(57)【要約】      （修正有）【課題】従来よりも低衝撃で確実にアンプルを破壊して活性化することができるとともに、平常時や輸送時の振動では確実にアンプルの破壊を防止することが可能な、高信頼性の注液式電池を提供する。【解決手段】アンプル収納部１ａ、発電部収納部２ａ、および両者を連絡する注液路８を備え、アンプル１および発電部２は、注液路を介して対向する位置に配された無旋回タイプの注液式電池において、アンプル上部の少なくとも一部に、錘１５および緩衝材１６からなる複合部材１４を緩衝材がアンプルと錘との間に位置するように配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を封入したアンプルと、単セル複数個を積層した発電部と、アンプル収納部、発電部収納部、ならびに前記アンプル収納部および前記発電部収納部を連絡する注液路および排気路を有する構造体と、を備え、
前記アンプルおよび前記発電部は、前記注液路を介して対向する位置に配置され、
前記アンプル上部の少なくとも一部に、錘および緩衝材からなる複合部材が、前記緩衝材が前記アンプルと前記錘との間に位置するように配されている注液式電池。
【請求項２】
前記アンプルは、電解液収納部、前記電解液収納部よりも径が小さい封口部としての首部、および前記首部から前記電解液収納部につれて径が大きくなる肩部からなり、
前記首部が前記発電部と反対側に位置するように配され、
前記複合部材は、前記首部の周囲において、前記肩部上に配されている請求項１記載の注液式電池。
【請求項３】
前記単セルは、正極と、負極と、前記正極および前記負極の間に、空隙を形成して配されるセパレータとからなる請求項１または２記載の注液式電池。
【請求項４】
前記構造体が樹脂材料からなる請求項１〜３のいずれかに記載の注液式電池。
【請求項５】
前記樹脂材料が、ポリエチレン、ポリカーボネート、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、またはポリテトラフルオロエチレンである請求項４記載の注液式電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発射衝撃のみで活性化する無旋回仕様の注液式電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、注液式電池では、注液式電池を備えた飛翔体の発射に際して、大きな加速度が与えられ、その衝撃の加速度によって、注液式電池内の電解液を封入したアンプルが破壊される。発射による衝撃力と同時に、飛翔体が旋回することにより注液式電池に遠心力が与えられ、電解液がアンプルの周囲に配置された発電部に流入し、電圧が発生し、電池が活性化する。このように、注液式電池は、発射後に旋回する飛翔体の電源部として使用されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
ところで、近年、旋回せずに発射衝撃のみで活性化する電源部として注液式電池の適用が求められている。しかし、上記の注液式電池では、発射衝撃だけでは、電解液がアンプルの周囲に配置された発電部に流入しないため、電池が活性化しないという問題がある。
そこで、上記問題を解決するため、発射衝撃のみで活性化する無旋回仕様の注液式電池が検討されている。ここで、図６および７は、従来の無旋回仕様の注液式電池の側面および正面における概略縦断面図である。
【０００４】
注液式電池は、電解液を封入したアンプル３１と、積層された単セル複数個を含む発電部３２と、アンプル３１を収納するアンプル収納部３１ａ、発電部３２を収納する発電部収納部３２ａ、ならびにアンプル収納部３１ａおよび発電部収納部３２ａを連絡する注液路３８および排気路３９を有する構造体３３と、を備える。構造体３３は、本体治具３４およびアンプル破壊機構３５により構成される。アンプル収納部３１ａと発電部収納部３２ａとは、注液路３８を介して対向する位置に配置されている。
【０００５】
