JP3670296B2 - 混合および分注デバイス - Google Patents
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Description
本発明は２種類以上の流体物質を混合するための混合デバイスに関する。本発明はまた、分注する際に流体物質を混合するように該混合デバイスを組み込む２種類以上の流体物質用分注デバイスにも関する。
流体物質用の種々の混合デバイスが公知である。混合デバイスのある一般的な型は、一般に、それに沿って２種類以上の流体物質が一緒に流される管状カラムよりなり、該管状カラムは、カラムに沿った流体物質の流れにおける乱れと連動し、乱れを起こす内部乱流生起エレメントを有する。乱流により物質は完全に混合する。かかる混合デバイスの一つは米国特許第４７６７０２６号に開示され、それは管状カラムよりなり、その中にはらせん状にねじれたリボン形態の多数のじゃま板があり、リボンはカラムの長さに沿ってらせん状のねじりの方向が互い違いとなっている。米国特許第４７６７０２６号の混合デバイスは２種類の流体物質用の分注デバイスと組み合わせて開示される。もう一つのかかる混合デバイスはＥＰ０２１２２９０Ａに開示され、その内周辺璧溝を設けた円筒状通路管およびその外周辺の表面上にらせん状の溝を持つシャフトよりなる。該シャフトおよび通路管上の溝は管の長さに沿って不変の深さのものである。
現状では、種々の他の混合デバイスが含まれる。米国特許第５１７８４５８号は外筒および回転式内部スクリューを有する押出機を開示する。ＤＥ−Ｕ−２９６０８２８９は内部スクリューに溝を設けた混合デバイスを開示する。ＧＢ２２９２５３１は、円錐台のケーシングと、その内面を六角形のチャンバーに形成する内部本体とを含む固定式ミキサーを開示する。ＦＲ２５９７３６５は、ケーシングならびに円筒形部材および円錐部材を有する内部ミキサーを含む固定式ミキサーを開示する。ＥＰ０３０１９７４Ａは、二成分の液体混合物をディスク混合デバイスに注入するためのカートリッジを開示する。米国特許第５１０４００４号は異なる物質を分割して産出するためのディスペンサーを開示する。ＥＰ０６０３４９２Ａは固定式と移動式ミキサーを組み合わせたものを開示する。
かかる公知の混合デバイスはある物質、例えば、各々が混合して製品を形成するに際して相互作用させる意図がある物質を含む２種類以上の流体物質よりなる医薬または健康管理の処方の完全混合に不適当である。
この問題を少なくとも部分的に克服することおよび公知の混合デバイスに取って代わるものを提供することもまた本発明の目的である。歯磨き粉、ゲルなどのごとき健康管理製品用にしばしば用いられる小容量の手で操作する分注デバイスの型での使用に適する混合デバイスを提供することもまた、本発明の目的である。これらは、一般に、各物質用の多数のリザーバーよりなり、各リザーバーは各連絡分注出口を介して物質をポンプ送液する手で操作するポンプと連絡する。かかる分注デバイスは、例えば、とりわけ米国特許第５１０４００４号および米国特許第４４３８８７１号においてよく知られている。本発明の他の目的および利点は以下の記述から明らかになるであろう。
従って、本発明は、一般に管状のカラムを含む２種以上の流体物質を混合するのに適した混合デバイスであって、該カラム内には内部の長手方向に整列したコアがあり、該カラムおよび該コアの間には該カラムを通っての総じて長手方向の流体物質の流れに適したチャンネルを規定するスペースがあり、該チャンネルは、該チャンネルへのおよびそれからの流体物質の各入口および出口のための入口端部および出口端部を有し、該コアに面するカラムの内表面は、該入口端部から該出口端部へとチャンネルに沿って長手方向に流れる流体に対して第１のねじれ方向のらせん流を付与するその上の１以上の流体ガイドエレメントを有し、カラムに面するコアの外表面もまた該入口端部から該出口端部へとチャンネルに沿って長手方向に流れる流体に対して該第１のねじれ方向とは逆の第２のねじれ方向のらせん流を付与するその上の１以上の流体ガイドエレメントを有し；
チャンネルの部分において、流体に付与されるらせん流は、優先的にコア上のガイドエレメントのねじれ方向であって、この部分の上流または下流のチャンネルの部分において、流体の流れに付与されるらせん流は優先的にカラム上のガイドエレメントのねじれ方向であることを特徴とする該混合デバイスを提供する。
好ましい具体例において、管状カラムは内部にて一般に円形断面であり、コアもまた好ましくは外部にて一般に円形断面であり、コアはカラムと同軸方向に整列している。該らせんのねじりの軸は、適当には、カラムおよびコアのそれである。
好ましくは、チャンネルの入口端部に向かって、流体に付加されるらせん流は優先的にコア上のガイドエレメントのねじれ方向であり、入口の下流、すなわち出口端部に向かって、流体に付加されるらせん流は優先的にカラム上のガイドエレメントのねじれ方向である。
該流体ガイドエレメントは種々の型、例えば、整列したエレメント、例えば、１個以上のじゃま板、羽根、隆起または溝などのごときらせん状または部分的にらせん状に整列したエレメント、またはカラムおよびコアの各表面上のその組合せであっても良い。
好ましい具体例において、該流体ガイドエレメントは、コアに面するカラム表面の１以上のらせん状溝、およびカラムに面するコアの表面の１以上のらせん状溝よりなり、１以上の溝のらせん軸は一般に長手方向であり、カラムおよびコア上の１以上のらせん状溝の相対的なねじれの方向は逆である。
該溝は、カラムおよび／またはコア表面への切り込みとして存在してもよく、あるいはこれら表面から立起する隆起の間に存在してもよい。
