(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池の電気化学的要素を保持する並んだセルを有し、該セルが端部を有する仕切り部により分離された、再結合可能な密封型の鉛蓄電池用のプラスチック製容器において、
仕切り部の端部に隣接する位置に配置された互いに向かい合っている２つの側壁と、各端部壁が両端のセルに隣接して配置された互いに向かい合っている該２つの端部壁とを更に備え、
該端部壁の少なくとも１つが、基部分と、水平方向の底部２８と平行な線に対して＋４５°の角度にて配置された第１の一連のリブと、水平方向の底部２８と平行な線に対して−４５°の角度にて配置された第２の一連のリブとを備え、これら両方のリブが、前記基部分と一体に成形され、
またこれら両方のリブにより、鉛蓄電池を使用する間、該リブが前記端部壁の撓みを減少させる機能を果たす、容器。
【請求項２】
請求項１の容器において、水平方向の底部２８と平行な線に対して＋４５°の角度にて配置された少なくとも４つのリブと、水平方向の底部２８と平行な線に対して−４５°の角度にて配置された少なくとも４つのリブとを備える、容器。
【請求項３】
請求項１の容器において、前記両方のリブの各々が、頂部分と、側部とを有し、該頂部分が丸味を付けた上面を有する、容器。
【請求項４】
請求項３の容器において、頂部分の丸味を付けた上面が１．５２４ｍｍ（０．０６０インチ）乃至３．０４８ｍｍ（０．１２０インチ）の半径を有する、容器。
【請求項５】
請求項３の容器において、前記両方のリブの各々の頂部分が３．１７５ｃｍ（１・１／４インチ）以下、隔てて配置される、容器。
【請求項６】
請求項１の容器において、前記第１の一連のリブの頂部分が平行であり且つ２．５４ｃｍ（１インチ）、隔てて配置され、前記第２の一連のリブの頂部分が平行であり且つ２．５４ｃｍ（１インチ）、隔てて配置される、容器。
【請求項７】
請求項１の容器において、端縁が１．５２４ｍｍ（０．０６０インチ）の半径を有する、容器。
【請求項８】
請求項１の容器において、耐衝撃性のエチレン−プロピレン共重合体にて成形される、容器。
【請求項９】
請求項１の容器において、前記端部壁の各々が、前記容器の底部に隣接する位置に配置される１以上のリブを有し、このリブがその両端で側壁にも隣接し、該リブが前記端部壁の下端縁に沿って基部分に向けて下方に角度が付けられる、容器。
【請求項１０】
請求項３の容器において、前記側部が、基部分に対して直角に伸長する平面に対してある角度にて基部分に向けて下方に且つ外方に伸長し、前記側部の各々が、丸味を付けた１つの端縁にて基部分と交わる、容器。
【請求項１１】
請求項１の容器において、水平方向の底部２８と平行な線に対して＋４５°の角度にて配置された少なくとも４つのリブと、水平方向の底部２８と平行な線に対して−４５°の角度にて配置された少なくとも４つのリブとを備える、容器。
【請求項１２】
請求項１１の容器において、丸味を付けた頂部分が１．５２４ｍｍ（０．０６０インチ）乃至３．０４８ｍｍ（０．１２０インチ）の半径を有する、容器。
【請求項１３】
請求項１１の容器において、端縁が１．５２４ｍｍ（０．０６０インチ）の半径を有する、容器。
【請求項１４】
請求項１１の容器において、リブの側部が３．１７５ｃｍ（１・１／４インチ）以下、隔てて配置される、容器。
【請求項１５】
請求項１１の容器において、前記第１の一連のリブの頂部分が平行であり且つ２．５４ｃｍ（１インチ）、隔てて配置され、前記第２の一連のリブの頂部分が平行であり且つ２．５４ｃｍ（１インチ）、隔てて配置される、容器。
【請求項１６】
請求項１１の容器において、前記端部壁の各々が、前記容器の底部に隣接する位置に配置される１以上のリブを有し、このリブがその両端で側壁にも隣接し、該リブが前記端部壁の下端縁に沿って基部分に向けて下方に角度が付けられる、容器。
