(57)【要約】【課題】    本発明は、充電により押し出された電解液を速やかに捲回電極体内に導く二次電池を提供することである。【解決手段】    本発明に記載の角形二次電池は、正極体（３１）と負極体（３２）とをセパレータ（３３）を介して捲回され、捲回軸方向に開放面を有する扁平捲回体（３）と、扁平捲回体（３）を収納し、開放面と対向する側面部及び当該側面部と繋がる底面部を有する電池容器（１）と、扁平捲回体（３）を覆い、扁平捲回体（３）と電池容器（１）との間に配置される絶縁保護フィルム（２）と、を備え、絶縁保護フィルム（２）は、底面部側が開放された状態で前記底面側に所定長さ突出する突出部を有している。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極体と負極体とをセパレータを介して捲回され、捲回軸方向に開放面を有する扁平捲回体と、
前記扁平捲回体を収納し、前記開放面と対向する側面部及び当該側面部と繋がる底面部を有する電池容器と、
前記扁平捲回体を覆い、当該扁平捲回体と前記電池容器との間に配置される絶縁保護フィルムと、を備えた角形二次電池において、
前記絶縁保護フィルムは、前記底面部側が開放された状態で前記底面側に所定長さ突出する突出部を有していることを特徴とする角形二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の角形二次電池において、
前記絶縁保護フィルムは前記扁平捲回体の２つの開放面及び２つの扁平面を覆うように捲き付けられることを特徴とする角形二次電池。
【請求項３】
請求項２に記載の角形二次電池において、
前記絶縁保護フィルムの捲き付け方向の一端部と、捲き付け方向他端部との間には隙間部が設けられることを特徴する角形二次電池。
【請求項４】
請求項３に記載の角形二次電池において、
前記セパレータは前記捲回群の最外周で粘着テープを用いて固定され、
前記隙間部は前記粘着テープを露出させるように設けられることを特徴とする角形二次電池。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の角形二次電池において、
前記絶縁保護フィルムはスリット加工されていることを特徴とする角形二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車載用途等に使用される角形二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車等の動力源として、エネルギー密度の高い角形のリチウムイオン二次電池の開発が進められている。車載用途の二次電池では、携帯電話用などと比較して大容量が必要であるために、複数の二次電池を搭載する場合がある。角形電池は、角形の電池容器に、発電要素である偏平の捲回電極体を収容している。捲回電極体は、正極板と負極板を、間にセパレータを介して絶縁された状態で重ねて捲回することによって構成されている。捲回電極体の捲回軸方向一方側には、正極未塗工部が束ねられた正極集電体積層部が設けられ、捲回軸方向他方側には、負極未塗工部が束ねられた負極集電体積層部が設けられており、正極集電体積層部には正極接続端子が接合され、また、負極集電体積層部には負極接続端子が接合されている。正極接続端子および負極接続端子は、例えば電池容器の外側で電池蓋などの電池容器の同一面上に配置された正極外部端子および負極外部端子にそれぞれ導通接続されており、電池容器が電気的に中立から成る構造、すなわち、電池容器が捲回電極体から絶縁された構造を有している。
【０００３】
この種の角形電池において、充電を行うと電極の膨張により、捲回電極体に取り込まれた電解液が押し出される。捲回電極体が電池缶の底壁部に接触していれば放電による電極の収縮により吸液される。しかし、捲回電極体が電池缶の底壁部に接触するほど接近することは、電気的な絶縁が困難となる。
【０００４】
この様な、押し出された電解液を捲回電極体に戻すために、特許文献１では捲回電極体内のセパレータに電解液を導く電解液吸収部材を有するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１０９１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された電解液吸収部材は捲回電極体の最外部のセパレータに電解液を導くものであり、捲回電極体内周部まで電解液を導くには十分な時間を必要とする。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、押し出された電解液を速やかに捲回電極体内に導く二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本願は、正極体と負極体とをセパレータを介して捲回され、捲回軸方向に開放面を有する扁平捲回体と、扁平捲回体を収納し、開放面と対向する側面部及び側面部と繋がる底面部を有する電池容器と、扁平捲回体を覆い、扁平捲回体と電池容器との間に配置される絶縁保護フィルムと、を備え絶縁保護フィルムは、底面部側が開放された状態で底面側に所定長さ突出する突出部を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記手段により本発明では、充電により押し出された電解液が缶底に向かって解放された絶縁保護フィルムによって捲回電極体に導かれ、捲回電極体の外側だけでなく、側面からも電解液が捲回電極体に導かれる角形二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】角形二次電池の外観斜視図
