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从发明史看办公用品的演变

  • Update:2012-12-13
  • 戴吾三,清华大学深圳研究生院
  • 来源: 《装饰》杂志2012年第11期
内容摘要
丰富多样的办公用品,追溯起来都是一件件发明,是在原创基础上不断改进的结果。本文从发明史角度,考察了常用办公用品(订书机、回形针、大头针、铅笔、便利贴、计算器)的发明起源和演变,可见这些器物的问世都凝结了人类的巧思,是科技进步的反映,也是科技与艺术设计密切结合的反映。

办公用品随时代发展而变,随科技进步而变。古代的办公用品与现代不同,而未来的办公用品与现在所用的也会大不一样。
丰富多样的办公用品,追溯起来都是一件件发明,是在原创基础上不断改进的结果,都有详实的专利文献为证。就目前常见的办公用品来说,如订书机、回形针、大头针、铅笔、便利贴、计算器等,从发明史的角度考察,可见它们的问世都凝结了人类的巧思,是科技进步的反映,也是科技与艺术设计密切结合的反映。
 

一、订书机
订书机轻巧、方便,提供了把多页纸订在一起加以保存的理想手段,如今是办公的基本用品之一。

1. 丰富多样的办公用品,既有实用功能,也有美观的造型


2. 早期的订书机,每次只能装一枚书钉


3. 布里格斯的订书机专利图(1924)

订书机发明之初却不是用于办公,而是为装订图书制作的。早期的订书机结构复杂,体型笨重,不断改进才变得轻巧起来。西方传统装订图书是按照“贴码”的方法,即用细铁丝将书页缝合,工序十分繁琐。19 世纪中叶,为了适应印刷业发展的需求,有人想法制造装订图书的机械。1868 年,美国密苏里州的阿尔伯特·克勒泽克尔(Albert Kletzker)制成一台装订图书的机械,并申请获得名为“Paper Clip”的专利。
不过,这种机械一次只能装一枚书钉,当书钉穿过纸张后,机械本身无法将书钉弯曲,必须借助锤子把钉子敲弯,以固定于纸张背后。在这之后,纽约的乔治·W·麦克吉尔(GeorgeW. McGill)设计制造出一台新装订机械,可使插入、弯曲、固定钉子在一次操作中完成,这已与现代订书机非常相似。1879 年2 月18 日,麦克吉尔获得该订书机的专利。[1] 虽然一次只能装一枚书钉,效率不是太高,但在市场上有用。
1896 年,美国马萨诸塞州的托马斯·布里格斯(ThomasBriggs)更进一步,发明出一种集剪断、旋转、插入、弯曲铁丝于一体的机械装置。该机械复杂、笨重、昂贵,而且得花时间调整不同的厚度,但在需要大量印刷装订图书时,这些缺点都是可以接受的。产品推出后,受到市场的欢迎,布里格斯由此创建“波士顿铁丝装订机公司”(Boston Wire StitcherCompany),专门制造和销售他的发明。
在发展中,订书机复杂的缺点逐步得以改进,书钉改为先成型的单个U 形钉,并直接穿透纸张。早期可以装载一排松散订书钉的机器,操作时必须缓慢、谨慎,以免发生阻塞现象。后来有人想到,把一长条的订书钉用胶粘起来,“免除使用松散订书钉者在操作、装置、输送上的苦恼”,这不是更方便吗?这个好点子虽未申请专利,但在日渐竞争的行业中很快传开了。
不久,布里格斯的公司引进了这种订书钉,使订书机相应简化,制作成本也降下来,以至于最小的印刷店和装订所也买得起。布里格斯盯上迅速发展的各种“办公室”,把它视为轻型订书机的主要市场,1914 年,布里格斯的公司开始提供台式订书机,并根据需求定价,这使得订书机在20 世纪20 年代流行开来。
布里格斯很看重为公司起一个有特色的商标名,根据Boston Stitcher 缩合成“Bostitch®”,并以此登记为订书机的商标名。布里格斯公司早期获得的三次订书机专利(美国专利号:1,506,073 ;1,584,788 ;1,591,986)在市场上都很有名,由于商标的重要价值,公司在1948 年改名为“Bostitch”。[2] 公司有多年繁荣,直到1986 年因经营不善,终被史丹利(STANLEY)公司收购。
今天,订书机的使用如此普遍,不消说为办公室必备,甚至也成为家庭或个人用品之一。订书机的外观设计也是缤纷多彩,可让消费者有更多的选择。顺便说一下,与订书机相配合,起钉器也逐渐成为办公用品,有时装订的纸页拆开重订,这时起钉器就派上了用场。
 

