DE19904706C2

DE19904706C2 - Schreibinstrument

Info

Publication number: DE19904706C2
Application number: DE19904706A
Authority: DE
Inventors: Takao Koyama; Yoshiomi Konose
Original assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2002-03-07
Anticipated expiration: 2019-02-06
Also published as: KR19990072518A; JPH11227379A; DE19904706A1; US5944438A; JP3267920B2; KR100305940B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein nicht an einen Tintentyp gebundenes Schreibinstrument, in dem in einem Tintentank gespeicherte Tinte, ohne Partikel oder dergleichen aufzusaugen, aus einem temporären Tintenreservoir in die Füllerspitze eingespeist wird.

Das in Fig. 1 gezeigte Teil mit einem zahnkammförmigen Querschnitt ist als temporäres Tintenreservoir bekannt, das als Regler für den Durchfluß der Tinte in einem nicht an einen Tintentyp gebundenen Schreibinstrument verwendet wird. Im allgemeinen erlaubt ein solches temporäres Tintenreservoir, das eine viel bessere Benetzungsfähigkeit gegenüber Tinten hat, der Tinte, einfacher zwischen den Kammzähnen zu fließen, weshalb es gut als Tintenreservoir geeignet ist.

Temporäre Tintenreservoirs, die in nicht an einen Tintentyp gebundenen Schreibinstru menten benutzt werden, welche auf dem Markt momentan käuflich zu erwerben sind, benutzen ABS-Harze mit einer guten Formbarkeit, und es wird vorgeschlagen, grenzflä chenaktive Stoffe zu Tinten, die Wasser als Hauptlösungsmittel beinhalten, hinzuzufü gen, um die Oberflächenspannung der Tinte zu kontrollieren oder die temporären Tin tenreservoirs einer Oberflächenbehandlung, wie Plasmabehandlung oder Chromsäure mischungs-Behandlung zu unterziehen, um die Benetzungsfähigkeit gegenüber Tinten zu verbessern. Jedoch wurden bis jetzt noch keine befriedigenden Vorschläge bzgl. Tinten gemacht, die ein organisches Lösungsmittel als Hauptlösungsmittel beinhalten.

In jüngeren Jahren neigte man aus Sicherheitsgründen dazu, organische Lösungsmittel wie Alkohole, Glykole und Glykolether zu benutzen. Diese organischen Lösungsmittel haben wegen ihrer geringen Oberflächenspannung eine bessere Benetzungsfähigkeit gegenüber einem temporären Tintenreservoir als Wasser, und vorzugsweise wird ein Reservoir mit einer größeren kritischen Oberflächenspannung verwendet, um eine befrie digende Benetzungsfähigkeit sicherzustellen.

In der WO 96/39 054 A1 wird ein Schreibinstrument mit einem kapillaren Tintenreser voir zur Aufnahme von Tinte mit einem organischen Lösungsmittel, u. a. auf Alkoholba sis, beschrieben. Das Tintenreservoir besteht aus Zweikomponentenfasern mit einem Kern aus Polypropylen oder Polybutylenterephthalat und einer Umhüllung aus Polyethy lenterephthalat (PET) zur Verleihung von mechanischer Festigkeit. Derartige Tintenre servoirs sind zur Verwendung in Kugel- bzw. Faserschreibern vorgesehen, d. h. eine Wiederbefüllung nach Verbrauch der Tinte ist in der Regel nicht vorgesehen.

Bei Schreibgeräten jedoch, welche für eine vielfache Wiederbefüllung mit Tinte vorgesehen sind, wie z. B. bei Kolben- oder Patronenfüllhaltern, besteht das Problem, daß bei Verwendung von Tinten mit polaren Lösungsmitteln, wie z. B. Alkoholen, sich die temporären Reservoirs mit großer Oberflächerspannung mit der Zeit im allgemeinen stark deformieren und verdicken und in einigen Fällen in Lösung gehen, so daß sie ihre Funktion als temporäres Tintenreservoir verlieren.

Folglich wird darüber nachgedacht, für temporäre Tintenreservoirs Materialien mit einer relativ geringen kritischen Oberflächenspannung gegenüber polaren Lösungsmitteln, wie Alkoholen, auszuwählen, und sie einer Oberflächenbehandlung, die eine Chromsäuremischungs-Behandlung und Plasmabehandlung einschließt, zu unterziehen, um die kritische Oberflächenspannung auf den Oberflächen der Teile zu erhöhen. Jedoch sind nicht nur die Behandlungen selbst kompliziert, sondern es sind zur Sicherung der einheitlichen Behandlung der Oberflächen der Teile auch zweite Schritte erforderlich.

