JPS647113B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、従来の色鉛芯とは全く異質のもので
あり、種々の特徴を有した画期的な色鉛芯、およ
びその製造法に関するものである。

すなわち本発明の要旨は次の通りである。

１ (イ)少なくとも硼素と窒素からなる化合物を骨
格とし、潤滑性に優れ、曲げ強度の強い多孔質
焼結体と、(ロ)その多孔質焼結体の気孔中に充填
されているインキとから構成されていることを
特徴とした色鉛芯。

２ 少なくとも硼素化合物あるいは硼素化合物と
硼素を含有した可塑性の組成物を細線鉛芯状に
押出し成形したのち、さらにこの押出し芯素材
を少なくとも窒素、あるいは窒素と水素からな
る雰囲気中に於て高温度で反応させることによ
り、押出し芯素材の全体に亘つて硼素、窒素か
らなる化合物を生成せしめた多孔質焼結体の色
鉛芯素材を作成し、さらにこの色鉛芯素材をイ
ンキ中に浸漬することにより多孔質焼結体の気
孔中にインキを充填させ、完成芯とすることを
特徴とした色鉛芯の製造法。

従来の色鉛芯は、顔料、ワツクス類、体質材お
よび水溶性の糊料等を混練し、押出成形した後乾
燥して完成芯としている。また墨芯は黒鉛を、結
合材としての粘土あるいは樹脂等と共に混練し、
押出成形したのち高温度で焼成しさらに油を含浸
させて完成芯としている。

以上のように従来公知の色鉛芯と墨芯とは、全
く別の技術思想により作成されており、その性能
は曲げ強度、書味、消去性、経時安定性等におい
て墨芯の方が数段優れている。この理由として
は、従来の色鉛芯がワツクス類、樹脂を結合材と
して用いているのに対し、墨芯は、粘土あるいは
樹脂を焼成し、焼結させて用いているので色鉛芯
に比較して２〜３倍あるいはそれ以上の曲げ強度
を有しているのである。また従来の色鉛芯はワツ
クス類を使用しているために、べとつくような書
味であり、その上消しゴムで簡単に消去できない
のである。さらにはワツクス類、水溶性の糊料を
使用しているために温度、湿度の影響を受け易く
径が膨潤したり曲げ強度が低下したりするので経
時的な安定性にも欠けるのである。一方、墨芯は
黒鉛の膨潤性により非常に良好な書味であり、ま
たその筆跡は黒鉛と、粘土あるいは樹脂を焼成し
た焼結体が微粉状で紙面に付着しているので簡単
に消しゴムで消去することができ、その上黒鉛
と、粘土あるいは樹脂を焼成した焼結体は、温
度、湿度に全く影響されないので経時変化が無く
きわめて安定である。

以上のように従来の色鉛芯と墨芯とを比較して
みると諸性能において墨芯の方が数段優れている
ので、色鉛芯でも墨芯と同様に焼成を行う製造法
が研究されている。たとえば窒化硼素等の耐火粉
末と粘土等の粘結材とを混合、成形しついで焼成
したのちインキを含浸させたエンピツの芯（特公
昭49−34045）、耐熱性顔料および窒化硼素に粘土
および／または樹脂類を加えたのち混練、成形、
焼成してなる色鉛筆用芯材（特公昭49−10861）、
沸化黒鉛または窒化硼素と耐熱顔料と水性リン酸
アルミニウムとを混練、成形したのち500℃以下
の温度で焼成する方法（特開昭51−97325）、窒化
硼素と粘土と有機高分子化合物とからなる混練物
を押出し成形し、ついで酸化雰囲気中で焼成し、
前記有機高分子化合物を除去したのちインキを含
浸する方法（特公昭51−41376）が知られている。
これら焼成色鉛芯の技術思想には共通している部
分がある。それは、窒化硼素を使用しているとい
うことであり、さらには窒化硼素を粘土、リン酸
アルミニウム、あるいは樹脂等のように焼成され
ると焼結する焼結性結合材で焼き固めて作成され
ているということである。

窒化硼素は外観上白色の粉末であり、黒鉛と同
じように六方晶の層状構造を有し、硬度がモース
硬度１〜２と小さく、自己潤滑性に優れている。
また熱および化学的に安定であるため高温度での
焼成によつても変化しないという色鉛芯の素材と
して優れた特徴を有するものである。しかるに
熱、化学的安定性のために、窒化硼素粉末相互の
焼結は起り難く、そのため前記公知例のように、
窒化硼素を焼き固めるための焼結性結合材は必須
条件であり、この焼結性結合材の量あるいは種類
により、色鉛芯の書味、強度が決定されてしまう
のである。すなわち、強度を保持しつつ窒化硼素
の有する焼成色鉛芯にとつて最も重要な特性であ
るモース硬度１〜２という柔らかさ、良好な潤滑
性を充分に生かしきることができず、むしろ損わ
れているのが現状であつた。

