JP2001276639A

JP2001276639A - 粉砕機用媒体

Info

Publication number: JP2001276639A
Application number: JP2000097148A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Akano; 憲市赤野; Shinichi Ito; 信一伊藤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】粉砕効率が向上し、媒体自体の摩耗を減少させ
ることできるため、被処理物の汚染を低減することであ
る。【解決手段】外径Ｄと長さＬの比Ａ（Ａ＝Ｌ／Ｄ）が、
０．５〜２．０であり、かつ上下端面と外周円筒面の間
に、外径Ｄの５〜２５％の大きさの面取り形状を有する
セラミックスからなることを特徴とする粉砕機用媒体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は粉砕機用媒体の形状
に関するものであり、粉砕効率の向上と、粉砕機用媒体
の摩耗量の低減に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】粉砕機用媒体は、顔料、磁性材料、半導
体材料、ファインセラミックス原料等の粉体を製造する
際に、微粉化や、粒径調整を目的とした粉砕工程におい
て主に使用されている。

【０００３】粉砕機用媒体としては、球形状のボール・
ビーズ、円柱形状のシリンダ型メディア（以下：シリン
ダ型メディア）などがあり、これらの媒体を用いる粉砕
機の種類としては、ボールミル、ビーズミル、振動ミ
ル、アトリッションミルなどがある。

【０００４】これらの粉砕工程においては、（１）被処
理物の粉砕効率を向上させること、（２）被処理物の純
度を低下させ、電気的、磁気的、光学的、化学的性質に
影響を及ぼす粉砕機用媒体自体の摩耗を極力少なくする
ことが製品の品質、及びコストの上昇を防ぐために重視
される。

【０００５】以上の２点の目標を達成するために、高硬
度・高強度・高靭性の材料特性を有する、アルミナ、ジ
ルコニア、ジルコニアを分散させた強化アルミナ等の、
酸化セラミックス素材製の粉砕機用媒体がしばしば用い
られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、被処理
物の粉砕効率の向上、及び粉砕機媒体自体の摩耗の防止
に関する研究においては、窒化ケイ素などの新規素材の
導入なども検討されているが、製造工程が複雑であり、
既存の素材を用いるよりも高価になる等の問題がある。

【０００７】また、ボール・ビーズの粒径、粒度分布な
どが被処理物の粉砕効果に与える影響についての研究は
行われているが、特にシリンダ型メディアに関しては、
その形状が被処理物の粉砕効率や、媒体自体の摩耗にど
のように影響するかについての研究はこれまであまり行
われていない。

【０００８】本発明は、上記のような従来技術の課題に
関し、既存の素材・製造工程を用い、従来のものより、
被処理物の粉砕効率に優れ、かつ、粉砕機用媒体自体の
摩耗がを少ないことを特徴とする粉砕機用媒体を、安価
に製造することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
達成するため、粉砕機用媒体の性能向上に関する研究を
進めてきた。その過程おいて、粉砕機用媒体の一種であ
るシリンダ型メディアに着目し、被処理物の粉砕効率の
向上、及びシリンダ型メディア自体の摩耗量を少なくす
るための研究を行ってきた。

【００１０】すなわち、本発明の粉砕機用媒体は、外径
Ｄと長さＬの比Ａ（Ａ＝Ｌ／Ｄ）が、０．５〜２．０で
あり、かつ上下端面と外周円筒面の間に、外径Ｄの５〜
２５％の大きさの面取り形状を有するセラミックスから
なることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明をさらに説明する。

【００１２】シリンダ型メディアの形状が、粉砕効率や
摩耗に影響することを見いだし、その外径と長さの比、
及び円柱形状の上下端面と外周円筒面の間の面取りの大
きさを、一定範囲に規定することにより、既存の素材で
あるシリンダ型メディアの製造工程を用いても、従来の
ものより、粉砕効率に優れ、摩耗の少ないシリンダ型メ
ディアが得られることを解明した。

