JP7349675B2

JP7349675B2 - 測定方法、測定装置、プログラム、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体

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Inventors: 陽吉小川; 正憲有冨
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Description

本発明は、測定方法、測定装置、プログラム、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関し、特に水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定方法、測定装置、プログラム、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。

昨今の健康志向から水素水が広く一般に利用されている。水素水は、電気分解や水素を水にバブリングする方法等により製造されることが知られているが、水素水の品質を確認する観点からも水素水中の溶存水素量を測定することが重要となっている。このため、特許文献１に開示されるような水中の溶存水素量を測定する技術が提案されている。

特開２０１８－１７９８３０号公報

近年は、水中の溶存水素量を更に別の方法により測定する技術の提案が望まれていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、水中の溶存水素量を測定することができる測定方法、測定装置、プログラム、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者は、鋭意研究した結果、水素が溶存する水に通電したときの電極を流れる電流値と水中に溶存する水素の溶存量との間に相関関係があることを見出し、発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る測定方法は、水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定方法であって、前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧を印加して通電する電圧供給ステップと、前記電圧供給ステップにおける前記電極を流れる電流の電流値を測定する測定ステップと、前記電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、上記ステップにより、水中の溶存水素量を測定することができる。

上記目的を達成するため、本発明に係る測定装置は、水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定装置であって、前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧を印加して通電する電圧供給部と、前記電圧供給部における前記電極を流れる電流の電流値を測定する測定部と、前記電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算部と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、上記構成により、水中の溶存水素量を測定することができる。

ここで、予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を記憶する記憶部を含み、前記演算部は、前記予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係と、前記測定部において測定された電流値と、に基づいて前記水中に溶存する水素の溶存量の演算を行うことができる。

前記電流値を積算する積算部を含み、前記演算部は、前記積算された電流値に基づいて前記溶存量の演算を行うことができる。

前記積算部は、前記測定部において、前記測定された電流値が所定の電流閾値以下となるまで前記積算を行うことができる。

すなわち、前記電流閾値は、純水における前記所定の電極を流れる電流の電流値とすることができる。

前記電圧は、前記水の電気分解が起こらない電圧とすることにより、測定された電流値における水の電気分解の影響を少なくすることができる。

前記水の電気分解が起こらない電圧は、前記水の電気分解が起こる最小の電圧よりも小さい電圧とすることができる。

水素が溶存する水を精製する精製部を含み、前記電圧供給部は、前記精製部により精製された水に電圧を供給して通電することにより、水中の不純物を除去して通電を行うことができる。これにより、測定された電流値における不純物の影響を少なくすることができる。

前記精製部は、所定の膜を用いて前記水を精製することができ、前記所定の膜は、逆浸透膜（ＲＯ膜）とすることができる。逆浸透膜を用いて水を精製することにより、水素を溶存した状態を維持しつつ水中の不純物を除去することが可能となる。

前記電極は、陽極および陰極を含み、前記陽極は、イオン化傾向が水よりも低い材料とすることにより、また、前記陽極は、セラミックス系の材料とすることにより、電極の溶出を少なくすることができ、電流値を正確に測定することが可能となる。

前記セラミックス系の材料は、更に多孔質系の材料とすることができる。

前記電圧供給部は、電圧供給槽を含み、前記電圧供給槽を密閉して通電を行うことにより、空気中の酸素により電極が酸化し溶出することを少なくすることができる。

前記電圧供給部は、電圧供給槽を含み、前記電圧供給槽に水を気密に充填させて通電することにより、電極の酸化を更に少なくすることができる。

上記目的を達成するため、本発明に係るプログラムは、水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定装置におけるコンピュータを、前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧を印加して通電する電圧供給部における前記電極を流れる電流の電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算部として機能させることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、前記プログラムを記憶することを特徴とする。

本発明によれば、水中の溶存水素量を測定することができる。

本発明の実施形態に係る測定装置の概要を示す概念図である。同測定装置における電圧供給部の構成を示す図である。同測定装置における各機能部を示すブロック図である。同測定装置における測定部および積算部における電流値の測定方法および積算方法を示す図である。同測定装置による測定方法を説明するためのフローチャートである。本発明の応用例を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る測定装置の概要を示す概念図、図２は、同測定装置における電圧供給部の構成を示す図、図３は、同測定装置における各機能部を示すブロック図、図４は、同測定装置における測定部および積算部における電流値の測定方法および積算方法を示す図である。

