高速繪圖筆的製作方法

2023-05-01 06:46:41

專利名稱：高速繪圖筆的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及用於機械描圖、模板繪圖、計算機終端高速繪圖的多功能繪圖筆。
目前國內外生產的繪圖筆存在結構複雜，工藝複雜，零件多，墨水容量少，間隙配合不理想，筆尖結構性能差，書寫不流利，記錄速度低，使用壽命短，價格貴等缺點。因此需要有一種結構簡巧的新型繪圖筆。
本實用新型的目的是提供一種高速繪圖筆，它可適用於機械描圖、模板繪圖、計算機終端高速繪圖，調換筆頭後又可充當鋼筆、籤字筆、纖維筆等功能的繪圖筆。
本實用新型的目的是通過如下方式實現的一種繪圖筆，包括筆桿、筆夾、帶節流孔的筆芯、墨水容器、金屬頭、同心設置於金屬頭中的通針和不鏽鋼管，其中，所述金屬管構成有階梯狀空腔，所述通針在與墨水容器相鄰處設計成半凹圓狀；所述通針頭製成圓頭狀，通針與金屬管之間環狀縫隙大小為50－200μm；所述鋼管頭部製成球狀且有一碳化鎢或碳化硼或碳化鈦鍍層。
如此獲得的繪圖筆解決了墨水容量小之缺點，墨水的容量大，墨水容量1至1.5毫升；用金屬頭子解決塑料變形及提高耐用度；筆管與通針是理想的間隙配合，使墨水流暢性能好；筆管與通針為球狀結構，提高記錄時的流暢性及不易堵塞筆頭；墨水的通路及導向性能好，不會斷墨水現象；墨水的動－靜壓平衡技術，提高記錄速度也不會斷墨水；多功能多用途筆，應用廣泛、價格便宜，可採用特製的墨水，露筆不幹筆頭。因此是目前較理想的多功能筆。
以下結合實施例對本實用新型作更詳細的描述。附圖中


圖1為墨水容器剖視圖；圖2為筆頭金屬部分結構圖；圖3為筆頭頭部放大結構圖；圖4為間隙與流量關係曲線圖；圖5為鋼管4的端部結構放大圖；圖6為通針及通針頭放大圖；圖7為筆芯結構圖；圖8為真空壓力與孔徑關係圖；圖9為墨水經過縫隙的漏損量計算示意圖；
圖10為理論計算示意圖。
一般筆的墨水容量多數小於1毫升，這時的墨水容量不適宜計算機高速繪圖，因為畫一張圖需要1毫升以上的墨水用量，本實用新型實施例的墨水容量為0.252×3.14×6.5＝1.28cm3，即為1.28毫升，加上前面結構部分，總的墨水容量大於1.3毫升。當書寫筆用時，裝一次墨水，用的時間很長，節約換墨水時間，特別在儀器記錄時，節省換墨水時間更為重要。如
圖1所示，墨水容器1，為了增加換墨水次數而不洩漏墨水，進墨水口11具有一定的錐度，提高密封性能的作用。
筆頭金屬部分結構圖見圖2，它主要由三部分組成通針2；金屬頭3；鋼管4。金屬頭3有階梯狀空腔31、32供墨水容納其中，且通針2和不鏽鋼管4同心設置其中。通針2在與墨水容器的相鄰端設計成半凹圓狀以利墨水的進一步流過，其另一端製成半球頭狀以與紙面光滑接觸。通針2的作用為防止紙屑等物質進入鋼管堵塞筆尖，墨水流不出來；對墨水作為導向作用；調節墨水流出量的多少。金屬頭外表美觀、耐磨損、耐腐蝕性好，即與墨水不起化學變化作用；鋼管4是筆尖記錄部分，要求耐磨、不生鏽、強度高、韌性好、內孔光潔度高。筆頭金屬部分結構，是筆的心臟部分，它決定墨水的流暢性、耐磨性、墨水流量多少、使用壽命的長短、記錄速度的高低。它使用的墨水最好為真溶液的墨水，這樣不堵塞，具有不要經常清洗筆頭等優點。這樣的結構系統變形幾乎可忽略不計，即在一般溫度記錄時，線條尺寸是均勻一致的清淅線條。
