(57)【要約】【課題】ガスケットの発電部材側に防爆薄肉部を設け、これに対応する位置に底板から切起された突起部を設けた封口体によって封口した内部の圧力上昇時のガス排出が可能で、かつ電解液の飛散を抑制でき、かつガスケットの薄型によって大容量な乾電池を目的とするものである。【解決手段】電池ケース８内に正極合剤６とゲル状の負極剤５とをセパレータ７を介在させて対向配置した発電部材を収納し、電池ケース８の開口部を切起された突起部１１を設けた底板３と絶縁材からなるガスケット１の発電部材側に防爆薄肉部１ｃを設けた封口体４で封口する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池ケース内に正極合剤と負極剤とをセパレータを介在させて対向配置した発電部材を収納し、前記電池ケースの開口部を底板と絶縁材からなるガスケットとで構成される封口体で封口した乾電池において、前記ガスケットの発電部材側に溝部を設けて防爆薄肉部を形成し、このガスケットの防爆薄肉部に対応する位置に底板から切起された突起部を設けたことを特徴とする乾電池。
【請求項２】
前記突起部を防爆薄肉部に対応して複数個設けたことを特徴とする請求項１に記載の乾電池。
【請求項３】
前記突起部の先端を尖鋭としたことを特徴とする請求項１に記載の乾電池。
【請求項４】
前記突起部にガスケットの防爆薄肉部が密着してもガスを通すガス流路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の乾電池。
【請求項５】
前記ガス流路を突起部の表面に形成した溝とした請求項４に記載の乾電池。
【請求項６】
前記ガス流路を突起部の高さ方向に形成したスリットとした請求項４に記載の乾電池。
【請求項７】
前記ガス経路を突起部の表面に形成した粗面加工の連続した凹凸部とした請求項４に記載の乾電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部の圧力が異常に高まったときに防爆弁が破断してガスを速やかに放出させる乾電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチルカメラあるいは携帯音楽プレーヤーなどの長時間駆動化に伴い搭載機器の部品や特に電源のひとつであるアルカリマンガン乾電池の長寿命化が強く要望される傾向にある。従来の上記機器に利用されるアルカリマンガン乾電池では、同じ外形寸法で内容積を増やして乾電池容量を増やすためにはアルカリマンガン乾電池を構成する部品の小型化、特に樹脂で成形された絶縁機能と安全弁機構であるガスケットの薄型化が不可欠であった。
【０００３】
図８は従来のアルカリマンガン乾電池の一部断面正面図である。正極端子を兼ねる鉄製の電池ケース３８の中には、二酸化マンガンと黒鉛とを主構成材料とし、短い円筒状に成形された正極合剤３６が複数個挿入されている。この正極合剤３６の内側には、底面に電池ケース３８との接触を隔離するための絶縁キャップ３０と円筒状に構成したセパレータ３７を介して、ゲル状の負極剤３５が注入されている。負極剤３５中には負極集電体３２が挿入されている。一般に、ガスケット３１は、プラスチック又はゴム製であり、底板３３、集電体３２などと組合せて、電池ケース３８の開口部を封口する構造をとっている。また電池ケース３８には外部との絶縁をかねた外装ラベル３９で被覆している。
【０００４】
一般に、ガスケット３１は、例えば溶融した熱可塑性樹脂を金型に送り込む射出成形法によって成形され、その底壁部３１ｄより内部の圧力を受ける。このガスケット３１の平板部３１ｂの受圧側に環状の溝部３１ａを設けることにより、その底壁部３１ｄを防爆薄肉部３１ｃとしている。そして、ガスが発生し、内部の圧力が上昇した際に内部の圧力がある圧力に達するとこの溝部３１ａの底壁の防爆薄肉部３１ｃに破断が生じ、電池内部のガスを排出する防爆機構として働くものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、図９に示すようにガスケット４１のスカート部の延長上に配された防爆薄肉部４１ｃの伸張距離を平面部に具備したリブ４４によって規制し、防爆薄肉部４１ｃのみの伸張へと変え、ガスケット４１の薄肉化による防爆薄肉部４１ｃの伸張距離の短縮を軽減し、内圧上昇時に十分伸張、破断できる空間を実現する機構形状が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
