(57)【要約】【課題】燃料電池ユニットと燃料カートリッジを接続するバルブ機構の接続離脱時の漏液を確実に防止することができる燃料電池装置を提供する。【解決手段】燃料電池ユニットと燃料カートリッジにそれぞれ設けられたバルブ１１、２１からなりかつその一方の雌側のバルブ１１に他方の雄側のバルブ２１の一部を挿入することでそれぞれのバルブの弁シール部１３、２３から先端に向けて延出された弁軸１９、２９が押し込まれ弁シール部１３、２３が開弁されて互いに接続されるバルブ機構５を備えた燃料電池装置において、雌側のバルブ１１の弁軸１９の周囲に設けた筒状空間３０に、バルブ機構５の接続状態で前記雄側のバルブ２１の先端が当接して押し込まれることで周壁が外方に湾曲される円筒弾性体３１を弁軸１９外周に嵌合させて配置し、かつ接続離脱時に弁シール部１３外に残った液体状の燃料を内部に吸引するようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池モジュールを内蔵した燃料電池ユニットと、電池モジュールに供給する燃料を収容した燃料カートリッジと、燃料電池ユニットと燃料カートリッジにそれぞれ設けられたバルブからなりかつその一方のバルブに他方のバルブの一部を挿入することで互いに連通接続されるバルブ機構とを備え、前記一方のバルブに、バルブ機構の接続状態で前記他方のバルブの先端との間で両バルブの弁シール部間の燃料通路を密閉し、かつ接続離脱時に弁シール部外に残った液体状の燃料を内部に吸引する機構を設けたことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
燃料電池モジュールを内蔵した燃料電池ユニットと、電池モジュールに供給する燃料を収容した燃料カートリッジと、燃料電池ユニットと燃料カートリッジにそれぞれ設けられたバルブからなりかつその一方のバルブに他方のバルブの一部を挿入することでそれぞれのバルブの弁シール部から先端に向けて延出された弁軸が押し込まれ弁シール部が開弁されて互いに接続されるバルブ機構とを備え、前記一方のバルブの弁軸の周囲に設けた筒状空間に、バルブ機構の接続状態で前記他方のバルブの先端が当接して押し込まれることで周壁が外方に湾曲される円筒弾性体を弁軸外周に嵌合させて配置したことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項３】
円筒弾性体を弁軸に沿って所定量移動可能に配設するとともに、円筒弾性体をその先端方向に向けて付勢するばねを設けたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池装置。
【請求項４】
筒状空間の内周面に摺動自在に嵌合するとともに先端が円筒弾性体の先端に係合する可動筒体を設け、この可動筒体にばねの先端を係合させたことを特徴とする請求項３記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池装置に関し、特に燃料電池ユニットとそれに燃料を供給する燃料カートリッジを接続するバルブ機構の接続離脱時に液体燃料が漏液しない燃料電池装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池装置として、液体燃料から電気エネルギーを出力する燃料電池モジュールを内蔵した燃料電池ユニットと、この燃料電池ユニットに供給する液体燃料を収容した燃料カートリッジとを備え、燃料電池ユニットと燃料カートリッジにそれぞれ設けられたバルブからなるとともにその一方のバルブに他方のバルブの一部を挿入することで互いに連通接続されるバルブ機構を介して燃料カートリッジから燃料電池ユニットに燃料を供給するように構成されたものが知られている。
【０００３】