本発明者は、長年に亘つて焼成色鉛芯の研究に
携わり鋭意検討を積み重ねた結果、焼成色鉛芯に
とつて重要である、窒化硼素の優れた特性、すな
わちモース硬度１〜２という柔さと良好な潤滑性
を損うことなく十分に発揮できる方法を見いだし
たのである。すなわち本発明の色鉛芯の技術思想
の重点は、硼素を含んだ細線鉛芯状素材を少なく
とも窒素あるいは窒素と水素からなる雰囲気中に
おいて、高温度で熱処理を施し硼素と窒素とを反
応させることにより窒化硼素に変化させ、この反
応生成した窒化硼素を細線鉛芯状素材の全体に亘
つて生ぜしめるという考えに基づいたものであ
る。また本発明の色鉛芯は硼素と窒素とが高温度
で反応し窒化硼素に変化するとともに直接強固に
焼結するのであつて、何等焼結性焼合材を必要と
せず、前記焼結性結合材を必須条件とする焼成色
鉛芯の技術思想とは根本的に発想の異なつたもの
である。

次に具体的な反応例を説明する。解り易いよう
に細線鉛芯状素材として酸化硼素を用い、また高
温度での雰囲気としてアンモニアを使用した場合
には、酸化硼素は一般式 B₂O₃＋2NH₃→2BN＋3H₂O に従つて変化する。この場合の副生成物である水
は水蒸気として放出されるので、細線鉛芯状素材
は理論的には100％窒化硼素に変換される。この
反応をさらに詳細に説明すると、細線鉛芯状素材
としての酸化硼素がアンモニア雰囲気中で加熱さ
れた時に起きる最初の反応は、室温から300℃な
いしは400℃における細線鉛芯状素材の表面の酸
化硼素とアンモニアの解離した窒素と水素との付
加反応であり、細線鉛芯状素材の表面に皮膜を形
成することである。この皮膜は細線鉛芯状素材の
形状を保護し、また細線鉛芯状素材相互の融着を
防ぐのに役立つている。次に、300℃ないしは400
℃以上の温度において前記した反応式による反応
が起り、水は蒸気として気散され細線鉛芯状素材
は多孔質の構造となり、より内部への硼素、酸
素、窒素および水素間の反応が進行し、正確な構
造は不明であるが、硼素および窒素を含む種々の
中間体化合物を経過し、最終的には窒化硼素に変
化すると思われる。以上のように実際に窒化硼素
に変化するには最低300℃以上の温度が必要であ
り、好ましくは500℃以上の温度である。

本発明に使用される硼素化合物としては、硼酸
等の硼素酸化物およびそれらの硼酸塩である硼砂
等、三塩化硼素等の硼素ハロゲン化物、窒化硼素
および硼素アミド等の硼素―窒素化合物、種々の
硼硅酸塩、有機硼素化合物等が挙げられ、これら
を単独又は組合せて用いることができる。さらに
は本発明の種々の反応段階において生じる中間体
的化合物も勿論使用することができる。また、硼
素化合物あるいは硼素化合物と硼素を含有した可
塑性の組成物を作成する際、上記素材の他に目的
に応じて種々の添加剤を任意添加することができ
る。例えば、硬度調節剤としてシリカ、アルミナ
等のセラミツク、又混練助剤、押出助剤としてワ
ツクス、樹脂、水および有機溶剤等、あるいは着
色材、さらには反応促進剤等が挙げられる。

また上記可塑性の組成物を押出成形して細線鉛
芯状素材を作成し、最終組成が硼素と窒素となる
ように気体雰囲気中において、細線鉛芯状素材を
高温度で反応させるのであるが、この時使用され
る気体としては窒素あるいは窒素と水素を含有す
る気体であれば何でもよく例えばアンモニア、尿
素、メラミン、ヒドラジン、塩化アンモニウム等
が挙げられる。この際、これらの物質と輸送媒体
としてのアルゴン、ヘリウム等の不活性気体とを
併用して使用することもできる。また必要に応じ
工程の一部として酸化雰囲気中で焼成しても良
い。すなわち押出助剤等の有機高分子化合物を加
える場合には無酸化雰囲気中で焼成するとこれら
有機物の種類によつて黒色の炭素として色鉛芯内
部に残溜し、色鉛芯としてのインキの発色を妨げ
る結果となる。しかし色鉛芯の中でも暗色系色鉛
芯の場合、あるいは炭素の黒色と他の色との混合
色を必要とする場合は鉛芯内部に残溜している炭
素を除去する必要がないので酸化処理を行なう必
要はない。

本発明の多孔質焼結体にインキを充填させる方
法としては墨芯に油を充填させるのと同様の方法
を使用することができる。すなわち多孔質焼結体
をインキに浸漬することにより気孔中にインキを
充填できるが、インキの特性により加熱、減圧、
あるいは加圧等の条件下で行なつても良い。

