(57)【要約】【課題】  スペーサと極板群の端部に配置される極板群構成部材との間隙にガス及び電解質をスムーズに流通させることができるスペーサを備えた二次電池を提供する。【解決手段】  積層型極板群１５の積層方向の両端に一対のスペーサ２３を配置する。スペーサ２３は、負極板１７の活物質層１８に先端部が当接し、活物質層１８との間にスペースＳを形成することができる形状を有する複数の突起２５を備えている。複数の突起２５は、電槽本体５の底壁部側から開口部３側に連続して延びてガス（酸素、水素）及び電解質が通る複数の通路ＰによってスペースＳを構成するように、分散配置されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電槽と、前記電槽内に配置された積層型極板群と、前記積層型極板群の積層方向の端部に位置する極板群構成部材と前記電槽の内壁との間に配置されて前記極板群構成部材との間にガス及び電解質が流動するスペースを形成するスペーサとを備えた二次電池であって、
前記スペーサは前記極板群構成部材に先端部が当接して前記極板群構成部材との間に前記スペースを形成することができる形状を有する複数の突起を備えており、
前記複数の突起は、前記電槽の底壁部側から上壁部側に連続して延びて前記ガス及び電解質が通る複数の通路によって前記スペースを構成するように、分散配置されていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記極板群構成部材が、負極板またはリテーナである請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記複数の突起は、前記先端部に向かうに従って横断面積が小さくなる形状を有している請求項１または２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記複数の突起は、所定の間隔を開けて配置された複数の突起列を形成するように分散配置されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項５】
前記スペーサは、電解液と反応し難く且つ前記スペース内を前記電解質が移動することを阻害しない材料により一体に成形されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項６】
前記材料が、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＡＢＳ、変性ＰＰＥのいずれかである請求項５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記スペーサは、下側端部の前記電槽側の角部に、前記スペーサの挿入を容易にする傾斜面または湾曲面が形成されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項８】
前記スペーサには、前記極板群構成部材に対する前記スペーサの配置方向を示すマークが付されている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項９】
上方に向かって開口する開口部を有する電槽本体と前記開口部を塞ぐ蓋体とを有する電槽と、
負極板と正極板とがリテーナを介して積層され、積層方向の両端に酸素を吸収する電極として前記負極板が配置されて構成され、前記電槽本体の内部に前記開口部から挿入された積層型極板群と、
前記電極を構成する前記負極板の活物質層と前記電槽の内壁との間に配置されて前記電極との間に酸素ガス、水素ガス及び電解質が通るスペースを形成するスペーサとを備え、
前記スペーサは前記活物質層に先端部が当接し、前記活物質層との間に前記スペースを形成することができる形状を有する複数の突起を備えており、
前記複数の突起は、前記電槽本体の底壁部側から前記開口部側に連続して延びて前記酸素ガス、水素ガス及び電解質が通る複数の通路によって前記スペースを構成するように、分散配置されていることを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項１０】
