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CN105856902B - 纤芯笔 - Google Patents

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CN105856902B
CN105856902B CN201610334795.9A CN201610334795A CN105856902B CN 105856902 B CN105856902 B CN 105856902B CN 201610334795 A CN201610334795 A CN 201610334795A CN 105856902 B CN105856902 B CN 105856902B
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Abstract

本发明名称：纤芯笔。它克服了钢笔“储墨量小、书写不够流畅、加墨时容易弄脏笔头”的缺点，也克服了中性笔“频繁更换、遗弃笔芯，不利环保”的缺点。本发明中，笔头(101)上端配合在笔管(102)下端的圆孔内；笔管(102)上端完全密闭，导气管(301)上端穿出笔管(102)顶部并与大气连通而下端贯穿过笔管直抵笔头内的纤维束，墨水能连续地从半球形笔尖的出墨口通过纤维质导墨线析出到纸面；通过注射器向笔内加墨，可避免笔头被弄脏。本发明储墨量大，无需频繁加墨，书写流畅，抗摔性强、寿命长、成本低，不用更换笔芯，利于环保。

Description

纤芯笔
技术领域
本发明涉及书写用具——笔。
背景技术
钢笔靠笔管内体积过小的墨囊储墨，靠金属笔尖输出墨水，加墨时笔头须浸入墨水。
中性笔靠金属圆珠导出墨水，靠笔管内体积有限的笔芯储存墨水。
发明内容
目前，钢笔储墨量小、书写不够流畅、加墨时容易弄脏笔头，中性笔须频繁更换、遗弃笔芯，不利环保。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：
本发明的原理：本发明通过使笔头纤维束上端面的压力与大气压基本一致，使得纤维束上端到出墨口的墨水压力分布与毛笔的纤维束相似，使墨水能连续地从半球形笔尖的出墨口通过纤维质导墨线析出到纸面。
本发明通过使笔管上端完全密闭；导气管上端位于笔管顶部并与大气连通，下端贯穿过笔管并直抵笔头内的纤维束；当因墨水析出而使笔管腔上端、导气管下端出口处的液压对大气呈负压时，有空气从导气管下端出口进入笔管而在笔管内形成气泡，气泡再借浮力进入笔管上端，使笔管腔上端的负压不会过大，从而使纤维束上端面的压力与大气压基本一致，笔管内储墨量对纤维束上端压力的影响可以忽略不计。同时，笔头的笔尖为半球形，使得书写很流畅，且通过注射器向笔内加墨，避免笔头被弄脏。
预备说明：
a)实体：(包括实体组中的实体)均为三维实体，都在同一个XYZ三维坐标系(图1(c)的坐标系是该坐标系的XYZ坐标轴示意图，XY坐标平面即为水平面；所有说明书附图共用该坐标系，读这些图时均认可该示意图隐含于每幅图中)中。Z坐标轴为实体高度的参照坐标轴(Z坐标轴正向对应高或上、负向对应低或下，例如，设AB为长方体上一条平行于Z轴的棱，则长方体的高度＝AB)。
b)实体组：包含多个实体的一个实体集，实体组只能作为一个整体运动，且运动时实体组内各实体之间的相对位置保持不变。
c)X坐标轴的正向为右、负向为左；Y坐标轴的正向为前、负向为后。相应地，“右移”，等价于“沿X坐标轴的正向移动”；“左移”、“后移”、“前移”的含义依此类推。
d)每幅图中包含多个子图，子图编号为(a)、(b)、(c)·····；每个子图内缩放比例统一；不同子图的缩放比例可不同。
e)实体(实体组)的端面：设面F是实体上的一个平面，实体中不在面F上的点都处于面F一侧(即该实体的任意一点都不处于面F的另一侧)，这称面F是该实体的一个端面。根据端面相对于实体重心的位置，端面可分为上、下、左、右、前、后端面(上、下、左、右、前、后的定义见前文)。依此类推，可得到实体组端面的定义。
