JP2018523577A - 高効率コニカルミル - Google Patents

Abstract

コニカルミルのふるいおよびそのようなコニカルミルの改良されたギアボックスおよびハウジングが示され、説明される。ふるいは、円錐台形状であり、側壁に均一なサイズである複数の開口を有するテーパー付けられた側壁を含む。各開口は、隣接する開口から離間距離だけ離れている。この離間距離は、テーパー付けられた側壁の上部でより小さく、テーパー付けられた側壁の底部で大きい。それによって、テーパー付けられた側壁の上部で粉砕された粉体の滞留時間を低減し、テーパー付けられた側壁の底部で粉砕された粉体の滞留時間を増加させる。【選択図】図１３

Description

本発明は、粒状材料の粒径を小さくするために使用されるコニカル（円錐形）ミルに関する。より詳細には、本発明は、そのようなコニカルミルに使用される円錐形のふるい（screens）に関する。それは、より狭い粒度分布、発熱低減および容量増加のために、側壁の上部から底部まで変化するホールパターンを含む。開示されたコニカルミルは、分解することなく洗浄され、潤滑油を含まないギアボックスを特徴とする。これは、製品の汚染のリスクを低減する。

コニカルミルは、医薬品、食品、化粧品に使用される粉体の製造に広く使用されている。粉体は、典型的には、最終粉体の所望の粒度分布または所望の形態にサイズダウンされる前に、固体または粒状材料として製造される。例えば、医薬品用錠剤の製造は、粒状材料を粉砕された粉体に粉砕する工程（またはサイズ縮小工程）を必要とする。その粉砕された粉体は、容易に流動して、錠剤に圧縮される。

従来技術のコニカルミルは、投入と排出との間に位置された円錐形または円錐台形状の分類ふるい内に配置されたインペラー（羽根車）またはローター（回転子）を含む。これらの全ては、粉砕チャンバー内に配置されている（例えば、米国特許第４，７５９，５０７号、第５，２８２，５７９号、第５，３３０，１１３号、第５，６０７，０６２号）。なお、これらの特許の全ては、クアドロエンジニアリングに共通に譲渡されている。これらのコニカルミルは、入ってくる粒状材料の粒径を小さくするために、様々なふるいとインペラーとの組み合わせを使用する。ふるいとインペラーとの組合せの選択は、所望の粒度分布（ＰＳＤ）および処理される粒状製品のタイプに依存する。各ふるいの開口は、均一なサイズおよび形状であるが、種々のふるいは、異なるサイズおよび形状の開口で利用可能である。それらは、粉砕された粉末製品のＰＳＤを決定するのに役立つ。

様々な粉砕技術によって使用される従来技術のふるいは、開口をパンチング、化学的エッチング、またはレーザー切断によって、ブランクから作られるので、ふるいの全表面に亘って、同じ大きさの開口（孔）および開口面積率を有する。コニカルミルの場合、これらのふるいは、ふるいの外形に一致するインペラーを有し、約６０度の外形（上部で大径、下部に向かって先細り）を有している。インペラーが回転すると、インペラーのアームの速度は、ふるいの幅狭の底よりもふるいの幅広の上部近くで速い。その結果、固体生成物または粉体に付与されるエネルギーは、ふるいの上部から下部まで一貫していない。インペラーのアームの速度の変動のため、不均一な粉砕力が固体生成物に付与され、その結果、ＰＳＤのより広い範囲につながる。なぜなら、側壁の上部付近の粉体は、より速いアーム速度の状態でより多くのエネルギーを受け、したがって、側壁の底部付近の粉体よりもサイズが小さくなるからである。

機械的プロセスの観点から（製剤が安定していると仮定して）、粉砕された粉体からプレスされた錠剤（tablet）の強度および耐久性は、粉砕された粉体の、ＰＳＤ、かさ密度および流動性に大きく依存する。目標のＰＳＤから外れる過度の量の粒子は、錠剤化の欠陥を引き起こし、時には除去または廃棄され、その結果廃棄物となる。さらに、少なくともいくつかの医薬品の処分は、製品のコストを上昇させる環境規制、または、目標のＰＳＤを外れる粒子の生産に伴う損失のために、特別な取り扱いを必要とする。したがって、廃棄の少ない粉体の狭いＰＳＤを提供することができるコニカルミルが求められている。

医薬品、食品および化粧品産業は、操作および生産のために非常に厳格な衛生標準規格を有するので、コニカルミルは、完全な衛生化が可能でなければならない。さらに、粉体の製造は、吸入の危険性、および、いくつかの薬学的化合物に関して特に深刻な危険性を引き起こす可能性がある。そのため、粉砕チャンバーは、粉砕された粉体および粉砕工程によって生成された粉塵を適切に封じ込めなければならない。いくつかの粉体の非常に危険な性質のために、製薬業界は、手作業による洗浄を必要としない機器に向かう傾向にある。しかしむしろ、操作者が粉砕された粉体や粉塵に暴露することなく、および、機器を動かす必要がなく、自動的に洗浄する設備に向かう傾向にある。これはまた、「クリーンインプレイス」またはＣＩＰデザインと特徴付けられている。したがって、改善されたコニカルミルは、ＣＩＰデザインであるべきである。