構造体３３は、ステンレス鋼製であり、有底円筒形のステンレス鋼製ケース３６内に収納されている。そして、本体治具３４は、上記のアンプル収納部３１ａおよび発電部収納部３２ａに加えて、排気路３９の一部を形成する排気孔３９ａ、およびアンプル収納部３１ａと発電部収納部３２ａとを隔離するアンプル破壊機構３５を設置するための空間部３５ａを有する。
【０００６】
空間部３５ａには、アンプル収納部３１ａと発電部収納部３２ａとを隔離するアンプル破壊機構３５が設置されており、アンプル破壊機構３５は、アンプル収納部３１ａと発電部収納部３２ａとを連絡する注液路３８、および排気路３９の一部を形成する排気孔３９ｂ、およびアンプル収納部３１ａ側に設けられた突起部３７を有する。排気路３９は、排気孔３９ａおよび３９ｂにより形成されており、突起部３７は、アンプル３１を破壊するためのものである。
【０００７】
アンプル収納部３１ａには、過塩素酸水溶液からなる電解液を封入したアンプル３１が設置されている。発電部収納部３２ａに、セパレータ５４と極板５５とが交互に配置された発電部３２が収納されている。極板５５には、ニッケルめっき鋼板等からなる基板の一方の面にめっき法により形成された二酸化鉛層からなる正極が配され、他方の面にめっき法により形成された鉛層からなる負極が配されたものが用いられる。セパレータ５４は、極板５５の左端縁部、右端縁部および下端縁部にそれぞれ対応する左側部、右側部、および底部からなり、セパレータ５４および極板５５により電解液が流入する凹部５８が形成されている。発電部３２は、凹部５８の開口部が注液路３８側に向くように配置され、アンプル３１および発電部３２は、注液路３８を介して図６に示す矢印Ｘの方向において直線状に配置されている。
【０００８】
アンプル収納部３１ａの上部および発電部収納部３２ａの下部には、電解液が外部へ漏れないように仮蓋４０がそれぞれ配されている。構造体３３とケース３６との間には、出力端子４１ａ、４１ｂと発電部３２とを接続する一対のリード線４２ａ、４２ｂが配されている。ケース３６およびアンプル収納部３１ａの上部に配されている仮蓋４０の上部には、ポリエチレン等からなる樹脂製電池蓋４３により、ケース３６の開口部が封口される。
【０００９】
この注液式電池の作動について説明する。
図６に示す矢印Ｙの方向に注液式電池に発射衝撃（例えば、最大衝撃加速度で１７０００Ｇ以上）による力が加わると、アンプル３１が破壊され、封入されていた電解液が外部へ飛散する。そして、アンプル３１と発電部３２と注液路３８が一直線上に配置しているため、無旋回であっても発射衝撃により、電解液は注液路３８を通り、発電部３２の凹部５８内へ流入し（図６中の矢印Ｘの方向）、電圧が発生する。この時、電池内部は密閉されているため、発電部収納部３２ａ内に電解液が流入した体積分の空気は、排気路３９を通り、アンプル収納部３１ａへ排気される。
【００１０】
近年、上記構成の無旋回仕様の注液式電池において、従来よりも低衝撃（１５００Ｇ以上）で、アンプルを破壊して電池を活性化することができ、かつ平常時または輸送時の振動（約１５０〜２００Ｇ）では、アンプルが破壊されて誤作動を起こすことのない高信頼性の注液式電池が要求されている。
【特許文献１】特開平１０−３０２８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は、上記の問題を解決するため、従来よりも低衝撃で確実にアンプルを破壊して活性化することができるとともに、平常時や輸送時の振動では確実にアンプルの破壊を防止することが可能な、高信頼性の注液式電池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】
本発明の注液式電池は、電解液を封入したアンプルと、単セル複数個を積層した発電部と、アンプル収納部、発電部収納部、ならびに前記アンプル収納部および前記発電部収納部を連絡する注液路および排気路を有する構造体と、を備え、
前記アンプルおよび前記発電部は、前記注液路を介して対向する位置に配置され、
前記アンプル上部の少なくとも一部に、錘および緩衝材からなる複合部材が、前記緩衝材が前記アンプルと前記錘との間に位置するように配されていることを特徴とする。
【００１３】
