(57)【要約】  本発明は、ペースト状製品をエアレーションするための装置に関する。本装置は、エアレーションされるペースト状製品のための入口（４）及びエアレーションされた製品のための出口（５）を備えるハウジング（１）を備える。本装置は、少なくとも第１のロータ及びステータのセット（２１）と、第２のロータ及びステータのセット（２２）と、を備える。本発明は、第１のロータ及びステータのセット（２１）の上流で、エアレーションされるペースト状製品に気体を注入するための気体注入器（６）を更に備える。本装置は、第１及び第２のロータ及びステータのセット（２１、２２）の間でハウジング内に設けられた中間混合チャンバ（７）を更に備える。第２製品導入手段は、中間混合チャンバ（７）内へ放出を行うように中間混合チャンバ（７）内に突出している。ペースト状製品をエアレーションする方法も提供される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペースト状製品をエアレーションするための装置であって、前記装置は、
長手方向に延びるハウジング（１）であって、エアレーションされる前記ペースト状製品のための入口（４）及びエアレーションされた前記製品のための出口（５）を備えるハウジング（１）と、
前記ハウジング（１）内に設けられた、少なくとも第１のロータ及びステータのセット（２１）並びに第２のロータ及びステータのセット（２２）であって、ロータ及びステータのセット（２１、２２）のそれぞれが、前記長手方向に対向する相補的な歯付きリムを有し、前記装置が、ロータ及びステータのセット（２１、２２）それぞれの前記ロータが結合された駆動シャフト（３）を備える、第１のロータ及びステータのセット（２１）並びに第２のロータ及びステータのセット（２２）とを備え、
前記装置は、前記第１のロータ及びステータのセット（２１）の上流で、エアレーションされる前記ペースト状製品内に気体を注入するための気体注入器（６）を更に備え、
前記装置は、前記第１のロータ及びステータのセット（２１）と前記第２のロータ及びステータのセット（２２）との間で前記ハウジング内に設けられた中間混合チャンバ（７）と、前記中間混合チャンバ（７）内へ放出を行うように前記中間混合チャンバ（７）内に突出した第２製品導入手段と、を更に備える、装置。
【請求項２】
前記第２製品導入手段が、流体注入器（８）を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２製品導入手段が、第２ペースト状製品入口を形成している、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記中間混合チャンバ（７）が、シャフト回転軸線（３）を中心とした円筒形状を有し、第２製品導入手段が、前記中間混合チャンバ（７）の半径に沿った、前記シャフトの外面（３１）と前記ハウジング（１）の壁（１１１）との間の距離の１０％〜９５％、好ましくは２０〜７０％、より好ましくは２５〜５０％の距離だけ前記シャフトの前記外面（３１）から離れて、前記中間混合チャンバ内に突出している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記ハウジング（１）が、前記長手方向における前記中間混合チャンバ（７）の長さに沿って内側環状段部（１２１）を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記中間混合チャンバ（７）が、シャフト回転軸線を中心とした円筒形状を有し、ロータの直径よりも小さい直径を有する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記中間混合チャンバ（７）が、前記流体注入器以外の機械部品のない容積部である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記中間混合チャンバ（７）は、少なくとも１つのロータ及びステータのセットの長さに相当する長さを有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記ハウジング（１）が、前記長手方向に複数のモジュールを備え、
前記複数のモジュールが、
製品入口及び気体注入器を備える入口モジュール（１１）と、
前記中間混合チャンバ（７）を形成するように構成された少なくとも１つの中間ハウジングモジュール（１２）と、
製品出口開口部を備える出口モジュール（１３）と、を備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
各中間ハウジングモジュール（１２）が、１つ、２つ、又は３つのロータ及びステータのセットを受容するように構成されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
ロータ及びステータのセットそれぞれの前記ロータが、長手方向の前記駆動シャフトに結合されており、ロータ及びステータのセットそれぞれの前記ステータが、前記ハウジングに結合されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
少なくとも第１のロータ及びステータのセット（２１）の前記ロータに結合された第１のシャフト（３１）と、少なくとも第２のロータ及びステータのセットの前記ロータに結合された第２のシャフト（３２）と、を備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１のシャフト（３１）及び前記第２のシャフト（３２）が、前記装置の長手方向軸線（Ａ）と同軸である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置が、前記第１のシャフト（３１）及び前記第２のシャフト（３２）を異なる回転速度で、かつ／又は反対方向に駆動するように構成されている、請求項１２又は１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のシャフト（３１）及び前記第２のシャフト（３２）をそれぞれ回転駆動する独立した駆動手段を備える、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
中間チャンバ（７０）が、前記第１のシャフト（３１）に結合された一対のロータ及びステータと、前記第２のシャフト（３２）に結合された一対のロータ及びステータとの間に形成されている、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１のシャフト（３１）に結合された一対のロータ及びステータと、前記第２のシャフト（３２）に結合された一対のロータ及びステータとの間に形成された前記中間チャンバ（７０）に第２製品を導入するための第２製品導入手段（８０）を備える、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１のシャフト（３１）に結合された複数対のロータ及びステータが、第１のハウジング部（４１）に封入されており、前記第２のシャフト（３２）に結合された複数対のロータ及びステータが、第２のハウジング部（５１）に封入されている、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記中間チャンバ（７０）が、前記第１のハウジング部（４１）と前記第２のハウジング部（５１）との間で中間ハウジング部（７１）によって形成されている、請求項１２〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
ペースト状製品をエアレーションする方法であって、エアレーションされるペースト状製品の流れを請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置に通す工程と、前記第１のロータ及びステータのセットに対して上流の位置で、上流気体注入器によって前記ペースト状製品の流れに気体を注入する工程と、前記中間混合チャンバに前記第２製品導入手段によって第２製品を注入する工程とを含む、方法。
【請求項２１】
前記ペースト状製品が、乳食品製品である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記上流気体注入器によって前記ペースト状製品に導入される前記気体が、空気、窒素、二酸化炭素、亜酸化窒素、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項２０又は２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２製品が、空気、窒素、二酸化炭素、亜酸化窒素、液体チョコレート、液体キャラメル、フルーツクーリ、フレーバーソース、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペースト状製品のエアレーションのための装置、及びペースト状製品のエアレーションのための方法に関する。「ペースト状」とは、広範かつ非制限的に理解されるべきである。ペースト状製品は、半液体製品、粘稠な製品、及び半固体製品を含む。例えば、乳製品ベースに空気又は気体を泡立てて入れることにより得られる泡形態の、乳製品（すなわち牛乳食品製品）に基づくムース（すなわちエアレーションされた食品組成物）は、当技術分野で周知である。それらのエアレーションされた食感は、消費者に大変歓迎される。本発明は、特に食品及び飼料産業のかかる製品のエアレーションに関する。また、エアレーションは、製薬産業又は化粧料産業に適用されてもよい。
【背景技術】
【０００２】