【請求項１７】
請求項１１の容器において、耐衝撃性のエチレン−プロピレン共重合体にて成形される、容器。
【請求項１８】
請求項１１の容器において、水平方向の底部２８と平行な線に対して＋４５°の角度にて配置された少なくとも６つのリブと、水平方向の底部２８と平行な線に対して−４５°の角度にて配置された少なくとも６つのリブとを備える、容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、全体として、鉛蓄電池用のバッテリ容器、より具体的には、再結合可能な密封型鉛蓄電池における容器の端部パネルの歪みを最小にする鉛蓄電池容器の設計に関する。
【０００２】
【発明の背景】
鉛蓄電池及びセルは、実質的に永年に亙って公知であり且つ比較的多岐に亙る用途にて商業的に採用されている。かかる用途は、自動車、トラック及びその他の車両用（「ＳＬＩバッテリ」と称されることがしばしばである）からマリン及びゴルフカートの用途まで、また、色々な静止型及び可動の電源用途（「工業用バッテリ」の用途と称されることもある）の始動、照明及び点火に及ぶ。
【０００３】
鉛−酸の電気化学的装置は、許容可能な品質を提供する一方にて、自動的な製造方法にて製造することのできる信頼性の高いエネルギ源を提供する。この場合、鉛蓄電池容器は、全体として、射出成形したプラスチック部品として大量に製造される。鉛蓄電池容器は、鉛蓄電池の外側における６つの側部の内、５つを有しているため、この鉛蓄電池容器は、鉛蓄電池の最終的な寸法及びその表面的な外観の殆んどを左右する。鉛蓄電池の外観を別にして、容器の上方開口部の寸法は、適正な作動を可能にし且つ漏洩を防止するため、容器と鉛蓄電池の蓋との間にシールを許容するのに十分に正確でなければならない。
【０００４】
しかしながら、使用中、鉛蓄電池は、極めて高い作動温度及び圧力を発生させ、又はかかる温度及び圧力にさらされる可能性がある。鉛蓄電池、特に、再結合式の密封型鉛蓄電池のセル内での電気化学的反応の結果、高圧力及び高温度が生ずる。達成される正確なパラメータは、特定の鉛蓄電池の設計に基づいて相違し、例えば、鉛蓄電池の内部圧力は、２０．６８（３ｐ．ｓ．ｉ．）乃至４１．３７ｋｐａ（６ｐ．ｓ．ｉ．）の程度になる一方、温度は９３．３３℃（２００°Ｆ）以上になる可能性がある。
【０００５】
鉛蓄電池内部のこうした高圧力及び高温度は、鉛蓄電池容器を撓ませ且つ変形させる可能性がある。この撓みは、セルの間の仕切り部が鉛蓄電池を横断して側壁から側壁に伸長する限り、容器の側壁に沿って真っ直ぐにすることができる。従って、その撓みを真っ直ぐにするための内部仕切り部が存在しない、容器の端部壁にてかかる撓みは大きく生じる。本発明の譲受人のグループ２７鉛蓄電池を試験したとき、垂直なリブを有する容器の端部壁の撓みの測定値は、６．８９ｋｐａ（１ｐ．ｓ．ｉ．）のとき、２．１５９ｍｍ（０．０８５インチ）、２０．６８ｋｐａ（３ｐ．ｓ．ｉ．）のとき、５．９９４ｍｍ（０．２３６インチ）、及び３４．４７ｋｐａ（５ｐ．ｓ．ｉ．）のとき、８．６８７ｍｍ（０．３４２インチ）であった。
【０００６】
この撓みは、鉛蓄電池の性能及び表面的な外観に悪影響を与える可能性がある。端部壁が撓むと、セルは膨張して、プレートが分離し且つ引き離れることを許容する。このセルの圧縮状態が低下する結果、これに対応して鉛蓄電池の性能も低下する。更に、端部壁の撓みは、鉛蓄電池の有効長さを増し且つその全体的な魅力を劣化させることになる。苛酷な場合、プラスチック製容器は、大きい撓み且つ応力が生じる箇所にて亀裂を生じ、漏洩の原因となることがある。
【０００７】
