JP5322226B2 - Rotary evaporator - Google Patents
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本発明は、ロータリーエバポレーターに関し、詳しくは、試料を投入した蒸発容器を回転させながら加熱し、試料から蒸発した蒸気をロータリージョイントを介して冷却器に導入して冷却することにより、試料中の各種成分を分離濃縮するために用いられるロータリーエバポレーターにおける真空シール構造に関する。 The present invention relates to a rotary evaporator, and more specifically, various types of samples in a sample are heated by rotating an evaporation container into which a sample is rotated, and the vapor evaporated from the sample is introduced into a cooler via a rotary joint and cooled. The present invention relates to a vacuum seal structure in a rotary evaporator used for separating and concentrating components.
ロータリエバポレーターでは、冷却器側部材の端部に蒸発容器を回転させるための回転駆動部を設けており、この回転駆動部と冷却器側部材との間に、蒸発容器に接続されたロータリージョイントを回転可能な状態で気密にシールするためのシール部が設けられている(例えば、特許文献1参照。)。このシール部に設けられるシール材には、真空状態に保たれる内部側と大気圧の外部側とを仕切るための真空保持能力(真空シール性)だけではなく、耐薬品性、耐熱性、耐久性が求められている。 In the rotary evaporator, a rotation drive unit for rotating the evaporation container is provided at the end of the cooler side member, and a rotary joint connected to the evaporation container is provided between the rotation drive unit and the cooler side member. A seal portion for hermetically sealing in a rotatable state is provided (for example, see Patent Document 1). The sealing material provided in this seal part not only has a vacuum holding capacity (vacuum sealability) for partitioning the internal side maintained in a vacuum state from the external side of atmospheric pressure, but also has chemical resistance, heat resistance and durability. Sex is required.
しかし、従来のシール材は、一般にゴム系基材で製造されているため、耐薬品性が十分とはいえず、薬品と接触すると、膨潤して変形したり、硬化したりすることがあり、シール性の劣化を招いていた。また、シール材における摺動部の摩耗が激しく、シール性の劣化が問題になるだけでなく、摩耗時に発生する削れ粕も大きな問題となっている。このため、使用者は、シール性の劣化による真空度の変化に気を遣うだけでなく、シール材の交換作業や洗浄作業に多大な手間及び時間を要していた。 However, since the conventional sealing material is generally manufactured from a rubber-based base material, it cannot be said that the chemical resistance is sufficient, and when it comes into contact with the chemical, it may swell, deform, or harden. The sealing performance was deteriorated. In addition, the sliding portion of the sealing material is heavily worn, and not only deterioration of the sealing performance becomes a problem, but also shavings generated at the time of wear are a serious problem. For this reason, the user not only pays attention to the change in the degree of vacuum due to the deterioration of the sealing performance, but also takes a lot of time and effort for the replacement work and cleaning work of the sealing material.
さらに、ゴム系基材からなるシール材の表面にフッ素樹脂を焼き付けたりして耐薬品性や摺動潤滑性を向上させることも行われているが、シール材の摺動相手がガラスパイプを透明仕上げしたロータリージョイントであり、摩擦が大きく、摩擦熱も発生するため、シール材の表面部分が削れやすく、フッ素樹脂を焼き付けた効果が長持ちしないという問題がある。この対策として、従来は、ロータリージョイントの外周面をできるだけ精度よく平滑に加工するようにしており、ロータリージョイントのコストに影響を与えていた。 In addition, fluororesin is baked on the surface of a sealing material made of a rubber base material to improve chemical resistance and sliding lubrication, but the sliding material of the sealing material makes the glass pipe transparent. The finished rotary joint has a large friction and generates frictional heat. Therefore, there is a problem that the surface portion of the sealing material is easily scraped and the effect of baking the fluororesin does not last long. Conventionally, as a countermeasure, the outer peripheral surface of the rotary joint is processed as smoothly and accurately as possible, which affects the cost of the rotary joint.
一方、ロータリージョイントの表面も、シール材との摺動による摩耗や、シール材の成分による摩滅が進行し、シール材との摺動部分に周方向溝が発生し、この周方向溝の発生とシール材の摩耗とがシール性を更に劣化させる要因となっていた。このため、シール材を定期的に交換するだけでなく、周方向溝が発生したロータリージョイントも定期的に交換する必要があった。 On the other hand, the surface of the rotary joint also wears due to sliding with the sealing material and wear due to the components of the sealing material, and a circumferential groove is generated in the sliding portion with the sealing material. The wear of the sealing material was a factor that further deteriorated the sealing performance. For this reason, it is necessary not only to periodically replace the sealing material but also to periodically replace the rotary joint in which the circumferential groove is generated.
