CN1050807C - 圆珠笔尖和使用该笔尖的圆珠笔 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种圆珠笔尖，包括一根金属管子和一个圆球，所述金属管子有多个在其近前端处以均匀的间隔形成的向内凸出部，和一个前端边缘部；所述圆球可旋转地被容纳在所述前端边缘部和多个向内凸出部之间，其特征是：所述管子满足关系式A/T≤5.8，这里，A是圆球的外径，T是管子的厚度。
Description
本发明涉及一种圆珠笔尖和使用该圆珠笔尖的圆珠笔。更具体地说，本发明涉及一种圆珠笔尖，该笔尖通过作为圆球接纳座的多个向内凸出部和一个前端边缘部，在笔尖前端可旋转地容纳一个圆球，作为圆球接纳座的多个向内凸出部，是在一个金属管子的近前端处，间隔均匀地将管子向内挤压并使其变形而形成的，前端边缘部是在该管子的前端将管子向内挤压并使其变形而形成的；本发明还涉及使用这种圆珠笔尖的圆珠笔。
美国专利No.4,457,644揭示了一种通常的圆珠笔尖，该笔尖通过作为圆球接纳座的多个向内凸出部和一个前端边缘部，在笔尖前端可旋转地容纳一个圆球；作为圆球接纳座的多个向内凸出部，是在一个金属管子的近前端处，间隔均匀地将其向内挤压并使其变开而形成的，前端边缘部是在该管子的前端将管子向内挤压并使其变形而形成的。
但是，这种通常的圆珠笔尖，对于金属管子的厚度没有作多少考虑，也就是说，管子的厚度相对于圆球的大小来说，设计得相当薄，为的是易于对金属管子的侧面进行挤压并使其变形。因此，圆球接纳座，由于向内凸出部厚度单薄，没有足够的强度。在书写时，因为圆球接纳座不能支撑被施以强书写力的圆球，会因圆球而向外伸展。因此，圆球会卡在圆球接纳部，妨碍圆球的平滑转动，圆球渐渐地落到管子里面，这样就会失去稳定而平滑的书写感觉。圆球尺寸越小，这种现象发生得越频繁。
更进一步，通常的圆珠笔尖的向内凸出部的顶端曲率半径相当小，因此，向内凸出部的顶端表面容易因挤压和变形而破裂，在书写时，这种破裂随着圆球的转动，会给使用者带来一种不愉快的感觉。
本发明的目的是提供一种圆珠笔尖和使用该圆珠笔尖的圆珠笔，该圆珠笔尖具有高强度的圆球接纳座，给使用者长时间书写以平滑的感觉，而圆球接纳座不会破裂。
本发明提出一种圆珠笔尖，包括：
一根金属管子，该金属管子有作为圆珠接纳座的多个向内凸出部和前端边缘部，所述多个向内凸出部是在所述管子的近前端处，间隔均匀地将管子向内挤压并使其变形而形成的，所述前端边缘部是在所述管子的前端将管子向内挤压并使其变形而形成的；
一个圆球，该圆球可旋转地容纳在所述前端边缘部和所述多个向内凸出部之间；
其中，所述管子(2)满足关系式2.5≤A/T≤5.8，这里，A是所述圆球的外径，T是所述管子的厚度；
其中，所述管子进一步满足关系式0.5≤B/T≤2.3，这里B是与所述向内凸出部顶部接触的虚拟内接圆的直径。
本发明还提出一种圆珠笔，包括：
一根金属管子，该管子有作为圆球接纳座的三个向内凸出部和前端边缘部，所述三个向内凸出部是在所述管子的近前端处，间隔均匀地将管子向内变形而形成的，所述前端边缘部是在所述管子的前端使管子向内变形而形成的；
一个圆球，该圆球可旋转地容纳在所述前端边缘部和所述多个向内凸出部之间；
一个墨水容器部件，用于存贮墨水；
一个接合部件，用于接合所述墨水容器部件和所述金属管子；
其中，所述管子满足关系式2.5≤A/T≤5.8和0.5≤B/T≤2.3，这里，A是所述圆球的外径，T是所述管子的厚度，B是与所述向内凸出部顶部相接触的虚拟内接圆的直径。
本发明还提出一种圆珠笔，包括：
一根金属管子，该管子有作为圆球接纳座的四个向内凸出部和前端边缘部，所述四个向内凸出部是在所述管子的近前端处，间隔均匀地将管子向内变形而形成的，所述前端边缘部是在所述管子的前端使管子向内变形而形成的；
一个圆球，该圆球可旋转地容纳在所述前端边缘部和所述多个向内凸出部之间；
一个墨水容器部件，用于存贮墨水；
一个接合部件，用于接合所述墨水容器部件和所述金属管子；
其中，所述管子满足关系式0.55≤A≤1.2mm，4.5≤A/T≤5.8，和1.0≤B/T≤2.3，这里，A是所述圆球的外径，T是所述管子的厚度，B是与所述向内凸出部顶部相接触的虚拟内接圆的直径。
本发明还提出一种圆珠笔尖的制造方法，包含下列步骤：
用一个具有夹角的旋转刀片利用塑性变形切割一根金属管以在所述管子的一个端部形成圆锥形表面；
将一根尖锥形导针插入所述管子的所述圆锥形表面一侧上的开口部分中；
