(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する直方体状の電槽内に、その長側面方向両端に正極と負極の集電板を有する極板群と電解液を収容して単電池を構成し、これらの集電板に、電槽の短側面に貫通形成した接続穴に嵌入する接続突部を設け、その電槽の短側面の外側に配置した同様の集電板又は接続端子に接続突部を設け、これら接続突部の先端を溶接して外部と接続するようにしたことを特徴とする二次電池。
【請求項２】
短側面の両側に配設された集電板又は接続端子の接続突部の周囲にそれぞれの外部との間のシールを行うシール材を配設したことを特徴とする請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
集電板の接続突部は、集電板のプレス成形によって一面側に突出成形したことを特徴とする請求項１又は２記載の二次電池。
【請求項４】
集電板の接続突部の他面側の凹部に、凹部の周囲の板面と面一になるように補強部材を埋め込み配置したことを特徴とする請求項３記載の二次電池。
【請求項５】
集電板の接続突部は、その突出先端外周部に環状突出部を有する断面形状に形成したことを特徴とする請求項３記載の二次電池。
【請求項６】
複数の電槽をその短側面で相互に一体的に連結して成る一体電槽を設けかつ各電槽の上面開口を蓋体にて一体的に閉鎖したことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池に関し、特に複数の単電池を接続してなる集合型二次電池に好適に適用できる二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
所要の電力容量が得られるように複数の単電池を接続して一体的に連結して成る従来の集合型二次電池としては、図１１のようなものが知られている。この集合型二次電池は、図１２に示すような密閉型アルカリ二次電池からなる複数個の単電池４１（４１ａ〜４１ｊ）を、その電槽４２の幅の広い長側面同士を互いに対向させて重ねるように配置し、両端の単電池４１ａ、４１ｊの電槽４２の外側にエンドプレート５２を当接させ、両エンドプレート５２、５２間を拘束バンド５３にて結束することにより一体的に連結して構成されている。
【０００３】
単電池４１は、正極板と負極板をセパレータを介して積層してなる発電要素である極板群４７を電解液と共に電槽４２内に収容し、各電槽４２の開口部を安全弁４５を設けた蓋４６で閉じ、極板群４７を構成する各正極板の一側部上端から上方にリード４９を引き出してその上部に正極端子４３を接続し、また同様に各負極板の他側部上端から上方にリード４９を引き出してその上部に負極端子４４を接続し、これら正極端子４３及び負極端子４４を蓋４６に取付けて構成されている。
【０００４】
そして、連結されて隣り合う単電池４１間の正極端子４３と負極端子４４とが接続板５１にて接続されて各単電池４１が直列接続されている。また、各電槽４２間が連結されるとき、電槽４２の長側面に上下方向に突設されたリブ４８が隣接間で突き合わされ、各リブ４８、４８間の長側面間の空間にて電槽４２の上下方向に貫通する冷媒流路が形成され、冷媒通路に送風して各単電池４１ａ〜４１ｊを冷却するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の集合型二次電池の構成では、極板の上端一側部から上方にリード４９を引き出して蓋４６に装着される端子４３、４４に接続し、これら端子４３、４４の蓋４６の上部に突出した部分間を接続板５１で接続するようにしているので、単電池間の接続構成が複雑で部品点数が多いためにコスト高になるとともに接続抵抗が大きくなり、また電槽４２の上部に接続用の空間を確保する必要があるとともに接続部が外部に露出しているために、設置スペースをコンパクトにできないという問題があった。
【０００６】
