(57)【要約】【課題】高温の燃焼ガスに部分的に晒される金属ガスケットにおいて、シール面における初期なじみ性と、高温の燃焼ガスに対する耐食性とを両立させる。【解決手段】金属ガスケット２０は、金属基材２１と、金属基材２１の表面に形成された被覆層２２とからなる。被覆層２２は、金属基材２１よりも燃焼ガスにより腐食されにくい耐食金属を主材とする耐食層２２１と、耐食金属よりも軟質の軟質金属を主材とするシール層２２２とを備えている。耐食層２２１は、金属基材２１のうち金属ガスケット２０が燃焼ガスに晒される部位（ガス接触面２０ａ）に形成されている。シール層２２２は、金属基材２１のうち金属ガスケット２０と相手部材とが当接するシール部位（シール面２０ｂ、２０ｃ）に形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材と、該金属基材の表面に形成された被覆層とからなり、内燃機関の燃焼ガスに部分的に晒されつつ相手部材間に介在して該燃焼ガスが該相手部材間から漏出することを防止する金属ガスケットであって、
前記被覆層が、
前記金属基材よりも前記燃焼ガスにより腐食されにくい耐食金属を主材とし、前記金属基材のうち前記金属ガスケットが前記燃焼ガスに晒される部位に形成された耐食層と、
前記耐食金属よりも軟質の軟質金属を主材とし、前記金属基材のうち前記金属ガスケットと前記相手部材とが当接するシール部位に形成されて該相手部材と当接するシール層と、
を備えていることを特徴とする金属ガスケット。
【請求項２】
前記耐食金属がニッケル又はクロムである請求項１に記載の金属ガスケット。
【請求項３】
前記軟質金属が錫である請求項１又は２に記載の金属ガスケット。
【請求項４】
前記金属基材が銅又は銅合金である請求項１〜３のいずれか一つに記載の金属ガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属ガスケットに関し、詳しくは内燃機関の燃焼ガスに部分的に晒されつつ相手部材間に介在して燃焼ガスが相手部材間から漏出することを防止する金属ガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室内の燃焼ガスが接触しうる部材間には、燃焼ガスが漏出することを防止するための金属ガスケットが介在されている。
【０００３】
例えば、直噴式エンジンにおいては、シリンダブロックと、このシリンダブロック内に往復動自在に配設されたピストン頂面と、ピストン頂面が対向するシリンダヘッドとにより、燃焼室が区画、形成されている。そして、シリンダヘッドには、ピストン頂面に形成された凹部に向けて燃料を噴射するための燃料噴射ノズルが配設されている。このため、シリンダヘッドと燃料噴射ノズルとの間からカム室側等に燃焼ガスが漏出することを防止するために、シリンダヘッドと燃料噴射ノズルとの間に環状の金属ガスケットが介在されている。この金属ガスケットにおいては、ガスケットの内周面が燃焼ガスに晒され、またガスケットの両端面（軸方向における両端面）が燃料噴射ノズル及びシリンダヘッドとのシール面となる。
【０００４】
このような金属ガスケットとして、従来、銅又は銅合金よりなる銅ガスケットが知られている。しかし、従来の銅ガスケットでは、高温の燃焼ガスに晒されるガスケットの内周面が腐食により損傷を受け、それによりガスケットのシール面が減少してシール性が悪化するという問題があった。なお、ガスケットの内周面における腐食の原因は明らかではないが、高温の燃焼ガスと接触したガスケットの内周面に酸化又は硫化により酸化銅又は硫化銅が形成され、脆い酸化銅又は硫化銅が脱落し、さらに酸化又は硫化と酸化銅又は硫化銅の脱落との繰り返しにより、ガスケットの内周面が損傷を受けると考えられる。
【０００５】
また、銅ガスケットの表面全体に錫めっき層を形成した錫めっき銅ガスケットも知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された錫めっき銅ガスケットは、アルコールエンジンの燃焼室に用いられる。また、特許文献１に記載された錫めっき銅ガスケットでは、アルコールによる腐食を防止するために、ガスケットの表面全体に錫めっき層が形成されている。
