(57)【要約】  【課題】  電池の電槽缶の結合部位に隙間が生じることにより電解液が漏れ出すことがないとともに、外部電気回路基板への接続を容易にする電池用ケースおよび電池を提供すること。  【解決手段】  電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部１ａが形成され、下面に第一の導体層１ｄおよび第二の導体層１ｅが互いに独立して設けられたセラミックスから成る基体１と、凹部１ａの底面に形成された第一のメタライズ層１ｂと、基体１の上面の凹部１ａの周囲に形成された第二のメタライズ層１ｃと、第一のメタライズ層１ｂから第一の導体層１ｄにかけて形成された第一の内部導体２ｂと、第二のメタライズ層１ｃから第二の導体層にかけて形成された第二の内部導体２ｃとを具備しており、少なくとも下側主面が導電性とされた蓋体３が第二のメタライズ層１ｃに電気的に接続されて基体１の上面に凹部１ａを覆うようにして接合される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミックスから成る基体と、前記凹部の底面に形成された第一のメタライズ層と、前記基体の上面の凹部の周囲に形成された第二のメタライズ層と、前記第一のメタライズ層から前記第一の導体層にかけて形成された第一の内部導体と、前記第二のメタライズ層から前記第二の導体層にかけて形成された第二の内部導体とを具備しており、少なくとも下側主面が導電性とされた蓋体が前記第二のメタライズ層に電気的に接続されて前記基体の上面に前記凹部を覆うようにして接合されることを特徴とする電池用ケース。
【請求項２】
請求項１記載の電池用ケースと、前記第一のメタライズ層にこれを覆って接続された正電極板と、該正電極板の上面に電解液を含浸した絶縁シートを介して密着するように載置された負電極板と、該負電極板の上面に下側主面が当接して電気的に接続されるとともに前記凹部を覆うようにして接合された前記蓋体とを具備していることを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話などの通信機器に用いられ、容易に外部電気回路基板に接続することができるとともに電解液の漏れを有効に防止することのできる薄型の電池用ケースおよび電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や携帯型コンピュータ、カメラ一体型ビデオテープレコーダー等に代表される携帯機器が目覚しく発達するとともに、より一層の小型化、軽量化が求められる傾向にある。そして、これらの携帯機器の電源としての電池の需要も増加の一途をたどるとともに、電池のエネルギー密度を高めることによる小型軽量化の研究が活発に行われている。特に、リチウム電池は、原子量が小さくかつイオン化エネルギーが大きなリチウムを用いる電池であることから、高エネルギー密度を得ることができて小型軽量化が図れ、さらに再充電が可能な電池とできることより盛んに研究され、現在に至っては携帯機器の電源をはじめとする広範囲な用途に用いられるようになってきた。
【０００３】
また、電池には、大きく分けて円筒型と角型があり、その構造は正極と負極とを絶縁シートから成るセパレータを介して金属製の電槽缶内に収容し、そこに電解液が注入されて封口された構造とされている。
【０００４】
リチウム電池の正極には、例えば金属酸化物を正極活物質としてこれに導電材を添加したものが一般的に使用される。この正極活物質としては例えばコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）などが使用され、また、導電材としては例えばアセチレンブラック（ＡＢ）や黒鉛などが使用される。電池の負極には、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ12）などのリチウムチタン複合酸化物やグラファイトまたは非晶質炭素などの活物質を樹脂で固めたものが使用される。
【０００５】
リチウム電池においては、このＬｉＣｏＯ２やＬｉＭｎ２Ｏ４などから成る正極活物質の充放電電圧が約４Ｖであり、これに対して炭素材料などから成る負極活物質の充放電電圧は０Ｖ付近であることから、これらの正極活物質と負極活物質と電解液とを組み合わせることによって約3.5Ｖの高放電電圧を達成している。
【０００６】
電池の正極は上記活物質に上記導電材を加え、さらにポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。
【０００７】
また負極は上記活物質に、正極と同様にポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。
【０００８】
そして、このようにして作製された正極および負極をその間に耐熱温度が約150℃のポリオレフィン繊維製の不織布やポリオレフィン製の微多孔膜などからなるセパレータを介して電槽缶内に収容し、電解液を注入して電池が得られる。
【０００９】
