JP2017080645A - 攪拌・脱泡方法および攪拌・脱泡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理物の分散の均一性と気泡の低減を高精度で両立し得る攪拌・脱泡方法および装置を提供する。
【解決手法】
公転および自転の回転速度を独立して制御できる公転駆動モータおよび自転駆動モータを備えた装置により、被処理物を収容した容器を公転及び自転させる方法であり、前記自転駆動モータの回転数を、公転の回転数に第１の回転数を公転と逆方向に重畳させた逆回転重畳処理と、公転の回転数に第２の回転数を公転と同方向に重畳させた同回転重畳処理とをそれぞれ少なくとも１回実行する攪拌・脱泡方法により、脱泡処理と攪拌処理を高精度で両立させることが可能となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、被処理物を収容した容器を公転及び自転させ攪拌・脱泡を行う方法および攪拌・脱泡装置に関する。

被処理物を収容した容器を公転及び自転させることによって、被処理物を攪拌・脱泡する攪拌・脱泡装置が知られている。

このような攪拌脱泡装置にあっては、容器を公転させることによって被処理物が脱泡され、さらに容器を自転させることにより被処理物が攪拌される。すなわち、公転の遠心力で被処理物は、容器の内側の壁面に押圧され、被処理物に内在する気泡が表面に移動することにより脱泡されたり、表面部分で容器壁面に沿って競り上がるように被処理物の膜が形成され、この膜の厚みより大きい気泡が破裂することによって脱泡される。そして、容器を自転させることによって、被処理物が渦状に流動され、その結果攪拌される。したがって、攪拌・脱泡装置においては攪拌および脱泡効果の両立が重要となる。

特許文献１には、公転駆動モータと自転駆動モータとを備え、公転運動および自転運動をそれぞれ独立して制御することにより、容器に収容した被処理物を攪拌・脱泡させる装置が開示されている。

特許文献２には、公転運動に周期的変動成分を重畳させ、自転／公転比（自転対公転の回転数比）を変化させ脱泡効果を向上させる技術が開示されている。

特許文献３には、公転および自転運動を逆転させ、攪拌・脱泡性能を向上させる技術が開示されている。

特許文献４には、減圧下で攪拌・脱泡処理を行い、脱泡効果を高める技術が開示されている。

特開平６−７１１１０号公報 特開２０１３−２０２４８２号公報 特開２００７−１９０４６４号公報 特許４１８８４１１号

攪拌・脱泡処理においては、被処理物の成分濃度分布（分散）の均一性と、含有する気泡の低減とを両立することが重要な課題である。しかし、攪拌効果を高めるために自転の回転数を高めると被処理物内部における気泡の細分化や、場合によっては新たな気泡の生成により脱泡効果が低下する傾向がある。また、脱泡の効果を高めるために公転の回転数を上げ遠心力を大きくすると、例えば被処理物に比重の異なる成分が含まれている場合、各成分が分離し、成分濃度分布の均一性が劣化する傾向がある。

また、減圧状態で攪拌・脱泡処理を行うことにより高精度に脱泡効果を向上させることは可能である。しかし、装置の気密性の確保や真空ポンプおよびそれに連結する排気系を備えることが必要となるため、装置コストが増大し、装置の専有面積が大きくなるという問題がある。また、飽和蒸気圧の異なる物質の混合液を攪拌・脱泡処理を行う場合、減圧することにより飽和蒸気圧の高い物質が優先的に蒸発し、その結果混合液の成分比率が変化してしまうという問題もある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、被処理物の分散の均一性と気泡の低減を高精度で両立する攪拌・脱泡方法および攪拌・脱泡装置を提供することを主たる目的とする。

本発明に係る攪拌・脱泡方法は、
被処理物が収容された容器を公転及び自転運動させることで攪拌・脱泡する方法において、
前記自転運動は、
前記公転運動と同じ回転方向かつ同じ回転数の回転速度に対し、第１の回転数で前記公転の回転方向と逆の回転方向の回転を重畳した逆回転重畳処理と、
前記公転運動と同じ回転方向かつ同じ回転数の回転速度に対し、第２の回転数で前記公転の回転方向と同じ回転方向の回転を重畳した同回転重畳処理と、
をそれぞれ実行することを特徴とする。

本発明に係る攪拌・脱泡方法においては、自転運動において、公転と同じ回転運動に、公転の回転方向と逆方向または同方向に、所定の回転数の回転運動を重畳させることにより、異なる攪拌、脱泡効果を有する２種の処理条件を実現し、これらの異なる効果を有する処理条件を、それぞれ少なくとも１回実行することにより、攪拌と脱泡の両立を高精度に実現することができる。

これにより、攪拌、脱泡効果を両立し得る処理を容易に実現することができ、攪拌、脱泡にかかるコストを低減することができる。なお、同じ回転数とは、実質的に同じ回転数を意味し、回転駆動モータの制御範囲内での変動や、ハード的もしくはソフト的な制御上の理由等による微調整（例えば、十数％程度）も、同じ回転数とみなせることは言うまでもない。

本発明に係る攪拌・脱泡方法は、
前記第１の回転数と前記第２の回転数とが同じ回転数であることを特徴とする。

前記第１の回転数と前記第２の回転数とを同じ回転数に設定することにより、攪拌・脱泡装置における条件設定が容易となり、攪拌・脱泡処理条件の決定に要するコストが特に低減できる。

また、前記第１の回転数は、公転回転数に対して０．２倍以上２．０倍以下の範囲であり、前記第２の回転数は、０．０５倍以上１．６倍以下の範囲であることを特徴とする。

前記第１の回転数および前記第２の回転数に対して、それぞれ独立して攪拌および脱泡効果を優先した条件に設定し、より広い範囲での最適条件を選択することで、さらに高精度な攪拌・脱泡条件を決定することができる。

