シャーペンの芯が折れない硬度調整とグラファイト粒径設計

はじめに

シャーペンは、学生から社会人まで幅広く使用されている筆記具です。
その中核をなす「芯」は、滑らかな書き味と耐久性が求められる重要部品です。
しかし、「書いている途中で芯がポキポキ折れる」「最後までなめらかに書き続けたい」といったユーザーの悩みも絶えません。
今回は、製造業で培った現場目線で、シャーペンの芯がなぜ折れるのか、その対策として有効な芯の硬度調整やグラファイト粒径設計について深堀りします。

シャーペン芯の基礎と折れやすさのメカニズム

シャーペン芯の素材とは

シャーペン芯は、主に「黒鉛（グラファイト）」と「粘土」によって構成されています。
粘度比率や粒径、結合剤の種類などを調整して、“HB”、“B”、“2B”など様々な硬度を実現しています。

なぜシャーペンの芯は折れるのか

芯が折れる原因は大きく分けて三つあります。
一つは材料自体の強度不足、二つ目は筆記時に加わる瞬間的な応力、三つ目は芯径の設計による弱点です。
特に、細い芯（0.3mmや0.5mm）は力の集中が起こりやすく、紙の粗さや書くスピードによっても容易に折損しやすくなります。

また、芯のグラファイト粒子が大きすぎると粒子同士の隙間が空き粘土と接着しきれず脆くなります。
逆に粒子が小さすぎても滑らかさが失われてしまいます。

折れないシャーペン芯を設計するための硬度調整技術

硬度調整の技術的ポイント

現在の製造現場では、粒子の配合比・粒径分布・焼結温度・結合剤の最適化など、数多くのパラメータが芯の硬度や耐久性に影響します。
特に柔軟性と硬度のバランスは、現場経験に基づく熟練したノウハウが要求されます。

硬度を上げるには粘土の配合比率を高くし、焼結時の密度を向上させる必要があります。
それにより芯構造が引き締まり、「折れにくさ」を得やすくなります。
しかし、粘土比率が高すぎると今度は「書き味が悪くなる」などの弊害もあります。

ラテラルシンキングによる新発想の硬度配合

勤務経験の中で試みたのは、「芯の中央部と外周部とで配合を微妙に変える」多層構造化です。
例えば、筆記時に最も応力がかかる外周部のみを硬くし、芯の中心は滑らかさを重視することで、耐折損性と書き味の両立が実現しました。

従来技術の枠を超えて、多層押出成形技術や焼結温度をエリアごとにコントロールする等、材料工学の観点からも工場現場が自ら進化出来る可能性に挑戦しています。

グラファイト粒径設計とは何か

粒径による筆記感と強度の相反性

グラファイト粒径は筆記感と芯の強度に直結します。
粒径が大きいほど摩擦力が減り滑らかな書き味となり、紙面を汚しにくくなります。
一方で、粒序が大きすぎると粒子同士の隙間から折れやすさにつながります。
反対に粒径が小さいと焼結密度は高まり硬くなるが、今度は紙面への「引っかかり感」を強くしてしまいます。

粒度分布最適化による新時代の設計

現代の工場でも、工程設計に限界を感じる現場が多いものの、実は粒度分布のマルチファンクショナルな設計によって
「折れにくく・滑らかで・汚れにくい」次世代芯の開発が進められています。

例えば、異なる粒径のグラファイトを階層的に混合し、多孔質構造であっても芯全体の結合力を上げる設計が有効です。
また、焼成時の温度帯を傾斜的に変化させることで、芯の各層が独自の強度バランスを持つことが可能になります。
このような一見地味な粒径設計の違いが、シャーペンの芯の進化を牽引しています。

製造業現場でくすぶる昭和的アナログと新潮流

昭和的アナログ製造の常識と課題

芯製造の現場には「こうすれば大丈夫」「今までこれで折れなかったから」という経験則が根強く残っています。
検査工程も目視やサンプル抽出が中心で、量産段階ではデータに基づくフィードバックが不十分になりがちです。

製造DXによるブレークスルー

近年では、AIによる画像解析やIoTによる現場データの一元管理、微粒度分布のリアルタイムセンシングが進展しています。
「どうすれば芯が折れなくなるのか」を数値化し、製造条件や原料粒径を自動最適化する技術が新潮流です。
こうしたデジタル技術が、昭和型の職人文化と化学融合することで、かつてない芯の性能向上を実現しつつあります。