JP2006122742A

JP2006122742A - ケージ型粉砕装置

Info

Publication number: JP2006122742A
Application number: JP2004310855A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Okubo; 直幸大久保
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-10-26
Also published as: JP4761754B2

Abstract

【課題】ケージ型粉砕装置におけるセラミックピンは、部分的に摩耗が集中する偏摩耗を伴い摩耗が進展するため交換可能な設計であるが、その他の周囲部材である円盤、連結リングなどの部材も被粉砕物の飛散により激しく摩耗するためメンテナンスや交換作業に苦慮していた。
【解決手段】ケーシングと、ケーシング内で回転する一対の円盤１０、２０と、各円盤１０、２０に同心円状に設けた複数のセラミックピン６とを備え、粉砕物を上記セラミックピン６と衝突させて粉砕する粉砕装置であって、上記セラミックピン６の径が円盤１０、２０側から先端側へ減少する少なくとも一つの減径部２を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ケ−シング内で回転する複数のセラミックピンに、岩石や砂利、或いは天然や人工の鉱石などの粉砕物を衝突させて小さく粉砕するのに使用するケージ型粉砕装置に関するものである。

従来、岩石や砂利、或いは天然や人工の鉱石など硬質の粉砕物を粉砕するには、セラミックピンを同心円状に配設し、相対回転させたセラミックピンと衝突させて粉砕物の粉砕を行うケ−ジ型粉砕装置が使用されている。

この種のケージ型粉砕装置は、図４において１０１は下向きに開口する箱状のケーシングで、側部に粉砕物投入用のシュート１０２をそなえている。１０３、１０４は駆動軸で、それぞれケーシング１０１を支持する基台１０５上に取付けた軸受（不図示）により回転自在に支持され、同様に基台１０５上に取付けたモータ（不図示）により、反対方向に回転駆動される。１１０、１２０はケーシング１０１内に収容された円盤で、それぞれ駆動軸１０３、１０４に取付けられて反対方向に回転駆動される。

円盤１１０は、二重の同心円上に並設した複数本のピン１０６の基部を、駆動軸１０３に取付けた円盤状の側板１１１に取付け、各セラミックピン１０６の先端部を環状の連結リング１１２、１１３により連結して成る。また円盤１２０は、前記円盤１１０よりは小直径の二重の同心円上に並設した複数本のセラミックピン１０６の基部を、環状板から成る側板１２１に取付け、外径側のセラミックピン１０６の先端部を環状の連結リング１２２により連結するとともに、内径側のピン列の先端部を取付具１２３のフランジ部１２３ａに連結し、該ピン列を介して側板１２１を駆動軸１０４に支持して成る。１２４は、シュート１０２部から投入された粉砕物をケーシング１０１内へ送給するインペラで、駆動軸１０４に固定取付けされている。

図５は、円盤１１０、１２０の詳細を示し、セラミクピン１０６は、両端におねじ部をそなえた金属製の支柱１０７に、該支柱の軸部にセラミックピン１０６を嵌込んで成る。このセラミックピン１０６は、有機系接着剤を介して支柱１０７に固定されている。そしてこのセラミックピン１０６は、支柱１０７の先端部を金属製の連結リング１１２、１１３、１２２にそれぞれねじ込み、該支柱の基端部を、金属製の側板１１１、１２１を貫通させ取付穴１３１内においてナット掛け１３２により固定して取付けることにより、円盤１１０、１２０が形成されている。また１１４は、円盤１１０を駆動軸１０３へ取付けるための取付具１１５へ側板１１１を締付けるボルトである。

このようなケージ型粉砕装置において、セラミックピン１０６は、摩耗が進行し、摩耗深さが所定値以上となったら、円盤１１０あるいは１２０を分解してセラミックピン１０６を取外す。そして各セラミックピン１０６を新規のセラミックピン１０６と入替えるか、もしくは抜き取ったセラミックピン１０６の摩耗部を回転させて摩耗していない部分を再使用するなど、摩耗の程度等に応じて上記以外のローテーションにより各セラミックピン１０６を再使用する場合もある。なお、このようなセラミックピン１０６の支柱１０７からの抜取りは、セラミックピン１０６全体を炉中で加熱するなどして接着剤層を焼却することで取り外すようになっている。

