(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電槽を相互に一体的に連結して成る一体電槽を設けるとともに、各電槽の上面開口を蓋体にて一体的に閉鎖した集合型二次電池であって、蓋体に互いに隣接する適当数の電槽を相互に連通する連通路を一体成形により形成したことを特徴とする集合型二次電池。
【請求項２】
蓋体に一体電槽の電槽間の隔壁に接合されるように仕切壁を形成するとともに、この仕切壁を蓋体上面の高さ位置まで上方に延出し、連通路を仕切壁の上方及び両側方にわたって形成するように蓋体に連通突出部を蓋体の上面より突出させて形成したことを特徴とする請求項１記載の集合型二次電池。
【請求項３】
連通路の表面は電解液に対して撥液性を有する材料にて構成されていることを特徴とする請求項１〜２の何れかに記載の集合型二次電池。
【請求項４】
連通路に堰を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の集合型二次電池。
【請求項５】
互いに連通された複数の電槽に対して単一の安全弁を蓋体に設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の集合型二次電池。
【請求項６】
一体電槽の各電槽間の短側面壁厚を、両端の電槽の外側の短側面壁厚よりも小さくしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の集合型二次電池。
【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成る集合型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１３のようなものが知られている。この集合型二次電池は、図１４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では、複数の単電池４１が完全に分離してそれぞれ密閉されているため、各単電池４１の容量ばらつきや温度ばらつきによって一部の単電池４１の内圧が高くなると、その単電池４１の極板の酸化劣化が増大するという悪循環が生じ、それによって各単電池４１間で内圧及び劣化のばらつきが増大し、集合型二次電池における各単電池４１のバランスがくずれ、一部の単電池４１に過充電、過放電などの異常が発生して集合型二次電池の寿命が低下するという問題があった。
【０００６】
また、単電池４１の内圧が一定以上になったときガスを外部に放出するための安全弁４５が各単電池４１毎に設けられているため、安全弁４５の設置数が多くコスト高になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、集合型二次電池を構成する各単電池の劣化のバランスが取れて寿命が長く、また安全弁の設置数を削減して低コスト化を図れる集合型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】
本発明の集合型二次電池は、複数の電槽を相互に一体的に連結して成る一体電槽を設けるとともに、各電槽の上面開口を蓋体にて一体的に閉鎖した集合型二次電池であって、互いに隣接する適当数の電槽を相互に連通する連通路を設けたものであり、各電槽内が連通路を介して互いに連通されているので、各電槽の内圧が均一になるとともに劣化が先行した単電池で発生したガスは他の単電池で吸収されることによって劣化した単電池の酸化劣化が抑制され、各単電池間のバランスが確保されて集合型二次電池の寿命を向上することができる。
【０００９】
また、蓋体に互いに隣接する適当数の電槽を相互に連通する連通路を設けると、蓋体に設けた連通路を介して互いに隣接する電槽が連通されるので、電槽に連通路を設けるスペースを確保することなく、簡単でコンパクトな構成にて上記と同様に単電池間のバランスが確保され、集合型二次電池の寿命を向上することができる。
【００１０】
また、蓋体上面における各電槽の互いに隣り合う隣接端部位置に通孔を設け、これら通孔を互いに連通する連通路を形成した連通蓋を蓋体上面に密閉固着すると、連通路が蓋体の上面上に配設されるので、電解液が電槽間で移動するのをより確実に防止できて好ましい。
【００１１】
また、蓋体に連通路を一体成形により形成すると、連通蓋が不要であるために部品点数を削減できるとともに、固着部が存在しないために連通路の内面が平滑な表面性状を呈して電解液が付着した状態を生じ難く、電解液が電槽間で流動して液短絡を生じるのをより確実に防止でき、また一体成形されているので耐内圧強度も確保できる。
【００１２】
さらに、蓋体に一体電槽の電槽間の隔壁に接合されるように仕切壁を形成するとともに、この仕切壁を蓋体上面の高さ位置近傍まで上方に延出し、連通路を仕切壁の上部及び両側部にわたって形成すると、仕切壁上にガスの流動のための通路断面積を大きく確保しながら一体成形と仕切壁によって耐内圧強度を確保することができかつ連通路がほぼ蓋体の上面上に配設されるために電解液が電槽間で移動するのをより確実に防止できる。
【００１３】
また、連通路の表面を電解液に対して撥液性を有する材料にて構成したり、連通路に堰を設けることにより、さらに電解液の電槽間での移動を防止できる。
【００１４】