また、極端子４３、４４の極柱が蓋４６を貫通する部分には、一般に蓋内面側にのみＯリングを配置して１重にのみシールしているので、電池使用時に液漏れの恐れがあった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、電池間の接続構成が簡単で低コストにて構成できるとともに設置スペースをコンパクトにでき、また液漏れの恐れのない二次電池を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の二次電池は、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する直方体状の電槽内に、その長側面方向両端に正極と負極の集電板を有する極板群と電解液を収容して単電池を構成し、これらの集電板に、電槽の短側面に貫通形成した接続穴に嵌入する接続突部を設け、その電槽の短側面の外側に配置した同様の集電板又は接続端子に接続突部を設け、これら接続突部の先端を溶接して外部と接続するようにしたものであり、極板群の集電板に設けた接続突部によって隣接する電池間又は接続端子と接続するので、接続構成が簡単でかつ別の接続部品を必要とせずに接続できて低コストにて構成でき、また電池間の接続構成がコンパクトとなり、設置スペースをコンパクトにできる。
【０００９】
また、短側面の両側に配設された集電板又は接続端子の接続突部の周囲にそれぞれの外部との間のシールを行うシール材を配設すると、２重シールにて使用中の液漏れを確実に防止できる。
【００１０】
また、集電板の接続突部を、集電板のプレス成形によって一面側に突出成形すると、集電板と一体で電気抵抗の極めて少ない接続突部を生産性良く形成でき、接続突部を有する集電板を安価に製作できる。この場合、接続突部の先端同士の溶接（プロジェクション溶接）時に、他面側の凹部内に挿入されて接続突部の先端裏面を押圧する突起部を先端に形成した溶接電極を用いることによって、接続突部の先端に加圧力が集中して溶接性が良好となり、電気抵抗の小さい接続部を高い信頼性をもって得ることができる。
【００１１】
また、集電板の接続突部の他面側の凹部に、凹部の周囲の板面と面一になるように補強部材を埋め込み配置すると、接続突部の先端の溶接時に、先端が平面の電極を用いても接続突部の先端の接続部に加圧力が集中して溶接性が良好となり、電気抵抗の小さい接続部を高い信頼性をもって得ることができ、しかも先端が平面の溶接電極を用いることができるので、溶接電極の寿命が向上し、低コストにて製作できる。
【００１２】
また、集電板の接続突部を、その突出先端外周部に環状突出部を有する断面形状に形成すると、接続突部の先端の溶接時に、先端が平面の溶接電極を用いて接続突部の他面側の周囲を加圧してもその加圧力は確実に突出先端外周部の環状突出部に伝達され、この環状突出部の接続部に加圧力が集中しかつ大きな溶接面積を確保できるため溶接性が良好となり、電気抵抗の小さい接続部を高い信頼性をもって得ることができ、しかも上記のような補強部材を埋め込み配置しなくても先端が平面の溶接電極を用いることができるので、安価な構成で溶接電極の寿命を向上でき、低コストにて製作できる。
【００１３】
また、複数の電槽をその短側面で相互に一体的に連結して成る一体電槽を設けかつ各電槽の上面開口を蓋体にて一体的に閉鎖すると、隣接する単電池が一体電槽の内部で接続され、電池間の接続構成が外部に突出しないので設置スペースのコンパクトな集合型二次電池を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の集合型二次電池について、図１〜図７を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態の集合型二次電池１は、電気自動車用の駆動電源として好適に用いることができるニッケル・水素二次電池であり、図１、図２に示すように、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する上面開口の直方体状の複数（図示例では６つ）の電槽３をその短側面を共用して相互に一体的に連結して成る一体電槽２にて構成されかつ各電槽３の上面開口は一体の蓋体４にて一体的に閉鎖されている。
【００１６】
各電槽３内には、後で詳細に説明するように、電槽３の長側面と平行な多数の正極板と負極板をセパレータを介して短側面方向に積層してなる極板群５が電解液とともに収納され、単電池６が構成されている。
【００１７】
