四零件圆珠笔机构

本发明总地涉及书写工具的机构，特别涉及一种新颖且实用的用来伸出和缩回一书写笔头例如圆珠笔头的四零件机构。

目前，A.T.Cross公司，本发明的受让人，正在制造和销售其非常成功的使用一种11至12零件内部机构的圆珠笔。减少所用零件的数目构造一个具有相同功能的机构，同时又使零件能以自动方式装配，这将是有益的。

从由Ellery Boss发明、为A.T.Cross公司拥有的美国专利2,753,844中可以看到一种采用减少数目的零件的简化圆珠笔机构。根据1954年的申请发布的Boss先生的专利主要采用金属零件而没法采用现代的合成材料。由于在那个年代还没有普遍的机械化，故那一机构的各零件也是构造和成形为便于手工装配。

本发明的一个目的是提供一种用于伸出和缩回书写笔头的简化机构，其采用最少数目的零件并且适于以一种自动的方式进行装配。每个零件的材料也是从这些零件是相对运动的出发针对材料的特性来选择。材料的选择和组合基本上能保证不需要润滑和减少磨损。但需要一种粘性阻尼液体，以产生滑顺的感觉和无噪声的操作。这样就能生产一种使用寿命极长的机构。

本发明的另一目的是提供一种以一种自动化的顺序装配这种机构的各零件的方法，这一顺序充分利用各零件的结构设计和材料的优点。

在本发明的一较佳形式中，本发明提供一种四零件的并有阻尼液体的圆珠笔或其他书写工具机构，它包括一形成固定的基准框架并具有防转连接之一部分的合成材料制成的一体式固定笔管，以及一个具有防转连接之另一部分并且装成相对于固定笔管可轴向运动，但不可转动的合成材料制成的一体式笔芯套。该笔芯套具有一大直径中段部分，其上有外螺旋槽，螺旋槽有分隔开的相对两端。一个金属的一体式驱动件可转动地安装于固定笔管并定位成能绕笔芯套转动。驱动件具有一与笔芯套的螺旋槽啮合的内凸螺旋形部分，以便驱动件的转动能使笔芯套产生不转动的轴向运动。一体式笔芯套还包括接合结构，例如其外端的内螺纹用于接纳并固定圆珠笔或其他书写工具的笔芯，笔芯延伸穿过中空的笔管并穿过围绕且固定于笔管的笔罩套的一端。一机械式压缩弹簧装在合成材料笔管或靠在笔管上的垫圈和一个在驱动件的已有材料上向内再成形的环形脊之间，这一环形脊是在装配过程中向金属的驱动件内侧成形，成形环形脊可以用任何已知的金属加工方法，例如滚压、多点点冲等。在驱动件上成形的螺旋脊在驱动件的大直径部分上且靠近地位于大直径部分上的螺旋部分的一侧，用来止动笔芯套。

制造四零件机构的方法包括在制造工艺过程的各个工位上在金属的驱动件上成形出各个脊和螺旋部分的各顺序步骤。制造工艺过程因零件数少而变得简便了。

表征本发明的新颖性的各种特征在所附权利要求书中特别指出并构成本发明的一部分。为更好地理解本发明、其使用上的优点以及使用其可达到的特殊目的，请参阅下面说明本发明之一实施例的附图和描述。

