(57)【要約】【課題】中間層に封止された太陽電池の交換を容易に行うことができる、太陽電池一体型部材を提供すること。【解決手段】少なくとも１つの透明部材を含む複数の板状部材、該複数の板状部材間に形成された中間層、及び該中間層に設けられたフレキシブル太陽電池、を含む太陽電池一体型部材であって、前記複数の板状部材のうち少なくとも１つの板状部材は、フレキシブル太陽電池を出し入れ可能なスリットを有する太陽電池一体型部材による。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの透明部材を含む複数の板状部材、
該複数の板状部材間に形成された中間層、及び
該中間層に設けられたフレキシブル太陽電池、を含む太陽電池一体型部材であって、
前記複数の板状部材のうち少なくとも１つの板状部材は、フレキシブル太陽電池を出し入れ可能なスリットを有する太陽電池一体型部材。
【請求項２】
前記複数の板状部材が、透明部材と、スリットを有する板状部材を含む、請求項１に記載の太陽電池一体型部材。
【請求項３】
前記複数の板状部材が、第一の透明部材と、スリットを有する第二の透明部材を含む、請求項１または２に記載の太陽電池一体型部材。
【請求項４】
前記少なくとも１つの透明部材が板ガラスである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池一体型部材。
【請求項５】
前記スリットは、板ガラスに設けられており、かつ、複数のガラス部材の結合により形成される、請求項４に記載の太陽電池一体型部材。
【請求項６】
前記中間層がスペーサーを有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池一体型部材。
【請求項７】
前記中間層が封止されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池一体型部材。
【請求項８】
フレキシブル太陽電池のたわみを防止するたわみ防止機構を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池一体型部材。
【請求項９】
前記フレキシブル太陽電池は有機薄膜太陽電池である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池一体型部材。
【請求項１０】
ガラスカーテンウォールである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池一体型部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの透明部材を含む複数の板状部材間に、フレキシブル太陽電池を配置してなる太陽電池一体型部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
断熱・遮音効果に優れた複層ガラスに太陽電池を封入する技術が開発されている。
例えば、特許文献１では、複層ガラスを構成する２枚の板ガラスのいずれかに太陽電池を接着した複層ガラスが開示されている。
また、特許文献２では、太陽電池を封入した複層ガラスの意匠性を向上させるため、太陽電池の非受光面側にバックシートを配置する技術が開示されている。
また、太陽電池パネルをそのままガラスカーテンウォールを兼ねて、外壁として設置することが提案されている。（例えば特許文献３参照）。
【０００３】
複層ガラスに太陽電池を封入する技術は、このように多数提案されている。しかしながらこれらの技術は窓ガラスに関するものであり、ガラスカーテンウォールなどの建材として用いられる複層ガラスに太陽電池を封入する技術は、あまり提案されていない。
一方で、建物の耐用あるいは使用年数と太陽電池パネルの寿命とが大きく異なるため、太陽電池パネル一体型の窓ガラスやガラスカーテンウォールでは、定期的な太陽電池の交換が必要となることが知られている。そして窓ガラスに関しては、窓枠に太陽電池を脱着可能に取り付けることで、内ガラスを開くことにより、容易に太陽電池を窓枠から取り外すことができる技術が提案されている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１３３４号公報