一体電槽２の両端の電槽３の外側の短側面及び各電槽３、３間の短側面の上端部には接続穴７が形成され、後で詳細に説明するように、両端の電槽３の外側の短側面の接続穴７には正極又は負極の接続端子８が装着され、中間の電槽３、３間の短側面の接続穴７を通して両側の単電池６、６が直列接続されている。
【００１８】
蓋体４の上面には、互いに隣り合う電槽３、３の隣接端部において通孔９が形成されるとともに、蓋体４上にこれら通孔９、９間を連通する連通路２２を形成した連通蓋２１が溶着されている。２１ａは、連通蓋２１の内面中央部に突設された補強突起で、連通路２２を閉じない大きさでかつその先端が蓋体４の上面に当接して溶着され、連通蓋２１の耐圧強度を確保している。
【００１９】
一体電槽２と蓋体４と連通蓋２１は、ＰＰ／ＰＰＥアロイなどの合成樹脂材料にて構成されており、電解液に対して撥液性を有している。なお、蓋体４と連通蓋２１のみを撥液性材料で構成してもよく、さらに連通路２２の表面にのみ撥液性の材料のコーティングを施してもよい。
【００２０】
また、蓋体４には各電槽３毎に内部圧力が一定以上になったときに圧力を解放するための単一の安全弁１０が配設され、また単電池６の温度を検出する温度検出センサを装着するセンサ装着穴１１が適当な単電池６の極板群５の上端に接するように凹入形成されている。
【００２１】
各電槽３の長側面が一平面を成す一体電槽２の長側面１２には、各電槽３の両側端に対応する位置に上下方向に延びるリブ１３が突設されており、かつリブ１３、１３間には適当ピッチ間隔でマトリックス状に多数の比較的小さな円形の突部１４が突設されている。これらリブ１３と突部１４は同じ高さである。さらに、電槽３の上端部と蓋体４の側面には、リブ１３の延長位置及び突部１４の配置位置に対応してそれらの側面間にわたるように、リブ１３及び突部１４と同じ高さの連結リブ１５ａ及び１５ｂが形成されている。また、一体電槽２の長側面１２の両端近傍の２つのリブ１３の外面の上部と下部に、一体電槽２をその長側面１２で互いに重ねた時に相互に嵌合する複数の位置決め用の突部１６と凹部１７が設けられている。これらリブ１３、突部１４及び連結リブ１５ａ、１５ｂは、一体電槽２を並列配置したときにそれらの間に各電槽３を効率的にかつ均一に冷却するための冷媒通路を形成する。
【００２２】
上記極板群５について、図３〜図６を参照して詳細に説明する。図３、図４において、多数枚の正極板１８と多数枚の負極板１９とを交互に配置するとともに、各正極板１８に横方向に開口部を有する袋状のセパレータ２０を被せることにより正極板１８と負極板１９の間にセパレータ２０を介装した状態で積層して極板群５が構成されている。図３で、斜線で示した領域は正極板１８と負極板１９がセパレータ２０を介して対向して発電作用を発揮する領域を示している。これら正極板１８群と負極板１９群は互いに反対側の側縁部が外側に突出されてその突出側縁部がリード部１８ａ、１９ａとして構成され、その側端縁にそれぞれ集電板３１、３２が溶着されている。各集電板３１、３２は、その両側縁を内側に折り曲げ、極板１８、１９と集電板３１、３２の溶着時に加圧しても外側に広がらないように、正極板１８群及び負極板１９群を挟持するとともに、寸法規制している。２３は、極板群５の集電板３１、３２間の外面に配設された外周セパレータである。
【００２３】
正極板１８はＮｉの発泡メタルから成るとともに、図５に示すように、リード部１８ａは発泡メタルを加圧して圧縮するとともにその一面にリード板２４を超音波溶接でシーム溶接して構成されている。また、負極板１９は、図６に示すように、Ｎｉのパンチングメタルにリード部１９ａを除いて活物質を塗着して構成されている。これら正極板１８及び負極板１９は、リード部１８ａ、１９ａを設けた側辺の長さをＬ、それと直交する方向の側辺の長さをＤとして、ＬはＤより大きくかつ４Ｄ以下となるように設定されている。
【００２４】
２９は、リード部１８ａ、１９ａにそれぞれ上下に適当間隔あけて形成された一対の位置決め穴で、この位置決め穴に位置決めピンを挿通してリード部１８ａ、１９ａの側端縁を押圧することにより、リード部１８ａ、１９ａの側端縁を揃え、この側端縁と集電板３１、３２を確実にかつ均等に溶着できるようにしている。
【００２５】
