过去，传统的手持工具，如通常用于书写的工具，通常具有圆 柱形的杆，所述杆由使用者拇指和食指把持，通过拇指和食指的互 相配合来控制工具的端部来完成特定的任务。另外，这种传统的圆 柱杆工具的使用者经常利用圆柱杆作为杠杆，靠在工作的拇指和食 指上，作为支点，来操控工具。这种传统的单一端部的手持工具包 括书写工具，如铅笔和钢笔，切割工具，如小刀和锥子，以及钎焊 工具、划线器，绘画工具，如刷子，化妆用工具及与数字化相关的 工具，如计算器等。在其使用过程中，这些传统工具的表面与使用 者皮肤的接触面积很小。
从历史角度来讲，对这种传统手持工具的改进关系到工具的机 械方面，如新墨盒，墨水流入机制及将墨水传送到书写表面。传统 工具的根本缺点是只有一个固定安装的工作尖端，且无始终不变的 圆柱形杆不能很好地适合使用者的手指、手掌表面或环绕的手掌内 表面。
手持工具设计的最小展开面积其中之一是指工具的抓持形状和 使用者手的本身形状的关系。这对于使用者的舒服程度及操控工具 的能力具有很大的作用，尤其是当工具需要长时间使用时。传统工 具接触使用者手指相对较小的一部分，拇指和食指的较大的面积未 被使用。而且，使用者的整个手掌没有被用于分散使用手持工具过 程中的物理压力。随着工具的刚性表面对使用者手指施加的压力及 摩擦力(以反杠杆作用的形式)，这种状况最终会导致使用者一段时 间使用后的不舒服。这样，大比例的手掌及手指与手持工具一起工 作的面积应用来控制手持工具，这样是有利的。
现有技术对于改进手持工具以减少不适及疲劳也做了很多尝 试。例如，工具被制造成具有柔软的橡胶表层材料。但是，这些材 料降低了对工具的控制。另外，还曾经提出在手持工具表面提供不 同的凹面。但是，这些凹面没有克服由基本思想带来的基本问题， 即圆柱杆在使用者的拇指和食指之间定向延伸并伸出手掌外。
Rubin在美国专利号5,785,443中描述了一个具有类似形状 的书写工具。但是，Rubin的设计缺乏任何用于可变地将工具端部从 主体中伸出和将工具端部缩回到主体中的机构。这种功能的缺少是 其主要缺点，例如，这样会阻止将钢笔放入口袋中，以避免将衣服 弄脏，并且需防止在非目标表面无意中留下印记。

本发明涉及提供一种带有可更换管体及可缩回顶端的符合人类 工程学的手持式工具。
本发明的另一个目的是提供一种符合人类工程学的手持式工 具，所述工具在抓持时具有高度的舒适感，适于长时间使用，并且 可减少手部疲劳。本发明将提供一种符合人类工程学的手持式工具， 所述工具在与手部表面接触时具有更小的摩擦力及压力，从而可减 少手指或手部水泡或老茧的产生，例如，通常在第三个手指上由于 长期使用摩擦及压力而导致的。
本发明的另一个目的是提供一种符合人类工程学的手持式工 具，所述工具用于执行具有高精度的手工操作。本发明提供一种符 合人类工程学的更小尺寸的手持式工具，但是所述工具可提供更大 比例的表面与手部接触，从而在提供更高的舒服度的同时使得操作 及控制程度更高。
本发明通过提供手持式工具实现了这些或其他目的，所述工具 具有管体及管体外壳，工作工具从管体外壳中伸出和缩回，例如钢 笔或铅芯，与工作顶端的需要安装的结构相独立。这样，所述工具 就可提供具有符合人类工程学的形状的主体，所述主体优选具有从 底部向前延伸的前表面，第一和第二测表面从底部表面向上且从前 表面向后延伸。所述前表面适于与使用者的食指结合，并且所述表 面的取向使得在使用中工具的延伸方向不再向使用者的拇指而是向 使用者的食指。所述工具具有足够的尺寸使得工具舒适地放置在掌 心而没有延伸出使用者的手掌外，而且使得当所述工具在使用位置 时，所述工具能够提供更时候拇指、第二和第三手指及握紧的手掌 轮廓的结构。这样做使得手部和工具之间具有相对大的接触面积。 增加的接触面积降低了在任何一个特定的接触点的压力，并将接触 面积的增加还使得对工具的控制程度增加。本发明的工具在用于多 种利用手持式工具手工进行的操作中具有优势，包括例如书写、绘 画、切割、钎焊、手术及化妆等，通过简单地更换管体即可。
