(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融塩を含む発電要素を収容する電池容器を備えた溶融塩電池において、
前記電池容器は、
上面に開口部を有し、且つ側壁を有する容器本体と、
該容器本体の開口部の縁部に周縁部が載置されており、該周縁部が容器本体に溶接された蓋体と
を有し、
前記容器本体は、前記蓋体の周縁部より外側における前記側壁の上端部が一部露出していること
を特徴とする溶融塩電池。
【請求項２】
前記蓋体の周縁部の下部に、前記容器本体の開口部の縁部角部に係合する段部を形成してあることを特徴とする請求項１に記載の溶融塩電池。
【請求項３】
前記蓋体の周縁部の下面に、前記容器本体の開口部の内周部に係合する凸部を設けてあることを特徴とする請求項１に記載の溶融塩電池。
【請求項４】
前記発電要素は、上下方向に沿った板状の正極及び負極を対向させ、該正極及び負極間に前記溶融塩を含んでなるセパレータを介装してあることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の溶融塩電池。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の溶融塩電池を隣り合う溶融塩電池の容器本体の外周面同士が対向するように横方向に複数並置して連結してあることを特徴とする溶融塩電池連結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融塩を含む発電要素を収容する電池容器を備えた溶融塩電池、及び、該溶融塩電池を複数連結させた溶融塩電池連結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の排出を伴わずに電力を発生させる手段として、太陽光、風力等の自然エネルギーを利用した発電が促進されている。自然エネルギーによる発電では、発電量が気候、天候等の自然条件に左右されることが多いのに加えて、電力需要に合わせた発電量の調整が難しいため、負荷に対する電力供給の平準化が不可欠となる。発電された電気エネルギーを充電及び放電させて平準化するには、高エネルギー密度・高効率で大容量の蓄電池が必要とされ、このような条件を満たす蓄電池として、電解質に溶融塩を用いた溶融塩電池が着目されている。
【０００３】
溶融塩電池は、例えば、ナトリウムの化合物からなる活物質を集電体に含ませてなる正極と、錫等の金属を集電体にメッキしてなる負極との間に、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属のカチオンとフッ素を含むアニオンとからなる溶融塩を含浸させたセパレータを介装させた発電要素を備える。発電要素は電池容器に収容される。また、溶融塩電池は、複数の単電池を組み合わせて大容量化されることが多い。
【０００４】
電池容器は、従来、上面に開口部を形成した箱状の容器本体と、容器本体の開口部を塞ぐ蓋体とを備えていた。例えば特許文献１には、上壁と周壁とを有するキャップ状の蓋体を容器本体の上面開口部を塞ぐように上側から被せ、容器本体に取り付ける構造の溶融塩電池が示されている。また、特許文献２には、溶融塩電池ではない二次電池において、円筒形のキャップ状の蓋体を円筒形の容器本体の上面開口部に上側から被せ、容器本体に加圧圧着等にする構造が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−２２０６６号公報
【特許文献２】特開２００９−９３９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電池容器では、蓋体で容器本体を密閉するために、レーザー等によって蓋体の周縁部を容器本体に溶接させる場合に、容器本体の外周面に横側方からレーザー光を照射する必要がある。また、複数の単電池を組み合わせるために複数の容器本体を横方向に隣り合うように並置し、各容器本体内に発電要素を収容した後、各容器本体に蓋体を取り付けるような設置形態を採用した場合に、隣りに位置する容器本体が互いに邪魔になって容器本体の外周面に横側方からレーザー光を照射することが困難である。
【０００７】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、容器本体に対して上方からレーザー光等を照射して蓋体の周縁部を容器本体に溶接することができる溶融塩電池、及び、該溶融塩電池を複数連結させた溶融塩電池連結体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る溶融塩電池は、溶融塩を含む発電要素を収容する電池容器を備えた溶融塩電池において、前記電池容器は、上面に開口部を有し、且つ側壁を有する容器本体と、該容器本体の開口部の縁部に周縁部が載置されており、該周縁部が容器本体に溶接された蓋体とを有し、前記容器本体は、前記蓋体の周縁部より外側における前記側壁の上端部が一部露出していることを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、容器本体の上面の開口部の縁部に蓋体の周縁部が載置され、蓋体の周縁部及びこれに隣接する容器本体の開口部の縁部部分に上方からレーザー光等を照射し、蓋体の周縁部を容器本体に溶接する。これにより、溶融塩を含む発電要素を収容する電池容器が密閉される。
