(57)【要約】【課題】  電気特性等の品質を損なうことなく、効率よく電気二重層キャパシタを製造することが可能な装置及び方法を提供する。【解決手段】  気密性を有するチャンバー、積層体が収納された偏平状の容器をチャンバー内に固定して載置する手段、電解液を偏平状の容器へ注入するノズル、不活性ガスをチャンバー内へ供給するノズル、チャンバー内を減圧する手段、及び偏平状の容器を密封する手段を備えてなる製造装置とする。また、この装置を用いて、少なくとも偏平状の容器に電解液を注入する工程から、積層体を収納した偏平状の容器を密封する工程までを、チャンバー内で自動制御方式により実施する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極体、負極体、及びセパレ−タからなる積層体を、偏平状の容器に収納し、電解液を注入して積層体に含浸し、電気二重層キャパシタを製造する装置であって、気密性を有するチャンバー、積層体が収納された偏平状の容器を該チャンバー内に固定して載置する手段、電解液を該偏平状の容器へ注入するノズル、不活性ガスを該チャンバー内へ供給するノズル、該チャンバー内を減圧する手段、及び該偏平状の容器を密封する手段を備えてなることを特徴とする電気二重層キャパシタの製造装置。
【請求項２】
偏平状の容器をチャンバー内に固定して載置する手段は、積層体の正極体及び負極体のリード部が下向きまたは横向きになるように設定された請求項１に記載の電気二重層キャパシタの製造装置。
【請求項３】
偏平状の容器をチャンバー内に固定して載置する手段は、複数の偏平状の容器が、互いにその表面が向い合うように設定された請求項１に記載の電気二重層キャパシタの製造装置。
【請求項４】
電解液を偏平状の容器へ注入するノズルを、上下方向に移動できる機能を有する請求項１に記載の電気二重層キャパシタの製造装置。
【請求項５】
積層体が収納された偏平状の容器を、上下方向に移動できる機能を有する請求項１に記載の電気二重層キャパシタの製造装置。
【請求項６】
偏平状の容器を密封する手段として、ヒートシール機構を備えた請求項１に記載の電気二重層キャパシタの製造装置。
【請求項７】
チャンバー内に、さらに加熱手段を備えた請求項１に記載の電気二重層キャパシタの製造装置。
【請求項８】
チャンバー内に、さらに正極体及び負極体のリード部を固定する手段を備えた請求項１に記載の電気二重層キャパシタの製造装置。
【請求項９】
正極体及び負極体のリード部を固定する手段が、正極体及び負極体に通電することが可能である請求項８に記載の電気二重層キャパシタの製造装置。
【請求項１０】
正極体、負極体、及びセパレ−タを積層する工程、該積層体を偏平状の容器に収納する工程、該偏平状の容器に電解液を注入する工程、該積層体を減圧処理する工程、該積層体を収納した偏平状の容器を密封する工程を、この順で実施する電気二重層キャパシタの製造方法であって、気密性を有するチャンバー内に、積層体を収納した偏平状の容器を、１個または各偏平状の容器の表面が互いに向い合うように複数個セットし、少なくとも偏平状の容器に電解液を注入する工程から、積層体を収納した偏平状の容器を密封する工程までを、該チャンバー内で自動制御方式により実施することを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項１１】
積層体を収納した偏平状の容器を、正極体及び負極体のリード部が下向きまたは横向きになるように、気密性を有するチャンバー内にセットする請求項１０に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項１２】
偏平状の容器に電解液を注入する工程よりも前に、電磁弁を介してチャンバー内に不活性ガスを供給する請求項１０に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項１３】
偏平状の容器に電解液を注入する工程よりも前に、積層体を乾燥処理する請求項１０に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項１４】
偏平状の容器への電解液の注入は、電磁弁を介して行なう請求項１０に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項１５】
