(57)【要約】【課題】燃料電池やそれを搭載した機器の用途や使用形態等に応じて、燃料カートリッジの液体燃料の収容量を容易に変更することを可能にする。【解決手段】燃料電池用燃料カートリッジ１は、液体燃料の吐出口３と受容口５とを有し、燃料電池用の液体燃料を収容するボトル部２を具備する。ボトル部２の燃料吐出口３にはバルブ機構を内蔵するノズル部４が設けられている。ボトル部２の燃料受容口５にはバルブ機構を内蔵するカップラ部６が設けられている。例えば、2個以上の燃料カートリッジ１、１を、隣接する一方の燃料カートリッジ１のノズル部４と他方の燃料カートリッジ１のカップラ部６とを接続させて連結すると共に、これらノズル部４とカップラ部６との接続部を流路として通液させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料の吐出口と受容口とを有し、燃料電池用の液体燃料を収容するボトル部と、
前記ボトル部の吐出口に設けられ、バルブ機構を内蔵するノズル部と、
前記ボトル部の受容口に設けられ、バルブ機構を内蔵するカップラ部と
を具備することを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記ノズル部と前記カップラ部とは着脱自在に接続可能な構造を有することを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
2個以上の前記燃料カートリッジを、隣接する一方の燃料カートリッジの前記ノズル部と他方の燃料カートリッジの前記カップラ部とを接続させて連結すると共に、これらノズル部とカップラ部との接続部を流路として、前記2個以上の燃料カートリッジのボトル部間を通液させることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記連結された2個以上の燃料カートリッジは、隣接する一方の燃料カートリッジの前記ボトル部に設けられた凹状コネクタと、他方の燃料カートリッジの前記ボトル部に設けられ、前記凹状コネクタと機械的に接続される凸状コネクタとを備えることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項５】
請求項３記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記連結された2個以上の燃料カートリッジは、隣接する前記燃料カートリッジの前記ボトル部の側面にそれぞれ設けられたくさび状突起部と、前記隣接するボトル部の前記くさび状突起部とそれぞれ係合して前記燃料カートリッジ間を連結する爪状連結固定具とを備えることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５のいずれか１項記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記連結された2個以上の燃料カートリッジは、これら燃料カートリッジを一括して収納するケースを備えることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池用燃料カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することができるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。
【０００３】
特に、エネルギー密度の高いメタノール燃料を用いた直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：direct methanol fuel cell）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯機器用の電源として有望視されている。ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料タンク内の液体燃料を電池内部で気化させる内部気化型等のパッシブ方式が知られている。これらのうち、アクティブ方式はＤＭＦＣの高出力化が可能であるため、ノート型ＰＣ等の電源として期待されている。一方、パッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して有利である。
【０００４】
