JP6162035B2 - 流動層装置 - Google Patents

Description

本発明は、医薬品製造、食品製造、農薬製造等の各種分野において、粉粒体の造粒、コーティング、乾燥を行う流動層装置に関する。

流動層装置は、一般に、流動層容器の処理室の底部から導入した気体（流動化気体）によって、処理室内で粉粒体を浮遊流動させて流動層を形成しつつ、造粒、コーティング、乾燥を粉粒体に行なうものである。この種の流動層装置には、処理室の底部に配設された気体分散板を介して、流動化気体が、処理室内に導入される構造のものがある（例えば特許文献１〜３参照）。

特開平５−１４６６６２号公報 特開平７−２６５６８３号公報 特開２００２−２９２２６６号公報

ところで、近年、暴露を防ぐ観点から、製剤設備等の流動層装置において、クローズド状態で粉粒体を投入及び排出することが増えている。流動層装置には、気体分散板に使用されるメッシュに指向性を持たせ側面から粉粒体を排出させる仕様（側面排出）があるが、この仕様では粉粒体の排出に非常に時間が掛かる。そのため、気体分散板を回転することにより、処理室から下部ケーシングに粉粒体を移送して排出する仕様が採用されるケースも少なくない。しかし、この場合には、下部ケーシングに粉粒体が付着するため、繰り返し製造する場合など、気体分散板の裏側に粉粒体が付着し、目詰まりを起こすことがある。

一方、気体分散板には、広く使用されているボンメッシュ以外に、洗浄性向上のためにウェッジワイヤが広く使用されている。しかし、このウェッジワイヤを使用した気体分散板においても同様の現象が認められる。

本発明は、上記事情に鑑み、流動層装置における気体分散板の目詰まりを抑制することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の流動層装置は、粉粒体を収容する処理室と、該処理室の底部に配設された気体分散板とを備え、該気体分散板を介して前記処理室内に導入された気体によって粉粒体を浮遊流動させながら、造粒、コーティング、及び乾燥のうち少なくとも一の処理を粉粒体に行なう流動層装置において、前記気体分散板が、所定の間隔で配設された複数の第１部材と、該第１部材との間に隙間を形成するように配設された複数の第２部材とを備え、前記第１部材と前記第２部材のうち少なくとも一方を上下方向に可動とし、前記隙間を調整可能とし、前記第１部材が第１ウェッジワイヤであると共に、前記第２部材が第２ウェッジワイヤであり、前記第１ウェッジワイヤのウェッジの先端が下向きであると共に、前記第２ウェッジワイヤのウェッジの先端が上向きであり、前記第１ウェッジワイヤの側面と、前記第２ウェッジワイヤの側面との間に、前記隙間が形成されることを特徴とする。

この構成であれば、第１部材と第２部材の間の隙間に粉粒体が詰まった場合でも、隙間を調整して、この詰まった粉粒体を排出することが可能である。従って、本発明の流動層装置では、気体分散板の目詰まりを抑制することが可能である。更には、これにより、下部ケーシング排出仕様において、連続生産が可能となる。

また、第１部材と第２部材の間の隙間を調整して粉粒体が隙間を通過できるようにすれば、気体分散板を回転させることなく、処理室から下部ケーシングへ粉粒体を移送することができる。このため、気体分散板を回転させるための大掛かりな機構を不要とすることができ、製造コストを低減できる。

また、隙間を調整することによって気体分散板の開口率を大きくすることができ、これにより、洗浄性を向上することが可能となる。

また、隙間を調整することにより粉粒体の種類に適した気体分散板の開口率に任意に変更することができる。そして、この開口率の変更は、粉粒体の処理中でも可能である。

上記何れかの構成において、前記流動層装置が、前記処理室内にドラフトチューブを備えたワースター式流動層装置であって、前記気体分散板が、ドラフトチューブの下端開口と対向する中央領域と、該中央領域の周辺の周辺領域とを備え、前記隙間の調整によって、前記中央領域と前記周辺領域の開口率あるいは指向性を個別に制御可能としてもよい。

