(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、黒鉛粉末と粘土粉末と添加剤と水とを混合して混合物とする工程と、該混合物を予備成形する工程と、該予備成形された予備成形物を押し出し成形により所望の断面形状となる成形物とする工程と、該成形物を乾燥焼成する工程とを順次に行なうことからなる鉛筆芯の製造方法であって、上記予備成形する工程で、前記混合物を減圧下、圧縮して脱気することを特徴とする鉛筆芯の製造方法。
【請求項２】
添加剤がβ−ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物のナトリウム塩、水溶性糖類、糖アルコールから選択される少なくとも１つである請求項１記載の鉛筆芯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛筆芯の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、少なくとも黒鉛粉末と粘土粉末と水とを混合して混合物し、該混合物を予備成形し、該予備成形された予備成形物を押し出し成形により成形物とし、該成形物を乾燥焼成等して鉛筆芯とする製造方法を数多く知られている。
【０００３】
しかしながら、これらの鉛筆芯は、滑らかな書味を有する点、描線濃度がすぐれている点、強度的にも優れている点の全てを満足するものではなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来の課題に鑑み、これを解消しようとするものでありう、滑らかな書味を有し、描線濃度や強度的にも優れる鉛筆芯の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【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の結果、少なくとも黒鉛粉末と粘土粉末とを混合して混合物し、該混合物を予備成形し、該予備成形された予備成形物を押し出し成形により成形物とし、該成形物を乾燥焼成等して鉛筆芯とする鉛筆芯の製造方法において、上記予備成形を特定の方法により行うことにより、上記目的の鉛筆芯の製造方法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。
【０００６】
すなわち、本発明の鉛筆芯の製造方法は、次の(1)〜(2)に存する。
(1) 少なくとも、黒鉛粉末と粘土粉末と添加剤と水とを混合して混合物とする工程と、該混合物を予備成形する工程と、該予備成形された予備成形物を押し出し成形により所望の断面形状となる成形物とする工程と、該成形物を乾燥焼成する工程とを順次に行なうことからなる鉛筆芯の製造方法であって、上記予備成形する工程で、前記混合物を減圧下、圧縮して脱気することを特徴とする鉛筆芯の製造方法。
(2) 添加剤がβ−ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物のナトリウム塩、水溶性糖類、糖アルコールから選択される少なくとも１つである上記(1)記載の鉛筆芯の製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
本発明の鉛筆芯の製造方法は、少なくとも、黒鉛粉末と粘土粉末と添加剤と水とを混合して混合物とする工程と、該混合物を予備成形する工程と、該予備成形された予備成形物を押し出し成形により所望の断面形状となる成形物とする工程と、該成形物を乾燥焼成する工程とを順次に行なうことからなる鉛筆芯の製造方法であって、上記予備成形する工程で、前記混合物を減圧下、圧縮して脱気することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明方法に用いる黒鉛粉末は、着色剤兼体質材として用いるものであるが、通常の鉛筆芯に用いるものを使用することができる。
通常、黒鉛は製法により天然黒鉛又は人造黒鉛があり、また、結晶度の相違により鱗状黒鉛又は土状黒鉛に分類されるが、目的とする黒色鉛筆芯の物性により適宜選択すればよく、本発明では、黒鉛の種類については格別に限定されるものではない。また、黒色度を増すために、必要に応じてカーボンブラックを配合してもよい。
