カチッ～ダッ～ボールペンのボタンを押すとなぜ2回音が鳴るのでしょうか？

監査専門家：程潔

華琴エネルギー貯蔵技術有限公司の中級機械エンジニア

インク漏れやペン先の乾燥を心配することなく、すぐに書くことができます。一時的にインクをすりつぶしたり、ナイフを使ってペン先を削ったりする必要はありません。ほとんどの素材の表面にも書くことができます...ボールペンの登場は人間の書くことに大きな利便性をもたらしたと言わざるを得ません。

押すだけで2回音が鳴り、好きなように書いたり描いたりできます。しかし、ボールペンを押すと2回「ビープ音」が鳴ることに気づいたことがありますか?突然この質問を聞いたとき、あなたは頭の中でそれについて考え始めましたか?その答えが明らかになる前に、まずは目立たないようでいて、さまざまな「背景」を持つボールペンについて学んでみましょう。

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ボールペンはジャーナリストによって発明された

ボールペンが登場する前は、人々は主にペンや鉛筆を使って書いていました。しかし、伝統的な筆記具には欠点もありました。当時の万年筆は容量が限られていたり、インクが乾くまでに時間がかかったり、使用中に大量のインク汚れが漏れて掃除が大変だったりしました。鉛筆は鈍くなりやすく折れやすいだけでなく、書いた文字も簡単に消えてしまいます。

「世界は長い間ペン不足に悩まされてきた」。特に、いつでもどこでも速記を取らなければならないジャーナリストにとってはそうだ。人々が新しいタイプの筆記具を開発したいと考えたとき、ボールペンが誕生しました。

ボールペンの原型は1888年にアメリカ人のジョン・ロイドによって開発されました。当時、彼は革などの粗い表面にも書けるペンを作るために、ペンの先端に回転するボールを付けました。しかし、技術が未熟だったため、ボールペンがペン先の中で柔軟に回転できず、スムーズに書くことが困難でした。革の表面には書き込むことはできたものの、普通の紙に書くと書きづらくなり、にじんでしまうため、大量に使用することはできなかった。

最初の実用的なボールペンはいつ発明されましたか?ここで私たちは、ハンガリーのジャーナリストであり、世界初の本物のボールペンを発明した「偉大な貢献者」ビロ・ラースローを称賛しなければなりません。

当時の記者はニュースを記録するのに完全にペンと紙に頼っていましたが、書き味が悪くインクの容量も限られている万年筆でニュースを記録するのは非常に困難でした。ある日、彼は印刷工場のインクが早く乾くことに気づき、そのインクをペンに入れて書くというアイデアを思いつきました。このことから、ラズロは「油溶性ペン」と呼ばれる最初のボールペンを発明しました。

ビロ・ラズロと彼のボールペンの広告

出典: Wikipedia

第二次世界大戦までに、ボールペンの技術はさらに進歩しました。改良されたボールペンは油浸透原理を採用し、油溶性顔料をインクとして使用します。大気圧とインクの重力の複合作用により、ペン芯のインクはオイルチューブを通ってペン先の小さな鋼球座に流れ、鋼球が転がるにつれて紙に付着します。

ボールペンで書いたもののクローズアップ

出典: Wikipedia

その後も彼はボールペンの技術を改良し続け、比較的完成度の高いボールペンの設計を作り上げ、その発明をイギリス政府に提供しました。こうして、最初の市販ボールペンが誕生しました。

その後、フランスの文房具会社ビック社がボールペンの特許を購入し、ボールペンをより「普及」させ、コストを大幅に削減しました。ボールペンはすぐに主流の筆記具になりました。

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小さなボールペンは実は大きなプロジェクトですか？

以上の紹介を通じて、ボールペンが「誕生」から「成長」していくのは、決して簡単なことではないことが皆さんも実感できるのではないでしょうか？

次に、この一見シンプルなボールペンにどれだけの技術が詰まっているかを見てみましょう。

まずはペン先の材質構成を見てみましょう。技術の継続的な更新と反復により、ボールペンは現在、油性ボールペンと水性ボールペンに分けられます。油性ボールペンのボールは通常、真鍮、鋼、またはタングステンカーバイドで作られています。水性ボールペンのボールは通常、ステンレス鋼、炭化物、または酸化アルミニウムで作られています。