筆尖頭部放大結構見圖3，它由鋼管4、墨水41、通針2三部分組成。通針頭部球頂22與鋼管埠41齊平，即在一條直線上，其作用為不會劃破高速運動的表面、紙屑及其汙物不易進入鋼管內孔、墨水暢通無阻，高速繪圖不會斷墨水現象。筆尖強度和剛度與鋼管直徑大小和長短及記錄壓力有關。一般鋼管直徑越小，鋼管長度越短來滿足筆尖的強度和剛度，剛性不好會影響繪圖線條精度。筆記錄壓力越大剛性較差，一般筆的壓力小於25g為宜。墨水的流暢性還決定於圖4所示的配合間隙與流量(墨水流量)的關係曲線。流量Q座標為mg(毫克)，間隙配合座標為△，單位為μm(即微米)，從配合間隙與流量關係曲線表明，配合間隙越大，墨水流出量越大；配合間隙越小，墨水的流出量也就越小。這裡必須指出，配合間隙不能太小，否則墨水無法流出來；配合間隙也不能太大，否則墨水在自重等因素作用下，墨水會掉下來。一般常用間隙為50至200μm為宜，不過通針與鋼管孔徑大小有其密切關係，運動速度和重力加速度的大小也有關係。所以，配合間隙h是決定墨水流暢性好壞的一個主要參數之一。
鋼管4端部，(即筆尖部分)結構如圖5所示。對鋼管要求主要為端部41成球狀、韌性好、耐磨損、埠與孔徑光滑度高在0.8以上、耐腐蝕性好等特性。提高耐磨損性，可在鋼管表面層鍍上一層3－10μm厚的鍍層，材料一般為碳化鎢、碳化硼、碳化鈦等。鋼管孔內高光潔度採用0.5μm的研磨膏獲得。為此，高速繪圖速度高與鋼管材料、工藝、結構是很重要的，是筆尖記錄時的關鍵部件。
通針及通針頭部放大圖6所示。通針2要求耐腐蝕性能好，鋼絲彈性好、韌性高，振動時不易斷裂。頭部放大後為半園狀最為理想。它的主要功能是導墨水性和防止紙屑進入鋼管內孔堵塞墨水流出，同時能控制墨水的流量大小。通針頭部為球狀時，高速記錄時不易把紙屑刮下來堵塞筆頭，使墨水流暢性差。
墨水的導向性按圖2結構，這樣的結構系統是最理想的墨水導向系統。不過還要與圖7所示的筆芯5結構相結合起來。即墨水流出時，墨水內腔形成真空－負壓力，此時靠圖7結構中的小孔(節流孔)51來補充其大氣壓力，同時，在筆芯外緣表面還設有縱向節流槽52，否則在高速記錄時會出現斷墨水現象。
縫隙的漏損流量計算(經向縫隙間漏損流量)鋼管4的固定的工作筒，通針2為一固定的柱塞，它們之間形成一同心的徑向縫隙△，見圖9所示。且△＜α，工作介質為記錄墨水，記錄時由工作筒上面靠墨水重力、筆尖運動衝力(或叫慣性力)、墨水容器內的墨水靜壓力經徑向縫隙流到大氣中去(即把墨水劃在圖紙等物上)。現在設筒內壓力的p1，墨水流出口壓力為p2，見圖9所示。並設墨水在平行板間的穩定層流運動，而且質量力只有重力。並令x軸平行於平板而且會其與流速u方向一致，令y及Z軸在有效斷面上，原點取在二板的中間線上，如
圖10所示(△P≠0，二板均不動，p1＞p2)。
根據流動特點和條件來簡化那維一斯託克斯方程式。
首先考慮質量力，因為只有重力，故而X＝0，Y＝0，Z＝－g。
因為是穩定流，故得
＝0因為是平行平板而且坐標軸又成上述情況，即X軸與速度方向相一致，故得Uy＝Uz＝0，Un＝U。
而且根據連續方程式
＝0故知
＝0，這就是說Ux值沿x軸是不變的，等於某一個定數，即un＝u≠0。
又因為平板在y方向無限寬，故知在y方向的邊界面對墨水流動沒有影響，故得
＝0根據以上分析，知速度u僅僅是坐標Z的函數，即U＝U(Z)。
現在把以上所得的結果代入那維一斯託克斯方程式中去，得到簡化方程式如下
現在把上述第一方程式改寫為
。
在平行平板間層流運動中，有效斷面上平均墨水動壓力沿x軸的變化率為一常數。且知
＝－ (P1-P2)/(L) ＝－ (△p)/(L) ，式中p1，p2各為二有效斷面上的平均墨水動壓力。實際墨水運動時能量總是沿流動方向下降的。在現在的情況下即是壓力能沿流動方向下降，亦即
永遠為負，但是p1－p2卻是永遠為正。故而在上式中出現一個「－」號。
又根據平行平板的特性亦不難想到沿x軸方向測壓管墨水頭線成直線下降，這也就是說
或 (△p)/(L) 沿x軸是一常數。
其次因為速度u僅僅是z坐標的函數，故而可寫成
＝－ (△p)/(μl) 。
上式是平行平板間層流運動的微分方程式。
將其微分方程式對Z積分二次；得u＝－ (△p)/(2μl) Z2＋C1Z＋C2，上式中C1及C2是需要由邊界條件來確定的積分常數。當△p≠0，二板均不動，如