在各附图中：

图1是一局部剖切的侧视图，示出了一支采用本发明之机构的圆珠笔；

图2是本发明的四零件机构的纵剖视图；

图3是按照本发明的一金属驱动件的部分剖视侧视图，示出的是其按照本发明的方法成形之前的状态；

图4是通过用于驱动笔芯的驱动件的内螺旋部分剖取的驱动件的纵剖视图；

图5是驱动件的侧视图，示出了其内螺旋部分和笔芯套止动件的外部结构；

图6是沿图5中之线6-6剖取的横剖视图；

图7是内螺旋部分的放大剖面图；

图8是沿图5中之线8-8剖取的横剖视图；

图9是驱动件上的用于挡止这一机构的弹簧的环形脊的放大剖视图；

图10是本发明的固定笔管的一部分和驱动件的环形脊的放大剖视图，环形脊将驱动件轴向地定位于固定笔管而又允许其转动；

图11是构成本机构之一个零件的笔芯套的一局部放大剖视图；

图12是笔芯套上的外螺旋槽的放大纵向剖视图；

图13是笔芯套上的外螺旋槽之一端的放大横截面视图；

图14是构成本发明之机构的一个零件的压缩弹簧的侧视图；

图15是用于以自动顺序装配本机构的自动机械化设备的俯视图。

请详细参看各附图，以图1至图14的方式实施的本发明包括一固定笔管12，该笔管构成该机构的固定基准的框架，并且其由构成笔的外表面的前罩套14所包覆，如图1所示。

笔芯16装在固定笔管12内，可以轴向运动但不能转动。笔芯16的顶端18用例如螺纹42固定在笔芯套20上，笔芯套20有一多棱的前端22，其插装在固定笔管12内的多角孔26内，借以能轴向运动而不能转动，如图2所示。笔芯套20的外表面上、靠近其中部、在其大直径部分32上成形有外螺旋槽30。螺旋槽30如图13所示那样绕笔芯套20延伸。

一金属的笔机构驱动件34可转动地套装在固定笔管12上，但却轴向固定于其上，并且具有一与笔芯套20上的螺旋槽30相配的内凸螺旋部分28。金属驱动件上还有一环形脊69，其用于在缩回笔芯时止住笔芯套20。参看图4、5、7和8。驱动件34的转动将使笔芯套20在固定笔管12内作轴向运动，使笔芯16的笔头40伸出和缩回。图1所示的笔是处于笔头伸出状态。

本发明优于已有技术、尤其优于Ellery Boss的美国专利2,753,844的重要特征如下：

本发明采用一个滑性合成材料(例如DELRIN 500，这是杜邦公司的乙缩醛树脂的注册商标)的一体式笔芯套20，其一端成形为六角形光滑表面或其他不可转动的接合要素22，另一端制成螺纹或其他能与笔芯接合的结构要素42，并且其中部大直径部分32上成形有螺旋槽30。一体式笔芯套20是中空的，用来容纳笔芯16。

一体式笔芯套20上，在前部的小直径部分57和其后的中等直径部分59之间以及在小直径部分57和多棱接合部分22之间成形有锥形表面53和52，直径的缩小是为了在笔芯伸出时为弹簧48留有空隙，作成锥面是为了笔芯套20容易模制成以及容易将弹簧套装至其上。

本发明还有一个滑性合成树脂(例如DELRIN 500)的一体式固定笔管12，它的前部锥形端44配合入笔外罩套14的前锥端，其稍后部分的内孔制成六角形或其他形状的结构要素26，以容纳笔芯套20并使其只能作不旋转的轴向运动。该固定笔管也是中空的，并以如图10所示的外环槽46可转动地配合于驱动件34。驱动件34由于是由装配过程中成形的环形脊47保持轴向定位于固定笔管而只能转动不能相对于笔管轴向运动。

一体式的金属制笔机构驱动件34有一形成向内凸的螺旋脊28的螺旋形凹槽部分和一形成向内凸的环形脊69的环形凹槽部分，环形脊69用于在缩回笔芯16时止住笔芯套20。螺旋脊28最好与环形脊69连接起来。在制造过程中，笔芯套20是插入驱动件34并以其上的螺旋槽30旋合于驱动件34的螺旋脊28。驱动件34上再成形出向内凸的环形脊54。弹簧48装入金属制驱动件34内并且是可滑动地支承于驱动件34的这一环形脊54。弹簧48的另一端抵触于固定笔管12的端部50。上述结构用来将固定笔管12插入驱动件34内并在驱动件上成形出使其可转动地接配于固定笔管12的环形脊47，同时允许固定笔管和驱动件相对转动。