【図２】角形二次電池の分解斜視図
【図３】捲回電極体の分解斜視図
【図４】捲回電極体と正負極集電板溶着後の斜視図
【図５】絶縁保護フィルムと捲回電極体の位置関係を示す斜視図
【図６】側面カバー部巻き付け後の斜視図
【図７】粘着テープ貼付後の斜視図
【図８】重なり有り側面カバー部巻き付け後の斜視図
【図９】粘着テープ部回避側面カバー部巻き付け後の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【００１２】
以下の実施形態では、角形二次電池の一例として、ハイブリッド自動車や電気自動車で使用されるリチウムイオン二次電池の場合について説明する。
【００１３】
＜第１実施の形態＞
図１は、本実施の形態に係わる角形二次電池の外観斜視図である。
角形二次電池Ｃ１は、電池缶１および蓋（電池蓋）６を備える。電池缶１内には、捲回電極体３（図２を参照）が収納され、電池缶１の開口部１ａが蓋６によって封止されている。蓋６は、電池缶１にレーザ溶接により接合されて、これら電池缶１と蓋６によって密閉された電池容器が構成される。蓋６には、正極外部端子８Ａと、負極外部端子８Ｂが設けられている。正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂを介して捲回電極体３（図２を参照）に充電され、また外部負荷に電力が供給される。蓋６には、ガス排出弁１０が一体的に設けられ、電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁１０が開いて内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。これによって、角形二次電池Ｃ１の安全性が確保される。
次に、図２を参照して、角形二次電池Ｃ１の電池缶１内の構成を説明する。
【００１４】
図２は、本実施形態に係わる角形二次電池の分解斜視図である。
角形二次電池Ｃ１の電池缶１は、いわゆる角形であり、矩形の底壁部２２と、底壁部２２から立ち上がる角筒状の側壁部２１と、側壁部２１の上端で上方に向かって開放された開口部１ａとを有している。電池缶１内には、絶縁保護フィルム２を介して捲回電極体３が収容されている。捲回電極体３は、セパレータ３３を介して正極体３１と負極体３２を扁平形状に捲回した電極体であり、捲回軸方向の両端面側には、正極合剤３１ｂおよび負極合剤３２ｂが塗布されていない正極電極箔露出部３１ｃ、負極電極箔露出部３２ｃが設けられている。
【００１５】
捲回電極体３は、扁平形状に捲回されているため、断面半円形状の互いに対向する一対の湾曲部と、これら一対の湾曲部の間に連続して形成される平面部とを有している。捲回電極体３は、捲回軸方向が電池缶１の横幅方向に沿うように、一方の湾曲部側から電池缶１内に挿入され、他方の湾曲部側が上部開口側に配置される。
【００１６】
捲回電極体３の平面部でかつ電極箔露出部である正極箔接続部３１ｄと負極箔接続部３２ｄは、少なくとも一部が束ねられて平板状とされており、それぞれ正極集電板（集電端子）４Ａの一端と負極集電板（集電端子）４Ｂの一端に重ね合わされて接続されている。
【００１７】
正極集電板４Ａの他端と負極集電板４Ｂの他端は、正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂにそれぞれ接続されている。
【００１８】
正極集電板４Ａと負極集電板４Ｂ、及び、正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂを、それぞれ蓋６から電気的に絶縁するために、ガスケット５および絶縁板７が蓋６に設けられている。また、注液口９から電池缶１内に電解液を注入した後、蓋６に注液栓１１をレーザ溶接により接合して注液口９を封止し、角形二次電池Ｃ１を密閉する。
【００１９】
電池缶１及び蓋６の材料には、金属製材料であるアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。正極集電板４Ａ及び正極外部端子８Ａの材料には、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられている。負極集電板４Ｂ及び負極外部端子８Ｂの材料には、銅または銅合金が用いられている。
