(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧カウンタガスの充満したヘッドスペースを有する貯液タンクと、同貯液タンク内のガス入り充填液を供給管を介して供給される充填バルブと、同充填バルブの下方に設けた容器台とを具えた液体充填装置において、
容器を充填バルブ直下に置いて、容器口を充填バルブの下部のセンタリングベルにより液封した後、容器内と貯液タンクのヘッドスペースとのガス通路と容器内から外気への気体通路とを開いて、カウンタガスにより容器内のエアを追い出した後、容器内から外気への気体通路を閉じて、容器内をカウンタ圧とし、液バルブを開いて、充填液を容器内へ流下させ、前記充填液供給管に設けた流量計により充填液の流量を計測し、計測流量の積が容器の規定充填量に達したときに、充填バルブの液バルブを閉じ、容器内部と貯液タンクのヘッドスペースとのガス通路を閉じ、容器のヘッドスペースを大気に開放して充填を完了することを特徴とする液体充填方法。
【請求項２】
ヘッドスペースを有する貯液タンクと、同貯液タンク内の充填液を供給管を介して供給される充填バルブと、同充填バルブの下方に設けた容器台とを具えた液体充填装置において、
前記充填液供給管に設けた流量計と、前記充填液供給管に取付けて内側が大径の充填液通路となりカウンタガス通路とスニフトガス通路とを有して下部が液バルブの座を形成する縦筒状の充填バルブ本体と、同充填バルブ本体の下部円筒部に摺動可能に且つ気密的に嵌挿し下向きの環状溝部に容器口縁用のパッキンを嵌着しているセンタリングベルと、充填バルブ本体の下部のセンタリングベルの昇降手段と、充填バルブ本体に設けて容器内と貯液タンクのヘッドスペースとの気体通路を開閉するカウンタガス切換バルブと、前記充填バルブ本体に嵌合してガイドされ中心部に充填バルブ本体のカウンタガス通路の位置まで導通するガス通路を有し下部に液バルブを形成して上下方向に摺動可能な中空バルブと、前記充填バルブ本体の上方に設置し前記中空バルブを昇降させて液バルブを開閉する中空バルブの昇降手段と、前記充填バルブ本体に設けたガス通路を開閉して容器のヘッドスペースを外気と連通するスニフトガス切換バルブと、前記容器をシールするセンタリングベルの内側空間から外気に通じる気体通路と、この気体通路を開閉する気体切換バルブと、これらカウンタガス切換バルブ、スニフトガス切換バルブ、および気体切換バルブの作動を制御する制御装置と、を具え、
前記制御装置は、センタリングベルが容器口を液封した後、気体切換バルブを開、カウンタガス切換バルブを開にし、容器内のエアを追い出してカウンタガスに置き換えた後、気体切換バルブを閉にして、容器内がカウンタガス圧力と同圧となり、中空バルブが下方に押し下げられて液バルブが開かれ、充填液が容器内に流下充填され、充填液供給管に設けられた流量計により、充填液の流量が計測され、計測流量の積が容器の規定充填量に達したときに、中空バルブが上方に押し上げられて、液バルブが閉じられた後、カウンタガス切換バルブを閉、スニフトガス切換バルブを開にして、容器のヘッドスペースを大気に開放し、充填が完了するように制御することを特徴とする液体充填装置。
【請求項３】
前記充填液流量計がタービン式であって、タービン車の回転数をカウントして流量を積算し、積算値が容器の規定充填量に達したときに充填バルブの液バルブを閉じる機能を有する請求項２記載の液体充填装置。
【請求項４】
前記充填液流量計が超音波渦流量計であって、この流量を積算して容器の規定充填量に達したときに充填バルブの液バルブを閉じる機能のもつ請求項２記載の液体充填装置。
【請求項５】
前記液バルブを開閉する中空バルブの昇降手段を、中空バルブの支持部材と、前記充填バルブ本体上部に置かれ中空バルブを上方に押し上げる方向に付勢する圧縮ばねと、中空バルブを下方に押し下げるエアシリンダとにより構成した請求項２記載の液体充填装置。
【請求項６】
前記センタリングベル昇降手段を、前記充填バルブ本体の上部に取付けたエアシリンダと、同エアシリンダのロッド先端に取付けた継手と、これに固設して下端を前記センタリングベルに結合した長棒とにより構成した請求項２記載の液体充填装置。
【請求項７】
前記バルブ本体にセンタリングベルの内側空間から充填バルブ外部に通じる排水通路を設け、同排水通路に排水用バルブを設けて、センタリングベルの外周下縁に洗浄キャップを被せて液封したときに、非分解洗浄を可能にした請求項２記載の液体充填装置。
【請求項８】
前記充填バルブ本体に設けたカウンタガス切換バルブとスニフトガス切換バルブと前記気体切換バルブに相当する排水用バルブとをエア作動ダイアフラムバルブにした請求項２記載の液体充填装置。
【請求項９】
前記センタリングベルの外周下縁に洗浄キャップを被せて液封し、貯液タンクのヘッドスペースまで一定のヘッド圧力をかけた洗浄水または洗浄液を満たして充填バルブの液通路及びガス通路の全てに洗浄水を満たした後、液バルブを開いて、洗浄水を流下させ、前記カウンタガス用バルブとスニフトガス用バルブと排水バルブとを順次或いは個別に開閉して、前記流量計の流量を計測して、前記カウンタガス用バルブとスニフトガス用バルブと排水バルブとのシール不良、ダイアフラムの破れ等の故障の有無を判定するエア作動ダイアフラムバルブの不具合検査装置を設けた請求項８記載の液体充填装置。
【請求項１０】
前記充填バルブの洗浄排水を受ける洗浄水タンクと、同タンクより前記貯液タンクへ洗浄水を送る送出配管と、同配管に設けられた洗浄水ポンプ及び圧力調整弁と、制御装置とを具え、同制御装置を、非分解洗浄時に液バルブの開閉、前記カウンタガス用バルブとスニフトガス用バルブと排水バルブとの開閉を指令し、前記流量計により計測した計測値を各バルブの正常な作動時の流量値と比較して、カウンタガス用バルブとスニフトガス用バルブと排水バルブとのシール不良、ダイアフラムの破れ等の故障の有無を判定するように構成した請求項８の液体充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液体をびん、缶等の容器に充填するための液体充填方法及び充填バルブ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