最後に、コニカルミルは、作業中、実質的な騒音を発生する。これにより、操作者は耳に保護具を装着する必要がある。施設の１つの領域に数個または数十のコニカルミルを操作する製造業者によれば、コニカルミルからの騒音の発生は問題となる。したがって、騒音の少ないコニカルミルの改良が求められている。

医薬品、食品、化学および化粧品産業の要求を満たすために、本願は、再設計されたふるい、インペラー、ハウジングおよび／またはギアボックスの形態の１つまたは複数の改良を有する改良されたコニカルミルを開示する。開示されたふるいおよび／または開示されたインペラーとの組み合わせの開示されたふるいは、より狭いＰＳＤ、発熱の低減、およびスループットの改善をもたらす。開示されたハウジングと、開示されたコニカルミルのギアボックスは、騒音、ギアボックスからの製品汚染の可能性を除去、または実質的に低減する。そして、開示されたコニカルミルは、その場で（ＣＩＰ設計）洗浄される。

新しい「漸進的開口面積率」ふるいを開示する。ふるいの上部から底部へ開口面積率（open area percentage）を変化させることによって（または開口間の離間距離を変化させることによって）、不均一なインペラーの力を上部から下部に無効にする（counter）。開口面積率を変更することにより、側壁の底部付近のより遅いインペラー速度は、小さい開口面積率と、開口間の長い間隔とを有するために相殺される。それによって、粉体が開口を通る前、ふるいの底部の粉体を、より多くのインペラーの回転にさらしている（すなわち、紛体により長い滞留時間（residence times）を与えている）。また、ふるいの上部または頂部は、多くの開口またはより大きい開口面積率を有する。なぜなら、ふるいの上部でのインペラーのより速い回転速度は、インペラーに対する紛体のより少ない暴露を要求する。したがって、より高い開口面積率と、開口間のより狭い間隔との必要性を要求する。その結果、粉砕チャンバー内の粉体によって見られる粉砕力は、ふるいの全高さまたは全長にわたって均一に分布する。これにより、一度粉砕されると、より小さい大きさを有する粒子がより多くなる。したがって、より狭いＰＳＤを生じさせている。再設計されたふるいの開口（孔）パターンは、従来の円錐形のふるいに比べて、側壁上部付近の開口面積率を最大５０％増加させる。それによって、粉砕チャンバー内の滞留時間を短縮し、発熱を低減し、能力を改善している。

さらに、クリーンインプレイス（ＣＩＰ）要件に対応するために、開示されたコニカルミルは、手動で洗浄するために装置を開く必要なしに、全ての粉体接触表面の完全なクリーニング範囲を保証する再設計されたインペラークロスアームと、捕捉されたＯ−リング構成とを有するインペラーを導入する。さらに、粉体および洗浄液の完全な封じ込めは、供給シュート（feed chute）およびハウジングとのふるいの接触点の上下に位置する２つのＯ−リングを介して、粉砕チャンバー内で達成される。これにより、粉砕中の粉体は、内部接触面エリアにのみ存在し、洗浄液は、クリーニングサイクル後、隙間（割れ目）には漏れず、閉じ込められることもない。

開示されたコニカルミルは、ギアボックス内に非金属製のギアを使用し、潤滑するためのグリースを使用する必要性を排除する。ギアボックスは、シールを使用して、製品の接触ゾーンから隔離されている。これらのシールは、回転シャフトと確実に接触して、ギアボックスに製品が侵入することがなく、グリース／潤滑剤がギアボックスから漏れることなく、粉砕される粉体を汚染することがないことを保証する。ギアボックス内のグリースまたは潤滑剤の使用を完全に避けるために、ギアボックスは非金属複合ギアを使用してもよい。

本明細書に開示されたギアボックスは、高強度の複合材料ギアを収容する。これは、潤滑剤またはグリースを添加する必要なく、確実かつ一貫して作動されることができる。したがって、シャフトシールが誤って破損したとしても、製品はギアボックスから汚染されることはない。これらの機械の大部分が販売されている医薬品および食品産業では、この潜在的な汚染源を排除することが重要であるとみなされている。これに対し、現在小型化装置に使用されている従来技術のギアボックスは、ＦＤＡ認可の潤滑剤を用いて、スチール、ステンレス鋼または銅加工されたギアを使用する。それにもかかわらず、この潤滑剤は、製品のバッチを汚染し、バッチは廃棄される必要がある。

一態様では、ミル用のふるいは、より広い（幅広の）上部およびより狭い（幅狭の）底部を有するテーパー付けられた側壁（テーパー側壁）を含む。その側壁は、均一なサイズの複数の開口を含む。各開口は、隣接する開口から離間距離（spacing distances）だけ離れている。側壁の上部における離間距離は、側壁の底部における離間距離よりも小さい。その結果、側壁の上部での開口面積率は、側壁の底部での開口面積率よりも大きい。