【００２０】
正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂは、図示していないバスバー等に溶接接合される溶接接合部を有している。溶接接合部は、蓋６から上方に突出する直方体のブロック形状を有しており、下面が蓋６の表面に対向し、上面が所定高さ位置で蓋６と平行になる構成を有している。
【００２１】
正極接続部１２Ａ、負極接続部１２Ｂは、正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂの下面からそれぞれ突出して先端が蓋６の正極側貫通孔６Ａ、負極側貫通孔６Ｂに挿入可能な円柱形状を有している。正極接続部１２Ａ、負極接続部１２Ｂは、蓋６を貫通して正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂの正極集電板基部４１Ａ、負極集電板基部４１Ｂよりも電池缶１の内部側に突出しており、先端がかしめられて、正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂと、正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂを蓋６に一体に固定している。正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂと蓋６との間には、ガスケット５が介在されており、正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂと蓋６との間には、絶縁板７が介在されている。
【００２２】
正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂは、蓋６の下面に対向して配置される矩形板状の正極集電板基部４１Ａ、負極集電板基部４１Ｂと、正極集電板基部４１Ａ、負極集電板基部４１Ｂの側端で折曲されて、電池缶１の幅広面に沿って底壁部側に向かって延出し、捲回電極体３の正極箔接続部３１ｄ、負極箔接続部３２ｄに対向して重ね合わされた状態で接続される正極側接続端部４２Ａ、負極側接続端部４２Ｂを有している。正極集電板基部４１Ａ、負極集電板基部４１Ｂには、正極接続部１２Ａ、負極接続部１２Ｂが挿通される正極側開口穴４３Ａ、負極側開口穴４３Ｂがそれぞれ形成されている。
【００２３】
次に、絶縁保護フィルム２の構成について詳細に説明する。なお、絶縁保護フィルム２は、例えば図２に示すように、透明な部材からなるものを例として示しているが、透明に限定されるものではなく、不透明であってもよい。
【００２４】
絶縁保護フィルム２は、捲回電極体３の扁平面に沿う方向でかつ捲回電極体３の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として前記捲回電極体３の周囲に巻き付けられて捲回電極体３の側面を覆う側面カバー部Ａ２ｃおよび側面カバー部Ｂ２ｄとを有している。
【００２５】
絶縁保護フィルム２は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）などの合成樹脂製の一枚のシートまたはフィルム部材からなり、捲回電極体３の扁平面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向を巻き付け中心として巻き付けることができる長さを有している。
【００２６】
絶縁保護フィルム２の厚さは、０．０１ｍｍから０．５０ｍｍが好ましく、更に、０．０３ｍｍから０．２０ｍｍがより好ましい。但し、電池内部の空間体積が大きい場合はこれに限ったものではなく、例えば絶縁保護フィルム２の厚みは、捲回電極体３と電池容器との間に介在出来、且つ絶縁を保ち、発電要素を保護可能な厚みであればこれに限定されるものではない。
【００２７】
なお、本実施の形態では、絶縁保護フィルム２の材料としてＰＰを使用した場合を例に示したが、これに限定されるものではなく、例えば、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）や、電解液により反応や変質しない素材の合成樹脂であれば用いることができる。また、絶縁保護フィルム２の長さは、上記した例に限定されるものではない。
【００２８】
絶縁保護フィルム２は、蓋６の側面に重ならない程度に近接する位置に、絶縁保護フィルム２の幅方向一方側の端部が配置されるように巻き付けられる。
【００２９】
図３は、捲回電極体の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。