また、互いに連通された複数の電槽に対して単一の安全弁を蓋体に設けることにより、安全弁の設置数を削減できてコスト低下を図ることができる。
【００１５】
また、一体電槽の各電槽間の短側面壁厚を、両端の電槽の外側の短側面壁厚よりも小さくすることにより、各電槽間の短側面壁厚の薄肉化が可能となり、その結果集合型二次電池の体積密度を向上できるとともに、単電池間の接続抵抗の低減を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態の集合型二次電池について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１７】
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３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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、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には両側の単電池６、６を直列接続する接続金具９が装着されている。
【００２０】
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３５が形成されるとともに、蓋体４上にこれら通孔３５、３５間を連通する連通路３７を形成した連通蓋３６が溶着されている。３６ａは、連通蓋３６の内面中央部に突設された補強突起で、連通路３７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３６の耐圧強度を確保している。一体電槽２と蓋体４と連通蓋３６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３６のみを撥液性材料で構成してもよく、さらに連通路３７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。
【００２１】
また、蓋体４の上面には各電槽３の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が配設されている。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。
【００２２】
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。
【００２３】
上記極板群５について、図４、図５を参照して詳細に説明する。Ｎｉの発泡メタルから成る多数枚の正極板１８とＮｉのパンチングメタルに活物質を塗着して成る多数枚の負極板１９とを交互に配置するとともに、各正極板１８には横方向に開口部を有する袋状のセパレータ２０を被せている。これにより、正極板１８と負極板１９をそれらの間にセパレータ２０を介装した状態で積層してなる極板群５が構成されている。図４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２１、２２が溶着されている。各集電板２１、２２は、その両側縁を内側に折り曲げ、極板１８、１９と集電板２１、２２の溶着時に加圧しても外側に広がらないように寸法規制している。２３は、極板群５の集電板２１、２２間の外面に配設された外周セパレータである。
【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２９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２１、２２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金具９は、図６に示すように、互いに隣接する単電池６の集電板２１、２２の上端部をそれぞれの基端面に溶接した一対のコマ金具２５にて構成され、このコマ金具２５の軸芯部に突設された突出軸部２６を電槽３の短側面に形成された接続穴７に両側から挿入してその先端面同士を当接させて溶接することによって接続している。なお、集電板２１、２２の上端部とコマ金具２５の基端面との溶接及び突出軸部２６の先端面同士の溶接はそれらを組み付けた状態で一括して抵抗溶接される。また、これらコマ金具２５の突出軸部２６の周囲には環状溝２７が形成され、これらの環状溝２７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】
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を貫通する接続金具９で両側の極板群５の集電板２１、２２を接続しているので、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。
【００２７】
また、各電槽３内が連通路３７を介して互いに連通されているので、各電槽３の内圧が均一になるとともに劣化が先行した単電池６で発生したガスが他の単電池６で吸収されることによって劣化した単電池６の酸化劣化が抑制され、各単電池６間のバランスが確保されて集合型二次電池１の全体の寿命を向上することができる。また、蓋体４の上面に通孔３５を形成し、その上に連通路３７を形成した連通蓋３６を被せているので、連通路３７が蓋体４の上面上に位置し、さらにその連通路３７が電解液に対して撥液性を有しているので、電解液が電槽３間で移動するのをより確実に防止でき、電解液が電槽３、３間で移動して自己放電するのを防止できる。
