(57)【要約】【課題】例えば酵母を混入した麦汁などのような流体の混合が、酵母を損傷せずに行えるようにして、発酵等の作用が良好に行えるようにする。【解決手段】中央部に開口部４３ｂ，４４ｂを有しその外周側を穴のない状態にした平板状の第１の板４３と第２の板４４を設け、これらの間に、中央部に第２の貫通孔４８を有しその外周側に多数の第１貫通孔４７を配設した構造の３枚以上の積層エレメント４１を重ねて、回転軸１３に取り付ける。前記第１の貫通孔４７は、重なり合う積層エレメント４１同士の間で異なる配置にして、第１の貫通孔４７が積層エレメント４１の延在する方向に連続するように構成する。この積層エレメント４１を有する撹拌翼１１を回転させて、流体２１を第２の貫通孔４８部分から第１の貫通孔４７に通過させ、次々に分割・合流させて積層エレメント４１の外周部から排出する撹拌によって、酵母等へのダメージを低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
菌体又は細胞を含有した流体を混合して発酵食品又は増殖・培養細胞を生産する物質生産方法であって、
回転駆動される回転軸に支持された混合要素から形成される撹拌翼と、前記流体を貯留する撹拌槽を備え、
前記混合要素は、
２以上の積層エレメントが積層される積層体と、当該積層体を挟んで対向配置される第１の板と第２の板とを備え、
前記積層エレメントは、複数の第１の貫通孔及び第１の貫通孔より大きい第２の貫通孔を有し、且つ前記第２の貫通孔が積層方向に連通して前記積層体に中空部が形成されるように配置されており、
前記第２の板は、前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通する開口部を有し、
前記第２の板の開口部が前記中空部を介して前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通されており、
前記積層エレメントは、前記第１の貫通孔の一部又は全部が、隣接する積層エレメントの第１の貫通孔との間で流体を積層エレメントの延在する方向に流通可能に連通するように配置され、
前記撹拌翼が自己の回転動作により、前記積層エレメントの第２の貫通孔から前記混合要素内部に前記流体を流入させる流入工程と、
前記混合要素内部に流入した前記流体を前記積層エレメントの延在する方向に連通する第１の貫通孔に流通させる流通工程と、
前記混合要素の外周部から前記流体を流出させる流出工程を備えることを特徴とする
物質生産方法。
【請求項２】
前記積層エレメントにおける第１の貫通孔の仕切壁の縦断面形状が略楕円形である前記撹拌翼を用いる
請求項１に記載の物質生産方法。
【請求項３】
前記積層エレメントにおける第１の貫通孔の仕切壁の縦断面形状が略多角形である前記撹拌翼を用いる
請求項１に記載の物質生産方法。
【請求項４】
前記撹拌翼は、２以上の前記混合要素が隙間をあけて配設されて構成され、
前記混合要素が前記撹拌槽の深さ方向に並ぶようして前記撹拌槽内の前記流体に沈めて前記流入工程、前記流通工程および前記流出工程を行う
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の物質生産方法。
【請求項５】
前記混合要素を構成する前記積層エレメントと、前記第１の板と、前記第２の板がそれぞれに分解可能な前記撹拌翼を用いる
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の物質生産方法。
【請求項６】
前記混合要素を構成する前記積層エレメント、前記第１の板または前記第２の板のうち少なくとも一つが分割可能である前記撹拌翼を用いる
請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の物質生産方法。
【請求項７】
前記混合要素の少なくとも積層エレメント部分が一体成形品からなる前記撹拌翼を用いる
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の物質生産方法。
【請求項８】
前記積層エレメントの第１の貫通孔が積層エレメントの中央側から外周にかけて略弧状に配設された前記撹拌翼を用いる
請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の物質生産方法。
【請求項９】
菌体又は細胞を含有した流体を混合して発酵食品又は増殖・培養細胞を生産する物質生産方法であって、
回転駆動される回転軸に支持された混合要素から形成される撹拌翼と、前記流体を貯留する撹拌槽を備え、
前記混合要素は、
２以上の積層エレメントが積層される積層体と、当該積層体を挟んで対向配置される第１の板と第２の板とを備え、
前記積層エレメントは、複数の第１の貫通孔及び第１の貫通孔より大きい第２の貫通孔を有し、且つ前記第２の貫通孔が積層方向に連通して前記積層体に中空部が形成されるように配置されており、
前記第２の板は、前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通する開口部を有し、
前記第２の板の開口部が前記中空部を介して前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通されており、
前記積層エレメントは、前記第１の貫通孔の一部又は全部が、隣接する積層エレメントの第１の貫通孔との間で流体を積層エレメントの延在する方向に流通可能に連通するように配置され、
前記撹拌翼が自己の回転動作により、前記混合要素の外周部から前記混合要素内部に前記流体を流入させる流入工程と、
前記混合要素内部に流入した前記流体を前記積層エレメントの延在する方向に連通する第１の貫通孔に流通させる流通工程と、
前記混合要素の内部から前記積層エレメントの第２の貫通孔に前記流体を流出させる流出工程を備えることを特徴とする
物質生産方法。
【請求項１０】
前記積層エレメントの第１の貫通孔が積層エレメントの中央側から外周にかけて略弧状に配設された前記撹拌翼を用いる
請求項９に記載の物質生産方法。
【請求項１１】
流体を混合して物質を生産する物質生産方法であって、
