(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の第１の集電体の少なくとも片面に、前記第１の集電体の帯状の長手方向の一辺に沿った第１の帯状部を残して電極層が形成されてなる第１の電極体と；
帯状の第２の集電体の少なくとも片面に、前記第２の集電体の帯状の長手方向の一辺に沿った第２の帯状部を残して電極層が形成されてなる第２の電極体と；
前記第１の電極体と前記第２の電極体とを、それらの間に介在することにより電気的に絶縁する帯状のセパレータと；
前記第１の帯状部に接合して集電する第１の集電板と；
前記第２の帯状部に接合して集電する第２の集電板と；
開口部が形成され、前記第１の電極体と、前記第２の電極体と、前記セパレータと、前記第１の集電板と、前記第２の集電板とを収容するケースと；
前記開口部を封口する封口蓋体と；
前記第１の集電板に接合され、又は前記第１の集電板と一体に構成され、前記ケースの外部と接続可能なように構成された第１の端子と；
前記第２の集電板に接合され、又は前記第２の集電板と一体に構成され、前記ケースの外部と接続可能なように構成された第２の端子とを備え；
前記第１の端子及び前記第２の端子は、それぞれ前記封口蓋体及び前記ケースと接合され；
前記第１の電極体と、前記第２の電極体と、前記セパレータとは重ねて巻回されて筒状巻回素子を形成しており；
前記第１の帯状部と前記第２の帯状部とが、前記筒状巻回素子のそれぞれ反対側の端面に配置され；
前記筒状巻回素子の上端部及び下端部においてそれぞれ上及び下に突出した、前記筒状巻回素子の軸方向のつぶし代としての前記第１の帯状部及び前記第２の帯状部が、それぞれ前記第１の集電板及び前記第２の集電板に前記筒状巻回素子の筒の軸方向に向けて押しつぶされ、溶接によって接合され；
前記第１の端子、又は前記第２の端子が、電解液の注入口及び前記電解液が流れる中空流路を有し；
前記第１の集電板、又は前記第２の集電板は、切り欠き部を有し；
前記第１の集電板、又は前記第２の集電板に切り欠きを施すことによって形成される出張り部の側面には、前記中空流路に連通して前記中空流路に供給された前記電解液を前記筒状巻回素子へ供給する流路が形成され、かつ該集電板の底面に前記帯状部が溶接により接合されていることを特徴とする；
蓄電素子。
【請求項２】
前記第１の集電体と、前記第１の集電板と、前記第１の端子とが同一材料からなり、又は前記第２の集電体と、前記第２の集電板と、前記第２の端子とが同一材料からなる請求の範囲１に記載の蓄電素子。
【請求項３】
前記筒状巻回素子の中心部を貫通する巻き芯を備え；
前記巻き芯が、前記中空流路に連通し前記電解液が流れ込む流入口と、前記電解液が流れ出る流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通する中空空洞部とを有する；
請求の範囲１又は２に記載の蓄電素子。
【請求項４】
前記第１の集電板、又は前記第２の集電板は、前記電解液が前記筒状巻回素子へ流れるための孔を有する請求の範囲１〜３のいずれかに記載の蓄電素子。
【請求項５】
電気二重層キャパシタである請求の範囲１〜４のいずれかに記載の蓄電素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層キャパシタや非水電解液二次電池等の蓄電素子に関し、特に巻回された電極を有する蓄電素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子技術の進歩により電子機器の小型化、高性能化、ポータブル化が進み、電子機器の電源として、より小型、軽量で高性能な蓄電素子が用いられてきている。特に充電可能な二次電池の使用が伸びている。従来用いられてきた二次電池としては、例えばニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等がある。さらに最近では、よりエネルギー密度の高い電池として、非水電解液二次電池であるリチウム二次電池やリチウムイオン二次電池が使用されている。また高出力が可能であることから、電源として電気二重層キャパシタを用いることも試みられている。
【０００３】
従来、容量が大きくエネルギー密度が高い非水電解液二次電池の一つの構成として、例えば図１１に示すような円筒型構造のものが用いられている。これは、図示のように、一対の帯状の電極体、具体的には金属集電体の両面に、正極活物質を含む層が形成された正極電極体２と、金属集電体の両面に負極活物質を含む層が形成された負極電極体３とを、帯状のセパレータ４、４’を介して巻回してなる巻回素子を、有底円筒型の金属ケース５に収容し、電解液を含浸させた後、正極電極体２及び負極電極体３より引き出された集電リード６、６’を、電気絶縁性の封口蓋体８に設けられた電極端子９、９’にそれぞれ接続するとともに、該封口蓋体を、金属ケース５に嵌合したものである。
【０００４】
上記のような蓄電素子の場合、リードの加工が煩雑で製造時間が長くかかる。またケース内に集電リードを収容する余分な空間が必要であり、その分だけ巻回素子が小さくなるため、ケース単位体積あたりの容量密度が低くならざるを得なかった。また巻回素子をケースに収容し、ケースの開口部を封口蓋体により封口した後に電解液を注入するので、電解液の注入に時間がかかることがあった。