説明

改質アスファルト、改質アスファルトの製造方法及びアスファルト混合物

【課題】安価で既存のアスファルト製造温度近傍の温度で製造可能な品質に優れた改質アスファルト、及びその製造方法、均一なアスファルト混合物を提供する。
【解決手段】本発明の改質アスファルトは、廃ポリスチレン、廃ポリプロピレン、廃ポリエチレンのうち少なくともいずれか1を主成分とする廃プラスチックと、アスファルトと、該アスファルトと相溶性を有し、該廃プラスチックに高い親和性を示す添加剤と、を含み構成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、道路舗装に用いる改質アスファルト、改質アスファルトの製造方法及びアスファルト混合物に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のアスファルト舗装材には、原油からナフサ、ガソリンなど軽質留分を採取した残留分から得られるアスファルトが用いられ、アスファルトは、砂や砕石等の骨材を粘結させる作用を持つ。このようにアスファルト道路舗装は、砕石と砂にアスファルト分が粘結剤として添加されて施工されているが、炎天下には軟化して道路表面に凹凸を発生させたり、冬季の低温時には靭性が低下して割れが生じたり、すりへり抵抗性が低く耐用年数が短い等の問題がある。このため改質材を混入した改質アスファルトが開発され、多く使用されている。この改質材には、例えば耐磨耗性・耐流動性を改善するためにスチレン・ブタジエン共重合体や熱可塑性エラストマなどが使用される。
【0003】
一方、廃プラスチックの有効利用も兼ね、廃プラスチックをアスファルトに添加する改質アスファルトも開発されている(例えば特許文献1参照)。この技術は廃プラスチックにポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂を用い、所定量の割合でPET樹脂、廃油、アスファルトを加熱混合することで、PET樹脂がアスファルト中でも沈殿することなく、しかもマーシャル安定度500kgf(約5kN)以上の品質を有する改質アスファルトが得られるとするものである。
【0004】
また廃プラスチックの有効利用を図るため、排水性アスファルト混合物の高粘度アスファルトの一部を廃プラスチックで置換して、従来の排水性アスファルト混合物と同等以上の品質を得ようとする研究もなされている。排水性高粘度アスファルト混合物は、空隙率が20%程度あるため、路面から雨水を急速に排水できるので、車の走行安全性を高める利点がある一方で、高価であることや耐久性に改善の余地がある。このため廃プラスチックを混入することで品質の高い舗装材が得られれば、省資源・省エネルギーの観点からも有用である。
【特許文献1】特開2003−12932号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載の技術は、所定量の割合でPET、食用油、アスファルトを加熱状態で混合し、改質アスファルトを得る方法を開示するものであるが、この改質アスファルトにおいては、PETはアスファルトに溶解しておらず、PET溶融物がアスファルト中で沈殿しないとするものである。しかしながら、改質アスファルトの保存、使用を考えれば、改質アスファルトはPETを始めとする改質材がアスファルトに溶解していることが望ましい。また特許文献1に記載の技術は、改質材にPETを使用しているので、改質アスファルト製造時の温度を高くしているが、改質アスファルトは既存のアスファルト製造温度近傍の温度で製造できることが望ましい。
【0006】
また排水性アスファルト混合物の高粘度アスファルトの一部を、廃プラスチックに置換する技術においては、廃プラスチックとアスファルトとを単に混合し溶融させただけでは、廃プラスチックの溶融温度が十分に低下せず、また骨材を入れた舗装混合物も均一な混合物が得られにくい。
【0007】
本発明の目的は、安価で、既存のアスファルト製造温度近傍の温度で製造可能な品質に優れた改質アスファルト、及びその製造方法、均一なアスファルト混合物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、廃ポリスチレン、廃ポリプロピレン、廃ポリエチレンのうち少なくともいずれか1を主成分とする廃プラスチックと、
アスファルトと、