回転駆動される回転軸に支持された混合要素から形成される撹拌翼と、前記流体を貯留する撹拌槽を備え、
前記混合要素は、
２以上の積層エレメントが積層される積層体と、当該積層体を挟んで対向配置される第１の板と第２の板とを備え、
前記積層エレメントは、複数の第１の貫通孔及び第１の貫通孔より大きい第２の貫通孔を有し、且つ前記第２の貫通孔が積層方向に連通して前記積層体に中空部が形成されるように配置されており、
前記第２の板は、前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通する開口部を有し、
前記第２の板の開口部が前記中空部を介して前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通されており、
前記積層エレメントは、前記第１の貫通孔の一部又は全部が、隣接する積層エレメントの第１の貫通孔との間で流体を積層エレメントの延在する方向に流通可能に連通するように配置され、
前記撹拌翼が自己の回転動作により、前記積層エレメントの第２の貫通孔から前記混合要素内部に、または前記混合要素の外周部から前記混合要素内部に、前記流体を流入させる流入工程と、
前記混合要素内部に流入した前記流体を前記積層エレメントの延在する方向に連通する第１の貫通孔に流通させる流通工程と、
前記混合要素の外周部から、または前記混合要素の内部から前記積層エレメントの第２の貫通孔に、前記流体を流出させる流出工程を備えることを特徴とする
物質生産方法。
【請求項１２】
流体を混合する流体混合方法であって、
回転駆動される回転軸に支持された混合要素から形成される撹拌翼と、前記流体を貯留する撹拌槽を備え、
前記混合要素は、
２以上の積層エレメントが積層される積層体と、当該積層体を挟んで対向配置される第１の板と第２の板とを備え、
前記積層エレメントは、複数の第１の貫通孔及び第１の貫通孔より大きい第２の貫通孔を有し、且つ前記第２の貫通孔が積層方向に連通して前記積層体に中空部が形成されるように配置されており、
前記第２の板は、前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通する開口部を有し、
前記第２の板の開口部が前記中空部を介して前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通されており、
前記積層エレメントは、前記第１の貫通孔の一部又は全部が、隣接する積層エレメントの第１の貫通孔との間で流体を積層エレメントの延在する方向に流通可能に連通するように配置され、
前記撹拌翼が自己の回転動作により、前記積層エレメントの第２の貫通孔から前記混合要素内部に、または前記混合要素の外周部から前記混合要素内部に、前記流体を流入させる流入工程と、
前記混合要素内部に流入した前記流体を前記積層エレメントの延在する方向に連通する第１の貫通孔に流通させる流通工程と、
前記混合要素の外周部から、または前記混合要素の内部から前記積層エレメントの第２の貫通孔に、前記流体を流出させる流出工程を備えることを特徴とする
流体混合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体を混合して、例えば食品や細胞などの物質を生産するための物質生産方法に関し、より詳しくは、流体に含有される物質を傷めにくく良好な混合ができるような物質生産方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばビールなどのような発酵食品の製造や、菌糸体や細胞を培養する液体高密度培養においては、流体を均一に撹拌する必要がある。そのために、複数枚の方形板状の羽根（フィン）を放射状に配設して構成された撹拌翼が用いられる。つまり、撹拌翼を流体中で回転することによって均一な撹拌を行う（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、流体に含有される酵母等の菌体や、菌糸体、細胞、細胞を付着させた担体などの物質が、回転する撹拌翼の羽根によって流体に付与されるせん断力を受けて損傷してしまうおそれがある。このような場合には、発酵食品や酵母、菌糸体、細胞などの所望の物質の生産能力が低下することになる。
【０００４】
羽根を有した撹拌翼とは違った構成の撹拌翼を、下記特許文献２のように本出願人は提案している。この撹拌翼は、多数の第１の貫通孔を有した複数枚の積層エレメントが積層された構成の積層体と、この積層体の上下両面における前記第１の貫通孔に対応する部分を塞ぐ第１の板および第２の板を備えた構成である。流体内で撹拌翼が回転させられると、流体は積層体の内部から外周部にかけて流動する。この流動において、流体は積層エレメントの延在する方向に流れ、多数の第１の貫通孔内を通り抜ける。この過程において流体は混合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２０９７６１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２１０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、この発明は、流体の流れを活用する撹拌翼によって流体の混合を良好に行えるようにして、物質の生産等に資することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのための第１の手段は、菌体又は細胞を含有した流体を混合して発酵食品又は増殖・培養細胞を生産する物質生産方法であって、回転駆動される回転軸に支持された混合要素から形成される撹拌翼と、前記流体を貯留する撹拌槽を備え、前記混合要素は、２以上の積層エレメントが積層される積層体と、当該積層体を挟んで対向配置される第１の板と第２の板とを備え、前記積層エレメントは、複数の第１の貫通孔及び第１の貫通孔より大きい第２の貫通孔を有し、且つ前記第２の貫通孔が積層方向に連通して前記積層体に中空部が形成されるように配置されており、前記第２の板は、前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通する開口部を有し、前記第２の板の開口部が前記中空部を介して前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通されており、前記積層エレメントは、前記第１の貫通孔の一部又は全部が、隣接する積層エレメントの第１の貫通孔との間で流体を積層エレメントの延在する方向に流通可能に連通するように配置され、前記撹拌翼が自己の回転動作により、前記積層エレメントの第２の貫通孔から前記混合要素内部に前記流体を流入させる流入工程と、前記混合要素内部に流入した前記流体を前記積層エレメントの延在する方向に連通する第１の貫通孔に流通させる流通工程と、前記混合要素の外周部から前記流体を流出させる流出工程を備えることを特徴とする物質生産方法である。