充填バルブの従来例を図１５、図１６により説明する。
図１５の４０は充填液を貯えておく貯液タンク、４１は貯液タンク４０とともに回転する回転台、４２は回転台４１に設けたリフタで、同リフタ４２は、缶やびん等の容器を載せて昇降する。５０は貯液タンク４０の底面に円周方向に固定した多数の充填バルブ本体、６０はベントチューブ、７０は主液ノズルである。
【０００３】
上記回転台４１に対する貯液タンク４０の高さは、モータ（図示せず）で駆動される貯液タンク昇降装置（図示せず）により調整できるようになっている。
充填バルブ本体５０の上部は、貯液タンク４０内に突出し、同突出部には、充填液の流路になる長孔５０ａが設けられており、下部には、センタリングベル５１が気密的に且つ取替可能に螺着されている。
【０００４】
同センタリングベル５１の内周側には、容器口縁をシールするパッキン５２を有する容器シール環５３が気密的に且つ摺動可能に嵌挿され、ばね５４により下方に付勢されており、下降限では、センタリングベル５１に設けたストッパに当接する。
６０はベントチューブで、同ベントチューブ６０は、前記充填バルブ本体５０の軸心部に配設され、上端近くで上下２つの止め輪６１により止められた羽根形支持部材６２（図１６にも図示している）を介して前記充填バルブ本体５０の上端部に止め輪５５により固定されたおり、外周下端部には、円錐状の弁体が形成され、パッキン６３があり、内周部は、ガス通路４３になっている。
【０００５】
７０は主液ノズルで、同主液ノズル７０は、前記充填バルブ本体５０とベントチューブ６０との間に配設され、上部の小径部と下部の中径部及び大径部７０ａとよりなり、下部の中径部及び大径部７０ａの外周部が前記バルブ本体５０の内周部に気密的に且つ摺動可能に嵌挿されている。また中径部の下部が前記容器シール環５３の内周部に摺動可能に嵌挿されており、同部には、縦方向に複数の連通溝７０ｂが設けられている。
【０００６】
また上記小径部の上端は、雄ねじを有し、後述のチャージングバルブ８０に螺着されており、前記羽形支持部材６２を通過する部分には、図１６に示すように縦溝７０ｃが設けられている。また上記小径部の下部の前記充填バルブ本体５０の長孔５０ａに対応する位置には、長孔７０ｄが設けられている。また内周部は、前記ベントチューブ６０と相俟って液通路４４を形成しており、下部は、円錐状に拡がって弁座が形成されている。また同主液ノズル７０は、小径部に介装されたばね７１により下方に付勢されている。
【０００７】
８０はチャージングバルブで、同チャージングバルブ８０は、複数の通気孔８１ａを有するチャージングカップ８１と、パッキン８３を有するリフト弁５２と、ばね８４と、継ぎ管８５と、キャップナット８６と、ばね８７とにより構成されている。
リフト弁８２は、チャージングカップ８１に摺動可能に嵌挿され、ばね８４により下方に付勢され、チャージングカップ８１に設けたストッパに当接して止まっている。また継ぎ管８５は、チャージングカップ８１に案内されており、ばね８７により下方に付勢されている。またキャップナット８６は、前記主液ノズル７０の上端の雄ねじに螺合して、継ぎ管８５を結合している。
【０００８】
９０は貯液タンク４０の側壁に設けたチャージングバルブ８０の駆動機構、９１は回転軸９２と一体の二又レバーで、チャージングカップ８１の上部に係合している。９３は回転軸９２に固定したレバーである。
５６は押しボタン式のスニフトバルブで、同押しボタン式のスニフトバルブ５６は、押しボタンを押すと、内部のガスを排気孔５０ｄを通して外気に放出するようになっている。
【０００９】
４６はガス室、５０ｂは充填バルブ本体５０に形成した空室、５０ｃは同空室５０ｂにつながる孔である。
次に前記充填装置の作用を説明する。
貯液タンク４０内には、ガス入り充填液が入っており、主液ノズル７０は下降して液弁４５は閉じている。またチャージングバルブ８０は下降してガス通路４３は閉じている。
【００１０】
リフタ４２に載置された容器が上昇して、容器口縁が容器シール環５３のパッキン５２に当接して、容器内と外気とを気密的にシールし、さらに容器シール環を持ち上げて、リフタ４２が上昇限で止まると、ベントチューブ６０及び主液ノズル７０の下端は、容器内に挿入された状態になる。
ここで図示を省略した機構により、駆動機構９０の二又レバー９１がチャージングバルブ８０を持ち上げて、リフト弁８２を開く。貯液タンク４０内の圧力ガスはガス通路４３を通って容器内に入り、さらに容器内から連通溝７０ｄを通ってガス室４６も満たす。
【００１１】
このとき、容器内と貯液タンク４０内との圧力が均一になり、ガス室４６のガス圧が主液ノズル７０の大径部７０ａに作用して、主液ノズル７０をばね７１に抗して上昇させて、液弁４５を開く。
図１５は、液弁４５が開いた状態を示している。貯液タンク４０内の充填液は重力により液通路４４を通って流下し、ベントチューブ６０下部の円錐部で拡がって容器内に充填される。このとき、充填液に置換される容器内のガスは、ベントチューブ６０内のガス通路４３を通って上昇し、貯液タンク４０内の気相部に戻ってゆく。
【００１２】
容器内の液面がベントチューブ６０の下端に達すると、ガスの戻り通路が塞がれ、液面が主液ノズル７０の下端に達すると、一部のガスを閉じ込めたまま充填液はガス通路４３内を上昇し、貯液タンク４０内の液面に達して停止する。
次いでチャージングバルブ８０を下降させ、パッキン８３によりベントチューブ６０の上端を閉じ、またばね８７を介して主液ノズル７０を下降させて、液弁４５を閉じた後、図示を省略した機構によりスニフトバルブ５６の押しボタンを押して、ガス室４６内及び容器内のガスを排気孔５０ｄから外部へ排気する。
【００１３】
