(57)【要約】【課題】より効率の良いヒータ、より良いパッケージ、生産の容易性、及び生産コストの低減を図る。【解決手段】酸素式ヒータは、ヒータ基板と、電解液を含有し、ヒータ基板に隣接して配置され、このヒータ基板に電解液を移動させるパッドとを備える。酸素の存在下においてこのヒータを製造する方法は、ヒータ基板に隣接するパッドに電解液を含浸させる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素の存在下において熱を発生する還元剤、及び、結合剤を含有する基板と、
前記基板に隣接してかつ接触するように配置されるパッドであって、電解液を含有し、当該電解液を前記基板に移動させることが可能なパッドと、
前記基板と前記パッドとを包囲するパッケージと、
を備えたことを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記パッケージは、着脱可能な封を備え、当該封は、一度取り外した後に再度取り付けが可能なものである、ことを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記パッドは、セルロース及びコットンの混合物からなる、ことを特徴とする請求項１または２に記載のヒータ。
【請求項４】
前記パッドは、セルロース及びポリエステルの混合物からなる、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒータ。
【請求項５】
前記パッドは、合成不織材料からなる、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒータ。
【請求項６】
前記基板及び前記パッドは、互いに結合されている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヒータ。
【請求項７】
実質的に前期基板のみからなる基板領域と、
実質的に前期パッドのみからなるパッド領域と、
前記パッドと前記基板との混合物からなる混合領域と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヒータ。
【請求項８】
ヒータの製造方法であって、
酸素の存在下において熱を発生する還元剤、及び、結合剤を含有する基板を用意し、
前記基板の少なくとも第１の側にパッドを配置して当該基板と接触させ、
前記パッドに電解液を塗布し、
前記基板と前記パッドとをパッケージ内に封入する、
ステップを含み、
前記電解液を前記パッドに塗布するステップは、酸素が存在する環境下で行われる、
ことを特徴とするヒータの製造方法。
【請求項９】
前記電解液は、マニホールドを用いて前記パッドに塗布される、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記マニホールドは、少なくとも一つの容量測定ポンプに接続されている、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記電解液を塗布するステップと、前記基板と前記パッドとを前記パッケージ内に封入するステップとの間の時間は、６０秒未満である、ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
複数の前記ヒータが製造され、各ヒータに、実質的に同量の前記電解液が塗布される、ことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記電解液は、前記各ヒータの実質的に同一の位置に塗布される、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板はキャリアの上面に配置され、当該キャリアは前記パッケージの第１の側となる、ことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板と前記パッドとを前記パッケージ内に封入するステップは、
外層を、その一部がキャリアの層の一部に直接接触するように、前記パッド及び前記ヒータの上面に配置し、
前記キャリアの層を前記外層に封止する、
