本文轉載自公衆号“把科學帶回家”（ID：steamforkids）

來源 BIC 等

編譯 七君

2017年，新華網報道，太原鋼鐵終于研發出了自己的圓珠筆筆頭不鏽鋼鋼材。在此之前，我國的圓珠筆頭鋼材（就是筆尖的金屬部分）都是依賴進口。

小小圓珠筆，難道也暗藏着這麼大的學問麼？

圓珠筆的工作原理是這樣的，筆尖的球珠轉動，裡面的墨水被帶出來。聽起來很簡單，但是球珠必須要恰好卡在球座裡面，不會掉出來，也不會在使用時陷進去，讓墨水亂流。筆尖本身也要耐用，不然沒寫幾下，或者摔幾下，圓珠筆可能就壞了。

世界上第一支圓珠筆，是在二戰前發明的。雖然圓珠筆在我們的時代是一種廉價的文具，但是它剛剛誕生的時候，卻是一種奢侈品呢。

1945年，美國企業家 Milton Reynolds 為了銷售他家的圓珠筆 Reynolds Rocket，用了《紐約時報》的一整頁版面來宣傳他的圓珠筆，他說自家的圓珠筆“超級棒，是原子時代的奇迹”，寫2年都不用加墨水，不管是在2萬英尺的天上還是在 “阿留申群島最偏遠的浮冰上”都能使。

Reynolds Rocket 的雜志廣告

可能是因為 Reynolds 的宣傳，在1946年就引進了圓珠筆的我國一開始把這種新興寫字工具叫做“原子筆”。

宣傳攻勢的2天後，也就是1945年10月29日，Reynolds 的售價為12.5美金的圓珠筆上市了。當時的12.5美金是什麼概念呢？相當于現在的167美金，也就是約1200元。

盡管如此，開售的第一天，Reynolds 的總價值12.5萬美金（相當于現在的1100萬元）的圓珠筆就被約5000名消費者搶購一空，警方不得不派出幾十個人在現場維持秩序。

