(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各セルの電池外装部材の外側に正極側の端子部材及び負極側の端子部材が備えられ、
正極側の前記端子部材及び負極側の前記端子部材には端子爪が形成されると共に、正極側の前記端子爪と負極側の前記端子爪とは前記端子部材の平面内で長手方向が直交して配され、
隣接する前記セル間の正極側の前記端子部材と負極側の前記端子部材とは接続バーで連結され、
前記接続バーには、
正極側及び負極側の接続部材が形成されると共に、前記接続部材は長手方向が前記端子爪に対応して形成され、
前記端子爪と前記接続部材を接合することにより、隣接する前記セル間の正極側の前記端子部材と負極側の前記端子部材が前記接続バーで固定される
ことを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
前記接続バーの前記接続部材は、前記端子爪に対応した接続爪であり、
前記接続爪は、前記端子爪に挿入される長穴の縁部に設けられ、
前記長穴の端部と前記接続爪の間には隙間が形成され、前記端子爪と前記接続爪を対応させた際の前記セル間の相対位置のずれを前記隙間により吸収する
ことを特徴とする電池モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の電池モジュールにおいて、
前記接続爪は、前記端子爪が挿入される挿入部を有する嵌入爪で構成されている
ことを特徴とする電池モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の電池モジュールにおいて、
前記嵌入爪は、一対の前記接続爪を対向させて前記接続爪に挟まれた部位を前記挿入部とされている
ことを特徴とする電池モジュール。
【請求項５】
請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の電池モジュールにおいて、
前記接続爪と前記端子爪とは溶接により接合されている
ことを特徴とする電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数のセルが接続される電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から提案されている電池モジュールは、一般的に複数のセルが接続されることで使用されている。複数のセルの接続は、ねじ部材等を用いて隣接するセルの正極端子と負極端子を作業員が接続することで行なわれている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の電池モジュールでは、各セルを接続する際にねじ部材等を用いて作業員が接続しているので、複数のセルを接続する作業には多くの時間と労力が必要となっているのが現状である。また、正極端子同士、負極端子同士が隣接する状態にセルを配置した場合、正極端子同士、負極端子同士でも接続が可能になっているので、極性間を間違えて接続してしまう虞があった。更に、セルの配置に相対的な位置ずれが生じた場合、複数のセル同士を接続する過程で位置ずれに累積誤差が発生し、セルの接続が不十分になる虞もあった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９１１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、簡単な作業により複数のセルを接続することができ、且つ、正極と負極の極性間の接続の間違えが生じることがない電池モジュール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】
