JP5192814B2 - 混練造粒機 - Google Patents

Description

本発明は、医薬品、食品、化粧品などの混練対象材料（混練材料）を混練しかつ造粒する混練造粒機に関し、詳しくは粉体や粒子の混練、混合、造粒等を容器内で一工程で行う混練造粒機に関する。

従来、付着性が強い粉体の造粒には、一般的に押出し造粒法が用いられている。しかし、この造粒法では、粉体と結合材との混合・造粒・球形化といった各単位操作が必要となる。そのため、工程数が多くなり長時間を要するので製造コストが高くなるという欠点がある。

そこで、例えば、特開２０００−３５４７５３号公報（特許文献１）では、図１０に示すように、粉体の混合、撹拌等を一工程で行うために、粉体を収容する容器５５と、容器底部で回転して粉体を旋回流動させる回転羽根５６と、粉体の旋回流中で回転してその旋回流をせん断する破砕羽根５７とを有するものにおいて、破砕羽根５７を容器５５内周面に沿って公転させた撹拌造粒機が開示されている。

この撹拌造粒機においては、回転羽根５６の形状は、回転羽根５６が回転したときに粉体を舞い上げるような形状となっており、容器５５内に仕込まれた原料粉体は撹拌羽根５６に舞い上げられ対流する。この粉体の対流中にノズル５８より結合剤を滴下または噴霧し、破砕羽根５７が対流中の造粒物をせん断し、偏析などを防止するようになっている。

このように、従来の撹拌造粒機は、造粒時に、粉体を舞い上げ、せん断することはできるが、混練するといった練り作用に乏しく、造粒物の強度や溶出具合を調整できにくい。また、容器への付着が著しいため、それを取り除くために時間を要し生産性が低下する。さらに、難溶性の薬物を含有する場合、粒子（造粒物）が形成されないという欠点がある。

また、実用新案登録第２５２１７６５号（特許文献２）には、タンク内に下羽根と上羽根とを回転可能に配置し、該下羽根をタンクの底部に対してわずかの隙間をあけた状態にして配置し、下羽根によってタンク内の処理物を持ち上げながら中央へ移動させ、高速回転する上羽根によって処理物にせん断力を与えながら混合することで造粒するようにした撹拌造粒機が開示されている。

さらに、特公平６−２４６１９号公報（特許文献３）には、筒状の容器と、容器の内周面に近接する撹拌部材を備えた低速ロータと、多数の衝撃部材を備えた２個の高速ロータとを備えた造粒機が開示されている。

しかし、これらの撹拌造粒機においても、混練するといった練り作用に乏しく、造粒物の強度や溶出具合を調整できにくい。また、容器への付着が著しいため、それを取り除くために時間を要し生産性が低下する。
特開２０００−３５４７５３号公報 実用新案登録第２５２１７６５号 特公平６−２４６１９号公報

本発明の混練造粒機は、混練材料を収容する容器と、該容器の内壁面に沿って移動し、容器内で公転しながら自転する混練部材と、容器内で公転しながら自転し容器内の混練材料をせん断する破砕羽根と、を有し、該混練部材は、混練材料を容器内壁面との間で混練し得るように、容器の内壁面に対応する形状の羽根を有し、そのことにより上記目的が達成される。

一つの実施形態では、前記混練部材および破砕羽根は、公転速度と自転速度を独立に調節可能になっており、公転速度と混練部材の回転速度と破砕羽根の回転速度を任意に変更することが可能である。

一つの実施形態では、前記公転しながら自転する混練部材と公転しながら自転する破砕羽根の回転方向はそれぞれ公転方向に対して、正転、逆転が可能である。

一つの実施形態では、前記混練部材の回転軌跡が容器の内壁面に沿って移動する。

一つの実施形態では、前記混練材料は、粉体と結合液とを含み、結合液を容器内に投入するノズルが容器の上部に設けられている。

一つの実施形態では、前記容器が、真空又は減圧乾燥器を備えている。

本発明の別の混練造粒機は、粉末と結合液とからなる混練材料を収容する容器と、該容器の内壁面に沿って移動し、容器内で公転しながら自転する混練部材と、容器内で公転しながら自転し容器内の混練材料をせん断する破砕羽根と、を有し、該混練部材は、混練材料を容器内壁面との間で混練し得るように、容器の内壁面に対応する形状の羽根を有し、混練部材による練りこみとせん断作用により、粉末に対して結合液を強制的にかつ瞬時に分散させ、破砕羽根の作用により結合液が分散された混練物を解砕して適当な大きさの造粒物に調製するものである。

