一種摔不壞的筆的設(shè)計

盛曉杰 魯露露 陳金龍

摘要：隨著社會的迅速發(fā)展，生活節(jié)奏也越發(fā)變的“快”了起來，日常工作學(xué)習(xí)的人們在使用筆時不慎將筆摔落，從而致使筆損壞，導(dǎo)致學(xué)習(xí)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?guī)碣Y源浪費的問題。該文設(shè)計一種摔不壞的筆，該產(chǎn)品市場定位于辦公文體用品，通過使用該產(chǎn)品減少資源浪費，保證正常工作學(xué)習(xí)的進行，提高寫字的效率。該設(shè)計在筆的內(nèi)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(chǎn)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(guān)鍵詞：摔不壞;微型膠囊;中性筆

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標(biāo)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(tǒng)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(fēng)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(zhuǎn)筆或則不慎筆跌落就很容易造成筆芯損壞。當(dāng)沒有多余的筆時或者再繼續(xù)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(wù)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(shè)計的初衷所在。該產(chǎn)品通過在筆內(nèi)部安裝敏感元件與空氣感應(yīng)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(jì)90年代中期，溫州有一企業(yè)開始批量生產(chǎn)中性筆，當(dāng)時由于工藝不十分成熟等原因而導(dǎo)致的質(zhì)量不穩(wěn)定，因此未能在國內(nèi)形成市場。國內(nèi)中性筆行業(yè)發(fā)展至今趨于穩(wěn)定，大數(shù)商家為了節(jié)約成本在制造中性筆的工藝上采取最簡原則，制造出的產(chǎn)品僅僅滿足于使用者的日常書寫，當(dāng)筆出現(xiàn)問題時就相當(dāng)于報廢一只筆芯，這從客觀上來看很不環(huán)保。但在國外市場已出現(xiàn)許多新型種類筆，滿足于使用者的各種需求。所以在此設(shè)計出一種節(jié)約、實用的新型筆。

2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

該設(shè)計是在筆的內(nèi)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(dāng)筆向下掉落或則發(fā)生撞擊時，筆與空氣會產(chǎn)生摩擦，會在筆身上產(chǎn)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(fù)使用，當(dāng)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(shè)計包括電池、敏感元件、傳感線、彈射器等器件。整體構(gòu)造如圖1所示。

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

整個摔不壞的筆的設(shè)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(tài)變化，金屬細絲主要來信息傳輸?shù)取?/p>

3 設(shè)計原理

該產(chǎn)品利用普通中性筆為筆套與筆芯，在此基礎(chǔ)上在筆套上部分放置敏感元件與傳感器將外界的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，再由數(shù)字信號變?yōu)殡娦盘杹韱訌椛淦鲗⒈Ｗo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(shè)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(dǎo)體應(yīng)變計。力敏元件的基本參數(shù)為靈敏度，即電阻值的相對變化量與應(yīng)變量的比值。金屬應(yīng)變計的靈敏系數(shù)為2～3，而半導(dǎo)體應(yīng)變計的靈敏系數(shù)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(xué)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(jié)構(gòu)，當(dāng)有壓力作用在彈性膜上時電橋會產(chǎn)生一個與所加壓力成線性比例關(guān)系的電壓輸出信號，此時將傳輸?shù)綇椛淦魃霞ぐl(fā)彈射器工作彈出保護氣囊。該設(shè)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(guī)律轉(zhuǎn)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(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。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(xiàn)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(biāo)稱電壓 3V標(biāo)稱容量 210mAh標(biāo)準(zhǔn)電流 0.2mA，采用化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)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(xiàn)高低不穩(wěn)定電流，有效防止不穩(wěn)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(nèi)包含彈射開關(guān)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(xué)特性，尤其是回彈性、絕緣性、隔水性等特性，且經(jīng)處理、加工后具有廣泛的用途。對于回彈性在設(shè)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(fù)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(jié)束語

該文設(shè)計的摔不壞的筆，在筆的內(nèi)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(shè)計是在原有筆的基礎(chǔ)上，制造出符合預(yù)計目標(biāo)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(shè)計可以極大地提高使用者的工作學(xué)習(xí)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(biāo)志且設(shè)計原料來源易得經(jīng)濟實惠環(huán)保，具有較長時間的使用性。

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