專利名稱：圓珠筆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有直接存儲在墨水管內(nèi)的低粘度墨水、和位于墨水后端的墨水隨動件的圓珠筆。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，如JP-Y2-2555677(日本登記的實用新型公報號2555677)所述，圓珠筆具有位于墨水管內(nèi)的糊狀回流防止劑，且在回流防止劑前充填有墨水，還具有筆尖，該筆尖固定在墨水管前端，同時轉(zhuǎn)動地保持從筆尖前端凸出的滾珠，且具有用于在圓珠筆不使用時頂推滾珠而使其接觸筆尖向內(nèi)的前端邊緣的彈簧。而且，在墨水管中充填有低粘度水性墨水。
在現(xiàn)有技術(shù)的圓珠筆中，充填有低粘度水性墨水。因此，當(dāng)開始書寫時，充足的墨水流出量特性可以令人滿意。然而，存在著在開始書寫之后的早期書寫階段可能出現(xiàn)刮擦的可能性，因為墨水流出量特性具有在開始書寫之后隨著墨水壓頭(即，施加在筆尖上的墨水的水頭壓力)逐漸減小而減弱的趨勢。
為了消除書寫過程中的刮擦，可以想到預(yù)先在前端邊緣部分的內(nèi)表面和滾珠之間形成較大間隙。然而，在這種情況下，存在著在書寫過程中可能出現(xiàn)污損的可能性，因為在開始書寫之后墨水流出量太大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的研制旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的是提供一種圓珠筆，其中在開始書寫之后直到充填墨水幾乎用盡的書寫過程中不存在刮擦和污損的可能性，即使圓珠筆中充填低粘度墨水。
本發(fā)明人已經(jīng)做了大量的試驗，以解決所述問題。結(jié)果，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在開始書寫之后直到充填的墨水幾乎用盡為止規(guī)定墨水流出量(即消耗的墨水量)時，可以抑制刮擦和污損的出現(xiàn)。本發(fā)明人還已經(jīng)注意到墨水壓頭的遞減量和前端邊緣部分的內(nèi)表面與滾珠之間間隙的遞增量(即，滾珠座的磨損)與墨水流出量密切相關(guān)。結(jié)果，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在開始書寫之后直到墨水幾乎用盡為止的墨水流出量可以保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，以在規(guī)定墨水壓頭的遞減量和前端邊緣部分的內(nèi)表面與滾珠之間間隙的遞增量時，抑制書寫過程中刮擦和污損的出現(xiàn)。
(1)即，根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種圓珠筆1，包括筆尖本體2，該筆尖本體包括前端邊緣部分21和位于前端內(nèi)部的滾珠座22，以及可轉(zhuǎn)動地保持在前端邊緣部分21和滾珠座22內(nèi)的滾珠3；墨水管6，該墨水管形成使得筆尖本體2設(shè)置在墨水管6前端；存儲在墨水管6內(nèi)的墨水7；位于墨水后端且隨著墨水7的消耗而前進的墨水隨動件8；用于向前頂推滾珠3而使?jié)L珠3緊密接觸筆尖本體2的前端邊緣部分內(nèi)表面的彈性部件4，其中在以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量的情況下，從開始書寫直到剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間，每100m書寫距離的墨水流出量選擇為在比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量小20mg的值、和比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量大20mg的值之間的范圍內(nèi)。
根據(jù)第一方面，在開始書寫之后直到充填墨水幾乎用盡之前的墨水流出量可以保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，從而可以抑制書寫過程中刮擦和污損的出現(xiàn)。
如果每100m書寫距離的墨水流出量小于比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量小20mg的值，則存在著在書寫過程中出現(xiàn)刮擦的可能性，因為與開始書寫時相比，墨水流出量明顯減少了。相反，如果每100m書寫距離的墨水流出量大于比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量大20mg的值，則存在著在書寫過程中出現(xiàn)污損的可能性，因為與開始書寫時相比，墨水流出量明顯增加了。
短語“在以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量的情況下，從開始書寫直到剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間”是用于表示充填墨水幾乎用盡時的書寫距離。
