(57)【要約】    【課題】筆記濃度を向上させても、出来るだけ曲げ強さの高い鉛筆芯を提供すること。    【解決手段】体質材と有機結合材とを主材として使用し、混練、成形、熱処理を施してなる鉛筆芯において、前記体質材として少なくとも黒鉛と窒化珪素と金属の固溶体を使用する鉛筆芯。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
体質材と有機結合材とを主材として使用し、混練、成形、熱処理を施してなる鉛筆芯において、前記体質材として黒鉛と少なくとも窒化珪素と金属の固溶体を使用する鉛筆芯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体質材と有機結合材とを主材として使用し、混練した原材料を細線状に成形後、熱処理を施してなる鉛筆芯に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉛筆芯は、黒鉛、窒化ホウ素、タルクなどの体質材と、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、塩素化パラフィン樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、ブチルゴムなどの有機結合材や粘土などの無機結合材とを主材として使用し、必要に応じて、フタル酸などの可塑剤、メチルエチルケトン、水などの溶剤、ステアリン酸塩などの安定剤、ステアリン酸などの滑材、カーボンブラックなどの充填材などを併用し、これらの原材料を分散混合、混練し、細線状に成形した後、適宜温度まで熱処理を施し、更に必要に応じて、シリコーン油、流動パラフィン、スピンドル油、スクワラン、α−オレフィンオリゴマー、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ポリエチレンワックス、モンタンワックス、カルナバワックスなどの適宜油状物を含浸させて製造している。
【０００３】
鉛筆芯の体質材には前述したように、黒鉛が一般的に使用されている。中でも結晶の発達した黒鉛は、扁平状であるため細線状に芯体を成形する際に押出方向に配向することで芯体の強度を向上させ、また、その高い劈開性により紙面と抵抗で黒鉛粒子が剥がれることで筆記線となる。ところが、黒鉛粒子のベーサル面は光の反射が大きいため、筆記線が黒色ではなく鉛色に見えてしまう。その光の反射を軽減させて筆記線をより黒くすることで筆記濃度をより向上させるために、黒鉛以外の窒化珪素やタルクなどのセラミクッス粉を体質材に使用する方法が知られている。これらセラミクッス粉の体質材に焼成のために炭化した有機結合材が付着し、黒色になることで筆記濃度が向上するからで、黒鉛以外に用いるセラミックス粉の体質材としては、例えば、特公昭４２−００７１６６号公報（特許文献１）には天然雲母が、特開昭５４−０８８４２３号公報（特許文献２）にはタルクが、特開２００２−３０２６３３号公報（特許文献３）には窒化珪素が、特開平７−２５８５９４号公報（特許文献４）には窒化ホウ素がそれぞれ記載されている。
更に特開２００１−３０２９６０号公報（特許文献５）には非焼成鉛筆芯に金属紛であるアルミニウム粉を使った事例も記載されている。
これら従来技術の中でも、とりわけ窒化珪素を黒鉛と共に体質材として使用すると黒鉛の非常に強い潤滑性に起因する紙面との空滑りを、硬い粒子である窒化珪素が筆記による応力で芯体に作用し、摩耗促進材となり黒鉛をより大きなブロックで摩耗させる効果も相成り、より濃度が向上することが確認されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭４２−００７１６６号公報
【特許文献２】特開昭５４−０８８４２３号公報
【特許文献３】特開２００２−３０２６３３号公報
【特許文献４】特開平７−２５８５９４号公報
【特許文献５】特開２００１−３０２９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これら窒化珪素を含めセラミックス粉を鉛筆芯の体質材として使用すると濃度向上効果はあるものの、曲げ強さの低下が大きい。
鉛筆芯は自身が摩耗して筆記線となる特性上、鉛筆芯を構成する体質材の粒子同士の結合状態が鉛筆芯の性能を左右する。体質材粒子の結合が弱ければ、筆記濃度は濃いが、曲げ強さが弱い鉛筆芯となり、体質材粒子の結合が強ければ、曲げ強さは強いが筆記濃度は薄い鉛筆芯となってしまう。それゆえ、筆記濃度を向上させても、如何に曲げ強さの低下を少なくして、折れにくい鉛筆芯ができるかが課題となる。
鉛筆芯を構成する体質材粒子の結合には大きく分けて２通りある。第一に合成樹脂の炭化物や粘土等を結合剤として体質材粒子同士を接着させる結合。第二に体質材同士が直接結合する焼結による結合である。特に後者の体質材同士の焼結による結合は先行技術物件にも挙げたセラミックス粉を体質材とした際には非常に重要となるが特許文献１から４に記載されている天然雲母、タルク、窒化珪素、窒化ホウ素などセラミックス粉の粒子同士が焼結により溶融・結合した部分の特徴として非常に脆いことが挙げられる。このため筆記濃度は高くなるものの、曲げ強さが低い鉛筆芯となってしまう。