在上述插入步骤之后，利用一个尖头冲压头挤压所述管子的一个侧壁上的三个或四个部分中的至少一个部分，使之变形，以形成作为圆球接纳座的向内凸出部；
将一个圆球置放在位于所述向内凸出部前面的开口部分中，以及
利用一个卷刀夹具使所述管子的前端边缘部向内弯曲。
据此，这样一种能满足上述关系式即上述比率小于通常圆珠笔尖的比率的圆球笔尖可使圆球接纳座相对圆球的尺寸有足够的强度。所以，能够长时间地维持平滑和稳定的书写。除此以外，A/T的值若等于或大于2.5就更好一些。如果小于2.5，管子的厚度比圆球的外径厚很多，由此会使管子变形困难。
以下结合附图对本发明进行详细描述。
图1是本发明圆珠笔尖第一个实施例的主要部分的剖面图；
图2是沿图1中P-P线的横剖面图；
图3是图1的平面图；
图4是本发明圆珠笔尖第二个实施例的主要部分的剖面图；
图5是沿图4中Q-Q线的横剖面图；
图6是表示本发明圆珠笔第一个实施例的剖面图；
图7是表示本发明圆珠笔第二个实施例的剖面图；
图8是表示本发明圆珠笔第三个实施例的剖面图；
图9是图8主要部分的放大图；
图10是本发明圆珠笔第四个实施例的剖面图；
图11是本发明圆珠笔第五个实施例的剖面图；
图12是本发明圆珠笔第六个实施例的剖面图；
图13是表示切割管子的方法的说明图；
图14A至14C表示加工本发明圆珠笔尖的方法的说明图。
图1、2和3表示本发明圆珠笔尖1，其具有三个向内凸出部3。图4和5表示另一种本发明圆珠笔尖1，其具有四个向内凸出部3。表1示出上述图中标有符号的相应部分的尺寸。如表1所示，本实施例中所使用的五种圆球5的外径A分别为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.7mm和1.0mm。此外，对应每一种直径的圆球，该表给出了管子厚度T，以及内接在向内凸出部3顶点的虚拟的内接圆直径B的合适范围。在这里，管子厚度T不是向内凸出部3或前端边缘部4的厚度，那里的厚度由于挤压和变形是变化的，而是管子2前端部的厚度(靠近向内凸出部3的厚度)，这里不被压缩和变形，或者说，该厚度是在形成向内凸出部3之前，管子2的前端部的平均厚度。
表1
| A(mm) | Tmm) | A/T | B(mm) | B/T |
| 0.3 | 0.08-0.10 | 3.0-3.8 | 0.11-0.15 | 1.1-1.9 |
| 0.4 | 0.10-0.12 | 3.3-4.0 | 0.12-0.16 | 1.0-1.6 |
| 0.5 | 0.13-0.15 | 3.3-3.9 | 0.14-0.18 | 0.9-1.2 |
| 0.7 | 0.12-0.14 | 5.0-5.8 | 0.23-0.27 | 1.6-2.3 |
| 1.0 | 0.18-0.21 | 4.8-5.5 | 0.27-0.31 | 1.3-1.7 |
圆球5的合适材料是超硬度铝、不锈钢、红宝石、陶瓷或类似材料，管子2的合适材料是不锈钢，特别是奥氏不锈钢(例如：SUS304，SUS305，SUS321或类似材料)更为可取。不锈钢表面太硬，在挤压和变形时会引起管子破裂。另一方面，如果太软，管子2在书写时容易弯曲。同时，管子2表面维氏硬度设定在150至300的范围内，更可取的是200至240。
管子2的内径设定比圆球的外径A大0.01至0.05mm，更具体地说，如果圆球的外径A等于或小于0.55mm，则管子2的内径大于圆球的外径约0.01至0.03mm，如果圆球的外径A大于0.55mm，管子2的内侧则大于圆球的外径A约0.02至0.05mm。
本发明圆珠笔尖1的制造方法说明如下。
如图13所示，先将一根芯棒插入一根金属管子102中，该管子102的纵向长度为12mm而且厚度基本上是均匀的，然后使用一夹角Z’为130°的旋转刀片，使金属管子102的侧壁塑性变形，从而将管子分成相等两部分，产生两根管子2。由于旋转刀片103的夹角，每一管子2的顶端形成一个具有50°角Z的圆锥形表面41，如图1所示。Z角取45°至75°较好。制造管子所用的旋转刀片的夹角，设定为(180-Z)°。
然后，如图14A所示，一个具有锥角(Y＝98°)的尖锥形导针105，被固定在一个套爪夹盘104上，并插进管子2的锥形表面侧壁的开口部106内并使导针基部105’抵在管子2的前端部，管子2的纵向长度约为6mm。然后，如图14B所示，管子2的前端部被置于导针105和冲压头107之间，并被挤压。冲压头具有锥角(X＝82°)，曲率半径R小于0.03mm，以便利用冲压头的挤压，管子2的前端部向内变形(垂直于轴线)，并均匀间隔在三个或四个方位上形成向内凸出部3。这时，如图1所示，在向内凸出部3的外侧形成一锥形凹面部32(角X：82°)，并在向内凸出部3里侧的凸起部位形成一个具有锥形凹面(角Y：98°)的圆球接纳座31。
