(57)【要約】  回転円盤（２６）は、容器、例えば、ミキサ、内の粒子の流動化されている流れ（１２）から扇（３０）内にサンプルを抽出する。抽出されたサンプルは、カメラ（３６）が扇を映すように、対照領域を通過する。プログラムされたコンピュータの形の処理手段は、画像を分析し、サンプルから粒径、形状、粒径分布及び配合物情報を生成する。サンプルは、全体として流れを代表する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路から離れた視界に焦点が合わされている光学的走査システム、
粒子の代表的なサンプルを流路から抽出し、粒子を前記視界内に分配し、それにより、流路の粒子の粒径及び粒径分布が監視され得る偏向器、
を備え、
前記偏向器は、円盤の表面に衝突する粒子が前記流路から前記視界内に異なる角度で偏向されるように、前記流路に配置され、実質的に前記視界の平面内に位置する回転円盤を備えていることを特徴とする粒子の流路に対する光学的オンライン式分粒システム。
【請求項２】
前記流路は、窓が設けられている容器内にあり、前記光学的走査システムは、前記容器の外側にあることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記容器は、高せん断ミキサであることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
円盤の縁部は、円筒状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記円盤は、円筒状であることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
円盤の縁部の表面は、該縁部に衝突する粒子と摩擦接触を改善するためにのこぎり歯状にされていることを特徴とする請求項４または５に記載のシステム。
【請求項７】
円盤の上面は、ほぼ平面であり、水平であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記上面は、該面に着弾し、遠心効果により該面から投げ出される粒子の把持を改善するために、のこぎり歯状にされていることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記視界を照明するレーザーをさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
配合物走査手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
走査手段は、分光計を備えていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記配合物走査手段は、含水率及び／または色を検出することを特徴とする請求項１０または１１に記載のシステム。
【請求項１３】
走査手段は、２つの異なる波長に応答するカメラを備え、波長のうちの一方は、水分を含有する粒子により優先的に吸収または反射されることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記光学的走査システムは、コンピュータに接続されているデジタル・カメラを備え、それにより、視界の画像がコンピュータにより処理され、前記画像により取り込まれた粒子を計数し、分粒し得ることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載のシステム。
【請求項１５】
次の錠剤化またはカプセル化のために薬剤の配合物の処理に使用されることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
ａ）ミキサであって、
ｉ）ほぼ円筒状のハウジング、
ｉｉ）ハウジングに取り付けられている羽根車であって、駆動されると、また、混合物の粒子が羽根車によりせん断されると、ハウジングの周りのドーナツ状流路内の粒子を駆動する羽根車、
ｉｉｉ）ハウジングを貫通して延在する回転シャフト、
ｉｖ）円盤の縁部が前記ドーナツ状流路の内側縁部に交差するように、シャフトの端部に取り付けられている円盤、
を有するミキサ、
ｂ）前記ドーナツ状流路と羽根車の軸との間で前記円盤にほぼ平行な平面内にある視界に焦点が合わされている光学的走査機、
ｃ）前記円盤により前記ドーナツ状流路から偏向されている前記視界内の粒子のサンプルの画像を取り込み、前記粒子の形状を計数し、及び／または測定し、及び／または判断する処理手段、
を備えていることを特徴とする高せん断ミキサ及び粒径監視システム。
【請求項１７】
前記羽根車は、前記ミキサの基部に取り付けられていることを特徴とする請求項１６に記載のミキサ及びシステム。
【請求項１８】
前記シャフトは、前記羽根車の前記軸にほぼ平行であることを特徴とする請求項１６または１７に記載のミキサ及びシステム。
