(57)【要約】【課題】電極表面での電気化学反応を抑制して特性劣化の少ない高信頼性の巻回形電気二重層コンデンサを提供することを目的とする。【解決手段】両端面に対向する引出し電極７，８を有するコンデンサ素子１を駆動用電解液と共に金属ケースに収納し、金属ケースの開口部を端子板で封口して、このコンデンサ素子の端面を金属ケースと端子板に夫々接合させる巻回形電気二重層コンデンサを形成し、このコンデンサ素子１を陰極箔３が少なくとも陽極箔２の巻き終りよりも長く巻回するように構成させることで、陰極箔３と陽極箔２との電気化学反応を抑え、特性劣化の少ない高信頼性の巻回形電気二重層コンデンサを提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサ素子を駆動用電極液と共に収容した金属ケースと、この金属ケースの開口部を封止する端子板とを備え、上記コンデンサ素子は、帯状のセパレータを介して帯状の陽極箔と陰極箔を重ね合わせて陰極箔を内側にして巻回した構成とし、前記陽極箔は、その長手方向に直交する一端面に第一の引出し電極、前記陰極箔は、その長手方向に直交する他端面に第二の引出し電極を有する構成とした巻回形電気二重層コンデンサにおいて、前記陰極を少なくとも前記陽極箔の巻き終りよりも一周分長く巻回したことを特徴とする巻回形電気二重層コンデンサ。
【請求項２】
コンデンサ素子を駆動用電極液と共に収容した金属ケースと、この金属ケースの開口部を封止する端子板とを備え、上記コンデンサ素子は、帯状のセパレータを介して帯状の陽極箔と陰極箔と重ね合わせて陽極箔を内側にして巻回した構成とし、前記陽極箔は、その長手方向に直交する一端面に第一の引出し電極、前記陰極箔は、その長手方向に直交する他端面に第二の引出し電極を有する構成とした巻回形電気二重層コンデンサにおいて、前記陰極箔を少なくとも前記陽極箔の巻き終りよりも長く巻回したことを特徴とする巻回形電気二重層コンデンサ。
【請求項３】
巻き始めにおいて陰極箔を少なくとも一周分先に巻回してから陰極箔と陽極箔を共に巻回した請求項２に記載の巻回形電気二重層コンデンサ。
【請求項４】
陰極箔の長手方向に直交する幅を陽極箔の長手方向に直交する幅より広くした請求項１から３のいずれか一つに記載の巻回形電気二重層コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器や車両用回路に使用される巻回形電気二重層コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５（ａ）〜（ｃ）はこの種の従来の巻回形電気二重層コンデンサの構成を示した断面図、同コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した展開斜視図および同コンデンサ素子の斜視図であり、図５において、３１はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子３１は、金属板３７と図示しない駆動用電解液と共に金属ケース３８に収容され、この金属ケース３８の開口部を封止用ゴム３９を介して端子板４０により封止することで巻回形電気二重層コンデンサを構成している。
【０００３】
ここで、コンデンサ素子３１について詳述する。コンデンサ素子３１は帯状のセパレータ３４を介して帯状の陽極箔３２と陰極箔３３を重ね合わせて巻回させたものであり、この陽極箔３２は、長手方向に直交する一端面に引出し電極３５、陰極箔３３は、長手方向に直交する他端面に引出し電極３６を有する構成である。
【０００４】
さらに、陽極箔３２ならびに陰極箔３３について詳述すると、陽極箔３２ならびに陰極箔３３共に、図示しない金属箔の表面に分極性電極層が形成されて、略同じ寸法に形成された電極である。この分極性電極層は、活性炭粉末と導電性付与剤であるカーボンブラック、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース（以下、ＣＭＣと略す）の水溶性バインダーを混合して混練機で充分に混練したペーストを金属箔の表面に塗布、乾燥することで形成するものである。