最后，如图14C所示，圆球5被容纳在圆球接纳座31的前面，管子2的前端边缘部4被一个有锥形凸面、倾角大体上是90°的卷边夹具108挤压而向内变形。这样便制造出可旋转地容纳圆球5的圆珠笔尖1。
此外，在上述制造方法中，圆球直径A与管子厚度T之比(A/T)等于或小于5.8(更可取的范围为2.5至5.8)，和/或内接于向内凸出部3的顶点的虚拟内接圆的直径B与管子厚度T之比(B/T)等于或小于2.3(更可取的范围为0.5至2.3)。因此，有足够的强度可防止因书写力而变形的圆球接纳座31和管子2的前端边缘部4，可以比较容易制成。
具体地说，如果向内凸出部3的数目为三时，圆球的外径A等于或小于0.55mm(具体范围为0.25mm至0.55mm，更可取的范围为0.25mm至0.45mm)，管子厚度T满足2.5≤A/T≤4.5和0.5≤B/T≤2.0关系式是更可取的。另一方面，如果向内凸出部3的数目为四时，圆球的外径A大于0.55mm(具体范围为0.55至1.2mm，更可取的范围为0.6至1.1mm)，管子厚度T满足4.5≤A/T≤5.8和1.0≤B/T≤2.3关系式是更可取的。
由于管子厚度在上述范围内，管子的厚度T与圆球的外径A以及虚拟内接圆的直径B相比不是太大，因此，就不必要使用较大的挤压力。所以，在形成前端边缘部4时，圆球5不可能被损伤，而圆球接纳部31也容易形成，不会在形成凹面部32时，损伤冲压头107的顶端。再者，管子厚度T与圆球的外径A和虚拟内接圆的直径B相比不是太小，所以形成的圆球接纳座31和前端边缘部4，有足够的强度。
前端边缘部的前端锥角S(直径缩小部分的锥角)设定大体上为90°(具体地说，范围为85°至115°)，锥角为(Z+40)°更好。
此外，即使书写时圆珠笔相对于书写表面是倾斜的，由于圆球5从管子2前端的暴露量在圆球直径A的25％至35％的范围内(更好的是在直径A的28％至33％的范围内)，因此可保持书写表面与圆球5之间有尽可能多的接触。
圆球接纳座31的角Y设定在80°至140°范围内，更可取的范围是90°至110°，最好是97°至99°范围内。这样设定的理由是：如果角Y大于140°，向内凸出部3的顶部会破裂，因此圆球的转动不平滑；如果角Y小于80°，在书写时，圆球5可能卡塞于圆球接纳座31中，而妨碍圆球5的平滑转动。
另一方面，向内凸出部3的凹面部32的角X设定在40°至100°范围内，更可取的是在70°至90°范围内，最好是在80°至85°范围内。这样设定的理由是：如果角度小于40°，向内凸出部3的顶部表面会破裂；如果角度大于100°，则圆球接纳座31的角Y就做得小，而导致圆球5在书写时可能卡塞于圆球接纳座31中。即与角Y类似，如果角X离开上述范围，就要妨碍圆球的平滑转动。
角X和角Y设定为角X与角Y之和基本上等于180°，更好的是在178°至182°范围内，这样可以获得具有均匀挤压和变形状态的圆球接纳座31。
在圆球接纳座31的厚度方向上的凹面深度d(变形最大值)设定在0至0.05mm范围内，更可取的是在0.01mm至0.05mm范围内，最好在0.01至0.03mm范围内。圆球5和圆球接纳座31之间的线接触量通过凹面深度d来调节。也就是说，如果线接触量太大，墨水则不足以书写，因此妨碍圆球的平滑转动，再有，如果线接触量太小，圆球接纳座31会严重磨损，而导致圆球5逐渐地落入管子2中，从而由于书写表面和管子2前端部之间的磨擦，阻碍圆球的平滑转动。
凹面部32的最大深度D设定在0.1mm至0.4mm范围内，更好的是0.13mm至0.25mm范围内。考虑到所形成的圆球接纳座31的强度，凹面部32的最大深度D的范围是管子厚度T的1至2倍。如果最大深度D非常大，所形成的向内凸出部3的厚度比管子的厚度T薄很多，因而会降低圆球接纳座31的强度。
向内凸出部的顶部基本上是一个球表面形状，顶部的曲率半径设定为圆球的外径A的长度的0.2至0.5倍。因此，上述范围内的向内凸出部3的顶部，不会因挤压和变形而破裂。
向内凸出部3之间，有一个间隙33，间隙33的大小C设定在0.01mm至0.12mm范围内，在0.06mm至0.10mm范围内则更好。在这个范围内的间隙，有适当的毛细力。因此，由于间隙33的毛细功能，与消耗速度相应的适量墨水供给圆球5，从而使圆球5和圆球接纳座31之间，总是有墨水，故能平滑书写而不破坏笔迹。而且，即使笔的前端翻转向上，也可以防止墨水因重力而回滴，保持墨水总是被吸附到圆球5的后面。