ボールペンの筆記原理は、インクの重さを利用するというものです。ペン先内のボールの動きにより、インクがボールの溝から流れ出て筆記媒体の表面に転写されます。このプロセスでは、ボールがボールシートにしっかりと固定され、落ちたり沈んだりせず、インクが自由に流れ出ないようにする必要があります。同時に、ペン先の耐久性も確保しなければなりませんが、これは簡単なことではありません。

また、ボールペンの製造工程もあります。ご存知のとおり、ボールペンの最も重要な部分はペン先です。小さなペン先を15,000倍に拡大すると、内部に円形の階段状の構造があり、上部の最も狭い部分に5つの滑らかなインクガイド溝が分布し、小さなボールがあることがはっきりとわかります。ボールペンは、自由に回転できるからこそ、なめらかに書けるのです。

ペン先を作るのは本当に難しいのでしょうか？このような小さなペン先を完成させるには 20 以上の工程が必要なだけでなく、製造工程も非常に複雑です。

ペン先にはボールを配置するためのボウル型の構造が必要であり、ボウル型の壁の最も薄い部分はわずか0.03 mmで、これはA4用紙の3分の1に相当し、精度は0.001 mmに達する必要があります。滑らかなインクガイド溝の幅はわずか0.08mmで、精度も0.001mmに達する必要があります。デジタルホラーの細かさを見ると、ペン先を作るのがいかに難しいかが想像できます。

最後に、これが皆さんが一番気になることですが、ペン先を押すとなぜいつも 2 つの音が鳴るのでしょうか?これには、ボールペンのもう一つのコア技術が関係しています。

ボールペンで書くときは、まずボタンを押します。このとき、プッシュロッドとカムはペン軸内に押し下げられ、カムの上部は固定ストッパーの下に下がり、プッシュロッドとの接触を維持します。

カムの上面とプッシュロッドの下面はともに傾斜面となっているため、カムは半径方向には規制されず回転可能であり、プッシュロッドはストッパーにより回転が規制され軸方向にのみスライド可能である。

軸方向のバネ力の作用により、カムの上面はプッシュロッドの下面に沿って斜め上方にスライドします。同時に、カムはプッシュロッドの表面に当たるまで回転を始めます。このときカムは45°回転しますが、これは非常に速いねじり動作です。

ボタンをもう一度放すと、プッシュロッドとプラスチックのペンチューブの間にあるバネがボタンをペンの上部に押し上げ、プッシュロッドの下端がカムから離れ、カムはストッパーに当たって停止するまで再び 45 度回転します。これはペンの2回目の押し方です。最後に、ボタンを完全に放します。カムはまだロックされており、上下に動くことはできませんが、書き込むことはできます。

あなたの知らない「ちょっとした秘密」もありますよ！プレスアセンブリを1回回転させると、ペン芯が45°回転し、固定された書き込み角度によりペン先が曲がらないようにします。

ペン先を作る技術がまだ確立されていないと聞きました。以前から、ペン先鋼の加工精度は非常に高く、ステンレス鋼の原材料に対する性能要求も極めて高いことがわかっていました。鋼鉄の強度を適正な範囲内に維持することは非常に困難です。

確かにそう言えるが、それはすべて過去のことだ。弊社の国産ペン先は、長年にわたり開発・実用化されてきました。ボールを作るための鋼からボールペンを作る機械まで、我が国は最も基礎的なところから一歩一歩進んできました。たゆまぬ努力の結果、コア技術は長年にわたり習得されてきました。我が国は良質のペン先を生産する能力があるだけでなく、その技術レベルも世界最高レベルにあると言っても過言ではありません。

ペン先のクローズアップ 出典: Wikipedia

小さなペン先にも「大きな知恵」が宿っています。ボールペンについての理解が深まったと感じますか？便利なボールペンを今すぐ使ってみよう！

出典: デジタル北京科学センター