【００１４】
本発明に係る溶融塩電池は、前記蓋体の周縁部の下部に、前記容器本体の開口部の縁部角部に係合する段部を形成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、容器本体の上面の開口部の縁部に周縁部が載置された蓋体の周縁部の下部に形成した段部が容器本体の開口部の縁部角部に係合するので、蓋体の周縁部は容器本体の開口部の縁部から外れないように位置が規制される。これにより、蓋体の周縁部を容器本体の開口部の縁部に安定に載置させた状態で上方からレーザー光等を照射して蓋体の周縁部を容器本体に溶接することができる。
【００１５】
本発明に係る溶融塩電池は、前記蓋体の周縁部の下面に、前記容器本体の開口部の内周部に係合する凸部を設けてあることを特徴とする。
本発明にあっては、容器本体の上面の開口部の縁部に周縁部が載置された蓋体の周縁部の下部に設けた凸部が容器本体の開口部の内周部に係合するので、蓋体の周縁部は容器本体の開口部の縁部から外れないように位置が規制される。これにより、蓋体の周縁部を容器本体の開口部の縁部に安定に載置させた状態で上方からレーザー光等を照射して蓋体の周縁部を容器本体に溶接することができる。
【００１６】
本発明に係る溶融塩電池は、前記発電要素は、上下方向に沿った板状の正極及び負極を対向させ、該正極及び負極間に前記溶融塩を含んでなるセパレータを介装してあることを特徴とする。
本発明にあっては、上下方向に沿い、互いに対向した板状の正極及び負極間に溶融塩を含んでなるセパレータを介装した発電要素を上方から容器本体内に収容した後、蓋体を容器本体に溶接し、電池容器内を密閉する。
【００１７】
本発明に係る溶融塩電池連結体は、溶融塩電池を隣り合う溶融塩電池の容器本体の外周面同士が対向するように横方向に複数並置して連結してあることを特徴とする。
本発明にあっては、複数の溶融塩電池を隣り合う溶融塩電池の容器本体の外周面同士が対向するように横方向に並置させた後、各溶融塩電池の容器本体内に発電要素を収容し、隣り合う溶融塩電池を連結するとともに、上方からレーザー光等を照射して蓋体を各容器本体に溶接し、各電池容器内を密閉する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、容器本体に対して上方からレーザー光等を照射して蓋体の周縁部を容器本体に溶接することができる溶融塩電池が提供される。
【００１９】
本発明によれば、横方向に複数並置され、隣り合う溶融塩電池において対向する容器本体の外周面同士の間隔を狭くしても、各溶融塩電池に対して上方からレーザー光等を照射して蓋体の周縁部を容器本体に溶接することができるので、余分な設置スペースを要さず複数の溶融塩電池を連結した溶融塩電池連結体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池の要部構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】発電要素の構成を模式的に示す横断面図である。
【図３】Ａは本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池の構成を模式的に示す上面図、Ｂは同溶融塩電池の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図４】Ａは本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池の蓋体の平面図、Ｂは同蓋体の縦断面図である。
【図５】Ａは本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池の蓋体の容器本体への取付構造を示す断面図、Ｂは比較例となる蓋体の取付構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池を連結した溶融塩電池連結体の縦断面図である。
【図７】図６に示す溶融塩電池連結体の連結部分の拡大断面図である。
【図８】Ａは本発明の実施の形態２に係る溶融塩電池の容器本体の平面図、Ｂは同容器本体の一部の縦断面図である。
【図９】Ａは本発明の実施の形態３に係る溶融塩電池の容器本体の平面図、Ｂは同容器本体の一部の縦断面図である。