この好ましい具体例において、カラムおよびコア上の１以上の溝はその上部の開いた面に連絡し、チャンネルの入口および出口間の回旋状チャンネルを形成する。コアおよびカラムの表面の部分、またはそれぞれコアおよびカラム上の溝間の該隆起は接触してもよい。
カラムおよびコアの表面の１以上の溝は、適当には、連続する完全な溝である。カラム表面およびコア表面の単一の溝を用いることができ、あるいは代わりに複数の溝があってもよい。
この好ましい具体例において、カラムの１以上の溝の深さは、カラムの入口端部付近よりも出口端部付近の方が大きくなるように変化する。適当には、カラムの１以上の溝の深さは、入口端部から出口端部に向かって次第に増加してもよい。この具体例において、コア表面の１以上の溝の深さは、カラムの出口端部付近よりも入口端部付近の方が大きくなるように変化してもよい。適当には、コアの１以上の溝の深さは、入口端部から出口端部に向かって次第に減少してもよい。従って、この好ましい具体例において、カラムの入口端部では、コア上のより深い溝はカラム上のより浅い溝に面し、カラムの出口端部に向かって、コア上のより浅い溝はカラム上のより深い溝に面する。コアおよびカラムの溝の深さのこの変化はカラムの長さに沿って次第に起こり得るか、あるいは、深さの変化はカラムの長さに沿って段階的であってもよい。
もう一つの好ましい具体例において、カラムの内断面は減少し、例えば、入口端部から出口端部へ向けて次第にテーパーを付すかあるいは、段階的に減少し、そのため、内部ではカラムは出口端部より入口端部の方が広くなり、コアの外部断面もまた、一般にカラムの内部断面の減少に対応して減少する。結果的に、カラムおよびコアは一般に、長手方向に直線的、凹状に曲線的、凸状に曲線的または段階的な側方形状を有し得る円錐形または円錐台形であってもよい。
好ましくは、上記記載の長さの内径の減少するカラムにおいて、１以上の溝の深さはカラム長さの内径の減少に対応して次第に増加し、そのため、例えば、１以上の溝の底は同一のレベル、例えば、円筒表面にある。好ましくは、上記記載のテーパーを付したコアにおいて、１以上の溝の深さはコアのテーパーに対応して、次第に減少し、そのため例えば、１以上の溝は同一レベル、例えば、円筒表面にある。
該溝の輪郭、幅およびらせんのピッチもまた、カラムおよびコア上の異なる場所では異なり得る。いずれの特定の適用にも、上記記載のらせん状に整列したガイドエレメント、例えば、該溝用の適当な輪郭、らせんピッチおよび寸法は当業者には明らかであろうし、あるいは単純な実験により決定できる。上記記載のテーパーを付したコアおよびカラムについての適当な円錐角度は１°−４°特に２°−４°である。
上記記載の好ましい具体例において、コア上の溝の深さの変化は、溝がコアの入口端部に向かってより深くなるようなものであり、カラム上の溝深さの変化は、溝がカラムの出口端部に向かってより深くなるようなものであるが、逆の具体例もまた本発明に含まれる。すなわち、コア上の溝の深さの変化は、溝がカラムの出口端部に向かってより深くなるようなものであり、カラム上の溝の深さの変化は、溝がカラムの入口端部に向かってより深くなるようなものである。
カラムの入口端部において、２種類以上の流体は別々の流れにてカラムに供給されてもよく、それは例えば、並んでも、同軸でもまたは放射状に分節した流れでもよい。別法として、流体は、例えば、流体の別々の流れをカラムの上流の予備混合領域へ流すことにより部分的に予め混合することもできる。このことを達成する分注カラムを有する適当な分注デバイスは当該分野で公知である。入口および／または出口端部では、カラムには、混合流体の流れの特徴を修飾する濾過デバイスまたは他のデバイスを設ける。
カラムおよびコアは、例えば、ポリプロピレン、ナイロンなどのごとき成形されたプラスチック材料の単純な射出成形技術により作成できる。本発明の混合デバイスのカラムおよびコアは、各々、一体的構築物であってもまたは２以上の部分構築物からつくられてもよい。例えば、カラムはシェルとして作成し、別のコアをその中に挿入し、スナップ嵌めのごとき適当な手段によって所定の位置に保持することができ、これは当業者に明らかであろう。本発明の混合デバイスは上記記載の種類の２種類以上の流体物質用の分注器の出口通路への付属品用の別のノズル様伸長部分またはアダプターとして作成することができる。
本発明はまた、流体物質を分注する際に混合するための上記記載の混合デバイスを組み込む２種類以上の流体物質用の分注デバイスを提供する。
かかる分注デバイスは、２種以上の流体物質を含むのに適当な２個以上の各リザーバーよりなり、各リザーバーには、各リザーバーの出口開口を介してリザーバーから混合デバイスの入口端部へ物質を移す転置手段を設ける
分注デバイスは、各リザーバーが各流体物質を含み；各リザーバーが円筒形態であり、各リザーバーが、各出口通路および該リザーバーの出口通路を介して物質を押し出す円筒に沿って内方に移動可能なピストンを有する２以上の別々の貯蔵リザーバー、およびそこから製品が分注される各リザーバーの出口通路と下流で連絡する上記記載の混合デバイスよりなる。
あるいは、分注デバイスは、例えばプラスチック材料または金属ホイルまたはラミネートチューブの２以上の組み立て式リザーバーよりなってもよく、各リザーバーは各流体物質を含み、各リザーバーは、出口通路と下流連絡する上記記載の混合デバイスとそれぞれ下流連絡する各出口通路を有し、そこから製品が分注される。
あるいは、分注デバイスは各２種類以上の流体物質を含む２以上の別々の貯蔵リザーバー；２以上の手で操作可能な、それぞれ該２以上の別々の貯蔵リザーバーと連絡し、リザーバーからそこに流体物質を２以上の別々の出口通路に沿ってポンプ送液できるポンプ、および出口通路と下流連絡し、そこから製品が分注される上記記載の混合デバイスよりなる。
