(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーであって、
第一側部と、及び第二側部を有してなるフレーム部材と、
前記フレーム部材が、第一パネル部材と、第二パネル部材と、及び第三パネル部材と、第一末端部材及び第二末端部材と、及び第一取付部材及び第二取付部材をさらに備えてなり；前記第一パネル部材、第二パネル部材、及び第三パネル部材が、互いに実質的に平行であり、互いに間隔を置いて配置され；前記第二パネル部材が、前記第一パネル部材及び第三パネル部材の間に配置され；前記第一末端部材が、前記第一パネル部材、第二パネル部材、及び第三パネル部材の第一末端に連結され；前記第二末端部材が、前記第一パネル部材、第二パネル部材、及び第三パネル部材の第二末端に連結され；前記第一取付部材が、前記第一パネル部材及び第二パネル部材の間に連結され；前記第二取付部材が、前記第二パネル部材及び第三パネル部材の間に連結されなり；
前記第一パネル部材及び第二パネル部材の間で前記第一取付部材に連結された第一電気的相互連結部材と、
前記第二パネル部材及び第三パネル部材の間で前記第二取付部材に連結された第二電気的相互連結部材と、
前記第一電気的相互連結部材が、第一バッテリーセルの第一電気端子と接触するように形成され；前記第二電気的相互連結部材が、前記第一バッテリーセルの第二電気端子と接触するように形成され；前記第二電気的相互連結が、さらに、第二バッテリーセルの第三電気端子と接触するように形成され；前記第一電気的相互連結部材及び第二電気的相互連結部材が、前記第一バッテリーセルを前記第二バッテリーセルに電気的に連結し、
前記第二パネル部材上の前記フレーム部材の前記第一側部の上に配置された回路基板と、及び
前記回路基板上に配置された電気的コネクタを備えてなるものであり、
前記回路基板が、第一電気的トレースを有するものであり、
前記第一電気的トレースが、前記電気的コネクタと前記第一電気的相互連結部材との間に延伸し、前記第一電気的相互連結部材の電圧を感知するものであり、
前記第一電気的相互連結部材が、第一長方形プレートと、第一側壁及び第二側壁と、及び第一タブを有してなり、
前記第一長方形プレートが、前記第一取付部材に連結し、
前記第一長方形プレートが、第一縁部と、第二縁部と、第三縁部と、及び第四縁部を有してなり、
前記第一側壁及び第二側壁が、それぞれ前記第一縁部及び第二縁部から、前記第一長方形プレートから上向きに延伸し、
前記第一タブが、前記第三縁部から、及び前記回路基板の一部を介して延伸し、
前記第一タブが、前記第一電気的トレースに電気的に連結してなる、バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー。
【請求項２】
前記回路基板が、前記電気的コネクタと前記第二電気的相互連結部材との間に延伸し、前記第二電気的相互連結部材の電圧を感知する、第二電気的トレースをさらに有してなる、請求項１に記載のバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー。
【請求項３】
前記フレーム部材がプラスチックから構築されてなる、請求項１に記載のバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本願は、一般的にはバッテリーセル相互連結（相互接続、相互連絡）及び電圧感知アセンブリー[バッテリーセルを相互に連結し、かつ、電圧を感知するアセンブリー]及びバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーにバッテリーセルアセンブリーを連結する方法に関する。
【発明の背景】
【０００２】
バッテリーパックは、一般的に複数のバッテリーセルを有する。製造の際、バッテリーセル上の電極を互いの方に向けて曲げ、機械的固定具を使用して一つに、機械的に固定することができる。この方法に関連する問題は、電極が機械的に支持されず、そのために電極が曲がり、損傷することがある。
【０００３】
そのため、本発明者らは、上記の欠陥を最少に抑える、及び/または排除する、バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーの必要性を認めている。
【発明の概要】
【０００４】
代表的な一実施態様によるバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーを提供する。バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーは、第一及び第二側部を有するフレーム部材を包含する。フレーム部材は、第一、第二、及び第三パネル部材、第一及び第二末端部材、及び第一及び第二取付部材をさらに包含する。第一、第二、及び第三パネル部材は、互いに実質的に平行であり、相互から間隔を置いて配置されている。第二パネル部材は、第一及び第三パネル部材の間に配置されている。第一末端部材は、第一、第二、及び第三パネル部材の第一末端に連結されている。第二末端部材は、第一、第二、及び第三パネル部材の第二末端に連結されている。第一取付部材は、第一及び第二パネル部材の間に連結されている。第二取付部材は、第二及び第三パネル部材の間に連結されている。バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーは、第一及び第二パネル部材の間で第一取付部材に連結された第一電気的相互連結部材をさらに包含する。バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーは、第二及び第三パネル部材の間で第二取付部材に連結された第二電気的相互連結部材をさらに包含する。第一電気的相互連結部材は、第一バッテリーセルの第一電気端子と接触するように形成されている。第二電気的相互連結部材は、第一バッテリーセルの第二電気端子と接触するように形成されている。第二電気的相互連結は、さらに、第二バッテリーセルの第三電気端子と接触するように形成されているので、第一及び第二電気的相互連結部材は、第一バッテリーセルを第二バッテリーセルに電気的に連結する。バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーは、さらに、第二パネル部材上のフレーム部材の第一側部の上に配置された回路基板を包含する。バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーは、さらに、回路基板上に配置された電気的コネクタを包含する。回路基板は、電気的コネクタと第一電気的相互連結部材との間に延伸し、第一電気的相互連結部材の電圧を感知するための第一電気的トレースを有する。
【０００５】
もう一つの代表的な一実施態様により、バッテリーセルをバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーに連結する方法を提供する。バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーは、第一、第二、及び第三パネル部材、第一及び第二末端部材、及び第一及び第二取付部材を備えたフレーム部材を包含する。第一、第二、及び第三パネル部材は、互いに実質的に平行であり、相互から間隔を置いて配置されている。第二パネル部材は、第一及び第三パネル部材の間に配置されている。第一末端部材は、第一、第二、及び第三パネル部材の第一末端に連結されている。第二末端部材は、第一、第二、及び第三パネル部材の第二末端に連結されている。第一取付部材は、第一及び第二パネル部材の間に連結されている。第二取付部材は、第二及び第三パネル部材の間に連結されている。バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーは、第一及び第二取付部材の上に配置された第一及び第二電気的相互接続部材をそれぞれ包含する。この方法は、第一電気端子が第一電気的相互連結部材に隣接するように、バッテリーセルの第一電気端子を、第一及び第二パネル部材の間の空間を介して（通して）配置することを包含する。この方法は、さらに、第二電気端子が第二電気的相互連結部材に隣接するように、バッテリーセルの第二電気端子を、第二及び第三パネル部材の間の空間を介して（通して）配置することを包含する。この方法は、さらに、第一電気端子を第一電気的相互連結部材に超音波溶接することを包含する。この方法は、さらに、第二電気端子を第二電気的相互連結部材に超音波溶接することを包含する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図1は、代表的な一実施態様によるバッテリーモジュールを図式的に示す図である。
【図２】図2は、図1のバッテリーモジュール中に使用されるバッテリーセルアセンブリーを図式的に示す図である。
【図３】図3は、図1のバッテリーモジュール中に使用される別のバッテリーセルアセンブリーを図式的に示す図である。
【図４】図4は、図1のバッテリーモジュール中に使用されるバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーを図式的に示す図である。
【図５】図5は、図4のバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーに使用される電気的相互連結部材を図式的に示す図である。
【図６】図6は、図5の電気的相互連結部材を図式的に示す別の図である。
【図７】図7は、図4のバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーの上側を図式的に示す図である。
【図８】図8は、図4のバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーの下側を図式的に示す図である。
【図９】図9は、図5の電気的相互連結部材に電気的に連結された2個のバッテリーセルアセンブリーを図式的に示す図である。
【図１０】図10は、図4のバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーを使用して電圧値を測定するための装置を図式的に示す図である。
【図１１】図11は、バッテリーセルアセンブリーの電気端子を図4のバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリーに溶接するための超音波溶接装置を図式的に示す図である。
【代表的な実施態様の詳細な説明】
【０００７】
図1、2及び3に関して、電力を供給するためのバッテリーモジュール20を示す。バッテリーモジュール20は、外側ハウジング22、バッテリーセルアセンブリー24、26を包含するバッテリーセルアセンブリー、冷却マニホルド28、30及びバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー32を包含する。バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー32の利点は、アセンブリー32が、(i)バッテリーセルアセンブリー電気端子を支持し、電流をバッテリーセルアセンブリー電気端子から導く電気的相互連結部材、及び(ii)電気的相互連結部材に電気的に連結された、電気的相互連結部材上の電圧を感知させる電気的トレースの両方を有することである。バッテリーセルアセンブリーは、その中に少なくとも一個のバッテリーセルを有するハウジングとして定義される。