【０００６】
特許文献１に記載された錫めっき銅ガスケットでは、初期のうちは錫めっき層によりガスケット内周面の腐食を防止することができる。しかし、高温の燃焼ガスに長期間晒されると、錫めっき層中の錫が銅基材側に拡散して錫めっき層が損傷を受け、最終的には銅基材の腐食に至る。
【０００７】
そこで、燃焼ガスとの接触による金属ガスケットの腐食を防止するために、耐食性のあるニッケルめっき又はクロムめっきをガスケット表面に施す手段が考えられる。しかし、ニッケルめっき又はクロムめっきをガスケット表面に施すと、ニッケルめっき又はクロムめっきが硬質であるため、ガスケットに必要なシール面の初期なじみ性が得られないという問題がある。
【０００８】
なお、鉄板と、この鉄板の両面に配設されたステンレス製シール板とからなる積層タイプのガスケットであって、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されるシリンダヘッドガスケットにおいて、燃焼ガスに晒される鉄板の端縁に、耐食性のあるクロムめっきを施した積層型シリンダヘッドガスケットも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】実開昭６２−１６２３６７号公報
【特許文献２】実開昭６３−５９２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、高温の燃焼ガスに部分的に晒される金属ガスケットにおいて、シール面における初期なじみ性と、高温の燃焼ガスに対する耐食性とを両立させることを解決すべき技術課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記課題を解決する本発明の金属ガスケットは、金属基材と、該金属基材の表面に形成された被覆層とからなり、内燃機関の燃焼ガスに部分的に晒されつつ相手部材間に介在して該燃焼ガスが該相手部材間から漏出することを防止する金属ガスケットであって、前記被覆層が、前記金属基材よりも前記燃焼ガスにより腐食されにくい耐食金属を主材とし、前記金属基材のうち前記金属ガスケットが前記燃焼ガスに晒される部位に形成された耐食層と、前記耐食金属よりも軟質の軟質金属を主材とし、前記金属基材のうち前記金属ガスケットと前記相手部材とが当接するシール部位に形成されて該相手部材と当接するシール層と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の金属ガスケットでは、燃焼ガスに晒される部位に、金属基材よりも燃焼ガスにより腐食されにくい耐食金属を主材とする耐食層が形成されている。このため、高温の燃焼ガスによる金属基材の腐食を耐食層により効果的に防止することができる。一方、シール部位には、軟質金属を主材とするシール層が形成されており、このシール層が相手部材と当接する。このため、軟質のシール層と相手部材との間で容易に初期なじみ性を確保することができる。
【００１２】
本発明の金属ガスケットは、下記（２）〜（４）に示される構成のうちの少なくとも一つを有していることが好ましい。本発明の金属ガスケットは、下記（２）〜（４）の各項に示される構成をそれぞれ単独で有してもよいし、下記（２）〜（４）の各項に示される構成を二つ以上組み合わせて有してもよい。
【００１３】
（２）前記耐食金属はニッケル又はクロムであることが好ましい。
【００１４】
（３）前記軟質金属は錫であることが好ましい。
【００１５】
（４）前記金属基材は銅又は銅合金であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
したがって、本発明の金属ガスケットによると、シール面における初期なじみ性と、高温の燃焼ガスに対する耐食性とを両立させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の金属ガスケットの実施形態について詳しく説明する。なお、説明する実施形態は一実施形態にすぎず、本発明の金属ガスケットは、下記実施形態に限定されるものではない。本発明の金属ガスケットは、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００１８】
