(57)【要約】【課題】コンパクトで取り扱いが容易な燃料電池用カートリッジを提供することを目的とする。【解決手段】シリンダ体２を構成している胴部９の内部に収容した液体燃料を、前記シリンダ体２に液密状態に嵌合させたピストン５を押圧することにより、前記シリンダ体２の先端部に設けられたコネクタ３から注出させる燃料電池用カートリッジにおいて、ピストン５と別体に成形されると共に、ピストン５と着脱可能に接続され、ピストン５をコネクタ３側へ移動させるための棒状のシャフト部２０を有するピストンシャフト６と、シリンダ体２及びピストンシャフト６を個別に収容可能な外装体７と、外装体７を封止する蓋体８とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ体を構成している胴部の内部に収容した液体燃料を、前記シリンダ体に液密状態に嵌合させたピストンを押圧することにより、前記シリンダ体の先端部に設けられたコネクタから注出させる燃料電池用カートリッジにおいて、
前記ピストンと別体に成形されると共に、前記ピストンと着脱可能に接続され、前記ピストンを前記コネクタ側へ移動させるための棒状のシャフト部を有するピストンシャフトと、
前記シリンダ体及び前記ピストンシャフトを個別に収容可能な外装体と、
前記外装体を封止する蓋体と
を備えていることを特徴とする燃料電池用カートリッジ。
【請求項２】
前記蓋体には、前記ピストンシャフトのシャフト部を挿通可能な小孔が形成されており、前記小孔を介して前記シャフト部を前記ピストンと接続可能に構成されており、前記小孔の周縁部の内径が、前記シャフト部の外径と同等或いはそれより僅かに大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用カートリッジ。
【請求項３】
前記蓋体の前記小孔の周縁部から前記シリンダ体の内方に向かって、且つ、前記シリンダ体の胴部の軸線方向に沿って延びている筒状のピストンシャフトガイドが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用カートリッジ。
【請求項４】
前記蓋体の前記小孔を封止し、且つ破断させて前記蓋体から取り外されるバージンシール部が設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料電池用カートリッジ。
【請求項５】
前記ピストンシャフトの前記シャフト部に比べて、前記ピストンが軟質の樹脂材料により構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の燃料電池用カートリッジ。
【請求項６】
前記ピストンシャフトにおける前記シャフト部の外径（ｄ）と前記シリンダ体の胴部の内径（Ｄ）との関係が、下記式（１）を満たすことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（１／５）Ｄ≦ｄ≦（１／３）Ｄ          …（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に内蔵された燃料タンクに対して、液体燃料を充填する機能を備えた燃料電池用カートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、モバイル機器用の電源として、液体燃料であるメタノールやエタノールなどを直接、アノード極（燃料極）に供給して、電気化学反応を生じさせることができるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）が注目されている。このようなダイレクトメタノール型燃料電池では、燃料電池システムを構成する燃料タンクに燃料を補給することにより、充電しなくても電源として使い続けることができ、そのような燃料電池に燃料を補給するための方法として、燃料電池本体に内蔵された燃料タンクに対し、使用者が液体燃料を充填できるようにしたサテライト式の燃料カートリッジが提案されている。