JPH1017307A - 焼成鉛筆芯用窒化ホウ素粉末および焼成鉛筆芯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 曲げ強度が高く、純黒色を呈し且つ滑らかな
筆感を有する焼成鉛筆芯を得る。 【解決手段】 平均粒子径１〜５μｍ、比表面積２５〜
５０ｍ² ／ｇ、結晶子サイズ７００オングストローム以
上、純度９７％以上である焼成鉛筆芯用窒化ホウ素粉
末、および、この窒化ホウ素粉末を無機体質材とした焼
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、描線が純黒色で光
沢度が小さく曲げ強度の高い焼成鉛筆芯、特にシャープ
ペンシル芯に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉛筆芯は、黒鉛、窒化ホウ素、タ
ルク、マイカ、カーボンブラック等の無機体質材と粘土
および界面活性剤や可塑剤としての水等を混合、混練し
て成形した後、高温で焼成して該焼成体に油脂類を含浸
して製造される粘土タイプと、前記無機体質材と樹脂又
はアスファルト等のピッチ類の有機物粘結材とを、必要
に応じて可塑剤、安定剤等を添加して、混合、混練、成
形した後、８００〜１４００℃の窒素ガス中で焼成し
て、樹脂等の有機物粘結材を炭素化させ、炭素をバイン
ダーとした焼成体を得、これに油脂類を含浸して製造す
る炭素タイプの２種類に大別される。その実用強度と製
造コストとの関係から、前者は木軸鉛筆芯、後者はシャ
ープペンシル用芯に使い分けられる。

【０００３】一般に鉛筆芯は体質材兼着色材として黒鉛
が使用されて、その配向や配合等を調整することにより
物性改良が行われてきた。しかし、黒鉛を使用した場
合、描線に光の反射が生じて見る角度によっては判読が
困難となり且つ描線色は黒灰色を呈するという問題があ
る。その理由は黒鉛にはＳＰ₂ 混成軌道に起因するπ電
子が存在し、そのπ電子が金属の自由電子と近い性質を
有するため金属光沢を発現して光を反射するためと考え
られる。

【０００４】そこでその対策として黒鉛と類似の結晶構
造でπ電子を持たず且つ耐熱性、潤滑性に優れた六方晶
窒化ホウ素（以下ＢＮと記する）粉末を使用し、有機物
粘結材の炭素化物の色を発現させて純黒色の芯材を得る
方法が古くから考えられていた。しかし、ＢＮ粉末を黒
鉛の代用とした場合、黒鉛を使用した場合と比較して芯
材強度が低下する傾向がある。例えば、特公平３−６０
３５２号公報または同第５−９４７２号のケースでは、
ＢＮ粉末を使用した芯材の曲げ強度は１９０〜２３０Ｍ
Ｐａ程度であり、黒鉛を使用した芯材と比較して未だ曲
げ強度不足であるという問題がある。すなわち、従来か
らＢＮ粉末が、鉛筆芯の無機体質材として用いられてい
るが、曲げ強度、黒色度、滑らかな筆感等の焼成鉛筆芯
の要求特性を大きく且つバランス良く発現させるための
ＢＮ粉末性状については充分な検討がなされておらず、
そのため試作された焼成鉛筆芯はいずれも特性的に満足
のいくものではなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者らは
上記の従来技術の問題点に鑑み、焼成鉛筆芯、特にシャ
ープペンシル芯の要求特性を満足させるための最適なＢ
Ｎ粉末性状について鋭意検討を重ねた結果、本発明を完
成するに到った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の目的
を達成するため鋭意検討を重ねた結果、平均粒子径１〜
５μｍ、比表面積２５〜５０ｍ² ／ｇ、結晶子サイズ７
００オングストローム以上、純度９７％以上であるＢＮ
粉末を焼成鉛筆芯の無機体質材として使用することによ
り、曲げ強度が高く、純黒色を呈し且つ滑らかな筆感を
有する焼成鉛筆芯が得られることを知見し、本発明を完
成するに到った。従って、本発明は、平均粒子径１〜５
μｍ、比表面積２５〜５０ｍ² ／ｇ、結晶子サイズ７０
０オングストローム以上、純度９７％以上であることを
特徴とする、焼成鉛筆芯用ＢＮ粉末（請求項１）、およ
び、このＢＮ粉末を無機体質材とした焼成鉛筆芯（請求
項２）、特にシャープペンシル用芯（請求項３）であ
る。

【０００７】以下、本発明による焼成鉛筆芯用ＢＮ粉末
の特性が寄与する焼成鉛筆芯の製造工程および焼成鉛筆
芯の物性について、ＢＮ粉末の平均粒子径、比表面積、
結晶子サイズおよび純度の４つの特性に関連して詳述す
る。

【０００８】ＢＮ粉末と有機物粘結材とを、必要に応じ
て可塑剤、安定剤等を添加して、分散、混合し、混練す
る。次いで、細線状に押出成形して、大気中で乾燥す
る。次いで、８００〜１４００℃の窒素ガス中で焼成
し、得られた芯体にスピンドル油などの油脂類を含浸さ
せることにより、焼成鉛筆芯が製造される。

