(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一枚の基板と、前記基板上に平面的に配列される複数の太陽電池セルと、前記複数の太陽電池セルを電気的に接続して電気回路を形成する接続部材と、前記複数の太陽電池セルと接続部材とを覆う一枚の透明カバー板とを備え、電気回路に接続される保護用素子を基板と透明カバー板との間に備え、太陽電池セルは一部に切り欠き部を有し、保護用素子はその切り欠き部に設置されてなる太陽電池モジュール。
【請求項２】
保護用素子がバイパスダイオード又はブロッキングダイオードである請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
太陽電池セルは一部に切り欠き部を有し、その切り欠き部において外部回路と接続される請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
請求項１記載の太陽電池モジュールを複数組合わせた太陽電池モジュール。
【請求項５】
透明カバー板はセリウム添加ガラスからなり、厚さが５０〜２００μｍである請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
太陽電池セルは厚さが５０〜２００μｍである請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
太陽電池セルは透明カバー板に接着される請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
透明カバー板は各太陽電池セルを位置決めするために太陽電池セルの方向へ突出する突起部を備えてなる請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
複数の太陽電池セルは透明カバー板に接着剤層を介して接着され、隣接する太陽電池セル間に介在して接着剤層を太陽電池セル毎に隔離する隔離部材を備えてなる請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
基板から延出し太陽電池セル間を通って先端が透明カバー板に当接する反射部材をさらに備え、その反射部材の先端は透明カバー板から入射する光を太陽電池セルへ反射するように形成されてなる請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
隣接する太陽電池間に熱膨張吸収部材をさらに備えてなる請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
熱膨張吸収部材は太陽電池セルよりも剛性が低い請求項１３記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
透明カバー板は機械的又は熱的応力により破壊されるようにスリット状の傷を有する請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項１４】
複数の請求項１記載の太陽電池モジュールと、前記複数の太陽電池モジュールを装着する基体とを備えた太陽電池パネル。
【請求項１５】
保護用素子が切り欠き部の形状に対応する外形を有する請求項４記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガラスを表面に接着してなる複数のセルを備えた太陽電池モジュールとそれを用いた太陽電池パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
図１５に示すように、従来の宇宙用太陽電池モジュール９は、複数の太陽電池セル３の各々にガラス（カバーガラス）１を接着剤２によって接着し、接続部材（インターコネクタ）６でセル３を直列および並列に接続し、接着剤４によって基板（サブストレート）５に接着することにより形成されている。従って、インターコネクタ６およびモジュール９の端部に設けられるバスバー８は、露出しており、宇宙環境にさらされる（例えば特開平５−１３６４４１号公報参照）。
【０００３】
宇宙は電磁環境でもあり、電離された電子とイオンがプラズマ状態となって存在している。従って、宇宙で太陽電池モジュール９のインターコネクタ６がむき出しになっていると、太陽電池モジュール９が、インターコネクタ６を通して放電し、発生電力の低下および太陽電池セル３の破壊を招く恐れがあるため、インターコネクタ６自体を絶縁樹脂で覆う等の対策がとられている（例えば、特開昭６１−２０２４７４号公報参照）。
【０００４】
また、従来のモジュールでは、図１６に示すように太陽電池セル３にガラス１を接着する時に接着剤２が側面部より上部にはみ出してしまう。はみ出した接着剤２は、宇宙環境にさらされて光透過率が低下し、その下面の太陽電池セル３の出力低下を招くため、取り除くことが必要である。また、その取り除き作業は、太陽電池セル３およびガラス１が通常５０μｍから２００μｍと薄く割れ易いため、不良の発生の要因ともなった。
