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Dokumentenidentifikation DE60211616T2 26.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001300259
Titel Kugelschreiber mit einer Kugelspitze aus einer Formgedächtnislegierung
Anmelder Chao, Chung-Ping, Taipei, TW
Erfinder Chao, Chung-Ping, Taipei, TW
Vertreter Haseltine Lake Partners GbR, 80333 München
DE-Aktenzeichen 60211616
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.08.2002
EP-Aktenzeichen 020181699
EP-Offenlegungsdatum 09.04.2003
EP date of grant 24.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse B43K 7/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B43K 1/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B43K 7/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Fachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelschreiber, insbesondere einen Kugelschreiber mit einem Kugellager aus einer Formgedächtnis-Legierung (FGL).

Beschreibung des betreffenden Fachgebiets

Kugelschreiber mit öligen oder wässrigen Tinten oder Zwischenstufen davon sind weltweit die populärsten Schreibgeräte. Wenn jedoch der Kugelschreiber unvorsichtig fallengelassen wird, an der Spitze einen Stoß erfährt, oder übermäßige Kraft angewendet wird, ist es wahrscheinlich, dass Probleme mit dem Auslaufen von Tinte oder dem Nachlassen des Tintenflusses auftreten, obwohl Tinte im Vorratsbehälter verblieben ist. Ein verschlissenes oder verformtes Kugellager kann an der Stiftspitze nicht erfolgreich drehen, was den Raum für die fließende Tinte einschränkt. Die Schreibleistung ist gefährdet, wobei ungleichmäßiger Tintenfluss, unbequemes Schreiben, gesteigerter Tintenfluss oder das Fehlschlagen von gleichmäßigem Schreiben eingeschlossen sind. Weiterhin beeinflusst bei der Herstellung des Kugelschreibers das Vorhandensein von Verformung, Spannung und Verschleiß an der Innenseite des Spitzenaufbaus die Schreibleistung.

Da der herkömmliche Kugelschreiber sogar bei sorgfältiger Handhabung leicht verformt wird, handelt es sich normalerweise um ein kurzlebiges Produkt, das heißt der Nutzer muss die Spitzenvorrichtung erneuern oder innerhalb einer kurzen Zeit einen neuen Stift kaufen, sogar wenn der Vorratsbehälter mit Tinte gefüllt ist. Dies ist für den Nutzer unbequem und kostspielig. Zusätzlich verursacht im Hinblick auf das Umweltbewußtsein überschüssige Tinte, die in einem nicht funktionsfähigen Stift verbleibt, eine Ressourcenverschwendung und Umweltverschmutzung. Zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Kugelschreibern sind daher Entwicklungen eines Kugellagers, das diese Probleme überwinden kann, erforderlich.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt einen Kugelschreiber mit einem Kugellager aus einer Formgedächtnis-Legierung (FGL) bereit, um das Problem des Schwächerwerdens des Tintenflusses zu lösen, wenn der Kugelschreiber auf den Boden fallen gelassen wird.

Der Kugelschreiber hat ein Tintenvorratsrohr, das Tinte enthält, einen Spitzenaufbau, der an einem Ende des Tintenvorratsrohrs angeordnet ist, und ein Kugellager, das an der Stirnseite des Spitzenaufbaus gehaltert ist. Das Kugellager aus einer Formgedächtnis-Legierung, das als ein FGL-Kugellager bezeichnet wird, wird aus Materialien erzeugt, die aus einer TiNi-Intermetallverbindung oder einer Legierung auf TiNi-Basis mit V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Hf, Al, Pt, Si, Au, Pd und Zr ausgewählt sind.

Demgemäß ist es eine Hauptaufgabe der Erfindung ein FGL-Kugellager mit Pseudoelastizität bereitzustellen, um der Verformung durch unsachgemäße Verwendung oder irgendwelche andere schädigende Bedingungen vorzubeugen.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, die Reibung zwischen dem FGL-Kugellager und dem Schreibpapier zu steigern.

Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, die Schreibleistung, wie ein angenehmes Schreibempfinden, normaler Tintenfluss und eine lange Lebensdauer, sicherzustellen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine gleichmäßige, zuverlässige Leistung des Kugelschreibers ohne Erneuerung der Spitzenanordnung oder Kauf eine neuen Stifts innerhalb kurzer Zeit bereitzustellen.

Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, die Wahrscheinlichkeit des Wegwerfens eines Stifts mit verbliebener Tinte zu verringern.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, die Probleme der Ressourcenverschwendung und Umweltverschmutzung zu lösen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den Zweck der Verhinderung von Ermüdungserscheinungen durch Druck- und Zugkräfte an dem FGL-Kugellager zu erreichen.

Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden ohne weiteres bei der weiteren Durchsicht der folgenden Beschreibung und Zeichnungen offensichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 stellt einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kugelschreibers dar.

2A2C zeigen das Verformungsverhalten in einer Formgedächtnis-Legierung als eine Funktion der Spannung, Dehnung und Temperatur.

