JP4994160B2

JP4994160B2 - 粉砕機用セラミック部材およびこれを用いた粉砕機

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Description

本発明は、ケージミル，ピンミル等の衝撃式の粉砕機に用いる粉砕機用セラミック部材およびこれを用いた粉砕機に関する。

従来、岩石や砂利あるいは鉱石などの粉砕や、建築廃材や舗装廃材などの廃棄物を粉砕して再生するのに、衝撃式の粉砕機が用いられている。

図４は、従来の衝撃式の粉砕機の例を示す概略断面図である。

この粉砕機30は、２つの回転軸33，34を有しており、一方の回転軸33にはローターディスク35が接続され、このローターディスク35には、片持ち式で取り付けられた複数本の粉砕ピン31を備えている。また、他方の回転軸34にはローターディスク36が接続され、このローターディスク36には、両持ち式の複数本の粉砕ピン32が取り付けられている。この両持ち式の粉砕ピン32は、ローターディスク36に取り付けられた反対側で環状のローターディスク37を支持し、この環状のローターディスク37は、片持ち式で取り付けられた粉砕ピン31を備えている。さらに、被粉砕物を投入する材料投入口39を有し、被粉砕物が飛散しないように粉砕空間を囲んだケーシング38により、粉砕機30が構成されている。

なお、粉砕ピン31，32は、互いがぶつからないように配置され、回転軸33，34を中心にそれぞれ同心円状に複数本が取り付けられている。また、回転軸33，34には、これらを異なる方向に回転させるためのモーター機構（図示せず）が接続されている。したがって、モーター機構による回転軸33，34の回転に伴って、ローターディスク35，36，37およびこれらに取り付けられた粉砕ピン31，32が回転する。

そして、この粉砕機30を用いた被粉砕物の粉砕においては、回転軸33，34に接続されたモーター機構によってローターディスク35とローターディスク36，37とを異なる方向に回転させながら、材料投入口39から被粉砕物を投入し、被粉砕物が互いに逆方向に回転駆動されている粉砕ピン31，32と衝突することにより粉砕されて、ケーシング38の下方に落下し回収されるようになっている。

図５は、従来の粉砕機用セラミック部材を示す、（ａ）は概略断面図であり、（ｂ）は従来の粉砕機用セラミック部材を粉砕ピンに用いた一例を示す、図４におけるＢ部の拡大断面図である。

従来の粉砕機用セラミック部材40は、被粉砕物の粉砕に用いられる、柱状の金属製の支持部材42が挿入される支持穴41を備える有底筒状の粉砕機用セラミック部材40である。また、粉砕機用セラミック部材40を用いた粉砕ピン31は、粉砕機用セラミック部材40と金属製の支持部材42とにより構成され、固定部43によってローターディスク35に固定されている。なお、粉砕機用セラミック部材40は、支持穴41に柱状の金属製の支持部材42が挿入されるため、内面形状が金属製の支持部材42の外面形状に合わせた形状となっている。この粉砕機用セラミック部材40は、外面に被粉砕物が直接接触するために、強度や靱性が高く耐磨耗性に優れていることが求められている。このような要求に対し、耐磨耗性や強度に優れた粉砕機用セラミック部材が特許文献１，２に提案されている。

特許文献１には、金属基体の先端側に形成した小径部を、ＺｒＯ_２を主成分とし、Ｙ_２Ｏ_３，ＣａＯ，ＭｇＯの少なくとも一種を含有するジルコニアセラミックスからなる有底管状体の内孔中に挿入固定するとともに、有底管状体の先端稜部に丸味を形成してなる粉砕ピンが提案されている。この粉砕ピンによれば、金属基体とジルコニアセラミックス製の管状体とを組み合わせて構成したものであることから、製造しやすいばかりでなく、衝撃強度および耐磨耗性が極めて大きく、寿命も長く、安定した粉砕特性をもたらすことができるというものである。

また、特許文献２には、粉砕機に使用する片持ち式のピン状金属部材に固定するためのセラミック部材において、セラミック部材の外周形状が筒形状であり、その中に先細形状部分を有し、その先細形状部分は根元部の径（Ｃ）が先端部の径（Ｂ）の1.4〜7.0倍である粉砕機用のセラミック部材が提案されている。また、セラミック部材は、取り付けナットと座金状の押さえ部材で金属部材に固定されることが実施例に記載されている。この粉砕機用のセラミック部材によれば、セラミック部材の中の穴の部分を先細形状として上記範囲内の径の大きさとすることにより、金属部材がセラミック部材を支持し粉砕力に耐える十分な強度を確保することができるというものである。
実公平４−44182号公報特許第3263692号公報