【０００６】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の電池モジュールは、各セルの電池外装部材の外側に正極側の端子部材及び負極側の端子部材が備えられ、正極側の前記端子部材及び負極側の前記端子部材には端子爪が形成されると共に、正極側の前記端子爪と負極側の前記端子爪とは前記端子部材の平面内で長手方向が直交して配され、隣接する前記セル間の正極側の前記端子部材と負極側の前記端子部材とは接続バーで連結され、前記接続バーには、正極側及び負極側の接続部材が形成されると共に、前記接続部材は長手方向が前記端子爪に対応して形成され、前記端子爪と前記接続部材を接合することにより、隣接する前記セル間の正極側の前記端子部材と負極側の前記端子部材が前記接続バーで固定されることを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る本発明では、端子部材の端子爪と接続部材を対応させて接合することで、複数のセルを接続する。また、正極側の端子部材及び負極側の端子部材の端子爪は平面内で互いに直交する方向に長手方向が形成され、端子爪に対応して接続部材が互いに直交する方向に長手方向に形成されているので、正極と負極の間の接続だけが許容され、極性間の接続の間違えが生じることがない。
【０００８】
そして、請求項２に係る本発明の電池モジュールは、請求項１に記載の電池モジュールにおいて、前記接続バーの前記接続部材は、前記端子爪に対応した接続爪であり、前記接続爪は、前記端子爪に挿入される長穴の縁部に設けられ、前記長穴の端部と前記接続爪の間には隙間が形成され、前記端子爪と前記接続爪を対応させた際の前記セル間の相対位置のずれを前記隙間により吸収することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る本発明では、接続バーの長穴を端子部材の端子爪に挿入することで、端子部材の端子爪と接続爪を対応させ、セル間のずれ、即ち、端子爪と接続爪の位置ずれは長穴の端部と接続爪の間の隙間により吸収する。
【００１０】
また、請求項３に係る本発明の電池モジュールは、請求項２に記載の電池モジュールにおいて、前記接続爪は、前記端子爪が挿入される挿入部を有する嵌入爪で構成されていることを特徴とする。また、請求項４に係る本発明の電池モジュールは、請求項３に記載の電池モジュールにおいて、前記嵌入爪は、一対の前記接続爪を対向させて前記接続爪に挟まれた部位を前記挿入部とされていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３及び請求項４に係る本発明では、挿入部を端子爪に挿入することで、接続バーの装着を容易に行うことができる。
【００１２】
また、請求項５に係る本発明の電池モジュールは、請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の電池モジュールにおいて、前記接続爪と前記端子爪とは溶接により接合されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る本発明では、接続爪と端子爪を溶接により接合してセル間の接続を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電池モジュールは、簡単な作業により複数のセルを接続することができ、且つ、正極と負極の極性間の接続の間違えが生じることがない電池モジュールとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面に基づいて本発明の一実施形態例を説明する。以下の実施形態例では、電池モジュールのセルとして非水電解質二次電池を適用した例を説明してある。尚、電池モジュールのセルとしては、ニッケル−水素電池やニッケル−カドニウム電池、あるいは鉛電池等、他のセルを適用することも可能である。
【００１６】
図１には本発明の一実施形態例に係る電池モジュールを構成する非水電解質二次電池の全体構造を表す分解斜視、図２には電池ケース内部の構造を表す一部破断側面、図３には図２中のIII−III線矢視、図４には正極側の端子部品の分解状況、図５には正極端子部材の詳細状況、図６には負極端子部材の詳細状況、図７には複数セルの接続状況を表す平面、図８には接続バーと端子部材との関係を表す平面、図９には接続バーの接合状況を示してある。
【００１７】
