JP4560813B2 - 繊維製ペン先及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、サインペン、マーキングペンなどに用いられる繊維製ペン先及びその製造方法に関するもので、筆記具製造技術に属するものである。

サインペン、マーキングペンなどのペン先は、通常、ポリエステル樹脂、アクリロニトリル樹脂、ナイロン樹脂、あるいはポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂からなる繊維を集束して繊維束としたものを、合成樹脂バインダーで接着固化して棒状体となし、その棒状体を所望の形状に切削加工して、ペン先とする方法により、広く調製されている。

これらのペン先は、使用されている樹脂及び繊維に起因して、筆記感の良好なものであるが、筆記時の摩擦のために磨耗が比較的大きいという欠点がある。
この欠点は、筆記圧の高い人が筆記するとき、あるいは表面粗度が大きい紙に筆記する場合には、より顕著に現れる。

特に、アクリル繊維を収束させて得られるアクリルペン先は、ポリエステルペン先やナイロンペン先よりも耐磨耗性が悪く、そのため筆記とともにペン先が磨耗して減りやすく、筆記とともに線幅が太くなる現象が起こり易かった。
このように、ペン先の耐磨耗性が小さいということは、最初は細字筆記が可能であっても、使用によって短時間で描線が太くなる不都合があるばかりか、筆記寿命を短いものにするという問題をも発生させる。

したがって、この欠点を改善するための提案が、これまでにも種々なされている。
例えば、特許文献１においては、多数の合成繊維製線状体をメラミンホルムアルデヒド溶液中に浸漬したる後、棒状に束ねて所定のペン先形状に成型し、次いでこれを酸化性雰囲気中で酸化し、焼成して炭素質線状体とし、該炭素質線状体を絡み合せ、その各線状体間に炭素質体を存在させ、各線状体間を連結させてペン先とする方法が提案されている。

また、特許文献２においては、アルミナ繊維、アルミナ・シリカ繊維およびアルミナ・ボリア・シリカ繊維の群より選ばれた、単独繊維又は混合繊維の繊維束を、酸化ケイ素、酸化ケイ素前躯体、アルミナ、アルミナ前躯体、水ガラス、部分安定化ジルコニア等の結合剤の溶液又は泥漿に浸漬し、ノズルを通過させて成型し、水分を除去した後、温度７００〜１７００℃で焼成してペン先とする方法が提案されている。

さらに、特許文献３では、無機繊維、特にステンレス鋼繊維を板状に焼結したものから円盤状基体をプレス装置により打ち抜き、この基体をキャップ状に型成形してなる無機繊維製ペン先とする方法も提案されている。

これらガラス、セラミックス又は各種金属製の無機フィラメントを集束して調製されたペン先は、耐摩耗性に優れるものである。
しかしながら、プラスチック製ペン先に比べて、靭性に劣るとともに、耐衝撃性が小さく、筆記具として重要な特性である書き味が非常に劣悪で、特に、描線の太さを細くすればするほど書き味が悪化する傾向がある等の不利がある。

また、ペン先の繊維の先端部が、紙の繊維を引き千切ってインキ流出用間隙に食い込ませて目詰まりを惹起し、描線を乱しやすい等の弊害がある。
それらを解決するものとして、熱可塑性の液晶ポリマー、又は当該液晶ポリマーを含有する配合組成物を成形して得られるフィラメントを集束し、これをバインダー樹脂で接着・硬化して繊維製ペン先を調製する方法が、特許文献４において提案されている。
特公昭５５− １９１９５号公報（特許請求の範囲） 特開昭６１−１２０７９９号公報（特許請求の範囲） 特開昭６３−２１６７９６号公報（特許請求の範囲） 特開平 １−２８３１９７号公報（特許請求の範囲）

液晶ポリマーを含有する配合組成物を成形して得られる、フィラメントから調製されるペン先は、耐磨耗性が向上し、筆記描線の線幅の変化が抑制され、曲げ強度及び曲げ弾性率が増大し、筆記具寿命を延ばすことが可能となる。
また、ペン先の変形やバラケが防止されるので、すこぶる良好な書き味が得られるものである。

しかしながら、素材である液晶ポリマーは、通常の熱可塑性樹脂よりも軟化点が高いため、フィラメントを調製する際に混合されうる樹脂が、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイドなどに限定される。
しかも、上記効果をより良く発揮させるためには、液晶ポリマーの混合量を２０ｗｔ％以上とする必要がある。

