(57)【要約】  複数の電池からなる組電池を単位として、該組電池が複数個並列に配列された電池ブロックであって、電池は、その一端部に正極端子及び負極端子を有し、組電池は、一端部の向きを揃えて一列に配列された複数の電池と、電池の一端部側に配設され、該電池を保持する絶縁性ホルダーと、電池の一端部上に配設され、複数の電池の正極端子を並列接続する正極バスバー、及び複数の電池の負極端子を並列接続する負極バスバーとを備え、正極バスバー及び負極バスバーは、絶縁性ホルダーに、列方向に沿って、互いに平行に形成された保持部に保持されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池からなる組電池を単位として、該組電池が複数個並列に配列された電池ブロックであって、
前記電池は、その一端部に、互いに電気的に絶縁された正極端子及び負極端子を有しており、
前記組電池は、
前記一端部の向きを揃えて一列に配列された複数の電池と、
前記電池の一端部側に配設され、該電池を保持する絶縁性ホルダーと、
前記電池の一端部上に配設され、前記複数の電池の正極端子を並列接続する正極バスバー、及び前記複数の電池の負極端子を並列接続する負極バスバーと
を備え、
前記正極バスバー及び前記負極バスバーは、それぞれ、前記絶縁性ホルダーに、列方向に沿って、互いに平行に形成された保持部に保持されている、電池ブロック。
【請求項２】
前記正極バスバーは、各電池の正極端子に接続される複数の正極接続片を有し、
前記負極バスバーは、各電池の負極端子に接続される複数の負極接続片を有している、請求項１に記載の電池ブロック。
【請求項３】
前記電池は、金属製の電池ケースと、該電池ケースの開口部を封口し、該電池ケースと電気的に絶縁された封口板とを備え、
前記正極端子は、前記封口板からなり、
前記負極端子は、前記電池ケースからなる、請求項１に記載の電池ブロック。
【請求項４】
前記組電池毎に独立して設けられた前記正極バスバー及び前記負極バスバーは、それぞれ、前記組電池を構成する複数の電池の配列方向に対して、垂直な方向に配設された連結バスバーによって並列接続されている、請求項１に記載の電池ブロック。
【請求項５】
前記組電池に配設された前記絶縁性ホルダーは、複数の組電池において一体的に形成されている、請求項１に記載の電池ブロック。
【請求項６】
前記電池ブロックは、前記電池の一端上を覆う蓋体を備え、
前記蓋体、及び、前記正極バスバー並び前記負極バスバーの側壁によって、前記電池から噴出されたガスを外部に排出する排気ダクトが区画されている、請求項１に記載の電池ブロック。
【請求項７】
隣接する前記組電池において、各組電池を構成する複数の電池は、千鳥配置されている、請求項１に記載の電池ブロック。
【請求項８】
前記負極接続片は、幅の狭くなったヒューズ部を有している、請求項２に記載の電池ブロック。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載の電池ブロックが複数個配列されて電池モジュールであって、
隣接する前記電池ブロックは、互いに直列接続されている、電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池からなる組電池を単位として、該組電池が複数個並列に配列された電池ブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池を並列接続して電池ブロックを構成し、この電池ブロックを複数個、直列接続して、所定の電圧及び容量を出力できるようにした電池モジュールが知られている。【０００３】
