專利名稱：四零件圓珠筆機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總地涉及書寫工具的機構，特別涉及一種新穎且實用的用來伸出和縮回一書寫筆頭例如圓珠筆頭的四零件機構。
目前，A.T.Cross公司，本發(fā)明的受讓人，正在制造和銷售其非常成功的使用一種11至12零件內部機構的圓珠筆。減少所用零件的數目構造一個具有相同功能的機構，同時又使零件能以自動方式裝配，這將是有益的。
從由Ellery Boss發(fā)明、為A.T.Cross公司擁有的美國專利2,753,844中可以看到一種采用減少數目的零件的簡化圓珠筆機構。根據1954年的申請發(fā)布的Boss先生的專利主要采用金屬零件而沒法采用現代的合成材料。由于在那個年代還沒有普遍的機械化，故那一機構的各零件也是構造和成形為便于手工裝配。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于伸出和縮回書寫筆頭的簡化機構，其采用最少數目的零件并且適于以一種自動的方式進行裝配。每個零件的材料也是從這些零件是相對運動的出發(fā)針對材料的特性來選擇。材料的選擇和組合基本上能保證不需要潤滑和減少磨損。但需要一種粘性阻尼液體，以產生滑順的感覺和無噪聲的操作。這樣就能生產一種使用壽命極長的機構。
本發(fā)明的另一目的是提供一種以一種自動化的順序裝配這種機構的各零件的方法，這一順序充分利用各零件的結構設計和材料的優(yōu)點。
在本發(fā)明的一較佳形式中，本發(fā)明提供一種四零件的并有阻尼液體的圓珠筆或其他書寫工具機構，它包括一形成固定的基準框架并具有防轉連接之一部分的合成材料制成的一體式固定筆管，以及一個具有防轉連接之另一部分并且裝成相對于固定筆管可軸向運動，但不可轉動的合成材料制成的一體式筆芯套。該筆芯套具有一大直徑中段部分，其上有外螺旋槽，螺旋槽有分隔開的相對兩端。一個金屬的一體式驅動件可轉動地安裝于固定筆管并定位成能繞筆芯套轉動。驅動件具有一與筆芯套的螺旋槽嚙合的內凸螺旋形部分，以便驅動件的轉動能使筆芯套產生不轉動的軸向運動。一體式筆芯套還包括接合結構，例如其外端的內螺紋用于接納并固定圓珠筆或其他書寫工具的筆芯，筆芯延伸穿過中空的筆管并穿過圍繞且固定于筆管的筆罩套的一端。一機械式壓縮彈簧裝在合成材料筆管或靠在筆管上的墊圈和一個在驅動件的已有材料上向內再成形的環(huán)形脊之間，這一環(huán)形脊是在裝配過程中向金屬的驅動件內側成形，成形環(huán)形脊可以用任何已知的金屬加工方法，例如滾壓、多點點沖等。在驅動件上成形的螺旋脊在驅動件的大直徑部分上且靠近地位于大直徑部分上的螺旋部分的一側，用來止動筆芯套。
制造四零件機構的方法包括在制造工藝過程的各個工位上在金屬的驅動件上成形出各個脊和螺旋部分的各順序步驟。制造工藝過程因零件數少而變得簡便了。
表征本發(fā)明的新穎性的各種特征在所附權利要求書中特別指出并構成本發(fā)明的一部分。為更好地理解本發(fā)明、其使用上的優(yōu)點以及使用其可達到的特殊目的，請參閱下面說明本發(fā)明之一實施例的附圖和描述。
在各附圖中