特許文献１では、セラミックピン１０６を３分割からなるスリーブで構成してその摩耗部分のみを交換することで、そのセラミックピン１０６の寿命を延ばすことが行われている（特許文献１参照）。

また、このセラミックピン１０６は、上述のように摩耗が生じやすいことから、することが記載されている（特許文献２参照）。
特開平１０−２８８９３号公報特開２００１−２３２２２４号公報

ところで、このようなケージ型粉砕装置に使用されるセラミックピン１０６は粉砕物との衝突により連結リング１１２、１１３、１２２側の上下面における摩耗が激しいものとなっている。このセラミックピン１０６は、外径部がストレート部１０８の円筒状であるため、連続して衝突することにより粉砕された石等が、セラミックピン１０６の外径部分でその方向を変える作用が少ないため、セラミックピン１０６の一部分に集中して摩耗が発生する偏摩耗が発生するという問題があり、交換が可能な構造となっている。

また、粉砕物同士の衝突などにより、その衝突方向が変えられるとセラミックピン１０６以外の周囲部材への衝突することになり、これが連続して繰り返されることで周囲部材の偏摩耗も多く発生していた。

このように激しい摩耗を受けた部材は、最も激しく摩耗した部材に合わせて、その張替えや交換が行われることになる。

ここで図５に示すようなケージ型粉砕装置のセラミックピン１０６の交換方法は、例えばナット１３２を緩めてセラミックピン１０６を回転させ、連結リング１１２側のほとんど摩耗していない部分が上下に位置するように設置した後、ナット１３２を締め付けて固定し、一つのセラミックピン１０６をできるだけ長期間使用することが行われているが、この作業を行うにはケージ型部材をケーシング１０1内から取り外す必要があり、その為にはクレ−ンやレッカ−等が必要となるために作業が非常に大掛かりなものとなっている。

また、ケ−ジ型粉砕装置の組立には、熟練の技術者でなければ難しく、熟練者であってもセラミックピン１０６の摩耗していない部分を摩耗し易い所定の位置に位置合せするには多大な労力と時間を要し、その為にケージ型粉砕装置を半日から１日停止させなければならず作業効率が非常に悪かった。

また、このケージ型粉砕装置には、各円盤１１０、１２０や連結リング１１２、１１３、１２２等の装置内部に当たる部分の表面に、耐摩耗を目的としたセラミックス部材が使用されており、これらは接着剤で強固に固定しているものや、凹凸を設けて嵌め込み、さらに接着剤で固定するなどと強固に接着したおり、またその内部面積も大きいため、相当数のセラミックス部材を使用しているが、このセラミック製ピン１０６以外の周辺部材は、すぐに交換できるような構造を設けておらず、各々の部品を個別に剥離して交換することが非常に困難であり、その部品を取り外すためには、剥離する部材の周囲にまで熱を加えてセラミックス部材を相当数外して、さらに新しい部材を接着するなど、大変な手間のかかる作業であった。そのためセラミックピン１０６以外の周囲部材の摩耗を防ぐことも重要な課題であった。

上記問題点に鑑みて本発明のケージ型粉砕装置は、ケーシングと、ケーシング内で回転する一対の円盤と、各円盤に同心円状に設けた複数のセラミックピンとを備え、粉砕物を上記セラミックピンと衝突させて粉砕する粉砕装置であって、上記セラミックピンの径が円盤側から先端側へ減少する少なくとも一つの減径部を有することを特徴とするものである。

