CN104640713B - 书写工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及书写工具(1)，其包括：沿中心轴线(C)纵向延伸的主体(2)和固定到所述主体的至少一部分的弹性元件(10)，其特征在于，所述弹性元件(10)和所述主体(2)的所述至少一部分是一体件并且由至少部分非晶态的金属合金制成。

Description

书写工具
技术领域
本发明涉及一种书写工具，其包括沿中心轴线纵向延伸的主体和基本平行于所述中心轴线延伸的夹子，所述夹子固定到所述主体的至少一部分并延伸至自由端。
背景技术
现有技术中已知由在前端和后端之间沿中心轴线C纵向延伸的主体形成的书写工具。所述前端包括开口，一书写尖(在缩回时不可见)可延伸通过该开口。在所述后端，书写工具具有致动尖伸出/缩回机构的按钮。主体可以由以下两部分制成：锥形突出部(nose)和其上固定有该锥形突出部的管部。
该书写工具还设置有用于使用户能够将书写工具夹到例如衬衣口袋的夹子。该夹子包括臂，所述臂在第一端处设置有应与书写工具的主体接触的自由突出部，并且在第二端处设置有用于将所述夹子固定到书写工具的主体的附接装置。这些附接装置可以是卡扣配合系统，即，所述卡扣配合系统被插入到主体中的孔内以固定所述夹子。附接装置还可采用环绕书写工具的主体的开口环的形式。
这种书写工具的第一个缺点是不美观且易坏。实际上，夹子为附加部件这一点导致存在夹子在操作期间被扯下的风险。
此外，该构型的缺点是该构型需要这样的一种加工方法——在该加工方法中主体和夹子各自单独地制造。因而提供增补的组装步骤以给每个书写工具安装夹子。
此外，形成夹子的材料为任意金属。每种材料以其杨氏模量E或弹性模量(通常以GPa表示)为特征，该杨氏模量或弹性模量表征其抗变形性。此外，每种材料也以其弹性极限σe(通常以GPa表示)为特征，该弹性极限代表特定应力——超过该特定应力时材料塑性变形。因此，针对给定厚度，可通过针对每种材料建立弹性极限与杨氏模量的比率σe/E来比较材料，所述比率表征每种材料的弹性变形。因此，比率越高，材料的弹性变形越大。然而，例如现有技术所用的晶体材料提供低的σe/E比，该晶体材料为例如Cu-Be合金，其具有等于130GPa的杨氏模量E和典型的弹性极限σe值1GPa，即σe/E为约0.007。这些晶体合金部件因此具有有限的弹性变形。就书写工具的夹子而言，注意到用户倾向于频繁操作该夹子，且夹子最终变形或破坏。
类似地，考虑到贵重的晶体金属的不足的机械特性，不能设想使用这些金属来制造这样的夹子。实际上，这些贵金属相比于具有约1GPa的弹性极限的传统使用的晶体合金而言特别具有对于Au、Pt、Pd和Ag合金而言约0.5GPa的较低的弹性极限。给定这些贵金属的弹性模量(约120GPa)，获得了约0.004的σe/E比。然而，需要高的σe/E比来生产这样的夹子，如上面所解释的。因此，本领域技术人员不倾向于使用这些贵金属来生产这样的夹子。
现有书写工具的另一个缺点在于设置在主体的下部并提供回复力以使书写尖伸出/缩回的弹簧。实际上，该弹簧是单独的部件，该弹簧在更换书写尖时有时会从书写工具的主体中脱离，这使得失去了书写工具的基本功能。
发明内容
本发明涉及一种书写工具，其通过提出一种一体制成的且由至少部分非晶态的材料制成的书写工具克服了上述现有技术的缺点。
为此，本发明涉及一种书写工具，其包括：
-沿中心轴线纵向延伸的主体；
-固定到所述主体的至少一部分的弹性元件；
其特征在于，所述弹性元件和所述主体的所述至少一部分是一体件并且由至少部分非晶态的金属合金制成。
该书写工具的有利实施例形成从属权利要求的主题。
在第一个有利实施例中，所述金属合金包括至少一种贵金属元素，所述至少一种贵金属元素包括在包含金、铂、钯、铼、钌、铑、银、铱和锇的清单中。
在第二个有利实施例中，所述夹子和所述主体的所述至少一部分由完全非晶态的材料制成。
在第三个有利实施例中，所述材料不含钴、不含铍或不含镍。
