Brevet FR2214598A1 — publié le 19740819

D"une façon générale, la présente invention concerne des instruments d'écriture et, plus spécialement, des crayons à bille destinés à etre utilisés avec une encre aqueuse de faible viscosité. L'invention concerne, plus particulièrement, une recharge permettant de régler le débit d'une encre aqueuse d'un réservoir à une bille, située à la pointe d'écriture de ces crayons à bille, et un procédé pour la fabriquer, On a longtemps utilisé des crayons à bille en combinaison avec des encres très visqueuses,contenant-généralement des colorants ou des pigments solubles dans l'huile ou dans l'alcool, de telle sorte qu'une bille logée de façon rotative à l'intérieur d'une douille située à la pointe d'écriture fait passer l'encre visqueuse du réservoir sur la surface d'écriture, la bille qui se trouve dans la douille baignant constamment dans l'encre provenant du réservoir. Grace en grande partie à leur forte viscosité, il est rare que coule l'encre d'un crayon à bille sauf dans de rares cas où la pointe a eté exagérément usée, ou bien, où le crayon à bille a été maintenu à une température élevée au point de provoquer une diminution exagérée de la viscosité de l'encre. Les crayons à bille sont de construction plus simple et moins conteuse que dlsGis le. tylographair et permettent à la personne qui écrit d'obtenir simultanément un ou plusieurs exemplaires au papier carbone de ce qu'il vient d'écrire. Toutefois, les avantages des crayons à bille que l'on vient d'énumérer ont été contre-balancés par le fait qu'ils exigent qu'on appuie beaucoup plus en écrivant qu'avec des stylos, des crayons à pointe de feutre ou leurs équivalents pour laisser des marques nettes et lisibles. Un inconvénient supplémentaire a consisté en ce que les marques faites par certains crayons à bille classiques pouvaient provoquer une décoloration du papier placé en contact direct avec elles pendant un laps de temps prolongé. Ces inconvénients sont totalement absents dans les crayons à bille conçus pour autre utilisés avec une encre aqueuse. Du fait que l'encre aqueuse utilisée avec ces crayons à bille est beaucoup moins visqueuse que l'encre à crayons à bille classiques,la structure bien connue des crayons à bille de la technique antérieure doit être modifiée pour empecher que l'encre aqueuse ne coule. Ainsi, en vue d'obtenir une alimentation en encre bien réglée allant du réservoir à la bille située à la pointe d'écriture des crayons a bille, on a proposé un mécanisme identique au mécanisme d'alimentation en encre des stylos.Toutefois, comme cela s'est avéré plus tara, les stylos sont du point de vue structure et du point de vue principe de fonctionnement si différents des crayons à bille que de mécanisme d'alimentation en encre des premiers ne peut pas s'appliquer avec succès à ces derniers. On a aussi remarqué que les crayons à bille incorporant le mécanisme d'alimentation des stylos sont inutilement cou- teux et n'ont pas un aspect plaisant. Comme alternative, on a proposé d'introduire plusieurs gros filaments unitaires synthétiques, comme ceux qu'on utilise comme ligne à pécher, dans un réservoir tubulaire à encre de crayon à bille de manière à régler le débit de l'encre aqueuse jusqu'S sa pointe d'écriture. Toutefois, du fait de la grosseur des filaments utilisés, ils forment des canaux inutilement grands et linéaires qui provoquent à un excès d'alimentation d'encre vers la pointe d'écriture, ayant pour résultat un fort écoulement ou des traits exagérément épais sur le papier ou autres surfaces d'écriture. En conséquence, un objectif de la présente invention consiste à fournir une recharge originale et améliorée, et un procédé pour la fabriquer, permettant le~dëbit commandé d'une encre aqueuse d'un réservoir à une bille disposée à la pointe d'écriture d'un crayon à bille. Un autre objectif de la présente invention consiste à fournir une recharge du type indiqué, qui comporte un grand nombre de canaux capillaires à encre d'un diamètre sensiblement uniforme également