石川式の独自技術
石川式攪拌擂潰機（オリジナル自動乳鉢）とは
石川式撹拌擂潰機（以下 石川式）は、すりつぶし（摩砕、解砕、粉砕）と撹拌、分散、捏和、混練の同時処理が可能な自動乳鉢です。ペースト状の材料、粉体や高粘度のスラリー、化学材料、高機能材料などさまざまな材料を効率的に処理することができます。
石川式は、すりつぶし（摩砕、解砕、粉砕）、撹拌、分散、捏和、混練、混合の作業を同時に行い、独自機構を用いて材料を均等に処理します。これにより、材料は均一かつ均質に混合され（均一分散）、高い品質が実現されます。これから、その独自機構を実現するための独自技術について説明いたします。
乳棒の軌跡・エピサイクロイド曲線
長く使用された乳鉢を真上から撮影した写真
乳棒が乳鉢の中を満遍なく均一に移動していることが分かる痕跡が残されています。
乳棒の動き
乳棒は公転しながら自転も行い、さらに乳棒自体が回転するという複雑な動きをします。
この独特な動きにより、材料を効率的かつ均一に粉砕することが可能です。
この乳棒の動きが下のエピサイクロイド曲線を描く軌跡を生み出しています。
1．乳棒の軌跡にエピサイクロイド曲線を採用
一つ目の独自技術は、乳棒軌跡にエピサイクロイド曲線を採用したことです。これより、乳鉢内を密にムラなく、均一に乳棒が軌跡を描くことができます。
また、エピサイクロイド曲線は、中心から外周に向かって軌跡を描き、また外周から鉢中心に向かって軌跡を描くため、乳鉢内の材料を効率よく撹拌することもできます。
エピサイクロイド曲線は、水色の定円（静止している円）の上を紺色の動円（回転する円）が外接しながら移動する際、動円上の一定の点が描く軌跡です。
右図では、定円の半径が3、動円の半径が1の場合のエピサイクロイド曲線が描かれています（オレンジ線）。
定円半径3 動円半径1のエピサイクロイド曲線
右図は、微量機Tinyの仕様に基づいて描かれたエピサイクロイド曲線を示しています（オレンジ色の線）。定円の半径は公転半径から自転半径を引いた値とし、動円の半径は自転半径と同じに設定されています。
この設計により、密で均一な乳棒軌跡を描くことが可能になりました。
このエピサイクロイド曲線の乳棒軌跡への採用が独自の機構の一つです。
しかし、この設計だけでは乳棒が乳鉢の中心を通ることはありません。
Tiny仕様でのエピサイクロイド曲線
2．乳棒を傾ける
右図には、微量機Tinyの装置の断面図が示されています。
この図から、乳棒が乳鉢に対して斜めに取り付けられていることが明らかです。
さらに、乳棒の中心が乳鉢底の中心に接していることも確認できます。
乳棒が自転と公転をしながらエピサイクロイド曲線を描いても、これまでは乳鉢底の中心に軌跡を残すことはありませんでした。
しかし、図のように乳棒を斜めに配置することで、乳棒は乳鉢底の中心を通過し、乳鉢全体に密で均一な軌跡を描くことが可能になります。
二つ目の独自機構は、乳棒を斜めに取り付けて乳鉢底の中心を通過させることです。
Tiny装置断面図
これら二つの独自機構を組み合わせることにより、乳棒軌跡は下図のように描かれます（オレンジ線）。
この図は微量機Tinyの乳鉢上での乳棒軌跡を示しています。乳鉢内を密に均一に、そして均等に描くこの軌跡により、効率的かつ均一な材料の粉砕が可能になります。
乳棒がこの軌跡を描くことで、極微量（0.5g）の材料でも確実に粉砕できるため、微量機Tinyは高価な材料を使用する研究開発者から高い評価を受けています。また、乳棒軌跡のアニメーションを下の右側に示します。
乳棒を斜めに取り付けた時のエピサイクロイド曲線
（微量機Tinyの乳棒軌跡）
乳棒の軌跡曲線のアニメーション
3．乳棒内にバネを搭載
三つ目の独自技術は、乳棒にバネを内蔵させることです。乳棒にバネを内蔵することにより、以下の効果が見込まれます。
（１） 乳棒が荷重をかけながら材料処理が可能となる。
（２） 荷重がかかるために、必ず、乳棒と乳鉢が接触するので、粉砕能力が向上し、手ずりの再現性が向上する。