ことを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記外層は、着脱可能な封を備える、ことを特徴とする請求項８乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記外層と前記パッドとの間に、酸素ディフューザを配置する、ことを特徴とする請求項８乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記酸素ディフューザは、前記外層に固定される、ことを特徴とする請求項８乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸素ディフューザは、前記外層に非固定で配置される、ことを特徴とする請求項８乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
ヒータの製造方法であって、
酸素の存在下で熱を発生する還元剤と、結合剤とを混合して混合物を生成し、
前記混合物をパッドの第１の側に注ぎ、
前記パッドの第１の側上にある前記混合物をオーブンで加熱し、
前記加熱の後に、前記パッドに電解液を塗布する、
ことを特徴とするヒータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の酸素を、熱を発生する反応の燃料源として用いるヒータに関し、より詳細には、電解質溶液を含浸するパッドを備えたヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯型の無炎ヒータは、現在、様々な用途、例えば、飲食物及びその他消費者製品の加熱に用いられている。
【０００３】
飲食物の加熱に関し、アメリカ合衆国陸軍では、すでにパックされたインスタント食事（「ＭＲＥ」）を加熱するのに、携帯型のキャンプストーブよりも、無炎配給ヒータ（「ＦＲＨ」）を使用しており、当該食事は、８オンス（略２２７グラム）の軍用食である。ＦＲＨは、超腐食マグネシウム／鉄混合物を、耐水ポーチ内に含む（ＦＲＨの総重量は、略２２グラムである）。ＦＲＨを機能させるには、ＭＲＥを内部に含むポーチを開封し、略５８グラムの水を、ＦＲＨポーチの燃料含有部分に注ぐ。当該部分は、ＭＲＥを多い、以下の反応を開始する。
【０００４】
Ｍｇ＋２Ｈ２ＯＭｇ（ＯＨ）２＋Ｈ２
【０００５】
燃料の上記の反応により、ＭＲＥ温度が１０分未満で略華氏１００度まで上昇する。このシステムの最高温度は、略華氏２１２度までに安全に制限されており、これは、水蒸気の蒸発及び凝縮によってなされている。
【０００６】
現在のＦＲＨは、その意図する目的においては有用であるが、副産物として水素ガスを発生する。そのため、安全性、持ち運び、ストック、及び廃棄に関して懸念を生じさせ、消費者分野における用途には向いておらず、当該用途において、偶発性の不適切な使用によって出火及び爆発のおそれがある。
【０００７】
また、反応に必要な水は、典型的には、重く場所を取ることになる飲料水から得られているので、限界がある。また、水を加えるステップは、ＦＲＨを活性させるプロセスにおいて、不便な追加のステップである。
【０００８】
また、自己加熱式の食品パッケージ物が、消費者市場において利用可能である。これらの製品は、「クイックライム」（酸化カルシウム）と水との混合から水和の熱を発生させるが、水素は発生させない（ＣａＯ＋Ｈ２ＯＣａ（ＯＨ）２）。水がある状態でのピーク温度は、同様に略華氏２１２度に制限されている。しかしながら、パッケージ及び水の重さを無視しても、このシステムの比エネルギーは低い（ＣａＯ１グラムに対して略１．２ｋＪ）。
【０００９】
これら及び他の自立型のシステムは、さらに、分離された反応物を混合する何らかの手段を必要とし、これにより、さらに複雑及びかさばるようになってしまう。消費者市場向けの自己加熱式パッケージ食品についての測定結果を、表１に示す。
【００１０】
【表１】
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【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５９８４９９５号公報
【特許文献２】米国特許第５９１８５９０号公報
【特許文献３】米国特許第４２０５９５７号公報
【特許文献４】米国特許出願第１２／３７６９２７号
【特許文献５】米国特許出願第１２／８７４３３８号
【特許文献６】米国特許出願第１１／４８６４００号
【特許文献７】米国特許出願第第１２／７１１９６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