répartis à l'intérieur, de telle sorte que l'encre aqueuse contenue dans le réservoir du crayon à bille soit amenée par effet de capillarité à s'écouler vers la pointe d'écriture d'une façon bien régulière. Un autre objectif encore de la présente invention consiste à fournir un procédé pour la fabrication de la recharge du type décrit ci-dessus, grace auquel on puisse faire varier à volonté le diamètre et le nombre de canaux capillaires à encre dans la recharge selon les propriétés de l'encre dont on se sert. Selon le procédé de la présente invention, rapidement résumé, il est d'abord fourni une mèche à filamen multiples de résine thermoplastique. on moule la mèche en forme de tige à une température voisine du point de ramollissement de la résine thermoplastique de telle façon qu'un certain nombre de cavités se forment longitudinalement dans le moulage en forme de tige ainsi obtenu.Après immersion dans une solution de résine thermodurcissable, on soumet le moulage en forme de tige à une première opération de chauffage de façon à provoquer l'évaporation par les cavités d'un solvant principal de la solution de résine thermodurcissable, et ensuite à une seconde opération de chauffage pour provoquer le durcissement de la résine thermodurcissable. On usine ensuite le moulage de façon appropriée ou en effectue autrement la finition pour l'utiliser comme recharge dans un crayon à bille. Les particularités que l'on croit originales et les caractéristiques de cette invention sont indiquées de façon particulière dans les-reendications annexées. Toutefois, on comprendra mieux l'invention elle-même ainsi que ses autres objectifs et avantages en se référant à la description détaillée ci-jointe ainsi qu'aux dessins qui l'accompagnent. Sur les dessins la figure 1A est une vue de côté en élévation dlun exemple de recharge d'encre aqueuse de crayon à bille selon la présente invention; la figure 1B est une vue de côté en élévation d'un autre exemple de recharge d'encre aqueuse selon la présente invention; la figure 2A est une vue schématique en coupe longitudinale d'un exemple de crayon à bille destiné à être utilisé avec une encre aqueuse, dans laquelle la recharge de la figure 1A est incorporée ; et la figure 2B est une vue schématique en coupe longitudinale d'un autre exemple de crayon à bille destiné à être utilisé avec une encre aqueuse, dans lequel la recharge de la figure 1B est incorporée. I1 existe deux types connus de réservoirs à encre aqueuse dans les-crayons à bille. L'un comprend une cartcuche, un sac flexible ou enceintes semblables comme dans les stylos, et d'autres utilisent un faisceau ou masse de vines fibres qui est imprégné d'encre aqueuse comme dans les crayons à pointe de feutre. Quelque puisse être le type de réservoir, il faut que la recharge ait un effet de capillarité assez puissant pour provoquer à l'intérieur un écoulement immédiat de l'encre aqueuse en direction de la pointe d'écriture lorsqu'elle est mise en contact avec l'encre contenue dans le réservoir. En outre, une fois saturée d'encre, -elle ne doit en permettre aucun mouvement sauf ai l'encre est utilisée par l'inter mOd-iaire de la pointe d'écriture. A titre d > exemple de l'écoulement d'encre par les canaux capillaires, considérons le bec en fibres de la technique antérieure, que traversent un certain nombre de canaux à encre de dimensions capillaires. Les canaux à encre ou tubes capillaires du bec en fibres sont entremêlés de façon si complexe que le rapport entre les tubes capillaires et l'encre-utilisée ne peut pas être déterminé avec précision, du fait qu'il est affecté par un certain nombre d'autres facteurs.Toutefois, leur rapport peut être fondamentalement défini par la formule suivante (= = 1/2 rhcCg où ( est la tension superficielle du liquide, r le diamètre de chaque tube capillaire, h le niveau superficiel de 11 encre,# la densité de liquide, et g la constante de gravité. Supposons, maintenant, que la qualité du matériau dont sont faits les tubes capillaires et les propriétés physicochimiques