【図１０】Ａは本発明の実施の形態４に係る溶融塩電池の容器本体の平面図、Ｂは同容器本体の一部の縦断面図である。
【図１１】Ａは本発明の実施の形態５に係る溶融塩電池の構成を模式的に示す上面図、Ｂは同溶融塩電池の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図１２】Ａは本発明の実施の形態５に係る溶融塩電池の蓋体の平面図、Ｂは同蓋体の縦断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態５に係る溶融塩電池を連結した溶融塩電池連結体の連結部の構造を示す拡大断面図である。
【図１４】Ａは本発明の実施の形態６に係る溶融塩電池の蓋体の平面図、Ｂは同蓋体の縦断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態６に係る溶融塩電池を連結した溶融塩電池連結体の連結部の構造を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る溶融塩電池及び溶融塩電池連結体の実施の形態を図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池の要部構成を模式的に示す斜視図、図２は発電要素の構成を模式的に示す横断面図、図３のＡは本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池の構成を模式的に示す上面図、Ｂは同溶融塩電池の構成を模式的に示す縦断面図、図４のＡは本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池の蓋体の平面図、Ｂは同蓋体の縦断面図、図５のＡは本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池の蓋体の容器本体への取付構造を示す断面図、Ｂは比較例となる蓋体の取付構造を示す断面図である。
【００２２】
本発明の溶融塩電池では、複数（図では６つ）の矩形平板状の負極２１，２１，・・２１と、袋状のセパレータ３１，３１，・・３１に各別に収容された複数（図では５つ）の矩形平板状の正極４１，４１，・・４１とが、上下方向に沿う状態で交互に対向して横方向に並設されている。負極２１、セパレータ３１及び正極４１が１つの発電要素を構成し、本実施の形態では５つの発電要素が積層されて直方体状の電池容器１０内に収容されている。
【００２３】
電池容器１０は、上面に開口部１Ｅを有する容器本体１と、容器本体１の開口部１Ｅに内嵌されて開口部１Ｅを塞ぐ蓋体７とを有している。容器本体１は、平面視で短辺側に位置する２つの側壁１Ａ，１Ｂと、長辺側に位置する２つの側壁１Ｃ，１Ｄと、底壁１Ｆとを備えている。電池容器１０はアルミ合金からなり、電池容器１０の内側はフッ素コートによって絶縁処理が施されている。
【００２４】
負極２１，２１，・・・２１の上端部には、容器本体１の短辺側に位置する一方の側壁１Ａに近い側に、電流を取り出すための矩形のタブ（導線）２２，２２，・・・２２の下端部が接合されている。タブ２２，２２，・・・２２の上端部は、矩形平板状のタブリード２３の下面に接合されている。正極４１，４１，・・４１の上端部には、容器本体１の短辺側に位置する他方の側壁１Ｂに近い側に、電流を取り出すための矩形のタブ４２，４２，・・４２の下端部が接合されている。タブ４２，４２，・・４２の上端部は、矩形平板状のタブリード４３，４３の下面に接合されている。これにより、上述した５つの発電要素が、電気的に並列接続され、電池容量が大きい溶融塩電池が得られる。
【００２５】
負極２１，２１，・・・２１は、負極活物質である錫がメッキされたアルミニウム（以下、単にアルミという）の合金板からなる。アルミは、正／負各電極の集電体に適した材料であり、且つ溶融塩に対して耐腐食性を有する。負極２１，２１，・・・２１は活物質を含めた厚さが約０．１４ｍｍであり、縦方向及び横方向夫々の寸法が、１００ｍｍ及び１２０ｍｍである。正極４１，４１，・・４１は、アルミ合金の多孔質体に、バインダと導電助剤と正極活物質であるＮａＣｒＯ2 とを含む合剤を充填して、約１ｍｍの板厚に形成してある。負極２１，２１，・・・２１の縦方向及び横方向夫々の寸法は、正極４１，４１，・・４１の縦方向及び横方向の寸法の略１．２倍としてあり、正極４１，４１，・・４１の外縁が、セパレータ３１，３１，・・３１を介して負極２１，２１，・・・２１の周縁部に対向するようになっている。尚、上記倍率は１．２倍に限定されない。
【００２６】
