CN1489527A - 具有形状记忆阀的液体墨水书写工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液体墨水书写工具，其主体内从后向前具有一个墨水存储器、一个前室和一个书写头，一个输送来自存储器的墨水的毛细管元件位于前室中，书写头由毛细管元件供给墨水，并伸到主体前部之外，其特征在于，存储器(3)通过一个形状记忆柔性壁与前室(6)分开，柔性壁设有缝隙(16)，作为阀(13)，能够在存储器(3)内的压力(P₁)与面对阀(13)的前室(6)的体积内的压力(P₂)的比值(A)大于一个第一值(A₁)时打开，并且在所述比值(A)小于或等于一个第二值(A₂)时关闭，以朝向毛细管(7)的后表面(7a)的喷射流的形式释放墨水，该书写工具具有存储器的加压装置，前室与外界空气连通。压力(P₁/P₂)的比值(A)的第一值(A₁)约为1.07，所述比值(A)的第二值(A₂)约为1.05。

Description

具有形状记忆阀的液体墨水书写工具

技术领域

本发明涉及一种书写工具，它的液态墨水装在一个形成存储器的室内，所述书写工具包括一个与一个毛细管元件连接的书写头，毛细管元件把来自存储器的墨水输送到所述书写头。另外，该书写头可以由毛细管输送元件的端部构成。

背景技术

有两类书写工具。在第一类中，装有墨水的存储器与外界空气隔绝，并且不含空气；一个软活塞在存储器中随着墨水的消耗而移动，并形成密封。

在第二类书写工具中，装有墨水的存储器不与外界空气隔绝；特别是毛细管元件深入到墨水存储器中，使一直到书写头的墨水供应以连续的方式实现。当使用书写工具时，沉积在支座上的墨水逐渐被扩散到毛细管元件直到书写头中并且来自墨水存储器的墨水所取代，并且从存储器出来的墨水被通过有孔隙的毛细管元件的空气所取代。在这种情况下，使用条件的改变，特别是由于空气变热而使存储器中的空气压力增加，表现为墨水在输送毛细管中的异常流动，并且当书写工具摘掉笔帽时可能造成斑点和污迹。为了避免这种现象，给这种书写工具装有一个一般称为存储器塞的零件，它的作用是在墨水到达书写头前吸收来自存储器的多余墨水，一旦建立了正常条件，就使毛细管元件释放它所含的墨水。可以通过文献EP516538了解一种这样的书写工具。

在第一类书写工具中，墨水从墨水存储器到书写头中的输送不是连续的。当靠着墨水的消耗在书写工具主体内产生的压差来使用书写工具时，这种输送就随着书写头消耗墨水来保证。通过文献EP0240994了解到一种这样的方法，这种方法使用一个位于主要墨水存储器与一个第二存储器之间的阀机构，毛细管元件深入到第二存储器中。阀机构可以包括一个一种弹性材料，如硅酮橡胶的薄膜，该薄膜有一个缝隙，当一个预先确定的压差加在所述薄膜上时，缝隙打开，因此墨水从主存储器供给到第二存储器。使用书写工具时，毛细管元件中消耗的墨水使第二存储器中的压力降低，这导致阀打开、墨水在所述第二存储器流动、以及再给毛细管元件供给墨水。人们知道，为了保证这种作用，使阀打开的压差比较小。在描述了一个这种书写工具的文献EP0240994中，压差大约为125毫米水的高度。要强调的是，在这种书写工具中，不存在主存储器中的空气受热问题，因为这种装有墨水的主存储器与外界空气隔绝，不含有空气，并装有一个随着墨水的消耗在存储器中移动的软活塞。存在一个这样的软活塞使书写工具的制造更复杂。

发明内容

本申请人的目的是提出一种不包括文献EP0240994的软活塞、并且不需要设有文献EP0516538所述的存储器塞的液体墨水书写工具。

该目的通过本发明的书写工具而完全达到，这种书写工具是一个液体墨水书写工具，它的主体内从后向前具有一个墨水存储器、一个前室和一个书写头，一个用于输送来自存储器的墨水的毛细管元件位于前室内，书写头由毛细管元件供给墨水，并伸到主体前部之外。