上述の実施形態のいずれか１つまたは複数において、ミルは、円錐台形状のふるいを収容するハウジングを含む。そのふるいは、幅広の上部および幅狭の底部を有するテーパー側壁を含む。側壁は、均一なサイズの複数の開口を含む。各開口は、隣接する開口から離間距離だけ離れている。側壁の上部における離間距離は、側壁の底部における離間距離よりも小さい（結果として、側壁の上部における開口面積率は、側壁の底部における開口面積率よりも大きい）。側壁は、ふるいの側壁内に同軸に取り付けられたインペラーを収容する。インペラーは、ふるいの側壁の底部に配置された下部ベースを含む。下部ベースは、ふるいの側壁の底部を通って延びる出力シャフトに接続される。ベースは、側壁に沿って、上部から底部まで延びる少なくとも１つの粉砕部材に接続する。インペラーの出力シャフトは、出力ギアに接続する。出力ギアは、入力ギアと噛み合う。入力ギアは、モータに接続する入力シャフトに接続する。一実施形態では、非金属複合材料が入力ギアを組み立てるために使用される。

さらに別の態様で、流動性固体材料のサイズを小さくする方法は、ハウジングを含むミルを提供する工程を含む。そのハウジングは、ハウジングの上部と底部との間にふるいを収容する。ふるいは、幅広の上部と幅狭の底部とを有する円錐台形状の側壁を含む。側壁ふるいは、均一なサイズの複数の開口を含む。しかしながら、各開口は、隣接する開口から離間距離だけ離れている。ふるいの側壁の上部での開口間の離間距離は、ふるいの側壁の底部での開口間の離間距離よりも小さい（結果として、ふるいの上部の開口面積率は、ふるいの底部の開口面積率を超える）。また、側壁は、側壁内に同軸に取り付けられたインペラーを収容する。インペラーは、側壁の上部から底部まで、側壁に平行に延びる少なくとも１つの粉砕部材を含む。この方法はさらに、インペラーを回転させる工程と、ハウジングの上部およびふるいの側壁の上部を通して、流動可能な固体材料を供給する工程と、サイズ縮小された材料を生成するために、回転インペラーを有するふるいの側壁の開口を通して流動可能な固体材料を押圧する工程と、そのサイズ縮小された材料を収集する工程とを含む。

上記の実施形態のいずれか１つまたは複数において、ふるいの側壁の開口によって提供される開口面積率は、ふるいの側壁の底部よりもふるいの側壁の上部でより大きい。

上記の実施形態のいずれか１つまたは複数において、ふるいの側壁は、円錐台形状である。

上記の実施形態のいずれか１つまたは複数において、ふるいの側壁における開口は、円形、正方形および長方形からなる群から選択される形状を有する。

上記の実施形態のいずれか１つまたは複数において、側壁は、各開口において、内側に延びるくぼみ（dimple）またはラスプ（rasp）を含む。

上記の実施形態のいずれか１つまたは複数において、ふるいの側壁は、開口によって遮断された全表面積を含む。側壁はまた、上部セクション、上部中間セクション、下部中間セクション、および下部セクションを含む。上部セクションの開口は、上部セクションの側壁の全表面積の約３０％〜約５０％の範囲の開口面積率を提供し、上部中間セクションの開口は、上部中間セクションの側壁の全表面積の約２５％〜約４５％の範囲の開口面積率を提供し、下部中間セクションの開口は、下部中間セクションの側壁の全表面積の約２０％〜約４０％の範囲の開口面積率を提供し、および下部セクションの開口は、下部セクションの側壁の全表面積の約１５％〜約３５％の範囲の開口面積率を提供する。

上記の実施形態のいずれか１つまたは複数において、ふるいの側壁は、開口面積率を累積的に提供する開口によって遮断された全表面積を含む。開口面積率は、側壁の上部で約３０％〜約５０％の範囲である。一方、開口面積率は、側壁の底部で約１５％〜約３５％の範囲である。側壁の上部と底部との間に配置される開口は、約４０％未満から約２５％を超える範囲の開口面積率を提供する。

上記の実施形態のいずれか１つまたは複数において、出力シャフトの少なくとも一部と、出力シャフトと、入力シャフトの少なくとも一部とは、ギアボックス内に配置される。ギアボックスは、ハウジングに密封可能に接続される。さらに、ギアボックスは、潤滑剤を含まない。

上記の実施形態のいずれか１つまたは複数において、インペラーは、ふるいの側壁の底部に配置される下部ベースを含む。下部ベースは、ふるいの側壁の底部を通って延びる出力シャフトに接続する。そのベースは、ふるいの側壁の上部から底部まで延びる少なくとも１つの粉砕部材に接続する。出力シャフトは、出力ギアに接続する。出力ギアは、入力ギアと噛み合う。入力ギアは入力シャフトに接続し、入力シャフトはモータに接続する。そのような実施形態では、入力ギアは、非金属複合材料から製造される。この概念の更なる改良において、出力シャフト及び入力シャフトの少なくとも一部は、ギアボックス内に配置される。ギアボックスは、コニカルミルのハウジングに密封可能に接続する。さらに、入力ギアに非金属複合材料を使用することにより、潤滑剤の必要性がなくなるため、ギアボックスには潤滑剤が含まれていない。

