(57)【要約】【課題】台座に対する正極の挿入性を向上させて、生産性を向上させることができる扁平形電池を提供する。【解決手段】本発明の扁平形電池は、有底円筒状の正極容器４と有天円筒状の負極容器５により形成された空間内に、円盤形状の正極１と円盤形状の負極２がセパレータを介して収容されたものであり、正極１の周囲に配置された、Ｌ字状の断面を有する環状の台座７ａを含む。台座７ａの周壁部は、正極容器４の底面部側から負極容器５の天面部側に向かって内径が大きくなるように傾斜している。これにより、台座７ａの上端の内径が、正極１の下端の直径より大きくなり、台座７ａに対する正極１の挿入性が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒状の正極容器と有天円筒状の負極容器により形成された空間内に、円盤形状の正極と円盤形状の負極がセパレータを介して収容された扁平形電池において、
前記正極の周囲に配置された、Ｌ字状の断面を有する環状の台座を含み、
前記台座の前記負極容器の天面部側の端部の内径が、前記正極の前記正極容器の底面部側の主面の直径より大きくなるように、前記台座の周壁部及び前記正極の外周面のうちの少なくとも一方が傾斜していることを特徴とする扁平形電池。
【請求項２】
前記台座の周壁部は、前記正極容器の底面部側から前記負極容器の天面部側に向かって内径が大きくなるように傾斜している請求項１に記載の扁平形電池。
【請求項３】
前記正極の外周面は、前記負極容器の天面部側から前記正極容器の底面部側に向かって前記正極の直径が小さくなるように傾斜している請求項１に記載の扁平形電池。
【請求項４】
前記台座の周壁部または前記正極の外周面の傾斜角度は、２度以上２０度以下である請求項１に記載の扁平形電池。
【請求項５】
前記台座の周壁部と前記正極の外周面との隙間の最大値は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である請求項１に記載の扁平形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、扁平形電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
扁平形電池の一例として、図４に示すように、円盤形状の正極１と、円盤形状の負極２と、セパレータ３と、有底円筒形状の正極容器４と、有天円筒形状の負極容器５と、環状のパッキング６と、Ｌ字状の断面を有する環状の台座７とを備えた扁平形電池が知られている。台座７は、正極１の膨張方向を規制するためのものである。
【０００３】
このような構成の扁平形電池において、放電を開始すると、放電がすすむにつれて負極２の容積が減少するため、電池内部の厚さ方向の接触圧力、特に、台座７と正極容器４との接触圧力がゆるみ、台座７と正極容器４との間の電気的な接触性が不十分となる。このような問題を解決するため、たとえば、特許文献１では、台座７と正極容器４とを溶接することで、電池の放電特性の安定化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０１−３２０７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の扁平形電池では、電池の組み立ての際、正極容器４に溶接された台座７内に正極１を挿入する必要がある。しかし、正極１は、通常、二酸化マンガンとカーボンブラック等の粉体とバインダーとを用いて成形されるものであるため強度が弱く、台座７内に挿入するときに台座７に接触すると、正極１に割れや欠けが発生するという問題があった。このような正極１に割れや欠けが発生しないように正極１を台座７内に挿入することは難しく、生産性を高めることができない。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、台座に対する正極の挿入性を向上させて、生産性を向上させることができる扁平形電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の扁平形電池は、有底円筒状の正極容器と有天円筒状の負極容器により形成された空間内に、円盤形状の正極と円盤形状の負極がセパレータを介して収容された扁平形電池において、前記正極の周囲に配置された、Ｌ字状の断面を有する環状の台座を含み、前記台座の前記負極容器の天面部側の端部の内径が、前記正極の前記正極容器の底面部側の主面の直径より大きくなるように、前記台座の周壁部及び前記正極の外周面のうちの少なくとも一方が傾斜していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、台座に対する正極の挿入性を向上させて、生産性を向上させることができる扁平形電池を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の扁平形電池の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の扁平形電池の他の例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の扁平形電池の他の例を示す概略断面図である。
