(57)【要約】【課題】排出弁を有する電池がケースに収容された電池パックにおいて、電池パックの体格増加を抑えつつ、開弁した排出弁から排出されるガスによりケースが損傷するのを防止する。【解決手段】電池スタック１０Ａ，１０Ｂを構成する各セル１２は、内圧が上昇した場合に内部のガスを外部に排出するように構成された排出弁１４を有する。ケース２０は、電池スタック１０Ａ，１０Ｂを収容する。板材３０Ａ，３０Ｂは、各排出弁１４とアッパーケース２４との間に設けられる。そして、板材３０Ａ，３０Ｂは、電池スタック１０Ａ，１０Ｂ及び板材３０Ａ，３０Ｂを上方から平面視した場合に、板材３０Ａ，３０Ｂが各排出弁１４に重なるように配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内圧が上昇した場合に内部のガスを外部に排出するように構成された排出弁を有する電池と、
前記電池を収容するケースと、
前記排出弁と前記ケースとの間に設けられる板材とを備え、
前記板材は、前記排出弁が設けられる前記電池の面の法線方向から前記電池及び前記板材を平面視した場合に、前記板材が前記排出弁に重なるように配置される、電池パック。
【請求項２】
前記電池が複数設けられるとともに積層配置されて電池スタックが構成され、
複数の前記電池は、前記電池スタックの一面を形成する第１の面に前記排出弁が設けられるように積層され、
前記板材は、複数の前記電池の積層方向に延在し、複数の前記電池の各々の排出弁に対して連続的に形成されている、請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記板材は、前記積層方向の両側から前記電池スタックを拘束する拘束バンドによって構成される、請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
前記板材は、前記電池スタックの前記第１の面に対向し、かつ、前記ケースの一面を形成する第２の面に取付けられる、請求項１又は請求項２に記載の電池パック。
【請求項５】
前記ケースは、
前記電池が載置されるロアケースと、
前記ロアケースの上部に設けられるアッパーケースとを含み、
前記板材は、前記排出弁と前記アッパーケースとの間に設けられ、
前記アッパーケースは、樹脂製である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池パックに関し、特に、内圧が上昇した場合に内部のガスを外部に排出するように構成された排出弁を有する電池がケースに収容された電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１０−１０８７８８号公報は、上記のような排出弁を有する電池がケースに収容された電池パック（バッテリシステム）を開示する。この電池パックは、各々がガスの排出弁を有する複数の角形電池から成る電池スタック（電池ブロック）と、電池スタックを収容するケース（外装ケース）と、各電池の排出弁に連結される排出ダクトとを備える。排出ダクト内には、ガスを通過できる無数の空隙を有する緩衝材が設けられている。これにより、排出ダクトを通じて、排出弁から排出されるガスのエネルギーを減衰させながらケースの外部にガスを排出することができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０８７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電池の内圧が上昇することにより開弁した排出弁から勢いよく排出される高温のガスがケースに直接突き当たると、ケースが局所的に圧力を受けるとともに加熱され、ケースが損傷する可能性がある。
【０００５】
特許文献１に記載の電池パックは、緩衝材が通路に設けられた排出ダクトを備えるものであるが、排出弁とケースとの間に排出ダクトを配置するためのスペースが必要であり、その分電池パックの体格が増加してしまう。
【０００６】