【０００５】
そして、この引出し電極３５、３６を、夫々金属ケース３８の内底面ならびに金属板３７の内面に溶接により接合させるものである。そして、この金属ケース３８ならびに金属板３７を夫々外部端子４１、４２に接続してある。
【０００６】
また、金属ケース３８と金属板３７との接続を良好にするために、陽極箔３２、陰極箔３３を金属箔の端部を除く表面に分極性電極層を形成する、または、金属箔の端部の表面に形成した分極電極層を除去することで、分極性電極層が形成されていない端部を引出し電極３５、３６としてもよい。
【０００７】
さらに、従来の例としてコンデンサ素子３１の最外周が陰極箔３３で構成されるように示したが、金属箔の両面に分極性電極層を形成する場合は、金属ケース３８と分極性電極層の接触を避けるようにセパレータ３４が最外周となるよう構成しても良い。
【０００８】
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、たとえば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２０００−３１５６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の巻回形電気二重層コンデンサでは、陽極箔３２と陰極箔３３の夫々の静電容量が等しくなるように設計して、寸法、形状が略等しい構成をしているため、電気二重層コンデンサに電圧を印加した際、陽極箔３２と陰極箔３３は自然電位より同じ電位で分極されて、夫々の電極の表面に電荷が形成されると同時に、その表面では電気化学反応が起きてガス発生や抵抗増加および容量減少などの特性劣化が生じている。
【００１０】
特に、陽極箔３２と陰極箔３３とをセパレータ３４を介在させて巻回した際に、陽極箔３２が陰極箔３３よりも長くなり、コンデンサ素子３１の巻き終りにおいて陽極箔３２がはみ出した状態で長時間使用すると、陰極箔３３の巻き終りと陽極箔３２との間で駆動用電解液が化学反応を起こして電解質アニオンのＢＦ4-、ＰＦ6-などが陽極箔３２側に引寄せられ、その周辺部が酸性になることでセパレータ３４を劣化させる可能性があった。
【００１１】
本発明は、このような従来の課題を解決し、電極の表面での電気化学反応を抑制して特性劣化の少ない高性能の巻回形電気二重層コンデンサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は、コンデンサ素子を駆動用電極液と共に収容した金属ケースと、この金属ケースの開口部を封止する端子板とを備え、上記コンデンサ素子は、帯状のセパレータを介して帯状の陽極箔と陰極箔を重ね合わせて陰極箔を内側にして巻回した構成とし、前記陽極箔は、その長手方向に直交する一端面に第一の引出し電極、前記陰極箔は、その長手方向に直交する他端面に第二の引出し電極を有する構成とした巻回形電気二重層コンデンサにおいて、前記陰極箔を少なくとも前記陽極箔の巻き終りよりも一周分長く巻回した構成にしたものである。
【００１３】
または、コンデンサ素子を駆動用電解液と共に収容した金属ケースと、この金属ケースの開口部を封止する端子板とを備え、上記コンデンサ素子は、帯状のセパレータを介して帯状の陽極箔と陰極箔を重ね合わせて陽極箔を内側にして巻回した構成とし、前記陽極箔は、その長手方向に直交する一端面に第一の引出し電極、前記陰極箔は、その長手方向に直交する他端面に第二の引出し電極を有する構成とした巻回形電気二重層コンデンサにおいて、前記陰極箔を少なくとも前記陽極箔の巻き終りよりも長く巻回した構成にしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明による巻回形電気二重層コンデンサは、コンデンサ素子の陰極箔を長くして、少なくとも陽極箔の巻き終りよりも長くなるように巻回したことで、駆動用電解液や陽極箔、陰極箔などの部材が電気化学反応を起こさない電気化学的に安定な領域に電極の電位を設定することが可能となる。