特許文献１には、電池の一端部に正極端子及び負極端子が設けられ、複数の電池の正極端子及び負極端子が、それぞれ、電池の一端部上に配置された正極及び負極のバスバーに並列接続された電池ブロックが記載されている。ここで、正極及び負極のバスバーは、絶縁板を介して積層されており、バスバー及び絶縁板に、それぞれ孔が設けられ、この孔を通るワイヤーを介して、上層のバスバーに、電池の正極端子または負極端子が接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−５１６２７３号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された電池ブロックでは、正極及び負極のバスバーが、絶縁板を介して積層されているため、電池の位置に合わせて、バスバー及び絶縁板に、それぞれ、ワイヤーを通す孔を設ける必要がある。そのため、電池ブロックにおいて、電池の配列が変わると、その配列に合わせて孔の加工を行う必要があるため、多様な電池の配列に対応する場合、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
また、複数の電池をアレイ状に配置して電池ブロックを構成した場合、絶縁板を介して積層された正極及び負極のバスバーは、全ての電池を覆う平板になるため、面積が大きくなり、材料コストが高くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、複数の電池が並列接続された電池ブロックにおいて、製造コスト及び材料コストの低減を図ることのできる電池ブロックを提供することにある。
【０００８】
本発明に係る電池ブロックは、複数の電池からなる組電池を単位として、該組電池が複数個並列に配列された電池ブロックであって、電池は、その一端部に、互いに電気的に絶縁された正極端子及び負極端子を有しており、組電池は、一端部の向きを揃えて一列に配列された複数の電池と、電池の一端部側に配設され、該電池を保持する絶縁性ホルダーと、電池の一端部上に配設され、複数の電池の正極端子を並列接続する正極バスバー、及び複数の電池の負極端子を並列接続する負極バスバーとを備え、正極バスバー及び負極バスバーは、それぞれ、絶縁性ホルダーに、列方向に沿って、互いに平行に形成された保持部に保持されている。
【０００９】
本発明によれば、複数の電池が並列接続された電池ブロックにおいて、製造コスト及び材料コストの低減を図ることのできる電池ブロックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における電池ブロックの構成を模式的に示した斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態における電池ブロックの分解図である。
【図３】組電池を構成する電池の一例を示した断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、本実施形態における正極バスバーの構成を模式的に示した図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、本実施形態における負極バスバーの構成を模式的に示した図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、正極バスバーの正極接続片、及び、負極バスバーの負極接続片が、それぞれ、電池の正極端子及び負極端子に接続された状態を示した部分拡大図である。
【図７】正極バスバー及び負極バスバーを、それぞれ、絶縁性ホルダーに形成した保持部に保持する方法を示した図である。
【図８】複数の電池を配列した組電池を、並列に配列した電池ブロックにおいて、各組電池を並列接続する方法を示した平面図である。
【図９】本発明の他の実施形態における電池ブロックの構成を模式的に示した斜視図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の他の実施形態における負極バスバーの構成を模式的に示した図で、（ｂ）は、負極バスバーの負極接続片が、電池の負極端子に接続された状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態における電池ブロック１００の構成を模式的に示した斜視図である。また、図２は、本実施形態における電池ブロック１００の分解図である。
【００１３】
図１及び図２に示すように、本実施形態における電池ブロック１００は、複数の電池１０からなる組電池１１を単位として、この組電池１１が複数個並列に配列された構成をなす。本実施形態では、組電池１１として、５個の電池１０を、Ｘ方向に一列には配列した構成とし、電池ブロック１００として。組電池１１を、Ｙ方向に８個並列に配列した構成を例示するが、これに限定されるものではない。
