審核專家：程杰

華秦儲能技術(shù)有限公司中級機械工程師

即拿即寫，不怕漏水也不怕筆尖干掉，更不用臨時磨墨或者用小刀削出筆尖，甚至還可以在大部分材質(zhì)的表面寫字……不得不說，圓珠筆的出現(xiàn)給人類的書寫工作帶來了極大的便利。

來源丨360圖片

一按一出“咔噠”兩聲之后，寫字畫圖都隨你。不過你有沒有注意到按動圓珠筆時它會“叫”兩次呢？突然聽到這個問題，大家是不是已經(jīng)在大腦中開始思考了呢？在最終揭曉答案之前，先讓我們了解一下看似不起眼，但擁有很多“背景”的圓珠筆吧。

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圓珠筆原來是記者的發(fā)明

圓珠筆出現(xiàn)之前，人們的書寫工作主要靠鋼筆和鉛筆。然而傳統(tǒng)的書寫工具也有一定的缺陷：當時的鋼筆容量有限，將墨水晾干也需要時間，使用時還會有大量墨漬泄漏，清洗不易。而鉛筆不僅容易變鈍、斷裂，字跡還容易被擦除。

鉛筆，圓珠筆和鋼筆 來源丨360圖片

“天下苦無筆久矣”，尤其是對于隨時隨地都需要進行速記的記者更是如此。在人們想要研發(fā)出一種新型的書寫工具的情況下，圓珠筆就應運而生了。

圓珠筆的雛形是由美國人約翰·勞德于1888年開發(fā)完成的，當時他為了做出能在皮革等粗糙表面上書寫的筆，在筆尖中加入了旋轉(zhuǎn)的圓珠。不過由于技術(shù)不夠成熟，圓珠不能靈活地在筆尖中旋轉(zhuǎn)，導致書寫很難順暢完成，雖然可以在皮革表面書寫，但在普通紙張上書寫反而變得不順暢，同時還會漏水，所以沒能實現(xiàn)大規(guī)模使用。

那第一支比較實用的圓珠筆是什么時候被發(fā)明出來的呢？這就要夸贊一下“大功臣”比羅·拉斯洛了，他是匈牙利的記者，也是世界上第一支真正圓珠筆的發(fā)明者。

當時的記者全靠紙筆記錄，而當時書寫不暢、存墨有限的鋼筆記錄新聞十分困難。有一天，他發(fā)現(xiàn)印刷廠的油墨干得較快，便有了把油墨放進筆里書寫的靈感。由此，拉斯洛發(fā)明了第一支叫“油溶筆”的圓珠筆。

比羅·拉斯洛和他的圓珠筆的廣告

來源丨維基百科

到了二戰(zhàn)時期，圓珠筆技術(shù)得到了進一步的提升。改進后的圓珠筆采用了油性滲透原理，把油溶性顏料當作墨水，在大氣壓力和油墨重力的共同作用下筆芯中的油墨會通過油管流到筆頭的小鋼珠座里，隨著鋼珠的滾動可以黏附在紙上。

圓珠筆書寫的特寫

來源丨維基百科

之后，他將圓珠筆技術(shù)不斷改進，形成了比較完整的圓珠筆設計方案，還將自己的發(fā)明提供給了英國政府，首批商業(yè)化圓珠筆就此出現(xiàn)。

后來，法國Bic文具公司買下圓珠筆專利，并對其進行“親民化”改造，大大降低了成本。圓珠筆很快成為了主流的書寫工具。

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小小圓珠筆竟是大工程？

通過上面的介紹，大家應該能感受到圓珠筆從“出生”到“長大”實屬不易了吧？

接下來，我們再了解一下看似簡單的圓珠筆到底蘊含了多少的技術(shù)。

首先我們看一下筆頭的材料構(gòu)成。隨著技術(shù)的不斷更新迭代，目前的圓珠筆分為油性圓珠筆和水性圓珠筆。油性圓珠筆頭的圓珠通常采用黃銅、鋼或碳化鎢等材料；水性圓珠筆頭的圓珠常用材料就是不銹鋼、硬質(zhì)合金或氧化鋁等。

