Высока популярность шариковых авторучек. И это понятно — их миниатюрный пишущий узел с пастой избавил нас от коварства чернил, проливающихся в карман, пачкающих руки при перезарядках и расплывающихся на бумаге «под карандаш». С появлением «сухих» паст эти авторучки получили все права гражданства — ими можно подписывать денежные документы. Есть у шариковых авторучек и еще одно достоинство: чтобы привести их в «боевую» готовность или, наоборот, спрятать конус с шариком внутрь корпуса, не нужно возиться с защитным колпачком. Большинство шариковых авторучек снабжено остроумными механизмами уборки и выпуска пишущего узла, приводящимися в действие пальцами той же руки, в которой находится авторучка. Вот некоторые из таких механизмов.

Прежде всего — механизмы уборки и выпуска пишущего узла одноцветных шариковых авторучек. Самый простой из них — это винтовой (фото А и схема ниже слева). Авторучка с этим механизмом состоит всего из четырех деталей: собственно пишущего узла 1 с шейкой-упором для пружины, витой пружины 2, пластмассового корпуса 3 с резьбой в верхней части сквозного канала и ввинчивающейся в этот канал сверху головки-толкателя 4. При ввинчивании этой головки упирающийся в ее дно пишущий узел движется вниз, сжимает пружину и его «перо» выходит наружу. Если теперь вывинчивать головку, то узел под действием пружины будет следовать за упором и уберется внутрь.

Рис. 1

Значительно удобнее в обращении простой механизм с так называемым фиксирующим пазом (фото Б и схема ниже в середине). В головке 5 корпуса авторучки с подобным механизмом сделана продольная Г-образная прорезь, в которой скользит шейка рычага-зажима 7, прикрепленного к колпачку-толкателю 4. При нажатии пальцем на рычаг 7 упирающийся в дно колпачка-толкателя пишущий узел 1 выходит наружу, а скользящая по Г-образной прорези шейка попадает в ловушку— фиксирующий паз 6. Упругая реакция сжатой пружины 2 не дает шейке рычага выскочить из паза, удерживая таким образом пишущий узел в выпущенном положении. Чтобы убрать конус с шариком внутрь корпуса 3, достаточно вывести шейку рычага из паза-ловушки 6 — остальное сделает пружина.

Рис. 2

Обилием разнообразных конструкций отличаются шариковые авторучки-сувениры, (фото В). Среди них есть и авторучки в виде зонтика, и составные многоцветные сооружения, звенья которых нанизываются одно на другое, и авторучки в виде тюбика для губной помады, иллюзию которой поддерживает введенное в пасту ароматическое вещество. В последней авторучке (схема выше справа) пишущий узел 1 вставлен в телескопическую штангу 4, раздвигающуюся под действием спрятанной внутри корпуса 3 пружины 2. В убранном положении штанга с пишущим узлом удерживается с помощью навинчивающегося на корпус 3 колпачка 5, который после выпуска механизма надевается на корпус с обратной стороны, удлиняя его до удобных размеров.

Сложнее конструкция самых удобных шариковых авторучек — кнопочных (фото Г). Наиболее распространенный из кнопочных механизмов, помимо традиционных пишущего узла 1 и пружины 2, состоит из кнопки выпуска 8 с зубчатой коронкой 12 на нижнем конце, промежуточной втулки 7 с четырьмя ребрами-«крыльями» 11 крест-накрест и крышки корпуса 5 (схема в конце статьи). Крышка корпуса органически входит в состав механизма — его работу обеспечивает не только ее трехступенчатый канал, но и выштампованные в его средней части две пары направляющих 9 и четыре упора 10. Верхнее сечение канала соответствует диаметру штока кнопки выпуска 8, среднее — размаху «крыльев» 11, нижнее — диаметру стопорной шайбы 6. Расстояние же между вертикальными стенками упоров — как явных, так и скрытых в продольных пазах между направляющими — соответствует поперечным размерам коронки 12, которые несколько меньше размаха «крыльев» 11.

Прежде чем приступить к описанию работы этого механизма, необходимо остановиться на некоторых особенностях перечисленных выше деталей. К ним в первую очередь относятся скосы, которыми заканчиваются вверху «крылья» 11 промежуточной втулки. Аналогичные скосы имеют и нижние концы всех четырех направляющих 9. Что касается коронки 12, то ее торцевая часть несет восемь зубьев, продолжением которых служат ребра на цилиндрической части коронки. При этом два противолежащих ребра всегда находятся в продольных пазах между направляющими, благодаря чему зубья коронки занимают по отношению к сечению канала строго определенное положение.