前記複数の突起の高さ寸法Ｈは、０．１〜０．５ｍｍの範囲に入る値であり、前記複数の突起の基部の幅寸法は、突起の高さ寸法Ｈの８０〜１２０％の範囲に入る値であり、隣り合う２つの前記突起の間のピッチ寸法は、前記突起の前記幅寸法と直交する長さ寸法Ｌの８０〜１２０％の範囲内の値である請求項９に記載の鉛蓄電池。
【請求項１１】
前記電槽本体に挿入された状態で、前記スペーサには単位面積あたり３０ｋＮ／ｍ2以上の力が加わっていることを特徴とする請求項１０に記載の鉛蓄電池。
【請求項１２】
前記スペースの幅寸法が０．１〜０．５ｍｍの範囲の値である請求項１１に記載の鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型極板群の積層方向両端に酸素を吸収する電極を備えた二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開平７−２５４４３１号公報（特許文献１）には、電槽と、この電槽内に配置され積層方向の端部に酸素を吸収する電極を備えた積層型極板群と、この電極と電槽の内壁との間に配置されて電極との間に酸素（ガス）が入るスペースを形成するスペーサとを備えた従来の二次電池が開示されている。スペーサの一例は、電極の表面と接触し、電極との間にスペースを形成する上下方向に間隔を開けて配置され、上下方向と直交する幅方向にそれぞれ連続して延びる複数のリブを備えている。またスペーサの他の例では、格子状に形成されたリブを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２５４４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された構造では、リブによって囲まれた独立した小さいスペースが複数形成されることになるため、化成時に発生する酸素ガス、水素ガスをスムーズに放出することが困難となる。また、充電時に発生する酸素ガスが限られた小さいスペースに滞留するため、酸素ガスが負極板の一部分にしか接触できず、酸素ガス吸収効率が悪くなり、吸収しきれないこともある。また、電解質を極板面全体に流動させることができないため、活物質面内において電解質と活物質間の化学反応にバラツキが生じ、化学反応の効率が悪くなり電池性能が低下する恐れがある。更に、活物質の局部的な劣化が進行し、電池設計寿命を維持することが困難となる。また従来の構造では、積層型極板群の両側に配置した一対のスペーサを積層方向両側から挟んだ状態で、上端に開口部を有する電槽本体に積層型極板群を挿入する際に、スペーサと積層型極板群との間に滑りが発生する。そのため、積層型極板群のみが電槽本体の内部に挿入される事態が発生する。このような事態が発生すると、電槽本体の内壁と積層型極板群の積層方向両端の極板面が擦れて該極板面の活物質が損傷を受ける等の問題が発生する。
【０００５】
本発明の目的は、スペーサと酸素を吸収する電極との間に酸素、水素ガス及び電解質をスムーズに流通させることができるスペーサを備えた二次電池を提供することにある。
【０００６】
上記目的に加えて本発明の他の目的は、スペーサと積層型極板群との間の位置関係を一定範囲内に保つことができる二次電池を提供することにある。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、上記目的を達成できる鉛蓄電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電槽と、電槽内に配置された積層型極板群と、積層型極板群の積層方向の端部に位置する極板群構成部材と電槽の内壁との間に配置されて該極板群構成部材との間にガス（酸素、水素）及び電解質が流通するスペースを形成するスペーサとを備えた二次電池を改良の対象とする。本発明においては、スペーサは、極板群構成部材に先端部が当接して極板群構成部材との間にスペースを形成することができる形状を有する複数の突起を備えている。本願明細書において、当接とは、突起が極板群構成部材と接触している状態だけでなく、突起が極板群構成部材内に食い込んでいる状態の両方の状態を含むものである。また本願明細書において、極板群構成部材とは、正極板、負極板、リテーナ等の極板群の構成に必要な部材を意味する。
