ПОВЕРХНОСТЬ С МИКРОСТРУКТУРАМИ, ОБЛАДАЮЩАЯ УЛУЧШЕННЫМИ ИЗОЛЯЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ И СОПРОТИВЛЕНИЕМ КОНДЕНСАЦИИ
SURFACE WITH MICROSTRUCTURES, HAVING IMPROVED INSULATION PROPERTIES AND RESISTANCE TO CONDENSATION

[0001] Настоящая заявка притязает на приоритет предварительной заявки США №62/291,833, поданной 02.05.2016.
Уровень техники
[0002] 1) Область техники, к которой относится изобретение
[0003] Настоящее изобретение относится к поверхности, например, стакана для напитков, бутылок, бумажных этикеток, к поверхностям приборов, чаш, контейнеров, труб и прочего, имеющей улучшенные изоляционные и тактильные свойства, и сниженные показатели по конденсации.
[0004] 2) Описание предшествующего уровня техники
[0005] В случае контейнеров для напитков, таких как стаканы для кофе и т.п., температура напитков при их подачи обычно превышает 160°F (71°С), и даже 185°F (85°С). Даже кратковременное воздействие таких температур может вызвать серьезные термические повреждения. Риск термических повреждений возрастает в случае подачи горячих напитков в бумажных или пластиковых одноразовых стаканах. Для снижения цены, веса и высоты набора стаканов или занимаемого им объема бумага или пластик должны быть тонкими.
[0006] Ранее были предприняты попытки в поиске баланса между утончением бумаги или пластика, из которых изготовлен стакан, и необходимостью защиты от термических повреждений. Например, в патенте США №5,222,656 раскрыта манжета для изолирования руки при удержании стакана для напитков. Полое изделие из войлокообразного материала плотно прилегает за счет тугой посадки к стенкам стакана для напитков, когда стакан вводят в такую манжету через первый конец указанного изделия. В патенте США №5,579,949 для изолирования руки во время удержания стакана для напитков раскрыта С-образная манжета. Полученное литьем пластиковое изделие с двумя расширяющимися концами, соединенными более тонкой центральной полосой, имеет С-образную форму. При этом оно имеет такие размеры, что его диаметр несколько меньше диаметра стандартного стакана для горячих напитков, и обеспечивается возможность его ‘защелкивания’ на стенках стакана для напитков и удержания за счет эффекта пружины. В патенте США №5,667,135 раскрыта сотообразная изолирующая манжета, охватывающая стакан для напитков. В патенте США №5,454,484 раскрыта бумажная манжета, которая хранится в свернутом виде, и раскрывается для вставки в нее стакана.
[0007] Существуют сложности с наливанием в ‘тонкие’ контейнеры и холодных жидкостей. Сложности заключаются в том, что разница температур между наружной стенкой контейнера для напитков и температурой окружающей среды, и уровни влажности могут стать причиной образования конденсата на наружной стенке контейнера для напитков. К таким контейнерам относятся бумажные или пластиковые стаканы, контейнеры для мороженого, формы для льда и прочее. Попытки снижения и предотвращения конденсации на таких поверхностях предпринимались и ранее. Конденсация на поверхности, например, поверхности контейнера для напитков, чаш и прочего, может привести к повреждению опорной поверхности, например, к повреждению поверхностей стола или столешниц. Кроме того, конденсат на поверхности может негативно сказаться на возможности безопасного удержания поверхности, так как контейнер для напитков становится ‘скользким’. Помимо этого конденсат на поверхности может привести к ухудшению характеристик базовой структуры. Например, известным последствием образования конденсата является то, что он приводит к нарушению конструктивной прочности контейнера для напитков.
[0008] Попытки решения вопроса конденсации представлены в патенте
США №1,910,139, в котором раскрыта абсорбирующая жидкость подставка, размещаемая на опорных поверхностях, например, под стаканами, кувшинами и другими сосудами, так что конденсат, образующийся и собирающийся на наружной поверхности сосудов в случае их использования для подачи холодных напитков, может быть абсорбирован, и опорная поверхность может быть защищена от намокания. Другие варианты подставок описаны в патентах США №2,014,268; 1,959,134, 2,215,633, и 2,595,961. В то время как множество усилий было нацелено на обращение с образующимся конденсатом, эти усилия необязательно касались предотвращения образования конденсата на указанных бумажных или пластиковых стаканах для напитков, в частности стаканах с более тонкими стенками и одноразовых контейнерах для напитков.
[0009] Помимо вышеуказанного, в случае контейнеров для напитков, используемых для холодных жидкостей, конденсация может быть уменьшена за счет использования изолирующих манжет, изготовленных из резины или пеноматериала. Однако такие решения являются дорогостоящими и приводят к увеличению веса. Вопросы снижения отвода тепла, термических повреждений и образования конденсата на тонких одноразовых бумажных или пластиковых стаканах требуют значительного внимания.
[0010] В качестве примера для иллюстрации изобретения, представленного в настоящей заявке, используется контейнер для напитков, но такой пример не является ограничивающим. Заявленное изобретение может применяться также в отношении поверхности, используемой в формах для льда, бутылках, бумажных или пластиковых стаканах, контейнерах для мороженого, контейнерах для льда, холодильных установках, трубах, механических деталях, электрических деталях, товарах длительного пользования, и других предметах, которые могут извлечь пользу из улучшенной изоляции от тепла и предотвращения конденсации, которая происходит в результате присутствия разницы температур вблизи такой поверхности.
[0011] Таким образом, задачей настоящего изобретения является предоставление контейнера для напитков, обеспечивающего улучшенные изоляционные свойства в случае горячих жидкостей и сниженную конденсацию в случае холодных жидкостей.
[0012] Другой задачей настоящего изобретения является предоставление контейнера для напитков, который снижает или устраняет необходимость использования манжет для стаканов и подставок, или позволяет использовать более тонкую и легкую манжету.
[0013] Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение улучшенной изоляционной способности тонких поверхностей для контролированного отвода тепла от указанной поверхности к объекту, касающемуся указанной поверхности, или улучшенное сопротивление конденсации жидкости из воздуха с высокой влажностью.
[0014] Другой задачей настоящего изобретения является снижение чувствительности к теплу и защита руки от термических повреждений в отсутствии необходимости в изолирующей перчатке, втором стакане, используемом поверх внутреннего стакана, бумажной манжете или гофрированной бумаге для картонного второго слоя или манжеты, что помогает избежать дополнительные расходы, увеличение в весе и толщине.
