【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は熱可塑性合成樹脂によつて軸部が形成
されている所謂合成木軸の鉛筆に関するものであ
る。
従来の鉛筆の軸部には、その外観の良好さ、切
削性、直線性等の理由からインセンスシダー材が
使用されてきたが、インセンスシダーが北米のみ
に産出する杉類の一種であり、世界的な木材資源
の涸渇に伴いその価格が上昇していること、更に
は入手自体もだんだんと困難になる傾向にあるこ
と等の弊害が起り始めている。そのうえ、天然材
木により鉛筆の軸部を製造する工程は、木材を乾
燥させ、木材中に含有されている樹脂・精油分を
調整すること、長さが鉛筆の長さで、巾が鉛筆５
〜10本分の巾、厚さが鉛筆半分の厚さからなる薄
板を正目になるように切断すること、さらに染
色、芯挿入溝の切削、芯挿入操作、接着剤の塗
布、もう一枚の別の薄板の圧着、乾燥、断面の削
り出し、表面研磨、塗装及びマーキング等からな
る極めて繁雑な工程を必要とするものである。
以上のような状況に鑑み、近年軸部をスクリユ
ー式押出成形機を使用して熱可塑性合成樹脂によ
り成形する所謂合成木軸の鉛筆が開発されてき
た。
ところで、この鉛筆の軸部に要求される芯の折
損を防ぐための耐屈曲性又は剛性は、シヤープナ
ー又はナイフによる切削性の良好さと相反する特
性であるため、両者のバランスが難しく、天然木
軸に匹敵するような合成木軸の鉛筆は未だ得られ
ていないのが実情である。これは熱可塑性合成樹
脂により得られる軸部が木材に匹敵するような剛
性を具備していないことが最大の原因であるの
で、何らかの手段により成形された熱可塑性合成
樹脂に木材並みの剛性を付与することができれ
ば、軟質の熱可塑性合成樹脂を利用した成形体と
するか、或るいは発泡倍率の高い熱可塑性合成樹
脂の発泡成形体とするなどにより高度の耐屈曲性
と良好なる切削性とを兼備する合成木軸の鉛筆を
得ることが出来る。
かかる観点により、強化材としてガラス繊維を
添加、配合させた熱可塑性合成樹脂を発泡成形し
たり（特公昭49―2134号公報）、あるいはチタン
酸カリウム単結晶状繊維体を５〜35wt.％程度添
加、配合させた熱可塑性合成樹脂を発泡成形する
（特公昭52―45257号公報）等の方法により合成木
軸の鉛筆を製造する方法が提唱されている。しか
しながら、前者の方法によるガラス繊維を添加、
配合させるものは、強化材として使用されるガラ
ス繊維の繊維径が細いものでも5μ以上、通常は
10μ以上で、このガラス繊維自体が脆いために、
鉛筆軸となる熱可塑性合成樹脂の発泡成形体に対
する補強効果は十分ではない。例えば合成樹脂の
押出成形性を損わずに耐屈曲性の向上度を最大に
することのできるガラス繊維の配合量は約30wt.