この問題点は、鉛蓄電池の環境上の条件により悪化することがある。例えば、現在の車両、特に、自動車は、空気力学的スタイルを重視しており、また、多岐に亙るドライバの快適さのための機能及び安全装置が設けられている。これらの機能の結果、かかる車両は多くの状況にてアンダーフードのエンジン温度が極めて高温の状態にて運転されることになる。空気がほとんど動かず、又はエンジンファンが高温の空気を鉛蓄電池に直接、吹き付ける箇所であるアンダーフード室の前面側に鉛蓄電池が配置されることがある。従って、停発進を繰り返す運転時、又は車のエンジンがアイドリングしている間、通常、空気の動き又は風の動きはほとんど無く、このため、米国のある地域において、アンダーフードの空気温度は９３．３３℃（２００°Ｆ）以上となることもしばしばである。このため、こうした温度上昇は、運転中、鉛蓄電池の容器が撓む更なる原因となる。
【０００８】
２０世紀の初期から１９６０年代まで、鉛蓄電池容器は、場合によっては、フィルタとして石炭を使用して、成形した硬質なゴムで製造していた。場合によっては、その成形したゴム製の容器は、取り扱いを容易にし又は容器の壁を真っ直ぐにするため、木製の箱が取り巻くようにしていた。更に、容器は成形したゴム製であるため、その容器は、その撓みを最小にし得るように、より厚い寸法となるように容易に成形できる。しかしながら、再結合可能な密封型鉛蓄電池は、開発されておらず、１９７０年代の後期及び１９８０年代の初期迄、商業的に使用されていなかった。従って、プラスチック製の鉛蓄電池容器が登場する前には、成形した硬いゴム製の容器を利用する鉛蓄電池の場合、高圧の内部圧力は問題とならなかった。従って、通常、成形したゴム製容器の場合、使用中に鉛蓄電池が高圧の内部圧力又は温度を発生することに起因する端部壁の撓みは、設計上、考慮すべき事柄ではなかった。しかし、成形ゴム製の容器にはある不利益な点があった。容器の壁が厚く且つ高密度であるため、これらの壁は比較的重い。更に、かかる容器は比較的弱体であった。
【０００９】
成形プラスチック製の容器は、寸法及び重量の点にて有利である一方、プラスチックの成形は、特に、再結合可能な密封型鉛蓄電池において、特定の加工及び設計上の制約を課す。特に、成形プラスチック製の容器は、幾何学的形態及び部品の厚さに依存して、異なる収縮ファクタを呈する。その結果、成形した硬質ゴム製の容器の設計の場合と相違して、煩わしい成形上の困難さを伴うことなく、鉛蓄電池容器の端部壁の肉厚を、容器のセル間の側壁又は仕切り部の厚さよりも著しく厚くすることはできない。従って、鉛蓄電池の設計者は、容器の壁の撓みを少なくすべく鉛蓄電池の容器内に垂直方向及び水平方向のリブ部分を内蔵することがある。しかしながら、かかる設計上の特徴は、限られた程度しか成功していない。
【００１０】
【発明の目的】
従って、本発明の主目的は、端部壁の撓みが従来の端部壁におけるよりも小さいことを実証する、再結合可能な密封型の鉛蓄電池用の容器を提供することである。本発明のより具体的な目的は、使用中、所望の寸法を実質的に保持する鉛蓄電池の容器を提供することである。
【００１１】
本発明の更なる目的は、経済的に製造することのできる、再結合可能な密封型の鉛蓄電池用の鉛蓄電池容器を提供することである。より具体的な一つの目的は、従来のプラスチック材料及び従来の射出成形技術を使用して、短い成形時間にて成形することのできる再結合可能な密封型の鉛蓄電池を提供することである。本発明の追加的な一つの目的は、その加工に必要な工場の労力が少なくて済む再結合可能な密封型の鉛蓄電池用の鉛蓄電池容器を提供することである。
【００１２】
関連する一つの目的は、良好な材料の特徴を示す設計である、再結合可能な密封型の鉛蓄電池用の容器を提供することである。
【００１３】
【発明の概要】
