(57)【要約】【課題】本発明は、電極と饋電配線との接続部における発熱を効果的に抑止できる給電接続構造、および前記給電接続構造によって電極に饋電配線が接続された電解処理装置の提供。【解決手段】少なくとも一方の端部が端面に向かって縮径する棒状電極１０と、導体から形成され、饋電配線４が接続されるとともに、側壁面が底面に向かって縮小するように形成された凹陥部である内腔３を有し、棒状電極１０の縮径部１０Ａが内腔３に挿入される給電部材２と、棒状電極１０の縮径部１０Ａに装着された給電部材２を縮径部１０Ａに向かって押圧するコイルバネ１３と、を有し、給電部材２は、棒状電極１０の縮径部１０Ａに装着された状態において、内腔３の側壁面３Ａが縮径部１０Ａの外周面に密着し、内腔３の底面３Ｂと縮径部１０Ａの端面１０Ｂとの間に隙間が生じるように形成されている電極の給電接続構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の端部が棒状部とされているとともに、前記棒状部の端面近傍には、前記端面に向かって縮径する縮径部が形成された電極と、
導体から形成され、前記電極に電流を供給する饋電配線が接続されるとともに、側壁面が底面に向かって縮小するように形成された凹陥部である内腔を有し、前記電極の縮径部が前記内腔に挿入されることにより、前記電極の縮径部に装着される給電部材と、
前記電極の縮径部に装着された給電部材を縮径部に向かって押圧する付勢手段と、
を有し、
前記給電部材は、電極の縮径部に装着された状態において、前記内腔の側壁面が電極の縮径部の外周面に密着し、内腔の底面と前記電極の縮径部における端面との間に隙間が生じるように形成されている電極の給電接続構造。
【請求項２】
前記付勢手段は、前記給電部材を前記電極の縮径部に向かって付勢するバネ手段を有する請求項１に記載の給電接続構造。
【請求項３】
前記給電部材の内腔における縁部近傍には、内腔と電極の縮径部との間に外気および液体が侵入するのを防止する密封手段が設けられている請求項１または２に記載の給電接続構造。
【請求項４】
前記給電部材には、内腔と外界とを連通する連通路が設けられている請求項1〜３の何れか１項に記載の給電接続構造。
【請求項５】
前記給電部材の連通路を介して前記給電部材の内腔と前記電極の縮径部との間に乾燥空気を供給する乾燥空気供給手段を有する請求項４に記載の給電接続構造。
【請求項６】
前記給電部材の連通路を介して前記給電部材の内腔と前記電極の縮径部との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を有する請求項４に記載の給電接続構造。
【請求項７】
内部に電解処理液が貯留される電解槽と、
電解処理しようとするウェブを、所定の搬送経路に沿って前記電解槽内部を搬送するウェブ搬送手段と、
前記電解槽内部に、前記ウェブの搬送経路に沿って配設されているとともに、請求項１〜６の何れか１項に記載の給電接続構造によって饋電配線が接続されている電極と、
を備え、前記饋電配線を通じて前記電極に交流電流または直流電流を供給することにより、前記ウェブを電解処理する電解処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電接続構造および電解処理装置に係り、特に、電極に電流を供給する饋電配線が前記電極に接続される接続部における発熱を効果的に抑止できる給電接続構造および電解処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
部分円筒状に形成された黒鉛製の発熱体を黒鉛製のコネクタで結合して円筒状とした発熱体組立体がある（特許文献１）。前記発熱体組立体においては、コネクタに穿設された孔に端子が堅く取り付けられ、この端子に電力供給線が接続される。
【０００３】
また、金属帯材を環形に回曲して形成された電極保持部と、電極保持部の両側から外方に向けて対向状に延出された一対の脚片と、両脚片の間に装着されるボルトとを備え、前記ボルトの締め付けにより前記一対の脚片を互いに接近する方向に変形させることで前記電極保持部を縮径変形させ、電極保持部内に嵌合したバッテリーの電極に押し付けて接続するようにしたバッテリーターミナルがある（特許文献２）。
【特許文献１】特開昭５８−０８９７９０号公報