de l'encre soient constantes, on peut ré-écrire la formule ci-dessus comme suit &gamma; h = kr k = 1/2 # g Ainsi, le niveau superficiel de l'encre, ou la force portante de l'encre, ou la traction capillaire sont inversement proportionnels au diamètre des tubes capillaires. En outre, la vitesse d'absorption ou d'aspiration de l'encre dans le tube capillaire augmente en même temps que le diamètre du tube capillaire.C'est également un fait physico-chimique connu que la tension "humide" & cos e,l'énergie d'adhérence g (cos e + 1), la viscosité de l'encre # , la température, et d'autres facteurs agissent les uns sur les autres pour affecter le rapport encre-tubes capillaires. Comme on peut maintenant le comprendre, la qualité optimale du matériau destiné à la formation des canaux à encre de dimensions capillaires, et leurs diamètre et nombre optimaux, ne peuvent être déterminés que par rapport aux propriétés physicochimiques de l'encre. Ou, inversement, les propriétés de l'encre doivent être déterminées d'après la qualité du matériau formant les canaux capillaires à encre, et leur diamètre et leur nombre. Ces constatations restent évidemment vraies avec la recharge dlun crayon à bille qui fonctionne. virtuellement comme une pompe pour aspirer l'encre aqueuse du réservoir. Si l'on se réfère au dessin un exemple de recharge à encre aqueuse selon la présente invention y est expliqué. Sur la figure 1A, la recharge 33 donnée en exemple a la forme d'une colonne et est constituée d'un faisceau de filaments selon le procédé exposé ci-après. Les deux extrémités de la recharge 33 sont chanfreinées comme on l'a indiqué au repère 35 de manière à s'ajuster dans un siège 36 ayant sensiblement la forme d'un entonnoir formé à l'extrémité postérieure d'une pointe 40 du crayon à bille représenté sur la figure 2A L'encre aqueuse contenue dans une cartouche 31 de ce crayon à bille est transmise sur la surface d'écriture par le processus suivant. Encre qui se trouve à l'intérieur de la cartouche 31 est d'abord amenée par effet de capillarité à passer par les minuscules canaux de la recharge 33 logée dans un manchon 34 du crayon à bille. Ainsi, en arrivant au siège 36 en forme d'entonnoir situé à l'extrémité postérieure de la pointe 40, l'encre recouvre la surface du siè-ge 36 d'une manière déterminée par sa propre tex sion superficielle { et pPrl'angle de contact e de l'encre avec la pointe 40. Ayant rempli un intervalle 37 séparant la recharge 33 de la pointe 40, l'encre traverse un passage 38 ménagé longitudinalement dans la pointe et parvient à un équilibre apparent lorsqu'elle remplit un intervalle 39a laissé à l'intérieur de la douille de la pointe par une bille 39 qui y est logée. Cet état d'équilibre est rompu lorsque la bille 39 tourne par rapport à la pointe 40 en contact avec la surface d'écriture pour écrire sur cette dernière, ce qui fait que l'encre est transmise à la surface d'écriture à une vitesse déterminée par par tension sa viscosité G et/la tension "humide" ç cos e de l'encre qui recouvre la bille 39 La figure 1B représente un autre exemple de recharge à encre aqueuse selon la présenteinvention. La recharge 43 est faite elle aussi d'un faisceau de fibres et a sensiblement la forme d'une colonne. Les deux extrémités de la recharge 43 sont chanfreinées comme on l'a indiqué aux repères 45c et 47, et on a formé un décrochement incliné,au repère 45a,de façon à ménager une partie 45b de plus petit diamètre qui s'adapte dans un alésage 45 d'une pointe 46 du crayon à bille représenté sur la figure 2B.Ce crayon à bille diffère de l'exemple de la figure 2A en ce que l'encre aqueuse est contenue dans son réservoir 41 qui est fait d'un faisceau de fibres selon la technique antérieure. L'encre aqueuse est transférée du réservoir 41 à la surface d'écriture selon le processus suivant. L'encre aqueuse dont est imprégné le réservoir 41 est d'abord aspiréepar capillarité dans la recharge 43, que traversent les canaux 34 à encre de plus petit diamètre que les tubes capillaires du réservoir