本発明の分注デバイスはプラスチック材料製でもよい。分注デバイスには漏洩または汚染を防止する適当なクロージャーを設けることができ、これはタンパー-明示(tamper-evident)である。分注デバイスにはピストンまたはポンプなどの早まった操作を防止する適当なロッキング機構を設けることができる。
本発明の混合デバイスは、逆らせんねじれ流を流体に同時付与することによってチャンネルを介する流体の流れにかなりの乱流および剪断が引き起こされるという事実により改良された混合効果を提供する。このことは、例えば、米国特許第４７６７０２６号のいくつかの「リボン」の代わりに１個のみのコアエレメントを使用する必要がある点で、米国特許第４７６７０２６号のデバイスにおけるよりも本発明の混合デバイスにおいてより単純な様式で達成される。また、チャンネルの一部において、流体に付与されたらせん流が優先的にカラム上のガイドエレメントのねじれ方向であり、この部分の上流または下流のチャンネルの一部では、流体の流れに付与されるらせん流は優先的にコア上のガイドエレメントのねじれ方向であるために、引き起こされた剪断および乱流のためＥＰ０２１２２９０Ａの混合デバイスよりも改良された混合が達成される。
さて、以下の図面を参照して、非限定的実施例のみにより本発明を記載する：
図１は本発明の混合デバイスのカラムを介する長手方向断面図を示す。
図２は本発明の混合デバイスのコアを介する長手方向断面図を示す。
図３は図１のカラム内の所定の位置にある図２のコアを有する本発明の混合デバイスを介する長手方向断面図を示す。
図４は折りたたみ軸について開けられた図１のカラムの平面図を示す。
図５は本発明のもう一つの混合デバイスのカラムを介する長手方向断面図を示す。
図６は図５のカラムの使用に適したコアの側面図を示す。
図７は図６のコアを介する長手方向断面図を示す。
図８は図５、６および７のカラムおよびコアを組み込む分注デバイスを介する長手方向断面図を示す。
図９はリザーバーから本発明の混合デバイスへの出口通路の詳細を示す。
図１、２、３および４を参照して、２種以上の流体物質の混合に適した混合デバイスは一般に管状カラム(１)よりなる。カラム(１)内には、図３に示すごとく、カラム１の管軸と長手方向に整列した内部コア(２)がある。図２において、コア(２)はカラム(１)とは独立して示される。管状カラム(１)は内部に一般に環状に分かれており、コア(２)もまた、外部に一般に環状に分かれており、図３に示す所定の位置にある場合、コア(２)はカラムと同軸上に整列する。
連続する完全ならせんの溝(３)は、図３に示すカラム(１)が所定の位置にある場合は、コア(２)に面するカラム(１)の内表面にあり、カラム(１)の入口端部(４)からカラム(１)の出口端部(５)へ走行する。連続した完全ならせんの溝(６)は、コア(２)が図３に示すごとくカラム(１)の所定の位置にある場合はカラム(１)に面するコア(２)の表面にあり、コア(２)の入口端部(４)からコア(２)の出口端部(５)へ走行する。溝(３)、(６)のらせん軸は一般に長手方向であり、カラム(１)の管軸にと整列し、それぞれカラム(１)およびコア(２)上のらせん状溝(３)、(６)の相対的なねじれ方向は逆である。
コア(２)が図３に示すごとくカラム(１)内の所定の位置にある場合、溝(３)、(６)はその上部の開いた面に連絡し、カラム(１)を介し、図１および３の矢印により示される長手方向方向の流体物質の流れ(示さず)に適したチャンネル(７)を規定するカラム(１)およびコア(２)間のスペースを形成する。チャンネル(７)は、チャンネル(７)内およびチャンネル(７)外への流体物質の各入口および出口用のカラム(１)の入口端部(４)に入口端部を、カラム(１)の出口端部(５)に出口端部を有する。
入口端部(４)から出口端部(５)へチャンネル(７)に沿って長手方向に流れる流体に対し、らせんの溝(３)は第一のねじれ方向に(すなわち、時計回りに)らせん流を付与し、入口端部(４)から出口端部(５)へチャンネル(７)に沿って長手方向に流れる流体に対し、溝(６)は第一のねじれ方向とは逆の第二のねじれ方向に(すなわち、反時計回りに)らせん流を付与する。
カラム(１)の内断面は入口端部(４)から出口端部(５)へテーパーを付し、そのため、内部にカラム(１)は、出口端部(５)より入口端部(４)の方が広くなる。コア(２)の外断面もまた、一般にカラム(１)の内部テーパーに対応してテーパーを付される。テーパーを付すカラム(１)およびコア(２)は結果として、直線的な側壁および２°−４°のテーパーの円錐角度の円錐台形のものである。
カラム(１)の溝(３)の深さは、カラム(１)の入口端部(４)付近より出口端部(５)付近の方が大きい。上部の開いた面からカラム(１)の外表面へ径方向に測定される溝(３)の深さは、入口端部(４)から出口端部(５)へ次第に増加する。カラム(１)は内部にテーパーを付しているため、溝(３)の深さはカラム(１)のテーパーに対応するように次第に増加し、それにより溝(３)の底はその長さにわたり同一のレベルにあり、円筒表面にある。
同様に、径方向に測定されるコア(２)の表面の溝(６)の深さは、出口端部(５)付近よりも入口端部(４)付近の方が大きく、深さは入口端部(４)から出口端部(５)に向かって次第に減少する。コア(２)は外部にテーパーを付してあるため、溝(６)の深さはコア(２)のテーパーに対応して次第に減少し、そのため、溝の底はその長さにわたって同一のレベルにあり円筒表面にある。