産業的に最も一般的に適用される液体製品及び半液体製品のエアレーション方法は、機械的エアレーションに基づいている。市販されている機械は、設計上いくらか異なってはいるものの、それらの動作原理は概して類似している。また、ロータステータミキサーの例が、欧州特許出願公開第０２１０９０５（Ａ２）号、英国特許出願公開第２１０５２０９（Ａ）号及び米国特許出願公開第２０１７／１０１５８３（Ａ１）号に記載されている。
【０００３】
最もよく市販されている機械の混合装置は、金属ペグで覆われたステンレス鋼ロータシャフトを備えるロータ及びステータ型のものであり、これはまた、その内部にペグを有するハウジングの内側に嵌合する。混合装置が組み立てられると、シャフト上のペグと装置の内側のペグが噛み合い、製品の流れに対し剪断力を与える。液相と気相とが、混合装置に入る前に組み合わされる。混合装置は、大きな気泡を、食品母材の中に取り込まれる非常に小さな気泡へと機械的に粉砕する。泡の大きさは、製品特性を決定する本質的な要因である。
【０００４】
このような機械は、例えば、国際公開第９１／０７２２１（Ａ１）号、英国特許出願公開第８８８２６４（Ａ）号及び独国特許出願公開第３１２７６８４（Ａ１）号に記載されている。
【０００５】
国際公開第２０１３／０６８４２６（Ａ１）号は、少なくとも１つのロータ及びステータのセットを有する混合ヘッドを備えた、食品製品のエアレーションのためのデバイスを開示している。ロータ及びステータのセットのそれぞれは、軸方向に対向する相補的な歯付きリムを有するロータ及びステータを備える。エアレーションされる製品を受容するための製品入口開口部と気体注入器とを有する入口カバーが設けられており、気体注入器は、入口カバーに配置されており、気体注入器のヘッドが入口カバーと第１のロータ及びステータのセットとによって画定されるヘッドスペースに位置するように入口カバーを横切っている。このデバイスでは、いくつかの組成物を混合して一緒にエアレーションすることはできない。
【０００６】
独国特許第１０２０１５２０５５９７（Ｂ３）号は、塊状物の多い又は液体状の第２の食品塊を含有する、泡立てられた第１の食品塊を製造するためのデバイスに関する。このデバイスは、１つの先端部において、第１のステータハウジング及び第１のロータを備える。第１のステータハウジング及び第１のロータは、半径方向に方向付けされ、軸方向に間隔の空けられた泡立て要素を備える。第１のロータは、第１ステータハウジング内で回転する。ロータ泡立て要素は、第１のステータハウジングの静的泡立て要素と噛み合う。第１のロータは、第１の駆動シャフトと連結されている。このデバイスは、その他方の先端部において、第１のステータハウジング及び第１のロータと同様に構成された第２のステータハウジング及び第２のロータを備える。泡立て用の第１のロータの回転速度は、混合用の第２のロータの回転速度とは独立して設定することができる。
【０００７】
独国特許出願公開第２９７０９０６０（Ａ１）号は、流体相中に気体、流体及び／又は固体を連続的に分散及び混合するロータ／ステータ混合デバイスを構築するための構築キットに関する。
【０００８】
国際公開第９９／０８７８２（Ａ１）号は、気体と、液体と、小胞膜形成材料との混合物があるゾーンを通過する気体含有小胞の調製方法に関し、このゾーンにおいて、混合物は、少なくとも２０ｍ／秒の速度で互いに対して移動する複数の表面によって及ぼされる剪断力を受ける。
【０００９】
市販のシステムの欠点としては、装置の汎用性に対する制限が挙げられ、例えば、異なる流体の注入及び／又は得られる気泡のサイズなどに関して、装置の汎用性が制限されていることを含んでいる。
【００１０】
この欠点は、上流側のロータ及びステータのセットと隣接する下流側のロータ及びステータのセットとの間の位置に、食品製品と混合される第２製品を注入するための更なる入口を備える、ペースト状製品（例えば、食品製品）をエアレーションするための装置を提供することによって、部分的に克服され得る。
【００１１】
しかしながら、このような装置は、特に第２製品に関しての食品製品の均質な混合及びエアレーションに関して制限がある。第２製品は、液体、半液体、気体、又はこれらの任意の組み合わせであり得る。第２製品はまた、固体片であってもよいし、又は固体片を含んでもよい。
【００１２】
また、従来技術による装置は、入力が所望され得る全ての様々な種類の第２製品について、要求された特性を出力製品（例えば、チョコレートチャンクなどの均質に分布した固体混入物を有するクリーム）にもたらすことができない。
【００１３】
最も技術的に高度な装置であっても、泡立てに関してそれらの汎用性が制限されたままであるため、全ての種類のエアレーションされたペースト状製品を製造することはできない。いずれの装置も特定の製品を製造するために設計されているが、より広範囲の製品、例えば、様々な種類の第２製品（気体、液体、半液体、固体片、又はそれらの組み合わせであり、これらは、エアレーションされたベース製品に導入されると特性が変化する製品であり得る）と混合された様々な特性（気体の量、気泡のサイズなど）を有するエアレーションされたベース製品の製造に容易に適合させることはできない。
【発明の概要】
【００１４】
本発明の目的は、特にペースト状製品への第２製品の導入に関して、既知のシステムの１つ以上の欠点を克服する食品製品のエアレーションのための装置及び方法を提供することである。
【００１５】
よって、本発明の一態様は、ペースト状製品をエアレーションするための装置を提案し、装置は、長手方向に延びるハウジングであって、エアレーションされるペースト状製品のための入口（４）及びエアレーションされた製品のための出口を備えるハウジングと、ハウジング内に設けられた、少なくとも第１のロータ及びステータのセット並びに第２のロータ及びステータのセットであって、ロータ及びステータのセットのそれぞれが、長手方向に対向する相補的な歯付きリムを有し、上記装置が、ロータ及びステータのセットそれぞれのロータが結合された駆動シャフトを備える、第１のロータ及びステータのセット並びに第２のロータ及びステータのセットとを備える。上記装置は、第１のロータ及びステータのセットの上流で、エアレーションされるペースト状製品に気体を注入するための気体注入器を更に備え、上記装置は、第１のロータ及びステータのセットと第２のロータ及びステータのセットとの間でハウジング内に設けられた中間混合チャンバと、中間混合チャンバ内へ放出を行うように中間混合チャンバ内に突出した第２製品導入手段と、を更に備える。
【００１６】
既存のシステムと比較して、混合チャンバの壁から距離を置いて混合チャンバ内部に第２製品を導入することにより、エアレーションされたペースト状製品内に第２製品がより良く分布させられ又は均質化され、ロータ及びステータのセットに到達するまでの第２製品のペースト状製品内の移動時間を増加させる。
【００１７】
一実施形態では、第２製品導入手段が、流体注入器を備える。別の実施形態では、第２製品導入手段が、第２ペースト状製品入口を形成している。
【００１８】
一実施形態では、中間混合チャンバが、シャフト回転軸線を中心とした円筒形状を有し、第２製品導入手段が、中間混合チャンバの半径に沿った、シャフトの外面とハウジングの壁との間の距離の１０％〜９５％、好ましくは２０〜７０％、より好ましくは２５〜５０％の距離だけシャフトの外面から離れて、中間混合チャンバ内に突出している。
【００１９】
一実施形態では、ハウジングが、長手方向における中間混合チャンバの長さに沿って内側環状段部を備える。好ましくは、中間混合チャンバが、シャフトの回転軸線を中心とした円筒形状を有し、ロータの直径よりも小さい直径を有する。
【００２０】
一実施形態では、中間混合チャンバが、上記流体注入器以外の機械部品のない容積部である。
【００２１】
一実施形態では、中間混合チャンバは、少なくとも一つのロータ及びステータのセットの長さに相当する長さを有する。
【００２２】
一実施形態では、ハウジングが、長手方向に複数のモジュールを備え、これらの複数のモジュールは、
製品入口及び気体注入器を含む入口モジュールと、
中間混合チャンバを形成するように構成された少なくとも１つの中間ハウジングモジュールと、
製品出口開口部を備える出口モジュールと、を備える。
【００２３】
好ましくは、各中間ハウジングモジュールが、１つ、２つ、又は３つのロータ及びステータのセットを受容するように構成されている。
【００２４】
一実施形態では、ロータ及びステータのセットそれぞれのロータが、長手方向の駆動シャフトに結合されており、ロータ及びステータのセットそれぞれのステータがハウジングに結合されている。
【００２５】
一実施形態では、本装置は、少なくとも第１のロータ及びステータのセットのロータに結合された第１のシャフトと、少なくとも第２のロータ及びステータのセットのロータに結合された第２のシャフトと、を備える。
【００２６】
一実施形態では、第１のシャフト及び第２のシャフトが、装置の長手方向軸線と同軸である。
【００２７】
一実施形態では、装置が、第１のシャフト及び第２のシャフトを異なる回転速度で、かつ／又は反対方向に駆動するように構成されている。
【００２８】
一実施形態では、装置が、第１のシャフト及び第２のシャフトをそれぞれ回転駆動する独立した駆動手段を備える。
【００２９】
一実施形態では、中間チャンバが、第１のシャフトに結合された一対のロータ及びステータと、第２のシャフトに結合された一対のロータ及びステータとの間に形成されている。
【００３０】
一実施形態では、装置が、第１のシャフトに結合された一対のロータ及びステータと、第２のシャフトに結合された一対のロータ及びステータとの間に形成された中間チャンバに第２製品を導入するための第２製品導入手段を備える。
【００３１】
一実施形態では、第１のシャフトに結合された複数対のロータ及びステータが、第１のハウジング部に封入されており、第２のシャフトに結合された複数対のロータ及びステータが、第２のハウジング部に封入されている。
