(57)【要約】【課題】小型化が可能であって、且つ、誤接続を防止可能な燃料電池、燃料カートリッジ及び接続構造を提供すること。【解決手段】燃料カートリッジ３及び燃料電池２に設けられた接続構造１であって、燃料カートリッジ３及び燃料電池２の一方に設けられた、円筒状の接続口２１を有する接続体６と、燃料カートリッジ３及び燃料電池２の他方に設けられ、接続口２１と接続する円筒状の被接続口６１を有する被接続体７と、接続口２１の、被接続口６１と当接する部位に設けられた凹部群２５と、被接続口６１の、接続口２１と当接する部位に設けられた、凹部群２５と係合可能な凸部群６５と、接続口２１及び被接続口６１にそれぞれ設けられ、接続口２１及び被接続口６１をそれぞれ閉塞するとともに、凹部群２５及び凸部群６５の係合時に、接続口２１及び被接続口６１を開放する弁体１２，５２と、  を備える構成とする。【選択図】      図３
2013077444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料カートリッジ、及び、前記燃料カートリッジから燃料が供給される燃料電池に設けられた接続構造であって、
前記燃料カートリッジ及び前記燃料電池の一方に設けられた、円筒状の接続口を有する接続体と、
前記燃料カートリッジ及び前記燃料電池の他方に設けられ、前記接続口と接続する円筒状の被接続口を有する被接続体と、
前記接続口の、前記被接続口と当接する部位に設けられた凹部群と、
前記被接続口の、前記接続口と当接する部位に設けられた、前記凹部群と係合可能な凸部群と、
前記接続口及び前記被接続口にそれぞれ設けられ、前記接続口及び前記被接続口をそれぞれ閉塞するとともに、前記凹部群及び前記凸部群の係合時に、前記接続口及び前記被接続口を開放する弁体と、
を備えることを特徴とする接続構造。
【請求項２】
前記凹部群は、周方向に配置された台形状の凹部及び三角状の凹部の少なくとも一方を有し、
前記凸部群は、前記凹部群の前記台形状の凹部及び前記三角状の凹部と同数、且つ、係合可能に配置された台形状の凸部及び三角状の凸部を有することを特徴とする請求項１に記載の接続構造。
【請求項３】
前記台形状の凹部、前記三角状の凹部、前記台形状の凹部及び前記三角状の凹部の傾斜面は、周方向の長さが高さ方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項２に記載の接続構造。
【請求項４】
円筒状の接続口を有する接続体、及び、前記接続口に設けられ、前記接続口を開閉する弁体を具備する燃料カートリッジにより燃料が供給される燃料電池であって、
前記接続口と接続する円筒状の被接続口を有する被接続体と、
前記被接続口の、前記接続口と当接する部位に設けられた凹部群及び凸部群の一方と、
前記被接続口に設けられ、前記被接続口を閉塞するとともに、前記凹部群及び前記凸部群の係合時に、前記燃料カートリッジの前記弁体と係合して前記接続口及び前記被接続口を開放する弁体と、
を具備し、
前記燃料カートリッジは、前記被接続口と当接する部位に、前記凹部群及び前記凸部群の他方が設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
前記凹部群は、周方向に配置された台形状の凹部及び三角状の凹部の少なくとも一方を有し、
前記凸部群は、前記凹部群の前記台形状の凹部及び前記三角状の凹部と同数、且つ、係合可能に配置された台形状の凸部及び三角状の凸部を有することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記台形状の凹部、前記三角状の凹部、前記台形状の凹部及び前記三角状の凹部の傾斜面は、周方向の長さが高さ方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
円筒状の接続口を有する接続体、及び、前記接続口に設けられ、前記接続口を開閉する弁体を具備する燃料電池に燃料を前記燃料電池に供給する燃料カートリッジであって、
前記接続口と接続する円筒状の被接続口を有する被接続体と、
前記被接続口の、前記接続口と当接する部位に設けられた凹部群及び凸部群の一方と、
前記被接続口に設けられ、前記被接続口を閉塞するとともに、前記凹部群及び前記凸部群の係合時に、前記燃料電池の前記弁体と係合して前記接続口及び前記被接続口を開放する弁体と、
を具備し、
前記燃料電池は、前記被接続口と当接する部位に、前記凹部群及び前記凸部群の他方が設けられていることを特徴とする燃料カートリッジ。
【請求項８】
前記凹部群は、周方向に配置された台形状の凹部及び三角状の凹部の少なくとも一方を有し、
前記凸部群は、前記凹部群の前記台形状の凹部及び前記三角状の凹部と同数、且つ、係合可能に配置された台形状の凸部及び三角状の凸部を有することを特徴とする請求項７に記載の燃料カートリッジ。
【請求項９】
前記台形状の凹部、前記三角状の凹部、前記台形状の凹部及び前記三角状の凹部の傾斜面は、周方向の長さが高さ方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項８に記載の燃料カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体又は液体の燃料により発電を行う燃料電池、この燃料電池に燃料を供給する燃料カートリッジ、及び、これら燃料電池及び燃料カートリッジを互いに接続する接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ、その他電子機器の小型電源として燃料電池の使用が検討されている。このような燃料電池は、電子機器に設けられ、気体又は液体の燃料により発電を行う。この燃料電池への燃料の供給は、燃料カートリッジを用いて行われる。
【０００３】
