JPH0661444B2

JPH0661444B2 - 微小球形体を製造する造粒機

Info

Publication number: JPH0661444B2
Application number: JP1205588A
Authority: JP
Inventors: 広嘉川瀬; 正義中村; 詔吾児玉; 修也大門
Original assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Current assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Priority date: 1989-08-10
Filing date: 1989-08-10
Publication date: 1994-08-17
Anticipated expiration: 2009-08-17
Also published as: JPH0372938A

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の目的〔産業上の利用分野〕本発明はファインセラミックスの微粉末から緻密で重質
且つ球形度の高い微小球形体を製造する液中造粒機に関
するものである。

〔従来の技術〕

近年、硬質微小ボールは各種工業において多くの用途が
見出され注目されている。特にジルコニア等のファイン
セラミックスを原料とした直径５００μｍ以下の高強度
かつ高耐摩耗性の微小球形体は硬質原料、高純度原料の
微粉砕、分散または混合に適しているといわれ、今後需
要が増大すると予測されている。しかし従来の造粒法で
は直径５００μｍ以下の微小球形体を製造することは困
難で、新しい造粒法の開発が望まれている。

これらの硬質微小ボールは原料粉末をボール状に成型
し、それを高温で焼結して製造される。ボール状に成型
する従来からの方法としては転動造粒法、流動層造粒法
及び軸プレス法がある。転動造粒法は原料粉末にバイン
ダーを加え混練した後、押し出し法で、例えば柱状に成
型した顆粒状のものをパン型あるいはドラム型の容器中
で回転させながら徐々に球状に仕上げてゆく方法であ
る。軸プレス法は押し出しで成型する代りに二つ割れの
球形金型に混練物を入れ成型するが上下それぞれの成型
金型の接合部にはみ出し部分ができそれを除去して球状
にするため転動工程が必要となる。これらの方法では５
００μｍ以下の微小ボールをつくることは高度の熟練技
術が必要で収率も悪く商業生産には不向きとされてい
る。

一方流動層造粒法は造粒機内に撹拌翼が設けられており
供給されたセラミックス原料粉末は回転する撹拌翼によ
って機内で流動層を形成し、添加されるバインダーによ
って時間の経過とともに微小球形体を成長させてボール
状にする。この方法では緻密なボールをつくることは困
難である。

また、その他の方法として、液中造粒法の一例としてエ
バラＰＢＳ型装置を用いる方法は、懸濁固形物を含む排
水などの処理法であって、固体と水との懸濁液に凝集剤
としてポリマーを加えて撹拌し粒状化する方法である
が、製造した球形体は直径１mm以上で球形度も低く、緻
密性にも欠けるので、ファインセラミックスの微小形体
の製造には不適当である。

（発明が解決しようとする課題）直径５００μｍ以下のファインセラミックス焼成ボール
を製造するには素球として直径６００μｍ以下のファイ
ンセラミックス球形体を造粒しなければならない。（素
球、すなわち焼成前のボールは焼成によって収縮し体積
が減少する）しかるに転動法や軸プレス法では高度の熟
練を要し、低収率且つ経済的に不利な方法であり、流動
層造粒法では緻密なボールができない。また従来の液中
での造粒法でも直径６００μｍ以下の球形体を得ること
はできない。

本発明の目的は、ファインセラミックス粉末を原料とし
て液中で造粒し直径が５０〜６００μｍで高真球度且つ
緻密な球形体を製造し得る造粒機を提供せんとするもの
である。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは研究を進めた結果、球型６００μｍ以下で
球形度も高く緻密なセラミックス球形体を液中で造粒す
る造粒機を開発した。この造粒機により得られた造粒物
を通常の方法で高温焼成してできた微小球形体は実用に
供し得るものであることが確認された。

すなわち、本発明は、回転撹拌翼を備えた円筒型撹拌槽
内に微粉末、溶媒およびバインダーを入れ、撹拌翼を回
転させて造粒物を製造する液中造粒機において、円筒容
器の内壁面に凹凸状の溝が形成されていることを特徴と
する液中造粒機である。

さらには、上記造粒機において円筒型撹拌槽の内壁面に
形成されている凹凸状の溝が回転撹拌翼の回転軸と平行
で、かつ、同回転軸に垂直の面で撹拌槽を切断した時の
溝の断面が型、Ｖ型または円弧型であることが好まし
い。また、上記造粒機において、回転撹拌翼の先端と円
筒型撹拌槽の内壁面の凸部との距離が２〜１５mmである
液中造粒機であることが好ましい。