【０００８】
この発明において前記「菌体」は、前記「細胞」の概念にも含まれるものとして使用する。
【０００９】
この構成では、菌体又は細胞を含有する流体を貯留した撹拌槽内で撹拌翼が回転させられると、混合要素の第２の板の開口部を通して混合要素の積層エレメントにおける第２の貫通孔からなる積層体の中空部に流入した流体は、その中空部から、第１の貫通孔を積層エレメントの延在する方向に流れ、流れる過程で分割と合流がなされながら流通して、混合要素の外周部から流出する。撹拌翼の回転に伴うこのような流入工程、流通工程、流出工程を経ることによって、流体は混合され、この結果、流体中の菌体又は細胞の作用、増殖、培養がなされ、例えばアルコールや酵母、菌糸体、細胞などの所望の物質が生産される。
【００１０】
前記積層エレメントにおける第１の貫通孔の仕切壁の縦断面形状が略楕円形である前記撹拌翼を用いる物質生産方法であってもよい。
【００１１】
この構成では、流入工程および流通工程において、仕切壁が流体との衝突による衝撃を和らげる。仕切壁を傾斜させたりすることにより、例えば螺旋状や竜巻状の流れを流体に付与して、撹拌の態様に変化をつけることも可能である。
【００１２】
前記積層エレメントにおける第１の貫通孔の仕切壁の縦断面形状が略多角形である前記撹拌翼を用いる物質生産方法であってもよい。
【００１３】
この構成でも、流入工程および流通工程において、仕切壁が流体との衝突による衝撃を和らげる。仕切壁を傾斜させたりすることにより、例えば螺旋状や竜巻状の流れを流体に付与して、撹拌の態様に変化をつけることも可能である。また、仕切壁の縦断面形状を、例えばひし形にすることによって、流体の流れを上方又は下方に仕向けるような流れを生むことも可能となる。
【００１４】
前記撹拌翼は、２以上の前記混合要素が隙間をあけて配設されて構成され、前記混合要素が前記撹拌槽の深さ方向に並ぶようにして前記撹拌槽内の前記流体に沈めて前記流入工程、前記流通工程および前記流出工程を行う物質生産方法であってもよい。
【００１５】
この構成では、各混合要素は上部や下部から流体を吸い込み、撹拌槽内で複雑な流れを生み、混合を行う。撹拌翼は、流体の貯留深さが深い場合でも、撹拌翼の上下動なしに、流体の全体をまんべんなく混合する。
【００１６】
前記混合要素を構成する前記積層エレメントと、前記第１の板と、前記第２の板がそれぞれに分解可能な前記撹拌翼を用いる物質生産方法であってもよい。
【００１７】
この構成では、撹拌処理後に構成要素を分解して清浄にするときの異物の除去が容易になり、所定の作用を確保できる。このため、所望どおりに物質の生産が行える。
【００１８】
前記混合要素を構成する前記積層エレメント、前記第１の板または前記第２の板のうち少なくとも一つが分割可能である前記撹拌翼を用いる物質生産方法であってもよい。
【００１９】
この構成では、複雑な形状や大きさの大きい積層体でも容易に得られる。流体のより良好な混合状態を作り出す混合要素を得れば、物質の生産に資することができる。
【００２０】
前記混合要素の少なくとも積層エレメント部分が一体成形品からなる前記撹拌翼を用いる物質生産方法であってもよい。
【００２１】
この構成では、混合要素の取り扱いが容易であり、生産にかかる作業の簡単化を図ることができる。
【００２２】
前記積層エレメントの第１の貫通孔が積層エレメントの中央側から外周にかけて略弧状に配設された前記撹拌翼を用いる物質生産方法であってもよい。前記「略弧状」とは、円弧やインボリュート曲線を含む意味である。以下、同じである。
【００２３】
この構成では、略弧状に配設された第１の貫通孔が、流体の路程を長くするとともに、流通する流体に効率的に回転力を付与する。このため、流体の混合の効率化が可能で、生産性の向上に資する。
【００２４】
課題を解決するための第２の手段は、菌体又は細胞を含有した流体を混合して発酵食品又は増殖・培養細胞を生産する物質生産方法であって、回転駆動される回転軸に支持された混合要素から形成される撹拌翼と、前記流体を貯留する撹拌槽を備え、前記混合要素は、２以上の積層エレメントが積層される積層体と、当該積層体を挟んで対向配置される第１の板と第２の板とを備え、前記積層エレメントは、複数の第１の貫通孔及び第１の貫通孔より大きい第２の貫通孔を有し、且つ前記第２の貫通孔が積層方向に連通して前記積層体に中空部が形成されるように配置されており、前記第２の板は、前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通する開口部を有し、前記第２の板の開口部が前記中空部を介して前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通されており、前記積層エレメントは、前記第１の貫通孔の一部又は全部が、隣接する積層エレメントの第１の貫通孔との間で流体を積層エレメントの延在する方向に流通可能に連通するように配置され、前記撹拌翼が自己の回転動作により、前記混合要素の外周部から前記混合要素内部に前記流体を流入させる流入工程と、前記混合要素内部に流入した前記流体を前記積層エレメントの延在する方向に連通する第１の貫通孔に流通させる流通工程と、前記混合要素の内部から前記積層エレメントの第２の貫通孔に前記流体を流出させる流出工程を備えることを特徴とする物質生産方法である。
