JP2012082375A

JP2012082375A - 焼成鉛筆芯

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Publication number: JP2012082375A
Application number: JP2010232037A
Authority: JP
Inventors: Hajime Sakata; 祖坂田
Original assignee: Pentel Co Ltd
Current assignee: Pentel Co Ltd
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: JP5589747B2

Abstract

【課題】セラミックス粉を焼成鉛筆芯の構成材料の一部として使用する場合においては濃度だけでなく筆記線の黒さも向上するが、芯の曲げ強さが低下する。そこで、更なる焼成鉛筆芯の性能向上のためには濃度と黒さを維持し、曲げ強さを向上させた焼成鉛筆芯を提供する。
【解決手段】少なくともチタンシリコンカーバイドと合成樹脂とを配合し、混練、細線状に押出成型後、焼成温度まで熱処理を施し得られる焼成鉛筆芯。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも黒鉛と合成樹脂とを配合し、混練、細線状に押出成形後、焼成温度まで熱処理を施して得られる焼成鉛筆芯に関する。

一般的な焼成鉛筆芯は、黒鉛と、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、塩素化パラフィン樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、ブチルゴムなどの合成樹脂を主材とし、フタル酸エステルなどの可塑剤、メチルエチルケトンや水などの溶剤、更にステアリン酸塩、ステアリン酸、カーボンブラック等も必要に応じて使用し、これら材料を分散混合および混練して、細線状に押出成形した後、焼成温度まで熱処理を施し、更に必要に応じて、シリコーン油、流動パラフィン、スピンドル油、スクワラン、α−オレフィンオリゴマー等の油状物やワックス類などを適宜含浸させて製造している。

前述したように鉛筆芯の構成材料の一部として黒鉛が使用されている。黒鉛は扁平状であるため細線状に芯体を成形する際に押出方向に配向することで芯体の強度を向上させ、また、その劈開性により紙面との抵抗で黒鉛粒子が剥がれて紙面に定着することで筆記線となる。ところが、黒鉛粒子のベーサル面は光の反射が大きいため、筆記線が黒色ではなく鉛色に見えてしまう。その光の反射を軽減させて筆記線をより黒くするために、黒鉛の他にシリカや雲母、タルクなどのセラミクッス粉を併せて使用する方法が知られている。これは、黒鉛の表面にこれらのセラミックス粉が付着し、光が乱反射することで筆記線の色は鉛色ではなく黒色になる。また、セラミックス粉を黒鉛と併用することで、芯体の摩耗が促進され、筆記線の濃度も向上する。このように黒鉛と併せて用いるセラミックス粉の例としては、特公昭４２−００７１６６号公報（特許文献１）には天然雲母が、特開昭５４−０８８４２３号公報（特許文献２）にはタルクが、特開２００２−３０２６３３号公報（特許文献３）には窒化珪素が、特開平７−２５８５９４号公報（特許文献４）には窒化ホウ素が、特開２０１０−２２８００２号公報（特許文献５）には非晶質板状シリカがそれぞれ記載されている。
これら従来技術に用いられているセラミックス粉は使用量に比例して筆記線の濃度・黒さは向上するが、強度はセラミックス粉を併用しない場合より低下することが確認されている。一方、特許文献５に記載されている非晶質板状シリカを黒鉛と併せて使用すると、他の技術物件よりも強度低下が少ない上、紙面に対する芯体の磨耗促進効果も高く、筆記線の濃度と黒さがより向上することが確認されている。

特公昭４２−００７１６６号公報特開昭５４−０８８４２３号公報特開２００２−３０２６３３号公報特開平７−２５８５９４号公報特開２００９−２２８００２号公報

セラミックス粉を焼成鉛筆芯の構成材料の一部として使用する場合においては濃度だけでなく筆記線の黒さも向上するが、芯の曲げ強さが低下する。そこで、更なる焼成鉛筆芯の性能向上のためには濃度と黒さを維持し、曲げ強さを向上させた焼成鉛筆芯を提供することが課題となる。
一般に、焼成鉛筆芯は曲げ強さを向上させようとすると筆記線の濃度・黒さが低下し、逆に筆記線の濃度・黒さを向上させようとすると、曲げ強さが低下する。すなわち、曲げ強さと筆記線の濃度・黒さとの間には逆相関関係がある。従って、どちらか一方を維持したまま、他方を向上させることは焼成鉛筆芯の性能向上を図る上で、非常に重要である。

