JP7092666B2 - 鉛筆芯 - Google Patents
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Description
焼成によって製造される有色芯(いわゆる色鉛筆芯)はまず最初に白色又は淡色の多孔質の芯体を製造してから、その細孔に染料インクを含浸させるのが主である。下記特許文献1に開示の発明ではその芯体の強度を増す目的で細孔に樹脂を充填することとしている。
そこで本発明は、黒色芯及び有色芯を問わず、焼成工程を経て製造される鉛筆芯において、樹脂をその表面にコーティングすることにより、鉛筆芯の機械的強度をより増大させることを課題とする。
水平な平板上に被験樹脂を膜厚5μmで塗布した表面に、芯の先端を円筒状のまま残した状態でかつ先端を平坦面に削った鉛筆を45°の角度で荷重7.355Nで押し付け引っかいた際に、該表面に圧痕が生じる最も柔らかい芯の鉛筆の硬度を該被験樹脂の引っかき硬度と定義したときに、
前記被覆層を構成する前記樹脂の引っかき硬度はHB以上であることを特徴とする。
なお、「被験樹脂」とは、引っかき硬度を定義するための概念的なものであって、具体的に本発明に使用される「樹脂」はこのような「被験樹脂」として、上記の定義に則って引っかき硬度が測定されるものである。
すなわち、まず刷毛に被験樹脂をよくなじませるために、当該試験樹脂の一部を用いて試験板とは別の清浄な表面に塗り付けて、刷毛の調子を整えるとともに、この状態で刷毛の質量を計量する。一方、当該被験樹脂について乾燥した塗膜の膜圧が所定の面積において5μmになるのに必要な量をあらかじめ測定しておく。そして当該被験樹脂と当該必要量を注射器にて正確に計り取り、試験板の表面に押し出して広げ、これを当該刷毛で当該所定の面積の範囲に均一に塗布する。必要な量の被験樹脂が塗布されたかどうかは、塗布後の刷毛の質量を再び計量し、元の質量と同じであるかどうかによって確認する。
ここで、「有機無機ハイブリッド樹脂」とは、「無機材料と有機材料の組み合わせ」をいい、「特にその混ざり合いがナノオーダー、時には分子オーダーのもの」をいう。このような有機無機ハイブリッド材は、「プラスチックのようにフレキシブルでありながら機械的強度や耐熱性に優れている」との特徴がある(上記非特許文献1参照)。
さらに、前記被覆層はさらに帯電防止剤を含有することとすれば、鉛筆芯に帯電防止性能を付与することも可能となる。
粉体の窒化ホウ素とバインダーとなる樹脂とを配合し(適宜可塑剤を添加しても可)、この配合組成物を混練する。この混練物を細線状に押出成形する。この成形物を不活性ガス中のような無酸素雰囲気中で加熱焼成し、窒化ホウ素とバインダー炭素との焼成芯体を形成する。この焼成芯体を有酸素雰囲気中で加熱焼成することで、バインダー炭素が酸化し除去され、窒化ホウ素のみの多孔質焼成芯体が得られる。この多孔質焼成芯体は白色である。
最後にこの多孔質焼成芯体をオイルに浸漬し、細孔中にオイルを含浸させ、有色芯が完成する。なお、このオイルは、流動パラフィン等、一般に焼成芯体への含浸に使用されるものであればいずれも使用可である。
なお、前記多孔質焼成芯体に色材を含有させずに白色芯として形成することもできる。
粉体又は鱗片状の黒鉛とバインダーとなる樹脂とを配合し(適宜可塑剤を添加しても可)、これを混合分散し、さらに混練する。この混練物を細線状に押出成形する。この成形物を不活性ガス中のような無酸素雰囲気中で加熱焼成し黒鉛とバインダー炭素との焼成芯体を作成する。この多孔質焼成芯体は黒色である。そして、この多孔質焼成芯体をオイルに浸漬し、細孔中にオイルを含浸させ、黒色芯が完成する。なお、このオイルは、流動パラフィン等、一般に焼成芯体への含浸に使用されるものであればいずれも使用可である。
