ボールペン

ボールペンは、ペン先に小さな鋼球を内蔵してあり、運筆とともに回転することで軸内のインクを滲出させて筆記する構造を持つ筆記具。精密機械であり、文房具の一種。

英語では "ballpoint pen" 、あるいは単に "ballpoint" と呼ばれる。「ボールペン」は和製英語だとされることもあるが、俗称・商業用語として英語圏でも "ball pen" と呼ばれることがある。イギリス、アイルランド、オーストラリア、ニュージーランドといった英語圏では、ボールペンのことを "biro"と呼び、イギリス英語では "biro" はボールペン一般を指す名詞となっている。これは、発明者であるビーロー・ラースローの名字を英語風に読んだ音による。

1. 特性
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先端に金属またはセラミックスの極小の球がはめ込まれており、このボールが筆記される面で回転することにより、ボールの裏側にある細い管に収められたインクが筆先表面に送られて、線を描けるペンの一種。この一連の機構がユニット化されたものをリフィルと呼び、ペン軸の内部に収めて使用する。

ボールペンには、太さ、色、インクの特性、ペン先の出し方などにより多くの種類が存在する。ペン先の出し方によって大別すると、ペン先を覆うキャップを取り外すキャップ式、後部のボタンを押すことでペン先を繰り出すノック式、軸をひねって回転させることでペン先を繰り出すツイスト式がある。いわゆる多色ボールペンやシャープペンシルの機能を併せ持ったもののようにノック部が複数あるものは複数ノック式という。

鉛筆とは異なり基本的には筆跡を消しゴムで消せないため、ボールペンは公的書類にも用いられる。ボールペンが登場するまでは筆記具の主流は万年筆であったが、ボールペンには独特の構造により弱い力でスムーズな線を描けるといった特長がある。万年筆では使うことが難しい顔料インクなどの高性能なインクを使えるので筆跡の保存性にも優れている。欧州の学校では鉛筆は主に絵を描くときに用いられ、筆記にはボールペンや万年筆を使う国が少なくない。かつてはフランスの教室でも万年筆のみでボールペンの使用が認められていなかったが、ビックが1950年にボールペン「クリスタル」を発売し普及するに伴い、1965年に教室での使用が解禁された。ボールペンはペン先が硬く筆圧を加えやすいので、カーボン紙や感圧紙を用いた複写にも適している。

ボールペンは安価なので、企業の広告宣伝用に企業のロゴを軸にプリントしたものが配布されることもある。

ボールペンの欠点としては、凹凸面があるとボールがうまく回転せず、筆記した線が湾曲してしまう点、長期間の放置に弱い点、線に強弱をつけるのが難しい点などがある。

2. 構造
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ボールペンの先端は金属製の台座に金属またはセラミックスのボールを自由に回転できるようにして固定された構造をしており、ボールペンの性能を左右する先端の加工は特に重要で高度な技術力が要求される。ボールペンチップの材質は様々であり、以下に主なボールペンチップの材質を挙げる。

2.1. チップ材質
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快削黄銅 加工しやすく安価に製造できるが、寿命が短い。 白銅 上に同じ。耐食性は黄銅より比較的良好。 ステンレス 比較的磨耗に強く、寿命が長い。日本で生産されるボールペンチップの多くは、この材質。

2.2. ボール材質
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ステンレス鋼 安価に製造できるが、耐磨耗性に若干劣る。 超硬合金 主に炭化タングステンが使用される。寿命が長い。 セラミックス 主にアルミナが使用される。磨耗が少ないため寿命が長い他、インクに対して化学変化を起こさず、表面に微細な凹凸がありインクのノリが良い。 人造宝石 ルビーは摩擦係数が小さく磨耗が少ないため、高級ボールペンに使用される。

2.3. 軸材質
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合成樹脂 最も一般的な軸材質。安価で大量に生産できるため多く使用されている。 金属 一部の高価なボールペンで使用されている。合成樹脂に比べて本体を小型化できる利点がある。 木材 材質に狂いが生じやすいため一般に使用されることはほとんどない。 セルロイド かつて万年筆用に大量に使用された素材。一時は合成樹脂の登場により姿を消したが昔ながらの風合いを重視し現在も細々と使用されている。 エボナイト 上記に同じ。紫外線で劣化するが漆黒の美しい光沢を呈する。 紙 ドイツで考案された軸材質。何重にも巻いたクラフト紙の厚紙でできた紙管を使用する。ロゴを印刷できる面積が広く取れリサイクルが容易であるため企業の宣伝用として多用される傾向がある。ボールペンはボールを周りのカシメによって支持するため、寝かせて書くとカシメが擦れて故障の原因となるおそれがある。ペン先内部にボールを支えるための受座があるので、受座がボールを正しい位置で支えられる角度で筆記するのがよいとされる。よって筆記時には万年筆と違い紙面に直角に近い角度を保ち筆記することが求められる。

3. 歴史
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ボールペンを発明するにあたっては、ペン先用極小ボールの高精度な加工・固定技術と、高粘度インクの開発が必要であった。従来の低粘度インクでは、ボールの回転と共に多量のインクがにじみ出してしまい、シャープな線を描けなかったのである。