またさらに内部抵抗の低い蓄電素子が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、製造時間が短く、単位体積当たりの容量密度が高く、電解液の注入が短時間で行え、内部抵抗の低い蓄電素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の蓄電素子１１は、例えば図１、図８及び図９に示すように、帯状の第１の集電体３１ａの少なくとも片面に、第１の集電体３１ａの帯状の長手方向の一辺に沿った第１の帯状部３１ａｘを残して電極層３１ｂ、３１ｃが形成されてなる第１の電極体３１と；帯状の第２の集電体３２ａの少なくとも片面に、第２の集電体３２ａの帯状の長手方向の一辺に沿った第２の帯状部３２ａｘを残して電極層３２ｂ、３２ｃが形成されてなる第２の電極体３２と；第１の電極体３１と第２の電極体３２とを、それらの間に介在することにより電気的に絶縁する帯状のセパレータ３３ａ、３３ｂと；第１の帯状部３１ａｘに接合して集電する第１の集電板７２と；第２の帯状部３２ａｘに接合して集電する第２の集電板７３と；開口部が形成され、第１の電極体３１と、第２の電極体３２と、セパレータ３３ａ、３３ｂと、第１の集電板７２と、第２の集電板７３とを収容するケース６０と；前記開口部を封口する封口蓋体６３と；第１の集電板７２に接合され、又は第１の集電板７２と一体に構成され、ケース６０の外部と接続可能なように構成された第１の端子９１と；第２の集電板７３に接合され、又は第２の集電板７３と一体に構成され、ケース６０の外部と接続可能なように構成された第２の端子９２とを備え；第１の端子９１及び第２の端子９２は、それぞれ封口蓋体６３及びケース６０と接合され；前記第１の電極体３１と、前記第２の電極体３２と、前記セパレータ３３ａ、３３ｂとは重ねて巻回されて筒状巻回素子５０を形成しており；前記第１の帯状部３１ａｘと前記第２の帯状部３２ａｘとが、前記筒状巻回素子５０のそれぞれ反対側の端面に配置され；前記筒状巻回素子５０の上端部及び下端部においてそれぞれ上及び下に突出した、前記筒状巻回素子５０の軸方向のつぶし代としての前記第１の帯状部３１ａｘ及び前記第２の帯状部３２ａｘが、それぞれ前記第１の集電板７２及び前記第２の集電板７３に前記筒状巻回素子５０の筒の軸方向に向けて押しつぶされ、溶接によって接合され；前記第１の端子、又は前記第２の端子が、電解液の注入口及び前記電解液が流れる中空流路を有し；前記第１の集電板、又は前記第２の集電板は、切り欠き部を有し；前記第１の集電板、又は前記第２の集電板に切り欠きを施すことによって形成される出張り部の側面には、前記中空流路に連通して前記中空流路に供給された前記電解液を前記筒状巻回素子へ供給する流路が形成され、かつ該集電板の底面に前記帯状部が溶接により接合されていることを特徴とする。
【０００７】
このように構成すると、筒状巻回素子の第１の電極体の帯状部と第２の電極体の帯状部は、筒状巻回素子の反対側の端面に位置するように巻回され、第１の集電板と第２の集電板はそれぞれ第１の電極体と第２の電極体の帯状部に接合して集電するように構成されているので、特にタブ状の集電リードを必要とせず、前記帯状部自体が集電リードとして機能し、加工が容易で製造時間を短縮できる。
また、さらに第１の集電板と第１の端子とを接合するか又は一体物として構成し、第２の集電板と第２の端子とを接合するか又は一体物として構成するので、蓄電素子を強固にすることができる。
またタブ状の集電リードを収容する空間を必要としないので、蓄電素子の単位体積あたりの容量密度を高められる。また、前述のような接合構造とすることにより、第１の集電板と第２の集電板の軸方向の相対的位置を定めることができるため、２つの集電板の間隔を所望の値に設定でき、さらに蓄電素子の使用中の振動や蓄電素子内部でのガスの発生等により、２つの集電板が近づき過ぎたり離れたりすることなく、帯状部と集電板との接合を良好に維持できる。
さらに、第１の端子及び第２の端子は、それぞれ封口蓋体及びケースと接合するので、接合部のシールを確実にすることができるとともに、蓄電素子をさらに強固にし、電気抵抗をさらに低減することができる。
【０００８】
また上記蓄電素子１１において、第１の帯状部３１ａｘと第１の集電板７２、第２の帯状部３２ａｘと第２の集電板７３は、それぞれ溶接により接合され、巻回された第１の帯状部３１ａｘと第２の帯状部３２ａｘとは、筒状巻回素子５０の筒の軸方向に向けて押しつぶされていると好ましい。
また前記帯状部は前記集電板の底面に溶接により接合されていることが好ましい。
このように構成すると、第１の帯状部３１ａｘと前記第１の集電板７１、第２の帯状部３２ａｘと第２の集電板７２とをそれぞれ溶接により接合することで、内部抵抗の変動を抑制することができ、長期的な振動等に対しても電気抵抗の変動を確実に抑制できる。帯状部を集電板に押付けてつぶすことにより、帯状部と集電板の接触面積が大きくなり、溶接を確実に行うことができる。
【０００９】
また、上記蓄電素子１１において、第１の集電体３１ａと、第１の集電板７２と、第１の端子９１とが同一材料からなり、又は第２の集電体３２ａと、第２の集電板７３と、第２の端子９２とが同一材料からなると好ましい。これらの部材を同一の材料から構成すると超音波溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等により接合を行うことができ、蓄電素子１１の内部抵抗を小さくできる。
【００１０】
また、上記蓄電素子１１は、筒状巻回素子５０の中心部を貫通する巻き芯４０を備え；第１の端子９１、又は第２の端子９２が、電解液の注入口９５及び前記電解液が流れる中空流路９４を有し；巻き芯４０が、中空流路９４に連通し前記電解液が流れ込む流入口３８と、前記電解液が流れ出る流出口３９と、流入口３８と流出口３９とを連通する中空空洞部４４とを有することが好ましい。また、第１の集電板７２、又は第２の集電板７３が、前記電解液が筒状巻回素子５０へ流れる切り欠き部７５、７９又は孔を有すると好ましい。
このように構成すると、注入口から注入された電解液が、中空流路、中空空洞部を通り、切り欠き部から筒状巻回素子へ向かって筒状巻回素子の両面から流れるので、電解液を筒状巻回素子のすみずみまで短時間で供給することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一符号又は類似符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の説明で上部、下部、又は上端、下端等のように上下を付けて呼ぶのは、図中に示された上下関係に便宜上基づくものであり、実際の組立作業、使用に際しては、左右に置いたり上下逆さにしてもよい。
【００１２】
