(57)【要約】  【課題】  従来の太陽電池モジュールアレイを構成する枠体を確実にかつ簡単にアース電位に接続した太陽電池モジュールアレイを提供する。  【解決手段】  四角形状の太陽電池モジュール２０と、前記太陽電池モジュール２０の外周部を保持固定枠体１と、前記枠体１に設けられた設置用部材８とからなる複数の太陽電池モジュール装置Ｓを屋根の傾斜方向に対して横方向に各太陽電池モジュール装置Ｓの前記枠体１を介して連結してなる太陽電池モジュールアレイＡであって、前記隣接しあう一方の枠体１ａの一方側辺フレーム５ｂ及び他方の枠体１ｂの他方側辺フレーム４ａは、前記上辺フレームよりも突出部４ｚ、５ｚを具備し、かつ互いに重畳するとともに、前記突出部４ｚ、５ｚにて導通接続している太陽電池モジュールアレイＡである。【選択図】  図６
2006120960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池素子を有する太陽電池パネルの外周に、金属フレームを配してなる四角形状の太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールの外周部を保持固定し、且つ金属製の上辺、底辺及び左右側辺フレームからなる枠体と、
前記枠体に設けられ、且つ瓦屋根の野地板に固定される設置用部材とからなる複数の太陽電池モジュール装置を、
屋根の傾斜方向に対して横方向に各太陽電池モジュール装置の前記枠体を介して連結してなる太陽電池モジュールアレイであって、
前記隣接しあう一方の枠体の一方側辺フレーム及び他方の枠体の他方側辺フレームは、前記上辺フレームよりも突出部を具備し、かつ互いに重畳するとともに、前記突出部にて導通接続していることを特徴とする太陽電池モジュールアレイ。
【請求項２】
前記設置面は瓦屋根の複数の瓦が敷きつめられた野地板であり、前記太陽電池モジュールモジュールの枠体の上辺側が、瓦部材で覆われて、前記枠体の底辺側は他の瓦部材を覆うように、前記太陽電池モジュール装置は、前記野地板に設置されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールアレイ。
【請求項３】
前記設置面は瓦屋根の複数の瓦が敷きつめられた野地板であり、太陽電池モジュール装置を縦方向に配列した上端側に位置された太陽電池モジュール装置の枠体の底辺が、その下端側に配列された太陽電池モジュールの枠体の上辺を覆うようにして、前記太陽電池モジュール装置はそれぞれ前記野地板に設置されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光エネルギーを利用して発電を行う太陽電池モジュールを縦方向及び／または横方向に連結した太陽電池モジュールアレイに関するものであり、特にそのアース接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題への関心の高まりとともに、自然エネルギーを利用した新エネルギー技術が注目されている。そのひとつとして、太陽エネルギーを利用したシステムの関心が高く、特に、太陽光発電システムの住宅への普及が加速されてきている。
【０００３】
太陽光発電システムは、その主要な構成要素である太陽電池素子により太陽光エネルギーを電力に変換して利用することにより家庭の電気負荷を低減させるものである。
【０００４】
一般に傾斜した屋根に太陽電極モジュールを設置する場合には、屋根の瓦部材上に複数の太陽電池モジュールを配置する設置方法と、太陽電池モジュールを屋根の瓦部材の代替部材として配置する設置方法とがある。特に、太陽電池モジュールを屋根の瓦部材の代替部材として配置する設置方法では、新築の家屋やリフォームの家屋などに適用され、雨じまいや耐火性などにおいて屋根材と同様の能力を有するように設計されたものである。また、外観も屋根の瓦部材と調和して屋根置き型システムと比べて美しくなる。
【０００５】
