JP2014195774A - セラミックライナー部材およびこれを用いた粉砕機 - Google Patents
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Abstract
【課題】寿命の識別が容易なセラミックライナー部材およびこれを用いた粉砕機を提供する。【解決手段】板状体であって、板状体の少なくとも一方の主面が磨耗面２ａとされており、板状体の内部に、磨耗による板状体の寿命を識別するための識別領域３を有するセラミックライナー部材１である。使用によってセラミックライナー部材１が磨耗した際、識別領域３が表出することで磨耗による寿命を容易に識別することができる。また、粉砕機が、セラミックライナー部材１を粉砕室の内壁に取りつけられていることにより、交換時期を逸することなく、セラミックライナー部材１を寿命まで使用でき、交換頻度も適正なものとできることから、掛かるコストを抑えることができる。【選択図】図１
Description
本発明は、セラミックライナー部材およびこれを用いた粉砕機に関する。
従来から、大型産業機器、例えば、粉砕機の内壁部には、粉砕物から粉砕機の内壁を保護するため、金属よりも耐磨耗性に優れるセラミックス製の内張り部材、いわゆるセラミックライナー部材が取り付けられている。このようなセラミックライナー部材は、耐磨耗性に優れているものの、粉砕機の使用によって少なからず磨耗するものであり、交換時期を過ぎて使用し続けてセラミックライナー部材が薄くなり過ぎると、機械的強度が低くなって内壁の保護が不十分となり、内壁が破損するおそれがあった。
そのため、特に大型の粉砕機においては、使用期間等の時間軸を基準にセラミックライナー部材の交換が行なわれてきたが、取り外したセラミックライナー部材を確認すると、まだ使用可能な状態にあることがあった。また、大型の粉砕機において、セラミックライナー部材の取り付けや取り外しは、労力およびコストが掛かるものであることから、粉砕機等の内壁にセラミックライナー部材が取り付けられた状態で、交換時期を逸することなく、磨耗度合いを確認できる、すなわち寿命を容易に識別できることが望まれている。
そして、セラミックライナー部材ではないものの、寿命を容易に識別できる部材として、例えば、特許文献１には、表面層がセラミックスからなるセラミックス部材であって、セラミックスの少なくとも一部に発色元素を添加または塗布してなるガスタービン用のセラミックス部材が提案されている。
しかしながら、特許文献１に記載のセラミックス部材は、熱履歴による発色元素の変化から、目視でセラミックス部材の寿命を識別するものであって、磨耗度合いを把握できるものではなかった。
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、寿命の識別が容易なセラミックライナー部材およびこれを用いた粉砕機を提供することを目的とする。
本発明のセラミックライナー部材は、板状体であって、該板状体の少なくとも一方の主面が磨耗面とされており、前記板状体の内部に、磨耗による前記板状体の寿命を識別するための識別領域を有していることを特徴とするものである。
本発明の粉砕機は、前記セラミックライナー部材が粉砕室の内壁に取り付けられていることを特徴とするものである。
本発明のセラミックライナー部材は、磨耗による寿命を容易に識別することができる。
また、本発明の粉砕機は、粉砕室の内壁に本発明のセラミックライナー部材が取り付けられていることにより、交換時期を逸することなく、セラミックライナー部材を寿命まで使用でき、交換頻度も適正なものとできることから、コストを抑えることができる。
以下、本実施形態のセラミックライナー部材およびこれを用いた粉砕機の一例について説明する。なお、同一の構成については同一の符号を用いて説明する。図１は、本実施形態のセラミックライナー部材の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図である。