具体的には、燃料電池は、内部に開閉弁（弁体）を有する円筒状の受給口を有し、燃料カートリッジは、この供給口に挿入可能な、内部に開閉弁（弁体）を有する円柱状の供給口を有する。そして、この受給口及び供給口を接続することで、受給口及び供給口に設けられた開閉弁が開状態となり、燃料カートリッジから燃料電池に燃料が供給される。
【０００４】
このような燃料電池に用いられる燃料は、例えばメタノールが用いられる。この燃料は、用いる電子機器に応じて異なる成分及び濃度のものが種々用いられる。また、燃料は、燃料の種類や電子機器に応じて燃料カートリッジに異なる圧力で貯留される。このため、燃料電池と燃料カートリッジの接続に際しては、誤接続を防止する必要がある。
【０００５】
そこで、燃料電池及び燃料カートリッジの接続構造として、受給口及び供給口、又は、これらの周囲に、キー溝及びキーや、位置決めピン及び位置決め穴を設けることで誤接続を防止する技術が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００６】
しかし、これらの接続構造においては、キー及びキー溝の位置、又は、位置決めピン及び位置決め穴の位置が周方向に位置ずれがあると接続されないことから、接続作業が煩雑となる。
【０００７】
また、受給口又は供給口に周方向に回転力が印加された場合には、キーや位置決めピンが破損する虞が有る。そこで、接続構造として、受給口及び供給口に、これら周方向に対して傾斜面を有するカム部と、カム部の傾斜面と当接するカムフォロア部とを備え、周方向に所定の回転力が印加されると傾斜面によりカム部及びカムフォロア部との係合が解除される技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−５４０５５号公報
【特許文献２】特開２００６−１０８０１３号公報
【特許文献３】特開２００７−１９４０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した燃料電池及び燃料カートリッジの接続構造では、以下の問題があった。即ち、上述した接続構造は、受給口及び供給口の周面や周囲に、キー溝及びキー、位置決めピン及び位置決め孔、又は、カム部及びカムフォロア部等を設ける必要がある。このため、受給口及び供給口の厚みや設置スペース等が必要となり、受給口及び供給口の大型化となる。しかし、小型の電子機器の場合には、受給口及び供給口に用いることが可能な形状に制限があり、上述した接続構造を設けることが困難な場合がある。
【００１０】
また、特定のカム部に係合するようにカムフォロア部を設ける場合には、カム部がどのような位置関係でカムフォロア部と係合しても、供給口が受給口に接続されることができない形状とする必要があるが、これら形状の特定が困難であるという問題もある。
【００１１】
そこで本発明は、小型化が可能であって、且つ、誤接続を防止可能な燃料電池、燃料カートリッジ及び接続構造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】
【００１２】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の燃料電池、燃料カートリッジ及びこれら接続構造は、次のように構成されている。
【００１３】
本発明の一態様として、燃料カートリッジ、及び、前記燃料カートリッジから燃料が供給される燃料電池に設けられた接続構造は、前記燃料カートリッジ及び前記燃料電池の一方に設けられた、円筒状の接続口を有する接続体と、前記燃料カートリッジ及び前記燃料電池の他方に設けられ、前記接続口と接続する円筒状の被接続口を有する被接続体と、前記接続口の、前記被接続口と当接する部位に設けられた凹部群と、前記被接続口の、前記接続口と当接する部位に設けられた、前記凹部群と係合可能な凸部群と、前記接続口及び前記被接続口にそれぞれ設けられ、前記接続口及び前記被接続口をそれぞれ閉塞するとともに、前記凹部群及び前記凸部群の係合時に、前記接続口及び前記被接続口を開放する弁体と、を備える。
【００１４】
本発明の一態様として、円筒状の接続口を有する接続体、及び、前記接続口に設けられ、前記接続口を開閉する弁体を具備する燃料カートリッジにより燃料が供給される燃料電池は、前記接続口と接続する円筒状の被接続口を有する被接続体と、前記被接続口の、前記接続口と当接する部位に設けられた凹部群及び凸部群の一方と、前記被接続口に設けられ、前記被接続口を閉塞するとともに、前記凹部群及び前記凸部群の係合時に、前記燃料カートリッジの前記弁体と係合して前記接続口及び前記被接続口を開放する弁体と、を具備し、前記燃料カートリッジは、前記被接続口と当接する部位に、前記凹部群及び前記凸部群の他方が設けられている。
【００１５】
本発明の一態様として、円筒状の接続口を有する接続体、及び、前記接続口に設けられ、前記接続口を開閉する弁体を具備する燃料電池に燃料を前記燃料電池に供給する燃料カートリッジは、前記接続口と接続する円筒状の被接続口を有する被接続体と、前記被接続口の、前記接続口と当接する部位に設けられた凹部群及び凸部群の一方と、前記被接続口に設けられ、前記被接続口を閉塞するとともに、前記凹部群及び前記凸部群の係合時に、前記燃料電池の前記弁体と係合して前記接続口及び前記被接続口を開放する弁体と、を具備し、前記燃料電池は、前記被接続口と当接する部位に、前記凹部群及び前記凸部群の他方が設けられている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、小型化が可能であって、且つ、誤接続を防止可能な燃料電池、燃料カートリッジ及び接続構造を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る燃料電池及び燃料カートリッジの構成を模式的に示す説明図。
【図２】同燃料電池及び燃料カートリッジに用いられる接続構造の構成を示す斜視図。
【図３】同接続構造の構成を示す斜視図。
【図４】同接続構造の構成を示す斜視図。
【図５】同接続構造の構成を示す断面図。
