为什么圆珠笔按一下都会叫2声？没想到里面有这么多心思
中科院物理所2019-06-08 13:45
本文转载自公众号“把科学带回家”（ID：steamforkids）
来源 BIC 等
编译 七君
2017年，新华网报道，太原钢铁终于研发出了自己的圆珠笔笔头不锈钢钢材。在此之前，我国的圆珠笔头钢材（就是笔尖的金属部分）都是依赖进口。
小小圆珠笔，难道也暗藏着这么大的学问么？
圆珠笔的工作原理是这样的，笔尖的球珠转动，里面的墨水被带出来。听起来很简单，但是球珠必须要恰好卡在球座里面，不会掉出来，也不会在使用时陷进去，让墨水乱流。笔尖本身也要耐用，不然没写几下，或者摔几下，圆珠笔可能就坏了。
世界上第一支圆珠笔，是在二战前发明的。虽然圆珠笔在我们的时代是一种廉价的文具，但是它刚刚诞生的时候，却是一种奢侈品呢。
1945年，美国企业家 Milton Reynolds为了销售他家的圆珠笔 Reynolds Rocket，用了《纽约时报》的一整页版面来宣传他的圆珠笔，他说自家的圆珠笔“超级棒，是原子时代的奇迹”，写2年都不用加墨水，不管是在2万英尺的天上还是在 “阿留申群岛最偏远的浮冰上”都能使。
Reynolds Rocket 的杂志广告
可能是因为 Reynolds 的宣传，在1946年就引进了圆珠笔的我国一开始把这种新兴写字工具叫做“原子笔”。
宣传攻势的2天后，也就是1945年10月29日，Reynolds的售价为12.5美金的圆珠笔上市了。当时的12.5美金是什么概念呢？相当于现在的167美金，也就是约1200元。
尽管如此，开售的第一天，Reynolds的总价值12.5万美金（相当于现在的1100万元）的圆珠笔就被约5000名消费者抢购一空，警方不得不派出几十个人在现场维持秩序。
后来，受到利润的驱使，大量文具制造商开始生产圆珠笔，它的价格也一落千丈。但是，简简单单的圆珠笔里，却有很多你不知道的机关。
比如，你知道圆珠笔的圆珠硬，还是钻石硬？圆珠笔按一次，为什么会发出两声？每按一次，笔芯转多少度，为什么要这样设计？
一起通过它的制造过程来看一看这些奇怪问题的答案吧。
圆珠笔厂用塑料制造笔的外壳——笔套，还有装墨水的墨水囊。
造好以后，有一个机器把它们排成同一个方向。
接着有一个机器把0.8克的墨注入墨水囊。
相信你一直想知道，墨水笔笔芯的那坨透明的物质是什么？
其实，那种物质叫做硅脂。硅脂是由硅油（硅氧烷）和增稠剂制成的密封膏状物，主要功能是防止墨汁蒸发。
最后，在笔芯上加个盖。笔芯就完工了。
在另一边，机器用不锈钢制造球座，也就是笔尖那部分。球座一般使用高档不锈钢制造的，可以承受持续的磨损。
球座被打了一个1 毫米左右粗细的洞。接着，球座被压成锥形。
另一个机器在球座装球珠的地方切出5个细微的小洞——引墨沟槽，这样墨汁就可以沿着这5个小洞流到球珠上。
看，这就是在球座里的5个引墨沟槽和人类头发直径的对比。引墨沟槽要达到千分之一毫米的加工精度。看到这里，你就能体会笔尖技术的难度了吧。
然后，直径恰好是1毫米的球珠被卡入球座里。
球珠一般是用碳化钨制造的。碳化钨是一种硬度极高的材料（莫氏硬度为9），经常被用来制造切割机。
你知道吗，世界上销量最大的圆珠笔 Bic Crystal 的制造企业，同时也是最古老的圆珠笔制造商之一——比克（BIC）公司介绍，圆珠笔球珠的硬度和钻石相近。
圆珠笔的关键技术——球珠的发明，根据它的发明者——匈牙利记者 László Jozsef Biro 的说法，是受到了弹珠的启发。