このようなサテライト式の燃料カートリッジとして、特許文献１には、燃料電池の液体燃料を貯留する燃料タンクの燃料受入れ口に挿入可能な充填ノズルと、内部に貯留した液体燃料を充填ノズルを通して燃料タンクに充填するための充填容器とを備え、充填ノズルは、充填容器内の液体燃料を供給するための燃料供給部と、燃料タンク内の気体を排出するための気体排出部とを有し、充填容器の内部に貯留されている液体燃料に圧力を作用させ、燃料供給部を通して液体燃料を燃料タンクに充填可能な燃料充填機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３０１９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この特許文献１に記載されている燃料カートリッジは、注射器のような構造をしており、燃料貯留部内の燃料を充填するためのピストンとそのピストンを移動させるための取っ手とが一体的に成形されているため、燃料カートリッジ全体の長さが長くなり、保管や持ち運びに不便であったり、保管時や持ち運び時に取っ手に外力が作用した際に燃料が漏洩したりする虞があった。
【０００５】
本発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、コンパクトで取り扱いが容易な燃料電池用カートリッジを提供す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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、シリンダ体を構成している胴部の内部に収容した液体燃料を、前記シリンダ体に液密状態に嵌合させたピストンを押圧することにより、前記シリンダ体の先端部に設けられたコネクタから注出させる燃料電池用カートリッジにおいて、前記ピストンと別体に成形されるとともに前記ピストンと着脱可能に接続されかつ前記ピストンを前記コネクタ側へ移動させるための棒状のシャフト部を有するピストンシャフトと、前記シリンダ体及び前記ピストンシャフトを個別に収容可能な外装体と、前記外装体を封止する蓋体とを備えていることが特徴である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記蓋体には、前記ピストンシャフトのシャフト部を挿通可能な小孔が形成されており、前記小孔を介して前記シャフト部を前記ピストンと接続可能に構成されており、前記小孔の周縁部の内径が、前記シャフト部の外径と同等或いはそれより僅かに大きくなるように設定されていることが特徴である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記蓋体の前記小孔の周縁部から前記シリンダ体の内方に向かって、且つ、前記シリンダ体の胴部の軸線方向に沿って延びている筒状のピストンシャフトガイドが設けられていることが特徴である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項２又は３の発明において、前記蓋体の前記小孔を封止するバージンシール部が設けられていることが特徴である。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの発明において、前記ピストンシャフトの前記シャフト部に比べて、前記ピストンが軟質の樹脂材料により構成されていることが特徴である。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかの発明において、前記ピストンシャフトにおける前記シャフト部の外径（ｄ）と前記シリンダ体の胴部の内径（Ｄ）との関係が、下記式（１）を満たすことが特徴である。
（１／５）Ｄ≦ｄ≦（１／３）Ｄ          …（１）
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、シリンダ体内の燃料をコネクタ側に押し出すためのピストンと、ピストンをコネクタ側へ移動させるためのピストンシャフトとが別体に成形されていることにより、使用時以外は、ピストンとピストンシャフトとを分離させておくことができるため、カートリッジ全体の長さをコンパクトにすることができると共に、保管時や持ち運び時にピストンに外力が作用することを防止することができる。