(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板および負極板をセパレータを介して渦巻状に巻回した渦巻状電極体を一方極の外部端子を兼ねる金属製円筒状外装缶内に備えるとともに、この外装缶の開口部を絶縁体を介して封口する他方極の外部端子を兼ねる封口体を備えた円筒型蓄電池であって、
前記渦巻状電極体の前記正極板の一方の端部は正極集電体に接続され、前記渦巻状電極体の前記負極板の他方の端部は負極集電体に接続されているとともに、
前記両集電体の少なくとも一方は、２つの略半円形の本体部と、これらの本体部を連結するとともに該本体部と同一厚みで略長方形状で前記本体部と一体的に形成された集電リード部とからなる集電体基材から形成されていて、
前記集電リード部は前記略半円形の両本体部との境界部で谷折りされるとともに当該集電リード部の中心部で山折りされて該本体部から起立するように折りたたまれて形成されており、
前記集電リード部が折りたたまれたことにより前記略半円形の両本体部は互いに向き合って略円形状に形成されており、
前記略円形状になされた本体部から起立するように形成された集電リード部が前記封口体の下面に溶接されていることを特徴とする円筒型蓄電池。
【請求項２】
前記集電リード部は前記略半円形の両本体部との境界部で谷折りされ、その中心部で山折りと谷折りが繰り返されて形成されて該本体部から起立するように折りたたまれて当該形成されていることを特徴とする請求項１に記載の円筒型蓄電池。
【請求項３】
前記略円形状になされた本体部から起立するように形成された集電リード部は前記渦巻状電極体の略直径上に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の円筒型蓄電池。
【請求項４】
前記略円形状になされた本体部から起立するように形成された集電リード部は前記渦巻状電極体の略直径上からずれて位置するように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の円筒型蓄電池。
【請求項５】
前記集電リード部が折りたたまれたことにより前記略半円形の両本体部が互いに向き合って略円形状になるように形成された前記両本体部が前記渦巻状電極体の上部に配置された際に同渦巻状電極体の中心部に一致する位置に所定寸法の開口が形成されるように、前記両本体部あるいは同両本体部と前記集電リード部との境界部には所定寸法の開口が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の円筒型蓄電池。
【請求項６】
前記略円形状になされた本体部から起立するように形成された集電リード部の前記封口体下面に接続固定される部位に突起部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の円筒型蓄電池。
【請求項７】
前記略円形状になされた本体部から起立するように形成された集電リード部の前記封口体の下面に接続固定される部位に開口が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の円筒型蓄電池。
【請求項８】
前記略円形状になされた本体部から起立するように形成された集電リード部の前記封口体下面に接続固定される部位に当該集電リード部より外方に延出するタブが形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の円筒型蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、リチウムイオン蓄電池などの正極板および負極板をセパレータを介して渦巻状に巻回した渦巻状電極体を備えた円筒型蓄電池に係り、特に、渦巻状電極体と集電体および集電体と外部端子との導電接続に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池などの円筒型蓄電池においては、正極板と負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻回して渦巻状電極体とする。そして、このように形成した渦巻状電極体の負極板の芯体を負極集電体に溶接するとともに、渦巻状電極体の正極板の芯体を正極集電体に溶接した後、この渦巻状電極体を負極端子を兼ねる金属製円筒状外装缶に挿入し、負極集電体を金属製外装缶の底部に溶接するとともに、正極集電体より延出する集電リード部を正極端子を兼ねる封口体の底部に溶接して構成するにしていた。
