(57)【要約】【課題】太陽電池モジュール上の積雪を効果的に落下させることができる太陽電池モジュール架台を得ること。【解決手段】設置面１に対して照射面を傾斜させた太陽電池モジュール９を支持する太陽電池モジュール架台であって、第１の柱材である前側柱材４と、第１の柱材より長い第２の柱材である後側柱材５と、第１の柱材と第２の柱材との間に架け渡され、太陽電池モジュール９が取り付けられるモジュール受け材８と、を有し、モジュール受け材８は、第２の柱材との接続部に位置する回動軸７を支点として回動可能であって、取り付けられた太陽電池モジュール９とともに回動することで設置面１に対する照射面の傾斜角を変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設置面に対して照射面を傾斜させた太陽電池モジュールを支持する太陽電池モジュール架台であって、
第１の柱材と、
前記第１の柱材より長い第２の柱材と、
前記第１の柱材と前記第２の柱材との間に架け渡され、前記太陽電池モジュールが取り付けられるモジュール受け材と、を有し、
前記モジュール受け材は、前記第２の柱材との接続部に位置する回動軸を支点として回動可能であって、取り付けられた前記太陽電池モジュールとともに回動することで前記設置面に対する前記照射面の傾斜角を変化させることを特徴とする太陽電池モジュール架台。
【請求項２】
前記モジュール受け材に加わる荷重に応じて前記傾斜角が変化するように前記モジュール受け材を変位させる変位機構を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール架台。
【請求項３】
前記変位機構は、荷重に応じた弾性力を前記モジュール受け材へ付与する弾性部材を備えることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール架台。
【請求項４】
前記第１の柱材および前記第２の柱材に固定され、前記モジュール受け材の下側に位置する固定受け材を有し、
前記弾性部材は、前記モジュール受け材と前記固定受け材との間に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール架台。
【請求項５】
前記弾性部材は、
前記固定受け材に対し前記モジュール受け材を押し上げる向きの弾性力を前記モジュール受け材へ付与する第１の弾性部材と、
前記固定受け材の側へ前記モジュール受け材を引き寄せる向きの弾性力を前記モジュール受け材へ付与する第２の弾性部材と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール架台。
【請求項６】
前記傾斜角が一定の設置角度より小さくなる方向への前記モジュール受け材の変位を制限し、前記一定の設置角度で前記モジュール受け材を保持する保持部材を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の太陽電池モジュール架台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール架台に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に対する関心の高まりにより、また政策として、公共施設、事業用地、一般家庭などあらゆる場所への太陽光発電システムの設置が進められている。太陽光発電システムは、クリーンエネルギーである太陽光を利用するため、環境に対する負荷の低減に効果的である。例えば、２０１２年７月に施行された「電気事業者による再生可能エネルギー電気の調達に関する特別措置法」、いわゆる再生可能エネルギー法にて全量買取制度が定められ、太陽電池モジュールで発電した電力を２０年間電力会社が買い取るとされたことで、太陽光発電システムの大幅な普及につながった。
【０００３】