また、本発明方法に用いるに用いる黒鉛粉末は、粘土粉末と添加剤類と共に配合量を限定した水を用いて縦軸高速混合機にて分散、混合することから、平均粒子径が１５μｍ以下、好ましくは、１０μｍ以下であることが望ましい。
【０００９】
本発明方法に用いる粘土粉末は、芯の結合剤として用いるものである。粘土種としては、例えば、カオリナイト系加水ハロイサイトやモンモリロナイト系ベントナイトのように通常鉛筆芯に用いるものを使用することができる。
本発明方法に用いるに粘土粉末は、黒鉛粉末と後述する第１添加剤となるβ−ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物のナトリウム塩と共に配合量を限定した水を用いて縦軸高速混合機にて分散、混合することから、アンドリアゼン氏法による測定で３μｍ以下の粒子が９７重量％以上で、かつ１０μｍ以上の粒子が１重量％以下の微粒子となることが必要である。
３μｍ以下の粒子が９７重量％未満であったり、１０μｍ以上の粒子が１重量％を超える粘土粉末を用いると、得られる黒色鉛筆芯では強度が低下したり、書味が滑らかでない等の欠点が生じることとなり、好ましくない。
【００１０】
本発明方法において、黒鉛粉末と粘土粉末の配合比率は、求める硬度と芯の物性によって異なり、粘土分を増すと硬度は硬くなり、減らせば軟らかい硬度の芯が得られる。いくつかの硬度に対する黒鉛−粘土比率の例を下記表１に示す。
なお、下記表１の単位は、「重量％」である。
【００１１】
【表１】
0003595123.tif 000002
【００１２】
本発明方法に用いる添加剤としてのβ−ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物のナトリウム塩（以下、単に、「第１添加剤」という）は、通常水溶性の微粉末として得られ、黒鉛粉末及び粘土に対する湿潤剤として働いて分散効率を向上させると共に、焼成後に炭化物を残して強度、書味の向上に寄与するものとなる。
第１添加剤の配合量は、黒鉛粉末と粘土粉末の合計量１００重量部に対して、０．５〜３．０重量部、好ましくは、１．５〜２．０重量部である。配合量が０．５重量部未満では、目的とする本発明の効果を発揮できず、３．０重量部を超えると炭化物が多すぎてガリガリした筆感が生じてしまい、好ましくない。
【００１３】
また、本発明においては、上記黒鉛粉末と粘土粉末と第１添加剤に加え、更に、添加剤として水溶性糖類及び／又は糖アルコール（以下、単に、「第２添加剤」という）の一種又は二種以上を配合組成物に加えることができる。
水溶性糖類としては、単糖類、二糖類、多糖類のいずれでもよく、また、水溶性であればその誘導体でもよい。好ましくは、水溶性糖類としては、アラビアガム及び／又はポリビニルアルコールをグラフト重合した澱粉が挙げられ、糖アルコールとしては、ソルビットを選択すると好結果が得られる。
これらの第２添加剤の一種又は二種以上を配合組成物に加えることによって、分散・混合工程から成形工程へ到るまでの配合材料中の水分の揮散防止、成形工程における成形性の向上、成形物のグリーン強度の向上、焼成での熱分解で生じる開気孔の微細化と気孔率の増加を図ることができ、開気孔の微細化と気孔率の増加によって焼成後に行なわれる含浸処理工程での油脂類の含浸率を向上させると共に、より滑らかな筆感を与えることができるが、目的とする黒色鉛筆芯の物性によっては、これらを省略しても良い。
【００１４】
これらの第２添加剤の総配合量は、黒鉛粉末と粘土粉末の合計量１００重量部に対して０．５〜７．０重量部、好ましくは、１．０〜５．０重量部である。０．５重量部未満では目的とする本発明の効果を発揮できず、７．０重量部を超えると成形工程で生じる不良芯や切断しろのリサイクルに障害が出たり、乾燥工程での芯の曲がりの発生及び焼成物の強度が低下する等の欠点があり好ましくない。
【００１５】
本発明方法は、上記黒鉛粉末、粘土粉末、添加剤などを用いて以下の製造工程により製造することができる。
まず、最初の工程として、上記黒鉛粉末、粘土粉末、第１添加剤などからなる配合組成物を縦軸高速混合機を用いて分散・混合を行なう。すなわち、先ず、上記黒鉛粉末、粘土粉末、高分子量で粉末状の第２添加剤の一種又は二種以上を槽内に投入して乾式で高速混合する。高分子量で粉末状の第２添加剤としては、アラビアゴム、澱粉等の多糖類及びその誘導体を例として挙げることができる。