【図６】同接続構造の構成を示す断面図。
【図７】同接続構造の組み合わせの一例を示す説明図。
【図８】同接続構造の一例を示す斜視図。
【図９】同接続構造の一例を示す斜視図。
【図１０】同接続構造の一例を示す斜視図。
【図１１】同接続構造の一例を示す斜視図。
【図１２】同接続構造の一例を示す斜視図。
【図１３】同接続構造の一例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池２及び燃料カートリッジ３、並びに、これら燃料電池２及び燃料カートリッジに用いられる接続構造１の構成を、図１乃至図７を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態に係る燃料電池２が用いられた電子機器１００及び燃料カートリッジ３の構成を模式的に示す説明、図２は燃料電池２及び燃料カートリッジ３に用いられる接続構造１の構成を示す斜視図、図３は接続構造１の構成を示す斜視図、図４は接続構造１の構成であって、接続状態を示す斜視図、図５は接続構造１の構成を示す断面図、図６は接続構造１の構成を、接続状態で示す断面図、図７は接続構造１に用いられる凹部群２５及び凸部群６５の組み合わせの一例を示す説明図、である。
【００２０】
図１に示すように、接続構造１は、電子機器１００に用いられる燃料電池２に設けられた受給体６と、燃料を貯留し、且つ、燃料電池２に供給する燃料カートリッジ３に設けられた供給体７と、を備えている。接続構造１は、受給体６及び供給体７が接続することで、燃料カートリッジ３に貯留された燃料を燃料電池２に供給可能に形成されている。
【００２１】
受給体６及び供給体７は、一方が接続体を、他方が被接続体を成す接続構造１である。本実施形態においては、受給体６を接続体とし、供給体７を被接続体として説明する。
【００２２】
なお、燃料電池２に用いられる燃料は、気体又は液体の燃料であって、例えば、メタノールが用いられる。このメタノールは、用いる電子機器１００及び燃料電池２の性能等に応じて、その濃度及び種類等が異なるものが用いられる。
【００２３】
燃料電池２は、ノートパソコン、ＰＤＡ又は携帯電話等の小型の電子機器１００に設けられる。燃料電池２は、起電部である燃料電池セル２Ａと、燃料タンク２Ｂと、燃料タンク２Ｂに接続され、燃料タンク２Ｂに貯留する燃料を受給する受給体６と、を備えている。
【００２４】
燃料カートリッジ３は、単体で持ち運び可能に形成されている。燃料カートリッジ３は、燃料を貯留するカートリッジ本体３Ａと、カートリッジ本体３Ａに設けられ、受給体６に燃料を供給する供給体７と、を備えている。燃料カートリッジ３は、燃料の種類に応じて、燃料を加圧しないで貯留する非加圧式又は燃料を加圧して貯留する加圧式のカートリッジ本体３Ａが用いられる。
【００２５】
図２乃至図６に示すように、受給体６は、第１外郭部材１１と、第１可動体１２と、第１付勢部材１３と、第１支持部材１４と、第１Ｏリング１５と、第１密閉部材１６と、を備えている。受給体６は、第１可動体１２が往復動することで開閉する開閉弁である。受給体６は、第１外郭部材１１及び第１支持部材１４内が燃料タンク２Ｂと連通して形成され、供給体７から供給された燃料が第１外郭部材１１内に供給される。
【００２６】
第１外郭部材１１は、異なる２つの外径を有する円筒状に形成されるとともに、その外面の一部に、燃料タンク２Ｂと接続される供給路１７が設けられる。第１外郭部材１１は、第１可動体１２の一部を出没可能、且つ、供給体７の一部と係合可能な接続口である受給口２１と、その内部に第１可動体１２、第１付勢部材１３、第１支持部材１４、第１Ｏリング１５及び第１密閉部材１６を収納する第１収納部２２と、を備えている。
【００２７】
第１外郭部材１１は、受給口２１が小径側に、第１収納部２２が大径側に設けられると共に、受給口２１及び第１収納部２２が受給口２１の底面により仕切られている。また、第１外郭部材１１は、受給口２１の底面に、受給口２１及び第１収納部２２を連通させる受給口２１の内径よりも小径な第１連通孔２３を有している。
【００２８】
受給口２１は、その内径が後述する供給体７の供給口６１の外径と略同一、具体的には、若干大径であって、その先端から第１連通孔２３が形成された底面に向かって漸次縮径となる（傾斜する）有底円筒形状に形成されている。また、受給口２１は、その底面であって第１連通孔２３の周囲に凹部群２５を有している。
【００２９】
凹部群２５は、底部２６ａが平面であって傾斜面２６ｂが傾斜する台形状に窪む主キー溝である台形状凹部２６、及び、一の稜部２７ａを形成する傾斜面２７ｂを有する三角状に窪む副キー溝である三角状凹部２７の少なくとも一方を備えている。
【００３０】
具体的には、凹部群２５は、台形状凹部２６及び三角状凹部２７を、それら一方又はそれぞれ１以上備え、これら台形状凹部２６及び三角状凹部２７が周方向に配置されている。なお、図２乃至図６においては、凹部群２５は、台形状凹部２６及び三角状凹部２７がそれぞれ１ずつ全周に渡って設けられた構成を用いて説明する。
【００３１】
台形状凹部２６の傾斜する傾斜面２６ｂは、高さ方向の長さ、即ち深さよりも周方向の長さが長く形成されている。また、三角状凹部２７の傾斜する傾斜面２７ｂは、深さよりも周方向の長さが長く形成されている。また、凹部群２５は、台形状凹部２６の底部２６ａと三角状凹部２７の稜部２７ａとが、同一の深さに形成されている。
【００３２】
第１収納部２２は、第１連通孔２３の周囲に形成された第１可動体１２と当接することで、第１可動体１２の移動を規制可能な第１規制面３１ａを有し、その内径が第１連通孔２３よりも大径の第１規制部３１を備えている。第１収納部２２は、規制部３１の周囲に形成された、第１Ｏリング１５が当接する第１シール面３２ａを有し、その内径が第１規制部３１よりも大径の第１シール部３２を備えている。なお、第１収納部２２は、第１シール部３２に形成され、第１シール部３２の内部に連通する供給路１７を備えている。