例えば２０年間という長期にわたって太陽光発電システムを安定して稼働させるうえで、積雪対策を施すことは不可欠とされる。太陽電池モジュールが取り付けられる架台は、固定荷重、風圧荷重、地震荷重、積雪荷重などの外力に耐え得るように設計される。架台の設計には、近年の異常気象への十分な配慮も要する。特に、大雪があった場合、積雪による過大な荷重が架台へかかることで、太陽電池モジュールの変形、ガラス面割れ、架台の変形あるいは破損が生じることが考えられる。このような不具合が、発電量の低下、太陽光発電システムのダウンなどの事態を招くことにもなる。
【０００４】
従来、太陽光発電システムの積雪対策として、太陽電池モジュールを積雪に埋もれさせないように足の長い架台を用意し、かつ太陽電池モジュールの照射面から雪を落下させるために急傾斜を持たせて太陽電池モジュールを設置する方法が知られている。例えば特許文献１には、傾斜を持たせた太陽電池モジュールの最下端と屋根上面との間に積雪空間を設け、その積雪空間に、太陽電池モジュールの傾斜とは反対向きの傾斜を持つ翼板を備える取付架台が開示されている。太陽電池モジュールが風にあおられても、その風圧に対し反対向きの力が翼板にかかることで、取付架台の風圧荷重を低減できる。
【０００５】
また、例えば特許文献２には、複数段に配置された太陽電池モジュールをそれぞれ傾斜させて支持し、上段の太陽電池モジュールと下段の太陽電池モジュールとの間に、傾斜面に垂直な段差と、傾斜面に平行に形成された平行隙間を備えた構造が開示されている。この構造によると、各段にて部分的に、太陽電池モジュールの下端から雪を落下させることで、太陽電池モジュール上の積雪を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２２６２１４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１９６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の取付架台では、太陽電池モジュールがいったん取り付けられると、太陽電池モジュールの傾斜角は取り付け時のまま固定される。この場合、気象条件、その他のさまざまな環境条件次第で、太陽電池モジュールの積雪が落下せずそのまま残されることがあり得る。また、傾斜角を大きくするほど、風圧の影響を大きく受けることとなるため、取付架台の構図を強固にする必要が生じる。
【０００８】
特許文献２の構造のように各段の太陽電池モジュール間に隙間を設ける場合、隙間の確保のために、設置面積当たりの太陽電池モジュールの数が少なくなる。この場合、設置面積に対して得られる発電量が減少することとなる。
【０００９】
太陽光発電システムは、多雪地域に設置される場合、架台の材料、電気的なシステムなどのコストおよび工数が大きくなる傾向にある。太陽光発電システムは、初期費用が高いほど回収期間が長くなり、収益が減少することとなる。また、積雪による発電量の低下、太陽光発電システムのダウンも、太陽光発電システムの収益減少の要因となる。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池モジュール上の積雪を効果的に落下させることができる太陽電池モジュール架台を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、設置面に対して照射面を傾斜させた太陽電池モジュールを支持する太陽電池モジュール架台であって、第１の柱材と、前記第１の柱材より長い第２の柱材と、前記第１の柱材と前記第２の柱材との間に架け渡され、前記太陽電池モジュールが取り付けられるモジュール受け材と、を有し、前記モジュール受け材は、前記第２の柱材との接続部に位置する回動軸を支点として回動可能であって、取り付けられた前記太陽電池モジュールとともに回動することで前記設置面に対する前記照射面の傾斜角を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、太陽電池モジュール架台は、モジュール受け材の傾斜角を変化させることで、モジュール受け材に載置されている太陽電池モジュール上の積雪を傾斜下方へ滑落させる。これにより、太陽電池モジュール上の積雪を効果的に落下させるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュール架台の構成を示す側面図である。