本发明虽然只是之前符合人类工程学设计的改进设计，但是将 会满足上述需求，因为其与可更换的端部结构配合使用。在本发明 中，弹簧加载的柱塞与双重位置的V形凸轮配合使用可对按钮施加 压力，从而在弹簧加载的柱塞上施加一轴向的力，从而可选地伸出 或缩回工具端部。具有缩回端部的功能可使使用者可安全且干净地 将所述工具携带在口袋或其他衣物中。具有可缩回的端部，笔墨就 不会泄漏在衣服上或者在感觉的表面无意中留下印记。而且，如果 所述工具被构造为切割工具、铁笔头或其他锋利端部的物件，在不 需要露出锋利的端部时，现在使用者就可以缩回端部，使其成为安 全的工具，便于运输、储藏或其他使用。
本发明的其他目的、优点及特点将结合附图中的详细描述更易 于理解。

附图1为根据本发明的处于完全装配状态的工作尖端缩回的改 进型手持式工具的立体图；
附图2为根据本发明的处于完全装配状态的工作尖端伸出的改 进型手持式工具的立体图；
附图3为如附图1中所示的工作尖端缩回的改进型手持式工具 的剖视图；
附图4为如附图2中所示的工作尖端伸出的改进型手持式工具 的剖视图；
附图5为如附图3中所示的改进型手持式工具的分解视图，其 进一步描述了管体、管体外壳及其柱塞结构；
附图6为如图1中所示的根据本发明的改进型手持式工具的选 择销、凸轮及柱塞的俯视分解图；
附图7为如图1中所示的根据本发明的改进型手持式工具的选 择销、凸轮及柱塞的立体分解图；
附图8为如图2和图4中所示的根据本发明的改进型手持式工 具的选择销、凸轮及柱塞在工作尖端处于伸出位置的立体图；
附图9为如图3和图4中所示的根据本发明的改进型手持式工 具的选择销、凸轮和柱塞体在工作尖端处于伸出过程的一点的位置 的立体图。
附图10为如图1和图3中所示的根据本发明的改进型手持式工 具的选择销、凸轮和柱塞体在工作尖端处于缩回位置的立体图。

本发明所描述的改进型手持式工具的目的在于为使用者提供一 种工作尖端。在示出的实施例中，显示出墨水尖端13作为一个结合 在笔管中的工作尖端。然而，工作尖端可包括若干要求精确手动控 制的装置中的任一种。例子包括其他书写工具(比如铅笔盒、自来 水笔)、切割工具用的刀片、绘画用的刷子、化妆应用场合所用的刷 子或粉扑、钎焊尖端或接触装置(比如计算机触针)。
在一个优选实施例中，如图1和2所示，手持式工具的组装体1由 两个匹配元件构成，第一弯曲主体板2和第二弯曲主体板3。在组装 过程期间，通过普通方法(比如卡扣配合接片、声波钎焊或粘合剂)， 将这两个元件接附或粘合在一起。每一个所述板具有一内表面4和 外表面5。在工具的组装体1的使用中，右手使用者的拇指接合到第 一主体板2外表面5，而使用者的中指则接合到第二主体板3的外表 面5上。在该优选实施例中，外表面5、6具有平滑及缓和的轮廓、 而没有尖锐的边缘。类似地，工具的两个匹配主体板2、3平滑地连 接在一起，具有滚圆的边缘。这些特征为工具的使用者提高了舒适 度。当主体板2、3从尖端、或底部安装在一起时，顶部匹配的向前 倾斜的表面5a提供了一轮廓平滑的边缘，其中使用者通常将其食指 放置在所述轮廓平滑的边缘上。中指除了接触到主体板3的外表面5 之外，还会通过中指的远端指关节部位而搁置在向前弯曲的表面5b 上。拇指、食指和中指的这种放置方式使得使用者能够舒适地握住 改进型工具，同时还能够以一种相当有益于对工具的尖端9进行准 确及精确定位的方式对工具进行抓握。因此，本发明在使用中能使 使用者的手部采用一种舒适的弓形形状，从而工具大体上与由使用 者的食指和环绕的封闭掌部的相应部分界定的弧部共面。工具的该 优选实施例的长度足够小，从而该优选实施例不会延伸超过使用者 的手部，而是可放在使用者的手部内。
