EP1971494B1 - Instrument d'ecriture incorporant un materiau granulaire dans le reservoir d'encre - Google Patents

Instrument d'ecriture incorporant un materiau granulaire dans le reservoir d'encre Download PDF

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EP1971494B1
EP1971494B1 EP07717800A EP07717800A EP1971494B1 EP 1971494 B1 EP1971494 B1 EP 1971494B1 EP 07717800 A EP07717800 A EP 07717800A EP 07717800 A EP07717800 A EP 07717800A EP 1971494 B1 EP1971494 B1 EP 1971494B1
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EP
European Patent Office
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grains
writing instrument
reservoir
ink
writing
Prior art date
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EP07717800A
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German (de)
English (en)
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EP1971494A2 (fr
Inventor
Vincent Bedhome
Didier Lange
Franck Rolion
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BIC SA
Original Assignee
BIC SA
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Publication date
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    • B43—WRITING OR DRAWING IMPLEMENTS; BUREAU ACCESSORIES
    • B43K—IMPLEMENTS FOR WRITING OR DRAWING
    • B43K5/00—Pens with ink reservoirs in holders, e.g. fountain-pens
    • B43K5/02—Ink reservoirs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B43—WRITING OR DRAWING IMPLEMENTS; BUREAU ACCESSORIES
    • B43K—IMPLEMENTS FOR WRITING OR DRAWING
    • B43K7/00—Ball-point pens
    • B43K7/02—Ink reservoirs; Ink cartridges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B43—WRITING OR DRAWING IMPLEMENTS; BUREAU ACCESSORIES
    • B43K—IMPLEMENTS FOR WRITING OR DRAWING
    • B43K7/00—Ball-point pens
    • B43K7/02—Ink reservoirs; Ink cartridges
    • B43K7/08—Preventing leakage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B43K—IMPLEMENTS FOR WRITING OR DRAWING
    • B43K7/00—Ball-point pens
    • B43K7/10—Arrangements for feeding ink to the ball points
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B43—WRITING OR DRAWING IMPLEMENTS; BUREAU ACCESSORIES
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    • B43K8/00—Pens with writing-points other than nibs or balls
    • B43K8/02—Pens with writing-points other than nibs or balls with writing-points comprising fibres, felt, or similar porous or capillary material
    • B43K8/03—Ink reservoirs; Ink cartridges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B43K—IMPLEMENTS FOR WRITING OR DRAWING
    • B43K8/00—Pens with writing-points other than nibs or balls
    • B43K8/02—Pens with writing-points other than nibs or balls with writing-points comprising fibres, felt, or similar porous or capillary material
    • B43K8/04—Arrangements for feeding ink to writing-points
    • B43K8/06—Wick feed from within reservoir to writing-points

Definitions

  • the present invention relates to a writing instrument that incorporates a granular material into its ink tank.
  • the filling of the reservoir with the ink is made difficult, since the penetration of the ink into the interstices of the sintered granular material is slow.
  • the grains must be arranged in the tank in several steps, which represents a delicate and long step in the manufacture of the pen.
  • the European patent application EP 1,510,560 discloses an ink composition which comprises solid particles, especially silica particles having a size less than 200 ⁇ m (microns).
  • the silica particles are an integral part of the ink, that is to say they are intended to be deposited with the dyes and the solvent of the ink on a writing medium such as paper.
  • these must represent less than 5% by weight of the ink. Under these conditions, the capillarity of the reservoir of the writing instrument with respect to the ink is not significantly improved.
  • An object of the present invention is to improve the capillarity of the ink in the reservoir of the writing instrument to obtain a regular supply of ink pen, while allowing rapid filling of the reservoir during the manufacture of the instrument.
  • the invention provides a writing instrument which comprises an ink reservoir and a writing tip fluidly connected to the reservoir and through which the ink exits during use of the instrument.
  • the reservoir contains, in addition to the ink, separate grains which have angles and sharp edges of dimensions of the same order of magnitude with respect to an apparent dimension characteristic of the grain size of said grains, said grains being essentially non-porous.
  • the presence of sharp corners and edges on the grains should contribute to a capillary behavior of the ink in the reservoir which provides a regular feed of the writing tip with the ink, more than the arrangement of the grains between them. These sharp corners and edges result from the outer shape of the grains. It is therefore relief having dimensions of the same order of magnitude as the apparent dimension d , or the grain size, of a grain considered, that is to say a few tenths to several hundredths of its apparent dimension d .
  • the ink flow rate through the tip is then constant.
  • a large proportion of the ink initially contained in the reservoir can be restored during prolonged use of the writing instrument.
  • capillary spaces formed between the grains have substantially variable shapes and volumes because of the irregular shape of the grains, which would have a favorable effect on the regulation of the ink flow that the reservoir delivers in are together.
  • the presence of separated grains in the reservoir, which are immersed in the ink, also helps to reduce overpressures in the ink may be caused by shocks on the writing instrument. Ink leaks from the writing tip that could cause such shocks are then reduced or avoided.
