JP2007211093A - 半固体状物質の製造装置及び製造方法、並びに、半固体状物質の混練装置及び混練方法 - Google Patents

Abstract

【課題】煩雑な作業を必要とせず、均質な半固体状物質を得ることができる半固体状物質の製造装置及び製造方法並びに混練装置及び混練方法を提供する。
【解決手段】グリースの製造装置は、中空状の筒状容器１と、筒状容器１の内径よりも小径な棒状部材２と、を備えている。グリースの原料を、棒状部材２とともに筒状容器１の内部に収容し、蓋を装着する等の方法により密封する。そして、中心軸を水平にした状態で、中心軸を回転軸として、筒状容器１を回転させる。そうすると、筒状容器１の内部において内容物と棒状部材２とがともに回転し、内容物が棒状部材２によって効率良く撹拌され、原料が均一に分散した均質なグリースが得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、グリース等の半固体状物質の製造装置及び製造方法並びに混練装置及び混練方法に関する。

潤滑等に用いられるグリースは、半固体状であるがゆえのメリットを有しているが、その一方で、半固体状で流動性に乏しいがゆえのデメリットも有している。例えば、グリースを製造する際に煩雑な作業を要する点や、理論通りにグリースが製造できない点などである。
具体的には、下記のような点がデメリットとしてあげられる。
・ウレアグリースなどは、グリースの製造時にウレアの合成反応を伴うが、凝集が生じやすいために均一な反応が困難である。
・メチレンジイソシアネートのような反応しやすい物質は、水等の目的外の物質とも反応してしまう。

・液体である油に固体である増ちょう剤を均一に分散させることは容易ではない。
・グリースの製造時には、通常は反応容器に外部から熱を加えるが、均一に熱を加えることは困難である。
・これらの点から、ウレアの合成反応等のような化学反応を化学量論通りに行うことは困難である。
これらのデメリットは、グリースのような半固体状物質の製造において大きな問題点となっている。
また、グリース等の半固体状物質の製造は、実験室レベルでは手作業で行うことも多いが、手作業では均一な混合を行うことは容易ではなく、また、異物の混入の防止も限界がある。

特許文献１には、三段ロール機等の混練装置を用いることによりウレア化合物と潤滑油又はグリースとを混合して、ウレア化合物を含有する潤滑剤を製造する方法が開示されている。また、特許文献２には、イソシアネートを溶解又は分散させた基油とアミンを溶解又は分散させた基油とを、反応容器内で加圧し衝突混合させ反応させるか、又は、反応容器内で加圧し回転中の撹拌羽に導入して反応させるグリースの製造方法が開示されている。このとき、反応容器としてミキシングヘッドを用いることが好ましいとされている。
特開昭６３−１７９９９８号公報 特開平３−１９０９９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、グリースを装入した容器の隅部においては撹拌が不十分となりやすいため、均質なグリースが得られないおそれがあるという問題があった。また、特許文献２に記載の方法では、設備が大がかりなものとなる、圧力変動により品質が異なってしまうため工程管理が煩雑となるという問題があった。さらに、ミキシングヘッドは、精密に作られた複雑形状の部品からなるため高価であるという問題があった。
そこで、本発明は前述のような従来技術が有する問題点を解決し、煩雑な作業を必要とせず、均質な半固体状物質を得ることができる半固体状物質の製造装置及び製造方法並びに混練装置及び混練方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の半固体状物質製造装置は、複数の原料を混合して半固体状物質を製造する装置であって、前記複数の原料を内部に収容可能であり且つその中心軸を回転軸として回転可能な筒状容器と、前記筒状容器の内径よりも小径であり前記複数の原料とともに前記筒状容器の内部に収容される棒状部材と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る請求項２の半固体状物質製造装置は、請求項１に記載の半固体状物質製造装置において、前記半固体状物質がグリースであることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３の半固体状物質混練装置は、複数の原料が混合されて半固体状をなしている半固体状物質を混練して均一性をより高める装置であって、前記半固体状物質を内部に収容可能であり且つその中心軸を回転軸として回転可能な筒状容器と、前記筒状容器の内径よりも小径であり前記半固体状物質とともに前記筒状容器の内部に収容される棒状部材と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係る請求項４の半固体状物質混練装置は、請求項３に記載の半固体状物質混練装置において、前記半固体状物質がグリースであることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項５の半固体状物質の製造方法は、複数の原料を混合して半固体状物質を製造する方法であって、筒状容器の内部に、前記筒状容器の内径よりも小径な棒状部材を前記複数の原料とともに入れ、その中心軸を回転軸として前記筒状容器を回転させることを特徴とする。