このような太陽電池モジュールを屋根部材の代替として配置する太陽モジュールであっしも、また、屋根の瓦部材上に配置する太陽電池モジュールであっても、太陽電池モジュールをアース電位に接続していた。このような太陽電池モジュールを屋外に設置する場合、落雷や静電気により太陽電池モジュールの破損を防ぐため又は漏電時の感電の防止のために太陽電池モジュールのアース接地をとることが必要である。
【０００６】
ここで、屋根置き型太陽電池モジュールでは、金属で作られた複数のフレームによって構成される一つの構造体となる太陽電池モジュールアレイとなる場合が多く、その構造体の任意の一箇所にアース線を接続するなどの処置がなされるのが一般的である。
【０００７】
また瓦部材の代替の太陽電池モジュールを複数配列した太陽電池モジュールアレイの場合では、アレイを構成する１つ１つの太陽電池モジュールが独立して屋根面に設置されているため、すべての太陽電池モジュールを電気的に接続された上で任意の一箇所からアース接地を取る必要があり、全ての太陽電池モジュール間をアース線を用いて接続するなどの手段が必要である。
【０００８】
従来技術は、太陽電池モジュールのアース線やワイヤーを用いて太陽電池モジュール間を接続しているが、改良技術として、太陽電池モジュールの化粧カバー部分でビスを貫通させることでアース接続を確保したり（特許文献１）、アース線の接続部が暴露されないようなスペースを設ける技術が提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００１−３１１２７０号公報
【特許文献２】特開平１０−３１７６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の従来技術においては、アース線が太陽電池モジュールの一部に接続する端子部を接続させるための場所は必ずしも外部環境から保護されているわけではなく、風雨の強い日には雨水がケーブルに直接もしくは間接的に当たり、端子部の金属が腐食することがあり、長期的にはアース線であるケーブルの被覆部が劣化して内部の銅線に影響を与え、結果的にアース接続の機能が劣化してしまう可能性もある。
【００１０】
ここで、アース線を外部環境から遮断し保護するためには、特別な部材を用いてカバーするなどの措置が必要になり、部品点数の増加につながり、コストアップの要因となる。
【００１１】
逆に外気に直接曝されないような部分にアース線の接続部分やアース線であるケーブルが外部環境に曝されない箇所に設置することも考えられるが、太陽電池モジュールを集合体であるアレイに施工する施工者にとっても容易に触れられない場所か、もしくは太陽光発電装置の裏側ということを意味し、構造上施工するのが容易ではない場合が多い。
【００１２】
また、アース線を施工した後で外部から見えないようにしまい込む際に、ケーブルが長いと作業がわずらわしく施工性の低下を招くおそれがあり、さらにそのしまい込みが不十分であれば、長期的に該アース線は屋外に露出されることになり、外部環境の影響を直接受けることになる。さらに施工者によってはしまい込みの際にケーブルを無理やり押し込んだり極端に小さな角度で曲げてしまったりする恐れもあった。
【００１３】
本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池モジュールをアース電位に接続するめの構造として、非常に簡単に確実に行え、しかも、外気に晒されて劣化を招く危険を有効に抑えられる太陽電池モジュールアレイを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、太陽電池素子を有する太陽電池パネルの外周に、金属フレームを配してなる四角形状の太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールの外周部を保持固定し、且つ金属製の上辺、底辺及び左右側辺フレームからなる枠体と、前記枠体に設けられ、且つ瓦屋根の野地板に固定される設置用部材とからなる複数の太陽電池モジュール装置を、屋根の傾斜方向に対して横方向に各太陽電池モジュール装置の前記枠体を介して連結してなる太陽電池モジュールアレイであって、前記隣接しあう一方の枠体の一方側辺フレーム及び他方の枠体の他方側辺フレームは、前記上辺フレームよりも突出部を具備し、かつ互いに重畳するとともに、前記突出部にて導通接続していることを特徴とする太陽電池モジュールアレイである。
