(57)【要約】【課題】角型電池を接近して配置してバスバーで連結しながら、電位差のある電極端子のショートを有効に防止する。【解決手段】角型電池は、電極面１１Ａに正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂとを設けており、さらに正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂとを電極面１１Ａに非対称に配置している。組電池は、正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂとを設けている電極面１１Ａを同一面とし、かつ互いに平行な姿勢で接近して配置されてなる複数の角型電池１１と、隣接する角型電池１１の正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂとを接続して、角型電池１１を直列に接続しているバスバー１３、２３とを備える。この組電池の角型電池１１は、正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂとを電極面１１Ａに非対称に配置している。さらに、角型電池１１の正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂは、角型電池１１の幅広平面１１Ｂに対して傾斜する姿勢に配置されるバスバー１３、２３で連結している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極面(11A)に正極端子(12A)と負極端子(12B)とを設けている角型電池であって、正極端子(12A)と負極端子(12B)とを電極面(11A)に非対称に配置してなる角型電池。
【請求項２】
正極端子(32A)と負極端子(32B)とを電極面(31A)に立てる姿勢で配置している角型電池であって、正極端子(32A)と負極端子(32B)とが、角型電池(31)の両面に対して傾斜する姿勢の板状である角型電池。
【請求項３】
正極端子(12A)と負極端子(12B)とを設けている電極面(11A)を同一面とし、かつ互いに平行な姿勢で接近して配置されてなる複数の角型電池(11)と、隣接する角型電池(11)の正極端子(12A)と負極端子(12B)とを接続して、角型電池(11)を直列に接続しているバスバー(13)、(23)とを備える組電池であって、
角型電池(11)は、正極端子(12A)と負極端子(12B)とを電極面(11A)に非対称に配置しており、この角型電池(11)の正極端子(12A)と負極端子(12B)とが、角型電池(11)の幅広平面(11B)に対して傾斜する姿勢に配置されるバスバー(13)、(23)で連結されてなる組電池。
【請求項４】
正極端子(12A)と負極端子(12B)である電極端子(12)が表面に雄ネジを設けている金属ロッドで、この電極端子(12)をバスバー(13)に貫通させると共に、電極端子(12)にナット(15)をねじ込んでバスバー(13)を電極端子(12)に連結している請求項３に記載される組電池。
【請求項５】
正極端子(32A)と負極端子(32B)とを設けている電極面(31A)を同一面とし、かつ互いに平行な姿勢で接近して配置されてなる複数の角型電池(31)と、隣接する角型電池(31)の正極端子(32A)と負極端子(32B)とを接続して、角型電池(31)を直列に接続しているバスバー(33)とを備える組電池であって、
角型電池(31)が、正極端子(32A)と負極端子(32B)を電極面(31A)に立てる姿勢で配置すると共に、この正極端子(32A)と負極端子(32B)を、角型電池(31)の幅広平面(31B)に対して傾斜する姿勢の板状端子としており、
この板状端子である正極端子(32A)と負極端子(32B)とを、Ｚ状に折曲してなるＺ状バスバー(33A)で連結してなる組電池。
【請求項６】
正極端子(32A)と負極端子(32B)である電極端子(32)とバスバー(33)とを貫通する止ネジ(34)を介して、バスバー(33)を電極端子(32)に連結している請求項５に記載される組電池。
【請求項７】
バスバー(23)が中間に薄肉部(27)を設けている請求項３又は５に記載される組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに直列に接続される角型電池と、この角型電池を複数個並べてバスバーで直列に接続している組電池に関し、とくに、車両を走行させるモーターに電力を供給する電源装置に最適な角型電池と組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車や、内燃機関とモーターの両方で走行するハイブリッドカー等の電動車両は、走行用モーターに電力を供給する電源として、電池を多数個接続した電源装置を使用する。
【０００３】
この種の用途に使用される電源装置は、大出力のモーターに電力を供給するために出力電圧を高くしている。このため、多数の電池を直列に接続している。現在のハイブリッドカーに搭載される電源装置は、数百個の電池を直列に接続して、出力電圧を数百Ｖと高くしている。この電源装置は、多数の電池をバスバーで直列に接続して出力電圧を高くしている。