【特許文献２】特開平１１−０５４１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アルミニウムウェブなどの金属ウェブを電解処理する電解処理槽においては、黒鉛などの材料から形成された電極が使用される。
【０００５】
前記電極には、交流電流または直流電流を供給する饋電配線を接続するために接続部が設けられる。
【０００６】
ここで、電解処理槽においては、１つの電極に通常５００アンペアまたはそれ以上の電流が供給されるから、接続部における接触抵抗が１ｍΩ程度であっても接触部において１００℃以上の発熱を起す。
【０００７】
例えば、電解処理槽の一種であってアルミニウムウェブを電解粗面化して平版印刷版用の支持体ウェブとする電解粗面化槽においては、酸性電解液が使用されるが、酸性電解液は腐食性が高いので、電解粗面化槽においては、耐食性と絶縁性を両立させる観点から、硬質塩化ビニル樹脂が使用されることが多い。
【０００８】
しかしながら、硬質塩化ビニル樹脂は、耐熱グレードであっても１００℃程度の耐熱性があるに過ぎない。したがって、電極における接続部で１００℃以上の発熱が生じると、接続部からの熱影響で電解粗面化槽の各部材が軟化、変形するから、アルミニウムウェブと電極との距離が変化して得られる支持体ウェブの品質に異常が生じたり、電解粗面化槽から酸性電解液が漏れたりするなどの問題が生じる可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、電極に大電流を供給する場合においても、電極と饋電配線との接続部における発熱を効果的に抑止できる給電接続構造、および前記給電接続構造によって電極に饋電配線が接続された電解処理装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、少なくとも一方の端部が棒状部とされているとともに、前記棒状部の端面近傍には、前記端面に向かって縮径する縮径部が形成された電極と、導体から形成され、前記電極に電流を供給する饋電配線が接続されるとともに、側壁面が底面に向かって縮小するように形成された凹陥部である内腔を有し、前記電極の縮径部が前記内腔に挿入されることにより、前記電極の縮径部に装着される給電部材と、前記電極の縮径部に装着された給電部材を縮径部に向かって押圧する付勢手段と、を有し、前記給電部材は、電極の縮径部に装着された状態において、前記内腔の側壁面が電極の縮径部の外周面に密着し、内腔の底面と前記電極の縮径部における端面との間に隙間が生じるように形成されている電極の給電接続構造に関する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の給電接続構造において、前記付勢手段が、前記給電部材を前記電極の縮径部に向かって付勢するバネ手段を有するものに関する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の給電接続構造において、前記給電部材の内腔における縁部近傍に、内腔と電極の縮径部との間に外気および液体が侵入するのを防止する密封手段が設けられているものに関する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項1〜３の何れか１項に記載の給電接続構造において、前記給電部材に、内腔と外界とを連通する連通路が設けられているものに関する。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の給電接続構造において、前記給電部材の連通路を介して前記給電部材の内腔と前記電極の縮径部との間に清浄空気を供給する清浄空気供給手段を有するものに関する。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の給電接続構造において、前記給電部材の連通路を介して前記給電部材の内腔と前記電極の縮径部との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を有するものに関する。