(57)【要約】      （修正有）【課題】発電要素を収納した電池ケースの開口部を封口板により密閉してなる扁平電池において、封口板としてのかしめ封口に耐えられる強度を保ちつつ、電流遮断機構が精度よく作動して防爆安全性に優れた扁平電池を提供する。【解決手段】封口板の下部金属箔３４の弁部３４ｄは、電池内圧が所定値に達した時に破断する易破断部３４ｅと、前記易破断部の両端に配置された二つの通気孔と、これらの通気孔を結ぶ曲線状のスリットと易破断部とからなる境界により舌片状となっており、前記通気孔には、９０°〜１２０°のエッジ部を持ち、前記エッジ部が対向して配設されており、前記曲線状の易破断部は、一部が直線状に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を収納した電池ケースの開口部を封口板により密閉してなる長辺面とこれに連なる短辺面からなる電池であり、前記封口板は、中央部分が下方に向け湾曲状に膨出している凹状部を有する上部金属箔と、中央部分が上方に向け湾曲状に膨出している凸状部と、電池の内部圧力が所定値に上昇したときに破断する破断強度に設定されている易破断部と通気孔を有する下部金属箔が配設され、これらの金属箔の周縁部が絶縁パッキンを介在して重ね合わせ固定されているとともに、且つ各々の先端部位を互いに溶着した接続部のみを介して電気的に接続されている扁平電池であって、
前記下部金属箔は易破断部の両端に配置された二つの通気孔と、これらの通気孔を結ぶスリットと易破断部とからなる境界により舌片状となっており、
前記通気孔は、９０°〜１２０°のエッジ部を持ち、前記エッジ部が易破断部の両端部にて対向して配設されていることを特徴とする扁平電池。
【請求項２】
発電要素を収納した電池ケースの開口部を封口板により密閉してなる長辺面とこれに連なる短辺面からなる電池であり、前記封口板は、中央部分が下方に向け湾曲状に膨出している凹状部を有する上部金属箔と、中央部分が上方に向け湾曲状に膨出している凸状部と、電池の内部圧力所定値に上昇したときに破断する破断強度に設定されている易破断部と通気孔を有する下部金属箔が配設され、これらの金属箔の周縁部が絶縁パッキンを介在して重ね合わせ固定されているとともに、且つ各々の先端部位を互いに溶着した接続部のみを介して電気的に接続されている扁平電池であって、
前記下部金属箔は易破断部の両端に配置された二つの通気孔と、これらの通気孔を結ぶスリットと易破断部とからなる境界により舌片状となっており、
前記スリットの一部、若しくは全体が前記凸状部の内側に形成されていることを特徴とする扁平電池。
【請求項３】
発電要素を収納した電池ケースの開口部を金属箔、スペーサ、外部接続端子となるキャップを有する封口板により密閉してなる長辺面とこれに連なる短辺面からなる電池であり、前記金属箔は、中央部分が下方に向け湾曲状に膨出している凹状部を有する上部金属箔と、中央部分が上方に向け湾曲状に膨出している凸状部と、電池の内部圧力が所定値に上昇したときに破断する破断強度に設定されている易破断部と通気孔を有する下部金属箔からなり、これらの金属箔の周縁部が絶縁パッキンを介在して重ね合わせ固定されているとともに、且つ各々の先端部位を互いに溶着した接続部のみを介して電気的に接続されている扁平電池であって、
前記下部金属箔は易破断部の両端に配置された二つの通気孔と、これらの通気孔を結ぶスリットと易破断部とからなる境界により舌片状となっており、
前記スペーサの開口部の形状は、前記金属箔の凸状部および凹状部と重なる部分のみが外側方向に膨出している形状であり、前記凹状部よりも大きいことを特徴とする扁平電池。
【請求項４】
発電要素を収納した電池ケースの開口部を金属箔、スペーサ、外部接続端子となるキャップを有する封口板により密閉してなる長辺面とこれに連なる短辺面からなる電池であり、前記金属箔は、中央部分が下方に向け湾曲状に膨出している凹状部を有する上部金属箔と、中央部分が上方に向け湾曲状に膨出している凸状部と、電池の内部圧力が所定値に上昇したときに破断する破断強度に設定されている易破断部と通気孔を有する下部金属箔からなり、これらの金属箔の周縁部が絶縁パッキンを介在して重ね合わせ固定されているとともに、且つ各々の先端部位を互いに溶着した接続部のみを介して電気的に接続されている扁平電池であって、
