(57)【要約】【課題】電源装置の膨張時にも該電源装置に過大な応力集中が生じることが抑制された電源パックおよび車両を提供する。【解決手段】電源パックは、複数のバッテリモジュール４１０と、複数のバッテリモジュール４１０をそれぞれ収納した複数の電槽４１１とを備える。バッテリモジュール４１０を収納した複数の電槽４１１は矢印ＤＲ１方向に並列配置される。電槽４１１の側面４１１Ａ，４１１Ｂ上に位置し、隣接する複数の電槽４１１間の隙間を規定するスペーサ４２０Ａ，４２０Ｂが設けられる。スペーサ４２０Ａ，４２０Ｂは、それぞれ、凸部４２２Ａ，４２２Ｂを含む。ここで、凸部４２２Ａは電槽４１１と接触する。そして、側面４１１Ａ上に位置する凸部４２２Ａは、側面４１１Ｂ上に位置する凸部４２２Ｂと対向する位置を避けた位置に選択的に形成されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電源装置と、
複数の前記電源装置をそれぞれ収納した複数のケースとを備え、
前記電源装置を収納した複数の前記ケースは積層配置され、
前記ケースは複数の該ケースが積層する積層面に沿って第１と第２側面を有し、前記第１と第２側面は対向し、
それぞれ前記第１と第２側面上に位置し、隣接する複数の前記ケース間の隙間を規定する第１と第２スペーサが設けられ、
前記第１スペーサは、前記第１側面に向かう方向または前記第１側面から離れる方向に突出する第１凸部を含み、
前記第２スペーサは、前記第２側面に向かう方向または前記第２側面から離れる方向に突出する第２凸部を含み、
前記第１と第２凸部の少なくとも一方は前記ケースに直接当接し、
前記第１側面上の第１凸部は、前記第２の側面上の第２凸部と対向する位置を避けた位置に選択的に形成される、電源パック。
【請求項２】
前記第１と第２スペーサは、隣接する複数の前記ケース間に冷媒通路を規定する、請求項１に記載の電源パック。
【請求項３】
前記第１と第２凸部は、前記電源パックの使用時に、隣接する複数の前記ケース間の隙間を一定に保持可能な硬さを有する、請求項１または請求項２に記載の電源パック。
【請求項４】
前記電源装置は複数の電池セルが直列に接続されたバイポーラ電池を含む、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電源パック。
【請求項５】
前記第１と第２スペーサは前記ケースと別体に形成される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電源パック。
【請求項６】
前記第１と第２スペーサは前記ケースと一体に形成される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電源パック。
【請求項７】
複数の前記ケースは積層方向に拘束される、請求項１から請求項６のいずれかに記載の電源パック。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の電源パックを備えた、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源パックおよび車両に関し、特に、複数の電源装置を並列配置して形成される電源パックおよびそれを備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のバッテリセルまたはバッテリモジュールを組合わせて形成された「電源パック」としての組電池が従来から知られている。
【０００３】
たとえば、特開２００５−５１６７号公報（特許文献１）においては、バッテリモジュール間にスペーサを配設し、該スペーサに形成された凸部によりバッテリモジュールの膨張を防止するとともに、該スペーサに形成された凹部とバッテリモジュールとの間に冷媒通路を形成した組電池が開示されている。
【０００４】
また、特開２０００−４８８６７号公報（特許文献２）においては、バッテリを複数積層して形成された組電池において、スペーサを波板状のバネで構成することが開示されている。
【０００５】
また、特開２００１−２３７０２号公報（特許文献３）および特開２００４−１４５２０号公報（特許文献４）においても、バッテリモジュール間に波形のスペーサを配設した組電池が開示されている。
【０００６】
また、特開２００５−７１７８４号公報（特許文献５）においては、集電体に冷却用タブを設けたバイポーラ電池が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−５１６７号公報
【特許文献２】特開２０００−４８８６７号公報
【特許文献３】特開２００１−２３７０２号公報
【特許文献４】特開２００４−１４５２０号公報
