(57)【要約】【課題】自動車の種々の使用形態の内、多くの自動車が該当する使用形態に焦点を合わせることで、コスト低下を図りながら使用時に不便を感じることがない電気自動車の運行シスムを提供する。【解決手段】搭載するバッテリを固定部と増減部４の２箇所に分けて設置し、個別使用者によって異なる走行距離需要に応じて、増減部４のバッテリモジュール２の数を調整することで、バッテリ容量をより細かく合わせるようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭載バッテリ総容量を固定部と増減部に分けて設置し、増減部は車体シャシーより上部にかつ少なくとも１箇所以上配設され、各増減部は少なくとも電池モジュール１個を着脱できる空間を含んでいることを特徴とする電気自動車。
【請求項２】
搭載バッテリ以外の走行用外部電力及び搭載バッテリへの充電用電力の供給を受け入れることができる受け入れ口を車体後部中央に有し、搭載バッテリとコントローラとを結ぶ動力回路に受け入れ口を直列に接続したことを特徴とする電気自動車。
【請求項３】
搭載バッテリ以外の走行用電力を供給するトレーラ連結機構を受け入れ口の下方位置に配設したことを特徴とする請求項２記載の電気自動車。
【請求項４】
搭載バッテリ総容量を固定部と増減部に分けて設置し、増減部は車体シャシーより上部にかつ少なくとも１箇所以上配設され、各増減部は少なくとも電池モジュール１個を着脱できる空間を含み、搭載バッテリ以外の走行用外部電力及び搭載バッテリへの充電用電力の供給を受け入れることができる受け入れ機構を車体後部中央に有し、搭載バッテリとコントローラとを結ぶ動力回路に受け入れ機構を接続し、搭載バッテリ以外の走行用電力を供給するトレーラ連結機構を受け入れ口の下方位置に配設したことを特徴とする電気自動車。
【請求項５】
搭載バッテリをフル再充電した場合に搭載バッテリ総容量に応じた走行可能距離数を表示し、以後走行した距離数を減じて行く走行可能残存距離計を有することを特徴とする電気自動車。
【請求項６】
搭載バッテリ以外の走行用外部電力を供給する場合にも走行可能残存距離を示すことができる共用距離計と、共用の距離調整手段とを有することを特徴とする請求項５記載の電気自動車。
【請求項７】
電気自動車と、充電設備を有する電気自動車用のサポート基地と、電気自動車とサポート基地のそれぞれに設けられた位置確認能力を有する通信手段とを備えていることを特徴とする電気自動車の継続運行保証システム。
【請求項８】
電気自動車と、充電設備並びに電力供給トレーラを保有するサポート基地と、電池モジュールの運搬及び電力供給トレーラの曳航ができるサービス車両と、電気自動車とサポート基地とサービス車両のそれぞれに設けられた位置確認能力を有する通信手段とを備えていることを特徴とする電気自動車の継続運行保証システム。
【請求項９】
電気自動車と、集積駐車充電設備を設けたサポート基地と、サービス車両と、サポート基地に配設された電気自動車の販売・修理・保全・救急・保険などのデータを統括する集中管理機構と、各電気自動車と各サポート基地を結ぶ通信網とを備えていることを特徴とする電気自動車の継続運行保証システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリ電力を駆動力源とする中距離専用の電気自動車、及び日常１日毎に反復される計画的運行を支援する継続運行保証システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車の歴史は古く、電動モータや駆動力コントローラなど、電気自動車に固有の技術は成熟している。バッテリについても鉛酸電池に代わるニッケル水素、リチウムイオンなどの新型電池が実用化の段階に達している。また近年は大気汚染防止、地球温暖化の緩和、石油資源枯渇の遷延、電力需要の平準化などの社会的観点から、電気自動車の汎用が渇望されている。
【０００３】
しかし、現状での登録自動車数のほとんどは未だに内燃機関自動車であり、ゼロ排気自動車は微細規模に止まっている。その原因であった加速性等の走行性能の問題は既にほぼ解消されており、現状での問題は、主として１回充電による走行距離が短いことと、バッテリが高価であるため自動車が高価であること、内燃機関自動車の給油に比べると充電に時間がかかる一方、充電に代わるバッテリの交換・補給システムなどのインフラ構築が容易でないということにある。
