(57)【要約】    【課題】  周回状の気密容器内における磁束密度を増加した無電極放電ランプ、これを備えた無電極放電ランプ装置および照明装置を提供する。    【解決手段】  無電極放電ランプは、周回状をなしている気密容器１と、気密容器１内に封入された放電媒体と、気密容器１の外周に管軸に沿って緩やかなピッチで巻装されたコイル２とを具備している。  コイル２に高周波電流が供給されると、気密容器１の管軸方向に沿って分布する第１の磁束成分φ１と、気密容器１の管軸の周りを周回する第２の磁束φ２とが形成され、気密容器１内の磁束密度が大きくなる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間が周回状をなしている気密容器と；
気密容器内に封入された放電媒体と；
気密容器の外周に管軸に沿って緩やかなピッチで巻装されたコイルと；
を具備していることを特徴とする無電極放電ランプ。
【請求項２】
放電空間が周回状をなしている気密容器と；
気密容器内に封入された放電媒体と；
気密容器の内部の軸方向に沿って周回するように分布する第１の磁束成分と気密容器の管軸の周りを周回するように分布する第２の磁束成分とが発生するように気密容器の外周に管軸に沿って巻装されたコイルと；
を具備していることを特徴とする無電極放電ランプ。
【請求項３】
気密容器は、外径が２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の無電極放電ランプ。
【請求項４】
無電極放電により生じる短波長の放射が照射される位置に配設された蛍光体層を具備し；
放電媒体は、蒸気圧が比較的高く、かつ、主として短波長光を放射する金属または金属ハロゲン化物を含み、水銀を本質的に含まない；
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の無電極放電ランプ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一記載の無電極放電ランプと；
無電極放電ランプのコイルに高周波電流を供給する高周波電源と；
を具備していることを特徴とする無電極放電ランプ装置。
【請求項６】
照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求５記載の無電極放電ランプ装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電空間が周回状をなしている気密容器を備えた無電極放電ランプ、これを備えた無電極放電ランプ装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
対をなして平行する直管部を有する周回状の気密容器を備えた無電極放電ランプ装置は既知である（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載された無電極放電ランプ装置では、コイルが気密容器の周回状をなす外周面に鉢巻状に巻回している。このため、磁束がコイルの電流通流方向と直交する方向で、かつ、コイル導体の周囲を取り巻くように形成される。したがって、磁束は、気密容器の管軸方向と直交する面内を周回するように生じるので、磁束の一部は気密容器内を通過するように分布するが、気密容器の外部の空間に分布する磁束が多くなる。
【特許文献１】特開昭６３−２９２５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に示す従来技術においては、コイル径が大きくなるとともに、コイル巻数を多くしたり、コイルに流す電流を大きくしたりしないと放電を維持することができないという問題がある。すなわち、コイルにより発生する磁束のうち、管軸方向と直交する方向に気密容器内を貫通して分布する磁束が少なくなるので、放電空間内における磁束密度が小さくなる。他方、気密容器内を貫通しないで分布する磁束が多くなり、このため放電に寄与しない磁束が多くなる。
【０００４】
また、上記従来技術では、放電に寄与する磁束をなるべく多くするために、その図に示すように気密容器の管径を大きくし、かつ、短くしている。このため、外観が悪くなるとともに、一般的に広く普及しているような構造の照明器具に馴染みにくく、したがって照明光源として使いにくいという問題もある。さらに、気密容器の管径が大きいので、照明装置の薄型化に対応させることができない。