そして、このようにして作製される電池をさらに小型化、高密度化するために、図３に示すコイン型の電池Ａが開発されている。
【００１０】
この従来の電池Ａは、円板状の正極11ｂを備えた例えばステンレスからなる正極缶11と、円板状の負極12ｂを備えた例えばステンレスからなる負極缶12とを電解液を含浸させたセパレータ14を介して対置させ、ついで例えば絶縁性のポリプロピレン樹脂からなるガスケット15を介して正極缶11の周囲と負極缶12の周囲とをかしめるようにして一体に結合させた電槽缶構造とされている。正極11ｂおよび負極12ｂにおける充放電は正極缶11および負極缶12に取着した外部接続端子部材を介して行われる（例えば、下記の特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開2000−106195号公報（第６−12頁、図1）
【特許文献２】特開2002−198019号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１，２に示されるような従来の電池Ａは、長期間に亘って温度幅が百数十度という温度サイクル試験（例えば−40℃〜85℃）に曝されると、例えばポリプロピレン樹脂からなるガスケット15と正極缶11と負極缶12との熱膨張率の差によりガスケット15を介して正極缶11および負極缶12の周囲をかしめた電槽缶の結合部位に隙間が生じて電解液が漏れ出す場合が有り、これにより電池Ａの電池性能を劣化させたり、さらに漏れ出た電解液により外部電気回路基板上の銅（Ｃｕ）配線が腐食して断線するといった不具合が発生したり、あるいは、この隙間から水分が電池Ａ内部に侵入して電池性能を劣化させるという不具合が発生していた。
【００１２】
また、従来の電池Ａはガスケット15と正極缶11および負極缶12の周囲を隙間なく確実にかしめるために平面視形状を円形にしなければならず、平面視形状を多角形等の種々の形状とすることができなかった。近年、装置の小型化に伴い、電池の小型化，省スペース化とともに種々の形状を求める市場要求も大きくなってきており、例えば、外部電気回路基板に省スペースで実装するため電池の平面視形状を四角形とするといった要求に応えられないものとなっていた。
【００１３】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、長期間の使用により電槽缶の結合部位に隙間が生じることにより電解液が漏れ出して電池性能を劣化させたり、漏出した電解液により外部電気回路基板が損傷を受けたりすることがなく、外部電気回路基板への接続が容易で、小型化することができる量産性に優れた電池用ケースおよび電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられたセラミックスから成る基体と、前記凹部の底面に形成された第一のメタライズ層と、前記基体の上面の凹部の周囲に形成された第二のメタライズ層と、前記第一のメタライズ層から前記第一の導体層にかけて形成された第一の内部導体と、前記第二のメタライズ層から前記第二の導体層にかけて形成された第二の内部導体とを具備しており、少なくとも下側主面が導電性とされた蓋体が前記第二のメタライズ層に電気的に接続されて前記基体の上面に前記凹部を覆うようにして接合されることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の電池は、上記構成の電池用ケースと、前記第一のメタライズ層にこれを覆って接続された正電極板と、この正電極板の上面に電解液を含浸した絶縁シートを介して密着するように載置された負電極板と、該負電極板の上面に下側主面が当接して電気的に接続されるとともに前記凹部を覆うようにして接合された前記蓋体とを具備していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部が形成され、下面に第一の導体層および第二の導体層が互いに独立して設けられセラミックスから成る基体と、凹部の底面に形成された第一のメタライズ層と、基体の上面の凹部の周囲に形成された第二のメタライズ層と、第一のメタライズ層から第一の導体層にかけて形成された第一の内部導体と、第二のメタライズ層から第二の導体層にかけて形成された第二の内部導体とを具備しており、少なくとも下側主面が導電性とされた蓋体が第二のメタライズ層に電気的に接続されて基体の上面に凹部を覆うようにして接合されることより、電解液が、気密性に優れるとともに耐熱性に優れるセラミックスから成る基体とその上面に凹部を覆うようにして接合された蓋体とによって形成されたケース内に収容されることとなり、電解液を良好に収容することができ、温度サイクル試験に曝された場合でも隙間が生じて電解液が漏れることがない。また、気密性が維持されるので、電池性能を劣化させる水分や酸素等が外部から電解液中に浸入するのを有効に抑制することができる。
【００１７】
また、基体は有機溶剤や酸等を含む電解液に侵され難く、電解液中に基体から溶け出した不純物が混入しないので電解液を劣化させることもない。このため電池性能を良好に維持することができる。