在另一个有利实施例中，所述弹性元件是夹子，所述夹子从固定到所述主体的所述至少一部分的第一端基本平行于中心轴线延伸到自由端。
在另一个有利实施例中，所述弹性元件是弹簧，所述弹簧包括在所述主体的所述至少一部分内朝向所述中心轴线基本径向地延伸的至少一个元件。
在另一个有利实施例中，所述主体在前端包括开口，一书写尖延伸通过所述开口。
在另一个有利实施例中，所述主体在前端包括固定到所述主体并具有开口的锥形突出部，一书写尖延伸通过所述开口。
在另一个有利实施例中，所述主体还包括在铸造或热成形操作中直接嵌入所述主体中的互补构件。
本发明还涉及一种制造根据前述权利要求中任一项所述的书写工具的方法，其特征在于，所述主体通过以下步骤获得：
a)取形成所述主体的材料；
b)通过在铸模中浇铸所述材料形成所述主体；
c)冷却该组件以使所述主体形成非晶态；以及
d)移出所述主体。
另一种制造书写工具的方法的特征在于，所述主体通过以下步骤获得：
a)用所述至少部分非晶态的材料形成预成型件；
b)在所述材料的玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx之间加热模具；
c)将所述预成型件安设在所述模具之间；以及
d)利用所述模具在所述预成型件上施加压力达预定时间，以将所述模具的形状复制在所述预成型件的各个表面上；
e)冷却所述主体以保持至少部分非晶态。
有利地，所述模具或铸模包括表面状态，以便在铸造或热成形操作期间直接复制所述表面状态。
出人意料地，非晶态形式的贵材料具有高的σe/E比，使其可以制造例如根据本发明的夹子或弹簧的构件。
本发明的第一个优点在于其具有更有利的弹性特性。实际上，对于非晶态材料而言，通过升高弹性极限σe而增大了σe/E比。因此，增大了特定应力——高于该特定应力时材料不返回其原始形状。σe/E比的提高从而允许更大的变形。这允许根据是否需要增大夹子的测量范围或针对相同的测量范围减小夹子的尺寸来优化夹子的尺寸。对于弹簧而言类似地，可以通过改变所述弹簧的尺寸来调节回复力。
这些非晶态材料的另一个优点在于，它们以更高的精度为开发复杂形状部件提供新的成形可能。实际上，非晶态金属在针对每种合金的给定的温度范围[Tg-Tx](其中，Tx是结晶温度，Tg是玻璃化转变温度)内保持非晶态的同时具有软化的独特性质。因此能以相对低的应力和低的温度成形这些金属。这意味着可以非常准确地复制精细的几何形状，因为合金的粘性大大降低，并且合金从而获取了铸模的所有细节。
本发明还涉及用于根据本发明的所述书写工具的书写尖的保护元件，其包括盖帽和夹子，所述盖帽沿中心轴线纵向延伸并布置成配合到所述工具的所述主体上，所述夹子从固定到所述盖帽的第一端基本平行于所述中心轴线延伸到自由端，其特征在于，所述夹子和所述盖帽是一体件并且由至少部分非晶态的金属合金制成。
在第一个有利实施例中，所述金属合金包括至少一种贵金属元素，所述至少一种贵金属元素包括在包含金、铂、钯、铼、钌、铑、银、铱和锇的清单中。
在第二个有利实施例中，所述夹子和所述盖帽由完全非晶态的材料制成。
在第三个有利实施例中，所述材料不含钴、不含铍或不含镍。
在另一个有利实施例中，所述盖帽还包括在铸造或热成形操作中直接嵌入所述主体中的互补构件。
本发明还涉及一种制造用于书写工具的书写尖的保护元件的方法，其特征在于，所述盖帽通过以下步骤获得：
a)取形成所述盖帽的材料；
b)通过在铸模中浇铸所述材料形成所述盖帽；
c)冷却该组件以使所述盖帽形成非晶态；以及
d)移出所述盖帽。
制造用于书写工具的书写尖的保护元件的方法的特征还在于，所述盖帽通过以下步骤获得：
a)用所述至少部分非晶态的材料形成预成型件；
b)在所述材料的玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx之间加热模具；
c)将所述预成型件安设在所述模具之间；以及
d)利用所述模具在所述预成型件上施加压力达预定时间，以将所述模具的形状复制在所述预成型件的各个表面上；
e)冷却所述盖帽以保持至少部分非晶态。