この発明はかかる現状に鑑み、アクリロニトリル樹脂の繊維を素材とする繊維束、すなわち、アクリル繊維束を用いて、繊維製ペン先を調製する際に、引張強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上の繊維が混入された繊維束を用いることによって、また、そのような繊維束を合成樹脂バインダーで接着固化して得られた棒状体を、ペン先形状に切削加工する際に、切削工程を二段階に分けることによって、筆記感が従来のものと変わらず、しかも耐磨耗性が格段に優れた繊維製ペン先と、その製造方法を提供せんとするものである。

前記の目的を達成するため、この発明の請求項１に記載の繊維性ペン先は、
引張強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上の繊維が２〜４０質量％混入された、ペン先形成用のアクリル繊維束を素材とすること
を特徴とするものである。

また、この発明の請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の繊維製ペン先において、
前記引張強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上の繊維は、
アラミド繊維であること
を特徴とするものである。

また、この発明の請求項３に記載の発明は、
請求項２に記載の繊維製ペン先において、
前記アラミド繊維が、
ポリパラフェニレンテレフタルアミドからなるパラ型アラミド繊維であること
を特徴とするものである。

また、この発明の請求項４に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の繊維製ペン先において、
前記引張強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上の繊維は、
ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維であること
を特徴とするものである。

さらに、この発明の請求項５に記載の繊維製ペン先の製造方法は、
引張強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上の繊維が２〜４０質量％混入されたペン先形成用の熱可塑性樹脂繊維を集束して繊維束とし、
合成樹脂バインダーで接着固化して得られた棒状体をペン先形状に切削加工すること
を特徴とするものである。

さらにまた、この発明の請求項６に記載の発明は、
請求項５に記載の繊維製ペン先の製造方法において、
前記切削加工は、
前記棒状体を所望のペン先形状に切削する第１工程と、第１工程で形成されたペン先形状の表面に残存する引張強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上の繊維を削除する第２工程とからなること
を特徴とするものである。

アクリル繊維に、引張強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上の繊維（以下、「抗張力繊維」という。）を、通常２〜４０質量％、好ましくは５〜３０質量％を混入することにより、ペン先の摩耗率が、抗張力繊維が混入されていない繊維製ペン先に比較して、耐磨耗性を格段に向上させることができる。

従来、抗張力繊維は、ペン先にするときの成形性が悪く、ペン先とする際の切削性も良くないので、ペン先の素材としては不適格なものとされていたが、抗張力繊維を２〜４０質量％、熱可塑性樹脂繊維に混入した範囲では、耐磨耗性の向上に効果があるとともに、得られる繊維束の性状が、主原料であるアクリル繊維とほぼ変わらず、ペン先にするときの成形性がよい。
また、一部問題と見られる、抗張力繊維のペン先筆記面の表層への出現も、切削工程を２段階に分けることにより容易に解決でき、成形に支障となることがない。
さらに、このようにして得られたこの発明のペン先は、筆記感は従来の繊維製ペン先と同等で、耐磨耗性が格段に優れたものである。

繊維束から調製される繊維製ペン先は、ポリアクリロニトリル樹脂からなる極細の繊維を集束し、合成樹脂バインダーを用いて接着し、加熱・加圧して固化させ、得られた棒状体をペン先形状に切削加工することにより調製されている。

そのような調製時、この発明においては、アクリル繊維の集束に際して、引張強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上の抗張力繊維を混入させることを特徴とするものである。

引張強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上の抗張力繊維としては、アラミド繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズオキサゾール）繊維、高強度ポリエチレン繊維、液晶繊維、炭素繊維、ガラス繊維、スチール繊維などが挙げられるが、この発明にとり好ましい抗張力繊維は、アラミド繊維およびＰＢＯ繊維である。

前記アラミド繊維の中でも、分子骨格が直列状に配列しているパラ型アラミド繊維が好ましい。
特に、繰り返し構造がパラフェニレンジアミンとテレフタール酸から構成され、分子骨格が直接状に配列しているポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維が好ましい。

また、ポリパラフェニレンテレフタルアミドからなるパラ型アラミド繊維としては、既に市販品がある。
例えば、テイジントワロン株式会社製Ｔｗａｒｏｎ、デュポン株式会社製Ｋｅｖｌａｒなどが、この発明に好ましく用いられる。
さらに、ＰＢＯ繊維としては、東洋紡績株式会社製ＺＹＬＯＮなどが挙げられる。

アクリル繊維への抗張力繊維の混入率は、通常２〜４０質量％で、好ましくは５〜３０質量％である。
熱可塑性樹脂繊維への抗張力繊維の混入率を４０質量％より多くしても、その増加量に応じた耐磨耗性の向上は認められないことが多く、むしろ切削加工性を著しく悪くする上に、筆記時のコシが出なくなる（ペン先中心が柔らかくなる。）おそれがあるので、多量の添加は避けるのが好ましい。
一方、２質量％未満の添加では、抗張力繊維の混入の効果が殆ど認められず、ペン先の耐磨耗性の向上が期待できない。

