모나미 볼펜 구조 - monami bolpen gujo

모나미 볼펜이 어떤 재료로 어떤 과정을 통해서 만들어 지는지에 대한 레포트입니다.
재료의 종류와 특징, 만들어지는 과정이 체계적으로 수록되어 있습니다.

1) 정상적인 사용조건은 무엇이고 온도, 하중, 충격, 부식 분위기 등의
제한조건이 있나?
2) 정상작인 기능을 가지기 위해서 재료가 갖추어야 할 중요한 성질,
특성은 무엇인가?
3) 어떤 종류의 재료가 사용될 수 있으며 그 이유는?
4) 제품을 만들기까지의 공정은?
5) 열처리는 필요한가?
필요하다면 어떤 목적으로 어떤 처리를 해야 하나?
6) 표면처리는 필요한가?
필요하다면 어떤 목적으로 어떤 처리를 해야 하나?
7) 품질보증 및 검사방법은?
8) 기타 의견 혹은 소감

참고로 영남대학교 기계공학부에서 매년 텀프로젝트로 하는 것입니다.

1. 볼펜의 역사
1)볼펜의 역사
2) 우리나라의 볼펜의 역사
3) 모나미의 등장

볼펜의 종류와 구조

볼펜은 필기할 때 펜 끝에 부착된 크롬강 ·스테인리스강 등의 단단하고 작은 볼이 지면과의 마찰로 회전하는 것에 의하여 카트리지로부터 잉크를 뽑아내어 볼에 묻은 잉크가 종이에 전사(轉寫)되는 방식으로 필기 되는데, 그 구조는 볼과 볼을 싸고 있는 팁, 잉크, 잉크 저장부인 카트리지, 몸체에 해당하는 축으로 구성되어 있다. 볼펜은 볼의 회전에 의하여 잉크가 묻어나는 제품의 특성상, 약간 질이 나쁜 종이에도 저항 없이 부드럽게 쓸 수 있는 장점이 있다. 볼펜은 그 제조기술이 1/1,000의 오차도 허용하지 않는 정밀도를 요하며, 유통과정에서 보존기한(한국산업규격 규격상 15개월)이 경과하면 잉크가 굳거나 볼이 산화되어 움직이지 않는 경우가 있다. 볼펜의 유효 필기 길이는 500~1,500 m이다.

볼펜

인간의 역사상 볼펜만큼 많이 쓰는 필기도구는 없을 것이다. 볼펜은 영어로 ball point pen이라고 하며 말 그대로 볼이 들어가 있어서 볼이 움직이면서 잉크가 나오는 시스템이다.

youtu.be/DAlbDi-kDQo

잉크

볼펜의 잉크는 크게 세종류가 있다. 유성, 수성 그리고 중성이다. 중성은 요즘 젤 잉크 혹은 겔 잉크라고도 부른다. 우리가 초등학교 때 가장 많이 썼던 잉크는 바로 유성이다. 쓰자마자 마르기 때문에 빠른 학교 필기에 적합하고 번지지도 않아서 노트에도 잘 어울린다. 하지만 기술의 발달로 중성펜도 빨리 마르게 만들었다. 유성 잉크를 쓰는 대표적인 펜은 유니 제트스트림이고 중성은 제브라 사라사 클립, 유니 시그노 DX , 무지 젤 잉크펜이 있고 수성은 유니 아이볼, 비전 등이 있다.

2020/04/17 - [캘리비기너] - 유성볼펜 중성볼펜 수성볼펜 차이점/구별법

구조와 명칭

볼펜, 만년필 그리고 메케니컬 펜슬(샤프)은 구조와 명칭이 조금씩 다르다. 오늘은 볼펜의 구조와 명칭을 알아보자. 

우리가 보통 바디라고 부르는 부분이 베럴(Barrel)이다. 여기서는 뚜껑이 있으면 cap이라고 한다. 볼펜은 노크식 그리고 캡형식이 있는데 눌러서 쓰는 볼펜이 노크식 볼펜이다. 셔츠에 꼽을 수 있도록 생긴 것이 클립이다. 그다음 손가락으로 쥐는 부분이 그립이다. 그 두 부분을 이어주는 부분을 여기서는 데코 링이라고 하는데 별로 중요하지 않다. 볼이 있는 부분 전체를 팁이라고 하며 볼이 있는 부분을 볼 포인트 팁이라고 한다. 