クイックライムを用いるヒータは、マグネシウムを用いるヒータよりもはるかに安全ではあるが、上述のとおり、クイックライムヒータは、比エネルギーが非常に低い。また、ヒータの重さ及び寸法の増加（これは、低い比エネルギーを補うのに必要である）によって、加熱対象物の寸法及び重さに近づくことになる。そのため、このようなヒータの携帯性が低くなってしまっていた。
【００１３】
上述した水を用いるヒータに加えて、酸素を利用するヒータも知られている。例えば、米国特許第５９８４９９５号、第５９１８５９０号、及び第４２０５９５７号に開示されている酸素式ヒータは、水を利用するヒータに比べて、確かな利点を有している。
【００１４】
まず、酸素式ヒータは、熱を発生させるのに水を加えることを必要としない。そのため、利用者に、水を用意することを要しない。
【００１５】
次に、酸素式ヒータは、酸素が存在する場合にのみ熱を発生するので、発熱反応を、酸素の供給を停止するのみで停止することができる。そこで、一のヒータを複数回再利用することが可能である。
【００１６】
さらに、酸素は大気中に豊富に存在するので、これらのヒータは、含有物の混合を必要とせず、または、システムに、活性成分の分離を必要とさせない。
【００１７】
本発明の譲受人は、酸素式ヒータ及び当該ヒータ用の様々なパッケージをこれまで提供している。例えば、米国特許出願第１２／３７６９２７号及び第１２／８７４３３８号を参照のこと（それぞれ、２００９年２月９日及び２０１０年９月２日出願）。これらの文献の内容の全てを、参照として本明細書に取り込む。また、米国特許出願第１１／４８６４００号及び第１２／７１１９６３号を参照のこと（それぞれ、２００６年７月１２日及び２０１０年２月２４日に出願）。これらの文献の内容の全てを、参照として本明細書に取り込む。これらのヒータ及びパッケージは、酸素式ヒータ及びそのパッケージの提供において、成功を収めている。
【００１８】
しかしながら、これらのヒータ及びそのパッケージについては、改良することによって得られる利点がある。当該利点から、より効率の良いヒータ、より良いパッケージ、生産の容易性、及び生産コストの低減を図ることができる。
【００１９】
本発明は、これらの種のヒータに関して、上述した利点及び他の利点を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一の観点によれば、本発明は、酸素式のヒータであって、電解液が含浸されたパッドを備えたヒータを提供する。
【００２１】
また、本発明の別の観点によれば、本発明は、電解液を含有するパッドを備えたヒータを製造する方法を提供する。
【００２２】
以下に開示するヒータの製造方法の利点に関して、本発明はかかるヒータの製造について多数の利点を得ることができる。例えば、パッドを用いることで、製造に要する時間を短縮することができ、これは、（ヒータ基板の反対側の）パッドに電解液を塗布することが容易となりかつ短時間で行えるからである。また、パッドを用いることで、かかるヒータを、酸素を含む大気下で製造することが可能となる。これは、パッドが組み立ての際にヒータに到達する酸素の量を最小限にするからである。さらに、パッドを用いることで、ヒータへ電解液をより均一に移動させることができるようになる。その結果、より効率のよいヒータを得ることができる。
【００２３】
ヒータに対する利点に関し、パッドに電解液を供給することで、ヒータに対して多数の利点を得ることができる。例えば、パッドは、必要となるまで電解液を保持するリザーバとして機能する。また、パッドからヒータに電解液が移動した後、このパッドは酸素ディフューザとして機能する。さらに、パッドは、ヒータに対して構造的完全性を提供しうる。
【００２４】
本発明の複数の観点及び複数の実施形態は、組み合わせることが可能であり、図面についての以下の説明及び以下の詳細な説明を読むことで、本発明の他の有益な点及び観点があることが、当業者にとっては明らかとなる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、より効率の良いヒータ、より良いパッケージ、生産の容易性、及び生産コストの低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】開封状態の封を備えたパッケージ内の酸素式ヒータの立面正面図である。
【図２】図１中のＡ線に沿った酸素式ヒータの分解断面図であって、パッケージの着脱式封が閉じた状態を示す図である。