【００２８】
また、蓋体４に単一の安全弁１０を設けるだけで良いので、コスト低下を図ることができる。
【００２９】
また、接続金具９を上記接続穴７にその両側から挿入されて先端同士が溶接される突出軸部２６を有するとともに基端面に集電板２１、２２が固着される一対のコマ金具２５にて構成しているので、コマ金具２５の溶接により隣接する電槽３の極板群５、すなわち単電池６を簡単に直列接続することができる。また、両端の電槽３の外側の短側面においても、同様の突出軸部２６を有する接続端子８とコマ金具２５を短側面の両側に配置してそれらの突出軸部２６、２６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。
【００３０】
また、コマ金具２５や接続端子８の突出軸部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。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態の集合型二次電池について、図７、図８を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明では、上記実施形態と同一の構成要素については同一参照番号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００３２】
上記実施形態では、隣り合う単電池６、６の集電板２１、２２を一対のコマ金具２５から成る接続金具９にて接続した例を示したが、本実施形態で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３内に、その長側面方向両端に正極と負極の集電板３１、３２を有する極板群５と電解液を収容して単電池６を構成し、これらの集電板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の突出軸部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。
【００３３】
以上の構成によると、コンパクトな構成でかつ上記実施形態のようにコマ金具２５を用いずに少ない部品数で任意の単電池６とその外部との接続を行うことができる。また、電槽３の短側面の両側に配設したＯリング２８による２重シールにて使用中の液漏れを確実に防止できる。
【００３４】
次に、本発明の第３の実施形態の集合型二次電池について説明する。上記実施形態では、蓋体４の上面に通孔３５を設け、その上に連通路３７を形成する凹部を形成した連通蓋３６を被せただけの構成を示したが、本実施形態では、図９に示すように、蓋体４の上面の通孔３５、３５間に連通路３７を横断するように断面三角形状の堰３９を突設している。これにより、電解液が連通路３７を通って隣接する電槽３、３間で流動するのをより確実に防止することができる。
【００３５】
次に、本発明の第４の実施形態の集合型二次電池について説明する。上記実施形態では、蓋体４に連通蓋３６を接着したが、本実施形態では、図１０に示すように、蓋体４に連通路３７を一体成形により形成している。詳しくは、蓋体４に電槽３、３間の隔壁に接合される仕切壁４ａを形成するとともにその上端を蓋体４の上面の高さ位置近傍まで上方に延出し、この仕切壁４ａの上部及びその両側部の適当範囲にわたって連通路３７を形成するように蓋体４に連通突出部３８を蓋体４の上面より突出させて形成している。また、仕切壁４ａの上端部には断面三角形状の堰３９を形成している。
【００３６】
以上の構成によると、連通蓋が不要であるために部品点数を削減でき、部品点数、工程の簡略化などの相乗効果が得られる。また、連通蓋の溶着部が存在しないために連通路３７の内面が平滑な表面性状を呈して電解液が付着した状態が生じ難く、付着した電解液を中継して電解液が電槽３、３間で容易に流動するのを防止でき、液短絡をより確実に防止できる。また、仕切壁４ａ上にガスの流動のための通路断面積を大きく確保しても、一体成形と仕切壁４ａの存在によって耐内圧強度を確保することができ、かつ連通路３７がほぼ蓋体４の上面上に配設されるために電解液が電槽３、３間で移動するのをより確実に防止できる。
【００３７】
次に、本発明の第５の実施形態の集合型二次電池について説明する。本実施形態では、図１１に示すように、蓋体４の高さ寸法を若干大きくし、その電槽３、３間の仕切壁４ａに連通路として機能する通孔４０を形成している。
【００３８】
また、上記実施形態では、一体電槽２の全て（６つ）の電槽３を相互に連通させ、単一の安全弁１０を設けた例を示したが、ガス排出断面積を確保するために複数の安全弁１０を配設しても良く、また適当数の電槽３を１グループとして相互に連通させ、連通させた電槽３群毎に単一の安全弁１０を設けてもよい。
【００３９】