また、上記セラミックピンは、各円盤に同心円状に設けた複数の支柱を介して設けるとともに先端に連結リングを設けたことを特徴とする。

また、上記セラミックピンは、減径部に連続するストレート部を設けたことを特徴とする。

さらに、上記セラミックピンは、上記減径部とストレート部を複数備えるとともに先端側に減径することを特徴とする。

またさらに、上記セラミックピンは、先端側に径が増加する増径部を設けたことを特徴とする。

また、上記セラミックピンは、破壊靭性が６ＭＰａ√ｍ以上の窒化珪素質セラミックスからなることを特徴とする。

このように本発明によれば、ケーシングと、ケーシング内で回転する一対の円盤と、各円盤に同心円状に設けた複数のセラミックピンとを備え、粉砕物を上記セラミックピンと衝突させて粉砕する粉砕装置であって、上記セラミックピンの径が円盤側から先端側へ減少する少なくとも一つの減径部を有することによって、粉砕物の飛散による周囲の部材の摩耗を減少させることができる。

また、上記セラミックピンは、各円盤に同心円状に設けた複数の支柱を介して設けるとともに先端に連結リングを設けたことにより、高速回転時のセラミックピンの先端に働く遠心力を抑制し、安定した回転体とすることができる。

また、上記セラミックピンは、減径部に連続するストレート部を設けたことにより、粉砕物をセラミックピンの中央付近へ集中させることと、特に円盤側の根元部の摩耗を防ぐことができる。

さらに、上記セラミックピンは、上記減径部とストレート部を複数備えるとともに先端側に減径することにより、粉砕物をセラミックピンの中央付近へ集中させながら、その摩耗箇所を適度に分散することができる。

またさらに、上記セラミックピンは、先端側に径が増加する増径部を設けたことにより、粉砕物をセラミックピンの中央付近へ集中させることと、特に連結リング側の摩耗を防ぐことができる。

また、上記セラミックピンは、破壊靭性が６ＭＰａ√ｍ以上の窒化珪素質セラミックスからなることにより、セラミックピンの中央部に摩耗が集中してもその寿命を維持することができる。

本発明のケージ型粉砕装置の実施形態を図を用いて説明する。

本発明のケージ型粉砕装置は、図１（ａ）に示すように、ケーシング内で回転する一対の円盤１０及び２０と、各円盤１０及び２０に同心円状に設けた複数のセラミックピン６とを備え、各円盤１０、２０がそれぞれ逆方向に回転することにより、岩石や砂利、或いは天然や人工の鉱石などの粉砕物をセラミックピン６に衝突させて小さく粉砕するものである。

本発明は、図１（ｂ）に示すように、セラミックピン６の径が円盤１０、２０側から先端側へ減少する少なくとも一つの減径部２を有することを特徴とするものである。

これにより、円盤１０、２０が逆方向に回転しながら稼働する際に、砂利等の粉砕物がセラミックピン６間の互いの減径部２に作用して、衝突位置に変化を与えることができるため、セラミックピン６の外周部の摩耗が一部分に集中することを防ぎ、さらに減径部２が中央側へその粉砕物の飛散方向を変える働きを有し、粉砕物がセラミックピン６の減径部２に衝突し、またさらに逆方向の減径部２を設けたセラミックピン６に衝突することにより、セラミックピン６の中央部で粉砕物が分散しながら集める作用も有することから、セラミックピン６の偏摩耗の発生を防ぎ、また周囲の部材の摩耗を防ぐと同時に、セラミックピン６以外の周囲への粉砕物の飛散を減少させることができる。

このとき、セラミックピン６の外周部に備えた減径部２の方向は、円盤１０及び２０側方向から先端側へ増径する増径部４としても同様の効果を得ることができるが、先端側の重量が大きくなり過ぎると、回転駆動時の振動や支柱７への負荷が増えることから、円盤１０及び２０から先端側へ減少する少なくとも一つの減径部２を備えていることが好ましい。

上記セラミックピン６は、減径部２を有するものであれば、全体をセラミックスで形成してもよいが、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、各円盤１０、２０に同心円状に設けた複数の支柱７を介して設けるとともに先端に連結リング１２、２２を設けることが好ましい。