【特許文献５】特開２００５−７１７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の組電池においては、バッテリモジュールの両側に位置するスペーサの凸部が互いに対向しているため、バッテリモジュールが膨張した際に、バッテリモジュールの一部に応力が集中しやすい。このような問題は、スペーサの凸部とバッテリモジュールのケースとが直接当接している場合に特に顕著に生じやすい。
【０００８】
また、特許文献２に記載の組電池においては、バッテリの両側に位置する波形状のバネの頂点は互いに対向しないが、バッテリのケースとバネとの間に板材が介装されており、スペーサの凸部とバッテリモジュールのケースとが直接当接している構造は、特許文献２には開示されていない。
【０００９】
また、特許文献３，４においては、バッテリモジュールの両側に位置する波形のスペーサの凸部の位置関係が明確に示されていない。
【００１０】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電源装置の膨張時にも該電源装置に過大な応力集中が生じることが抑制された電源パックおよび車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る電源パックは、複数の電源装置と、複数の電源装置をそれぞれ収納した複数のケースとを備える。ここで、電源装置を収納した複数のケースは積層配置される。ケースは複数の該ケースが積層する積層面に沿って第１と第２側面を有し、第１と第２側面は対向する。そして、それぞれ第１と第２側面上に位置し、隣接する複数のケース間の隙間を規定する第１と第２スペーサが設けられる。第１スペーサは、第１側面に向かう方向または第１側面から離れる方向に突出する第１凸部を含み、第２スペーサは、第２側面に向かう方向または第２側面から離れる方向に突出する第２凸部を含む。第１と第２凸部の少なくとも一方はケースに直接当接する。そして、第１側面上の第１凸部は、第２の側面上の第２凸部と対向する位置を避けた位置に選択的に形成される。
【００１２】
上記構成によれば、電源装置を収納するケースの両側に位置する第１と第２凸部が互いにずれた位置に形成されることで、電源装置が膨張した際にも、該電源装置に過大な応力集中が生じることを抑制することができる。
【００１３】
上記電源パックにおいて、１つの例として、第１と第２スペーサは、隣接する複数のケース間に冷媒通路を規定する。
【００１４】
上記電源パックにおいて、１つの例として、第１と第２凸部は、電源パックの使用時に、隣接する複数のケース間の隙間を一定に保持可能な硬さを有する。
【００１５】
なお、本願明細書において、「ケース間の隙間を一定に保持」とは、電源パックの製造時から常に隙間が一定に保持される場合に限定されず、電源パックの使用開始から比較的早い時点で隙間が変化した後、該隙間が一定に保持される場合を含む。
【００１６】
上記電源パックにおいて、１つの例として、電源装置は複数の電池セルが直列に接続されたバイポーラ電池を含む。
【００１７】
上記電源パックにおいて、第１と第２スペーサは、ケースと別体に形成されてもよいし、ケースと一体に形成されてもよい。
【００１８】
上記電源パックにおいて、好ましくは、複数のケースは積層方向に拘束される。この場合、電源装置が膨張すると、積層方向の応力が生じる。上述した構成によれば、この積層方向の応力を分散させることができる。
【００１９】
本発明に係る車両は、上述した電源パックを含む。これにより、電源装置に過大な応力集中が生じることが抑制された電源パックを有する車両が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電源装置の膨張時にも該電源装置に過大な応力集中が生じることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００２２】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
【００２３】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係る電源パックを含むハイブリッド車両（ＨＶ：hybrid vehicle）を示す図である。なお、本願明細書において、「車両」はハイブリッド車両に限定されず、たとえば燃料電池車や電気自動車も「車両」に含まれる。また、後述する「電源パック」としての組電池（バッテリ４００）に代えて、キャパシタが用いられてもよい。
【００２４】
図１を参照して、ハイブリッド車両１は、エンジン１００と、モータジェネレータ２００と、ＰＣＵ（Power Control Unit）３００と、充放電可能な二次電池であるバッテリ４００と、ケーブル５００（５１０，５２０）と、車輪６００とを含んで構成される。
