(57)【要約】      （修正有）【課題】集電板を渦巻状電極群から突出する極板側端部に溶接する際に発生する無効電流を抑制し、極板側端部との溶接強度を十分に高めることができる集電板を有する円筒形電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】円筒形電池は、正極１２１と負極１２２とがセパレータ１２３を介して渦巻状に巻回された渦巻状電極群１２を備え、渦巻状電極群１２から突出する正極１２１又は負極１２２の側端部１８に集電板１５，１６が溶接された円筒形電池であって、集電板１５，１６は、正極１２１又は負極１２２の側端部１８に溶接される略円形状の主平面を有しており、主平面は、中心から外周に向けて開口する扇形の切欠き１５５を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とがセパレータを介して渦巻状に巻回された渦巻状電極群を備え、前記渦巻状電極群の少なくとも一方の端面に集電板が溶接された円筒形電池であって、
前記集電板は、前記渦巻状電極群の端面に溶接される主平面を有しており、前記主平面は、前記主平面の中心付近から外周に向けて開口する外形が扇形の切欠きを有していることを特徴とする円筒形電池。
【請求項２】
前記円筒形電池に含まれる集電板は、主平面の中心に透孔を有し、前記扇形の切欠きは、前記主平面の透孔から外周に向けて開口していることを特徴とする請求項１の円筒形電池。
【請求項３】
前記円筒形電池に含まれる集電板は、主平面の中心に無孔領域を有し、前記扇形の切欠きは、扇形の部分の内、前記無効領域を除く部分が、前記主平面の中心から外周に向けて開口していることを特徴とする請求項１又は２の円筒形電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの円筒形電池の製造方法であって、
前記集電板を渦巻状電極群の端面に配置して、一対の溶接電極の一方を前記扇形の切欠きを通して渦巻状電極群の端面に接触させ、かつ他方の溶接電極を前記集電板の主平面に接触させた状態で通電し、前記集電板を渦巻状電極群の端面に溶接する円筒形電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒形電池に関し、特に集電板における渦巻状電極群との接合のための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池などのアルカリ二次電池は、電動工具などの大電流を取り出す用途に広く使用されている。
ところで、電動工具などの大電流を取り出す用途に用いる電池は、正負両極板からの集電効率を向上させるために、極板の一部に設けられた細長い短冊状の集電リードで集電するタイプよりも、巻回又は積層した電極群の一方の端面を構成する極板の側端部に一体的に溶接した集電板で集電するタイプを採用するのが一般的である。集電板としては、例えば、特許文献１に開示されたものなどが開発されている。特許文献１の集電板は、図９に示すように、主平面２０に多数設けられた透孔１５２やスリット１５４の周縁に、バーリング加工によって渦巻状電極群の側に突出された縁部分（スリーブ）１５２ｂ（断面（A-A´）図９（ｂ）参照）、１５４ｂ（断面（B-B´）図９(ｃ)参照）を有しており、集電板は、縁部分を介して渦巻状電極群から突出する正極板又は負極板の側端部に接合される。
この特許文献１の集電体と正極板又は負極板の側端部との接合は、図１０（ａ）に示すように、一対の溶接電極Ｒ１及びＲ２を集電板１５の接合領域に接触させ、溶接電極間に通電することにより行われる。このとき、溶接電流は、集電板１５〜極板側端部１８〜集電板１５を経由（図１０（ａ）中の「１」の経路）して流れ、集電板１５と極板側端部１８が赤熱することによって溶接される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３３１６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の集電板は、極板側端部１８に溶接する際に、極板を経由せずに集電体を伝って流れるいわゆる溶接無効電流（図１０（ａ）中の「２」）が流れる。溶接無効電流は、集電板１５と極板側端部１８との溶接に必要な集電板１５と極板側端部１８との間を流れる溶接電流を減少させ、集電板１５と極板側端部１８との溶接強度を低下させる。このため、溶接無効電流は、できるだけ発生しないようにすることが望ましい。
ところで、近年、信頼性確保の観点から、集電板１５と極板側端部１８との溶接強度を高めることが求められている。通常、集電板１５と極板側端部１８との溶接強度を高めるためには、集電板１５と極板側端部１８との間を流れる溶接電流を増大させる方法が有効である。しかし、集電板１５と極板側端部１８との間を流れる溶接電流の増大は、溶接電極に入力される電流値を高めることによってできるが、この方法であると、溶接電極が接触する集電体の部分に溶接電流が集中し、当該部分が焼け飛んでしまうという問題が生じる。