【０００４】
そこで、自動車業界の大勢は、現状のインフラをほとんどそのまま利用できるとともに内燃機関自動車と同様に、１回の燃料補給で２００Ｋｍ以上の走行距離を確保でき、短時間で燃料補給ができるという使用形態を維持することを絶対的な前提条件とし、当面は内燃機関とバッテリを併用して排気の低減を図ったハイブリッド自動車を提供しつつ、ゼロ排気自動車である燃料電池自動車を開発する方向にある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、現在の自動車が有している機能や性能と多くの自動車の実際の使用・運行形態との間には大きな乖離が存在し、過剰で無駄な機能や性能が多い。すなわち、現状ではすべての自動車について、どのような使われ方をしても不自由を感じることがないように設計されており、そのことがバッテリ自動車を非常に高価なものにするとともに、大掛かりなインフラ整備無しでは運行できないという致命的な問題にしており、電気自動車の普及を阻害している。
【０００６】
例えば、１回の充電によってガソリン自動車と同様に２００Ｋｍの走行が可能であることが、絶対的に必要な条件であるように前提されることで、バッテリに要するコストが高くなり、ガソリン自動車に比べて非常に高価なものとなり、また車両重量が大きくなるため走行性能を低下させ、それに対応するためにさらに大きなバッテリ容量が必要になるという問題がある。また、ガソリンスタンドと同様に、必要時に何時でも何処でも短時間で充電又はバッテリ交換が可能であることが求められることからそのインフラ整備が必要となるが、現状では需要が小さいためインフラ整備は極めて困難であり、かつインフラ整備がされていないために需要を伸ばすことができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、自動車の種々の使用形態の内、多くの自動車が該当する使用形態に焦点を合わせることで、コスト低下を図った自動車と、使用時に不便を感じることがない電気自動車の継続運行保証システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気自動車は、中距離専用で、１日の走行距離による自動車の台数分布において合計台数が８０％以下の任意の割合に達する走行距離を１回充電で走行可能な容量のバッテリを搭載する。この走行距離はほぼ７０Ｋｍであるが、短くすればするほどバッテリ容量が少なくて済み、価格を低減できる。一般に、大多数の人々は規則正しい日常生活を１日ごとに繰り返し、仕事か用務に自家用車を計画的に使用する場合には１日当たり７０Ｋｍ以上の走行距離を必要とせず、また毎日眠るので寝ているあいだに電気自動車を規則正しく再充電できる。
【０００９】
そこで、本発明の電気自動車では、搭載するバッテリを固定部と増減部の２箇所に分けて設置し、総容量で上記走行距離の７０Ｋｍを達成し、電気自動車の販売時点において、増減部に収納された電池モジュールを任意数除去することにより、個別使用者によって異なる走行距離需要に対し、バッテリ容量をより細かく合わせるようにしている。これにより、価格もより一層低減できる。
【００１０】
ここで、電池モジュールとは、通常複数セルを直列接続した状態で内蔵して所定の出力電圧と電池容量を持つようにした一体物の電池を意味しているが、本明細書における電池モジュールには、所定の出力電圧と電池容量を有する単セルから成る一体物の電池も含むものとする。
【００１１】
一般に、電気自動車が毎晩再充電される場合には、１日単位の業務遂行には何らの支障も生じないが、充電忘れ、充電器の不調、停電、計画外の寄り道などの原因から、電力不足は起こり得る。もともと電力不足は、バッテリ容量がどんなに大きくても同様に起こり得るわけであるが、電気自動車が不測の電力不足に陥った場合には、バッテリ増減部に収納空間があればバッテリモジュールを追加し、無ければ増減部モジュールを交換するか、または電力源トレーラを連結接続すれば、自走能力が即時に回復されるので、中途で途絶がない運行継続が可能となる。