Выступающие внутрь канала направляющие 9 и упоры 10 практически сводят его круглое сечение к квадратному (схема А на в конце статьи). Поэтому промежуточная втулка 7, в дно которой упирается пишущий узел 1, может миновать упоры и подняться в верхнее крайнее положение лишь при условии, что ее «крылья» будут двигаться в плоскостях, проходящих через диагонали этого квадрата. В таком верхнем положении промежуточная втулка 7 находится тогда, когда пишущий узел ручки убран внутрь корпуса. При этом благодаря специальному подбору соотношения в размерах «крылья» 11 опираются своими скосами лишь о нижние части граней диагональных зубьев коронки 12 (схема А и развертка на изображении в конце статьи). В момент выпуска пишущего узла — при нажатии пальцем на кнопку — опускающаяся коронка 12 выдавливает промежуточную втулку 7 в цилиндрическую часть канала под направляющими и упорами, где она обретает возможность вращаться вокруг вертикальной оси. Эта степень свободы немедленно реализуется: под действием упругой реакции сжатой пружины промежуточная втулка скользит скосами своих «крыльев» по граням зубьев коронки до тех пор, пока не достигнет впадин между ними, и при этом поворачивается на угол примерно в 20 градусов (схема Б на изображении в конце статьи). Хотя угол поворота невелик, он позволяет «крыльям» 11 оказаться точно под скосами 13 на ближайших направляющих, ведущими внутрь продольных пазов. В тот момент, когда палец отпускает кнопку выпуска, упругая реакция пружины, стремясь поднять промежуточную втулку 7 вверх, заставляет ее скользить скосами «крыльев» 11 по внутренним скосам 13 и доворачиваться еще примерно на 25 градусов. При этом два «крыла» втулки 7 попадают в продольные пазы, втулка начинает подниматься вверх и, упершись «крыльями» в упоры 10, останавливается, фиксируя пишущий узел в выпущенном положении (схема В).

Итак, пишущий узел выпущен и зафиксирован на упорах благодаря тому, что два «крыла» втулки попали в пазы между направляющими. При этом они оказались точно под скользящими в этих пазах ребрами коронки, а два других «крыла» выстроились под парой ребер, лежащих в одной с ними плоскости. И снова скосы «крыльев» 11 упираются лишь в нижнюю часть граней соответствующих зубьев коронки 12. Если теперь нажать пальцем на кнопку, то опускающаяся коронка 12 снова выдавит промежуточную втулку 7 в пространство под направляющими и упорами (схема Г). Скользя скосами «крыльев» по граням зубьев, втулка 7 снова повернется примерно на 20 градусов и два ее «крыла» окажутся точно под скосами 14 на направляющих 9, но уже ведущими прочь от продольных пазов (схема Д). Под действием упругой реакции пружины «крылья» втулки снова скользят своими скосами по скосам на направляющих, доворачиваются еще примерно на 25 градусов и попадают в диагональные плоскости, открывающие им путь вверх (схема Е). Промежуточная втулка поднимается, а вместе с ней поднимается и упирающийся в ее дно пищущий узел — шариковое «перо» убрано.

Совершенно иной принцип положен в основу другого кнопочного механизма — со стопорящим шариком (фото Д и схема ниже справа). Торец корпуса 3 авторучки с таким механизмом и выступ на стенках канала крышки корпуса 5 образуют кольцевой паз, глубина которого соответствует половине диаметра стопорящего шарика 6. Такую же глубину имеет и сердцевидная канавка 7, выштампованная на штоке кнопки выпуска 4. Поэтому при перемещениях штока вверх-вниз вынужденный следовать за контурами канавки шарик продолжает оставаться в горизонтальной плоскости кольцевого паза.

Рис. 3

Внешние и внутренние контуры сердцевидной канавки выбраны с таким расчетом, чтобы заставить шарик перемещаться только в одном направлении — по часовой стрелке. Когда пишущий узел 1 убран внутрь корпуса, стопорящий шарик 6 находится в крайней нижней точке канавки и не дает штоку кнопки 4 выскочить наружу (схема I). При этом «нависающая» над ним часть внутреннего контура канавки спрофилирована таким образом, что ее нижний выступ по отношению к шарику оказывается несколько смещенным против часовой стрелки.
В момент нажатия пальцем на кнопку ее шток начинает опускаться, вместе с ним опускается нижний выступ внутреннего контура канавки и перекрывает шарику путь против часовой стрелки. Следуя за опускающимся контуром канавки по часовой стрелке, шарик перемещается вдоль кольцевого паза сначала влево, а потом вправо до тех пор, пока не окажется в верхней точке внешнего контура (схема II). Положение этой точки выбрано с таким расчетом, что при движении штока 4 вверх шарик 6 не может вернуться назад — он должен обязательно «упасть» в находящуюся под ним ложбину во внутреннем контуре канавки 7. Это и происходит в тот момент, когда, сняв палец с кнопки, вы позволяете пружине поднять шток (схема III) Правда, в данном случае подъем невелик — упираясь одной точной своей поверхности в верхний край кольцевого паза, другой — в нижнюю грань ложбины внутреннего контура, шарик заклинивает шток, фиксируя упирающийся в него пишущий узел авторучки в выпущенном положении.