  • the grains are separated, that is to say they are not interconnected, they can simply be poured into the reservoir even if the shape of the latter is complex, and the ink can then be be injected into the reservoir by means of a hollow needle.
  • the needle can be squeezed into the grains to the bottom of the reservoir, and then the ink is expelled from the needle between the grains during a gradual withdrawal of the needle. Fast and uniform filling of the tank can thus be obtained easily.
  • the tank may have a wall which is at least partly transparent.
  • a wall allows a user of the writing instrument to see the amount of ink remaining in the reservoir after a certain period of use of the instrument.
  • the invention can be applied to writing instruments of different types.
  • the writing tip may be a porous capillary tip, for example for a marker or a felt pen, a ball point, or an ink roller tip.
  • the dimensions of the different parts of the writing instrument that are represented on the figure 1 do not correspond to dimensions, nor to ratios of real dimensions. In particular, these dimensions can be adapted to obtain a writing instrument that has a higher ink capacity, or to make a writing instrument that has a pocket size.
  • the writing instrument represented on the figure 1 is of type "rollerpen”. It comprises an ink reservoir 1 which is limited by a side wall 10, a connector 2, and an inking roller 3 which constitutes the writing tip.
  • the inking roller 3 is held, while remaining free in rotation, by a mount 4 which is fixed on an anterior end of the tank 1.
  • the connector 2 allows a flow of the ink 11 which is contained in the tank 1 towards the roller inking 3. It may consist of a cylindrical assembly of fibers aligned longitudinally and intended to be impregnated with the ink 11.
  • one end of the connector 2 can protrude into the tank 1 to obtain a good impregnation of the connector 2 on any its length.
  • a device 5 for venting the tank 1 can be inserted between the frame 4 and the tank 1, to compensate for pressure variations in the tank 1, especially when the ink 11 leaves the tip of the tank 1. writing the instrument.
  • the venting device 5 may consist of a set of baffles, but other pressure compensation devices may be used alternately.
  • Separate grains 12 of a solid material are contained in the tank 1, with the ink 11. These grains 12 can completely fill the volume of the tank 1. They are then immobilized against each other. Alternatively, the grains 12 may occupy only a determined fraction of the volume of the tank 1, for example 90% of it. In this case, 10% of the volume of the tank 1 are free of grains. When the grains do not completely fill the tank 1, they can move in it during a stirring of the writing instrument, or only under the effect of the movements applied to the instrument during use normal.
  • the ink 11 which is contained in the reservoir 1 is distributed between the grains 12, in interstices formed by adjacent grains.
  • the ink 11 flows between the grains 12 inside the tank 1, with apparent capillarity which allows a
  • this apparent capillarity is modified by the shape of the grains 12, and that edges on the surface of these grains make it possible to obtain a particularly regular flow of the ink 11 at the surface of the grain. level of the writing tip 3, and in any case significantly more regular than in the presence of the single connector 2.
  • the inventors have further found that possible displacements of the grains 12 relative to each other also contribute to obtaining a smooth flow of the ink 11.
  • the ink 11 can form bubbles or agglomerates in micro-zones of clogging inside the tank 1.
  • the displacements of the grains then make it possible to eliminate such bubbles and to dissolve agglomerates.
  • the movement of the grains can also be used to avoid sedimentation of the ink.
  • the grains 12 When an impact is applied to the writing instrument, the grains 12, because they can move relative to each other, dampen a possible overpressure in the ink 11. This damping results from the friction that occurs along the edges of the grains. In this way, no ink leakage occurs by the writing tip 3 or by the device 5 venting the ink tank.
  • the wall 10 of the tank 1 may be transparent, or have a transparent window, to display the level of the ink 11 remaining in the tank.
  • the ink 11 preferably has a low viscosity.
  • the ink 11 is liquid, as opposed to fatty inks whose viscosity is high. It may be an aqueous solvent ink, in particular.
  • the inventors have found that the ink can be delivered with a particularly regular flow at the writing tip, over the lifetime of the writing instrument. In particular, no progressive reduction of the ink supply of the writing tip takes place before the final shutdown of this power supply.
  • a grain tank according to the invention provides a refund rate, in the form of writing, of an amount of aqueous ink initially placed in the tank which is greater than the rate obtained with a reservoir.
  • fiber buffer ("filler" in English).
  • a restitution gain of at least 10% has been observed for certain prototypes according to the invention.
  • the use of a pigment ink can cause a variation in the coloring density of the writing line, between a use of the writing instrument performed after a storage of the instrument in position of point up, and use after storage with the tip down.
  • the use of moving grains inside the tank makes it possible to reduce, if not eliminate, such a variation.
  • the coloring density of the writing line can be recovered by shaking the writing instrument.
  • the grains 12 are mineral grains, a capillary behavior of the ink 11 is observed in the reservoir 1, which is even more favorable for obtaining a smooth flow of the ink by the writing tip.
  • the material of the grains may be of oxide or carbonate type.