【００１８】
また、基体の平面視形状を四角形等種々の形状としても、気密性が維持され、市場要求に応じて種々の形状の電池とすることができる。その結果、電池を省スペースに適した適当な平面視形状とした市場要求に応えられるものとすることができる。
【００１９】
さらに、従来の樹脂を介してかしめる部位を必要としないことから電池の外形を極限まで小さくすることができ、近時の小型化に適するものとなる。
【００２０】
また、基体の上面の凹部の周囲に蓋体と電気的に接続される第二のメタライズ層が形成されるとともに、基体の下面に第二の導体層が設けられ、さらに第二のメタライズ層から第二の導体層にかけて第二の内部導体が形成されていることにより、電池の正負の電極板にそれぞれ接続される第一および第二のメタライズ層に、それぞれ電気的に接続される第一および第二の導体層をともに基体の下面に設けることによって、外部接続端子部材等を用いることなく外部電気回路基板の表面の配線導体に表面実装によって容易に接続することが可能となり、量産性に優れたものとなる。
【００２１】
本発明の電池は、上記構成の電池用ケースと、第一のメタライズ層にこれを覆って接続された正電極板と、正電極板の上面に電解液を含浸した絶縁シートを介して密着するように載置された負電極板と、負電極板の上面に下側主面が当接して電気的に接続されるとともに凹部を覆うようにして接合された蓋体とを具備していることにより、上記構成の電池用ケースによって気密信頼性が高く、量産性に優れるものとなる。また、蓋体に負電極板を直接接続させることができ、負電極板周りの内部抵抗を大きく削減することができるとともに、信頼性が高く、長期間に亘って安定して充放電させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の電池用ケースについて以下に詳細に説明する。図１において、（ａ）は本発明の電池用ケースの実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は電池用ケースの平面図を示す。
【００２３】
本発明の電池用ケースは、上面の中央部に直方体状の凹部１ａが形成され、下面に第一の導体層１ｄおよび第二の導体層１ｅが互いに独立して設けられたセラミックスから成る基体１と、凹部１ａの底面に形成された第一のメタライズ層１ｂと、基体１の上面の凹部１ａの周囲に形成された第二のメタライズ層１ｃと、第一のメタライズ層１ｂから第一の導体層１ｄにかけて形成された第一の内部導体２ｂと、第二のメタライズ層１ｃから第二の導体層１ｅにかけて形成された第二の内部導体２ｃとを具備しており、少なくとも下側主面が導電性とされた蓋体３が第二のメタライズ層１ｃに電気的に接続されて基体１の上面に凹部１ａを覆うようにして接合されている。
【００２４】
本発明の基体１は、アルミナ質焼結体等のセラミックスから成り、以下のようにして作製される。例えば、基体１がアルミナ質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３），酸化珪素（ＳｉＯ２），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤等を添加混合してスラリーと成す。このスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法によってグリーンシートと成し、所要の大きさに切断する。次に、その中から選ばれた複数のグリーンシートにおいて凹部１ａ等を形成するために適当な打抜き加工を施す。
【００２５】
そして、これらのグリーンシートにタングステン（Ｗ）等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを印刷塗布して第一のメタライズ層１ｂ，第一の内部導体２ｂ，第一の導体層１ｄ，第二のメタライズ層１ｃ，第二の内部導体２ｃ，第二の導体層１ｅ等の導体層となる印刷パターンを形成し、次いでこれらの印刷パターンを形成したグリーンシートを積層し、約1600℃の温度で焼成することによって導体層を備えた基体１が作製される。第一の導体層１ｄは、第一の内部導体２ｂを介して第一のメタライズ層１ｂと電気的に接続され、第二の導体層１ｅは第二の内部導体２ｃを介して第二のメタライズ層１ｃと電気的に接続される。そして、第一の導体層１ｄは電池の正極として用いられ、第二の導体層１ｅは負極として用いられる。これらの第一の導体層１ｄおよび第二の導体層１ｅが外部電気回路基板の表面の配線導体に半田を介して接合されることによって電池が外部の電気回路と電気的に接続される。
【００２６】
基体１は有機溶剤や酸等を含む電解液Ｂ−４（図２）に侵され難く、従って電解液Ｂ−４中に基体１から溶け出した不純物が混入して電解液Ｂ−４を劣化させることがない。このため電池性能を良好に維持することができる電池用ケースを得ることができる。
【００２７】