【００３２】
一実施形態では、中間チャンバが、第１のハウジング部と第２のハウジング部との間で中間ハウジング部によって形成されている。
【００３３】
別の態様では、本発明は、ペースト状製品をエアレーションする方法を提案し、この方法は、エアレーションされるペースト状製品の流れを前述の請求項のいずれか一項に記載の装置に通す工程と、第１のロータ及びステータのセットに対して上流の位置で、上流気体注入器によってペースト状製品の流れに気体を注入する工程と、中間混合チャンバに第２製品導入手段によって第２製品を注入する工程とを含む。
【００３４】
一実施形態では、ペースト状製品は、乳食品製品である。
【００３５】
一実施形態では、上流気体注入器によってペースト状製品に導入される気体が、空気、窒素、二酸化炭素、亜酸化窒素、及びこれらの組み合わせから選択される。
【００３６】
一実施形態では、第２製品が、空気、窒素、二酸化炭素、亜酸化窒素、液体チョコレート、液体キャラメル、フルーツクーリ、フレーバーソース、及びこれらの組み合わせから選択される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態による装置の概略断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態による装置の概略断面図である。
【図３】本発明の更に別の実施形態による装置の概略断面図である。
【図４】本発明の更に別の実施形態による装置の概略断面図である。
【図５】本発明で使用され得る入口モジュールの概略断面図である。
【図６】本発明で使用され得る入口モジュールの概略断面図である。
【図７】本発明で使用され得る出口モジュールの概略断面図である。
【図８】本発明で使用され得る出口モジュールの概略断面図である。
【図９】本発明で使用され得る中間モジュールの概略断面図である。
【図１０】本発明で使用され得る中間モジュールの概略断面図である。
【図１１】本発明で使用され得る中間モジュールの概略断面図である。
【図１２】本発明で使用され得る中間モジュールの概略断面図である。
【図１３】本発明で使用され得る中間モジュールの概略断面図である。
【図１４】本発明で使用され得る、モジュール間の組立インターフェースの例示的実施形態である。
【図１５】本発明で使用され得る、モジュール間の組立インターフェースの例示的実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明及びその利点の完全な理解のため、以下における発明を実施するための形態を参照する。
【００３９】
本発明の様々な実施形態は、本発明の他の実施形態と組み合わせることができ、本発明を作製及び使用する特定の方法を例示するものに過ぎず、請求項及び以下の詳細な説明と共に考慮するにあたり、本発明の範囲を限定するものではないことが理解されるべきである。
【００４０】
本明細書で使用するとき、用語「備える」、「備えている」、及び同様の語は、排他的又は包括的な意味で解釈されるべきではない。換言すれば、これらは、「〜を含むが、それらに限定されない」ことを意味するものとする。
【００４１】
以下の実施例を参照して本発明を更に説明する。特許請求の範囲に記載された本発明は、これらの実施例により決して限定されるものではないことが理解されるであろう。
【００４２】
図１は、本発明の一実施形態によるペースト状製品をエアレーションするための装置の概略断面図である。
【００４３】
ペースト状製品をエアレーションするための図示された装置は、２つのロータ及びステータのセット２１、２２を収容したハウジング１を備える。図示された実施形態では、ハウジング１は、ほぼ管状の形態を有する。ハウジング１は、長手方向に延びている。
【００４４】
ロータ及びステータのセットである２１、２２は、中央の長手方向軸線Ａに沿って長手方向に延びている中央駆動シャフト３に沿って直列に並んでいる。
【００４５】
ロータ及びステータのセットである２１、２２のそれぞれは、ロータ及び対応するステータを備える。ロータは、駆動シャフト３に結合されており、シャフト３に結合されたモータ駆動装置（図示せず）によって駆動シャフト３の長手方向軸線の周りで回転駆動される。モータ駆動装置は、駆動シャフト３に直接又は間接的に結合することができる。回転方向は、駆動シャフト３の回転軸線（長手方向軸線Ａに相当する）を中心に時計回り又は反時計回りとすることができる。駆動シャフト３の典型的な回転速度は、５０ＲＰＭ〜１５００ＲＰＭまで様々とすることができる。
【００４６】
図示された実施形態では、ステータは、本発明の図示された実施形態において円筒形状を有するハウジング１の内壁に結合されている。
【００４７】
ロータは１つ以上の歯付きリムを有し、この歯付きリムは、軸方向に対向するステータの相補的な歯付きリムと協働する。
【００４８】
図１に示された実施形態では、ペースト状製品をエアレーションするための装置には、２つのロータ及びステータのセット２１、２２、すなわち第１のロータ及びステータのセット２１と、第２のロータ及びステータのセット２２とが備えられている。第１のロータ及びステータのセット２１は、製品入口４からエアレーション済み製品出口５までの本装置における製品の流れの大まかな方向に関して、第２のロータ及びステータのセット２２の上流にある。
【００４９】
この実施形態では、本装置は、入口カバー又は入口モジュール１１に設けられた製品入口４を有する。製品入口４は、製品供給ライン（図示せず）からエアレーションするペースト状（例えば、液体又は半液体）製品の流れを受容するように構成されている。図示された実施形態では、この製品入口は、入口カバーの中央に、長手方向軸線Ａに沿って配置されている。ポンプ（図示せず）を使用して、液体又は半液体製品を本装置に注入して、一連のロータ及びステータのセット２１、２２に通すことができる。
【００５０】
気体注入器６は、圧力下で気体を本装置に導入するために、入口カバーに配置されている。
【００５１】
一般的に、気体は、約０．５ｂａｒ〜約１０ｂａｒの範囲に加圧されて混合装置内に注入され得る。気体注入器の出口先端部６１は、第１のロータ及びステータのセット２１の上流の空間内に配置されている。気体注入は、第１のロータ及びステータのセット２１の近傍で実施することができる。
【００５２】
気体注入器６の位置は、例えば、ペースト状製品の流れの中に規則的かつ均一な気泡を生成するために、ペースト状製品の流れへの気体の効率的な取り込みをもたらすのに重要である。
【００５３】
気体注入器６は、その中心軸線を、本装置（及び／又は製品入口）の長手方向軸線Ａに平行にして、又は本装置の長手方向軸線Ａに対して１０°〜約８５°の角度で傾斜して、配置することができる。気体注入器６の中心軸線の傾斜により、第１のロータ及びステータのセット２１の歯に対する注入気体の流れを最適化することが可能になる。気体注入器先端部の位置は、加えられる剪断力及び切断力の良好な制御をもたらし、製品の流れにおける気体ポケットの形成を回避する。
【００５４】
気体注入器６によって圧力下で本装置に入った気体は、第１のロータ及びステータのセット２１の歯付きリムに流れ、第１の歯付きロータ及びステータのセットによってもたらされる高剪断力及び切断力を直接受ける。ロータ及びステータのセット２１、２２それぞれにおけるロータの回転は、ロータ歯とステータ歯との間の剪断ギャップを通して製品の流れ及び気泡を外向きに送り込み、局所的な高剪断状態を作り出す。ロータ歯とステータ歯との間の、製品が流れる剪断ギャップにおいて製品の流れに及ぼされる高剪断力は、製品の流れの均質化及び小気泡を伴う製品の均質なエアレーションの生成をもたらす。
【００５５】
本装置は、第１のロータ及びステータのセットと第２のロータ及びステータのセットとの間でハウジング内に設けられた中間混合チャンバ７を更に備える。混合チャンバ７は、ロータ及びステータのセットの間に位置するハウジング１内部の空き容積部（すなわち、流体注入器以外の機械部品のない容積部）である。混合チャンバ７は、１つのロータ及びステータのセットの下流であり、かつ次の（下流側にある）のロータ及びステータのセットの前の製品の流れを均質化することを可能にする。混合チャンバ７は、エアレーションされた製品の膨張及び安定化に寄与する。混合チャンバ７は、上流の１つのロータ及びステータのセットの面と、下流の１つのロータ及びステータのセットの面と、これらの上流の１セットと下流の１セットとの間にあるハウジングの壁と、これらの上流の１セットと下流の１セットとの間に位置する駆動シャフト３の表面３１とによって画定される空き容積部とすることができる。図１に示された実施形態では、混合チャンバ７が、（上流のセットとしての）第１のロータ及びステータのセット２１と（下流のセットとしての）第２のロータ及びステータのセット２２との間に設けられている。
【００５６】
本発明の図示された実施形態では、本装置は、混合チャンバ７に第２製品を導入するための流体注入器８を備える第２製品導入手段を更に備える。
【００５７】
前述したように、第２製品は、液体、半液体、気体、又はこれらの任意の組み合わせであってよい。第２製品は、特に、食品製品への注入後に例えば冷却されるとすぐに固化する液体又は半液体組成物であってもよい。例えば、本装置内を流れるペースト状製品は、低温に維持されてもよい。第２製品は、ペースト状製品の温度よりも高い温度の、溶融チョコレート組成物又は液体キャラメル組成物であってもよい。温度の差によって、追加された組成物は、ペースト状製品への注入後すぐに冷める。これにより、第２製品の粘度は増加し、又は更に第２製品は固化する。
【００５８】