  • Alumina, in particular of the corundum type, silica, crushed glass, or calcium carbonate are grain materials for which satisfactory operations of the writing instrument have been observed. In addition, these materials are chemically inert vis-à-vis the inks used.
  • sand is meant a powder essentially based on silica or calcium carbonate of natural origin.
  • Several origins of sand have been tested, which correspond to various careers. Improved performance of the writing instrument has been achieved with natural sands of different origins. Nevertheless, it appears after many tests that for a given ink some origins of sand give better results
  • the figure 2 schematically reproduces a micrograph of such grains of sand 12. This micrograph was performed by scanning electron microscopy, with a magnification ⁇ 100. The sharp edges are very visible, as are the angles between these edges. These are angles and sharp edges significant dimensions relative to the apparent dimension d grain. These macroscopic sharp edges and edges are supposed to substantially and beneficially modify the interactions between the grains 12 and the ink 11.
  • the interstices between the grains 12 thus constitute capillary spaces of very variable volume and shape because of the irregular shape of each of the grains. It seems that this improves the regularity of the ink flow that delivers the entire tank 1, even if locally the flow delivered by different interstices varies significantly. Indeed, the dimensions of the tank 1 make each section thereof comprises a large number of grains 12.
  • the figure 3 is a typical pattern of distribution of sand grain size. This particle size analysis was performed using a laser, using a commercially available apparatus.
  • the horizontal axis indicates, in microns, the apparent dimension d of each grain, and the vertical axis indicates the fraction of the total volume of sand analyzed, the grains of which have the dimension indicated by the horizontal axis.
  • the area of the surface between the curve and the horizontal axis is therefore 100%.
  • 95% of the grains of the sand sample corresponding to the figure 3 have at least one dimension greater than 150 ⁇ m. At the same time, 95% of the grains have at least one dimension less than 750 ⁇ m.
  • the curve has a maximum for grain size of approximately 320 ⁇ m.
  • This dimension is also approximately equal to the average grain size, calculated over the whole of the sand sample analyzed.
  • Such dimensions are adapted so that a large number of grains are simultaneously contained in the tank 1, which statistically ensures a homogeneous and reproducible behavior of the mixture of the grains 12 and the ink 11 inside the tank 1. in addition, these grain dimensions are sufficiently large to prevent certain grains 12 from being entrained by the ink 11 in the connector 2, or possibly brought into contact with the inking roller 3. A possible obstruction of the connector 2 and / or a blockage of the rotation of the ink roller 3 are thus avoided.
  • Sand grains that have different dimensions from those indicated by the figure 3 have also given satisfactory characteristics of operation of the writing instrument. Nevertheless, the inventors have found that better characteristics are obtained when the mean grain size d m is between 40 ⁇ m and 550 ⁇ m, and / or when 95% of the grains have a dimension of less than 800 ⁇ m, and / or when 95% of the grains have a size of greater than 0.5 microns, preferably greater than 150 ⁇ m.Par Furthermore, it is preferable that the grains 12 contained in the tank 1 have limited dimensional changes. In particular, the individual dimension of the grains d preferably varies in a ratio of less than 10, for 95% of the grains.
  • Such a granulometric characteristic makes it possible to prevent a large number of interstices between the larger grains being filled by smaller grains.
  • the ink capacity of the tank 1 is then higher. This also makes it possible to avoid settling or segregation of the grains 12 according to their size, which would occur in the tank 1 after a long period of immobility of the writing instrument. The operation of the writing instrument is then constant, even when resuming use. Finally, it also reduces the risk of the grains forming a vault in the tank, which could disturb the regularity of ink supply of the writing tip.
  • a grain size distribution according to their respective dimensions which has only one maximum is another criterion to ensure that the interstices between the grains form a free volume sufficient for the ink.
  • the natural sand constituting the grains 12 may be washed, for example to prevent particles of powder or dust on the surface of the grains from altering their capillary properties. But it will preferably exclude treatments modifying the surface of the grains, such as attacks or chemical deposits, given the satisfactory results obtained by the shape of the grains and the cost that could lead to such treatments.
  • the tank 1 contains only grains of the same kind and preferably of mineral material. Nevertheless, it is not excluded that the reservoir contains a fraction of different types of grains, for example of polymeric or metallic material, or that it contains a fibrous element in particular to limit the mobility of the grains.
  • the writing instrument which has been described in detail above may be modified while retaining at least some of the advantages of the invention.
  • the invention is not limited to its application to a writing instrument of the "rollerpen” type, and can be applied to all types of writing instruments, such as pens, in particular feather pens. , markers, coloring or highlighting instruments.

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Description

  • La présente invention concerne un instrument d'écriture qui incorpore un matériau granulaire dans son réservoir d'encre.