％前後であるが、この場合でも尚、且つ天然木材
による木軸に匹敵するような耐屈曲性を有する軸
部を得ることはできない。このため、より高度の
耐屈曲性を得るためには発泡成形体の発泡倍率を
低くしなければならず、自ずと重量が重く、かつ
切削性の低い軸部が成形されるという欠点を有し
ている。更に加えて、使用されるガラス繊維のモ
ース硬度が５〜６程度でかなり硬いために、得ら
れる軸部はシヤープナー又はナイフの刃先を短時
間で欠損させてしまうばかりか、軸部の製造装置
の内壁やスクリユー等の摩耗を著しく大きなもの
にしてしまうという欠点も有している。他方、チ
タン酸カリウム単結晶状繊維体を使用する方法
は、前記公報によれば、チタン酸カリウム単結晶
状繊維体が、繊維径0.10〜0.16μで、アスペクト
比（繊維長／繊維径）が約40で、高剛性と高引張
強度とを具備しているので、前述のガラス繊維に
よる強化効果に優る強化作用が得られ、配合量も
十数wt.％程度でよいということであり、本発明
者の追試によつても事実その通りの結果が得られ
ている。しかしながら、得られる軸部の耐屈曲
性、及び剛性に依存する根元強度は天然木材によ
る木軸よりは劣るものであり、従つて、ガラス繊
維を強化材として使用する場合と同様に、軸部を
構成している発泡成形体の発泡倍率を低くするな
どしなければならず、その結果軸部の重量は重く
なり、且つその切削性も悪くなるという弊害を伴
うものである。また、使用されるチタン酸カリウ
ム単結晶状繊維体のモース硬度は４〜５でガラス
繊維よりは軟らかいが木材よりは硬く、得られる
軸部はシヤープナー又はナイフの刃先の寿命を下
させるという欠点をも有している。更に加えて使
用されるチタン酸カリウム単結晶状繊維体が、そ
の製造においては高度な技術が必要とされ、且つ
原料であるTiO2自体の価格も高いために他の強
化材と比較して高価になること、またその繊維サ
イズがアスベスト繊維のそれと近似しており、押
出成形材料たる熱可塑性合成樹脂とのコンパウン
ドを製造する際には、アスベスト繊維公害と同様
に作業者に対しての建康上の問題も発生する等の
欠点がある。
本発明は特許請求の範囲に記載した構成とする
ことにより、上述のガラス繊維やチタン酸カリウ
ム単結晶状繊維体を強化材とする場合の如き欠点
を伴うことなく、しかも従来のインセンスシダー
材による天然木軸の鉛筆と略同等の重量、耐屈曲
性、切削性、シヤープナー耐久性、及び根元強度
等を具備する合成木軸の鉛筆を得るものである。
本発明において軸部を構成する熱可塑性合成樹
脂中に強化材として添加、配合される石膏ウイス
カーは、直径0.1〜1μ、長さ50〜500μ程度のヒゲ
状単結晶物で、引張強度約10000Kg／cm2、ヤング
率1.71×105Kg／cmという高剛性、高引張強度を
具備しており、熱可塑性合成樹脂に対して極めて
高度の強化作用を発現するものであるから、一般
の鉛筆の軸部に必要とされる程度の耐屈曲性は、
せいぜい十数wt.％程度の添加、配合量で十分で
あり、しかもモース硬度は２〜３程度の比較的軟
らかいものであるから成形された軸部がシヤープ
ナーやナイフの刃先の寿命を特別低下させるよう
な弊害を起すことも無い。
本発明において使用される石膏ウイスカーは、
前述の通り、熱可塑性合成樹脂に対する強化作用
が特に優れているので、鉛筆の軸部となる熱可塑
性合成樹脂として軟質の合成樹脂を使用すること
ができるし、また発泡成形体によるものの場合に
はその発泡倍率を高くすることが出来るので、そ
の結果、木軸に匹敵するような耐屈曲性と良好な
る切削性とを兼備し、根元強度に優れ、且つ軽量
の合成木軸の鉛筆を得ることができる。
本発明で使用される石膏ウイスカーとしては、
天然石膏や化学石膏、或るいは排煙脱硫工程で生
成される排煙脱硫石膏から水熱反応法を利用して
安価に製造されるα型半水硫酸カルシウム単結晶
物や或るいはこのα型半水硫酸カルシウム単結晶
物を更に400〜800℃で焼成して得られる型無水
硫酸カルシウム等であり、これらのものを単独
で、或るいは両者を混合して使用することもでき
るが、型無水硫酸カルシウムの方が熱可塑性合
成樹脂との親和性が高く、より高度の強化作用を
発現する。
本発明は叙上の通りの構成から成るもので、強
化材として石膏ウイスカーを添加、配合せしめる
ことにより、天然木軸に匹敵するような高度の耐
屈曲性、切削性、シヤープナー耐久性及び優れた
根元強度等を兼備し、且つ軽量な合成木軸の鉛筆
を得ることができるという作用、効果を奏するも
のである。
さらに、本発明において使用される石膏ウイス
カーは、安価な石膏から簡単に製造することがで
きるものであるから、低廉な製造コストを維持で
きるばかりでなく、繊維長は或る程度以上の長さ
を有するものであるので、操業者が操業時に吸い
込んでも肺にまでは至ることがなく、操業者に対
する衛生上の悪影響が発生する虞れも無い。
以下本発明の具体的構成及びその作用、効果に
ついて製造実施例を以つて説明する。
実施例 １
(1) ポリスチレン 72.5重量部
(2) ハイインパクトポリスチレン 15重量部
(3) 型無水石膏ウイスカー 12.5重量部
(4) 滑 剤 0.5重量部
上記(1)〜(4)の配合組成物を二軸スクリユー押出
機にて混練、押出成形してペレツトを製造する。
得られたペレツトに更に0.7重量部のアゾジカ
ーボンアシドを添加してこれを成形材料とし、電
線被覆用ダイスに類似するクロスヘツドダイスを
使用した50mmスクリユー押出成形機を利用し、成
形温度略180℃で成形し、断面が、一辺の長さ4.2
mmの正六角形で、全長が17.5mmの六角柱状の合成
木軸の鉛筆Ａを得た。
尚、芯は、三菱鉛筆株式会社製の硬度HBの粘
度焼結による＃9800の定尺芯を使用した。
実施例 ２
(1) 高圧法ポリエチレン 85重量部
(2) 型無水石膏ウイスカー 15重量部
(3) 滑 剤 0.5重量部
上記(1)〜(3)の配合組成物を成形材料とし、以下
実施例１の方法に準じて成形温度略180℃で成形
し、六角柱状の合成木軸の鉛筆Ｂを得た。
比較例 １
(1) ポリスチレン 70重量％
(2) ハイインパクトポリスチレン 15重量％
(3) チタン酸カリウム短繊維〔米国デユポン社
製：Fybex〕 15重量％
上記(1)〜(3)の配合組成物を実施例１で説明した
のと同じ方法で押出成形してペレツトを製造す
る。
得られたペレツトに更に0.6重量部のアゾジカ
ーボンアシドを添加してこれを成形材料とし、以
下実施例１の方法に準じて成形温度略180℃で成
形し、六角柱状の合成木軸の鉛筆Ｃを得た。
比較例 ２
(1) ポリスチレン 55重量部
(2) 高圧法ポリエチレン 15重量部
(3) アミノシラン処理ガラス繊維（直径9μ、長
さ５mm） 30重量部
上記(1)〜(3)の配合組成物を実施例１で説明した