【０００８】
外側ハウジング22は、その中にバッテリーセルアセンブリー24、26及び熱交換機(図には示していない)を包含するバッテリーセルアセンブリーを収容している。バッテリーセルアセンブリー24、26は、それぞれ、その中に一個以上の、出力電圧及び電流を発生するバッテリーセルを有する。図2及び9に関して、代表的な一実施態様では、バッテリーセルアセンブリー24は、その中に3個のバッテリーセルを有し、それらのバッテリーセルは、正電気端子43、44、45及び負端子40、41、42を有する。さらに、バッテリーセルアセンブリー26は、その中に3個のバッテリーセルを有し、それらのバッテリーセルは、負電気端子53、54、55及び正端子50、51、52を有する。代表的な一実施態様では、バッテリーセルアセンブリー24、26中のバッテリーセルは、リチウム-イオンバッテリーセルである。
【０００９】
図1に関して、冷却マニホルド24は、バッテリーセルアセンブリー中で流体貯蔵部(図には示していない)から熱交換機(図には示していない)に流体を導き、バッテリーセルアセンブリーを冷却するように構築されている。冷却マニホルド26は、熱交換機から加熱された流体を受け取り、その流体を流体貯蔵部に導くように構築されている。
【００１０】
図1、4、7及び8に関して、バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー32は、フレーム部材60、電気的相互連結部材62、64、66、68、70、72、74、76、78、回路基板90、電気的コネクタ92、及びボルト94、96、98、100を包含する。アセンブリー32は、バッテリーセルアセンブリーを所望の電気的配置に電気的に連結し、バッテリーセルアセンブリーの電圧を感知するための電気的トレース及び電気的コネクタを与える。
【００１１】
フレーム部材60は、側部101及び対向する側部102を有する。代表的な一実施態様では、フレーム部材60は、プラスチックから構築される。無論、別の実施態様では、フレーム部材60は、他の材料、例えば金属またはセラミックから構築することができる。フレーム部材60は、パネル部材110、112、114、末端部材120、122、及び取付部材123、124、125、126、127、128、129、130、131を包含する。パネル部材110、112、114は、互いに実質的に平行であり、互いに間隔を置いて配置されている。パネル部材112は、パネル部材110、114の間に配置されている。末端部材120は、パネル部材110、112、114の第一末端に連結されている。さらに、末端部材122は、パネル部材110、112、114の第二末端に連結されている。
【００１２】
図1及び4に関して、パネル部材110は、その中を通って伸びる開口部135、136を包含する。ボルト94、96が、開口部135、136を通ってそれぞれ伸び、バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー30をバッテリーセルアセンブリーに取り付けている。
【００１３】
図1及び7に関して、パネル部材112は、その上に回路基板90を保持する。パネル部材112は、側部101から延伸したタブ部材160、162を包含し、それらの間に回路基板90を保持している。パネル部材112は、その中を通って延伸した開口部140、142、144、146、148、150、152、154、156をさらに包含し、それらを介して（通して）、電気的相互連結部材62、64、66、68、70、72、74、76、78のタブをそれぞれ受け入れる。
【００１４】
図1及び4に関して、パネル部材114は、その中を通って伸びる開口部170、172を包含する。ボルト98、100が、開口部170、172を通ってそれぞれ伸び、バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー30をバッテリーセルアセンブリーに取り付けている。
【００１５】
図8に関して、取付部材123、124、125、126、127は、パネル部材110、112の間に連結されている。取付部材123と末端部材120との間には、空間180が限定されている。取付部材123、124の間には、空間182が限定されている。取付部材124、145の間には、空間184が限定されている。取付部材125、126の間には、空間186が限定されている。取付部材126、127の間には、空間188が限定されている。取付部材127と末端部材122との間には、空間190が限定されている。末端部材120と取付部材128との間には、空間192が限定されている。取付部材128、129の間には、空間194が限定されている。取付部材129、130の間には、空間196が限定されている。取付部材130、131の間には、空間198が限定されている。最後に、取付部材131と末端部材122との間には、空間200が限定されている。
【００１６】