該アスファルトと相溶性を有し、該廃プラスチックに高い親和性を示す添加剤と、
を含むことを特徴とする改質アスファルトである。
【0009】
また本発明で、前記添加剤は、廃エンジンオイルを主成分とする廃油であることを特徴とする請求項1に記載の改質アスファルトである。
【0010】
また本発明で、前記添加剤は、前記改質アスファルトに3〜9重量%含まれることを特徴とする請求項1または2に記載の改質アスファルトである。
【0011】
また本発明で、前記廃プラスチックは、前記改質アスファルトに10〜40重量%含まれることを特徴とする請求項1から3のいずれか1に記載の改質アスファルトである。
【0012】
また本発明は、請求項1から4のいずれか1に記載の改質アスファルトと、
骨材と、を含み、
前記添加剤は、該骨材とも高い親和性を示すことを特徴とするアスファルト混合物である。
【0013】
また本発明で、前記添加剤は、前記骨材の表面を親水性から親油性に変更する表面改質剤であることを特徴とする請求項5に記載のアスファルト混合物である。
【0014】
また本発明は、前記アスファルト混合物中の該廃プラスチックの割合が4〜18重量%であることを特徴とする請求項5または6に記載のアスファルト混合物である。
【0015】
また本発明は、廃ポリスチレン、廃ポリプロピレン、廃ポリエチレンのうち少なくともいずれか1を主成分とする廃プラスチックを含む改質アスファルトの製造方法であって、
予め定める量の廃プラスチックと、アスファルトと相溶性を有し該廃プラスチックに高い親和性を示す添加剤と、を加熱下で攪拌混合し、
加熱下で攪拌混合し溶融した廃プラスチックと添加剤との混合物と、該混合物と略同一温度に加熱したアスファルトと、を攪拌混合することを特徴とする改質アスファルトの製造方法である。
【発明の効果】
【0016】
本発明の改質アスファルトは、廃ポリスチレン、廃ポリプロピレン、廃ポリエチレンのうち少なくともいずれか1を主成分とする廃プラスチックであるので、安価に改質アスファルトを製造することができる。また、廃プラスチックを有効に利用することができる。さらにアスファルトと相溶性を有し、廃プラスチックに高い親和性を示す添加剤と、を含むので、アスファルトと廃プラスチックの親和性が高く、均一で品質に優れた改質アスファルトを製造することができる。また本改質アスファルトは、廃ポリスチレン、廃ポリプロピレン、廃ポリエチレンのうち少なくともいずれか1を主成分とする廃プラスチックを用いるので、廃プラスチックの溶融温度が比較的低く、従来のアスファルト製造設備をそのまま利用して製造することができるので、安価に製造することができる。
【0017】
また本発明によれば、添加剤は、廃エンジンオイルを主成分とする廃油であるので、アスファルトと相溶性を有し、廃プラスチックに高い親和性を示す。廃エンジンオイルであるので、安価に改質アスファルトを製造することができる。さらに、廃エンジンオイルの処分費も不要となり、廃エンジンオイルを有効に利用することができる。
【0018】
また本発明によれば、添加剤の混合割合は、改質アスファルトに対し3〜9重量%であり、少ない量で効果を発揮する。また添加剤の改質アスファルトに対する混合割合の範囲が3〜9重量%と広く、改質アスファルトの調合、製造を容易に行うことができる。
【0019】
また本発明によれば、廃プラスチックは、改質アスファルトに10〜40重量%含まれるので、改質アスファルトに混合可能な廃プラスチックの割合の範囲が広く、製造が容易となる。また廃プラスチックをアスファルトに対して比較的多く混入することが可能なので、安価に改質アスファルトを製造することができる。また廃プラスチックを有効に利用することができる。
【0020】
また本アスファルト混合物は、廃プラスチックと、アスファルトと、アスファルトと相溶性を有し廃プラスチックに高い親和性を示す添加剤と、を含む改質アスファルトと、さらに骨材と、を含み構成され、添加剤は、骨材とも高い親和性を示すので、均一で品質に優れたアスファルト混合物を製造することができる。
【0021】
また本発明によれば、添加剤は、骨材の表面を親水性から親油性に変更する表面改質剤であるので、骨材と改質アスファルトとの親和性が高なり、均一で品質に優れたアスファルト混合物を製造することができる。
【0022】
