CN107264123A - 书写工具 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及一种书写工具。本文揭示用于递送具有大粒子的组合物的递送系统。举例来说，能够递送具有大颜料粒子的墨水的书写工具可包含筒、与笔尖流体连通的墨水储集器，以及当不处于使用中时用于密封所述储集器的一或多个阀或密封件。举例来说，所述书写工具可包含自由墨水储集器，其具有安置于阀杆上的搅拌器。

Description

书写工具

技术领域

本发明大体上涉及用于递送具有大颜料粒子的墨水组合物的书写工具。

背景技术

常规书写工具通常被设计成与含有相对较小颜料粒子的墨水组合物一起使用。它们通常包含筒或壳体、用于在筒内容纳墨水组合物的墨水储集器，以及与墨水储集器成流体连通以将墨水组合物递送到衬底的书写尖端或笔尖。例如圆珠笔等一些书写工具含有相对非挥发性高粘度墨水。这些常规书写工具大体上不能够递送具有大颜料粒子的墨水，因为所述粒子将堵塞圆珠或其它递送系统。此外，这些常规书写工具一般不具有密封机构以当不处于使用中时密封存储在储集器中的墨水免受环境条件影响，因为与这些工具一起使用的非挥发性高粘度墨水在正常条件下将汽化的问题几乎不存在。

被设计用于较挥发性且较少粘性的墨水的书写工具，例如毛细作用记号笔，通常包含纤维墨水储集器以及与其流体连通的纤维笔尖。这些低粘度墨水大体上并不包含颜料粒子，大颜料粒子少得多，因为这些粒子在储集器、笔尖或两者内趋于沉淀且聚结，从而使记号笔不能操作。即使这些颜料粒子可充分悬浮于低粘度墨水中，这些组合物也无法由记号笔合适地递送，所述记号笔变成随时间过去而被颗粒堵塞(在纤维储集器和/或纤维笔尖内)。

已经开发阀动作记号笔以尝试递送具有大颜料粒子的墨水。阀动作记号笔利用弹簧加载的笔尖，其当在轴向方向凹陷(抵靠着书写表面)时打开到墨水储集器的阀，进而允许墨水从墨水储集器流动到笔尖。这些阀作用记号笔的问题在于当记号笔不处于使用中时颜料粒子趋于沉淀到墨水储集器的底部。消费者必须接着在使用之前剧烈摇动记号笔以便在整个墨水组合物中再分布颜料粒子，以当墨水组合物传送到衬底时递送所需的视觉效果。然而，消费者没有办法检验颜料充分地再分布。这些阀动作记号笔对用户也可为不利的或不合意的，因为它们需要在书写期间笔尖凹陷且对笔尖施加力以将组合物递送到笔尖。需要常规阀作用记号笔的通常约0.1英寸或更多的大体凹陷来起始墨水的流动且必须重复或维持大的轴向移动以用于良好墨水递送。这会需要用户利用不自然的书写笔划，这可为不愉快的且甚至疲劳的。

发明内容

根据本发明的实施例，一种书写工具可包含：筒；墨水储集器，其安置于所述筒内；叶片，其安置于所述墨水储集器内；书写笔尖，其与所述墨水储集器流体连通；阀，其包括第一末端以及相对地安置的第二末端。所述笔尖在所述第一末端处耦合到所述阀，且所述叶片在所述第二末端处耦合到所述阀。所述笔尖适于致动以使所述阀在第一与第二位置之间移位。当在第一位置中时所述阀安置于所述筒中，使得所述阀的至少表面抵靠着所述筒的内表面密封以防止所述墨水储集器与所述笔尖之间的流动。当在第二位置中时，所述阀移位为打开一或多个通路，流体可从所述墨水储集器通过所述通路流动到所述笔尖。

根据本发明的实施例，一种书写工具可包含：筒；可收缩的墨水储集器，其安置于所述筒内；笔尖，其与所述墨水储集器流体连通；以及腾塞特(tensator)弹簧，其耦合到所述可收缩的墨水储集器，其中所述腾塞特弹簧的一端固定到所述筒靠近所述笔尖，且所述腾塞特弹簧包括与所述固定末端相对安置的线圈，其中所述线圈邻近于且(任选地) 耦合到所述墨水储集器的一端。当所述墨水从所述储集器移除时，所述腾塞特弹簧拉紧，从而使所述线圈朝向所述固定末端移动，这又至少部分地使所述墨水储集器收缩。

根据本发明的实施例，一种书写工具可包含：筒；墨水储集器，其界定于所述筒内，其中所述墨水储集器是加压的；笔尖，其与所述墨水储集器流体连通；阀，其耦合到所述笔尖。所述笔尖致动以使所述阀在第一与第二位置之间移位，且当在第一位置中时所述阀防止所述墨水储集器与笔尖之间的流体流动，且当在第二位置中时提供通路以允许墨水储集器与笔尖之间的流动。所述墨水储集器可通过与安置于储集器中的流体直接接触的气体和/或通过活塞(例如，弹簧致动的活塞)而加压。

根据本发明的实施例，一种具有挡板的笔尖可包含：第一层，其包括一或多个第一层孔；第二层，其安置为邻近于所述第一层且包括一或多个第二层孔，所述第二层孔从所述第一层孔偏移；以及一或多个间隔件，其安置于所述第一与第二层之间，其中流动通道界定于所述第一与第二层之间。

根据本发明的实施例，书写工具可包含具有挡板的笔尖。所述书写工具可包含安置于所述具有挡板的笔尖上方的覆盖物。举例来说，多孔材料可安置于所述具有挡板的笔尖上方以将墨水从所述具有挡板的笔尖递送到衬底。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的书写工具的透视图；

