(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のセパレータ、膜電極接合体、及び第２のセパレータを順に積層してなる電池セルを複数積層して構成される燃料電池スタックと、前記電池セルの電圧を測定するための複数のセル電圧測定端子とを備える燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池スタックは、互いに隣接する２つの前記電池セルのうちの一方の前記電池セルの前記第１のセパレータと、他方の前記電池セルの前記第２のセパレータとに渡って形成された凹部を有し、
前記セル電圧測定端子は、本体部と、前記本体部から引き出され前記凹部の内面に当接される当接部と、前記本体部から引き出され所定の電圧測定回路に接続される接続部とを有し、
前記本体部は、前記電池セルの積層方向に突出する第１の引出部と、前記第１の引出部の突出方向と反対の方向に突出する第２の引出部とを含み、
前記当接部は、前記電池セルの積層方向からみて前記第１の引出部と重ならないように前記第１の引出部から引き出されており、
前記接続部は、前記電池セルの積層方向からみて前記第２の引出部と重ならないように前記第２の引出部から引き出されており、
前記当接部と前記接続部とは、前記電池セルの積層方向からみて互いに重ならない、
ことを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
複数の前記セル電圧測定端子を、互いに電気的に絶縁した状態で保持する保持部材をさらに備える、ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記保持部材は、弾性材料からなる、ことを特徴とする請求項２記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記当接部の先端部には、前記凹部の内面に当接される突起が形成されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の燃料電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セルを複数積層して構成される燃料電池と、電池セルの電圧を測定するための端子とを備える燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池モジュールとして、例えば、特許文献１に記載のセル電圧検出構造を有する燃料電池モジュールが知られている。特許文献１に記載の燃料電池モジュールは、膜電極接合体を一対のセパレータで挟んでなる電池セルを複数積層して構成される燃料電池と、電池セルの積層方向に沿って配列されセパレータに当接される複数のセル電圧測定端子とを備えている。この燃料電池モジュールでは、隣接するセパレータのうちの一方のセパレータに設けられた面取り部と、他方のセパレータに設けられた面取り部とでＶ溝を形成し、そのＶ溝の内面にセル電圧測定端子を当接させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８４４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、上述したような燃料電池モジュールにあっては、燃料電池を構成する電池セルの薄化が進んでいる。このため、薄化され積層された状態の電池セルの電圧を測定するために、セル電圧測定端子を密接に配列することが望まれている。
【０００５】
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、セル電圧測定端子を密接に配列可能な燃料電池モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池モジュールは、第１のセパレータ、膜電極接合体、及び第２のセパレータを順に積層してなる電池セルを複数積層して構成される燃料電池スタックと、電池セルの電圧を測定するための複数のセル電圧測定端子とを備える燃料電池モジュールであって、燃料電池スタックは、互いに隣接する２つの電池セルのうちの一方の電池セルの第１のセパレータと、他方の電池セルの第２のセパレータとに渡って形成された凹部を有し、セル電圧測定端子は、本体部と、本体部から引き出され凹部の内面に当接される当接部と、本体部から引き出され所定の電圧測定回路に接続される接続部とを有し、本体部は、電池セルの積層方向に突出する第１の引出部と、第１の引出部の突出方向と反対の方向に突出する第２の引出部とを含み、当接部は、第１の引出部から引き出されており、接続部は、第２の引出部から引き出されている、ことを特徴とする。