次に、本発明の第６の実施形態の集合型二次電池について、図１２を参照して説明する。上記実施形態では一体電槽２の各電槽３の長側面及び短側面の壁厚は同一にしていた。しかし、各電槽３を連通する連通路３７を設けたことによって各電槽３の内圧Ｐ1 、Ｐ2 ・・の差が解消されるため、互いに隣接する電槽３、３間の隔壁３ｂには電槽３の内圧による荷重が作用しない。そこで、本実施形態では、電槽３の内圧による荷重が作用する両端の電槽３の外側の端壁３ａの壁厚ｔ1 に対して隔壁３ｂの壁厚ｔ2 を小さく形成している。また、電槽３の長側面を構成する一体電槽２の長側壁３ｃは、白抜き矢印で示すように両側から拘束された状態で使用されるので、その壁厚ｔ3 は端壁３ａの壁厚ｔ1 よりも小さく、また隔壁３ｂの壁厚ｔ2 とは同等ないし、多少大きな荷重が作用する場合もあるので多少大きく形成されている。
【００４０】
本実施形態では、各電槽３、３間の隔壁３ｂの薄肉化を図ったことにより、集合型二次電池の体積密度を向上でき、また単電池６、６間の接続抵抗の低減を図ることができるとともに、一体電槽２の低コスト化が達成される。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の集合型二次電池によれば、以上の説明から明らかなように、互いに隣接する適当数の電槽を相互に連通する連通路を設けたので、各電槽内が連通路を介して互いに連通され、各電槽の内圧が均一になるとともに劣化が先行した単電池で発生したガスが他の単電池で吸収されることにより劣化した単電池の酸化劣化が抑制され、各単電池間のバランスが確保されて集合型二次電池の寿命を向上することができる。
【００４２】
また、蓋体に互いに隣接する適当数の電槽を相互に連通する連通路を設けると、電槽に連通路を設けるスペースを確保することなく、簡単でコンパクトな構成にて上記と同様に単電池間のバランスが確保され、集合型二次電池の寿命を向上することができる。
【００４３】
また、蓋体上面における各電槽の互いに隣り合う隣接端部位置に通孔を設け、これら通孔を互いに連通する連通路を形成した連通蓋を蓋体上面に密閉固着すると、連通路が蓋体の上面上に配設されるので、電解液が電槽間で移動するのをより確実に防止できる。
【００４４】
また、蓋体に連通路を一体成形により形成すると、部品点数を削減できて低コスト化を図れるとともに、連通路の内面が平滑な表面性状を呈して電解液の短絡をより確実に防止でき、また一体成形にて耐内圧強度も確保できる。
【００４５】
さらに、蓋体に一体電槽の電槽間の隔壁に接合されるように仕切壁を形成するとともに、この仕切壁を蓋体上面の高さ位置近傍まで上方に延出し、連通路を仕切壁の上部及び両側部にわたって形成すると、仕切壁上にガスの流動のための通路断面積を大きく確保しながら一体成形と仕切壁によって耐内圧強度を確保することができかつ連通路がほぼ蓋体の上面上に配設されるために電解液が電槽間で移動するのをより確実に防止できる。
【００４６】
また、連通路の表面を電解液に対して撥液性を有する材料にて構成したり、連通路に堰を設けると、さらに電解液の電槽間での移動を防止できる。
【００４７】
また、互いに連通された複数の電槽に対して単一の安全弁を蓋体に設けると、安全弁の設置数を削減できてコスト低下を図ることができる。
【００４８】
また、一体電槽の各電槽間の短側面壁厚を、両端の電槽の外側の短側面壁厚よりも小さくすることにより、各電槽間の短側面壁厚の薄肉化が可能となり、その結果集合型二次電池の体積密度を向上できるとともに、単電池間の接続抵抗の低減を図ることができ、また電槽の低コスト化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の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側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】同実施形態の極板群の正面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図６】同実施形態における単電池間の接続部の構成を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の集合型二次電池の部分縦断面図である。
【図８】同実施形態における単電池間の接続部の構成を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態における電槽間の連通路部の縦断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態における電槽間の連通路部の縦断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態における電槽間の連通路部の縦断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態における一体電槽の部分横断平面図である。
【図１３】従来例の集合型二次電池の外観斜視図である。
【図１４】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
１０  安全弁
３５  通孔
３６  連通蓋
３７  連通路
３９  堰
４０  通孔（連通路）
【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】
0004224186.tif 000010
【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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