【特許文献２】特開２００１−１６８３６７号公報
【特許文献３】特開２００２−２１２３１号公報
【特許文献４】特開２０１０−１４４３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガラスカーテンウォールなどの建材は、建築構造上取り外しは可能であるものの、カーテンウォールフレームが柱や梁に固定されているため、ガラスカーテンウォール内に封入した太陽電池を交換するためには、足場を組み立て、更にクレーン等を用いる必要があり、極めて大掛かりな作業となる。本発明は、このような問題を解決するものであり、複数の板状部材間に太陽電池を含む太陽電池一体型部材であって、太陽電池の交換が容易な部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を進めたところ、太陽電池として可撓性を有するフレキシブル太陽電池を用い、かつ、中間層を形成する板状部材に該フレキシブル太陽電池を出し入れ可能なスリットを形成することで、大掛かりな作業をすることなく、容易に太陽電池を交換できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００７】
本発明は、少なくとも１つの透明部材を含む複数の板状部材、該複数の板状部材間に形成された中間層、及び該中間層に設けられたフレキシブル太陽電池、を含む太陽電池一体型部材であって、
前記複数の板状部材のうち少なくとも１つの板状部材は、フレキシブル太陽電池を出し入れ可能なスリットを有する太陽電池一体型部材である。
【０００８】
また、前記複数の板状部材が、透明部材と、スリットを有する板状部材を含むことが好ましく、また、第一の透明部材と、スリットを有する第二の透明部材を含むことが好ましい。
また、前記少なくとも１つの透明部材が板ガラスであることが好ましい。
また、前記スリットは、板ガラスに設けられており、かつ、複数のガラス部材の結合により形成されることが好ましい。
また、前記中間層はスペーサーを有することが好ましく、また封止されていることが好ましい。
また、フレキシブル太陽電池のたわみを防止するたわみ防止機構を有することが好ましい。
【０００９】
また、前記フレキシブル太陽電池は有機薄膜太陽電池であることが好ましく、太陽電池一体型部材がガラスカーテンウォールであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、中間層に封止された太陽電池の交換を容易に行うことができる、太陽電池一体型部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の具体的な実施態様の一つである、太陽電池一体型ガラスカーテンウォールを示す模式図である。
【図２】板ガラスに設けたスリットの態様を示す、模式図である。
【図３】有機薄膜太陽電池の積層構造を表す模式図である。
【図４】本実施態様で好ましく用いられる、たわみ防止機構の具体的一態様を示す模式図である。
【図５】本実施態様で好ましく用いられる、たわみ防止機構の具体的一態様を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について、具体的な態様を示しながら詳細に説明するが、本発明は例示する具体的態様に限定されないことはいうまでもない。
【００１３】
本発明の実施態様に係る太陽電池一体型部材は、少なくとも１つの透明部材を含む複数の板状部材、該複数の板状部材間に形成された中間層、及び該中間層に設けられたフレキシブル太陽電池、を含み、前記板状部材がフレキシブル太陽電池を出し入れ可能なスリットを有することを特徴とする。
本実施態様は、従来検討されていた結晶シリコンタイプの太陽電池ではなく、可撓性を有するフレキシブル太陽電池を中間層に封入することで、板状部材にスリットを設けるという簡易な構造により、容易に太陽電池の取り換えが可能な太陽電池一体型部材を提供するものである。
【００１４】
本実施態様に係る太陽電池一体型部材は、採光可能な箇所に用いられる部材であれば特段限定されない。屋根材、壁材、窓材などの建材として用いられるもの、自動車・電車・飛行機などの車両用窓ガラスとして用いられるもの、などが例示される。
