(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極群が収容される金属製の缶、および前記缶を封止してガス排出弁が設けられた金属製の蓋を有する電池容器と、
前記蓋に固定されて、前記ガス排出弁から排出されるガスを収集して案内するダクトと、を備え、
前記蓋の前記ガス排出弁の周囲には複数の突起が立設され、
前記ダクトは、樹脂製であって、前記ガス排出弁の周囲における前記蓋の面に当接する基部を有し、前記基部には、前記複数の突起が取り付けられる突起取付孔が設けられていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池において、
前記ダクトは、弾性部材とされていることを特徴とする二次電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の二次電池において、
前記突起取付孔は、前記突起が挿通される貫通口とされ、
前記貫通口に挿通された前記突起をかしめることで、前記ダクトを前記蓋に固定したことを特徴とする二次電池。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の二次電池において、
前記突起取付孔は、前記突起が挿通される貫通口とされ、
前記貫通口に挿通された前記突起の先端部を溶融することで係止部を形成し、前記係止部を前記基部に係合させることにより前記ダクトを前記蓋に固定したことを特徴とする二次電池。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の二次電池において、
前記突起は、円柱状であって、
前記突起取付孔は、前記突起が挿通される貫通口とされ、
前記貫通口は、前記突起の外径と略同一径の小径部と、前記突起の外径よりも大きな径の大径部と、を有していることを特徴とする二次電池。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の二次電池において、
前記蓋と前記ダクトの基部とを接着剤で固定したことを特徴とする二次電池。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の二次電池において、
前記蓋と前記ダクトの基部との間に、ガスケットが配置されていることを特徴とする二次電池。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の二次電池において、
前記ダクトは、前記二次電池を並置する方向に延在する筒状のパイプ部を有し、前記パイプ部の両端には、ジョイント部がそれぞれ形成されていることを特徴とする二次電池。
【請求項９】
請求項８に記載の二次電池が複数並置され、
前記パイプ部のジョイント部が隣接する二次電池のパイプ部のジョイント部と接続されることで、前記複数の二次電池の前記パイプ部同士が連結されていることを特徴とする二次電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池などの二次電池および二次電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車等の動力源として大容量の充放電が可能で、体積エネルギー密度の高い大型の角形リチウムイオン二次電池が注目されている。
【０００３】
二次電池は、過充電等の異常により発熱してガスが発生することがある。そこで、ガスが発生して電池容器内の圧力が高くなった場合に、所定の圧力で開裂するガス排出弁が設けられた二次電池に関する種々の提案がなされている。たとえば、特許文献１には、ガス排出部材（ダクト）に嵌め入れ型連結部と受け型連結部とを形成して、隣り合うバッテリに備えらえたガス排出部材の嵌め入れ型連結部と受け型連結部とが互いに連結されてなるガス排出構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２１６７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、樹脂によりケース（電池容器）と一体成型されたガス排出部材（ダクト）を有するバッテリと、複数のバッテリからなり、隣り合うバッテリのガス排出部材同士を接続したバッテリ列と、が開示されている。
【０００６】
しかしながら、電池容器は、充分な強度を持たせるために金属製とすることがある。さらに、ダクトを電池容器と一体成型することなく別に製造しておき、ダクトを別工程で電池容器に接続することがある。
【０００７】
電池容器毎に個々のダクトを接続する構成としたガス排出構造については、現在のところ提案されていない。そのため、電池容器が内圧の上昇により変形し、ガス排出弁が開裂した場合に、ダクトと電池容器との接続部においてガスが漏れることのないシンプルなガス排出構造を有する二次電池が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明による二次電池は、電極群が収容される金属製の缶、および缶を封止してガス排出弁が設けられた金属製の蓋を有する電池容器と、蓋に固定されて、ガス排出弁から排出されるガスを収集して案内するダクトと、を備え、蓋のガス排出弁の周囲には複数の突起が立設され、ダクトは、樹脂製であって、ガス排出弁の周囲における蓋の面に当接する基部を有し、基部には、複数の突起が取り付けられる突起取付孔が設けられていることを特徴とする。