【図２】図２は、積雪が少量であるときの太陽電池モジュール架台の状態を示す図である。
【図３】図３は、図２に示す状態より積雪が増加したときの太陽電池モジュール架台の状態を示す図である。
【図４】図４は、太陽電池モジュールからの積雪の落下が終了するときの太陽電池モジュール架台の状態を示す図である。
【図５】図５は、太陽電池モジュールからの積雪の落下が終了してからしばらく経過したときの太陽電池モジュール架台の状態を示す図である。
【図６】図６は、積雪量、変位機構がモジュール受け材へ及ぼす荷重、および太陽電池モジュールの傾斜角の関係を示す図である。
【図７】図７は、積雪量、変位機構がモジュール受け材へ及ぼす荷重、および太陽電池モジュールの傾斜角の関係を示す図である。
【図８】図８は、変位機構の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる太陽電池モジュール架台の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュール架台の構成を示す側面図である。太陽電池モジュール架台は、太陽電池モジュール９を支持する。太陽電池モジュール９は、太陽光が照射する照射面を、太陽電池モジュール架台の設置面１に対して傾斜させた状態で支持されている。
【００１６】
太陽電池モジュール架台は、基礎部２、ベース材３、前側柱材４、後側柱材５、固定受け材６およびモジュール受け材８を備える。なお、太陽電池モジュール架台の向きに関して、「前側」とは、太陽電池モジュール９の照射面が向けられる側であって、「後側」とはその反対側であるものとする。
【００１７】
基礎部２は、設置面１に打ち込まれている。基礎部２は、例えばコンクリートを材料とする。１台の太陽電池モジュール架台に対して、前側に２個、および後側に２個の基礎部２がそれぞれ設置されている。なお、図１には、前側２個の基礎部２のうち手前に位置する１個と、後側２個の基礎部２のうち手前に位置する１個とを示している。
【００１８】
ベース材３は、基礎部２の上に取り付けられている。１台の太陽電池モジュール架台に対して、前側２個の基礎部２の間に架け渡らせたベース材３と、後側２個の基礎部２の間に架け渡らせたベース材３とがそれぞれ配置されている。ベース材３は、アンカーボルト等を用いて、基礎部２に固定されている。ベース材３は、いずれも設置面１に対して平行に配置されている。
【００１９】
前側に配置されたベース材３の上には、第１の柱材である前側柱材４が立てられている。前側に配置されたベース材３に、互いに間隔をおいて２本の前側柱材４が設けられている。前側柱材４は、いずれも設置面１に対して垂直に立てられている。なお、図１には、２本の前側柱材４のうち手前に位置する１本を示している。
【００２０】
後側に配置されたベース材３の上には、第２の柱材である後側柱材５が立てられている。後側柱材５は、前側柱材４より長い。後側に配置されたベース材３に、互いに間隔をおいて２本の後側柱材５が設けられている。後側柱材５は、いずれも設置面１に対して垂直に立てられている。なお、図１には、２本の後側柱材５のうち手前に位置する１本を示している。
【００２１】
固定受け材６は、前側柱材４および後側柱材５に固定されている。前後に位置する前側柱材４および後側柱材５の組み合わせに対して１本の固定受け材６が設けられている。固定受け材６は、前側柱材４の下端部と、後側柱材５の上端部付近との間に架け渡らせて取り付けられている。なお、図１には、２本の固定受け材６のうち手前に位置する１本を示している。
【００２２】
モジュール受け材８は、前側柱材４の上端部と、後側柱材５の上端部との間に架け渡らせて取り付けられている。前後に位置する前側柱材４および後側柱材５の組み合わせに対して１本のモジュール受け材８が設けられている。太陽電池モジュール９は、２本のモジュール受け材８に架け渡されて取り付けられている。太陽電池モジュール９は、それぞれのモジュール受け材８の上面に固定されている。なお、図１には、２本のモジュール受け材８のうち手前に位置する１本を示している。
