(57)【要約】【課題】画像形成に必要なユニットの、特にトナーを内包するユニットや、熱膨張によって位置決めが狂うことが予想されるユニットを、ユニットの配置位置を損なうことなく効率よく冷却する画像形成装置を提供することである。【解決手段】露光手段が像担持体に対して位置決めする付勢方向と一致させる方向に付勢する第１の付勢手段と、現像手段が像担持体に対して位置決めする付勢方向と一致させる方向に付勢する第２の付勢手段と、像担持体の中心軸の方向に、クリーニング手段を介して付勢する第３の付勢手段と、を有することにより上記課題を解決する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドラム状に形成され回転軸を中心に回転する像担持体と、
前記像担持体の表面を、帯電手段を用いて帯電させ、帯電された前記像担持体の表面を画像形成信号に基づき露光し静電潜像を形成する露光手段と、
前記静電潜像を、トナー及びキャリアを含む現像剤にて現像する現像手段と、
前記像担持体上に残留したトナーをクリーニングするクリーニング手段と、
前記露光手段を冷却する第１の冷却部と、前記現像手段を冷却する第２の冷却部と、前記クリーニング手段を冷却する第３の冷却部とを有する冷却手段と、
前記第１の冷却部を、前記露光手段が前記像担持体に対して位置決めする付勢方向と一致させる方向に付勢する第１の付勢手段と、
前記第２の冷却部を、前記現像手段が前記像担持体に対して位置決めする付勢方向と一致させる方向に付勢する第２の付勢手段と、
前記第３の冷却部を、前記像担持体の前記回転軸の方向に、前記クリーニング手段を介して付勢する第３の付勢手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記冷却手段は、冷却液を流路に流すことにより、流路近傍の熱を奪う構成をした水冷方式であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記冷却手段は、冷却液を貯留するための貯留槽と、前記冷却液を循環させるポンプと、前記冷却液が奪った熱を放熱するための放熱部と、前記冷却液が流れる流路を有することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記第１の冷却部と、前記第２の冷却部と、前記第３の冷却部は、それぞれペルティエ素子を用いたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記冷却手段は、気化熱と液化熱を利用した蒸発圧縮ヒートポンプであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置の画像形成ユニット及びプリントヘッドの冷却技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年電子写真方式を用いた画像形成装置は、省エネルギーに配慮して、消費電力を少なくできる低温定着トナーを用いた装置の普及が進んでいる。しかし低温定着トナーは、一般的に保存可能温度も低くなる傾向があり、機械内部温度を低くすることが求められている。
【０００３】
また、露光手段として、レーザ光を用いたレーザ露光方式の他に、ＬＥＤアレイを用いた露光方式も普及が進んでいる。ＬＥＤアレイは像担持体としての感光体ドラムの軸方向に、例えば６４ドット／インチの間隔でＬＥＤ素子を配列し、素子を光らせることにより感光体ドラム上の静電気を除電させ、静電潜像を形成させる。
【０００４】
このとき、ＬＥＤアレイと感光体ドラム表面との距離は、画像の解像度を均一にするためにドラム幅方向に対して一定であることが重要である。しかしながら機内温度が上昇することにより、ＬＥＤアレイが熱膨張によってドラムとの距離が変化するという問題が発生する。
【０００５】
このような問題の解決手段として、機械内部に冷却手段を設ける必要があるが、冷却手段としては、ファンを用いて発熱部を冷却する方式が従来広く使われている。しかし、ファンによる方式は機内に残留しているトナーや用紙の紙粉などを飛散させたり、ファンの回転による風きり音などの騒音が発生したりして、オフィスで使うＯＡ機器としては必ずしもすぐれた冷却手段とは言えない。
【０００６】
そのためＯＡ機器では、騒音対策としてファンに比べて音が静かな液冷却方式の採用が進められている。
【０００７】
液冷却方式は、冷却液を流路に流すことにより、流路近傍の熱を奪う方式であり、冷却液を貯留するための貯留槽と、冷却液を循環させるポンプと、冷却液が奪った熱を放熱するための放熱部と、冷却液が流れる流路を有している。
【０００８】
しかし液冷方式は、冷却対象に対して押し付けないと冷却効率が上がらないという問題がある。この問題を解決するために特許文献１では、トナーを内包するユニットを支持する筐体の一部に冷却液が流れる流路を配置し、筐体には装置本体にセットされたユニットに対して流路を付勢する付勢手段を設けている。さらに付勢手段によって流路をユニットに密着させることにより冷却効率を上げようとする技術が公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１６４９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に公開されている技術では、流路を介してユニットを付勢手段によって押し付けると、付勢力によって像担持体としての感光ドラムと現像手段との距離などの精密な位置決めが狂うという不具合が発生する。