さらにガスケットの材料を変更し、図８に示すガスケット３１における防爆薄肉部３１ｃの伸張の特性を変化させて、破断到達までの伸張を軽減させることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平９−４５３０３号公報
【特許文献２】特開２００３−２１７５３２号公報
【特許文献３】特開２００５−７９０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１に示される従来技術では、高容量化を目的とした乾電池の内容積の増大に伴い、図８に示したガスケット３１の部品高さの薄型化が必要であり、過放電時、あるいは逆接続時によって起こる内部の圧力の上昇時に、ガスケット３１と底板３３との短縮された距離で、防爆薄肉部３１ｃが加圧や伸張されて破断して内部の
ガスを安定して排出することが困難であるという課題があり、高容量化の障壁となっている。また、ガスとともにセパレータ３７との間に介在する強アルカリ質である電解液などが勢いよく排出されることで、安全性に欠けるという課題がある。
【０００８】
また、上述した特許文献２に示される従来技術では、図９に示すように内部の圧力上昇時に発生する内部温度の上昇に伴ったガスケット４１の昇温状態でガスケット４１の平面部に配されたリブ４４の材料の伸びが変化し、防爆薄肉部４１ｃを破断させるためには、底板４３と防爆薄肉部４１ｃとの間で破断に達するまでの材料が伸びる距離が必要であるという課題があり、ガスケット４１の薄型化が困難で高容量化の障壁となっている。
【０００９】
また、上述した特許文献３に示される従来技術では、図８に示すように内部の圧力上昇時に発生する内部温度の上昇に伴ったガスケット３１の昇温状態で、ガスケット３１の材料の伸びが変化し、防爆薄肉部３１ｃを破断させるためには、底板３３と防爆薄肉部３１ｃとの間で破断に達するまでの材料が伸びる距離が必要であるという課題があり、ガスケット３１の薄型化が困難で高容量化の障壁となっている。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を鑑みて成されたもので、ガスケットの発電部材側に溝部を設けて防爆薄肉部を設け、このガスケットの防爆薄肉部に対応する位置に底板から切起された突起部を設けた封口体によって封口し、内部の圧力上昇時の安定したガス排出が可能で、且つ、電解液の飛散を抑制できる上、ガスケットの薄型化によって大容量な乾電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記のような目的を達成するために本発明の乾電池は、電池ケース内に正極合剤と負極剤をセパレータを介在させて対向配置した発電部材を収納し、電池ケースの開口部を底板と絶縁材からなるガスケットとで構成される封口体で封口した乾電池において、ガスケットの発電部材側に溝部を設けた防爆薄肉部を形成し、このガスケットの防爆薄肉部に対応する位置に底板から切起された突起部を設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、防爆作動性に優れ、且つ、ガス排出時の電解液の飛散を抑えた乾電池を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１の発明では、電池ケース内に正極合剤と負極剤とをセパレータを介在させて対向配置した発電部材を収納し、電池ケースの開口部を底板と絶縁材からなるガスケットの一部に発電部材側に溝部を設けて防爆薄肉部を形成し、このガスケットの防爆薄肉部に対応する位置に底板から切起された突起部を設けた構成とすることにより、内圧上昇時にガスケットの防爆薄肉部を効率的に破断することができる。