前記攪拌・脱泡方法は、前記逆回転重畳処理の後に前記同回転重畳処理を実行する処理を含むことを特徴とする。

また、前記同回転重畳処理の後に前記逆回転重畳処理を実行してもよい。

このように、製品の規格や被処理物の特性に合わせて被処理物の脱泡を行った状態で攪拌処理を実行するか、または攪拌処理を行った後に脱泡処理を実行するかを選択することにより、攪拌・脱泡処理を効率的に行うことができる。

本発明に係る攪拌・脱泡装置は、
自転軸を備えた容器ホルダーと、
軸受けを介して前記自転軸が回転可能に接する回転ユニットと
前記回転ユニットに連結された公転軸と
前記公転軸に第１の回転運動伝達手段により連結された公転駆動モータと
前記容器ホルダーに第２の回転運動伝達手段により連結された自転駆動軸と
前記自転駆動軸に第３の回転運動伝達手段により連結された自転駆動モータと
所定の公転回転数、第１の回転数および第２の回転数を格納する第１の記憶部と、
前記第１の記憶部に格納された前記公転回転数に前記第１の回転数を減じた第１の自転回転数、及び前記公転回転数に前記第２の回転数を加えた第２の自転回転数を算出する演算部と、
前記公転回転数、前記第１の自転回転数及び前記第２の自転回転数を格納する第２の記憶部と、
前記自転駆動モータを前記第１の自転回転数または前記第２の自転回転数で駆動させる処理順を格納したフロー記憶部と、
前記公転駆動モータを前記公転回転数で所定の公転方向に駆動させるとともに、前記フロー記憶部に格納された前記処理順および前記第２の記憶部に格納された前記第１の自転回転数および前記第２の自転回転数を読み込み、前記処理順に従い前記第１の自転回転数または前記第２の自転回転数で前記自転駆動モータを駆動させる制御部とを
備えたことを特徴とする。

上記攪拌・脱泡装置によれば、容器ホルダーを公転させるとともに、所定の処理順序で、２種の異なる回転速度で自転させることが可能となり、被処理物を高精度に攪拌、脱泡することが可能となる。

本発明に係る攪拌・脱泡装置は、
自転軸を備えた容器ホルダーと、
軸受けを介して前記自転軸が回転可能に接する回転ユニットと
前記回転ユニットに固定された公転軸と
前記公転軸に固定されたローターを有する公転駆動モータと
前記公転軸に固定された水平板部と、
前記容器ホルダーに第４の回転運動伝達手段により連結された自転駆動軸と
前記水平板部に固定されるとともに、前記自転駆動軸に連結されたローターを有する自転駆動モータと、
前記公転回転数、第１の自転回転数および第２の自転回転数並びに第１の自転回転数および第２の自転回転数に関連付けられた回転方向を示す符合を格納する第１の記憶部と、
前記自転駆動モータを前記第１の自転回転数または前記第２の自転回転数で駆動させる処理順を格納したフロー記憶部と、
前記公転駆動モータを所定の公転回転数で、所定の公転方向に駆動させるとともに、前記第２の記憶部に格納された前記処理順および前記第１の記憶部に格納された前記第１の自転回転数および前記第２の自転回転数並びに第１の自転回転数および第２の自転回転数に関連付けられた回転方向を示す符合を読み込み、前記処理順に従い前記第１の自転回転数および前記第２の自転回転数で前記自転駆動モータを駆動させる制御部とを
備えたことを特徴とする。

上記攪拌・脱泡装置によれば、公転および自転駆動モータからの動力伝達損失を抑制して、容器ホルダーを公転させるとともに２種の異なる回転速度で自転させ、高精度に攪拌、脱泡処理が可能となり、さらに装置の小型化を実現することが可能である。

本発明に係る攪拌・脱泡方法および攪拌・脱泡装置によれば、攪拌効果および脱泡効果に優位な２種の処理を、それぞれ少なくとも１回実行することにより、高精度な攪拌・脱泡処理を実現するとともに、製造コストの低減が可能となる。

第１の実施形態の攪拌・脱泡装置の断面図。 公転と自転の関係を示す模式図。 容器の公転方向と自転に重畳する回転の方向を示す鳥瞰図。 還元反応の推移を示す写真。 攪拌効果を示すグラフ。 脱泡効果を示す光学顕微鏡写真。 気泡混入防止効果を示す光学顕微鏡写真。 攪拌・脱泡処理のフロー図。 第２の実施形態の攪拌・脱泡装置の断面図。

以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。但し、各実施形態及び各実施例は、いずれも本発明の要旨の認定において限定的な解釈を与えるものではない。また、同一又は同種の部材については同じ参照符号を付し、説明を省略することがある。

＜第１の実施形態＞
以下では、本発明にかかる攪拌・脱泡方法の第１の実施形態について説明する。

＜装置構成＞
図１は、本実施形態の攪拌・脱泡装置の内部構造を示す断面図である。被処理物は、容器１に収容され、容器は、容器ホルダー２に挿入される。なお、容器の材質は、収容する被処理物の種類や処理内容に等に応じて、ポリエチレン、セラミック、ステンレス、アルミニウム合金、紙等が選択される。

容器ホルダー２は、自転軸３を備えており、軸受４を介して回転ユニット５と回転自在に接している。回転ユニット５は、公転しながら、容器ホルダー２を保持することができる。すなわち、容器ホルダー２は、回転ユニット５とともに公転する。なお、軸受４は、自転軸３に対しスラスト方向とラジアル方向にかかる（回転による）力を個別および／または同時に支持できる軸受を採用しても良い。