【００２３】
固定受け材６は、前側柱材４のうちモジュール受け材８が接続されている部分より下側の位置に固定されている。固定受け材６は、後側柱材５のうちモジュール受け材８が接続されている部分に近い位置に固定されている。固定受け材６は、モジュール受け材８の下側に位置している。
【００２４】
互いに高さを異ならせた前側柱材４の上端部および後側柱材５の上端部の間にモジュール受け材８が架け渡されていることで、太陽電池モジュール架台は、太陽電池モジュール９を傾斜させた状態として支持する。なお、太陽電池モジュール架台の構成は、太陽電池モジュール９を傾斜させて支持可能であれば良く、適宜変更しても良い。
【００２５】
回動軸７は、後側柱材５の上端部とモジュール受け材８との接続部に位置する。回動軸７は、後側柱材５の上端部と、後側柱材５に接続されているモジュール受け材８とを貫いて設けられている。回動軸７は、後側柱材５の長手方向に垂直な軸である。モジュール受け材８は、回動軸７を支点として回動可能とされている。モジュール受け材８のうち前側柱材４との接続部は、モジュール受け材８の回動に伴って変位可能に構成されている。モジュール受け材８は、モジュール受け材８に取り付けられた太陽電池モジュール９とともに回動することで、設置面１に対する、太陽電池モジュール９の照射面の傾斜角を変化させる。
【００２６】
第１の弾性部材である積雪荷重弾性部材１０および第２の弾性部材である戻り荷重弾性部材１１は、モジュール受け材８と固定受け材６との間に配置されている。積雪荷重弾性部材１０および戻り荷重弾性部材１１は、モジュール受け材８を変位させる変位機構を構成する。積雪荷重弾性部材１０および戻り荷重弾性部材１１は、モジュール受け材８のうち前側柱材４に近い部分と、固定受け材６とに接続されている。
【００２７】
変位機構は、モジュール受け材８に加わる荷重に応じて太陽電池モジュール９の傾斜角が変化するように、モジュール受け材８を変位させる。積雪荷重弾性部材１０および戻り荷重弾性部材１１は、加えられる荷重に応じて長さが変化する弾性部材であって、例えばコイルばねである。
【００２８】
積雪荷重弾性部材１０は、積雪１６により加わる荷重に応じた弾性力（積雪支持荷重）を、モジュール受け材８へ付与する。積雪荷重弾性部材１０は、固定受け材６に対しモジュール受け材８を押し上げる向きの弾性力を、積雪支持荷重としてモジュール受け材８へ付与する。戻り荷重弾性部材１１は、加えられた荷重に応じた弾性力（引き戻し荷重）を、モジュール受け材８へ付与する。戻り荷重弾性部材１１は、固定受け材６の側へモジュール受け材８を引き寄せる向きの弾性力を、引き戻し荷重としてモジュール受け材８へ付与する。
【００２９】
フランジ付ピン１２は、モジュール受け材８に当接させるフランジと、積雪荷重弾性部材１０の中心を貫くピンとを備える。フランジ付ピン１２は、フランジ部と固定受け材６との間にて積雪荷重弾性部材１０を保持する。また、フランジ付ピン１２のうちフランジ部と反対側の端部は、固定受け材６を貫いている。ガイド部材１３は、フランジ付ピン１２のうち固定受け材６を貫いた先の端部に取り付けられている。ガイド部材１３は、積雪荷重弾性部材１０の長さ変化に伴って、フランジ付ピン１２を直線方向へ摺動させる。戻り荷重弾性部材１１は、一方の端部がモジュール受け材８に固定され、他方の端部が固定受け材６に固定されている。
【００３０】
ストッパ部材１５は、前側柱材４の上端部に取り付けられている。位置決めピン１４は、モジュール受け材８の側面に設けられている。ストッパ部材１５が位置決めピン１４に当接している状態において、太陽電池モジュール架台は、太陽電池モジュール９の傾斜角が一定の設置角度となるようにモジュール受け材８を保持する。ストッパ部材１５および位置決めピン１４は、一定の設置角度でモジュール受け材８を保持する保持部材を構成する。
【００３１】