前記下部金属箔は易破断部の両端に配置された二つの通気孔と、これらの通気孔を結ぶスリットと易破断部とからなる境界により舌片状となっており、
前記通気孔は、９０°〜１２０°のエッジ部を持ち、前記エッジ部が易破断部の両端部にて対向して配設されており、
前記スペーサの開口部の形状は、前記金属箔の凸状部および凹状部と重なる部分のみが外側方向に膨出している形状であり、前記凹状部よりも大きいことを特徴とする扁平電池。
【請求項５】
前記上部金属箔および下部金属箔は、前記接続部を中心とした同軸上に形成され、下部金属箔の易破断部の破断強度は、上部金属箔の薄肉部の破断強度よりも小さく、かつ上部金属箔の薄肉部内に下部金属箔の易破断部が位置していることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の扁平電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、扁平電池に関し、特に防爆安全性に優れた封口板を有する扁平電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＡＶ機器、ノート型パソコン、或いは携帯型通信機器などの駆動用電源として、ニッケルカドミウム蓄電池やニッケル水素蓄電池が主に用いられていたが、近年では、電子機器のポータブル化やコードレス化が進展して定着するに従って、駆動用電源となる二次電池の高エネルギー密度化や小型軽量化の要望が、ますます強くなっている。このような要望に応える電池として、小型・軽量でありながら急速充電が可能で、高エネルギー密度を有するという極めて顕著な特徴を有するリチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池が、開発され主流になっている。
【０００３】
この非水電解液二次電池は、リチウム含有遷移金属化合物を正極活物質とする正極と、炭素材料を負極活物質とする負極とをセパレータを介して絶縁した状態で捲回してなる極板群、非水電解液を電池ケースに収納した電池である。
【０００４】
しかしながら、電子機器の高機能化等に伴う消費電力の増加に伴い、さらなる高容量化、高エネルギー密度化、長寿命化が強く要望されており、容量に寄与しないセパレータや集電体を薄くし、極板の充填密度を上げているため正負極間の距離が狭くなり、電池内の空間体積も減少している。また、電子機器の小型化に伴い各構成要素が高密度で実装されていることから、発熱が大きく電池が使用される使用環境は６０℃を超える過酷な条件になる場合がある。
【０００５】
このような現状において、充電器の故障や充電制御不能により、過充電状態に陥った場合でも電池の安全性を確保できることが重要になっている。
【０００６】
過充電状態に陥った場合の電池の安全性を確保する方法として、電池内圧が所定の値を超えると、電流遮断機構を作動させる防爆型密閉電池が知られており、過充電状態が進んで電池内部の化学変化によりガスが発生・充満しそのガスの充満により電池内圧が上昇し、所定の値に達すると、電流遮断機構が作動し充電電流を遮断する。これにより、電池内部の異常反応の進行を停止させ、急激な電池温度の上昇を防ぎ、安全性を確保するものである。
【０００７】
このような防爆安全機構を備えた防爆型密閉電池としては、次のような電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
この電池は、発電要素を収納した電池ケースの開口部が封口板により密閉され、前記封口板が、導電性の上部および下部の両金属箔を、各々の周縁部間に絶縁パッキンを介在して重ね合わせ、且つ各々の一部を互いに溶着した接続部のみを介して電気的接続した状態で封口ケース内に収納してなり、前記下部金属箔が、前記接続部を囲むように形成された通気孔またはスリット状の易破断部によって舌片状となった弁部と、この弁部と前記周縁部との境界部分により形成され、電池内圧が所定値に達した時に前記凹状部の上方への変形による応力を受けて破断する易破断部とを備えるとともに、少なくとも前記易破断部と前記弁部における前記易破断部に対し離間する側で対向する端部とが、前記封口ケースにおける前記弁部に対向して配設された通気孔の縁部に当接することにより、前記弁部が支持された構成となっている。