回転ユニット５は、公転軸６に固定されている。そのため、後述する公転運動が公転軸６を介して回転ユニット５に伝達される。また公転軸６は、鉛直方向と平行である。

自転軸３は、水平方向に対して所定の角度、例えば５０°、傾斜しており、上記自転軸３とは、上記所定の角度で交差する。なお、傾斜角度は、０゜（水平）〜９０゜（垂直）の範囲内の任意の角度に設定することができる。

公転駆動モータ７のシャフト７ａには、プーリー８が固定されており、公転軸６にはプーリー１０が固定されている。公転駆動モータ７の回転運動は、プーリー８からベルト９を介して、プーリー１０に伝達される。公転駆動モータ７によりシャフト７ａが回転駆動され、公転軸６に回転運動が伝達される。このように、公転駆動モータ７と公転軸６とはプーリーとベルトの組合せによる第１の回転運動伝達手段（動力伝達手段）により連結されているが、回転運動伝達手段としてプーリーとベルトの組合せの他、歯車の組み合わせを用いても良い。なお、歯車（歯先円直径）を大きくすることなく歯車間に駆動軸を介在させ、駆動モータの配置部位を回転部下方からオフセットしても良い。

容器ホルダー２には、歯車１１が固定されており、自転駆動軸１２には歯車１３が固定されている。歯車１１と歯車１３とは噛合している。自転駆動軸１２の回転運動は、歯車１１と歯車１３とを介して、容器ホルダー２に伝達される。なお、自転駆動軸１２と容器ホルダー２とを連結する上記歯車の組合せによる第２の回転運動伝達手段は、歯車の組合せの他、プーリーとベルトの組合せを用いても良い。

自転駆動軸１２は、円筒状（パイプ状）を成し、軸受１４ａ、１４ｂを介して、回転自在に公転軸６に接している。自転駆動軸１２には、プーリー１５が固定されており、自転駆動モータ１６のシャフト１６ａにはプーリー１７が固定されている。自転駆動モータ１６の回転運動は、プーリー１７からベルト１８を介して、プーリー１５に伝達される。すなわち、自転駆動モータ１６によりシャフト１６ａが回転駆動し、その回転運動は、自転駆動軸１２に伝達され、容器ホルダー２に伝達される。なお、軸受１４ａ、１４ｂは、自転軸３に対しスラスト方向とラジアル方向にかかる（回転による）力を個別および／または同時に支持できる軸受を採用しても良い。

なお、自転駆動モータ１６と自転駆動軸１２とを連結する上記プーリーとベルトの組合せによる第３の回転運動伝達手段は、プーリーとベルトの組合せの他、歯車の組み合わせを用いても良い。

公転駆動モータ７および自転駆動モータ１６は、固定ベース１９に固定されており、固定ベース１９には、筒状体２０が固定されている。自転駆動軸１２は軸受２１を介して回転自在に筒状体２０と接している。なお、軸受２１は、自転軸３に対しスラスト方向とラジアル方向にかかる（回転による）力を個別および／または同時に支持できる軸受を採用しても良い。

このように容器ホルダー２には、公転駆動モータ７および自転駆動モータ１６の回転運動が伝達されるため、公転しながら自転することができる。公転駆動モータ７および自転駆動モータ１６は、例えばサーボモータを使用することができるが、精度よく回転数を制御できるモータであれば良い。公転と自転の回転数は、公転駆動モータ７および自転駆動モータ１６の回転数により、任意に制御することができる。公転駆動モータ７および自転駆動モータ１６は、回転数のみならず回転方向の制御も可能であり、自転と公転の回転数と回転方向について、任意の組合せを実現することができる。また、自転、公転モータの回転数制御には、駆動制御部により回生抵抗を検出しつつ、その時の回生電流による制御を付加しても良い。

被処理物が収容されている容器１は、容器ホルダー２に挿入されているため、自転および公転運動による遠心力は、被処理物に与えられ、攪拌・脱泡される。

＜攪拌・脱泡処理＞
本発明においては、攪拌処理と脱泡処理についての効果がそれぞれ異なる２種の処理条件を用意し、それぞれの処理を実行することにより攪拌・脱泡処理を行う。その具体的処理条件および効果について、以下詳細に説明する。

まず、自転の回転速度を、公転と同じ大きさ、かつ同じ方向の回転速度とした場合を想定する。図２は、公転する円盤１００と自転する円盤１０１の位置関係の時間推移を模式的に示す。図２においてＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは自転する円盤１０１上の点、αは公転する円盤１００上の点であり、回転の状況を視覚化するために便宜上記載したものである。図２中白抜き矢印は公転方向、黒塗り矢印は自転方向を示す。

図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ４分の１回転ずつ回転した場合の円盤１００および円盤１０１の位置関係を示す。公転と自転とが同じ回転数で同じ方向に回転する場合、円盤１００上においては、自転する円盤１０１は、あたかも停止しているように見える。

なお、回転数とは、単位時間当たりの回転数を意味し、回転の速さを意味する。また回転速度とは、ベクトル量であるため、上述のように回転方向と回転数（回転の速さ）を規定する。

本発明においては、上記の自転運動に、さらに所定の回転速度を公転の回転方向と逆方向および同方向に重畳させた２種類の条件を準備する。すなわち、公転の回転数をΩ（例えば、Ω＞０）とし、所定の回転数をω（例えば、ω＞０）として、Ω−ωおよびΩ＋ωの回転数で自転する処理条件を準備する。以下では、それぞれの条件による攪拌・脱泡処理を、逆回転重畳処理および同回転重畳処理と称す。また、簡単のため、自転運動について、公転の回転速度に対して、さらに重畳させる回転を”自転に重畳させる回転”と称す。