図１は、本発明による第１の実施の形態である蓄電素子１１の断面図である。なお、図８は第１の実施の形態の詳細を示す斜視図であり、図９は正極電極体３１及び負極電極体３２を部分的に詳細に示した部分分解斜視図である。図９では、一番外側にある正極電極体３１と、その内側にある負極電極体３２を示している。適宜図１、図８及び図９を参照しながら、第１の実施の形態を説明する。蓄電素子には、電気二重層キャパシタ、非水電解液二次電池等が含まれる。
【００１３】
蓄電素子１１は、略円筒形状のケース６０を有する。ケース６０の上部は開口構造であり、中心に上部孔５３（直径Ｄ４）を有する円板状の封口蓋体６３によって蓋をされ、下部には底部６２が設けられ、底部６２の中心に円形の底部孔５２（直径Ｄ１）が加工されている。ケース６０の内部には、全体として円筒形の筒状巻回素子としての巻回素子５０が収容されている。筒状の巻回素子は、円筒状に限らず、底面が偏平形又は楕円形である筒状形状としてもよい。この場合、ケースの底面も巻回素子の底面形状に応じて偏平形又は楕円形とするとよい。
【００１４】
巻回素子５０は、第１の電極体としての正極電極体３１と、第２の電極体としての負極電極体３２とが、帯状のセパレータ３３ａ、３３ｂを挟んで、重ねられて巻回され形成されている（図８、図９）。正極電極体３１は、第１の集電体としての帯状の集電体３１ａの一方の面に電極層３１ｂが、他方の面に電極層３１ｃが、帯状の長手方向の一辺である図９中上方の辺に沿った第１の帯状部としての帯状部３１ａｘを残して形成され、構成されている。負極電極体３２も全く同様に、第２の集電体としての帯状の集電体３２ａに電極層３１ｂと電極層３１ｃとが、帯状の長手方向の一辺である図中下方の辺に沿った第２の帯状部としての帯状部３２ａｘを残して形成され、構成されている。
【００１５】
ここで正極電極体３１において、電極層３１ｂ、３１ｃは、帯状の集電体３１ａの表裏対応する領域にほぼ同一幅で帯状に形成されている。負極電極体３２においても同様である。
【００１６】
正極の電極層３１ｂ、３１ｃの幅は、負極の電極層３２ｂ、３２ｃの幅とほぼ同一である。またセパレータ３３ａ、３３ｂは、電極層３１ｂ、３１ｃ、３２ｂ、３２ｃの幅よりも幾分大きめ、例えば電極体３１、３２とほぼ同じ幅に作られている。正極電極体３１、負極電極体３２とセパレータ３３ａ、３３ｂとを重ねて巻回するときは、正極と負極の電極層同士が幅方向でほぼ重なり、さらにセパレータ３３ａ、３３ｂの長手方向の中心線と、電極層３１ｂ、３１ｃ、３２ｂ、３２ｃの長手方向の中心線とがほぼ重なるように、また正極電極体３１の帯状部３１ａｘと負極電極体３２の帯状部３２ａｘとは、幅方向で前記中心線に関して反対側に位置するように巻回される。
【００１７】
このように巻回すると、セパレータ３３ａ、３３ｂが正極電極層３１ｂ、３１ｃと負極電極層３２ｂ、３２ｃとを完全に遮断し、巻回素子５０として組み立てられたときに、正極電極層３１ｂ、３１ｃと、負極電極層３２ｂ、３２ｃとが電気的に絶縁される。
【００１８】
このように、セパレータ３３ａ、正極電極体３１、セパレータ３３ｂ、負極電極体３２の順番で重ねた積層体が巻回されて巻回素子５０が構成される。巻回素子５０の中心には、外径Ｄ２の巻き芯４０が巻き込まれている。実際には、巻き芯４０の周りの最内周にセパレータ３３ａがくるように上記積層シートを巻き付けて巻回素子を形成する。なお、内側から巻き芯４０、セパレータ３３ａ、負極電極体３２、セパレータ３３ｂ、正極電極体３１の順番となっていてもよい。
【００１９】
巻き芯４０は本発明の中空空洞部としての中空部４４を有する中空円筒形状であり、電解液の流入口３８が設けられた上端４５と、流出口３９が設けられた下端４６を有する。上端４５は、図１では帯状部３１ａｘの下辺３１ｄ（帯状部３１ａｘの巻回素子５０側の長辺）より下がった位置にあるが、下がった位置でなくてもよい。また、帯状部３２ａｘの上辺３２ｅ（帯状部３２ａｘの巻回素子５０側の長辺）より上がった位置にあるが、上がった位置でなくてもよい。
【００２０】
また図９では、最内周にセパレータ３３ａ、その外側に正極電極体３１が巻かれ、最外周にはセパレータ３３ｂ、その内側に正極電極体３１が巻かれるように描かれているが、最外周をセパレータ３３ａ、その内側を負極電極体３２としてもよい。
【００２１】
巻回素子５０の基本的な構成は、別の言い方をすると、帯状の正極電極体３１及び負極電極体３２の一対の電極体をそれぞれの電極層どうしが重なるようにしてお互いに上下方向にずらしたものに、セパレータ３３ａ、３３ｂを挟み込み円筒状に巻き取って構成したものである。ここで、正極は上部に負極は下部にそれぞれ、巻回素子５０の軸方向のつぶし代としての帯状部３１ａｘ、３２ａｘを突出させ、円筒状に巻き取る。
【００２２】
巻回素子５０の上側には第１の集電板としての正極集電板７２が、下側には第２の集電板としての負極集電板７３が配置されている。正極集電板７２の中心部には直径Ｄ３の孔６９が、負極集電板７３の中心部には直径Ｄ２の孔７８が加工されている。巻回素子５０の上端部及び下端部においてそれぞれ上及び下に突出した、巻回素子５０の軸方向のつぶし代としての帯状部３１ａｘ及び帯状部３２ａｘが、それぞれ正極集電板７２及び負極集電板７３に押しつけられ一定量を潰され、溶接（超音波溶接、レーザ溶接、又は電子ビーム溶接をいう。以下同様。）によって接合されている。正極集電板７２、負極集電板７３は、巻き芯４０にほぼ直交するように配置されている。
【００２３】
ケース６０の底部６２に加工された底部孔５２には、上面に断面円形の凹部８８（内径Ｄ２）を有する円筒形状の第２の端子としての負極外部端子９２（外径Ｄ１）が嵌合され、溶接によって固定されている。この溶接は、ケース６０の外部から行うことができる。負極外部端子９２の下面８７と底部６２の外側面は面一になっており、負極外部端子９２は外部から電気的に接続が可能である。負極外部端子９２の下面８７は底部６２より突出する構造であってもよい。負極外部端子９２の上面８６には正極集電板７２と略同じ形状を有する第２の集電板としての負極集電板７３が溶接され取り付けられている。
