(57)【要約】【課題】  安全対策電極ユニットの溶接性の向上が図られた蓄電装置を提供する。【解決手段】  二次電池１０においては、安全対策電極ユニット３０の第１の金属箔３２Ａのタブ部３２２および第２の金属箔３２Ｂのタブ部３２４に、断面積縮小部３３Ａが設けられている。この断面積縮小部３３Ａにおいては、タブ部３２２、３２４の突出方向に直交する断面積が小さくなっているため、ここを突出方向に沿って通過する熱の伝達が阻害される。したがって、タブ部３２２、３２４の溶接箇所Ｗ２における導電部材４０Ａ、４０Ｂとの溶接時に、溶接箇所Ｗ２に生じた熱が、伝熱経路Ｒに沿って、断面積縮小部３３Ａを通って本体部３２１、３２３まで伝達される際、その伝熱が断面積縮小部３３Ａにおいて阻害される。それにより、溶接時のタブ部３２２、３２４における熱拡散（タブ部３２２、３２４への熱の逃げ）が抑えられ、溶接性の向上が図られる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
前記ケースに収容され、金属箔に正極活物質を塗工してなる正極と金属箔に負極活物質を塗工してなる負極とが、セパレータを介して積層された電極組立体と、
前記電極組立体の正極と電気的に接続される正極導電部材と、前記電極組立体の負極と電気的に接続される負極導電部材とで構成される、一対の導電部材と、
前記電極組立体の外側に積層されて、前記電極組立体と前記ケースとの間に介在する安全対策電極ユニットとを備え、
前記安全対策電極ユニットが、前記正極導電部材に溶接される第１の金属箔と、前記負極導電部材に溶接される第２の金属箔と、前記第１の金属箔と前記第２の金属箔との間に介在する絶縁層とを有し、
前記第１の金属箔および前記第２の金属箔が、前記電極組立体の活物質塗工領域に対向する本体部と、該本体部の縁部に形成されるとともに前記導電部材に溶接されるタブ部とを含み、
前記タブ部には、前記導電部材との溶接箇所から前記本体部までの伝熱経路上に、該経路に直交する断面積が部分的に縮小する断面積縮小部が設けられている、蓄電装置。
【請求項２】
前記断面積縮小部が、前記タブ部の切欠きにより形成されている、請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記断面積縮小部が、前記タブ部を貫通する貫通孔により形成されている、請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記断面積縮小部が、前記導電部材との溶接箇所と前記本体部とを結ぶ最短距離の仮想線上に位置している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記蓄電装置が二次電池である、請求項１に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、蓄電装置の一種である二次電池としては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などがよく知られている。このような二次電池は、蓄電要素である電極組立体がケースに収容された構成を有する。電極組立体は、アルミ箔等の金属箔に正極活物質を塗工してなる正極と、銅箔等の金属箔に負極活物質を塗工してなる負極とが、セパレータを介して積層されたものである。また、二次電池は、外部に電力を取り出すための一対の電極端子を備え、その正極端子に電極組立体の正極が導電部材を介して接続され、その負極端子に電極組立体の負極が導電部材を介して接続される。
【０００３】
下記特許文献１には、上述のような二次電池において、電極組立体の両外側に、活物質が塗工されていない一対の金属箔を有する電極ユニット（以下、安全対策電極ユニットと称す。）を重ね合わせるとともに、この電極ユニットの一方の金属箔を正極端子まで延びる導電部材に、他方の金属箔を負極端子まで延びる導電部材に接続する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６８１５６号公報