そこで本発明は、簡単な構造でシール性の劣化を抑制することができ、シール材やロータリージョイントの長寿命化を図ることができる真空シール構造を備えたロータリーエバポレーターを提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotary evaporator having a vacuum seal structure that can suppress deterioration of sealing performance with a simple structure and can extend the life of a sealing material and a rotary joint. .
上記目的を達成するため、本発明のロータリーエバポレーターは、冷却器側部材の端部に装着された回転駆動部の内部を貫通して先端が冷却器側に延出し、基端が蒸発容器に接続される蒸気ガイド用のロータリージョイントを回転可能な状態で気密にシールするリング状のシール材を備えたロータリーエバポレーターにおいて、前記シール材が摺動する部分のロータリージョイントの外周面をマット仕上げとしたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the rotary evaporator according to the present invention penetrates through the inside of the rotation drive unit attached to the end of the cooler side member, the tip extends to the cooler side, and the base end is connected to the evaporation container. In the rotary evaporator provided with a ring-shaped sealing material that hermetically seals the rotary joint for the steam guide to be rotated, the outer peripheral surface of the rotary joint where the sealing material slides is matte finished It is characterized by.
さらに、本発明のロータリーエバポレーターは、前記シール材が、前記冷却器側部材の端部と回転駆動部との間に弾性体を介して気密に装着される固定シール部と、該固定シール部の内周側に形成された摺動シール部とを有し、該摺動シール部は、回転駆動部側が開口した環状凹部を有し、該環状凹部の内周側片の内周面を前記ロータリージョイントの外周面と摺動する環状シール面とし、前記環状凹部の内部に、前記環状シール面をロータリージョイント方向に押圧する押圧部材を挿入したことを特徴としている。 Furthermore, the rotary evaporator according to the present invention includes a fixed seal portion in which the seal material is mounted in an airtight manner via an elastic body between the end portion of the cooler-side member and the rotation drive portion, and the fixed seal portion A sliding seal portion formed on the inner peripheral side, the sliding seal portion has an annular recess opened on the rotation drive unit side, and the inner peripheral surface of the inner peripheral side piece of the annular recess is the rotary An annular seal surface that slides with the outer peripheral surface of the joint is used, and a pressing member that presses the annular seal surface in the rotary joint direction is inserted into the annular recess.
また、前記シール材は、前記環状凹部の基部側内周面に、先端がロータリージョイントの外周面に摺動する環状薄肉突出片が設けられていることを特徴とし、さらに、前記シール材は、フッ素系樹脂にカーボングラファイトを配合した材料で形成されていることを特徴としている。 Further, the sealing material is characterized in that an annular thin protruding piece whose tip slides on the outer peripheral surface of the rotary joint is provided on the inner peripheral surface of the base portion of the annular recess. It is characterized by being formed of a material in which carbon graphite is blended with a fluorine resin.
本発明のロータリーエバポレーターによれば、シール材が摺動する部分のロータリージョイントの外周面をマット仕上げ、例えば表面粗さが3〜10μm程度のマット仕上げとしたことにより、ロータリージョイントの外周面と摺動して摩耗したシール材の初期摩耗粉がマット面の凹凸に絡み付き、絡み付いた初期摩耗粉をベースとしてシール材との摺動部にシール材の摩耗粉が固まった状態のコーティング膜が形成され、このコーティング膜の表面をシール材が摺動することによって摺動抵抗、摩擦力が減少する。したがって、初期摩耗の段階を過ぎるとシール材の摩耗量が減少するとともに、ロータリージョイントの外周面も前記コーティング膜により保護されて周方向溝の発生を抑制することができる。 According to the rotary evaporator of the present invention, the outer peripheral surface of the rotary joint where the sealing material slides is matte finished, for example, the matte finish having a surface roughness of about 3 to 10 μm is used. The initial wear powder of the seal material that has worn due to movement is entangled with the irregularities on the mat surface, and the coating film in which the wear powder of the seal material hardens is formed on the sliding part with the seal material based on the entangled initial wear powder. As the sealing material slides on the surface of the coating film, sliding resistance and frictional force are reduced. Therefore, when the initial wear stage is passed, the amount of wear of the sealing material is reduced, and the outer peripheral surface of the rotary joint is also protected by the coating film, and generation of circumferential grooves can be suppressed.