更进一步，如果圆球的外径A等于或小于0.55mm，则提供三个间隔均匀的向内凸出部3比较好。如果大于0.55mm，则以均匀间隔提供四个向内凸出部3比较好。这样设定的理由是：备个向内凸出部3之间的间隙33，其大小必须设定在这样的范围(换句话说是0.01mm至0.12mm)内，即这个范围对于任何圆球尺寸来说，毛细力都可以起作用。如果圆球的外经大于0.55mm，而且向内凸出部3的个数不是四而是三，凹面部32的最大深度D就要比有四个向内凸出部的圆珠笔尖1的凹面部32的深度更深，因此，圆球接纳座31就非常薄，所以它的强度降低。
图6至图12表示应用本发明的圆珠笔尖1的一些圆珠笔。
图6表示本发明圆珠笔或圆珠笔可替换笔芯的第一个实施例。圆珠笔是用这样的方法生产的：本发明的圆珠笔尖1和压配合的方法固定在用合成树脂(例如聚醛树脂、聚丙烯、聚乙烯或类似材料)制成的管形接合部件8的前端。接合部件8用压配合的方法固定在用合成树脂(例如聚丙烯，聚乙烯或类似材料)制成的透明或半透明的墨水容器6的前端。接合部件8的中部外周围有一个凸缘82，该凸缘附接在墨水容器6顶部的开口边缘。
一种剪切稀化的含水墨水61(粘度：20℃和切变速度384sec-1时，10至150mPa·s)和一种粘弹性墨水跟随器62存放在墨水容器6中。这里所用的圆珠笔有三个向内凸出部3，圆珠笔1的外径A在0.25mm至0.55mm范围内，在0.25mm至0.45mm范围内更好，因为这样可得到一种细的笔迹宽度，适合在袖珍笔记本上或类似本子上书写。另一方面，使用有四个向内凸出部的圆珠笔尖，且圆珠笔1的外径A在0.55mm至1.2mm范围内时，可以得到粗的笔迹宽度，适合于签字或类似用途。
在圆珠笔尖1的圆球5后面，形成一个圆柱形的墨水引入控制通路21，并且，在接合部件8中有一个内表面为锥形的内孔81，以便将墨水引入控制通路21与墨水容器6连通。
图7表示本发明圆珠笔的第二个实施例。
在接合部件8的内孔81中，设有一种逆流阻止机构，这样，即使在圆珠笔的前端翻转向上，或者圆珠笔冲击落到地板上的情况下，也可阻止墨水61的逆流。
逆流阻止机构包括一个阀球811，一个调节壁812和一个阀座813。阀球811装在内孔81中，可向前和向后移动；调节壁812可靠贴向前移动的阀球，并确保墨水的流量；阀座813可密切接合向后移动的阀球811。阀球811是一金属球，它的外径稍小于内孔81的内径。调节壁是有缺口或槽的接合壁，与内孔81的内壁形成一个整体。阀座813为一管状体，用金属或合成树脂制成，用压配合固定在内孔81的内壁上。其余的部件类似于第一个实施例。
图8和图9表示本发明圆珠笔的第三个实施例。
这些图表示的圆珠笔芯被装在笔杆7中，圆珠笔芯的结构基本上类似于图6所示的圆珠笔，其中圆珠笔尖1通过接合部件8和墨水容器6相连接。笔杆7用透明或半透明的合成树脂做成。一个锥形前体71与笔杆7的前端拧接，后帽72用合成树脂做成，涂以与墨水的颜色相似的涂料，接合于笔杆7的后端。后帽72的前端形成一个尖凸部，用以挤压于墨水容器6的后端。圆珠笔尖1的前端从锥形前体71的前端孔711向外凸出。
墨水容器6的内部，灌注以中等粘度的墨水61。中等粘度墨水61是一种含水墨水，其粘度在20℃和切变速率为384sec-1时在10至150mPa·s范围内，更好的是在30至100mPa·s范围内，或者是一种油质墨水，其粘度在20℃时在1000至10000mPa·s范围内，在1500至9000mPa·s范围内更好。
墨水跟随器62(例如油脂粘滞性墨水跟随器，由弹性部件构成的活塞形状的固体塞子墨水跟随器，或类似种类)装在墨水容器6中的墨水后面，并随着存在墨水容器6中的墨水的消耗而向前移动。墨水容器6和笔杆7都是用透明或半透明合成树脂制成的，以易于从外面了解墨水的消耗状况。
图9是图8的主要部分放大图。接合部件8是一个管状装置，用合成树脂(例如聚醛树脂，聚丙烯，聚乙烯或者类似材料)注模制成。凸缘82在接合部件8的外周围，与接合部件8成一整体。在凸缘82的后面有一装配管部83，该部83挤压插入在墨水容器6的前端开口部。此外，在凸缘82的前面设有一个支持管部84，该管部84挤压贴接于前端孔711的内壁。再有，圆珠笔尖1被固定到接合部件8的前端。更进一步，一个金属护罩部件85与固定部外周围接合。护罩部件85能够阻止圆珠笔尖在书写时的摇摆或掉下。
