JP6233654B2 - 配線モジュール - Google Patents

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Description

本明細書に開示される技術は、配線モジュールに関する。
電気自動車やハイブリッド車用の蓄電モジュールにおいては、出力を大きくするために、複数の蓄電素子が横並びに接続されている。複数の蓄電素子は、隣り合う電極端子間をバスバーなどの接続部材で接続することにより、直列や並列に接続されるようになっている。
このような蓄電モジュールを高温状態で使用すると寿命が低下することがあり、リチウムイオン電池などを複数個接続してなる蓄電モジュールでは、充電の際に過度に高温になることがある。そこで、このような事態を避けるべく、蓄電モジュールには蓄電素子の温度を検知するための温度センサが取り付けられる。
温度センサとしては、例えば、バスバーやバスバーに重ねられる電圧検知端子等に対して重ねて配される平板状の検知部を備え、この検知部に挿通孔を形成したものがある。この挿通孔に、電極端子の電極ポスト、あるいは、電極端子の孔部に締結するボルトを挿通し、バスバーや電圧検知端子を電極端子に締結接続する際にこれらと共締めすることにより、温度センサを蓄電素子に熱的に取り付ける構成とされている。
特開2014−191954号公報
ところで近年、バスバーと電極端子との接続において、ボルトやナット等の締結に代えて、レーザー溶接による接続方法が提案されている。しかしこのような接続方法が採用された場合、上述した構成の温度センサをバスバーに固定するためには温度センサ専用の締結部材が必要となり、部品点数が増加するとともに、固定作業も別途必要となる。
本明細書に開示される技術は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、部品点数や作業工程が少ない配線モジュールを提供することを目的とする。
上記課題を解決するものとして本明細書に開示される技術は、正極及び負極の電極端子を有する蓄電素子を複数個並べてなる蓄電素子群に取り付けられる配線モジュールであって、前記電極端子に重ねられて隣り合う前記電極端子を電気的に接続するバスバーと、前記バスバーに重ねられる板状の検知部を有して前記バスバーの温度を検知する温度検知部材と、前記バスバーおよび前記温度検知部材を保持する絶縁プロテクタと、前記絶縁プロテクタの少なくとも一部を覆うカバーと、を備え、前記検知部は前記バスバーのうち前記電極端子に重ねられる領域以外の領域に重ねられており、前記カバーには、当該カバーが前記絶縁プロテクタを覆った状態において、前記検知部を前記バスバーに向けて押圧する押圧部が設けられていることを特徴とする。
上記構成によれば、温度検知部材の検知部を絶縁プロテクタに保持されたバスバーに重なるように配した状態としてから、絶縁プロテクタをカバーで覆うと、カバーに設けられた押圧部が、温度検知部材の検知部をバスバーに向けて押圧するようになっている。従って、温度検知部材をバスバーに対して固定する締結部材を新たに設けたり、固定作業を別途行う必要がなく、部品点数や作業工数が少ない配線モジュールを提供することができる。
上述した配線モジュールは、以下の構成を有してもよい。
カバーは絶縁プロテクタを覆った状態において、検知部を覆うとともにバスバーのうち電極端子に重ねられる領域を外部に露出させる構成としてもよい。
このような構成とすると、カバーの押圧部により、検知部をバスバーに対してずれないように保持させた状態としつつ、バスバーが露出した部分において、例えばレーザー溶接等により、バスバーと電極端子との接続を行うことができる。
カバーはヒンジ部により絶縁プロテクタと一体的に設けられていてもよい。
このような構成とすると、部品点数をより少なくすることができる。
前記カバーには、前記絶縁プロテクタに係止される被係止部が設けられていてもよい。
このような構成とすると、カバーが絶縁プロテクタに係止されるので、温度検知部材の移動規制状態を維持することができる。
本明細書に開示される技術によれば、温度検知部材を備えた配線モジュールにおいて、部品点数や作業工程が少ない配線モジュールが得られる。
一実施形態の単電池群の平面図 温度検知部材の平面図 同じく側面図 温度検知部材配置前の配線モジュールの平面図 図4のA−A線における一部拡大断面図 温度検知部材を配置した状態の配線モジュールの平面図 図6のB−B線における一部拡大断面図 完成形態の電池モジュールの平面図 図8のC−C線における断面図