【０００４】
この電源装置に使用される組電池は、１００Ａ以上の大電流で充放電される。自動車を急加速するときには大電流で放電してモーターを加速し、また、減速するときや坂道を下るときには回生ブレーキによって大電流で充電されるからである。組電池は、正極端子と負極端子を接続するバスバーを、大電流に耐えるように、電池の電極端子に接続する必要がある。この用途に使用される角型電池は開発されている。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２０００−１０６１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載される角型電池は、図１に示すように、電極面９１Ａの両端部に、正極端子９２Ａと負極端子９２Ｂからなる電極端子９２を設けている。この角型電池は９１、図２に示すようバスバー９３で連結されて組電池となる。この図の組電池は、複数の角型電池９１を、図において上面となる電極面９１Ａを同一面に配置し、互いに接近して平行に並べ、隣の角型電池９１の正極端子９２Ａと負極端子９２Ｂをバスバー９３で連結して組み立てられる。この組電池は、電位差のある電極端子が互いに接近する。このため、組み立て工程において、互い隣接する電極端子に工具やバスバーが接触して、電位差のある電極端子間でショートしやすい。電極端子がショートすると、過大なショート電流が流れて、電池を劣化させる。とくに、ショート電流は、特定の電池のみに過大なショート電流を流すので、多数の角型電池を直列に接続している組電池において、電池の電気的な特性、たとえば残容量等をアンバランスにする欠点がある。特定の角型電池がアンバランスになると、たとえば残容量や実質的な容量が小さくなった角型電池は、過放電されやすくなって、益々劣化しやすくなる。このため、多数の角型電池を直列に接続して組み立てられる組電池は、製造工程における電極端子のショートを確実に阻止することが大切である。
【０００６】
本発明は、このことを実現することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、角型電池を接近して配置してバスバーで連結しながら、電位差のある電極端子のショートを有効に防止できる角型電池と組電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の角型電池と組電池は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
本発明の請求項１の角型電池は、電極面１１Ａに正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂとを設けており、さらに正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂとを電極面１１Ａに非対称に配置している。
【０００８】
本発明の請求項２の角型電池は、正極端子３２Ａと負極端子３２Ｂとを電極面３１Ａに立てる姿勢で配置すると共に、正極端子３２Ａと負極端子３２Ｂを、角型電池の両面に対して傾斜する姿勢の板状としている。
【０００９】
本発明の請求項３の組電池は、正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂとを設けている電極面１１Ａを同一面とし、かつ互いに平行な姿勢で接近して配置されてなる複数の角型電池１１と、隣接する角型電池１１の正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂとを接続して、角型電池１１を直列に接続しているバスバー１３、２３とを備える。この組電池の角型電池１１は、正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂとを電極面１１Ａに非対称に配置している。さらに、角型電池１１の正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂは、角型電池１１の幅広平面１１Ｂに対して傾斜する姿勢に配置されるバスバー１３、２３で連結している。
【００１０】
また、本発明の請求項４の組電池は、請求項３の構成に加えて、正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂである電極端子１２を、表面に雄ネジを設けている金属ロッドとし、この電極端子１２をバスバー１３に貫通させると共に、電極端子１２にナット１５をねじ込んでバスバー１３を電極端子１２に連結している。
【００１１】
本発明の請求項５の組電池は、複数の角型電池３１をバスバー３３で連結している。複数の角型電池３１は、正極端子３２Ａと負極端子３２Ｂとを設けている電極面３１Ａを同一面とし、かつ互いに平行な姿勢で接近して配置されている。バスバー３３は、隣接する角型電池３１の正極端子３２Ａと負極端子３２Ｂとを接続して、角型電池３１を直列に接続している。さらに、角型電池３１は、正極端子３２Ａと負極端子３２Ｂを電極面３１Ａに立てる姿勢で配置すると共に、この正極端子３２Ａと負極端子３２Ｂを、角型電池３１の幅広平面３１Ｂに対して傾斜する姿勢の板状端子としている。板状端子である正極端子３２Ａと負極端子３２Ｂは、Ｚ状に折曲してなるＺ状バスバー３３Ａで連結している。
