JP5128479B2 - 使い捨ての衛生的な混合装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、概ね混合装置に関し、より詳細には密閉された混合容器及び回転シャフトの羽根車(impeller)を有する混合装置に関する。

回転羽根車タイプの混合装置は、産業界で広く用いられている。例えば、混合または攪拌される流体及び／または他の混合材料を保持する混合容器を一般に用いる多様な混合装置がある。容器は、例えばシリンダ状、楕円、矩形などを含む適当な形状となりうる。モータ駆動される羽根車シャフトは、容器内へ延び、それから径方向に延びるパドルタイプの羽根車を有しており、シャフトが回転すると羽根車が容器内の材料を攪拌及び／または混合する。

いくつかの用途、とりわけ例えば製薬または食料工程などの衛生的な用途において、材料が加えられる前に高い殺菌状態に洗浄され、混合工程の間封止されて材料が汚染されないようにすることが混合装置に対して一般に望まれている。この問題は、とりわけ製薬及びバイオテクノロジー産業における生物混合反応(biological mixing reactions)の場合において高まる。

しばしば用いられる周知の混合装置は、容器と、所定形態の密閉封止アタッチメントとを備え、この密閉封止アタッチメントを介して混合シャフトが容器に向けて突出する。このタイプの装置をいくつかの用途のために完全に十分に洗浄するため、封止部を解体し、時間がかかって労力を要する洗浄工程が必要となる。ＳＩＰ（steam in place：所定位置で蒸気に当てる）及び／またはＣＩＰ（clean in place：所定位置で酸及び腐食性溶液を用いて洗い流して洗浄する）によってその場で封止が洗浄されることは一般的である。さらに、この洗浄工程は、混合装置が位置する場所であって追加的に蒸気を当てるまたは化学的に洗浄する設備が当該場所にあることが必要となる場所で実施される必要がある。さらに、実際の混合場所においては、十分な洗浄が行われたか操作者が確認することが困難である。

したがって、混合場所において極めて清潔なまたは殺菌した内部環境を提供可能であり、使用に便利かつ実用的な混合装置及び方法のための技術が必要となっている。

本発明のいくつかの実施形態では、混合場所において極めて清潔なまたは殺菌した内部環境を提供可能であり、使用に便利かつ実用的な混合装置及び方法を提供する。

本発明の一実施形態において、混合装置は、密閉された容器であって、入／出力ポート及び当該容器内で回転するために取り付けられた回転羽根車システムを有する容器と、完全に容器外部にあり、容器の外から羽根車シャフトを駆動するように構成された駆動システムと、を備える。

本発明の他の実施形態において、混合装置は、密閉された容器であって、入／出力ポート及び当該容器内で回転するために取り付けられた回転羽根車システムを有する容器と、完全に前記容器外部にあり、前記容器の外から羽根車シャフトを駆動するための駆動手段と、を備える。

本発明の他の実施形態において、混合方法は、密閉された容器であって、入／出力ポート及び当該容器内で回転するために取り付けられた回転羽根車システムを有する容器を設ける工程と、完全に容器の外部にあって容器の外から羽根車シャフトを駆動するように構成された駆動システムを用いて回転シャフト羽根車を駆動する工程と、を備える。

本発明のさらに他の実施形態において、材料の混合方法は、回転のために内部に取り付けられて完全に当該容器内で封止された羽根車を有する完全に封止された容器を設ける工程と、混合する材料を容器内に加える工程と、完全に容器の外に配置された駆動システムにより羽根車シャフトを駆動する工程と、を備える。

ここまで、詳細な説明をより良く理解するために、および本発明の当該技術分野への貢献をより良く理解するために、本発明の特定の実施例をどちらかと言えば概括的に説明してきた。もちろん、以下で説明され、本明細書に添付された特許請求の範囲の主題を形成するだろう本発明の追加の実施形態がある。

この点について、本発明における少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、当然ながら、その用途において細部の構成及び以下の記載または図面における説明に記載されている構成要素の配置に限定されない。本発明は、これら記載された実施形態に加えて実施形態を可能であり、さまざまな方法において実施及び達成可能である。また、当然ながら、この明細書及び要約中で採用されている語法及び専門用語は、説明を目的としており、限定するものとされるべきでない。