И снова шарик оказывается в таком положении, когда «нависающий» над ним выступ — теперь уже внешнего контура — исключает движение против часовой стрелки. При нажатии на кнопку этот выступ перекрывает шарику пологий путь назад, одновременно выдавливая его за борт ложбины (схемы III и IV ниже). Теперь шарику остается лишь «скатиться» в нижнюю точку сердцевидной канавки, позволяя пружине поднять шток и упирающийся в него пишущий узел (Рис. 2, схема I внизу).

Рис. 4

Конструкция механизма двухцветной шариковой авторучки выглядит совсем по-иному. Прежде всего для такой авторучки нужны особые пишущие узлы 1 — с высоким расположением шейки для упора пружины (фото Е и схема на Рис. 4 вверху). Кроме того, каждый из этих узлов имеет свой собственный механизм уборки и выпуска, которые отделены друг от друга перегородкой 7 с выступами-упорами для пружины в нижней части. Цветные штоки 4 выпуска узлов в этой авторучке выполнены в виде полых полуцилиндров, в боковых стенках которых выштампованы пластинчатые пружины 8 с выступами-крючками 6 на концах. Эти выступы играют примерно ту же роль, что и шарик в предыдущей авторучке, а вместо сердцевидной канавки используются отверстия 5, расположенные одно под другим на боковых стенках корпуса 3.

Когда пишущие узлы убраны внутрь корпуса, выступы 6 на концах пластинчатых пружин 8 находятся в верхних отверстиях 5 и не дают витым пружинам 2 вытолкнуть штоки-полуцилиндры 4 наружу. При нажатии на головку одного из штоков соответствующий выступ 6 благодаря своей скошенной форме утапливается внутрь корпуса, изгибая при этом пластинчатую пружину 8. Теперь шток 4 и упирающийся в него пишущий узел 1 могут беспрепятственно двигаться вниз до тех пор, пока выступ 6 не поравняется с нижним отверстием 5 и под действием распрямляющейся пластинчатой пружины 8 не войдет в него, фиксируя узел в выпущенном положении. Для того же, чтобы убрать пишущий узел на место, достаточно нажать концом пальца на сидящую в отверстии 5 головку выступа 6 и, утопив его внутрь, открыть штоку с пишущим узлом путь вверх.

В сопоставлении с описанным более удобен механизм трехцветной шариковой авторучки, который при попытке выдвинуть второй узел автоматически убирает первый на место (фото Ж и схема на Рис. 5 справа). Верхняя часть цилиндрической крышки корпуса 5 этой авторучки срезана до трехгранной призмы тремя продольными прорезями, из которых выходят наружу разноцветные плоские головки штоков 4. Края этих прорезей имеют направляющие 7, слегка наклоненные вниз и внутрь, между которыми скользят выступы 8 на внутренних стенках штоков 4. Книзу штоки сужаются и заканчиваются каплевидными «хвостиками» 9, которые с натягом вставляются в верхнюю часть пластмассовых трубочек пишущих узлов 1. Что касается направляющих 7, то они начинаются под куполом крышки корпуса 5 и обрываются под нижними выступами 8.

Рис. 5

При нажатии на головку одного из штоков 4 он начинает двигаться вниз, сжимает соответствующую пружину 2, упирающуюся своим нижним концом в соединительную втулку 6, и выдвигает наружу надетый на «хвостик» пишущий узел. Поскольку направляющие наклонены внутрь, а каналы 10 в соединительной втулке 6 строго вертикальны, стержень скользящего по направляющим штока 4 слегка изогнут и обладает упругими свойствами. Силы упругости заставляют головку штока 4 в конце пути вниз «провалиться» под нижний обрез направляющих 7 и под действием пружины 2 упереться в него своим верхним торцом, фиксируя тем самым пишущий узел 1 в выпущенном положении.

Заходя под нижний обрез направляющих, головка штока 4 смещается к оси авторучки, а выступы 8, ранее доходившие только до оси, теперь углубляются на территорию двух других штоков. Поэтому при нажатии на любой из этих штоков его нижний выступ 8 попадает на косой срез верхнего выступа 8 опущенного штока и выбрасывает его головку с упора под направляющими. При этом пружина 2 поднимает освободившийся шток 4 с пишущим узлом 1 на исходную позицию, открывая второму пишущему узлу путь вниз. Если же необходимо только убрать выпущенный узел, то нажим на любую из поднятых головок штоков должен быть легким и коротким — с тем, чтобы эта головка сама не попала под обрез направляющих.

