JPH07216286A

JPH07216286A - 焼成鉛筆芯とその製造方法

Info

Publication number: JPH07216286A
Application number: JP1092394A
Authority: JP
Inventors: Osamu Shimizu; 修清水
Original assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 1994-02-02
Filing date: 1994-02-02
Publication date: 1995-08-15

Abstract

(57)【要約】【構成】芯の軸方向の組織において、体質材が螺旋状
に配向している焼成鉛筆芯又１つの芯体中に少なくとも
２種の体質材の螺旋状の配向形態が存在する焼成鉛筆芯
とそれらの製造方法。【効果】硬度、筆感は従来の鉛筆芯と変わらないが、
強度を飛躍的に向上させ、強度と濃度のバランスが極め
て優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は木軸鉛筆芯、シャープペ
ンシル用の芯などの鉛筆芯に関して、更に詳しくは黒鉛
などの体質材と結合材とを主材とし、混練、押し出し成
形後、高温で熱処理してなる強度、濃度、筆記性能をバ
ランスよく兼ね備えた鉛筆芯及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の木軸鉛筆芯、シャープペンシル用
の芯は、黒鉛、カーボンブラックなどの体質材に、粘
土、天然高分子、合成高分子、ピッチ、アスファルトな
どの結合材を加え、さらに必要に応じて所要の溶剤およ
び／または可塑剤を添加して、これらを混練し、該混練
物を線状体に押し出し成形した後、９００〜１２００℃
の高温で焼成し、得られた焼結体の気孔中に油脂類を含
浸させて完成されている。

【０００３】従来の焼成鉛筆芯の中でも、特に直径の細
いシャープペンシル用芯は芯の強度不足のため、硬度に
よっては、いまだに実用強度のレベルに達していない。
芯の強度を向上させるための方法として種々の方法が提
案されている。例えば特開昭６２−６４８７６号公報に
は、着色材と結合材と可塑剤または溶剤とを含む混練物
中の可塑剤または溶剤を抽出除去した後、押出成形する
方法が提案されている。

【０００４】特開昭６２−１２９３７０号公報には、書
き味を損なうことなく強度を高める方法として、グラフ
ァイトウィスカーを配合する鉛筆芯の製造方法が提案さ
れている。また特開昭６３−１５６８７３号公報には、
濃度が一定で、折れにくく、かつ滑らかな運筆性を備え
たシャープペンシル芯として、アルミネート系カップリ
ング剤を添加したものが提案されている。これらの方法
は追試の結果、全て強度は向上するものの、濃度は低下
し、書き味も悪くなる傾向を有している。また逆に筆記
性能を向上させると、強度が低下する傾向を有するた
め、根本的な問題解決となっていない。

【０００５】またシャープペンシル芯製造においては、
黒鉛などの体質材と結合材、さらに必要に応じて溶剤お
よび／または可塑剤を混練したものを押出成形、高温焼
成するだけでは強度、濃度、筆記性能のバランスに問題
があるのが現状である。

【０００６】一方炭素繊維の製造方法において、繊維横
断面の構造を制御することにより高性能炭素繊維を得る
方法が知られている。例えば特開昭６４−６１２３号公
報には、炭素分子の配向組織が繊維断面においてランダ
ムないしはオニオンスキン構造を示し、表面に開裂のな
い、高強度・高弾性率を有するピッチ系炭素繊維の製造
方法が提案されている。鉛筆芯及びシャープペンシル芯
についても炭素繊維と同様に、芯体中の横断面の構造を
制御することにより高性能鉛筆芯を得る方法が開示され
たが、芯体軸方向の構造を制御しようとする方法はこれ
までに開示されていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は強度、
濃度、筆記性能をバランスよく兼ね備えた木軸鉛筆芯、
シャープペンシル用芯等の鉛筆芯及びその製造方法を提
供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】一般的なシャープペンシ
ル用芯の表面の組織を図４に示す。図に示す如く、鉛筆
芯を製造するにあたり、熱処理を施すことによりできる
収縮しわから、黒鉛などの体質材が軸方向に平行に配向
していることがわかる。これは鉛筆芯及びシャープペン
シル芯を製造するにあたり、黒鉛、カーボンブラックな
どの体質材に、粘土、天然高分子、合成高分子、ピッ
チ、アスファルトなどの結合材を加え、さらに必要に応
じて所要の溶剤および／または可塑剤を添加し、ヘンシ
ェルミキサー、加圧ニーダー、二本ロールなどで混練
し、該混練物を押し出し成形するに際して、図１１に示
す溝の存在しない従来のダイスで押し出し成形すると、
該混練物中に含まれる黒鉛などの体質材がダイス内壁面
との高いせん断応力により押し出し方向の配向が高ま
り、体質材の配向方向と芯の軸方向とがおりなす角度
（螺旋角）がほぼ０°となるためである。

