审核专家：程杰

华秦储能技术有限公司中级机械工程师

即拿即写，不怕漏水也不怕笔尖干掉，更不用临时磨墨或者用小刀削出笔尖，甚至还可以在大部分材质的表面写字……不得不说，圆珠笔的出现给人类的书写工作带来了极大的便利。

来源丨360图片

一按一出“咔哒”两声之后，写字画图都随你。不过你有没有注意到按动圆珠笔时它会“叫”两次呢？突然听到这个问题，大家是不是已经在大脑中开始思考了呢？在最终揭晓答案之前，先让我们了解一下看似不起眼，但拥有很多“背景”的圆珠笔吧。

圆珠笔原来是记者的发明

圆珠笔出现之前，人们的书写工作主要靠钢笔和铅笔。然而传统的书写工具也有一定的缺陷：当时的钢笔容量有限，将墨水晾干也需要时间，使用时还会有大量墨渍泄漏，清洗不易。而铅笔不仅容易变钝、断裂，字迹还容易被擦除。

铅笔，圆珠笔和钢笔来源丨360图片

“天下苦无笔久矣”，尤其是对于随时随地都需要进行速记的记者更是如此。在人们想要研发出一种新型的书写工具的情况下，圆珠笔就应运而生了。

圆珠笔的雏形是由美国人约翰·劳德于1888年开发完成的，当时他为了做出能在皮革等粗糙表面上书写的笔，在笔尖中加入了旋转的圆珠。不过由于技术不够成熟，圆珠不能灵活地在笔尖中旋转，导致书写很难顺畅完成，虽然可以在皮革表面书写，但在普通纸张上书写反而变得不顺畅，同时还会漏水，所以没能实现大规模使用。

那第一支比较实用的圆珠笔是什么时候被发明出来的呢？这就要夸赞一下“大功臣”比罗·拉斯洛了，他是匈牙利的记者，也是世界上第一支真正圆珠笔的发明者。

当时的记者全靠纸笔记录，而当时书写不畅、存墨有限的钢笔记录新闻十分困难。有一天，他发现印刷厂的油墨干得较快，便有了把油墨放进笔里书写的灵感。由此，拉斯洛发明了第一支叫“油溶笔”的圆珠笔。

比罗·拉斯洛和他的圆珠笔的广告

来源丨维基百科

到了二战时期，圆珠笔技术得到了进一步的提升。改进后的圆珠笔采用了油性渗透原理，把油溶性颜料当作墨水，在大气压力和油墨重力的共同作用下笔芯中的油墨会通过油管流到笔头的小钢珠座里，随着钢珠的滚动可以黏附在纸上。

圆珠笔书写的特写

来源丨维基百科

之后，他将圆珠笔技术不断改进，形成了比较完整的圆珠笔设计方案，还将自己的发明提供给了英国政府，首批商业化圆珠笔就此出现。

后来，法国Bic文具公司买下圆珠笔专利，并对其进行“亲民化”改造，大大降低了成本。圆珠笔很快成为了主流的书写工具。

小小圆珠笔竟是大工程？

通过上面的介绍，大家应该能感受到圆珠笔从“出生”到“长大”实属不易了吧？

接下来，我们再了解一下看似简单的圆珠笔到底蕴含了多少的技术。

首先我们看一下笔头的材料构成。随着技术的不断更新迭代，目前的圆珠笔分为油性圆珠笔和水性圆珠笔。油性圆珠笔头的圆珠通常采用黄铜、钢或碳化钨等材料；水性圆珠笔头的圆珠常用材料就是不锈钢、硬质合金或氧化铝等。

圆珠笔尖的结构来源丨360图片

然后是圆珠笔的书写原理：它利用油墨的自重，通过笔尖中笔珠的运动，油墨会从笔珠凹槽中流出，随之转移到书写介质表面。这个过程需要球珠刚好卡在球座里，并且不会掉出也不会陷进去，墨水不会随意流动。同时还要保证笔尖的耐用，这可不容易。

还有，就是圆珠笔的制作工艺。众所周知，圆珠笔最关键的地方就是笔头。小小的笔头被放大1.5万倍之后，可以很清楚地看到里面是环形台阶状的结构，5条光滑的导墨沟槽分布在顶端的最狭小处，还有一颗小小的球珠，正是因为它可以随意转动，圆珠笔才能这么顺畅地书写。

圆珠笔尖来源丨360图片

笔头制作真的很难吗？这样一个小小的笔头，不仅需要20多道工序来完成，制作工艺还十分复杂。

笔头放置球珠需要一个碗口状的结构，而这个碗口的壁厚最薄之处只有0.03毫米，相当于A4纸的三分之一，精度要达到0.001毫米；光滑的导墨槽宽度也只有0.08毫米，精度也要达到0.001毫米。看到制作数字恐怖的精细程度，你应该就知道笔头制作之艰难。

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最后，也是大家最关心的地方，为啥按动笔头总会响两声呢？这里就涉及到圆珠笔的另一个核心技术了。

我们用圆珠笔书写时会先按下按钮，此时，推杆和凸轮被向下推动到笔筒中，凸轮的顶部会降到固定止动件的下方，与推杆保持接触。

由于凸轮上表面和推杆下表面都是斜面，而且凸轮在径向没有限制，可以旋转，而推杆被止动件限制旋转，只能沿轴向滑动。

受轴向弹簧力的作用，凸轮上表面沿推杆的下表面向斜上方滑动。同时凸轮开始旋转，直到碰到推杆表面，此时凸轮旋转了45°，这是个很快速的扭动动作。

再次松开按钮时，推杆和塑料笔管之间的弹簧会把按钮推到笔的顶端，推杆的下端会离开凸轮，凸轮再次旋转45°，直到击中止动件停止，这是笔的第二次按动。最后，完全松开按钮，凸轮依旧是锁定的状态，不能上下移动，就可以写字了。

按动式圆珠笔的结构原理

来源丨知乎

还有一个你不知道的“小秘密”！按动组件转动一次，笔芯会旋转45°，这样笔尖就不会因为书写角度的固定而变歪。

听说笔尖的制作技术我们还没有掌握？在过去的认知中，我们得知笔尖钢的加工精度很高，对于不锈钢原材料有极高的性能要求，钢材的强韧度要保持合理区间是很有难度的。

这样说是没错，但都是以前的事了，我们的国产笔头现在早已经研制成功，并已实现商用应用，从制作球珠的钢材到制作圆珠笔的机器，我国由最基础的一步步做起。经过不懈的努力，核心技术早已被攻克。毫不夸张地说，我国不仅有生产合格笔头的能力，而且技术水平处于世界前列。

笔尖的特写来源丨维基百科

小笔头也是有“大智慧”的，是不是感觉对圆珠笔有了更深的了解？快把方便的圆珠笔用起来吧~

文章来源于百家号北京科学中心