JPH061142B2

JPH061142B2 - 被凍結材料の凍結方法と容器内液材料の凍結装置

Info

Publication number: JPH061142B2
Application number: JP28037489A
Authority: JP
Inventors: 正和小林; 好原島
Original assignee: KYOWA SHINKU GIJUTSU
Current assignee: KYOWA SHINKU GIJUTSU
Priority date: 1989-10-27
Filing date: 1989-10-27
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2009-01-05
Also published as: JPH03144271A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、乾燥すべき材料を凍結させて所定の真空度
において凍結乾燥させる凍結真空乾燥手段において、開
口部をもつ容器内に収められた被乾燥材料たる生物学的
材料、医薬品、食品等の被凍結液材料を、凍結真空乾燥
する際の第一工程として行なう予備凍結のための凍結方
法とその装置についての改良に関する。

「従来技術」従来技術には、大別すれば、被凍結材料を収めた容器を
自立させておいて、これを静止した状態のままか、また
は移動させながら冷却して、内部の液材料を凍結する第
１の手段と、液材料を収めた胴部が円筒状の容器を、回
転させながら冷却して、内部の液材料を容器の内壁面に
沿い薄層に拡げて凍結させていくシェルフリーズ法と呼
ばれる第２の手段とがある。

そして、第１の手段においては、自立させておく被凍結
材料を収めた容器を冷却させる手段として、(a)被凍結
材料を内部に収めた容器を、冷却器で冷却されている空
気内に置き、その空気流により凍結する。(b)被凍結材
料液を内部に収めた容器に０℃以下の充分低い沸点をも
つ液、例えば液体窒素を散布するか、容器をその液中に
浸して凍結する。(c)被凍結材料液を内部に収めた容器
に冷却器で冷却された不凍液を散布するか、容器をその
不凍液に浸して凍結する。(d)被凍結材料液を内部に収
めた容器を冷却器で冷却された金属表面上に置き接触伝
熱により凍結する。(e)さらにこの発明の発明者が先に
発明して特開平１−１５５１７６号として出願してい
る、衛生上許容され、必要温度範囲で凍結せず、かつ容
易に揮発する液体を薄層に散布ないし塗布した冷却金属
表面に、被凍結材料液を内部に収めた容器を置き凍結す
る、等の諸手段がある。

また、第２の手段においては、(a)、液体窒素噴霧ある
いは不凍液等の冷却媒体中に、被凍結材料液を収めた容
器ｖを第１図に示す如く、直立した姿勢でおき、それの
円筒状をなす胴部の軸心線を回転軸線として高速自転さ
せ、これによる遠心力により容器ｖの胴部の内周壁に材
料液を押し付け、その内周壁沿いに凍結させる。(b)、
密閉室中に被凍結材料を収めた容器ｖを前述と同様に直
立した姿勢として配位し、それを竪方向の中心線を回転
軸線として高速回転させ、遠心力により内筒壁面に液を
押しつけ、真空排気し、真空蒸発により潜熱を奪い凍結
させる。(c)、第２図の如く各種冷却媒体を張り込んだ
浴槽ｗを用い、被凍結材料液を内部に収めた容器ｖを、
内部の被凍結材料液が該容器ｖの口部から流れ出ない角
度を限度に、水平に近付くまで傾け、かつ、それの口部
から、浴槽ｗ内の不凍液等の冷却媒体が流れ込まない限
度で冷却媒体中に該容器ｖの胴部の外周面が浸るよう、
該容器ｖを浴槽ｗ内に軸支した一対の近接する回転ロー
ラーＲ・Ｒの間に支え、その状態において該容器ｖをそ
れの円筒状の胴部の軸心線を中心に自転させ、内部に収
めている被凍結乾燥材料液を容器ｖの胴部の内壁面沿い
に凍結させる。(d)多数の被凍結材料液を内部に収めた
容器ｖを、第４図にあるよう円盤状に形成してある盤体
１に、その盤体１の上面側にあけられている多数の凹窪
１ａ…に対して該容器ｖの胴部を挿込むことで、盤面に
対し直立した姿勢に保持せしめ、この盤体１を、それの
中心線に沿う支軸１０に支持せしめて、その支軸１０
を、第４図の如く、保持する多数の容器ｖ…内の被凍結
材料液が容器ｖの口部から流れ出ない限度に水平に近く
傾け、この状態で前記支軸１０を回転軸として盤体１を
回転しつつ、盤体１を冷却するか、盤体１を液体窒素等
の冷却媒体中に置くかして、盤体１を介して容器ｖを冷
却し、その容器ｖの内部の被凍結材料液を、各容器ｖの
胴部の内壁面沿いに凍結させる、等の手段がある。

「発明が解決しようとする問題点」公知のとおり、生物学的材料、医薬品、あるいは機能性
食品などの多くは、壊れやすい特殊物性をもち、凍結や
乾燥により保存されているが、凍結や乾燥の過程で変質
したり、異物質で汚染したりしない方法が採用されねば
ならない。このため正確に凍結過程が制御でき、かつ急
速に処理できる方法が追求されてきた。

既述の従来技術の第２の手段たるシェルフリーズ法は、
このために開発された手段であり、被凍結材料液を内部
に収める容器ｖが、通常用いられる形状の円筒状の容器
（薬びん）の場合、容器ｖを直立無回転で、内部の被凍
結材料液を容器ｖ内部の底面に凍結させていくときの凍
結層厚に較べて、５ないし１０倍の広さの容器ｖの内壁
面に凍結層が拡大することから、凍結層厚を1/5ないし1
/10に薄層化できるようになる。そして、これにより凍
結のための冷却面積拡大と凍結層の薄層化による凍結層
自体の伝熱抵抗の低減の相乗効果による凍結時間短縮と
ともに、凍結層の厚さ方向の凍結速度不均等による品質
不均等を大巾に緩和できるようになる。とくに凍結乾燥
のための予備凍結として行なわれる場合には、凍結層の
面積の拡大と、凍結層厚の薄層化は、凍結乾燥の重要な
欠点の一つである乾燥時間の長期化の問題を、画期的に
解決する。