本明細書に記載の配線モジュール20を電池モジュールMに適用した一実施形態を、図1ないし図9を参照しつつ説明する。
本実施形態に係る電池モジュールMは、電気自動車又はハイブリッド自動車等の車両(図示せず)に搭載されて、車両を駆動するための電源として使用される。電池モジュールMは、電池パック11(蓄電素子の一例)を複数並べてなる単電池群10(蓄電素子群の一例)と、単電池群10に取り付けられた配線モジュール20と、を備える(図8参照)。
以下の説明において、図8における下側を前方とし、上側を後方(奥方)とする。また、図9における上側を上方とし、下側を下方とする。また、複数の同一部材については、一の部材に符号を付し、他の部材については符号を省略することがある。
(単電池群10)
本実施形態の電池モジュールMは、4個の単電池(図示せず)を直列接続してなる電池パック11を複数並べてなる単電池群10を有する(図1参照)。本実施形態において、単電池は厚みの薄いラミネート型の単電池であり、その内部には発電要素が収容されている。
本実施形態の電池パック11は、扁平な略直方体形状をなしている。電池パック11の上面には、長手方向の両端部寄りの位置に、正極および負極の電極端子12A,12Bが上方に突出して形成されている。正極の電極端子12Aおよび負極の電極端子12Bは同形同大である。各電極端子12A,12Bは四角柱状をなしており、その上面は平坦な電極面とされている。複数の電池パック11は、隣り合う電極端子12が異なる極性となるように並べられ、単電池群10を構成している。隣り合う電池パック11は、後述するバスバー21により電気的に接続される。
正極および負極の電極端子12A,12Bの間には、図1および図9に示すように、上方が開口した筒状のコネクタ部13が設けられている。コネクタ部13の外壁には、相手側のコネクタ40を係止する係止突部14が形成されている。
コネクタ部13内には各単電池と接続された4つの雄型の端子15が突出して配されている。これら4つの端子15は、相手方のコネクタ40の端子47と電気的に接続されるようになっている。
(配線モジュール20)
配線モジュール20は、隣り合う電池パック11の正極の電極端子12Aおよび負極の電極端子12Bに接続される金属製の複数のバスバー21と、バスバー21を保持するバスバー保持部24を有する絶縁材料からなる絶縁プロテクタ23と、バスバー21の温度を検知する温度検知部材51と、を備える。
(バスバー21)
バスバー21は、銅、銅合金、ステンレス鋼(SUS)、アルミニウム等からなる金属製の板材を所定の形状にプレス加工することにより形成され、例えば図4に示すように、全体として略長方形状をなしている。
(絶縁プロテクタ23)
絶縁プロテクタ23は、複数の連結ユニット23Aを連結してなり、図8に示すように、電池パック11の並び方向(図8における左右方向)に細長い形状をなしている。絶縁プロテクタ23には、上方に開口すると共に外部と仕切ってバスバー21を保持可能な仕切壁を有する複数のバスバー保持部24が、その長手方向に沿って2列に並んで設けられている。各バスバー保持部24には、バスバー21が上方に抜けるのを防止する押さえ片29が複数形成されている。
2列のバスバー保持部24のうち、奥方(図4における上側)に並んでいるバスバー保持部24の外側壁24Aは、一部が切り欠かれており、後述する温度検知部材51の検知部54を通す通し部25とされている。通し部25は、所定の一のバスバー保持部24の外側壁24Aのうち、その伸び方向における中央部(配線モジュール20が単電池群10に取り付けられた状態における、隣り合う電極端子12の間に対応する位置)に設けられている。
通し部25の幅寸法は、後述する温度検知部材51の検知部54の幅寸法と同等あるいは同等より僅かに大きい寸法に設定されている。また、通し部25の底部25Aは、バスバー21がバスバー保持部24内に収容された状態において、バスバー21の上面と面一になる高さに設定されている(図5参照)。
また、図4に示すように、奥方に並んでいるバスバー保持部24の外側には、後述する温度検知部材51の素子収容部53を受け入れる受入溝31が形成されている。