容器内のガス圧が大気圧に下がると、主液ノズル７０は貯液タンク４０内のガス圧により下方に押され、液弁４５を閉じる力を強めて、最初の状態に戻って、この状態を保持する。ベントチューブ６０内に入った充填液は、上部に残ったガス圧により容器内に戻される。
またリフタ４２を下降させると、容器シール環５３はセンタリングベル５１のストッパに当接して止まり、容器はさらに下降して、ベントチューブ６０及び主液ノズル７０が抜け出し、次いで容器シール環５３から離れて、充填工程が完了する。
【００１４】
容器内の入味は、容器口縁と上昇位置にある主液ノズル７０の下端との距離Ｈにより決まるので、入味を変更するためには、貯液タンク４０と回転台４１との距離を調節して、必要なＨ寸法を得ればよい。
なお空室５０ｂ及び孔５０ｃは、バルブ５０の摺動時のバルブ５０の背圧を調整する役目を持つとともに、充填バルブ本体５０と主液ノズル７０との摺動部のシーリング状態を監視する役目をもつもので、シーリングが劣化すると、孔５０ｃから充填液が流出するようになる。
【００１５】
以上の充填バルブでは、充填バルブの弁作動部分を製品の飲料水等の液が入らないようにダイアフラム、ベローズ等の可撓性材料部品を使用してシールし、この可撓性材料部品を破れ検査装置により検査するようにしている。
この可撓性材料部品を破れ検査装置の従来例を図１７〜図１９に示した。
この破れ検査装置は、充填ノズル内のベローズの破れを直接的に知ることができるもので、ミネラルウオータ等を充填する充填装置Ａの充填ノズル１は、第１ピストンロッド１６を収容した弁作動機構室３６と、ミネラルウオータの流出通路室１３とを区画するベローズ３５とを有している。
【００１６】
上記充填ノズル１には、上下方向に伸びるドレン管４５が連結され、ドレン管４５の上端は、弁作動機構室３６に連通している。ドレン管４５の下端が臨む位置には、ドレンパン４８が設けられ、ドレンパン４８の最も低い箇所４８ａはホース４９を介して水収集箱５０に接続され、水収集箱５０には、水検出センサ５１が設けられている。
【００１７】
ベローズ３５の破れに伴って弁作動機構室３６へ入り込んだミネラルウオータは、ドレン管４５→ドレンパン４８を通って水収集箱５０に集まり、水検出センサ５１からの信号に基づいて警報ランプの点滅が行われる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の充填装置では、容器の供給時、充填終了容器の排出時に、容器口シールのパッキン及び容器シール環が上下に摺動して容器を保持するが、その保持力はガス室内のばね力によるものであり、薄肉容器の場合、種類により容器胴の耐力が異なるため、容器が替わったとき、このばねを交換する必要がある。
【００１９】
また液充填バルブ及び容器に通じるガス室内にばねがあって、非分解洗浄（ＣＩＰ）が難しい。即ち、製品液分を含んだ圧力ガスが常にこの室に入るので、この部分を確実に洗浄する必要があるが、今までの非分解洗浄（ＣＩＰ）では、この室を十分に洗浄できなくて、問題になっている。
またリフタは、容器シール環を押し下げるばねの力に負けない上方付勢力が常に必要であり、このため、リフタを押し下げるカムは頑丈に作らなければならず、既納機の場合、強度を増すための大きな改造を必要として、使用困難になっている。
【００２０】
また容器の内容量は入り味の高さで調整するため、充填バルブを含めた充填液槽までの範囲を上下に調整する調整機構を必要としている。
また容器の形状に誤差のある場合は、入味容量を正確に揃えることが困難である。
また容器リフタの昇降、充填のためのベントチューブの開閉、カウンタガスを抜くスニフト等の充填工程時、充填機の外側に固定状態に設置したカムにより作動するので、これらの工程のタイミングを調整する作業が面倒な上に、手間がかかる。
【００２１】
また洗浄キャップを取り付けて非分解洗浄（ＣＩＰ）を行うとき、充填機をゆっくり回転して、充填工程と同じように作動させるので、洗浄に長い時間がかかる。
またベローズを使用して弁部と作動部とを区分している方式の充填装置（図１７〜図１９参照）では、ベローズ３５の破れを検出するため、充填とは直接関係のないドレイン管４５、ドレインパン４８、水検出センサ５１等が必要になる。
【００２２】
また充填バルが複数ある場合、上記水検出センサ５１だけでは故障バルブの特定ができない。さらに加圧式の充填バルブの場合、液弁以外の弁があるが、それらの弁の不具合は上記方式の充填装置では検出できないという問題があった。
本発明は前記の問題点に鑑み提案するものであり、その目的とする処は、(1) 容器が替わったときのばね交換を不要にでき、(2) 非分解洗浄を容易に行うことができ、(3) 既納機に適用するときに必要であった大きな改造を不要にでき、(4) 充填バルブを含めた充填液槽までの範囲を上下に調整する調整機構を不要にでき、(5) 入味容量を正確に揃えることができ、(6) 各工程のタイミング調整を充填バルブ制御回路のタイマを調整するだけの簡単な操作で済ますことができ、(7) 洗浄作業を短時間で済ますことができ、(8) 気体通路を満遍なく洗浄することができ、(9) 各ダイアフラムバルブのシール不良、ダイアフラムの破れ等の故障の有無を判定することができ、(10)ダイアフラムバルブの取り換えを簡単に行うことができ、(11)各バルブの故障を検出するためのドレイン管等の大掛かりな構造物を不要にでき、(12)故障箇所の特定を容易に行うことができ、(13)液バルブ以外のバルブの不具合を検出でき、(14)分解することなくバルブの不具合箇所を見つけ出すことができる液体充填方法及び装置を提供しようとする点にある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液体充填方法は、加圧カウンタガスの充満したヘッドスペースを有する貯液タンクと、同貯液タンク内のガス入り充填液を供給管を介して供給される充填バルブと、同充填バルブの下方に設けた容器台とを具えた液体充填装置において、容器を充填バルブ直下に置いて、容器口を充填バルブの下部のセンタリングベルにより液封した後、容器内と貯液タンクのヘッドスペースとのガス通路と容器内から外気への気体通路とを開いて、カウンタガスにより容器内のエアを追い出した後、容器内から外気への気体通路を閉じて、容器内をカウンタ圧とし、液バルブを開いて、充填液を容器内へ流下させ、前記充填液供給管に設けた流量計により充填液の流量を計測し、計測流量の積が容器の規定充填量に達したときに、充填バルブの液バルブを閉じ、容器内部と貯液タンクのヘッドスペースとのガス通路を閉じ、容器のヘッドスペースを大気に開放して充填を完了することを特徴としている（請求項１）。