【０００３】
あるいは、渦巻状電極体を負極端子を兼ねる金属製円筒状外装缶に挿入し、渦巻状電極体の負極板の芯体を金属製外装缶の底部に接触させるとともに、負極板の芯体より延出する集電タブを金属製外装缶の底部に溶接する。一方、渦巻状電極体の正極板の芯体を正極集電体に溶接し、正極集電体より延出する集電リード部を正極端子を兼ねる封口体の底部に溶接して構成するのが一般的である。
このように渦巻状電極体の負極板の芯体を金属製外装缶の底部に電気的に接続するとともに、渦巻状電極体の正極板の芯体を正極集電体に溶接すると、正極板から正極端子（封口体）までの電流分布、および負極板から負極端子（金属製外装缶）までの電流分布が均一になるため、高率放電特性が向上した蓄電池が得られるようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような円筒型蓄電池を数十アンペア〜数百アンペアの大電流で充放電する場合にあっては、上述した接続部での抵抗に起因する電圧降下が生じて作動電圧が低下し、高電圧が得られないという問題を生じた。
ここで、正・負極の一方の集電体は、渦巻状電極体の一方の極板端部に溶接される集電部（本体部）と封口体の下面に溶接される集電リード部から構成されるが、この集電リード部は本体部により集電された電流が集中するため、この部分の抵抗値が大きいと電圧降下も大きくなる。
【０００５】
そこで、集電リード部の抵抗値を低減させるために集電リード部の厚みを厚くすることが考えらるが、集電リード部と本体部とは一体的に形成されているため、集電リード部の厚みを厚くすると必然的に本体部の厚みも厚くする必要が生じる。しかしながら、本体部の厚みを厚くすると、本体部と渦巻状電極体とを抵抗溶接する際に無効な溶接電流が本体部自体に多く流れて、渦巻状電極体と本体部とを溶接する溶接点に流れる有効な溶接電流が減少し、溶接性が損なわれるという問題を生じた。
このため、特許第２７６２５９９号公報において、本体部の厚みをそのままにして集電リード部の抵抗値を低減させるために複数枚の集電リード部を設けるようすることが提案された。
【０００６】
しかしながら、特許第２７６２５９９号公報において提案された方法にあっては、部品点数が増加するとともに、集電リード部と封口体との溶接が複雑で溶接作業が煩雑になるという問題を生じた。また、従来の集電体にあっては、集電リード部と本体部とが一体的に形成されているため、集電リード部は本体部の端部側に位置するように形成されている。
【０００７】
このため、この集電体が渦巻状電極体に溶接されると、集電リード部は本体部の中心から隔たった位置に存在するため、渦巻状電極体から均一に電気エネルギーを取り出すことができにくくなる。さらに、集電リード部の抵抗値を低減させるために集電リード部の幅を広げれば広げるほど、逆に本体部の面積が減少するため、本体部での集電性が低下するという問題も生じた。
そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、集電体全体の集電性を損なわずに集電リード部の内部抵抗を低減し、かつ部品点数が少なくて安価な集電体を得て、電圧降下が少ない蓄電池が得られるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は円筒型蓄電池に用いられる両集電体の少なくとも一方は、２つの略半円形の本体部と、これらの本体部を連結するとともに該本体部と同一厚みで略長方形状で前記本体部と一体的に形成された集電リード部とからなる集電体基材から形成されていて、集電リード部は略半円形の両本体部との境界部で谷折りされるとともに当該集電リード部の中心部で山折りされて該本体部から起立するように折りたたまれて形成されており、集電リード部が折りたたまれたことにより略半円形の両本体部は互いに向き合って略円形状に形成されており、略円形状になされた本体部から起立するように形成された集電リード部が封口体の下面に溶接されている。
