볼펜

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볼펜은 끝이 잉크로 자동 갱신되는 필기구입니다. 잉크 저장소 아래의 소켓에 장착된 정밀하게 형성된 금속 볼로 구성됩니다. 펜이 필기면을 따라 움직이면 잉크가 전달됩니다. 볼펜은 19세기 후반에 처음으로 특허를 받았지만 1950년대 초반에야 상업적 중요성을 갖기 시작했습니다. 이제 볼펜은 필기구 시장을 장악하여 매년 전 세계적으로 1억 개 이상의 펜을 판매합니다.

연혁

볼펜에 대한 아이디어는 여러 해 동안 존재했지만 세 명의 다른 발명가와 이 현대적인 필기구를 개발하는 데 거의 60년이 걸렸습니다. 이 발명에 대한 첫 번째 특허는 1888년 10월 30일 John J. Loud라는 사람에게 발행되었습니다. 그의 볼펜은 작은 회전 볼 베어링으로 ​​구성되어 있으며 그 위에 있는 저장소에 의해 지속적으로 잉크가 코팅되어 있습니다. 이 발명은 효과가 있었지만 종이가 새어 번져 번지기 때문에 종이에는 적합하지 않았습니다. 다른 두 발명가인 Ladislas Biro와 그의 형제 Georg는 Loud의 발명을 개선하고 최초의 상업적으로 중요한 볼펜이 된 자체 버전에 대한 특허를 받았습니다. 이 펜은 여전히 ​​누출되었지만 그렇게 심하게는 아닙니다. 그들은 전 세계적으로 인기를 얻었으며 1944년에 최고 판매량을 기록했습니다. 이듬해 또 다른 발명가인 Marcel Bich 남작이 마침내 누수 문제를 해결하고 파리에서 Bic 펜을 제조하기 시작했습니다. 수년에 걸쳐 잉크, 볼, 저장통 및 본체와 같은 펜의 다양한 부분의 기술과 품질이 많이 개선되었습니다.

배경

볼펜은 만년필로 쓰는 것과 관련된 문제에 대한 해결책으로 개발되었습니다. 만년필은 사용자가 펜촉을 잉크에 담가 지속적으로 펜을 새로 고쳐야 합니다. 볼펜은 모세관 작용을 통해 잉크가 새지 않도록 자체 잉크 저장통으로 설계되어 있기 때문에 볼펜에는 필요하지 않습니다. 펜 끝에는 소켓에 안착되어 자유롭게 회전하는 볼이 있습니다. 이 볼의 일부만 노출됩니다. 나머지 부분은 펜 내부에 있으며 저장소의 잉크로 끊임없이 채워지고 있습니다. 필기면에 펜촉을 누르면 공이 굴러갑니다. 이 롤링 동작은 펜 내부에서 필기면으로 잉크를 전송합니다.

다양한 디자인의 볼펜을 사용할 수 있지만 대부분의 구성 요소는 동일합니다. 일반적인 구성 요소에는 볼, 포인트, 잉크, 잉크 저장소 또는 카트리지, 외부 하우징이 있습니다. 일부 펜에는 새거나 끝이 손상되는 것을 방지하기 위해 캡이 있습니다. 다른 펜들도 같은 이유로 수납식 포인트 시스템을 사용합니다. 여기에 잉크통 외부에 작은 스프링이 부착되어 있고 버튼을 누르면 포인트가 노출되거나 수축됩니다. 또 다른 종류의 볼펜에는 잉크 카트리지가 여러 개 있어 하나의 펜으로 다양한 색상을 쓸 수 있습니다. 다른 펜에는 리필 가능한 잉크 카트리지가 있습니다. 한 가지 유형의 펜에는 사용자가 수중, 그리스 위에 그리고 우주에서 필기할 수 있도록 하는 가압 카트리지가 있습니다.

