(57)【要約】【課題】外装部材に紙筒を用いた場合でも、優れた保存特性を有する、低コストのマンガン乾電池を提供する。【解決手段】マンガン乾電池は、負極亜鉛缶、負極亜鉛缶の内側に配されるセパレータ、セパレータの内側に配される正極合剤、正極炭素棒、中央部に正極炭素棒を挿入する孔を有しかつ正極合剤の上面を覆う鍔紙、中央部に正極炭素棒を挿入する孔を有しかつ負極亜鉛缶の開口部を封口する封口体、および負極亜鉛缶の外側に配される紙筒からなる外装部材を具備する。封口体は、負極亜鉛缶側の面の外縁部に第１の環状突起部を有し、負極亜鉛缶の開口端部は、その外側側面が第１の環状突起部の内側側面に接触し、かつ第１の環状突起部を外側に押圧して配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極亜鉛缶、前記負極亜鉛缶の内側に配されるセパレータ、前記セパレータの内側に配される正極合剤、正極炭素棒、中央部に前記正極炭素棒を挿入する孔を有しかつ前記正極合剤の上面を覆う鍔紙、中央部に前記正極炭素棒を挿入する孔を有しかつ前記負極亜鉛缶の開口部を封口する封口体、および前記負極亜鉛缶の外側に配される紙筒からなる外装部材を具備するマンガン乾電池であって、
前記封口体は、前記負極亜鉛缶側の面の外縁部に第１の環状突起部を有し、
前記負極亜鉛缶の開口端部は、その外側側面が前記第１の環状突起部の内側側面に接触し、かつ前記第１の環状突起部を外側に押圧して配置されていることを特徴とするマンガン乾電池。
【請求項２】
前記封口体は、さらに前記第１の環状突起部の内側に設けられた第２の環状突起部を有し、
前記第１の環状突起部と前記第２の環状突起部との間に前記負極亜鉛缶の開口端部が嵌合し、
前記第１の環状突起部と前記第２の環状突起部との間に封止剤が塗布された請求項１記載のマンガン乾電池。
【請求項３】
前記封口体は、さらに前記第２の環状突起部の内側における前記正極炭素棒の近傍に設けられた第３の環状突起部を有し、
前記正極炭素棒と前記第３の環状突起部との間に封止剤が塗布された請求項２記載のマンガン乾電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外装部材に紙筒を用いたマンガン乾電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マンガン乾電池では、保存性・耐漏液性を確保するために、外装部材に一般に金属缶が用いられている。
従来の外装部材に金属缶を用いたマンガン乾電池の一例を図６に示す。図６に示すように、負極亜鉛缶４の内側にセパレータ７および底紙９が配され、さらにその内側に正極合剤６が挿入され、中央部に正極炭素棒２が挿入されるための孔を設けた鍔紙１０で正極合剤６の上面が覆われている。そして、その中央部には正極炭素棒２が挿入されている。負極亜鉛缶４の下部に負極端子板１８が配され、負極亜鉛缶４の上部に正極端子板２１が配されている。負極亜鉛缶の４の外面は熱収縮性チューブ１５で覆われ、さらにその外面が金属缶１６で覆われている。
【０００３】
負極亜鉛缶の開口部には、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂からなる図７に示す封口体２３が配されている。封口体２３の孔３ｄに正極炭素棒２を挿入させて、両者を強固かつ気密に保持し、負極亜鉛缶４の開口端部を封口体３に食い込ませて両者を嵌合させている。さらに、封口体２３が正極炭素棒２を保持する部分、および封口体２３が負極亜鉛缶４と嵌合する部分に、アスファルトまたはポリブテンなどの封止剤１１が塗布されている。
【０００４】
ここで、図８は、図６の封口部の要部断面図である。図８に示すように、金属缶１６の上端部は内方に折り曲げられ、封口体２３の上面に配された正極端子板２１の周縁部を、絶縁リング１７を介して、締め付けている。また、金属缶１６の下端部は内方に折り曲げられ、負極亜鉛缶４の底面に配された負極端子板１８の周縁部を、熱収縮性チューブ１５の下端部およびシールリング１４を介して、締め付けている。このようにして、負極亜鉛缶４の開口部は封口体２３で封口されている。
