(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底矩形筒形状の電槽内に発電要素を収容してその開口部を封止して成る単電池を複数個直列配置した集合型密閉二次電池において、直列配置された複数個の単電池を冷却ボックス内に収容配置するとともに冷却ボックスの上面開口及び各単電池の電槽の開口部を一体型の蓋体にて封止し、冷却ボックスの単電池配置方向に対してその両側の内壁面と各単電池の両側面との間と各単電池の電槽間とに相互に連通させて冷却媒体通路を形成したことを特徴とする集合型密閉二次電池。
【請求項２】
蓋体は、下端が各単電池の電槽及び冷却ボックスの上端に接合されるとともに各単電池の電槽の開口部を各別に区画する梯子状枠体から成りかつ隣接する単電池を電気的に接続する接続体を配設された中間蓋と、中間蓋の上端に接合された外蓋とからなることを特徴とする請求項１記載の集合型密閉二次電池。
【請求項３】
単電池の電槽、蓋体及び冷却ボックスが合成樹脂製で溶着にて相互に接合されて一体化されていることを特徴とする請求項１又は２記載の集合型密閉二次電池。
【請求項４】
冷却ボックスの単電池配置方向に対してその両側の両側壁から単電池配置方向に適当間隔置きに電槽間の冷却媒体通路内に位置する係止部を延設し、係止部が係合する突起を電槽から突設したことを特徴とする請求項１記載の集合型密閉二次電池。
【請求項５】
係止部は、上方に向けて両側方に階段状に大きく切り欠いた階段状隔壁の各角部に上向きに突出形成したことを特徴とする請求項４記載の集合型密閉二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単電池を複数個直列配置して一体電槽としてなる集合型密閉二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の集合型密閉二次電池としては、特開平７−８５８４７号公報に開示されたものが知られている。その集合型密閉二次電池６１は、図１６に示すように、有底矩形筒形状に形成された電槽６３内に発電要素を収容し、電槽６３の開口部を蓋体６４により封止してなる単電池６２を複数個直列配置し、これら単電池６２の電槽６３を端板６５及び拘束バンド６６にて緊締状態で連結し、また各単電池６２の正極端子６７及び負極端子６８を蓋体６４を貫通させて上方に突出させ、これら端子６７、６８を電気接続バー６９で順次直列に接続した構造となっている。
【０００３】
また、特開平６−２１５８０４号公報には、プラスチック製の電槽と蓋体を熱溶着したモノブロック蓄電池において、その電槽の２つの対向する側壁の外面にそれぞれ内側に凹入空間を形成した側板を熱溶着して電槽の側壁と側板との間に冷却ジャケット部を構成し、側板の両端部の上部に冷却液体の入口オリフィスと出口オリフィスを設けたものが開示されている。
【０００４】
また、特開昭６１−４５５７１号公報には、モノブロック電槽のセル間の隔壁に上下に貫通する冷却通路を設けるとともにその上下に冷却媒体を流入・排出用のヘッダを設け、各セル毎に分離された蓋体を設けたものが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−８５８４７号公報の集合型密閉二次電池では、各単電池が密接配置されて緊締されているので、周囲温度が高い場合や大電流で充放電した場合に各単電池からの放熱が十分に行われず、電池温度が上昇して電池寿命が低下するばかりでなく、さらに温度が上昇して電槽を構成する合成樹脂の耐熱温度までに達し、電槽が損傷する恐れがあるという問題がある。
【０００６】
これに対して、特開平６−２１５８０４号公報の蓄電池では、電槽の両側面が冷却ジャケット部で冷却されるため、ある程度温度上昇を抑制できるが、図１６のように単電池を集合した二次電池では、単電池間を冷却できないために、単電池の温度上昇を十分に抑制できないという問題があり、また側板を溶着して冷却ジャケット部を構成しているので、単電池を集合した二次電池では特に溶着工程数が多くかつ複雑となり、また冷却媒体のシール性を確保するのが困難であるという問題がある。