【特許文献２】特開２００２−５６８３９号公報
【特許文献３】特開２００９−２２４０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の二次電池においては、以下に示すような問題があった。すなわち、上述した安全対策電極ユニットの金属箔の導電部材への接続には、抵抗溶接が用いられるが、溶接箇所からの熱拡散が大きい場合には、溶接不良等の不具合が生じる。
【０００６】
このような問題は、二次電池だけでなく、電気二重層キャパシタ等のその他の蓄電装置においても同様に生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、安全対策電極ユニットの溶接性の向上が図られた蓄電装置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】
【０００８】
本発明に係る蓄電装置は、ケースと、ケースに収容され、金属箔に正極活物質を塗工してなる正極と金属箔に負極活物質を塗工してなる負極とが、セパレータを介して積層された電極組立体と、電極組立体の正極と電気的に接続される正極導電部材と、電極組立体の負極と電気的に接続される負極導電部材とで構成される、一対の導電部材と、電極組立体の外側に積層されて、電極組立体とケースとの間に介在する安全対策電極ユニットとを備え、安全対策電極ユニットが、正極導電部材に溶接される第１の金属箔と、負極導電部材に溶接される第２の金属箔と、第１の金属箔と第２の金属箔との間に介在する絶縁層とを有し、第１の金属箔および第２の金属箔が、電極組立体の活物質塗工領域に対向する本体部と、該本体部の縁部に形成されるとともに導電部材に溶接されるタブ部とを含み、タブ部には、導電部材との溶接箇所から本体部までの伝熱経路上に、該経路に直交する断面積が部分的に縮小する断面積縮小部が設けられている。
【０００９】
この蓄電装置においては、タブ部に設けられた断面積縮小部により、溶接時のタブ部の熱拡散（タブ部への熱の逃げ）が抑えられる。そのため、この蓄電装置によれば、タブ部を短時間で溶接温度まで上昇させることができるとともに、その溶接温度を効率よく保持することができるため、溶接性の向上が図られている。
【００１０】
また、断面積縮小部が、タブ部の切欠きにより形成されている態様であってもよい。この場合、タブ部を部分的に除去することで、容易に断面積縮小部を形成することができる。
【００１１】
また、断面積縮小部が、タブ部を貫通する貫通孔により形成されている態様であってもよい。この場合、貫通孔を形成することで、容易に断面積縮小部を形成することができる。
【００１２】
また、断面積縮小部が、導電部材との溶接箇所と本体部とを結ぶ最短距離の仮想線上に位置している態様であってもよい。この場合、タブ部の溶接箇所から本体部までの伝熱を効果的に阻害することができ、熱拡散のさらなる抑制が図られる。
【００１３】
また、蓄電装置が二次電池である態様であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、安全対策電極ユニットの溶接性の向上が図られた蓄電装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る二次電池の構成を示した概略断面図である。
【図２】図２は、図１の二次電池の電極組立体と安全対策電極ユニットとの接続を示した図であり、正極のタブが存在する位置における断面図である。
【図３】図３は、図１の電極組立体を構成する電極の平面形状を示した図であり、（ａ）が正極、（ｂ）が負極を示している。
【図４】図４は、安全対策電極ユニットの金属箔の平面形状を示した図であり、（ａ）が第１の金属箔、（ｂ）が第２の金属箔を示している。
【図５】図５は、図３のタブ部の部分拡大図である。
