自来水笔笔尖书写性能与尖爿设计的关系

姚淞译

0.绪论

自20世纪80～90年代以来，中国已成为笔的生产大国，其中自来水笔的产量居世界首位。但我国在中高档自来水笔的生产设计中，往往只重视书写滑度，对笔尖书写手感的研究仍有一定缺失。为开拓高端市场，尤其是欧美日等高端自来水笔市场已经愈加成熟的国家和地区，就必须着重注意笔尖书写性能的提升。目前国内外关于笔尖尖爿设计的资料较少，本文主要研究了通过笔尖尖爿设计提升书写性能的一些要点，并简单介绍国外几种高档产品的设计。

1.尖爿拱型与笔尖性能的关系

明尖是中高档自来水笔笔尖的主要形式，本文以常规明尖等为主要讨论对象，对其他形式的笔尖暂不涉及。

1.1 三种拱型曲面的主要特点

笔尖的拱型，因其弧度不同，可分为圆拱型曲面、平拱型曲面、浅圆拱型曲面三种（见图1）。

图1 三种笔尖拱型Figure 1 Three types of nib arches

圆拱型和平拱型是大明尖、瓦片尖的主要形式。圆拱型尖常见于一些古典和现代自来水笔、蘸水笔中，其横截面近似或为半弧型，拱型R 值较小，冲压深度较深，因模具易于开发，书写性能优异，是各种经典尖型相对常见的一种拱型样式。例如美国威迪文和20世纪20～30年代欧美各式弹性笔尖，日本白金的“#3776”1978 版和早期日本百乐的笔尖等；现代产品如德国万宝龙149 和146 弹性笔尖等。圆拱型曲面受深度影响较大，若曲面成浅U 型，冲压深度较浅，则笔尖尖爿两侧形变对下压力度变化敏感，书写手感软糯，弹性回馈明显，笔尖两爿形变较大，可以写出粗细幅度变化较大的的字迹；若曲面成深U 型，冲压深度较深，则笔尖形变能力下降，适合设计笔尖硬度较高的产品。因此，圆拱型笔尖在书写性能上表现力丰富，是目前大明尖研发中需要重点关注的一种尖爿类型。

平拱型是大明尖、小明尖等各式尖型中另一种常见的拱型样式。其特征为曲面R 值较大，冲压深度较浅，部分笔尖曲面趋近于平面，古典产品如我国20世纪40～80年代的部分24、26、28 型大明尖，20世纪40～70年代德国万宝龙蝴蝶形小明尖，1963 至1994年间美国与法国生产的派克75 型小明尖等；现代产品如日本白金“#3776世纪”等。其笔尖尖爿对下压力度变化不敏感，可以在获得较柔韧硬朗的书写回馈的同时字迹粗细变化相对较小，也是目前大明尖研发中值得关注的一种尖爿类型。

浅圆拱型在现代产品中已不多见，古典产品如美国犀飞利5 号和33 号尖，1985～1996年生产的犀飞利鉴赏家等。浅圆拱型兼具圆拱型和平拱型的特点，书写手感较为软糯，仍具有一定开发潜质。

需要注意的是，不同拱形笔尖设计时，应注意同笔舌的搭配设计。例如圆拱形和浅圆拱形笔尖可搭配圆柱笔舌，平拱形笔尖可搭配平面笔舌，以确保笔尖和笔舌的贴合度，提高间歇书写性能。并在保证笔尖笔舌零件配合的情况下，兼顾到笔尖弹性和粗细等对笔舌性能的具体要求，以确保笔尖书写性能得到更好的发挥。

同时，部分产品在设计时，着重考虑了笔尖拱型对书写性能的影响，导致其往往杂糅了各式笔尖的设计特点。因此，在分析笔尖设计时，不应机械照搬理论，一定要进行科学、客观的分析。