圖1是一局部剖切的側視圖，示出了一支采用本發(fā)明之機構的圓珠筆；圖2是本發(fā)明的四零件機構的縱剖視圖；圖3是按照本發(fā)明的一金屬驅動件的部分剖視側視圖，示出的是其按照本發(fā)明的方法成形之前的狀態(tài)；圖4是通過用于驅動筆芯的驅動件的內螺旋部分剖取的驅動件的縱剖視圖；圖5是驅動件的側視圖，示出了其內螺旋部分和筆芯套止動件的外部結構；圖6是沿圖5中之線6-6剖取的橫剖視圖；圖7是內螺旋部分的放大剖面圖；圖8是沿圖5中之線8-8剖取的橫剖視圖；圖9是驅動件上的用于擋止這一機構的彈簧的環(huán)形脊的放大剖視圖；圖10是本發(fā)明的固定筆管的一部分和驅動件的環(huán)形脊的放大剖視圖，環(huán)形脊將驅動件軸向地定位于固定筆管而又允許其轉動；圖11是構成本機構之一個零件的筆芯套的一局部放大剖視圖；圖12是筆芯套上的外螺旋槽的放大縱向剖視圖；圖13是筆芯套上的外螺旋槽之一端的放大橫截面視圖；圖14是構成本發(fā)明之機構的一個零件的壓縮彈簧的側視圖；圖15是用于以自動順序裝配本機構的自動機械化設備的俯視圖。
請詳細參看各附圖，以圖1至圖14的方式實施的本發(fā)明包括一固定筆管12，該筆管構成該機構的固定基準的框架，并且其由構成筆的外表面的前罩套14所包覆，如圖1所示。
筆芯16裝在固定筆管12內，可以軸向運動但不能轉動。筆芯16的頂端18用例如螺紋42固定在筆芯套20上，筆芯套20有一多棱的前端22，其插裝在固定筆管12內的多角孔26內，借以能軸向運動而不能轉動，如圖2所示。筆芯套20的外表面上、靠近其中部、在其大直徑部分32上成形有外螺旋槽30。螺旋槽30如圖13所示那樣繞筆芯套20延伸。
一金屬的筆機構驅動件34可轉動地套裝在固定筆管12上，但卻軸向固定于其上，并且具有一與筆芯套20上的螺旋槽30相配的內凸螺旋部分28。金屬驅動件上還有一環(huán)形脊69，其用于在縮回筆芯時止住筆芯套20。參看圖4、5、7和8。驅動件34的轉動將使筆芯套20在固定筆管12內作軸向運動，使筆芯16的筆頭40伸出和縮回。圖1所示的筆是處于筆頭伸出狀態(tài)。
本發(fā)明優(yōu)于已有技術、尤其優(yōu)于Ellery Boss的美國專利2,753,844的重要特征如下本發(fā)明采用一個滑性合成材料(例如DELRIN 500，這是杜邦公司的乙縮醛樹脂的注冊商標)的一體式筆芯套20，其一端成形為六角形光滑表面或其他不可轉動的接合要素22，另一端制成螺紋或其他能與筆芯接合的結構要素42，并且其中部大直徑部分32上成形有螺旋槽30。一體式筆芯套20是中空的，用來容納筆芯16。
一體式筆芯套20上，在前部的小直徑部分57和其后的中等直徑部分59之間以及在小直徑部分57和多棱接合部分22之間成形有錐形表面53和52，直徑的縮小是為了在筆芯伸出時為彈簧48留有空隙，作成錐面是為了筆芯套20容易模制成以及容易將彈簧套裝至其上。
本發(fā)明還有一個滑性合成樹脂(例如DELRIN 500)的一體式固定筆管12，它的前部錐形端44配合入筆外罩套14的前錐端，其稍后部分的內孔制成六角形或其他形狀的結構要素26，以容納筆芯套20并使其只能作不旋轉的軸向運動。該固定筆管也是中空的，并以如圖10所示的外環(huán)槽46可轉動地配合于驅動件34。驅動件34由于是由裝配過程中成形的環(huán)形脊47保持軸向定位于固定筆管而只能轉動不能相對于筆管軸向運動。