【０００７】
また、特開昭６１−４５５７１号公報の蓄電池では、モノブロック電槽におけるセル間の隔壁における上下の冷却通路を形成した部分は強制冷却されるが、各セルの外側面の全体を強制冷却するものでないために冷却効果が十分でなく、また電槽の構造が複雑であるために製造コストが高くなり、またセル毎に蓋体を設ける必要があって、組立工数が多くなってコスト高になる等の問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、安価な構成で各単電池を効果的に冷却でき、かつ密閉接合工程が簡単でシール性を良好に確保できる集合型密閉二次電池を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の集合型密閉二次電池は、有底矩形筒形状の電槽内に発電要素を収容してその開口部を封止して成る単電池を複数個直列配置した集合型密閉二次電池において、直列配置された複数個の単電池を冷却ボックス内に収容配置するとともに冷却ボックスの上面開口及び各単電池の電槽の開口部を一体型の蓋体にて封止し、冷却ボックスの単電池配置方向に対してその両側の内壁面と各単電池の両側面との間と各単電池の電槽間とに相互に連通させて冷却媒体通路を形成したものであり、冷却媒体通路を通る冷却媒体にて単電池間を含めて単電池のすべての側面を冷却媒体にて強制冷却できるため、すべての単電池を効果的に冷却することができて高い性能を確保でき、また冷却ボックス内に直列配置された複数個の単電池を収容配置しているのでその上部を一体型の蓋体にて封止するだけで高いシール性をもった冷却媒体通路を形成できるとともに、少ない部品数にてかつ上下方向だけの単純な密閉接合工程にて冷却媒体通路を形成でき、少ない組立工数で安価に性能及び信頼性の高い集合型密閉二次電池を得ることができる。
【００１０】
また、蓋体を、下端が各単電池の電槽及び冷却ボックスの上端に接合されるとともに各単電池の電槽の開口部を各別に区画する梯子状枠体から成りかつ隣接する単電池を電気的に接続する接続体を配設された中間蓋と、中間蓋の上端に接合された外蓋にて構成すると、冷却ボックスと電槽の上端に中間蓋を接合するとともに各単電池の発電要素と接続体を接続し、その上に外蓋を接合することによって、単電池が内部で相互に電気的に接続された集合型密閉二次電池を簡単に製造することができ、また中間蓋と冷却ボックスと電槽の接合によって冷却媒体通路を形成することができ、接続体部分で冷却媒体に対するシールを不要とすることができ、簡単な構成で信頼性の高い電気的接続を確保することができる。
【００１１】
また、単電池の電槽、蓋体及び冷却ボックスが合成樹脂製で溶着にて相互に接合されて一体化されていると、単電池を集合して一体電槽とした二次電池を上下方向だけの簡単な溶着によって生産性良く製造することができる。
【００１２】
また、冷却ボックスの単電池配置方向に対してその両側の両側壁から単電池配置方向に適当間隔置きに電槽間の冷却媒体通路内に位置する係止部を延設し、係止部が係合する突起を電槽から突設すると、突起と係止部の係合によって冷却ボックスの両側壁の外方への変位が防止され、冷却ボックスの両側壁を単電池の電槽に溶着しなくても、十分な強度をもって冷却ボックスの両側壁が両側の冷却媒体通路の内圧によって膨らむのを防止することができる。
【００１３】
また、上記係止部を、上方に向けて両側方に階段状に大きく切り欠いた階段状隔壁の各角部に上向きに突出形成すると、冷却ボックス内に上方から直列配置した単電池を挿入するだけで、上下に複数配設された突起と係止部を干渉することなく係合させることができ、かつ冷却ボックスに階段状隔壁を一体成形することで係止部を設けることができ、冷却ボックス内の型抜きが一方向で済むので成形型が簡単となって安価に製造することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の集合型密閉二次電池の一実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態の集合型密閉二次電池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３に示すように、単電池２を複数個直列配置して相互に接合して一体電槽としたものを冷却ボックス３内に収容し、各単電池２の開口部に単一体の中間蓋４を接合し、その上に単一体の外蓋５を接合して各単電池２を密閉し、冷却ボックス３の両端に端板６を当てるとともに端板６、６間を拘束バンド７にて緊締して構成されている。