図１〜図４基づいてセルとしての非水電解質二次電池の全体構造を説明する。
【００１８】
図１に示すように、非水電解質二次電池（リチウムイオン二次電池）１は、電池ケース２の内部に電極群３が収容されて構成されている。電極群３の上面部には電池ケース２の蓋部材（電池外装部材）４が接続され、蓋部材４の上面には正極端子部材５及び負極端子部材６が露出して配されている。電極群３の正極部３ａは正極側の集電部材としての集電体７に固定され、電極群３の負極部３ｂは負極側の集電部材としての集電体８に固定される。集電体７は蓋部材４を挟んで正極端子部材５に導通され、集電体８は蓋部材４を挟んで負極端子部材６に導通されている。
【００１９】
詳細は後述するが、電極群３の正極部３ａはアルミ箔の集合体（束）で、集電体７はアルミニウム製とされている。また、電極群３の負極部３ｂは銅箔の集合体（束）で、集電体８は銅製とされている。
【００２０】
蓋部材４と集電体７、集電体８との接続の状況（電極端子の部位の構造）を説明する。
【００２１】
図２〜図４に示すように、蓋部材４は矩形板状とされ、蓋部材４の内側（図２中下側）の長手方向の端部には集電体７及び集電体８が接続されている。蓋部材４の外側（図２中上側）の長手方向の端部側には集電体７及び集電体８に導通して接続される正極端子部材５及び負極端子部材６が設けられている。
【００２２】
集電体７及び集電体８は材質が異なり構造は同一であるので、以下の説明は正極側の集電体７を例に挙げて説明し、負極側の集電体８の詳細説明は省略してある。
【００２３】
集電体７は蓋部材４の内側の面に当接する上面板１１と上面板１１の端部から下側に向けて延びる長尺接合板１２とで構成されている。集電体７は上面板１１及び長尺接合板１２により側面視で逆Ｌ字型に形成され、長尺接合板１２の両縁部には長手方向（上下方向）に延びて外側に屈曲した接続板片１３が形成され、長尺接合板１２は断面コ字型とされている。長尺接合板１２の接続板片１３には電極群３の２列の正極部３ａがそれぞれ接合される。
【００２４】
図４に詳細に示すように、集電体７の上面板１１には筒状の貫通端子部材１５が設けられ、貫通端子部材１５の上部が蓋部材４を貫通して配されている。貫通端子部材１５の基端は、集電体７にかしめ固定される等で集電体７に取り付けられ、貫通端子部材１５の先端は、正極端子部材５にかしめ固定される等で正極端子部材５に取り付けられている。貫通端子部材１５は、集電体７や正極端子部材５に一体に形成することも可能であり、また、かしめ以外、例えば、溶接等の固定手段により取り付けることも可能である。
【００２５】
一方、集電体７の上面板１１と蓋部材４の間には下部パッキン１７が介装され、正極端子部材５と蓋部材４の間には上部パッキン１８が介装されている。下部パッキン１７及び上部パッキン１８は、蓋部材４と密着し電解質に対して耐性を有するもので、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂が用いられる。
【００２６】
図４及び図５、図６に基づいて正極端子部材５及び負極端子部材６を説明する。尚、図４には正極端子部材５側が示されているが、負極端子部材６側の構成も同一であるため、負極端子部材６の説明の際にも図４に示した部材を用いて説明してある。
【００２７】
正極端子部材５を説明する。
【００２８】
図５（ａ）には正極端子部材５の平面視、図５（ｂ）には正極端子部材５の側面視を示してある。
【００２９】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、正極端子部材５は、蓋部材４の上面の上部パッキン１８に密着する密着板部２１を有し、密着板部２１には貫通端子部材１５が貫通する貫通孔１６が形成されている。密着板部２１に連続して接続板部２２が形成され、接続板部２２は上部パッキン１８との間に隙間を介した状態で配されている。接続板部２２には一対の端子爪２３ａ、２３ｂが形成され、一対の端子爪２３ａ、２３ｂは蓋部材４の長手方向に対して直交する方向（図５中上下方向）に並設されている。
【００３０】