ところが、このように効果が明らかであるにも拘らず、
シェルフリーズ法の利用は実験室的あるいは極少量の生
産的用途に限られ、工業的手段には被凍結材料液を内部
に収容する容器を、直立無回転で凍結させる手段が採用
されてきている。

その理由は、従来のシェルフリーズ法が被凍結材料液を
内部に収容せしめた容器の大量自動処理、あるいは連続
処理に馴染まなかったためである。すなわち、このシェ
ルフリーズ法は、前述した(a)及び(b)の手段にあって
は、高速回転する回転軸に対し個別の容器をしっかりと
装着固定することを要し、このための脱着操作が面倒で
連続処理に適応せず、また、(c)の手段は、容器ｖの回
転速度はのろくても良いが、各容器ｖを、不凍液等が張
られている浴槽ｗ内において回転駆動機構（例えばロー
ラーＲ・Ｒ）上へ装着する作動の自動化が、浴槽ｗ中の
回転駆動機構の回転作動に伴う浴槽ｗ内の不凍液等の冷
却媒体の液面の波立ち等のため、容易でない問題があ
る。また、(d)の手段も、盤体１の上面に設けられた多
数の凹窪１ａ…への各容器ｖの挿入等、盤体に対する容
器ｖの脱着作動の自動化が複雑な問題がある。

また、従前手段は、それの総てについて、冷却媒体とし
ての液体窒素の使用、および真空庫の使用、ならびに不
凍液浴槽の使用が取扱上不便な問題があり、さらに、盤
体１を用いた場合には、その盤体１から容器ｖへの接触
伝熱の効率が悪く、凍結速度が遅すぎる問題がある。

「問題を解決する手段」本発明は、従来手段に生じているこれらの問題点を解決
するためになされたものであって、簡略な設備で、被凍
結材料液を内部に収めた容器の面倒な脱着操作を要する
ことなく、かつ、熱伝導の効率を良好にして、内部の被
凍結材料液をシェルフリーズ法により急速に凍結してい
く作動の連続自動化が行なえるようになる新たな手段を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］次に、この目的を達成するための本発明手段について説
明する。

本発明手段においては、被凍結材料液を内部に収めた胴
部が円筒状の容器（代表例として、バイアル＜円筒形薬
びん＞）に回転をあたえる手段としては、胴部が円筒状
の容器を、その口部が昇り勾配の方向に向う姿勢として
中心軸線が水平面に対し角度αとなるように倒して、そ
れの内部の被凍結材料液が口部から流出しない限度の角
度α（α＝０の場合を含む）に傾け、その容器を、その
状態に支承するよう傾斜面に形成した冷却可能な台板の
上面に、口部が昇り勾配方向に向う姿勢として横たえ、
この状態において、容器を、それの中心軸線と直交する
方向に、該台板の上面上において転動（スリップなく転
がす）させていく手段を用いる。これにより、容器の回
転作動機構に対する脱着操作の煩わしさを解消すると共
に、容器の回転作動のための自転運動自体を、冷却可能
な台板で構成するシェルフリーズ装置の入口から同出口
への容器の搬送、あるいは、さらに加えてシェルフリー
ズ装置を構成する冷却可能な台板に対する容器の供給と
その冷却可能な台板からの凍結済の容器の排出動作に利
用し、連続自動化をおこなうものである。

容器を転動搬送する部材としては、例えば、台板の上面
に横たえた容器の自転を許容する程度に緩やかに容器の
胴部の外周面を拘束する支持具を使用する。この支持具
の移動速度が容器の搬送速度を規制するようになる。シ
ェルフリーズ装置を構成する冷却可能な台板が固定であ
れば、容器を転動させることによる搬送速度が、同時に
容器の自転速度を決定するようになるが、支持具の移動
に加えて台板の上面にも運動を与えれば、台板の上面の
移動速度と支持具の移動速度との差が、容器の自転速度
を決定することにより、選択の自由度が増える。

台板の上面を水平な面に対し角度αをなす斜面の円錐形
とすれば、容器の転動軌道は円軌道になり、台板の上面
を水平な面と角αをなす斜面の平板とすれば、容器の転
動軌道は直線となる。

被凍結材料液を収めた容器を冷却する手段としては、本
発明の発明者が発明して特開平１−１５５１７６号公報
として既に出願している手段を利用する。即ち、容器を
転動自在に支承させる台板を、冷却可能とし、該台板の
上面に、衛生上許容され、必要温度範囲で凍結せ
ず、かつ容易に発揮する不凍液、例えばエタノール
を、薄層に散布（あるいは塗布）し、その薄層の液膜上
にバイアルを横たえ、転動バイアルを、濡れ接触熱伝導
により冷却し凍結させるものである。