【００１４】
組電池１１を構成する電池１０は、図２（ｃ）に示すように、その一端部に、互いに電気的に絶縁された正極端子５及び負極端子６を有している。そして、組電池１１は、複数の電池１０が、一端部の向きを揃えて、Ｘ方向に一列に配列されている。
【００１５】
組電池１１は、電池１０の一端部側に配設され、電池１０を保持する絶縁性ホルダー４０を備えている。そして、絶縁性ホルダー４０には、図２（ｂ）に示すように、列方向（Ｘ方向）に沿って、互いに平行に形成された保持部４１、４２が形成されている。なお、本実施形態では、組電池１１毎に配設された絶縁性ホルダー４０を、電池ブロック１００全体として、一体的に形成しているが、組電池１１毎に、分離して形成してもよい。
【００１６】
また、組電池１１は、図２（ａ）に示すように、電池１０の一端部上に、複数の電池１０の正極端子５を並列接続する正極バスバー２０Ｂ（２０Ａ）、及び複数の電池１０の負極端子６を並列接続する負極バスバー３０Ａ（３０Ｂ）を備えている。そして、詳しくは、後述するが、正極バスバー２０Ｂ（２０Ｂ）及び負極バスバー３０Ａ（３０Ｂ）は、それぞれ、絶縁性ホルダー４０に形成された保持部４１、４２に保持されている。これにより、正極バスバー２０Ｂ（２０Ａ）、及び負極バスバー３０Ａ（３０Ｂ）は、電池１０の両側において、列方向（Ｘ方向）に沿って、互いに平行に配列されている。
【００１７】
本実施形態では、隣接する組電池１１において、組電池１１を構成する複数の電池１０は、千鳥配置されている。そのため、隣接する組電池１１において、一方の組電池１１に使用する正極バスバー２０Ｂ、及び負極バスバー３０Ａの長さと、他方の組電池１１に使用する正極バスバー２０Ａ、及び負極バスバー３０Ｂの長さとを異ならせている。
【００１８】
また、電池１０の一端部とは反対側の端部には、セルホルダー５０が配設され、各電池１０を、セルホルダー５０に形成された孔５０ａに挿入することによって、各電池１０が、セルホルダー５０に保持される。なお、セルホルダー５０は、電池ブロック１００全体として、一体的に形成されていることが好ましい。
【００１９】
組電池１１を構成する電池１０は、例えば、図３に示すような、円筒形のリチウムイオン二次電池を用いることができる。
【００２０】
図３に示すように、電池１０は、正極１と負極２とがセパレータ３を介して捲回された電極群が、非水電解液（不図示）とともに、電池ケース６に収容されている。電極群の上下には、絶縁板９ａ、９ｂが配され、正極１は、正極リード４ａを介してフィルタ８ａに接合され、負極２は、負極リード４ｂを介して負極端子を兼ねる電池ケース６の底部に接合されている。
【００２１】
フィルタ８ａは、インナーキャップ８ｂに接続され、インナーキャップ８ｂの突起部は、金属製の弁体８ｃに接合されている。さらに、弁体８ｃは、正極端子を兼ねる封口板５に接続されている。そして、封口板５、弁体８ｃ、インナーキャップ８ｂ、及びフィルタ８ａが一体となって、ガスケット７を介して、電池ケース６の開口部を封口している。また、封口板５には、電池１０内に発生したガスを外部に排出する開放部５ａが形成されている。
【００２２】
図４は、本実施形態における正極バスバーの構成を模式的に示した図で、（ａ）は、長い方の正極バスバー２０Ａ、（ｂ）は、短い方の正極バスバー２０Ｂである。
【００２３】
正極バスバー２０Ａは、バスバー本体２１Ａと、各電池の正極端子に接続される複数（ここでは、５個）の正極接続片２３を有する正極集電板２２とで構成され、バスバー本体２１Ａと、正極集電板２２とは、超音波溶接等で接合されている。同様に、正極バスバー２０Ｂは、バスバー本体２１Ｂと、各電池の正極端子に接続される複数の正極接続片２３を有する正極集電板２２とで構成され、バスバー本体２１Ｂと、正極集電板２２とは、超音波溶接等で接合されている。ここで、バスバー本体２１Ａは、バスバー本体２１Ｂよりも長くなっているが、正極集電板２２は、同じ構成になっている。
【００２４】
図５は、本実施形態における負極バスバーの構成を模式的に示した図で、（ａ）は、長い方の負極バスバー３０Ａ、（ｂ）は、短い方の負極バスバー３０Ｂである。