添付の図面と併せて読むと、以下の詳細な説明から他の利点および特徴が明らかになる。

開示された方法および装置のより完全な理解のために、添付の図面に詳細に示される実施形態を参照すべきである。

図１は、図２３〜２８に示されるコニカルミルで使用するためのふるいの斜視図である。

図２は、図１に示されるふるいの平面図である。

図３は、図１、２に示されるふるいの正面図である。

図４は、図２３〜２８に示されるコニカルミル装置で使用するための円錐台形状のふるいの部分平面図である。特に、異なるホールパターン（hole patterns）を有する４つの別個のセクションを示している。各セクションは、図５〜８より詳細に示されている。

図５は、図４に示されるふるいの上部セクションのホールパターンの部分拡大平面図である。

図６は、図４に示されるふるいの上部中間セクションのホールパターンの部分拡大図である。

図７は、図４に示されるふるいの下部中間セクションのホールパターンの部分拡大図である。

図８は、図４に示されるふるいの下部セクションのホールパターンの部分拡大図である。

図９は、図２３〜２８に示されるコニカルミル装置で使用するための円錐台形状のふるいの部分平面図である。これは、図４に示されたような異なるホールパターンを有さないが、開口がふるいの上部でより高い開口面積率を提供するホールパターンを有する。そして、開口面積率は、ふるいの底部に向かって徐々に減少し、より小さい開口面積率を提供する。

図１０は、図９に示されるふるいの中央部のホールパターンの部分拡大図である。

図１１は、図２３〜２８に示されるコニカルミル装置で使用するための円錐台形状のふるいの部分平面図である。これは、図４に示されたような異なるホールパターンのセクションを有さないが、開口面積率が図９で示されるようにふるいの上部から底部に向かって減少する。しかし、開口には、くぼみまたはラスプが設けられている。

図１２は、図１１に示されるふるいのホールパターンの部分拡大図である。特に、くぼみまたはラスプを示している。

図１３は、図２３〜２８に示されるコニカルミル装置で使用するための別のふるいの部分平面図である。特に、開口が正方形または長方形であるホールパターンを示している。

図１４は、図１３に示されるふるいのホールパターンの部分拡大図である。

図１５は、図２３〜２８に示されるコニカルミル装置で使用するための別の円錐台形状のふるいの部分平面図である。開口は、長方形の形状を有している。

図１６は、図１５に示されるふるいのホールパターンの部分拡大図である。

図１７は、図２３〜２８に示され、図１〜１６で示されるふるいを有するコニカルミル装置で使用するためのインペラーの斜視図である。

図１８は、図１７に示されるインペラーの正面図である。

図１９は、図１７〜１８で示されるインペラーの平面図である。

図２０は、図１８の２０−２０線に沿った断面図である。

図２１は、図２０で示されるインペラーの部分断面拡大図である。特に、捕捉されたＯ−リングの位置を示している。

図２２は、図１８で示されるインペラーの部分拡大図である。特に、インペラーの下端部と粉砕部材またはアームとの接合を示している。

図２３は、コニカルミル装置の斜視図である。

図２４は、図２３に示される装置の側面図である。

図２５は、図２３〜２４に示される装置の正面図である。

図２６は、図２３〜２５に示される装置の平面図である。

図２７は、図２３〜２６に示される装置の粉砕チャンバーの部分底面図である。

図２８は、図２３〜２６に示される装置の粉砕チャンバーの部分平面図である。

図２９は、図２３〜２８に示されるコニカルミル装置のギアボックスアセンブリの斜視図である。

図３０は、図３２の３０−３０線に沿った部分断面図である。

図３１は、図３０の３１−３１線に沿った部分断面図である。

図３２は、図２９〜３１に示されるギアボックスアセンブリの正面図である。

図３３は、図２９〜３２に示されるギアボックスアセンブリを、図２３〜２４、２６に示されるコニカルミル装置のモータに接続するために使用されるスピンドルの斜視図である。

図３４は、図３３に示されるスピンドルの断面図である。

図３５は、粉砕チャンバーの一部を形成するハウジングの斜視図である。

図３６は、図４０の３６−３６線に沿った部分断面図である。

図３７は、図３６に示されるハウジングの部分拡大断面図である。

図３８は、図３６に示されるハウジングの部分拡大断面図である。

図３９は、図３６に示されるハウジングの別の部分拡大断面図である。

図４０は、図３５〜３６、４０に示されるハウジングの平面図である。

図４１は、図３５〜３６に示されるハウジングの正面図である。

図４２は、ハウジング、供給シュート及びふるいの断面図である。

図面は、必ずしも縮尺通りではなく、開示された実施形態を概略的かつ部分的に例示する。場合によっては、図面は、開示された方法および装置の理解に必要でない、または他の詳細を認識することを困難にする詳細を省略している。さらに、本開示は、本明細書に示される特定の実施形態に限定されない。

図１〜３は、図２３〜２８に示されるコニカルミル６２で使用するための円錐台形状のふるい５０の構成を概略的に示す。ふるい５０は、幅広の上部５２および幅狭の底部５３を含むテーパー側壁５１を含む。テーパー側壁５１は、均一なサイズの複数の開口または開口５４を含む。典型的には、テーパー側壁５１の直径方向に対向する部分間の角度θは約６０°である。しかし、ふるい５０の正確な幾何学的形状は、当業者には明らかであるように変化する。底部５３は、図１７〜２０で詳細に示されるインペラー５７の下端部５６を受け取るための別の円錐台底部セクション５５に接続する。ふるい５０はまた、図２４〜２５に示されるように、コニカルミル６２のハウジング６１内にふるい５０を支持するための外側フランジ５８を含む。ふるい５０はまた、取り扱いを容易にするために、タブ６３を含む。