前記アンプルは、電解液収納部、前記電解液収納部よりも径が小さい封口部としての首部、および前記首部から前記電解液収納部につれて径が大きくなる肩部からなり、前記首部が前記発電部と反対側に位置するように配され、前記複合部材は、前記首部の周囲において、前記肩部上に配されているのが好ましい。
前記単セルは、正極と、負極と、前記正極および前記負極の間に、空隙を形成して配されるセパレータとからなるのが好ましい。
前記構造体は、樹脂材料からなるのが好ましい。
前記樹脂材料は、ポリエチレン、ポリカーボネート、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、またはポリテトラフルオロエチレンであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、従来よりも低衝撃で確実にアンプルを破壊して、活性化することができるとともに、平常時や輸送時の振動では確実にアンプルの破壊を防止することができ、誤作動を生じることのない高信頼性の注液式電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の一実施形態として無旋回仕様の注液式電池を以下に説明する。図１および２は、それぞれ本発明の注液式電池の正面および側面における概略縦断面図である。
有底円筒形のステンレス鋼製ケース６内に収納された構造体３は、アンプル１を収納するアンプル収納部１ａ、アンプル収納部１ａの下方に発電部２を収納する発電部収納部２ａ、アンプル収納部１ａと発電部収納部２ａを連絡する注液路８および排気路９を有する。構造体３は、本体治具４およびアンプル破壊機構５により構成される。
【００１６】
構造体３には、ステンレス鋼を用いてもよいが、絶縁性に優れている点で樹脂材料を用いるのが好ましい。また、半透明または無色透明の樹脂材料を用いることにより、電池内部の状態を外から確認することができ、誤作動していないことや部品構成に誤りがないことを確認することができる。電解液である過塩素酸水溶液に対する耐性に優れている点で、樹脂材料は、ポリエチレン、ポリカーボネート、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であるのが好ましい。
本体治具４は、アンプル収納部１ａ、発電部収納部２ａ、排気路９の一部を形成する排気孔９ａ、およびアンプル収納部１ａと発電部収納部２ａとを隔離するアンプル破壊機構５を設置するための空間部５ａを有する。
【００１７】
アンプル破壊機構５は、アンプル収納部１ａと発電部収納部２ａとを連絡する注液路８、および排気路９の一部を形成する排気孔９ｂ、およびアンプル収納部１ａ側に設けた、アンプル１を破壊するための突起部７を有する。排気路９は、排気孔９ａおよび９ｂにより形成される。
アンプル収納部１ａには、例えば、過塩素酸水溶液からなる電解液を封入したアンプル１が設置されている。発電部収納部２ａには、セパレータ２４と極板２５とを、図２に示すように交互に配置することにより構成された単セル複数個からなる発電部２が配されている。
【００１８】
ここで、図３は発電部２の拡大断面図であり、図４は発電部２の斜視図である。極板２５としては、例えば、ニッケルめっき鋼板等からなる基板２２の一方の面にめっき法により形成された二酸化鉛層からなる正極２３が配され、他方の面にめっき法により形成された鉛層からなる負極２１が配されたものが用いられる。単セル２６は、正極２３と、負極２１と、正極２３および負極２１の間に空隙を形成して配されるセパレータ２４とで構成される。より具体的には、セパレータ２４は、正極２３の左端縁部、右端縁部および下端縁部と、負極２１の左端縁部、右端縁部、および下端縁部との間に配され、正極２３、負極２１、およびセパレータ２４により、電解液が流入する凹部２８が形成されている。発電部２は、各単セル２６の凹部２８の開口部が上方（注液路８側）に向くように配置されている。そして、アンプル１および発電部２は、注液路８を介して対向する位置に配されている。すなわち、図２に示す矢印の方向において発電部２、注液路８、およびアンプル１の順に直線状に配置されている。
【００１９】