８は一端と他端の単電池２から上方に突出された正極端子や負極端子が貫通するように外蓋５に形成された端子装着穴、９は各単電池２に対応して外蓋５に貫通形成された安全弁装着穴である。１０、１１は冷却媒体の入口オリフィスと出口オリフィスであり、外蓋５の両端部に一体的に装着される。
【００１６】
図２において、１２は隣接する単電池２、２間を電気的に接続する接続体で、中間蓋４に形成された三角形状の切欠１３に配置されてこの中間蓋４及び外蓋５に密封状態で一体接合されている。上記単電池２の電槽、冷却ボックス３、中間蓋４、外蓋５、入口オリフィス１０、出口オリフィス１１等は、ＰＰ／ＰＰＥアロイなどの合成樹脂にて構成され、溶着によって相互に一体接合されている。
【００１７】
詳細に説明すると、単電池２は、図４、図５に示すように、有底矩形筒形状の電槽１４内に発電要素１５を収容して成り、各単電池２を直列に配列した状態で互いに対向する電槽１４の対向壁面１６に、相互に当接する多数の突部１７がマトリックス状に突設され、これら突部１７にて両対向壁面１６、１６間に形成された空間にて電槽間の冷却媒体通路１８が構成されている。また、適当箇所の複数（図示例では４箇所）の突部１７は大径に形成され、その端面に互いに嵌入係合する係合突起１９ａと係合凹部１９ｂが形成されて電槽１４相互の位置決めがなされている。また、電槽１４の上端縁部には互いに当接する接合縁部２０が突設されている。そして、単電池２を直列に配列した状態で互いに当接している突部１７及び接合縁部２０を相互に溶着することによって各単電池２が一体電槽として一体接合されている。
【００１８】
この単電池２の集合体が冷却ボックス３内に収納され、単電池２の配列方向に対して両側の、単電池２と冷却ボックス３の両側壁との間に形成された空間にて両側の冷却媒体通路２１が構成されている。また、冷却ボックス３の長手方向（単電池配列方向）両端部の上縁に両側の冷却媒体通路２１に連通して冷却媒体（水）を分配する分配ヘッダ形成樋２２が形成されている。
【００１９】
中間蓋４は、図４、図５及び図６に示すように、梯子状枠体から成り、下端縁が一体電槽とされた各単電池２の電槽１４の上端縁に接合される内枠部２３と、その外周部に断面倒立Ｌ字状に突設されて下端縁が冷却ボックス３の側壁上端縁に接合される接合鍔２４と、長手方向の両端部に冷却ボックス３の分配ヘッダ形成樋２２の上端縁に接合されるように形成されたヘッダ枠部２５にて構成されている。２６は、内枠部２３の横桟部で、各単電池２の電槽１４間に対応しており、この横桟部２６の上部に、隣接する単電池２を電気的に接続する接続体１２を配置して接合する略三角形状の切欠１３が千鳥状に形成されている。
【００２０】
接続体１２は、図４、図５及び図７に示すように、金属（ニッケル等）製の接続軸２７と合成樹脂製の支持体２８にて構成され、接続軸２７が支持体２８の保持筒部２９に圧入状態で貫通されるとともに、接続軸２７の鍔部２７ａと保持筒部２９内周との間に介装したＯリング３１にて完全に密封されている。また、支持体２８には保持筒部２９から三角形状の翼部３０が突設され、この接続体１２を切欠１３に配置したとき横桟部２６に接合されるように構成されている。
【００２１】
外蓋５は、図４、図５及び図８に示すように、内面に中間蓋４の内枠部２３に対応するように個別枠３２が形成されるとともに、外周部に下端が中間蓋４の接合鍔２４の外側上端に接合される断面倒立Ｌ字状の接合鍔３３が垂下され、長手方向両端部にはヘッダ枠部２５の上端に接合されて分配ヘッダ３５を密閉形成する密封突条３４が突設されている。