【００１１】
本発明の目的は、画像形成に必要なユニットの、特にトナーを内包するユニットや、熱膨張によって位置決めが狂うことが予想されるユニットを、ユニットの配置位置を損なうことなく効率よく冷却する画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、下記構成により達成できる。すなわち
１．ドラム状に形成され回転軸を中心に回転する像担持体と、
前記像担持体の表面を、帯電手段を用いて帯電させ、帯電された前記像担持体の表面を画像形成信号に基づき露光し静電潜像を形成する露光手段と、
前記静電潜像を、トナー及びキャリアを含む現像剤にて現像する現像手段と、
前記像担持体上に残留したトナーをクリーニングするクリーニング手段と、
前記露光手段を冷却する第１の冷却部と、前記現像手段を冷却する第２の冷却部と、前記クリーニング手段を冷却する第３の冷却部とを有する冷却手段と、
前記第１の冷却部を、前記露光手段が前記像担持体に対して位置決めする付勢方向と一致させる方向に付勢する第１の付勢手段と、
前記第２の冷却部を、前記現像手段が前記像担持体に対して位置決めする付勢方向と一致させる方向に付勢する第２の付勢手段と、
前記第３の冷却部を、前記像担持体の前記回転軸の方向に、前記クリーニング手段を介して付勢する第３の付勢手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【００１３】
２．前記冷却手段は、冷却液を流路に流すことにより、流路近傍の熱を奪う構成をした水冷方式であることを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
【００１４】
３．前記冷却手段は、冷却液を貯留するための貯留槽と、前記冷却液を循環させるポンプと、前記冷却液が奪った熱を放熱するための放熱部と、前記冷却液が流れる流路を有することを特徴とする前記２に記載の画像形成装置。
【００１５】
４．前記第１の冷却部と、前記第２の冷却部と、前記第３の冷却部は、それぞれペルティエ素子を用いたことを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
【００１６】
５．前記冷却手段は、気化熱と液化熱を利用した蒸発圧縮ヒートポンプであることを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、感光体ドラムに対して精密な位置決めをしたＬＥＤプリントヘッド、現像手段、クリーニング手段に冷却部を押し付けても、位置決め精度を狂わせることがなく、画像不具合を起こすことがない画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略正面図である。
【図２】画像形成部の拡大図である。
【図３】感光体ドラムの取り付けを示す側断面図である。
【図４】現像手段と感光体ドラムとの関係を示す図である。
【図５】冷却部を取り付ける場所を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、画像形成部の断面図、図６（ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の画像形成装置に関する実施の形態を説明する。図１は本発明に係る画像形成装置の概略正面図である。なお、本発明の画像形成装置は、以下の形態に限定されるものではない。
【００２０】
本画像形成装置は画像形成装置本体ＧＨと画像読取装置ＹＳとから構成される。
【００２１】
画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、画像形成手段である複数組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、像担持体であるベルト状の中間転写体６、転写手段７Ａ、給紙手段２０及び定着装置９等からなる。
【００２２】
画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置５０１と原稿画像走査露光装置５０２から成る画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置５０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置５０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。
【００２３】
ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されて形成された信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに送られる。