積層体の減圧処理は、電磁弁を介してチャンバーを減圧装置に接続することにより行なう請求項１０に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項１６】
偏平状の容器に電解液を注入する工程と、積層体を収納した偏平状の容器を密封する工程の間に、正極体及び負極体のリード部に通電して電解精製を行なう請求項１０に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項１７】
積層体を収納した偏平状の容器の密封は、チャンバー内を減圧にした状態で行なう請求項１０に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項１８】
気密性を有する複数のチャンバーを、円形、楕円形、多角形、またはこれらに類似する形状、若しくは輪を形成する形状の周上に配置して、該複数のチャンバーを回転させながら各工程を実施し、該周上の所定の位置で各工程を終了した偏平状の容器を順次チャンバーから取出すとともに、該周上の所定の位置で新規積層体を収納した偏平状の容器を順次チャンバー内にセットする請求項１０に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭等の分極性電極と電解液の界面である電気二重層に電気を蓄積する電気二重層キャパシタの製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、活性炭等の分極性電極に電解液を含浸させ、これらの界面の電気二重層に電気エネルギーを蓄積させた電気二重層キャパシタが蓄電媒体として実用化され始めている。電気二重層キャパシタの一般的な構成としては、セパレータ、これを介して一対の電解液が含浸された活性炭等からなる分極性電極、及びその外側に一対の金属箔からなる集電極が電極シートを形成し、さらに複数個の電極シートが積層されて電気二重層キャパシタセルが構成されている。また、電気二重層キャパシタは、角型及び円筒型に分類されている。
【０００３】
電気二重層キャパシタの製造方法としては、分極性電極及び金属箔からなる正極体、負極体、及びセパレ−タを積層させて、角型の電気二重層キャパシタにおいてはサンドウィッチ状に、円筒型の電気二重層キャパシタにおいてはロール状に形成し、正極及び負極体のリード部を各々の端子に接続し、積層体を容器に収納した後、容器に電解液を注入して積層体に電解液を含浸し、容器を密封することにより製造する方法が多く実施されている。
【０００４】
このような電気二重層キャパシタの製造においては、電解液として、大きなエネルギー密度が得られる有機系電解液が一般的に用いられているが、微量の吸湿により耐電圧が低下し劣化しやすくなるという不都合が生じるので、電解液を注入する前に積層体を充分に乾燥させ、その後の操作は容器を密封するまで不活性ガス雰囲気下のグローブボックス内で行なわれている。また、分極性電極として、通常は高比表面積の活性炭が用いられているが、活性炭の細孔に電解液が充分に含浸するように、容器に電解液を注入した後、積層体を減圧処理して活性炭に吸着されているガスを除去する操作が行なわれている。
【特許文献１】特開２００３−１３３１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気二重層キャパシタは、鉛蓄電池等と比較して電気エネルギーの貯蓄量が極めて小さいため、あまり使用されていなかったが、分極性電極材料等の開発により、電気エネルギーの貯蓄量が大幅に向上した。また、電気二重層キャパシタは、充放電の繰返しに対しても劣化しにくく、長期間使用できるという特長がある。しかしながら、その製造方法においては、偏平状の容器に電解液を注入する工程から、積層体を収納した容器を密封する工程まで、グローブボックス内で人の操作により作業を行ない、また積層体の減圧処理等を別の装置を用いて行なっていた。
【０００６】
そのため、電気二重層キャパシタの製造作業は煩雑であるほか、時間が長くかかるという不都合、製造コストが高くなるという不都合があった。