【００２２】
また、外蓋５の両端部の一側部には端子装着穴８が形成され、他側部には入口オリフィス１０と出口オリフィス１１を接合する接合突条３６が突設されている。これらオリフィス１０、１１は、平面形状が略Ｊ字状で下面開放のＪ字ボックス片３７の短辺の先端から接続口３８を突出させて構成されている。また、外蓋５のＪ字ボックス片３７の長辺先端部に対向する部分に分配ヘッダ３５に連通する連通開口３９が形成されている。
【００２３】
また、冷却ボックス３の両側壁の内面には、図９（ａ）に示すように、両側の冷却媒体通路２１の全面を冷却媒体が均等に流れるように、上下に蛇行する蛇行流通路４０を形成する整流突条４１が突設されている。この整流突条４１に代えて、図９（ｂ）に示すように、上下方向に適当間隔置きに上部で短く、下部で長い水平方向の複数の整流突条４２を設けてもよい。なお、図９（ｃ）に示すように、これら整流突条４１、４２は必ずしも設けなくてもよいが、その場合冷却媒体通路２１の両側下部に冷却媒体の滞留域４３が発生して配列方向両端部の単電池２の下部の冷却が十分行われない恐れがあるため、整流突条４１、４２を設けることが望ましい。なお、整流突条４１、４２は単電池２の電槽１４側に設けてもよい。
【００２４】
以上の構成の集合型密封二次電池１においては、入口オリフィス１０から冷却媒体を供給すると、分配ヘッダ３５を通って両側の冷却媒体通路２１に流入し、この冷却媒体通路２１内を下流側に向かって流れるとともに、単電池２の電槽１４、１４間の冷却媒体通路１８を流通し、単電池２の電槽１４の対向壁面１６を含めてすべての側面が冷却媒体にて強制冷却され、冷却媒体はその後出口オリフィス１１から排出される。したがって、すべての単電池２の四周側面が冷却媒体にて効果的に冷却される。
【００２５】
なお、電槽間の冷却媒体通路１８における冷却媒体の流れは、両側の冷却媒体通路２１、２１間の流れとして、または両側の冷却媒体通路２１の蛇行流通路４１における上下流の分岐流として流通する。
【００２６】
また、上記構成によれば、各単電池２を溶着して相互に一体接合して一体電槽とするとともに冷却ボックス３内に挿入配置し、冷却ボックス３及び単電池２の電槽１４の開口部に一体型の中間蓋４及び外蓋５を単純に上下方向に溶着することによって封止しているので、少ない部品数と組立工数にて一体電槽とした集合型密閉二次電池１を得ることができる。また、一体電槽とした複数個の単電池２の集合体を冷却ボックス３内に収容配置して冷却ボックス３の両側壁内面に両側の冷却媒体通路２１及び電槽間の冷却媒体通路１８を形成しているので、漏れる恐れのない信頼性の高い冷却媒体通路１８、２１を簡単に形成でき、組立工数を低減できる。
【００２７】
また、各単電池２の電槽１４の対向壁面１６に突部１７を形成して突部１７を当接させて相互に溶着しているので簡単かつ安価に対向壁面１６、１６間の略全面にわたる冷却媒体通路１８を形成することができる。
【００２８】
また、両側の冷却媒体通路２１に対して冷却媒体を供給、排出する冷却媒体の入口オリフィス１０と出口オリフィス１１を単電池配置方向の両端に配設するとともに分配ヘッダ２５を介して両側の冷却媒体通路２１に接続しているので、単一の冷却媒体経路にて上記構成と相まってすべての単電池２の全周を効果的に冷却することができる。
【００２９】
次に、本発明の集合型密閉二次電池の他の実施形態について、図１０〜図１５を参照して説明する。上記実施形態では冷却ボックス３の両側壁の内面に整流突条４１、４２を形成した例を示したが、本実施形態では、冷却ボックス３の単電池配置方向に対してその両側の両側壁及び底壁から各電槽１４、１４間に位置させて、蛇行流通路４０を形成するための整流突条として機能するとともに内側に電槽間の冷却媒体通路１８を形成するように、上方に向けて両側方に階段状に大きく開口させた階段状隔壁５１が形成されている。
【００３０】