【００２４】
また本発明の液体充填装置は、ヘッドスペースを有する貯液タンクと、同貯液タンク内の充填液を供給管を介して供給される充填バルブと、同充填バルブの下方に設けた容器台とを具えた液体充填装置において、前記充填液供給管に設けた流量計と、前記充填液供給管に取付けて内側が大径の充填液通路となりカウンタガス通路とスニフトガス通路とを有して下部が液バルブの座を形成する縦筒状の充填バルブ本体と、同充填バルブ本体の下部円筒部に摺動可能に且つ気密的に嵌挿し下向きの環状溝部に容器口縁用のパッキンを嵌着しているセンタリングベルと、充填バルブ本体の下部のセンタリングベルの昇降手段と、充填バルブ本体に設けて容器内と貯液タンクのヘッドスペースとの気体通路を開閉するカウンタガス切換バルブと、前記充填バルブ本体に嵌合してガイドされ中心部に充填バルブ本体のカウンタガス通路の位置まで導通するガス通路を有し下部に液バルブを形成して上下方向に摺動可能な中空バルブと、前記充填バルブ本体の上方に設置し前記中空バルブを昇降させて液バルブを開閉する中空バルブの昇降手段と、前記充填バルブ本体に設けたガス通路を開閉して容器のヘッドスペースを外気と連通するスニフトガス切換バルブと、前記容器をシールするセンタリングベルの内側空間から外気に通じる気体通路と、この気体通路を開閉する気体切換バルブと、これらカウンタガス切換バルブ、スニフトガス切換バルブ、および気体切換バルブの作動を制御する制御装置と、を具え、前記制御装置は、センタリングベルが容器口を液封した後、気体切換バルブを開、カウンタガス切換バルブを開にし、容器内のエアを追い出してカウンタガスに置き換えた後、気体切換バルブを閉にして、容器内がカウンタガス圧力と同圧となり、中空バルブが下方に押し下げられて液バルブが開かれ、充填液が容器内に流下充填され、充填液供給管に設けられた流量計により、充填液の流量が計測され、計測流量の積が容器の規定充填量に達したときに、中空バルブが上方に押し上げられて、液バルブが閉じられた後、カウンタガス切換バルブを閉、スニフトガス切換バルブを開にして、容器のヘッドスペースを大気に開放し、充填が完了するように制御することを特徴としている（請求項２）。
【００２５】
前記請求項２の液体充填装置において、充填液流量計がタービン式であって、タービン車の回転数をカウントして流量を積算し、積算値が容器の規定充填量に達したときに充填バルブの液バルブを閉じる機能を有していてもよい（請求項３）。
前記請求項２記載の液体充填装置において、充填液流量計が超音波渦流量計であって、この流量を積算して容器の規定充填量に達したときに充填バルブの液バルブを閉じる機能のもつようにしてもよい（請求項４）。
【００２６】
前記請求項２記載の液体充填装置において、液バルブを開閉する中空バルブの昇降手段を、中空バルブの支持部材と、前記充填バルブ本体上部に置かれ中空バルブを上方に押し上げる方向に付勢する圧縮ばねと、中空バルブを下方に押し下げるエアシリンダとにより構成してもよい（請求項５）。
前記請求項２記載の液体充填装置において、センタリングベル昇降手段を、充填バルブ本体の上部に取付けたエアシリンダと、同エアシリンダのロッド先端に取付けた継手と、これに固設して下端を前記センタリングベルに結合した長棒とにより構成してもよい（請求項６）。
【００２７】
前記請求項２記載の液体充填装置において、充填バルブ本体にセンタリングベルの内側空間から充填バルブ外部に通じる排水通路を設け、同排水通路に排水用バルブを設けて、センタリングベルの外周下縁に洗浄キャップを被せて液封したときに、非分解洗浄を可能にしてもよい（請求項７）。
【００２８】
前記請求項２記載の液体充填装置において、充填バルブ本体に設けたカウンタガス切換バルブとスニフトガス切換バルブと気体切換バルブに相当する排水用バルブとをエア作動ダイアフラムバルブにしてもよい（請求項８）。
【００２９】
前記請求項８記載の液体充填装置において、センタリングベルの外周下縁に洗浄キャップを被せて液封し、貯液タンクのヘッドスペースまで一定のヘッド圧力をかけた洗浄水または洗浄液を満たして充填バルブの液通路及びガス通路の全てに洗浄水を満たした後、液バルブを開いて、洗浄水を流下させ、カウンタガス用バルブとスニフトガス用バルブと排水バルブとを順次或いは個別に開閉して、流量計の流量を計測して、前記カウンタガス用バルブとスニフトガス用バルブと排水バルブとのシール不良、ダイアフラムの破れ等の故障の有無を判定するエア作動ダイアフラムバルブの不具合検査装置を設けてもよい（請求項９）。
【００３０】
前記請求項８記載の液体充填装置において、充填バルブの洗浄排水を受ける洗浄水タンクと、同タンクより貯液タンクへ洗浄水を送る送出配管と、同配管に設けられた洗浄水ポンプ及び圧力調整弁と、制御装置とを具え、同制御装置を、非分解洗浄時に液バルブの開閉、前記カウンタガス用バルブとスニフトガス用バルブと排水バルブとの開閉を指令し、前記流量計により計測した計測値を各バルブの正常な作動時の流量値と比較して、カウンタガス用バルブとスニフトガス用バルブと排水バルブとのシール不良、ダイアフラムの破れ等の故障の有無を判定するように構成してもよい（請求項１０）。
【００３１】
【作用】
