JP3073127B2 - 鉛筆芯及びその製造方法 - Google Patents

鉛筆芯及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鉛筆芯、特にシャープ
ペンシル用芯に関するもので、筆記描線が純黒で光沢度
が小さく、かつ曲げ強度の優れた鉛筆芯とその製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、鉛筆芯は、黒鉛や窒化ホウ素、タ
ルク、マイカ、カーボンブラックなどの無機体質材と粘
土及び界面活性剤や可塑剤としての水等を混合、混練
し、成形した後高温で焼成して焼結体を得、これに油脂
類を含浸して製造される粘土タイプのものと、前記無機
体質材と合成樹脂や天然樹脂またはアスファルトなどの
ピッチ類と可塑剤や滑剤等を混合、混練し、成形した後
800〜1,400℃の非酸化性雰囲気で焼成して樹脂
を炭素化させ、炭素をバインダーとした焼成体を得、こ
れに油脂類を含浸してなる炭素タイプのものに大別され
る。基本的には、その実用強度とコストの関係から粘土
タイプの鉛筆芯は木軸鉛筆、炭素タイプの鉛筆芯はシャ
ープペンシル用に使い分けられる。
【0003】従来、鉛筆芯には、体質材兼着色材とし
て、結晶性潤滑材として働く黒鉛が使用されて、その配
合や配向などの工程設計によって、書き味や曲げ強度の
向上が図られて来た。しかし、黒鉛を主たる着色材とし
て使用しているために筆記の際、崩れた摩耗粉が紙面に
水平方向にこすりつけられ、黒鉛結晶のベーサル面が紙
面に水平に並ぶ。このため、描線には黒鉛のベーサル面
での光の反射があり、描線を見る角度によっては判読が
困難になるとともに、描線色は黒灰色を呈するという問
題があった。
【0004】この描線色をより純黒色に近づけようとす
る試みは種々なされているが、カーボンブラックを添加
する方法が主に検討されて来た。カーボンブラックは、
ボールペンやサインペンのインク顔料などに使用されて
おり、その黒さや光の反射が少ないことは周知である。
カーボンブラックは黒鉛と同じくほぼ炭素のみで構成さ
れ、基本的には結晶子の大きさが数十オングストローム
の黒鉛微結晶が球状に配列した構造の物質であり、潤滑
性には劣る。表面には比較的多くの官能基を有し、表面
活性である。
【0005】一方、鉛筆芯に使用される黒鉛は天然鱗片
状黒鉛、天然鱗状黒鉛、キッシュ黒鉛などで、結晶子の
大きさが1,000オングストローム以上の黒鉛結晶子
が層状に積層配位した物質で、潤滑性がある。表面には
極く僅かな官能基しか有さず不活性である。黒鉛を使用
する鉛筆芯において、黒鉛の全量をカーボンブラックに
置き換えた場合、カーボンブラックの比表面積に対し
て、バインダー樹脂が不足した状態となり、曲げ強度の
極端に低い鉛筆芯となる。
【0006】逆に、カーボンブラックの比表面積に対し
て適正なバインダー樹脂量で鉛筆芯を作ると、カーボン
ブラックが表面活性なため、バインダー樹脂が炭素化す
る際に強固に結合し、潤滑性が無いこともあって、全く
筆記出来ない鉛筆芯となる。黒鉛とカーボンブラックを
併用した場合、カーボンブラックの色相を発現させるた
めには、カーボンブラックを多量に使用しなければなら
ず、カーボンブラック単独で使用した場合と同様な理由
で、極端に曲げ強度の低いものとなってしまう。
【0007】カーボンブラックの使用量が少ない場合に
あっては、カーボンブラックの色は発現しないばかり
か、板状の黒鉛粒子の間に球状のカーボンブラックが挟
まった構造となり、粗な組織であるため曲げ強度が発現
しない。さらに曲げ強度が低いにもかかわらず、カーボ
ンブラックがバインダー樹脂の炭素化物と強固に結合す
るため、濃度が薄いものとなる。以上の様に、カーボン
ブラックを使用して鉛筆芯の筆記描線を純黒色の色相に
することは困難である。
【0008】黒鉛のかわりに窒化ホウ素やタルク、マイ
カを用いると、バインダー樹脂の炭素化物の色が発現
し、純黒色を呈することは古くから知られていたが、タ
ルクやマイカは高温で焼成した際に、結晶水が離脱して