このケージ型粉砕装置は高速回転で粉砕を行うため、円盤１０及び２０に設けた金属製の支柱７には大きな遠心力が働き、セラミックピン６の先端側には回転体の外向きに大きな力が働くことになる。したがってこのセラミックピン６を支える支柱７はこれに耐えるだけの剛性が必要となるが、先端側に連結リング１２、２２を設けることで円盤１０及び２０側のみの片持ちの状態から、円盤１０及び２０側と連結リング１２、２２に支持される両端支持により、先端側に働く力を抑えることができるため、安定した回転体とすることができる。

また、支柱７は、炭素鋼や工具鋼等の金属からなり、筒状のセラミックピン６に嵌合して接着固定するものであり、支柱７はセラミックピン６の内部の全長にわたって保持することが好ましい。このときセラミックピン６の内部の穴は、支柱７の外径より１〜２ｍｍ大きく、ここに接着剤を充填して固定するもの、またはセラミックピン６の両端部と円盤１０及び２０側、また連結リング１２、２２との隙間にセラミックや樹脂等からなるスペーサを介して両端よりボルトのみで固定するものがある。また、セラミックピン６の内部の穴と支柱７との隙間は、セラミックピン６を交換する際に加熱処理等を施すことから金属からなる支柱７の熱膨張を考慮して十分に大きく設定している。

先端に取り付ける連結リング１２、２２は、基材として炭素鋼や工具鋼等の金属部材からなり、その周囲にセラミックスを接着剤により固定して、粉砕物の衝突による摩耗を防いだ構成とすることが好ましい。この部分に使用されるセラミック部材は、アルミナや窒化珪素セラミックからなり、基材がリング状であるために扇形のライナーを多数組み合わせて接着している。

また、セラミックピン６に設けた減径部２を軸方向全体に設ける場合は、断面の角度が１０度以下とすることが好ましく、１〜３度以下の角度とすることがより好ましい。角度が１度未満と小さ過ぎると粉砕物を中央付近へ集中する効果が小さく、角度が１０度を超えて大きくなると粉砕物が先端側へ集中してセラミックピン６の先端側の摩耗が激しくなる。

また、図２（ａ）に示すように上記セラミックピン６は、減径部２に連続するストレート部３を設けることが好ましい。

これにより、粉砕物をセラミックピン６の中央付近へ集中させるとともに、円盤１０及び２０の根元付近の摩耗を防ぎ、根元付近に衝突する粉砕物の向きを特に中央付近に集中させる作用ができるため、その粉砕効率を向上させることができる。また、連結リング１２、２２側に設けたストレート部３は、粉砕物を中央に寄せる効果はないが、逆向きにセットされた他の列のセラミックピン６がその役割を受け持つことより達成できる。

また、セラミックピン６に設けた減径部２とストレート部３を備える場合は、円盤１０及び２０の根元側より、３〜１０度の角度で、長さの１０％以上の減径部を備えることがより好ましい。

また、減径部２の角度は、３度未満と小さい場合は粉砕物が中央付近へ集中する効果が小さく、また角度が１０度を超えて大きくなると粉砕物の飛散を促進してしまう。

また、長さが１０％より短いとこれも粉砕物が中央付近へ集中する効果が小さい。

さらに、図２（ｂ）に示すように、上記セラミックピン６は、上記減径部２とストレート部３を複数備えるとともに先端側に減径することが好ましい。

これにより、粉砕物をセラミックピン６の中央付近へ集中させながら、ストレート部３と減径部２を交互に設けることにより粉砕物の向きに変化を与えることができるため、その粉砕効率をより向上させることができ、セラミックピン６の摩耗箇所を適度に分散することができるため、一部分に摩耗が集中してしまうような偏摩耗を防止することができる。

このセラミックピン６に設けた減径部２とストレート部３は、減径部２を２〜５箇所以上で、ストレート部３と一定の間隔を保持して設けられることが好ましい。これによりセラミックピン６の一部分に摩耗が集中してしまうことを防ぐことができる。この減径部２とストレート部３の数は多いほど好ましいが、先端側が極端に小径にならない程度であれば良い。