1.2 书写时笔尖形变过程简述

笔尖书写形变是一个复杂的过程，目前为止尚缺乏足够的科学理论研究，故在此不做过多论述，只对笔尖形变过程进行简单概述。

以目前高档自来水笔中常见的大明尖为例，可将笔尖形变区域以舒压孔为界限将笔尖由上到下分为第一至第三形变区（见图2）。

图2 笔尖的形变区域Figure 2 Deformation area of arch pen tip

第一形变区是受书写压力变化最为明显的区域，笔尖尖爿形变时其往往与笔舌分离。如采用薄厚片，则其上端较厚，强度较高，形变能力较低，可保证槽缝匀直；下端较薄，靠近舒压孔，强度较低，形变能力较强，故采用薄厚片则下端形变能力高于上端。如采用平片，则第一形变区整体都处于形变范围内。但无论采用哪种类型的带料，第一形变区都是控制笔尖尖爿形变和影响书写手感的主要区域。

第二形变区处于两个形变区交界，其本身强度高于第一形变区而低于第三形变区。对第二形变区的强度进行减弱的话，可以提高笔尖书写弹性。

第三形变区形变最小，因其有笔尖侧翼加强，强度最高，书写时基本与笔舌稳定贴合，不参与书写形变。

1.3 笔尖设计中拱型设计的实例与分析

笔尖拱型设计，将直接影响笔尖书写手感，是笔尖设计一大要点。在设计笔尖拱型时，可以考虑以下三点：

1.3.1 拱型与笔尖爿型的搭配

以日本白金“#3776”1978 版为例，其笔尖爿型、带料型制不变，只将拱型分为圆拱型和平拱型，在最大限度节约生产成本的情况下，将笔尖进行软硬分档，获得了良好的市场反响。

1.3.2 拱型与带料型制的搭配

如美国犀飞利鉴赏家，采用浅圆拱型设计和平片带搭配，书写时笔尖易形变，使用者普遍反映书写柔顺手感良好。

1.3.3 拱型与笔尖侧剖面弧度的搭配

如日本百乐ELABO 鹰嘴型笔尖，采用高弓背设计，书写时笔尖形变较大，手感软弹，字迹变化大，笔画类似毛笔，适合汉字书法字体书写。

同时，设计笔尖拱型弧度时，要注意弧度与笔尖外形、花纹相配合，使笔尖造型挺括，美观大方，正视时花纹展示全面。注意要使笔尖弧度渐变和过渡均匀、顺滑。既要防止笔尖形态过于死板，也要防止设计过于圆滑臃肿，避免笔尖弧度过渡不自然影响外观。例如德国的Bock 和Jowo 品牌，都是有很强制造能力的大厂，但其设计的部分品种笔尖在灯光和自然光照射时，笔尖的反光带可以明显看出弧度过渡过于生硬，影响了笔尖的美观和整体性，这是国内笔尖制造厂商要注意避免的。

2.侧剖面弧度和垂度与笔尖性能的关系

笔尖侧剖面弧度和垂度在常规笔尖中一般以平面或轻微下垂为主，本章节不做主要讨论，现介绍分析一些国外高端产品的特殊品种。

2.1 两种侧剖面弧度的主要特点

笔尖侧剖面弧度直接影响铱粒着纸面角度，不同的弧度将会影响书写手感，现介绍国外高档产品中常见的下垂型和上翘型（见图3）。

图3 笔尖侧剖面弧度类型Figure 3 Types of curvature of the side profile of the pen tip

下垂型笔尖书写时和纸张夹角较大，书写时难以形变，可以用于设计字迹较细，不要求字迹幅度较大变化的笔尖。而且在金笔尖生产中，可以在保证书写时笔尖强度的前提下减少黄金带料厚度，节约成本。