【００２５】
正極バスバーと同様に、負極バスバー３０Ａは、バスバー本体３１Ａと、各電池の負極端子に接続される複数の負極接続片３３を有する負極集電板３２とで構成され、バスバー本体３１Ａと、負極集電板３２とは、超音波溶接等で接合されている。同様に、負極バスバー３０Ｂは、バスバー本体３１Ｂと、各電池の負極端子に接続される複数の負極接続片３３を有する負極集電板３２とで構成され、バスバー本体３１Ｂと、負極集電板３２とは、超音波溶接等で接合されている。ここで、バスバー本体３１Ａは、バスバー本体３１Ｂよりも長くなっているが、負極集電板３２は、同じ構成になっている。
【００２６】
本実施形態において、バスバー本体（２１Ａ、２１Ｂ）、（３１Ａ、３１Ｂ）は、組電池１１を構成する複数の電池１０が並列接続されたときの電流容量に応じた厚みおよび幅を有している。一方、正極集電板２２及び正極接続片２３、並びに、負極集電板３２及び負極接続片３３は、一体的に形成されており、正極接続片２３及び負極接続片３３が、電池１０の正極端子５及び負極端子６に接続しやすいように、柔軟性のある厚みを有している。バスバー本体（２１Ａ、２１Ｂ）、（３１Ａ、３１Ｂ）、及び、正極集電板２２（正極接続片２３）、負極集電板３２（負極接続片３３）の材料は、特に限定されないが、例えば、アルミニウム等を用いることができる。
【００２７】
図６（ａ）、（ｂ）は、端に配置された組電池１１において、正極バスバー２０Ｂの正極接続片２３、及び、負極バスバー３０Ｂの負極接続片３３が、それぞれ、電池１０の正極端子５及び負極端子６に接続された状態を示した部分拡大図である。ここで、図６（ａ）は、図１において、矢印Ａの方向から見たときの斜視図で、図６（ｂ）は、矢印Ｂの方向から見たときの斜視図である。なお、ここでは、絶縁性ホルダー４０を省略している。
【００２８】
図６（ａ）に示すように、正極バスバー２０Ｂの正極接続片２３は、電池１０の正極端子５に、例えば、レーザー溶接等により接合されている。また、図６（ｂ）に示すように、負極バスバー３０Ｂの負極接続片３３は、電池１０の負極端子６に、例えば、レーザー溶接等により接合されている。ここでは、負極接続片３３を、図３に示した電池ケース６の肩部６Ａに接合しているが、電池ケース６の側壁に接合してもよい。
【００２９】
図７は、端に配置された組電池１１において、正極バスバー２０Ｂ及び負極バスバー３０Ａを、それぞれ、絶縁性ホルダー４０に形成した保持部４１、４２に保持する方法を示した図である。
【００３０】
図７に示すように、正極バスバー２０Ｂを保持する保持部４１、及び、負極バスバー３０Ａを保持する保持部４２は、それぞれ、組電池１１を構成する電池１０の列方向に沿って、互いに平行に形成されている。本実施形態では、各保持部４１、４２は、それぞれ、互い違いに配置したリブで構成されており、リブとリブとの隙間に、正極バスバー２０Ｂ及び負極バスバー３０Ａが挿入されて、保持される。
【００３１】
なお、隣接する組電池１１において、一方の組電池１１の正極バスバーと、他方の組電池１１の負極バスバーとは、互いに対峙することになるが、正極バスバーと負極バスバーとの間には、絶縁性の保持部４１、４２が介在するため、正極バスバーと負極バスバーとが接触することはない。これにより、隣接する組電池１１同士が短絡するのを防止することができる。
【００３２】
本実施形態において、保持部４１、４２の形状は、特に限定されないが、上述したように、隣接する組電池１１同士が短絡されるのを防止するために、保持部４１、４２が、正極バスバー及び負極バスバーを保持した状態で、少なくとも、正極バスバー及び負極バスバーよりも外方向に位置する部位を有していることが好ましい。
【００３３】
また、本実施形態では、保持部４１、４２を、それぞれ、互い違いに配置したリブで構成したが、例えば、一定の隙間を有する互いに平行なリブで構成してもよい。また、絶縁性ホルダー４０と保持部４１、４２とは、別部材により一体的に形成されていてもよい。
【００３４】
図８は、５個の電池１０を、Ｘ方向に一列には配列した組電池１１を、Ｙ方向に８個並列に配列した電池ブロックを例にして、各組電池１１を並列接続する方法を示した平面図である。