受入溝31は複数のバスバー保持部24の並び方向(図4の左右方向)に伸びて形成されている。受入溝31には、図6に示すように、後述する温度検知部材51の素子収容部53および素子収容部53から導出された電線W2が配されている。受入溝31の上方は開口している。
また、2列のバスバー保持部24のうち、奥方に並んでいるバスバー保持部24の外側壁24Aにおいては、隣り合うバスバー保持部24の間に、後述するカバー33を係止する第1カバー係止孔30Aが設けられているとともに、内側壁24Bにおいては、一のバスバー保持部24の長さ方向(左右方向)の中央部に、同じくカバー33を係止する第2カバー係止孔30Bが設けられている。これらの第1カバー係止孔30A、および、第2カバー係止孔30Bの孔壁には、カバー33側に設けた後述する第1ロック片(図示せず)および第2ロック片35Bの第1ロック突部36A(被係止部の一例)および第2ロック突部36B(被係止部の一例)を受け入れる第1係止部(図示せず)および第2係止部30B1が形成されている(図9参照)。
2列のバスバー保持部24の間には、コネクタ保持部26が設けられており、コネクタ保持部26と各バスバー保持部24の間にはそれぞれ電線収容溝27が設けられている。
電線収容溝27は、コネクタ保持部26に保持されるコネクタ40の端子収容部45に収容される端子47の一端部に接続される電線W1を収容するためのものである。
2つの電線収容溝27は、図5に示すように、一対の溝壁部27A,27Bおよびこれらをつなぐ底部27Cを有しており、その内部に複数の電線W1を収容可能としている。
また、電線収容溝27の上端縁には、電線収容溝27から電線W1のはみ出しを規制する電線固定部28が、一方の溝壁部27Aから他方の溝壁部27Bに至って設けられている。電線固定部28は、隣り合うバスバー保持部24の間に位置して設けられている。
本実施形態においては、2つの電線収容溝27の間にコネクタ保持部26が設けられている。コネクタ保持部26は、コネクタ40の外周に沿った形状をなしている。
(カバー33)
本実施形態では、絶縁プロテクタ23の一部を覆うカバー33が設けられている。本実施形態では、カバー33は絶縁プロテクタ23(受入溝31の溝壁)とヒンジ32を介して一体となっている。カバー33は絶縁プロテクタ23と同様に絶縁材料からなる。
カバー33は、受入溝31の伸び方向(図4の左右方向)に沿って伸びて受入溝31の開口を上方から覆う本体部34を有しており、本体部34のうち絶縁プロテクタ23の通し部25に対応する部分には、受入溝31の伸び方向と直交する方向(前後方向)に延びる延出部37が延出形成されている。この延出部37の本体部34からの延出寸法は、バスバー保持部24の幅寸法(図4の上下方向の寸法)とほぼ同等の寸法とされている。また延出部37の幅寸法は、通し部25および検知部54の幅寸法よりも大きい寸法とされている。
延出部37のうち、カバー33が閉じた状態における内面側(下面側)には、受入溝31の伸び方向と直交する方向に伸びる押圧リブ38(押圧部の一例)が突出形成されている。
この押圧リブ38は、図9に示すように、カバー33が閉じた状態(本体部34が受入溝31を覆った状態)において、バスバー21に重ねられた温度検知部材51の検知部54を上方からバスバー21に向けて押圧する突出寸法に設定されている。また押圧リブ38の長さ寸法は、検知部54の長さ寸法より大きめの寸法とされており、押圧リブ38が検知部54を押圧した状態において、押圧リブ38の端部が検知部54の先端部より外側に突出するようになっている。
また、本体部34の縁部のうち、カバー33が閉じた状態において、上述した絶縁プロテクタ23の第1カバー係止孔30Aに対応する位置には、第1カバー係止孔30Aの図示しない第1係止部に係止される第1ロック突部36A(被係止部の一例)を有する第1ロック片35Aが突出形成されている。
さらに、延出部37の先端には、上述した絶縁プロテクタ23の第2カバー係止孔30Bの第2係止部30B1に係止される第2ロック突部36Bを有する第2ロック片35Bが突出形成されている。
カバー33が閉じた状態とされると、第1ロック突部36Aが図示しない第1係止部と係止するとともに、第2ロック突部36Bが第2係止部30B1と係止することにより、カバー33が開かない状態に保持されるようになっている。
また、カバー33が閉じた状態において、温度検知部材51(検知部54)は延出部37により全体が覆われるとともに、バスバー21のうち電極端子12に重ねられる領域は、外部に露出される。