一體式的金屬制筆機構驅動件34有一形成向內凸的螺旋脊28的螺旋形凹槽部分和一形成向內凸的環(huán)形脊69的環(huán)形凹槽部分，環(huán)形脊69用于在縮回筆芯16時止住筆芯套20。螺旋脊28最好與環(huán)形脊69連接起來。在制造過程中，筆芯套20是插入驅動件34并以其上的螺旋槽30旋合于驅動件34的螺旋脊28。驅動件34上再成形出向內凸的環(huán)形脊54。彈簧48裝入金屬制驅動件34內并且是可滑動地支承于驅動件34的這一環(huán)形脊54。彈簧48的另一端抵觸于固定筆管12的端部50。上述結構用來將固定筆管12插入驅動件34內并在驅動件上成形出使其可轉動地接配于固定筆管12的環(huán)形脊47，同時允許固定筆管和驅動件相對轉動。
以不可轉動方式接合于機械彈簧的后端的環(huán)形脊54使彈簧的前端不通過或通過一墊圈55抵壓在合成材料的固定筆管12的端部50上。這能保持筆的平穩(wěn)操作。
驅動件34的后端設有多個例如3個如圖4、5和6所示的凸棱60，這些凸棱壓配于筆帽(未示)的內徑，凸棱60和筆帽間的配合足夠緊，以使筆帽的轉動能帶動驅動件34轉動。
如圖2中的最佳表示，螺旋槽30基本上與圖4、5和7中清楚地表示的內凸螺旋脊28的內表面相匹配。驅動件34和合成材料筆芯套20之間的這種相對關系可使書寫機構的伸出和縮回平順且有效而又不需施加很大的力來使驅動件轉動。脊28的側面或側壁相對于該機構的縱向軸線均成一近似為30°的角，如圖7所示的角度A。
如圖11所示，筆芯套20也有一內斜階21因此筆芯套的前部的內徑小于其后部的內徑。內斜階21的傾斜角度B約為20°。這使得筆芯套外徑改變處的壁厚有一平緩的過渡，這是為模制出無缺陷的筆芯套所要求的。固定于外罩套14的前端的筆管梢頭41也緊固于筆管12，例如，可通過螺紋、粘結、螺紋加粘結、相互卡鎖或超聲波焊接來緊固。
如圖14所示，彈簧48的中心簧圈64是故意作成為死圈的并且兩端的簧圈66和68均作成緊圈且磨平成垂直于彈簧軸線。中心的死圈可以減少彈簧的亂套現象。兩端磨平的緊圈66和68也能減少亂套現象，因為它們互相平行地伸張至與它們接觸的表面，即內凸環(huán)形脊54和固定筆管的端部50。
同樣如圖4和5所示，驅動件34的中段大直徑部分在35處有傾斜的內外表面，這為筆芯套20的平滑裝入提供了空間。當筆芯套插入驅動件時，筆芯套不會卡滯在驅動件內而是擦過驅動件。
參看圖15，該機構的裝配是通過使用總地以100標示的機械式裝配機組來實現，該機組包括圍繞回轉工作臺102的許多工位。在110處的第一工位包括用于驅動件的自動儲存送料裝置。工位112是用于筆芯套的碗形進料器，各筆芯套是在各驅動件34上成形出第一和第二脊之前，在各驅動件處于如圖4和5所示狀態(tài)時插入驅動件的。驅動件是被從如圖3所示的半成品用不是設備100的組成部分的加工機械預成形出如圖4和5所示的凸棱60、內凸螺旋脊28和內凸環(huán)形脊69。