なお、上記縦軸高速混合機としては、例えば、混合・分散効率や後述する水分調整の点からクーラーミキサーを付属したヘンシェルミキサーが好適である。
【００１６】
次に、水と、第１添加剤及び必要に応じて低分子量の第２添加剤を水に溶解して槽内に投入して湿式で高速混合して分散する。低分子量の第２添加剤としては、単糖類、二糖類及びソルビット等の糖アルコールを例として挙げることができる。
この時使用する水の総量は、配合組成物１００重量部に対して３５重量部以下とする。３５重量部を超えると槽内材料が泥しょう状態に近くなり分散効率が低下して好ましくない。水の最低使用量は、配合組成物の粘土比率によって異なるが、粘土と添加剤類を効率良く湿潤させるために予備成形前の調整水分に対して５重量％以上になるように添加するとよい。
【００１７】
分散・混合後、材料の水分を調整する。この水分調整は、混合途中で槽内を加熱して水を蒸発させた後に、所定の水分に近くなったところでクーラーミキサーに材料を移動して冷却撹拌しながら揮散すべき残りの水を蒸発させる。
調整水分は、粘土比率が多い硬度がＨＢ〜９Ｈの鉛筆芯では、１３．５％〜１７．０重量％、硬度がＢ〜６Ｂの粘土比率が少ない鉛筆芯では、１７．５〜２３．０重量％とする。水分が少なすぎると、粘土の結合力が低下して成形グリーン強度が弱くなるばかりでなく、最終製品の硬度が硬めにずれてしまい、水分が多すぎても成形グリーン強度は弱く、最終製品の硬度は軟らかめにずれてしまう。また、水分が多すぎても少なすぎても芯の直径が狙いから外れてしまう欠点がある。
【００１８】
水分調整した材料は、次の工程である混合機から容器に排出して予備成形を行なう。水分を調整した材料の容器は、押出成形が終了するまで材料から水分が蒸発しないように水蒸気不透過性の物質を用いることが好ましい。
ここで本発明方法における予備成形とは、押出成形物に緻密性を与えるために、押出成形の前工程として、直径５０〜１５０ｍｍ、長さ１５０〜４００ｍｍの円柱状に成形することをいう。
予備成形の手段としては、シリンダー中の材料にピストンを高速で衝突させたり、油圧ピストンを用いて圧縮成形した後に圧縮物を取り出す方法を選択することができ、本発明では、シリンダー内部を減圧して脱気した後に油圧ピストン等を用いて圧縮成形する方法を採用する。
本発明方法では、上記予備成形工程で、減圧して脱気することにより押出成形物の緻密性が向上し、製品強度が向上するばかりでなく、巣やクラックの発生を防止できる。真空度は、１０ｍｍＨｇ以下の圧力にすることが好ましい。
【００１９】
次に、予備成形物をギア式又は油圧式のラム式押出成形機にて所望の断面形状に成形加工を行なう。通常、鉛筆芯の断面は円形であるが、必要に応じて他の形状にしても良い。
なお、本発明方法による鉛筆芯は、後述する乾燥工程での水分の蒸発、焼成工程での粘土の焼結による体積収縮が発生するので、水分、粘土量に応じた体積収縮を見越して押出成形物の断面寸法を決定する必要がある。成形物は乾燥前に所望の長さに切断することが好ましい。
【００２０】
切断した成形物は、乾燥機を用いて乾燥し水分を蒸発させる。乾燥物の真直度を高めるために、側面に穴を開けた円柱状の容器を用いて容器の軸を中心として回転させながら乾燥させることが好ましい。乾燥条件は配合組成によって異なるが室温から１１０〜１６０℃まで昇温し、２〜１０時間保持する。尚、クラックの発生を防止するために急激な昇温を避ける必要がある。
乾燥処理を施した成形物は、耐熱性の坩堝等に詰めて非酸化性雰囲気中で焼成処理を行なう。焼成は室温から１〜３時間かけて９５０〜１２００℃迄昇温し、冷却後焼成物を取り出す。
【００２１】
次に、上記焼成物に油脂類を含浸して黒色鉛筆芯（製品）とする。
油脂種としては、通常鉛筆用黒芯に使用するラード、鯨油、魚油、カルナバワックス等の一種又は二種以上を適宜選択することができる。
また、含浸操作は、焼成物を１５０〜１８０℃に加熱した含浸油中に投入し２〜６時間保持して取り出した後に、遠心分離器等を用いて芯表面に付着した油脂類を排除して完了する。
【００２２】
【実施例】
以下に、実施例により、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例により何等限定されるものではない。
【００２３】
〔実施例１〕
0003595123.tif 000003
上記配合組成物をヘンシェルミキサーに投入して１５分間高速撹拌した。
