博士 （ 工学 ） ギントウ ィンストン デラクル′ ズ
学 位 論 文 題 名
Research on the Production of Zirconia Microspheres by Agglomeration in Liquid
（ 液 中 造 粒 法 に よ る ジ ル コ ニ ア 微 小 球 形 体 の 製 造 に 関 す る 研究 ）
学位論文内容の要旨
高 強度・ 高靱性 ジルコ ニア 球形体 は，コ ンタミ ネ― ション を嫌う 電子材 料原料，ファインセラ ミッ クス 原料や 高純度 鉱物な どを ボール ミル， 媒体攪 拌ミル によ り微粉 砕，混 合，分散する際の 媒体 とし て広く 用いら れてい る。 粉砕， 混合効 率の良 さなど の点 から、 微粒子 の超微粉砕，超微 粒子 の混 合・分 散には 粒径500〃m以下 の微小 球形 体を媒 体とし て使う こと が望ましい。しかし，
従来 の方 法では このよ うな微 小球 形体を 製造す ること は困難 であ った。 本論文 は，このジルコニ ア高 強度 微小球 形体を 液中造 粒法 により製造するため，造粒方法，造粒機構，スケ―ルアップ則，
モニ タリ ングシ ステム にっい て基 礎的な 研究を 行った もので あり ，高密 度微小 球形体の形成過程 を明 らか にし， 目的の 造粒体 の製 造を可 能にし た。
本 論文は ，7章で構 成した 。以下 に， 各章の 概略を 述べる 。
第1章 では， 本研 究の背 景およ び目的 ，従来 の関 連する 研究の 概要と 当面 する課 題，本 論文の 構成 にっ いて述 べた。
第2章 では， 三っ の造粒 方法に っいて 研究し ，高 強度の ジルコ ニア球 形体 を得る には， 懸濁媒 とし てパ ラフア ン系有 機液体 を， 架橋液 体とし て水を 用いる 油中 造粒法 が最も 適していることを 確認 した 。
第3章 では， 油中 造粒に おける 造粒体 形成に 及ぼ す撹拌 強度お よび架 橋液 体量の 影響， 造粒体 の圧 密過 程にっ いて検 討し， スケ ールア ップ則 を導き ，これ を用 いて高 密度造 粒体を得るための 造粒 装置 を設計 ，製作 した。 造粒 体の空 隙に占 める架 橋液体 の体 積割合 を飽和 度とすると，攪拌 に伴 い造 粒体の 圧密が 進行し ，飽 和度も 変化す る。造 粒体の 成長 過程は この飽 和度の変化と密接 に関 係し ている 。この 関係に 着目 して， 圧密過 程，飽 和度に 及ぼ す攪拌 強度の 影響を定量的に把 握す るこ とによ り，ス ケール アッ プ則を 導いた 。また ，ジル コニ ア粉末 を冷間 等圧成形して作成 した モデ ル造粒 体にっ いて， 空隙 率と焼 結後の 密度と の関係 を調 べた。 高密度 の焼結造粒体を得
る ために は，油 中造 粒によ り空隙 率0． 51以下の造粒体を形成する必要がある。この目的を達成す る ために ，スケ ール アップ 貝りを 用いて必要な攪拌エネルギを与えることができる回分式横型造粒 機 を 製 作 し ， 本 造 粒 機 に よ り 高 密 度 の 微 小 球 形 造 粒 体 の 製 造 を 可 能 に し た 。 第4章で は， 前章の 回分式 横型造 粒機を 基に 半連続 式造粒 システ ムを 考案， 製作し ，これ を用 い て繰り 返し造 粒実 験を行 った結 果にっいて述べた。架橋液体添加量O． 095〜0. 125mE/gの範囲 で は，架 橋液体 添加 量の滅 少に伴 い，造 粒時 間は増 加し， 造粒体 径は小 さく なった。これらの造 粒 体 の粒度 分布 の幅は 極めて 狭く， 焼結 後の平 均径は282〜701umの範囲 にあり ，球形 度1．14以 下 ，密度5． 93g /crr?以上の粒度の揃った高密度微小球形造粒体が得られた。同一の架橋液体添加 量 で半連 続実験 を行 った時 ，造粒 時間， 焼結 造粒体 の諸性 状値の 再現性 は良 好であった。また，