そこで、本発明は、このような問題を解決しようとなされたものであって、集電板を渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部に溶接する際に発生する無効電流を抑制し、極板側端部との溶接強度を十分に高めることができる集電板を有する円筒形電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の円筒形電池は、正極と負極とがセパレータを介して渦巻状に巻回された渦巻状電極群を備え、渦巻状電極群の少なくとも一方の端面に集電板が溶接された円筒形電池であって、集電板は、渦巻状電極群の端面に溶接される主平面を有しており、主平面は、主平面の中心付近から外周に向けて開口する外形が扇形の切欠きを有している。
好ましくは、円筒形電池に含まれる集電板は、主平面の中心に透孔を有し、扇形の切欠きは、主平面の透孔から外周に向けて開口している。
また、好ましくは、円筒形電池に含まれる集電板は、主平面の中心に無孔領域を有し、扇形の切欠きは、扇形の部分の内、前記無効領域を除く部分が、主平面の中心から外周に向けて開口している。
また、本発明の円筒形電池は、集電板を渦巻状電極群の端面に配置して、一対の溶接電極の一方を前記扇形の切欠きを通して渦巻状電極群の端面に接触させ、かつ他方の溶接電極を集電板の主平面に接触させた状態で通電し、集電板を渦巻状電極群の端面に溶接する製造方法によって得ることができる。
【発明の効果】
【０００６】
上記本発明の円筒形電池は、渦巻状電極群の少なくとも一方の端面に溶接される集電板の主平面に、主平面の中心付近から外周に向けて開口する外形が扇形の切欠きを有しているので、集電板を渦巻状電極群の端面に配置すると、扇形の切欠きに対向する渦巻状電極群の端面が、集電板によって覆われずに露出する。これにより、一対の溶接電極の一方を当該露出した渦巻状電極群の端面に接触させ、他方の溶接電極を集電板の主平面に接触させた状態で通電し、集電板と渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部との溶接を行うことができる。このとき、図１０（ｂ）に示すように、溶接電流の殆んどが、集電板１５〜極板側端部１８〜集電板１５を経由（図１０（ｂ）中の「１」の経路）して流れることになる。このため、溶接無効電流が殆んど生じない状態で集電板を渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部に溶接することができるので、従来に比べ、集電板と渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部との溶接強度の高い円筒形電池を製造することができる。
また、本発明の円筒形電池によれば、集電板と渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部との溶接強度を高めることができるので、従来のように、主平面の多数設けられた透孔の周縁にバーリング加工によって渦巻状電極群の側に突出された縁部分（スリーブ）を介さずに、集電板の主平面を直接渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部に溶接することができる。これにより、主平面に透孔を設けていない低コストの集電体を用いた場合でも、集電板と渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部との溶接強度を維持することでき、低コストの円筒形電池を得ることができる。
さらに、本発明の円筒形電池によれば、集電板と渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部との溶接強度を高めることができるので、低コスト化を目的に活物質未充填部を形成していない極板側端部に集電板を溶接した場合でも、渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部との溶接強度を維持することができ、より低コストの円筒形電池を得ることができる。
特に、円筒形電池に含まれる集電板が、主平面の中心に透孔を有し、扇形の切欠きは、主平面の透孔から外周に向けて開口している、又は円筒形電池に含まれる集電板が、主平面の中心に無孔領域を有し、扇形の切欠きは、扇形の部分の内、前記無効領域を除く部分が、主平面の中心から外周に向けて開口していると、図８に示すように、露出した渦巻状電極群の端面に接触させる溶接電極と集電板の主平面に接触させる溶接電極の形状を同じにすることができる。また、電池を中心軸に対して回転させるだけで溶接電極が接触する位置を変えることができる。よって、溶接装置の簡略化が可能となるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の円筒形電池の一部断面図である。
