JP4090392B2 - 軸封構造及びそれを用いた撹拌装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転軸を軸封する軸封構造及びそれを用いた撹拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉体や液体を攪拌する撹拌装置は回転軸に取付けられた攪拌翼が攪拌槽内に配される。回転軸は攪拌槽の内部と外部とを貫通し、攪拌槽と回転軸との間にはオイルシール、グランドシール、メカニカルシール等による軸封構造が配される。これにより、攪拌槽内の気密性が保持され、塵埃の侵入や試料の洩出を防止することができるようになっている。
【０００３】
しかしながら、オイルシール、グランドシール、メカニカルシール等は摺動回転部を有するため摩耗による削りカス、潤滑油の油分、潤滑液の成分等が攪拌槽内に侵入する可能性が大きい。特に、注射製剤等の医薬品の攪拌混合を行う場合には異物の混入が許されないためオイルシールやグランドシールのみを有する軸封構造を用いることができない。また、メカニカルシールを用いた軸封構造も採用することが難しい問題がある。
【０００４】
上記問題を解決するために特許文献１にはラビリンスシールを有する軸封構造が開示されている。このラビリンスシールは回転軸に一体化される内筒と、攪拌槽に一体化される外筒とを備えている。内筒と外筒との間には所定隙間が設けられ、該隙間には窒素等のガスが供給される。
【０００５】
これにより、内筒と外筒の間から外部に向けてガスが排気されるため、ガス圧により外部からの塵埃等の侵入を防止することができる。また、回転軸の回転時に内筒と外筒とが摺動しないため削りカスが発生せず、潤滑油も不要となる。従って、異物の混入を防止して医薬品や食品の混合等の攪拌を行うことができるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３５４９９号公報（第２頁−第４頁、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
攪拌装置により試料を攪拌混合すると前回の試料の混入を防止するために軸封構造の洗浄や滅菌が行われる。しかしながら、上記従来のラビリンスシールを用いた軸封構造によると、内筒と外筒との隙間が小さいため洗浄液が行き渡らず充分な洗浄を行うことができない。
【０００８】
また、滅菌のためのスチームを該隙間に供給しても圧力損失が大きくスチームの流量が減少する。このため、内筒や外筒を充分に温度上昇させることができず、充分な滅菌効果を得ることができない。従って、ＣＩＰ（Cleaning In Place）やＳＩＰ（Sterilization In Place）ができずラビリンスシールを分解して洗浄を行うため、軸封構造のメンテナンスが煩雑になる問題があった。
【０００９】
本発明は、異物の混入を防止できるとともにメンテナンスの容易な軸封構造及び撹拌装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の軸封構造は、回転軸に外嵌して前記回転軸と一体に回転するとともに軸方向に所定周期で形成される第１溝を外面に有する内筒と、前記内筒に対して所定の隙間を有して外嵌されるとともに第１溝に対向する第２溝を内面に形成した外筒とを有して、該隙間にガスを注入してシールするラビリンスシールを備え、前記内筒と前記外筒との軸方向の相対位置を可変にしたことを特徴としている。
【００１１】
この構成によると、第１、第２溝が対向配置され、内筒と外筒の隙間にガスを注入して回転軸が回転される。これにより、該隙間からの異物の混入を防止して回転軸を回転させることができる。内筒に対して外筒の相対位置を軸方向に移動すると第１、第２溝の相対位置がずれる。これにより、内筒と外筒との間には径方向に交互に折れ曲がった広い断面積の通路が形成される。該通路に洗浄液やスチーム等を流通させることによって軸封構造のＣＩＰやＳＩＰを行うことができる。