【０００５】
本発明は、放電空間が周回状をなしている気密容器内における磁束密度を増加した無電極放電ランプ、これを備えた無電極放電ランプ装置および照明装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、放電空間が周回状をなしている気密容器の管長に制約を受けないで任意所望の管長にすることが可能な無電極放電ランプ、これを備えた無電極放電ランプ装置および照明装置を提供することを他の目的とする。
【０００７】
さらに、本発明は、放電空間が周回状をなしている気密容器の管径を小さくした無電極放電ランプ、これを備えた無電極放電ランプ装置および照明装置を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明の無電極放電ランプは、放電空間が周回状をなしている気密容器と；気密容器内に封入された放電媒体と；気密容器の外周に管軸に沿って緩やかなピッチで巻装されたコイルと；を具備していることを特徴としている。
【０００９】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１０】
〔気密容器について〕    気密容器は、その内部に形成される放電空間が周回状すなわち閉ループ状をなしている。周回の形状は自由であり、特定のものに限定されない。例えば、四角形、円環形および長円形などである。また、四角形では、正四角形、長方形などにすることができる。さらに、気密容器が四角形の場合、少なくとも互いに平行な一対の直管部を形成することができる。この場合、一対の直管部間の離間距離を比較的小さく設定して、一対の直管部を接近させると、一対の直管部の対面側において発生磁束が相殺し合うことによって、外部へ漏れる磁束が低減する。このため、外部へ放射する電磁波が減少する。しかし、一対の直管部を接近させすぎると、発生磁束の相殺の影響が気密容器内にまでおよんで放電維持が困難になるので、一対の直管部を気密容器の管径の１／２以上の距離だけ離間させることが望ましい。
【００１１】
気密容器の外径は、特段限定されない。しかし、本発明によれば、後述の理由により外径２０ｍｍ以下の細径の気密容器を採用することができる。これにより、薄型やコンパクトな照明装置を得やすくなる。
【００１２】
気密容器の管軸方向の長さは特段限定されない。本発明においては、コイルを気密容器の外周に管軸に沿って巻装すなわち巻き付けているので、コイル径が気密容器の周回のサイズに対して無関係となるため、気密容器の管軸方向の長さを所望により自由に設定することができる。このため、所望の大きさの無電極放電ランプ装置を得ることが可能になる。
【００１３】
気密容器の管軸方向の横断面形状は特段限定されない。しかし、気密容器の横断面形状が円形であれば、１コイルターン当たりの導体長が最短になるとともに、コイルを気密容器に巻き付けやすくなるので、横断面形状は円形であるのが好ましい。とはいえ、所望により横断面楕円形、四角形など多様な横断面形状を採用することも許容される。
【００１４】
気密容器の材質は、気密性で通常の作動温度に耐え、透光性を有していて、望ましくは加工性に優れていれば特定の物質に限定されない。ガラスや透光性セラミックスなどが気密容器の材質として好ましい。ガラスを用いて気密容器を形成する場合、作動温度が低いのなら軟質ガラスを用いることができる。しかし、作動温度が高いときには、硬質ガラスや石英ガラスなど軟化温度の相対的に高いガラスを用いることもできる。
【００１５】
また、後述するように外管を具備するとともに、外管の内面側に蛍光体層を配設する場合、気密容器内で生じた短波長光の放射が気密容器を透過するように構成して、上記放射を蛍光体層に照射することにより蛍光体を励起させるため、気密容器に蛍光体層を照射する短波長光の透過特性を付与する必要がある。例えば、放電媒体が亜鉛（Ｚｎ）または亜鉛ハロゲン化物の場合には、気密容器の透過率特性が波長３００〜３１０ｎｍの領域において８０％以上の透過率を有していればよい。なお、水銀を封入する場合には、波長２５４ｎｍの紫外線を放射するため、気密容器に上記紫外線の透過特性を付与するのが経済的に不利になる。そこで、水銀を封入する場合には、気密容器の内面側に蛍光体層を配設すれば、気密容器に上記紫外線の透過特性を付与する必要がなくなる。