en fibres. En arrivant à l'extrémité antérieure 45c de la recharge 43, l'encre remplit un intervalle 49 laissé à l'intérieur de la douille de la pointe 45 par une bille 48 qui y est logée, atteignant de ce fait un équilibre apparent comme on l'a indiqué en faisant référence à la figure 2A. Cet équilibre est rompu lorsque la bille 48 tourne par rapport à la pointe 45 pour transférer l'encre sur la surface d'écriture où l'on écrit. Comme on l'a souligné précédemment, la qualité optimale du matériau dont sont faits les canaux à encre de dimensions capillaires, et leurs diamètre et nombre optimaux, peuvent être choisis compte tenu des propriétés physico-chimiques de l'encre aqueuse à utiliser. Selon la présente invention, ces conditions que doit remplir la recharge à encre aqueuse des crayons a bille sont remplies de la manière suivante. Comme matériau pour la fabrication de la recharge à encre aqueuse, on utilise des fibres ou des filaments de résine thermoplastique tels que des fibres de polyester connues pour leurs propriétés de résistance chimique et d'extrêmement faible capacité d'absorption d'eau. Les fibres de polyester sont réunies les unes aux autres de façon rigide au moyen d'un adhésif à base de résine thermodurcissable qui peut être choisi dans le groupe formé des résines époxy et des résines d'uréthane. Pour obtenir le diamètre voulu et le nombre de canaux capillaires à encre, on peut utiliser des filaments multiples de polyester titrant de 30 à 210 deniers composés de filaments unitaires distincts chacun titrant de 2 à 10 deniers et qui sont réunis en faisceau à plusieurs de manière à obtenir une densité requise. Pour obtenir les meilleurs résultats, les filaments multiples de polyester doivent présenter une légère ondulation et de ce fait être tessifs. Pour la fabrication de la recharge à encre aqueuse selon la présente invention, on réunit les filaments multiples de polyester titrant de 30 à 210 deniers, qui sont composés de filaments unitaires distincts titrant de 2 à 10 deniers, en une mèche filamenteuse titrant de 6.000 à 30.000 deniers et étant très massive du fait de l'ondulation que présentent les filaments multiples de polyester. On enroule ensuite cette mèche autour d'une bobine ou d'un élément semblable, on la fait passer dans une cavité tubulaire qui a été portée à une température voisine du point de ramollissement du polyester, et on la moule ainsi de façon continue en une longue tige circulaire ayant un diamètre extérieur de 1,5 à 3 mm.On plonge ensuite le corps moulé en forme de tige dans une solution de résine thermodurcissable utilisée comme adhésif pour remplir ses cavités intérieures de la solution de résine. Ensuite, on introduit le moulage en forme de tige imprégné et saturé de résine dans une cavité tubulaire faite de résine fluorée et on la soumet à une opération de chauffage à haute fréquence, tout en la maintenant isolée de l'atmosphère extérieur. Cette opération de chauffage a pour but de faire évaporer la quasi totalité de la quantité de solvant de la solution de résine thermodurcissable re-mplissant-les cavités du moulage par les cavités qui sont disposées longitudinalement au moulage, tandis que le composant de résine thermodurcissable de la solution se gélifie.On introduit ensuite le moulage dans une étuve à air chaud pour faire durcir la résine thermodurcissable au moyen de courantS d'air chaud, sur quoi on obtient une tige rigide d'un diamètre de 1,5 à 3 mm. On tronçonne cette tige en longueurs appropriées et on l'usine ou on lui fait subir un traitement de finition convenable pour l'utiliser comme recharge à encre aqueuse de crayon à bille. De manière à obtenir un diamètre optimal et le nombre total de canaux à encre dans la recharge fabriquée ainsi qu'on l'a décrit ci-dessus, on peut utiliser différentes quantités de filaments multiples de polyester constitués de filaments unitaires distincts d'épaisseurs variées, selon le diamètre de la recharge à former ainsi que cela ressort du tableau ci-dessous Diamètrre de la Quantité