魔鬼沾的發明
芒刺小針貼在衣服上,平常人把它弄掉就不以為意了。許多生物學家也看過芒刺小針的小鉤子結構,只有梅斯倬會進一步觀察,進而推想到鉤鈕的應用。
標籤: 發明
芒刺小針貼在衣服上,平常人把它弄掉就不以為意了。許多生物學家也看過芒刺小針的小鉤子結構,只有梅斯倬會進一步觀察,進而推想到鉤鈕的應用。
Velcro,中文叫魔鬼沾,或稱鉤毛搭扣帶(魔鬼氈,魔術貼,粘扣帶)。Velcro 是個註冊商標,由 2 個法文單字拼起來:velour(絨毛) 和 crochet(鉤子)。它是由 2 片尼龍絲織編而成,一片有微小的鉤子,另外一片有微小的環圈,把這 2 種布料疊壓在一起時,它們就牢牢地連結住了。
它是拉鏈的代替品,優點是耐用、質輕、容易拉開、可以清洗、顏色種類多等,因此幾乎搶走了拉鏈、鈕扣、鉤鉤和鞋帶的生意。
魔鬼沾的發明者是瑞士的喬治.梅斯倬(George de Mestral, 1907 ~ 1990),他在 1951 年申請到瑞士專利(#2,717,437)。梅斯倬出生於瑞士洛桑附近的小鎮,畢業於洛桑市的聯邦科技學院,獲電機工程學士學位。大學畢業後,在一家瑞士機械工廠當工程師。梅斯倬從小就有好奇心,手也非常靈巧,在 12 歲時,就自己設計組裝了一個玩具飛機,而且他老爸還幫他申請到專利。他的嗜好是爬山和打獵。
靈機一動
1948 年的秋天,梅斯倬帶著小狗到附近的小山蹓躂,小狗突然跑進一個長滿芒刺的小樹叢。梅斯倬為了找回小狗,也穿越那有芒刺的小樹叢,狗是找到了,但狗的毛皮都沾滿了芒刺小針。這些芒刺小針是小樹叢的種籽,你猜猜:樹叢長這樣帶有芒刺小針的種籽有什麼作用?原來,帶有芒刺小針的種籽要能貼附在動物毛皮上才能散播到遠處,這是自然界生物傳播繁殖的功能。
梅斯倬回到家裡,花了半天才把小狗毛皮上的芒刺小針清理乾淨,也才注意到自己的外套和褲子也貼附了芒刺小針,他得一個個拔掉,但是他又注意到他的皮鞋卻是乾淨的。他一時好奇,就用顯微鏡仔細觀察貼在衣服上的芒刺小針,發現這些芒刺小針擁有幾千排的微小鉤子,而這些鉤子又是整齊地連接在衣服的環圈紋路上。他把拔掉的芒刺小針再壓回衣服,它又和衣服牢牢貼附在一起。這個觀察使他靈機一動,如果能製造出帶有小鉤子和帶有小環圈的2種布料,就可以模仿這天然方法製造新型的鉤鈕。
於是梅斯倬專程跑到法國里昂市的紡織廠,找人製造他想像中的鉤鈕。里昂市是當時世界紡織工業的大本營,好幾家紡織廠的設計師都搖頭說不可能做出這樣的布料,但有一家小紡織廠的年輕設計師覺得好玩,就答應試試看。
經過不斷的嘗試和實驗,他們終於發現尼龍絲在紅外線照射下會產生堅硬的小鉤子。再經過精細的設計和品質改善,終於做出 2 種理想的尼龍布料:分別帶有小鉤和小環圈,把這 2 片疊壓在一起時,它們就牢牢地連結住了。如果用力壓按這 2 片布帶,它們會結合得更緊牢。如果要拉開,先用力拉起一小角邊,其餘的就很容易拉開來。
1951 年,梅斯倬的這項發明獲得瑞士的專利,次年就成立 Velcro SA 公司開始經營製造魔鬼沾。再經過製造程序和方法的改進,1955 年得到改良魔鬼沾的瑞士專利。雖然製造魔鬼沾的專利在 1979 年就失效了,但是 Velcro 的商標仍然有保護權。
芒刺小針貼在衣服上是常有的事,平常人把它弄掉就不以為意了。許多生物學家也看過芒刺小針的小鉤子結構,但是只有梅斯倬會進一步仔細觀察,進而推想到鉤鈕的應用。其實他有過使用拉鏈的不方便經驗,如拉鏈脫節了;又有時候做冬天的戶外活動時,手凍得不容易拉上外套的拉鏈或繫鞋帶。因此他平時就有這些準備的心(prepared mind),一碰到機會就有聯想的能力,把「無」化為「有」,有「創造」的能力。他還能從自然界的生態,推廣「鉤」和「圈」的連接理論假設,用實驗去證明而對應了實際生活的「需要」。
這小故事也說明了發明家的一個特色:好奇、有準備的心、知道「需要」的問題所在、有創造能力去求證和執行自己的構想與理想。
深度閱讀
微波爐的發明者史班賽(Percy Spencer, 1894-1970),當時是美國一家高科技電器公司的員工,負責磁控電子管的改良和生產。他從隨身攜帶的巧克力糖熔化現象,發現微波有烹調食物的能量,進而啟發微波爐的發明,改變了人們的生活!