【０００９】
この防爆型密閉電池は、過充電または短絡などの異常反応により電池内部にガスが大量に発生した場合、ガスにより電池内圧が下部金属箔の易破断部の破断強度により設定された所定値まで上昇したときに、この圧力を封口ケースの通気孔および下部金属箔の通気孔または易破断部を通じて受ける凹状部が上方へ向け凸状に変形し、それによって易破断部に剪断力が作用して、易破断部が破断する。それにより、下部金属箔の弁部は、接続部を介して凹状部と一体的に下部金属箔から離れるため、接続部を通じてのみ導通していた両金属箔が離間して通電電流が遮断され、電池の温度上昇や内圧上昇を抑制することが記載されている。
【００１０】
また、上部金属箔の凹状部の大きさを、この上部に配設されているスペーサの開口部の大きさより大きくすることにより、スペーサの開口部の大きさ、孔加工時の形状の影響を受けることなく、所定の電池内圧に達すると電流遮断機能を安定的に作動させる提案がある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−３１４９０号公報
【特許文献２】特開２０００−４８７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、製品の軽量化・小型化に伴い電池に対しても小型化・薄型化の要求があり、防爆安全機構も小型、薄型に対応したものでなければならない。特に長辺面とこれに連接する短辺面からなる扁平電池の場合、短辺面の寸法が狭くなると、必然的に湾曲状に膨出している凹凸状部を有する上下部金属箔の径が短くなり、湾曲状に膨出させるときの曲率半径が小さくなるため、各々の先端部位を互いに溶着して電気的に接続することが可能な範囲が狭くなり、溶着状態がばらつき、電流遮断圧力がばらつくという課題があった。
【００１２】
そこで本発明は、上下部金属箔の先端部位の溶着強度を保ちつつ、所定の電池内圧に達すると、電流遮断機構が精度よく作動して防爆安全性に優れた封口板を有する扁平電池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】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明は、発電要素を収納した電池ケースの開口部を封口板により密閉してなる電池であり、前記封口板は、中央部分が下方に向け湾曲状に膨出している凹状部を有する上部金属箔と、中央部分が上方に向け湾曲状に膨出している凸状部と、電池の内部圧力が所定値に上昇したときに破断する破断強度に設定されている易破断部と通気孔を有する下部金属箔が配設され、これらの金属箔の周縁部が絶縁パッキンを介在して重ね合わせ固定されているとともに、且つ各々の先端部位を互いに溶着した接続部のみを介して電気的に接続されている扁平電池であって、
前記通気孔は易破断部の両端に配置された二つの通気孔と、これらの通気孔を結ぶスリットと易破断部とからなる境界により舌片状となっており、
前記通気孔は、９０°〜１２０°のエッジ部を持ち、前記エッジ部が易破断部の両端部にて対向して配設されていることを特徴とする。
【００１４】
通気孔が９０°〜１２０°のエッジ部を持ち、前記エッジ部が易破断部の両端部にて対向して配設されているので、易破断部の距離が非常に短くても、電流遮断圧力のばらつきが少ない封口板を有する扁平電池を製造することができる。
【００１５】
また、前記スリットの一部、若しくは全体が前記凸状部の内側に形成されていることを特徴としているので、下部金属箔の中央部分が上方に向け湾曲状に膨出している凸状部の曲率半径を大きくすることができ、中央部分が下方に向け湾曲状に膨出している凹状部を有する上部金属箔とを先端部位にて互いに溶着できる面積を広く取ることができ、溶着強度を安定して確保することができる。