造 粒実験 中の消 費電 力，温 度，圧 力，レ ーザ 光減衰 量，ノ イズを 計測し ，造 粒過程をモニタリン グ する方 法にっ いて 検討し た。そ の結果 ，レ ーザ光 減衰量 とノイ ズの相 対工 ネルギは，造粒条件 に 対応し て特異 な変 動を示 すこと を見い だし ，これ らの計 測が造 粒過程 を把 握するうえで有用な 方 法であ ること を示 した。
第5章で は， 造粒実 験中に 発生す るノイ ズの エネル ギ特性 を明ら かに するた め，種 々の粒 径の ガ ラスビ ーズを モデ ル粒子 として 用い， これ を前述 の横型 造粒機 内に懸 濁媒 体とともに入れ，攪 拌 に伴い 発生す るノ イズと ガラス ビーズの粒径，個数との関係にっいて調べた。ノイズの計測は，
低 周波数 領域， 高周 波数領 域にっ いて行 った 。ガラ スビー ズの粒 径，個 数を 変化させた場合，低 周 波数領 域のノ イズ 信号に は変化 が認め られ なかっ たが， 高周波 数領域 のノ イズ信号には，それ に 対応し た変化 が認 められ た。ガ ラスビ ーズ の個数 または 粒径と イベン ト発 生率，相対工ネルギ 等 との関 係およ びノ イズの 周波数 解析結 果よ り，ガ ラスビ ーズ懸 濁液を 攪拌 した際に発生するノ イ ズは， ガラス ビー ズと造 粒槽内 壁との 衝突 および ガラス ビーズ 間の衝 突に 起因して発生してい る ことを 確認し た。 また， 高周波 数領域 で計 測され たノイ ズ信号 の相対 工ネ ルギはガラスビーズ の 粒径と 個数の 関数 として ，ある いは粒 径と 質量の 関数と して表 示した 。従 って，懸濁液中の粒 子 の 質 量 が 既 知 の 場 合 ， 相 対 工 ネ ル ギ か ら 粒 径 を 推 定 で き る よ う に な っ た 。 第6章で は， 前章ま での知 見に基 づき油 中造 粒にお いて造 粒体の 回収 率と造 粒体径 をオン ライ ン モ二夕 リング する 方法を 開発し ，これを用いて高密度微小球形体が形成される過程を究明した。
油 中造粒 過程で 発生 するノ イズの 相対工 ネル ギは， 第5章で明らかにしたように造粒体平均径と，
質 量すな わち回 収率 の関数 になる 。造粒 体の 回収率 はレー ザ光減 衰量よ り求 められる。これらの 結 果から ，レー ザ光 滅衰量 と相対 エネル ギを オンラ イン計 測する ことに より ，造粒体平均径およ び 回収率 のオン ライ ンモニ タリン グが可 能で あるこ とを示 した。 この方 法を 用いて，油中造粒に
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おい て高密 度微小 球形 体が形 成され る過程 を明 らかに した。
第7章は ，結論 であ り，本 研究で 得られた成果を総括した。
学位論文審査の要旨 主 査
教 授
中 島
巌 副 査
教 授
佐 藤 寿 一 副査
教授
古市隆三郎 副 査
教 授
篠 原 邦 夫 副査
助教授
恒川昌美
高強度 ジルコ ニア球 形体 は，コ ンタミ ネーシ ョン を嫌う 電子材 料原料 ，ファインセラミックス 原 料や 高純度 鉱物な どをボ ール ミル， 媒体攪 拌ミル により 微粉 砕，混 合，分散する際の媒体とし て 広く 用いら れてお り，近 年超 微粒子 用の微 小球形 体製造 技術 の確立 が急務となっている。本論 文 は， このジ ルコニ ア高強 度微 小球形体を液中造粒法により製造するため，造粒方法，造粒機構，