【００３３】
第１収納部２２は、第１シール部３２の周囲に形成された第１密閉部材１６の一部を支持する第１座面３３ａ、及び、その内周面に設けられた第１支持部材１４を固定可能な第１雌ねじ部３３ｂを有し、その内径が第１シール部３２よりも大径の第１固定部３３を備えている。第１収納部２２は、その内部に、内径の異なる第１規制部３１、第１シール部３２及び第１固定部３３が形成されている。
【００３４】
第１可動体１２は、同軸上の異なる径で形成された棒状の部材であって、その軸心方向に往復動可能に、第１外郭部材１１及び第１支持部材１４内に配置される。第１可動体１２は、第１Ｏリング１５を装着して往復動することで、第１Ｏリング１５により第１シール面３２ａを密閉して受給口２１の第１連通孔２３を開閉する弁体である。具体的には、第１可動体１２は、その一端側から他端側に向かって第１先端部３５、第１中央部３６及び第１後端部３７を備えている。
【００３５】
第１先端部３５は、第１連通孔２３に挿通されるとともに、その先端が受給口２１内に突出する。第１先端部３５は、その先端が半球の円錐状に形成されている。第１先端部３５は、受給口２１に供給体７が接続されたときに、供給体７の後述する第２可動体５２と係合、換言すると当接し、且つ、互いに押圧可能な長さで、その先端が受給口２１から突出する。この第１先端部３５は、その可動位置により、その外周面と第１連通孔２３との隙間の面積が増減することで、当該隙間により形成される燃料の流路が拡縮可能に形成されている。
【００３６】
第１中央部３６は、第１先端部３５に連続して設けられる。第１中央部３６は、第１規制部３１の第１規制面３１ａと当接する第１被規制部３９と、第１Ｏリング１５が装着される第１Ｏリング溝４０と、その外周に設けられた第１密閉部材１６が密着する第１シール溝４１を有し、第１付勢部材１３の座面を形成する第１座部４２と、を備えている。
【００３７】
第１被規制部３９は、第１連通孔２３よりも大径に形成されるとともに、第１規制部３１の内径よりも小径に形成される。第１被規制部３９は、その第１端面３９ａが第１規制部３１の規制面３１ａと当接することで、第１可動体１２の移動を規制可能に形成されている。
【００３８】
第１Ｏリング溝４０は、第１Ｏリング１５の一部を収納可能に形成されている。第１Ｏリング溝４０は、第１被規制部３９により第１可動体１２の移動が規制された場合に、装着された第１Ｏリング１５が第１シール面３２ａに当接可能な位置に設けられる。例えば、第１Ｏリング溝４０は、その第１先端部３５側の端面４０ａが、第１規制部３１及び第１被規制部３９の当接時に第１シール面３２ａと面一又は第１シール面３２ａよりも受給口２１側に位置するように、第１可動体１２に設けられる。
【００３９】
第１シール溝４１は、第１密閉部材１６と当接する第１外周面４１ａ及びその第１先端部３５側の傾斜する第１傾斜面４１ｂを備え、これら第１外周面４１ａ及び第１傾斜面４１ｂは、所定の表面粗さに形成されている。なお、ここで、所定の表面粗さとは、第１密閉部材１６が当接した場合に、密着することで燃料をシール可能な表面粗さであればよい。
【００４０】
第１後端部３７は、第１中央部３６の第１座部４２に設けられ、第１付勢部材１３を挿通可能に形成されている。第１後端部３７は、その端面が、第１規制部３１及び第１被規制部３９が当接した位置において、第１支持部材１４から第１可動体１２の移動距離だけ離間する長さに形成されている。換言すると、第１後端部３７は、第１可動体１２が第１規制部３１から所定の距離移動した場合に、第１支持部材１４の底面に当接可能に形成されている。
【００４１】
第１付勢部材１３は、第１後端部３７に挿通され、第１座部４２及び第１支持部材１４間に設けられるコイルばねである。第１付勢部材１３は、第１被規制部３９が第１規制部３１に当接する状態で、第１可動体１２を維持可能に、常時第１可動体１２を付勢する。
【００４２】
第１支持部材１４は、その外周面に第１固定部３３の第１雌ねじ部３３ｂと係合する第１雄ねじ部１４ａを有する有底円筒状に形成されている。第１支持部材１４は、その底面が第１付勢部材１３を支持する座面を形成する。第１支持部材１４は、第１外郭部材１１に固定される際に、その端面１４ｂと第１外郭部材１１との間に、第１密閉部材１６を挟持して固定するための、円環状の突起部１４ｃを有している。
【００４３】
第１Ｏリング１５は、樹脂材料で形成された所謂Ｏリングであって、第１Ｏリング溝４０に装着される。第１Ｏリング１５は、第１規制部３１及び第１被規制部３９により第１可動体１２の移動が規制された場合に、第１Ｏリング溝４０から突出した部位が第１シール面３２ａに密着可能に形成されている。
【００４４】
第１密閉部材１６は、樹脂材料で平板の円環状に形成されたシール部材である。第１密閉部材１６は、その外周側が、第１固定部３３の第１座面３３ａ及び第１支持部材１４の端面１４ｂに挟持されて固定され、その内周面１６ａが第１シール溝４１の第１外周面４１ａと密着する。また、第１密閉部材１６は、第１可動体１２が第１支持部材１４側に移動した場合に、当該移動方向に内周面１６ａ側が移動して撓むことで、図６に示すように、その内周面１６ａと第１外郭部材１１と当接する主面１６ｂとの稜部１６ｃが、第１シール溝４１の第１傾斜面４１ｂと密着する。第１密閉部材１６は、第１シール溝４１と密着することで、第１支持部材１４へ燃料の浸入を防止可能に形成されている。
【００４５】
供給体７は、第２外郭部材５１と、第２可動体５２と、第２付勢部材５３と、第２支持部材５４と、第２Ｏリング５５と、第２密閉部材５６と、を備えている。供給体７は、第２可動体５２が往復動することで開閉する開閉弁である。供給体７は、第２外郭部材５１及び第２支持部材５４内がカートリッジ本体３Ａと連通して形成され、カートリッジ本体３Ａ内の燃料が、第２外郭部材５１内に供給される。
【００４６】