図４は、別の開示されたふるい５０ａの部分平面図を示す。そのふるい５０ａは、上部５２ａおよび底部５３ａを含むテーパー側壁５１ａを含む。また、ふるい５０ａはまた、インペラー５７の下端部５６を受け入れる底部セクション５５ａと、コニカルミル６２のハウジング６１の上部の溝１０１でふるい５０ａを支持するフランジ５８ａとを含む（図２４〜２５、３６）。図４によって提供される平面図は、ふるい５０ａが４つの別個のセクションを含むことを示す。そのセクションは、テーパー側壁５１ａの上部５２ａ内に配置された上部セクション６４と、上部中間セクション６５と、下部中間セクション６６と、下部セクション６７とを含む。下部セクション６７は、テーパー側壁５１ａの底部５３ａと、下部中間セクション６６との間に配置される。下部中間セクション６６は、上部中間セクション６５と、下部セクション６７との間に配置される。上部中間セクション６５は、図４に示されるように、上部セクション６４と、下部中間セクション６６との間に配置されている。４つのセクション６４〜６７は、図６〜８により詳細に示されるように、異なるホールパターンと、開口５４同士の間の異なる離間距離と、異なる開口面積率とを有する。

各セクションは、均一なサイズの複数の開口部５４を含む。しかしながら、開口５４同士の間の離間距離は、上部セクション６４から下部セクション６７まで変化する。上部セクション６４は、インペラー５７の粉砕部材７１、７２の上部に係合する（engage）。そのインペラー５７は、粉砕部材７１、７２の下部より速い回転速度で動く。したがって、ふるい５０ａの上部セクション６４は、インペラー５７からより多くの量のエネルギーにさらされる。一方、ふるい５０ａの下部セクション６７は、回転するインペラー５７からより少ない量のエネルギーにさらされる。一般に、回転するインペラー５７によって送達されるエネルギーは、上部セクション６４から下部セクション６７に向かって、テーパー側壁５１ａに沿って減少する。その結果、より多くの開口５４は、滞留時間を短縮するために、上部セクション６４に必要とされる。なぜなら、上部セクション６４において粉砕される流動性材料は、流動性材料が上部中間セクション６５、下部中間セクション６６、または下部セクション６７で粉砕される前に、目標のＰＳＤ内に低減されるからである。これに対して、下部セクション６７は、インペラー５７（最も遅い回転速度で動いている）の粉砕部材７１、７２の下部によって係合されているので、下部セクション６７で粉砕される流動性材料は、より少ないエネルギーにさらされる。したがって、流動性材料は、目標のＰＳＤを達成するために、より長い滞留時間を必要とする。したがって、下部セクション６７は、より少ない開口５４と、開口５４間のより長い間隔と、より小さい開口面積率とを有する。

したがって、図５において、上部セクション６４の離間距離Ｄ_１は、図６に示される上部中間セクション６５の離間距離Ｄ_２よりも小さい。離間距離Ｄ_２は、図７に示されるように、下部中間セクション６６の離間距離Ｄ_３よりも小さく、離間距離Ｄ_３は、図８に示される下部セクション６７の離間距離Ｄ_４よりも小さい。したがって、上部セクション６４は、最大の開口面積率と、開口５４間の最小離間距離Ｄ_１とを有する。一方、下部セクション６７は、最小の開口面積率と、隣接する開口５４間の最大離間距離Ｄ_４とを有する。

図示された実施形態では、図５〜８に示されるホールパターンの開口５４間の角度γは、当業者には明らかなように変化することができるが、約６０°である。

ふるい５０ａの４つの別個のセクション６４、６５、６６、６７の開口面積率は、上部セクション６４については約３０％〜約５０％、上部中間セクション６５については約２５％〜約４５％、下部中間セクション６６については約２０％〜約４０％、下部セクション６７については約１５％〜約３５％の範囲である。しかしながら、開口面積率および離間距離Ｄ_１〜Ｄ_４は、当業者には明らかであるように、粉砕される材料、所望のＰＳＤ、操作条件、および他の要因に依存するように、大きく変動する。１つの非限定的な例では、セクション６４〜６７の開口面積率は、それぞれ４０％、３５％、３０％および２５％である。

図９〜１０に戻って、別のふるい５０ｂが開示されている。そのふるい５０ｂは、ふるい５０、５０ａと同じ構造的特徴を含み、フランジ５８ｂ、底部セクション５５ｂ、およびテーパー側壁５１ｂ（上部５２ｂから底部５３ｂまで延びる）を含む。上部５２ｂから底部５３ｂへの開口面積率を段階的に減少させる代わりに（または上部５２ｂから底部５３ｂまでの離間距離を段階的に増加させる代わりに）、ふるい５０ｂは、上部５２ｂから底部５３ｂへの開口面積率を徐々に減少（または離間距離を増大）させる特徴を有する。テーパー側壁５１ｂの上部５２ｂの近くの開口面積は、処理される材料、開口５４のサイズ、所望のＰＳＤなどに依存して、約３０％〜約５０％の範囲である。さらに、底部５３ｂ付近の開口面積率は、当業者には明らである無数の要因に応じて、約１５％〜約３５％の範囲である。１つの非限定的な例では、開口面積率は、テーパー側壁５１ｂの上部５２ｂの近くで約４０％であり、テーパー側壁５１ｂの底部５３ｂで約２５％である。