在充填墨水幾乎用盡時的書寫距離范圍可以優(yōu)選地設(shè)定為“在以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量的情況下，從開始書寫直到剛好80％的充填墨水量流出之后的測量時間”，以便延長其中墨水流出量可以保持在適當(dāng)范圍內(nèi)的可書寫距離。
(2)優(yōu)選的是，在第二方面，除第一方面之外，在本發(fā)明的圓珠筆中，在以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量的情況下，從開始書寫直到剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間，每100m書寫距離的墨水壓頭遞減量ΔH選擇為在從3mm至12mm的范圍內(nèi)。
根據(jù)第二方面，可以確定地防止在開始書寫之后直到充填墨水幾乎用盡之前的書寫過程中出現(xiàn)刮擦和污損。
如果每100m書寫距離的墨水壓頭的遞減量ΔH小于3mm，則存在著在書寫過程中容易出現(xiàn)刮擦的可能性，因為從筆尖本體2前端流出的墨水流出量太少。相反，如果每100m書寫距離的墨水壓頭遞減量ΔH大于12mm，則存在著在書寫過程中容易出現(xiàn)污損的可能性，因為從筆尖本體2前端流出的墨水流出量太多。
短語“每100m書寫距離的墨水壓頭遞減量ΔH”指的是由于在以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量的情況下，從開始書寫到80％的充填墨水量消耗之前的測量時間的時間范圍內(nèi)的書寫，造成的墨水壓頭的平均下降速度。本文使用的術(shù)語“墨水壓頭”指的是當(dāng)圓珠筆筆尖向下放置時墨水后端離筆尖的高度(mm)。
(3)優(yōu)選的是，在第三方面，除第二方面之外，在根據(jù)本發(fā)明的圓珠筆中，在以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量的情況下，從開始書寫直到剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間，在筆尖本體2前端的滾珠3每100m書寫距離可縱向移動的長度C的增加量ΔC選擇為在0.1μm(0.0001mm)至1.5μm(0.0015mm)的范圍內(nèi)(優(yōu)選的是在從0.1μm至1.0μm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選的是在從0.1μm至0.5μm的范圍內(nèi))。
根據(jù)(3)，在開始書寫之后直到充填墨水幾乎耗盡，可以更加確定地將墨水流出量設(shè)定在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，從而可以防止書寫過程中出現(xiàn)刮擦和污損。
如果筆尖本體2前端的滾珠3每100m書寫距離可縱向移動的長度C的遞增量ΔC小于0.1μm，則墨水流出量不能保持恒定，因為由于書寫造成的滾珠3和所述前端邊緣部分內(nèi)表面之間間隙的遞增量過小，而使墨水流出量隨著由于書寫造成的墨水壓頭的遞減而逐漸減少。
相反，如果筆尖本體2前端的滾珠3每100m書寫距離可縱向移動的長度C的遞增量ΔC大于1.5μm，則墨水流出量不能保持恒定，因為由于書寫造成的滾珠3和所述前端邊緣部分內(nèi)表面之間間隙的增量過大，而使墨水的流出量隨著書寫逐漸增加，而超過由于書寫造成的墨水壓頭減小的作用。
即，在(3)的圓珠筆1中，由于墨水壓頭下降造成墨水流出量逐漸減小的作用和由于滾珠座22的磨損造成墨水流出量逐漸增加的作用是互相平衡的，從而使墨水流出量可以保持大致恒定。
短語“筆尖本體2前端的滾珠3每100m書寫距離可縱向移動的長度C的遞增量ΔC”指的是滾珠3和前端邊緣部分21的內(nèi)表面之間間隙的平均增加速度(即，由于書寫造成的滾珠座22的磨損速度)。
(4)優(yōu)選的是，在第四方面，除了上述方面之外，在根據(jù)本發(fā)明的圓珠筆1中，在20℃下墨水7的粘度選擇為在1mPa·s至50mPa·s的范圍內(nèi)。
根據(jù)(4)，因為墨水7的粘度較低，墨水的跟隨特性得到改善，所以可以平滑書寫，且在書寫過程中沒有刮擦，即使在高速書寫的情況下。
(5)優(yōu)選的是，在第五方面，除了第一至第三方面之一外，在根據(jù)本發(fā)明的圓珠筆1中，通過E型旋轉(zhuǎn)粘度計以100rpm的轉(zhuǎn)速在20℃下測量的墨水7的粘度選擇為在3mPa·s至160mPa·s的范圍內(nèi)，且墨水7的剪切稀化指數(shù)選擇為在0.80至0.99的范圍內(nèi)。
根據(jù)(5)，因為墨水7的粘度較低，墨水跟隨特性得到改善，所以可以平滑書寫，且在書寫過程中沒有刮擦，即使在高速書寫的情況下。
順便提及的是，剪切稀釋指數(shù)n是根據(jù)試驗公式T＝Kjn計算的值(其中K是計算常數(shù))，所述公式是通過利用粘度計進行剪切應(yīng)力(T)和剪切速度(j)的流變測量推出的。順便提及的是，E型旋轉(zhuǎn)粘度計的具體示例包括EM型旋轉(zhuǎn)粘度計、EL型旋轉(zhuǎn)粘度計和EH型旋轉(zhuǎn)粘度計。