また、単電池６、６を直列接続する接続構成は、図７に示すように、集電板３１、３２の上端部に、電槽３の短側面の上端部に貫通形成した接続穴７に嵌入する接続突部３３を突出形成し、これら接続突部３３の先端を溶接して隣り合う単電池６、６の集電板３１、３２を接続している。なお、両端の電槽３の集電板３１又は３２と接続端子８との間の接続は、接続端子８の接続突部２６と接続突部３３の先端を溶接して接続している。また、短側面の両側の集電板３１、３２の接続突部３３又は接続端子８の接続突部２６の周囲に環状溝３４を形成してそれぞれ短側面との間のシールを行うＯリング２８を配設している。これらの環状溝３４に装着されたＯリング２８にて接続穴７は２重にシールされている。
【００２６】
上記接続突部３３は、図７（ｂ）に詳細に示すように、集電板３１、３２のプレス成形によって一面側に突出成形され、その中心部に最も突出する溶接突部３５が形成されている。そして、接続突部３３の先端の溶接突部３５、３５同士を溶接する時には、図７（ａ）に示すように、接続突部３３の突出側とは反対側の凹部３６内に挿入されて溶接突部３５の裏面を押圧する突起部４０ａを先端に形成した溶接電極４０を用いて溶接される。
【００２７】
以上の構成の集合型二次電池１においては、直方体状の複数の電槽３をその短側面で相互に一体的に連結して成る一体電槽２を構成し、かつ各電槽３の上面開口を蓋体４にて一体的に閉鎖し、電槽３、３間の短側面の上端部に形成した接続穴７に、両側の極板群５の集電板３１、３２の接続突部３３を挿入してその先端同士を溶接して接続しているので、隣接する単電池６の接続を一体電槽２の内部で行うことができ、外部に接続構成が露出しないので、集合型二次電池１の設置スペースをコンパクトにすることができる。
【００２８】
また、極板群５を構成している集電板３１、３２のプレス成形によって突出成形された接続突部３３にて、隣接する電槽３の極板群５、すなわち単電池６を直列接続しているので、接続部品を別途に必要とせず、少ない部品点数で低コストにて簡単に接続することができ、また接続突部３３が集電板３１、３２と一体でありかつ１箇所の溶接で接続されているので、電気抵抗の極めて少ない接続が可能となる。すなわち、本発明に至る前段階で、図１０に示すように、電槽３の短側面の接続穴７に挿入される接続突部６２を一面の中央部に突設し、その周囲にＯリング２８を装着する環状溝６３を形成して成る一対の接続金具６１を用い、集電板３１、３２の上端部間にこれらの接続金具６１、６１を配置し、溶接電極６４、６４間で挟圧して通電することによって、集電板３１、３２の上端部と接続金具６１の間及び接続突部６２、６２間の３箇所を同時に溶接して接続するようにしたものが考えられていたが、その場合一対の接続金具６１が別途に必要となるとともに、３箇所で溶接接続しているため抵抗値が比較的大きくなるという問題があった。これに対して、本実施形態ではその問題を解消できるとともに、接続金具６１のような微小部品の取扱いが不要となって組付作業の作業性も向上でき、低コストにて構成できる。
【００２９】
また、接続突部３３の先端の溶接突部３５、３５同士を溶接する時に、上記のように突起部４０ａを有する溶接電極４０を用いることによって、溶接突部３５に加圧力が集中して溶接性が良好となり、電気抵抗の小さい接続部が高い信頼性をもって得ることができる。
【００３０】
さらに、両端の電槽３の外側の短側面においても、同様の接続突部２６を有する接続端子８と集電板３１または３２を両側に配置してそれらの接続突部２６と３３の先端同士を溶接することにより、電槽３とその外部との接続をコンパクトな構成でかつ簡単に行うことができる。
【００３１】
また、集電板３１又は３２の接続突部３３や接続端子８の接続突部２６の周囲に短側面との間のシールを行うＯリング２８を配設しているので、短側面の両側で２重にシールすることができ、使用中の液漏れを確実に防止できる。
【００３２】
また、本実施形態では各単電池６の極板群５において、正極板１８群と負極板１９群の互いに反対側の側縁部を対向部分から外側に突出させてその突出部をリード部１８ａ、１９ａとし、そのリード部１８ａ、１９ａに対してその全長にわたって集電板３１、３２を固着しているので、極板１８、１９の全面から集電板３１、３２部までの平均距離を短くでき、その結果電池内抵抗値を小さくできるとともに電極活物質の利用率が高くなって電池出力を向上することができる。