図１ないし４に図解される本発明の混合デバイスは、複数パーツ構成物である。図４に示される通り、閉じてカラムを形成する場合はクリップ(９)により一緒に保持されるフィルムヒンジ(８)によて連結される２個の半分体(１Ａ、１Ｂ)であるシェルとしてカラム(１)は作られる。別のコア(２)はカラム(１)に挿入され、一体物のフィン(１０)により入口端部のカラー(１１)内の所定の位置に保持され、フィン(１０)間に流体用の開口がある。出口端部には、コア(２)が、再び流体用の開口(示さず)を持つプラグ(１２)によってカラム内に保持される。
混合デバイスは、ノズル様アダプターとして作られ、これは上記記載の２種類以上の流体物質用の分注器の出口チャンネル(１３)と連結することができる。
カラム(１)の出口(４)では、２種類以上の流体を別々のまたは部分的に予備混合された流れにてカラムに供給することができ、チャンネル(７)を通って流れる時に流体に逆向きのらせん状のねじれ流を同時に付与することによって流体の流れに引き起こされたかなりの乱流および剪断は、流体が出口端部に達する時点までにそれを完全に混合する。
図１ないし４に図示される混合デバイス全体は射出成形の標準的技術によってプラスチック材料から作成することができる。
図５-８を参照して、全体の配置は図１ないし４と同様であり、対応する部分は対応して番号を付す。以下の記載において、図５-８に示される部分およびす１-４に示される部分の違いのみを詳細に記述する。
カラム(１)は、プラスチック材料の射出成形によってワンパーツ構成物にて作成される。その入口端部(４)付近にて、カラム(１)の内表面には、一対の並んだリザーバー(１６Ａ、１６Ｂ)よりなるリザーバーユニット(１６)のネック部分(１５)上の対応する隆起にスナップ嵌め連結できる溝(１４)が設けられる。その出口端部(５)にて、カラム(１)には、プルリング(１８)と共にティア−オフタンパーエビデントクロージャーディスク(tear-off tamper evident closure disk)が設けられる。ディスク(１７)は一体の引き裂き可能な膜リンクのみによって出口端部(５)と連結する。
コア(２)は中空であり、リザーバーユニット(１６)上の保持フィン(２０)と係合する内部ソケット(１９)を有する。その出口端部にてコア(１)には、カラム(１)の出口端部にフィットするセンタリングフランジを設ける。フランジ(２１)には、流体物質を通過させる多数の孔(一つを示す、２２)が設けられている。
リザーバーユニット(１６)は、一体構成にて連結される一対のリザーバー(１６Ａ、１６Ｂ)よりなる。ネックの部分(１５)は、混合デバイスが所定の位置にある場合は流体物質を各リザーバー(１６Ａ、１６Ｂ)からチャンネル(７)の出口端部へ流す出口通路(２３Ａ、２３Ｂ)を含む。図８の矢印の方向の図である図９に示すごとく、各出口通路(２３Ａ、２３Ｂ)は、部分的に円状であり、カラム(１)の軸の中央にある。
リザーバーユニット(１６)には、それぞれが各リザーバー(１６Ａ、１６Ｂ)の中にある２個の一体的に連結されるピストン(２４Ａ、２４Ｂ)よりなるピストンユニット(２４)が設けられる。ピストンユニット(２４)はボタン(２５)によって矢印の方向へ押すことができる。リザーバー(１６Ａ、１６Ｂ)の内表面には、ピストン(１６Ａ、１６Ｂ)の不注意な除去を防止するため接触表面(示さず)が設けられる。ピストンユニット(２４)は、使用前にピストン単位(２４)の早まった操作を防止するためにリザーバーユニット(１６)に対し隣接するはぎ取り式部材(２６)を含む。
使用に際しては、クロージャーディスク(１７)および部材(２６)が切り離され、ピストンユニット(２４)は、矢印の方向にボタン(２５)に掛けられた手の動作により押して、チャンネル(７)に沿ってリザーバー(１６Ａ、１６Ｂ)中の流体物質を動かす。簡便な指休め(２７)は分注デバイスをシリンジのように用いるのを可能とするために供される。
流体物質用の種々の混合デバイスが公知である。混合デバイスのある一般的な型は、一般に、それに沿って２種類以上の流体物質が一緒に流される管状カラムよりなり、該管状カラムは、カラムに沿った流体物質の流れにおける乱れと連動し、乱れを起こす内部乱流生起エレメントを有する。乱流により物質は完全に混合する。かかる混合デバイスの一つは米国特許第４７６７０２６号に開示され、それは管状カラムよりなり、その中にはらせん状にねじれたリボン形態の多数のじゃま板があり、リボンはカラムの長さに沿ってらせん状のねじりの方向が互い違いとなっている。米国特許第４７６７０２６号の混合デバイスは２種類の流体物質用の分注デバイスと組み合わせて開示される。もう一つのかかる混合デバイスはＥＰ０２１２２９０Ａに開示され、その内周辺璧溝を設けた円筒状通路管およびその外周辺の表面上にらせん状の溝を持つシャフトよりなる。該シャフトおよび通路管上の溝は管の長さに沿って不変の深さのものである。
現状では、種々の他の混合デバイスが含まれる。米国特許第５１７８４５８号は外筒および回転式内部スクリューを有する押出機を開示する。ＤＥ−Ｕ−２９６０８２８９は内部スクリューに溝を設けた混合デバイスを開示する。ＧＢ２２９２５３１は、円錐台のケーシングと、その内面を六角形のチャンバーに形成する内部本体とを含む固定式ミキサーを開示する。ＦＲ２５９７３６５は、ケーシングならびに円筒形部材および円錐部材を有する内部ミキサーを含む固定式ミキサーを開示する。ＥＰ０３０１９７４Ａは、二成分の液体混合物をディスク混合デバイスに注入するためのカートリッジを開示する。米国特許第５１０４００４号は異なる物質を分割して産出するためのディスペンサーを開示する。ＥＰ０６０３４９２Ａは固定式と移動式ミキサーを組み合わせたものを開示する。