第５図乃至第１４図は本発明手段の説明図である。

第５図は、医薬品の凍結乾燥に広く使用されている容器
（バイアル）ｖの標準的形状（通常、円筒状の胴部の内
法高さｈｉがその内径Ｄｉの１．５倍から２倍程度）、
および内部に収めた被凍結材料液の流出の不安なしに、
容器ｖを横たえて支承することが出来る台板２の上面２
０の角度αと液量の関係の例を示す。図示する例の容器
ｖはＤｉ＝２７mm、ｈｉ＝４７mm、液量５．７m、
１は直立時の液面、このときの液深は１０mmであり、
２は、角度α（勾配1/6）に傾斜させたと時の液面であ
る。内部の液量が少なければ当然緩やかな傾斜で良く、
水平な面に対する角度αはα＝０でも流出しない場合も
ある。

第６図、第８図、第１０図は台板２の上面２０に形成さ
れる不凍液膜の代表的な諸態様、および台板２の上面２
０上に横たえた容器ｖの外周面と台板２の上面２０との
間に形成される濡れ接触面の形状を示す。第６図、第８
図、第１０図に共通して、実線２０は斜面に形成した台
板２の上面、ｖはその台板２の上面２０に横たえた容
器、矢印は前述した条件を満たす不凍液であるエタノー
ルＥｔの供給場所、破線は容器ｖを置かないときのエタ
ノールの液面、点線は容器ｖ配置後のエタノールＥｔの
液面を示す。

第６図は台板２の上面２０で、その上に横たえる容器ｖ
…が転動する軌跡に沿う部位に、突条３０による液溜り
３を設け、その液溜り３にエタノールＥｔを供給するよ
うにした例であり、容器ｖ配置前のエタノールＥｔの液
面は、容器ｖの円筒状の胴部の長さ方向において、それ
の半ばに達しないが、容器ｖを置くと毛細管現象によ
り、エタノール液は容器ｖの円筒状の胴部の略全長に伸
び、第７図にて網目状に示す濡れ接触面Ｚを作る。

第８図および第１０図はエタノール液を、容器ｖが転動
する軌跡よりも、勾配の昇り方向の上位において、台板
２の上面２０に供給するようにした例を示す。供給した
エタノール液により形成される一定の厚さの濡れ膜は、
台板２の上面２０が傾斜面であっても均等厚さに残り、
第１０図の如く、液溜り３を設けないか、その液溜り３
から離れた位置に容器ｖを置いたときの濡れ接触面Ｚの
巾は、第１１図の如く、容器ｖの底部側と肩部側とにお
いて略等しくなる。また、第８図の如く液溜り３に沿い
転動するように容器ｖを配置したときの濡れ接触面Ｚの
巾は、第９図に示すように容器ｖの底部側の巾が肩部側
の巾より広い梯形となる。

濡れ接触面Ｚの形状により、当然シェルフリーズ凍結層
の形状は異なったものとなる。凍結乾燥の予備凍結の場
合は、乾燥時の加熱条件に合わせて最適濡れ接触面を選
択できる。

第１２図および第１３図は、台板２の上面２０に横たえ
た容器ｖを、支持具４により転動させて移送させる時
の、容器ｖの中心軸線と直交するｘ−ｚ断面（容器ｖの
進行方向ｘ、台板面に垂直方向ｚ）における力の作用の
二つの典型例を示す説明図、第１４図は第１３図の転動
する容器ｖを移動方向の後方から見た図である。

第１２図の場合は、傾斜面とした台板２の上面２０に横
たえた容器ｖは、それの円筒状の胴部の中心線をとおる
台板２の上面２０の垂線と、容器ｖの胴部の外面との交
点ｑに、外力Ｑ（直胴部外面を押す成分Ｑｚと面に沿う
成分Ｑｘを持つ）を加えた場合で、Ｗは重力のｚ成分、
Ｒは抗力のｚ成分である。容器ｖと台板２の上面２０と
の接点ｏと交点ｑにおける最大摩擦力は、一般に最大転
がり摩擦力より大きいから、外力Ｑｘが点ｏとｑにおけ
る摩擦力のｘ成分の和（Ｆ＋ｆ）を越えると、容器ｖは
スリップなしに台板上を転動する。外力Ｑを台板２の上
面２０に平行するベルト４０により加えると、容器ｖの
移動速度は、ベルト４０の回動速度の1/2である。

第１３図では、傾斜面とした台板２の上面２０に横たえ
た容器ｖには、容器ｖの重心に容器ｖの重量のｚ成分Ｗ
が働き、容器ｖと台板２の上面２０との接点ｏには抗力
のｚ成分Ｒ（＝Ｗ）が働き、容器ｖを台板２の上面２０
上に支持しているが、容器ｖの胴部の外周面の側面と支
持具４の押部４１の接点ｐに、外力Ｐを加え静かにｘ方
向に押すと、外力Ｐに等しい摩擦力Ｆが外力Ｐと反対方
向に生じ、容器ｖのｘ方向へのスリップを阻止し、かつ
容器ｖをその重心ｇのまわりに回転させようとし、支持
具４の押部４１と容器ｖとの接触点ｐに容器ｖの回転を
阻止する摩擦力のｚ成分ｆが加わる。接点ｏの抗力Ｒは
点ｐに外力を加えた結果、（Ｗ＋ｆ）に増加する。最大
摩擦力は、接触部に加わる法線方向の外力に比例するか
ら、容器ｖの転動に要する外力Ｐのｘ成分、Ｐｘが台板
２の上面２０との接点ｏにおける抗力Ｐｚより小さけれ
ば、接点ｏと接点ｐにおける摩擦係数が同等でも、外力
ｐをしだいに増していくとき、スリップは支持具４の押
部４１と容器ｖの胴部の外周面との間に生じ、容器ｖは
台板２の上面２０上をスリップ無しに転動運動する。