しかしながら、特許文献１に記載の粉砕ピンは、粉砕加工を続けていると被粉砕物との接触が多いジルコニアセラミックスからなる有底筒状体の底部にあたる粉砕ピンの先端近傍の磨耗が他の部分よりも早く進むという問題がある。そして、さらに粉砕加工を続けると金属基体が露出し、セラミックスと比較して耐磨耗性が著しく劣る金属基体は異常に磨耗して、粉砕の衝撃に耐え得る強度を維持できなくなり粉砕ピンが折損するという問題が生じるおそれがある。

この問題に対し、有底管状体に挿入される金属基体の長さを短くし、先端近傍のセラミック部位の肉厚を厚くすることが考えられるが、肉厚を厚くするとジルコニアセラミックスを作製するときに用いるバインダが焼成工程で除去しにくくなるばかりか、セラミック成形体の内部にまで焼結に必要な熱量を伝達しにくくなるために、緻密な焼結体を得ることができず機械的特性や耐磨耗性が低下するという別の問題が生じる。

また、特許文献２に記載された粉砕機用のセラミック部材は、セラミック部材の中の穴の部分を先細形状として粉砕ピンの先端近傍にあたるセラミック部材の肉厚を厚くすることによって、粉砕ピンの先端近傍が他の部分よりも早く磨耗しても金属部材が露出するおそれは特許文献１に記載された粉砕ピンよりも少ないものとすることができる。しかしながら、セラミック部材が取り付けナットと座金状の押さえ部材とで金属部材に固定されているために、セラミック部材を固定する部分が粉砕空間へ露出している。そのため、粉砕時の振動や衝撃により、金属部材とセラミック部材との固定が緩むおそれがある。さらに、ナットと押え部材との隙間や押さえ部材とセラミック部材との隙間等に粉砕されて微粒となった粉が入り込み、粉砕時の振動や衝撃により各部と摩擦を起こし、磨耗して強度低下を引き起こしたり固定が緩んだりして粉砕効率の低下や粉砕ピンの折損の原因となるおそれもある。

本発明は、上記の従来技術における課題を解決すべく案出されたものであり、粉砕ピンの先端近傍の肉厚を厚くし、特に粉砕ピンの先端近傍の磨耗によって生じる粉砕ピンの破損や折損の問題や、セラミック部材と金属部材との固定部の露出によって起こる不具合を生じることのない粉砕機用セラミック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。

本発明の粉砕機用セラミック部材は、被粉砕物の粉砕に用いられる、柱状の金属製の支持部材が挿入される有底筒状の粉砕機用セラミック部材であって、底部先端の前記支持部材の延長線上に有底の穴を形成したことを特徴とするものである。

また、本発明の粉砕機用セラミック部材は、上記構成において、前記穴が円柱状であることを特徴とするものである。

さらに、本発明の粉砕機用セラミック部材は、上記いずれかの構成において、前記穴の開口を封止部材により封止したことを特徴とするものである。

また、本発明の粉砕機用セラミック部材は、上記いずれかの構成において、前記粉砕機用セラミック部材が、窒化珪素質焼結体，ジルコニア質焼結体またはジルコニア分散アルミナ質焼結体のいずれかからなることを特徴とするものである。

また、本発明の粉砕機は、上記いずれかの構成の粉砕機用セラミック部材を被粉砕物の粉砕に用いることを特徴とするものである。

本発明の粉砕機用セラミック部材によれば、被粉砕物の粉砕に用いられる、柱状の金属製の支持部材が挿入される有底筒状の粉砕機用セラミック部材であって、底部先端の前記支持部材の延長線上に有底の穴を形成したことから、肉厚の厚いセラミック成形体であっても焼成工程において充分な加熱面積を得ることが可能となり、作製するときに有底の穴によって内部まで確実にバインダを除去してセラミック成形体の内部まで緻密化させることができるので、強度および靱性の高い粉砕機用セラミック部材とすることが可能となる。また、底部の先端に有底の穴を形成して粉砕機用セラミック部材の先端近傍の肉厚をセラミックが緻密化できる範囲内で厚くすることが可能となることから、端部が被粉砕物との接触により磨耗したとしても、金属製の支持部材が露出するおそれが少ない。そのため、露出した金属製の支持部材の磨耗によって粉砕ピンの強度が低下することによる粉砕ピンの破損や折損を長期間にわたる使用においても防止することが可能となる。

また、本発明の粉砕機用セラミック部材によれば、穴が円柱状であるときには、穴を多角柱状や楕円柱状とした場合と比較して、底部の先端部が摩耗したとしても、粉砕機用セラミック部材の先端部の肉厚が穴の周囲において一定であることから貫通穴が生じにくく、粉砕機用セラミック部材の寿命を延ばすことが可能となる。

さらに、本発明の粉砕機用セラミック部材によれば、穴の開口を封止部材により封止したときには、穴の内側に被粉砕物の粗粒や微粒が入り込むことがなく、それらによって穴が内側から磨耗することを防止することが可能となる。

