JPH06157974A - 非焼成色鉛筆芯及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 板状粒子を含む体質材と、結合材と着色材と
滑材とを配合し、混練した混練物を押出ノズル上流部に
ノズル口へ向かって連続的に流路断面積が減少する複数
の同心円錐管状の整流板を設けた整流板付押出ノズルに
よって押出成形する外周表層部で、板状粒子が同心円管
状に配向し、中心部との間の内部で、半径方向に間隔を
おいて体質材が同心円管状に配向している層を一層以上
有し、残りの部分で体質材がランダム又は放射状に配向
している非焼成色鉛筆芯とその製造方法。 【効果】 筆記時の濃度を低下させることなく曲げ強度
などの機械的強度を向上させ、強度と濃度のバランスに
優れ、且つ書き味も良好である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主として木軸色鉛筆芯、
シャープペンシル用色鉛筆芯とその製造方法に関する。
詳しくは、体質材と結合材と着色材と滑材とを配合し、
混練、押出成形してなる非焼成色鉛筆芯において、内部
に同心で相似の芯体を埋め込んだ様な新規な内部構造を
有し、格段に優れた曲げ強度と、滑らかな書き味とを有
する非焼成色鉛筆芯及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の非焼成色鉛筆芯は、結合材として
一種または二種以上の熱可塑性有機高分子物質、もしく
は熱硬化性有機高分子物質が用いられ、これに着色材、
ワックス類及び無機質充填材たる体質材、更に必要に応
じて前記結合材たる有機高分子物質の可塑剤、もしくは
溶剤等を添加、配合した配合組成物を混練し、この混練
物を押出成形した後、前記可塑剤もしくは溶剤を揮発さ
せ、必要に応じて熱処理を施して製造されている。

【０００３】しかしながら、非焼成色鉛筆芯における結
合材である有機高分子物質は、焼成鉛筆芯の結合材であ
る粘土、炭化物に比べて機械的強度が劣るという欠点を
有している上に、滑らかな筆感と紙に対する付着性を得
るために添加されるワックス類が非焼成色鉛筆芯の機械
的強度を更に低下させるという問題があった。

【０００４】そこで非焼成色鉛筆芯の機械的強度、即ち
曲げ強度、引張強度、衝撃強度等を上げるために、従
来、例えば短繊維状もしくは針状の結晶構造を有するチ
タン酸カリウムを添加する方法（特開昭５２−８８４１
９号公報参照）や、チタン酸カリウム繊維体を添加する
方法（特開昭５６−１６３１７１号公報参照）や、繊維
状黒鉛、繊維状炭素、または繊維状顔料を添加する方法
（特公昭４８−１８３４７号公報参照）等が提案されて
いる。

【０００５】ところで、繊維状物質を含有させることに
より機械的強度を増大させることはできても、書き味の
点で不満が残るものが多い。数ある繊維状物質の中で、
色相の点で色鉛筆芯には使用できない繊維状黒鉛や繊維
状炭素を除くと、色鉛筆芯に使用できるように色相が無
色、白色または淡色で且つ比較的機械的強度と書き味の
バランスが良いものとしてはチタン酸カリウムウィスカ
ーを挙げることができる。

【０００６】しかしながら、このチタン酸カリウムウィ
スカーの場合も、次のような弊害がある。即ちチタン酸
カリウムウィスカーは吸湿性が顕著であるのでカリウム
がカリウムイオンとなって溶出しやすく、そのためｐＨ
が上がって、結合材との濡れ性の悪化や他の配合組成物
の変質をまねきやすくなり、色鉛筆芯の製造プロセスや
芯の完成後において材料が経時的に変化して、機械的強
度の低下をまねく弊害がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、機械
的強度に優れて実用上折れ難く、且つ書き味も良好で、
更に経時的に機械的強度の低下しにくい非焼成色鉛筆芯
を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記の課題を
解決するため鋭意研究を行った結果、従来、黒鉛等の鱗
片状結晶を含む焼成鉛筆芯や体質材に板状粒子を使用し
た非焼成色鉛筆芯の場合、外周表層部にこれら偏平粒子
が同心円管状に配向し機械的強度を高めていることにヒ
ントを得て、芯の内部においてもこの同心円管状の配向
を形成させることを試みた結果、これが可能であること
を見出して本発明を完成した。