第２外郭部材５１は、異なる複数の外径の円筒状に形成される。第２外郭部材５１は、第２可動体５２を往復動可能、且つ、受給体６の受給口２１に挿入可能な被接続口である供給口６１と、その内部に第２可動体５２、第２付勢部材５３、第２支持部材５４、第２Ｏリング５５及び第２密閉部材５６を収納する第２収納部６２と、を備えている。
【００４７】
供給口６１は、収納部６２と連通する第２連通孔６３を有している。供給口６１は、その外径が受給口２１の内径と略同一に形成されるとともに、第２連通孔６３により第２可動体５２の一部を挿通可能な円筒形状に形成されている。具体的には、供給口６１は、受給口２１の外径よりも若干小径の円筒形状に形成されている。また、供給口６１は、その外周面に設けられ、受給口２１の内周面と当接するシール部６４と、その先端の端面に設けられた凸部群６５と、を有している。
【００４８】
凸部群６５は、先端面６６ａが平面であって傾斜面６６ｂが傾斜する台形状に突出する主キーである台形状凸部６６、及び、一の稜部６７ａを形成する傾斜面２７ｂを有する三角状に突出する副キーである三角状凸部６７の少なくとも一方を備えている。
【００４９】
具体的には、凸部群６５は、台形状凸部６６及び三角状凸部６７を、それら一方又はそれぞれ１以上備え、これら台形状凸部６６及び三角状凸部６７は、台形状凹部２６及び三角状凹部２７と同数が、台形状凹部２６及び三角状凹部２７と互いに対向可能に周方向に配置される。なお、図２乃至図６においては、凸部群６５は、凹部群２５と同様に、台形状凸部６６及び三角状凸部６７がそれぞれ１ずつ全周に渡って設けられた構成を用いて説明する。
【００５０】
台形状凸部６６の傾斜する傾斜面６６ｂは、高さ方向の長さよりも周方向の長さが長く形成されている。また、三角状凸部６７の傾斜する傾斜面６７ｂは、高さよりも周方向の長さが長く形成されている。また、台形状凸部６６の先端面６６ａと三角状凸部６７の稜部６７ａとが同一の高さに形成される。このような凸部群６５の突出形状は、凹部群２５の切欠形状と同一に形成されている。
【００５１】
第２収納部６２は、第２可動体５２と当接することで第２可動体５２の移動を規制可能な第２連通孔６３の周囲に形成された第２規制面７１ａを有し、その内径が第２連通孔６３よりも大径の第２規制部７１を備えている。また、第２収納部６２は、第２規制部７１の周囲に形成された第２Ｏリング５５が当接する第２シール面７２ａを有し、その内径が第２規制部７１よりも大径の第２シール部７２を有する。
【００５２】
第２収納部６２は、第２シール部７２の周囲に形成された第２密閉部材５６の一部を支持する第２座面７３ａ、及び、その内周に設けられた第２支持部材５４を固定可能な第２雌ねじ部７３ｂを有し、その内径が第２シール部７２よりも大径の第２固定部７３を備えている。第２収納部６２は、その内部に、内径の異なる第２規制部７１、第２シール部７２及び第２固定部７３が形成されている。
【００５３】
第２可動体５２は、同軸上の異なる径で形成された棒状の部材であって、その軸心方向に往復動可能に、第２外郭部材５１及び第２支持部材５４内に配置される。第２可動体５２は、第２Ｏリング５５を装着して往復動することで、第２Ｏリング５５により第２シール面７２ａを密閉して供給口６１の第２連通孔６３を開閉する弁体である。具体的には、第２可動体５２は、その一端側から他端側に向かって第２先端部７５、第２中央部７６及び第２後端部７７を備えている。
【００５４】
第２先端部７５は、第２連通孔６３に挿通されるとともに、その先端が第１先端部３５の先端と係合可能に窪む凹部７５ａを有している。第２先端部７５は、その外面及び第２連通孔６３の内面間の隙間に液体の流路を形成可能に、第２連通孔６３の内径よりも若干小径に形成されている。第２先端部７５は、供給口６１が受給口２１に接続されたときに、第１先端部３５と当接し、且つ、互いに押圧可能な長さで、その先端が供給口６１内に位置する。さらに言えば、第２先端部７５は、その先端が供給口６１の先端の面位置よりも第２支持部材５４側の第２連通孔６３内に位置して配置される。
【００５５】
第２中央部７６は、第２先端部７５に連続して設けられる。第２中央部７６は、第２規制部７１の第２規制面７１ａと当接する第２被規制部７９と、第２Ｏリング５５が装着される第２Ｏリング溝８０と、その外周に設けられた第２密閉部材５６が密着する第２シール溝８１を有し、第２付勢部材５３の座面を形成する第２座部８２と、を備えている。
【００５６】
第２被規制部７９は、第２連通孔６３よりも大径に形成されるとともに、第２規制部７１の内径よりも小径に形成される。第２被規制部７９は、その第２端面７９ａが第２規制部７１の規制面７１ａと当接することで、第２可動体５２の移動を規制可能に形成されている。
【００５７】
第２Ｏリング溝８０は、第２密閉部材５６の一部を収納可能に形成されている。第２Ｏリング溝８０は、第２被規制部７９により第２可動体５２の移動が規制された場合に、装着された第２Ｏリング５５が第２シール面７２ａに当接可能な位置に設けられる。例えば、第２Ｏリング溝８０は、その第２先端部７５側の端面８０ａが、第２規制部７１及び第２被規制部７９との当接時に第２シール面７２ａと面一又は第２シール面７２ａよりも供給口６１側に位置するように、第２可動体５２に設けられる。
【００５８】
第２シール溝８１は、第２密閉部材５６と当接する第２外周面８１ａ及びその第２先端部７５側の傾斜する第２傾斜面８１ｂを備え、これら第２外周面８１ａ及び第２傾斜面８１ｂは、所定の表面粗さに形成されている。なお、ここで、所定の表面粗さとは、第２密閉部材５６が当接した場合に、密着することで燃料をシール可能な表面粗さであればよい。
【００５９】
第２後端部７７は、第２中央部７６の第２座部８２に設けられ、第２付勢部材５３を挿通可能に形成されている。第２後端部７７は、その端面が、第２規制部７１及び第２被規制部７９が当接した位置において、第２支持部材５４から第２可動体５２の移動距離だけ離間する長さに形成されている。換言すると、第２後端部７７は、第２可動体５２が第２規制部７１から所定の距離移動した場合に、第２支持部材５４の底面に当接可能に形成されている。