このような燃料電池装置における燃料カートリッジとして、燃料を圧縮流体などの噴射材とともに収容した容器本体の一端に、燃料供給通路に挿通配置されたステムを押し込むことで開弁して燃料供給通路を通して燃料を流出可能とするバルブ機構を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、上記燃料電池装置に適用される一般的なバルブ機構として、図５に示すように、一対のバルブの接続・離脱によって流体の供給・遮断を行うようにしたものが知られている。図５に示すバルブ機構は、雄側バルブ４１と、この雄側バルブ４１の先端部が挿入される雌側バルブ５１とを備えている。雄側バルブ４１には、弁シール部４２を構成している弁体４３が内蔵されるとともに弁体４３から先端部に向けて弁軸４４が延出されている。また、雄側バルブ４１には雌側バルブ５１の外周に套嵌する套嵌部４５が設けられ、その内周にシール材４５ａが配設されている。また、雌側バルブ５１は、雄側バルブ４１の受入空間５５を先端部に有するとともに、弁シール部５２を構成している弁体５３から延出された弁軸５４の先端が受入空間５５内に位置している。雄側バルブ４１の弁体４３はその弁軸４４が雌側バルブ５１の弁軸５４に当接することで押し込まれて弁シール部４２を開弁し、同じく雌側バルブ５１の弁体５３はその弁軸５４が雄側バルブ４１の弁軸４４に当接することで押し込まれて弁シール部５２を開弁するように構成されている。弁シール部４２と弁シール部５２のどちらが先に開弁するかは、弁シール部４２、５２を押さえる弁ばね４６、５６の強さによるが、本例では供給側の雌側バルブ５１の弁ばね５６が強く設定されている。
【０００５】
以上の構成のバルブ機構によれば、図５（ａ）に示すように、両バルブ４１、５１を接続していない状態ではそれぞれの弁シール部４２、５２は閉弁している。次に、雄側バルブ４１を雌側バルブ５１の受入空間５５内に挿入していくと、雄側バルブ４１の套嵌部４５の内周と雌側バルブ５１の外周がシール材４５ａにてシールされた後、まず弁ばね４６の弱い雄側バルブ４１の弁軸４４が雌側バルブ５１の弁軸５４で押され、弁体４３が押し込まれて弁シール部４２が開弁し、さらに雄側バルブ４１を雌側バルブ５１の受入空間５５内に挿入していくと、雌側バルブ５１の弁軸５４が雄側バルブ４１の弁軸４４で押され、弁体５３が押し込まれて弁シール部５２が開弁し、両バルブ４１、５１が開弁され、雌側バルブ５１から雄側バルブ４１に燃料が供給される。図５（ｂ）に雄側バルブ４１を雌側バルブ５１の受入空間５５内に完全に挿入した状態を示す。また、バルブ４１、５１を離間させると、以上の動作とは逆に、供給側の雌側バルブ５１が閉じた後、雄側バルブ４１が閉じ、その後シール材４５ａによる両バルブ４１、５１間のシールが開放される。
【特許文献１】特開２００５−５１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図５に示したような構成のバルブ機構を燃料電池ユニット側と燃料カートリッジの接続に適用した場合、燃料供給が終わった後、両バルブ４１、５１を離間させるときに、両バルブ４１、５１の弁シール部４２、５２が閉じられた状態で、雌側バルブ５１の受入空間５５と雄側バルブ４１の間の隙間空間を含めて両弁シール部４２、５２間の燃料供給通路内に燃料が溜まった状態になっており、両バルブ４１、５１を完全に離間させたときに、特に雌側バルブ５１の受入空間５５内に残留した燃料が外部に漏液してしまうことになる。また、特許文献１に記載されたバルブにおいても同様の問題を生じることになる。
【０００７】
ところが、燃料電池用の燃料としてはメタノール燃料が好適に用いられており、かつメタノール燃料は人体特に目に触れると有害であるため、少量であっても人が手で触れる可能性のある場所に漏液することは許容されないとされている。例えば、体重１０ｋｇ当たり０．２ｃｃを超えると影響があるとされており、幼児が手で触れる可能性のある各種携帯用電子機器の燃料電池ユニットにおいては、極微量の漏液もあってはならないという要請があるが、上記バルブ機構ではこのような要請を満たすことができないという問題がある。
【０００８】