【００２４】
巻き芯４０（外径Ｄ２）は、負極集電板７３の孔７８（直径Ｄ２）を貫通せず、さらに凹部８８（内径Ｄ２）に嵌合せず、負極外部端子９２に接触しない構造となっている。負極外部端子９２は巻き芯４０との接触部において巻回素子５０を固定する必要はないからである。巻き芯４０は、負極集電板７３の孔７８（直径Ｄ２）を貫通し、さらに凹部８８（内径Ｄ２）に嵌合し、負極外部端子９２に接触する構造であってもよい。
【００２５】
凹部８８には、横穴８９が加工され、横穴８９はケース６０の内部に位置するように配置され、巻き芯４０の下端４６は、横穴８９より上部に位置している。よって、巻き芯４０の中空部４４から横穴８９を通って電解液が供給される。
【００２６】
巻き芯４０の上端４５には、本発明の中空流路としての中空部９４を有する略中空円筒形状の第１の端子としての正極外部端子９１がその中心軸線を巻き芯４０の中心軸線とほぼ一致させて設置され、中空部９４が巻き芯４０の中空部４４に連通している。正極外部端子９１は帯状部３１ａｘの中心部に形成された中空部３１ｆを通過し、正極集電板７２の孔６９及び封口蓋体６３の上部孔５３を貫通し、封口蓋体６３より先端８４が突出している。そのため、正極外部端子９１は外部から電気的に接続ができる。正極外部端子９１の正極集電板７２を貫通する貫通部の外径はＤ３、封口蓋体６３を貫通する貫通部の外径はＤ４である。正極外部端子９１は、巻き芯４０に接触していない。正極外部端子９１は巻き芯４０との接触部において巻回素子５０を固定する必要はないからである。
【００２７】
このように正極外部端子９１の先端８４が封口蓋体６３から突出し、負極外部端子９２の下面８７が底部６２と面一なので、蓄電素子１１の直列接続が可能となる。なお、正極外部端子９１は中空部９４に連通する横穴９３を有し、横穴９３は正極集電板７２より上になるように配置され、中空部９４より横穴９３を通って電解液の供給が可能である。また、正極外部端子９１の、電解液の注入口としての上部開口部９５は電解液を中空部９４へ充填するために使用され、通常は蓋９６によって塞がれている。蓋９６に不図示の安全弁を取り付けてもよい。こうすると、ケース６０内でガスが発生したとしても、それを安全弁から放出することができる。なお、図１では電解液の注入口を上部に形成しているが、下部に形成してもよい。
【００２８】
以上説明したように、正極電極体３１の帯状部３１ａｘと負極電極体３２の帯状部３２ａｘとは、円筒状巻回素子５０のそれぞれ反対側の端面（図中上端と下端）に位置するように巻回されている。巻き芯４０の上端４５は、帯状部３１ａｘ及び正極外部端子９１に接触せず、下端４６は、帯状部３２ａｘ及び負極外部端子９２に接触しないので、正極集電板７２と負極集電板７３とが、巻き芯４０を介して電気的に導通することがない。巻き芯４０が帯状部３１ａｘ及び正極外部端子９１に接触する場合は、巻き芯４０のその接触部を含む近傍を、又は帯状部３２ａｘ及び負極外部端子９２に接触する場合は、巻き芯４０のその接触部を含む近傍を絶縁部材からなるようにすれば、正極集電板７２と負極集電板７３とが、巻き芯４０を介して電気的に導通することがない。
【００２９】
封口蓋体６３の中心部の孔５３は段付形状であり、孔５３の下側部５５の直径は孔５３の上側部５４の直径Ｄ４より大きく形成されている。また、正極外部端子９１の先端８４の直径はＤ４であり、前述のように孔５３の上側部５４に嵌合され先端８４が突出している。例えば、ケース６０にビードを形成せずに、ケース６０の開口部の端部をかしめる方式をとる場合（図５の場合）では、封口蓋体６３の中心部の孔は段付形状であることが好ましいが、図１の場合では特に段付とする必要はない。
【００３０】
正極集電板７２の外径は、ケース６０の内径より幾分か小さく形成されており、正極集電板７２とケース６０の隙間には、上記外径と上記内径の差のほぼ半分の厚さを有し、断面がＬ字状の絶縁材からなり、正極集電板７２の十字形の出張り部７４の先端部７１（詳しくは図２（ａ）、（ｂ）参照）に配置された１個又は複数個のパッキン８３が挟まれており、両者を電気的に絶縁している。
【００３１】
同様に、円板状の封口蓋体６３の外径はケース６０の内径より幾分か小さく形成されており、封口蓋体６３とケース６０の隙間には、上記外径と上記内径の差のほぼ半分の厚さを有する、断面がＬ字状の絶縁材からなるリング状のパッキン８２が挟まれて、両者を電気的に絶縁している。また、パッキン８２の上方、ケース６０の内周側面上部には、シール部材としての断面が矩形の角リング８１が配置されている。
【００３２】
ケース６０の底部６２と反対側の開口部を形成する端部６１は、封口蓋体６３に向けて内側に巻き込まれて、シール部材としての角リング８１にかぶせられ、ケース６０の端部６１と角リング８１との間でシールされる。また、かぶさった端部６１が角リング８１を介して封口蓋体６３を押し下げる構造になっている。
【００３３】
ケース６０は、正極集電板７２の僅かに上方で、ケース６０の外周をビード状に内側方向に絞り、ビード７６を形成させ、パッキン８３を介して集電板７２を、底部６２の方向に押し込む構造になっている。
【００３４】
次に図２を参照して本実施の形態の蓄電素子１１（図１）の組立方法を述べる。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、十字形に形成された正極集電板７２の中央部に開けられた円形の孔６９に、略円筒状に形成された正極外部端子９１の円筒形の下部８５を挿入し、正極集電板７２の表面と、正極外部端子９１の該表面から突出した円筒状の部分の側面が該表面と接触する縁を溶接する。正極集電板７２と正極外部端子９１とを一体物としてもよい。以上のように組み立てられた組立体を上部組立体とする。図２（ｃ）に示す、封口蓋体６３と正極外部端子９１との組立はこの段階ではまだ行わない。
【００３５】