【００２５】
この構成では、菌体又は細胞を含有する流体を貯留した撹拌槽内で撹拌翼が回転させられると、混合要素の外周部から混合要素の内部に流入した流体は、その外周部に近い位置から、第１の貫通孔を積層エレメントの延在する方向に流れ、流れる過程で分割と合流がなされながら流通して、混合要素の積層エレメントにおける第２の貫通孔からなる積層体の中空部に流出する。撹拌翼の回転に伴うこのような流入工程、流通工程、流出工程を経ることによって、流体は混合され、この結果、流体中の菌体又は細胞の作用、増殖、培養がなされ、例えばアルコールや酵母、菌糸体、細胞などの所望の物質が生産される。
【００２６】
前記積層エレメントの第１の貫通孔が積層エレメントの中央側から外周にかけて略弧状に配設された前記撹拌翼を用いる物質生産方法であってもよい。
【００２７】
この構成では、略弧状に配設された第１の貫通孔が、流体の路程を長くするとともに、流通する流体に効率的に回転力を付与する。このため、流体の混合の効率化が可能で、生産性の向上に資する。
【００２８】
課題を解決するための第３の手段は、流体を混合して物質を生産する物質生産方法であって、回転駆動される回転軸に支持された混合要素から形成される撹拌翼と、前記流体を貯留する撹拌槽を備え、前記混合要素は、２以上の積層エレメントが積層される積層体と、当該積層体を挟んで対向配置される第１の板と第２の板とを備え、前記積層エレメントは、複数の第１の貫通孔及び第１の貫通孔より大きい第２の貫通孔を有し、且つ前記第２の貫通孔が積層方向に連通して前記積層体に中空部が形成されるように配置されており、前記第２の板は、前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通する開口部を有し、前記第２の板の開口部が前記中空部を介して前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通されており、前記積層エレメントは、前記第１の貫通孔の一部又は全部が、隣接する積層エレメントの第１の貫通孔との間で流体を積層エレメントの延在する方向に流通可能に連通するように配置され、前記撹拌翼が自己の回転動作により、前記積層エレメントの第２の貫通孔から前記混合要素内部に、または前記混合要素の外周部から前記混合要素内部に、前記流体を流入させる流入工程と、前記混合要素内部に流入した前記流体を前記積層エレメントの延在する方向に連通する第１の貫通孔に流通させる流通工程と、前記混合要素の外周部から、または前記混合要素の内部から前記積層エレメントの第２の貫通孔に、前記流体を流出させる流出工程を備えることを特徴とする物質生産方法である。
【００２９】
この構成では、例えば細胞塊や顔料、紛体、流体などを含有する流体を貯留した撹拌槽内で撹拌翼が回転させられると、混合要素の第２の板の開口部を通して混合要素の積層エレメントにおける第２の貫通孔からなる積層体の中空部に流入した流体は、その中空部から、第１の貫通孔を積層エレメントの延在する方向に流れ、流れる過程で分割と合流がなされながら流通して、混合要素の外周部から流出する。あるいは、混合要素の外周部から混合要素の内部に流入した流体は、その外周部に近い位置から、第１の貫通孔を積層エレメントの延在する方向に流れ、流れる過程で分割と合流がなされながら流通して、混合要素の積層エレメントにおける第２の貫通孔からなる積層体の中空部に流出する。
【００３０】
撹拌翼の回転に伴うこのような流入工程、流通工程、流出工程を経ることによって、流体に含有された細胞塊や顔料、紛体等の物質は分散され、この結果、例えば単一細胞の均一懸濁液や塗料などが調製、生産される。
【００３１】
課題を解決するための第４の手段は、流体を混合する流体混合方法であって、回転駆動される回転軸に支持された混合要素から形成される撹拌翼と、前記流体を貯留する撹拌槽を備え、前記混合要素は、２以上の積層エレメントが積層される積層体と、当該積層体を挟んで対向配置される第１の板と第２の板とを備え、前記積層エレメントは、複数の第１の貫通孔及び第１の貫通孔より大きい第２の貫通孔を有し、且つ前記第２の貫通孔が積層方向に連通して前記積層体に中空部が形成されるように配置されており、前記第２の板は、前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通する開口部を有し、前記第２の板の開口部が前記中空部を介して前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通されており、前記積層エレメントは、前記第１の貫通孔の一部又は全部が、隣接する積層エレメントの第１の貫通孔との間で流体を積層エレメントの延在する方向に流通可能に連通するように配置され、前記撹拌翼が自己の回転動作により、前記積層エレメントの第２の貫通孔から前記混合要素内部に、または前記混合要素の外周部から前記混合要素内部に、前記流体を流入させる流入工程と、前記混合要素内部に流入した前記流体を前記積層エレメントの延在する方向に連通する第１の貫通孔に流通させる流通工程と、前記混合要素の外周部から、または前記混合要素の内部から前記積層エレメントの第２の貫通孔に、前記流体を流出させる流出工程を備えることを特徴とする流体混合方法である。
【００３２】
この構成では、例えば細胞塊や顔料、紛体、流体などを含有する流体を貯留した撹拌槽内で撹拌翼が回転させられると、混合要素の第２の板の開口部を通して混合要素の積層エレメントにおける第２の貫通孔からなる積層体の中空部に流入した流体は、その中空部から、第１の貫通孔を積層エレメントの延在する方向に流れ、流れる過程で分割と合流がなされながら流通して、混合要素の外周部から流出する。あるいは、混合要素の外周部から混合要素の内部に流入した流体は、その外周部に近い位置から、第１の貫通孔を積層エレメントの延在する方向に流れ、流れる過程で分割と合流がなされながら流通して、混合要素の積層エレメントにおける第２の貫通孔からなる積層体の中空部に流出する。
【００３３】
撹拌翼の回転に伴うこのような流入工程、流通工程、流出工程を経ることによって、流体に含有された細胞塊や顔料、紛体、流体等の物質は分散され、混合される。
