自動鉛筆

自動鉛筆（Mechanical pencil，propelling pencil），又稱自動筆、鉛芯筆 或活動鉛筆，是一種固體顏料芯可更換並且可以機械伸縮的鉛筆。鉛筆芯與外殼不是固定相連的，通常由石墨構成，當它的前端磨損的的時候，可以向外延長。

自動鉛筆通常在工程製圖和快速工整的書寫中可以無需削鉛筆就能提供相同寬度的線條。自動鉛筆也用於美術繪畫中。

自動鉛筆在十八世紀第一次使用，十九和二十世紀許多自動鉛筆的設計取得了專利。

## 歷史

康拉德·格斯納在1565年提出一種類似自動鉛筆的筆，但筆芯需要人工調整使其銳利。最早自動鉛筆的前身在1791年沉沒的HMS Pandora船隻殘骸中找到。

1822年，第一個可替換並且帶有筆芯推進結構的鉛筆的專利在英國被Sampson Mordan和John Isaac Hawkins獲得。隨後Mordan從Hawkins手裡買斷了專利權，在1823年到1837年間與Gabriel Riddle開展了商業合作，因此最早一批的Mordan鉛筆都帶有「SMGR」的標籤。1837年後MorDan結束了與Riddle的合作，繼續生產名為「S.MORDAN & CO」的鉛筆，同時還廣泛生產銀器，直到二戰時期他的工廠被炸掉。

1822年到1874年間註冊了超過160個專利，在多方面推動了自動鉛筆的發展。第一隻彈簧式自動鉛筆在1877年申請專利，隨後的1895年出現了擰填式鉛筆。1938年，0.9mm筆芯進入市場，隨後又出現了0.3、0.5、0.7mm的筆芯，甚至1.4mm，現在，0.4mm和0.2mm同樣也成為一個規格。

1915年，冶金工人早川德次對自動鉛筆做出了一些改進，使得它在日本獲得成功。德次的鉛筆被稱為「總是鋒利的鉛筆」。但那之後，德次並未馬上獲得成功，直到保證鉛筆壽命的金屬杆被引入。一家東京和大阪的公司向德次發出一個大訂單，使得Ever-Ready Sharp從此開始大賣。之後德次的公司就有了「夏普」這個名字。

幾乎就在同時，美國的Charles R. Keeran開發了一種類似的鉛筆，而這正是今天大多數鉛筆的鼻祖。Keeran設計的鉛筆依賴於棘齒，而德次的則以螺絲為基礎。這兩項不同的發展史經常被人們錯誤地合併成一個。Keeran在1915年為其鉛筆申請專利，之後很快就安排生產。在進行一些改良後，他的設計變成Wahl Adding Machine公司的Eversharp鉛筆，在1920年代初期，Wahl公司販賣超過1200萬隻鉛筆。

## 結構分類

自動鉛筆的出芯機構可分為兩種：旋轉式（screw-based）與爪式（ratchet-based）。現今市售的自動鉛筆多屬後者，前者則多見於二十世紀之前。

旋轉式自動鉛筆的出芯機構較長，由外至內，有螺紋管、筆管軌道，以及筆芯夾。筆管軌道上有長直線開槽，內部有空間供筆芯夾上下滑動。筆芯夾則能夾住筆芯的尾端，且其側邊還有凸腳。此凸腳突出軌道的開槽，與螺紋管內刻的螺紋相觸。在使用者旋轉出芯裝置時，螺紋管、筆管軌道其一會轉動，筆芯夾則因此帶著筆芯上下移動。此種機構的能讓使用者精準地調整筆芯突出的長度，但是在更換筆芯時，需要從筆尖插入替芯，較不方便。英國Yard-O-Led出品的自動鉛筆即使用此種機構。

爪式出芯機構則較小，多集中於筆身前端，有彈簧、爪子以及束爪環。束爪環套著爪子，使其不向外彈開。使用者按壓出芯裝置時，爪子會夾著筆芯，向筆尖方向推動一小段距離。隨後，爪子突出束爪環，向外彈開，鬆開筆芯。停止按壓時，爪子收回，束爪環重新套住爪子，夾住筆芯。在多數的自動鉛筆內，需要有筆尖止住束爪環，機構才能正常運作。爪子鬆開時，如果筆尖沒有高摩擦力區，則筆芯可能會向外滑出。此高摩擦力區通常是小橡皮環，但有些自動鉛筆（如Pentel Caplet）使用另一套寛鬆的固定夾子。

沒有高摩擦力區的爪式自動鉛筆又稱Lead holder（中國大陸多稱為「墜芯式自動鉛筆」；臺灣商家則多用「漸進式工程筆」）。此種自動鉛筆使用單根較粗的鉛芯（2-4 mm），也沒有筆尖。按動鉛筆後端的橡皮帽，使筆頭處的爪子張開（爪子多直接伸出筆頭），鉛芯就可以自由地從筆桿內滑出（或縮回），但這滑動只能由外部協助控制，當然，把筆頭離開桌面幾毫米或者擋在手心就很容易做到。