二、回形针
回形针(又称曲别针)作为办公用品,已有百年历史。如今人们都熟悉用它来夹纸页,以至在电子邮件中把它作图标表示有附件。

4. 约安·维拉的第一个美国专利设计,获准日期为1901 年6 月4 日,其中Fig.12 已具今天回形针的雏形


5.20 世纪30 年代英国生产的回形针广告,可见回形针的基本形式近百年来没有改变


6. 回形针包上不同颜色的塑料皮,可以让使用者用不同颜色的回形针为纸页“编码”

关于回形针的发明有几个版本,其中一个是:最早的回形针是挪威人约安·维拉(Johan Vaaler)于1899 年发明的,当时的挪威尚未建立专利制度,维拉就申请了德国的专利。挪威人相当自豪曲别针的发明,二次大战中,许多挪威人甚至不惧被捕的危险,将回形针别在衣服领口,抗议德军的侵略。[3]
维拉发明的曲别针也在美国申请专利,他在专利文件中描述道:“用具有弹性的材质如铁丝,弯成长方形、三角形或其他形状,铁丝的首尾两段最后呈平行。”[4]
维拉的发明与现今常见的回形针已十分类似,不过有一个重要差别,它比现行的回形针少绕了一圈,因此夹纸张时不容易扳开。回形针多绕一圈在技术上并不复杂,但当时的发明家都没有想到。
1900 年,美国麻省的康利恩·伯若斯南(CorneliusBrosnan)也申请回形针的专利,申请书中附有插图。伯若斯南把他的设计取名为“科那”回形针(Kona-clip),而当时的技术刚好能配合生产较坚固的绕圈回形针。1905 年,伯若斯南改进他的回形针,用有弹性的铁丝来制造。他形容他设计的回形针:“造价便宜,容易使用,不易滑动,一堆回形针也不会纠结一团。”
与伯若斯南的“科那”回形针差不多同时,一种叫做“宝石”(Gem clips)回形针问世,然而不能确定谁是它的真正发明者,只能从现存的专利文献查知,1899 年4 月27 日美国康涅狄格州(也是机器制造大头针的重地)的威廉·米多德尔布鲁克(William Middlebrook)解决了用机器制造的问题。“宝石”回形针后来居上,很受欢迎,在西方几乎成为回形针的代名词。[5]
到20 世纪30 年代,回形针已大致定型,之后几乎没有大的变化,尽管发明家努力寻求改进的空间,发明出专夹大宗文件或大纸张用的,但宝石型回形针仍是基本的形式。
随着塑料的发明和应用,也在回形针外层包上不同颜色的塑料皮,为文件档案及办公室增添了色彩。但不足的是,塑料皮的摩擦阻力比金属强,夹纸张较费力,有时会使文件起皱。
再有,加了一层塑料皮,铁丝做得比原先细,因此回形针容易变形。然而,消费者不太计较这些缺点,这印证了风格及美学对器物演进的影响。[6]
近十几年来,办公也使用全塑料制的回形针,虽然力度不够,所夹的纸张极有限,但因没有磁性,不用担心破坏电脑资料,复印时也不会伤及复印机玻璃板,故较为流行。特别是采用不同颜色,可起到为纸页“编码”的识别作用。不过总体而言,金属回形针仍占居稳定的市场。
 

三、大头针
可能有人觉得大头针太简单,不值一提。不,大头针有着不同寻常的意义,因为把尾端敲扁、开出针眼就是缝衣针。用针缝制衣服,不仅御寒,也别男女,是人类文明中的重要阶段。再有,制针涉及大量的分工和协作,革命导师马克思曾以它为例在《资本论》中引用。

