CN101027137A - 用于控制流体流的疏水性/亲水性过滤器/贮液器组合件 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于书写工具、涂改液分配器和自给型颜料刷以及颜料贮液器的流体控制系统。该流体控制系统包括两个过滤器或者贮液器，即疏水性过滤器/贮液器和亲水性过滤器/贮液器。疏水性和亲水性元件可以邻近设置并且相互邻接接合，或者在它们之间设置有间隙或者间隔。疏水性元件邻近流体贮液器(即油墨、涂改液、颜料贮液器或者其它的水基流体)设置，并且亲水性元件邻近施涂器尖端或者刷子进行设置。

Description

用于控制流体流的疏水性/亲水性过滤器/贮液器组合件

相关申请的交叉引用

根据35 U.S.C.§119(e)的规定，本申请要求于2003年8月19日申请的，序号为No.60/496,301的美国临时专利申请的优先权，该申请的公开内容在这里被结合引用。

技术领域

本申请公开了一种用于流体分配工具比如书写工具和颜料工具的具有活动部分的机械阀的替代品。更准确地说，用一种过滤器组合件来代替机械阀比如球阀、针形阀或者鸭嘴阀。更加特别地是，疏水性和亲水性过滤器组合件用来控制从柔性筒管贮液器到工具尖端、刷子或者施涂器的油墨、颜料涂改液或者任何其它水基流体的流量。尤其是，疏水性过滤介质被布置在流体供给装置与亲水性过滤介质之间。该亲水性过滤介质被布置在毛刷簇、钢笔尖端或者施涂器尖端与疏水性过滤介质之间。对保持流体的柔性筒管手动施加压力，将使流体流过疏水性过滤介质并流至亲水性过滤介质。亲水性过滤介质将受控的流体流输送至施涂器尖端。

背景技术

在流体分配工具比如油墨笔中，重力和毛细力是使油墨从贮液器移动到尖端的两种主要手段。在一个系统中，油墨被储存在与尖端相连的狭窄的管状贮液器中。在毛细力和重力的作用下，油墨通过尖端从贮液器中流出。

另一系统包括将油墨储存在通常称之为贮液器的纤维结构中。在纤维贮液器里充满着油墨，油墨在毛细力和重力的双重作用下从纤维贮液器流至尖端。所述尖端可以是纤维贮液器的延长部，或者可以是具有收集管或嵌入纤维贮液器中的其它结构的单独部件。

为了输送流体通过尖端，一些类似于书写工具的工具需要用户用手对包含要进行分配的流体的柔性筒管施加压力。特别是，包含涂改液的工具现在被制成笔形，为了输送涂改液通过滚珠支枢的尖端，需要使用者对柔性筒管或者贮液器施加压力。相比之下，自来水笔包括直接与墨水贮液器相连的尖端，毛细力和重力作用使墨水输送到自来水笔的尖端。

此外，更特殊的书写工具可包括阀门系统如止回阀或者鸭嘴阀，用以帮助控制流至尖端的墨水或者书写流体的流量。由于这样的书写工具的尺寸很小，因此书写工具中这样的机械阀门系统的成本将会非常昂贵。此外，由于书写工具很小，存在渗漏或者难以控制的可能，并且需要在大范围的环境温度下使用，因此机械阀是不可靠的。

这样，虽然书写工具和涂改液工具可呈现多种形状，但没有一个流体输送机构不具有缺陷。例如，虽然圆珠笔的毛细作用是可靠的和持久的，但圆珠笔在报纸上只能写下很浅的痕迹，并且不是需要粗笔迹的用户的优选。另一方面，毡尖笔虽然提供了较深的粗笔迹，但是容易输送不一致的墨水量以及过早地用干墨水。其它尝试作为自来水笔和圆珠笔的结合物的滚珠型笔容易过早地出现故障。此外，当笔尖垂直地设置于墨水贮液器的上方时，那些依靠重力使墨水流动的廉价笔将不能正常使用。