粉体の潤滑性を消失し、そのために書き味の劣るものと
なり、実用に耐えない。黒鉛と類似の構造を持ち、潤滑
性や耐熱性に優れた窒化ホウ素を用いる方法は公知であ
るが、特公平5−9472号公報、特公平5−1039
7号公報では、曲げ強度が196〜231MPaであ
り、黒鉛を使用した芯と比べて、まだ曲げ強度不足であ
るという問題点があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、筆記
描線が純黒で、光沢度が小さく、書き味に優れかつ曲げ
強度の優れた鉛筆芯及びその製造方法を提供することで
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の問
題点を解決するため鋭意研究を行った結果、黒鉛と窒化
ホウ素の違いに鑑み、結晶性が高く、なおかつ粒子径が
比較的小さな窒化ホウ素微粉末を使用することによっ
て、筆記描線が純黒で、光沢度が小さく、書き味が優れ
ているにも拘らず黒鉛を用いた焼成芯並の曲げ強度を有
する鉛筆芯を得て、本発明を完成した。
【0011】すなわち本発明は、(1)無機体質材の結
晶性潤滑材として実質的窒化ホウ素を用いる焼成鉛筆芯
において、窒化ホウ素が実質的にX線回折のピーク面積
の比で表される黒鉛化指数[{(100)+(101)
/(102)}]が10以下で、且つ平均粒子径が8.
0μm未満の窒化ホウ素よりなるシャープペンシル用
筆芯である。 (2)実質的に窒化ホウ素である無機体質材の内容が、
残部が黒鉛である場合は、窒化ホウ素80重量%以上、
残部がタルク及び/又はマイカである場合は、窒化ホウ
素50重量%以上である前項(1)記載のシャープペン
シル用鉛筆芯である。
【0012】黒鉛は、その優れた潤滑性と耐熱性および
異方性のため鉛筆芯の体質材兼着色材として古くから利
用されて来た。黒鉛には天然黒鉛と人造黒鉛とがあり、
天然黒鉛は鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛に分類され
る。このうち鉛筆芯用に使用されるのは、主に天然鱗片
状黒鉛、天然鱗状黒鉛又は、人造黒鉛に分類されるキッ
シュ黒鉛であるが、いずれも結晶性の高い黒鉛である。
【0013】これらの結晶性の高い黒鉛は数10μm以
上の大きな粒子として産出されるため、使用に際しては
粉砕を施して所望の粒子径に調整される。そのため、結
晶性は粉砕を施した後も、黒鉛化指数1.0〜1.3の
高結晶である。ここで、黒鉛化指数はX線回折のピーク
面積の比〔{(100)+(101)}/(102)〕
で表わされるパラメーターで数値が1.0に近い程、高
結晶性であり、数値が大きい程、低結晶性であることを
示す。
【0014】一方、窒化ホウ素は、ホウ酸、ホウ砂、酸
化ホウ素等のホウ素源及び、窒素、アンモニア、メラミ
ン等の窒素源を800〜2,000℃の温度で反応させ
ることによって製造される原料であるが、通常その黒鉛
化指数は反応温度に強く依存する。一般に、黒鉛化指数
を10以下とするためには、1,500℃以上の温度で
反応させる必要があり、その様な合成をした窒化ホウ素
は平均粒子径が大きくなってしまう。1,500℃未満
で反応させた窒化ホウ素は、結晶が未発達であるが、そ
れは窒化ホウ素焼結体の製造に使用するためである。窒
化ホウ素焼結体は、その製造において、2,000℃近
辺の高温で処理する。その際に窒化ホウ素が結晶成長す
ることで焼結が進行し、優れた性能を発揮する。一般に
市販されている窒化ホウ素の粒子径の小さいグレード
は、窒化ホウ素焼結体の製造に用いられるものである。
そのため、黒鉛化指数が10を越える結晶性の低いもの
となっている。
【0015】鉛筆芯の製造においては、前記した様に焼
成温度が1,000℃近辺であるため、結晶性の低い窒
化ホウ素粉末を用いても窒化ホウ素粒子の結晶成長は起
こらず低結晶性窒化ホウ素粒子がそのまま芯体中に残存
する事となり十分な曲げ強度は得られないばかりか、場
合によっては、窒化ホウ素に残存するホウ酸などの不純
物とバインダー樹脂炭素化物が強固に結合して、曲げ強