図１を参照して本発明の測定装置１の概要を説明すると、測定装置１は、水素水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定装置１であって、精製部１０と、電圧供給部２０より詳しくは定電圧供給部２０と、測定部３０と、処理部４０と、を有している。

すなわち、本発明の測定装置１においては、精製部１０により精製された水素水２２に定電圧供給部２０により定電圧（一定の電圧）を供給して通電し、この定電圧供給で電極２３に流れた電流値を測定部３０が測定するとともに、処理部４０が測定された電流値Ａに基づいて水素の溶存量Ｂを演算する構成となっている。

精製部１０は、水素が溶存する水より詳しくは水素水２２を精製する機能を有しており、所定の膜を用いて水素水２２を精製することができる。所定の膜は、逆浸透膜（ＲＯ膜）とすることができ、逆浸透膜を用いて水素水２２を精製することにより、水素が溶存した状態を維持しつつ水素水２２中の不純物を除去することが可能となる。

定電圧供給部２０は、精製部１０により精製された水素水２２に定電圧を供給して通電を行う機能を有している。すなわち、定電圧供給部２０は、図２に示すように、定電圧供給槽２１に精製された水素水２２を満たした状態とし、水素水２２中に所定の電極２３を浸漬しつつ定電圧を印加して通電することができる。定電圧供給槽２１は、箱型で上面２１ａが開口して開放された構成となっている。

ここで、電極２３は、陽極２３ａおよび陰極２３ｂを含み、電極２３に印加する電圧は、水より詳しくは純水の電気分解が起こらない電圧とする。水（純水）の電気分解が起こらない電圧は、水（純水）の電気分解が起こる最小の電圧よりも小さい電圧とすることができる。このような観点から電極２３の印加電圧は１．２０Ｖ以下とすることが好ましく、１．１０Ｖ以下とすることが更に好ましい（電極２３には、１．２０Ｖ以下、若しくは１．１０Ｖ以下の定電圧が印加される）。

すなわち、水（純水）の電気分解が起こる１．２０Ｖ以上の電圧を印加した場合、数１に示すように、陽極２３ａでは純水中の水酸化物イオン（ＯＨ^－）が酸化されて酸素（酸素ガス）が発生し、陰極２３ｂでは水（Ｈ_２Ｏ）が還元されて水素（水素ガス）が発生する。このとき、陽極２３ａにおける酸化反応により生じた電子が陽極２３ａから陰極２３ｂへ移動することにより電流が流れることとなる。

[数１]
陽極：４ＯＨ^－→Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ^－
陰極：２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋２ＯＨ^－

一方、水素水２２においては、活性な水酸化物イオンH₃O₂ ^-（H₂O・OH^-）と水素イオン（H⁺）とが遊離しやすい状態にあると考えられる。そして、電極２３の印加電圧を１．２０Ｖ以下とした場合は、原則として水（純水）の電気分解は起こらないものの、数１と同様の反応が起こり、水素水２２に起因する活性な水酸化物イオンH₃O₂ ^-（H₂O・OH^-）が酸化されて陽極２３ａから酸素（酸素ガス）が発生するとともに、水素水２２に起因する水素イオン（H⁺）が還元されて陰極２３ｂから水素（水素ガス）が発生すると考えられる。

つまり、電極２３の印加電圧を１．２０Ｖ以下とした場合においては、陽極２３ａから陰極２３ｂに流れる電流値Ａに応じて、水素水２２に起因する活性な水酸化物イオンH₃O₂ ^-（H₂O・OH^-）に基づく酸素ガスが発生するとともに、活性な水素イオン（H⁺）に基づく水素ガスが発生することとなる。

ここで、陽極２３ａは、イオン化傾向が水（純水）よりも低い材料および／またはセラミックス系の材料とすることができる（陽極２３ａは、イオン化傾向が水（純水）よりも低い材料、セラミックス系の材料、若しくはこれらを組み合わせた材料とすることができる）。

すなわち、電極２３の印加電圧を水（純水）の電気分解が起こらない電圧とし、陽極２３ａを水（純水）よりもイオン化傾向の高い材料（例えば銅）とした場合にあっては、陽極２３ａでは電極の溶出（酸化）が生じてしまい、電流値Ａに基づく水素水２２中の水素溶存量の演算に誤差を生じる恐れがある。