图2是图1的书写工具的分解视图；

图3是根据本发明的实施例的书写工具的横截面视图；

图4是图3的书写工具的分解视图；

图5是图3的书写工具的后阀阀杆组合件的分解视图；

图6是图3的书写工具的组合件的示意说明；

图7是根据本发明的实施例的搅拌器的示意说明；

图8是根据本发明的实施例的书写工具的前端的分解视图；

图9是图8的书写工具的前端的横截面视图；

图10是根据本发明的实施例的书写工具的前端的横截面视图，其展示笔尖以及在(A)使用中位置和(B)存储位置中的阀

图11是根据本发明的实施例的书写工具的后端的横截面视图，其展示在(A)使用中位置和(B)存储位置中的排气口；

图12A和12B是说明通过图3的书写工具的空气和墨水流的横截面视图。

图13A是说明根据本发明的实施例的排气口结构的书写工具的后端的横截面视图；

图13B是图13A的隔膜的透视图；

图13C是图13A的推动肋状物的正视图；

图14A是说明根据本发明的另一实施例的排气口结构的书写工具的后端的横截面视图；

图14B是图14A的网状织物和固持器的透视图；

图14C是图14A的阀杆末端的正视图；

图15是说明根据本发明的实施例的笔尖的书写工具的前端的横截面视图；

图16是根据本发明的另一实施例的书写工具的侧视图；

图17是图16的书写工具的分解视图；

图18是图16的书写工具的前透视横截面视图，其展示笔尖和密封件；

图19是图6的书写工具的一部分的侧视横截面视图，其展示在(A)使用中位置和(B) 存储位置中的笔尖和密封件；

图20是根据本发明的又另一个实施例的书写工具的分解视图；

图21是根据本发明的再另一实施例的书写工具的透视横截面视图；

图22是根据本发明的实施例的书写工具的透视横截面视图；

图23A是在使用中位置中的根据本发明的实施例的书写工具笔尖和阀的横截面视图；

图23B是在存储位置中的图23A的书写工具笔尖和阀的横截面视图；

图24是说明颜料回流的常规书写工具的示意图；

图25是根据本发明的实施例的具有笔尖的书写工具的示意图，所述笔尖可防止颜料回流；

图26是根据本发明的实施例的笔尖的分解视图；

图27是根据本发明的实施例的具有挡板的笔尖的横截面视图；

图28是根据本发明的实施例的具有挡板的笔尖的正视图；

图29是图27的具有挡板的笔尖的单个板的透视图；

图30是根据本发明的实施例的笔尖的透视图；以及

图31是由纤维束形成的笔尖的示意图。

具体实施方式

本发明揭示能够将具有大粒子的组合物递送到衬底的递送系统。举例来说，递送系统可为用于将具有大颜料粒子的墨水递送到衬底的书写工具。具有大于8微米的直径的颜料粒子大体上被视为大的，且不与常规书写工具兼容。根据本发明的实施例，书写工具可递送含有大颜料粒子的墨水而不需要如由常规阀作用记号笔视需要的上底漆和/或再上底漆。根据本发明的实施例的书写工具可递送含有大颜料粒子的多种类型的墨水，包含挥发性墨水、非挥发性墨水、触变性墨水、屈服应力墨水、非牛顿墨水和牛顿墨水。

根据本发明的递送系统的实施例包含具有前端14和相对地安置的后端16的筒12、安置于筒12内或形成于筒12内的墨水储集器18和与墨水储集器18流体连通的笔尖20。一或多个阀或密封件可包含于递送系统中以在系统不在使用中时密封墨水储集器。举例来说，阀或密封件24可附接到笔尖20且可由笔尖20的降压驱动以打开阀24并允许墨水储集器18与笔尖20之间的流体连通。根据图式的书写工具还可包含用于在不在使用中时覆盖笔尖20的顶盖13。

常规书写工具在与含有大型颜料的墨水一起利用时可遭受颜料回流。参看图25，颜料回流可在书写工具10顶端向上而存储时发生。在此定向上，颜料可远离笔尖回流。此可中断从书写工具递送颜料，此举可能提供不良的书写体验。在此处所揭示的实施例中的若干者中，书写工具减少或防止颜料回流以改善工具的可用性。

对于将用作书写工具的递送系统，已观察到书写工具将留下约a·10微米的表面薄膜厚度，其中a是约1。假设此在沉积之后跨n秒经吸收到衬底中，发现以下关系式假设在薄膜沉积之前的可忽略墨水吸收：

其中κ是衬底的磁导率，ε是衬底的孔隙度，且P是到衬底中的毛细拉力。举例来说，假设κ是约10^-14且P是约Pa(P≈2γ/R_fiber)，那么此减小到：

μ≤2εn/a²～O(1)

由此，可作出结论，在一些情况下在纸上书写的递送系统应具有约0.1到1Pa·s的最大粘度以避免涂污。此可允许慢速沉降，但不有效地历时书写工具使用寿命而停止沉降，已观察到此需要数十到数百Pa·s。

此还可在在非吸收性表面上书写的一些情况下真实。举例来说，稳定涂层流动需要小于均一的毛细数字，即：

对于典型书写速度(V约2英寸/秒或0.05m/s)和墨水表面能(γ约30mN/m)，可见μ≤0.6Pa·s。此在根据本发明的工具中不排除对较高粘度的使用。可在Ca_n>>1下成功地执行涂布操作。然而，系统中的除毛细压力之外的其它因素可在这些情形下支配薄膜沉积。举例来说，笔尖形状的精密细节可为某一因素。

根据一些实施例，书写工具可产生高驱动压力。举例来说，在弹簧或气压驱动书写工具的实施例中，可产生超过10⁴Pa的压力。在此些实施例中，利用非纤维笔尖可为有用的。举例来说，管道型或针筒型笔尖可有益于此些实施例。对于用于此实施例中的纤维笔尖，可在一些实施例中需要精密纤维直径以对流动产生足够的阻力。在下文说明对高驱动压力工具的合适的纤维直径的示范性计算：