【図２】本発明の円筒形電池に使用する正極集電板１５の構成及び正極集電板１５の渦巻状電極群１２への取り付け方法を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の円筒形電池の正極集電板１５の平面図、（ｂ）及び（ｃ）はその一部断面図である。
【図４】変形例の円筒形電池の正極集電板１５´の平面図である。
【図５】本発明の円筒形電池の負極集電板１６の平面図である。
【図６】変形例の円筒形電池の負極集電板１６´及び１６´´の平面図である。
【図７】本発明の円筒形電池の正極集電板１５及び正極板側端部に溶接電極を接触させる状態を示す斜視図である。
【図８】本発明の円筒形電池の正極集電板１５及び正極板側端部１８に溶接電極を接触させる状態を示す平面図である。
【図９】（ａ）は従来の円筒形電池の正極集電板２０の平面図、（ｂ）及び（ｃ）はその一部断面図である。
【図１０】（ａ）は従来の円筒形電池における溶接電流の経路を示す概略図、（ｂ）は本発明の円筒形電池における、溶接電流の経路を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下では、本発明を実施するための最良の形態について、円筒形電池を一例に、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で示す形態は、あくまでも一例を示すものであって、本発明はこれに限定を受けるものではない。
（電池の全体構成）
本発明の円筒形電池の全体的な構成について、図１を用いて説明する。
【０００９】
図１に示すように、正極板１２１、負極板１２２およびセパレータ１２３から構成される渦巻状電極群１２が、外装体１１に収納され、封口体１３をもって外装体１１の開口部が封口された構成を有している。封口体１３は、外装体１１の一部に形成された溝部１１ａの棚上に載置され、ガスケット１４が介挿された状態で外装体１１の開口縁端１１ｂがカシメ加工され固定されている。
外装体１１は、ニッケルメッキが施された鋼鈑を主材料とした有底円筒状体である。
渦巻状電極群１２は、正極板１２１と負極板１２２とがセパレータ１２３を挟んだ状態で対向配置され、この状態をもって巻回加工された渦巻状の形態を有する。ここで、正極板１２１は、例えば、パンチングメタルから構成された芯体部分の表面にニッケル焼結多孔体を形成した後、化学含浸法をもって水酸化ニッケルを主体とする活物質を充填して作製されたものである。また、負極板１２２は、例えば、パンチングメタルから構成された芯体部分の表面にカドミウム焼結多孔体を形成した後、化学含浸法をもって水酸化カドミウムを主体とする活物質を充填して作製されたものである。
図１に示すように、渦巻状電極群１２の上方向、即ち封口体１３に向けた方向には、正極板１２１が突出しており、対して、渦巻状電極群１２の下方向、即ち、外装体１１の底に向けた方向には、負極板１２２が突出している。また、当該突出する正極板及び負極板の側端部には、活物質の未充填部が形成されていない。さらに、渦巻状電極群１２における両端面には、正極集電板１５及び負極集電板１６が接合されている。
正極集電板１５は、短冊状のリード領域１５ａを有し構成されており、リード領域１５ａで封口体１３と接合されている。
正極集電板１５および負極集電板２０は、ともに金属薄板（例えば、ニッケルメッキが施された鋼鈑であって、厚みが０．２〜０．４ｍｍ程度のもの）が用いられている。
封口体１３は、ともに浅皿状の蓋体１３１とキャップ体１３２とを向かい合わせに配し、その間に構成される空間に弁板１３３およびスプリング１３４を収納して構成されている。そして、電池１の通常時においては、弁板１３３はスプリング１３４によって蓋板１３１に隙間なく押し付けられており、電池１の内圧が規定の値以上に達した場合に、弁板１３３がキャップ体１３２の側に押し上げられて、内部圧力が低減される仕組みになっている。
なお、図１に示すように、正極集電板１５と外装体１１の内側面との間には、絶縁ワッシャ１７が介挿されている、この絶縁ワッシャ１７は、絶縁性の樹脂材料からなり、正極集電板１５と外装体１１の内側面との間の絶縁、および渦巻状電極群１２の正極板１２１と外装体１１の内側面との間の絶縁を図る機能を有するとともに、電池１の外部から振動が付加された場合に、外装体１１の内部で渦巻状電極群１２が移動してしまうのを抑制する機能も有する。
また、図１では図示を省略しているが、外装体１１の内には、渦巻状電極群１２などとともに電解液が注入されている。
【００１０】
（正極集電板１５の構成）
図２及び図３に示すように、正極集電板１５は、大きく分けて封口体１３との接合を図るリード領域１５ａと、渦巻状電極群１２との接合を図る接合領域１５ｂとから構成されている。この内、接合領域１５ｂは、略円板形状をしており、リード領域１５ａは、接合領域１５ｂの縁辺の一部より延出された短冊状の領域である。
また、正極集電板１５は、中心透孔１５８から接合領域の外周に向けて開口する扇形の切欠き１５５を有している。扇形の切欠き１５５は、図３（ａ）に示すように、中心角αが９０°で、接合領域１５ｂ（主平面）の中心から伸びる一対の直線部１５５ａを有している