上翘型笔尖往往弹性较好，书写时笔尖和纸张夹角较小，稍加用力即可引起笔尖形变，反向书写使得笔尖槽缝并拢，字迹变细。上翘型笔尖适合搭配刀型或圆滑打磨的铱粒，使用者普遍反映书写手感良好，适合书写汉字，可以作为今后研发的一个侧重点。

2.2 笔尖设计中侧剖面弧度设计的实例与分析

设计不同的侧剖面弧度的笔尖，对于提高产品种类和档次，尤其是弥补我国长期缺乏的笔尖粗细分档，软硬分档，一尖多用等问题有比较大的意义，以两种国外经典产品为例加以介绍说明。

下垂型以日本百乐POSTING 笔尖为例，其笔尖书写时稍加抬起，使笔尖和纸张夹角增大，铱粒基本垂直于纸面，笔尖形变幅度降低。同时铱粒打磨细滑，既有金笔尖书写手感弹性良好的特点，稍加改变握笔角度又可以适合速记和快速书写。

上翘型以美国犀飞利1942年投产的胜利型大包头笔尖为例，其笔尖较厚，普遍厚度在0.6mm～0.7mm 以上，书写时手感较硬，握笔时稍加降低角度，即可降低笔尖与纸面的夹角，此时笔尖弹性有所提升。铱粒正面打磨圆滑，书写手感偏软糯，使得其笔尖在当时纸制品质量较差的情况下不易戳破纸张。铱粒背面有倒角打磨，反向书写则犹如会计笔尖，可写出极细的字迹，该设计既可日常书写，又可做签字笔，反向书写又可为记账或填表用笔。该型号设计成功，当年发售即引起轰动，几十年后仍为犀飞利公司的旗舰产品。

3.带料型制与笔尖性能的关系

笔尖带料国内自行生产的历史已超过八十年，其工艺技术已比较成熟，这里主要介绍两种常见的带料类型及其性能差异。

3.1 两种带料型制简述

笔尖带料是笔尖生产中重要的原材料之一，通过材料厚度的区别，一般分为厚薄片和平片两种[1]（见图4）。

图4 笔尖带料型制Figure 4 Types of nib metal pieces

厚薄片型是自来水笔制造中最常用的笔尖带料型制，其特点为靠近笔尖铱粒部分的最厚，向笔尖尾部逐渐变薄，生产工艺相对复杂。除金笔尖带料一般由各单位自行生产外，国内也有一些专门工厂进行薄厚片带料生产。

平片型是蘸水笔中的最常用带料型制，其特点为笔尖整体厚度相同，一般采用0.2mm～0.3mm的板材直接使用。因加工难度低，在自来水笔中已有普遍的应用，主要应用于一些中低端笔尖中。

3.2 两种带料型制的生产工艺

国内生产厚薄带常用的“带料压延法”生产方式，主要在20世纪20～30年代自日本引进我国上海和天津等地（据资料显示，该工艺应为日本写乐，丸善等工厂自英国Onoto 公司引进）。除此之外，还有美、法、意常用的“单片料压延法”以及德国使用的“偏心轴压延法”等其他生产工艺，其中某些优点值得我国学习借鉴。厚薄片型笔尖一般书写时弹性回馈更加明显，笔尖强度较高，适合日常书写和速记使用，笔尖长时间负重书写一般不变形，是制造笔尖的理想材料。

平片型笔尖在国内应用时间较短，除早期因生产工艺原因而被迫使用外，我国最早使用平片型带料是在1979年引进派克45 型图纸和分析派克75型笔尖后。平片型笔尖书写手感较为柔顺，适合英文书写和偏好软糯手感的使用者。其缺点为笔尖抗型变能力弱，例如美国犀飞利复刻平衡18K 金笔尖，因采用平拱型设计和平片带搭配，其书写时若力度较大，则易导致笔尖前段产生塑性变形。