【００１２】
さらに本発明は、上記構成の軸封構造において、前記回転軸が立設されるとともに前記外筒が上下方向に移動可能となっている。
【００１３】
さらに本発明は、上記構成の軸封構造において、前記外筒に外嵌して前記外筒を案内する案内部材と、前記案内部材及び前記外筒の下面を覆う可撓性のパッキンとが設けられている。この構成によると、外筒は案内部材の案内により案内部材と摺動して上下に移動し、回転軸に接続される回転体を覆う容器が案内部材に固定される。外筒と案内部材との摺動により発生する削りカス等は外筒及び案内部材の下方に固着されるパッキンにより容器内への侵入が防止される。
【００１４】
また本発明は、上記構成の軸封構造において、第１、第２溝の壁面を傾斜面にしたことを特徴としている。この構成によると、ＣＩＰやＳＩＰ時の第１、第２溝の底面のコーナー部の試料等の残留を防止することができる。また、回転軸を立設した場合は、第１、第２溝に残留した洗浄液やスチームによる水滴等を流下させて容易に乾燥させることができる。
【００１５】
また本発明は、上記構成の軸封構造において、前記外筒の移動量を前記周期の１／２にしたことを特徴としている。この構成によると、ＣＩＰやＳＩＰ時の内筒と外筒との間の通路の断面積が広く形成される。
【００１６】
また本発明は、上記構成の軸封構造において、前記外筒の移動により前記隙間よりも断面積の広い通路を形成し、該通路に洗浄液、スチーム或いは清浄ガスを導入して洗浄または滅菌を可能にしたことを特徴としている。
【００１７】
また本発明の撹拌装置は、上記各構成の軸封構造と、前記内筒に連結される攪拌翼と、前記攪拌翼を覆う攪拌槽とを備え、前記攪拌槽内に投入された試料を前記攪拌翼の回転により攪拌することを特徴としている。この構成によると、攪拌槽内に試料が投入され、回転軸、内筒及び攪拌翼が一体に回転して試料が攪拌される。
【００１８】
また本発明は、上記構成の攪拌装置において前記試料が医薬品または食品から成ることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は一実施形態の撹拌装置を示す側面図である。試料の攪拌や、攪拌による混合を行う撹拌装置１は後部に架台２が配される。架台２により装置全体を支持するとともに高さ調節が行われる。架台２上にはモータ３が設置されている。モータ３には減速装置４が連結され、減速装置４によって所定の回転数で回転可能な回転軸１１（図２参照）が減速装置４から垂下されている。
【００２０】
減速装置４の下方には回転軸１１を支持する軸支持部６が設けられている。軸支持部６の下方には、回転軸１１と連結して一体回転する攪拌翼８により試料を攪拌する攪拌槽７が設けられる。攪拌槽７の前部上方には攪拌槽７内に試料を投入する投入部５が設けられている。攪拌槽７の下方には排出機９が配され、その下部には攪拌後の試料を排出する開閉可能な排出口１０が設けられている。
【００２１】
図２は軸支持部６の詳細を示す側面断面図である。軸支持部６は上部カバー１２及び下部カバー１３により覆われている。上部カバー１２はボルト３１により減速装置４に固定され、下部カバー１３はボルト３２により上部カバー１２に固定されている。また、下部カバー１３に攪拌槽７（図１参照）が密閉状態で取付けられている。
【００２２】
下部カバー１３の上部には軸受１４が保持され、軸受１４により回転軸１１が回転可能に支持されている。下部カバー１３の下部にはオイルシール１７及びラビリンスシール１８を有する軸封部２０が保持されている。軸封部２０を貫通する回転軸１１の下端にはボス１９を介して攪拌翼８が取付けられている。
【００２３】