かかる公知の混合デバイスはある物質、例えば、各々が混合して製品を形成するに際して相互作用させる意図がある物質を含む２種類以上の流体物質よりなる医薬または健康管理の処方の完全混合に不適当である。
この問題を少なくとも部分的に克服することおよび公知の混合デバイスに取って代わるものを提供することもまた本発明の目的である。歯磨き粉、ゲルなどのごとき健康管理製品用にしばしば用いられる小容量の手で操作する分注デバイスの型での使用に適する混合デバイスを提供することもまた、本発明の目的である。これらは、一般に、各物質用の多数のリザーバーよりなり、各リザーバーは各連絡分注出口を介して物質をポンプ送液する手で操作するポンプと連絡する。かかる分注デバイスは、例えば、とりわけ米国特許第５１０４００４号および米国特許第４４３８８７１号においてよく知られている。本発明の他の目的および利点は以下の記述から明らかになるであろう。
従って、本発明は、一般に管状のカラムを含む２種以上の流体物質を混合するのに適した混合デバイスであって、該カラム内には内部の長手方向に整列したコアがあり、該カラムおよび該コアの間には該カラムを通っての総じて長手方向の流体物質の流れに適したチャンネルを規定するスペースがあり、該チャンネルは、該チャンネルへのおよびそれからの流体物質の各入口および出口のための入口端部および出口端部を有し、該コアに面するカラムの内表面は、該入口端部から該出口端部へとチャンネルに沿って長手方向に流れる流体に対して第１のねじれ方向のらせん流を付与するその上の１以上の流体ガイドエレメントを有し、カラムに面するコアの外表面もまた該入口端部から該出口端部へとチャンネルに沿って長手方向に流れる流体に対して該第１のねじれ方向とは逆の第２のねじれ方向のらせん流を付与するその上の１以上の流体ガイドエレメントを有し；
チャンネルの部分において、流体に付与されるらせん流は、優先的にコア上のガイドエレメントのねじれ方向であって、この部分の上流または下流のチャンネルの部分において、流体の流れに付与されるらせん流は優先的にカラム上のガイドエレメントのねじれ方向であることを特徴とする該混合デバイスを提供する。
好ましい具体例において、管状カラムは内部にて一般に円形断面であり、コアもまた好ましくは外部にて一般に円形断面であり、コアはカラムと同軸方向に整列している。該らせんのねじりの軸は、適当には、カラムおよびコアのそれである。
好ましくは、チャンネルの入口端部に向かって、流体に付加されるらせん流は優先的にコア上のガイドエレメントのねじれ方向であり、入口の下流、すなわち出口端部に向かって、流体に付加されるらせん流は優先的にカラム上のガイドエレメントのねじれ方向である。
該流体ガイドエレメントは種々の型、例えば、整列したエレメント、例えば、１個以上のじゃま板、羽根、隆起または溝などのごときらせん状または部分的にらせん状に整列したエレメント、またはカラムおよびコアの各表面上のその組合せであっても良い。
好ましい具体例において、該流体ガイドエレメントは、コアに面するカラム表面の１以上のらせん状溝、およびカラムに面するコアの表面の１以上のらせん状溝よりなり、１以上の溝のらせん軸は一般に長手方向であり、カラムおよびコア上の１以上のらせん状溝の相対的なねじれの方向は逆である。
該溝は、カラムおよび／またはコア表面への切り込みとして存在してもよく、あるいはこれら表面から立起する隆起の間に存在してもよい。
この好ましい具体例において、カラムおよびコア上の１以上の溝はその上部の開いた面に連絡し、チャンネルの入口および出口間の回旋状チャンネルを形成する。コアおよびカラムの表面の部分、またはそれぞれコアおよびカラム上の溝間の該隆起は接触してもよい。
カラムおよびコアの表面の１以上の溝は、適当には、連続する完全な溝である。カラム表面およびコア表面の単一の溝を用いることができ、あるいは代わりに複数の溝があってもよい。
この好ましい具体例において、カラムの１以上の溝の深さは、カラムの入口端部付近よりも出口端部付近の方が大きくなるように変化する。適当には、カラムの１以上の溝の深さは、入口端部から出口端部に向かって次第に増加してもよい。この具体例において、コア表面の１以上の溝の深さは、カラムの出口端部付近よりも入口端部付近の方が大きくなるように変化してもよい。適当には、コアの１以上の溝の深さは、入口端部から出口端部に向かって次第に減少してもよい。従って、この好ましい具体例において、カラムの入口端部では、コア上のより深い溝はカラム上のより浅い溝に面し、カラムの出口端部に向かって、コア上のより浅い溝はカラム上のより深い溝に面する。コアおよびカラムの溝の深さのこの変化はカラムの長さに沿って次第に起こり得るか、あるいは、深さの変化はカラムの長さに沿って段階的であってもよい。
もう一つの好ましい具体例において、カラムの内断面は減少し、例えば、入口端部から出口端部へ向けて次第にテーパーを付すかあるいは、段階的に減少し、そのため、内部ではカラムは出口端部より入口端部の方が広くなり、コアの外部断面もまた、一般にカラムの内部断面の減少に対応して減少する。結果的に、カラムおよびコアは一般に、長手方向に直線的、凹状に曲線的、凸状に曲線的または段階的な側方形状を有し得る円錐形または円錐台形であってもよい。
好ましくは、上記記載の長さの内径の減少するカラムにおいて、１以上の溝の深さはカラム長さの内径の減少に対応して次第に増加し、そのため、例えば、１以上の溝の底は同一のレベル、例えば、円筒表面にある。好ましくは、上記記載のテーパーを付したコアにおいて、１以上の溝の深さはコアのテーパーに対応して、次第に減少し、そのため例えば、１以上の溝は同一レベル、例えば、円筒表面にある。