【請求項１９】
円盤は、半分まで流路に交差していることを特徴とする請求項１６ないし１８のいずれかに記載のミキサ及びシステム。
【請求項２０】
光投射手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１６ないし１９のいずれかに記載のミキサ及びシステム。
【請求項２１】
前記光投射手段は、光ファイバの束を備えていることを特徴とする請求項２０に記載のミキサ及びシステム。
【請求項２２】
光投射手段は、ストロボスコープを備えていることを特徴とする請求項２０または２１に記載のミキサ及びシステム。
【請求項２３】
前記光投射手段及び光学的走査機は、単一の写真用プローブの部品として一緒に取り付けられていることを特徴とする請求項２０ないし２２のいずれかに記載のミキサ及びシステム。
【請求項２４】
ハウジングに窓をさらに備え、前記走査機は、ミキサの完全に外側にあることを特徴とする請求項１６ないし２３のいずれかに記載のミキサ及びシステム。
【請求項２５】
前記窓は、ミキサの上面にあることを特徴とする請求項２３に記載のミキサ及びシステム。
【請求項２６】
光投射手段及び光学的走査機を互いにタイミングが同時に作動させる制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項２０ないし２５のいずれかに記載のミキサ及びシステム。
【請求項２７】
次の錠剤化またはカプセル化のために薬剤の配合物の処理に使用されることを特徴とする請求項１６ないし２６のいずれかに記載のミキサ及びシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子の乱流混合物内における粒子の粒径及び分布を視覚的に評価する方法に関する。粒子は、均質なキャリア流体（a carrier fluid）中にあってもよいし、あるいは、真空中にあってもよい。
【０００２】
本発明は、特に、混合／造粒プロセスで、構成成分が一緒に加えられ、次に錠剤に形成するために、顆粒形状の固体混合物となる医薬産業に適用を見いだすが多くのその他の産業にも適用される。
【背景技術】
【０００３】
高せん断造粒は、そのようなプロセスの１つである。サンダース等は、このプロセスに関与するいろいろな推定される変数が分析した（非特許文献１参照）。彼らは、そのモデルを製造し、それにより、造粒プロセスの結果が予測され得る。それにもかかわらず、最高の結果を確保するために、造粒プロセスを監視することが望ましい。しかしながら、粒径や（監視を必要とする単一の最も重要なパラメータである）分布測定に対しサンプルを採取するために造粒プロセスを中断することは、それ自身、最終的な成果に影響を及ぼす変数となる。いずれにしても、多くのプロセスにおいて、そのような中断は、健康や安全性の理由で許されないかもしれない。ワタノ及びミヤナミは、流動化している顆粒状流れに配置されているプローブを含み、該プローブは、粒子用照明器、プローブの近くの粒子により散乱される光を映すレンズ及び粒子がプローブに衝突し、該粒子がプローブ上に堆積し、該粒子がレンズを塞ぐことを防止するパージ用空気流を有する流動層システムのためのオンライン式の画像処理方法を開発した（非特許文献２参照）。特許文献１は、システムの装置及び方法に関連する。しかしながら、パージ用空気が採用されたにもかかわらず、粒子が、特に、混合の早い段階で、粒子が接触するなんにでも付着する、非常に湿った、粘着性の粒子が存在するかもしれないとき、やがて必然的に詰まった状態になることがプローブによる固有の問題である。さらに、空気の流れを利用し、粒子を除去するどのようなシステムも、それらのサイズでの何らかの分離を引き起こしそうであり、結果として粒径分布の非典型的な測定を招く。
【０００４】
特許文献２は、造粒機の粒子が、光学的ビューアー（an optical viewer）が粒子を分析する収集室内に落ちる同様の装置に関する。目詰まりの問題がこの装置にとって切実であるように見える。
【０００５】
特許文献３は、山積みの粒子の画像から粒子の粒径を計算する方法に関する。しかしながら、継続中の造粒化プロセスにおいては、山積みの粒子はまったく存在しない。
【０００６】
特許文献４は、混合室からの粒子の吸引及び光学的分析が行なわれるフィルムに粒子を付着させることを示唆している。したがって、混合製品のサンプルが抽出され、分析される。単に混合物に窓を作り、混合物の製品を光学的に分析するという試みは、粒子とその背景とのコントラストが粒子を正確に識別するには不適当であるが故に失敗する。さらに、粒子に焦点が合わされるのに必要な３０ｃｍを越える距離及び早い絞り速度（aperture speed）で、被写界深度は、あまりにたくさんの粒子を見るには充分に長く、その結果、粒子は、互いに見分けが付かなくなる。このことは、まさにサンプルを見る必要性、または、混合粒子の本体内以外の異なる方向で見ることができるプローブを挿入する必要性を説明している。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，４９７，２３２号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開１９、６４５，９２３号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第３９１，５３０号明細書
