JPH09208880A - 焼成色鉛筆芯の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 機械的強度、即ち、曲げ強度、引張強度、衝
撃強度等に優れ、十分な発色性、描線濃度を持った、焼
成芯体にインクを含浸した焼成色鉛筆芯の製造方法。 【解決手段】 窒化硼素と被着色材及び白色もしくは淡
色の無機粉末と有機質の賦形材を含む配合組成物を混
練、押出成形、非酸化性雰囲気で焼成することにより、
該有機質の賦形材が炭化された炭素をバインダーとする
第１焼成芯体とし、さらに酸化雰囲気中で加熱して炭素
のバインダーを酸化除去させた第２焼成芯体を得、該第
２焼成芯体の気孔内に、ペルヒドロポリシラザン含有液
を含浸し、窒素雰囲気等の不活性雰囲気中又はアンモニ
アガス雰囲気中での熱処理により窒化珪素を生成させた
第３焼成芯体を得、該第３焼成芯体の気孔内にインクを
充填させてなる焼成色鉛筆芯の製造方法において、前記
被着色材及び体質材としての白色もしくは淡色の無機粉
末として少なくとも六チタン酸カリウム繊維を含有。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械的強度、即
ち、曲げ強度、引張強度、衝撃強度等に優れ、十分な発
色性、描線濃度を持った、焼成芯体にインクを含浸した
焼成色鉛筆芯の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の焼成色鉛筆芯は、結合材として一
種及び／又は二種以上の粘土等が用いられ、これに窒化
硼素等の体質材、更に必要に応じて耐熱性の顔料、反応
促進剤を添加、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、熱処理を経て多孔質焼成芯体と
し、この芯体の気孔中に染料および顔料から成るインク
等を充填させて製造していた。この時、色鉛筆芯の重要
特性としては、機械的強度が強く、発色性が良く、筆記
描線の濃度が濃いものが要求されている。

【０００３】ところが、従来の焼成色鉛筆芯は、機械的
強度が充分でなく、濃度および発色性においても充分な
ものが得られていないのが現状である。そこで、上記の
要求を達成するためには、充分な機械的強度を保持しつ
つ、気孔率を増加させることにより芯体に充填されるイ
ンク量を多くする必要がある。

【０００４】また、従来結合材として用いられている粘
土等による焼成芯体は、窒化硼素等の体質材と粘土等の
結合材の焼結力が弱く、粘土等自身の強度も低いため、
得られる焼成色鉛筆芯は実用強度に達していないのが現
状である。また、粘土は不純物を含んでいるため、焼成
芯体は一般に有色となり、描線の発色性に悪影響を与え
る点に課題があり、特に、淡色系の描線のくすんだ色の
原因となっている。

【０００５】これらの課題を解決する方法として、本願
出願人は、少なくとも体質材からなる特定の焼成多孔質
芯体の気孔内にペルヒドロポリシラザン含有液を含浸
し、窒素雰囲気等の不活性雰囲気中又はアンモニアガス
雰囲気中での熱処理により結合材として窒化珪素を生成
させた芯体の気孔内にインクを充填させてなる焼成色鉛
筆芯及びその製造方法を提案している（特願平６−１８
４６１１号）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の課題を解決すると共に、上記本願出願人の先
行技術を更に改良することであり、滑らかな書き味を保
持しつつ、機械的強度と発色性とが向上された焼成色鉛
筆芯の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するために鋭意研究を行った結果、少なくとも体
質材としての窒化硼素と被着色材及び体質材としての特
定の白色もしくは淡色の無機粉末を加えてなる焼成多孔
質芯体の気孔内にペルヒドロポリシラザン含有液を含浸
せしめ、窒素雰囲気等の不活性雰囲気中又はアンモニア
ガス雰囲気中での熱処理により、結合材として窒化珪素
を生成させた芯体の気孔内にインクを充填させて、芯体
自体の強度向上を図ると共に被着色性を向上させること
によって解決し得ることを見いだし、本発明を完成する
に至ったのである。すなわち、