セパレータ３１，３１，・・３１は、溶融塩電池が動作する温度で溶融塩６に対する耐性を有するフッ素樹脂の膜からなり、多孔質に且つ袋状をなすように形成されている。セパレータ３１，３１，・・３１は、負極２１，２１，・・・２１及び正極４１，４１，・・４１と共に、直方体状の電池容器１０内に満たされた溶融塩６の液面下約１０ｍｍの位置から下側に浸漬されている。これにより、多少の液面低下が許容される。タブリード２３，４３は、積層された発電要素全体と外部の電気回路とを接続するための外部電極の役割を果たすものであり、溶融塩６の液面より上側に位置するようにしてある。溶融塩６は、ＦＳＩ（ビスフルオロスルフォニルイミド）又はＴＦＳＩ（ビストリフルオロメチルスルフォニルイミド）系アニオンと、ナトリウム及び／又はカリウムのカチオンとからなるが、これに限定されるものではない。
【００２７】
容器本体１の４つの側壁１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの上端部の内側には、全周に亘って上下寸法が蓋体７の板厚に等しい段部１Ｇが形成してある。蓋体７は直方体状の板体であり、平面視での外形寸法が容器本体１の段部１Ｇの内周寸法と略同一又は少し小さくしてある。蓋体７を上方から容器本体１の段部１Ｇに落とし込むことにより、蓋体７が容器本体１の開口部１Ｅに内嵌される。この状態で、上方からレーザー光を蓋体７の周縁部７Ａ及びこれに隣接する容器本体１の側壁１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの上端部に照射し、蓋体７の周縁部７Ａを容器本体１に溶接する。この場合、蓋体７の周縁部７Ａの全周の数か所をスポット的に溶接して仮止めした後、残りの部分を溶接することが好ましい。
【００２８】
本発明においては、容器本体１の開口部１Ｅに内嵌された蓋体７の周縁部７Ａ及びこれに隣接する容器本体１の側壁１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの上端部に上方からレーザー光を照射するので、溶解させる範囲Ｈが狭くなり、少ないエネルギーでも確実に溶接することができる。また、スパッタ（溶接中に飛散する金属粒）の発生も少なくなり、スパッタの内部混入による短絡も防ぐことができる。一方、図５のＢに示すように、蓋体５０を容器本体の側壁５１の上端部の全面に載置し、蓋体５０の上面からレーザー光を照射して溶接する場合には、熱エネルギーを側壁５１の上部まで到達させる必要があるために、溶接のエネルギーが大きくなるとともに、溶解させる範囲Ｈが広くなり、また溶接不良が発生する可能性も高くなる。
【００２９】
上述した構成において、図示しない外部の加熱手段により、電池容器１０全体が８５℃〜９５℃に加熱されることにより、溶融塩６が融解して充電及び放電が可能となる。
【００３０】
次に、複数の溶融塩電池を電気的に直列接続して電池電圧を高くした溶融塩電池連結体（溶融塩組電池）について説明する。図６は本発明の実施の形態１に係る溶融塩電池を連結した溶融塩電池連結体の縦断面図、図７は図６に示す溶融塩電池連結体の連結部分の拡大断面図である。尚、図６には４つの溶融塩電池を連結した例を示す。
【００３１】
溶融塩電池連結体では、蓋体７を装着しない状態で４つの容器本体１の短辺側の側壁１Ａ，１Ｂ同士を突き合わせるように配置される。この状態で各容器本体１内に、前記発電要素（負極２１、セパレータ３１、正極４１及び溶融塩６）が投入される。
【００３２】
突き合わされた側壁１Ａ，１Ｂの上側の中央部には、横方向に貫通する貫通孔が設けられており、この貫通孔に対して側壁１Ａ側から、テフロン（登録商標）からなる絶縁性のブッシング（軸受筒）８が嵌入され、側壁１Ｂ側から、その外径がブッシング８の内径と略一致しており、テフロンからなるブッシング９が嵌入されている。ブッシング９には、その外径がブッシング９の内径と略一致しており、アルミ合金からなるボルト１１が、側壁１Ａ側から金属製のワッシャ１２を介して挿通されている。ボルト１１は、側壁１Ｂ側において、アルミ合金からなるナット１３に、金属製のワッシャ１４を介して螺嵌されている。
【００３３】
以上の構成により、側壁１Ａ，１Ｂが、絶縁性のブッシング８，９を介してボルト１１及びナット３２により締結されると共に、ワッシャ１２，１４が、ボルト１１を介して電気的に接続される。ワッシャ１２，１４は、側壁１Ａ，１Ｂから電気的に絶縁されている。
一方、側壁１Ａ、１Ｂ側の夫々のワッシャ１２，１４には、アルミ合金からなるリード線１６，１５が各別に接合され、該リード線１６，１５の夫々は、タブリード２３，４３に接合されている。これにより、互いに対向する側壁１Ａ，１Ｂの両側に位置するタブリード４３，２３同士は、電気的に接続され、隣り合う溶融塩電池同士が電気的に直列接続される。その後、各容器本体１の開口部１Ｅに蓋体７を内嵌させ、上方からレーザー光を照射して蓋体７の周縁部７Ａを容器本体１に溶接する。
【００３４】
（実施の形態２）
図８は本発明の実施の形態２に係る溶融塩電池の容器本体の平面図である。