捲回電極体３は、セパレータ３３を介して正極体３１と負極体３２を扁平形状に捲回した電極体である。捲回電極体３は、図３に示すように、最外周の電極体が負極体３２であり、さらにその外側にセパレータ３３が捲回される。そして、セパレータ３３の捲き終わりが、図示していない粘着テープによってセパレータ３３の最外周面に固定されて、捲回状態を保持している。なお、セパレータ３３の捲き終わりは、捲回電極体３の一方の扁平面上の略中央位置に配置されており、捲回軸方向中央部分が粘着テープ（図示せず）により固定されている。セパレータ３３は、正極体３１と負極体３２を絶縁する役割を有している。負極体３２の負極合剤３２ｂは、正極体３１の正極合剤３１ｂよりも幅方向に大きく、これにより、正極合剤３１ｂは、必ず負極合剤３１ｂに挟まれるように構成されている。正極体３１は、正極箔３１ａの両面に正極合剤３１ｂを塗布したものであり、正極箔３１ａの幅方向一方側には、未塗布の正極箔露出部３１ｃ３１ｃを持つ。負極体３２は、負極箔３２ａの両面に負極合剤３２ｂを塗布したものであり、負極箔３２ａの幅方向他方側には、未塗布の負極箔露出部３２ｃを持つ。正極箔露出部３１ｃと負極箔露出部３２ｃは、それぞれ捲回軸方向において反対側に位置するように捲回される。
【００３０】
正極箔３１ａは、厚さ１０〜３０μｍ程度のアルミニウム合金箔であり、負極箔３２ａは、厚さ６〜２０μｍ程度の銅合金箔である。セパレータ３３の素材は多孔質のポリエチレン樹脂である。正極活物質は、マンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複酸化物であり、負極活物質は、リチウムイオンを可逆に吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材である。
【００３１】
図４に捲回電極体と正負極集電板溶着後の斜視図を示す。
図４に示すように、正極箔露出部３１ｃおよび負極箔露出部３２ｃは、それぞれ予め押し潰され、正極集電板４Ａおよび負極集電板４Ｂとのそれぞれが超音波溶接により溶着される。
【００３２】
セパレータ３３の捲き終わりは、捲回電極体３の一方の扁平面上の略中央位置に配置されており、捲回軸方向中央部分が粘着テープ２０ａにより固定されている。
【００３３】
図５及び図６は、本発明にかかる絶縁保護フィルム２と捲回電極体の位置関係を示す斜視図である。まず、蓋６の裏面に、絶縁保護フィルム２の幅方向一方側（図５の＋Ｙ方向側）の端部である上端が合うように配置する。次に、絶縁保護フィルム２の上部矩形部の両端を、図５の矢印（１）、（２）で示すように、外側から捲回電極体３ごと覆うように巻き付けられる。
【００３４】
図６に側面カバー部巻き付け後の斜視図を示す。図６に示すように、前記一方の側面カバー部Ａ２ｃと前記他方の側面カバー部Ｂ２ｄを巻き付け後、捲回電極体３から下方へ絶縁保護フィルム２がはみ出る様に配置される（図６のＣ−Ｃ部よりも下側）。このはみ出し幅は、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度であり、捲回電極体と電池容器との絶縁性を確保するという意味では３ｍｍ〜５ｍｍが望ましい。このはみ出し部分が電池缶１の底壁部２２へ配置されることで、充電により押し出された電解液が缶底に向かって解放された絶縁保護フィルム２によって捲回電極体に導かれ、捲回電極体の外側だけでなく、側面からも電解液が捲回電極体に導かれ、電解液不足による性能劣化を抑制することができる。
【００３５】
また、捲回電極体３と側面カバー部Ａ２ｃの端部と前記他方の側面カバー部Ｂ２ｄの端部との間に設けられる隙間ｄ１を除いて絶縁保護フィルム２に覆われた状態とされる。この隙間ｄ１があることでもまた、表面張力により電解液が捲回電極体３に導かれる。絶縁保護フィルム２巻き付け後、前記一方の側面カバー部Ａ２ｃおよび前記他方の側面カバー部Ｂ２ｄの端部の一部および底壁部カバー部２ｂの端部の一部は粘着テープ（図示せず）で固定される。固定方法としては、粘着テープで留める方法の他に、接着剤で留めてもよい。また、例えば一方のフィルム面に電解液によって反応や変質しない粘着材が塗布されたシール状の粘着フィルムを用いてもよく、粘着テープや接着剤を用いた場合よりも、容易に固定することができる。
【００３６】
図７に粘着テープ貼付後の斜視図を示す。図７に示すように、絶縁保護フィルム２巻き付け後、前記一方の側面カバー部Ａ２ｃおよび前記他方の側面カバー部Ｂ２ｄの端部は粘着テープ２０ｂで固定される。固定方法としては、粘着テープ２０ｂで留める方法の他に、接着剤で留めてもよい。また、例えば一方のフィルム面に電解液によって反応や変質しない粘着材が塗布されたシール状の粘着フィルムを用いてもよく、粘着テープや接着剤を用いた場合よりも、容易に固定することができる。本実施例では、粘着テープ２０ｂで固定しているが、これに限定されるものではなく、絶縁保護フィルム２の巻き付けを保持できるのであればよい。
【００３７】
以上、本発明について簡単にまとめる。
【００３８】