【特許文献４】特開平１１−３０４６８５号公報
【非特許文献１】CFW Sanders, AW Willemse, AD Salman, MJ Hounslow, "Development of a predictive high shear granulation model", Powder Technology, 138 (2003) , 18-24
【非特許文献２】S Watano, K Miyanami, "Image processing for online monitoring of granule size distribution and shape in fluidized bed granulation", Powder Technology, 83 (1995) , 55-60
【非特許文献３】MJ Hounslow, RL Ryall, VR Marshall, "A discretised population balance for nucleation growth and aggregation", AIChE Journal, 34 (1988) , 1821-1832
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
目詰まりの問題に影響されない、また、混合プロセスを妨げない、システムを提供する必要性が依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、粒子の流路に対する光学的オンライン式分粒システムが提供される。該システムは、流路から離れた視界（a field of view）に焦点が合わされた光学的走査システム、粒子の代表的なサンプルをその流路から抽出し、視界内に粒子を分布させ、それにより、流路における粒子の粒径及び粒子の粒径分布が監視される偏向器を備え、該偏向器は、円盤の表面に衝突する粒子が流路から別の角度にある視界内に偏向するように、流路に配置され、実質的に視界の平面内に位置する回転円盤を備えている。
【００１０】
流路は、窓が設けられた容器内にあり、光学的走査システムは、容器の外側にあることが好ましい。
【００１１】
視界は、流路から離れているので、コントラストが低いという問題は回避される。また、過大な粒子の数という問題も回避される。したがって、長い焦点深度（a long depth of focus）の必要性なしに良好な解像力が大部分の粒子に関し得られ得る。
【００１２】
円盤の縁部は、円筒形（cylindrical）であることが好ましく、円筒形（circular cylindrical）であることが好ましい。他方、円盤の縁部表面は、該縁部に衝突する粒子との摩擦接触を改善するために、のこぎり歯状にされ得る。
【００１３】
円盤の上面は、実質的に平面であり、水平であることが好ましい。該上面もまた、該面に着弾し、遠心効果により該面から投げ出される粒子の把持（grip）を改善するために、のこぎり歯状にされ得る。
【００１４】
システムは、また、分光計を備える配合物走査手段を含んでいることが好ましい。さらに、含水率及び色もまたカメラで外部から監視され得る。例えば、カメラは、２つの異なる波長に応答する。波長の一方は、水分含有粒子により優先的に吸収または反射される。
【００１５】
本発明は、また、高せん断ミキサ及び粒径監視システムを提供する。該システムは、ａ）ｉ）ほぼ円筒状のハウジング、ｉｉ）該ハウジングに取り付けられている羽根車であって、駆動され、混合物の粒子が羽根車によりせん断されると、ハウジングの周りのドーナツ状流路における粒子を駆動する羽根車、ｉｉｉ）ハウジングを貫通して延在する回転シャフト、ｉｖ）円盤の縁部がドーナツ状流路の内側縁部に交差するように、該シャフトの端部に取り付けられている円盤、を有しているミキサ；ｂ）ドーナツ状流路と羽根車の軸との間の円盤にほぼ平行な面にある視界に焦点が合わされている光学的走査機（an optical scanner）；ｃ）円盤によりドーナツ状流路から偏向された視界内の粒子サンプルの画像を取り込み、計数及び／または測定及び／または粒子の形状を判断する処理手段；を備えている。
【００１６】
羽根車は、ミキサの基部に取り付けられていることが好ましい。窓は、ミキサの上面にあってもよい。
【００１７】
シャフトは、羽根車の軸にほぼ平行であることが好ましい。約半分に至るまで、円盤は流路に交差していることが好ましい。
【００１８】