【００１２】
そこで、電気自動車には、電力源トレーラを連結するための鋼鉄製ポールと、トレーラに積載した電力源を接続するための受け入れ口を共に車体後部中央に設け、受け入れ口は搭載バッテリ増減部と駆動コントローラを結ぶ動力線に直列に挿入しておく。
【００１３】
また、電気自動車の一充電走行可能距離はバッテリ総容量により規定されているので、フル再充電時に最大距離数を示し、走行するに従って経過走行距離を減算してゆく計器を用いれば走行可能な残存距離を知ることができる。こうして得る物理的残存距離計は、現行の電気的残存距離計のように激しく増減せず、安定した読み取りができ、かつ構造が簡単で安価でもある。
【００１４】
また、電気自動車にカーナビか携帯電話を設け、他方、サポート基地にも位置確認システムと充電設備とを設けて相互に連絡するシステムを作れば、電力不足が予測される場合、電気自動車はサポート基地に立ち寄って充電するか、モジュールを追加もしくは交換するか、あるいは電力源トレーラを連結接続することにより、路上で立ち往生することを予防できるようになり、電気自動車の継続運行が社会システムとして完成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気自動車とその継続運行保証システムの一実施形態について、図１〜図５を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、電気自動車１の車室内の最後部空間５にバッテリの増減部４が設けられ、この増減部４に３個のバッテリモジュール２が搭載されている状態を示している。
【００１７】
本実施形態のバッテリモジュール２はニッケル水素電池の場合であり、セルを１０個直列接続して１２Ｖの出力電圧と９５Ａｈ（５時間）のバッテリ容量を有している。外形寸法は幅１２ｃｍ×高さ１８ｃｍ×長さ４０ｃｍ、容積８リットル、重量１９ｋｇ、市場価格は略２０万円であり、しかも価格低減は不可能に近いと言う。本実施形態では５個のモジュールを直列接続して構成した固定部バッテリ３（図４参照）を車体の床下などに固定的に設置している。バッテリの増減部４は、最後部空間５のほか、ボンネット（図示せず）下など、１箇所以上設けることができ、モジュールを各別に容易に着脱できるように搭載する。本実施形態では、必要に応じ、搭載するモジユール総数が５個から８個の間で増減できるように構成されている。
【００１８】
参考までにリチウムイオン電池の場合は、１セルが直径６７ｍｍ、長さ４１０ｍｍの円筒状で、８セルを直列接続して一体物にしたものを１パッケージと呼んでおり、本発明に適用する場合には、この１パッケージを１電池モジュールとしても、１セル又は複数セルにて電池モジュールを構成しても良い。また、民生用の渦巻きセルを５個直列して円筒とし、円筒５個を直列接続してモジュールを構成し、３０Ｖの出力電圧と９０Ａｈ（３時間）のバッテリ容量を得たものもある。しかし、何れにしろ外形寸法にはまだ国際規格がなく、構造上、より小型のモジュール製造は可能だと考えられる。
【００１９】
図２は、増減部４に収納するモジュール２の個数を増減する場合の電力線６の接続状態を示す。モジュール２同士を破線で示すように必要に応じて接続部材７を加えて直列接続するとともに両端の接続端子に固定部バッテリ３からの電力線６ａとコントローラ８（図４参照）ヘの電力線６ｂを接続する。増減部４にモジュール２を１個も搭載しない場合は実線で示すように電力線６ａと６ｂを接続する。
【００２０】
次に、本実施形態において、上記のように搭載するバッテリモジュール２の総数を５個から８個まで変更できるようにした根拠について説明する。自動車の実際の使用形態を分析すると、全国登録自動車総数７５００万台の内、平日の一日で３０００万台が走行するものと想定すれば、その走行距離の分布は表１に示すようになる。
【００２１】
【表１】
