鉛筆
背景
最も古く、最も広く使用されている筆記用具の1つである鉛筆は、先史時代に白亜質の岩や焦げた棒が動物の皮や洞窟の壁などさまざまな表面に描かれるように使用されていた時代に始まりました。ギリシャ人とローマ人は平らな鉛を使ってパピルスにかすかな線を描きましたが、今日の鉛筆の最も初期の直接の祖先が開発されたのは1400年代後半になってからでした。約100年後、イギリス北西部のボローデールの近くで、岩石の柔らかく光沢のある静脈として発生する一般的な鉱物であるグラファイトが発見されました。 Borrowdale鉱山は、ヨーロッパに数百年にわたってグラファイトを供給していました。しかし、人々はグラファイトと鉛を区別できなかったため、前者を「ブラックリード」と呼びました。ロッドまたはストリップにカットされたグラファイトは、強度と快適なハンドルを提供するために、より糸で重く包まれていました。鉛筆と呼ばれる完成品は非常に人気がありました。 16世紀後半に、グラファイトの周りに木片を接着する方法がドイツで発見され、現代の鉛筆が形になり始めました。 1779年、科学者たちは、以前は鉛だと思っていた物質が、実際にはグラファイトと名付けた微結晶炭素の形であると判断しました（ギリシャ語の「graphein」から「書く」を意味します）。グラファイトは、純粋な炭素の3つの自然な形態の1つであり、他は石炭とダイヤモンドです。
18世紀後半に、ボローデール鉱山は枯渇しました。現在、グラファイトの量が少なくなっているため、鉛筆を作成するために他の材料を混合する必要がありました。フランス人の化学者、ニコラ・ジャック・コンテは、粉末状のグラファイト、粉末状の粘土、および水を混合、成形、および焼くと、完成品が純粋なグラファイトと同じくらい滑らかに書かれることを発見しました。コンテはまた、粘土とグラファイトの比率を変えることで、より硬いまたはより柔らかい筆記コアを作成できることを発見しました。グラファイトが多いほど、鉛筆は黒く柔らかくなります。 1839年、ドイツのLothar von Faberは、グラファイトペーストを同じ太さの棒にする方法を開発しました。彼は後に鉛筆の木を切って溝を作るための機械を発明しました。ボローデールでかつて豊富だった黒鉛源が枯渇した後、他の黒鉛鉱山が徐々に世界中に設立されました。
これらの鉱山の多くは米国に設立され、最初のアメリカの鉛筆は1812年の戦争が英語の輸入を終えた後の1812年に製造されました。マサチューセッツ州コンコードのキャビネットメーカーであるWilliamMonroeは、鉛筆を作るのに十分な精度で木製のスラットを切断して溝を付ける機械を発明しました。その頃、アメリカの発明家ジョセフ・ディクソンは、単一の杉のシリンダーを半分に切断し、グラファイトのコアを半分の1つに配置し、2つの半分を接着する方法を開発しました。 1861年、エバーハードファーバーは、ニューヨーク市に米国初の鉛筆製造工場を建設しました。
今日、鉛筆の硬さは数字または文字で示されています。ほとんどのメーカーは1から4までの数字を使用しており、1が最も柔らかく、最も暗いマークを付けています。通常の筆記には2番の鉛筆（ミディアムソフト）を使用します。鉛筆は、最も柔らかい6Bから最も硬い9Hまでの文字で等級分けされることもあります。消しゴムを鉛筆に取り付けるというアイデアは、1858年の米国特許が1872年にJosephRechendorferによって10万ドルで購入されたアメリカ人のHymanW.Lipmanにまでさかのぼります。
鉛筆製造の最初のステップは、グラファイトコアの製造です。これを行う1つの方法は、グラファイト混合物を適切なサイズのダイ開口部に押し出す押し出しです。
従来の木製の鉛筆に加えて、他の多くの鉛筆が広く使用されています。 1880年代初頭、シャープネスを必要としない鉛筆の検索により、自動、推進、または繰り返し鉛筆とさまざまに呼ばれるものが発明されました。これらの楽器は金属製またはプラスチック製のケースを備えており、木製ケースの鉛筆に見られるものと同様のリード線を使用しています。ケース内の金属スパイラルに固定されたリードは、金属スタッドが固定されたロッドによって所定の位置に保持されます。キャップをひねると、ロッドとスタッドがらせん状に下向きに動き、リードをポイントに向かって押し付けます。 20世紀初頭には、グラファイトの芯が顔料または染料とバインダーの組み合わせに置き換えられた色鉛筆が開発されました。現在、色鉛筆は70色以上あり、7種類の黄色と12種類の青があります。しかし、杉のケーシングの鉛筆は、40か国で年間60億のペースで製造されており、ボールペンを含むすべての競合他社を引き続き上回っています。
原材料
鉛筆の最も重要な成分は、ほとんどの人が鉛と呼び続けているグラファイトです。グラファイトと粘土を組み合わせるコンテの方法は今でも使用されており、ワックスや他の化学薬品も時々追加されます。今日使用されている実質的にすべてのグラファイトは、天然グラファイトと化学物質の製造された混合物です。
鉛筆の製造に使用される木材は、繰り返しの鋭利化に耐え、破砕することなく簡単に切断できる必要があります。ほとんどの鉛筆は杉（特にカリフォルニア杉）から作られています。これは長年にわたって選ばれている木材です。シダーは心地よい香りがあり、ゆがんだり形が崩れたりせず、すぐに手に入ります。一部の鉛筆には消しゴムが付いています。消しゴムは、金属製のプロングで接着または保持されている金属製のケースであるフェルールで保持されています。消しゴム自体は軽石とゴムで構成されています。
