JPS61101257A - ポ−ルミル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は各種の電子部品に使用されるセラミックス原料
等をサブミクロン粉砕するボールミル装置に関する。

（従来技術） 従来より、各種電子部品に使用されるセラミ７クスの主
原料として一般に用いられている同和合成されたチタン
酸バリウムと副原料との混合粉砕には、回転ボールミル
あるいは振動ボールミルがイ史用されている。

か）る回転ボールミルあるいは振動ボールミルでは、数
時間ないし数１０時間の粉砕によって得られる微粉の平
均粒径は２．３μ儲ないし１．６μ儲程度であり、チタ
ン酸バリウムをはじめに７トマイザで粗砕し、続いてボ
ールミルの湿式粉砕で微粉砕すると粒子径は１．３μｍ
前後で一定となり、さらに粉砕を続けても微細化は起ら
ないことが認識されていた。これは見掛上の粉砕限界で
あり、粉砕平衡と呼ばれている。

ところで、近年、電子部品の小形化および精密化に伴い
、これらの電子部品に使用されるセラミックス原料も原
料粉末の粒径が電気的性能に悪影響を与えないようによ
り微小にサブミクロンもしくはサブサブミクロン粉砕さ
れたしのが要求されている。　かへる要求に対処すべく
、近年、サンドグラインダお上びアトリッジ３ンミルと
呼ばれる微粉砕用の撹拌粉砕装置が開発され、窯業の分
野にも普及しつ）ある。

上記サンドグラインダは、具体的には図示しないが、円
筒状のタンクの中に粉砕メディアとじて２ＩＩＩｍφ前
後の硬質ガラスまたはセラミックスの小球を充填し、羽
根を備えた心棒で撹拌し数μｍ単位の粉末を含むスラリ
ーを連続的に下部より流し込み上部より取り出すことに
よって微粒化することを目的としたもので、粉砕は主と
して磨砕によるものである。サンドグラインダは磨砕に
よるものであるため、スラリーを通過させる回数を多く
しないと、必要な微粒化効果が得られない。

一方、アトリソジョンミルは、粉砕メディアとして、数
１０ｍＩＩｌφの鋼球または超硬味を高速撹拌させるも
ので、磨砕作用のほかに衝撃、剪断の力を加え短時間に
微粒化することを狙ったものであり、作動中かなりの発
熱を伴なう。粉砕メディアにセラミックスを用いる場合
には、セラミックスの強度に応じた撹拌速度を選択する
必要がある。

上記のようなサンドグラインダやアトリソジョンミルに
よれば原料を多回処理することによりサブミクロン粉砕
することは可能であるが、粉砕効率が低いうえ、粉砕メ
ディアの撹拌羽根やタンクへの衝突等による破壊により
、原料と粉砕メディアとを分離するスリットあるいはフ
ィルタを通過して原料内に粉砕メディアの破片が混入す
ること、およびタンク内面や撹拌棒、撹拌羽根の摩耗に
よるこれら部材からの原料汚染の問題かあった。

（発明の目的） 本発明は上記問題点に鑑みてなされたらのであって、汚
染が少くサブミクロンもしくはサブサブミクロン粉砕を
効率よく行うことのできるボールミル装置を提供するこ
とを目的としている。

（発明の構成） 従来、粉砕限界によりサブミクロン粉砕が不可能とされ
ていたボールミル装置について、本発明者等は以下に詳
述するように、回転ボールミルの粉砕メディアとして３
０ｍ＋ｏφ以下０．４ｎｕｏφに至る各種粒径の小球を
使用して同一条件で粉砕を行ない、いわゆる平衡粉砕に
達しな粒径をコールタ法、比表面積および電子顕微鏡写
真によって調べたところ、小球の粉砕メディアを使用す
ればサブミクロン粉砕が容易であり、粉砕メディアの摩
耗等による汚染も小さいことを見い出し、本発明をなす
に至ったらのである６Ｔなわち、本発明は、ボールミル
装置において、粉砕メディアの径を０゜５ｍｍφないし
１５＋ｏｍφとしたことを基本的なＩＩとするものであ
４゜ （発明の効果） 本発明によれば、ボールミル装置の粉砕メディアの径を
０．５ｍｍφないし１．５ｍ＋ｎφとすることにより、
原料に対する汚染が少く、原料のサブミクロンもしくは
サブサブミクロンの粉砕を効率よく行うことができる。

