JP2010284604A

JP2010284604A - ロータリーエバポレーター

Info

Publication number: JP2010284604A
Application number: JP2009141171A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ariga; 眞一有賀
Original assignee: Tokyo Rikakikai Co Ltd
Current assignee: Tokyo Rikakikai Co Ltd
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2029-06-12
Also published as: HK1151493A1; CN101920121A; CN101920121B; JP5322226B2

Abstract

【課題】簡単な構造でシール性の劣化を抑制することができ、シール材やロータリージョイントの長寿命化を図ることができる真空シール構造を備えたロータリーエバポレーターを提供する。
【解決手段】蒸気ガイド用のロータリージョイント１４を回転可能な状態で気密にシールするリング状のシール材２１が摺動する部分のロータリージョイントの外周面をマット仕上げ部１４ａとする。シール材は、外周側の固定シール部と内周側の摺動シール部２４とを有し、摺動シール部は、回転駆動部側が開口した環状凹部２９を有し、環状凹部の内周側片２９ａの内周面をロータリージョイントの外周面と摺動する環状シール面２２とし、環状凹部内に環状シール面をロータリージョイント方向に押圧する押圧部材３０を挿入する。また、シール材は、フッ素系樹脂にカーボングラファイトを配合した材料で形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ロータリーエバポレーターに関し、詳しくは、試料を投入した蒸発容器を回転させながら加熱し、試料から蒸発した蒸気をロータリージョイントを介して冷却器に導入して冷却することにより、試料中の各種成分を分離濃縮するために用いられるロータリーエバポレーターにおける真空シール構造に関する。

ロータリエバポレーターでは、冷却器側部材の端部に蒸発容器を回転させるための回転駆動部を設けており、この回転駆動部と冷却器側部材との間に、蒸発容器に接続されたロータリージョイントを回転可能な状態で気密にシールするためのシール部が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。このシール部に設けられるシール材には、真空状態に保たれる内部側と大気圧の外部側とを仕切るための真空保持能力（真空シール性）だけではなく、耐薬品性、耐熱性、耐久性が求められている。

特開２０００−２４４０４号公報

しかし、従来のシール材は、一般にゴム系基材で製造されているため、耐薬品性が十分とはいえず、薬品と接触すると、膨潤して変形したり、硬化したりすることがあり、シール性の劣化を招いていた。また、シール材における摺動部の摩耗が激しく、シール性の劣化が問題になるだけでなく、摩耗時に発生する削れ粕も大きな問題となっている。このため、使用者は、シール性の劣化による真空度の変化に気を遣うだけでなく、シール材の交換作業や洗浄作業に多大な手間及び時間を要していた。

さらに、ゴム系基材からなるシール材の表面にフッ素樹脂を焼き付けたりして耐薬品性や摺動潤滑性を向上させることも行われているが、シール材の摺動相手がガラスパイプを透明仕上げしたロータリージョイントであり、摩擦が大きく、摩擦熱も発生するため、シール材の表面部分が削れやすく、フッ素樹脂を焼き付けた効果が長持ちしないという問題がある。この対策として、従来は、ロータリージョイントの外周面をできるだけ精度よく平滑に加工するようにしており、ロータリージョイントのコストに影響を与えていた。

一方、ロータリージョイントの表面も、シール材との摺動による摩耗や、シール材の成分による摩滅が進行し、シール材との摺動部分に周方向溝が発生し、この周方向溝の発生とシール材の摩耗とがシール性を更に劣化させる要因となっていた。このため、シール材を定期的に交換するだけでなく、周方向溝が発生したロータリージョイントも定期的に交換する必要があった。

そこで本発明は、簡単な構造でシール性の劣化を抑制することができ、シール材やロータリージョイントの長寿命化を図ることができる真空シール構造を備えたロータリーエバポレーターを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のロータリーエバポレーターは、冷却器側部材の端部に装着された回転駆動部の内部を貫通して先端が冷却器側に延出し、基端が蒸発容器に接続される蒸気ガイド用のロータリージョイントを回転可能な状態で気密にシールするリング状のシール材を備えたロータリーエバポレーターにおいて、前記シール材が摺動する部分のロータリージョイントの外周面をマット仕上げとしたことを特徴としている。

