Kugelschreibereinsatz Die Erfindung bezieht sieh auf ein Schreibgerät. nach Art eines Kugelschreibers und bezweckt die Schaffung eines Kugel schreibers mit einem Vorratsbehälter grossen Fassungsvermögens.
Der erfindungsgemässe Kugelsehreiberein- sat.z besteht, aus einem Tintenbehälter mit einer darin befindlichen Tintenmasse, aus einer mit der Tintenmasse in Berührung be findlichen Kugel, wobei die Tintenmasse in nerhalb des Behälters auf der der Kugel ent gegengesetzten Seite eine freie Oberfläche auf weist, und aus einem gallertartigen Lauf pfropfen, der über dieser freien Oberfläche liegt und der die Seitenwände des Behälters berührt. Der Einsatz ist dadurch gekennzeich net, dass dieser Pfropfen eine Flüssigkeit ent hält, die mit der Tintenmasse unmischbar ist und in der .feinverteilte gelatinierende Teil ehen eines in der Flüssigkeit unlöslichen Fest stoffes gleichförmig dispergiert sind.
Bei Kugelschreibern sind Behälter grossen Fassungsvermögens erwünscht, um die Ge brauchsdauer zu verlängern. Kapillara.rtige Behälter sind unbefriedigend, da sie nach ver hältnismässig kurzer Zeit ausgeschrieben sind.
In Schreibgeräten mit, einem Behälter grossen Fassungsvermögens für die zähflüssige Tinte muss jedoch eine Vorrichtung vorhanden sein, die eine ununterbrochene Tintenmassensäule von dem Vorratsbehälter zur Schreibkugel sichert. Luftbläschen dürfen ihren Weg nicht in den zur Kugel führenden Kanal finden, da, das Vorhandensein derartiger Bläschen eine Luftsperre um die Kugel legt, so da.ss ein weiteres Schreiben nicht möglich ist, selbst wenn der in dein Behälter befindliche Tinten vorrat noch nicht erschöpft ist. Es musste daher ein Aufbau geschaffen werden, in dem es für die Luft nicht möglich ist, einen Weg in die Tintenmasse zu finden.
Zu diesem Zwecke sind bereits leicht zusammenfaltbare Beutel verwendet worden, die die Tintenmasse umgeben. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, feste Laufpfropfen in dem Tinten behälter zu verwenden, um das Zurückfliessen der Tintenmasse, bei dem ,ein Einfangen von Luftbläschen möglich ist, zu verhüten. Aus verschiedenen Gründen sind jedoch feste Laufpfropfen bisher nicht zufriedenstellend gewesen. Es sind in letzter Zeit auch Lauf pfropfen aus weichem Kunststoff vorgeschla gen worden, die leicht nachgiebig sind und sich den Seitenwänden des Behälters anpas sen.
Hierbei liegt der Laufpfropfen über der obern Oberfläche der Tintenmasse, befindet sich in Berührung mit dieser Tintenmasse und ist so ausgeführt, da.ss er der Tintenmasse bei deren Absaugen während des Schreibens nach unten folgt. Das Material dieser be kannten Laufpfropfen hat'weiche Konsistenz, so dass es sich an die Seitenwände des Be hälters anlegt.
Laufpfropfen dieser Art haben den Vorteil, dass sie stets die rück- liegende Fläche der Tinte bedecken und eine Verdampfung der flüchtigen Bestandteile verhüten, und dass sie auch die Tinte gegen ein Zurückfliessen sichern, wenn das Schreib gerät mit der Spitze nach oben gehalten wird, wodurch auf diese 'Weise das Einfangen von Luftbläschen in den Tintenbehälter oder das Durchsickern durch die üblicherweise vor handene rückwärtige Entlüftungsöffnung verhütet wird.
Mit der Erfindung soll ein Kugelschrei bereinsatz geschaffen werden, der einen ver besserten Laufpfropfen für den Tint.env or- ratsbehälter hat, wobei dieser Laufpfropfen Eigenschaften aufweist, die seine Verwen dung für die im Handel erhältlichen Kugel sehreibereinsätze besonders geeignet macht.
Ferner soll mit der Erfindung ein für einen Kugelschreibereinsatz bestimmter Lauf pfropfen geschaffen werden, der die Tinte in dem vordern Abschnitt des Schreibgerätes zurückhält und der ein Zurücklaufen der Tinte nach hinten verhindert, selbst wenn das Schreibgerät bei verhältnismässig hoher Temperatur verwendet oder mit der Kugel nach oben gehalten wird.
Ferner zielt die Erfindung auf einen Ku- gelschreibereinsatz, der leicht und billig hergestellt werden kann.