また、シリンダ体及びピストンシャフトを個別に収容可能な外装体と、外装体を封止する蓋体とを有することにより、保管や持ち運びを容易に行うことができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、蓋体には、シャフト部を挿通可能な小孔が形成されており、小孔の周縁部の内径が、シャフト部の外径と同等或いはそれより僅かに大きくなるように設定されていることにより、小孔にピストンシャフトのシャフト部を挿通した際に、小孔の周縁部がガイドとなってピストンシャフトを所定方向に安定してスムーズに移動させることができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、蓋体の小孔の周縁部からシリンダ体の内方に向かって、且つ、シリンダ体の胴部の軸線方向に沿って延びている筒状のピストンシャフトガイドが設けられていることにより、ピストンシャフトを確実にシリンダ体の胴部の軸線方向に沿って移動させることができるため、ピストンを容易に移動させることができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、蓋体の小孔を封止するバージンシール部が設けられていることにより、ピストンシャフトを固定したり、カートリッジ全体を覆ったりしなくても、小孔を封止するだけで簡単にカートリッジのバージンシール性を確保することができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、シャフト部に比べて、ピストンが軟質の樹脂材料により構成されているので、ピストンに比較的軟質な樹脂材料を使用することによりピストンとシリンダ体との密封性を向上することができ、またシャフト部に比較的硬質な樹脂材料を使用することによりピストンシャフトによるピストンヘの押圧力を十分に作用させることができる。
【００１７】
請求項６の発明によれば、ピストンシャフトのシャフト部の外径（ｄ）とシリンダ体の内径（Ｄ）との関係が、（１／５）Ｄ≦ｄ≦（１／３）Ｄを満たすように設定されていることにより、シリンダ体の内径に応じてシャフト部の強度を十分に確保できると共に、シャフト部の外径を大きくしすぎることもないため、燃料電池用カートリッジをコンパクトに構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一具体例を示す断面図である。
【図２】そのピストンを示す断面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】本発明の一具体例を示す側面図である。
【図５】その使用時の状態を示す断面図である。
【図６】燃料電池などの機器本体に接続した状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る燃料電池用カートリッジ１は、メタノールやエタノールなどの液体燃料を、燃料電池に内蔵された燃料タンクに充填する機能を備えた燃料カートリッジであり、図１に示すように、液体燃料が収容された円筒体（以下、シリンダ体と記す）２と、シリンダ体２の先端部に固着されたコネクタ３とを備えている。そのコネクタ３は、燃料電池に内蔵された燃料タンク（それぞれ図示せず）に着脱可能に接続されて、シリンダ体２内の燃料を燃料タンクに注出可能な注出路４を有している。また、本発明に係る燃料電池用カートリッジ１は、図１に示すように、シリンダ体２の内部に液密状態を維持して前後動するように挿入され、シリンダ体２内の燃料をコネクタ３側に押し出すためのピストン５と、ピストン５と別体に成形され、ピストン５と着脱可能に接続され、ピストン５をコネクタ３側へ移動させるためのピストンシャフト６と、シリンダ体２及びピストンシャフト６を個別に収容可能な外装体７と、外装体７の開口部を封止する蓋体８とを有している。
【００２０】
これらの燃料電池用カートリッジ１の各構成部品は、合成樹脂材料を主体として構成されており、その合成樹脂材料としては、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、高密度ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状オレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルペンテン、ポリフェニルサルホン等が好適に使用できる。
【００２１】
以下に、詳細に説明する。尚、説明の便宜上、本発明の燃料電池用カートリッジ１におけるコネクタ３が設けられた側を前方、蓋体８が設けられた側を後方とする。
【００２２】