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、内部に電解処理液が貯留される電解槽と、電解処理しようとするウェブを、所定の搬送経路に沿って前記電解槽内部を搬送するウェブ搬送手段と、前記電解槽内部に、前記ウェブの搬送経路に沿って配設されているとともに、請求項１〜６の何れか１項に記載の給電接続構造によって饋電配線が接続されている電極と、を備え、前記饋電配線を通じて前記電極に交流電流または直流電流を供給することにより、前記ウェブを電解処理する電解処理装置に関する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の給電接続構造においては、給電部材が電極の縮径部に装着された状態において、給電部材の内腔の側壁面が電極の縮径部の外周面に密着するから、給電部材と電極との間の接触抵抗は小さい。
【００１８】
この状態で電極に大電流を流すと、給電部材は、電気抵抗によって加熱されて熱膨張するが、付勢手段によって電極の縮径部に向かって付勢されているために、加熱部材の熱膨張後も、給電部材の内腔と電極の縮径部との密着状態が保持される。したがって、電極に大電流を流しても、給電部材と電極との間に隙間が生じて接触抵抗が増大することがないから、電極における給電部材が装着された部分での発熱が効果的に抑止される。
【００１９】
請求項２に記載の給電接続構造においては、前記給電部材は、前記付勢手段の有するバネ手段によって前記電極の縮径部に押圧される。したがって、給電部材を電極の縮径部に押圧するための油圧、空気圧、またはボール螺子機構によるアクチュエータが不要になる。
【００２０】
請求項３に記載の給電接続構造においては、前記給電部材の内腔における縁部近傍に、外気および電解液などの液体の進入を防止する密封手段が設けられているから、給電部材を電極の縮径部に装着して付勢手段で押圧した状態においては、給電部材の内腔と電極の縮径部とで形成される空間は前記密封手段で密閉され、電解液などの液体や外気が前記空間に侵入することはない。したがって、腐食性環境においても、周囲の腐食性ガスが給電部材と電極との間に進入して給電部材の内腔表面が酸化し、給電部材と電極間との接触抵抗が増大することが効果的に防止される。
【００２１】
請求項４に記載の給電接続構造においては、給電部材に、内腔と外界とを連通する連通路が設けられているから、給電部材と電極の縮径部との間に存在する空気によって付勢手段の動作が阻害されることがない。
【００２２】
請求項５に記載の給電接続構造においては、前記連通路に清浄空気供給手段が接続されているから、腐食性環境で使用した場合においても、周囲の腐食性ガスが連通路から給電部材と電極の縮径部との間に進入することが無く、腐食性ガスによる給電部材の内腔表面の酸化、およびそれに起因する給電部材と電極間との接触抵抗の増大が効果的に防止される。
【００２３】
請求項６に記載の給電接続構造においては、前記連通路に不活性ガス供給手段が接続されているから、腐食性環境で使用した場合においても、周囲の腐食性ガスが連通路から給電部材と電極の縮径部との間に進入することが無く、腐食性ガスによる給電部材の内腔表面の酸化、およびそれに起因する給電部材と電極間との接触抵抗の増大が効果的に防止される。
【００２４】
請求項７に記載の電解処理装置においては、電極には、請求項１〜６の何れか１項に記載の給電接続構造によって饋電配線が接続されているから、電解処理液として塩酸、硫酸、硝酸、燐酸、スルホン酸のような強酸の水溶液のような酸性電解液を用いた場合においても、電極と饋電配線との接続部における発熱を効果的に抑止でき、前記発熱に起因する電解槽の変形や破損を効果的に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
１．実施形態１
【００２６】
以下、本発明に係る給電接続構造の一例であって饋電配線を棒状電極に接続する給電接続部について説明する。
【００２７】
図１に示すように、実施形態１に係る給電接続部１００は、一方の端部が、前記端部における端面１０Ｂに向かって円錐状に縮径する縮径部１０Ａとされた丸棒状の棒状電極１０と、棒状電極１０の縮径部１０Ａに被せられる給電部材２と、端子６を介して給電部材２に電気的に接続される饋電配線４とを備える。なお、縮径部１０Ａは、端面１０Ｂに向かって外径が縮小する形態であれば、外周面の形状は特に限定されず、図１に示すような円錐面状の他、図３に示すような内側に凹陥した回転面である凹陥面状や、また図４に示すような外側に膨出した回転面である膨出面状も可能である。