Q≈ΔP_drive/(Z_nibμ)

(Z_nibμ)～10⁴Pa/10^-9m³s^-1～O(10¹³)

μ～O(10^-2-1)Pa·s→Z_nib～O(10^13-15)m^-3

Z_nib≈L_nib/(A_nib f D²)～10^-2m/(10^—4m²·10^-2D²)

→D≈(3-30)μm，

其中Z是流体阻力，D是纤维直径

可经过具有此范围的大端(30μm)处的直径的织物递送大颜料粒子，但约3μm的较小直径可变得由颜料粒子堵塞。举例来说，在具有约30μm的直径的纤维的情况下，可大体上容纳具有小于约10微米的颜料粒子的墨水。在具有所要以使用纤维笔尖的高驱动压力实施例中，可借由利用较长和/或较多孔笔尖来一定程度上增大纤维直径要求。纤维直径必须足够大以容纳颜料粒子大小的通过，且因此对合适纤维直径的选择将不仅取决于对于产生对流动的足够阻力的需要，而且取决于对待在工具中利用的墨水的选择。

在一些实施例中，可使用管道型或针筒型笔尖。管道或针筒可在一些实施例中具有小横截面积。举例来说，

Z_pipe＝128L/(πD⁴)～10^(13-15)m^-3

L～O(10^-2m)→D≈(130-420)μm

具有数十微米直径的粒子可甚至在示范性计算的低端(130μm)处通过管道或针筒。此些直径可在金属结构中加以制造且可由挤压技术制造。此些直径对应于具有约22到约31的线径范围的针筒。

在又另一个实施例中，可使用一捆织物来在管道型结构中制造笔尖。可(例如)如图 31中所说明捆绑织物，从而在织物之间产生间隙。间隙可提供较大颜料粒子可流动经过的开口。举例来说，织物可具有100μm到毫米的直径。根据D_gap≈0.2D_fiber，间隙的大小与纤维的直径相关。

在各种实施例中，工具可与屈服应力墨水一起使用。屈服应力墨水可在储存期间有助于减少颜料粒子的沉降。为了使屈服应力墨水的流动进行，驱动压力必须大于如分佈于施配器(例如，笔尖)壁上方的屈服应力。例如：

举例来说，对于纤维笔尖，L可为约0.01m且r可为约20微米，此使得P≥1000τ_y，此暗示约10⁴Pa的净驱动压力将需要τ≤10Pa。因此，在至少一些屈服点屈服应力墨水的情况下，纤维笔尖可处于在此屈服应力下堵塞的边上。

然而，使用管道型或针筒型笔尖可容纳较高屈服应力。举例来说，在示范性管道型笔尖中，L可为约0.01m，r可为约130到400微米。在此些实施例中，装置可对于10⁴ Pa的驱动压力借由高达70到200Pa的屈服应力推动墨水。

任何类型的笔尖可用于本文中所揭示的实施例中的任一者中。举例来说，笔尖可为纤维或非纤维的。举例来说，笔尖可为多孔的，例如多孔塑料笔尖。举例来说，笔尖可为无孔的，例如金属笔尖。在各种实施例中，笔尖20可为丙烯酸线性纤维笔尖。参看图15，笔尖20可包含沿着笔尖20的长度的一部分适配在笔尖20的周界周围以便加固笔尖20的笔尖配接器22。在各种实施例中，笔尖20与配接器22可共挤。在其它实施例中，配接器22可使用任何已知方法(包含热密封、超声密封、按压适配和粘合剂)附接到笔尖20。配接器22可由用于改善笔尖20的刚性的任何合适材料形成。举例来说，配接器22可为塑料配接器。举例来说，合适材料包含聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸伸乙酯、聚缩醛共聚物和其组合。举例来说，在一实施例中，配接器是与形成内部笔尖的聚缩醛共聚物共挤的聚缩醛均聚物。

在本文中所揭示的实施例中的任一者中，递送系统可包含排气系统、顶盖或盖板、额外主体结构、夹持部分或与递送系统一起使用的任何额外结构中的一或多者。在本文中所揭示的实施例中的任一者中，墨水储集器、排气口、阀和笔尖中的一或多者可安置于主体中。主体可为单一片件或提供为多个部分。举例来说，主体可包含附接到彼此的两个部分。第一主体部分可包含安置于其中的墨水储集器，而第二主体部分可收纳笔尖和耦合到笔尖的阀或密封件。举例来说，第一主体部分可为筒12且第二主体部分可为笔尖套管36。

在前述实施例中的任一者中，阀或密封件可安置为邻近于笔尖和/或附接到笔尖。阀或密封件可包含啮合筒或套管的内表面以在储集器与笔尖之间密封并防止储集器与笔尖之间的流体连通的密封部分。笔尖可借由施加橫向力(例如，借由按压笔尖抵靠着衬底)可移位，衬底又可致动阀或密封件以使阀或密封件从第一(关闭)位置，移位到第二(打开)位置，在第一位置中，防止墨水从墨水储集器流动到笔尖，在第二位置中，提供过道以允许墨水从墨水储集器流动到笔尖。在一些方面中，筒或套管的内表面可为锥形的或以其它方式形成轮廓，使得当阀或密封件在第一位置中时，筒或套管的内表面由阀或密封件啮合，且当阀或密封件经致动到第二位置时，筒或套管在远离密封件的边缘的那个区域中呈锥形，使得过道在阀或密封件与内部筒或套管表面之间存在。举例来说，筒或套管可包含具有第一横截面直径的第一区域和具有大于第一横截面直径的第二横截面直径的第二区域，且阀可在在第一位置中时安置于第一区域中且在在第二位置中时安置于第二区域中。阀可经设定大小使得至少一个表面(例如，圆锥形形状的突出物)在第一区域中啮合筒或套管的内表面，以抵靠筒或套管密封并防止墨水从墨水储集器流动到笔尖。可选择第二横截面直径，使得至少一个表面不再能够啮合筒或套管的内表面且为墨水的流动提供过道。其它阀结构可能不啮合筒或套管的内表面，但还可使用一些其它结构，例如阀密封件。举例来说，球阀可用于本文中所揭示的实施例中的任一者中。