【０００９】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、鉛筆芯、シャープペンシル用芯の
軸方向の構造を制御出来ないかに想到し、種々の実験の
結果、鉛筆芯及びシャープペンシル芯を製造するにあた
り、押し出し成形工程で芯体中の体質材を軸方向に対し
て螺旋状に配向させることにより、芯体横方向の１種の
編み目構造を作りだし、濃度、書き味を保持しながら曲
げ強度を飛躍的に向上させ得ることを知見し、本発明を
完成した。

【００１０】黒鉛、カーボンブラックなどの体質材に、
粘土、天然高分子、合成高分子、ピッチ、アスファルト
などの結合材を加え、さらに必要に応じて所要の溶剤お
よび／または可塑剤を添加し、ヘンシェルミキサー、加
圧ニーダー、二本ロールなどで混練する。次に該混練物
を押し出し成形する際、図８に示す内部に螺旋溝を有す
る押し出し用ダイスを用いる。前述したように溝の存在
しない従来のダイスで押し出し成形する場合、該混練物
中に含まれる黒鉛などの体質材の配向方向と芯の軸方向
とがおりなす角度（螺旋角）はほぼ０°となる。しか
し、図８のダイスを用いることにより該混練物がダイス
内壁面との高いせん断応力により押し出し方向の配向が
高められつつ、螺旋溝によりさらに軸方向に対するひね
りの力が加わりながら、そのまま乱流を起こすことなく
層流状態でノズル部を通過することにより、図１に示す
如く芯の軸方向の組織において体質材が螺旋状に配向し
た線状体を得ることができる。得られた線状体を９００
〜１２００℃の温度で焼成し、得られた焼結体に油脂類
を含浸させることにより本発明の請求項１記載の鉛筆芯
を得ることができる。なお芯体中の体質材の配向方向と
軸方向とがおりなす角度（螺旋角）は、押し出し方向と
螺旋溝の方向とがおりなす角度や螺旋溝の深さ、あるい
は押し出し時の該混練物の吐出速度を変えることなどに
より任意に変えることができる。

【００１１】あるいは該混練物を押し出し成形する際、
図８のダイスにさらに表面に螺旋溝を有する同心円管状
の整流板を取り付けた図９に示す押し出し用ダイスを用
いる。従来の鉛筆芯及びシャープペンシル芯は、横断面
において、図７に示す如く、芯の外表部に１つのスキン
層とその内部に蜂の巣に蜂が群がった様なランダムな組
織を観察することができる。図９のダイスを用いること
によりダイス内壁面との高いせん断応力による第１スキ
ン層と整流板壁面とのせん断応力による第２スキン層の
２つのスキン層を有する芯を得た。しかも、ダイス内壁
面の螺旋溝の角度と整流板面の螺旋溝の角度を変えたた
めに、図２と図５に示す如く、第１スキン層と第２スキ
ン層の間の組織中の体質材の螺旋角と第２スキン層内部
の組織中の体質材の螺旋角が異なった、２つの配向形態
が存在する線状体を得ることができる。得られた線状体
を９００〜１２００℃の温度で焼成し、得られた焼結体
に油脂類を含浸させることにより本発明の請求項２記載
の１つの芯体中に２種類の体質材の螺旋状の配向形態が
存在する鉛筆芯を得ることができる。

【００１２】ダイス内壁面の螺旋溝と整流板壁面の螺旋
溝の、押し出し方向に対する角度などを変えることによ
り、体質材の螺旋角・配向形態は任意の２種類のものを
得ることができる。また、螺旋溝を有する整流板の数を
増やすことにより、１つの芯体中に体質材の配向形態が
多種存在する鉛筆芯を得ることができる。例えば該混練
物を図１０に示すダイスを用いて押し出し成形すると図
３と図６に示す如く３つの体質材の配向形態が存在する
鉛筆芯を得ることができた。