アクティブ型ＤＭＦＣでは液体燃料を収容した燃料カートリッジを燃料電池本体に接続し、この燃料カートリッジから直接もしくは燃料タンク（希釈調整槽等）を介して液体燃料を循環させることによって、燃料電池セルに液体燃料を供給している。一方、内部気化型等のパッシブ型ＤＭＦＣは液体燃料を気化させる機構と燃料タンクとを具備しており、この燃料タンクに対してアクティブ型と同様に、燃料カートリッジ（サテライトタイプ）を接続して液体燃料が供給される。燃料カートリッジにおいては、バルブ機構を内蔵するノズル部等を用いて液体燃料の遮断並びに注入が行われる（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開2004-127824号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料カートリッジに求められる液体燃料の収容可能容量は、燃料電池の使用形態や燃料電池に対する要求特性（使用可能な時間や電池容量等）に基づいて変化する。すなわち、燃料電池を搭載した携帯機器等の使用予定時間が短い場合には、携帯性や安全性等を考慮して容量が小さい燃料カートリッジが求められる。一方、燃料電池を搭載した携帯機器等の使用予定時間が長い場合や使用電池容量が大きい場合には、当然ながら大容量の燃料カートリッジが求められる。
【０００６】
このような想定に基づいて各種容量の燃料カートリッジが必要とされるが、容量が異なる複数の燃料カートリッジを準備することは煩雑であり、また安全性の点からも好ましくない。さらに、燃料電池を搭載した携帯機器等の種々の使用形態を想定した場合、容量が異なる複数の燃料カートリッジを携帯する必要が生じるが、これはＤＭＦＣ等の小型・軽量な燃料電池の利便性や携帯性等を損なうことになる。
【０００７】
本発明の目的は、燃料電池やそれを搭載した機器の用途や使用形態等に応じて、液体燃料の収容量を容易に変更することを可能にした燃料電池用燃料カートリッジを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様に係る燃料電池用燃料カートリッジは、液体燃料の吐出口と受容口とを有し、燃料電池用の液体燃料を収容するボトル部と、前記ボトル部の吐出口に設けられ、バルブ機構を内蔵するノズル部と、前記ボトル部の受容口に設けられ、バルブ機構を内蔵するカップラ部とを具備することを特徴としている。
【０００９】
本発明の態様に係る燃料電池用燃料カートリッジは、例えば2個以上の前記燃料カートリッジを、隣接する一方の燃料カートリッジの前記ノズル部と他方の燃料カートリッジの前記カップラ部とを接続させて連結すると共に、これらノズル部とカップラ部との接続部を流路として、前記2個以上の燃料カートリッジのボトル部間を通液させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の態様に係る燃料電池用燃料カートリッジは、複数個を連結することが可能な構造を有しているため、燃料カートリッジの連結数に応じて液体燃料の収容量を変更することができる。従って、燃料電池の使用形態等に応じて大容量から小容量までの燃料カートリッジを容易に実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。
【００１２】
図１および図２は本発明の一実施形態による燃料カートリッジの構成を示す図である。これらの図に示す燃料カートリッジ１は、燃料電池用の液体燃料を収容する容器としてボトル部２を具備している。ボトル部２の天面側には液体燃料の吐出口３が設けられており、この燃料吐出口３にはバルブ機構を内蔵するノズル部４が装着されている。一方、ボトル部２の底面側には液体燃料の受容口５が設けられており、この燃料受容口５にはバルブ機構を内蔵するカップラ部６が装着されている。
【００１３】
燃料カートリッジ１のボトル部２には、それを適用する燃料電池に応じた液体燃料、例えば直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）であれば各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が収容される。なお、ボトル部２に収容する液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池に対応した液体燃料が収容される。
【００１４】
ボトル部２の燃料吐出口３に設けられたノズル部４と燃料受容口５に設けられたカップラ部６とは、着脱自在に接続可能な構造、すなわち一対の接続機構を構成する構造（それぞれ適合した構造）を有している。従って、図３に示すように複数個の燃料カートリッジ１を用意し、これら燃料カートリッジ１のノズル部４とカップラ部６とを接続させて連結することによって、燃料カートリッジ１の連結数に応じた燃料収容量を有する連結型の燃料カートリッジ７を構成することができる。
【００１５】
図３は3個の燃料カートリッジ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを連結した状態を示している。隣接する2個の燃料カートリッジ１Ａ、１Ｂにおいて、下段の燃料カートリッジ１Ａのノズル部４は中段の燃料カートリッジ１Ｂのカップラ部６と接続されている。これら燃料カートリッジ１Ａ、１Ｂは、燃料カートリッジ１Ａのノズル部４と燃料カートリッジ１Ｂのカップラ部６との接続部を流路として通液されている。同様に、中段の燃料カートリッジ１Ｂのノズル部４は上段の燃料カートリッジ１Ｃのカップラ部６と接続されており、これらノズル部４とカップラ部６との接続部を流路として通液されている。