【０００７】
この燃料電池モジュールは、電池セルの電圧を測定するための複数のセル電圧測定端子を備えている。各セル電圧測定端子は、本体部と、電池セルのセパレータに当接される当接部と、電圧測定回路に接続される接続部とを有している。本体部は、当接部が引き出される第１の引出部と、接続部が引き出される第２の引出部とを含む。第１の引出部は、電池セルの積層方向に突出しており、第２の引出部は、第１の引出部の突出方向と反対の方向に突出している。このため、互いに隣り合うセル電圧測定端子の第１の引出部と第２の引出部とが干渉することを避けつつセル電圧測定端子を配列することができる。このため、この燃料電池モジュールによれば、セル電圧測定端子を密接に配列することが可能となる。
【０００８】
本発明の燃料電池モジュールは、複数のセル電圧測定端子を、互いに電気的に絶縁した状態で保持する保持部材をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、複数のセル電圧測定端子をまとめて取り扱うことができるので、セル電圧測定端子の取り扱いが容易となる。
【０００９】
また、そのような本発明の燃料電池モジュールにおいては、保持部材は、弾性材料からなることが好ましい。この構成によれば、電池セルを積層した際に凹部の位置がずれても、保持部材を弾性変形させて当接部の位置を調整することにより、当接部を確実に凹部の内面に当接することが可能となる。
【００１０】
さらに、本発明の燃料電池モジュールにおいては、当接部の先端部には、凹部の内面に当接される突起が形成されていることが好ましい。この構成によれば、当接部と各セパレータとの接触面積を低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、セル電圧測定端子を密接に配列可能な燃料電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の燃料電池モジュールの第１実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示された領域Ａの拡大図である。
【図３】図１に示された燃料電池モジュールの平面図である。
【図４】図１に示された燃料電池モジュールの分解斜視図である。
【図５】図４に示された領域Ｂの拡大図である。
【図６】セル電圧測定端子の斜視図である。
【図７】図１のVII−VII線に沿っての部分断面図である。
【図８】図４に示された燃料電池モジュールの部分拡大図である。
【図９】本発明の燃料電池モジュールの第２実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図１０】図９のX−X線に沿っての部分断面図である。
【図１１】図９に示された端子ユニットの裏面図である。
【図１２】本発明の燃料電池モジュールの第３実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図１３】セル電圧測定端子の斜視図である。
【図１４】セル電圧測定端子の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］
【００１４】
図１は、本発明の燃料電池モジュールの第１実施形態を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示された領域Ａの拡大図である。図３は、図１に示された燃料電池モジュールの平面図である。図１〜３に示されるように、燃料電池モジュール１は、燃料電池スタック１０と端子ユニット２０とを備えている。
【００１５】
