第壹個問題，我說說核心。上述總原則的優缺點是什麽？優點:結構簡單，夾緊力大，工作可靠(導程公差大)，使用壽命長；缺點:推出力大，無法采用更先進的原理。所以抽芯操作比較麻煩。需要改變手指握筆的姿勢，用大拇指做軸向運動推出鉛芯。
歷史上有幾百個自動鉛筆的專利發明，但我研究了其中壹些，發現都差不多，真正的自動原理只有幾個。其他專利都是某個原理的演變。總結壹下，最先進的原理是壹種叫做“自動”抽芯的原理，最早是德國人發明的，後來被日本人改進進化，發展成很多不同的專利。它的原理並不復雜。筆體內裝有兩個單向卡盤機構，使鉛芯只能向壹個方向移動，而不能向相反方向移動。壹個夾頭與滑芯保護管連接，滑芯保護管由彈簧向前推動，由筆尖內凸緣限位，後夾頭可在筆體內移動，帶有延時機構和保持彈簧。寫字的時候，鉛越來越短。當紙碰到芯保護管時，它會縮回，但導線被後卡盤卡住，不會跟隨。書寫器放筆時，護芯管在止動彈簧的作用下自動回位，前夾頭將鉛芯從後夾頭中拉出壹點，從而達到自動頂芯的效果。這個原理也有推出鉛芯的作用。書寫時，雖然鉛芯沒有磨損到與芯保護管平齊，但書寫者仍然可以按壓鉛芯頭，使鉛芯與兩個夾子壹起向後移動，然後舉手。首先，鉛芯與芯保護管壹起向前移動，將鉛芯從後夾中拉出。然後，經過壹段時間的延遲，前面的剪輯已經復位，後面的剪輯開始復位。此時，鉛芯將被推出芯保護管完成。
對於最先進的自動抽芯的自動鉛筆來說，關鍵的壹點是夾頭必須具有優良的單向性能，或者兩個方向的阻力差越大越好。芯保護管推入時力很小，復位時有足夠的夾持阻力驅動導線向前移動。為了達到這種效果，這種鉛筆往往采用斜球式精密夾頭。它是壹個內錐面的銅碗，裏面有三個小球。從壹側插入引線很容易，但反方向移動時會被強力阻擋。關於延時機制，原理也不同。有些設計采用真實的阻尼延時，比如使用柔軟的有機材料進行阻尼，或者使用帶阻尼油的金屬部件，使厚卡盤比前卡盤復位更晚；但有的設計不壹樣，采用機械自鎖結構，這樣後卡盤移動到位後會卡死。只有在當前卡盤復位後，後卡盤才會被鎖定和釋放，就像機械窗簾快門壹樣。
這種全自動鉛筆原理很先進，看起來性能很優秀，但實際情況並沒有想象中那麽完美。首先，球形卡盤是壹個極其精確的配件。鉛芯直徑的微小變化會導致球體夾緊時軸向位置的較大變化。如果引線的直徑誤差稍大，夾持電阻就會失效，所以需要使用高精度的引線，否則不適合使用國產引線。其次，當3球卡盤夾緊引線時，球將壓在引線圓周上的三個點上。書寫壓力越大，球壓鉛芯的力就越大，這樣如果鉛芯性能稍弱就會斷。第三，自動頂芯的原理是基於書寫時，紙張碰到護芯管，使護芯管移動，帶出鉛芯。也就是說，書寫時，芯保護管要壹直接觸紙張。由於紙張與它之間的摩擦力是橫向的，而護芯管的回縮是軸向的，所以兩者之間的摩擦力會很大，不僅會影響書寫手感，還會造成護芯管的快速磨損，對鉛筆的壽命影響很大。再次，這種原理的運動精度要求極高，零件的公差不能大於1um，甚至更小，給加工生產帶來很大的麻煩，大大增加了產品的成本。而且如果夾頭內部的零件稍有磨損，它的工作就會不正常，夾頭的阻力就會大大降低，這樣整個筆就報廢了。還有壹個問題是雙頭的自動鉛筆剩余鉛芯不能太短，浪費很大。