またさらに、図２（ｃ）に示すように、上記セラミックピン６は、先端側に径が増加する増径部４を設けることが好ましい。

図２（ｃ）のように先端側に増径する増径部４を設けることにより、円盤１０及び２０側の減径部２の作用により、先端側へ粉砕物が集中してしまうことを防ぐことができる。また、セラミックピン６の中央付近へ集中させる効果を最大限に発揮でき、円盤１０及び２０の根元付近と先端の摩耗を抑制しながら、粉砕物の周辺への飛散を少なくすることができる。

また、この増径部４は、セラミックピン６に設けた減径部２と対称的な形状とすることが好ましい。円盤１０及び２０の根元側に設けた減径部２と同様の角度や長さを持つ増径部４とすることで、粉砕物を中央付近で良好な粉砕効果を得ることができる。

また、減径部２と増径部４の寸法形状は、セラミックピン６の長さの中央を軸として対称的であり、セラミックピン６の長さに対して各１０％以上の減径部２と増径部４とすることが好ましい。

また、その他の実施形態としては、図３（ａ）に示すようにストレート部３が無く、円盤１０及び２０側に設けた減径する減径部２と、先端側に増径する増径部４のみで構成してもかまわない。また、図３（ｂ）のようにテーパ状の減径部２、増径部４ではなく、Ｒ状の滑らかな減径部２、増径部４を有する構成としてもよい。さらに、図３（ｃ）のように、先端側へ段階的に減径するように複数の径の異なるストレート部３からなる減径部２を構成してもよい。

このような形状のセラミックピン６は、アルミナ質セラミックス、アルミナ−炭化チタン系セラミックス、ジルコニア質セラミックス、炭化珪素質セラミックス、窒化ケイ素質セラミックス等のセラミックスから形成され、特に、破壊靱性値が高く、且つ熱伝導率が高い窒化珪素質セラミックスからなることが好ましい。

本発明のセラミックピン６を構成する窒化珪素質セラミックスとして、窒化珪素の結晶と、以下の第１〜第３金属珪化物のうち少なくとも２つを含む粒界層とを有し、粒界層は第１〜第３金属珪化物のうち少なくとも２つが互いに接する隣接相を有するものであり、
その破壊靭性値が６ＭＰａ√ｍ以上、且つ熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上のものを用いることが好ましい。

ここで、上記第１の金属元素とは、Ｆｅ、Ｃｒ、ＭｎおよびＣｕからなる群から選ばれる少なくとも１つを指し、その第１の金属元素からなる金属珪化物を第１金属珪化物としている。また、第２の金属元素とは、Ｗ、Ｍｏのうち少なくとも１つを示し、その第２の金属元素からなる金属珪化物を第２金属珪化物としている。さらに、第３の金属元素とは、第１の金属元素と第２の金属元素からなる複数金属成分、例えば、ＷとＦｅを含む金属成分であり、その第３の金属元素からなる金属珪化物を第３金属珪化物としている。

セラミックピン６は、粉砕物からの衝撃を受けて、多様に摩耗が進行する。粉砕物はその形状を変えながら細かく粉砕されていくが、その途中工程では鋭角な形状を持つものがほとんどであり、セラミックピン６の外径部は傷や時には欠けを伴いながら摩耗が進展する。したがって、これらの摩耗中にその傷や欠けからクラックが発生を防止するために、破壊靭性を６ＭＰａ√ｍ以上、さらには８ＭＰａ√ｍ以上とすることがより好ましく、粉砕物の衝突による衝撃摩耗を特に有効に防止でき、結晶の脱粒が少ない粒界の強靭なセラミックピン６とすることができる。

このように破壊靱性の高いセラミックピン６は、上記第1金属珪化物が第２金属珪化物または第３金属珪化物を取り囲むようにして隣接相を形成することによって得ることができる。第２金属珪化物または第３金属珪化物よりも第１の金属珪化物の破壊靱性が高い傾向があるため、大きな機械的応力がかかった場合、窒化珪素質セラミックスに割れが生じたり、クラックが入ったりすることが抑制され、機械的特性を向上させることができる。

