打火機(jī)發(fā)展歷程及TRIZ理論分析
1 引言
在科技全球化發(fā)展的今天，點(diǎn)火工具已經(jīng)由過去單一的火柴、打火機(jī)等轉(zhuǎn)變成更加便捷時(shí)尚的點(diǎn)火器。點(diǎn)火裝置也出現(xiàn)在了更多的公共場合，如汽車內(nèi)、購物商場內(nèi)等。隨著打火技術(shù)和打火方式的不斷發(fā)展和更新，打火機(jī)的發(fā)展歷程值得人們探索和思考。
圖1 第一支真正意義上的打火機(jī)
圖2 燈芯打火機(jī)
圖3 各種點(diǎn)火方式的打火機(jī)-a
圖3 各種點(diǎn)火方式的打火機(jī)-b
圖3 各種點(diǎn)火方式的打火機(jī)-c
2 打火機(jī)的發(fā)展演變
2.1 打火機(jī)發(fā)展歷程
據(jù)記載，約自公元前45000年起，古人大多通過木材的摩擦、旋捻、鉆孔或撞擊點(diǎn)火。最原始的打火機(jī)是從燧石點(diǎn)火槍衍生出來的。帶有彈簧的扳機(jī)扣動(dòng)時(shí)，扳機(jī)擊打在火石上產(chǎn)生火花，從而點(diǎn)燃樹葉。當(dāng)世界上第一支手槍問世不久，第一只早期的打火機(jī)也就出現(xiàn)了，因?yàn)樗褪怯檬謽尭某傻?，叫火絨手槍。
真正意義上的打火機(jī)是阿爾弗雷德·丹希爾發(fā)明的。他在一位化學(xué)家的幫助下發(fā)明了一種由金屬殼體(如圖1下部）和頂蓋結(jié)構(gòu)(如圖1上部）組成的打火機(jī)。這期間，由于磷的發(fā)現(xiàn)，火柴也問世了。
2.2 打火機(jī)發(fā)展史
1823年德國化學(xué)家德貝萊納在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)：氫氣遇到鉑棉會(huì)起火。他把稀硫酸和鉑棉放在容器中利用器具實(shí)現(xiàn)了氫氣硫酸相互轉(zhuǎn)化。依照此原理，貝萊納制造出了世界上第一只打火機(jī)。但是早期的打火機(jī)由于體積大不便攜帶、玻璃殼易碎、硫酸溢出有危險(xiǎn)等缺點(diǎn)，并沒能普及應(yīng)用。隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，打火機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了下面幾個(gè)過程：
1920年法國出現(xiàn)了燈芯式打火機(jī)（如圖2），燈芯是用硝石粉浸過的，容易被火花點(diǎn)燃，后來，改成將燈芯浸在苯中的苯打火機(jī)。這種打火機(jī)有時(shí)漏燃料，而且要經(jīng)常更換燈芯。
當(dāng)燃料的問題解決之后，人們認(rèn)為打火機(jī)打火的方式過于笨拙麻煩。奧地利人奧爾經(jīng)過一番摸索，發(fā)明了轉(zhuǎn)輪點(diǎn)火。把火石裝在火石管里，為保證火輪與火石間有足夠的壓力，他在火石下面安放了彈簧結(jié)構(gòu)，蹭一下火輪，即可產(chǎn)生火花。
打火方式的演變，人們在20世紀(jì)后成功試制出滾輪式打火機(jī)（如圖3a），摩擦式打火機(jī)（如圖3b）和氣體打火機(jī)（如圖3c）。而氣體打火機(jī)減少了點(diǎn)火時(shí)煙氣的產(chǎn)生，如今仍有很多人使用。
而與此同時(shí)打火機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化。人們逐漸發(fā)現(xiàn)了液體打火機(jī)打火原理和電子打火機(jī)的打火原理。液體打火機(jī)里有一個(gè)儲(chǔ)液槽，里面存放有一定的液態(tài)燃料如丙烷等，利用加壓減壓使丙烷由液體轉(zhuǎn)化為汽體，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火；而電子打火原理則是利用壓電材料產(chǎn)生振動(dòng)，使能量得以傳遞實(shí)現(xiàn)打火，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。