さらに、本発明に係る請求項６の半固体状物質の製造方法は、請求項５に記載の半固体状物質の製造方法において、前記半固体状物質がグリースであることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項７の半固体状物質の混練方法は、複数の原料が混合されて半固体状をなしている半固体状物質を混練して均一性をより高める方法であって、筒状容器の内部に、前記筒状容器の内径よりも小径な棒状部材を前記半固体状物質とともに入れ、その中心軸を回転軸として前記筒状容器を回転させることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項８の半固体状物質の混練方法は、請求項７に記載の半固体状物質の混練方法において、前記半固体状物質がグリースであることを特徴とする。

本発明の半固体状物質製造装置を用いれば、グリース等の半固体状物質を煩雑な作業を行うことなく製造することができ、得られた半固体状物質は均質である。また、本発明の半固体状物質の製造方法は、煩雑な作業がなく、均質な半固体状物質を製造することができる。
さらに、本発明の半固体状物質混練装置を用いれば、グリース等の半固体状物質の均一性を、煩雑な作業を行うことなく高めることができる。さらに、本発明の半固体状物質の混練方法は、煩雑な作業がなく、半固体状物質の均一性をより高めることができる。

本発明に係る半固体状物質の製造装置及び製造方法並びに混練装置及び混練方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、グリース等の半固体状物質の製造や混練に用いることができる装置の構成を説明する概念図である。この装置は、中空状の筒状容器１と、筒状容器１の内径（内部空間の径）よりも小径な棒状部材２と、を備えている。

グリース等の半固体状物質を製造する場合はその原料を、また、半固体状物質を混練して均一性を高める場合は半固体状物質を、棒状部材２とともに筒状容器１の内部に収容し（以降においては、筒状容器１の内部に収容された原料又は半固体状物質を「内容物」と記すこともある）、蓋を装着する等の方法により密封する。筒状容器１が密封されているので、異物や水分の内部への侵入が防止される。筒状容器本体と蓋との固定方法は特に限定されるものではないが、例えば図２に示すように、筒状容器１本体と蓋３との接合部分Ａにそれぞれねじ切りを施して、螺合する方法があげられる。筒状容器１本体と蓋３との間には、Ｏリング等のパッキン４を介装して密封性を向上させることが好ましい。

次に、中心軸（すなわち、筒状容器１の中心を通り長手方向に平行な軸）を水平にした状態で、中心軸を回転軸として、筒状容器１を回転させる。そうすると、筒状容器１の内部において内容物と棒状部材２とがともに回転し、内容物が棒状部材２によって効率良く撹拌される。よって、グリース等の半固体状物質を製造する場合には、原料が均一に分散した均質な半固体状物質を製造することができ、半固体状物質を混練する場合には、半固体状物質の均一性をより高めることができる。従来は、グリース等の半固体状物質を製造した後に、三本ロールミル処理などを施して均一性をより高めることが必要であったが、このような装置を用いて半固体状物質を製造すれば、三本ロールミル処理を省略することができる。

また、例えばウレアグリースのようにグリースの製造時にウレアの合成反応を伴う場合でも、上記のような装置を用いて製造すれば、反応が化学量論通りに均一に進行するため未反応物質が残留しにくい。また、水等の目的外の物質と反応して不純物が生成することも抑制される。
さらに、グリースの製造時には、通常は外部から熱を加えるが、筒状容器１が回転しているために内容物に均一に熱を加えることが可能である。よって、所望の温度で反応を行うことができるので、同様の性状の半固体状物質を繰り返し製造することができる（すなわち再現性が良い）。

さらに、上記のような装置を用いて半固体状物質の製造や混練を行えば、煩雑な作業を行う必要がなく、また、短時間で撹拌が終了するので、作業者の負荷が少ない。また、上記のような装置は撹拌力が高いために、極めて高い回転速度で回転させる必要がないので、作業者や装置に対する負荷が小さい。筒状容器１は手作業で回転させてもよいし、モータ等で駆動して回転させてもよい。グリース等の半固体状物質の製造や混練は、実験室レベルでは手作業で行うことも多いが、上記のような装置を用いれば、筒状容器１を手作業で回転駆動しても均一な半固体状物質の製造や混練を行うことができる。