前記請求項２に記載の液体充填装置では、充填バルブの下方の容器台に容器を置き、センタリングベルの昇降手段により、センタリングベルを下降して、容器口を液封した後、カウンタガス切換バルブを開いて、容器内と貯液タンクのヘッドスペースとの気体通路を連通して同圧にし、次いで中空バルブの昇降手段により中空バルブを下げて、液バルブを開き、充填液を容器内に流下させて、容器内に充填する。この充填の間、前記充填液供給管に設けた流量計により、充填液の流量を計測し、計測流量の積が容器の規定充填量に達したときに、中空バルブの昇降手段により、中空バルブを上げて、液バルブを閉じ、次いでカウンタガス切換バルブを閉じて、容器内部と貯液タンクのヘッドスペースとの気体通路を閉じ、スニフトガス切換バルブを開いて、容器のヘッドスペースを大気に開放して、充填を完了し、センタリングベルの昇降手段により、センタリングベルを上昇して、容器を解放するようにしている。
【００３２】
前記請求項１、２に記載の液体充填方法及び装置は、ガス入り飲料を充填する場合であり、先ず前記と同様に充填バルブの下部の容器台に容器を置き、センタリングベルの昇降手段により、センタリングベルを下降して、容器口を液封した後、気体切換バルブを開いて、容器内から外気への気体通路を開き、カウンタガス切換バルブを開いて、加圧カウンタガスの充満した貯液タンクのヘッドスペースと容器内のカウンタガス通路とを連通し、容器内のエアを追い出して、カウンタガスに置き換えた後、気体切換バルブを閉じて、容器内をカウンタガス圧力と同圧にし、次いで中空バルブの昇降手段により、中空バルブを下げて、液バルブを開き、充填液を容器内に流下、充填する。この充填の間、前記充填液供給管に設けた流量計により、充填液の流量を計測し、計測流量の積が容器の規定充填量に達したときに、中空バルブの昇降手段により、中空バルブを上げて、液バルブを閉じ、次いでカウンタガス切換バルブを閉じて、容器内部と貯液タンクのヘッドスペースの気体通路とを閉じ、スニフトガス切換バルブを開いて、容器のヘッドスペースを大気に開放して、充填を完了し、センタリングベルの昇降手段により、センタリングベルを上昇して、容器を解放するようにしている。
【００３３】
前記請求項３の液体充填装置では、充填液の流量をタービン式流量計により測って、高精度の充填量を得るようにしている。
前記請求項４記載の液体充填装置では、充填液の流量を超音波渦流量計により測って、パルプが混在した充填液でも支障なく流量計測充填を行うようにしている。
【００３４】
前記請求項５記載の液体充填装置は、請求項２に記載の液体充填装置において、液バルブを開くときは、エアシリンダを作動して中空バルブを下方に押し下げ、液バルブを閉じるときは、圧縮ばねの付勢力により中空バルブを上方に押し上げる。そして中空バルブ下部の液バルブを損傷させないように圧縮ばねの付勢力を必要最小限にしている。
【００３５】
前記請求項６記載の液体充填装置は、請求項２に記載の液体充填装置におけるセンタリングベル昇降手段が、充填バルブ本体の上部に取付けエアシリンダにより上下に駆動される長い棒の下端にセンタリングベルを結合しているので、充填バルブの他の構成部品と独立に、また充填バルブの幅を広げることなしに設置可能にしている。
【００３６】
前記請求項７の液体充填装置は、請求項２に記載の液体充填装置において、充填バルブ本体に設けセンタリングベルの内側空間から充填バルブ外部に通じる排水通路と排水用バルブとにより、センタリングベルに洗浄キャップを被せて液封して、非分解洗浄（ＣＩＰ洗浄）を容易に行うようにしている。
前記請求項８記載の液体充填装置は、請求項２の液体充填装置において、充填バルブ本体に設けたカウンタガス切換バルブ、スニフトガス切換バルブ、及び排水用バルブ（請求項２においては排水用バルブ兼気体切換バルブ）を全てエア作動ダイアフラムバルブとし、電気制御回路に繋がった電磁弁のエア切換えにより作動するようにしている。
【００３７】
請求項９、１０記載の液体充填装置は、請求項８記載の液体充填装置において、充填バルブを非分解洗浄（ＣＩＰ洗浄）するときに、液バルブと各ダイアフラムバルブの不具合を検査するものであって、センタリングベルの外周下縁に洗浄キャップを被せて液封し、貯液タンクのヘッドスペースまで一定のヘッド圧力をかけた洗浄水または洗浄液を満たし、各バルブを開いて、充填バルブの液通路及びガス通路の全てに洗浄水を満たした後、液バルブを開いたまま洗浄水を流下し、前記カウンタガス用バルブ、スニフトガス用バルブ、及び排水バルブを順次或いは個別に開閉して、前記流量計の流量を計測して、同計測値を各バルブの正常な作動時の流量値と比較し、前記カウンタガス用バルブ、スニフトガス用バルブと、排水バルブのシール不良、ダイアフラムの破れ等の故障の有無を判定する。充填バルブから排出された洗浄液は、洗浄水タンクへ回収貯蔵し、洗浄水ポンプにより貯液タンクへ送るようにしている。この洗浄水ポンプよりの送り戻し配管に設けた圧力調整弁は、貯液タンク内の洗浄液圧を一定にして、流量計測の条件を整えるために設けられている。
【００３８】
【実施例】
次に本発明の液体充填装置をロータリ充填機（缶に炭酸ガス飲料を充填するロータリ充填機）に適用した図１〜図１４に示す一実施例により説明する。
図１は充填バルブ１３１の縦断面図、図２は図１の矢印Ｂ部分の側面図、図３はタービン式流量計の斜視図、図４は超音波渦流量計の斜視図、図５はエア作動ダイアフラムバルブの断面図、図６は洗浄キャップの側面図、図７は図６の平面図、図８の充填バルブの下部に洗浄バルブを装着した側面図、図９〜図１３は充填バルブの作動工程を示す説明図、図１４は非分解洗浄（ＣＩＰ洗浄）時の洗浄水の流れを示す説明図である。
【００３９】
図１の充填バルブ１３１の中心線Ｘ−Ｘよりも右側の部分はセンタリングベル１３７が上昇した状態を示し、中心線Ｘ−Ｘよりも左側の部分はセンタリングベル１３７が下降し、缶３０が充填の位置に置かれ、中空弁が押し上げられ、液バルブが開いて、充填が行われている状態を示している。１２１は加圧カウンタガスが充満したヘッドスペースを有するフィラボウル（貯液タンク）で、同フィラボウム１２１と充填バルブ１３１とは、充填液供給管１２２により結合されている。充填バルブ１３１の下方には、容器台１２６が設けられている。
【００４０】