【００１３】外径Ｄと長さＬの比Ａ（Ａ＝Ｌ／Ｄ）が、
０．５〜２．０とする。外径Ｄと長さＬの比Ａを０．５
〜２．０の範囲とすることにより、被処理物の粉砕効率
が著しく向上することが解った。この範囲で粉砕効率が
向上する理由は、明確ではないが、Ａの値がシリンダ型
メディアの運動に影響を与えると考えられる。すなわ
ち、粉砕機から供給される回転、あるいは振動等の運動
エネルギーは、シリンダ型メディア同士の摺動、衝突、
移動、回転等の運動エネルギーに変換され、被処理物の
粉砕に寄与する。Ａの値を上記の範囲にすることにより
このエネルギー変換が容易に起こると推測される。Ａの
値が０．５未満になると、シリンダ型メディアの形状が
扁平になることにより、粉砕機内でのシリンダ型メディ
ア自体の流動性は著しく低下する。また、Ａの値が２．
０を超えるとシリンダ型メディアの形状が細長くなるこ
とにより、同様に粉砕機内でのシリンダ型メディア自体
の流動性は著しく低下する。この流動性が低下する結果
として、粉砕機から与えられる運動エネルギーが効果的
にシリンダ型メディア同士の摺動、衝突等に変換されな
くなることにより、被処理物の粉砕効率は低下すると考
えられる。さらに、好ましくはＡの値を０．８〜１．２
とすることにより、エネルギーの変換がより容易に起こ
り、被処理物の粉砕効率はさらに向上する。

【００１４】次に、上下端面と外周円筒面の間に、外径
Ｄの５〜２５％の大きさの面取り形状を有することが必
要である。なお、この面取り部分の形状は、Ｒ面取りで
もＣ面取りでも良い。粉砕効率に与える効果について
は、この部分の大きさが支配的に影響し、その部分の形
状は粉砕効率に与える影響が小さい。面取りの大きさが
５％未満であると、被処理物の粉砕効率は良くなるが、
シリンダ型メディア自体の摩耗量が急激に増加する。ま
た、２５％を超えると、摩耗量は少なくなるが、粉砕効
率は著しく低下する。さらに、面取りの大きさを外径Ｄ
の１０〜２０％とにすることにより、被処理物の粉砕効
率が良く、且つシリンダ型メディア自体の摩耗量も少な
くなりより好ましい。

【００１５】面取り部分が、粉砕効率等に与える効果に
ついて以下に説明する。面取り部分を小さくすると、シ
リンダ型メディア同士が形成する空間が小さくなり、ま
た、エッジ部分の面積が小さくなるので、外部から与え
られる運動エネルギーが狭い範囲に集中して被処理物に
作用する。このため、粉砕効率は向上する。しかし、同
じ理由により面取り部分付近での摩耗が集中的に起こる
ようになるため、摩耗量は急激に増加する。これとは逆
に面取り部分を大きくすると、形成する空間が大きくな
り、運動エネルギーが分散され、粉砕効率は低下し、摩
耗量は減少する。

【００１６】次に、ここで用いられるセラミックスがイ
ットリア、マグネシア及びカルシアから選ばれた少なく
とも１種類を１．０〜５．０ｍｏｌ％含有するジルコニ
ア質焼結体からなることが好ましい。イットリア、マグ
ネシア及びカルシアから選ばれた少なくとも１種類の添
加物の量が１．０ｍｏｌ％未満であると、ジルコニア焼
結体の結晶相は、単斜晶の量が増加し、靭性が低下する
傾向にある。また、５．０ｍｏｌ％を超えるとジルコニ
ア焼結体の結晶相は立方晶が主体となる傾向にある。い
ずれの場合もシリンダ型メディアの摩耗量は急激に増加
し、粉砕効率も著しく低下する。この範囲の中でも２．
０〜４．０ｍｏｌ％の範囲で、粉砕効率はさらに向上す
るにも関わらず、メディア摩耗量は少なくなりより好ま
しい。

【００１７】さらに、本発明に用いるジルコニア焼結体
中は、結晶粒子径が１．０μｍ以下で、かつ３μｍを超
える巨大粒子を実質的に含まないことが好ましい。ま
た、結晶粒子径は０．５μｍ以下にすることがさらに好
ましく、０．３μｍ以下にすることがより好ましい。結
晶粒子径が１．０μｍを超えると、焼結体から粒子が脱
落しやすくなりシリンダ型メディアの摩耗量が急激に増
加する。

【００１８】また、結晶相は９０体積％以上が正方晶、
あるいは正方晶に類似の結晶構造であり、残部が立方晶
と単斜晶であることが好ましい。さらに、単斜晶及び立
方晶を含まず、実質的に正方晶単相である結晶相がより
好ましい。結晶相中の正方晶の量が９０体積％未満であ
ると、ジルコニアセラミックスの特徴である変態による
強化機構が十分に機能せず、シリンダ型メディア自体の
摩耗量が増加し、被処理物の粉砕効率も低下する。

