JPH0569381B2 - - Google Patents
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- JPH0569381B2 JPH0569381B2 JP62026976A JP2697687A JPH0569381B2 JP H0569381 B2 JPH0569381 B2 JP H0569381B2 JP 62026976 A JP62026976 A JP 62026976A JP 2697687 A JP2697687 A JP 2697687A JP H0569381 B2 JPH0569381 B2 JP H0569381B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- concentration
- exchange resin
- ion exchange
- aqueous solution
- membrane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は水溶液中の溶質の濃度を測定するため
の濃度センサに関するものである。
の濃度センサに関するものである。
従来の技術
水溶液中の溶質の濃度を測定する方法として
は、従来、化学分析法あるいは原子吸光分析、イ
オンクロマトググラフ等の機器分析法が実施され
ている。また、より簡便な方法として、例えば浮
子式比重計が用いられることがある。
は、従来、化学分析法あるいは原子吸光分析、イ
オンクロマトググラフ等の機器分析法が実施され
ている。また、より簡便な方法として、例えば浮
子式比重計が用いられることがある。
発明が解決しようとする問題点
しかるに、上記の化学分析法および機器分析法
は一般に手間がかかるし、大掛りな装置を必要と
する等の問題点がある。また、浮子式比重計にし
ても、その操作は煩雑であるし、連続的に溶質の
濃度を測定しようとする場合には不適当である等
の問題があつた。。
は一般に手間がかかるし、大掛りな装置を必要と
する等の問題点がある。また、浮子式比重計にし
ても、その操作は煩雑であるし、連続的に溶質の
濃度を測定しようとする場合には不適当である等
の問題があつた。。
問題点を解決するための手段
本発明は多孔性イオン交換樹脂膜の片面に陰極
を他面に陽極を一体に接合又は圧接してなる接合
体又は圧接体を撥水性プラスチツク膜で被覆して
なる電気化学セルを用い、これを測定の対象とな
る水溶液中に浸漬し、陰極と陽極との間に直流の
定電圧を印加した際に、前記イオン交換樹脂膜に
吸収される水の電気分解に伴なつて流れる電流が
被測定水溶液の溶質の濃度に対応する水蒸気圧に
実質的に正比例するという関係を利用して水溶液
の濃度を測定するものにおいて、上記イオン交換
樹脂膜として多孔性プラスチツク膜、プラスチツ
ク網またはガラスマツトなどの少なくとも酸素ガ
ス又は水素ガスが透過し得る孔径を有する絶縁多
孔体にイオン交換樹脂の有機溶媒溶液や有機溶媒
と水との混合溶媒溶液などのイオン交換樹脂溶液
を塗布あるいは含浸させて得られる多孔性イオン
交換膜を用いることを特徴とするものである。
を他面に陽極を一体に接合又は圧接してなる接合
体又は圧接体を撥水性プラスチツク膜で被覆して
なる電気化学セルを用い、これを測定の対象とな
る水溶液中に浸漬し、陰極と陽極との間に直流の
定電圧を印加した際に、前記イオン交換樹脂膜に
吸収される水の電気分解に伴なつて流れる電流が
被測定水溶液の溶質の濃度に対応する水蒸気圧に
実質的に正比例するという関係を利用して水溶液
の濃度を測定するものにおいて、上記イオン交換
樹脂膜として多孔性プラスチツク膜、プラスチツ
ク網またはガラスマツトなどの少なくとも酸素ガ
ス又は水素ガスが透過し得る孔径を有する絶縁多
孔体にイオン交換樹脂の有機溶媒溶液や有機溶媒
と水との混合溶媒溶液などのイオン交換樹脂溶液
を塗布あるいは含浸させて得られる多孔性イオン
交換膜を用いることを特徴とするものである。
作 用
イオン交換樹脂膜に陰極および陽極をそれぞれ
一体に接合又は圧接してなる電気化学セルのイオ
ン交換樹脂膜に水を吸収させ、陰・陽両極間に直
流電流を通電すると、イオン交換樹脂膜が電解質
として作用し、イオン交換樹脂膜中の水が電気分
解されるイオン交換樹脂膜として水素イオン導電
体としてのカチオン交換膜を用いた場合には次の
反応が起る。
