粒可由一种矿物材料构成；
-这些颗粒的矿物材料可包括砂、碳酸钙、金刚砂或玻璃粉；
-颗粒可具有一平均尺寸，由激光粒度测定技术对被容纳在储存室中的所
有颗粒测量确定，该平均尺寸在40Axm 55(^m之间；
-被容纳在储存室中的95%的颗粒具有至少小于80(Vm的尺寸；
-被容纳在储存室中的95%的颗粒具有至少大于0.5pm的尺寸，特别是
大于150岸；
-颗粒的个体尺寸可以不同，其不同的比率对被容纳在储存室中的95%的
颗粒来说为小于10;
-颗粒可具有根据它们个体尺寸的粒度分布，所述粒度分布具有单一最大
值；
-颗粒在储存室中可以至少部分地运动；
-储存室的一部分体积可以没有颗粒，这部分体积可能大于储存室的
10%;
-储存室的没有颗粒的体积部分可能小于储存室的30%，且优选地为小于
20%;且
-墨水可以是液体墨水，且优选地为水性墨水。
如果需要，储存室可以具有至少部分透明的壁。该壁使得书写工具的使用 者能看到在使用该工具一段时间之后仍存留在储存室中的墨水量。
最后，本发明可应用于不同类型的书写工具。尤其是，尖端可以是例如用
于记号笔或毡尖笔的多孔的毛细管类尖端、滚珠尖端(ball tip)或墨水辊尖端 (ink roller tip )。


本发明其它的特点和优点将在下面参照附图的非限制性实施例的描述中
变得明显，其中
图1为根据本发明的一种书写工具的剖面图2示意性地示出了本发明所用的砂颗粒；以及
图3为被容纳在根据本发明的书写工具中的颗粒的粒度分布图表。
具体实施例方式
可以理解，图1中所示的书写工具的各部分的尺寸既不对应于实际尺寸也 不对应于实际尺寸比例。具体来说，这些尺寸可适合用来获取具有大墨水容量 的书写工具，或用来生产袖珍型的书写工具。
作为例子，图1示出的书写工具是"辊子笔"类型。它包括被侧壁10限 定的墨水储存室l、连接器2、和形成书写尖端的墨水辊3。墨水辊3被保持 在安装座4中，同时能自由转动，所述安装座4被安装在储存室1的前端。连 接器2使得被容纳在储存室1中的墨水11能流向墨水辊3。它可由纤维的圆 柱形组件组成，所述纤维被纵向排列并被设计成浸透有墨水ll。如果需要， 连接器2的一端可伸进储存室1中，以获取连接器2在整个长度上的良好浸润。 最后，用于给储存室1通气的装置5可被插入在安装座4和储存室1之间，用 于补偿储存室1中的压力变化，尤其是当墨水11从工具的书写尖端流出时。 通气装置5可由一组挡板组成，但也可采用其它压力补偿装置作为替代。
分散的固体材料颗粒12和墨水11 一起被容纳在储存室1中。这些颗粒 12可完全充满储存室1的体积。它们于是便相对于彼此不能移动。或者，颗 粒12可仅占据储存室1的体积的确定的一部分，比如储存室1的卯％。此时， 储存室1的10%的体积便没有颗粒。当颗粒没有完全充满储存室1时，在摇动
书写工具时、或仅仅是在正常使用期间施加给工具的运动的作用下，它们将在 储存室1中移动。
被容纳在储存室1中的墨水11被分布在颗粒12之间，位于邻近颗粒形成 的间隙中。当书写工具被使用时，墨水ll通过明显的毛细管作用在储存室l 内的颗粒12间流动，该毛细管作用使得墨水辊3能被均匀地供给墨水。发明 人已经发现，这种明显的毛细管作用被颗粒12的外形所修整，并且在这些颗 粒表面上的边缘使得获得墨水11在尖端3上的特别均匀的流动成为可能，且 在任何情况下都显著地比仅存在有连接器2时更为均匀。
发明人还注意到，颗粒12相对于彼此的可能的运动也有助于获得墨水11 的均匀流动。特别地，墨水ll可能在储存室l内的堵塞的微区域中形成气泡 或凝块。颗粒的运动使得消除这种气泡和分解团块成为可能。颗粒的运动还也 可被有利地用来防止墨水的沉淀。
当冲击被施加到书写工具上时，由于颗粒12能相对于彼此运动，因而它 们缓和了墨水11中可能增加的压力。这种缓和效果由沿着颗粒的隆起的摩擦
儿导致。这样，不会发生墨水从尖端3的漏出，也不会发生从给储存室通气的 装置5的漏出。
优利地，储存室l的壁10可以是透明的，或可具有透明窗，以看到储存 室中剩余的墨水ll的水平。
墨水11优选地有低粘滞性。换句话说，墨水11是与粘滞度较高的油状墨 水相对的液体。具体来说，其可以是水溶剂墨水。此时，发明人发现，贯穿书 写工具的整个寿命期间，墨水可以以特别均匀的流被提供给书写尖端。具体来 说，在墨水向书写尖端的供应最终停止前，不会发生这种供应逐步削减的情况。