なお、第一および第二の内部導体２ｂ，２ｃは、図１では第一および第二の導体層１ｄ，１ｅに対してそれぞれ垂直に連なる一本の層間接続導体（貫通導体）として示されているが、基体１の下面に形成された第一および第二の導体層１ｄ，１ｅと平行な方向の内部配線層と垂直な層間接続導体とを複数組み合わせて形成されていてもよく、これによって基体１内に電気回路を引き回すことができるとともに、第一および第二の導体層１ｄ，１ｅを基体１の所望の位置に形成することができる。
【００２８】
また、このようにして作製された基体１に形成されたこれら導体層の露出した表面には、耐食性に優れかつ半田との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ１〜12μｍのニッケル（Ｎｉ）層および厚さ0.3〜５μｍの金（Ａｕ）層をめっき法等により順次被着しておくのがよい。これにより、特に電池用ケースの内部に形成された第一のメタライズ層１ｂが充放電による電圧で容易に溶出するのを有効に抑制できる。また、第一および第二の導体層１ｄ，１ｅならびに第２のメタライズ層１ｃにおいては半田との濡れ性が良くなり、外部電気回路基板上の配線導体との接合強度がより強固なものとなる。
【００２９】
Ｎｉ層の厚さが１μｍ未満であれば、メタライズ層から成る各導体の酸化腐蝕を防止したり導体から金属成分が溶出したりするのを有効に抑制するのが困難になって電池性能が劣化し易くなる。また、Ｎｉ層の厚さが12μｍを超えると、めっき形成に多大の時間がかかることになり量産性が低下し易くなるとともに電気抵抗が大きくなり易い。
【００３０】
また、Ａｕ層の厚さが0.3μｍ未満であれば、均一な厚さのＡｕ層を形成するのが困難となり、Ａｕ層がきわめて薄い部位やあるいはＡｕ層が形成されていない部位が生じ易く、酸化腐食の防止効果や半田との濡れ性が低下し易くなる。Ａｕ層の厚さが５μｍを超えると、めっき形成に多大の時間がかかることになり量産性が低下し易くなる。
【００３１】
第一および第二の導体層１ｄ，１ｅは基体１の下面に形成されており、この構成により、第一および第二の導体層１ｄ，１ｅを外部電気回路基板の表面の配線導体上に半田を介して接合させることによって、平板状の外部電気回路基板上の配線導体と電池とを容易に接続させることができ、量産性にすぐれたものとなる。
【００３２】
また、基体１の上面にはアルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），カーボン，鉄（Ｆｅ）−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の導電性の蓋体３がＡｌロウ，銀（Ａｇ）ロウ，Ａｕ−錫（Ｓｎ）半田等を用いたロウ付けや樹脂接着材等を用いた接着等の方法によって接合され、電池の負極として用いられる。基体１の上面に蓋体３が接合される部位には、Ｗからなる第二のメタライズ層１ｃが予め形成され、その表面にＮｉ層およびＡｌ層が被着されているのがよく、この構成によりセラミック基体１の上面と蓋体３の外周部とを例えばシーム溶接法や超音波接合法により作業効率よく接合することができ、量産性に優れるものとなる。
【００３３】
また、本発明においてより好ましくは、図１（ａ）に示すように、蓋体３は基体１側の下側主面のほぼ全面にＷ等のメタライズ層３ａが形成され、アルミナ質焼結体等の基体１と同一のセラミックスから成るのがよい。そして、メタライズ層３ａが第二のメタライズ層１ｃと電気的に接続されて基体１の上面に凹部１ａを覆うようにして接合される。この構成によって、蓋体３の上側主面が導電性とされず、蓋体３の上面に不要な電流が流れるのを防止することができる。従って、蓋体３の上側主面に導電性の部材が接触しても電気的短絡等の不具合が発生するのを有効に防止できる。また、蓋体３の熱膨張率が基体１の熱膨張率とほぼ同一となることから、電池用ケースに熱が加わっても基体１と蓋体３の接合部に熱膨張差による応力が大きく加わることを防止し、基体１にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止することができ、気密信頼性に優れた電池用ケースとすることができる。
【００３４】
次に、本発明の電池について以下に詳細に説明する。図２は図１の電池用ケースを用いた本発明の電池の実施の形態の一例を示す断面図である。ここで、Ｂ−１は正電極板、Ｂ−２は負電極板、Ｂ−３は絶縁シート、Ｂ−４は電解液、Ｄは電池である。
【００３５】
本発明の電池Ｄは、本発明の電池用ケースと、第一のメタライズ層１ｂにこれを覆って接続された正電極板Ｂ−１と、この正電極板Ｂ−１の上面に電解液Ｂ−４を含浸した絶縁シートＢ−３を介して密着するように載置された負電極板Ｂ−２と、この負電極板Ｂ−２の上面に下側主面が当接して電気的に接続されるとともに凹部１ａを覆うようにして接合された蓋体３とを具備している。
【００３６】
正電極板Ｂ−１は、ＬｉＣｏＯ２やＬｉＭｎ２Ｏ４等の正極活物質およびアセチレンブラックや黒鉛等の導電材を含む板状やシート状のものであり、また、負電極板Ｂ−２はコークスや炭素繊維等の炭素材料から成る負極活物質を含む板状やシート状のものである。