この構成であれば、ワースター式流動層装置の運転中に、粉粒体の状態変化に対応して、中央領域と周辺領域の開口率や指向性を適切なものとすることができる。

上記何れかの構成において、前記隙間の調整によって、前記気体分散板を介して前記処理室内に導入される気体の流量又は圧力を調節してもよい。

この構成であれば、気体分散板を流動層装置の給気用のダンパの代用とすることができる。

更に、この構成において、前記隙間の調整によって、前記気体分散板を介して前記処理室内に導入される気体を脈動波としてもよい。

この構成であれば、処理室内の粉粒体の流動を促進することができ、例えば製品の歩留りや処理効率等を向上することができる。

本発明によれば、流動層装置における気体分散板の目詰まりを抑制することができる。

第１実施形態に係る流動層装置の全体の概略断面図である。 第１実施形態に係る気体分散板のウェッジワイヤを概念的に示す断面図で、（Ａ）が、隙間が小さい状態、（Ｂ）が、隙間が大きい状態である。 （Ａ）が第１実施形態に係る気体分散板の平面図で、（Ｂ）が気体分散板の変形例を示す平面図である。 第２実施形態に係る気体分散板のウェッジワイヤを概念的に示す断面図で、（Ａ）が、全てのウェッジワイヤが同じ向きの状態で、（Ｂ）が一部のウェッジワイヤが傾斜した状態である。 第２実施形態に係る気体分散板の平面図である（図４（Ａ）の状態）。 第２実施形態に係るウェッジワイヤの駆動機構の例で、（Ａ）が図４（Ａ）の状態で、（Ｂ）が図４（Ｂ）の状態である。 図６のＸ−Ｘ線断面図である。 気体分散板の変形例の平面図である（図４（Ａ）の状態）。 第３実施形態に係る気体分散板のウェッジワイヤを概念的に示す断面図で、（Ａ）が、全てのウェッジワイヤが同じ向きの状態で、（Ｂ）〜（Ｄ）が一部のウェッジワイヤが回転した状態である。 第３実施形態に係るウェッジワイヤの駆動機構の例である。 ワースター式流動層装置の概略断面図である。 ワースター式流動層装置の分散板の概略平面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、第１の実施形態に係る流動層装置を示している。この実施形態の流動層装置の流動層容器１は、粉粒体Ｍの処理、例えば粉粒体Ｍの造粒又はコーティングを行う処理室２と、処理室２の上方に位置し、固気分離用のフィルター部３が配されるフィルター室４と、フィルター室４の上方に位置する上部室５と、フィルター室４と上部室５とを仕切る上部壁６と、フィルター部３の上部に設けられた排気室７とを備えている。

処理室２の底部には、後述のように第１及び第２部材としてのウェッジワイヤを使用した円板状の気体分散板８が配設されている。給気ダクトから給気チャンバ（気体分散板８の下側に位置する下部ケーシング９）に供給された熱風等の気体Ａ（流動化気体）は、気体分散板８を介して流動層容器１内に導入される。また、処理室２の上部にはスプレー液（膜剤液、結合剤液等）を噴霧するスプレーノズル１０が設置されている。

流動層容器１の処理室２に収容された粉粒体Ｍは、気体分散板８を介して流動層容器１内に導入される気体Ａによって浮遊流動され、流動層を形成する。そして、この粉粒体Ｍの流動層に向けてスプレーノズル１０からスプレー液（膜剤液、結合剤液等）が噴霧される。スプレーノズル１０から噴霧されるスプレー液、例えば膜剤液のミストによって粉粒体Ｍが湿潤を受けると同時に、膜剤液中に含まれる固形成分が粉粒体Ｍの表面に付着し、乾燥固化されて、粉粒体Ｍの表面に被覆層が形成される（コーティング）。あるいは、スプレーノズル１０から噴霧されるスプレー液、例えば結合剤液のミストによって粉粒体Ｍが湿潤を受けて付着凝集し、乾燥されて、所定径の粒子に成長する（造粒）。