本発明の混練造粒機は、混練材料を収容する容器と、該容器の内壁面に沿って移動し、容器内で公転しながら自転する混練部材と、容器内で公転しながら自転し容器内の混練材料をせん断する破砕羽根と、を有し、該混練部材は、混練材料を容器内壁面との間で混練し得るように、容器の内壁面に対応する形状の羽根を有するので、混練部材による練りこみとせん断作用により、難溶性の粉末にも結合液を強制的にかつ瞬時に分散させることができる。そして、破砕羽根の作用により、結合液が分散された混練物を解砕し、適当な大きさの造粒物に調製することができる。

従って、混練材料の混合・混練・造粒・球形化が一工程でかつ閉鎖容器内で行え、また極めて短時間（２〜数分）で行えるために、製造コストの大幅な低下が期待できる。

さらに、容器内壁への造粒物の付着がほとんどないので、混練材料の粘度や溶解度などの物性を任意に制御可能であり、また造粒物の球形化も可能である。さらに、真空（減圧）乾燥も可能である。

さらに、交差汚染を防止できることから、医薬品、食品業界で問題となっているＧＭＰ対策にも適している。

さらに、球形で造粒分布のそろった造粒物を、極めて短時間で製造でき、粒子径や密度などの物性も運転条件（羽根の回転速度や運転時間）の調整により自由に制御することができる。

以上のように、水に難溶性の薬物を製造する場合でも、混練羽根の強力なせん断作用により結合液（水など）を、強制的に薬物の粉体中へ分散させることができる。そして、チョッパーなどの破砕羽根の作用により、結合液が分散された混練物を解砕し、造粒する。その破砕羽根により造粒物の粒度を調整できる。従って、短時間で造粒された薬物を製造することができる。

さらに、結合液（水など）の造粒物への分散が均一であるので、造粒物の造粒分布も極めてシャープ（つまり、粒径がそろっている）である。

容器へ付着しやすい造粒物を製造する場合でも、結合液を強制的に粉体中へ分散させ、瞬時に、破砕羽根の作用により、結合液が分散された混練物を解砕し、造粒するので、造粒物が容器内壁面などに付着することがない。

以下に本発明の実施の形態を具体的に説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態の混練造粒機Ａは、混練材料を収容して混練、破砕、および造粒する容器２０と、該容器２０を転倒可能に支持する架台１１と、該架台１１の上部から昇降可能に配設された昇降部材１０と、該昇降部材１０に取り付けられた複数のモータ４３と、このモータ４３の動力を容器２０内に配置される混練部材３０および破砕羽根３５へ伝達するための動力伝達システム２５と、を備えている。

容器２０は、その内部を加熱するためのヒータを備え、また内部を真空又は減圧するための乾燥器等を備えている。

上記混練部材３０は、主に撹拌、混合、混練、造粒機に用いられ、容器２０の内壁面に沿って移動し、容器２０内で公転しながら自転する。上記破砕羽根３５は解砕用であり、高速で回転する。この破砕羽根３５は、容器２０内で公転しながら自転し容器２０内の混練材料をせん断する。

それぞれは公転速度と自転速度を独立に調節可能になっており、公転速度と混練部材３０の回転速度と破砕羽根３５の回転速度を任意に変更することが可能である。混練部材３０の形状は、混練状態を強くしたい場合は、容器２０壁面に対してできるだけ粉体を押し付けるように加工変更し、破砕羽根３５の刃先形状もせん断力に応じて、いろいろな形状に変更した羽根に変更することができる。混練部材３０と破砕羽根３５の回転方向はそれぞれ公転方向に対して、正転、逆転が可能である。混練度合いを調節することにより、造粒物の溶出や摩損度を調整することができる。

また、混練部材３０の形状は容器２０の内面形状に沿ったものであり、公転速度と自転速度の比率によっては、混練部材３０の回転軌跡は容器２０側壁面に対して鋭角になり、原料粉体を押し付けるように作用し、強力な練り作用を加えることが可能である。また逆に、混練部材３０の回転軌跡が、容器２０側壁面円周に接するように回転する場合には、練り作用が弱いようにもできる。しかし、それらは、混練部材３０の形状にもより、より練りを強くしたり、弱くしたりすることは、混練部材３０の形状を変更することにより、さらに可能となる。

なお、ここでいう自転速度とは、混練部材３０と破砕羽根３５の回転速度をいい、混練部材３０の回転速度と破砕羽根３５の回転は独立して回転速度を設定可能であり、混練部材３０の自転を変更することにより、原料粉体の練り具合、混練状態を調節可能とし、破砕羽根３５の回転速度は、公転速度及び混練部材３０の回転速度に左右されずに、せん断力が有効に働く任意の回転速度が設定できる。