【０００８】本発明の焼成色鉛筆芯の製造方法は、少な
くとも体質材としての窒化硼素と被着色材及び体質材と
しての白色もしくは淡色の無機粉末と有機質の賦形材を
含む配合組成物を混練、押出成形、非酸化性雰囲気で焼
成することにより、該有機質の賦形材が炭化された炭素
をバインダーとする第１焼成芯体を得、該第１焼成芯体
を酸化雰囲気中で加熱して炭素のバインダーを酸化除去
させた少なくとも体質材からなる第２焼成芯体を得、該
第２焼成芯体の気孔内に、ペルヒドロポリシラザン含有
液を含浸し、窒素雰囲気等の不活性雰囲気中又はアンモ
ニアガス雰囲気中での熱処理により窒化珪素を生成させ
た第３焼成芯体を得、該第３焼成芯体の気孔内にインク
を充填させてなる焼成色鉛筆芯の製造方法において、前
記被着色材及び体質材としての白色もしくは淡色の無機
粉末として少なくとも六チタン酸カリウム繊維を含有す
ることを特徴とする。なお、本発明で規定する「窒素雰
囲気等の不活性雰囲気中」とは、窒素ガス雰囲気中、ま
たは、アルゴンガス雰囲気等の不活性ガス雰囲気中をい
う。

【０００９】本発明の製造方法は、焼成色鉛筆芯の機械
的強度と発色性とを向上を目的とするものであり、体質
材としての窒化硼素と被着色材及び体質材としての白色
もしくは淡色の六チタン酸カリウム繊維とを共用するこ
とによって滑らかな書き味を保持しつつ、機械的強度と
発色性とが向上された焼成色鉛筆芯が得られることとな
る（この点に関しては更に実施例で詳しく説明する）。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。本発明は、少なくとも体質材としての窒化硼素
と被着色材及び体質材としての白色もしくは淡色の無機
粉末と有機質の賦形材を含む配合組成物を混練、押出成
形、非酸化性雰囲気で焼成することにより、該有機質の
賦形材が炭化された炭素をバインダーとする第１焼成芯
体を得、該第１焼成芯体を酸化雰囲気中で加熱して炭素
のバインダーを酸化除去させた少なくとも体質材からな
る第２焼成芯体を得、該第２焼成芯体の気孔内に、ペル
ヒドロポリシラザン含有液を含浸し、窒素雰囲気等の不
活性雰囲気中又はアンモニアガス雰囲気中での熱処理に
より窒化珪素を生成させた第３焼成芯体を得、該第３焼
成芯体の気孔内にインクを充填させてなる焼成色鉛筆芯
の製造方法において、前記被着色材及び体質材としての
白色もしくは淡色の無機粉末として少なくとも六チタン
酸カリウム繊維を含有させてなるものである。

【００１１】本発明の焼成色鉛筆芯の基本構造は、体質
材としての窒化硼素と窒化珪素をバインダーとする複合
材であり、複合強化の考え方から体質材として高強度を
有する物質を添加すれば複合材全体の強度が向上するこ
ととなる。

【００１２】一般にチタン酸カリウム繊維は、一般式Ｋ
₂Ｏ・ｎＴｉＯ₂で表すことができる人工の鉱物で、焼成
法、溶融法、水熱法、フラックス法、融体法等の方法で
繊維状に合成することができ、ｎ＝２、４、６、８のも
のがよく知られている。化学構造的にも被着色材として
有効な働きをすることができる物質である。チタン酸カ
リウム繊維は、引張強度が７００ｋｇ／ｍｍ²以上、弾
性率が２８，０００ｋｇ／ｍｍ²以上と極めて高強度
で、複合強化材として適しているばかりでなく、微細形
状であるという点から書味等の筆記性能を阻害せず、白
色もしくは淡色を呈しているので色鉛筆芯の強度向上を
目的とした体質材として好適である。

【００１３】一方、本発明の焼成色鉛筆芯の芯体は、上
述のように体質材と有機質の賦形材を含む配合組成物を
混練、押出成形、非酸化性雰囲気で焼成し（第一熱処理
工程）、酸化雰囲気中で加熱して（第二熱処理工程）炭
素のバインダーを酸化除去した芯体の気孔内にペルヒド
ロポリシラザン含有液を含浸し、窒素雰囲気等の不活性
雰囲気中またはアンモニアガス雰囲気中での熱処理によ
り（第三熱処理工程）生成した窒化珪素をバインダーと
する。第一熱処理工程では有機物質を炭素化させるため
に、通常少なくとも９００℃以上の温度で熱処理を施さ
ねばならない。また、第二熱処理工程では酸化の効率性
から７００℃以上、第三熱処理工程ではペルヒドロポリ
シラザンを窒化珪素に変換するために４００℃以上に昇
温させることが好ましい。更に、第一熱処理工程と第三
熱処理工程では活性に富む分解ガスが発生することが多
いことから、本発明の焼成色鉛筆芯の体質材は前記温度
範囲で安定で、且つ分解ガスに侵されないことが必須条
件となる。