圓珠筆尖的結(jié)構(gòu) 來源丨360圖片

然后是圓珠筆的書寫原理：它利用油墨的自重，通過筆尖中筆珠的運動，油墨會從筆珠凹槽中流出，隨之轉(zhuǎn)移到書寫介質(zhì)表面。這個過程需要球珠剛好卡在球座里，并且不會掉出也不會陷進去，墨水不會隨意流動。同時還要保證筆尖的耐用，這可不容易。

還有，就是圓珠筆的制作工藝。眾所周知，圓珠筆最關鍵的地方就是筆頭。小小的筆頭被放大1.5萬倍之后，可以很清楚地看到里面是環(huán)形臺階狀的結(jié)構(gòu)，5條光滑的導墨溝槽分布在頂端的最狹小處，還有一顆小小的球珠，正是因為它可以隨意轉(zhuǎn)動，圓珠筆才能這么順暢地書寫。

圓珠筆尖 來源丨360圖片

筆頭制作真的很難嗎？這樣一個小小的筆頭，不僅需要20多道工序來完成，制作工藝還十分復雜。

筆頭放置球珠需要一個碗口狀的結(jié)構(gòu)，而這個碗口的壁厚最薄之處只有0.03毫米，相當于A4紙的三分之一，精度要達到0.001毫米；光滑的導墨槽寬度也只有0.08毫米，精度也要達到0.001毫米?？吹街谱鲾?shù)字恐怖的精細程度，你應該就知道筆頭制作之艱難。

來源丨360圖片

最后，也是大家最關心的地方，為啥按動筆頭總會響兩聲呢？這里就涉及到圓珠筆的另一個核心技術(shù)了。

我們用圓珠筆書寫時會先按下按鈕，此時，推桿和凸輪被向下推動到筆筒中，凸輪的頂部會降到固定止動件的下方，與推桿保持接觸。

由于凸輪上表面和推桿下表面都是斜面，而且凸輪在徑向沒有限制，可以旋轉(zhuǎn)，而推桿被止動件限制旋轉(zhuǎn)，只能沿軸向滑動。

受軸向彈簧力的作用，凸輪上表面沿推桿的下表面向斜上方滑動。同時凸輪開始旋轉(zhuǎn)，直到碰到推桿表面，此時凸輪旋轉(zhuǎn)了45°，這是個很快速的扭動動作。

再次松開按鈕時，推桿和塑料筆管之間的彈簧會把按鈕推到筆的頂端，推桿的下端會離開凸輪，凸輪再次旋轉(zhuǎn)45°，直到擊中止動件停止，這是筆的第二次按動。最后，完全松開按鈕，凸輪依舊是鎖定的狀態(tài)，不能上下移動，就可以寫字了。

按動式圓珠筆的結(jié)構(gòu)原理

來源丨知乎

還有一個你不知道的“小秘密”！按動組件轉(zhuǎn)動一次，筆芯會旋轉(zhuǎn)45°，這樣筆尖就不會因為書寫角度的固定而變歪。

聽說筆尖的制作技術(shù)我們還沒有掌握？在過去的認知中，我們得知筆尖鋼的加工精度很高，對于不銹鋼原材料有極高的性能要求，鋼材的強韌度要保持合理區(qū)間是很有難度的。

這樣說是沒錯，但都是以前的事了，我們的國產(chǎn)筆頭現(xiàn)在早已經(jīng)研制成功，并已實現(xiàn)商用應用，從制作球珠的鋼材到制作圓珠筆的機器，我國由最基礎的一步步做起。經(jīng)過不懈的努力，核心技術(shù)早已被攻克。毫不夸張地說，我國不僅有生產(chǎn)合格筆頭的能力，而且技術(shù)水平處于世界前列。

筆尖的特寫來源丨維基百科

小筆頭也是有“大智慧”的，是不是感覺對圓珠筆有了更深的了解？快把方便的圓珠筆用起來吧~

來源：數(shù)字北京科學中心

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