(57)【要約】【課題】  複数のセルを一つずつ手作業で中間板の間に搬出入する際の作業負担を軽減する。【解決手段】  搬出入装置は、燃料電池を構成する複数のセル２０の発電を検査するために用いられる複数の中間板３０のうち隣接する中間板３０の間にセル２０を搬出入する。この搬出入装置は、セル２０をその両面から把持及び解放するように開閉動作をする把持機構１３０と、把持機構１３０を昇降移動させる昇降機構とを備える。把持機構１３０は、セル２０の貫通孔２１に挿通可能な挿通部材１３１Ａを有するフィンガ１３１と、挿通部材１３１Ａを受け入れて嵌合する受け部分１３２Ａを有するフィンガ１３２とを備える。フィンガ１３１，１３２は、挿通部材１３１Ａを、セル２０の貫通孔２１を通して受け部分１３２Ａに挿抜するように開閉可能に構成されている。【選択図】      図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を構成する複数のセルの発電を検査するために用いられる複数の中間板のうち隣接する中間板の間にセルを搬出入する搬出入装置であって、
前記セルをその両面から把持及び解放するように開閉動作をする把持機構と、
前記把持機構を昇降移動させる昇降機構と、を備え、
前記把持機構は、
前記セルの貫通孔に挿通可能な挿通部材を有する第１のフィンガと、
前記挿通部材を受け入れて嵌合する受け部分を有する第２のフィンガと、を備え、
前記第１のフィンガ及び前記第２のフィンガは、前記挿通部材を、前記貫通孔を通して前記受け部分に挿抜するように開閉可能に構成されている、搬出入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を構成する複数のセルの発電を検査するために用いられる複数の中間板のうち隣接する中間板の間にセルを搬出入する搬出入装置に関わる。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１４−２２９５７８号公報には、燃料電池を構成するセル同士の間に中間板を挿入した状態でセルの発電を検査する検査装置が記載されている。この検査装置は、隣接する中間板の間の距離を予め定められた距離以下に規制するリンク機構を備えているため、隣接する中間板の間にセルを手作業で搬出入する際に、隣接する中間板の間隔を調整する煩わしさを解消することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２２９５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の検査装置では、セルと中間板とが密着するように、セルと中間板とが交互に配置されてなる積層体の両側から締結力を加えた状態でセルの発電を検査するように構成されている。
【０００５】
しかし、セルの発電の検査後に締結力を解除すると、隣接する中間板の間に位置するセルは、それぞれ、ばらばらの方向を向き、姿勢が定まらないため、中間板の間からセルを一つずつ手作業で取り出すのに時間がかかる。一方、隣接する中間板の間にセルを入れるときには、中間板に対するセルの高精度な位置決めが必要となるため、中間板の間にセルを一つずつ手作業で入れるのにも時間がかかる。燃料電池を構成するセルの数は、例えば、数十にもなるため、このような多数のセルを一つずつ手作業で中間板の間に搬出入する作業負担の軽減が課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
本発明に係る搬出入装置は、燃料電池を構成する複数のセルの発電を検査するために用いられる複数の中間板のうち隣接する中間板の間にセルを搬出入する。この搬出入装置は、セルをその両面から把持及び解放するように開閉動作をする把持機構と、把持機構を昇降移動させる昇降機構とを備える。把持機構は、セルの貫通孔に挿通可能な挿通部材を有する第１のフィンガと、挿通部材を受け入れて嵌合する受け部分を有する第２のフィンガとを備える。第１のフィンガ及び第２のフィンガは、挿通部材を、セルの貫通孔を通して受け部分に挿抜するように開閉可能に構成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る搬出入装置によれば、複数のセルを一つずつ手作業で中間板の間に搬出入する作業負担を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る検査装置の構成の概略を示す説明図である。
【図２】本実施形態に係るセルの構成の概略を示す説明図である。
【図３】本実施形態に係る中間板の構成の概略を示す説明図である。
【図４】本実施形態に係る中間板とセルの構成の概略を示す説明図である。