本発明は、少なくともチタンシリコンカーバイドと合成樹脂とを配合し、混練、細線状に押出成型後、焼成温度まで熱処理を施し得られる焼成鉛筆芯を要旨とする。

本発明で使用するチタンシリコンカーバイドは非常に柔軟な性質をもった板状の化合物である。チタンシリコンカーバイドは炭化チタン層とシリコン単原子層の２つの層が互いに積み重なった結晶構造をしており、この２つの層間で結晶構造のゆがみを生じやすく、外部応力を吸収するため柔軟性が発現する。芯体は筆記時、紙面のほかにシャープペンシルとも芯の保持機能を有するチャック部や芯のガイド機能を有するステンパイプ等の部分で接しており、筆記中に芯体が折れる時は後者の接点で折れることが多い。そこで、チタンシリコンカーバイドを焼成鉛筆芯の構成材料の一部として使用すると、成形の際、チタンシリコンカーバイドは結晶構造のｃ軸方向（図２参照）に対して垂直方向に扁平であるため、結晶構造のｃ軸方向が芯の長手方向になるように押出方向に配向する。したがって、芯体内では芯体の側面から力がかかる際には、図１のように扁平状のチタンシリコンカーバイドが炭化チタン層とシリコン単原子層の間でゆがむことで、その力を吸収することができるため、結果として焼成鉛筆芯の曲げ強さを向上させることができる。
さらに、チタンシリコンカーバイドは先行技術物件にあるセラミックス粉同様、黒鉛の表面にチタンシリコンカーバイドが付着し、光が乱反射することで筆記線の色が鉛色ではなく黒色になるため、曲げ強度を向上させても濃度と黒さの低下が少ない筆記線を得ることができる。以上のことから、本発明のチタンシリコンカーバイドを構成材料の一部として使用することにより、筆記線の濃度と黒さを低下させず、曲げ強さを向上させた焼成鉛筆芯が提供できる。

外力がかかった場合の芯体内でのチタンシリコンカーバイドの挙動を示す概念図チタンシリコンカーバイドの結晶構造

以下、本発明を詳述する。
チタンシリコンカーバイドは一般式Ｔｉ_３ＳｉＣ_２で示され、炭化チタンの正八面体結晶格子からなる薄い層とシリコン単原子層が結晶のｃ軸方向に互いに積み重なった結晶構造をしている（図２参照）。
チタンシリコンカーバイトの製法としてはチタン粉末、炭化珪素粉末、炭化チタン粉末を混合後、パルス通電加圧焼結装置にて高温高圧条件下で固化成形する方法や、チタン、シリコンおよび炭素の混合粉末を焼成合成する方法があるが、製法は特に限定されず、必要に応じて粉砕して用いれば良い。

本発明で使用するチタンシリコンカーバイドの粒子径は特に限定されない。配合作業上で不具合が出ない程度の粒径であれば混練時に他の材料と共に粉砕され均一分散される。
また、チタンシリコンカーバイドの使用量は黒鉛とチタンシリコンカーバイドの合計使用量に対し１重量％以上の使用が好ましく、１重量％未満の使用量では筆記線の黒さの向上効果が発揮されにくい。また、６０重量％を超えて使用すると筆記線の濃度と黒さは向上するが、曲げ強さの低下が起こるため、焼成鉛筆芯の芯径と硬度を考慮し、適宜使用量を変える必要がある。

上記以外の使用材料としては、従来公知の材料を使用できる。チタンシリコンカーバイドとともに焼成鉛筆芯の材料として使用できる黒鉛は一般的な、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛、人造黒鉛などが使用できる。その他、従来公知なシリカあるいは雲母、タルクなどの中より選択された１種もしくは２種以上のものを例示できる。
構成材料として使用する合成樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、塩素化パラフィン樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、ブチルゴムなどの合成樹脂の中より選択された１種もしくは２種以上のものが例示できる。
更に、必要に応じて、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、リン酸トリクレジル、ジプロピレングリコールジベンゾエート、アジピン酸ジオクチル、プロピオンカーボネートなどの可塑剤、メチルエチルケトン、水などの溶剤、カーボンブラック、無定形シリカ、ステアリン酸塩、ステアリン酸などを併用できる。

これらの原材料をヘンシェルミキサーなどによる分散混合、ニーダー、３本ロールなどによる混練の後、細線状に押出成形し、空気中で室温から３００℃前後までの熱処理を施し、その後、不活性雰囲気中で８００℃〜１３００℃の焼成処理を施し、更に必要に応じて、シリコーン油、流動パラフィン、スピンドル油、スクワラン、α−オレフィンオリゴマー等の油状物や、ワックス類などを適宜含浸させて焼成鉛筆芯を製造する。尚、必要に応じて、顔料、染料などを適宜併用し、色鉛筆芯としても良い。