【図４】従来の扁平形電池の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の扁平形電池は、有底円筒状の正極容器と有天円筒状の負極容器により形成された空間内に、円盤形状の正極と円盤形状の負極がセパレータを介して収容された扁平形電池において、上記正極の周囲に配置された、Ｌ字状の断面を有する環状の台座を含み、上記台座の上記負極容器の天面部側の端部の内径が、上記正極の上記正極容器の底面部側の主面の直径より大きくなるように、上記台座の周壁部及び上記正極の外周面のうちの少なくとも一方が傾斜していることを特徴とする。
【００１１】
上記台座の上記負極容器の天面部側の端部の内径が、上記正極の上記正極容器の底面部側の主面の直径より大きくなるように、上記台座の周壁部及び上記正極の外周面のうち少なくとも一方が傾斜していることにより、台座に対する正極の挿入性を向上させて、生産性を向上させることができる扁平形電池を実現できる。
【００１２】
上記台座の周壁部は、上記正極容器の底面部側から上記負極容器の天面部側に向かって内径が大きくなるように傾斜していることが好ましい。これにより、台座に対する正極の挿入性を向上できる。
【００１３】
上記正極の外周面は、上記負極容器の天面部側から上記正極容器の底面部側に向かって上記正極の直径が小さくなるように傾斜していることが好ましい。これにより、台座に対する正極の挿入性を向上できる。
【００１４】
上記台座の周壁部または上記正極の外周面の傾斜角度は、２度以上２０度以下であることが好ましい。台座の周壁部の傾斜角度が２度以上であれば、台座に対する正極の挿入性を向上できるが、台座の周壁部の傾斜角度が２０度を超えると、放電時に正極の膨張方向を規制することができない傾向がある。一方、正極の外周面の傾斜角度が２度以上であれば、台座に対する正極の挿入性を向上できるが、正極の外周面の傾斜角度が２０度を超えると、正極の容積が減少し、電池容量が低下する。
【００１５】
上記台座の周壁部と上記正極の外周面との隙間の最大値は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。上記隙間の最大値が０．１ｍｍ以上であれば、台座に対する正極の挿入性を向上できるが、上記隙間の最大値が１．０ｍｍを超えると、放電時に正極の膨張方向を規制することができなくなったり、正極の容積が減少し、電池容量が低下する。
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施形態１）
本実施形態１では、台座の周壁部が傾斜している扁平形電池について図１を用いて説明する。図１は、本発明の扁平形電池の一例を示す概略断面図である。
【００１８】
本実施形態１の扁平形電池は、図１に示すように、円盤形状の正極１、円盤形状の負極２、セパレータ３、有底円筒状の正極容器４、有天円筒状の負極容器５、環状のパッキング６、及び、Ｌ字状の断面を有する環状の台座７ａを備え、電池内に非水電解液が充填されている。
【００１９】
本実施形態１では、台座７ａの周壁部は、正極容器４の底面部側から負極容器５の天面部側に向かって（図１において下側から上側に向かって）内径が広くなるように傾斜している。これにより、正極１の直径（幅）よりも、台座７ａの上端（図１において、負極容器５の天面部側の端部）の内径が大きくなるため、台座７ａに対する正極１の挿入性を向上させることができ、扁平形電池の生産性を向上できる。
【００２０】
台座７ａの周壁部の傾斜角度は２度以上であれば、正極１の幅よりも台座７ａの上端の内径が大きくなるため、台座７ａに対する正極１の挿入性が向上する。しかし、傾斜角度が２０度より大きくなると、放電時に正極１の膨張方向を規制することができなくなるだけでなく、台座７ａが電池内に占める割合が大きくなり、その他の構成要素が占める割合が少なくなる。よって、台座７ａの周壁部の傾斜角度は、２度以上２０度以下であることが好ましい。
【００２１】
また、台座７ａと正極１との間の隙間の最大値は０．１ｍｍ以上であれば、正極１の幅よりも台座７ａの上端の内径が大きくなるため、台座７ａに対する正極１の挿入性が向上する。しかし、上記隙間の最大値が１．０ｍｍを超えると、放電時に正極の膨張方向を規制することができなくなるだけでなく、台座７ａが電池内に占める割合が大きくなり、その他の構成要素が占める割合が少なくなる。よって、台座７ａと正極１との間の隙間の最大値は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
台座７ａとしては、金属製、例えばステンレス鋼製のものを用いることができる。台座７ａは、正極１の挿入に先立って、正極容器４の底面部に溶接される。正極の挿入後に台座を溶接すると、台座内に収容されている正極に悪影響を及ぼす可能性がある。溶接方法としては、電気的なスポット溶接の他、レーザ溶接、超音波溶接などを用いることができ、正極容器４の内側または外側のいずれから溶接しても良い。
【００２３】