図4、7及び8に関して、電気的相互連結部材62、64、66、68、70、72、74、76、78は、フレーム部材60に連結されるように構築されている。特に、電気的相互連結部材62、64、66、68、70、72、74、76、78は、フレーム部材60の取付部材123、124、125、126、127、128、129、130、131それぞれに連結される。代表的な一実施態様では、電気的相互接続部材62、64、66、68、70、72、74、76、78は、銅またはニッケルめっきされた銅から構築される。しかし、別の実施態様では、他の導電性材料を使用し、電気的相互連結部材62、64、66、68、70、72、74、76、78を構築することもできる。電気的相互連結部材62、64、66、68、70、72、74、76、78のそれぞれは、第一バッテリーセルアセンブリー及び別のバッテリーセルアセンブリーから来る電気端子同士の間に連結され、電流を第一バッテリーセルアセンブリーから別のバッテリーセルアセンブリーに導くようにさらに構築される。電気的相互連結部材の数は、バッテリーセルアセンブリーの所望の数に応じて変えられることに注意すべきである。
【００１７】
図4、5、及び6に関して、電気的相互連結部材62は、長方形プレート220、側壁222、224、及びタブ226を包含する。長方形プレート220の底部表面は、フレーム部材60の側部101上に配置される。長方形プレート220は、実質的に互いに平行に配置された縁部230、232及び実質的に互いに平行に配置された縁部234、236を包含する。側壁222、224は、縁部230、232からそれぞれ、長方形プレート220から第一方向で外向きに伸びている。タブ226は、縁部236から一般的に第一方向で伸びている。電気的相互連結部材64、66、68、70、72、74、76、78及び80の構造は、電気的相互連結部材62の構造と同一である。
【００１８】
図1及び4に関して、回路基板90は、パネル部材120上の、フレーム部材60の側部101上に配置される。回路基板90は、その上表面上に、電気的相互連結部材62、64、66、68、70、72、74、76、78の電気端子から電気的コネクタ92中のそれぞれのピンに伸びる複数の電気的トレースを包含する。例えば、電気的トレース250は、電気的相互連結部材62のタブから、電気的コネクタ92中のそれぞれのピンに伸びることができる。さらに、例えば、電気的トレース252は、電気的相互連結部材64のタブから、電気的コネクタ92中のそれぞれのピンに伸びることができる。図に示すように、電気的コネクタ92は、回路基板90の上表面に連結している。
【００１９】
図7及び9に関して、代表的な一実施態様では、電気的相互連結部材72の第一側壁は、バッテリーセルアセンブリー24から来る電気端子43、44、45に、部材72の第一側壁を電気端子43、44、45に超音波溶接することにより、連結される。さらに、電気的相互連結部材72の第二側壁は、バッテリーセルアセンブリー26の電気端子53、54、55に、部材72の第二側壁を電気端子53、54、55に超音波溶接することにより、連結される。さらに、電気的相互接続部材62は、バッテリーセルアセンブリー24から来る電気端子40、41、42に、部材62の第一側壁を電気端子40、41、42に超音波溶接することにより、連結される。さらに、電気的相互連結部材64の第一側壁は、バッテリーセルアセンブリー26から来る電気端子50、51、52に、部材64の第一側壁を電気端子50、51、52に超音波溶接することにより、連結される。
【００２０】
図7に関して、理解するために、代表的な一実施態様により、バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー32が、電流をバッテリーセルアセンブリーからどのように伝導するかを簡単に説明する。簡単にするために、第一バッテリーセルアセンブリーから来る一対の電気端子(例えば正電気端子及び負電気端子)及び第二バッテリーセルアセンブリーから来る一対の電気端子(例えば正電気端子及び負電気端子)だけを使用し、アセンブリー32が電流をバッテリーセルアセンブリーからどのように伝導するかを説明する。特に、バッテリーセルアセンブリー28は、電気的相互連結部材62、72にそれぞれ連結された負電気端子40及び正電気端子43を有する。さらに、バッテリーセルアセンブリー30は、電気的相互連結部材72、64にそれぞれ連結された負電気端子53及び正電気端子50を有する。従って、代表的な一実施態様では、バッテリーセルアセンブリー24、26から来る電流は、電気端子40、バッテリーセルアセンブリー24、電気端子43、電気的相互連結部材72、電気端子53、バッテリーセルアセンブリー26、電気端子40、及び電気的相互連結部材64を通っ直流で流れることができる。つまり、代表的な一実施態様では、電気的相互連結部材62、72、64が、バッテリーセルアセンブリー24、26を直列で互いに電気的に連結している。
【００２１】
図10に関して、電気的相互連結部材に連結されたバッテリーセルアセンブリーにより出力されている電圧を示す、電気的相互連結部材のそれぞれに関連する電圧を測定するために、バッテリーコントローラ320を備える。コントローラ320は、マイクロプロセッサ321、入力/出力(I/O)インターフェース322、固定記憶装置323、及びランダムアクセスメモリー324を包含する。I/Oインターフェース322、固定記憶装置323、及びランダムアクセスメモリー324はマイクロプロセッサ321と、操作に関して通信する。I/Oインターフェース322は、バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー32の電気的コネクタ92に電気的に連結されている。マイクロプロセッサ321は、電気的相互接続部材62、64、66、68、70、72、74、76、78から電気的コネクタ92を経由して受け取るサンプリング電圧に関する指示を与える。マイクロプロセッサ321は、さらに、電気的相互連結部材62、64、66、68、70、72、74、76、78からそれぞれ受けた電圧に基づいて、電気的相互連結部材62、64、66、68、70、72、74、76、78に関連する電圧値を決定する。マイクロプロセッサ321は、さらに、電圧値をランダムアクセスメモリー324中または不揮発性メモリー中に保存する。