递送系统可在一些实施例中为书写工具，例如笔、记号笔、闪光剂或粒子施配工具。在其它实施例中，递送系统可用于美容工具(例如衬垫和其它化妆品涂抹器)中。在其它实施例中，递送系统可与电子装置一起使用，(例如)以递送金属粒子，举例来说，用于焊接或递送(例如)用于绘制电路的导电粒子。在又其它实施例中，递送系统可用于涂料行业中以递送具有颜料粒子的涂料。虽然在本文中相对于书写工具和墨水的递送论述实施例，但是应理解，此些实施例可合适于对含有例如上文所描述的组合物的其它粒子的替代性施加和递送。

自由墨水储集器

参看图1和3，根据一实施例。书写工具10可包含自由墨水储集器18。举例来说，自由墨水储集器18可安置于书写工具10的筒12内。替代地，筒12或其一部分可界定墨水储集器18的外壁。自由墨水储集器18可不含或大体上不含纤维性填充物。书写工具10进一步包含与墨水储集器18流体连通的笔尖20和用于在使用期间打开墨水储集器18与笔尖20之间的流体连接的阀24。书写工具10可包含阀杆28，阀杆28安置于筒12中且连接到阀24以在打开位置与关闭位置之间致动阀24。在各种实施例中，如图 1和3中所说明，阀杆28可安置于自由墨水储集器中。

笔尖20和阀可容纳在主体内。在一些实施例中，主体可包含如图1所展示的多个部分，其具有界定墨水储集器的筒12和收纳笔尖20和阀24的一部分的套管36(在书写工具10的夹持区域26中)。筒12与套管36可附接到彼此。举例来说，筒12与套管36 可持续地附接到彼此。替代地，筒12与套管36可可拆卸地附接到彼此。

如上文所描述，笔尖20可以是纤维笔尖、非纤维笔尖、多孔笔尖、无孔笔尖和/或具有配接器的笔尖。笔尖20可在一些实施例中为宽松笔尖。笔尖20还可在各种实施例中为加宽的，此可有助于在使用期间减少较大颜料粒子的堵塞。举例来说，在一实施例中，笔尖20是具有安置于笔尖处以允许墨水流动经过笔尖20的孔隙的非纤维笔尖。笔尖20可配备有或不配备有如上文所描述的配接器22。

参看图2和3，书写工具可进一步包含安置于在墨水储集器18中收纳的阀杆28上或其周围的搅拌器30。搅拌器30可有助于改善墨水储集器内的气流以及搅拌墨水以防止或减少颜料沉降。

图2说明搅拌器30是安置在阀杆28周围的叶片32的实施例。如图2中所说明，叶片可提供为具有阀杆28的整体结构。还在本文中预期叶片32可为独立于阀杆28的结构。举例来说，叶片32可包含用于收纳阀杆28的孔隙。

图3说明搅拌器30是可沿着阀杆28移动的结构的实施例。当从顶端向下到顶端向上定向移动书写工具10时，搅拌器30沿着阀杆28移动以搅拌墨水。还可在阀杆28上收纳搅拌器30，使得搅拌器30能够旋转以及沿着阀杆28的长度在线性方向上行进。书写工具10可包含定位于墨水储集器18内的止挡件34，使得搅拌器30在一对相对止挡件34之间行进。止挡件34可由储集器18内或邻近于储集器18的结构提供。参看图7，举例来说，可在阀杆28上提供止挡件34。在另一实施例中，如图3中所说明，前止挡件34可由收纳笔尖20和阀24的笔尖套管36的边缘提供。图4说明具有可沿着阀杆28 移动的结构上所收纳的搅拌器30的书写工具的分解图。在书写工具的装配期间，搅拌器30可定位于阀杆28的后端处以促进装配。搅拌器30适配到阀杆28上使得搅拌器30 能够在装配完成之后且响应于书写工具的定向的移动而沿着阀杆滑动。在各种实施例中，搅拌器30可由金属形成。举例来说，搅拌器30可由不锈钢或铝形成。

在各种实施例中，书写工具在前端14中包含阀24以在书写工具10不在使用中时密封笔尖20与墨水储集器18之间的流体连接。此可(例如)在使用挥发性墨水时有助于防止储集器中的墨水的蒸发。举例来说，阀可为PE阀。在一些实施例中，书写工具可经历溶剂回流，在利用宽松笔尖时尤其如此。溶剂可回流到阀结构，阀结构可包含小储集器和/或吸收性结构以含有此回流。阀还可用以在在书写工具的定向引起阻碍墨水流动到笔尖的重力的顶端向上配置中书写时提供墨水的储集器。

在顶端向下配置中，驱动墨水流动到笔尖的压力可主要为重力和顶端毛细拉力。举例来说，可借由约100到1000Pa的压力启动流动。

参看图8，在各种实施例中，笔尖20和阀24可容纳于附接到筒12的笔尖套管36 中。图9是图8的分解装配的横截面视图。如图9中所说明，笔尖20收纳于在笔尖套管36的前开口38中且与阀24的开口40啮合。如图10A和10B中所说明，阀杆接着收纳于阀24的相对后开口42中使得阀杆与阀杆28接触。