ス ケー ルアッ プ則， モニタ リン グシス テムに っいて 研究し た結 果をま とめたものであり，了章で 構 成し ている 。以下 ，各章 の概 略を述 べる。
第1章では ，本 研究の 背景お よび目 的， 従来の 関連す る研究 の概要 と当 面する 課題， 本論文 の 構 成に っいて 述べて いる。
第2章では ，三 っの造 粒方法 にっい て研 究し， 高強度 のジル コニア 球形 体を得 るには ，懸濁 媒 と して パラフ ィン系 有機液 体を ，架橋 液体と して水 を用い る油 中造粒 法が最も適していることを 確 認し ている 。
第3章では ，油 中造粒 におけ る造粒 体形 成に及 ぼす攪 拌強度 および 架橋 液体量 の影響 ，造粒 体 の 圧密 過程に っいて 検討し ，ス ケール アップ 則を導 いてい る。 また， これらの結果に基づいて高 密 度造 粒体を 得るた めの回 分式 横型造 粒機を 設計， 製作し ，本 造粒機 による高密度微小球形造粒 体 の製 造を可 能にし ている 。
第4章では ，前 章の回 分式横 型造粒 機を 基に半 連続式 造粒シ ステム を考 案，製 作し， これを 用 い て繰 り返し 造粒実 験を行 い， 粒度の 揃った 高密度 微小球 形造 粒体を 高い再現性で製造できるこ と を実 証して いる。 また， 造粒 実験中 の消費 電力， 温度， 圧力 ，レー ザ光減衰量，ノイズを計測
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し，造粒過程をモニタリングする方法にっいて検討している。その結果，レーザ光滅衰量とノイ ズの相対工ネルギは，造粒条件に対応して特異な変動を示すことを見いだし，これらが造粒過程 を把握するうえで有用なパラメータになることを示している。
第5章では，造粒実験中に発生するノイズのエネルギ特性を明らかにするため，種々の粒径の ガラスビーズをモデル粒子として用い，これを前述の横型造粒機内に懸濁媒体とともに入れ，攪 拌に伴い発生するノイズとガラスビーズの粒径，個数との関係にっいて調べている。高周波数領 域で計測されたノイズ信号の相対工ネルギはガラスビーズの粒径と個数の関数として，あるいは 粒径と質量の関数として表示できることを確認している。これより，懸濁液中の粒子の質量が既 知 の 場 合 ， 相 対 工 ネ ル ギ か ら 粒 径 の 推 定 が 可 能 で あ る こ と を 実 証 し て い る 。 第6章では，前章までの知見に基づき油中造粒において造粒体の回収率と造粒体径をオンライ ンモ二夕リングする方法を開発し，これを用いて高密度微小球形体が形成される過程を究明して いる。油中造粒過程で発生するノイズの相対工ネルギは，第5章で明らかにしたように造粒体平 均径と，質量すなわち回収率の関数になる。造粒体の回収率はレーザ光減衰量より求められる。
これらの結果から，レーザ光減衰量と相対工ネルギをオンライン計測することにより，造粒体平 均径および回収率のオンラインモニタリングが可能であることを確かめ，この方法を用いて，油 中 造 粒 に お い て 高 密 度 微 小 球 形 体 が 形 成 さ れ る 過 程 を 明 ら か に し て い る 。 第7章は，結論であり，本研究で得られた成果を総括している。
これを要するに，著者は液中造粒法によるジルコニア微小球形体の製造を可能にし，その造粒 機構を解明するとともに，半連続式造粒システム，オンラインモニタリングシステムを開発して いる。この成果は鉱物処理工学および粉体工学の発展に寄与するところ大である。よって，著者 は，博士（工学）の学位を授与される資格あるものと認める。
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