それゆえに、本開示の目的は、排出弁を有する電池がケースに収容された電池パックにおいて、電池パックの体格増加を抑えつつ、開弁した排出弁から排出されるガスによりケースが損傷するのを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示における電池パックは、電池と、ケースと、板材とを備える。電池は、内圧が上昇した場合に内部のガスを外部に排出するように構成された排出弁を有する。ケースは、電池を収容する。板材は、排出弁とケースとの間に設けられる。そして、板材は、排出弁が設けられる電池の面の法線方向から電池及び板材を平面視した場合に、板材が排出弁に重なるように配置される。
【０００８】
このような構成により、開弁した排出弁から勢いよく排出される高温のガスは、排出弁とケースとの間に設けられる板材に当たり、ケースに直接突き当たることはない。また、板材は、特許文献１に記載の排出ダクトのような設置スペースを要しない。したがって、この電池パックによれば、電池パックの体格増加を抑えつつ、開弁した排出弁から排出されるガスによりケースが損傷するのを防止することができる。
【０００９】
電池（以下「セル」と称する。）が複数設けられるとともに積層配置されて電池スタックが構成され、複数のセルは、電池スタックの一面を形成する第１の面に排出弁が設けられるように積層されてもよい。そして、板材は、複数のセルの積層方向に延在し、各セルの排出弁に対して連続的に形成されている。
【００１０】
この電池パックによれば、各セルの排出弁に対して板材が連続的に形成されているので、セル毎に個別に板材を準備する場合に対して部品点数を削減することができる。
【００１１】
板材は、セルの積層方向の両側から電池スタックを拘束する拘束バンドによって構成されるものとしてもよい。
【００１２】
これにより、電池スタックを拘束する機能を有する拘束バンドに、開弁した排出弁から排出されるガスがケースに直接当たるのを防止する機能も持たせることができる。したがって、拘束バンドと別に板材を設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。
【００１３】
板材は、電池スタックの第１の面に対向し、かつ、ケースの一面を形成する第２の面に取付けられてもよい。
【００１４】
この構成によれば、排出弁とケースとの間に板材を容易に設置することができる。また、板材がケースの補強部材となり、ケースの強度も向上する。
【００１５】
ケースは、セルが載置されるロアケースと、ロアケースの上部に設けられるアッパーケースとを含み、排出弁とアッパーケースとの間に板材が設けられるものとしてもよい。そして、アッパーケースは、樹脂製であってもよい。
【００１６】
この電池パックにおいては、アッパーケースは樹脂製であるので、電池パックを軽量化することができる。一方で、樹脂は、一般的には金属等に比べて耐熱性に劣るところ、この電池パックによれば、排出弁と樹脂製のアッパーケースとの間に板材が設けられるので、開弁した排出弁から排出される高温のガスから樹脂製のアッパーケースを保護することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本開示によれば、排出弁を有する電池がケースに収容された電池パックにおいて、電池パックの体格増加を抑えつつ、開弁した排出弁から排出されるガスによりケースが損傷するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１に従う電池パックの斜視図である。
【図２】図１に示される電池パックの断面図である。
【図３】図１に示される電池パックに含まれる各セルと板材との位置関係を示す平面図である。
【図４】セルの排出弁から排出されたガスによる圧力を示した図である。
【図５】セルの排出弁から排出されたガスによる熱の流れを説明するための図である。
【図６】実施の形態２に従う電池パックの斜視図である。
【図７】図６に示される電池スタックの側面図である。
【図８】図６に示される電池パックの断面図である。
【図９】板材又は拘束バンドの配置例を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２０】
［実施の形態１］