3.3 笔尖设计中带料型制选择的实例与分析

带料型制同样是影响笔尖书写手感的重要因素，其选择将会直接影响笔尖书写手感，是笔尖设计的一大要点。

以美、法生产的派克75 型和日本白金“#3776世纪”为例，派克75 型通过区分笔尖带料型制，使笔尖实现粗细分档的同时实现软硬分档，包括面向特殊书写习惯和民族地区的左右斜尖、阿拉伯语尖、音乐符号尖等。其产品品种丰富，在国际上有较高影响力。

日本白金“#3776世纪”的“细软”（SOFT）型笔尖，在拱型设计不变的情况下，采用0.4mm 的平片带料，笔尖打磨顺滑，笔迹细腻，书写时细滑柔顺，适合日常书写，受到消费者的欢迎。

分析笔尖带料型制时，也需要结合实际分析，例如欧美一些型号采用前厚薄后平片的设计，其书写手感有一定特色，值得国内厂商学习借鉴。

4.舒压孔、槽缝、裁切、附件、爿型与笔尖性能的关系

本章节主要介绍一些国外高档自来水笔的特殊设计，以实际案例为主，同时分析其设计要点。其中部分设计因结构复杂，生产难度高，目前尚不足以成为开发导向，因此仅供参考学习。

4.1 笔尖设计中舒压孔设计的实例与分析

舒压孔为早期笔尖在冲压时防止因应力收缩导致切缝后笔尖开裂而设计，其造型主要参照蘸水笔，后逐渐演化出笔舌进气、控制笔尖形变、提高笔尖美观等不同功能，是笔尖设计的一大要点。

自来水笔笔尖因其需要保障笔舌供水和尽可能减少墨水水分蒸发的缘故，笔尖舒压孔不应设计得过大。因此，在弹性笔尖设计中，应在舒压孔开口面积适当的情况下，尽可能提高笔尖书写弹性。

除最常见的圆形孔以外，还有长形孔（美国威尔永锋和日本百乐）、心形孔（美国犀飞利和日本白金）、钥匙形孔（美国威迪文和日本白金）、月牙形孔（美国康克林），以及欧美各种古典笔所常用的十字形孔和鸢尾花形孔等（见图5）诸多型号，都是在不扩大舒压孔面积的情况下提高书写弹性，同时增加笔尖美感。

图5 几种笔尖舒压孔类型Figure 5 Several types of pen nib holes

4.2 笔尖设计中槽缝设计的实例与分析

槽缝是笔尖由笔舌向铱粒供水的重要途径，同时起到控制笔尖弹性性能的作用。因此，笔尖槽缝的宽度和长度是设计的重点，也是笔尖软硬分档的途径之一。如法国派克的卓尔型笔尖，其笔尖其他设计不变，软尖槽缝贯穿舒压孔，书写时弹性较高，笔尖形变较大；硬尖槽缝不切到舒压孔，书写时弹性较低，笔尖形变较小。笔尖品种较多的日本百乐指甲型笔尖，其为实现笔尖软硬分档，每一个笔尖种类的槽缝设计长度都有所差异。目前国内对此类设计已经有所应用，有待进一步推广。

4.3 笔尖设计中笔尖切口的实例与分析

笔尖切口在自来水笔笔尖生产中并不多见，可能是参考了蘸水笔。例如，德国Brause rose 玫瑰型笔尖（见图6），采用圆拱瓦片型，薄平片带弹性钢材，烛光造型舒压孔，笔尖两肩有流苏样的切口，笔尖有玫瑰样凸起装饰，样式有古典美感，书写时笔尖弹性极强，是非常适合书写英文书法字体的笔尖。

图6 德国玫瑰笔尖Figure 6 Rose tip—nib of German Brause

日本百乐49R 型自来水笔于1949年设计投产，因战时日本贵金属禁令尚未解除，故采用钢制笔尖，铼合金铱粒。为保证笔尖弹性，笔尖两肩采用割缝切口，倒V 字舒压孔（见图7），使其笔尖在使用钢材的情况下仍能保障弹性，使用性能不亚于金笔尖。