 볼펜 자주 쓰시는지? 

 태블릿도 하나 있겠다, 작업은 컴퓨터로 하겠다, 나로서는 펜을 쓸 일이 전혀 없다. 그래서 가끔씩 서명이 필요한 서류가 생길 때면 당황하게 되기도 한다. 뭐 종이도 아껴쓰는 것이 좋으니, 웬만하면 펜을 쓸 일을 없애는 편이 낫겠지.

 아무튼 오늘은 볼펜의 메커니즘에 대해서 공부해보는 시간을 가졌다. "아니 그거 해서 뭐하냐" 싶겠지만, 의외로 자세히 보다 보면 도대체 어떻게 작동하는지 이해할 수가 없다. 게다가 볼펜의 메커니즘을 모방하여 모델링 한 뒤 3D 프린터로 뽑으려고 하다보니 하루 왠종일 붙잡고 있었다.

 맨 위 사진과 같은 모나미 펜 같은 경우는 양반이다. 바로 위 특허 사진은 Parker 회사에서 만든 볼펜에 들어간 메커니즘이다. 1965년에 나왔으니, 20년 만기인 특허로서는 진작에 만료되었을 테다. 그럼에도 불구하고 우후죽순으로 파커 형태의 볼펜이 나오지 않은 것은 그만큼 복잡하기 때문이다. 스프링도 두 개나 들어가기에 가성비 최악이라고 할 수 있다.

 하지만, 파커 볼펜을 쓴 사람은 알겠지. 움직임이 상당히 부드럽다. 펜촉 부분 뿐만이 아니라, 버튼에 장착된 스프링이 충격을 완화시켜주기 때문이다. "그래 이거다! 특허도 만료되었고 좋다!" 라는 생각으로 내가 디자인하고 있는 제품에 적용가능한지 살펴보려다가 세 시간 정도는 쓴 것 같다. 

 파커 볼펜은 위와 같은 메커니즘으로 움직인다. 정지 사진이라 잘 이해하기 힘들다면 안심해도 좋다. 동영상으로 봐도 이해하기 힘들기 때문이다. 손에 파커 볼펜을 쥐고 공부했더라면 좋았을걸, 모나미 볼펜 구하는 데도 한참 걸리는 와중에 파커 볼펜이 있을 리 없다. 그래도 꾸역꾸역 해놓았으니, 내일이면 완성될 수 있을지도 모르겠다.

 볼펜 메커니즘을 뜬금없이 살펴보게 된 데는 다 이유가 있다. BOA 다이얼이라고 해서, 신발에 장착되어 있는 버튼을 본 기억이 있을 것이다. 신발 끈을 묶어줄 필요 없이, 단순히 다이얼을 돌림으로써 신발을 발에 맞출 수 있는 장치이다. 겉으로 보았을 때는 상당히 간단해 보이는데, 내부는 꽤나 복잡한 편이다. 단순히 돌리기만 한다면 쉽겠지만, 다이얼이 잠겨있을 때만 돌아가고, 열려있을 때는 실이 풀리는 매커니즘을 구현하다 보니 톱니 등이 정교하게 들어가있다.

 그럼에도 불구하고, BOA 다이얼은 고장이 상당히 잦은 편이다. 실이 가하는 장력을 톱니가 버티기에는 무리가 있기 때문이다. 게다가 가격도 매우 비싸다. 짝퉁으로 구매하려고 해도 두 개 정도에 13000 원이니, 정품은 더욱 비쌀 것이다. 이렇게 간단한 구동방식에 저런 돈을 쓰면서 고장도 잦다는 것은 엔지니어로서는 창피한 일이다. 그래서 볼펜 방식을 활용하여 풀리고 잠기는 실 감개를 만들 수 있지 않을까 고민하던 것이었다.

"괜히 시간 낭비한 거 아닌가" 하는 불안감이 스치기도 하지만, 기계과에서 공부하는 것이 이런 내용이다. 기존 제품에 대한 분석을 통해 새로운 제품을 만들어내고, 당장은 만들어내지 못하더라도 머릿속에 혹은 3D 모델링 속에 저장해두는 것이다. 얼른 완성을 해보고 내 방식대로 활용이 가능할지 확인해봐야겠다.

추가 관련 글

1) 파커 볼펜 메커니즘 설명

https://www.youtube.com/watch?v=MhVw-MHGv4s&t=88s