円筒形のアンプル１は、電解液を収納する電解液収納部１８、電解液収納部１８よりも径が小さい封口部としての首部１９、首部１９から電解液収納部１８につれて径が大きくなる肩部１７からなる。電解液を封入したアンプル１は、有底円筒形のガラス容器に電解液を入れた後、ガラス容器の開口部をバーナー等で加熱溶融して封口することにより得られる。この封口部が首部１９となり、電解液収納部１８から首部１９へ向かうにつれて径が小さくなる肩部１７が形成される。
【００２０】
アンプル１は、首部１９を上部側（発電部２と反対側）に向けて、アンプル収納部１ａ内に配置されている。電解液収納部１８の底部のほうが封口部である首部と比べて厚みばらつきが小さいため、電解液収納部１８の底部を発電部２側に向けて配置したほうがアンプル破壊の衝撃値が安定化する。そして、アンプル１の上部には複合部材１４が設けられている。より具体的には、アンプル１の首部１９の周りを囲むように、錘１５および緩衝材１６からなるリング状の複合部材１４が配され、錘１５は緩衝材１６を介して肩部１７上に載置されている。
【００２１】
錘１５には、例えば、ＳＵＳ３０３等の金属材料が用いられる。緩衝材１６には、例えば、酸性紙、ポリエチレン等の樹脂材料、シリコーンゴム等の合成ゴム、または（株）ジェルテック製のアルファゲル等のシリコーン樹脂を主原料とするゲル状材料が用いられる。
複合部材１４は、例えば、両面テープを貼り付ける、またはエポキシ系接着剤もしくはシアノアクリレート系接着剤等の接着剤を接合面に塗布して、錘１５と緩衝材１６とを接合することにより得られる。
【００２２】
円盤状の複合部材を首部１９上に配してもよいが、肩部１７のほうが封口部である首部１９よりも厚みばらつきが小さいため、アンプル破壊の衝撃値が安定化するという点から、リング状の複合部材１４を肩部１７上に配するのが好ましい。このとき、複合部材１４は、錘１５の高さ範囲内に首部１９が位置するように、かつ仮蓋１０と複合部材１４の上面があたらないようにアンプル上部に配置される。
また、複合部材１４の外径を電解液収納部１８の外径よりも小さくなるように調整することができる。この場合、複合部材１４を設置するための空間を新たにアンプル収納部１ａ内に設ける必要がないため、アンプル収納部１ａの寸法を変えることなく、複合部材１４をアンプル１上に容易に設置することができる。
【００２３】
このように複合部材１４を設けることにより、図１中の矢印Ｙの方向に衝撃が加えられると、アンプル１が突起部７に衝突するとともに、複合部材１４により、アンプル１に上方から押す力が加えられる。このため、従来よりも低衝撃（１５００Ｇ以上）の場合でも、確実にアンプル１を破壊して、電池を活性化させることができる。また、複合部材１４は緩衝材１６がアンプル１と錘１５との間に位置するようにアンプル１上に設置されているため、平常時および輸送時の振動（約１５０〜２００Ｇ程度）では、アンプル１の破壊を確実に防ぐことができる。
例えば、複合部材１４における錘１５の重量や緩衝材１６の材質や厚みを適宜変えることにより、１５００Ｇ以上の衝撃が加えられた場合ではアンプルが確実に破壊され、約１５０〜２００Ｇ程度の平常時および輸送時の振動等による衝撃ではアンプルの破壊が確実に抑制されるように調整することができる。
【００２４】
セパレータ２４の幅（正極２３および負極２１に対向する面の幅）は、例えば０．７５〜１．２５ｍｍである。
セパレータ２４の正極２３および負極２１の左端縁部および右端縁部に対応する部分の高さ寸法は極板２５の縦の寸法と同じであり、正極２３および負極２１の下端縁部に対応する部分の幅寸法は極板２５の横の寸法と同じである。
セパレータ２４の厚さ（即ち、正極２３と負極２１との間の距離）は、例えば１〜２ｍｍである。
【００２５】
発電部２とアンプル破壊機構５との間は、１ｍｍ以上離しておくのが好ましい。発電部２とアンプル破壊機構５との間の距離が１ｍｍ未満であると、表面張力により発電部２とアンプル破壊機構５との間の隙間において電解液が滞留しやすくなり、金属製のアンプル破壊機構５と、発電部２との間で短絡する可能性がある。
【００２６】