第２製品の物理的性質に応じて、流体注入器８は、例えば、気体注入器、又は第２ペースト状製品入口であってもよい。第２製品導入手段は、第２ペースト状製品を都合良く送達するのに十分な直径とその端部における開口切断面とを有する管を含み得る。
【００５９】
流体注入器８（又は他の第２製品導入手段）は、上記混合チャンバ７内へ放出を行うように混合チャンバ７内に突出するように構成されている。このようにして、第２製品は、混合チャンバ７内部で、（混合チャンバ７内部での流体注入器８の突出に応じて）駆動シャフト３から所望の距離で、ペースト状製品の流れに導入され得る。このように、混合チャンバ７を横切る駆動シャフト３の近くに、すなわち可能な限り混合チャンバ７の中心近くに、第２製品を導入することが望ましい場合もある。
【００６０】
第２製品導入手段は、例えば、中間混合チャンバ７内に延びており、中間混合チャンバ７の半径（ただし、混合チャンバ７が、円筒形状などの回転表面によって画定される形状である場合）に沿った、シャフト３の外面３１とハウジング１の内壁１１１との間の距離の１０％〜９５％の距離だけシャフト３の外面３１から離れて、第２製品を注入することができる。この距離は、ペースト状製品、第２製品、及び本装置の構成に応じて適合させることができる。例えば、第２製品導入手段は、中間混合チャンバ７内に延びており、上記距離の２０％〜７０％、又は上記距離の２５％〜５０％の距離だけシャフト３の外面から離れて第２製品を注入することができる。
【００６１】
第２製品は、ロータの歯付きリムのすぐ前方には導入されない。第２製品は、ハウジング１の内壁１１１に沿ったペースト状製品の流れの表面だけでなく、本装置内のエアレーションされたペースト状製品の流れの厚い部分にも導入されるため、エアレーションされたペースト状製品に第２製品を均一に混ぜ込むことができる。第２製品は、エアレーションされたペースト状製品に導入された後に、上記エアレーションされたペースト状製品によって直ちに包囲される。第２製品がペースト状製品流に導入された後に（部分的に又は完全に）固化する場合、又は、より一般的には、ペースト状製品への導入後にその物理的特性が変化する場合には、この特性の変化は、上記第２製品をペースト状製品流の厚い部分に導入し、導入された第２製品が第２のロータ及びステータのセット２２に到達するまでの移動時間を増加することによって強化される。
【００６２】
ハウジング１は、混合された第２製品を含むエアレーションされた製品ための製品出口５を備える。好ましくは、製品出口５の下流の製品の流れには背圧レギュレータ（図示せず）が設けられている。いくつかの実施形態では、背圧レギュレータは、メンブレン背圧弁の形式であり、例えば、二重メンブレン背圧弁である。しかしながら、他にも適した背圧レギュレータシステムが想定される。都合が良いことに、背圧レギュレータは、混合チャンバ７内の圧力を制御し、混合装置を通る製品の安定した流れを確保することを可能にする。
【００６３】
図２は、本発明の代替的実施形態による装置の概略断面図である。図２の実施形態は、３つのロータ及びステータのセット２１、２２、２３並びに別のハウジング構成を備える点で図１の実施形態とは異なる。
【００６４】
図示された例示的実施形態では、第３のロータ及びステータのセット２３は、第１のロータ及びステータのセット２１の上流に設けられている。これらのロータ及びステータのセット２１、２２、２３の数、位置、及びパラメータ（歯の形態、サイズ、及び数）は、ペースト状製品、導入される第２製品、及び所望の最終エアレーション済み製品の所望の特性に適合される。
【００６５】
本装置のハウジング１に関して、図２（及び以下に説明される図３）に示された変形実施形態は、モジュール式構造に基づいている。図２の装置のハウジング１は、入口モジュール１１、中間ハウジングモジュール１２、及び出口モジュール１３を備える。
【００６６】
入口モジュール１１は、製品入口４及び気体注入器６を備える。中間ハウジングモジュール１２は、第１のロータ及びステータのセット２１と第２のロータ及びステータのセット２２との間に中間混合チャンバ７を形成するように構成されている。出口モジュール１３は、製品出口５の開口部を備える。図示された実施形態では、出口モジュール１３はまた、駆動シャフト３がハウジング１に入るための穴を備える。
【００６７】
中間ハウジングモジュール１２は、１つ、２つ、又は３つのロータ及びステータのセットを受容するように構成することができる。図２の図示された実施形態では、中間ハウジングモジュール１２は、３つのロータ及びステータのセットを受容するように構成されている。ハウジングの中間モジュールは、その長手方向において内側環状段部１２１を備えてもよい。この環状段部１２１は、その上流及び下流にロータ及びステータのセットのための場所を画定する。図示された実施形態では、中間ハウジングモジュール１２内では、２つのセットを環状段部１２１の上流に配置することができ、１つのセットを環状段部１２１の下流に配置することができる。
【００６８】
環状段部１２１はまた、隣接するロータ及びステータのセットのステータを適所に維持するのに役立ち得る。環状段部１２１はまた、ハウジングへの密閉を強化し、ロータ及びステータのセットの周辺に製品の流れが形成されるのを回避することができる。この密閉をもたらすために、Ｏリングが、段部１２１と隣接するロータ及びステータのセットとの間に配置されてもよい。
【００６９】
環状段部の機能は、スペーサリング９（図１の実施形態では図示せず、図２及び図３のスペーサリング９に相当する）によって得ることができ、このスペーサリング９は、ハウジング１の内側にぴったり合う適切な直径と、隣接するロータ及びステータのセットを長手方向において維持し、スペーサリングと上記隣接するロータ及びステータのセットとの間にＯリングを収容するように適合された厚さと、を有する。スペーサリングが、２つのロータ及びステータのセットの間に中間チャンバを形成するために使用される場合、スペーサリングは、流体注入器がリングを通過することを可能にする穴又は長手方向の溝などの特徴を備えてもよい。
【００７０】
出口モジュール１３は、追加されたロータ及びステータのセットを受容するように構成されている。しかしながら、図示された実施形態では、１つのロータ及びステータのセットの代わりに、スペーサリング９が使用されている。このようなスペーサリング９を任意の１つのロータ及びステータのセットの代わりに使用して、上記のロータ及びステータのセットを本装置内に機械的に保持することができる。
【００７１】
本発明の図示された実施形態では、環状段部１２１が、本装置の中間混合チャンバ７を画定している。より具体的には、環状段部１２１は、中間混合チャンバ７の壁１１１を画定している。これにより、中間混合チャンバ７は、ロータの直径よりも小さい直径を有する、長手方向軸線Ａを中心とする円筒形状を有する。図示された実施形態では、中間混合チャンバ７は、１つのロータ及びステータのセットの長さとほぼ等しい長さを有する。しかしながら、中間混合チャンバ７の長さは、より短くても、又はより長くてもよい。
【００７２】
図３は、本発明の更に別の代替的実施形態による装置の概略断面図である。図２に示された実施形態と比較して、ハウジング１は、２つの中間ハウジングモジュール１２’、１２’’を備える。第１の中間ハウジングモジュール１２’は、第３及び第１のロータ及びステータのセット２３、２１を受容し、第２の中間ハウジングモジュールは、第２、第４、及び第５のロータ及びステータのセット２２、２４、２５を受容している。図２の実施形態と同様に、スペーサリング９が出口モジュール内に設けられている。
【００７３】
図３に示した本発明の実施形態は、２つの中間混合チャンバ、すなわち、第１及び第２のロータ及びステータのセット２１、２２の間の第１の中間混合チャンバ７’と、第４及び第５のロータ及びステータのセット２４、２５の間の第２の中間混合チャンバ７’’と、を備える。第１の流体注入器８’は、第１の第２製品を第１の中間混合チャンバ７に導入するように構成され、第２の流体注入器８’’は、第２の第２製品を第２の中間混合チャンバ７’’に導入するように構成されている。第１及び第２の第２製品は、同じであってもよいし、又はそうでなくてもよい。それらは、同じ種類（気体、液体、半液体など）であってもよいし、又はそうでなくてもよい。本装置は、第１及び第２の第２製品を同時に又は順次導入するように構成することができる。
【００７４】
より一般には、ロータ及びステータのセットの様々な構成を使用して、図示された実施形態及び他の可能な実施形態に相当する本発明の様々な実施形態による装置を形成することができる。
【００７５】
本発明の全ての実施形態では、ロータ及びステータのセットのそれぞれは、２列以上のロータ及びステータ歯を備えていてもよい。ロータ−ステータのそれぞれの段階で、ロータ及びステータの歯列の数は、混合装置に沿ってばらついてもよい。特定の実施形態では、全ロータ−ステータ段階のロータ及びステータが、同じ数の歯列を有する。様々な実施形態では、少なくとも１つのロータ及びステータのセットが、２列のロータ−ステータの歯、３列のロータ−ステータの歯、又は４列のロータ−ステータの歯を備える。
【００７６】
ロータ歯の数、幅、及び／又は間隔は、特定の１つのロータ及びステータのセットの特定の１つのロータの複数の歯列同士の間でばらつくことがある。好ましい実施形態では、歯の間隔は、特定の１つのロータではほぼ同じである。ステータの歯の数、幅、及び／又は間隔は、エアレーションする製品に応じて、特定の１つのステータの歯列同士の間でばらつくことがある。好ましい実施形態では、歯の間隔は、同じステータ上ではほぼ同じである。特定の１つのロータ及びステータのセットの、ロータ及びステータの相補的な、軸方向に対向する歯同士は、対応する歯の数、幅、及び間隔を有してもよい。
【００７７】
いくつかの実施形態では、複数のロータが少なくとも１０個のロータ歯を備え、ロータ歯は、各ロータの周囲に周方向に間隔を空けて配置される。
