今回はノック式ボールペンの仕組みについて解説してみたいと思います。
そう、あの１回押すと芯が出て、もう一回押すと芯が引っ込む方式のボールペン。あれってどうなっているのかって思った事ありませんか？
この稿では例えを使ってごく概略を説明します。分かりにくい部分はあえて省き、イメージを伝えられたらと思っています。
このノックの仕組みはノックカムと言われる部品によって実現されます。
ノックカムは３つの部品から構成され、それぞれカム本体、ノック棒、回転子と呼ばれており、カム３点セットなんて呼ばれ方もします。
(メーカーによって呼び名は異なるかもしれません。)
カム本体は筒状の形をしていて、内側の一定範囲に溝が３本掘られています。イメージとしては拳銃の銃身の内側に溝が掘られている感じです。
ただその溝は、筒の端から端まで掘られているのではなく、ノックで芯が動く距離だけにあり、その溝も、実際には溝というより壁で仕切られた廊下があるような感じになっています。
そして途中で終わっている壁の突端(ペン先方向)にはのこぎりの歯のようなギザギザの凹みが ついています。
現在では、多くのプラスチック製事務ボールペンで、ペンの本体そのものがカム本体を兼ねた作りとなっています。
カム本体とノック棒は何となくその形状と機能が想像できるかと思いますが、回転子はかなり分かりにくい部品です。
回転子はノック棒と芯の間に入る部品で、３点セットの中でも一番のキモになる部品でもあります。
形としては、弓矢の矢をぐっと縮めて短くしたと言うか、矢を羽のすぐ先で切断したものを想像していただければ良いかと思います。
ペンの本体に替え芯を差し込むと、芯に寸詰まりの矢の先が刺さり、回転子と芯が一体化します。
カム本体の中に、ノック側からノック棒が差し込まれ、ペン先側から芯の刺さった回転子が差し込まれて、本体の中で両者がかみ合うようになっています。
そしてノック棒をノックすると、回転子と一体となった替え芯が前方へ押し出されます。
回転子には本物の矢と同じように羽が３ヶ所についていて、その３枚の羽がカム本体の溝にはまり、ノックをすると羽が溝に沿って前後します。
本物の羽には厚みがほとんどありませんが、回転子の羽には厚みがあり、その厚みの端っこは斜めに切られていてノック棒の端についているギザギザとかみ合うようになっています。
ただこの状態では、ノックをして芯が前方に出ても、ノックを戻せば芯も戻ってしまいます。
ノックして前方に押し出された回転子がノックと共に戻らないようにする工夫が回転です。
ノック前には回転子の3枚の羽がカム本体の3つの溝にはまっています。
そこで、溝を作っている壁の突端まで回転子が押されて来た時に、回転子が回転して、羽が溝から、壁の突端の厚み部分にあるギザギザの凹みに移動すれば、ノック棒が戻っても回転子は前方に取り残されて、芯がペンから出たままになります。
回転子は、回転するから回転子なんですね。ではどうして回転子はモー
ターも内蔵されていないのに回転するのでしょう。
ここでちょっと想像をして欲しいのですが、突端が斜めに切られている
部品ＡとＢが、お互いに上下から近づいて行き、斜めと斜めがピタッと
合わさった場合、さらに上下から押す力が続くとズルッと横滑りしてい
きます。
ノックボールペンの中の前の方にはバネが入っており、これが上から押す力となり、指でノックする力が下から押す力になります。
展開図的に平面で見れば横滑りですが、これが円筒状のカム本体の中で行われれば回転になります。
ただ、最初は回転子は溝の中にはまっているので、溝の壁に阻まれて回転できません。
回転子はノックされて溝の中を前方に移動していき、壁が無くなる位置まで行くと始めて回転(横滑り)が始まり、壁の突端の凹みに移動します。
ノック棒の突端は斜めがずっと続くのではなくギザギザになっているので、回転子の回転（横滑り）も実際には30度で止まります。
ノックをするとカチッと音がしますが、この回転が起こる時に音の前半分、「カチ」の「カ」に相当する部分の音がします。
ノックを押し切った状態で回転子が30度回転した状態になり、ノックを戻し始めると30度分だけ横にはみ出した回転子は壁の凹みに引っかかってノック棒だけが下がっていき回転子が取り残されます。
本体の壁の突端の凹みも実際には斜めのついたギザギザになっていて、回転子の羽の斜めと合わさって横滑りの続きが起こり、回転子はもう30度さらに回転してギザの底に落ち着きます。
この時に「カチ」の音の後ろ半分「チ」の部分の音がします。１回のノックで合計60度、回転子と替え芯は回転しているんですね。
これが１回のノックで芯が出たままになる仕組みになります。
芯を戻すためのノックでも、同じような回転が起こり、回転子の羽は元々いた溝の隣の溝に収まります。
カム本体中の壁の突端のギザギザ凹みにいる回転子の羽が、ノック棒で凹みから押し出されると、今度はノック棒のギザとのかみ合いで再び横滑りをはじめ、ギザの谷間まで回転します。
そしてノックが戻ると、ノックと共に溝の底へ降りていきます。
この戻すためのノックでも、芯は60度回転しますから、1回芯の出し入れをすると合計で120度芯が回転することになります。
円筒形のカム本体360度の中に３つの溝がある訳ですから、溝から溝へ移動すれば１回120度の回転ですね。
この動作の繰り返しで、ノック式ボールペンは、延々と芯が出たり入ったりを繰り返していることになります。
(おしまい)
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