正極１に含まれる正極活物質としては、例えば、ＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＮｉxＣｏ1-xＯ2 のほか、ＬｉＭｎＯ2 、ＬｉＭｎＯ2 、ＬｉＮｉxＭｎ1-xＯ2 、ＬｉＭｎ3 Ｏ6 、二酸化マンガンなどのマンガン含有酸化物、フッ化炭素などを用いることができる。
【００２４】
正極１の作製にあたっては、通常、その正極活物質に加えて、導電助剤及びバインダーが用いられる。上記導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、鱗片状黒鉛、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、繊維状炭素などが用いられ、バインダーとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンラバーなどが用いられる。そして、正極の作製にあたっては、正極活物質と導電助剤とバインダーとを混合して調製した正極合剤を加圧成形することによって作製される。ただし、正極の作製方法は、上記例示の方法のみに限られることなく、他の方法によってもよい。
【００２５】
負極２に含まれる負極活物質としては、特に限定されるものではなく、例えば、金属リチウム、リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−ビスマス、リチウム−インジウム、リチウム−ガリウム、リチウム−インジウム−ガリウムなどのリチウム合金、炭素質材料、リチウムチタン酸化物に代表される金属酸化物などが挙げられる。上記負極活物質はそれ単独で負極を形成してもよいし、正極と同様にして負極合剤を作製し、これを集電体に塗布し、乾燥した後、加圧成形することによって負極２を作製してもよい。
【００２６】
正極容器４及び負極容器５としては、例えば、ステンレス鋼製や、鉄製で表面をニッケルめっきしたもの等を用いることができる。
【００２７】
セパレータ３としては、微孔性樹脂フィルム、樹脂不織布のいずれも用いることができる。その材質としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのポリオレフィンのほか、耐熱用途として、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体などのフッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリブチレンテレフタレートなどが挙げられる。また、上記材質の微孔性フィルムと不織布とを複数積層する、あるいは微孔性フィルム同士や不織布同士を複数積層することにより構成される複層体を用いることもできる。
【００２８】
パッキング６としては、ポリプロピレン樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂などの弾性及び絶縁性に優れたプラスチック材を用いることができる。
【００２９】
電池内に充填される非水電解液としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状炭酸エステル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル、１，２−ジメトキシエタン、ジグライム（ジエチレングリコールジメチルエーテル）、トリグライム（トリエチレングリコールジメチルエーテル）、テトラグライム（テトラエチレングリコールジメチルエーテル）、メトキシエトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフランなどのエーテル、より選択される１種の溶媒あるいは２種以上の混合溶媒に、電解質塩を溶解させたものが用いられる。
【００３０】
次に、本実施形態１の扁平形電池の製造方法について説明する。
【００３１】
負極２については、負極容器５の天面部に圧着し、負極容器５の外周縁部に、負極容器５の下方から環状のパッキング６を装着する。正極１については、正極容器４の底面部に予め溶接されている台座７ａ内に挿入する。
【００３２】
そして、上記正極１の正極容器４の底面部側とは反対側の主面上（図１において、正極１の上側主面上）にセパレータを介して上記負極２を配置する。その後、電池内部に非水電解液を注入してから、正極容器４の開口端部を内方に向かって締め付ける。これにより、負極容器５の外周面に装着されたパッキング６が押圧され、負極容器５の外周縁部と、正極容器４の開口端部の内周面とが圧接され密封される。このようにして、図１に示す扁平形電池が作製される。
【００３３】
このような本実施形態１によれば、台座７ａの周壁部に傾斜を設けたことにより、正極１の幅よりも、台座７ａの上端の内径が大きくなるため、台座に対する正極の挿入性を向上させることができ、扁平形電池の生産性を向上できる。また、本実施形態１では、正極の外周面に傾斜を設けていないため、正極の成形が容易である。
【００３４】
（実施形態２）
本実施形態２では、正極の外周面が傾斜している扁平形電池について図２を用いて説明する。図２は、本発明の扁平形電池の他の例を示す概略断面図である。図２において、図１と同一構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３５】