【００１４】
本発明の第２の発明では、突起部を防爆薄肉部に対応して複数個設けたことにより、ガスによる内圧上昇時に平面上での圧力バランスのバラつきが発生しその防爆薄肉部の伸びる位置が変動しても、複数配置された突起部の一部に必ず触れることで、安定的な破断を行い、ガスを排気することができる。
【００１５】
本発明の第３の発明では、突起部の先端を尖鋭としたことにより、軟質な樹脂で形成された防爆薄肉部が内圧上昇時に一定の高さまで伸び、環状の防爆薄肉部の上面が突起部の尖鋭部によって効率的に破断を行い、ガスを排気することができる。
【００１６】
本発明の第４の発明では、突起部にガスケットの防爆薄肉部が密着してもガスを通すガ
ス流路を設けたことにより、内圧上昇時に防爆薄肉部の上面が突起部の先端で破断されると同時に、破断後も薄肉部と突起部の間にガス流路を通してガスを遮断することなく外部へ排気することができ、且つ、排出時に内部の電解液を飛散させないことができる。
【００１７】
本発明の第５の発明では、ガス流路を突起部の表面に形成した溝としたことにより、内圧上昇時に環状の防爆薄肉部の上面が突起部の先端で破断されると同時に、破断後も防爆薄肉部と突起部の間に溝形状のガス流路を通してガスを遮断することなく外部へ排気することができ、且つ、排出時に突起部に形成された溝に内部の電解液を収容し、飛散させないことができる。
【００１８】
本発明の第６の発明では、ガス流路を突起部の高さ方向に形成したスリットとしたことにより、溝形状のガス流路と同様にガスを遮断することなく排気することが可能な上、且つ、ガスが排気するに伴っての内部に収容した電解液を飛散させないことができる。
【００１９】
本発明の第７の発明では、ガス流路を突起部の表面に形成した粗面加工の連続した凹凸部としたことにより、溝形状のガス流路と同様にガスを遮断することなく外部へ排気することができ、且つ、突起部表面の凹凸部が排出時に内部の電解液の遮蔽する表面積を増やし、結果、排出される電解液のみを遮蔽することが可能で、電解液の飛散をさせないことができる。
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に示される一実施の形態については、本発明を説明するために掲げた乾電池としての代表的なアルカリマンガン乾電池の構造を示すものであって、本発明は乾電池の構造を下記のものに特定するものではない。
【００２１】
図１は本発明の一実施の形態におけるアルカリマンガン乾電池の半断面図である。図１に示すように、正極端子を兼ねる鉄製の電池ケース８の中には二酸化マンガンと黒鉛とを主構成材料とし、短い円筒状に成形された正極合剤６が複数個挿入されている。この正極合剤６の内側には、セパレータ７を介してゲル状の負極剤５が注入されている。
【００２２】
ゲル状の負極剤５の中には負極集電体２が挿入されており、ゲル状の負極剤５の底面には電池ケース８との絶縁を目的とした絶縁キャップ１０が挿入されている。また、電池ケース８の絶縁被覆と商品の外装を目的として外装ラベル９が巻かれている。
【００２３】
一般に、ガスケット１はプラスチック又はゴム製であり、また、底板３と溶接接続された負極集電体２をガスケット１の軸中心に圧入して組みこんだものを封口体４と呼び、この封口体４で電池ケース８の開口部を封口することによってアルカリマンガン乾電池を構成している。一般に、ガスケット１は、例えば溶融した熱可塑性樹脂を金型に送り込む射出成形法によって成形され、底壁部１ｄより内部の圧力を受ける。このガスケット１の平板部１ｂの受圧側に環状の溝部１ａを設けることにより、その底壁部１ｄを防爆薄肉部１ｃとしている。そして、乾電池の過放電や乾電池を逆接続した時にガスが発生し、内部の圧力が上昇した際に内部の圧力が防爆薄肉部１ｃの変形を開始する圧力に達すると防爆薄肉部１ｃが外方に膨張するように突出し、底板３に切起して設けた突起部１１で防爆薄肉部１ｃを突き破り、この溝部１ａの底壁部１ｄの防爆薄肉部１ｃに破断が生じ、底板３に切起して設けた突起部１１の加工穴１１ａを通って内部のガスを排出する。