凸缘82的前端挤压接触于前体71的锥形内表面712上，凸缘82的后端则紧紧地贴接于墨水容器6的顶端这缘上，以防止墨水渗漏，同时也贴接于笔杆7的前端边缘。这就是说，凸缘82设置在前体71的锥形内表面712和笔杆7的前端边缘之间，并被它们卡住。
接合部件8的内部形成内孔81，内孔81有锥形内表面，其直径从后部向前部逐渐减小。内孔81与圆珠笔尖1中的空心直通的墨水引入控制通路21相通。
墨水引入控制通路21在圆珠笔尖1的向内凸出部3的后面，并根据所采用的金属管子2的纵向尺寸和内径而设计。虽然管子2较好的长度是在3mm至10mm范围内，在本实施例中设定为6mm。管子的内径E设定为比圆球的外径A大0.01mm至0.05mm。更具体地说，如果圆球的外径A小于0.55mm，则内径E设定为比圆球的外径A大0.01mm至0.03mm较好。另一方面，如果圆球的外径A大于0.55mm，则内径E设定得比圆球的外径A大0.02mm至0.05mm较好。当这些直径分别被设定在上述范围的时候，墨水引入控制通路21可以防止墨水的过量流动，并能充分实现其功能，避免因墨水不足而破坏笔迹。
这里，使用中等粘度的墨水61比较好，这是一种含水墨水，在温度为20℃和切变速率为384sec-1时，其粘度在10至150mPa·s范围内。
在采用上述剪切稀化含水墨水61的圆珠笔中，墨水容器6中存贮的墨水61，通过接合部件8的内孔81，被引入到墨水引入控制通路21。在墨水引入控制通路21中，墨水保持中等粘度状态(凝胶状态)。另一方面，处于墨水引入控制通路21前端附近的墨水粘度，由于书写时圆球5转动的切应力而减小，以利墨水61流出，填充圆球5。墨水引入控制通路21起调节墨水排出量的作用。即就是说，把墨水排出量调节到合适范围，使书写时，墨水流量既不过量，也不会不足。
更进一步，在采用上述剪切稀化含水墨水61的圆珠笔中，在圆球5后面各个向内凸出部3之间形成有毛细力的间隙33，间隙33的大小C在0.01mm至0.12mm范围内，在0.06mm至0.1mm范围内更好。由于间隙33的毛细力，与消耗速度相应的适量墨水能够从墨水引控制通路21供应到圆球5的后面。墨水引入控制通路21和间隙33的协同作用，可使适量的墨水不中断地流出，而且，即使圆珠笔翻转向上，这种协同作用也能阻止因重力而引起墨水61的回流，使得墨水61总是附着在圆球5的后面。特别是，墨水引入控制通路21具有细小的内径会更好一些。与此相关的是圆球的外径应小于0.55mm，更可取的是小于0.45mm(例如0.3mm，0.4mm或者类似尺寸)。
在采用上述剪切稀化含水墨水61的圆珠笔中，形成的圆球形接纳座31在向内凸出部3的前面有锥形凹部更好。圆球接纳座31与圆球5之间是线接触，因此本发明的圆珠笔尖没有那样的缺点，例如墨水不足或者圆球接纳座31因通常的面接触或点接触而引起的磨阻。所以，在书写的时候，在圆球接纳座31和圆球5之间总有足够的墨水提供。即就是说，足够的墨水能够与圆球5的后面接触，从而给墨水61施加一个合适的切应力，由于这个结果，本发明的圆珠笔，能够平滑地书写而不会破坏笔迹。
上面描述的圆珠笔，采用中等粘度的墨水，其粘度在20℃和切变速率为384sec-1时，在10至150mPa·s范围内，在30至100mPa·s范围内更好，这种圆珠笔允许墨水平滑而又适量地流出。如果中等粘度墨水的粘度小于上述范围，要把墨水61保存到圆珠笔尖中(特别是墨水引入控制通路21中)是困难的，因此，引起墨水下滴。另一方面，如果粘度大于上述范围，墨水61不能在圆珠笔尖1中平滑流动，由此会引起笔迹破坏。
图10表示本发明圆珠笔第四个实施例，它是第一个实施例(图6)的应用例。
这个图表示圆珠笔或圆珠笔替换笔芯，在该圆珠笔中，本发明的圆珠笔尖1固定在用合成树脂(例如聚醛树脂、聚丙烯或类似材料)制成的接合部件8的前端，而接合部件8挤压插入墨水容器6的前端，该容器由合成树脂(例如聚丙烯、聚乙烯或类似材料)注模或压模制成。墨水容器6充入低粘度和中等粘度的油质墨水61，其粘度在20℃时在1000至10000mPa·s范围内，在1500至9000mPa·s范围内更好，容器6还装有滑脂墨水跟随器62，它伴随着墨水的消耗而向前移动。
圆珠笔尖1包括金属管子2，该管子2有一后部(外径：0.65mm，内径：0.42mm)和一前端小直径部22(外径：0.5mm，内径0.32mm)。外径为0.3mm的圆球5可旋转地容纳在圆珠笔尖1的前端。前端小直径部22的纵向长度设定为圆球外径长度的1至3倍。墨水引入控制通路21的形状与管子2的形状相应。除了这个形状以外，墨水引入控制通路21还可以是锥形，其直径向前端方向逐渐减小。墨水引入控制通路21的形状的设定，应该与墨水的粘度(流动性)相适应。这样，可以确保墨水流出被调节成没有过量的墨水，也不破坏笔迹。这里，管子的厚度T是前端小直径部22的厚度。