此外，在书写形式下，根据本发明的具有颗粒的储存室提提供了一种开始 就被设置在储存室中的水状墨水量的回归速率，该回归速率大于纤维充填物储 存室所获得的速率。具体来说，对于根据本发明的某些样机，已经观察到至少 10%的回归增益。
然而，使用具有酒精或其它溶剂的墨水是也可以被很好地预见到。 进一步已知，有颜色的墨水的使用可能引起书写线的着色密度的变化，所 述变化发生在书写工具在被存放在尖端朝上的位置之后又对该工具进行使用 和在被尖端朝下地存放之后的使用之间。能在储存室内运动的颗粒的使用即使 不能消除这种变化，也能够降低这种变化。特别地，墨水线的着色密度可以通 过摇晃书写工具来恢复。
当颗粒12为矿物颗粒时，在储存室1中观察到墨水11的毛细管现象，该 毛细管现象更能有利于获得墨水通过书写尖端的均匀流动。颗粒的材料可以是 氧化物或碳酸盐类。氧化铝，尤其是金刚砂类氧化铝；硅；玻璃粉；或碳酸钙 是能满足书写工具操作的颗粒材料。此外，这些材料相对于所用的墨水是化学 惰性的。
利用被设置在储存室1中的砂颗粒也能获得出色的书写工具操作性能。
"砂"是指实质上为基于硅石或基于碳酸钙的天然来源的粉末。己经试验了几 种来源的砂，它们来源于不同的采石场。利用不同来源的天然砂料已获得了书 写工具的改进操作性能。然而在许多试验之后发现，对特定的墨水，某些来源 的砂具有更好的效果。
图2示意性地再现了这些砂的颗粒12的显微图。该显微图是利用扫描电 子显微技术产生的，放大倍数为100倍。能很清楚看到锐边，也看到这些锐边 之间的角。它们因此是具有相对于颗粒的外观尺寸d来说是大的尺寸的角和锐
边。可以了解，这些大的角和锐边有助于修改颗粒12和墨水11之间相互作用。 由于每个颗粒的不规则形状，颗粒12之间的空隙由此形成了具有极度不
同的体积和形状的毛细管空间。这看起来改善了整个储存室1所提供的墨水流
的均匀度，即使，在局部，由不同空隙所提供的墨水流变化很大。特别地，储
存室1的尺寸意味着它的每个截面都包括大量的颗粒12。
可以理解，正是颗粒12之间的空隙和可能的没有颗粒的部分形成了储存
室l的有效体积，因为砂的颗粒12对墨水事实上具有零孔隙度。为了获得所
观察到的可观的墨水回流，颗粒对墨水实际上为无孔隙的，这一点似乎是非常
优选的。
然而，使用具有足够孔隙度的颗粒以在它们的孔中保留并非微不足道的数 量的墨水并非不可能，但因为孔相对于颗粒和空隙小的尺寸会有看到墨水保留 在孔中的风险。应当注意到，即使在这种情况下，颗粒在外部也应具有大尺寸 的角和锐边，这样颗粒之间的毛细空间能发挥其作用，可以理解，孔的开口其 本身不能形成这些角和锐边。类似地，圆滑颗粒或珠子的表面上的微观缺陷或 凸起不可能获得与颗粒和空隙对墨水的毛细管作用相同的效果。
图3为砂颗粒尺寸的典型的分布图。这种粒度测定分析通过激光器来进 行，利用商业上可获取的装置。水平轴以微米为单位表示每个颗粒的外观尺寸 d，而垂直轴表示所分析的砂的总体积的百分比，该砂的颗粒具有被水平轴所 示的尺寸。曲线和水平轴之间的平面面积因此对应于100%。对应于图3的砂 样本的95e/。的颗粒具有至少一个大于15(^m的尺寸。同时，95%的颗粒具有 一个至少小于750pm的尺寸。对于约为320^m的颗粒尺寸，曲线示出为最 大值。被标记为dm的该尺寸，也粗略地等于从全部被分析的砂样本所计算出 的颗粒的平均尺寸。这些尺寸合适大量的颗粒同时被容纳在储存室1中，这在
统计上保证了储存室1中墨水11和颗粒12的混合物的相似的和可重复的行 为。此外，这些颗粒尺寸足够大，能防止某些颗粒12被墨水11带入连接器2
中，或可能与墨水辊3相接触。因此防止了连接器2的可能的阻挡和/或墨水 辊3的转动阻碍。
具有不同于图3所示出的尺寸的砂颗粒也能带来满意的书写工具操作性 能。尽管如此，发明人注意到，当颗粒的平均尺寸dm位于40^m和55(^m 之间时；和/或当95n/。的颗粒具有小于800Aim的尺寸d时；和/或当95%的颗 粒具有大于0.5Aim，优选地大于150Aim，的尺寸d时，能获得最好性能。另 外，被容纳在储存室1中的颗粒12优选地具有被限定的尺寸变化。具体来说， 对于95%的颗粒来说，颗粒的个体尺寸d优选地以小于10的比率变化。这种 粒度特性使得能够防止较大颗粒之间的大量空隙被较小颗粒所填充。储存室1 的墨水容量因此更大。这还能够根据颗粒12的大小来防止颗粒的压紧或隔离， 在书写工具被长期搁置之后在储存室1会发生这种压紧或隔离。书写工具的操 作于是是恒定的，即使在恢复使用时也如此。最后，这也降低了颗粒在储存室 中由颗粒形成拱顶的危险，而这会破坏提供给尖端的墨水的均匀性。根据颗粒 的单独尺寸的颗粒粒度分布仅具有一个最大值，类似地，这种分布构成了用于 保证颗粒之间的空隙形成对墨水来说足够的自由体积的另一个准则。