本実施形態では、直噴式エンジンにおける燃料噴射ノズルとシリンダヘッドとの間に介在されるガスケットに、本発明の金属ガスケットを適用している。
【００１９】
図１に示されるように、直噴式エンジンにおいては、ボア１０ａを有するシリンダブロック１０と、シリンダブロック１０のボア１０ａ内に往復動自在に配設されたピストン１１と、ピストン１１のピストン頂面が対向するシリンダヘッド１２とにより、燃焼室１３が区画されている。ピストン１１のピストン頂面にはシリンダヘッド１２との間で燃焼室１３の容積を確保するための凹部１１１が形成されている。
【００２０】
シリンダヘッド１２には、ピストン頂面に形成された凹部１１１に向けて燃料を噴射するための燃料噴射ノズル１４が配設されている。詳しくは、シリンダヘッド１２には、ピストン１１の凹部１１１の略中央部に対向する位置に空洞部１２ａが設けられるとともに、この空洞部１２ａと燃焼室１３とを連通する挿通孔１２ｂが設けられている。そして、空洞部１２ａに燃料噴射ノズル１４のノズル本体１４１が配設されるとともに、この燃料噴射ノズル１４のノズル先端１４２が挿通孔１２ｂに挿通されている。
【００２１】
本実施形態の金属ガスケット２０は、シリンダヘッド１２の空洞部１２ａの円環帯状の底面と、燃料噴射ノズル１４のノズル本体１４１の下端面との間に配設されている。金属ガスケット２０は、相手部材間、すなわちシリンダヘッド１２と燃料噴射ノズル１４との間からカム室側等に燃焼室１３内の燃焼ガスが漏出することを防止する。
【００２２】
この金属ガスケット２０においては、金属ガスケット２０の内周面が燃焼ガスに晒されるガス接触面２０ａとなり、また金属ガスケット２０の上下両端面（軸方向における両端面）が相手部材としてのシリンダヘッド１２及び燃料噴射ノズル１４と当接するシール面２０ｂ、２０ｃとなる。なお、金属ガスケット２０の上端面が燃料噴射ノズル１４と当接するノズル側のシール面２０ｂとなり、金属ガスケット２０の下端面がシリンダヘッド１２と当接するシリンダヘッド側のシール面２０ｃとなる。
【００２３】
図２に示されるように、金属ガスケット２０は、環状の金属基材２１と、金属基材２１の表面に形成された被覆層２２とからなる。
【００２４】
金属基材２１を構成する金属材料の種類としては、ガスケットとして要求される弾性、柔軟性や耐熱性等を有するものであれば特に限定されない。例えば、銅若しくは銅合金又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金を金属基材２１の好適な金属材料として採用することができる。本実施形態では、金属基材２１の金属材料として銅（純銅）を用いた。
【００２５】
被覆層２２は、耐食層２２１と、シール層２２２とを備えている。耐食層２２１は、金属基材２１のうち金属ガスケット２０が燃焼ガスに晒される部位、すなわち金属ガスケット２０の内周面のガス接触面２０ａに形成されている。シール層２２２は、金属基材２１のうち金属ガスケット２０と燃料噴射ノズル１４及びシリンダヘッド１２とが当接するシール部位、すなわち金属ガスケット２０のノズル側及びシリンダヘッド側のシール面２０ｂ及び２０ｃにそれぞれ形成されている。
【００２６】
被覆層２２としての耐食層２２１は、金属基材２１よりも硬質でかつ金属基材２１よりも燃焼ガスにより腐食されにくい硬質な耐食金属を主材としている。この耐食層２２１を構成する耐食金属の種類としては、金属基材２１よりも燃焼ガスにより腐食されにくいものであれば特に限定されない。例えば、ニッケル若しくはニッケル合金又はクロム若しくはクロム合金を耐食層２２１の好適な耐食金属として採用することができる。本実施形態では、耐食層２２１の耐食金属としてニッケルを用いた。
【００２７】
被覆層２２としてのシール層２２２は、耐食層２２１を構成する耐食金属よりも軟質の軟質金属を主材としている。このシール層２２２を構成する軟質金属の種類としては、耐食層２２１を構成する耐食金属よりも軟質なものであれば特に限定されないが、燃焼ガスにより腐食されにくいものであることが好ましく、また金属基材２１と同等又は同等以上に軟らかいものであることが好ましい。例えば、錫又は錫合金をシール層２２２の好適な軟質金属として採用することができる。本実施形態では、シール層２２２の軟質金属として錫を用いた。