【００１４】チタン酸カリウム繊維は、構造によってそ
の化学的、物理的性質が大きく異なり、ｎ＝２と４のも
のは化学的に不安定で容易にカリウムを放出するので、
本発明の体質材としては不適である。また、ｎ＝８のも
のは前者よりは安定であるが７００℃以上では結晶構造
が壊れて六チタン酸カリウム繊維と二酸化チタンに分解
してしまうので、前者と同様に本発明の目的である焼成
色鉛筆芯の体質材には適さない。一方、六チタン酸カリ
ウム繊維（一般式Ｋ₂Ｏ・６ＴｉＯ₂）の結晶構造は１３
００℃付近まで変化する事無く化学的にも安定な物質で
ある。従って、本発明で用いる白色もしくは淡色の無機
粉末としてのチタン酸カリウム繊維は、ｎ＝６の六チタ
ン酸カリウム繊維に限定されるが、その製造方法につい
ては格別に限定されるものではない。

【００１５】本発明で用いる六チタン酸カリウム繊維が
体質材に占める割合は、体質材全量に対して５〜７０重
量％、好ましくは１５〜６５重量％が望ましい。５重量
％未満ではチタン酸カリウム繊維がもつ優れた機械的強
度と被着色性が発現されず、７０重量％を超えると六チ
タン酸カリウム繊維以外の体質材の主成分である窒化硼
素の配合量が制限され、書味等の筆記性能が低下して好
ましくない。

【００１６】本発明において、先ず第１焼成芯体は、少
なくとも体質材としての窒化硼素と被着色材及び体質材
としての白色もしくは淡色の無機粉末と有機質の賦形材
を含む配合組成物を原料とする。窒化硼素としては、従
来から焼成色鉛筆芯の製造に使用されているものを採用
できる。また、被着色材及び体質剤としては、上記特性
の六チタン酸カリウム繊維を用いることができ、また、
該六チタン酸カリウム繊維の他に必要に応じてタルク、
マイカ等の珪酸塩化合物、シリカ、アルミナ、酸化チタ
ン等の酸化物、炭酸カルシウム等の炭酸塩化合物、硫酸
バリウム等の硫酸塩化合等の白色の無機粉末が使用する
ことができ、これらの数種類の混合物も使用できるが、
強度の発現、あるいは維持、書き味等を考慮すると、潤
滑性に優れ、体質材の窒化硼素の配向を阻害しない薄片
状のタルク、マイカ等を用いる方が好ましい。また、そ
の使用量は、強度、書き味を劣化させることなく描線の
発色性を高めるためにも、体質材全量に対して１０重量
％以下が好ましい。また、耐熱性顔料を配合しても良
い。

【００１７】有機質の賦形材としては、例えば、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等いずれも使用可能
で、当然これら数種類の混合物も使用できる。

【００１８】さらに、高せん断力を加えて行う混練時の
特性向上及び押出成形の特性向上の目的で、水、ジオク
チルフタレート（ＤＯＰ）、ジブチルフタレート（ＤＢ
Ｐ）、リン酸トリクレジル（ＴＣＰ）、アジピン酸ジオ
クチル（ＤＯＡ）、プロピレンカーボナート、アルコー
ル類、ケトン類、エステル類など有機質の賦形材の可塑
剤又は溶剤の一種又は二種以上を、必要に応じて配合し
ても良い。

【００１９】これら配合組成物をヘンシェルミキサー、
加圧ニーダー、二本ロール等で十分混練した後、押出成
形機により細線状等に押出成形し、次いで、窒素雰囲気
中又はアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中等の非酸
化性雰囲気中で焼成することにより、有機質の賦形材が
炭化され炭素をバインダーとする第１焼成芯体を得られ
る。