【００６０】
第２付勢部材５３は、第２後端部７７に挿通され、第２座部８２及び第２支持部材５４間に設けられるコイルばねである。第２付勢部材５３は、第２被規制部７９が第２規制部７１に当接する状態で、第２可動体５２を維持可能に、常時第２可動体５２を付勢する。
【００６１】
第２支持部材５４は、その外周面に第２固定部７３の第２雌ねじ部７３ｂと係合する第２雄ねじ部５４ａを有する有底円筒状に形成されている。第２支持部材５４は、その底面が第２付勢部材５３を支持する座面を形成する。第２支持部材５４は、第２外郭部材５１に固定される際に、その端面５４ｂと第２外郭部材５１との間に、第２密閉部材５６を挟持して固定するための、円環状の突起部５４ｃを有している。
【００６２】
また、第２支持部材５４は、第２雄ねじ部５４ａが設けられた外周の一部に、その軸心方向に沿った切欠部５４ｄ、及び、切欠部５４ｄと連通する、第２支持部材５４の端部中央に設けられた流路孔５４ｅを備えている。第２支持部材５４は、切欠部５４ｄ及び流路孔５４ｅを有することで、供給体７に接続されたカートリッジ本体３Ａから、第２シール部７２への流路を形成する。
【００６３】
さらに、第２支持部材５４は、外周端に第２外郭部材５１の端面と面シール７４を介在して対向するフランジ部５４ｆを備えている。第２支持部材５４は、第２外郭部材５１に固定されたとき、第２外郭部材５１の端面とフランジ部５４ｆとが面シール７４により密閉される。なお、面シール７４は、Ｏリング等が用いられる。
【００６４】
第２Ｏリング５５は、樹脂材料で形成された所謂Ｏリングであって、第２Ｏリング溝８０に装着される。第２Ｏリング５５は、第２規制部７１及び第２被規制部７９により第２可動体５２の移動が規制された場合に、第２Ｏリング溝８０から突出した部位が第２シール面７２ａに密着可能に形成されている。
【００６５】
第２密閉部材５６は、樹脂材料で平板の円環状に形成されたシール部材である。第２密閉部材５６は、その外周側が、第２固定部７３の第２座面７３ａ及び第２支持部材５４の端面１４ｂに挟持されて固定され、その内周面５６ａが第２シール溝８１の第１外周面８１ａと密着する。また、第２密閉部材５６は、その第２固定部３３の第１座面３３ａに当接する主面１６ｂの一部、具体的には、その外周からその内周面５６ａ側の中途部まで、燃料を通過させる流路の一を形成する溝部５６ｄを備えている。
【００６６】
第２密閉部材５６は、第２可動体５２が第２支持部材５４側に移動した場合に、当該移動方向に内周面５６ａ側が移動して撓むことで、図６に示すように、その内周面５６ａと第２外郭部材５１と当接する主面５６ｂとの稜部５６ｃが、第２シール溝８１の第２傾斜面８１ｂと密着する。第２密閉部材５６は、第２シール溝４１と密着することで、第２支持部材５４へ燃料が浸入することを防止可能に形成されているとともに、溝部５６ｄの一部が第２シール部７２と対向することで、溝部５６ｄから第２シール部７２への流路が形成されている。
【００６７】
次に、このように構成された接続構造１を用いた受給体６及び供給体７の燃料の供給について説明する。  
先ず、接続構造１は、受給体６の受給口２１に供給体７の供給口６１を挿入する。このとき、図２、図３及び図５に示すように、受給口２１の凹部群２５及び供給口６１の凸部群６５を目視し、凹部群２５と凸部群６５のそれぞれ対応する台形状凹部２６及び台形状凸部６６、並びに、三角状凹部２７及び三角状凸部６７が対向するように周方向の大まかな位置合わせを行う。
【００６８】
次に、図４及び図６に示すように、受給口２１に供給口６１を挿入するとともに、凹部群２５及び凸部群６５とを係合させる。なお、供給口６１を受給口２１に挿入した場合に、凸部群６５が凹部群２５に係合しない場合には、凸部群６５が凹部群２５に係合するまで、供給体７を受給体６に向かって押圧するとともに、供給体７を周方向に回転させる。
【００６９】
図６に示すように、凸部群６５が凹部群２５に係合することで、第１可動体１２及び第２可動体５２が第１支持部材１４及び第２支持部材５４に当接するまで移動する。この移動により、第１Ｏリング１５が第１シール面３２ａから離間するとともに、第２Ｏリング５５が第２シール面７２ａから離間する。また、第１密閉部材１６及び第２密閉部材５６は、第１可動体１２及び第２可動体５２の移動に伴って回動するように変形し、第１稜部１６ｃ及び第２稜部５６ｃが第１傾斜面４１ｂ及び第２傾斜面８１ｂと当接する。
【００７０】
この第１可動体１２の移動により、受給口２１から第１連通孔２３、第１規制部３１及び第１シール部３２を介して供給路１７へ連続する燃料の流路が形成される。また、第２可動体５２の移動により、第２支持部材５４の流路孔５４ｅから、切欠部５４ｄ、溝部５６ｄ、第２シール部７２及び第２規制部７１を介して、第２連通孔６３へ連続する燃料の流路が形成される。
【００７１】
また、供給口６１が受給口２１に接続され、第１可動体１２及び第２可動体５２が開状態であることから、カートリッジ本体３Ａから、燃料タンク２Ｂまで、受給体６及び供給体７内部を通過する、燃料の流路が形成され、結果、カートリッジ本体３Ａにより燃料タンク２Ｂに燃料が供給される。
【００７２】
次に、異なる種類又は圧力の燃料に用いる接続構造１として、異なる燃料の受給体６及び供給体７の誤接続を防止するための凹部群２５及び凸部群６５の形状の複数の組み合わせの一例について、以下図７を用いて説明する。なお、図７に示す横軸は、受給口２１の凹部群２５を、縦軸は供給口６１の凸部群６５をそれぞれ示している。また、図７中、一行目及び一列目には、受給口２１の凹部群２５及び供給口６１の凸部群６５の形状をそれぞれ示している。
【００７３】
また、本組み合わせの一例においては、台形状凹部２６及び台形状凸部６６は、それぞれ一つ設けられる構成であって、三角状凹部２７及び三角状凸６７が０から４つ設けられる組み合わせを説明する。