当前可得到的需要用户挤压筒管来涂写流体的涂改液工具，由于需要在筒管上施加较大的力以便产生所需的涂改流体流动，因此其操作不一致并且使用不便。任何在墨水贮液器和尖端之间布置机械阀的书写工具制造起来是昂贵的，并且因为上述的原因而容易出现故障。

因此，在墨水、颜料、涂改液或者其它的贮液器与书写尖端、刷子或者施涂器尖端之间需要设置一种改进的流体控制系统。

此外，在画家用品领域，并且更加特定地在颜料领域，画家一般使用多种刷子和调色板，在调色板上布置有各种各样的油漆颜料。虽然本系统已经使用了几个世纪了，但还是需要漆刷，其包括它们自己的油漆或者墨水贮液器，这将消除对单独的调色板，以及就水彩来说，单独的罐或者碗来清洗和浸湿刷子的需要。特别地，需要单独的水彩刷子，其包括连接到刷子的水彩贮液器。然而，当前控制水彩颜料从贮液器流至刷子尖端的流体控制系统不能令人满意。因此，需要一种用于控制在筒管贮液器和水彩漆刷施涂器的刷子尖端之间的流体流量的经过改进的控制系统。

发明内容

为了满足以上要求，公开了一种位于筒管贮液器与施涂器尖端例如钢笔尖端、刷子或者流体施涂器之间的“化学”阀门系统。

在一个实施例中，阀门或者控制系统包括两个过滤器，所述过滤器为疏水性过滤器和亲水性过滤器。在一个实施例中，疏水性过滤器被布置在亲水性过滤器与筒管贮液器之间。此外，在一个实施例中，筒管贮液器包括柔性壳体，所述柔性壳体允许使用者通过挤压筒管而在贮液器中产生压力。当挤压筒管时，贮液器中产生流体压力，且流体受压通过疏水性过滤器而流至亲水性过滤器。然后，流体以可控制的方式被抽吸通过亲水性过滤器而流至书写尖端、刷子、施涂器尖端或者施涂器刷子。

在一个改进实施例中，疏水性贮液器与亲水性贮液器间隔开并且设置在节流圈之内。

在另一个改进实施例中，疏水性贮液器和亲水性贮液器相互邻接接合并且被布置在流体贮液器与施涂器尖端之间。

上述流体控制系统适用于墨水笔、涂改液笔和涂料刷例如自持的水彩涂料刷，其刷子被连接至包含水彩颜料的筒管贮液器，在它们之间具有公开的流体控制系统。该公开的流体控制系统将同样适用于通过尖端、刷子或者施涂器输送其它的水基流体。

附图说明

在附图中或多或少地对公开实施例进行了图解说明，其中：

图1是根据本发明的节流圈(ferrule)的局部剖视图，所述节流圈包括用于控制流向施涂器尖端的流体流的疏水性过滤元件和亲水性过滤元件；

图2是节流圈的另一局部剖视图，所述节流圈包括疏水性过滤元件和亲水性过滤元件，并且在其间设置有间隙或者间隔；

图3是显示图1中的流体控制或者过滤系统在与筒管贮液器和毛刷簇连接时的剖视图；和

图4是显示图2中的流体控制或者过滤系统在被附接到筒管贮液器上时的剖视图。

具体实施方式

参见图1，在套环13或者其它外壳系统内设置有疏水性过滤元件11和亲水性过滤元件12。如下结合图3和4所述，套环13或者其它结构可被连接在贮液器与施涂器尖端之间。疏水性和亲水性过滤器或者贮液器11、12能够从许多不同的来源中获得。