Краткое изложение сущности изобретения
[0015] Согласно настоящему изобретению, приведенные выше задачи решаются за счет создания микроструктуры, которая может содержать микро-образования или микро-поверхность с рисунком, имеющим определенное строение, позволяющее контролировать теплообмен между поверхностью стакана и внешней средой. Важным аспектом строения микро-поверхности с рисунком является использование образований, имеющих высокое значение соотношения сторон, высота которых больше, чем их ширина. Микро-образования обеспечивают снижение конденсации на наружной стенке контейнера для напитков, в котором содержится холодная жидкость. Снижение конденсации подразумевает сниженное количество конденсата или влаги на контейнере, в котором содержится холодная жидкость, и отсутствие конденсата на поверхности под контейнером по истечении 25 минут в условиях высокой влажности.
[0016] Микро-образования на поверхности могут снизить теплообмен между поверхностью, выполненной из резины, бумаги, металла, пластика, стекла, керамики, или комбинации перечисленных материалов. Такая поверхность может быть изготовлена литьевым формованием, компрессионным формованием, наслоением, выдавливанием рельефа, штамповкой, оплавлением, послойным наращиванием, вальцовкой, обработкой электрическим разрядом, отливкой, лазерной гравировкой, или печатью способом струйной печати, печатью типа ‘roll-to-roll contact print’, печатью с образованием углубленной гравюры, печатью типа ‘cast and cure transfer printing’ и другими способами печати. Микро-образования могут быть сделаны печатью чернилами на бумаге с использованием таких чернил, которые образуют трехразмерные структуры. Такая печать включает в себя струйную печать, термопечать, послойное наращивание и прочие способы. Микро-образования могут быть образованы с помощью расширяющихся материалов, которые способны расширяться в заливочной форме, образуя или задавая характеристики расширяющемуся материалу. Микро-образования могут быть нанесены на поверхность материала, на которой множество поверхностей с микро-образованиями могут быть объединены шаг за шагом, обеспечивая комбинированной микро-поверхности одинаковые рабочие характеристики. При этом указанные поверхности с микро-образованиями могут быть выполнены как из одного, так и из нескольких материалов. К дополнительным преимуществам может привести также нанесение микро-образований по обе стороны материала.
[0017] Микро-образования могут быть выбраны из группы, состоящей из образований, имеющих горизонтальное поперечное сечение правильной или неправильной формы, включая окружности, овалы, квадраты, треугольники, многоугольники, или выступы.
[0018] Настоящее изобретение может включать поверхность, имеющую микро-образования, высота которых находится в диапазоне 70 мкм - 1000 мкм, при этом плотность размещения микро-образований находится в диапазоне 0.5% - 25%, при этом указанная поверхность обладает физическим свойством снижения отвода тепла от горячей поверхности ко второй поверхности, соприкасающейся с наружными концами микро-образований, направленных от горячей поверхности. Указанные микро-образования равномерно распределены в соответствии с сеткой, имеющей некоторый случайный рисунок. Такая поверхность может быть размещена на контейнере для напитков. Контейнер для напитков может удерживаться человеком в течение от 11 секунд, в случае гладкого стакана, до более чем 29 секунд, в случае стакана с микроструктурами, в случае, когда контейнер для напитков содержит жидкость, температура которой равна 190°F (88°С) и выше. Количество конденсата или влаги на стакане, содержащем холодную жидкость, или на поверхности под контейнером может быть снижено по сравнению со стаканом для напитков без такой поверхности. Указанная поверхность может предусматривать снижение количества конденсата или влаги на поверхности и не оставлять конденсат на поверхности под контейнером по истечении 25 минут в условиях высокой влажности. Такая поверхность может быть сделана из резины, бумаги, металла, пластика, стекла, керамики, или комбинации вышеперечисленного. Такая поверхность может быть изготовлена с помощью литьевого формования, компрессионного формования, наслоения, выдавливания рельефа, штамповки, оплавления, послойного наращивания, вальцовки, обработки электрическим разрядом, литья, лазерной гравировки или печати способом струйной печати, печати типа ‘roll-to-roll contact print’, печати с образованием углубленной гравюры, печати типа ‘cast and cure transfer printing’ и других способов печати. Такая поверхность может быть изготовлена с помощью струйной печати, термопечати, послойного наращивания и прочими способами, и любыми комбинациями. Микро-образования могут иметь горизонтальное поперечное сечение правильной или неправильной формы, включая окружности, овалы, квадраты, треугольники, многоугольники, или выступы линейной формы, или любую комбинацию вышеперечисленного. Микро-образования могут использоваться совместно с другими микро-образованиями, распределенными в той же области, в других областях, или на противоположной стороне материала, на который нанесены микро-образования.
[0019] Настоящее изобретение может включать поверхность с микро-образованиями, обладающую улучшенными изоляционными свойствами и сопротивлением конденсации, которая содержит: микроструктуру на подложке, имеющую расположенные в некотором порядке первый набор микро-образований и второй набор микро-образований; горизонтальное поперечное сечение первого микро-образования выбирают из группы, состоящей из окружности, овала, многоугольника, и вогнутого участка; размер горизонтального поперечного сечения первого микро-образования, включенного в первый набор микро-образований, находится в диапазоне 300 мкм - 750 мкм; шаг, предусмотренный в микроструктуре, находится в диапазоне 450 мкм - 1650 мкм; интервал между первым набором микро-образований микроструктуры находится в диапазоне 300 мкм - 1650 мкм; глубина первого набора микро-образований находится в диапазоне 420 мкм - 2000 мкм; интенсивность конденсации составляет менее 0.15 грамм при измерении способом тестирования на воздействие окружающей среды; второй набор микро-образований, включенный в первый набор микро-образований, имеет горизонтальное поперечное сечение второго микро-образования, которое выбирают из группы, состоящей из столбиков и отверстия; размер горизонтального поперечного сечения второго микро-образования, включенного в указанный набор микро-образований, равен 100 мкм или менее; а улучшение в отношении времени удержания составляет 23.00% или более, как показано тестированием на удержание, при этом плотность размещения микро-образований находится в диапазоне 0.5% - 25.00%.