この階段状隔壁５１の各角部に上向きに係止部５２を突出形成し、電槽１４の対向壁面１６から各係止部５２に上方から嵌入係合するように上下方向の係合突起５３が突設されている。階段状隔壁５１の板厚は、内部に電槽間の冷却媒体通路１８を形成するように電槽１４、１４間の間隔とほぼ同一に設定されており、係合突起５３の突出量は略その半分である。
【００３１】
そして、各階段状隔壁５１の両側部には、図１０〜図１３に示すように、両側の冷却媒体通路２１を構成する蛇行状流通路４０を形成するため、上端と下部に交互に流体通過切欠５４と流体通過開口５５が形成されている。また、流体通過開口５５からは内側の冷却媒体通路１８に向けて冷却媒体を分岐流通させるための分岐流出通路５６が切欠形成され、かつその階段状隔壁５１の上端に冷却媒体通路１８を上方に向けて流れた冷却媒体を蛇行状流通路４０の上端部に還流させる還流通路５７が切欠形成されている。また、流体通過切欠５４を形成した階段状隔壁５１の両側下部には、流体通過切欠５４から内側の冷却媒体通路１８に向けて分岐流出し、冷却媒体通路１８を流下した冷却媒体を蛇行状流通路４０の下端部に還流させる還流通路５８が切欠形成されている。
【００３２】
なお、図１０及び図１４において、５９は階段状隔壁５１の下端部内側縁５１ａに係合するように電槽１４の対向壁面１６に突設されたガイド突条である。また、本実施形態では、電槽１４の対向壁面１６に突設される突部１７は、階段状隔壁５１の開口内部にのみ配設されている。また、冷却ボックス３の両側壁が、内側に変形して冷却媒体通路２１が狭くなるのを防止するため、電槽１４の側壁に適当間隔置きにスペーサ突起４４が突設されている。
【００３３】
本実施形態によれば、冷却ボックス３内に上方から直列配置した単電池２を挿入するだけで、上下に複数配設された係合突起５３と係止部５２を干渉することなく係合させることができ、これら係合突起５３と係止部５２の係合によって冷却ボックス３の両側壁が外方に変位するのを防止できる。したがって、冷却ボックス３の両側壁を単電池２の電槽１４と溶着しなくても、両側の冷却媒体通路２１の内圧によって冷却ボックス３の両側壁が膨らむのを確実に防止することができる。また、係止部５２は冷却ボックス３と一体形成されているので、溶着に比して結合が安定的でかつ高い強度が得られる。また、冷却ボックス３に階段状隔壁５１を一体成形することで係止部５２を設けているので、冷却ボックス３内の型抜きが一方向で済むので成形型が簡単となり、係止部５２を設けた冷却ボックス３を安価に製造することができる。
【００３４】
また、階段状隔壁５１が、図１５（ａ）に示すように、両側の冷却媒体通路２１に蛇行状通路２０を形成するための整流突条として機能し、かつ内側の開口が、図１５（ｂ）に示すように、電槽間の冷却媒体通路１８として機能するので、冷却ボックス３に階段状隔壁５１を設けるだけの簡単な構成にて単電池２の全ての側面を効率的に冷却することができる。
【００３５】
上記各実施形態では、単電池２の開口部に中間蓋４を接合し、その上に外蓋５を接合した例を示したが、中間蓋４を省略して単体の蓋体を直接各単電池２の開口部に接合するようにしてもよい。また、上記実施形態では各構成部材を溶着によって一体接合する例を示したが、接着材にて一体接合してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の集合型密閉二次電池によれば、以上の説明から明らかなように、直列配置された複数個の単電池を冷却ボックス内に収容配置するとともに冷却ボックスの上面開口及び各単電池の電槽の開口部を一体型の蓋体にて封止し、冷却ボックスの単電池配置方向に対してその両側の内壁面と各単電池の両側面との間と各単電池の電槽間とに相互に連通させて冷却媒体通路を形成したので、冷却媒体通路を通る冷却媒体にて単電池間を含めて単電池のすべての側面を冷却媒体にて強制冷却できるため、すべての単電池を効果的に冷却することができて高い性能を確保でき、また冷却ボックスの上部を一体型の蓋体にて封止するだけで高いシール性をもった冷却媒体通路を形成できるとともに、少ない部品数にてかつ上下方向だけの単純な密閉接合工程にて冷却媒体通路を形成でき、少ない組立工数で安価に性能及び信頼性の高い集合型密閉二次電池を得ることができる。
