JPH0261440B2

JPH0261440B2 -

Info

Publication number: JPH0261440B2
Application number: JP60035078A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Tanaka
Original assignee: TOKEN INDUSTRIES
Current assignee: TOKEN INDUSTRIES
Priority date: 1985-02-22
Filing date: 1985-02-22
Publication date: 1990-12-20
Also published as: JPS61197487A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は耐摩耗性に優れる球体に関するもの
で、機械要素としての軸受用ボール或いはボール
ミル等の分散、粉砕機に用いるボール（以下、粉
砕用ボールという）等広く工業的に有効使用され
るものである。（従来の問題点）この種の球体は近年において、より一層優れる
耐摩耗性が要求されており、素材をセラミツクス
とした球体等も開発されている。しかしながら、
球体の作用、例えば粉砕又は分散作用を目的とす
るものではその能率向上のため次第に高比重の別
の素材が使われ始め、このため各種の無駄や問題
点を生ずることが多い。即ち、新たな素材による
球体のコスト高の点、また球体の新たな素材のた
めに生ずる必要以上の粉砕力をコントロールでき
ないエネルギーロスの問題点、そのため或いは素
材の変更のために現在使用中のアトライター等の
装置が使用不能となつて取り換える必要が生じ設
備的にも多大なロスとなる大きな問題点等であ
る。（発明の目的）そこで本発明は高比重の素材を用いても、その
使用目的或いは使用中の機器や設備に応じて耐摩
耗性で且つ重量をコントロールできるよう球体自
身の構成に着目して問題点を解決できた焼結球を
提供することを目的としている。即ち、軸受用ボ
ールにあつては優れた耐摩耗性と小球軽量化を図
り、また粉砕用ボールにあつては優れた耐摩耗性
の他、余分な「力」を要せず必要なだけのエネル
ギーをもつ重量に構成し、いずれも高品質で応分
なコスト安に製造できるようにしたものである。（発明の構成）このため本発明は外層部と内層部とから成る直
径５mm以下の微小球で、相対密度95％以上の緻密
な耐摩耗性焼結セラミツク又は焼結金属で0.1mm
以上の厚さの外層部を形成すると共に該球の平均
嵩密度が外層部素材の40〜70％であることを要旨
とした構成をしている。 (A) ここで外層部を相対密度を95％以上に焼結さ
せる理由は直接の接触部である球表部組織を緻
密にして耐摩耗性を向上させるためであり、95
％以下では焼結不足で耐摩耗性が不良となり且
つ球体の強度も低下することから使用に適さな
いものである。また、外層部の厚さを0.1mm以上としたのは
これ以下にすると急速に球体の強度が低下し実
用性が少なくなるためである。 (B) また、球体を外層部と内層部の構成としたの
は、内層部に軽量な素材を用いること或いは中
空状にすることによつて球体の比重を調整する
ためである。なお、従来でも中空球体が開発さ
れているが、それは耐火物としての使用で軽量
及び断熱化を図るだけのものであり、本発明の
ように高い耐摩耗性を必要とする場合には使用
できないものであつて別用途のものである。 (C) さらに球体の平均嵩密度が外層部素材の40〜
70％としたのは、実験によつて適度な耐摩耗性
及び軽量化が図れた範囲であり、それが40％未
満では球体の強度が低下して破損し易く、また
70％以上では球体に必要以上の重量を保有させ
ることになつて現存設備が有効に使用できない
ことになり採用できないのである。なお、ここでいう平均嵩密度とは球体の重量
を球体の体積で割つたものである。 (D) そして球体を直径５mm以下としたのは、第一
に本発明が効果を発揮できる大きさの限界が直
径５mmの大きさであり、これ以上になると比較
的割れ易くなるからである。また第二の理由は
球体にかかる応力を最良にできるためである。
即ち、粉砕用ボールでは小球化によつて単独の
粉砕力自体は小さくなるものの被粉砕物との接
触点が多くなることから全体として適度の粉砕
力を保つことができるのである。必要な粉砕が
できれば破損し難い小球体の方が良好である。実施例１次に本発明の詳細を図示実施例について説明す
ると、第１図に示す本例焼結球は、外層部１を厚
み0.2mmで相対密度99％のジルコニア焼結体とし、
内層部２を空間率55％の多孔質アルミナで形成し
た平均嵩密度が外層部素材の50％である直径４mm
の大きさの球体である。その製造は、純度99％、平均粒径0.04ミクロン
のジルコニア粉末（第一稀元素化学工業株式会社
の市販製品）及び３モル％のイツトリア粉末をボ
ールミルで12時間湿式混合し、得られた泥漿を乾
燥後乾式解砕する。そして4.5mm径の多孔質アル
ミナを芯材として解砕粉で被覆造粒し、乾燥させ
た後、1550℃で２時間焼成して得たのである。なお、焼結密度の測定は、本焼結球そのものの
密度Ａを測り、その後にジルコニア表層部をグラ
インダーで研削除去してアルミナ芯部の密度Ｂを
測定した。別途、本焼結球の直径と切断面で実測
したジルコニア厚みとを求めてジルコニアの体積
ａとアルミナと体積ｂを得、密度データとから計
算、即ち、（Ａ（ａ＋ｂ）−Ｂ×ｂ）／ａによつて
ジルコニア表層部の焼結密度を求めたのである。本例によるジルコニア焼結体表面の走査電子顕
微鏡写真を第３図及び第４図に示す。第３図の写
真は低倍率での全体像であり、空隙は殆どなくて
緻密な状態となつていることが分かり、第４図の
高倍率での焼結組織写真から焼結粒は0.3μｍ程度
と微細である。嵩密度を異にした他例と共に本例をジルコニア
焼結中実球と比較すると表１のような結果が得ら
れた。なお摩耗率の実験は、ポツトミルの一定回転数
（遠心分離速度の65〜80％）においての減量％が
一般的であるが、高性能材質で小径球の場合は数
百時間を要するため本発明における実験は衝撃力
が約30倍と考えられる方法を用いた。また条件
中、試料と水の対比も同等量の場合は約２分の１
の摩耗量となるが、最も難しい次の条件とした。
その条件は、商標名「ハイスイングミル（HS−
R30型）」（敷島チプトン株式会社製造）の六角柱
形四槽架で各槽の容量が7500cm³のゴムライニング
されたものを用い、各試料800cm³、水3000cm³を加
え回転数185RPmにて２時間運転を行ない試料の
減量比率を摩耗率とした。