圖1是示出本發(fā)明第一實施例的圓珠筆的垂直剖視圖。
圖2是示出圖1所示圓珠筆的筆尖本體前端的放大垂直剖視圖。
圖3是沿圖2的線A-A所作的放大剖視圖。
圖4是示出在圖1所示圓珠筆中使用外徑為0.5mm的滾珠的情況下，書寫距離和墨水流出量之間的關(guān)系圖。
圖5是示出在圖1所示圓珠筆中使用外徑為0.7mm的滾珠的情況下，書寫距離和墨水流出量之間的關(guān)系圖。
圖6是示出本發(fā)明第二實施例的圓珠筆的垂直剖視圖。
圖7是示出圖6所示圓珠筆的筆尖本體前端的放大垂直剖視圖。
圖8是沿圖7的線B-B所作的放大剖視圖。
圖9是示出在圖6所示圓珠筆中使用外徑為0.5mm的滾珠的情況下，書寫距離和墨水流出量之間的關(guān)系圖。
圖10是示出在圖6所示圓珠筆中使用外徑為0.7mm的滾珠的情況下，書寫距離和墨水流出量之間的關(guān)系圖。
應(yīng)當(dāng)指出的是，在附圖中，附圖標(biāo)記1表示圓珠筆，2表示筆尖本體，21表示前端邊緣部分，22表示內(nèi)部凸起(滾珠座)，23表示墨水流動間隙，24表示中心孔，3表示滾珠，4表示彈性部件，41表示桿狀部分，42表示盤繞部分，43表示膨脹部分，5表示保持架，51表示鎖定凸起，6表示墨水管，7表示墨水，8表示墨水隨動件，9表示尾塞。
具體實施例方式
下面參照附圖描述實現(xiàn)本發(fā)明的方式。
圖1至圖5示出了本發(fā)明的第一實施例。
在該實施例中，圓珠筆1包括筆尖本體2，筆尖本體2形成使得滾珠3可轉(zhuǎn)動地保持在筆尖本體2的前端部分；保持架5，保持架5形成使得筆尖本體2的后部被壓入并固定在保持架5的前部；墨水管6，墨水管6形成使得保持架5的后部被壓入并固定在墨水管6的前端開口部分內(nèi)；存儲在墨水管6內(nèi)的墨水；容納在墨水管6內(nèi)的墨水隨動件8；位于筆尖本體2內(nèi)部和保持架5內(nèi)部的彈性部件4(彈簧)；以及被壓入并固定在墨水管6后端開口部分內(nèi)的尾塞9。
墨水管6的形狀類似于具有相對開口端的直立圓柱體，且通過合成樹脂擠壓模塑成形。具有筆尖本體2的保持架5的后部被壓入并固定在墨水管6的前端開口部分內(nèi)。另一方面，具有穿透尾塞9的空氣孔的尾塞9被壓入并固定在墨水管6的后端開口部分內(nèi)。在本發(fā)明中，墨水管6的內(nèi)徑實際上選擇為在4mm至6mm的范圍內(nèi)。在該實施例中，使用內(nèi)徑4.4mm的管作為墨水管6。
墨水管6的內(nèi)部充填墨水7和墨水隨動件8。墨水7是具有在B型旋轉(zhuǎn)粘度計中20℃時粘度為3.5mPa·s的水性墨水，或具有在EL型旋轉(zhuǎn)粘度計中100rpm的轉(zhuǎn)速下20℃時粘度為9mPa·s和0.97的剪切稀化指數(shù)的水性墨水。墨水隨動件8由位于墨水7后端且隨著墨水7的消耗而前進的高粘度流體構(gòu)成?；蛘撸S動件8可以由高粘度流體和存儲在高粘度流體內(nèi)的固體物質(zhì)的組合構(gòu)成，或可以由可在墨水管6內(nèi)壁上滑動的固體物質(zhì)構(gòu)成。從獲得滾珠座22的適當(dāng)磨損的角度出發(fā)，作為墨水7，染料型墨水優(yōu)于顏料型墨水。在該實施例中，使用水性染料型墨水作為墨水7。
筆尖本體2由直立圓柱形金屬(例如，奧氏體不銹鋼，比如SUS304或SUS321)小管構(gòu)成。通過向內(nèi)加壓造成的變形在筆尖本體2前端附近的內(nèi)表面上以規(guī)則的圓周間隔形成四個向內(nèi)的凸起22(即，滾珠座)。通過向內(nèi)加壓造成的變形在筆尖本體2前端部分形成環(huán)形向內(nèi)的前端邊緣部分21。滾珠3保持在前端邊緣部分21的內(nèi)表面和向內(nèi)凸起22的前表面之間的部分(即，滾珠保持部分)中，而使?jié)L珠3可以轉(zhuǎn)動且前后移動。
在本發(fā)明中，滾珠3的外徑最好選擇為在0.5mm至0.7mm的范圍內(nèi)。在該實施例中，使用具有0.5mm的外徑的滾珠和具有0.7mm的外徑的滾珠。具有從0.5mm至0.7mm的外徑的滾珠3可以前后移動的可移動長度C最好選擇為在10μm至20μm的范圍內(nèi)。在具有0.5mm的外徑的滾珠時，從防止書寫過程中的刮擦和污損的角度出發(fā)，每100m的墨水流出量最好選擇為在95mg至135mg的范圍內(nèi)。在具有0.7mm的外徑的滾珠3時，從防止書寫過程中的刮擦和污損的角度出發(fā)，每100m的墨水流出量最好選擇為在135mg至175mg的范圍內(nèi)。
墨水流動間隙23在向內(nèi)凸起22之間形成，而從中心部分沿四個方向徑向向外延伸。彈性部件4的桿狀部分41插入墨水流動間隙23的中心側(cè)。桿狀部分41的前端抵靠在滾珠3的后表面上，向前頂推滾珠3。