[0020] Второй набор микро-образований может включать отверстие в верхушке первого микро-образования, имеющее диаметр около 100 мкм и проникающее в микро-образование по меньшей мере на 50 мкм. Указанная поверхность может содержать столбики, направленные от верхушки первого микро-образования вверх и имеющие ширину около 50 мкм и высоту около 50 мкм. Такие столбики могут иметь ширину микро-образования первого набора микро-образований, иметь длину, превышающую ширину, и могут быть расположены со сдвигом в отношении соседнего первого микро-образования микроструктуры. Микро-образования в микроструктуре могут быть расположены в соответствии с чередующимся ортогональным рисунком.
[0021] Микро-образования могут предусматривать, что размер горизонтального поперечного сечения каждого микро-образования находится в диапазоне 300 мкм - 750 мкм; шаг, предусмотренный в микроструктуре, находится в диапазоне 450 мкм - 1950 мкм; интервал между микро-образованиями находится в диапазоне 50 мкм - 1650 мкм; глубина микро-образований находится в диапазоне 230 мкм - 2000 мкм; а улучшение в отношении интенсивности конденсации превышает 25%. Указанная поверхность с микро-образованиями может иметь микроструктуру, располагаемую на подложке, имеющую первый набор микро-образований, предусмотренных на подложке, и второй набор микро-образований, включенный в первый набор микро-образований; горизонтальное поперечное сечение первого микро-образования выбирают из группы, состоящей из окружности, овала, многоугольника, и вогнутого участка; горизонтальное поперечное сечение первого микро-образования имеет ширину около 200 мкм; горизонтальное поперечное сечение второго микро-образования выбирают из группы, состоящей из столбиков и отверстия; размер горизонтального поперечного сечения второго микро-образования, включенного в указанный набор микро-образований, равен 100 мкм или менее; а улучшение в отношении времени удержания составляет 23.00% или более, как показано тестированием на удержание, при этом плотность размещения микро-образований находится в диапазоне 0.5% - 25.00%.
Краткое описание чертежей
[0022] Ниже описана конструкция, разработанная для осуществления настоящего изобретения, и другие характеристики изобретения. Суть настоящего изобретения можно понять, прочитав последующее описание и обратившись к прилагаемым чертежам, являющимися частью описания. В указанных материалах рассматривается примерный вариант осуществления изобретения, при этом на чертежах представлено следующее:
[0023] На Фиг. 1 представлен вид спереди некоторых аспектов настоящего изобретения;
[0024] На Фиг. 2 A-F представлено несколько физических характеристик настоящего изобретения;
[0025] На Фиг. 3А представлен вид некоторых аспектов настоящего
изобретения в перспективе;
[0026] На Фиг. 3В представлен вид сверху некоторых аспектов настоящего изобретения;
[0027] На Фиг. 4А представлен вид некоторых аспектов настоящего изобретения в перспективе;
[0028] На Фиг. 4В представлен вид сверху некоторых аспектов настоящего изобретения;
[0029] На Фиг. 5А представлен вид некоторых аспектов настоящего изобретения в перспективе;
[0030] На Фиг. 5В представлен вид сверху некоторых аспектов настоящего изобретения;
[0031] На Фиг. 5С представлен вид сбоку сечения некоторых аспектов настоящего изобретения;
[0032] На Фиг. 6А представлен вид некоторых аспектов настоящего изобретения в перспективе;
[0033] На Фиг. 6В представлен вид сверху некоторых аспектов настоящего изобретения;
[0034] На Фиг. 6С и 6D представлены виды сбоку сечений некоторых аспектов настоящего изобретения;
[0035] На Фиг. 7А представлен вид некоторых аспектов настоящего изобретения в перспективе;
[0036] На Фиг. 7В представлен вид сверху некоторых аспектов настоящего изобретения;
[0037] На Фиг. 7С представлен вид сбоку сечения некоторых аспектов настоящего изобретения;
[0038] На Фиг. 8А представлен вид некоторых аспектов настоящего изобретения в перспективе;
[0039] На Фиг. 8В представлен вид сверху некоторых аспектов настоящего изобретения;
[0040] На Фиг. 9А представлен вид некоторых аспектов настоящего изобретения в перспективе;
[0041] На Фиг. 9В представлен вид сверху некоторых аспектов настоящего изобретения;
[0042] На Фиг. 3А представлен вид некоторых аспектов настоящего изобретения в перспективе;
[0043] На Фиг. 10 представлен вид некоторых аспектов настоящего изобретения в перспективе; и
[0044] На Фиг. 11 представлен вид некоторых аспектов настоящего изобретения в перспективе.
[0045] Специалисту в данной области техники будет понятно, что в то время как один или несколько аспектов настоящего изобретения служат некоторым конкретным целям, один или несколько других аспектов могут предназначаться для других целей. Каждая из целей не обязательно относится к каждому аспекту настоящего изобретения в одинаковом объеме. Так, описанные выше задачи могут рассматриваться как альтернативные в отношении любого аспекта настоящего изобретения. Эти, и другие, задачи и отличительные признаки настоящего изобретения станут абсолютно понятными после прочтения подробного описания и одновременного обращения к прилагаемым чертежам и примерам. Однако должно быть понятно, что вышеприведенное краткое изложение и последующее подробное описание являются предпочтительным вариантом осуществления, при этом настоящее изобретение им не ограничивается, как и не ограничивается другими альтернативными вариантами осуществления изобретения. В частности, в то время как настоящее изобретение описано здесь со ссылкой на некоторое число определенных вариантов осуществления, должно быть понятно, что описание является лишь иллюстрацией настоящего изобретения и не подразумевает его ограничения. Специалистам в данной области техники могут стать очевидны различные модификации и варианты применения, которые не будут далеки от настоящего изобретения, заявленного в прилагаемой формуле, в отношении его сущности и объема. Аналогичным образом на основании приведенного краткого изложения и конкретных вариантов осуществления, описанных ниже, могут стать очевидны другие задачи, отличительные признаки, преимущества и плюсы настоящего изобретения, которые будут понятны специалистам в данной области техники. Такие задачи, отличительные признаки, преимущества и плюсы станут понятны из всего описанного выше и из прилагаемых примеров, данных, чертежей и на основании выводов, которые могут быть сделаны независимо или при обращении к ссылкам, приведенным здесь.