【００１３】また別の製造方法として該混練物を、図１
２に示す、ノズル部に螺旋溝を有するスクリュー式、ラ
ム式などの単層用押し出し機を２台用いた多層押し出し
で成形する。押し出された線状体中の体質材は、２台そ
れぞれの押し出し機のノズル部で加えられたひねりの力
が活かされる形で押し出し方向に螺旋状に配向してお
り、図２と図５に示す如く第１スキン層と第２スキン層
の２つのスキン層を有し、第１スキン層と第２スキン層
の間の組織中の体質材の螺旋角と第２スキン層内部の組
織中の体質材の螺旋角が異なった、２つの配向形態が存
在する線状体を得ることができる。得られた線状体を９
００〜１２００℃の温度で焼成し、得られた焼結体に油
脂類を含浸させることにより本発明の請求項２記載の鉛
筆芯を得ることができる。なお芯体中の体質材の配向方
向と軸方向とがおりなす角度（螺旋角）などは、ノズル
部の形状や吐出速度により任意に変えることができる。
また、２台以上の押し出し機とそれぞれノズル部で加え
られたひねりの力を活かすような押し出し用ダイスを用
いることにより、芯体中の体質材が軸方向において少な
くとも２種類以上の螺旋状に配向した鉛筆芯を得ること
ができる。例えば、体質材が軸方向において３種類の螺
旋状に配向した鉛筆芯を得るための押出機とダイスの概
念を図１３に示す。

【００１４】なお、芯体中の体質材の配向方向と軸方向
とがおりなす角（螺旋角）が４５°を越える場合は目的
の強度向上には寄与しない。また、この角度（螺旋角）
が余り小さくては、本発明の螺旋配向の効果がなくなる
ので、少なくとも１０°、好ましくは１５°以上であ
る。

【００１５】本発明に用いられる体質材は、天然黒鉛、
人造黒鉛、キッシュ黒鉛、カーボンブラック、コークス
粉末、雲母、タルク、窒化ほう素などの少なくとも一種
を選択し、平均粒径５０μｍ以下、好ましくは１〜１０
μｍの粒子径のものを用いると良い。粒子径が５０μｍ
超の場合は強度が発現せず、また粒子径が１μｍ未満の
場合は体質材の配向が劣り、強度が発現しないばかりで
なく、硬度だけが硬くなる傾向を有するので好ましくな
い。

【００１６】また、本発明に用いられる結合材として
は、カオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、
ベントナイトなどの粘土鉱物、塩化ビニル樹脂、塩素化
塩化ビニル樹脂、ポリビニルアルコールなどの熱可塑性
樹脂、フラン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂など
の熱硬化性樹脂、リグニン、セルロース、トラガントガ
ム、などの天然高分子物質、石油アスファルト、コール
タールピッチ、ナフサ分解ピッチ、合成樹脂の乾留ピッ
チなどのピッチ類から選択される少なくとも１種を用い
ると良い。さらには、高せん断力を加えて行う混練時の
分散性向上及び／または押し出し成形時の流動性・成形
性向上の目的で、水、ジオクチルフタレート、ジブチル
フタレート、トリクレジルホスフェート、ジオクチルア
ジペート、ジアリルイソフタレート、プロピレンカーボ
ネート、アルコール類、ケトン類、エステル類などの可
塑剤または溶剤の少なくとも１種を、必要に応じて添加
しても良い。

【００１７】

【実施例】次に本発明を実施例により、さらに具体的に
説明するが、本発明はこの実施例によって何ら限定され
るものではない。（実施例１）黒鉛（天然鱗状黒鉛、平均粒径７μｍ）５０重量部ポリ塩化ビニル５０重量部ステアリン酸ナトリウム１重量部ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）２０重量部上記材料をヘンシェルミキサーで混合分散し、加圧ニー
ダー、二本ロールで混練した後、図８に示す内部に螺旋
溝を有する押し出し用ダイスを用いて線状体に押し出し
成形した後、残留する可塑剤を除去すべく空気中で熱処
理して固化して、しかる後に窒素雰囲気中にて１０００
℃で焼成し、最後にアルファ−オレフィンオリゴマー
（ライオン（株）製、リポルーブ２０）中に浸漬して油
浸させて、直径が０．５７０ｍｍのシャープペンシル用
芯ＨＢを得た。得られた芯の軸方向の組織は図１に示す
如く体質材が螺旋状に配向していた。また、芯体中の体
質材の螺旋角を調べてみたところ３０°であった。