7. 彩色工字钉做成的艺术造型

西方古代用大头针较多,因为用手工缝衣服,要使衣料不窜,先得把衣料对齐用大头针固定起来。后来,随着近代航海贸易发展,欧洲银行业兴起,银行常要将钞票和发票别在一起,用大头针最合适不过,久之就成了不可或缺的办公用品。
古代制针(西方包括大头针、缝衣针、别针;中国主要是缝衣针、针灸针)都是手工劳动,工序极为繁琐:先要冶铁成小圆棒,烧红后经拔丝板的孔抽拉变细,经过多次抽拉,直到达到正常针的粗细。其后按长度切成小段,将一端敲扁成针尾,另一端磨出针尖。接下来还有淬火、打磨、抛光、分拣等工序。
近代著名经济学家亚当·斯密在《国富论》中结合制针专门论述劳动分工和协作;马克思在《资本论》中也以制针工场为例,说明分工协作与劳动生产率的关系,可知那时“制针手工工场的针条要经过72 个甚至92 个专门的局部工人之手”。[7]近代西方机器的兴起,推动了机器制针的发展,这是一个渐进的过程,先是发明出可代替人工一道或几道工序的机器,最后才发明出整合了几十道工序的制针机。
在机械化逐步改进的过程中,促进了制针业的发展,使产量大幅度提高。以英国制针中心勒迪彻(Redditch)为例,1824 年在少量使用机器时,每周可生产500 万枚针;到1847年,随着更多机器的使用,每周可生产5000 万枚针,产量翻了10 倍。机器的使用也对工人有益,例如过去磨针尖由手工完成,这在制针工场是报酬最高的工种,但却充满了危险,金
属屑乱飞会弄瞎磨尖工匠的眼睛,或者磨石碎裂,造成致命伤害。[8]
约在19 世纪末,在英国、美国先后发明出了制针机,可将多种工序整合起来,钢丝送入机器,抽拉变细,由切刀切成一定长度,被磨床研磨,形成针尖。对大头针来说,基本工序就是这些。对缝衣针来说,还要有冲模打针孔,淬火、抛光等工序。
大头针、缝衣针的体积小、产量大,价格低廉,很快成为西方国家销往海外的产品,对亚洲国家形成很大冲击。鸦片战争后,西方机器制针大量输入中国,最终冲垮了中国传统的制针业。
说大头针,也要提及与之相近的图钉,一根短针加一个帽组成,也是常用的办公用品。近年来办公也常使用工字钉,它结合了大头针和图钉的特点,很适于往木质告示板上订海报、通知等。工字钉的塑料尾部有多种色彩,也启发艺术设计者的灵感,可以用来做成漂亮的艺术造型。
 