【発明の効果】
【００３４】
この発明によれば、固状や液状の物質を含有する流体は主にその流れによって混合され、物質が混ぜ合わされたり、塊が分散されたりする。このため、混合は物質の損傷を抑制しつつ良好に行え、物質の生産や調製等に大いに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】流体の撹拌状態を示す断面図。
【図２】撹拌翼の分解斜視図。
【図３】積層エレメントの平面図。
【図４】混合要素内での流体の流れを示す断面図。
【図５】実験に用いた本発明の積層エレメントの平面図。
【図６】実験に用いた従来構造の撹拌翼の斜視図。
【図７】実験結果を示すグラブ。
【図８】他の例に係る積層エレメントの平面図。
【図９】他の例に係る積層エレメントの斜視図と断面図。
【図１０】他の例に係る流体の流動状態を示す説明図。
【図１１】他の例に係る積層エレメントの断面図。
【図１２】他の例に係る積層エレメントの断面図。
【図１３】他の例に係る積層エレメントの断面図。
【図１４】他の例に係る流体の撹拌状態を示す断面図。
【図１５】他の例に係る積層エレメントの斜視図。
【図１６】他の例に係る積層エレメントの平面図。
【図１７】他の例に係る撹拌翼の分解斜視図。
【図１８】他の例に係る流体の撹拌状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。  
この発明は、流体の混合を通じて物質を生産しようとするもので、図１に示したように、撹拌翼１１と、流体２１を貯留する撹拌槽２２を備えて、撹拌槽２２内の流体２１を撹拌翼１１で撹拌し混合することで、物質の生産等を行う。
【００３７】
前記流体２１には、生産しようとする目的物を得るために必要な物質が含有されている。この物質は、固状のものでも、液状のものでもよく、例えば菌体（酵母や菌糸体、乳酸菌などの細菌、カビ等）や細胞（動物細胞、植物細胞）など、様々なものを利用できる。
【００３８】
一例をあげると、ビールを製造するためには麦汁という流体２１の中に物質としての酵母を混入する。アルコールを含むビールと増殖した酵母が生産される物質である。
【００３９】
キノコ菌糸体培養をしてキノコ菌糸を得るには、培地という流体２１の中に物質としての種菌を混入する。増殖した菌糸が生産される物質である。
【００４０】
液体高密度培養をして動植物の細胞を得るには、培地という流体２１の中に物質としての細胞および細胞を付着した担体を混入する。培養された細胞が生産される物質である。
【００４１】
細胞分散液を得るには、物質としての細胞塊を含んだ流体の中に、物質としての酵素を混入する。この場合には、細胞塊を構成する細胞がばらばらになった状態の懸濁液が生産される物質である。
【００４２】
前記撹拌槽２２は、内周面に邪魔板を有する周知の撹拌槽や、適宜の容器、タンク等で構成される。
【００４３】
前記撹拌翼１１は、モータ１２で回転駆動される回転軸１３と、この回転軸１３に回転不可能に固定支持された混合要素１４で構成されている。図１に示した撹拌翼１１は、回転軸１３の先端に混合要素１４を１個備えたものである。
【００４４】
混合要素１４は、図２に示したように、別部材からなる３枚以上の積層エレメント４１が積層されてなる積層体４２と、この積層体４２を挟んで対向配置される第１の板４３と第２の板４４と、これらを組み付けるためのボルト４５とナット４６を備えており、積層エレメント４１と第１の板４３と第２の板４４はそれぞれに分解可能である。
【００４５】
図２において、積層体４２の上面に位置するのが第１の板４３で、積層体４２の下面に位置するのが第２板４４である。第１の板４３の中央に前記回転軸１３が一体に結合されている。
【００４６】
前記積層エレメント４１は、適宜の厚さを有した円板の中央を除く部分全体に、円板の厚み方向に貫通する複数の第１の貫通孔４７を有し、円板の中央に、前記第１の貫通孔４７よりも大きい第２の貫通孔４８を有した構造である。第１の貫通孔４７は、図３にも示したように、円板の中心を中心とした同心円状に設けられた複数の周方向仕切壁４９と、円板の中心から放射状に延びる径方向仕切壁５０の間に形成されている。径方向仕切壁５０は、周方向仕切壁４９間をつなぐが、径方向に隣接するもの同士の位置をずらして配設されている。また、第１の貫通孔４７間の大きさ及びピッチは、半径方向外側に向かうに従って大きくなっている。このため、複数の第１の貫通孔４７は、平面視形状が大きな円弧状に湾曲した略矩形状であって、積層エレメント４１の延在する方向に延びる延在面に沿って配設、換言すれば、円板の中央から外周方向に広がるように千鳥状に配設されることになる。
【００４７】
前記周方向仕切壁４９と径方向仕切壁５０には、適宜の広がりを持つ面部５１が形成され、この面部５１の中央に、積層状態を保持するためのボルト４５を挿通する固定用貫通孔５１ａが形成されている。
【００４８】
このような構造の積層エレメント４１は、前記第１の貫通孔４７の一部又は全部が、隣接する積層エレメント４１の第１の貫通孔４７との間で流体２１を積層エレメント４１の延在する方向に流通可能に連通するように配置される。この例においては、第１の貫通孔４７の配設パターンが異なる２種類の積層エレメント４１ａ，４１ｂを用意し、これらを重ね合わせることで、前述した「第１の貫通孔４７の一部又は全部が、隣接する積層エレメント４１の第１の貫通孔４７との間で流体２１を積層エレメント４１の延在する方向に流通可能に連通するように配置」する構成を実現している。
【００４９】
つまり、積層エレメント４１の各々の第１の貫通孔４７は、半径方向及び円周方向に部分的にずれて重なり合い、積層エレメント４１の延在する方向に連通している。換言すれば、第１の貫通孔４７間の周方向仕切壁４９が、隣接する積層エレメント４１相互間において位置を違えて配置され、隣接する積層エレメント４１の延在する方向に向けて流体２１を順次通り抜けさせて流通できるように構成されている。
【００５０】
また、図２、図３に表した例において、２種類の積層エレメント４１ａ，４１ｂの第１の貫通孔４７同士が重なり合う部分の面積は、周方向において均等である。