（実験例） 以下に本発明者が行った実験例を示す。

実験】。

［出発原料１ 酸化チタンと炭酸バリウムを１対１の割合で混合し、１
１５０℃で合成して得たチタン酸バリウムの仮焼粉末を
準備した。この仮焼粉末の比表面積は１　、　１９　ｍ
’　７ｇで、平均粒径は１．８５μｍであった。

［粉砕条件１ 内容積３リツトルのポット（粉砕容器）を使用し、実験
用小型ボールミルで湿式粉砕を行つｒこ。

粉砕条件は、試料３７５グラムに対し純水１５００ｃｃ
投入し、ボンドを１１０５ｒｐで回転させた。

一方粉砕メディアとしてはアルミナボールを使用し、そ
の投入量はボンドの内容積の１°／２である１、５リツ
トルに統一し、アルミナボールの径を０．４市φ＋　　
０．７５ｍｍφ、１ｍｍφ、Ｓ＋ｎｍφψｉｔ）ｍｍφ
１１５１ｎｍφ雷２０闘φおよび３０ｍ＋ｏφ（こ変化
させた。粉砕時間としては３時間、６時間。

１２時間、２４時間、４８時開、９６時間および１９２
時間を選んだ。

夫々のアルミナボール径について、各時間粉砕後のスラ
リーおよびこのスラリーを１１０　’Ｃにて乾燥したも
のを測定に供した。

［実験結果］ アルミナボール径を３０市φから０．４ｍｍφまで順次
小さくし、各アルミナボール径についての粉砕時間を３
時間から１９２時間まで変化させて、コールタカウンタ
によるコールタ法で測定した粒度分布曲線を第１図（ａ
）に示す、この第１図（ａ）において、曲線り、。ｌ　
　ｈ＋。＋　　ｈ１ｓ＋　　ｌ＋、。、ｈ、。

ｈｌｌ　　ｈ６．＋４およびｈｏ、、は夫々アルミナボ
ール径が３＋）、　２０．１５．１０．５．１．０．７
５および０．４の粒度分布曲線を示す。

また、コールタカウンタでの測定では３０μｍの７パー
チヤーを使用したが、０．５μｍ以下の粒子径のものは
検出できないため、微粉砕が進んだ試料では正確な粒度
分布曲線は得られないが、粒径が測定できる０、５μ１
以上の粒子についての平均粒子径り、Ｏの値を次の第１
表に示す。

以下余白 一方、コールタカウンタを使用するコールタ法に代えて
、粉砕された粒子に窒素（Ｎ２）を吸収させて、加熱し
、出てきた窒素の量から粒子の比表面積を知る比表面積
法で測定した比表面積分布を第１図（ｂ）に示す。この
第１図（ｂ）においては、横軸には粉砕時開りの平方根
Ｆを取っており、曲線に：ｌｏ　ｌ　ｋ２０１　　ｋｌ
ｓｌ　　ｋｌｏｌ　　ｋ５１　　ｋｌ　ｌ　ｋ６＋７５
およびｋ。１．は夫々アルミナボール径が３０゜２０．
１５，１０，５，２，１，０．７５およびｆｌ　４＋ｏ
＋ａ＄の比表面積分布曲線を示す。

