一种旋转装置推动出芯自动铅笔及制作方法

【技术领域】

本发明涉及一种自动铅笔及制作方法，具体地说涉及一种旋转装置推动出芯的自动铅笔结构及其制作方法。

【背景技术】

铅笔是学生必备文具之一，也是工程技术人员常用的文具之一。目前的自动铅笔按出芯设计原理不同，可分为坠芯式、旋转式、脉动式和自动补偿式。其中，旋转推动出芯自动铅笔由笔壳、笔尾旋钮、中间杆及铅芯组成，其中与笔尾旋钮连体的隐含于笔壳内的部分设外螺纹，中间杆设内螺纹，中间杆前端设置用于插铅芯的卡槽，笔壳中部内壁设有榫槽。其原理是，尾部旋钮结构外螺纹与中间杆末端的内螺纹组成螺纹副，旋转尾部旋钮，中间杆顶着铅芯前进或者回缩，当中间杆碰到榫槽时，中间杆将铅芯夹住，当中间杆离开榫槽后，夹头便会将铅芯松开，这样即可换芯。该原理下的旋转推动出芯自动铅笔换芯方式为，在换铅芯时需首先将夹持的一截余量铅芯取下，此操作需笔头朝上，捏住笔尾旋钮，顺时针旋转笔杆，笔杆内的中间杆前进，到不能旋转时，中间杆脱离榫槽，中间杆松涨，中部夹持的铅芯即可从笔头处揪出，再逆时针稍微旋转一点点，螺旋往下动一点，中间杆底端触及榫槽被夹紧，上端张口，从笔头口放入铅芯，进入中间杆头的中部，继续逆时针旋转笔杆，中间杆回缩，带动铅芯进入笔杆内，外部铅芯缩至2～3mm时，再将笔头朝下，将铅芯对着桌面稍微用力往下按，铅芯充分入卡槽，方可使用。

该原理下的旋转推动出芯自动铅笔存在的不足在于下述方面：一是使用体验效果较差，需要在掌握其原理、结构、性能的前提下，才能把握住其使用技巧，这对于使用铅笔的主体对象小学生来说是有难度的；表现之一是换芯操作时若不留意笔头朝下，中间杆螺旋会从笔尾螺旋杆上脱落；表现之二是在放入铅芯前需逆时针稍微旋转笔杆一点点，才可铅芯放入，不然会因中间杆松涨间隙过大导致铅芯自动脱掉至笔筒内；表现之三是换芯时当外部铅芯缩至2～3mm时，需再将笔头朝下，将铅芯对着桌面稍微用力往下按，铅芯充分入卡槽，不然铅芯有可能脱落。二是中间杆长度占笔筒长度的一半，通常使用的铅芯长度为60mm，笔壳体的有效利用率不足50％，利用率不高，一根铅芯使用时间较短，换芯频繁。

【发明内容】

本发明的目的在于改变现有尾部旋钮结构外螺纹与中间杆末端的内螺纹组成螺纹副的旋转推进方式存在的诸如使用体验不佳、笔筒利用率不高、换芯繁琐的不足，提供了一种笔壳体内置内螺纹螺旋套与外螺纹铅芯组成螺纹副的旋转推进装置，以实现使用体验优良，笔筒利用率提高，换芯次数减少，换芯便捷的效果。

