JP2017146274A - クロマトグラフィカラム及びその可動栓 - Google Patents

Abstract

【課題】液や吸着剤の漏れや、偏流発生をなくすことができる可動栓と、それを用いたクロマトグラフィカラムを提供する。【解決手段】可動栓コア１０の溝１７に弾力性リング２０を装着し、凹所１４に被さるようにフィルタ３０を装着し、フィルタ固定治具４０で固定する。フィルタ固定治具４０の脚片部４２の爪部４３が周回溝１８に係合し、環部４１がフィルタ３０の縁部を押えつける。脚片部４２をスクレーパ５０の円筒部５２が取り囲む。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、医薬品やファインケミカルや機能性成分などの分離・精製工程で用いられるクロマトグラフィ用のカラムに用いられる可動栓と、この可動栓を用いたクロマトグラフィカラムに関する。

液体クロマトグラフィは、複数の物質を含む混合液から各成分を分離し、精製するプロセスで汎用されており、特に、天然物や発酵生産物、遺伝子組み換え菌等による培養生産物、合成反応物を含む溶液中から目的成分を高純度で分取する用途に汎用されている。

汎用される工業生産規模の液体クロマトグラフィカラムは、主に、液導入部（入口）を備えた可動栓、円筒形のカラム、液の出口を備えたフランジ等を有する。このクロマトグラフィカラムは、カラム軸心方向を上下方向としている。可動栓の入口からカラムへ導入された試料は、カラムに充填された微粒子状吸着剤の充填層を流れ、吸着剤に対する試料中の各成分の吸着特性の違いによって、移動速度が異なることから、カラム垂直方向の異なる位置で吸脱着され、互いに分離され、カラム出口から成分毎に回収される。

可動栓は、液のみ通し、微粒子状吸着剤（平均粒径、数μｍから百μｍ程度）が漏れないフィルタ（多孔質板などよりなる。）を有する。フィルタは、良好なクロマトグラフィ性能を奏する為に重要な部品であり、吸着剤をカラム内部に安定保持および支持する他、試料液体をカラム横断面方向に均一分散させ、試料液がカラム内を一端側から他端側へ逆流せず、ピストンフローで流れるようにする役割がある。

フィルタは、吸着剤層を支持するため、微粒子状吸着剤層に接している。そのため、フィルタは、微粒子状の吸着剤や、吸着剤の破砕物、あるいは、試料溶液成分の析出物により、徐々に目詰まりを生じる。目詰まりを生じたフィルタは、可動栓から取り外して洗浄される。洗浄により目詰まりが解消されると、再度、可動栓に装着して用いられる。洗浄により目詰まりが解消されなければ、新品と交換される。フィルタ目詰まりの頻度は、用いる吸着剤や試料溶液の液質や通液条件によって異なる。また、用いる吸着剤を粒径の異なるものに変更する場合、吸着剤の粒径に合った目開きのフィルタに変更する事が望ましい。なお、上記の用途に用いられるクロマトグラフィカラムは、直径が数百ｍｍから二千ｍｍ程度と大口径であり、可動栓のフィルタもほぼ同等の大きな径を有しているので、フィルタの装脱着操作は容易でない。

クロマトグラフィ可動栓へのフィルタ固定技術として、特表２００６−５１２５６９（特許文献１）や特開２０１１−１９１２５６（特許文献２）などが挙げられる。

特許文献１では、可動栓と断面Ｌ字状部材とを組み合わせ、Ｌ字状部材でフィルタの周縁部を押えている。この特許文献１の構造では、Ｌ字状部材が、可動栓との間にあるＯリングで位置決めされているため、固定力には弾力性があり、Ｌ字状部材とフィルタとの接触面や、フィルタと可動栓との接触面のシール性にも弾力性がある。そのため、Ｌ字状部材のズレによるシール性の変化により、液漏れや、液漏れによる偏流発生、吸着剤の漏れ、などが生じる可能性は皆無ではない。なお、フィルタの周囲のみ固定しており、フィルタ径が大きくなると、フィルタ中心領域で撓みや変形が生じやすい。