本発明者はファインセラミックス粉末が有機溶媒と非親
和性であり、一方水とは親和性に富んでいることに着目
し、ファインセラミックス粉末を有機溶媒中に懸濁さ
せ、バインダーとしての水の存在下で撹拌し造粒物を得
た。さらに、この系において造粒物の大きさ、真球度、
緻密性はいくつかのファクターに支配されるが、造粒機
の円筒型撹拌槽の内壁面の表面の形状および回転撹拌翼
先端と円筒型撹拌槽内壁面（凸部）との距離が造粒物の
形成に深くかかわっていることを見出した。

本発明の液中造粒機の本体は円筒型攪拌槽で、回転する
撹拌翼を持っており、円筒型撹拌槽の内壁面には回転翼
軸と好ましくは平行な方向に円筒型撹拌槽全長に亘り溝
が形成されている。（第１図参照）回転軸に垂直な平面
で撹拌槽を切断した時の溝の形状は型、Ｖ型あるいは
円弧型等であることが好ましい。（第２図参照）溝の深
さは特に制限はないが直径が５０〜１５００μｍの球形
体を製造する場合は１〜３mmが望ましい。比較的粒径の
大きい（例えば８００μｍ以上）球形体の製造は内壁面
に溝が無くても可能である。溝の中心線と隣接する溝の
中心線との距離（ピッチ）は特に制限はないが、５０〜
１５００μｍ径の球形体を製造する場合は１mm〜２５０
mmが望ましい。

円筒型攪拌槽の内壁面に溝を形成する方法は、内壁面を
削って形成してもよいし、内壁面に所定の形状の板を貼
りつけて結果的に溝を形成してもよい。

回転翼先端と撹拌槽内壁面（凸部）との距離（クリアラ
ンス）も特に制限はないが緻密度の高い５０〜１５００
μｍの球形体を製造する場合は２〜１５mmが望ましい。

回転翼先端と撹拌槽内壁面（凸部）との距離が１５mmを
超えると造粒物が大きくなり、また２mm以下であると工
作精度が高くなり経済的でない。

回転翼の形状と個数についても制限はない。回転翼の形
状は櫂型又はＳ型でどちらか一方のみでもよくあるいは
櫂型Ｓ型の混淆した組合わせの何れでもよい。組合わせ
の場合それぞれの個数については特に制限はない。

本発明の液中造粒機により微小球形体を製造できるファ
インセラミックスは、ジルコニア、アルミナ、ムライ
ト、窒化珪素、チタン酸バリウム、酸化マグネシウム、
フエライト等である。

有機溶媒としては水との親和性の少ない有機溶媒が使用
でき、パラフィン系炭化水素、ナフテン系炭化水素、芳
香族炭化水素またはこれらの混合物が好ましい。

本願の造粒機は次のように使用する。

円筒型撹拌槽内に、ファインセラミックスの微粉末、有
機溶媒およびバインダーとしての水のそれぞれの所定量
を入れ、回転撹拌翼を１０００〜２５００回転／分で回
転させて造粒を行なう。撹拌槽内部の温度は次第に上昇
するが、通常は温度調節は行なわない。３０〜１２０分
で造粒が終了するので、次にこの造粒物を、通常の電気
炉中で酸化雰囲気中で１２００〜１４５０℃で焼成して
焼成ボールを得る。

実施例以下に実施例を掲げて本発明を説明するが、これに限定
されるものではない。

使用粉末：市販のジルコニア粉末（部分安定化剤入り）で主たる性
状はつぎのとおりであった。

比表面積……7.4 m²／ｇ（測定法はＢＥＴ法で測定機は
MICROMERITICS 社製２２０型）真比重……5.699 （測定法は液相置換法で測定機はセイ
シン企業社製ＡＵＴＯＴＲＵＥＤＥＵＣＥＲＭＡ
Ｔ−5000）平均粒子直径（50％重量）……0.47μｍ（測定法は沈降
法で測定機はMICROMERITICS 社製ＳＥＤＩＧＲＡＰＨ 5
000 Ｄ）成分分析……ZrO₂ 94.81 （重量％） Y₂O₃ 4.61 CaO 0.03 Na₂O 0.02 焙焼ロス 0.24 造粒条件：ジルコニア粉末の量……57.6ｇ有機溶媒とその量……パラフィン系炭化水素、２９００ml バインダーとその量……水道水、6.5 ml 撹拌翼回転速度……２０００rpm 造粒時間……撹拌翼の回転開始からジルコニア粉末全量
が造粒完結し、撹拌翼回転が停止するまでの時間造粒機：撹拌槽と回転撹拌翼から成っており、撹拌槽は横型で実
効内容積は３０００mlである。回転軸は電動機で駆動し
て回転させ、回転速度を変えることができるようになっ
ている。