【００７８】
複数のロータ及びステータのセットの歯の構成及び駆動シャフト３の回転速度は、本装置内の製品流路に沿って剪断速度を変化させるように適合されてもよい。例えば、剪断速度は、ロータの速度に比例し、ロータ／ステータのギャップ幅に反比例し、同じ列の２つの歯の間の角測距離に反比例して変化する。ロータ／ステータのギャップ幅とは、ロータの歯列と隣接するステータの歯列との間の径方向の距離である。
【００７９】
中空ジャケット（図示せず）が、ハウジング１の周囲に設けられてもよい。ジャケット及びハウジングは、冷却用流体又は加熱用流体の循環のための空間を画定する。ジャケットの使用により、エアレーションする製品を所望の温度に維持することが可能になる。いくつかの実施形態では、本装置を通って流れる製品の冷却された温度を維持するために、冷却用流体がジャケット内で循環される。冷却用流体が循環することによって、混合装置の内部における回転速度によって生じる熱エネルギーが取り込まれるのを防ぐことができる。有利なことに、これによって、製品中のエアレーションの程度及び安定性を維持することができる。冷却用又は加熱用のあらゆる流体を想定することができる。冷却用流体の例には、低温の空気又は水が含まれる。
【００８０】
冷却用流体又は加熱用流体の温度は、エアレーションする製品及びその製品の所望のエアレーション特性に応じて適合させることができる。
【００８１】
図４は、本発明の一実施形態によるペースト状製品をエアレーションするための装置の概略断面図である。
【００８２】
ペースト状の製品をエアレーションするための図示された装置はハウジング１００を備え、このハウジング１００には、５つのロータ及びステータのセット、すなわち、第１のロータ及びステータのセット２１、第２のロータ及びステータのセット２２、第３のロータ及びステータのセット２３、第４のロータ及びステータのセット２４、並びに第５のロータ及びステータのセット２５が収容されている。図示された実施形態では、ハウジング１００は長手方向に延びている。
【００８３】
図４の図示された実施形態では、５つのロータ及びステータのセット２１、２２、２３、２４、２５は、本装置のハウジング１００の長手方向に延びている長手方向軸線Ａに沿って直列に並んでいる。第１のロータ及びステータのセット２１は、製品入口４からエアレーション済み製品出口５までの本装置における製品の流れの大まかな方向に関して、第３のロータ及びステータのセット２３などの上流にある第２のロータ及びステータのセット２２の上流にある。
【００８４】
ロータ及びステータのセット２１、２２、２３、２４、２５のそれぞれは、ロータ及び対応するステータを含む。
【００８５】
図示された実施形態では、ステータは、本発明の図示された実施形態において円筒形状を有するハウジング１００の内壁に結合されている。
【００８６】
ロータは１つ以上の歯付きリムを有し、この歯付きリムは、軸方向に対向するステータの相補的な歯付きリムと協働する。それぞれのロータは、駆動シャフトに結合されており、駆動シャフトは、ロータを回転駆動する。図示された例示的な実施形態では、第１、第２、及び第３のロータ及びステータのセット２１、２２、２３は、第１の駆動シャフト３１に結合（すなわち、それらのロータが結合）されている。第４及び第５のロータ及びステータのセット２４、２５は、第２の駆動シャフト３２に結合されている。
【００８７】
上記ロータ及びステータのセット２１、２２、２３、２４、２５は２つのシャフトに分散されるため、各シャフトの長さは、同じ数のロータ及びステータのセットが単一のシャフトに結合された装置と比較して減少する。これにより、各シャフト３１、３２に加えられる力が低減され、特に、シャフトを屈曲させることもあるシャフト軸受（例えば、シャフトがハウジング１００に入る部分）にかかるモーメントが制限される。
【００８８】
図４の図示された実施形態では、第１のシャフト３１及び第２のシャフト３２は、同軸であり、長手方向軸線Ａと一直線に並んでいる。
【００８９】
２つのシャフトは、一直線に並んでもよいし、又はそうでなくてもよいため、多くの装置構成が可能である。「Ｌ」状（直角をなす２つのシャフトを有する）又は「Ｕ」状（平行な２つのシャフトを有する）の概略構成を有する装置が提供されてもよい。
【００９０】
好ましくは、本装置は、第１のシャフト及び第２のシャフトを異なる回転速度で、かつ／又は反対方向に駆動するように構成されている。これは、様々な機構又は構成によって行うことができる。本発明の一実施形態では、第１の駆動シャフト３１の駆動及び第２の駆動シャフト３２の駆動は独立している。これを達成するために、第１の駆動シャフトは、第１の駆動モータによって（直接又は変速機構を介して）回転駆動されることができ、第２の駆動シャフトは、第２の駆動モータによって（直接又は変速機構を介して）回転駆動されることができる。第１駆動モータ及び第２駆動モータは、独立して制御されることができる。本発明の別の実施形態では、第１及び第２のシャフト３１、３２を異なる速度で、かつ／又は反対方向に駆動することは、単一の駆動モータと第１のシャフト３１及び第２のシャフト３２それぞれとの間の異なる変速機システムによって得ることができる。
【００９１】
本発明で使用され得る変速機システムは、駆動チェーン又はベルト、ギアアセンブリ又は歯車列（減速機付き又は減速機なし）、及び駆動モータの回転速度又は回転方向を変化させることができる任意の他の既知の変速機システムを含む。
【００９２】
これにより、本装置内を流れるペースト状製品の流れに対して別個の機能又は効果を有する、第１のシャフト３１に結合されたロータ及びステータのセット、並びに第２のシャフト３２に結合されたロータ及びステータのセットを提供することが可能になる。例えば、第１のシャフト３１は、高回転速度で駆動することができ、気体が第１のシャフト３１によって駆動されるロータの上流に導入され、小気泡を伴う高度にエアレーションされたムースを形成することができ、一方、第２のシャフト３２は低回転速度で駆動することができ、第１の駆動部３１に結合されたロータ及びステータのセットと、第２の駆動部３２に結合されたロータ及びステータのセットとの間に導入又は形成された固体混入物を、これらの混入物を粉砕することなくムースに混ぜ込むことができる。第２のシャフト３２に結合されたセットによって行われる混合は、シャフト同士を反対方向に駆動することによって強化することができる。駆動シャフト３１、３２の典型的な回転速度は、５０ＲＰＭ〜１５００ＲＰＭまで様々とすることができる。例えば、ペースト状製品を気体で泡立てて小さな気泡を有するムースを形成するために、高い回転速度を選択することができる。低回転速度は、均質的か否かに関わらず、第２製品（流体、半液体、又は固体片）を混合するために選択することができる。低回転速度での混合は、第２製品が混ぜ込まれるベース製品の特性を変えない（例えば、ムースの食感を変えない）、又は第２製品の特性を変えない（例えば、固体片を粉砕しない）。
【００９３】
ロータ及びステータのセットそれぞれの歯のサイズは、所望の効果に応じて、ロータの（すなわち、対応する駆動シャフトの）回転速度と組み合わせて選択することができる。例えば、（好ましくは、高回転速度と組み合わせて）小さな歯を使用して製品中に小気泡を形成することができ、（好ましくは、低回転速度と組み合わせて）大きな歯を使用して固体混入物を破壊しないようにすることができる。
【００９４】
上記のロータ及びステータのセット２１、２２、２３、２４、２５の歯の構成及び対応する駆動シャフト３１、３２の回転速度は、本装置内の製品流路に沿って剪断速度を変化させるように適合されてもよい。例えば、剪断速度は、ロータの速度に比例し、ロータ／ステータのギャップ幅に反比例し、同じ列の２つの歯の間の角測距離に反比例して変化する。ロータ／ステータのギャップ幅とは、ロータの歯列と隣接するステータの歯列との間の径方向の距離である。
【００９５】
図４の図示された実施形態では、本装置は、ハウジング１００の第１のハウジング部４１を形成する入口モジュールに設けられた製品入口４を有する。製品入口４は、製品供給ライン（図示せず）からエアレーションされるペースト状（例えば、液体又は半液体）製品の流れを受容するように構成されている。ポンプ（図示せず）を使用して、液体又は半液体製品を本装置に注入して、一連のロータ及びステータのセット２１、２２、２３、２４、２５を通すことができる。
【００９６】
図４の図示された実施形態では、製品入口は、長手方向軸線Ａに対してほぼ直角である。他の変形実施形態では、製品入口は、長手方向軸線Ａに対して鋭角をなしてもよい。第１のシャフト３１は、長手方向軸線Ａに沿ってハウジング１００の端部に形成された穴を経由して入口モジュールに入るため、製品入口は、好ましくは、入口モジュールの外周側に配置される。
【００９７】
製品入口は、入口チャンバ４２に開口していてもよい。入口チャンバ４２は、本質的に、第１のロータ及びステータのセット２１の上流の入口モジュール内に位置する、気体注入器６以外の機械部品がない容積部からなる。
【００９８】
気体注入器６は、圧力下で気体を本装置に導入するために、入口モジュールに配置される。気体注入器は、気体（例えば、空気、窒素、二酸化炭素、亜酸化窒素、又はこれらの組み合わせ）を入口チャンバに注入することができる。したがって、気体注入器の出口先端部６１は、入口チャンバ内に配置される。一般的に、気体は、約０．５ｂａｒ〜約１０ｂａｒの範囲に加圧されて混合装置内に注入され得る。
【００９９】