のと同じ方法で押出成形してペレツトを製造す
る。
得られたペレツトに更に0.8重量部のアゾジカ
ーボンアシドを添加してこれを成形材料とし、以
下実施例１の方法に準じて成形温度略200℃で成
形し、六角柱状の合成木軸の鉛筆Ｄを得た。
以上の実施例、及び比較例で得られた合成木軸
の鉛筆Ａ〜Ｄ、及び天然木軸による三菱鉛筆株式
会社製＃9800、硬度HB（芯は粘土焼結によるも
の）の鉛筆Ｅが有するそれぞれの物性を表に示
す。
The present invention relates to a pencil with a so-called synthetic wood shaft, the shaft of which is made of thermoplastic synthetic resin. Traditionally, incense cedar has been used for the shaft of pencils due to its good appearance, machinability, and straightness. However, with the depletion of wood resources worldwide, the price of wood is rising, and furthermore, it is becoming increasingly difficult to obtain wood, which are starting to cause problems. In addition, the process of manufacturing pencil shafts from natural wood involves drying the wood and adjusting the resin and essential oil content contained in the wood.
- Cutting a thin plate with the width of ~10 pencils and half the thickness of a pencil, dyeing, cutting the lead insertion groove, inserting the lead, applying adhesive, and one more piece. This requires an extremely complicated process consisting of pressing another thin plate, drying, cutting out the cross section, surface polishing, painting, marking, etc. In view of the above-mentioned circumstances, in recent years, so-called synthetic wood-shafted pencils have been developed in which the shaft portion is molded from thermoplastic synthetic resin using a screw-type extrusion molding machine. By the way, the bending resistance or rigidity required for the pencil shaft to prevent lead breakage is contradictory to good cutting performance with a sharpener or knife, so it is difficult to balance the two. The reality is that a pencil with a synthetic wood shaft that is comparable to that has not yet been obtained. The main reason for this is that the shaft obtained from thermoplastic synthetic resin does not have a rigidity comparable to that of wood, so we molded the thermoplastic synthetic resin by some means to give it a rigidity comparable to that of wood. If possible, a molded article made of a soft thermoplastic synthetic resin or a foamed article of a thermoplastic synthetic resin with a high expansion ratio can be used to achieve a high degree of bending resistance and good machinability. It is possible to obtain a pencil with a synthetic wood shaft that has both of these features. From this point of view, thermoplastic synthetic resins containing glass fiber as a reinforcing material are foam-molded (Japanese Patent Publication No. 49-2134), or monocrystalline potassium titanate fibers are mixed with about 5 to 35 wt.%. A method has been proposed for manufacturing a pencil with a synthetic wood shaft by foam molding a thermoplastic synthetic resin added and blended (Japanese Patent Publication No. 52-45257). However, adding glass fiber by the former method,
Even if the fiber diameter of the glass fiber used as a reinforcing material is small, it is usually 5μ or more.