【表】これによると、いずれも破壊は生ぜず、摩耗率
も小さく中実球体でなくても嵩密度が40〜70％の
球体が充分使用に耐え得るのである。実施例２次に外層部を厚み0.17mmで相対密度95％のアル
ミナ焼結体とし、内層部を空間率68％のシリカ多
孔体で形成した平均嵩密度が外層部素材の50％で
ある直径2.5mmの大きさの球体とした場合のアル
ミナ焼結中実球との比較をその他例と共に次の表
２に示す（実験条件は実施例１と同じ）。

【表】これによると、いずれも破壊は生ぜず充分使用
できるのである。実施例３第２図で示す焼結球は、外層部３を厚み0.25mm
で相対密度99％のジルコニア焼結体とし、内層部
４を中空状として平均嵩密度が外層部素材の50％
である直径2.5mmの大きさのものである。その製
造は、実施例１で得られたジルコニアの解砕粉を
発泡樹脂球体に被覆造粒し、1550℃で２時間焼成
して中空球体を得たのである。その焼結密度は本焼結球を破壊したその砕片に
ついて排水法（アルキメデス法）で測定した。なお本造粒成型球のジルコニア密度は3.5ｇ/c.c.
で真密度の58％であつた。これは成形体から焼結
体への線収縮率と焼結密度（後述）を求めて逆算
した。式としては成型密度＝（焼結密度）×（成形
体から焼結体への線収縮率の３乗）である。一方、同じ原料を用いた加圧法（圧力１トン／
cm²）による別製品の成形体密度は、3.0ｇ/c.c.（真
密度の50％）であり、両成形体の焼結密度は6.0
ｇ／c.c.（真密度の99％）であつた。このデータか
ら成形体密度が50％以上であれば焼結密度が99％
となることが示され、この場合、加圧法による成
形体より造粒法による成形体の方が成型密度が高
くなることが分かつた。これは、加圧法では単に
力を加えて無理に圧縮しようとしても原料粒が突
つ張りあつて滑り難くて充分には詰まらないのに
対し、造粒法では回転しながらの繰り返し衝突や
これに伴う剪断力が有効に働いたために効果的に
原料粒が充填されるものと思われる。嵩密度を異にして他例と共に本例の実験結果を
次の表３に示す（実験条件は実施例１と同じ）。