走査機及び処理手段は、粒子の構成、例えば、含水率及び／または色を監視するように配置されていることが好ましい。
【００１９】
光投射手段が設けられることが好ましい。該投射手段は、都合のよいことに光ファイバ束の形をしている。光投射手段は、ストロボスコープ（a stroboscope）を備え得る。光投射手段及び光走査機手段は、単一の写真用プローブの部品として一緒に取り付けられ得る。この場合、プローブは、ミキサの壁を貫通して延在している。
【００２０】
しかしながら、ミキサは、ハウジング内に窓をさらに備え得る。走査機は、ミキサの完全に外側にある。窓は、ミキサの上面にあり得る。
【００２１】
ミキサ及びシステムは、光投射手段及び光学的走査機を互いにタイミングを合わせて動かす制御手段をさらに備え得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施態様は、添付の図面を参照して、一例として、以下にさらに説明される。
【００２３】
図において、（ＶＧシリーズミキサ（独国グラット社）、またはフィルダー・オア・グラル・ミキサ（米国ニロ・インコーポレーテッド）のような）高せん断ミキサ１０がサンプル１２を加工している。運転中、粉末原料がミキサ１０内に充填され、封末原料は、液体を粉末原料に噴霧し、さもなければ、添加し、結合することにより、徐々に顆粒（granules）の形状に丸く固められる一方、同時に、羽根（blades）１６を有する羽根車用プレート１４の循環機構により、混合物は流動化運動にさらされる。
【００２４】
ミキサ１０の特質は、粉末の充填が、個々の粒子が矢印Ａの方向に回転し、羽根車用プレート１４の軸の回りに円運動で回転している一方、同時に、（矢印Ａで示される）円の軸回りに矢印Ｂ方向に軌道を描いて回るドーナツ形状を発展させることにある。
【００２５】
ミキサ１０は、それを貫通して回転駆動装置２４のシャフト２２が延在している開口部２０が設けられている窓１８を形成する透明な蓋で閉じられている。シャフト２２の端部には、のこぎり歯状の円筒状縁部２８を有する円盤２６の形をしたサンプル採取装置が配置されている。円盤２６は、充填（the charge）１２の回転方向とは反対に、矢印Ｃの方向に回転する。羽根車１４の回転速度はいうまでもなく、円盤２６及び充填１２は、円盤２６が粒子のドーナツ状雲（the toroidal cloud）１２の内側縁部に交差するように、配置される。交差の度合いは、重要ではない。事実、ドーナツの縁部は、漠然としている。ドーナツ１２の回転とは反対の円盤の回転により、円盤に衝突する粒子は、ドーナツ１２の内側で扇形の広がり３０で偏向される。ドーナツ１２との円盤２６の交差の度合いが大きければ大きいほど、扇３０は高密度となる。円盤の回転速度もまた、扇３０における粒子の密度及び速度に影響を及ぼす。
【００２６】
少なくとも扇３０の視界領域４０を照射する拡散ビーム（the spread beam）を持つレーザー光源３２が透明な蓋１８の真上に配置される。適切なレーザー源は、英国、オクスフォード・レーザーズ・リミテッドから販売されているＨＳＩダイオード・レーザーである。ＬＳ１０−１０銅蒸気レーザーもまた適切であるかもしれない。レーザー光は、光ファイバ側（不図示）を通って伝送され、光源及びその方向の操作を容易にする。
【００２７】
カメラ３６は、地域４０に焦点が合わされており、レーザー３２が作動すると、図４ａに示される画像のような画像を記録する。扇３０が比較的薄く、ドーナツ状の主流１２から離れて偏向されるので、羽根車１４を含むミキサ１０の基部は、扇内の各粒子に対する背景を形成する。その結果として、該基部は、レーザーに照明されている粒子と比べて比較的暗く、粒子とその背景とのコントラストは高い。もちろん、レーザーは、カメラの背景視野も照明しないことが確保される。さらに、円盤２６により扇３０に偏向された粒子の大部分は、少なくとも視界４０の範囲において、単一の平面をなしている。カメラ及び光源は、ミキサ１０の壁を貫通し得るプローブ（不図示）に一体化され得る。この場合、透明な窓１８は、絶対に必要ではない。適切なプローブは、例えば、特許文献１に記載されている。レーザーは、ストロボであってもよく、その照明は、カメラの絞りの開度により調整される。
【００２８】
カメラ３６は、コンピュータ３８を含む粒子形状評価システムの一部を形成し得る。英国オクスフォードレーザーズで製作されているビジサイザ（VisiSizer）は、一例である。そのような装置が設けられているソフトウエアは、画像を操作し、分析することが可能である。例えば、該ソフトウエアは、図４ａの画像を“閾値を設定”し、その画像を図４ｂに反転させる。次に、識別される粒子の個々の形状及び粒径が図４ｃにあるように境界を定められる。ソフトウエアは、粒子を計数し、粒子の個々の形態学的パラメータばかりでなく粒径分布を表にすることを可能とする。
【００２９】