Подробное описание предпочтительного варианта изобретения
[0046] Настоящее изобретение будет подробно описано со ссылкой на чертежи. За исключением случаев, когда определено иначе, все технические и научные термины, приведенные здесь, используются в их привычном значении для специалиста в области техники, к которой относится раскрытый здесь объект изобретения. Хотя при применении или тестировании раскрытого здесь объекта изобретения могут использоваться любые способы, устройства и материалы, похожие или эквивалентные описанным здесь, характерные способы, устройства и материалы приведены в настоящем описании.
[0047] Как показано на Фиг. 1, контейнер 10, являющийся стаканом согласно одному из примеров, снабжен микроструктурами 12 на по меньшей мере части наружной стенки 14 контейнера, которая может находиться в контакте с рукой человека, при этом указанный стакан имеет поверхность 16 наружной стенки контейнера для напитков, снабженную микроструктурой. Указанная часть, имеющая микро-образования, может быть любой формы, она также может быть прозрачной или частично прозрачной, так что графический объект 13, например, логотип, будет заметен через микро-образования. Согласно некоторым примерам, поверхность с микроструктурами может также находится на поверхности, являющейся частью стакана, стеклянного стакана, контейнера для напитков, оберточной пленки, клейкой ленты, логотипа, трубы или формы 11 для льда. Микро-образования могут быть выполнены в поверхности наружной стенки. В одном из вариантов осуществления изобретения микро-образования или микро рисунки могут включать отдельные образования с высотой в диапазоне 70 мкм - 1000 мкм. Микроструктуры с плотностью размещения микро-образований на наружной стенке контейнера для напитков в диапазоне около 0.5% - 25% снижают отвод тепла от горячей поверхности (например, наружной стенки) ко второй поверхности (например, руки), которая соприкасается с наружными концами микро-образований, направленных от горячей поверхности. Такие микро-образования могут быть распределены равномерно согласно случайному рисунку, или могут быть систематическим образом организованы в ряды, решетки, могут быть организованы в соответствии с ассиметричной схемой расположения, в ряды со смещением, или представлять любую другую комбинацию.
[0048] Подложка может иметь сторону с микроструктурой, при этом микро-образование в указанной микроструктуре направлено от изделия, к которому такая микроструктура прикреплена. Микроструктура может быть выполнена непосредственно в изделии, таком как стакан, так что подложка совпадает с поверхностью изделия. В одном из вариантов осуществления изобретения подложка может крепиться к изделию, и поэтому может содержать крепежную сторону для крепления подложки к изделию, так, что сторона с микроструктурой направлена наружу от изделия.
[0049] Использование микроструктуры может увеличить время удержания. Контейнер, в котором содержится горячая жидкость, может удерживаться человеком, выступающим в качестве тестового субъекта, от 11 секунд в случае гладкого стакана, до более, чем 29 секунд в случае стакана с микроструктурой, согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Такие результаты продемонстрированы тестированием на удержание, заключающимся, согласно одному из сценариев, в удержании тестовыми субъектами стаканов, наполненных водой, нагретой по меньшей мере до температуры 190°F (88°С). Стаканы покрывали листами полипропилена, имеющими различные рисунки микро-поверхности, выдавленные на наружной поверхности. Время измерялось до момента, когда удерживание стакана становилось дискомфортным, и человеку становилось необходимым поставить стакан. В целях получения достоверных результатов тест повторялся несколько раз. Из указанных тестов были получены результаты, представленные в Таблице 1 и на соответствующих Фиг. 2A-2F, представленных ниже.
2
2
[0050] Плотность размещения микро-образований на наружной стенке имеет отношение к улучшению изоляционных и анти-конденсационных свойств настоящего изобретения. Плотность размещения микро-образований представляет собой соотношение микроструктурного образования на определенной площади к общей площади. Например, если часть наружной поверхности контейнера для напитков составляет 100 см, а структуры микро-образований занимают 10 см, плотность размещения микро-образований составит 10%. Плотность размещения микро-образований может варьироваться в диапазоне 0% - 100%. Как показано в Таблице 2, в одном из сценариев время удержания связано с плотностью размещения микро-образований (выраженной в процентах).
Из данных, собранных в части исследования, проведенной в отношении горячих стаканов, следует, что вариант осуществления #128АР показал лучшее среднее время удержания при наблюдении общей демографической группы или группы участников.
[0051] Настоящее изобретение может также предусматривать варианты осуществления, в которых варьируют высоту микро-образований, при этом время удержания зависит от этой высоты микро-образования. Взаимосвязь между высотой микро-образования и временем удержания представлена в Таблице 3.
Микро-образование с высотой в 420 мкм и с 1%-ной площадью контакта с кожей показало схожие результаты тестирования, что и бумажная манжета (в диапазоне 52-65 секунд). Верхние 50 мкм столбика способствовали уменьшению площади контакта. Двухуровневое строение способствовало предотвращению проникновения в кожу на глубину расположения нервов. Поэтому сжатие было комфортным (как в случае наполнения стаканов горячими напитками, так и в случае наполнения стаканов холодными напитками). В одном из вариантов осуществления изобретения микро-образования имеют высоту равную 1000 мкм, а контакт с кожей составляет 11%. Результаты тестирования такого варианта осуществления оказались лучше, чем результаты бумажной манжеты (в диапазоне 30-199 секунд). Как показано, увеличение высоты микро-образования приводит к улучшению в отношении времени удержания в случае контейнера для напитков, наполненного горячей жидкостью. В Таблице 4 представлены дополнительные характеристики настоящего изобретения.
Дальнейшее тестирование проводилось с использованием дополнительно разработанных микро рисунков, представленных в Таблице 5.
В Таблице 6 представлены результаты тестирования дополнительных поверхностей.
В попарном сравнении ранг является показателем времени для нескольких людей, удерживающих стаканы и сравнивающих их попарно, микро-поверхности Н226АР и Н227АР показали результаты лучше, чем бумажная манжета или стаканы с покрытием из бумаги или полипропилена. Н238АР, Н239АР и Н240АР показали статистически идентичное время удержания, что и использование бумажной манжеты, и показали результаты лучше, чем стаканы с покрытием из бумаги или полипропилена. Дальнейшее уменьшение площади контакта и увеличение высоты вело к улучшению в отношении времени удержания.