なお、上記Ωおよびωの正負に関しては、時計回り、反時計回りのいずれかの回転方向を正、他方を負の値とすれば、符合により回転方向を回転数に関連付けることができる。従って、Ω、Ω−ωおよびΩ＋ωについて、符合の正負が同じであれば、公転および自転駆動モータの回転駆動方向は同じとなる。

実際の攪拌・脱泡装置においては、自転する円盤１０１に相当するものは容器１（および容器ホルダー２）である。図３は、容器１の公転方向と自転に重畳する回転の方向を示す。図中白抜き矢印は公転方向、黒塗り矢印は自転方向を示す。図３（ａ）は同回転重畳処理、図３（ｂ）は逆回転重畳処理における、自転と公転の回転方向の関係をそれぞれ示す。なお、自転の回転方向は、容器のネジ締めが緩まない反時計方向が好ましいが、これに限定されるものではない。

以下では、逆回転重畳処理および同回転重畳処理について、攪拌効果および脱泡効果について比較調査した結果を説明する。

＜攪拌効果＞
攪拌効果を確認する手段として、酸化還元反応による被処理物の色の変化を利用した。具体的には以下の通りである。まず、ヨウ素デンプン反応により、被処理物を着色後、還元剤を加えた溶液を容器に収容する。次に、攪拌・脱泡装置を用い、容器を各処理条件にて攪拌することにより還元反応を促進し、被処理物の色が消失するまでの時間を計測する。この時間を攪拌効果の指標とした。この時間が短い程、攪拌効果が大きいことを意味する。

図４は、被処理物の攪拌処理中の色の変化を、逆回転重畳処理と同回転重畳処理とで比較して示す写真である。公転の回転数を１０００［ｒｐｍ］とし、逆回転重畳処理と同回転重畳処理において、自転に重畳する回転数を５００［ｒｐｍ］とした。攪拌処理中の容器内の被処理物の状態を観察するため、容器上部からストロボ撮影した。各写真において、容器内の黒い部分は、ヨウ素デンプン反応による着色部であり、還元反応が完了していない領域である。この場合、容器内の被処理物の黒い部分が完全に消失した時間は、逆回転重畳処理の場合３７０秒、同回転重畳処理の場合６４０秒である。

また図４に示す通り、逆回転重畳処理時間が１２０秒および同回転重畳処理時間が４８０秒の状態では、写真上黒い帯状の領域が残存しており、被処理物の還元反応が未完成であることが分かる。この時点での黒い帯状の領域は、逆回転重畳処理および同回転重畳処理とで形状が大きく異なっており、このことは、容器内部での被処理物の流れ（渦）が異なることを示す。

さらに、攪拌効果について、自転に重畳する回転数の依存性を調査するため、公転の回転数を１０００［ｒｐｍ］に固定し、自転に重畳する回転数を変化させ、上記方法により攪拌効果を測定した。図５は、攪拌効果の測定結果を示すグラフである。横軸には自転に重畳する回転数、縦軸には還元反応により被処理物の色が消失するまでの時間をプロットしている。

逆回転重畳処理の場合、重畳する回転数の増加とともに、反応に要する時間が短くなり、攪拌効果が向上することが理解できる。一方、同回転重畳処理の場合は、重畳する回転数依存性が見られず、いずれの回転数においても反応に要する時間は長い。すなわち、攪拌効果は、逆回転重畳処理の方が優れていることが理解できる。

＜脱泡効果＞
次に、脱泡効果を２つの観点から調査した。１つは被処理物に内在する気泡を除去する効果、もう１つは新たな気泡の混入（生成）を防止する効果である。以下では、前者は脱泡効果、後者は気泡混入防止効果と称す。

図６は、脱泡効果を示す光学顕微鏡写真である。被処理物として、事前に気泡を内在するシリコーンオイル（粘度６００００、１０００００、３０００００［ｃＳｔ］）を準備し、逆回転重畳処理および同回転重畳処理について、脱泡効果の処理時間依存性を評価した。処理前後のシリコーンオイルの状態は、光学顕微鏡により倍率５０倍で撮影した。攪拌・脱泡処理条件は、公転の回転数は１０００［ｒｐｍ］、自転に重畳させる回転数は５００［ｒｐｍ］とした。

逆回転重畳処理の場合、粘度６００００［ｃＳｔ］の場合には脱泡効果が見られるものの、粘度１０００００、３０００００［ｃＳｔ］の場合には、処理時間６００［ｓｅｃ］、１８００［ｓｅｃ］のサンプルは、ともに気泡が多く存在し、粘度の高いサンプルでは脱泡効果が無いことが分かる。一方、同回転重畳処理の場合には、すべての粘度において処理時間６００［ｓｅｃ］、１８００［ｓｅｃ］のサンプルは、ともに顕著に気泡が減少している。すなわち粘度が高いほど逆回転重畳処理と同回転重畳処理の脱泡効果の差が顕著となり、粘度３０００００［ｃＳｔ］のような高い粘度の被処理物においても、同回転重畳処理の脱泡効果が高いことが分かる。

同回転重畳処理において脱泡効果が向上する理由として、公転と自転の相乗効果が特に脱泡に有効に働くものと考えられ、また容器の内壁に沿って大きく拡がり膜を形成することで、内在する気泡が表面に移動しやすくなり、かつ薄膜効果により破泡が増大したものと考えられる。

図７は、気泡混入防止効果を示す光学顕微鏡写真である。気泡を内在しないシリコーンオイル（粘度６００００、１０００００、３０００００［ｃＳｔ］）を準備し、逆回転重畳処理および同回転重畳処理について、シリコーンオイルに混入する気泡の処理時間依存性を評価した。処理前後のシリコーンオイルの状態は、光学顕微鏡により倍率５０倍で撮影した。攪拌・脱泡処理条件は、公転の回転数は１０００［ｒｐｍ］、自転に重畳させる回転数は、粘度６００００、１０００００、３０００００［ｃＳｔ］のシリコーンオイルに対して、それぞれ７００、５００、３００［ｒｐｍ］とした。