コンピュータの速度にもよるが、何百もの写真が撮られ得る。例えば、５１２枚の写真が１２５ヘルツ（Hertz）で撮られ得る。そのことは、また、扇３０の密度にもよるが、結果として、それらの粒径に対して分析される数万個の顆粒をもたらし得る。この写真プロセスは、写真をコンピュータ・ディスクに保存するのにさらに１５秒を要するかもしれないけれども、約４秒を要する。それにもかかわらず、粒径分布を作る処理時間は、ほぼ瞬時である。
【００３０】
視界４０は、カメラの木の央であり、カメラの軸に直角をなしている。図１及び２から、視界は、円盤２６にほぼ平行であるように見え得る。他方、視界は、正確には平行ではないが、示されるようなわずかな位置ずれは、装置の機能にはほとんど変わりがない。
【００３１】
（実施例）
水溶液中のラクトース（Ｍ２００、ＤＶＭ、オランダ）、澱粉（ファーマ・クオーリティ（pharma quality）、ＡＶＥＢＥ、オランダ）及びヒドロキシル・プロピル・セルロース（ＨＰＣ、クルーセルＥＰ、アクアロン／ハーキュレス、バレンツ（Barentz）、ホフドープ（Hoofddorp）、オランダ）からなる顆粒の凝集速度定数を確認する実験。以下の配合を有する混合物が、１０  １ロート・ジュニア（Roto Junior）高せん断ミキサ内に加えられる。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
造粒プロセスは、顆粒の粒径分布を得るために、その後、時間内に毎分５１２枚の写真を撮ることが続いた。約１０−２０個の顆粒が各写真に存在した（図４ａ参照）。その結果、毎分ごとの顆粒の粒径分布は、約５０００−１０，０００個の顆粒に基づいている。写真は、粒径範囲８０−４０００ミクロンの顆粒が目に見える倍率を有する（４８０画素）。実験は、２５０、３００、３５０及び４５０ＲＰＭの４つの異なる羽根車の速度で繰り返された。粒径分布の結果は、図５に示されている。この結果から、粒径は、時間ばかりでなく羽根車の速度が増大することにより増大することが理解され得る。非特許文献３で開発されたモデルを使い、実験データがモデルに対して比較され、２つの間に良好な一致が確かめられた。
【００３４】
したがって、円盤２６は、ドーナツ１２内の粒子の代表サンプルを抽出し、ドーナツ１２の粒径分布が分析されることを可能としている。小さいサンプルを分離し、該サンプルを対照的な背景を提供するミキサの領域に対して位置決めすることは、混合プロセスにおける粒子の粒径分布の正確な監視を可能にする。
【００３５】
本発明が試験的な大きさのミキサとの関連で説明されたが、より大きなサイズのミキサにアップグレードされ得ないという理由など全くない。さらに、パソコンで達成され得るより早い取り込み速度で、リアルタイムの連続した粒径及び粒径分布の監視が達成され、それにより、所定のプロセスにおける粒子の凝集のピーク（または、所望の評価項目）が確かめられ得る。
【００３６】
最後に、本発明がドーナツ状の流れのミキサに関連して説明されたが、導管（この点において、本明細書で使用されている用語“容器”は、就中、導管を含むものとして読まれるべきである。）に沿うようなその他の粒子の流れで用いられ得ない問い理由など全くない。この筋書きにおいては、本発明のサンプル採取装置は、主たる流れから分かれている導管の領域内にある割合の流れを偏向させる。サンプル採取装置に達する粒子の個体数が全個体数を代表するとすれば（このことは、恐らく意外にも、ミキサのドーナツ状流れの内側縁部での場合であると知られている。）、全体の流れの粒径分布が判断され得る。
【００３７】
粒径には、根本的な関心を持っているが、システムもまた、配合物、特に、サンプルの色ばかりでなく含水率、を監視するために用いられ得る。このために、２またはそれ以上の波長の、差異のある反射／吸収が含水率または色の変化を指示するように、少なくとも２つの波長の光が監視されるのに必要とされる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る装置の斜視図である。
【図２】本発明に従い動作する図１の装置の高せん断ミキサの内側の図である。
【図３】図２の装置の平面図である。
【図４ａ】図１の装置のカメラにより記録された画像の図である。
【図４ｂ】図１の装置のカメラにより記録された別の画像の図である。
【図４ｃ】図１の装置のカメラにより記録された別の画像の図である。
【図５】本発明のシステムを利用して測定されたときのミキサの異なる羽根車速度に関する時間に対する平均粒子粒径のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【国際調査報告】
2008512669.tif 000011
2008512669.tif 000012
2008512669.tif 000013
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