【００１８】（実施例２）実施例１と同一の材料を押し
出し成形するに際して、押し出し吐出速度を変えた以外
は実施例１と同様に処理し、直径が０．５７０ｍｍのシ
ャープペンシル用芯ＨＢを得た。得られた芯の軸方向の
組織は図１に示す如く体質材が螺旋状に配向していた。
また、芯体中の体質材の螺旋角を調べてみたところ４５
°であった。

【００１９】（実施例３）実施例１と同一の材料を押し
出し成形するに際して、図９に示す表面に螺旋溝を有す
る同心円管状の整流板を取り付けた押し出し用ダイスを
用いる以外は実施例１と同様に処理し、直径が０．５７
０ｍｍのシャープペンシル用芯ＨＢを得た。得られた芯
の横断面の組織は図５に示す如く２つのスキン層を有
し、軸方向の組織は図２に示す如く芯体中に２種類の螺
旋状の配向形態が観察された。また芯体中の体質材の螺
旋角を調べたところ、３０°と４５°であった。

【００２０】（実施例４）実施例１と同一の材料を押し
出し成形するに際して、図１０に示す表面に螺旋溝を有
する同心円管状の整流板を２つ取り付けた押し出し用ダ
イスを用いる以外は実施例１と同様に処理し、直径が
０．５７０ｍｍのシャープペンシル用芯ＨＢを得た。得
られた芯の横断面の組織は図６に示す如く３つのスキン
層を有し、軸方向の組織は図３に示す如く芯体中に３種
類の螺旋状の配向形態が観察された。また芯体中の体質
材の螺旋角を調べたところ、２０°と３０°および４５
°であった。

【００２１】（実施例５）実施例１と同一の材料を押し
出し成形するに際して、図１２に示す単層用押し出し機
２台を用いた多層押し出し機で押し出し成形する以外は
実施例１と同様に処理し、直径が０．５７０ｍｍのシャ
ープペンシル用芯ＨＢを得た。得られた芯の組織は実施
例３と同様に横断面の組織は図５に示す如く２つのスキ
ン層を有し、軸方向の組織は図２に示す如く芯体中に２
種類の螺旋状の配向形態が観察された。また芯体中の体
質材の螺旋角を調べたところ、２５°と４０°であっ
た。

【００２２】（比較例１）実施例１と同一の材料を押し
出し成形するに際して、図１１に示す従来の押し出し用
ダイスを用いる以外は、実施例１と同様に処理し、直径
が０．５７０ｍｍのシャープペンシル用芯ＨＢを得た。
得られた芯の横断面の組織は図７に示す如く外表部のス
キン層とその内部に体質材がランダムに配向している従
来の芯と同様の組織が観察された。また、軸方向の組織
は図４に示す如く体質材が軸方向に対して平行に配向し
た従来の芯と同様の組織が観察された。螺旋角は０°で
あった。

【００２３】（比較例２）実施例１と同一の材料を押し
出し成形するに際して、押し出し吐出速度を変えた以外
は実施例１と同様に処理し、直径が０．５７０ｍｍのシ
ャープペンシル用芯ＨＢを得た。得られた芯の軸方向の
組織は図１に示す如く体質材が螺旋状に配向していた。
また、芯体中の体質材の螺旋角を調べてみたところ６０
°であった。

【００２４】前記により製造した実施例１〜５、比較例
１〜２の芯について、ＪＩＳＳ６００５に準拠して、
曲げ強度（ＭＰａ）、濃度（Ｄ）を試験した。その結果
を次の表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】実施例の結果より明らかなように、本発
明の芯の軸方向の組織において、体質材が螺旋状に配向
している鉛筆芯で、１つの芯体中に少なくとも１種の体
質材の螺旋状の配向形態が存在し、体質材の配向方向と
軸方向とがおりなす角度（螺旋角）が１０°〜４５°で
ある鉛筆芯、また特に２種類以上の螺旋状の配向形態を
有する鉛筆芯は、硬度、筆感は従来の鉛筆芯と変わらな
いものの強度を飛躍的に向上させた、強度と濃度のバラ
ンスの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】本発明の体質材が螺旋状に配向した焼成鉛筆芯
であって、熱処理を施すことによりできる収縮しわの外
観図である。