de fila- Titre des filaments recharge ments multiples distincts (en mm) utilisés (en deniers) (en deniers) 1, 5 6.000 - 8.000 2 - 10 2,0 12.000 - 16.000 2 - 10 3,0 20.000 - 30.000 2 - 10 La teneur en particules solides de l'adhésif à base de résine thermodurcissable par rapport à la quantité de filaments multiples utilisés est comprise entre 4 et 16 pour cent en poids. Pour le solvant, on peut utiliser le chlorure de méthylène à évaporation rapide, ininflammable, et à point d'ébullition bas. On ajoute également à la solution une certaine quantité de 1 à 5% du poids d'une substance diélectrique telle qu'un solvant polaire à constante diélectrique relativement élevée, à point d'ébullition élevé, et à évaporation plus lente que celle du solvant principal.Comme exemples de cette substance diélectrique on a : du phénol et du crésol dont les molécules contiennent le groupement hydroxyle, et du diméthylformamide et du diméthylacétamide qui contiennent le groupement carbonyle. La structure intérieur de la recharge produite de cette manière est telle que les filaments sont diCpe ss de façon sensiblement uniforme dans sa section droite, et sont emmêlés les uns aux autres dans sa section longitudinale à tel point que les filaments sont en contact les uns avec les autres. De ce fait, il est formé dans la recharge un réseau capillaire de canaux à encre aqueuse. A ce moment, l'état d'adhérence de l'agent adhésif peut allerdel'état dans lequel il adhère à la circonférence de la recharge sous la forme d'un tube creux, à un autre état dans lequel il est uniformément dispersé et solidifié dans toute la section droite.Une recharge avec son adhésif à base de résine thermodurcissable dans l'un ou l'autre état d'adhérence peut être utilisée dans le crayon à bille représenté sur la figure 2A, mais une recharge avec l'adhésif à base de résine solidifiée sur sa circonférence sous la forme tubulaire creuse convient mieux pour être utilisée dans le crayon à bille de la figure 2B. La forme extérieure de la recharge est déterminée principalement d'après la structure de la pointe avec laquelle on doit l'utiliser. Dans les exemples de recharge représentés sur les figures 1A et 1B, l'extrémité chanreinée 35 ou 37 est conçue pour faciliter, par effet de capillarité, le remplissage du passage 38 de la pointe sur la figure 2A avec l'encre aqueuse, ou de l'intervalle 49 de la figure 2B, L'autre extrémité de la recharge est chanfreinée sous un angle arbitraire de façon à pouvoir l'introduire facilement dans le manchon 34 de la figure 2A, ou à pouvoir l'emmancherà la presse dans le réservoir 41 de la figure 2B, sans trop endommager sa structure de fibre. L'invention est décrite ci-apres plus particulièrement après des exemples préérée, qui toutefois, ne sont donnés que comme exemple et non pas pour limiter l'invention. EXEMPLE I On a utilisé des filaments multiples en polyester titrant 15.000 deniers et constitués de filaments unitaires titrant 5 deniers. Les fibres de polyester ont été réunies en faisceau à l'aide d'une solution de résine d'urethane ayant une teneur en résine solide de 16 pour cent en poids, suivant le procédé de fabrication décrit ci-dessus, on a ainsi obtenu un article en forme de tige de 2 mm de diamètre et de 15 mm de longueur, dans lequel on fait adhérer l'adhésif à base de résine d'uréthane, sous la forme d'un tube creux, à la circonférence du corps en forme de tige. On a ensuite usiné cette tige pour lui donner la forme représentée sur la figure 1A, et on l'a montée dans le crayon à bille de la figure 2A pour l-'utiliser comme recharge. Quand on a utilisé ce crayon à bille pour écrire à une vitesse de 9 mètres par minute, avec une-inclinaison de 70 degrés entre le crayon et la surface d'écriture, et en excerçant sur le crayon une pesée de 50 grammes, l'eau utilisée au lieu d'encre aqueuse s'est écoulée sur la surface d'écriture à raison de 1,2 milligramme par mètre. EXEMPLE Il On u utilisé des filaments multiples en polyester titrant 26.000 deniers composés de filaments unitaires