下記の配合の組成物を加圧ニーダー及び2本ロールで混練し、この混練物を押出機にて細線状に押出成形し、不活性ガス(窒素ガス)雰囲気中で1,000℃で5時間焼成し、窒化ホウ素とバインダー炭素との焼成芯体(以下、「BN芯」とする。)を得た。
窒化ホウ素粉末:50重量%
ポリ塩化ビニル樹脂(バインダー樹脂):40重量%
フタル酸ジオクチル(可塑剤):10重量%
この白色焼成芯体に、下記の配合の色材及び有機溶剤から成る組成物を含浸し、80℃で12時間乾燥した。
スピロンレッドC-PH(染料色材、保土ケ谷化学):20重量%
イソプロピルアルコール(有機溶剤):80重量%
下記の配合の組成物をヘンシェルミキサーで混合分散し、加圧ニーダー及び2本ロールで混練し、この混練物を押出機にて細線状に押出成形した。その後、可塑剤を乾燥除去し、さらに不活性ガス(窒素ガス)雰囲気中で1,000℃、10時間で焼成処理することによって、黒鉛とバインダー炭素との黒色焼成芯体(以下、「黒鉛芯」とする。)を得た。
鱗片状天然黒鉛A:40重量%
ポリ塩化ビニル樹脂(バインダー樹脂):40重量%
ステアリン酸ナトリウム(界面活性剤):1重量%
フタル酸ジオクチル(可塑剤):19重量%
この芯体にα-オレフィンオイル(スペクトラシン4、エクソンモービル)を100℃で6時間含浸し、直径0.564mm、長さ60mmの黒色シャープペンシル芯を得た。この黒鉛芯を、後述の実施例11及び比較例3として使用した。
(3-1)実施例1
前記BN芯を、下記組成の樹脂溶液に浸漬した後、取り出し、溶剤を乾燥させて表面に膜厚1μm程度の被覆層を形成した。
有機無機ハイブリッド樹脂(コンポセランE203、シリカ・エポキシハイブリッド樹脂、荒川化学):15重量%
有機溶剤(イソプロピルアルコール):85重量%
なお、上記樹脂溶液で形成される膜厚5μmの塗膜の引っかき硬度は8Hであった。
前記BN芯を、下記組成の樹脂溶液に浸漬した後、取り出し、溶剤を乾燥させて表面に膜厚1μm程度の被覆層を形成した。なお、本実施例2に係る芯の断面を走査電子顕微鏡にて撮影したのが図1である。図中では、黒っぽい色調のBN芯10の部分が、ミルフィーユ様に薄層を重ねたように見えており、その表層に白っぽい色調の被覆層10が形成されているのが見て取れる。被覆層20の厚さは、図中右下のスケールに照らし合わせれば、部位により変動はあるものの概ね1.0μmである。ちなみに、他の実施例においても概ね同図のような断面像が確認されている。
有機無機ハイブリッド樹脂(コンポセランE203、シリカ・エポキシハイブリッド樹脂、荒川化学):15重量%
顔料色材(MHIレッド、御国色素):60重量%
有機溶剤(イソプロピルアルコール):25重量%
なお、上記樹脂溶液で形成される膜厚5μmの塗膜の引っかき硬度は8Hであった。
前記BN芯を、下記組成の樹脂溶液に浸漬した後、取り出し、溶剤を乾燥させて表面に膜厚1μm程度の被覆層を形成した。
有機無機ハイブリッド樹脂(コンポセランE203、シリカ・エポキシハイブリッド樹脂、荒川化学):15重量%
紫外線吸収剤(ハルスハイブリッドUV-G、日本触媒):3重量%
有機溶剤(イソプロピルアルコール):82重量%
なお、上記樹脂溶液で形成される膜厚5μmの塗膜の引っかき硬度は8Hであった。
前記BN芯を、下記組成の樹脂溶液に浸漬した後、取り出し、溶剤を乾燥させて表面に膜厚1μm程度の被覆層を形成した。
有機無機ハイブリッド樹脂(コンポセランE203、シリカ・エポキシハイブリッド樹脂、荒川化学):15重量%
顔料色材(MHIレッド、御国色素):60重量%
帯電防止剤(ハイセラ、宮崎化学):3重量%
有機溶剤(イソプロピルアルコール):22重量%
なお、上記樹脂溶液で形成される膜厚5μmの塗膜の引っかき硬度は8Hであった。
