專利名稱：針管型彈簧筆頭及包括該彈簧筆頭的圓珠筆筆芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圓珠筆用的針管型彈簧筆頭及包括該彈簧筆頭的圓珠筆筆芯。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有圓珠筆包括油墨圓珠筆(中油油墨圓珠筆、可擦性油墨圓珠筆)、中性墨水圓珠筆(可擦性中性墨水圓珠筆)、水性墨水圓珠筆等。其中，中性墨水圓珠筆相對技術(shù)含量較高，技術(shù)難度也較大，因?yàn)椋行阅畧A珠筆采用水基的、中黏度的、具有觸變性的墨水。中性墨水圓珠筆又分為固定式和活動式兩種結(jié)構(gòu)，固定式在不使用時會將筆套蓋住筆頭，并且筆套內(nèi)有一個橡膠珠將筆頭前錐部分密封住，使墨水不會揮發(fā)干涸。空氣不會進(jìn)入球珠與球座的間隙之中，確保初寫性能良好，長期放置不會漏墨或墨水倒流；活動式通過撳頭按動內(nèi)部的活動機(jī)構(gòu)，使筆芯可以上下活動，需要書寫時筆頭伸出筆桿外，書寫完畢筆頭縮回筆桿內(nèi)，但是，無法像固定式那樣用一個橡膠珠將筆頭前錐部分封住，筆頭始終暴露在空氣之中。于是，人們就發(fā)明了彈簧筆頭，即在筆頭內(nèi)部安裝一根很小的彈簧頂住球珠，相當(dāng)于單向閥，不書寫時依靠彈簧力使球珠與球座口邊之間的間隙閉合，達(dá)到防止墨水揮發(fā)、空氣進(jìn)入的目的；書寫時依靠書寫壓力大于彈簧力而使球珠與球座口邊之間的間隙打開，墨水可以流出正常書寫。目前，市場上的彈簧筆頭主要是外形直徑為2.3mm、長度為11. 5mm的子彈頭形狀，內(nèi)部安裝直徑為O. 12mm的不銹鋼絲彈簧，球珠直徑為O. 5mm。例如，JP 71096/1993 (CN94191080.6)、JP 349185/1995(CN96193173.6)、JP 160441/1996(CN 97114976. 3)、KR8991/99 (CN 99120346. I)等都公開了類似的彈簧筆頭。筆頭內(nèi)部的空間非常小，彈簧筆頭還要增加一個彈簧以及新的功能，無論是在內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計，還是加工精度方面，以及筆頭與墨水的匹配方面要求更高，難度更大，可以說是目前所有筆頭中技術(shù)難度最大的。普通的針管型筆頭采用外徑為O. 8mm的不銹鋼成型管材加工而成，長度為6. 5_。在已經(jīng)公開的專利中，最早由一個德國人于1986年提交了針管型筆頭的發(fā)明專利(DEP3601676，即CN 86105488)，數(shù)年后才由日本企業(yè)改進(jìn)完善，形成規(guī)?；a(chǎn)，之后從日本、韓國流傳到我國，采用針管型筆頭的中性墨水圓珠筆大受消費(fèi)者歡迎和喜愛，特別是學(xué)生。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生們喜歡針管型筆頭的原因主要是他們普遍喜歡寫出來的字跡比較細(xì)，其實(shí)字跡的粗細(xì)取決于球珠的大小，以及出墨量的大小。但是，筆頭纖細(xì)的外形似乎直觀地表達(dá)了或者說代表了寫出來的字跡會比較細(xì)。此外，針管型筆頭對于減少對視線的遮擋也是有利的。因此，針管型筆頭的中性墨水圓珠筆和筆芯在市場上的份額正在逐年上升，已占全部中性墨水圓珠筆和筆芯的產(chǎn)量約40%左右。既然針管型筆頭這么受歡迎，為何在普通彈簧筆頭問世后始終沒有能發(fā)明針管型彈簧筆頭，是因?yàn)樵趦?nèi)徑僅為O. 4 O. 5mm的針管內(nèi)是無法再放置任何形式的彈簧。另外，針管型筆頭是采用成型的管材通過無切削或者少切削加工而成，成型管材的硬度高于易切削不銹鋼線材，在筆頭收口時球珠與球座口邊之間的間隙控制相對較難，而且間隙會偏大，并不利于制作彈簧筆頭。在現(xiàn)有技術(shù)中，例如KR 8991/99 (CN 99120346. I)曾提出了一種設(shè)想，即采用普通的針管型筆頭，以一根直的、頭部彎曲的彈簧絲穿過針管型筆頭的內(nèi)孔和油槽，將球珠頂?。