【０００９】
このように、両集電体の少なくとも一方は、２つの略半円形の本体部と、これらの本体部を連結するとともに該本体部と同一厚みで略長方形状で前記本体部と一体的に形成された集電リード部とからなる集電体基材から形成されていて、集電リード部は略半円形の両本体部との境界部で谷折りされるとともに当該集電リード部の中心部で山折りされて該本体部から起立するように折りたたまれて形成されていると、集電リード部の厚みは本体部に対して２倍の厚みとなる。このため、本体部と渦巻状電極体との溶接性を損なうことなく、集電リード部の内部抵抗を１／２に減少させることが可能となる。この結果、集電リード部での電圧降下が減少して、高率放電特性および作動電圧が向上した円筒型蓄電池が得られるようになる。
【００１０】
また、集電リード部は前記略半円形の両本体部との境界部で谷折りされ、その中心部で山折りと谷折りが繰り返されて該本体部から起立するように折りたたまれて形成されていると、集電リード部の厚みは本体部に対して４倍の厚みとなる。このため、本体部と極板群との溶接性を損なうことなく、集電リード部の内部抵抗を１／４に減少させることが可能となる。この結果、集電リード部での電圧降下がさらに減少して、高率放電特性および作動電圧がさらに向上した円筒型蓄電池が得られるようになる。
【００１１】
そして、略円形状になされた本体部から起立するように形成された集電リード部が渦巻状電極体の略直径上に位置するように形成されていると、極板群全体から均一に集電できるようになって、大電流充放電時の極板内での電位の偏在を低減し、電極反応の不均一化を軽減して、高率放電特性および作動電圧がさらに向上した円筒型蓄電池が得られるようになる。また、渦巻状電極体の略直径上の位置に集電リード部を配置するようにすると、集電リード部の幅を最大限に広げることが可能となるため、さらに内部抵抗が低減した集電リード部となる。このように集電リード部の幅を最大限に広げても、集電部は渦巻状電極体の略全面に存在するため、集電部の面積が減少することもない。
【００１２】
また、集電リード部が折りたたまれたことにより略半円形の両本体部が互いに向き合って略円形状になるように形成された両本体部が渦巻状電極体の上部に配置された際に同渦巻状電極体の中心部に一致する位置に所定寸法の開口が形成されるように、両本体部あるいは同両本体部と集電リード部との境界部には所定寸法の開口が設けられていると、集電リード部が渦巻電極体の中心上に位置していても、集電リード部を倒すだけで中心位置の開口を確保できるようになる。このため、他方の集電体を外装缶の底部内面に溶接する際に渦巻電極体の中心に溶接電極を容易に挿入できるようになり、この種の円筒型蓄電池の製造が容易になる。
【００１３】
そして、略円形状になされた本体部から起立するように形成された集電リード部の１面の封口体下面に接続固定される部位に突起部や開口を配設したり、あるいは起立するように形成された集電リード部の１面の封口体下面に溶接される部位に同集電リード部より延出するタブを配設するようにすると、突起部や開口の対向部やタブに溶接電流が集中して流れるようになるため、集電リード部と封口体との溶接性が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の円筒型蓄電池をニッケル・水素蓄電池に適用した場合の一実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。なお、図１は本発明の第１実施例の集電体の折り曲げ加工前の状態を示す図であり、図２は図１の集電体を折り曲げ加工した状態を示す図であり、図２（ａ）は上面図であり、図２（ｂ）は正面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）の右側側面図である。また、図３は図２の集電体を渦巻状電極体に溶接した状態を示す斜視図である。また、図４は本発明の第２実施例の集電体を渦巻状電極体に溶接した状態を示す図であり、図４（ａ）は斜視図であり、図４（ｂ）は上面図である。
【００１５】
