覚えておきたい製剤技術の基礎知識!　第7章：乾式造粒装置 FREUND Academy 2024.05.31

乾式造粒法のメリットは次の通りです。

• 水またはアルコール等の湿潤剤、結合剤（バインダー）を必要としないため、安定した顆粒が得られる。吸湿性の高い薬剤（生薬等）に適している。
• 練合・乾燥といった造粒の前後工程が省略でき、所要時間を大幅に短縮できる。
• 密度の高い顆粒が得られる。


乾式造粒装置で得られる顆粒の形成過程の一例を図4に示します。

1.2　乾式造粒装置の構成

水平ロール式RC装置を例に、装置の構成を説明します。

（1）スクリューの種類（図5）
A型：二段二条、比容積が大きい粉体向き
B型：二段一条、比容積が小さい粉体向き、通常使用スクリュー

ここでいう二段とは、スクリューシャフトのテーパー角度が2段階になっていることを意味し、二条とはスクリューの羽根が180度違いで2枚付いていることを意味します。
このほか、比容積が小さく流動性の良い粉体向きにX型（スクリューシャフトにテーパーがないストレートシャフトで、スクリュー羽根が二条）があります。

（3）ロール駆動部（図7）
RC 装置では2個のロール回転を同期させるため、1個の回転軸からギアで2個の回転軸に分岐しています。粉体にかかる圧力を一定にする目的で、片側のロールを固定にし、もう片方のロールはスライドする機構を採用しています。スライドするロールは油圧シリンダで常に押される構造になっています。

（4）アキュムレーター※
油圧装置のロール加圧系統には、ロール加圧力の脈動を減衰させ、常に一定の圧力で加圧するために、アキュムレーターが取り付けられています。

※圧力容器に気体（通常窒素ガス）を充填しておき、そこに液体（油）を押し込むと気体は液体の圧力とバランスするまで圧縮します。液体の圧力が弱まると、気体が膨張し、液体を容器外に放出します。気体の圧縮、膨張作用により、液体圧力の脈動（短い周期の圧力変動）を抑制する装置をアキュムレーターと呼びます。

1.3　乾式造粒装置の圧縮機構^2,3）

RC 造粒ではロールと粉体の摩擦により、粉体がロール間に食い込まれます（図8） 。
ロールに食い込み始める点を「食い込み点」と呼び、食い込み点とロール中心部を結ぶ線と水平線の角度αを「ニップアングル（食い込み角）」と呼びます。
ロール直径が変わってもニップアングルは同じなので、ロール直径が大きくなるほど圧縮比も増加し、成形しやすくなり、密度の高い（重い）フレークが得られます。粉体層の圧縮は、粉体層に含まれている空気の除去（脱気）を意味しますので、粉体がロールに食い込まれる前に粉体層を脱気することが重要です。

ローラーコンパクターの処理量（ロール通過量）Qは、粉体原料のかさ密度をρ_b、粉体原料のロール食い込み長さをA、ロール食い込み幅をB、ロール回転速度をUとすれば（図9） 、次式で表わすことができます。


ここで、ロール食い込み長さAがロール径Dに比例し、ロール食い込み幅Bがスクリュー下部径dに比例すると仮定すれば、式（1）は次のようになります。

ロール回転速度UをU=2πDN（N：回転数）とすれば、


したがって、小型機の処理量Q₀から大型機の処理量Q₁を推算する式は、

これを整理すると、

この式は大型機の処理量を試算する上での簡易推算式になります。ここで、添え字0は小型機の数値、添え字1は大型機の数値です。

テストデータは簡易推算式によく一致しています。したがって、スクリュー下部径をロール径に比例させて設計すれば、処理量はロール径の3乗に比例します。
なお、今回のテストでは、装置の大型化とともにフレーク率が若干低下しました。これは、ロール径が大きくなるとフレーク厚さが大きくなるので、粉体層内部での圧力伝達が不十分であったものと考えられます。

図13は、RC装置を組み込んだ連続生産システムの概観です。
本システムは、①原料投入→②原料混合→③圧縮成形→④整粒→⑤PATツールによる物性測定→⑥滑沢剤・後末混合→⑦打錠→⑧錠剤コーティングの各工程で構成されています。
図中赤い枠線で囲っているのがRC装置で、③～⑤の工程を担っています。
整粒した顆粒の物性は、PATツール（プロセス分析装置）で測定されます。PATツールとして、近赤外線分光器（NIRS）、ラマン分光器、インライン粒度分布測定プローブなどにより、主薬含量、顆粒水分、粒度分布が測定可能です。