図１１〜１２に戻って、同様のふるい５０ｃが示されている。そのふるい５０ｃは、テーパー側壁５１ｃの上部５２ｃから底部５３ｃに向けて離間距離の増加または開口面積率と同じ徐々の減少を含む。しかしながら、各開口５４は、コニカルミル６２によって処理された流動性材料の研磨／粉砕を強化するためのラスプ要素（rasp element）７３を含む。再び、一実施形態では、開口面積率は、テーパー側壁５１ｃの上部５２ｃから底部５３ｃに向かって減少する。一方、離間距離は、上部５２ｃから底部５３ｃに増加する。

図１３〜１６は、２つの追加のふるい５０ｄ、５０ｅを示している。開口５４ｄ、５４ｅは、図１、５〜８および１０に示されるように、円形の開口５４に反して、それぞれ、正方形および長方形である。しかしながら、一般的な概念は変わらない。開口面積率は、テーパー側壁５１ｄ、５１ｅの上部５２ｄ、５２ｅに向かって最も大きい。開口面積率は、テーパー側壁５１ｄ、５１ｅの底部５３ｄ、５３ｅにおいて最も小さい。

図１７〜２２に戻って、開示されたインペラー５７は、Ｏ−リング７６を捕捉するための凹部７５を含む。そのＯ−リング７６は、ギアボックス８０の出力シャフト７８に対して内部キャビティ７７を密封する（図２９〜３２参照）。クロスアーム８１、８２は、インペラー５７の中心シャフト８３に粉砕部材７１、７２を接続する。インペラー５７のシャフト８３は、キーおよびスロット接続、または着脱可能な他の適切な取り付け手段を使用して、ギアボックス８０の出力シャフト７８に結合する。インペラー５７の下端部５６は、底部セクション５５、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅ内にぴったり嵌合する。インペラー５７の下端部５６は、外側に延びるリップ８３ａで粉砕部材７１、７２に結合する。そのリップ８３ａは、ふるい５０、５０ａ〜５０ｅの底部セクション５５、５５ａ〜５５ｅと、テーパー側壁５１、５１ａ〜５１ｅの底部５３、５３ａ〜５３ｅとの接合上に乗っている(ride)。例えば、図３、図１８および図２２を参照されたい。

出力シャフト７８に対してインペラー５７の底部５６を密封する捕捉されたＯ−リング７６に加えて、ギアボックス８０は、シールアセンブリ８４を含む。このシールアセンブリ８４は、ハウジング６１によって提供される、ギアボックス８０と粉砕チャンバー８５との間の相互汚染をさらに防止する（図３５〜図４１参照）。さらに、ギアボックス８０は、出力ギア８７を含む。その出力ギア８７は、出力シャフト７８を接続し、入力ギア８８と噛み合う。入力ギア８８は、入力シャフト８９に連結する。その入力シャフト８９は、モータ９１に結合する。これは、図２３と図２６に示される。一実施形態では、入力ギア８８は、非金属複合材料から製造される。この概念のさらなる改良において、非金属複合材料（それから入力ギア８８が製造される）は、潤滑材を必要としないタイプであってもよい。したがって、ギアボックス８０は、シールアセンブリ８４および捕捉されたＯ−リング７６に加えて、潤滑剤を含まないギアボックス８０であってもよい。そして、ギアボックス８０から粉砕チャンバー８５への潤滑剤または他の材料の汚染を防止する。入力シャフト８９は、ギアボックスハウジング９０を通過する。そのギアボックスハウジング９０は、スピンドル９３を収容するスピンドルハウジング９２に密封可能に結合する（図３４）。そのスピンドルハウジング９２は、図２３と図２６に示されるようにモータ９１に順次接続する。Ｏ−リング１１５は、スピンドルハウジング９２をギアボックスハウジング９０に密封する。図２４は、回収容器１００を示す。この回収容器１００は、当業者には明らかであるように、ビン、コンテナ、または空気輸送システムのような運搬システムである。