【００２２】
図9及び11に関して、バッテリーセルアセンブリーから来る電気端子をバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー32の電気的相互連結部材に超音波溶接するための装置330を例示する。装置330は、超音波溶接装置332、溶接電極334、336、アクチュエータ装置338、及びコントローラ340を包含する。コントローラ340は、超音波溶接装置332及びアクチュエータ装置338と操作に関して通信する。
【００２３】
図2、7及び11に関して、装置330を使用してバッテリーセルアセンブリーをバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー32に連結する方法をここで説明する。簡単にするために、バッテリーセルアセンブリーの2個の電気端子をバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー32に超音波溶接する方法を説明する。しかし、無論、バッテリーセルアセンブリーから来る複数の他の電気端子を、他の電気的相互連結部材に溶接することもできる。
【００２４】
最初に、使用者は、バッテリーセルアセンブリー24の電気端子40を、パネル部材110、112間の空間を介して（通して）、電気端子40が電気的相互連結部材62の側壁に隣接するように配置する。
【００２５】
次に、使用者は、バッテリーセルアセンブリー24の電気端子43を、パネル部材112、114間の空間を介して（通して）、電気端子43が電気的相互連結部材72の側壁に隣接するように配置する。
【００２６】
次に、コントローラ340が、アクチュエータ装置338を誘導し、溶接電極334を、電気的相互連結部材62の側壁の近くに移動させ、溶接電極336を、電気的相互連結部材62の側壁に隣接して配置された電気端子40の近くに移動させ、電気端子40及び部材62の側壁が、溶接電極334、336の間に挟まれるようにする。
【００２７】
次に、コントローラ340が、超音波溶接装置332を誘導し、溶接電極334、336を使用して電気端子40を電気的相互連結部材62の側壁に超音波溶接する。
【００２８】
次に、コントローラ340が、アクチュエータ装置338を誘導し、溶接電極334を、電気的相互連結部材72の側壁に隣接して配置された電気端子43の近くに移動させ、溶接電極336を、部材72の側壁にの近くに移動させ、電気端子43及び電気的相互連結部材72の側壁が、溶接電極334、336の間に挟まれるようにする。
【００２９】
次に、コントローラ340が、超音波溶接装置332を誘導し、電気端子43を電気的相互連結部材72の側壁に超音波溶接する。
【００３０】
無論、超音波溶接方法の代わりに他の種類の溶接方法も、バッテリーセルアセンブリーをバッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー32に溶接するのに使用することができる。例えば、別の実施態様では、電気抵抗溶接装置を使用し、バッテリーセルアセンブリーの電気端子をアセンブリー32に溶接することもできる。さらに、例えば、別の実施態様では、レーザー溶接装置を使用し、バッテリーセルアセンブリーの電気端子をアセンブリー32に溶接することができる。
【００３１】
バッテリーセル相互連結及び電圧感知アセンブリー32は、バッテリーセルを一つに連結するタブ部材の他の装置に対して、本質的な優位性を与える。特に、アセンブリー32には、バッテリーセルアセンブリーから来る電気端子を、電気的相互連結部材を使用してフレーム部材上に支持し、バッテリーセルアセンブリーから来る電流を電気的相互連結部材を使用して導く技術的効果がある。さらに、アセンブリー32は、電圧信号を電気的相互連結部材から、電気的トレースを介して（通して）、電気的コネクタに導き、電気的相互連結部材のそれぞれにおける電圧を感知する。
【００３２】
本発明を代表的な実施態様に関連して説明したが、当業者には明らかなように、本発明の範囲から離れることなく、様々な変形を行い、等価物を本発明の要素に置き換えることができる。さらに、本発明の範囲から離れることなく、多くの修正を加え、特定の状況または材料を本発明の開示に適用することができる。従って、本発明は、本発明を実行するために開示した特定の実施態様に制限されるものではなく、本発明は、付随する請求項の範囲内に入る全ての実施態様を包含する。さらに、第一、第二、等の用語は、ある要素を他から区別するために使用する。さらに、ひとつの、ある、等の用語は、量を制限するものではなく、少なくとも一つの言及する事項の存在を意味する。
【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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