  • On connaît du brevet américain US-A-2,528,408 de 1950 , une conception de réservoir d'encre de ce type. Ce document divulgue en effet un stylo à plume dont le réservoir d'encre est pourvu d'un matériau granulaire. La structure de ce matériau lui procure une capillarité vis-à-vis de l'encre qui est adaptée pour obtenir une alimentation régulière de la plume en encre. Mais, pour obtenir cette capillarité, le matériau granulaire est fritté ou présente une répartition de grains à l'intérieur du réservoir qui est contrôlée. Or, un matériau fritté qui présente une porosité ouverte déterminée est difficile à réaliser en grande série de façon reproductible. L'étape de frittage engendre alors un surcoût important pour le stylo. En outre, le remplissage du réservoir avec l'encre est rendu difficile, étant donné que la pénétration de l'encre dans les interstices du matériau granulaire fritté est lente. Par ailleurs, lorsque le matériau granulaire doit être réparti de façon contrôlée sous forme de grains séparés dans le réservoir, les grains doivent être disposés dans le réservoir en plusieurs étapes, ce qui représente une étape délicate et longue dans la fabrication du stylo. Ces inconvénients expliquent qu'aucune solution de ce type n'est appliquée industriellement de nos jours. En effet, les solutions retenues, notamment pour les pointes d'écriture poreuses, consistent à disposer un tampon de matière fibreuse synthétique dans le réservoir d'encre, ou plus récemment, à stocker l'encre de manière libre dans le réservoir, c'est-à-dire sans aucun matériau de remplissage, et à connecter fluidiquement ce réservoir à la pointe par l'intermédiaire d'un connecteur de capillarité contrôlée.
  • Par ailleurs, la demande de brevet européen EP 1 510 560 divulgue une composition d'encre qui comprend des particules solides, notamment des particules de silice ayant une dimension inférieure à 200 µm (microns). Dans ce cas, les particules de silice font partie intégrante de l'encre, c'est-à-dire qu'elles sont destinées à être déposées avec les colorants et le solvant de l'encre sur un support d'écriture tel que du papier. Pour éviter une obstruction d'un instrument d'écriture par les particules de silice, celles-ci doivent représenter moins de 5% en poids de l'encre. Dans ces conditions, la capillarité du réservoir de l'instrument d'écriture par rapport à l'encre n'est pas significativement améliorée.
  • Tout comme le brevet US-A-2528408 , les brevets GB-A-688892 et US-A-2462929 divulguent un instrument d'écriture selon le préambule de la revendication indépendante 1.
  • Un but de la présente invention est d'améliorer la capillarité de l'encre dans le réservoir de l'instrument d'écriture pour obtenir une alimentation régulière de la plume en encre, tout en permettant un remplissage rapide du réservoir lors de la fabrication de l'instrument.
  • Pour cela, l'invention propose un instrument d'écriture qui comprend un réservoir d'encre et une pointe d'écriture connectée fluidiquement à ce réservoir et par laquelle l'encre sort lors d'une utilisation de l'instrument. Le réservoir contient, en plus de l'encre, des grains séparés qui présentent des angles et des arêtes vives de dimensions de même ordre de grandeur par rapport à une dimension apparente caractéristique de la granulométrie desdits grains, lesdits grains étant essentiellement non poreux.
  • La présence d'angles et d'arêtes vives sur les grains doit contribuer à un comportement capillaire de l'encre dans le réservoir qui procure une alimentation régulière de la pointe d'écriture avec l'encre, plus que l'arrangement des grains entre eux. Ces angles et arêtes vives résultent de la forme extérieure des grains. Il s'agit donc de reliefs présentant des dimensions de même ordre de grandeur que la dimension apparente d, ou la granulométrie, d'un grain considéré, c'est-à-dire de quelques dixièmes à plusieurs centièmes de sa dimension apparente d. Le débit de l'encre par la pointe est alors constant. En outre, une proportion importante de l'encre initialement contenue dans le réservoir peut être restituée lors d'une utilisation prolongée de l'instrument d'écriture. Il est supposé que ces angles et arêtes vives significatifs modifient favorablement la dynamique des fluides de l'encre entre les grains, voire les interactions physico-chimiques entre l'encre et les grains, ce qui améliorerait la restitution de l'encre contenue dans les espaces capillaires formés entre les grains. D'autre part, les espaces capillaires entre les grains présentent des formes et des volumes sensiblement variables du fait de la forme irrégulière des grains, ce qui aurait un effet favorable sur la régulation du flux d'encre que délivre le réservoir dans sont ensemble.
  • La présence d'angles et d'arêtes vives limite aussi un tassement ou une compaction des grains dans le réservoir, lorsque l'instrument d'écriture est gardé immobile dans une position fixe. Le fonctionnement de l'instrument d'écriture est alors peu affecté par un stockage prolongé de l'instrument sans agitation des grains.
  • La présence des grains séparés dans le réservoir, qui sont immergés dans l'encre, permet aussi d'atténuer des surpressions dans l'encre susceptibles d'être provoquées par des chocs sur l'instrument d'écriture. Des fuites d'encre par la pointe d'écriture que pourraient provoquer de tels chocs sont alors réduites ou évitées.