微波爐用微波的能量煮熟食物。微波是電磁波的一種,微波爐放出來的微波頻率是 2.45 GHz(GHz, 109 cycles/sec),它的功率是 300 ~ 1,000 瓦。微波爐能煮食物的原理是,微波的能量被食物中的水分吸收而引發水分子旋轉,水分子的旋轉能位差正好與微波頻率相當,分子旋轉的能量變成熱能,也就提高了食物的溫度。
微波爐是家家戶戶必備的廚房用具,乾淨俐落,尤其融化冷凍的食物更是方便。化學家也曾經利用微波爐來促進化學反應。
微波爐的發明者——伯西.史班賽(Percy Spencer)
微波爐的發明者是美國伯西.史班賽(Percy Spencer, 1894-1970),他的美國專利是 #2,495,429(1946 年)。史班賽出生於緬因州的 Howland,一歲半的時候,父親就去世了,接著媽媽離家他嫁,叔叔就領養了他。史班賽 7 歲的時候,叔叔也去世了,他再次成為孤兒,小學也沒念完就去打工。
史班賽有好奇和好學的精神,跟人家做了 2 年電氣學徒,變成無所不通的電氣修理員。1912年 當鐵達尼號沉沒於大海時,從報紙上看到那時無線電報員的救人英雄行為使史班賽大為感動,18 歲就進入海軍無線電學校學習無線電工程。他並沒有提起他那有限的教育程度,但他以自修力求上進,自己找書學習三角、代數、物理、化學、冶金學等,無師自通,完成了無線電學校的課程。
幾年後(1925 年左右),他找到雷氏恩公司(Raytheon Corporation)的無線電技工工作。在雷氏恩公司的工作期間,他發揮了求真的態度和好奇心,一共發明也申請到一百五十多個專利。
求真務實,意外發明微波爐
二次世界大戰期間,美國雷氏恩公司是一家高科技電器公司,也是國防工程的承包商。雷氏恩公司負責製造有關雷達(RADAR 是 Radio Detection And Ranging 的簡寫)裝置的磁控電子管,雷達是利用微波來偵察敵軍的飛機和軍艦的動向,現在雷達也可用來測定雨量、預報天氣等。史班賽在雷氏恩公司的工作,是負責磁控電子管的改良和生產。
1945 年的一個夏天下午,史班賽正在試驗一個新改良的高能量磁控電子管。他有吃零食的習慣,口袋裡常放著巧克力糖,那天他發現放在口袋裡的巧克力糖熔糊掉了。他推想:有可能是剛才在大太陽下散步時熔糊掉的,但也有可能是新的磁控電子管釋放出來的微波作怪。第二天,他就進一步做了一個小試驗:他要他的助手去買一包玉米,他把這包玉米放在磁控電子管的正前面,扭開電波,幾分鐘後,玉米竟然爆開來,弄得滿屋子都是玉米花。這時候他已經推定微波的能量有煮沸、熔糊巧克力糖的功能。
接著他又做了第二個試驗:他找到一個舊的金屬小茶壺,在茶壺的旁邊開了一個小洞,且在茶壺裡放了一個生雞蛋,並把磁控電子管的微波對準那茶壺的小洞,扭開電波,看看能不能把生蛋煮熟。這時剛好有一位同事來看他,同事好奇,走近茶壺的旁邊,正要彎腰去看茶壺裡的蛋有什麼變化,但剎那間,蛋竟然爆開了,蛋黃由小洞噴出來,沾滿這位同事的臉孔。
這二個試驗證實了他的推想,並於 1946 年提出專利申請 [編按]。1947 年雷氏恩公司就推出第一個商業專用的微波烤箱,專門供給餐廳、火車和輪船使用。1955 年家庭用的微波爐才上市,很快就大受歡迎。
史班賽的貢獻
史班賽雖然小學都沒有畢業,但他找到自己的喜愛,進而力求上進,自我學習基礎數學、物理、化學等,無師自通,有連接貫穿的能力,求真務實的精神,因此能把巧克力糖的熔糊現象加上磁控電子管功能而發明了微波爐,打破傳統的加熱方法,而達成加乘作用(synergy)。