【図５】本実施形態に係る検査装置の構成の概略を示す説明図である。
【図６】本実施形態に係る搬出入装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図７】本実施形態に係る中間板の間にあるセルの説明図である。
【図８】本実施形態に係る把持機構の構成の概略を示す説明図である。
【図９】本実施形態に係る把持機構の構成の概略を示す説明図である。
【図１０】本実施形態に係る把持機構の構成の概略を示す説明図である。
【図１１】本実施形態に係るセルの貫通孔の構成の概略を示す説明図である。
【図１２】本実施形態に係るセルの貫通孔の構成の概略を示す説明図である。
【図１３】本実施形態に係る搬出入装置の装置本体の機構を示す説明図である。
【図１４】本実施形態に係る搬出入装置の装置本体の機構を示す説明図である。
【図１５】本実施形態に係る把持機構の構成の概略を示す説明図である。
【図１６】本実施形態に係る把持機構の構成の概略を示す説明図である。
【図１７】本実施形態に係る中間板の間にあるセルの説明図である。
【図１８】本実施形態に係る把持機構の構成の概略を示す説明図である。
【図１９】本実施形態に係る把持機構の構成の概略を示す説明図である。
【図２０】本実施形態に係る把持機構の構成の概略を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１乃至図２０を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここで、同一符号は同一の要素を示すものとし、重複する説明は省略する。
図１は本実施形態に係る検査装置１０の構成の概略を示す説明図である。検査装置１０は、燃料電池を構成する複数のセル２０の発電を検査する複数の中間板３０と、各セル２０の発電特性（例えば、各セル２０の出力電圧、出力電流、抵抗、又は温度など）に関する情報をケーブル４２経由で各中間板３０から収集してそれを評価及び分析する発電評価装置４１とを備えている。発電評価装置４１は、例えば、各セル２０の発電特性を検出するセルモニタと、セルモニタが検出した発電特性に関する情報を評価及び分析するコンピュータシステムとから構成される。但し、発電評価装置４１は、必ずしも、セルモニタを備えている必要はなく、例えば、各中間板３０がセルモニタを備えている場合には、各セル２０の発電特性に関する情報を各中間板３０内のセルモニタから発電評価装置４１に送信するように構成してもよい。中間板３０とセル２０とが交互に配置されて積層体を形成するように、隣接する二つの中間板３０の間には、一つのセル２０が挿入されており、その積層体の一端に位置する中間板３０には、絶縁インシュレータ５１及びエンドプレート６１が配置され、その積層体の他端に位置する中間板３０には、絶縁インシュレータ５２及びエンドプレート６２が配置されている。エンドプレート６１，６２は、例えば、金属板である。絶縁インシュレータ５１は、中間板３０とエンドプレート６１との間の絶縁を確保する絶縁部材である。同様に、絶縁インシュレータ５２は、中間板３０とエンドプレート６２との間の絶縁を確保する絶縁部材である。
【００１１】
なお、各セル２０，各中間板３０，各絶縁インシュレータ５１，５２，及び各エンドプレート６１，６２には、各孔軸が一致するように貫通孔（図示せず）が予め形成されており、シャフト（図示せず）をその貫通孔に挿通し、ボルト等の締結具（図示せず）で締結することにより、セル２０及び中間板３０の積層方向に締結力を加え、セル２０と中間板３０との間の密着性を確保している。本明細書では、セル２０及び中間板３０の積層方向を±Ｘ方向とし、鉛直方向を−Ｚ方向としている。
【００１２】
図２は本実施形態に係るセル２０の構成の概略を示す説明図である。燃料電池は、燃料を電気化学プロセスによって酸化させることにより酸化反応に伴って放出されるエネルギーを電気エネルギーに直接変換する発電システムであり、複数のセル２０を積層して成るスタック構造を有している。このようなスタック構造を有する燃料電池は、一種の組電池であり、燃料電池スタックとも呼ばれている。セル２０は、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の流路となる溝が形成された一対のセパレータで膜−電極アッセンブリの両面を挟み込んだ構造を有しており、単セル又は燃料電池セルとも呼ばれている。膜−電極アッセンブリは、水素イオンを選択的に輸送するための電解質膜の両側面に多孔質材料から成る一対の電極（アノード極、カソード極）が形成された構造を有している。セパレータ及び膜−電極アッセンブリの構造は、公知であるため、その詳細な説明は省略する。セル２０は、後述する搬出入装置１００を用いて、隣接する中間板３０の間にセル２０を搬出入するために用いられる二つの貫通孔２１，２２を有している。