充填液供給管１２２には、充填液流量計１２３が設けられており、その構成を図３により説明すると、このタービン式の流量計１２３は、流量計本体１２３ａの中で軸受１２３ｃにより支持されたタービンロータ１２３ｂの回転をタービン羽根センサ１２３ｅによりカウントし、その信号を制御装置１７３に送るものであって、このカウント数を積算し、積算値が缶３０の規定充填量に相当する値に達したときに、充填バルブ１３１の液バルブを閉じるように制御される。
【００４１】
またこの充填液流量計１２３は、図４に示した超音波渦流量計１２５であってもよい。
この流量計１２５は、流量計本体１２５ａの管内を流れる液体が管路を横切って設けられた渦発生柱１２５ｂに遮られながら通過するときに、渦発生柱１２５ｂの後流に発生する渦（渦の数は流速に比例する）に対して超音波発信子１２５ｃから発信された超音波を当て、超音波センサ１２５ｄにより、渦で生じた超音波の乱れを感知し、渦の数をカウントして、その信号を制御装置１７３へ送り、ここで積算して、容器の規定充填量に相当する値に達したときに、充填バルブの液バルブに閉の指令を発するものである。
【００４２】
この超音波渦流量計１２５は、機械的な回転部分が無いので、パルプが混在した充填液でも支障なく流量計測機能を果たすことができる。
充填バルブ１３１は、充填バルブ本体１３３が充填液供給管１２２に取付けられ、同時に充填機の回転部フレーム１５２に固定されている。充填バルブ本体１３３は、内側が大径の充填液通路になり、カウンタガス通路、スニフトガス通路、及びエア排気通路を有し、下部が液バルブの座を形成している。
【００４３】
この充填バルブ本体１３３の下部には、深い円筒形の溝空間が形成され、その溝空間にセンタリングベル１３７が摺動自在に嵌挿され、センタリングベル１３７の外円筒部がバルブ本体１３３の溝空間の内筒部に気密的に嵌挿され、センタリングベル１３７の内側円筒を摺動する充填バルブ本体１３３の円筒部には、ガス通路が設けられている。
【００４４】
またセンタリングベル１３７の下向きの環状溝部に容器口縁シール用パッキン１３７ａが嵌着されている。このセンタリングベル１３７は、充填バルブ本体１３３の上部の上部支台１３６に取付けられたガイド軸１６１により支持された上板１６３に固定されているエアシリンダ１６４により、同エアシリンダ１６４のロッド先端の角型継手１６２と、この角型継手１６２に固定されて下端がセンタリングベル１３７に結合された長棒１６５を介して上下動できる構成になっている。
【００４５】
角型継手１６２に取付けられた軸１６７により支持されたカムフォロワ１６８は、充填機の外部固定部材に取付けたカム１７０に案内されて昇降することにより、センタリングベル１３７が昇降する場合は、エアシリンダ１６４がカムフォロワ１６８をカム１７０に押付けるばねの作用を持ち、エア圧力を加減することにより、ばね力の調整が可能になっている。
【００４６】
充填バルブ本体１３３内部に嵌合してガイドされる中空バルブ１３８は、中心部にバルブ本体１３３のカウンタガス通路の位置まで導通するガス通路を有し、下部はバルブ本体１３３に形成したバルブ座と共に液バルブを形成し、上下方向に摺動可能である。
バルブ本体１３３の上方に設置した上部支台１３６にエアシリンダ１４０が取付けられている。このエアシリンダ１４０は、支持部材１３５の上部に配置された圧縮ばね１３４に抗して中空バルブ１３８を押し下げて液バルブを閉じるとともに、圧縮ばね１３４は中空バルブ１３８を上方に押し上げて液バルブを開く。
【００４７】
充填バルブ本体１３３に３組のエア作動切換バルブが取付けられている。この３組のエア作動切換バルブとは、缶３０内とフィラボウル１２１のヘッドスペースとの気体通路を開閉するカウンタガス切換バルブ１３９ｃと、缶３０口をシールするセンタリングベル１３７の内側空間から外気へ通じる気体通路を開閉する気体切換バルブ１３９ｅと、バルブ本体１３３に設けられたガス通路を開閉して缶３０のヘッドスペースを外気と連通するスニフトガス切換バルブ１３９ｄとである。
【００４８】
これらのバルブ本体１３３に直付けされたエア作動切換バルブ１３９ｃ、１３９ｄ、１３９ｅは、その何れもが図５に示す構造のエア作動ダイアフラムバルブである。
このエア作動ダイアフラムバルブをカウンタガス切換バルブ１３９ｃに例を取って説明すると、図５の１４１は３組のダイアフラムバルブを組み込んだダイアフラムバルブ本体、１４２はそのカバー、１４３は作動エア側のダイアフラム、１４９は炭酸ガス、エア等の切換側ダイアフラムである。
【００４９】
このダイアフラム１４９には、ボルト１４８が埋め込まれ、このボルト１４８を介してダイアフラム１４９が作動軸１４５に取付けられている。作動軸１４５は、本体１４１に嵌込まれたプッシュ１４７に軸方向の摺動を可能に支持され、圧縮ばね１４６によりダイアフラム１４９がバルブの座から離れる方向に付勢される。
【００５０】
作動エア側の気体通路１４３ａに作動エアが加えられると、ダイアフラム１４３を介して作動軸１４５が押され、ダイアフラム１４９がバルブ本体１３３に設けられた座に当接して、この気体通路部が遮断される。充填機回転部フレーム１５２には、バルブ本体１３３のガス通路に連通する排出エア出口配管１５２ａと、スニフトガス出口配管１５２ｂが設けられている。
【００５１】
１７１は制御装置１７３の指令により圧縮エア供給配管１７２から圧縮エアを切換えて充填バルブ１３３側のエア作動切換バルブ１３９ｃ、１３９ｄ、１３９ｅに送る電磁弁である。１７４は缶３０の有無を検出してその信号を制御装置１７３に送り、缶３０無しの場合に充填作業を行わせないようにする役割を有する缶センサである。
【００５２】