图7 日本百乐49R 铱金笔尖Figure 7 Japan PILOT 49R iridium nib

4.4 笔尖设计中笔尖附件的实例与分析

国际上笔尖附件在笔尖设计中已趋向常态化，我国对此也有所涉及，但因其生产相对困难，成本相对较高，故有待进一步的简化开发。

笔尖附件一般为提高特种笔尖书写性能而设计，如日本写乐的长刀研笔尖特粗所采用的供墨片，其在不影响笔尖弹性的情况下，贴合于笔尖正面，保障笔尖下水流畅的同时提高间歇书写性能，是设计特种笔尖的成功案例。

笔尖附件中，为笔尖加装可调软硬的压片，是高档笔尖所采用的特殊设计之一。国际上较为成功的型号有美国威尔永锋多立克Abjustable 可调软硬笔尖（见图8）和日本百乐Justus 型，后者结构复杂，易损零件较多，后期维护困难，故在此不做过多介绍。

图8 威尔永锋多立克可调软硬金笔尖Figure 8 Wahl Eversharp Doric—Abjustable

多立克型为美国威尔永锋公司于1931年设计制造，其Abjustable 可调软硬笔尖采用滑轨式调节片，笔尖上有约十个档位的凸起卡位，使用者可以通过自己使用习惯和使用场合的不同进行调节。同时笔舌设计有弹簧塞头，使其携带时可以最大限度防止漏水。其设计精密，是国外比较著名的高档产品。

4.5 笔尖设计中笔尖爿型设计的实例与分析

笔尖爿型设计对笔尖书写性能有较大影响，在前文中已有所介绍，尤其是在研究笔尖软硬分档中，笔尖爿型设计是需要着重注意的一个方面。日本百乐FALCON 是其在20世纪30年代设计生产的笔尖类型（见图9），其特点为在笔尖爿型两侧开两个对称的C 型缺口，削弱其第二形变区，降低笔尖刚度，使得笔尖形变能力提高。该设计改良成本较低，对不同产品适配能力强，经百乐公司改进后至今仍为其产品沿用。

图9 日本百乐FALCON 14k 金笔尖Figure 9 Japan PILOT falcon 14k gold nib

5.总结和展望

自来水笔设计是一个长期的过程，设计一个可以堪称经典的产品，需要设计者足够多的设计和生产经验；同时对国内外同类产品有足够多的了解并具有一定科学素养，能对各种不同产品的设计优劣进行严谨科学的分析，这对制笔业者的科研能力、情报能力都是一个挑战。例如Ansys（FEA）在国内外已经是很常用的工况模拟软件，如果应用到制笔上，可以很好的模拟笔尖形变，笔夹疲劳，铱粒磨耗，笔舌供墨等诸如此类的工况场景，但在国内尚未有自来水笔制造业者进行此类实验。

目前国内制笔情报系统也处在各单位各自为战的情况下，有些单位，尤其是代工生产型企业，对制笔情报专注度很低。不知市场变化，对产品本身没有进行思考，产品定位不明，对市场需求了解不到位，在现有情况下很难对产品做出更新和改变。正因如此，我国生产自来水笔虽然已有近百年的历史，但仍长期处于仿制阶段，尤其在一些高端产品领域，现今尚缺乏经典的自主设计。

国产高端大明尖起步较晚，除20世纪30～40年代有少量生产外，直至20世纪90年代末期，才由英雄和金星研发出了一些28、32 号18K 明尖。目前国内18K 高端大明尖产品数量很少，而且产品档次和品质始终和国外同类产品有很大差距，尚未产生稳定的产品线和经典型号。因此，设计生产更多能和国外派克、万宝龙、百利金、百乐、白金、写乐等欧美日的中高端产品进行竞争，经得起市场和历史考验的产品，是交给当代中国制笔人的新任务。

附表：