参看图10，阀24可在书写工具不在使用中时抵靠筒或笔尖套管36(如果存在)的一或多个内壁密封，以防止墨水流动到笔尖。图10说明书写工具10包含笔尖套管36的实施例。笔尖20，其与也安放于阀24中的阀杆接触，附接到阀24，使得阀24可借由笔尖20降压抵靠着衬底来在至少一个方向上移位。笔尖20的移动用以从套管36(或筒 12)的壁取消安放阀并允许墨水流动到笔尖20。如图10A和10B中所说明，在各种实施例中，笔尖套管36的内表面可包含锥形或其它加宽的区域，使得当在第一位置中时(图 10B)，阀24的表面与笔尖套管36的内表面啮合，从而形成密封件以防止笔尖20与墨水储集器18之间的流体连通，且当在第二位置中时(图10A)阀24移位到内表面远离阀 24呈锥形(或以其它方式加宽)的位置，使得阀24表面无法不与笔尖套管的内表面啮合并提供用于墨水的流动的过道。参看图10A，当在使用中时，可按压笔尖20且使其朝向书写工具10的内部轴向地移动。此可使阀24朝向墨水储集器18位移，从而打开笔尖20与储集器18之间的过道以允许墨水从储集器18流动到笔尖20。

在各种实施例中，阀可包含用于在阀的中心区域中收纳笔尖的末端笔尖收纳区域和延伸以在在密封位置中时接触筒的内表面的一或多个密封部分。在一些实施例中，密封部分可为从阀的一或多个末端朝外延伸的一或多个圆锥形部分。在一些实施例中，圆锥形部分可从阀的相对末端朝外延伸，从而在一端处围绕笔尖的一部分。圆锥形部分中的一者或两者可具有打开内部容积，其可在可捕捉溶剂回流的阀内提供内部储集器和/或允许一些墨水保持于阀中以在在顶端向上配置中书写时实现墨水流动。

参看图11A和11B，书写工具10可进一步包含安置于阀杆28的后端处或连接到所述后端的弹簧44。弹簧44在书写工具不在使用中时使阀杆28和因此阀24偏置到关闭位置。当笔尖20与书写表面啮合时，笔尖20抵靠着书写表面的力迫使阀24和阀杆28 朝向弹簧44，同时在从套管36或筒12密封表面取消安放阀24压缩弹簧44。图11A和 11B说明弹簧44收纳于弹簧固持器46上的实施例，弹簧固持器46又耦合到阀杆28。弹簧44固定于筒的后端处，所述后端与收纳于弹簧固持器46处的弹簧的末端相对。

参看图4，在一实施例中，可在包含用于收纳阀杆28的末端部分的开口的阀杆夹48上收纳弹簧44，以耦接阀杆28与阀杆夹48。阀杆夹48可包含圆柱形延伸部50，在延伸部50上方收纳弹簧44。

参看图5，阀杆夹48的圆柱形延伸部50可包含用于收纳集电器54的开口52。收集器54吸收或吸附从墨水储集器18渗漏到筒的后端中的墨水，以防止墨水泄漏到安置于筒的后端16中的排气孔56之外。收集器54可由任何合适的材料(包含(例如)聚酯纤维)形成。

在各种实施例中，书写工具可包含排气口结构。排气口结构可在书写工具的后端中 (例如，在筒12的后端中)包含排气孔56。阀24的致动和阀杆28的对应移动可用以打开并密封排气口。

参看图2，阀杆28可连接到排气口(例如，气锁结构)，排气口可在阀杆28由阀28 致动时啮合，借此在阀24打开时允许排气。当书写工具不在使用中时，可密封排气口以将储集器维持在密封状态下─在一端处由阀密封且在相对末端处由排气口或排气口的一部分密封。当书写工具在使用中时且按压笔尖，打开阀以允许墨水流动到笔尖且打开排气口以允许系统在储集器的相对末端处的排气。在书写工具与笔尖(后端)相对的末端中使用排气口可允许起动系统而不需要或至少以减小程度需要抽汲系统。

仍参看图2，在各种实施例中，气锁排气口可包含具有用于收纳阀杆28的末端的孔隙的第一排气口结构58和附接到阀杆28中的卡槽62的第二排气口结构60。第一排气口结构58和第二排气口结构60耦合到阀杆28，使得借由笔尖20的致动来打开排气口。在关闭或已存储位置中，第二排气口结构60可抵靠着第一排气口结构58安置，从而防止气体流动经过排气口。在打开或使用中位置中，第二排气口结构60可移位远离第一排气口结构58，使得曝露至少一个过道以允许气体穿过。弹簧44在存储书写工具且不向笔尖20施加力时将排气口结构偏置于关闭位置中。

参看图5，排气口可替代地提供为嗝阀64。在借由按压笔尖20抵靠着书写表面来致动阀24期间，嗝阀64可打开以允许空气流入墨水储集器中，但一旦笔尖末端处的阀经致动以完全地打开来开始墨水到笔尖20的流动，嗝阀64就关闭。图12A和12B说明嗝阀64在阀24在笔尖20处打开期间的致动。

参看图13，作为气锁和/或嗝阀64的替代性结构或除其以外，排气口结构还可包含隔膜66和用于啮合隔膜66的相关联推动肋状物68。参看图13A，隔膜66可连接到筒 12的后端，同时定位于筒12中的排气孔56上方。参看图13B，隔膜66可具有圆顶形状区域70，其在圆顶形状区域70的中心中具有孔隙72。孔隙72与排气孔56大体上对准。阀杆28可经改动以包含推动肋状物68。替代地，推动肋状物68可附接到阀杆28 的后端。当致动阀杆时，推动肋状物接触隔膜68的圆顶形状区域70，同时推动区域70 朝向筒12的后端。当圆顶形状区域70向后移位时，孔隙72大小增大，借此允许增大来自排气孔56的气流。参看图13A和13C，在一实施例中，阀杆28可包含或具有附接到其的四个推动肋状物，其经分离以肋状物之间提供排气沟道。本文中还涵盖其它数目个推动肋状物。隔膜68可由任何合适的材料形成。举例来说，隔膜68可由橡胶或TPE 形成。