前記BN芯を、下記組成の樹脂溶液に浸漬した後、取り出し、溶剤を乾燥させて表面に膜厚1μm程度の被覆層を形成した。
エポキシ樹脂(825、三菱化学):15重量%
有機溶剤(イソプロピルアルコール):85重量%
なお、上記樹脂溶液で形成される膜厚5μmの塗膜の引っかき硬度は3Hであった。
前記BN芯を、下記組成の樹脂溶液に浸漬した後、取り出し、溶剤を乾燥させて表面に膜厚1μm程度の被覆層を形成した。
ケトン樹脂(K-90、荒川化学):15重量%
有機溶剤(イソプロピルアルコール):85重量%
なお、上記樹脂溶液で形成される膜厚5μmの塗膜の引っかき硬度は3Hであった。
前記BN芯を、下記組成の樹脂溶液に浸漬した後、取り出し、溶剤を乾燥させて表面に膜厚1μm程度の被覆層を形成した。
ユリア樹脂(フレアミン、株式会社 台和):15重量%
有機溶剤(イソプロピルアルコール):85重量%
なお、上記樹脂溶液で形成される膜厚5μmの塗膜の引っかき硬度は3Hであった。
前記BN芯を、下記組成の樹脂溶液に浸漬した後、取り出し、溶剤を乾燥させて表面に膜厚1μm程度の被覆層を形成した。
フッ素樹脂(FG-5040、株式会社フロロテクノロジー):15重量%
有機溶剤(イソプロピルアルコール):85重量%
なお、上記樹脂溶液で形成される膜厚5μmの塗膜の引っかき硬度は3Hであった。
前記BN芯を、下記組成の樹脂溶液に浸漬した後、取り出し、溶剤を乾燥させて表面に膜厚1μm程度の被覆層を形成した。
シリコーン樹脂(MRS-102、吉田KSK):15重量%
有機溶剤(イソプロピルアルコール):85重量%
なお、上記樹脂溶液で形成される膜厚5μmの塗膜の引っかき硬度は3Hであった。
前記BN芯を、下記組成の樹脂溶液に浸漬した後、取り出し、溶剤を乾燥させて表面に膜厚1μm程度の被覆層を形成した。
アクリル樹脂(A-198-XB、DIC):15重量%
有機溶剤(イソプロピルアルコール):85重量%
なお、上記樹脂溶液で形成される膜厚5μmの塗膜の引っかき硬度は3Hであった。
前記黒鉛芯を、下記組成の樹脂溶液に浸漬した後、取り出し、溶剤を乾燥させて表面に膜厚1μm程度の被覆層を形成した。
有機無機ハイブリッド樹脂(コンポセランE203、シリカ・エポキシハイブリッド樹脂、荒川化学):15重量%
顔料色材(MHIレッド、御国色素):60重量%
有機溶剤(イソプロピルアルコール):25重量%
なお、上記樹脂溶液で形成される膜厚5μmの塗膜の引っかき硬度は8Hであった。
(4-1)比較例1
前記BN芯をそのまま使用した。
前記BN芯を、下記組成の樹脂溶液に浸漬した後、取り出し、溶剤を乾燥させて表面に膜厚1μm程度の被覆層を形成した。
シリコーン樹脂(805レジン、東レ・ダウコーニング):15重量%
有機溶剤(イソプロピルアルコール):85重量%
なお、上記樹脂溶液で形成される膜厚5μmの塗膜の引っかき硬度はBであった。
前記黒鉛芯をそのまま使用した。
(5-1)強度試験
JIS S 6005:2007に準拠してサンプル数100本につき曲げ強度(単位:MPa)を測定し、その平均を求めた。
シャープペンシルにセットした状態で芯を繰り出し、チャックに保持させた状態でシャープペンシルを筆記面に垂直に立て、垂直下向きに力を加え、芯潜り(芯が押し戻されること)が起きた時の力(単位:N)を計測した。この計測は、芯をセットした直後と、芯をセットした状態で10,000回ノックをした後とでそれぞれ行った。
芯の下半分が露光されないようにアルミ箔で覆い、耐光性試験フェードメーター(スガ試験機製、X25)にセットし、100時間露光した後で、露光した部分がアルミ箔で覆った部分に対して退色して色目が変化したかどうかを目視で確認した。評価基準は、ほとんど色の変化がなかった場合を「A」とし、退色して色の変化が見られた場合を「B」とした。