壁材として用いられる場合、特にカーテンウォールとして用いられることが好ましく、板状部材がガラスからなるガラスカーテンウォールであることが最も好ましい。
【００１５】
本実施態様では、複数の板状部材間に形成された中間層に太陽電池を配置することから、太陽電池へ光が入射することが必要である。そのため複数の板状部材のうち、少なくとも一つは透明部材であることを要する。また、複数の板状部材が透明部材とスリットを有する板状部材を含むことが好ましく、第一の透明部材とスリットを有する第二の透明部材を含むことが好ましい。透明部材は透光性を有する部材であり、透光性を有するとは、具体的には、ＪＩＳ  Ｒ  ３１０６：１９９８に準拠して測定した可視光の透過率が通常１％以上、好ましくは５％以上、より好ましくは１０％以上、更に好ましくは２０％以上、特に好ましくは３０％以上、中でも好ましくは４０％以上であり、通常１００％以下、好ましくは９９％以下、より好ましくは９８％以下である。
透明部材としては、ガラスの他、アクリル系樹脂、ビニル系樹脂、ポリカーボネート樹脂などがあげられる。
【００１６】
本実施態様で用いる太陽電池は、フレキシブル太陽電池である。可撓性を有するフレキシブル太陽電池である限り、その種類は限定されず、アモルファスシリコン太陽電池、ＣＩＧＳ系太陽電池、色素増感型太陽電池、有機薄膜太陽電池などがあげられる。このうち、有機薄膜太陽電池であることが色の選択の自由度が高いことから好ましい。
【００１７】
本実施態様に係る中間層は、複数の板状部材間に形成される。中間層には通常、空気が充填されていてもよく、また、不活性ガスが充填されていてもよい。中間層の存在により、建材として用いた場合の断熱性・防音性が向上する。
以下、本実施態様の太陽電池一体型部材について、ガラスカーテンウォールを具体例として例示し、図を用いてさらに詳しく説明する。
【００１８】
図１は、本実施態様に係るガラスカーテンウォール１００が、カーテンウォールフレーム１０００に設置された模式図を示す。ガラスカーテンウォール１００は、２枚のガラス板１及び１´からなる複層ガラスであり、スペーサー２により中間層１０が形成される。複層ガラスの中間層１０には通常空気が充填されるが、本実施態様では、中間層１０に太陽電池を封止するため、水分含有量が少ない乾燥空気や不活性ガスを充填することが好ましい。
板ガラス１及び１´の大きさは、幅が通常２０ｃｍ以上、好ましくは５０ｃｍ以上、より好ましくは１ｍ以上であり、通常４ｍ以下、好ましくは３ｍ以下、より好ましくは２．５ｍ以下である。厚さは通常１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上、より好ましくは３ｍｍ以上、更に好ましくは４ｍｍ以上であり、通常３０ｍｍ以下、以下、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１５ｍｍ以下、更に好ましくは１２ｍｍ以下、特に好ましくは１０ｍｍ以下である。上記下限よりも厚いことで板ガラスの強度が担保され、上記上限よりも薄いことで熱変化による割れが抑制される。
板ガラス１及び１´間の距離、すなわち中間層の厚さは、断熱性・防音性等を考慮し、また、建造物の種類により適宜設定されるが、少なくともフレキシブル太陽電池の配置が可能な距離とする必要がある。そのため通常３ｍｍ以上、好ましくは６ｍｍ以上、より好ましくは１２ｍｍ以上であり、また通常３０ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１５ｍｍ以下である。
【００１９】
ガラスカーテンウォール１００の両端部分は、スペーサー２の外側から封止材３により封止される。封止材としては、ブチルゴム、シリコンゴム、等のシーリング材が例示される。
スペーサー２は、断面が略矩形である筒体であり、その内部には乾燥剤４を保持する。スペーサー２は、ガラス板１及び１´の間に配置され、通常ガラスカーテンウォールに用いられるスペーサーを適宜用いることができる。
乾燥剤４は、中間層内を乾燥状態に保つことができればよく、シリカゲルや石灰系の乾燥剤を用いればよい。スペーサー２の内部に乾燥剤４を内包することで、中間層内を長期