titrant 2 deniers. Les fibres de polyester étaient liées au moyen d'une solution de résine d'uréthane utilisée comme adhésif ayant une teneur en résine solide de 16 pour cent en poids. En appliquant le procédé décrit ci-dessus, on a formé une tige ayant un diamètre de 3 mm et une longueur de 30 mm, dans lequel la résine d'uréthane adhérait sous la forme d'un tube creux à la circonférence de la tige. On a ensuite usiné cette tige pour lui donner la forme représentée sur la figure 1B et on l'a montée dans le crayon à bille de la figure 2B pour l'utiliser comme recharge. Quand on a utilisé ce crayon à bille pour écrire dans les mêmes conditions que celles qui ont été exposées à l'Exemple I, l'eau utilisée au lieu d'encre aqueuse a été transférée sur la surface d'écriture à raison d'environ 1 milligramme par mètre. Bien que l'invention ait été représentée et décrite cidessus de façon très spécifique, les spécialistes de la technique auront la faculté d'envisager d'apporter nombreuses modifications, substitutions, et changements à l'invention sur la base de cet exposé, sans s'écarter du champ d'application ou de l'acception des revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une recharge pour crayon à bille à encre aqueuse, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : fournir une mèche à filaments multiples en résine thermoplastique; mouler ladite mèche à filaments multiples en forme de tige à une température voisine du point de ramollisement de ladite résine thermoplastique de telle manière que le moulage en forme de tige ainsi formé comporte un certain nombre de cavités le traversant dans le sens longitudinal, plonger ledit moulage en forme de tige dans une solution de résine thermodurcissable dissoute dans un solvant à grande vitesse d'évaporation, soumettre ledit moulage en forme de tige à une première opération de chauffage dans une cavité tubulaire en résine fluorée dans un état dans lequel il se trouve protégé de l'atmosphère extérieure, pour provoquer l'évaporation par lesdites cavités d'une quantité substantielle d'un solvant principal contenu dans ladite solution de résine thermodurcissable et pour gélifier la résine qu'elle contient; soumettre en outre ledit moulage en forme de tige à une seconde opération de chauffage afin de durcir ladite résine thermodurcissable; et procéder à la finition dudit moulage en forme de tige pour l'utiliser comme recharge dans le crayon à bille. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits filaments multiples sont faits d'un polyester. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le titre desdits filaments multiples est compris entre 30 et 210 deniers. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits filaments multiples sont constitués de filaments unitaires distincts, chacun d'eux ayant un titre de 2 à 10 deniers. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits filaments multiples présentent une ondulation marquée. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce queladite résine thermodurcissable est choisie dans le groupe formé des résines époxy et des résines d'uréthane. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première opération dechauffage s'effectue par chauffage à haute fréquence. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite solution de résine thermodurcissable contient de 1 à 5% en poids d'un solvant polaire, à constante diélectrique relativement élevée, à point d'ébullition élevé, à faible vitesse d'évaporation, et continent dans sa molécule le groupement carbonyle ou le groupement hydroxyle. 9. Procédé selon la revendication 1,- caractérisé en-ce que ladite seconde opération de chauffage s'effectue dans un four de séchage à air chaud. 10. Recharge pour crayon à bille à encre aquèuse constituée d'un moulage sensiblement en forme de tige formé d'une mèche de résine thermoplastique à filaments multiples, ledit moulage en forme de tige comprenant un certain nombre de canaux à encre de dimensions capillaires qui le traversent dans le sens longitudinal.