【表】実施例４クロム1.2％及び炭素1.0％を含むクロム鋼粉末
を実施例３と同様に造粒し、真空中にて焼成して
外層部の相対密度98％、内層部が中空状、外径
2.5mmの焼結クロム鋼球を得た。球体の平均嵩密
度を異にした本例の実験結果を次の表４に示す
（実験条件は実施例１と同じ）。

【表】（その他の実験結果）実施例１，２及び３の摩耗実験後の夫々の実施
例焼結球を再び同じ要領で摩耗実験を行なつた結
果を次の表５に示す。

【表】

【表】表５では表１，２及び３と比較して表面積が除
かれたために摩耗率値が小さくなつたのであり、
実施例の各組で耐摩耗性の向上効果が再確認でき
たのである。各実施例は夫々の前記のような構成をしている
が本発明においてはこれに限定されない。例えば
内層部をさらに二層構成として球体を三層構成と
してもよい。また内層部の材質は問わないが、軽
い材質或いは気泡素材が好適である。内層部を中
空とするものでは焼失する芯材として小麦粉等デ
ンプン質、セルローズ質等の天然質又は高分子樹
脂等が使用できるが最良の素材は発泡体である。
この際、芯材への焼結材質の被覆は転動造粒機に
よる積層着肉方法が優れていた。要するに本発明は、外層部と内層部とから成る
直径５mm以下の微小球で、相対密度95％以上の緻
密な耐摩耗性焼結セラミツク又は焼結金属で0.1
mm以上の厚さの外層部を形成すると共に該球の平
均嵩密度が外層部素材の40〜70％であることを要
旨としている。（発明の効果）本発明によると次の効果がある。 (イ) まず、外層部を耐摩耗性の結体セラミツク又
は焼結金属で緻密に焼結構成しているため耐摩
耗性に優れることから軸受用ボール、粉砕用ボ
ール等の各種工業用ボールとして耐久性が向上
し有効に使用できるのである。 (ロ) 球体を外層部と内層部の構成とし、内層部の
素材を選定し或いは中空状にすることによつて
球体の平均嵩密度を調節できるもので、軸受用
ボールでは耐摩耗性に富むと共に軽量化が図れ
て使用機器の小型化に合致し、また粉砕用ボー
ルにあつては耐摩耗性が一層良好な球体を現在
設備、例えばボールミルをそのまま使用できる
効果が極めて大きいものである。即ち、現在用
いているガラス球を耐摩耗性向上のためアルミ
ナ球やジルコニア球に変更したい場合、従来構
成の中実球体として変更するだけでは使用中の
駆動系に余力がなければ現在設備で使用できな
いことになるが、本発明では嵩密度の調節によ
つてガラス球と同径且つ同密度のアルミナ球や
ジルコニア球にすることができて現在設備をそ
のまま使用できるのである。 (ハ) また、従来の中実球では粉砕用ボールにおい
ては粉砕に必要とする以上の嵩密度のため、球
の衝突等で過大応力がかかつて球体自身の摩耗
を速めたのであるが、本発明では嵩密度の調節
により小球化と相俟つて過大応力がかからない
ことから均一な粉砕ができ且つ球体の耐久性が
一層向上する効果がある。 (ニ) その他、外層部にジルコニア等の高価な耐摩
耗性素材を用いる場合は軽重量球体のためコス
ト安に製造できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す一部断面拡大
斜視図、第２図は別例の一部断面拡大斜視図、第
３図は捜査電子顕微鏡によるジルコニア焼結体表
面の低倍率写真、第４図はその高倍率の焼結組織
写真である。１，３：外層部、２，４：内層部。

Claims

【特許請求の範囲】

１外層部と内層部とから成る直径５mm以下の微
小球で、相対密度95％以上の緻密な耐摩耗性焼結
セラミツク又は焼結金属で0.1mm以上の厚さの外
層部を形成すると共に該球の平均嵩密度が外層部
素材の40〜70％であることを特徴とする耐摩耗焼
結球。