製造
プロセス
現在、ほとんどの商業的に使用されているグラファイトは、採掘ではなく工場で製造されているため、メーカーはその密度を簡単に制御できます。グラファイトは、作られる鉛筆の種類に応じて粘土と混合されます。使用する鉛筆が多いほど、鉛筆は柔らかくなり、線は暗くなります。色鉛筆の場合、粘土に顔料が加えられ、グラファイトはほとんど使用されていません。
グラファイトの処理
- 1グラファイトを完成状態に成形するには、2つの方法が使用されます。 1つ目は、グラファイトとワックスの混合物を型に通してスパゲッティのようなひもを作成する押し出し方法です。このひもは、正確に測定するために切断され、オーブンで乾燥されます。 2番目の方法では、グラファイトと粘土の混合物をビレットプレスと呼ばれる機械に注ぎます。 プラグがプレスの上部に配置され、金属ラムが下部から上昇して、混合物を「ビレット」と呼ばれる硬くて固いシリンダーに押しつぶします。次に、ビレットを機械の上部から取り外し、押し出しプレスに入れて型に押し込み、ストリップをスライスして取り除きます。
鉛筆用の木製ケーシングを作るために、正方形のスラットが形成され、次に溝がスラットに切り込まれます。次に、グラファイトスティックを1つのスラットの溝に挿入し、次に空の溝のある2番目のスラットをグラファイトが充填されたスロットの上部に接着します。サンドイッチから正しいサイズの鉛筆を切り取り、消しゴムと金属製のフェルールを取り付けます。鉛筆の芯のサイズ。サイズにカットされた後、コアはコンベヤーベルトに沿って通過し、鉛筆の木に挿入されるのを待つためにトラフに集められます。
木製のケーシングを作る
- 2杉は通常、反りを防ぐために、すでに乾燥、染色、ワックス処理されて工場に到着します。次に、丸太は「スラット」と呼ばれる細いストリップに切断されます。これらは、長さが約7.25インチ（18.4センチメートル）、厚さが.25インチ（.635センチメートル）、幅が2.75インチ（6.98センチメートル）です。スラットはフィーダーに入れられ、コンベヤーベルトに1つずつ落下し、コンベヤーベルトが一定の速度で移動します。
- 3次に、スラットは平らな表面になるように計画されます。次に、それらは、各スラットの片側の長さに沿って、平行な半円形の溝（グラファイトの厚さの半分の深さ）を作るカッターヘッドの下を通過します。コンベヤーベルトに沿って続けて、スラットの半分が接着剤の層でコーティングされ、カットされたグラファイトがこれらのスラットの溝に置かれます。
- 4接着剤がなく、溝にグラファイトがないスラットは、別のベルトに配置され、機械に運ばれて持ち上げられ、裏返されます。そのため、スラットは溝を下に向けてベルトに置かれます。次に、2つのコンベヤーベルトが接触し、接着されていない各スラットが接着剤とグラファイトでスラットの上に配置され、サンドイッチが形成されます。サンドイッチをコンベヤーベルトから取り外した後、サンドイッチを金属製のクランプに入れ、油圧プレスで絞り、接着剤が乾くまで一緒にクランプしたままにします。鉛筆が乾いたら、端をトリミングして余分な接着剤を取り除きます。
鉛筆の形を整える
- 5次のステップは、サンドイッチが実際に鉛筆になるときの形作りです。サンドイッチはコンベヤーベルト上に配置され、ベルトの上と下の2セットのカッターを通過します。サンドイッチの上のカッターは上半分をカットし、下のセットは下半分をカットして完成した鉛筆を分離します。鉛筆の大部分は六角形であるため、鉛筆が表面から転がり落ちないように設計されています。 1つのサンドイッチで6〜9本の六角形の鉛筆ができます。
最終ステップ
- 6鉛筆をカットした後、サンダーで表面を滑らかにし、ニスを塗って乾燥させます。これは、鉛筆をワニスのバットに浸し、フェルトディスクに通して余分なワニスを取り除くワニスマシンで行われます。乾燥後、鉛筆は希望の色が得られるまで何度も何度もこのプロセスにかけられます。最後に、鉛筆は仕上げコートを受け取ります。
- 7鉛筆は再びコンベヤーベルト上で成形機を介して送られ、鉛筆の端に蓄積した余分なワニスがすべて除去されます。この手順により、すべての鉛筆の長さが同じになります。
- 次に、8つの消しゴムが取り付けられ、「フェルール」と呼ばれる丸い金属製のケースで鉛筆に固定されます。フェルールは最初に接着剤または小さな金属の突起で鉛筆に取り付けられ、次に消しゴムが挿入され、フェルールがその周りに固定されます。最後のステップでは、加熱されたスチールダイが会社のロゴを各鉛筆に押し付けます。
色鉛筆
色鉛筆は、芯にグラファイトの代わりに染料や顔料などの着色剤が含まれていることを除けば、黒筆鉛筆とほぼ同じ方法で製造されます。まず、顔料に接着剤として粘土とガムを加え、次にワックスに浸して鉛筆を滑らかにします。鉛筆ができたら、中央の混合物の色に合わせて外側を塗ります。
品質管理
鉛筆は製造工程でベルトコンベアに沿って移動するため、一般に配布する前に徹底的に精査されます。作業員は、機能不全に見える鉛筆を廃棄するように訓練されており、プロセスが完了すると、選択された番号がシャープになり、テストされます。よくある問題は、サンドイッチの接着剤が付着しないことがあるということですが、この厄介な問題は通常、サンドイッチをカットするときに発生します。
製造プロセス