または、当業者は、この開示が基づいている概念が本発明のいくつかの目的を達成するための他の構造、方法及びシステムの設計の基礎としてすぐに利用されていることを理解するだろう。そのため、特許請求の範囲が本発明の精神及び範囲から離れない限りにおいてこのような同等の構成を含むとされていることが重要である。

本発明のいくつかの実施形態では、混合場所において極めて清潔または殺菌された内部環境を提供可能であり、使用に便利かつ実用的な混合装置及び方法を提供する。本発明の好ましい実施形態では、全体にわたって同様の参照符号が同様の部品を参照する図面を参照しながら説明されるだろう。

図１には、２つの密閉された端部を有するほぼシリンダ上の容器１２を有する混合装置１０が示されている。このように、容器１２は、シリンダ上側壁部１４、下端部１６及び上端部１８を有する。また、容器１２は、以下でより詳細に説明されるだろうドーム部２０を有している。また、容器１２は、モールド成形された基部または一組の裾部１９を有している。容器１２は、側壁部１４と端部１６及び１８とを有し、適切な材料で形成されているが、場合によってプラスチック材料で成形されていることが好ましい。

以下でより詳細に説明されるように、本発明のいくつかの実施形態における利点は、容器１２が使い捨てであることである。このような場合、容器は、製造場所において殺菌可能であり、そして混合のために利用する場所に運搬可能である。このような輸送では、容器１２の内部が殺菌されたままであり、このため混合のために使用する場所において使用前に容器１２を殺菌する必要がない。それどころか、容器１２は衛生的な入／出力バルブ２２を介して混合される材料で容易に満たすことができ、次の混合が行われて再び入／出力バルブ２２を介して容器１２が空になり、容器１２は処分されて次回に他の容器１２が用いられる。殺菌された入／出力バルブ２２は、従来知られているタイプのものである。

容器１２には、容器の壁部１４の内周から間隔をあけて内側に径方向で突出するバッフル２４が複数設けられてもよい。バッフル２４は、別個の要素であってもよく、または容器１２の成形に用いたような成形工程と同一の成形工程により成形されてもよい。また、容器１２には、従来知られているタイプのものである１またはそれ以上の異なるタイプのセンサ要素２６が容器１２に取り付けられまたは容器１２に成形されてもよい。センサ要素は、適切な用途のために、温度、湿度及び／または酸素センサを含んでもよい。

ドーム部２０は、成形されたプラスチックの容器１２に取り付けられる別個に製造された部分であり、容器１２の頂部を閉じるために容器１２に取り付けられている（閉じなければ開口部３０が存在することになる）。ドーム部２０は、（他の詳細については以下に説明するが）そこから径方向に延びる適当数の羽根車３４を有する羽根車シャフト（シャフト）３２を支持するためのベアリング及び他の構造体を囲む。以下でより詳細に議論されるであろうように、磁気駆動システム３２が設けられており、羽根車シャフト３２が外部に設けられたモータ及び制御システム３４によって駆動されうる。モータ及び制御システム３４は、駆動シャフト３６を駆動するモータを有し、センサ２６と相互に作用する制御要素を有してもよい。あるいは、センサ２６は、診断または制御機器（図示略）とインターフェースをとってもよい。

装置１０の上部は、図２において詳細に示されている。図２において、ドーム部２０は、成形された容器の頂端部２８に取り付けられる取付部（fitting）４０を有することがわかる。取付部４０は、超音波溶融、粘着または他の取付手段により取り付けられてもよい。取付部４０は、プラスチックまたは金属を含む適切な材料であってもよい。取付部４０は、回転のために羽根車シャフト３２を支持する下ベアリング４２及び上ベアリング４４を支持する。これらベアリング４２及び４４は、金属ベアリングまたはプラスチックベアリングを含む適切なタイプのベアリングであってもよいが、混合される流体と接触しうるため、乾式状態で作動できるベアリング(dry running bearing)を選ぶことが好ましい。