日本專利中有幾種常用的結構。比如側壓有兩種出芯原理。壹種是只是把尾帽移到鉛筆的側面，更靠近筆尖，這樣推出鉛芯的動作不需要改變書寫姿勢，確實有壹定的效果，但不屬於真正的側下巴動型；另壹種真正的側下巴風格是側下巴按鍵按90度排列的按鍵出芯，手感大大提升。但是，這種取芯方式並不理想。由於用鉛筆寫字時筆芯的磨損，需要在寫字時不斷轉動筆身，改變筆芯與紙張的接觸角。這樣，當妳打算出芯的時候，側鈕就不知道藏在哪裏了！折芯的原理比以上兩種方案好很多。這款鉛筆可以折疊，角度不限在360度範圍內。妳可以把筆彎到任何地方，非常方便。
我還設計了兩個很特別的自動原理，也可以申請專利。第壹個叫電動抽芯自動原理。筆的結構並不特別，夾頭也是3球型，但推動機構是電磁鐵。壹個小型化的鋰電池為1F超級電容充電。當需要頂出型芯時，按下電子開關按鈕，電容將強力電磁鐵放電，產生大量推力推動型芯頂出機構。這種方案自動化程度高，結構復雜，但操作繁瑣，因為需要充電。如果沒有條件收費，那就沒什麽可做的了。而且那些電池，電磁鐵，大電容，體積都不小，會占很多筆的空間。第二種叫做慣性抽芯自動原理。筆身後部裝有壹個大的重錘，用來壓出筆芯。需要鉛芯的時候，晃動鉛筆，鉛芯會被推出壹會兒。這項先進的設計很有價值。
第二個問題，我講實用性。目前普通的自動鉛筆設計有很多，如德國紅環的600型，實德樓的925-85/925-95型等。，都是精心設計的，細長造型，細長護芯管，全金屬高檔筆身，大摩擦力滾花前段，六邊形或圓形後段，帶鉛芯硬度指示器，尾帽橡膠，單次抽芯長度可調等。，功能多，加工精準。但是這種產品只能在固定的地方使用，不方便攜帶。如果放在口袋裏，它的芯保護管會像針壹樣刺破口袋，這樣口袋也會刮到芯保護管。如果不小心把鉛筆掉在地上，由於其重心靠近筆尾，筆尖肯定會先碰到地面，芯保護管會彎曲，無法修復。另外這個筆身的尺寸也很長，大概145mm，放在大衣口袋裏都裝不下，攜帶起來確實不方便。比較可行的攜帶方式是放在便攜筆筒裏，然後放在褲兜裏，用的時候再拿出來，相當麻煩！
我覺得比較好的便攜設計是縮短筆身的總長度，不要把筆桿的直徑設計的太小。日本的Panto和德國的Lamy都有又矮又胖的自動鉛筆，看起來很喜人又傻又可愛，但是這些產品都是低檔塑料的東西，原理很簡單。當然，要便攜，不僅要設計這樣的外形，還要考慮如何保護珍貴的芯管。美國的Sunfeili和Parker都有大量的時尚產品。我稱之為這個。這些鉛筆的筆尖沒有細長的保護芯管。筆尖是類似圓珠筆的圓錐形金屬，非常結實，不會折斷。但是這支筆當然不能用來畫畫，只能寫字。日本有些專利把護芯管設計成可移動的，按下尾鈕縮回芯時也可以和護芯管壹起放進筆管裏，起到保護作用。然而，這種設計有壹些缺點。護芯管本來就很小，後來設計成滑動單件。稍有匹配誤差就會導致正常使用時護芯管晃動，手感極差！還有壹些專利設計的是整個筆尖可以縮進的結構，這個原理可以更好；壹個優秀的設計是附加壹個可滑動的保護套，比例用完之後通過旋轉前段可以滑出，將筆尖和筆芯保護管套住，防止其受到傷害。
這裏需要提到壹個有趣的設計。壹個美國人第壹個做出了像左輪手槍壹樣的多芯可互換復合筆。其原理是在轉輪上安裝六個帶復位彈簧的滑動機構，每個機構的末端連接壹個筆芯，轉輪的中心是連接尾帽的滑動推桿，推桿內安裝壹個靠重力懸掛的鐵塞。當筆身向下旋轉到某個滑動機構時，鐵塞就會落入滑動機構的槽口中。此時推動尾帽，滑動機構即可推出並自鎖，從而將相關的筆芯推出筆尖。這個設計很巧妙。首次實現1筆6核。這6支筆芯可以是4支圓珠筆，1圓珠筆，1自動鉛筆。應用範圍相當廣泛。我曾經買過這樣壹個產品，發現它最嚴重的缺點足以摧毀專利價值。它推出來的每壹個筆芯都是傾斜的，從筆管外緣到軸心，對書寫影響很大，尤其是鉛筆，尤其是需要旋轉筆芯角度的時候。當時我也開始設計改進這種特殊左輪手槍的結構，最後拿到了壹個相當不錯的專利。可惜我從來沒有發表過，所以世界上沒有這種產品。