保持架5是一種通過合成樹脂注塑獲得的圓柱體。保持架5具有筆尖本體2安裝到其上的漸縮的前部、抵靠墨水管6前端表面的套環(huán)部分、和被壓入墨水管6前端開口部分內(nèi)的后部。在保持架5內(nèi)部，設(shè)置具有朝外側(cè)開口的前端的筆尖安裝孔，和具有與所述筆尖安裝孔連通的前端和朝外側(cè)開口的后端的墨水流動孔。在墨水流動孔的中間部分的內(nèi)表面上整體地形成沿圓周分布定位的多個鎖定凸起51(例如，四個鎖定凸起51)。
彈性部件4由絲徑0.14mm的不銹鋼絲材料制成。彈性部件4具有作為前部的桿狀部分41，和作為與桿狀部分41成一整體的后部的盤繞部分42。在盤繞部分42的后端部分形成膨脹部分43，膨脹部分的外徑43大于膨脹部分43前面的盤繞部分42的外徑。膨脹部分43由互相緊密附著的鋼絲材料部分環(huán)焊形成。膨脹部分43攀在遠離保持架5后部的保持架5內(nèi)表面上的鎖定凸起51上，且被鎖定凸起51鎖定。雖然已經(jīng)在彈性部件4具有桿狀部分41和盤繞部分42的情況下描述了該實施例，但本發(fā)明也可以適用于彈性部件4僅具有桿狀部分41的情況，即彈性部件41不具有盤繞部分42。雖然已經(jīng)在彈性部件4由金屬制成的情況下描述了該實施例，但本發(fā)明也可適用于彈性部件4由其他材料比如合成樹脂、合成橡膠或彈性體制成的情況。
在根據(jù)該實施例的圓珠筆1中，當(dāng)不進行書寫時，受到彈性部件4的桿狀部分41向前加壓的滾珠3緊密接觸前端邊緣部分21的內(nèi)表面，而密封筆尖。因此，即使在圓珠筆1保持筆尖向下的情況下，也可以防止墨水從筆尖泄漏。此外，即使在圓珠筆1保持筆尖向上的情況下，也可以防止空氣通過筆尖進入。
彈性部件4的彈性作用力最好選擇為在15g至45g的范圍內(nèi)(更優(yōu)選的是，在25g至40g的范圍內(nèi))。在該實施例中，彈性部件4的彈性作用力設(shè)為較高的數(shù)值35g。結(jié)果，滾珠3和前端邊緣部分21之間的密封特性提高。此外，向后頂壓滾珠3的作用力(書寫壓力)由于彈性部件4減弱，從而減輕了滾珠3與滾珠座22的接觸力，抑制了滾珠座22的磨損。
墨水流出量的測量墨水流出量是在利用該實施例的圓珠筆1螺旋形書寫的情況下由書寫測試人員以100m的書寫距離間隔測量的(書寫速度4m/min，書寫載荷100g，書寫角度70°)。使用具有0.5mm的外徑的滾珠和具有0.7mm的外徑的滾珠作為兩種類型的滾珠3。在兩種滾珠3的每種情況下，充填墨水量設(shè)為950mg。表1和2以及圖4和5示出了測量結(jié)果。
(1)具有0.5mm的外徑的滾珠(見表1和圖4)
表1

充填墨水量的80％時的書寫距離因為充填墨水量(950mg)的80％為760mg，所以從表1所示的累計墨水流出量可以明顯看出，在開始書寫之后剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間時，書寫距離的范圍為500m至600m。因此，當(dāng)以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量時，從開始書寫之后直到剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間的書寫距離范圍為0m至600m。
因為80％的充填墨水量(950mg)為760mg，所以從表1所示的累計墨水流出量可以明顯看出，在開始書寫之后剛好80％的充填墨水量流出之后的測量時間時，書寫距離的范圍為600m至700m。因此，當(dāng)以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量時，從開始書寫之后直到剛好80％的充填墨水量流出之后的測量時間的書寫距離范圍為0m至700m。
墨水流出量在0m至600m的書寫距離范圍內(nèi)每100m書寫距離的墨水流出量的測量值為117mg至123mg。該值在比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(117mg)小20mg的值(97mg)和比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(117mg)大20mg的值(137mg)之間的范圍內(nèi)(見圖4)。
在0m至700m的書寫距離范圍內(nèi)每100m書寫距離的墨水流出量的測量值為117mg至123mg。該值在比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(117mg)小20mg的值(97mg)和比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(117mg)大20mg的值(137mg)之間的范圍內(nèi)(見圖4)。
墨水壓頭的遞減量ΔH在0m至600m的書寫距離范圍內(nèi)墨水壓頭的減小量為45.6mm，所以每100m的墨水壓頭遞減量ΔH為7.6mm。
在0m至700m的書寫距離范圍內(nèi)墨水壓頭的減小量為53.2mm，所以每100m的墨水壓頭遞減量ΔH為7.6mm。
滾珠的可縱向移動長度C的遞增量ΔC滾珠3的可縱向移動長度C在開始書寫之前為14.5μm，在剛好600m的書寫距離之后為15.6μm。因此，滾珠3的可縱向移動長度C的遞增量ΔC在0m至600m的書寫距離內(nèi)為1.1μm，所以滾珠3每100m的可縱向移動長度C的遞增量ΔC為0.18μm。