以下、図１から図３を用いて、本開示の実施の形態１に従う電池パックの構成について説明する。図中、Ｘ方向は、セルの積層方向を示し、Ｙ方向は、Ｘ方向に垂直であって電池パックの底面に沿う方向を示す。Ｚ方向は、電池パックの底面に垂直な方向を示し、以下では「上方」等と称する場合がある。
【００２１】
図１は、実施の形態１に従う電池パックの斜視図である。図１では、電池パックの中（上部）が視認できるように、アッパーケース（後述）が取り外された状態の電池パックが示されている。
【００２２】
図２は、図１に示される電池パックの断面図である。図２では、ＹＺ平面に沿った断面が示されている。また、図２では、アッパーケースが取付けられた状態の断面が示されている。
【００２３】
図３は、図１に示される電池パックに含まれる各セルと板材（後述）との位置関係を示す平面図である。図３では、各セル及び板材を上方から平面視した場合の平面図が示されている。
【００２４】
以下に説明される電池パックは、たとえば、モータによって駆動可能な電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に搭載され、モータへ供給される電力を蓄える電池を含んで構成される。但し、本開示に従う電池パックは、電動車両に搭載されるものに限定されるものではなく、他の用途に用いられるものであってもよい。
【００２５】
図１から図３を参照して、電池パック１は、電池スタック１０Ａ，１０Ｂと、ケース２０と、板材３０Ａ，３０Ｂとを備える。電池スタック１０Ａ，１０Ｂの各々は、複数のセル１２と、エンドプレート１６，１７と、複数の拘束バンド１８とを含む。この例では、電池パック１は、２つの電池スタック１０Ａ，１０Ｂを含んで構成されるものとしているが、本開示に従う電池パックは、これに限定されるものではなく、１つの電池スタック又は３つ以上の電池スタックを含んで構成されてもよい。
【００２６】
セル１２は、二次電池であり、代表的にはリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は、リチウムを電荷担体とする電池であり、電解質が液体の一般的なリチウムイオン二次電池のほか、固体の電解質を用いた所謂全固体電池も含み得る。なお、セル１２は、リチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池や、その他の二次電池によって構成されてもよい。
【００２７】
セル１２の容器（セルケース）の上面中央には、排出弁１４が設けられている。排出弁１４は、セルケース内の圧力が上昇した場合に部材が破断等することにより開弁し、セルケース内のガスをセルケースの外部に排出するように構成されている。そして、各セル１２は、略直方体形状を有しており、複数のセル１２がＸ方向に積層されて各電池スタック１０Ａ，１０Ｂが構成される。
【００２８】
エンドプレート１６，１７は、電池スタック１０Ａ，１０ＢのＸ方向端部の一方及び他方にそれぞれ設けられ、電池スタック１０Ａ，１０Ｂを挟むように配置される。なお、この例では、エンドプレート１６，１７は、電池スタック１０Ａ，１０Ｂで共用されているが、電池スタック１０Ａ，１０Ｂ毎にエンドプレートを形成してもよい。
【００２９】
拘束バンド１８は、セル１２の積層方向（Ｘ方向）に沿って延在し、エンドプレート１６，１７を接続する。この実施の形態１では、拘束バンド１８は、各電池スタック１０Ａ，１０Ｂの上面側においては、排出弁１４からのガスの排出を阻害しないようにＹ方向の両端部に配置されており、各電池スタック１０Ａ，１０Ｂの下面側においても、Ｙ方向の両端部に配置されている。そして、拘束バンド１８は、セル１２の積層方向の拘束荷重を付与することにより電池スタック１０Ａ，１０Ｂをセル１２の積層方向に拘束している。
【００３０】
ケース２０は、ロアケース２２と、アッパーケース２４とを含む。ロアケース２２は、底板と、底板の外周に沿って上方に延びる周壁部とによって構成され、上方に向けて開口する開口部が形成されている。そして、電池スタック１０Ａ，１０Ｂは、ロアケース２２内に載置されている。ロアケース２２は、たとえば金属によって形成される。