間にわたりドライ雰囲気に保つことが可能となり、中間層内に配置される有機薄膜太陽電池５の性能低下を防止することができる。
【００２０】
有機薄膜太陽電池５は、有機薄膜太陽電池素子が封止されてなる。有機薄膜太陽電池素子は、通常、少なくとも一対の電極と、該電極間に存在する活性層と、該活性層と該電極の一方との間に存在する電子取り出し層とを有する。図３は、有機薄膜太陽電池素子の一般的な層構成を示す。図３に示される有機薄膜太陽電池素子１０７は、太陽電池素子基板１０６、カソードである下部電極１０１、電子取り出し層１０２、活性層１０３（ｐ型半導体化合物とｎ型半導体材料とを含む層）、正孔取り出し層１０４、アノードである上部電極１０５が順次形成された層構造を有する。
太陽電池素子基板、カソード、活性層、アノード、電子取り出し層及び正孔取り出し層の材料や、膜厚、形成方法の例としては、例えば国際公開ＷＯ２０１２／１０２３９０に記載された有機薄膜太陽電池素子に用いられる材料が挙げられる。
【００２１】
有機薄膜太陽電池５は可撓性を有するフレキシブル太陽電池であり、図１に示すように折り曲げることが可能であることから、ガラス板１´に設けられたスリット６から有機薄膜太陽電池５を容易に取り出すことができ、かつ、容易に挿入することができる。
ガラス板１´におけるスリット６の高さ（図１中上下方向）は、有機薄膜太陽電池５を出し入れ可能とすることから、有機薄膜太陽電池５の厚みよりも大きいことが好ましい。通常３ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上、より好ましくは１０ｍｍ以上であり、通常５ｃｍ以下、好ましくは４ｃｍ以下、より好ましくは３ｃｍ以下である。
また、ガラス板１´おけるスリット６の幅（図２中左右方向）は、有機薄膜太陽電池５を出し入れ可能とすることから、有機薄膜太陽電池５の幅よりも大きいことが好ましい。スリット６の幅は、通常２０ｃｍ以上、好ましくは５０ｃｍ以上、より好ましくは１ｍ以上であり、通常４ｍ以下、好ましくは３ｍ以下、より好ましくは２．５ｍ以下である。また、ガラス板１´の端からスリット６の端までの長さは、通常１ｃｍ以上、好ましくは５ｃｍ以上、より好ましくは１０ｃｍ以上であり、通常５０ｃｍ以下、好ましくは３０ｃｍ以下、より好ましくは２０ｃｍ以下である。上記下限よりも短いと強度が低下する恐れがあり、上記上限よりも長いと中間層に設置できる有機薄膜太陽電池の大きさが、ガラス板に対して小さくなり、ガラス板１´の単位面積あたりの発電効率が低下する。また、スリット６の幅は通常有機薄膜太陽電池の幅よりも、通常１ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上、より好ましくは１０ｍｍ以上大きく、通常５ｃｍ以下、好ましくは３ｃｍ以下、より好ましくは２ｃｍ以下大きい。
【００２２】
本実施態様において、ガラス板１´におけるスリット６は１箇所あればよいが、複数個所設けてもかまわない。また、本実施態様では、ガラス板１´のみにスリット６を設けているが、ガラス板１に設けてもかまわない。通常、ガラスカーテンウォールの場合には、外観の意匠性が重要であり、屋内側のガラス板のみにスリットを設けることが、良好な意匠性を維持する上で好ましい。
ガラス板１´にスリットを設ける位置は限定されず、中央に設けても、いずれかの辺の近傍に設けてもよいが、有機薄膜太陽電池を中間層から出し入れしやすいため、いずれかの辺の近傍に設けるのが好ましい。また、ガラス板１´の強度が局所的に低下することから、スリットがガラス板１´のいずれかの辺に近すぎない方が好ましい。具体的には、スリットの高さ方向の中央からガラス板１´の一端までの長さが、スリットの高さ方向の中央からガラス板１´の他端までの長さの、通常１／２以下、好ましくは１／５以下、より好ましくは１／１０以下、更に好ましくは１／２０以下、であり、通常１／１００以上、好ましくは１／９９以上、より好ましくは１／９５以上である。
また、ガラス板１´に対してスリットの幅が上下方向でも、左右方向でも、斜め方向でも良いが、有機薄膜太陽電池を中間層に出し入れしやすいため上下方向または左右方向が好ましい。更に、有機薄膜太陽電池が柔らかい場合でも有機薄膜太陽電池が曲がらずに入
れられるため、左右方向がより好ましい。