特許文献２には、可動栓本体に対し多孔質板を押えて固定するための部材は記載されていない。

特表２００６−５１２５６９ 特開２０１１−１９１２５６

本発明は、液や吸着剤の漏れや、偏流発生をなくすことができる可動栓と、それを用いたクロマトグラフィカラムを提供することを目的とする。

また、本発明は、その一態様において、径の大きなフィルタであっても、撓みや変形を抑え、かつ、フィルタの装脱着を容易に行うことができる可動栓と、それを用いたクロマトグラフィカラムを提供することを目的とする。

本発明の可動栓は、液体クロマトグラフィのカラム内に配置される可動栓であって、先端部が充填剤層に対面し、可動栓の軸心部をカラムの軸心線方向に延在する可動栓コアと、該可動栓コアの先端側の外周に外嵌した環状のスクレーパと、該可動栓コアの先端面の凹所に装着されたフィルタと、該フィルタの少なくとも外周縁を押えるフィルタ固定治具とを有する可動栓において、該フィルタ固定治具は、フィルタの外周縁に重なる環部と、該可動栓から立設され、前記可動栓コアの外周面に沿って延在する複数の脚片部と、該脚片部を該可動栓コアに係止させる係止手段とを有することを特徴とするものである。

本発明のクロマトグラフィカラムは、本発明の可動栓を備えたものである。

本発明の一態様では、前記可動栓は、さらに、前記可動栓コアの後端側が内嵌した凹部を有するベースと、前記スクレーパと該ベースとの間において該可動栓コアの外周を取り巻いているパッキンと、該可動栓コアをベースの該凹所に押し込む方向に引き付けるための引付手段とを有する。

本発明の一態様では、前記可動栓コアは、前記先端側が大径部であり、後端側が小径部であり、該大径部と小径部との間が該小径部側ほど小径の第１のテーパ面となっており、前記スクレーパの内周面には、該第１のテーパ面と係合する第２のテーパ面が設けられている。

本発明の一態様では、前記スクレーパは、可動栓コアの前記大径部を取り囲む円筒部を有しており、該円筒部と前記可動栓コアの大径部の外周面との間に前記脚片部が挟まれている。

本発明の一態様では、前記係止手段は、前記脚片部に設けられた爪部と、前記可動栓コアの外周面に設けられた、該爪部が係合する溝とを有する。

本発明の一態様では、前記係止手段は、前記脚片部に設けられた孔と、前記可動栓の外周面から突設された、該孔に係入される突起とを有する。

本発明の一態様では、前記フィルタ固定治具は、前記環部を横断する梁部を有する。

本発明の可動栓にあっては、フィルタの外周縁がフィルタ固定治具の環部で押えられ、該環部から延出した脚片部が可動栓コアに係止されている。そして、この脚片部をスクレーパが取り巻いているため、フィルタの取り付けが強固である。また、本発明では、フィルタの外周縁と可動栓コアの凹所との間に弾力性リングが介在されており、液密性に優れる。

従って、本発明によると、液や吸着剤の漏れや偏流、および、部品の緩みや脱離などが無く、容易にフィルタの装脱着ができる事により、クロマトグラフィによる分離精製操作の安全性と効率が向上する。

なお、フィルタ固定治具が梁部を有する場合、フィルタの撓みや変形が防止される。

実施の形態に係る可動栓の分解斜視図である。 図１の可動栓の組立手順を示す断面図である。 図１の可動栓の組立手順を示す断面図である。 実施の形態に係る可動栓を備えたクロマトグラフィカラムの断面図である。 別の実施の形態に係る可動栓の分解斜視図である。 図５の可動栓の組立手順を示す断面図である。 図５の可動栓の組立手順を示す断面図である。 さらに別の実施の形態に係る可動栓の分解斜視図である。 図８の可動栓の組立手順を示す断面図である。 フィルタ固定治具の別例を示す斜視図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１〜４は第１の実施の形態に係る可動栓を構成する可動栓１を示している。なお、以下の説明で上下は図示の状態における上下を表わす。

この可動栓１は、可動栓コア１０と、該可動栓コア１０に装着された弾力性リング（この実施の形態ではＯリング）２０及び円板状の多孔質板よりなるフィルタ３０と、該フィルタ３０を押えつけて可動栓コア１０に固定するためのフィルタ固定治具４０等を備えている。