請求項９の発明による二次電池モジュールは、請求項８に記載の二次電池が複数並置され、パイプ部のジョイント部が隣接する二次電池のパイプ部のジョイント部と接続されることで、複数の二次電池のパイプ部同士が連結されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電池容器が内圧の上昇により変形し、ガス排出弁が開裂した場合に、ガス漏れを防止できるシンプルなガス排出構造を有する二次電池と、この二次電池が複数並置されてなる二次電池モジュールと、を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る二次電池を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るダクト取付前の二次電池を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る二次電池の内部を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る二次電池の電池容器に収容される捲回電極群を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る二次電池のダクトの平面断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る二次電池における蓋とダクトとの接続構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る二次電池における蓋とダクトとの接続構造を示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る二次電池における蓋とダクトとの接続構造を示す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る二次電池における蓋とダクトとの接続構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る二次電池モジュールを示す斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る二次電池モジュールのガス案内流路を示す平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明による二次電池をリチウムイオン電池に適用した実施形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
−二次電池−
本実施の形態に係る二次電池は、図１に示すように、電池容器７と、ダクト３０と、を備えている。
−電池容器−
電池容器７は、図２に示すように、缶１８と蓋１０とを有している。缶１８および蓋１０の材質はいずれもアルミニウムである。缶１８は、一端部に開口を有する矩形箱状とされる。蓋１０は、矩形平板状であって、缶１８の開口を塞ぐように溶接されている。つまり、蓋１０は、缶１８を封止している。
【００１２】
蓋１０には、缶１８内に電解液を注入する注液口１６が穿設され、注液口１６は、電解液注入後に注液栓によって封止される。この注液栓は、溶接によって蓋１０に固定される。
【００１３】
−ガス排出弁−
蓋１０の中央付近には、円形状のガス排出弁１４が設けられている。ガス排出弁１４は、蓋１０よりも薄く形成されている。したがって、電池容器７内の圧力が上昇して所定値に達すると、ガス排出弁１４が開いて電池容器７内からガスが排出され、電池容器７内の圧力が低減される。
【００１４】
ガス排出弁１４は、アルミニウム板をプレス加工して蓋１０と一体的に成形される。ガス排出弁１４である薄板部には、ガス排出弁１４が開いたときに大きな開口が形成されるように、所定の溝が形成されている（図示せず）。
【００１５】
−捲回電極群−
図３に示すように、二次電池の電池容器７には、電気を充放電する機能を有する捲回電極群６が収容されている。捲回電極群６は、図４に示すように、セパレータ５を挟んで正極箔１と負極箔３とを扁平形状に捲回して構成される。
【００１６】
正極箔１は、厚さ３０μｍ程度のアルミニウムであり、負極箔３は厚さ１５μｍ程度の銅である。セパレータ５は、多孔質のポリエチレン樹脂である。正極箔１の両面には正極活物質２が塗布されており、負極箔３の両面には負極活物質４が塗布されている。
【００１７】
正極箔１および負極箔３における捲回軸方向の端部近傍には、正極活物質２および負極活物質４が塗布されていない電極箔露出面が設けられている。この正極箔１および負極箔３における電極箔露出面は、正極接続部と負極接続部であって、図３に示したように、それぞれ正極集電板８と負極集電板９の一端が接続される。
【００１８】
正極集電板８および負極集電板９の他端は、それぞれ蓋１０上に配置される正極端子１１および負極端子１２に接続されている。なお、蓋１０と端子１１、１２との間には、端子１１、１２を蓋１０から電気的に絶縁するための絶縁シール部材１３が配設されている。同様に、蓋１０と集電板８、９との間には、集電板８、９を蓋１０から電気的に絶縁するための絶縁シール部材（図示せず）が配設されている。
【００１９】