次に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。

＜実施例1＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
チタンシリコンカーバイド０．４重量部
黒鉛４９．６重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記材料を配合物として、ニーダー及び３本ロールにより十分に混練後、細線状に押し出し、空気中で３００℃まで加熱し、更に、不活性雰囲気中で１１００℃まで加熱し、呼び径０．７ｍｍの焼成芯体を得た。これを１００℃に加熱した流動パラフィン中に１６時間浸漬後、表面上の余分な流動パラフィンを除去して鉛筆芯を得た。

＜実施例２＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
チタンシリコンカーバイド０．５重量部
黒鉛４９．５重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜実施例３＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
チタンシリコンカーバイド２重量部
黒鉛４８重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜実施例４＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
チタンシリコンカーバイド５重量部
黒鉛４５重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜実施例５＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
チタンシリコンカーバイド１０重量部
黒鉛４０重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜実施例６＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
チタンシリコンカーバイド２５重量部
黒鉛２５重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜実施例７＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
チタンシリコンカーバイド２９重量部
黒鉛２１重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜実施例８＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
チタンシリコンカーバイド３０重量部
黒鉛２０重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜実施例９＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
チタンシリコンカーバイド３１重量部
黒鉛１９重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜実施例１０＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
チタンシリコンカーバイド３５重量部
黒鉛１５重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜実施例１１＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
チタンシリコンカーバイド４０重量部
黒鉛１０重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜実施例１２＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
チタンシリコンカーバイド５０重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜比較例１＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
非晶質シリカ（商品名：シルリーフ（水澤化学（株）））
０．５重量部
黒鉛４９．５重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜比較例２＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
非晶質シリカ（商品名：シルリーフ（水澤化学（株）））
５重量部
黒鉛４５重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜比較例３＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
非晶質シリカ（商品名：シルリーフ（水澤化学（株）））
１０重量部
黒鉛４０重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜比較例４＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
非晶質シリカ（商品名：シルリーフ（水澤化学（株）））
２５重量部
黒鉛２５重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜比較例５＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
非晶質シリカ（商品名：シルリーフ（水澤化学（株）））
５０重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜比較例６＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
Ａ５００（雲母、（株）山口雲母工業）
１０重量部
黒鉛４０重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜比較例７＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
ＣＴ３５（タルク、（株）山口雲母工業）
１０重量部
黒鉛４０重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜比較例８＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
窒化珪素粉末（窒化珪素、電気化学工業（株）製）
１０重量部
黒鉛４０重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜比較例９＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
デンカボロンナイトライド（窒化ホウ素、電気化学工業（株）製）
１０重量部
黒鉛４０重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

＜比較例１０＞
（芯体配合物）
ポリ塩化ビニル樹脂３０重量部
黒鉛５０重量部
ジオクチルフタレート１０重量部
ステアリン酸２重量部
メチルエチルケトン３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。

上記各例により得られた鉛筆芯のＪＩＳＳ６００５に準じて測定した曲げ強さ、ＪＩＳＳ６００５に準じて測定した濃度、筆記線の黒さの代表特性として測定したＹ値を表１に示す。Ｙ値は、それぞれの鉛筆芯を用いて、荷重５００ｇで上質紙に均一に面塗りしたものを、ＳＰＥＣＴＲＯＰＨＯＴＯＭＥＴＥＲ「ＣＭ−３７００ｄ型」（コニカミノルタホールディングス(株)製）で測定した値であり、小さい値ほど反射率が少なく黒さが高いことを示す。
表１で示したとおりチタンシリコンカーバイドを配合することにより、従来から用いられているセラミック粉である非晶質シリカ、雲母、タルク、窒化珪素、窒化ホウ素を同量配合したときよりも、筆記線の濃度を維持したまま、曲げ強さが向上する。例えば実施例２、４、５、６、１２と比較例１〜５を比較してわかるように、従来から用いられている非晶質シリカに替えて同量のチタンシリコンカーバイドを配合すると、それぞれで筆記線の濃度と黒さは変化しないが曲げ強さが向上していることがわかる。

Claims

少なくともチタンシリコンカーバイドと合成樹脂とを配合し、混練、細線状に押出成型後、焼成温度まで熱処理を施し得られる焼成鉛筆芯。
前記チタンシリコンカーバイドの配合量を、黒鉛とチタンシリコンカーバイドの合計配合量に対し１重量％以上、６０重量％以下とした請求項１に記載の焼成鉛筆芯。