滾珠3的可縱向移動長度C在開始書寫之前為14.5μm，在剛好700m的書寫距離之后為15.8μm。因此，滾珠3的可縱向移動長度C的遞增量ΔC在0m至700m的書寫距離內(nèi)為1.3μm，所以滾珠3每100m的可縱向移動長度C的遞增量ΔC為0.19μm。
(2)具有0.7mm的外徑的滾珠(見表2和圖5)表2

充填墨水量的80％時的書寫距離因為充填墨水量(950mg)的80％為760mg，所以從表2所示的累計墨水流出量可以明顯看出，在開始書寫之后剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間時，書寫距離的范圍為300m至400m。因此，當(dāng)以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量時，從開始書寫之后直到剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間時的書寫距離范圍為0m至400m。
因為80％的充填墨水量(950mg)為760mg，所以從表2所示的累計墨水流出量可以明顯看出，在開始書寫之后剛好80％的充填墨水量流出之后的測量時間時，書寫距離的范圍為400m至500m。因此，當(dāng)以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量時，從開始書寫之后直到剛好80％的充填墨水量流出之后的測量時間的書寫距離范圍為0m至500m。
墨水流出量在0m至400m的書寫距離范圍內(nèi)每100m書寫距離的墨水流出量的測量值為157mg至163mg。該值在比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(163mg)小20mg的值(143mg)和比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(163mg)大20mg的值(183mg)之間的范圍內(nèi)(見圖5)。
在0m至500m的書寫距離范圍內(nèi)每100m書寫距離的墨水流出量的測量值為157mg至163mg。該值在比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(163mg)小20mg的值(143mg)和比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(163mg)大20mg的值(183mg)之間的范圍內(nèi)(見圖5)。
墨水壓頭的遞減量ΔH在0m至400m的書寫距離范圍內(nèi)墨水壓頭的減小量ΔH為40.8mm，所以每100m的墨水壓頭遞減量ΔH為10.2mm。
在0m至500m的書寫距離范圍內(nèi)墨水壓頭的減小量ΔH為51.0mm，所以每100m的墨水壓頭遞減量ΔH為10.2mm。
滾珠的可縱向移動長度C遞增量ΔC
滾珠3的可縱向移動的長度C在開始書寫之前為16.9μm，在400m的書寫距離之后為18.1μm。因此，滾珠3的可縱向移動長度C的遞增量ΔC在0m至400m的書寫距離內(nèi)為1.2μm，所以滾珠3每100m的可縱向移動長度C的遞增量ΔC為0.3μm。
滾珠3的可縱向移動的長度C在開始書寫之前為16.9μm，在500m的書寫距離之后為18.4μm。因此，滾珠3的可縱向移動長度C的遞增量ΔC在0m至500m的書寫距離內(nèi)為1.5μm，所以滾珠3每100m的可縱向移動長度C的遞增量ΔC為0.3μm。
圖6至圖10示出了本發(fā)明的第二實施例。
在該實施例中，圓珠筆1包括筆尖本體102，筆尖本體102形成使得滾珠103可轉(zhuǎn)動地保持在筆尖本體102的前端部分；保持架105，保持架105形成使得筆尖本體102的后部被壓入并固定在保持架105的前部；墨水管106，墨水管106形成使得保持架105的后部被壓入并固定在墨水管106的前端開口部分內(nèi)；還包括存儲在墨水管106內(nèi)的墨水107；位于墨水管106內(nèi)的墨水隨動件108；位于筆尖本體102內(nèi)部和保持架105內(nèi)部的彈性部件104(彈簧)；以及被壓入并固定在墨水管106后端開口部分內(nèi)的尾塞109。
墨水管106的形狀類似于具有相對開口端的直立圓柱體，且通過合成樹脂擠壓模塑成形。具有筆尖本體102的保持架105的后部被壓入并固定在墨水管106的前端開口部分內(nèi)。另一方面，具有穿透尾塞109的空氣孔的尾塞109被壓入并固定在墨水管106的后端開口部分內(nèi)。在本發(fā)明中，墨水管106的內(nèi)徑實際上選擇為在4mm至6mm的范圍內(nèi)。在該實施例中，使用內(nèi)徑4.4mm的管作為墨水管106。