Mit der Erfindung soll ferner ein Lauf pfropfen geschaffen werden, der leicht und bereitwillig der Oberfläche der Tinte im Tin tenbehälter folgt, wenn die Tinte während des Schreibens ausfliesst, und zwar auch dann, wenn verschiedene Änderungen oder Unvoll- kommenheiten im Querschnitt des Behälters über dessen Gesamtlänge vorhanden sind.
Schliesslich soll mit. der Erfindung ein Kugelschreibereinsatz geschaffen werden, der den bestehenden Kugelschreibern leicht an gepasst werden kann.
'Wie andere Kugelschreiberpatronen, be steht der Kugelschreihereinsatz zur Haupt- saehe aus einem Tintenbehälter, aus einer in dem Behälter befindlichen Tintenmasse und aus einer mit der Tinte in Berührung befind lichen Sehreibkugel. Es befindet sich jetzt aber ein gallertartiger Laufpfropfen über derjenigen Fläche der Tintenmasse, die der Kugel gegenüberliegt, und dieser Pfropfen liegt ausserdem an den Seitenwänden des Be hälters gleitbar, aber dicht abschliessend an.
Der Laufpfropfen besteht aus einer gallert artigen Masse, die sich der Form der Seiten wände des Behälters leicht anpasst, wenn die Tinte von der Sehreibkugel aus dem Behälter herausgesaugt wird, weist. aber eine so hohe Konsistenz oder einen so hohen Widerstand gegen Formänderung auf, dass der Pfropfen die Tinte an ihrer Stelle hält, selbst- wenn der Behälter fallengelassen oder mit seiner Kugel nach oben gehalten wird.
Erfindungs gemäss ist das Pfropfenma.terial eine weiche, gelartige Masse, die mit der in dem Behäl ter befindlichen Tinte unmischbar ist und aus einer Flüssigkeit besteht, in der feinverteilte, gelatinierende Teilchen eines in der Flüssig keit unlöslichen Feststoffes gleichförmig dispergiert sind.
Dieser Pfropfen ist ein Gel, das die Eigenschaft einer nicht Newtonischen (konsistenten, nicht reinviskos fliessenden) Flüssigkeit hat, die zwar unter bestimmten, eine unterste Fliessgrenze übersehreitenden Spannungszuständen fliessen kann, die jedoch unter ihrem eigenen Gewieht nicht frei fliesst, wenn sie sich in dem Behälter befindet.
In folge der Kohäsionskräfte, die zwischen dem Pfropfenmaterial und der Oberfläche der Tinte sowie den Seitenwänden des Behälters vorhanden sind, passt sich das Material stets dem Durchmesser des Behälters bereitwillig an, selbst wenn der Behälter auf seiner Län genabmessung verschiedene Abweiehungen hat. Die flüssige Grundlage des Pfropfen- materia.ls ist natürlich eine echte Flüssigkeit, die jedoch mittels der festen Teilchen gela tiniert ist, wodurch die gewünschten Gel eigenschaften erzeugt. werden.
Durch Verwendung eines Laufpfropfens dieser Art wird ein Kugelschreibereinsatz ge schaffen, dessen Behälter ein grosses Tinten fassungsvermögen aufweist. Der Laufpfropfen ist. besonders geeignet. zur Verwendung bei einem rohrförmigen Behälter, der weiter ist als die üblichen Kapillarröhrehen, die bisher für Tintenbehälter verwendet wurden. Bei der praktischen Durchführung ist der Durch messer des Behälters im allgemeinen grösser als 2,5 mm. Geeignete Durchmesser sind 6 und 8 mm.
Bei diesen Behältern hohen Fassungs vermögens und grossen Durchmessers ist. der erfindungsgemässe Laufpfropfen besonders gut verwendbar, weil er infolge seiner gallert artigen Beschaffenheit die Oberfläche der Tinte gegen schädliche atmosphärische Ein flüsse schützt und auch verhütet, da,ss die Tinte bei der Umkehrung des Schreibgerätes nach hinten in den Behälter fliesst.
Die in Einsätzen dieser Art für gewöhn lich verwendeten Schreibtinten haben eine verhältnismässig hohe Viskosität. Die schnell trocknenden Schreibtinten enthalten für ge wöhnlich eine Alkoholgrundlage, die bei ge wöhnlichen Temperaturen und Drücken etwas flüehtig ist. Der erfindungsgemässe Lauf pfropfen bedeckt die freiliegende Oberfläche der in dem Behälter vorhandenen Tinte, um ein Verdampfen der Tinte zu verhüten.