四、铅笔
说来很有意思,曾经是办公必不可少的蘸水笔和墨水瓶,悄然退出了舞台,而铅笔的地位却没有动摇。若与圆珠笔、钢笔、签字笔比,铅笔很像是“三朝元老”。

8. 带橡皮铅笔,使用起来有其方便之处

铅笔看似普通,对人类文明却是有不可低估的影响。对亚洲来说尤其重要,铅笔自西方传入,改变了中国、日本等国长期形成的毛笔书写的习惯。
早在古希腊时代,人们就用铅金属或合金铅作书写工具,后来人们在铅条的外面包上羊皮纸,于是有了纸笔杆。
1564 年,在英格兰坎伯兰地区发现了石墨矿,由于石墨的外表有些像铅,起初人们便称之为“黑铅”(plumbago),并用这种东西书写,它不仅能留下清晰的字迹,而且容易擦掉。
1565 年,出现关于铅笔的最早描述,在德国人康拉德·格斯纳(Konrad Von Gesner)一部有关化石的著作中,作者写道:“它是用一种铅(我听说它叫英格兰锑)做成的,制作者将它削尖,而后插进木杆里。”[9]
1662 年,德国人施德勒(F.Staedtler)在纽伦堡建立世界上第一家铅笔厂。当时的铅笔是将采来的石墨块切割成薄片,粘上胶水嵌入到木制凹槽,再粘上另一片木条封起来。这种用
天然石墨制成的铅笔,柔软易书写,颜色深,不过写字时笔芯容易折断。1761 年,德国人卡斯帕·法伯(Kaspar Faber)改进技术,把石墨研成粉末,用水冲洗去掉杂质,再用硫磺等
与石墨混合加热,以此法制造笔芯,使铅笔制作前进了一大步。
法国人孔泰(N.J.Conté)对铅笔的改进作出了重要贡献。孔泰多才多艺,身为宫廷画家,平时他也热衷科学活动,甚至进行热气球实验。1793 年,由于法国大革命爆发,无法从国外进口铅笔,孔泰便设法研制石墨的代用品。他将石墨粉研成细末,先除去杂质,然后加上黏土与水混合起来,加以锻烧制成笔芯。通过调整黏土与石墨的比例,可制出笔迹深浅不同的笔芯,黏土的比例越高,笔芯的硬度也越高。1795 年,孔泰为他的发明申请并获得专利,并与他的弟弟合伙建起一座铅笔厂。[10]
19 世纪中叶,孔泰的铅笔制造方法传播到许多国家,至今欧洲铅笔制造业基本仍以孔泰的方法为准。孔泰还用阿拉伯数字来区分笔芯硬度,数字越大,硬度随之递减。英国商人首先用字母来标示笔芯硬度,H(Hard)表示硬,B(Black)表示软,英文字母前面的阿拉伯数字越大,表明铅芯越硬(或越软),HB 表示软硬适中。现在通常有6B 至10H 分18 个硬度等级。此外也有其他等级的软质铅笔,以满足铅笔绘画等特殊需要。
19 世纪中叶,部分英国铅笔制造商开始为铅笔上漆。长期以来的方形铅笔芯也逐渐被圆形笔芯取代。而铅笔的形状以六角形最为常见,因为它比圆形和三角形铅笔都能节省木材。铅笔上漆后,外表的设计也引起重视,厂家纷纷设计各种图案,以吸引不同的消费者。对办公室来说,当然还是常用沉稳的色调和图案。
19 世纪末,铅笔传入中国,逐渐成为办公和学习用品。
1932 年香港建立“大华铅笔厂”,此后北京、上海等地也先后建起铅笔厂。特别是1935 年上海建立的中国标准国货铅笔厂,在抵制日货,促使“中国人用中国铅笔”中发挥了积极作用。
说到铅笔,不能不提与之关系密切的橡皮擦。最早的天然橡胶产自南美,哥伦布航行发现新大陆后,探险家把南美的一些天然橡胶制品带回欧洲,引起人们的好奇。有科学家发现用这种橡胶能擦掉用铅笔写的不想要的标记,便把这种物质称为“印第安橡胶”(India-rubber),意思就是来自“印第安的擦子”。
后来,美国人查尔斯·固特异(Charles Goodyear)发明了硫化工艺,改善了天然橡胶的性能,不仅影响到胶鞋、雨鞋等产品,也影响到与铅笔相伴的橡皮。更有发明家为方便起见,把橡皮安在铅笔一端,成为带橡皮铅笔。再后来发明塑料,于是又有用塑料(也添加其他成分)制成的塑料橡皮,甚至还添加了香味。
 