また、アルミナボール径が３０ｖφ、２０ｍｍφ。

１５＋１１＋１φ、Ｓ＋ｎ＋ｎφ！２ＩＩＩＩＩＩφ、
１ｍｍφ＋０．７５ＩＩ＋。

φおよび０．４ｍｌｌ１φの各場合について、３時間。

６時間、１２時間、２４時間、４８時間、９６時間およ
び１９２時間経過後の粉砕された粒子の比表面積を次の
第２表に示す。

以下余白 粒子の比表面積分布は、吸着等温曲線から１グラムの試
料の持つ総面積（＝比表面積）を求めることにより知る
ことができる。

この比表面積分布Ｓ―と粒子径との間にはつぎの関係が
ある。

ここに、ｋは形態係数、ρは粉体の真比重、ｄは粒子径
、ｎは径ｄを持つ粒子の数である。

したがって、比表面積分布ＳＩｌより粒子径ｄｐを求め
るには形態係数および粒度分布を知る必要があるが、粒
子が球または立方体に近いときはに＝６として より粒子径ｄｐが求められる。

チタン酸バリウムの真比重ρは、ρ＝５．９５であるか
呟粒子径ａｐは、 となり、チタン酸バリウムの場合、粒子径ｄｐはは１゛
比表面積Ｓｗの逆数となる。

したがって、第１図（ｂ）お上Ｖ第２表からら、アルミ
ナボール径および粉砕時間に対する粒子径の変化を知る
ことができる。

［実験結果の考察１ 第１図（、）および第１表を参照すれば明らかなように
、３０＋ｏａ＋φのアルミナボールでは、１２時間まで
は、粒径の変化はなくほとんど粉砕されず、出発原料の
粒度分布とほぼ同じ曲線を示しているが、１２時間を越
えて粉砕すると、粗粒側の含有率が低下してきて、分布
曲線が少しずつシャープな形となり、平均粒径Ｄｓｏも
しだいに低下し、１９２時間粉砕でり、。は１．２５μ
ｍまで粉砕が進んでくる、 ２０ＩＤＩＩφのアルミナボールでは、６時間までは粉
砕されていないが、６時間を越えると粒子径り、。が低
下してきて、この傾向は３０＋ｏ＋ｏφのものと同じ傾
向を示しているが、粉砕速度は３０＋ａｍ＄のちのより
も約２倍となっている。１９２時間粉砕ではＯＳＯは１
．１０μｍまで粉砕が進んでいる。

１５ＩＩＩＩＩφのアルミナボールでは、３時間までは
粉砕されていないが、３時間を越えると粒子径が低下し
てきて、粉砕速度は２０１Ｇ１０φのものよりも約２倍
の大すさになって（る。１９２時間粉砕ではり、。は１
．０１μｌとなりサブミクロン粉砕に近づいてくる。す
なわち、Ｄ、。＋ｌ５１ｍｍがサブミクロン粉砕を行う
ためのアルミナボール径の上限であると考えられる。

１０＋ｎｍφのアルミナボールでは、３時間粉砕でも多
少粒径の低下がみられ、平均粒径でサブミクロンに到達
する粉砕時間は約８０時間を要し、１９２時間粉砕では
０．７４μｍを示している。粉砕時間が長くなるととも
に粗粒側の粒子が減少し、また、曲線のピークは順次微
粒側へ移動してくる。

長時間ポットを回転させて微粉砕していくと０゜５μｌ
以下の粒子径のものは測定できないため、粒度分布曲線
は正規分布に近い曲線の一部しか測定できないが、９６
時間以上の粉砕マサブミクロンの領域になっていること
が分る。

５闘φのアルミナボールでは、１０ｍｍφのものよりら
粉砕速度が４倍ないし５倍大きくなりり、。

で１，０μ鎖になるには約１８時間を要す。また９６時
間以上では測定機の検出できたもののみで表すとり、。

は０．６６μ■と一定値を示して（する。

２叩φのアルミナボールでは、本実験の中で最も粉砕速
度が大きい、たと疋ば、３時間粉砕しｔこものはＩ）ｓ
ｏは１．１０μｍとなり、３０ｍｍ＄のアルミナボール
を使用した場合では、１９２時間粉砕しても到達できな
い粒径が得られ２０ｍ＋ｏφのアルミナボールでは１９
２時間粉砕したものと同程度の効果が得られる。６時間
以上の粉砕でサブミクロン粒子が得られた。また、４８
時間以上の粉砕では、はぼ一定値を示してνするが前述
のように測定機の測定範囲の問題から測定された粒度分
布は一部のみである。