・造粒物寸法の測定：（株）ニレコ製のＬＵＺＥＸ５００による画像分析法を
用いた。これを用いて微小球形体のフェレー径を測定
し、球形体の径とした。真球度はＬ／Ｗ（Ｌは最大径、
ＷはＬに直交する径で最大のもの）を以て表わすことに
した。

なお、フェレー径は平面に投影した球形体の像を２本の
平行線ではさんだ時の平行線間の距離で複数の球形体に
ついての上記距離の平均値は統計的平均値とみなされて
いる。

焼成ボール：上記造粒機で得られた球形体を通常の電気炉中で酸化雰
囲気で高温（最高１４５０℃）焼成してできた焼成ボー
ルも（株）ニレコ製ＬＵＺＥＸ５００の画像分析装置で
測定した。また密度についてはアルキメデス法によっ
た。

実施例１撹拌槽内壁面の溝形状型〃溝深さ 0.5 mm 〃溝巾 0.5 mm 〃溝ピッチ 1.0 mm 〃山巾 0.5 mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離２mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が３組。１組は回転軸の中央に、
他の２組は回転軸の中央の１組に対して左右対称位置に
装着されている。

造粒時間４０分得られた微小球形体の粒子直径 305μｍ〃真球度 1.04 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 247μｍ〃真球度 1.04 〃密度 6.001g/cm³ 実施例２撹拌槽内壁面の溝形状型〃溝深さ１mm 〃溝巾１mm 〃溝ピッチ２mm 〃山巾１mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離１５mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が３組。１組は回転軸の中央に、
他の２組は中央の１組に対して左右対称位置に装着され
ている。

造粒時間９０分得られた微小球形体の粒子直径 615μｍ〃真球度 1.07 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 492μｍ〃真球度 1.07 〃密度 5.811g/cm³ 実施例３撹拌槽内壁面の溝形状型〃溝深さ１mm 〃溝巾３mm 〃溝ピッチ６mm 〃山巾３mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離５mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が３組。１組は回転軸の中央に、
他の２組は中央の１組に対して左右対称位置に装着され
ている。

造粒時間４０分得られた微小球形体の粒子直径 328μｍ〃真球度 1.07 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 262μｍ〃真球度 1.03 〃密度 6.004g/cm³ 実施例４撹拌槽内壁面の溝形状型〃溝深さ１mm 〃溝巾３mm 〃溝ピッチ６mm 〃山巾３mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離５mm 撹拌翼形状と個数等〔Ｓ型、４枚で１組〕が３組。１組は回転軸中央に、他
の２組は中央の１組に対して左右対称位置に装着されて
いる。

造粒時間４５分得られた微小球形体の粒子直径 315μｍ〃真球度 1.03 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 265μｍ〃真球度 1.03 〃密度 6.001g/cm³ 実施例５撹拌槽内壁面の溝形状型〃溝深さ１mm 〃溝巾３mm 〃溝ピッチ６mm 〃山巾３mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離５mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が２組と、〔Ｓ型、４枚１組〕が
１組、合計３組の組合わせ、両側が櫂型で中心にＳ型を
配置し櫂型はＳ型に対して左右対称位置に装着されてい
る。

造粒時間４５分得られた微小球形体の粒子直径 322μｍ〃真球度 1.04 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 258μｍ〃真球度 1.04 〃密度 6.002g/cm³ 実施例６撹拌槽内壁面の溝形状型〃溝深さ１mm 〃溝巾３mm 〃溝ピッチ６mm 〃山巾３mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離５mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が２組、回転軸長さの３等分点の
位置に装着されている。

造粒時間５０分（但し回転速度２２０rpm）得られた微小球形体の粒子直径 330μｍ〃真球度 1.04 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 268μｍ〃真球度 1.04 〃密度 5.980g/cm³ 実施例７撹拌槽内壁面の溝形状型〃溝深さ２mm 〃溝巾３mm 〃溝ピッチ６mm 〃山巾３mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離４mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が３組。１組は回転軸の中央に、
他の２組は中央の１組に対して左右対称位置に装着され
ている。