さらに、本発明のロータリーエバポレーターは、前記シール材が、前記冷却器側部材の端部と回転駆動部との間に弾性体を介して気密に装着される固定シール部と、該固定シール部の内周側に形成された摺動シール部とを有し、該摺動シール部は、回転駆動部側が開口した環状凹部を有し、該環状凹部の内周側片の内周面を前記ロータリージョイントの外周面と摺動する環状シール面とし、前記環状凹部の内部に、前記環状シール面をロータリージョイント方向に押圧する押圧部材を挿入したことを特徴としている。

また、前記シール材は、前記環状凹部の基部側内周面に、先端がロータリージョイントの外周面に摺動する環状薄肉突出片が設けられていることを特徴とし、さらに、前記シール材は、フッ素系樹脂にカーボングラファイトを配合した材料で形成されていることを特徴としている。

本発明のロータリーエバポレーターによれば、シール材が摺動する部分のロータリージョイントの外周面をマット仕上げ、例えば表面粗さが３〜１０μｍ程度のマット仕上げとしたことにより、ロータリージョイントの外周面と摺動して摩耗したシール材の初期摩耗粉がマット面の凹凸に絡み付き、絡み付いた初期摩耗粉をベースとしてシール材との摺動部にシール材の摩耗粉が固まった状態のコーティング膜が形成され、このコーティング膜の表面をシール材が摺動することによって摺動抵抗、摩擦力が減少する。したがって、初期摩耗の段階を過ぎるとシール材の摩耗量が減少するとともに、ロータリージョイントの外周面も前記コーティング膜により保護されて周方向溝の発生を抑制することができる。

また、シール材内周側の摺動シール部に環状凹部を形成し、該環状凹部内に押圧部材を挿入して環状シール面をロータリージョイント方向に押圧することにより、環状シール面をロータリージョイントのマット仕上げ部に確実に押し付けることができ、シール性を十分に確保することができる。さらに、環状薄肉突出片を設けることによって削り粕が内部に侵入することをより確実に防止することができる。また、フッ素系樹脂にカーボングラファイトを配合した材料でシール材を形成することにより、前記コーティング膜にフッ素系樹脂及びカーボングラファイトによる潤滑性を付与することができる。

本発明の一形態例を示すロータリーエバポレーターの要部を示す一部断面正面図である。シール材の一形状例を示す断面図である。シール材の他の形状例を示す断面図である。シール材とロータリージョイントとの摺動部を示す断面図である。

図１において、ロータリーエバポレーターは、図示しない固定手段によって固定された接続部材（接続用アダプター）１１と、該接続部材１１から斜め下方に突出した蒸発容器接続口１２に、回転駆動部１３の保持されたロータリージョイント１４を介して接続された蒸発容器１５と、接続部材１１の上方に接続される冷却器（図示せず）及び接続部材１１の下方に接続される留出受器（図示せず）とによって構成されている。

回転駆動部１３は、蒸発容器１５の口部に着脱可能に接続される蒸気ガイド用のガラスパイプからなる前記ロータリージョイント１４を保持して回転させるものであり、回転駆動部１３の内部には、前記ロータリージョイント１４を挿入するための保持孔１６を有する回転部材１７がベアリング１８を介して設けられている。この回転部材１８は、図示しない駆動装置により駆動されて所定回転数で回転し、ロータリージョイント１４を介して蒸発容器１５を回転させる。

また、回転駆動部１３の蒸発容器接続口１２側には雄ねじ部材１９が設けられており、この雄ねじ部材１９と、蒸発容器接続口１２の端部外周に係合するナット部材２０とを螺合させて締め付けることにより、接続部材１１と回転駆動部１３とが連結される。そして、蒸発容器接続口１２の開口端面と、該蒸発容器接続口１２の開口端面に対向する回転駆動部１３の端面との間には、接続部材１１、ロータリージョイント１４、蒸発容器１５などの内部を外気から遮断するためのシール材２１が設けられるとともに、該シール材２１の内周の環状シール面２２に摺動するロータリージョイント１４の外周面には、図４に示すようなマット仕上げ部１４ａが設けられている。

図２に示すシール材２１は、外周側の固定シール部２３と、内周側の摺動シール部２４とを有しており、固定シール部２３における蒸発容器接続口１２側の内周部分には、蒸発容器接続口１２の開口に嵌着される円形嵌着部２５が設けられ、外周側には、蒸発容器接続口１２の開口端面に圧接する環状凸部２６が突設されている。また、固定シール部２３の回転駆動部１３側の外周側面には、環状弾性体であるＯリング２７を装着するためのＯリング装着溝２８が回転駆動部１３側を開口して設けられている。