【００３７】
正電極板Ｂ−１は、上記正極活物質に上記導電材を加えたものにポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法等を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。
【００３８】
同様にして負電極版Ｂ−２は、上記負極活物質にポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのバインダを添加、混合してスラリー状となし、これを周知のドクターブレード法等を用いてシート状に成形し、ついでこのシートを例えば円形状に裁断して作製される。
【００３９】
また、絶縁シートＢ−３は、ポリオレフィン繊維製の不織布やポリオレフィン製の微多孔質膜などから成り、電解液Ｂ−４が含浸されるとともに正電極板Ｂ−１と負電極板Ｂ−２との間に配置されることにより、正電極板Ｂ−１と負電極板Ｂ−２との直接の接触を防止するとともに正電極板Ｂ−１と負電極板Ｂ−２との間の電解液Ｂ−４の移動を可能とする。
【００４０】
電解液Ｂ−４は、湿気をほとんど含まない例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを充填した容器内でシリンジなどの注入手段を用いて凹部１ａの上面から電池Ｄの内部に注入される。そして、注入後に基体１の上面に蓋体３を気密に溶接接合することによって、電池Ｄの内部を気密に封止することができる。
【００４１】
電解液Ｂ−４は、四フッ化ホウ酸リチウム等のリチウム塩や塩酸，硫酸，硝酸等の酸をジメトキシエタンやプロピレンカーボネート等の有機溶媒に溶解したものである。
【００４２】
このような電解液Ｂ−４は、腐食性や溶解性の高いものであるが、本発明の電池用ケースを用いることにより、基体１は耐薬品性に優れているため、有機溶剤や酸等を含む電解液Ｂ−４に侵され難く、電解液Ｂ−４中に電池用ケースから溶け出した不純物が混入して電解液Ｂ−４を劣化させることもなく、電池性能を良好に維持することができる。
【００４３】
また、従来用いられていたステンレスから成る電槽缶では図３に示すように正極缶11と負極缶12とをそれらの周囲をポリプロピレン樹脂等から成るガスケット15を介してかしめることによって一体化しており、このかしめた部位があるために従来の電池Ａでは正極缶11と負極缶12とセパレータ14とを合わせたかしめ部に２ｍｍ前後の寸法が必要であったのに対して、本発明によれば、かしめ部がないために電池Ｄの外形を小さくすることができ、携帯機器の小型化に大きく寄与できるものとなる。また、気密信頼性が高く、量産性に優れるものとなる。
【００４４】
また、蓋体３の下側主面を負電極板Ｂ−２の上面に当接させて電気的に接続させることができ、蓋体３と負電極板Ｂ−２の広い面を接続させることによって負電極板Ｂ−２と蓋体３との間の抵抗を大きく削減することができるとともに、負電極版Ｂ−２と蓋体３との間で電気的損失を発生させることなく効率よく充放電することができるので信頼性が高く、長期間に亘って安定して充放電することができるものとなる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、本発明では電池用ケースのセラミック基体１の材質をアルミナ質焼結体として説明したが、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体やガラスセラミックス等の他のセラミックスから成っていてもよく、ＡｌＮ質焼結体から成る場合には作動時の熱を効率よく外部に放散させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、携帯電話などの通信機器に用いられ、容易に外部電気回路基板に接続することができるとともに電解液の漏れを有効に防止することのできる薄型の電池用ケースおよび電池として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】（ａ）は本発明の電池用ケースについて実施の形態の一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【図２】本発明の電池の実施の形態の一例を示し、図１の電池用ケースを用いた電池の断面図である。
【図３】従来の電池の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：基体
１ａ：凹部
１ｂ：第一のメタライズ層
１ｃ：第二のメタライズ層
１ｄ：第一の導体層
１ｅ：第二の導体層
２ｂ：第一の内部導体
２ｃ：第二の内部導体
３：蓋体
３ａ:メタライズ層
Ｂ−１：正電極板
Ｂ−２：負電極板
Ｂ−３：絶縁シート
Ｂ−４：電解液
【図１】
2005071889.tif 000003
【図２】
2005071889.tif 000004
【図３】
2005071889.tif 000005