【０００９】
そして複数の突起は、電槽の底壁部側から上壁部側に連続して延びてガス及び電解質が流通する複数の通路によってスペースを構成するように、分散配置されている。複数の突起が分散配置されて、電槽の底壁部側から上壁部側に連続して延びてガス及び電解質が通る複数の通路によりスペースが構成されるため、従来と比べてガス及び電解質の流通がスムーズになる利点が得られる。なお複数の突起の分散配置は、複数の突起が規則性を持って分散配置される場合と、不規則に配置される場合の両方を含むものである。
【００１０】
複数の突起は、先端部に向かうに従って横断面積が小さくなる形状を有しているのが好ましい。突起がこのような形状を有していると、電極の活物質層を大きく損傷させることなく、突起を電極の活物質層にスムーズに食い込ませることができる。
【００１１】
その結果、スペーサと極板群構成部材との位置関係を一定範囲内に保持することが可能になる。
【００１２】
複数の突起は、所定の間隔を開けて配置された複数の突起列を形成するように分散配置されているのが好ましい。複数の突起列を形成するように複数の突起を分散配置すると、スペーサの設計及び製造が容易になるだけでなく、偏り無く複数の突起を活物質に食い込ませることができるので、複数の突起がガスの放出、酸素ガスの吸収性能に大きな影響を与えることがない。
【００１３】
なおスペーサは、電解質と反応し難く且つ前記スペース内をガス及び電解質が移動することを阻害しない材料により一体に成形されているのが好ましい。このような材料として、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＡＢＳ、変性ＰＰＥ等の圧縮強度が１〜１０５ＭＰａの範囲にある樹脂材料を選択できる。これらの材料を用いれば、スペーサが適度の圧縮強度を持つので、複数の突起を含めたスペーサ全体の形状を維持して、突起の食い込み量が過度にならず、電池性能に影響を与えることがないスペーサを提供できる。
【００１４】
なお極板群構成部材として負極板を用いると、酸素ガスの吸収性能を良好なものとすることができる。またこのような構造にすると、二次電池の構成部品の種類を多くする必要がなくなる。
【００１５】
スペーサは、下側端部の電槽側の角部にスペーサの電槽内への挿入を容易にする傾斜面または湾曲面が形成されているのが好ましい。このような傾斜面または湾曲面を形成すると、スペーサの電槽内への挿入をスムーズに行うことができる。
【００１６】
またスペーサには、極板群構成部材に対するスペーサ配置方向を示すマークが付されているのが好ましい。マークは、文字、記号、図形等などもよいが、スペーサの縁部に切り込み等を形成することによって構成することもできる。
【００１７】
なお本発明を鉛蓄電池に適用した場合、蓄電池は、上方に向かって開口する開口部を有する電槽本体と前記開口部を塞ぐ蓋体とを有する電槽と、負極板と正極板とがセパレータを介して交互に積層され、積層方向の両端に酸素を吸収する電極として前記負極板が配置されて構成され、電槽本体の内部に開口部から挿入された積層型極板群と、負極板の活物質層と電槽の内壁との間に配置されて電極との間にガス（酸素、水素）及び電解液が流通できるスペースを形成するスペーサとを備えた構造となる。そしてスペーサは、活物質層に先端部が当接し、活物質層との間にスペースを形成することができる形状を有する複数の突起を備えている。そして複数の突起は、電槽本体の底壁部側から開口部側に連続して延びてガス及び電解液が通る複数の通路によってスペースを構成するように、分散配置される。本発明の鉛蓄電池によれば、簡単な構造で、スペーサを備えた鉛蓄電池を構成することができる。
【００１８】
鉛蓄電池においては、複数の突起の高さ寸法Ｈは、０．１〜０．５ｍｍの範囲に入る値であり、複数の突起の基部の幅寸法は、突起の高さ寸法Ｈの８０〜１２０％の範囲に入る値であり、隣り合う２つの前記突起の間のピッチ寸法は、突起の前記幅寸法と直交する長さ寸法Ｌの８０〜１２０％の範囲内の値であることが好ましい。このような数値条件を満たすスペーサを用いると、スペーサと負極板との間のスペース内にガス（酸素、水素）と電解液をスムーズに流通させることができて、化成時のガス放出、充電時の酸素ガスの吸収性能を高めることができ、また、電解液と活物質の化学反応を効率良く行うことができる。