そこで、本発明においては、陽極２３ａは、イオン化傾向が水（純水）よりも低い材料および／またはセラミックス系の材料とすることとして、陽極２３ａの溶出を少なくすることとしている。

ここで、陽極２３ａを構成するセラミックス系の材料は、多孔質系の材料とすることができる。

測定部３０は、定電圧供給部２０における電極２３を流れる電流の電流値Ａを測定する機能を有している。測定部３０は、電極２３を流れる電流の電流値Ａをリアルタイムに測定することができる。測定部３０は、出力インターフェースを介して電流値Ａを示すデータを処理部４０に送信する。

処理部４０は、図３に示すように、入力部４１、記憶部４２、積算部４３、判断部４４、および演算部４５を有している。処理部４０は、コンピュータとしての一般的な構成を備えており、ＣＰＵ、メモリ、ハードディスク、表示装置（ディスプレー）を有している。メモリ、ハードディスク（後述する記憶部４２）は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体として機能する。

入力部４１は、測定部３０により測定された電流値Ａを示すデータを入力インターフェースを介して入力する機能を有している。

記憶部４２は、予め測定された水素水２２中に溶存する水素の溶存量ｂと電極２３を流れる電流の電流値ａとの相関関係ｃを示すデータを記憶する機能を有している。

すなわち、本発明者は、純水に水素を溶存させた水素水を、水の電気分解の起こらない印加電圧（１．２０Ｖ以下）の下で、陽極２３ａをイオン化傾向が水（純水）よりも低い材料および／またはセラミックス系の材料として定電圧を供給し通電したときの水素水２２中に溶存する水素の溶存量ｂと電極２３を流れる電流の電流値ａとの相関関係ｃを予め測定により明らかとしている。

そして、記憶部４２は、予め測定された水素水２２中に溶存する水素の溶存量ｂと電極２３を流れる電流の電流値ａとの相関関係ｃを所定のデータベースや数２の如く数式で記憶することとしている。
[数２]
ｃ＝ｆ（ａ，ｂ）

積算部４３は、測定された（入力された）電流値Ａをリアルタイムに時間で積算し電流値Ａの時間積算値ＡＴを演算する機能を有している。積算部４３は、図４に示すように、測定部３０において、測定された電流値Ａが所定の電流閾値Ｘ以下となるまで積算を行うことができる（電流値Ａが電流閾値Ｘ以下となるまで積算した時間積算値をＡＴＸとする）。

すなわち、電流閾値Ｘは、純水における電極２３を流れる電流の電流値とすることができる。

より詳しくは、電流閾値Ｘは、純水において、水の電気分解の起こらない印加電圧（１．２０Ｖ以下）の下で、陽極２３ａをイオン化傾向が水（純水）よりも低い材料および／またはセラミックス系の材料として電気分解したときの電極２３を流れる電流値であり、通常は０となるが、純水にごく僅かに不純物が含まれる場合等には、一定の電流値に設定されることがある。

図４に示すように、測定部３０により測定される電流値Ａは、時間の経過とともに低下し、電流値Ａが電流閾値Ｘに達したときに、積算部４３による積算処理が終了する。

判断部４４は、測定部３０により測定された電流値Ａが電流閾値Ｘに達したか否かを判断する機能を有している。

演算部４５は、電流値Ａが電流閾値Ｘに達したときの積算された電流値Ａの時間積算値ＡＴに基づいて水素の溶存量ＢＴを演算する機能を有している。

より詳しくは、演算部４５は、予め測定された水素水２２中に溶存する水素の溶存量ｂと電極２３を流れる電流の電流値ａとの相関関係ｃを示すデータと、測定部３０において測定された電流値Ａと、に基づいて演算を行うことができる。

更に詳しくは、演算部４５は、数３に示すように、積算された電流値Ａの時間積算値ＡＴＸに数２で得られた相関関係ｃを乗じて積算された溶存量ＢＴの演算を行うことができる。

[数３]
ＢＴ＝ＡＴＸ×ｃ

なお、本発明においては、測定装置１より詳しくは処理部４０におけるコンピュータを、入力部４１、記憶部４２、積算部４３、判断部４４、および演算部４５として機能させるプログラムが記憶部４２に記憶されており、同プログラムを実行することにより、各機能部４１，４２，４３，４４，４５を機能させることができる。