【図３】他のパッケージ内の他の酸素式ヒータを示す分解立面斜視図である。
【図４】本発明に係る２つの異なるヒータの、時間上の温度を示す比較グラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係るヒータの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は、異なる様々な態様で実施が可能なものではあるが、本明細書による開示は、本発明の原理を説明するためのものであって、本発明を実施の形態に限定することを意図するものではない、という理解のもと、１以上の実施形態を図示して以下に詳細に説明する。
【００２８】
以下の説明における特徴、有益な点、目的、及びそれらに類似の表現に関する参照については、本発明によって達成される特徴、及び有益な点の全てが、本発明の一の実施形態に含まれているものであることを示唆するものではない。また、特徴及び有益な点を参照する表現は、本発明とともに説明される特定の特徴、有益な点または特性が、少なくとも一の実施形態に含まれることを意味するものである。従って、特徴及び有益な点についての説明、及び類似の表現は、本明細書を通じ、同一の実施形態を参照するものであるが、必ずしもそうではない。
【００２９】
図１−３に示すように、ヒータ１０は、ヒータ基板１２と、パッド１４と、パッケージ１６とを備える。
【００３０】
ヒータ基板１２は、酸素（好ましくは、大気中の酸素９の存在下において熱を供給する。ヒータ基板１２の一例は、アルミニウムまたは亜鉛等の還元剤と、ポリテトラフルオロエチレンまたはポリオレフィン等の結合剤とを含む。当業者にとっては明らかであるが、ヒータ基板１２を実現するために他の種の化学物質を利用したり、含有させてもよい。ここで、「基板」という語は、ヒータ基板１２が、粉末化学物質の塊であることはもちろん、固体であることも意味する。
【００３１】
酸素の存在下において持続的な発熱反応を起こすには、これらの種のヒータ１０は、電解液を必要とする。本発明の実施形態においては、電解液はパッド１４に含浸されている。パッド１４は、その製造プロセスにおいて電解液を吸収し、ヒータ基板１２に均等に電解液を移動する。好適な電解液の一例は、水酸化カリウム、臭化カリウム、及び塩化カリウムである。他の電解液を用いることもできる。
【００３２】
パッド１４は、不織物質であり、例えば、ポリエステル、セルロースファイバー、ポリプロピレンファイバー、あるいは、他の種の好適な不織ポリマー物質のブレンドからなる。例えば、ＰＰＡＳ−１４セパレータ紙（アクリルファイバーからなる合成ファイバー）をパッドの材料とすることが可能であるが、これは高価である。他の好適な材料は、セルロース（５５％）及びポリエステル（４５％）の混合物であり、例えば、ＢｌｕＳｏｒｂ（登録商標）として広く知られている。さらに別の好適な材料は、セルロース及びコットンの混合物であり、例えば、Ｂｒｏ−Ｔｅｘ（登録商標）として広く知られている。
【００３３】
パッド１４の材料の種類は、用いるセルライトの種類及び／または適用する製造ステップ／方法の種類に依拠する。例えば、ＰＰＡＳ−１４セパレータ紙はベーシックな電解液（例えば、ＫＯＨ）に作用し、セルロースを含むブレンド材料は、当該電解液には作用しない。また、（パッドを備えた）ヒータに対し、プロセス／発熱のための操作を行った際に、セルロース及びコットンの混合物は、変形しないと考えられ、従って、セルロース及びポリエステルの混合物（処理温度において変形しうる）よりも望ましい。当業者にとっては明らかであるが、材料が、電解液を吸収し、（能動的または受動的に）ヒータ基板１２へ移動させることが可能である限り、様々な材料を用いることができる。
【００３４】
ヒータ１０の説明及び図１−３に戻り、ヒータ基板１２及びパッド１４は、典型的には、互いに隣接して接触するように、パッケージ１６内に配置される。図２及び３に示すように、そのようなパッド１６の好適な一例は、二のシート２０ａ、２０ｂを備え、これらは、ヒート基板１２及びパッド１４の周囲で封をされている。パッケージ１６は、また、着脱可能な封１８を有することが望ましく、当該封１８は、パッケージ１６のシート２０ａ、２０ｂのいずれかに設けられている。図１において、着脱可能な封１８は、はがされてまた開封状態にある。図２においては、着脱可能な封１８は、閉じた状態である。図３において、着脱可能な封１８は、パッケージ１６から完全に除去されており、図示されていない。