焕鏙P 335317/2001 (CN 02148186. 5)所述，采用普通的針管型筆頭，在塑料連接中安裝一個彈簧，以一根直的彈簧絲穿過針管型筆頭的內(nèi)孔，來頂住球珠。總之，上述這些設(shè)想均存在一個非常致命的缺陷，那根直的彈簧絲長度必須超過6. 5mm，而直徑又僅為O. 15mm及以下，這很難保持垂直并且始終在中心位置。再加上針管筆頭與塑料連接的裝配誤差，例如兩者的不同心度和不垂直度等，因此，根本無法保證那根直的彈簧絲在穿過針管后能頂在球珠的中心。如果那根彈簧絲不能確保頂在球珠中心的話，不僅無法起到單向閥的作用，可能還會使球珠偏向一邊，產(chǎn)生書寫線跡單邊，書寫手感不良甚至使球珠無法轉(zhuǎn)動
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于圓珠筆的針管型彈簧筆頭，在筆頭外形更為纖細(xì)、內(nèi)部空間更小的情況下，可以將整個彈簧放置在筆頭內(nèi)部，并且使之與中黏度的、具有觸變性的墨水匹配達(dá)到更佳的效果。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種針管型彈簧筆頭，包括圓柱形球座體，其一端設(shè)有球座，另一端設(shè)有開口以及鄰近所述開口的鎖定部，所述球座體還包括形成在所述球座和所述開口之間的供墨通路，所述球座具有中心孔和多個油槽，所述油槽的一端與所述供墨通路連通，另一端與大氣連通；球珠,其布置在所述球座內(nèi)并從所述球座向外凸出，所述球珠能夠在所述球座內(nèi)轉(zhuǎn)動，且不會脫落；彈簧，其位于所述供墨通路內(nèi)，所述彈簧的一端穿過所述中心孔以鄰接所述球珠，另一端鄰接所述鎖定部，所述彈簧采用直徑為O. 08 O. Imm的不銹鋼絲制成，彈簧的外徑為 O. 5 O. 55mm ；所述球座的邊緣向著所述球珠彎曲變形以包容所述球珠，使得所述邊緣和所述球珠之間形成有徑向間隙和軸向間隙，以便墨水穿過所述供墨通路流經(jīng)所述中心孔和所述油槽，并從所述徑向間隙和軸向間隙流出，從而進(jìn)行書寫。其中，所述球座體采用易切削不銹鋼線材通過切削加工成型。其中，所述彈簧具有垂直部、抵接部以及連接所述垂直部和所述抵接部的主體部，所述垂直部穿過所述中心孔以鄰接所述球珠，所述抵接部與所述鎖定部配合以鎖定所述彈簧。其中，所述彈簧的垂直部的長度為O. 6 O. 7mm。其中，所述彈簧采用直徑為O. 09mm的不銹鋼絲制成。其中，所述球座具有3 5個油槽。其中，所述供墨通路沿著墨水的流動方向逐漸變窄。其中，所述彈簧每圈之間的間距不相等。其中，所述彈簧每圈之間的間距沿著墨水的流動方向逐漸變小，即，從靠近球珠一端至尾部的每圈之間的間距由小逐漸變大。
其中，所述筆頭的外部直徑為I. Omm,總長度為6. 5mm。其中，所述球珠的直徑為O. 4 O. 5mm。本發(fā)明還提供一種包括所述針管型彈簧筆頭的圓珠筆筆芯。本發(fā)明的有益效果I.由于彈簧采用直徑為O. 08 O. Imm的不銹鋼絲制成，彈簧的外徑為O. 5 O. 55mm，其可以在筆頭外形更為纖細(xì)、內(nèi)部空間更小的情況下放置在筆頭內(nèi)部；2.球座體采用易切削不銹鋼線材通過切削加工成型，有利于控制配合尺寸的精度；3.為了在供墨通路中放置彈簧后不致影響供墨，利用毛細(xì)作用原理，經(jīng)過計算將彈簧設(shè)計并制造成每圈之間的間距不相等，并且是彈簧的每圈之間間距沿著墨水的流動方向逐漸變小，使得彈簧每圈之間的間距亦成為供墨通路的一部分。


圖I為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的針管型彈簧筆頭的剖面圖；圖2為筆頭內(nèi)球珠與球座之間的軸向間隙、徑向間隙的示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的彈簧的透視圖；圖4為固定彈簧的示意圖；圖5為彈簧推動球珠時的示意圖；圖6是彈簧每圈的間隔距離采用非等距離設(shè)計的示意圖；圖7是彈簧每圈間隔中的墨水靜止不流動狀態(tài)的示意圖；圖8是彈簧螺旋角示意圖；圖9為筆頭在書寫時的示意圖；圖10是實(shí)心線材切削加工的針管型筆頭內(nèi)三條油槽的