該混練部材３０は、混練材料を容器２０内壁面との間で混練し得るように、容器２０の内壁面に対応する形状の羽根を有する。

例えば、混練部材３０としては、図５に示すような種々のものを使用することができる。図５Ａに示す混練部材３０は、楕円形の外部材３１内に複数本の平行な横部材３２を架設して構成したものである。外部材３１はやや捻られている。図５Ｂに示すものは、楕円形の外部材３１に中央から斜め下方へ傾斜する複数本の傾斜部材３３を設けたものである。図５Ｃのものは楕円形の外部材３１だけで構成したものである。その外部材は側面視でく字状に捻られている。

粉砕羽根３５は、図５Ｄに示すように、中央軸３６に軸方向と直交する平行羽根３７を複数取り付けて構成されている。平行羽根３７を中央軸３６に取り付けるには、図７に示すように平行羽根３７の中央に形成された孔部３８に中央軸３６を挿通し、スペーサーを介して複数取り付けられている。また、中央軸３６の下端部に小さい羽根部材を軸方向に平行に取り付けてもよい。

次に、混練部材３０と破砕羽根３５の駆動システムを説明する。

撹拌部４０が容器２０の上部に固定され、混練部材３０と破砕羽根３５に遊星運動を行わせるために、これらの撹拌具（混練部材３０および破砕羽根３５）が偏心位置に取り付けられ竪型の混合機となっている。目的にあわせて混練部材３０および破砕羽根３５の形状等を上記したように変更可能である。またそれらの公転速度および自転係数についても自由に調整できる。なお、自転係数を無理数に近づけることで死点が発生しないため、短時間での造粒が可能である。

駆動部４０は、装置センタに対して同心状に配置されたスリーブ状の公転駆動軸４１ａと、公転駆動軸４１ａの内側に挿通された自転駆動軸４１ｂと、公転駆動軸４１ａの下端部に連結された複数本（ここでは２本）の自転軸３０ａ、３５ａ、公転駆動軸４１ａを駆動する第１駆動源４３ａと、自転駆動軸４１ｂを駆動する第２駆動源４３ｂと、第１駆動源４３ａ及び第２駆動源４３ｂを制御する制御手段５０とを備えており、混練部材３０および破砕羽根３５は自転軸３０ａ、３５ａの下端部にそれぞれ連結されている。

スリーブ状の公転駆動軸４１ａは、昇降部材１０に固定されたスリーブ状のブラケット４４ａの内側に軸受を介して回転自在に支持されている。公転駆動軸４１ａを駆動する第１駆動源４３ａは、回転方向及び回転速度が可変のモータ、即ち回転速度が正負にわたって可変のモータであり、公転駆動軸４１ａの上部に取り付けられたプーリ４６にトルクセンサ４６ａを介して連結されることにより、公転駆動軸４１ａを任意の方向及び速度で駆動する。

スリーブ状の公転駆動軸４１ａの内側に挿通された自転駆動軸４１ｂは、軸受により、外側の公転駆動軸４１ａに対して独立に回転自在となっている。自転駆動軸４１ｂを駆動する第２駆動源４３ｂは、回転方向及び回転速度が可変のモータ、即ち回転速度が正負にわたって可変のモータであり、自転駆動軸４１ｂの上方に設けられている。そして、トルクセンサ４６ｂを介して下方の自転駆動軸４１ｂに連結されることにより、この自転駆動軸４１ｂを任意の方向及び速度で駆動する。

公転駆動軸４１ａの下端部に連結された複数本の自転軸３０ａ、３５ａは、装置センタの周囲に垂直に配置されている。これらの自転軸３０ａ、３５ａは、公転駆動軸４１ａの下端部にブラケット４４ｂにより連結されており、ブラケット４４ｂの中で各自転軸３０ａ、３５ａは軸受により回転自在に支持されると共に、自転軸３０ａ、３５ａに外嵌する歯車４７ｂが、自転駆動軸４１ｂの下端部に取り付けられた歯車４７ａと噛み合うことにより、自転駆動軸４１ｂと連結されている。

そして、混練部材３０は、自転軸３０ａの下端部に連結されており、破砕羽根３５は、自転軸３５ａの下端部に同様に歯車４７ｃ、４７ｄを介して連結されている。

なお、４８はブラケット４４ｂの部分を覆うために昇降部材１０に取り付けられたフードであって、且つ、容器２０の開口部を塞ぐ蓋体であり、容器２０の中を覗くための覗き窓や容器２０の中を真空排気するための排気管等を備えている。