モジュール受け材８は、位置決めピン１４がストッパ部材１５に当接する状態から下側へ移動するように、回動可能とされている。保持部材は、位置決めピン１４がストッパ部材１５に当接する状態から上側への、モジュール受け材８の移動を制限する。保持部材は、太陽電池モジュール９の傾斜角が一定の設置角度より小さくなる方向への、モジュール受け材８の変位を制限する。
【００３２】
図２から図５は、太陽電池モジュール上における積雪と、太陽電池モジュール架台の状態とを説明する図である。図６および図７は、積雪量、変位機構がモジュール受け材へ及ぼす荷重、および太陽電池モジュールの傾斜角の関係を示す図である。
【００３３】
図６および図７において、横軸は太陽電池モジュール９上の積雪量、左側縦軸は太陽電池モジュール９の照射面の傾斜角、右側縦軸は積雪荷重弾性部材１０の弾性力によりモジュール受け材８へかかる積雪支持荷重と、戻り荷重弾性部材１１の弾性力によりモジュール受け材８へかかる引き戻し荷重とを表している。図示する実線のグラフは傾斜角、破線のグラフは積雪支持荷重、一点鎖線のグラフは引き戻し荷重をそれぞれ示している。
【００３４】
図６に示す積雪量Ｈ０は、例えば図１に示すように、太陽電池モジュール９上の積雪がないことを表している。このとき、積雪量Ｈ０における太陽電池モジュール９の傾斜角は、一定の設置角度であるＳ１とする。積雪量Ｈ０のときの、積雪荷重弾性部材１０がモジュール受け材８に及ぼす積雪支持荷重はＷ１、戻り荷重弾性部材１１がモジュール受け材８に及ぼす引き戻し荷重はＷＲ２であるものとする。
【００３５】
図２は、積雪が少量であるときの太陽電池モジュール架台の状態を示している。このときの積雪量は、Ｈ０からＨ１の間であるものとする。積雪量がＨ０からＨ１の間であるとき、積雪荷重弾性部材１０は、収縮せず、積雪量Ｈ０のときの初期状態における長さのままであるものとする。積雪荷重弾性部材１０がモジュール受け材８に及ぼす積雪支持荷重はＷ１を維持する。
【００３６】
積雪荷重弾性部材１０の長さが変化しないことで、モジュール受け材８は、回動せず、積雪量Ｈ０のときの傾斜角Ｓ１を維持する。モジュール受け材８が変位しないため、戻り荷重弾性部材１１の長さも変化しない。戻り荷重弾性部材１１がモジュール受け材８に及ぼす引き戻し荷重はＷＲ２を維持する。
【００３７】
図３は、図２に示す状態より積雪が増加したときの太陽電池モジュール架台の状態を示している。このときの積雪量は、Ｈ１からＨ２の間であるものとする。積雪量がＨ１から増加するとき、積雪１６による荷重、積雪支持荷重Ｗ１、引き戻し荷重ＷＲ２がつり合っている状態から積雪１６による荷重が増大することで、積雪荷重弾性部材１０は収縮を開始する。
【００３８】
積雪量がＨ１からＨ２の間であるとき、積雪荷重弾性部材１０は、積雪１６による荷重に比例して収縮する。積雪量がＨ１からＨ２へ増加するに伴い、積雪荷重弾性部材１０がモジュール受け材８に及ぼす積雪支持荷重はＷ１からＷ２に増加する。
【００３９】
積雪荷重弾性部材１０が収縮することで、モジュール受け材８は、固定受け材６に近づく向きへ回動する。積雪量がＨ１からＨ２へ増加するに伴い、傾斜角は、Ｓ１からＳ２へと大きくなる。傾斜角がＳ２ａ（Ｓ１＜Ｓ２ａ＜Ｓ２）に到達した時点で、積雪１６は、太陽電池モジュール９の傾斜下方へ滑り出し、太陽電池モジュール９から設置面１へ落下し始める。
【００４０】
モジュール受け材８が変位することで、戻り荷重弾性部材１１も収縮する。傾斜角がＳ１からＳ２へ大きくなるにしたがい、戻り荷重弾性部材１１がモジュール受け材８に及ぼす引き戻し荷重はＷＲ２からＷＲ１へと減少する。ガイド部材１３は、積雪荷重弾性部材１０の長さ変化に伴って、フランジ付ピン１２を直線方向へ摺動させる。
【００４１】
図４は、太陽電池モジュールからの積雪の落下が終了するときの太陽電池モジュール架台の状態を示している。このとき、傾斜角は、Ｓ２に到達している。積雪１６の落下により、図７に示すように積雪量がＨ２からＨ１にまで減少した時点で、積雪荷重弾性部材１０がモジュール受け材８に及ぼす積雪支持荷重はＷ２からＷ１へ減少する。