【０００９】従来の一般的な非焼成色鉛筆芯の横断面組
織を図４及び図５に示す。図４は体質材に板状粒子を使
用したものに多く観察され、図５は体質材に繊維状物質
や無定形粒子を使用したものに多く観察される組織であ
る。芯の曲げ強度はそれが焼成鉛筆芯、非焼成鉛筆芯の
違いに関わらず、内部に比較して外周部のスキン層ほど
高いことは知られている。これは芯を押出成形する際の
ダイス管壁との高いせん断応力によって、外周部の体質
材の配向が高まることに起因する。

【００１０】本発明者はこの事実に鑑み、芯の内部にお
いても体質材を配向させることを試みた。黒鉛等の鱗片
状の体質材を含む体質材、結合材、可塑剤、溶剤等の混
練物をノズル孔から押出成形するに当り、ノズル孔の前
に、ノズル口に向って連続的に流路断面積が減少する複
数の同心円錐管状の整流板を設け、この整流板と押出ノ
ズルとによって押出成形すると芯の内部にも同心円管状
に黒鉛が配向して強度が上ることを知り、平成４年９月
２５日に特願平４−２５６３０７号として特許出願し
た。

【００１１】その後の研究により、この装置を使って押
出成形した芯は、内部がすべて同心円管状になるわけで
はなく、内部において、半径方向に間隔をおいて体質材
が同心円管状に配向している層を一層以上有しており、
残りの部分においては体質材がランダムないし放射状に
配向していることが判った。そしてそれによって、芯の
内部全体が同心円管状になっている場合より、筆記時の
濃度が低下しないことを見出し、曲げ強度などの機械的
強度を向上させながら、強度と濃度のバランスがよくと
れた芯が得られることがわかった。

【００１２】そこで、本発明者は、この考えを非焼成色
鉛筆芯にも適用して、色鉛筆芯の強度を増大させると共
に、書き味の点で満足できるものができるのではないか
と考え、黒鉛等の代りに、明色の板状粒子を配合してこ
れを試みた所、所期の強度と濃度のバランスに優れ、且
つ書き味も良好な非焼成色鉛筆芯を得て本発明を完成し
た。

【００１３】すなわち本発明は次の通りである。 （１） 色鉛筆芯の外周表層部においては、板状粒子を
含む体質材が同心円管状に配向し、且つ中心部との間の
内部において、半径方向に間隔をおいて、該体質材が同
心円管状に配向している層を一層以上有しており、残り
の部分においては該体質材がランダムないし放射状に配
向してなる非焼成色鉛筆芯。

【００１４】（２） 体質材と結合材と着色材と滑材と
を配合し、混練、押出成形してなる非焼成色鉛筆芯にお
いて、体質材の一部または全部に板状面の粒子径２０μ
ｍ以下、厚さ１μｍ以下の板状粒子を一種又は二種以上
添加、配合してなる請求項１記載の非焼成色鉛筆芯。

【００１５】（３） 体質材と結合材と着色材と滑材と
を配合し、混練、押出成形してなる非焼成色鉛筆芯の製
造方法において、体質材に板状面の粒子径２０μｍ以
下、厚さ１μｍ以下の板状粒子を配合、混練し、押出ノ
ズル上流部にノズル口へ向かって連続的に流路断面積が
減少する、複数の同心円錐管状の整流板を設け、この整
流板と押出ノズルとによって、該混練物を押出成形する
ことを特徴とする非焼成色鉛筆芯の製造方法。

【００１６】本発明の非焼成色鉛筆芯を得る方法を具体
的に説明する。熱可塑性有機高分子物質もしくは熱硬化
性有機高分子物質などの結合材に、着色材、ワックス類
を配合し、更に体質材の一部または全部にタルク、マイ
カなどの板状粒子の一種または二種以上を添加、配合
し、更に必要に応じて前記結合材たる有機高分子物質の
可塑剤、もしくは溶剤などを添加、配合した配合組成物
を混練し、この混練物を押出成形する際、水平断面図
（図６）、中心軸を通る垂直面断面図（図７）に示す、
ノズル口へ向って連続的に流路断面積が減少する、複数
の同心円錐管状の整流板を取り付けた押出用ダイスを用
いる。