【００１５】
また、本発明によれば、前記設置面は瓦屋根の複数の瓦が敷きつめられた野地板であり、前記太陽電池モジュールモジュールの枠体の上辺側が、瓦部材で覆われて、前記枠体の底辺側は他の瓦部材を覆うように、前記太陽電池モジュール装置は、前記野地板に設置されていることを特徴とする。
【００１６】
また、前記設置面は瓦屋根の複数の瓦が敷きつめられた野地板であり、太陽電池モジュール装置を縦方向に配列した上端側に位置された太陽電池モジュール装置の枠体の底辺が、その下端側に配列された太陽電池モジュールの枠体の上辺を覆うようにして、前記太陽電池モジュール装置はそれぞれ前記野地板に設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の太陽電池モジュールアレイによれば、太陽電池素子を有する太陽電池パネルの外周に、金属フレームを配してなる四角形状の太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールの外周部を保持固定し、且つ金属製の上辺、底辺及び左右側辺フレームからなる枠体と、前記枠体に設けられ、且つ瓦屋根の野地板に固定される設置用部材とからなる複数の太陽電池モジュール装置を、  屋根の傾斜方向に対して横方向に各太陽電池モジュール装置の前記枠体を介して連結してなる太陽電池モジュールアレイであって、前記隣接しあう一方の枠体の一方側辺フレーム及び他方の枠体の他方側辺フレームは、前記上辺フレームよりも突出部を具備し、かつ互いに重畳するとともに、前記突出部にて導通接続している。すなわち、アレイを構成する全ての枠体は、隣接しあう枠体どうしを接続する導電性導通部材により、全て同一電位に導通接続することができる。しかも、少なくとも１つは、アース電位に接続するケーブルと結線する。すなわち、アース電位に接続される枠体のみに配線ケーブルを施して、その他の枠体についてはアース電位となるケーブルが不要である。すなわち、施工にあたり、少なくとも１つの枠体を除く枠体については、機械的な連結作業を施すため、アース電位に接続するための施工が非常に簡単に確実に行える。
【００１８】
また、ケーブルや導電性の導通部材が、太陽電池モジュールの背面側で行われているため、外気に晒されて劣化を招く危険を有効に抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の太陽電池モジュールアレイについて図示した図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
尚、太陽電池モジュールアレイの設置面としては、瓦屋根の瓦部材を載置する野地板として、既に設置された複数に配列された瓦部材の一部を、また、新築の屋根材の代替となり得る太陽電池モジュールアレイを用いて説明する。
【００２１】
本発明における太陽電池モジュールアレイＡは、複数の太陽電池モジュール装置Ｓが縦方向及び／または横方向に配列されて構成される。そして、太陽電池モジュール装置Ｓは、太陽電池素子を有する太陽電池パネルの外周に金属フレームを配してなる四角形状の太陽電池モジュール２０と、太陽電池モジュール２０の外周部を保持固定する金属製の枠体１と、前記枠体１に連結され、且つ設置面に固定される脚部８ａを有する設置用部材８とから構成されている。
【００２２】
太陽電池モジュールアレイＡは、図１のように、家屋の建物の傾斜した屋根の一部に、複数の太陽電池モジュール装置Ｓを連結した構成されている。たとえば、太陽電池モジュールアレイＡは、４つの太陽電池モジュール装置Ｓ（２行×２列）が、屋根瓦の２２枚（２行×１１列）分に相当し、２２枚の瓦部材３０の代替材とし用いられている。この各太陽電池モジュール装置Ｓは、瓦部材３０を固定する野地板を設置面として配置され、太陽電池モジュールアレイＡの受光面が瓦部材３０の表面と一連となっている。
【００２３】