そこで、雄側バルブの先端を雌側バルブの受入空間内に配設したシール手段に接触させて両バルブ間のシールを行うようにしたエンドシール方式のバルブ機構も検討されているが、なお漏液を十分に無くすことができる構成の提案には至っていない。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、燃料電池ユニットと燃料カートリッジを接続するバルブ機構の接続離脱時の漏液を確実に防止することができる燃料電池装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃料電池装置は、燃料電池モジュールを内蔵した燃料電池ユニットと、電池モジュールに供給する燃料を収容した燃料カートリッジと、燃料電池ユニットと燃料カートリッジにそれぞれ設けられたバルブからなりかつその一方のバルブに他方のバルブの一部を挿入することで互いに連通接続されるバルブ機構とを備え、前記一方のバルブに、バルブ機構の接続状態で前記他方のバルブの先端との間で両バルブの弁シール部間の燃料通路を密閉し、かつ接続離脱時に弁シール部外に残った液体状の燃料を内部に吸引する機構を設けたものである。
【００１１】
この構成によると、バルブ機構の一方のバルブに他方のバルブの一部を挿入することで両バルブが連通接続され、燃料カートリッジから燃料電池ユニットに燃料を供給することができ、かつその接続状態で他方のバルブの先端との間で両バルブの弁シール部間の燃料通路が密閉され、他方のバルブの周囲に燃料溜まりが生じないため、バルブの接続を離脱した時に、一方のバルブが他方のバルブの一部を挿入する空間を有していてもその弁シール部外に残る液体燃料を少なくすることができ、さらにその液体燃料が内部に吸引されるので、接続離脱時の漏液を確実に防止することができる。
【００１２】
また、本発明の燃料電池装置は、燃料電池モジュールを内蔵した燃料電池ユニットと、電池モジュールに供給する燃料を収容した燃料カートリッジと、燃料電池ユニットと燃料カートリッジにそれぞれ設けられたバルブからなりかつその一方のバルブに他方のバルブの一部を挿入することでそれぞれのバルブの弁シール部から先端に向けて延出された弁軸が押し込まれ弁シール部が開弁されて互いに接続されるバルブ機構とを備え、前記一方のバルブの弁軸の周囲に設けた筒状空間に、バルブ機構の接続状態で前記他方のバルブの先端が当接して押し込まれることで周壁が外方に湾曲される円筒弾性体を弁軸外周に嵌合させて配置したものである。
【００１３】
この構成によると、バルブ機構の一方のバルブに他方のバルブの一部を挿入することで両バルブが連通接続され、燃料カートリッジから燃料電池ユニットに燃料を供給することができ、かつその接続状態で円筒弾性体の周壁が外方に湾曲された復元力でシール面圧を生じて一方のバルブの弁シール部と他方のバルブの先端との間の燃料通路が密閉され、他方のバルブの周囲に燃料溜まりが生じず、またバルブの接続を離脱する時に円筒弾性体の湾曲が復元することで円筒弾性体と弁軸との間の燃料が押し戻されるため、バルブ離脱後に各バルブの弁シール部外に残留する燃料を極めて少なくすることができ、接続離脱時の漏液を確実に防止することができる。
【００１４】
また、円筒弾性体を弁軸に沿って所定量移動可能に配設するとともに、円筒弾性体をその先端方向に向けて付勢するばねを設けると、バルブ離脱時の最終段階で円筒弾性体が弁軸に沿ってバルブ先端側に移動することで、円筒弾性体と弁シール部との間に生じた隙間から筒状空間内に向けて吸引流が生じ、その吸引流にて残留した液体燃料が積極的に吸引されるので、漏液をより確実に防止することができる。
【００１５】