シリンダ体２は、円筒状の胴部９と、胴部９の前端側に形成され、胴部９より小径の円筒状で、コネクタ３の一端部が内部に挿入されて係合可能となる係合部１０とを有している。係合部１０の外周面には、外装体７と係合される係止突起１１が形成され、胴部９の後端側の外周面には蓋体８と係合される係止突起１２が形成されている。また、シリンダ体２の胴部９の後端部は胴部９の内径と同等の大きさの開口部が形成され、後端側からピストン５を挿入できるように構成されている。尚、シリンダ体２は、透明又は半透明の樹脂で成形されており、シリンダ体２内の液体燃料の残量を視認可能なように構成されている。
【００２３】
コネクタ３は、後端側がシリンダ体２の係合部１０に挿入されて係合され、前端側は、燃料電池の燃料タンクに着脱可能に接続される接続部１３となっている。また、コネクタ３は、内部を燃料が通過可能な円筒状の注出路４を有し、注出路４の内部には、コネクタ３が燃料タンクに装着された状態でのみ、燃料が注出可能となるような弁体１４が設けられている。
【００２４】
ピストン５を図２に断面図で示してあり、ピストン５は、シリンダ体２の胴部９の内部に挿入され、シリンダ体２の胴部９の内周面に摺動可能に密接されており、ピストン５の外径は、シリンダ体２の胴部９の内径と同等或いはそれより僅かに大きくなるように設定されている。ピストン５は、円板状の押板部１５と、押板部１５の周縁部に接続され、シリンダ体２の後端側に延びてシリンダ体２の胴部９の内周面に密接する筒状密封壁１６と、押板部１５の中央部から、ピストン５の中心軸に沿ってシリンダ体２の後端側に延びている棒状突起１７とを有している。筒状密封壁１６の外周面の前端部と後端部とそれらの中間部とには、シリンダ体２の内周壁と全周で密接する環状シール部１８がそれぞれ形成されており、中間部の環状シール部１８にはゴム製のＯリング１９が取り付けられている。尚、Ｏリング１９を構成する樹脂材料としては、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム等が好適に使用できる。また、ピストン５を構成する樹脂材料は、ピストン５とシリンダ体２の胴部９の内周面との密封性を十分に確保するために、シリンダ体２やピストンシャフト６を構成する樹脂材料よりも軟質（硬度の柔らかい）の樹脂材料を使用することが好ましい。
【００２５】
ピストンシャフト６は、棒状のシャフト部２０と、シャフト部２０の後端部に接続され、シャフト部２０よりも外径の大きい円板状の押圧部２１とを有している。シャフト部２０の前端部は中空の筒状部２２になっており、その筒状部２２の内径が、ピストン５の棒状突起１７の外径と同一又はそれより僅かに大きく設定されており、筒状部２２に棒状突起１７を着脱可能に挿入できるように構成されている。ピストンシャフト６のシャフト部２０の外径（ｄ）とシリンダ体２の内径（Ｄ）との関係は、（１／５）Ｄ≦ｄ≦（１／３）Ｄを満たすように設定されていることが好ましく、本実施例では、シリンダ体２の内径が１５〜３０ｍｍの範囲であるのに対し、シャフト部２０の外径が３〜１０ｍｍの範囲に設定されている。
【００２６】
外装体７は、シリンダ体２を収容するシリンダ体収容部２３と、ピストンシャフト６を収容するピストンシャフト収容部２４とを備えており、図３に示すように、外装体７の全体として、断面が小判形状の筒状の外周壁２５と、外周壁２５の前端部に接続される底板部２６とを有している。外周壁２５の後端部は全体が開口された状態となっており、底板部２６のシリンダ体収容部２３側には比較的小径の開口部が形成されている。底板部２６の開口部の内径は、シリンダ体２の係合部１０の外径と同等かそれよりも僅かに大きくなっており、底板部２６の開口部の内周面にシリンダ体２の係合部１０の外周面に形成された係止突起１１と係合する係止凹部が形成され、シリンダ体２の係合部１０が開口部に挿通され、係合した状態で、外装体７にシリンダ体２が収容されるように構成されている。シリンダ体収容部２３の外周壁２５には、図４に示すように、透明又は半透明の窓部Ｗが形成されており、シリンダ体２を通してシリンダ体２内の液体燃料の残量を視認可能なように構成されている。
【００２７】
外装体７の底板部２６は、シリンダ体収容部２３とピストンシャフト収容部２４との境界部に段差が設けられており、シリンダ体収容部２３側の底板部２６の方が、ピストンシャフト収容部２４側の底板部２６よりも外装体７の前端側に突出するように形成されている。ピストンシャフト収容部２４の底板部２６の内面側には、外装体７の後端側に向かって延びている棒状突起２７が形成されており、棒状突起２７の外径は、ピストンシャフト６のシャフト部２０における筒状部２２の内径と同等或いはそれより僅かに小さく設定されており、筒状部２２に棒状突起２７を着脱可能に挿入（嵌合）できるように構成され、棒状突起２７にピストンシャフト６を嵌合した状態で、ピストンシャフト収容部２４にピストンシャフト６が収容されるようになっている。