従って、本発明が解決しようとする課題は、電気特性等の品質を損なうことなく、効率よく電気二重層キャパシタを製造することが可能な装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、これらの課題を解決すべく鋭意検討した結果、角型の電気二重層キャパシタの製造において、気密性を有するチャンバー内に、積層体を収納した偏平状の容器を、無駄なスペースができないように、好ましくは正極体及び負極体のリード部を下向きまたは横向きにセットできるようにするとともに、チャンバー内に、電解液を偏平状の容器へ注入する手段、チャンバー内を減圧する手段、及び偏平状の容器を密封する手段を設けることにより、自動制御方式を用いることが可能となり、効率よく電気二重層キャパシタを製造できることを見出し本発明に到達した。
【０００８】
すなわち本発明は、正極体、負極体、及びセパレ−タからなる積層体を、偏平状の容器に収納し、電解液を注入して積層体に含浸し、電気二重層キャパシタを製造する装置であって、気密性を有するチャンバー、積層体が収納された偏平状の容器を該チャンバー内に固定して載置する手段、電解液を該偏平状の容器へ注入するノズル、不活性ガスを該チャンバー内へ供給するノズル、該チャンバー内を減圧する手段、及び該偏平状の容器を密封する手段を備えてなることを特徴とする電気二重層キャパシタの製造装置である。
【０００９】
また、本発明は、正極体、負極体、及びセパレ−タを積層する工程、該積層体を偏平状の容器に収納する工程、該偏平状の容器に電解液を注入する工程、該積層体を減圧処理する工程、該積層体を収納した偏平状の容器を密封する工程を、この順で実施する電気二重層キャパシタの製造方法であって、気密性を有するチャンバー内に、積層体を収納した偏平状の容器を、１個または各偏平状の容器の表面が互いに向い合うように複数個セットし、少なくとも偏平状の容器に電解液を注入する工程から、積層体を収納した偏平状の容器を密封する工程までを、該チャンバー内で自動制御方式により実施することを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法でもある。
【００１０】
本発明は、正極体、負極体、及びセパレ−タを積層する工程、積層体を偏平状の容器に収納する工程、偏平状の容器に電解液を注入する工程、積層体を減圧処理する工程、積層体を収納した偏平状の容器を密封する工程を、この順で実施する電気二重層キャパシタの製造装置及び製造方法に適用される。
以下、本発明の二重層キャパシタの製造装置及び製造方法を、図１〜図４に基づいて詳細に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【００１１】
図１及び図３は、本発明の二重層キャパシタの製造装置の一例を示す正面構成図である。図２は、図１の製造装置の側面の例を示す構成図である。図４は、本発明の製造装置及び製造方法を用いた製造システムの一例を示す平面構成図である。
本発明の電気二重層キャパシタの製造装置は、図１に示すように、気密性を有するチャンバー１、積層体２が収納された偏平状の容器３をチャンバー内に固定する手段５（載置台等）、電解液を偏平状の容器へ注入するノズル７、不活性ガスをチャンバー内へ供給するノズル８、チャンバーと減圧装置を接続する配管９、及び偏平状の容器を密封する手段１０（ヒートシール等）を備えた製造装置である。
【００１２】
本発明の電気二重層キャパシタの製造装置において、チャンバーの構成材料としては、通常はステンレス鋼等の金属が使用され、形状としては、通常は直方体またはこれに類似する形状である。また、その大きさは、積層体の大きさ、処理する個数等により特に限定することができないが、減圧処理等の各工程を効率よく行ない、短時間で電気二重層キャパシタを製造するために、無駄なスペースができないように小さくすることが好ましい。また、本発明において、１個のチャンバー内で処理される積層体の個数には特に制限がないが、複数の積層体を処理する場合は、無駄なスペースを少なくするために、積層体が収納された偏平状の容器が、図２（２）に示すように、互いにその表面が向い合うように固定される。
【００１３】