また本発明によれば、アスファルト混合物中の廃プラスチックの割合が4〜18重量%であるので、多くの廃プラスチックを混入することができる。廃プラスチックの混入量が多く、品質に優れたアスファルト混合物を製造することができる。
【0023】
また本発明によれば、廃プラスチックは、廃ポリスチレン、廃ポリプロピレン、廃ポリエチレンのうち少なくともいずれか1を主成分とする廃プラスチックであって、予め定める量の廃プラスチックと、アスファルトと相溶性を有し廃プラスチックに高い親和性を示す添加剤と、を加熱下で攪拌混合し、加熱下で攪拌混合し溶融した廃プラスチックと添加剤との混合物と、この混合物と略同一温度に加熱したアスファルトと、を攪拌混合するので、容易に均一な改質アスファルトを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
本発明の改質アスファルト及びアスファルト混合物の製造手順の一例を示す。なお製造手順はこれに限定されるものではない。まず始めに加熱し溶融状態のプラスチックと、プラスチックと略同一の温度に加熱したプラスチックと親和性の高い添加剤と、を所定の割合で混合攪拌し均一化させる。プラスチックと添加剤とは親和性が高いので、容易に均一化する。プラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどを主成分とする熱可塑性樹脂を使用することができる。これらは単独で使用することも、混合して使用することも可能である。改質アスファルトの品質を考慮すれば、ポリスチレンが特に好適である。
【0025】
これらプラスチックは未使用のプラスチックを使用することも可能であるが、廃プラスチックを使用する方が、廃プラスチックの有効利用にも繋がり、また改質アスファルトを安価に製造することができるので好ましい。廃プラスチックは、工場などから排出される産業廃棄物、家庭から排出される一般廃棄物であってもよく、対象とする廃プラスチックに少量の異物、例えばガラス、土、紙などが混入していてもよい。具体的には、目地面木、トロ箱、トレーなどの廃発泡スチロールを使用することができる。
【0026】
添加剤には、エンジンオイル、潤滑油を使用することができる。これらは単独で使用することもできるし、混合して使用することもできる。さらにこれらは未使用のものである必要はなく、使用済みの廃油であってもよい。廃油の処理及びコストの点を考えれば、廃エンジンオイルが好適である。なお、エンジンオイル、潤滑油の替わりにオリエン酸エステル、マレイン酸、エステル酸などの植物油を使用すると、所望の改質アスファルトを得ることはできない。
【0027】
次に加熱下で溶融状態のプラスチックと添加剤との混合物に、混合物と略同一温度に加熱したアスファルトを投入し、これらを加熱下で攪拌混合し均一化させる。添加剤として使用するエンジンオイル、又は潤滑油又はこれら混合物は、アスファルトと相溶性を有するので、容易に混合物とアスファルトとが均一化する。アスファルトには、ストレートアスファルト、ブローンアスファルト、熱可塑性エラストマなどを添加した改質アスファルト、及びこれらを混合したアスファルトを使用することができるけれども、価格の点などからストレートアスファルトを使用することが好ましい。以上の操作により改質アスファルトを得ることができる。
【0028】
添加剤の改質アスファルト(添加剤、プラスチック混入アスファルト)に対する混合割合は、3〜9重量%が好ましい。より好ましい添加剤の改質アスファルトに対する混合割合は、3〜5重量%である。後述の実施例に示すように、添加剤の混合割合が3重量%以下になると、改質アスファルトの表面硬化速度が速くなり過ぎる。一方添加剤の改質アスファルトに対する混合割合が9重量%であっても、所望の改質アスファルトを得ることができる。このように本発明においては、少量の添加剤の混入で所望の効果を得ることができる。また、添加剤の改質アスファルトに対する混合割合が、一定の幅を有しているので、改質アスファルトの製造が容易となる。
【0029】
プラスチックの改質アスファルト(添加剤、プラスチック混入アスファルト)に対する混入割合は、10〜40重量%が好ましい。より好ましくは、20〜30重量%である。改質アスファルトに対するプラスチックの混割合が10重量%を下回ると、骨材を添加しアスファルト混合物とした場合に所望の強度が得られない場合がある。またプラスチックの消費量が少なく、廃プラスチックを有効に利用することができない。一方、改質アスファルトに対するプラスチックの混合割合が40重量%以上となると、改質アスファルトの表面硬化速度が速くなり過ぎる。以上のように多くのプラスチックを混入することができるので、廃プラスチックの有効利用にも大きく貢献する。また、プラスチックの改質アスファルトに対する混入割合の範囲が、10〜40重量%と広いので、改質アスファルトの製造が容易となる。
