(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の屋根設置体を屋根上に固定するための屋根用固定装置であって、係止用開口部を有した直線状のレール溝を設けた基台と、該基台上に配置された前記屋根設置体の周縁部を押圧固定するための押圧部材と、前記レール溝に沿って移動可能でかつ前記係止用開口部に係合させながら前記押圧部材を固定するための締着部材とを備えて成り、前記押圧部材には、前記屋根設置体の周縁部を押圧可能な、前記レール溝の長手方向に沿ってそれぞれ張り出した２つの押圧片が形成されている屋根用固定装置。
【請求項２】
前記直線状のレール溝は、前記基台の両端部のそれぞれに、前記基台の長手方向に沿って設けられている請求項１に記載の屋根用固定装置。
【請求項３】
少なくとも２辺が互いに平行の平面角形状をなす１以上の屋根設置体に対し、請求項１に記載の屋根用固定装置を４個以上用いて屋根上に固定する固定構造であって、前記屋根に、前記屋根用固定装置を前記レール溝の長手方向に対し直交する方向に所定間隔を置いて複数設けた固定装置群を複数条に配設するとともに、前記固定装置群どうしの間に前記屋根設置体の互いに平行な２辺部分が押圧固定されるように配設したことを特徴とする固定構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽エネルギー利用機器（太陽電池装置や集熱器）等の平板状の屋根設置体を、住宅の屋根に設置する際に用いる屋根用固定装置及びそれを用いた固定構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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のひとつとして、太陽光発電システムが注目され、その実用化が加速されてきている。
【０００３】
太陽光発電システムは、その構成要素である太陽電池により太陽光エネルギーを電力に変換して利用するものである。例えば特開平７−１５８２１８号公報には、家屋等の屋根と一体的に多数の太陽電池モジュールを取り付ける場合、野地板に支持部材を固定し、断面コ字状で長尺のアングル部材を長尺の支持部材の上に固定して、このアングル部材の上に太陽電池モジュールを固定していくことが提案されている。
【０００４】
また、特開平１１−２０１１号公報には、屋根の傾斜方向と平行に設置された金具に、屋根の傾斜方向と垂直な方向に凸状の長尺部材を固定して、この長尺部材に太陽電池モジュールを固定する方法も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、屋根の傾斜方向及びこの傾斜方向に対し直交する方向のいずれか、またはその両方に長尺部材を設置することにより、その部材寸法や重量等を考慮すると作業工数が多くなり煩雑となる。その上、太陽電池モジュールどうしまたは太陽電池本体と接続箱とを接続するためのケーブルは、前記長尺部材にクランプされているが、上述の方法では太陽電池モジュールを設置しながらケーブルをクランプしていくため作業性が著しく悪い。
【０００６】
また、太陽電池モジュールを固定する場合は、長尺部材に仮置きされた上下の太陽電池モジュール間に、ボルト等で固定用のカバーを用いて固定しなければならず、その際にボルト等の頭部が露出するなどして見栄えが悪くなり設置外観上も問題がある。
【０００７】
さらに、複数の太陽電池モジュールの接地を行う際に、太陽電池モジュール間が上記長尺部材でつながっているため、導通が充分に行えず接地が困難となる。
【０００８】
そこで、本発明は上述の諸事情に鑑みてなされたものであり、長尺部材を用いることなく、簡単且つ安全に太陽電池を設置することができ、しかも設置外観にも優れた屋根用固定装置及びそれを用いた固定構造を提案することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の屋根用固定装置は、平板状の屋根設置体を屋根上に固定するための屋根用固定装置であって、係止用開口部を有した直線状のレール溝を設けた基台と、該基台上に配置された前記屋根設置体の周縁部を押圧固定するための押圧部材と、前記レール溝に沿って移動可能でかつ前記係止用開口部に係合させながら前記押圧部材を固定するための締着部材とを備えて成り、前記押圧部材には、前記屋根設置体の周縁部を押圧可能な、前記レール溝の長手方向に沿ってそれぞれ張り出した２つの押圧片が形成されている。