【図６】図６は、図１の二次電池における釘刺しの様子を示した図である。
【図７】図７は、図６の釘刺し時における安全対策電極ユニットを流れる電流の様子を示した図である。
【図８】図８は、異なる形状の断面積縮小部を示した図である。
【図９】図９は、異なる形状の断面積縮小部を示した図である。
【図１０】図１０は、異なる形状の断面積縮小部を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
【００１７】
まず、本発明の実施形態に係る蓄電装置としての二次電池１０の構成について、図１および図２を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１に示すように、二次電池１０は、ケース１２を備えている。ケース１２は、金属（例えばステンレスやアルミニウムなど）で構成されており、その内側面には絶縁層１４が形成されている。
【００１９】
ケース１２内には、電極組立体２０が収容されている。電極組立体２０は、正極２２Ａおよび負極２２Ｂが層状（積層構造）に１０〜１００層程度積層されたものであり、充電により蓄えた電力を供給する。なお、負極２２Ｂは、袋状のセパレータ（隔膜）２７で覆われており、このセパレータ２７により、正極２２Ａと負極２２Ｂとが絶縁されている。なお、セパレータ２７は、袋状に限らず、正極２２Ａと負極２２Ｂとの間に介在するシート状のセパレータであってもよい。
【００２０】
正極２２Ａは、正極金属箔２３に正極活物質２４が塗工された構成を有している。正極金属箔２３は、厚さ８〜２０μｍ程度（たとえば厚さ１５μｍ）の均一厚さを有するアルミ箔で構成されており、その平面形状は図３（ａ）に示すとおりである。すなわち、正極金属箔２３は、本体部２３１とタブ部２３２とで構成されている。本体部３２１は、長方形状であり、その表裏面の全領域に亘って正極活物質２４が塗工されている。一方、タブ部２３２は、正極活物質２４が塗工されていない未塗工部分である。タブ部２３２は、四角形状であり、本体部２３１の長辺に相当する縁部から突出している。タブ部２３２は、その先端部に溶接箇所Ｗ１があり、この溶接箇所Ｗ１において、後述する正極導電部材４０Ａの溶接箇所Ｗ３との間で抵抗溶接がおこなわれる。
【００２１】
負極２２Ｂは、負極金属箔２５に負極活物質２６が塗工された構成を有している。負極金属箔２５は、厚さ８〜２０μｍ程度（たとえば、厚さ１０μｍ）の均一厚さを有する銅箔で構成されており、その平面形状は図３（ｂ）に示すとおりである。すなわち、負極金属箔２５も、正極金属箔２３同様、本体部２５１とタブ部２５２とで構成されている。本体部２５１は、正極金属箔２３の本体部２３１と同一寸法の長方形状であり、その表裏面の全領域に亘って負極活物質２６が塗工されている。一方、タブ部２５２は、負極活物質２６が塗工されていない未塗工部分である。タブ部２５２は、正極金属箔２３のタブ部２３２と同一寸法の四角形状であり、本体部２３３の長辺に相当する縁部から突出している。ただし、その突出位置が、正極金属箔２３のタブ部２３２と異なっており、タブ部２３２、２５２同士が重ならない位置関係となっている。タブ部２５２にも、その先端部に溶接箇所Ｗ１があり、この溶接箇所Ｗ１において、負極導電部材４０Ｂの溶接箇所Ｗ３との間で抵抗溶接がおこなわれる。
【００２２】
上述したように、電極組立体２０において、正極２２Ａの正極活物質２４が塗工される本体部２３１の領域と負極２２Ｂの負極活物質２６が塗工される本体部２５１の領域とは同一の領域であり、以下の説明では、この領域を活物質塗工領域２８と称す。
【００２３】
また、ケース１２内には、上述した電極組立体２０の外側に積層され、電極組立体２０とケース１２との間に介在する安全対策電極ユニット３０が収容されている。なお、安全対策電極ユニット３０は、電極組立体２０の両面に（すなわち、図１に示した上面だけでなく、下面にも）設けられているが、以下では、上面に設けられている安全対策電極ユニット３０についてのみ説明する。