本発明の上記及びその他の目的を実現するため、端部壁の少なくとも１つの壁の構造体が一体に成形された一連のリブを有する基部分を備える、再結合可能な密封型の鉛蓄電池用のプラスチック製容器が提供される。これらのリブは、水平線に対してほぼ＋／−４５°の角度にて配置されている。好ましくは、実質的に平行な少なくとも４つ以上のリブが格子状の配置状態にて設けられるようにする。このように、これらのリブは、基部分に沿って菱形の形状の平坦な部分の配置状態を画成する。
【００１４】
リブと関係した全ての端縁は丸味を付ける、すなわち、各リブの頂部分に及びリブの側部が菱形の端縁と交わる線に丸味を付けることが好ましい。同様に、菱形の隅部は丸味を付け、またリブが交差する部分内まで丸味を付ける。
【００１５】
このように、これらのリブは、端部壁の厚さを均一に増すことなく、端部壁の有効強度及び厚さを増すことが理解される。更に、リブの丸味を付けた特徴は、製造コストを最小にする多くの加工上の利点をもたらす。第一に、成形中、プラスチック成形品の流れが増し、その結果、多孔度の小さい部品が得られ且つより迅速な成形時間となる。更に、本発明の設計にて成形された容器は離型が容易であり、サイクル時間を短縮し且つスクラップ部品が発生する機会を最小にする。更に、更なる加工中、端部壁の丸味を付けた隅部が保持する水量は最小となり、製造工場の労力を更に節減する。
【００１６】
同様に、丸味を付けた特徴を有するリブ隅部と相違して、四角の隅部を有するリブ端縁は、端部壁が外方に拡張する程度を少なくする作用を果たす一方、四角の隅部を有する対角状のリブを備える端部壁が設けられた鉛蓄電池容器の加工上の特徴は、丸味を付けた端縁を有するものと比較して好ましさの程度が劣る。例えば、かかる四角の端縁が設けられたリブを有する容器は、丸味を付けた端縁を有する容器のように容易に離型することができない。更に、製造加工及び取り扱い中、鉛蓄電池の容器が接触するとき、こうした鋭利な隅部に切損が生じる可能性がある。このことは、鉛蓄電池容器の表面的な外観を損なうのみならず、実際に、容器を著しく損傷させ、その結果、性能上の問題を招来する可能性もある。
【００１７】
【好ましい実施の形態の説明】
次に、図面を参照すると、図１には、頂部分１２と、容器１４とを備える鉛蓄電池１０の斜視図が図示されている。図示した実施の形態は頂部端子鉛蓄電池であり、従って、頂部分１２は、バッテリ端子１６、１８と、換気構造体２０とを備えている。しかしながら、端子が鉛蓄電池の一側部に沿って（側部端子鉛蓄電池におけるように）又は鉛蓄電池の頂部分及び一側部の双方に沿って（二重端子鉛蓄電池におけるように）端子が配置された一つの代替的な端子構造体を提供することもできる。
【００１８】
鉛蓄電池容器１４は、セル仕切り部２２により一連の内部セルに仕切られている。図示するように、自動車用ＳＬＩ鉛蓄電池用に勿論、通常であるように、１２ボルトのバッテリ用として、鉛蓄電池１０の化学的要素を内蔵する６つのセルが設けられ、また、６ボルトのバッテリ用として、３つのセルのみが使用され、その他も同様である。セルの仕切り部２２は、容器の側壁２６と容器の底部２８との間を伸長し（図７参照）、容器１４と一体に成形されることが好ましい。このように、使用中、セル仕切り部２２は側壁２６及び底部２８を真っ直ぐにし、鉛蓄電池の作動に伴う高圧力及び高温度に起因するその拡張を制限することが理解されよう。
【００１９】
本発明によれば、容器１４の端部壁３０は、一体に成形された構造体であり、基部分３２を有し、該基部分３２からは、同様に、作動中、容器１４の端部壁３０を真っ直ぐにする一連のリブ３４が伸長している。本発明の一つの重要な特徴によれば、リブ３４は、鉛蓄電池の容器１４の水平方向底部２８に対して直角の角度以外の角度にて、すなわち対角状に配置されている。このようにして、リブ３４は、リブ３４が基部分３２と交わる箇所である略菱形の形状の比較的平坦な一連の箇所３８を有するハニカム型の形態を呈する。図面に図示するように、容器１４の水平方向底面に対して約＋／−４５°の角度に配置されたリブ３４は、容器の端部壁３０に対して付与される撓み力に対して最良の抵抗力を提供することが分かった。しかしながら、＋／−４５°よりも僅かに大きく又は小さい角度に配置されたリブもまた、その効果の程度は僅かに劣るものの、撓み抵抗性を向上させることも理解されよう。