f)说明书附图中的粗黑箭头表示实体形成过程或装置装配流程的前后环节。
1本发明是一种纯机械书写工具，其零件包括笔头、笔管(102)、尾塞(201)、卡环(202)、注墨塞(203)、笔帽(204)、纤芯卡(205)、导气管(301)、导墨线(302)、纤维束；其中，笔头有三种样式：原型笔头(101)、扁芯笔头、毛笔型笔头等零件构成。
1.1原型笔头(101)：
1.1.1实体1(101-6)：图1(a)中，令圆柱1(101-4)下端面的直径与长方体1(101-5)下端面左侧的边等长并重合，且圆柱1(101-4)高于长方体1(101-5)，则圆柱1(101-4)、长方体1(101-5)作并集运算即为实体1(101-6)：实体1(101-6)＝圆柱1(101-4)∪长方体1(101-5)。
1.1.2实体2(101-2)：图1(a)中，在整体呈条状并右倾的平面多边形ABCDEFGH中，AH水平，点C、B、F、G共线，AH//BC，CD//FE；把多边形ABCDEFGH的DE变为90°圆弧DE，CD是圆弧DE的法线，EF是圆弧DE的切线，则形成平面曲线(101-1)；令线段JK与平面曲线(101-1)共面，JK位于CD左侧且JK//CD，以JK为轴旋转平面曲线(101-1)360°而形成实体2(101-2)。实体2(101-2)中，由线段CD对应形成的圆通孔1称为出墨孔，由平面曲线CDEF对应形成的部分称为笔尖。
1.1.3实体3(101-3)：图1(a)中，令平面1平行于JK且位于笔尖右侧，将平面1、实体2(101-2)的上端面、实体2(101-2)的锥形内壁面所围成的闭合空间填充为实物，则形成实体3(101-3)。
1.1.4实体4(101-7)：图1(a)中，令实体1(101-6)的上端面介于实体3(101-3)上端面的线段PQ、实体3(101-3)上端面的外圆之间，且实体1(101-6)上端面的圆心位于线段PQ的中垂线上，实体1(101-6)的下端穿出实体3(101-3)的外壁面，则实体3(101-3)、实体1(101-6)作差集运算即为实体4(101-7)：实体4(101-7)＝实体3(101-3)-实体1(101-6)。由实体1(101-6)在实体4(101-7)中对应形成的圆通孔2(101-9)称为注墨孔，注射器的针头可松配合地穿过注墨孔；由实体1(101-6)在实体4(101-7)的外壁对应形成的槽(101-10)称为注墨槽。
1.1.5原型笔头(101)：图1(a)中，令圆通管1(101-8)下端面居中在实体4(101-7)上端面，且实体4(101-7)上端面的内侧圆弧与圆通管1(101-8)下端面的内圆共圆，圆通管1(101-8)、实体4(101-7)作并集运算即为原型笔头(101)：原型笔头(101)＝圆通管1(101-8)∪实体4(101-7)。
1.2笔管(102)：图1(b)中，令圆片(102-1)中央有圆通孔3(102-3)，圆片(102-1)上端面的外圆与圆通管2(102-2)上端面的内圆重合，再下移圆片(102-1)而在圆通管2(102-2)上端形成一个浅凹，圆片(102-1)、圆通管2(102-2)作并集运算即为笔管(102)：笔管(102)＝圆片(102-1)∪圆通管2(102-2)。笔管(102)的外半径与实体4(101-7)上端面的外半径相同。
1.3尾塞(201)：图2(a)中，长方板(201-1)含有圆通孔4(201-2)、圆通孔5(201-3)；令圆通管3(201-4)的上端面居中于长方板(201-1)的下端面，且圆通孔4(201-2)、圆通孔5(201-3)处于圆通管3(201-4)上端面的内圆中，圆通管3(201-4)可紧配合在笔管(102)上端的圆孔内，长方板(201-1)、圆通管3(201-4)作并集运算即为尾塞(201)：尾塞(201)＝长方板(201-1)∪圆通管3(201-4)。