【００５１】
２種類の積層エレメント４１ａ，４１ｂの中央には前記第２の貫通孔４８を有するので、積層エレメント４１の積層状態では、第２の貫通孔４８が積層方向に連通して、積層体４２の内部に、積層方向に延びる中空部５２が形成されることになる。
【００５２】
前記第１の板４３は、図２に示したように、積層エレメント４１の外径と同じ外径を有する円板状で、前記積層エレメント４１の固定用貫通孔５１ａに対応する部位に、前記ボルト４５を挿通する固定用貫通孔４３ａを有している。また、前記回転軸１３を有する中心の周囲には、厚さ方向に貫通する開口部４３ｂを有する。開口部４３ｂの径は、積層エレメント４１の第２の貫通孔４８と同じである。前記回転軸１３を備えるため、開口部４３ｂ部分には中心から放射状に延びて開口部４３ｂを分割する連結部４３ｃが形成されている。
【００５３】
前記第２の板４４も、積層エレメント４１と同外径の円板状に形成され、前記積層エレメント４１の固定用貫通孔５１ａに対応する部位に、前記ボルト４５を挿通する固定用貫通孔４４ａを有している。また、第２の板４４の中央には、積層エレメント４１の第２の貫通孔４８と同じ径の円形の開口部４４ｂが形成されている。
【００５４】
これら第１の板４３の開口部４３ｂと第２の板４４の開口部４４ｂは、流体２１が出入りする部分である。逆にいえば、前記積層エレメント４１を積層した積層体４２の積層方向の端面に、第１の板４３と第２の板４４を配設すると、積層体４２の積層方向の両端の積層エレメント４１の第１の貫通孔４７は、図４に示したように積層方向に閉じる、つまり閉塞されることになる。
【００５５】
なお、図４では、理解しやすくするために便宜上、第１の板４３に開口部４３ｂを形成しないで閉塞した状態をあらわしている。
【００５６】
積層体４２の両端の積層エレメント４１の第１の貫通孔４７が閉塞されるので、積層体４２の内部の流体２１は、積層体４２の両端の積層エレメント４１の第１の貫通孔４７から積層方向に流出することを妨げられ、積層体４２内部を積層エレメント４１の延在する方向（図４の矢印Ｄ方向）へ確実に流通する。したがって、流体２１は混合要素１４の内部を内周部から外周部へ、またはその逆に外周部から内周部へ流通可能な状態となる。
【００５７】
菌体又は細胞を含有した流体２１を混合して発酵食品又は増殖・培養細胞を生産するには、前記撹拌槽２２内に混合する一種または二種以上の流体２１を入れて、撹拌翼１１の混合要素１４を流体２１中に沈めた状態で撹拌翼１１を回転させ、混合要素１４の積層エレメント４１の第２の貫通孔４８から混合要素１４内に流体２１を流入させる流入工程と、混合要素１４内に流入した流体２１を積層エレメント４１の延在する方向に連通する第１の貫通孔４７に流通させる流通工程と、混合要素１４の外周部から流体２１を流出させる流出工程を経るように、流体２１を流動させる。
【００５８】
前記菌体として例えば酵母を利用しビールを生産する場合には、流体２１として麦汁に酵母を加えて発酵させ、酵母を増殖させるとともにアルコールや糖などの物質（各種代謝物）を生成させる。この場合、増殖した酵母と生成されたアルコール及び糖などが生産される物質である。
【００５９】
酵母等を有する麦汁等の流体２１は、撹拌槽２２としての醸造タンクの中で撹拌翼１１の回転により流動する。
【００６０】
すなわち、混合要素１４の第１の板４３と第２の板４４の開口部４３ｂ，４４ｂを通して混合要素１４の積層エレメント４１における第２の貫通孔４８からなる積層体４２の中空部５２に流入した流体２１は、その中空部５２から、撹拌翼１１の回転に従って、第１の貫通孔４７を積層エレメント４１の延在する方向に流れ、流れる過程で積層エレメント４１の延在する方向と積層する方向に分割と合流がなされながら流通して、混合要素１４の外周部から流出する。流出した流体２１は、撹拌槽２２内を流動して、前述のように混合要素１４を通り抜ける流動を繰り返す。
【００６１】
撹拌翼１１の回転に伴って前記のような流入工程、流通工程、流出工程を経ることによって、流体２１は均等に混合され、酵母等の菌体や細胞はまんべんなく作用をする。そして、菌体や細胞の増殖や作用によって、例えばアルコールや酵母、菌糸体、細胞などの所望の物質が生産される。
【００６２】
前記流入工程、流通工程、流出工程において、流体２１は、回転する混合要素１４を構成している積層エレメント４１の複数の第１の貫通孔４７内を分割と合流を繰り返しながら流れる。羽根を有した従来構造の撹拌翼よりも流体２１に対する表面積を大きくとれるので、流体２１中で回転しても、流体２１はあたかも、複雑な水路を分かれたり合流したりしながら流れるように流動し、菌体や細胞は従来構造の撹拌翼のときのような強いせん断力は受けない。このため、酵母や細胞が引きちぎられるようなことはなく、酵母や細胞が損傷をきたさないようにすることができる。つまり、菌体や細胞をやさしく扱える。
【００６３】
このため、混合は、流体２１に含有する菌体や細胞のような物質を痛めることなく良好に行え、物質の生産や調製等に大いに貢献する。
【００６４】
このような効果を検証すべく実験を行った。実験は、酵母を用いてアルコール発酵をし、生産されたアルコール分率の経時変化を観察するものである。
【００６５】
実験は次の方法によって行った。  
２００ｍＬのＹＭ培地を減菌（１２１℃、２０分間）したのち、Issatchenkia orientailis kudryavtsev株を植菌し３０℃で一晩振とう前培養した。これを流体Ａという。
【００６６】
別に６ＬのＹＭ培地を減菌（１２１℃、３０分間）した。これを流体Ｂという。
【００６７】
流体Ａと流体Ｂを撹拌槽（７０％エタノールで一晩減菌）に入れ、２００ｒｐｍで撹拌し、４時間ずつサンプルをとり、ガスクロマトグラフィーで発酵により生成されるアルコール分を分析し、経時変化をみた。
【００６８】
前記撹拌槽は、内周面に邪魔板を有する撹拌槽を用いた。撹拌槽の材質はアクリルで、撹拌槽の内径は１９０ｍｍ、撹拌槽の深さは２５０ｍｍ、撹拌槽の底形状は平らで、邪魔板の大きさは９．５ｍｍで４枚であった。このような撹拌槽に深さが２００ｍｍとなるように流体を貯留した。