3 ist eine schematische Darstellung des Auftretens der Pseudoelastizität.

4 stellt ein binäres Ti-Ni-Phasendiagramm dar.

Gleiche Referenzsymbole bezeichnen die entsprechenden Eigenschaften übereinstimmend in den gesamten beigefügten Zeichnungen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

1 stellt einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kugelschreibers 10 dar. Die vorliegende Erfindung stellt einen Kugelschreiber 10 bereit, umfassend ein Tintenvorratsrohr 12, das Tinte 13 enthält, einen Spitzenaufbau 14, der an der Stirnseite des Tintenvorratsrohrs angeordnet ist, und mindestens ein Kugellager 16, das an der Stirnseite des Spitzenaufbaus 14 gehaltert ist. Der Kugelschreiber 10 kann in irgendeiner betriebsfähigen Form mit offensichtlichen Funktionselementen gestaltet sein. Es versteht sich, dass die Herstellung des Kugellagers 16 und die Anzahl der Kugellager 16 Wahlmöglichkeiten der Gestaltung sind, die von dem verwendeten Verfahren abhängig sind. Es wird angemerkt, dass die Formgedächtnis-Legierung (FGL) zur Erzeugung des Kugellagers 16, das als FGL-Kugellager 16 bezeichnet wird, verwendet wird.

Die mechanischen Eigenschaften der Formgedächtnis-Legierung variieren innerhalb des Temperaturbereichs, über den sich ihre Umformung erstreckt, stark und schließen typischerweise den Formgedächtnis-Effekt (FGE), den superelastischen Effekt (Pseudoelastizität genannt) und hohes Dämpfungsvermögen ein. 2 zeigt das Verformungsverhalten einer Formgedächtnis-Legierung als eine Funktion der Spannung, Dehnung und Temperatur. Die Formgedächtnis-Legierung kann in zwei unterschiedlichen, temperaturabhängigen Phasen vorliegen, die Martensit (bei niedrigerer Temperatur) und Austenit (bei höherer Temperatur) genannt werden. Wenn das Martensit erhitzt wird, beginnt es sich in Austenit zu wandeln, und die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird As (Austenitstarttemperatur) genannt. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen beendet ist, wird als Af (Austenitfinishtemperatur) bezeichnet. Wenn das Austenit abgekühlt wird, beginnt es sich in Martensit zu wandeln, und die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird als Ms (Martensitstarttemperatur) bezeichnet. Die Temperatur, bei der das Martensit wieder vollständig umgewandelt ist, wird als Mf (Martensitfinishtemperatur) bezeichnet.

Bezugnehmend auf 2A ist, wenn die FGL in ihrer Martensitform vorliegt, diese ohne weiteres verformbar. So bleibt, nachdem die mechanische Belastungsspannung von der Martensit-FGL entfernt worden ist, die Verformung in der Martensit-FGL erhalten. Wenn jedoch die martensitische FGL auf Af erhitzt wird, um zu ihrer Austenitform zu werden, kehrt die verbliebene Verformung in die unverformte Form zurück, das heißt, dass die Originalform der martensitischen FGL wiedergewonnen wird. Dieses wird als der Formgedächtnis-Effekt (FGE) bezeichnet.

Bezugnehmend auf 2B kann, wenn die martensitische FGL über Af hinaus erhitzt wird, äußere Spannung eine martensitische Verformung verursachen, die eine spannungsinduzierte martensitische Verformung genannt wird, und diese weist dann sofort die sich vergrößernde Dehnung auf. Wohingegen sich, wenn die äußere Spannung gelöst wird, der Martensit in den Austenit zurückverwandelt und die FGL in ihre Originalform auf der Grundlage der spannungsinduzierten Verformung zurückkehrt. Somit tritt die Wiedergewinnung der Form in der austenitischen FGL auf, und nicht nach der Anwendung von Erwärmung, sondern nach der Verminderung der Spannung. Dies wird als superelastischer Effekt oder Pseudoelastizität bezeichnet.

Die Pseudoelastizität wird jedoch nur über einen bestimmten Temperaturbereich beobachtet. Bezugnehmend auf 2C erscheint es, dass, wenn die austenitische FGL oberhalb von Md (höchste Temperatur, bei der das Martensit nicht länger durch mechanische Spannung beeinflusst werden kann) getestet wird, das Verformungsverhalten wie bei herkömmlichen Materialien ist, indem Gleiten auftritt.