本実施形態のセラミックライナー部材１は、板状体であって、板状体の少なくとも一方の主面が磨耗面２ａとされており、板状体の内部に、磨耗による板状体の寿命を識別するための識別領域３を有している。また、図１に示す本実施形態のセラミックライナー部材１においては、磨耗面２ａから、磨耗面２ａに対して垂直な方向に磨耗領域２が存在する。
そして、本実施形態のセラミックライナー部材１は、識別領域３を有していることにより、磨耗による寿命を容易に識別することができる。ここで、磨耗による寿命を容易に識別できるのは、識別領域３が磨耗領域２と異なる色調を呈しているからであり、例えば、磨耗領域２が暗色系の色調を呈し、識別領域３が明色系の色調を呈していることによるからである。そのため、磨耗による寿命をより容易に識別するには、磨耗領域２と識別領域３との色調差が大きいことが好適である。
ここで、本実施形態のセラミックライナー部材１の材質としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、コージェライト、フォルステライトおよびムライトなどを用いればよい。これらの中でも、機械的特性、耐磨耗性、軽量化および作製コストの観点から、酸化アルミニウムを用いることが好適である。
そして、本実施形態のセラミックライナー部材１が、アルミナ質焼結体からなるときの一例としては、磨耗領域２と識別領域３とにおける炭素の含有量に差を有するものとして、色調差を有するものとすればよい。
そして、上述した構成において、磨耗領域２の炭素含有量が、識別領域３の炭素含有量より多いときには、色調差による識別機能に加えて、炭素の摩擦係数が低いため、セラミックライナー部材１の耐磨耗性を高めることができる。
図２は、本実施形態のセラミックライナー部材の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。
アルミナ質焼結体からなる本実施形態のセラミックライナー部材11においては、板状体の内部に識別領域３が設けられ、識別領域３が磨耗面２ａを含む第１の領域２’によって覆われており、第１の領域２’の炭素含有量が、識別領域３の炭素含有量より少ないこと
が好適である。このような構成を満たすことにより、セラミックライナー部材11の機械的特性を高めることができるため、色調差による識別機能に加えて、優れた耐衝撃性をも有することができる。
が好適である。このような構成を満たすことにより、セラミックライナー部材11の機械的特性を高めることができるため、色調差による識別機能に加えて、優れた耐衝撃性をも有することができる。
なお、図２に示すセラミックライナー部材11においては、磨耗領域は、磨耗面２ａから、磨耗面２ａと識別領域３との境界までの領域である。
図３は、本実施形態のセラミックライナー部材の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’線での断面図である。
アルミナ質焼結体からなる本実施形態のセラミックライナー部材12においては、識別領域３の内側に、補強領域４を有していることが好適である。このような構成を満たすことにより、本実施形態のセラミックライナー部材12は、色調差による識別機能に加えて、優れた抗折強度を有するものとなる。なお、補強領域４とは、例えば、炭素含有量が、識別領域３の炭素含有量より少ない領域で、識別領域３より機械的強度が高い領域である。また、補強領域４の色調は特に限定されるものではない。
なお、図３に示すセラミックライナー部材12において、磨耗領域は、磨耗面２ａから、磨耗面２ａと識別領域３との境界までの領域である。
ここで、セラミックライナー部材１、11、12のうちいずれを用いるかは、要求特性に応じて適宜選択すればよい。例えば、粉砕物の硬度が高いものであり、耐磨耗性が要求されるときには、磨耗領域２の炭素含有量が、識別領域３の炭素含有量より多いセラミックライナー部材１を用いればよく、粉砕速度が速く、粉砕物が激しくぶつかるような条件下では、耐衝撃性や機械的特性に優れたセラミックライナー部材11、またはセラミックライナー部材12を用いればよい。