[0052] Также в случае контейнера для напитков с холодной жидкостью при использовании определенного рисунка микроструктуры наблюдается уменьшение конденсации, измеренной по весу. На Фиг. 2А - 2F показаны рисунки микро-образований, соответствующие нескольким вариантам осуществления, соответственно обозначенные, как #000, #003АР, #008АР, #049АР, #128АР и #129АР. Рисунок 000 является поверхностью без микро-образований и используется, как контрольный для тестирования различных вариантов осуществления настоящего изобретения. Рисунок #003АР в целом содержит микро-образования с горизонтальными поперечными сечениями в форме овала, которые могут иметь закругленные края. Различные микро-образования могут быть организованы таким образом, что длинная ось микро-образований поочередно меняет положение примерно на 180 градусов по отношению к соседнему микро-образованию или следует чередующемуся ортогональному рисунку. Рисунок #008АР предусматривает горизонтальное поперечное сечение, которое в целом соответствует окружности, и в принципе может иметь плоские или закругленные концы или верхушки. Микро-образования могут быть организованы со смещением линейного вида так, что вертикальные ряды смещены по отношению к соседним вертикальным рядам. Рисунок #049АР представляет собой выступы, которые проходят вдоль поверхности, в целом параллельно. Рисунок #128АР в целом содержит микро-образования с эллиптическими поперечными сечениями. Различные микро-образования могут быть организованы так, что длинная ось микро-образований поочередно меняет положение примерно на 180 градусов по отношению к соседнему образованию или следует чередующемуся ортогональному рисунку.
[0053] На Фиг. 3А и 3В вид в перспективе и вид сверху изображают микро-образования, имеющие в целом овальное горизонтальное поперечное сечение 21. Микро-образования могут быть организованы так, что длинная ось 20а микро-образования поочередно меняет положение примерно на 180 градусов по отношению к соседней длинной оси 20b микро-образования или следует чередующемуся ортогональному рисунку, в целом обозначенному позицией 22. В одном варианте осуществления ширина 24 микро-образования находится в диапазоне 0.25 мм - 0.30 мм; длина 26 находится в диапазоне 0.55 мм - 0.65 мм. Высота 28 находится в диапазоне 0.35 мм - 0.50 мм. Интервал 30 между микро-образованием находится в диапазоне 1.10 мм - 1.30 мм. В одном варианте осуществления концы 32 микро-образования могут быть изогнуты.
[0054] Микро-образования могут иметь поперечное сечение 34 в целом в форме окружности (Фиг. 4А и 4В). В одном варианте осуществления диаметр поперечного сечения находится в диапазоне 0.40 мм - 0.50 мм. Шаг, или расстояние 36 между микро-образованиями находится в диапазоне 1.10 мм - 1.30 мм. Высота 38 находится в диапазоне 0.35 мм - 0.50 мм. В одном варианте осуществления шаг 40 может находиться в диапазоне 0.40 мм - 0.60 мм, и быть примерно равным 0.50 мм согласно одному из вариантов. В одном варианте шаг может находиться в диапазоне 0.70 мм - 0.80 мм, и быть равным 0.75 мм согласно одному из вариантов. В одном варианте шаг находится в диапазоне 1.80 мм - 2.10 мм, и равен 1.95 мм согласно одному из вариантов. В одном варианте шаг находится в диапазоне 3.40 мм - 3.50 мм, и равен 3.45 мм согласно одному из вариантов. В одном варианте диаметр микро-образований находится в диапазоне 0.05 мм - 0.15 мм. Шаг находится в диапазоне 0.80 мм - 0.90 мм. Высота может находиться в диапазоне 0.025 мм - 0.075 мм в одном варианте осуществления, 0.8 мм - 1.2 мм и 1.8 мм - 2.2 мм в других вариантах осуществления.
[0055] На Фиг. 5А - 5С показан один из вариантов осуществления микро-образований. В указанном варианте осуществления микро-образование может иметь горизонтальное поперечное сечение 40 в целом в виде окружности в нижней части 44, и коническую часть 42, примыкающую к нижней части, причем диаметр конической части уменьшается в направлении 46, противоположном подложке. Нижняя часть может иметь верхнее поперечное сечение в виде многоугольника, прямоугольника, или квадрата. Шаг 48 может быть в диапазоне 1.10 мм - 1.3 мм. Диаметр нижней части может быть в диапазоне 0.8 мм - 1.2 мм. Общая высота нижней и конической части может находиться в диапазоне 0.35 мм - 0.5 мм. На Фиг. 5С изображено верхнее поперечное сечение вдоль 41, верхний угол 50 конической части может быть в диапазоне 130° - 150°. В одном варианте осуществления микро-образование не имеет нижней части. Шаг может быть в диапазоне 2.50 мм - 3.00 мм. Высота конической части может находиться в диапазоне 0.30 мм - 0.50 мм.
[0056] Микро-образования могут иметь в целом продолговатую форму горизонтальных поперечных сечений 52 (Фиг. 6А - 6D) и могут быть организованы с чередующимся смещением в 180 градусов по отношению к соседним микро-образованиям. Стороны 54 микро-образования могут быть изогнуты. В одном варианте осуществления площадь верхнего поперечного сечения 53 может уменьшаться в направлении 56, противоположном подложке. Шаг может находиться в диапазоне 1.00 мм - 1.40 мм. Верхнее поперечное сечение в самой выступающей точке 58 микро-образования может находиться в диапазоне 0.40 мм - 0.80 мм. Высота 60 микро-образования может быть в диапазоне 0.35 мм - 0.50 мм. В одном варианте осуществления верхушка 62 микро-образования может быть в целом плоской. Угол 64 раскрытия может находиться в диапазоне 10° - 20°. В одном варианте осуществления угол раскрытия находится в диапазоне 20° - 50°. В одном варианте осуществления верхушка 66 микро-образования может быть закруглена. В одном варианте осуществления микро-образование является частью сферы с диаметром в диапазоне 0.40 мм - 0.50 мм. Часть сферы 68 может иметь радиус 70 равный 0.23 мм.