接合部件8的内孔81具有防止逆流的机构，因此，当圆球笔的顶端翻转向上或者圆珠笔下落到地板上受冲击的时候，能够确保阻止墨水61的逆流。
逆流阻止机构包括阀球811、调节壁812和阀座813。阀球811可以向前和向后移动，并保存在内孔81中；调节壁812可与向前移动的阀球811相接，确保墨水的流量；阀座813可密切接合向后移动的阀球811。阀球811是一金属球，其外径稍小于内孔81的内径。调节壁812有4根肋条，与内孔81的内壁形成整体。阀座813是一环形体，由合成树脂或金属制成，采用压配合方法固定在内孔81中。
图11表示本发明圆珠笔第五个实施例。
图11所示为一种直流液体型含水墨水圆珠笔。该圆珠笔包括接合部件8、墨水保存部件9和笔杆7；接合部件8由合成树脂制成，其前端固定有本发明的圆珠笔尖1，墨水保存部件9，其前端固定有接合部件8，笔杆7，其前部装有墨水保存部件9，并在其后部形成一个墨水箱73，用于保存原状墨水(低粘度含水墨水)。
墨水保存部件9适应墨水箱73内的压力变化，暂时地存贮过剩的墨水。墨水保存部件9包括梳形齿92、缝形墨水槽93、空气交换凹面槽94和中心孔95，中心孔95以合成树脂(例如ABS树脂)整体形成。多个梳形齿在墨水保存部件9的周围形成多个墨水保存槽91。缝形墨水槽93是在梳形齿上，按轴向方向形成的，并且与墨水保存槽91相通。空气交换凹面槽94在梳形齿92上对着缝形墨水槽93形成。
墨水导引芯96用合成树脂经模具冲压制成，插入并固定在中心孔96中。墨水导引芯96包括墨水引入通路，在它自身的外表面或内表面的轴向方向上具有毛细力。墨水导引芯96的前端刺入墨水接续部件86，墨水接续部件86接在接合部件8的后部。墨水接续部件由多孔金属体或纤维体制成。除此以外，墨水接续部件86的前端接有一杆状体87，以便向圆珠笔尖1的管子2中的圆球5供给墨水。在杆状体87和管子2的内周围表面形成有毛细力的间隙。因此，含水墨水平滑地被吸引到圆球5的后面。在杆状体87的外表面周围形成一条具有能吸引墨水的毛细力的细缝，则为更好。
图12表示本发明圆球笔的第六个实施例。
图12表示一支含水墨水圆珠笔。这里，由合成树脂制成的接合部件8的前端具有本发明圆珠笔尖1，且该接合部件8被插入并固定至笔杆7的前端。一个墨水浸渍体74由多孔金属体或纤维制成体制成，其中充满低粘度含水墨水，该墨水浸渍部件74被装纳在笔杆中。墨水浸渍体74置放于笔杆7内壁上的附加肋条76和后帽72之间并被它们夹持固定，后帽与笔杆7的后端开口部相接合。
除此以外，与墨水浸渍体74相连接的墨水接续部件86装在接合部件8的里面。墨水接续部件86由多孔金属体或者纤维制成体制成。由合成树脂制成的杆状体87，装在圆球笔尖1的管子2中。杆状体87连接在墨水接续部件86的前端，向圆球5的后面提供墨水。杆状体87是其外表有墨水引入缝的合成树脂模制体，或者是纤维聚成体，或类似物。为了使笔杆7里面和外面相通，在笔杆的前端开有一个空气孔75。
再有，除了低粘度墨水以及低或中等粘度油质墨水以外，本发明圆珠笔尖可以使用高粘度绘画墨水，或者涂敷材料例如胶、化妆液体、墨水擦除液体或类似物质。
Claims (38)
1、一种圆珠笔尖，包括：
一根金属管子(2)，该金属管子(2)有作为圆珠接纳座的多个向内凸出部(3)和前端边缘部(4)，所述多个向内凸出部(3)是在所述管子(2)的近前端处，间隔均匀地将管子向内挤压并使其变形而形成的，所述前端边缘部(4)是在所述管子的前端将管子向内挤压并使其变形而形成的；
一个圆球(5)，该圆球可旋转地容纳在所述前端边缘部(4)和所述多个向内凸出部(3)之间；
其中，所述管子(2)满足关系式2.5≤A/T≤5.8，这里，A是所述圆球的外径，T是所述管子的厚度；
其特征在于，所述管子进一步满足关系式0.5≤B/T≤2.3，这里B是与所述向内凸出部顶部接触的虚拟内接圆的直径。
2、如权利要求1所述圆珠笔尖，其特征在于：所述管子满足关系式A≤0.55mm和A/T≤4.5。
3、如权利要求2所述圆珠笔尖，其特征在于：所述管子满足关系式B/T≤2.0。
4、如权利要求3所述圆珠笔尖，其特征在于：向内凸出部(3)的数目是三个。
5、如权利要求2所述圆珠笔尖，其特征在于：所述管子(2)满足关系式0.25mm≤A≤0.55mm和2.5≤A/T≤4.5。