【００２０】上記で得られた第１焼成芯体を酸化雰囲気
中で加熱して炭素のバインダーを酸化除去させることに
より多数の気孔を備えた多孔質芯体からなる第２焼成芯
体を得られる。ここで、第２焼成芯体の気孔は、体質材
の窒化硼素と有機質の賦形材等とからなる混練物を非酸
化性雰囲気で焼成することによって得られる気孔と、前
記炭素のバインダーを除去することにより得られる気孔
の両者から構成されている。第２焼成芯体の気孔率の調
整は、主に有機質の賦形材の配合割合を調整することに
より行われるものであるが、他に炭素粒状物質等の気孔
形成材を適宜添加してもかまわない。なお、全気孔に対
する炭素のバインダーの除去による気孔の量は全く任意
である。

【００２１】本発明において、第３焼成芯体は、上記で
得られた多孔質芯体からなる第２焼成芯体をペルヒドロ
ポリシラザン含有液に含浸せしめた後、このペルヒドロ
ポリシラザン含有液含浸後の第２焼成芯体を窒素雰囲気
等の不活性雰囲気中又はアンモニアガス雰囲気中で４０
０℃以上、好ましくは６００℃以上で、かつ、六チタン
酸カリウム繊維と必要に応じて加えられた他の被着色材
の熱分解温度より低い温度での熱処理により第２焼成芯
体に結合材として窒化珪素を生成させることにより得ら
れる。

【００２２】本発明において、上記第１焼成芯体、第２
焼成芯体、第３焼成芯体を得る際に行う熱処理は、体質
材及び被着色材として六チタン酸カリウム繊維以外の無
機粉末を添加する場合は、熱処理温度を留意しなければ
ならない。すなわち、体質材及び被着色材の無機粉末が
分解、あるいは脱水等の化学変化等を生じると、書き味
を損ねたり、強度の劣化等を生じる場合があるので、使
用する被着色材の無機粉末の熱的性質と熱処理の目的に
よって、熱処理温度を適宜選択する必要がある。

【００２３】本発明で用いるペルヒドロポリシラザン含
有液は、上記ペルヒドロポリシラザンを有機溶剤で溶解
したものであり、該ペルヒドロポリシラザン含有液が第
２焼成芯体に含浸可能なものであれば、使用する有機溶
剤は特に限定されず、いずれも使用可能である。使用す
る有機溶剤としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、
エーテル、ＴＨＦ、塩化メチレン、四塩化炭素等、芳香
族炭化水素系等の有機溶剤が挙げられる。

【００２４】ペルヒドロポリシラザン含有液を第２焼成
芯体に含浸させる方法としては、第２焼成芯体をペルヒ
ドロポリシラザン含有液中に浸漬し、必要に応じて加
熱、減圧、加圧等の条件下で含浸させることにより行う
ことができる。得られた第３焼成芯体は、結合材として
の窒化珪素が芯体中に微細で均一に分散して生成するも
のとなり、さらに、体質材が高配向しているため少量の
窒化珪素の生成で芯体の強度を発現しやすく、筆記時の
芯体の崩れも均一となる。

【００２５】本発明において、焼成色鉛筆芯は、上記で
得られた第３焼成芯体の気孔内に、インクを充填させる
ことにより得られる。第３焼成芯体に含浸させるインク
としては、従来公知の色鉛筆芯用のものであればいずれ
も使用することができる。例えば、染料、顔料等の着色
剤を、動植物油、合成油、アルコール類、炭化水素油、
水等に溶解、分散させ、あるいは必要に応じて樹脂、界
面活性剤等をさらに添加し製造された一般的に用いられ
ている印刷用インク、スタンプインク、ボールペンイン
ク、水性筆記用インク等が用いられる。

【００２６】また、第３焼成芯体にインクを含浸させる
方法としては、第３焼成芯体にインク中に浸漬し、加
熱、減圧、加圧等の条件下で気孔内に充填させる。さら
に、繰り返し含浸を行ってもよい。

【００２７】

【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、本発明はこれらの実施例によって何等限定
されるものではない。