원자재

볼펜의 구성 요소에는 금속, 플라스틱 및 기타 화학 물질을 비롯한 다양한 원료가 사용됩니다. 볼펜이 처음 개발되었을 때 일반 강철 공이 사용되었습니다. 그 공은 이후 질감이 있는 텅스텐 카바이드 공으로 대체되었습니다. 이 소재는 특히 변형에 강하기 때문에 우수합니다. 공은 문자 그대로 대부분의 필기 표면을 잡을 수 있는 완벽한 구로 설계되었습니다. 그 표면은 실제로 50,000개가 넘는 광택 표면과 구덩이로 구성되어 있습니다. 구덩이는 전체 구에 걸쳐 연속적인 일련의 채널로 연결됩니다. 이 디자인은 잉크가 공의 표면과 내부 모두에 존재하도록 합니다.

대부분의 볼펜 끝은 구리와 아연의 합금인 황동으로 만들어집니다. 강도, 내식성, 외관이 미려하고 성형이 용이하여 사용하는 재료입니다. 잉크 카트리지, 본체 또는 스프링과 같은 다른 부품도 황동으로 만들 수 있습니다. 알루미늄은 경우에 따라 펜 본체를 만드는 데 사용되며 스테인리스 스틸은 펜 구성 요소를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 금, 은, 백금과 같은 귀금속은 더 비싼 펜에 도금됩니다.

잉크는 펜 제조업체에서 특별히 만들 수 있습니다. 볼펜에 사용하려면 잉크가 약간 두껍고 저장소에서 천천히 건조되고 입자가 없어야 합니다. 이러한 특성은 잉크가 볼을 막지 않고 용지에 계속 흐르도록 합니다. 잉크가 종이 위에 있을 때 침투와 약간의 증발을 통해 급속 건조가 발생합니다. 잉크 제형에서 다양한 안료와 염료가 색상을 제공하는 데 사용됩니다. 윤활제, 계면 활성제, 증점제 및 방부제와 같은 다른 재료도 포함됩니다. 이러한 성분은 일반적으로 올레산, 피마자유 또는 설폰아미드 가소제와 같은 물질에 분산되어 있습니다.

John F. Kennedy, Jr. 대통령의 암살을 기념하는 1963년 플라스틱 및 금속 볼펜 (헨리 포드 박물관 및 그린필드 빌리지 컬렉션에서)

컴퓨터가 출현할 때까지 인간은 이야기와 노래를 녹음할 필기구를 찾기 위해 분주했습니다. 가장 초기의 낙서는 모래에 탄 막대기로 만들어졌습니다. 기원전 4세기 <소> , 수메르인들은 쐐기 모양의 갈대 펜을 사용하여 그림 모양을 점토판으로 자릅니다. Eygptians는 습지 갈대로 만든 브러시로 상형 문자를 그렸고 고대 중국인은 뻣뻣한 머리카락 브러시로 썼습니다. 고대 그리스인과 로마인은 뻣뻣한 갈대를 뾰족하게 날카롭게 하여 팽팽하고 정확한 기록을 만들었습니다.

거위나 백조의 깃털로 만든 깃펜은 1,000년 이상 동안 작가들에게 사랑받아 왔습니다. 부드러운 깃펜은 끝이 쪼개져 잉크가 자유롭게 흐르고 끊임없이 다시 날카로워집니다. 퀼 펜에 대한 기념비적인 개선은 Joseph Gillott이 19세기 후반에 발명한 강철 펜촉이었습니다. 이 펜촉은 날카롭게 할 필요가 없고 펜 본체에서 분리하여 필요에 따라 변경할 수 있습니다. 그래도 작가는 잉크가 떨어지지 않기를 바라며 계속해서 펜을 잉크에 담갔다.

만년필은 펜 안의 저장소 안에 잉크를 저장하므로 펜촉에 일정한 잉크 흐름이 공급됩니다. 알론조 크로스(Alonzo Cross)는 1860년대 후반에 잉크를 도포하는 바늘 끝이 있는 "양식 펜"을 특징으로 했지만 얼룩과 번짐은 여전히 ​​일반적이었습니다. 그러나 볼펜은 사실상 엉망을 근절했습니다. 세기 초에 제조된 볼펜은 1950년까지 잉크가 누출, 건너뛰고 떨어졌으며 볼펜을 신뢰할 수 있는 새로운 잉크가 개발되었습니다.