【００２５】
図１に示すように、モータジェネレータ２００とＰＣＵ３００とは、ケーブル５１０により接続される。ＰＣＵ３００とバッテリ４００とは、ケーブル５２０により接続される。また、エンジン１００およびモータジェネレータ２００の動力は、ドライブシャフト（図示せず）を介して車輪６００に伝達され、車輪６００を回転させる。
【００２６】
モータジェネレータ２００は、バッテリ４００に蓄えられた電力およびモータジェネレータ２００により発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動する。このようにすることで、モータジェネレータ２００からの駆動力によりエンジン１００の駆動力をアシストしたり、モータジェネレータ２００からの駆動力のみによりハイブリッド車両１を走行させたりすることができる。
【００２７】
一方、ハイブリッド車両１の回生制動時には、車輪６００は車体の慣性力により回転させられる。この車輪６００の回転力により、モータジェネレータ２００が駆動される。このとき、モータジェネレータ２００が発電機として作動する。このように、モータジェネレータ２００は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータジェネレータ２００により発電された電力は、ＰＣＵ３００内に設けられたインバータ（図示せず）を介してバッテリ４００に蓄えられる。
【００２８】
次に、図２を用いてハイブリッド車両１に含まれるバッテリ４００の構造について説明する。図２を参照して、「電源パック」としてのバッテリ４００は、矢印ＤＲ１方向に積層配置された複数のバッテリモジュール４１０と、複数のバッテリモジュール４１０の間に配置されるスペーサ４２０と、並列配置されたバッテリモジュール４１０の列の両端に配置される拘束プレート４３０と、拘束プレート４３０間の距離が広がらないように拘束する（すなわち、バッテリモジュール４１０を矢印ＤＲ１方向に拘束する）拘束ロッド４４０とを含んで構成される。なお、図２の例では、矢印ＤＲ１方向に直交する面（ＸＹ平面）がバッテリモジュール４１０の「積層面」を構成する。
【００２９】
図３は、比較例に係るバッテリモジュール４１０およびその両側に設けられるスペーサ４２０Ａ，４２０Ｂを示した図である。図３を参照して、電槽４１１の両側に設けられるスペーサ４２０Ａ，４２０Ｂは、それぞれ、板状部分４２１Ａ，４２１Ｂと、板状部分４２１Ａ，４２１Ｂから突出する凸部４２２Ａ，４２２Ｂとを有する。スペーサ４２０Ａ，４２０Ｂは、成形しやすい絶縁体（たとえば樹脂）により構成される。凸部４２２Ａ，４２２Ｂは、隣接する複数の電槽４１１間に冷媒通路を規定する。また、凸部４２２Ａ，４２２Ｂは、バッテリ４００の使用時に、隣接する複数の電槽４１１間の隙間を一定に保持可能な硬さを有している。なお、電槽４１１内部の詳細な構造については、後述する。
【００３０】
スペーサ４２０Ａは、凸部４２２Ａが電槽４１１に直接当接するように設けられる。スペーサ４２０Ｂは、凸部４２２Ｂが板状部分４２１Ｂを介して電槽４１１に（間接的に）当接するように設けられる。なお、凸部４２２Ａ，４２２Ｂの両方が電槽４１１に直接当接するように設けられてもよい。
【００３１】
図４は、図３に示される構造におけるスペーサからケースに作用する力を説明する図である。図４を参照して、本比較例においては、電槽４１１の一方の側面４１１Ａ上に位置する凸部４２２Ａと、電槽４１１の他方の側面４１１Ｂ上に位置する凸部４２２Ｂとが互いに対向する位置に設けられている。したがって、バッテリモジュール４１０の内部電極が膨張して電槽４１１の内圧が上昇したときに、凸部４２２Ａ，４２２Ｂから電槽４１１の内部に向けて作用する力（図４中の矢印）が一部に集中する。この結果、バッテリモジュール４１０の内部電極に応力集中部位が発生する。
【００３２】
電槽４１１の内圧は、バッテリモジュール４１０の使用開始時に上昇し、この際、電槽４１１が若干変形する。電槽４１１の内圧は、その後の充放電によっても変動（充電時に上昇、放電時に下降）する。
【００３３】
図５は、本実施の形態に係るバッテリモジュール４１０およびその両側に設けられるスペーサ４２０Ａ，４２０Ｂを示した図である。また、図６は、図５に示される構造におけるスペーサからケースに作用する力を説明する図である。図５を参照して、本実施の形態に係るバッテリモジュール４１０およびスペーサ４２０Ａ，４２０Ｂは、図３に示される比較例とほぼ同様の構成を有するが、電槽４１１の両側に位置する凸部４２２Ａ，４２２Ｂが矢印ＤＲ１方向に重ならないようにずれて形成されていることを特徴としている。このようにすることで、バッテリモジュール４１０の内部電極が膨張して電槽４１１の内圧が上昇したときに、凸部４２２Ａ，４２２Ｂから電槽４１１の内部に向けて作用する力（図６中の矢印）が分散する。この結果、バッテリモジュール４１０の内部電極に応力集中部位が発生することが抑制される。