【００２３】
ガラス板１´にスリット６を設ける方法は特段限定されず、例えば、ガラスドリルやガラスカッターを用いてガラス板に直接スリットを設けることも可能であり、また、結合させた際にスリットが形成されるように予め加工した複数のガラス板部材を、接着剤等で結合させることで設けることも可能である。予め加工した複数のガラス板部材を接着剤等で結合させてガラス板にスリットを設ける際の例を、図２に示す。
図２（ａ）では、２枚のガラス板部材１ａ、１ｂとを、接着層１ｃを介して結合させて、スリットを形成する例である。ガラス板部材１ａには特段加工を施すことなく、ガラス部材１ｂにのみ、スリットを形成するための加工を施す。
一方、図２（ｂ）では、２枚のガラス板部材１ａ´、１ｂ´の両方に、スリットを形成するための加工を施した例である。  このように、予め加工した複数のガラス板部材を接着剤等で結合させてガラス板にスリットを設けることは、加工が容易になることから好ましい。
一方で、ガラス板ではない板状部材にスリットを設ける場合、その材料に適した加工方法を用いて、スリットを設ければよい。
【００２４】
スリット６の形状は、フレキシブル太陽電池を出し入れ可能であれば特段限定されないが、あまり大き過ぎると当該スリットを封止することに労力を有し、一方でフレキシブル太陽電池よりも小さい場合には、出し入れが難しい。従って、スリット６の形状は、フレキシブル太陽電池と略同一であることが好ましい。
接着層１ｃに用いる接着剤は、２つの部材を接着することが可能であればよく、アクリル系接着剤、ポリエステル系接着剤、ゴム系接着剤、シリコーン系接着剤、及びポリウレタン系接着剤などがあげられる。なお、接着層は透明であることが好ましい。
【００２５】
ガラスカーテンウォール１００の中間層１０に存在する有機薄膜太陽電池５とガラス板１´の間には、シリコーン樹脂成形体７を設けることが好ましい。有機薄膜太陽電池５は可撓性を有し、該可撓性が高い場合には、中間層１０内でたわむ場合がある。有機薄膜太陽電池５が中間層においてたわみが生じる場合には、外観の意匠性を損なう。また、有機薄膜太陽電池５がたわむことで、ガラス板１との間に空気の層が存在することとなり、該空気の層により入射光の反射が生じる。そのため、有機薄膜太陽電池５の発電効率が低下する。
このような、フレキシブル太陽電池を中間層に設ける態様で生じる問題については、本発明者らは、シリコーン樹脂成形体７のようなたわみ防止機構を有することで、解決した。よって、本実施態様では、フレキシブル太陽電池のたわみを防止する、たわみ防止機構を有する態様が好ましい。シリコーン樹脂成形体７は、他の樹脂成形体に代替されてもよい。また、樹脂以外の部材であっても良いが、たわみ防止のため、適度な硬度と適度な弾力が必要である。
本実施態様では、たわみ防止機構として、有機薄膜太陽電池５とガラス板１´の間に樹脂成形体を存在させる態様の他、図４、図５で示す態様があげられる。
【００２６】
図４は、たわみ防止機構として、ネオジム磁石を用いた態様を示す。有機薄膜太陽電池５のガラス板１と接する側の表面に、ネオジム磁石１３を貼着させる。ネオジム磁石１３は、有機薄膜太陽電池５のたわみを防止できればその貼着位置、及び個数は限定されないが、少なくとも有機薄膜太陽電池５の四隅に設けることが好ましい。さらに、中央部付近にも設けることがより好ましい。一方でネオジム磁石が多すぎると、意匠性に影響を及ぼす場合もある。
ネオジム磁石１３を貼着させた有機薄膜太陽電池５は、ガラス板１の反対側にネオジム磁石１３´を同数配置させることで、ガラス板１に密着させることができ、たわみを防止することが可能となる。
ネオジム磁石は非常に強力な磁石であるため、ガラス板１の厚みが厚い場合に好ましく用いられる。一方で、ガラス板１の厚みが薄い場合には、ネオジム磁石のような強力な磁石をわざわざ用いる必要はなく、フェライト磁石を用いてもよい。
【００２７】
図５は、たわみ防止機構として、エアクッション一体型有機薄膜太陽電池を用いた態様を示す。