3 zeigt schematisch die Temperaturbereiche und die Spannung, bei denen der Formgedächtnis-Effekt (FGE) und die Pseudoelastitizität auftreten können, sowie deren Beziehung zur kritischen Spannung, bei der die Verformung durch Gleiten beginnt. Es versteht sich, dass, wenn die kritische Spannung für das Gleiten für das Austenit so hoch wie (A) ist, superelastische Verformung in dem durch die schrägen Linien gekennzeichneten Spannung-Temperatur-Bereich auftreten kann. Wenn die kritische Spannung für das Gleiten für das Austenit so niedrig wie (B) ist, kann jedoch überhaupt keine superelastische Formveränderung stattfinden. Daher gründet sich die Pseudoelastizität der Formgedächtnis-Legierung auf die durch spannungsinduzierte martensitische Umwandlung in der austenitischen FGL. Wenn die mechanische Spannung gelöst wird, kehrt der Martensit in die Austenitphase zurück. Das heißt, wenn die Formgedächtnis-Legierung durch die Anwendung von Spannung elastisch verformt wird, gewinnt sie nach der Entfernung der Spannung die Originalform zurück.

Demgemäß verwendet die vorliegende Erfindung die austenitische FGL mit der Pseudoelastizität, um das FGL-Kugellager 16 zu erzeugen. Wenn das FGL-Kugellager 16 in seiner austenitischen Phase entsprechend gezwungen wird, hat es im Kugellager 16 ein spannungsinduziertes Martensit zur Folge. Erfreulicherweise wird das spannungsinduziertes Martensit wieder in die Originalphase gelangen, wenn die äußere Kraft entfernt wird, und dadurch erlangt das FGL-Kugellager 16 wieder seine Originalform. Es wird angenommen, dass die elastische Dehnung des FGL-Kugellagers 16 diejenige beträchtlich übertrifft, die sich bei normaler Anwendung an irgendeinem herkömmlichen Kugelschreiber ergibt.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Kugelschreiber 10 mit einem FGL-Kugellager 16 bereit, der die Mängel des Stand der Technik beheben kann. Infolge der Pseudoelastizität wird das FGL-Kugellager nicht ohne weiteres in seiner Form verändert, wenn es angeschlagen, fallengelassen oder missbräuchlich verwendet wird oder irgendeine andere schlechte Behandlung erleidet. Verglichen mit dem in herkömmlichen Kugelschreibern verwendeten Stahlkugellager vergrößert die weichere Natur des FGL-Kugellagers 16 die Reibung zwischen Papier und dem FGL-Kugellager 16. Dies sichert eine angenehme Schreibleistung und zuverlässigen Tintenfluss, um so die Lebenszeit des Kugelschreibers 10 zu verlängern. Zusätzlich wird den Nutzern eine beständige, zuverlässige Leistung des Kugelschreibers zugesichert, ohne dass der Spitzenaufbau erneuert werden oder nach einer kurzen Zeit ein neuer Stift gekauft werden muss. Weiterhin verringert das FGL-Kugellager die Wahrscheinlichkeit, dass Nutzer Stifte mit verbleibender Tinte wegwerfen, und somit werden Probleme der Ressourcenverschwendung und Umweltverschmutzung vermindert.

In der vorliegenden Erfindung werden verschiedene Legierungen aus Ti und Ni mit der dazu vermittelten Pseudoelastizität verwendet, um das FGL-Kugellager 16 zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine TiNi-Intermetallverbindung zur Erzeugung des FGL-Kugellagers 16 verwendet, wobei der Bereich der Atomprozentanteile der TiNi-Intermetallverbindung in 4, einem binären Ti-Ni-Phasendiagramm, gezeigt wird. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Legierung auf TiNi-Basis mit Pseudoelastizität zur Erzeugung des FGL-Kugellagers 16verwendet, wobei die geringe Zugabe zu der TiNi-Legierung mindestens ein Element aus der Gruppe V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Hf, Al, Pt, Si, Au, Pd und Zr aufweist.

Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern jede und alle Ausführungsformen im Anwendungsbereich der folgenden Ansprüche umfasst.


Anspruch[de]
Kugelschreiber, umfassend

ein Tintenvorratsrohr, das Tinte enthält;

einen Spitzenaufbau, der vorne am Tintenvorratsrohr angeordnet ist; und

mindestens ein Kugellager, das an der Stirnseite des Spitzenaufbaus gehaltert ist und das aus einer Formgedächtnis-Legierung ist.
Kugelschreiber nach Anspruch 1, wobei das Kugellager aus der Formgedächtnis-Legierung Pseudoelastizität besitzt. Kugelschreiber nach Anspruch 1, wobei das Kugellager aus der Formgedächtnis-Legierung Formgedächtniseigenschaften besitzt. Kugelschreiber nach Anspruch 1, wobei das Kugellager aus einer Titan-Nickel-Intermetallverbindung ist. Kugelschreiber nach Anspruch 1, wobei das Kugellager in der Austenit-Phase ist. Kugelschreiber nach Anspruch 1, wobei das Kugellager aus einer Legierung auf Titan-Nickel-Basis ist. Kugelschreiber nach Anspruch 6, wobei die Titan-Nickel-Legierung mindestens ein Element aufweist aus der Gruppe V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Hf, Al, Pt, Si, Au, Pd und Zr.






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