本発明において、積層体が収納された偏平状の容器をチャンバー内に固定して載置する手段としては、図１、図２に示すような可動式の載置台を例示することができる。また、図３に示すように、載置台を用いずに、直接チャンバーの底部や側面に固定する設定にすることもできる。載置台を用いてチャンバー内に偏平状の容器をセットする際には、例えば、開閉蓋１３を開き、チャンバー内からこの載置台を引出して、偏平状の容器をセットすることにより、偏平状の容器がチャンバー内に固定されて収納される。この際、偏平状の容器の開口部に、電解液の注入ノズルが差込まれるようにセットすることもできる。処理後の電気二重層キャパシタは、開閉蓋１３を開き、チャンバー内からこの載置台を引出すことにより取出される。
【００１４】
尚、本発明においては、前記の他に、開閉蓋を上面あるいは底面に取付けて、上方向あるいは下方向から載置台を出し入れする設定にすることもできる。
また、前記のような載置台、あるいはチャンバー内のいずれかの箇所には、正極体及び負極体のリード部４を固定する手段６を備えることが好ましい。（図３のリード部を固定する手段６は、偏平状の容器を固定する手段としても用いられている。）さらに固定する手段６は、正極体及び負極体に通電することが可能であることがより好ましい。このような構成とすることにより、後工程で電解精製を行なう場合、容易に実施することができる。
【００１５】
本発明において、電解液を偏平状の容器へ注入するノズルとしては、通常は内径が０．２〜２mm程度のノズルが使用される。また、積層体が収納された偏平状の容器へ電解液を注入した後、容器を密封するために、容器に差し込んでいた注入ノズルを取除く必要がある。従って、偏平状の容器へ電解液を注入するノズルを上下方向に移動させる手段、または前記の載置台、あるいは偏平状の容器を上下方向に移動させる手段が必要である。
【００１６】
尚、本発明においては、電解液を注入する前に、必要に応じチャンバー内で積層体の乾燥処理が行なわれる。また、分極性電極として、通常は高比表面積を有する活性炭が用いられるが、本発明においては、活性炭の細孔に電解液が充分に含浸するように、容器に電解液を注入した後、積層体を減圧処理して活性炭に吸着されているガスを除去する操作が行なわれる。従って、乾燥処理のため、あるいは積層体の減圧処理を効率よく行なうために、チャンバー内にヒータ等の加熱手段を備えることが好ましい。
【００１７】
また、偏平状の容器を密封する手段としては、例えばヒートシール機構を用いることができる。ヒートシールを用いる場合は、チャンバー内に積層体が収納された偏平状の容器をセットする際に、偏平状の容器が２本のヒートシールバー１１に挟まれるようにセットされる。積層体への電解液の含浸が終了し、前記のような方法で容器に差し込んでいた注入ノズルが取除かれた後、いずれか片方のヒートシールバー、あるいは２本のヒートシールバーが、加熱されるとともに、容器を挟んだ状態で押圧され、偏平状の容器が密封される。尚、ヒートシールを用いる場合は、あらかじめ偏平状の容器の内側に、シーラント層を設けておく必要がある。
【００１８】
本発明の電気二重層キャパシタの製造方法は、前述の製造装置を用いて、電気二重層キャパシタを製造する方法である。すなわち、気密性を有するチャンバー内に、積層体を収納した偏平状の容器を、１個または各偏平状の容器の表面が互いに向い合うように複数個セットし、少なくとも偏平状の容器に電解液を注入する工程から、積層体を収納した偏平状の容器を密封する工程までを、チャンバー内で自動制御方式により実施する方法である。
【００１９】
本発明において、正極体、負極体、及びセパレ−タを積層する際は、正極及び負極体のリード部が、各々正極の端子、負極の端子に接続できるように積層される。その後、積層体は、リード部が端子に接続されるとともに、少なくとも一辺に開口部を有する偏平状の容器に収納されるが、正極体及び負極体のリード部を有しないいずれかの一辺が、開口部側になるように収納することが好ましい。このようにした場合、後工程において、容器内への電解液の注入、及び容器の密封を容易に行なうことが可能となる。
【００２０】
本発明の電気二重層キャパシタの製造方法においては、積層体を収納した偏平状の容器は、チャンバー内に、図２（１）に示すように１個ずつ、または、図２（２）に示すように各偏平状の容器の表面が互いに向い合うように複数個ずつセットされる。このようにセットすることにより、無駄なスペースが少なくなり、減圧処理等を効率よく行なうことが可能になり、短時間で電気二重層キャパシタを製造することができる。
【００２１】