台板２の上面２０のエタノールＥｔの液膜の存在と、そ
れに接触する容器ｖの胴部のために、摩擦係数には、エ
タノールへの大気中水蒸気の結露（エタノール水溶液中
の水分増加）の影響を含む、塗布液の表面張力や粘度が
関与するので、Ｐ点における摩擦係数を充分小さくする
工夫、例えば、第１３図、第１４図のとおり、押部４１
・４１を、一対の小突起（図中、黒点）とする等の対策
を加えることが望ましい。支持具４の支持部４２は後述
する容器搬送機構Ｋに結合され、容器ｖを所定の軌道上
において転動自在となるよう拘束する。支持具４の押部
４１と反対側の規制部４３は容器ｖが支持具４より先行
自走するのを規制するための部分で、支持部４２が直列
に多数配列される場合は、これを省き、直ぐ前方の支持
具４の押部４１の裏面（後面）で代えることもできる。
第１４図に示す止部４４（第１３図には省略）は、容器
ｖを転動させる軌道が突条３０を持つときは省くことも
出来るが、容器ｖが傾斜面とした台板２の上面２０をず
れ落ち、軌道を横にそれることを防ぐ。

台板２の上面２０が固定の場合は、容器ｖが１回転する
と、それの円筒状とした胴部の外周面の円周長だけ進
み、その自転速度により軌道上の移動速さは決定され
る。そこで台板２の上面２０を容器ｖが転動する軌道の
方向と同方向（正または負）に同時移動させると、容器
ｖの移動の速さは容器搬送機構Ｋの作動速さとなるが、
容器ｖの自転速度は容器搬送機構Ｋの速度と台板２の上
面２０の速度との差により決定され、それぞれの最適値
を個別に選択できる。

傾斜面とする台板２の上面２０を平面とすれば、容器ｖ
が転動する軌道は台板２の上面２０と水平面の交線に平
行な直線となり、傾斜面とする台板２の上面２０を円錐
面の一部とすれば、容器ｖが転動する軌道は該円錐面の
軸心を中心とする仮想円と同心円の軌道となる。

容器搬送機構Ｋに支持具４を複数列並列に取り付けるこ
とにより、容器ｖが転動する軌道を、複数本同心円状に
平行する軌道とすることが出来る。

台板２の上面２０に横たえた容器ｖ…の支持手段は、第
１２図に示す手段においては、ベルト４０の高さの調整
だけで、各種寸法の容器ｖに対応できるが、ベルト４０
に上下の脈動があると容器ｖの転動が不規則になり、他
方第１３図に示す手段の場合は、支持具４の上下脈動に
裕度を持たせることができるが、容器ｖの寸法に応じ
て、支持具４自体を適応する大きさ形状のものと交換す
る必要があり、状況に応じて選択する。

次に本発明における、台板２の上面２０に対し、エタノ
ールＥｔ等の所定の条件に伴う不凍液を散布ないし塗布
する手段について説明する。

前述したように、容器ｖのハンドリングを、乾いた冷却
可能な金属の台板２の上面２０において行なっても、容
器ｖ内に収めた被凍結材料液のシェルフリーズが成功す
る場合はある。しかし、容器ｖの円筒状の胴部の外周面
と台板２の上面２０との接触伝達が小さいため、凍結に
長時間を要するようになる。そして、このことから、台
板２の上面２０を固定状態とした場合は、その上面２０
を、内部の被凍結乾燥材料液が凍結するまで転動させる
ための、軌道の長さが大変長くなり、工業的手段に馴染
まず、また容器ｖの外周面しと台板２の上面２０との間
の熱伝達不良のため、生成してくる氷結晶が容器ｖの胴
部の内壁面に根付かず転動による容器ｖの回転により凍
結層が容器ｖの内壁面から剥離し、望ましい凍結層の形
成に失敗するばあいも少なくない。

そこで本発明においては、容器ｖを転動させる台板を冷
却可能とし、該台板２の上面２０に、衛生上許容さ
れ、必要温度範囲で凍結せず、かつ容易に揮発する
液体、例えばエタノールＥｔを、薄層に散布（あるいは
塗布）し、その薄層の液膜上に容器ｖを横たえて、転動
させ、その転動する容器ｖを、濡れ接触による熱伝導に
より冷却し凍結させる手段を用いている。

ここで、衛生上許容されるとは、文字通りの意味であ
り、また、必要温度範囲とは、前述の医薬品等を凍結
させるのに必要な温度範囲、即ち、少なくとも−５０℃
前後で凍結しないとの意味であり、また、容易に揮発
するとは、内部液の凍結状態を維持できる低温下でも大
気中あるいは減圧下で、許容できる時間内に揮発し、容
器ｖの外周面に残留しないとの意味である。この
の三条件を満たす液体としては、例えばエタノール水溶
液がある。エタノールの他の利点は、塗布する冷却面に
大気中の水蒸気が結露しても、エタノールが水を良く溶
解し、これにより、エタノール濃度が７５％〜８０％程
度に低下してきても、氷結晶を作らず、濡れた金属表面
（台板２の上面２０）とその上に置かれた固体面との濡
れ接触による熱伝達と、滑らかな容器ｖの転動を防げな
い点である。

塗布液（以降、その代表例、エタノールの名称で、塗布
液一般を表すことにする）が空気（熱伝導率0.02kcal/m
hr℃）に替わって接触部付近の間隙を埋めるために、容
器ｖと台板２の上面２０との間の接触熱伝達は著しく増
加する。間隙を埋める液体がエタノール（熱伝導率0.15
kcal/mhr℃）の場合には約７．５倍に増大する。これに
よる凍結時間が短縮されるだけでなく、容器ｖの外周面
の台板２の上面２０に接する部位が、濡れ接触面Ｚによ
り深く冷却されるため、その接触部位が容器ｖの一回転
で再び台板２の上面２０に接触する間の昇温により、容
器ｖの内壁面に凍結した凍結層が弛み内壁面から剥離す
る危険が解消される。