  • Etant donné que les grains sont séparés, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas reliés entre eux, ils peuvent être simplement versés dans le réservoir même si la forme de celui-ci est complexe, et l'encre peut ensuite être injectée dans le réservoir au moyen d'une aiguille creuse. Par exemple, l'aiguille peut être enfoncée dans les grains jusqu'au fond du réservoir, puis l'encre est expulsée de l'aiguille entre les grains lors d'un retrait progressif de l'aiguille. Un remplissage rapide et uniforme du réservoir peut ainsi être obtenu facilement.
  • Enfin, l'utilisation de grains séparés permet une bonne ventilation du réservoir d'encre. Un dispositif de mise à l'air du réservoir qui est particulièrement simple peut alors être utilisé. En particulier, l'utilisation d'un dispositif simplifié de mise à l'air permet de concevoir et de réaliser des instruments d'écriture qui ont des formes complexes ou originales.
  • Dans divers modes de réalisation de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes, qui constituent des perfectionnements de l'invention :
    • les grains ont chacun une forme irrégulière;
    • certains au moins des grains peuvent être constitués d'un matériau minéral ;
    • le matériau minéral de certains des grains peut comprendre du sable, du carbonate de calcium, du corindon ou du verre pilé ;
    • les grains peuvent avoir une dimension moyenne caractéristique de la granulométrie, déterminée par granulométrie laser sur l'ensemble des grains contenus dans le réservoir, qui est comprise entre 40 µm et 550 µm ;
    • 95% des grains contenus dans le réservoir peuvent avoir au moins une dimension caractéristique de la granulométrie inférieure à 800 µm ;
    • 95% des grains contenus dans le réservoir peuvent avoir au moins une dimension caractéristique de la granulométrie supérieure à 0,5 µm, et notamment supérieure à 150 µm ;
    • la dimension individuelle des grains caractéristique de la granulométrie peut varier dans un rapport inférieur à 10 pour 95% des grains contenus dans le réservoir ;
    • les grains peuvent avoir une répartition granulométrique en fonction de leur dimension individuelle caractéristique de la granulométrie qui présente un maximum unique ;
    • les grains peuvent être au moins partiellement mobiles dans le réservoir ;
    • une partie du volume du réservoir, qui peut être supérieure à 10% de celui-ci, peut être libre de grains ;
    • la partie du volume du réservoir qui est libre de grains peut être inférieure à 30% de celui-ci, et de préférence inférieure à 20% ; et
    • l'encre peut être une encre liquide, et de préférence une encre de type aqueuse.
  • Eventuellement le réservoir peut posséder une paroi qui est au moins en partie transparente. Une telle paroi permet à un utilisateur de l'instrument d'écriture de voir la quantité d'encre qui reste dans le réservoir après une certaine durée d'utilisation de l'instrument.
  • Enfin, l'invention peut être appliquée à des instruments d'écriture de différents types. Notamment, la pointe d'écriture peut être une pointe capillaire poreuse, par exemple pour un marqueur ou un stylo à feutre, une pointe à bille, ou une pointe à rouleau encreur.
  • D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'un exemple de réalisation non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue en coupe d'un instrument d'écriture selon la présente invention ;
    • la figure 2 illustre schématiquement des grains de sable utilisés pour l'invention ; et
    • la figure 3 est un diagramme de distribution granulométrique des grains contenus dans un instrument d'écriture selon l'invention.
  • Il est entendu que les dimensions des différentes parties de l'instrument d'écriture qui sont représentées sur la figure 1 ne correspondent ni à des dimensions, ni à des rapports de dimensions réels. Notamment, ces dimensions peuvent être adaptées pour obtenir un instrument d'écriture qui possède une contenance supérieure d'encre, ou pour réaliser un instrument d'écriture qui présente un format de poche.
  • A titre d'exemple, l'instrument d'écriture représenté sur la figure 1 est de type «rollerpen». Il comporte un réservoir d'encre 1 qui est limité par une paroi latérale 10, un connecteur 2, et un rouleau encreur 3 qui constitue la pointe d'écriture. Le rouleau encreur 3 est maintenu, tout en restant libre en rotation, par une monture 4 qui est fixée sur une extrémité antérieure du réservoir 1. Le connecteur 2 permet un écoulement de l'encre 11 qui est contenue dans le réservoir 1 vers le rouleau encreur 3. Il peut être constitué d'un ensemble cylindrique de fibres alignées longitudinalement et destinées à être imprégnées par l'encre 11. Eventuellement, une extrémité du connecteur 2 peut saillir dans le réservoir 1 pour obtenir une bonne imprégnation du connecteur 2 sur toute sa longueur. Enfin, un dispositif 5 de mise à l'air libre du réservoir 1 peut être inséré entre la monture 4 et le réservoir 1, pour compenser des variations de pression dans le réservoir 1, notamment lorsque l'encre 11 sort par la pointe d'écriture de l'instrument. Le dispositif de mise à l'air 5 peut être constitué d'un ensemble de chicanes, mais d'autres dispositifs de compensation de pression peuvent être utilisés alternativement.