粉粒体Ｍを浮遊流動させた気体Ａは、処理室２を上昇してフィルター室４に入り、フィルター部３によって固気分離されて排気室７に流入する。そして、排気室７に接続された排気ダクト１１を通って流動層容器１の外部に排気される。

この実施形態において、処理が完了した粉粒体は、気体分散板８を介して下部ケーシング９に移送され、下部ケーシング９から不図示の排出口を介して、流動層装置から排出される。

次に、気体分散板８について詳述する。

図２（Ａ）に示すように、気体分散板８は、所定の間隔で配設された複数の第１部材としてのウェッジワイヤ１２と、各ウェッジワイヤ１２との間に隙間を形成するように配設された複数の第２部材としてのウェッジワイヤ１３とを備える。本実施形態のウェッジワイヤ１２，１３は、相互に断面形状が同じで、また、相互に断面の面積が同じである。また、本実施形態のウェッジワイヤ１２，１３は、ウェッジの先端が、相互に逆向きとなっており、ウェッジワイヤ１２のウェッジの先端が下向きで、ウェッジワイヤ１３のウェッジの先端が上向きである。

本実施形態では、図３（Ａ）に示すように、ウェッジワイヤ１２，１３は、直線状をなす。そして、ウェッジワイヤ１２は、その長さ方向の端部の上側が、周壁１４の内周に沿って形成されたワイヤ連結部材１５に固定されている。また、図示は省略するが、本実施形態では、ウェッジワイヤ１３も、その長さ方向の端部の下側が、周壁１４の内周に沿って形成されたワイヤ連結部材に固定されている。

なお、ウェッジワイヤ１２，１３の長さ方向の形状は、直線状に限られるものではなく、例えば、図３（Ｂ）に示すように、ウェッジワイヤ１２，１３は、円環状でもよい。図示例では、ウェッジワイヤ１２，１３は、同心円状に配設されている。そして、ウェッジワイヤ１２は、その周方向の所定位置の上側が、気体分散板８の中央部から外周方向に延びるワイヤ連結部材１６に固定されている。また、図示は省略するが、本実施形態では、ウェッジワイヤ１３も、その周方向の所定位置の下側が、内外周方向に延びるワイヤ連結部材に固定されている。

本実施形態では、ウェッジワイヤ１２が、不図示の駆動機構によってワイヤ連結部材１５を介して駆動され、上下方向に移動する。

図２（Ａ）の状態では、ウェッジワイヤ１２，１３は、上下方向で同じ位置に配置されている。この状態で、ウェッジワイヤ１２，１３の間の隙間（クリアランス）は、例えば５０〜１００μｍである。この状態で、下部ケーシング９（図で下側）からウェッジワイヤ１２，１３の間の隙間を介して気体Ａを処理室２（図で上側）に導入し、粉粒体Ｍを浮遊流動させながら、造粒、コーティング、及び乾燥のうち少なくとも一の処理を粉粒体Ｍに行なう。

そして、粉粒体Ｍの処理が完了した後、本実施形態では、不図示の駆動機構によって、ウェッジワイヤ１２を上方向に移動し、ウェッジワイヤ１２，１３の間の隙間を広くして図２（Ｂ）の状態にする。図２（Ｂ）の状態のウェッジワイヤ１２，１３の間の隙間は、粉粒体Ｍが通過可能な大きさである。従って、粉粒体Ｍは、自重によって、処理室２（図で上側）からウェッジワイヤ１２，１３の間の隙間を介して下部ケーシング９（図で下側）に落下し、これによって、粉粒体Ｍは、処理室２から下部ケーシング９に移送される。その後、粉粒体Ｍは、下部ケーシング９から不図示の排出口を介して、流動層装置から排出される。

このような構成の本実施形態の流動層装置では、次のような効果を享受できる。

ウェッジワイヤ１２，１３の間の隙間に粉粒体Ｍが詰まった場合でも、隙間を調整して、この詰まった粉粒体Ｍを排出することが可能である。従って、本実施形態の流動層装置では、気体分散板８の目詰まりを抑制することが可能である。更には、これにより、本実施形態の流動層装置では、連続生産が可能となる。