Betrachtet man solche Situationen, so ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein nicht an einen Tintentyp gebundenes Schreibinstrument bereitzustellen, in welchem Tinte einfach fließen kann, ohne das temporäre Tintenreservoir einer Oberflächenmodifikation zu unterziehen, wobei sich das Tintenreservoir in seiner Form und Dicke bei Tinten nicht stark verändern kann, die organische Lösungsmittel als Hauptlösungsmittel verwenden, und das als temporäres Tintenreservoir gut funktioniert.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentan spruchs 1.

Intensive wiederholte Forschung der Erfinder führte zu der Erkenntnis, daß o. g. Ziel dadurch erreicht werden kann, daß für temporäre Tintenreservoirs Materialien mit hoher Oberflächenspannung verwendet werden und eine Kombination davon mit einer Tinte, die organisches Lösungsmittel als Hauptlösungsmittel enthält, angewandt wird, wobei der Absolutwert der Differenz zwischen Löslichkeitsparametern des temporären Tintenreservoirs und des Lösungsmittels, das in der Tinte enthalten ist, 1 (cal/cm³)^1/2 oder mehr beträgt, und das temporäre Tintenreservoir vorzugsweise ein kristallines Polymer aufweist, und wobei die Tinte eine Oberflächenspannung hat, die kleiner als die kritische Oberflächenspannung des temporären Tintenreservoirs ist. Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf diesem Wissen vollendet.

Das heißt, die vorliegende Erfindung stellt ein nicht an einen Tintentyp gebundenes Schreibinstrument bereit, das Tinte verwendet, die ein organisches Lösungsmittel als Hauptlösungsmittel enthält, wobei die kritische Oberflächenspannung des temporären Tintenreservoirs größer als die Oberflächenspannung der Tinte ist, und der Absolutwert der Differenz zwischen den Werten der Löslichkeitsparameter des Materials, das das temporäre Tintenreservoir bildet, und des Lösungsmittels, das in der Tinte enthalten ist, 1 (cal/cm³)^1/2 oder mehr beträgt.

Die Materialien, die das temporäre Tintenreservoir bilden und in der vorliegenden Erfindung benutzt werden, sind thermoplastische Harze, die spritzgießbar sind, und besonders bevorzugt kristalline Polymere. Das Hauptlösungsmittel in der Tinte, das in der vorliegenden Erfindung benutzt wird, ist vorzugsweise ein organisches Lösungs mittel wie Alkohole, Glycole und Glycolether, und die Tinte hat vorzugsweise eine Oberflächenspannung von 20 dyn/cm oder mehr.

Das Direktfluß-Schreibinstrument, das sich aus einer Kombination des temporären Tintenreservoirs, das die Erfordernisse der vorliegenden Erfindung erfüllt, und einer Tinte, die ein organisches Lösungsmittel als Hauptlösungsmittel aufweist, zusammen setzt, hat ein gutes Fließverhalten der Tinte zusammen mit einer hohen Formbestän digkeit des temporären Tintenreservoirs, ohne das temporäre Tintenreservoir einer spezifischen Oberflächenbehandlung zu unterziehen, und kann seine Funktion als Durch flußregler für Tinte exzellent ausüben.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines im Stand der Technik üblichen, einen zahnkammförmigen Querschnitt aufweisenden Tintenreservoirs eines nicht an einen Tintentyp gebundenen Schreibinstruments,

Fig. 2 eine erklärende Zeichnung zu Test 1, der der Bestimmung der Saugzeit einer Tinte dient,

Fig. 3 eine erklärende Zeichnung zu Tests 2, in dem ein temporäres Tintenreservoir in ein Lösungsmittel getaucht wird und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein nicht an einen Tintentyp gebundenes Schreibinstrument, in dem ein Tintenreservoir angebracht ist.

Das Material, welches das temporäre Tintenreservoir bildet, weist wenigstens einen der Stoffe Polypropylen (PP), Polyacetal (POM u. ä.), Polyethylen (PE), Polyether (modifiziertes Polyethylen Ether), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyamide (PA), Polyetheretherketone (PEEK), Acrylnitrilstyrolcopolymere (AS) und Polyamidimide (PAI), die üblicherweise als thermoplastische Harze benutzt werden, die spritzgießbar sind, oder als eine Mischung aus zwei oder mehreren davon.