次に、図３（ａ）に示すように、円形の凹部８８を有する円板状の負極外部端子９２の上面８６に、円形の孔７８を有する十字形の負極集電板７３を溶接して取りつける。このとき凹部８８と孔７８の中心軸が一致するようにする。以上のように組み立てられた組立体を下部組立体とする。
【００３６】
次に、図３（ｂ）に示すように、ケース６０の円形の底部６２の円形の底部孔５２に、負極外部端子９２を挿入し、負極外部端子９２の下面８７が底部６２の外側面と面一になるように溶接するが、この組立て／溶接は最後の方で行うためこの段階では行わない。
なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）のａ矢視である。
【００３７】
次に図４を参照して上部組立体と巻回素子５０と下部組立体との組立を説明する。但し、図は上部組立体と巻回素子５０とを示すが、以下の図に関する説明は巻回素子５０と下部組立体とにも適用できる。この組立は、巻回素子５０の帯状部３１ａｘと正極集電板７２との溶接（図４（ａ））、帯状部３２ａｘと負極集電板７３との溶接によって行う。帯状部３１ａｘの正極集電板７２と接触する部分は、巻回素子５０の軸方向に向けて押し潰され（図４（ａ））、押し潰された部分の上に正極集電板７２が載置され、溶接される（図４（ｂ））。
【００３８】
帯状部３１ａｘには、例えばｐの部分等に部分的に切り込み（図４（ｃ））を入れると、帯状部３１ａｘを正極集電板７２にて押しつぶしやすく、溶接部を確保しやすいので好ましい。帯状部３１ａｘの全てが押しつぶされていると電解液の巻回素子への注液に時間がかかるので、帯状部３１ａｘは部分的に潰され、電解液の流路が確保されていることが好ましい。これらの構成は、帯状部３２ａｘと負極集電板７３との溶接についても同様の構成とすることが好ましい。
【００３９】
正極集電板７２を例に取り、この場合の電解液を供給するために好ましい構造を説明する（図４（ｄ））。正極集電板７２の十字形状の出張り部７４の各側面には流路７０を形成する。流路７０は、正極外部端子９１の中空部９４に連通する横穴（図４（ｄ）に不図示）と連通させる。このようにすると、正極外部端子９１の中空部９４に供給された電解液を巻回素子５０へ短時間で供給することができる。流路７０が形成されず中空部９４に連通する横穴が形成されているだけでも、電解液はある程度短時間で供給される。但し、横穴を形成してもこれを塞ぐものがある構造の場合は、前述の流路７０は有用である。
【００４０】
以上のようにして、上部組立体と巻回素子５０と下部組立体とを組立てたものを内部組立体という。次に、前述のように内部組立体を、底部６２を下に向けて置いてあるケース６０の中に、負極集電板７３を下にして挿入する。
【００４１】
次に図１を参照して説明を続ける。前述の内部組立体の挿入の前に正極集電板７２の十字形状の出張り部７４の先端部７１にパッキン８３をあて、封口蓋体６３の外周縁の下部にパッキン８２をあてる。負極外部端子９２の下面８７がケース６０の底部６２の外側面と面一になったところで挿入を終了し、前述の負極外部端子９２とケース６０との溶接を行う（図３（ｂ））。
【００４２】
次に、パッキン８２とパッキン８３との間に相当するケース６０の部分にビード７６を入れる加工をする。そして、図２（ｃ）に示すように、正極外部端子９１の先端部８４を、円板状に形成された封口蓋体６３の中央部に開けられた円形の上部孔５３に挿入し、封口蓋体６３の表面と、該表面から突出した先端部８４の側面と該表面が接触する縁を溶接する。次に、図１に示すように、封口蓋体６３の外周縁の上部に角リング８１を嵌め込み、ケース６０の開口部である先端６１をかしめる。
【００４３】
前述のように、ケース６０と負極外部端子９２、負極外部端子９２と負極集電板７３、負極集電板７３と巻回素子５０の帯状部３２ａｘ、巻回素子５０の帯状部３１ａｘと正極集電板７２、正極集電板７２と正極外部端子９１、正極外部端子９１と封口蓋体６３とがそれぞれ溶接され、ケース６０の端部６１が内側に曲げられるので、蓄電素子１１を強固に組み立てることができる。
【００４４】
また、負極外部端子９２、負極集電板７３、負極電極体３２を同一材料とし、正極外部端子９１正極集電板７２、正極電極体３１を同一材料とし、レーザ溶接、超音波溶接、電子ビーム溶接等をすることによって蓄電素子１１の内部電気抵抗を低くできる。
【００４５】
したがって、帯状部３１ａｘ、３２ａｘの巻回素子５０の軸方向に向けてのつぶし量を所望の値にできる他、正極集電板７２、負極集電板７３と巻回素子５０との接触を確実にすることができるので、使用時の電気抵抗の変動を防止できる。さらに帯状部３１ａｘ−正極集電板７２間、帯状部３２ａｘ−負極集電板７３間を溶接により接合しているので、長期的な振動に対しても電気抵抗の変動を抑制できる。
【００４６】
前述のように構成すると、従来のリード方式に比べて、いわばリードレス（タブレス）であるので、リード部の占めるスペースを削除することができ、内部の電極充填率を向上することができる。また、集電の際には面積を広くとれる集電板全体から集電することができるため、電気的内部抵抗を抑えることができる。したがって高出力に対応しやすい。
【００４７】
以上のようにして構成された蓄電素子１１の組立体に電解液を注入するには正極外部端子９１の上部開口部９５の蓋９６を開けて注入する。一部の電解液は正極外部端子９１の横穴９３を通過して、正極外部端子９１の外部にで、正極集電板７２の出張り部７４の上部表面を伝わる。注液性を確保する（十分な注液と注液時間の短縮）ために、正極集電板７２、負極集電板７３に切り欠き７５（図２参照）、７９（図３参照）をそれぞれ４箇所に施して十字形状にしてある。電解液は切り欠き７５を通って巻回素子５０に供給される。
【００４８】
残りの電解液は巻き芯４０の上端４５の流入口３８を通って中空部４４に入り、下端４６の流出口３９から巻き芯４０の外部に出る。巻き芯４０の外部に出た電解液は負極集電板７３の出張り部５９（詳しくは、図３（ａ）参照）の下部の空間を通り、切り欠き７９を上方に通過して巻回素子５０に供給される。正極集電板７２、負極集電板７３に、複数の孔を開け、これらの孔が両集電板７２、７３を電解液が通過するとともに電極を押しつぶさない箇所となるようにしてもよい。