また、図５は図３及び図４の集電リード部を拡大して示す斜視図であり、図６は本発明の第３実施例の集電体を渦巻状電極体に溶接した状態を示す斜視図であり、図７は本発明の第４実施例の集電体を渦巻状電極体に溶接した状態を示す斜視図であり、図８は本発明の第５実施例の集電体を渦巻状電極体に溶接した状態を示す斜視図である。さらに、図９は比較例（従来例）の集電体を渦巻状電極体に溶接した状態を示す斜視図であり、図１０は放電特性を示す図である。
【００１６】
１．渦巻状電極体の作製
ニッケル発泡体（芯体）に水酸化ニッケルを主成分とするペースト状正極活物質を充填し、乾燥させた後、所定の厚みになるまで圧延してニッケル正極板を作製した。一方、パンチングメタル（芯体）に水素吸蔵合金よりなるペースト状負極活物質を充填し、乾燥させた後、所定の厚みになるまで圧延して水素吸蔵合金負極板を作製した。このようにして作成されたニッケル正極板と、水素吸蔵合金負極板とを、ポリプロピレン製不織布からなるセパレータを介して最外周が負極板となるようにして渦巻状に卷回して渦巻状電極体１０を作製した。
【００１７】
２．ニッケル・水素蓄電池の作製
（１）実施例１
まず、図１に示すように、左右の両側に略半円形状の本体部２１，２１と、これらの本体部２１，２１を連結する略長方形状の集電リード部２２と、これらの本体部２１，２１と集電リード部２２との境界部に所定寸法の開口部２３，２３が形成されるように、所定の厚み（例えば０．３ｍｍ）のニッケル金属板を打ち抜いて正極集電体基材２０ａを作製した。なお、各本体部２１，２１の中央部には溝部２４，２４も同時に打ち抜かれており、この溝部２４，２４を設けることにより、無効な溶接電流を減少させる、即ち、有効な溶接電流を増大させることが可能となる。
【００１８】
ついで、この正極集電体基材２０ａの集電リード部２２の中心部の山折り部２５に沿って山折りするとともに、両本体部２１，２１と集電リード部２２との境界部の谷折り部２６，２６に沿って谷折りする折り曲げ加工を施して、図２に示すような形状の正極集電体２０を作製した。
この折り曲げ加工により、略半円形状の本体部２１，２１は互いに対向して略円形状の本体部が形成されるとともに、この対向部に予め形成された溝部２４，２４の他に新たな溝部２７，２７が形成される。一方、集電リード部２２は本体部２１，２１より垂直に起立するとともに、この垂直に起立した集電リード部２２は略円形状に形成された本体部の直径上に位置することとなる。
【００１９】
ついで、このようにして形成した正極集電体２０を上述した渦巻状電極体１０の上部に載置した後、本体部２１，２１の相対向する箇所に一対の溶接電極を当接させてこれらの溶接電極間に溶接電流を流すことにより、渦巻状電極体１０より若干突出した正極板の芯体と本体部２１，２１との接触部を抵抗溶接して固着した。一方、渦巻状電極体１０の下部に図示しない円板状の負極集電体を載置して、同様に一対の溶接電極を当接させて負極板の芯体と負極集電体との接触部を抵抗溶接して固着した。
【００２０】
ついで、図示しない有底円筒形の金属外装缶を用意し、正極集電体２０を溶接した渦巻状電極体を金属外装缶内に挿入した。この後、正極集電体２０の開口部２３より一方の溶接電極を挿入して図示しない負極集電体に当接させるとともに金属外装缶の底部に他方の溶接電極を当接して、負極集電体と金属外装缶の底部とをスポット溶接した。
【００２１】
一方、正極キャップと蓋体（なお、正極キャップと蓋体との間には圧力弁が配置されている）とからなる図示しない封口体を用意し、正極集電体２０の導電リード部２２を封口体の蓋体底部に接触させて、蓋体底部と導電リード部２２とを溶接して接続した。
なお、集電リード部２２には、図５に示すように突起部２８，２８が形成されており、この突起部２８，２８を集電リード部２２に設けることにより、溶接電流が突起部２８，２８に集中して流れるようになるため、集電リード部２２と封口体下面との溶接性が向上する。
この後、金属外装缶内に３０重量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液よりなる電解液を注液し、封口体を封口ガスケットを介して外装缶の開口部に載置するとともに、この開口部を封口体側にカシメて封口した。これにより、公称容量６．５ＡＨの実施例１の円筒状ニッケル・水素蓄電池Ａを作製した。