【００１９】
また、本発明を遊離した電解液が存在しない制御弁式鉛蓄電池に適用した場合は、毛管現象によりスペース内に電解液が浸み出して満たされ、電解液の流通が可能となるので、電解液の比重差が抑制され成層化が発生し難くなる効果がある。このとき、極板面を設置面に対し垂直に配置した場合に更に効果が大きくなる。
【００２０】
なお制御弁式鉛蓄電池では、電槽本体に挿入された状態で、スペーサには３０ｋＮ／ｍ2以上の力が加わっていることが好ましい。このような加圧条件が満たされると、複数の突起の多くの、または全部の先端部を負極板の活物質層に食い込ませることができる。その結果、スペーサと極板群との位置関係を一定範囲内に保持することが可能になる。
【００２１】
なお鉛蓄電池では、スペースの幅寸法が０．１〜０．５ｍｍの範囲の値であることが好ましい。鉛蓄電池において、これらの数値条件を満たすスペーサを用いると、従来よりも電池性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施の形態の鉛蓄電池の概略断面図である。
【図２】本実施の形態の鉛蓄電池の製造工程の途中の状態を示す断面図である。
【図３】スペーサの正面図である。
【図４】（Ａ）乃至（Ｃ）はスペーサの部分断面図であり、（Ｄ）は突起の斜視図である。
【図５】（Ａ）乃至（Ｃ）は、スペーサの変形例を示すスペーサの正面図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、突起の変形例を示す斜視図である。
【図７】本発明の他の実施の形態の鉛蓄電池の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明を鉛蓄電池に適用した実施の形態の一例について説明する。図１は、本実施の形態の鉛蓄電池１の概略断面図を示している。図２は、図１の鉛蓄電池１の製造過程の一部を示す断面図である。図１において、鉛蓄電池１は、上方に向かって開口する開口部３を有する電槽本体５と、開口部３を塞ぐ蓋体７とを有する電槽９を有している。電槽本体５及び蓋体７は、電気絶縁樹脂によりそれぞれ形成されている。電槽９の内には、積層型極板群１５が収納されている。
【００２４】
積層型極板群１５は、図１に示すように、負極板１７と正極板１９とがリテーナ２１を介して交互に積層されている。この積層型極板群１５は、積層方向の両端に酸素を吸収する電極である負極板１７が極板群構成部材として配置されて構成されている。なお図１に示した、負極板１７の枚数，正極板１９の枚数及びリテーナ２１の枚数は、電池の設計容量により適宜に設定することができる。本実施の形態においては、積層型極板群１５の積層方向の両端に一対のスペーサ２３が配置されている。一対のスペーサ２３は、酸素ガスを吸収する電極を構成する負極板１７の活物質層と電槽本体５の内壁との間に配置されて酸素ガスを吸収給する電極を構成する負極板１７との間にガス（酸素、水素）及び電解液が通るスペースＳを形成する。複数枚の負極板１７どうしは、ストラップ２２に機械的に且つ電気的に連結されている。また複数の正極板１９どうしも図示しないストラップにより機械的に且つ電気的に連結されている。
【００２５】
本実施の形態では、図３及び図４に示す構造のスペーサ２３を用いている。スペーサ２３は、電解液と反応し難く、電槽化成時にスペースＳをガス（酸素、水素）及び電解液が移動または流動することを阻害しない材料で形成されている。本実施の形態では、スペーサ２３はポリプロピレン、ポリエチレン、ＡＢＳ、変性ＰＰＥ等によって一体に成形されている。スペーサ２３は、図４（Ｂ）に一部の断面形状を示すように、負極板１７の活物質層１８［図４（Ｂ）には理解を容易にするために破線で示してある］に先端部が食い込んだ状態で負極板１７と当接して、活物質層１８との間にスペースＳを形成することができる形状を有する複数の突起２５を備えている。複数の突起２５は、電槽本体５の底壁部側から開口部３側に連続して延びてガス（酸素、水素）及び電解液が通る複数の通路Ｐ（図３に点線で通路の経路の例を示す）によってスペースＳを構成するように、分散配置されている。
