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特表2022-554116電池モジュールおよびそれを含む電池パック
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-28
(54)【発明の名称】電池モジュールおよびそれを含む電池パック
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/507 20210101AFI20221221BHJP
   H01M 50/211 20210101ALI20221221BHJP
   H01M 50/517 20210101ALI20221221BHJP
【FI】
H01M50/507
H01M50/211
H01M50/517
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022523500
(86)(22)【出願日】2021-07-06
(85)【翻訳文提出日】2022-04-20
(86)【国際出願番号】 KR2021008577
(87)【国際公開番号】W WO2022010228
(87)【国際公開日】2022-01-13
(31)【優先権主張番号】10-2020-0082996
(32)【優先日】2020-07-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521065355
【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】スン・リュル・ペク
(72)【発明者】
【氏名】ジョンミン・クァク
【テーマコード(参考)】
5H040
5H043
【Fターム(参考)】
5H040AA03
5H040AS07
5H040AT04
5H040AY05
5H040AY10
5H040DD03
5H040NN03
5H043AA13
5H043AA19
5H043BA15
5H043BA17
5H043CA08
5H043CA22
5H043FA04
5H043FA40
5H043GA30
5H043HA09
5H043JA01F
5H043LA21F
(57)【要約】
本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルが積層形成された電池セル積層体と、前記電池セル積層体の前後面に位置するバスバーフレームと、前記バスバーフレームに取り付けられる少なくとも一つのバスバーとを含み、前記バスバーは前記バスバーフレームに形成された複数の隔壁の間に取り付けられ、前記隔壁は前記バスバーの外面に向かって延びる少なくとも一つの突出部が形成されており、前記突出部と前記バスバーは互いに接する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電池セルが積層形成された電池セル積層体と、
前記電池セル積層体の前後面に位置するバスバーフレームと、
前記バスバーフレームに取り付けられる少なくとも一つのバスバーとを含み、
前記バスバーは前記バスバーフレームに形成された複数の隔壁の間に取り付けられ、
前記隔壁は前記バスバーの外面に向かって延びる少なくとも一つの突出部が形成されており、
前記突出部と前記バスバーは互いに接する、電池モジュール。
【請求項2】
前記隔壁は前記バスバーの外面のうち少なくとも一部が露出するように形成されている少なくとも一対の結合補助部をさらに含む、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項3】
前記突出部は前記一対の結合補助部間に位置する、請求項2に記載の電池モジュール。
【請求項4】
前記突出部は前記隔壁で前記バスバーの両側面と対応する位置にそれぞれ形成されており、
前記バスバーの両側面は前記突出部とそれぞれ接する、請求項1から3のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項5】
前記突出部は前記バスバーの中心部の両側面と対応する位置にそれぞれ形成されている、請求項4に記載の電池モジュール。
【請求項6】
前記突出部は前記バスバーの上部の両側面と対応する位置にそれぞれ形成されている第1突出部を含み、前記バスバーの下部の両側面と対応する位置にそれぞれ形成されている第2突出部を含む、請求項4に記載の電池モジュール。
【請求項7】
前記第1突出部と前記第2突出部は離隔している、請求項6に記載の電池モジュール。
【請求項8】
前記突出部は前記バスバーの下部の下面と対応する前記バスバーフレームの下部に形成されている、請求項1から3のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項9】
前記突出部は前記バスバーの上部の上面と対応する前記バスバーフレームの上部に形成されている、請求項1から3のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項10】
前記バスバーの上部の上面と対応する前記バスバーフレームの上部に形成されている固定部材をさらに含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項11】
前記固定部材はスナップフィット構造であり、
前記バスバーは前記固定部材の内側にスナップフィット結合する、請求項10に記載の電池モジュール。
【請求項12】
請求項1から11のいずれか一項に記載の電池モジュールを含む、電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[関連出願との相互引用]