史班賽除了發明微波爐外,還發明了高能量的磁控電子管的製造,這對二次世界大戰期間的雷達改良製造有很大貢獻,他曾因這項貢獻榮獲美國海軍的卓越公共服務獎(Distinguished Public Service Award)。後來他成為雷氏恩公司的副總裁和資深理事,在他退休之前,雷氏恩公司還把一棟新的大樓命名為史班賽大廈。
他一生輝煌的奮鬥史、創造和發明,確實為人類帶來數不盡的方便和享受,也就備受種種表揚。他被選入國家傑出發明名人館(National Inventors Hall of Fame),麻州州立大學也曾經贈給他榮譽博士學位,他還被美國藝術科學學院(American Academy of Arts and Sciences)選為院士。
據報導,3M 公司靠膠帶與留言膠紙(便利貼)的每年盈利高達千萬美金。留言膠紙看起來似乎是簡單的日常用品,但它幾乎是每一個辦公室不可或缺的用品,真是小兵立大功。弗萊與施爾在退休之前,得過無數 3M 公司的表揚與榮譽,國際工程協會也曾頒獎給他們二人。
我們的日常生活中有許許多多的細節,也需要動用到許許多多的用具,而很多用品是經過精心設計與發明的,如果沒有這些發明,你一定會感到很不方便,這是「窮則變、變則通」或「需要是發明之母」的印證。讓我們來看幾項辦公室日常用品的小發明:迴形針、膠帶和留言膠紙。
小檔案
紙夾(paper clips)又稱迴形針,使用的材料必須有彈性,一般都用鐵絲製造。膠帶又稱蘇格蘭膠帶(Scotch tape),它的「膠水」是介於固態與液態之間的黏劑,有透明膠帶(辦公室用的),也有家庭和工業界用的紙或布膠帶。留言膠紙是可以重複壓在紙張上或拉開的貼紙,紙上鋪的膠質是壓克力微球,有形形色色的產品。
紙與紙夾的發明
紙的發明始於中國,公元 105 年東漢蔡倫用樹皮及破布製紙。蔡倫製紙是把一團紙漿澆在蓆子上,因沒經抄紙過程,紙質較粗,所以不能用來書寫。直到晉朝,紙才全部改用竹木做材料,也才開始用紙書寫。後來慢慢擴及到書畫、信箋、風箏、燈籠、日常生活用品、裝飾、藝品、娛樂、佛經、佛像、冥紙等。
到了 751 年造紙術西傳,1798 年法國人羅勃(Louis Robert)發明了木製的造紙機,再經過不斷改良,1815 年才有機器製紙。機器能快速、大量、低成本製紙,立刻取代了手工製紙業。
紙與印刷成書、文件檔案是傳遞資訊的重要工具,當初有人用針穿插紙張把幾張紙夾在一起,就是使用紙夾的開始。那迴形針是誰在什麼時候發明的呢?根據文獻,第1個彎曲線的夾子專利在 1867 年頒給費伊(Samuel B. Fay),它當初的用途是要把標簽夾到紡織品上,但專利列項說明可以用來夾紙張文件,可惜這發明並沒有被普遍應用。
1877 年,第 2 個紙夾專利頒給萊特(Erlman Wright)。1899 年,挪威的瓦拉(Johan Vaaler)用彎曲鐵絲製作紙夾而獲得設計專利,挪威人一直堅持紙夾是他們發明的,把瓦拉當做國寶。說來奇怪,英國的寶石製造公司(The Gem Manufacturing Company)在 1880 年就開始銷售自家製造的紙夾,就叫寶石紙夾(Gem paper clips),到目前寶石紙夾仍然留傳下來。
目前市場上有形形色色的紙夾,有不同的材料與設計,例如鐵絲外覆不同顏色的塑膠。此外,厚的文件需要使用有彈性的鋼片,主要是要把幾十或百張文件夾在一起,可以容易折開與傳遞,不同於永久性的釘書機。
膠帶和留言膠紙的發明
在辦公室裡,除了紙張、迴紋針、電腦外,總少不了透明膠帶和留言膠紙。膠帶與膠紙的發明都出自於美國的3M公司(Minnesota Mining and Manufacturing Company),這二樣發明都並非一開始就策劃的研究成果,可以說是意外發生的。