【００１６】
そして、金属箔、スペーサ、外部接続端子となるキャップを有する封口板の前記スペーサの開口部の形状は、前記金属箔の凸状部および凹状部と重なる部分のみが外側方向に膨出している形状であり、前記凹状部よりも大きいことを特徴としているので、封口板としてのかしめ封口に耐えられる強度を保ちつつ、上部金属箔の凹状部が電池内圧力上昇で凸状に反転するのに十分なスペースを確保することができる。
【００１７】
さらに、前記の下部金属箔およびスペーサを組み合わせることで、電流遮断時に易破断部で切り離される下部金属箔がスペーサの孔に影響されることなく、反転する上部金属箔に引っ張られるので、電流遮断圧力のばらつきが少ない封口板を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、下部金属箔は易破断部の両端に配置された二つの通気孔と、これらの通気孔を結ぶスリットと易破断部とからなる境界により舌片状となっており、この通気孔は、９０°〜１２０°のエッジ部を持ち、そのエッジ部が易破断部の両端部にて対向して配設されているため、封口板の上下部金属箔の溶着強度のばらつきが少なく、電流遮断圧力のばらつきが少ない扁平電池を得ることができる。
【００１９】
本発明の別の形態によれば、スリットの一部、若しくは全体が、下部金属箔の凸状部の内側に形成されているため、封口板の上下部金属箔の溶着強度が安定している扁平電池を得ることができる。
【００２０】
さらに本発明の別の形態によれば、スペーサの開口部の形状は、上下部金属箔の凸状部および凹状部と重なる部分のみが外側方向に膨出している形状であり、前記凹状部よりも大きいため、上部金属箔の凹状部が電池内圧力上昇で凸状に反転するのに十分なスペースを確保することができ、電流遮断圧力のばらつきが少ない扁平電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の具体的な形態について図を用いて説明する。
【００２２】
本発明の扁平電池の概略縦断面図を図１に示す。
【００２３】
図１において、電池ケース２１内には極板群と電解液からなる発電要素２２が収容されている。電池ケース２１の開口部２１ａの上端より所定の位置の外周面に環状溝を形成し、この環状溝によって内部に膨出形成された環状支持部２３上に開口部２４ａを形成した受け板２４が溶接固定されている。受け板２４上に絶縁ガスケット２５を介して封口ユニット３０が配置されている。
【００２４】
封口ユニット３０は、フィルター３１内部に底壁３２ａと上壁３２ｂを有する角筒状で、底壁３２ａに開口部３２ｃが形成されたインナーガスケット３２が収容配置されている。さらに、このインナーガスケット３２の底壁３２ａの上下には、開口部３２ｃ内で中央部分が下方に向け湾曲状に膨出している凹状部３３ａの先端部と、中央部分が上方に向け湾曲状に膨出している凸状部３４ａの先端部とが、レーザー溶接により溶着され、この溶着部のみを介して電気的に接続されている上下一対の上部金属箔３３と下部金属箔３４からなる安全機構３５が配設されている。
【００２５】
電池の内部圧力が所定値に上昇すると、下部金属箔３４の上方に向け湾曲状に膨出している凸状部３４ａが破断し、上部金属箔３３下方に向け湾曲状に膨出している凹状部３３ａが反転して通電経路が遮断されるように構成されており、安全機構３５の上部にはスペーサ３６と外部接続端子となるキャップ３７が配置されている。フィルター３１の開口部３１ａを内方にかしめ加工することで、インナーガスケット３２を介してキャップ３７、スペーサ３６が固定されている。
【００２６】
この状態で電池ケース２１の開口部２１ａの上端部を内方にかしめ加工することで、絶縁ガスケット２５を介して封口ユニット３０が固定されて封口されている。絶縁ガスケット２５は、封口ユニット３０の下面に接する底壁２５ａと電池ケース２１の開口部２１ａの内周に接する上壁２５ｂを有する角筒状で、その底壁２５ａに受け板２４の開口部２４ａに対応する開口部２５ｃを有し、かつ底壁２５ａの内面外周部に環状のシール突部２９が突設されている。