有利地，所述模具或铸模包括表面状态，以便在铸造或热成形操作期间直接复制所述表面状态。
附图说明
根据本发明的书写工具的目的、优点和特征将在以下对仅通过附图以非限制性示例的方式给出的本发明的至少一个实施例的具体描述中更清楚地显现，其中：
-图1示出根据本发明的第一实施例的书写工具的示意性纵向截面图；
-图2示出根据本发明的书写工具的一个变型的示意性侧视图；并且
-图2a示出根据本发明的书写工具的示意性径向截面图；并且
-图3示出根据本发明的第二实施例的书写工具的示意性侧视图。
具体实施方式
图1和2示出根据第一实施例的书写工具1的截面图。该书写工具1包括主体2，所述主体2在前端3和后端4之间沿中心轴线C纵向延伸。前端包括开口5，一书写尖6(在缩回时不可见)可延伸通过该开口。该书写尖6可为布置在纵向延伸到主体2中的笔芯(未示出)的端部处的铅笔尖、钢笔尖或圆珠笔尖或毡尖。在后端4处，书写工具具有按钮7，该按钮7可致动用于使所述尖伸出/缩回的机构(未示出)。
该书写工具还设置有用于使用户能够将书写工具夹到例如衬衣口袋的弹性元件10，例如夹子8。该夹子8包括臂81，该臂在第一端82处设置有应与书写工具的主体接触的突出元件83。该夹子通过第二端84固定到书写工具的主体2。
在一个变型中，主体2可由两部分制成：锥形突出部9和其上固定有该锥形突出部的管部。该主体2也可由三部分制成，即其上固定有夹子的第一部分、用于持握所述工具的第二部分和固定到第二部分的第三部分，该第三部分为锥形突出部。这三个部分从而形成所述主体2。
根据本发明有利的是，主体2的至少第一部分和夹子8是一体的并由完全非晶态或部分非晶态的材料制成。特别地，使用了金属玻璃，即非晶态金属合金。上述构型——在该构型中主体2的至少第一部分和夹子8是一体的——提供了具有更高质量的更结实的外观。
实际上，这些非晶态金属合金在变形方面的优势源于如下事实：在制造期间形成非晶态材料的原子不以如晶体材料那样的特定结构排列。因此，即使晶体金属和非晶态金属的杨氏模量E相等，但弹性极限σe不同。实际上，非晶态材料的不同在于非晶态材料具有比晶体材料大的弹性极限σea，其中非晶态材料的弹性极限与晶体材料的弹性极限两者之间的比基本等于2。这使得非晶态材料在达到弹性极限σe之前经历更大的应力，由此承受的应力是相当的晶体材料所承受的应力的四到八倍。
首先，该构型使得可以提高书写工具上的夹子8的可靠性。实际上，弹性极限σea更大，这使得距离塑形域更远并因此减小夹子8在用户操作书写工具时塑性变形的风险。
此外，有利的是，注意到采用由非晶态材料制成的夹子8可针对相同的应力优化夹子的尺寸以便承受该相同的应力。实际上，夹子8的尺寸如厚度会改变其变形。有利地，如果弹性极限增大，那么可施加到夹子8而没有任何塑性变形的应力增大。从而可以在减小其厚度的同时保持对相同的应力的抵抗性。夹子8因此变得较薄并从而不那么明显，这在美观方面可为一个优点。
此外，非晶态材料或非晶态金属合金具有比其晶态的等同物要硬的特性。因此，由这样的材料制成的主体2将更硬并从而更耐久/坚固。
可引用以下作为可使用的非晶态材料的示例：Zr41Ti14Cu12Ni10Be23，其杨氏模量E值为105GPa及弹性极限σe＝1.9GPa，并且σe/E＝0.018，以及Pt57.5Cu14.7Ni5.3P22.3，其杨氏模量E值为98GPa及弹性极限σe＝1.4GPa，并且σe/E＝0.014。应理解的是，以下专利中所提到的合金通过引用引入本专利申请中：US5288344、US5618359和US7368022。
当然，存在可能有利的其他特征，例如合金的过敏原方面。事实上，可注意到的是，不管材料是晶态的还是非晶态的，所述材料经常采用包括过敏原的合金。例如，这些类型的合金包括钴、铍或镍。因此，本发明的变型可由不包括这些过敏原的合金作出。还可允许的是，存在过敏原但不引起过敏反应。