極板２５間（単セル２６間）の短絡を防止するために、図５に示すように、極板２５の上端面（注液路８側端面）および凹部２８側側面の上端縁部を、シリコーン樹脂や塩化ビニル樹脂からなる絶縁層２７で被覆するのが好ましい。絶縁層２７における、極板２５の凹部２８側側面の上端縁部を被覆する部分は、極板２５の上端から２ｍｍ以内の範囲であるのが好ましい。絶縁層２７は、例えば、極板２５の注液路８側端面および凹部２８側側面の上端縁部に絶縁剤としてシリコーン系接着剤や塩化ビニル系接着剤を塗布することにより得られる。図５では、極板２５の注液路８側の端面全体および凹部２８側側面の上端縁部全体が絶縁層２７で被覆されているが、少なくとも各極板２５の注液路８側の端面において、正極２１かつ負極２３の端面がそれぞれ絶縁層２７で被覆されていればよい。
【００２７】
アンプル破壊機構５には、突起部７の周囲に等間隔に４つの注液路８が設けられている。本実施の形態では、上記のように注液路８を設けたが、注液式電池として必要な性能が発揮されるのであれば、注液路の形状や数は特に限定されない。各単セル２６に同時かつ均等に電解液を流入させるために、複数の注液路８を、各単セル２６の上方に、各凹部２８の開口部と対向するように設けてもよい。また、注液路の形状としては、注液路の入口を一つとし、内部で分岐させて複数の流路を形成し、出口を複数としてもよい。
【００２８】
アンプル収納部１ａの上部および発電部収納部２ａの下部には、電解液が外部へ漏れないように仮蓋１０がそれぞれ配されている。構造体３とケース６との間には、出力端子１１ａ、１１ｂと発電部２とを接続する一対のリード線１２ａ、１２ｂが配されている。
そして、ケース６およびアンプル収納部１ａの上部には、ポリエチレン等からなる樹脂製電池蓋１３により、ケース６の開口部が封口される。
【００２９】
上記注液式電池の作動について説明する。
図２に示す矢印の方向に発射衝撃による力が加わると、アンプル１はアンプル破壊機構５に設けられた突起部７に衝突し、アンプル１が破壊され、封入されていた電解液が外部へ飛散する。そして、アンプル１および発電部２は、注液路８を介して対向する位置に配置されているため、無旋回であるが発射衝撃により、電解液は注液路８を通り、発電部２の凹部２８内へ流入する（図１中の矢印Ｘの方向）。
【００３０】
このとき、錘１５を含む複合部材１４の上方から加えられる力により、低衝撃でもアンプルを破壊することができる。また、電池内部は密閉されているため、発電部収納部２ａ内に電解液が流入した体積分の空気は、排気路９を通り、アンプル収納部１ａへ排気される。これにより、電解液がすばやく発電部へ流入することができるため、電池は迅速に活性化することができる。
【００３１】
上記では、アンプル破壊機構５は、アンプル収納部１ａ側にアンプル１を破壊するための突起部７を備えるが、アンプル破壊機構５に突起部７を設けなくても、発射衝撃により加えられる力により、アンプル１をアンプル破壊機構５に衝突させるとともに、複合部材１４の上方から加えられる力によりアンプル１を破壊することが可能である。
上記では、首部、肩部、および電解液収納部からなるアンプルが用いられ、複合部材が首部の周囲において、肩部上に配された構成を示したが、アンプルの形状、ならびに複合部材の形状および設置箇所は上記構成に限定されるものではなく、アンプル上部（発電部と反対側）の少なくとも一部に複合部材が、緩衝材が錘とアンプルとの間に位置するように配される構成であればよい。
以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【実施例】
【００３２】
《実施例１》
上記の図１および２と同様の構造の注液式電池を作製した。
複合部材１４は、以下の方法により作製した。
ステンレス鋼製（ＳＵＳ３０３）のリング状の錘（外径：９ｍｍ、内径：６ｍｍ、高さ：２．９ｍｍ）と、酸性紙からなるリング状の緩衝材（外径：９ｍｍ、内径：６ｍｍ、高さ：０．３ｍｍ）とを両面テープを用いて接合することにより、複合部材１４（外径：９ｍｍ、内径：６ｍｍ、高さ：３．２ｍｍ）を得た。
そして、電解液を封入したガラス製のアンプル１（首部１９の幅：４ｍｍ、電解液収納部１８の外径：９ｍｍ、アンプル１の高さ：１６．５ｍｍ）の首部１９の周囲において、リング状の複合部材１４を、緩衝材１６がアンプル１と錘１５との間に位置するように肩部１７上に載置した。電解液には、過塩素酸水溶液を用いた。
【００３３】