「実施例」次に実施例を図面に従い詳述する。

第１５図および第１６図は本発明の実施例中の一例を示
す。第１５図は容器ｖの転動搬送方向の後方から見た装
置主要部の正面図で、第１６図は、第１５図に示すＸ方
向からの側面図である。

この例は複線軌道をもつ装置の例で、共通の台板２の上
面２０上に容器ｖを転動させるための軌道が２連に設け
てあり、各軌道の上方には、容器搬送機構Ｋが２連に並
列して設けてある。

同図において、２は上面２０を水平な面に対し角度α
（α＝０を含む）をなす傾斜面とした冷却可能の台板
で、（その表面上の点線はエタノール等の塗布液の液膜
面）、図では内部を冷却された不凍熱媒流体が循環する
平筐に形成され、下面側と側面は断熱材で囲われたもの
として描かれているが、冷却方法は問わない。

６はエタノール等の塗布液を供給する液供給機構で、こ
の例では台板２の上面２０の上方に、その上面２０上を
転動さす容器ｖの軌道に平行に取り付けた多孔スプレー
管（管断面に図示した半径がノズルの向き）である。該
液供給機構６は、台板２の上面２０を転動する容器ｖの
外周面に付着して消失する僅かな塗布液を補充するだけ
で良いから、間歇的に、容器ｖが転動する軌道に沿って
台板２の上面２０の勾配の上手（図で容器ｖ右側）に散
布するようにして良い。あるいは連続的にノズル孔から
滲み出る方式でも良い。傾斜面とする台板２の上面２０
が緩やかな勾配、あるいは水平であっても、液膜は容器
ｖと台板２の上面２０との接触面に拡がり容器ｖが転動
する軌道に供給される。

６′は前記液供給機構６と同様に形成して、台板２の上
面２０の勾配の下手側に設けた別の液供給機構である。
容器ｖを転動さす軌道の、容器ｖの底部側に液溜り３を
設ける場合には、塗布液の供給は、液溜り３に対して為
されれば良い。この実施例における液供給機構６′は、
液溜り３のための突起をかねた多孔スプレー管になって
いる。なお、第１６図では液供給機構６および液供給機
構６′は図面上省略してある。これら液供給機構６・
６′で供給されて液溜り３に溜まる塗布液は、容器ｖの
外周面との接触で毛細管現象により、その容器ｖの肩部
まで拡がり、好ましい濡れ接触面Ｚをつくる。

４は容器ｖを支持（または拘束）する支持具である
（４′は空の状態の支持具を示す）。第１５図および第
１６図に示す実施例では、支持具４は回転軸７０・７０
の軸方向を、傾斜面とした台板２の上面２０の勾配の方
向に沿わせた一対のスプロケット７１・７１にエンドレ
スに掛けまわした無端状のチェン７２の外周側に取り付
けられて、容器搬送機構Ｋを構成している。そして、前
工程［容器ｖ内への被凍結材料液の注入、真空（窒素封
入）用ゴム栓の半打栓、他］を終えて容器供給コンベア
の端末Ｅから供給される容器ｖを連続的に捉えて、台板
２の上面２０の前端（第１６図で左端側）に位置させ、
引き続きこれを転動搬送して、凍結済み容器ｖを台板２
の上面２０の端末（第１６図で右端側）から、次工程
（凍結乾燥の場合は容器ｖの整列と凍結乾燥機への搬
入）へのコンベア前端側Ｓに送り出す。液材料の物性と
液量に応じてチェンの駆動速度及び台板の温度を調整す
ることが出来る。

第１５図には省かれているが、第１６図に概念的に示さ
れているとおり、装置の主要部は除去可能の防熱防湿カ
バー９で蔽われ、必要によつては、除湿清浄空気が、カ
バー９に設けたノズル９１からカバー９内に送られ、容
器ｖの出入口９ａ・９ｂから緩やかに吹き出す等の対策
を講じうる。第１６図に示すとおりカバー９の容器出入
口９ａ・９ｂに、それぞれ、排出、供給する容器ｖが一
時滞留する構造（例えば、入口９ａに設けた規制板９２
がチェン７２と連動して実線位置から点線位置に開くよ
うにして、それの開放作動で先頭の容器ｖを通過させ、
その通過により再び実線位置に戻って、次位の容器ｖの
通過を阻止するようにし、出口９ｂにも、図面では省略
しているが、同様の規制板を設けておく）とすれば、出
入口９ａ・９ｂからの湿気の侵入を充分防止できる。

第１５図では容器ｖ…を転動させる軌道は２列である
が、言うまでもなく、必要な処理能力に応じて任意の数
の並列軌道を共通の台板２の上面２０上に設けることが
出来る。

第１７図および第１８図は別の実施例を示す。第１５図
および第１６図に示した前述の実施例との主な相違は、
冷却面となる台板２の上面２０が固定面でなく、一対の
ローラー（あるいはスプロケット）７２・７２にエンド
レスに掛けまわされた、無端状のベルトあるいはチェン
よりなる搬送体８０の上方回動部８０ａの傾斜平面部８
１に構成されている点である。第１７図は前述の実施例
における第１５図に対応する向きからの正面図で、第１
８図は前述の実施例の第１６図に対応する（ただし容器
ｖの出口９ｂ側となる右半分は図示を省略）。