【００１０】
また、前記直線状のレール溝は、前記基台の両端部のそれぞれに、前記基台の長手方向に沿って設けられている。
【００１１】
さらに、本発明の固定構造は、少なくとも２辺が互いに平行の平面角形状をなす１以上の屋根設置体に対し、請求項１に記載の屋根用固定装置を４個以上用いて屋根上に固定する構造であって、前記屋根に、前記屋根用固定装置を前記レール溝の長手方向に対し直交する方向に所定間隔を置いて複数設けた固定装置群を複数条に配設するとともに、前記固定装置群どうしの間に前記屋根設置体の互いに平行な２辺部分が押圧固定されるように配設したことを特徴とする。
【００１２】
このように、本発明の屋根用固定装置は、屋根の例えば雨水の流れ方向（傾斜方向）に対し、押圧部材の位置を自由に調整でき、屋根材の傾斜方向の働き寸法と太陽電池の傾斜方向の働き寸法をそれぞれ独立させることができる。なお、ここで働き寸法とは、図９で示すように、屋根材や太陽電池モジュール等の屋根設置体を示す部材Ｓと隣接する部材Ｓとの間の中心線から中心線までの距離Ｄ１やＤ２をさすものとする。
【００１３】
また、屋根用固定装置は、屋根の傾斜方向に垂直な方向で、屋根材または屋根垂木等の働き寸法に依存した位置に設置される。一般に太陽電池モジュールのフレームには傾斜方向に垂直な方向に対して、自由に位置を調整できる機構を有しているので、屋根の傾斜方向に垂直な方向における太陽電池モジュールの働き寸法と、屋根材または垂木等の働き寸法をそれぞれ独立させることができる。
【００１４】
また、太陽電池モジュールを電気的に導通させ接地させる際には、太陽電池モジュールを固定する押圧部材を利用して、太陽電池モジュールを固定する際に太陽電池モジュールのフレームに施されているアルマイト皮膜やクリア塗装等を破ることにより、屋根傾斜方向の太陽電池モジュールどうしを電気的に導通させることができ、太陽電池モジュールの静電気による問題を解消することができる。
【００１５】
また、屋根の最下段に設置される太陽電池モジュールは、屋根用固定装置に取り付けられたストッパーの役割を持つ部材を基準に位置出しし、この部材は例えばステンレス等の導通性の材質を用いて連結させることにより、太陽電池モジュールどうしを流れ方向に垂直な方向に導通させることができ、設置した太陽電池モジュール群は流れ方向及び流れ方向に垂直な方向の双方に電気的に導通させることができ、接地を簡単に行うことができる。
【００１６】
さらに、太陽電池モジュールどうしの間には、設置外観及び防水性向上のために、化粧カバーを設け、化粧カバーはバネ機能を有する例えばステンレス等の金属バネ部材を介して、ワンタッチで取り付けることにより、この金属バネ部材には太陽電池モジュールどうしまたは、太陽電池モジュールと接続箱を接続するケーブルをクランプするための部材を設けることにより、ケーブルの収納を簡単にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を平板状の屋根設置体である太陽電池モジュールを屋根上に配設する場合を例にとり、模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１（ａ）〜（ｃ）に本発明の屋根用固定装置Ｋの組立手順を示す斜視図を、図１（ｄ）に図１（ｃ）のＡ−Ａ線断面図をそれぞれ示す。本発明の屋根用固定装置Ｋは、係止用開口部３を有した直線状のレール溝２を１以上設けた板状の基台１と、この基台１上に配置された後記する太陽電池モジュールの周縁部を押圧固定するための板状の押圧部材４と、レール溝２に沿って移動可能でかつ係止用開口部３に係合させながら押圧部材４を固定するための締着部材であるボルト５，ナット６とを備えて成る。