【００２２】
（２）実施例２
図４に示すように、略半円形状の本体部３１ａ，３１ｂ（なお、本体部３１ａの方が本体部３１ｂより大きく形成されている）と、集電リード部３２と、開口３３と、溝部３４，３４と備えるように所定形状に打ち抜かれた正極集電体基材を用意する。
この正極集電体基材を用いて、本体部３１ａ，３１ｂが互いに対向して略円形状の本体部が形成され、新たな溝部３７，３７がこの対向部に形成され、さらに、集電リード部３２が本体部３１ａ，３１ｂより垂直に起立するとともに、この垂直に起立した集電リード部３２が略円形状に形成された本体部の直径上より若干ずれた位置に位置するように折り曲げ加工を施して、正極集電体３０を作製した以外は上述した実施例１と同様にして、公称容量６．５ＡＨの実施例２の円筒状ニッケル・水素蓄電池Ｂを作製した。
【００２３】
なお、集電リード部３２には、図５に示すように突起部３８，３８が形成されており、この突起部３８，３８を集電リード部３２に設けることにより、溶接電流が突起部３８，３８に集中して流れるようになるため、集電リード部３２と封口体下面との溶接性が向上する。
【００２４】
（３）実施例３
図６に示すように、略半円形状の本体部４１，４１と、集電リード部４２と、開口４３と、溝部４４，４４と、開口４８とを備えるように所定形状に打ち抜かれた正極集電体基材を用意する。
この正極集電体基材を用いて、折り曲げ加工により、略半円形状の本体部４１，４１が互いに対向して略円形状の本体部が形成されるとともに、新たな溝部４７，４７がこの対向部に形成され、かつ、集電リード部４２は山折りされた際に本体部４１，４１より垂直に起立するとともに、この垂直に起立した集電リード部４２が略円形状に形成された本体部の直径上に位置するように折り曲げ加工して正極集電体４０を作製した以外は上述した実施例１と同様にして、公称容量６．５ＡＨの実施例３の円筒状ニッケル・水素蓄電池Ｃを作製した。
【００２５】
なお、開口４８は山折りされた際に山折り部の近傍に形成され、この開口４８の反対側を封口体との溶接部とすることにより、溶接部の厚みは集電リード部４２の厚みの１／２となるため、溶接電流が開口４８の反対側に集中して流れるようになって、集電リード部４２と封口体下面との溶接性が向上する。
【００２６】
（４）実施例４
図７に示すように、略半円形状の本体部５１，５１と、集電リード部５２と、開口５３と、溝部５４，５４と、集電リード部５２より延出するタブ５８，５８とを備えるように所定形状に打ち抜かれた正極集電体基材を用意する。
この正極集電体基材を用いて、略半円形状の本体部５１，５１が互いに対向して略円形状の本体部が形成されるとともに、新たな溝部５７，５７がこの対向部に形成され、かつ、本体部５１，５１より垂直に起立するとともに、この垂直に起立した集電リード部５２が略円形状に形成された本体部の直径上に位置するように折り曲げ加工して、正極集電体５０を作製した以外は上述した実施例１と同様にして、公称容量６．５ＡＨの実施例４の円筒状ニッケル・水素蓄電池Ｄを作製した。
【００２７】
なお、集電リード部５２より延出するタブ５８，５８を備え、このタブ５８，５８を封口体との溶接部とすることにより、タブ５８，５８の厚みは集電リード部５２の厚みの１／２となるため、溶接電流がタブ５８，５８に集中して流れるようになって、集電リード部５２と封口体下面との溶接性が向上する。
【００２８】
（５）実施例５
図８に示すように、略半円形状の本体部６１，６１と、上述した実施例１の２倍の長さの集電リード部６２と、開口６３と、溝部６４，６４とを備えるように所定形状に打ち抜かれた正極集電体基材を用意する。
【００２９】
この正極集電体基材を用いて、集電リード部６２の山折り部６５，６５に沿って山折りするとともに、谷折り部６６に沿って谷折りする折り曲げ加工を施し、略半円形状の本体部６１，６１が互いに対向して略円形状の本体部が形成され、かつ新たな溝部６７，６７がこの対向部に形成され、さらに、集電リード部６２が本体部６１，６１より垂直に起立するとともに、この垂直に起立した集電リード部６２が略円形状に形成された本体部の直径上に位置するように折り曲げ加工を施して正極集電体６０を作製した以外は上述した実施例１と同様にして、公称容量６．５ＡＨの実施例５の円筒状ニッケル・水素蓄電池Ｅを作製した。