【００１６】
図３に示す燃料カートリッジ１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、それぞれ隣接する燃料カートリッジ１Ａ、１Ｂおよび１Ｂ、１Ｃのノズル部４とカップラ部６との接続部を流路として全体的に通液されている。すなわち、複数個の燃料カートリッジ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを連結した連結型燃料カートリッジ７は、燃料カートリッジ１の連結数（図３では3個）に応じた燃料収容量（図３では1個当りの燃料カートリッジ１の燃料収容量×3）を有する燃料カートリッジとして機能させることができる。なお、燃料カートリッジ１の連結数は3個に限られるものではなく、2個以上の個数から適宜に選択されるものである。
【００１７】
このように、ノズル部４とカップラ部６をそれぞれ有する燃料カートリッジ１を連結して使用することによって、燃料カートリッジ１の連結数に応じた燃料収容量を有する連結型燃料カートリッジ７を構成することができる。燃料カートリッジ１のノズル部４は燃料電池の燃料供給部に対応した形状とされているため、1個の燃料カートリッジ１自体が燃料電池用燃料カートリッジとして機能を有している。従って、1個の燃料カートリッジ１の容量に相当する燃料収容量から連結数に応じた燃料収容量（1個当りの燃料カートリッジ１の燃料収容量×連結数）までの燃料カートリッジを構成することができる。
【００１８】
この実施形態の燃料カートリッジ１によれば、小容量の燃料電池用燃料カートリッジ（最低燃料収容量は1個当りの燃料カートリッジ１の燃料収容量に相当）から大容量の燃料電池用燃料カートリッジ（燃料収容量は燃料カートリッジ１の連結数に応じて種々に変更可能）までを構成することが可能となる。従って、燃料電池やそれを搭載した機器（携帯機器に代表される各種の電子機器等）の用途や使用形態等に応じて、小容量から大容量までの各種容量の燃料電池用燃料カートリッジを、単位カートリッジとなる燃料カートリッジ１とその個数に基づいて容易に実現することが可能となる。
【００１９】
例えば、複数個の燃料カートリッジ１を連結した連結型燃料カートリッジ７によれば、燃料カートリッジ１の連結数に応じた燃料収容量が得られるため、燃料電池の長時間運転や大容量運転等を実現することが可能となる。また、燃料電池やそれを搭載した機器の使用予定時間が短い場合には、例えば1個の燃料カートリッジ１で携帯性等を高めることができる。さらに、複数個の燃料カートリッジ１を連結して携帯性等を高めた上で、使用時には連結を解除して燃料カートリッジ１を個々に燃料電池に接続することによって、燃料カートリッジ１の取付け容量の小型化等を図ることも可能となる。
【００２０】
次に、ボトル部２の燃料吐出口３に設けられたノズル部４と燃料受容口５に設けられたカップラ部６の具体的な構造について、図２ないし図４を参照して説明する。なお、図４はノズル部４とカップラ部６とを接続した状態を示している。ボトル部２の燃料吐出口３に設けられたノズル部４は、燃料吐出口３を覆うように装着されたカートリッジヘッド１１を有している。カートリッジヘッド１１は、例えばねじ固定や爪嵌合等の固定手段を適用してボトル部２の燃料吐出口３に固定されている。
【００２１】
カートリッジヘッド１１は、燃料吐出口３に装着・固定されるベース部１２と、ベース部１２から突出した円筒状のノズル先端部１３とを備えている。ノズル先端部１３はノズル口１３ａを有しており、燃料受容口５に設けられたカップラ部６、または燃料電池側の接続機構（例えば燃料電池本体や燃料タンク等に設けられたカップラ部）に対する挿入部として機能するものである。ノズル先端部１３はその軸方向がノズル部４の挿入方向と平行となるように、ベース部１２から突出して形成されている。
【００２２】
カートリッジヘッド１１のベース部１２の内側には、カップ状のバルブホルダ１４が配置されている。バルブホルダ１４は、燃料吐出口３内に嵌め合わされた状態で、ベース部１２の内側に配置されている。バルブホルダ１４の開口部側にはつば状の縁部１４ａが設けられており、このつば状縁部１４ａと燃料吐出口３との間に円筒形パッキン１５がシール部品として介在されている。円筒形パッキン１５は燃料吐出口３の内面に加えて、天面および外面と接触するように配置されている。
【００２３】