参看图14，排气口结构还可替代性地或另外包含包含收纳于固持器78中的网状织物76的网状排气塞74。网状织物允许空气穿过其，但可由材料形成或处理为疏水性和/ 或疏油性的以使得其排斥渗漏到筒12的后端中的墨水。举例来说，网状物可为PTFE。固持器可由弹性材料形成且可紧密地收纳于筒12的后端中。当利用网状排气塞74时，可如图14C中所说明而消除推动肋状物68。当致动阀杆28时，阀杆的末端80按压抵靠着网状织物，从而迫使其朝向筒12的后端并致使网状物中的开口扩展以增加来自排气孔56的气流。

根据各种实施例，用于具有自由储集器的书写工具中的墨水可为较低粘度墨水，例如，1cP到10cP的粘度。使用较低粘度墨水可有助于增大起动速度并易化再悬浮。然而，本文中还预期高粘度墨水可与书写工具的此些实施例一起使用，例如，高达600cP 的粘度。

具有可收缩的储集器的弹簧驱动

参看图16，根据一实施例，书写工具100可包含收缩或可收缩的储集器102，其安置于筒12内且与笔尖20成流体连通。在一些实施例中，流动控制元件104可安置于储集器102与笔尖20之间。在其它实施例中，笔尖20可用来控制流量。笔尖20可为宽的和/或松散的以帮助防止堵塞。

在实施例中，所述储集器可为可收缩的储集器102。所述储集器可任选地包含纤维填充(未图示)。储集器102可为逐渐收缩的储集器102。利用能够随着墨水的移除而收缩的储集器102可消除或减少溶剂回流。在一些实施例中，此可收缩的储集器102也可操作而不需要排气。

可包含腾塞特弹簧106以对储集器102施加压力且在墨水流出储集器102时使储集器102收缩。腾塞特弹簧106的一端可固定或另外紧固于书写工具100的前端14处靠近笔尖20。腾塞特弹簧106包含与固定端108相对安置的线圈110。腾塞特弹簧106的线圈110可安置在储集器102的后部，使得在弹簧106朝向固定前部108的卷曲后，储集器102即刻从与笔尖20相对安置的末端收缩。参看图17，腾塞特弹簧106可驻留在接纳弹簧106的卷曲部分110的弹簧固持器112中。弹簧固持器112也可充当储集器盘托，其由储集器102的一部分接纳。举例来说，如图17中所说明，储集器102可包含呈啮合储集器盘托112的一部分的夹或卡钩116的形式的终端114。弹簧固持器112可在弹簧106卷曲时随着弹簧移动且对储集器102施加压力。

随着弹簧106向前卷曲，压力施加于储集器102，这又对存储于其中的墨水施加压力且在从储集器102取出墨水时吸取储集器102更接近笔尖20(使储集器收缩)。在一些实施例中，这可允许高压力的施加。举例来说，通过腾塞特弹簧、重力以及(任选地)储集器背压力可产生10,000到100,000Pa的压力。高压力的产生可使得书写工具100的此类实施例与强剪切稀化墨水、屈服应力墨水和/或触变墨水的使用兼容。这些墨水可有益于当墨水存储于书写工具100内时减少粒子的沉淀。根据此实施例的书写工具100可适应具有广泛范围的粘度(例如，从1cP到600cP)的墨水。如上文所论述，书写工具100 可与牛顿墨水和非牛顿墨水一起使用。

参看图20，在一些实施例中，储集器102可包含纤维填充118。这例如对于容易聚集的墨水可为有用的。在此类实施例中，储集器102可在一个末端附接到弹簧组合件120，当笔尖20经致动以产生压力时所述弹簧组合件可对储集器102施加压力以使墨水从储集器102流动到笔尖20。举例来说，储集器102可包含接纳弹簧组合件120的后延伸部 122。

在图17或20的任一实施例中，笔尖20可经致动以啮合与储集器102相关联的弹簧组合件120或腾塞特弹簧106以施加任何必要压力以使墨水流动到笔尖20。举例来说，可能需要驱动压力以使例如屈服应力和触变墨水等墨水流动以流出墨水储集器102。

参看图18，笔尖20可附接到密封件124或安置为邻近于所述密封件，当书写工具100不在使用中时所述密封件可经弹簧致动以密封筒12。图19A和19B分别说明在笔尖 20凹陷的“使用中”位置以及未对笔尖20施加力的存储位置中的密封件124。

在一些实施例中，书写工具100可包含位于储集器后方的开放排气口(未图示)以对系统进行排气。在各种实施例中，可收缩的储集器的使用可避免对排气口的需要。

书写工具100的此类实施例可在大的行进距离上递送1N/10⁴Pa压力的近似恒定力。

空气压力驱动

参看图21和22，根据本发明的又另一个实施例，书写工具200可包含筒12，所述筒具有安置于其中的打开的储集器202，所述储集器包含压力源204。压力源204可例如为加压气体和/或活塞驱动的源。加压气体可与储集器202中的墨水直接接触。当使用加压气体源时的气体体积将取决于需要的压力。合适的范围可包含例如约1ml到约10 ml。压力源204可产生多达100,000Pa的压力。此高压力产生可允许强剪切稀化墨水、屈服应力墨水以及触变墨水的使用，这可减少颜料粒子的沉淀。牛顿墨水也可以广泛范围的粘度(例如从1cP到600cP)使用。

储集器202可由于气体膨胀而收缩，这可允许极松散笔尖的使用而无溶剂回流。举例来说，如图22中所说明，在墨水从储集器202移除时活塞206的移动有效地缩减储集器202体积。这可减少或抑制溶剂回流，因为不存在用于溶剂排放到其中的自由体积。