リード領域１５ａは、凹部分１５１が形成されている（断面形状（Ｃ−Ｃ´）は図３（ｃ）参照）。このリード領域１５ａは、渦巻状電極群１２に正極集電体１５が接合された後、外装体１１に収納される際にはリード領域１５ａと接合領域１５ｂとの境界部分で折り返される。そして、リード領域１５ａの凹部分１５１は、裏返ることになり、封口体１３を載置した際にその頂部が封口体１３の蓋体１３１に接触することになる。また、リード領域１５ａにおける凹部分１５１が形成された部分よりも先端側に平坦部分１５７が形成されている。
接合領域１５ｂには、２種類の形態の透孔１５２及び１５３が形成されている。透孔１５２は、接合領域１５ｂ内に形成され、周縁にスリーブ１５２ｂ（断面形状（Ａ−Ａ´）は図３（ａ）参照）が形成されている。
透孔１５３は、接合領域１５ｂの外縁部分に形成された円弧状の透孔であり、透孔１５２と同じように周縁にスリーブ１５２ｂが形成されている。
図２及び図３に示すように、接合領域１５ｂの主面には、上記の透孔１５２及び１５３などの他に、その外縁の２箇所に位置決め用の切り欠き部１５６が形成されている。この２箇所の切り欠き部１５６は、正極集電板１５を渦巻状電極群１２に対して配する際に、位置決めの役割を果たす。なお、切り欠き部１５６の開口を臨む縁にもスリーブを形成し、正極板１２１との接合に寄与させる構成を採用してもよい。
各バーリングの高さは、例えば、０．３〜０．８（ｍｍ）程度に設定されている。
これらバーリングの形成については、公知のものであるので説明を省略するが、正極板１２１との高い溶接性を確保するために、スリーブの先端が鋭利となるように加工されている。
上記実施例は、正極集電板１５の接合領域１５ｂの透孔１５２及び１５３の周縁にスリーブ１５２ｂを設けているが、図４に示すように、透孔１５２及び１５３を全て廃した正極集電板１５を使用し、スリーブ１５２ｂを介さずに正極集電板１５の接合領域１５ｂを正極板１２１の側端部１８に溶接することもできる。
【００１１】
（負極集電板２１の構成）
次に、本形態に係る電池の負極集電板１６の構成について、図５を用いて説明する。
負極集電板１６は、図５（ａ）に示すように、短冊状のリードを有しておらず、また、接合領域１６ｂの中心付近に外装体１１の底と抵抗溶接に使用される接合無孔部１６ａを有している点を除いて、基本的には正極集電板と同等の構成を有している。
負極集電板１６は、中心付近の無孔部１６ａから接合領域１６ｂの外周に向けて開口する扇形の切欠き１５９を有している。扇形の切欠き１５９は、図５（ａ）に示すように、中心角αが９０°で、中心付近の無孔部１６ａから伸びる一対の直線部１５９ａを有している。
負極集電板１６は、正極集電板１５と同様に接合領域１６ｂに透孔１６０を有しており、図示しないが、透孔１６０の周縁にスリーブを形成している。また、接合領域１６ｂの外縁部分に周縁にスリーブを有する円弧状の透孔を形成してもよい。
さらに、負極集電板１６に代え、図６（ａ）に示すように、扇形の切欠き１５９を複数形成した負極集電板１６´をしてもよい。
上記実施例は、負極集電板１６の接合領域１６ｂの透孔１６０の周縁にスリーブを設けたが、図６（ｂ）に示すように、透孔１６０を全て廃した負極集電板１６´´を使用し、スリーブを介さずに負極集電板１６の接合領域１６ｂを負極板１２１の側端部に溶接することもできる。
【００１２】
（正極集電板１５および負極集電板１６の接合）
上述の正極集電板１５は、図７に示すように、渦巻状電極群１２の側端部１８に配され、抵抗溶接によって接合される。
抵抗溶接は、図８に示すように、被溶接材との接触部分が略扇形をした一対の溶接電極Ｒ１及びＲ２を使用して行う。また、抵抗溶接は、図８（ａ）に示すように、一方の溶接電極Ｒ１を正極集電板１５に接触させ、かつ他方の溶接電極Ｒ２を扇形の切欠き１５５により正極集電体１５に覆われない正極板１２１の側端部１８（図示せず）に接触させた状態で、溶接電極Ｒ１〜Ｒ２間に電流を流して行う。
続いて、図８（ｂ）に示すように、渦巻状電極群１２を９０°軸回転させ、一方の溶接電極Ｒ１を正極集電板１５に覆われない正極板１２１の側端部１８（図示せず）に接触させ、かつ他方の溶接電極Ｒ２を正極集電板１５に接触にさせた状態で、溶接電極Ｒ１〜Ｒ２間に電流を流し、２段目の抵抗溶接を行う。以上により、正極集電板１５と正極板１２１の側端部１８が抵抗溶接される。
このとき、集電板が、主平面の中心に透孔を有し、扇形の切欠きは、主平面の透孔から外周に向けて開口している、又は集電板が、主平面の中心に無孔領域を有し、扇形の切欠きは、扇形の部分の内、前記無効領域を除く部分が、主平面の中心から外周に向けて開口していると、被溶接材との接触部分が扇形である一対の溶接電極を使用すれば、円筒形電池を回転させることにより溶接位置を変えることができ、溶接装置の簡略化が可能となる。切欠きの中心角の角度α及び一対の直線部の長さは、溶接電極の形状及び集電板―極板側端部との接合面積を考慮して設定される。
