(57)【要約】【課題】電池の放熱性を向上させやすい電池モジュールを提供すること。【解決手段】電池モジュール１は、熱交換器２と熱拡散部３と熱伝導部４と電池５とを有する。熱拡散部３は、熱交換器２に熱的に接触する。熱伝導部４は、熱拡散部３の上面３１に配されている。電池５は、熱伝導部４の上面に熱的に接触する。熱拡散部３は、熱伝導部４よりも熱伝導率が高い。熱拡散部３は、少なくとも上側に向かって開口する穴部３２を、熱伝導部４と上下方向Ｚに重なる位置に、少なくとも１つ有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器（２）と、
前記熱交換器に熱的に接触する熱拡散部（３）と、
前記熱拡散部の上面（３１）に配された熱伝導部（４）と、
前記熱伝導部の上面に熱的に接触する電池（５）と、を有し、
前記熱拡散部は、前記熱伝導部よりも熱伝導率が高く、
前記熱拡散部は、少なくとも上側に向かって開口する穴部（３２）を、前記熱伝導部と上下方向（Ｚ）に重なる位置に、少なくとも１つ有する、電池モジュール（１）。
【請求項２】
少なくとも１つの前記穴部は、前記電池の下面（５３）と上下方向に重なる位置に形成されている、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記熱拡散部のうち、前記電池と上下方向に重なる部位は、上下方向から見たときの前記穴部の合計の面積が、上下方向からみたときの前記穴部以外の部位の面積よりも小さい、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記電池の前記下面の短手方向において、前記電池の前記下面の中央の位置を中央位置（ｘｃ）と定義し、前記電池の両端の位置をそれぞれ第一端部位置（ｘ１）、第二端部位置（ｘ２）と定義し、前記中央位置と前記第一端部位置との中央の位置を第一中間位置（ｘ１ｃ）と定義し、前記中央位置と前記第二端部位置との中央の位置を第二中間位置（ｘ２ｃ）と定義したとき、少なくとも、前記第一中間位置と前記第一端部位置との間、及び、前記第二中間位置と前記第二端部位置との間に、前記穴部の少なくとも一部が存在する、請求項２又は３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記穴部は、上下方向からみたとき、円形を呈している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記穴部は、上下方向に直交する一方向に長尺なスリット状を呈している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記穴部は、前記熱拡散部において、上側と下側との双方に向かって開口している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記熱拡散部における前記穴部の下側は、閉塞されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池モジュールとして、例えば特許文献１に開示されたものがある。特許文献１に記載の電池モジュールは、一方向に並んで配された複数の電池と、複数の電池の並び方向に直交する上下方向の下側に配された冷却プレートとを有する。そして、特許文献１に記載された電池モジュールは、複数の電池と冷却プレートとの間の熱伝導性を向上させるべく、複数の電池と冷却プレートとの間に可撓性及び熱伝導性を有する熱伝導シートを介在させている。電池モジュールを製造するにあたっては、例えば、冷却プレートの上面に熱伝導シートを貼り付け、熱伝導シートの上面に複数の電池を押し付けることにより、電池モジュールを製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−８４４４４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、特許文献１に記載の電池モジュールにおいては、熱伝導シートを冷却プレートの上面に貼り付ける際に、熱伝導シートと冷却プレートとの間に空気や異物等がかみこむおそれがある。これにより、電池から冷却プレートまでの熱抵抗が上昇し、電池の放熱性が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、電池の放熱性を向上させやすい電池モジュールを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、熱交換器（２）と、