一体に接合又は圧接してなる電気化学セルのイオ
ン交換樹脂膜に水を吸収させ、陰・陽両極間に直
流電流を通電すると、イオン交換樹脂膜が電解質
として作用し、イオン交換樹脂膜中の水が電気分
解されるイオン交換樹脂膜として水素イオン導電
体としてのカチオン交換膜を用いた場合には次の
反応が起る。
陰 極:2H++2e→H2 ……(1)
陽 極:H2O→1/2O2+2H++2e ……(2)
全反応:H2O→H2+1/2O2 ……(3)
また、イオン交換樹脂膜として水酸イオン導電
体としてのアニオン交換膜を用いた場合には次の
反応が起る。
体としてのアニオン交換膜を用いた場合には次の
反応が起る。
陰 極:2H2O+2e→H2+2OH- ……(1′)
陽 極:2OH-→1/2O2+H2O ……(2′)
全反応:H2O→H2+1/2O2 …(3′)
このような電気化学セル撥水性プラスチツク膜
で被覆したものを水溶液に浸漬すると、その水溶
液中の水分だけが蒸気となつて撥水性プラスチツ
ク膜を透過し、イオン交換樹脂膜に吸収される。
従つて、この電気化学セルの陰・陽両極間に直流
電流を通すと、やはりイオン交換樹脂膜に吸収さ
れた水の電気分解が起る。また、陰・陽両極間に
直流の定電圧を印加した場合には、陰・陽両極間
に流れる電流は上記水溶液の水蒸気圧にほぼ正比
例する。従つて、この関係を利用して水溶液の濃
度を測定することができる。
で被覆したものを水溶液に浸漬すると、その水溶
液中の水分だけが蒸気となつて撥水性プラスチツ
ク膜を透過し、イオン交換樹脂膜に吸収される。
従つて、この電気化学セルの陰・陽両極間に直流
電流を通すと、やはりイオン交換樹脂膜に吸収さ
れた水の電気分解が起る。また、陰・陽両極間に
直流の定電圧を印加した場合には、陰・陽両極間
に流れる電流は上記水溶液の水蒸気圧にほぼ正比
例する。従つて、この関係を利用して水溶液の濃
度を測定することができる。
しかし、上記水の電気分解に伴ない水溶液を消
費することになり、その溶質の濃度は測定時間の
経過と共に高くなる。また、陰極より水素、陽極
より酸素が発生するので大変危険でもあり、密閉
容器中で測定するにあたつては容器の内圧が上昇
する等の問題がある。
費することになり、その溶質の濃度は測定時間の
経過と共に高くなる。また、陰極より水素、陽極
より酸素が発生するので大変危険でもあり、密閉
容器中で測定するにあたつては容器の内圧が上昇
する等の問題がある。
本発明においては、水の電気分解により発生し
た水素と酸素は、用いるイオン交換樹脂膜が多孔
性であるため容易に混合され、陰極か陽極のいず
れか一方、あるいは両極の電極表面上で電極の触
媒作用により水に戻される。従つて本発明では、
全反応(3)および(3′)式は下記の様になる。(4)式
で生成された水は陽水性プラスチツク膜を通して
再び水溶液中に戻されるので、対象とする水溶液
を消費したり、その濃度を変化させることはな
い。
た水素と酸素は、用いるイオン交換樹脂膜が多孔
性であるため容易に混合され、陰極か陽極のいず
れか一方、あるいは両極の電極表面上で電極の触
媒作用により水に戻される。従つて本発明では、
全反応(3)および(3′)式は下記の様になる。(4)式
で生成された水は陽水性プラスチツク膜を通して
再び水溶液中に戻されるので、対象とする水溶液
を消費したり、その濃度を変化させることはな
い。
全反応:H2O→(H2+1/2O2→)H2O ……(4)
一方、多孔性のイオン交換樹脂膜を作製するに
あたり、多孔性プラスチツク膜、プラスチツク
網、又はガラスマツトなど絶縁多孔体に塗布また
は含浸させるイオン交換樹脂の有機溶媒溶液や、
その有機溶媒と水との混合溶媒溶液などのイオン
交換樹脂溶液の濃度や、量等を調整することによ
り、濃度センサに流れる電流や濃度センサの応答
速度を変えることができる。
あたり、多孔性プラスチツク膜、プラスチツク
網、又はガラスマツトなど絶縁多孔体に塗布また
は含浸させるイオン交換樹脂の有機溶媒溶液や、
その有機溶媒と水との混合溶媒溶液などのイオン
交換樹脂溶液の濃度や、量等を調整することによ
り、濃度センサに流れる電流や濃度センサの応答
速度を変えることができる。
尚、電気化学セルを撥水性プラスチツク膜で被
覆するのは、測定の対象となる水溶液がイオン交
換樹脂膜に直接接触すると、水溶液の濃度にあま
り関係なく、ほぼ一定の電流が流れたり、また、
溶質によつては水の電気分解の代りに溶質自体の