【００２４】
イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、像担持体である感光体ドラム１Ｙの周囲に帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像手段４Ｙ及びクリーニング手段８Ｙを配置している。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、感光体ドラム１Ｍの周囲に帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像手段４Ｍ及びクリーニング手段８Ｍを配置している。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、感光体ドラム１Ｃの周囲に帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像手段４Ｃ及びクリーニング手段８Ｃを配置している。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、感光体ドラム１Ｋの周囲に帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像手段４Ｋ及びクリーニング手段８Ｋを配置している。そして、帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光手段３Ｃ、及び帯電手段２Ｋと露光手段３Ｋは、潜像形成手段を構成する。
【００２５】
なお、現像手段４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。
【００２６】
中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。
【００２７】
定着装置９は、本発明の実施例では、熱ローラ定着装置としている。加熱手段を備えた定着ローラ９３と、定着ローラ９３を押圧する加圧ローラ９４を有し、定着ローラ９３と加圧ローラ９４との間に形成されたニップ部で記録紙Ｐ上のトナー像を加熱・加圧して定着する。
【００２８】
かくして、画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に転写手段７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋにより逐次転写されて（１次転写）、カラー画像合成されたトナー像が形成される。
【００２９】
記録紙収納手段である給紙カセット２１内に収容された記録紙Ｐは、給紙手段２０の給紙ローラ２２により１枚分離されて給紙され、給紙ローラ２３を経て、停止状態にあるレジストローラ２４へ給紙される。そこで一旦停止されて、その先端と中間転写体６上のトナー像との位置関係が正確に一致するタイミングで、そのレジストローラ２４が回転を開始することにより転写手段７Ａに給紙され、記録紙Ｐ上にカラー画像が転写される（２次転写）。カラー画像が転写された記録紙Ｐは定着装置９において加熱・加圧され、記録紙Ｐ上のカラートナー像が定着される。その後、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。
【００３０】
一方、転写手段７Ａにより記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、記録紙Ｐを曲率分離した中間転写体６は、クリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。
【００３１】
なお、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であったが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよい。
【００３２】
定着装置９は、本発明の実施の形態では熱ローラ定着装置を用いたが、ベルト定着装置を用いてもよい。
【００３３】
本実施の形態では、各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋにおける露光手段３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに、ＬＥＤ素子を複数並べたＬＥＤアレイを備えた露光ヘッドであるＬＥＤプリントヘッドが用いられている。従って、以下の説明では露光手段３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋと言わずに、ＬＥＤプリントヘッド３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋと称する。
【００３４】
なお、図１に示すように、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色の４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは何れも共通の構造であるので、以下の画像形成部の説明では主としてＹ色の画像形成部１０Ｙについてだけを代表として記述する。