[0057] Один вариант осуществления (Фиг. 7А и 7В) изображен имеющим выступы 72, определяющие канавки 74 на подложке. Ширина 76 выступов может находиться в диапазоне 0.30 мм - 0.50 мм, шаг 78 в диапазоне 1.00 мм - 1.40 мм и высота 80 в диапазоне 0.30 мм - 0.50 мм. Выступы могут иметь срезанную сторону 80а и 80b с углом 82 раскрытия в диапазоне 2.00° - 5.00°. Верхнее поперечное сечение одного или нескольких микро-образований вдоль направления 81 может быть многоугольником, а в одном варианте осуществления - квадратом.
[0058] Один вариант осуществления (Фиг. 8А и 8В) показан с отверстием 84, сделанным в подложке 86. Отверстие может быть в форме окружности, овала, многоугольника, может иметь ассиметричную форму или представлять собой комбинации перечисленного. В одном примере отверстие представляет собой шестиугольник. Отверстие может быть отдельным, как показано позицией 88, и находиться в диапазоне 0.65 мм - 0.85 мм при измерении от одной до другой стороны, а шаг 90 между сторонами может находиться в диапазоне 0.35 мм - 0.55 мм. Подложка может иметь толщину 92 в диапазоне 0.35 мм - 0.50 мм. Верхнее поперечное сечение вдоль 91 может иметь вогнутый участок, образованный в подложке. Вогнутый участок может быть частью окружности, овала или многоугольника. Для формирования поверхности с микроструктурами может использоваться комбинация этих микро-образований (Фиг. 9А и 9В). В этом варианте осуществления выступы 94 располагаются рядом с конфигурацией 96 колонн. Первый набор микро-образований 98 может располагаться рядом со вторым набором микро-образований 100, который в свою очередь может располагаться рядом с третьим набором микро-образований 102. Два или несколько наборов микро-образований могут чередоваться вдоль подложки 104, образуя поверхность с микроструктурами.
[0059] На Фиг. 10 показано микро-образование, которое может быть использовано для улучшения изоляционных свойств контейнера. Данный аспект изобретения может быть использован для улучшения тактильных ощущений при удерживании горячего контейнера, такого как стакан, и может избавить от необходимости использования вспомогательных приспособлений, таких как манжеты для стаканов. Микро-образования могут иметь горизонтальное поперечное сечение в форме окружности и в целом иметь строение колонны. Одна или несколько колонн микро-образования могут иметь вертикально расположенную полость, выполненную в колонне и проходящую по ее длине. Такая полость может проходить через всю колонну или только через ее часть. Конфигурация 106 колонн может включать колонну 108 с диаметром 110 и отверстием 112 в верхушке колонны. Отверстие может проходить сквозь колонну, а в одном варианте изобретения углубляться в колонну на расстояние примерно равное 0.025 мм по длине колонны. Внешний диаметр может находиться в диапазоне 0.10 мм - 0.30 мм, а диаметр отверстия может быть в диапазоне 0.05 мм - 0.15 мм. Согласно Фиг. 11 горизонтальное поперечное сечение 115 микро-образований 114 может иметь форму многоугольника, в частности, квадрата в одном из вариантов осуществления. На первом микро-образовании 114 может располагаться второй слой 116 микро-образований. В одном варианте осуществления второй слой микро-образований включает вторичные микро-образования 118, расположенные по углам верхушки первого микро-образования. В одном варианте осуществления ширина и длина первого микро-образования находится в диапазоне 0.10 мм - 0.30 мм, а ширина и глубина вторичного микро-образования находится в диапазоне 0.025 мм - 0.075 мм. Шаг 120 может находиться в диапазоне 1.10 мм - 1.30 мм.
[0060] Настоящее изобретение может также снизить количество конденсата на наружной стенке контейнера для напитков, в котором содержится холодная жидкость. На наружной стенке размещают различные рисунки микро-образований; контейнеры для напитков покрывали тонкими листами полипропилена, на которых был выдавлен рельеф с различными микро рисунками. Контейнеры для напитков затем наполняли точным объемом воды и льда. Внешнюю поверхность осушали, после чего стаканы помещали на сухую чашку в камеру со 100%-ной влажностью. Камера влажности постоянно наполнялась влагой из сосуда с кипящей водой. Вес стаканов и чашки из-под стакана измеряли каждые 5 минут на протяжении 25 минут. Результаты, касающиеся веса конденсата на контейнерах для напитков для каждого типа рисунка микроструктуры, представлены в Таблице 7.
Вес конденсата (в граммах) в чашке, размещаемой под контейнером для напитков, измеренный в различные моменты времени, представлен в Таблице 8.
[0061] Как видно, высота микро-образований на наружной стенке контейнера для напитков влияет на количество образующегося конденсата. По большей части, чем больше высота микро-образования, тем меньше образуется конденсата. Взаимосвязь высоты микро-образований и конденсации, измеренной по весу, представлена в Таблице 9.
Первичным результатом было то, что рисунок #128АР продемонстрировал наилучшие показатели по сбору наименьшего количества конденсата на стакане. Помимо этого рисунок #128АР также продемонстрировал наилучшие показатели по количеству конденсата, который стек со стакана в чашку под ним. Контрольный рисунок в целом показал худшие результаты, за исключением случая, когда #003АР показал немного более худшие результаты по количеству конденсата, собранного в чашке.
[0062] Вес конденсата на чашке под стаканом для различных значений плотности размещения микро-образований представлен в Таблице 10.
[0063] Микро рисунки могут быть сделаны на бумаге, металле, керамике, или пластиковых поверхностях, например, стаканов, с помощью выдавливания рельефа, штамповки, литьевого формования, компрессионного формования, наслоения, струйной печати, оплавления, послойного наращивания и других процессов печати с использованием краски. Процессы печати с использованием краски могут предусматривать способы использования вязкой краски, создающей приподнятые образования, например к таким способам относится печать с использованием термопереноса. Микро-образования, размещенные на наружной стенке контейнера для напитков, с высотой в диапазоне 70 мкм - 1000 мкм, и примерной плотностью размещения микро-образований в диапазоне 0.5% - 25% снижают конденсацию пара из влажного воздуха.
[0064] В одном из сценариев при использовании способа тестирования на воздействие окружающей среды в качестве тестируемого образца берут стакан, наполненный ледяной водой. Такой стакан ставят на чашку, вес которой заранее измеряют. Стакан и чашку помещают в условия окружающей среды, например в условия офиса или на улицу при влажности выше 50%. По прошествии заранее заданного промежутка времени, равного одному часу в одном из сценариев, чашку и стакан взвешивают, и регистрируют разницу относительно предыдущего взвешивания, эта разница отражает конденсацию.