バルブホルダ１４はバルブ室を規定するものであり、その内側にはバルブ１６が配置されている。バルブ１６はバルブヘッド１６ａとバルブステム１６ｂとを備えている。バルブヘッド１６ａはバルブホルダ１４内に配置されており、バルブステム１６ｂはノズル先端部１３内に収容されている。バルブ１６は軸方向に進退可能とされている。バルブヘッド１６ａは圧縮スプリング１７で加えられた押圧力によって、カートリッジヘッド１１の内側に形成されたバルブシート１８と密着している。
【００２４】
燃料カートリッジ１が他の燃料カートリッジ１や燃料電池から切り離された状態においては、圧縮スプリング１７の押圧力でバルブヘッド１６ａがバルブシート１８に押し付けられているため、ノズル部４内の液体燃料の流路は閉状態とされている。一方、燃料カートリッジ１を他の燃料カートリッジ１や燃料電池に接続すると、図４に示すように、バルブステム１６ｂが後退してバルブヘッド１６ａがバルブシート１８から離れることによって、ノズル部４内の液体燃料の流路が開状態とされる。バルブホルダ１４の底部には、連通孔１４ｂが設けられている。このような連通孔１４ｂを有するノズル部４を介して、ボトル部２は他の燃料カートリッジ１や燃料電池と通液される。
【００２５】
一方、ボトル部２の燃料受容口５に設けられたカップラ部６は、円筒状のカップラ本体２１を有している。カップラ本体２１はボトル部２の燃料受容口５に設置されている。カップラ本体２１内にはリング状突起部２１ａが設けられており、その下方（燃料受容口側）には弾性体ホルダとしてゴムホルダ２２が設置されている。ゴムホルダ２２はジャバラ形状と材料特性（ゴム弾性）に基づいて軸方向に弾性が付与されている。ゴムホルダ２２はカートリッジヘッド１１のノズル先端部１３との間にシールを形成するシール部材であり、その内側は液体燃料の通路とされている。
【００２６】
さらに、カップラ本体２１内にはバルブ２３が配置されている。バルブ２３はバルブヘッド２３ａとバルブステム２３ｂとを備えている。バルブヘッド２３ａはカップラ本体２１のリング状突起部２１ａの上方側（ボトル部側）に配置されている。バルブステム２３ｂはゴムホルダ２２内に収納されている。このようなバルブ２３は軸方向（ノズル部４の挿入方向）に進退可能とされている。バルブヘッド２３ａとリング状突起部２１ａの上面側に形成されたバルブシート２４との間には、Ｏリング２５が配置されている。バルブヘッド２３ａは圧縮スプリング２６で加えられた押圧力によって、Ｏリング２５を介してバルブシート２４と密着している。
【００２７】
燃料カートリッジ１が他の燃料カートリッジ１や燃料電池から切り離された状態においては、Ｏリング２５を介してバルブヘッド２３ａがバルブシート２４に押し付けられており、これによりソケット部６内の液体燃料の流路は閉状態とされている。燃料カートリッジ１を他の燃料カートリッジ１や燃料電池に接続すると、図４に示すように、バルブステム２３ｂが後退してバルブヘッド２３ａがバルブシート２４から離れることによって、ソケット部６内の液体燃料の流路が開状態とされる。カップラ部６の上部側には連通孔２７が設けられており、この連通孔２７を介してボトル部２と接続されている。
【００２８】
そして、図３に示したように、複数個の燃料カートリッジ１のノズル部４とカップラ部６とを接続して連結すると、図４に示したようにノズル部４のバルブ１６とカップラ部６のバルブ２３がそれぞれ後退して液体燃料の流路が開状態とされる。従って、連結された燃料カートリッジ１のボトル部２間はノズル部４とカップラ部６との接続部を流路として通液状態となる。このようにして、複数個の燃料カートリッジ１を連結して通液状態とした連結型燃料カートリッジ７が構成される。燃料カートリッジ１のノズル部４を燃料電池の燃料供給部等に設けられたカップラ部と接続する場合も同様である。
【００２９】
図３に示した連結型燃料カートリッジ７は、複数個の燃料カートリッジ１を連結するにあたって、燃料カートリッジ１間をノズル部４とカップラ部６とによる接続機構で機械的に接続している。このような接続機構のみで燃料カートリッジ１間を接続してもよいが、燃料カートリッジ１間の機械的な接続力を高めたい場合には、例えば凹状コネクタと凸状コネクタとを組合せた連結保持機構、くさび状突起部と爪状連結固定具とを組合せた連結保持機構、複数個の燃料カートリッジ１を一括して収納するケース等を適用することができる。これらによって、燃料カートリッジ１間の連結信頼性を高めることができる。
【００３０】
図５は凹状コネクタと凸状コネクタとを組合せた第１の連結保持機構を適用した連結型燃料カートリッジ３１を示している。各燃料カートリッジ１Ａ、１Ｂ、１Ｃのボトル部２の天面には凹状コネクタ３２が設けられており、底面には凹状コネクタ３２と機械的に接続される凸状コネクタ３３が設けられている。下段の燃料カートリッジ１Ａの凹状コネクタ３２には中段の燃料カートリッジ１Ｂの凸状コネクタ３３が機械的に嵌め合わされている。同様に、中段の燃料カートリッジ１Ｂの凹状コネクタ３２には上段の燃料カートリッジ１Ｃの凸状コネクタ３３が機械的に嵌め合わされている。