【００２０】
使用中、容器１４の端部壁３０の撓みを効果的に最小にするためには、十分な数のリブを内蔵しなければならない。内蔵されるリブ３４の数は、間隔及び容器の端部壁３０の高さ及び幅に依存する。好ましくは、リブ３４の頂部分４０はほぼ３．１７５ｃｍ（１．２５インチ）以下だけ隔たっているようにする。現在の好ましい設計において、６つのリブ３４が各々＋４５°及び−４５°の角度に配置され、リブ３４の頂部分４０が隔てられる距離が２．５４ｃｍ（１インチ）以下であるようにしてある。しかしながら、当業者には、所望の強度が得られる限り、リブ３４の間隔及び数は変更可能であることが理解されよう。
【００２１】
容器３０の色々な部分の収縮率の差を最小にするため、容器の側壁２６及び端部壁３０の基部分３２は、実質的に同様の厚さとし、仕切り部２２よりも厚くならないようにする。このようにして、容器の端部壁２６、３０は、成形中、実質的に等しい相対的な幾何学的形態を保持し、所望の寸法の見栄えの良い成形部品を最終的に製造することを可能にする。このように、リブ３４は、端部壁３０の収縮に与える影響が最小限であるようにする一方にて、内部力に起因する撓みに対する端部壁３０の抵抗性を増大させることが当該技術分野の当業者に理解されよう。
【００２２】
この容器の設計の好ましい実施の形態において、容器の側壁２６はほぼ３．８１ｍｍ（０．１５０インチ）の厚さを有する一方、仕切り部２２は、頂端縁にて１．６５１ｍｍ（０．０６５インチ）の厚さを有し、また、底部にて３．３０２ｍｍ（０．１３０）乃至３．５５６ｍｍ（０．１４０インチ）の厚さを有している。容器の端部壁の基部分３２は、ほぼ５．３３４ｍｍ（０．２１０インチ）の厚さを有する。リブ３４の厚さは、ほぼ４．４４５ｍｍ（０．１７５インチ）である。この設計のグループ２７の鉛蓄電池において、端部壁３０の撓みは、１３．７９ｋｐａ（２ｐ．ｓ．ｉ．）のとき、約０．３５６ｍｍ（約０．０１４インチ）、２７．５８ｋｐａ（４ｐ．ｓ．ｉ．）のとき、約０．７１１ｍｍ（約０．０２８インチ）、４１．３７ｋｐａ（６ｐ．ｓ．ｉ．）のとき、約１．１４３ｍｍ（約０．０４５インチ）であった。従って、本発明の教示に従って製造した容器は、垂直なリブ（本明細書の背景部分に記載した）を有する標準的設計の容器よりも撓みが著しく小さかった。
【００２３】
本発明の別の重要な特徴によれば、容器１４の製造に伴う成形を容易にし且つコストを最小にするため、リブ構造体の隅部の各々には丸味が付けられる。図５から理解し得るように、リブ３４は、その頂部分４０に沿って及び側部４１が基部分３２と交わる箇所である交差部分すなわち端縁４２に沿って丸味を付けることが好ましい。更に、菱形の形状の平坦な箇所３８の隅部は、同様に、隅部にて丸味を付け且つ図４に最もよく図示するように、リブ３４の交差部分４４内まで丸味を付ける。好ましい実施の形態において、菱形の形状の平坦な箇所３８の隅部（すなわち、リブ３４の交差部分３４）は、ほぼ２．２８６ｍｍ（０．０９０インチ）の半径ｗを有し、リブ３４の頂部分４０は、ほぼ２．２８６ｍｍ（０．０９０インチ）の半径ｘを有し、基部分における内端縁４２は、約１．５２４ｍｍ（０．０６インチ）の半径ｙを有し、頂部分４０の側部は垂直線からほぼ９°の勾配角度ｚを有する。好ましい実施の形態について特定した寸法は、勿論、単に数値の一例にしか過ぎないことが当該技術分野の当業者に理解されよう。これら数値は、変更して本発明の範囲内で同様の所望の結果を実現するようにすることができる。例えば、リブ３４の頂部分４０は、通常、１．５２４ｍｍ（０．０６０インチ）乃至３．０４８ｍｍ（０．１２０インチ）の範囲の半径ｘを有することができる。また側部４１が、基部分３２に対して直角に伸長する平面に対してある角度にて基部分３２に向けて下方に且つ外方に伸長し、側部４１の各々が、丸味を付けた１つの端縁にて基部分３２と交わっている。