  • Des grains séparés 12 d'un matériau solide sont contenus dans le réservoir 1, avec l'encre 11. Ces grains 12 peuvent remplir entièrement le volume du réservoir 1. Ils sont alors immobilisés les uns contre les autres. Alternativement, les grains 12 peuvent n'occuper qu'une fraction déterminée du volume du réservoir 1, comme par exemple 90% de celui-ci. Dans ce cas, 10% du volume du réservoir 1 sont libres de grains. Lorsque les grains ne remplissent pas entièrement le réservoir 1, ils peuvent se déplacer dans celui-ci lors d'une agitation de l'instrument d'écriture, ou seulement sous l'effet des mouvements appliqués à l'instrument lors d'une utilisation normale.
  • L'encre 11 qui est contenue dans le réservoir 1 se répartit entre les grains 12, dans des interstices formés par des grains voisins. Lors d'une utilisation de l'instrument d'écriture, l'encre 11 s'écoule entre les grains 12 à l'intérieur du réservoir 1, avec une capillarité apparente qui permet une alimentation régulière en encre du rouleau encreur 3. Les inventeurs ont découvert que cette capillarité apparente est modifiée par la forme des grains 12, et que des arêtes à la surface de ces grains permettent d'obtenir un écoulement particulièrement régulier de l'encre 11 au niveau de la pointe d'écriture 3, et en tout état de cause significativement plus régulier qu'en présence du seul connecteur 2.
  • Les inventeurs ont en outre constaté que des déplacements possibles des grains 12 les uns par rapport aux autres contribuent aussi à l'obtention d'un écoulement régulier de l'encre 11. En effet, l'encre 11 peut former des bulles ou des agglomérats dans des micro-zones de colmatage à l'intérieur du réservoir 1. Les déplacements des grains permettent alors d'éliminer de telles bulles et de dissoudre des agglomérats. Le déplacement des grains peut aussi être mis à profit pour éviter une sédimentation de l'encre.
  • Lorsqu'un choc est appliqué à l'instrument d'écriture, les grains 12, parce qu'ils peuvent se déplacer les uns par rapport aux autres, amortissent une éventuelle surpression dans l'encre 11. Cet amortissement résulte des frottements qui se produisent le long des arêtes des grains. De cette façon, aucune fuite d'encre ne se produit par la pointe d'écriture 3 ni par le dispositif 5 de mise à l'air libre du réservoir d'encre.
  • Avantageusement, la paroi 10 du réservoir 1 peut être transparente, ou présenter une fenêtre transparente, pour visualiser le niveau de l'encre 11 restant dans le réservoir.
  • L'encre 11 présente de préférence une faible viscosité. Autrement dit, l'encre 11 est liquide, par opposition aux encres grasses dont la viscosité est élevée. Ce peut être une encre à solvant aqueux, notamment. Dans ce cas, les inventeurs ont constaté que l'encre pouvait être délivrée avec un débit particulièrement régulier à la pointe d'écriture, sur toute la durée de vie de l'instrument d'écriture. En particulier, aucune réduction progressive de l'alimentation en encre de la pointe d'écriture n'intervient avant l'arrêt définitif de cette alimentation.
  • En outre, un réservoir à grains selon l'invention procure un taux de restitution, sous forme d'écriture, d'une quantité d'encre aqueuse initialement placée dans le réservoir qui est supérieur au taux obtenu avec un réservoir à tampon de fibres («filler» en anglais). Notamment, un gain de restitution d'au moins 10% a été observé pour certains prototypes selon l'invention.
  • Mais l'utilisation d'une encre à solvant alcoolique ou autre est parfaitement envisageable.
  • Il est par ailleurs connu que l'utilisation d'une encre à pigment peut provoquer une variation de densité de coloration du trait d'écriture, entre une utilisation de l'instrument d'écriture effectuée après un stockage de l'instrument en position de pointe vers le haut, et une utilisation après un stockage avec la pointe vers le bas. L'utilisation de grains mobiles à l'intérieur du réservoir permet de réduire, sinon de supprimer, une telle variation. En effet, la densité de coloration du trait d'écriture peut être recouvrée en agitant l'instrument d'écriture.
  • Lorsque les grains 12 sont des grains minéraux, un comportement capillaire de l'encre 11 est observé dans le réservoir 1, qui est encore plus favorable pour obtenir un écoulement régulier de l'encre par la pointe d'écriture. Le matériau des grains peut être de type oxyde ou carbonate. L'alumine, notamment de type corindon, la silice, le verre pilé, ou le carbonate de calcium sont des matériaux de grains pour lesquels des fonctionnements satisfaisants de l'instrument d'écriture ont été observés. En outre, ces matériaux sont inertes chimiquement vis-à-vis des encres utilisées.