このように、正極端子１１および負極端子１２が、それぞれ正極集電板８および負極集電板９を介して正極箔１および負極箔３に電気的に接続されているため、捲回電極群６の正極活物質２と負極活物質４との間で充放電が行われることになる。
【００２０】
［蓋とダクトとの接続構造］
次に、本発明の特徴である蓋１０とダクト３０との接続構造について説明する。図２に示すように、蓋１０のガス排出弁１４の周囲には、六つの突起１５が互いに平行に容器外方に向けて立設されている。この突起１５は、平板状の蓋１０の所定位置をプレスすることにより円柱状に形成されている。
【００２１】
ダクト３０は、図１に示したように、蓋１０に固定されて、ガス排出弁１４から排出されるガスを収集して案内する。ダクト３０は、弾性変形可能な樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂など）により形成されている。
【００２２】
ダクト３０は、円形開口が形成された平板状の基部２９と、基部２９に立設される円筒２８と、円筒２８の軸心と直交する方向に延在するパイプ部２０と、が一体成型されることで構成されている。円筒２８とパイプ部２０とは連通されてガス通路が形成されている。なお、パイプ部２０は、二次電池の高さ方向の寸法を抑えるために断面形状が楕円状に形成されている。
【００２３】
パイプ部２０には、図１および図５に示すように、その一端にジョイント部としてのオスジョイント２６が形成され、他端にジョイント部としてのメスジョイント２５が形成されている。オスジョイント２６の外径は、メスジョイント２５の内径と略同一とされている。また、オスジョイント２６には、Ｏリング２７が配設されている。
【００２４】
したがって、複数の二次電池を並置した際に、隣り合う二次電池のオスジョイント２６とメスジョイント２５とを接続させることで、隣り合うパイプ部２０同士が連結される。ダクト３０を連結させることについては後述する。
【００２５】
図１および図６に示すように、基部２９は、ガス排出弁１４を覆うように、底面が蓋１０の表面に当接された状態で配置される。つまり、ガス排出弁１４の周囲において、蓋１０の表面と、基部２９の底面と、が当接している。
【００２６】
蓋１０の表面および基部２９の底面におけるガス排出弁１４の周囲には、それぞれ平面視円環状の溝が形成されて、この溝の間に円環状のガスケット（Ｏリング）３１が配設されている。
【００２７】
基部２９には、図６に示すように、蓋１０上に設けられた六つの突起１５が挿通される六つの貫通口３３が設けられている。この貫通口３３は、突起１５の外径と略同一径の小径部と、突起１５の外径よりも大きな径の大径部と、を有している。
【００２８】
ダクト３０は、図７に示すように、貫通口３３に突起１５を挿通させた状態で、突起１５がかしめられることで、蓋１０に固定される。突起１５がかしめられると、突起１５の先端部において、かしめ部３４が形成される。
【００２９】
かしめ部３４は、大径部と小径部との間に形成される段差部分に押し付けられて、大径部を塞ぐように形成される。よって、かしめ部３４は、基部２９を蓋１０側に押し付けるように、基部２９と係合することとなる。
【００３０】
以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）複数の突起１５にそれぞれ貫通口３３が係合されているため、突起１５と直交する方向のずれを防止することができる。突起１５の先端部に形成されたかしめ部３４が、基部２９を蓋１０側に押し付けるように、基部２９と係合しているため、剥離方向（突起１５と平行となる方向）のずれも防止することができる。
つまり、ダクト３０は蓋１０に強固に固定されており、電池容器７が内圧の上昇により変形した際、ならびに、ガスがダクト３０内に勢いよく噴出した際に、ダクト３０が蓋１０から剥離されることなく、蓋１０上の所定位置にダクト３０を固定させておくことができる。
【００３１】
（２）ダクト３０は、弾性変形が可能であるため、電池容器７の内部の圧力が上昇して電池容器７の蓋１０が変形したとき、この変形に追従して蓋１０の表面に当接している平板状の基部２９も変形することになる。つまり、過充電等で電池に異常が生じて、温度上昇によるガス発生により電池容器７の内部の圧力が上昇して、電池容器７の蓋１０が変形すると、ダクト３０の位置ずれおよび剥離が防止されつつ、ダクト３０の基部２９が蓋１０の変形に追従して変形することになる。
【００３２】
（３）（１）および（２）の作用効果により、蓋１０とダクト３０の基部２９との間に配置されているガスケット３１の位置ずれが防止される。
【００３３】
（４）したがって、本実施形態によれば、（１）〜（３）の作用効果により、ガス排出弁１４の開裂時にダクト３０と蓋１０との接続部においてガス漏れを防止できる二次電池を提供することができる。
【００３４】
（５）ガス排出弁１４の周囲に設けられた複数の突起１５に、ダクト３０の基部２９に設けられる複数の貫通口３３を係合させることで、蓋１０上の所定位置にダクト３０を容易に配置させることができる。さらに、ダクト３０の位置決めをした後、突起１５をかしめることで、ダクト３０を蓋１０に容易に固定することができる。つまり、本実施形態によれば、ダクト３０と蓋１０との接続部がシンプルな構成の生産性に優れた二次電池を提供することができる。
【００３５】