軸封部２０の上部に配されるオイルシール１７は、リング状の樹脂等がグリースを介して回転軸１１と摺接して上方からの異物の侵入を防止する。軸封部２０の下部に配されるラビリンスシール１８の詳細を図３に示す。ラビリンスシール１８は回転軸１１に外嵌してキー２８により回転軸１１と一体回転する内筒２１を有する。
【００２４】
内筒２１には所定の隙間ｄ１（図４参照）を介して外筒２２が外嵌されている。外筒２２には、ボルト２５により締結される上部ガイド２３及び下部ガイド２４（案内部材）が外嵌されている。これにより、外筒２２が上部ガイド２３及び下部ガイド２４に摺接して上下方向に移動可能になっている。尚、上部ガイド２３及び下部ガイド２４は下部カバー１３を介して攪拌槽７に固定されている。
【００２５】
上部ガイド２３と下部ガイド２４との間には空間Ｄが形成され、外筒２２の周面に突設されるストッパ部２２ｃが空間Ｄ内に配される。外筒２２はストッパ部２２ｃが上部ガイド２３及び下部ガイド２４と当接して上限位置及び下限位置が決められる。中心線Ｃに対して図中、右側は外筒２２が下降した状態を示しており、左側は外筒２２が上昇した状態を示している。これにより、外筒２２が所定のストロークＳで移動できるようになっている。
【００２６】
下部ガイド２４には空間Ｄの下面に開口した孔部２４ａが形成されている。孔部２４ａは下部カバー１３（図２参照）に設けられた孔部１３ｂを介して空気流入口１６（図２参照）と連通する。これにより、空気流入口１６から圧縮空気を供給して外筒２２を上昇させることができる。
【００２７】
ストッパ２２ｃと上部ガイド２３との間にはバネ２６が挟持され、外筒２２が下方に付勢される。従って、空気流入口１６からの空気の供給を停止するとバネ２６の付勢力により外筒２２を下降させることができる。また、上部ガイド２３には空間Ｄの上面に開口した孔部２３ｂが形成されている。孔部２３ｂは下部カバー１３（図２参照）に設けられた孔部（不図示）を介して空気を供給できるようになっている。これにより、孔部２３ｂから空気を一時的に供給してストッパ２２ｃと上部ガイド２３との吸着を破壊し、スムーズに外筒２２を下降できるようになっている。
【００２８】
尚、回転軸１１と内筒２１との間、外筒２２と上部ガイド２３及び下部ガイド２４との間、上部ガイド２３及び下部ガイド２４と下部カバー１３との間にはそれぞれＯリング３０が配されている。これにより、ラビリンスシール１８の上方から攪拌槽７内への塵埃等の侵入を防止するようになっている。
【００２９】
下部ガイド２４の下面には環状のパッキン２７が取付けられている。パッキン２７の内周側は外筒２２の下面に固定されている。パッキン２７は樹脂や合成ゴム等の可撓性材料から成り、外筒２２の移動に追随する。従って、下部ガイド２３と外筒２２との摺動によるＯリング３０の削りカス等が下部ガイド２３と外筒２２との隙間を介して攪拌槽７内に侵入することを防止することができる。
【００３０】
図４の拡大図に示すように、内筒２１の外面には軸方向に所定周期Ｔで並設される複数の第１溝２１ａが形成されている。外筒２２の内面には下降時に第１溝２１ａと対向する第２溝２２ａが形成されている。第２溝２２ａの溝幅は第１溝２１ａの溝幅よりも狭くなっている。これにより、内筒２１の陸部２１ｇが確実に外筒２２の陸部２２ｇと対向できるようになっている。
【００３１】
また、第１、第２溝の壁面２１ｅ、２２ｅは回転軸１１に垂直な面に対して傾斜角θを有する傾斜面になっている。そして、第１、第２溝２１ａ、２２ａが対向した状態で回転軸１１が回転して攪拌槽７内の試料の攪拌が行われる。
【００３２】
図３において、外筒２２の軸方向の略中央部には貫通孔２２ｂが形成され、貫通孔２２ｂに連通する孔部２３ａが上部ガイド２３に形成されている。尚、外筒２２が上下動しても貫通孔２２ｂと孔部２３ａとが連通するように貫通孔２２ｂには座部２２ｄが形成されている。孔部２３ｂは下部カバー１３（図２参照）に設けられた孔部１３ａを介して流入口１５（図２参照）と連通する。また、下部カバー１３には流入口１５から供給されたガスを排気する流出口１３ｃ（図２参照）が設けられている。