【００３１】
アッパーケース２４は、ロアケース２２の開口部を閉塞するようにロアケース２２に取付けられる。この例では、アッパーケース２４は、樹脂製であり、これにより電池パック１の軽量化が図られている。そして、アッパーケース２４のケース内面側には、板材３０Ａ，３０Ｂが設けられている。
【００３２】
板材３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ電池スタック１０Ａ，１０Ｂとアッパーケース２４との間に設けられ、セル１２の積層方向に延在している。板材３０Ａ，３０Ｂは、ＹＺ平面に沿う断面形状が略矩形の薄板によって形成されており（図２）、板材３０Ａ，３０Ｂ及び電池スタック１０Ａ，１０Ｂを上方から平面視した場合に（図３）、板材３０Ａは、電池スタック１０Ａを構成する各セル１２の排出弁１４に重なるように配置され、板材３０Ｂは、電池スタック１０Ｂを構成する各セル１２の排出弁１４に重なるように配置される。
【００３３】
板材３０Ａ，３０Ｂは、開弁した排出弁１４からのガスの排出を阻害しないように各排出弁１４からは離されて配置され、この実施の形態１では、板材３０Ａ，３０Ｂは、図示しない数点のボルト等の固定具によって、アッパーケース２４のケース内面側に取付けられている。
【００３４】
この板材３０Ａ，３０Ｂは、開弁した排出弁１４から勢いよく排出される高温のガスが、排出弁１４の上方に設けられているアッパーケース２４に直接突き当たるのを防止するために設けられたものである。そのため、板材３０Ａ，３０Ｂは、排出弁１４から排出される高温のガスが板材３０Ａ，３０Ｂに直接突き当たっても損傷しない強度と耐熱性とを有する材料によって形成され、たとえば金属等によって形成される。
【００３５】
セルの内圧が上昇して排出弁１４が作動すると、排出弁１４からは高温のガスが勢いよく排出されるところ、このようなガスがアッパーケース２４に直接突き当たると、アッパーケース２４が局所的に圧力を受けるとともに加熱され、アッパーケース２４が損傷する可能性がある。特に、この実施の形態１では、アッパーケース２４は樹脂製であるので、アッパーケース２４が損傷してしまう可能性がある。
【００３６】
この実施の形態１に従う電池パック１では、排出弁１４が作動した場合、開弁した排出弁１４から勢いよく排出された高温のガスは、排出弁１４とアッパーケース２４との間に設けられている板材３０Ａ又は３０Ｂに突き当たり、アッパーケース２４に直接突き当たることはない。これにより、排出弁１４から勢いよく排出されるガスによるアッパーケース２４の局所的な圧力上昇が抑制されるとともに、その高温のガスによるアッパーケース２４の局所的な温度上昇が抑制されて熱によるアッパーケース２４の強度低下が抑制される。
【００３７】
図４は、セル１２の排出弁１４から排出されたガスによる圧力を示した図である。図４には、図２に示した断面図における排出弁１４及び板材３０Ａ（３０Ｂ）の周辺が拡大されて示されている。
【００３８】
図４を参照して、開弁した排出弁１４から勢いよく排出されたガスは、アッパーケース２４に取付けられた板材３０Ａ（３０Ｂ）に突き当たる。板材３０Ａ（３０Ｂ）は、一定の面積を有してアッパーケース２４に取付けられているので、アッパーケース２４が受ける圧力は分散され、アッパーケース２４における局所的な圧力上昇が抑制される。
【００３９】
図５は、セル１２の排出弁１４から排出されたガスによる熱の流れを説明するための図である。図５には、図２に示した断面図における板材３０Ａ（３０Ｂ）の周辺が拡大されて示されている。
【００４０】
図５を参照して、開弁した排出弁１４から排出された高温のガスは、板材３０Ａ（３０Ｂ）に突き当たる。高温のガスから熱を受ける板材３０Ａ（３０Ｂ）は、アッパーケース２４に取付けられているところ、板材３０Ａ（３０Ｂ）とアッパーケース２４との接触面の微小な凹凸により生じている板材３０Ａ（３０Ｂ）とアッパーケース２４との間の微小な空隙が熱抵抗となり、板材３０Ａ（３０Ｂ）からアッパーケース２４への熱の流れは低減される。これにより、高温のガスによるアッパーケース２４の局所的な温度上昇が抑制され、熱によるアッパーケース２４の強度低下が抑制される。