シャフト３２の頂部において、複数の羽根車シャフト磁石４６がシャフトの外面に設けられている。磁石４６は、受け溝部またはチャネル内に載置されており、シャフト３２の頂部に埋め込まれうる。これら磁石も混合される材料のいくらかと接触しうるため、磁石４６を有する羽根車シャフト３２の領域は、適切な被覆材料により被覆されてもよく、磁石４６は、シャフト３２の周面と同一平面で形成されることができまたは外方に多少突出してもよい。羽根車シャフト３２の頂部は、取付部４０の頂部に取り付けられるドーム部２０の内部に載置される磁石４６を有している。したがって、シャフト３２の頂部は、ドーム部２０の内部で自由に回転可能である。当然ながら、頂壁部１８、取付部４０及びドーム部２０は、全体的に混合される材料を囲む筐体を形成し、汚染から保護する。

モータ及び制御システム３４は、取付部４０の外表面にスライドするバイオネット式のブラケット(bayonet bracket)５２を介して混合組立体１０に取り付けることができる。差込ブラケット５２は、モータにより回転駆動されて当該駆動ロータ５４から内側に面するロータ磁石５６を有する駆動ロータ５４を支持するベアリングを有する。ロータ磁石５６は、ドーム部２０から外方に向けて間隔をあけて非接触であるが、磁界を作り出すのに十分であり、ロータ５４の回転は、ロータ磁石５６とシャフト磁石４６との磁気的結合によってシャフト３２を磁気的に駆動する。

図３は、これら構成部材をより詳細に示しており、図４は、容器の頂部、取付部及びモータ駆動組立体が除かれたドーム部を示している。ここでは、装置の操作がさらに詳細に説明されるだろう。

混合装置１０の使用の１つの好ましい方法において、使い捨ての混合容器は、説明したようなバッフル２４及び／またはセンサを有する容器１４のモールディングまたは他のフォーミングもしくは組み立てと、容器１２の頂部における開口部に例えば取付部４０及びドーム部２０を有する閉塞部を超音波溶接または他の取り付けすることで製造される。取付部４０及び／またはドーム部２０は、全体的に容器の頂部を閉塞し、ドーム部２０の外側に配置された駆動ロータ５４による羽根車シャフト３２の磁気的駆動のために羽根車シャフト３２及び磁石４６に回転支持をもたらす。いったん製造されると、この密閉された装置は、所望の度合いで容器１４の所定位置に配置された入／出力取付部２２を介して与えられる蒸気及び／または化学的な殺菌によって洗浄されうる。または、すべての部品は、組み立て前に洗浄され、そして例えばクリーンルーム内で最終構造に組み立て取り付けられうる。

いったんこの殺菌された装置１０が殺菌工程を経ると、取付部２２が閉じられ、これから容器１２は、混合場所まで運搬される間、依然として密閉されている。混合場所において、容器１２は殺菌した入／出力バルブ２２を介して満たされ、充填後バルブ２２は閉じられ、混合工程が実行される。容器１２がセンサ２６を有している場合、センサ２６は、外部の制御機構に伝達するために接続され、磁気的モータ駆動装置３４は、羽根車シャフト３２を駆動するためにドーム部２０の頂部に設置される。そして、混合は、説明したように実行される。混合工程に続いて、容器１２は、入／出力ポート２２を介して空になり、その後処分されまたは再使用のために洗浄サイクルにかけられる。

いくつかの実施形態において、全体の組立体１０は、容器１２、ドーム部２０、羽根車シャフト３２及び取付部４０と、ベアリング４２及び４４とを有し、殺菌されたユニットとして販売され、全体の組立体は、混合後に廃棄可能である。モータ及び制御システム３４は、ほとんど恒久的に再使用可能な装置となりうる。