図７より逆回転重畳処理の場合、処理時間１８０［ｓｅｃ］および３００［ｓｅｃ］のサンプルは、ともに気泡の混入が見られる。粘度１０００００、３０００００［ｃＳｔ］のサンプルにおいては、処理時間とともに、気泡が増加することが分かる。すなわち、逆回転重畳処理により、シリコーンオイル中に、気泡が発生し、混入していることが確認される。

一方、同回転重畳処理の場合は、処理時間１８０［ｓｅｃ］および３００［ｓｅｃ］のサンプルは、いずれの粘度でも気泡の数が少ない。

すなわち、自転の回転速度については、公転の回転速度（Ω）に対して、重畳させる回転速度の回転数が同じ（ω）であっても、重畳させる回転方向が異なれば（Ω―ωまたはΩ＋ω）、脱泡効果および気泡混入防止効果に顕著な差が見られ、いずれにおいても同回転重畳処理（Ω＋ω）が優れていることが分かる。

以上の結果より、同回転重畳処理は逆回転重畳処理と比較して脱泡効果に優れており、反対に逆回転重畳処理は同回転重畳処理と比較して攪拌効果に優れていると、結論づけられる。

表１に、逆回転重畳処理の攪拌効果と同回転重畳処理の脱泡効果とを比較して示す。表１は、各効果について、自転に重畳する回転数（対公転回転数比）依存性を４段階で評価した結果を示し、×△○◎の順に効果が向上する。表１中、”逆回転”とは逆回転重畳処理、”同回転”とは同回転重畳処理を示す。逆回転重畳処理の攪拌効果については、自転に重畳させる回転数が小さい方が、高い効果を得られることが分かる。一方、同回転重畳処理の脱泡効果については、自転に重畳させる回転数が大きい方が、高い効果を得られることが分かる。

表１を参照し、攪拌および脱泡の両方の効果を重視する場合、例えば自転に重畳させる回転数を公転の回転数の０．６倍とし、逆回転重畳処理および同回転重畳処理を少なくとも１回実行し、それぞれの処理時間を調整することにより、容易に最適な攪拌・脱泡条件を得られる。すなわち、従来のような作業者の経験に基づいた試行錯誤による処理時間と公転および自転の回転速度の調整とは異なり、調整パラメータを時間のみとすることで、容易に条件の最適化が可能となる。その結果、処理条件を決定するための労力および作業時間が低減でき、人件費の削減および実験に使用する材料費の削減が可能となる。

また、図６に示す通り、同回転重畳処理の処理時間を長時間化することで十分な脱泡を行うことができるため、攪拌効果を優先した条件でも製品に必要とされる効果を得ることも可能である。表１を参照し、例えば、攪拌効果を優先する場合は、自転に重畳させる回転数を公転の回転数の１．６倍とすれば良い。逆に、脱泡効果を優先する場合は、自転に重畳させる回転数を公転の回転数の０．２倍とし、逆回転重畳処理および同回転重畳処理それぞれの処理時間を調整すれば良い。求められる製品のスペックに合わせて、攪拌または脱泡を優先する条件（自転に重畳する回転数）を選択することで、トータルの処理時間の短縮が可能となり、製造コストを低減できる。

逆回転重畳処理と同回転重畳処理において、攪拌および脱泡効果が顕著に異なる原因としては、公転に対して異なる向きの回転を重畳させることによる干渉効果が推測される。

同回転重畳処理の場合、容器内において、例えば公転中心から最も遠い箇所（公転の遠心力が最大の点）では、公転と自転の回転方向が同方向であるため、自転と公転の回転速度が相乗することとなる。一方、例えば、公転中心に最も近い箇所（公転の遠心力が最小の点）では、公転と自転の回転方向が逆方向であるため、自転と公転の回転速度が相殺することとなる。

これに対して、逆回転重畳処理の場合は、同回転重畳処理の場合と比べ、自転と公転の回転速度の干渉効果が反対となる。その結果、逆回転重畳処理と同回転重畳処理とにおいて、容器内の被処理物へ加わる力の挙動が大きく異なり、攪拌・脱泡効果に顕著な差が現れたものと推測される。

公転と自転とを伴う攪拌・脱泡処理において、単に自転方向もしくは公転方向を逆転する従来の方法では、自転と公転の効果的な干渉効果が得られず、このような顕著な効果の差は得られない。また、従来の脱泡処理においては、公転に対する自転の比率を小さくする条件を用いていたが、本発明においては、逆回転重畳処理と同回転重畳処理をそれぞれ実行することにより、同回転重畳処理において、自転に重畳させる回転数を高く設定することもでき、従来の方法と比較し、広範囲での条件の選択も可能である。これにより、従来困難であった（若しくは多大な労力を要した）、比重の異なる成分を含む混合液の分離抑制も、容易に最適条件を見出すことができる。

なお、上記２種の処理において、自転に重畳させる回転数は同じ大きさとしたが、逆回転重畳処理および同回転重畳処理において、重畳する回転数をそれぞれ適宜調整し、異なる回転数を重畳させることも可能である。すなわち、逆回転重畳処理において公転と逆方向に重畳させる回転数を第１の回転数とし、同回転重畳処理において公転と同方向に重畳させる回転数を第２の回転数とし、第１の回転数と第２の回転数は上述のような同一の回転数に限らず、異なる回転数としても良い。