図２３〜２８は、１つの適切なコニカルミル６２を示す。支持台９４は、ホイール９５と、制御パネル９７を支持する直立支持体９６とを含む。支持台９４はまた、モータ９１、スピンドルハウジング９２およびコニカルミル６２のハウジング６１を支持するための追加の直立支持体９８を含む。供給シュート９９（図２３〜２６および図２８）は、ハウジング６１の上部中央開口１０２の上方に配置されている。周辺溝１０１は、Ｏ−リング１１０を収容する（図３６〜図３７）。一方、ハウジング９９の下部フランジ１５２における周辺溝１５１は、Ｏ−リング１６０を収容する。供給シュート９９とふるい接触点の上下に位置された２つのＯ−リング１１０、１６０は、粉砕中の粉体が内部接触表面エリアにのみ存在することを保証し、洗浄液が洗浄サイクル後に漏れる、または、隙間に閉じ込められることができないことを保証する。供給シュート９９は、図２３〜２４に最もよく示されているように、水平アーム１０３および垂直シリンダ１０４を介して、ハウジング６１に取り外し可能に結合する。図２７および図３６に戻って、ハウジング６１はまた、底部中央開口１０６を含む。この底部中央開口１０６は、Ｏ−リング１０９を収容するために配置された溝またはスロット１０８を有するフランジ１０７によって囲まれている。Ｏ−リング１０９は、底部フランジ１０７（図２７および図３６）を容器１００に密閉可能に固定することを可能にする（図２４）。ハウジング６１はまた、スピンドルハウジング９２を受け入れるための継手１１２を含む。ハウジング６１、供給シュート９９、ふるい５０、５０ａ〜５０ｅ、インペラー５７、ギアボックス８０およびスピンドルハウジング９２の構成は、前述のＯ−リング７６、１０９、１１０、１１５と共に、オペレータに安全上の危険を引き起こすことなく、コニカルミル６２が適切な位置で洗浄されることを可能にする。

コニカルミル６２、コニカルミル６２の改良されたギアボックス８０、改良された円錐台形状のふるい５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅおよび改良されたインペラー５７は、本明細書に開示されており、多くの製薬、食品、化学または化粧品の用途の使用に適している。

改良されたふるい５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、インペラー５７およびギアボックス８０を備えた開示されたコニカルミル６２は、以下の利点のいずれかまたはすべてを提供する。それは、狭いＰＳＤの約１５％から５０％以上の改善と、最大約５０％の発熱の低減と、約３０％から約５０％以上の増加した容量またはスループットと、最大５ｄＢの音の発生の低減と、粉砕チャンバー８５を開ける必要性なく、および操作者を粉砕した紛体または粉塵にさらすことなく、コニカルミル６２を洗浄する能力とを有する。

特定の実施形態のみが記載されているが、代案および変更は、上記の説明から当業者に明らかになるであろう。これらおよび他の代替物は、均等物とみなされ、本開示および添付の請求の範囲の精神および範囲内にある。

Claims (20)