【００３３】
また、極板１８、１９群のリード部１８ａ、１９ａの側端縁を集電板３１、３２に固着することにより極板１８、１９群を保持しているので、コンパクトな構成で極板１８、１９群を保持でき、発電領域の面積を大きくとれ、電池容量を大きくできる。
【００３４】
また、各極板１８、１９はリード部１８ａ、１９ａを設けた側辺の長さＬと、それと直交する側辺の長さＤを、Ｌ＞Ｄで、Ｌ≦４Ｄとしているので、極板の総面積に対してその全面から集電板３１、３２までの平均距離を一層短くできて上記効果をさらに大きく奏することができる。なお、Ｌ＞４Ｄとなると、縦横比が大きくなり過ぎて、集電板３１、３２の強度保持や電槽３の製造等に問題が発生する。
【００３５】
また、互いに隣り合う電槽３、３の隣接端部において、蓋体４に通孔９を形成するとともに、蓋体４上にこれら通孔９、９間を連通する連通路２２を形成した連通蓋２１が溶着されており、これによって各電槽３の間の内部圧力を均一化して一部の電槽３の内部圧力の上昇によってその単電池６の寿命が低下し、それに伴って集合型二次電池１全体の寿命が短くなるのを防止するとともに、蓋体４に単一の安全弁１０を設けるだけで良くして、コスト低下を図ることができる。
【００３６】
次に、本発明の他の実施形態を、図８を参照して説明する。上記実施形態においては、接続突部３３の溶接突部３５同士の溶接時に、溶接突部３５の裏面を押圧する突起部４０ａを先端に形成した溶接電極４０を用いたが、本実施形態では、図８（ｂ）に詳細に示すように、集電板３１、３２の接続突部３３の凹部３６内に、凹部３６の周囲の板面と面一になるように補強部材３７を埋め込み配置している。
【００３７】
この構成によると、接続突部３３の先端の溶接突部３５の溶接時に、図８（ａ）に示すように、先端が平面の溶接電極４０を用いても溶接突部３５の溶接部に加圧力が集中して溶接性が良好となり、電気抵抗の小さい溶接接続部を高い信頼性をもって得ることができ、しかも先端が平面の溶接電極４０を用いることができるので、溶接電極４０の寿命が向上し、低コストにて製作できる。
【００３８】
次に、本発明のさらに別の実施形態を、図９を参照して説明する。本実施形態では、図９（ｂ）に詳細に示すように、集電板３１、３２の接続突部３３を、その先端中央部に若干の凹み３９が形成され、先端外周部に環状突出部３８を有する断面形状に形成している。
【００３９】
この構成によると、接続突部３３の先端同士の溶接時に、先端が平面の溶接電極４０を用いて接続突部３３の突出側とは反対側の周囲を加圧してもその加圧力は確実に突出先端外周部の環状突出部３８に伝達され、この環状突出部３８の当接部に加圧力が集中しかつ環状の溶接線となって大きな溶接面積が確保されるため溶接性が良好となり、電気抵抗の小さい接続部を高い信頼性をもって得ることができ、しかも上記のような補強部材３７を埋め込み配置しなくても、図９（ａ）に示すように、先端が平面の溶接電極４０を用いることができるので、安価な構成で溶接電極４０の寿命を向上でき、低コストにて製作できる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の二次電池によれば、以上の説明から明らかなように、直方体状の電槽内に、その長側面方向両端に正極と負極の集電板を有する極板群と電解液を収容して単電池を構成し、電槽の短側面に貫通形成した接続穴に嵌入する接続突部を集電板に設け、その電槽の短側面の外側に配置した同様の集電板又は接続端子に接続突部を設け、これら接続突部の先端を溶接して外部と接続するようにしたので、集電板に設けた接続突部によって隣接する電池間又は接続端子と接続でき、接続構成が簡単でかつ別の接続部品を必要とせずに接続できて低コストにて構成でき、また電池間の接続構成がコンパクトとなり、設置スペースをコンパクトにできる。
【００４１】
また、短側面の両側に配設された集電板又は接続端子の接続突部の周囲にそれぞれの外部との間のシールを行うシール材を配設すると、２重シールにて使用中の液漏れを確実に防止できる。
【００４２】