また、シール材内周側の摺動シール部に環状凹部を形成し、該環状凹部内に押圧部材を挿入して環状シール面をロータリージョイント方向に押圧することにより、環状シール面をロータリージョイントのマット仕上げ部に確実に押し付けることができ、シール性を十分に確保することができる。さらに、環状薄肉突出片を設けることによって削り粕が内部に侵入することをより確実に防止することができる。また、フッ素系樹脂にカーボングラファイトを配合した材料でシール材を形成することにより、前記コーティング膜にフッ素系樹脂及びカーボングラファイトによる潤滑性を付与することができる。 In addition, an annular recess is formed in the sliding seal portion on the inner circumferential side of the seal material, and a pressure member is inserted into the annular recess to press the annular seal surface in the direction of the rotary joint, thereby making the annular seal surface of the rotary joint The mat finish portion can be reliably pressed, and a sufficient sealing property can be secured. Furthermore, by providing the annular thin protruding piece, it is possible to more reliably prevent the shavings from entering the inside. Further, by forming a sealing material with a material in which carbon graphite is blended with fluorine resin, lubricity by the fluorine resin and carbon graphite can be imparted to the coating film.
図1において、ロータリーエバポレーターは、図示しない固定手段によって固定された接続部材(接続用アダプター)11と、該接続部材11から斜め下方に突出した蒸発容器接続口12に、回転駆動部13の保持されたロータリージョイント14を介して接続された蒸発容器15と、接続部材11の上方に接続される冷却器(図示せず)及び接続部材11の下方に接続される留出受器(図示せず)とによって構成されている。 In FIG. 1, the rotary evaporator has a rotary drive unit 13 held by a connection member (connection adapter) 11 fixed by a fixing means (not shown) and an evaporation container connection port 12 projecting obliquely downward from the connection member 11. The evaporation container 15 connected via the rotary joint 14, the cooler (not shown) connected above the connecting member 11, and the distilling receiver (not shown) connected below the connecting member 11. And is composed of.
回転駆動部13は、蒸発容器15の口部に着脱可能に接続される蒸気ガイド用のガラスパイプからなる前記ロータリージョイント14を保持して回転させるものであり、回転駆動部13の内部には、前記ロータリージョイント14を挿入するための保持孔16を有する回転部材17がベアリング18を介して設けられている。この回転部材18は、図示しない駆動装置により駆動されて所定回転数で回転し、ロータリージョイント14を介して蒸発容器15を回転させる。 The rotation drive unit 13 holds and rotates the rotary joint 14 made of a glass pipe for steam guide that is detachably connected to the mouth of the evaporation container 15, and inside the rotation drive unit 13, A rotating member 17 having a holding hole 16 for inserting the rotary joint 14 is provided via a bearing 18. The rotating member 18 is driven by a driving device (not shown) to rotate at a predetermined rotation number, and rotates the evaporation container 15 through the rotary joint 14.
また、回転駆動部13の蒸発容器接続口12側には雄ねじ部材19が設けられており、この雄ねじ部材19と、蒸発容器接続口12の端部外周に係合するナット部材20とを螺合させて締め付けることにより、接続部材11と回転駆動部13とが連結される。そして、蒸発容器接続口12の開口端面と、該蒸発容器接続口12の開口端面に対向する回転駆動部13の端面との間には、接続部材11、ロータリージョイント14、蒸発容器15などの内部を外気から遮断するためのシール材21が設けられるとともに、該シール材21の内周の環状シール面22に摺動するロータリージョイント14の外周面には、図4に示すようなマット仕上げ部14aが設けられている。