本実施形態２に係る扁平形電池は、図２に示すように、円盤形状の正極１ａ、円盤形状の負極２、セパレータ３、有底円筒状の正極容器４、有天円筒状の負極容器５、環状のパッキング６、及び、Ｌ字状の断面を有する環状の台座７を備え、電池内に非水電解液が充填されている。
【００３６】
本実施形態２では、正極１ａの外周面は、負極容器５の天面部側から正極容器４の底面部側に向かって直径が小さくなるように（幅が狭くなるように）傾斜している。これにより、正極１ａの下端の幅が台座７の上端の内径より小さくなるため、台座７に対する正極１ａの挿入性を向上させることができ、扁平形電池の生産性を向上できる。
【００３７】
正極１ａの外周面の傾斜角度は２度以上であれば、台座７に対する正極１ａの挿入性が向上する。しかし、傾斜角度が２０度より大きくなると、正極１ａの容積が減少し、電池容量が低下する。よって、正極１ａの外周面の傾斜角度は、２度以上２０度以下であることが好ましい。
【００３８】
また、台座７と正極１ａとの間の隙間の最大値は０．１ｍｍ以上であれば、台座７に対する正極１ａの挿入性が向上する。しかし、上記隙間の最大値が１．０ｍｍを超えると、正極１ａの容積が減少し、電池容量が低下する。よって、台座７ａと正極１との間の隙間の最大値は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３９】
なお、正極１ａの材質や製造方法は、上記実施形態１で説明した正極１と同様である。
【００４０】
また、本実施形態２では、台座７の周壁部は、傾斜しておらず、台座７の底部に対して垂直である。なお、台座７の材質や、正極容器４への溶接方法等については、上記実施形態１で説明した台座７ａと同様である。
【００４１】
なお、本実施形態２の扁平形電池の製造方法については、上記実施形態１と同様である。
【００４２】
このような本実施形態２によれば、正極１ａの外周面に傾斜を設けたことにより、正極１の下端の幅が、台座７の上端の内径より小さくなるため、台座に対する正極の挿入性を向上させることができ、扁平形電池の生産性を向上できる。また、本実施形態２では、台座７には傾斜を設けていない、つまり、台座７の周壁部は台座７の底部に対して垂直であることから、正極の膨張方向を十分に規制できる。
【００４３】
（実施形態３）
図３は、本発明の扁平形電池の他の例を示す概略断面図である。図３において、図１または図２と同一構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
本実施形態３に係る扁平形電池は、図３に示すように、円盤形状の正極１ａ、円盤形状の負極２、セパレータ３、有底円筒状の正極容器４、有天円筒状の負極容器５、環状のパッキング６、及び、Ｌ字状の断面を有する環状の台座７ａを備え、電池内に非水電解液が充填されている。
【００４５】
本実施形態３では、台座７ａの周壁部、及び正極１ａの外周面が共に傾斜している。そのため、上記実施形態１及び２に比べて、台座７ａに対する正極１ａの挿入性を大幅に向上でき、扁平形電池の生産性をより向上できる。
【００４６】
なお、本実施形態３の扁平形電池の製造方法については、上記実施形態１と同様である。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例のみに限定されない。
【００４８】
（実施例１）
まず、正極１については、正極活物質として二酸化マンガンと、導電助剤として人造黒鉛と、バインダーとしてテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体を準備し、二酸化マンガンが９１．７質量％、人造黒鉛が７．６質量％、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体が０．７質量％となるように混合して正極合剤を調製し、調製後の正極合剤を金型に充填して加圧成形することにより、正極１を作製した。この正極１は直径１８．９ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤形状をしている。
【００４９】
正極容器４及び負極容器５としては、ステンレス鋼製のものを準備した。
【００５０】
台座７ａとしては、ステンレス鋼製のものを準備した。台座７ａは、周壁部の長さ２．５ｍｍ、厚さ１００μｍとした。台座７ａの周壁部の傾斜角度を１０度とした。台座７ａの周壁部の最大内径（台座７ａの上端の内径）は１９．６ｍｍ、最小内径（台座７ａの底部上面の直径）は１８．９であった。
【００５１】
負極２については、厚さ１．０ｍｍのリチウム板と、厚さ６μｍのアルミニウム箔とを積層したものを、直径が１９ｍｍの円盤形状となるように打ち抜くことにより作製した。なお、負極２は、電池の組み立て後、非水電解液の存在下で電気化学的に合金化され、リチウム−アルミニウム合金で構成されることになる。
【００５２】
非水電解液としては、プロピレンカーボネートと１，２−ジメトキシエタンとの体積比１：１の混合溶媒にＬｉＣｌＯ4を０．５ｍｏｌ／ｌ溶解させたものを準備した。
【００５３】
セパレータ３としては、厚さ４００μｍの不織布を準備した。パッキング６としては、ポリフェニレンサルファイド製のものを準備した。