この実施例では、冷却面となる台板２の上面２０は、そ
の上面２０に塗布する塗布液を張り込む浴槽ｗ内におい
てエンドレスに回動するよう張架したベルトあるいはチ
ェンよりなる無端の搬送体８０の上方回動部８０ａの上
面により構成してある。そして、該無端の搬送体８０
は、それの下方回動部８０ｂが浴槽ｗ中に張り込まれる
エタノール等の塗布液の液中を回動し、上方回動部８０
ａが、その塗布液の液面の上方を回動するように張架さ
れていて、これにより、冷却不凍液たる塗布液中を下方
回動部８０ｂが回動することで、自動的に冷却され、か
つ濡れ接触のための塗布液が、台板２の上面２０となる
上方回動部８０ａの傾斜平面部８１の上面に自動的に塗
布されることになる。従って、前述の実施例における、
液供給機構６・６′に相当する機構は不必要である。し
かし、無端の搬送体８０の熱容量が小さければ、台板２
の上面２０を構成する上方回動部８０ａの温度は次第に
上昇する。これには、上方回動部８０ａの撓み防止をか
ねて、この上方回動部８０ａの下面側に、冷却可能の支
持板８３を設け、該支持板８３を浴槽ｗ内の塗布液によ
り冷却するか、あるいは独自の冷却源により冷却して、
無端の搬送体８０の上方回動部８０ａの下面が該支持板
８３の上面に接触支持され冷却されて運動する方式を採
ることで対処できる。

支持具４をベルト４０に形成して容器ｖの胴部の外周面
の上面に当てて容器ｖを転動させる第１２図の支持手段
を採る場合は、第１５図、第１６図、第１７図、第１８
図に示したチャンネル状またはアングル状の支持具４が
省かれ、ベルト４０の下面が直接容器ｖの胴部上面に接
する他は、第１５図、第１６図、第１７図、第１８図に
示した前述の実施例と同様の構成となる。

第１７図および第１８図に示す例は、前述の第１５図お
よび第１６図に示した実施例より機構がやや複雑である
が、台板２の上面２０に運動を与えることにより、容器
ｖの自転速度と、容器ｖの移送速度を独立に調整でき
る。実験によれば、容器ｖの円筒状の胴部の内面に、均
等厚さの凍結槽を形成するに適する自転速度の緩急の巾
はかなり広いので、多くの場合に自転速度を下げること
により、移送速度を下げ凍結時間を延長することで足り
るが、第１７図、第１８図の実施例ではより広範囲の異
なる条件に、適合させることが出来る。

次に、第１９図および第２０図は第三の実施例を示す。
この実施例の、前述した第一および第二の実施例との主
な相違点は、台板２の上面２０を、水平面に対し角度α
（α＝０を含む）の勾配をなす円錐面または円錐面の一
部とし、容器ｖを転動させて搬送するための軌道を円軌
道（単一、又は複数の同心円）としている点である。上
面２０を円錐面または円錐面の一部とする台板２は、固
定しているば場合、または、台面２０を形成する円錐面
の中心軸線に沿う回転軸により、回転可能にする場合が
ある。

第１９図は、円錐面に形成した台板２の上面２０の、円
錐形の中心軸Ｏをとおる容器ｖの軌道の断面図（図１０
の０−ｃ断面）で、容器ｖを支持さす支持具４は、この
実施例では円錐面の台面２０の中心軸Ｏを通る回転軸５
０により回動する回転アーム５に取り付けられている。
既に述べたとおり支持具４は容器ｖを搬送軌道に拘束す
るが、その容器ｖの転動は許容するルーズな支持具とし
て台板２の上面２０上で機能するようにしている。台板
２か固定であれば、回転アーム５の回転速度が容器ｖの
自転速度と前記中心軸Ｏを中心とする円軌道上の公転速
度とを規制するが、台板２が前記中心軸Ｏを中心に回転
可能になっていれば、容器ｖの公転速度は回転アーム５
の回転速度に規制され、容器ｖの自転速度は回転アーム
５の回転速度と、台板２の回転速度との差により決定さ
れる。

前工程から供給される容器ｖの台板２の上面２０上への
受入れと後工程への凍結済の容器ｖの送出しは、台板２
を固定する場合、また、回転させる場合のそれぞれにつ
き、各種方式が可能であるが、第２０図に固定式の台板
２および回転式の台板２のいずれにも採用できる一実施
例を示す。

第２０図は凍結装置を構成する台板２の上面２０上に設
定される容器ｖが転動する円軌道と前後工程のコンベア
ラインの関係を示す概念図である。同図において、Ａは
前工程からのコンベアゾーンで凍結装置を構成する台板
２の上面２０に設定される容器ｖが転動する円軌道の外
周に接線的に置かれ、そのコンベアゾーンＡの端末ａか
ら凍結装置の前記円軌道の外周に沿う角度θ（第２０図
では３０°）の円弧状の待機ゾーンＢに接続する。凍結
装置の円軌道Ｃ（図では外側Ｃ１と内側のＣ２の二重軌
道）の一部、前述待機ゾーンＢに対応する部分をＣｂ
（Ｃ１ｂとＣ２ｂ）と呼ぶ。円軌道Ｃの上方に配される
支持具４は、前述の第１９図に示した回転アーム５（図
示省略）に支持され、その回転アーム５は、角θをなす
Ｎ個の部分（図では１２個、ただし円軌道の右半部を省
略、各部分の境を２点鎖線で示す）からなり、各部分は
それぞれｎ個（図では４個／軌道×２軌道＝８個）の容
器ｖ拘束する。回転アーム５の各部分は、部分Ｃｂに回
転してきた時、短時間停止し、この間に、回転アーム５
各部に付属するか、回転アーム５の運動と連動する送り
機構（第２０図では図示を省く）が待機ゾーンＢの容器
ｖを円軌道Ｃの部分Ｃｂへ、円軌道Ｃの部分Ｃｂの凍結
済容器ｖを取出しゾーンＤへ順送りする（図では待機ゾ
ーンＢから部分Ｃ１ｂ、部分Ｃ１ｂから部分Ｃ２ｂ、部
分Ｃ２ｂから取出しゾーンＤへ順送り後の容器ｖを実線
で示し、待機する容器ｖのもとの位置を破線で示す）。
各ゾーンＢ、Ｃ、Ｄの容器ｖが第２０図のとおり円軌道
の中心を通る線上に位置すれば、順送りは容易である。