为实现以上目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种旋转装置推动出芯自动铅笔由笔壳、螺旋套、微型塑料轴承、旋转外套、旋转外套托环、铅芯存储筒、铅芯、笔壳盖、笔夹组成；笔壳的尖端为笔头，笔头的上连接部为笔颈，笔颈外壁套有组成旋转推进装置的旋转外套以及粘结于笔颈外壁托起旋转外套的旋转外套托环，笔颈内安置组成旋转推进装置两端带塑料轴承的螺旋套，笔颈的上连接部为笔胸，笔胸内放置铅芯存储筒，存储筒的各空腔体内放置铅芯，笔壳上端口有笔壳盖旋拧封口，笔壳上端口外壁套有笔夹；所述的笔头为锥状，笔头的中心为铅芯伸出口，其特征在于，铅芯伸出口横截面为圆角矩形；笔颈为圆筒状，其特征在于，笔壳下端与笔头连接段部位的壳体缩进，其内壁为圆筒状，与笔头对接处形成的笔头上平面为放置螺旋套的平台；笔胸为变粗的圆筒，其特征在于，笔胸内壁由一对对称的同心圆大圆弧面和一对对称的平行面围成，横截面为圆角矩形，笔胸与笔颈对接的平面为放置铅芯存储筒的平台，笔壳上端口内壁围有右旋单线内螺纹；旋转推进装置的旋转外套是一只塑料套环，其特征在于，塑料套环内侧壁对应45～60°圆心角的一对弧面内各有一块注塑在一起的薄铁片；旋转外套托环是一只小塑料套环，其特征在于，外套内壁呈圆柱体表面，外套外壁呈椎体表面；旋转推进装置的螺旋套是一只磁性塑料环套，其特征在于，该塑料环套上下两端为中空圆柱体、中间部分为中空的正多棱柱体，环套内壁自上而下设左旋单线梯形内螺纹，螺旋套两端套微型塑料轴承，轴承的上、下端面与螺旋套之间均设置有间隙，两端轴承与笔颈内壁紧贴，不能旋动；铅芯存储筒为存储铅芯的容器，它是一束形体一致的柱状空腔体，其特征在于，各空腔的横截面均是与铅芯横截面以及笔头空腔体横截面形体和大小一致的圆角矩形，处于圆心处的中心空腔体与笔头中心上下贯通，其它空腔体均匀分布在中心空腔体的周围，各空腔体内插放铅芯，该束空腔体由一对对称的同心圆大圆弧面和一对对称的平行面围合呈柱状，铅芯存储筒外壁平行面与笔胸腔壁平行面啮合，铅芯存储筒不会在笔壳体内旋动；铅芯为石墨粘土型铅芯及石墨树脂型铅芯，其特征在于，铅芯横截面呈圆角矩形，在对称的弧面上自上而下围有左旋单线梯形外螺纹，铅芯下端是V型尖头，铅芯上端是V型凹面，铅芯左旋单线梯形外螺纹与螺旋套左旋单线梯形内螺纹组成螺纹副；笔壳盖上半部分为正多边体，下半部分为圆柱体，圆柱体表面外围右旋单线外螺纹，其特征在于，笔壳盖为实心，下端面是水平端面，笔壳盖盖住笔壳上端口旋拧封口后，笔壳盖下端实心平面刚好盖住铅芯存储筒上端口，存储筒内铅芯不会窜动；笔壳上端口外壁套有笔夹，其特征在于，笔夹是夹杆和笔夹环套的连接体；笔壳、铅芯存储筒的材质为AS塑料，旋转推进装置的旋转外套、旋转外套托环、笔壳盖、笔夹的材质为PE塑料，旋转推进装置的螺旋套为钕铁硼磁性塑料，铅芯为石墨粘土型材质以及石墨树脂型材质；各部件的加工方法为，笔壳、旋转推进装置的旋转外套、旋转外套托环、旋转推进装置的螺旋套、铅芯存储筒、笔壳盖、笔夹均采用注塑机注塑工艺加工，旋转外套壁内有同外套注塑在一起的纵向对称的薄铁片，