【００１９】
ここで、基台１は例えばアルミニウム等の軽量で強度に優れた金属材料で構成される。また、この基台１の左右両端部１ａにはレール溝２が少なくとも１以上、直線状に設けられ、基台１の中央部１ｂは溝（または凹部）に形成されており、この溝（または凹部）には後記する屋根材に固定するための釘孔１ｃである貫通孔が複数設けられている。レール溝２は図示のように２本とするのが構造が簡単であり、しかも堅固に押圧部材４を取付けることができ望ましい。
【００２０】
また、レール溝２はその最上部に溝幅が急に狭くなった係止用開口部３が形成されているが、必ずしもレール溝２の最上部でなくともよく、溝幅が狭く押圧部材４を固定するためのボルト５の頭部５ａを係合させることができればよく、その場所は特定されるものではない。
【００２１】
また、押圧部材４はこれで押圧する部材より硬く例えばステンレス等の導電性を有し強度的にも優れた金属材料から構成される。押圧部材４の縦方向（レール溝２の長手方向）には、後記する太陽電池モジュールを押圧固定するための押圧部である押圧片４ｂが設けられ、さらに、この押圧片の角部４ｃは傾斜角が鋭角になるように傾斜面に形成され、この角部４ｃで太陽電池モジュールの周縁部を押圧するようにしている。押圧部材４の中央部４aは溝（または凹部）に形成され、さらに、ボルト５を挿通させる貫通孔４ｄが形成されている。
【００２２】
また、図１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、ボルト５は押圧部材４の貫通孔４ｄに挿通されナット６で締めつけることにより、溝幅が急に狭くなった係止用開口部３によりボルト５の頭部５ａが係合され、押圧部材４は基台１に堅固に固定される。
【００２３】
さらに、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、基台１にはその中央部１ｂにビス８や釘を挿入するための貫通孔１ｃが形成されており、基台１はスレートなどの屋根材１０、屋根構造材１１及び垂木１２にビス８や釘等が入り込むことにより固定される。この際に、ビス８や釘を挿入する孔の防水を行うため、基台１と屋根材１０との間に例えばＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエン・ラバー）等の弾性部材であるシール材７を介在させるとよい。基台１の下面にこのシール材７を貼着させるが、このシール材７の接着面は中央部が窪んだ形状になっており、シール材７をこの面に貼り付け、ビス８などを屋根材１０及び屋根構造材１１等に打ち込んだ際に、その圧力により基台１の貫通孔１ｃにシール材７が入り込むことで防水性能をいっそう高めている。
【００２４】
図３（ａ）に屋根上に敷設された屋根材１に、屋根用固定装置の多数を配設した様子を示す。また、図３（ｂ）に屋根用固定装置Ｋ１の拡大斜視図を示す。図３に示すように、多数の屋根用固定装置（例えば屋根用固定装置Ｋ１〜Ｋ８）をレール溝２の長手方向に対し直交する方向に所定間隔を置いて、複数設けた固定装置群（例えば、屋根用固定装置Ｋ１〜Ｋ４で構成されるＫＡや屋根用固定装置Ｋ５〜Ｋ８で構成されるＫＢ）を複数条に配設するとともに、前記固定装置群どうしの間に太陽電池モジュールの互いに平行な２辺の部分が押圧固定されるように配設されている。
【００２５】
図４（ａ）に太陽電池モジュールＰの斜視図を、図４（ｂ）に太陽電池モジュールの多数を上記屋根用固定装置で固定する様子を示す。ここで、図中１５は太陽電池本体を示し、１６は太陽電池本体１５の周縁部を固定するフレームであり、アルミニウム等の軽量で強度的に優れた金属材料で構成される。
【００２６】