燃料電池スタック１０は、電池セル１１が複数積層され直列に接続されて構成されている。電池セル１１は、例えば、ＰＥＦＣ（Polymer  Electrolyte  Fuel  Cell）やＳＯＦＣ（Solid  Oxide  Fuel  Cell）等とすることができる。複数積層された電池セル１１は、その積層方向の両端に配置されたエンドプレート１３によって挟まれることで固定されている。電池セル１１は、アノード側セパレータ（第１のセパレータ）１４、膜電極接合体１５、及びカソード側セパレータ（第２のセパレータ）１６を順に積層して構成されている。
【００１６】
膜電極接合体１５は、所定の電解質膜（不図示）をアノード（不図示）とカソード（不図示）とで挟んで構成されている。アノード側セパレータ１４はアノードに当接されており、カソード側セパレータ１６はカソードに当接されている。アノード側セパレータ１４及びカソード側セパレータ１６は、例えば、導電性を有する炭素材料等から構成することができる。
【００１７】
このように構成される電池セル１１は、アノードに供給される水素含有ガス中の水素と、カソードに供給される酸素含有ガス中の酸素とを用いて電力を発生させる。水素含有ガスとしては、例えば、改質器（不図示）から供給される改質ガスや、水素ボンベ（不図示）等から供給される純水素ガス等を用いることができる。酸素含有ガスとしては、例えば、純酸素ガス、酸素富化空気及び空気等を用いることができる。
【００１８】
図４は、図１に示された燃料電池モジュールの分解斜視図である。図５は、図４に示された領域Ｂの拡大図である。図５に示されるように、アノード側セパレータ１４の側面１４ａには、そのアノード側セパレータ１４に接するカソード側セパレータ１６の側に開放された矩形状の切り欠き部１４ｂが形成されている。また、カソード側セパレータ１６の側面１６ａには、そのカソード側セパレータ１６に接するアノード側セパレータ１４の側に開放された矩形状の切り欠き部１６ｂが形成されている。
【００１９】
切り欠き部１４ｂと切り欠き部１６ｂとは互いに対向している。したがって、互いに接するアノード側セパレータ１４及びカソード側セパレータ１６の切り欠き部１４ｂ及び切り欠き部１６ｂによって、矩形状の凹部３０が形成されている。換言すれば、燃料電池スタック１０は、隣接する２つの電池セル１１のうちの一方の電池セル１１のアノード側セパレータ１４と、他方の電池セル１１のカソード側セパレータ１６とに渡って形成された凹部３０を有している。凹部３０は、電池セル１１の積層方向に沿って配列されている。
【００２０】
ここで、図４及び図５に示されるように、端子ユニット２０は、電池セル１１の積層方向に沿って配列された複数のセル電圧測定端子２１と、複数のセル電圧測定端子２１を保持して単一のユニットとする樹脂レール（保持部材）２２とからなる。セル電圧測定端子２１は、アノード側セパレータ１４及びカソード側セパレータ１６に当接されている。
【００２１】
図６は、セル電圧測定端子２１の斜視図である。図７は、図１のVII−VII線に沿っての部分断面図である。図６及び図７に示されるように、セル電圧測定端子２１は、本体部２３と、本体部２３から引き出され凹部３０の内面に当接される当接部２４と、本体部２３から引き出され所定の電圧測定回路（不図示）に接続される接続部２５とを有している。本体部２３、当接部２４、及び接続部２５は、長尺板状に形成されている。
【００２２】
本体部２３は、本体部２３の長手方向の一方の端部２３ｃに位置し、電池セル１１の積層方向（ｘ軸方向）に突出する引出部（第１の引出部）２３ａと、本体部２３の長手方向の他方の端部２３ｄに位置し、引出部２３ａの突出方向（ｘ軸方向）の反対の方向に突出する引出部（第２の引出部）２３ｂとを有している。したがって、引出部２３ａと引出部２３ｂとは、本体部２３の一方の対角線に沿った方向において互いに離間した位置に設けられている。
【００２３】
当接部２４は、本体部２３の引出部２３ａから引き出され、本体部２３の長手方向に交差する方向（すなわち、本体部２３からアノード側セパレータ１４及びカソード側セパレータ１６に向かう方向）に延在している。当接部２４は、アノード側セパレータ１４及びカソード側セパレータ１６に当接される。より具体的には、当接部２４の先端部２４ａが、アノード側セパレータ１４とカソード側セパレータ１６とで形成された凹部３０の内面（ここでは上面）に当接される。当接部２４の先端部２４ａは、凹部３０の内面との接触が線接触となるように湾曲している。