さらに、窒化珪素質セラミックスの結晶の平均粒径を１５μｍ以下とするのが好ましい。窒化珪素の結晶の平均粒径が１５μｍを超えた場合には破壊靭性が低下し、機械的強度が低下する傾向となるからである。この平均粒径は、上述と同様に針状の結晶における長径の平均粒径を示す。さらに好ましくは、長径の平均粒径が１５μｍ以下で、短径の平均粒径が２μｍ以下とすれば、粒界層の偏在を抑制し、これにより隣接相を焼結体中に均一に分散できる。

また、粒界層に含まれるＡｌとＲＥの比率が、Ａｌ_２Ｏ_３／ＲＥ_２Ｏ_３のモル比換算で０．２〜５であることが好ましい。これにより、窒化珪素質セラミックスの焼結性をさらに向上させ、かつ、破壊靱性を向上させることができるからである。さらに好ましくは、Ａｌ_２Ｏ_３／ＲＥ_２Ｏ_３のモル比換算で０．４〜３である。

この窒化珪素質セラミックスは、破壊靭性が６ＭＰａ√ｍ以上と高いため、傷や欠けが発生してもクラックが進展しにくく、またその摩耗を抑制することができる。このような粉砕装置に使用する部材は、大きな衝撃による破損がその寿命を最も短くする要因であることから、割れの発生が少ない破壊靭性がより高い材料からなることが好ましい。

また、高速で粉砕処理する際のセラミックピン６の表面部は高熱になり、内部との温度差が大きくなるため、熱衝撃による破損を防ぐために熱伝導率を２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが好ましい。

これにより、セラミックピン６の表面の発熱により温度が不均一な状態になってもクラックが発生することを防止でき、また熱が早く伝わることで熱による応力を減少させるためその破損を防止できる。

このようなセラミックピン６を得るためには、先ず、平均粒径０．８μｍの酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）の粉末、平均粒径１μｍのＷＯ_３粉末を水を用いて湿式混合し、得られたスラリーを１００℃で乾燥して予備混合粉末を作製する。次にこの予備混合粉末と、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）粉末（平均粒径１μｍ、α化率９０％、Ｆｅ不純物含有量１００ｐｐｍ）、Ｓｉ粉末（平均粒径３μｍ、Ｆｅ不純物含有量２００ｐｐｍ）とからなる原料粉末に、焼結助剤として、平均粒径１μｍのＹ_２Ｏ_３粉末と、平均粒径０．７μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末とを混合し、造粒、成形して円柱型成形体を得る。この得られた成形体を焼成時の収縮を考慮して所定寸法に切削加工を施し所望の形状とする。これを窒素雰囲気中６００℃で３時間保持することにより脱脂し、さらに、得られた脱脂体を表面が窒化珪素質から成るカーボン製のこう鉢中に載置し、実質的に窒素からなる１５０ｋＰａの窒素分圧中、一定の温度、保持時間で順次窒化し、さらに昇温して１２０ｋＰａの窒素分圧中１５００℃で３時間、１７７０℃で１０時間、２００ｋＰａの窒素分圧中１８００℃で３時間、順次保持して焼成し、β型窒化珪素質セラミックスからなるセラミックピンを得ることができる。

次に、本発明の実施例を示す。

ここで、以下に示す方法で実験を行った。図４に示すようなケージ型粉砕装置のセラミックピンを種々の実施例で作製して摩耗率を確認した。

図２（ａ）〜（ｃ）に示すセラミックピンを表１に示す如く各材質で作製した。その材質は従来のアルミナ質セラミックス、窒化珪素質セラミックス１、隣接相を有する窒化珪素質セラミックス２の３種の材質を用いて形成した。

アルミナ質セラミックスとして、純度が９２％で破壊靭性値が３．８ＭＰａ√ｍのアルミナを使用した。アルミナ以外にＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｂを含み粒界層にＢ_２Ｏ_３を形成して粒界層を強靭にしたものである。この材料はヤング率２８０ＧＰａ、熱伝導率が１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、製造方法は原料をゴムが型に入れ、湿式静水圧プレスにて８０MＰａの圧力で成形し、これを切削加工にて所定寸法へ加工後、酸化ガス炉にて常圧１４００℃にて焼成したものを使用した。