次いで、下記組成物を投入し、後半の１０分を加熱しながら２０分間高速撹拌し、クーラーミキサーに配合材料を移動して水分を２２．５重量％に調整して取り出した。
0003595123.tif 000004
【００２４】
次に、上記水分調整した配合組成物をラム式油圧予備成形機のシリンダーに投入、１ｍｍＨｇまで脱気して４５ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えて圧縮成形し予備成形物を得、次いで、これをギア式のラム式押出成形機を用いて、断面が直径３．２０の円形状に押出成形して長さ１９１ｍｍに切断し、側面に穴を開けた円柱状の容器に挿入、乾燥機に入れて容器の軸を中心として回転させながら室温から３０分で１５０℃迄昇温、１５０℃で２．５時間保持して水分を蒸発せしめて乾燥させた。次に、この乾燥物を蓋の内部を黒鉛板で封止した炭化珪素製の耐熱坩堝に挿入し、室温から１．５時間で１１５０℃迄昇温して焼成し、徐冷して焼成芯を取り出し、１６０℃に加熱したラード中に５時間浸漬して油含浸を施し、遠心分離器にて芯表面に付着したラードを振り切り、６Ｂ相当の黒色鉛筆芯を得た。
【００２５】
〔実施例２〕
0003595123.tif 000005
上記配合組成物をヘンシェルミキサーに投入して１５分間高速撹拌した。
次いで、上記配合組成物に下記組成物
0003595123.tif 000006
を投入し、調整水分を２０．０重量％、押出成形物の円断面の直径を２．９３ｍｍ、耐熱坩堝を結晶化ガラス製とした他は実施例１と同一条件で油含浸まで施して３Ｂ相当の黒色鉛筆芯を得た。
【００２６】
〔実施例３〕
0003595123.tif 000007
上記配合組成物をヘンシェルミキサーに投入して１５分間高速撹拌した。
次いで、上記配合組成物に下記組成物
0003595123.tif 000008
を投入し、調整水分を１６．５重量％、押出成形物の円断面の直径を２．１８ｍｍとした他は実施例１と同一条件で油含浸まで施してＨＢ相当の黒色鉛筆芯を得た。
【００２７】
〔実施例４〕
0003595123.tif 000009
上記配合組成物をヘンシェルミキサーに投入して１５分間高速撹拌した。
次いで、上記配合組成物に、下記組成物
0003595123.tif 000010
を投入し、調整水分を１５．５重量％、押出成形物の円断面の直径を２．１１ｍｍとした他は実施例１と同一条件で油含浸まで施して２Ｈ相当の黒色鉛筆芯を得た。
【００２８】
〔実施例５〕
0003595123.tif 000011
上記配合組成物をヘンシェルミキサーに投入して１５分間高速撹拌した。
次いで、上記配合組成物に、下記組成物
0003595123.tif 000012
を投入し、調整水分を１４．０重量％、押出成形物の円断面の直径を２．１９ｍｍとした他は実施例１と同一条件で油含浸まで施して４Ｈ相当の黒色鉛筆芯を得た。
【００２９】
〔実施例６〕
0003595123.tif 000013
上記配合組成物をヘンシェルミキサーに投入して１５分間高速撹拌した。
次いで、上記配合組成物に、下記組成物
0003595123.tif 000014
を投入し、調整水分を１４．０重量％、押出成形物の円断面の直径を２．２１ｍｍとした他は実施例１と同一条件で油含浸まで施して６Ｈ相当の黒色鉛筆芯を得た。
【００３０】
上記実施例１〜６で得られた黒色鉛筆芯について、ＪＩＳ−Ｓ−６００５に準拠して、直径、曲げ強さについての測定結果及び熟練した検査員による硬度と書味について評価の判定結果を下記表２に示す。
【００３１】
【表２】
0003595123.tif 000015
【００３２】
（表２の考察）
上記表２に示される試験結果から明らかなように、本発明範囲となる実施例１〜６は、滑らかな書味を有し、且つ描線濃度や強度的にも優れる黒鉛鉛筆芯であることが判明した。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、予備成形工程で、減圧下で圧縮して脱気することにより押出成形物の緻密性を向上せしめるので、製品強度が向上するばかりでなく、巣やクラックの発生を防止できるので、滑らかな書味を有し、且つ描線濃度や強度的にも優れる鉛筆芯の製造方法が提供される。
請求項２の発明によれば、滑らかな書味を有し、且つ描線濃度や強度的にも更に優れる黒色鉛筆芯が提供される。