注塑完成的螺旋套由小型车床丝锥对内壁攻丝得左旋单线梯形内螺纹，再将正多棱柱体的一个侧面作为充磁面，用充磁机对其进行饱和充磁完成螺旋套的加工；铅芯的制造工艺流程为，石墨、粘土、水按比例配料或石墨、树脂按比例配料→在密闭搅拌机内搅拌均匀→辊压机辊压→挤出机挤出圆角矩形截面铅芯条→铅芯条从铅芯过渡平台的铅芯槽中穿行进入后序对辊挤压机→伺服电机驱动对辊→铅芯条圆弧面上被挤压出单线外螺纹在剪切出铅芯尖的同时定尺断切→定尺铅芯装入铁管容器→电隧道炉烘干→冷却→石蜡浸润→成品盛装，其特征在于，带单线外螺纹的圆角矩形铅芯成型通过两步法加工完成，第一步通过挤出机圆角矩形口模加工出截面为圆角矩形的铅芯条，第二步圆角矩形的铅芯条穿过挤压机对辊后铅芯条圆弧面挤压出单线左旋梯形外螺纹并在剪切出铅芯尖的同时实现对铅芯条的定尺断切，其中挤出机所设圆角矩形口模为单排均匀分布的一组口模，对辊挤压机上的伺服电机与其中一个挤压辊连接组装，对辊挤压机所设对辊组数与挤出机口模数相等，对辊辊面有左旋单线梯形外螺纹线段，其中主动挤压辊辊面同一轴向平行缘点位置各有一“V”形钳口，对辊挤压机的对辊为外齿轮啮合联动式，调整啮合对齿联动对辊上的外螺纹线段顺接成单线外螺纹；笔体组装方法为，首先将塑料轴承压入螺旋套的两端，将带轴承的螺旋套从笔壳上端口放入笔颈并用塑料杆捣至其在螺旋套平台上坐实，将铅芯存储筒插入笔胸内在铅芯存储筒平台上坐实、铅芯尖朝下将铅芯存储筒的每一空腔插上铅芯、旋拧笔壳盖将笔壳上端口封口，将旋转外套穿过笔头推进到笔颈部位、受磁力作用螺旋套旋转自动找到与旋转外套的最大吸引面，再将旋转外套托环内壁涂塑料快干胶水穿过笔头粘在笔颈下端托住旋转外套、在笔壳上端口外壁套上笔夹，组装完成，其特征在于实现了铅芯存储筒的中心空腔体的内壁圆角矩形空腔、笔头的内壁圆角矩形空腔在一条铅垂线上，构成铅芯导向轨，铅芯左旋单线梯形外螺纹与螺旋套左旋单线梯形内螺纹组成螺纹副，旋转外套与螺旋套通过磁力形成软连接，手指旋动旋转外套，带动螺旋套同向旋转，铅芯顺着铅芯导向轨作直线运动而不会在导向轨内旋动；该自动铅笔书写使用方式简易，其特征在于，顺时方向旋动旋转外套铅芯伸出笔头，逆时方向旋动旋转外套铅芯缩进笔头，铅芯伸出笔头的长度可微调，当铅芯全部通过螺旋套后，该只铅芯使用完毕，剩余约10mm的铅芯从笔头脱落，拧开笔壳盖，从铅芯存储筒内取出一根铅芯放入中心空腔体，必要时随时将空闲的空腔体补充铅芯，笔壳盖旋拧封口，顺向旋动旋转外套铅芯伸出笔头，继续使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本旋转装置推动出芯自动铅笔的有益效果一是使用体验效果良好，表现之一是换芯操作简便易行，表现之二是存储筒大量储备铅芯使用可靠放心，表现之三是铅芯伸出笔头的长度可微调，适应不同的使用偏好，表现之四是铅芯可缩进笔头便于随身携带；二是笔壳的有效利用率高，表现是笔芯存储筒存储铅芯的长度可达120mm，笔壳的有效利用率达80％；三是一次换芯使用时间长，不必频繁换芯，表现是圆角矩形铅芯有4个书写触点，免切削，利用率可达90％以上。