Wie bereits erwähnt, ist der erfindungs gemässe Laufpfropfen besonders gut. verwend bar, weil er seine -.eichen gelartigen Eigen schaften selbst. bei Temperaturen unter Null Grad C beibehält, so dass der Kugelschreiber auch bei tiefen Temperaturen verwendet wer den kann, und weil ferner das Pfropfenmate- rial bei verhältnismässig hohen Temperaturen, denen der Kugelschreiber ausgesetzt. wird, seine Konsistenz behält. Beispielsweise kön nen Kugelschreiber Temperaturen von 65 C im Schaufenster oder Schaukästen ausgesetzt werden.
In der ASTM-Vorsehrift D-217-52 T gibt die American Society for Testing Ma terials ein Verfahren an, um die Konsistenz des Laufpfropfenmaterials zu messen. Die Messeinheit dieses Verfahrens ist. bekannt als Durchdringungsindex . Das erfindungsge mässe Laufpfropfenmaterial hat vorzugsweise einen Durchdringungsindex zwischen 200 und 400, wenn nach einem 48 Stunden bei 25 C dauernden ruhigen Stehen gemessen wird.
Der Laufpfropfen wird aus einer im wesentlichen nichtflüchtigen Flüssigkeit her gestellt, die vorzugsweise eine Viskosität ent sprechend einem Wert hat, der weniger als 450 Sekunden bei 38 C auf einem Saybolt- messer gemessen beträgt. Zur Herstellung des gallertartigen Materials wird eine Flüs sigkeit dieser Art. mit .einem gelatinierenden Mittel gründlich gemischt, das aus sehr fein verteilten Teilchen eines Feststoffes besteht, der in der flüssigen Grundlage unlöslich ist und der ebenso in den Bestandteilen der Tinte vorzugsweise unlöslich ist. Das feste gelati- nierende Mittel kann irgendein sehr fein unterteiltes oder gepulvertes Material sein.
Materialien, die besonders brauchbar befun den worden sind, sind anorganische SiliziLtui- verbindungen, beispielsweise sehr fein gepul- verte Kieselerde, natürliche Tone, künstliche Tone oder dergleichen, etwa Tone, die mit einem organischen Stoff behandelt wurden. Die Teilchengrösse des Feststoffes soll kleiner als ein Mikron, vorzugsweise aber kleiner als ein Zehntelmikron sein, wobei die Grösse von der Porosität der einzelnen Teilchen, wie be kannt, abhängen kann.
Anorganische Silizium verbindungen werden bevorzugt., da sie in der flüssigen Grundlage leicht. dispergierbar sind und das gewünschte Gel bilden. Die Menge des in der Flüssigkeit vorhandenen Gelmittels kann schwanken und hängt von der gewünschten Konsistenz, der Viskosität oder Leichtflüssigkeit der flüssigen Grund lage, der Dispersionsgrösse der Teilchen in der Grundlage und den Eigenschaften der Teilchen selbst. ab.
Allgemein gesprochen sind jedoch etwa 5 bis 20 Gew.o/o an Fest stoffen, vorzugsweise 7 bis 15 Gew: /o" zur Herstellung eines erfindungsgemässen Lauf pfropfens vorteilhaft.
Die Erfindung wird noch deutlicher ver ständlich anhand der Zeichnung, in der ein Schnitt eines erfindungsgemässen Kugelschrei- bereinsa.tzes dargestellt ist. Dieser Einsatz be steht aus einem Behälter 2 mit einer darin befindlichen Tintenmasse 4. Der Behälter 2 kann aus Metall, beispielsweise Messing oder Aluminium, bestehen oder kann aus einem durchsichtigen Material, beispielsweise aus einem Kunststoff, der für Tinte und den Pfropfen inert ist, wie Nylon, bestehen. Über der Oberfläche 6 der Tintenmasse liegt, ein Laufpfropfen 8, der aus einer gallertartigen Dispersion einer Flüssigkeit und fester Teil chen besteht.
Das obere Ende des Einsatzes trägt. eine Verschlussscheibe 12 mit einer Ent- lüftimgsöffnung 14. Am untern Abschnitt des Behälters 2 befindet sich ein Schaft 16, dessen Tintenkanal bis zu der im vordern Ende des Einsatzes in der üblichen Weise gelagerten Kugel 18 reicht. Im vordern Ende des Behälters 2 angebrachte Vertiefungen 20 dienen zur Befestigung des Behälters am verdickten hintern Abschnitt des Schaftes 16.