【００３７】
また、蓋体を、下端が各単電池の電槽及び冷却ボックスの上端に接合されるとともに各単電池の電槽の開口部を各別に区画する梯子状枠体から成りかつ隣接する単電池を電気的に接続する接続体を配設された中間蓋と、中間蓋の上端に接合された外蓋にて構成すると、冷却ボックスと電槽の上端に中間蓋を接合するとともに各単電池の発電要素と接続体を接続し、その上に外蓋を接合することで、単電池が内部で相互に電気的に接続された集合型密閉二次電池を簡単に製造することができ、また中間蓋と冷却ボックスと電槽の接合によって冷却媒体通路を形成することができ、接続体部分でのシールを不要とすることができ、簡単な構成で信頼性の高い電気的接続を確保することができる。
【００３８】
また、単電池の電槽、蓋体及び冷却ボックスが合成樹脂製で溶着にて相互に接合されて一体化されていると、単電池を集合して一体電槽とした二次電池を上下方向だけの簡単な溶着によって生産性良く製造することができる。
【００３９】
また、冷却ボックスの単電池配置方向に対してその両側の両側壁から単電池配置方向に適当間隔置きに電槽間の冷却媒体通路内に位置する係止部を延設し、係止部が係合する突起を電槽から突設すると、突起と係止部の係合によって冷却ボックスの両側壁の外方への変位が防止され、冷却ボックスの両側壁を単電池の電槽に溶着しなくても、単電池配置方向に対してその両側の冷却媒体通路の内圧によって冷却ボックスの両側壁が膨らむのを防止することができる。
【００４０】
また、上記係止部を、上方に向けて両側方に階段状に大きく切り欠いた階段状隔壁の各角部に上向きに突出形成すると、冷却ボックス内に上方から直列配置した単電池を挿入するだけで、上下に複数配設された突起と係止部を干渉することなく係合させることができ、かつ冷却ボックスに階段状隔壁を一体成形することで係止部を設けることができ、冷却ボックス内の型抜きが一方向で済むので成形型が簡単となって安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の集合型密閉二次電池の一実施形態の外観斜視図である。
【図２】同実施形態の分解斜視図である。
【図３】同実施形態の主要部の分解斜視図である。
【図４】同実施形態の縦断側面図である。
【図５】同実施形態の部分縦断正面図である。
【図６】同実施形態の中間蓋の部分斜視図である。
【図７】同実施形態の電気接続体の斜視図である。
【図８】同実施形態の外蓋の斜視図である。
【図９】同実施形態の両側の冷却媒体通路内の各種構成例を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の集合型密閉二次電池の他の実施形態の要部構成を示す分解斜視図である。
【図１１】同実施形態における冷却ボックスを示し、（ａ）は部分平面画、（ｂ）は部分縦断正面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１３】図１１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図１４】同実施形態における電槽の正面図である。
【図１５】同実施形態の冷却媒体の流通状態を示し、（ａ）は正面方向の流通状態の説明図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視部における流通状態の説明図である。
【図１６】従来例の集合型密閉二次電池の正面図である。
【符号の説明】
１  集合型密閉二次電池
２  単電池
３  冷却ボックス
４  中間蓋（蓋体）
５  外蓋（蓋体）
１２  接続体
１４  電槽
１５  発電要素
１８  電槽間の冷却媒体通路
２１  両側の冷却媒体通路
５１  階段状隔壁
５２  係止部
５３  係合突起
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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