JPH1088057A - 焼成鉛筆芯 - Google Patents

焼成鉛筆芯

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JPH1088057A
JPH1088057A JP23881596A JP23881596A JPH1088057A JP H1088057 A JPH1088057 A JP H1088057A JP 23881596 A JP23881596 A JP 23881596A JP 23881596 A JP23881596 A JP 23881596A JP H1088057 A JPH1088057 A JP H1088057A
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diameter
pores
pore
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JP23881596A
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Osamu Shimizu
修 清水
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Mitsubishi Pencil Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 木軸鉛筆芯、シャープペンシル用芯などの鉛
筆芯に関し、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
焼成鉛筆芯を提供する。 【解決手段】 黒鉛、カーボンブラックなどの体質材と
粘土、天然高分子、合成高分子、ピッチ、アスファルト
などの結合材とを主材とし、必要に応じて溶剤及び/又
は可塑剤を添加して混練したものを押し出し成形、高温
焼成する焼成鉛筆芯において、芯体中に存在する細孔の
容積が0.05〜0.25cc/g、全細孔の80%以
上が直径0.005〜0.130μmの細孔からなるこ
とを特徴とする焼成鉛筆芯。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、木軸鉛筆芯、シャ
ープペンシル用芯などの鉛筆芯に関し、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焼成鉛筆芯に関する。
【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及び
/又は可塑剤を添加して、これらを混練し、該混合物を
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
せて製造されている。
【0003】従来の鉛筆芯の中でも、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。ま
た、シャープペンシル用芯の強度向上を目指しての種々
の改良も試みられているが、焼成鉛筆芯の曲げ強度を向
上させようとすると、芯自体が摩耗しにくくなるばかり
でなく、油脂類が含浸されるべき細孔直径が小さく、ま
た細孔の容積も少なくなり、特に細孔直径が0.003
μmといった微細孔の芯の場合は、油脂類の含浸が困難
になりその含浸率は低下する。そのため油脂類含浸の効
果は減少、筆記濃度も低下傾向となり、強度と硬度のバ
ランスとしては必ずしも良いものとはならない。更に、
バランスの良い芯を得ようとする目的で、結合材、体質
材、可塑剤等の分解による気孔ばかりでなく、細孔容積
率や細孔の分布を人為的に調節しようと、気孔形成剤を
配合、分散させることが行われている。
【0004】例えば、特公昭48−32706号公報で
は、気孔形成材として、酸化亜鉛、炭酸カルシウム等の
無機微粉末を添加し、焼成過程または焼成後において、
無機微粉末を蒸発或いは昇華によって除去するか、酸ま
たはアルカリ水溶液或いは水によって溶解除去する方法
が提案されている。
【0005】また、特公昭51−3245号公報では、
気孔形成材としてアントラキノン、フマール酸、イソフ
タール酸等の昇華性有機化合物を添加し、焼成過程で、
これを昇華させる方法が提案されている。
【0006】更に、特公昭51−26849号公報で
は、気孔形成材として、ポリエチレン、ポリテトラフル
オロエチレンなどの解重合型高分子物質を添加し、焼成
過程で解重合させ、単量体または低量体として蒸発さ
せ、微細な気孔を形成させることが提案されている。
【0007】これらの方法等を用いて、運筆を滑らかに
しようと細孔直径を大きく、細孔の容積を増加させよう
とすると、油脂類の含浸率は増加しその効果は向上する
ものの、著しく芯体の強度が低下しバランスの悪い芯と
