可兼容不同造型笔的笔帽结构

谭迪熬  中国发明协会院士专家咨询工作委员会首任专家，中国发明协会中小学创造教育分会会长，科技创新教育特级教师，教育部国培计划专家库专家。

一、设计背景

笔是学生每天都要用到的文具，在使用过程中，我发现了一个让人头疼的问题：笔帽经常丢失。没有了笔帽的保护，笔尖容易损坏，造成一定的资源浪费。

如何才能防止笔帽丢失？在这个问题的驱使下，可兼容不同造型笔的笔帽结构诞生了。

二、设计难点

研究笔帽前，必须先了解笔帽与笔杆是如何扣合的。通过多次拆解不同造型的笔，我终于了解了笔帽扣合的基本原理。

如图1所示，笔杆靠近笔尖部位有环形定位凸起2，同时在笔帽内部有环形定位凸起3。环形定位凸起2的外边缘尺寸略大于环形定位凸起3的内边缘尺寸，当笔杆与笔帽扣合时，环形定位凸起2通过挤压变形，从环形定位凸起3处挤过去，此时笔尖触碰到笔帽顶端的橡胶防护垫1。由于橡胶具有弹性，将笔杆往回顶，使环形定位凸起2与环形定位凸起3接触并卡紧，笔帽扣合完成。

通过了解笔帽扣合的原理可知，要设计一种可兼容不同造型笔的笔帽结构的难点主要有两个：一是不同笔杆的规格存在差异，二是不同笔帽的环形定位凸起位置不同。

三、结构原理

经过多次构思与验证，本作品克服了以上两个难点，其结构原理如图2所示。

本作品包括笔盖、弹簧、滑片、挡圈、笔杆、环形定位凸起、弹片固定结构、弹片结构等。笔盖内部设置弹片结构，当笔插入时，环形定位凸起挤压弹片使其变形，当环形定位凸起经过弹片后，弹片恢复到最初形态，起到固定笔杆的作用。

由于不同造型的笔的環形定位凸起到笔尖的距离不一样，因此需要设计一个能让环形定位凸起与弹片接触的可调节结构。

于是，我在笔盖内端设置一个可沿笔盖轴向滑动的滑片，滑片的中心位置有一个便于笔尖插入和定位的小孔。滑片与笔盖顶部之间设置一个弹簧，另一侧设置挡圈，挡圈对滑片进行位置限定，使滑片可在弹簧与挡圈之间移动。

当不同造型的笔插入笔帽时，笔尖就会穿过滑片中间的孔并推动滑片向内移动，不同程度地压缩笔盖顶部的弹簧。当笔杆进入到使环形定位凸起挤过弹片后即可松手，此时笔杆与笔帽完成扣合。

我设计的笔帽结构可与大部分的笔匹配。这种结构仅需要几个部件即可组装，结构非常简单，便于大范围的推广与使用。

四、原理扩展

本作品的基本原理是，笔盖内用于固定的结构都是可变形的，因此能对不同造型的笔进行固定。根据这个基本原理，还可以找到其他方式实现笔帽兼容的效果。

比如，如图4所示，将弹片结构改为两组环形橡胶结构，实现两点定位。同时依靠橡胶与笔杆之间的摩擦力，使得笔帽不会轻易脱落。

五、总结

在本作品的设计和发明过程中，我得到了老师和同学们的指导、帮助，受到了很多启发。

首先，一个好的发明一定是多次试验的结果。要想做出好的作品，必须先了解它的基本原理。

其次，在实践过程中，我发现本作品也并非完美无缺，一些特别细或形状复杂的笔仍然无法被固定，这也为我今后的改进提供了方向。

最后，珍惜和保护好每一支笔，也是保护我们的大自然，为节约资源贡献自己的力量。我会努力学习更多的理论知识，争取发明更好的作品，真正地造福社会。（指导老师：董喜梅）

专家点评

看到田子涵同学的这项发明，有的人会不以为然：与笔帽相关的发明与改进已经有很多了，还做这类项目有意思吗？其实不然，它是一个值得深入探讨、能够体现学生创新意识以及创新习惯养成的项目。

从发明的方法来看，该项目既可以说是一个简单课题妙做的项目，又可以说是一个老题新做的项目。

大家都有过因笔帽丢失而烦恼的经历，而田子涵同学找到了这个创新点，且并不因为这个创新点不够“高、大、上”而放弃。通过巧妙的构思，作者用两道“关卡”卡住造型不同的笔杆，封闭性好，笔墨不容易干。它的巧妙之处胜过最近获得实用新型专利的“一种适用于多种不同直径笔使用的笔帽”。

建议田子涵同学在文本的表述方面下功夫，进一步提升自己的书面表达能力，让这个有利于个人创新习惯养成的项目给更多人启迪。

（栏目编辑 田春忆）