尚、負極集電体１６についても、正極集電体１５と同等の方法で溶接することができる。
【００１３】
正極集電板１５と負極集電板１６とが接合された渦巻状電極群１２は、外装体１１に収納され、負極集電板１６が外装体１１の底に抵抗溶接される。続いて、正極集電板１５におけるリード領域１５ａは、略１５０〜１８０°折り返される。その後、封口体１３を載置する。このときに、外装体１１の内方においては、封口体１３の内側面と正極集電板１５のリード領域１５ａに形成された凹部分１５１の頂部とが点接触または線接触する。なお、封口体１３を載置する際には、これに先だって外装体１１内に所要量の電解液を注入し、さらに正極集電板１５と封口体１３との間に絶縁ワッシャ１７（図１参照）を介挿させておく。
以上のような状態とした後に、封口体１３におけるキャップ体１３２の外表面と、外装体１１の底面１１ｃの間に、所要の圧力を印加しながら溶接電流を流す。これにより、正極集電板１５と封口体１３は接合される。
以上のようにして、本発明のＳＣサイズの円筒形ニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）蓄電池を作製できる。
【００１４】
上記円筒形ニッケル−カドミウム蓄電池は、渦巻状電極群の少なくとも一方の端面に溶接される集電板の主平面に、主平面の中心付近から外周に向けて開口する外形が扇形の切欠きを有しているので、集電板を渦巻状電極群の端面に配置すると、扇形の切欠きに対向する渦巻状電極群の端面が、集電板によって覆われずに露出する。これにより、一対の溶接電極の一方を当該露出した渦巻状電極群の端面に接触させ、他方の溶接電極を集電板の主平面に接触させた状態で通電し、集電板と渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部との溶接を行うことができる。このとき、図１０（ｂ）に示すように、溶接電流の殆んどが、集電板１５〜極板側端部１８〜集電板１５を経由（図１０（ｂ）中の「１」の経路）して流れることになる。  
これにより、溶接無効電流が殆んど生じない状態で集電板を渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部に溶接することができるので、従来に比べ、集電板と渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部との溶接強度の高い円筒形電池を製造することができる。
また、本発明の円筒形電池によれば、集電板と渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部との溶接強度を高めることができるので、従来のように、主平面の多数設けられた透孔の周縁にバーリング加工によって渦巻状電極群の側に突出された縁部分（スリーブ）を介さずに、集電板の主平面を直接渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部に溶接することができる。これにより、主平面に透孔を設けていない低コストの集電体を用いた場合でも、集電板と渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部との溶接強度を維持することでき、低コストの円筒形電池を得ることができる。
さらに、本発明の円筒形電池によれば、集電板と渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部との溶接強度を高めることができるので、低コスト化を目的に活物質未充填部を形成していない極板側端部に集電板を溶接した場合でも、渦巻状電極群の端面を構成する極板側端部との溶接強度を維持することができ、より低コストの円筒形電池を得ることができる。
特に、円筒形電池に含まれる集電板が、主平面の中心に透孔を有し、扇形の切欠きは、主平面の透孔から外周に向けて開口している、又は円筒形電池に含まれる集電板は、主平面の中心に無孔領域を有し、扇形の切欠きが、扇形の部分の内、前記無効領域を除く部分が、主平面の中心から外周に向けて開口していると、図８に示すように、露出した渦巻状電極群の端面に接触させる溶接電極と集電板の主平面に接触させる溶接電極の形状を同じにすることができるとともに、電池を中心軸に対して回転させるだけで溶接位置を変えることができるので、溶接装置の簡略化が可能となる。
【符号の説明】
【００１５】
１．円筒形電池
１１．外装体
１２．渦巻状電極群
１３．封口体
１４．ガスケット
１５、２０．正極集電板
１６．負極集電板
１７．絶縁ワッシャ
２４．スリット
１２１．正極板
１２２．負極板
１２３．セパレータ
１５２．環状透孔
１５３．円弧状透孔
１５５、１５９．扇形の切欠き
１５４．線分状スリット
１５６．切り欠き部
１５７．平坦部分
１５８．中心透孔
【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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