該溝の輪郭、幅およびらせんのピッチもまた、カラムおよびコア上の異なる場所では異なり得る。いずれの特定の適用にも、上記記載のらせん状に整列したガイドエレメント、例えば、該溝用の適当な輪郭、らせんピッチおよび寸法は当業者には明らかであろうし、あるいは単純な実験により決定できる。上記記載のテーパーを付したコアおよびカラムについての適当な円錐角度は１°−４°特に２°−４°である。
上記記載の好ましい具体例において、コア上の溝の深さの変化は、溝がコアの入口端部に向かってより深くなるようなものであり、カラム上の溝深さの変化は、溝がカラムの出口端部に向かってより深くなるようなものであるが、逆の具体例もまた本発明に含まれる。すなわち、コア上の溝の深さの変化は、溝がカラムの出口端部に向かってより深くなるようなものであり、カラム上の溝の深さの変化は、溝がカラムの入口端部に向かってより深くなるようなものである。
カラムの入口端部において、２種類以上の流体は別々の流れにてカラムに供給されてもよく、それは例えば、並んでも、同軸でもまたは放射状に分節した流れでもよい。別法として、流体は、例えば、流体の別々の流れをカラムの上流の予備混合領域へ流すことにより部分的に予め混合することもできる。このことを達成する分注カラムを有する適当な分注デバイスは当該分野で公知である。入口および／または出口端部では、カラムには、混合流体の流れの特徴を修飾する濾過デバイスまたは他のデバイスを設ける。
カラムおよびコアは、例えば、ポリプロピレン、ナイロンなどのごとき成形されたプラスチック材料の単純な射出成形技術により作成できる。本発明の混合デバイスのカラムおよびコアは、各々、一体的構築物であってもまたは２以上の部分構築物からつくられてもよい。例えば、カラムはシェルとして作成し、別のコアをその中に挿入し、スナップ嵌めのごとき適当な手段によって所定の位置に保持することができ、これは当業者に明らかであろう。本発明の混合デバイスは上記記載の種類の２種類以上の流体物質用の分注器の出口通路への付属品用の別のノズル様伸長部分またはアダプターとして作成することができる。
本発明はまた、流体物質を分注する際に混合するための上記記載の混合デバイスを組み込む２種類以上の流体物質用の分注デバイスを提供する。
かかる分注デバイスは、２種以上の流体物質を含むのに適当な２個以上の各リザーバーよりなり、各リザーバーには、各リザーバーの出口開口を介してリザーバーから混合デバイスの入口端部へ物質を移す転置手段を設ける
分注デバイスは、各リザーバーが各流体物質を含み；各リザーバーが円筒形態であり、各リザーバーが、各出口通路および該リザーバーの出口通路を介して物質を押し出す円筒に沿って内方に移動可能なピストンを有する２以上の別々の貯蔵リザーバー、およびそこから製品が分注される各リザーバーの出口通路と下流で連絡する上記記載の混合デバイスよりなる。
あるいは、分注デバイスは、例えばプラスチック材料または金属ホイルまたはラミネートチューブの２以上の組み立て式リザーバーよりなってもよく、各リザーバーは各流体物質を含み、各リザーバーは、出口通路と下流連絡する上記記載の混合デバイスとそれぞれ下流連絡する各出口通路を有し、そこから製品が分注される。
あるいは、分注デバイスは各２種類以上の流体物質を含む２以上の別々の貯蔵リザーバー；２以上の手で操作可能な、それぞれ該２以上の別々の貯蔵リザーバーと連絡し、リザーバーからそこに流体物質を２以上の別々の出口通路に沿ってポンプ送液できるポンプ、および出口通路と下流連絡し、そこから製品が分注される上記記載の混合デバイスよりなる。
本発明の分注デバイスはプラスチック材料製でもよい。分注デバイスには漏洩または汚染を防止する適当なクロージャーを設けることができ、これはタンパー-明示(tamper-evident)である。分注デバイスにはピストンまたはポンプなどの早まった操作を防止する適当なロッキング機構を設けることができる。
本発明の混合デバイスは、逆らせんねじれ流を流体に同時付与することによってチャンネルを介する流体の流れにかなりの乱流および剪断が引き起こされるという事実により改良された混合効果を提供する。このことは、例えば、米国特許第４７６７０２６号のいくつかの「リボン」の代わりに１個のみのコアエレメントを使用する必要がある点で、米国特許第４７６７０２６号のデバイスにおけるよりも本発明の混合デバイスにおいてより単純な様式で達成される。また、チャンネルの一部において、流体に付与されたらせん流が優先的にカラム上のガイドエレメントのねじれ方向であり、この部分の上流または下流のチャンネルの一部では、流体の流れに付与されるらせん流は優先的にコア上のガイドエレメントのねじれ方向であるために、引き起こされた剪断および乱流のためＥＰ０２１２２９０Ａの混合デバイスよりも改良された混合が達成される。
さて、以下の図面を参照して、非限定的実施例のみにより本発明を記載する：
図１は本発明の混合デバイスのカラムを介する長手方向断面図を示す。
図２は本発明の混合デバイスのコアを介する長手方向断面図を示す。
図３は図１のカラム内の所定の位置にある図２のコアを有する本発明の混合デバイスを介する長手方向断面図を示す。
図４は折りたたみ軸について開けられた図１のカラムの平面図を示す。
図５は本発明のもう一つの混合デバイスのカラムを介する長手方向断面図を示す。
図６は図５のカラムの使用に適したコアの側面図を示す。
図７は図６のコアを介する長手方向断面図を示す。
図８は図５、６および７のカラムおよびコアを組み込む分注デバイスを介する長手方向断面図を示す。