また、本発明の粉砕機用セラミック部材によれば、粉砕機用セラミック部材が、窒化珪素質焼結体，ジルコニア質焼結体またはジルコニア分散アルミナ質焼結体のいずれかからなるときには、強度や靱性が高いことから破損や折損等の不具合が生じにくく、また硬度も高く磨耗しにくいため、粉砕機用セラミック部材の寿命を延ばすことが可能となる。

また、本発明の粉砕機によれば、本発明の粉砕機用セラミック部材を被粉砕物の粉砕に用いることから、従来の部材を用いた場合と比較して、特に粉砕機用セラミック部材の先端部の磨耗が激しくても金属製の支持部材が露出して粉砕ピンの強度が低下することによる破損や折損が発生するおそれが少ない。また、粉砕ピンの先端近傍において、粉砕機用セラミック部材と金属製の支持部材との固定部が粉砕空間に露出していないので、両者の固定に緩みがなく、長期間にわたって安定した粉砕性能を維持できる粉砕機とすることが可能となる。

以下、本発明の粉砕機用セラミック部材およびこれを用いた粉砕機の実施の形態の例について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の衝撃式の粉砕機の実施の形態の一例を示す概略断面図である。

この粉砕機10は、２つの回転軸13，14を有しており、一方の回転軸13にはローターディスク15が接続され、このローターディスク15には、片持ち式で取り付けられた粉砕ピン11を備えている。また、他方の回転軸14にはローターディスク16が接続され、このローターディスク16には両持ち式の粉砕ピン12が取り付けられており、この両持ち式の粉砕ピン12は、ローターディスク16に取り付けられた反対側で環状のローターディスク17を支持して、この環状のローターディスク17には、片持ち式で取り付けられた粉砕ピン11を備えている。さらに、被粉砕物を投入する材料投入口19を有し、被粉砕物が飛散しないように粉砕空間を囲んだケーシング18により、粉砕機10が構成されている。

なお、粉砕ピン11，12は、互いがぶつからないように配置され、回転軸13，14を中心にそれぞれ同心円状に複数取り付けられている。また、回転軸13，14には、これらを異なる方向に回転させるためのモーター機構（図示せず）が接続されている。したがって、モーター機構により回転軸13，14が互いに逆方向に回転するのに伴って、ローターディスク15と16および17とは、ならびにこれらに取り付けられた粉砕ピン11と12とは互いに逆方向に回転する。

そして、この粉砕機10を用いた被粉砕物の粉砕においては、回転軸13，14をそれぞれ接続されたモーター機構によって異なる方向に回転させながら、材料投入口19から被粉砕物を投入し、被粉砕物が互いに逆方向に回転駆動されている粉砕ピン11，12と衝突することにより粉砕されて、ケーシング18の下方に落下し回収されるようになっている。

図２は、本発明の粉砕機用セラミック部材の実施の形態の一例を示す、（ａ）は粉砕機用セラミック部材の概略断面図であり、（ｂ）は粉砕機用セラミック部材を粉砕ピンに用いた一例を示す、図１におけるＡ部の拡大断面図である。

本発明の粉砕機用セラミック部材１は、被粉砕物の粉砕に用いられる、柱状の金属製の支持部材５が挿入される支持穴２を備える有底筒状の粉砕機用セラミック部材１であって、粉砕機用セラミック部材１の底部先端の支持部材５の延長線上に有底の穴３を形成してある。また、粉砕機用セラミック部材１を用いた粉砕ピン11は、粉砕機用セラミック部材１と金属製の支持部材５とにより構成され、固定部６によってローターディスク15へ固定されている。なお、粉砕機用セラミック部材１の内面の形状は、支持穴２に柱状の金属製の支持部材５が挿入されるため、金属製の支持部材５の外面形状に合わせた形状となっている。

そして、本発明では、粉砕機用セラミック部材１の底部先端の金属製の支持部材５の延長線上に有底の穴３を形成することが重要である。この穴３を形成したことにより、肉厚の厚いセラミック成形体であっても焼成工程において充分な加熱面積を得ることが可能となり、作製において穴３を通してバインダを確実に除去してセラミック焼結体の内部まで緻密化させることができるので、強度および靱性の高い粉砕機用セラミック部材１とすることが可能となる。また、この穴３を形成することによって、粉砕機用セラミック部材１の先端近傍の肉厚を厚くすることが可能となることから、被粉砕物との接触により底部先端に著しい磨耗を生じたとしても、金属製の支持部材５が露出するおそれが少ない。そのため、露出した金属製の支持部材５の磨耗によって粉砕ピン11の強度が低下することによる粉砕ピン11の破損や折損を防止することが可能となる。