【００２７】
図２に、下部金属箔３４に形成された弁部３４ｄの拡大図を示す。
【００２８】
この弁部３４ｄには、電池内圧が所定値に達した時に破断する易破断部３４ｅが設けられている。さらに、易破断部３４ｅの両端に配置された二つの通気孔３４ｂと、これらを結ぶ曲線状のスリットであるスリット３４ｃが設けられている。そして弁部３４ｄは、これら易破断部３４ｅと通気孔３４ｂとスリット３４ｃとをむすぶ境界により舌片状となっている。この弁部３４ｄは、易破断部３４ｅで支持されており、この易破断部３４ｅは、通気孔３４ｂのエッジ部３４ｆの先端が鋭角であるほど、破断圧力のばらつきが少なくなる。
【００２９】
通気孔３４ｂの形状は、エッジ部３４ｆを有する必要上、多角形が好ましく、三角形でも良いが、以下に述べるようにエッジ部３４ｆの角度は９０°〜１２０°の範囲が好ましいため、エッジ部３４ｆ以外は、角部に円弧状部（Ｒ）をもつ四角形が、特に好ましい。
【００３０】
図８を用いて、エッジ部３４ｆの角度について説明する。
【００３１】
エッジ部３４ｆの角度は、通気孔３４ｂを加工する際、金型のパンチとダイのクリアランス３４ｇが決まっている時、対向するエッジ部３４ｆの先端部のクリアランス３４ｈは、エッジ部３４ｆの角度が鋭角より鈍角である方がクリアランス３４ｈは小さくなる。クリアランス３４ｈが大きくなると、頂点に自然につくＲが大きくなる。したがって、エッジ部３４ｆは、鋭角であるより、９０°〜１２０°で、頂点をより先鋭で精度の高い加工ができるため、易破断部３４ｅの長さを０．２ｍｍ以下にすることができ、破断圧力のばらつきが少なくすることができる。
【００３２】
エッジ部３４ｆの角度が、１２０°を超えると、電池の内部圧力が所定値に上昇したときに破断する易破断部３４ｅにかかる応力が分散してしまい、破断圧力のばらつきが大きくなるので、精度の高い破断圧力を設定することができなくなる。
【００３３】
また、図２において、弁部３４ｄの周縁部を分離しているスリット３４ｃの一部にいわゆるＤカットと呼ばれる直線部３４ｉを設けることにより短径方向のスペースは保ちつつ、上方に向け湾曲状に膨出している凸状部３４ａの半径を大きくすることができ、下方に向け湾曲状に膨出している凹状部３３ａとの接合面積を広く取ることができ、溶着を容易に行うことができ、さらに溶着強度のばらつきも押さえらことができる。
【００３４】
そして、図３〜図７に示すように、前記スリット３４ｃの一部若しくは全体が、前記凸状部３４ａの内側に形成されていれば同様に効果を得ることができる。
【００３５】
また、図９にスペーサ３６の拡大図を示す。スペーサ３６の開孔部３６ａは上方に向け湾曲状に膨出している凸状部３４ａと下方に向け湾曲状に膨出している凹状部３３ａとが、重なる部分を短辺面の幅を広げた部分３６ｂが設けられている。この広げた部分は１５％程度が好ましく、スペーサ３６の開口部を前記重なる部分の短辺面の幅を他の部分より大きくとっているので、封口板として必要なかしめに耐えられる強度を保ちつつ、電池の内部圧力が所定値に上昇し、下部金属箔３４の上方に向け湾曲状に膨出している凸状部３４ａが破断し、上部金属箔３３の下方に向け湾曲状に膨出している凹状部３３ａが凸状に反転するのに十分なスペースを確保することができ、図１０または図１１に示すような形状であっても同様の効果を得ることができる。
【００３６】
さらに、下部金属箔３４のスリット３４ｃの一部にいわゆるＤカットと呼ばれる直線部３４ｉを設けることにより、前記凹状部３３ａが凸状に反転するときに、下部金属箔３４の弁部３４ｄがスペーサ３６の径に引っ掛ることなく、確実に引きちぎられる構造となっている。
【００３７】
以下、さらに本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００３８】
上部金属箔３３は厚さ０．０７５ｍｍ、長辺方向に３１．７７ｍｍ、短辺方向に３．０８ｍｍのアルミニウム製で、その中央部は下方に向け湾曲状に膨出しており、その寸法は長辺方向に８．５ｍｍ、短辺方向に１．５ｍｍ、高さが０．３４ｍｍの凹状部３３ａが設けられている。