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表１から、１日走行距離は意外と短く、３０ｋｍ未満のものが略８０万台で３％、以下４０ｋｍまでのものが１１％、５０ｋｍまでのものが３１％、６０ｋｍまでのものが６６％、７０ｋｍまでのものが７８％であり、８０％近い自動車は１日の走行距離がほぼ７０ｋｍ程度以下であることが分かる。これは、終日走り続ける営業車を除けば、自家用車は毎日の仕事と用務の遂行の補助にのみ使用され、特に法人自家用車は普通遠出もしない現実を反映している。
【００２２】
一方、５人乗りで車両総重量１８１５ｋｇの電気自動車に搭載されている１２Ｖ、９５Ａｈの２４個のバッテリモジュールによれば、１回充電で走行距離が２１５ｋｍとされていることから概略計算して１個のバッテリモジュール２によって略９ｋｍの走行が可能であることになり、必要な搭載モジュール数は、表１の右欄に示すように、１日の走行距離が４０ｋｍで５個、５０ｋｍで６個、６０ｋｍで７個、７０ｋｍで８個となり、バッテリにかかるコストは１００万円ないし１６０万円となる。一方、１日の走行距離が１２０ｋｍ以上の場合には１５個以上、３００万円以上を必要とする。しかも日常の仕事ないし用務を遂行するために１２０Ｋｍを走行する例はまれである。かくして、１日走行距離が７０ｋｍ未満である８０％程度の自動車使用実例を対象とすることによって、搭載すべきバッテリに要するコストを、格段に低下できることが分かる。
【００２３】
さらに、本実施形態のように、モジュール５個を固定部バッテリ３として固定的に設置し、モジュール３個は各別に容易に着脱できるように増減部空間に設置することによって、個々の電気自動車使用者について、それぞれ異なる１日ごとの使用形態に対して過剰なバッテリ容量を削除することで大幅にコスト低下を図ることができる。
【００２４】
すなわち、表２に示すように、製造標準としてはモジュール８個を搭載して出荷し、営業所において、１日当たりの計画的需要走行距離が６３ｋｍ未満の顧客の場合にはモジュール１個を除去して総計７個とし、５４ｋｍ未満の顧客の場合には２個を除去して６個とし、４５ｋｍ未満の顧客の場合には増減部３個をすべて除去し、モジュール５個から成る固定部バッテリ３のみとすることで、搭載するバッテリに要するコスト及び重量を１６０万円、１５２ｋｇから１００万円、９５ｋｇにまで低減することができる。
【００２５】
【表２】
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また、個々の電気自動車の１日当たりの計画的需要走行距離は、現在使用中のガソリン自動車の積算走行距離計をチェックすることで容易に求めることができる。例えば、表３に示すように、自動車運転日誌から、１日１回、仕事終わり時の走行距離値を転記しておいて、算出した１日毎の実走行距離を右欄のような区分上にプロットすることで、需要距離に対して必要なモジュール個数を１目で知ることができる。表３の例は、自動車の不規則な使用例である。このような場合は、電気自動車による代替は不適切であるからガソリン自動車をそのまま使用するのがよい。また、この機会に所有自動車全般の管理運用を見直し、規則的運行には電気自動車をあてる計画を立案することもできる。
【００２６】
【表３】
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なお、搭載モジュール総数を８個から５個に減らしてゆくと、総電圧は９６Ｖ、８４Ｖ、７２Ｖ、６０Ｖと変わるが、駆動力のコントローラ８は基本的にチョッパ変圧器であり、設計電圧がほぼ半減するまで一定の定格出力をモータに供給し続けることが判明している。他の条件にもよるが、不足電圧分は過大電流で補われるので、経験則によれば、バッテリ容量がより早く減衰する、すなわち電気自動車の走行可能距離が短縮される。
【００２７】
次に、図３は、電気自動車が電力不足に陥った場合、電力源トレーラ（図示せず。特開平７−７６２２８号公報において開示した電気自動車用電力供給装置を参照。）に積載した外部電力源を接続して即時に自走能力を回復させるため、あらかじめ車体後部中央に設けておく外部電力源の受け入れ口を示す。この受け入れ口１１は、箱体１２と蓋体１３とから成り、電気自動車が単体で走行する通常の場合には蓋１３を閉じておき、図４（ａ）の配線図に示されるように、固定部バッテリ３と増減部４のバッテリモジュール２から成るバッテリ１４とコントローラ８とを結ぶ駆動力線回路１５を形成させる。この場合、蓋体１３に取付けられた接続プラグ１６は電力用端子穴１７ａと１７ｂに嵌合している。