また、本発明の粉砕機用セラミック部材１の有底の穴３は、円柱状であることが好ましい。穴３の形状は、円柱状，楕円柱状，多角柱状等種々の形状を用いることが可能であるが、肉厚の厚い粉砕機用セラミック部材１を得るには、焼成工程において、肉厚の厚いセラミック成形体に充分な加熱面積を与えて、セラミック成形体からバインダを確実に除去するとともにセラミック焼結体の内部まで緻密化させることが必要である。一般的にセラミックスは、肉厚が50ｍｍを超えるとセラミック焼結体の内部まで気孔率３％以下の高緻密化を実現することが困難となる。そのため、肉厚が50ｍｍを超えて長期間にわたって被粉砕物が接触することによる著しい磨耗に耐えるものとするとともに、粉砕機用セラミック部材１の形状が一般的に円筒状であることを考慮すると、穴３の形状は、支持穴２に挿入される金属製の支持部材５の軸方向の中心線と穴３の軸方向の中心線とを一致させるように形成して底部先端を均等な肉厚とすることができる円柱状であることが好ましい。

また、穴３の深さについては、穴３の周囲が磨耗して金属製の支持部材５が露出しない長さとすることが肝要であるが、支持穴２について金属製の支持部材５によって粉砕機用セラミック部材１を支持できる長さは確保しておく必要がある。したがって、穴３の深さについては、粉砕機用セラミック部材１の長さをＬとしたとき、穴３の深さが１／５〜１／３Ｌの範囲であるようにするのがよい。穴３の深さがこの範囲内であれば、金属製の支持部材５によって粉砕機用セラミック部材１を支持できる支持穴２の長さを確保しつつ、磨耗しやすい粉砕機用セラミック部材１の先端に肉厚の厚い部分を設けることができて、長期間の使用においても金属製の支持部材５が露出するおそれを少なくすることができる。穴３の深さが１／５Ｌ未満のときには、金属製の支持部材５が露出しやすくなることとなり、さらに磨耗が進むと粉砕ピン11の破損または折損が発生するおそれがあり好ましくない。また、穴３の深さが１／３Ｌを超えると、支持穴２が短くなって金属製の支持部材５が粉砕機用セラミック部材１を良好に支持できなくなり、粉砕ピン11の強度が低下して破損や折損が発生するおそれがあり好ましくない。

さらに、支持穴２の形状については、金属製の支持部材５の形状に合わせて円柱状，楕円柱状，多角柱状等種々の形状とすることが可能であるが、穴３と同様に均等な肉厚とすることが好ましいので、円柱状とするのがよい。また、深さについては粉砕機用セラミック部材１を支持可能な金属製の支持部材５の長さに合わせればよい。

図３は、本発明の粉砕機における粉砕機用セラミック部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は穴の開口の一部を封止部材により封止したことを示す概略断面図であり、（ｂ）は穴の開口の全てを封止部材により封止したことを示す概略断面図である。

この図３に示す例のように、本発明の粉砕機用セラミック部材１の穴３の開口を封止部材４により封止することが好ましく、封止部材４は、図３（ａ）に示す例のように穴３の開口側の一部を封止してもよく、図３（ｂ）に示す例のように穴３の全てを充填するように封止したものであっても構わない。これにより、穴３に開口から被粉砕物を粉砕して生じる粗粒や微粒の粉が入り込み、穴３の内面を磨耗させることを防ぐことができる。また、封止部材４の材質については、この封止部材４に直接被粉砕物が接触して著しく磨耗することは少ないので、比較的硬度が低く磨耗しやすい金属や樹脂等が適用可能である。好ましくは、強度や靱性が高く、耐磨耗性に優れた粉砕機用セラミック部材１と同材質のセラミックスを封止部材４として用いるのがよい。また、封止部材４の穴３への固定は、封止部材４の外面あるいは穴３の内面もしくは両面に樹脂製の接着剤や無機接着剤を塗布し、穴３に封止部材４を挿入して適温で乾燥させて行なう方法を採用できる。

また、本発明の粉砕機用セラミック部材１は、窒化珪素質焼結体，ジルコニア質焼結体またはジルコニア分散アルミナ質焼結体のいずれかからなることが好ましい。これらのセラミックスは、他のセラミックスと比較して強度，靱性，硬度が高く、耐衝撃性，耐磨耗性に優れるため、本発明の粉砕機用セラミック部材１に用いれば、磨耗しにくいため破損や折損が生じにくく、安定した寿命が得られて好ましい。中でも窒化珪素質焼結体が好ましく、さらに好ましくは、窒化珪素の結晶と第１〜第３の金属珪化物のうち少なくとも２つを含む粒界相とを有し、第１の金属珪化物に含まれる金属元素の含有量が0.2〜10質量％、第２の金属珪化物に含まれる金属元素の含有量が0.1〜３質量％であり、粒界相は第１の金属珪化物が第２，第３の金属珪化物を取り囲むように隣接する隣接相を有する窒化珪素質焼結体を用いれば、さらに優れた特性が得られるので好適である。

なお、第１の金属珪化物とは、Ｆｅ，Ｃｒ，ＭｎおよびＣｕからなる群から選択された少なくとも１つの金属元素からなる金属珪化物であり、第２の金属珪化物とは、Ｗ，Ｍｏのうち少なくとも１つの金属元素からなる金属珪化物であり、第３の金属珪化物とは、第１の金属元素と第２の金属元素とを含む複数の金属成分からなる金属珪化物である。