【００３４】
なお、上記では、凸部４２２Ａ，４２２Ｂが櫛歯状に形成されたスペーサ４２０Ａ，４２０Ｂの例について説明したが、凸部４２２Ａ，４２２Ｂは、ディンプル状に形成されていてもよい。
【００３５】
次に、バッテリモジュール４１０の詳細な構造、および、「スペーサ」の変形例について、図７を用いて説明する。
【００３６】
図７に示すように、バッテリモジュール４１０は、バッテリセル４１０Ａ〜４１０Ｆと、バッテリセル４１０Ａ〜４１０Ｆを収納する電槽４１１と、電槽４１１の側面４１１Ａ，４１１Ｂ上に形成された「スペーサ」としての凸部４１２Ａ，４１２Ｂと、端子４１３と、積層電極体４１４と、集電板４１５とを含んで構成される。
【００３７】
凸部４１２Ａ，４１２Ｂは、電槽４１１と一体に形成される。積層電極体４１４は、たとえばシート状の複数の電極部材をセパレータによって絶縁状態として相互に重ねて構成される。一対の集電板４１５は、積層電極体４１４を挟むように配置される。なお、積層電極体４１４には、電解液が含浸あるいは注入されている。
【００３８】
積層電極体４１４においては、正極となる電極部材と、負極となる電極部材とが矢印ＤＲ１方向に交互に重ねられている。また、正極となる電極部材の端部は、一括して一方の集電板４１５に接続されている。そして、負極となる電極部材の端部は、一括して他方の集電板４１５に接続されている。この結果、正極となるすべての電極部材と一方の集電板４１５とが電気的に接続された状態となる。また、負極となるすべての電極部材と他方の集電板４１５とが電気的に接続された状態となる。バッテリモジュール４１０に含まれるバッテリセル４１０Ａ〜４１０Ｆは、電気的に直列接続されている。たとえば、バッテリセル４１０Ａ〜４１０Ｆのそれぞれの定格電圧が１．２Ｖである場合、バッテリモジュール４１０全体の定格電圧は７．２Ｖとなる。このように、バッテリモジュール４１０は、たとえば、電槽４１１内に形成された複数のバッテリセル４１０Ａ〜４１０Ｆが直列に接続されたバイポーラ電池である。なお、バッテリセル４１０Ａ〜４１０Ｆの構成は、上述したような構成に限らず他の構成であってもよい。
【００３９】
図７に示すように、電槽４１１の一方の側面４１１Ａ上に形成される凸部４１２Ａと、電槽４１１の他方の側面４１１Ｂ上に形成される凸部４１２Ｂとは、互いに対向しない位置に形成されている。換言すると、凸部４１２Ａ，４１２Ｂは、矢印ＤＲ１方向に重ならない位置に形成されている。
【００４０】
また、図５，図６の例では、凸部４２２Ａ，４２２Ｂは、バッテリセルが並ぶ方向（横方向）に延在するように設けられているのに対し、図７の例では、凸部４１２Ａ，４１２Ｂは、バッテリセル４１０Ａ〜４１０Ｆが並ぶ方向に直交する方向（縦方向）に延在するように設けられている。
【００４１】
図８は、図７に示されるバッテリモジュール４１０を組合わせて構成されたバッテリ４００を示す図である。図８を参照して、バッテリモジュール４１０の正極側の端子４１３と他のバッテリモジュール４１０の負極側の端子４１３とをバスバー４１６により電気的に接続することで、複数のバッテリモジュール４１０が直列接続され、バッテリ４００が構成される。電槽４１１と一体に形成された凸部４１２Ａ，４１２Ｂは、隣接する電槽４１１と一体に形成された凸部４１２Ａ，４１２Ｂと直接当接している。すなわち、図８の例では、凸部４１２Ａ，４１２Ｂの両方が電槽４１１に直接当接している。ここで、電槽４１１は左右対称な形状となるように構成されており、同形状の電槽４１１を含む複数のバッテリモジュール４１０を、その向きを交互に反転させながら並列配置することで、図８に示す構造が得られる。
【００４２】
上記の例では、複数のバッテリモジュール４１０を積層配置することでバッテリ４００を構成する構造について説明したが、図９に示すように、バッテリ４００は、複数のバッテリセル４１００を積層配置することで構成されてもよい。図９の例では、複数のバッテリセル４１００間に樹脂部材４２００が設けられている。ここでは、樹脂部材４２００に設けられた凸部４２２０が電槽４１１０に接触して複数のバッテリセル４１００間の冷却風通路を規定している。
【００４３】
図１０は、凸部４２２０の形態の変形例を示した図である。図１０の例では、樹脂部材４２００は、リブ状の凸部４２２０Ａが形成された第１部分４２００Ａと、円柱状の凸部４２２０Ｂが形成された第２部分４２００Ｂとを有する。