【０００５】
また、従来から、材料コストを低減するために、外装部材に金属缶の代わりに紙筒を使用することが提案されている（例えば、特許文献１）。そして、このような外装部材に紙筒を用いたマンガン乾電池は安価であるため、中国やアフリカなどの地域で普及している。
従来の外装部材に紙筒を用いたマンガン乾電池の一例を図９に示す。図９に示すように、負極亜鉛缶４の内側にセパレータ７および底紙９が配され、さらにその内側に正極合剤６が挿入され、中央部に正極炭素棒２が挿入されるための孔を設けた鍔紙１０で正極合剤６の上面が覆われている。そして、その中央部には正極炭素棒２が挿入されている。負極亜鉛缶４の下部に負極端子板８が配され、負極亜鉛缶４の上部に正極端子板１が配されている。負極亜鉛缶４の外面は紙筒５で覆われている。
【０００６】
そして、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂からなる封口体２３の孔３ｄに正極炭素棒２を挿入させて、両者を強固かつ気密に保持し、負極亜鉛缶４の開口端部を封口体２３に食い込ませて両者を嵌合させている。さらに、封口体２３が正極炭素棒２を保持する部分、および封口体２３が負極亜鉛缶４と嵌合する部分に、アスファルトまたはポリブテンなどの封止剤１１が塗布されている。
【０００７】
紙筒５の上端部は、封口体２３の上面に配された正極端子板１の周縁部を巻き込むように、正極端子板１の周縁部とともに内方に折り曲げられている。また、紙筒５の下端部は、負極亜鉛缶４の底面に配された負極端子板８の周縁部を巻き込むように、負極端子板８の周縁部とともに内方に折り曲げられている。このようにして、負極亜鉛缶４の開口部は封口体２３で封口されている。
【０００８】
外装部材に紙筒５を用いた図９のマンガン乾電池は、外装部材に金属缶１６を用いた図６のマンガン乾電池のように、構成部材に、シールリング１４、絶縁リング１７、および熱収縮チューブ１５を用いないため、金属缶１６を用いたマンガン乾電池に比べて、安価である。また、外装部材に金属缶１６の代わりに紙筒５を使用するため、安価であるとともに環境に優しい等の利点がある。
【０００９】
しかし、外装部材に紙筒５を用いた図９のマンガン乾電池は、金属缶１６を用いた図６のマンガン乾電池のように、金属缶１６の上端部および下端部で上下方向より締め付けて封口する構造を有しない。このため、紙筒５を用いたマンガン乾電池では、金属缶１６を用いたマンガン乾電池に比べて、上下方向から締め付ける力が弱く、負極亜鉛缶４の開口端部を封口体２３の下面より上方に食い込ませただけでは、十分な密閉性を確保することが困難である。このため、外装部材に紙筒を用いたマンガン乾電池は、外装部材に金属缶を用いたマンガン乾電池に比べて、保存特性に劣るという問題があった。
【特許文献１】特開昭５２−１２８５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、上記従来の問題を解決するため、外装部材に紙筒を用いた場合でも、優れた保存特性を有する、低コストのマンガン乾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】
【００１１】
本発明は、負極亜鉛缶、前記負極亜鉛缶の内側に配されるセパレータ、前記セパレータの内側に配される正極合剤、正極炭素棒、中央部に前記正極炭素棒を挿入する孔を有しかつ前記正極合剤の上面を覆う鍔紙、中央部に前記正極炭素棒を挿入する孔を有しかつ前記負極亜鉛缶の開口部を封口する封口体、および前記負極亜鉛缶の外側に配される紙筒からなる外装部材を具備するマンガン乾電池であって、前記封口体は、その下側に第１の環状突起部を有し、前記負極亜鉛缶の開口端部は、その外側側面が前記第１の環状突起部の内側側面に接触し、前記第１の環状突起部を外側に押圧していることを特徴とする。