また、筒状空間の内周面に摺動自在に嵌合するとともに先端が円筒弾性体の先端に係合する可動筒体を設け、この可動筒体にばねの先端を係合させると、円筒弾性体と筒状空間内周との間のシール性を確保することができ、上記吸引流を確実に生じさせることができるので、漏液を一層確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の燃料電池装置によれば、燃料電池ユニットと燃料カートリッジを接続するバルブ機構の一方のバルブに他方のバルブの一部を挿入して接続した状態で、両バルブの弁シール部間の燃料通路が他方のバルブの先端との間で密閉され、他方のバルブの周囲に燃料溜まりが生じないため、バルブの接続を離脱した時に、一方のバルブが他方のバルブの一部を挿入する空間を有していてもその弁シール部外に残る液体燃料を少なくすることができ、さらにその液体燃料が内部に吸引されるようにすることで、接続離脱時の漏液を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の燃料電池装置の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。      
【００１８】
本実施形態の燃料電池装置１は、図４に示すように、各種電子機器２に電力を供給する燃料電池ユニット３と、燃料電池ユニット３と燃料カートリッジ４を接続するバルブ機構５にて構成されている。図示例の燃料電池ユニット３は、メタノールなどの燃料を供給する負極（アノード）と酸素を供給する正極（カソード）との間に高分子固体電解質を介在させ、両極の間から電気エネルギーを取り出せるように構成された燃料電池モジュール６と、この燃料電池モジュール６に内部燃料タンク７から燃料を供給する燃料供給部８と、燃料電池モジュール６から取り出す電気エネルギーを制御する出力制御部９と、燃料電池ユニット３と電子機器２を接続するコネクタ１０とを備えている。
【００１９】
バルブ機構５は、燃料電池ユニット３の燃料受入口に設けられた雌側のバルブ１１と、燃料カートリッジ４に設けられた雄側のバルブ２１からなり、雌側のバルブ１１に雄側のバルブ２１の一部を挿入して相互に連通接続することで、燃料カートリッジ４から燃料電池ユニット３の内部燃料タンク７内にメタノール燃料を注入して燃料補給するように構成されている。
【００２０】
次に、バルブ機構５の構成について、図１（ａ）、（ｂ）を参照して詳細に説明する。雌側のバルブ１１は、弁シール部１３を内蔵したバルブ本体１２から先端に向けて接続円筒部１４が延設され、その先端部内周に係合突起１５が設けらている。弁シール部１３は、バルブ本体１２に設けられた弁口部１６と、弁口部１６の奥側に配置されてこの弁口部１６を開閉する弁体１７と、弁体１７を弁口部１６に向けて付勢して常時閉弁する弁ばね１８にて構成されている。また、弁体１７には、弁口部１６を貫通して接続円筒部１４内の軸芯部に突出する弁軸１９が突設され、弁軸１９の外周と接続円筒部１４の内周との間に筒状空間３０が形成されている。
【００２１】
雄側のバルブ２１は、弁シール部２３を内蔵したバルブ本体２２から先端に向けて、雌側のバルブ１１の接続円筒部１４内に挿入される接続突部２４が突設され、その外周面に係合突起１５が通過する軸方向の通過溝２５ａと、その奥端から周方向に延びる係合溝２５ｂが設けられている。弁シール部２３は、バルブ本体２２に設けられた弁口部２６と、弁口部２６の奥側に配置されてこの弁口部２６を開閉する弁体２７と、弁体２７を弁口部２６に向けて付勢して常時閉弁する弁ばね２８にて構成されている。また、弁体２７には、弁口部２６を貫通して接続突部２４の先端位置まで延びる弁軸２９が突設されている。
【００２２】
雌側のバルブ１１の筒状空間３０内には、円筒弾性体３１が弁軸１９の外周に嵌合させて配置されている。円筒弾性体３１の長さは、弁口部１６と係合突起１５の間の距離よりも若干短く設定され、弁軸１９に沿って所定量移動可能に構成されている。円筒弾性体３１の先端外周には鍔部３２が一体的に設けられ、その外面に雄側のバルブ２１の先端が当接するとともに、係合突起１５に係合して円筒弾性体３１の抜け出しが防止されている。また、筒状空間３０の内周面に摺動自在に嵌合する可動筒体３３が設けられ、その先端内周に一体的に設けられた係合鍔３４が円筒弾性体３１の鍔部３２の内面に当接配置され、かつ弁口部１６と係合鍔３４との間に可動筒体３３を介して円筒弾性体３１を先端に向けて移動付勢する付勢ばね３５が介装されている。可動筒体３３の外周には、筒状空間３０の内周面に対して摺動自在に密封するシールリング３６が配置されている。