【０００５】
さらに従来のモジュールでは、個々の太陽電池セル３にガラス１を接着するため、その接着作業には多くの手間を要する。また、太陽電池セル３がガラス板１に覆われいない部分は、宇宙環境において、特に低エネルギーの陽子線により急速に劣化する。一方、ガラス１を太陽電池セル３に対し大きくすると、モジュールの総面積に占める太陽電池セル３の面積比率が小さくなり、太陽電池パネルの面積当たりの出力が小さくなる。
【０００６】
このため、ガラス１を太陽電池セル３に対し大きくするわけにはいかず、太陽電池セル３がガラス１からはみ出さないよう、ガラス１の接着の際に高い寸法精度が求められ、この作業をより手間のかかるものとしている。
また、太陽電池セル３とガラス１の位置合せ精度を高くしなければ隣接する太陽電池間の距離が結果として大きくなり、面積効率が低くなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、一枚の基板と、前記基板上に平面的に配列される複数の太陽電池セルと、前記複数の太陽電池セルを電気的に接続して電気回路を形成する接続部材と、前記複数の太陽電池セルと接続部材とを覆う一枚の透明カバー板とを備える太陽電池モジュールを提供するものである。
【０００８】
この発明によれば、一枚の透明カバー板が複数の太陽電池セルを覆うので、外周部を除き太陽電池セルの詳細な位置合わせは不要となり、また接着剤の透明カバー板上面へのはみ出しもない。また、太陽電池セル間の電気的な接続部材も透明カバー板に覆われるため、宇宙の電磁環境から受ける悪影響が抑制される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明における基板は、曲率を有するパネルに装着することも考慮して、ある程度の可撓性を有する基板であることが好ましく、それには、例えば厚さ０．１〜０．２ｍｍのポリイミドフィルムやＦＲＰフィルムが用いられる。また、太陽電池セルには、従来公知のもの、例えばＮ形シリコン表面にＰ形不純物を拡散させて構成した、いわゆるシリコン太陽電池（厚さ５０〜２００μｍ）を用いることができる。
【００１０】
太陽電池セルを電気的に接続する接続部材とは、当該技術分野で一般的にインターコネクタと呼ばれ太陽電池セル間の接続を行うものや、バスバーと呼ばれ太陽電池モジュールから出力電流を取り出すものである。インターコネクタは外部ストレスを吸収する構造、いわゆるストレスリリーフ構造を有することが好ましい。バスバーの材料としては銀材や金めっきした銀材、銀メッキしたコバール，モリブデン，アルミニウム，銅などがあげられる。
【００１１】
透明カバー板は、通常、カバーガラスと呼ばれるが、その使用環境を考慮すると宇宙放射線等の曝露を受けても着色されず、太陽電池セルの波長感度特性に適した波長、例えば０．３５〜１．２μｍの波長を効率よく透過させ、太陽電池セルを宇宙放射線から保護し、機械的強度および耐熱性にすぐれた材質からなることが好ましい。それには、例えば厚さが５０〜２００μｍ程度の無機ガラスが使用されるが、特にセリウム添加ガラスは宇宙線等の曝露による着色が少ないので好ましい。
【００１２】
この発明の太陽電池モジュールにおいては、複数の太陽電池セルを接続部材で直列および／又は並列接続して電気回路を形成するが、このモジュールを複数個接続して太陽電池パネルとする場合に、あるモジュールまたはセルが何らかの外因により太陽光を受光できない時、そのモジュールの電気回路をバイパスして電流が流れるようにその電気回路には保護用素子としてバイパスダイオード又はスイッチング素子を並列接続することが好ましい。
【００１３】
なお、この保護用素子は太陽電池セルの各々に並列接続してもよい。しかし、それでは多量の素子が必要となるので、各モジュール毎に１つの素子を接続することが望ましい。
【００１４】
また、この発明の太陽電池モジュールは、複数個接続されて太陽電池パネルを形成するが、太陽電池パネルの出力は通常負荷およびバッテリーに接続されるので、太陽電池モジュールが太陽光を受光できないときにバッテリーから印加される逆電圧を阻止するための保護用素子として逆電圧阻止ダイオード、つまりブロッキングダイオードを直列接続することが好ましい。
【００１５】
なお、上記バイパスダイオードおよびブロッキングダイオードのような保護用素子は、基板と透明カバー板との間に設置される。その場合には、太陽電池セルの一部に切り欠き部を設け、その切り欠き部のスペースにバイパスダイオードやブロッキングダイオードを収納するようにしてもよい。
【００１６】