この場合、重畳する第１の回転数と第２の回転数が、攪拌および脱泡効果において有効に働くような範囲内となるよう設定し、それぞれ攪拌効果および脱泡効果を強調させた広い範囲での条件設定とすることもできる。具体的には、表１より攪拌効果が得られる第１の回転数の範囲は、公転の回転数に対し０．２倍以上、２．０倍以下であり、脱泡効果が得られる第２の回転数の範囲は、公転の回転数に対し０．０５倍以上、１．６倍以下であり、これらの範囲においてそれぞれの回転数を設定すれば良い。

なお、第１の回転数および第２の回転数は、公転回転数との比率で指定することができ、後述する本発明の装置に、あらかじめこれらの比率を格納しておき、これらの比率から第１の回転数と第２の回転数を算出することで、最適条件決定の労力、コストの削減も可能である。

＜攪拌・脱泡処理方法＞
逆回転重畳処理および同回転重畳処理を利用した、攪拌・脱泡処理のフローを以下に説明する。以下では各ステップ（工程）の処理の特性を明確にするため、攪拌を主な目的とする処理を攪拌ステップ、脱泡を主な目的とする処理を脱泡ステップと称し、攪拌ステップでは逆回転重畳処理、脱泡ステップでは同回転重畳処理を実行する。

なお、以下の説明において、開始ステップは、容器に被処理物を収容し、容器ホルダーに容器を挿入し、処理条件を設定し、装置を稼働させるステップであり、終了ステップは、容器の回転が完全に停止したことを確認後、容器ホルダーから容器を取り出すステップを意味する。

図８は、本装置による攪拌・脱泡処理のフローを示す。フローは、開始ステップ、攪拌ステップ、脱泡ステップ、終了ステップから構成され、主に以下の４通りの攪拌・脱泡の組合せに分類される。また、各攪拌ステップおよび脱泡ステップにおいて、複数の処理を実行しても良い。なお、被処理物や処理の目的によっては、攪拌ステップのみ、脱泡ステップのみとする場合もあり、そのような場合にも本装置が対応可能であることは言うまでもない。

以下順に、具体的に各フローについて説明する。以下、右矢印は、フロー順を示す。

（フロー１） 開始ステップ⇒攪拌ステップ⇒脱泡ステップ⇒終了ステップ
本フローは、攪拌ステップにより攪拌後、除去すべき気泡を脱泡ステップにおいて除去することを目的とする。

（フロー２） 開始ステップ⇒脱泡ステップ⇒攪拌ステップ⇒終了ステップ
本フローは、脱泡ステップにおいて、被処理物を容器に投入した際に発生する泡を除去し、気泡の無い状態で攪拌を行うことを目的とする。

（フロー３） 開始ステップ⇒脱泡ステップ⇒攪拌ステップ⇒脱泡ステップ⇒終了ステップ
本フローは、フロー２と同様にまず気泡を除去し、気泡の無い状態で攪拌を行い、最後に攪拌ステップで発生した気泡を除去することを目的とする。

（フロー４） 開始ステップ⇒攪拌ステップ⇒脱泡ステップ⇒攪拌ステップ⇒終了ステップ
本フローは、攪拌ステップにより攪拌後、除去すべき気泡を脱泡ステップにおいて除去するが、脱泡ステップにおいて被処理物が競り上がった場合に対応し、次工程での使用の便を図るため、最後に攪拌ステップにより被処理物の表面を平坦化することを目的とする。

（フロー５） 開始ステップ⇒攪拌ステップ⇒終了ステップ
主に攪拌処理が必要な場合に適用するフローである。

（フロー６） 開始ステップ⇒脱泡ステップ⇒終了ステップ
主に脱泡処理が必要な場合に適用するフローである。

攪拌・脱泡処理の各フローは、上記の通り処理すべき各ステップの順番と各ステップの内容の情報からなる。本装置に内蔵されたフロー記憶部には、各フローに関連付けて、各ステップの順番と各ステップの処理内容を、予め格納しておく。或いは、開始ステップにおいて作業者が処理条件を入力し、フロー記憶部に格納してもよい。

上記フローは、要求される製品の規格（処理後に要求される分散の均一性や気泡混入量）に合わせて、効率的に（短時間で）処理を行うことができる。作業者は、開始ステップにおいて所望のフローを選択し、または指定する。

＜攪拌・脱泡装置による攪拌・脱泡処置＞
上述の装置においては、公転と自転とを駆動するモータをそれぞれ別個に備えた駆動機構であるため、それぞれのステップに応じて、自転に重畳する回転数を、公転と独立に変更可能である。逆回転重畳処理においては、公転と同一の回転数に、所定の回転数を減じた回転数で自転駆動モータが回転し、同回転重畳処理においては、公転と同一の回転数に、所定の回転数を加えた回転数で自転駆動モータが回転する。装置に内蔵された制御部は、上記フローで指定される各ステップにおいて、指定された処理条件で攪拌・脱泡処理を実行する。装置における具体的な実行内容は、以下の通りである。

まず、装置に内蔵された第１の記憶部に、公転回転数、重畳すべき第１の回転数および第２の回転数を格納する。この時、第１の回転数および第２の回転数は、回転数そのものを格納しておいても良く、公転回転数に対するそれぞれの比率を格納しておいても良い。なお、第１の記憶部とフロー記憶部は、同じ装置であっても良い。

次に、装置に内蔵されたマイコン等からなる制御部からの指令により、装置に内蔵されたマイコン等からなる演算部にて、公転回転数と第１の回転数および第２の回転数との演算を行う。具体的には、第１の記憶部から公転回転数、第１および第２の回転数を読み込み、公転回転数に第１の回転数を減じ第１の自転回転数を算出し、公転回転数に第２の回転数を加え第２の自転回転数を算出する。なお、第１の回転数および第２の回転数の公転回転数に対する比率が格納されている場合、上記演算部において、これらの比率と公転回転数から第１の回転数および第２の回転数を算出してから、第１の自転回転数および第２の自転回転数を算出すればよく、第１の記憶部から読み込む第１および第２の回転数とは、回転数そのものに限らず、第１の回転数および第２の回転数の公転回転数に対する比率も含むものである。