Auf diese Weise ist ein Einsatz geschaf fen, der einen Behälter grossen Fassungsver mögens hat und der die Schreibtinte in Form einer ununterbrochenen Säule aufweist., die zwischen der Schreibkugel 18 und der hintern Fläche 6 verläuft. -Der aus einer weichen, gallertartigen Masse bestehende Pfropfen 8 folgt der Oberfläche nach unten, wenn Tinte beim Schreiben aus dem Behälter 2 austritt. Die Entlüftungsöffnung 14 soll verhindern, dass sich hinter dem Pfropfen 8 ein Vakuum entwickelt, das den Austritt der Tinte an der Kugel 18 unmöglich macht.
Die Scheibe 12 soll das Eindringen von Fremdstoffen ver hindern, die sich möglicherweise an die von dem Pfropfen 8 geschaffene Abdichtung an legen und diese Abdichtung zerstören.
Bei der Herstellung des beschriebenen Einsatzes wird die Tintenmasse 4 bei abge nommener Spitze 22 unter Druck in den Be hälter 2 durch den Schaft. 16 hindurch einge füllt. Dann werden Spitze 22 und Kugel 18 auf dem Schaft 16 durch beliebige gewünschte Vorrichtungen befestigt, und das Lauf pfropfenmaterial 8 wird auf die Oberfläche 6 der Tinte 4 aufgelegt. Das Schreibgerät wird dann mit nach aussen gerichtetem Kugelende 16 einer Schleuderwirkung unterworfen, so dass alle Luftbläschen die Tintenmasse in Richtung auf die Drehachse durchperlen und durch den Pfropfen 8 hindurch austreten. Das Pfropfenmaterial ist so weich, da.ss es i dieses Hindurchperlen zulässt.
Nach dem Auf setzen der Schutzscheibe 12 kann der Einsatz in einem üblichen Schreibgerät (nicht darge stellt) verwendet werden. Vorzugsweise ist. die Höhe des Pfropfens 8 in dein Behälter 2 grösser als der Durchmesser des Behälters und beträgt vorteilhaft das Eineinhalbfache des Behälterdurehmesser:s. Der Pfropfen sollte auch eine Dichte haben, die vorzugsweise kleiner, aber auf jeden Fall nicht wesentlich grösser als die Dichte der Tintenmasse 4 ist., da sieh sonst bei dem Sehleudervorgang der Pfropfen zum vordern Ende des Behälters verschiebt.
Der beschriebene Aufbau ist als auswech selbarer Einsatz zur Verwendung bei belie bigen Schreibgeräten dargestellt, doch kann er auch so ausgebildet sein, dass er selbst wie ein Kug-elsehreiber verwendbar ist.
Eine geeignete Tinte auf Alkoholbasis hat. folgende Zusammensetzung in Gewichtsteilen Triä.thyleng-lycol 100 Beta-Naphthol 30 Azosolsehwarz MA 12 Azosolbrilla.ntblali B 80 Es können auch andere (TIycole, beispiels weise Diäthy lenglycol, Propylenglycol und andere Alkohole und polare Lösungsmittel zum Teil oder völlig das Triäthylenglycol er setzen. Das Beta-Na.phthol löst die Farb stoffe etwas.
Die Azofarbstoffe, die von der General Dyestuffs Corporation hergestellt werden, sind übliche Tintenfarbstoffe. Ge- wünsehtenfalls kann ein Reinigungsmittel der Tinte zugesetzt werden, um die. Farbstoffe besser in Lösung zu halten und eine glattere Schreibwirkung an der Kugel zu geben.
Ein bestimmtes Beispiel eines Lauf pfropfenmaterials gemäss der Erfindung ist folgendes: 10 Gewichtsteile einer kolloidalen Tonerde (Santoeel ARD, hergestellt von der Monsanto Chemical Company), bestehen aus Tonerdepartikeln, die 90"/ & S'02 enthalten, wird in 100 Gewichtsteilen eines hellen raffi nierten weissen Mineralöls ( @Tujol , eingetra gene Marke) dispergiert. Nachdem diese Teil chen in das öl gründlich eingerührt sind,
wird (las Gemisch der Einwirkung einer Ku- gelm"hl:e, Walzenmühle oder Kolloidmühle unterworfen, um die kolloidalen Teilchen gründlich in dem öl ni verteilen und den ge- wünschten Gelaufbau zu erreichen.
Dieses Material, das einen ASTM-Durchdringungs- indei von etwa 320 5 bei 25 C nach ruhigem Stehen während 48 Stunden hat., wird auf die hintere Fläche der in einer Kugelsehrei- bereinsatzhülse befindlichen Tinte in der er wähnten Weise aufgebracht. Der entstehende Einsatz ist in jeder Hinsicht befriedigend, wobei der Pfropfen leicht der Tinte während des Schreibens folgt und die Tinte am Zu rückfliessen beim Umkehren des Schreib gerätes selbst bei Temperaturen über 65 C verhindert.