【００４１】
なお、板材３０Ａ，３０Ｂは、数点のボルト等の固定具によってアッパーケース２４に取付けられるものとしているが、熱伝導率の低い接着剤によってアッパーケース２４に取付けられてもよいし、板材３０Ａ，３０Ｂとアッパーケース２４との間に断熱材等を介在させてもよい。これらによっても、板材３０Ａ（３０Ｂ）からアッパーケース２４への熱の流れを低減することができる。
【００４２】
そして、薄板から成る板材３０Ａ，３０Ｂは、上記の特許文献１に記載の排出ダクトのような設置スペースを要しない。したがって、この電池パック１によれば、電池パック１の体格増加を抑えつつ、開弁した排出弁１４から勢いよく排出される高温のガスによりアッパーケース２４が損傷するのを防止することができる。
【００４３】
なお、上記では、板材３０Ａ，３０Ｂは、ＹＺ平面に沿う断面形状が略矩形の薄板によって形成されるものとしたが、電池パック１の体格増加を招かない限りにおいては、板材３０Ａ，３０Ｂは、厚板であってもよいし、断面形状が略正方形や楕円形状等のものであってもよい。このような形状の板材によっても、開弁した排出弁１４から排出されるガスによりアッパーケース２４が損傷するのを防止することができる。
【００４４】
なお、上記では、電池スタック１０Ａ，１０Ｂにおける各排出弁１４の配列に沿って、セル１２の積層方向に延在する板材３０Ａ，３０Ｂが設けられるものとしたが、各セル１２の排出弁１４毎に、板材を個別に設けてもよい。一方、この実施の形態１によれば、上述のように、板材３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ電池スタック１０Ａ，１０Ｂを構成する各セル１２の排出弁１４に対して連続的に形成されているので、排出弁１４毎に板材を個別に設ける場合よりも部品点数を削減することができる。
【００４５】
また、この実施の形態１によれば、板材３０Ａ，３０Ｂは、アッパーケース２４のケース内面側に取付けられるので、各セル１２の排出弁１４とケース２０（アッパーケース２４）との間に板材３０Ａ，３０Ｂを容易に設置することができる。
【００４６】
また、この実施の形態１においては、アッパーケース２４は樹脂製であるので、電池パック１を軽量化することができている。一方で、樹脂製のアッパーケース２４は、金属によって形成される場合に比べて耐熱性に劣る可能性があるところ、この電池パック１によれば、排出弁１４と樹脂製のアッパーケース２４との間に板材３０Ａ，３０Ｂが設けられるので、開弁した排出弁１４から排出される高温のガスから樹脂製のアッパーケース２４を保護することができる。
【００４７】
さらに、この実施の形態１によれば、樹脂製のアッパーケース２４の内面側に、セル１２の積層方向に延在する金属製の板材３０Ａ，３０Ｂが固定されているので、板材３０Ａ，３０Ｂがアッパーケース２４の補強部材となり、アッパーケース２４の強度も向上する。
【００４８】
［実施の形態２］
実施の形態２では、電池スタック１０Ａ，１０Ｂをセル１２の積層方向に拘束する拘束バンドが、排出弁１４とアッパーケース２４との間に設けられる板材としても用いられる構成が示される。これにより、実施の形態１で説明した板材３０Ａ，３０Ｂを別途設ける必要がなくなり、部品点数の削減が図られる。
【００４９】
以下、図６から図８を用いて、本開示の実施の形態２に従う電池パックの構成について説明する。
【００５０】
図６は、実施の形態２に従う電池パックの斜視図である。図６でも、図１と同様に、電池パックの中（上部）が視認できるように、アッパーケース２４が取り外された状態の電池パックが示されている。
【００５１】
図７は、図６に示される電池スタック１０Ａ，１０Ｂの側面図である。図７では、Ｘ方向から電池スタック１０Ａ，１０Ｂを視たときの側面が示されている。
【００５２】
図８は、図６に示される電池パックの断面図である。図８では、ＹＺ平面に沿った断面が示されている。また、図８では、アッパーケース２４が取付けられた状態の断面が示されている。
【００５３】