1.4卡环(202)：图2(b)中，长方体1(202-1)与长方体2(202-2)相同，长方体1(202-1)、长方体2(202-2)与正方环(202-3)等高。令长方体1(202-1)、长方体2(202-2)、正方环(202-3)三者的上端面共面，且长方体1(202-1)、长方体2(202-2)左右对称、前后对称地分别贴于正方环(202-3)的外壁面，则长方体1(202-1)、长方体2(202-2)与正方环(202-3)作并集运算即为卡环(202)：卡环(202)＝长方体1(202-1)∪长方体2(202-2)∪正方环(202-3)。
1.5注墨塞(203)：微量放大图1(b)中的实体1(101-6)并水平地切去其下端的一段而形成一个上小下大、可紧配合在注墨孔的橡胶材质实体，即形成图2(c)中的注墨塞(203)。
1.6笔帽(204)：图2(d)中，笔帽(204)是一个橡胶半盲圆管，原型笔头(101)的笔尖可紧配合在笔帽(204)的圆孔(204-1)内。
1.7纤芯卡(205)：图2(e)中，半盲圆管1(205-1)高于圆环3(205-3)；令开口朝下的半盲圆管1(205-1)的下端面居中在圆环3(205-3)的下端面，且半盲圆管1(205-1)下端面的外圆与圆环3(205-3)下端面的内圆共圆，长方体(205-2)水平地贯穿半盲圆管1(205-1)且长方体(205-2)的上端面与半盲圆管1(205-1)上底的下端面相贴，长方体(205-2)的下端面高于圆环3(205-3)的上端面，则半盲圆管1(205-1)、圆环3(205-3)、长方体(205-2)作集合运算即形成上小下大、含有两个方形通孔的纤芯卡(205)：纤芯卡(205)＝半盲圆管1(205-1)∪圆环3(205-3)-长方体(205-2)。
1.8扁芯笔头：令原型笔头(101)中的出墨孔剖切面为椭圆形，则形成扁芯笔头。
1.9毛笔型笔头：令原型笔头(101)中的出墨孔足够大，能让纤芯卡(205)的上端紧配合在原型笔头(101)中的出墨孔中，则形成毛笔型笔头。
1.10导气管(301)：图3中，导气管(301)是一根细长的圆通管，空气经导气管(301)进入笔管。
1.11导墨线(302)：图3中，导墨线(302)是一根上端带结的纤维软线。
2装配说明：
2.1线型纤芯笔(304)装配过程：图3中，令导墨线(302)的下端松配合地向下穿过原型笔头(101)的出墨孔与原型笔头(101)的出墨孔下端平齐，锥形海绵(303)配合在原型笔头(101)的锥形腔内，导气管(301)的开口端紧配合在笔管(102)上端的圆通孔3(102-3)内，导气管(301)的盲端朝下贯穿过笔管(102)，让卡环(202)在其带凸块的两个条竖直起来后紧配合地向下插入原型笔头(101)的圆孔内，原型笔头(101)的上端紧配合在笔管(102)下端的圆孔内，注墨塞(203)紧配合在原型笔头(101)的注墨孔，尾塞(201)的下端紧配合在笔管(102)上端的圆孔内，则形成线型纤芯笔(304)。锥形海绵(303)有储墨作用，使纤芯笔(304)水平放置时其出墨口仍能保持湿润；尾塞(201)可阻止线型纤芯笔(304)在水平面上滚动。
2.2扁型纤芯笔：将线型纤芯笔中的原型笔头置换为扁芯笔头，且让一束纤维紧配合在扁芯笔头的出墨孔中，则形成扁型纤芯笔。
2.3毛笔型纤芯笔：将线型纤芯笔中的原型笔头置换为毛笔型笔头，且让一束竖直纤维的上端进入并紧配合在毛笔型笔头的纤芯卡(205)中，则形成毛笔型纤芯笔。
3使用方法：除加墨方式外，本发明的使用方法与其他硬笔相同。
3.1线型纤芯笔(304)的使用方法：让线型纤芯笔(304)的注墨孔开口竖直朝上，手拿充有墨水的注射器，把其针头朝下松配合地插入纤芯笔(304)的注墨孔，将注射器中的墨水推入纤芯笔(304)的笔管。在不用线型纤芯笔(304)时，将笔帽(204)戴在线型纤芯笔(304)的笔尖，以减少墨水的挥发。
3.2扁型纤芯笔、毛笔型纤芯笔的注墨方法与线型纤芯笔(304)同。