【００６９】
また、撹拌に用いる撹拌翼は、本発明の撹拌翼（図５参照）と、従来型撹拌翼であるディスクタービン翼（図６参照）の２種類を用意し、それぞれの撹拌翼で撹拌した結果を対比した。
【００７０】
本発明の撹拌翼の大きさは、図５に記載したとおりである。単位はｍｍである。概略を説明すると、積層エレメントの外径は１００ｍｍで、内径、つまり第２の貫通孔の大きさは直径５６ｍｍである。積層エレメント１枚の厚さは２ｍｍであり、２０枚の積層エレメントを重ねて混合要素を構成した。
【００７１】
ディスクタービン翼は、円板の外周縁部に長方形状をなす６枚の羽根を等間隔に配設した構造であり、外径は１００ｍｍである。また、羽根の高さは２０ｍｍで、長さは２５ｍｍである。
【００７２】
このような実験を行い、横軸を時間、縦軸をアルコール分率（発酵により生成したアルコールと水の割合）としたグラフを作成すると、図７に示すような結果となった。アルコール分率は、アルコールのピーク÷（アルコール＋水のピーク）から得られる。
【００７３】
結果は、従来構造の撹拌翼で撹拌した場合には、０時間〜１２時間のあいだにおいて、本発明の撹拌翼の場合よりも僅かに高いアルコール分率を示した。しかし、１２時間〜２８時間のあいだは、従来構造の撹拌翼で撹拌した場合、アルコール分率はほとんど変化せず、ほぼ一定となった。これに対して、本発明の撹拌翼で撹拌した場合には、１２時間〜２０時間にかけてアルコール分率が増加し、２０時間後には６０％近くの値を示した。これは、従来構造の撹拌翼で撹拌した場合の同じ時間におけるアルコール分率の倍以上の値である。
【００７４】
撹拌状況を目視すると、つぎのようであった。回転数は共に２００ｒｐｍであるにもかかわらず、従来構造の撹拌翼の場合には、液面がかなり泡立っているのに対して、本発明の撹拌翼の場合には、穏やかに撹拌されている様子だった。
【００７５】
アルコール分率の結果と撹拌状況からは、従来構造の撹拌翼では高いせん断力によって酵母が損傷したり死滅したり、変性したりするが、本発明の撹拌翼による撹拌では、酵母が損傷したりすることはなく、酵母による良好な作用を促せたことが推認できる。
【００７６】
以下、前述の物質の生産等を行う方法を実施するための撹拌翼１１の他の例について説明する。この説明において、先の構成と同一又は同等の部位については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００７７】
図８は、他の例に係る２種類の積層エレメント４１ａ，４１ｂを重ねた状態の平面図であり、この図に示すように、積層エレメント４１の周方向仕切壁４９と径方向仕切壁５０の交点部分、つまり第１の貫通孔４７の隅角部分に、角アール部４７ａが形成されている。
【００７８】
このように角アール部４７ａを有する場合には、撹拌翼１１を回転させて流体２１を撹拌すると、隅角部分に流体が滞留しにくくなるとともに、流体２１に含有されている菌体や細胞等の物質にとっては流通工程における流動時の衝撃の緩和になる。使用後の洗浄もきれいに行える。この結果、より良好な混合が期待できるとともに、菌体等にも優しい流動状態を作り出せ、作用効果を高めることができる。
【００７９】
図９は、他の例に係る２種類の積層エレメント４１ａ，４１ｂを重ねた状態の斜視図（図９（ａ））と断面図（図９（ｂ））である。この図に示すように積層エレメント４１における第１の貫通孔４７を形成する周方向仕切壁４９と径方向仕切壁５０は、縦断面形状が略楕円形に形成されている。
【００８０】
このような積層エレメント４１を有する撹拌翼１１を回転させて流体を撹拌すると、いずれの仕切壁４９，５０にも縦断面形状において角がないので、流入工程および流通工程において、流体２１に含まれている菌体等の衝突による衝撃が和らげられる。つまり、酵母等の物質を保護して、所望の作用を確実に実行させることができる。
【００８１】
また、周方向仕切壁４９と径方向仕切壁５０の縦断面形状が略楕円形であるため、その形状や、積層エレメント４１の延在する方向に対する角度に変化をつけることによって流体の流れを特異なものとすることができる。例えば、周方向仕切壁４９や径方向仕切壁５０を適宜傾斜させることにより、例えば図１０（ａ）に示したような螺旋状や、図１０（ｂ）に示したような竜巻状の流れを流体２１に付与することも可能である。
【００８２】
このようにして流体２１の流れる方向や量に変化をつけることにより、流体２１が含有する物質の性状に応じた適切な混合を行うことができる。
【００８３】
周方向仕切壁４９と径方向仕切壁５０の縦断面形状は、図１１に示したように、略多角形であってもよい。
【００８４】
図１１の例では、周方向仕切壁４９と径方向仕切壁５０の縦断面形状を略ひし形にしている。この略ひし形とは、ひし形を含む意味である。
【００８５】
周方向仕切壁４９と径方向仕切壁５０の縦断面形状は、断面視において上下左右に角部を有するので、積層エレメント４１の延在する方向に対向する面が、上方ほど、また下方ほど、仕切壁４９，５０を薄肉にする方向に傾斜して、傾斜面５５を形成している。
【００８６】
このような傾斜面５５を有した積層エレメント４１内での流体２１の流動は、傾斜面５５を有するため、仕切壁４９，５０の端面が切り立った状態であるものに比べて、流体２１の衝突時の衝撃が小さくなり、流体２１の流動が滑らかになる。傾斜面５５の角度の設定によって、流体２１の流れの方向や抵抗を調整することもできる。
【００８７】
例えば図１２、図１３に示したように、上下の傾斜面５５の角度に差異をつけることで、流体２１の上下方向（積層方向）での流れに強弱ができ、全体の流動に変化が得られ、流体２１に含有する物質の性質の違い（例えば下面発酵酵母であるか上面発酵酵母であるかなど）に応じて、適切な混合を実現できる。
【００８８】
このような多角形状断面の仕切壁４９，５０を有する場合でも、仕切壁４９，５０を傾斜させることによって、図１０に示したような螺旋状または竜巻状の流れを生むことができる。
【００８９】