度が低いにもかかわらず硬く、ガリガリの筆感を与える
芯となる。また市販の結晶性の高いグレードの窒化ホウ
素粉末は粒子径が大きく、曲げ強度は特公平5−947
2号公報、特公平5−10397号公報に報告されてい
る196〜231MPaと同程度になるものの、未だ不
十分である。
【0016】そこで、本発明者らは、結晶未発達の粒子
径の小さいグレードの窒化ホウ素粉末を鉛筆芯に使用す
る場合は、再度1,500℃以上の加熱処理を行うこと
で結晶を発達させることに思い至った。再加熱によって
結晶を発達させる場合、及び1,500℃以上で窒化ホ
ウ素を合成する場合は、いずれも結晶の発達に伴って粒
成長が生じる。粒成長の程度は粒子表面の活性度、不純
物の含有量に依存して変わるが、その結果、平均粒子径
が8.0μmを越えるケースもある。その様な場合に
は、得られた粉末を粉砕して平均粒子径を8.0μm未
満にすることで、黒鉛化指数が10以下、且つ平均粒子
径8.0μm未満の窒化ホウ素を得、得られた結晶性の
高い窒化ホウ素微粉末を用いることによって曲げ強度向
上を達成できることを見いだして本発明を完成した。な
お、窒化ホウ素を用いた鉛筆芯の方が黒鉛を用いた鉛筆
芯よりも描線の光沢度が小さい理由は定かではないが、
黒鉛の場合はsp2混成軌道に起因するパイ電子が存在
し、このパイ電子が自由電子に近い性質を有するために
金属光沢を発現し、粒子表面での光の反射が起こるのに
対して、窒化ホウ素の場合はパイ電子を持たないため
に、粒子表面での光の反射が少なくなるためと考えられ
る。
【0017】実質的に本発明の窒化ホウ素だけを用いた
場合と同様の効果を奏するのは、無機体質材の残部が黒
鉛の場合、窒化ホウ素80重量%以上の場合である。2
0重量%を超える黒鉛の添加は、若干の強度の向上はあ
るが、描線が黒鉛色を呈し、光沢度も増してくる。従っ
て、本発明の目的の内、純黒描線、低光沢度という目的
が達成されない。残部がタルク及び/又はマイカの場合
には、少なくとも窒化ホウ素を50重量%以上を添加し
た場合に、実質的に窒化ホウ素だけを用いた場合と同様
の効果を奏することを確認している。窒化ホウ素が50
重量%に満たない場合は、タルク及び/又はマイカの性
質が現れ、曲げ強度が発現しないばかりか、書き味の悪
い鉛筆芯となってしまう。
【0018】
【実施例】以下に、本発明を実施例によって、更に具体
的に説明するが、本発明は実施例によって何等限定され
るものではない。 (実施例1) 黒鉛化指数1.3、平均粒子径2.0μmの窒化ホウ素粉末 50重量部 塩化ビニル樹脂 50重量部 フタル酸ジオクチル 15重量部 ステアリン酸亜鉛 1重量部 この配合組成物を十分に混練し、細線状に押出成形し、
空気中で200℃で加熱乾燥および不融化処理を行った
後、窒素雰囲気中で約1,000℃まで加熱焼成して得
た焼成体にスピンドル油を含浸して直径0.57mmの
鉛筆芯を得た。得られた鉛筆芯について行った曲げ強度
試験の結果と筆記特性試験の結果を表1に示す。
【0019】(実施例2)黒鉛化指数1.3、平均粒子
径1.0μmの窒化ホウ素粉末を用いた他は全て、実施
例1と同じくして直径0.57mmの鉛筆芯を得た。得
られた鉛筆芯について行った曲げ強度試験の結果と筆記
特性試験の結果を表1に示す。
【0020】(実施例3)黒鉛化指数1.3、平均粒子
径0.6μmの窒化ホウ素粉末を用いた他は全て、実施
例1と同じくして直径0.57mmの鉛筆芯を得た。得
られた鉛筆芯について行った曲げ強度試験の結果と筆記
特性試験の結果を表1に示す。
【0021】(実施例4)黒鉛化指数1.0、平均粒子
径6.0μmの窒化ホウ素粉末を用いた他は全て、実施
例1と同じくして直径0.57mmの鉛筆芯を得た。得
られた鉛筆芯について行った曲げ強度試験の結果と筆記
特性試験の結果を表1に示す。
【0022】(比較例1)黒鉛化指数1.0、平均粒子
径10μmの窒化ホウ素粉末を用いた他は全て、実施例
1と同じくして直径0.57mmの鉛筆芯を得た。得ら
れた鉛筆芯について行った曲げ強度試験の結果と筆記特