圖10所示。這時邊界條件是Z＝±h時，u＝0。
代入二次積分的方程式得u＝ (△p)/(2μl) (h2－Z2)。
可見速度在有效斷面上按旋轉拋物面分布，且x軸上這點的速度為最大，即umax。umax＝ (Δph2)/(2μ1) 。
流量
。取y軸方向寬度為B，則Q=-hhudzB=-hhp2l(h2-Z2)dzB=2p3lh3B]]>現在的情況下△p＝p，h＝ (△)/2 ，B＝πd。
代入上式得θ＝ (πdpΔ3)/(12μ1) 。
可見墨水通過經向縫隙的漏損流量與縫隙△的三次方成比例。因此為了使墨水記錄時流利性好，必須儘可能地控制縫隙△值的大小。
平均速度v。
v=QA=23plBh32hB=ph33l=23umar]]>。
從墨水的平均速度便知，墨水流動速度與鋼管長度1成反比。鋼管長度1越長，墨水流動速度低，即墨水的流量Q小；否則相反。墨水容器內，墨水越多及筆尖運動速度越快，造成△p越大。此時，出墨水快，且流量也大。總之，墨水的記錄流利性與鋼管長度、縫隙、通針直徑d大小、墨水容量、筆尖運動速度和加速度有著密切的關係。
μ粘性動力係數。
當速度梯度等於1時，接觸液層間單位面積上的內摩擦力。單位為達因·秒／釐米2＝1泊＝100釐泊＝ 1/98.1 公斤·秒／米2。
墨水的動－靜壓平衡技術，它的特徵是記錄時(筆在運動時)，墨水不斷振動及不斷供給筆尖高速記錄，墨水產生流動產生微小的動壓力10－30mmHg，並在墨水框內產生真空的趨勢，此時產生的真空壓力由圖七筆芯結構來補充其大氣壓力。筆芯結構1為通大氣壓的小槽，通入大氣壓的節流小孔51。通大氣壓的縱向節流小槽52和通入大氣壓的節流小小孔51來補充其大氣壓力，始終使墨水框內保持一個大氣壓力，達到動壓平衡，墨水輸送和記錄正常。當筆靜止時，由於溫度、重力等影響，導致墨水產生運動的趨勢，並產生壓力差，導致墨水流動，但有圖7和圖2結構，墨水內框在通大氣壓槽和小孔的作用下，也能始終保持內外壓力為一個大氣壓力。這就達到了墨水在靜止時的平衡。真空壓力與孔徑關係見圖8所示。
通過計算機高速繪圖、人工描圖、人工書寫等使用，記錄速度為10－100cm／秒，記錄線條0.2－2毫米。顏色為紅、藍、黑、綠、紫、棕、橙、黃、青、桔紅、桃紅、金黃等色。使用後不要每天清洗筆芯，露筆24小時也不會幹筆尖，因為選用的特種墨水是真溶液墨水、三年以後也不變質(在常溫下)。所以，這種筆是目前比較理想的多功能、多用途筆，是90年代的新結構、新品種的新型產品。
權利要求1.一種繪圖筆，包括筆桿、筆夾、帶節流孔的筆芯、墨水容器、金屬頭、同心設置在在金屬頭中的通針和不鏽鋼管，其特徵是所述金屬管構成有階梯狀內腔，所述通針在與墨水容器相接處設計成半凹園狀，通針頭製成圓頭狀，通針與金屬管的間隙大小為50-200μm；所述鋼管頭部製成球狀且有一碳化鎢、碳化硼或碳化鈦鍍層。
2.如權利要求1所述的繪圖筆，其特徵是所述鋼管頭部的鍍層厚3－10μm。
3.如權利要求1或2所述的繪圖筆，其特徵是所述筆芯還設有縱向節流槽。
4.如權利要求1或3所述的繪圖筆，其特徵是所述繪圖筆的筆頭可以替換。
5.如權利要求1所述的繪圖筆，其特徵是所述墨水容器的進水口有一定的錐度。
專利摘要一種繪圖筆，包括筆桿、筆夾、帶節流孔的筆芯、墨水容器、金屬頭，同心設置在在金屬頭中的通針和不鏽鋼管，其特徵是所述金屬管構成有階梯狀內腔，所述通針在與墨水容器相接處設計成半凹圓狀，通針頭製成圓頭狀，通針與金屬管的間隙大小為50-200μm；所述鋼管頭部製成球狀且有一碳化鎢、碳化硼或碳化鈦鍍層。
文檔編號B43K17/00GK2088939SQ9120240
公開日1991年11月20日 申請日期1991年2月7日 優先權日1991年2月7日
發明者溫慶錦 申請人:郵電部第三研究所