【００３３】
内筒２１と外筒２２との隙間に流入口１５から窒素等のガスを供給すると、ガスは該隙間内で適度な圧力をもって流通する。ガスの一部は貫通孔２２ｂを介して攪拌槽７へ流入し、残りは流出口１３ｃより排気される。即ち、貫通孔２２ｂから清浄なガスのみが攪拌槽７に流入し、ラビリンスシール１８の上方のオイルシール１７で発生した削りカスや塵埃等は流出口１３ｃから排気とともに排出される。これにより、上方から内筒２１と外筒２２との隙間を介して攪拌槽７内へ塵埃等が流入することを防止して攪拌槽７内の試料を攪拌することができる。
【００３４】
また、第１、第２溝２１ａ、２２ａが対向配置されるためガスの流路は断面積が大きい部分と小さい部分とが形成される。このため、内筒２１と外筒２２との隙間を流通するガスの圧力損失の極端な増加を抑制することができる。従って、少ない流量で充分なシール効果を維持することができるようになっている。
【００３５】
空気流入口１６から空気を供給すると外筒２２が上昇する。この時、図５に示すように、外筒２２の移動するストロークＳは第１、第２溝２１ａ、２２ａの周期Ｔの１／２になっている。これにより、内筒２１と外筒２２との間には径方向に交互に折れ曲がった通路Ｒが形成され、通路Ｒの断面積を最も広くすることができる。
【００３６】
この通路Ｒ内に流入口１５から純水等の洗浄液を供給すると内筒２１の外面及び外筒２２の内面に洗浄液が行き渡り、充分な洗浄効果を得ることができる。また、流入口１５からスチームを供給すると通路Ｒ内に充分な流量のスチームが流通して内筒２１及び外筒２２を昇温することができる。これにより、内筒２１の外面及び外筒２２の内面の滅菌効果を得ることができる。
【００３７】
従って、ＣＩＰ及びＳＩＰが可能になり、撹拌装置１のメンテナンスを容易にすることができる。特に、攪拌される試料が注射製剤等の医薬品や食品の場合には異物の混入や前回攪拌した試料の混入を完全に防止する必要がある。このため、洗浄や滅菌の頻度が高く、ＣＩＰ及びＳＩＰによる工数の削減効果が大きい。
【００３８】
尚、第１、第２溝２１ａ、２２ａの壁面２１ｅ、２２ｅが傾斜面から成るので、通路Ｒの圧力損失を低減して洗浄液やスチームをスムーズに流通させることができる。また、第１、第２溝２１ａ、２２ａの壁面２１ｅ、２２ｅと底面２１ｆ、２２ｆとのコーナーに容易に洗浄液やスチームが到達できる。
【００３９】
このため、該コーナーに試料が残留することを防止することができる。該コーナーを曲面に形成してもよい。加えて、軸方向が上下方向になっているためスチームにより発生する水滴や洗浄液が壁面２１ｅ、２２ｅを流下して容易に内筒２１及び外筒２２の表面を乾燥させることができる。
【００４０】
本実施形態において、純水及びスチームを用いて洗浄及び滅菌を行っているため内筒２１及び外筒２２は錆の発生しない材料（例えば、アルミナ等のセラミックやステンレス等）により形成されている。また、セラミックやステンレスは耐溶剤性及び耐薬品性を有するため、洗浄液として有機溶剤や薬品を用いることができる。尚、洗浄または滅菌のために清浄なガスを用いてもよい。
【００４１】
尚、本発明の軸封構造は本実施形態に限定されるものではなく、洗浄と滅菌の必要な装置及び異物の混入を嫌う材料の処理装置に広く利用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によると、ラビリンスシールの第１溝を有する内筒と第２溝を有する外筒との軸方向の相対位置を可変にしているので洗浄及び滅菌時に対向する第１、第２溝の位置が可変され、内筒と外筒との間に断面積の広い通路を形成することができる。従って、異物の混入を防止するとともにＣＩＰやＳＩＰを可能にしてメンテナンスの容易な軸封構造及び撹拌装置を得ることができる。