墨水管106的內(nèi)部充填墨水107和墨水隨動件108。墨水107是具有在B型旋轉(zhuǎn)粘度計中20℃時粘度為9mPa·s的水性墨水，或具有在EL型旋轉(zhuǎn)粘度計中100rpm的轉(zhuǎn)速下20℃時粘度為5mPa·s和0.97的剪切稀化指數(shù)的水性墨水。墨水隨動件108由位于墨水107后端且隨著墨水107的消耗而前進的高粘度流體構(gòu)成?；蛘?，墨水隨動件108可以由高粘度流體和存儲在高粘度流體內(nèi)的固體物質(zhì)的組合構(gòu)成，或可以由可在墨水管106內(nèi)壁上滑動的固體物質(zhì)構(gòu)成。從獲得滾珠座122的適當(dāng)磨損的角度出發(fā)，作為墨水107，染料型墨水優(yōu)于顏料型墨水。在該實施例中，使用水性染料型墨水作為墨水107。
筆尖本體102具有滾珠保持孔和在前端部分通過切割金屬材料(例如，不銹鋼)形成的滾珠座。中心孔124在滾珠座122上形成，且穿透滾珠座122。在滾珠座122上徑向形成墨水流動間隙123，以便與中心孔124連通。通過向內(nèi)加壓造成的變形在筆尖本體102前端形成環(huán)形向內(nèi)的前端邊緣部分121。滾珠103保持在前端邊緣部分121的內(nèi)表面和滾珠座122的前表面之間的部分(即，滾珠保持部分)中，而使?jié)L珠103可以轉(zhuǎn)動且前后移動。
在本發(fā)明中，滾珠103的外徑最好選擇為在0.5mm至0.7mm的范圍內(nèi)。在該實施例中，使用具有0.5mm的外徑的滾珠和具有0.7mm的外徑的滾珠。具有從0.5mm至0.7mm的外徑的滾珠103可以前后移動的可移動長度C最好選擇為在10μm至30μm的范圍內(nèi)。在具有0.5mm的外徑的滾珠103時，從防止書寫過程中的刮擦和污損的角度出發(fā)，每100m的墨水流出量最好選擇為在95mg至135mg的范圍內(nèi)。在具有0.7mm的外徑的滾珠103時，從防止書寫過程中的刮擦和污損的角度出發(fā)，每100m的墨水流出量最好選擇為在135mg至175mg的范圍內(nèi)。
彈性部件104的桿狀部分141插入中心孔124中。桿狀部分41的前端抵靠在滾珠103的后表面上，向前頂推滾珠103。
保持架105是一種通過合成樹脂注塑獲得的圓柱體。保持架105具有筆尖本體102安裝到其上的漸縮的前部、抵靠墨水管106的前端表面的套環(huán)部分、和被壓入墨水管106前端開口部分中的后部。在保持架105內(nèi)部，設(shè)置具有朝外側(cè)開口的前端的筆尖安裝孔，和具有與所述筆尖安裝孔連通的前端和朝外側(cè)開口的后端的墨水流動孔。在筆尖安裝孔和墨水流動孔之間整體地形成鎖定壁部分152，而彈性部件104的后端抵靠鎖定壁部分152。
彈性部件104由絲徑0.14mm的不銹鋼絲材料制成。彈性部件104具有作為前部的桿狀部分141，和作為與桿狀部分141成一整體的后部的盤繞部分142。在盤繞部分142的后端部分形成膨脹部分143，以使膨脹部分的外徑143大于膨脹部分143前面的盤繞部分142的外徑。膨脹部分143由互相緊密附著的鋼絲材料部分環(huán)焊形成。膨脹部分143由鎖定壁部分152鎖定。雖然已經(jīng)在彈性部件104具有桿狀部分141和盤繞部分142的情況下描述了該實施例，但本發(fā)明也可以適用于彈性部件104僅具有桿狀部分141的情況，即彈性部件141不具有盤繞部分142。雖然已經(jīng)在彈性部件104由金屬制成的情況下描述了該實施例，但本發(fā)明也可適用于彈性部件104由其他材料比如合成樹脂、合成橡膠或彈性體制成的情況。
在根據(jù)該實施例的圓珠筆101中，當(dāng)不進行書寫時，受到彈性部件104的桿狀部分141向前壓的滾珠103緊密接觸前端邊緣部分121的內(nèi)表面，從而密封筆尖。因此，即使在圓珠筆101保持筆尖向下的情況下，也可以防止墨水從筆尖泄漏。此外，即使在圓珠筆101保持筆尖向上的情況下，也可以防止空氣通過筆尖進入。
彈性部件104的彈性作用力最好選擇為在15g至45g的范圍內(nèi)(更優(yōu)選的是，在25g至40g的范圍內(nèi))。在該實施例中，彈性部件104的彈性作用力設(shè)為較高的數(shù)值35g。結(jié)果，滾珠103和前端邊緣部分121之間的密封特性提高。此外，向后壓滾珠103的作用力(書寫壓力)由于彈性部件104減弱，從而減輕了滾珠103與滾珠座122的接觸力，抑制了滾珠座122的磨損。
墨水流出量的測量墨水流出量是在利用該實施例的圓珠筆101螺旋形書寫的情況下由書寫測試人員以100m的書寫距離間隔測量的(書寫速度4m/min，書寫載荷100g，書寫角度70°)。使用具有0.5mm的外徑的滾珠和具有0.7mm的外徑的滾珠作為兩種類型的滾珠103。在兩種滾珠103的每種情況下，充填墨水量設(shè)為950mg。表3和4以及圖9和10示出了測量結(jié)果。
(3)具有0.5mm的外徑的滾珠(見表3和圖9)
表3

80％的充填墨水量時的書寫距離因為80％的充填墨水量(950mg)為760mg，所以從表3所示的累計墨水流出量可以明顯看出，在開始書寫之后剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間時，書寫距離的范圍為500m至600m。因此，當(dāng)以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量時，從開始書寫之后直到剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間的書寫距離范圍為0m至600m。