気体注入器６の位置は、例えば、ペースト状製品流中に規則的かつ均一な気泡を生成するために、ペースト状製品流への気体の効率的な取り込みをもたらすのに重要である。気体注入器６は、多くの位置及び向きで使用することができる。気体注入器６の位置及び向きの選択により、第１のロータ及びステータのセット２１の歯に対する注入気体の流れを最適化することが可能になる。気体注入器先端部の位置は、加えられる剪断力及び切断力の良好な制御をもたらし、製品の流れにおける気体ポケットの形成を回避する。
【０１００】
気体注入器６によって圧力下で本装置に入った気体は、第１のロータ及びステータのセット２１の歯付きリムに流れ、第１の歯付きロータ及びステータのセットによってもたらされる高剪断力及び切断力を受ける。ロータ及びステータのセット２１、２２それぞれにおけるロータの回転は、ロータ歯とステータ歯との間の剪断ギャップを通して製品の流れ及び気泡を外向きに送り込み、局所的な高剪断状態を作り出す。ロータ歯とステータ歯との間の、流体が流れる剪断ギャップにおいて製品の流れに及ぼされる高剪断力は、製品流の均質化及び小気泡を伴う製品の均質なエアレーションの生成をもたらす。
【０１０１】
ハウジング１００は、混合された第２流体を含むエアレーションされた製品ための製品出口５を備える。製品出口は、ハウジング１００の第２のハウジング部５１を形成する出口モジュールに設けられる。好ましくは、製品出口５の下流の製品の流れには背圧レギュレータ（図示せず）が設けられている。いくつかの実施形態では、背圧レギュレータは、メンブレン背圧弁の形式であり、例えば、二重メンブレン背圧弁である。しかしながら、他の適した背圧レギュレータシステムが設けられても良い。都合が良いことに、背圧レギュレータは、混合チャンバ７０内の圧力を制御し、混合装置を通る製品の安定した流れを確保することを可能にする。
【０１０２】
図４の図示された実施例では、第１のハウジング部４１及び第２のハウジング部５１は、第１のハウジング部４１によって形成された入口モジュールが、気体注入器６を受容するように適合されていることを除いて、同様の形状を有する。いくつかの実施形態では、同一のモジュールを第１のハウジング部４１及び第２のハウジング部５１として使用してもよい。例えば、入口モジュールには、入口モジュールの壁のうちの１つの壁を通る、気体注入器を配置することができるテーパ状穴を設けることができ、一方、出口モジュールの場合、テーパ状穴に閉鎖ねじを配置して穴を密閉することができる。
【０１０３】
図示された実施形態では、製品出口は、長手方向軸線Ａに対してほぼ直角である。他の変形実施形態では、製品出口は、長手方向軸線Ａに対して鋭角をなしてもよい。第２のシャフト３２は、長手方向軸線Ａに沿ってハウジング１００の端部に形成された穴を経由して出口モジュールに入るため、製品出口５は、好ましくは、入口モジュールの外周側に配置される。
【０１０４】
製品出口は、出口チャンバ５２に開口していてもよい。出口チャンバ５２は、本質的に、最後のロータ及びステータのセット２１の下流の出口モジュール内に位置する、機械部品のない容積部からなる。
【０１０５】
第１、第２、及び第３のロータ及びステータのセット２１、２２、２３並びに第１の駆動シャフト３１は、第１のハウジング部４１に収容されている。第４及び第５のロータ及びステータのセット２４、２５並びに第２の駆動シャフト３２は、第２のハウジング部５１に収容されている。第１のハウジング部４１及び第２のハウジング部５１は両方とも、最大３つのロータ及びステータのセットを受容するように適合されている。１つ又は２つのロータ及びステータのセットだけが第１のハウジング部又は第２のハウジング部に設けられる場合、スペーサリング９が、１つのセットの代わりに提供されてもよい。
【０１０６】
スペーサリング９は、ハウジング１００の内側にぴったり合う適切な直径と、隣接するロータ及びステータのセットを長手方向において維持するように、またスペーサリングと上記隣接するロータ及びステータ（又はハウジングの壁）のセットとの間にＯリング９１を収容するように適合された厚さとを有する。
【０１０７】
図４の図示された例のように、スペーサリング９を使用して、（例えば、製品の移動時間を増加させて第２製品との混合を強化する、かつ／又は１つのロータ及びステータのセットの後の乱流を平滑化するために）２つのロータ及びステータのセットの間に空きチャンバを形成することができる。
【０１０８】
また、図示された装置は、第３及び第４のロータ及びステータのセットの間に、又は、換言すると、第１のハウジング部４１と第２のハウジング部５１との間に、中間チャンバ７０を形成する中間ハウジング部７１を備える。中間チャンバ７０は、ある１つのロータ及びステータのセットの下流かつ次の（下流の）１つのロータ及びステータのセットの前の製品の流れを均質化することを可能にする。中間チャンバ７０は、エアレーションされた製品の膨張及び安定化に寄与することができる。
【０１０９】
中間チャンバ７０は、ハウジング１００内部の空き容積部であり、すなわち、気体、流体、又は半液体の第２製品用の第２製品注入器などの少なくとも１つの第２製品導入手段８０以外の機械部品のない容積部である。半液体製品又は固体片の場合、第２製品導入手段８０は、第２製品を都合良く送達するのに十分な直径と端部における開口切断面とを有する管を含み得る。
【０１１０】
前述したように、第２製品は、液体、半液体、気体、固体片、又はこれらの任意の組み合わせであってよい。第２製品は、特に、食品製品への注入後に例えば冷却されるとすぐに固化する液体又は半液体組成物であってもよい。例えば、本装置内を流れるペースト状製品は、低温に維持されてもよい。第２流体は、ペースト状製品の温度よりも高い温度の、溶融チョコレート組成物又は液体キャラメル組成物であってもよい。温度の差によって、追加された組成物は、ペースト状製品への注入後すぐに冷める。これにより、第２流体の粘度は増加し、又は更に第２流体は固化する。
【０１１１】
第２製品導入手段８０は、中間チャンバ７０内へ放出を行うように上記中間チャンバ７０内に突出するように構成されている。このようにして、第２製品は、中間チャンバ７０の内部で（エアレーションされた）ペースト状製品の流れに導入され得る。このように、長手方向軸線Ａの近くに、すなわち可能な限り中間チャンバ７０の中心近くに、第２製品を導入することが望ましい場合もある。第２流体は、ハウジング１００の内壁１１１に沿ったペースト状製品の流れの表面だけでなく、本装置内のエアレーションされたペースト状製品の流れに深く導入されるため、エアレーションされたペースト状製品に第２製品を均一に混ぜ込むことができる。第２製品がペースト状製品の流れに導入された後に（部分的に又は完全に）固化する場合、又は、より一般的には、ペースト状製品への導入後にその物理的特性が変化する場合には、この特性の変化は、上記第２流体をペースト状製品の流れに深く導入し、導入された第２流体が第４のロータ及びステータのセット２４に到達するまでの移動時間を増加することによって強化される。
【０１１２】
図４の図示された実施形態では、本装置は２つの第２製品導入手段８０を備える。複数の第２製品導入手段は、エアレーションされたペースト状製品における第２製品の良好な初期分布をもたらす。
【０１１３】
中空ジャケット（図示せず）が、ハウジング１００の周囲に設けられてもよい。ジャケット及びハウジングは、冷却用流体又は加熱用流体の循環のための空間を画定する。ジャケットの使用により、エアレーションする製品を所望の温度に維持することが可能になる。いくつかの実施形態では、本装置を通って流れる製品の冷却された温度を維持するために、冷却用流体がジャケット内で循環される。冷却用流体が循環することによって、混合装置の内部における回転速度によって生じる熱エネルギーが取り込まれるのを防ぐことができる。有利なことに、これによって、製品中のエアレーションの程度及び安定性を維持することができる。冷却用又は加熱用のあらゆる流体を想定することができる。冷却用流体の例には、低温の空気又は水が含まれる。冷却用流体又は加熱用流体の温度は、エアレーションする製品及びその製品の所望のエアレーション特性に応じて適合させることができる。
【０１１４】
図１、図２、図３及び図４に例として示されるように、本発明の様々な実施形態による装置では、ロータ及びステータのセットの様々な構成並びにハウジングの様々な構成を使用することができる。いくつかの実施形態では、Ｏリング９１を使用して、装置のいくつかの部品間に封止部を設けることができる。Ｏリング９１を使用して、ハウジングを形成するモジュールに封止部を提供し、本装置外への製品の漏れを回避することができる。Ｏリング９１はまた、以下に説明するように、ロータ及びステータのセットとハウジングの内部部品との間、及びシャフト３とロータ及びステータのセットとの間で使用することができる。
【０１１５】
ロータ／ステータ歯の数、幅及び／又は間隔は、混合装置内のロータ及びステータのセット相互の間でばらつくことがある。いくつかの実施形態では、ロータ及びステータのセットのそれぞれは、ほぼ同じ数、幅及び／又は間隔のロータ／ステータ歯を有する。ロータ及びステータのセットのそれぞれの歯付きリムの外径は、ほぼ同じとすることができる。ロータ及びステータのセットのそれぞれの歯付きリムの内径は、ほぼ同じとすることができる。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、ロータ及びステータのセットのそれぞれは、取り外し可能かつ互換可能であり、柔軟性を提供する。したがって、例えば、エアレーションする食品製品の特性及び所望のエアレーション結果に応じて、混合装置内のロータ及びステータのセットごとに、ロータ−ステータの歯付きリムの様々な数、幅、及び間隔の歯を所望のように変更することができる。
【０１１７】
いくつかの実施形態によれば、複数のロータ及びステータのセットは、全て同じ直径を有してもよいし、又は別々の直径を有してもよい。例えば、全てのロータ及びステータのセットが同じ直径を有し一直線に並んだ構成により、混合装置に沿って加えられる剪断力及び切断力を制御することが可能になり、本装置を通してほぼ一定の製品流量が提供される。