曾经这样的一个来源是Colonial Heights，VA的Filtrona，VA。疏水性贮液器或者过滤器11一般由聚丙烯或者具有碳主链的其它非极性聚合物来制造。这样的非极性高聚物，当结合在过滤贮液器中形成疏水性过滤器时，缺乏对水的亲合力，换言之排斥水。合适的疏水过滤器材料包括芳族聚合物和卤化聚合物。其它的适于制造疏水性贮液器或者过滤器11的材料包括但不限于：橡胶；一些聚酯；聚氨酯；多烃如聚乙烯和聚苯乙烯；丙烯酸酯；碳酸酯；氯化聚合物；聚芳香酯如聚对苯二甲酸丁二醇酯；醚如聚醚砜；聚醚醚酮；氟化聚合物如聚偏二氟乙烯；甲基丙烯酸酯；聚氯乙烯；高级醋酸乙烯酯；纤维素-酯；以及上述物质的混合物。其它的适合用于制造图1和2中附图标记11所示的疏水性过滤器或者疏水性贮液器的材料对本领域的技术人员来说是显而易见的。

相反地，亲水性过滤器或者贮液器元件12可以由非极性聚合物制成，在该非极性聚合物的聚合物主链上经常设有羟基集团。亲水性过滤器12的另一种适合的聚合物成分是聚砜。其它的用于制造该亲水性过滤器或者贮液器12的亲水性材料包括：基于纤维素的纤维如亚麻和大麻纤维的茎、椰子或者棉花的壳；基于蛋白质的纤维如兽毛、羊毛或者丝；基于矿物质的纤维如石棉、温石棉；尼龙；聚酰胺；玻璃；金属；和硅酸盐。其它的适合用于过滤器12的亲水性材料对本领域的技术人员仍然是显而易见的。

虽然不同材料的纤维可用于使贮液器疏水，但是亲水性纤维可以通过表面改性的方法进行疏水化处理。这些方法包括表面涂层和移植。同样，疏水性贮液器通过等离子处理或者臭氧分解可以变得亲水。

如图1所示的一个实施例包括疏水性过滤器或者贮液器11，其与亲水性过滤器或者贮液器12邻近布置或者邻接接合。如图2所示的一个其它可选实施例可包括更长的套环或者节流圈13a，从而使得疏水性过滤器或者贮液器11a可与亲水性过滤器或者贮液器12a间隔开。如图3所示，该套环13可被附接在筒管型贮液器14上。进一步地，套环或者节流圈13在15处可直接地或者间接地连接到刷子或者施涂器尖端上。也就是说，可以使用附加的节流圈16，或者尖端15可以一种更直接的方式被连接到套环或者节流圈13上，该种方式对本领域的技术人员来说是显而易见的。该筒管贮液器14中可容纳油墨、水彩颜料、涂改液或者其它的需要通过施涂器尖端、钢笔尖、鹅管笔的尖端，或者刷子比如图3中所示的标记15所示的刷子进行分配的其它水基流体。

图4中示出了图2中所示的隔开的过滤元件11a、12a的类似实施例。

除了使用分别为疏水性和亲水性的两个不同的过滤器或者贮液器元件11、12之外，同样基于进行输送的流体和阀门材料在化学亲合性上的差异，还可以使用其它“化学”型控制阀门或者系统。这样的其它系统将包括两个具有不同静电相互作用的过滤元件、两个具有不同酸性或者不同酸碱反应的过滤元件、两个具有贡献的和非贡献的不同的氢键结合的过滤元件、和两个具有不同的金属配合基亲合力的不同的过滤元件。一些分子对于其它分子具有特别的亲合力。在金属-配合基交互作用下，配合基通过贡献出它的未共电子对(当形成配价键时)与金属中心相互作用或者键合。一个可用实施例是，使用内部具有酚醛纤维的贮液器来限制富集铁离子的液体的流动。由于在酚与铁离子之间存在较强的相互作用，因此由于它与纤维中酚片段之间的相互作用，铁的流动将减速。

图1中所示的疏水性/亲水性贮液器11、12系统的工作实施例通过下面的实例1来说明。此外，下面还提供了实例2，用于进一步表示将亲水性贮液器12和疏水性贮液器11组合所带来的好处。