因為80％的充填墨水量(950mg)為760mg，所以從表3所示的累計墨水流出量可以明顯看出，在開始書寫之后剛好80％的充填墨水量流出之后的測量時間時，書寫距離的范圍為600m至700m。因此，當(dāng)以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量時，從開始書寫之后直到剛好80％的充填墨水量流出之后的測量時間的書寫距離范圍為0m至700m。
墨水流出量在0m至600m的書寫距離范圍內(nèi)每100m書寫距離的墨水流出量的測量值為118mg至132mg。該值在比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(118mg)小20mg的值(98mg)和比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(118mg)大20mg的值(138mg)之間的范圍內(nèi)(見圖9)。
在0m至700m的書寫距離范圍內(nèi)每100m書寫距離的墨水流出量的測量值為118mg至132mg。該值在比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(118mg)小20mg的值(98mg)和比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(118mg)大20mg的值(138mg)之間的范圍內(nèi)(見圖9)。
墨水壓頭的遞減量ΔH在0m至600m的書寫距離范圍內(nèi)墨水壓頭的減小量為47.0mm，所以每100m的墨水壓頭遞減量ΔH為7.8mm。
在0m至700m的書寫距離范圍內(nèi)墨水壓頭的減小量為54.5mm，所以每100m的墨水壓頭遞減量ΔH為7.8mm。
滾珠的可縱向移動長度C的遞增量ΔC滾珠103的可縱向移動長度C在開始書寫之前為20.0μm，在剛好600m的書寫距離之后為23.0μm。因此，滾珠103的可縱向移動長度C的遞增量ΔC在0m至600m的書寫距離內(nèi)為3.0μm，所以滾珠103每100m的可縱向移動長度C的遞增量ΔC為0.5μm。
滾珠103的可縱向移動長度C在開始書寫之前為20.0μm，在剛好700m的書寫距離之后為24.0μm。因此，滾珠103的可縱向移動長度C的遞增量ΔC在0m至700m的書寫距離內(nèi)為4.0μm，所以滾珠103每100m的可縱向移動長度C的遞增量ΔC為0.57μm。
(4)具有0.7mm的外徑的滾珠(見表4和圖10)表4

充填墨水量的80％時的書寫距離因為充填墨水量(950mg)的80％為760mg，所以從表4所示的累計墨水流出量可以明顯看出，在開始書寫之后剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間時，書寫距離的范圍為300m至400m。因此，當(dāng)以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量時，從開始書寫之后直到剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間的書寫距離范圍為0m至400m。
因為80％的充填墨水量(950mg)為760mg，所以從表4所示的累計墨水流出量可以明顯看出，在開始書寫之后剛好80％的充填墨水量流出之后的測量時間時，書寫距離的范圍為400m至500m。因此，當(dāng)以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量時，從開始書寫之后直到剛好80％的充填墨水量流出之后的測量時間的書寫距離范圍為0m至500m。
墨水流出量在0m至400m的書寫距離范圍內(nèi)每100m書寫距離的墨水流出量的測量值為151mg至159mg。該值在比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(159mg)小20mg的值(139mg)和比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(159mg)大20mg的值(179mg)之間的范圍內(nèi)(見圖10)。
在0m至500m的書寫距離范圍內(nèi)每100m書寫距離的墨水流出量的測量值為151mg至159mg。該值在比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(159mg)小20mg的值(139mg)和比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量(159mg)大20mg的值(179mg)之間的范圍內(nèi)(見圖10)。
墨水壓頭的遞減量ΔH在0m至400m的書寫距離范圍內(nèi)墨水壓頭的減小量為38.5mm，所以每100m的墨水壓頭遞減量ΔH為9.6mm。
在0m至500m的書寫距離范圍內(nèi)墨水壓頭的減小量為47.8mm，所以每100m的墨水壓頭遞減量ΔH為9.6mm。
滾珠的可縱向移動長度C的遞增量ΔC