낸시 EV 브릭

플라스틱은 볼펜 제조의 중요한 원료가 되었습니다. 그들은 쉽게 형성되고, 가볍고, 부식에 강하고, 저렴하다는 장점이 있습니다. 주로 펜의 몸체를 형성하는데 사용되지만 잉크 카트리지, 누름 버튼, 캡, 팁의 일부를 만드는 데에도 사용됩니다. 물리적 특성에 따라 다양한 종류의 플라스틱이 사용됩니다. 성형 및 냉각 후에도 영구적으로 단단한 상태를 유지하는 페놀 수지와 같은 열경화성 플라스틱은 일반적으로 본체, 캡 및 기타 부품을 구성하는 데 사용됩니다. 열가소성 재료는 유연합니다. 여기에는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 대부분의 펜 구성 요소를 만드는 데 사용할 수 있는 비닐 수지.

제조
프로세스

볼펜은 대량 주문 제작됩니다. 제조업체마다 조금씩 다르게 만들지만 기본 단계에는 잉크 혼합, 금속 구성 요소 형성, 플라스틱 구성 요소 성형, 조각 조립, 포장, 라벨링 및 배송이 포함됩니다. 고급 상점에서 펜은 5분 이내에 원자재에서 완제품으로 갈 수 있습니다.

잉크 만들기

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1 제조 공장의 지정된 구역에서 대량의 잉크를 생산합니다. 여기에서 혼합기로 알려진 작업자는 공식 지침에 따라 잉크 배치를 만듭니다. 원료를 배치 탱크에 붓고 완전히 혼합합니다. 공식에 따라 이러한 배치는 필요에 따라 가열 및 냉각되어 원료가 더 빨리 결합되도록 할 수 있습니다. 더 많은 양의 원료 중 일부는 펌핑되어 배치 탱크로 직접 계량됩니다. 이러한 자료는 컴퓨터 컨트롤의 버튼을 누르기만 하면 추가됩니다. 이 컨트롤은 또한 혼합 속도와 가열 및 냉각 속도를 조절합니다. 품질 관리 검사는 잉크 일괄 처리의 여러 지점에서 이루어집니다.

스탬핑 및 성형

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2 잉크가 만들어지는 동안 펜의 금속 부품이 만들어지고 있습니다. 텅스텐 카바이드 볼은 일반적으로 외부 공급업체에서 공급합니다. 펜의 다른 부분(예:끝과 몸체)은 다양한 금형을 사용하여 만들어집니다. 첫째, 황동 밴드가 자동으로 스탬핑 기계에 삽입되어 수천 개의 작은 디스크를 잘라냅니다. 다음으로 황동 디스크가 부드러워지고 강철 램과 스프링 백업 이젝터 플런저로 구성된 압축 챔버에 부어집니다. 강철 램은 금속을 눌러 플런저를 수축시키고 금속을 다이 캐스트 금형으로 밀어 넣습니다. 이것은 금속을 압축하고 다양한 펜 조각을 형성합니다. 램과 플런저가 원래 위치로 돌아가면 과잉 금속을 긁어내어 재활용합니다. 그런 다음 다이가 열리고 펜 조각이 배출됩니다.

3 그런 다음 형성된 조각을 세척하고 절단합니다. 그들은 성형 공정에 사용된 오일을 제거하기 위해 욕조에 담근다. 욕조에서 나온 후 부품은 특정 펜의 치수로 절단됩니다. 다음으로 펜 조각은 브러시를 회전시켜 광택을 내고 다시 청소하여 잔여 오일을 제거합니다. 그런 다음 볼을 포인트 캐비티에 삽입할 수 있습니다.

하우징 성형

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4 펜의 플라스틱 구성 요소는 펜과 동시에 구성됩니다. 기타 펜 조각. 압출 또는 사출 성형으로 생산할 수 있습니다. 각 접근 방식에서 플라스틱은 과립 또는 분말로 공급되고 큰 호퍼에 공급됩니다. 압출 공정에는 가열된 챔버를 통해 재료를 강제로 통과시켜 두껍고 흐르는 덩어리로 만드는 대형 나선형 나사가 포함됩니다. 그런 다음 다이를 통해 강제로 냉각되고 절단됩니다. 이 방법으로 펜 본체와 잉크 저장소와 같은 조각이 만들어집니다.