图21说明其中压力源204是与储集器202中的墨水(未图示)直接接触的加压气体的实施例。图22说明其中压力源204是活塞206驱动的实施例。

通过与储集器202成流体连通的笔尖20的致动可控制从加压储集器202的流动。参看图23A和23B，笔尖20可附接到或可包含弹簧加载的阀208以控制从储集器202 的流动。阀208可例如为球阀。通过笔尖20的凹陷(例如，抵靠着衬底的轴向力的施加) 对笔尖20的致动可移开阀208(如图23A中所示)，从而打开储集器202与笔尖20之间的至少一个通路，墨水可流动通过其中。参看图23B，当未对笔尖20施加轴向力时，弹簧210使阀208(例如，球)偏置以密封储集器202与笔尖20之间的通路，进而当书写工具不在使用中时防止墨水的流动。

在各种实施例中，笔尖20可为宽的和/或松散的笔尖，其可防止在与含有大颜料粒子大小的墨水一起使用期间的堵塞。

书写工具200可进一步包含注射器和/或纤维束以帮助流动控制。

可利用具有或不具有排气口的书写工具200。在其中压力大于1巴的实施例中，不需要排气。

具有挡板的笔尖

参看图27，根据又另一个实施例，书写工具300可为较低粘度的毛细管驱动的工具，其具有软的非纤维笔尖302以在回流期间截获粒子。在一些方面中，可提供笔尖302与常规书写工具设计一起使用。

在一方面中，笔尖302可为具有中央馈送孔304的短的开放纤维笔尖。笔尖302可例如通过将具有树脂的纤维绑定到固体背衬上而形成。

参看图27，根据一实施例，笔尖302可包含挡扳组合件306以及多孔书写尖端308。挡扳组合件306可帮助减少或消除颜料回流(图25和26中所示)。举例来说，挡扳组合件306可产生水平通道310，颜料驻留于所述通道中且即使当工具300定向于尖端向上位置中时也防止颜料回流到储集器中。这可允许颜料在笔尖302中保持可用，且即使在存储于尖端向上配置中之后也改善颜料到衬底的递送。

如图28中所说明，挡扳306包含在结构内界定水平通道310的多个层。挡扳的层312通过汲取墨水以水平地流动的孔314互连。挡扳306的层312之间的间距可取决于使用的墨水而变化，但需要足够大以允许颜料粒子流动而不会阻挡通道310，但足够小以最小化沉淀时间。

挡扳306可以多种方式制造。举例来说，在实施例中，可制造挡扳306，例如模制为单一零件。在其它实施例中，挡扳306可制造为沿着中央芯或主干316组装以界定挡扳306的个别零件。参看图29，举例来说，挡扳306的个别层312或板可使用例如酸蚀刻等其它已知的方法模制或形成，并且然后沿着中央芯316组装。挡扳306的层312可附接或粘附到中央芯316。替代地，可使用垫圈318以将层组合件保持在适当的位置，如图29中所示。

参看图30，挡扳306的每一层312或板可包含用于墨水流动的孔314、用于中央芯316的孔320，以及一或多个间隔件322，所述间隔件用以维持层312之间的所需间距以允许颜料流动而无堵塞。举例来说，在实施例中，所述一或多个间隔件322可具有近似 100微米的厚度以提供挡扳306的层312之间的100微米间距。

在一些方面中，挡扳笔尖302与常规纤维储集器流体连通。在其它方面，挡扳笔尖302可与打开的储集器流体连通。根据本发明的实施例的挡扳笔尖302可并入作为用于常规书写工具的替换笔尖，从而允许这些常规书写工具适于与含有大颜料粒子的墨水一起使用。

笔尖324覆盖物可安置于挡扳306周围以提供书写尖端。笔尖覆盖物324材料可为模制的、烧结的、非机织的，或其它此类结构。笔尖材料或覆盖物324可符合笔尖部分或层的形状或者可界定相异形状。举例来说，在实施例中，覆盖物和具有挡板的部分两者大体上是圆锥形的。在实施例中，所述覆盖物可为大体上圆锥形的，而所述具有挡板的部分是圆柱形的。

挡扳306可以由多种材料形成。举例来说，可使用例如PDMS等柔性材料。在此类实施例中，可使用例如保持夹将挡扳306抵靠着储集器保持在适当的位置。图27和28 说明其中挡扳组合件306的一部分可接纳于书写工具的套管36中的实施例，其中挡扳 306的第一板326抵靠着套管36的边缘而驻留。保持工具筒中的笔尖的其它已知方式也在此完成且可合适与本文所揭示的具有挡板的笔尖302一起使用。

图31说明附接到纤维储集器330的笔尖层328。笔尖层328可包含紧固销332以及一或多个馈送孔334以流体地耦合储集器330和笔尖层328。笔尖层328可进一步包含间隔件322。间隔件可例如安置于笔尖层328的周边周围。在一些实施例中，笔尖层328 可与额外笔尖层328串联提供以提供额外遮挡。在此类实施例中，每一层328的馈送孔 334可不对准，例如图30中所说明。

在具有多个笔尖层328的实施例中，笔尖层可如图30中所说明为锥形以形成大体上圆锥形的笔尖。在其它实施例中，具有多个笔尖层328的笔尖可具有相同直径的层以使得不存在锥形形状。举例来说，堆叠笔尖层328可具有大体上圆柱形形状。在一些实施例中，仅单个笔尖层328可用于遮挡。

根据一实施例，在层或板之间具有100微米分离的具有带挡板的笔尖的书写工具300 可将颜料回流时间限制于在约10μm/s的沉积速度下为近似10秒，其通常为具有约10微米的直径的金属颜料。

如本文中所描述的具有挡板的笔尖可并入于退出书写工具结构中，所述结构包含基于纤维储集器的工具、基于自由墨水储集器的工具，以及其它常规工具设计。这些具有挡板的笔尖可适应具有例如约1cP到约10cP的粘度的墨水。所述工具内的压力是通过毛细管压力和重力而提供，且可关于储集器背压力为近似净100Pa。