根据本发明的特征，存储器通过一个具有形状记忆并设有一个缝隙的柔性壁与前室分开，该柔性壁作为一个阀，该阀能够在存储器内的压力(P₁)和与所述阀相对的内室体积内的压力(P₂)的比值(A)大于一个第一值(A₁)时瞬时打开，并且在所述比值(A)小于或等于一个第二值(A₂)时瞬时关闭，以朝向毛细管元件后表面的喷射流的形式释放墨水；该书写工具另外还具有给墨水存储器加压的装置，且前室与外界空气连通。

因此，没有如文献EP0240994中所述的通过使用书写工具消耗墨水的单独作用使阀自动动作。为了更新毛细管元件中的墨水，需要使加压装置动作。这种加压应该在使用者使用书写工具时发现储存在支座中的墨水量减少时由使用者实现。

需要指出的是，第一和第二值(A₁和A₂)取决于阀的结构，特别是使用的材料和缝隙的尺寸。

在一个优选实施例中，比值(A)的第一值(A₁)约为1.07，比值(A)的第二值(A₂)约为1.05。

还需要指出的是，对于同一个阀，至少第一值(A₁)可以是不确定的，而是也取决于存储器中的空气压力。存储器的墨水越少，第一值(A₁)可能越高。

加压装置最好由一个在书写工具主体的墨水存储器处的可弹性变形的区域构成。该区域可以由一个张紧在书写工具主体的一个刚性部分上的弹性材料薄膜形成。

所述区域的变形能力和面积确定成当使用者进行一个单一的动作时，通过阀释放一给定量的墨水，该量最好在0.1到1立方厘米之间。

这种带有一个弹性材料薄膜的优选实施例可以实现一种结构非常简单的书写工具。但是，也可以考虑使用其它类型的加压装置，如一个位于书写工具主体后端的活塞。

最好使书写工具的主体由一种透明或半透明的材料制成，使使用者可以看到有多少墨水留在存储器中，也可以通过毛细管元件的颜色深度观察元件中是否还有许多墨水，是否恰好需要使用加压装置。射流形式的墨水喷射可能造成前室的内壁上的污垢，妨碍良好的观测。因此，根据本发明的另一个特征，毛细管元件有一个接纳墨水的后表面，该表面能够吸收阀打开时释放的墨水量。根据该特殊的装置，毛细管元件的后表面作为接纳从阀喷射的墨水的收集器。该表面还有一个可以比平的表面增加墨水接触面积的凹面形状。在这种情况下，所述凹面的周边紧靠阀的周边，使得书写工具加压时无论处于垂直位置、水平位置还是倾斜位置，都使可能漏出的墨水最少。

还可以在前室中设一个透明空心管，它的上游端在作为阀的形状记忆柔性壁的延长段上，下游端通到毛细管元件内。使用者可以很好地看见墨水从阀喷射并流到管子中；另外，这样注入的液体墨水量停留在管子中，直到全部由毛细管元件吸收。吸收的速度随着毛细管元件被墨水饱和而降低。因此，使用者通过液体墨水在管子延伸的长短中得到目测指示，以便需要继续或停止加压装置的动作。

毛细管元件可以构成书写头的后部。在一个实施变型中，毛细管元件的后部套在管子的下游端中；在这种情况下，该管子可以作为保持书写头的零件。

前室与外界空气连通可能需要在管子上钻一个孔口，孔口最好向着上游端，靠近作为阀的柔性壁。

使用者实现给毛细管元件和书写头供给墨水可能存在一定困难，特别是当书写工具在小孩手中时。实际上，如果频繁实现加压装置的动作，而毛细管元件没有完全或部分排空墨水，将使毛细管饱和并在前室中得到一个墨水通道，这有可能在通过书写头产生墨水污迹，墨水不再被毛细管元件吸收。为了限制该缺点，根据本发明的另一个特征，设有一些在毛细管元件面对阀的部分呈墨水饱和的情况下、密封地关闭前室后部的装置，以及减小所述后部体积的装置。加压装置的新的动作将在前室的后部产生一个过压，使使用者越来越难启动加压装置以打开阀而得到一个新的墨水量的喷射。