【0030】
本発明に類似の技術として、改質アスファルト(芳香族系鉱物油+熱可塑性エラストマ+アスファルト)にスチレン類などを含む石油樹脂を混入する技術が開示されているが(特開平6−107953号公報)、この技術では石油樹脂の混入量は、最大20重量%とされている。石油樹脂の混入量を最大20重量%とした理由は、20重量%を超えても熱可塑性エラストマの分離抑制効果が増量の割に増加せず、またコストアップにつながることによる。これに比較して本発明は、プラスチックの改質アスファルト中の混入割合が最大40重量%と大きい点に特徴がある。プラスチックの混入量を多くすることで、高品質の改質アスファルトを得ることができる。また本発明では、廃プラスチックを利用することも可能なので、コストの点でも有利である。
【0031】
また本発明に類似の技術として、改質アスファルトの改質材にPET樹脂を利用する技術が開示されているが(特開2003−12932号公報)、PETの融点は約280℃と温度が高い。このためPET混入改質アスファルトは、高い温度で製造する必要が生じる。一方、本発明で使用可能な発泡スチロールは、ポリスチレンで形成されており、ポリスチレンのガラス転移点は約100℃、ポリエチレンの融点は146℃、ポリプロピレンの融点は148〜185℃と低いので、180〜200℃程度の温度で改質アファルトを製造することができる。このように既存のアスファルト製造温度近傍の温度で改質アスファルトを製造することができるので、既存のアスファルト製造設備をそのまま使用することが可能であり、安価に改質アスファルトを製造することができる。
【0032】
さらに本発明では、改質アスファルト中のプラスチックの混入割合が多い場合であっても、添加剤の必要添加量(混合割合)が少ない点にも特徴を有する。後述の実施例に示すように、改質アスファルト中の廃プラスチックの混合割合が38.5重量%の場合に必要な添加剤の混合割合は3.8重量%である。これに対して例えば特開2003−12932号公報で開示されているデータによれば、改質アスファルト中のPETの混合割合が37.5重量%の場合に必要な添加剤の混合割合は12.5重量%である。この結果からも本発明は公知発明に比較して、改質アスファルトを製造するために必要な添加量の割合が少ないことが分かる。
【0033】
アスファルト混合物を得るには、上記改質アスファルトに砂、砕石など通常のアスファルト混合物に使用される骨材を混入し攪拌混合すればよい。これらを攪拌混合することで、均一なアスファルト混合物を得ることができる。本改質アスファルトに含まれる添加剤は、骨材と親和性を有し、骨材に対しては、表面改質剤として機能し、改質アスファルト(廃プラスチック混入アスファルト)と骨材との親和性を高める働きをするので、容易に均一なアスファルト混合物を製造することができる。
【0034】
これに対して、従来の改質アスファルトは親油性であり、また砂などの骨材は親水性と相反する性質を示すので、単に改質アスファルトに砂、砕石などの骨材を混入、混合しても骨材は、均一に混合分散されない。これを解決するには、骨材の表面を改質して親油性にすればよく、シランカップリング剤などの表面改質剤を用いる方法があるが、シランカップリング剤を始めとする表面改質剤は高価であり、安価に改質アスファルトを製造することができない。
【0035】
エンジンオイルは、シリンダと親和性をもち、ピストンリングとシリンダ間のシール、磨耗防止及び焼付き防止の作用を持つ。そのシリンダは金属であり、その表面は親水性である。エンジンオイルはその目的から、その金属の表面を作用中に完全に濡らしており、エンジンが作動中の温度、つまり高温であっても親水性の金属表面との親和性を保持している。このことからエンジンオイルは、親水性の物質とも親和性が高いことが伺える。エンジンオイルを本発明の骨材の改質剤として選定した根拠である。
【0036】