また、窒化珪素セラミック１として、窒化珪素粉末にＹ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３等の焼結助剤粉末を添加して粉砕混合した原料粉末と、エタノールと、窒化珪素質粉砕用メディアとをバレルミルに投入してさらに混合し、その後得られたスラリーに、有機結合材としてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を添加混合し、さらにスプレードライヤーで造粒したものである。得られた造粒粉体を金型を用いた粉末プレス成形法により成形圧８０ＭＰａで成形し、成形体を所定寸法に切削加工した後、得られた成形体中に含まれる有機結合材（ＰＶＡ）を、脱脂雰囲気中６００℃で３時間保持することにより脱脂し、次に表面が窒化珪素質から成るカーボン製のこう鉢中に脱脂体を載置し、窒素からなる窒素分圧中、１１００℃で２０時間、１２００℃で１０時間、１２６０℃で５時間の各ステップ（各ステップ間は昇温速度５０℃／時間で昇温）で順次保持することによりＳｉをα化率９０％以上のＳｉ_３Ｎ_４に窒化し、さらに昇温して窒化工程と同じ窒素分圧中１７７０℃で１０時間保持して焼成し、窒化珪素質焼結体からなる窒化珪素質セラミック１を得た。

このようにして得られた窒化珪素質セラミックス１の焼結体は、破壊靭性が５．０ＭＰａ√ｍ、熱伝導率が２０W／（ｍ・Ｋ）である。

また、窒化珪素質セラミックス２として、窒化珪素原料に第１の金属元素Ｆｅからなる化合物の粉末と、第２の金属元素Ｗからなる化合物の粉末を水を用いて湿式混合し、得られたスラリーを１００℃で乾燥して予備混合粉末を作製し、さらにこの予備混合粉末と、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）粉末（平均粒径１μｍ、α化率９０％、Ｆｅ不純物含有量５００ｐｐｍ）と、Ｓｉ粉末（平均粒径３μｍ、Ｆｅ不純物含有量８００ｐｐｍ）とからなる原料粉末を使用したものである。その他の製造工程は、窒化珪素質セラミック１と同様としたものである。このようにして製造された窒化珪素質セラミックス２の焼結体には、窒化珪素の結晶と、第１金属珪化物であるＦｅＳｉ_２、第２金属珪化物であるＷＳｉ_２、および第３金属珪化物であるＷ−Ｆｅ珪化物を有し、粒界層は第１〜第３金属珪化物のうち少なくとも２つが互いに接する隣接相を有するものであり、破壊靭性が６．８ＭＰａ√ｍ、熱伝導率が２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

これらの各セラミックスを用いて、図２（ａ）〜（ｃ）の形状のセラミックピンを作製した。各セラミックピンは、全長が４００ｍｍ、円盤側の外径を９５ｍｍ、内径を３０ｍｍとし、内部に接着剤によりＳ４５Ｃの金属材料からなる支柱を図１（ａ）に示すように円盤と連結リングの間に組み込んでボルトにより固定している。

まず、比較例として従来のようにストレート状のセラミックピン（試料Ｎｏ．１、５、９）を準備した。また、本発明の実施例として、図２（ａ）のように円盤側から長さ２００ｍｍまで、外径が９５ｍｍから８０ｍｍへ変位する減径部を備え、先端側までストレート状のセラミックピン（試料Ｎｏ．２、６、１０）、および図２（ｂ）のように減径部とストレート部を複数備え、図２（ａ）と同様に外径が９５ｍｍから８０ｍｍへ減径し、長さ６５ｍｍ毎に減径部とストレート部を交互に配置して段階的に径が減縮するセラミックピン（試料Ｎｏ．３、７、１１）、図２（ｃ）のように同図（ａ）と同様な減径部を備え、中央付近に長さ２００ｍｍのストレート状とし、先端に外径が８０ｍｍから９５ｍｍへ変位する増径部を有するセラミックピン（試料Ｎｏ．４、８、１２）を準備した。