Das besonders bevorzugte kristalline Polymer beinhaltet PP, POM, PET und PBT.

Das benutzte Lösungsmittel der Tinte beinhaltet Lösungsmittel, die üblicherweise als Lösungsmittel für Tinten für Schreibinstrumente benutzt werden, wie z. B. wenigstens eines der folgenden: auf einwertigem Alkohol basierendes organisches Lösungsmittel, auf zwei- oder mehrwertigem Alkohol basierendes organisches Lösungsmittel, auf Ether basierendes organisches Lösungsmittel, auf Ketonen basierendes organisches Lösungsmittel, auf Fettsäure basierendes organisches Lösungsmittel, auf Ester basierendes organisches Lösungsmittel, auf Kohlenwasserstoff basierendes organisches Lösungsmittel, auf Glykolether basierendes organisches Lösungsmittel oder eine Mischung von zwei oder mehreren davon. Die spezifischen Lösungsmittel, die besonders bevorzugt sind, umfassen Ethanol, Propylenglykolmonomethylether (PGM), Benzylalkohol, Äthylenglykol, Ethylenglycolmonomethylether und Ethylenglycolmonophenylether.

Das temporäre Tintenreservoir ist derart ausgebildet, daß der Absolutwert der Differenz zwischen Werten der Löslichkeitsparameter des temporären Tintenreservoirs und des Lösungsmittels, das in der Tinte enthalten ist, 1 (cal/cm³)^1/2 oder mehr beträgt und weist vorzugsweise ein kristallines Polymer auf. Wenn der Absolutwert der Differenz zwischen Werten der Löslichkeitsparameter des Materials, das das temporäre Tintenreservoir bildet, und des Lösungsmittels, das in der Tinte enthalten ist, kleiner als 1 (cal/cm³)^1/2 ist, steigt die Affinität des Reservoirs gegenüber dem Lösungsmittel und verursacht Probleme, wie Auflösung, Verdickung und Formänderung, so daß die Funk tion als temporäres Tintenreservoir verloren geht. Weiterhin, wenn das Material ein nichtkristalliner Polymer ist, ist die Bindungskraft zwischen den Molekülen schwach und das Lösungsmittel kann einfach zwischen den Molekülen eindringen, so daß Risse, Formänderungen und Verdickungen begünstigt werden, und die Funktion als Durchfluß regler für die Tinte in kürzerer Zeit verlorenzugehen droht.

Ferner muß die kritische Oberflächenspannung des temporären Tintenreservoirs größer als die Oberflächenspannung der Tinte sein. In diesem Fall beträgt die Oberflächenspannung vorzugsweise 20 dyn/cm oder mehr (25°C). Wenn die kritische Oberflächenspannung des temporären Tintenreservoirs kleiner als die Ober flächenspannung der Tinte ist, wird die Benetzungsfähigkeit ungenügend und die Tinte fließt kaum in den Zahnkamm des temporären Tintenreservoirs, so daß die Funktion als temporäres Tintenreservoir nicht ausreichend erfüllt wird. Ferner kann die in das tempo räre Tintenreservoir geflossene Tinte nicht gespeichert werden und fließt direkt in die Füllerspitze, wenn die Oberflächenspannung der Tinte geringer als 20 dyn/cm ist, und die Funktion des Tintenreservoirs ist gestört. Folglich wird der Überfluß an Tinte in die Füllerspitze eingespeist, was Probleme verursacht, die zum Auslaufen von Tinte und zu Tintenklecksen führen.

Der Löslichkeitsparameter für das Material, das das Reservoir bildet, und für die Tinte ist als δ = (ΔE^V/V)^½ definiert. ΔE^V ist die molare Verdampfungsenergie (Aggregationsenergie), und V ist das Molvolumen. Diese können berechnet werden.