本出願は2020年7月6日付韓国特許出願第10-2020-0082996号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
【0002】
本発明は電池モジュールおよびそれを含む電池パックに関し、より具体的には熱融着工程なしでバスバーをバスバーフレームに取り付けさせる電池モジュールおよびそれを含む電池パックに関する。
【背景技術】
【0003】
モバイル機器に対する技術開発および需要の増加によりエネルギ源としての二次電池の需要が急激に増加している。特に、二次電池は携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコン、ウェアラブルデバイスなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギ源としても大きな関心を集めている。
【0004】
現在、広く使用される二次電池の種類にはリチウムイオン電池、リチウムバーリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セルの作動電圧は約2.5V~4.2Vである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が求められる場合、多数の電池セルを直列に連結したり充放電容量に応じて多数の電池セルを直列および並列連結して電池モジュールを構成する場合もある。
【0005】
多数の電池セルを直列/並列に連結して中/大型電池モジュールを構成する場合、エネルギ密度が高くかつ積層が容易なパウチ型二次電池セルを多く使用し、これらを積層させて電池セル積層体を先に構成する。その次に電池セル積層体をモジュールフレームでパッケージングして保護し、電池セルの電気的連結および電圧測定のために電装部品を追加して電池モジュールを構成することが一般的な方法である。また、電池モジュールは電池セル積層体の前後面にバスバーを取り付けるためのバスバーフレームを含み、バスバーがバスバーフレームに取り付けられるためには別途の工程が求められる。しかし、電池モジュールは製造コストおよび製造時間を減らすために最小化された工程により製造される必要性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、熱融着工程なしでバスバーをバスバーフレームに取り付けさせて工程を簡素化した電池モジュールおよびそれを含む電池パックを提供することにある。
【0007】
本発明が解決しようとする課題は上述した課題に制限されるものではなく、言及されていない課題は本明細書および添付する図面から本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されることができる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルが積層形成された電池セル積層体と、前記電池セル積層体の前後面に位置するバスバーフレームと、前記バスバーフレームに取り付けられる少なくとも一つのバスバーとを含み、前記バスバーは前記バスバーフレームに形成された複数の隔壁の間に取り付けられ、前記隔壁は前記バスバーの外面に向かって延びる少なくとも一つの突出部が形成されており、前記突出部と前記バスバーは互いに接する。
【0009】
前記隔壁は前記バスバーの外面のうち少なくとも一部が露出するように形成されている少なくとも一対の結合補助部をさらに含み得る。
【0010】
前記突出部は前記一対の結合補助部間に位置し得る。
【0011】
前記突出部は前記隔壁で前記バスバーの両側面と対応する位置にそれぞれ形成されており、前記バスバーの両側面は前記突出部とそれぞれ接し得る。
【0012】
前記突出部は前記バスバーの中心部の両側面と対応する位置にそれぞれ形成されていてもよい。
【0013】
前記突出部は前記バスバーの上部の両側面と対応する位置にそれぞれ形成されている第1突出部を含み、前記バスバーの下部の両側面と対応する位置にそれぞれ形成されている第2突出部を含み得る。
【0014】
前記第1突出部と前記第2突出部は離隔していてもよい。
【0015】
前記突出部は前記バスバーの下部の下面と対応する前記バスバーフレームの下部に形成されていてもよい。
【0016】
前記突出部は前記バスバーの上部の上面と対応する前記バスバーフレームの上部に形成されていてもよい。
【0017】
前記バスバーの上部の上面と対応する前記バスバーフレームの上部に形成されている固定部材をさらに含み得る。
【0018】
前記固定部材はスナップフィット構造であり、前記バスバーは前記固定部材の内側にスナップフィット結合し得る。
【0019】
本発明の他の一実施形態による電池パックは前述した電池モジュールを含む。
【発明の効果】
【0020】
実施形態によれば、本発明の一実施形態による電池モジュールおよびそれを含む電池パックは熱融着工程なしでバスバーがバスバーフレームに固定され、バスバーの遊動が防止されることができる。また、バスバーとバスバーフレームの間の熱融着のような別途の接合工程を経なくてもよいため、製造コストおよび製造時間が減って生産性が向上することができる。
【0021】
また、別途の接合工程で発生する製品の品質低下を防止でき、別途の接合工程で発生したバスバーの原材料損失を節減でき、バスバーの剛性を高めることができる。
【0022】