【００２４】
安全対策電極ユニット３０は、第１の金属箔３２Ａと、第２の金属箔３２Ｂと、第１の金属箔３２Ａと第２の金属箔３２Ｂとの間に介在する絶縁層３４とで構成されている。
【００２５】
第１の金属箔３２Ａは、上述した正極金属箔２３を構成する金属箔と同一種類の金属で構成された金属箔であって、正極活物質２４が塗工されていない金属箔（未塗工箔）である。第１の金属箔３２Ａの形状および寸法は、上述した正極金属箔２３の形状および寸法と同一である。すなわち、第１の金属箔３２Ａは、図４（ａ）に示す平面形状のとおり、本体部３２１とタブ部３２２とで構成されている。本体部３２１は、上述した正極金属箔２３の本体部２３１（すなわち、電極組立体２０の活物質塗工領域２８）の形状に対応しており、その形状は長方形状である。第１の金属箔３２Ａは、その本体部３２１が、電極組立体２０の活物質塗工領域２８に対向するように位置合わせされる。タブ部３２２も、上述した正極金属箔２３のタブ部２３２の形状に対応しており、その先端部の溶接箇所Ｗ２で抵抗溶接がおこなわれる。そして、このタブ部３２２には、後述する断面積縮小部３３Ａが設けられている。第１の金属箔３２Ａにおいては、タブ部３２２が、正極金属箔２３のタブ部２３２に重ねられ、かつ、正極導電部材４０Ａに重ねられて、それぞれの溶接箇所Ｗ（すなわち、第１の金属箔３２Ａのタブ部３２２の溶接箇所Ｗ２、正極金属箔２３のタブ部２３２の溶接箇所Ｗ１および正極導電部材４０Ａの溶接箇所Ｗ３）において抵抗溶接される。
【００２６】
第２の金属箔３２Ｂは、上述した負極金属箔２５を構成する金属箔と同一種類の金属で構成された金属箔であって、負極活物質２６が塗工されていない金属箔（未塗工箔）である。第２の金属箔３２Ｂの形状および寸法は、上述した負極金属箔２５の形状および寸法と同一である。すなわち、第２の金属箔３２Ｂは、図４（ｂ）に示す平面形状のとおり、本体部３２３とタブ部３２４とで構成されている。第２の金属箔３２Ｂも、その本体部３２３が、電極組立体２０の活物質塗工領域２８に対向するように位置合わせされる。ただし、第２の金属箔３２Ｂのタブ部３２４は、その突出位置が、第１の金属箔３２Ａのタブ部３２２と異なっており、タブ部３２２、３２４同士が重ならない位置関係となっている。第２の金属箔３２Ｂのタブ部３２４にも、第１の金属箔３２Ａのタブ部３２２と同様の断面積縮小部３３Ａが設けられている。第２の金属箔３２Ｂにおいては、タブ部３２４が、負極金属箔２５のタブ部２５２に重ねられ、かつ、負極導電部材４０Ｂに重ねられて、それぞれの溶接箇所Ｗ（すなわち、第２の金属箔３２Ｂのタブ部３２４の溶接箇所Ｗ２、負極金属箔２５のタブ部２５２の溶接箇所Ｗ１および負極導電部材４０Ｂの溶接箇所Ｗ３）において抵抗溶接される。
【００２７】
ここで、タブ部３２２、３２４に設けられた断面積縮小部３３Ａについて、図５を参照しつつ説明する。なお、断面積縮小部３３Ａは、第１の金属箔３２Ａのタブ部３２２でも第２の金属箔３２Ｂのタブ部３２４でも同様であるため、以下では、第１の金属箔３２Ａのタブ部３２２に設けられた断面積縮小部３３Ａについてのみ説明する。
【００２８】
図５に示すように、タブ部３２２には一対の切欠き３３１が形成されている。一対の切欠き３３１は、タブ部３２２の突出方向（図の上下方向）に沿う両端面から互いに近づくように内側に向かって延びている。また、一対の切欠き３３１は、タブ部３２２の突出方向に関し、溶接箇所Ｗ２より本体部３２１側の同じ位置に形成されている。さらに、一対の切欠き３３１の形状はいずれも四角形状で、同一寸法となっている。
【００２９】
図５に示すタブ部３２２においては、この一対の切欠き３３１によって断面積縮小部３３Ａが形成されており、断面積縮小部３３Ａにおいて、タブ部３２２の突出方向に直交する断面積が部分的に縮小している。
【００３０】