前記熱交換器に熱的に接触する熱拡散部（３）と、
前記熱拡散部の上面（３１）に配された熱伝導部（４）と、
前記熱伝導部の上面に熱的に接触する電池（５）と、を有し、
前記熱拡散部は、前記熱伝導部よりも熱伝導率が高く、
前記熱拡散部は、少なくとも上側に向かって開口する穴部（３２）を、前記熱伝導部と上下方向（Ｚ）に重なる位置に、少なくとも１つ有する、電池モジュール（１）にある。
【発明の効果】
【０００７】
前記電池モジュールにおいて、熱拡散部は、少なくとも上側に向かって開口する穴部を、熱伝導部と上下方向に重なる位置に少なくとも１つ有する。それゆえ、熱拡散部の上面に熱伝導部を配置する際、熱拡散部と熱伝導部との間の空気や異物等を、穴部に押し出すことができる。それゆえ、熱拡散部と熱伝導部との間に、空気や異物等がかみこむことを抑制しやすい。これにより、電池の放熱性向上を図りやすい。
【０００８】
以上のごとく、前記態様によれば、電池の放熱性を向上させやすい電池モジュールを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１における、電池モジュールの断面図。
【図２】実施形態１における、電池モジュールの上面図。
【図３】図２の、III−III線矢視断面図。
【図４】実施形態１における、熱拡散部の上面図。
【図５】図１の、一部拡大図。
【図６】実施形態１における、電池の下面に熱伝導部を塗布した状態を示す断面図。
【図７】実施形態１における、熱伝導部の中央部が熱拡散部の中央位置に接触した状態を示す断面図。
【図８】実施形態１における、熱伝導部が塗布された電池を、熱拡散部側に向かって押し付ける様子を説明するための断面図。
【図９】実施形態１における、熱拡散部と熱拡散部と複数の電池とが組み付いた状態を示す断面図。
【図１０】実施形態２における、熱拡散部の上面図。
【図１１】実施形態３における、熱拡散部の上面図。
【図１２】実施形態４における、電池モジュールの一部拡大側面図。
【図１３】実施形態４における、電池モジュールの一部拡大断面図。
【図１４】実施形態５における、電池モジュールの断面図。
【図１５】実施形態５における、電池モジュールの側面図。
【図１６】実施形態６における、電池モジュールの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態１）
電池モジュールの実施形態につき、図１〜図９を用いて説明する。
本実施形態の電池モジュール１は、図１に示すごとく、熱交換器２と熱拡散部３と熱伝導部４と電池５とを有する。熱拡散部３は、熱交換器２に熱的に接触する。熱伝導部４は、熱拡散部３の上面３１に配されている。電池５は、熱伝導部４の上面に熱的に接触する。熱拡散部３は、熱伝導部４よりも熱伝導率が高い。熱拡散部３は、少なくとも上側に向かって開口する穴部３２を、熱伝導部４と上下方向Ｚに重なる位置に、少なくとも１つ有する。
【００１１】
電池モジュール１は、装置の電力源として用いられる。例えば、電池モジュール１を、内燃機関用の回転電機を駆動させるための動力源とすることができる。
なお、熱拡散部３と熱伝導部４とが並ぶ方向を上下方向Ｚとする。また、上下方向Ｚにおける熱拡散部３に対する熱伝導部４側を上側、その反対側を下側とする。
【００１２】
本実施形態において、電池５は、リチウムイオン二次電池である。また、電池５は、外装が鉄やアルミニウム等の金属からなる、いわゆる缶型の電池である。図１〜図３に示すごとく、電池５は、電池本体５１と、電池本体５１から上側に突出した一対の端子５２を有する。