五、便利贴
办公室常用便利贴(英语post-it,据音译又叫报事贴,百事贴、或贴纸等),在电脑屏幕、白板、文件夹上,几乎随处可见它的彩色身影。

9. 便利贴和便签纸外观上相似,二者区别是便利贴背面上端有黏剂,便签纸没有

说起这些看似简单的彩色小纸片,它背后有一个生动的发明故事。
便利贴是由美国3M 公司发明,该公司的全称是“明尼苏达采矿制造公司”(Minnesota Mining and ManufacturingCompany),后被习惯缩写为3M,再后来就简称3M 公司。一家采矿制造公司怎么会和小小的黏性便条纸扯上关系呢?说来话长。上世纪20 年代,3M 公司要开发一种防水砂纸,指派一位年轻的技师理查德·朱(Richard Drew)带样品到圣保罗的汽车厂进行测试。此行让理查德·朱发现了另外的问题,最终使他研制出一种不容易粘的纸胶带,不仅能卷成胶带卷,也能容易、利落地撕开胶带,从新烤漆的车体上除去。后来,针对企业的需求,理查德·朱又研制了玻璃纸胶带,可用于各种修补、粘贴的工作。出乎意料,玻璃纸胶带也逐渐成为一种办公用品。
正是3M 公司试验各种不同黏剂粘贴到各种不同材质的纸张或衬里,积累起丰富的技术和经验,这为后来便利贴等新发明奠定了基础。
时间到了70 年代初。化学工程师阿特·弗雷(Art Fry)当时在3M 的产品开发部任职,他平日上班,星期天到教堂的唱诗班演唱。弗雷习惯用小纸条夹在唱诗集里做记号,以便能在下一场演唱时很快找到曲目。这种方法开始很管用,但时间一长,夹的小纸条常会脱落,有时就让弗雷急得乱翻书页。说起来,利用纸条做书签的习惯从中世纪后期就有了,但却一直没有人想到有效的解决办法。
弗雷出于职业的敏感,想起一种黏性强但却容易去除的“脱胶”神奇黏剂,这是3M 的另一位研究员斯宾塞·西尔沃(Spencer Silver)在几年前研究中发现的,虽然这项发现当时没能解决西尔沃的问题,不过他认为这种新黏剂具有潜在的经济价值,就展示给同事们看,而弗雷也在场。一时没有人能想出什么实际用途,过了一段时间,这种黏剂的制作方式就被公司放进档案里了。[11]
由于3M 公司允许研发人员可用一定比例的工作时间,研究个人感兴趣的选题(如今Google 等高科技公司都采取了这种政策),故弗雷获得公司支持利用实验室的条件,花了一年多时间做实验,找出“有点黏又不会太黏”、可以作为“暂时永久性”的书签和贴纸。弗雷希望这种贴纸能轻轻粘在书页上,但又不至于让伸出的一端纠结在一起,所以黏剂只涂在贴纸的一端。可想,如果贴纸背面都是黏剂,就和标签一样,很难看到底下的东西,也很难除去。
弗雷认为他发明的贴纸上市时间成熟了,便拿一些样品给公司的营销人员,不料他们对这种小东西缺乏热情。弗雷再找
公司有关部门了解市场需求,市场调查结果也不如想象的乐观。弗雷不灰心,他把贴纸送给3M 公司的女秘书,秘书用了表示很喜欢。然后弗雷通过公司给全美财富500 强公司总裁的每位秘书各寄上一盒,这个新产品就这样被成功地推广开了。想不到,小小贴纸很快超出办公室的范围,扩展到许多领域,越来越多的人喜爱它,而用途也是五花八门。
 

六、计算器
计算器(确切说是电子计算器,与20 世纪60 年代使用的机械式计算器相区别)列入办公用品,是近几十年来的变化。电子计算器发明于20 世纪60 年代,它随晶体管技术的成熟应运而生,日本夏普、卡西欧等公司是新型计算器问世的重要推手。