【００２６】
本実施の形態で用いるスペーサ２３に設けた突起２５は、図４（Ｂ）及び（Ｄ）に示すように、横断面形状が三角形状をなして細長く延びる形状を有している。図３には、突起２５の頂点２６だけを線で示してある。したがってこのスペーサ２３では、各突起２５の頂点２６が所定の間隔を開けて一直線上に７本並んで突起列２７が形成されている。そして７本の突起列２７が、突起列２７が延びる方向と直交する方向に所定の間隔を開けて平行に並んでいる。図４（Ｃ）に示すように、スペーサ２３には、下側端部及び上側端部の角部にそれぞれ湾曲面２８が形成されている。このような湾曲面２８を形成すると、スペーサ２３の電槽９内への挿入をスムーズに行うことができる。なお湾曲面２８に代えて、傾斜面（テーパ面）をスペーサの角部に形成してもよいのは勿論である。なお突起２５の長さ、突起列２７の数は、任意に定めることができる。図４（Ｂ）に示した突起２５の高さＨは、０．１〜０．５ｍｍ程度であることが好ましい。また複数の突起２５の基体部の幅寸法は、突起の高さ寸法Ｈの８０〜１２０％の範囲に入る値である。そして隣り合う２つの突起２５の間のピッチ寸法は、突起の幅寸法と直交する長さ寸法Ｌの８０〜１２０％の範囲内の値であり、突起２５の基底部の幅寸法Ｗは長さ寸法Ｌの８０〜１２０％の範囲内の値であることが好ましい。
【００２７】
本実施の形態では、記突起の高さ寸法Ｈが、０．１〜０．５ｍｍの範囲の値である。そして電槽本体に挿入された状態で、スペーサ２３には３０ｋＮ／ｍ2以上の力が加わっている。その結果、スペースＳの幅寸法（スペーサ２３の板状の本体部と負極板１７との間の距離）が、０．１〜０．５ｍｍの範囲の値になっている。この程度の幅寸法を有するスペースが形成できれば、スペース内をガス（酸素、水素）及び電解液が流通することが可能となり、化成時のガス放出、充電時の酸素ガスの吸収性能を十分に確保でき、また、スペース内の電解液と活物質との化学反応を効率良く行うことができる。
【００２８】
またスペーサ２３には、一対の対向する辺にＶ字状の一対の凹部２９が形成されている。一対の凹部２９は、スペーサ２３の負極板１７（極板群構成部材）に対する配置方向を示すマークとして機能する。なおＶ字状の凹部２９に代えて、文字、記号、図形等などのマークをスペーサの表面に表示してもよいのは勿論である。
【００２９】
（極板群の挿入方法）
上記実施の形態の鉛蓄電池を組み立てる際には、図２に示すように、積層型極板群１５の積層方向の両側に突起２５を負極板１７に向けた状態でスペーサ２３を配置する。なおスペーサ２３は、凹部２９が上下方向に位置する姿勢で配置する。そしてスペーサ２３を積層型極板群１５に押し付けて、複数の突起２５を負極板１７の活物質層に当接させる。次に一対のスペーサ２３に積層型極板群の積層方向両側から力を加え、積層型極板群１５を積層方向に圧縮した状態で、電槽本体５の収納室１３内に挿入する。このとき一対のスペーサ２３が保護ガードとして機能するため、極板群１５が破損することはない。またスペーサ２３と積層型極板群１５との位置関係がずれることがなく、極板群１５を電槽本体５に挿入する際に、極板群だけが電槽内に挿入されることを有効に防止することができる。その後、蓋体７で電槽本体５の開口部３を塞ぎ、電槽９内に電解液を注液し、化成処理を行って電池を完成する。
【００３０】
（スペーサの変形例）
図５（Ａ）乃至（Ｃ）は、スペーサに設ける突起の配置の変形例を示している。図５（Ａ）のスペーサ２３１では、複数の突起列２７Ａ〜２７Ｇの中で隣り合う２つの突起列（例えば２７Ａ及び２７Ｂ）中の突起２５が互い違い（または千鳥配置）になるように、突起２５が配置されている。このような配置にすると、ガス（酸素、水素）が通る通路Ｐは、主として点線で示すように蛇行した通路となる。また図５（Ｂ）のスペーサ２３２では、突起列２７中の突起２５′が突起列２７の延びる方向に対して一定の角度を持って傾斜している。このスペーサでは突起２５′が傾斜しているため、突起２５′の下面にガス（酸素、水素）が滞留するのを効果的に抑制できる。さらに図５（Ｃ）のスペーサ２３３では、突起列２７中の２種類の突起２５′及び２５″が突起列２７の延びる方向に対して交互に配置されている。２種類の突起２５′と突起２５″は、傾斜方向が逆になっている。このスペーサ２３３でも、スペーサ２３２と同様に、突起２５の下面にガス（酸素、水素）が滞留するのを効果的に抑制できる。