造粒時間５０分得られた微小球形体の粒子直径 314μｍ〃真球度 1.03 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 251μｍ〃真球度 1.03 〃密度 6.024g/cm³ 実施例８撹拌槽内壁面の溝形状型〃溝深さ３mm 〃溝巾３mm 〃溝ピッチ６mm 〃山巾３mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離３mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が３組。１組は回転軸の中央に、
残り２組は中央の１組に対して左右対称位置に装着され
ている。

造粒時間５５分得られた微小球形体の粒子直径 252μｍ〃真球度 1.035 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 210μｍ〃真球度 1.03 〃密度 6.040g/cm³ 実施例９撹拌槽内壁面の溝形状型〃溝深さ１mm 〃溝巾３mm 〃溝ピッチ１２mm 〃山巾９mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離５mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が３組。１組は回転軸の中央に、
残り２組は中央の１組に対して左右対称位置に装着され
ている。

造粒時間５５分得られた微小球形体の粒子直径 580μｍ〃真球度 1.04 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 464μｍ〃真球度 1.04 〃密度 5.993g/cm³ 実施例１０撹拌槽内壁面の溝形状型〃溝深さ１mm 〃溝巾３mm 〃溝ピッチ２４mm 〃山巾２１mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離５mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が３組。１組は回転軸の中央に、
残り２組は中央の１組に対して左右対称位置に装着され
ている。

造粒時間５０分得られた微小球形体の粒子直径 792μｍ〃真球度 1.04 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 634μｍ〃真球度 1.04 〃密度 5.957g/cm³ 実施例１１撹拌槽内壁面の溝形状型〃溝深さ１mm 〃溝巾３mm 〃溝ピッチ４８mm 〃山巾４５mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離５mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が３組。回転軸の中央に１組が、
残り２組は中央の１組に対し左右対称位置に装着されて
いる。

造粒時間５０分得られた微小球形体の粒子直径 876μｍ〃真球度 1.04 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 701μｍ〃真球度 1.04 〃密度 5.957g/cm³ 実施例１２撹拌槽内壁面の溝形状型〃溝深さ１mm 〃溝巾３mm 〃溝ピッチ２４３mm 〃山巾２４０mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離５mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が３組。回転軸の中央に１組が、
残り２組は中央の１組に対し左右対称位置に装着されて
いる。

造粒時間１０５分得られた微小球形体の粒子直径 1323μｍ〃真球度 1.04 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 1058μｍ〃真球度 1.04 〃密度 5.913g/cm³ 実施例１３撹拌槽内壁面の溝形状円弧型〃溝深さ１mm 〃溝巾３mm 〃溝ピッチ６mm 〃山巾３mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離５mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が３組。１組は回転軸中央に、他
の２組は中央の１組に対して左右対称位置に装着されて
いる。

造粒時間６５分得られた微小球形体の粒子直径 330μｍ〃真球度 1.04 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 264μｍ〃真球度 1.04 〃密度 5.990g/cm³ 実施例１４撹拌槽内壁面の溝形状Ｖ型〃溝深さ１mm 〃溝巾３mm 〃溝ピッチ６mm 〃山巾３mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離５mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が３組。１組は回転軸中央に、他
の２組は中央の１組に対して左右対称位置に装着されて
いる。

造粒時間７０分得られた微小球形体の粒子直径 345μｍ〃真球度 1.05 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 276μｍ〃真球度 1.04 〃密度 5.987g/cm³ 実施例１５撹拌槽内壁面の溝形状型〃溝深さ１mm 〃溝巾３mm 〃溝ピッチ６mm 〃山巾３mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離５mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が３組。１組は回転軸中央に、他
の２組は中央の１組に対して左右対称位置に装着されて
いる。

回転翼回転速度１４５０rpm 造粒時間１２５分得られた微小球形体の粒子直径 71μｍ〃真球度 1.03 上記微小球形体の焼結後の焼成ボールの粒子直径 57μｍ〃真球度 1.03 〃密度 6.002g/cm³ 註：実施例１５で使用したジルコニア粉末の比表面積は
28.5m²／ｇでその他の性状は実施例１〜１４のものと略
同一であった。