  • Des performances remarquables de fonctionnement de l'instrument d'écriture ont aussi été obtenues avec des grains de sable placés dans le réservoir 1. On entend par sable une poudre essentiellement à base de silice ou de carbonate de calcium d'origine naturelle. Plusieurs origines de sable ont été testées, qui correspondent à des carrières diverses. Des performances améliorées de fonctionnement de l'instrument d'écriture ont été obtenues avec des sables naturels de différentes origines. Il apparait néanmoins à la suite de nombreux test que pour une encre donnée certaines origines de sable donnent de meilleurs résultats
  • La figure 2 reproduit schématiquement une micrographie de tels grains de sable 12. Cette micrographie a été réalisée par microscopie électronique à balayage, avec un grossissement x100. Les arêtes vives sont très visibles, de même que des angles entre ces arêtes. Il s'agit donc d'angles et d'arêtes vives de dimensions significatives par rapport à la dimension apparente d du grain. Ces angles et arêtes vives macroscopiques sont supposés modifier sensiblement et de manière bénéfique les interactions entre les grains 12 et l'encre 11.
  • Les interstices entre les grains 12 constituent donc des espaces capillaires de volume et de forme très variables du fait de la forme irrégulière de chacun des grains. Il semble que cela améliore la régularité du flux d'encre que délivre l'ensemble du réservoir 1, même si localement le flux délivré par des interstices différents varie de manière importante. En effet, les dimensions du réservoir 1 font que chaque section de celui-ci comprend un grand nombre de grains 12.
  • On comprendra que ce sont les interstices entre les grains 12, et l'éventuel partie libre de grains, qui constituent le volume utile du réservoir d'encre 1, étant donné que les grains de sable 12 ont une porosité quasi nulle vis-à-vis de l'encre. Les grains sont essentiellement non poreux vis-à-vis de l'encre, pour obtenir le taux important de restitution d'encre observé.
  • Il n'est toutefois pas exclus, selon une alternative ne faisant pas partie de l'invention, d'utiliser des grains présentant une porosité suffisante pour contenir dans leur pores une quantité non négligeable d'encre, mais au risque de voir cette encre retenue dans les pores à cause des dimensions faibles de ceux-ci par rapport aux grains et aux interstices. On notera que même dans ce cas les grains doivent présenter extérieurement des angles et arêtes vives de dimensions significatives pour que les espaces capillaires entre les grains jouent leur rôle, étant entendu que les ouvertures des pores ne peuvent pas constituer en elle mêmes de tels angles et arêtes vives. De même, des défauts ou reliefs microscopiques à la surface de grains arrondis ou de perles ne permettraient pas d'obtenir les mêmes effets de capillarité des grains et des interstices vis-à-vis de l'encre.
  • La figure 3 est un diagramme typique de répartition de la dimension des grains de sable. Cette analyse granulométrique a été réalisée au moyen d'un laser, en utilisant un appareil disponible commercialement. L'axe horizontal repère, en microns, la dimension apparente d de chaque grain, et l'axe vertical repère la fraction du volume total de sable analysé dont les grains ont la dimension indiquée par l'axe horizontal. L'aire de la surface comprise entre la courbe et l'axe horizontal correspond donc à 100%. 95% des grains de l'échantillon de sable correspondant à la figure 3 ont au moins une dimension supérieure à 150 µm. Simultanément, 95% des grains ont au moins une dimension inférieure à 750 µm. La courbe présente un maximum pour la dimension de grain de 320 µm, approximativement. Cette dimension, notée dm, est aussi à peu près égale à la dimension moyenne des grains, calculée sur l'ensemble de l'échantillon de sable analysé. De telles dimensions sont adaptées pour qu'un grand nombre de grains soient simultanément contenus dans le réservoir 1, ce qui assure statistiquement un comportement homogène et reproductible du mélange des grains 12 et de l'encre 11 à l'intérieur du réservoir 1. En outre, ces dimensions de grains sont suffisamment grandes pour éviter que certains grains 12 ne soient entraînés par l'encre 11 dans le connecteur 2, ou éventuellement amenés au contact du rouleau encreur 3. Une éventuelle obstruction du connecteur 2 et/ou un blocage de la rotation du rouleau encreur 3 sont ainsi évités.
  • Des grains de sable qui présentent des dimensions différentes de celles indiquées par la figure 3 ont aussi donné des caractéristiques satisfaisantes de fonctionnement de l'instrument d'écriture. Néanmoins, les inventeurs ont constaté que des caractéristiques meilleures sont obtenues lorsque la dimension moyenne des grains dm est comprise entre 40 µm et 550 µm, et/ou lorsque 95% des grains ont une dimension d inférieure à 800 µm, et/ou lorsque 95% des grains ont une dimension d supérieure à 0,5 µm, préférablement supérieure à 150 µm.Par ailleurs, il est préférable que les grains 12 qui sont contenus dans le réservoir 1 présentent des variations limitées de dimension. Notamment, la dimension individuelle des grains d varie préférablement dans un rapport inférieur à 10, pour 95% des grains. Une telle caractéristique granulométrique permet d'éviter qu'un grand nombre d'interstices entre les grains les plus gros soient comblés par des grains plus petits. La contenance en encre du réservoir 1 est alors supérieure. Cela permet aussi d'éviter un tassement ou une ségrégation des grains 12 en fonction de leur dimension, qui se produirait dans le réservoir 1 après une longue durée d'immobilité de l'instrument d'écriture. Le fonctionnement de l'instrument d'écriture est alors constant, même lors d'une reprise d'utilisation. Enfin, cela réduit aussi le risque de formation d'une voûte par les grains dans le réservoir, qui pourrait perturber la régularité d'alimentation en encre de la pointe d'écriture. De même, une répartition granulométrique des grains en fonction de leurs dimensions respectives qui ne présente qu'un seul maximum constitue un autre critère pour assurer que les interstices entre les grains forment un volume libre suffisant pour l'encre.