(コネクタ40)
コネクタ保持部26に保持されるコネクタ40には、例えば図8に示すように、4つの端子47が収容されるようになっている。コネクタ40は略直方体状のハウジング41と、ハウジング41に収容される4個の端子47と、を備える。
ハウジング41には、図9に示すように、コネクタ部13の係止突部14を受け入れて電池パック11に対し係止される係止片42が形成されている。係止片42には係止突部14が嵌り込む係止孔42Aが形成されている。
ハウジング41には、コネクタ部13を受け入れる溝部44が形成されている。ハウジング41には4つの端子収容部45が並列して形成されている。端子収容部45の内周面には、端子収容部45内へ撓み可能に突出することにより、端子収容部45内に収容された端子47と係合するランス46が形成されている。
ハウジング41に収容されている端子47はいわゆる雌型の端子47であり、一端部(図9における上端部)には電線W1が接続されるバレル部48,49が形成され、他端部(図9における下端部)には箱状をなし、単電池と接続可能な接続部50が形成されている。
バレル部48,49は、詳細は図示しないが、電線W1の端末において露出する露出芯線(図示せず)に圧着されるワイヤバレル部48と、電線W1の絶縁被覆により被覆されている部分に圧着されるインシュレーションバレル部49とを有する。
接続部50には、図示しない弾性接触片が形成されており、弾性接触片とコネクタ部13の端子15とが接触することにより単電池とコネクタ40の端子47とが電気的に接続されるようになっている。また、端子47の接続部50とバレル部48,49との間にはランス46と係合する係合部(図示せず)が形成されている。
コネクタ40に収容されている端子47は単電池の電圧を検出する端子47である。端子47に接続されている電線W1は、端子収容部45からハウジング41の外側に導出され、ハウジング41の係止片42とは反対側の電線収容溝27に配されて電池モジュールMの外部に導出され、例えばECUなどのようなコントロールユニット(図示せず)に接続されている。
(温度検知部材51)
温度検知部材51は、図2および図3に示すように、図示しない温度検出素子を収容し電線W2が導出される素子収容部53と、検知部54と、を有する。
素子収容部53は筒状をなしており、その内部に電線W2が接続された温度検出素子が収容されている。温度検出素子は、例えば、サーミスタにより構成される。サーミスタとしては、PTCサーミスタ、又はNTCサーミスタを適宜に選択できる。また、温度検出素子としては、サーミスタに限られず、温度を検出可能であれば任意の素子を適宜に選択できる。
温度検出素子には一対の電線W2が接続されており素子収容部53から外側に導出されている。電線W2は、図示しない外部回路に接続されており、温度検出素子からの信号はこの電線W2を介して外部回路に送信されるようになっている。外部回路は、例えば図示しない電池ECUに配されて、温度検出素子からの信号によってバスバー21の温度を検知するようになっている。
検知部54は、素子収容部53の伸び方向の略中央部から垂直方向に延出された平板状をなしており、温度検知部材51全体は平面視略T字形状とされている。この検知部54は上述したバスバー21に重ねられ、バスバー21と面接触する。検知部54の幅寸法(図2の左右方向の寸法)は、上述した通し部25の幅寸法と同等あるいは同等より僅かに小さい寸法に設定されている。
素子収容部53は、図3に示すように、検知部54と比べると厚み寸法が大きくなっている。また、素子収容部53の上面は検知部54の上面と面一とされている。
本実施形態の温度検知部材51は、銅、銅合金、ステンレス鋼(SUS)、アルミニウム等からなる金属製の板材に加工を施すことにより作製される。温度検知部材51は、例えば、金属板材を所定形状にプレスしたものに曲げ加工等を施すことにより筒状の素子収容部53を形成し、電線W2を接続した温度検出素子を素子収容部53内に入れた後、素子収容部53内に絶縁性の樹脂(例えばエポキシ樹脂)を流し込んで固める方法などにより作製される。
(配線モジュール20の組立方法)
本実施形態の配線モジュール20を組み立てる際には、まず、バスバー21を絶縁プロテクタ23のバスバー保持部24内に収容する。バスバー保持部24内に収容されたバスバー21は、その縁部が押さえ片29により係止されて、上方への抜け止めがなされる。