次に、図２を参照しつつ、上述した二次電池１０の電極組立体２０と安全対策電極ユニット３０との接続について説明する。なお、図２は、正極２２Ａのタブ部２３２の位置における断面図であるため、負極２２Ｂのタブ部２５２は図示されていない。
【００３１】
安全対策電極ユニット３０は、電極組立体２０と極性ごとに電気的に接続される。すなわち、安全対策電極ユニット３０の第１の金属箔３２Ａは電極組立体２０の正極２２Ａに接続され、第２の金属箔３２Ｂは電極組立体２０の負極２２Ｂに接続される。さらに、第１の金属箔３２Ａのタブ部３２２および正極２２Ａのタブ部２３２は、図示しない正極端子に接続された正極導電部材４０Ａに重ね合わされて抵抗溶接される。
【００３２】
なお、負極の電気的接続も、正極の電気的接続と同様であるため、その説明は省略する。第２の金属箔３２Ｂのタブ部３２ｂおよび負極２２Ｂのタブ部２５２については、図示しない負極端子に接続された負極導電部材４０Ｂに重ね合わされて抵抗溶接される。
【００３３】
上記抵抗溶接は、電圧制御溶接および電流制御溶接のいずれでおこなってもよい。たとえば、正極の溶接を電流制御溶接でおこない、負極の溶接を電圧制御溶接でおこなってもよい。溶接時には、数平方ミリ程度の面積の溶接箇所Ｗに、数千Ｎの圧力を付加して、数ミリ秒から数秒の時間だけ電流を流す。
【００３４】
続いて、二次電池１０がケース外部から衝撃をうける状況の一例として、二次電池１０が釘刺しされたときについて、図６および図７を参照しつつ説明する。
【００３５】
図６に示すように、二次電池１０に、ケース外部から、電極組立体２０の厚さ方向に沿って釘５０が刺さり、その釘５０が電極組立体２０の正極２２Ａおよび負極２２Ｂを貫く場合、電極組立体２０の短絡が生じる。
【００３６】
ただし、二次電池１０においては、ケース１２と電極組立体２０との間に介在する安全対策電極ユニット３０を備えているため、釘５０は、電極組立体２０に達する前に安全対策電極ユニット３０を貫く。その結果、図７に示すように、正極導電部材４０Ａおよび正極２２Ａと接続された第１の金属箔３２Ａと、負極導電部材４０Ｂおよび負極２２Ｂに接続された第２の金属箔３２Ｂとの間で短絡が生じて、電極組立体２０の電池残量が減少する。そのため、その後に、電極組立体２０の短絡が生じたとしても、電極組立体２０に大電流は流れず、異常発熱や発火等が生じる事態が抑制される。
【００３７】
以上で説明した二次電池１０においては、図５を用いて説明したとおり、安全対策電極ユニット３０の第１の金属箔３２Ａのタブ部３２２および第２の金属箔３２Ｂのタブ部３２４に、断面積縮小部３３Ａが設けられている。この断面積縮小部３３Ａにおいては、タブ部３２２、３２４の突出方向に直交する断面積が小さくなっているため、ここを突出方向に沿って通過する熱の伝達が阻害される。したがって、タブ部３２２、３２４の溶接箇所Ｗ２における導電部材４０Ａ、４０Ｂとの溶接時に、溶接箇所Ｗ２に生じた熱が、伝熱経路Ｒに沿って、断面積縮小部３３Ａを通って本体部３２１、３２３まで伝達される際、その伝熱が断面積縮小部３３Ａにおいて阻害される。それにより、溶接時のタブ部３２２、３２４における熱拡散（タブ部３２２、３２４への熱の逃げ）が抑えられる。したがって、上述した二次電池１０によれば、タブ部３２２、３２４を短時間で溶接温度まで上昇させることができるとともに、その溶接温度を効率よく保持することができるため、溶接性の向上が図られている。
【００３８】
なお、上述した実施形態では、第１の金属箔３２Ａおよび第２の金属箔３２Ｂの両方において、そのタブ部３２２、３２４に断面積縮小部３３Ａを設けた態様を示したが、第１の金属箔３２Ａおよび第２の金属箔３２Ｂのうちの一方のおいてのみ、そのタブ部３２２、３２４に断面積縮小部３３Ａを設けてもよい。この場合でも、一方の金属箔３２Ａ、３２Ｂにおいては、溶接時の熱拡散が抑えられるため、溶接性の向上が図られる。
【００３９】