本発明において、積層体を収納した偏平状の容器をチャンバー内にセットする際には、好ましくは正極体及び負極体のリード部が下向きまたは横向きになるように、前記の開口部が上向きになるようにセットされる。このようにセットすることにより、容器内への電解液の注入、容器の密封の際に、正極体及び負極体のリード部が邪魔にならず、容器の密封が確実に容易に行なうことが可能となる。積層体を収納した偏平状の容器をチャンバー内にセットした後、チャンバー内に不活性ガスが供給され不活性ガス雰囲気下にされる。
【００２２】
また、本発明においては、通常は電解液を注入する前に、積層体の乾燥処理が行なわれる。乾燥処理は、積層体を収納した偏平状の容器をチャンバー内にセットする前に、他の乾燥機を用いて行なうこともできるが、積層体をチャンバー内にセットする際に空気と接触するので、チャンバー内で再度短時間の乾燥を行なうことが好ましい。その際には、不活性ガスがチャンバーへ供給されるとともに、ヒータ等の加熱手段により積層体が乾燥される。尚、前記のような不活性ガスの供給は、通常は電磁弁を介して行なわれる。また、その後、容器への電解液の注入、積層体の減圧処理等が行なわれるが、電解液の注入、真空ポンプ等の減圧装置への接続も、通常は電磁弁を介して行なわれる。
【００２３】
また、本発明においては、必要に応じて、偏平状の容器に電解液を注入する工程と、積層体を収納した偏平状の容器を密封する工程の間に、分極性電極に含まれる水分や官能基を電気分解し除去するために、正極体及び負極体のリード部に通電して電解精製を行なうこともできる。
また、積層体を収納した偏平状の容器の密封は、チャンバー内を減圧にした状態で行なうことが好ましい。このようにすることにより、偏平状の容器に気体が混入することを防止できる。
【００２４】
本発明において、電気二重層キャパシタの製造をさらに効率よく実施するために、図４に示すような製造システムを例示することができる。図４の製造システムは、気密性を有する複数のチャンバーを、円形、楕円形、多角形、またはこれらに類似する形状、若しくは輪を形成する形状の周上に配置して、複数のチャンバーを回転させながら各工程を実施し、周上の所定の位置１４で各工程を終了した偏平状の容器を順次チャンバー内から取出すとともに、周上の所定の位置１５で新規積層体を収納した偏平状の容器を順次チャンバー内にセットするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の電気二重層キャパシタの製造装置及び製造方法により、少なくとも偏平状の容器に電解液を注入する工程から、積層体を収納した偏平状の容器を密封する工程までを、チャンバー内で自動制御方式により実施することが可能になった。その結果、従来から煩雑であった製造作業が単純化されるほか、製造時間を短くすることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【実施例１】
【００２７】
（積層体を収納した容器の製作）
活性炭、カーボンブラック、ＰＴＦＥ等の混合物からなる分極性電極にアルミ箔を張り合わせた正極体、負極体と、紙製のセパレータを、正極及び負極体のリード部が、各々正極の端子、負極の端子に接続できるように、合計３０枚積層させて、一辺が１００ｍｍの正方形の積層体（厚さ１５ｍｍ）を製作した。また、アルミ箔を基材とする一辺が１５０ｍｍの正方形の偏平状袋を、積層体を収納する偏平状の容器とした。この偏平状の容器は、対向する二辺に開口部を有するものであった。
【００２８】
真空乾燥機を用いて、積層体は１６０℃で、偏平状の容器は１０５℃で、１５時間乾燥処理し、室温まで冷却した。次に、窒素雰囲気下で、正極体及び負極体のリード部の一部が、偏平状の容器の外に出るように積層体を偏平状の容器に収納し、タブフィルムを用いて、正極体及び負極体のリード部側の一辺を封鎖した。尚、偏平状の容器の他の開口部には、ポリエチレンからなるシーラント層を帯状に設けた。
【００２９】
（製造装置の製作）
内側の寸法で、横２５０ｍｍ、高さ２００ｍｍ、奥行６０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）製の気密性を有するチャンバーに、偏平状の容器を固定する載置台、通電可能な正極体及び負極体のリード部を固定する手段、電解液を偏平状の容器へ注入するノズル（内径０．５ｍｍ）、窒素をチャンバー内へ供給するノズル、チャンバーと真空ポンプを接続する配管、及びヒートシール機構を設置して図１に示すような製造装置を製作した。尚、チャンバーの側面にヒータを設置した。また、チャンバーは、載置台を引出して、偏平状の容器を１個セットできる構成である。また、電解液を偏平状の容器へ注入するノズルは、上下方向に移動できる構成である。