【００２８】
シール層２２２を構成する軟質金属の硬さは、ビッカース硬さ（ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４）で、ＨＶ１０〜４０程度であることが好ましい。なお、耐食層２２１を構成する耐食金属の硬さは、ビッカース硬さ（ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４）で、ＨＶ２００〜７００程度とすることができる。
【００２９】
耐食層２２１及びシール層２２２の厚さは、それぞれの機能を有効に発揮しうるように適宜設定すればよく、それぞれ５〜２０μｍ程度とすることができる。
【００３０】
ここに、金属ガスケット２０のシール面２０ｂには、被覆層２２として軟質金属を主材とするシール層２２２のみが形成されている。同様に、金属ガスケット２０のシール面２０ｃには、被覆層２２として軟質金属を主材とするシール層２２２のみが形成されている。すなわち、金属ガスケット２０のシール面２０ｂ、２０ｃには、被覆層２２として耐食金属を主材とする耐食層２２１が形成されていない。
【００３１】
なお、金属ガスケット２０のガス接触面２０ａには、被覆層２２として耐食金属を主材とする耐食層２２１と共に軟質金属を主材とする層が形成されていてもよい。金属ガスケット２０のガス接触面２０ａに耐食金属を主材とする耐食層２２１及び軟質金属を主材とする層の双方を形成する場合、そのどちらを最表層としてもよい。
【００３２】
金属基材２１の表面に耐食層２２１及びシール層２２２を形成する方法は特に限定されないが、好ましくはめっき処理を採用することができる。
【００３３】
また、めっき処理により金属基材２１の表面に耐食層２２１及びシール層２２２を形成する場合、金属基材２１の表面のうち形成しようする被覆層２２を形成する必要がない部位又は形成してはいけない部位をマスキングしながらめっき処理すればよい。
【００３４】
図２に示される本実施形態の金属ガスケット２０における耐食層２２１及びシール層２２２をめっき処理により形成する場合は、例えば以下のようにすればよい。まず、金属ガスケット２０のガス接触面２０ａに相当する金属基材２１の内周面以外の金属基材２１の表面を所定のマスク部材で被覆してマスキングする。そして、この所定部位をマスク部材でマスキングした金属基材２１に対して耐食金属めっきを施し、金属ガスケット２０のガス接触面２０ａに相当する金属基材２１の内周面に所定厚さの耐食層２２１を形成する。その後、金属ガスケット２０のシール面２０ｂ及び２０ｃに相当する金属基材２１の上下両端面のマスク部材を除去するとともに、耐食層２２１を所定のマスク部材で被覆してマスキングする。そして、この所定部位をマスク部材でマスキングした金属基材２１に対して軟質金属めっきを施し、金属ガスケット２０のシール面２０ｂ及び２０ｃに相当する金属基材２１の上下両端面にそれぞれシール層２２２を形成する。最後に、マスク部材を全て除去することで、図２に示される本実施形態の金属ガスケット２０における耐食層２２１及びシール層２２２を形成することができる。
【００３５】
なお、マスキング処理の簡略化による製造コストの低減を図るべく、後述する実施例１で説明するように、金属ガスケット２０のガス接触面２０ａ、すなわち金属基材２１の内周面に、被覆層２２として耐食金属を主材とする耐食層２２１と共に軟質金属を主材とする層を形成してもよい。同様の理由により、後述する実施例１及び２で説明するように、金属基材２１の外周面にも耐食金属を主材とする層及び軟質金属を主材とする層を形成してもよい。
【００３６】