Ferner kann der Löslichkeitsparameter über die Löslichkeitskonstante (molar gravitation constant) erhalten werden, die durch die Small-Methode ermittelt wird. Das heißt, die Löslichkeitskonstante (molar gravitation constant) ΔF und das Molvolumen ΔV jeder Strukturgruppe werden aus der molekularen Struktur berechnet. Der Löslichkeitsparameter δ(25°C) wird durch die folgende Gleichung definiert:

δ = ΣΔF/ΣΔV, vorausgesetzt, daß ΣΔF = (ΔE^V × V)^½

Smalls und Okitsus Werte werden für ΔF-Werte der jeweiligen Strukturgruppen benutzt [Quellenangabe: P. A. Small, J. Appl. Chem., 3, 71 (1953), R. F. Fedors, Polymer Eng. Sci., 14, 2, 147 (1974) und T. Okitsu, Adhesive, 38, 6, 6 (1974)].

Die kritische Oberflächenspannung zeigt die Benetzbarkeit eines Festkörpers an. Zisman et al [H. W. Fox, W. A. Zisman, J. Coloid Sci., 7, 109, 428 (1952)] haben die Kontakt winkel verschiedener Flüssigkeiten auf einer festen Oberfläche gemessen, um herauszufinden, daß ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen cos θ und der Oberflächenspannung γ_L (= γ₂₃) einer Flüssigkeit besteht, und die kritische Oberflächenspannung wird durch die Oberflächenspannung γ_c (dyn/cm) definiert, die man erhält, wenn diese gerade Linie zu cos θ → 1 (d. h., θ → 0) extrapoliert wird. Diese feste Oberfläche wird von einer Flüssigkeit benetzt, deren Oberflächenspannung geringer als γ_c ist, und darum gilt: je größer γ_c des Festkörpers ist, um so mehr Flüssigkeiten können den Festkörper benetzen.

Folglich werden in der vorliegenden Erfindung das Material, das das temporäre Tintenreservoir bildet, und das Lösungsmittel für die Tinte derart gewählt, daß die Oberflächenspannung γ_L der Tinte wenigstens kleiner als die kritische Oberflächenspannung γ_c des temporären Tintenreservoirs ist, und daß der Absolutwert der Differenz zwischen den Werten der Löslichkeitsparameter des Materials, das das temporäre Tintenreservoir bildet, und des Lösungsmittels, das in der Tinte enthalten ist, 1 (cal/cm³)^1/2 oder mehr beträgt, wodurch es möglich wird, ein nicht an einen Tintentyp gebundenes Schreibinstrument zu erhalten, in welchem das Lösungsmittel der Tinte nicht zu bedeutenden Formänderungen und Verdickungen des temporären Tintenreservoirs führt, und die Tinte gut in den Zahnkamm des temporären Tintenreservoirs fließt.

BEISPIELE

Weiterhin sollen im folgenden spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispiele erläutert werden.

Die kritische Oberflächenspannung γ_c des temporären Tintenreservoirs (Festkörper) wurde basierend auf der Methode nach Zisman ermittelt und bei 25°C mittels eines Meßgerätes Model CA-X gemessen, das von der Kyowa Interface Science Co., Ltd. hergestellt wurde.

Die Oberflächenspannung γ_L der Tinte wurde bei 25°C mittels eines Meßgerätes Model CBVP-A3 (Wilhelmy-Typ) gemessen, das von der Kyowa Interface Science Co., Ltd. hergestellt wurde.

Weiterhin wurden die Löslichkeitsparameter δ_P, δ_S (25°C) des temporären Tintenreser voirs und des Lösungsmittels der Tinte bestimmt, indem die Löslichkeitsparameter über die molaren Gravitationskonstanten basierend auf der Small-Methode ermittelt wurden. In diesem Fall wurden Smalls und Okitsus Werte für die ΔF-Werte von den jeweiligen Strukturgruppen benutzt [Quellenangabe: P. A. Small, J. Appl. Chem., 3, 71 (1953) und T. Okitsu, Adhesive, 38, 6, 6 (1974)].

Beispiele 1 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4

Materialien von derartigen im Querschnitt zahnkammförmigen Tintenreservoirs, wie in Fig. 1 gezeigt, und Tinten sind zusammen in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt, wobei alle Erfordernisse der vorliegenden Erfindung in den Beispielen 1 bis 6 gegeben sind, während ein Teil der Erfordernisse in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 nicht gegeben ist. Die folgenden Bewertungsprüfungen 1 bis 3 wurden für diese jeweiligen Erfordernisse ausgeführt.

