圓珠筆:書寫工具-中文百科頻道

簡介

圓珠筆(或稱“原子筆”)英文：BallPoint Pen，是近數十年來風行世界的一種書寫工具。它具有結構簡單、攜帶方便、書寫潤滑，且适宜于用來複寫等優點，因而，從學校的學生到寫字樓的文職人員等各界人士都樂于使用。圓珠筆與自來水筆不同，由于它使用的是幹稠性油墨，油墨又是依靠筆頭上自由轉動的鋼珠帶出來轉寫到紙上，因此不滲漏、不受氣侯影響，并且書寫時間較長，省去了需經常灌注墨水的麻煩。圓珠筆的書寫原理主要是利用球珠在書寫時與紙面直接接觸産生摩擦力，使圓珠在球座内滾動，帶出筆芯内的油墨或墨水，以達到書寫的目的。

發展過程

有人認為，圓珠筆的發明者不是美國人，而是匈牙利人。此人名叫拉迪斯洛·比羅，是一個印刷廠的校對員。由于機器上剛印好的清樣，含有很多水份，用鋼筆改上去，會發生浸潤模糊現象，比羅經過長時間的摸索，找來一支圓管，裝上油質顔料，又把筆尖改成鋼珠，在各種物質上劃，能留下抹不掉的印記，筆管内的顔料又不易溢出。這樣，世界上第一支圓珠筆就制成了。後來，比羅把他的發明提供給了英國皇家空軍。不久，英國的一家飛機制造廠就推出了首批商業化的圓珠筆，隻是到了第二次世界大戰的末期，美國人才采用了比羅的發明。

實際上，從現在所接觸的資料來看，圓珠筆這一名稱最早見于記載，據考證是在1888年.當時有一個名叫約翰·勞德的美國人，為了要想在皮革上劃線作标記，就設計出這樣一種書寫工具。據說，它的筆尖是用滾珠制成的，但是沒有儲油或儲水裝置。在1895年左右，作為商品出售的圓珠筆就在英國市場上出現了，但當時它的主要用途不是供普通書寫之用，因而銷路很窄，許多人都不知道有這種東西。到1916年，德國人利斯勃設計制作了一種新型的圓珠筆，在結構上已接近于後來的産品，但當時卻沒有得到廣泛的應用。

第二次世界大戰爆發以後，美國軍工業部門提出要求，需要一種适合于高空書寫，不漏水，不受冷熱氣候影響，并且能有大量儲墨，不必勤灌墨水的書寫工具。1944年，美國芝加哥的一個商人雷諾看到這是一個發财的絕好機會，對利斯勃的筆加以改頭換面，并且取名“原子筆”，大肆宣傳起來。一兩年後，所謂“原子筆”就在歐美各國盛行起來了。

圓珠筆改進的一段趣事

圓珠筆之所以能夠寫字，是因為筆頭裡的鋼珠在滾動時，能将速幹油墨帶出來轉寫到紙上。據說，日本的圓珠筆芯裡裝的幹油墨，足夠可以書寫2萬個字。但是，書寫的字數一多以後，鋼珠與鋼圓管之間的空隙會漸漸變大，這樣油墨就會從縫隙中漏出來，常常會沾污衣物等等，十分使人感到不愉快。

為了解決漏油的問題，專家們沒有少動腦筋。有的研究油墨配方的改進；有的研究鋼珠與鋼圓管的硬度。可是都沒能收到效果。正當這項研究毫無進展的時候，日本有一個小企業主，想出了一個絕招：不是因為裝的幹油墨足夠書寫2萬個字嗎？不是因為寫到那時就會漏油了嗎？那我就少裝一些幹油墨，讓筆芯裡的油墨隻能書寫1萬多個字就用完了，這樣圓珠筆芯漏油的問題不就解決了。于是，他就申請了專利，專門生産一種短支的圓珠筆芯和圓珠筆，受到了廣大顧客的歡迎，很快他就成為了一個大的企業家。