【００４４】
図９，図１０に示すようなバッテリ４００においても、本願発明の思想は当然に適用可能である。
【００４５】
上述した構成について要約すると、以下のようになる。すなわち、図５〜図８を用いて説明した「電源パック」としてのバッテリ４００は、複数の「電源装置」としてのバッテリモジュール４１０と、複数のバッテリモジュール４１０をそれぞれ収納した複数の「ケース」としての電槽４１１とを備える。ここで、バッテリモジュール４１０を収納した複数の電槽４１１は積層配置される。電槽４１１は複数の電槽４１１が積層する積層面（図２におけるＸＹ平面）に沿って「第１側面」および「第２側面」としての側面４１１Ａ，４１１Ｂを有する。側面４１１Ａ，４１１Ｂは、互いに対向する。図５，図６の例では、それぞれ側面４１１Ａ，４１１Ｂ上に位置し、隣接する複数の電槽４１１間の隙間を規定する「第１スペーサ」および「第２スペーサ」としてのスペーサ４２０Ａ，４２０Ｂが設けられる。スペーサ４２０Ａは、側面４１１Ａに向かう方向に突出する「第１凸部」としての凸部４２２Ａを含み、スペーサ４２０Ｂは、側面４１１Ｂから離れる方向に突出する「第２凸部」としての凸部４２２Ｂを含む。ここでは、凸部４２２Ａが電槽４１１と直接当接し、凸部４２２Ｂは板状部分４２１Ｂを介して電槽４１１と当接する。一方、図８の例では、電槽４１１と一体に設けられた凸部４１２Ａ，４１２Ｂが、隣接する電槽４１１と一体に設けられた凸部４１２Ａ，４１２Ｂと直接当接し、複数の電槽４１１間の隙間を規定する。すなわち、図８の例では、凸部４１２Ａ，４１２Ｂが「第１と第２スペーサ」を構成する。
【００４６】
本実施の形態において、側面４１１Ａ上に位置する凸部４１２Ａ，４２２Ａは、側面４１１Ｂ上に位置する凸部４１２Ｂ，４２２Ｂと対向する位置を避けた位置に選択的に形成されている。
【００４７】
本実施の形態に係るバッテリ４００によれば、バッテリモジュール４１０を収納する電槽４１１の両側に位置する凸部４２２Ａ，４２２Ｂが互いにずれた位置に形成されることで、バッテリモジュール４１０を構成する積層電極体４１４が膨張した際にも、積層電極体４１４に過大な応力集中が生じることを抑制することができる。
【００４８】
なお、上述の例では、「第１と第２スペーサ」が互いに完全に重ならない位置に形成されている例について説明したが、上述した応力集中を緩和する効果が得られる限り、「第１の第２スペーサ」の一部が矢印ＤＲ１方向に重なる位置に形成されていてもよい。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の１つの実施の形態に電源パックを含むハイブリッド車両を示す図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態に電源パックを示す図である。
【図３】比較例に係る電源パックにおけるバッテリモジュールおよびその両側に設けられるスペーサを示した図である。
【図４】図３に示される構造におけるスペーサからケースに作用する力を説明する図である。
【図５】本発明の１つの実施の形態に係る電源パックにおけるバッテリモジュールおよびその両側に設けられるスペーサを示した図である。
【図６】図５に示される構造におけるスペーサからケースに作用する力を説明する図である。
【図７】本発明の１つの実施の形態に係る電源パックの変形例に含まれるバッテリモジュールを示した図である。
【図８】図７に示されるバッテリモジュールを組合わせて構成された電源パックを示す図である。
【図９】本発明の１つの実施の形態に係る電源パックの変形例を示す図である。
【図１０】図９に示される電源パックにおけるスペーサの形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  ハイブリッド車両、１００  エンジン、２００  モータジェネレータ、３００  ＰＣＵ、４００  バッテリ、４１０  バッテリモジュール、４１０Ａ〜４１０Ｆ  バッテリセル、４１１，４１１０  電槽、４１１Ａ，４１１Ｂ  側面、４１２Ａ，４１２Ｂ  凸部、４１３  端子、４１４  積層電極体、４１５  集電板、４１６  バスバー、４２０，４２０Ａ，４２０Ｂ  スペーサ、４２１Ａ，４２１Ｂ  板状部分、４２２Ａ，４２２Ｂ，４２２０，４２２０Ａ，４２２０Ｂ  凸部、４３０  拘束プレート、４４０  拘束ロッド、４１００  バッテリセル、４２００  樹脂部材、４２００Ａ  第１部分、４２００Ｂ  第２部分。
【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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