【００３０】
（電気二重層キャパシタの製造）
前記のように製作した製造装置のチャンバー内を窒素雰囲気下にした後、前記のように製作した積層体が収納された偏平状の容器１個を、正極体及び負極体のリード部が下向きになるように、偏平状の容器の開口部に電解液の注入ノズルが差込まれるように、２本のヒートシールバーに挟まれるように、チャンバー内にセットした。次に、チャンバー内を１０分間真空ポンプにより減圧にするとともに、１０５℃に保持して乾燥処理を行なった。その後、チャンバー内に窒素を供給し、窒素雰囲気下にした。
【００３１】
次に、電解液の注入ノズルから、プロピレンカーボネート溶媒にアンモニウム塩等を溶解させた電解液９０ｍｌを、電解液の注入ノズルから偏平状の容器に注入した。電解液の注入を終了した後、容器に差し込んでいた注入ノズルを上方向に移動して容器から取除き、チャンバー内を３０分間真空ポンプにより減圧にして、積層体の減圧処理を行なった。また、この間、正極体及び負極体のリード部に通電して電解精製を行なった。その後、減圧の状態で、ヒートシールバーを加熱するとともに、容器の開口部を挟んだ状態で押圧し、偏平状の容器を密封した。チャンバー内に窒素を供給し、窒素雰囲気下にした後、チャンバー内から載置台を引出し、電気二重層キャパシタを得た。
【実施例２】
【００３２】
（積層体を収納した容器の製作）
実施例１と同様にして積層体３個を製作した。また、アルミ箔を基材とする一辺が１５０ｍｍの正方形の偏平状袋を、積層体を収納する偏平状の容器とした。この偏平状の容器は、対向する二辺に開口部を有するものであった。次に、正極体及び負極体のリード部の一部が、偏平状の容器の外に出るように積層体を偏平状の容器に収納し、タブフィルムを用いて、正極体及び負極体のリード部側の一辺を封鎖した。尚、偏平状の容器の他の開口部には、ポリエチレンからなるシーラント層を帯状に設けた。
【００３３】
（製造装置の製作）
実施例１の製造装置の製作において、偏平状の容器を３個セットできる以外は、実施例１と同様の製造装置を製作した。ただし、チャンバーの奥行は１５０ｍｍであった。
【００３４】
（電気二重層キャパシタの製造）
前記のように製作した積層体が収納された偏平状の容器３個を、実施例１と同様にしてチャンバー内にセットした。チャンバー内を５時間真空ポンプにより減圧にするとともに、１０５℃に保持して乾燥処理を行なった。次に、チャンバー内に窒素を供給し、窒素雰囲気下にした。その後、偏平状の容器への電解液の注入、積層体の減圧処理、電解精製、積層体を収納した偏平状の容器の密封を、実施例１と同様にして行ない、電気二重層キャパシタを得た。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の二重層キャパシタの製造装置の一例を示す正面構成図
【図２】図１の製造装置の側面の例を示す構成図
【図３】本発明の図１以外の二重層キャパシタの製造装置の一例を示す正面構成図
【図４】本発明の製造装置及び製造方法を用いた製造システムの一例を示す平面構成図
【符号の説明】
【００３６】
１  チャンバー
２  積層体
３  偏平状の容器
４  リード部
５  載置台
６  リード部を固定する手段
７  電解液を偏平状の容器へ注入するノズル
８  不活性ガスをチャンバー内へ供給するノズル
９  チャンバーと減圧装置を接続する配管
１０  ヒートシール機構
１１  ヒートシールバー
１２  排気管
１３  開閉蓋
１４  チャンバー内から積層体を収納した偏平状の容器を取出す位置
１５  チャンバー内に積層体を収納した偏平状の容器をセットする位置
【図１】
2005217036.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005217036.tif 000005
【図４】
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