Es können auch andere feinverteilte Fest stoffe, die in der flüssigen Grundlage leicht dispergierbar sind, als gelatinierende Mittel verwendet werden, wie dies auf diesem Ge biete bekannt ist. Beispielsweise kann als pu.lveilörmiges Material mit einem organi- when Stoff, etwa einer organischen Ammo- niumverbindung behandelter Ton ( Bentone 3.1,
eingetragene Marke hergestellt von der National Lead Compa.ny) verwendet, werden, der aus einer aminbehandelten Montmorri- lonit-Tonerde besteht, verwendet werden, da dieses Material ein Gel ergibt, dessen Kon sistenz für Verwendung bei der Erfindung geeignet ist. Die Zahl der in dem Gemisch ausführbaren Änderungen ist. sehr gross. Die gewünschte Konsistenz des Gemisches wird durch Änderung der Menge und der Art. des kolloidalen Materials und durch Verwendung von Ölen verschiedener Viskositäten erhal ten.
Besteht die Tintengrundlage aus einer polaren Verbindung, dann ist die Ölgrundlage des Laufpfropfenmaterials vorzugsweise eine nichtpolare Verbindung, z. B. ein Mineralöl. Das verwendete Mineralöl soll frei von reini genden Zusätzen sein, da. bestimmte dieser Zusätze die Geleigenschaften des Öls beim Zusatz der Festteilchen nachteilig beeinflus sen.
Die Beschaffenheit der Laufpfropfen materials ist derart, da.ss der Laufpfropfen leicht der Oberfläche der Tinte bei deren Abwärtsbewegen im Behälter während des Schreibens folgt, und dass es eine höhere Grenzfläehenspannung gegenüber dem Mate- rial, aus dem die Wände des Behälters her gestellt sind, als die Tinte hat, so dass die Behälterwände benetzt und von Tinte sauber gewischt werden, wenn sich der Pfropfen im Behälter nach unten verschiebt.
Das Lauf pfropfenmaterial ist für die Tintenbestand teile inert und undurchlässig, obwohl ein kleines Absondern oder Einsickern der Tin tenfarbstoffe in den Laufpfropfen bei län gerem Stehen beobachtet werden kann. Dieses Einsickern ist jedoch nicht nachteilig. Wer den Tinten auf Alkoholbasis verwendet, so ist das Laufpfropfenmaterial üblicherweise ein hydrophobes Gel.
Gele der beschriebenen Art haben eine Neigung, ihre Konsistenz zu behalten, selbst wenn sie auf die Zersetzungstemperatur der flüssigen Grundlage erwärmt sind. Diese Konsistenz kann ziemlich gleichmässig über einen grossen Temperaturbereich aufrecht- erhalten werden, so dass der Pfropfen der Tintenfläche leicht folgt und sich allen Un regelmässigkeiten in den Seitenwandungen des Behälters a.npasst. Gleichzeitig verhütet der Pfropfen aber das Ausfliessen der Tinte aus dem Behälter beim Umkehren des Schreib gerätes.
Gewisse gewünschte Eigenschaften, die dem erfindungsgemäss verwendeten Laufpfropfen material innewohnen, beruhen auf der Eigen schaft der Gele, die als Synerese bezeichnet wird, das heisst. einer gewissen Neigung, sich selbst. auf das kleinstmögliche Volumen zu sammenzuziehen und auf diese Weise einen Teil ihrer flüssigen Phase auszusondern.
Ein Pfropfen des hier beschriebenen Laufpfrop- fenmaterials, der sich in dem Schreibgerät befindet, hat also immer die Neigung, eine kleine Menge der flüssigen Grundlage oder des Öls auszuscheiden, so dass ein Film um die - gesamte Fläche des Pfropfens gebildet wird.
Das Öl dient bei ziemlich niedriger Viskosität als Schmiermittel, das die Ab- wärtsbewegung des Pfropfens beim Absau gen der Tinte aus der Spitze des Kugelschrei bers begünstigt. Aus diesem Grunde wird vor zugsweise Öl einer Viskosität entsprechend einem Wert verwendet, der kleiner als 450 Se- kunden bei 38 C, gemessen auf einem Saybolt- viskositätsinesser, ist.