また、隣接する太陽電池セル間にスペースが存在する場合には、そのスペースにこれらのダイオードを収容してもよい。その時、バイパスダイオードやブロッキングダイオードは収納されるスペースに対応する形状（例えば横断面が３角形や台形）を有することが好ましい。
【００１７】
太陽電池モジュールは電気回路の出力を外部へ接続する接続端子をさらに備えてもよい。その接続端子の収納スペースを確保するため、太陽電池セルに切り欠き部を設けてもよい。
【００１８】
なお、上記接続端子を用いて太陽電池モジュール間を接続する場合、接続端子部分に対応する透明カバー板の部分を予め切り欠いておき、接続後に透明カバー板の切り欠き部分をガラス板又はセラミック板で覆い、接続端子を宇宙空間の放射線や電場環境から遮蔽するようにしてもよい。
【００１９】
１つの太陽電池モジュールにおいて、独立した複数の電気回路が形成されてもよい。その場合、各電気回路毎にバイパスダイオードが並列接続されることが好ましい。
また、太陽電池モジュールを複数個接続することにより、１つの電力生成回路を形成するようにしてもよい。
【００２０】
太陽電池セルと透明カバー板とは樹脂によって接着され、その樹脂は、アウトガスの少ないシリコーン樹脂であることが好ましい。この場合、シリコーン樹脂は低温（約−１００℃）で急激に物性が変化をするので、その時に生じる応力を緩和するために樹脂層を分断する隔離部材を設けることが好ましい。
透明カバー板は太陽電池セルを位置決めするための突起を設けてもよい。
【００２１】
太陽電池セルと透明カバー板との熱膨張率の違いによる伸縮を緩和させるため、隣接する太陽電池セル間に、太陽電池セルよりも熱膨張率の高い部材をはさむことが好ましい。
この部材は、さらに機械的応力を緩和するため、太陽電池セルよりも剛性が低いことが好ましい。
【００２２】
基板上に隣接する太陽電池セル間を通って先端が透明カバー板に当接する部材を設け、その先端は太陽光を反射して太陽電池セルに入射させるように形成されてもよい。
【００２３】
透明カバー板については、太陽電池セルと同じ大きさの複数のガラスを、熱膨張率がそのガラスよりも小さい材料で貼り合わせ、一枚の透明カバー板としてもよい。
透明カバー板は、機械的あるいは熱的な応力を受けた時に、隣接する太陽電池セル間で割れるよう、あらかじめ、傷又はスリットが形成されることが好ましい。
【００２４】
この発明はまた、互いに電気的に接続され平面的に配列された複数の太陽電池セルと、前記複数の太陽電池セルを覆う一枚の透明カバー板とを備え、複数の太陽電池セルと透明カバー板とが接着された太陽電池モジュールを提供するものである。
この発明においても、太陽電池およびその電気的接続部材（インターコネクタ）が透明カバー板により覆われているので、これらが宇宙の電磁環境から蒙る影響が軽減されている。
また、この太陽電池モジュールは、複数個を一枚の基板上に平面的に設置して用いることができる。従って、太陽電池の取扱いや設置についての作業性が向上する。
【００２５】
実施例
以下、図面に示す実施例を用いてこの発明を詳述する。
図１はこの発明の実施例である太陽電池モジュール１９の要部断面図を示す。同図に示すように、太陽電池モジュール１９は、一枚の基板１５と、基板１５上に平面的に配列され接着剤１４により接着される複数の太陽電池セル１３と、複数の太陽電池セル１３を電気的に接続する接続部材つまりインターコネクタ１６と、太陽電池セル１３とインターコネクタ１６とを覆う一枚のカバーガラス（以下ガラスという）１１を備える。ガラス１１は接着剤１２により太陽電池セル１３とインターコネクタ１６に接着されている。
【００２６】
太陽電池モジュール１９は、複数の太陽電池セル１３が１枚のガラス１１に覆われて形成されており、ガラス１１内に太陽電池セル１３を収めれば良いため、太陽電池セル１３の位置合せ精度を高くする必要がない。
【００２７】
また、接着剤１２は、外周部を除きガラス１１の上面にはみ出すことがない。また、図示していないが、インターコネクタ１６は、ストレスリリーフ部を持った構造にしておくと、宇宙での熱環境により生じる熱歪みが生じても応力が緩和され、接着剤１２の剥離や、太陽電池セル１３およびガラス１１の破損が軽減される。
【００２８】
図２はこの実施例の太陽電池モジュール１９の平面図、図３は側面図である。但し、図を簡単にするため、図２は基板１５を除去した状態を示す。これらの図において、ガラス１１と基板１５との間には図２に示すように左右それぞれ５つの太陽電池セル１３が接着され、さらにバイパスダイオード１７，ブロッキングダイオード２９，バスバー１８が接着されている。
【００２９】
従って、太陽電池セル１３，インターコネクタ１６，バスバー１８，バイパスダイオード１７，ブロッキングダイオード２９等のモジュールに必要な電気回路部品はすべてガラス１１に覆われており、宇宙環境から保護する事ができる。この時の電気回路図の一例を図４に示す。
【００３０】