なり、特に細孔直径が0.15〜0.2μm、或いはそ
れ以上の大きな気孔径の芯ではバランス以前に曲げ強度
の著しい低下を招いてしまうため、根本的な問題の解決
にはなっていなかった。
【0008】また、特開平5−179189号公報に
は、鉛筆芯体の気孔量、気孔径、気孔を管理することに
よりバランスの良い鉛筆芯を得る方法が提案されおり、
本願発明の近接技術を開示するものである。しかしなが
ら、該公報における気孔径0.003〜0.2μmは、
かなりの広い分布であると同時に実施例、比較例で使用
された分析機器の測定できるレンジそのものであり、気
孔径を制御しようとするものではなく、本願発明の気孔
径を制御するという技術思想とは基本的に異なるもので
ある。また、気孔径0.003〜0.2μmの気孔容積
率が80%以上というのは、これまでに存在してきたシ
ャープペンシル用芯の気孔を測定したに過ぎず、特に細
孔直径が0.003μmといった微細孔の芯の場合は、
油脂類の含浸が困難になりその含浸率は低下し、そのた
め、油脂類含浸の効果は減少、摩耗がし難い芯体となり
筆記濃度も低下傾向となり、強度と硬度のバランスとし
ては必ずしも良いものとはならない。更に、0.15〜
0.2μmといった大きな気孔径の芯は曲げ強度の著し
い低下を招くため、芯の強度不足を克服しようとする根
本的な課題解決とはなっていないのが現状である。
【0009】更にまた、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
溶剤及び/又は可塑剤を添加し、混練したものを押出成
形、高温処理するだけでは強度、濃度、筆記性能のバラ
ンスに課題があるのが実情である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来の課題を解決するものであり、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を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記従来の
課題を解決するために、鋭意研究を行い種々の実験の結
果、黒鉛、カーボンブラックなどの体質材と粘土、天然
高分子、ピッチ、アスファルトなどの結合材とを主材と
し、必要に応じて溶剤及び/又は可塑剤を添加して混練
したものを押し出し成形、高温焼成する鉛筆芯におい
て、芯体中に存在する細孔の容積及び細孔の直径を特定
範囲とし、かつ、芯体の全細孔中に、この特定範囲の直
径を有する細孔が含まれる割合を限定することにより、
上記目的の焼成鉛筆芯を得ることに成功し、本発明を完
成するに至ったのである。
【0012】すなわち、本発明の焼成鉛筆芯は、黒鉛、
カーボンブラックなどの体質材と粘土、天然高分子、合
成高分子、ピッチ、アスファルトなどの結合材とを主材
とし、必要に応じて溶剤及び/又は可塑剤を添加して混
練したものを押し出し成形、高温焼成する焼成鉛筆芯に
おいて、芯体中に存在する細孔の容積が0.05〜0.
25cc/g、全細孔の80%以上が直径0.005〜
0.130μmの細孔からなることを特徴とする。前記
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
から選択された少なくとも一種であり、その平均粒子径
が1〜50μmであることが好ましい。
【0013】以下に、本発明の実施の形態を詳しく説明
する。本発明の焼成鉛筆芯の芯体中の細孔の容積、直径
の制御は、体質材粒子径・形状、結合材種、気孔形成剤
種、或いはそれらの配合量、混練条件、押し出し成形時
の押し出し条件焼成時の昇温条件、焼成温度等の条件を
それぞれ、または組み合わせて変えることにより行うこ
とができる。例えば、結合材として配合されたものは、
高温焼成時に分解することによりバインダーカーボンと
なり体質材とともに芯体を形成する。結合材種、高温焼
成時の温度、昇温速度等の条件を変えることにより芯体
中の細孔の直径、容積を制御できる。また、体質材の粒
子径や粒子形状を変えることにより細孔直径、容積を制
御することができ、更に焼成過程で揮発し芯体中に気孔
を形成させるいわゆる気孔形成材を配合時に添加するこ
とによっても同様の効果が得られる。
【0014】本発明の焼成鉛筆芯では、実用に耐えうる
強度と筆記時の摩耗の両方のバランスを向上するため
に、油脂類の含浸が可能とするためにできるだけ小さな
細孔を、しかも、強度が確保し得る程度にできだけ多く
存在させることが重要であり、芯体中に存在する細孔容
積が0.05〜0.25cc/g、好ましくは、0.0
5〜0.18cc/gで、全細孔の80%以上が直径
0.005〜0.130μm、好ましくは0.005〜
0.050μmの細孔で占める芯体内で任意に制御する