１ｍｍφのアルミナボールでは、２ｍｍφのものに比べ
粉砕速度は小さくなっているが、Ｄ、。で１゜０μｍに
なるのに約８時間を要してν・る。Ｄ、。が一定値を示
すまでの時間は、２ｍｍφのものと同時間の４８時間以
上となっている。

さらに、アルミナボールの径を小さくして、０゜７５ｍ
ｍφのものを使用すると、Ｄ　、ｏ力弓、０μｍに到達
するのに約１７時間を必要としている。また９６時間以
上の粉砕ではり、。が約０．６６μ鎗と一定値を示して
いる。

アルミナボール径が０．４ｗｍφとなると、約４８時間
の粉砕でり、。−１，２５μｍとなり、９６時間以上の
粉砕ではＤ５゜１．２３μｍと一定値を示し、サブミク
ロン粉砕は行うことができない。

従って、サブミクロン粉砕が行うことができるアルミナ
ボール径の下限値は、０．４關φと０゜７５１１ＩＩＩ
ｌφとの間のはｒＱ、Ｓｍｍφと推定することができる
。

一方、第１図（ｂ）および第２表に示されている比表面
積から第１式の関係を利用して求めた平均粒子径り、。

についても、上記と同様の傾向が存在することが分る。

以上の考察か呟チタン酸バリウムの仮焼粉末をサブミク
ロン粉砕するためには、アルミナボール径を１５ｍｍφ
から０．５１１ｍφの範囲に選択士ればよい。

実験２゜ 次に、比重の異なる粉砕メディアを使用して行った粉砕
実験について説明する。

出発原料は実験１．と同じであり、粉砕条件ら粉砕メデ
ィアを除き実験１と同じである。

使用した粉砕メディアを次の第３表に示す。

以下余白 上記粉砕メディアを使用して粉砕を行った実験結果を、
次の第４表に示す。

以下余白 但し、第４表の数値は粒子の比表面積を表す。

この第４表から分るように、硬質ガラス（比重２．７４
）、アルミナ（比重３．６）、ノルフン（比重３゜８５
　）、チタニア（比重３．９）、ノルコニ７（比重５．
９）、スチール（比重７．９）の順に、粉砕メディアの
比重が大きくなるほど、粉砕速度が大きくなっている。

なお、粉砕メディアとして使用したノルフニアは、部分
安定化ノルコニア（ＰＳＺ）と呼ばれるものである。

［結論］ 以上、実験１．および実験２．から明らかなように、ア
ルミナボールミル装置の粉砕メディアは、その径を０．
５ｍｍφないし１５ｍｍφに選択すること１こよ１）、
サブミクロン粉砕を行うことができる。

また、粉砕メディアとして比重の大きなものを使用すれ
ば、粉砕速度を大きくすることができる。

これにより、スラリー化するための原料と水の注水比を
大きくして原料投入量を増加することかでｂ、粉砕効率
を高めることができる。

なお、上記した実験ではセラミックス原料としてチタン
酸バリウムを使用した例について説明したが、その他の
系のセラミックス原料についてこのポールミ火装置を用
いることにより、サブミクロン粉砕を行えることは勿論
である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はボールミル装置において粉砕メディアの
径および粉砕時間によるコールタ法で測定した平均粒径
の変化を示すグラフ、第１図（ｂ）はボールミル装置に
おいて粉砕メディアの径および粉砕時間による粒子の比
表面積の変化を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）球形の粉砕メディアと原料とを粉砕容器に投入し
   てこの粉砕容器を機械的に振動もしくは回転させて原料
   を粉砕するボールミル装置において、上記粉砕メディア
   の径が０．５ｍｍφないし１５ｍｍφであることを特徴
   とするボールミル装置。