【００１２】
前記封口体は、さらに前記第１の環状突起部の内側に設けられた第２の環状突起部を有し、前記第１の環状突起部と前記第２の環状突起部との間に前記負極亜鉛缶の開口端部が嵌合し、前記第１の環状突起部と前記第２の環状突起部との間に封止剤が塗布されているのが好ましい。
前記封口体は、さらに前記第２の環状突起部の内側における前記正極炭素棒の近傍に設けられた第３の環状突起部を有し、前記正極炭素棒と前記第３の環状突起部との間に封止剤が塗布されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、外装部材に紙筒を用いた場合でも、優れた保存特性を有する、低コストのマンガン乾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】
【００１４】
（実施の形態１）
本発明に係る本実施の形態のマンガン乾電池を図１に示す。図１は本発明の実施の形態１のマンガン乾電池の一部を断面とする正面図である。
図１に示すように、負極亜鉛缶４の内側にセパレータ７および底紙９が配され、セパレータ７および底紙９の内側に正極合剤６が挿入され、中央部に正極炭素棒２が挿入されるための孔を設けた鍔紙１０で正極合剤６の上面が覆われている。そして、中央部に正極炭素棒２が挿入された状態で、負極亜鉛缶４の開口部は封口体３で封口されている。そして、負極亜鉛缶４の外面は外装部材である紙筒５で覆われている。
【００１５】
紙筒５の上端部は、封口体３の上面に配された正極端子板１の周縁部を巻き込むように、正極端子板１の周縁部とともに内方に折り曲げられている。また、外装部材５の下端部は、負極亜鉛缶４の底面に配された負極端子板８の周縁部を巻き込むように、負極端子板８の周縁部とともに内方に折り曲げられている。このようにして、上下方向から締め付けることにより、負極亜鉛缶４の開口端部を、封口体３の後述する第１の環状突起部３ａと第２の環状突起部３ｂとの間に食い込ませて両者を嵌合させている。
【００１６】
ここで、図２に、図１のマンガン乾電池に用いられる封口体３の縦断面図を示す。図２に示すように、封口体３は、その下面において外周部から中心部に向けて順に設けられた第１の環状突起部３ａ、および第２の環状突起部３ｂを有する。すなわち、封口体３は、負極亜鉛缶４側の面の外縁部に第１の環状突起部３ａを有し、さらに第１の環状突起部の内側に第２の環状突起部３ｂを有する。また、封口体３の中央部には正極炭素棒２が挿入される孔３ｄが設けられている。
【００１７】
図１に示すように、負極亜鉛缶４の開口端部は、その外側側面が第１の環状突起部３ａの内側側面に面状に接触し、かつ第１の突起部３ａを外側に押圧して配置されている。これにより、負極亜鉛缶４の開口端部の外側側面は封口体３の第１の環状突起部３ａの内側側面に強固に密着している。紙筒５の上端部および下端部の折り曲げによる上下方向からの締め付けだけでなく、上記のように、負極亜鉛缶４の開口端部の外側側面が封口体３の第１の環状突起部３ａの内側側面に面状に密着している。このため、電池の密閉性が向上し、優れた保存特性を有するマンガン乾電池が得られる。
【００１８】
負極亜鉛缶４の開口端部の外側側面と、封口体３の第１の環状突起部３ａの内側側面との接触面は、締め付ける上下方向（正極炭素棒２の軸方向）に対して、下部から上部にかけて内側に傾斜しているのが好ましい。負極亜鉛缶４の開口端部の外側側面の傾斜は、負極亜鉛缶４の開口端部自体を傾斜させることにより得られる。負極亜鉛缶４の開口端部の外側側面を、封口体３の第１の環状突起部３ａの内側側面に密着させやすくするため、負極亜鉛缶４の開口端部の外側側面と、封口体３の第１の環状突起部３ａの内側側面の傾斜角度は、同一であることが好ましい。また、負極亜鉛缶４の開口端部が封口体３の第１の環状突起部３ａを外側へ押圧する力とともに、上下方向からの締め付けの力が上記接触面に加わるために、負極亜鉛缶４と封口体３との接触部分における密着をより強固にできる。