図９はリザーバーから本発明の混合デバイスへの出口通路の詳細を示す。
図１、２、３および４を参照して、２種以上の流体物質の混合に適した混合デバイスは一般に管状カラム(１)よりなる。カラム(１)内には、図３に示すごとく、カラム１の管軸と長手方向に整列した内部コア(２)がある。図２において、コア(２)はカラム(１)とは独立して示される。管状カラム(１)は内部に一般に環状に分かれており、コア(２)もまた、外部に一般に環状に分かれており、図３に示す所定の位置にある場合、コア(２)はカラムと同軸上に整列する。
連続する完全ならせんの溝(３)は、図３に示すカラム(１)が所定の位置にある場合は、コア(２)に面するカラム(１)の内表面にあり、カラム(１)の入口端部(４)からカラム(１)の出口端部(５)へ走行する。連続した完全ならせんの溝(６)は、コア(２)が図３に示すごとくカラム(１)の所定の位置にある場合はカラム(１)に面するコア(２)の表面にあり、コア(２)の入口端部(４)からコア(２)の出口端部(５)へ走行する。溝(３)、(６)のらせん軸は一般に長手方向であり、カラム(１)の管軸にと整列し、それぞれカラム(１)およびコア(２)上のらせん状溝(３)、(６)の相対的なねじれ方向は逆である。
コア(２)が図３に示すごとくカラム(１)内の所定の位置にある場合、溝(３)、(６)はその上部の開いた面に連絡し、カラム(１)を介し、図１および３の矢印により示される長手方向方向の流体物質の流れ(示さず)に適したチャンネル(７)を規定するカラム(１)およびコア(２)間のスペースを形成する。チャンネル(７)は、チャンネル(７)内およびチャンネル(７)外への流体物質の各入口および出口用のカラム(１)の入口端部(４)に入口端部を、カラム(１)の出口端部(５)に出口端部を有する。
入口端部(４)から出口端部(５)へチャンネル(７)に沿って長手方向に流れる流体に対し、らせんの溝(３)は第一のねじれ方向に(すなわち、時計回りに)らせん流を付与し、入口端部(４)から出口端部(５)へチャンネル(７)に沿って長手方向に流れる流体に対し、溝(６)は第一のねじれ方向とは逆の第二のねじれ方向に(すなわち、反時計回りに)らせん流を付与する。
カラム(１)の内断面は入口端部(４)から出口端部(５)へテーパーを付し、そのため、内部にカラム(１)は、出口端部(５)より入口端部(４)の方が広くなる。コア(２)の外断面もまた、一般にカラム(１)の内部テーパーに対応してテーパーを付される。テーパーを付すカラム(１)およびコア(２)は結果として、直線的な側壁および２°−４°のテーパーの円錐角度の円錐台形のものである。
カラム(１)の溝(３)の深さは、カラム(１)の入口端部(４)付近より出口端部(５)付近の方が大きい。上部の開いた面からカラム(１)の外表面へ径方向に測定される溝(３)の深さは、入口端部(４)から出口端部(５)へ次第に増加する。カラム(１)は内部にテーパーを付しているため、溝(３)の深さはカラム(１)のテーパーに対応するように次第に増加し、それにより溝(３)の底はその長さにわたり同一のレベルにあり、円筒表面にある。
同様に、径方向に測定されるコア(２)の表面の溝(６)の深さは、出口端部(５)付近よりも入口端部(４)付近の方が大きく、深さは入口端部(４)から出口端部(５)に向かって次第に減少する。コア(２)は外部にテーパーを付してあるため、溝(６)の深さはコア(２)のテーパーに対応して次第に減少し、そのため、溝の底はその長さにわたって同一のレベルにあり円筒表面にある。
図１ないし４に図解される本発明の混合デバイスは、複数パーツ構成物である。図４に示される通り、閉じてカラムを形成する場合はクリップ(９)により一緒に保持されるフィルムヒンジ(８)によて連結される２個の半分体(１Ａ、１Ｂ)であるシェルとしてカラム(１)は作られる。別のコア(２)はカラム(１)に挿入され、一体物のフィン(１０)により入口端部のカラー(１１)内の所定の位置に保持され、フィン(１０)間に流体用の開口がある。出口端部には、コア(２)が、再び流体用の開口(示さず)を持つプラグ(１２)によってカラム内に保持される。
混合デバイスは、ノズル様アダプターとして作られ、これは上記記載の２種類以上の流体物質用の分注器の出口チャンネル(１３)と連結することができる。
カラム(１)の出口(４)では、２種類以上の流体を別々のまたは部分的に予備混合された流れにてカラムに供給することができ、チャンネル(７)を通って流れる時に流体に逆向きのらせん状のねじれ流を同時に付与することによって流体の流れに引き起こされたかなりの乱流および剪断は、流体が出口端部に達する時点までにそれを完全に混合する。
図１ないし４に図示される混合デバイス全体は射出成形の標準的技術によってプラスチック材料から作成することができる。
図５-８を参照して、全体の配置は図１ないし４と同様であり、対応する部分は対応して番号を付す。以下の記載において、図５-８に示される部分およびす１-４に示される部分の違いのみを詳細に記述する。
カラム(１)は、プラスチック材料の射出成形によってワンパーツ構成物にて作成される。その入口端部(４)付近にて、カラム(１)の内表面には、一対の並んだリザーバー(１６Ａ、１６Ｂ)よりなるリザーバーユニット(１６)のネック部分(１５)上の対応する隆起にスナップ嵌め連結できる溝(１４)が設けられる。その出口端部(５)にて、カラム(１)には、プルリング(１８)と共にティア−オフタンパーエビデントクロージャーディスク(tear-off tamper evident closure disk)が設けられる。ディスク(１７)は一体の引き裂き可能な膜リンクのみによって出口端部(５)と連結する。