ことにより、所望の硬度を得ることができる。芯体中に
存在する細孔容積が0.05cc/g未満であると、芯
体への油脂類の含浸が不可能となり、強度と硬度のバラ
ンスが低下し、また、細孔容積が0.25cc/gを越
えると、いわゆる多孔質な芯体は同様に曲げ強度の著し
い低下を招いてしまうため、好ましくない。
【0015】本願発明では、細孔直径が小さい芯体で特
に細孔直径が0.003μmといった微細孔の芯の場合
は、油脂類の含浸が困難になりその含浸率は低下する。
そのため、油脂類含浸の効果は減少、摩耗がし難い芯体
となり筆記濃度も低下傾向となり、強度と硬度のバラン
スとしては必ずしも良いものとはならない。しかしなが
ら、必要に応じて減圧、加圧を行うことにより、直径が
0.005μm程度の細孔ならば油脂類を含浸すること
が可能となり、その結果、筆記時の摩耗が増大し、曲げ
強度を向上させ且つ摩耗・運筆性は極めて優れた芯とな
る。また、細孔直径が0.13〜0.2μm(但し、
0.13μmを含まず)、或いはそれ以上の大きな気孔
径の芯については、前述の通り曲げ強度の著しい低下を
招いてしまうため、好ましくない。従って、細孔直径が
0.005〜0.130μm、好ましくは0.005〜
0.050μmの細孔である必要があり、また、この範
囲の細孔直径が全細孔の80%以上であることが必要で
ある。前記範囲の細孔直径が全細孔の80%未満である
と、不均一な細孔となるため筆記時の摩耗のバラツキを
生じることとなり、好ましくない。
【0016】なお、細孔容積が同じ芯体については細孔
直径が小さい方が、また細孔直径が同じ場合は細孔容積
の小さい方が摩耗・運筆性を保持しながら曲げ強度の高
いバランスの良い芯となる。また、細孔直径は、全細孔
の100%が本願発明範囲に入ることが望ましいが、細
孔の大きさもある分布をもって存在するため、そのうち
80%以上が本願発明範囲に入れば本発明の目的の焼成
鉛筆芯が得られる。
【0017】本発明に用いる体質材としては、例えば、
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、平均粒子径が50μm以下、好
ましくは1〜10μmの粒子径のものが好ましい。粒子
径が50μm超の場合は、鉛筆芯体中の強度が発現せ
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。
【0018】また、熱処理時に結合材の分解等で芯体の
収縮がおこると同時に横断面の組織に微細なしわ(以
下、「ハニカム」と呼ぶ)ができ、ハニカムとハニカム
の間もしくはハニカムの中で細孔が形成される。ハニカ
ムの単位が小さくなるに伴い、細孔直径が小さく、芯体
の曲げ強度が向上する傾向にあり、例えば、同種の体質
材でみると、体質材の粒子径が小さい方がハニカムが小
さく、細孔の直径が小さくなり曲げ強度が向上する。こ
の様に体質材の粒子径を変化させることによってこのハ
ニカムの単位を任意に制御でき、しいては芯体中の細孔
容積、細孔直径を制御することができる。
【0019】本発明に用いる結合材としては、例えば、
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種を挙げ
ることができる。
【0020】更に、本発明の焼成鉛筆芯では、高せん断
力を加えて行う混練時の分散性向上及び/又は押し出し
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。
【0021】本発明の焼成鉛筆芯は、上述の如く、体質
材粒子径・形状、結合材種、気孔形成剤種、或いはそれ
らの配合量、混練条件、押し出し成形時の押し出し条件
焼成時の昇温条件、焼成温度等の条件をそれぞれ、また
は組み合わせて制御することことにより、芯体中に存在
する細孔の容積を0.05〜0.25cc/g、全細孔
の80%以上が直径0.005〜0.130μmの細孔
で占める焼成鉛筆芯とすることができる。この焼成鉛筆
芯が何故、濃度、書き味を保持しながら強度が飛躍的に
向上したものとなり得る根拠は以下のように推察され
る。黒鉛、カーボンブラックなどの体質材と粘土、天然
高分子、合成高分子、ピッチ、アスファルトなどの結合
材とを主材とし、必要に応じて溶剤及び/又は可塑剤を
添加して混練したものを押し出し成形、高温焼成する
と、結合材の分解、炭素化、その他揮発成分の脱離など
が起こると同時に焼結が起こり、この時、黒鉛と結合
材、黒鉛と黒鉛或いは結合材と結合材等によって、また
は、焼成時に揮発するような成分(いわゆる細孔形成
剤)を予め配合し、焼成時にそれが芯体から抜けるとき
に、上記範囲の容積、直径等の細孔が形成されることと
なる。これにより、濃度、書き味を保持しながら強度が
飛躍的に向上した焼成鉛筆芯となる(この点の関しては
更に後述する実施例等で詳しく説明する)。