【００２８】
外部電力を受け入れる場合には蓋１３を開き、開いた電力用端子穴１７ａ、１７ｂに外部電力の接続プラグを嵌合する。端子穴１７ａと１７ｃを用いて電気自動車に搭載したバッテリ１４を充電することもできる。
【００２９】
なお、図３と図４において、１８は補機用回路、１９はその接続部品を示している。
【００３０】
また、以上の説明では、電気自動車が電力不足に陥った場合に、電力源トレーラを接続する例を説明したが、図４（ｂ）に示すように、固定部バッテリ３と同数の電池モジュールを増減部４に搭載し、固定部バッテリ３に並列接続しても同様に自走能力を回復することができる。また、もっと単純に、図４（ａ）に示す増減部４のバッテリモジュール２を満充電のものと交換しても良い。
【００３１】
次に、図５は、電気自動車の走行可能残存距離計のバネル部２１を示す。既往の同種計器がバッテリの残存容量を残存距離に換算し、かつ多くが相対的な面積表示しかできないのに対し、本実施形態の残存距離表示部２２は、搭載するバッテリモジュールの総数により規定される理論的最大走行可能距離を出発値とし、その距離値から実際に走行した距離値を減算してゆき、目盛りで現在値を読むように構成している。
【００３２】
出発値は、バッテリを充電する場合の過充電防止装置と連動させて自動的にリセットできる。リセット値は、むろん、個別の電気自動車により異なる。購入者は、それぞれの計画的運行に無駄がないバッテリモジュール数を選択しているから、その個数を、ツマミ２３で指定しておけば良い。実際に走行した距離値は、現行のすべての自動車が常設している積算走行距離計の変更数値を機械的に、あるいは電子的に読み取って演算チップに入力するか、あるいはパルスを発信してパルスカウンターで数えて減算することができる。表示には発光ダイオード棒グラフから成る距離表示バー２２ａを用いるのが良く、例示例では残存距離が１３Ｋｍであることを示している。
【００３３】
目盛りゼロは、バッテリの残存容量ゼロを意味しない。電気自動車を運転する場合、アクセルを踏み込んでも反応が鈍くなる時がくる。これはバッテリ電力を消費した結果、電圧が急激な低下を始めるからであり、その時点で電圧は３０％減、放電深度は７０％に近い。この位置を目盛りゼロと定めることができる。実際にはその後、電圧が急減するが、電気自動車は加速不能のまま、まだ数Ｋｍは走行することができる。
【００３４】
目盛りゼロと最大目盛りとのあいだを長くとれば、読み取り易い残存距離表示部２２ができる。棒グラフの代わりに電子式モニタ画面を用いてもよいが、最大目盛りを越える値は、混乱を防ぐ目的で、スクロールして隠すのが良い。
【００３５】
計画外の充電を行うと、この残存距離計は実態を反映しなくなるので、調整が必要となる。計画外の充電には機会給電、貸出しモジュールの追加または交換、及び貸出し外部電力源トレーラーの３通りがある。
【００３６】
機会給電の場合は、サポート基地要員がパルス発信器（図示せず）を用い、給電時間を相当走行キロ数に換算したパルス数を修正回路に入力して距離表示を増やす。換算は、給電電源アンペア値を基に、パルス発信器にプログラムしておくこともできる。モジュールの追加または交換も同様に表示を増やす。パルス発信は有線でもリモコン無線でもよい。
【００３７】
モジュール貸出しの場合、新モジュールが満充電されて端子電圧が１２Ｖ、放電深度がゼロであるのに対し、使用中の搭載モジュールは９Ｖ、放電深度７０％に低下している状態が多い。しかし、電力線には逆流防止ダイオード（図示せず）が挿入されているため、イクォライザ（図示せず）が作動を始める前に、まず新モジュール電力がコントローラにより吸引され、後、均衡状態に至る。
【００３８】
なおこの残存距離計は、途中の表示調整がどのようなものであったとしても、正規の夜間充電を行えば過充電防止装置と連動し、必ず正規の出発値に復元される。また調整は、強力なソーラー電池を車体に取り付けるとか、エアコンその他の使用が走行エネルギーに大きな影響を及ぼす場合にも、一定の係数を掛け合わせれば増減いずれとも可能である。
【００３９】