そして、この隣接相の形成によって、他の窒化珪素質焼結体と比較して、さらに機械的特性に優れる窒化珪素質焼結体とすることができるので、これを本発明の粉砕機用セラミック部材１に適用すれば、さらに優れた耐磨耗性を有するものとできる。

次に本発明の粉砕機用セラミック部材１の製造方法について説明する。

まず、市販の平均粒径が0.5〜10μｍのセラミック１次原料粉末と所定量の各種焼結助剤とバインダと溶媒とを混合・攪拌してスラリーとした後、スプレードライヤーにより噴霧造粒して２次原料を得る。そして、この２次原料を図２（ａ）に示すような本発明の粉砕機用セラミック部材１の形状が得られる成形型に充填し、静水圧プレス成形法（ラバープレス）により、所定形状の成形体を成形する。なお、支持穴２や穴３の形状を円柱状，楕円柱状や多角柱状等の各種形状としたい場合には、支持穴２や穴３の形状に合わせて予め芯金を加工しておけば、所望の形状の支持穴２および穴３を有した成形体を得ることができる。

その後、必要に応じて切削加工を施し、バインダの除去工程（脱脂工程）を経た後、酸化物セラミック材料からなる成形体であれば大気雰囲気炉中にて1400〜1700℃の温度で、非酸化物セラミック材料からなる成形体であれば還元雰囲気炉中にて所定の雰囲気ガス中で1800〜2100℃の温度にて焼成し、焼結体を得る。そして、研削工程にて仕上げ加工を施し、本発明の粉砕機用セラミック部材１を得る。

なお、本発明の粉砕機用セラミック部材１を粒界相に第１の金属珪化物が第２，第３の金属珪化物を取り囲むように隣接する隣接相を有する窒化珪素質焼結体にて製造し、より優れた性能を得ようとすれば、次のような製造方法を用いる必要がある。まず、窒化珪素１次原料粉末と各種焼結助剤とバインダと溶媒とを混合する前に、予め平均粒径0.1〜20μｍの第１の金属元素の化合物に、平均粒径0.1〜30μｍの第２の金属元素の化合物を水を用いて湿式混合し、得られたスラリーを乾燥して予備混合粉末を得る。次に、この予備混合粉末を窒化珪素１次原料粉末に加え、その後、所定量の各種焼結助剤とバインダと溶媒とを混合してスラリーとした後、スプレードライヤーにより噴霧造粒して２次原料を得る。そして、この２次原料を成形型に充填し、静水圧プレス成形法（ラバープレス）により、所望の形状の成形体を成形する。その後、この成形体に必要に応じて切削加工を施し、所定の焼成炉を用いて窒素ガス中600℃前後の温度でバインダを除去後、窒素ガス中で1000℃前後の温度で窒化体に変換し、さらに窒素ガスを含有した非酸化性雰囲気中で1800℃前後の焼成温度にて３時間保持して、窒化珪素質焼結体を得る。最後に仕上げの研削加工を施すことにより、従来の窒化珪素質焼結体よりも優れた機械的特性を有する窒化珪素質焼結体からなる本発明の粉砕機用セラミック部材１を得ることができる。

また、このようにして製造された各種セラミック材料からなる本発明の粉砕機用セラミック部材１の穴３に、予め穴３の内径に合わせて外径加工を施した金属，樹脂またはセラミック製の封止部材４を付与あるいは充填する。この付与あるいは充填に際しては、予め封止部材４の外面あるいは穴３の内面もしくは両面に樹脂接着剤，無機接着剤等の接着剤を塗布してから、封止部材４を挿入する。封止部材４を挿入後、接着剤を乾燥させることにより、図３（ａ）や（ｂ）に示す例の本発明の粉砕機用セラミック部材１が得られる。

次に、本発明の粉砕機用セラミック部材１の支持穴２に、予め機械加工により所定形状に加工した金属製の支持部材５を挿入する。粉砕機用セラミック部材１の金属製の支持部材５への固定は、樹脂接着剤あるいは無機接着剤を予め支持穴２の内面と金属製の支持部材５の外面とに塗布しておき、支持穴２に金属製の支持部材５を挿入して乾燥させることによって行ない、これによって粉砕ピン11を得る。そして、固定部６によってローターディスク15に固定することにより、図２（ｂ）に示す図１におけるＡ部の拡大断面図のような状態となり、この粉砕ピン11を粉砕機10に組み込むことができる。なお、粉砕ピン11をローターディスク17に固定するのについても同様である。この粉砕機10を稼働させて被粉砕物の粉砕を実施すれば、従来と比較して、本発明の粉砕機用セラミック部材１は先端の肉厚が厚く耐久性が向上しているため、長期間にわたり安定した粉砕性能が得られる粉砕機10とできるとともに、粉砕ピン11の寿命が延び、従来よりもメンテナンス回数の削減を図ることができ、粉砕効率も向上した粉砕機10とすることが可能となる。