【００２４】
容器１４のこれらの丸みを付けた特徴は、より鋭角な端縁を有する場合に可能であるよりもより容易に離型できる部品を提供することが更に理解されよう。更に、丸味を付けた端縁は、加工中、水を保持する量が最小である。その結果、本発明の設計は、容器１４の製造に伴う工場の労働コストを節減することになる。
【００２５】
部品の丸味を付けた端縁は、鋳型内でプラスチックの流れを最適にすることが更に理解されよう。その結果、成形した部品は、優れた密度の特徴を呈する。より具体的には、成形部品は、四角の特徴を有する端縁にて成形された部品よりも多孔度が小さい。更に、鋳型内の向上した流れ特性の結果、成形時間がより迅速となり、製造コストを更に最小とする。
【００２６】
リブ３４は、端部壁３０が均一な厚さの構造体でない場合であっても、端部壁３０の有効厚さを更に増すことになることが理解されよう。鉛蓄電池１０の当初の設置面積を保つため、容器１４の底部２８に隣接する端部壁３０の端縁に沿ったリブ３４は、図１に最もよく図示するように、基部分３２に向けて角度が付けられている。
【００２７】
図１乃至図３に最も良く図示するように、容器１４の側壁２６に向けて配置されたリブ３４の交差部分４４ａは、端部壁３０の外端縁から僅かに内方の位置に配置されている。好ましくは、これら交差部分４４ａの高さは、端部壁の端縁まで外方に伸長するようにする。このようにして、側壁２６との臨界的な接続部に沿って、端部壁３０に対して追加的な強度が提供される。
【００２８】
図１及び図２に図示するように、ハンドル用の取り付け箇所４８は、端部壁３０の上方部分に沿って配置されている。しかしながら、適当なハンドルの設計及び取り付け位置が利用可能であることが理解されよう。
【００２９】
本発明に従って鉛蓄電池の容器を成形するために所望の特徴を有する任意の熱可塑性材料及びフィラーを利用することができる。周知であるように、ＳＬＩ鉛蓄電池用に現在、使用されている材料は、ポリプロピレンが主要成分であるエチレン−プロピレン衝撃改質共重合体から成っている。
【００３０】
要するに、本発明は、使用中に発生される内部圧力、内部温度及び外部温度に起因する端部壁の変形に対する抵抗性を増大させる容器の設計を提供するものである。リブ構造体は、端部壁の厚さを均一に増すことなく、端部壁の有効厚さ及び強度を増す。従って、この容器は、収縮率の差に関係する成形の困難さを最小にして製造することができる。更に、リブが基部分に交わる実質的に全ての箇所にて丸味を付けた端縁は、良好な材料の流れ特徴、容易に離型した部品を実現し、及び加工中の水の保持量を最小にし、これにより、容易に且つ経済的に製造した部品を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の教示を具体化するプラスチック製鉛蓄電池容器を含む鉛蓄電池の斜視図である。
【図２】  図１の鉛蓄電池の側面図である。
【図３】  図２に図示した鉛蓄電池の下左側隅部の拡大部分図である。
【図４】  図３の線４−４に沿った部分断面図である。
【図５】  図３の線５−５に沿った部分断面図である。
【図６】  図１に図示した鉛蓄電池容器の端部壁の拡大部分斜視図である。
【図７】  図１の線７−７に沿った鉛蓄電池容器の断面図である。
【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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