【００２８】（実施例１） 窒化硼素 ３５重量部 六チタン酸カリウム繊維『大塚化学（株）製トフィカＹ』 １５重量部 塩化ビニル樹脂 ５０重量部 ジオクチルフタレート（ＤＯＰ） ２０重量部 ステアリン酸亜鉛 １重量部 上記配合組成物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、細線状に押出成
形し、これから残留する可塑剤を除去すべく空気中で１
８０℃にて１０時間熱処理して、しかるのち窒素雰囲気
中にて３００℃迄は１０℃／ｈｒ、３００℃から８５０
℃迄は３０℃／ｈｒで昇温させて、８５０℃にて１時間
焼成し、第１焼成芯体を得た。

【００２９】この第１焼成芯体を酸化雰囲気で約７００
℃で加熱焼成して残留している炭素化した樹脂分を除去
して白色の第２焼成芯体を得た。この第２焼成芯体に、
ペルヒドロポリシラザン含有液を室温で１日含浸後、窒
素雰囲気中で６００℃迄は６０℃／ｈｒで昇温させて、
６００℃にて１時間焼成して焼成芯体を得た。さらに、
この焼成芯体にペルヒドロポリシラザン含有液を含浸せ
しめ、焼成工程をさらに１回繰り返し、直径０．５７ｍ
ｍの白色の第３焼成芯体を得た。次に、赤色インクに上
記第３焼成芯体を浸し、７０℃で２４時間放置した。こ
の染料が充填された第３焼成芯体表面をアルコールで洗
浄し、直径０．５７ｍｍの赤色の焼成色鉛筆芯とした。

【００３０】（比較例１）実施例１において、窒化硼素
の配合量を３５重量部から５０重量部にし、六チタン酸
カリウム繊維を配合組成物から除外した以外、すべて実
施例１と同様にした。

【００３１】（比較例２）実施例１において、六チタン
酸カリウム繊維をタルクに置き換えた以外、すべて実施
例１と同様にした。

【００３２】（比較例３）実施例１において、六チタン
酸カリウム繊維を八チタン酸カリウム繊維『大塚化学
（株）製ティスモＤ』に置き換えた以外、すべて実施例
１と同様にした。

【００３３】上記実施例１及び比較例１〜３の赤色の色
鉛筆芯を使用して、ＪＩＳ−Ｓ−６００５−１９８９に
準拠して曲げ強度（MPa）を測定すると共に、書き味及
び描線の発色性について評価した。これらの結果を下記
表１に示す。なお、書き味、描線発色性の評価は、熟練
者による官能試験により行った。

【００３４】

【表１】

【００３５】（表１の考察）本発明となる実施例１は、
従来例となる比較例１〜２に較べ、曲げ強度、書き味、
描線の発色のすべての面できわめて優れたものであるこ
とが判明した。また、比較例３では、第１焼成芯の段階
で六チタン酸カリウム繊維が分解し、曲げ強度も低く、
書き味も重たいものであり、実用上色鉛筆芯として好ま
しくないことが判った。

【００３６】

【発明の効果】本発明方法によれば、少なくとも体質材
としての窒化硼素に被着色材及び体質材としての六チタ
ン酸カリウム繊維を加えてなる特定の多孔質芯体をイン
ク充填することにより、機械的強度に優れ、実用上折れ
難く、また、きわめて優れた発色性、描線濃度をもちな
がら、良好な書き味を有する焼成色鉛筆芯の製造方法が
提供される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも体質材としての窒化硼素と被
   着色材及び体質材としての白色もしくは淡色の無機粉末
   と有機質の賦形材を含む配合組成物を混練、押出成形、
   非酸化性雰囲気で焼成することにより、該有機質の賦形
   材が炭化された炭素をバインダーとする第１焼成芯体を
   得、該第１焼成芯体を酸化雰囲気中で加熱して炭素のバ
   インダーを酸化除去させた少なくとも体質材からなる第
   ２焼成芯体を得、該第２焼成芯体の気孔内に、ペルヒド
   ロポリシラザン含有液を含浸し、窒素雰囲気等の不活性
   雰囲気中又はアンモニアガス雰囲気中での熱処理により
   窒化珪素を生成させた第３焼成芯体を得、該第３焼成芯
   体の気孔内にインクを充填させてなる焼成色鉛筆芯の製
   造方法において、前記被着色材及び体質材としての白色
   もしくは淡色の無機粉末として少なくとも六チタン酸カ
   リウム繊維を含有することを特徴とする焼成色鉛筆芯の
   製造方法。