Further, a male screw member 19 is provided on the evaporation container connection port 12 side of the rotation drive unit 13, and the male screw member 19 and a nut member 20 engaged with the outer periphery of the end of the evaporation container connection port 12 are screwed together. The connecting member 11 and the rotation drive unit 13 are coupled by tightening the screw. Between the opening end surface of the evaporation container connection port 12 and the end surface of the rotation driving unit 13 facing the opening end surface of the evaporation container connection port 12, the inside of the connection member 11, the rotary joint 14, the evaporation container 15, etc. 4 is provided on the outer peripheral surface of the rotary joint 14 that slides on the
図2に示すシール材21は、外周側の固定シール部23と、内周側の摺動シール部24とを有しており、固定シール部23における蒸発容器接続口12側の内周部分には、蒸発容器接続口12の開口に嵌着される円形嵌着部25が設けられ、外周側には、蒸発容器接続口12の開口端面に圧接する環状凸部26が突設されている。また、固定シール部23の回転駆動部13側の外周側面には、環状弾性体であるOリング27を装着するためのOリング装着溝28が回転駆動部13側を開口して設けられている。
The sealing
また、図3に示すシール材21aは、前記同様に、外周側の固定シール部23と、内周側の摺動シール部24とを有するもので、固定シール部23の外周に、Oリング27を装着するためのOリング装着溝28aを外周方向を開口させて設けるとともに、該Oリング装着溝28aの両側辺の外面には、蒸発容器接続口12の開口端面に圧接する前記同様の環状凸部26と、回転駆動部13の端面に圧接する環状凸部26aとがそれぞれ設けられている。なお、図3においては、Oリング装着溝28aを除く、摺動シール部24などの形状は,図2に示したシール材と同様に形成できるので、同一構成要素には同一符号を付す。
3 has a
前記摺動シール部24には、大気圧側となる回転駆動部13側が開口した環状凹部29を有しており、該環状凹部29の内周側片29aの内周面が、前記マット仕上げ部14aに摺動する前記環状シール面22となっている。また、環状凹部29の内部には、前記環状シール面22をマット仕上げ部14aの外周面に押圧する方向に作用するU字状の弾性部材からなる押圧部材30が挿入され、押圧部材30の開口側両先端が環状凹部29の溝壁対向面に設けられた段部29bにそれぞれ係止して抜け止めされている。
The
さらに、摺動シール部24における環状凹部29の基部側内周面には、先端が前記マット仕上げ部14aの外周面に摺動する環状薄肉突出片31が設けられている。この環状薄肉突出片31は、真空シール性についてはほとんど寄与せず、摺動シール部24の摩耗によって発生した削り粕が内部側に浸入することを防止するために設けられている。
Furthermore, an annular
このような真空シール構造において、前記マット仕上げ部14aのマット仕上げは、シール材21における環状シール面22の材質や摺動状態などの条件によって適宜な表面粗さを選択することができるが、通常は、表面粗さが3〜10μm程度のマット仕上げを施すことが好ましい。このマット仕上げ部14aの表面粗さが小さすぎたり、大きすぎたりすると、マット仕上げを施した作用効果を十分に得ることができず、シール材21の耐久性に悪影響を与えたり、真空シール性に悪影響を与えたりすることがある。
In such a vacuum seal structure, the mat finish of the mat finish portion 14a can be selected with an appropriate surface roughness depending on conditions such as the material of the
また、シール材21は、真空シール性、耐薬品性、耐熱性、耐久性を備えていれば任意の材料にて形成することができるが、フッ素系樹脂にカーボングラファイトを配合した材料でシール材21を形成することにより、前述のロータリージョイント14のマット仕上げ15aとの相乗効果によって真空シール性及び耐久性を大幅に向上させることができる。
The sealing
このように形成した真空シール構造は、新品のロータリージョイント14及び新品のシール材21を用いたときには、図4に示すように、ロータリージョイント14のマット仕上げ部14aに形成された細かな凹凸の凹部内は空隙となっており、凹凸の凸部先端がシール材21の環状シール面22に当接した状態となっている。この状態で回転駆動部13を作動させてロータリージョイント14を回転させると、環状シール面22の表面部分がマット仕上げ部14aの凸部先端によって僅かずつ削り取られる初期摩耗が発生するが、環状シール面22から剥がれた微細な削れ粕(初期摩耗粉)は、環状シール面22に押さえ付けられることによってマット仕上げ部14aの凹部内に入り込み、マット仕上げ部14aの凹凸に絡み付いた状態となる。この工程は、初期始動から通常の使用回転域で僅か2〜3分で実使用に支障がないレベルに達する。
When the new rotary joint 14 and the
このとき、マット仕上げ部14aの凹部内が空隙となっていても、環状凹部29内に挿入した押圧部材30が環状シール面22をマット仕上げ部14aの方向に押圧しているので、環状シール面22とマット仕上げ部14aとの間のシール性を確実に得ることができる。また、環状シール面22の真空側に環状薄肉突出片31を設けたことにより、接続部材11などの内部に削れ粕が侵入することを確実に防止することができる。さらに、 前記シール材21は、円形嵌着部25によって蒸発容器接続口12の開口に気密に嵌着され、固定シール部23は、環状凸部26とOリング27とによって確実にシールされた状態となっている。
At this time, even if the concave portion of the mat finishing portion 14a is a gap, the pressing