【００１３】
図１、図２に示すごとく、電池５は、上下方向Ｚに直交する一方向に厚みを有する扁平な板状を呈している。本実施形態において、複数の電池５は、互いに略同等の形状を有する。
【００１４】
複数の電池５は、上下方向Ｚに直交する並び方向Ｘに並んで電池構造体１０を構成している。また、図示は省略するが、電池構造体１０は、並び方向Ｘに拘束されている。複数の電池５は、電池５の厚み方向に並んで配されて電池構造体１０を構成している。なお、本実施形態において、電池５の下面５３は、並び方向Ｘに短手方向を有し、並び方向Ｘ及び上下方向Ｚの双方に直交する縦方向Ｙに長手方向を有する長方形状を呈している。電池構造体１０において、隣り合う電池５間には、電池本体５１同士が電気的に接触することを防止するための絶縁材１１が配されている。なお、複数の電池５は、電池構造体１０を構成する際、各電池５の端子５２の位置を互いに一致させるように構成される。すなわち、複数の電池５は、それぞれの上端の上下方向Ｚの位置を一致させるよう配される。そして、複数の電池５は、熱拡散部３の上面３１に配された熱伝導部４の上面に配されている。
【００１５】
熱伝導部４は、各電池５の下面５３と熱拡散部３の上面３１との間に配されている。熱伝導部４は、熱拡散部３の上面３１及び各電池５の下面５３に密着している。また、熱伝導部４は、熱拡散部３及び複数の電池５に熱接触している。熱伝導部４の下面の略全体は、熱拡散部３の上面３１の略全体に面接触している。また、熱伝導部４の下面は、熱拡散部３の上面３１に直接接触している。熱伝導部４は、熱伝導性を有する。熱伝導部４は、弾性変形可能であることが好ましい。また、熱伝導部４は、電気的絶縁性を有することが好ましい。熱伝導部４は、例えばシリコーンにより構成することができる。上下方向Ｚから見たとき、熱伝導部４の外周輪郭の内側に、複数の電池５が配される。
【００１６】
図１、図３に示すごとく、熱伝導部４の下面に熱拡散部３が配されている。熱拡散部３は、例えばアルミニウムからなる。これに限られず、熱拡散部３は、熱伝導部４よりも熱伝導率が高ければ、他の材料を採用することも可能である。熱拡散部３は、上下方向Ｚに厚みを有する板状に形成されている。上下方向Ｚから見たとき、熱拡散部３の外周輪郭の内側に、複数の電池５が配される。
【００１７】
図１に示すごとく、熱拡散部３は、熱伝導部４と上下方向Ｚに重なる位置に複数の穴部３２を有する。図４に示すごとく、穴部３２は、上下方向Ｚからみたとき、円形を呈している。図１に示すごとく、穴部３２は、熱拡散部３において、上側と下側との双方に向かって開口している。本実施形態において、穴部３２は、熱拡散部３を上下方向Ｚに貫通するよう形成されている。なお、これに限られず、穴部３２は、上下方向Ｚに傾斜する方向に、熱拡散部３を貫通するよう形成されていてもよい。
【００１８】
本実施形態において、図１、図４に示すごとく、少なくとも１つの穴部３２は、電池５の下面５３と上下方向Ｚに重なる位置に形成されている。すなわち、熱拡散部３における少なくとも１つの穴部３２の上側に電池５の下面５３が配される。以後、熱拡散部３における、電池５の下面５３と上下方向Ｚに重なる領域を重なり領域３３ということもある。図４において、重なり領域３３の輪郭を破線で示している。熱拡散部３のうち、電池５と上下方向Ｚに重なる部位は、上下方向Ｚから見たときの穴部３２の合計の面積が、上下方向Ｚからみたときの穴部３２以外の部位の面積よりも小さい。上下方向Ｚから見たとき、穴部３２は、電池５の下面５３の輪郭の内側に収まっている。
【００１９】