实例1

使用Tigon管材将具有多种长度的疏水性贮液器11(密度＝0.4g/cc，5.5 OD×3mm)和亲水性贮液器12(两者都来自于Filtrona，Colonial Heights，VA)连接在一起。贮液器11、12组合件与颜料刷子的油墨筒管14相连，且疏水性贮液器11的一侧面对油墨。测量施加在筒管主体14上的用于将墨水挤压出的力。表1示出了该实验的结果。

表1.使流体流通过具有各种长度亲水片段的贮液器/过滤器11、12所需的压力(力)。

所需的力(kg)	亲水性贮液器(12)的长度(mm)
				3	5	8
	到达尖端的初始流量(kg)	1.2	1.25				1.3
获得第一滴液滴				1.2	1.25	1.3

实例2

制备出包括具有多种密度(0.4、0.344、0.289g/cc)的疏水性贮液器11(5.5mm OD×3mm)的颜料刷子15。亲水性贮液器12没有被包括在这些试验中。测量用于这些颜料刷子的施加在筒管主体14上的用于将墨水挤压出的力。表2示出了该实验的结果。

表2.使流体流通过具有各种密度的疏水性贮液器/过滤器11所需的压力(力)。

所需的力(kg)	疏水性贮液器(11)的密度(克/立方厘米)
				0.4	0.344	0.289
	到达尖端的初始流量(kg)	2.8	0.89				0.59
获得第一滴液滴				3.3	1.49	1.21

这样，仅仅具有疏水性过滤元件12(即没有亲水性元件)的结构所需要的层压力说明了受控流体流的好处，该流体流通过本发明的疏水性/亲水性过滤器组合件11、12提供了压降。

虽然仅仅对一些实施例进行了阐述，但是对本领域的技术人员来说，上述内容的其它可选实施例和各种变型也是显而易见的。这些以及其它的可选方案被认为是等效的并且没有超出本发明的精神和范围。

Claims (29)

1.一种流体施涂器，包括：

柔性贮液器，所述柔性贮液器包括与套环的近端相连的开口端，套环包括与施涂器相连的远端，

套环，所述套环在贮液器的内部与施涂器之间提供了连通，所述套环在贮液器的内部与施涂器之间容纳疏水性过滤介质和亲水性过滤介质。

2.根据权利要求1所述的流体施涂器，其中所述疏水性过滤介质和亲水性过滤介质包括设置在施涂器与贮液器之间的套环中的疏水性过滤器和亲水性过滤器。

3.根据权利要求2所述的流体施涂器，其中所述疏水性过滤器被设置在贮液器与疏水性过滤器之间。

4.根据权利要求1所述的流体施涂器，其中所述疏水性过滤介质被设置在贮液器与疏水性过滤介质之间。

5.根据权利要求1所述的流体施涂器，其中所述疏水性过滤介质和疏水性过滤介质和相互分散开。

6.如权利要求1所述的流体施涂器，其中所述疏水性过滤介质由从包括橡胶、聚乙烯、聚酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、氯化聚合物、聚芳香酯、聚醚、氟化聚合物、甲基丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、纤维素-酯以及上述材料的混合物中选出的材料制成。

7.如权利要求1所述的流体施涂器，其中所述亲水性过滤介质由从包括聚砜、亚麻纤维、大麻纤维、椰子纤维壳、棉纤维壳、兽毛、羊毛、丝、石棉、温石棉、尼龙、聚酰胺、玻璃、金属、多硅酸盐及其混合物中选出的材料制成。

8.如权利要求2所述的流体施涂器，其中所述疏水性过滤介质由从包括橡胶、聚乙烯、聚酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、氯化聚合物、聚芳香酯、聚醚、氟化聚合物、甲基丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、纤维素-酯以及上述材料的混合物中选出的材料制成。

9.如权利要求8所述的流体施涂器，其中所述亲水性过滤介质由从包括聚砜、亚麻纤维、大麻纤维、椰子纤维壳、棉纤维、兽毛、羊毛、丝、石棉、温石棉、尼龙、聚酰胺、玻璃、金属、多硅酸盐及其混合物中选出的材料制成。