電気分解が起るために、水溶液の濃度を測定する
ことができないからである。
覆するのは、測定の対象となる水溶液がイオン交
換樹脂膜に直接接触すると、水溶液の濃度にあま
り関係なく、ほぼ一定の電流が流れたり、また、
溶質によつては水の電気分解の代りに溶質自体の
電気分解が起るために、水溶液の濃度を測定する
ことができないからである。
本発明に用いるイオン交換樹脂溶液としては、
パーフルオロカーボンを樹脂骨格とし、スルフオ
ン酸基をイオン交換基として保有するパーフルオ
ロカーボンスルフオン酸樹脂を有機溶媒と水の混
合溶媒に溶解したものが良い。このイオン交換樹
脂は、その交換容量が大きい領域で低級脂肪族ア
ルコール、例えばn−ブタノールその他の極性の
高い有機溶媒に溶解することが知られている(特
公昭48−13333号)。
パーフルオロカーボンを樹脂骨格とし、スルフオ
ン酸基をイオン交換基として保有するパーフルオ
ロカーボンスルフオン酸樹脂を有機溶媒と水の混
合溶媒に溶解したものが良い。このイオン交換樹
脂は、その交換容量が大きい領域で低級脂肪族ア
ルコール、例えばn−ブタノールその他の極性の
高い有機溶媒に溶解することが知られている(特
公昭48−13333号)。
このようなイオン交換樹脂溶液は、例えば米国
のアルドリツチ ケミカル社(Aldrich
Chemical Company)からナフイオン溶液
(NAFION Solution)という名称で販売されて
いる。ナフイオ溶液は米国デユポン社(Du
Pont)から発売されているナフイオン
(NAFION)という商標のパーフルオロカーボン
スルフオン酸樹脂の5%低級脂肪族アルコール
(10%の水を含む)溶液である。
のアルドリツチ ケミカル社(Aldrich
Chemical Company)からナフイオン溶液
(NAFION Solution)という名称で販売されて
いる。ナフイオ溶液は米国デユポン社(Du
Pont)から発売されているナフイオン
(NAFION)という商標のパーフルオロカーボン
スルフオン酸樹脂の5%低級脂肪族アルコール
(10%の水を含む)溶液である。
電極は多孔性のイオン交換樹脂膜と一体に接合
してもよいし、網状または多孔性の電極を圧接し
てもよい。またた電極は多孔性のイオン交換樹脂
膜の両面に配してもよいし、片面だけに配設して
もよい。多孔性のイオン交換樹脂膜への電極の接
合方法としては、所謂無電解メツキ法あるいは触
媒粉末と結着剤との混合物をホツトプレスするホ
ツトプレス法が適用可能である。電極材料として
は白金族金属などが使用可能である。また電気化
学セルを被覆する撥水性プラスチツク膜材料とし
ては、フツ素樹脂が最も優れているが、ポリ塩化
ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなども使
用可能である。撥水性プラスチツク膜は多孔性で
あることが望ましいが、非多孔性でもよいことが
ある。
してもよいし、網状または多孔性の電極を圧接し
てもよい。またた電極は多孔性のイオン交換樹脂
膜の両面に配してもよいし、片面だけに配設して
もよい。多孔性のイオン交換樹脂膜への電極の接
合方法としては、所謂無電解メツキ法あるいは触
媒粉末と結着剤との混合物をホツトプレスするホ
ツトプレス法が適用可能である。電極材料として
は白金族金属などが使用可能である。また電気化
学セルを被覆する撥水性プラスチツク膜材料とし
ては、フツ素樹脂が最も優れているが、ポリ塩化
ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなども使
用可能である。撥水性プラスチツク膜は多孔性で
あることが望ましいが、非多孔性でもよいことが
ある。
実 施 例
以下、本発明の一実施例について詳述する。
多孔性ポリテトラフルオロエチレン膜にナフイ
オン溶液を十分に含浸させた多孔性のイオン交換
樹脂膜(直径5mm)の両面にポリテトラフルオロ
エチレンで被覆したチタンリード線付の白金メツ
キを施した多孔性のチタン板(直径5mm)からな
る電極を配設した圧接体を作製し、さらにその上
に多孔性ポリテトラフルオロエチレン膜(直径10
mm)を載置し、ホツトプレスした。このようにし
て得られた濃度センサの断面構造図を第1図に示
す。
オン溶液を十分に含浸させた多孔性のイオン交換
樹脂膜(直径5mm)の両面にポリテトラフルオロ
エチレンで被覆したチタンリード線付の白金メツ