示意圖；圖11是實(shí)心線材切削加工的針管型筆頭內(nèi)四條油槽的示意圖；圖12是實(shí)心線材切削加工的針管型筆頭內(nèi)五條油槽的示意圖；圖13是筆頭收口加工的示意圖；圖14為本發(fā)明的第一實(shí)施例灌注中性墨水A黑的筆芯出墨量曲線圖；圖15為本發(fā)明的第一實(shí)施例灌注中性墨水A藍(lán)的筆芯出墨量曲線圖；圖16為本發(fā)明的第二實(shí)施例灌注中性墨水A黑的筆芯出墨量曲線圖；圖17為本發(fā)明的第二實(shí)施例灌注中性墨水A藍(lán)的筆芯出墨量曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的針管型彈簧筆頭的優(yōu)選實(shí)施例。圖I-圖5示出了本發(fā)明的針管型彈簧筆頭100的第一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，筆頭100大體上為圓柱形，其直徑約為I. 0mm，長度約為6. 5mm，包括球座體I、球珠2以及彈簧3。球座體I為圓柱形，可采用外徑為Φ I. Omm的SF20T易切削不銹鋼實(shí)心線材通過切削加工成型。球座體I的一端設(shè)有球座13，另一端設(shè)有開口 4以及鄰近開口 4的鎖定部5。球座體I還包括形成在球座13和開口 4之間的供墨通路(即中孔)11。球座13具有中心孔12和多個油槽6，油槽6的一端與供墨通路11連通，另一端與大氣連通。供墨通路11沿著墨水的流動方向逐漸變窄，以促進(jìn)墨水的流動。由于加工工藝的需要，供墨通路11帶有臺階10，供墨通路11在最小處的直徑應(yīng)該大于Φ0. 55_。球珠2布置在球座13內(nèi)并從球座13向外凸出，球珠2能夠在球座13內(nèi)轉(zhuǎn)動，且不會脫落。球珠2可采用碳化鎢材料加工而成，直徑為Φ0. 4_。在球珠2放入球座13內(nèi)后，通過滾壓球座13的口部邊緣131，使其緊貼球珠2表面向中心彎曲變形來包圍球珠2。此時，球座13的口部邊緣131在發(fā)生塑性變形的同時，仍會有微量的彈性變形，使得球珠2與球座13的口部邊緣131之間保持一定的徑向間隙7和軸向間隙8。彈簧3可米用直徑為O. 08 O. Imm的不銹鋼絲制成,彈簧外徑僅為O. 5 O. 55mm,以確保能順利放置在筆頭內(nèi)。在本實(shí)施例中，彈簧3可采用直徑為Φ0. 09mm的不銹鋼絲加工而成，包括前端垂直部32、中間主體部31和后端抵接部33。中間主體部31繞成外徑為Φ0. 53_的圓柱狀，其每圈間隔距離從前端至尾部由小逐漸變大。前端垂直部32是一根沿中心軸線延伸出的垂直鋼絲，該鋼絲穿過中心孔12以鄰接球珠2，其長度為O. 6 O. 7mm,以確保頂住球珠2的中心，并且彈簧力能控制在預(yù)想的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。后端抵接部33繞成外徑為Φ0. 65mm的圓片狀，其與球座體I的供墨通路11的內(nèi)壁上的鎖定部5緊配合，以將彈 簧3卡住，使彈簧3不會后退或者脫落。鎖定部5可以是這樣形成的在球座體I尾部的外壁上擊打多個凹點(diǎn)9，使得供墨通路11的內(nèi)壁上凸出，形成鎖定部5。如圖6-圖8所示，之所以要將彈簧每圈的間隔距離設(shè)計成為非等距離的，是因?yàn)閺椈稍诿咳﹂g隔距離較小(例如O. 15mm以下)的情況下，在彈簧每圈間隔中的中黏度(通常為1000 3000mPa -s)、具有觸變性的墨水，因?yàn)槠漯ば粤蛘哒f與彈簧絲表面及筆頭球座體中孔內(nèi)壁的黏附力的作用大于或等于重力作用，即使在書寫時這部分墨水也不會跟隨中間的墨水向球珠方向流動，處于靜止不流動狀態(tài)(見圖7)。此時，彈簧相當(dāng)于一根內(nèi)徑只有O. 3 O. 35mm的管道，與筆頭內(nèi)的中心孔直徑相似。通常情況下筆頭內(nèi)的中心孔長度僅為O. 25 O. 3mm左右，現(xiàn)在加入彈簧以后，相當(dāng)于中心孔的長度由O. 25mm增加至6mm以上，增加24倍之多，或者說筆頭的供墨通路直徑由原來的O. 