そして、本実施形態のセラミックライナー部材１、11、12において、磨耗領域２の色調と、識別領域３の色調との差が、ＣＩＥ1976Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系における明度Ｌ＊の値で50以上の差があることが好適である。なお、ＣＩＥ1976Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における明度指数Ｌ＊の値については、ＪＩＳ Ｚ 8722−2000に準拠して測定することにより求めることができる。具体的には、色彩色差計（旧ミノルタ社（製）ＣＲ−221またはその後継
機種）を用い、光源をＣＩＥ標準光源Ｄ65、照明受光方式を条件ａ（（45−ｎ）〔45−０〕）、測定径を３ｍｍに設定して測定すればよい。
機種）を用い、光源をＣＩＥ標準光源Ｄ65、照明受光方式を条件ａ（（45−ｎ）〔45−０〕）、測定径を３ｍｍに設定して測定すればよい。
また、本実施形態のセラミックライナー部材１、11、12において、磨耗領域２の色調が徐々に変化するものであるとき、磨耗によって表出する色調を確認できる色調見本を用意しておけば、磨耗度合いを確認することができる。
また、磨耗領域２や識別領域３等における炭素含有量は、各領域から採取した試料を、例えば、赤外吸収法を用いた炭素分析装置によって求めることができる。
本実施形態の粉砕機は、粉砕室の内壁にセラミックライナー部材１、11、12が取り付けられていることにより、取り外すことなくセラミックライナー部材１、11、12の磨耗による寿命を容易に識別できる。また、交換時期を逸することなく、セラミックライナー部材１、11、12を寿命まで使用でき、交換頻度も適正なものとできることから、掛かるコストを抑えることができる。なお、磨耗領域２および識別領域３の厚みの設定は、要求特性に応じて適宜設定すればよい。
また、本実施形態の粉砕機に取り付けられるセラミックライナー部材１、11、12におい
ては、磨耗領域２が導電性を有していることが好適である。摩擦領域２が導電性を有していることにより、粉砕物との摩擦によって静電気が発生しにくく、粉砕後の粉砕物が磨耗面２ａに付着しにくくすることができる。また、洗浄も容易となるため、別材質の粉砕時において、先の粉砕物の混入のおそれも少なくすることができる。
ては、磨耗領域２が導電性を有していることが好適である。摩擦領域２が導電性を有していることにより、粉砕物との摩擦によって静電気が発生しにくく、粉砕後の粉砕物が磨耗面２ａに付着しにくくすることができる。また、洗浄も容易となるため、別材質の粉砕時において、先の粉砕物の混入のおそれも少なくすることができる。
なお、粉砕後の粉砕物が磨耗面２ａに付着しにくくするためには、磨耗領域２の体積固有抵抗を１×10７Ω・ｃｍ以下とすればよい。そして、この体積固有抵抗は、ＪＩＳ Ｃ2141−1992に準拠して測定すればよい。磨耗領域２が導電性を有するものとするには、磨耗領域２の炭素含有量を３質量％以上とすればよい。
次に、本実施形態のセラミックライナー部材の製造方法の一例について説明する。
まず、平均粒径が約１μｍの酸化アルミニウム粉末を準備し、所定量秤量して１次原料粉末とする。次に、この秤量後の１次原料粉末と、秤量した１次原料粉末100質量％に対
し、例えば５質量％以下の焼結助剤と、１〜1.5質量％のＰＶＡなどのバインダと、100質量％の溶媒と、0.1〜0.5質量％の分散剤とを攪拌機内に入れて混合・攪拌してスラリーとした後、これを噴霧造粒装置（スプレードライヤー）にて造粒し、顆粒を得る。
し、例えば５質量％以下の焼結助剤と、１〜1.5質量％のＰＶＡなどのバインダと、100質量％の溶媒と、0.1〜0.5質量％の分散剤とを攪拌機内に入れて混合・攪拌してスラリーとした後、これを噴霧造粒装置（スプレードライヤー）にて造粒し、顆粒を得る。
その後、得られた顆粒を用いて金型プレス成形法や静水圧プレス成形（ラバープレス）方などの各種成形方法により所定形状に成形し、必要に応じて切削加工を施し板状体の成形体を得る。その後、得られた成形体を所定の大きさのセラミック製焼成鉢内に入れて炭素粉末で埋設した後、焼成炉にて大気雰囲気中1400〜1700℃の最高温度で焼成する。このとき用いる炭素粉末の平均粒径は10μｍ〜１ｍｍの粉末を用いることが好適である。