【００２８】
棒状電極１０には、縮径部１０Ａに隣接して外側に向かってフランジ状に膨出するフランジ部１０Ｃが形成されている。
【００２９】
給電部材２は全体として銅などの良導体で形成されているとともに、中央部には、縮径部１０Ａが挿入される内腔３が形成されている。
【００３０】
内腔３は、縮径部１０Ａに対応して円錐状に縮径する側壁面３Ａと、底面３Ｂとを有する。内腔３の表面は、酸化を防ぐ意図から金鍍金されている。内腔３は、棒状電極１０の縮径部１０Ａを挿入したときに、側壁面３Ａが縮径部１０Ａの側面に密着するが、底面３Ｂと棒状電極１０の端面１０Ｂとの間には間隙が形成されるように形成されている。なお、図３に示すように縮径部１０Ａの外周面が凹陥面の場合には、内腔３の側壁面３Ａは内側に膨出する膨出面とされ、図４に示すように縮径部１０Ａの外周面が膨出面の場合は、側壁面３Ａは外側に凹陥する凹陥面とされている。
【００３１】
給電部材２における内腔３の入口側の端部には、外側に向かってフランジ状に膨出するフランジ部５が形成されている。
【００３２】
内腔３の入口には、円周方向に沿って溝３Ｃが設けられ、溝３Ｃには、本発明の密封手段の一例であるＯリング８が装着されている。なお、溝３Ｃには、密封手段としてＯリング８に代えてオイルシールやＵパッキンなどのリップシールや、グランドパッキンなどが装着されていてもよい。
【００３３】
給電部材２には、内腔３と外界とを連通する連通路９が穿設されている。連通路９は、給電部材２の側壁内において連通路９Ａと連通路９Ｂとに分岐する。連通路９Ａは、内腔３の側壁面３Ａに、連通路９Ｂは内腔３の底面３Ｂに開口している。連通路９の外側の開口部には、腐食性ガスを除去するフィルタを内蔵したエアブリーザ１１が接続されている。但し、連通路９の外側の開口部には、エアブリーザ１１に代えて乾燥空気を供給する乾燥空気供給ラインや除湿フィルタのような乾燥空気供給手段や、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段としての不活性ガス供給ガスラインを接続してもよい。
【００３４】
棒状電極１０のフランジ部１０Ｃを挟んで給電部材２のフランジ部５の反対側には、ドーナツ状に形成された円環プレート１２が配設されている。したがって、棒状電極１０のフランジ部１０Ｃは、給電部材２のフランジ部５と円環プレート１２とによって両面から挟まれている。
【００３５】
フランジ部５には、ボルト７が等間隔で４本螺合しているとともに、円環プレート１２にはボルト７が挿通される開口部が４個形成されている。
【００３６】
夫々のボルト７の頭部７Ａと円環プレート１２との間には本発明におけるバネ手段であるコイルバネ１３が挿入され、円環プレート１２を介して棒状電極１０のフランジ部１０Ｃを給電部材２に向かって押圧している。これにより、棒状電極１０の縮径部１０Ａは、給電部材２の内腔３に向かって押圧される。なお、円環プレート１２、フランジ部５、ボルト７、およびコイルバネ１３によって本発明の付勢手段が構成される。但し、本発明のバネ手段はコイルバネ１３には限定されず、例えばスプリングワッシャやディスクワッシャのようにスプリング作用のあるワッシャもコイルばね１３に代えて使用できる。また、本発明の付勢手段は、円環プレート１２、フランジ部５、ボルト７、およびコイルバネ１３によって構成されるものには限定されず、例えば、円環プレート１２を介して、または直接に棒状電極１０のフランジ部１０Ｃを給電部材２に向かって押圧する空気アクチュエータや油圧アクチュエータ、ボール螺子機構も付勢手段として使用できる。
【００３７】
以下、実施形態１に係る給電接続部１００の作用について、以下、図２を用いて説明する。
【００３８】
給電部材２を棒状電極１０に装着した状態においては、図２において（Ａ）に示すように、給電部材２は、コイルバネ１３によって棒状電極１０の縮径部１０Ａに向かって押圧される。これにより、棒状電極１０は、縮径部１０Ａの外周面が内腔３の側壁面３Ａに密着するとともに、端面１０Ｂと内腔３の底面３Ｂとの間に間隙が形成されるように保持される。
【００３９】