なお、集電リード部６２には、図５に示すような突起部を備えるようにすると、この突起部に溶接電流が集中して流れるようになるため、集電リード部６２と封口体下面との溶接性が向上する。
【００３０】
（６）比較例
図９に示すように、正極集電体基材に中央に溶接電極挿入用開口７３と溝部７４，７４とを備えるとともに、その周囲に多数の開口７１ａを備えた本体部７１と、この本体部７１の一端から垂直に起立する集電リード部７２とを形成するように打ち抜いて作製した正極集電体７０を用いて、上述した実施例１と同様にして、公称容量６．５ＡＨの比較例の円筒状ニッケル・水素蓄電池Ｆを作製した。
【００３１】
３．ニッケル・水素蓄電池の活性化
上述のように作製した実施例１〜５および比較例のニッケル・水素蓄電池を活性化した後、１．３Ａの充電々流で８時間充電した後、１時間休止させ、その後、６５Ａの放電々流で高率放電を行って、放電時間に対する放電電圧の測定を行うと、下記の図１０に示すような結果となった。
【００３２】
図１０より明らかなように、各実施例１〜５のニッケル・水素蓄電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは比較例のニッケル・水素蓄電池Ｆより放電電圧の低下が少なく、高率放電特性が向上していることが分かる。これは、各集電体２０，３０，４０，５０，６０の集電リード部２２，３２，４２，５２，６２が折り重なって各集電リード部２２，３２，４２，５２，６２の抵抗値が減少したためと考えられる。
【００３３】
以上に詳述したように、本発明のおいては、折り重なって形成され各集電リード部２２，３２，４２，５２，６２が本体部２１，３１，４１，５１，６１から起立した構造となっているため、この種の集電体２０，３０，４０，５０，６０の製造が簡単・容易になるとともに、この種の集電体２０，３０，４０，５０，６０を用いることにより、高率放電特性の優れた円筒型蓄電池が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例の集電体の加工前の状態を示す図である。
【図２】  図１の集電体を折り曲げ加工した状態を示す図である。
【図３】  図２の集電体を極板群に溶接した状態を示す斜視図である。
【図４】  第２実施例の集電体を極板群に溶接した状態を示す図である。
【図５】  図３及び図４の集電リード部に突起を設けた状態を示す図である。
【図６】  第３実施例の集電体を極板群に溶接した状態を示す図である。
【図７】  第４実施例の集電体を極板群に溶接した状態を示す図である。
【図８】  第５実施例の集電体を極板群に溶接した状態を示す図である。
【図９】  比較例（従来例）の集電体を極板群に溶接した状態を示す図である。
【図１０】  放電特性を示す図である。
【符号の説明】
１０…渦巻状極板群、２０ａ…正極集電体基材、２０…正極集電体、２１…略半円形状本体部、２２…集電リード部、２３…開口、２４…溝部、２５…山折り部、２６…谷折り部、２７…新たな溝部、２８…突起部、３０…正極集電体、３１ａ，３１ｂ…略半円形状本体部、３２…集電リード部、３３…開口、３４…溝部、３７…新たな溝部、３８…突起部、４０…正極集電体、４１…略半円形状本体部、４２…集電リード部、４３…開口、４４…溝部、４７…新たな溝部、４８…開口、５０…正極集電体、５１…略半円形状本体部、５２…集電リード部、５３…開口、５４…溝部、５７…新たな溝部、５８…タブ部、６０…正極集電体、６１…略半円形状本体部、６２…集電リード部、６３…開口、６４…溝部、６５…山折り部、６６…谷折り部、６７…新たな溝部
【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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【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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