【００４９】
前述のように正極外部端子９１には、中空部９４と横穴９３が備えられ、巻き芯４０にも、中空部４４と、流入口３８と流出口３９とが備えられ、凹部８８には横穴８９が備えられている。したがって、注液口である上部開口部９５から中空部９４に注がれた電解液は、横穴９３から正極集電板７２の切り欠き７５（切り欠きの代わりに前述の孔が加工されているときは、これらの孔）を通って注液され、あるいは中空部４４から、流入口３８、流出口３９、凹部９２の横穴８９、負極集電板７３の切り欠き７９（切り欠きの代わりに前述の孔が加工されているときは、これらの孔）を通って注液され、巻回素子５０に到達し、巻回素子５０への含浸が確保される。ここでは、巻回素子５０は、ケース６０に収容した後に電解液を含浸させているが、あらかじめ巻回素子５０に電解液を含浸させておいてからケース６０に収容してもよい。
【００５０】
図５を参照して、本発明の第２の実施の形態である蓄電素子１２を説明する。
蓄電素子１２と、第１の実施の形態との主な相違点は、ケース６０１にビード７６（図１参照）が形成されていない点である。さらに正極集電板７２１は孔６９１を有する点は同じであるが、さらに流路７０を有し、流路７０は正極外部端子９１の横穴９３１と連通し、十字形状の出張り部７４１の各側面に加工されている点で相違する。
【００５１】
なお、本実施の形態において帯状部３１ａｘの正極集電板７２１により潰されない部分は、巻回素子５０の軸方向正極集電板７２１より外に飛び出さないように構成され、また、正極集電板７２１の十字形状の出張り部７４１の先端部７１１上に絶縁テープ等の絶縁部材８２１が配置され、封口蓋体６３の外周側面の下側に位置するように配置されている。絶縁部材８２１により正極集電板７２１とケース６０１、又は帯状部３１ａｘとケース６０１とを絶縁している。
【００５２】
負極集電板７３、負極外部端子９２、帯状部３２ａｘ等は図１に示したものと同様に構成されている。但し、ケース６０１の端部６１１をかしめるときの反力を受けるため、巻き芯４０１は凹部８８上に嵌合し、凹部底面９０において負極外部端子９２と接触した構造である。巻き芯４０１は、帯状部３２ａｘ、負極外部端子９２と接触する部分は絶縁材料からなる。
【００５３】
このように構成すると、タブレスである上に、ビードを形成するのに必要な縦方向のスペースも省略できるので、蓄電素子の単位体積あたりの容量密度を高めることができる。ケース６０１の密閉性は、ケース６０１上端の巻き込み部である先端部６１１と角リング８１との接触で確保する。
【００５４】
また正極外部端子９１、封口蓋体６３、正極集電板７２１、巻き芯４０１、負極集電板７３、負極外部端子９２、ケース６０１は、組立体として十分な剛性をもって接触又は接着剤等による接合によって一体化されている。したがって固定手段としてのビードがなくても、前記組立体はケース６０１にしっかりと固定できる。ビードが省略されるので、製造が容易となり、生産設備も簡略化できる。
【００５５】
正極集電板７２１と帯状部材３１ａｘ、負極集電板７３と帯状部材３２ａｘとが溶接されているので、集電板と帯状部との接触を確保し、かつ安定化することができる。耐振性も高くなる。さらに正極集電板７２１−帯状部材３１ａｘ間、負極集電板７３−帯状部材３２ａｘ間を接合することにより、長期的な電気抵抗の変動を抑制できる。
【００５６】
図６を参照して、本発明の第３の実施の形態である蓄電素子１３を説明する。
蓄電素子１３の、第１の実施の形態との主な相違点は、ケース６０２にビード７６（図１参照）が形成されておらず、封口蓋体６３２が、絶縁部材６５により正極外部端子９１２と接合する端子部６８と、ケース６０２と接合する部分６４とに分離されている点である。このとき端子部６８と正極外部端子９１２、及び正極外部端子９１２と正極集電板７２２はそれぞれ溶接等により接合され、かつケース６０２と接合する部分６４とは、絶縁部材６５を介して分離されている。なお、本実施の形態において帯状部３１ａｘが正極集電板７２２により潰されない部分、帯状部３２ａｘが負極集電板７３２により潰されない部分は、それぞれ巻回素子５０の軸方向正極集電板７２２、負極集電板７３２より先に（ケース６０２の軸方向外部側に）飛び出さないように構成されている点も第１の実施の形態と相違する。
【００５７】
前述のように、正極集電板７２２は正極外部端子９１２と一体に形成され、中空部９４２を有し、正極集電板７８２の十文字形の出張り部７４２の上に対応する部分に横穴９３２が形成されている。部分６４の外周側面の段部５６には、ケース６０２の端部６１２が溶接されている。
【００５８】
また、負極集電板７３２と負極外部端子９２２は一体に構成されている。負極外部端子９２２に相当する部分の上面には、凹部８８２が形成され、凹部８８２に巻き芯４０２が嵌合される。また、巻き芯４０２には切り欠き４７２が形成されていて電解液の流路が確保されている。巻き芯４０２の帯状部３２ａｘと接触する箇所に横穴を形成してもよい。
【００５９】
図７に示すように、封口蓋体６３３を、ケース６０３と同じ金属材質からなる外輪９７と、正極外部端子９１３と同じ金属材質からなり、中空部９８を有する内輪９９とを備えた構造とし、外輪９７と内輪９９の間に嵌め込まれる封口蓋体本体１００の材料を樹脂等の絶縁部材としてもよい。この場合、外輪９７とケース６０３、内輪９９と正極外部端子９１３は溶接される。また、外輪９７と正極外部端子９１３は導通せず、接触していない構造となっている。
【００６０】
ここで図５を参照して、第２の実施の形態の巻き芯の構造をさらに具体的に説明する。巻き芯４０１は、全体として円筒形の柱状部材である。巻き芯４０１は下部はプラスチック等の絶縁材料からなり他の部分はアルミニウム等の金属からなる。上部と下部は、ネジ、溶着等によりしっかりと一体化されている。下部は絶縁材料からなるため、下部に接触する負極集電板７３と上部に接触する正極集電板７２１とを電気的に導通させることがない。また巻き芯４０１全体を金属で構成しても、正極集電板７２１と巻き芯４０１、又は負極集電板７３と巻き芯４０１のいずれかが絶縁材料を介して接触しているか、又はいずれかが非接触であって電気的に導通していなければよい。