第二次世界大戰(zhàn)期間，彈藥專家使用壓電效應(yīng)引爆炸彈。在炸彈的前端裝上像酒石酸鉀鈉和一些陶瓷類的晶體。晶體受到強(qiáng)力沖擊時(shí)，會(huì)在瞬間產(chǎn)生高壓電荷，引爆炸藥。戰(zhàn)后，日本成功地將壓電效應(yīng)用在打火機(jī)上，省去了干電池或火石，從而可以有效減小打火機(jī)的體積。之后，出現(xiàn)氣體燃料打火機(jī)，逐漸取代了苯燈芯打火機(jī)。氣體燃料用盡后，可從打火機(jī)底部的活門裝填（如圖5a、圖5b）。
圖4 電子打火機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
圖5 打火機(jī)的底部活門裝置-a
圖5 打火機(jī)的底部活門裝置-b
圖6 多功能打火機(jī)-a
圖6 多功能打火機(jī)-b
如今，使用最為普遍的是電子打火機(jī)，輕巧方便而且非常的實(shí)用。隨著打火機(jī)的普及，幾乎人人身邊都會(huì)出現(xiàn)打火機(jī)。于是人們?yōu)榱嗽黾哟蚧饳C(jī)的獨(dú)特性和設(shè)計(jì)感，增加了打火機(jī)的功能，比如指紋識(shí)別（如圖6a）、電子感應(yīng)打火機(jī)（如圖6b）等。
打火機(jī)發(fā)展至今，其發(fā)展簡圖如圖7所示。
圖8 曲面化打火機(jī)-a
圖8 曲面化打火機(jī)-b
圖8 曲面化打火機(jī)-c
3 打火機(jī)發(fā)展過程中的TRIZ原理應(yīng)用
3.1 打火機(jī)技術(shù)與TRIZ原理的應(yīng)用分析
縱觀打火機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可以總結(jié)出不同階段中TRIZ原理的應(yīng)用，具體見表1所示。
3.2 材料上的TRIZ原理應(yīng)用
打火機(jī)外殼的材料由原來的金屬、玻璃等單一材料轉(zhuǎn)變?yōu)锳S（丙烯晴-苯乙烯共聚物，一種塑料）、ABS（丙烯晴-苯乙烯-丁二烯共聚物）、阻燃尼龍、鍍鉻金屬等復(fù)合材料，強(qiáng)度高、韌性好、易于加工、抗腐蝕性好。
AS：有高光澤性、高沖擊、良好的耐熱性和機(jī)械性能。其剛性大，化學(xué)性能比較穩(wěn)定。
ABS：強(qiáng)度高，韌性好，易于加工成型，加工出的材料也易于染色和電鍍，抗腐蝕性能也比較強(qiáng)，幾乎不受溫度濕度的影響。
阻燃尼龍：具有良好的力學(xué)性能、電性能、耐熱性、耐磨性，抗沖擊能力也比較強(qiáng)。
在加工工藝上，為了保持美觀的外表，現(xiàn)代的火機(jī)外殼利用改變顏色、參數(shù)變化等原理，在表面上會(huì)采取拋光、噴漆、拉絲、電鍍等處理。
3.3 外形中運(yùn)用的TRIZ原理分析
從打火機(jī)外形的發(fā)展來看，打火機(jī)外形運(yùn)用TRIZ原理中的曲面化和球形化原理使其外形由簡單趨向復(fù)雜化，由方形趨向圓潤化，由形態(tài)單一趨向多元化。現(xiàn)代打火機(jī)的形狀也更加具有時(shí)尚的流線感，如圖8a、8b和8c。
打火機(jī)外形也增加了多用性的功能，從單一的包裹內(nèi)部零件作用發(fā)展到增加指紋識(shí)別自動(dòng)感應(yīng)裝置功能，如今在外形上又增加了趣味性，如圖9a和9b。
4 打火機(jī)的未來發(fā)展分析
隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，打火機(jī)已經(jīng)逐漸取代火柴、打火器等點(diǎn)火裝置成為每個(gè)家庭不可或缺的日用品。同時(shí)，隨著打火機(jī)制造的日益精致美觀，打火機(jī)作為一種禮品贈(zèng)送友人也將成為一種趨勢。