実施例１６使用粉末は市販アルミナでその主たる性状はつぎのとう
りであった。

比表面積……7.0ｍ²／ｇ（測定法はＢＥＴ法）真比重……3.94（測定法はJIS H1902 法）平均粒子直径（50％重量）……0.5μｍ（SEDIGRAPH 5000 D）成分分析……Al₂O₃ ９９．８（重量％） Na₂O 0.02 MgO 0.04 造粒条件アルミナ粉末の量……８０ｇ有機溶媒とその量……パラフィン系炭化水素、2800ml バインダーとその量……………水道水、15ml 造粒機攪拌内壁面の溝形状型〃溝深さ１mm 〃溝巾１mm 〃溝ピッチ２mm 〃山巾１mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離１０mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が３組。１組は回転中央に、他の
２組は中央の１組に対して左右対称位置に装着されてい
る。

回転翼回転速度……２２００rpm 造粒時間……９０分得られた微小球形対の粒子直径…３４０μｍ〃真球度……1.05 上記微小球形対の焼結後（最高温度1500℃で２時間の焼
成ボールの粒子直径……２７２μｍ〃真球度……１．０５〃密度……3.96g/cm³ 実施例１７使用粉末は市販窒化珪素で主たる性状はつぎのとうりで
あった。

比表面積……１１．１m²ｇ平均粒子経（50％重量）……0.2μｍ成分分析……Ｎ＞３８（重量％） Si ＞５９〃Ｏ 1.29 〃 Cl ＜１００ppm Fe ＜１００〃 Ca ＜５０〃 Al ＜５０〃結晶化度（重量％）＞９９．５造粒条件窒化珪素粉末の量……８０ｇ有機溶媒とその量……パラフィン系炭化水素、2800ml バインダーとその量……水道水、15.5ml 造粒機攪拌内壁面の溝形状型〃溝深さ１mm 〃溝巾３mm 〃溝ピッチ６mm 〃山巾３mm 撹拌翼先端と内壁面（凸部）との距離５mm 撹拌翼形状と個数等〔櫂型、４枚で１組〕が３組。１組は回転軸中央に、他
の２組は中央の１組に対して左右対称位置に装着されて
いる。

回転翼回転速度……２１５０rpm 造粒時間……１１５分得られた微小球形体の粒子直径……３７４μｍ〃真球度……１．０２実施例１〜17の概略を第１表〜第２表に示した。

（発明の効果）本発明の造粒機によって従来法では得られなかった直径
５０〜５００μｍで真球度が高く、高密度のファインセ
ラミックス微小球形体を製造することができる。

さらに、本発明の造粒機によっで製造した微小球形体を
焼結して製造した焼成ボールは高硬度で、真球度も高
く、耐摩耗性にも秀れているので、この焼成ボールをメ
ディアとしたミルでファインセラミックス製造原料の粉
砕、分散、混合、あるいは顔料の粉砕、分散を短時間で
効率よく、摩耗粉等の異物が混入することもなく行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願の円筒型撹拌槽の回転軸方向の断面図であ
る。尚、第１図中、１……円筒型撹拌槽２……回転撹拌翼３……回転軸４……溝５……軸受。第２−１〜２−３図は本願の円筒型撹拌槽を回転軸に直
角な平面で切断した時溝の断面を示す断面図であって、
第２−１図は溝の断面がＵ型の場合の断面図、第２−２
図は溝の断面がＶ型の場合の断面図、第２−３図は溝の
断面が円弧型の場合の断面図である。尚、第２図中、１１……溝の深さ、１２……溝巾１３……溝ピッチ、１４……山巾１５……凸部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−35836（ＪＰ，Ａ) 特公昭56−14449（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転撹拌翼を備えた円筒型撹拌槽内に微粉
末、溶媒およびバインダーを入れ、撹拌翼を回転させて
造粒物を製造する液中造粒機において、円筒型撹拌槽の
内壁面は凹凸状の溝を備えた形状を有し、該凹凸状の溝
は回転撹拌翼の回転軸に垂直の面で撹拌槽を切断した時
の断面が型、Ｖ型または円弧型であることを特徴とす
る液中造粒機。
【請求項２】溝が、回転撹拌翼の回転軸と平行である請
求項第１項の液中造粒機。
【請求項３】回転撹拌翼の先端と円筒型撹拌槽の内壁表
面の凸部との距離が２〜１５ｍｍである請求項第１項の
液中造粒機。