本発明に記載の角形二次電池は、正極体（３１）と負極体（３２）とをセパレータ（３３）を介して捲回され、捲回軸方向に開放面を有する扁平捲回体（３）と、扁平捲回体（３）を収納し、開放面と対向する側面部及び当該側面部と繋がる底面部を有する電池容器（１）と、扁平捲回体（３）を覆い、扁平捲回体（３）と電池容器（１）との間に配置される絶縁保護フィルム（２）と、を備え、絶縁保護フィルム（２）は、底面部側が開放された状態で前記底面側に所定長さ突出する突出部を有している。このような構成にすることによって、特別な部材を使用することなく、充電により押し出された電解液が缶底に向かって解放された絶縁保護フィルムによって捲回電極体に導くことが可能となる。また、３〜５ｍｍ突出しているため、捲回電極体３と電池容器１との絶縁距離も十分に確保することができる。
【００３９】
また、本発明に記載の角形二次電池は、絶縁保護フィルム（２）が前記扁平捲回体の２つの開放面及び２つの扁平面を覆うように捲き付けられる。このような構成にすることによって、捲回電極体３の幅広面側だけでなく、側面からも電解液が捲回電極体に導くことができ、より確実に電解液を捲回電極体に導くことができる。
【００４０】
また、本発明に記載の角形二次電池は、絶縁保護フィルム（２）の捲き付け方向の一端部と、捲き付け方向他端部との間には隙間部（ｄ１）が設けられる。このような構成にすることによって、表面張力により電解液が捲回電極体３に導かれるため、より確実に電解液を捲回電極体３に導くことが可能となる。
【００４１】
なお、捲回電極体３に巻き付けられる絶縁保護フィルム２は、フラットでも良いが、表面を加工してあっても良く、その加工はスリット加工がより好ましい。絶縁保護フィルム２の表面を加工することにより、液の表面張力を利用し、充電により押し出された電解液をより速やかに捲回電極体３内に導くことができる。
【００４２】
＜第２実施の形態＞
続いて第２実施の形態について説明する。第１実施の形態と異なる点は、隙間部ｄ１がなく、絶縁保護フィルム２が互いに密着している点である。以下に第２の実施形の形態について説明する。
【００４３】
図８に第２実施の形態について説明する図を示す。図８に示すように、捲回電極体３の側面を取り巻く絶縁保護フィルム２の両端部が互いに重なりあって重なり部３０を形成している。このように、捲回電極体３の下方に絶縁保護フィルム２のはみ出し部（Ｃ−Ｃ部よりも下の部分）が形成されていれば、側面カバー部Ａ２ｃと側面カバー部Ｂ２ｄは、隙間なく重なっても良い。重なり部の隙間で、液が表面張力により導かれ、充電により押し出された電解液を速やかに捲回電極体３内に導くことができる。
【００４４】
＜第３実施の形態＞
続いて第３実施の形態について説明する。第１実施の形態と異なる点は、粘着テープ部を回避するための間隙部ｄ２が設けられている点である。
【００４５】
図９に第３の実施の形態について説明する図を示す。本実施形態では、粘着テープ２０ａを回避する間隙部ｄ２を有している。このように、捲回電極体３の下方に絶縁保護フィルム２のはみ出し部が形成されていれば、側面カバー部Ａ２ｃと側面カバー部Ｂ２ｄは、捲回電極体３を巻き止めている粘着テープ２０ａを避けて配置されても良い。そうすることで、粘着テープ２０ａの厚み分、厚さ方向の寸法を小さくすることができるとともに、絶縁保護フィルム２の材料費削減ができる。
以上、本実施形態についてまとめる。本実施形態に記載の角形二次電池は、セパレータ（３３）は捲回群（３）の最外周で粘着テープ（２０ａ）を用いて固定され、隙間部（ｄ２）は粘着テープ（２０ａ）を露出させるように設けられる。このような構成にすることによって、第１の実施の形態での効果に加えて、粘着テープ２０ａの厚み分、厚さ方向の寸法を小さくすることができるとともに、絶縁保護フィルム２の材料費削減ができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
Ｃ１    角形二次電池
１      電池缶
１ａ     開口部
２      絶縁保護フィルム
２ａ    扁平面対向部
２ｃ    側面カバー部Ａ
２ｄ    側面カバー部Ｂ
３      捲回電極体
４Ａ    正極集電板
４Ｂ    負極集電板
５      ガスケット
６      蓋
６Ａ    正極側貫通孔
６Ｂ    負極側貫通孔
７      絶縁板      
８Ａ    正極外部端子
８Ｂ    負極外部端子
９      注液口
１０    ガス排出弁
１１    注液栓
１２Ａ  正極接続部
１２Ｂ  負極接続部
２０ａ  粘着テープ
２０ｂ  粘着テープ
２１    側壁部
２２    底壁部
３１    正極体
３１ａ   正極箔
３１ｂ   正極合剤
３１ｃ   正極箔露出部
３２    負極体
３２ａ   負極箔
３２ｂ   負極合剤
３２ｃ   負極箔露出部
３１ｄ   正極箔接続部
３２ｄ   負極箔接続部
３３    セパレータ
【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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