このように、太陽電池モジュールＰの１つに対し、前述した屋根用固定装置を４個以上用いて、少なくとも２辺が互いに平行の平面角形状をなす１以上の屋根設置体である太陽電池モジュールＰを屋根上に固定するようにしている。具体的には、図４に示すように、屋根用固定装置Ｋ１，Ｋ２，Ｋ５，Ｋ６の押圧部材で太陽電池モジュールＰ１の互いに平行な２辺部分を覆うフレーム１６Ａ，１６Ｂのそれぞれを固定し、屋根用固定装置Ｋ３，Ｋ４，Ｋ７，Ｋ８の押圧部材で太陽電池モジュールＰ２の互いに平行な２辺部分を覆うフレーム１６Ｃ，１６Ｄのそれぞれを固定している。
【００２７】
以上のように、基台１は屋根材１０及び屋根構造材１２にビスまたは釘等で固定され、シール材７を挟んで段差のある屋根材１０の上に密着固定させている。押圧部材４は太陽電池モジュールを固定するためのものであり、基台１にボルト５で締めつけることにより、太陽電池モジュールを堅固に固定することができる。
【００２８】
基台１は屋根の雨水の流れ方向に、ほぼ太陽電池モジュールの働き寸法と同様の寸法で配置されていくが、屋根材１０の働き寸法は各々の屋根材によって一律ではないため、太陽電池モジュールと全く同様の働き寸法で配置すると、場合によっては図５に示すように、屋根材１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）の段差部分１３に基台１が配置されてしまい、設置できなくなるおそれがある。
【００２９】
よって本発明では、図５のようになる場合には、基台１を一段下、または一段上の屋根材に屋根材と平行になるように設置する。その後、図１に示すように、押圧部材４をボルト５でもって基台１の溝２内を移動させることにより、押圧部材４が太陽電池モジュールの流れ方向の働き寸法と同様な位置になるように配置できる。
【００３０】
ここで、太陽電池モジュールは、少なくとも２辺が互いに平行の平面角形状をなし、例えば矩形状、三角形状、台形状、その他の角形状をなすものとし、この太陽電池モジュールを構成する太陽電池本体には、透光性の基板に配設された透光性の樹脂等の充填材中に太陽電池素子を多数接続したものが使用される。また、太陽電池素子には、例えばシリコン系太陽電池素子やガリウムヒ素等から成る化合物半導体等の、単結晶体や非単結晶体を用いる。
【００３１】
また、基台１は屋根の流れ方向に垂直な方向では、屋根材１０及び屋根構造材１２等の働き寸法に依存して配置される。屋根材１０及び屋根構造材１２の横方向の働き寸法は、それぞれの屋根材及び住宅により均一ではなく、例えば３００ｍｍ〜１０００ｍｍ程度と幅がある。本発明の設置方式の場合、図６からわかるように、太陽電池本体１５に設けられた上下フレーム部材１６Ａ，１６Ｂに対して押圧部材４がどの位置にあっても、太陽電池モジュールを紙面に垂直な方向で移動させることができる構造なので、自由に位置調整が可能となる。
【００３２】
次に、太陽電池モジュールの接地方法について詳細に説明する。通常、太陽電池モジュールは屋根の流れ方向（傾斜方法）とこの方向に垂直な方向に複数枚設置される。流れ方向に設置された上下の太陽電池モジュールは、図６からもわかるように、押圧部材４の角部４ｃに太陽電池モジュールのフレーム部材１６Ｂ，１６Ａの下部突設部１６Ｂｃ，１６Ａｃのそれぞれに接触させ、ボルト５を締め込んで太陽電池モジュールを固定する際に、角部４ｃがフレーム部材１６Ｂに被覆されたアルマイト皮膜やクリア塗装等の絶縁性の被覆を破ることによって、隣接する太陽電池モジュールどうしを電気的に導通させることができ、太陽電池モジュールの接地を好適に行うことが可能となる。
【００３３】
また、図８に示すように、最下段の太陽電池モジュールは、基台１に取り付けられたストッパーの役割をもちアルミニウム等の金属材料から成る軒先レール材３０を基準に位置出しされる。軒先レール材３０と最下段の太陽電池モジュールは図６，７に示す太陽電池モジュールと同様に、押圧部材４の角部４ｃの押圧により、太陽電池モジュール及び軒先レール材３０の下部突設部３０ｅにおけるアルマイト皮膜やクリア塗装等を破ることにより、軒先レール材３０と最下段の太陽電池モジュールが電気的に導通される。この軒先レール材３０は最下段の太陽電池モジュール１枚につき１本の設置としている。太陽電池モジュールが横方向に複数枚ある場合は、軒先レール材３０を例えばステンレス等の導通性の材質を用いた連結金具３１を用いて連結させる。横方向に設置された軒先レール材３０は全て電気的に導通される。なお、図８における３０ａ，３０ｂは太陽電池モジュールのフレーム部材１６Ａを保持固定するための突設部である。また、図中３０ｃ、３０ｄは連結金具を保持固定するための突設部であり、３２，３３はビスである。また、１ｆは基台１に形成した凹部であり、この箇所に軒先レール材３０の下部の一部が収容され固定される。