なお、最高温度の保持時間を適宜変更することで炭素の含侵する深さを調整することができる。そして、焼成後に得られた焼結体に研削加工を施すことにより、本実施形態のセラミックライナー部材を得ることができる。なお、図１に示す例のセラミックライナー部材１を得るには、例えば、成形体の一主面のみを炭素粉末で覆えばよく、このようにして得られた焼結体は、一主面側が黒色系の色調を呈し、他方の主面側が白色系の色調を呈するものとなり、色調差を有しているものであることから、一主面側を磨耗領域２、他方主面側を識別領域３、また、一主面側を識別領域３、他方主面側を磨耗領域２とすることができる。また、磨耗領域２における体積固有抵抗値を１×10７Ω・ｃｍ以下とするには、焼成における最高温度の保持時間を２時間以下とすればよい。
また、図２に示す例のセラミックライナー部材11を得る方法としては、成形体の全面を炭素粉末で覆って、最高温度の保持時間を長く設定することにより、焼結体全体を黒色系の色調とし、その後、大気還元雰囲気中1000〜1400℃の温度で熱処理する。この熱処理により、第１の領域２’における炭素が燃焼して除去されることで、磨耗面２ａを含む第１の領域２’が白色系の色調を呈し、識別領域３が黒色系の色調を呈するセラミックライナー部材11を得ることができる。なお、第１の領域２’および識別領域３の大きさは、上記熱処理の保持時間を適宜変更することで調整することができる。
また、図２に示す例のセラミックライナー部材11を得る他の方法としては、例えば、成形体の全面を炭素粉末で覆い、焼結体全体が黒色系の色調を呈しない程度の保持時間で焼成すれば、第１の領域２’が黒色系の色調を呈し、識別領域３が白色系の色調を呈するものとなる。
また、図３に示す例のセラミックライナー部材12を得るには、例えば、成形体の全面を炭素粉末で覆い、焼結体全体が黒色系の色調を呈しない程度の保持時間で焼成した後、磨耗面２ａを含む第１の領域２’における炭素が燃焼して除去されるよう、大気還元雰囲気
中1000〜1400℃の温度で熱処理すればよい。
中1000〜1400℃の温度で熱処理すればよい。
以上、本実施形態の製造方法について説明したが、板状体であって、板状体の少なくとも一方の主面が磨耗面とされており、板状体の内部に、磨耗による板状体の寿命を識別するための識別領域を有しているセラミックライナー部材となるものであれば、上述した製造方法に限定されるものではないことはいうまでもない。
１、11、12：セラミックライナー部材
２：磨耗領域
２ａ:磨耗面
２’：第１の領域
３：識別領域
４：補強領域
２：磨耗領域
２ａ:磨耗面
２’：第１の領域
３：識別領域
４：補強領域
Claims (5)
- 板状体であって、該板状体の少なくとも一方の主面が磨耗面とされており、前記板状体の内部に、磨耗による前記板状体の寿命を識別するための識別領域を有していることを特徴とするセラミックライナー部材。
- 前記板状体がアルミナ質焼結体からなり、前記磨耗面から該磨耗面に対して垂直な方向に存在する磨耗領域の炭素含有量が、前記識別領域の炭素含有量より多いことを特徴とする請求項１に記載のセラミックライナー部材。
- 前記板状体がアルミナ質焼結体からなり、前記板状体の内部に前記識別領域が設けられ、該識別領域が前記磨耗面を含む第１の領域によって覆われており、前記第１の領域の炭素含有量が、前記識別領域の炭素含有量より少ないことを特徴とする請求項１に記載のセラミックライナー部材。
- 前記識別領域の内側に、補強領域を有していることを特徴とする請求項３に記載のセラミックライナー部材。
- 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセラミックライナー部材が粉砕室の内壁に取り付けられていることを特徴とする粉砕機。
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