【００１７】混練物が整流板の間隙を通過する際に、混
練物中に含まれるタルク、マイカなどの板状粒子の体質
材は整流板壁面との高いせん断応力によって押出方向の
配向が高まり、更にテーパー部を通過し、混練物の流れ
が合流する際に、整流板壁面に接触する部分は体質材が
同心円管状に高度に配向する層を形成し、内部のそれ以
外の部分は、図１の同心円状以外の部分に示されるよう
に体質材が蜂の巣に蜂が群れる如くランダム状の構造で
あったり、図２、図３の同心円状以外の部分に示される
ように、体質材が放射状に配向した構造を形成する。

【００１８】これらの内部組織の相違は、使用する体質
材、結合材、着色材、滑材の種類、整流板の間隙、混練
物が整流板を通過する際の粘度、せん断応力、せん断速
度などに依存する。従って所望の構造体を得るために
は、予め実験的に得られた所定の押出条件を設定すれば
良い。また図３に示す如く内部組織中の同心円管状の層
状構造の数を２層以上形成させるには、図８及び図９に
示す様に同心円錐管状の整流板の数を増やすと良い（図
８は水平面断面図、図９は中心軸を通る垂直面断面図で
ある）。

【００１９】このようにして押出成形によって得られた
線状体から、前記可塑剤、もしくは溶剤を揮発させ、必
要に応じて熱処理を施して、本発明の非焼成色鉛筆芯を
得ることができる。

【００２０】本発明に用いられる体質材は、色鉛筆芯に
使用できるように色相が無色、白色、または淡色で且つ
比較的機械的強度と書き味のバランスが良いものとし
て、タルク、マイカ、窒化ほう素、フッ化黒鉛、フッ化
炭素、アルミナなどの板状粒子の一種または二種以上を
選択し、面方向の平均粒子径が２０μｍ以下、好ましく
は１０μｍ以下に調整する。板状粒子の厚み方向は１μ
ｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下、より好ましくは
０．３μｍ以下に調整すると良い。

【００２１】本発明の配合組成物中には、前記板状粒子
の一種または二種以上を体質材として含有しなければな
らず、体質材の全てが前記板状粒子であることが望まし
いが、必要に応じて繊維状物質などの他の体質材を併用
することも可能である。その場合においても、全体質材
中少なくとも２０重量％以上の割合で、前記板状粒子を
添加するのが機械的強度向上度合からみて好ましい。

【００２２】

【実施例】次に本発明を実施例により、更に具体的に説
明するが、本発明はこの実施例によって何等限定される
ものではない。 （実施例１） ＣＭＣ １０重量部 カスターワックス ２５重量部 タルク ３０重量部 窒化ほう素 １５重量部 レーキ系赤色顔料 ２０重量部 上記配合組成物に更に１００重量部に相当する水を加え
て、これらをニーダーで混合分散させた後に２本ロール
で混練しながら水分調整し、この混練物を図６及び図７
に示す複数の同心円錐管状の整流板を取り付けた押出用
ダイスを用いて押出成形した後、６０℃で６０時間乾燥
させて水分を蒸発させて直径３ｍｍの非焼成赤色鉛筆芯
を得た。得られた色鉛筆芯の横断面組織は、図１に示す
如く、体質材が芯の外周部においては同心円管状に配向
し、且つ内部においても体質材が同心円管状に配向して
いる層を一層有し、内部組織のそれ以外の部分は、体質
材が蜂の巣に蜂が群れる如くランダム状の構造を形成し
ていた。

【００２３】（実施例２） セルロイド ４０重量部 ステアリン酸マグネシウム １５重量部 チタン酸カリウムウィスカー １０重量部 マイカ ２０重量部 レーキ系赤色顔料 １５重量部 上記配合組成物に更に１００重量部に相当する酢酸エチ
ルを溶剤として加え、これらをニーダーで混合分散させ
た後に２本ロールで混練しながら溶剤量を調整し、この
混練物を図６及び図７に示す複数の同心円錐管状の整流
板を取り付けた押出用ダイスを用いて８０℃で押出成形
した後、６０℃で９０時間乾燥させて溶剤分を揮発させ
て直径０．５ｍｍのシャープペンシル用の非焼成赤色鉛
筆芯を得た。得られた色鉛筆芯の横断面組織は、図２に
示す如く、体質材が芯の外周部においては同心円管状に
配向し、且つ内部においても体質材が同心円管状に配向
している層を一層有し、内部組織のそれ以外の部分は、
体質材が放射状に配向した構造を形成していた。