【０００９】（１）平均粒子径 焼成鉛筆芯を製造する際、分散、混合工程において有機
物粘結材がＢＮ粉末の表面を均一にコートすること、お
よび、焼成後の芯が、ある程度緻密で充分な曲げ強度を
有し且つ油含浸工程で充分に吸油できるだけの気孔を有
することが必要である。ここでＢＮ粉末の平均粒子径が
１μｍ未満の場合は凝集粒が多くなり、有機物粘結材と
の混合が不充分となる傾向がある。その結果、有機物粘
結材にコートされていないＢＮの表面が残り、その面は
焼成時にも結合力がなくクラックの原因になったりクラ
ックが入らないまでも芯材強度を低下させる原因とな
る。また、そのＢＮ表面が描線上に出た場合は、その部
分に着色材成分が存在しないために黒色度を低下させる
要因にもなる。一方、平均粒子径が５μｍを越える場合
は芯材の気孔径が大きくなり過ぎて曲げ強度を低下させ
ることとなる。従って、ＢＮ粉末の平均粒子径は１〜５
μｍであることが必要である。

【００１０】（２）比表面積 ＢＮ粉末は分散、混合工程において有機物粘結材が表面
をコートする適度な表面積を有することが必要である。
比表面積が２５ｍ² ／ｇ未満の場合は有機物粘結材の量
が過剰となり、芯材組織に偏析が生じて焼成工程におい
て局部的に割れや変形が起きる場合がある。また、その
現象を防止すべくして有機物粘結材の量を減らすと、そ
れに比例して着色材として働く炭素化成分が減るため黒
色度が低下する。一方、比表面積が５０ｍ² ／ｇを越え
る場合は有機物粘結材がＢＮ粉末の全表面をコートでき
ず、そのため前述の平均粒子径が１μｍ未満の場合と同
様の不都合が生じる。また、ＢＮ粉末の全表面をコート
するべく有機物粘結材の量を増やすと、押出成形時に歪
みが生じたり焼成時に収縮が大きくなり過ぎる等の不都
合が生じる。従って、ＢＮ粉末の比表面積は２５〜５０
ｍ² ／ｇであることが必要である。

【００１１】（３）結晶子サイズ 芯材に充分な曲げ強度を付与するためには押出成型時に
ＢＮ粉末を充分に配向させて内部組織をミクロハニカム
構造とすることが必要である。また、筆記時に滑らかな
筆感を有するためにはＢＮ粉末の潤滑性が優れているこ
とが必要である。そのためにはＢＮ粉末形状が板状でな
ければならない。一般にＢＮ粉末の粒子形状は結晶の成
長度に依存し、結晶質のものは板状、非晶質のものは不
定形を呈する。その結晶の成長度を示す指標としては学
振炭素材料１１７委員会法により測定される結晶子サイ
ズがある。結晶子サイズはＣ軸方向のサイズ（Ｌｃ値）
およびＡ軸方向のサイズ（Ｌａ値）があるが、Ｘ線回折
では（００２）のピークが最もシャープにでるため、Ｌ
ｃ値で表現することがより精度がよい。ＢＮの結晶の結
晶質と非晶質との間には明確な数値境界はないが、焼成
鉛筆芯の無機体質材としての要求特性を満足するために
は、Ｌ_c 値が７００オングストローム以上であることが
必要である。また、結晶子サイズは１０００オングスト
ロームを越えると誤差が大きく真の値が不明となるため
学振炭素材料１１７委員会法では単に「＞１０００オン
グストローム」と示すことが定められている。そのため
本発明において結晶子サイズの上限は規定できない。

【００１２】（４）純度 ＢＮ粉末には、一般に表面酸化膜としてのＢ₂ Ｏ₃ やＦ
ｅ、Ａｌ、Ｃａ等の金属元素が不純物として含まれてい
る。Ｂ₂ Ｏ₃ の融点は４５０℃であるため、ＢＮ粉末中
に多量のＢ₂ Ｏ₃ を含有する場合は焼成時に溶融して芯
材が変形したり、有機物粘結材の炭素化物と結合して筆
記時に引っかかり感を与えるという不都合が生じる。ま
た、金属不純物を多量に含有する場合には理由は定かで
はないが、結果として芯体の曲げ強度を低下させる傾向
がある。従って、以上の問題を回避するためにはＢＮ粉
末の純度が９７％以上であることが必要である。

【００１３】以上の条件を満足する平均粒子径１〜５μ
ｍ、比表面積２５〜５０ｍ² ／ｇ、結晶子サイズ７００
オングストローム以上、純度９７％以上であるＢＮ粉末
を無機体質材として塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、アスファルトピッチ等の有機物粘結材お
よび必要に応じた各種可塑剤、安定剤等を併せて出発原
料として前述の工程を通すことにより、曲げ強度が高
く、純黒色を呈し且つ滑らかな筆感を有する鉛筆芯が得
られる。そのため、該芯体はシャープペンシル芯として
好適に使用できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例を用
いて説明する。