這種解決問題的方法，看起來如乎是一種偷工減料，但實質上是一種創新，是解決當時人們所不能解決的問題的思想上、方法上的創新。

原理結構

圓珠筆的書寫原理，主要是利用球珠在書寫時與紙面直接接觸産生摩擦，使圓珠在球座内滾動，帶出筆芯内的油墨或墨水以達到書寫的目的。

圓珠筆是用油墨配不同的顔料書寫的一種筆。筆尖是個小鋼珠，把小鋼珠嵌人一個小圓柱體型銅制的碗内，後連接裝有油墨的塑料管，油墨随鋼珠轉動由四周流下。

圓珠筆油墨的色素是染料。油墨顔色主要有藍、紅、黑三種，其中尤以藍色油墨使用最多。過去藍色油墨中的色素成分是鹽基品藍和鹽基青蓮，溶劑是氧化蓖麻油、蓖麻油酸。由于鹽基性染料不耐光（耐光度隻有1級-2級），不耐熱，不耐酸堿，所以耐久性差，現已被淘汰。目前市場上銷售的“424”藍色圓珠筆和“322”黑色圓珠筆，用它書寫的字迹耐久性較好。香味圓珠筆有毒的報道屢見不鮮，劣質香味文具所含的揮發性有機化合物具有毒性,對人體有一定損害；但我們卻還沒有聽到過因正常使用沒有摻加揮發性有機化合物的油性圓珠筆而中毒的事件。

品種分類

圓珠筆品種繁多、式樣各異，就質量而言又有高、中、低等不同檔次，但從類别上說，基本上可分為油性圓珠筆和水性圓珠筆兩種。

油性圓珠筆

俗稱圓珠筆。所使用的筆頭球珠多采用不鏽鋼或硬質合金材料制成。球珠直徑的大小,決定了字迹線條的粗細。常見的球珠直徑有1毫米、0.7毫米、0.5毫米三種(産品的筆身或圓珠筆芯上往往會注明)。圓珠筆的油墨是特制的,主要以色料、溶劑和調黏劑混合而成。常見的顔色有藍、黑、紅三色。普通油墨多用來作一般書寫，特種油墨多用來作檔案書寫。作檔案書寫用的油墨，在筆芯上一般注有記号，如國産筆芯就注有DA的字樣。

油性圓珠筆是圓珠筆系列産品的第一代産品品種，從批量投放市場，至今已有60多年了。經過長期的改進完善，油性圓珠筆生産工藝成熟，産品性能穩定，保存期長，書寫性能穩定，現已成為圓珠筆類産品中的傳統産品品種，油性圓珠筆所用的油墨粘度高，所以書寫手感相對重一些。

水性圓珠筆

又稱寶珠筆或走珠筆。寶珠筆的筆杆、筆套用塑料注塑成型的叫全塑寶珠筆；筆套用不鏽鋼材沖壓磨制成的叫半鋼寶珠筆；筆杆、筆套全用不鏽鋼制造的叫全鋼寶珠筆。全塑型的基本上都是一次性使用，即墨水用完就報廢了；半鋼型和全鋼型的多采用可更換筆芯式結構。寶珠筆的筆頭分為炮彈式和針管形兩種，分别采用銅合金、不鏽鋼或工程塑料制成。球珠則多采用不鏽鋼、硬質合金或氧化鋁等材料制成，中字迹球珠直徑為0.7毫米，細字迹球珠直徑為0.5毫米。儲水形式分纖維束儲水和無纖維束儲水兩種。墨水的色澤有紅、藍、黑、綠等。寶珠筆兼有鋼筆和油性圓珠筆的特點,書寫潤滑流暢、線條均勻，是一種較為理想的書寫工具。

除了以上分類外，常見的還有以油墨的顔色、筆的結構來分分類：

以油墨的顔色來分

（1）單色圓珠筆：這是最為普通的圓珠筆，常有藍色、黑色、紅色等。（2）雙色圓珠筆：一般是紅、藍雙色。（3）三色圓珠筆：是紅、藍和黑色。（4）四色圓珠筆：是紅、藍、黑和綠色。除此四種以外，還有六色、八色，甚至還有十二色的圓珠筆。

以結構來分

（1）一次性的圓珠筆，筆杆就是筆芯，既不能加油墨，也不能換筆芯，油墨用完，就隻能丢棄。（2）可以換筆芯的圓珠筆，有按鈕、彈簧、鎖定、複原等功能。（3）筆杆可以旋轉，使筆芯伸出或者縮入。（4）有圓珠筆和鋼筆組合的，有圓珠筆和鉛筆組合的，有圓珠筆和測電筆組合的，有圓珠筆和微小燈泡組合等等的新型圓珠筆。