上記構成を有する本実施形態の金属ガスケット２０では、燃焼ガスに晒される部位、すなわちガス接触面２０ａに、硬質な耐食金属を主材とする耐食層２２１が形成されている。このため、高温の燃焼ガスによる金属基材２１の腐食を耐食層２２１により効果的に防止することができる。一方、シール部位、すなわちシール面２０ｂ、２０ｃには、軟質金属を主材とするシール層２２２、２２２がそれぞれ形成されており、このシール層２２２、２２２が燃料噴射ノズル１４、シリンダヘッド１２とそれぞれ当接する。このため、軟質のシール層２２２と燃料噴射ノズル１４及びシリンダヘッド１２との間で容易に初期なじみ性を確保することができる。
【００３７】
したがって、本実施形態の金属ガスケット２０によると、シール面２０ｂ、２０ｃにおける初期なじみ性と、ガス接触面２０ａにおける高温の燃焼ガスに対する耐食性とを両立させることが可能となる。
【実施例】
【００３８】
（実施例１）
図３（ａ）〜（ｄ）に示されるように、金属基材２１に対して所定のマスキング処理及びめっき処理を施して、実施例１の金属ガスケット２０を製造した。
【００３９】
まず、冷間鍛造及び切削加工などにより、純銅製で環状の金属基材２１を製作した。この金属基材２１のサイズは、外径：１８ｍｍ、内径：８ｍｍ、厚さ（軸方向高さ）：４ｍｍとした。
【００４０】
金属基材２１の上端面２１ｂ及び下端面２１ｃを、フッ素系樹脂よりなるマスク部材３０で被覆してマスキングした（図３（ａ）参照）。このマスキングは、フッ素系塗料を塗布することにより行った。
【００４１】
この上端面２１ｂ及び下端面２１ｃがマスキングされた金属基材２１に対して、以下に示す条件によりニッケルめっきを施した。これにより、金属基材２１の内周面２１ａにニッケルめっき層よりなる耐食層２２１を形成した（図３（ｂ）参照）。なお、金属基材２１の外周面２１ｄにもニッケルめっき層２２３を形成した。これら耐食層２２１及びニッケルめっき層２２３の厚さは５μｍとした。
【００４２】
めっき浴の種類：硫酸ニッケル（３００ｇ／Ｌ）、塩酸ニッケル（５０ｇ／Ｌ）及びホウ酸（４０ｇ／Ｌ）を主成分としたワット浴
めっき浴のｐＨ：４．５
めっき浴の温度：６０℃
電流密度      ：６Ａ／ｄｍ２
次に、金属基材２１の上端面２１ｂ及び下端面２１ｃからマスク部材３０を剥がした（図３（ｃ）参照）。
【００４３】
そして、以下に示す条件により錫めっきを施した。これより、金属基材２１の上端面２１ｂ、下端面２１ｃに錫めっき層よりなるシール層２２２、２２２をそれぞれ形成した（図３（ｄ）参照）。なお、金属基材２１の内周面２１ａに形成されていた耐食層２２１及び金属基材２１の外周面２１ｄに形成されていたニッケルめっき層２２３の上にも錫めっき層２２４を形成した。これらシール層２２２及び錫めっき層２２４の厚さは１０μｍとした。
【００４４】
めっき浴の種類：錫酸カリウム（１２０ｇ／Ｌ）、水酸化カリウム（１５ｇ／Ｌ）及び酢酸（５ｇ／Ｌ）を主成分としたアルカリ浴
めっき浴の温度：７０℃
電流密度      ：４Ａ／ｄｍ２
こうして、金属ガスケット２０のガス接触面２０ａ、すなわち金属基材２１の内周面２１ａにニッケルめっき層よりなる耐食層２２１及び錫めっき層２２４が形成されるとともに、金属ガスケットのシール面２０ｂ、２０ｃに錫めっき層よりなるシール層２２２、２２２が形成された金属ガスケット２０を製造した。
【００４５】
この実施例１の金属ガスケット２０では、ガス接触面２０ａに耐食性の高いニッケルめっき層よりなる耐食層２２１と銅よりは耐食性の高い錫めっき層２２４とが形成されている。また、シール面２０ｂ、２０ｃには、金属基材２１を構成する銅と同等以上の初期なじみ性を有する錫めっき層よりなるシール層２２２、２２２が形成されている。このため、実施例１の金属ガスケット２０によれば、シール面２０ｂ、２０ｃにおける初期なじみ性と、ガス接触面２０ａにおける高温の燃焼ガスに対する耐食性とを両立させることが可能となる。
【００４６】
なお、この金属ガスケット２０においては、マスキング処理の簡略化を図る観点より、金属ガスケット２０のガス接触面２０ａ、すなわち金属基材２１の内周面２１ａに、ニッケルめっき層よりなる耐食層２２１及び錫めっき層２２４が形成されるとともに、金属基材２１の外周面２１ｄにもニッケルめっき層２２３及び錫めっき層２２４が形成されているが、このことにより金属ガスケット２０の機能面で不利益となることはない。
【００４７】
（実施例２）