【附图说明】

图1为本发明旋转装置推动出芯自动铅笔轴线剖视放大示意图。

图2为本发明笔壳轴线剖视示意图。

图3为本发明笔头横截面放大示意图。

图4为本发明旋转装置螺旋套轴线剖视放大示意图。

图5为本发明旋转装置微型塑料轴承轴线剖视放大示意图。

图6为本发明旋转装置旋转外套横截面放大示意图。

图7为本发明旋转装置旋转外套托环轴线剖视放大示意图。

图8为本发明铅芯存储筒横截面放大示意图。

图9为本发明笔壳盖轴线剖视放大示意图。

图10为本发明笔夹示意图。

图11为本发明铅芯造型轴线剖视放大示意图。

图12为本发明铅芯横截面放大示意图。

附图中，1、笔壳；2、螺旋套；3、微型塑料轴承；4、旋转外套；5、旋转外套托环；6、铅芯存储筒；7、铅芯；8、笔壳盖；9、笔夹；1-1、笔头；1-2、笔颈；1-3、笔胸；6-1、铅芯存储筒中心空腔体；1-1-1、笔头空腔体。

【具体实施方式】

如图1～12所示，本发明一种旋转装置推动出芯自动铅笔由笔壳1、螺旋套2、微型塑料轴承3、旋转外套4、旋转外套托环5、铅芯存储筒6、铅芯7、笔壳盖8、笔夹9组成；笔壳1的尖端为笔头1-1，笔头1-1上连接笔颈1-2，笔颈1-2外壁套有组成旋转推进装置的旋转外套4以及粘结于笔颈1-2外壁托起旋转外套的旋转外套托环5，笔颈1-2内安置组成旋转推进装置的螺旋套2，螺旋套2两端套微型塑料轴承3，笔颈1-2上连接笔胸1-3，笔胸1-3内放置铅芯存储筒6，铅芯存储筒6的各空腔体内放置铅芯7，笔壳1上端口有笔壳盖8旋拧封口，笔壳1上端口外壁套有笔夹9；笔头1-1为锥状，笔头的中心为铅芯7伸出口，铅芯伸出口横截面为圆角矩形；笔颈1-2为圆筒状，笔壳1下端与笔头1-1连接段部位的壳体缩进形成笔颈1-2，其内壁为圆筒状，笔颈1-2与笔头1-1对接处形成的笔头上平面为放置螺旋套2的平台；笔胸1-3为变粗的圆筒，笔胸1-3内壁由一对对称的同心圆大圆弧面和一对对称的平行面围成，横截面为圆角矩形，笔胸1-3与笔颈1-2对接处形成的笔胸下平面为放置铅芯存储筒6的平台，笔壳1上端口内壁围有右旋单线内螺纹；旋转推进装置的旋转外套4是一只塑料套环，塑料套环内侧壁对应45～60°圆心角的一对弧面内各有一块注塑在一起的薄铁片；旋转外套托环5是一只小塑料套环，外套内壁呈圆柱体表面，外套外壁呈椎体表面；旋转推进装置的螺旋套2是一只磁性塑料环套，该塑料环套上下两端为中空圆柱体、中间部分为中空的正多棱柱体，环套内壁自上而下设左旋单线梯形内螺纹，螺旋套2两端套微型塑料轴承3，轴承3的上、下端面与螺旋套2之间均设置有间隙，两端轴承与笔颈内壁紧贴，不能旋动；铅芯存储筒6为存储铅芯的容器，它是一束形体一致的柱状空腔体，各空腔的横截面均是与铅芯7横截面以及笔头空腔体1-1-1横截面形体和大小一致的圆角矩形，处于圆心处的中心空腔体与笔头中心上下贯通，其它空腔体均匀分布在中心空腔体的周围，各空腔体内插放铅芯，该束空腔体由一对对称的同心圆圆弧面和一对对称的平行面围合呈柱状，铅芯存储筒6外壁平行面与笔胸腔壁平行面啮合，铅芯存储筒6不会在笔胸1-3内旋动；铅芯7为石墨粘土型铅芯及石墨树脂型铅芯，铅芯7外壁呈圆角矩形，在对称的弧面上自上而下围有左旋单线梯形外螺纹，铅芯7左旋单线梯形外螺纹与螺旋套2左旋单线梯形内螺纹组成螺纹副；笔壳盖8上半部分为正多边体，下半部分为圆柱体，圆柱体表面外围右旋单线外螺纹，笔壳盖8为实心，下端面水平，笔壳盖8盖住笔壳上端口旋拧封口后，笔壳盖8下端实心平面刚好盖住铅芯存储筒6上端口，铅芯存储筒6内的铅芯7不会窜动；笔壳1上端口外壁套有笔夹9，笔夹9是夹杆和笔夹环套的连接体；笔壳1、铅芯存储筒6的材质为AS塑料，旋转推进装置的旋转外套4、旋转外套托环5、笔壳盖8、笔夹9的材质为PE塑料，旋转推进装置的螺旋套2的材质为钕铁硼磁性塑料，螺旋套2两端的微型塑料轴承3为PA材质，石墨粘土型铅芯的材质为石墨、粘土，石墨树脂型铅芯的材质为石墨、树脂；各部件的加工方法为，笔壳