【００２３】
そして、雌側のバルブ１１の接続円筒部１４内に、雄側のバルブ２１の接続突部２４を挿入し、係合突起１５を通過溝２５ａを通過させて係合溝２５ｂに係合させることでバルブ機構５を接続した状態では、図１（ｂ）に示すように、雄側のバルブ２１の接続突部２４の先端が円筒弾性体３１の先端面に当接して付勢ばね３５に抗してこれを接続円筒部１４の奥に向けて移動させ、その奥端面を弁口部１６に当接させた後、さらに押し込むことで、円筒弾性体３１の周壁が外方に湾曲され、その弾性復元力によって円筒弾性体３１の両端面が弁口部１６と接続突部２４の先端に密封状態で圧接される。その結果、雌側のバルブ１１の弁口部１６と雄側のバルブ２１の弁口部２６間の燃料通路３７が密封形成される。また、このバルブ機構５の接続過程で、弁軸１９が弁軸２９にて押されて弁体１７を奥側に移動させて弁シール部１３が開弁され、その後弁軸２９が弁軸１９にて押されて弁体２７を奥側に移動させて弁シール部２３が開弁される。かくして、雄側のバルブ２１の弁シール部２３から接続突部２４の内周と弁軸２９の隙間と円筒弾性体３１の内周と弁軸１９の隙間にて構成されている燃料通路３７を通して雌側のバルブ１１の弁シール部１３に向けて燃料が供給される。
【００２４】
次に、図２を参照して以上のバルブ機構５の接続・離脱工程を詳しく説明する。接続前には、図２（ａ）に示すように、図１（ａ）と同様に両バルブ１１、２１が離間してそれぞれの弁シール部１３、２３が閉じている。次に、雄側のバルブ２１の雌側のバルブ１１に対する挿入を開始し、係合突起１５を通過溝２５ａに通すと、まず図２（ｂ）に示すように、接続突部２４の先端が円筒弾性体３１の先端に当接した状態となる。雄側のバルブ２１をさらに挿入すると、図２（ｃ）に示すように、円筒弾性体３１が付勢ばね３５に抗して奥側に移動し、その奥端が弁口部１６に当接する。さらに、雄側のバルブ２１を挿入すると、図２（ｄ）に示すように、円筒弾性体３１の周壁が外側に湾曲するように押し込まれ、密封された燃料通路３７が弁シール部１３、２３間に形成される。その後、さらに雄側のバルブ２１を挿入すると、図２（ｅ）に示すように、弁体１７が弁ばね１８に抗して奥側に押されて弁シール部１３が開弁する。次いで、雄側のバルブ２１を最後まで挿入すると、図２（ｆ）に示すように、弁体２７が弁ばね２８に抗して奥側に押されて弁シール部２３が開弁し、雄側のバルブ２１から雌側のバルブ１１に向けて燃料供給可能な状態となる。その状態で雄側のバルブ２１を回転させ、係合突起１５を係合溝２５ｂに嵌入係合させることで接続状態が保持され、燃料供給を継続しておこなうことができる。
【００２５】
燃料供給が終了した後は、上記接続工程とは逆に、図２（ｆ）〜図２（ａ）の工程を経て両バルブ１１、２１の接続が解除される。その際に、 図３（ａ）（図２（ｄ）に対応）に示すように、雌側のバルブ１１から雄側のバルブ２１を抜き出し、両バルブ１１、２１の弁シール部１３、２３が共に閉じた直後で、弁軸１９、２９の先端同士がまだ当接しており、円筒弾性体３１の周壁が外方になお湾曲し、燃料通路３７が密封形成されている状態においては、その燃料通路３７の内容積の大部分は弁軸１９、２９にて占められており、燃料は主として円筒弾性体３１の外方に湾曲した周壁と弁軸１９、２９外周との間の僅かな空間に残っているだけである。
【００２６】
次いで、図３（ｂ）（図２（ｃ）に対応）に示すように、弁軸１９、２９の先端間が離間し、円筒弾性体３１の両端が弁シール部１３と接続突部２４先端になお当接したままでその周壁がストレートな円筒状に復元し、まだ燃料通路３７が閉成されている状態では、その燃料通路３７内に残っていた燃料の一部が、弁軸１９、２９の先端間に生じた空間に流出する。しかし、その燃料の量は極めて少ないので、たとえ燃料通路３７をそのまま開放したとしても燃料の漏液は極めて少なくできる。
【００２７】