【０１１８】
対照的に、複数のロータ及びステータのセットが円錐状かつ半径方向に段違いの構成では、それぞれのセットは、すぐ上流のセットよりも大きい又は小さい直径を有し、本装置内部の製品流の速度の変動を生じる。本発明による装置の利点は、最終製品の「後期の差別化」を提供することである。例えば、数種類の最終製品のために、同じ食品母材をペースト状製品として本装置に導入することができる。気体が、気体注入器１を通って食品母材に注入される。次いで、第２製品が、流体注入器８（又は他の第２製品導入手段（例えば、第２製品導入手段８０））を通して、泡立てられた食品母材に注入される。導入される第２製品を変更することによって、最終製品を容易に変更することができる。図５及び図６は、本発明による装置を形成するために本発明で使用され得る入口モジュールの概略断面図である。
【０１１９】
図５は、入口モジュール１１を表す。入口モジュールは、製品入口４及び気体注入器６を備える。入口モジュール１１は、軸線Ａの周りの回転体の概略形状を有する。
【０１２０】
製品入口４は、製品供給ラインからエアレーションされるペースト状（例えば、液体又は半液体）製品の流れを受容するように構成されている。製品入口４には、例えば、製品供給ラインを上記製品入口４にねじ止めして密閉するように、タッピング１３０が備えられている。
【０１２１】
図５の実施形態では、製品入口は、軸線Ａに沿って入口カバーの中心に配置されている。これにより、入口モジュール１１内（ひいては入口モジュール１１を含む混合装置内）への大きな入口開口部を設けることが可能となる。本装置へのベース製品の導入は、本装置への製品の流れと同じ方向で実行することができる。開口部が大きくかつ製品の流れの方向の変化がないと、ヘッドロスの発生が非常に少ない。ただし、シャフト（本装置内を流れる製品を泡立て又は混合するためのロータ及びステータのセットのロータを駆動するために本装置で使用される）は、主軸線Ａに沿って入口モジュールを通して導入することはできない。詳細に前述した図１〜図３の装置など、図５の入口モジュール１１を使用する混合装置では、駆動シャフトは、本装置のもう一方の端部を経由して、すなわち出口モジュールを経由して、本装置に入る必要がある（ただし、本装置が軸線Ａに沿って長手構造を有する場合）。
【０１２２】
図５の入口モジュール１１は、短い長さ（軸Ａに沿った寸法）を有し、カバーとして見なされ得る。入口モジュールによって形成されるハウジング部１４０は、気体注入器が入口モジュールの外形を出ることなく本装置内に突出するのに十分な内部空き空間のみを提供する。
【０１２３】
気体注入器６の位置は、例えば、ペースト状製品の流れの中に規則的かつ均一な気泡を生成するために、ペースト状製品の流れへの気体の効率的な取り込みをもたらすのに重要である。
【０１２４】
気体注入器６は、その中心軸線を、本装置（及び／又は製品入口）の軸線Ａに平行にして、又は（図５のように）、軸線Ａに対して１０°〜約８５°の角度で傾斜して、配置することができる。気体注入器６の中心軸線の傾斜により、入口モジュール１１を含む混合装置の第１のロータ及びステータのセットの歯に対する注入気体の流れを最適化することが可能になる。気体注入器先端部の位置は、加えられる剪断力及び切断力の良好な制御をもたらし、製品の流れにおける気体ポケットの形成を回避する。
【０１２５】
入口モジュールには、任意の中間モジュールの対応するインターフェースに取り付けられるように構成された組立インターフェース８９が備えられる。「対応する」とは、それらのインターフェースが互いに取り付けられるように構成されていることを意味する。それらのインターフェースは同一であってもよい。本発明で使用され得る組立インターフェースの例示的実施形態を、以下に図１４及び図１５を参照してより詳細に説明する。
【０１２６】
図５の入口モジュール１の組立インターフェースは、カラー８１からなり、このカラー８１は、入口モジュールと一体であり、入口モジュールのインターフェース面８２の外周で軸線Ａに対して垂直に延びている。カラー８１は、中間モジュールの（同じ形状を有する）インターフェースと接触するように配置されることができ、このインターフェースに対して締め付けられることができる、平坦な環状インターフェースを形成している。任意選択の封止部（例えば、Ｏリング）が、インターフェース面同士の間に配置されてもよい。
【０１２７】
図６は、入口モジュール１１’を表す。入口モジュール１１’は、図５の入口モジュールと同様に、製品入口４及び気体注入器６を備える。
【０１２８】
製品入口４は、製品供給ラインからエアレーションされるペースト状（例えば、液体又は半液体）製品の流れを受容するように構成されている。製品入口４には、例えば、製品供給ラインを上記製品入口４にねじ止めして密閉するように、タッピング１３０が備えられている。
【０１２９】
入口モジュール１１’は、軸線Ａの周りの回転体の概略形状を有する。ただし、図６の実施形態では、製品入口は、入口モジュールの片側に配置されている。より具体的には、製品入口は、軸線Ａに対してほぼ直角である。他の変形形態では、製品入口は、軸線Ａに対して鋭角をなしてもよい。入口モジュール１５の穴が軸線Ａに沿って入口モジュール１１’の端部に形成されるため、製品入口は、好ましくは、入口モジュールの外周側に配置される。この穴は、（ロータ及びステータのセットのロータを駆動するための）シャフトを入口モジュール１１’へ導入するように適合される。
【０１３０】
図６の例示的な入口モジュール１１’のハウジング部１４０は、最大３つのロータ及びステータのセットを収容するように構成されている。ロータ及びステータのセットが配置され得る場所は、図６に点線で表されている。
【０１３１】
製品入口は、入口チャンバ４２に開口していてもよい。大まかに言うと、入口チャンバ４２は、第１のロータ及びステータのセットの上流の入口モジュール内に位置する、気体注入器６以外の機械部品のない容積部からなる。
【０１３２】
入口モジュール１１’には、任意の中間モジュールの対応するインターフェースに取り付けられるように構成された組立インターフェース８９が備えられている。図示された実施形態のインターフェース８９は、図５の入口モジュールのインターフェースと同一である。したがって、図５の入口モジュール１１’のインターフェースは、このモジュールのインターフェース面８２で平坦な環状インターフェースを形成するカラー８１を含む。図７及び図８は、本発明で使用され得る出口モジュールの概略断面図である。
【０１３３】
図７は、出口モジュール１３の第１の例示的実施形態を表す。出口モジュール１３は、気体注入器を含まないことを除いて、図６の入口モジュール１１’と本質的に同一である。入口モジュール１１’に設けられた気体注入器用の穴は、（図７に示されるように）出口モジュール１３にはなくてもよいし、又は、例えば、封止用ねじによって封止されてもよい。
【０１３４】
出口モジュール１３は、製品出口５を備える。製品出口５には、例えば、製品出口ラインを上記製品出口５にねじ止めして密閉するように、タップ２３０が備えられている。
【０１３５】
図示された実施形態では、製品出口は、長手方向軸線Ａに対してほぼ直角である。他の変形実施形態では、製品出口は、長手方向軸線Ａに対して鋭角をなしてもよい。製品出口５は、好ましくは、入口モジュールの外周側に配置される。これにより、出口モジュールの穴２５０を、軸線Ａに沿って、出口モジュール１３の端部に設けることが可能となる。この出口モジュールの穴２５０は、（ロータ及びステータのセットのロータを駆動するための）シャフトを出口モジュール１３へ導入するように適合される。
【０１３６】
製品出口は、出口チャンバ５２に開口していてもよい。出口チャンバ５２は、本質的に、最後のロータ及びステータのセットの下流の出口モジュール内に位置する、機械部品のない容積部からなる。
【０１３７】
図６の入口モジュール１１’と同様に、出口モジュール１３は、最大３つのロータ及びステータのセットを収容するように構成されている。ロータ及びステータのセットが配置され得る場所は、図７に点線で表されている。
【０１３８】
出口モジュール１３には、任意の中間モジュールの対応するインターフェースに取り付けられるように構成された組立インターフェース８９が備えられる。図示された実施形態のインターフェース８９は、図５又は図６の入口モジュールのインターフェースと同一である。したがって、図５の出口モジュール１３’のインターフェース８９は、このモジュールのインターフェース面８２で平坦な環状インターフェースを形成するカラー８１を含む。
【０１３９】
図８は、出口モジュール１３’の別の実施形態を表す。図８の実施形態は、出口モジュールが、（図８の点線で表される場所において）１つのロータ及びステータのセットのみを収容するように適合されていることを除いて、図７の実施形態と同一である。
【０１４０】
図９〜図１３は、本発明で使用され得る中間モジュールの概略断面図である。
【０１４１】
本発明で使用される中間モジュールは、様々なサイズ、形状、及び機能を有し得る。
【０１４２】
例えば、中間モジュールは、以下の機能、すなわち、本装置内を流れる製品を泡立て又は混合し、例えば製品の混合又はオーバーラン（膨張率）を高めるための空き空間を提供し、気体、液体、固体片、又はそれらの任意の組み合わせであり得る第２製品を製品に導入する、という機能のうちの１つ又は複数を有し得る。混合は、１つ又は複数のロータ及びステータのセットを使用する。泡立ては、泡立て用の１つ（又は複数）のロータ及びステータのセットの上流に気体を導入することを必要とする。
【０１４３】