1、旋转推进装置的旋转外套4、旋转外套托环5、旋转推进装置的螺旋套2、铅芯存储筒6、笔壳盖8、笔夹9均采用注塑机注塑工艺加工，旋转外套4内壁有同外套注塑在一起的纵向对称的薄铁片，注塑完成的螺旋套2由小型车床丝锥对内壁攻丝得左旋单线梯形内螺纹，再将正多棱柱体的一个侧面作为充磁面，用充磁机对其进行饱和充磁完成螺旋套2的加工；铅芯7的制造工艺流程为，石墨、粘土、水按比例配料或石墨、树脂按比例配料→在密闭搅拌机内搅拌均匀→辊压机辊压→挤出机挤出圆角矩形截面铅芯条→铅芯条从铅芯过渡平台的铅芯槽中穿行进入后序对辊挤压机→伺服电机驱动对辊→铅芯条圆弧面上被挤压出单线梯形外螺纹在剪切出铅芯尖的同时定尺断切→定尺铅芯装入铁管容器→电隧道炉烘干→冷却→石蜡浸润→成品盛装，其中带单线梯形外螺纹的圆角矩形铅芯成型通过两步法加工完成，第一步通过挤出机圆角矩形口模加工出截面为圆角矩形的铅芯条，第二步圆角矩形的铅芯条穿过挤压机对辊后铅芯条圆弧面挤压出单线左旋梯形外螺纹并在剪切出铅芯尖的同时实现对铅芯条的定尺断切，挤出机所设圆角矩形口模为单排均匀分布的一组口模，对辊挤压机上的伺服电机与其中一个挤压辊连接组装，对辊挤压机所设对辊组数与挤出机口模数相等，对辊辊面有左旋单线梯形外螺纹线段，其中主动挤压辊辊面同一轴向平行缘点位置各有一“V”形钳口，对辊挤压机的对辊为外齿轮啮合联动式，调整啮合对齿联动对辊上的外螺纹线段顺接成单线外螺纹，挤出机、对辊挤压机之间设铅芯条过渡平台，平台上设铅芯槽，挤出机各口模中心线、铅芯过渡平台各过渡槽中心线、对辊挤压机对应入口各中心线在一条直线上，作为铅芯过渡平台的一部分，与挤出机口模端对接的平台为活动式，出挤出机口模的铅芯穿过过渡槽被挤压机对辊咬合时的瞬间，放下该活动平台支架，该高度空间形成挤出铅芯余量部分的缓存区，铅芯条在铅芯槽中穿行，触及对辊挤压机入口被挤压对辊咬入，对称圆弧面被挤压出单线左旋梯形外螺纹并在剪切出铅芯尖的同时实现对铅芯条的定尺断切，系统配置PLC编程控制器控制挤出机、对辊机各运行参数，控制对辊挤压机对辊的线速度与铅芯出挤出机口模的线速度相等；笔体的组装方法采取手工作业方式按次序进行，塑料轴承3压入螺旋套2的两端→带轴承的螺旋套2从笔壳1上端口放入笔颈1-2→用塑料杆捣至其在螺旋套平台上坐实→铅芯存储筒6插入笔胸1-3内在铅芯存储筒6平台上坐实→铅芯尖朝下将铅芯存储筒6的每一空腔插上铅芯7→旋拧笔壳盖8将笔壳1上端口封口→旋转外套4穿过笔头1-1推进到笔颈1-2部位、受磁力作用螺旋套2旋转自动找到与旋转外套4的最大吸引面→将旋转外套托环5内壁涂塑料快干胶水穿过笔头1-1粘在笔颈1-2下端托住旋转外套4→在笔壳1上端口外壁套上笔夹9，组装完成，表现为铅芯存储筒中心空腔体6-1的内壁圆角矩形空腔、笔头空腔体1-1-1的内壁为圆角矩形空腔在一条铅垂线上，构成铅芯导向轨，两段导向轨之间安置螺旋套2，螺旋套2设左旋单线梯形内螺纹，铅芯7的横截面为圆角矩形，铅芯7的对称圆弧面设左旋单线梯形外螺纹，铅芯7左旋单线梯形外螺纹与螺旋套2左旋单线梯形内螺纹组成螺纹副；螺旋套2经饱和磁化，螺旋套2两端套微型塑料轴承3，螺旋套2与旋转外套4通过磁力形成软连接，手指旋动旋转外套4，带动螺旋套2同向旋转，静态的铅芯导向轨铅芯存储筒中心空腔体6-1和笔头空腔体1-1-1约束铅芯不会在导向轨内旋动，顺时方向旋动旋转外套4，铅芯7沿导向轨滑动伸出笔头1-1，逆时方向旋动旋转外套4，铅芯7沿导向轨滑动缩进笔头1-1；该自动铅笔书写使用方式简易，顺向旋动旋转外套4铅芯7伸出笔头1-1，逆向旋动旋转外套4铅芯7缩进笔头1-1，铅芯7伸出笔头1-1的长度可微调，当铅芯7全部通过螺旋套2后，该只铅芯使用完毕，剩余不足10mm的铅芯从笔头空腔体1-1-1内脱落，拧开笔壳盖8，从铅芯存储筒6内取出一根铅芯放入铅芯存储筒中心空腔体6-1，必要时随时将空闲的空腔体补充铅芯，旋拧笔壳盖8封口，顺向旋动旋转外套4铅芯7伸出笔头空腔体1-1-1，继续使用。