コア(２)は中空であり、リザーバーユニット(１６)上の保持フィン(２０)と係合する内部ソケット(１９)を有する。その出口端部にてコア(１)には、カラム(１)の出口端部にフィットするセンタリングフランジを設ける。フランジ(２１)には、流体物質を通過させる多数の孔(一つを示す、２２)が設けられている。
リザーバーユニット(１６)は、一体構成にて連結される一対のリザーバー(１６Ａ、１６Ｂ)よりなる。ネックの部分(１５)は、混合デバイスが所定の位置にある場合は流体物質を各リザーバー(１６Ａ、１６Ｂ)からチャンネル(７)の出口端部へ流す出口通路(２３Ａ、２３Ｂ)を含む。図８の矢印の方向の図である図９に示すごとく、各出口通路(２３Ａ、２３Ｂ)は、部分的に円状であり、カラム(１)の軸の中央にある。
リザーバーユニット(１６)には、それぞれが各リザーバー(１６Ａ、１６Ｂ)の中にある２個の一体的に連結されるピストン(２４Ａ、２４Ｂ)よりなるピストンユニット(２４)が設けられる。ピストンユニット(２４)はボタン(２５)によって矢印の方向へ押すことができる。リザーバー(１６Ａ、１６Ｂ)の内表面には、ピストン(１６Ａ、１６Ｂ)の不注意な除去を防止するため接触表面(示さず)が設けられる。ピストンユニット(２４)は、使用前にピストン単位(２４)の早まった操作を防止するためにリザーバーユニット(１６)に対し隣接するはぎ取り式部材(２６)を含む。
使用に際しては、クロージャーディスク(１７)および部材(２６)が切り離され、ピストンユニット(２４)は、矢印の方向にボタン(２５)に掛けられた手の動作により押して、チャンネル(７)に沿ってリザーバー(１６Ａ、１６Ｂ)中の流体物質を動かす。簡便な指休め(２７)は分注デバイスをシリンジのように用いるのを可能とするために供される。
Claims (10)
- 一般に管状のカラム(１)を含む２種以上の流体物質を混合するのに適した混合デバイスであって、該カラム(１)内には内部の長手方向に整列したコア(２)があり、該カラム(１)および該コア(２)の間には該カラム(１)を通っての総じて長手方向の流体物質の流れに適したチャンネル(７)を規定するスペースがあり、該チャンネル(７)は、該チャンネル(７)へのおよびそれからの流体物質の各入口および出口のための入口端部(４)および出口端部(５)を有し、該コア(２)に面するカラム(１)の内表面は、該入口端部(４)から該出口端部(５)へとチャンネル(７)に沿って長手方向に流れる流体に対して第１のねじれ方向のらせん流を付与するその上の１以上の流体ガイドエレメント(３)を有し、カラム(１)に面するコア(２)の外表面もまた該入口端部(４)から該出口端部(５)へとチャンネル(７)に沿って長手方向に流れる流体に対して該第１のねじれ方向とは逆の第２のねじれ方向のらせん流を付与するその上の１以上の流体ガイドエレメント(６)を有し；
チャンネル(７)の部分において、流体に付与されるらせん流は、優先的にコア(２)上のガイドエレメントのねじれ方向であって、この部分の上流または下流のチャンネルの部分において、流体の流れに付与されるらせん流は優先的にカラム(１)上のガイドエレメント(３)のねじれ方向であることを特徴とする該混合デバイス。 - チャンネル(７)の入口(４)の端部に向かって、流体に付与されるらせん流が優先的にコア(２)上のガイドエレメント(６)のねじれ方向であって、入口端部(４)の下流のチャンネルの部分(５)では流体の流れに付与されるらせん流が優先的にカラム(１)上のガイドエレメント(３)のねじれ方向であることを特徴とする請求項１記載の混合デバイス。
- 管状カラム(１)が内部にて一般に円形断面であり、コア(２)もまた外部にて一般に円形断面であり、コア(２)がカラム(１)の管軸と同軸に整列することを特徴とする請求項１記載の混合デバイス。
- 該流体ガイドエレメントが、コア(２)に面するカラム(１)の表面の１以上のらせん状溝(３)、およびカラム(１)に面するコアの表面の１以上のらせん状溝(６)よりなり、溝(３、６)のらせん軸が一般に長手方向であり、カラム(１)およびコア(２)上のらせん状溝(３、６)の相対的なねじれ方向が逆方向であり、該溝(３、６)がチャンネル(７)を含むことを特徴とする請求項１、２または３記載の混合デバイス。
- カラム(１)の１以上の溝(３)の深さが、カラム(１)の入口端部(４)付近よりも出口端部(５)付近の方が大きいことを特徴とする請求項４記載の混合デバイス。
- コア(２)表面の１以上の溝(６)の深さが、カラム(１)の出口端部(５)付近よりも入口端部(４)付近の方が大きいことを特徴とする請求項５記載の混合デバイス。
- カラム(１)の内断面が入口端部(４)から出口端部(５)に向かって減少し、そのため、内部ではカラム(１)が出口端部(５)よりも入口端部(４)の方が広く、コア(２)の外断面が一般にカラムの内断面の内部減少に対応して減少することを特徴とする請求項４記載の混合デバイス。
- カラム(１)およびコア(２)が一般に円錐台形であり、テーパーの円錐角度が１°−４°であることを特徴とする請求項７記載の混合デバイス。
- ２種類以上の流体物質用の分注器の出口通路へ取りつけるための別のノズル-様伸長またはアダプターとして作成されることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１記載の混合デバイス。
- 流体物質の分注に際してそれらを混合するように請求項１ないし９いずれか１記載の混合デバイスを組み込む２種類以上の流体物質用の分注デバイス。
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