1884年にアメリカ人のジョン・ラウドが着想しているが、インク漏れを防止できず実用にならなかった。
ユダヤ系ハンガリー人のジャーナリストのビーロー・ラースローが世界初の近代的ボールペンを考案し、1938年にイギリスで特許を取得。1941年にナチス・ドイツを逃れてアルゼンチンに移住すると同国で会社を設立し、1943年に同国での特許を取得して//Birome//というブランド名で販売。イギリス空軍がこのペンのライセンス品を採用し、高い高度を飛行中の使用に際してボールペンは万年筆よりも液漏れしにくいことが知られることとなった。
1945年にビーローのbiromeペンをエバーシャープ社とレイノルズ社と量産化、戦後のアメリカでブームとなった。
インク漏れをほぼ完全に防止でき、安定した製品が市場に出されるのは、1950年代に至ってからであるRomanowski。
1950年にフランスのビックが透明軸の「ビック・クリスタル」を発売、1970年代には4色ボールペンを発売した。ビックは21世紀の現在に至るまで最大のボールペンメーカーとなっている。
1949年にオート社が日本で初めて鉛筆型ボールペンならびに証券用インクを開発。
1964年にオート社が水性ボールペンを世界で初めて開発。以降、各社から多彩な水性ボールペンが発売されることとなる。
1965年にポール・フィッシャーが窒素ガス加圧式のスペースペンを開発。後にNASAにも採用された。
1966年にゼブラ社がインク残量が一目で分かるボールペン「ゼブラクリスタル」を発売。
1982年にサクラクレパス社が分散系のチキソトロピー現象を応用した水性ゲルインキを開発・特許を取得した。その後国内各社も高性能ゲルインキボールペンの開発に着手、ボールペンの性能は飛躍的に上がり、ボールペンの普及に拍車を掛けた。当初は高価で普及せず、書いた後時間が経つとインクが滲むので公文書に用いることも認められなかった。しかし、量産効果と改良で品質改善・低価格化が進み、公文書への使用が可能となった。 徐々に金融機関でも採用されるようになり、1960年代のボールペンの新聞広告では「一流銀行が愛用する」というコピーが使われている。1970年代以降は万年筆やつけペンに代わる、もっとも一般的な筆記具となっている。

1980年代後半以降、各メーカーはラバーグリップ搭載やインクの改良など様々な形で疲れにくさを追求していった。1990年代半ばになると、多彩なインク色を揃えたボールペンが相次いで発売され、ビジネスだけでなく学生にも支持が広まるdate=2019年11月}}。

4. インクによる分類
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ボールペンは、使用するインクの特性により分類される。

主なものとして油性ボールペン、水性ボールペン、ゲルインクボールペンがあり、JISやISOの規格ではインク粘度とチキソトロピー性によってこれらに区別される。比較的高粘度のインクで筆記する油性ボールペンは複写伝票などにも適し事務用に広く普及するが、後発の水性およびゲルインクボールペンは低粘度状態のインクで筆記するため低筆圧でも発色がよく、1990年代以降の日本では後者のシェアが高い。

JISやISOの規格では、一般筆記用と公文書用の要件が定められており、後者は薬品による改竄への耐性が高い。

4.1. 油性ボールペン
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ボールペンの中でも最も古典的であり、1930-1940年代にビーロー・ラースローによって開発された。揮発性が低く高粘度の有機溶媒をインクに使っているため、滲みが少なく、裏移りがなく、筆記距離が長いなどの利点がある。インクは紙への浸透作用によって表面的な乾燥を実現する。基本的にペン先はドライアップせず、リフィルの保存期間が比較的長い。欠点としては書き味の重さや、書き出しのかすれ、ボテの発生がある。色素は主に染料が使われ、顔料系と比べて耐光性は劣るが、耐水性は良好であり、実用上は50年以上の筆跡保存性が確かめられている。

4.1.1. 低粘度油性ボールペン
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2000年代からは、従来の溶煤とは異なるインク配合によって滑らかな書き味を志向した「低粘度油性インク」のボールペンが普及している。比較的早いものでは、ゼブラのジムニーライトが1998年、オートの油性ソフトインクが1999年から存在する。海外製品ではステッドラーが2018年に「トリプラス ボール」を出している。

各社ともインクに独自名称を付けていることが多い。

ジェットストリームインク  - 三菱鉛筆、2002年
アクロインキ - パイロットコーポレーション、2008年
ビクーニャインキ- ぺんてる、2010年

4.2. 水性ボールペン
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オートの「水性ボールペンW」が開祖で、ぺんてるの「ボールぺんてる」のヒットにより普及した。欧米ではボールペンではなくローラーボールと呼ばれる。インクの粘度が低いため、さらさらとした感じの書き味が魅力である。油性ボールペンに比べ書き味、色の発色性の面で優れているが、インクが紙に染み込みやすいため滲みやすい。染料インクの場合、水に濡れるとインクが流れて字が消えてしまう弱点もある。