図３に、モータで筒状容器を回転駆動するタイプの装置の一例を示す。前述のような筒状容器１の両端面のほぼ中心位置に長手方向に延びる軸部材６，６が取り付けられており、中心軸を水平にして両軸部材６，６が軸受１０，１０により回転自在に支持されている。そして、軸部材６に接続されたモータ１１により、筒状容器１が回転駆動されるようになっている。筒状容器１の下方には、筒状容器１を加熱するためのヒーター１２が設置されている。また、保温や安全確保のためのカバー１３が設置されており、筒状容器１全体がカバー１３内に収容されている。このカバー１３により、ヒーター１２による加熱の効率が高められる。

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、筒状容器１の形状は、長手方向に垂直な面で破断した断面が円形である円筒形が最も好ましいが、前記断面が楕円形や多角形である筒状容器でも使用可能である。
また、筒状容器１の肉厚を厚くすれば、加熱時の温度ムラを抑えることができる。さらに、筒状容器１の形状を、長手方向中央部の径が大きく長手方向両端部の径が小さいクラウニング形状（略樽状）とすれば、内容物が長手方向中央部に集まるので、内容物をより均質に混合することができる。さらに、筒状容器１の長手方向一端部に蓋を取り付ける構造とすれば、内部に原料や半固体状物質を容易に装入することができる。回転中は蓋がしてあるので、内容物の漏洩や外部からの異物の混入は防止される。

さらに、棒状部材２の形状は、長手方向に垂直な面で破断した断面が円形である円柱形が最も好ましいが、前記断面が楕円形や多角形である棒状部材でも使用可能である。また、中実な棒状部材が好ましいが、場合によっては中空な棒状部材（管状部材）も使用可能である。棒状部材２の長さは、筒状容器１の内部に収容可能であれば、特に限定されるものではない。ただし、棒状部材２の両端部は、筒状容器１の内部と接触する可能性があるので、接触時の両者の損傷が低減されるように、面取りなどを施すことが好ましい。さらに、筒状容器１の内部に収容する棒状部材２の数は、１個でもよいし複数でもよい。

さらに、棒状部材２の形状，長さ，質量を変更することにより、撹拌力を所望の程度に設定することができる。棒状部材２が回転した際には、棒状部材２の外周面と筒状容器１の内面との間に内容物が挟まれて、内容物が押し潰される状態となる。その結果、内容物に粒径の大きなものや硬いものが含まれていても粉砕されて細かくなるので、均質な半固体状物質を得ることができる。よって、棒状部材２を比重の高い素材で構成して質量を大きくすれば、粒状の原料が細かく粉砕されやすい。また、微粉状の原料が半固体状物質中で凝集することが抑制され、均質な半固体状物質が得られやすい。

さらに、筒状容器１及び棒状部材２はステンレス鋼等の腐食しにくい金属で構成されていることが好ましく、ステンレス以外の金属で構成されている場合は、耐食メッキを施すことが好ましい。また、筒状容器１の内面及び棒状部材２の外面には、セラミック，ダイヤモンドライクカーボン，ガラス等の被膜を設けてもよい。
さらに、筒状容器１の内面及び棒状部材２の外面の表面粗さは、１μｍＲａ以下であることが好ましい。よって、研削加工，切削加工，プレス加工等により筒状容器，棒状部材を成形加工した後に、ホーニング，バニシング，化学研磨を施すことが好ましい。

さらに、前述のヒーター１２を、任意に温度調節が可能なヒーターとすれば、内容物の温度管理を確実に行うことができるので、半固体状物質の製造や混練を再現性よく行うことができる。
さらに、モータ１１の種類を変更する、歯車を使用する等の方法により筒状容器１の回転速度を種々変更できるようにすれば、内容物に作用する剪断速度を変えることができるので、種々の品質の半固体状物質を得ることができる。

さらに、筒状容器１の内部の圧力を調節する圧力調節装置（例えば圧力調節弁）を取り付けてもよい。そうすれば、筒状容器１の内部の圧力が過大となることを防いだり、内部を減圧状態としたりすることができる。
さらに、筒状容器１に温度計，圧力計を取り付けて、温度や圧力を監視することもできる。その場合には、ワイヤレスの温度計，圧力計が好ましい。さらに、これらのセンサーの取付や原料等の装入のためのプラグを設けてもよい。
さらに、半固体状物質の製造や混練が終了した後に、筒状容器１の内部を減圧状態として再び回転させると、半固体状物質の脱泡処理を行うことができる。また、中心軸を水平から若干傾斜させて筒状容器１を回転させれば、撹拌力をさらに高めることが可能である。

〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。ウレア化合物を増ちょう剤として含有するウレアグリースを、種々の方法により製造した。
実施例１のグリースは、図３の装置を用いて製造したものである。比較例１のグリースは、ビーカーにグリースの原料を装入し、撹拌翼を手作業で動かして製造したものである。比較例２のグリースは、従来グリースの製造にしばしば用いられていたプラネタリーミキサーで撹拌することにより製造したものである。

なお、グリースの製造手順は以下の通りである。グリースの原料であるポリオールエステル油，ジフェニルメタンジイソシアネート，及びシクロヘキシルアミンを、容器に装入して撹拌した。撹拌開始時の反応温度は５０℃で、撹拌しながら徐々に昇温して、最終的には１３０℃に昇温して反応を完結させた。原料の使用量は、ジフェニルメタンジイソシアネート１ｍｏｌに対してシクロヘキシルアミン２ｍｏｌであり、また、エステル油の量は、生成するウレア化合物のグリース全体に対する含有量（理論量）が２０質量％となるような量とした。
３種のグリースについて、ちょう度及び滴点を測定した。また、グリース中に実際に含有されているウレア化合物の含有量を測定した。さらに、グリース中に存在する凝集物の最大粒径を測定した。結果を表１に示す。

実施例１は、ウレア化合物の含有量が２０質量％であることから、ウレア化合物の生成反応が化学量論通りに進行したことが分かる。これに対して、比較例１，２は、ウレア化合物の含有量が２０質量％未満であることから、撹拌力が不十分であるためにウレア化合物の生成反応が化学量論通りに進行しなかったことが分かる。
また、ちょう度は、実施例１は小さく、比較例１，２は大きかった。この結果から、実施例１は、基油中に増ちょう剤が非常に均一に分散しているのに対して、比較例１，２は分散が不均一であることが分かる。
さらに、凝集物の最大粒径からも、比較例１，２と比べて実施例１が十分に混練されていることが分かる。
さらに、実施例１は、比較例１，２と比べて滴点が高いことから、増ちょう剤が３次元網目構造となっていることが分かる。この結果から、ウレア化合物の合成だけでなく、増ちょう剤の形成においても本発明の装置が優れていることが分かる。

半固体状物質の製造や混練に用いることができる装置の構成を説明する概念図である。 半固体状物質の製造や混練に用いることができる装置の断面図である。 モータで筒状容器を回転駆動するタイプの装置の構成を説明する概念図である。

符号の説明

１ 筒状容器
２ 棒状部材

Claims (8)

1. 複数の原料を混合して半固体状物質を製造する装置であって、前記複数の原料を内部に収容可能であり且つその中心軸を回転軸として回転可能な筒状容器と、前記筒状容器の内径よりも小径であり前記複数の原料とともに前記筒状容器の内部に収容される棒状部材と、を備えることを特徴とする半固体状物質製造装置。
2. 前記半固体状物質がグリースであることを特徴とする請求項１に記載の半固体状物質製造装置。
3. 複数の原料が混合されて半固体状をなしている半固体状物質を混練して均一性をより高める装置であって、前記半固体状物質を内部に収容可能であり且つその中心軸を回転軸として回転可能な筒状容器と、前記筒状容器の内径よりも小径であり前記半固体状物質とともに前記筒状容器の内部に収容される棒状部材と、を備えることを特徴とする半固体状物質混練装置。
4. 前記半固体状物質がグリースであることを特徴とする請求項３に記載の半固体状物質混練装置。
5. 複数の原料を混合して半固体状物質を製造する方法であって、筒状容器の内部に、前記筒状容器の内径よりも小径な棒状部材を前記複数の原料とともに入れ、その中心軸を回転軸として前記筒状容器を回転させることを特徴とする半固体状物質の製造方法。
6. 前記半固体状物質がグリースであることを特徴とする請求項５に記載の半固体状物質の製造方法。
7. 複数の原料が混合されて半固体状をなしている半固体状物質を混練して均一性をより高める方法であって、筒状容器の内部に、前記筒状容器の内径よりも小径な棒状部材を前記半固体状物質とともに入れ、その中心軸を回転軸として前記筒状容器を回転させることを特徴とする半固体状物質の混練方法。
8. 前記半固体状物質がグリースであることを特徴とする請求項７に記載の半固体状物質の混練方法。

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