また、図３に示すシール材２１ａは、前記同様に、外周側の固定シール部２３と、内周側の摺動シール部２４とを有するもので、固定シール部２３の外周に、Ｏリング２７を装着するためのＯリング装着溝２８ａを外周方向を開口させて設けるとともに、該Ｏリング装着溝２８ａの両側辺の外面には、蒸発容器接続口１２の開口端面に圧接する前記同様の環状凸部２６と、回転駆動部１３の端面に圧接する環状凸部２６ａとがそれぞれ設けられている。なお、図３においては、Ｏリング装着溝２８ａを除く、摺動シール部２４などの形状は，図２に示したシール材と同様に形成できるので、同一構成要素には同一符号を付す。

前記摺動シール部２４には、大気圧側となる回転駆動部１３側が開口した環状凹部２９を有しており、該環状凹部２９の内周側片２９ａの内周面が、前記マット仕上げ部１４ａに摺動する前記環状シール面２２となっている。また、環状凹部２９の内部には、前記環状シール面２２をマット仕上げ部１４ａの外周面に押圧する方向に作用するＵ字状の弾性部材からなる押圧部材３０が挿入され、押圧部材３０の開口側両先端が環状凹部２９の溝壁対向面に設けられた段部２９ｂにそれぞれ係止して抜け止めされている。

さらに、摺動シール部２４における環状凹部２９の基部側内周面には、先端が前記マット仕上げ部１４ａの外周面に摺動する環状薄肉突出片３１が設けられている。この環状薄肉突出片３１は、真空シール性についてはほとんど寄与せず、摺動シール部２４の摩耗によって発生した削り粕が内部側に浸入することを防止するために設けられている。

このような真空シール構造において、前記マット仕上げ部１４ａのマット仕上げは、シール材２１における環状シール面２２の材質や摺動状態などの条件によって適宜な表面粗さを選択することができるが、通常は、表面粗さが３〜１０μｍ程度のマット仕上げを施すことが好ましい。このマット仕上げ部１４ａの表面粗さが小さすぎたり、大きすぎたりすると、マット仕上げを施した作用効果を十分に得ることができず、シール材２１の耐久性に悪影響を与えたり、真空シール性に悪影響を与えたりすることがある。

また、シール材２１は、真空シール性、耐薬品性、耐熱性、耐久性を備えていれば任意の材料にて形成することができるが、フッ素系樹脂にカーボングラファイトを配合した材料でシール材２１を形成することにより、前述のロータリージョイント１４のマット仕上げ１５ａとの相乗効果によって真空シール性及び耐久性を大幅に向上させることができる。

このように形成した真空シール構造は、新品のロータリージョイント１４及び新品のシール材２１を用いたときには、図４に示すように、ロータリージョイント１４のマット仕上げ部１４ａに形成された細かな凹凸の凹部内は空隙となっており、凹凸の凸部先端がシール材２１の環状シール面２２に当接した状態となっている。この状態で回転駆動部１３を作動させてロータリージョイント１４を回転させると、環状シール面２２の表面部分がマット仕上げ部１４ａの凸部先端によって僅かずつ削り取られる初期摩耗が発生するが、環状シール面２２から剥がれた微細な削れ粕（初期摩耗粉）は、環状シール面２２に押さえ付けられることによってマット仕上げ部１４ａの凹部内に入り込み、マット仕上げ部１４ａの凹凸に絡み付いた状態となる。この工程は、初期始動から通常の使用回転域で僅か２〜３分で実使用に支障がないレベルに達する。

このとき、マット仕上げ部１４ａの凹部内が空隙となっていても、環状凹部２９内に挿入した押圧部材３０が環状シール面２２をマット仕上げ部１４ａの方向に押圧しているので、環状シール面２２とマット仕上げ部１４ａとの間のシール性を確実に得ることができる。また、環状シール面２２の真空側に環状薄肉突出片３１を設けたことにより、接続部材１１などの内部に削れ粕が侵入することを確実に防止することができる。さらに、前記シール材２１は、円形嵌着部２５によって蒸発容器接続口１２の開口に気密に嵌着され、固定シール部２３は、環状凸部２６とＯリング２７とによって確実にシールされた状態となっている。