第２１図に送り機構の一例を示す。第２１図は第２０図
のｂ−ｏ断面図で、待機ゾーンＢから円軌道の部分Ｃｂ
と取出しゾーンＤまでに掛けまわした無端のベルト５１
と一対のローラー５２（各容器ｖの列毎に、第２０図の
例では４組）からなり、回転アーム５が停止する毎に、
ベルト５１は第２１図にて矢印に示す方向に１ピッチｐ
ｔ（各ゾーンの巾）進む。

一般にシェルフリーズに適する角度αは容器ｖとベルト
面の滑り摩擦角より充分小さいから、容器ｖ…はベルト
と共に１ピッチ進む。こうして待機ゾーンＢから円軌道
Ｃ（図ではＣ１、Ｃ２の２周）を経て取出しゾーンＤに
送られた凍結済容器ｖは排出機構（図示を省く）により
次工程へのコンベアへ移される。

次に、作用を、第１５図および第１６図に示す実施例に
より行なった実験例より説明する。

１）水平な面に対し１／６．６の勾配（角α）をもつス
テンレス鋼平面の水平面との交線に高さ３mmの直線上の
突起を設け、軌道１ｍ当り20ｇのエタノールを突起沿い
に注いで、容器ｖ軌道沿いの液溜り（巾14mm，深さ約２
〜０mm）とし、台板２の上面２０を−７０℃に冷却し
た。

２）容器ｖは、全高40mm、胴部（外径20mm、高さ30m
m）、底面及び胴部の肉厚１mmのガラス製に。20％重量
濃度の乳糖水溶液を1.75m注入した。（この液量は直
立状態で液深７mm、全胴部と底面の内側に均等厚にシェ
ルフリーズして１mm厚さに相当）３）常温（＋25℃）の上述容器ｖを、その口部を勾配の
上手、その底部を前述の突起沿いの液溜りに横たえ、1.
0ｍ／分〜3.0／分の各種速さで転動移動させたところ、
何れの速さにおいても、１分以内に良好なシェルフリー
ズ製品をえた。

４）直列に取付けた支持具４のピッチは３cmであり、軌
道長1.8ｍ軌道巾0.1ｍの台板ト搬送チェンにより、60本
／分の能力の、連続シェルフリーズが実現できた。

５）以上の手段で凍結した容器ｖを凍結乾燥したところ
５時間で良質の乾燥品を得、なお時間短縮の余裕があっ
た。従来のシェルフリーズ方法は工業に馴染まないた
め、凍結乾燥は直立無回転凍結容器ｖで行なわれてお
り、凍結時間0.5〜１時間に続く乾燥時間を24時間より
短縮すると部分融解を生じてしまうもので、大巾な時間
短縮となつた。

６）実験によりえられた製品容器ｖを切断し、凍結乾燥
品の性状を検査した結果、製品は良質で、第２２図（シ
ェルフリーズ済容器ｖ断面図）に示すとおり形状も適切
であった。乾燥品の層の断面は図の黒塗部１１、底部中
央約２mmの空白部［図中、２ｂ］以外の総ての底面と直
胴部内面に凍結層が形成され、底部と円筒直胴部とのコ
ーナー部の凍結層が約２mm厚［図中、２ｔ′］あり、そ
の他の凍結層は殆んど均等に約１mm厚［図中、２ｔ］で
あった（破線は直立無回転凍結の場合の層の表面で、深
さは７mm）。図中の容器ｖ１０の寸法単位は総てmmであ
る。

一般に凍結乾燥時間は凍結層最大厚の約1.5乗に比例す
る。充分な昇華潜熱の供給ができれば、このシェルフリ
ーズ実施例による厚さの比は２mm／７mmであり、(2/7)=
1/6.55だから、凍結乾燥時間は1/6ないし1/7に短縮でき
る。

