一種摔不壞的筆的設計

盛曉杰 魯露露 陳金龍

摘要：隨著社會的迅速發展，生活節奏也越發變的“快”了起來，日常工作學習的人們在使用筆時不慎將筆摔落，從而致使筆損壞，導致學習工作的耽誤，甚至影響到心情。為了解決簽字筆從高空中摔落，損害筆芯，寫不出字并且帶來資源浪費的問題。該文設計一種摔不壞的筆，該產品市場定位于辦公文體用品，通過使用該產品減少資源浪費，保證正常工作學習的進行，提高寫字的效率。該設計在筆的內部安裝一種微型的橡膠囊，并在筆桿上安裝敏感元件，一旦筆向下掉落，筆與空氣會產生摩擦，敏感元件能探測到。再通過傳感線，橡膠囊推出器將膠囊彈出，保護筆尖不被摔壞。

關鍵詞：摔不壞;微型膠囊;中性筆

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）31-0241-02

The Design of a Pen that Not Esay Break

SHENG Xiao-jie， LU lu-lu， CHEN Jing-long

（Anhui Sanlian University， Hefei 230601， China）

Abstract： With the rapid development of society， the pace of life has become faster and faster. People who work and study in daily life accidentally drop the pen when they use it， thus causing damage to the pen， resulting in the delay of study and work， and even affecting their mood. In order to solve the problem of pen falling from high air， damaging the pen core， unable to write words and causing waste of resources. This project intends to design a pen that can not be broken. This product is marketed as office stationery， which can reduce resource waste， ensure normal work and study， and improve the efficiency of writing. The design installs a miniature rubber capsule inside the pen， and installs the sensitive element on the pen holder. Once the pen falls down， the friction between the pen and air will be generated. The sensitive element can be detected.

Key words： not easy break; Microencapsulation; gel pen

1 引言

目前市場上百分之九十九筆為普通中性筆，這種傳統筆具有易損性，即使擁有堅固的外殼但也避免不了筆芯因不慎被摔壞的風險。筆被摔壞往往都是指筆在墜落或者撞擊時筆芯受到力的作用而使筆芯頭掉落致使筆損壞，造成筆不能夠書寫，所以在寫字過程中稍一不留神轉筆或則不慎筆跌落就很容易造成筆芯損壞。當沒有多余的筆時或者再繼續找筆書寫就浪費許多寶貴時間。這樣會對正在辦公處理緊急事務的人們造成很大困擾，小則影響心情，大則造成工作進度緩慢，這時候就必須擁有一支摔不壞的筆來避免這些問題，加快工作進度，這便是該設計的初衷所在。該產品通過在筆內部安裝敏感元件與空氣感應器，核心器件為保護膠囊，通過在摔落或撞擊過程中彈射保護膠囊來達到保護筆芯不被損壞的目的。20世紀90年代中期，溫州有一企業開始批量生產中性筆，當時由于工藝不十分成熟等原因而導致的質量不穩定，因此未能在國內形成市場。國內中性筆行業發展至今趨于穩定，大數商家為了節約成本在制造中性筆的工藝上采取最簡原則，制造出的產品僅僅滿足于使用者的日常書寫，當筆出現問題時就相當于報廢一只筆芯，這從客觀上來看很不環保。但在國外市場已出現許多新型種類筆，滿足于使用者的各種需求。所以在此設計出一種節約、實用的新型筆。

2 整體結構設計

該設計是在筆的內部安裝一種微型的橡膠囊，作為保護筆芯的核心器件，并在筆桿上安裝敏感元件。當筆向下掉落或則發生撞擊時，筆與空氣會產生摩擦，會在筆身上產生力的作用，敏感元件就能感測到，通過傳感線將信息傳給彈射器，彈射器便會立刻彈出微型橡膠保護氣囊，將筆芯包裹住從而達到保護筆尖不被損壞。微型橡膠保護氣囊可以重復使用，當筆掉落時候可以彈出保護筆，同時在中性筆上安裝一個凹槽來收回保護氣囊，這與普通圓珠筆收回筆芯裝置類似。整個逼得設計包括電池、敏感元件、傳感線、彈射器等器件。整體構造如圖1所示。

如圖2所示，電池驅動敏感元件工作，再通過傳感線傳輸壓力變化，最終驅動彈射裝置彈射橡膠膠囊。

整個摔不壞的筆的設計所需材料如表1所示，筆桿主要選擇不銹鋼材料，耐用不易摔壞。電池選用紐扣電池，所占體積小。壓力敏感元件主要是能夠感受筆的狀態變化，金屬細絲主要來信息傳輸等。

3 設計原理

該產品利用普通中性筆為筆套與筆芯，在此基礎上在筆套上部分放置敏感元件與傳感器將外界的壓力轉變為數字信號，再由數字信號變為電信號來啟動彈射器將保護膠囊彈出。在筆尾處安裝紐扣電池作為電源為全部電子元件提供電力。

該設計選取的敏感元件為隨外界壓力改變而變化的敏感元件。在壓強約為20吉帕以下時，N型硅的電阻值隨壓強的變化呈線性。利用這一線性段可制成半導體應變計。力敏元件的基本參數為靈敏度，即電阻值的相對變化量與應變量的比值。金屬應變計的靈敏系數為2～3，而半導體應變計的靈敏系數為 20～200。力敏元件可用來測量壓力、位移、扭矩、加速度、氣壓、氣體流量等力學量。該壓力敏感芯片由一個彈性膜及集成在膜上的四個電阻組成，四個壓敏電阻形成了惠斯通電橋結構，當有壓力作用在彈性膜上時電橋會產生一個與所加壓力成線性比例關系的電壓輸出信號，此時將傳輸到彈射器上激發彈射器工作彈出保護氣囊。該設計中的傳感器是一種檢測裝置，能夠收到被檢查的信息，并且將檢測到的信息按照一定的規律轉化成為電信號或者其他所需要的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。摔不壞的筆通過傳感器來控制彈射器彈出保護氣囊來實現保護筆芯不被摔壞的目的。作為電源的紐扣電池選用CR2032 紐扣電池3V，標稱電壓 3V標稱容量 210mAh標準電流 0.2mA，采用化學性質非常穩定的二氧化錳為正極材料以能量非常高的鋰金屬為負極材料，不會出現高低不穩定電流，有效防止不穩定電流對電子元件的傷害，并用細銅線將紐扣電池與電子元件連接在一起。彈射器內包含彈射開關和小型彈簧。微型橡膠保護氣囊為天然橡膠制作而成。天然橡膠擁有許多物理和化學特性，尤其是回彈性、絕緣性、隔水性等特性，且經處理、加工后具有廣泛的用途。對于回彈性在設計微型安全氣囊有著很大的用處，它可以讓安全氣囊達到重復利用的目的。隔水性可以使筆碰撞后落入液體中保護筆芯，防止水進入筆芯中。

4 結束語

該文設計的摔不壞的筆，在筆的內部安裝一種微型的橡膠囊，并在筆桿上安裝敏感元件，利用軟材料來達到保護筆芯的目的。該設計是在原有筆的基礎上，制造出符合預計目標的中性筆，外殼采用不銹鋼材料可以使得筆套可以長時間使用。這項設計可以極大地提高使用者的工作學習效率，同時與正常筆大小形狀無異，增加使用舒適感。有獨特的標志且設計原料來源易得經濟實惠環保，具有較長時間的使用性。

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