【００２８】
蓋体８は、外装体７の外周壁２５の形状に対応する小判形状の天板部２８を有し、天板部２８の周縁部の内面と外装体７の外周壁２５の後端部とが接着剤により接合されて、外装体７の後端側の開口部を封止するように構成されている。外装体７のシリンダ体収容部２３に対応する天板部２８の内面側には、シリンダ体２の後端部の外周面に係合する筒状壁２９が形成されている。また、外装体７のシリンダ体収容部２３に対応する天板部２８の中央部には、ピストンシャフト６におけるシャフト部２０の外径と同等或いはそれよりも僅かに大きい内径を有する第１小孔３０が形成されている。第１小孔３０は、外装体７にシリンダ体２が収容された状態で、シリンダ体２の中心軸と第１小孔３０の中心とが一致するように設けられている。第１小孔３０の周縁部からシリンダ体２（カートリッジ１）の内方に向かって、且つ、シリンダ体２の軸線方向に沿って延びている円筒状のピストンシャフトガイド３１が形成されている。また、第１小孔３０を覆うように、第１小孔３０の周縁部からカートリッジ１の外方に突出する突起状のバージンシール部３２が形成されている。
【００２９】
本実施例では、バージンシール部３２は、内部が中空の突起状で根元が薄肉になっており、バージンシール部３２を折り曲げることにより根元の薄肉部が破断して天板部２８からバージンシール部３２が取り外せるように構成されているが、特にこのような形状に限定されるものではなく、第１小孔３０を開封可能に封止できるような構造であればよい。
【００３０】
また、外装体７のピストンシャフト収容部２４に対応する天板部２８には、ピストンシャフト６におけるシャフト部２０の外径と同等或いはそれよりも僅かに大きい内径を有する第２小孔３３が形成され、蓋体８の外部から第２小孔３３を介して外装体７内にピストンシャフト６を挿入して収容できるように構成されている。
【００３１】
蓋体８における天板部２８の第１小孔３０の中心とピストン５の棒状突起１７の中心軸とシリンダ体２の胴部９の中心軸とは一致するように配置されており、ピストンシャフト６のシャフト部２０を第１小孔３０に挿入して、ピストンシャフト６によりピストン５を押し動かす際に、ピストンシャフトガイド３１がピストンシャフト６のシャフト部２０に対するガイド面として作用することで、ピストンシャフトをシリンダ体２の軸線方向に沿うように真っ直ぐに動かすことができる。
【００３２】
本実施例では、蓋体８の天板部２８の厚さは、１〜４ｍｍの範囲に設定されており、天板部２８の厚さを比較的厚くするだけでも、第１小孔３０の周縁部がピストンシャフト６に対するガイド面としての役割を果たすことができるが、天板部２８全体の厚さを厚くすると蓋体８を構成する樹脂材料が多く必要になりコストアップするため、コストを抑えつつ、十分なガイド機能を持たせるためには、天板部２８の内面側に筒状に突出するピストンシャフトガイド３１を設けることが好ましい。
【００３３】
尚、ピストンシャフトガイド３１の長さは、十分なガイド機能を確保しつつ、カートリッジ１をコンパクトに構成するために、バージンシール部３２を取り外した状態での第１小孔３０の後端（蓋体８の天板部２８の外面）からピストンシャフトガイド３１の前端までの距離が２〜２０ｍｍの範囲であることが好ましい。また、第１小孔３０の内径は、ピストンシャフト６におけるシャフト部２０の外径の１〜１．２倍（好ましくは１〜１．１倍）に設定されていることが好ましい。
【００３４】
本発明の燃料電池用カートリッジ１は、使用前には、図１あるいは図４に示すように、ピストンシャフト６が外装体７のピストンシャフト収容部２４に収容された状態となっており、使用時には、先ず、蓋体８のバージンシール部３２を折り曲げて取り外すと共に、コネクタ３を燃料電池本体３４の燃料タンクに接続する。こうすることで弁体１４が押し開かれ、次いで、ピストンシャフト６を外装体７から取り出して、そのシャフト部２０を蓋体８の第１小孔３０に挿入し、シャフト部２０の筒状部２２をピストン５の棒状突起１７に嵌合させる。その状態を図５あるいは図６に示してある。そこから更に、ピストンシャフト６を押し込むことによりピストン５を押し動かすことで、シリンダ体２内の液体燃料をコネクタ３から燃料電池本体３４の燃料タンクに注出することができる。