【００１９】
電池の密閉性をより向上させるため、図３に示すように、封口体３における、正極炭素棒２を保持する部分および負極亜鉛缶４と接触する部分に封止剤１１を塗布するのが好ましい。また、図３に示すように、第１の環状突起部３ａと第２の環状突起部３ｂとの間に形成される溝に封止剤１１を塗布することにより、負極亜鉛缶４の開口端部と封口体３との間の接触部分に確実に封止剤１１を塗布することができる。
【００２０】
負極亜鉛缶４の厚さは、例えば、０．２〜０．５ｍｍである。また、封口体３における第１の環状突起部３ａと第２の環状突起部３ｂとの間に形成される溝は、例えば幅０．２〜２．０ｍｍであり、深さ０．３〜１．５ｍｍである。
【００２１】
本発明に係る外装部材に紙筒を用いたマンガン乾電池は、特に封口体３の形状に特徴を有し、従来の方法によって製造することができる。特に、封口体３を構成する材料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンなどのポリアミド、またはこれらの混合物が挙げられる。その他の電池構成要素としては、従来の材料を用いればよい。
なお、本実施の形態では、第１の環状突起部３ａおよび第２の環状突起部３ｂを有する封口体３を用いたマンガン乾電池の例を示したが、封口体３は少なくとも第１の環状突起部３ａを有していれば、上記のように電池の密閉性が向上し、優れた保存特性を有する電池が得られる。
【００２２】
（実施の形態２）
本発明に係る本実施の形態のマンガン乾電池を図４に示す。図４は、本発明の実施の形態２のマンガン乾電池の一部を断面とする正面図である。本実施の形態のマンガン乾電池は、封口体３の代わりに封口体１３を用いた以外は、実施の形態１のマンガン乾電池と同じ構成である。
ここで、封口体１３の縦断面図を図５に示す。図５に示すように、封口体１３は、図２の封口体３の第２の環状突起部３ｂのさらに内側における正極炭素棒２の近傍に第３の環状突起部３ｃを設けた構成である。
【００２３】
図４に示すように、第３の環状突起部３ｃは、正極炭素棒２を挿入する孔３ｄの近傍において設けられ、第３の環状突起部３ｃおよび正極炭素棒２の間には縦断面形状が略四角形の溝が形成される。そして、この溝に封止剤１１が塗布される。このように、正極炭素棒２と封口体１３の第３の環状突起部３ｃとの間に溝を形成することにより、従来よりも多量の封止剤を塗布することができ、電池の密閉性をさらに向上させることができる。
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【実施例】
【００２４】
《実施例１》
図１に示す構造を有する本発明に係るＲ２０（単１形）マンガン乾電池を作製した。まず、図２に示す構造を有する封口体３を、ポリエチレンを用いて射出成形により作製した。第１の環状突起部３ａおよび第２の環状突起部３ｂで形成される環状溝の深さ１．０ｍｍ、底部の幅０．８ｍｍ、および開口部の幅１．０ｍｍとした。
つぎに、厚さ０．３ｍｍの負極亜鉛缶４の底にクラフト紙からなる底紙９を配置し、ついでその内側に、クラフト紙に保液性のよいデンプンを主成分とする糊料を塗布して得られるセパレータ７を配置した。さらに、セパレータ７の内側に正極合剤６を挿入した。正極合剤６には、二酸化マンガンと、導電性カーボンブラックと、塩化亜鉛３０重量部および水７０重量部を含む電解液とを、５０：１０：４０の重量比で混合し、この混合物を加圧成形して得られたものを用いた。そして、中央部に正極炭素棒２が挿入されるための孔を設けたクラフト紙からなる鍔紙１０で正極合剤６の上面を覆った。
【００２５】