負極端子部材６を説明する。
【００３１】
図６（ａ）には負極端子部材６の平面視、図６（ｂ）には負極端子部材６の側面視を示してある。
【００３２】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、負極端子部材６は、蓋部材４の上面の上部パッキン１８に密着する密着板部２７を有し、密着板部２７には貫通端子部材１５が貫通する貫通孔２６が形成されている。密着板部２７に連続して接続板部２８が形成され、接続板部２８は上部パッキン１８との間に隙間を介した状態で配されている。接続板部２８には一対の端子爪２９ａ、２９ｂが形成され、一対の端子爪２９ａ、２９ｂは蓋部材４の長手方向に沿った方向（図６中左右方向）に並設されている。
【００３３】
つまり、接続板部２２の一対の端子爪２３ａ、２３ｂの並設方向（長手方向）と、接続板部２８の一対の端子爪２９ａ、２９ｂの並設方向（長手方向）とは、蓋部材４の平面内（端子部材の平面内）で直交して配された状態になっている。
【００３４】
図７〜図９に基づいて、図１に示した非水電解質二次電池１を複数並べて接続した状態、即ち、複数のセルを並べて接続した電池モジュール状態を説明する。
【００３５】
図７、図８に示すように、隣接する非水電解質二次電池１は、正極端子部材５と負極端子部材６が隣接する状態に交互に配される。隣接する正極端子部材５と負極端子部材６は接続バー３１により接続され、複数の非水電解質二次電池１が直列につながれた電池ユニットが構成される。このため、接続バー３１は非水電解質二次電池１の蓋部材４の長手方向に直交する方向に長手を有する部材とされている。
【００３６】
接続バー３１を説明する。
【００３７】
接続バー３１の一端には正極端子部材５に接続される正極接続部３２が設けられ、接続バー３１の他端には負極端子部材６に接続される負極接続部３３が設けられている。
【００３８】
正極接続部３２には、接続バー３１の長手方向に沿った長孔３４、即ち、蓋部材４の長手方向に直交する方向に延びる長孔３４が形成されている。長孔３４の長辺縁部には一対の接続爪３５ａ、３５ｂが長手方向に沿って設けられ、長孔３４の端部と一対の接続爪３５ａ、３５ｂの間には隙間ｓが形成されている。接続爪３５ａ、３５ｂは長手方向（並設方向）が正極端子部材５の端子爪２３ａ、２３ｂに対応して形成されている。
【００３９】
負極接続部３３には、接続バー３１の長手方向に直交する方向に沿った長孔３６、即ち、蓋部材４の長手方向に延びる長孔３６が形成されている。長孔３６の縁部には一対の接続爪３７ａ、３７ｂが長手方向に沿って設けられ、長孔３６の端部と一対の接続爪３７ａ、３７ｂの間には隙間ｓが形成されている。接続爪３７ａ、３７ｂは長手方向（並設方向）が負極端子部材６の端子爪２９ａ、２９ｂに対応して形成されている。
【００４０】
図８に示すように、接続バー３１の正極接続部３２の長孔３４が正極端子部材５の端子爪２３ａ、２３ｂに嵌め込まれると共に、負極接続部３３の長孔３６が負極端子部材６の端子爪２９ａ、２９ｂに嵌め込まれる。正極端子部材５の端子爪２３ａ、２３ｂと負極端子部材６の端子爪２９ａ、２９ｂの長手方向（並設方向）は互いに直行する方向に交差し、接続バー３１の長孔３４と長孔３６の長手方向は端子爪２３ａ、２３ｂと端子爪２９ａ、２９ｂの長手方向に沿っているので、接続バー３１は、正極端子部材５と負極端子部材６との間の接続だけが許容される。
【００４１】
つまり、接続バー３１は正極と負極との間の接続だけが許容され、非水電解質二次電池１の正極同士、負極同士を並べた際であっても、隣接する端子部材間には接続バー３１を装着することができないので、正極と負極の極性間を間違えて接続することがない。このため、接続バー３１を用いることで、作業ミス及びショート等の不具合をなくすことができる。
【００４２】
接続バー３１の正極接続部３２及び負極接続部３３が正極端子部材５及び負極端子部材６に嵌め込まれ、接続爪３５ａ、３５ｂと端子爪２３ａ、２３ｂが突き合わされ、接続爪３７ａ、３７ｂと端子爪２９ａ、２９ｂが付き合わされる。図９（ｂ）に示すように、接続爪３５ａ、３５ｂと端子爪２３ａ、２３ｂの上部、接続爪３７ａ、３７ｂと端子爪２９ａ、２９ｂの上部がそれぞれ溶接（ＴＩＧ、レーザー溶接等）により接合され、溶接部５０が形成される。これにより、正極端子部材５と負極端子部材６とが連結固定される。