キを施した多孔性のチタン板(直径5mm)からな
る電極を配設した圧接体を作製し、さらにその上
に多孔性ポリテトラフルオロエチレン膜(直径10
mm)を載置し、ホツトプレスした。このようにし
て得られた濃度センサの断面構造図を第1図に示
す。
図において、1は多孔性のポリテトラフルオロ
エチレン膜にナフイオン溶液を十分に付着させた
多孔性のイオン交換樹脂膜、2は白金メツキを施
した多孔性のチタン板からなる陰極、3は白金メ
ツキを施した多孔性のチタン板からなる陽極、4
は多孔性ポリテトラフルオロエチレン膜からなる
撥水性プラスチツク膜である。
エチレン膜にナフイオン溶液を十分に付着させた
多孔性のイオン交換樹脂膜、2は白金メツキを施
した多孔性のチタン板からなる陰極、3は白金メ
ツキを施した多孔性のチタン板からなる陽極、4
は多孔性ポリテトラフルオロエチレン膜からなる
撥水性プラスチツク膜である。
次に、この濃度センサを各種濃度に調整した酸
水溶液に浸漬し、陰極2と陽極3との間に3Vの
直流定電圧を印加した際の電流を測定したとこ
ろ、硫酸水溶液の水蒸気圧と電流との関係は第2
図、硫酸水溶液の濃度と電流との関係は第3図に
示す通りとなつた。この第2図および第3図か
ら、上記濃度センサの電流が水蒸気圧に正比例す
ること、および硫酸水溶液の濃度を濃度センサの
電流から知ることができることがわかる。
水溶液に浸漬し、陰極2と陽極3との間に3Vの
直流定電圧を印加した際の電流を測定したとこ
ろ、硫酸水溶液の水蒸気圧と電流との関係は第2
図、硫酸水溶液の濃度と電流との関係は第3図に
示す通りとなつた。この第2図および第3図か
ら、上記濃度センサの電流が水蒸気圧に正比例す
ること、および硫酸水溶液の濃度を濃度センサの
電流から知ることができることがわかる。
また、この濃度センサを20mlの20%硫酸水溶液
と共に内容積30mlの容器に封入し、陰極2と陽極
3との間に3Vの直流電圧を印加した際に流れる
電流、密閉容器の内圧、硫酸濃度の経時変化を第
4図イ,ロに示す。この図より測定時間の経過に
伴なう水溶液の濃度変化がないことがわかり、ま
た、密閉容器内の圧力変化がないことから、測定
に伴なうガス発生がないことが確認された。さら
に、測定後、水溶液の水量を測定し、変化がない
ことも確認しており、測定に伴ない水溶液が消費
されることはないこともわかつた。
と共に内容積30mlの容器に封入し、陰極2と陽極
3との間に3Vの直流電圧を印加した際に流れる
電流、密閉容器の内圧、硫酸濃度の経時変化を第
4図イ,ロに示す。この図より測定時間の経過に
伴なう水溶液の濃度変化がないことがわかり、ま
た、密閉容器内の圧力変化がないことから、測定
に伴なうガス発生がないことが確認された。さら
に、測定後、水溶液の水量を測定し、変化がない
ことも確認しており、測定に伴ない水溶液が消費
されることはないこともわかつた。
一方、硫酸酸水溶液の濃度を変化させた際の濃
度センサの電流の変化を求めたところ、この濃度
センサの応答速度は約2分とかなり速かつた。従
つて、この濃度センサによつて硫酸等の濃度を連
続的に測定することができる。
度センサの電流の変化を求めたところ、この濃度
センサの応答速度は約2分とかなり速かつた。従
つて、この濃度センサによつて硫酸等の濃度を連
続的に測定することができる。
発明の効果
以上述べたように、本発明による濃度センサは
極めて小さな電気化学セルに直流の定電圧を印加
し、その電流を測定するだけの簡単な操作で対象
となる水溶液を消費することなく、濃度変化もさ
せず、さらにガスの発生を伴なわないので、たと
え密閉容器中においても安全に、しかも連続的に
水溶液の濃度の測定が可能である。従つて、例え
ば密閉鉛電池の硫酸濃度等を測定するのに大きな
効果を示し、その工業的価値は極めて高い。
極めて小さな電気化学セルに直流の定電圧を印加
し、その電流を測定するだけの簡単な操作で対象
となる水溶液を消費することなく、濃度変化もさ
せず、さらにガスの発生を伴なわないので、たと
え密閉容器中においても安全に、しかも連続的に
水溶液の濃度の測定が可能である。従つて、例え
ば密閉鉛電池の硫酸濃度等を測定するのに大きな
効果を示し、その工業的価値は極めて高い。
第1図は本発明による水溶液中の溶質の濃度を
測定する濃度センサの一実施例を示す断面構造
図、第2図は硫酸水溶液の水蒸気圧と濃度センサ
に流れる電流との関係を示す図、第3図は硫酸水
溶液の濃度と濃度センサに流れる電流との関係を