使用常識

使用方法

該筆比一般鋼筆堅固耐用，但如果使用保管不當，往往寫不出字來，這主要是因幹固的墨油粘結在鋼珠周圍阻礙油墨流出的緣故。油墨是一種粘性油質，是用胡麻子油、合成松子油（主含萜烯醇類物質）、礦物油（分餾石油等礦物而得到的油質）、硬膠加入油煙等而調制成的。

在使用圓珠筆時，不要在有油、有蠟的紙上寫字，不然油、蠟嵌人鋼珠沿邊的銅碗内影響出油而寫不出字來，還要避免筆的撞擊、曝曬，不用時随手套好筆帽，以防止碰壞筆頭、筆杆變型及筆芯漏油而污染物體。如遇天冷或久置未用。筆不出油時，可将筆頭放入溫水中浸泡片刻後再在紙上劃動筆尖，即可寫出字來。

球珠收口過程

圓珠筆筆頭有球珠和球座組成講解時，指明這裡是球珠、這裡是球座，墨水通道有五溝。球珠放入球座上，球座收口，包住球珠，讓球珠不至于掉出，完成筆頭加工。

書寫原理

球珠在球座内可以自由轉動。圓珠筆的油墨通過球座中的五個溝槽流向球珠上，筆在書寫時，摩擦力帶動球珠轉動，從而将流向球珠的油墨不斷轉印到書寫物上。

冒油原因

圓珠筆在書寫時，一部分油墨從球珠轉印到書寫物上，請看球珠被轉印後變白，另一部分油墨會随球珠轉動帶回球座内。

好的筆頭，随球珠轉動将油墨被帶回球座較徹底，油墨沾在球座頭外面較少，比較幹淨。較差的筆頭，油墨會大部分沾在球座頭外面，無法帶回球座内，即冒油現象，書寫時，很容易污染書寫物。

圓珠筆要流利，出墨就多，但負作用是落墨多，若要落墨少，缺點則不流利。這兩種情況是一對矛盾，如何綜合考慮，使之達到最佳效果，則是圓珠筆制造業一直研究的課題。

筆尖落地所造成的碰傷情況

圓珠筆落地，如筆尖90度碰地，則圓珠筆筆頭不會損壞，但若收口處碰傷，這樣就會在此缺口處産生“冒油”現象，嚴重時，球珠還會脫落、書寫困難等現象。

書寫角度

圓珠筆書寫時，角度控制在55°至70°是最為理想的，這時，僅是球珠與紙接觸（球珠很硬……碳化鎢或陶瓷，很不易磨損），收口處不接觸書寫物，從而保證圓珠筆在良好的書寫狀态下延長使用壽命。

如果書寫角度過小，易磨損球座的收口處（球座材料為鎳鉑銅或不鏽鋼，較球珠易磨損得多），如長時接觸被寫物，即使被寫物是紙張，球座也經不起磨損，如此會造成球珠脫落。

墊紙過厚

書寫時，墊紙過厚，筆頭收口處接觸到紙，易磨損脫珠，建議:0.4的球珠不能複寫；0.5的球珠最多複寫1張，不宜再多；0.7的球珠最多複寫3張至4張，不宜再多，複寫時最好75°書寫。

制作

圓珠筆油墨配方中主要成分包括染料、成膜劑、溶劑、分散劑及其他助劑。配方的基本成分:染料5%－25%、成膜劑5%－15%、溶劑30%－60%、分散劑5%－20%、其他助劑2%－10%。

1、染料

染料的作用是賦予油墨足夠的顔色深度，圓珠筆油墨中所用染料可分為油溶性染料和醇溶性染料，本試驗所用染料為酞菁系染料，該染料不溶于溶劑，在油墨中有好的分散性，對成膜劑有強的附着力，從而不滲透于紙張内部，且顔色要色澤鮮豔，耐候性好。

2、成膜劑

成膜劑是可擦性圓珠筆用油墨的重要組成部分，其作用主要是能在紙張表面均勻成膜并作為染料的載體。要求它對紙張表現有一定的粘附力，不易剝落，但可用橡皮擦輕輕擦去，和着色劑有強的附着力，在溶劑中溶解性好，且與其他成分相互穩定，能長期保存。本實驗中采用橡膠類成膜劑。