在一个特别优选的实施例中，工具的宽度足够薄，从而便于将 工具存储在使用者衣服的口袋中。
在该优选实施例中，以这样的方式对表面5、5a和5b进行定向， 从而使得工具在使用中将沿着优选为大体上平行于使用者食指的方 向延伸，但是在任何情况下，均不会沿着相对于食指更加朝向拇指 的方向延伸。该关系还可这样概念化，即将尖端9视为界定了一纵 向轴线，并且该纵向轴线优选为大体上平行于使用者的食指。
参看图3和4，依据本发明的管体的罩体6包括一个或多个用以 将管体8和尖端9进行固定的同轴凹处7，如图5所示则为同轴的凹 槽。在一个优选的实施例中，管体的罩体6为圆柱形及狭长形。然 而，罐体8可以为任何形状(包括方形、长方形、圆椎形等)，并且 不需要为狭长形。管体8从管体罩体6处延伸，并且包含尖端9。
参看图5，图中显示了依据本发明的手持式工具的部件分解图。 可看到主体1的外部形状并未与管体的罩体6的外部形状一致。主 体1和管体的罩体6均可单独地具有任意的纵向形状。另外，主体1 和管体的罩体6均可单独地具有任意的横截面形状。在一个优选的 实施例中，手持式工具的外部形状被构造成具有如上所述的轮廓。 在一个更为优选的实施例中，主体1所包括的横截面积大大地大于 管体的罩体6所包括的横截面积，并且主体1的最短尺寸长于管体 的罩体6的最短尺寸。依据本发明的手持式工具的第一主体板2和 第二主体板3安装在一起以形成管体的罩体6。管体的罩体6可位于 主体1任何部位，并且从主体1的任何平面延伸。尖端9从管体8 和管体的罩体6上延伸。在一个优选的实施例中，管体8为具有一 墨水尖端13的笔管。
管体8的同轴固定止动件10位于从管体8和尖端9的外端算起 的一个特定距离处。在组装体1中，在优选实施例中显示为一圆形 凸部的止动件8安装在同轴的凹处7内，以将管体8定位及固定在 管体的罩体6中。管体8预定的长度以及止动件10相对于所述管体 8位置确定了尖端9所想要的延伸距离，其中在优选实施例中，确定 了墨水尖端13所想要的延伸距离。止动件10和凹处7可以具有适 于匹配的、任意的横截面几何形状和尺寸，使得它们可协同作用以 对管体8进行定位和固定。
参看图5，图中显示了依据本发明的笔管8。在一个优选的实施 例中，笔管8具有：一个包括一滚圆的圆柱形部分12的墨水再填充 装置、一缠绕着墨水储管的弹簧以及一墨水尖端13。圆柱形部分12 的内端可滑动地与柱塞体15成倾斜角度的表面22接合，以使墨水 尖端回退以及伸出，如下所述。
在本发明中，结合在管体中的任何类型的延伸尖端均可二择一 地伸出和回退。在优选实施例中，墨水尖端13可以从尖端9上伸出 或者回退而进入到所述尖端9内。这点可通过装有弹簧的机构的使 用而得以实现。首先，使管体8的圆柱形部分12顶着管体的罩体6 处于弹簧偏置。通过管体罩体6受控的长度实现对管体弹簧11a进 行压缩，其中所述管体罩体6的受控长度包括从同轴凹处到管体罩 体6的最内端6a的长度，并且其中圆柱形部分12的凸部12a偏置 在所述最内端6a上。因此，在松弛状态下，凸部12a与最内端6a 处于接触，而墨水尖端13则回退而进入到管体内。另外，不论延伸 尖端的构造如何，其都将会回退在该位置上。如果所述尖端为触针、 刀尖或其他尖锐或尖状的尖端时，这点对安全方面特别有益。