本发明的有益效果：本发明所述的硬笔，储墨量大，可达普通钢笔的10倍，通过注射器加墨，回避了钢笔“频繁加墨且加墨时极易弄脏笔头”的缺陷；其书写的流畅度远好于普通钢笔，与圆珠笔近似；兼有毛笔“笔划粗细灵活可变”的优点，可显著提高人们手写字的美观度。本发明笔尖为半球状，其常用半径为1mm，加之内含的纤维芯是软质柔性的，具有其他硬笔不可比拟的抗摔性；若采用金属材质的笔头，其抗摔性更佳，寿命更长。本发明涉及的机械零件十分简单，生产成本低。用户使用本发明书写，加墨次数很少，通过注射器向笔内加墨而避免笔头被弄脏，书写耗材成本极低，又能流畅而灵活地书写。本发明储墨量大，无需频繁加墨，书写流畅，抗摔性强、寿命长，不用更换笔芯，利于环保。本发明生产成本低，可迅速大规模普及。
附图说明
图1(a)是原型笔头(101)的三维立体图；图1(b)是笔管(102)的三维立体图；图1(c)是坐标系的坐标轴示意图。
图2(a)是尾塞(201)的三维立体图；图2(b)是卡环(202)的三维立体图；图2(c)是注墨塞(203)的三维立体图；图2(d)是笔帽(204)的三维立体图；图2(e)是纤芯卡(205)的三维立体图。
图3是线型纤芯笔(304)的整体装配图。图3中，卡环(202)开口朝向为水平方向。
附图中，元素的编号为a2a1a0(a2、a1、a0为十进制数字)，a2为该元素所在的图号。若零件的编号为a2a1a0，则a2a1a0代表一个零件。若零件的编号为a2a1a0-b(b为一个十进制数)，则a2a1a0代表一个零件，b代表零件的一个部位，或与零件某个部位对应的一个实体。
具体实施方式
这是线型纤芯笔(304)的一种具体实施方式：笔管(102)半径为5mm，笔管(102)长度为120mm，原型笔头(101)总长度为20mm，原型笔头(101)出墨孔的半径为0.1mm，原型笔头(101)笔尖的长度、半径分别为4mm、1mm，原型笔头(101)笔尖下端与标准的半圆球十分接近，注墨孔的直径为1mm；其他参数可根据这些参数和生活常识而确定。

Claims (1)

1.纤芯笔，能使水性墨从与纸面接触并作相对运动的出墨孔连续地析出到纸面，其特征在于，其零件包括笔头、笔管(102)、尾塞(201)、卡环(202)、注墨塞(203)、笔帽(204)、纤芯卡(205)、导气管(301)、导墨线(302)、纤维束；其中笔头有三种样式：原型笔头(101)、扁芯笔头、毛笔型笔头；
令圆柱1(101-4)下端面的直径与长方体1(101-5)左侧的边等长并与该边的下端面重合，且圆柱1(101-4)高于长方体1(101-5)，则圆柱1(101-4)、长方体1(101-5)作并集运算即为实体1(101-6)：实体1(101-6)＝圆柱1(101-4)∪长方体1(101-5)；
在整体呈条状并右倾的平面多边形ABCDEFGH中，AH水平，点C、B、F、G共线，AH∥BC，CD∥FE；把DE变为90°圆弧DE，CD是圆弧DE的法线，EF是圆弧DE的切线，则形成平面曲线(101-1)；令线段JK与平面曲线(101-1)共面，JK位于CD左侧且JK∥CD，以JK为轴旋转平面曲线(101-1)360°而形成实体2(101-2)；实体2(101-2)中，由线段CD对应形成的圆通孔1称为出墨孔，由平面曲线CDEF对应形成的部分称为笔尖；
令平面1平行于JK且位于笔尖右侧，将平面1、实体2(101-2)的上端面、实体2(101-2)的锥形内壁面所围成的闭合空间填充为实物，则形成实体3(101-3)；
令实体1(101-6)的上端面介于实体3(101-3)上端面的线段PQ、实体3(101-3)上端面的外圆之间，且实体1(101-6)上端面的圆心位于线段PQ的中垂线上，实体1(101-6)的下端穿出实体3(101-3)的外壁面，则实体3(101-3)、实体1(101-6)作差集运算即为实体4(101-7)：实体4(101-7)＝实体3(101-3)-实体1(101-6)；由实体1(101-6)在实体4(101-7)中对应形成的圆通孔2(101-9)称为注墨孔，由实体1(101-6)在实体4(101-7)的外壁对应形成的槽(101-10)称为注墨槽；