（６）ダクト３０は、一体成型の樹脂製であるため、任意の形状に成型しやすく、金属製に比べて生産性に優れる。
【００３６】
［第２の実施形態］
図８を参照して本発明による二次電池の第２の実施形態について説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係る蓋１０とダクト３０との接続構造を示す断面図である。第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、ダクト３０を蓋１０上に配置した後（図６参照）、貫通口３３に挿通された突起１５の先端にレーザを照射して、突起１５の先端部を溶融させることで係止部３５が形成されている。なお、レーザにはファイバーレーザを用い、出力２ｋＷで０．１秒間照射した。
【００３７】
突起１５の先端部を溶融すると、溶融金属は重力により溶け落ちて、溶融金属が凝固してなる溶接金属が係止部３５として大径部を塞ぐように形成される。形成された係止部３５は、基部２９と密着して係合するため、ダクト３０は蓋１０に強固に固定されて、ダクト３０の基部２９が剥離することが防止される。
【００３８】
なお、アルミニウムは融点が６６０℃と比較的低いが、レーザの照射時間を短くすることで樹脂製の基部２９と溶融金属の接触部において、基部２９の表面の一部は溶かすことになるが、炭化することは防止される。
【００３９】
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、電池容器７の蓋１０が変形したときには、ダクト３０の位置ずれおよび剥離が防止されつつ、ダクト３０の基部２９が蓋１０の変形に追従して変形するため、ガスケット３１の位置がずれることなく密閉性を確実に確保することができる。すなわち、シンプルな構成のガス排出構造を有する二次電池であって、電池容器７内の圧力が上昇してガス排出弁１２が開裂しても、蓋１０とダクト３０との接続部からのガス漏れを防止できる二次電池を提供することができる。
【００４０】
［第３の実施形態］
図９を参照して本発明による二次電池の第３の実施形態について説明する。図９は、本発明の第３の実施形態に係る蓋１０とダクト３０との接続構造を示す断面図である。
【００４１】
第３の実施形態では、第１および第２の実施形態におけるかしめ部３４や係止部３５を形成しない。第３の実施形態では、かしめ部３４や係止部３５に代えて、蓋１０の表面あるいは基部２９の蓋１０側の面に接着剤３６が塗布された後、ダクト３０が蓋１０上に配置されている。
【００４２】
基部２９の蓋１０側の面は、接着剤３６を介して蓋１０の表面と当接して接着されている。接着剤３６によって二次電池の密閉性を確保することができるため、第３の実施形態では、ガスケット３１（図７および図８参照）を省略した。さらに、かしめ部３４や係止部３５を形成しないため、貫通口３３に大径部および小径部を形成してない。なお、かしめ部３４や係止部３５を形成しないため、貫通口３３に代えて突起１５が嵌合される窪みを突起取付孔として形成してもよい。
【００４３】
なお、第３の実施形態では、接着剤３６によりダクト３０を蓋１０に結合させているため、ダクト３０と蓋１０との結合力は、第１および第２の実施形態に比べて弱い。よって、接着面積を確保するべく、基部２９を比較的大きく形成しておくことが好ましい。
【００４４】
このように、蓋１０とダクト３０の基部２９とを接着剤３６により固定することでも、第１および第２の実施形態と同様、電池容器７が内圧の上昇により変形し、ガス排出弁１４が開裂した場合に、ガス漏れを防止できるシンプルなガス排出構造を有する二次電池を提供することができる。
【００４５】
［第４の実施の形態］
図１０を参照して本発明による二次電池モジュールの実施の形態について説明する。図１０は、二次電池モジュールの斜視図である。第４の実施形態では、図１０に示すように、四つの二次電池が並置されて二次電池モジュールが構成されている。
【００４６】
本実施形態に係る二次電池モジュールは、第２の実施形態の二次電池のダクト３０のパイプ部２０同士が連結されている。なお、二次電池相互間には二次電池を所定間隔に配設させるためのセルホルダが配置される（図示せず）。
【００４７】
ダクト３０には、上記したようにオスジョイント２６とメスジョイント２５とが形成されている（図１および図５参照）。ダクト３０のパイプ部２０は、二次電池が並置される方向に延在している。ダクト３０のオスジョイント２６と、隣接する二次電池のダクト３０のメスジョイント２５とが接続されると、図１１に示すように、複数のダクト３０が一本のガス案内流路を形成する。
【００４８】
なお、ダクト３０の形状はそれぞれ同一であるため、ダクト３０によって形成されるガス案内流路は両端が開口となるが、一端に閉止栓４０が装着され、他端に管４１が接続されてダクト３０で構成されるガス案内流路と連通される。すなわち、他端に接続される管４１もガス案内流路として形成されて、ガスを所定の場所まで案内する。
【００４９】
オスジョイント２６の外周には溝が形成され、Ｏリング２７が取り付けられており、隣り合う二次電池のダクト３０のオスジョイント２６とメスジョイント２５とが嵌着されることで、複数のダクト３０で形成されるガス案内流路内が密閉されている。
【００５０】