附图说明

通过阅读对一个具有形状记忆阀的液体墨水书写工具的一个优选实施例的描述，可以更好地了解本发明，该实施例通过下面的附图来表示：

图1是根据第一实施例的书写工具的纵剖面图；

图2是组成图1书写工具的不同零件的示意立体图；

图3是所述书写工具中使用的形状记忆阀的立体图；

图4是根据第二实施例的书写工具的纵剖面图。

具体实施方式

将要描述的书写工具属于墨水以液体状态处于含有空气的存储器中的书写工具。

更确切地说，图1-3所示的第一实施例涉及一种书写工具1，它的一般为圆柱形的主体2从后向前具有一个作为墨水存储器3的内室，该内室向后由一个封堵塞4限定，向前由一个阀机构5限定。在书写工具1的主体2中，一个前室6位于存储器3前面，一个毛细管元件7和一个书写头8依次位于前室6中，所述书写头8通过一个中心开口9向外伸出。毛细管元件7的作用是把来自存储器3的液体墨水输送给书写头8。

前室6通过孔口11与外界空气连通，在所示的例子中，孔口11在零件10中，零件10延长或构成主体2的前端，它的作用是携带书写头。

在所示的例子中，书写工具的主体2是一个对溶剂呈惰性的刚性塑料零件，全部或部分透明或半透明，使使用者可以看见位于存储器3中的墨水液面，也可以看见毛细管存储器7的颜色，这种颜色反应了临时储存在前室6中的墨水。

特别是，书写工具1具有给存储器3中的空气加压的装置，在所示的例子中，加压装置由一个弹性材料的薄膜12构成，薄膜12在主体2后部的存储器3处局部代替主体2的一个刚性部分。该弹性材料的薄膜当然是可以弹性变形的，并且使用者可以用手使其动作。更准确地说，使用者在所述薄膜上施加一个压力，使薄膜变形，把薄膜推向存储器3内，由于减少了存储器3的体积，这相应地提高了存储器3所含空气的压力，只要压力的增加足够大，就可使阀机构5的阀13开放。

实际上，阀机构5具有一个形状记忆阀13，选择形状记忆阀13是为了当上游压力、即存储器3中的压力大于下游压力、即前室6位于毛细管7与阀13之间的后部6a中的压力一定比例时，瞬时打开阀13。另外，设置该阀13是为了当上游压力小于或等于下游压力另一个比例时瞬时，关闭阀13。因此薄膜12的一个很小的和不经意的变形不会导致阀13开放。为了达到打开阀需要的压力，必须有一个使用者有意进行的动作。

要指出的是，使用书写工具时，书写头8消耗的墨水不会造成前室6中的压力降低，因为前室6通过孔口11与外界空气连通。因此在最简化的版本中，前室6的后部6a中的压力P₂等于大气压。

毛细管元件7构成一个中间墨水存储器，它应能够使书写工具单独在一个预先确定的长度上、例如10-15米的长度上连续使用。这种存储器可以是一个在其它领域众所周知的纤维类型的存储器，也可以是一个通过具有亲水特征的微球的烧结得到的微孔隙存储器。

在所示的例子中，毛细管元件7的后表面7a的形状为一个在面对阀13区域内的凹面形状，所述凹面部分7a的周边7b直接靠近阀机构5的周边5b。这些结构约束的目的是在毛细管元件7中形成一个阀打开时喷射出的墨水的收集器，使这种喷射不会弄脏主体2在前室6处的内壁。

通常，在整个内室6中存在空气的循环，其中包括在该室的后部6a与孔口11之间的循环。这种循环可以或者通过毛细管元件7与书写工具主体2的内壁之间的空间得到，当毛细管元件的设置是为了与主体2的内壁接触时，或者可以通过毛细管元件的孔隙度得到。由于这种空气循环，阀13打开时，喷射到存储器3外的墨水可以在存储器3中被来自前室的空气所取代。