10.如权利要求3所述的流体施涂器，其中所述疏水性过滤介质由从包括橡胶、聚乙烯、聚酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、氯化聚合物、聚芳香酯、聚醚、氟化聚合物、甲基丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、纤维素-酯以及上述材料的混合物中选出的材料制成。

11.如权利要求10所述的流体施涂器，其中所述亲水性过滤介质由从包括聚砜、亚麻纤维、大麻纤维、椰子纤维壳、棉纤维、兽毛、羊毛、丝、石棉、温石棉、尼龙、聚酰胺、玻璃、金属、多硅酸盐及其混合物中选出的材料制成。

12.如权利要求1所述的流体施涂器，还包括将套环的远端连接到施涂器上的节流圈。

13.如权利要求1所述的流体施涂器，其中所述施涂器是成簇状的刷子。

14.如权利要求1所述的流体施涂器，其中所述套环与贮液器整体相连。

15.如权利要求1所述的刷子，其中所述施涂器是油墨或者颜料刷。

16.如权利要求1所述的刷子，其中所述施涂器是一块泡沫材料或者海绵材料。

17.一种油墨或者颜料刷，包括：

具有用于容纳含水油墨或者颜料溶液的内部的柔性贮液器，所述贮液器包括与套环的近端相连的开口端，套环包括与刷子相连的远端，

套环，所述套环在贮液器的内部与刷子之间提供了连通，所述套环在贮液器的内部与刷子之间容纳疏水性过滤介质和亲水性过滤介质。

18.根据权利要求17所述的刷子，其中所述疏水性过滤介质和亲水性过滤介质包括设置在刷子与贮液器之间的套环中的疏水性过滤器和亲水性过滤器。

19.根据权利要求18所述的刷子，其中所述疏水性过滤器被设置在贮液器与疏水性过滤器之间。

20.根据权利要求17所述的刷子，其中所述疏水性过滤介质被设置在贮液器与疏水性过滤介质之间。

21.根据权利要求17所述的刷子，其中所述疏水性过滤介质和疏水性过滤介质和相互分散开。

22.如权利要求17所述的刷子，其中所述疏水性过滤介质由从包括橡胶、聚乙烯、聚酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、氯化聚合物、聚芳香酯、聚醚、氟化聚合物、甲基丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、纤维素-酯以及上述材料的混合物中选出的材料制成。

23.如权利要求17所述的刷子，其中所述亲水性过滤介质由从包括聚砜、亚麻纤维、大麻纤维、椰子纤维壳、棉纤维、兽毛、羊毛、丝、石棉、温石棉、尼龙、聚酰胺、玻璃、金属、多硅酸盐及其混合物中选出的材料制成。

24.如权利要求18所述的刷子，其中所述疏水性过滤介质由从包括橡胶、聚乙烯、聚酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、氯化聚合物、聚芳香酯、聚醚、氟化聚合物、甲基丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、纤维素-酯以及上述材料的混合物中选出的材料制成。

25.如权利要求24所述的刷子，其中所述亲水性过滤介质由从包括聚砜、亚麻纤维、大麻纤维、椰子纤维壳、棉纤维、兽毛、羊毛、丝、石棉、温石棉、尼龙、聚酰胺、玻璃、金属、多硅酸盐及其混合物中选出的材料制成。

26.如权利要求18所述的刷子，其中所述疏水性过滤介质由从包括橡胶、聚乙烯、聚酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、氯化聚合物、聚芳香酯、聚醚、氟化聚合物、甲基丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、纤维素-酯以及上述材料的混合物中选出的材料制成。

27.如权利要求26所述的刷子，其中所述亲水性过滤介质由从包括聚砜、亚麻纤维、大麻纤维、椰子纤维壳、棉纤维、兽毛、羊毛、丝、石棉、温石棉、尼龙、聚酰胺、玻璃、金属、多硅酸盐及其混合物中选出的材料制成。

28.如权利要求17所述的刷子，还包括将套环的远端连接到刷子上的节流圈。

29.如权利要求26所述的刷子，其中所述套环与贮液器整体相连。

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