【００１３】
図３は本実施形態に係る中間板３０の構成の概略を示す説明図である。各中間板３０は、その内部に冷却水路３５を有する導電性板状部材である。セル２０内部で生じる起電反応は、発熱を伴うため、中間板３０内の冷却水路３５に冷却水を流すことによって、セル２０を冷却することができる。また、中間板３０には、それぞれ、燃料ガス供給マニホールド、酸化ガス供給マニホールド、酸化ガス排出マニホールド、及び燃料ガス排出マニホールドとして機能する複数の貫通孔３１，３２，３３，３４が形成されている。セル２０は、燃料ガス供給マニホールド、酸化ガス供給マニホールド、酸化ガス排出マニホールド、及び燃料ガス排出マニホールドを有しており、符号３７が示す位置にセル２０が中間板３０に対して位置決めされたときに、中間板３０の貫通孔３１，３２，３３，３４の位置が、セル２０の燃料ガス供給マニホールド、酸化ガス供給マニホールド、酸化ガス排出マニホールド、及び燃料ガス排出マニホールドの位置に整合するように、貫通孔３１，３２，３３，３４の位置が調整されている。符号３７が示す位置は、中間板３０に対するセル２０の位置決めを指定するための位置であり、説明の便宜上、基準位置と称する。また、中間板３０の角部には、切欠き３６が形成されている。図４に示すように、切欠き３６を形成することにより、隣接する中間板３０の間にセル２０を挿入したときに、セル２０の貫通孔２１，２２が隣接する中間板３０の間から露出させることができる。このように、セル２０の貫通孔２１，２２を隣接する中間板３０の間から露出させることにより、後述する搬出入装置１００による中間板３０の間へのセル２０の搬出入が容易になる。
【００１４】
図５は検査装置１０を用いてセル２０の発電を検査するときの反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）及び冷却水の流れの様子を示す説明図である。セル２０の発電検査時に燃料ガス供給装置７１から供給される燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールドを通過して各セル２０に流れ込み、各セル２０での起電反応に寄与した後に、燃料ガス排出マニホールドを通過して外部に外出される。同様に、セル２０の発電検査時に酸化ガス供給装置７２から供給される酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールドを通過して各セル２０に流れ込み、各セル２０での起電反応に寄与した後に、酸化ガス排出マニホールドを通過して外部に外出される。燃料ガス供給装置７１は、例えば、燃料ガスとしての水素ガスを貯蔵する水素タンクであり、酸化ガス供給装置７２は、例えば、酸化ガスとしての空気を供給するエアポンプである。各中間板３０の冷却水路３５は、ポンプ７３から圧送される冷却水を循環させる冷却水循環路７５に接続している。中間板３０内の冷却水路３５を流れる際に冷却水が吸収した熱量は、ラジエータ７４を介して放熱され、セル２０が適度な温度で発電できるように、冷却水の温度が調整されている。発電検査中のセル２０では、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じる。セル２０全体としては（３）式の起電反応が生じる。
【００１５】
Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
【００１６】
図６は本実施形態に係る搬出入装置１００の構成を示す機能ブロック図である。搬出入装置１００は、装置本体１１０と、装置本体１１０を鉛直方向に昇降移動させる昇降機構１２０とを備えている。装置本体１１０は、複数のセル２０のそれぞれの貫通孔２１を通して各セル２０をその両面から一斉に把持及び解放するように開閉動作をする把持機構１３０と、複数のセル２０のそれぞれの貫通孔２２を通して各セル２０をその両面から一斉に把持及び解放するように開閉動作をする把持機構１４０と、把持機構１３０，１４０を連動して開閉動作させる開閉機構１５０とを備えている。把持機構１３０，１４０の開閉動作は連動しており、把持機構１３０が複数のセル２０のそれぞれの貫通孔２１を通して各セル２０をその両面から一斉に把持及び解放するのと同時に、把持機構１４０は、複数のセル２０のそれぞれの貫通孔２２を通して各セル２０をその両面から一斉に把持及び解放する。開閉機構１４０の構成は、開閉機構１３０の構成と同様であるため、図７乃至図１０を参照しながら、開閉機構１３０の構成を中心に説明し、開閉機構１４０の構成の詳細な説明は省略する。