【００３５】
反応は酸素の存在によってもたらされるものであるので、着脱可能な封１８は、酸素の供給を遮断して熱の発生を停止するためにパッケージ１６に再度取り付け可能なものである。上述したように、反応（及び発熱）は、封１８を再度取り外すことで再開することが可能であり、これによって酸素がパッケージ１６内に入り込み、ヒータ基板１２内の還元剤と反応する。
【００３６】
また、図４に示すように、着脱可能な封１８の近傍の側であって、ヒータ基板１２側の位置決めパッド１４は、パッド１４が着脱可能な封の反対の側にあるヒータと比較して、ヒータが高い最高温度を得られるようにしている。
【００３７】
図３に戻り、着脱可能な封１８は、好適には酸素ディフューザ２２（図３参照）を含む領域を覆い、当該ディフューザ２２は、酸素がヒータ１０に入る（及び実施的にヒータ基板１２の化学物質と反応する）割合をコントロールする。パッド１４を酸素ディフューザ２２と用いることも可能であり、また、ヒータ１０への酸素のアクセスをコントロールすることに用いることもできる。図１を参照のこと。また、パッド１４をそのように用いることで、酸素が分散するための多様な経路が形成され、酸素の分散の一助となる。酸素ディフューザ２２は、パッケージ１６内に固定され、あるいは、パッケージ１６に対して非固定的に配置され、好ましくは、パッド１４と封１８との間に配置される。
【００３８】
酸素ディフューザとして利用することに加えて、パッド１４は、また、ヒータ基板１２（及びパッケージ１６）へのさらなる構造的完全性を付与することに用いることもできる。これにより、パッケージを薄型化することができ、結果としてコストおよび熱損失を低減することができる。
【００３９】
ヒータが異なる段階、あるいは、不活性環境（例えば、無酸素状態）で製造される他の方法と異なり、パッド１４の利用が、大気中の酸素の存在下で完全なヒータを製造することを可能とする。電解液を含有し、ヒータと接するように位置決めされたパッド１４は、大気中において、ヒータ（還元剤及び電解液が存在している）の表面に近づく酸素に対するバリアとして作用する。本発明に係る製造方法は、ヒータを、最大６０秒（または、その内部構造によっては、より長い時間）まで過大な熱を発生せずに酸素にさらすことができる。
【００４０】
本発明に係るヒータの製造方法の一例は、以下のステップを含む。パッドを用意し、当該パッドに電解液を塗布し、当該パッドに、電解液を含浸させ、当該パッドに隣接してヒータを配置し、そして、パッケージ内にヒータ及びパッドを封入する。
【００４１】
本発明に係るヒータの製造方法の他の一例は、以下のステップを含む（好ましくは、以下の順序のとおりである）。ヒータ基板を用意し、当該ヒータ基板の少なくとも一方の側にパッド材料を配置し、当該パッドに電解液を塗布し、そして、ヒータをパッケージ内に封入する。ここで、当該方法のステップは、酸素を含む大気下で行われる。上述したように、パッドを、電解液を吸収し、またヒータ基板に移動するように用いることで、当該パッドは、酸素バリアとして機能し、製造過程においてヒータ基板へ到達する酸素の量を最小限にすることができる。これにより、酸素が豊富に存在する環境においても、製造行為を行うことができるようになる。
【００４２】
パッドに電解液を塗布するステップは、好ましくは、計器を備えた容量測定ポンプに接続されたマニホールドを用いて行う。これにより、所定及び一定の量の電解液を塗布することができる。また、これにより、電解液を、パッドの所定及び特定の位置のみに塗布することも可能となる。この間、パッドは、基本的に均一に電解液をヒータ基板へ移動させるので、電解液があふれたり、気泡ができたりすることを防止することができる。
【００４３】
さらに、パッドは、ヒータ基板と同一の寸法（長さ及び幅）を有することが好ましい。そこで、パッドをヒータの寸法に合わせるためにカットする場合がある。しかしながら、パッドはヒータと異なる寸法を有していても差し支えない。
【００４４】
ヒータ基板は、製造工程においてキャリアとして用いられるとともに、後にヒータのパッケージの層となる第１のシート上に最初に配置される。また、ヒータは、当該第１のシートに熱接着される。
【００４５】
上記の方法は、また、ヒータに隣接して酸素ディフューザを配置するステップを含んでもよい。
【００４６】