以下、本発明の実施例を示す。

なお、以下の実施例では、本発明および従来の粉砕機用セラミック部材について図を参照して説明することから、それぞれの図で付した符号を用いて記載する。

試験は、図２（ａ）に示す断面形状の本発明の粉砕機用セラミック部材１と、図５（ａ）に示す断面形状の従来の粉砕機用セラミック部材40とをそれぞれ複数本作製し、これを粉砕機に取り付けて、被粉砕物である石灰石を粉砕して実施した。

まず、Ｙ_２Ｏ_３とＡｌ_２Ｏ_３とを含み純度が99〜99.8％の窒化珪素原料粉末とバインダと分散剤と溶媒とを混合してスラリーとした後、スプレードライヤーにより噴霧造粒して２次原料を得た。そして、この２次原料を所望の形状が得られる成形型に充填し、静水圧プレス成形法（ラバープレス）により、図２（ａ）に示す断面形状の本発明の粉砕機用セラミック部材１および図５（ａ）に示す断面形状の従来の粉砕機用セラミック部材40の成形体を得た。そして、切削加工を施した後、窒素雰囲気炉中にて1900℃の最高温度で焼成することにより焼結させた。その後、研削加工により最終寸法に仕上げ、従来および本発明の粉砕機用セラミック部材１，40を得た。

なお、図５（ａ）に示す従来の粉砕機用セラミック部材40の寸法は、長さを500ｍｍ，外径を120ｍｍ，支持穴41の内径を80ｍｍ，深さを480ｍｍ，支持穴41から外径までの肉厚を20ｍｍとし、図２（ａ）に示す本発明の粉砕機用セラミック部材１の寸法は、長さを500ｍｍ，外径を120ｍｍ，支持穴２の内径を80ｍｍ，深さを350ｍｍ，支持穴２から外径までの肉厚を20ｍｍ，穴３の内径を50ｍｍ，深さを130ｍｍ，穴３から外径までの肉厚を35ｍｍとした。

次に、粉砕機用セラミック部材１，40のそれぞれの支持穴２，41に合わせた金属製の支持部材５，42を用意し、支持穴２，41の内面と金属製の支持部材５，42の外面とに樹脂製接着剤を塗布し、支持穴２，41に金属製の支持部材５，42を挿入して乾燥させることによって強固に固定し、粉砕ピン11，31とした。そして、これら粉砕ピン11，31を取り付け箇所や本数等の条件を揃えて２台の粉砕機にそれぞれ取り付けて、被粉砕物として石灰石1.5トンを粉砕処理した。なお、各粉砕機には粉砕後の石灰石を粒度毎に分級する振動ふるいが取り付けられており、粉砕中に粉砕機用セラミック部材１，40の磨耗による粉砕性能の低下がないかを目視で確認できるようになっているものを用いた。

その結果、従来の粉砕機用セラミック部材40を取り付けた粉砕機においては、半分の処理量を過ぎた辺りから石灰石の粉砕粒度が大きくなっていき、全体の70％を処理し終わったところで処理性能が著しく低下したため、粉砕機を停止し、粉砕機用セラミック部材40の磨耗度合いを確認したところ、特に先端近傍の磨耗が激しく、金属製の支持部材42が露出し、粉砕ピン31が破損寸前まで大きく削れていることが確認された。この影響により、途中で石灰石の処理を中止せざるを得なかった。

これと比較して、本発明の粉砕機用セラミック部材１を取り付けた粉砕機では、粉砕性能の若干の低下はあったものの、全ての石灰石を粉砕処理することができた。また、粉砕機用セラミック部材１の磨耗度合いを確認したところ、底部先端の近傍に著しい磨耗が見受けられたものの、金属製の支持部材５の露出はなく、また粉砕機用セラミック部材１と金属製の支持部材５との固定に緩みもなく、良好な粉砕をさらに実施できるものであることが確認された。

次に、実施例１で作製した本発明の粉砕機用セラミック部材１と同様の形状の粉砕機用セラミック部材１を表１に示す材質によりそれぞれ作製し、これを図１に示すような粉砕機10に取り付けて、実施例１と同様に石灰石の粉砕試験を実施した。なお、粉砕機用セラミック部材１の支持穴２に挿入する金属製の支持部材５は実施例１と同じものを用い、粉砕機10の稼働条件、粉砕量は各材質とも実施例１と同じとした。