【００４２】
積雪支持荷重が減少するのに対して、戻り荷重弾性部材１１がモジュール受け材８に及ぼす引き戻し荷重はＷＲ１からＷＲ２へ増加する。積雪荷重弾性部材１０および戻り荷重弾性部材１１がモジュール受け材８へ及ぼす荷重は（積雪支持荷重Ｗ１−引き戻し荷重ＷＲ２）の減少となる。引き戻し荷重ＷＲ２の作用により、モジュール受け材８は、傾斜角Ｓ２の状態から傾斜角Ｓ２ａの状態へ、ある程度の時間をかけながら戻る。
【００４３】
太陽電池モジュール架台は、積雪１６を落下させたことで積雪量がＨ１にまで減少したときに、積雪荷重弾性部材１０の復元によるモジュール受け材８の変位を、引き戻し荷重ＷＲ２によって遅らせる。太陽電池モジュール架台は、モジュール受け材８の変位を遅らせる間、積雪１６を滑落可能とする傾斜角を維持できる。
【００４４】
図５は、太陽電池モジュールからの積雪の落下が終了してからしばらく経過したときの太陽電池モジュール架台の状態を示している。積雪量がＨ１からＨ０にまで減少し積雪１６がなくなると、モジュール受け材８は、戻り荷重弾性部材１１による引き戻し荷重ＷＲ２の作用により、傾斜角Ｓ１となる位置へゆっくり戻る。モジュール受け材８は、ストッパ部材１５に位置決めピン１４が当接した時点で、傾斜角Ｓ１の状態へ戻る。太陽電池モジュール架台は、積雪１６の落下が終了してから、傾斜角が元の設置角度となるまで、モジュール受け材８が戻るタイミングを遅延させることができる。
【００４５】
以上のように、太陽電池モジュール架台は、モジュール受け材８の傾斜角を自動的に変化させることで、太陽電池モジュール９上の積雪１６を傾斜下方へ滑落させる。積雪１６の落下を開始して積雪量が減少してからも、積雪１６を滑落可能な傾斜角を維持することで、太陽電池モジュール架台は、太陽電池モジュール９上から積雪１６を十分に除去することができる。太陽電池モジュール架台は、太陽電池モジュール９上からの積雪１６の落下を終了すると、所定の設置角度へモジュール受け材８を自動的に戻すことができる。
【００４６】
これにより、太陽電池モジュール架台は、太陽電池モジュール９上の積雪を効果的に落下させるという効果を奏する。太陽電池モジュール架台は、過大な積雪重量による不具合の回避、発電量の低下の抑制が可能となる。
【００４７】
図８は、変位機構の変形例を示す図である。本変形例にかかる変位機構は、ロック部材１７、ロックばね１８および駆動部材（図示省略）を備える。駆動部材は、例えば、モジュール受け材８にかかる荷重を検出するセンサと、センサによる検出結果に応じてロック部材１７を作動させるモータを備える。
【００４８】
積雪量がＨ１からＨ２の間であるとき、ロックばね１８は、荷重に比例して収縮する。積雪１６の落下により積雪量がＨ２からＨ１にまで減少したことをセンサが検知すると、モータは、ロック部材１７の作動によりロックばね１８の伸長を抑制させる。ある程度の時間が経過してから、モータがロック部材１７の作動を解除し、ロックばね１８が伸長することで、モジュール受け材８は、積雪１６の落下より遅れて元の位置に戻る。
【００４９】
変形例にかかる変位機構を採用する場合も、太陽電池モジュール架台は、積雪１６が落下により減少してからも積雪１６を滑落可能な傾斜角を維持することで、太陽電池モジュール９上から積雪１６を十分に除去することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  設置面、２  基礎部、３  ベース材、４  前側柱材、５  後側柱材、６  固定受け材、７  回動軸、８  モジュール受け材、９  太陽電池モジュール、１０  積雪荷重弾性部材、１１  戻り荷重弾性部材、１２  フランジ付ピン、１３  ガイド部材、１４  位置決めピン、１５  ストッパ部材、１６  積雪、１７  ロック部材、１８  ロックばね。
【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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