発電部２には、セパレータ２４および極板２５を交互に配置し、３個の単セル２６で構成される発電部を用いた。極板２５（縦：９ｍｍ、横：７ｍｍ）には、図３のようにニッケルめっき鋼板等からなる基板２２の一方の面に二酸化鉛からなる正極２３をめっきし、他方の面に鉛からなる負極２１をめっきしたものを用いた。
酸性紙を凹部の寸法に対応させてコの字状に切断加工してセパレータ２４（幅（正極２３と負極２１との間の距離）：１ｍｍ、正極および負極の左右端縁部に対応する部分の高さ寸法：９ｍｍ、正極および負極の下端縁部に対応する部分の幅寸法：７ｍｍ）を得た。
また、発電部２をアンプル破壊機構５と１．５ｍｍ離して配置した。
構造体３には、樹脂材料としてポリカーボネートを用いた。
【００３４】
《比較例１》
複合部材１４を用いない以外は、実施例１と同様の方法により注液式電池を作製した。
常温にて、実施例１および比較例１の注液式電池を５個ずつ準備し、旋回を加えずに、発射衝撃（１５００Ｇ）に相当する衝撃力を加えた、このとき、アンプルが破壊されて、４Ｖ以上の電圧が発生し、活性化した電池の数を調べた。その評価結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
2008071741.tif 000003
【００３６】
実施例１の電池では、従来より小さい衝撃力でも複合部材により、いずれも確実にアンプルが破壊され、電圧が発生し、活性化した。これに対して、比較例１の電池では、複合部材が存在しないため、従来よりも小さい衝撃力では、いずれもアンプルが破壊されず、活性化しなかった。
【００３７】
《比較例２》
複合部材１４の代わりに、錘１５を直接アンプル上に設置した以外は、実施例１と同様の方法により注液式電池を作製した。
常温にて、実施例１および比較例２の注液式電池を５個ずつ準備し、平常時または輸送時の振動の大きさを想定した衝撃（１５０Ｇ）を１７５０回加えた。このときアンプルが破壊され誤作動した電池数を調べた。その評価結果を表２に示す。
【００３８】
【表２】
2008071741.tif 000004
【００３９】
緩衝材を介さずに錘を直接アンプル上部に配置した比較例２の電池では、誤作動した電池がみられたが、緩衝材を介してアンプル上部に錘を配置した本発明の実施例１の電池は、いずれも誤作動しなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の注液式電池は高信頼性を有し、飛翔体に搭載する電源に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の注液式電池の側面における概略縦断面図である。
【図２】本発明の注液式電池の正面における概略縦断面図である。
【図３】図２の発電部２の拡大断面図である。
【図４】図２の発電部２の斜視図である。
【図５】アンプル１に対向する端面が絶縁層２７で覆われた発電部２の拡大断面図である。
【図６】従来の注液式電池の側面における概略縦断面図である。
【図７】従来の注液式電池の正面における概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  アンプル
１ａ  アンプル収納部
２  発電部
２ａ  発電部収納部
３  構造体
４  本体治具
５  アンプル破壊機構
５ａ  空間部
６  ケース
７  突起部
８  注液路
９  排気路
９ａ、９ｂ  排気孔
１０  仮蓋
１１ａ、１１ｂ  出力端子
１２ａ、１２ｂ  リード線
１３  樹脂製電池蓋
１４  複合部材
１５  錘
１６  緩衝材
１７  肩部
１８  電解液収納部
１９  首部
２１  負極
２２  基板
２３  正極
２４  セパレータ
２５  極板
２６  単セル
２７  絶縁層
２８  凹部
【図１】
2008071741.tif 000005
【図２】
2008071741.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008071741.tif 000010
【図７】
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