在點(diǎn)火技術(shù)方面，隨著科技的發(fā)展，點(diǎn)火的方式不斷變得精簡方便，未來打火機(jī)的點(diǎn)火趨勢會(huì)向激光點(diǎn)火或太陽能點(diǎn)火方向發(fā)展。場的改變上，原有的動(dòng)力場會(huì)轉(zhuǎn)向感應(yīng)場；在環(huán)保技術(shù)方面，為增強(qiáng)其環(huán)保性，可以利用復(fù)合材料原理和變有害為有利原理。
在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，打火機(jī)的內(nèi)部功能必將呈現(xiàn)出更加專業(yè)化，新的技術(shù)也會(huì)使內(nèi)部的體積越來越小。為減少機(jī)械系統(tǒng)的應(yīng)用可以利用參數(shù)變化原理和狀態(tài)變化原理；在外部結(jié)構(gòu)上，由于人們個(gè)性化的需要，打火機(jī)上有可能會(huì)增加新裝置如驗(yàn)鈔燈等，增加火機(jī)的多用性?？梢岳脪仐壔蛐迯?fù)原理自動(dòng)生成打火機(jī)中的氣體燃料。
在外形的設(shè)計(jì)上，由于打火機(jī)有成為禮品紀(jì)念品的趨勢，所以在外形方面，打火機(jī)會(huì)呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展方向，即體積會(huì)更加小巧精致；面的維數(shù)會(huì)增加；形態(tài)會(huì)更加具象；外形曲線化的趨勢也會(huì)更加明顯。為了增加美觀性，可以利用不對稱原理、柔性殼體或薄膜、動(dòng)態(tài)性和改變顏色等原理。
圖9 趣味性打火機(jī)-a
圖9 趣味性打火機(jī)-b5 結(jié)論
縱觀打火機(jī)的發(fā)展史，打火機(jī)從簡單的打火工具轉(zhuǎn)變到如今人們賴以生活和展示的時(shí)尚產(chǎn)品，其內(nèi)部經(jīng)過了從燃油到燃?xì)獾霓D(zhuǎn)化，點(diǎn)火的方式從需要借助火花點(diǎn)燃轉(zhuǎn)變?yōu)榈綄?shí)現(xiàn)電打火，外形也從簡單的二維增加到多維。由此可以看出，產(chǎn)品發(fā)展的突破和進(jìn)步離不開科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形態(tài)設(shè)計(jì)的改進(jìn)。產(chǎn)品投放市場的成功與否與設(shè)計(jì)有著密切的聯(lián)系，而設(shè)計(jì)的想法不是完全天馬行空的，是有規(guī)律可循的。設(shè)計(jì)師可以通過諸如TRIZ原理這樣的設(shè)計(jì)原理總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)突破，從而為產(chǎn)品帶來創(chuàng)新。未來中國的產(chǎn)品市場如果能在各自的領(lǐng)域形成自己的一套創(chuàng)新方法，必然會(huì)在產(chǎn)品發(fā)展過程中取得突破，增加自己產(chǎn)品的對外競爭力，達(dá)到事半功倍的效果。
責(zé)編/王蒙
參考文獻(xiàn)
[1] 沈萌紅.《TRIZ理論及機(jī)械創(chuàng)新實(shí)踐》[M]. 北京機(jī)械工業(yè)出版社，2012.2
[2] 趙新軍.《技術(shù)創(chuàng)新理論（TRIZ）及應(yīng)用》[M]. 北京化學(xué)工業(yè)出版社， 2004
[3] 天津匯智源科技有限公司《中國應(yīng)用技術(shù)網(wǎng)》 [DB/OL] （
[4] 西伯利亞的狼.《打火機(jī)》 [J]
（http://baike.baidu.com/subview/21190/12830748.htm#9_1）
[5] 施果果.《打火機(jī)材料與加工工藝》 [J]
（百度文庫/ppt專區(qū)/科技/材料科學(xué)http://wenku.baidu.com/）
[6] 圖片來源：http://www.nipic.com/
[7] 圖片來源：http://image.baidu.com/
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