【００１９】

【実施例】［物性の測定法］は以下のとおりとした。（１）被処理物の粒径レーザー式の粒度分布測定器（メーカ：ＬＥＥＤＳ &
ＮＯＲＴＨＲＵＰＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ、形式：７
９９５−１０ＳＲＡ）で測定し、５０％径をμｍで求め
た。なお、５０％径とは、粒度分布の累積度数が５０％
となるときの粒子径のことである。（２）粉砕機用媒体の摩耗量（初期媒体重量−試験後の媒体重量）／初期媒体重量／
運転時間（ｐｐｍ／ｈ）で計算した。

【００２０】実施例１イットリアを２．９ｍｏｌ％固溶したジルコニア粉末、
及びこのジルコニア粉末を３０重量％、残部を９９．９
％のアルミナ粉末を混合した粉末を、ゴムモールド内に
封入し、ＣＩＰ装置中で９８ＭＰａの静水圧に１分間保
持し、得られた成形体を旋盤にて、外径加工し、端面の
面取りをＲ面の形状で加工し、一定長さに切断した後、
１４５０℃で２時間焼結した。この焼結体をバレル研磨
機で研磨し、表面粗さＲａ＝０．１以下、外径１０．０
ｍｍ、長さ８．０ｍｍ、端面の面取りをＲ面の形状で
１．０ｍｍ加工して、シリンダ型メディアを得た。

【００２１】得られたシリンダ型メディアの粉砕試験片
をボールミルを用いて行った。ボールミルはアルミナラ
イニングの容量５００ｍｌのものを使用した。このミル
にシリンダ型メディアを約５００ｇ、被処理物として平
均粒径３μｍ、純度９９．９％のアルミナ粉末を５０
ｇ、イオン交換水を１５０ｃｃを仕込み、１３０ｒｐｍ
で運転し、粉砕時間と粉砕粒径の相関、シリンダ型メデ
ィアの摩耗量を調べた。運転時間は２０時間、５０時
間、１００時間の３点を計測した。

【００２２】実施例２〜実施例７、比較例１〜比較例６表１に示したように、シリンダ型メディアの形状を変え
た以外はすべて実施例１と同様にした。実施例２、実施
例５、比較例５は面取り部分を４５°のＣ面取りで行っ
た。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１から、Ａの値が０．５〜２．０の範囲
であれば、同一粉砕時間での到達粒径が小さく、粉砕効
率が向上していることが解る。また、面取りの大きさに
ついては、５％未満では、粉砕効率は本発明品と同じ水
準、あるいは若干良いが、摩耗量が著しく増加し、被処
理物を汚染する。また、２５％を超えると、摩耗量は減
少するが、粉砕効率が急激に悪くなる。面取り部分の形
状については、Ｒ面取り、４５°のＣ面取りを比較して
も、粉砕効率、摩耗量とも大差がなく、形状によらず、
その大きさが支配的に影響している。Ａの値、面取りの
大きさの双方とも本発明を満足する場合は、粉砕効率、
摩耗量ともに優れた値となっている。

【００２５】

【発明の効果】上記の様に、本発明の粉砕機用媒体は、
形状を特定することにより粉砕効率が向上し、また、媒
体自体の摩耗を減少させることできるため、被処理物の
汚染を低減することが可能である。これにより、粉砕時
間を短縮させ、媒体寿命を延長させることができ、さら
に被処理物を純度の低下を防止できるので、品質の良い
被処理物を低コストで供給するできる。

【００２６】この方法によれば粉砕機用媒体の製造工程
においても、本発明を実現するための改造は特に必要な
く、従来の設備をそのまま使用することができること
も、本発明の一つの利点である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外径Ｄと長さＬの比Ａ（Ａ＝Ｌ／Ｄ）
が、０．５〜２．０であり、かつ上下端面と外周円筒面
の間に、外径Ｄの５〜２５％の大きさの面取り形状を有
するセラミックスからなることを特徴とする粉砕機用媒
体。
【請求項２】セラミックスがジルコニアを主成分とす
ることを特徴とする請求項１に記載の粉砕機用媒体。
【請求項３】ジルコニアがイットリア、マグネシア及
びカルシアから選ばれた少なくとも１種類を１．０〜
５．０ｍｏｌ％含有することを特徴とする請求項２に記
載の粉砕機用媒体。