令圆通管1(101-8)下端面居中在实体4(101-7)上端面，且实体4(101-7)上端面的内侧圆弧与圆通管1(101-8)下端面的内圆共圆，圆通管1(101-8)、实体4(101-7)作并集运算即为原型笔头(101)：原型笔头(101)＝圆通管1(101-8)∪实体4(101-7)；
令原型笔头(101)中的出墨孔剖切面为椭圆形，则形成扁芯笔头；
令圆片(102-1)中央有圆通孔3(102-3)，圆片(102-1)上端面的外圆与圆通管2(102-2)上端面的内圆重合，再下移圆片(102-1)而在圆通管2(102-2)上端形成一个浅凹，圆片(102-1)、圆通管2(102-2)作并集运算即为笔管(102)：笔管(102)＝圆片(102-1)∪圆通管2(102-2)；
长方板(201-1)含有圆通孔4(201-2)、圆通孔5(201-3)；令圆通管3(201-4)的上端面居中于长方板(201-1)的下端面，且圆通孔4(201-2)、圆通孔5(201-3)处于圆通管3(201-4)上端面的内圆中，长方板(201-1)、圆通管3(201-4)作并集运算即为尾塞(201)：尾塞(201)＝长方板(201-1)∪圆通管3(201-4)；
长方体1(202-1)与长方体2(202-2)相同，长方体1(202-1)、长方体2(202-2)与正方环(202-3)等高；令长方体1(202-1)、长方体2(202-2)、正方环(202-3)三者的上端面共面，且长方体1(202-1)、长方体2(202-2)左右对称、前后对称地分别贴于正方环(202-3)的外壁面，则长方体1(202-1)、长方体2(202-2)与正方环(202-3)作并集运算即为卡环(202)：卡环(202)＝长方体1(202-1)∪长方体2(202-2)∪正方环(202-3)；
微量放大的实体1(101-6)并水平地切去其下端的一段而形成一个上小下大、可紧配合在注墨孔的橡胶材质实体，即形成注墨塞(203)；
笔帽(204)是一个橡胶半盲圆管，原型笔头(101)的笔尖可紧配合在笔帽(204)的圆孔(204-1)内；
令开口朝下的半盲圆管1(205-1)的下端面居中在圆环3(205-3)的下端面，且半盲圆管1(205-1)下端面的外圆与圆环3(205-3)下端面的内圆共圆，长方体(205-2)水平地贯穿半盲圆管1(205-1)且长方体(205-2)的上端面与半盲圆管1(205-1)上底的下端面相贴，则半盲圆管1(205-1)、圆环3(205-3)、长方体(205-2)作集合运算即形成纤芯卡(205)：纤芯卡(205)＝半盲圆管1(205-1)∪圆环3(205-3)-长方体(205-2)；
令纤芯卡(205)的上端紧配合在原型笔头(101)中的出墨孔中，则形成毛笔型笔头；
导气管(301)是一根细长的圆通管；导墨线(302)是一根上端带结的纤维软线；
令导墨线(302)的下端松配合地向下穿过原型笔头(101)的出墨孔与原型笔头(101)的出墨孔下端平齐，锥形海绵(303)配合在原型笔头(101)的锥形腔内，导气管(301)的开口端紧配合在笔管(102)上端的圆通孔3(102-3)内，导气管(301)的盲端朝下贯穿过笔管(102)，让卡环(202)在其带凸块的两个条竖直起来后紧配合地向下插入原型笔头(101)的圆孔内，原型笔头(101)的上端紧配合在笔管(102)下端的圆孔内，注墨塞(203)紧配合在原型笔头(101)的注墨孔，尾塞(201)的下端紧配合在笔管(102)上端的圆孔内，则形成线型纤芯笔(304)；
将线型纤芯笔中的原型笔头置换为扁芯笔头，且让一束纤维紧配合在扁芯笔头的出墨孔中，则形成扁型纤芯笔；
将线型纤芯笔中的原型笔头置换为毛笔型笔头，且让一束竖直纤维的上端进入并紧配合在毛笔型笔头的纤芯卡(205)中，则形成毛笔型纤芯笔。
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