第４の実施形態によれば、特定の二次電池に過充電等の異常が生じ、電池容器７内部の温度上昇によりガスが発生して電池容器７が変形しても、蓋１０の変形に追従して基部２９が変形するため、電池容器７が膨れた状態でガス排出弁１４が開裂したときに、蓋１０と基部２９との接続部からガスが漏れることはない。
【００５１】
すなわち、第４の実施形態によれば、複数の二次電池のうちのいずれかの二次電池の電池容器７が膨らんだ状態でガス排出弁１４が開裂すると、ガスは漏れることなくガス案内流路を通って所定の場所（図示せず）に排出される。したがって、電池容器７が内圧の上昇により変形し、ガス排出弁１４が開裂した場合に、ガス漏れを防止できるシンプルなガス排出構造を有する二次電池モジュールを提供することができる。
【００５２】
本実施形態の二次電池モジュールは、ある電池の内圧が上昇して蓋１０が膨らみ、その結果、ダクト３０も筒状のパイプ部２０の軸方向と直角方向にずれて、オスジョイント２６と隣接する電池のメスジョイント２５との間に隙間が生じたとしても、オスジョイント２６とメスジョイント２５とはＯリング２７により密閉されているので、ガスが漏れることがない。
【００５３】
なお、第１〜第４の実施形態は、以下のように変形することもできる。
［変形例］
（１）ダクト３０は、樹脂製に限定されることなく、弾性変形可能な薄肉金属板などで形成してもよい。つまり、ダクト３０の素材には、弾性変形可能な種々の素材を採用することができる。
（２）ダクト３０は、一体成型により形成してもよいし、パイプ部２０、円筒２８および基部２９を個別に成形し、それぞれを接続して形成してもよい。
【００５４】
（３）上記実施形態では、突起１５をかしめる、もしくは突起１５の先端部を溶融して係止部３５を形成する、または基部２９と蓋１０とを接着するなどして、ダクト３０を蓋１０に固定することについて説明した。固定方法としては、これらを組み合わせてもよいし、突起の先端にねじ溝を設けてねじの頭で基部２９を蓋側に押し付けるようにして、ねじによりダクト３０を蓋１０に固定することとしてもよい。
【００５５】
（４）ガスケット３１あるいは接着剤３６のいずれか一方により密閉性を確保する場合に限ることなく、ガスケット３１を設置するとともに、蓋１０と基部２９とを接着剤３６により固定することで、密閉性をより向上させることもできる。
【００５６】
（５）蓋１０と基部２９との間に配置されるガスケット３１は、Ｏリングに限定されるものでもなく、液状ガスケットにより密閉性を確保することとしてもよい。
（６）ダクト３０と基部２９との結合力を高めて、基部２９の底面を蓋１０の表面に密着固定することで、ガスケット３１および接着剤３６を省略することもできる。
【００５７】
（７）上記した第１および第２の実施形態において、貫通口３３には大径部と小径部とを設けることとしたが、これに限定されない。たとえば、貫通口３３を突起１５の外径と略同一径で形成し、かしめ部３４または係止部３５を基部２９の上面に係合させることで、蓋１０にダクト３０を固定してもよい。なお、上記した第１および第２の実施形態の如く、大径部を設けることで、かしめ部３４あるいは係止部３５を適切な形状、大きさに形成することができるため好適である。
【００５８】
（８）突起１５は、円柱状に限定されない。直方体形状や円筒形状など、種々の形状を採用できる。突起取付孔は、突起１５の形状に対応した形状とされる。
（９）突起１５の数は、六つに限定されない。七つ以上または五つ以下の突起１５が、ガス排出弁１４を囲むように所定間隔をおいて蓋１０上に立設されることもある。ただし、位置決めが容易に行えるように、少なくとも二つ以上の突起１５が蓋１０上に設けられる。
【００５９】
（１０）ダクト３０のパイプ部２０の断面形状は、楕円状に限定されることなく、円形状、矩形状等の種々の形状を採用できる。
【００６０】
（１１）第４の実施形態において、第２の実施形態の二次電池を例に二次電池モジュールの説明をしたが、二次電池モジュールを構成する二次電池は第２の実施形態に係る二次電池のみに限定されない。第１の実施形態および第３の実施形態に係る二次電池、ならびに上記した種々の形態の二次電池を複数並置して二次電池モジュールを構成することができる。
【００６１】
（１２）電池容器７の缶１８に収容される電極群は、正極箔１と負極箔３とをセパレータ５を介して捲回した捲回電極群６とする場合に限定されることなく、複数枚の正極箔１と負極箔３とをセパレータ５を介して積層した積層電極群としてもよい。
【００６２】
本発明は、上記した実施の形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
６：捲回電極群、７：電池容器、１０：蓋、１４：ガス排出弁、１５：突起、１８：缶、２０：パイプ部、２５：メスジョイント、２６：オスジョイント、２７：Ｏリング、２８：支持部、２９：基部、３０：ダクト、３１：ガスケット、３３：貫通口、３４：かしめ部、３５：係止部、３６：接着剤
【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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【図１０】
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【図１１】
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