Die Synerese des hier beschriebenen Gels ist so schnell, dass der Pfropfen ausreichend geschmiert. und auf keinen Fall der richtige Abfluss der Tinte aus dem Kugelschreiber während des Schreibens gehindert. wird. Anderseits ist die Sy-nerese nicht so schnell, dass das Laufpfropfenmate- rial schädliche Mengen des Öls abgibt, wo durch das Schreibgerät unsauber oder seine Verwendungsdauer herabgesetzt würde.
Es ist zwar eine besondere Ausführungs form der Erfindung dargestellt und beschrie ben, doch ist die Erfindung nicht. auf diese Ausführung begrenzt, da viele Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Be reich der Erfindung zu verlassen.
Ballpoint pen insert The invention relates to a writing implement. in the manner of a ballpoint pen and aims to create a ballpoint pen with a large capacity storage container.
The inventive Kugelsehreibererein- sat.z consists of an ink container with an ink mass located therein, from a ball which is in contact with the ink mass, the ink mass having a free surface inside the container on the side opposite the ball, and plug from a gelatinous barrel overlying this exposed surface and contacting the side walls of the container. The insert is characterized in that this plug contains a liquid which is immiscible with the ink mass and which is uniformly dispersed in the finely divided gelatinizing part before a solid which is insoluble in the liquid.
In the case of ballpoint pens, containers with a large capacity are desirable in order to extend the useful life. Kapillara.rtige containers are unsatisfactory because they are written out after a relatively short time.
In writing implements with a large capacity container for the viscous ink, however, a device must be present which ensures an uninterrupted column of ink from the reservoir to the writing ball. Air bubbles must not find their way into the channel leading to the ball, because the presence of such bubbles creates an air barrier around the ball, so that further writing is not possible, even if the ink supply in your container is not yet exhausted . It was therefore necessary to create a structure in which it is not possible for the air to find a way into the ink mass.
For this purpose, easily collapsible bags surrounding the ink mass have already been used. It has also already been proposed to use solid running plugs in the ink container in order to prevent the backflow of the ink mass, in which a trapping of air bubbles is possible. However, for various reasons, solid running wads have heretofore not been satisfactory. There are also barrel plugs made of soft plastic have been proposed recently that are slightly flexible and adapt to the side walls of the container sen.
The plug lies above the upper surface of the ink mass, is in contact with this ink mass and is designed in such a way that it follows the ink mass downwards as it is sucked off during writing. The material of these known running wads has a soft consistency, so that it rests against the side walls of the container.
Running plugs of this type have the advantage that they always cover the rear surface of the ink and prevent evaporation of the volatile constituents, and that they also prevent the ink from flowing back when the writing instrument is held with the tip up, whereby in this way the trapping of air bubbles in the ink container or the seepage through the usually existing rear vent opening is prevented.
With the invention, a ballpoint pen insert is to be created that has an improved barrel wad for the Tint.env or- storage container, this barrel wad having properties that make its use particularly suitable for the commercially available ball pen inserts.
Another aim of the invention is to provide a barrel plug intended for a ballpoint pen insert that retains the ink in the front portion of the writing implement and prevents the ink from running back, even when the writing implement is used at a relatively high temperature or with the ball up is held.
The invention also aims at a ballpoint pen insert that can be produced easily and cheaply.
Another object of the invention is to provide a barrel plug that easily and willingly follows the surface of the ink in the ink container as the ink flows out during writing, even when various changes or imperfections in the cross section of the container above it Total length are available.
After all, with. According to the invention, a pen insert can be created that can easily be fitted to the existing pens.
Like other ballpoint pen cartridges, the ballpoint pen insert consists mainly of an ink container, an ink mass located in the container and a stylus that is in contact with the ink. But there is now a gelatinous plug over the surface of the ink mass that is opposite the ball, and this plug is also slidable on the side walls of the container, but tightly.
The running plug consists of a gelatinous mass that adapts to the shape of the side walls of the container easily when the ink is sucked out of the container by the pen. but of such a consistency or resistance to deformation that the plug will hold the ink in place even if the container is dropped or held with its ball up.
According to the invention, the Pfropfenma.terial is a soft, gel-like mass which is immiscible with the ink in the container and consists of a liquid in which finely divided, gelatinizing particles of a solid which is insoluble in the liquid are uniformly dispersed.
This plug is a gel that has the property of a non-Newtonian (consistent, not purely viscous flowing) liquid, which can flow under certain stress states that exceed a lower flow limit, but which does not flow freely under its own weight if it is in the Container is located.
As a result of the cohesive forces that exist between the plug material and the surface of the ink and the side walls of the container, the material always adapts willingly to the diameter of the container, even if the container has different deviations along its length. The liquid basis of the plug material is of course a real liquid, but it is gelatinized by means of the solid particles, which creates the desired gel properties. will.