【００２４】
この防爆機構として、防爆薄肉部１ｃと突起部１１をさらに詳しく説明する。ガスケット１の平板部１ｂに沿って環状に設けた溝部１ａの肉厚が０．２５ｍｍ以下で形成された防爆薄肉部１ｃに対し、過放電時や逆接続によって起こる乾電池のガス発生によって生じる内圧上昇によって発生する圧力が集中し、外方に膨張するように突出し、突起部１１と
接触することで破断され、電池ケース８の内部に高い圧力で存在するガスを突起部１１に破断された防爆薄肉部１ｃと突起部１１の隙間を利用して効率よく排出することができる。
【００２５】
また、円柱の高さ方向において、薄型のガスケット１を用いた封口体４で、開口部を封口封止することにより、防爆薄肉部１ｃが伸張するために必要な空間を最小にすることができ、結果的には封口体４を構成するガスケット１の薄型化が可能となり、内容積を増大しアルカリマンガン乾電池の電池容量を増大させることができる。
【００２６】
次に、図２は本発明の一実施の形態における封口体４の防爆薄肉部１ｃの破断状態の断面模式図である。図２に示すように、底板３の裏面に塑性加工によって形成された先端が尖鋭な突起部１１と、その加工時に形成された加工穴１１ａがあり、防爆薄肉部１ｃを突起部１１が破断して内部のガスを排気する際にガス流路１３を通って、破断した防爆薄肉部１ｃと突起部１１が接触している場合でも内部のガスを効率的に排気することができる構造となっている。
【００２７】
次に図３は本発明の一実施の形態における底板３の斜視図である。図３に示すように底板３の裏面に塑性加工によって形成された突起部１１とその加工時に形成された加工穴１１ａが、底板３の中心に対し、ガスケット１の平板部１ｂに沿って環状に設けた溝部１ａの対向面になるように複数個設置されており、万が一、一箇所での排気が機能しない時には防爆薄肉部１ｃを破断して乾電池の過放電時などに発生して内部で圧縮されたガスを排気する場所が複数箇所確保でき、内圧上昇時に確実に排気を行うことができる。
【００２８】
図４は本発明の一実施の形態における突起部１１の形状の斜視図である。図４に示すように、防爆薄肉部１ｃを破断して内部の圧縮ガスを排気する際に突起部１１の表面にガス流路溝１３ａを設けて、破断後に突起部１１と防爆薄肉部１ｃが接触している場合でも内部のガスを効率的に排気することができる構造となっている。また、突起部１１のガス流路溝１３ａを通って排気されたガスは、突起部１１に設けたガス流路溝１３ａの間で、排気時の圧力開放に伴って加工穴１１ａに向かって排出される乾電池の電解液を制止できることで、乾電池の外部への飛散を抑制することができる。
【００２９】
図５は本発明の一実施の形態における突起部１１の形状の斜視図である。図５に示すように、防爆薄肉部１ｃを破断して内部の圧縮されたガスを排気する際に突起部１１のガス流路スリット１３ｂを利用し、破断後に突起部１１と防爆薄肉部１ｃが接触している場合でも内部のガスを効率的に排気することができる構造となっている。また、突起部１１のガス流路スリット１３ｂを通って排気されたガスは、突起部１１のガス流路スリット１３ｂの配置距離の間で、排気時の圧力開放に伴って加工穴１１ａに向かって排出される乾電池の電解液を制止できることで、乾電池の外部への飛散を抑制することができる。
【００３０】
図６は本発明の一実施の形態における突起部１１の形状の斜視図である。図６に示すように、防爆薄肉部１ｃを破断して内部の圧縮されたガスを排気する際に突起部１１の平面に形成した粗面加工の連続した凹凸部１３ｃを利用し、破断後に突起部１１と防爆薄肉部１ｃが接触している場合でも内部のガスを効率的に排気することができる構造となっている。また、突起部１１の平面に形成した粗面加工の連続した凹凸部１３ｃの粗面加工の凹凸間で、排気時の圧力開放に伴って加工穴１１ａに向かって排出される乾電池の電解液を制止できることで、乾電池の外部への飛散を抑制することができる。