図５に示すごとく、電池５の下面５３の短手方向（すなわち、並び方向Ｘ）において、電池５の下面５３の中央の位置を中央位置ｘｃと定義する。並び方向Ｘにおいて、電池５の両端の位置をそれぞれ第一端部位置ｘ１、第二端部位置ｘ２と定義する。さらに、並び方向Ｘにおいて、中央位置ｘｃと第一端部位置ｘ１との中央の位置を第一中間位置ｘ１ｃと定義し、中央位置ｘｃと第二端部位置ｘ２との中央の位置を第二中間位置ｘ２ｃと定義する。このとき、少なくとも、第一中間位置ｘ１ｃと第一端部位置ｘ１との間、及び、第二中間位置ｘ２ｃと第二端部位置ｘ２との間に、穴部３２の少なくとも一部が存在する。なお、例えば電池５の下面５３が円形を呈している場合、その電池５の下面５３の短手方向とは、上下方向Ｚに直交する方向のうち少なくとも一方向をいう。そして、２つの穴部３２は、第一中間位置ｘ１ｃと第一端部位置ｘ１との間、及び、第二中間位置ｘ２ｃと第二端部位置ｘ２との間に存在すればよく、他の領域（例えば、中央位置ｘｃと第一中間位置ｘ１ｃとの間や、中間位置ｘｃと第二中間位置ｘ２ｃとの間、等）に穴部３２があってもよい。
【００２０】
図４に示すごとく、重なり領域３３において、縦方向Ｙの５箇所に穴部３２が等間隔に配されている。
【００２１】
図１に示すごとく、熱拡散部３の下面に、熱交換器２が配されている。熱交換器２は、特に限定されず、例えば内部に冷媒流路を有するものを採用することができる。また、熱交換器２は、熱拡散部３に熱的に接触していれば、熱拡散部３の下面に配されているものに限定されない。
【００２２】
次に、図６〜図９を用いて、複数の電池５と、熱伝導部４と、熱拡散部３とを組み付ける方法の一例につき説明する。
まず、図６に示すごとく、複数の電池５の下面５３のそれぞれに、熱伝導部４を塗布する。このとき、熱伝導部４は、電池５の下面５３の短手方向（すなわち並び方向Ｘ）の中央部４１が下側に膨らむ。これは、熱伝導部４の表面張力によるものである。
【００２３】
次に、図７に示すごとく、熱伝導部４を塗布した複数の電池５と熱拡散部３とを近づけ、熱伝導部４の下端を熱拡散部３の上面３１に接触させる。このとき、並び方向Ｘにおける熱伝導部４の中央部４１が最も下側に膨らんでおり、熱伝導部４の中央部４１が、まず熱拡散部３の中央位置ｘｃに接触する。
【００２４】
次に、図８に示すごとく、さらに複数の電池５を熱拡散部３側に押し込む。複数の電池５を押し込むにつれて、熱伝導部４の表面における中央部４１から遠ざかる部位が逐次熱拡散部３に接触する。これに伴い、熱伝導部４は、熱拡散部３との間の空気を、並び方向Ｘの中央位置ｘｃと反対側に向かって押し出す。そして、押し出された空気は、並び方向Ｘにおける第一中間位置ｘ１ｃと第一端部位置ｘ１との間、及び第二中間位置ｘ２ｃと第二端部位置ｘ２との間にそれぞれ形成された穴部３２に押し出される。そして、図９に示すごとく、隣接する電池５の下面５３に塗布された熱伝導部４同士が連結し、一体となるまで、複数の電池５を熱拡散部３側に押し込む。これにより、一体となった熱伝導部４の上面が複数の電池５の下面５３に密着し、かつ、熱伝導部４の下面が熱拡散部３の上面３１に密着した状態が得られる。
【００２５】
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
本実施形態において、熱拡散部３は、少なくとも上側に向かって開口する穴部３２を、熱伝導部４と上下方向Ｚに重なる位置に少なくとも１つ有する。それゆえ、熱拡散部３の上面３１に熱伝導部４を配置する際、熱拡散部３と熱伝導部４との間の空気や異物等を、穴部３２に押し出すことができる。それゆえ、熱拡散部３と熱伝導部４との間に、空気や異物等がかみこむことを抑制しやすい。これにより、電池５の放熱性向上を図りやすい。
【００２６】
また、少なくとも１つの穴部３２は、電池５の下面５３と上下方向Ｚに重なる位置に形成されている。それゆえ、電池５の下面５３の真下において、熱伝導部４と熱拡散部３との間に空気や異物等がかみ込むことを抑制することができる。これにより、電池５から熱交換器２までの伝熱経路における熱抵抗を低減しやすい。
【００２７】
また、熱拡散部３のうち、電池５と上下方向Ｚに重なる部位は、上下方向Ｚから見たときの穴部３２の合計の面積が、上下方向Ｚからみたときの穴部３２以外の部位の面積よりも小さい。それゆえ、熱拡散部３の重なり領域３３の体積を確保しやすい。これにより、電池５から熱交換器２までの伝熱経路における熱抵抗を低減しやすい。
【００２８】
