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圆珠笔的工作原理:它主要是利用书写时球与纸面直接接触产生的摩擦力,使球在球座中滚动,笔芯中的墨水或墨汁被重力带出,使圆珠笔墨水或墨汁渗入笔尖,球通过笔滚动形成图形字符。
后续的墨水或墨水在大气压力的作用下不断补充,达到书写的目的。
早期大部分球笔芯都在尾部附近,钻一个小孔保证空空气流通。
圆珠笔球的直径决定了笔迹线条的粗细。常见的球径有1mm、0.7mm、0.5mm(往往在产品的笔身或圆珠笔芯上注明)。圆珠笔的墨水是特制的,主要由颜料、溶剂和粘度调节剂组成。常见的颜色有蓝色、黑色和红色。普通墨水多用于一般书写,特种墨水多用于文件书写。
圆珠笔看似简单,3D解构后你会发现它是一个小小的工程奇迹:
▲一支小小的圆珠笔,由十几个零件组成。
▲圆珠笔零件
▲圆珠笔伸缩过程
圆珠笔的伸缩工作过程分为八个步骤。第一至第四步是伸出笔芯的过程,第五至第八步是缩回笔芯的过程。
圆珠笔的运动图由三部分组成,分别是黑色的顶针,黄色的转盘,蓝色的滑槽,红色的滑槽部分截图,图中没有显示下面的弹簧。(弹簧保证黄色转盘与蓝色滑槽紧密接触)。
【步骤1-4解释】当我们用手指按压圆珠笔顶部时,我们对顶杆施加一个向下的压力,顶杆沿滑槽移动,迫使转盘向下移动。当转盘与滑槽脱离接合时,顶针头部的尖锐特征与转盘的斜面产生径向力,迫使转盘转动,笔芯伸出。
【步骤5-8解释】再次按压顶杆时,顶杆头部的尖头特征脱离转盘斜面,转盘受径向力旋转,转盘与滑槽啮合重合,笔芯回缩。
▲圆珠笔伸缩工作原理的绘制
▲圆珠笔伸缩工作原理的绘制
笔头和墨水是圆珠笔的关键,其中笔头分为笔尖上的球和球座。目前国内外广泛使用碳化钨球,我国已经有了很好的基础,既能满足国内生产需要,又能大量出口。
圆珠笔的生产对加工精度和选材要求很高。笔尖上不仅有小“球”,还有五个引导墨水的凹槽,加工精度要达到千分之一毫米的量级。
每一个微小的偏差都会影响笔尖的书写流畅度和使用寿命。笔尖开口厚度小于0.1mm,书写角度和压力也要考虑进去。球、笔尖和墨槽必须完美匹配,加工误差不得超过0.003mm。
圆珠笔墨水颜料是染料。墨水有蓝、红、黑三种,其中蓝色墨水应用最广。以前蓝色墨水的颜料成分是基蓝和基紫,溶剂是氧化蓖麻油和蓖麻油酸。目前市面上的“424”蓝色圆珠笔和“322”黑色圆珠笔都有很好的耐用性。
圆珠笔漏油的原因:圆珠笔在书写时,一部分墨水从球上转移到书写物体上,转移后球变白,另一部分墨水会随着球的转动被带回球座。好的笔,墨水可以随着球的旋转带回球座上,墨水粘在球座头外侧的更少,更干净。书写不好的笔尖,大部分墨水会粘在三通头外侧,无法带回三通内,也就是我们所说的漏油现象。写字时,容易污染字迹。
想通顺,就要多得墨,但负面效果就是多得墨。要墨少,就不通顺。这两种情况是相互矛盾的,如何综合考虑以达到最佳效果是圆珠笔制造的研究课题。
圆珠笔的使用要点
蔡司纳米显微镜下放大30倍的圆珠笔尖↓↓
一个工业产品,哪怕只有圆珠笔那么小,从设计到生产,再到检验和迭代,都要经过严格的工业流程。只有投入精益求精的工匠精神,才能取得好的效果。
来源:疯狂机械控(ID: fkjxk007)
材料:机械美学,纪实家居
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