このような駆動部４０では、第１駆動源４３ａにより公転駆動軸４１ａが回転駆動されると、その回転がブラケット４４ｂを介して自転軸３０ａ、３５ａに伝わることにより、自転軸３０ａ、３５ａは装置センタの周囲を公転運動する。また、第２駆動源４３ｂにより自転駆動軸４１ｂが回転駆動されると、その回転が歯車４７ａ〜歯車４７ｄを介して各自転軸３０ａ、３５ａにそれぞれ伝わることにより、各自転軸３０ａ、３５ａは自転運動を行う。

従って、混練部材３０および破砕羽根３５は公転しつつ自転するという遊星運動を行う。しかも、第１駆動源４３ａの回転方向及び回転速度と第２駆動源４３ｂの回転方向及び回転速度は独立に制御されるので、混練部材３０，破砕羽根３５では公転運動及び自転運動の方向及び速度が独立に制御され、これにより動作速度と自転係数の制御が可能となる。また、トルクセンサ４６ａ，４６ｂの出力からは、混練部材３０，３０の公転トルクと自転トルクが検出される。

第１駆動源４３ａ及び第２駆動源４３ｂを制御する制御手段５０は、マイコン制御装置５１及び操作パネル５２を備えている。これらは昇降部材１０の架台１１内に収容されている。マイコン制御装置５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、処理内容を実行する。

即ち、トルクセンサ４６ａ，４６ｂから与えられる混練部材３０，破砕羽根３５の公転トルク及び自転トルク情報に基づき、第１駆動源４３ａ及び第２駆動源４３ｂにそれぞれの回転方向指令及び回転速度指令を与える。

また、図６に示すように、容器２０の上端部における内周面には、これに当接しながら旋回するブレード５を設けて、容器２０の内底面だけでなく上端部における内周面に対しても掻き落とし操作を行うようにしてもよい。

また、図８に示す混練部材３０を用いてもよい。この場合、混練部材３０の運動としては、公転運動のみ（自転係数＝０）や図９Ａに示すＱ運動（自転係数＞０）、あるいは図９Ｂに示すｒ運動（自転係数＞０）が任意に選択される。

また、混練造粒機では、回転の伝達にスプロケットとチェーンの組み合わせを用いているが、プーリとベルトの組み合わせを用いることも可能である。

本発明の混練造粒機は、造粒物の強度や溶出具合を容易に調整できる。本発明の混練造粒機は、容器の内壁面に付着することを防止しながら、均一な大きさの造粒物を短時間で製造できる。

図１は本発明の一実施形態の混練造粒機の断面図である。 図２は図１に示す混練造粒機の主要部の構造を示す縦断面図である。 混練造粒機の概念図である。 混練造粒機の主要部の模式図である。 図５は混練部材および破砕羽根の斜視図である。 図６はスクレパーを備えた混練造粒機の断面図である。 図７は羽根部材の平面図と断面図である。 図８は混練部材の斜視図である。 図９は遊星運動での混練部材の運動軌跡図である。 図１０は従来技術の撹拌造粒機の模式図である。

Claims (4)

1. 混練材料を収容する容器と、該容器の内壁面に沿って移動し、該容器内で公転しながら自転する混練部材と、該容器内で公転しながら自転し容器内の混練材料をせん断する破砕羽根と、を有する混練造粒機であって、
   該容器は、内底面と該内壁面とを有し、
   該混練部材は、混練材料を該容器の該内壁面に対して押し付け得、それによって、混練材料を容器内壁面との間で混練し得るように、容器の内壁面に対応する形状の羽根を有し、
   粉砕羽根は、回転可能な中央軸に軸方向と直交する平行羽根を複数取り付けて構成され、
   該混練部材および破砕羽根は、それぞれ公転速度と自転速度が独立に調節可能であり、
   該公転速度と混練部材の回転速度及び破砕羽根の回転速度を任意に変更することが可能であり、
   該混練材料は、粉体と結合液とを含む、混練造粒機。
2. 前記公転しながら自転する混練部材と公転しながら自転する破砕羽根の回転方向はそれぞれ公転方向に対して、正転、逆転が可能である請求項１記載の混練造粒機。
3. 前記結合液を容器内に投入するノズルが容器の上部に設けられている請求項１記載の混練造粒機。
4. 前記容器が、さらに真空又は減圧乾燥器を備えている請求項１記載の混練造粒機。

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