本発明の太陽電池モジュールアレイに用いられる１つ太陽電池モジュール装置は、図２に示す構造となっている。図２に太陽電池モジュール装置Ｓを構成する太陽電池モジュール２０を配置する時の状態を示している。また、図３は、太陽電池モジュール２０を保持するための枠体１及び設置用部材８とからなっている。尚、枠体１及び設置用部材８とを合わせて保持部材といい、符号Ｋを付している。
【００２４】
保持部材Ｋは、枠体１とこの枠体１の下部に形成される脚部８ａ、８ｂとから構成されている。枠体１は、上辺フレーム２、底辺フレーム３、左右側辺フレーム４、５とからなり、太陽電池モジュール２０の外周端部を保持・固定するものである。
【００２５】
具体的には、図３に示すように、枠体１を構成する上辺フレーム２は、太陽電池モジュール２０のその辺に対応する端部を挟むように太陽電池モジュール２０配置領域９に向かって開口を有する断面コ字状に形成された嵌合部３１となっている。また、その他のフレーム３〜５は、太陽電池モジュール２０の各辺に対応する各辺端部を下部から支持するように断面Ｌ字状に形成された載置部３２となっている。
【００２６】
底辺フレーム３については、太陽電池モジュール２０のその辺に対応する端部が形成された固定抑え板６が取着される。
【００２７】
枠体１の右側辺フレーム４の下面には、太陽電池モジュールアレイＡを構成する隣接の太陽電池モジュール装置Ｓの枠体１の左側辺フレーム５の一部とかみ合って載置するように切り欠き部が形成されている。また、枠体１の左側辺フレーム５の上面に、隣接する枠体の右側辺フレーム４の一部が載置されるように切り欠き部が形成されている。
【００２８】
上述の右側フレーム４及び左側フレーム５は、図３に示すようにいずれもフレーム４、５の上端は、枠体１の上辺フレーム２の外方に突出する突出部４ｚ、５ｚを有している。
【００２９】
この突出部４ｚ、５ｚは、それぞれのフレーム４、５と同様に切欠き部が形成されている。
この突出部４ｚ、５ｚには、隣接しあう枠体１を連結した時に、フレーム４、５と同様に、重なり合うものであり、この重なるあう部分には、導電性連結部材である金属製のビスＴが締着されている。たとえば、突出部４ｚには、金属製ビスＴの貫通孔を形成し、突出部５ｚには、ビスの締着するためのネジ孔が形成されている。
【００３０】
このような構造の枠体１に太陽電池モジュール２０を配置するにあたっては、図２に示すように、太陽電池モジュール２０の側面において位置合わせを行ない、図４（ａ）のように太陽電池モジュール２０の上辺側の端部を、上辺フレーム２の嵌合部３１に嵌合させて、図４（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール２０の上辺側の端部を嵌合部３１内に嵌合させた状態で、嵌合部３１内の内壁に太陽電池モジュール２０の上端部を当接させて、太陽電池モジュール２０の他の辺の端部を各端部に対応する底辺フレーム３及び側辺フレーム４５上に載置する。そして、図４（ｃ）に示すように、この底辺フレーム３の載置部３２の一部に、固定抑え板６をネジ７などで締着することにより、太陽電池モジュール２０を枠体1内に固定することができる。
【００３１】
すなわち、太陽電池モジュール２０は、枠体１を野地板などの設置面に設置・固定したのち、太陽電池モジュール２０を枠体１内に配置領域９に配置している。従って、太陽電池モジュール２０の端部の固定抑え板６を外すことにより、太陽電池モジュール２０を枠体１から外すことができ、枠体１に対して太陽電池モジュール２０が着脱自在の太陽電池モジュール装置となる。
【００３２】
次に、１つの太陽電池モジュール装置Ｓ１と他の太陽電池モジュール装置Ｓ２との連結した太陽電池モジュールアレイＡについて説明する。ここで、上述のように太陽電池モジュール２０は、枠体１を設置した後に、それぞれの枠体１に、太陽電池モジュール２０を電気的な接続を施しながら配置すればよい。従って、太陽電池モジュールアレイＡとしては、この複数の枠体１の連結構造が重要となり、同時にアレイを構成する全ての枠体１の電気的な接続構造、具体的には全ての枠体１をアース電位に接地構造が重要となる。
【００３３】