在某些爪式自動鉛筆中，有多出一個重物，在使用者甩動筆身時，重物會衝擊出芯裝置，使爪子鬆開，推進筆芯。此種自動鉛筆多名為「搖搖筆」。另一種鉛筆能自動向前推進鉛芯，這種設計使用爪式機構，但只是用很小的摩擦力阻止筆芯滑落或者退回到鉛筆內。筆尖是一種彈簧扣，鉛芯磨損時變短，減小了彈簧的壓力，從而使鉛芯自動推出。

### 自轉式

一種先進的爪式鉛筆擁有一個機械裝置，能夠在鉛筆芯接觸紙面時將其旋轉特定角度，利用平均耗損，使筆芯與紙面的接觸面積只有普通自動鉛筆的一半，這樣寫出來的字便具有統一的黑度。這種鉛筆名叫「筆芯可轉鉛筆」（Kuru Toga），是由三菱鉛筆有限公司研發出來的。三菱鉛筆還在2004年推出了a-gel(alpha-gel)自動鉛筆。

### 側壓式

側壓式自動鉛筆為其中一種自動鉛筆的形式。

## 鉛芯特性

儘管名稱叫做「鉛芯」，鉛筆芯不包含有毒的化學元素鉛，而通常用的是石墨和黏土，或塑料聚合物。相比於傳統鉛筆，自動鉛筆類型範圍較窄，同時也存在諸多變種。多數自動鉛筆可重新裝填，也有一些便宜的類型用完後可以丟掉。

### 鉛芯直徑

自動鉛筆的結構一般只能使用一種直徑的鉛芯，也有一些如Pentel Function 357，其內置的多種結構允許使用多種直徑的鉛芯，如：0.3mm、0.5mm和0.7mm。1.00 mm的鉛芯也存在，但它們是非常罕見的。（見下表）

下表列出了不同的鉛芯直徑，以滿足多樣的喜好和製作，最常用的是0.5mm和0.7mm，其線寬適用於精確的書寫和繪畫，0.05mm，0.1mm和0.2mm則較為罕見。

使用亞毫米鉛芯的鉛筆能同時容納多跟鉛芯，以減少重新裝填的次數。一個例外是Pentel 350E，這可能是Pentel的第一款自動鉛筆，它只能容納一根0.5mm的鉛芯，當需要時可以從一根小管子中把新的鉛芯填入筆桿。

直徑 (mm)｜用途

技術工作

0.20｜技術工作

0.30｜技術工作（一些德國製造商會稱為0.35 mm）

0.40｜技術工作（僅在日本）

0.50｜一般書寫，普通技術工作，初級技術工作

0.70｜一般書寫

0.90｜學生/一般書寫 （一些德國製造商會稱為1.0 mm）

1.00｜少見，用於1950年以前的派克鉛筆

1.18｜更為古老，用於Yard-O-Led

1.30｜Staedtler及Pentel （只有Pentel有彩色的自動鉛筆）

1.40｜Faber-Castell e-Motion、new Lamy ABC及一些Stabilo children的鉛筆

2.00｜製圖筆及電腦閱卷考試(2B)

3.15｜非製圖筆

5.50｜非製圖筆（僅用於e+m Germany部分產品）

5.60｜非製圖筆

### 硬度

與傳統鉛筆相同，自動鉛筆的鉛芯根據使用者的不同需求，對石墨和粘土的配比進行控制，從而做出不同黑度和硬度的鉛芯。常用的鉛筆的鉛芯其密度和傳統HB (US #2)的筆芯相同，但粗細不同。

### 顏料

自動鉛筆彩色鉛芯卻較為少見，Crayola的「Twistable」系列包含兩種彩色鉛筆（可擦除的和不可擦除的），其中含有機械推進結構，卻不提供替換的鉛芯。

一些美國以外的公司如Pentel、Pilot和uni-ball為他們的產品在小範圍的直徑（0.5mm、0.7mm和2mm）製造了彩色可重新裝填的筆芯。Koh-i-Noor則在2.0、3.15和5.6mm上做出了彩色可充填的自動鉛筆。

## 注釋和參考

### 參考書目

- Deborah Crosby, Victorian Pencils: Tools to Jewels, Schiffer Publishing Ltd., Atglen, PA, 1998
- Jonathan A. Veley, "The Catalogue of American Mechanical Pencils", Greyden Press, 2011

## 外部連結

- Sharp's history of the mechanical pencil
- History and development of Keeran's and Hayakawa's pencil styles
- Leadholder Museum (History and Images of Leadholders)
- Pens-Bells – information and reviews
- Mechanical Pencil Museum Jonathan Veley's Mechanical Pencil Museum
- Sampson Mordan. First patent for a mechanical pencil