【0022】
【実施例】次に、本発明を実施例及び比較例により、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。なお、実施例及び比較例
の焼成した鉛筆芯芯体中の細孔の直径、容積は水銀ポロ
シメータ細孔分布測定装置(湯浅アイオニクス(株)
製、オートスキャン60、オートスキャン500)で測
定した。
【0023】(実施例1) 天然鱗状黒鉛(平均粒径7μm)(体質材) 50重量部 ポリ塩化ビニル(結合材) 50重量部 ステアリン酸ナトリウム(滑剤) 1重量部 ジオクチルフタレート(可塑剤) 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線状体に押出成形した後、残
留する可塑剤を除去すべく空気中で熱処理して固化(乾
燥)した後に切断し、窒素雰囲気中にて1000℃で焼
成し、細孔容積が0.1324cc/g、細孔直径が
0.0222μmの焼成芯体を得て、最後にアルファー
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、油浸させて直径が0.570mmの
シャープペンシル用芯を得た。
【0024】(実施例2)実施例1において、焼成温度
を変えて、細孔容積が0.1333cc/g、細孔直径
が0.0122μmの焼成芯体を得た以外、すべて実施
例1と同様にして直径が0.570mmのシャープペン
シル用芯を得た。
【0025】(実施例3)実施例1において、天然鱗状
黒鉛の粒子径を平均粒径5μmのものを使用して、細孔
容積が0.0551cc/g、細孔直径が0.0115
μmの焼成芯体を得た以外、すべて実施例1と同様にし
て直径が0.570mmのシャープペンシル用芯を得
た。
【0026】(実施例4)実施例1において、焼成時の
昇温条件、焼成温度を変えて、細孔容積が0.0563
cc/g、細孔直径が0.0061μmの焼成芯体を得
た以外、すべて実施例1と同様にして直径が0.570
mmのシャープペンシル用芯を得た。
【0027】(実施例5)実施例1において、押し出し
成形条件、焼成時の昇温速度を変えて、細孔容積が0.
1764cc/g、細孔直径が0.0569μmの焼成
芯体を得た以外、すべて実施例1と同様にして直径が
0.570mmのシャープペンシル用芯を得た。
【0028】(実施例6)実施例1において、押し出し
成形条件、焼成時の昇温速度を変えて、細孔容積が0.
1548cc/g、細孔直径が0.0302μmの焼成
芯体を得た以外、すべて実施例1と同様にして直径が
0.570mmのシャープペンシル用芯を得た。
【0029】(実施例7)実施例1において、押し出し
成形条件、焼成時の昇温速度、焼成温度を変えて、細孔
容積が0.1959cc/g、細孔直径が0.1044
μmの焼成芯体を得た以外、すべて実施例1と同様にし
て直径が0.570mmのシャープペンシル用芯を得
た。
【0030】(実施例8)実施例1において、押し出し
成形条件、焼成時の昇温速度、焼成温度を変えて、細孔
容積が0.1855cc/g、細孔直径が0.0541
μmの焼成芯体を得た以外、すべて実施例1と同様にし
て直径が0.570mmのシャープペンシル用芯を得
た。
【0031】(実施例9)実施例1において、押し出し
成形条件、焼成時の昇温速度、焼成温度を変えて、細孔
容積が0.2340cc/g、細孔直径が0.1290
μmの焼成芯体を得た以外、すべて実施例1と同様にし
て直径が0.570mmのシャープペンシル用芯を得
た。
【0032】(実施例10)実施例1において、押し出
し成形条件、焼成時の昇温速度、焼成温度を変えて、細
孔容積が0.2213cc/g、細孔直径が0.094
6μmの焼成芯体を得た以外、すべて実施例1と同様に
して直径が0.570mmのシャープペンシル用芯を得
た。
【0033】(比較例1)実施例1において、押し出し
成形条件、焼成温度を変えて、細孔容積が0.1412
cc/g、細孔直径が0.1452μmの焼成芯体を得
た以外、すべて実施例1と同様にして直径が0.570
mmのシャープペンシル用芯を得た。
【0034】(比較例2)実施例1において、押し出し
成形条件、焼成温度を変えて、細孔容積が0.0632
cc/g、細孔直径が0.003μm以下の焼成芯体を
得た以外、すべて実施例1と同様にして直径が0.57
0mmのシャープペンシル用芯を得た。
【0035】(比較例3)実施例1において、押し出し
成形条件を変えて、細孔容積が0.1752cc/g、
細孔直径が0.1521μmの焼成芯体を得た以外、す
べて実施例1と同様にして直径が0.570mmのシャ
ープペンシル用芯を得た。
【0036】(比較例4)実施例1において、押し出し
成形条件、焼成時の昇温速度を変えて、細孔容積が0.