上述したように、枠体１には上辺フレーム２、底辺フレーム３、右側辺フレーム４、左側辺フレーム５とから成る。尚、一方の太陽電池モジュール装置と、連結する他方の太陽電池モジュール装置との説明において、記号ａを付与した符号は一方の太陽電池モジュール装置の枠体を示し、記号ｂを付した符号は他方の太陽電池モジュール装置の枠体を示す。
【００３４】
この太陽電池モジュールアレイＡは、太陽電池モジュール装置Ｓを横方向に連結する場合の枠体１の連結部を図５に示す。一方の太陽電池モジュール装置Ｓの枠体１ａの左側辺フレーム５ａ上に、他方の太陽電池モジュール装置Ｓ２の枠体１ｂの右側辺フレーム４ｂが載置・重畳されて互いに連結されている。
【００３５】
このとき、図６に示すように、枠体１ｂの右側辺フレーム４ｂが、枠体１ａの左側辺フレーム５ａに載置されていることから、各右側辺フレーム４ｂ、枠体１ａの左側辺フレーム５ａの各突出部４ｚ、５ｚについても互いに重ね合わされている。そして、この突出部４ｚ、５ｚを導電性連結部材である金属製ビスＴが締着される。この導電性連結部材である金属製ビスＴを用いるため、たとえば上側に位置する右側辺フレーム４の突出部４ｚには、ビスＸの貫通孔を形成し、下側に位置する左側辺フレーム５の突出部５zには、ビスの締着するためのネジ孔が形成されている。
【００３６】
すなわち、隣りあう枠体１ａ、１ｂにおいて、連結される右側辺フレーム４ｂと、左側辺フレーム５ａとの連結にあたり、横方向の位置決めは、右側辺フレーム４ｂ及び左側辺フレーム５ａに形成した切り欠き部どうしの重畳重によって行われ、枠体１ａ、１ｂの上下方向の位置合わせ、両フレーム４ｂ、５ａの機械的に固定及び電気的な接続は、上述の突出部４ｚ、５ｚの重なりあう部分における金属製ビスＴによる締着によって行われる。
【００３７】
尚、導電性連結部材としては、金属製ビスＴで説明しているが、導通性のあるボルトとナットとを組合せでもよく、互いに機械的に嵌合しあうかしめ部材であってもよく、一方の受け孔に他方の突出ピンが圧入されるようにしてもよい。
【００３８】
このビスＴなどの導電性連結部材によって、互いに連結される枠体１ａと枠体１ｂとが電気的に導通が図れている。これは、太陽電池モジュールアレイＡを構成する枠体１ａ、１ｂ・・・全体が同一電位となっている。そして、いずれかの１つの枠体１ａ、１ｂ・・を、図６に示すように、配線ケーブル１０によって、アース電位に地接する。これにより、全ての枠体１ａ、１ｂとの間をアース電位となり、この枠体１ａ、１ｂ・・に太陽電池モジュールを配置する際、また、配置したのち、枠体１ａ、１ｂに発生する可能性がある不要な電流が接地に落すことができ、太陽電池モジュールアレイＡの施工にあたり、また、メンテナンス作業にあたり、安全に取り扱うことができる太陽電池モジュールアレイＡとなる。
【００３９】
このような導電性連結部材ｘが形成された右側辺フレーム４の突出部４ｚ及び、左側辺フレーム５の突出部５ｚは、上辺フレーム２から突出していたとしても、たとえば野地板に配置し、かつ枠体１ａ、１ｂの周囲に瓦部材３０によって、上辺側フレーム２の一部が覆われることから、突出部４ｚ、５ｚも同様に、瓦部材によって覆われることになるため、風雨や紫外線などに、導電性連結部材が晒されることがない。
【００４０】
尚、枠体１ａ、１ｂの固定については、上述の導電性連結部材のみならず、枠体１に一体化した接地用部材８によって野地板に強固に固定される。
【００４１】
以上のように、本発明の太陽電池モジュールアレイにおいては、受光面側からみると、枠体１ａと枠体１ｂとの機械的な連結部分、または電気的に接続する導電性連結部材などのビスＴなどが、一切外観から露出することがない。従って、導電性連結部材が全く露出されることがないため、特に、枠体１ａと枠体１ｂとの電気的な接続状態が経時劣化することが一切ない。
【００４２】
上述のアレイは、複数の太陽電池モジュール装置Ｓを横方向に連結した太陽電池モジュールアレイＡで説明したが、縦方向に、屋根の傾斜方向に複数連接した場合、下方側に位置する太陽電池モジュールアレイＡの枠体１の突出部４ｚ、５ｚは、その上側に配置した太陽電池モジュール装置によって隠蔽されることになる。これは、図７（ａ）に示すように、雨などの流れを考慮して、上方側に位置する太陽電池モジュール装置Ｓの一部、主に、底辺側フレーム３ａは、下方に位置する太陽電池モジュール装置Ｓの一部、主に、上辺側フレーム２ｂの一部を覆うように配置されるためである。