ここで、饋電配線４から給電部材２を介して棒状電極１０に電流を供給すると、給電部材２を流れる電流によって給電部材２が加熱され、図２において（Ｂ）に示すように熱膨張する。これにより、内腔３の側壁面３Ａと棒状電極１０の縮径部１０Ａの外周面との間に隙間が生ずる。
【００４０】
しかし、コイルバネ１３の付勢作用により、図２において（Ｃ）に示すように、給電部材２は棒状電極１０に向かって引き寄せられ、内腔３の側壁面３Ａと棒状電極１０の縮径部１０Ａの外周面とは再び密着する。
【００４１】
このように、実施形態１に係る給電接続部１００においては、通電により、給電部材２が熱膨張しても内腔３の側壁面３Ａと棒状電極１０の縮径部１０Ａの外周面とは密着状態に保持されるから、接触抵抗は小さい。したがって、内腔３の側壁面３Ａと棒状電極１０の縮径部１０Ａの外周面との間の接触抵抗が増大して著しい発熱が生じることが効果的に抑止される。
【００４２】
以上、電極として丸棒状の棒状電極１０を用いた給電接続構造の例について説明してきたが、本発明においては、電極の一方または両方の端部が棒状とされていれば、電極のそれ以外の部分の形態については特に丸棒状には限定されず、角棒状、またはブロック状など種々の形態が可能である。
【実施例】
【００４３】
１．実施例１
【００４４】
電極として丸棒状であって黒鉛からなる棒状電極１０を用い、実施形態１の給電接続部１００を構成した。棒状電極１０の接続部の寸法は、外径８０ｍｍ、長さ１００ｍｍとした。また、縮径部１０Ａは、テーパ比１／５のテーパ状（円錐台状）とした。有効圧力面積は圧力測定フィルム（富士フイルム株式会社製プレスケール（商品名））を用いて測定した。結果を表１に示す。なお、表Ｉおよび後述する図５および図６において「テーパばね接触式」とあるのは、実施形態１の給電接続部１００の意である。
【００４５】
【表１】
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表１に示すように、実施形態１の給電接続構造においては、理論上接触面積に対する有効接触面積の比率は９０％と高く、したがって接触抵抗率は０．０４ｍΩと低い値を示した。
【００４６】
次に、電気炉内で、給電接続部１００を３０℃から１５０℃まで加熱してその後３０℃まで放冷するヒートサイクルを５回繰り返し、加熱前（３０℃）、加熱時において接続部の温度が６０℃に達した時点、加熱時において接続部の温度が１００℃に達した時点、および加熱時において接続部の１５０℃に達した時点における給電接続部１００における接触抵抗を測定した。結果を図５に示す。
【００４７】
図５に示すように、給電接続部１００の接触抵抗は０．０４〜０．０６ｍΩと５回のヒートサイクルにおいて殆ど変化を示さなかった。
【００４８】
最後に、給電接続部１００を酸性電解液（１％硝酸水溶液）に浸漬した後、常温の空気中に放置し、抵抗の変化を調べた。結果を図６に示す。
【００４９】
図６に示すように、給電接続部１００においては、６０日経過後も接触抵抗の初期値である０．０４ｍΩを保持していた。
【００５０】
２．比較例１
【００５１】
図７に示すように、実施例１で使用したのと同一の棒状電極１０の末端部をテーパ状に加工することなく、割りクランプ２０で挟持してボルト２１Ａおよびナット２１Ｂで割りクランプ２０を締め付けて棒状電極１０を固定した。次いで、饋電配線４の末端に端子６を接続し、端子６をボルト２２によって割りクランプ２０に固定して給電接続部２００を構成した。表Ｉ、図５、および図６において「割りクランプ式」とあるのは、比較例１に係る給電接続部２００の意である。
【００５２】
このようにして構成した給電接続部２００について、実施例１と同様に有効圧力面積および初期の接触抵抗を測定した。結果を表１に示す。表１に示すように、給電接続部２００においては有効圧力面積は５６％と小さかったが、接触抵抗は０．０５ｍΩと小さかった。
【００５３】
次に、実施例１と同様のヒートサイクルを５回繰り返し、加熱前（３０℃）、加熱時において接続部の温度が６０℃に達した時点、加熱時において接続部の温度が１００℃に達した時点、および加熱時において接続部の１５０℃に達した時点における給電接続部１００における接触抵抗を測定した。結果を図５に示す。
【００５４】
図５に示すように、給電接続部２００においては、温度が３０℃、６０℃、１００℃、１５０℃と上昇するにつれて接触抵抗が増大するとともに、ヒートサイクルを繰り返すに従って接触抵抗の山全体が顕著に上方に移動するという結果を示した。