【００３１】
（突起の変形例）
突起の形状は、極板群構成部材（実施例では負極板１７）に先端部が食い込んで、極板群構成部材とスペーサの間にスペースＳを形成することができ、しかも電槽９の底壁部側から上壁部側に連続して延びてガス（酸素、水素）及び電解質が通る複数の通路ＰによってスペースＳを構成することができるものであれば任意である。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、突起の変形例をそれぞれ示している。図６（Ａ）の突起２５１は、ピラミッ形状を呈している。また図６（Ｂ）の突起２５２は、立方体形状のベースＢの上に横断面形状が三角形になる突状部Ｃを備えた形状を有している。この突起２５２では、ベースＢがストッパとなって、突起の食い込み寸法が規制できるので、スペースの幅寸法の均一化を図ることができる。
【００３２】
上記の実施の形態では、突起２５、２５′、２５″は規則性をもって分散配置されているが、突起は規則性を持たずに不規則に分散配置されていてもよいのは勿論である。
【００３３】
（複数セルへの応用）
上記実施の形態は、本発明を１つのセルが１つの電槽に配置された単セルタイプの鉛蓄電池に適用したものである。しかしながら、図７に示すように、複数のセルを備えた鉛蓄電池にも本発明を適用してもよいのは勿論である。図７の実施の形態では、電槽９の内部は、５つの隔壁１１によって仕切られており、隔壁１１によって仕切られる６つの収納室１３内には、それぞれ積層型極板群１５が収納されている。電槽本体５の底部には、１以上の鞍部１６が設けられている。鞍部１６は板状で、図７の紙面の奥行き方向に所定の間隔で複数枚設けられ、電槽本体５の各収納室１３内に積層型極板群１５を挿入した後に、異極性のストラップ１２どうしの溶接を行えばよい。
【００３４】
（その他の変形例）
さらに上記実施の形態は、鉛蓄電池に本発明を適用したものであるが、本発明はニッケルカドミウム電池などの酸素ガスを吸収する構造の電池にも適用できるのは勿論である。
【００３５】
上記実施の形態では、極板群の端部に配置する極板群構成部材として負極板を用いたが、電池の種類によっては正極板をこの極板群構成部材とすることができ、またリテーナをこの極板群構成部材として、極板群の端部に配置することができるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、スペーサの複数の突起が分散配置されて、電槽の底壁部側から上壁部側に連続して延びてガス（酸素、水素）及び電解質が通る複数の通路によりスペースが構成されるため、従来と比べてガス（酸素、水素）及び電解質の流通がスムーズになる利点が得られる。また複数の突起の先端部が極板群構成部材と食い込んだ状態で当接すれば、スペーサと積層型極板群との間の位置関係が一定範囲内から崩れることを阻止することができ、スペーサと極板群とを一緒に電槽内に収納するときに、極板群がスペーサよりも先に電槽内に落下することを有効に防止できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  鉛蓄電池
３  開口部
４  活物質層
５  電槽本体
７  蓋体
９  電槽
１１  隔壁
１３  収納室
１５  積層型極板群
１６  鞍部
１７  負極板
１８  活物質層
１９  正極板
２１  リテーナ
２３  スペーサ
２５  突起
２６  頂点
２７  突起列
２８  湾曲面
２９  凹部
２３１  スペーサ
２３２  スペーサ
２３３  スペーサ
２５１  突起
２５２  突起
Ｓ  スペース
Ｐ  通路
【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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