【００１６】
作動中における放電媒体の圧力を調整するために、気密容器に最冷部を形成することが許容される。最冷部の好ましい構成として、気密容器の一部に周回形状部分から突出した部位を形成することができる。例えば、一対の直管部を備えた気密容器の場合、当該直管部の一端部または両端部を周回形状部分から直線的に延長させることによって突出部を形成し、この突出部を最冷部として機能するように構成することができる。
【００１７】
ガラスを用いて気密容器を形成する場合、１本のガラス管を湾曲または屈曲させることによって気密容器を得ることができる。また、一対のガラス管を、その両端部で吹き破り法により連結したり、連結管を接合して連結したりすることにより、多角形、例えば四角形の気密容器を得ることができる。
【００１８】
なお、気密容器内を排気したり、気密容器内に放電媒体を封入したりするために、既知のように細管を気密容器の内部に連通させて接合し、使用後に封じ切ることができる。
【００１９】
〔放電媒体について〕    放電媒体は、気密容器の内部に封入され、コイルから発生する磁界により励起されて放電した際に所望の放射を生じるイオン化媒体であればよく、本発明においては、具体的な物質は特段限定されない。主として紫外光を放射させるためには、水銀（Ｈｇ）、亜鉛（Ｚｎ）およびガリウム（Ｇａ）などの比較的蒸気圧が高くて、かつ、主として短波長光を放射する金属またはそれらのハロゲン化物、例えばヨウ化物などの一種または複数種を用いることができる。
【００２０】
また、水銀（Ｈｇ）は、その低圧蒸気放電により波長２５４ｎｍの紫外線を放射する。これに対して、水銀に代えて亜鉛（Ｚｎ）または／およびガリウム（Ｇａ）などの金属あるいはそれらのハロゲン化物を用いる場合には、いわゆる水銀フリーとなり、環境負荷の大きな水銀の使用を実質的に回避することができる。しかし、水銀を不純物程度含んでいても差し支えない。なお、亜鉛は、気密容器内の温度が３００℃以上になると、波長３０７ｎｍの長波長紫外線を放射する。また、ヨウ化ガリウム（ＧａＩ３）は、気密容器内の温度が２００℃前後になると、波長４０３ｎｍおよび４１７ｎｍの光を放射し、この放射を蛍光体層に照射することによって蛍光体を励起させて可視光を発生させることができる。
【００２１】
さらに、放電媒体には、上述の発光媒体に加えて始動ガスおよび緩衝ガスとして希ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）の一種または複数種を封入することができる。
【００２２】
〔コイルについて〕    コイルは、気密容器の外部に配設されて気密容器内に高周波磁界を発生させることにより、気密容器内に封入された放電媒体に高周波電磁エネルギーを供給して放電媒体を励起し、イオン化させて放電を生起させる手段である。そして、本発明において、コイルは、気密容器の管軸を取り巻くように気密容器の外周面に緩やかなピッチで巻装されている。換言すれば、コイルは、気密容器の外周面にその管軸に沿って大きなピッチでスパイラルに巻回されている。このため、コイルのコイルターン間には、気密容器外面の殆どの部分が見えるような大きな隙間が形成される。
【００２３】
〔本発明の作用について〕    本発明においては、コイルが上述のように巻回されているので、周回状をなす気密容器内に、その管軸方向に沿って閉ループ状に高周波の第１の磁束成分が生じる。このため、主として第１の磁束成分により気密容器内の磁束密度が大きくなる。第１の磁束成分は、上述のように気密容器の管軸方向に生じるので、気密容器が外径２０ｍｍ以下の細管であっても気密容器内の磁束密度が大きくなる。
【００２４】
気密容器内の磁束密度が大きくなると、放電プラズマが迅速に生起されて無電極放電ランプ装置が点灯しやすくなるとともに、点灯時に放電媒体から発生する放射も多くなる。そして、発生した放射は、気密容器または外管の内面に形成した後述する蛍光体層を励起して可視光に波長変換されるか、あるいは構成によってはそのままの状態で、緩く巻回されることによって形成されたコイルターン間の大きな隙間を通じて無電極放電ランプ装置の外部へ導出され、利用される。