【００３４】
以上の手順により、全ての太陽電池モジュールが電気的に導通されたことになり、太陽電池モジュールを固定すると必然的に全太陽電池モジュールが導通され簡単に接地を行うことができる。
【００３５】
次に、図７に基づいて、隣接する太陽電池モジュール間の横目地部について詳細に説明する。この横目地部には設置外観の向上及び太陽電池どうしを接続するケーブル配線を行うために化粧カバー２１を設ける。隣接する太陽電池モジュールの太陽電池のうち、例えば上下関係にある太陽電池モジュールであれば、下側の太陽電池モジュールにバネ機能を有する例えばステンレス等の金属バネ部品２０を介して化粧カバー２１を設置する。
【００３６】
金属バネ部品２０は曲面状に形成された弾性変形が生じる接触部２０ａ，２０ｂを有し、さらに不図示のケーブルを収容するための凹部２０ｃが形成されている。また、化粧カバー２１には図示左側に係止用のつめ部２１ａ、中央部に金属バネ部品２０の凹部に収容される凸部２１ｃ、太陽電池モジュールのフレーム部材１６Ａに係合させるための断面Ｌ字状の突設部２１ｅ、つめ部２１ｆが形成されている。なお、図中１６Ａａ，１６Ａｂ，１６Ａｃ，１６Ｂａ，１６Ｂｂ，１６Ｂｃはそれぞれ太陽電池モジュールのフレーム部材の係合部である。
【００３７】
化粧カバー２１を設置した際には、太陽電池モジュールのフレーム部材１６に設けられたつめ部１６Ｂａと化粧カバー２１に設けられたつめ部２１ａが係合しあって化粧カバー２１のずれ防止を行っている。また、バネ機能を有する金属バネ部品２０は、金属バネ部品２０の横方向接触部２０ｂが紙面に対して左方向に、金属バネ部品２０上方向接触部２０ａが上方向に付勢力を有しているので、化粧カバーの下面２１ｂ，２１ｄと金属バネ部品２０とが接触することにより、金属バネ部品２０が弾性変形することによって、化粧カバー２１の固定をサポートすることができる。また、金属バネ部品２０をはめる際には、太陽電池モジュールどうしを接続するケーブルを金属バネ部品２０の横方向接触部２０ｂにおいて、クランプさせることにより、ケーブルの配線を綺麗に納めることができる。
【００３８】
かくして、屋根用固定装置が、屋根の例えば雨水の流れ方向（傾斜方向）に対し、押圧部材の位置を自由に調整でき、屋根材の傾斜方向の働き寸法と太陽電池の傾斜方向の働き寸法をそれぞれ独立させることができる。
【００３９】
また、屋根用固定装置は、屋根の傾斜方向に垂直な方向で、屋根材または屋根垂木等の働き寸法に依存した位置に設置される。一般に太陽電池モジュールのフレームには傾斜方向に垂直な方向に対して、自由に位置を調整できる機構を有しているので、屋根の傾斜方向に垂直な方向の太陽電池モジュールの働き寸法と、屋根材または屋根垂木等の働き寸法をそれぞれ独立させることができる。
【００４０】
また、太陽電池モジュールを電気的に導通させ接地させる際には、太陽電池モジュールを固定する押圧部材を利用して、太陽電池モジュールを固定する際に太陽電池モジュールのフレームに施されているアルマイト皮膜やクリア塗装等を破ることにより、屋根傾斜方向の太陽電池モジュールどうしを電気的に導通させることができ、太陽電池モジュールの静電気による問題を解消することができる。
【００４１】
また、屋根の最下段に設置される太陽電池モジュールは、屋根用固定装置に取り付けられたストッパーの役割を持つ部材を基準に位置出しし、この部材は例えばステンレス等の導通性の材質を用い、太陽電池モジュールどうしを流れ方向に垂直な方向に導通させることができ、設置した太陽電池モジュール群は流れ方向及び流れ方向に垂直な方向の双方に電気的に導通させることができ、接地を簡単に行うことができる。