一方、封口体３に正極炭素棒２を挿入した。そして、中央部に正極炭素棒２が挿入された封口体３を負極亜鉛缶４に挿入し、封口体３の第１の環状突起部３ａと第２の環状突起部３ｂとの間に負極亜鉛缶４の開口端部を嵌合させ、負極亜鉛缶４の開口端部の外側側面を封口体３の第１の環状突起部３ａの内側側面に密着させた。このとき、正極炭素棒２の封口体３から突出している部分は、封口体３の上面を覆う正極端子板１と接続した。一方、負極亜鉛缶４の下部には負極端子板８を接続した。
【００２６】
負極亜鉛缶４の外面を紙筒５で覆った。紙筒５の上端部を、封口体３の上面に配された正極端子板１の周縁部を巻き込むように、正極端子板１の周縁部とともに内方に折り曲げた。また、紙筒５の下端部を、負極亜鉛缶４の底面に配された負極端子板８の周縁部を巻き込むように、負極端子板８の周縁部とともに内方に折り曲げた。このようにして、負極亜鉛缶４の開口部を封口体３で封口した。このようにして、本発明に係るＲ２０（単１形）マンガン乾電池を作製した。
【００２７】
《実施例２》
図３に示すように、封口体３における、正極炭素棒２を保持する部分および負極亜鉛缶４と接触する部分（第１の環状突起部３ａと第２の環状突起部３ｂとの間に形成された溝）に封止剤１１としてアスファルトを塗布した以外は、実施例１と同様の方法によりＲ２０（単１形）マンガン乾電池を作製した。
【００２８】
《実施例３》
封口体３の代わりに図５と同じ封口体１３を用い、図４に示すように、第１の環状突起部３ａと第２の環状突起部３ｂとの間に形成された溝、および第３の環状突起部３ｃと正極炭素棒２との間に形成された縦断面形状が略四角形の溝に、封止剤１１としてアスファルトを塗布した以外は、実施例１と同様の方法によりＲ２０（単１形）マンガン乾電池を作製した。
【００２９】
《比較例１》
以下の手順で図１０に示す構造のＲ２０（単１形）マンガン乾電池を作製した。
封口体３を用いずに、鍔紙１０の上に、下部鍔紙１２ｂを配した後、その上に封止剤１１としてアスファルトを流し込み、さらに、負極亜鉛缶４の開口端部上に上部鍔紙１２ａを介して負極端子板１を配した。上記以外は、実施例１と同様の方法によりＲ２０（単１形）マンガン乾電池を作製した。
【００３０】
《比較例２》
従来のＲ２０（単１形）マンガン乾電池に用いられる図７に示す封口体２３を、ポリエチレンを用いて射出成形により作製した。そして、図９に示すように、封口体３の代わりに、封口体２３を用い、封口体２３が正極炭素棒２を保持する部分、および封口体２３が負極亜鉛缶４と嵌合する部分に封止剤１１としてアスファルトを塗布した以外は、実施例１と同様の方法によりＲ２０（単１形）マンガン乾電池を作製した。
【００３１】
《比較例３》
以下の手順で、外装部材に金属缶を用いた図６に示す従来のＲ２０（単１形）マンガン乾電池を作製した。
まず、図７に示す封口体２３を、ポリエチレンを用いて射出成形により作製した。
つぎに、負極亜鉛缶４の底に底紙９を配置し、ついでその内側に、セパレータ７を配置した。さらに、セパレータ７の内側に正極合剤６を挿入した。そして、中央部に正極炭素棒２が挿入されるための孔を設けた鍔紙１０で正極合剤６の上面を覆った。負極亜鉛缶４、底紙９、セパレータ７、正極合剤５、および鍔紙１０には、実施例１と同じものを用いた。
【００３２】
一方、封口体２３に正極炭素棒２を挿入し、封口体２３が正極炭素棒２を保持する部分、および封口体２３が負極亜鉛缶４と嵌合する部分に、封止剤１１としてアスファルトを塗布した。そして、中央部に正極炭素棒２が挿入された封口体２３を負極亜鉛缶４に挿入し、封口体２３の下面に負極亜鉛缶４の開口端部を食い込ませて嵌合させた。このとき、正極炭素棒２の封口体２３から突出している部分は、封口体２３の上面を覆う正極端子板２１と接続した。一方、負極亜鉛缶４の下部には負極端子板１８を接続した。
【００３３】
負極亜鉛缶４の外面をポリ塩化ビニル製の絶縁性熱収縮性チューブ１５で覆った。熱収縮性チューブ１５は、封口体２３の外周縁部、およびシールリング１４をも被覆しており、同時に、封口体２３、負極端子板１８およびシールリング１４を固定する役割を果たしている。