また、気体分散板８を回転させることなく、処理室２から下部ケーシング９へ粉粒体Ｍを移送することができる。このため、気体分散板８を回転させるための大掛かりな機構を不要とすることができ、製造コストを低減できる。

また、隙間を調整することによって気体分散板８の開口率を大きくすることができ、これにより、洗浄性を向上することが可能となる。

また、隙間を調整することにより粉粒体Ｍの種類に適した気体分散板８の開口率に任意に変更することができる。そして、この開口率の変更は、粉粒体Ｍの処理中でも可能である。

次に、第２実施形態の気体分散板８について説明する。

第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、ウェッジワイヤ１２を、長さ方向に沿った軸を中心として回転可能としたことである。例えば図４（Ａ）の状態では、ウェッジワイヤ１２，１３のウェッジの先端の向きは同じ（下向き）である。この状態から、ウェッジワイヤ１２を所定の角度で所定の軸を中心にして時計回りに回転させると、図４（Ｂ）に示すように、ウェッジワイヤ１２は傾斜する。なお、本実施形態では、図５に示すように、ウェッジワイヤ１２，１３は円弧状（同心円の円弧）である。

ウェッジワイヤ１２を所定の角度で回転させるための機構の一例を図５〜７に示す。気体分散板８の下方には、平面視でウェッジワイヤ１２，１３に直行し、横方向に延びる往復軸１７が配設されている。往復軸１７の一端は、周壁１４の外側に配置されたアクチュエータ１８の駆動軸１８ａに取り付けられている。駆動軸１８ａは、アクチュエータ１８から周壁１４をスライド自在に貫通して周壁１４の内部に延びている。往復軸１７は、アクチュエータ１８の駆動軸１８ａの駆動によって横方向に往復動作をさせられる。往復軸１７には、所定間隔で、上下方向に延びる案内板１７ａが複数設けられている。案内板１７ａには、上下方向に延びる長穴１７ｂが形成されている。

一方、ウェッジワイヤ１２は、ウェッジワイヤ１２の長さ方向に延びる搖動軸１９に回転自在に取り付けられている。搖動軸１９の長さ方向の両端は、周壁１４の内側を扇形状に複数（図示例は４つ）に分割する分割部材２０に固定されている。そして、ウェッジワイヤ１２の長さ方向中央のウェッジの先端には、切欠き１２ａが設けられており、その切欠き１２ａの両側壁には、被案内軸１２ｂが固定されている。この被案内軸１２ｂは、往復軸１７の案内板１７ａの長穴１７ｂにスライド自在に挿通されている。なお、搖動軸１９は、図６（Ａ）で、ウェッジワイヤ１２の左斜め上方に位置する。

アクチュエータ１８により往復軸１７を横方向に往復動させると、これに伴い、ウェッジワイヤ１２の切欠き１２ａ内の被案内軸１２ｂが、案内板１７ａの長穴１７ｂに案内され、これにより、ウェッジワイヤ１２が、搖動軸１９を中心として搖動（回動）する。

第２実施形態の気体分散板８では、気体分散板８を介して処理室２に導入される気体Ａに指向性を持たせることができる。例えば図４（Ａ）の状態では、矢印で示すように、処理室２内で気体Ａは上方に噴出するが、図４（Ｂ）の状態では、矢印で示すように、処理室２内で気体Ａは斜め上方に噴出する。これにより、粉粒体Ｍの流動状態に変化を与えることができるので、粉粒体Ｍの処理効率を向上でき、例えば重質な造粒物を製造することができる。例えば、本実施形態（図５の図示例）であれば、処理室２内で、気体分散板８の中央の上方に向かう（集まる）ように気体Ａに指向性を持たせることができる。また、粉粒体Ｍを側面排出できるように、気体Ａに指向性を持たせることも可能である。