[0065] В одном из вариантов осуществления используют способ тестирования в тумане. В указанном способе может использоваться частично герметичная камера с пьезоувлажнителем, который образует туман, соответствующий 90%-ной, или более высокой, влажности. Такая влажность обеспечивается кипящей водой, помещенной в камеру. В одном из вариантов осуществления используется генератор тумана, который содержит камеру с вентилятором для обеспечения циркуляции воздуха в целях снижения или предотвращения возникновения градиента во влажности. В одном из сценариев понижение выходной мощности генератора тумана и потенциальный пропуск тумана через перемешивающую камеру для рассеивания капель тумана до образования пара приводит к относительной влажности в камере примерно равной 75%. Результаты этих тестов представлены в Таблице 11.
Дополнительная информация представлена в Таблицах 12А и 12В.
В одном варианте осуществления овалом является эллипс. Скорректированный размер может обозначать размер верхушки микро-образования и может находиться в диапазоне 380 мкм - 460 мкм. В одном варианте осуществления скорректированный размер на верхушке может находиться в диапазоне 450 мкм - 460 мкм. Дополнительная информация представлена в Таблице 13. Стоит отметить, что в Таблице 13, измеренные расстояния представлены в мм. В отношении измеренной ширины для продолговатых образований дано два размера: ширина и длина, при этом для других образований представлено одно измерение, соответствующее ширине и длине микро-образования.
[0066] Антиконденсационные свойства настоящего изобретения могут быть обеспечены определенными микро-образованиями и рисунками. Возможно использование любой формы горизонтального поперечного сечения (включая окружности, квадраты, треугольники, отверстия или сотообразную форму, плетеную или выдавленную сетку, выступы или любую комбинацию форм) с интервалом в диапазоне 300-1200 мкм; шириной в диапазоне 380-450 мкм; глубиной 340-2000 мкм; и опционально с острыми краями и вертикальными сторонами микро-образований, имеющих угол конусности менее 10 градусов. Микро-образования могут быть добавлены на поверхность, подложку, продукт или устройство при помощи формования, выдавливания рельефа, машинной обработки, прессования, обработки электрическим разрядом, лазерного гравирования, контактной печати, струйной печати, 3D печати, быстрым макетированием или другими процессами печати. Микро-образования могут быть добавлены на поверхность для создания этикетки, обертки, клейкой ленты или манжеты, созданной с помощью формования, выдавливания рельефа, обработки электрическим разрядом, или лазерным гравированием. Поверхности, имеющие сотообразные или плетеные сетки, могут использоваться в качестве вспомогательных приспособлений, таких как манжеты, этикетки, клейкие ленты или обертки, которые добавляются к существующим холодным поверхностям, таким как контейнеры для напитков, трубы, окна, или другим вариантам, которые могут извлечь выгоду из физических свойств настоящего изобретения. Сквозные отверстия могут способствовать видимости состава жидкости. Продукты с сеткой или сообразной структурой могут быть сделаны перфорированием или прокалыванием и растягиванием листа или могут быть сделаны переплетением волокон для образования плетеного экрана. Антиконденсационная поверхность может быть сделана из пластика, резины, волокна, древесины, металла, стекла или керамики. Антиконденсационная микро-поверхность может быть сделана из материалов, отличных от материала холодной поверхности.
[0067] Следует отметить, что для получения выгодных свойств многочисленные микро-образования могут образовывать слои на поверхности. Например, столбики на столбиках или столбики на столбиках на столбиках.
[0068] Для достижения описанных здесь результатов и для описания физических свойств настоящего изобретения при проведении тестов необходимо определить рисунок микро-образований на горячем стакане из волокна, который является наиболее эффективным в плане снижения количества точек контакта с рукой потребителя. За счет изменения свойств поверхности контейнера для напитков, имеющего микро-образования, можно повысить порог комфорта потребителя при удержании контейнеров с напитками, содержащих горячую жидкость, и обеспечить лучший захват. Контейнер для напитков может иметь одинарную или двойную стенку. Тестирование может предусматривать две фазы: тестирование на движение и термическое скрининг-тестирование. Тестирование на движение предназначено для измерения числа случаев, когда потребитель вынужден сменить руку при движении на заранее определенное расстояние, а также измерение цикличности, с которой это происходит. Дополнительные сведения от потребителя собирались с помощью анкетирования во время проведения каждого теста. В случае термического скрининг-тестирования потребителям дают набор стаканов для сравнения и просят заполнить анкету, отмечая ощущения в отношении температуры и ранжируя стаканы от самого горячего по ощущениям до самого холодного.
[0069] Материалы, используемые для тестирования могут включать: конфорку (которая гарантирует, что температура воды остается постоянной), кофейник (в котором находится вода между испытаниями), воду (температура которой поддерживается равной 190°F (88°С), поднос (для переноса стаканов к потребителям), термометр (для измерения температуры воды), секундомер (определяющий, продолжительность удержания стаканов людьми), образцы стаканов, контрольные стаканы, крышки, манжеты, стакан комнатной температуры (поверхность, имеющая нейтральную температуру, для использования перед тестированием каждого образца стакана), анкеты и пространство для перемещения. Подготовка тестирования может включать следующие этапы: подготовка образцов в лаборатории упаковки, маркировка образцов в соответствии с различными параметрами, нанесение отметки уровня наполнения на все стаканы, подтверждение того, сколько времени занимает наполнение, покрытие и передача стакана потребителю, предоставление потребителю анкеты до проведения тестирования с помощью отправки электронного письма после регистрации, проведение тестирования на движение, осуществление записи до проведения теста на движение, показывающей, какой стакан тестируется потребителем, выполнение термического скрининг-тестирования, маркировка подноса буквенными обозначениями, соответствующими идентификатору каждого испытания стакана, для соответствия стаканов анкетам.