5 캡, 끝단 및 기계 부품과 같이 더 복잡한 모양을 가진 부품의 경우 사출 성형이 사용됩니다. 이 과정에서 플라스틱은 가열되어 액체로 변환되어 강제로 금형에 주입될 수 있습니다. 식힌 후에는 형이 열리면 응고되어 모양이 유지됩니다.

잉크 충전 및 조립

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6 구성 요소가 형성된 후 조립이 가능합니다. 일반적으로 볼펜은 먼저 잉크 저장소에 부착됩니다. 그런 다음 이 조각을 인젝터로 이송하여 저장소를 적절한 색상의 잉크로 채웁니다. 스프링이 있으면 저수지의 배럴에 놓입니다.

최종 조립, 포장 및 배송

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7 그런 다음 펜 본체 내부에 포인트와 리저버를 배치합니다. 이 단계에서 캡과 끝단과 같은 다른 구성 요소가 통합됩니다. 코팅이나 장식을 추가하거나 최종 청소를 수행하는 것과 같은 다른 마무리 단계도 수행됩니다. 완성된 펜은 판매 방식에 따라 포장됩니다. 단일 펜은 판지 뒷면이 있는 블리스터 패키지에 넣을 수 있습니다. 펜 그룹은 가방이나 상자에 포장됩니다. 그런 다음 이러한 판매 단위는 상자에 넣고 팔레트에 쌓여 유통업체로 배송됩니다.

품질 관리

펜 구성 요소의 품질은 모든 제조 단계에서 확인됩니다. 매일 수천 개의 부품이 만들어지기 때문에 각 부품을 검사하는 것은 불가능합니다. 결과적으로 라인 검사관은 특정 시간 간격으로 임의의 펜 조각 샘플을 채취하여 크기, 모양 및 일관성에 대해 설정된 사양을 충족하는지 확인합니다. 더 엄격한 측정도 이루어지지만 주요 테스트 방법은 육안 검사입니다. 다양한 유형의 측정 장비를 사용할 수 있습니다. 길이 측정은 버니어 캘리퍼스, 마이크로미터 또는 현미경으로 수행됩니다. 이들 각각은 정확성과 적용이 다릅니다. 표면 코팅의 상태를 테스트하기 위해 광학 평면 또는 표면 게이지를 사용할 수 있습니다.

펜의 단단한 조각과 마찬가지로 품질 테스트는 잉크의 액체 배치에서도 수행됩니다. 모든 성분이 배치에 추가된 후 샘플은 테스트를 위해 품질 관리(QC) 실험실로 이동합니다. 배치가 공식 지침에 요약된 사양을 준수하는지 확인하기 위해 물리적 특성을 확인합니다. QC 그룹은 pH 측정, 점도 확인 및 외관 평가와 같은 테스트를 실행합니다. 배치가 "사양을 벗어난" 것으로 확인되면 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 더 많은 염료를 추가하여 색상을 조정할 수 있습니다.

이러한 특정 테스트 외에도 라인 검사원은 제조의 각 단계에 게시됩니다. 그들은 구성 요소가 만들어질 때 육안으로 검사하고 불충분하게 채워진 잉크 저장소, 변형된 펜 및 잘못 조립된 부품과 같은 것들을 확인합니다. 최종 제품의 무작위 샘플도 테스트하여 펜 배치가 올바르게 작성되었는지 확인합니다.

미래

볼펜 기술은 Loud의 첫 번째 특허 발명 이후로 크게 향상되었습니다. 향후 연구는 더 편안하고 오래 지속되는 더 나은 디자인의 펜과 새로운 잉크를 개발하는 데 중점을 둘 것입니다. 또한 제조업체는 가능한 한 가장 낮은 비용으로 고품질 제품을 생산하기 위해 노력할 것입니다. 계속될 한 가지 추세는 정상 상태에서 최소한의 처리를 거친 금속 및 플라스틱을 사용하는 재료 및 공정의 개발이 될 것입니다. 이것은 낭비를 최소화하고 생산 속도를 높이며 펜의 최종 비용을 줄여야 합니다.

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