芯を20本ケースに入れた状態で温度25℃、湿度10%の部屋に1日静置させた。その後ケースを1秒間に2回程度の速さで1分間振り、ケースの蓋を開けて蓋側が真下になるようにケースを傾け、落ちてきた芯の数をカウントした。評価基準、落ちてきた芯が10本以上の場合を「A」とし、9本以下の場合を「B」とした。
上記(5)の各試験結果は下記表1の通りであった。なお、表中の「-」は、樹脂種及び引っかき硬度については樹脂によるコーティングがなされていないことを示し、耐光性及び耐電性能については試験を行っていないことを示す。
BN芯に関しては、被覆層が形成されていない比較例1に対して、被覆層が形成されている実施例1~10はいずれも曲げ強度及びチャック保持力が優れていた。
また、樹脂の製品が異なることで引っかき硬度がHBより低い樹脂で被覆層が形成されている比較例2に対しても、引っかき硬度がHB以上の樹脂で被覆層が形成されている実施例1~10は曲げ強度に優れていた。
そして、実施例1~10の中でも、樹脂の引っかき硬度が8Hと比較的高い実施例1~4は、樹脂の引っかき硬度が3Hと比較的低い実施例5~10に比べて、曲げ強度が優れていた。
なお、被覆層に顔料色材が添加されている実施例2及び実施例4、並びに紫外線吸収剤が添加されている実施例3は、顔料色材及び紫外線吸収剤のいずれも添加されていない実施例1及び実施例5~10に対し耐光性が優れており、芯色の経時的な退色を防止することが期待できる。
さらに、実施例4の結果から、被覆層に帯電防止剤を添加することで、静電気防止効果も期待できる。
黒鉛芯に関しては、被覆層が形成されていない比較例3に対して、被覆層が形成されている実施例11は曲げ強度及びチャック保持力が優れていた。なお、耐光性とは直接関係はないが、実施例11では色材を添加して芯色の黒色とは異なる赤色の色彩を芯表面に表すことができ、これにより意匠性を向上させることができる。
Claims (5)
- 窒化ホウ素のみの多孔質焼成芯体の表面が樹脂による被覆層で被覆されている鉛筆芯であって、
水平な平板上に被験樹脂を膜厚5μmで塗布した表面に、芯の先端を円筒状のまま残した状態でかつ先端を平坦面に削った鉛筆を45°の角度で荷重7.355Nで押し付け引っかいた際に、該表面に圧痕が生じる最も柔らかい芯の鉛筆の硬度を該被験樹脂の引っかき硬度と定義したときに、
前記被覆層を構成する前記樹脂の引っかき硬度は3H以上であるとともに、
前記樹脂は、有機無機ハイブリッド樹脂、ケトン樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂及びフッ素樹脂から成る群から選ばれることを特徴とする鉛筆芯。 - 黒鉛とバインダー炭素との黒色焼成芯体の表面が樹脂による被覆層で被覆されている鉛筆芯であって、
水平な平板上に被験樹脂を膜厚5μmで塗布した表面に、芯の先端を円筒状のまま残した状態でかつ先端を平坦面に削った鉛筆を45°の角度で荷重7.355Nで押し付け引っかいた際に、該表面に圧痕が生じる最も柔らかい芯の鉛筆の硬度を該被験樹脂の引っかき硬度と定義したときに、
前記被覆層を構成する前記樹脂の引っかき硬度は3H以上であるとともに、
前記樹脂は、有機無機ハイブリッド樹脂、ケトン樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、及びフッ素樹脂から成る群から選ばれることを特徴とする鉛筆芯。 - 前記被覆層はさらに色材を含有することを特徴とする請求項1又は2記載の鉛筆芯。
- 前記被覆層はさらに紫外線吸収剤を含有することを特徴とする請求項1又は2記載の鉛筆芯。
- 前記被覆層はさらに帯電防止剤を含有することを特徴とする請求項1又は2記載の鉛筆芯。
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