図４（ａ）〜（ｆ）に示されるように、金属基材２１に対して所定のマスキング処理及びめっき処理を施して、実施例２の金属ガスケット２０を製造した。
【００４８】
まず、実施例１と同様にして、純銅製で環状の金属基材２１を製作した。そして、金属基材２１の内周面２１ａを、実施例１と同様にして、マスク部材３１で被覆してマスキングした（図４（ａ）参照）。
【００４９】
この内周面２１ａがマスキングされた金属基材２１に対して、実施例１と同様の条件により錫めっきを施した。これより、金属基材２１の上端面２１ｂ、下端面２１ｃに錫めっき層よりなるシール層２２２、２２２をそれぞれ形成した（図４（ｂ）参照）。なお、金属基材２１の外周面２１ｄにも錫めっき層２２４を形成した。これらシール層２２２及び錫めっき層２２４の厚さは１０μｍとした。
【００５０】
次に、金属基材２１の内周面２１ａからマスク部材３１を剥がしてから（図４（ｃ）参照）、金属基材２１の上端面２１ｂ上に形成されたシール層２２２と、金属基材２１の下端面２１ｃ上に形成されたシール層２２２とを、実施例１と同様にして、マスク部材３２で被覆してマスキングした（図４（ｄ）参照）。
【００５１】
そして、このシール層２２２、２２２及び錫めっき層２２４が形成されるとともに上端面２１ｂ及び下端面２１ｃがマスキングされた金属基材２１に対して、実施例１と同様の条件によりニッケルめっきを施した。これより、金属基材２１の内周面２１ａにニッケルめっき層よりなる耐食層２２１を形成した（図４（ｅ）参照）。なお、金属基材２１の外周面２１ｄに形成されていた錫めっき層２２４上にもニッケルめっき層２２３を形成した。これら耐食層２２１及びニッケルめっき層２２３の厚さは１０μｍとした。
【００５２】
最後に、シール層２２２、２２２からマスク部３２を剥がした（図４（ｆ）参照）。
【００５３】
こうして、金属ガスケット２０のガス接触面２０ａ、すなわち金属基材２１の内周面２１ａにニッケルめっき層よりなる耐食層２２１が形成されるとともに、金属ガスケットのシール面２０ｂ、２０ｃに錫めっき層よりなるシール層２２２、２２２が形成された金属ガスケット２０を製造した。
【００５４】
この実施例２の金属ガスケット２０では、ガス接触面２０ａに耐食性の高いニッケルめっき層よりなる耐食層２２１が形成されている。また、シール面２０ｂ、２０ｃには、金属基材２１を構成する銅と同等以上の初期なじみ性を有する錫めっき層よりなるシール層２２２、２２２が形成されている。このため、実施例２の金属ガスケット２０によれば、シール面２０ｂ、２０ｃにおける初期なじみ性と、ガス接触面２０ａにおける高温の燃焼ガスに対する耐食性とを両立させることが可能となる。
【００５５】
なお、この金属ガスケット２０においては、マスキング処理の簡略化を図る観点より、金属基材２１の外周面２１ｄに、錫めっき層２２４及びニッケルめっき層２２３が形成されているが、このことにより金属ガスケット２０の機能面で不利益となることはない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施形態１の金属ガスケットの使用形態を模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態１の金属ガスケットの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】実施例１の金属ガスケットの製造工程を模式的に説明する断面図である。
【図４】実施例２の金属ガスケットの製造工程を模式的に説明する断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
２０…金属ガスケット              ２０ａ…ガス接触面
２０ｂ、２０ｃ…シール面              ２１…金属基材
２２…被覆層                      ２２１…耐食層
２２２…シール層
【図１】
2009275808.tif 000003
【図２】
2009275808.tif 000004
【図３】
2009275808.tif 000005
【図４】
2009275808.tif 000006