  • On notera que le sable naturel constituant les grains 12 peut subir des lavages, par exemple pour éviter que des particules de poudre ou de poussière à la surface des grains n'altèrent leurs propriétés de capillarité. Mais on exclura de préférence des traitements modifiant la surface des grains, comme par exemple des attaques ou des dépôts chimiques, étant donné les résultats satisfaisant obtenus par la forme des grains et le coût que pourraient entrainer de tels traitements.
  • Dans le mode de réalisation préféré décrit ci-dessus le réservoir 1 contient uniquement des grains de même nature et de préférence en matériau minéral. Néanmoins, il n'est pas exclus que le réservoir contienne une fraction de grains de nature différente, par exemple en matériau polymère ou métallique, ou encore qu'il contienne un élément fibreux notamment pour limiter la mobilité des grains.
  • Il est entendu que l'instrument d'écriture qui a été décrit en détail ci-dessus peut être modifié tout en conservant certains au moins des avantages de l'invention. En particulier, l'invention n'est pas limitée à son application à un instrument d'écriture de type «rollerpen», et peut être appliquée à tous types d'instruments d'écriture, tels que des stylos, notamment des stylos à plumes, des marqueurs, des instruments de coloriage ou de surlignage.

Claims (16)

  1. Instrument d'écriture comprenant un réservoir d'encre (1) et une pointe d'écriture (3) connectée fluidiquement audit réservoir et par laquelle l'encre (11) sort lors d'une utilisation de l'instrument, caractérisé en ce que le réservoir contient, en plus de l'encre, des grains (12) séparés et présentant des angles et des arêtes vives de dimensions de même ordre de grandeur par rapport à une dimension (d) apparente caractéristique de la granulométrie desdits grains, lesdits grains (12) étant essentiellement non poreux.
  2. Instrument d'écriture selon la revendication 1, dans lequel les grains ont chacun une forme irrégulière.
  3. Instrument d'écriture selon la revendication 1 ou 2, dans lequel certains au moins des grains (12) sont constitués d'un matériau minéral.
  4. Instrument d'écriture selon la revendication 3, dans lequel le matériau minéral comprend du sable, du carbonate de calcium, du corindon ou du verre pilé.
  5. Instrument d'écriture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les grains (12) ont une dimension moyenne (dm) caractéristique de la granulométrie, déterminée par granulométrie laser sur l'ensemble des grains contenus dans le réservoir (1), comprise entre 40 µm et 550 µm.
  6. Instrument d'écriture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel 95% des grains (12) contenus dans le réservoir (1) ont au moins une dimension (d) caractéristique de la granulométrie inférieure à 800 µm.
  7. Instrument d'écriture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel 95% des grains (12) contenus dans le réservoir (1) ont au moins une dimension (d) caractéristique de la granulométrie supérieure à 0,5 µm.
  8. Instrument d'écriture selon la revendication 6, dans lequel 95% des grains (12) contenus dans le réservoir (1) ont au moins une dimension (d) caractéristique de la granulométrie supérieure à 150 µm.
  9. Instrument d'écriture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la dimension (d) individuelle des grains (12) caractéristique de la granulométrie varie dans un rapport inférieur à 10 pour 95% des grains (12) contenus dans le réservoir (1).
  10. Instrument d'écriture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les grains (12) ont une répartition granulométrique en fonction de leur dimension individuelle (d) caractéristique de la granulométrie présentant un maximum unique.
  11. Instrument d'écriture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les grains (12) sont au moins partiellement mobiles dans le réservoir (1).
  12. Instrument d'écriture selon la revendication 10, dans lequel une partie du volume du réservoir (1) est libre de grains.
  13. Instrument d'écriture selon la revendication 12, dans lequel la partie du réservoir libre de grains est inférieure à 30% du volume dudit réservoir.
  14. Instrument d'écriture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réservoir (1) possède une paroi (10) au moins en partie transparente.
  15. Instrument d'écriture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pointe d'écriture (3) est une pointe capillaire poreuse, une pointe à bille ou une pointe à rouleau encreur.
  16. Instrument d'écriture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'encre (11) est liquide, et est de préférence une encre de type aqueuse.
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