【００４２】
太陽電池モジュールどうしの間には、設置外観及び防水性向上のために、化粧カバーを設け、化粧カバーはバネ機能を有する例えばステンレス等の金属バネ部材を介して、ワンタッチで取り付けることができ、かつ、この金属バネ部材には太陽電池モジュールどうしまたは、太陽電池モジュールと接続箱を接続するケーブルをクランプするための部材を設けることにより、ケーブルの収納を簡単にすることができる。
【００４３】
なお、本実施形態では屋根設置体として太陽電池モジュールを例にとり説明したが、これに限定されるものではなく、太陽熱集熱器等の平板状の太陽エネルギー利用機器等に好適に適用可能であり、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。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の屋根用固定装置及びそれを用いた固定構造によれば、屋根設置体が複数の段差を有し傾斜して葺かれる屋根材の上に設置される場合において、長尺部材を何ら使用することなく、屋根設置体を屋根上に容易にかつ安定して作業性良好に設置でき、しかも屋根設置体をすべて設置した状態の外観を良好にすることが可能となる。
【００４５】
また、例えば屋根設置体として太陽電池モジュールを用いた場合に、従来は不安定であった太陽電池本体の接地を、確実かつ簡便に行うことが可能となる優れた固定構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る屋根用固定装置の組立ての様子を模式的に説明する図であり、（ａ），（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は斜視図、（ｄ）は分解一部断面図である。
【図２】本発明に係る屋根用固定装置を屋根に取付ける際の様子を模式的に説明する図であり、（ａ），（ｂ）は分解断面図、（ｃ）断面図である。
【図３】本発明に係る屋根用固定装置を屋根に配設した様子を模式的に説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は拡大斜視図である。
【図４】本発明に係る屋根用固定装置に太陽電池モジュールを取付ける様子を模式的に説明する図であり、（ａ）は太陽電池モジュールの斜視図、（ｂ）は屋根用固定装置に太陽電池モジュールを取付けた斜視図である。
【図５】本発明に係る屋根用固定装置を構成する基台を屋根に配設した様子を屋根の傾斜方向において模式的に説明する断面図である。
【図６】本発明に係る屋根用固定装置とこれに太陽電池モジュールを取付けた様子を屋根の傾斜方向において模式的に説明する断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ太陽電池モジュールどうしの間に化粧カバー等を取付ける様子を模式的に説明する組立て工程断面図である。
【図８】太陽電池モジュールを屋根の軒先部に設けた屋根用固定装置に取付けた様子を模式的に説明する断面図である。
【図９】屋根設置体の働き寸法を説明する平面模式図である。
【符号の説明】
１：基台
２：レール溝
３：係止用開口部
４：押圧部材
５：ボルト（締着部材）
６：ナット（締着部材）
７：シール材
１０：屋根材
１１：屋根構造材
１２：垂木
１５：太陽電池本体
１６：フレーム部材
３０：軒先レール材
２０：金属バネ部品
２１：化粧カバー
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２：太陽電池モジュール
Ｋ，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６，Ｋ７，Ｋ８：屋根用固定装置
【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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