一种摔不坏的笔的设计

盛晓杰 鲁露露 陈金龙

摘要：随着社会的迅速发展，生活节奏也越发变的“快”了起来，日常工作学习的人们在使用笔时不慎将笔摔落，从而致使笔损坏，导致学习工作的耽误，甚至影响到心情。为了解决签字笔从高空中摔落，损害笔芯，写不出字并且带来资源浪费的问题。该文设计一种摔不坏的笔，该产品市场定位于办公文体用品，通过使用该产品减少资源浪费，保证正常工作学习的进行，提高写字的效率。该设计在笔的内部安装一种微型的橡胶囊，并在笔杆上安装敏感元件，一旦笔向下掉落，笔与空气会产生摩擦，敏感元件能探测到。再通过传感线，橡胶囊推出器將胶囊弹出，保护笔尖不被摔坏。

关键词：摔不坏;微型胶囊;中性笔

中图分类号：TP311      文献标识码：A      文章编号：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

目前市场上百分之九十九笔为普通中性笔，这种传统笔具有易损性，即使拥有坚固的外壳但也避免不了笔芯因不慎被摔坏的风险。笔被摔坏往往都是指笔在坠落或者撞击时笔芯受到力的作用而使笔芯头掉落致使笔损坏，造成笔不能够书写，所以在写字过程中稍一不留神转笔或则不慎笔跌落就很容易造成笔芯损坏。当没有多余的笔时或者再继续找笔书写就浪费许多宝贵时间。这样会对正在办公处理紧急事务的人们造成很大困扰，小则影响心情，大则造成工作进度缓慢，这时候就必须拥有一支摔不坏的笔来避免这些问题，加快工作进度，这便是该设计的初衷所在。该产品通过在笔内部安装敏感元件与空气感应器，核心器件为保护胶囊，通过在摔落或撞击过程中弹射保护胶囊来达到保护笔芯不被损坏的目的。20世纪90年代中期，温州有一企业开始批量生产中性笔，当时由于工艺不十分成熟等原因而导致的质量不稳定，因此未能在国内形成市场。国内中性笔行业发展至今趋于稳定，大数商家为了节约成本在制造中性笔的工艺上采取最简原则，制造出的产品仅仅满足于使用者的日常书写，当笔出现问题时就相当于报废一只笔芯，这从客观上来看很不环保。但在国外市场已出现许多新型种类笔，满足于使用者的各种需求。所以在此设计出一种节约、实用的新型笔。

2 整体结构设计

该设计是在笔的内部安装一种微型的橡胶囊，作为保护笔芯的核心器件，并在笔杆上安装敏感元件。当笔向下掉落或则发生撞击时，笔与空气会产生摩擦，会在笔身上产生力的作用，敏感元件就能感测到，通过传感线将信息传给弹射器，弹射器便会立刻弹出微型橡胶保护气囊，将笔芯包裹住从而达到保护笔尖不被损坏。微型橡胶保护气囊可以重复使用，当笔掉落时候可以弹出保护笔，同时在中性笔上安装一个凹槽来收回保护气囊，这与普通圆珠笔收回笔芯装置类似。整个逼得设计包括电池、敏感元件、传感线、弹射器等器件。整体构造如图1所示。

如图2所示，电池驱动敏感元件工作，再通过传感线传输压力变化，最终驱动弹射装置弹射橡胶胶囊。

整个摔不坏的笔的设计所需材料如表1所示，笔杆主要选择不锈钢材料，耐用不易摔坏。电池选用纽扣电池，所占体积小。压力敏感元件主要是能够感受笔的状态变化，金属细丝主要来信息传输等。

3 设计原理

该产品利用普通中性笔为笔套与笔芯，在此基础上在笔套上部分放置敏感元件与传感器将外界的压力转变为数字信号，再由数字信号变为电信号来启动弹射器将保护胶囊弹出。在笔尾处安装纽扣电池作为电源为全部电子元件提供电力。

该设计选取的敏感元件为随外界压力改变而变化的敏感元件。在压强约为20吉帕以下时，N型硅的电阻值随压强的变化呈线性。利用这一线性段可制成半导体应变计。力敏元件的基本参数为灵敏度，即电阻值的相对变化量与应变量的比值。金属应变计的灵敏系数为2～3，而半导体应变计的灵敏系数为 20～200。力敏元件可用来测量压力、位移、扭矩、加速度、气压、气体流量等力学量。该压力敏感芯片由一个弹性膜及集成在膜上的四个电阻组成，四个压敏电阻形成了惠斯通电桥结构，当有压力作用在弹性膜上时电桥会产生一个与所加压力成线性比例关系的电压输出信号，此时将传输到弹射器上激发弹射器工作弹出保护气囊。该设计中的传感器是一种检测装置，能够收到被檢查的信息，并且将检测到的信息按照一定的规律转化成为电信号或者其他所需要的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。摔不坏的笔通过传感器来控制弹射器弹出保护气囊来实现保护笔芯不被摔坏的目的。作为电源的纽扣电池选用CR2032 纽扣电池3V，标称电压 3V标称容量 210mAh标准电流 0.2mA，采用化学性质非常稳定的二氧化锰为正极材料以能量非常高的锂金属为负极材料，不会出现高低不稳定电流，有效防止不稳定电流对电子元件的伤害，并用细铜线将纽扣电池与电子元件连接在一起。弹射器内包含弹射开关和小型弹簧。微型橡胶保护气囊为天然橡胶制作而成。天然橡胶拥有许多物理和化学特性，尤其是回弹性、绝缘性、隔水性等特性，且经处理、加工后具有广泛的用途。对于回弹性在设计微型安全气囊有着很大的用处，它可以让安全气囊达到重复利用的目的。隔水性可以使笔碰撞后落入液体中保护笔芯，防止水进入笔芯中。

4 结束语

该文设计的摔不坏的笔，在笔的内部安装一种微型的橡胶囊，并在笔杆上安装敏感元件，利用软材料来达到保护笔芯的目的。该设计是在原有笔的基础上，制造出符合预计目标的中性笔，外壳采用不锈钢材料可以使得笔套可以长时间使用。这项设计可以极大地提高使用者的工作学习效率，同时与正常笔大小形状无异，增加使用舒适感。有独特的标志且设计原料来源易得经济实惠环保，具有较长时间的使用性。

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