6、如权利要求5所述圆珠笔尖，其特征在于：所述管子满足关系式0.5≤B/T≤2.0。
7、如权利要求1所述圆珠笔尖，其特征在于：所述管子(2)满足关系式A≥0.55mm。
8、如权利要求1或7所述圆珠笔尖，其特征在于：所述管子满足关系式B/T≤2.3。
9、如权利要求8所述圆珠笔尖，其特征在于：所述向内凸出部的数目是三个或者更多。
10、如权利要求8所述圆珠笔尖，其特征在于：所述向内凸出部(3)的数目是四个。
11、如权利要求4、9或10所述圆珠笔尖，其特征在于：所述金属管子(2)还有一锥形凹面部(32)，它是在所述向内凸出部(3)外侧形成的，所述锥形凹面部(32)的角度在40至100°范围内。
12、如权利要求11所述圆珠笔尖，其特征在于：所述金属管子还有具有锥形凹面的圆珠接纳座(31)，锥形凹面座(32)是在每个所述向内凸出部(3)的凸部前面形成的，所述锥形凹面座(31)的中心轴与所述管子(2)的中心轴一致。
13、如权利要求12所述圆珠笔尖，其特征在于：所述圆珠笔尖(1)的所述锥形凹面角度是在80°至140°范围内。
14、如权利要求13所述圆珠笔尖，其特征在于：所述圆球接纳座的厚度方向上的凹面深度d等于或小于0.05mm。
15、如权利要求14所述圆珠笔尖，其特征在于：相邻向内凸出部之间的间隙(33)大小是在0.01mm至0.12mm范围内。
16、如权利要求13所述圆珠笔尖，其特征在于：圆球(5)相对所述管子前端(3)的暴露长度为在所述圆球直径的25％至35％的范围内。
17、如权利要求7所述圆珠笔尖，其特征在于：所述管子满足关系式0.56≤A≤1.2mm和4.5≤A/T≤5.8。
18、如权利要求17所述圆珠笔尖，其特征在于：所述管子满足关系式1.0≤B/T≤2.3。
19.一种圆珠笔，包括：
一根金属管子(2)，该管子有作为圆球接纳座的三个向内凸出部(3)和前端边缘部(4)，所述三个向内凸出部(3)是在所述管子的近前端处，间隔均匀地将管子向内变形而形成的，所述前端边缘部(4)是在所述管子的前端使管子向内变形而形成的；
一个圆球(5)，该圆球可旋转地容纳在所述前端边缘部(4)和所述多个向内凸出部(3)之间；
一个墨水容器部件(6)，用于存贮墨水；
一个接合部件(8)，用于接合所述墨水容器部件(6)和所述金属管子(2)；
其特征在于，所述管子满足关系式2.5≤A/T≤5.8和0.5≤B/T≤2.3，这里，A是所述圆球的外径，T是所述管子的厚度，B是与所述向内凸出部顶部相接触的虚拟内接圆的直径。
20、如权利要求19所述圆珠笔，其特征在于：所述管子(2)满足关系式0.25mm≤A≤0.55mm，2.5≤A/T≤4.5和0.5≤B/T≤2.0。
21、一种圆珠笔，包括：
一根金属管子(2)，该管子有作为圆球接纳座的四个向内凸出部(3)和前端边缘部(4)，所述四个向内凸出部(3)是在所述管子的近前端处，间隔均匀地将管子向内变形而形成的，所述前端边缘部(4)是在所述管子的前端使管子向内变形而形成的；
一个圆球(5)，该圆球可旋转地容纳在所述前端边缘部(4)和所述多个向内凸出部(3)之间；
一个墨水容器部件(6)，用于存贮墨水；
一个接合部件(8)，用于接合所述墨水容器部件(6)和所述金属管子(2)；
其特征在于，所述管子(2)满足关系式0.55≤A≤1.2mm，4.5≤A/T≤5.8，和1.0≤B/T≤2.3，这里，A是所述圆球的外径，T是所述管子的厚度，B是与所述向内凸出部顶部相接触的虚拟内接圆的直径。
22、如权利要求19、20或21所述圆珠笔，其特征在于：所述接合部件(8)由合成树脂构成；所述管子(2)的后部与所述接合部件(8)的前端连接；所述接合部件(8)的后部与所述墨水容器部件(6)的前部连接。
23、如权利要求19、20、21所述圆珠笔，其特征在于：在所述墨水容器部件(6)中的墨水的后面，还包括一个墨水跟随器(62)，用于防止墨水逆流，所述墨水跟随器(62)随着所述墨水容器部件(6)中存贮的墨水的消耗向前移动。
24、如权利要求22所述圆珠笔，其特征在于：所述管子(2)在所述向内凸出部(3)的后面有一条墨水引入控制通路(21)，所述接合部件(8)中有一个内孔(81)，用来使所述墨水引入控制通路(21)和所述墨水容器部件(6)相通，所述内孔(81)的直径比所述墨水引入控制通路(21)的直径大。
25、如权利要求24所述圆珠笔，其特征在于：所述墨水引入控制通路(21)顶端部的内径比所述圆球(5)的外径大0.01mm至0.05mm。