次に、一端部に電線W1を接続した端子47をコネクタ40の端子収容部45に収容し、このコネクタ40をコネクタ保持部26に嵌めこんでコネクタ保持部26に取り付ける。
そして、コネクタ40に接続された電線W1を電線収容溝27に収容する(図4および図5参照)。電線W1を収容する際には、その電線W1が接続されているコネクタ40のハウジング41に設けられている係止片42とは反対側の電線収容溝27に収容する。
次に、絶縁プロテクタ23の所定のバスバー保持部24内に、温度検知部材51を収容する。具体的には、温度検知部材51の検知部54の基端部を絶縁プロテクタ23の通し部25に嵌め込んで、検知部54をバスバー21と重なるように配するとともに、素子収容部53を受入溝31内に収容する。これにより、検知部54とバスバー21とが面接触する。温度検出素子に接続された電線W2は、受入溝31内に配索する(図6および図7参照)。
次に、カバー33をヒンジ32のところで折り曲げて、受入溝31の開口部を本体部34で覆うとともに、バスバー保持部24の一部を延出部37で覆う。この時、カバー33の第1ロック片35Aは、第1ロック突部36Aが第1カバー係止孔30Aの孔縁に当接すると外側方向にたわみ変形し、第1ロック突部36Aが第1カバー係止孔30A内の図示しない第1係止部に至ると弾性復帰する。これにより、第1ロック突部36Aが第1係止部に係止される。また、第2ロック片35Bは、第2ロック突部36Bが第2カバー係止孔30Bの孔縁に当接すると外側方向にたわみ変形し、第2ロック突部36Bが第2カバー係止孔30B内の第2係止部30B1に至ると弾性復帰する。これにより、第2ロック突部36Bが第2係止部30B1に係止される。
このようにして、カバー33が絶縁プロテクタ23に対して閉じた状態で保持され、温度検知部材51の検知部54が押圧リブ38によりバスバー21に向けて押圧された状態となる(図8および図9参照)。これにより、温度検知部材51とバスバー21とは、伝熱的に接続されるようになっている。この結果、充電または放電により電池パック11で発生した熱は、電極端子12からバスバー11へと伝達され、バスバー21から温度検知部材51へと伝達されることとなる。
なお、この状態において、温度検知部材51(検知部54)は延出部37により全体が覆われているとともに、バスバー21のうち電極端子12に重ねられる領域は、外部に露出されている。
(単電池群10への組み付け方法)
次に、上述したように、温度検知部材51、バスバー21およびコネクタ40を絶縁プロテクタ23に配置した配線モジュール20を、隣り合う電極端子12A,12Bが異なる極性となるように並べて配された単電池群10の電極面の所定位置に取り付ける。すると、電池パック11の電極端子12A,12Bの上面に、バスバー21のうちカバー33の延出部37に覆われていない両端部分が配され、重ねられる。また、電池パック11のコネクタ部13は、コネクタ保持部26内に配されたコネクタ40の下方に配される。
次に、各バスバー21と電極端子12とが重ねられた部分にレーザー溶接を行い、バスバー21と電極端子12とを電気的に接続する。その後、各コネクタ40を下方に押しこんでコネクタ40と単電池とを電気的に接続する。これにより、電池モジュールMが完成する(図8および図9参照)。
(本実施形態の作用、効果)
本実施形態においては、バスバー保持部24に保持させたバスバー21に温度検知部材51の検知部54を重ねて配した状態としてから、カバー33を閉じると、カバー33に設けた押圧リブ38が検知部54をバスバー21に向けて押圧するようになっている。
したがって、バスバー21に温度検知部材51を取り付ける締結部材あるいは作業を別途設けなくてもよく、カバー33を閉じるだけで、温度検知部材51をバスバー21に対して熱的に取り付けた状態に保持することができる。
また、カバー33は絶縁プロテクタ23を覆った状態において、検知部54全体を延出部37により覆うものの、バスバー21のうち電極端子12に重ねられる領域は、外部に露出させる構成とされている。従って、押圧リブ38により検知部54をバスバー21に対してずれないように保持させた状態としつつ、バスバー21が露出した部分において、例えばレーザー溶接等により、バスバー21と電極端子12との接続を行うことができる。
また、本実施形態によれば、カバー33は絶縁プロテクタ23に一体的に設けられているから、カバー33を絶縁プロテクタ23に被せ付ける際には、位置合わせを行うことなく回動操作するだけでよく、作業性に優れる。さらに、部品点数を減らすことができる。