【００２４】（実施例３）図８及び図９に示す枚数の多
い複数の同心円錐管状の整流板を取り付けた押出用ダイ
スを用いて押出成形した以外、実施例２と同一の材料を
用い、同様の工程を経て、直径０．５ｍｍのシャープペ
ンシル用の非焼成赤色鉛筆芯を得た。得られた色鉛筆芯
の横断面組織は、図３に示す如く、体質材が芯の外周部
においては同心円管状に配向し、且つ内部においても体
質材が同心円管状に配向している層を二層有し、内部組
織のそれ以外の部分は、体質材が放射状に配向した構造
を形成していた。

【００２５】（比較例１）図１０に示す通常の押出用ダ
イスを用いて押出成形した以外、実施例１と同一の材料
を用い、同様の工程を経て、直径３ｍｍの非焼成赤色鉛
筆芯を得た。得られた芯の横断面組織は、図４に示す如
く従来の組織構造を有していた。

【００２６】（比較例２）図１０に示す通常の押出用ダ
イスを用いて押出成形した以外、実施例２と同一の材料
を用い、同様の工程を経て、直径０．５ｍｍのシャープ
ペンシル用の非焼成赤色鉛筆芯を得た。得られた芯の横
断面組織は、図４に示す如く従来の組織構造を有してい
た。

【００２７】前記により製造した実施例１、２、３、比
較例１、２の芯について、ＪＩＳＳ６００５に準拠して
曲げ強度を試験した。その結果を次の表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】実施例の結果より明らかなように、本発
明による、芯の内部組織において、体質材が芯の外周部
においては同心円管状に配向し、且つ内部においても体
質材が同心円管状に配向している層を一層以上有しその
他の部分はランダム又は放射状に配向している非焼成色
鉛筆芯は、筆記時の濃度を低下させることなく曲げ強度
などの機械的強度を飛躍的に向上させた、強度と濃度の
バランスに優れ、且つ書き味も良好な極めて優れた特徴
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】芯の外周部において体質材が同心円管状に配向
し、内部で、体質材が同心円管状に配向している層を一
層有し、残りの部分がランダムな芯の断面図。

【図２】図１の残りの部分が放射状に配向した芯の断面
図。

【図３】図１の内部に同心円管状の層を２層有し、残り
の部分は放射状に配向した芯の断面図。

【図４】従来の板状粒子を体質材に有する非焼成色鉛筆
芯の断面図。

【図５】従来の体質材に板状粒子を有しない非焼成色鉛
筆芯の断面図。

【図６】複数の同心円錐管状の整流板の水平面断面図。

【図７】図６の整流板のノズル中心軸を通る垂直面断面
図。

【図８】図６の同心円錐管の数が増えた整流板の水平面
断面図。

【図９】図８の整流板のノズル中心軸を通る垂直面断面
図。

【図１０】従来の整流板を有しないノズルの垂直面断面
図。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 色鉛筆芯の外周表層部においては、板状
   粒子を含む体質材が同心円管状に配向し、且つ中心部と
   の間の内部において、半径方向に間隔をおいて、該体質
   材が同心円管状に配向している層を一層以上有してお
   り、残りの部分においては該体質材がランダムないし放
   射状に配向してなる非焼成色鉛筆芯。
2. 【請求項２】 体質材と結合材と着色材と滑材とを配合
   し、混練、押出成形してなる非焼成色鉛筆芯において、
   体質材の一部または全部に板状面の粒子径２０μｍ以
   下、厚さ１μｍ以下の板状粒子を一種又は二種以上添
   加、配合してなる請求項１記載の非焼成色鉛筆芯。
3. 【請求項３】 体質材と結合材と着色材と滑材とを配合
   し、混練、押出成形してなる非焼成色鉛筆芯の製造方法
   において、体質材に板状面粒子径２０μｍ以下、厚さ１
   μｍ以下の板状粒子を配合、混練し、押出ノズル上流部
   にノズル口へ向かって連続的に流路断面積が減少する、
   複数の同心円錐管状の整流板を設け、この整流板と押出
   ノズルとによって、該混練物を押出成形することを特徴
   とする非焼成色鉛筆芯の製造方法。