乳棒がこの軌跡を描くことと、荷重をかけながらの処理により、極微量（0.5g）の材料でも確実に粉砕することができます。
上図「Tiny装置断面図」参照。
石川式の特長
石川式は他社製品にはない処理特性を持ち合わせております。
処理特性１ 手ずりを再現可能
石川式は乳棒軌跡にエピサイクロイド曲線を採用することにより、乳鉢内を密で均一かつ均等な軌跡を描く。これにより手ずりのような処理が再現できます。また、手ずりに近い力加減で処理を施すため、攪拌擂潰時に起こりやすい材料の構造破砕や結晶化が起きにくいという特性もあります。
処理特性２ 撹拌・擂潰の同時処理
攪拌と擂潰（粉砕、解砕）、分散、混合、混練処理が同時に行えます。乳棒が自公転の回転運動をすることで、被擂潰物（粒子）に機械的エネルギーを加え、粒子はムラなくすり潰されます。これにより乳鉢内の材料全体を均一、かつ均等に処理することが可能です。また、粒子表面に異なる材料を均一に被着させることも可能です。
処理特性３ 意図しない化学変化を起こしにくい処理方法
石川式は乳棒運動の力や速度を調節をして、適度な速度で加工処理を行うことが可能です。これにより処理中の急激な発熱や衝撃等で起こる、意図せぬ化学変化が起きにくくなります。製品によっては加熱や冷却機能もあるため、化学反応を促進、抑制しながらの処理も可能です。
処理特性４ ちょうどいい力加減と粒子サイズ
2次粒子から1次粒子への加工等、用途に適した細かすぎないサイズに整粒することが可能です。カーボンナノチューブのような硬い材質に対しても、粒子単位で他物質を混ぜ合わせることができます。
処理特性5 高粘度体の処理
石川式は粉体や硬い材質だけではなく、高粘度体の処理も得意としています。だまができやすい粉末と液体の処理も、石川式では均一なペースト化ができます。対応処理粘度は100万m pa sec程度まで可能です(信越化学工業製のKF96を処理可能)。これにより、攪拌擂潰中に粘度が変化する材料にも柔軟に対応できます。
処理特性６ 高粘度体の脱泡
処理特性５の高粘度体の処理に加えて、真空機能を有する製品では、高粘度体の脱泡も可能です。
昨今では、3本ロールや、ニーダー、ボールミル等では「力が強すぎる」と感じていたお客様に、弊社の製品をご使用いただいている傾向にあります。
石川式は、他社製品では出すことのできない「ちょうどいい」を提供いたします。
付加機能による処理のシナジー効果
基本機能の攪拌擂潰に付加機能を付けることで、さらに多くの処理を行うことが可能です。
単に自動乳鉢に真空機能を付けて、真空中ですりつぶしができるようになったという１＋１=2の効果ではなく、ロータリーエバポレータ機能へ拡張可能性などの付加機能により、用途は大きな拡がりを見せています。
隔離密閉
自動乳鉢に専用のカバーを付けることで材料の飛沫を防ぎます。カバーに紫外線防止加工を施すこともでき、紫外線による化学反応を避けたい処理にも最適です。また、吸排気口を付加することにより、乾燥した空気を流入させての濃縮機能や、窒素雰囲気下での化学反応促進を行いながらの処理も可能となります。濃縮試験動画はこちら
活用例：全固体電池材料におけるCNTやカーボンブラックの混合
真空・減圧
真空・減圧をしながら攪拌擂潰を行うことで、処理の効率化と加工作業を一台で完結をすることができます。真空状態での攪拌では脱泡処理が見込めます。また、上記のような濃縮機能をさらなる高効率で行うことも可能です。
活用例：スラリーの濃縮乾燥、粘調体の脱泡、不活性ガス置換下環境の攪拌擂潰、砥石ペーストの脱泡
加熱・冷却
攪拌擂潰中に極低温（―20℃程度）から高温（200℃程度）の温度を加えることができます。加工時に熱反応が起こる材料には低温処理を加えたり、一定の温度を維持したりしながらの攪拌擂潰・混練が可能です。例えば、高粘度材料を加温して混錬することも可能で、高粘度材料の分散、混錬、微粒子化を一度に行える可能性があります。
活用例：半導体ヒートシンク材料、3D プリンター用樹脂