现代圆珠笔发明人，匈牙利记者 László Jozsef Biro
Biro 说，他在街上走的时候，看到了男孩打的弹珠经过湿漉漉的小水塘，然后蘸着水滚出了一条长长的印迹，给他带来了灵感。
做好的球座被插入墨水囊里。
扫描仪对每支笔的长度和球珠进行质量检测，丢掉不合格的坏家伙。
工厂还会随机抽取样本，进行气压试验，确认球珠的运动是否正常，写字的时候是不是会卡住。
质量OK的话，这批次就可以装上笔套了。
现在，笔芯被放入一个离心机里，离心力使得墨汁被甩到笔尖，同时消除墨汁里的空气。你写的第一笔就有墨，是因为这个步骤哦！
然后，每支笔芯都要进行书写测试。
上面图片里的蓝光是一个传感器产生的，如果它检测到任何异常，就会把有问题的笔芯丢掉。
通过检测的笔芯就可以和塑料外壳组装起来了。
能夹到衣服袋子上的那个部分，叫做笔夹，是用镀铬弹簧钢制造的，这种材料不容易变形。
笔套被倒转过来，放入按动组件，就是可以把笔尖按出来的那个内部机构。
按动组件
首先是按头，就是你作业做不出的时候咔哒咔哒按的那个按钮。
然后是转轮和按杆。按头、转轮和按杆组成了按动组件。
你不知道吧，按动组件每转一次，会使笔芯旋转45度，这样笔尖才不会因为总是用一个角度书写而扭曲变歪。
为什么是45度？注意到了么，把笔尖按出来是咔哒2声，按回去也是咔哒2声。180除以4正好是45度。实际上，每当你把笔尖按出来一次，笔尖就转动了90度，按回去的时候，笔尖又转了90度。
下面的动图是具体的过程。
笔尖按出来的过程
笔尖按回去的过程
这个按动组件是派克公司（Parker）的66人团队设计的，市面上四分之三的按压式圆珠笔采用的都是这种设计。
接着，笔芯就被装进去了，笔尖朝上。
然后需要装入一个小弹簧——芯簧。芯簧的功能是为了让你咔哒按笔的时候，按动组件能固定住（见上方动画）。
下一步把笔套加上。
然后有一个机器测试每支圆珠笔是不是能顺利地咔哒咔哒，这一步还可以保证圆珠笔的笔头都缩回去了。
工厂还会随机抽样几支笔进行耐久性测试，每支笔要按头10万次。这家工厂的圆珠笔可以连续写4千米。
对了，掌握着球座制造工艺秘密之一的老牌圆珠笔制造企业比克，很早以前叫...Bich——碧池。
因为发明制造了世界上第一支便宜好用的圆珠笔 Bic Crystal 的人，也就是比克的创始人叫做 Marcel Bich。
Bic Cristal
Bich 先生是个对英文不太灵光的法国人，所以就憨沟沟地用了自己的大名当作品牌名。后来经过英国人提醒以后，才把这个引人联想的名字改成 Bic 的。
最后，圆珠笔有驱蚊功能哦！你肯定不知道吧。
圆珠笔墨里常用的油性物质之一，是有机化合物苯氧乙醇（Phenoxyethanol）。苯氧乙醇是一种驱虫剂，防蚊液和蚊香里的有效成分就包括它。所以你可以在家做下面这个有趣的试验。
抓一只小虫，比如蚂蚁或者三叶螨（Bryobia praetiosa）来，用圆珠笔画一个圈，就可以利用圆珠笔里的苯氧乙醇把小虫封印在里面。
三叶螨：(//Д//)
蚂蚁：( >﹏<。)
但是别抓白蚁，因为圆珠笔里的苯氧乙醇是白蚁追寻的踪迹物质。你不想引蚁入室吧。
原来在夏天沉迷于写作业的孩纸，会受到圆珠笔大神的庇佑而不会被蚊子咬呢。
( ° °)
图片非特别注明均来自网络。
为保护原创，参考资料储存于石墨：
https://shimo.im/docs/3dROwKURSCQ9GPYu/
来源：把科学带回家
编辑：Quanta Yuan
举报/反馈
0
0
收藏
分享