さらに、着脱可能な封は、例えば、パッケージに封をするために設けられる。特に、着脱可能な封の一部は、パッケージに対してヒートシールされ、当該パッケージから封の全てを取り外さなくても、パッケージを開いたり実質的に閉じたりすることができる。
【００４７】
ある実施形態においては、製造工程において搬送を容易とするためにキャリア上に配置され、当該キャリアはパッケージの層となるものであってもよい。これにより、ヒータ（及びパッド）の上面に設けられた第２の層であって、電解液が注入された第２の層を備えているパッケージの製造を簡略化することができる。当該キャリアは、パッケージの製造の一助となるように、このキャリア及び第２（または外側の）層が直接的に接触して封止（例えば、熱接着）されるように、（幅及び長さが）大きいことが好ましい。
【００４８】
代替的な実施形態においては、ヒータ基板１２の製造及び処理において、ヒータ基板１２の材料を、パッド１４となるキャリア上に配置する。この材料は、ペースト状物質であるので、パッドに注ぐことができる。パッド１４の上面に材料を広げた後（ＰＳＪのコメント：どのようにしてパッドの全面にペーストを広げるのか？）、パッド及び材料をオーブンに入れて材料に処理を施すとともに、水分を除去する。上述したように、この種の製造処理（略華氏４００度の温度で行われる）においては、セルロース及びコットンの混合物は変形せず、そのためセルロース及びポリエステルの混合物よりも好ましいことが判明した。しかしながら、処理温度がより低い場合、この種の製造処理にセルロース及びポリエステルの混合物を用いることももちろん可能である。
【００４９】
材料に処理を施した後、結果物であるヒータ１００は、図５に示すように、ヒータ基板１０２及びパッド１０４が、互いに結合しあい、そのため、パッド１０４及びヒータ基板１０２を破壊しない限り、パッド１０４を取り除くことができなくなる。パッド１０４は多孔性で、ヒータ基板１０２の材料は、パッド１０４上に配置した際には流動性を有しているので、当該材料は、パッド１０４の孔に流れ込む。
【００５０】
従って、図示したようにヒータ１００は３つの領域を有する。すなわち、基板領域１１０と、混合領域１１２と、パッド領域１１４とである。図示するように、基板領域１１０は、実質的にヒータ基板１０２のみからなり、同様に、パッド領域１１４は、実質的にパッド１０４のみからなる。結合領域１１４は、基板１０２とパッド１０４との混合物からなり、当該基板１０２及びパッド１０４は、結合しあっている。
【００５１】
次に、ヒータ基板１０２及びパッド１０４の組み合わせは、ひっくり返してパッケージの層となるキャリア上に配置してもよい。当該組み合わせは、上述した製造ステップを経て処理される。
【００５２】
上述した利点の範囲を超えて、製造処理は、電解液をヒータに塗布するよりも前に、電解液をパッドに塗布することを完了する。この場合、製造に要する時間を短縮することができ、ひいては、製造コストを低減することが可能となる。
【００５３】
当業者にとっては明らかであるが、本明細書に開示した本発明は、追加の実施形態が可能であり、また、本発明は本明細書に開示した実施形態によって限定されるものではない。本発明の具体的な実施形態を図示して開示したが、本発明の技術的範囲から大幅に逸脱することなく、様々な応用、変形が可能であり、保護を求める範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定められるものである。
【００５４】
本願は、２０１２年１０月１６日になされた米国仮特許出願第６１／７１４５２６号に基づく優先権を主張するものであり、この米国仮特許出願の内容の全てを、参照として本明細書に取り込む。
【符号の説明】
【００５５】
１０    ヒータ
１２    ヒータ基板
１４    パッド
１６    パッケージ
１８    封
１００  ヒータ
１０２  ヒータ基板
１０４  パッド
１１０  基板領域
１１２  混合領域
１１４  パッド領域
【図１】
2015536436.tif 000004
【図２】
2015536436.tif 000005
【図３】
2015536436.tif 000006
【図４】
2015536436.tif 000007
【図５】
2015536436.tif 000008
【国際調査報告】
2015536436.tif 000009
2015536436.tif 000010