虽然本文根据本发明的教示已经描述某些递送系统和书写工具，但本专利的覆盖范围不限于此。与其相反，虽然已经结合各种优选实施例而展示且描述本发明，但显而易见，除上文所提及的那些之外还可做出某些改变和修改。本专利涵盖完全属于许可等效物的范围内的本发明教示的全部实施例。因此，希望保护所属领域的技术人员可做出的全部变化和修改。

Claims (20)

1.一种书写工具，其包括：

筒，其具有筒第一末端以及相对地安置的筒第二末端；

墨水储集器，其安置于所述筒内；

书写笔尖，其与所述墨水储集器流体连通；

阀，其包括阀第一末端以及相对地安置的阀第二末端；

阀杆，其具有阀杆第一末端以及相对地安置的阀杆第二末端，其中所述阀杆第一末端耦合到所述阀；以及

搅拌器，其安置于所述阀杆上，其中：

所述笔尖在所述阀第一末端处耦合到所述阀，且所述阀杆在所述阀第二末端处耦合到所述阀，

所述笔尖适于致动以使所述阀在第一与第二位置之间移位，且

当在第一位置中时所述阀安置于所述筒中，使得所述阀的至少一表面抵靠着所述筒的内表面密封以防止所述墨水储集器与所述笔尖之间的流动，且

当在第二位置中时，所述阀移位为打开一或多个通路，流体可从所述墨水储集器通过所述通路流动到所述笔尖。

2.一种书写工具，其包括：

筒，其具有筒第一末端以及相对地安置的筒第二末端；

墨水储集器，其安置于所述筒内；

笔尖套管，其附接到所述筒的所述第一末端；

书写笔尖，其与所述墨水储集器流体连通且部分地接纳于所述笔尖套管内；

阀，其包括阀第一末端以及相对地安置的阀第二末端，所述阀安置于所述笔尖套管中；

阀杆，其安置于所述墨水储集器中且具有阀杆第一末端以及相对地安置的阀杆第二末端，其中所述阀杆第一末端耦合到所述阀且部分地接纳于所述笔尖套管中；以及

搅拌器，其安置于所述阀杆上且驻留于所述墨水储集器内，其中：

所述笔尖在所述阀第一末端处耦合到所述阀，且所述阀杆在所述阀第二末端处耦合到所述阀，

所述笔尖适于致动以使所述阀在第一与第二位置之间移位，且

当在第一位置中时所述阀安置于所述笔尖套管中，使得所述阀的至少一表面抵靠着所述笔尖套管的内表面密封以防止所述墨水储集器与所述笔尖之间的流动，且

当在第二位置中时，所述阀移位为打开一或多个通路，流体可从所述墨水储集器通过所述通路流动到所述笔尖。

3.根据权利要求1或2所述的书写工具，其中所述搅拌器是安置于所述阀杆上的叶片。

4.根据权利要求1或2所述的书写工具，其中所述搅拌器可滑动地安置于所述阀杆上，使得所述搅拌器适于沿着所述阀杆线性地移动且旋转。

5.根据权利要求4所述的书写工具，其中所述搅拌器由不锈钢或铝形成。

6.根据权利要求4所述的书写工具，其进一步包括用于约束所述搅拌器的所述线性移动的一或多个止挡件。

7.根据权利要求5所述的书写工具，其中所述一或多个止挡件安置于所述阀杆上。

8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的书写工具，其进一步包括安置于所述筒第二末端中的排气孔以及安置于所述阀杆第二末端处的排气阀。

9.根据权利要求8所述的书写工具，其中所述排气口包括气锁，所述气锁当所述阀杆在所述第一位置中时密封所述墨水储集器且当所述阀杆在所述第二位置中时打开以允许气体通过以使所述储集器排气。

10.根据权利要求8所述的书写工具，其中所述排气阀是安置于所述阀杆上的嗝阀。

11.根据权利要求8所述的书写工具，其中所述排气阀包括具有孔隙的隔膜，所述隔膜在所述排气孔上方附接到所述筒的所述第二末端，以及一或多个推动肋状物，所述推动肋状物安置于所述阀杆上且适于当所述阀杆在所述第二位置中时接触所述隔膜，从而使所述隔膜中的所述孔隙膨胀。

12.根据权利要求8所述的书写工具，其中所述排气阀包括安置于弹性固持器中的网状织物，所述弹性固持器在所述排气孔上方安置于所述筒第二末端中，其中所述阀杆第二末端适于当所述阀杆在所述第二位置中时接触所述网状织物，从而使所述网状织物中的开口膨胀。

13.根据权利要求12所述的书写工具，其中所述网状织物是疏水性的和/或疏油性的，或者经处理为疏水性的和/或疏油性的。

14.根据前述权利要求中任一权利要求所述的书写工具，其中所述笔尖进一步包括安置于所述笔尖的圆周的一部分周围的刚性配接器。

15.根据前述权利要求中任一权利要求所述的书写工具，其中弹簧在所述第一位置中偏置所述阀杆，且所述阀杆到所述第二位置的致动压缩所述弹簧。

16.根据权利要求14所述的书写工具，其中所述弹簧安置于附接到所述阀杆的阀杆夹片周围。

17.根据权利要求15所述的书写工具，其进一步包括收集器，所述收集器安置于所述阀杆夹片的孔隙中以吸收安置于所述阀杆夹片附近的墨水。

18.根据前述权利要求中任一权利要求所述的书写工具，其包括具有颜料粒子的墨水，所述颜料粒子具有大于8微米的平均直径。

19.根据前述权利要求中任一权利要求所述的书写工具，其中所述墨水储集器无纤维填充。

20.根据前述权利要求中任一权利要求所述的书写工具，其中所述墨水储集器由所述筒的内壁界定。