上記液体充填装置の作用は、図９〜図１３に示すように、充填バルブ１３１の下部の容器台１２６に缶３０を置き（図９参照）、カム１７０にガイドされたカムフォロワ１６８を介してセンタリングベル１３７を下降して、缶３０口を液封した後、気体切換バルブ１３９ｅを開にして、缶３０内から外気への気体通路を開き、カウンタガス切換バルブ１３９ｃを開いて、加圧カウンタガスが充満するフィラーボウル１２１のヘッドスペースと缶３０内とのカウンタガス通路を通にし、缶３０内のエアを追い出して（図１０参照）、カウンタガスに置き換えた後、気体切換バルブ１３９ｅを閉にして、缶３０内をカウンタガス圧力と同圧にし（図１１参照）、次いでエアシリンダ１４０のピストン側の圧力を除いて、中空バルブ１３８を圧縮ばね１３４により上方に押し上げて液バルブを開いて、充填液を缶３０内に流下充填する（図１２参照）。
【００５３】
この充填の間、充填液供給管１２２に設けたタービン式流量計１２３まはた超音波渦流量計１２５により、充填液の流量を計測し、計測流量の積が缶の規定充填量が達したときに、エアシリンダ１４０のピストン側に作動エアを供給して、圧縮ばね１３４に抗して中空バルブ１３８を下方に押し下げて、液バルブを閉じ、次いでカウンタガス切換バルブ１３９ｃを閉にして、缶３０内部とフィラーボウル１２１のヘッドスペースとのカウンタガス通路を閉じ、スニフトガス切換バルブ１３９ｄを開き（図１３参照）、缶３０のヘッドスペースを大気に開放して、充填を完了し、センタリングベル１３７をカム１７０にガイドされたカムフォロワ１６８を介して上昇して、充填済み缶３０を解放する。
【００５４】
上記タービン式流量計１２３は、高精度の測定が可能で正確な充填量が得られるものである。また超音波渦流量計１２５は、回転部分がなく、パルプが混在した充填液でも支障なく流量計測が行なえるものである。
【００５５】
センタリングベル１３７の昇降機構は、バルブ本体１３３の上部にエアシリンダ１６４を取付け、このエアシリンダ１６４により上下に駆動される長棒１６５の下端にセンタリングベル１３７を結合しているが、このようにした場合、充填バルブ１３１の他の構成部品に干渉しないように設置し得ると同時に、充填バルブ１３１の幅を広げることなく設置できるので、ロータリー充填機において、充填バルブ１３１の配置の間隔を小さくすることができ、同じ外径内の建本数を多くすることができる。
【００５６】
バルブ本体１３３に設けたカウンタガス切換バルブ１３９ｃ、スニフトガス切換バルブ１３９ｄ、及び気体切換バルブ１３９ｅは、エア作動ダイアフラムバルブになっており、制御装置１７３の電気制御回路に制御される電磁弁１７１のエア切換えにより作動する。なおこの制御装置１７３及び電磁弁１７１は、各充填バルブ毎に制御ができるように充填バルブの建本数と同数が用意される。
【００５７】
次に充填バルブを非分解洗浄（ＣＩＰ洗浄）中にエア作動ダイアフラムバルブの不具合を検査する充填バルブ検査装置を説明する。
図１４は、非分解洗浄（ＣＩＰ洗浄）時の充填バルブ１３１の周辺の構成と、洗浄水の流れを示す説明図である。１７６は充填バルブ１３１の洗浄排水を排水配管１７５ａ、１７５ｂを通して回収する洗浄水タンクであり、洗浄水タンク１７６の洗浄水は、送出配管１７８と、同配管１７８に設けた洗浄水ポンプ１７７及び圧力調整弁１７９とを経てフィラーボウル１２１へ送られる。
【００５８】
非分解洗浄（ＣＩＰ洗浄）時には、センタリングベル１３７に図６、図７に示すような２連になった洗浄キャップ１４１を、図８に示したように充填バルブ本体１３３に設けたピン１５５に洗浄キャップ１４１のフック１４１ｂを掛け、エアシリンダ１６４を作動して、センタリングベル１３７を下降させ、センタリングベル１３７の下端縁部をキャップ部１４１ａのシールパッキン１４４に当接させて、充填バルブ１３１の液通路、ガス通路を外部から遮断する。
【００５９】
この状態で、液バルブを開き、カウンタガス切換バルブ１３９ｃ、スニフトガス切換バルブ１３９ｄ、及び気体切換バルブ１３９ｅの全てを開けば、洗浄水は充填バルブ１３１の作動エア通路配管以外の全ての通路配管を通って各部に送られて、洗浄が行われる（図１４の２点鎖線は、洗浄時にのみ用いられるアタッチメントの範囲を示している）。
【００６０】
カウンタガス切換バルブ１３９ｃ、スニフトガス切換バルブ１３９ｄ、及び気体切換バルブ１３９ｅのシール不良、ダイアフラム１４３、１４９の破れ等の不具合の検査をするときは、以下のようにする。
充填バルブを図８に示すように非分解洗浄（ＣＩＰ洗浄）の状態にする。即ち、センタリングベル１３７の下端縁に洗浄キャップ１４１を被せて液封し、圧力調整弁１７９の作用により一定のヘッド圧力を持たせた洗浄水または洗浄液をフィラーボウル１２１の天井まで一杯に満たし、各バルブを開いて充填液供給管、充填バルブの液通路、カウンタガス通路及び他のガス通路の全てに洗浄水を満たした後、液バルブを開いたまま洗浄水を流下し、先ずスニフトガス切換バルブ１３９ｄ及び気体切換バルブ１３９ｅを開いたまま、カウンタガス切換バルブ１３９ｃを開閉して、流量計１２３の流量を計測して、同計測値をカウンタガス切換バルブ１３９ｃの正常な作動時の流量値と比較する。
【００６１】
もしそのときの計測値が異常を示せば、カウンタガス切換バルブ１３９ｃに不具合が生じていることが判る。次いでカウンタガス切換バルブ１３９ｃを閉じ、気体切換バルブ１３９ｅを閉じれば、流量計１２３は、スニフトガスの通路の流量を示す。
この場合、スニフトガスの通路抵抗が大きく流量が極端に少なくなったときは、流量を計測できないので、気体切換バルブ１３９ｅも開いて、スニフトガス切換バルブ１３９ｄを開閉して、そのときの流量計の示す流量差により、スニフトガス切換バルブ１３９ｄの良否を判定すればよい。
【００６２】
気体切換バルブ１３９ｅの検査は同様に、カウンタガス切換バルブ１３９ｃを閉じ、スニフトガス切換バルブ１３９ｄを閉にして、流量を測定すればよい。
このようにして各切換バルブのシール不良、ダイアフラム１４３、１４９の破れ等の故障の有無を判定することができる。
充填バルブ１３１から排出された洗浄液は、洗浄水タンク１７６へ回収貯蔵され、洗浄水ポンプ１７７によりフィラーボウル１２１へ送られる。洗浄水ポンプ１７７よりの送り戻し配管１７８に設けた圧力調整弁１７９は、フィラーボウル１２１内の洗浄液圧を一定にして流量計測の条件を整えるためにある。
【００６３】