【００３５】
図２は、画像形成部１０Ｙの拡大図である。画像形成部１０Ｙは他の画像形成部１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと共に画像形成装置本体側の筐体７０の中に、図１に示すように水平に並べられて設けてある。感光体ドラム１Ｙの回りには帯電手段２Ｙ、ＬＥＤプリントヘッド３Ｙ、現像手段４Ｙ、クリーニング手段８Ｙ等が取り付けられている。
【００３６】
感光体ドラム１Ｙは、図３に示すように筐体７０に軸受けを介して回転可能にしてある。感光体ドラム１Ｙの中心軸１Ａの端部には軸の接続を行ったり解除したりするカップリング部材ＣＰが設けられている。さらにカップリング部材の先には駆動ギヤ１Ｄが設けられ、それに噛み合うギヤ１Ｅが直流モータＭに直結している。直流モータＭは画像形成装置本体ＧＨのフレームＦ１に固定されている。
【００３７】
筐体７０には蓋７１が設けられ、蓋７１には、ＬＥＤプリントヘッド３Ｙを取り付けるための係合部材７１Ｐと、板バネ７１Ｓが取り付けられている。係合部材７１ＰにＬＥＤプリントヘッド３Ｙの両端部がかけられて吊られ、蓋７１が閉められると蓋７１に取り付けられた板バネ７１Ｓによって下方へ平面性を保ちながら押し下げられる。
【００３８】
筐体７０は画像形成装置本体ＧＨのフレームＦ２から不図示のスライドレールを介して直流モータＭ及びそれに直結するギヤ１Ｅを残して引き出すことができる。
【００３９】
このような状態にして筐体７０の蓋７１を外して、組み立てや保守点検作業がやりやすいようにしてある。また、感光体ドラム１ＹとＬＥＤプリントヘッド３Ｙとの平行度調整や間隔調整は画像形成装置本体ＧＨにスライドレールを介して収納後にもできるようにしてある。
【００４０】
感光体ドラム１ＹとＬＥＤプリントヘッド３Ｙの発光面との間隔は３ｍｍであり、その全長に亘る許容差は０．１ｍｍである。
【００４１】
次に、現像手段４Ｙと感光体ドラム１Ｙとの間隔ｔ１を一定にする手段について図４を用いて説明する。図４は、キャリアを回転搬送させるための現像スリーブ４１と、現像スリーブ４１の両端に現像コロ４２が設けられ、現像コロ４２が感光体ドラム１Ｙに当接しているところを示す図である。現像コロ４２の直径は、現像スリーブ４１の直径をφｄ１とするとき、φ（ｄ１＋２ｔ１）とし、現像コロ４２が常に感光体ドラム１Ｙに当接するように、現像手段４Ｙを感光体ドラム１Ｙ方向に付勢している。一般的に間隔ｔ１は０．１から０．５ｍｍであり、φｄ１は本実施の形態では２４ｍｍとした。
【００４２】
図２に示すように、クリーニング手段８Ｙは、クリーニングブレード８Ａがその両サイドの各自由長端が所定の位置で接触するような構造となっている。クリーニングブレード８Ａから回収されたトナーは、一時的にクリーニング手段８Ｙのケース内に収納され、トナー搬送スクリュー８１を回転させることによりケース外にはき出されるようになっている。また、クリーニング手段８Ｙは、クリーニングブレード８Ａから落下したトナーをケース外にこぼれないようにＰＥＴフィルムなどのトナー受け板８２が取り付けられている。しかしながら、クリーニングブレード８Ａが感光体ドラム１Ｙに付勢する付勢力（ブレード力）は、ブレードの摩耗等の劣化を抑制するために極めて狭い範囲の調整が必要であり、特別な付勢手段を有している。
【００４３】
（冷却手段）
次に、本発明に係る冷却手段について説明する。
【００４４】
冷却手段の方式としては、冷却液を流路に流すことにより、流路近傍の熱を奪う構成をした水冷方式、ペルティエ素子を用いた冷却方式、あるいは気化熱と液化熱を利用した蒸発圧縮ヒートポンプの冷却方式などがある。
【００４５】
水冷方式は、冷却液を貯留するための貯留槽と、冷却液を循環させるポンプと、冷却液が奪った熱を放熱するための放熱部と、冷却液が流れる流路を有している。さらに冷却させたい部分には、流路を長くするために蛇行させた流路を形成させている。特にこの蛇行した流路部分を冷却部とし、流路と区別する。
【００４６】
ペルティエ素子を用いた冷却方式は、２種類の金属の接合部に電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動するというペルティエ効果を利用した冷却方式であり、ペルティエ素子があるところが冷却部となる。
【００４７】
ヒートポンプを用いた冷却方式は、ガスなどの冷媒を圧縮したのち、急激に膨張させるときに発生する気化熱を利用した方式である。冷媒を凝縮する凝縮器と、膨張弁と、冷却部としての蒸発器と、冷媒を圧縮する圧縮器と、冷媒を流す流路などから構成されている。
【００４８】
本実施の形態では、コスト的に廉価な水冷方式を用いた冷却手段（液体冷却手段）を採用している。
【００４９】
（冷却手段の取り付け位置）
次に、本発明の目的である、液体冷却手段ＬＦを取り付けることにより画像形成に必要なユニットの配置位置を狂わせることがなく、効率的に冷却する液体冷却手段ＬＦの取り付け方法について図５を用いて説明する。
【００５０】