また、コンデンサ素子の最外周面に陰極箔を設けた構成にすることにより、陽極箔の表面に電解質アニオンであるＢＦ4-、ＰＦ6-などが集中して酸性になることがないためにセパレータの劣化の恐れがなくなる。この結果として、電気化学反応が起こることによるガス発生、抵抗増加や容量減少もなくなり、特性劣化の少ない高信頼性の巻回形電気二重層コンデンサを実現することができるという効果が得られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態による巻回形電気二重層コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した展開斜視図であり、図１において、１はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子１は、駆動用電解液と共に収容する金属ケース（図示していないが、例えば上面が開口した円筒状のもの）と、この金属ケースの開口部を封止用ゴムを介して封止する円板状の端子板からなる巻回形電気二重層コンデンサを形成するためのものである。
【００１７】
このコンデンサ素子１について詳述すると、このコンデンサ素子１は帯状のセパレータ４を介して帯状の陽極箔２ならびに陰極箔３を重ね合せて陰極箔３を内側にして巻回し、この陰極箔３を陽極箔２の巻き終わりよりも一周分長く巻回し（図１においては陰極箔３を陽極箔２よりもＬ１だけ長くすることにより、最外周面は陰極箔３が形成している）、巻き終わりを図示しないテープにより止めた構成としたものである。
【００１８】
この陽極箔２は、その長手方向に直交する一端面に陽極箔２の端部である引出し電極７、同様に陰極箔３は、その長手方向に直交する他端面に陰極箔３の端部である引出し電極８を有している。また、この陽極箔２ならびに陰極箔３は、引出し電極７ならびに引出し電極８となる端部を除く金属箔の両面に後述する分極性電極層５、６をそれぞれ形成したものである。
【００１９】
そして、このように構成されたコンデンサ素子１を、駆動用電解液を含浸させた後に有底円筒状の金属ケース内に挿入した後、封止用ゴムを介して端子板をこの金属ケースの開口部に配設し、この金属ケースの開口部に横絞り加工とカーリング加工を施すことによって封止を行い、引出し電極７と引出し電極８を夫々金属ケースの内底面と端子板の内面に溶接により接続することで巻回形電気二重層コンデンサを構成するものである。
【００２０】
なお、この金属箔、駆動用電解液、金属ケース、封止用ゴムならびに端子板はいずれも図示しないが、図５の従来例と同様のものである。
【００２１】
また、上記陽極箔２と陰極箔３に夫々形成された分極性電極層５、６を構成する活性炭粉末としては、木炭系、ヤシガラ系、フェノール樹脂系、石油コークス系、石炭コークス系、ピッチ系の原料を賦活したものが用いられる。
【００２２】
さらに、駆動用電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、エチレンカーボネート、スルホラン、アセトニトリル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートまたはメチルエチルカーボネートのいずれか１種もしくは２種以上の混合物が用いられる。また、電解質カチオンとしては、第四級アンモニウム、第四級ホスホニウム、イミダゾリウム塩が使用され、一方、電解質アニオンとしては、ＢＦ4-、ＰＦ6-、ＣｌＯ4-、ＣＦ3ＳＯ3-またはＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2-が用いられる。
【００２３】
このように、コンデンサ素子１の陰極箔３を陽極箔２の巻き終りから少なくとも１周分を長く巻回させ、コンデンサ素子１の最外周を陰極箔３により形成する構成とすることで、駆動用電解液や陽極箔２、陰極箔３などの部材が電気化学反応を起こさない電気化学的に安定な領域に陽極箔２、陰極箔３の電位が設定される。また、陽極箔２の表面に電解質アニオンであるＢＦ4-、ＰＦ6-などが集中して酸性になることがないためにセパレータ４の劣化がなくなり、この結果として、電気化学反応が起きることによるガス発生、抵抗増加や容量減少もなくなり、特性劣化の少ない高信頼性の巻回形電気二重層コンデンサを得ることができるようになるものである。