油性とは異なりドライアップしやすいため、使用後はキャップを確実に閉めなければならない。キャップのいらないノック式もあり、海外製では遅くとも1990年にはラミーの「swift」といった製品が登場しているが、日本製では歴史が浅くパイロットの「VボールRT」で初めて実用化された。

水性ボールペンの内部構造には、インクの貯留方式によって中綿式と直液式がある。従来の中綿式は、毛細管の中綿からインクを供給するため、重力方向にかかわらず筆記できる特徴を持つが、インク残量が見えず、残量が減るとインクフローが下がる欠点がある。後年開発された直液式では、直接液状インクを貯蔵し、万年筆の櫛溝に似たコレクターを通じて供給することで、中綿式の欠点を払拭している。コレクターのインク保留量には限界があり、極端な温度・気圧変化を受けるとインク漏れするおそれがあるが、この点でも改良は重ねられている。

4.3. ゲルインクボールペン
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サクラクレパスの「ボールサイン」で初めて開発された。中性ボールペンとも呼ばれる。ゲルの性質によって、水性ボールペンのよさである書き味がなめらか、ボテが無い、書き出しが良いことと、油性ボールペンのよさであるインク残量を見ることができる、最後までインクの出方が一定である、耐水性があることを合わせ持つ。

水性インクにゲル化剤を加えたゲルインクは、リフィル内部では高粘度のゲル状だが、ボールが回転すると速やかにインクが粘度の低いゾル状になり、インクがペン先から滲出する。滲出したインクが紙面に付着するとインクが直ちにゲル化するためインクの滲みが少ない。また比較的大きなインク粒子を使いやすい特徴があり、白色顔料を混ぜたパステルカラーインク、ラメ入りインク、香り付きインク、消せるインクといった特殊な製品も登場している。インク素材には染料系と顔料系があり、染料ゲルインクは発色が鮮やかで書き味も滑らかだが、耐水性に難がある。顔料ゲルインクは乾燥後の耐水性・耐光性が高く長期保存に適する。

水性と同じくドライアップしやすく初期はキャップ式のみであったが、キャップのいらないノック式も三菱鉛筆の「シグノノック式」以降実用化され、のちに油性同等にスリムなリフィルによる多色ノック式や多機能ノック式も登場した。ノック式はドライアップしにくいインクの配合や、ばねでボールを押し出し非筆記時に隙間を封じることでドライアップを防いでいる。

4.4. エマルジョンボールペン
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2010年にゼブラのスラリに搭載された新たな種類のボールペンインク。油性インクと水性ジェルを混合した油中水滴型エマルジョンインクを使用する。油性7水性3の割合で混合した状態で安定させることにより、水性の滑らかな書き味と、油性の鮮やかで濃い筆記線を両立している。耐水性と耐光性は共に高い。他社の低粘度油性に対応する位置付けになっている。

5. 特殊なボールペン
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5.1. 消せるボールペン
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1979年にアメリカの文具メーカーPaperMate社が、インク粒子を大きくし紙に染み込まないようにした「イレーザブルインク」による、消しゴムで消せるボールペン「Eraser Mate」を発売し、日本では1980年に三菱鉛筆が「ケルボ」を一時期発売していた。しかし、これは時間が経つと消せなくなるため鉛筆同様の使用はできない。

21世紀になってから鉛筆同様の使い勝手を持つパイロットコーポレーション「D-ink」がヒットし、その後継機種「e-GEL」、三菱「ユニボール シグノ イレイサブル」などが登場した。しかし、消しにくかったり簡単に消えたりしたため定着しなかった。

2006年1月、パイロットがペン後部のゴムでこすることで発する摩擦熱により筆跡を消せるフリクションボールをヨーロッパで先行発売し、2007年には日本でも発売、その利便性から2010年までに全世界で累計約3億本を売り上げた。フリクションはその後も全世界で普及している。

ただ、消せるボールペンには文書の改竄の恐れという問題がある。京都府舞鶴市では消せるボールペンで記入されていた公文書が多数発見され問題となり、日本の自治体の事務などでは使用禁止の動きが進んでいる。メーカーも消せるボールペンによる証書類の記入は控えるよう呼びかけている。なお、消せるボールペンで書いた後で消した文字を低温下で復元させる方法もある。

5.2. 加圧式ボールペン
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通常のボールペンは重力を利用してインクを送り出すため、先端を上に向けた状態では筆記できない。水平より上向きで字を書くとだんだんインクが出なくなり、さらにインクタンク内に空気が入り込むと気泡ができてしまう。インク残量があっても、ボールとそれを支えるホルダーの間に空気が入ってしまうことのほか、紙の繊維などが詰まったり、ペン先が傷ついてボールが回らなくなったり、インクが経年劣化したりしても書けなくなる。

微小重力の宇宙船内などでは、インクを窒素ガスで強制的に送り出す、俗に宇宙ペンと呼ばれる特殊なボールペンが使われている。ただし、宇宙ではボールペンが全く使えなくなるということはなく、「アメリカ航空宇宙局