また、集電板の接続突部を、集電板のプレス成形によって一面側に突出成形すると、集電板と一体で電気抵抗の極めて少ない接続突部を生産性良く形成でき、接続突部を有する集電板を安価に製作できる。
【００４３】
また、集電板の接続突部の他面側の凹部に、凹部の周囲の板面と面一になるように補強部材を埋め込み配置すると、接続突部の先端の溶接時に、先端が平面の電極を用いても接続突部の先端の接続部に加圧力が集中して溶接性が良好となり、電気抵抗の小さい接続部を高い信頼性をもって得ることができ、しかも先端が平面の電極を用いることができるので、溶接電極の寿命が向上し、低コストにて製作できる。
【００４４】
また、集電板の接続突部を、その突出先端外周部に環状突出部を有する断面形状に形成すると、接続突部の先端の溶接時に、先端が平面の溶接電極を用いて接続突部の他面側の周囲を平面で加圧してもその加圧力は確実に突出先端外周部の環状突出部に伝達され、この環状突出部の接続部に加圧力が集中しかつ大きな溶接面積を確保できるため溶接性が良好となり、電気抵抗の小さい接続部を高い信頼性をもって得ることができ、しかも上記のような補強部材を埋め込み配置しなくても先端が平面の電極を用いることができるので、安価な構成で溶接電極の寿命を向上でき、低コストにて製作できる。
【００４５】
また、複数の電槽をその短側面で相互に一体的に連結して成る一体電槽を設けかつ各電槽の上面開口を蓋体にて一体的に閉鎖すると、隣接する単電池が一体電槽の内部で接続され、電池間の接続構成が外部に突出しないので設置スペースのコンパクトな集合型二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の集合型二次電池を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】同実施形態の部分縦断正面図である。
【図３】同実施形態の電極群の正面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図５】同実施形態における正極板を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図とその部分詳細図である。
【図６】同実施形態における負極板を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図とその部分詳細図である。
【図７】同実施形態における単電池間の接続部の構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は集電板の接続突部の詳細断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態における単電池間の接続部の構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は集電板の接続突部の詳細断面図である。
【図９】本発明のさらに別の実施形態における単電池間の接続部の構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は集電板の接続突部の詳細断面図である。
【図１０】本発明に至る前段階の単電池間の接続部の構成を示す縦断面図である。
【図１１】従来例の集合型二次電池の外観斜視図である。
【図１２】同従来例の単電池の部分破断斜視図である。
【符号の説明】
１  集合型二次電池
２  一体電槽
３  電槽
４  蓋体
５  極板群
６  単電池
７  接続穴
８  接続端子
２６  接続突部
２８  Ｏリング（シール材）
３１  集電板
３２  集電板
３３  接続突部
３６  凹部
３７  補強部材
３８  環状突出部
【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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【図１１】
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【図１２】
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