【００３５】
本発明の燃料電池用カートリッジ１によれば、シリンダ体２内の燃料をコネクタ３側に押し出すためのピストン５と、ピストン５をコネクタ３側へ移動させるためのピストンシャフト６とが別体に成形されていることにより、使用時以外は、ピストン５とピストンシャフト６とを分離させておくことができるため、カートリッジ全体の長さをコンパクトにすることができると共に、保管時や持ち運び時にピストン５に外力が作用することを防止することができる。また、シリンダ体２及びピストンシャフト６を個別に収容可能な外装体７と、外装体７を封止する蓋体８とを有することにより、保管や持ち運びを容易に行うことができる。
【００３６】
また、蓋体８には、シャフト部２０を挿通可能な第１小孔３０が形成されており、第１小孔３０の周縁部の内径が、シャフト部２０の外径と同等或いはそれより僅かに大きくなるように設定されていることにより、第１小孔３０にピストンシャフト６のシャフト部２０を挿通した際に、第１小孔３０の周縁部がガイドとなってピストンシャフト６を所定方向に安定してスムーズに移動させることができる。
【００３７】
さらに、蓋体８の小孔の周縁部からシリンダ体２の内方に向かって、且つ、シリンダ体２の胴部９の軸線方向に沿って延びている筒状のピストンシャフトガイド３１が設けられていることにより、ピストンシャフト６を確実にシリンダ体２の胴部９の軸線方向に沿って移動させることができるため、ピストン５を容易に移動させることができる。
【００３８】
また、蓋体８の小孔を封止するバージンシール部３２が設けられていることにより、ピストンシャフト６を固定したり、カートリッジ１全体を覆ったりしなくても、小孔を封止するだけで簡単にカートリッジ１のバージンシール性を確保することができる。
【００３９】
さらに、ピストンシャフト６のシャフト部２０の外径（ｄ）とシリンダ体２の内径（Ｄ）との関係が、（１／５）Ｄ≦ｄ≦（１／３）Ｄを満たすように設定されていることにより、シリンダ体２の内径に応じてシャフト部２０の強度を十分に確保できると共に、シャフト部２０の外径を大きくしすぎることもないため、燃料電池用カートリッジ１をコンパクトに構成することができる。
【００４０】
すなわち、シャフト部２０の外径が、シリンダ体２の内径の１／５よりも小さい場合は、ピストンシャフト６によりシリンダ体２内のピストン５を押し動かして液体燃料を注出する際に、ピストン５を動かすのに必要な力に対してシャフト部２０の外径が細すぎるため、シャフト部２０が変形したり破損したりする虞がある。一方、シャフト部２０の外径が、シリンダ体２の内径の１／３よりも大きい場合は、シャフト部２０が必要以上に太くなるため、ピストンシャフト６を収容する外装体７が大きくなり、保管や持ち運びに不便になる虞がある。
【００４１】
また、シャフト部２０に比べて、ピストン５が軟質の樹脂材料により構成されていることにより、ピストン５に比較的軟質な樹脂材料を使用することでピストン５とシリンダ体２との密封性を向上することができると共に、シャフト部２０に比較的硬質な樹脂材料を使用することでピストンシャフト６によるピストン５ヘの押圧力を十分に作用させることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１…燃料電池用カートリッジ、  ２…円筒体（シリンダ体）、  ３…コネクタ、  ４…注出路、  ５…ピストン、  ６…ピストンシャフト、  ７…外装体、  ８…蓋体、  ９…胴部、  １３…接続部、  １７…棒状突起、  １８…環状シール部、  ２０…シャフト部、  ２３…シリンダ体収容部、  ２４…ピストンシャフト収容部、  ３０…第１小孔、  ３１…ピストンシャフトガイド、  ３２…バージンシール部、  ３３…第２小孔、  Ｗ…窓部。
【図１】
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【図２】
2012150984.tif 000004
【図３】
2012150984.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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