【００２４】
接続部２５は、本体部２３の突出部２３ｂから引き出され、本体部２３の長手方向に延在している。接続部２５は、その先端部２５ａに圧着される配線ケーブル（不図示）を介して、所定の電圧測定回路に接続される。このように、燃料電池モジュール１においては、セル電圧測定端子２１を用いて電池セル１１の電圧を測定することができる。
【００２５】
セル電圧測定端子２１は、例えば、以下のようにして作製することができる。まず、長尺板状の導電性部材を用意する。導電性部材の長手方向の一方の端から、導電性部材の長手方向に沿って第１の切れ目を入れる。また、導電性部材の長手方向の他方の端から、導電性部材の長手方向に沿って第２の切れ目を入れる。そして、第１の切れ目と第２の切れ目のそれぞれに沿って導電性部材を折り曲げる。これにより、セル電圧測定端子２１が作製される。
【００２６】
以上のように構成されるセル電圧測定端子２１は、樹脂レール２２によって保持されて単一のユニット（端子ユニット２０）として構成される。より具体的には、樹脂レール２２の開口部２２ａの底部２２ｂに設けられたスリット２２ｃに、各セル電圧測定端子２１の本体部２３の端部２３ｃ及び２３ｄを挿入することにより、セル電圧測定端子２１が樹脂レール２２に把持される。セル電圧測定端子２１の当接部２４及び接続部２５は、樹脂レール２２の開口部２２ａから引き出されている。
【００２７】
端子ユニット２０においては、セル電圧測定端子２１は互いに離間している。また、樹脂レール２２は、セル電圧測定端子２１同士の絶縁を確保できる樹脂材料からなる。したがって、端子ユニット２０においては、セル電圧測定端子２１は、互いに電気的に絶縁された状態で保持されている。
【００２８】
端子ユニット２０は、当接部２４の先端部２４ａを凹部３０に挿入した後に、上側に持ち上げることで当接部２４の先端部２４ａを凹部３０の上面に当接させた状態において、樹脂レール２２の両端部をエンドプレート１３に固定する。これにより、セル電圧測定端子２１の弾性力によって、当接部２４の先端部２４ａと凹部３０の上面とを当接させた状態を確実に維持することができる。
【００２９】
以上説明したように、燃料電池モジュール１は、電池セル１１の電圧を測定するための複数のセル電圧測定端子２１を備えている。各セル電圧測定端子２１は、本体部２３と、電池セル１１のアノード側セパレータ１４及びカソード側セパレータ１６に当接される当接部２４と、電圧測定回路に接続される接続部２５とを有している。本体部２３は、当接部２４が引き出される引出部２３ａと、接続部２５が引き出される引出部２３ｂとを含む。引出部２３ａは、電池セル１１の積層方向に突出しており、引出部２３ｂは、引出部２３ａの突出方向と反対の方向に突出している。
【００３０】
このため、図８に示されるように、互いに隣り合うセル電圧測定端子２１の引出部２３ａと引出部２３ｂとが干渉することを避けつつ、セル電圧測定端子２１を配列することができる。その結果、この燃料電池モジュール１によれば、セル電圧測定端子２１同士の絶縁を確保しつつ、セル電圧測定端子２１を密接に配列することが可能となる。
【００３１】
また、セル電圧測定端子２１は、樹脂レール２２によって単一の端子ユニット２０とされている。このため、例えば、セル電圧測定端子２１をアノード側セパレータ１４及びカソード側セパレータ１６に当接させる際等に、複数のセル電圧測定端子２１をまとめて取り扱うことができるので、セル電圧測定端子２１の取り扱いが容易となる。
［第２実施形態］
【００３２】
図９は、本発明の燃料電池モジュールの第２実施形態を模式的に示す斜視図である。図１０は、図９のX−X線に沿っての部分断面図である。図１１は、図９に示された端子ユニットの裏面図である。図９〜１１に示されるように、本実施形態の燃料電池モジュール１Ａは、端子ユニット２０に替えて端子ユニット２０Ａを備える点で、第１実施形態の燃料電池モジュール１と異なっている。
【００３３】