本発明の効果が上述した効果に制限されるものではなく、言及されていない効果は本明細書および添付する図面から本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されることができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
図1】従来の電池モジュールを示す分解斜視図である。
図2図1の電池モジュールでバスバーが取り付けられたバスバーフレームを示す図である。
図3図2のA領域を切断線a-aに沿って切断した断面図である。
図4】本発明の一実施形態による電池モジュールを示す分解斜視図である。
図5図4の電池モジュールでバスバーが取り付けられたバスバーフレームを示す図である。
図6図5のB領域を拡大した図である。
図7図5のバスバーフレームでバスバーを除去し、図6のC領域を拡大した図である。
図8】バスバーが取り付けられた図7のC領域を切断線b-bおよびc-cに沿ってそれぞれ切断した断面図である。
図9】本発明の他の実施形態による電池モジュールで図6のC領域を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、添付する図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は様々な異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
【0025】
本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同じ参照符号を付ける。
【0026】
また、図面に示す各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜上任意に示したので、本発明は必ずしも示されたところに限定されない。図面で複数の層および領域を明確に表現するために厚さを誇張して示した。そして図面で、説明の便宜上一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
【0027】
また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
【0028】
また、明細書全体で、「平面上」という時、これは対象部分を上から見た時を意味し、「断面上」という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。
【0029】
以下では、本発明の一実施形態による電池モジュールについて説明する。ただし、ここで電池モジュールの前後面のうち前面を基準に説明するが、必ずしもこれに限定されるものではなく、後面の場合にも同一または類似の内容で説明される。
【0030】
図1は従来の電池モジュールを示す分解斜視図である。
【0031】
図1を参照すると、従来の電池モジュール10は複数の電池セルが積層されて形成された電池セル積層体12、電池セル積層体12を収容するモジュールフレーム20、および電池セル積層体12の前後面を覆うエンドプレート15を含む。また、電池モジュール10は、エンドプレート15と電池セル積層体12の間に位置するバスバーフレーム13をさらに含む。
【0032】
図2図1の電池モジュールでバスバーが取り付けられたバスバーフレームを示す図である。図3図2のA領域を切断線a-aに沿って切断した断面図である。
【0033】
図2および図3を参照すると、電池モジュールに含まれるバスバー17は熱融着工程によってバスバーフレーム13に取り付けられる。バスバー17には熱融着工程による熱融着材料が注入されるための熱融着孔18が形成されており、熱融着孔18を介して注入された熱融着材料によってバスバー17はバスバーフレーム13に固定される。
【0034】
ただし、このように熱融着工程によってバスバー17がバスバーフレーム13に取り付けられる場合、熱融着工程の特性上バー(Burr)の発生量が多くなり製品品質が低下し得る。また、バスバー17をバスバーフレーム13に取り付けるために熱融着工程のような別途の追加工程が行われることにより、電池モジュールの製造コストおよび製造時間が増加する。また、バスバー17とバスバーフレーム13を結合させるためにバスバー17に熱融着孔18を形成すべきである点で、バスバー17の原材料損失があり、バスバー17の剛性が弱まる。また、バスバー17は熱融着孔18を形成するための別途の工程を追加的に行わなければならないので、製造コストおよび製造時間がさらに増加することができる。
【0035】
そのため、本発明の実施形態で、従来の電池モジュールの熱融着工程のような別途の工程の代わりとなるバスバーフレームについて後述する。
【0036】
以下では、本発明の一実施形態によるバスバーおよびバスバーフレームと関連して説明するが、特にバスバーフレームを重点的に説明する。
【0037】
図4は本発明の一実施形態による電池モジュールを示す分解斜視図である。
【0038】
図4を参照すると、本実施形態による電池モジュール100は複数の電池セルが積層されて形成された電池セル積層体120、電池セル積層体120を収容するモジュールフレーム400、および電池セル積層体120の前後面を覆うエンドプレート150を含む。また、電池モジュール100は、エンドプレート150と電池セル積層体120の間に位置するバスバーフレーム130をさらに含む。
【0039】
一例として、モジュールフレーム400は電池セル積層体120の上部を覆う上部プレート200、上部面、前面および後面が開放されたU字型フレーム300を含む。ただし、モジュールフレーム400はこれに限定されたものでなく、L字型フレームまたは前後面を除いて電池セル積層体120を囲むモノフレームのような異なる形状のフレームに代えてもよい。