在工位114，將潤滑脂、重油或其他阻尼材料涂于筆芯套的螺旋槽30內。在工位116，將筆芯套旋入驅動件內使螺旋脊28與螺旋槽30相嚙合。在工位117，將驅動件成形出環(huán)形脊54，以形成彈簧座。在工位118，將彈簧48裝入驅動件內并套在筆芯套上。在工位122，將固定筆管12插入驅動件，使防轉的多角配合部分26和22相互嚙合。在工位124，在驅動件上形成出環(huán)形脊47，以便將筆管軸向地固定于驅動件，同時又允許兩者之間的相對轉動(例如金屬在乙縮醛樹脂上滑動)。工位120是一道選擇性的工序，如果采用墊圈，就在插入筆管之前放入墊圈55。
在工位126進行一下扭矩測試，在工位128給筆打上日期標記，在工位130，檢查并剔出廢品。然后在工位132可得到從回轉工作臺102下來的合格的筆。
機組100的所有各部件對該技術領域的熟練人員來說是熟知的。本發(fā)明的重要方面是制造步驟的順序，這些制造步驟是由本發(fā)明的簡化機構使之成為可能的。
盡管已示出并詳細描述了本發(fā)明的一個特定實施例，以闡明本發(fā)明之原理的應用，但應該理解，本發(fā)明還可以以不背離這些原理的其他方式來實施。
權利要求
1.一種用來伸出和縮回書寫工具之筆芯的書寫筆頭的書寫工具機構，它包括一個滑性合成材料制成的一體式中空固定筆管，其內部形狀適于容納一支筆芯，并且具有一筆芯可活動地穿過其中以伸出和縮回書寫筆頭的第一端，一個滑性合成材料制成的一體式中空筆芯套，其內部形狀適于容納一支筆芯，所述筆芯套包括一其上有一螺旋槽的大直徑部分，所述螺旋槽具有相對的兩端并且是繞大直徑部分延伸；在筆芯套上的筆芯固定裝置，其用于將筆芯固定于筆芯套，以便筆芯能隨筆芯套一起在固定筆管內作軸向運動；筆管和筆芯套之間的連接裝置，其用于筆管和筆芯套之間軸向的不可轉動的接合；一個套配在固定筆管上的管狀驅動件，其用于將該驅動件軸向地固定于所述筆管，同時又允許兩者之間相對轉動，所述驅動件有與筆芯套的大直徑部分上的螺旋槽相嚙合的內凸螺旋部分，以便在驅動件在筆管上轉動時使筆芯套在筆管內作軸向運動；一成形在驅動件上的內凸環(huán)形脊，其用于在縮回筆芯時止住筆芯套的運動；以及一連接在筆管和驅動件之間的偏壓裝置，其用于將筆管軸向地偏壓得離開驅動件。
2.如權利要求1所述的機構，其特征在于，筆芯套包括帶有所述連接裝置之一部分的小直徑部分和鄰接所述大直徑部分并與所述小直徑部分處于筆芯套的同一側的中等直徑部分，所述偏壓裝置包括一以一定間隙套裝在小直徑部分上的彈簧。
3.如權利要求2所述的機構，其特征在于，所述連接裝置包括所述一體式筆芯套的非圓形前部和所述中等直徑部分上的錐形臺階，這種臺階有利于模制無缺陷的筆芯套并便于將套在所述小直徑部分上的彈簧插入驅動件內的操作。
4.如權利要求3所述的機構，其特征在于，所述驅動件由金屬制成并包括一大直徑部分，并且在靠近所述大直徑部分處有一內凸環(huán)形脊。
5.如權利要求3所述的機構，其特征在于，所述驅動件由金屬制成并包括一向內成形的區(qū)域，所述區(qū)域鄰近筆芯套的小直徑部分，并且所述彈簧的一端抵觸在其上。
6.如權利要求5所述的機構，其特征在于，所述向內成形的區(qū)域是一環(huán)形脊，所述筆管包括一環(huán)槽，并且所述驅動件包括配合入所述環(huán)槽的另一環(huán)形脊，用于將所述驅動件可轉動地安裝于所述筆管，同時又將所述驅動件軸向地固定于筆管。
7.如權利要求6所述的機構，其特征在于，還包括一放置在彈簧的一端和筆管之間的墊圈。
8.如權利要求6所述的機構，其特征在于，還包括一位于大直徑部分和中等直徑部分之間的第三錐形臺階，其有利于模制無缺陷的筆芯套。