以上のようにエンジンオイルは、アスファルトと相溶性を有し、ポリスチレンなどのプラスチック及び骨材とも親和性が高く、骨材の表面を親水性から親油性に改質するので、改質アスファルトのみならずアスファルト混合物に使用することができる。このことは潤滑油及びエンジンオイルと潤滑油の混合物であっても同様である。
【0037】
アスファルト混合物に対するプラスチックの混合割合は、4〜18重量%が好ましく、より好ましくは4〜13重量%である。アスファルト混合物に対するプラスチックの割合が4重量%以下では、使用用途によっては所望の強度を得られないケースが生じる。また、プラスチックに廃プラスチックを使用する場合は、プラスチックの消費量が少なく廃プラスチックの有効利用が十分に図れない。またアスファルト混合物に対するプラスチックの混合割合が18重量%以上では、均一な品質のアスファルト混合物を得ることができない。
【0038】
アスファルト混合物に対するプラスチックの混合割合を、プラスチックのアスファルト代替比率に置き換えれば、代替比率は最大40%(アスファルト混合物に対するプラスチックの混合割合18重量%)となる。またアスファルト混合物の最適なフロー値は、一般に20〜40と言われており、この点を考慮した場合にあっては、代替比率の最大値は約25%となる。
【0039】
改質アスファルトの製造手順としては、上記に示した手順以外にも、各々所定の温度に加熱したプラスチック、添加剤、アスファルトを、同時に攪拌混合装置に投入し攪拌混合することで均一なアスファルト混合物を得ることもできる。ただし、予めプラスチックと添加剤とを加熱状態で攪拌混合し、混合物を形成した後にアスファルトと混合する手順の方が、均一な改質アスファルトを得やすい。
【0040】
またアスファルト混合物の製造手順も、上記に示した手順以外の手順を用いることができる。例えば、各々所定の温度に加熱したプラスチック、添加剤、砂を、同時に攪拌混合装置に投入し、攪拌混合し混合物を得た後、この混合物とアスファルトと骨材とを加熱状態で攪拌混合することで均一なアスファルト混合物を得ることもできる。
【0041】
さらに、各々所定の温度に加熱したプラスチック、添加剤、アスファルトを、攪拌混合装置に投入し、攪拌混合し混合物を得た後、冷却し固化物を得る。このプレミックスした固化物は融点が高くないので、この固化物をプラント又は舗装現場において、再度加熱し溶融させ、同様に加熱した骨材と混合することでアスファルト混合物を製造することもできる。
(実施例1)次の要領で改質アスファルトを試作し評価した。使用した材料を表1に記載する。
【0042】
【表1】

表1に示す材料を用いて、次の手順で改質アスファルトの製造を行なった。加温して溶融した廃プラスチックに、廃プラスチックとほぼ同一の温度に加熱した表面改質剤を所定量添加した。これを攪拌混合して均一な混合物を得た。この混合物に混合物と略同一に加熱した所定量のアスファルトを投入し、攪拌混合し改質アスファルトを得た。各材料の配合割合(重量割合)を表2に示す。表2において、RunNo実―1〜実―13は、本発明の実施例を、RunNo比―1〜比―4は、比較例を示す。表3に実施例及び比較例の目視観察結果を記載した。
【0043】
【表2】

【0044】
【表3】

表3の結果から発泡スチロール(ポリスチレン)を用いて良好な改質アスファルトを得るためには、改質アスファルト中の表面改質剤の混合割合を3.8重量%にすればよいことが分かった。また同時に改質アスファルト中のポリスチレンの割合は、10〜40重量%程度が適切であることが分かった。改質アスファルト中の表面改質剤の割合が3.8重量%であっても、改質アスファルト中のポリスチレンの割合が50重量%程度になると(RunNo実―4)、アスファルト中に発泡スチロールを混入することはできるが、表面硬化が早過ぎた。同様に改質アスファルト中の表面添加剤の濃度を約5重量%と高くしても、改質アスファルト中のポリスチレンの割合が50重量%程度になると(RunNo実―5)、アスファルト中に発泡スチロールを混入することは可能であるが、表面硬化が早過ぎた。
【0045】
また、改質アスファルトに混合可能な熱可塑性樹脂は、ポリスチレンに限定されることなく、ポリエチレンテレフタレート(PET)、高密度ポリエチレン(HDPE)、ポリスチレン(PP)も使用可能であった(RunNo実−10〜実−13)。このときの添加剤の改質アスファルトに対する混合割合は、9.0〜9.1重量%であった。
【0046】