60_，縮小至O. 30_，供墨通路的面積縮小4倍，對于中黏度的、具有觸變性的中性墨水來說，其在筆頭內(nèi)的流動將受到明顯影響，也就是說筆頭的單位時間供墨量將會減少，或者說供墨速度會降低，直接造成筆頭出墨量減少，在快速書寫時會出現(xiàn)線跡變淡甚至是斷線的狀況。如果將彈簧每圈間隔距離拉大，螺旋角α亦隨之加大(見圖8)，相當(dāng)于形成了一條螺旋形通路，重力作用大于墨水黏附力的作用，在彈簧每圈間隔中的墨水會隨著中間的墨水，沿著螺旋形通路流向球珠方向，使得供墨通路得到了擴(kuò)大。但是，由于彈簧每圈間隔距離拉大，使得彈簧力變大，超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，在受到一定沖擊力的情況下容易造成球珠脫落。因此,此種方案也不可取。此外，為了能夠在筆頭內(nèi)部放置彈簧，在消費(fèi)者對筆頭外形尺寸大小的改變的敏感度最低值的前提下，適當(dāng)放大筆頭外形，將筆頭外徑控制在I. O I. 2mm以內(nèi)。優(yōu)選地，筆頭外徑為I. Omm,總長度為6. 5mm。當(dāng)彈簧3裝入球座體I時，首先將前端垂直鋼絲32插入球座體I的供墨通路11，并且穿過中心孔12，頂住球珠2的中心。在彈簧3全部裝入球座體I的供墨通路11并被固定住后，彈簧3受到一定量的壓縮,產(chǎn)生一定的彈力，從而推動球珠2向球座13的口部邊緣131的內(nèi)側(cè)靠緊，使得徑向間隙7和軸向間隙8全部閉合，這樣筆頭內(nèi)的墨水就不會揮發(fā)、干涸，外部的空氣也無法進(jìn)入筆頭內(nèi)部。如圖9所示，當(dāng)筆頭在書寫時，球珠2受到書寫壓力F的作用，相對于書寫面會對球珠2有一個反作用力F’。當(dāng)反作用力F’大于彈簧力F的時候，球珠2會沿軸線方向向球座13的底部132靠攏，使得球珠2與球座13的口部邊緣131的內(nèi)側(cè)之間的徑向間隙7和軸向間隙8基本打開。墨水穿過供墨通路11，流經(jīng)中心孔12和油槽6，并流出徑向間隙7和軸向間隙8，從而進(jìn)行書寫。在本實(shí)施例中，球座體I采用易切削不銹鋼線材通過切削加工成型。相對于不銹鋼成型管材加工而言，通過切削加工成型筆頭在其球座內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸變化方面的空間會更大，例如油槽數(shù)量，成型管材加工通常為3條，至多為4條，而切削加工可以是3條(見圖10)、4條(見圖11)或者5條(見圖12)等。

另外，在配合尺寸的精度控制方面切削加工成型也更為有效，因?yàn)椴讳P鋼成型管材的壁厚在O. 15mm以下，其剛性相比實(shí)心的線材要差，加工時如果受力不平衡會產(chǎn)生變形避讓，容易造成偏心和單邊。此外，不銹鋼成型管材經(jīng)過多次拉拔加工，材料的硬度高于實(shí)心的線材，在筆頭收口加工(見圖13)時，球座口邊的彈性變形量和材料延伸量的一致性控制方面相對要困難，容易造成球珠與球座之間的間隙偏大、間隙偏差較大等問題，而這正是彈簧筆頭比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)所在。本發(fā)明的第一實(shí)施例在制造成筆芯后，進(jìn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)的檢測，結(jié)果如下(一)出墨量(I)正常書寫中性墨水A黑，黏度1885/597mPa · s,表面張力28. 6mN/m ;書寫速度4. 5m/min,書寫角度65° ±5°，書寫壓力0.98N。
權(quán)利要求