【００３１】
図７は本発明の実施例における防爆部作動圧力測定実験の模式図である。図７に示すように、封口体１４で電池ケース２０の開口部を封口して封止した乾電池２１に接続された油圧ホース１６に油圧ポンプ１９から送られる油で、電池ケース２０の内部圧力を１５Ｍ
Ｐaまで加圧して、電池ケース２０に接続された圧力センサ１５を用いて防爆薄肉部１ｃの破断時の圧力を測定することができる構成となっている。また、その圧力状態を確認するために圧力計２２を油圧ホース１６と油圧ポンプ１９の間に接続して、且つ、圧力状態をセンサーアンプ兼オシロスコープ１８を用いて記録するとともに、乾電池２１に密接された飛散量計量タンク１７内に排出された油を計量できる構成としている。以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１に示されるように、防爆薄肉部１ｃの肉厚を０．２５ｍｍで設定し、且つ、その防爆薄肉部１ｃとほぼ垂直に底板３を環状方向に長さが３ｍｍで尖鋭した先端を持つ突起部１１を具備したアルカリマンガン乾電池を実施例１とした。
【実施例２】
【００３３】
実施例１と同じ仕様で、突起部１１の長さのみ５ｍｍ長くして破断距離の長さを２ｍｍ短くしたものを具備したアルカリマンガン乾電池を実施例２とした。
【実施例３】
【００３４】
実施例１と同じ仕様で、突起部１１を複数の４個設置したものを具備したアルカリマンガン乾電池を実施例３とした。
【実施例４】
【００３５】
図４に示されるように実施例１と同じ仕様で、突起部１１にガス流路溝１３ａを設けたアルカリマンガン乾電池を実施例４とした。
【実施例５】
【００３６】
図５に示されるように実施例１と同じ仕様で、突起部１１にガス流路スリット１３ｂを設けたアルカリマンガン乾電池を実施例５とした。
【実施例６】
【００３７】
図６に示されるように実施例１と同じ仕様で、突起部１１に粗面加工による連続した凹凸部１３ｃを設けたアルカリマンガン乾電池を実施例６とした。
【００３８】
（比較例１）
本発明の実施例と比較するため実施例１と同じ仕様で、底板３に突起部１１を具備しないものを比較例１とした。
【００３９】
（比較例２）
実施例１と同じ仕様で、底板３の突起部１１に具備するガス流路１３のないものを比較例２とした。
【００４０】
上記のような実施例および比較例に示される封口体１４で電池ケース２０の開口部に封口封止した乾電池２１を用いて、図７のような実験装置を利用して、乾電池２１に接続された油圧ホース１６を通って油圧ポンプ１９から送られる油で、電池ケース２０の内部圧力を１５ＭＰaまで加圧して、電池ケース２０に接続された圧力センサ１５を用いて防爆薄肉部１ｃの破断時の圧力を比較するために測定する。
【００４１】
また、その状態をセンサーアンプ兼オシロスコープ１８を用いて記録するとともに、ガスケット１に密接された飛散量計量タンク１７内に排出された油を計量し、内圧上昇に伴う防爆薄肉部１ｃの破断時の圧力と飛散量などを比較するために測定した。実施例１〜６、および比較例１，２のアルカリマンガン乾電池を測定し、それぞれの防爆薄肉部１ｃの
破断時の圧力を測定し結果と破断時に飛散した油の飛散量を（表１）に示す。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
（表１）から明らかなように、本発明の実施例１〜６は、比較例１，２と比べ、同一条件下で防爆作動する防爆薄肉部１ｃを低い圧力で破断できる。また、その飛散量でも実施例１〜６が比較例１，２のような高圧状態での油の飛散量に比べて、その飛散量が低圧状態での破断に伴って減量することから、破断により排出された油の飛散の大幅な抑制と改善が考えられる。また、実施例２のようにその突起部１１の長さを長く変えることで、防爆薄肉部１ｃが破断するための距離を短くし、鋭利な突起部１１に早く接触することで破断する到達圧力を下げることが可能で、破断によって排出される油の飛散量の大幅な抑制と改善が考えられる。