滾珠103的可縱向移動長度C在開始書寫之前為25.0μm，在剛好400m的書寫距離之后為26.0μm。因此，滾珠103的可縱向移動長度C的遞增量ΔC在0m至400m的書寫距離內(nèi)為1.0μm，所以滾珠103每100m的可縱向移動長度C的遞增量ΔC為0.25μm。
滾珠103的可縱向移動長度C在開始書寫之前為25.0μm，在剛好500m的書寫距離之后為26.5μm。因此，滾珠103的可縱向移動長度C的遞增量ΔC在0m至500m的書寫距離內(nèi)為1.5μm，所以滾珠103每100m的可縱向移動長度C的遞增量ΔC為0.3μm。
根據(jù)本發(fā)明，在開始書寫之后直到充填墨水幾乎用盡時的墨水流出量可以保持在適當(dāng)?shù)姆秶瑥亩种茣鴮戇^程中出現(xiàn)刮擦和污損。
而且，可以確定地防止在開始書寫之后直到充填墨水幾乎用盡的書寫過程中出現(xiàn)刮擦和污損。
而且，在開始書寫之后直到充填墨水幾乎用盡，墨水流出量可以更確定地保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，從而可以防止書寫過程中出現(xiàn)刮擦和污損。
而且，墨水跟隨特性得到改善，即使在高速書寫的情況下，也可以在書寫過程中平滑書寫，而沒有刮擦。
權(quán)利要求
1.一種圓珠筆，包括筆尖本體，包括前端邊緣部分、位于前端向內(nèi)設(shè)置的滾珠座、以及可轉(zhuǎn)動地保持在所述前端邊緣部分和所述滾珠座內(nèi)的滾珠；墨水管，該墨水管形成為在其前端設(shè)置所述筆尖本體；存儲在所述墨水管內(nèi)的墨水；位于所述墨水后端且隨著所述墨水的消耗而前進的墨水隨動件；以及用于向前頂推所述滾珠而使所述滾珠與所述筆尖本體的所述前端邊緣部分的內(nèi)表面接觸的彈性部件；其中，在以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量的情況下，從開始書寫直到剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間，每100m書寫距離的墨水流出量在比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量小20mg的值、和比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量大20mg的值之間的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的圓珠筆，其特征在于，在以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量的情況下，從開始書寫直到剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間，每100m書寫距離的墨水壓頭遞減量在從3mm至12mm的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的圓珠筆，其特征在于，在以100m的書寫距離間隔測量墨水流出量的情況下，從開始書寫直到剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間，在筆尖本體前端的滾珠每100m書寫距離可縱向移動的長度的增加量在從0.1μm至1.5μm的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的圓珠筆，其特征在于，所述墨水在20℃下的粘度在1mPa·s至50mPa·s的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的圓珠筆，其特征在于，通過E型旋轉(zhuǎn)粘度計以100rpm的轉(zhuǎn)速在20℃下測量的所述墨水的粘度在3mPa·s至160mPa·s的范圍內(nèi)；以及墨水的剪切稀化指數(shù)在0.80至0.99的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的圓珠筆，其特征在于，所述筆尖本體由直立圓柱形的金屬小管制成；以及通過向內(nèi)加壓造成的變形在筆尖本體前端附近的內(nèi)表面上以規(guī)則的圓周間隔形成多個向內(nèi)的凸起。
7.如權(quán)利要求1所述的圓珠筆，其特征在于，所述筆尖本體具有通過切割金屬材料在前端部分形成的滾珠保持孔和滾珠座。
全文摘要
墨水和墨水隨動件存儲在墨水管內(nèi)。彈性部件向前頂推滾珠。當(dāng)以100m的書寫距離間隔測量墨水的流出量時，從開始書寫直到剛好80％的充填墨水量流出之前的測量時間，每100m書寫距離的墨水流出量選擇為在比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量小20mg的值、和比從0m至100m的書寫距離范圍內(nèi)的墨水流出量大20mg的值之間的范圍內(nèi)。
文檔編號B43K7/01GK1496862SQ200310102519
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月22日
發(fā)明者安藤正史 申請人:百樂墨水株式會社