なお、気体分散板８のウェッジワイヤ１２，１３は円弧状に限定されるものではなく、図８に例示するような直線状であってもよい。この場合、搖動軸１９は、周壁１４に固定される。

次に、第３実施形態の気体分散板８について説明する。

第３実施形態が第２実施形態と異なる点は、ウェッジワイヤ１２について、搖動（回動）のような１回転未満の回転ではなく、１回転以上の回転を可能としたことである。例えば図９（Ａ）の状態では、ウェッジワイヤ１２，１３のウェッジの先端の向きは同じである。この状態から、ウェッジワイヤ１２を所定の角度で時計回りに回転させると、図９（Ｂ）に示す状態となり、更にウェッジワイヤ１２を所定の角度で時計回りに回転させると図９（Ｃ）に示す状態となり、更にウェッジワイヤ１２を所定の角度で時計回りに回転させると図９（Ｄ）に示す状態となる。

ウェッジワイヤ１２を１回転以上回転させるための機構の一例を図１０に示す。ウェッジワイヤ１２の長さ方向の両端面のそれぞれには、周壁１４に対して回転自在に挿通されたピン２１の一端が固定されている。ピン２１の回転軸は、ウェッジワイヤ１２の長さ方向に沿っている。ピン２１の他端面２１ａには、ドライバと係合する係合穴２１ｂが設けられている。そして、ウェッジワイヤ１２を回転させる場合には、ピン２１の他端面２１ａの係合穴２１ｂにドライバを係合させて回転させる。そして、ウェッジワイヤ１２を所定の回転角度で固定する場合には、ピン２１の他端面２１ａを周壁１４に対して、例えば膨張シール等の固定手段で固定する。本実施形態では、ピン２１の他端面２１ａと周壁１４の外周面は、略同一面上である。

勿論、ウェッジワイヤ１２を回転させる機構は、これに限定されず、例えば、ピン２１の他端部を周壁１４から突出させ、この突出した他端部を、チェーン等を介してアクチュエータにより回転及び固定させることも可能である。この場合には、複数のウェッジワイヤ１２を同期して回転及び停止させることができる。

第３実施形態の気体分散板８では、ウェッジワイヤ１２の回転を１回転以上とすることによって開口率を大きく変えられるので、粉粒体Ｍを処理室２から隙間を介して下部ケーシング９に落下させたり、ウェッジワイヤ１２，１３間の隙間に詰まった粉粒体Ｍを洗浄したりすることが容易となる。

上記実施形態では、ウェッジワイヤ１２，１３のうち、ウェッジワイヤ１２を可動としていたが、ウェッジワイヤ１３を可動としてもよく、また、ウェッジワイヤ１２，１３の双方を可動としてもよい。

また、上記実施形態では、気体分散板８に使用する第１及び第２部材をウェッジワイヤとしていたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、断面の形状が、矩形状、三角形状、円形状、楕円形状、卵形状等の線材や棒材であってもよく、また、板材であってもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば、次のような態様でも使用可能である。通常、流動層装置では、下部ケーシング９の上流に給気用のダンパを設け、この給気用ダンパによって、気体分散板８を介して処理室２内に導入される気体Ａの流量又は圧力を調節している。本発明では、この給気用ダンパの代用として、ウェッジワイヤ１２とウェッジワイヤ１３の間の隙間の調整で気体分散板８の開口率を変化させることによって、気体分散板８を介して処理室２内に導入される気体Ａの流量又は圧力を調節することができる。

更に、本発明では、ウェッジワイヤ１２とウェッジワイヤ１３の間の隙間の調整で気体分散板８の開口率を連続的に変化させることによって、気体分散板８を介して処理室２内に導入される気体Ａの流量又は圧力を周期的に変化させ、この気体Ａをいわゆる脈動波（脈動流）としてもよい。これにより、処理室２内の粉粒体の流動を促進することができ、例えば製品の歩留りや処理効率等を向上することができる。