根据本发明的一个书写工具实施例可以限制在使用者过度操作加压装置的情况下墨水沿书写头溢出的危险。实际上，刚才描述的书写工具1的缺点是，在毛细管元件饱和因此薄膜12动作时不能再吸收喷射的墨水的情况下，多余的墨水将自由流到前室6中，并且在书写头8处产生污迹。该困难的解决方法是，在毛细管元件7至少在它的后部饱和的情况下，使在前室6的后部6a中的压力临时增加。为了打开阀13，压力P₂的增加相应地需要一个绝对值更大的压力P₁。因此当薄膜动作时，使用者感觉到一个阻力，这将是不应再使薄膜动作以打开阀13的信号。

为了使前室6后部6a的压力P₂临时增加，必须并且只需使该后部相对室6的其它部分基本密封，以防止空气在所述后部循环，另外还必须减少所述室6a的体积，例如或者使用毛细管元件的组成材料，或者在所述室的内体积中加入一种能够由于大量吸收液体而膨胀的材料。

在所示的例子中，书写头8是一个独立于毛细管元件7之外的零件，但本发明并不限于此。书写头可以由毛细管元件的前部构成，因此它的外形和尺寸适应于书写工具的使用功能。

对于阀机构5，用软材料制成的具有形状记忆的阀13本身通过两个零件14、15保持在书写工具1的主体2内。第一个圆柱形零件14有一个向内的凸肩14a，作为在阀13的周边13a上的基础。也是圆柱形的第二零件15有一个向外的凸肩15a，它的尺寸使其可以在第一零件14内滑动，并且贴靠在第一零件14上，以便阻挡阀13的周边13a，因此所述周边13a被卡在两个凸肩14a和15a之间。在图3所示的例子中，阀13比小杯子形状的周边13a高，它的朝向存储器3内的凸起顶部13b包括两个互相垂直缝隙16。由于阀13使用的形状记忆材料，并且由于所述阀顶部13b的曲线，两个在正常位置关闭的缝隙实现存储器3的密封关闭。相反，当通过薄膜12的动作使存储器3加压时，这个过压推动两个垂直缝隙16形成的四个舌片17，这就造成当存储器3内的压力P₁与面对阀13的前室6的体积内的压力P₂的比值(A)大于第一值A₁时阀13打开。这种打开是瞬时的，因此以喷射的形式释放墨水。同样，关闭也是瞬时的，一旦所述压力(P₁/P₂)的比值小于或等于一个小于或等于A₁的第二值A₂，则阀13关闭。在喷射墨水的同时，这些墨水被存储器3中同样量空气的上升所取代。在除书写工具以外的应用中已经了解到这种阀。在一个准确的实施例中，压力(P₁/P₂)比值的第一值A₁约为1.07，第二值A₂约为1.05。更准确地说，由于前室6为大气压，阀的开放在压力P₁为7×10³帕(0.07巴)时实现，并且在压力P₁为5×10³帕(0.05巴)时阀关闭。

在图4所示的第二实施例中，用同样的数字标号表示与第一个例子相同的零件。第二实施例的书写工具20结构上有两个主要的区别。第一个区别是，书写头由毛细管元件21的前部21a构成，它的外形和尺寸根据书写工具的应用类型来选配。图4所示的例子中是一个专业用的标记笔，它的书写头有一个大约为30毫米的宽度L。