図１４は、２以上の混合要素１４を備えた撹拌翼１１を用いる例を示す断面図である。すなわち、撹拌翼１１は、２以上の混合要素１４が隙間をあけて配設されて構成され、これら混合要素１４が撹拌槽２２の深さ方向に並ぶようにして撹拌槽２２内の流体２１に沈めて、前記流入工程、流通工程および流出工程を行って物質の生産等を行う。
【００９０】
このような撹拌翼１１を用いて撹拌すると、各混合要素１４は上部や下部から流体を吸い込み、前記流入工程、流通工程および流出工程を行い、１個の混合要素１４しか有しない撹拌翼１１の場合と比べて、拌槽２２内で複雑な流れを生みながら、混合を行う。このため、流体２１全体をより均一に混合できる。しかも、流体２１の貯留深さが深い場合でも、撹拌翼１１の上下動なしに、流体２１の全体をまんべんなく混合できるので、撹拌が容易である。
【００９１】
図１５は、他の例に係る２種類の積層エレメント４１ａ，４１ｂの斜視図である。すなわち、積層エレメント４１が複数の部材４１ｃに分割可能に構成されている。具体的には、積層エレメント４１を、その中心から放射状に延びる仮想分割線で均等に６分割した構成である。
【００９２】
このような構成の積層エレメント４１を備えた撹拌翼１１で前記方法を実行すると、撹拌処理後に混合要素１４を分解して洗浄するときに異物の除去が容易になる。このため、十分な撹拌作用が期待でき、所望する物質の生産が行える。また、大型のものや複雑な形状であっても製造可能となり、多様な撹拌流を生むようにすることもできる。
【００９３】
分割可能な構成は、積層エレメント４１のほか、第１の板４３や第２の板４４に対して採用してもよい。
【００９４】
また、混合要素１４を構成する部分のうち、少なくとも積層エレメント４１部分を一体成形品で構成してもよい。すなわち、積層体４２の全部または一部を、例えば積層造形で製造することもできる。
【００９５】
第１の板４３、第２の板４４を含めた混合要素１４全体を一体成形することもできる。このように構成すると、組み立ての手間を省ける。
【００９６】
図１６は、他の例に係る２種類の積層エレメント４１ａ，４１ｂの平面図である。すなわち、積層エレメント４１の第１の貫通孔４７が積層エレメント４１の中央側から外周にかけて略弧状、具体的にはインボリュート曲線を描くように配設されている。
【００９７】
このような積層エレメント４１を有する撹拌翼１１を用いて、インボリュート曲線の延びる方向と反対の方向、つまり図１６の矢印Ｘ方向に回転させて前記方法を実行すると、流通過程において流通する流体２１に効率的に回転力を付与可能で、混合が良好にできる。
【００９８】
撹拌翼１１を前記とは逆に、つまりインボリュート曲線の延びる方向（図１６の矢印Ｙ方向）に回転させて前記方法を実行すると、混合要素１４の外周部から混合要素１４の内部に流入した流体２１は、その外周部に近い位置から、第１の貫通孔４７を積層エレメント４１の延在する方向に流れ、流れる過程で分割と合流がなされながら流通して、混合要素１４の積層エレメント４１における第２の貫通孔４８からなる積層体４２の中空部５２に流出する。撹拌翼１１の回転に伴うこのような流入工程、流通工程、流出工程を経ることによって、流体２１は混合され、流体２１内の菌体又は細胞の作用、増殖、培養により、例えばアルコールや酵母、菌糸体、細胞などの所望の物質が生産される。
【００９９】
前記流入工程、流通工程、流出工程における流体の状態は前述と同様であり、流体に含有されている菌体や細胞等は、損傷等の不利益を受けにくいので、生産等の効果が高い。
【０１００】
図１７は、他の例に係る撹拌翼１１の分解斜視図である。この図に示すように、混合要素１４の上面を構成する第１の板４３の開口部４３ｂは円形に形成され、回転軸１３の先端を混合要素１４の下面を構成する第２の板４４の開口部４４ｂに設けた構成である。このように構成することで、第１の板４３の開口部４３ｂの開口面積を、第２の板４４の開口部４４ｂの開口面積よりも広くして、撹拌槽２２内の上部における流体２１の循環量を多くすることができる。
【０１０１】
このような構成の撹拌翼１１を用いて前記の方法を行うと、流体２１の上部での酸素の取り込みがよくできるなど、流体２１に含有される物質に応じた適切な撹拌、撹拌による混合が良好に行え、それによって生産効率を高めることができる。
【０１０２】
図１８は、他の例に係る撹拌翼１１を用いて撹拌を行っている状態を示す断面図である。この図に示すように、混合要素１４の上面を構成する第１の板４３における積層エレメント４１の第２の貫通孔４８に対応する部分に、開口部を設けるのではなく第２の貫通孔４８との連通を阻止する閉塞部４３ｄを備えている。回転軸１３の先端は、その閉塞部４３ｄの中心に結合されている。
【０１０３】
このような構成の撹拌翼１１を用いて前記の方法を行うと、流入工程では混合要素１４の下側のみから流体２１を吸い込み、上側から吸い込むことはないので、流体２１中の物質を巻き上げて混合できる。また、流出工程では流体が混合要素１４の上側から流出することはないので、撹拌槽２２内の流体２１液面の乱れを小さくすることができる。つまり波立ちを抑えることができるので、空気の混入を防止または抑制したい流体２１を撹拌するのに好適に使用できる。
【０１０４】
この発明の構成と前記一形態との対応において、  
この発明の仕切壁は、前記周方向仕切壁４９、前記径方向仕切壁５０に対応するも、  
この発明は前記構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することもできる。
【０１０５】
例えば、例えばキノコ菌糸体培養などのように空気を送り込むことが必要な場合には、空気を送り込みながら撹拌をするとよい。
【符号の説明】
【０１０６】
１１…撹拌翼
１３…回転軸
１４…混合要素
２１…流体
２２…撹拌槽
４１…積層エレメント
４２…積層体
４３…第１の板
４３ｂ…開口部
４４…第２の板
４４ｂ…開口部
４７…第１の貫通孔
４８…第２の貫通孔
４９…周方向仕切壁
５０…径方向仕切壁
５２…中空部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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