我的設計是7孔結構。大直徑筆管的外緣有六個筆芯。六個筆芯的內圓插入壹個帶有缺口的半圓形薄壁管。薄壁管連接到筆末端的旋轉環上，可以手動旋轉。每個筆芯的末端安裝有配重和鎖緊結構，筆尖內安裝有彈簧和鎖緊機構，通過筆腰的轉動套控制鎖緊機構打開。當需要使用筆芯時，手動旋轉尾環，使筆內半圓套的槽口與對應的筆芯對齊，然後旋轉筆身，使槽口朝上，筆芯就會落入筆的軸腔內，然後向下擺動筆身，在重錘的作用下，筆芯就會沖出筆尖，然後被鎖住，就可以使用了。鋼筆用完後，旋轉筆腰即可解鎖，筆芯可由彈簧復位，再由重力使筆芯復位，實現多芯功能，每支筆芯可絕對垂直排出，書寫性能極佳，省去了按壓式尾蓋。
第三個問題，我說說摩擦裝置。在鉛筆的自動原理上，摩擦裝置應該是用了單向夾頭，安裝在筆尖裏，對鉛芯施加壹個夾持力，只允許鉛芯前進，不允許後退。但壹方面考慮到集芯，另壹方面考慮到它的功能，不需要很好的單向性能，所以設計者將其簡化為摩擦裝置，用廉價的軟膠等材料制作。這種摩擦裝置壓裝在筆頭的內孔裏，它的問題相當嚴重。壹方面，摩擦裝置固定不牢，人拿起筆芯，鉛芯會後退，摩擦力很容易推動摩擦裝置從筆尖上脫落，還是沒用，這樣鉛筆就沒用了，取不出來；另壹方面，橡膠的壽命相當短，摩擦裝置用不了幾年就會失效，這樣的零件根本不可能用在高檔鋼筆上。
為了提高摩擦裝置的性能，日本開始在筆尖的內孔中焊接壹些帶有弧度的細金屬絲來代替橡膠部件。這些高彈性的錳合金鋼絲具有優異的耐磨性，使用10年也不會磨掉，摩擦力也很優異。我欣賞這個設計很多年了。
這種摩擦裝置的性能是有問題的，因為它不是單向機構，而是雙向機構，兩個方向的摩擦力完全相等，這就意味著鉛芯的推出力過大，抗回縮能力不足。對於常用的使用三抓卡盤的自動原理，通過手動按壓尾部按鈕來實現抽芯，因此抽芯力極大，完全不需要摩擦裝置的阻力；而對於那些比較高級復雜的抽芯原理，則要求在較小的抽芯力作用下能夠可靠地完成抽芯動作，這就要求摩擦裝置具有較小的正向力和足夠大的反向力。實際上，自動鉛筆中的摩擦裝置采用的是同樣結構的三球卡盤。它的性能那麽好，除了不能縮芯，效果非常理想。可以想象，這種鉛筆是無法縮回的，所以必須考慮為芯保護管和鉛芯設計壹個保護方案，比如將整個筆尖縮回，或者推出壹段保護管蓋住芯保護管和鉛芯。
我壹直關註高端自動鉛筆市場，有時會在網上搜索很多新產品和設計。我發現很多高端產品其實屬於時尚而非科技。比如在最普通的抽芯原理上，用紅木、楠木、大理石等特殊材料制作筆套，在金屬上鍍上鈦或金，做出優雅時尚的造型，做出無數花式設計。其實這些產品沒有使用價值，甚至收藏價值也不大，完全變成了商業的東西，和鍍金座椅的意思壹樣。真正高性能的自動鉛筆很少見到。比如我上面描述的全自動產品，在中國市場上基本看不到。我覺得3球卡盤的市場份額不到萬分之壹，這就是現狀。
最後，我想詳細說說我的想法和具體的結構設計。