Недостаток трехцветной авторучки описанной конструкции в том, что в ней используются сравнительно короткие пишущие узлы с небольшим запасом пасты. В этом отношении более удобна конструкция четырехцветной ручки, в которой пишущие узлы протянулись едва ли не во всю длину корпуса (фото И и схема на Рис. 6 вверху). В верхние концы трубочек этих узлов 1 вставлены «хвостики» 12 коротких штоков 4, головки которых выступают наружу через вертикальные прорези 8 в стенках металлической крышки корпуса 5. Головки снабжены треугольным зубом 9, не дающим им провалиться внутрь. Сами же штоки 4 представляют собой пластины сложной конфигурации, внутренние ребра которых находятся в продольных пазах выбрасывателя 7, а выступающие по бокам полозья 11 не дают им вывалиться наружу.

Рис. 6

Для того, чтобы выпустить какой-либо из пишущих узлов, нужно послать вниз головку соответствующего ему штока. Сжимая пружину 2, нижний конец которой упирается в соединительную втулку 6, шток 4 б у-

дет опускаться до тех пор, пока зуб 9 головки не достигнет треугольного паза 13 в конце прорези и не провалится в него. Удерживаемый в этом пазе своим скосом и упругой реакцией сжатой пружины, зуб 9 зафиксирует пишущий узел 1 в выпущенном положении. Если же теперь нажать на головку выбрасывателя 7, то нижние торцы его направляющих упрутся в скосы полозьев 11 опущенного штока и выдавят его зуб 9 из фиксирующего паэа 13, позволяя тем самым штоку вместе с пишущим узлом подняться вверх. Одновременно объединенные усилия пружин всех-четырех пишущих узлов вернут на место и выталкиватель 7.

Последняя конструкция, по существу, представляет собой вариант описанного в самом начале механизма одноцветной ручки с фиксирующим пазом (фото Б), вариант, усложненный таким элементом, как выталкиватель 7. Вместе с тем существуют конструкции четырехцветных ручек и без этого усложнения — в них уборка пишущих узлов осуществляется с помощью головок штоков, которые нужно вывести пальцем из фиксирующего паза (фото 3). По этому же принципу устроено и большинство многоцветных шариковых авторучек (фото К).

Рис. 7

Правда, есть многоцветные авторучки и более сложной конструкции, примером которых может служить двенадцатицветная «ракета» (фото Л и схема внизу). В этой авторучке подающие штоки 4 заканчиваются внизу двумя параллельными стержнями, один из которых, короткий, служит «хвостиком», вставляемым в трубочку пишущего узла 1, а на второй надевается пружина 2, упирающаяся своим нижним концом в промежуточную втулку 8. Стержневые головки штоков через отверстия в соединительной втулке 5 выходят наружу, под прозрачную поворотную крышку корпуса 6, которая связана с промежуточной втулкой 8 пружинами 7. Для того же, чтобы промежуточная втулка 8 под действием пружин 7 не приблизилась к соединительной втулке 5, между ними вставлен распорный стержень 9.

Выступающая под крышку корпуса центральная часть соединительной втулки 5 снабжена тринадцатью продольными пазами. Число тринадцать выбрано не случайно— это сумма всех выступающих голо-вон штоков плюс нейтральный просвет между ними. Когда все пишущие узлы убраны внутрь, в этом нейтральном просвете находится «толкатель» — продольный выступ на внутренней стенке крышки корпуса 6, имеющий внизу треугольный вырез. Если крышку корпуса оттянуть вверх до тех пор, когда ребро «толкателя» выйдет из нейтрального продольного паза, то ее можно будет повернуть с таким расчетом, чтобы «толкатель» оказался над головкой штока того пишущего узла, который необходимо выпустить. Опускаясь вниз вместе с крышкой, «толкатель» попадет своим треугольным вырезом на головку штока (точность попадания обеспечивают продольные пазы), пошлет шток вниз и вместе с ним выпустит и пишущий узел. Когда же крышка 6 опустится до конца, треугольный вырез «толкателя» будет удерживать головку штока и пишущий узел в выпущенном положении. При уборке пишущего узла перечисленные операции повторяются в обратном порядке и «толкатель» возвращается в нейтральное положение.

Таковы механизмы шариковых авторучек. Разные по конструкции, они все подчинены одной цели — сделать максимально удобным пишущее «орудие» человека.

Рис. 8
Схема устройства и принцип действия механизма шариковой авторучки