【００７４】
具体的には、一行目には、１６種類の凹部群２５がｄ１乃至ｄ１６として記載されており、一列目には、１６種類の凸部群６５がｃ１乃至ｃ１６として記載されている。また、図７中、一行目及び一列目の凹部群ｄ１乃至ｄ１６、及び、凸部群ｃ１乃至ｃ１６において、白色の部位は、平面として形成された平面部を有する構成を、灰色網掛け部位は、台形状凹部２６及び台形状凸部６６を有する構成を、黒色の部位は、三角状凹部２７及び三角状凸部６７を、それぞれ示している。
【００７５】
即ち、凹部群ｄ１は、台形状凹部２６のみを有する凹部群２５を示しており、凹部群ｄ２乃至凹部群ｄ５は、台形状凹部２６及び三角状凹部２７をそれぞれ一つずつ有し、且つ、台形状凹部２６及び三角状凹部２７の配置が異なる凹部群２５を示している。
【００７６】
同様に、凹部群ｄ６乃至凹部群ｄ１１は、台形状凹部２６を一つ及び三角状凹部２７を二つずつ有し、且つ、台形状凹部２６及び三角状凹部２７の配置が異なる凹部群２５を、凹部群ｄ１２乃至凹部群ｄ１５は、台形状凹部２６を一つ及び三角状凹部２７を三つずつ有し、且つ、台形状凹部２６及び三角状凹部２７の配置が異なる凹部群２５を示している。
【００７７】
なお、凹部群ｄ１６は、台形状凹部２６を一つ及び三角状凹部２７を四つ有し、これら台形状凹部２６及び三角状凹部２７が全周に渡って配置された凹部群２５を示している。このように、凹部群ｄ１乃至凹部群ｄ１６は、台形状凹部２６が一つ設けられ、且つ、０乃至４つの三角状凹部２７が異なる配置で設けられた組み合わせを示している。
【００７８】
同様に、凸部群ｃ１は、台形状凸部６６のみを有する凸部群６５を示しており、凸部群ｃ２乃至凸部群ｃ５は、台形状凸部６６及び三角状凸部６７をそれぞれ一つずつ有し、且つ、台形状凸部６６及び三角状凸部６７の配置が異なる凸部群６５を示している。
【００７９】
同様に、凸部群ｃ６乃至凸部群ｃ１１は、台形状凸部６６を一つ及び三角状凸部６７を二つずつ有し、且つ、台形状凸部６６及び三角状凸部６７の配置が異なる凸部群６５を、凸部群ｃ１２乃至凸部群ｃ１５は、台形状凸部６６を一つ及び三角状凸部６７を三つずつ有し、且つ、台形状凸部６６及び三角状凸部６７の配置が異なる凸部群６５を示している。
【００８０】
なお、凸部群ｃ１６は、台形状凸部６６を一つ及び三角状凸部６７を四つ有し、これら台形状凸部６６及び三角状凸部６７が全周に渡って配置された凹部群２５を示している。このように、凸部群ｃ１乃至凸部群ｃ１６は、台形状凸部６６が一つ設けられ、且つ、０乃至４つの三角状凸部６７が異なる配置で設けられた組み合わせを示している。
【００８１】
このような凹部群２５及び凸部群６５は、図７に示すように、「○」において、凹部群２５及び凸部群６５が互いに係合可能な組み合わせであり、「×」において、凹部群２５及び凸部群６５が互いに係合不可な組み合わせである。このような組み合わせから、対応する凹部群２５及び凸部群６５が互いに係合可能であって、且つ、他の凹部群２５及び凸部群６５が互いに契合不可な組み合わせを求め、これらの凹部群２５及び凸部群６５を有する接続構造１を、異なる燃料の受給体６及び供給体７に設定する。
【００８２】
例えば、図７においては、網掛けをしていない凹部群ｄ６乃至凹部群ｄ９を有する受給口２１と、凸部群ｃ６乃至凸部群ｃ９を有する供給口６１の組み合わせを一つのグループとして用いる。凹部群ｄ６と凸部群ｃ６、凹部群ｄ７と凸部群ｃ７、凹部群ｄ８と凸部群ｃ８及び凹部群ｄ９と凸部群ｃ９がそれぞれ係合可能であって、他の組み合わせでは係合ができない、即ち誤接続を防止可能となる。このため、それぞれの組み合わせに４種類の異なる燃料等が用いられる受給体６及び供給体７の接続構造１に用いる。
【００８３】
これらの組み合わせにより、凹部群ｄ６乃至凹部群ｄ９は、それぞれ凸部群ｃ６乃至凸部群ｃ９にのみ係合し、他の組み合わせでは係合しないことから、異なる受給口２１及び供給口６１が係合することがなく、受給体６への異なる燃料の供給を防止することができる。
【００８４】
具体的に説明すると、凹部群ｄ６の受給口２１に凸部群ｃ６の供給口６１を接続させると、凹部群ｄ６及び凸部群ｃ６が係合し、第１可動体１２及び第２可動体５２が互いに押圧して受給口２１及び供給口６１が開放された開状態となる。これにより、供給体７の燃料が受給体６に供給される。
【００８５】
これに対し、凹部群ｄ６の受給口２１に、凸部群ｃ７の供給口６１を接続すると、凸部群ｃ７の一の三角状凸部６７が、凹部群ｄ６の一部の平面部と干渉し、結果、凸部群ｃ７が凹部群ｄ６に係合することがない。このため、第１可動体１２及び第２可動体５２が互いに押圧することがなく、受給口２１及び供給口６１を閉塞した閉状態を維持するため、供給体７の燃料が受給体６に供給されない。
【００８６】
同様に、凹部群ｄ７及び凸部群ｃ７、凹部群ｄ８及び凸部群ｃ８、凹部群ｄ９及び凸部群ｃ９がそれぞれ係合することで、供給体７から受給体６へと燃料が供給され、他の組み合わせにおいては、供給体７から受給体６へと燃料が供給されることがない。
【００８７】
このため、例えば、これらの組み合わせを、異なる濃度の燃料にそれぞれ使い分けることで、所定の濃度の燃料以外を誤って供給することが防止できる。
【００８８】
なお、燃料が４種類以上であるときは、例えば、凹部群ｄ１０、ｄ１１及び凸部群ｃ１０、ｃ１１等の組み合わせを用いることで、さらに多種の燃料に用いることが可能となる。
【００８９】
このように構成された接続構造１を用いた燃料電池２及び燃料カートリッジ３によれば、受給口２１及び供給口６１を、それぞれに設けられた凹部群２５及び凸部群６５を係合させて接続することで燃料を供給可能とし、誤接続を防止することが可能となる。
【００９０】