図６から図８を参照して、電池パック１Ａは、図１から図３に示した実施の形態１における電池パック１の構成において、板材３０Ａ，３０Ｂ、及び電池スタック１０Ａ，１０Ｂの上面側に設けられる４つの拘束バンド１８に代えて、拘束バンド３６Ａ，３６Ｂを備える。
【００５４】
拘束バンド３６Ａ，３６Ｂは、金属製であり、セル１２の積層方向（Ｘ方向）に沿って延在し、エンドプレート１６，１７を接続する。具体的には、拘束バンド３６Ａは、電池スタック１０Ａの上面側において、電池スタック１０Ａを構成する各セル１２の排出弁１４の上方に配置されるように設けられ、拘束バンド３６Ｂは、電池スタック１０Ｂの上面側において、電池スタック１０Ｂを構成する各セル１２の排出弁１４の上方に配置されるように設けられる。
【００５５】
拘束バンド３６Ａ，３６Ｂは、開弁した排出弁１４からのガスの排出を阻害しないように各排出弁１４からは離されて配置されている（図８）。そして、拘束バンド３６Ａ，３６Ｂ及び電池スタック１０Ａ，１０Ｂを上方から平面視した場合に、拘束バンド３６Ａは、電池スタック１０Ａを構成する各セル１２の排出弁１４に重なるように配置され、拘束バンド３６Ｂは、電池スタック１０Ｂを構成する各セル１２の排出弁１４に重なるように配置されている。
【００５６】
そして、拘束バンド３６Ａ，３６Ｂは、それぞれ電池スタック１０Ａ，１０Ｂをセル１２の積層方向に拘束するものであるとともに、排出弁１４が作動した場合に、開弁した排出弁１４から勢いよく排出される高温のガスがアッパーケース２４に直接突き当たるのを防止するための部材としても機能する。
【００５７】
したがって、この実施の形態２によれば、実施の形態１に示した板材３０Ａ，３０Ｂを別途設けることなく、実施の形態１と同様の効果が得られる。そして、板材３０Ａ，３０Ｂを別途設ける必要がないので、実施の形態１に従う電池パック１に対して部品点数を削減することができる。
【００５８】
なお、上記の実施の形態１，２においては、各セル１２の排出弁１４は、セルケースの上面中央に設けられるものとしたが、セルケースの上面中央からセル１２の長手方向（Ｙ方向）にずれた位置に設けられていてもよい。この場合、排出弁１４の配置に合わせて、板材或いは板材として機能する拘束バンドも配置される。
【００５９】
たとえば、図３に示した平面図に相当する図９に示されるように、セル１２の積層方向に排出弁１４が千鳥配置されるような場合には、実施の形態１における板材３０Ａに代えて板材３０Ａ−１，３０Ａ−２が設けられるとともに、板材３０Ｂに代えて板材３０Ｂ−１，３０Ｂ−２が設けられてもよい。ここで、板材３０Ａ−１，３０Ａ−２は、電池スタック１０Ａを構成する各セル１２の排出弁１４に重なるように配置され、板材３０Ｂ−１，３０Ｂ−２は、電池スタック１０Ｂを構成する各セル１２の排出弁１４に重なるように配置される。或いは、板材３０Ａ−１，３０Ａ−２，３０Ｂ−１，３０Ｂ−２の代わりに、拘束バンド３６Ａ−１，３６Ａ−２，３６Ｂ−１，３６Ｂ−２を設けてもよい。
【００６０】
また、上記においては、板材３０Ａ，３０Ｂ（３０Ａ−１，３０Ａ−２，３０Ｂ−１，３０Ｂ−２）は、アッパーケース２４に取付けられるものとしたが、これらの板材をロアケース２２に取付けてもよい。たとえば、板材３０Ａ，３０Ｂ（３０Ａ−１，３０Ａ−２，３０Ｂ−１，３０Ｂ−２）がセル１２の積層方向に延在してロアケース２２の周壁部間を架け渡すように、板材３０Ａ，３０Ｂ（３０Ａ−１，３０Ａ−２，３０Ｂ−１，３０Ｂ−２）の端部をロアケース２２の周壁部に固定してもよい。
【００６１】
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６２】
１，１Ａ  電池パック、１０Ａ，１０Ｂ  電池スタック、１２  セル、１４  排出弁、１６，１７  エンドプレート、１８，３６Ａ，３６Ｂ  拘束バンド、２０  ケース、２２  ロアケース、２４  アッパーケース、３０Ａ，３０Ｂ  板材。
【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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