可以注意到，形成颗粒12的天然砂要经过清洗，例如以防止颗粒表面上 的粉末微粒或灰尘对它们的毛细管特性产生不利影响。然而，最好应当排除那 些修改颗粒表面的处理手段，比如化学侵蚀或沉积，在给出由颗粒形状而得到 的满意结果以及因这些处理带来的额外费用的情况下。
在以上所述的优选实施例中，储存室1仅容纳有同类颗粒，且优选地是矿 物材料颗粒。然而，对储存室来说并非不可能容纳一部分不同类的颗粒，例如 由聚合物或金属制成的颗粒，或者对它来说为了限制颗粒的运动而容纳纤维元 素。
可以理解，在保留本发明的至少一些优点的同时，可对上面详细描述的书 写工具作出修改。具体来说，本发明并不局限于对"辊子笔"类型的书写工具 的应用，而可被应用于所有类型的书写工具中，如钢笔，尤其是自来水笔；标 记笔；或上色或划线工具。
权利要求
1.一种书写工具，包括墨水储存室(1)和流体连接到所述储存室的书写尖端(3)，在使用该工具时，墨水(11)从所述书写尖端流出，其特征在于，该储存室除了容纳墨水之外还容纳有颗粒(12)，所述颗粒是分散的且具有角和锐边，所述角和锐边的尺寸相对于所述颗粒的外观尺寸d来说是显著的。
2、 如权利要求1所述的书写工具，其特征在于，该颗粒是本质上无孔的。
3、 如权利要求1或2所述的书写工具，其特征在于，至少一些颗粒(12) 由矿物材料制成。
4、 如权利要求3所述的书写工具，其特征在于，该矿物材料包括砂、碳 酸钙、金刚砂或玻璃粉。
5、 如上述任一权利要求所述的书写工具，其特征在于，该颗粒(12)的 平均尺寸(dm)在40pm到550Aim之间，该平均尺寸由激光粒度测量法对被 容纳在该储存室(1)中所有颗粒进行测量确定。
6、 如上述任一权利要求所述的书写工具，其特征在于，被容纳在该储存 室(1)中95%的颗粒(12)具有至少一个小于80(Vm的尺寸(d)。
7、 如上述任一权利要求所述的书写工具，其特征在于，被容纳在该储存 室(1)中95%的颗粒(12)具有至少一个大于0.5Aim的尺寸(d)。
8. 如权利要求6所述的书写工具，其特征在于，被容纳在该储存室(1) 中95%的颗粒(12)具有至少一个大于150Aim的尺寸(d)。
9、 如上述任一权利要求所述的书写工具，其特征在于，该颗粒的个体尺 寸(d)对被容纳在该储存室(1)中的95%的颗粒(12)来说以小于10的比 率发生变化。
10、 如上述任一权利要求所述的书写工具，其特征在于，该颗粒(12)具 有根据其个体尺寸(d)的粒度分布，所述粒度分布具有单一的最大值。
11、 如上述任一权利要求所述的书写工具，其特征在于，该颗粒(12)在 储存室(l)中至少部分地可运动。
12、 如上述权利要求10所述的书写工具，其特征在于，该储存室(1)的一部分体积没有颗粒。
13、 如权利要求11所述的书写工具，其特征在于，不包含颗粒的储存室部分小于所述储存室体积的30%。
14、 如上述任一权利要求所述的书写工具 具有至少部分透明的壁(10)。
15、 如上述任一权利要求所述的书写工具是多孔毛细管尖端、滚珠尖端或墨水辊尖端。
16、 如上述任一权利要求所述的书写工具 液体，且优选地是一种水性墨水。其特征在于，该储存室(1) 其特征在于，书写尖端(3) 其特征在于，该墨水(11)是
全文摘要
本发明涉及一种书写工具，包括墨水储存室(1)和流体连接到所述储存室的书写尖端(3)。除了墨水(11)之外，该储存室还容纳有颗粒(12)，所述颗粒被设置有具有大尺寸的角和锐边。所述颗粒改善了向尖端提供墨水的均匀性。优选地，该颗粒(12)可以在储存室中移动。
文档编号B43K8/06GK101370672SQ200780003064
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月12日 优先权日2006年1月13日
发明者弗兰克·罗莱恩, 文森特·贝多姆, 迪迪埃·兰格 申请人:比克公司