抗張力繊維を混入させたアクリル繊維を集束して繊維束とし、合成樹脂バインダーで接着固化し棒状体とする工程は、公知の手段を採用すればよく、例えば、合成樹脂バインダーとしては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂などの合成樹脂溶液が用いられ、硬化のための加熱は、温度１２０〜２８０℃である。

かくして得られた棒状体は、所定の形状に切削し、ペン先とするものであるが、公知の切削加工条件で、ペン先に切削加工（第１工程）すると、得られたペン先は、描線が掠れることがあり、正常な筆記ができなくなることがある。

その原因は、混入された抗張力繊維が、アクリル繊維に比較して、耐切削性が大きく、切削により形成されたペン先筆記面の表層に、抗張力繊維が繊維の状態で出現するためである。
従来の切削方法で出現した抗張力繊維が、ペン先筆記面の表層に出現してしまった場合には、ヤスリや砥石などの公知の研摩手段で再研摩すること（第２工程）によって、抗張力繊維の出現による問題をほぼ完全に解消することができる。

＜実施例１＞
３．３ｄＴのアクリル短繊維に、１．５ｄＴのパラフェニレンテレフタルアミドの繰り返し構造による、分子骨格が直列状に配列しているパラ型アラミド繊維（引張強度３００ｋｇ／ｍｍ^２）を１０％混合し、７．０ｇ／ｍのスライバーを調整する。
その後、メラミンホルムアルデヒド初期縮合物の２３％溶液中に浸漬し、ノズルで絞液し、予備乾燥した後に温度２４０℃のダイス中に導入して引き抜き成形し、ペン先材料となるφ４．５ｍｍの棒状体を得た。
ついで、得た棒状体を３０ｍｍに切断し、一方の先端を、略円錐状に切削加工して所定ペン先形状にした。（第１工程）
このとき、切削加工したペン先筆記面の表層には、多数のアラミド繊維が残留していた（図１参照）。
この表層のアラミド繊維を、紙やすりにて除去し、気孔率５７％のこの発明のペン先を得た。（第２工程）
表面状態は、図２に示したとおりであった。

＜実施例２＞
３．３ｄＴのアクリル短繊維に、１．７ｄＴのＰＢＯ繊維（引張強度５８０ｋｇ／ｍｍ^２）を１０％混合した、６．８ｇ／ｍのスライバーを用い、その他は、実施例１と同様の工程で、気孔率６０％のペン先を得た。

＜比較例１＞
３．３ｄＴのアクリル短繊維のみを用いて、その他は実施例と同様の工程で、気孔率５７％のペン先を得た。

実施例１、２及び比較例１で得られたペン先を、筆記速度４．５ｍ／ｍｉｎ、荷重５０ｇで筆記し、筆記感と耐磨耗性を比較したところ、この発明のペン先の筆記感は比較例（従来のペン先）と同等で、ペン先の摩耗量が、以下の表１に示されるように１／２であった。

この発明に係るペン先の、第１工程の切削後の表面状態を示す顕微鏡写真である。 この発明に係るペン先の、第２工程の切削後の表面状態を示す顕微鏡写真である。

なし

Claims (6)

1. 引張強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上の繊維が２〜４０質量％混入された、ペン先形成用のアクリル繊維束を素材とすること
   を特徴とする繊維製ペン先。
2. 前記引張強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上の繊維は、
   アラミド繊維であること
   を特徴とする請求項１に記載の繊維製ペン先。
3. 前記アラミド繊維が、
   ポリパラフェニレンテレフタルアミドからなるパラ型アラミド繊維であること
   を特徴とする請求項２に記載の繊維製ペン先。
4. 前記引張強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上の繊維は、
   ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維であること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の繊維製ペン先。
5. 引張強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上の繊維が２〜４０質量％混入されたペン先形成用のアクリル繊維を集束して繊維束とし、
   合成樹脂バインダーで接着固化して得られた棒状体をペン先形状に切削加工すること
   を特徴とする繊維製ペン先の製造方法。
6. 前記切削加工は、
   前記棒状体を所望のペン先形状に切削する第１工程と、第１工程で形成されたペン先形状の表面に残存する引張強度が２００ｋｇ／ｍｍ^２以上の繊維を削除する第２工程とからなること
   を特徴とする請求項５に記載の繊維製ペン先の製造方法。