【００２５】
以上から理解できるように、気密容器内の磁束密度の増大は、第１の磁束成分によって大きくなるので、気密容器が２０ｍｍ以下の細管であっても上記発生効率が向上する。このため、本発明によれば、無電極放電ランプ装置を光源とする照明装置の薄型化を実現することができる。
【００２６】
また、上記コイルは、緩く巻回されているために、高周波電流が供給されて励磁されると、上述した第１の磁束成分の他に気密容器の管軸を中心として気密容器の管軸の周りを周回する第２の磁束成分も発生する。第２の磁束成分は、特許文献１に記載されている従来技術において発生する磁束と同様であり、必ずしも大きな磁束密度をもたらすわけではないが、気密容器内における磁束分布の形成にも寄与する。このため、第２の磁束成分もまた気密容器内に封入された放電媒体の放電に貢献する。
【００２７】
以上を要約すれば、本発明においては、第１および第２の磁束成分の両方によって放電が生起するので、可視光や上記放射の発生効率がより一層向上する。
【００２８】
〔本発明のその他の構成について〕    本発明の必須構成要素ではないが、以下の構成要素を所望により付加することが許容される。これにより、無電極放電ランプ装置の性能が向上したり、機能が追加されて使用上の利便性が向上したりする。
【００２９】
１．（蛍光体層について）    無電極放電により生じる放射が照射される位置に蛍光体層を配設して放電媒体からの短波長の放射を波長変換することができる。上記位置としては、例えば気密容器の内面側または外管を具備する場合には外管の内面側に蛍光体層を配設することができる。なお、蛍光体層に用いる蛍光体の種類はどのようなものであってもよく、短波長を可視光に波長変換する場合には、例えば３波長発光形の蛍光体を用いることができる。
【００３０】
また、蛍光体層は、気密容器または外管の内面に直接形成してもよいし、所望により例えば保護膜などを介して気密容器または外管の内面に間接的に形成してもよい。
【００３１】
２．（外管について）    気密容器およびコイルの組立体を外管内に収納することができる。外管を用いることにより、所望に応じて気密容器およびコイルを機械的に保護したり、気密容器を保温したり、あるいは気密容器から外部へ放射される紫外線をカットしたりすることができる。
【００３２】
気密容器内に封入される放電媒体が既述のように亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）などの比較的蒸気圧が高くて、かつ、主として短波長光を放射する金属またはそれらのハロゲン化物である場合、これらの放電媒体は、水銀に比較して蒸気圧が相対的に低いので、外管を用いて気密容器を保温するのが望ましい。外管を付加することによって、気密容器を保温して放電媒体の蒸気圧を所望の値まで高め、その結果放電媒体から放射した短波長光を蛍光体層に照射してこれを励起したときに生じる可視光などの発光量を増大させるのに効果的である。
【００３３】
３．（口金について）    気密容器または気密容器を収納する外管の一端または両端に口金すなわち片口金または両口金を配設することができる。口金を配設することにより、無電極放電ランプ装置に対する高周波電源からの給電を容易にするとともに、無電極放電ランプ装置の照明装置本体に対する支持を容易にすることができる。なお、この場合、口金の構造は既知の各種構成を選択して採用することができ、したがって特定のものに限定されない。
【００３４】
第２の発明の無電極放電ランプ装置は、周回状をなしている気密容器と；気密容器内に封入された放電媒体と；気密容器の内部の軸方向に沿って周回するように分布する第１の磁束成分と気密容器の管軸の周りを周回するように分布する第２の磁束成分とが発生するように気密容器の外周に管軸に沿って巻装されたコイルと；を具備していることを特徴としている。
【００３５】
本発明は、コイルの構成が第１の発明と異なる。すなわち、本発明において、コイルは、上記第１および第２の磁束成分が発生するように構成されていればよく、巻回の態様は特段限定されない。
【００３６】
そうして、本発明においては、第１および第２の磁束成分により気密容器内の磁束密度が高くなり、無電極放電が生起しやすく、かつ、発光量が多くなる。
【００３７】