【００６１】
巻き芯４０１には、前述のような中空部４４１が設けられ、負極外部端子９２の凹部８８には横穴８９が加工されているので、電解液は正極外部端子の横穴９３１に加えて横穴８９を通っても供給され、電解液の注液も十分に短時間で行うことができる。
【００６２】
本発明の実施の形態において使用する中空の巻き芯４０の材質としては、電解液に対して耐腐食性があり、機械的強度が大きい材質が好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン、尿素樹脂、ポリアセタール、ポリ（メタ）アクリル、ナイロン樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂等の樹脂でもよいが、アルミニウム、アルミニウム合金、鋳鉄、ステンレス鋼、銅、ニッケル、チタン、タンタル、モネル、ハステロイ等の金属が好ましく、特に軽量のアルミニウムが好ましい。
【００６３】
例えば、図１０に示すように中空部４４を有する巻き芯４０は全体を導電体で構成すると、巻き芯４０の上部４２は巻回素子５０（図１０に不図示）の正極電極体３１（図１０に不図示）に、同じく巻き芯４０の下部４１は負極電極体３２（図１０に不図示）及び金属ケース６０（図１０に不図示）の底部６２（図１０に不図示）に配置された負極外部端子９２（図１０に不図示）に、電気的に接続され得る状態に置くことができる。したがって、短絡を確実に防止するため、巻き芯４０を上部４２及び下部４１に分離して構成し、絶縁材料で形成された絶縁連結具としての巻き芯中部４３で、この両者を絶縁的に結合してもよい。ここで上部４２、下部４１、絶縁連結具４３はそれぞれ中空部を有し、各中空部が連結され一つの中空部４４を形成している。
【００６４】
また、帯状部３１ａｘ、３２ａｘ（図１参照）に巻き芯４０が接触して電気的に導通することがないように、絶縁材料であるセパレータ材料で巻き芯４０を覆ったり、巻き芯４０の長さを調節して帯状部３１ａｘ、３２ａｘに接触しないようにしてもよい。
【００６５】
巻き芯の上部４２と絶縁連結具４３、及び、巻き芯の下部４１と絶縁連結具４３は、ねじ及び／又は嵌合により強固に結合されていることが好ましい。絶縁連結具４３としては、耐熱性に優れた高強度の樹脂が好ましく、例えば、ポリイミド樹脂、ポリパラフェニレンスルフィド等が好ましい。このように巻き芯４０の上部４２、下部４１を金属製とすれば、巻回作業の際、巻き芯４０に大きな回転駆動力をかけることができる。
【００６６】
金属部分を含む巻き芯４０を使用する場合は、巻回素子５０（図１０に不図示）の最内周にセパレータ３３ａ（図１０に不図示）が配置されるように巻回する。また、巻回素子５０の最外周にもセパレータ３３ａあるいは３３ｂ（図１０に不図示）が配置されるように帯状の電極体３１、３２（図１０に不図示）をセパレータ３３ａ、３３ｂを介して巻回して巻回素子５０を形成することが好ましい。
【００６７】
また、図１に示すように、巻き芯４０の上部に配置される正極外部端子９１が中空部９４を有し、中空部９４が中空部４４に連通される場合は、電解液供給用の横穴９３は、正極外部端子９１に形成されていればよい。また図５に示すように巻き芯４０１が負極側において負極集電板７３の孔７８を貫通し及び負極外部端子９２の凹部８８に挿入され、巻き芯４０１の凹部８８に挿入される部分に切り欠き４７１が形成されている場合は、電解液供給用の横穴８９は負極外部端子９２に形成されていればよい。
【００６８】
図１を参照して、第１の実施の形態を例に挙げ、まだ説明していない主要部材の好ましい材料を説明する。集電体３１ａ、３２ａとしては、電気化学的、化学的に耐蝕性のある導電体であればよく、黒鉛、耐蝕性金属などが使用でき、特に非水系電解液を用いる場合には、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン鋼、タンタルなどの金属の箔を用いることが好ましい。本発明では、集電体３１ａ、３２ａが金属箔からなり、かつ厚みが１０μｍ〜０．５ｍｍ程度であることが好ましく、また、表面が粗面化されていると電極層３１ｂ、３１ｃ、３２ｂ、３２ｃと集電体３１ａ、３２ａとの密着性が高められるので好ましい。
【００６９】
正極集電板７２、負極集電板７３の材料は、それぞれ正極集電体３１ａ、負極集電体３２ａを構成する材料と同じでよいが、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン、タンタル、ハステロイ、ステンレス鋼等が好適に使用される。
【００７０】
集電板７２、７３の形状は特に限定されないが、例えば薄い円板状の箔を剛性のある円板に貼り付けたものであってもよいし、上記の材料で作られた剛性のある円板としてもよい。また円板に限らず、多角形板、さらにそれらに複数の穴を開けたもの、周囲に複数の切り欠きを設けたもの、典型的には十字形状のものとするのが好ましい。その切り欠き（孔でもよい）から電解液を注液し巻回素子５０に含浸させることができるし、電解液を注液するときに、内部のガスを抜くこともできる。
【００７１】
次に、本発明の蓄電素子が電気二重層キャパシタである場合について、電極層、セパレータ、電解液等について説明する。
正極集電体３１ａ及び負極集電体３２ａの両面には、それぞれ正極電極層３１ｂ、３１ｃ及び負極電極層３２ｂ、３２ｃを形成する。これら電極層は、活性炭粉末、ポリアセンなどの比表面積の大きい炭素材料（比表面積８００〜３５００ｍ２／ｇ程度）を主成分とし、これに導電性物質として、カーボンブラック、カーボンウィスカ等を、結合剤としてポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシメチルセルロース等を加え、アルコール等の液体潤滑剤の存在下で混練し、ロール圧延等によりシート状に成形し、乾燥したものを、金属集電体の両面に、熱圧着するか、導電性接着剤等を介して接合することにより形成される。電極層の厚みに制限はないが、通常、１００〜５００μｍ程度である。