优选实施例通过弹簧偏执式柱塞机构而使得墨水尖端13得以伸 出，其中所述机构包括一按钮23、一弹簧14、一柱塞体15、一选择 销16、以凸轮轨道17以及一顶板18，其中所述顶板18通过多个接 附点19接附到第二主体板3的内表面4上。按钮23在优选实施例 中大体上为具有长方形横截面的柱形。其内端包括向外延伸的片 23a，位于相对的两侧上，使得按钮23能够从组装体1上向外延伸， 但是由于所述片23a而仍然被保持在主体内。搁置在按钮23内部的 是一按钮弹簧23b，其将一个向内的轴向力施加在柱塞体15的平板 20上。柱塞体15可被构造成具有任意的横截面形状，但是显示在优 选实施例中的为具有方形横截面的狭长形元件。在其外端上，柱塞 体15具有一带有一定位销21的平板20，其中所述21被正中放置在 平板20面朝外的表面上。定位销21将按钮弹簧23b的力定位及引 导在平板20上。柱塞体15的内端被构造成具有一成倾斜角度的表 面22作为其端点。选择销为大体上“U”形，并且外腿安装在柱塞 体15的滑动凹槽21内，而内腿则插入到柱塞主体15的凸轮轨道17 内。选择销16通过顶板18插入，并且通过弹簧14保持在位，其中 所述弹簧缠绕着选择销16以及柱塞体15。当使用者按压按钮23时， 按纽弹簧23b将一个轴向向内的力施加到平板20上。该力使柱塞体 15轴向向内移位，因此是凸轮轨道17向内移动。选择销16并未进 行轴向移位，原因是其通过位于顶板18上的中心孔18a以及由于弹 簧14缠绕的线圈而施加在选择销16上的向内径向力、而保持不动。 因此，选择销16的外腿受到限制而坐落在柱塞体15的滑动凹槽21 中。当凸轮轨道与柱塞体15所进行的弹簧控制的移动一同横向移动 时，选择销16的内腿沿着凸轮轨道17的狭长的V形形状性行进。 参看图8、9和10，当首先按压按纽23时，选择销沿着凸轮轨道17 的前侧腿向下滑动，并且搁置在凸轮轨道17的外“V”形部分上， 以使墨水尖端伸出。第二次按压按纽迫使选择销16沿着凸轮轨道17 的后轮廓行进，并且选择销16将搁置在V形凸轮轨道17的内“V” 形部分上，凭借该位置墨水尖端13得以完全回退。
凸轮轨道17和柱塞体15的所述移动被锁定在以上所述的伸出 和回退位置上，通过分别将选择销16定位在凸轮轨道17的外“V” 形部分(见图8)上或凸轮轨道17的内“V”形部分(见图10)上。 如上所述的柱塞的横向移动相应地移动成倾斜角度的表面22的端 点。当该成倾斜角度的表面22由于按压按纽23而产生的(as applied)按纽弹簧23b的轴向力的作用而向内移动时，其可滑动地 与管体8的圆柱形部分12的内端接合。尽管相对的几何形状可在长 度、尺寸或所形成的角度上进行变化，但是在优选实施例中，柱塞 体与管体8和管体的罩体6共面、但是被定向成与所述柱塞体与管 体8和管体的罩体6处于大概90度的角度。因此，成倾斜角度的表 面22的角度为大概45度并且向后倾斜，从而其前边缘低于其后边 缘。因此，当柱塞体15横向向内前行时，成倾斜角度的表面22与 管体8的圆柱形部分12的滑动接合使得轴向力向外推压在管体8的 圆柱形部分12上，由此使墨水尖端13伸出，其中所述墨水尖端13 线性连接到管体8的圆柱形部分12上。
改进型的手持式工具可以具有任意合适的、符合上述关系的尺 寸。工具可以按比例扩大或缩小，以提供具有不同尺寸的不同工具， 因而可适合具有不同尺寸的手部的使用者。本发明的工具可由任何 符合工具的预期用途的材料制成。例子包括各种聚合物材料、金属、 木材和玻璃。还应注意到，装置的主体1的外表面5提供了一个相 对光滑平坦的表面，这点非常适于艺术作品、标记和广告方面的应 用。
尽管在文中出于清楚理解目的而显示和描述了某些体现本发明 的特定结构件，但是所述特定结构件在性质上被视作示范性而已， 即应理解为只是已经对优选实施例进行显示和描述而已。本领域的 技术人员将明白，在不偏离以下创造性构思的精神和范围的前提下， 可进行零件的某些改变、各种修改和重新设置，并且所述创造性构 思并未受限于本文中所示和所述的特定形式、而是在权利要求书的 范围中指出。