根据本发明的另一个变型，可允许的是，主体2的至少第一部分和夹子8由贵材料制成。实际上，在结晶状态，例如金和铂的贵材料太软而不能产生柔韧并结实的夹子8。然而，一旦其采用金属玻璃的形态，即非晶态，这些贵金属则可具有这样的特点，即可在提供有价值、吸引人的外观的同时使用这些贵金属的特点。优选地，铂850(Pt850)和金750(Au750)为将用于制造由所述主体2的至少第一部分和夹子8形成的组件的贵金属。当然，可以使用其它贵金属，如钯、铼、钌、铑、银、铱和锇。应理解的是，以下专利中所提到的合金通过引用引入本专利申请中：WO 2006/045106和WO 2004/059019。
还应指出，非晶态金属合金易于成形。实际上，非晶态金属在针对每种合金的给定的温度范围(Tx–Tg)内保持非晶的同时具有软化的独特特性。因此可以在相对低的应力和低的温度下使这些金属成形。
在通过引用结合到本专利申请中的美国专利No 2003/0047248中具体描述的方法包括热成形非晶态的预成型件。该预成型件通过在炉中熔化形成非晶态合金的金属元素获得。所述熔化在受控的气氛下执行，以获得合金的最小可能的氧污染。一旦这些元素已熔化，则它们被铸成半成品形式，然后迅速冷却以保持非晶态。一旦形成预成型件，执行热成形以获得最终部件。通过在Tg和Tx之间的温度范围内压制预定的时间实现该热成形，以保持完全或部分非晶结构或状态。这样执行成使得保留非晶态金属的特有的弹性特性。各最终成形步骤因而为：
i.将具有由主体2的至少第一部分和夹子8形成的组件的负形状/相反形状的模具加热到选定温度。
ii.将非晶态金属预成型件插入到热模具之间。
iii.将一闭合力施加到模具上以将所述模具的几何形状复制在非晶态金属预成型件上。
iv.等待选定的最大时间。
v.打开模具。
vi.将由主体2的至少第一部分和夹子8形成的组件迅速冷却到温度Tg以下，并且
vii.将由主体2的至少第一部分和夹子8形成的组件从模具中移出。
该成形方法可以非常准确地复制精细的几何形状，因为合金的粘性大大降低，并且合金从而获取了铸模的所有细节。该方法的优点在于没有凝固收缩，这允许在比通过注射成形的温度高的温度下获得、得到更精确的部件。此外，可以在相同的单个步骤中生产主体2的至少第一部分和夹子。此外，主体2的至少第一部分和夹子8是一体件这一点减小了夹子8被扯下的风险。
当然，也可采用其它类型的成形，例如注射成形。在通过引用引入本申请中的美国专利No 5711363中具体描述的方法，其包括将通过在炉中熔化金属元素获得的合金模制成任意构件例如棒的形式，所述构件可以是结晶或非晶状态。然后，任意形状的该合金构件被再次熔化并注入到具有最终构件的形状的铸模中。一旦铸模被充填，将其迅速冷却到Tg以下的温度以防止合金的结晶，并从而获得由主体2的至少第一部分和夹子8形成的、非晶态或半非晶态金属形式的组件。
因此，可以将由主体2的至少第一部分和夹子8形成的组件成形为理想几何形状。
一个变型包括在由主体2的至少第一部分和夹子8形成的组件的制造期间直接形成装饰物。为了实现这一点，书写工具1的装饰物，例如“日内瓦波纹(de Genève)”、旋转式打圈纹、缎光处理或机器刻花，在分别用于铸造和热成形的所述铸模或模具的负像型腔/负图案型腔中直接获得。因此，除上述优势外，该变型还避免使用当前用于制造这些系列装饰物的重型设备。很清楚的是，该方法因此可以更迅速并且附带更便宜地制造装饰性的书写工具。
有利地，可以将互补构件例如珍珠嵌入物或宝石镶嵌在书写工具内。可允许互补构件在铸造或热成形步骤期间直接安放在铸模中或模具上，并且直接镶嵌。该互补构件从而形成书写工具的组成部件而不是附加部件。
在图3所示的第二实施例中，书写工具1包括保护元件或盖帽20，该保护元件或盖帽20用于固定到主体2并保护前端3。实际上，书写尖6布置在该前端3，并且有时需要保护该书写尖，尤其是在铅笔尖或毡尖的情况下。该盖帽20包括沿中心轴线(C)纵向延伸的部件。该部件布置成配合到该工具的主体2上。可设想所述保护元件包括夹子80。该夹子80从固定到该部件的第一端基本平行于中心轴线(C)延伸到自由端。
有利地，夹子80和所述盖帽20是一体件并且由至少部分非晶态金属合金制成。自然地，针对第一实施例所描述的所有变型也可以用于第二实施例。