本発明の無電極放電ランプ装置は、前記第１および第２の本発明のいずれかの無電極放電ランプと；無電極放電ランプのコイルに高周波電流を供給する高周波電源と；を具備していることを特徴としている。
【００３８】
〔高周波電源について〕    高周波電源は、無電極放電ランプのコイルに高周波電流を供給する手段であり、既知の各種高周波発生回路、例えば高周波発振器および高周波増幅器の組合せ回路や高周波インバータなどを用いて構成することができる。本発明において、高周波電源から出力される高周波の周波数は特段限定されないが、一般的には１００ｋＨｚ以上とすることができる。好ましくは１ＭＨｚ以上である。しかし、放射ノイズの問題をなるべく回避しやすくするためには、１５ＭＨｚ以下が実用的である。
【００３９】
本発明の照明装置は、照明装置本体と；本発明の無電極放電ランプ装置と；を具備していることを特徴としている。
【００４０】
本発明において、照明装置は、無電極放電ランプ装置の発光を何らかの目的で利用する全ての装置を含む概念であり、例えば照明器具、バックライト装置、標識灯、表示灯、信号灯、殺菌灯および化学反応装置などを包含する。また、照明装置本体は、照明装置から無電極放電ランプ装置を除外した残余の全ての部分を意味する。
【００４１】
また、無電極放電ランプ装置の高周波電源は、照明装置本体に配設することはもちろんおこと、照明装置本体から離間した位置に配置することもできる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、気密容器内の磁束密度が大きくなり、薄型化に対応が可能で、しかも無電極放電が生起しやすくて発光量の多い無電極放電ランプ、これを備えた無電極放電ランプ装置および照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００４４】
図１は、本発明の無電極放電ランプおよび無電極放電ランプ装置を実施するための第１の形態を示す概念図である。本形態において、無電極放電ランプＥＬＬは、気密容器１、放電媒体およびコイル２を具備している。また、無電極放電ランプ装置１２は、無電極放電ランプＥＬＬおよび高周波電源３を具備している。
【００４５】
気密容器１は、正方形であり、細長い１本の横断面円形のガラス管を加熱軟化させて４本の直管部１ａおよび４個の隅角部１ｂを備えた正４角形で、内部に形成される放電路が周回状、換言すれば閉ループ状をなしている。また、気密容器１の内面側には図示を省略しているが、蛍光体層が配設されている。
【００４６】
放電媒体は、適量の水銀および希ガスやヨウ化亜鉛および希ガスなどからなり、気密容器１の内部に封入されている。
【００４７】
コイル２は、気密容器１の管軸方向に沿って気密容器１の外周面に全長にわたり緩やかなピッチで巻回されている。そして、コイル２の両端部２ａ、２ｂが高周波電源３に接続するために導出されている。なお、図中コイル２は、断面で示されている。
【００４８】
高周波電源３は、その入力端が低周波交流電源ＡＣに接続し、出力端が上記コイル２の両端部２ａ、２ｂに接続して、高周波電流をコイル２に給電する。
【００４９】
そうして、コイル２に高周波電流を供給すると、気密容器１の内部に管軸方向に沿って分布する第１の磁束成分φ１と、管軸の周りに周回状に分布する第２の磁束成分φ２とが発生する。そして、気密容器１の内部に分布する第１および第２の磁束成分φ１、φ２により気密容器１内の磁束密度が高くなり、気密容器１の内部に放電媒体の無電極放電が生起する。
【００５０】
無電極放電が生起すると、放電媒体から短波長光が放射され、蛍光体層を照射するので、蛍光体層から可視光が発生する。この可視光は、気密容器１を透過し、さらにコイル２のコイルターン間に形成された隙間を通過して外部へ導出される。
【実施例１】
【００５１】
図１に示す第１の形態において、以下の仕様である。
気密容器    ：管径１６ｍｍ、１辺の長さ２２５ｍｍの正方形
放電媒体    ：水銀、アルゴン
コイル      ：ピッチ３０ｍｍ、ターン数２５、素線径０．４５ｍｍ・３５本のより線
ランプ入力  ：７０Ｗ
点灯周波数  ：１３．５６ＭＨｚ
システム効率：６５ｌｍ／Ｗ
全光束      ：４５５０ｌｍ
【実施例２】
【００５２】