又、特許文献５に記載されているアルミニウム等の金属粉を焼成鉛筆芯に用いた場合、
金属粉同士は溶融し強固に結合する。このため曲げ強度は高くなるものの、筆記したときに必要な適当な脆さがなく、また焼成のために炭化した有機結合材も金属表面には付着し難いため、極端に薄い鉛筆芯となってしまうという問題があった。
尚、一般筆記用の鉛筆芯としては、呼び径０．７ｍｍの場合、通常筆記では最低１７０Ｍｐａ以上は必要で、値が高い程折れ難く性能が良いとされる。濃度に関しては０．１５Ｄを下回ると筆記線を認識し難くなり、出来るだけ値が高い方が認識されやすく性能が良いとされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、体質材と有機結合材とを主材として使用し、混練、成形、熱処理を施してなる鉛筆芯において、前記体質材として黒鉛と少なくとも窒化珪素と金属の固溶体を使用する鉛筆芯を要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】
前述した通り窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を黒鉛と共に鉛筆芯の体質材として使用すると自身が有機炭化物により黒色化することと、摩耗促進材になることで筆記濃度は向上する。しかし、窒化珪素同士の結合は、非常に脆く強度低下が大きかった。
本発明で使用する窒化珪素と金属の固溶体は窒化珪素の性質に加え一部金属の特徴を併せ持つ物質である。最たる特徴として結合状態が共有結合と部分的に金属結合の形態をとることが挙げられる。このため、特許文献１から４に記載したセラミクス粉の性質に加え、部分的に特許文献５に記載したような金属粉の性質を併せ持つ物質であり、焼成により溶融・結合した部分は従来技術にあるようなセラミックス粉のように筆記により離脱され易いながらも、金属結合する物質の特徴である延性の働きで、粒子同士が離れる際に適度な粘りが生じると推察される。このため曲げ強さが向上すると共に、延性による適度な粘りが、筆記による応力により粒子が芯体から離脱する際、次々と粒子の離脱を誘い摩耗が促進されると推察される。更に従来技術にあるセラミックス粉同様、焼成のために炭化した有機結合材が付着し黒色化し易いため摩耗粉も黒くなり筆記濃度も向上する。更に窒化珪素同様適度な硬さを有し、摩耗促進剤としても作用するため、従来の鉛筆芯と比較し、筆記濃度を向上させても曲げ強さが極力高い鉛筆芯が提供できる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を詳述する。
例えば、窒化珪素と金属の固溶体としてサイアロンが挙げられる。サイアロンはＳｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物の総称で一般式Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚ（０＜Ｚ＜４．２）で示される。窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）のSi、N位置に、Al、Oがそれぞれ置換固溶したβ−サイアロンと、この置換と同時に結晶格子間に特定な金属原子が侵入型固溶したα−サイアロンとがあるが鉛筆芯の体質材とする際は特に限定されない。
一般的なサイアロンの製法としては原料にＳｉ３Ｎ４粉末、ＡｌＮ粉末を用い焼結時にＳｉ３Ｎ４粉末中にＡｌとＯを融合させる反応焼結法や、窒素雰囲気中のチャンバー内で金属シリコーンとアルミニウムを直接反応させ、その際の１０００℃を超える反応熱による気相反応でサイアロンを得る燃焼合成法などがあるが製法は特に限定されず、必要に応じ、高速粉砕機等で粉砕して用いれば良い。
【０００９】
窒化珪素と金属の固溶体であるサイアロンの市販品としては、例えばサイアロン・ＳＡＮシリーズ（品川ファインセラミックス（株）製）、三菱セラミックサイアロン（三菱金属（株）製）、メラミックス（（株）イスマンジェイ製）等が挙げられるが、この他にもＳｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物であれば特に限定されるものではない。
【００１０】
本発明で使用する窒化珪素と金属の固溶体の粒子径は特に限定されない。配合作業上で不具合が出ない程度の粒径であれば混練時に他の材料と共に粉砕され均一分散する。
また、使用量も特に限定されないが、体質材全量に対し１重量％以上の使用が好ましく、１重量％未満の使用量では効果が発揮されにくい。
【００１１】
上記以外の使用材料としては、従来公知の材料を使用できる。窒化珪素と金属の固溶体と併用する体質材として必須な黒鉛は一般的な、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛、人造黒鉛などが使用できる。その他体質材として従来公知な窒化ホウ素あるいはタルク、酸化珪素などの中より選択された１種もしくは２種以上のものを例示できる。