性試験の結果を表1に示す。
【0023】(比較例2)黒鉛化指数11.0、平均粒
子径0.6μmの窒化ホウ素粉末を用いた他は全て実施
例1と同じくして直径0.57mmの鉛筆芯を得た。得
られた鉛筆芯について行った曲げ強度試験の結果と筆記
特性試験の結果を表1に示す。
【0024】(比較例3)黒鉛化指数1.0、平均粒子
径8.5μmの窒化ホウ素粉末を用いた他は全て実施例
1と同じくして直径0.57mmの鉛筆芯を得た。得ら
れた鉛筆芯について行った曲げ強度試験の結果と筆記特
性試験の結果を表1に示す。
【0025】(比較例4)黒鉛化指数15.7、平均粒
子径1.5μmの窒化ホウ素粉末を用いた他は全て実施
例1と同じくして直径0.57mmの鉛筆芯を得た。得
られた鉛筆芯について行った曲げ強度試験の結果と筆記
特性試験の結果を表1に示す。
【0026】(比較例5)黒鉛化指数1.0、平均粒子
径3.5μmの天然鱗片状黒鉛粉末を用いた他は全て実
施例1と同じくして直径0.57mmの鉛筆芯を得た。
得られた鉛筆芯について行った曲げ強度試験の結果と筆
記特性試験の結果を表1に示す。
【0027】
【表1】
【0028】表1に示した曲げ強度はJIS S 60
05に準じて行った三点曲げ試験の結果である。光沢度
は上質紙に3cm四方に手塗りで左右方向、上下方向に
紙面が均一に塗りつぶされるよう反復して塗りつぶして
作成した試験片をスガ試験機製光沢度計UGV−5Dを
用いて45°の角度で測定した結果である。色相および
明度は光沢度試験に使用した試験片をスガ試験機製カラ
ーコンピューターSM−4を用いて測定した結果であ
る。
【0029】比較例2・4のごとく結晶性の低い窒化ホ
ウ素を用いると明らかに曲げ強度が低い。また、比較例
1・3は結晶性が高いために比較例2・4に比べれば曲
げ強度が高いものの比較例5の黒鉛を用いた芯と比較し
てまだ曲げ強度不足であるが、実施例1〜4の本願発明
によると比較例5の黒鉛を用いた芯と遜色ない曲げ強度
を発現していることが分かる。
【0030】また、光沢度の結果から窒化ホウ素を用い
た芯(実施例1〜4・比較例1〜4)は比較例5の黒鉛
を用いた芯に比べて光沢度が小さいことが分かる。この
理由は定かではないが、黒鉛と窒化ホウ素のパイ電子の
有無に起因するものと考えられる。色相に関しても同様
に窒化ホウ素を用いると黒色ではあるが青紫系の色相を
呈するいわゆる青味の黒となるのに対し黒鉛を用いた芯
は赤味の黒である。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、従来黒鉛を用いなけれ
ば得られなかった曲げ強度を持ち、なおかつ光沢度が小
さく青味の黒色を呈する描線が得られ、なめらかな筆感
を与える理想的な鉛筆芯を得ることができる。
フロントページの続き (72)発明者 鷲尾 友一 群馬県碓氷郡松井田町人見1−10 信越 化学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−46278(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09D 13/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無機体質材の結晶性潤滑材として実質的
    に窒化ホウ素を用いる焼成鉛筆芯において、窒化ホウ素
    が実質的にX線回折のピーク面積の比で表される黒鉛化
    指数[{(100)+(101)/(102)}]が1
    0以下で、且つ平均粒子径が8.0μm未満の窒化ホウ
    素よりなるシャープペンシル用鉛筆芯。
  2. 【請求項2】 実質的に窒化ホウ素である無機体質材の
    内容が、残部が黒鉛である場合は、窒化ホウ素80重量
    %以上、残部がタルク及び/又はマイカである場合は、
    窒化ホウ素50重量%以上である請求項1記載のシャー
    プペンシル用鉛筆芯。
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