外部電力源トレーラーを電気自動車に付設して運行を継続する場合には、トグルスイッチ２４を切り換えて距離表示部２５での表示に切り換える。この場合にはパルス発信を用い、トレーラーに積載するモジュール個数により実測して確かめた出発値を入れる。
【００４０】
パネル部２１には警告スイッチ２６を設け、スイッチオンの場合は警告灯２７が点灯し、残存走行可能距離が所定のメモリ値、例えば７Ｋｍに到達すると、距離表示バー２２ａが点滅を始めると同時に警告音が発生するように構成されている。また必要であれば同時にカーナビゲーション装置のモニタ画面に周辺地図および最寄りのサポート基地を映し出し、さらにタッチパネルの技法によってサポート基地との交信が始まるように構成できる。
【００４１】
以上のように本発明による電気自動車は、個々の使用例に個別に対応して余剰バッテリ容量を削減することにより価格低減を実現するものであるが、多数を使用するためには専用の社会的運行支援システムが欠かせない。
【００４２】
本発明の電気自動車の継続運行保証システムは、電気自動車に設けるカーナビゲーションもしくは携帯電話と、サポート基地における位置確認システムと充電設備とを備えている。上記相互に連絡する通信手段により、電力不足が予測される場合電気自動車はサポート基地に立ち寄って機会給電を受けるか、モジュールを追加もしくは交換するか、あるいは電力源トレーラーを連結接続することができ、路上で立ち往生することを予防し、継続運行が保証される。
【００４３】
また、この継続運行保証システムの中核となるサポート基地には電気自動車の修理維持設備と要員とが配置され、販売員も常駐して新車の展示並びに試乗と営業の業務にたずさわり、土地投資を節減するために回転立体駐車場兼充電設備（図示せず。特許第２６９１１１７号において開示した電気自動車用二次電池の充電装置を参照。）を設置し、一定の距離間隔を置いて設けられた他のサポート基地とも通信手段で連携して救急サービス機能を万全に遂行して関連運転者すべてに安心感を与え、顧客を満足させるとともに販売にともなう金融業務、電気自動車運行に伴う保険業務、これら各種の計算を行うコンピュータとプログラムと結果のフィードバック技術で構成されている。かくして、サポート基地を中核とする継続運行保証システムを構築することで電気自動車の汎用化に大きく寄与する。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の電気自動車とその継続運行保証システムによれば、電気自動車に搭載するバッテリを固定部と増減部の２箇所に分けて設置しているので、個別使用者によって異なる走行距離需要に対し、バッテリ容量をより細かく合わせることができ、電気自動車の価格を低減できる。
【００４５】
また、搭載バッテリ以外の走行用外部電力及び搭載バッテリへの充電用電力の供給を受け入れることができる受け入れ口を車体後部中央に設けると、走行用外部電力の接続及び充電を簡単に行うことができる。
【００４６】
また、電気自動車と、そのサポート基地と、相互の位置確認機能を含む通信手段を備えた継続運行保証システムを構築することで、電気自動車の継続運行を保証して電気自動車の汎用化に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気自動車の一実施形態におけるバッテリの増減部を示す背面図である。
【図２】同実施形態の増減部におけるバッテリモジュールの接続状態の説明図である。
【図３】同実施形態の受け入れ口を示し、（ａ）は蓋体を開いた状態の斜視図、（ｂ）は蓋体を閉じた状態の縦断面図である。
【図４】同実施形態の電気回路を示し、（ａ）は固定部と増減部を直列接続した回路図、（ｂ）は固定部に増減部を並列接続した回路図である。
【図５】同実施形態の残存距離計のパネル部の正面図である。
【符号の説明】
１  電気自動車
２  バッテリモジュール
３  固定部バッテリ
４  増減部
１１  受け入れ口
２１  走行可能残存距離計のパネル部
【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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