【００４３】
接続バー３１を用いたことにより、ボルト、ナット等の締結部材を用いることなく、また、極性の間違えが生じない状態で、非水電解質二次電池１の極性間の接続を行うことができ、接合が簡単且つ確実になり、接続のための部品点数及び作業工数の削減が可能になり、更に、接続スペースを削減することができる。
【００４４】
また、接続バー３１の長孔３４の端部と一対の接続爪３５ａ、３５ｂの間には隙間ｓが形成され、長孔３６の端部と一対の接続爪３７ａ、３７ｂの間には隙間ｓが形成されているので、非水電解質二次電池１がずれて配されていても、隙間ｓの範囲で吸収される。隙間ｓは、互いに直交する長孔３４、長孔３６の端部にそれぞれ備えられているので、非水電解質二次電池１の水平面内の任意の方向の相対的な位置ずれを吸収することができる。
【００４５】
図１０、図１１に基づいて他の実施形態例に係る接続バーを説明する。
【００４６】
図１０には接続バーと正極端子部材及び負極端子部材との関係を表す説明、図１１にはセルを接続した状態を表す説明を示してある。
【００４７】
図１０に基づいて接続部の構成を説明する。図１０（ａ）は平面視、図１０（ｂ）は正極側の断面視、図１０（ｃ）は負極側の側面視、図１０（ｄ）は接続部の半断側面視である。
【００４８】
図１０に示すように、接続バー７１の一端（図中左側）には正極端子部材５に接続される正極接続部７２が設けられ、接続バー７１の他端（図中右側）には負極端子部材６に接続される負極接続部７３が設けられている。
【００４９】
正極接続部７２には、接続バー７１の長手方向に沿った長孔７４、即ち、蓋部材４（図１１参照）の長手方向に直交する方向に延びる長孔７４が形成されている。長孔７４の対向する長辺縁部には一対の嵌入爪７６ａ、７６ｂ及び嵌入爪７７ａ、７７ｂが長手方向に沿ってそれぞれ設けられ、長孔７４の端部と一対の嵌入爪７６ａ、７６ｂ及び嵌入爪７７ａ、７７ｂの間には隙間ｓが形成されている。嵌入爪７６ａ、７６ｂ及び嵌入爪７７ａ、７７ｂが対向する空間７８の並設方向が正極端子部材５の端子爪２３ａ、２３ｂに対応して形成され、端子爪２３ａ、２３ｂが空間７８に挿入されることで端子爪２３ａ、２３ｂが空間７８に挟持される。
【００５０】
負極接続部７３には、接続バー７１の長手方向に直交する方向に沿った長孔８１、即ち、蓋部材４（図１１参照）の長手方向に延びる長孔８１が形成されている。長孔８１の対抗する縁部には一対の嵌入爪８２ａ、８２ｂ及び嵌入爪８３ａ、８３ｂが長手方向に沿ってそれぞれ設けられ、長孔８１の端部と一対の嵌入爪８２ａ、８２ｂ及び嵌入爪８３ａ、８３ｂの間には隙間ｓが形成されている。嵌入爪８２ａ、８２ｂ及び嵌入爪８３ａ、８３ｂが対向する空間８４の並設方向が負極端子部材６の端子爪２９ａ、２９ｂに対応して形成され、端子爪２９ａ、２９ｂが空間８４に挿入されることで端子爪２９ａ、２９ｂが空間８４に挟持される。
【００５１】
図１１に基づいて複数のセルを接続した状態を説明する。図１１（ａ）は平面視、図１１（ｂ）は正極側の断面視、図１１（ｃ）は負極側の側面視、図１１（ｄ）は接続部の半断側面視である。
【００５２】
図１１に示すように、接続バー７１の正極接続部７２の空間７８が端子爪２３ａ、２３ｂに嵌め込まれると共に、負極接続部７３の空間８４が負極端子部材６の端子爪２９ａ、２９ｂに嵌め込まれる。正極端子部材５の端子爪２３ａ、２３ｂと負極端子部材６の端子爪２９ａ、２９ｂの長手方向（並設方向）は互いに直行する方向に交差し、接続バー７１の空間７８の並設方向及び空間８４の並設方向は、端子爪２３ａ、２３ｂと端子爪２９ａ、２９ｂの長手方向に沿っているので、接続バー７１は、正極端子部材５と負極端子部材６との間の接続だけが許容される。
【００５３】