図４に示すように太陽電池モジュール１９では、それぞれ５つの太陽電池セル１３をインターコネクタ１６で直列接続した２組の直列回路をバスバー１８でさらに直列接続して１つの電力生成回路を形成している。そして、電力生成回路の一端はバスバー１８で外部へ引出され、他端はブロッキングダイオード２９を直列に介して外部へ引出され、この電力生成回路にはバイパスダイオード１７が並列接続されている。
【００３１】
なお、図４は４つの太陽電池モジュール１９の直並列回路から負荷ＬにスイッチＳを介して電力を供給する一般的な回路の一例を示し、補助バッテリＢが太陽電池モジュール１９の直並列回路に並列に挿入されている。
【００３２】
太陽電池モジュール１９に光が照射される時にはその起電力は負荷Ｌに電力を供給すると共にバッテリＢを充電する。太陽電池モジュール１９の１つに光が照射されなくなると、他の太陽電池モジュール１９からの電流はその照射されない太陽電池モジュール１９のバイパスダイオード１７を通って負荷ＬやバッテリＢに供給される。また、太陽電池モジュール１９の起電圧が低くなりバッテリＢから逆電圧が印加されるとブロッキングダイオード２９の作用により太陽電池モジュール１９は保護される。
【００３３】
次に、１０個の太陽電池モジュール１９をバスバー１８で電気的に直列又は並列に接続して基台２５の上に装着した太陽電池パネル２２を図５に示す。
【００３４】
図６はこの発明の他の実施例を示し、太陽電池セル１３は両肩を切り欠いた形状をしており、隣接する太陽電池モジュール１９間の接続は、この切り欠き部分のスペースを利用して行われる。なお、ガラス１１もこの接続部分に対応した切り欠き部分を有し、接続作業の終了後にこの切り欠き部分には、図示しないカバーガラスが接着される。なお、モジュール１９間の接続ははんだ付け又は溶接により行われる。
【００３５】
図７と図８はそれぞれ形状の異なるブロッキングダイオード２９を収容した太陽電池モジュール１３の変形例について、隣接する２つの太陽電池モジュール１３を互いに接続する状況を示した要部拡大図であり、図７はブロッキングダイオード２９が三角形の板状である場合を、図８はバスバー１８とほぼ同じ幅を有する長方形の板状である場合を示している。
【００３６】
図９はこの発明の他の実施例を示す平面図である。同図において、太陽電池モジュール２２は４つの太陽電池モジュール１９ａと４つの太陽電池モジュール１９ｂとを組合せたものである。太陽電池モジュール１９ａは２組の太陽電池セル１３の直列回路とバイパスダイオード１７とブロッキングダイオード２９とを備え、太陽電池モジュール１９ｂは１組の太陽電池セル１３の直列回路のみを備えている。
【００３７】
そして、太陽電池モジュール１９ａと１９ｂを接続することによって図４の太陽電池モジュール１９のような電力生成回路が得られるようになっている。従って、太陽電池モジュールの回路が長く１枚のガラスで覆うには作業性や取扱性が悪くなる場合に、有効である。なお、太陽電池モジュール１９ａ，１９ｂはそれぞれ図１に示すように構成部品がすべてガラス１１によって覆われている。
【００３８】
図１０〜図１４は、太陽電池セル３の接着部分の変形例を示す要部断面図である。図１０は、ガラス１１に突起３４を設け、太陽電池セル１３の位置を決めて複数の太陽電池セル１３を接着し易いようにした例を示す。この突起３４は、ガラス１１を形成する際にその表面を機械的処理又はアルカリ等によるエッチング処理によって削る方法や、突起３４となるガラスまたはセラミック材料をガラス１１に貼り合わせる方法などによって形成される。
【００３９】
ガラス１１の熱膨張係数は、太陽電池セル１３や基板１５（図１）の材料に比べて大きいため、宇宙での熱環境により熱歪みが生じ、接着剤１２の剥離や、太陽電池セル１３およびガラス１１の破損に繋がる。これを防ぐために、図１１に示すように、太陽電池セル１３と太陽電池セル１３との間に、太陽電池セル１３より熱膨張係数が高く剛性が低い部材３５を設置する。これにより熱歪みを緩和することができる。
【００４０】
また、接着剤１２としてシリコーン接着剤を用いた場合、シリコーン接着剤は、温度を低温（−１００℃）に下げていくと急激な物性変化を生じ、熱膨張係数，弾性率等が、数桁変動する。このため、シリコーン接着剤の剥離や太陽電池セル１３又はガラス１１の破損をもたらすことがある。特に大きなガラス１１や大面積の接着剤の場合にこの影響が大きくなる。
【００４１】
そこで、図１２に示すように接着剤１２が連続した１枚の層にならないように接着剤１２を分断する部材３６を太陽電池セル間に設けている。なお、部材３５，３６の材料としては、シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，アクリル樹脂などがあげられる。
【００４２】