10. 办公室常用的是体型较大、显示屏倾斜、数字直观的计算器

为了迎接1964 年在东京举行的奥运会,在开幕前4 个月,早川公司(夏普的前身)推出了它的第一台计算器Sharp Compet CS-10A。后来日本文献把Compet 描述为“世界上第一台晶体二极管计算器”,以把它与几个月前索尼公司推出的全晶体管SOBAX 计算器相区别。当时索尼公司的计算器还只是个原型,而早川公司的计算器已投入批量生产。[12]最初的Compet 计算器体型较大,像当今超市的收款机,重25 千克,面板上装有100 多个键。售价2500 美元,这样的大家伙,只有科研机构和大公司才买得起它。6 个月后,佳能公司推出新设计的计算器,改用类似电话的10 多个键的面板,此后很快成为该行业的标准。
为了减少内置元件,缩小计算器体积,并降低成本,日本几大公司展开激烈竞争。早川公司的高管佐佐木正治具有战略眼光,他主动赴美寻求技术合作。当时美国已开发出MOS(金属氧化物半导体)硅片,具有广泛的应用前景,然而美国厂商更关注军方需求,忽视计算器新市场的开拓。在经过多次碰壁后,佐佐木终于与“自动控制”公司(当时为北美航空公司的一家分公司)建立起伙伴关系。1969 年10 月,“自动控制”按合同把硅片样品送到日本,每只硅片装有大约200 只晶体管,这在当时是一个非常大的集成数目,从而使夏普(早川公司于1970 年改名)在竞争中夺得先机。[13]
日本的日立、三菱等公司在开发硅片上急起直追。当时的东芝公司相比要落后得多,但东芝渴望开拓计算器业务,公司派人征求佐佐木的意见。佐佐木高瞻远瞩,建议他们研发称为“互补-MOS(也简写为C-MOS)”的新的低能耗工艺技术生产硅片,因为装置MOS 的计算器得外接电源,而装置C-MOS 的计算器只用两节干电池就可驱动,可以成为真正的便携式计算器。在佐佐木的鼓动下,东芝公司集中力量研发C-MOS 技术,克服了诸多困难,东芝取得成功,新硅片给夏普所用,保证了夏普在第二代计算器的领先地位。
20 世纪70 年代,计算器的消费需求被开发出来,由此也引发了残酷的商战,世界上知名的电子行业纷纷卷入,最后当硝烟散去,所剩的企业寥寥无几——日本仅有夏普和卡西欧,美国是德州仪器和惠普。1980 年,计算器年产量达1.2 亿台,其中日本几乎就占了一半。这时的计算器不仅成为办公室的用品,也成为工程师的必备工具,后来没几年,也成了家庭主妇的用物。
从最早投入开发到1976 年,夏普公司把生产计算器所需的3000 件元件降到仅仅用3 件——一只硅片、一个显示屏和一节太阳能电池。1985 年,夏普计算器的价格低到最初的百分之一,重量是最初的两千分之一,能耗则是原来的千万分之一。[14]
计算器也刺激了工业设计,市场上造型新颖、色彩丰富的计算器数不胜数。如今,技术上可以使计算器做到火柴盒大小,但就办公室来说,常用的还是体型较大、显示屏倾斜、数字更直观的计算器。
以上所谈的办公用品中没有包括文件夹,其实文件夹也是办公用品的大类。只是考虑到当今的文件夹(还有文件盒、文件袋等)大都是塑料制成,它们更多是与材料有关,故本文从略。而如电话、电脑、打印机、复印机等,因都要配用电源,确切地说属于办公设备,故也未纳入讨论。仅从本文列举的这些办公用品,相信读者已能感受到发明者的巧思,感受到科技与艺术设计结合的魅力吧。

注释:
[1] 美国专利号No.212,316,1879 年;见美国专利局网站。
[2]( 美) 亨利· 佩卓斯基:《器具的进化》,丁佩芝、陈月霞译, 中国社会科学出版社,北京,1999,第85 页。
[3] 同[2],第57 页。
[4] 美国专利号No.675,761,1901 年;见美国专利局网站。
[5] 同[2], 第61 页。
[6] 同[2],第68 页。
[7]( 德) 马克思:《资本论》第1 卷,中央编译局译,人民出版社,北京,2004, 第2 版,第398 页。
[8] 戴吾三等:《影响世界的发明专利》,清华大学出版社,北京,2010,第255 页。
[9](美)亨利·佩卓斯基:《铅笔》,杨幼兰译,时报文化出版公司,台北,1997,第61 页。
[10] 同[9],第65-68 页。
[11] 同[2],第77-79 页。
[12](美)鲍勃·约翰斯通:《我们在燃烧——日本电子企业研发史》,李先柏译,华夏出版社,北京,2004,第45 页。
[13] 同[12], 第55-57页。
[14]同 [12],第63页。

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