つまり、接続バー７１は正極と負極との間の接続だけが許容され、非水電解質二次電池１の正極同士、負極同士を並べた際であっても、隣接する端子部材間には接続バー７１を装着することができないので、正極と負極の極性間を間違えて接続することがない。このため、接続バー７１を用いることで、作業ミス及びショート等の不具合をなくすことができる。
【００５４】
接続バー７１の正極接続部７２の空間７８及び負極接続部７３の空間８４が正極端子部材５及び負極端子部材６にそれぞれ嵌め込まれ、空間７８と端子爪２３ａ、２３ｂが嵌合し、空間８４と端子爪２９ａ、２９ｂが嵌合される。端子爪２３ａ、２３ｂと嵌入爪７６ａ、７６ｂ及び嵌入爪７７ａ、７７ｂの上部、端子爪２９ａ、２９ｂと嵌入爪８２ａ、８２ｂ及び嵌入爪８３ａ、８３ｂの上部がそれぞれ溶接（ＴＩＧ、レーザー溶接等）により接合され、溶接部８５が形成される。これにより、正極端子部材５と負極端子部材６とが連結固定される。
【００５５】
接続バー７１を用いたことにより、ボルト、ナット等の締結部材を用いることなく、また、極性の間違えが生じない状態で、接続バー７１を嵌め込むことで非水電解質二次電池１の極性間の接続を行うことができ、接合が簡単且つ確実になり、接続のための部品点数及び作業工数の削減が可能になり、更に、接続スペースを削減することができる。
【００５６】
また、接続バー７１の長孔７４の端部と嵌入爪７６ａ、７６ｂ及び嵌入爪７７ａ、７７ｂの間には隙間ｓが形成され、長孔８１の端部と嵌入爪８２ａ、８２ｂ及び嵌入爪８３ａ、８３ｂの間には隙間ｓが形成されているので、非水電解質二次電池１がずれて配されていても、隙間ｓの範囲で吸収される。隙間ｓは、互いに直交する長孔３４、長孔３６の端部にそれぞれ備えられているので、非水電解質二次電池１の水平面内の任意の方向の相対的な位置ずれを吸収することができる。
【００５７】
上述した非水電解質二次電池１を接続した電池モジュールは、簡単な作業により複数のセルを接続することができ、且つ、正極と負極の極性間の接続の間違えが生じることがない電池モジュールとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明による電池モジュールは、電力貯蔵、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電車等、比較的大型、大出力が要求される産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態例に係る電池モジュールを構成する非水電解質二次電池の全体構造を表す分解斜視図である。
【図２】電池ケース内部の構造を表す一部破断側面図である。
【図３】図２中のIII−III線矢視図である。
【図４】正極側の端子部品の分解側面図である。
【図５】正極端子部材の詳細図である。
【図６】負極端子部材の詳細図である。
【図７】セルの接続状況を表す平面図である。
【図８】接続バーと端子部材との関係を表す平面図である。
【図９】接続バーの接合状況説明図である。
【図１０】接続バーと正極端子部材及び負極端子部材との関係を表す説明図である。
【図１１】セルを接続した状態を表す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  非水電解質二次電池
２  電池ケース
３  電極群
４  蓋部材
５  正極端子部材
６  負極端子部材
７  集電体（正極側）
８  集電体（負極側）
１１  上面板
１２  長尺接合板
１３  接続板片
１５  貫通端子部材
１６、２６  貫通孔
１７  下部パッキン
１８  上部パッキン
２１、２７  密着板部
２２、２８  接続板部
２３、２９  端子爪
３１、７１  接続バー
３２、７２  正極接続部
３３、７３  負極接続部
３４、３６、７４、８１  長孔
３５、３７  接続爪
５０、８５  溶接部
７６、７７、８２、８３  嵌入爪
７８、８４  空間
【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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