またガラス１１は、小さな複数枚のガラスを熱膨張率がそのガラスよりも小さい材料で貼り合わせ、一枚のガラスとしてもよい。それにより、ガラス１１に加わる機械的あるいは熱的な応力が緩和され、ガラス１１が割れにくくなる。
【００４３】
またガラス１１は、あらかじめ、表面に傷又はスリットを備え、ガラス１１に機械的あるいは熱的な応力が加わった時に、太陽電池セル３と太陽電池セル３の間で割れるようにしてもよい。これによって、太陽電池セル１３が割れるという重大な損傷を免れる事ができる。
【００４４】
図１３は、太陽電池セル１３の位置ぎめ用又は、接着剤の分断用として、基板１５上に部材３７を設けたものを示す。部材３７は図１４に示すように太陽光３８が反射して太陽電池セル１３に入射するように先端が尖った形状で反射特性の高いものが用いられる。この反射により、より多くの太陽光が太陽電池セル１３表面に照射される。このため、太陽電池モジュールの発電量が増大する。部材３７の先端はアルミや銀を蒸着して反射率を向上させてもよい。
【００４５】
図１７はこの発明のさらに他の実施例を示す側面図である。
同図に示すように太陽電池モジュール１９ａでは、複数の太陽電池セル１３を平面的に配列し、それらを並列および直列方向にインターコネクタ１６で電気的に接続した後、太陽電池セル１３とインターコネクタ１６とを一枚のガラス１１で覆い、太陽電池セル１３とインターコネクタ１６をガラス１１の下面にシリコーン接着剤のような接着剤１２により固着している。つまり、この実施例における太陽電池モジュール１９ａは、図１に示す太陽電池モジュール１９から基板１５を除去した形で形成される。
【００４６】
図１８と図１９は８個の太陽電池モジュール１９ａを用いて構成した電力生成回路を示す平面図と側面図である。ここでは、８つの太陽電池モジュール１９ａが互いに電気的に直並列接続され、１つの電力生成回路を構成する。この実施例においても、太陽電池１３とインターコネクタ１６がガラス１１で覆われているので、宇宙の電磁環境から蒙る影響が軽減される。また、太陽電池をモジュール単位で基板に設置できるので、太陽電池の取扱いや設置作業が容易になる。
【００４７】
【発明の効果】
この発明によれば、一枚のガラスに複数の太陽電池セルを接着するため、ガラスと太陽電池セルとの精密な位置合わせは不要となり、また接着剤のガラス上面へのはみ出しが無くなるため、組立て作業が大幅に簡素化される。ガラスと太陽電池セルとの精密な位置合わせが必要な場合は、あらかじめ太陽電池セルの位置合わせ用突起を設けたガラス等を使用すれば、作業が簡素化される。
【００４８】
また、太陽電池セル間の電気的接続部材もガラスに覆われるため、その接続部材と宇宙の電磁環境との相互作用も少なくなる。
また、隣接する太陽電池セル間に太陽電池セルより熱膨張係数が高く剛性が低い材料を設置することにより、宇宙での熱環境による熱歪みが緩和されるため、接着剤の剥離や、太陽電池セルおよびガラスの破損が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の太陽電池モジュールの要部断面図である。
【図２】図１に示す太陽電池モジュールの平面図である。
【図３】図２に示す太陽電池モジュールの側面図である。
【図４】図２に示す太陽電池モジュールの回路とその使用例を示す電気回路図である。
【図５】図２に示す太陽電池モジュールを組込んだパネルの一例を示す平面図である。
【図６】この発明の他の実施例の太陽電池モジュールを示す平面図である。
【図７】この発明の太陽電池モジュールの変形例を示す要部拡大図である。
【図８】この発明の太陽電池モジュールの他の変形例を示す要部拡大図である。
【図９】この発明の太陽電池モジュールの他の実施例を示す平面図である。
【図１０】この発明の太陽電池モジュールの他の実施例を示す要部断面図である。
【図１１】この発明の太陽電池モジュールの他の実施例を示す要部断面図である。
【図１２】この発明の太陽電池モジュールの他の実施例を示す要部断面図である。
【図１３】この発明の太陽電池モジュールの他の実施例の要部断面図である。
【図１４】図１３の要部拡大図である。
【図１５】従来例の太陽電池モジュールの要部断面図である。
【図１６】従来例の太陽電池モジュールの要部拡大断面図である。
【図１７】この発明の太陽電池モジュールの他の実施例を示す側面図である。
【図１８】図１７に示す太陽電池モジュールの配置例を示す平面図である。
【図１９】図１７に示す太陽電池モジュールの配置例を示す側面図である。
【符号の説明】
１１  ガラス
１２  接着剤
１３  太陽電池セル
１４  接着剤
１５  基板
１６  インターコネクタ
１９  太陽電池モジュール
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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