次に、図３（ｃ）（図２（ｂ）に対応）に示すように、雄側のバルブ２１をその接続突部２４の先端部が係合突起１５に対向する位置まで抜き出すと、接続突部２４の先端の移動に伴って、付勢ばね３５の付勢力にて可動筒体３３とともに円筒弾性体３１が筒状空間３０の先端に向けて係合突起１５に当接する位置まで移動する。これにより、円筒弾性体３１と可動筒体３３にて外部に対して密閉区画された筒状空間３０内の空間の容積が増大し、弁口部１６と円筒弾性体３１の奥端との間に生じた開口を通して弁軸１９と円筒弾性体３１内周との間に吸引力が作用し、燃料通路３７内に残留していた僅かな燃料も筒状空間３０内に完全に吸引収容される。かくして、雄側のバルブ２１を雌側のバルブ１１から完全に抜き出した状態で、液体状の燃料が外部に漏液する恐れを完全に解消することができる。
【００２８】
本実施形態によれば、以上のようにバルブ機構５の雌側のバルブ１１の接続円筒部１４に雄側のバルブ２１の接続突部２４を挿入することで両バルブ１１、２１が連通接続され、燃料カートリッジ４から燃料電池ユニット３に燃料を供給することができる。また、その接続状態で、円筒弾性体３１の周壁が外方に湾曲された復元力でシール面圧を生じて、雌側のバルブ１１の弁シール部１３と雄側のバルブ２１の先端との間の燃料通路３７が密閉されており、雄側のバルブ２１の周囲に燃料溜まりが生じないため、また両バルブ１１、２１の接続を離脱する時に円筒弾性体３１の湾曲が復元することで円筒弾性体３１と弁軸１９との間の燃料の大部分が押し戻されるため、バルブ離脱後に雌側のバルブ１１内の弁シール部１３の外部に残留する燃料を極めて少なくすることができ、接続離脱時の漏液を防止することができる。
【００２９】
さらに、円筒弾性体３１を弁軸１９に沿って所定量移動可能に配設するとともに、筒状空間３０の内周面に摺動自在に嵌合する可動筒体３３の先端を円筒弾性体３１の先端に係合させ、この可動筒体３３の先端に付勢ばね３５の先端を係合させ、円筒弾性体３１を付勢ばね３５にてその先端方向に向けて付勢しているので、両バルブ１１、２１の離脱時の最終段階で円筒弾性体３１が弁軸１９に沿ってバルブ１１の先端側に移動することで、円筒弾性体３１と弁シール部１３との間に生じた隙間から筒状空間３０内に向けて吸引流が生じ、その吸引流にて残留した液体燃料が積極的に吸引されるので、漏液をより確実に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の燃料電池装置は、燃料電池ユニットと燃料カートリッジを接続するため一方のバルブに他方のバルブの一部を挿入して接続するようにしたバルブ機構において、その接続を離脱した時に一方のバルブの弁シール部外に残る液体燃料を少なくすることができ、さらにその液体燃料が内部に吸引されることで、接続離脱時の漏液を確実に防止することができるので、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の燃料電池装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の燃料電池装置の一実施形態におけるバルブ機構を示し、（ａ）は離脱状態の断面図、（ｂ）は接続状態の断面図。
【図２】同バルブ機構の接続・離脱時の動作説明図。
【図３】同バルブ機構の離脱時の作用説明図。
【図４】同実施形態の燃料電池装置の全体概略構成図。
【図５】従来例のバルブ機構の構成とその接続・離脱時の動作を示す断面図。
【符号の説明】
【００３２】
１  燃料電池装置
３  燃料電池ユニット
４  燃料カートリッジ
５  バルブ機構
６  燃料電池モジュール
１１  雌側のバルブ
１３、２３  弁シール部
１９、２９  弁軸
２１  雄側のバルブ
３０  筒状空間
３１  円筒弾性体
３３  可動筒体
３５  付勢ばね
３７  燃料通路
【図１】
2007227093.tif 000003
【図２】
2007227093.tif 000004
【図３】
2007227093.tif 000005
【図４】
2007227093.tif 000006
【図５】
2007227093.tif 000007