【００３５】
本実施形態では、組電池１１を構成する電池１０は、組電池１１毎に独立して設けられた正極バスバー２０Ａ（２０Ｂ）及び負極バスバー３０Ａ（３０Ｂ）によって、並列接続されている。そのため、電池ブロックを構成する全ての電池１０を並列接続するためには、組電池１１同士を並列接続する必要がある。
【００３６】
図８に示すように、隣接する組電池１１Ａ、１１Ｂにおいて、各組電池１１Ａ、１１Ｂを構成する複数の電池１０は、千鳥配置されている。そのため、組電池１１を構成する複数の電池１０の配列方向（Ｘ方向）において、隣接する組電池１１Ａ、１１Ｂは、それぞれ、反対方向に突出している。
【００３７】
そこで、各組電池１１Ａにおける正極バスバー２０Ａ、２０Ｂを、電池１０の配列方向（Ｘ方向）の一方の端部まで延存させ、各組電池１１Ｂにおける負極バスバー３０Ａ、３０Ｂを、電池１０の配列方向（Ｘ方向）の他方の端部まで延存させる。これにより、組電池１１Ａ、１１Ｂ毎に独立して設けられた正極バスバー２０Ａ、２０Ｂ及び負極バスバー３０Ａ、３０Ｂを、それぞれ、電池１０の配列方向（Ｘ方向）の両端部において、組電池１１を構成する複数の電池１０の配列方向（Ｘ方向）に対して、垂直な方向（Ｙ方向）に配設された連結バスバー６０、７０によって、並列接続することができる。なお、正極バスバー２０Ａ、２０Ｂ及び負極バスバー３０Ａ、３０Ｂと、連結バスバー６０、７０とは、例えば、レーザー溶接により接合することができる。
【００３８】
本実施形態では、複数の電池１０からなる組電池１１を単位として、組電池１１を複数個並列に配列して電池ブロック１００を構成し、電池ブロック１００を構成する全ての電池１０を並列接続している。従って、この電池ブロック１００を複数個配列し、隣接する電池ブロック１００を、互いに直列接続することによって、所定の電圧及び容量を有する電池モジュールを構成することができる。
【００３９】
本実施形態によれば、複数の電池１０が並列接続された組電池１１を単位として、組電池１１を複数個並列に配列して電池ブロック１００を構成しているため、電池ブロック１００を構成する組電池１１の配列を変更しても、連結バスバー６０、７０の長さを変えるだけで、組電池１１同士を並列接続することができる。これにより、多様な仕様の電池ブロック１００に対しても、その製造コストを低減することができる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、組電池１１を構成する複数の電池１０の並列接続を、電池１０の一端部上に配設された正極バスバー２０Ａ，２０Ｂ、及び負極バスバー３０Ａ、３０Ｂによって行い、組電池１１同士の並列接続を、組電池１１を構成する複数の電池１０の配列方向に対して、垂直な方向に配設された連結バスバー６０、７０によって行うため、最小限の部材で、電池ブロック１００を構成する全ての電池１０の並列接続を行うことができる。これにより、電池ブロック１００の材料コストを低減することができる。
【００４１】
さらに、本実施形態によれば、組電池１１毎に、正極バスバー２０Ａ、２０Ｂ及び負極バスバー３０Ａ、３０Ｂを、独立して設けているため、組電池１１を構成する電池１０の個数に応じて、その電流容量に適した正極バスバー２０Ａ、２０Ｂ及び負極バスバー３０Ａ、３０Ｂの設計を行うことができる。これにより、正極バスバー２０Ａ、２０Ｂ及び負極バスバー３０Ａ、３０Ｂの材料コストを低減することができる。
【００４２】
図９は、本発明の他の実施形態における電池ブロック１００の構成を模式的に示した斜視図である。
【００４３】
本実施形態における電池ブロック１００は、図１に示した電池ブロック１００において、電池１０の一端上を蓋体８０で覆った構成をなす。このとき、各組電池１１に設けられた正極バスバー２０Ａ、２０Ｂ及び負極バスバー３０Ａ、３０Ｂは、電池１０の一端部よりも上方に位置しているため、蓋体８０、及び、正極バスバー２０Ａ、２０Ｂ並び負極バスバー３０Ａ、３０Ｂの側壁によって、一定の空間が区画される。
【００４４】