1.ー種針管型彈簧筆頭，其特征在于，包括 圓柱形球座體(I)，其一端設(shè)有球座(13)，另一端設(shè)有開ロ(4)以及鄰近所述開ロ(4)的鎖定部(5)，所述球座體(I)還包括形成在所述球座(13)和所述開ロ(4)之間的供墨通路(11)，所述球座(13)具有中心孔(12)和多個油槽(6)，所述油槽(6)的一端與所述供墨通路(11)連通，另一端與大氣連通； 球珠(2)，其布置在所述球座(13)內(nèi)并從所述球座(13)向外凸出，所述球珠(2)能夠在所述球座(13)內(nèi)轉(zhuǎn)動，且不會脫落； 彈簧(3)，其位于所述供墨通路(11)內(nèi)，所述彈簧(3)的一端穿過所述中心孔(12)以鄰接所述球珠(2)，另一端鄰接所述鎖定部(5)，所述彈簧(3)采用直徑為0. 08 0. Imm的不銹鋼絲制成，彈簧的外徑為0. 5 0. 55mm ； 所述球座(13)的邊緣向著所述球珠(2)彎曲變形以包容所述球珠(2)，使得所述邊緣和所述球珠(2)之間形成有徑向間隙(7)和軸向間隙(8)，以便墨水穿過所述供墨通路(11)流經(jīng)所述中心孔(12)和所述油槽(6)，并從所述徑向間隙(7)和軸向間隙⑶流出，從而進(jìn)行書寫。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的針管型彈簧筆頭，其特征在于，所述球座體(I)采用易切削不銹鋼線材通過切削加工成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的針管型彈簧筆頭，其特征在于，所述彈簧(3)具有垂直部(32)、抵接部(33)以及連接所述垂直部(32)和所述抵接部(33)的主體部(31)，所述垂直部(32)穿過所述中心孔(12)以鄰接所述球珠(2)，所述抵接部(33)與所述鎖定部(5)配合以鎖定所述彈簧(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的針管型彈簧筆頭，其特征在于，所述彈簧(3)的垂直部(32)的長度為0. 6 0. 7_。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的針管型彈簧筆頭，其特征在于，所述彈簧(3)采用直徑為.0.09mm的不銹鋼絲制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的針管型彈簧筆頭，其特征在于，所述球座(13)具有3 5個油槽(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的針管型彈簧筆頭，其特征在于，所述供墨通路(11)沿著墨水的流動方向逐漸變窄。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的針管型彈簧筆頭，其特征在于，所述彈簧(3)每圈之間的間距不相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的針管型彈簧筆頭，其特征在于，所述彈簧(3)每圈之間的間距沿著墨水的流動方向逐漸變小。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的針管型彈簧筆頭，其特征在于，所述筆頭的外部直徑為.1.Omm,總長度為6. 5mm。
11.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的針管型彈簧筆頭，其特征在于，所述球珠(2)的直徑為.0.4 0. Smnin
12.—種圓珠筆筆芯，其特征在于，所述筆芯包括根據(jù)權(quán)利要求I到11中任一項(xiàng)所述的針管型彈簧筆頭。
全文摘要
本發(fā)明提供一種針管型彈簧筆頭，包括圓柱形球座體，其一端設(shè)有球座，另一端設(shè)有開口以及鄰近開口的鎖定部，球座體還包括形成在球座和開口之間的供墨通路，球座具有中心孔和多個油槽；球珠，其布置在球座內(nèi)并從球座向外凸出；彈簧，其位于供墨通路內(nèi)，彈簧采用直徑為0.08～0.1mm的不銹鋼絲制成，彈簧的外徑為0.5～0.55mm；球座的邊緣向著球珠彎曲變形以包容球珠，使得邊緣和球珠之間形成有徑向間隙和軸向間隙。本發(fā)明還提供一種包括所述針管型彈簧筆頭的圓珠筆筆芯。本發(fā)明在筆頭外形更為纖細(xì)、內(nèi)部空間更小的情況下，可以將整個彈簧放置在筆頭內(nèi)部，并且使之與中黏度的、具有觸變性的墨水匹配達(dá)到更佳的效果。
文檔編號B43K7/02GK102848793SQ20111042165
公開日2013年1月2日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者陳湖雄, 姚鶴忠 申請人:上海晨光文具股份有限公司