可動栓コア１０は、小径円柱状の小径部１１と、該小径部１１の上側（先端側）に連なり、該小径部１１よりも大径であり、該小径部１１と同軸状となっている略円盤形の大径部１２とを有する。小径部１１と大径部１２との間の外周面は、小径部１１側ほど小径となるテーパ面１３となっている。

大径部１２の上面は、大径部１２と同軸状の円形の凹所１４となっている。液の供給又は排出用の連通孔１５が可動栓コア１０の軸心方向に貫通しており、該連通孔１５が凹所１４の中央に開口している。

凹所１４の周囲に沿って周回するように環状壁１６が立設されている。環状壁１６の上端は、大径部１２の上面よりもフィルタ３０の厚み分だけ低位となっている。環状壁１６は可動栓コア１０の軸心に対し等半径位を周回している。環状壁１６と凹所１４の周壁面（大径部１２の内周面）との間が、弾力性リング２０の装着用の溝１７となっている。大径部１２の外周面には、フィルタ固定治具４０の爪部４３が係合する係止溝１８が周設されている。

可動栓コア１０の底面には、後述のボルト６４が螺合する雌螺子穴１９が可動栓コア１０の軸心線と平行方向に設けられている。

弾力性リング装着溝１７に弾力性リング２０が嵌挿され、フィルタ３０が大径部１２の上方から凹所１４に内嵌される。フィルタ３０は、弾力性リング２０を押圧しつつ環状壁１６の上面に当接され、このフィルタ３０を押え付けるようにフィルタ固定治具４０が装着される。フィルタ３０と凹所１４の底面と環状壁１６とによって囲まれることにより、液流通用のスペースＳが形成される。

なお、図示しないが、凹所１４の底面には、連通孔１５から放射線状、樹枝状、または格子状等に底面と平行方向に延在するように複数のフィルタ支持部材が設けられており、環状壁と略同じ高さに設計されている。これにより、フィルタ３０を安定して支持するとともに、スペースＳにおける液の整流の役割を果たす。図２〜４は連通孔１５を通り、フィルタ支持部材を通らない断面図を示している。

フィルタ固定治具４０は、平たい円環形の環部４１と、該環部４１の外周縁から下方に立設された脚片部４２と、該脚片部４２の下端からフィルタ固定治具４０の中心側へ突設された爪部４３とを有する。この実施の形態では、脚片部４２は環部４１の周方向に等間隔に６片設けられているが、これに限定されない。

なお、脚片部４２は、フィルタ固定治具４０の円周にあわせて曲率を持たせることにより、脚片部４２の幅を大きくとることができる。ただし、カラム径が大きい（例えば２ｍ）のときは脚片部４２の幅を１５ｃｍ以下（例えば０．５〜５ｃｍ）程度とすることができるが、カラム径が小さい（例えば５ｃｍ）のときは曲率の関係で１０ｍｍ以下（例えば２〜５ｍｍ）程度が好適である。

フィルタ固定治具４０の素材としては、医薬製造プロセス用であるため溶出物が少ないこと、機械的強度と弾性を備えること、接液部が塩類に対して耐食性を備えることが好適条件であることから、例えば、ステンレスＳＵＳ３１６を好適に用いることができるがこれに限定されるものではない。

このフィルタ固定治具４０は、各脚片部４２を大径部１２の外周面に沿わせて下方移動させるようにして可動栓コア１０に装着される。環部４１が大径部１２の上面に当接するまでフィルタ固定治具４０を押し下げると、爪部４３が係止溝１８に係合し、フィルタ固定治具４０が可動栓コア１０に装着される。このフィルタ固定治具４０の環部４１がフィルタ３０の周縁部を上方から押えつけ、フィルタ３０を可動栓コア１０に固定する。なお、爪部４３を係止溝１８から離脱させることにより、フィルタ固定治具４０を取り外し、フィルタ３０を可動栓コア１０から取り出すことが可能である。

フィルタ固定治具４０で上方から押えつけられたフィルタ３０の下面外周縁は、弾力性リング２０に密着すると共に、弾力性リング２０を弾力性リング装着溝１７の底面に水密的に押し付ける。