また、本実施形態によれば、カバー33には、絶縁プロテクタ23に係止される第1ロック突部36Aおよび第2ロック突部36Bが設けられているから、温度検知部材51の移動を規制し、検知部54とバスバー21との接触状態を確実に維持することができる。
<他の実施形態>
本明細書に開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も技術的範囲に含まれる。
(1)上記実施形態では、カバー33と絶縁プロテクタ23とが一体となったものを示したが、カバー33と絶縁プロテクタ23とは別体であってもよい。
(2)上記実施形態では、カバー33は絶縁プロテクタ23を覆った状態において、検知部54を覆うとともにバスバー21のうち電極端子12に重ねられる領域を外部に露出させる構成としたが、これに限らず、バスバー21全体を覆う構成としてもよい。このような構成とした場合には、バスバー21と電極端子12との接続(例えばレーザー溶接)を行った後、温度検知部材51をバスバー21に重ねて配置し、カバー33を閉じて、検知部54とバスバー21との接触状態を保持させることができる。
(3)上記実施形態では、絶縁プロテクタ23に係止されるロック突部36が設けられているカバー33を示したが、絶縁プロテクタ23に係止される構造を備えないカバー33であってもよい。
(4)上記実施形態では、検知部54を、バスバー21のうち電極端子12A,12Bに重ねられる一対の領域の間に重ね合わせる構成としたが、バスバー21に重ね合わせる領域は上記実施形態に限るものではなく、一対の電極端子とバスバーとの接続を妨げない領域であれば、どの領域に重ね合わせてもよい。
(5)上記実施形態では、バスバー21と電極端子12との接続がレーザー溶接により行われる形態を示したが、これに限らず、例えば、電極ポストとナットや、ナット状の電極端子とボルト等の締結により接続する形態のものにも、本明細書に記載の技術を適用することができる。
(6)温度検知部材51の構成は、上記実施形態に限るものではなく、適宜変更することができ、要は、バスバー21に重ねられる検知部54を有し、その検知部54が、カバー33に設けた押圧部により押圧される構成であれば、どのような構成でもよい。
M…電池モジュール
10…単電池群(蓄電素子群)
11…電池パック(蓄電素子)
12A,12B…電極端子
20…配線モジュール
21…バスバー
23…絶縁プロテクタ
24…バスバー保持部
25…通し部
30A,30B…カバー係止孔
30A1…係止部
31…受入溝
32…ヒンジ
33…カバー
35A,35B…ロック片
36A,36B…ロック突部(被係止部)
37…延出部
38…押圧リブ(押圧部)
51…温度検知部材
53…素子収容部
54…検知部

Claims (4)

  1. 正極及び負極の電極端子を有する蓄電素子を複数個並べてなる蓄電素子群に取り付けられる配線モジュールであって、
    前記電極端子に重ねられて隣り合う前記電極端子を電気的に接続するバスバーと、
    前記バスバーに重ねられる板状の検知部を有して前記バスバーの温度を検知する温度検知部材と、
    前記バスバーおよび前記温度検知部材を保持する絶縁プロテクタと、
    前記絶縁プロテクタの少なくとも一部を覆うカバーと、を備え、
    前記検知部は前記バスバーのうち前記電極端子に重ねられる領域以外の領域に重ねられており、
    前記カバーには、当該カバーが前記絶縁プロテクタを覆った状態において、前記検知部を前記バスバーに向けて押圧する押圧部が設けられている配線モジュール。
  2. 前記カバーは前記絶縁プロテクタを覆った状態において、前記検知部を覆うとともに前記バスバーのうち前記電極端子に重ねられる領域を外部に露出させている請求項1に記載の配線モジュール。
  3. 前記カバーはヒンジ部により前記絶縁プロテクタと一体的に設けられている請求項1または請求項2に記載の配線モジュール。
  4. 前記カバーには、前記絶縁プロテクタに係止される被係止部が設けられている請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の配線モジュール。
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