一方、本実施形態における電池１０は、図３に示したように、封口板５に、電池１０内に発生したガスを外部に排出する開放部５ａが形成されている。従って、蓋体８０、及び、正極バスバー２０Ａ、２０Ｂ並び負極バスバー３０Ａ、３０Ｂの側壁によって区画された空間を、電池１０から噴出されたガスを外部に排出する排気ダクトとすることができる。これにより、図９に示すように、電池１０内で、内部短絡等による発熱でガスが発生し、電池１０から高温ガスが噴出しても、排気ダクトを通じて、高温ガスを、矢印の方向に向かって、電池ブロック１００の外部に排出することができる。
【００４５】
図１０（ａ）は、本発明の他の実施形態における負極バスバー３０Ｂの構成を模式的に示した図である。また、図１０（ｂ）は、負極バスバー３０Ｂの負極接続片３３が、電池１０の負極端子６（６Ａ）に接続された状態を示した図である。なお、ここでは、絶縁性ホルダー４は省略している。
【００４６】
本実施形態における負極バスバー３０Ｂの負極接続片３３は、その一部に、幅の狭くなったヒューズ部３３Ａを有している。ヒューズ部３３Ａは電池ケース６に接触しないように電池１０の側面に沿って上下方向に折り返す形状に形成されている。これにより、負極接続片３３にヒューズ部３３Ａを設ける長さが確保でき、電池１０に異常が発生した場合、電池１０に接続されたヒューズ部３３Ａが過電流により溶断されることにより、異常が発生した電池１０を、他の電池１０から電気的に分離することができる。
【００４７】
なお、本実施形態におけるヒューズ部３３Ａは、負極接続片３３の他の部位よりも電気抵抗が大きくなるように形成された部位であれば、その形状は特に限定されない。
【００４８】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、隣接する組電池１１において、各組電池１１を構成する複数の電池１０を、千鳥配置させたが、各電池１０を、電池１０の配列方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｙ方向）に一列に揃えて配置してもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、長さの異なる２種類の正極バスバー２０Ａ、２０Ｂ、及び負極バスバー３０Ａ、３０Ｂを用いたが、それぞれ、長さの同じ１種類の正極バスバー及び負極バスバーであってもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、組電池１１を構成する電池１０として、円筒形のリチウムイオン二次電池を例示したが、これに限定されず、一端部に、互いに電気的に絶縁された正極端子及び負極端子を有する電池であれば、その種類、形状等は問わない。
【符号の説明】
【００５１】
１      正極
２      負極
３      セパレータ
５      正極端子（封口板）
５ａ    開放部
６      負極端子（電池ケース）
１０      電池
１１      組電池
２０Ａ、２０Ｂ    正極バスバー
２１Ａ、２１Ｂ    バスバー本体
２２      正極集電板
２３      正極接続片
３０Ａ、３０Ｂ    負極バスバー
３１Ａ、３１Ｂ    バスバー本体
３２      負極集電板
３３      負極接続片
３３Ａ    ヒューズ部
４０      絶縁性ホルダー
４１、４２    保持部
５０      セルホルダー
６０、７０    連結バスバー
８０      蓋体
１００    電池ブロック
【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】
2019044582.tif 000007
【図６】
2019044582.tif 000008
【図７】
2019044582.tif 000009
【図８】
2019044582.tif 000010
【図９】
2019044582.tif 000011
【図１０】
2019044582.tif 000012
【国際調査報告】
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2019044582.tif 000014
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