また、台形状凹部２６及び台形状凸部６６、並びに、三角状凹部２７及び三角状凸部６７は、それぞれ傾斜面２６ｂ、２７ｂ、６６ｂ、６７ｂを有する構成であるため、位置合わせのために周方向に回転しても、当該傾斜面２６ｂ、２７ｂ、６６ｂ、６７ｂにより軸心方向に案内される。さらに言えば、周方向の回転が、軸心方向の移動に変換されるため、凹部群２５及び凸部群６５の破損を防止することが可能となるとともに、容易に位置合わせを行うことが可能となる。
【００９１】
また、台形状凹部２６及び台形状凸部６６、並びに、三角状凹部２７及び三角状凸部６７を少なくとも一以上設ける構成とすることで、周方向に回転する力が加わっても、複数の傾斜面２６ｂ、２７ｂ、６６ｂ、６７ｂで回転力を分散して受けることで、過度な回転力が印加されることを極力防止し、破損や摩耗することを防止可能となる。
【００９２】
また、凹部群２５及び凸部群６５は、受給口２１の底部及び供給口６１の端部、即ち、受給口２１及び供給口６１の当接する部位に設ける構成でよく、別途、受給口２１及び供給口６１の周囲に設ける必要がない。このため、接続構造１は、凹部群２５及び凸部群６５を有する構成であっても、小型とすることが可能となる。
【００９３】
さらに、台形状凹部２６及び台形状凸部６６、並びに、三角状凹部２７及び三角状凸部６７は、これらの数、配置及び高さの組み合わせによって、多様な組み合わせを得ることが可能となる。
【００９４】
上述したように本実施形態に係る燃料電池２及び燃料カートリッジ３の接続構造１によれば、位置合わせを行う凹部群２５及び凸部群６５を設けることで、誤接続を防止することが可能、且つ、小型化が可能となる。
【００９５】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。上述した例では、受給口２１及び供給口６１の接続時以外において、受給口２１及び供給路１７の間を密閉する密閉部材として、第１Ｏリング１５を用いる構成を説明したがこれに限定されない。即ち、受給口２１及び供給路１７間を、第１可動体１２の位置に応じて開閉可能であれば、第１Ｏリング１５以外の密閉部材であってもよい。なお、同様に、第２Ｏリング５５は、第２可動体５２の位置に応じて受給口２１及び供給路１７巻を開閉可能であれば、第２Ｏリング５５に限定されず、他の密閉部材であってもよい。
【００９６】
また、上述した例では、台形状凹部２６及び台形状凸部６６を一つのみ設ける構成の組み合わせを説明したが、台形状凹部２６及び台形状凸部６６の数を２つ以上とする組み合わせや、三角状凹部２７及び三角状凸部６７の数を変えることで、より多種類の燃料を用いることが可能となる。また、図７の組み合わせにおいては、凹部群ｄ１乃至凹部群ｄ１５、及び、凸部群ｃ１乃至凸部群ｄｃ１５においては、台形状凹部２６、三角状凹部２７、台形状凸部６６及び三角状凸部６７を有さない平面部を有する構成を説明したが、これに限定されない。
【００９７】
例えば、図８及び図９に示すように、受給体６及び供給体７の凹部群２５及び凸部群６５に２つの台形状凹部２６及び台形状凸部６６を２つ有し、これら２つの台形状凹部２６及び台形状凸部６６を全周に渡って設ける構成でもよい。
【００９８】
また、上述した例では、台形状凹部２６及び三角状凹部２７の深さ、及び、台形状凸部６６及び三角状凸部６７の高さを同一寸法とする旨説明したが、これに限定されない。例えば、台形状凹部２６の深さ及び台形状凸部６６の高さを同一、且つ、三角状凹部２７の深さ及び三角状凸部６７の高さを同一の寸法とするとともに、台形状凹部２６及び台形状凸部６６を三角状凹部２７及び三角状凸部６７よりも寸法を大きく設定しても良い。このような構成とすることで、位置合わせの際に、当接する傾斜面２６ｂ、２７ｂ、６６ｂ、６７ｂの面積が小さくてよいことから、周方向の回転力に対して軸方向の移動距離が短くなり、位置合わせが容易となる。
【００９９】
また、上述した例では、受給口２１に凹部群２５を、供給口６１に凸部群６５をそれぞれ設ける構成を説明したがこれに限定されない。図１０乃至図１３に示すように、供給口６１に凹部群２５を、受給口２１に凸部群６５を設ける構成であってもよい。なお、図１１乃至図１３は、それぞれ、図３、図８及び図９の供給口６１の凸部群６５を受給口２１に、受給口２１の凹部群２５を供給口６１に設けた構成である。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１…接続構造、２…燃料電池、２Ａ…燃料電池セル、２Ｂ…燃料タンク、３…燃料カートリッジ、３Ａ…カートリッジ本体、６…受給体、７…供給体、１１…第１外郭部材、１２…第１可動体、１３…第１付勢部材、１４…第１支持部材、１５…第１Ｏリング、１６…第１密閉部材、１７…供給路、２１…受給口、２２…第１収納部、２３…第１連通孔、２５…凹部群、２６…台形状凹部、２６ａ…底部、２６ｂ…傾斜面、２７…三角状凹部、２７ａ…稜部、２７ｂ…傾斜面、３１…第１規制部、３２…第１シール部、３３…第１固定部、３５…第１先端部、３６…第１中央部、３７…第１後端部、３９…第１被規制部、３９ａ…第１端面、４０…第１Ｏリング溝、４０ａ…第１端面、４１…第１シール溝、４２…第１座部、５１…第２外郭部材、５２…第２可動体、５３…第２付勢部材、５４…第２支持部材、５５…第２Ｏリング、５６…第２密閉部材、５６ａ…第２内周面、５６ｂ…第２主面、５６ｃ…第２稜部、５６ｄ…第２溝部、６１…第２供給口、６２…第２収納部、６３…第２連通孔、６４…シール部、６５…凸部群、６６…台形状凸部、６６ａ…先端面、６６ｂ…傾斜面、６７…三角状凸部、６７ａ…稜部、６７ｂ…傾斜面、７１…第２規制部、７２…第２シール部、７２ａ…第２シール面、７３…第２固定部、７３ａ…第２座面、７４…面シール、７５…第２先端部、７５ａ…第２凹部、７６…第２中央部、７７…第２後端部、７９…第２被規制部、８０…第２Ｏリング溝、８１…第２シール溝、８２…第２座部、１００…電子機器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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