By using a barrel plug of this type, a ballpoint pen insert is created whose container has a large ink capacity. The running plug is. particularly suitable. for use in a tubular container that is wider than the conventional capillary tubes heretofore used for ink containers. In practice, the diameter of the container is generally greater than 2.5 mm. Suitable diameters are 6 and 8 mm.
These containers have a large capacity and large diameter. The running plug according to the invention is particularly useful because it protects the surface of the ink against harmful atmospheric influences due to its gelatinous nature and also prevents the ink from flowing back into the container when the writing instrument is reversed.
The writing inks used in inserts of this type for ordinary Lich have a relatively high viscosity. The quick-drying writing inks usually contain an alcohol base, which is somewhat volatile at normal temperatures and pressures. The barrel plug according to the invention covers the exposed surface of the ink present in the container in order to prevent evaporation of the ink.
As already mentioned, the running plug according to the invention is particularly good. Can be used because it retains its gel-like properties itself at temperatures below zero degrees C, so that the ballpoint pen can also be used at low temperatures, and because the plug material is similar to that of the ballpoint pen at relatively high temperatures exposed. will retain its consistency. For example, ballpoint pens can be exposed to temperatures of 65 C in shop windows or showcases.
In ASTM regulation D-217-52 T, the American Society for Testing Ma terials specifies a method for measuring the consistency of the plug material. The unit of measurement of this procedure is. known as the Penetration Index. The plug material according to the invention preferably has a penetration index between 200 and 400 when measured after standing still for 48 hours at 25 ° C.
The running plug is made from an essentially non-volatile liquid, which preferably has a viscosity corresponding to a value that is less than 450 seconds at 38 C measured on a Saybolt knife. To produce the gelatinous material, a liquid of this type is thoroughly mixed with .ein gelatinizing agent which consists of very finely divided particles of a solid which is insoluble in the liquid base and which is also preferably insoluble in the constituents of the ink. The solid gelling agent can be any very finely divided or powdered material.
Materials that have been found to be particularly useful are inorganic silicon compounds, such as very finely powdered silica, natural clays, artificial clays, or the like, such as clays that have been treated with an organic material. The particle size of the solid should be smaller than one micron, but preferably smaller than a tenth of a micron, and the size may depend on the porosity of the individual particles, as is known.
Inorganic silicon compounds are preferred because they are easily absorbed in the liquid base. are dispersible and form the desired gel. The amount of gelling agent present in the liquid can vary and depends on the desired consistency, the viscosity or lightness of the liquid base, the dispersion size of the particles in the base and the properties of the particles themselves.
Generally speaking, however, about 5 to 20% by weight of solids, preferably 7 to 15% by weight, are advantageous for producing a barrel plug according to the invention.
The invention can be understood even more clearly with reference to the drawing, in which a section of a ballpoint pen insert according to the invention is shown. This insert consists of a container 2 with an ink mass 4 therein. The container 2 can be made of metal, for example brass or aluminum, or can be made of a transparent material, for example a plastic that is inert to ink and the plug, such as Nylon. Above the surface 6 of the ink mass is a running plug 8, which consists of a gelatinous dispersion of a liquid and solid particles.
The top of the insert carries. a closure disk 12 with a ventilation opening 14. On the lower section of the container 2 there is a shaft 16, the ink channel of which extends to the ball 18, which is mounted in the usual way in the front end of the insert. Depressions 20 made in the front end of the container 2 serve to fasten the container to the thickened rear section of the shaft 16.
In this way, an insert is created which has a container with a large capacity and which has the writing ink in the form of an uninterrupted column. Which runs between the writing ball 18 and the rear surface 6. The plug 8, consisting of a soft, gelatinous mass, follows the surface downwards when ink emerges from the container 2 while writing. The vent opening 14 is intended to prevent a vacuum from developing behind the plug 8 which would make it impossible for the ink to escape from the ball 18.
The disc 12 is intended to prevent the ingress of foreign matter that may be placed on the seal created by the plug 8 and destroy this seal.
In the manufacture of the described insert, the ink mass 4 is taken with abge tip 22 under pressure in the loading container 2 through the shaft. 16 filled through. Then the tip 22 and ball 18 are attached to the shaft 16 by any desired means and the barrel plug material 8 is placed on the surface 6 of the ink 4. The writing instrument is then subjected to a centrifugal effect with the ball end 16 facing outwards, so that all air bubbles bubble through the ink mass in the direction of the axis of rotation and emerge through the plug 8. The plug material is so soft that it allows it to bead through.