【0040】
図5図4の電池モジュールでバスバーが取り付けられたバスバーフレームを示す図である。図6図5のB領域を拡大した図である。
【0041】
図4および図5を参照すると、本発明の一実施形態による電池モジュール100はバスバーフレーム130を含み、バスバーフレーム130は少なくとも一つのバスバー170が取り付けられる。また、バスバーフレーム130は電池セル積層体120の電極リードを電気的に接続するバスバー170が取り付けられ、並列に積層された電池セル積層体120が電気的に接続される。
【0042】
図5および図6を参照すると、バスバーフレーム130は複数の隔壁131が形成されている。ここで、バスバー170はバスバーフレーム130に形成された複数の隔壁131の間に取り付けられる。そのためバスバー170は外部衝撃から保護されることができる。また、隔壁131はバスバー170の長手方向に対応する方向に延びて形成される。これと共に、隔壁131はバスバーフレーム130の幅方向に対応する方向に延びて形成され、そのためバスバー170の上部および下部もまた、外部衝撃から保護されることができる。
【0043】
隔壁131はバスバーフレーム130に垂直な方向に突出している。隔壁131はバスバーフレーム130でバスバー170の厚さと対応する高さを有する。ここで、隔壁131はバスバー170の厚さと同一またはそれ以上の高さを有し、バスバー170を外部衝撃から保護することができる。
【0044】
また、隔壁131はバスバーフレーム130でバスバー170の長さと対応する長さを有する。ここで、隔壁131はバスバー170の固定のために求められる長さだけ延びて形成される。そのため、本実施形態による電池モジュール100は隔壁131がバスバー170を保護しながらも、隔壁131が形成される領域を最小化してバスバーフレーム130の重量および製造コストを比較的減らし得る利点がある。
【0045】
図5および図6を参照すると、隔壁131はバスバー170の外面に向かって延びる少なくとも一つの突出部135,136が形成されている。
【0046】
突出部135,136は側面突出部135および上下面突出部136を含み得る。ここで、側面突出部135は隔壁131でバスバー170の両側面と対応する位置にそれぞれ形成されており、バスバー170の両側面は側面突出部135とそれぞれ接し得る。側面突出部135はバスバー170の中心部の両側面と対応する位置にそれぞれ形成されている。そのため、側面突出部135はバスバー170が電池モジュール100の移動または使用による左右方向に移動するに伴って遊動することを防止することができる。
【0047】
また、側面突出部135はバスバー170の上部の両側面と対応する位置にそれぞれ形成されている第1突出部を含み、バスバー170の下部の両側面と対応する位置にそれぞれ形成されている第2突出部を含み得る。ここで、前記第1突出部と前記第2突出部は離隔している。そのため、本実施形態による電池モジュール100は前記第1突出部と前記第2突出部の間に離隔している隙間に所定の力を加え、バスバー170が必要に応じて脱着できる。
【0048】
上下面突出部136はバスバー170の下部の下面と対応するバスバーフレーム130の下部に形成されている。また、上下面突出部136はバスバー170の上部の上面と対応するバスバーフレーム130の上部に形成されている。仮にバスバー170の上部および下部に対応する位置に隔壁131が形成されている場合、上下面突出部136は隔壁131に形成されている。そのため、上下面突出部136はバスバー170自体重量によって重力方向に移動するに伴って遊動することを防止することができる。
【0049】
図7図5のバスバーフレームでバスバーを除去し、図6のC領域を拡大した図である。図8はバスバーが取り付けられた図7のC領域を切断線b-bおよびc-cに沿ってそれぞれ切断した断面図である。図8の(a)は図7のC領域を切断線b-bに沿ってそれぞれ切断した断面図であり、図8の(b)は図7のC領域を切断線c-cに沿ってそれぞれ切断した断面図である。図8の場合、側面突出部135を中心に説明されるが、上下面突出部136の場合も同様に説明される。
【0050】
図7を参照すると、突出部135,136は隔壁131またはバスバーフレーム130と共に射出される構造であり得、隔壁131またはバスバーフレーム130とは別に製造されて付着し得る。突出部135,136は隔壁131またはバスバーフレーム130と同じ材料で形成されるか、隔壁131またはバスバーフレーム130より摩擦力が大きな材料で形成される。
【0051】
突出部135,136が隔壁131と同じ材料で形成され、隔壁131またはバスバーフレーム130と共に射出される構造の場合は、バスバーフレーム130の製造工程が簡易になり、製造コストもまた節減できる利点がある。突出部135,136が隔壁131またはバスバーフレーム130より摩擦力が大きな材料で形成され、隔壁131またはバスバーフレーム130に付着する構造の場合には、突出部135,136によるバスバー170の遊動発生の可能性を減少させ、バスバー170の固定力を向上させることができる。
【0052】
突出部135,136は半円形状、四角形状などの多様な形状を有する。特に、突出部135,136はバスバー170と接する端部が平らであるか緩慢な形状を有する。そのため、突出部135,136はバスバー170に接して固定するものの、バスバー170の外面が損傷することを防止することができる。
【0053】