本発明のさまざまな実施形態は、設計及び用途において一定の有利点及び柔軟性をもたらす。例えば、全体の容器及び羽根車ャフトのシステムは、１回または数回使用した後に処分され、そして羽根車シャフトベアリングは、１または数サイクル耐える予定であるか選択され、これらベアリングは、より多くのサイクルを有するより長い耐用年数のために設計されたベアリングと比較して安価となりうる。さらに、容器を単一の駆動及び制御システムと交換可能とすることができるため、混合場所は、単一の駆動及び制御システムを有することができ、その上異なる細部または他のタイプの容器と交換可能となる。したがって、容器及びその羽根車は、特定用途及び容易な交換のために選択されうる。また、容器がその場で洗浄されまたは洗浄用の施設に返却されるものであっても、容器が除去された後すぐに新しい容器が同じ駆動及び制御システムを用いて使用を開始できるため、停止時間は、低減される。使い捨て可能な実施形態の他の利点は、材料が混合、除去された後、入／出力バルブ２２が閉じられ、生物感応材料(biologically sensitive material)が小売されまたは容器内で密閉される。容器は、焼却または他の方法による処分場に運搬され、生物感応材料が安全に処分される。この方法は、恒久的に再使用可能な混合器の洗浄を試みることと比較して、生物感応材料の望ましい取り扱い方法となりうる。

本発明の多くの特徴及び利点は、明細書の記載において明らかとなり、したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲に属するこのような特徴及び利点のすべてをカバーすることを意図している。さらに、多くの改良及び変形が当業者によって容易に想到されるため、本発明が図示及び記載された構成及び操作そのものに限定することを望まず、したがって、すべての適切な改変および均等物は本発明の範囲に属すると解釈されるべきである。

本発明の好ましい実施形態における混合装置の側断面図である。 図１の装置における頂部を示す詳細な断面図である。 図１の装置における頂部を示すさらに詳細な拡大断面図である。 図３と対応しているが、頂部からモータ駆動システムを除いた装置を示している。

符号の説明

１０ 混合組立体，組立体，装置，混合装置
１２ 容器
２０ ドーム部
２２ 入／出力ポート
２４ バッフル
２６ センサ，センサ要素（器具）
３０ 開口部
３２ シャフト，羽根車シャフト
３２ 磁気駆動システム
３４ 羽根車
３４ 磁気的モータ駆動装置，制御システム
４０ 取付部
４４ 上ベアリング，下ベアリング，ベアリング
４６ 羽根車シャフト磁石，シャフト磁石，磁石

Claims (16)