先來看膠帶的發明,發明者是卒魯(Richard G. Drew),他的工作是供應砂紙給汽車修理廠,砂紙是把各種大小矽砂鋪在布或紙上。卒魯在汽車修理工廠注意到一個噴漆的問題,連接在一起的二種顏色的周邊通常很不整齊,他就開始思考如何克服這困難,經過2年的摸索與試驗,在 1925 年他發明了一種有壓力敏感(pressure sensitive)的膠帶。
這膠帶用點壓力就可黏貼到車殼上,在噴二種顏色的漆時,先鋪上一層 2 英寸寬的膠帶,噴完一種顏色後,換上新膠帶放在已經噴完的一邊,再在另一邊噴漆上另一種顏色,因此新舊二邊顏色的界線清晰分明。1930 年,3M 公司進一步推出透明膠帶,並命名為 Scotch tape(蘇格蘭膠帶)。
除了有黏貼性的化合物(膠水)鋪在透明塑膠帶上之外,「膠水」還必須先有一層底漆(primer)才能把黏貼性的化合物鋪在塑膠帶上。就像油漆牆壁或新木板時,常常需要塗上一層底漆,新油漆才能牢固黏貼在牆壁上一樣。還有膠帶的另外一面必須有一層釋放劑(release agent),才可保證膠水不會黏到頂部,否則透明膠帶就無法展開使用了。
再來看留言膠紙的發明,發明者是施爾(Spencer Silver)和弗萊(Arthur Fry)。施爾是一位化學博士,當初他在 3M 的研究是合成能有永久黏貼的聚合物。1968 年,施爾合成了一種很特別的分子(acrylic micro sphere,壓克力微球),這分子的黏度不是很好,它的化學結構與物理性質與卒魯發明的膠水也不一樣。它雖然能黏貼物件,但並沒有永久性,用力就能把用膠質黏在一起的二樣東西分開。更重要的是,膠黏劑可以用同樣方式一次又一次地拉開再貼上去。
但是它有什麼用途呢?施爾經常在 3M 公司的研發部與同事分享他的發明,試試能否找到它的用處。你可以想像,一個沒有實際用途的發明可能是永遠擱置在櫃檯上,無人問津。
話說 3M 的另一員工弗萊,他是教會唱聖詩班的成員,他在演唱之前都會把即將演唱的讚美詩歌用書籤標好。有一天當他拿起讚美聖詩歌譜時,那些書籤都不翼而飛,原來那天早上他的小孩好奇把那些書籤抽掉了,使弗萊不知所措。還有一次不小心,聖詩冊掉落地上,那些書籤也都掉了出來,這些意外使弗萊感到非常不便。
有一次弗萊去參加公司非正式的討論會,聽到施爾的發明報告,在徵求同事們的應用建議。在一剎那間,弗萊把他的書籤經驗與施爾的發明連在一起。弗萊就向他的上司提出他的構想,利用施爾的膠黏劑製作能重複使用的書籤。但是他的提議並沒有得到公司的贊助,於是弗萊與施爾開始在弗萊家的地下室自行試驗,並設計機器及製造,實驗成功後,再次向 3M 公司研發部提出建議案。
有了初步的研究,再經審查與市場調查,發現這可重複使用書籤的產品值得開發,於是 3M 公司就開始全力支持。接著花了 5 年,才完善規劃和設計機器製造產品,1980 年就推出產品,一炮而紅,成為辦公室不折不扣的必需品。
男性攝護腺, 陽痿怎麼辦, 藥品專欄, 早洩怎麼辦, 提高性能力, 男女性心理
掌聲回響
紙夾的發明已有一百四十多年的歷史。今年美國發明家名人館(National Inventors Hall of Fame)徵召 2 位留言膠紙的發明者入館,美國各大報紙曾競相宣揚。當初弗萊與施爾堅持自己的構想而自行花費資金去設計機器製造,最後由 3M 公司出品銷售,據報導,3M 公司靠膠帶與留言膠紙的每年盈利高達千萬美金。施爾一生有 20 項美國專利。
留言膠紙看起來似乎是簡單的日常用品,但它幾乎是每一個辦公室不可或缺的用品,真是小兵立大功。弗萊與施爾在退休之前,得過無數 3M 公司的表揚與榮譽,國際工程協會也曾頒獎給他們二人。
深度閱讀