(実施例2)次の要領でアスファルト混合物を、試作し評価した。使用した原材料は、表1に示した原材料を用いた。実施例1で良好な結果を示した改質アスファルトに所定量の骨材を混入した後、攪拌混合し均一化した。配合割合(重量割合)を表4に示した。なお、ここで使用した廃プラスチックは、発泡スチロール(トレー)である。
【0047】
【表4】

RunNo実―21〜実―24及びRunNo比―21(比較例)で試作したアスファルト混合物の品質を測定した。品質測定には、マーシャル試験(50回締め固め)でマーシャル安定度とフロー値を測定した。マーシャル安定度は、アスファルト混合物の強度を示す物性値の一つで、測定は常法(例えば、社団法人日本道路協会;舗装試験法便覧 別冊,p506〜p516,1996)に従って行なった。フロー値は、アスファルト混合物のマーシャル安定度試験において、最大荷重を示したときの供試体の変形量(1/100cm)である。これについてもマーシャル安定度と同様、常法に従って行なった。
【0048】
測定結果を図1及び図2に示した。マーシャル安定度は、プラスチック混合割合が増加するに従って増加した。プラスチックを全く混入していない従来のアスファルト混合物の安定度は約8.4kNであるのに対して、本発明のアスファルト混合物にあっては、プラスチック混合割合が約18重量%の場合の安定度は、約30kNであった。一方、フロー値はアスファルト混合割合の増加とともに、減少した。以上の結果からプラスチックを混入することにより、アスファルト混合物の強度が増加するともに、変形量が低下することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】本発明の実施例2に示すアスファルト混合物中のプラスチックの割合とマーシャル安定度の関係を示す図である。
【図2】本発明の実施例2に示すアスファルト混合物中のプラスチックの割合とフロー値の関係を示す図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
廃ポリスチレン、廃ポリプロピレン、廃ポリエチレンのうち少なくともいずれか1を主成分とする廃プラスチックと、
アスファルトと、
該アスファルトと相溶性を有し、該廃プラスチックに高い親和性を示す添加剤と、
を含むことを特徴とする改質アスファルト。
【請求項2】
前記添加剤は、廃エンジンオイルを主成分とする廃油であることを特徴とする請求項1に記載の改質アスファルト。
【請求項3】
前記添加剤は、前記改質アスファルトに3〜9重量%含まれることを特徴とする請求項1または2に記載の改質アスファルト。
【請求項4】
前記廃プラスチックは、前記改質アスファルトに10〜40重量%含まれることを特徴とする請求項1から3のいずれか1に記載の改質アスファルト。
【請求項5】
請求項1から4のいずれか1に記載の改質アスファルトと、
骨材と、を含み、
前記添加剤は、該骨材とも高い親和性を示すことを特徴とするアスファルト混合物。
【請求項6】
前記添加剤は、前記骨材の表面を親水性から親油性に変更する表面改質剤であることを特徴とする請求項5に記載のアスファルト混合物。
【請求項7】
前記アスファルト混合物中の該廃プラスチックの割合が4〜18重量%であることを特徴とする請求項5または6に記載のアスファルト混合物。
【請求項8】
廃ポリスチレン、廃ポリプロピレン、廃ポリエチレンのうち少なくともいずれか1を主成分とする廃プラスチックを含む改質アスファルトの製造方法であって、
予め定める量の廃プラスチックと、アスファルトと相溶性を有し該廃プラスチックに高い親和性を示す添加剤と、を加熱下で攪拌混合し、
加熱下で攪拌混合し溶融した廃プラスチックと添加剤との混合物と、該混合物と略同一温度に加熱したアスファルトと、を攪拌混合することを特徴とする改質アスファルトの製造方法。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2006−143954(P2006−143954A)
【公開日】平成18年6月8日(2006.6.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−338722(P2004−338722)
【出願日】平成16年11月24日(2004.11.24)
【出願人】(803000104)財団法人ひろしま産業振興機構 (70)
【Fターム(参考)】