[0070] Подготовительные этапы тестирования на движение проходят следующим образом. Измеряют температуру воды, чтобы гарантировать, что ее температура является подходящей, например, 190°С в одном из сценариев. Тестируемый образец наполняют нагретой водой до заранее определенного уровня, согласно одному из вариантов процент наполнения находится в диапазоне 60% - 95%. Образец помещают на поднос. Тестируемым субъектам разъясняют, как и в какой руке они будут держать тестируемый образец, представляющий собой стакан в одном из сценариев. Производят наблюдения за стилем захвата стакана тестируемыми субъектами, и осуществляют соответствующее фото документирование. До тестирования тестового образца тестовый субъект удерживает стакан, имеющий нейтральную температуру, в одном из сценариев комнатную температуру. Затем тестовый субъект тестирует тестовый образец. Тестовый субъект просят пройти, удерживая тестовый образец, из начальной точки, следуя некоторой траектории, причем траектория соответствует нормальной траектории ходьбы. Производят наблюдения за тем, как много раз тестовый субъект сменял руки, стиль захвата, или вообще выпускал из рук тестовый образец. Эти события отмечают соответствующими временными отметками. В одном из вариантов осуществления временные отметки определяют по видео, которое является записью указанных событий. После прохождения указанной траектории тестовому субъекту дают контрольный образец с манжетой и просят повторить прохождение указанной траектории. В одном из вариантов осуществления указанная траектория является обратной траекторией для контрольного образца. Тестовому субъекту дают анкету, касающуюся тестового образца и контрольных образцов. В конце теста у тестируемых субъектов забирают указанные образцы.
[0071] При проведении термических скрининг тестов этапы подготовки, предшествующей тестированию, проходят следующим образом. Измеряют температуру воды, чтобы гарантировать, что она примерно равна 190°F (88°С) в одном из сценариев. В одном сценарии для тестового субъекта выбирают три тестовых образца. Тестовые образцы помещают на поднос так, что они занимают заранее определенные позиции (например, позиция А, В, и С). Тестовых субъектов инструктируют о том, как и в какой руке они будут держать тестовые образцы. Тестовый образец наполняют нагретой водой, после чего его покрывают. До передачи тестовому субъекту тестового образца тестовому субъекту дают образец, имеющий нейтральную температуру, до передачи тестового образца с нагретой водой. Тестовый субъект инструктируют о том, что тестовый образец следует удерживать до тех пор, пока удержание не станет дискомфортным. Производят наблюдения и запись времени, и после реализации тестовым объектом тестирования первых тестовых образцов, процесс реализуется в отношении дополнительных тестовых образцов (например, А, В, and С). Тестовый субъект затем ранжирует тестовые образцы от самого горячего до самого холодного. В одном из сценариев тестовые субъекты используют ранжирование от 1 до 3, причем 1 соответствует отсутствию разницы, а 3 соответствует большой разнице температур тестовых образцов. Может также осуществляться запись времени удержания каждым тестовым субъектом каждого тестового образца, соответствующего указанному ранжированию, что может служить подтверждением указанного ранжирования. Также тестовые субъекты могут быть опрошены касательно дополнительных комментарий в отношении стиля захвата или других измеряемых параметров из анкеты.
[0072] Тесты для определения физических свойств, касающихся конденсации, были проведены, используя следующие материалы: конфорка (для нагрева воды для создания влажной камеры), кофейник (в котором находилась вода во время нагревания), вода (температура которой поддерживалась равной 190°F (88°С) или выше), поднос (для переноса стаканов), термометр, секундомер, крышки для стаканов, мензурка и весы.
[0073] Выполнение термического скрининг-тестирования может предусматривать проведение следующих операций, включающих следующие этапы. Во-первых, может быть активирован источник нагрева, такой как конфорка, и в первом контейнере может быть нагрета жидкость, такая как вода. Температура нагретой жидкости периодически измеряется и записывается. Второй контейнер используется с чашками, расположенными вокруг контейнера. Каждой чашке соответствует тестовый образец, и получают и записывают изначальный вес каждой чашки с тестовым образцом, а опционно еще и крышки. Тестовые образцы могут быть наполнены льдом и жидкостью, например, водой. В одном из вариантов осуществления тестовые образцы наполнены льдом в диапазоне 150-225 грамм и водой в диапазоне 100-300 грамм. Тестовые образцы могут быть накрыты крышками. Когда вода в первом контейнере достигает, или превышает, 180°F (82°С), в одном из вариантов осуществления, тестовые образцы размещают на соответствующих чашках. Нагретую жидкость размещают во втором контейнере, накрывая при этом второй контейнер и тестовый образцы покрытием, чтобы создать влажную камеру. Производят измерение времени, и по истечении заранее заданного периода времени указанное покрытие снимают. Вес каждого тестового образца, каждой чашки, и конечной температуры каждого стакана. Разница между весом стакана вначале и по прошествии указанного процесса соответствует количеству конденсата.
[0074] За исключением случаев, когда это непосредственным образом и однозначно указано, термины и формулировки, используемые в настоящем документе, и вариации таковых, следует рассматривать как неограничивающие, а не ограничивающие. Аналогичным образом, группы деталей, объединенных союзом "и", не следует понимать, как группы, для которых является обязательным присутствие в них всех без исключения указанных деталей, а скорее следует понимать в значении "и/или", если только однозначным образом не указано другое значение. Аналогичным образом, группу деталей, объединенных союзом "или", не следует понимать, как группу, для которой является обязательным взаимная исключительность, а скорее следует понимать в значении "и/или", если только однозначным образом не указано другое значение.
[0075] Помимо этого, несмотря на то, что детали, элементы или компоненты, приведенные в настоящем описании, могут использоваться или заявляться в единственном числе, подразумевается, что за объем изобретения не выходят случаи, относящиеся к множественному числу, если только ограничение до единственного числа не указано однозначным образом. Присутствие слов и формулировок с широким значением, таких как "один или несколько", "по меньшей мере", "но не ограничиваясь" или других похожих формулировок в некоторых случаях следует понимать таким образом, что, когда такие широкие формулировки отсутствуют, преднамеренным или необходимым является случай с более узкой формулировкой.
[0076] В то время как объект настоящего изобретения был подробно описан с помощью использования соответствующих примеров вариантов осуществления и способов, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что, поняв сущность приведенного описания, можно внести различные изменения, создать вариации и эквиваленты указанных вариантов осуществления. Таким образом, содержание настоящего описания следует рассматривать скорее, как пример, чем как ограничение. При этом объект настоящего описания не исключает внесение модификаций, вариаций и/или дополнений в объект настоящего изобретения, как должно быть понятно специалисту в данной области техники при прочтении указанного описания.