図５の中間モジュール１２５の例示的な実施形態は、ロータ及びステータのセットが配置され得る３つの場所を含む。第１の場所Ｐ１及び第２の場所Ｐ２は、中間モジュール３の中間チャンバ７の一方の側に位置する。第３の場所Ｐ３は、中間チャンバ７の他方の側に位置する。「側」の概念は、軸Ａに沿って考慮される。
【０１４４】
中間チャンバは、第２製品が、例えば、図９の図示された実施形態のような第２製品注入器８（例えば、気体又は液体注入器）によって、又は他の導入手段によって導入され得る空き空間である。
【０１４５】
中間チャンバ７には段部３３が設けられている。中間モジュール１２５がほぼ円筒形状だとすると、段部３３は、（中間チャンバに沿った）モジュールの内径の減少に相当し得る。段部３３は、第１、第２、及び第３の場所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に配置されたロータ及びステータ（又は他の構成要素）のセットを長手方向（すなわち、軸線Ａの方向）に維持するのに役立つ。
【０１４６】
中間モジュール１２５の両端部には、前述した入口モジュール及び出口モジュールのインターフェースと同一の組立インターフェース８９が備えられる。中間モジュール１２５の両端部は、入口モジュール１１、１１’、出口モジュール１３、１３’、及び中間モジュール１２５〜１２９のうちの１つの対応するインターフェースに取り付けることができる。これにより、中間モジュールを両方向に取り付けること、すなわち、中間モジュールの２つの端部のどちらがその中間モジュールを備える混合装置において上流となり、どちらが下流となるかを選択することも可能になる。このことは、以下に例として記載する全ての中間モジュール、及び当業者によって記載された例から導き出すことができる中間モジュールの変形実施形態にも当てはまる。
【０１４７】
図１０の中間モジュール１２６は、１つのロータ及びステータのセット（又は他の互換性のある構成要素）のための第３の位置Ｐ３を提供しないことを除いて、図９の中間モジュール１２５と同じである。
【０１４８】
図１１の中間モジュール１２７は、１つ又は２つのロータ及びステータのセットが配置され得る円筒の概略形状を有する。ロータ及びステータのセットが配置され得る可能性のある位置が、点線で表されている。中間モジュール１２７を備える混合装置において、この中間モジュールは、例えば、複数のロータ及びステータのセットなどデバイス同士の間に空きチャンバを設けるために、空のままとしてもよい。中間モジュール１２７には、（軸線Ａに沿った）両端部にインターフェース８９が設けられており、これらのインターフェース８９により、中間モジュール１２７の各端部を入口モジュール、出口モジュール、又は中間モジュールの対応するインターフェースに取り付けることが可能になる。
【０１４９】
図１２の中間モジュール１２８（図１１の中間モジュール１２７と同様）は、円筒の概略形状を有する。しかしながら、図１１の中間モジュール１２７よりも小さい内径を備える。図１２の中間モジュール１２８を使用して、連続したロータ及びステータのセットを、間隔を空けながら長手方向に（軸線Ａに沿って）維持することができ、かつ／又は中間空きチャンバを設けることができる。中間モジュール１２８には、（軸線Ａに沿った）両端部にインターフェース８９が設けられており、これらのインターフェース８９により、中間モジュール６の各端部を入口モジュール、出口モジュール、又は中間モジュールの対応するインターフェースに取り付けることが可能になる。
【０１５０】
図１３の中間モジュール１２９は、第２製品の導入手段を含む、図１２の中間モジュール１２８の変形例である。図示された実施形態では、この導入手段は、中間モジュール１２９の内容積部内に突出する２つのパイプ８００を備える。パイプ８００はそれぞれ、第２製品ラインの接続のために、ねじ山が（中間モジュール１２９によって形成されたハウジング部の外側に）設けられている。各パイプ８００は、この実施形態では軸線Ａに平行である大きな開口によって、中間モジュール１２９内で終わっている。図示された第２製品導入手段は、特に、粘稠な又は半液体の第２製品の導入、かつ／又は固体片若しくは粒状物／顆粒を含む第２製品の導入に適している。
【０１５１】
他の代替的実施形態では、入口、出口、又は中間モジュールのいずれかにおいて、他の第２製品導入手段が設けられてもよい。例えば、中間モジュール１２５又は入口モジュール１１，１１’は、粘稠な製品又は固体片を含む製品の導入に適合されたパイプを備えてもよい。中間モジュール１２９は、第２の気体注入器又は液体注入器を備えてもよい。任意の第２製品導入手段が、中間モジュール１２７に、又は出口モジュール１３、１３’に設けられてもよい。
【０１５２】
記載された入口モジュール、出口モジュール、及び中間モジュールは、図１〜４に示された混合装置を形成することを可能にする非包括的な例示的実施形態と見なされるべきである。多くの代替的実施形態が、本発明の範囲内で可能である。
【０１５３】
記載されたモジュールの一部又は全て、及び記載されたモジュールから改変され得る、又は特定の目的のために設計され得る他のモジュールは、モジュールのセット（又は「バンク」）を形成し、このモジュールのセットにおいて、ペースト状製品をエアレーションするための所望の装置を形成するようにモジュールを選択することができる。
【０１５４】
インターフェース８９は、互換性のあるモジュールを取り付けるために可能なインターフェースの一例に過ぎないことに留意されたい。図１４は、２つのモジュール、すなわち第１のモジュールＭ１（入口モジュール、出口モジュール、又は中間モジュールである）及び第２のモジュールＭ２（入口モジュール、出口モジュール、又は中間モジュールである）が、どのようにそれぞれのインターフェース８９によって互いに取り付けられ得るかを示す。
【０１５５】
クランプ８３を、インターフェース８９のカラー８１の周囲で使用して、カラー８１同士を押圧して保持することができる。Ｏリング９１などの封止部が、製品の漏れを回避するためにモジュール間に設けられてもよい。
【０１５６】
図１５は、他の種類のインターフェースを使用して、２つのモジュールを互いに取り付けることができることを示している。第１のモジュールＭ１’は、雄ねじ８４を有する端部を備える。第２のモジュールＭ２’は、同じ雄ねじ８４を有する端部を備える。第１及び第２のモジュールは、タッピングされたリング又はナット８５によって連結され、このリング又はナット８５は、タッピングのほぼ真ん中でタッピングの方向が変化する内側タッピングを有する。
【０１５７】
ペースト状製品をエアレーションするための多くの装置は、モジュールのセットに基づいて、同様の方法で形成することができる。本発明による装置を形成するために、このモジュールのセットは、
−製品入口及び気体注入器を備える少なくとも１つの入口モジュールと、
−少なくとも１つの中間モジュールと、
−製品出口開口部を備える少なくとも１つの出口モジュールと、を備える必要がある。
【０１５８】
このセットの全てのモジュールは、対応する組立インターフェースを有する。これは、各モジュールが、このセットのうちの任意の他のモジュールに組み付けられ得ることを意味する。実際には、モジュールの選択を行うことができるように、このセットに４個以上の利用可能なモジュールが存在すると都合が良い。具体的には、別々の機能（モジュールごとに１つ又は複数の機能）を有する多くの中間モジュールを設けることができる。
【０１５９】
これは、ペースト状製品をエアレーションするためのモジュール式装置をもたらし、新たなペースト状製品（既存の市販製品に基づいているか否かにかかわらず）をエアレーションするように装置を設計しなければならない場合の工業的柔軟性をもたらす。ペースト状製品をエアレーションするための装置のモジュール式構造は、製造対象製品に本装置の設計を容易に、かつ比較的迅速に適合させることが可能になる。例えば、ペースト状製品が食品製品である場合、本装置をレシピの変更に適合させることができる。
【０１６０】
モジュール、特に中間モジュールは、所望の機能に基づいて選択することができる。すなわち、本装置内を流れる製品を泡立て又は混合し、例えば製品の混合を高めるための空き空間を提供し、第２製品を製品内に導入するという機能、又は他の機能に基づいて選択することができる。
【０１６１】
本発明の混合装置は、例えば食品産業又は化粧料産業において、多種多様な用途でのペースト状製品のエアレーションに都合良く使用され得る。具体的用途としては、液体及び半液体食品のエアレーション、例えば、乳製品、菓子、アイスクリーム、又は他の液体及び半液体食品のエアレーションがある。注入された液体又は半液体の第２製品の例としては、高温のキャラメル及びチョコレートが挙げられ、このような追加の第２製品を高温で注入し、エアレーションされた製品によって冷却して固体粒子を形成することができる。下流（例えば、第２）のロータ及びステータのセットは、この追加組成物を押し潰し又は細かく砕き、例えば、エアレーションされた製品中に粒子、粒状物、又は小片を有する粒状体を形成することになる。
【０１６２】
他の実施形態では、本発明は、本明細書に上述した混合装置を使用して、液体又はペースト状の製品、好ましくは食品をエアレーションする方法を提供する。
【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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【国際調査報告】
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2020517429.tif 000019
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