端子ユニット２０Ａは、電池セル１１の積層方向に沿って配列された複数のセル電圧測定端子２１と、複数のセル電圧測定端子２１を保持して単一のユニットとする長尺板状の樹脂板（保持部材）４０とを有している。端子ユニット２０Ａにおいては、セル電圧測定端子２１は樹脂板４０に埋設されている。
【００３４】
より具体的には、セル電圧測定端子２１の本体部２３が樹脂板４０に埋設されている。これにより、複数のセル電圧測定端子が保持されて単一の端子ユニット２０Ａとされている。端子ユニット２０Ａにおいては、セル電圧測定端子２１は互いに離間している。また、樹脂板４０は、セル電圧測定端子２１同士の絶縁を確保できる樹脂材料からなる。したがって、端子ユニット２０Ａにおいては、セル電圧測定端子２１同士は、互いに電気的に絶縁された状態で保持されている。なお、当接部２４及び接続部２５は、樹脂板４０の裏面４０ａから突出している。
【００３５】
このような燃料電池モジュール１Ａにおいても、燃料電池モジュール１と同様に、セル電圧測定端子２１同士の絶縁を確保しつつ、セル電圧測定端子２１を密接に配列することが可能となる。また、セル電圧測定端子２１は、樹脂板４０によって保持されて単一の端子ユニット２０Ａとされている。このため、燃料電池モジュール１Ａにおいても、セル電圧測定端子２１の取り扱いが容易となる。
［第３実施形態］
【００３６】
図１２は、本発明の燃料電池モジュールの第３実施形態を模式的に示す斜視図である。図１２に示されるように、本実施形態の燃料電池モジュール１Ｂは、端子ユニット２０に替えて端子ユニット２０Ｂを備える点で、第１実施形態の燃料電池モジュール１と異なっている。
【００３７】
端子ユニット２０Ｂは、電池セル１１の積層方向に沿って配列された複数のセル電圧測定端子２１と、セル電圧測定端子２１を個別に覆うように設けられた複数の樹脂部材５０と、複数の樹脂部材５０（すなわち複数のセル電圧測定端子２１）を保持して単一のユニットとする金属レール（保持部材）６０とを有している。
【００３８】
図１３は、セル電圧測定端子２１の斜視図である。図１３に示されるように、セル電圧測定端子２１は、樹脂部材５０に埋設されている。より具体的には、セル電圧測定端子２１の本体部２３が樹脂部材５０に埋設されている。セル電圧測定端子２１の当接部２４及び接続部２５は樹脂部材５０に埋設されておらず、樹脂部材５０から露出している。
【００３９】
樹脂部材５０は、直方体状の樹脂部５０ａ及び樹脂部５０ｂからなる。樹脂部５０ａは、セル電圧測定端子２１の本体部２３の引出部２３ａを含む半身を覆うように設けられている。樹脂部５０ｂは、セル電圧測定端子２１の本体部２３の引出部２３ｂを含む半身を覆うように設けられている。樹脂部５０ａ及び樹脂部５０ｂは、その長手方向に沿った中心軸Ｌａ及び中心軸Ｌｂを、電池セル１１の積層方向（ｘ軸方向）に互いにずらした状態で接合されている。このため、樹脂部材５０を配列したとき、互いに隣り合う樹脂部材５０において、樹脂部５０ａと樹脂部５０ｂとを部分的に重複させることができる。
【００４０】
本実施形態においては、このように構成される樹脂部材５０の両端が金属レール６０に把持されることにより、セル電圧測定端子２１が単一の端子ユニット２０Ｂとして構成されている。端子ユニット２０Ｂにおいては、セル電圧測定端子２１は、樹脂部材５０の厚みの分だけ互いに離間している。また、樹脂部材５０は、セル電圧測定端子２１同士の絶縁を確保できる樹脂材料からなる。したがって、端子ユニット２０Ｂにおいては、セル電圧測定端子２１同士は、互いに電気的に絶縁された状態で保持されている。
【００４１】
このような燃料電池モジュール１Ｂにおいても、燃料電池モジュール１と同様に、セル電圧測定端子２１同士の絶縁を確保しつつ、セル電圧測定端子２１を密接に配列することが可能となる。また、セル電圧測定端子２１は、金属レール６０によって単一の端子ユニット２０Ｂとされている。このため、燃料電池モジュール１Ｂにおいても、セル電圧測定端子２１の取り扱いが容易となる。
【００４２】