それぞれの材質についての粉砕機用セラミック部材１の製造方法は、表１の試料Ｎｏ．１として材質欄に「アルミナ」と示したアルミナ質焼結体については、粒径が１μｍ程度の１次原料粉末と、この１次原料を100質量％として、Ｃａ，Ｓｉ，Ｍｇの酸化物からなる焼結助剤を１〜５質量％と，ＰＶＡ等のバインダを１〜1.5質量％と、溶媒を100質量％と、分散剤を0.5質量％とを攪拌機内に投入して混合・攪拌してスラリーとした後、これをスプレードライヤーにより噴霧造粒して２次原料を得た。そして、この２次原料を所望の形状が得られる成形型に充填し、静水圧プレス成形法（ラバープレス）により成形体を得た。そして、必要に応じて切削加工を施した後、焼成炉に入炉して大気雰囲気炉中にて1550〜1700℃の焼成温度で焼成し、研削加工により最終仕上げして、純度95％以上のアルミナ質焼結体からなる粉砕機用セラミック部材１を得た。

また、表１の試料Ｎｏ．２として材質欄に「窒化珪素１」と示した窒化珪素質焼結体については、Ｙ_２Ｏ_３とＡｌ_２Ｏ_３１質量％以下を含む、純度が99〜99.8％で平均粒径が１μｍの窒化珪素１次原料粉末と、この１次原料を100質量％として、バインダを１質量％と，分散剤を0.5質量％以下と，溶媒を100質量％とを攪拌機内に投入して混合・攪拌してスラリーとした後、これをスプレードライヤーにより噴霧造粒して２次原料を得た。そして、この２次原料を所望の形状が得られる成形型に充填し、静水圧プレス成形法（ラバープレス）により、成形体を得た。そして、必要に応じて切削加工を施した後、焼成炉に入炉して窒素雰囲気炉中にて1900℃の最高温度で焼成し、研削加工により最終仕上げして、純度99％以上の窒化珪素質焼結体からなる粉砕機用セラミック部材１を得た。

さらに、表１の試料Ｎｏ．３として材質欄に「窒化珪素２」と示した窒化珪素質焼結体については、平均粒径0.1〜20μｍの第１の金属元素の化合物に、平均粒径0.1〜30μｍの第２の金属元素の化合物を水を用いて湿式混合し、得られたスラリーを乾燥して作製した予備混合粉末を得た。そして、「窒化珪素１」で用いた窒化珪素１次原料粉末に予備混合粉末を５質量％以下添加した混合粉末と、この混合粉末を100質量％として、バインダを１質量％と，分散剤を0.5質量％以下と，溶媒を100質量％とを攪拌機内に投入して混合・攪拌してスラリーとした後、これをスプレードライヤーにより噴霧造粒して２次原料を得た。そして、この２次原料を所望の形状が得られる成形型に充填し、静水圧プレス成形法（ラバープレス）により成形体を得た。そして、必要に応じて切削加工を施した後、所定の焼成炉を用いて窒素ガス中600℃前後の温度でバインダを除去後、窒素ガス中で1000℃前後の温度で窒化体に変換し、さらに、窒素ガスを含有した非酸化性雰囲気中で1800℃の焼成温度にて３時間保持した。最後に、研削加工により最終仕上げをして、窒化珪素質焼結体からなる粉砕機用セラミック部材１を得た。

また、表１の試料Ｎｏ．４として材質欄に「ジルコニア」と示したジルコニア質焼結体については、Ｙ_２Ｏ_３添加量を３ｍｏｌ％とし、共沈法により作製された粒径が0.1μｍの１次原料粉末と、この１次原料を100質量％として、バインダを３質量％と、溶媒を100質量％と、分散剤を0.5質量％とを攪拌機内に投入して混合・攪拌してスラリーとした後、これをスプレードライヤーにより噴霧造粒して２次原料を得た。そして、この２次原料を所望の形状が得られる成形型に充填し、静水圧プレス成形法（ラバープレス）により成形体を得た。そして、必要に応じて切削加工を施した後、焼成炉に入炉して大気雰囲気炉中にて1300〜1500℃の焼成温度で焼成し、研削加工により最終仕上げして、純度95％以上のジルコニア質焼結体からなる粉砕機用セラミック部材１を得た。

また、表１の試料Ｎｏ．５〜８として材質欄に「アルミナ−ジルコニア」と示したジルコニア分散アルミナ質焼結体については、前述のアルミナ質焼結体とジルコニア質焼結体に用いた１次原料粉末を予め７：３の質量割合で混合し、この１次原料粉末と、この１次原料を100質量％として、バインダを２質量％と、溶媒を100質量％と、分散剤を0.5質量とを攪拌機内に投入して混合・攪拌してスラリーとした後、これをスプレードライヤーにより噴霧造粒して２次原料を得た。そして、この２次原料を所望の形状が得られる成形型に充填し、静水圧プレス成形法（ラバープレス）により成形体を得た。そして、必要に応じて切削加工を施した後、焼成炉に入炉して大気雰囲気炉中にて1350〜1500℃の焼成温度で焼成し、研削加工により最終仕上げして、ジルコニア分散アルミナ質焼結体からなる粉砕機用セラミック部材１を得た。