【００３１】
このような凹状コネクタ３２と凸状コネクタ３３とを組合せた連結保持機構を適用することによって、燃料カートリッジ１間の機械的な接続力を高めることができる。従って、連結信頼性に優れた連結型燃料カートリッジ３１を提供することが可能となる。なお、凹状コネクタ３２と凸状コネクタ３３の形成位置は逆であってもよい。また、凹状コネクタ３２と凸状コネクタ３３はそれぞれ複数個有していてもよい。
【００３２】
図６はくさび状突起部と爪状連結固定具とを組合せた第２の連結保持機構を適用した連結型燃料カートリッジ４１を示している。各燃料カートリッジ１Ａ、１Ｂ、１Ｃのボトル部２の側面には、それぞれくさび状突起部４２が設けられている。くさび状突起部４２はボトル部２の両側面に設けられている。隣接するボトル部２のくさび状突起部４２には、それらに掛け渡すように爪状連結固定具４３が係合されている。
【００３３】
上述したように、隣接するボトル部２のくさび状突起部４２に爪状連結固定具４３を順に係合させることによって、隣接する燃料カートリッジ１間がそれぞれ連結されている。このようなくさび状突起部４２と爪状連結固定具４３とを組合せた連結保持機構を適用することによって、燃料カートリッジ１間の機械的な接続力を高めることができる。従って、連結信頼性に優れた連結型燃料カートリッジ４１を提供することが可能となる。
【００３４】
図７は第３の連結保持機構として収納ケースを適用した連結型燃料カートリッジ５１を示している。図７に示す連結型燃料カートリッジ５１は、図５や図６に示した連結型燃料カートリッジ３１、４１と同様に、複数個の燃料カートリッジ１を連結した構造を備えており、さらに連結された燃料カートリッジ１、１…を一括して収納するケース５２を有している。すなわち、連結された燃料カートリッジ１、１…は一括してケース５２内に収納されており、これによって機械的な連結状態が保持されている。このような収納ケース５２を適用することによって、燃料カートリッジ１間の機械的な接続力を高めることができ、連結信頼性に優れた連結型燃料カートリッジ５１を提供することができる。
【００３５】
連結された燃料カートリッジ１、１…を一括して収納するケース５２は、例えば図８に示すように分割構造（５２ａと５２ｂ）とし、一方のケース体５２ａに爪部５３を設けると共に、他方のケース体５２ｂに爪部５３と対応する凹部５４を設けることによって、ケース５２を開閉自在な構造とすることができる。一方のケース体５２ａに設けた爪部５３は、例えば図９に示すように、他方のケース体５２ｂに設けた留め金５５に差し込むようにしてもよい。さらに、分割構造としたケース５２は図１０に示すように、一方の接合面をヒンジ５６で連結した構造としてもよい。
【００３６】
なお、この実施形態では燃料カートリッジ１間の連結力を高める機構として、凹状コネクタ３２と凸状コネクタ３３とを組合せた連結保持機構、くさび状突起部４２と爪状連結固定具４３とを組合せた連結保持機構、複数個の燃料カートリッジ１を一括して収納するケース５２について説明したが、これら以外の連結保持機構を適用することも可能である。また、上記した連結保持機構を組合せて使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態による燃料カートリッジを示す斜視図である。
【図２】図１に示す燃料カートリッジの構成を示す断面図である。
【図３】図１に示す燃料カートリッジを連結した状態を示す断面図である。
【図４】図３に示す連結された燃料カートリッジにおけるノズル部とカップラ部との接続状態を拡大して示す断面図である。
【図５】図３に示す連結された燃料カートリッジに第１の連結保持機構を適用した状態を示す断面図である。
【図６】図３に示す連結された燃料カートリッジに第２の連結保持機構を適用した状態を示す断面図である。
【図７】図３に示す連結された燃料カートリッジに第３の連結保持機構を適用した状態を示す斜視図である。
【図８】図７に示す連結された燃料カートリッジの変形例を示す斜視図である。
【図９】図７に示す連結された燃料カートリッジの他の変形例を示す斜視図である。
【図１０】図７に示す連結された燃料カートリッジのさらに他の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…燃料カートリッジ、２…ボトル部、３…燃料吐出口、４…ノズル部、５…燃料受容口、６…ソケット部、７，３１，４１，５１…連結型燃料カートリッジ、１６，２３…バルブ、３２…凹状コネクタ、３３…凸状コネクタ、４２…くさび状突起部、４３…爪状連結固定具、５２…収納ケース。
【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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