At 10 μ or more, this glass fiber itself is brittle, so
The reinforcing effect of the thermoplastic synthetic resin foam molding that becomes the pencil shaft is not sufficient. For example, the blending amount of glass fiber that can maximize the degree of improvement in bending resistance without impairing the extrusion moldability of synthetic resin is approximately 30wt.
%, but even in this case, it is still not possible to obtain a shaft portion with bending resistance comparable to that of a wooden shaft made of natural wood. Therefore, in order to obtain a higher degree of bending resistance, the foaming ratio of the foamed molded product must be lowered, which naturally has the drawbacks of being heavy and molding a shaft portion with low machinability. There is. In addition, since the glass fiber used has a Mohs hardness of about 5 to 6, which is quite hard, the resulting shank will not only damage the cutting edge of the sharpener or knife in a short period of time, but also cause problems with the shank manufacturing equipment. It also has the disadvantage of significantly increasing wear on the inner walls, screws, etc. On the other hand, in the method of using potassium titanate single crystal fibers, according to the above publication, the potassium titanate single crystal fibers have a fiber diameter of 0.10 to 0.16μ and an aspect ratio (fiber length/fiber diameter). 40, it has high rigidity and high tensile strength, so it can provide a reinforcing effect that is superior to that of the glass fiber mentioned above, and the blending amount can be about 10-odd wt.%. In fact, the inventor's follow-up tests also yielded the same results. However, the bending resistance of the resulting shaft and the root strength, which depends on rigidity, are inferior to those of natural wood shafts. It is necessary to lower the foaming ratio of the foamed molded product, which results in the weight of the shaft becoming heavier and its machinability becoming worse. In addition, the Mohs hardness of the potassium titanate single crystal fiber used is 4 to 5, which is softer than glass fiber but harder than wood, and the resulting shaft has the disadvantage of reducing the life of the sharpener or knife edge. It also has In addition, the potassium titanate single crystal fiber used requires advanced technology to manufacture, and the raw material TiO 2 itself is expensive, so it is expensive compared to other reinforcing materials. In addition, the fiber size is similar to that of asbestos fibers, and when manufacturing compounds with thermoplastic synthetic resin as an extrusion molding material, there is a risk of health hazards for workers as well as asbestos fiber pollution. There are drawbacks such as the above problems also occurring. By adopting the structure described in the claims, the present invention does not have the drawbacks of using glass fiber or potassium titanate single crystal fiber as a reinforcing material, and can be made using the conventional incense cedar material. According to the present invention, a pencil with a synthetic wood shaft is obtained which has substantially the same weight, bending resistance, cutting properties, sharpening durability, base strength, etc. as a pencil with a natural wood shaft. In the present invention, the gypsum whisker added and blended as a reinforcing material into the thermoplastic synthetic resin constituting the shaft portion is a whisker-like single crystal with a diameter of 0.1 to 1 μm and a length of approximately 50 to 500 μm, and has a tensile strength of approximately 10,000 Kg/ cm 2 and Young's modulus of 1.71×10 5 Kg/cm, it has high rigidity and high tensile strength, and exhibits an extremely high reinforcement effect on thermoplastic synthetic resin, so it is similar to the shaft of an ordinary pencil. The degree of bending resistance required for the
Addition and blending amount of about 10-odd wt.% is sufficient at most, and since it is relatively soft with a Mohs hardness of about 2 to 3, the formed shaft particularly reduces the life of the cutting edge of sharpeners and knives. It does not cause such adverse effects. The gypsum whiskers used in the present invention are
As mentioned above, it has a particularly excellent reinforcing effect on thermoplastic synthetic resins, so soft synthetic resins can be used as the thermoplastic synthetic resin that becomes the shaft of the pencil, and in the case of foam molded products, Since the foaming ratio can be increased, as a result, it is possible to obtain a pencil with a synthetic wooden shaft that has bending resistance comparable to that of a wooden shaft and good cutting properties, has excellent root strength, and is lightweight. Can be done. The gypsum whiskers used in the present invention include:
α-type hemihydrous calcium sulfate single crystal, which is produced at low cost using a hydrothermal reaction method from natural gypsum, chemical gypsum, or flue gas desulfurization gypsum produced in the flue gas desulfurization process, or this α Type anhydrous calcium sulfate etc. obtained by further firing a type hemihydrate calcium sulfate single crystal at 400 to 800°C, and these can be used alone or as a mixture of the two. Type anhydrous calcium sulfate has a higher affinity with thermoplastic synthetic resins and exhibits a higher level of reinforcing action. The present invention is constructed as described above, and by adding and blending gypsum whiskers as a reinforcing material, it has a high degree of bending resistance, machinability, and sharpening durability comparable to that of natural wood shafts. This has the effect of making it possible to obtain a pencil with a synthetic wood shaft that is lightweight and has strong base strength. Furthermore, since the gypsum whiskers used in the present invention can be easily manufactured from inexpensive gypsum, not only can low manufacturing costs be maintained, but the fiber length can also be increased to a certain level. Therefore, even if an operator inhales it during operation, it will not reach the lungs, and there is no risk of adverse sanitary effects on the operator. The specific structure of the present invention, its operation, and effects will be explained below with reference to manufacturing examples. Example 1 (1) Polystyrene 72.5 parts by weight (2) High impact polystyrene 15 parts by weight (3) Type anhydrite whisker 12.5 parts by weight (4) Lubricant 0.5 parts by weight The above blended compositions (1) to (4) Pellets are produced by kneading and extrusion molding using a twin-screw extruder. Further, 0.7 parts by weight of azodicarbon acid was added to the pellets obtained, and this was used as a molding material. Using a 50 mm screw extrusion molding machine using a crosshead die similar to a die for coating electric wires, the molding temperature was approximately 180°C. Molded at ℃, cross section, side length 4.2
A pencil A was obtained which had a hexagonal prism-shaped synthetic wood shaft with a regular hexagonal shape of mm and a total length of 17.5 mm. As the lead, a #9800 standard size lead manufactured by Mitsubishi Pencil Co., Ltd. and manufactured by sintering with a hardness of HB was used. Example 2 (1) High-pressure polyethylene 85 parts by weight (2) Type anhydrite whiskers 15 parts by weight (3) Lubricant 0.5 parts by weight The blended compositions of (1) to (3) above were used as molding materials, and the following examples were used. It was molded according to method 1 at a molding temperature of about 180° C. to obtain Pencil B with a hexagonal columnar synthetic wood shaft. Comparative Example 1 (1) Polystyrene 70% by weight (2) High impact polystyrene 15% by weight (3) Potassium titanate short fibers [manufactured by DuPont, USA: Fybex] 15% by weight Compounded composition of (1) to (3) above Pellets are produced by extrusion molding in the same manner as described in Example 1. Further, 0.6 parts by weight of azodicarbon acid was added to the obtained pellets to use this as a molding material, which was then molded at a molding temperature of approximately 180°C in accordance with the method of Example 1 to form a pencil with a hexagonal columnar synthetic wood shaft. I got a C. Comparative Example 2 (1) 55 parts by weight of polystyrene (2) 15 parts by weight of high-pressure polyethylene (3) 30 parts by weight of aminosilane-treated glass fiber (9 μ in diameter, 5 mm in length) The blended compositions of (1) to (3) above Pellets are made by extrusion in the same manner as described in Example 1. Further, 0.8 parts by weight of azodicarbon acid was added to the obtained pellets to use this as a molding material, which was then molded at a molding temperature of approximately 200°C according to the method of Example 1 to form a pencil with a hexagonal columnar synthetic wood shaft. I got a D. Pencils A to D with synthetic wood shafts obtained in the above Examples and Comparative Examples, and Pencil E with a natural wood shaft manufactured by Mitsubishi Pencil Co., Ltd. #9800 and hardness HB (core made from clay sintering) have The physical properties of each are shown in the table.
【表】【table】
【表】【table】
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図は鉛筆の耐屈曲性を測定する方法の説明
図、第２図は鉛筆の根元強度を測定する方法の説
明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a method for measuring the bending resistance of a pencil, and FIG. 2 is an explanatory diagram of a method for measuring the base strength of a pencil.