本発明に使用されるインキとしては、上記した
ような充填方法で充填できるインキであれば良
く、例えば染料、顔料等の着色材を動植物油、合
成油、アルコール類、炭化水素油、水等に溶解ま
たは分散させ、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通常一般的に
使用されているインキ、例えばスタンプインキ、
ボールペンインキ、水性筆記用インキ等を用いる
ことができる。次に本発明の実施例を述べる。た
だし％は重量％である。

実施例 １ 硼素化合物としての酸化硼素60％と、反応促進
剤としての尿素40％を粉体混合したのち、加熱押
出し成形により細線鉛芯状素材を得、この細線鉛
芯状素材をアンモニア雰囲気中において1100℃迄
昇温し、５時間保持することにより白色の多孔質
焼結体が得られた。分析の結果、この白色多孔質
焼結体は43％の硼素と55％の窒素から形成され、
JIS―S6019の測定法による曲げ強度は21000ｇ／
mm²であり、その上、良好な潤滑性能を有した色鉛
芯素材であつた。この白色多孔質焼結体を青色の
サインペンインキの中に浸漬し、常温、常圧で５
時間含浸処理を施し、気孔中に青色サインペンイ
ンキを充填させて、青色の完成色鉛芯を作成し
た。

実施例 ２ 硼素化合物としてのB_XN_YO_Z構造の窒化硼素中
間体90％を、押出助剤としてのメチルセルロース
10％が溶解された水溶液に添加したのち、混練、
水分調整を行ない、押出し成形して細線鉛芯状素
材を得、この細線鉛芯状素材を窒素雰囲気中にお
いて1500℃迄昇温し、２時間保持することにより
黒色の炭素を含む灰黒色の多孔質焼結体が得られ
た。この灰黒色多孔質焼結体を黒色ボールペン用
インキの中に浸漬し、60℃、100mmＨｇの条件で
２時間含浸処理を施し、気孔中に黒色ボールペン
インキを充填させて、黒色の完成色鉛芯を作成し
た。

実施例 ３ 上記実施例２と同様の細線鉛芯状素材をまず酸
素雰囲気中において600℃迄昇温、５時間保持し、
次いで窒素雰囲気中において1500℃迄昇温し、２
時間保持することにより白色の多孔質焼結体が得
られた。この白色多孔質焼結体を黒色ボールペン
用インキの中に浸漬し、60℃、100mmＨｇの条件
で２時間含浸処理を施し、気孔中に黒色ボールペ
ンインキを充填させて、灰色の完成色鉛芯を作成
した。

実施例 ４ 硼素化合物としての硼砂50％および窒化硼素37
％と硬度調節剤としての酸化アルミニウム３％
を、押出助剤としてのポリエチレングリコール10
％が溶解されたエタノール溶液に添加、混合しエ
タノールを蒸発させたのち加熱押出し成形して細
線鉛芯状素材を得、この細線鉛芯状素材をアンモ
ニア雰囲気中において800℃迄昇温し、10時間保
持することにより白色の多孔質焼結体が得られ
た。この白色多孔質焼結体を赤色スタンプインキ
の中に浸漬し60℃、100mmＨｇの条件で２時間含
浸処理を施し、気孔中に赤色スタンプインキを充
填させて赤色の完成色鉛芯を作成した。

上記実施例により得られた色鉛芯は、色鉛芯祖
材が窒化硼素で形成されているので窒化硼素のも
つ柔らかさ、潤滑性が100％発揮できそのため書
味が滑らかで柔らかい筆跡を有する優れた色鉛芯
である。その上、曲げ強度も硼素と窒素とが窒化
硼素に変化する際強固に焼結されるため約15000
〜20000ｇ／mm²と従来の色鉛芯の２〜３倍も強く
墨芯とほとんど遜色のない良好な特性を有し、さ
らに消去性に優れた温度、湿度による影響をうけ
ないので経時的安定性にも優れる等、種々の特徴
を有する画期的な色鉛芯である。

以上のように本発明の色鉛芯は曲げ強度が強い
ので鉛筆芯はもちろんのこと、シヤープペンシル
用色鉛芯として最適である。また筆跡の色は濃く
鮮明でありインキの色相を選択することにより任
意の色相の色鉛芯が簡単に得られ、さらに色鉛芯
素材の色相を調整することにより中間色的な色相
も可能であるという利点も有している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (イ)少なくとも硼素と窒素からなる化合物を骨
   格とした多孔質焼結体と、(ロ)その多孔質焼結体の
   気孔中に充填されているインキとから構成されて
   いる色鉛芯。 ２ 少なくとも硼素化合物あるいは硼素化合物と
   硼素を含有する組成物を押出し成形し、窒素ある
   いは窒素と水素を含有する気体と高温度で反応さ
   せて、少なくとも硼素と窒素からなる化合物を骨
   格とした多孔質焼結体を作成し、次にこの多孔質
   焼結体の気孔中にインキを充填することを特徴と
   した色鉛芯の製造法。