【００５５】
最後に、給電接続部２００を酸性電解液に浸漬した後、常温の空気中に放置し、抵抗の変化を調べた。結果を図６に示す。
【００５６】
図６に示すように、給電接続部２００においては、日数が経過するに連れて接触抵抗も上昇し、初期値である０．０５ｍΩが６０日経過後には０．２３ｍΩまで上昇していた。
【００５７】
３．比較例２
【００５８】
図８に示すように、実施例１で使用したのと同一の棒状電極１０の末端部に１対の平行面を形成し、前記平行面の一方から他方に向かって貫通する貫通孔を穿設すると共に、前記平行面の一方に饋電配線４の端子６を、前記貫通孔を貫通するボルト３０で固定して給電接続部２１０を構成した。表Ｉ、図５、および図６において「端子式」とあるのは、比較例２に係る給電接続部２１０の意である。
【００５９】
このようにして構成した給電接続部２００について、実施例１と同様に有効圧力面積および初期の接触抵抗を測定した。結果を表１に示す。表１に示すように、給電接続部２００においては有効圧力面積は９２％と実施例１よりも高かったが、接触抵抗は０．１３ｍΩと大きかった。
【００６０】
次に、実施例１と同様のヒートサイクルを５回繰り返し、加熱前（３０℃）、加熱時において接続部の温度が６０℃に達した時点、加熱時において接続部の温度が１００℃に達した時点、および加熱時において接続部の１５０℃に達した時点における給電接続部１００における接触抵抗を測定した。結果を図５に示す。
【００６１】
図５に示すように、給電接続部２１０においては、温度が３０℃、６０℃、１００℃、１５０℃と上昇するにつれて実施例１よりも顕著に接触抵抗が増大するとともに、ヒートサイクルを繰り返すに従って接触抵抗の山の上方への移動が明瞭に認められた。
【００６２】
最後に、給電接続部２１０を酸性電解液に浸漬した後、常温の空気中に放置し、抵抗の変化を調べた。結果を図６に示す。
【００６３】
図６に示すように、給電接続部２１０においては、日数が経過するに連れて接触抵抗も上昇し、初期値である０．１３ｍΩが６０日経過後には０．２４ｍΩまで上昇していた。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、実施形態１に係る給電接続部の構成を示す軸線方向に沿って切断した部分断面図である。
【図２】図２は、図１に示す給電接続部の作用を示す説明図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る給電接続部の別の例について構成を示す軸線方向に沿って切断した部分断面図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る給電接続部の更に別の例について構成を示す軸線方向に沿って切断した部分断面図である。
【図５】図５は、実施例１、比較例１、比較例２についてヒートサイクルによる接触抵抗の変化を示すグラフである。
【図６】図６は、実施例１、比較例１、比較例２について耐食テストの結果を示すグラフである。
【図７】図７は、比較例１で使用された給電接続部の構造を示す部分断面図である。
【図８】図８は、比較例２で使用された給電接続部の構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
２    給電部材
３    内腔
３Ａ  側壁面
３Ｂ  底面
３Ｃ  溝
４    饋電配線
５    フランジ部
６    端子
７    ボルト
７Ａ  頭部
８    リング
９    連通路
９Ａ  連通路
９Ｂ  連通路
１０  棒状電極
１０Ａ      縮径部
１０Ｂ      端面
１０Ｃ      フランジ部
１１  エアブリーザ
１２  円環プレート
１３  コイルバネ
２０  クランプ
２１Ｂ      ナット
２１Ａ      ボルト
２２  ボルト
３０  ボルト
１００      給電接続部
２００      給電接続部
２１０      給電接続部
【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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