次に、演算部は、第１および第２の自転回転数を、第２の記憶部に格納する。なお、第１の記憶部と第２の記憶部は、同じ装置であっても良い。

次に、装置に内蔵されたマイコン等からなる制御部は、開始ステップにおいて指定されたフローの情報（ステップの順番および各ステップの処理内容）をフロー記憶部から読み込む。その後、制御部は読み込んだフローにより指定された公転の回転数、第１および第２の自転回転数を第１の記憶部および第２の記憶部から読み込み、指定されたステップの順番に従い、公転駆動モータおよび自転駆動モータを制御し駆動する。なお、演算部と制御部は同じ装置（例えば同じマイコン）であっても良い。

このように、本攪拌・脱泡装置は、自転、公転駆動機構ならびに記憶部、演算部、制御部を備えるため、指定されたフローに従い、逆回転重畳処理および同回転重畳処理を実行することができる。なお、指定した処理条件から算出した数値と、あらかじめ記憶部で記憶している処理条件データベースとの比較により、適切な処理ステップおよび／または駆動制御条件を選択して、制御するようにしてもよい。これらのステップ／条件の選択処理は、制御部において、自動で実行してもよい。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態においては、図１に記載の通り、固定ベースに固定された２つのモータを用いて、公転および自転の駆動を行っている。第２の実施形態においては、公転駆動モータ上に自転駆動モータを配した構成をなす。本構成においては、公転駆動モータの公転運動を自転駆動モータの本体に伝達する。その結果、自転駆動モータの本体が公転しながら、容器ホルダーに自転運動を伝達する。

公転軸は、公転駆動モータのローターに固定されており、自転駆動軸は、自転駆動モータのローターに固定されている。そのため、これらの回転軸と駆動用モータとの間の動力伝達の損失を防止し、より正確な公転および自転の制御が可能である。

また、公転駆動モータと自転駆動モータとが、２段に積層された構造であるため、装置の小型化も可能となる。

以下、図９を参照して詳細に説明する。

第１の実施形態と同様、容器１は容器ホルダー２２に挿入される。容器ホルダー２２は、自転軸２３を備えている。自転軸２３は、回転自在に、軸受２４を介して回転ユニット２５と接している。

回転ユニット２５は、水平板部２６に固定されており、水平板部２６は、公転軸２７に固定されている。公転駆動モータ２８は、ローター２９およびステーター３０を備える。ステーター３０は、公転駆動モータ２８のケーシング３１を介して固定ベース３２に固定されている。ローター２９は公転軸２７に固定されており、軸受３３を介して公転駆動モータ２８のケーシング３１と回転自在に接している。従って、公転軸２７は、固定ベース３２に対して回転運動する。

公転軸２７と水平板部２６と回転ユニット２５は、互いに固定されているため、公転駆動モータ２８により直接駆動され、公転する。その結果、容器ホルダー２２も公転する。

さらに自転駆動モータ３４は、水平板部２６に固定されている。そのため、公転駆動モータ２８により、公転軸２７、水平板部２６および自転駆動モータ３４が同時に公転することなる。

自転駆動モータ３４は、ステーター３５およびローター３６を備え、ステーター３５は自転駆動モータ３４のケーシング３７を介して水平板部２６に固定されており、ローター３６は自転駆動軸３８に固定されている。自転駆動軸３８は、軸受３９を介して回転自在に公転軸２７に接し、自転駆動モータ３４により直接駆動される。

歯車４０は、自転駆動軸３８に固定されており、歯車４１は容器ホルダー２２に固定されている。歯車４０は歯車４１と噛合しているため、自転駆動モータ３４の回転運動は、容器ホルダー２２に伝達され、容器ホルダー２２は自転軸２３を軸として自転運動する。

なお、自転軸２３は、公転軸２７とは、０〜９０°の間の所定の角度、例えば５０°、で傾斜している。また、上記例では、第４の回転運動伝達手段として歯車を用いた例を示したが、第４の回転運動伝達手段として、プーリーと伝達ベルトの組合せを用いても良い。

自転駆動モータ３４は、公転するため、自転駆動モータ３４の回転運動には、公転運動が重畳されていることになる。従って、自転駆動モータ３４は、逆回転重畳処理および同回転重畳処理において、重畳すべき回転のみ制御すれば良い。また、重畳すべき回転の制御に加え、公転回転による慣性力と、自転回転による慣性力の相互の影響についても制御する方が好ましい。

具体的には、公転回転数を第１の記憶部に格納するとともに、第１の自転の回転数として公転に重畳する第１の回転数を、第２の自転の回転数として公転に重畳する第２の回転数を、それぞれ装置に内蔵された第１の記憶部に格納しておく。

第１と第２の自転は、その回転方向が反対方向であり、第１の記憶部においては、第１と第２の自転回転数に関連付けられた回転方向を示す符合も格納する。例えば、時計回りを正の値として、公転回転数、第１の自転回転数、第２の自転回転数に対して、回転方向に応じた正または負の値を割り当てれば良い。或いは、別途回転方向を示す符合を割り当てて、時計回りを"１"、反時計回りを"０"とし、公転の回転数、第１および第２の自転回転数に関連付けて第１の記憶部に格納してもよい。