【図２】１つの芯体中に２種の体質材の螺旋状の配向を
有する焼成鉛筆芯の透視説明図である。

【図３】１つの芯体中に３種の体質材の螺旋状の配向を
有する焼成鉛筆芯の透視説明図である。

【図４】従来の体質材が軸方向に平行に配向している芯
の収縮しわの外観図である。

【図５】１つの芯体中に２種の体質材の螺旋状の配向を
有する焼成鉛筆芯の芯体の横断面の組織説明図である。

【図６】１つの芯体中に３種の体質材の螺旋状の配向を
有する焼成鉛筆芯の芯体の横断面の組織説明図である。

【図７】従来の鉛筆芯の横断面の組織説明図である。

【図８】内面に螺旋溝を有する押し出し用ダイスの水平
断面図（Ａ）と垂直断面図（Ｂ）を示す。

【図９】表面に螺旋溝を有する同心円管状の整流板を取
り付けた螺旋溝付押し出し用ダイスの水平断面図（Ａ）
と垂直断面図（Ｂ）を示す。

【図１０】表面に夫々螺旋溝を有する２つの同心円管状
の整流板を取り付けた螺旋溝付押し出し用ダイスの水平
断面図（Ａ）と垂直断面図（Ｂ）を示す。

【図１１】従来の鉛筆芯用の押し出し用ダイスの水平断
面図（Ａ）と垂直断面図（Ｂ）を示す。

【図１２】ノズル部に螺旋溝を有するスクリュー式、ラ
ム式などの単層用押し出し機を２台用いて多層押し出し
で成形する夫々の押し出しの螺旋角を異ならせた、図
２、図５の芯体の製造装置の一部断面説明図である。

【図１３】ノズル部に螺旋溝を有するスクリュー式、ラ
ム式などの単層用押し出し機を３台用いて多層押し出し
で成形する夫々の押し出しの螺旋角を異ならせた、図
３、図６の芯体の製造装置の一部断面説明図である。

【符号の説明】

θ 螺旋角ａスキン層ｂ螺旋溝ｃ整流板ｄダイス部ｅノズル部ｆ単層用押し出し機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯の軸方向の組織において、体質材が螺
旋状に配向してなる焼成鉛筆芯。
【請求項２】芯の軸方向の組織において、１つの芯体
中に少なくとも２種の体質材の螺旋状の配向形態が存在
する請求項１記載の焼成鉛筆芯。
【請求項３】芯体中の体質材の配向方向と軸方向とが
おりなす角度（螺旋角）が１０°〜４５°である請求項
１記載の焼成鉛筆芯。
【請求項４】黒鉛、カーボンブラック、コークス、マ
イカ、タルク及び窒化ホウ素よりなる群より選ばれた少
なくとも１種の体質材と粘土、天然高分子、合成高分
子、ピッチ、アスファルトよりなる群より選ばれた少な
くとも１種の結合材と混練する工程、該混練物を内部に
螺旋溝を有する押し出し用ダイス又は表面に螺旋溝を有
する同心円管状の整流板を取り付けた押し出し用ダイス
により押し出し成形する工程、かくして製造された芯の
軸方向の組織において体質材が螺旋状に配向した線状体
を９００〜１，２００℃の温度で焼成する工程、得られ
た焼結体に油脂類を含浸する工程とを含む焼成鉛筆芯の
製造方法。
【請求項５】黒鉛、カーボンブラック、コークス、マ
イカ、タルク及び窒化ホウ素よりなる群より選ばれた少
なくとも１種の体質材と、粘土、天然高分子、合成高分
子、ピッチ、アスファルトよりなる群より選ばれた少な
くとも１種の結合材とを混練する工程、ノズル部に螺旋
溝を有するスクリュー式、ラム式などの単層用押し出し
機を２台用いて、芯の外側の第１スキン層と芯の内側の
第２スキン層の体質材の螺旋角が互いに異なった２つの
配向形態を有する線状体を成形するか、該単層用押し出
し機を３台以上用いて、同様に螺旋角が異なった３つ以
上の配向形態を有する線状体を成形する工程、かくして
製造された芯の軸方向の組織において体質材が螺旋状に
配向した線状体を９００〜１，２００℃の温度で焼成す
る工程、得られた焼結体に油脂類を含浸する工程とを含
む焼成鉛筆芯の製造方法。