実施の形態２では、容器本体１の短辺側の側壁１Ａ，１Ｂの上端部には段部１Ｇが形成してあるが、長辺側の側壁１Ｃ，１Ｄには段部１Ｇを形成していない点が実施の形態１と異なる。実施の形態２の場合、蓋体７の平面視での短辺側の外形寸法が実施の形態１の場合より段部１Ｇの幅の略２倍小さくなる。
【００３５】
（実施の形態３）
図９のＡは本発明の実施の形態３に係る溶融塩電池の容器本体の平面図、Ｂは同容器本体の一部の縦断面図である。
実施の形態３では、容器本体１の側壁１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの上端部に段部１Ｇを形成せず、側壁の内周面に突き出る凸部１Ｈを設けた点が実施の形態１と異なる。図９には、短辺側の側壁１Ａ，１Ｂに側壁１Ｃ，１Ｄの間隔に等しい長さを有する帯状の凸部１Ｈを設けた例を示す。実施の形態３の場合、蓋体７の平面視での長辺側の外形寸法が実施の形態２の場合より段部１Ｇの幅の略２倍小さくなる。
【００３６】
（実施の形態４）
図１０のＡは本発明の実施の形態４に係る溶融塩電池の容器本体の平面図、Ｂは同容器本体の一部の縦断面図である。
実施の形態４では、容器本体１の４つの角部に凸部１Ｊを設けた点が実施の形態３と異なる。実施の形態４の場合の蓋体７の平面視での外形寸法は実施の形態３の場合と同一である。
【００３７】
上記の実施の形態１−４では、蓋体７を容器本体１に溶接した状態で、蓋体７の上面と容器本体１の側壁１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの上端部とが面一である場合を示したが、蓋体７の板厚と容器本体１の段部１Ｇの上下寸法とが異なり、蓋体７の上面と容器本体１の側壁１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの上端部とが面一でなくてもよい。
【００３８】
（実施の形態５）
図１１のＡは本発明の実施の形態５に係る溶融塩電池の構成を模式的に示す上面図、Ｂは同溶融塩電池の構成を模式的に示す縦断面図、図１２のＡは本発明の実施の形態５に係る溶融塩電池の蓋体の平面図、Ｂは同蓋体の縦断面図、図１３は本発明の実施の形態５に係る溶融塩電池を連結した溶融塩電池連結体の連結部の構造を示す拡大断面図である。
【００３９】
実施の形態５では、蓋体７を容器本体１の開口部１Ｅに内嵌させる代わりに、蓋体７の周縁部７Ａの下部に、容器本体１の側壁１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの上端の内周角部に係合する段部７Ｂを形成した点が実施の形態１〜４と異なる。実施の形態５の場合、蓋体７の平面視での外形寸法は容器本体１の平面視での外形寸法より小さくする。その結果、蓋体７の周縁部７Ａの段部７Ｂを容器本体１の側壁１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの上端の内周角部に係合させた状態で、側壁１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの上端部に載置された蓋体７の周縁部７Ａより外側に側壁１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの上端部が一部露出しているので、斜め上方からレーザー光を蓋体７の周縁部７Ａ及びこれに隣接する容器本体１の側壁１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの上端部に照射し、蓋体７の周縁部７Ａを容器本体１に溶接することができる。
【００４０】
（実施の形態６）
図１４のＡは本発明の実施の形態６に係る溶融塩電池の蓋体の平面図、Ｂは同蓋体の縦断面図、図１５は本発明の実施の形態６に係る溶融塩電池を連結した溶融塩電池連結体の連結部の構造を示す拡大断面図である。
【００４１】
実施の形態６では、蓋体７の周縁部７Ａの下面に、容器本体１の側壁１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの内周部に係合する凸部７Ｃを設けた点が実施の形態５と異なる。図１５には、容器本体１の４つの角部に対応させて凸部７Ｃを設けた例を示す。
【符号の説明】
【００４２】
１    容器本体
１Ｅ  開口部
１Ｇ  段部
１Ｈ  凸部
１Ｊ  凸部
２１  負極
３１  セパレータ
４１  正極
６    溶融塩
７    蓋体
７Ａ  周縁部
７Ｂ  段部
７Ｃ  凸部
１０  電池容器
【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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