示す図、第4図イ,ロは濃度センサに流れる電
流、水溶液の溶質の濃度および密閉容器の内圧の
経時変化を示す図である。 1……多孔性のイオン交換樹脂膜、2……陰
極、3……陽極、6……撥水性プラスチツク膜。
測定する濃度センサの一実施例を示す断面構造
図、第2図は硫酸水溶液の水蒸気圧と濃度センサ
に流れる電流との関係を示す図、第3図は硫酸水
溶液の濃度と濃度センサに流れる電流との関係を
示す図、第4図イ,ロは濃度センサに流れる電
流、水溶液の溶質の濃度および密閉容器の内圧の
経時変化を示す図である。 1……多孔性のイオン交換樹脂膜、2……陰
極、3……陽極、6……撥水性プラスチツク膜。
Claims (1)
- 1 イオン交換樹脂膜に陰極および陽極を一体に
接合又は圧接してなる接合体又は圧接体を撥水性
プラスチツク膜で被覆してなる電気化学セルを被
測定水溶液中に浸漬し、陰極と陽極との間に直流
の定電圧を印加した際に、前記イオン交換樹脂膜
に吸収される水の電気分解に伴なつて流れる電流
が前記水溶液の溶質の濃度に対応する水蒸気圧に
実質的に正比例する関係を利用した水溶液中の溶
質の濃度を知るための濃度センサに於て、上記イ
オン交換樹脂膜として多孔性プラスチツク膜、プ
ラスチツク網またはガラスマツトなどの少なくと
も酸素ガス又は水素ガスが透過し得る孔径を有す
る絶縁多孔体にイオン交換樹脂の有機溶媒溶液や
有機溶媒と水との混合溶媒溶液などのイオン交換
樹脂溶液を塗布あるいは含浸させて得られる多孔
性イオン交換膜を用いることを特徴とする水溶液
中の溶質の濃度を測定するための濃度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62026976A JPS63195559A (ja) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | 水溶液中の溶質の濃度を測定するための濃度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62026976A JPS63195559A (ja) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | 水溶液中の溶質の濃度を測定するための濃度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63195559A JPS63195559A (ja) | 1988-08-12 |
| JPH0569381B2 true JPH0569381B2 (ja) | 1993-09-30 |
Family
ID=12208188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62026976A Granted JPS63195559A (ja) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | 水溶液中の溶質の濃度を測定するための濃度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63195559A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4947373B2 (ja) * | 2007-10-04 | 2012-06-06 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 電極ならびにそれを用いた転写装置および転写方法 |
| FR2950972A1 (fr) * | 2009-10-02 | 2011-04-08 | Commissariat Energie Atomique | Procede et cellule de mesure de la concentration globale en ions d'un fluide corporel |
-
1987
- 1987-02-06 JP JP62026976A patent/JPS63195559A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63195559A (ja) | 1988-08-12 |
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