有機結合材としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、塩素化パラフィン樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、ブチルゴムなどの中より選択された１種もしくは２種以上のものが例示できる。
更に、必要に応じて、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、リン酸トリクレジル、ジプロピレングリコールジベンゾエート、アジピン酸ジオクチル、プロピオンカーボネートなどの可塑剤、カーボンブラック、無定形シリカなどの充填材、ステアリン酸塩などの安定剤、ステアリン酸などの滑材、メチルエチルケトン、水などの溶剤などを適宜併用できる。
【００１２】
これらの原材料をヘンシェルミキサーなどによる分散混合、ニーダー、３本ロールなどによる混練の後、細線状に押出成形し、空気中で室温から３００℃前後までの熱処理を施し、その後、不活性雰囲気中で８００℃〜１３００℃の焼成処理を施し、更に必要に応じて、シリコーン油、流動パラフィン、スピンドル油、スクワラン、α−オレフィンオリゴマー、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ポリエチレンワックス、モンタンワックス、カルナバワックスなどの適宜油状物を含浸させて鉛筆芯を製造する。尚、必要に応じて、顔料、染料などを適宜併用し、色鉛筆芯としても良い。
【実施例】
【００１３】
次に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
【００１４】
＜実施例1＞
（芯体配合物）
塩化ビニル                    ３０重量部
メラミックス（窒化珪素と金属の固溶体：βサイアロン・（株）イスマンジェイ製）
４０重量部
黒鉛                          １０重量部
ジオクチルフタレート          １０重量部
ステアリン酸                    ２重量部
メチルエチルケトン            ３０重量部
上記材料を配合物として、ニーダー及び３本ロールにより十分に混練後、細線状に押し出し、空気中で３００℃まで加熱し、更に、不活性雰囲気中で１１００℃まで加熱し、呼び径０．７ｍｍの焼成芯体を得た。これを１００℃に加熱した流動パラフィン中に１６時間浸漬後、表面上の余分な流動パラフィンを除去して鉛筆芯を得た。
【００１５】
＜実施例２＞
（芯体配合物）
塩化ビニル                    ３０重量部
メラミックス（窒化珪素と金属の固溶体：βサイアロン・（株）イスマンジェイ製）
２５重量部
黒鉛                          ２５重量部
ジオクチルフタレート          １０重量部
ステアリン酸                    ２重量部
メチルエチルケトン            ３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。
【００１６】
＜実施例３＞
（芯体配合物）
塩化ビニル                    ３０重量部
メラミックス（窒化珪素と金属の固溶体：βサイアロン・（株）イスマンジェイ製）
１０重量部
黒鉛                          ４０重量部
ジオクチルフタレート          １０重量部
ステアリン酸                    ２重量部
メチルエチルケトン            ３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。
【００１７】
＜実施例４＞
（芯体配合物）
塩化ビニル                    ３０重量部
メラミックス（窒化珪素と金属の固溶体：βサイアロン・（株）イスマンジェイ製）
５重量部
黒鉛                          ４５重量部
ジオクチルフタレート          １０重量部
ステアリン酸                    ２重量部
メチルエチルケトン            ３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。
【００１８】
＜実施例５＞
（芯体配合物）
塩化ビニル                    ３０重量部
メラミックス（窒化珪素と金属の固溶体：βサイアロン・（株）イスマンジェイ製）
２重量部
黒鉛                          ４８重量部
ジオクチルフタレート          １０重量部
ステアリン酸                    ２重量部
メチルエチルケトン            ３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。
【００１９】
＜実施例６＞
（芯体配合物）
塩化ビニル                    ３０重量部
ＳＡＮサイアロン、（窒化珪素と金属の固溶体：αサイアロン・（品川耐火煉瓦（株）製））