そして、ある程度初期摩耗が進行すると、マット仕上げ部１４ａの凹部内に入り込んで凹凸に絡み付いた初期摩耗粉をベースとして新たな初期摩耗粉が膜状に成長し、環状シール面２２が摺動する部分のマット仕上げ部１４ａに初期摩耗粉によるコーティング膜が形成され、マット仕上げ部１４ａと環状シール面２２との摺動がコーティング膜を介して行われる状態になる。このとき、シール材２１をフッ素系樹脂にカーボングラファイトを配合した材料で形成しておくことにより、フッ素系樹脂及びカーボングラファイトによる極めて良好な潤滑性をコーティング膜に付与することができる。

マット仕上げ部１４ａにコーティング膜が形成されるまでの初期摩耗段階を過ぎると、コーティング膜の作用によって環状シール面２２の摩耗量が減少するとともに、マット仕上げ部１４ａの外周面もコーティング膜によって保護された状態になるため、ロータリージョイント１４の外周面を環状シール面２２が摺動しても、従来のような周方向溝の発生を抑制することができる。さらに、シール材２１をフッ素系樹脂で形成しておくことにより、コーティング膜もフッ素系樹脂で形成されることになるので、耐薬品性や耐熱性にも優れたものとすることができる。

したがって、環状シール面２２の摩耗量減少によるシール材２１の長寿命化と、周方向溝の発生抑制によるロータリージョイント１４の長寿命化とが図れるとともに、削れ粕が減少するだけでなく、環状薄肉突出片３１によって削れ粕が内部に侵入することを防止しているので、削れ粕による汚染も回避することができる。

これにより、シール材２１の交換や洗浄、ロータリージョイント１４の交換などの保守作業を軽減することができ、ロータリーエバポレーターを使用した濃縮作業中に削れ粕が試料中に混入することもなくなり、長期間にわたって安定した濃縮作業を行うことができる。また、ロータリージョイント１４の外周面を高精度に平滑加工する必要もなくなるので、ロータリージョイントの製造コストも低減することが可能となる。

なお、前記ロータリーエバポレーターにおける回転駆動部の構造や回転機構、ロータリージョイントの保持構造などは任意であり、また、冷却器や留出受器には、試料及び目的成分などの濃縮作業条件に応じて適宜な冷却器及び留出受器を使用することができ、縦型冷却器、横型冷却器のいずれにも適用可能である。

１１…接続部材（接続用アダプター）、１２…蒸発容器接続口、１３…回転駆動部、１４…ロータリージョイント、１４ａ…マット仕上げ部、１５…蒸発容器、１６…保持孔、１７…回転部材、１８…ベアリング、１９…雄ねじ部材、２０…ナット部材、２１，２１ａ…シール材、２２…環状シール面、２３…固定シール部、２４…摺動シール部、２５…円形嵌着部、２６，２６ａ…環状凸部、２７…Ｏリング、２８，２８ａ…Ｏリング装着溝、２９…環状凹部、２９ａ…内周側片、２９ｂ…段部、３０…押圧部材、３１…環状薄肉突出片

Claims

冷却器側部材の端部に装着された回転駆動部の内部を貫通して先端が冷却器側に延出し、基端が蒸発容器に接続される蒸気ガイド用のロータリージョイントを回転可能な状態で気密にシールするリング状のシール材を備えたロータリーエバポレーターにおいて、前記シール材が摺動する部分のロータリージョイントの外周面をマット仕上げとしたことを特徴とするロータリーエバポレーター。
前記シール材は、前記冷却器側部材の端部と回転駆動部との間に弾性体を介して気密に装着される固定シール部と、該固定シール部の内周側に形成された摺動シール部とを有し、該摺動シール部は、回転駆動部側が開口した環状凹部を有し、該環状凹部の内周側片の内周面を前記ロータリージョイントの外周面と摺動する環状シール面とし、前記環状凹部の内部に、前記環状シール面をロータリージョイント方向に押圧する押圧部材を挿入したことを特徴とする請求項１記載のロータリーエバポレーター。
前記シール材は、前記環状凹部の基部側内周面に、先端がロータリージョイントの外周面に摺動する環状薄肉突出片が設けられていることを特徴とする請求項２記載のロータリーエバポレーター。
前記シール材は、フッ素系樹脂にカーボングラファイトを配合した材料で形成されていることを特徴とする請求項２又は３記載のロータリーエバポレーター。