次に、測定装置１による測定方法を図５に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。

すなわち、まずステップ１０においては、精製部１０が、水素が溶存する水素水２２を精製する。この精製は逆浸透膜を用いて行う（精製ステップ）。

次いで、ステップＳ２０において、定電圧供給部２０が、ステップＳ１０で精製された水素水２２に定電圧を供給し通電を行う。この定電圧供給は、水素水２２中に電極２３を浸漬しつつ定電圧を印加して行う。電圧は純水の電気分解が起こらない電圧とし、１．２０Ｖ以下とする（定電圧供給ステップ）。

続いて、ステップＳ３０において、測定部３０が、定電圧供給により電極２３を流れる電流の電流値Ａを測定する（測定ステップ）。

次に、ステップＳ４０において、入力部４１が、ステップＳ３０で測定された電流値Ａを入力する（入力ステップ）。

次いで、ステップＳ５０において、積算部４３が入力された電流値Ａをリアルタイムに積算し、電流値Ａの時間積算値ＡＴＸを演算する（積算ステップ）。この時間積算値ＡＴＸの演算は、ステップＳ６０において、判断部４４が、電流値Ａが電流閾値Ｘ以下と判断したときに終了する（判断ステップ）。

続いて、ステップＳ７０において、演算部４５が、ステップＳ６０で積算された電流値Ａの時間積算値ＡＴに基づいて数４により水素の溶存量Ｂより詳しくは積算された水素の溶存量ＢＴを演算する（演算ステップ）。

以上説明したように、本発明の測定方法および測定装置１によれば、水素水２２中に電極２３を浸漬しつつ定電圧を印加して通電する定電圧供給部２０（定電圧供給ステップ）と、定電圧供給部２０における電極２３を流れる電流の電流値Ａを測定する測定部３０（測定ステップ）と、電流値Ａに基づいて水素の溶存量Ｂを演算する演算部４５（演算ステップ）と、を含むこととしたので、水素水２２中の溶存水素量を測定することができる。

また、水素が溶存する水素水２２を精製する精製部１０を含み、定電圧供給部２０は、精製部１０により精製された水素水２２に定電圧を供給して通電を行うこととしたので、水素水２２中の不純物を除去して通電を行うことができる。これにより、測定された電流値Ａにおける不純物の影響を少なくすることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形実施、応用実施が可能であることは勿論である。

例えば、図６に示すように、定電圧供給部２０は、定電圧供給槽２１の開放された上面２１ａを板状体２１ｂ等により密閉するように閉塞し通電を行うことにより、空気中の酸素により電極２３が酸化し溶出することを少なくすることができる。また、図６からも明らかなように、定電圧供給部２０は、定電圧供給槽２１に水素水２２を気密に充填させて通電を行うことにより、電極２３の酸化を更に少なくすることができる。なお、図６に示す電圧供給槽２１においては、通電により生じた水素ガスや酸素ガスを所定に抜気する構成を有している。

Ａ：電流値
ａ：電流値
Ｂ：水素の溶存量
ｂ：水素の溶存量
ｃ：相関関係
１：測定装置
１０：精製部
２０：定電圧供給部
２１：定電圧供給槽
２１ａ：上面
２２：水素水
２３：電極
２３ａ：陽極
２３ｂ：陰極
３０：測定部
４０：処理部
４１：入力部
４２：記憶部
４３：積算部
４４：判断部
４５：演算部