また、粉砕機用セラミック部材１の穴３の形状については試料Ｎｏ．１〜５，７は実施例１と同様の円柱状とし、試料Ｎｏ．６，８については、円柱状と同じ開口面積となるように、１辺が44ｍｍの四角柱状として穴３の形状による比較を行なった。

さらに、穴３の封止部材４による封止については、それぞれの穴３の形状に合わせた樹脂製の封止部材４を作製し、穴３の内面と封止部材４の外面とに樹脂製接着剤を塗布し、穴３に封止部材４を挿入して100℃の乾燥機内で乾燥させることにより行ない、封止部材４の有無による比較を行なった。

また、粉砕後の各粉砕機用セラミック部材１の磨耗度合いの評価については、粉砕前後の粉砕ピン11の重量変化から、粉砕前重量から粉砕後重量を差し引いた値を粉砕前重量で除した値に100を乗じて算出した。

結果を表１に示す。

粉砕試験の結果、試料Ｎｏ．１〜８の本発明の粉砕機用セラミック部材１は、磨耗度合いに差は見られるものの、石灰石1.5トンの粉砕処理をすることができた。試料Ｎｏ．１の「アルミナ」は、今回実施した試料の中で最も磨耗量が多く40％であり、支持穴２に挿入された金属製の支持部材５がもう少しで露出しそうになっていた。また、粉砕後の被粉砕物の粒度も、再粉砕が必要なほどではないものの若干ばらつきが大きかった。これに対し、試料Ｎｏ．２〜８の窒化珪素質焼結体，ジルコニア質焼結体またはジルコニア分散アルミナ質焼結体からなる粉砕機用セラミック部材１は、磨耗量が30％以下であり、粉砕後の被粉砕物の粒度もばらつきがなく、非常に良好な粉砕を実施できることが確認された。中でも、試料Ｎｏ．３の「窒化珪素２」は、磨耗量が10％であり、窒化珪素の結晶と第１，２の金属珪化物の粒界相とを有し、この粒界相に機械的特性に優れる第１の金属珪化物で第２の金属珪化物を取り囲むように接する隣接相を形成したことにより、優れた耐磨耗性を示すことが確認された。

また、穴３の形状の比較については、試料Ｎｏ．５，７と試料Ｎｏ．６，８との磨耗量で差は見られなかったものの、さらに粉砕を続けて磨耗が進み肉厚が薄くなったときには、穴３の四角柱状の角部が起点となる割れ等が危惧されたことから、穴３の形状は円柱状であることがよいと判断した。さらに、封止部材４の有無については、試料Ｎｏ．５，６と試料Ｎｏ．７，８とで２％の磨耗量の違いがあり、封止部材４で穴３を封止することにより、穴３の内側の磨耗を防止できることが確認された。

これらの結果から、本発明の粉砕機用セラミック部材１を被粉砕物の粉砕に用いた粉砕機10は、長期間にわたって安定した粉砕性能を維持できることが確認された。

本発明の衝撃式の粉砕機の実施の形態の一例を示す概略断面図である。本発明の粉砕機用セラミック部材の実施の形態の一例を示す、（ａ）は粉砕機用セラミック部材の概略断面図であり、（ｂ）は粉砕機用セラミック部材を粉砕ピンに用いた一例を示す、図１におけるＡ部の拡大断面図である。本発明の粉砕機における粉砕機用セラミック部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は穴の開口の一部を封止部材により封止したことを示す概略断面図であり、（ｂ）は穴の開口の全てを封止部材により封止したことを示す概略断面図である。従来の衝撃式の粉砕機の例を示す概略断面図である。従来の粉砕機用セラミック部材を示す、（ａ）は概略断面図であり、（ｂ）は従来の粉砕機用セラミック部材を粉砕ピンに用いた一例を示す、図４におけるＢ部の拡大断面図である。

符号の説明

１：粉砕機用セラミック部材
２：支持穴
３：穴
４：封止部材
５：金属製の支持部材
６：固定部
10：粉砕機
11：粉砕ピン（片持ち式）
12：粉砕ピン（両持ち式）
13，14：回転軸
15，16，17：ローターディスク
18：ケーシング
19：材料投入口

Claims

被粉砕物の粉砕に用いられる、柱状の金属製の支持部材が挿入される有底筒状の粉砕機用セラミック部材であって、底部先端の前記支持部材の延長線上に有底の穴を形成したことを特徴とする粉砕機用セラミック部材。
前記穴が円柱状であることを特徴とする請求項１に記載の粉砕機用セラミック部材。
前記穴の開口を封止部材により封止したことを特徴とする請求項１または２に記載の粉砕機用セラミック部材。
前記粉砕機用セラミック部材が、窒化珪素質焼結体，ジルコニア質焼結体またはジルコニア分散アルミナ質焼結体のいずれかからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の粉砕機用セラミック部材。
請求項１〜４のいずれかに記載の粉砕機用セラミック部材を被粉砕物の粉砕に用いることを特徴とする粉砕機。