【００１２】
また、本発明の請求項６の組電池は、請求項５の構成に加えて、正極端子３２Ａと負極端子３２Ｂである電極端子３２とバスバー３３とを貫通する止ネジ３４を介して、バスバー３３を電極端子３２に連結している。
【００１３】
また、本発明の請求項７の組電池は、バスバー２３の中間に薄肉部２７を設けて、この薄肉部２７で振動を吸収する構造としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の角型電池と組電池は、角型電池を接近するように配置してバスバーで連結しながら、電位差のある電極端子のショートを有効に防止できる特徴がある。請求項１の角型電池と請求項３の組電池は、角型電池の電極面に、正極端子と負極端子を非対称に配置してこの特徴を実現する。この角型電池は、互いに接近して平行に配置してバスバーで連結すると、図３と図５に示すように、バスバーが角型電池の幅広平面に対して傾斜する姿勢となって、互いに隣接するバスバー間の距離が長くなる。このため、電極端子にバスバーを連結する工程で、隣のバスバーが互いに接触してショートするのを防止できる。隣に配置されるバスバーは、1個の角型電池の電位差がある。このため、隣のバスバーがショートすると、特定の角型電池に過大なショート電流が流れて、電池の電気特性を低下させる。
また、請求項２の角型電池と請求項５の組電池は、角型電池の電極面に、正極端子と負極端子とを立てる姿勢で配置すると共に、電極端子を角型電池の幅広平面に対して傾斜する姿勢に配置し、さらに、隣の角型電池の正極端子と負極端子とをＺ状バスバーで連結して、隣のバスバーのショートを防止する。この組電池は、図１０の平面図に示すように、板状の電極端子を傾斜する姿勢で配置して、隣の角型電池の電極端子の間隔と、電極端子に連結されるバスバーの間隔を広げて、組み立て工程におけるバスバーのショートを防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための角型電池と組電池を例示するものであって、本発明は角型電池と組電池を以下のものに特定しない。
【００１６】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１７】
図３ないし図１１に示す組電池は、隣接する複数の角型電池１１、３１を互いに接近して平行な姿勢に配置して、正極端子１２Ａ、３２Ａと負極端子１２Ｂ、３２Ｂからなる電極端子１２、３２をバスバー１３、２３、３３で接続している。図の組電池は、隣接する角型電池１１、３１の電極端子１２、３２にバスバー１３、２３、３３を連結して、角型電池１１、３１を直列に接続している。この組電池は、直列に接続する角型電池１１、３１の個数を多くして出力電圧を高くできる。車両用に使用される組電池は、角型電池１１、３１を直列に接続する個数を、たとえば出力電圧が１００Ｖ〜３００Ｖとなる個数とする。
【００１８】
図の組電池は、角型電池１１、３１をリチウムイオン二次電池とする。角型電池１１、３１は、四角形の外装缶の上面である電極面１１Ａ、３１Ａに、正極端子１２Ａ、３２Ａと負極端子１２Ｂ、３２Ｂからなる一対の電極端子１２、３２を設けている。角型電池１１、３１は、両面に厚さ（ｄ）よりも幅の広い幅広平面１１Ｂ、３１Ｂを有する角形で、その厚さ（ｄ）を１１ｍｍないし１２ｍｍとしている。ただ、角型電池は、その厚さ（ｄ）を、１ｃｍ以上であって２ｃｍ以下とすることもできる。角型電池１１、３１は、対向する幅広平面１１Ｂ、３１Ｂの間隔、すなわち厚さ（ｄ）を小さくして内部に収納する電極の冷却効率を高くできる。また、厚くして、ひとつの角型電池１１、３１の容量を大きくできる。したがって、角型電池１１、３１の厚さ（ｄ）は内部の冷却効率と容量とを考慮して最適値に設計される。
【００１９】
図３ないし図８の角型電池１１は、上面の電極面１１Ａの両端部に、正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂを設けている。この角型電池１１は、正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂを電極面１１Ａに非対称に設けている。すなわち、正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂは、細長い電極面１１Ａの端からの距離が異なるように配置される。図４と図６に示すように、隣接して配置されるバスバー１３、２３の間隔を広げるためである。非対称に配置される正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂは、図４と図６の平面図において、正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂとの幅広平面１１Ｂに平行な方向の非対称間隔（ｘ）が、角型電池１１、３１の厚さ（ｄ）よりも長くなる位置に配置される。正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂの非対称間隔（ｘ）を長くして、隣接するバスバー間の間隔を広くできる。ただし、角型電池１１は、中央を境界として、一方の端部に正極端子１２Ａを、他方の端部に負極端子１２Ｂを配置する。正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂを電極面１１Ａに非対称に配置する角型電池１１は、隣接する正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂを連結するバスバー１３、２３が、図４と図６に示すように、角型電池１１の幅広平面１１Ｂに対して傾斜する姿勢に配置されて、隣の角型電池１１を直列に接続する。