【００１７】
図７に示すように、セル２０の発電検査後に、±Ｘ方向に加えられる締結力を緩めると、セル２０は、隣接する中間板３０の間で傾いており、その傾斜方向は、セル２０によってばらばらである。図８乃至図１０に示すように、把持機構１３０は、軸芯方向（±Ｘ方向）に移動可能なシャフト１３３に接続されたフィンガ１３１と、軸芯方向（±Ｘ方向）に移動可能なシャフト１３４に接続されたフィンガ１３２とを備えており、この一対のフィンガ１３１，１３２の開閉動作により、セル２０をその両面から把持及び解放する。フィンガ１３１は、セル２０の貫通孔２１に挿通可能な挿通部材１３１Ａを有しており、フィンガ１３２は、挿通部材１３１Ａを受け入れて嵌合する受け部分１３２Ａを有する。受け部分１３２Ａは、凹部でもよく或いは貫通孔でもよい。図７乃至図１０は、セル２０の断面を示すものではないが、説明の便宜上、貫通孔２１を破線で示している（図１５乃至図２０についても同様である）。また、図８乃至１０は、フィンガ１３２の断面を示すものではないが、説明の便宜上、受け部分１３２Ａを破線で示している（図１５、図１６、図１８乃至図２０についても同様である）。また、一対のフィンガ１３１，１３２の開閉動作により、セル２０をその両面から把持及び解放する様子を説明する便宜上、図７乃至図１０に示すセル２０と中間板３０との大きさの比率は、図３又は図４に示すセル２０と中間板３０との大きさの比率とは一致していない点に留意されたい（図１５乃至図２０についても同様である）。
【００１８】
図８に示すように、中間板３０の間に位置するセル２０を把持する事前準備段階として、挿通部材１３１Ａが貫通孔２１を挿通可能な位置まで把持機構１３０を−Ｚ方向に下降移動させる。このとき、シャフト１３３，１３４は、±Ｘ方向に平行に位置付けされるものとする。次いで、図９及び図１０に示すように、シャフト１３３を−Ｘ方向に移動させるとともに、シャフト１３４を＋Ｘ方向に移動させる（以下、シャフト１３３，１３４の「閉動作」と称する）と、一対のフィンガ１３１，１３２は、挿通部材１３１Ａを、貫通孔２１を通して受け部分１３２Ａに挿入するように、閉動作をする。これにより、一対のフィンガ１３１，１３２は、隣接する中間板３０の中間付近にセル２０を寄せて把持することができる。次いで、図１０に示すように、把持機構１３０を＋Ｚ方向に上昇移動させると、隣接する中間板３０の間からセル２０を吊り上げて取り出すことができる。
【００１９】
隣接する中間板３０の間にセル２０を入れる場合は、上述の手順と逆の手順を実行すればよい。即ち、一対のフィンガ１３１，１３２によって把持されるセル２０を中間板３０の基準位置３７に位置決めする。次いで、シャフト１３３を＋Ｘ方向に移動させるとともに、シャフト１３４を−Ｘ方向に移動させる（以下、シャフト１３３，１３４の「開動作」と称する）と、一対のフィンガ１３１，１３２は、挿通部材１３１Ａを、貫通孔２１を通して受け部分１３２Ａから抜くように、開動作をする。次いで、把持機構１３０を＋Ｚ方向に上昇移動させると、隣接する中間板３０の間にセル２０を入れることができる。このように、搬出入装置１００を用いることにより、各セル２０を中間板３０の基準位置３７に位置決めすることができる。ここで、図１１に示すように、セル２０の貫通孔２１に挿通部材１３１Ａを通して、セル２０を吊り下げると、セル２０の自重により、挿通部材１３１Ａと貫通孔２１との間の相対的な位置関係が一意に定まる。これにより、各セル２０を中間板３０の基準位置３７に位置決めするのが容易となる。図１２に示すように、貫通孔２１を弾性部材２１Ａで縁取りし、挿通部材１３１Ａの貫通孔２１への繰り返しの挿通に伴う貫通孔２１の変形を抑制してもよい。弾性部材２１Ａの材質は、適度な弾性を有する材質であればよく、例えば、ゴムが好適である。
【００２０】
なお、把持機構１３０の昇降移動（下降移動及び上昇移動）は、昇降機構１２０により制御される。また、一対のフィンガ１３１，１３２の開閉動作は、開閉機構１５０によるシャフト１３３，１３４の開閉動作を介して制御される。説明の便宜上、図８乃至図１０は、一つのセル２０を把持する一対のフィンガ１３１，１３２を図示しているが、把持機構１３０は、複数のセル２０を同時に把持する複数対のフィンガ１３１，１３２を備えている。複数のフィンガ１３１のそれぞれは、シャフト１３３に接続しており、複数のフィンガ１３２のそれぞれは、シャフト１３４に接続している。シャフト１３３，１３４の開閉動作を介して、複数対のフィンガ１３１，１３２を同時に開閉させることができる。同様に、把持機構１４０は、複数のセル２０を同時に把持する複数対のフィンガ（図示せず）を備えている。