1902cc/g、細孔直径が0.1433μmの焼成
芯体を得た以外、すべて実施例1と同様にして直径が
0.570mmのシャープペンシル用芯を得た。
【0037】(比較例5)実施例1において、気孔形成
材としてポリスチレン粉末(平均粒子径0.1μm)3
重量部を材料に加え、焼成時の昇温速度を変えて、細孔
容積が0.2753cc/g、細孔直径が0.1646
μm以下の焼成芯体を得た以外、すべて実施例1と同様
にして直径が0.570mmのシャープペンシル用芯を
得た。
【0038】(比較例6)気孔形成材をポリテトラフル
オロエチレン粉末(平均粒子径0.2μm)に置き換え
た以外、比較例4と同様の工程を経て細孔容積が0.2
216cc/g、細孔直径が0.1551μmの焼成芯
体を得た以外、すべて実施例1と同様にして直径が0.
570mmのシャープペンシル用芯を得た。
【0039】上記で得られた実施例1〜10及び比較例
1〜6の焼成芯について、JISS 6005に準拠し
て、濃度(D)、曲げ強度(MPa)を試験した。ま
た、筆記性能として動摩擦係数を測定した。これらの結
果を下記表1に示す。
【0040】
【表1】
【0041】(表1の考察)総論的にみると、本発明範
囲となる実施例1〜10は、本発明範囲外となる比較例
1〜6に較べて、濃度、書き味(筆記性能)を保持しな
がら強度を飛躍的に向上させた、強度と濃度のバランス
の極めて優れた焼成鉛筆芯であることが判明した。個別
的にみると、実施例1〜10は、細孔容積及び細孔直径
とが共に本発明の範囲内となる場合であり、濃度・硬度
を基準に判断すると、実施例1〜4は比較例1、実施例
5及び6は比較例3、実施例7及び8は比較例4、実施
例9および10は比較例5および6と対比されるもので
ある。これに対し、比較例1〜4及び6は、細孔容積が
本発明の範囲内に含まれるが、細孔直径が本発明の範囲
外となる場合、比較例5は細孔容積及び細孔直径が共に
本発明の範囲外となる場合であり、これらの場合は、濃
度と書き味(良好な筆記性能)とのバランスが悪い焼成
鉛筆芯となることが判明した。特に、比較例3は、細孔
容積が本発明の範囲内に含まれるが、細孔直径が本発明
の範囲外となるため、例えば、同程度の濃度・硬度の実
施例6と較べると曲げ強度が劣り、バランスの悪い焼成
鉛筆芯となることが判った。また、比較例3と同程度の
曲げ強度を有する実施例8、10と較べると、濃度が低
く、硬度も硬いバランスの悪い焼成鉛筆芯となることが
判った。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、芯体中に存在する細孔
の容積を0.05〜0.25cc/g、全細孔の80%
以上が直径0.005〜0.130μmの細孔とするこ
とにより、濃度、書き味を保持しながら強度を飛躍的に
向上させた、強度と濃度のバランスの極めて優れた焼成
鉛筆芯を提供することができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 黒鉛、カーボンブラックなどの体質材と
    粘土、天然高分子、合成高分子、ピッチ、アスファルト
    などの結合材とを主材とし、必要に応じて溶剤及び/又
    は可塑剤を添加して混練したものを押し出し成形、高温
    焼成する焼成鉛筆芯において、芯体中に存在する細孔の
    容積が0.05〜0.25cc/g、全細孔の80%以
    上が直径0.005〜0.130μmの細孔からなるこ
    とを特徴とする焼成鉛筆芯。
  2. 【請求項2】 前記体質材は、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、窒化ほう素から選択された少なくとも一種であ
    り、その平均粒子径が1〜50μmである請求項1記載
    の焼成鉛筆芯。
JP23881596A 1996-09-10 1996-09-10 焼成鉛筆芯 Pending JPH1088057A (ja)

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