【００２４】
また、図２（ａ）と（ｂ）は本発明の実施の形態による巻回形電気二重層コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した展開斜視図と、巻き終りの構成を示したものであり、図２において、１はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子１は、帯状のセパレータ４を介して帯状の陽極箔２ならびに陰極箔３を重ね合せて陽極箔２を内側にして巻回し、この陰極箔３を陽極箔２の巻き終わりよりも長く巻回し（図２においては陰極箔３を陽極箔２よりもＬ２だけ長くすることにより、最外周面は陰極箔３が形成している）、巻き終わりを図示しないテープにより止めた構成としたものである。
【００２５】
さらに、図３は本発明の実施の形態による巻回形電気二重層コンデンサに使用されるコンデンサ素子１の巻き始めの構成を示したもので、陽極箔２ならびに陰極箔３を重ね合せて陽極箔２を内側にして巻回する時に少なくとも１周分を陰極箔３のみで最内周径であるＬ３だけ先に巻回し始めることにより、コンデンサ素子１の最内周での陽極箔２、陰極箔３の電位を電気化学的に安定な領域に設定することで、さらに特性劣化が少なくなるものである。
【００２６】
さらにまた、図４は本発明の実施の形態による巻回形電気二重層コンデンサに使用されるコンデンサ素子１の巻き終りの構成を示したもので、陰極箔３の長手方向に直交する幅を陽極箔２の長手方向に直交する幅より広くすることにより、コンデンサ素子１の端面において陽極箔２の長手方向に直交する端部が陰極箔３と対向する部分を増やす構成にすることで、コンデンサ素子１の端面での陽極箔２、陰極箔３の電位を電気化学的により安定な領域に設定することが可能になり、さらに特性劣化が少なくなるものである。
【００２７】
以下、具体的な実施例について説明する。
【００２８】
（実施例１）
集電箔として、厚さ３０μｍの高純度アルミニウム箔（Ａｌ：９９．９９％以上）を使用し、塩酸系のエッチング液中で電解エッチングしてアルミニウム箔の表面を粗面化した。
【００２９】
次に、このアルミニウム箔の端部を除く両面に分極性電極層を形成した。この分極性電極層の形成は、平均粒径５μｍのフェノール樹脂系活性炭素粉末と、導電性付与剤として平均粒径０．０５μｍのカーボンブラック、ＣＭＣを溶解した水溶性バインダー溶液を１０：２：１の重量比で混合して混練機で充分に混練した後、メタノールと水の分散溶媒を少しずつ加えてさらに混練して所定の粘度を有したペーストを作製し、その後、このペーストをアルミニウム箔の表面に塗布して、１００℃の大気中で１時間乾燥して形成した。
【００３０】
次いで、この上端５ｍｍを除く両面に厚さ６０μｍの分極性電極層が形成されたアルミニウム箔を陽極側として４５×４７５ｍｍ、陰極側として４５×５３５ｍｍの寸法に切断して陽極箔２および陰極箔３を得た。この分極性電極層が形成されていない上端部を夫々引出し電極７，８とするものである。
【００３１】
その後、陽極箔２および陰極箔３の間に幅４２ｍｍ、厚さ３５μｍのセパレータ４を介して陰極箔３を内側にして巻回する。この時、陰極箔３は陽極箔２よりも６０ｍｍ長く設定しているので、陽極箔２の最外周（５６．５５ｍｍ）を包囲することができ、コンデンサ素子１の巻き終りにおいて、陰極箔３が重なり合う部分を有したコンデンサ素子１（巻径：φ１７ｍｍ）を得ることができた。
【００３２】
次に、このコンデンサ素子１に駆動用電解液を含浸させた。この駆動用電解液はプロピレンカーボネートにテトラエチルアンモニウムフルオロボレートを溶解したものを用いた。
【００３３】
その後、このコンデンサ素子１を有底円筒状のアルミニウムケースに挿入し、封止用ゴムを介して端子板により封口して、アルミニウムケースの内底面と端子板の内面に設けた凹部にコンデンサ素子１の端面の引出し電極７，８を夫々溶接することで接続させることにより巻回形電気二重層コンデンサを作製した（コンデンサ寸法：φ２０×５０ｍｍ）。