また、上述した実施形態においては、正極２２Ａのタブ部２３２および負極２２Ｂのタブ部２５２には、断面積縮小部３３Ａを設けていない。これは、正極２２Ａや負極２２Ｂのタブ部では、極力抵抗を小さくして、電気を流しやすくするのが好ましいからである。ただし、正極２２Ａや負極２２Ｂのタブ部の溶接性向上の観点からは、正極２２Ａや負極２２Ｂのタブ部にも、上述した第１の金属箔３２Ａおよび第２の金属箔３２Ｂのタブ部３２２、３２４と同様の断面積縮小部を設けることも可能である。
【００４０】
なお、タブ部３２２に設けられる断面積縮小部３３Ａは、タブ部３２２の断面積を部分的に縮小する部分であれば、様々な形態を取り得る。断面積縮小部の変形例としては、図８〜１０に示すようなものがある。
【００４１】
図８に示した断面積縮小部３３Ｂは、その切欠き３３２の形状が、断面積縮小部３３Ａとは異なっている。断面積縮小部３３Ｂの各切欠き３３２は半月状であり、タブ部３２２の両端面から互いに近づくように内側に向かって延びている。このような切欠き３３２が形成された断面積縮小部３３Ｂであっても、上述した断面積縮小部３３Ａと同様の効果を得ることができる。
【００４２】
その上、断面積縮小部３３Ｂにおいては、切欠き３３２の形状が曲線で構成されているため（すなわち、角がないため）、応力集中が生じにくい。そのため、たとえば二次電池１０の使用時や試験時に、振動等の外力がタブ部３２２に負荷された場合であっても、切欠き３３２の部分における破損が生じにくくなっている。
【００４３】
図９に示した断面積縮小部３３Ｃは、溶接箇所Ｗ２の中心と本体部３２１とを最短で結ぶ仮想線Ｄ上に設けられた円形の貫通孔３３３によって形成されている。このような貫通孔３３３が形成された断面積縮小部３３Ｃであっても、上述した断面積縮小部３３Ａと同様の効果を得ることができる。貫通孔３３３の形状は、円形に限らず、たとえば楕円形状や多角形状に適宜変更することができる。
【００４４】
図１０に示した断面積縮小部３３Ｄは、タブ部３２２の突出方向に関し、位置が異なる一対の切欠き３３４によって形成されている。また、各切り欠き３３４は、溶接箇所Ｗ２と本体部３２１とを結ぶ最短距離の仮想線Ｄを越える位置まで延び、最短距離の仮想線Ｄを横断している。このような切欠き３３４が形成された断面積縮小部３３Ｄであっても、上述した断面積縮小部３３Ａと同様の効果を得ることができる。
【００４５】
その上、各切欠き３３４が最短距離の仮想線Ｄを横断しているため、溶接時に溶接箇所Ｗ２に生じた熱は、本体部３２１まで、仮想線Ｄに沿う直線状ではなく、切り欠き３３４を迂回するようにしてＳ字状に伝熱される。それにより、溶接箇所Ｗ２から本体部３２１までの伝熱を効果的に阻害することができ、溶接時のタブ部３２２における熱拡散のさらなる抑制が図られる。
【００４６】
以上で示した断面積縮小部以外の形態として、タブ部３２２の一端面にのみ切欠きを設けたり、切欠きを複数対設けたりする形態がある。あるいは、断面積縮小部として、タブ部３２２の溶接箇所Ｗ２から本体部３２１までの間の一部の厚みを薄くしてもよい。
【００４７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。たとえば、蓄電装置は、二次電池に限らず、その他の蓄電装置（たとえば電気二重層キャパシタ等）であってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０…二次電池、１２…ケース、２０…電極組立体、２２Ａ…正極、２２Ｂ…負極、２７…セパレータ、３０…安全対策電極ユニット、３２Ａ…第１の金属箔、３２Ｂ…第２の金属箔、３２１…本体部、３２２…タブ部、３３１、３３２、３３４…切欠き、３３３…貫通孔、３４…絶縁層、４０Ａ、４０Ｂ…導電部材、５０…釘、Ｒ…伝熱経路、Ｗ２…溶接箇所。
【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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