２重量部
黒鉛                          ４８重量部
ジオクチルフタレート          １０重量部
ステアリン酸                    ２重量部
メチルエチルケトン            ３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。
【００２０】
＜実施例７＞
（芯体配合物）
塩化ビニル                    ３０重量部
メラミックス（窒化珪素と金属の固溶体：βサイアロン・（株）イスマンジェイ製）
０．５重量部
黒鉛                      ４９．５重量部
ジオクチルフタレート          １０重量部
ステアリン酸                    ２重量部
メチルエチルケトン            ３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。
【００２１】
＜実施例８＞
（芯体配合物）
塩化ビニル                    ３０重量部
メラミックス（窒化珪素と金属の固溶体：βサイアロン・（株）イスマンジェイ製）
０．４重量部
黒鉛                      ４９．６重量部
ジオクチルフタレート          １０重量部
ステアリン酸                    ２重量部
メチルエチルケトン            ３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。
【００２２】
＜比較例１＞
（芯体配合物）
塩化ビニル                    ３０重量部
Ａ５００（雲母、（株）山口雲母工業）
２５重量部
黒鉛                          ２５重量部
ジオクチルフタレート          １０重量部
ステアリン酸                    ２重量部
メチルエチルケトン            ３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。
【００２３】
＜比較例２＞
（芯体配合物）
塩化ビニル                    ３０重量部
ＣＴ３５（タルク、（株）山口雲母工業）
２５重量部
黒鉛                          ２５重量部
ジオクチルフタレート          １０重量部
ステアリン酸                    ２重量部
メチルエチルケトン            ３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。
【００２４】
＜比較例３＞
（芯体配合物）
塩化ビニル                    ３０重量部
窒化珪素粉末（窒化珪素、電気化学工業（株）製）
２５重量部
黒鉛                          ２５重量部
ジオクチルフタレート          １０重量部
ステアリン酸                    ２重量部
メチルエチルケトン            ３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。
【００２５】
＜比較例４＞
（芯体配合物）
塩化ビニル                    ３０重量部
デンカボロンナイトライド（窒化ホウ素、電気化学工業（株）製）
２５重量部
黒鉛                          ２５重量部
ジオクチルフタレート          １０重量部
ステアリン酸                    ２重量部
メチルエチルケトン            ３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。
【００２６】
＜比較例５＞
（芯体配合物）
塩化ビニル                    ３０重量部
アルミニウムＮｏ．６００（アルミニウム、福田金属箔粉工業（株）製）  
２５重量部
黒鉛                          ２５重量部
ジオクチルフタレート          １０重量部
ステアリン酸                    ２重量部
メチルエチルケトン            ３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。
【００２７】
＜比較例６＞
（芯体配合物）
塩化ビニル                    ３０重量部
黒鉛                          ５０重量部
ジオクチルフタレート          １０重量部
ステアリン酸                    ２重量部
メチルエチルケトン            ３０重量部
上記配合物を用い実施例１と同様にした。
【００２８】
上記各例により得られた折損強度、濃度ついて測定した。結果を表１に示す。
【表１】
2011094058.tif 000002