放電媒体    ：ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ2）、クリプトン
その他の仕様は実施例１と同じ。
システム効率：４０ｌｍ／Ｗ
全光束      ：２８００ｌｍ
以下、図２および図３を参照して本発明の無電極放電ランプを実施するためのその他の形態について説明する。なお、図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００５３】
図２は、本発明の無電極放電ランプを実施するための第２の形態を示す正面図である。本形態は、気密容器１の形状が異なる。
【００５４】
すなわち、気密容器１は、一対の直管部１ａ、１ａと一対の連結部１ｃ、１ｃとで図において左右方向に細長い長方形状に形成されている。なお、連結部１ｃは、吹き破り法により形成されている。また、一対の直管部１ａ、１ａの両端部をそれぞれ連結部１ｃの外側へ延長して突出部１ｄを形成している。この突出部１ｄは、最冷部となる。
【００５５】
コイル２は、その両端部２ａ、２ｂが気密容器１の図において左側の一端から導出されている。
【実施例３】
【００５６】
図２に示す第２の形態において、以下の仕様である。
気密容器    ：管径１６．５ｍｍ、直管部の長さ５００ｍｍ、直管部間の間隔３ｍｍ
放電媒体    ：水銀、アルゴン
コイル      ：ピッチ３０ｍｍ、ターン数３０、素線径０．４５ｍｍ・３５本のより線
ランプ入力  ：７０Ｗ
点灯周波数  ：１３．５６ＭＨｚ
システム効率：６５ｌｍ／Ｗ
全光束      ：４５５０ｌｍ
図３は、本発明の無電極放電ランプを実施するための第３の形態を示す正面図である。本形態は、外管４を具備している点で図２に示す第２の形態と異なる。
【００５７】
すなわち、外管４は、気密容器１およびコイル２の組立体を内部に収納している。また、外管４のネック部には片口金５が装着されている。そして、コイル２の両端部２ａ、２ｂが片口金５の一対の端子に接続している。
【００５８】
外管４の内部を真空にしたり、あるいは低圧のガス、例えば窒素ガスを封入したりすることにより、気密容器１を外管４の内部を外管４の外部と断熱できるので、放電媒体として亜鉛（Ｚｎ）およびガリウム（Ｇａ）などの蒸気圧が比較的高いとはいうものの、水銀に比較すれば蒸気圧が低くて、かつ、主として短波長光を発生する金属またはそれらのハロゲン化物を水銀に代えて封入する場合に好適である。
【実施例４】
【００５９】
図３に示す第３の形態において、以下の仕様である。
放電媒体    ：亜鉛、クリプトン
外管        ：管径４０ｍｍ
その他は実施例３と同じ。
ランプ入力  ：７０Ｗ
点灯周波数  ：１３．５６ＭＨｚ
システム効率：４０ｌｍ／Ｗ
全光束      ：２８００ｌｍ
図４は、本発明の照明装置を実施するための一形態を示す概念図である。本形態において、照明装置は、天井取付け形照明器具であり、照明装置本体１１および無電極放電ランプ装置１２を具備している。
【００６０】
照明装置本体１１は、シャーシ１１ａおよび反射板１１ｂを含み、反射板１１ｂの内部に高周波電源（図示しない。）を収納している。シャーシ１１ａは、天井に取り付けられる。
【００６１】
無電極放電ランプ装置１２は、図１に示す第１の形態と同様な正方形の気密容器１を備えている。なお、コイルは図示を省略している。そして、反射板１１ｂの周囲に気密容器１が配置される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の無電極放電ランプおよび無電極放電ランプ装置を実施するための第１の形態を示す概念図
【図２】本発明の無電極放電ランプを実施するための第２の形態を示す正面図
【図３】本発明の無電極放電ランプを実施するための第３の形態を示す正面図
【図４】本発明の照明装置を実施するための一形態を示す概念図
【符号の説明】
【００６３】
１…気密容器、１ａ…直管部、１ｂ…隅角部、２コイル、２ａ、２ｂ…両端部、３…高周波電源、ＡＣ…低周波交流電源、ＥＬＬ…無電極放電ランプ、φ１…第１の磁束成分、φ２…第２の磁束成分
【図１】
2006210249.tif 000003
【図２】
2006210249.tif 000004
【図３】
2006210249.tif 000005
【図４】
2006210249.tif 000006