図6ないし図8を参照すると、突出部135,136はバスバー170の外面のうち少なくとも一部と接する。そのため、バスバー170は突出部135,136によりバスバーフレーム130に締りばめされ、バスバー170の遊動可能性が除去されたり大きく減少し得る。
【0054】
ここで、締りばめとは、図8(a)を参照すると、側面突出部135の突出形状によってバスバー170が側面突出部135に接することになって、バスバー170の脱着が制限されることを意味する。また、バスバー170の両側に対応するものの、同じ高さに位置する側面突出部135の間の距離がバスバー170の幅より小さく形成され、バスバー170は側面突出部135によってより強く固定されることができる。このように、必要に応じて、側面突出部135の位置、個数、形状、大きさなどを調節し、バスバーフレーム130に対するバスバー170の固定力を調節することができる。
【0055】
また、図8(b)を参照すると、バスバー170の両側のうち少なくとも一部に側面突出部135が形成されない。そのため、本実施形態による電池モジュール100は隔壁131とバスバー170の間に離隔している隙間に所定の力を加え、バスバー170が必要に応じて脱着され得る。
【0056】
そのため、本実施形態による電池モジュール100はバスバー170がバスバーフレーム130に固定されてバスバーフレーム130で遊動せず、バスバー170が電池セル積層体120の電極リードとの安定した連結が行われ得る。また、熱融着工程のような別途の工程なしで、バスバー170がバスバーフレーム130に強い固定力で取り付けられる。また、突出部135,136とバスバー170の間に発生する摩擦力によりバスバー170とバスバーフレーム130が構造的に固定され、熱融着工程による結合とは異なり電池モジュール100が過熱されても固定力が維持されることができる。
【0057】
これと共に、図6を参照すると、本発明の他の実施形態による電池モジュール100はバスバー170の上部の上面と対応するバスバーフレーム130の上部に形成されている固定部材133をさらに含み得る。そのため、固定部材133は突出部135,136によるバスバー170の固定力を向上させて、バスバー170の固定を補助することができる。
【0058】
固定部材133はスナップフィット構造であり、バスバー170の上部は固定部材133の内側にスナップフィット結合する。ここで、スナップフィット結合構造とは、図6を参照すると、固定部材133の突出形状によってバスバー170が固定部材133にかかり、バスバー170の脱着が制限されることを意味する。また、必要に応じて、固定部材133の位置、形状、大きさなどを調節し、バスバーフレーム130に対するバスバー170の固定力を調節することができる。
【0059】
図9は本発明の他の実施形態による電池モジュールで図6のC領域を拡大した図である。
【0060】
図9を参照すると、隔壁131はバスバー170の外面のうち少なくとも一部が露出するように形成されている少なくとも一対の結合補助部137をさらに含み得る。ここで、側面突出部135は一対の結合補助部137の間に位置する。
【0061】
一対の結合補助部137は側面突出部135と隣接して位置する。一対の結合補助部137は側面突出部135と隣接して位置するほど、側面突出部135が位置した隔壁131の柔軟性が増加する。そのため、一対の結合補助部137は側面突出部135と隣接して位置し、本実施形態による電池モジュール100はバスバー170がバスバーフレーム130に対してより容易に取り付けられる。
【0062】
ただし、一対の結合補助部137が側面突出部135に過度に隣接する場合、側面突出部135が位置した隔壁131の剛性が低くなり、外部衝撃またはバスバー170の脱着により損傷する恐れがある。そのため、一対の結合補助部137は隔壁131で側面突出部135と適切な距離で離隔して位置する。また、必要に応じて、一対の結合補助部137の位置、露出している程度などを調節し、側面突出部135に対するバスバー170の固定力を調節することができる。
【0063】
これと共に、図9には示していないが、仮にバスバー170の上部および下部に対応する位置に隔壁131が形成されている場合、上下面突出部136もまた、隔壁131に一対の結合補助部(図示せず)が形成されており、上下面突出部136は一対の結合補助部(図示せず)の間に位置する。ただし、この場合も、一対の結合補助部(図示せず)は隔壁131で上下面突出部136と適切な距離で離隔して位置し、本実施形態による電池モジュール100はバスバー17の荷重およびバスバー170の脱着による損傷を防止することができる。
【0064】
一方、本実施形態による電池パックは多様なデバイスに適用できる。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用できるが、本発明はこれに制限されず電池モジュールおよびそれを含む電池パックを使用できる多様なデバイスに適用することが可能であり、これもまた本発明の権利範囲に属する。
【0065】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
【符号の説明】
【0066】
100 電池モジュール
120 電池セル積層体
130 バスバーフレーム
133 固定部材
135 突出部(側面突出部)
136 突出部(上下面突出部)
137 結合補助部
170 バスバー
400 モジュールフレーム
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8(a)】
図8(b)】
図9
【国際調査報告】