また、少なくとも、第一中間位置ｘ１ｃと第一端部位置ｘ１との間、及び、第二中間位置ｘ２ｃと第二端部位置ｘ２との間に、穴部３２の少なくとも一部が存在する。それゆえ、前述のごとく、電池モジュール１の組付時において、熱伝導部４と熱拡散部３とによって押し出された空気や異物等を、穴部３２に誘導しやすい。これにより、熱拡散部３と熱伝導部４との間に空気や異物等がかみ込むことを一層防止しやすい。
【００２９】
また、穴部３２は、上下方向Ｚからみたとき、円形を呈している。それゆえ、熱拡散部３において、穴部３２を形成しやすい。それゆえ、電池モジュール１の生産性が低下することを抑制することができる。
【００３０】
また、穴部３２は、熱拡散部３において、上側と下側との双方に向かって開口している。それゆえ、熱伝導部４と熱拡散部３とによって押し出された空気や異物等が、穴部３２を通って熱伝導部４の下側に抜けることができる。そのため、熱拡散部３と熱伝導部４との間に空気や異物等がかみ込むことを一層防止しやすい。
【００３１】
以上のごとく、本実施形態によれば、電池の放熱性を向上させやすい電池モジュールを提供することができる。
【００３２】
（実施形態２）
本実施形態は、図１０に示すごとく、実施形態１に対して、穴部３２の形状を変形した実施形態である。具体的には、穴部３２は、上下方向Ｚからみたとき、縦方向Ｙに長尺な楕円形を呈している。穴部３２は、重なり領域３３において、縦方向Ｙに２つ、配されている。重なり領域３３の両側にそれぞれ形成されている。
【００３３】
その他は、実施形態１と同様である。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
【００３４】
本実施形態においても、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００３５】
（実施形態３）
本実施形態も、図１１に示すごとく、実施形態１に対して、穴部３２の形状を変形した実施形態である。具体的には、穴部３２は、並び方向Ｘに長尺なスリット状を呈している。穴部３２は、すべての電池５の下側に位置するよう、並び方向Ｘに長尺に形成されている。並び方向Ｘにおいて、穴部３２は、並び方向Ｘにおける電池構造体１０の一端付近から他端付近までにわたって連続的に形成されている。複数の電池５のうち、両端の電池５以外の電池５の下側の重なり領域３３は、並び方向Ｘの全体にわたって穴部３２が形成されている。なお、すべての電池５の下側の重なり領域３３において、穴部３２が並び方向Ｘの全体にわたって形成されていてもよい。熱拡散部３には、５つの穴部３２が形成されている。５つの穴部３２は、縦方向Ｙに等間隔に形成されている。
その他、実施形態１と同様である。
【００３６】
本実施形態においては、第一中間位置ｘ１ｃと第一端部位置ｘ１との間、及び、第二中間位置ｘ２ｃと第二端部位置ｘ２との間に、穴部３２の少なくとも一部を位置させやすい。すなわち、穴部３２を縦方向Ｙに長尺なスリット形状とすることにより、穴部３２と電池５との並び方向Ｘの位置関係を精密に設計しなくても、第一中間位置ｘ１ｃと第一端部位置ｘ１との間、及び、第二中間位置ｘ２ｃと第二端部位置ｘ２との間に、穴部３２の少なくとも一部を位置させることができる。なお、第一中間位置ｘ１ｃ、第一端部位置ｘ１、第二中間位置ｘ２ｃ、第二端部位置ｘ２等に関しては、実施形態１、図５等で示したものと同様である。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００３７】
（実施形態４）
本実施形態は、図１２、図１３に示すごとく、電池５の外装５０を、ラミネート構造にした実施形態である。図１３に示すごとく、電池５の外装５０は、外装５０の内側から外側に向かって、熱融着層５０１、金属層５０２、保護層５０３の順に積層されている。熱融着層５０１は、電池５の外装５０の内側に充填された封止樹脂に熱融着する層である。金属層５０２は、アルミニウムからなる層である。保護層５０３は、外装５０の外側表面に形成される層であり、外装５０を保護する層である。
【００３８】