上述したように、ＬＥＤプリントヘッド３Ｙ、現像手段４Ｙは、感光体ドラム１Ｙ方向に付勢されている。このとき、液体冷却手段ＬＦの第１の冷却部Ｒ１はＬＥＤプリントヘッド３Ｙ、第２の冷却部Ｒ２は現像手段４Ｙの配置位置を狂わせることがないようにそれぞれ感光体ドラム方向に付勢している。またクリーニング手段８Ｙは、感光体ドラム１Ｙ方向に必ずしも付勢されてはいないが、クリーニング手段８Ｙのケース内に残留しているトナーを冷却するために、第３の冷却部Ｒ３をケースの外側から密着するように付勢されている。このときクリーニング手段８Ｙに取り付けられた第３の冷却部Ｒ３を付勢する方向は、クリーニング手段８Ｙを歪ませることを防止するために感光体ドラム１Ｙの中心軸方向と一致させている。
【００５１】
具体的にそれぞれの冷却部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、図５に示すような位置に配置されている。
【００５２】
ＬＥＤプリントヘッド３Ｙが感光体ドラム１Ｙに対して位置決めする付勢方向と一致させる方向に付勢する第１の付勢手段Ｇ１と、
現像手段４Ｙが感光体ドラム１Ｙに対して位置決めする付勢方向と一致させる方向に付勢する第２の付勢手段Ｇ２と、
感光体ドラム１Ｙの中心軸の方向に、クリーニング手段８Ｙを介して付勢する第３の付勢手段Ｇ３と、によって付勢されている。
【００５３】
付勢方法としては、冷却部を支持する支持板と、支持板を押し付けるバネなどの弾性部によって付勢するが特に限定されない。
【００５４】
さらに図６は、液体冷却手段ＬＦが画像形成部１０Ｙに取り付けられているところ示す図であり、図６（ａ）は、画像形成部１０Ｙの断面図、図６（ｂ）は側面図である。
【００５５】
液体冷却手段ＬＦは、冷却液を貯留するための貯留槽ＬＦ１と、冷却液を循環させるポンプＬＦ２と、複数の放熱フィンを設けアルミなどで作られた放熱部ＬＦ３を、画像形成部１０Ｙの外部に設けている。そして流路ＲはＬＥＤプリントヘッド３Ｙ、現像手段４Ｙ、クリーニング手段８を冷却するための冷却液を循環させるように連通している。
【００５６】
冷却効果を高めるために流路Ｒを蛇行させて冷却面積を広くさせた冷却部Ｒ３［図６（ｂ）の二点鎖線で囲んだ領域］によって、クリーニング手段８Ｙが冷却される。
【００５７】
同様に、ＬＥＤプリントヘッド３Ｙ、現像手段４Ｙ、には蛇行した流路Ｒが設けられ、冷却部Ｒ１、Ｒ２がそれぞれ形成されている。
【００５８】
ペルティエ素子を用いた冷却方式においては、ペルティエ素子部が冷却部となるので、液体冷却手段ＬＦよりも、流路、貯留槽、ポンプ、放熱部などが不要となるので構造的に簡素化できる。
【００５９】
またヒートポンプを用いた冷却方式では、冷媒を凝縮する凝縮器と、膨張弁と、冷却部としての蒸発器と、冷媒を圧縮する圧縮器と、冷媒を流す流路などが必要であるが、液体冷却手段ＬＦと近似しておりその詳細を省略する。
【００６０】
このように本発明は、感光体ドラム１Ｙに対して精密な位置決めをしたＬＥＤプリントヘッド３Ｙ、現像手段４Ｙ、クリーニング手段８Ｙに冷却部を押し付けても、位置決め精度を狂わせることがなく、画像不具合を起こすことがない画像形成装置を提供できる。
【００６１】
以上、画像形成部１０Ｙについて述べたが、画像形成部１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋについても全く同様な構造であるのでその説明を省略する。なお、本実施の形態ではカラー画像を形成する画像形成装置について説明したが、同様な構造をしたモノクロの画像形成装置であれば、本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００６２】
７０  筐体
７１  蓋
１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ  感光体ドラム
２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ  帯電手段
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ  ＬＥＤプリントヘッド
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ  現像手段
８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋ  クリーニング手段
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ  画像形成部
Ｇ１  第１の付勢手段
Ｇ２  第２の付勢手段
Ｇ３  第３の付勢手段
Ｒ  流路
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  冷却部
ＬＦ  液体冷却手段
ＬＦ１  貯留槽
ＬＦ２  ポンプ
ＬＦ３  放熱部
【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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