1. 幅広の上部と、幅狭の底部とを有するテーパー付けられた側壁を含み、
   前記側壁は、均一なサイズの複数の開口を含み、
   各前記複数の開口は、隣接する開口から離間距離だけ離れ、
   前記側壁の前記上部における前記離間距離は、前記側壁の前記底部における前記離間距離よりも小さいことを特徴とするミル用ふるい。
2. 前記側壁の前記開口によって提供される開口面積率は、前記側壁の前記底部よりも前記側壁の前記上部において大きい請求項１に記載のふるい。
3. 前記側壁は、円錐台形状である請求項１に記載のふるい。
4. 前記開口は、円形、正方形および長方形からなる群から選択される形状を有する請求項１に記載のふるい。
5. 前記各開口での前記側壁は、内側に延びるラスプまたはくぼみを含む請求項１に記載のふるい。
6. 前記側壁は、前記開口によって遮断された全表面積を含み、
   前記側壁は、上部セクションと、上部中間セクションと、下部中間セクションと、下部セクションとを含み、
   前記上部セクションにおける前記開口は、前記上部セクションにおける前記側壁の前記全表面積の約３０％〜約５０％の範囲の開口面積率を提供し、
   上部中間セクションにおける前記開口は、前記上部中間セクションにおける前記側壁の前記全表面積の約２５％〜約４５％の範囲の開口面積率を提供し、
   下部中間セクションにおける前記開口は、前記下部中間セクションにおける前記側壁の前記全表面積の約２０％〜約４０％の範囲の開口面積率を提供し、
   下部セクションにおける前記開口は、前記下部セクションにおける前記側壁の前記全表面積の約１５％〜約３５％の範囲の開口面積率を提供する請求項１に記載のふるい。
7. 前記側壁は、開口面積率を累積的に提供する前記開口によって遮断された全表面積を含み、
   前記開口面積率は、前記側壁の前記上部で約４０％であり、
   前記開口面積率は、前記側壁の前記底部で約２５％であり、
   前記側壁の前記上部と前記底部との間に配置された前記開口は、４０％未満で２５％を超える範囲の前記開口面積率を提供する請求項１に記載のふるい。
8. 幅広の上部と幅の狭い底部とを有するテーパー付けられた側壁を含む円錐台形状のふるいを収容するハウジングと、
   前記側壁内に同軸上に搭載されたインペラーを収容する前記側壁と、
   入力ギアと噛み合う出力ギアに連結された出力シャフトと、を含み、
   前記側壁は、均一なサイズの複数の開口を含み、
   各前記複数の開口は、隣接する開口から離間距離だけ離れ、
   前記側壁の前記上部の前記離間距離は、前記側壁の前記底部における前記離間距離よりも小さく、
   前記インペラーは、前記側壁の前記底部に配置され、前記側壁の前記底部を通って延びる前記出力シャフトに接続される下部ベースを有し、
   前記下部ベースは、前記側壁の前記上部から前記底部に延びる少なくとも一つの粉砕部材に接続され、
   前記入力ギアは、モータに連結される入力シャフトに連結され、
   前記入力ギアは、非金属複合材料から製造されることを特徴とするミル。
9. 前記出力シャフトの少なくとも一部と、前記入力ギアと、前記入力シャフトの少なくとも一部とは、ギアボックス内に配置され、
   前記ギアボックスは、前記ハウジングに密封可能に接続され
   前記ギアボックスは、潤滑剤を含まない請求項８に記載のミル。
10. 前記開口によって提供される開口面積率は、前記側壁の前記底部よりも前記側壁の前記上部で大きい請求項８に記載のミル。
11. 前記側壁は、円錐台形状である請求項８に記載のミル。
12. 前記開口は、円形、正方形および長方形からなる群から選択される形状を有する請求項８に記載のミル。
13. 前記各開口での前記側壁は、内側に延びるラスプまたはくぼみを含む請求項８に記載のミル。
14. 前記側壁は、前記開口によって遮断された全表面積を含み、
    前記側壁は、上部セクションと、上部中間セクションと、下部中間セクションと、下部セクションとを含み、
    前記上部セクションにおける前記開口は、前記上部セクションにおける前記側壁の前記全表面積の約３０％〜約５０％の範囲の開口面積率を提供し、
    上部中間セクションにおける前記開口は、前記上部中間セクションにおける前記側壁の前記全表面積の約２５％〜約４５％の範囲の開口面積率を提供し、
    下部中間セクションにおける前記開口は、前記下部中間セクションにおける前記側壁の前記全表面積の約２０％〜約４０％の範囲の開口面積率を提供し、
    下部セクションにおける前記開口は、前記下部セクションにおける前記側壁の前記全表面積の約１５％〜約３５％の範囲の開口面積率を提供する請求項８に記載のミル。
15. 前記側壁は、開口面積率を累積的に提供する前記開口によって遮断された全表面積を含み、
    前記開口面積率は、前記側壁の前記上部で約４０％であり、
    前記開口面積率は、前記側壁の前記底部で約２５％であり、
    前記側壁の前記上部と前記底部との間に配置された前記開口は、４０％未満で２５％を超える範囲の前記開口面積率を提供する請求項８に記載のミル。
16. 流動性固体材料のサイズを小さくする方法であって、
    幅広の上部および幅狭の底部を有する円錐台形状の側壁を含むふるいを、上部と底部との間に収容するハウジングを有するミルを提供する工程と、
    インペラーを回転する工程と、
    前記側壁の前記上部および前記ハウジングの前記上部を通って、前記流動性固体材料を供給する工程と、
    サイズ縮小材料を生成するために、前記側壁の前記開口を通して前記流動性固体材料を押圧する工程と、
    前記サイズ縮小材料を集める工程と、を含み、
    前記側壁は、均一なサイズの複数の開口を含み、
    各前記複数の開口は、隣接する開口から離間距離だけ離れ、
    前記側壁の前記上部の前記開口間の前記離間距離は、前記側壁の前記底部の前記離間距離よりも小さく、
    前記側壁は、前記側壁内に同軸に取り付けられた前記インペラーを収容し、
    前記インペラーは、前記側壁に平行に延び、前記側壁の前記底部から前記上部まで延びる少なくとも１つの粉砕部材を含むことを特徴とする流動性固体材料のサイズを小さくする方法。
17. 各前記複数の開口の前記側壁は、内側に延びるラスプを含む請求項１６に記載の方法。
18. 前記側壁は、前記開口によって遮断された全表面積を含み、
    前記側壁は、上部セクションと、上部中間セクションと、下部中間セクションと、下部セクションとを含み、
    前記上部セクションにおける前記開口は、前記上部セクションにおける前記側壁の前記全表面積の約３０％〜約５０％の範囲の開口面積率を提供し、
    上部中間セクションにおける前記開口は、前記上部中間セクションにおける前記側壁の前記全表面積の約２５％〜約４５％の範囲の開口面積率を提供し、
    下部中間セクションにおける前記開口は、前記下部中間セクションにおける前記側壁の前記全表面積の約２０％〜約４０％の範囲の開口面積率を提供し、
    下部セクションにおける前記開口は、前記下部セクションにおける前記側壁の前記全表面積の約１５％〜約３５％の範囲の開口面積率を提供する請求項１６に記載の方法。
19. 前記側壁は、開口面積率を累積的に提供する前記開口によって遮断された全表面積を含み、
    前記開口面積率は、前記側壁の前記上部で約４０％であり、
    前記開口面積率は、前記側壁の前記底部で約２５％であり、
    前記側壁の前記上部と前記底部との間に配置された前記開口は、４０％未満で２５％を超える範囲の前記開口面積率を提供する請求項１６に記載の方法。
20. 前記インペラーは、前記ふるいの前記側壁の前記底部に配置され、前記側壁の前記底部を通って延びる出力シャフトに接続する下部ベースをさらに備え、
    前記下部ベースは、前記側壁の前記上部から前記底部まで延在する少なくとも１つの粉砕部材に接続され、
    前記出力シャフトは出力ギアに接続され、前記出力ギアは入力ギアに掛けられ、前記入力ギアは入力シャフトに接続され、前記入力シャフトはモータに連結され、
    前記入力ギアは、非金属複合材料から製造される請求項１６に記載の方法。

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