以上の第１〜３実施形態は、本発明の燃料電池モジュールの一実施形態を説明したものであり、本発明の燃料電池モジュールは、上記の燃料電池モジュール１，１Ａ，１Ｂに限定されるものではない。本発明の燃料電池モジュールは、各請求項の要旨を変更しない範囲において、燃料電池モジュール１，１Ａ，１Ｂを変形したものとすることができる。
【００４３】
例えば、セル電圧測定端子２１においては、図１４（ａ）に示されるように、当接部２４の先端部２４ａに半球状の突起２４ｂを設けることができる。この場合には、この突起２４ｂが凹部３０の上面に当接される。このため、当接部２４とアノード側セパレータ１４及びカソード側セパレータ１６との接触面積が低減し、接触面圧を向上させることが可能となる。
【００４４】
また、セル電圧測定端子２１においては、図１４（ｂ）に示されるように、当接部２４を、その延在方向の中程において９０°程度捻って構成することができる。この場合、当接部２４の先端部２４ａの向きが９０°程度回転されるので、先端部２４ａを凹部３０の側面に当接させることが可能となる。
【００４５】
また、樹脂レール２２、樹脂板４０、及び金属レール６０は、弾性材料（例えばゴムやばね）からなることが好ましい。この場合、電池セル１１を積層した際に凹部３０の位置がずれても、樹脂レール２２や樹脂板４０や金属レール６０を弾性変形させて当接部２４の位置を調整することにより、当接部２４の先端部２４ａを確実に凹部３０の内面に当接することができる。
【００４６】
また、上述した第１〜３実施形態においては、複数のセル電圧測定端子２１を保持部材（樹脂レール２２、樹脂板４０、及び金属レール６０）によって保持して単一のユニットとしたが、例えば、複数の保持部材を用いて、セル電圧測定端子２１を所定の個数ごとに保持し、複数のユニットとしてもよい。このようにセル電圧測定端子２１を複数のユニットに分ければ、電池セル１１を積層した際に凹部３０の位置がずれても、ユニットごとにその位置を調整することによって、当接部２４の先端部２４ａを確実に凹部３０の内面に当接することができる。
【００４７】
また、燃料電池スタック１０の凹部３０の開口寸法は、セル電圧測定端子２１の当接部２４の先端部２４ａの幅よりも大きく設定されることが好ましい。より具体的には、凹部３０の開口寸法は、電池セル１１を積層した際に凹部３０の位置がずれた場合においても、当接部２４の先端部２４ａを挿入可能な程度に先端部２４ａの幅よりも大きく設定されることが好ましい。
【００４８】
また、燃料電池スタック１０の凹部３０の上面を平らに形成することが好ましい。凹部３０の上面を平らにすることにより、当接部２４の先端部２４ａが凹部３０の上面に当接された際に、その凹部３０を構成するアノード側セパレータ１４とカソード側セパレータ１６との隙間が広がる方向に力が働くことが防止される。
【００４９】
また、セル電圧測定端子２１の当接部２４は、斜め下方に（すなわち、接続部２５から離れる方向に）延在していてもよい。その場合、当接部２４の先端部２４ａは、凹部３０の下面に当接されることとなる。したがって、そのような場合には、凹部３０の下面を平らに形成することが好ましい。凹部３０の下面を平らにすることにより、当接部２４の先端部２４ａが凹部３０の下面に当接された際に、その凹部３０を構成するアノード側セパレータ１４とカソード側セパレータ１６との隙間が広がる方向に力が働くことが防止される。
【００５０】
さらに、第３実施形態においては、金属レール６０を樹脂製としてもよい。この場合、セル電圧測定端子同士の絶縁がより確実となる。
【符号の説明】
【００５１】
１，１Ａ，１Ｂ…燃料電池モジュール、１０…燃料電池スタック、１１…電池セル、１４…アノード側セパレータ（第１のセパレータ）、１５…膜電極接合体、１６…カソード側セパレータ（第２のセパレータ）、２１…セル電圧測定端子、２２…樹脂レール（保持部材）、２３…本体部、２３ａ…引出部（第１の引出部）、２３ｂ…引出部（第２の引出部）、２４…当接部、２４ａ…先端部、２４ｂ…突起、２５…接続部、３０…凹部、４０…樹脂板（保持部材）、６０…金属レール（保持部材）。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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