【００３４】
なお、引出し電極７，８との接合を良くするためにアルミニウムケースの内底面と端子板の内面に凹部を設けたが、引出し電極７，８とアルミニウムケースの内底面と端子板の内面で良好な接合が得られる場合は凹部を特に設けなくてもよい。
【００３５】
また、分極性電極層とアルミニウムケースとの接触による分極性電極層の剥離防止や、生産性を向上させるために、陰極箔３の引出し電極をアルミニウムケースに接合させる場合でも、コンデンサ素子１の最外周をセパレータ４で構成したほうがよい。
【００３６】
なお、陰極箔３を陽極箔２の巻き終りから一周分長く巻回させたときに効果が最大となり、それ以上長い陰極箔３の巻回による効果に変化はないものである。
【００３７】
（実施例２）
前記実施例１において、帯状のセパレータ４を介して帯状の陽極箔２ならびに陰極箔３を重ね合せて陽極箔２を内側にして巻回し、この陰極箔３を陽極箔２の巻き終わりよりも長く巻回するようにした以外の構成および製造方法は実施例１の説明を援用することで巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００３８】
具体的には、図２に示すように、分極性電極層が形成されたアルミニウム箔を陽極側として４５×４７５ｍｍ、陰極側として４５×５１０ｍｍの寸法に切断した陽極箔２および陰極箔３を用いた。
【００３９】
φ６．０ｍｍの巻芯を用いて、陽極箔２と陰極箔３を重ね合せて陽極箔２が内側になるようにして巻回する。この時、陰極箔３は陽極箔２より３５ｍｍ長いが、電極ならびにセパレータの厚みがあるため、陽極箔２の巻き終りより陰極箔３が８ｍｍ長く巻回されて陰極箔３が重なり合う部分を有したコンデンサ素子１（巻径：φ１６．５ｍｍ）を得ることができた。
【００４０】
このようにして得られたコンデンサ素子１を用いて巻回形電気二重層コンデンサを作製した（コンデンサ寸法：φ２０×５０ｍｍ）。
【００４１】
なお、実施例１と同様に、分極性電極層とアルミニウムケースとの接触による分極性電極層の剥離防止や、生産性を向上させるために、陰極箔３の引出し電極をアルミニウムケースに接合させる場合でも、コンデンサ素子１の最外周をセパレータ４で構成したほうがよい。
【００４２】
（実施例３）
前記実施例２において、巻き始めにおいて陰極箔３だけを少なくとも一周分を巻回させてから陰極箔３と陽極箔２を共に巻回させることで、コンデンサ素子１の最内周が陰極箔３で構成されるようにした以外の構成および製造方法は実施例２の説明を援用することで巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００４３】
具体的には、図３に示すように、分極性電極層が形成されたアルミニウム箔を陽極側として４５×４７５ｍｍ、陰極側として４５×５２５ｍｍの寸法に切断した陽極箔２および陰極箔３を用い、巻き始めにおいて陰極箔３が１９ｍｍ長く陽極箔２より引き出された状態で配置して、陰極箔３だけが先に巻回されるようにφ６．０ｍｍの巻芯を用いて巻回したコンデンサ素子１を用いて巻回形電気二重層コンデンサを作製した（コンデンサ寸法：φ２０×５０ｍｍ）。
【００４４】
なお、本実施例では陰極箔３を引き出した状態で巻回したが、陰極箔３と陽極箔２を同じ位置に配置して陰極箔３を内側にして巻回することで同様の効果が得られるものである。
【００４５】
（実施例４）
前記実施例２において、陰極箔３の長手方向に直交する幅を陽極箔２の長手方向に直交する幅より広くすることで、コンデンサ素子１の端面部分において、陽極箔２の長手方向に直交する端部が陰極箔３と対向する部分を増やすようにした以外の構成および製造方法は実施例２の説明を援用することで巻回形電気二重層コンデンサを作製した。
【００４６】
具体的には、図４に示すように、分極性電極層が形成されたアルミニウム箔を陽極箔２として分極性電極層５の幅Ｗ１が４０ｍｍ、引出し電極７の幅Ｗ３が７ｍｍ、陰極箔３として分極性電極層６の幅Ｗ２が４２ｍｍ、引出し電極８の幅Ｗ４が５ｍｍとする構成にしたものと、幅４３ｍｍ、厚さ３５μｍのセパレータ４を用いた。