【００４３】
ここで、上方に位置する太陽電池モジュール装置Ｓの枠体１ａと下方に位置する太陽電池モジュール装置Ｓの枠体１ｂとのアース電位の接続について説明する。
【００４４】
上方に位置する太陽電池モジュール装置Ｓの枠体１ａと下方に位置する太陽電池モジュール装置Ｓの枠体１ｂとは、その一部が上述したように覆われるように配置されるため、この覆われた部分を利用して、導電性連結部材を用いて電気的な接続を施す。具体的には、図７（ｂ）に示すように、上方に位置する太陽電池モジュール装置Ｓの枠体１ａの下辺フレーム３ａと、下方に位置する太陽電池モジュール装置Ｓの枠体１ｂの上辺フレーム２ｂとを両者を連結する例えば２段階に折り曲げ加工された金属部材３２をビス１２などで締着して達成される。
【００４５】
このように傾斜方向に配列した太陽電池モジュールアレイにおいては、受光面側からみると、枠体１ａと枠体１ｂとの電気的に接続する導電性連結部材点である金属部材３２などが、一切外観から露出することがない。従って、金属部材３２が全く露出されることがないため、枠体１ａと枠体１ｂとの電気的な接続状態が経時劣化することが一切ない。
【００４６】
このように上下方向に配置された太陽電池モジュール装置においては、金属部材３２を、さらに、上述した横方向に配列された太陽電池モジュール装置においては、突出部４ｚ、５ｚに形成したビスなどの導電性連結部材を用いることにより、縦横にそれぞれ複数の太陽電池モジュール装置を配置した太陽モジュールアレイを形成することができる。しかも、各枠体１を野地板などの設置面に設置する際に、機械的な施工によって、簡単に電気的に導通をことができる。そして、太陽電池モジュールアレイを構成する枠体の少なくとも１つを、アース電位に接続されたケーブルを用いて接続すれるだけで、太陽電池モジュールアレイを構成する全ての枠体をアースに接地することが可能である。このアース電位に接続されたケーブルは、例えば、太陽電池モジュール装置Ｓの出力配線と同様に、たとえば、太陽電池モジュールアレイＡの背面に位置する野地板に、ケーブル貫通用の孔を形成し、この貫通孔を通して家屋内でアース電位に接続すればよい。
【００４７】
なお、本発明は上述の実施例に限定されることはなく、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更し実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明における太陽電池モジュールアレイを屋根面上に載置した一例である。
【図２】本発明に係る太陽電池モジュール装置の一例の分解斜視図である。
【図３】本発明に係る保持部材Ｋを示す斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る太陽電池モジュール装置に太陽電池モジュールが配置される様子を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る太陽電池モジュール装置の連結構造を示す部分拡大斜視図である。
【図６】本発明に係る太陽電池モジュール装置の電気的な接続状況を示す部分拡大斜視図である。
【図７】本発明に係る太陽電池モジュール装置を上下方向に配列した際の電気的な接続状況を示す部分拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１・・枠体
２・・上辺フレーム
３・・底辺フレーム
４・・・右側辺フレーム
５・・・左側辺フレーム
４ｚ、５ｚ・・突出部
１０：アース線
２０、１０１：太陽電池モジュール
３０：屋根材
Ｔ・・・導電性連結部材（金属製ビス）
３２・・導電性連結部材（金属部材）
【図１】
2006120960.tif 000003
【図２】
2006120960.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006120960.tif 000008
【図７】
2006120960.tif 000009