７）この方法で容器ｖの直胴部に付着するエタノール量
は0.1ｇ程度で、10000本を処理してもエタノール１kgを
補充すればよい。

「効果」この発明は、以上述べたように、エタノール等の所定の
条件に従う液を冷却可能な台板２の上面２０上に散布な
いし塗布し、その上に横たえた容器ｖの円筒状の胴部の
外周面と台板２の上面２０との間に、濡れ接触面Ｚを形
成して、その台板２の上面２０上において容器ｖを転動
させる簡単なハンドリングによつて、シェルフリーズに
必要な、強い冷却と容器ｖの自転、及び連続処理に有利
な容器ｖの搬送を、同時に達成するようにしたものであ
るから、従来は実験室的手段であったシェルフリーズに
よる、急速凍結と凍結乾燥時間の大巾な短縮を、工業的
に採用しうるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は従前のシェルフリーズ法の説明図
で、第１図は容器を直立状態において竪方向の中心線を
中心に高速回転させる例の説明図、第２図は容器を不凍
液中に斜めに傾斜させて浸け込み回転させる例の説明
図、第３図は同上手段の側面視の説明図、第４図は容器
を傾斜する回転軸により回転する盤体に支持せしめる例
の説明図である。第５図乃至第１４図は本発明手段の説明図で、第５図は
本発明手段の基本的な形態の説明図、第６図、第８図、
第１０図は台板の上面に形成する不凍液膜の各態様の説
明図、第７図、第９図、第１１図は前各態様における各
濡れ接触面の形状の説明図、第１２図、第１３図、第１
４図は容器を移送させる手段の説明図である。第１５図乃至第２１図は本発明の実施例を示し、第１５
図は第１の実施例の一部縦断した正面図、第１６図は同
上の一部省略した縦断側面図である。第１７図は第２の
実施例の要部の一部破断した正面図、第１８図は同上要
部の一部省略した縦断側面図である。第１９図は第３の
実施例の要部の一部破断した側面図、第２０図は同上の
一部省略した平面図、第２１図は第２０図のｂ−ｏ線断
面図である。第２２図は本発明の作用の説明図である。図面符号の説明Ａ…コンベアゾーンＢ…待機ゾーンＣ…円軌道Ｄ…取出しゾーンＫ…容器搬送機構Ｒ…回転ローラーＺ…濡れ接触面Ｅｔ…エタノールｖ…容器ｗ…浴槽１…盤体１ａ…凹窪１０…支軸２…台板２０…上面３…液溜り３０…突条４…支持具４０…ベルト４１…押部４２…支持部４３…規制部４４…止部５…回転アーム５０…回転軸５１…無端のべルト５２…一対のローラー６・６’…液供給機構７０…回転軸７１…スプロケット７２…チェン８０…搬送体８０ａ…上方回動部８０ｂ…下方回動部８１…傾斜平面部８３…支持板９…防熱防湿カバー９ａ・９ｂ…出入口９１…ノズル９２…規制板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水平面に対し角度α（α＝０の場合を含
む）の勾配をなす斜面状の、冷却可能な台板の上面に、
衛生上許容され、必要温度範囲で凍結せず、かつ容易に
揮発する液体を、薄層に散布ないし塗布しておいて、そ
の台板の上面に、被凍結材料を充填した胴部が円筒状の
容器を、それの内部の液材料が該容器の口部から流出し
ないようそれの口部が該台板の勾配の昇り方向に向う姿
勢として横たえ、その台板を冷却しつつ、該容器を、そ
れの円筒状をなす胴部の軸方向と直交する方向に転動さ
せて、該容器の胴部の内周面の全周沿いに容器内液材料
を凍結せしめていくことを特徴とする被凍結材料の凍結
方法。
【請求項２】水平面に対し角度α（α＝０の場合を含
む）の勾配をなす円錐状の、冷却可能な台板の上面に、
衛生上許容され、必要温度範囲で凍結せず、かつ容易に
揮発する液体を、薄層に散布ないし塗布しておいて、そ
の台板の上面に、被凍結材料を充填した胴部が円筒状の
容器を、それの内部の液材料が該容器の口部から流出し
ないよう、該容器の口部が該台板の上面の勾配の昇り方
向に向う姿勢として横たえ、その台板を冷却しつつ、該
容器をその台板の円錐状の上面の中心を中心とする円軌
道に沿い転動させて、該容器の胴部の内筒面の全周沿い
に容器内液材料を凍結せしめていくことを特徴とする被
凍結材料の凍結方法。
【請求項３】機体に、上面が水平面に対し角度α（α＝
０の場合を含む）の勾配をなす斜面状の、冷却可能とし
た台板と、該台板の上面に不凍液を散布ないし塗布する
不凍液供給機構と、単数あるいは複数の胴部が円筒状の
被凍結容器を、それの口部が前記台板の上面の勾配の昇
り方向に向う姿勢で転動可能に支持して前記台板の上面
の勾配の方向と直交する方向に沿いその台板の上面を転
動移動せしめる凍結対象容器支持搬送機構とを設けたこ
とを特徴とする容器内液材料の凍結装置。
【請求項４】回転軸が水平面に対し角度α（α＝０の場
合を含む）の勾配をなす一対の輪体にエンドレスに掛け
回した冷却可能の無端の搬送体を、衛生上許容され必要
温度範囲で凍結せずかつ容易に揮発する液体が張り込ま
れる槽内に、下方回動部分がその槽内の液体中を回動し
上方回動部分がその槽内の液体の液面の上方を回動する
よう張架し、該無端の搬送体の上方回動部分の上方に
は、該上方回動部分の上面に口部が前記勾配の昇り方向
に向う姿勢として横たえられる胴部が円筒状の凍結容器
を該上方回動部の回動方向における一端側から他端側に
向け転動せしめて搬送する容器搬送部材を設けたことを
特徴とする容器内液材料の凍結装置。
【請求項５】水平面に対し角度α（α＝０の場合を含
む）の勾配をなす円錐状の台面を具備する冷却可能な台
板を、固定あるいは、該円錐状の台面の中心軸線に沿う
回転軸により回転可能に設け、該台板の台面上に不凍液
を散布ないし塗布する不凍液供給機構を設け、かつ該台
板の上方には、該台板の台面上に口部が前記勾配の昇り
方向に向う姿勢として横たえられる胴部を円筒状とした
容器を、該台板の台面上に転動可能に支持して該台板の
台面の円錐形と略同心の円軌道に沿い転動搬送せしめる
容器支持搬送部材を設けたことを特徴とする容器内液材
料の凍結装置。