3、溶劑

在可擦性圓珠筆用油墨中，溶劑的作用在于溶解染料、成膜劑并與各類助劑相溶，提供一定的流動性，還要有恰到好處的揮發性，在書寫過程中能有效控制幹燥速度。試驗表明，采用共溶劑要比單溶劑效果好，本實驗采用了溶劑A：溶劑B=1:1.5~2.5的共溶劑體系，其效果最佳。

4、分散劑

适量的分散劑可降低油墨和紙張表面的粘附性，使油墨書寫到紙張表面時在一定時間内具有可擦性，分散劑還可以保持油墨的書寫流利性和長期穩定性。本實驗所用物質是鄰苯二甲酸酯類和乙二醇酯類二者按一定比例配制的混合物。

5、其它助劑

（1）潤滑劑和緩蝕劑

在油墨組分中通常以脂肪酸作潤滑劑，潤滑劑同時是助溶劑，潤滑劑作用包括：A、使球珠潤滑，提供流利的書寫；B、防止油墨幹燥，使圓珠筆具有穩定、良好的初筆性能；C、增加染料溶解深度，提高染料色澤。脂肪酸的引入對某些筆尖金屬（如銅合金）有腐蝕性，使油墨中産生一種非均質結晶物質而堵塞通道，因而縮短圓珠筆的使用壽命。采用脂肪酸并輔以緩蝕劑的方法可以解決腐蝕問題，同時滿足潤滑要求。實驗中采用的緩蝕劑呈飽和狀态溶解在脂肪酸中，可達到防腐目的。

（2）抗氧劑、反幹燥劑

圓珠筆油墨中産生凝聚堵塞物和晶冠的另一原因在于黃銅和界面發生氧化作用，并在溶液中産生銅、鋅化合物所緻。在抗氧劑中含有能吸附和吸收周圍氧的物質，因此能有效地防止氧化，抗氧劑和緩蝕劑并用能更有效防止或抑制銅合金的腐蝕，實驗表明，我們所用的抗氧劑效果良好。實驗中我們還采用了反幹燥劑，主要作用是阻止油墨表面或墨迹的氧化幹燥，使油墨和墨迹有較好的視覺效果，同時延長其使用期和保持期，在應用時還可以提高圓珠筆的性能，反幹燥劑同時也是抗氧劑。

其他信息

太空筆

太空筆，也就是加壓圓珠筆，是一項新穎的技術。以Fisher太空筆為例，太空筆的筆芯内進行了加壓(~0.28MPa)，它的墨水是一種特殊的粘性墨水（像粘稠的橡膠膠水）。要使粘稠的墨水變為液體，圓珠必須旋轉，使得圓珠筆在大多數物體表面甚至在水下都能夠流暢地書寫。普通圓珠筆依靠重力供給墨水，并且在筆芯上方有一個開口，使得空氣能夠替代用去的墨水。太空筆沒有小孔，從而避免了墨水的蒸發和浪費，也避免了墨水從筆芯後面洩漏。

據悉，中國太空筆，是中國自主研發的太空筆，是專為中國宇航員研制記錄太空紀事，書寫工作紀要的專用筆。擁有多項專利，具有國際領先水平的太空筆。太空筆筆杆選用航天專用合金。中國太空筆根據人體工程原理，專為中國宇航員打造，它是我國宇航員得力助手，是航天事業進步的見證者。2013年中國自主研發的第一支太空筆誕生，極大解決了太空鉛筆在太空上書寫的不便，為中國的航天事業做出巨大貢獻。

2.可擦圓珠筆

可擦圓珠筆的與衆不同之處是它的“墨水”——它由液體橡膠膠水而非油和染料制成。在書寫時，圓珠滾動，并将橡膠膠水墨水釋放到紙上（由此産生的痕迹被稱為軌迹）。現代可擦圓珠筆在紙張上留下清晰、厚實的黑色或彩色軌迹，這些軌迹看起來與普通墨水差不多，但卻能夠在書寫後不久（通常是長達10小時）輕松擦除。過了可擦除時間之後，軌迹将會硬化，變得不可擦除。