9.如權利要求6所述的機構，其特征在于，所述筆芯固定裝置包括一在筆芯套后部直徑相對較小部分上的內螺紋，用來與筆芯后端的螺紋相嚙合，以將筆芯固定于筆芯套。
10.如權利要求9所述的機構，其特征在于，所述筆管在其一端有一內螺紋，所述機構包括一固定于所述筆管之這一端的螺紋的一中空書寫工具梢頭，并且一筆芯書寫頭可以穿過該中空梢頭伸出和縮回。
11.如權利要求10所述的機構，其特征在于，還包括一緊套在所述筆管上并藉所述梢頭保持在所述筆管上的筆管罩套。
12.如權利要求1所述的機構，其特征在于，所述螺旋部分繞所述驅動件延伸，所述螺旋槽具有傾斜的側面并繞筆芯套的大直徑部分延伸。
13.如權利要求1所述的機構，其特征在于，所述偏壓裝置包括一裝在驅動件和筆管之間的彈簧，該彈簧的中間部分有至少一個壓緊的死圈以減少亂套現象且便于裝配時自動送給。
14.如權利要求13所述的機構，其特征在于，所述驅動件包括一供所述彈簧的一端座落的環(huán)形脊，彈簧的另一端座落于筆管，彈簧的兩端都有一壓緊的死圈。
15.一種用于裝配能使一筆芯的書寫頭伸出和縮回的書寫工具的方法，包括提供一個具有一內凸螺旋部分和一內凸環(huán)形脊的中空驅動件，所述環(huán)形脊靠近該驅動件的大直徑部分；將一個滑性合成材料制成的、帶有螺旋槽的、且螺旋槽內涂以一種阻尼流體的一體式筆芯套插入并配合于中空驅動件的內部，所述筆芯套有一用來首先進入驅動件的直徑相對較小的后端，還有一個由一臺肩隔開于后端的大直徑部分，臺肩用于縮回筆芯時止動筆芯套，大直徑部分上有用于與驅動件的內凸螺旋部分相嚙合的螺旋槽；在驅動件上成形出一個用于定位彈簧的環(huán)形脊；將彈簧裝入驅動件并套到筆芯套上；將一個滑性合成材料制成的一體式中空固定筆管裝入驅動件并與筆芯套接合，所述筆管有一環(huán)槽；以及在驅動件上再成形出一個脊并成形入筆管的環(huán)槽內，用來將筆管可轉地安裝于并軸向地固定于驅動件。
16.如權利要求15所述的方法，其特征在于，包括提供筆芯套上的與彈簧的內徑之間有空隙的小直徑部分，所述筆芯套具有一與固定筆管的后部內多邊形部分相嚙合的多角形前部，以使筆管和筆芯套之間形成軸向可相對運動但不可相對轉動的接合，以及提供在中等直徑部分和前部多角形部分之間有一第二錐肩的筆芯套，以便于制造出無缺陷的筆芯套以及便于彈簧的裝入。
17.如權利要求16所述的方法，包括在將固定筆管裝入驅動件之前將一墊圈裝入驅動件，作為放在彈簧和筆管之間的墊圈。
18.如權利要求15所述的方法，包括在將筆芯套裝入驅動件之后轉動筆芯套，以使其上的螺旋槽嚙合到驅動件的螺旋脊上。
全文摘要
一種四零件的書寫工具機構包括一個用合成材料制成的一體式固定筆管以及一與之可相互軸向運動的合成材料制成的一體式筆芯套。一具有螺旋脊金屬驅動件與筆芯套上的螺旋槽嚙合，用以使筆芯套軸向運動。驅動件軸向地固定于固定筆管但可在其上轉動。一書寫筆芯，例如一圓珠筆筆芯，固定于筆芯套上，并且筆芯的筆頭可以從固定筆管的一端伸出和縮回。
文檔編號B43K24/00GK1119994SQ9510469
公開日1996年4月10日 申請日期1995年4月25日 優(yōu)先權日1994年7月26日
發(fā)明者蓋伊A·熱爾韋, 米切爾E·西曼斯 申請人:A.T.克勞斯公司