【００４４】
さらに、実施例３のように突起部１１を複数個設置することで、排出口の数が増えて、破断により排出された油の飛散の大幅な抑制と改善が考えられる。また、実施例４のように突起部１１に溝加工を施すことで、比較例１，２の平面状態に比べて、排出される油を溝加工で形成された溝で制止することが可能となり、それぞれ破断による飛散量の抑制が可能となり、油の飛散の大幅な抑制と改善が考えられる。また、実施例５のように突起部１１にスリット加工を施すことで、比較例１，２の平面状態に比べて、さらには実施例４より、排出される油をスリット加工で形成されたスリットの配置間の壁で制止することが可能となり、それぞれ破断による飛散量の抑制が可能となり、油の飛散の大幅な抑制と改善が考えられる。
【００４５】
最後に、実施例５のように突起部１１に粗面加工を施すことで、比較例１，２の平面状態に比べて、さらには実施例４，５より、排出される油を粗面加工で突起部１１の平面に形成された凹凸部１３ｃで制止することが可能となり、それぞれ破断による飛散量の抑制が可能となり、油の飛散の大幅な抑制と改善が考えられる。なお、上記比較するための測定においては乾電池２１を構成する上で電池ケース２０内に油を供給し、油圧による破壊にてその飛散量を計測しているが、実施例１〜６、および比較例１，２のアルカリマンガン乾電池の過放電時の電解液の飛散量に相当することを実験し確認している。また、上記
比較するための測定においては、アルカリマンガン乾電池を代表として説明してきたが、ニッケルマンガン乾電池においても同様の構成とすることで同じ効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によれば、電池ケース内に正極合剤と負極剤をセパレータを介在させて対向配置した発電部材を収納し、電池ケースの開口部を底板と絶縁材からなるガスケットの一部に発電部材側に溝部を設けて防爆薄肉部を設け、このガスケットの防爆薄肉部に対応する位置に底板から切起された突起部を設けたことを特徴とするアルカリマンガン乾電池によって、外部への排気経路を確保し、効率的に内部に発生したガスを外部へ放出させることができ、且つ、封口体の占有体積を下げることが可能であり、その封口体によって乾電池開口部を封口封止された乾電池の内容積の拡大により、乾電池容量の増大が可能となり、アルカリマンガン乾電池の長寿命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施の形態におけるアルカリマンガン乾電池の半断面図
【図２】本発明の一実施の形態における防爆薄肉部が破断した際の排気状態の断面模式図
【図３】本発明の一実施の形態における底板の斜視図
【図４】本発明の一実施の形態における封口体の突起部の形状を示す斜視図
【図５】本発明の一実施の形態における封口体の突起部の形状を示す斜視図
【図６】本発明の一実施の形態における封口体の突起部の形状を示す斜視図
【図７】同実施例における防爆部作動圧力測定実験の模式図
【図８】従来例におけるアルカリマンガン乾電池の半断面正面図
【図９】従来例における封口体の断面図
【符号の説明】
【００４８】
１  ガスケット
１ａ  溝部
１ｂ  平板部
１ｃ  防爆薄肉部
１ｄ  底壁部
２  負極集電体
３  底板
４  封口体
５  負極剤
６  正極合剤
７  セパレータ
８  電池ケース
９  外装ラベル
１０  絶縁キャップ
１１  突起部
１１ａ  加工穴
１３  ガス流路
１３ａ  ガス流路溝
１３ｂ  ガス流路スリット
１３ｃ  凹凸部
１４  封口体
１５  圧力センサ
１６  油圧ホース
１７  飛散量計量タンク
１８  センサーアンプ兼オシロスコープ
１９  油圧ポンプ
２０  電池ケース
２１  乾電池
２２  圧力計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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