在具有按钮和可缩进的铅笔尖或圆珠笔尖的书写工具的情况下，还应指出，主体2还可包括用于如图2和2a所示的书写尖-笔芯组件的回复弹簧11。有利地，该弹簧11与主体2是一体件并可采用朝向主体2的中心径向延伸的穿孔垫圈的形式来确保弹簧效果，如图2A所示，其示出了弹簧11沿截面轴线A的视图。或者，该垫圈可由朝向主体2的中心径向延伸的多个凸片代替。可存在轻微的倾斜以确保更好的操作。非晶态金属合金的使用使得可以获得承受更大应力并确保更高可靠性的弹簧。该回复弹簧11也可在热成形或铸造操作中直接与主体2一起形成。
应清楚的是，可针对上述本发明的各实施例作出对本领域技术人员而言显而易见的各种改变与/或改进与/或结合而不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (14)

1.书写工具(1)，包括：
-沿中心轴线(C)纵向延伸的主体(2)；
-固定到所述主体的至少一部分的弹性元件(10)；
其特征在于，所述弹性元件(10)和所述主体(2)的所述至少一部分是一体件并且由完全非晶态的金属合金制成，所述弹性元件为垫圈形弹簧(11)，该垫圈形弹簧包括在所述主体(2)的所述至少一部分内基本径向地朝向所述中心轴线(C)延伸的至少一个元件。
2.根据权利要求1所述的书写工具，其特征在于，所述金属合金包括至少一种贵金属元素，所述至少一种贵金属元素包括在包含金、铂、钯、铼、钌、铑、银、铱和锇的清单中。
3.根据权利要求1所述的书写工具，其特征在于，所述完全非晶态的金属合金不含钴、不含铍或不含镍。
4.根据权利要求1所述的书写工具，其特征在于，所述书写工具包括夹子(8)，所述夹子从固定到所述主体的所述至少一部分的第一端基本平行于所述中心轴线(C)延伸到自由端。
5.根据权利要求2所述的书写工具，其特征在于，所述书写工具包括夹子(8)，所述夹子从固定到所述主体的所述至少一部分的第一端基本平行于所述中心轴线(C)延伸到自由端。
6.根据权利要求1所述的书写工具，其特征在于，所述主体在前端包括开口，一书写尖能延伸通过所述开口。
7.根据权利要求1所述的书写工具，其特征在于，所述主体在前端包括锥形突出部，该锥形突出部固定到所述主体并包括开口，一书写尖能延伸通过所述开口。
8.根据权利要求1所述的书写工具，其特征在于，所述主体还包括在铸造或热成形操作中直接镶嵌在所述主体中的互补构件。
9.根据权利要求4所述的书写工具，其特征在于，所述主体还包括在铸造或热成形操作中直接镶嵌在所述主体中的互补构件。
10.根据权利要求5所述的书写工具，其特征在于，所述主体还包括在铸造或热成形操作中直接镶嵌在所述主体中的互补构件。
11.一种制造根据权利要求1所述的书写工具的方法，其特征在于，所述主体(2)通过以下步骤获得：
a)取形成所述主体(2)的材料；
b)通过在铸模中浇铸所述材料形成所述主体；
c)冷却组件以使所述主体形成非晶态；以及
d)移出所述主体。
12.一种制造根据权利要求1所述的书写工具的方法，其特征在于，所述主体(2)通过以下步骤获得：
a)用所述完全非晶态的金属合金形成预成型件；
b)在所述完全非晶态的金属合金的玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx之间加热模具；
c)将所述预成型件安设在所述模具之间；以及
d)利用所述模具在所述预成型件上施加压力达预定时间，以将所述模具的形状复制在所述预成型件的各个表面上；
e)冷却所述主体(2)以保持至少部分非晶态。
13.根据权利要求11所述的制造书写工具的方法，其特征在于，所述铸模包括表面状态，以便在铸造或热成形操作期间直接复制所述表面状态。
14.根据权利要求12所述的制造书写工具的方法，其特征在于，所述模具包括表面状态，以便在铸造或热成形操作期间直接复制所述表面状态。
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