【００３９】
下部金属箔３４は厚さ０．０８ｍｍ、長辺方向に３２．１８ｍｍ、短辺方向に３．４９ｍｍのアルミニウム製で、その中央部は直径１．５ｍｍの中央部分が上方に向け湾曲状に膨出している凸状部３４ａおよび１辺０．５ｍｍの対向する通気孔３４ｂ、対向する通気孔３４ｂによって形成される長さ０．１４ｍｍの易破断部３４ｅ、対向する通気孔３４ｂの対向する９０°のエッジ角３４ｆ、幅方向両側が直線３４ｉでその他は凸状部３４ａにそったスリット３４ｃが設けられている。
【００４０】
この凹状部３３ａの先端部と、凸状部３４ａの先端部とが、レーザー溶接により溶着され、この溶着部のみを介して電気的に接続されている上下一対の上部金属箔３３と下部金属箔３４からなる安全機構３５が配設されており、電池の内部圧力が所定値に上昇すると、下部金属箔３４の上方に向け湾曲状に膨出している凸状部３４ａが破断し、上部金属箔３３下方に向け湾曲状に膨出している凹状部３３ａが反転して通電経路が遮断されるように構成されている。
【００４１】
安全機構３５の上部には、スペーサ３６と外部接続端子となるキャップ３７が配置されている。スペーサ３６は、厚さ０．３ｍｍ、長さ３１．７７ｍｍ、幅３．０８ｍｍの金属製で、長さ９ｍｍ、幅１．６ｍｍの開孔部３６ａの中央部は、上方に向け湾曲状に膨出している凸状部３４ａと下方に向け湾曲状に膨出している凹状部３３ａとが重なる部分に相対し、この部分の幅を１．８４ｍｍに拡張した短辺面の幅を広げた部分３６ｂを有する。フィルター３１の開口部３１ａを内方にかしめ加工することで、インナーガスケット３２を介してキャップ３７、スペーサ３６が固定されている。
【００４２】
この状態で電池ケース２１の開口部２１ａの上端部を内方にかしめ加工することで、絶縁ガスケット２５を介して封口ユニット３０が固定されて封口されている。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の扁平電池は、防爆安全性に優れた封口板を有する扁平電池であり、ポータブル用電源等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施の形態の扁平電池の概略縦断面図
【図２】図１の弁部３４ｄの概略拡大図
【図３】図１の別の弁部３４ｄの概略拡大図
【図４】図１の別の弁部３４ｄの概略拡大図
【図５】図１の別の弁部３４ｄの概略拡大図
【図６】図１の別の弁部３４ｄの概略拡大図
【図７】図１の別の弁部３４ｄの概略拡大図
【図８】図２エッジ部３４ｆの概略拡大図
【図９】図１のスペーサ３６の概略拡大図
【図１０】図１の別のスペーサ３６の概略拡大図
【図１１】図１の別のスペーサ３６の概略拡大図
【符号の説明】
【００４５】
２１    電池ケース
２１ａ  電池ケースの開口部
２２    発電要素
２３    環状支持部
２４    受け板
２４ａ  受け板の開口部
２５    絶縁ガスケット
２５ａ  絶縁ガスケットの底壁
２５ｃ  絶縁ガスケットの開口部
２９    シール突部
３０    封口ユニット
３１    フィルター
３１ａ  フィルターの開口部
３２    インナーガスケット
３２ａ  インナーガスケットの底壁
３２ｂ  インナーガスケットの上壁
３２ｃ  インナーガスケットの開口部
３３    上部金属箔
３３ａ  上部金属箔の凹状部
３４    下部金属箔
３４ａ  下部金属箔の凸状部
３４ｂ  下部金属箔の通気孔
３４ｃ  スリット
３４ｄ  下部金属箔の弁部
３４ｅ  下部金属箔の易破断部
３４ｆ  下部金属箔のエッジ部
３４ｇ  金型パンチとダイのクリアランス
３４ｈ  先端部のクリアランス
３４ｉ  下部金属箔のＤカットの直線部
３５    安全機構
３６    スペーサ
３６ａ  開孔部
３６ｂ  短辺面の幅を広げた部分
３７    キャップ
【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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