以下提供本发明一种旋转装置推动出芯自动铅笔的各部件尺寸(单位：mm)及制作工艺参数的1个实施例。

笔壳1轴向长150、其中笔头1-1长7、笔颈1-2长15、笔胸1-3长123，螺旋套2长15、微型塑料轴承3高2、旋转外套4长10、旋转外套托环5长5、铅芯存储筒6长120、铅芯7长120、笔壳盖8高8其中下端外螺纹部高3、上端六棱柱体高5，笔颈1-2外径8.5、内径7，笔胸1-3外径10、内径8.5，螺旋套2端轴外径4、内螺纹大径2、小径1.75、螺距1、中部六棱柱体边长3，微型塑料轴承3外径7、内径4，旋转外套4外径10、内径8.5，旋转外套托环5外径10、内径8.5，铅芯存储筒6外径8.5、矩形边长5，铅芯7大径2、小径1.75、螺距1、矩形边长1.3，笔壳盖8外螺纹部大径8.5、小径8、六棱柱横截面边长4，笔头空腔体1-1-1端面外径3.5、内腔圆角弧面直径2、矩形边长1.3，铅芯存储筒中心空腔体6-1内腔圆角弧面直径2、矩形边长1.3。

上述仅为本发明较佳可行的实施例，非因此局限本发明保护范围，依照上述实施例所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。