【００２１】
図１３及び図１４は搬出入装置１００の装置本体１１０の機構を示す説明図である。開閉機構１５０は、手入力操作により開閉動作可能なレバー１５１と、レバー１５１の開閉動作に連動して±Ｘ方向に移動する一対のプレート１５２，１５３と、プレート１５２，１５３のそれぞれに接続されるプレート固定フィンガ１５５，１５６とを備えている。プレート固定フィンガ１５５，１５６のそれぞれは、シャフト１３３，１３４に接続しており、レバー１５１の開閉動作は、一対のプレート１５２，１５３及びプレート固定フィンガ１５５，１５６を伝わって、シャフト１３３，１３４を開閉動作させる。これにより、シャフト１３３，１３４の開閉動作に連動して複数対のフィンガ１３１，１３２が同時に開閉動作をする。同様に、把持機構１４０の複数対のフィンガ（図示せず）は、レバー１５１の開閉動作に連動して同時に開閉動作をする。
【００２２】
なお、図１５に示すように、把持機構１３０は、セル２０と挿通部材１３１Ａとの干渉を防ぐ干渉防止器具１６０を備えてもよい。図１６に示すように、一対のフィンガ１３１，１３２がセル２０を把持するときは、干渉防止器具１６０は、セル２０によって押し上げられ、セル２０と挿通部材１３１Ａとの干渉を防ぐことができる。
【００２３】
次に、図１７乃至図２０を参照しながら、中間板３０に粘着したガスケット８０を剥離する方法について説明する。図１７に示すように、セル２０の発電検査時は、±Ｘ方向に加えられる締結力により、セル２０は中間板３０に密着した状態となり、セル２０の発熱の影響を受けて、セル２０と中間板３０との間のガスケット８０の未加硫成分が中間板３０に粘着することがある。ガスケット８０の粘着力は、その膜厚方向（±Ｘ方向）において弱く、せん断方向（±Ｚ方向）において強い。このため、ガスケット８０をせん断方向に引き剥がそうとすると、過大なせん断応力により、セル２０が損傷する虞がある。そこで、図１８に示すように、挿通部材１３１Ａが貫通孔２１を挿通可能な位置まで把持機構１３０を−Ｚ方向に下降移動させる。このとき、シャフト１３３，１３４は、±Ｘ方向に平行に位置付けるものとする。次いで、図１９及び図２０に示すように、シャフト１３３，１３４を閉動作させると、一対のフィンガ１３１，１３２は、挿通部材１３１Ａを、貫通孔２１を通して受け部分１３２Ａに挿入するように、閉動作をする。これにより、一対のフィンガ１３１，１３２は、隣接する中間板３０の中間付近にセル２０を寄せてガスケット８０を中間板３０から剥離することができる。このとき、ガスケット８０には、その膜厚方向に引張応力が作用するため、セル２０を損傷させることなく容易にガスケット８０を引き剥がすことができる。
【００２４】
以上、説明したように、本実施形態に係る搬出入装置１００によれば、中間板３０の間からセル２０を一つずつ手作業で取り出す必要がなく、複数のセル２０を中間板３０の間から一括して取り出すことができる。また、本実施形態に係る搬出入装置１００によれば、中間板３０の間にセル２０を一つずつ手作業で入れる必要がなく、複数のセル２０を一括して基準位置３７に位置決めすることができる。これにより、複数のセル２０を一つずつ手作業で中間板３０の間に搬出入する作業負担を軽減できる。
【００２５】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図示の比率に限定されるものではない。また、実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００２６】
１０…検査装置
２０…セル
２１，２２…貫通孔
２１Ａ…弾性部材
３０…中間板
３１，３２，３３，３４…貫通孔
３５…冷却水路
３６…切欠き
３７…基準位置
４１…発電評価装置
４２…ケーブル
５１，５２…絶縁インシュレータ
６１，６２…エンドプレート
７１…燃料ガス供給装置
７２…酸化ガス供給装置
７３…ポンプ
７４…ラジエータ
７５…冷却水循環路
８０…ガスケット
１００…搬出入装置
１１０…装置本体
１２０…昇降機構
１３０，１４０…把持機構
１３１，１３２…フィンガ
１３１Ａ…挿通部材
１３２Ａ…受け部分
１５０…開閉機構
１５１…レバー
１５２，１５３…プレート
１５５，１５６…プレート固定フィンガ
【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】
2018022657.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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