【００１５】

【実施例】（実施例１） 平均粒子径１．３μｍ、比表面積４８．５ｍ² ／ｇ、 結晶子サイズ７５５オングストローム、純度９７．２％のＢＮ粉末 １００重量部 塩化ビニル樹脂 １００重量部 フタル酸ジオクチル ３０重量部 ステアリン酸亜鉛 ２重量部 以上の原料を混練後、細線状に押出成形して大気中で乾
燥し、窒素雰囲気中で１０００℃まで昇温して焼成して
得られた芯体にスピンドル油を含浸させて、直径が０．
５７ｍｍの鉛筆芯を得た。該芯体の特性を表１に示す。

【００１６】（実施例２）平均粒子径２．８μｍ、比表
面積３１．２ｍ² ／ｇ、結晶子サイズ９８５オングスト
ローム、純度９８．０％のＢＮ粉末を使用した他はすべ
て実施例１と同様に試作、評価を行った。結果を併せて
表１に示す。

【００１７】（実施例３）平均粒子径３．９μｍ、比表
面積２９．５ｍ² ／ｇ、結晶子サイズ＞１０００オング
ストローム、純度９８．７％のＢＮ粉末を使用した他は
すべて実施例１と同様に試作、評価を行った。結果を併
せて表１に示す。

【００１８】（実施例４）平均粒子径４．７μｍ、比表
面積２６．８ｍ² ／ｇ、結晶子サイズ＞１０００オング
ストローム、純度９９．１％のＢＮ粉末を使用した他は
すべて実施例１と同様に試作、評価を行った。結果を併
せて表１に示す。

【００１９】（比較例１）平均粒子径５．８μｍ、比表
面積４．３ｍ² ／ｇ、結晶子サイズ＞１０００オングス
トローム、純度９９．５％のＢＮ粉末を使用した他はす
べて実施例１と同様に試作、評価を行った。結果を併せ
て表１に示す。

【００２０】（比較例２）平均粒子径０．７μｍ、比表
面積４４．３ｍ² ／ｇ、結晶子サイズ４３３オングスト
ローム、純度９７．１％のＢＮ粉末を使用した他はすべ
て実施例１と同様に試作、評価を行った。結果を併せて
表１に示す。

【００２１】（比較例３）平均粒子径１．４μｍ、比表
面積４４．７ｍ² ／ｇ、結晶子サイズ８５１オングスト
ローム、純度９５．７％のＢＮ粉末を使用した他はすべ
て実施例１と同様に試作、評価を行った。結果を併せて
表１に示す。

【００２２】（比較例４）平均粒子径１．０μｍ、比表
面積５３．８ｍ² ／ｇ、結晶子サイズ５０２オングスト
ローム、純度９７．０％のＢＮ粉末を使用した他はすべ
て実施例１と同様に試作、評価を行った。結果を併せて
表１に示す。

【００２３】（比較例５）平均粒子径３．７μｍ、比表
面積１２．８ｍ² ／ｇの天然黒鉛を使用した他はすべて
実施例１と同様に試作、評価を行った。結果を併せて表
１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表中、 曲げ強度：ＪＩＳ Ｓ６００５に準じて行った３点曲げ
試験の結果である。 黒色度：自動筆記試験機にて上質紙に荷重３Ｎで筆記さ
せ、筆記描線の視感反射率Ｙを分光測色計により測定し
た。 筆感：官能筆記による。

【００２６】表１に示した通り、本発明の条件を満足す
る実施例のケースは黒鉛芯の比較例５のケースと比較し
て見劣りのない曲げ強度を有した上で黒色度も向上し滑
らかな筆感が得られた。一方、本発明の条件から外れる
比較例１〜４のケースは、曲げ強度、黒色度、筆感のう
ち、少なくとも１つの特性的に不充分な点があり、いず
れも実施例と比較して劣った結果となった。これで本発
明の効果が確認できた。

【００２７】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではない。上記実施の形態は例示であり、本発
明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に
同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、い
かなるものであっても本発明の技術的範囲に包含され
る。例えば、上記実施例では、シャープペンシル芯の直
径が０．５７ｍｍの場合につき例を挙げて説明したが、
本発明はこれに限定されず、これより細いシャープペン
シル芯、あるいはこれより太いシャープペンシル芯、あ
るいは木軸鉛筆芯に適用しても、同様の効果を奏するも
のであることは言うまでもない。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、曲げ強度が高く、純黒
色を呈し且つ滑らかな筆感を有する焼成鉛筆芯が得られ
る。

フロントページの続き (72)発明者 進藤 敏彦 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均粒子径１〜５μｍ、比表面積２５〜
   ５０ｍ² ／ｇ、結晶子サイズ７００オングストローム以
   上、純度９７％以上であることを特徴とする、焼成鉛筆
   芯用窒化ホウ素粉末。
2. 【請求項２】 請求項１記載の窒化ホウ素粉末を無機体
   質材とした焼成鉛筆芯。
3. 【請求項３】 シャープペンシル用芯である請求項２記
   載の焼成鉛筆芯。