これらのセラミックピン試料を用いて円盤側と連結リング側に接着されている周囲の部品の摩耗状況を確認して、セラミックピンはその重量減を摩耗率として計算した。その他の周囲の部品は、円盤側と連結リング側に分け、その体積摩耗率を計算した。

摩耗率は、各部を組み立てる前に重量計にてその重量を測定し、セラミックピンは４列目（２０本）の平均、円盤部、連結リング部と３つの部分について評価後に各部を取り外してその重量減を測定した。また、その重量減を各セラミックの比重で除算したものを、体積摩耗率として算出した。

また、総合判定として円盤側と連結リング側の体積摩耗率が２０％を超えているものを△、また１０％以上で２０％以下の範囲であるものを○とし、さらに１０％未満と良好なものを◎として表記した。

結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、本発明の試料Ｎｏ．２〜４、６〜８、１０〜１２は、比較例の従来の試料Ｎｏ．１、５、９と比較すると、円盤側と連結リング側の摩耗率を格段に減少させることができる。また、材質ではアルミナや従来の窒化珪素（１）に比べて、窒化珪素（２）が最も摩耗が少なく、粉砕効率が良好であったことが判明した。

セラミックピンの形状は、図２（ｃ）に示すような減径部と増径部を設けたものが各部の摩耗が最も少なかった。

セラミックピンの磨耗についても、従来の比較例に比べて減少しており、これは周囲への飛散を防いで、交換可能なセラミックピンでの粉砕効率が向上した結果であり、効果があることが確認できたものである。

また、円盤側の周囲部品と、連結リング側の周囲部品については、本発明のものが従来の比較例よりも、その体積摩耗率が減少しており、このことは大きな手間となる周囲の部品のセラミック張替え作業が低減できることになるため、有効な効果を得ることができている。

（ａ）は本発明のセラミックピンを備えたケージ型粉砕装置の要部拡大断面図であり、（ｂ）は本発明のセラミックピンの断面図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明のセラミックピンの種々の実施形態を示す正面図である。（ａ）〜（ｃ）本発明のセラミックピンの他の実施形態を示す正面図である。従来のケージ型粉砕装置を示す断面図である。従来のケージ型粉砕装置の要部を示す拡大断面図である。

符号の説明

２：減径部
３：ストレート部
４：増径部
５：Ｒ状
６：セラミックピン
７：支柱
１０、２０：円盤
１２、２２：連結リング
１０１：ケーシング
１０２：シュート
１０３、１０４：駆動軸
１０５：基台
１０６：セラミックピン
１０７：支柱
１０８：ストレート部
１１０、１２０：円盤
１１１、１２１：側板
１１２、１１３、１２２：連結リング
１１４：ボルト
１１５：取付具
１２３：取付具
１２３ａ：フランジ部
１２４：インペラ
１３１：取付穴
１３２：ナット

Claims

ケーシングと、ケーシング内で回転する一対の円盤と、各円盤に同心円状に設けた複数のセラミックピンとを備え、粉砕物を上記セラミックピンと衝突させて粉砕する粉砕装置であって、上記セラミックピンの径が円盤側から先端側へ減少する少なくとも一つの減径部を有することを特徴とするケージ型粉砕装置。
上記セラミックピンは、上記円盤に取り付けた支柱を介して配置されることを特徴とする請求項１に記載のケージ型粉砕装置。
上記セラミックピンは、減径部に連続するストレート部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のケージ型粉砕装置。
上記セラミックピンは、上記減径部とストレート部を複数設けるとともに先端側に減径することを特徴とする請求項３に記載のケージ型粉砕装置。
上記セラミックピンは、先端側に径が増加する増径部を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のケージ型粉砕装置。
上記セラミックピンは、破壊靭性が６ＭＰａ√ｍ以上、熱伝導率が２０Ｗ／ｍK以上の窒化珪素質セラミックスからなることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のケージ型粉砕装置。