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
乳棒は二重回転（主軸のまわりを従軸が回転し、従軸のまわりを乳棒が回転する（下図「Tiny装置断面図」参照））を行い、さらに乳棒自体が自転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軌道を生み出しています。
1．乳棒の軌道にエピサイクロイド曲線を採用（乳棒の二重回転構造）
乳棒の軌道にエピサイクロイド曲線を応用しようと思いついたもの創業者の石川平蔵でした。その背景には、従来のすり身製作は手作業で行われてしたが、自動化されてすり身の味や品質が落ちないように、手作業（手ずり）を忠実に再現したいという思いがありました。その手作業（手ずり）を忠実に再現する技術ことが弊社の独自技術になります。
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「ムラなく、均一に、かつ密に」乳棒が軌跡を描くことができます。この「ムラなく、均一に、かつ密に」のために、エピサイクロイド曲線を採用したのです。
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
この原理を、実際の自動乳鉢に応用すると右図のようになる。この時点では乳棒の傾斜角度は0°である。自動乳鉢装置（石川式撹拌擂潰機）では、乳棒は二重回転を行っている。まず、乳鉢の中心を通る垂直軸（主軸）を中心に従軸が回転し、さらに従軸を中心に乳棒は回転している。
このとき、「庭園半径3 動円半径1のエピサイクロイド曲線」の図の定円半径に相当するのは「主軸半径 – 従軸半径」、動円半径に相当するのは「従軸半径」となる。
弊社の微量機Tinyの寸法数値をもとにした軌跡を「Tiny仕様のエピサイクロイド曲線」に示す（オレンジ色の線）。定円の半径は主軸半径から従軸半径半径を引いた値とし、動円の半径は従軸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とそれを実現する二重回転構造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。
乳棒の二重回転構造
Tiny仕様でのエピサイクロイド曲線
2．乳棒傾斜構造
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。
乳棒が二重回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、図のように乳棒を傾斜させる構造にすることで、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（乳棒傾斜構造）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道を示しています。乳鉢内を「ムラなく均一に、かつ密に」描くこの軌道により、効率的かつ均一な材料処理が可能になります。
乳棒がこの軌道を描くことで、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、乳棒のエピサイクロイド軌道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乳棒のエピサイクロイド軌道
（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
3つ目の独自技術は、乳棒にバネを内蔵させることです。右の乳棒透視図のように、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です。
（２）バネにより荷重がかかるので、乳鉢の微小凹凸に追従し、常に乳鉢/乳棒が接触するので、粉砕の能力が向上し、手ずりの再現性が向上します。
乳棒がエピサイクロイド軌道を描くことと、荷重をかけながらの処理ができることにより、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）。
乳棒の透視図
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 手ずりを忠実に再現
石川式は乳棒の動きにエピサイクロイド軌道を採用することにより、乳鉢内を「ムラなく均一で、かつ密な」軌跡を描く。これにより手ずり（手作業）の処理を忠実に再現できます。また、手ずりに近い力加減で処理を施すため、内蔵ばねで荷重をかけながら処理が可能です。内蔵ばねはお客様のご要望により、強さを選択することもできます。従来、手ずり（手作業）でしかできなかった処理（結晶破砕や再凝集が起きにくい処理）を忠実に再現する弊社自動乳鉢は実現可能です。
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。乳棒が二重回転運動をすることで、材料に機械的エネルギーを加え、材料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、処理材料の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（バネ交換）や速度（回転数変更）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、化学反応を促進や抑制を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
他の粉砕機のように衝撃力を用いた粉砕ではなく、剪断力（すり応力）での処理になるので、材料に対して、大きな負荷がかかりません。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、剪断力（すり応力）の特性を活かして、分散（解繊）能力を発揮します。
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。これも大きなトルクを持つ装置であること、剪断力（ずり応力）を用いての混錬・混合を行うことで、最大対応処理粘度は100万m pa sec程度です(信越化学工業製のKF96を処理可能)。処理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・濃縮
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。さらには、減圧中に加熱することでスラリー対応のエバポレーター（濃縮装置）としても応用可能です。
昨今では、3本ロールや、ニーダー、ボールミル等では「処理力が強すぎる」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。
また、ディスパーやプロペラミキサーをご使用で「処理力が弱い」と感じるお客様にも、弊社の製品をご使用頂いている傾向になります。
石川式自動乳鉢は、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分散・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