図１、図２に示すごとく、並び方向Ｘに隣り合う電池５間には、熱伝達板１２が介在している。電池５は、熱伝達板１２を介して熱伝導部４の上面に熱的に接触している。熱伝達板１２は、長尺の板を厚み方向にＬ字状に折り曲げた形状を有する。熱伝達板１２は、並び方向Ｘに厚みを有する第一部位１２１と、上下方向Ｚに厚みを有する第二部位１２２を有する。並び方向Ｘに隣り合う電池５間には、熱伝達板１２の第一部位１２１が配されている。並び方向Ｘに隣り合う電池５間に配された第一部位１２１は、一方の主面が前記隣り合う電池５の一方の電池５の主面に面接触しており、他方の主面が前記隣り合う電池５の他方の電池５の主面に面接触している。そして、第二部位１２２の下面は、熱伝導部４の上面に面接触している。
【００３９】
熱伝導部４の穴部３２は、電池５の下面５３の下側であって、第二部位１２２の下面の下側に形成されている。
その他、実施形態１と同様である。
【００４０】
本実施形態においては、電池５の外装５０をラミネート構造にした場合であっても、電池５の熱を、熱伝達板１２を介して熱交換器２に伝達しやすい。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００４１】
（実施形態５）
本実施形態は、図１４、図１５に示すごとく、実施形態１に対して、電池５の配置姿勢を変更した実施形態である。なお、本実施形態においても、実施形態１と同様、熱拡散部３と熱伝導部４とが並ぶ方向を上下方向Ｚといい、上下方向Ｚにおける熱拡散部３に対する熱伝導部４側を上側、その反対側を下側という。
【００４２】
本実施形態において、電池５は、上下方向Ｚ及び並び方向Ｘに直交する縦方向Ｙの一方に端子５２を突出させている。複数の電池５は、すべて、縦方向Ｙの同じ側に端子５２を突出させている。そして、本実施形態において、電池５の下面５３は、電池本体５１における端子５２が突出した面に隣接する面である。そして、本実施形態においても、電池５の下面５３が、熱伝導部４の上面に熱的に接触している。
【００４３】
熱拡散部３は、縦方向Ｙの４箇所に、穴部３２が等間隔に配されている。
その他、実施形態１と同様である。
【００４４】
本実施形態においても、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００４５】
（実施形態６）
本実施形態は、図１６に示すごとく、熱拡散部３における穴部３２の下側が、閉塞されている実施形態である。すなわち、本実施形態の穴部３２は、上側に開口しているとともに、下側が閉塞された有底の穴である。
その他は、実施形態１と同様である。
【００４６】
本実施形態においては、熱拡散部３の熱容量を確保しやすい。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００４７】
本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、前記各実施形態において、電池５はリチウムイオン二次電池としたが、これに限られず、種々の電池を採用することが可能である。例えば、電池をニッケル水素電池等とすることも可能である。また、電池は、複数の単電池をパックケース内に収容してなる電池パックとすることも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１  電池モジュール
２  熱交換器
３  熱拡散部
３１  熱拡散部の上面
３２  穴部
４  熱伝導部
５  電池
Ｚ  上下方向
【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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【図１５】
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【図１６】
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