装置に内蔵されたマイコン等からなる制御部は、指定されたフローに従い、公転駆動モータ２８および自転駆動モータ３４を駆動する。すなわち、前記制御部は、装置に内蔵されたフロー記憶部に格納された所定のフローを読み込み、読み込んだフローの処理順に従い、第１の記憶部に格納された公転の回転数にて公転駆動モータ２８を、第１の自転回転数およびその回転方向または第２の自転回転数およびその回転方向に従って、自転駆動モータ３４を駆動する。

前記制御部は、公転駆動モータ２８および自転駆動モータ３４を、スリップリング４２を介して供給する電力により制御することが可能である。また、前記スリップリングに代えて、ロータリーコネクタ、無線電力伝送等、既知の高速回転物への給電手段を採用しても良い。

なお上記第１および第２の実施形態では、２つの駆動用モータを用いたが、１つの駆動用モータを用い、動力伝達手段とパウダーブレーキを用いて公転と自転を制御してもよい。

１ 容器
２ 容器ホルダー
３ 自転軸
４ 軸受
５ 回転ユニット
６ 公転軸
７ 公転駆動モータ
７ａ シャフト
８ プーリー
９ ベルト
１０ プーリー
１１ 歯車
１２ 自転駆動軸
１３ 歯車
１４ａ、１４ｂ 軸受
１５ プーリー
１６ 自転駆動モータ
１６ａ シャフト
１７ プーリー
１８ ベルト
１９ 固定ベース
２０ 筒状体
２１ 軸受
２２ 容器ホルダー
２３ 自転軸
２４ 軸受
２５ 回転ユニット
２６ 水平板部
２７ 公転軸
２８ 公転駆動モータ
２９ ローター
３０ ステーター
３１ ケーシング
３２ 固定ベース
３３ 軸受
３４ 自転駆動モータ
３５ ステーター
３６ ローター
３７ ケーシング
３８ 自転駆動軸
３９ 軸受
４０ 歯車
４１ 歯車
４２ スリップリング

Claims (7)

1. 被処理物が収容された容器を公転及び自転させることで攪拌・脱泡する方法において、
   前記自転運動は、
   前記公転運動と同じ回転方向かつ同じ回転数の回転速度に対し、第１の回転数で前記公転の回転方向と逆の回転方向の回転を重畳した逆回転重畳処理と、
   前記公転運動と同じ回転方向かつ同じ回転数の回転速度に対し、第２の回転数で前記公転の回転方向と同じ回転方向の回転を重畳した同回転重畳処理と、
   をそれぞれ実行することを特徴とする攪拌・脱泡方法。
2. 前記第１の回転数と前記第２の回転数とが同じ回転数であることを特徴とする請求項１記載の攪拌・脱泡方法。
3. 前記第１の回転数は、公転回転数に対して０．２倍以上、２．０倍以下の範囲であり、前記第２の回転数は、０．０５倍以上、１．６倍以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の攪拌・脱泡方法。
4. 前記逆回転重畳処理の後に前記同回転重畳処理を実行する処理を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の攪拌・脱泡方法。
5. 前記同回転重畳処理の後に前記逆回転重畳処理を実行する処理を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の攪拌・脱泡方法。
6. 自転軸を備えた容器ホルダーと、
   軸受けを介して前記自転軸が回転可能に接する回転ユニットと
   前記回転ユニットに連結された公転軸と
   前記公転軸に第１の回転運動伝達手段により連結された公転駆動モータと
   前記容器ホルダーに第２の回転運動伝達手段により連結された自転駆動軸と
   前記自転駆動軸に第３の回転運動伝達手段により連結された自転駆動モータと
   所定の公転回転数、第１の回転数および第２の回転数を格納する第１の記憶部と、
   前記第１の記憶部に格納された前記公転回転数に前記第１の回転数を減じた第１の自転回転数、及び前記公転回転数に前記第２の回転数を加えた第２の自転回転数を算出する演算部と、
   前記公転回転数、前記第１の自転回転数及び前記第２の自転回転数を格納する第２の記憶部と、
   前記自転駆動モータを前記第１の自転回転数または前記第２の自転回転数で駆動させる処理順を格納したフロー記憶部と、
   前記公転駆動モータを前記公転回転数で所定の公転方向に駆動させるとともに、前記フロー記憶部に格納された前記処理順および前記第２の記憶部に格納された前記第１の自転回転数および前記第２の自転回転数を読み込み、前記処理順に従い前記第１の自転回転数または前記第２の自転回転数で前記自転駆動モータを駆動させる制御部とを
   備えたことを特徴とする攪拌・脱泡装置。
7. 自転軸を備えた容器ホルダーと、
   軸受けを介して前記自転軸が回転可能に接する回転ユニットと
   前記回転ユニットに固定された公転軸と
   前記公転軸に固定されたローターを有する公転駆動モータと
   前記公転軸に固定された水平板部と、
   前記容器ホルダーに第４の回転運動伝達手段により連結された自転駆動軸と
   前記水平板部に固定されるとともに、前記自転駆動軸に連結されたローターを有する自転駆動モータと、
   前記公転回転数、第１の自転回転数および第２の自転回転数並びに第１の自転回転数および第２の自転回転数に関連付けられた回転方向を示す符合を格納する第１の記憶部と、
   前記自転駆動モータを前記第１の自転回転数または前記第２の自転回転数で駆動させる処理順を格納したフロー記憶部と、
   前記公転駆動モータを所定の公転回転数で、所定の公転方向に駆動させるとともに、前記第２の記憶部に格納された前記処理順および前記第１の記憶部に格納された前記第１の自転回転数および前記第２の自転回転数並びに第１の自転回転数および第２の自転回転数に関連付けられた回転方向を示す符合を読み込み、前記処理順に従い前記第１の自転回転数および前記第２の自転回転数で前記自転駆動モータを駆動させる制御部とを
   備えたことを特徴とする攪拌・脱泡装置。

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