Claims

水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定方法であって、
前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧を印加して通電する電圧供給ステップと、
前記電圧供給ステップにおける前記電極を流れる電流の電流値を測定する測定ステップと、
前記電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算ステップと、を含み、
前記演算ステップは、予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を示すデータと、前記測定ステップにおいて測定された電流値と、に基づいて前記水中に溶存する水素の溶存量の演算を行うステップとするとともに、
前記電流値を積算する積算ステップを含み、前記演算ステップは、前記積算された電流値に基づいて前記溶存量の演算を行うことを特徴とする測定方法。
水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定装置であって、
前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧を印加して通電する電圧供給部と、
前記電圧供給部における前記電極を流れる電流の電流値を測定する測定部と、
前記電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算部と、
予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を示すデータを記憶する記憶部を含み、
前記演算部は、前記予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を示すデータと、前記測定部において測定された電流値と、に基づいて前記水中に溶存する水素の溶存量の演算を行い、
前記電流値を積算する積算部を含み、前記演算部は、前記積算された電流値に基づいて前記溶存量の演算を行うことを特徴とする測定装置。
水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定装置であって、
前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧を印加して通電する電圧供給部と、
前記電圧供給部における前記電極を流れる電流の電流値を測定する測定部と、
前記電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算部と、
予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を示すデータを記憶する記憶部を含み、
前記演算部は、前記予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を示すデータと、前記測定部において測定された電流値と、に基づいて前記水中に溶存する水素の溶存量の演算を行い、
前記電圧は、前記水の電気分解が起こらない電圧とすることを特徴とする測定装置。
水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定装置であって、
前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧を印加して通電する電圧供給部と、
前記電圧供給部における前記電極を流れる電流の電流値を測定する測定部と、
前記電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算部と、
予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を示すデータを記憶する記憶部を含み、
前記演算部は、前記予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を示すデータと、前記測定部において測定された電流値と、に基づいて前記水中に溶存する水素の溶存量の演算を行い、
前記電極は、陰極および陽極を含み、前記陽極は、イオン化傾向が水よりも低い材料とすることを特徴とする測定装置。
水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定装置であって、
前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧を印加して通電する電圧供給部と、
前記電圧供給部における前記電極を流れる電流の電流値を測定する測定部と、
前記電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算部と、
予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を示すデータを記憶する記憶部を含み、
前記演算部は、前記予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を示すデータと、前記測定部において測定された電流値と、に基づいて前記水中に溶存する水素の溶存量の演算を行い、
前記電極は、陽極および陰極を含み、前記陽極は、セラミックス系の材料とすることを特徴とする測定装置。
前記セラミックス系の材料は、更に多孔質系の材料とすることを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
前記積算部は、前記測定部において、前記測定された電流値が所定の電流閾値以下となるまで前記積算を行うことを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
前記電流閾値は、純水における前記所定の電極を流れる電流の電流値とすることを特徴とする請求項７に記載の測定装置。
前記電圧は、前記水の電気分解が起こらない電圧とすることを特徴とする請求項２、請求項４、または請求項５に記載の測定装置。
前記水の電気分解が起こらない電圧は、前記水の電気分解が起こる最小の電圧よりも小さい電圧とすることを特徴とする請求項３または請求項９に記載の測定装置。
前記水素が溶存する水を精製する精製部を含み、
前記電圧供給部は、前記精製部により精製された水を用いて通電を行うことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載の測定装置。
前記精製部は、所定の膜を用いて前記水を精製することを特徴とする請求項１１に記載の測定装置。
前記所定の膜は、逆浸透膜（ＲＯ膜）とすることを特徴とする請求項１２に記載の測定装置。
前記電極は、陰極および陽極を含み、前記陽極は、イオン化傾向が水よりも低い材料とすることを特徴とする請求項２、請求項３、または請求項５に記載の測定装置。
前記電極は、陽極および陰極を含み、前記陽極は、セラミックス系の材料とすることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の測定装置。
前記セラミックス系の材料は、更に多孔質系の材料とすることを特徴とする請求項１５に記載の測定装置。
前記電圧供給部は、電圧供給槽を含み、前記電圧供給槽を密閉して通電を行うことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載の測定装置。
前記電圧供給部は、電圧供給槽を含み、前記電圧供給槽に水を気密に充填させて通電を行うことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載の測定装置。
水中に溶存する水素の溶存量を測定する測定装置におけるコンピュータを、
前記水素が溶存する水中に所定の電極を浸漬しつつ電圧を印加して通電する電圧供給部と、
前記電圧供給部における前記電極を流れる電流の電流値を測定する測定部と、
前記電流値に基づいて前記水素の溶存量を演算する演算部と、
予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を示すデータを記憶する記憶部として機能させるとともに、
前記演算部を、前記予め定められた前記水中に溶存する水素の溶存量と前記所定の電極を流れる電流の電流値との相関関係を示すデータと、前記測定部において測定された電流値と、に基づいて前記水中に溶存する水素の溶存量の演算を行うように機能させるとともに、
前記電流値を積算する積算部を含むように機能させ、前記演算部を、前記積算された電流値に基づいて前記溶存量の演算を行うように機能させることを特徴とするプログラム。
請求項１９に記載のプログラムを記憶することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。