*關於3球卡盤:在壹個斜面上，三個直徑很小的球均勻分布在原來360度的圓周內。這些滾珠被弱彈簧推向斜面圓錐體的小直徑端，相互碰撞推在壹起，形成3球卡盤。當壹個鉛芯從圓錐體的小直徑端插入時，它將推開三個球，穿過卡盤體並從另壹端伸出。這種領先只能向前，不能向後。當它後退時，三個球會在圓錐體的斜面上滾動，導致軸心圓直徑減小。結果，引線被夾緊。後退力越大，夾緊力越大。而且，由於傾斜角度的原因，夾緊力將總是大於後退力。因此，這種卡盤的單向動作性能極高，不需要像普通三爪卡盤那樣用強力彈簧的力來夾緊芯子。這種3球夾頭就不壹樣了，正向力極小，反向力極強，性能相當理想。
壹種設計在結構上得到簡化。青銅錐的小直徑端裝有磁鐵端板，三個球被磁鐵吸引自動聚集在小直徑端，省去了彈簧。這個設計是好的，但是磁鐵的性能是否會影響使用壽命需要考慮。另壹個改進是把錐體做成三個凹槽，每個凹槽裏放壹個球，限制了球的隨機串動，性能更穩定。
3球果醬也有它的缺點。第壹個缺點是鉛芯是三點接觸夾住的，接觸面主動小，自然把鉛芯夾出壹個半球形的凹坑。如果鉛芯強度不夠高，很容易將鉛芯夾斷。所以這支筆只能用樹脂鉛，不能用碳精鉛。如果適當增大球徑，斷芯問題會有所改善，但仍不能完全解決；第二個缺點是錐體的傾斜角度設計困難，角度小，大大提高了夾緊可靠性，提高了自鎖能力，但對鉛芯直徑的精度要求較高。如果鉛芯過細，夾具就會失去作用，無法阻止鉛芯回位；如果角度設計得大壹些，可以降低引線芯徑的精度要求，但夾緊的可靠性會降低，有時會不自鎖而失去作用；第三個缺點是三個球的直徑極小，錐面精度極高，尺寸誤差不能大於1微米。如此高精度的加工必然導致成本的大幅增加，所以這種卡盤非常昂貴；第四個缺點，同樣的原因，鉛芯壹旦被夾斷，在高壓下可能會有部分鉛粉屑附著在三個球或錐面上，導致卡盤功能失常，因此結構的工作可靠性不理想；第五個缺點，出於同樣的原因，卡盤零件的輕微磨損會對其性能產生明顯的影響。斜面雖然有自動消除誤差的性能，但是公差還是太小，所以設計的使用壽命不會很長；第六個缺點是這種卡盤不容易手動打開。與三爪卡盤不同，三爪卡盤可以通過推動與卡盤連接的尾帽來打開，使卡盤可以自由地穿過導線。這種三球夾頭很難推開三個球，使鉛芯自由通過，所以用它設計鉛筆最難解決連續芯的問題。我的改進方案是將磁性端板做成活動管，既能吸引小球又能通過壓尾帽將其推開，使鉛芯在重力的作用下落入並穿過卡盤，解決了續芯問題。
*關於抽芯原理，我覺得常用的後下巴尾帽的方法不太理想。在畫圖寫字時，拇指要經常變換位置，推尾帽推出鉛芯會耽誤工作，影響創作構思。這方面折疊設計先進很多，不需要改變手的位置。只要稍微用力按壓筆桿，鉛芯就會伸出來，簡單快捷。不幸的是，這種設計將在結構上受到很大限制，並且難以制造。我否定過護芯管擦紙自動原理，但它的先秦抽芯原理還不錯。可以用寫作時的句號作為抽芯動作，比壹般的寫作壓力要重壹些；但是如果妳正在畫壹幅畫呢？總不能在線上加個重點或者借張衛生紙做個核心動作吧？所以可見前秦風格不實用！最佳抽芯原理困擾了人們幾十年，就像理想的手槍自動原理壹樣。可用的原則很少，人們已經智窮才盡，想不出更理想的方案。我的設計是利用重力去核心。只要妳搖壹搖胳膊，鉛就會伸長壹會兒。這個方案的實現非常簡單。只要在筆身後面加壹個足夠大的重錘就解決了！是不是前輩們太笨了？
重力抽芯設計肯定有問題。壹個是必須使用高性能卡盤，比如3球卡盤，另壹個是必須解決核心延續的問題。後卡盤的球必須由尾帽推開，使鉛芯穿過卡盤到達前卡盤的球孔，後續動作可用重錘操作。