このように、弾力性リング２０、フィルタ３０及びフィルタ固定治具４０が装着された可動栓コア１０に対し、図１，３の通りスクレーパ５０を外嵌させる。スクレーパ５０は、短い円筒状であり、下部は中心側へ向って突出する厚肉の主環部５１であり、上部は薄肉の円筒部５２である。主環部５１の上面は、下方ほど小径となるテーパ面５３となっている。このテーパ面５３のテーパ角は、前記可動栓コア１０のテーパ面１３のテーパ角と同一である。スクレーパ５０の外周面は円筒面である。

主環部５１の内孔５４の直径は、可動栓コア１０の小径部１１の直径よりもごく僅かに大きいものとなっている。小径部１１を該内孔５４に挿通させ、円筒部５２を大径部１２の外周に位置させるようにしてスクレーパ５０が可動栓コア１０に外嵌される。フィルタ固定治具４０の脚片部４２は、大径部１２の外周面と円筒部５２の内周面との間に挟まれる。これにより、爪部４３が周回溝１８から抜け出ることが防止され、フィルタ３０がフィルタ固定治具４０によって強固に固定される。

スクレーパ５０が外嵌された可動栓コア１０の小径部１１に対しＶパッキン７０及びパッキンアダプタ７１，７２が外嵌される。この小径部１１がベース６０の凹部６１に内挿される。

ベース６０は、略円柱形状のものであるが、上面中央には可動栓コア１０の小径部１１が内嵌する凹部６１が設けられている。この凹部６１の底面からベース６０の底面にまで環通する液流通孔６２が設けられている。この実施の形態では、ベース６０にボルト６４の挿通孔６３が設けられている。

Ｖパッキン７０は、スクレーパ５０とベース６０との間において可動栓コア１０の小径部１１を周回するように設けられている。なお、複数枚のＶパッキン７０が積層状に配置されている。Ｖパッキン７０の積層体とスクレーパ５０との間、及び該積層体とベース６０との間にそれぞれパッキンアダプタ７１，７２が介在されている。

ボルト６４は、挿通孔６３を通って雌螺子穴１９にねじ込まれ、可動栓コア１０とベース６０とが一体化され、可動栓１が構成される。

ボルト６４の頭部がベース６０の底面に当接した後、さらにボルト６４を回転させることにより、可動栓コア１０がベース６０側に引き付けられ、Ｖパッキン７０がスクレーパ５０とベース６０との間で挟圧されて拡径方向に膨出する。このＶパッキン７０がクロマトグラフィ用カラム８０の内周面に当接することにより、可動栓１とカラム８０の内周面とのシールが行われる。なお、ここではＶパッキンを用いた場合を説明したが、他にもＬパッキンなどリップパッキンを好適に用いることができる。

また、可動栓コア１０がベース６０へ引き付けられると、テーパ面１３，５３の作用によりスクレーパ５０が拡径方向に押圧されてカラム８０の内周面に押し付けられ、可動栓１がカラム８０に対し固定される。

この可動栓１を備えたクロマトグラフィカラムにあっては、充填剤層は可動栓１の上側に形成される。液は孔６２，１５、スペースＳ及びフィルタ３０を通ってカラム８０内に導入される。なお、可動栓１側から溶離液を流出させる使用形態とされてもよい。

図４では、可動栓１はフィルタ３０が上方を向くようにカラム８０に内挿され、充填剤層がその上側に形成されるものとなっているが、図４とは上下逆に配置され、下向きとされたフィルタ３０の下側に充填剤層が位置する使用形態とされてもよい。

この可動栓１を備えたクロマトグラフィカラムにあっては、フィルタ固定治具４０がフィルタ３０の外周縁部を押えつけ、このフィルタ３０の外周縁部が弾力性リング２０を押えつけて弾力性リング２０を弾力性リング装着溝１７の底面に押し付けているので、フィルタ３０と可動栓コア１０との間の液シール性が良好であり、液漏れが防止され、液漏れに起因した偏流も防止される。

また、脚片部４２が大径部１２と円筒部５２との間で挟まれており、爪部４３が周回溝１８から離脱しないので、フィルタ３０がフィルタ固定治具４０によって強固に固定される。

上記実施の形態では、脚片部４２の爪部４３を係止溝１８に係合させることにより、フィルタ固定治具４０を可動栓コア１０に装着しているが、図５〜７の可動栓コア１０Ａ及びフィルタ固定治具４０Ａのように、爪部４３を省略し、大径部１２の外周面に小突起８１を設け、脚片部４２に小孔８２を設け、該小孔８２を小突起８１に係合させてフィルタ固定治具４０Ａを可動栓コア１０Ａに装着してもよい。