【００４３】
また本発明によると、外筒の移動を案内する案内部材と、案内部材及び外筒の下面を覆う可撓性のパッキンとを設けたので、外筒と案内部材との摺動により発生する削りカス等の流出をパッキンにより防止することができる。
【００４４】
また本発明によると、第１、第２溝の壁面を傾斜面にしたので、洗浄や滅菌時に内筒と外面との間に形成される通路の圧力損失を低減して洗浄液やスチームをスムーズに流通させることができる。また、第１、第２溝の壁面と底面とのコーナーに容易に洗浄液やスチームが到達できるため、該コーナーに試料が残留することを防止することができる。加えて、軸方向が上下方向になっている場合は、スチームにより発生する水滴や洗浄液が壁面を流下して容易に内筒及び外筒の表面を乾燥させることができる。
【００４５】
また本発明によると、外筒の移動量を第１、第２溝の周期の１／２にしたので、洗浄や滅菌時に内筒と外面との間に形成される通路の断面積を最も広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明の実施形態の撹拌装置を示す側面図である。
【図２】は、本発明の実施形態の撹拌装置の軸支持部を示す側面断面図である。
【図３】は、本発明の実施形態の撹拌装置のラビリンスシールを示す側面断面図である。
【図４】は、本発明の実施形態の撹拌装置のラビリンスシールの詳細を示す側面断面図である。
【図５】は、本発明の実施形態の撹拌装置のラビリンスシールの詳細を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１ 撹拌装置
２ 架台
３ モータ
４ 減速装置
５ 投入部
６ 軸支持部
７ 攪拌槽
８ 攪拌翼
９ 排出機
１０ 排出口
１１ 回転軸
１２ 上部カバー
１３ 下部カバー
１４ 軸受
１７ オイルシール
１８ ラビリンスシール
２０ 軸封部
２１ 内筒
２１ａ 第１溝
２２ 外筒
２２ａ 第２溝
２３ 上部ガイド
２４ 下部ガイド
２７ パッキン
３０ Ｏリング

Claims (6)

1. 回転軸に外嵌して前記回転軸と一体に回転するとともに軸方向に所定周期で形成される第１溝を外面に有する内筒と、前記内筒に対して所定の隙間を有して外嵌されるとともに第１溝に対向する第２溝を内面に形成した外筒とを有して、該隙間にガスを注入してシールするラビリンスシールを備え、前記内筒と前記外筒との軸方向の相対位置を可変にした軸封構造であって、
   前記回転軸が立設されるとともに、前記外筒が上下方向に移動可能になっており、
   前記外筒に外嵌して前記外筒を案内する案内部材と、前記案内部材及び前記外筒の下面を覆う可撓性のパッキンとが設けられていることを特徴とする軸封構造。
2. 第１、第２溝の壁面を傾斜面にしたことを特徴とする請求項１に記載の軸封構造。
3. 前記外筒の移動量を前記周期の１／２にしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軸封構造。
4. 前記外筒の移動により前記隙間よりも断面積の広い通路を形成し、該通路に洗浄液、スチーム或いは清浄ガスを導入して洗浄または滅菌を可能にしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の軸封構造。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の軸封構造と、前記内筒に連結される攪拌翼と、前記攪拌翼を覆う攪拌槽とを備え、前記攪拌槽内に投入された試料を前記攪拌翼の回転により攪拌することを特徴とする撹拌装置。
6. 前記試料が医薬品または食品から成ることを特徴とする請求項５に記載の撹拌装置。

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