そして、ある程度初期摩耗が進行すると、マット仕上げ部14aの凹部内に入り込んで凹凸に絡み付いた初期摩耗粉をベースとして新たな初期摩耗粉が膜状に成長し、環状シール面22が摺動する部分のマット仕上げ部14aに初期摩耗粉によるコーティング膜が形成され、マット仕上げ部14aと環状シール面22との摺動がコーティング膜を介して行われる状態になる。このとき、シール材21をフッ素系樹脂にカーボングラファイトを配合した材料で形成しておくことにより、フッ素系樹脂及びカーボングラファイトによる極めて良好な潤滑性をコーティング膜に付与することができる。
Then, when the initial wear progresses to some extent, a new initial wear powder grows into a film shape based on the initial wear powder that enters the concave portion of the mat finish portion 14a and gets entangled with the unevenness, and the
マット仕上げ部14aにコーティング膜が形成されるまでの初期摩耗段階を過ぎると、コーティング膜の作用によって環状シール面22の摩耗量が減少するとともに、マット仕上げ部14aの外周面もコーティング膜によって保護された状態になるため、ロータリージョイント14の外周面を環状シール面22が摺動しても、従来のような周方向溝の発生を抑制することができる。さらに、シール材21をフッ素系樹脂で形成しておくことにより、コーティング膜もフッ素系樹脂で形成されることになるので、耐薬品性や耐熱性にも優れたものとすることができる。
After the initial wear stage until the coating film is formed on the mat finish portion 14a, the wear amount of the
したがって、環状シール面22の摩耗量減少によるシール材21の長寿命化と、周方向溝の発生抑制によるロータリージョイント14の長寿命化とが図れるとともに、削れ粕が減少するだけでなく、環状薄肉突出片31によって削れ粕が内部に侵入することを防止しているので、削れ粕による汚染も回避することができる。
Therefore, the life of the sealing
これにより、シール材21の交換や洗浄、ロータリージョイント14の交換などの保守作業を軽減することができ、ロータリーエバポレーターを使用した濃縮作業中に削れ粕が試料中に混入することもなくなり、長期間にわたって安定した濃縮作業を行うことができる。また、ロータリージョイント14の外周面を高精度に平滑加工する必要もなくなるので、ロータリージョイントの製造コストも低減することが可能となる。
As a result, maintenance work such as replacement and cleaning of the sealing
なお、前記ロータリーエバポレーターにおける回転駆動部の構造や回転機構、ロータリージョイントの保持構造などは任意であり、また、冷却器や留出受器には、試料及び目的成分などの濃縮作業条件に応じて適宜な冷却器及び留出受器を使用することができ、縦型冷却器、横型冷却器のいずれにも適用可能である。 In addition, the structure and rotation mechanism of the rotary drive in the rotary evaporator, the holding structure of the rotary joint, and the like are arbitrary, and the cooler and the distiller are in accordance with the concentration work conditions such as the sample and the target component. Appropriate coolers and distillation receivers can be used, and the present invention can be applied to both vertical and horizontal coolers.
11…接続部材(接続用アダプター)、12…蒸発容器接続口、13…回転駆動部、14…ロータリージョイント、14a…マット仕上げ部、15…蒸発容器、16…保持孔、17…回転部材、18…ベアリング、19…雄ねじ部材、20…ナット部材、21,21a…シール材、22…環状シール面、23…固定シール部、24…摺動シール部、25…円形嵌着部、26,26a…環状凸部、27…Oリング、28,28a…Oリング装着溝、29…環状凹部、29a…内周側片、29b…段部、30…押圧部材、31…環状薄肉突出片 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Connection member (adapter for connection), 12 ... Evaporation container connection port, 13 ... Rotation drive part, 14 ... Rotary joint, 14a ... Matt finishing part, 15 ... Evaporation container, 16 ... Holding hole, 17 ... Rotation member, 18 ... Bearing, 19 ... Male thread member, 20 ... Nut member, 21,21a ... Seal material, 22 ... Ring seal surface, 23 ... Fixed seal part, 24 ... Sliding seal part, 25 ... Circular fitting part, 26, 26a ... An annular convex part, 27 ... O-ring, 28, 28a ... O-ring mounting groove, 29 ... annular concave part, 29a ... inner peripheral side piece, 29b ... step part, 30 ... pressing member, 31 ... annular thin protruding piece
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