Tabelle 1

Tabelle 2

Bewertungsprüfung (1)

Wie in Fig. 2 gezeigt, wurde das Endteil des temporären Tintenreservoirs 1 in die Tinte 2 getaucht, um in jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel die Zeit zu ermitteln, die bis zum Aufsaugen der Tinte vom unteren Ende bis hin zum siebzehnten Zahn des Zahn kamms benötigt wird. Die Ergebnisse davon sind in Tabelle 3 zusammengefaßt.

Aus den Ergebnissen, die man aus der Bewertungsprüfung (1) erhält, kann geschlossen werden, daß das Aufsaugen der Tinte im Vergleichsbeispiel 2 geringer ist, in welchem die kritische Oberflächenspannung γ_c des temporären Tintenreservoirs kleiner als die Oberflächenspannung γ_L der Tinte ist.

Bewertungsprüfung (2)

Wie in Fig. 3 gezeigt, wurde das temporäre Tintenreservoir 1 in das Lösungsmittel 3 bei 50°C für 2 Monate eingetaucht, um eine Veränderung in den Abmessungen und dem Erscheinungsbild vor und nach dem Eintauchen zu ermitteln und zu beobachten. Die Ergebnisse davon sind in Tabelle 3 zusammengefaßt. Die Veränderung der Abmessungen wird durch den Durchschnittswert angezeigt, der aus fünf unabhängig gemessenen Reservoirs ermittelt wurde. Die Veränderung des Erscheinungsbildes wurde den folgenden Kriterien entsprechend bewertet:
O: keine Veränderung
Δ: Verdickung begleitet von keinerlei Formänderung und Kalkablagerung
X: Verdickung begleitet von Formänderung, Formänderung, Risse und Auflösung

Aus den Ergebnissen, die man aus der Bewertungsprüfung (2) erhält, ist ersichtlich, daß die Veränderung des Erscheinungsbildes in Vergleichsbeispiel 1 bemerkenswert ist, in welchem der Absolutwert der Differenz zwischen Werten der Löslichkeitsparameter 1 (cal/cm³)^1/2 oder weniger beträgt, ebenso in Vergleichsbeispiel 3, in welchem der Absolutwert der Differenz zwischen Werten der Löslichkeitsparameter 1 (cal/cm³)^1/2 oder weniger beträgt und PS eines nichtkristallinen Polymers benutzt wird.

Bewertungsprüfung (3)

Wie in Fig. 4 gezeigt, ist das temporäre Tintenreservoir 1, in welches die Füllerspitze 4 eingebaut ist, in der Spitze des nicht an einen Tintentyp gebundenen Schreibinstruments 5 angebracht und enthält die Tinte. Weiterhin wurde eine Kappe 6 vorgesehen, um ein Schreibinstrument zu schaffen. Dieses wurde bei 50°C für 24 Stunden gelagert, und die Kappe wurde sofort nach der Lagerung entfernt, um die Fließbedingungen der Tinte in das temporäre Tintenreservoir zu beobachten. Die Beobachtungsergebnisse davon sind in Tabelle 3 zusammengefaßt.

Die Ergebnisse, die man aus der Bewertungsprüfung (3) erhält, zeigen, daß in allen Beispielen 1 bis 6, in denen die Erfordernisse der vorliegenden Erfindung gegeben sind, gute Ergebnisse erzielt wurden, während sich die Fließbedingungen in allen Vergleichs beispielen 1 bis 4, in denen ein Teil der Erfordernisse der vorliegenden Erfindung nicht gegeben waren, verschlechtert haben.

Tabelle 3

Claims

1. Ein nicht an einen Tintentyp gebundenes Schreibinstrument (5) benutzend eine Tinte, die als Hauptlösungsmittel ein organisches Lösungsmittel enthält, wobei die kriti sche Oberflächenspannung des temporären Tintenreservoirs (1) größer als die Oberflä chenspannung der Tinte ist, und der Absolutwert der Differenz zwischen den Werten für die Löslichkeitsparameter des Materials, das das temporäre Tintenreservoir (1) bildet, und des Lösungsmittels, das in der Tinte enthalten ist, größer oder gleich 1 (cal/cm³)^1/2 ist.

2. Schreibinstrument nach Anspruch 1, wobei das Material, das das temporäre Tin tenreservoir bildet, ein kristallines Polymer aufweist.

3. Schreibinstrument nach Anspruch 1, wobei die Tinte eine Oberflächenspannung von 20 dyn/cm oder mehr hat.