1. 混合装置であって、
   密閉された容器であって、入／出力ポート及び当該容器内で回転するために取り付けられた回転羽根車システムを有する容器が、
   その底端部の近くに入口／出口ポートと、その頂上端部に開口部とを有する成形されたプラスチック本体部と、
   該開口部に取り付けられる取付部と、
   該取付部により支持されるペアの乾式で作動できるベアリングと、
   羽根車シャフトであって、該ペアの乾式で作動できるベアリングにより支持されている羽根車シャフトと、
   該ベアリングにより支持されている該羽根車シャフトの該本体部の外側にある端部に搭載されている磁石と、
   該取付部に取り付けられ、該羽根車シャフトの端部と該ベアリングを密閉するドームであって、該容器、該取付部及び該ドームが連続面をなすドームと、を具備する容器と、
   完全に該容器の外部にあり、該容器の外側から該羽根車シャフトを駆動するように構成された、取り外し可能な駆動システムであって、該駆動システムは、該取付部上に亘ってスライドするように適合され、該駆動システムは該シャフト上の磁石と相互作用する磁石を有している駆動システムを備えることを特徴とする混合装置。
2. 前記容器が、径方向内側に延びるバッフルをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記容器が、当該容器内に取り付けられる器具をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記取付部及び前記ドーム部が、超音波溶接によって前記容器に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記取付部は、バイオネット式として構成され、前記駆動システムは、前記取付部に亘ってスライドするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 混合装置であって、
   密閉された容器であって、入／出力ポート及び当該容器内で回転するために取り付けられた回転羽根車システムを有する容器と、
   該容器の外側から該回転羽根車シャフトを駆動するための該容器の完全に外部にある取り外し可能な駆動システムと、を有し、
   該容器が、
   その底端部の近くに入口／出口ポートと、その頂上端部に開口部とを有する成形されたプラスチック本体部と、
   該開口部に取り付けられる取付部と、
   該取付部により支持されるペアの乾式で作動できるベアリングと、
   羽根車シャフトであって、該ペアの乾式で作動できるベアリングにより支持されている羽根車シャフトと、
   該ベアリングにより支持されている該羽根車シャフトの該本体部の外側にある端部に搭載されている磁石と、
   該取付部に取り付けられ、該羽根車シャフトの端部と該ベアリングを密閉するドームであって、該容器、該取付部及び該ドームが連続する面をなすドームと、を具備し、
   該駆動システムは、該取付部上に亘ってスライドするように適合され、該駆動システムは該シャフト上の磁石と相互作用する磁石を有している駆動システムを備えることを特徴とする混合装置。
7. 前記容器が、径方向内側に延びるバッフルをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記容器が、当該容器内に取り付けられる器具をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の装置。
9. 前記取付部及び前記ドーム部が、超音波溶接によって前記容器に取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
10. 前記取付部は、バイオネット式として構成され、前記駆動システムは、前記取付部に亘ってスライドするように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
11. 混合方法であって、
    密閉された容器であって、入／出力ポート及び当該容器内で回転するために取り付けられた回転羽根車システムを有する容器を提供するステップであって、
    該容器が、
    その底端部の近くに入口／出口ポートと、その頂上端部に開口部とを有する成形されたプラスチック本体部と、
    該開口部に取り付けられる取付部と、
    該取付部により支持されるペアの乾式で作動できるベアリングと、
    羽根車シャフトであって、該ペアの乾式で作動できるベアリングにより支持されている羽根車シャフトと、
    該ベアリングにより支持されている該羽根車シャフトの該本体部の外側にある端部に搭載されている磁石と、
    該取付部に取り付けられ、該羽根車シャフトの端部と該ベアリングを密閉するドームであって、該容器、該取付部及び該ドームが連続する面をなすドームと、を具備する密閉された容器を提供するステップと、
    完全に該容器の外部にあり、該容器の外側から該羽根車シャフトを駆動するように構成された、取り外し可能な駆動システムを使用して該回転するシャフト羽根車を駆動するステップであって、該駆動システムは、該取付部上に亘ってスライドするように適合され、該駆動システムは該シャフト上の磁石と相互作用する磁石を有している駆動システムである駆動するステップと、を含むことを特徴とする混合方法。
12. 前記容器が、径方向内側に延びるバッフルをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記容器が、当該容器内に取り付けられる器具をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 材料を混合する方法であって、
    完全に密封された容器であって、回転するために該容器内部に取り付けられ該容器の内部に完全に密封された羽根車を有する容器を提供するステップであって、
    該容器が、
    その底端部の近くに入口／出口ポートと、その頂上端部に開口部とを有する成形されたプラスチック本体部と、
    該開口部に取り付けられる取付部と、
    該取付部により支持されるペアの乾式で作動できるベアリングと、
    羽根車シャフトであって、該ペアの乾式で作動できるベアリングにより支持されている羽根車シャフトと、
    該ベアリングにより支持されている該羽根車シャフトの該本体部の外側にある端部に搭載されている磁石と、
    該取付部に取り付けられ、該羽根車シャフトの端部と該ベアリングを密閉するドームであって、該容器、該取付部及び該ドームが連続する面をなすドームと、を具備する完全に密封された容器を提供するステップと、
    該容器の内側に混合されるべき材料を追加するステップと、
    該材料を混合するために完全に該容器の外部にある取り外し可能な駆動システムを経由して羽根車シャフトを駆動するステップであって、該駆動システムは、該取付部上に亘ってスライドするように適合され、該駆動システムは該シャフト上の磁石と相互作用する磁石を有している駆動システムである、駆動するステップと、を含むことを特徴とする混合方法。
15. 前記材料を加える工程の前に前記容器を殺菌する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 混合した後に前記容器を廃棄する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の方法。

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