【００７２】
なお、混練する代わりに、上記結合剤を溶媒（水、Ｎ−メチルピロリドン等）に混合してスラリとして、これを金属集電体の両表面に塗布・乾燥して電極層を形成してもよい。
セパレータ３３ａ、３３ｂとしては、イオンを透過する多孔質セパレータであればよく、微孔性ポリエチレンフィルム、微孔性ポリプロピレンフィルム、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織布、ガラス繊維混抄不織布、ガラスマットフィルタ、セルロース系不織布、レーヨン系不織布等が好適に使用できる。
【００７３】
巻回素子５０をケース６０に収容した後に、電解液をケース６０内に供給して電極体３１、３２を電解液に浸漬せしめ、金属ケース６０の上端を封口蓋体６３にかしめて、密封することにより蓄電素子が形成される。なお、かしめる場合、シリコンゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリプロピレン、等の絶縁体からなるガスケットを用いることが好ましい。ここで電解液の供給は、密封後に封口蓋体の供給孔から行ってもよい。
使用される電解液としては、公知のものが使用でき、水溶液系のものとしては、硫酸水溶液、硫酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化アンモニウム水溶液、塩化カリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液等が挙げられる。
【００７４】
また、有機溶媒系のものとしては、一般式Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｎ＋やＲ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｐ＋（ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は同じでも異なっていてもよい炭素数１〜６程度のアルキル基を示す）で表される、四級アンモニウムイオンや四級ホスホニウムイオン等のＢＦ４塩、ＣｌＯ４塩若しくはＰＦ６塩、並びに、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＮａＰＦ６若しくはＬｉＰＦ６等の塩を溶質とし、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、スルホラン、１，２−ジメトキシエタン、ニトロメタン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の一種以上の有機溶媒に溶解した溶液が好ましい。
【００７５】
ケース６０の材料は、負極集電体３２ａ又は負極集電板７３の材料と同じでよいが、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼、アルミニウムが適している。特に、第１の実施の形態用としては、ビードの加工で破れにくい、またビードで巻回素子５０を抑える力を十分に確保できる材料がよく、ステンレス鋼が優れている。
【００７６】
なお、本明細書では第１の電極体を正極体、第２の電極体を負極体として実施の形態を説明したが、本発明では第１の電極体を負極体、第２の電極体を正極体としてもよい。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、筒状巻回素子の第１と第２の帯状部は筒状巻回素子の反対側の端面に位置するように巻回され、第１と第２の集電板はそれぞれ第１と第２の電極体の帯状部に接合されて集電するように構成されているので、特にタブ状の集電リードを必要とせず加工が容易で製造時間を短縮できる。また、ケース内にタブ状の集電リードを収容する空間が不要なため、単位体積当たりの容量密度の高い蓄電素子を提供できる。
【００７８】
また、第１と第２の集電板はそれぞれ第１と第２の帯状部に接合されているので、蓄電素子の電気抵抗の変動を少なくできる。さらに、第１の集電板と第１の端子とを接合し又は一体構造とし、第２の集電板と第２の端子とを接合し又は一体構造とすると、蓄電素子を耐振性に優れ強固なものとできる。さらに、第１の電極体、第１の集電板、第１の端子を同一材質とし、又は第２の電極体、第２の集電板、第２の端子を同一材質とすれば、接合を確実なものとでき、内部抵抗を低くできる。
【００７９】
このように、本発明の蓄電素子は、容量密度が高く低抵抗とできるため、高エネルギー、高出力が必要とされる用途に用いる場合も好適である。また、耐振性に優れるので、例えば電気自動車等にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態である蓄電素子の模式的断面図。
【図２】  正極集電板、正極外部端子、封口蓋体の組立を説明する分解図。
【図３】  負極集電板と負極外部端子の組立、及び負極集電板のケースへの取付についての説明図。
【図４】  正極集電板の巻回素子への溶接による取付を説明する模式的説明図。
【図５】  本発明の第２の実施の形態である蓄電素子の模式的断面図。
【図６】  本発明の第３の実施の形態である蓄電素子の模式的断面図。
【図７】  正極集電板、正極外部端子、封口蓋体の構造の他の実施の形態を示す模式的断面図。
【図８】  図１の蓄電素子の構造を詳細に示す断面斜視図。
【図９】  図１の蓄電素子の正極電極体及び負極電極体の一部を表す分解斜視図。
【図１０】  本発明の実施の形態に用いて好適な巻き芯の一例を示す斜視図。
【図１１】  従来の二次電池の構造を示す断面斜視図。
【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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