以不可转动方式接合于机械弹簧的后端的环形脊54使弹簧的前端不通过或通过一垫圈55抵压在合成材料的固定笔管12的端部50上。这能保持笔的平稳操作。

驱动件34的后端设有多个例如3个如图4、5和6所示的凸棱60，这些凸棱压配于笔帽(未示)的内径，凸棱60和笔帽间的配合足够紧，以使笔帽的转动能带动驱动件34转动。

如图2中的最佳表示，螺旋槽30基本上与图4、5和7中清楚地表示的内凸螺旋脊28的内表面相匹配。驱动件34和合成材料笔芯套20之间的这种相对关系可使书写机构的伸出和缩回平顺且有效而又不需施加很大的力来使驱动件转动。脊28的侧面或侧壁相对于该机构的纵向轴线均成一近似为30°的角，如图7所示的角度A。

如图11所示，笔芯套20也有一内斜阶21因此笔芯套的前部的内径小于其后部的内径。内斜阶21的倾斜角度B约为20°。这使得笔芯套外径改变处的壁厚有一平缓的过渡，这是为模制出无缺陷的笔芯套所要求的。固定于外罩套14的前端的笔管梢头41也紧固于笔管12，例如，可通过螺纹、粘结、螺纹加粘结、相互卡锁或超声波焊接来紧固。

如图14所示，弹簧48的中心簧圈64是故意作成为死圈的并且两端的簧圈66和68均作成紧圈且磨平成垂直于弹簧轴线。中心的死圈可以减少弹簧的乱套现象。两端磨平的紧圈66和68也能减少乱套现象，因为它们互相平行地伸张至与它们接触的表面，即内凸环形脊54和固定笔管的端部50。

同样如图4和5所示，驱动件34的中段大直径部分在35处有倾斜的内外表面，这为笔芯套20的平滑装入提供了空间。当笔芯套插入驱动件时，笔芯套不会卡滞在驱动件内而是擦过驱动件。

参看图15，该机构的装配是通过使用总地以100标示的机械式装配机组来实现，该机组包括围绕回转工作台102的许多工位。在110处的第一工位包括用于驱动件的自动储存送料装置。工位112是用于笔芯套的碗形进料器，各笔芯套是在各驱动件34上成形出第一和第二脊之前，在各驱动件处于如图4和5所示状态时插入驱动件的。驱动件是被从如图3所示的半成品用不是设备100的组成部分的加工机械预成形出如图4和5所示的凸棱60、内凸螺旋脊28和内凸环形脊69。

在工位114，将润滑脂、重油或其他阻尼材料涂于笔芯套的螺旋槽30内。在工位116，将笔芯套旋入驱动件内使螺旋脊28与螺旋槽30相啮合。在工位117，将驱动件成形出环形脊54，以形成弹簧座。在工位118，将弹簧48装入驱动件内并套在笔芯套上。在工位122，将固定笔管12插入驱动件，使防转的多角配合部分26和22相互啮合。在工位124，在驱动件上形成出环形脊47，以便将笔管轴向地固定于驱动件，同时又允许两者之间的相对转动(例如金属在乙缩醛树脂上滑动)。工位120是一道选择性的工序，如果采用垫圈，就在插入笔管之前放入垫圈55。

在工位126进行一下扭矩测试，在工位128给笔打上日期标记，在工位130，检查并剔出废品。然后在工位132可得到从回转工作台102下来的合格的笔。

机组100的所有各部件对该技术领域的熟练人员来说是熟知的。本发明的重要方面是制造步骤的顺序，这些制造步骤是由本发明的简化机构使之成为可能的。

尽管已示出并详细描述了本发明的一个特定实施例，以阐明本发明之原理的应用，但应该理解，本发明还可以以不背离这些原理的其他方式来实施。