図５〜７のその他の構成は前記実施の形態と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

上記の各実施の形態では、凹所１４の周囲に環状壁１６を立設してスペースＳを形成しているが、図８，９の可動栓コア１０Ｂのように、環状壁１６を省略し、図示しないフィルタ支持部材のみによりフィルタ３０を支持してスペースＳを形成するようにしてもよい。

この可動栓コア１０Ｂにあっても、弾力性リング装着溝１７に弾力性リング２０が装着される。フィルタ３０が凹所１４に内挿され、フィルタ３０の外周縁部で弾力性リング２０を圧迫する。この状態でフィルタ固定治具４０が可動栓コア１０Ｂに装着される。

この可動栓コア１０Ｂのその他の構成は図１〜４の実施の形態と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

なお、図８では、フィルタ固定治具として図１〜４のものを用いているが、図５〜７のものを用いてもよいことは明らかである。

本発明では、フィルタ３０の直径が大きいときには、図１０のフィルタ固定治具４０Ｂのように環部４１を横断する梁部１００を設けてもよい。このように梁部１００を設けることにより、フィルタ３０の撓みや変形を防止することができる。なお、図１０では、梁部１００は環部４１の直径方向に十字状に設けられているが、梁部は弦方向に延在してもよく、直径方向の梁部と弦方向の梁部との双方を設けてもよい。また、直径方向の梁部と同心円状の梁部との双方を設けてもよく、井桁状の梁部を設けてもよい。

フィルタ固定治具４０Ｂの脚片部は、図１〜４の爪部４３付きの脚片部４２となっているが、図５〜７の小孔８２付きの脚片部４２であってもよい。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。

１ 可動栓
１０，１０Ａ，１０Ｂ 可動栓コア
１６ 環状壁
２０ 弾力性リング
３０ フィルタ
４０，４０Ａ，４０Ｂ フィルタ固定治具
５０ スクレーパ
６０ ベース
７０ Ｖパッキン
８０ カラム

Claims (8)

1. 液体クロマトグラフィのカラム内に配置される可動栓であって、
   先端部が充填剤層に対面し、可動栓の軸心部をカラムの軸心線方向に延在する可動栓コアと、
   該可動栓コアの先端側の外周に外嵌した環状のスクレーパと、
   該可動栓コアの先端面の凹所に装着されたフィルタと、
   該フィルタの少なくとも外周縁を押えるフィルタ固定治具と
   を有する可動栓において、
   該フィルタ固定治具は、
   フィルタの外周縁に重なる環部と、
   該可動栓から立設され、前記可動栓コアの外周面に沿って延在する複数の脚片部と、
   該脚片部を該可動栓コアに係止させる係止手段と
   を有することを特徴とする可動栓。
2. 請求項１において、前記可動栓は、さらに、前記可動栓コアの後端側が内嵌した凹部を有するベースと、
   前記スクレーパと該ベースとの間において該可動栓コアの外周を取り巻いているパッキンと、
   該可動栓コアをベースの該凹所に押し込む方向に引き付けるための引付手段と
   を有することを特徴とする可動栓。
3. 請求項２において、前記可動栓コアは、前記先端側が大径部であり、後端側が小径部であり、該大径部と小径部との間が該小径部側ほど小径の第１のテーパ面となっており、
   前記スクレーパの内周面には、該第１のテーパ面と係合する第２のテーパ面が設けられていることを特徴とする可動栓。
4. 請求項３において、前記スクレーパは、可動栓コアの前記大径部を取り囲む円筒部を有しており、
   該円筒部と前記可動栓コアの大径部の外周面との間に前記脚片部が挟まれていることを特徴とする可動栓。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記係止手段は、前記脚片部に設けられた爪部と、前記可動栓コアの外周面に設けられた、該爪部が係合する溝とを有することを特徴とする可動栓。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記係止手段は、前記脚片部に設けられた孔と、前記可動栓の外周面から突設された、該孔に係入される突起とを有することを特徴とする可動栓。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項において、前記フィルタ固定治具は、前記環部を横断する梁部を有することを特徴とする可動栓。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の可動栓が内部に配置された液体クロマトグラフィカラム。

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