【００２０】
図３ないし図８に示す角型電池１１の電極端子１２は、表面に雄ネジ（図示せず）を設けている金属ロッドで、電極面１１Ａから垂直に突出している。この電極端子１２は、下端に鍔１４を設けている。鍔１４は、電極面１１Ａに位置する。この電極端子１２は、バスバー１３、２３の貫通孔１６、２６に挿通され、バスバー１３、２３の上面にナット１５をねじ込んで、バスバー１３、２３を鍔１４とナット１５で挟着して固定する。正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂは金属製で、正極端子１２Ａをアルミニウムやアルミニウム合金、負極端子１２Ｂを銅や銅合金としている。ただ、電極端子１２は、電池の種類により最適な金属板が選択される。たとえば、リチウムイオン二次電池は、正極端子の最適な金属をアルミニウムとし、負極端子の最適な金属を銅とする。
【００２１】
図３ないし図１１に示す角型電池１１、３１は、電極端子１２、３２を設けている電極面１１Ａ、３１Ａを上面とし、かつ電極面１１Ａ、３１Ａが同一面となるように積層している。この姿勢で角型電池１１、３１を積層する組電池は、バスバー１３、２３、３３で接続される一対の電極端子１２、３２を互いに接近して配置する。角型電池１１、３１は、隣接する電極端子１２、３２をバスバー１３、２３、３３で連結して直列に接続される。バスバー１３、２３、３３がこの状態で接続するように、角型電池１１、３１は、正極端子１２Ａ、３２Ａと負極端子１２Ｂ、３２Ｂが交互に逆向きとなる姿勢で互いに接近して積層される。積層された複数の角型電池１１、３１は、図示しないが、ケースやフレームなどで積層状態に固定される。さらに、組電池は、角型電池１１、３１の間にスペーサー（図示せず）を挟着して積層する。スペーサーはプラスチック等の絶縁材で、隣接する角型電池１１、３１を絶縁する。また、スペーサーは、冷却構造として、角型電池１１、３１を両面から冷却する。
【００２２】
バスバー１３、２３、３３は金属板である。たとえば、バスバー１３、２３、３３は、表面をメッキした銅や銅合金等の銅板が使用される。銅板のバスバーは、電気抵抗が小さく、電極端子に小さい接触抵抗で安定して接続される。ただ、組電池は、バスバーの材質を銅や銅合金には限定しない。バスバーには、ニッケルや鉄合金等も使用でき、また異種金属を積層しているクラッド材も使用できる。
【００２３】
図３ないし図７に示す組電池のバスバー１３、２３は、一枚の金属板を所定の幅と長さに切断し、さらに、電極端子１２を挿入する貫通孔１６、２６を開口している。さらに、図５ないし図７の組電池のバスバー２３を図１２ないし図１４に示す。これらの図のバスバー２３は、電極端子１２に接続される両端を厚くして、中間部に薄肉部２７を設けている。図のバスバー２３は、中央部に薄肉部２７を設けている。この構造のバスバー２３は、金属板をプレス加工して薄肉部２７とすることができる。このバスバー２３は、中間部に両端部よりも薄い薄肉部２７を設けるので、この部分を変形しやすくできる。このバスバー２３で角型電池１１を連結している図５ないし図７の組電池は、バスバー２３の薄肉部２７で振動を吸収できる。このため、車両等に搭載されて組電池が振動を受けるとき、バスバー２３で振動を吸収して角型電池１１の振動による弊害、たとえば、電極端子１２の振動による損傷などを効果的に防止できる。また、このバスバー２３は、薄肉部２７をヒューズに併用することもできる。この組電池は、過大な電流が流れるときにバスバー２３の薄肉部２７をヒューズと同じように溶断して、電池を保護することができる。この組電池は、ヒューズを直列に接続することなく、バスバー２３で電池を過大な電流から保護できる。また、角型電池１１を連結するときに、互いに連結される正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂとの位置のずれを薄肉部２７で吸収して、電極端子１２に無理な力が作用しないようにバスバー１３で連結することもできる。
【００２４】
この構造の組電池は、以下の工程で組み立てられる。
（１）角型電池１１が、スペーサーを挟着する状態で、互いに平行な姿勢で横に並べて積層される。この状態でケースやフレーム等に固定される。角型電池１１は、隣接して配置される角型電池１１の正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂとが互いに隣接するように配置される。