After putting on the protective disk 12, the insert can be used in a conventional writing implement (not illustrated). Preferably is. the height of the plug 8 in your container 2 is greater than the diameter of the container and is advantageously one and a half times the container diameter: s. The plug should also have a density which is preferably smaller, but in any case not significantly greater than the density of the ink mass 4, since otherwise the plug will be displaced to the front end of the container during the flossing process.
The structure described is shown as an interchangeable insert for use with any type of writing instrument, but it can also be designed so that it can be used like a ballpoint pen itself.
Has a suitable alcohol-based ink. The following composition in parts by weight Triethylene glycol 100 Beta-Naphthol 30 Azosolsehwarz MA 12 Azosolbrilla.ntblali B 80 Other (TIycoles, for example diethylene glycol, propylene glycol and other alcohols and polar solvents partly or completely replace the triethylene glycol. The beta-Na.phthol dissolves the dyes somewhat.
The azo dyes manufactured by General Dyestuffs Corporation are common ink dyes. If desired, a cleaning agent can be added to the ink in order to Better to keep dyes in solution and to give a smoother writing effect on the ball.
A specific example of a barrel plug material according to the invention is as follows: 10 parts by weight of a colloidal clay (Santoeel ARD, manufactured by Monsanto Chemical Company), consists of clay particles containing 90 "/ & S'02, is mixed in 100 parts by weight of a light raffi ned white mineral oil (@Tujol, registered trademark). After these particles have been thoroughly stirred into the oil,
The mixture is subjected to the action of a ball mill, roller mill or colloid mill in order to thoroughly distribute the colloidal particles in the oil and to achieve the desired gel structure.
This material, which has an ASTM penetration index of about 320 5 at 25 C after standing still for 48 hours, is applied to the rear surface of the ink in a ball pen cartridge in the manner mentioned. The resulting insert is satisfactory in every respect, the plug easily following the ink while writing and preventing the ink from flowing back when the writing device is reversed, even at temperatures above 65 C.
Other finely divided solids which are easily dispersible in the liquid base can also be used as gelatinizing agents, as is known in the art. For example, clay treated with an organic substance such as an organic ammonium compound (Bentone 3.1,
registered trademark manufactured by the National Lead Compa.ny), which consists of an amine-treated montmorri- lonite clay, can be used, since this material results in a gel whose consistency is suitable for use in the invention. The number of changes that can be made to the mixture is. very large. The desired consistency of the mixture is obtained by changing the amount and type of colloidal material and by using oils of different viscosities.
If the ink base is a polar compound, then the oil base of the running plug material is preferably a non-polar compound, e.g. B. a mineral oil. The mineral oil used should be free of purifying additives because. certain of these additives adversely affect the gel properties of the oil when the solid particles are added.
The nature of the plug material is such that the plug easily follows the surface of the ink as it moves downward in the container during writing, and that there is a higher interfacial tension compared to the material from which the walls of the container are made, than the ink, so that the container walls are wetted and wiped clean by ink when the plug moves down in the container.
The barrel plug material is inert and impermeable to the ink constituents, although a small amount of leakage or infiltration of the ink into the barrel plug can be observed after standing for a long time. However, this seepage is not disadvantageous. In those who use alcohol-based inks, the tread material is typically a hydrophobic gel.
Gels of the type described have a tendency to retain their consistency even when heated to the decomposition temperature of the liquid base. This consistency can be maintained fairly evenly over a wide temperature range, so that the plug easily follows the ink surface and adapts to any irregularities in the side walls of the container. At the same time, however, the plug prevents the ink from flowing out of the container when the writing device is turned around.
Certain desired properties which are inherent in the plug material used according to the invention are based on the property of the gels, which is referred to as syneresis, that is. a certain tendency to contract itself to the smallest possible volume and in this way separate part of its liquid phase.
A plug of the running plug material described here, which is located in the writing instrument, always has the tendency to excrete a small amount of the liquid base or oil, so that a film is formed around the entire surface of the plug.
At a fairly low viscosity, the oil acts as a lubricant that encourages the downward movement of the plug when the ink is sucked out of the tip of the ballpoint pen. For this reason, preferably oil is used with a viscosity corresponding to a value that is less than 450 seconds at 38 C, measured on a Saybolt viscosity meter.
The syneresis of the gel described here is so rapid that the plug is adequately lubricated. and in no way hindered the proper flow of ink from the ballpoint pen while writing. becomes. On the other hand, the syneresis is not so fast that the plug material releases harmful amounts of the oil, which would make the writing instrument unclean or reduce its useful life.
Although there is a particular embodiment of the invention shown and described ben, but the invention is not. limited to this embodiment as many changes can be made without departing from the scope of the invention.