26、如权利要求25所述圆珠笔，其特征在于：所述墨水引入控制通路(21)是直通的。
27、如权利要求25所述圆珠笔，其特征在于：所述墨水引入控制通路(21)为圆锥形状，所述通路的内径向前端缩小。
28、如权利要求24所述圆珠笔，其特征在于，还包括一个墨水逆流阻止机构(811，812，813)，它安装在所述内孔(81)中，用于阻止墨水逆流。
29、如权利要求19，20或21所述圆珠笔，还包括：
墨水容纳部件(9)，用于适应所述墨水容器部件(6)内的压力变化暂存溢出的墨水，所述墨水容纳部件(9)处于所述墨水容器部件(6)的前端开口部；
墨水引入部件(86，87)，用于从所述墨水容器部件(6)将墨水引至所述圆球(5)的后面，所述墨水引入部件(86，87)从所述墨水容器部件(6)，经过所述墨水容纳部件(9)延伸到所述管子(2)的内部。
30、如权利要求19、20或21所述圆珠笔，其特征在于，还包括：
墨水浸渍部件(74)，它在墨水容器部件(6)中，以墨水浸透；
墨水引入部件(86，87)，用于从所述墨水容器部件(6)将墨水引至所述圆球(5)的后面，所述墨水引入部件(86，87)从所述墨水容器部件(6)，经过所述接合部件延伸到所述管子(2)的内部。
31、一种圆珠笔，包括：
一个圆珠笔尖(1)，该笔尖包括一根金属管子(2)和一个墨水引入控制通路(21)、和一个圆球(5)；所述金属管子(2)有构成圆球接纳座(31)的多个向内凸出部(3)和前端边缘部(4)，多个向内凸出部(3)是在所述管子(2)的近前端处，使管子(2)向内变形而形成的，前端边缘部(4)是在所述管子的前端，使管子向内变形而形成的，所述墨水引入控制通路(21)，在所述向内凸出部(3)的后面，所述圆球(5)可旋转地容纳在所述前端边缘部(4)和所述多个向内凸出部(3)之间；
一个用于存贮墨水的墨水容器部件(6)，和一个墨水跟随器(62)，该墨水跟随器(62)处于所述墨水容器部件(6)中的墨水的后面，用于阻止其中的墨水逆流；
一个接合部件(8)，用于把所述墨水容器部件(6)内侧与所述圆珠笔尖(1)连接起来，所述接合部件里面有一个内孔(81)；
其特征在于，所述内孔(81)的内径比所述墨水引入控制通路(21)的内径大，所述圆珠笔尖(1)满足关系式B/T≤2.3，这里，T是所述管子的厚度，B是与所述向内凸出部(3)顶端相接触的虚拟内接圆直径。
32、如权利要求31所述圆珠笔，其特征在于：所述圆球(5)的外径是在0.25mm至1.2mm范围内，所述管子前端部的内径比所述圆球(5)的外径大0.01mm至0.05mm。
33、如权利要求32所述圆珠笔，其特征在于：墨水是一种剪切稀化含水墨水，其粘度在20℃的切变速率为384sec-1时，为在10至150mPa·s的范围内。
34、如权利要求32所述圆珠笔，其特征在于：墨水是一种油质墨水，其粘度在20℃时为在1000至10000mPa·s的范围内。
35、如权利要求25所述圆珠笔，其特征在于：所述墨水引入控制通道(21)具有一个后部分和一个前端小直径部分，该前端小直径部分的内径比所述后部分的小。
36、一种圆珠笔尖的制造方法，包含下列步骤：
用一个具有夹角的旋转刀片(103)利用塑性变形切割一根金属管(102)以在所述管子(102)的一个端部形成圆锥形表面(42)；
将一根尖锥形导针(105)插入所述管子(102)的所述圆锥形表面(42)一侧上的开口部分(106)中；
在上述插入步骤之后，利用一个尖头冲压头(107)挤压所述管子(102)的一个侧壁上的三个或四个部分中的至少一个部分，使之变形，以形成作为圆球接纳座(31)的向内凸出部(3)；
将一个圆球(5)置放在位于所述向内凸出部(3)前面的开口部分中，以及
利用一个卷刀夹具(108)使所述管子(102)的前端边缘部向内弯曲。
37、如权利要求36所述制造方法，其特征在于：所述旋转刀片(103)的夹角的度数在105°至135°范围内，所述尖锥形导针(105)的锥形角的度数在80°至140°的范围内，所述冲压头(107)的锥形角的角度范围在40°至100°的范围内。
38、如权利要求37所述制造方法，其特征在于：所述旋转刀片(103)的夹角的度数在105°至135°的范围内，所述尖锥形导针(105)的锥形角的度数在90°至110°的范围内，所述冲压头(107)的锥形角的角度范围在70°至90°的范围内。
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