（２）隣接する角型電池１１の正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂを、バスバー１３、２３の両端部に設けている貫通孔１６、２６に挿通して、バスバー１３、２３を正極端子１２Ａと負極端子１２Ｂにセットする。
（３）バスバー１３、２３から突出する電極端子１２にナット１５をねじ込んで、ナット１５でバスバー１３、２３を電極端子１２に固定する。
【００２５】
図９ないし図１１に示す組電池は、角型電池３１の正極端子３２Ａと負極端子３２Ｂを、電極面３１Ａに立てる姿勢で電極面３１Ａの両端部に配置すると共に、正極端子３２Ａと負極端子３２Ｂを、角型電池３１の両面に対して傾斜する姿勢の板状としている。図に示す角型電池３１は、電極端子３２の幅広平面３１Ｂに対する傾斜角（α）を約４５度としている。電極端子３２の傾斜角（α）は、小さすぎるとバスバー３３を電極端子３２に固定するネジ止め作業が能率よくできなくなる。従って、傾斜角（α）は３０度よりも大きくする。反対に傾斜角（α）が大きすぎると隣接するバスバー３３が接近してショートし易くなる。したがって、傾斜角（α）は６０度よりも小さくする。
【００２６】
組電池は、板状端子である正極端子３２Ａと負極端子３２Ｂを、Ｚ状に折曲してなるＺ状バスバー３３Ａで連結している。Ｚ状バスバー３３Ａは、図１５ないし図１７に示すように、金属板をＺ状に折曲加工して製作される。図に示すＺ状バスバー３３Ａは、金属板を直角に折曲している。ただ、Ｚ状バスバーは、金属板を折曲する角度を直角に限定せず、鋭角や鈍角に折曲することもできる。すなわち、本明細書において、Ｚ状とは、直角に折曲する形状だけでなく、鋭角や鈍角に折曲する形状も含む広い意味で使用する。このＺ状バスバー３３Ａは、電極端子３２に固定する止ネジ３４を挿通する貫通孔３６を両端部に設けている。板状端子である正極端子３２Ａと負極端子３２Ｂにも、止ネジ３４を挿通する貫通孔（図示せず）を設けている。Ｚ状バスバー３３Ａは、図示しないが、図１２ないし図１４に示すバスバーと同様に、中間部に薄肉部を設けることもできる。このバスバーは、振動を吸収し、またヒューズに併用することができる。
【００２７】
この構造の組電池は、以下の工程で組み立てられる。
（１）角型電池３１が、スペーサーを挟着する状態で、互いに平行な姿勢で横に並べて積層される。この状態でケースやフレーム等に固定される。角型電池３１は、隣接して配置される角型電池３１の正極端子３２Ａと負極端子３２Ｂとが互いに隣接するように配置される。
（２）隣接する角型電池３１の正極端子３２Ａと負極端子３２Ｂに、Ｚ状バスバー３３Ａの両端部を積層して、板状端子の貫通孔とバスバー３３の貫通孔３６に止ネジ３４を挿通する。
（３）バスバー３３から突出する止ネジ３４の先端にナット３５をねじ込み、ナット３５を締め付けてバスバー３３を止ネジ３４とナット３５で電極端子３２に固定する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の角型電池の斜視図である。
【図２】従来の組電池の平面図である。
【図３】本発明の一実施例にかかる組電池の斜視図である。
【図４】図３に示す組電池の平面図である。
【図５】本発明の他の実施例にかかる組電池の斜視図である。
【図６】図５に示す組電池の平面図である。
【図７】図５に示す組電池の正面図である。
【図８】本発明の一実施例にかかる角型電池の斜視図である。
【図９】本発明の他の実施例にかかる組電池の斜視図である。
【図１０】図９に示す組電池の平面図である。
【図１１】図９に示す組電池の側面図である。
【図１２】図５に示す組電池のバスバーの斜視図である。
【図１３】図１２に示すバスバーの正面図である。
【図１４】図１２に示すバスバーの平面図である。
【図１５】図９に示す組電池のバスバーの斜視図である。
【図１６】図１５に示すバスバーの平面図である。
【図１７】図１５に示すバスバーの断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１…角型電池              １１Ａ…電極面
１１Ｂ…幅広平面
１２…電極端子              １２Ａ…正極端子
１２Ｂ…負極端子
１３…バスバー
１４…鍔
１５…ナット
１６…貫通孔
２３…バスバー
２６…貫通孔
２７…薄肉部
３１…角型電池              ３１Ａ…電極面
３１Ｂ…幅広平面
３２…電極端子              ３２Ａ…正極端子
３２Ｂ…負極端子
３３…バスバー              ３３Ａ…Ｚ状バスバー
３４…止ネジ
３５…ナット
３６…貫通孔
９１…角型電池              ９１Ａ…電極面
９２…電極端子              ９２Ａ…正極端子
９２Ｂ…負極端子
９３…バスバー
【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】
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【図１７】
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