また、上記実施形態では、一般的な流動層装置を例にして説明したが、本発明は、これに限定されず、処理室の底部に気体を導入するための気体分散板を備えた流動層装置であればよい。例えば、ワースター式流動層装置等の複合型流動層装置であってもよい。

次に、ワースター式流動層装置への本発明の適用例を説明する。ワースター式流動層装置が、上記実施形態の流動層装置と大きく異なる点は、図１１に示すように、処理室２の内部にドラフトチューブ２２（内筒）が設置されており、その内部に、上方にスプレー液を噴霧するスプレーノズル２３が設置されている点である。そして、粉粒体は、ドラフトチューブ２２の内部を上昇し、流動層容器１の内壁とドラフトチューブ２２の外側との間の空間を下降する循環流動を行う。

図１２に模式的に示すように、ワースター式流動層装置では、気体分散板８は、ドラフトチューブ２２の下端開口と対向する中央領域Ｒ１と、中央領域Ｒ１の周辺（外周側）の周辺領域Ｒ２とを備える。中央領域Ｒ１と周辺領域Ｒ２は、上記実施形態と同様に、ウェッジワイヤ１２とウェッジワイヤ１３で構成されている。

そして、ウェッジワイヤ１２とウェッジワイヤ１３の間の隙間の調整によって、中央領域Ｒ１と周辺領域Ｒ２の開口率あるいは指向性を個別に制御する。これにより、ワースター式流動層装置の運転中に、粉粒体の状態変化に対応して、中央領域Ｒ１と周辺領域Ｒ２の開口率や指向性を適切なものとすることができる。

更に、ウェッジワイヤ１２とウェッジワイヤ１３の間の隙間の調整で中央領域Ｒ１と周辺領域Ｒ２のそれぞれの開口率を連続的に変化させることによって、中央領域Ｒ１と周辺領域Ｒ２のそれぞれを介して処理室２内に導入される気体Ａを脈動波（脈動流）としてもよい。これにより、ドラフトチューブ２２の内外の粉粒体の流動を促進することができ、例えば製品の歩留まりや処理効率等を向上することができる。

１ 流動層容器
２ 処理室
８ 気体分散板
１２，１３ ウェッジワイヤ
１９ 搖動軸
２１ ピン
Ａ 気体
Ｍ 粉粒体

Claims (4)

1. 粉粒体を収容する処理室と、該処理室の底部に配設された気体分散板とを備え、該気体分散板を介して前記処理室内に導入された気体によって粉粒体を浮遊流動させながら、造粒、コーティング、及び乾燥のうち少なくとも一の処理を粉粒体に行なう流動層装置において、
   前記気体分散板が、所定の間隔で配設された複数の第１部材と、該第１部材との間に隙間を形成するように配設された複数の第２部材とを備え、
   前記第１部材と前記第２部材のうち少なくとも一方を上下方向に可動とし、前記隙間を調整可能とし、
   前記第１部材が第１ウェッジワイヤであると共に、前記第２部材が第２ウェッジワイヤであり、
   前記第１ウェッジワイヤのウェッジの先端が下向きであると共に、前記第２ウェッジワイヤのウェッジの先端が上向きであり、
   前記第１ウェッジワイヤの側面と、前記第２ウェッジワイヤの側面との間に、前記隙間が形成されることを特徴とする流動層装置。
2. 前記流動層装置が、前記処理室内にドラフトチューブを備えたワースター式流動層装置であって、
   前記気体分散板が、ドラフトチューブの下端開口と対向する中央領域と、該中央領域の周辺の周辺領域とを備え、
   前記隙間の調整によって、前記中央領域と前記周辺領域の開口率あるいは指向性を個別に制御可能としたことを特徴とする請求項１に記載の流動層装置。
3. 前記隙間の調整によって、前記気体分散板を介して前記処理室内に導入される気体の流量又は圧力を調節することを特徴とする請求項１又は２に記載の流動層装置。
4. 前記隙間の調整によって、前記気体分散板を介して前記処理室内に導入される気体を脈動波とすることを特徴とする請求項３に記載の流動層装置。

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