後來，受到利潤的驅使，大量文具制造商開始生産圓珠筆，它的價格也一落千丈。但是，簡簡單單的圓珠筆裡，卻有很多你不知道的機關。

比如，你知道圓珠筆的圓珠硬，還是鑽石硬？圓珠筆按一次，為什麼會發出兩聲？每按一次，筆芯轉多少度，為什麼要這樣設計？

一起通過它的制造過程來看一看這些奇怪問題的答案吧。

圓珠筆廠用塑料制造筆的外殼——筆套，還有裝墨水的墨水囊。

造好以後，有一個機器把它們排成同一個方向。

接着有一個機器把0.8克的墨注入墨水囊。

相信你一直想知道，墨水筆筆芯的那坨透明的物質是什麼？

其實，那種物質叫做矽脂。矽脂是由矽油（矽氧烷）和增稠劑制成的密封膏狀物，主要功能是防止墨汁蒸發。

最後，在筆芯上加個蓋。筆芯就完工了。

在另一邊，機器用不鏽鋼制造球座，也就是筆尖那部分。球座一般使用高檔不鏽鋼制造的，可以承受持續的磨損。

球座被打了一個1 毫米左右粗細的洞。接着，球座被壓成錐形。

另一個機器在球座裝球珠的地方切出5個細微的小洞——引墨溝槽，這樣墨汁就可以沿着這5個小洞流到球珠上。

看，這就是在球座裡的5個引墨溝槽和人類頭發直徑的對比。引墨溝槽要達到千分之一毫米的加工精度。看到這裡，你就能體會筆尖技術的難度了吧。

然後，直徑恰好是1毫米的球珠被卡入球座裡。

球珠一般是用碳化鎢制造的。碳化鎢是一種硬度極高的材料（莫氏硬度為9），經常被用來制造切割機。

你知道嗎，世界上銷量最大的圓珠筆 Bic Crystal 的制造企業，同時也是最古老的圓珠筆制造商之一——比克（BIC）公司介紹，圓珠筆球珠的硬度和鑽石相近。

圓珠筆的關鍵技術——球珠的發明，根據它的發明者——匈牙利記者 László Jozsef Biro 的說法，是受到了彈珠的啟發。

現代圓珠筆發明人，匈牙利記者 László Jozsef Biro

Biro 說，他在街上走的時候，看到了男孩打的彈珠經過濕漉漉的小水塘，然後蘸着水滾出了一條長長的印迹，給他帶來了靈感。

做好的球座被插入墨水囊裡。

掃描儀對每支筆的長度和球珠進行質量檢測，丢掉不合格的壞家夥。

工廠還會随機抽取樣本，進行氣壓試驗，确認球珠的運動是否正常，寫字的時候是不是會卡住。

質量OK的話，這批次就可以裝上筆套了。

現在，筆芯被放入一個離心機裡，離心力使得墨汁被甩到筆尖，同時消除墨汁裡的空氣。你寫的第一筆就有墨，是因為這個步驟哦！

然後，每支筆芯都要進行書寫測試。

上面圖片裡的藍光是一個傳感器産生的，如果它檢測到任何異常，就會把有問題的筆芯丢掉。

通過檢測的筆芯就可以和塑料外殼組裝起來了。

能夾到衣服袋子上的那個部分，叫做筆夾，是用鍍鉻彈簧鋼制造的，這種材料不容易變形。

筆套被倒轉過來，放入按動組件，就是可以把筆尖按出來的那個内部機構。

按動組件

首先是按頭，就是你作業做不出的時候咔哒咔哒按的那個按鈕。

然後是轉輪和按杆。按頭、轉輪和按杆組成了按動組件。

你不知道吧，按動組件每轉一次，會使筆芯旋轉45度，這樣筆尖才不會因為總是用一個角度書寫而扭曲變歪。

為什麼是45度？注意到了麼，把筆尖按出來是咔哒2聲，按回去也是咔哒2聲。180除以4正好是45度。實際上，每當你把筆尖按出來一次，筆尖就轉動了90度，按回去的時候，筆尖又轉了90度。

下面的動圖是具體的過程。

筆尖按出來的過程

筆尖按回去的過程

這個按動組件是派克公司（Parker）的66人團隊設計的，市面上四分之三的按壓式圓珠筆采用的都是這種設計。

接着，筆芯就被裝進去了，筆尖朝上。

然後需要裝入一個小彈簧——芯簧。芯簧的功能是為了讓你咔哒按筆的時候，按動組件能固定住（見上方動畫）。

下一步把筆套加上。

然後有一個機器測試每支圓珠筆是不是能順利地咔哒咔哒，這一步還可以保證圓珠筆的筆頭都縮回去了。

工廠還會随機抽樣幾支筆進行耐久性測試，每支筆要按頭10萬次。這家工廠的圓珠筆可以連續寫4千米。

對了，掌握着球座制造工藝秘密之一的老牌圓珠筆制造企業比克，很早以前叫...Bich——碧池。

因為發明制造了世界上第一支便宜好用的圓珠筆 Bic Crystal 的人，也就是比克的創始人叫做 Marcel Bich。

Bic Cristal

Bich 先生是個對英文不太靈光的法國人，所以就憨溝溝地用了自己的大名當作品牌名。後來經過英國人提醒以後，才把這個引人聯想的名字改成 Bic 的。

最後，圓珠筆有驅蚊功能哦！你肯定不知道吧。

圓珠筆墨裡常用的油性物質之一，是有機化合物苯氧乙醇（Phenoxyethanol）。苯氧乙醇是一種驅蟲劑，防蚊液和蚊香裡的有效成分就包括它。所以你可以在家做下面這個有趣的試驗。

抓一隻小蟲，比如螞蟻或者三葉螨（Bryobia praetiosa）來，用圓珠筆畫一個圈，就可以利用圓珠筆裡的苯氧乙醇把小蟲封印在裡面。

三葉螨：(//̀Д/́/)

螞蟻：( >﹏<。)

但是别抓白蟻，因為圓珠筆裡的苯氧乙醇是白蟻追尋的蹤迹物質。你不想引蟻入室吧。

原來在夏天沉迷于寫作業的孩紙，會受到圓珠筆大神的庇佑而不會被蚊子咬呢。

( ͡° ͜ʖ ͡°)

圖片非特别注明均來自網絡。

為保護原創，參考資料儲存于石墨：

https://shimo.im/docs/3dROwKURSCQ9GPYu/

來源：把科學帶回家

編輯：Quanta Yuan

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