洗浄及びバルブ検査のとき、これらのバルブ類を切換え制御する制御装置は各充填バルブの制御装置に組み込まれ、電気回路の切換により洗浄・検査が行われる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の液体充填方法及び装置によれば、容器の供給時、充填終了後の容器排出時、容器口をシールするセンタリングベル及びシールパッキンが下方に摺動して容器を保持する。このときの保持力は、充填バルブ本体上部に設置したシリンダのエア圧により決まるが、このエア圧は調整容易であり、従来のような容器が替わったときのばね交換を不要にできる。
【００６５】
また液充填バルブ及び容器に通じるガス室内には、ばねがないので、非分解洗浄（ＣＩＰ）を容易に行うことができる。
またセンタリングベルを押し上げるカムは、容器口をシールするシリンダのエア圧に対抗するだけの強さがあれば充分であり、しかもこのカムの作用範囲は充填バルブの回動の約１／４に過ぎないので、既納機に適用するときに必要であった大きな改造を不要にできる。
【００６６】
また容器の内容量を充填液の供給量により直接計測するので、過不足のない液充填を行うことができる。このことは、特に缶入り飲料のような外から見えない容器の場合は、重要な要件である。従って入り味の高さで調整するための充填バルブを含めた充填液槽までの範囲を上下に調整する調整機構を不要にできる。
また容器の形状に誤差があっても、入味容量を正確に揃えることができる。
【００６７】
また容器口液封及び容器解放のためのセンタリングベルの昇降、充填のためのカウンタガス弁の開閉、カウンタガスを抜くスニフト等の充填工程時、制御部に置かれた複数の電磁弁のエア出力により充填バルブに設けたシリンダ、エア作動切換弁を作動するので、これらの工程のタイミング調整は充填バルブ制御回路のタイマを調整するだけの簡単な操作で済ますことができる。
【００６８】
洗浄キャップを取り付けて非分解洗浄（ＣＩＰ洗浄）を行うとき、充填機の充填バルブを回動しなくても洗浄作業を行うことができて、洗浄作業を短時間で済ますことができる。
また充填バルブに設けた気体通路を開閉するカウンタガス切換バルブ、スニフトガス切換バルブ等の気体切換バルブの全てをエア作動ダイアフラムバルブにしたので、貯液タンクに洗浄水を満たし、センタリングベルの外周下縁に洗浄キャップを被せて液封し、全てのガス配管に洗浄水を流下させることにより、気体通路を満遍なく洗浄することができる。
【００６９】
また洗浄作業中に前記各エア作動ダイアフラムバルブを順次或いは個別に開閉して、前記流量計の流量を計測するので、各ダイアフラムバルブのシール不良、ダイアフラムの破れ等の故障の有無を判定することができる。
また各ダイアフラムバルブは充填バルブの側面に直接取付けているので、ダイアフラムバルブの取り換えを簡単に行うことができる。
【００７０】
また上記のように構成されているので、各バルブの故障を検出するためのドレイン管等の大掛かりな構造物を不要にできる。
また充填バルブが複数ある場合、各充填バルブ毎にバルブを検査するため、故障箇所の特定を容易に行うことができる。
また上記のように構成されているので、液バルブ以外のバルブの不具合を検出できる。また洗浄工程時、各充填バルブのバルブを検査できるので、分解することなくバルブの不具合箇所を見つけ出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体充填方法の実施に使用する液体充填装置の一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】図１の矢印Ｂ部分の拡大側面図である。
【図３】タービン式流量計の斜視図である。
【図４】超音波渦流量計の斜視図である。
【図５】エア作動ダイアフラムバルブの断面図である。
【図６】洗浄キャップの側面図である。
【図７】洗浄キャップの平面図である。
【図８】充填バルブの下部に洗浄キャップを装着した状態を示す側面図である。
【図９】充填バルブの作動工程を示す説明図である。
【図１０】充填バルブの作動工程を示す説明図である。
【図１１】充填バルブの作動工程を示す説明図である。
【図１２】充填バルブの作動工程を示す説明図である。
【図１３】充填バルブの作動工程を示す説明図である。
【図１４】非分解洗浄（ＣＩＰ洗浄）時の洗浄水の流れを示す説明図である。
【図１５】従来の液体充填装置を示す縦断側面図である。
【図１６】図１５の矢印Ｘ部の分解斜視図である。
【図１７】従来のベロースを使用した充填ノズルの縦断側面図である。
【図１８】従来のベローズ破れ検出装置を設けた充填装置の側面図である。
【図１９】従来のドレンパンを含むベローズ破れ検出装置の全体を示す系統図である。
【符号の説明】
３０            容器（缶）
１２１          フィラーボウル
１２２          充填液供給管
１２３、１２５  流量計
１３１          充填バルブ
１３３          充填バルブ本体
１３７          センタリングベル
１３８          中空弁
１３９ｃ        カウンタガス切換バルブ
１３９ｄ        スニフトガス切換バルブ
１３９ｅ        気体切換バルブ
１４０          エアシリンダ
１４１          洗浄キャップ
１４３、１４９  ダイアフラム
１６４          エアシリンダ
１６５          長棒
１７１          電磁弁
１７３          制御装置
１７６          洗浄水タンク
１７７          ポンプ
１７９          圧力調整弁
【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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【図１９】
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