根据第二个区别，前室22在一个零件23中形成，零件23的前部23a用于装入毛细管元件21，并保证毛细管元件21的保持就位，它的后部23b由一个透明管构成，它的端部23c安装在书写工具20的主体24作为液体墨水存储器3的部分上。因此，正如考察图4清楚地看到的，当存储器3的加压装置动作时，特别是弹性材料的薄膜12加压时，使用者可以穿过透明管23b看到墨水从阀13喷射出来。因此，前室22在后面由阀13、前面由毛细管元件21、侧向由透明管23b严格限定。当使用者使加压装置动作时，一个确定的墨水剂量穿过阀13喷射到喷射到前室22中。只要未被毛细管元件21吸收，这个最好为0.1-1立方厘米的剂量就停留在室22中。墨水穿过阀13的喷射越瞬时，这些墨水被毛细管元件的吸收越是逐步的。对于一个给定的毛细管元件，毛细管元件21吸收喷射的全部剂量需要的时间取决于该毛细管元件已经吸收的墨水量。实际上，注入的墨水通过毛细管作用从毛细管元件直接位于前室22附近的后部21b扩散到毛细管元件的整个体积中。因此，后部21b也含有大量的墨水，新注入的剂量在毛细管元件21中的扩散要困难的多，因此所述剂量将以液体墨水的形式停留在前室22中。如果使用者可以发现注入剂量的吸收速度，因此就可以了解毛细管元件21的饱和程度的大小，这样就可以继续或停止存储器3的加压装置的动作。

如果需要，前室22与外界空气的连通通过一个在透明管23b上的孔眼25处进行，孔眼25最好靠近阀13。

本发明不局限于上面作为非限定性例子描述的实施变型。为了给存储器3加压，可弹性变形的薄膜12也可以位于书写工具1和20的后部，例如在封堵塞4的底部。另外，可以使用其它类型的加压装置，例如活塞型，这种活塞不能像文献EP240994中描述的那样自由滑动，而是有一个根据人们希望每次操作喷射的墨水量确定的行程。

Claims (12)

1.一种液体墨水书写工具，其主体内从后向前具有一个墨水存储器、一个前室和一个书写头，一个输送来自存储器的墨水的毛细管元件位于前室中，书写头由毛细管元件供给墨水，并伸到主体的前部之外；其特征在于，存储器(3)通过一个形状记忆柔性壁与前室(6)分开，形状记忆柔性壁设有缝隙(16)，作为阀(13)，能够在存储器(3)内的压力(P₁)与面对阀(13)的前室(6)的体积内的压力(P₂)的比值(A)大于一个第一值(A₁)时打开，并且在所述比值(A)小于或等于一个第二值(A₂)时立即关闭，以朝向毛细管(7)的后表面(7a)的喷射流的形式释放墨水，该书写工具还具有存储器的加压装置，并且前室与外界空气连通。

2.如权利要求1所述的书写工具，其特征在于，压力(P₁/P₂)的比值(A)的第一值(A₁)约为1.07，所述比值(A)的第二值(A₂)约为1.05。

3.如权利要求1或2所述的书写工具，其特征在于，加压装置由书写工具主体的一个在墨水存储器处的可弹性变形的区域构成。

4.如权利要求3所述的书写工具，其特征在于，由一个弹性材料的薄膜(12)形成的可变形区域张紧在书写工具(1)的主体(2)的一刚性部分上，最好在侧面。

5.如权利要求3或4所述的书写工具，其特征在于，所述区域(12)的变形能力和表面确定成当使用者进行一个单一的动作时，通过阀(13)释放一给定量的墨水，该量最好为0.1到1立方厘米之间。

6.如权利要求1或2所述的书写工具，其特征在于，加压装置由一个位于书写工具主体后端的活塞构成。

7.如权利要求1-6之一所述的书写工具，其特征在于，毛细管元件(7)有一个接纳墨水的后表面(7a)，该后表面为凹形，形成墨水收集器。

8.如权利要求7所述的书写工具，其特征在于，凹表面的周边紧靠阀的周边。

9.如权利要求8所述的书写工具，其特征在于，它具有能够在毛细管元件(7)墨水饱和的情况下、密封地关闭前室(6)的后部(6a)的装置，和减少所述后部(6a)内体积的装置。

10.如权利要求9所述的书写工具，其特征在于，所述关闭和体积减少装置由一种在饱和墨水的作用下膨胀的材料构成。

11.如权利要求1-6之一所述的书写工具，其特征在于，它具有一个透明管(23b)，其上游端在阀(13)的延长段上，下游端通到毛细管元件(21)中。

12.如权利要求11所述的书写工具，其特征在于，书写头(21a)由毛细管元件的前部构成，并且透明管(23b)构成一个毛细管元件的支撑零件的后部。

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