また、熱収縮性チューブ１５の露出面を金属缶１６で覆った。金属缶１６の上端部は、絶縁リング１７を介して正極端子板２１の周縁部にかしめ、金属缶１６の下端部は、熱収縮性チューブ１５の下端部およびシールリング１４を介して負極端子板１８の周縁部にかしめた。このようにして、外装部材に金属缶を用いた従来のＲ２０（単１形）マンガン乾電池を作製した。
【００３４】
上記で得られた実施例１〜３および比較例１〜３のＲ２０（単１形）マンガン乾電池をそれぞれ４０個ずつ準備した。そして、常温で１日放置した時点および１週間放置した時点で電池電圧を測定した。また、４５℃で３ヶ月保存した後の電池電圧を測定した。それらの評価結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
比較例１では、１週間放置した後において、電池電圧が大幅に低下した電池が見られた。これは、電池電圧が大幅に低下した電池では、図１１に示すように、下部鍔紙１２ｂが正極炭素棒２の軸方向と垂直な方向に対して斜めに傾き、下部鍔紙１２ｂ上面全体が封止剤１１で覆われないことにより、電池の密閉性が低下したためと考えられる。従って、４５℃で３ヶ月放置した場合でも、他の電池と比べて、比較例１の電池は、放置時の電池電圧の低下幅が大きく、大きな標準偏差を示した。
【００３７】
実施例１の電池は、従来の外装部材に紙筒を用いた比較例２の電池と比べて電池電圧が高く、標準偏差も小さいことがわかった。すなわち、実施例１の電池は、比較例２の電池と比べて高信頼性を有し、かつ優れた保存特性を示した。また、実施例２および３の電池では、さらに保存特性が向上し、実施例３の電池では、従来の外装部材に金属缶を用いた比較例３の電池と同等の保存特性が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のマンガン乾電池は、情報機器や携帯機器等の電子機器の電源として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１のマンガン乾電池の一部を断面とした正面図である。
【図２】図１の封口体３の縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の他のマンガン乾電池の一部を断面とした正面図である。
【図４】本発明の実施の形態２のマンガン乾電池の一部を断面とした正面図である。
【図５】図４の封口体１３の縦断面図である。
【図６】従来の外装部材に金属缶を用いたマンガン乾電池の一部を断面とした正面図である。
【図７】図６の封口体２３の縦断面図である。
【図８】図６の封口部分の要部断面図である。
【図９】従来の外装部材に紙筒を用いたマンガン乾電池の一部を断面とした正面図である。
【図１０】比較例１のマンガン乾電池の一部を断面とした正面図である。
【図１１】図１０のマンガン乾電池の下部鍔紙１２ｂが傾いた状態を示す一部を断面とした正面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、２１  正極端子板
２  正極炭素棒
３、１３、２３  樹脂製封口体
３ａ  第１の環状突起部
３ｂ  第２の環状突起部
３ｃ  第３の環状突起部
３ｄ  孔
４  負極亜鉛缶
５  紙筒
６  正極合剤
７  セパレータ
８、１８  負極端子板
９  底紙
１０  鍔紙
１１  封止剤
１２ａ  上部鍔紙
１２ｂ  下部鍔紙
１４  シールリング
１５  熱収縮性樹脂チューブ
１６  金属缶
１７  絶縁リング
【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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