本実施態様で有機薄膜太陽電池５は、非受光面側にエアクッション１４を備える。エアクッションは、有機薄膜太陽電池５を中間層１０に挿入する前では、有機薄膜太陽電池５を中間層１０へとスムーズに挿入するために、エアを有さないしぼんだ状態である。そして、有機薄膜太陽電池５を中間層１０へ挿入した後に、エアクッション１４に接続された空気吹き入れ口１５から空気を入れ、エアクッション１４を膨らます。エアクッション１４が膨らむことで、有機薄膜太陽電池５がガラス板１側に押し出され、有機薄膜太陽電池５とガラス板１とを密着させることができ、たわみを防止することが可能となる。
なお、空気吹き入れ口１５は、エアクッション１４中にエアを吹き入れた後は、エアが漏れないように封止する必要がある。
【００２８】
スリット６は、有機薄膜太陽電池５が挿入された後、アルミカバー８により封止される。アルミカバー８は、太陽電池端子取出し口１１を有し、ここから、電気取出し線をガラスカーテンウォール外に出し、有機薄膜太陽電池５が発電した電気を取出す。なお、太陽電池端子取出し口１１も、端子を取り出した状態で、公知の封止材により封止される。
アルミカバー８は、スリット６を封止可能であり、また、太陽電池が発電した電気を取り出す端子ボックスを兼ねる態様が好ましいが、端子ボックスを別に設ける態様でもかまわない。また、材質もアルミに限らず、スリット６を封止可能であればよい。例えば、他の金属や樹脂、木材などでもよいが、軽量で耐久性・耐バリア性に優れたアルミやステンレスを用いることが好ましい。  
【００２９】
中間層１０を密封するために、スリット６はアルミカバー８により確実に封止される必要がある。そのため、更に封止材９により二次封止することが好ましい。封止材９は、ブチルゴム、シリコンゴム等のシーリング材が例示される。
【００３０】
本実施態様では、ガラスカーテンウォール１００の中間層１０に、有機薄膜太陽電池５を１枚のみ設けてもよく、複数枚設けてもよい。複数枚設ける場合には、有機薄膜太陽電池間に隙間が生じる場合もあり、そのような場合には、ガラス板１の外側又は内側のいずれかに意匠性フィルムをはることで、有機薄膜太陽電池間の隙間を隠すことができ、意匠性が向上する。
【００３１】
以上、本発明の具体的な実施態様について、ガラスカーテンウォールを例示して説明したが、本発明の技術的範囲は上記具体的な実施態様のみに限られることなく、本発明の目的を達成できる限りにおいて実施態様を変更できることは言うまでもない。
また、本発明の好ましい実施態様であるガラスカーテンウォールは、その屋内側の比較的近い位置にバックパネルを配置する場合に好ましく用いられる。例えば、服飾品販売店舗において、店内に服飾品を展示する際には、外壁であるガラスカーテンウォールの店内側にバックパネルを設け、消費者に服飾をより魅力的に見せるため、外光を遮り別途照明を設けることで、照明を制御する。そのような際に用いられるガラスカーテンウォールに、本実施態様のガラスカーテンウォールを用いると、ガラスカーテンウォールの室内側には、バックパネルが存在し、店内からはガラスカーテンウォールに存在するスリットが目に付くことはない。
【符号の説明】
【００３２】
１００        ガラスカーテンウォール
１０００      カーテンウォールフレーム
１、１´      ガラス板
１ａ、１ａ´  ガラス板部材
１ｂ、１ｂ´  ガラス板部材
１ｃ          接着層
２            スペーサー
３、９        封止材
４            乾燥剤
５            有機薄膜太陽電池
６            スリット
７            シリコーン樹脂成形体
８            アルミカバー
１０          中間層
１１          端子取出し口
１３、１３´  ネオジム磁石
１４          エアクッション
１５          空気吹き入れ口
１０１        下部電極
１０２        電気取り出し層
１０３        活性層
１０４        正孔取り出し層
１０５        上部電極
１０６        太陽電池素子基板
１０７        有機薄膜太陽電池素子
【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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