【００５４】
そして、以下のようにして電池の組み立てを行った。
【００５５】
負極２については、負極容器５の天面部に圧着し、負極容器５の外周縁部には、負極容器５の下方から環状のパッキング６を装着した。台座７ａについては、正極容器４の底面部に溶接した。
【００５６】
そして、正極容器４に溶接されている台座７ａ内に正極１を挿入し、次いで、正極１の上側主面上にセパレータ３を介して、上記負極２を配置した。その後、電池内部に非水電解液を０．５ｍｌ注入し、正極容器４の開口端部を内方に向かって締め付けた。
【００５７】
このようにして、図１に示す構造の厚さ５ｍｍ、直径２４ｍｍの扁平形電池を作製した。
【００５８】
（実施例２）
本実施例２の扁平形電池は、台座の周壁部の傾斜角度を変更したこと以外、上記実施例１と同様にして作製した。本実施例２の扁平形電池は、図１に示す構造をしている。図１において、台座７ａは、周壁部の長さ２．５ｍｍ、厚さ１００μｍとした。台座７ａの周壁部の傾斜角度は２０度とした。台座７ａの周壁部の最大内径は２０．７ｍｍ、最小内径は１８．９ｍｍであった。正極１は、直径１８．９ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤形状とした。
【００５９】
（実施例３）
本実施例３の扁平形電池は、台座に傾斜を設けるのではなく、正極側に傾斜を設けたこと以外、上記実施例１と同様にして作製した。本実施例３の扁平形電池は、図２に示す構造をしている。図２において、正極１ａの外周面の傾斜角度は１０度とした。正極１ａは、最大幅（負極容器５の天面部側の主面の直径）は１８．９ｍｍ、最小幅（正極容器４の底面部側の主面の直径）は１７．９ｍｍ、厚さ３ｍｍの側面に傾斜を有する円盤形状とした。台座７は、周壁部の長さ２．５ｍｍ、厚さ１００μｍとし、台座７の周壁部の内径は１８．９ｍｍとした。
【００６０】
（比較例１）
本比較例１の扁平形電池は、台座及び正極に傾斜を設けていないこと以外、上記実施例１と同様にして作製した。本比較例１の扁平形電池は、図４に示す構造をしている。図４において、台座７は、周壁部の長さ２．５ｍｍ、厚さ１００μｍとし、台座７の周壁部の内径は１８．９ｍｍとした。正極１は直径１８．９ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤形状とした。
【００６１】
上記実施例１〜３、及び比較例１の扁平形電池について、予備放電、エージングを行った後の安定電圧が得られている各扁平形電池の開回路電圧を測定した。これを初期電圧とした。その後、これら各扁平形電池に振動を付加した。ここで、振動は、振動回数範囲１０〜５５Ｈｚ、片振幅０．５ｍｍで１分間振動させる操作を１サイクルとして、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に各２時間ずつ行うこととした。
【００６２】
上記振動を付加した後の各扁平形電池の開回路電圧を測定し、測定した電圧値が初期電圧よりも２０ｍＶ以上低下しているものを不良品と判定した。上記各扁平形電池の試料数は１００個とし、そのうちの不良品の個数を調べた。
【００６３】
また、上記各扁平形電池を新たに５個ずつ準備し、それぞれ、２０℃の環境下、放電電流１ｍＡで、放電深度８０％まで放電させてから、内部抵抗を測定し、その平均値を求めた。
【００６４】
【表１】
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【００６５】
表１に示す結果から明らかなように、実施例１〜３のいずれにおいても、不良品が発生していないが、比較例１では、不良品の発生が見られた。このことから、台座及び正極のいずれにも傾斜を設けていない比較例１では、電池の組み立ての際に、正極に割れまたは欠けが発生したため、正極と台座との電気的な接触が不十分となったと考えられる。
【００６６】
また、実施例１及び２では、内部抵抗値が比較例１に比べて大きい値となっていた。これは、実施例１及び２では台座の周壁部が傾斜しているため、正極の膨張方向の規制が十分でなかったものと考えられるが、比較例１の内部抵抗値との差は僅かであるため、扁平形電池の使用に際して特に影響はないと考えられる。
【００６７】
一方、実施例３の内部抵抗値は、比較例１と同じ値であることから、正極の膨張方向を十分に規制できていることが分かる。これは、実施例３では、正極のみが傾斜し、台座の周壁部は台座の底部に対して垂直であるため、比較例１と同じ値になったと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の扁平形電池は、振動などの影響を受けにくい電池として、タイヤ空気圧センサ等の電源に利用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１、１ａ  正極
２  負極
３  セパレータ
４  正極容器
５  負極容器
６  パッキング
７、７ａ  台座
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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