【００４７】
陽極箔２の長手方向に直交する幅において、少なくとも分極性電極層５が分極性電極層６の内側に位置するように、セパレータ４を介して陽極箔２ならびに陰極箔３を重ね合せて巻回することで、コンデンサ素子１の端面において、陽極箔２に形成された分極性電極層５の端部が陰極箔３に形成された分極性電極層６と対向させるようにしたコンデンサ素子１を用いて巻回形電気二重層コンデンサを作製した（コンデンサ寸法：φ２０×５０ｍｍ）。
【００４８】
（比較例１）
前記実施例１において、陽極側として４６×４７５ｍｍ、陰極側として４５×４９０ｍｍ、セパレータの幅を４２ｍｍにした（陽極より１５ｍｍも長くなっているが、陽極と陰極の間にセパレータが介在するので、陰極箔の巻き終りが短くなり、陽極箔がはみ出している）以外の構成および製造方法は実施例１の説明を援用することで巻回形電気二重層コンデンサを作製した（コンデンサ寸法：φ２０×５０ｍｍ）。
【００４９】
前記実施例１〜４および比較例１の巻回形電気二重層コンデンサについて、初期特性（容量、直流コンデンサ抵抗（以下ＤＣＲと略す））と、８５℃で２．３Ｖ印加したときの特性劣化試験を行った。その結果を（表１）に示す。なお、試験数は２０個で行った。
【００５０】
また、前記ＤＣＲは充電した後放電させ、その開始の０．５〜２．０ｓｅｃの傾きを算出した。
【００５１】
【表１】
2007201118.tif 000003
【００５２】
（表１）から明らかなように、本発明における巻回形電気二重層コンデンサは比較例１に比べて容量変化が少なく、特性劣化試験によるΔＣ、ΔＤＣＲ、製品膨れは比較例に比べて大幅に改善することができた。
【００５３】
このように、本発明は陰極箔３を陽極箔２の巻き終りより長く巻回することで、コンデンサ素子１の最外周を陰極箔３で包囲した構成とすることにより、駆動用電解液や陽極箔２、陰極箔３などの部材が電気化学反応を起こさない電気化学的に安定な領域に陽極箔２、陰極箔３の電位を設定することが可能となった。
【００５４】
また、陽極箔２の表面に電解液中の電解質アニオンであるＢＦ4-、ＰＦ6-などが集中して酸性になることがないので、セパレータ４の劣化がなく、これにより、電気化学反応が起こることによるガス発生、抵抗増加や容量変化もなくなるため、特性劣化の少ない高信頼性の巻回形電気二重層コンデンサを得ることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明による巻回形電気二重層コンデンサは、特性劣化が少なく信頼性に優れるという効果を有し、特に車載用の電子機器回路などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施の形態における実施例１の巻回形電気二重層コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した展開斜視図
【図２】（ａ）は同実施例２におけるコンデンサ素子の構成を示した展開斜視図、（ｂ）は同図コンデンサ素子の巻き終りでの陽極箔と陰極箔の長手方向寸法の関係を示した要部展開図
【図３】同実施例３におけるコンデンサ素子の巻き始めでの陽極箔と陰極箔の位置関係を示した要部展開図
【図４】同実施例４におけるコンデンサ素子の巻き終りでの陽極箔と陰極箔の幅寸法の関係を示した要部展開図
【図５】（ａ）は従来の巻回形電気二重層コンデンサの構成を示した断面図、（ｂ）は同図コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した展開斜視図、（ｃ）は同図コンデンサに使用されるコンデンサ素子を示した斜視図
【符号の説明】
【００５７】
１  コンデンサ素子
２  陽極箔
３  陰極箔
４  セパレータ
５，６  分極性電極層
７，８  引出し電極
【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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