(57)【要約】【課題】トナー補給能力のバラツキ、現像器内のトナー搬送及び撹拌能力のバラツキまで含めたトナー濃度変化のバラツキを抑え、高画質の画像を形成する。【解決手段】トナー補給装置により現像器へトナーを補給し、補給による現像器内のトナー濃度の時間変化を測定するトナー濃度変化測定手段（ＣＰＵ）と、トナー濃度変化測定手段によるトナー濃度時間変化測定結果に基づいてトナー補給手段からのトナーの補給量を制御する制御手段（ＣＰＵ）とを備え、予め設定された時間トナー補給動作を行い、予め設定された時間トナー濃度を測定し、トナー濃度時間変化の測定データを取得し、その後、当該測定データを用いて画像形成時のトナー補給制御パラメータ演算を実行し、画像形成時には演算した画像形成時のトナー補給制御パラメータを用いてトナー補給制御を行う（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像器内のトナー濃度を測定するトナー濃度測定手段を有し、当該トナー濃度測定手段の測定結果に基づいてトナー補給手段から前記現像器内にトナーを補給するトナー補給装置において、
前記トナー補給装置により現像器へトナーを補給し、当該補給による前記現像器内のトナー濃度の時間変化を測定するトナー濃度変化測定手段と、
前記トナー濃度変化測定手段によるトナー濃度時間変化測定結果に基づいて前記トナー補給手段からのトナーの補給量を制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とするトナー補給装置。
【請求項２】
請求項１記載のトナー補給装置において、
前記トナー濃度変化測定手段によってトナー濃度を測定するモードを備えていることを特徴とするトナー補給装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のトナー補給装置において、
前記トナー濃度変化測定手段によってトナー濃度の時間変化を測定する前に、所定時間トナーを撹拌させるトナー撹拌手段を備えていることを特徴とするトナー補給装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のトナー補給装置において、
前記トナー濃度変化測定手段は、トナー収容器の交換、現像剤の交換、現像器の交換、前回トナー濃度測定から所定時間の経過、前回測定から所定数の画像形成の実行、予め設定された範囲を超える温度変化、予め設定された範囲を超える湿度変化、前回測定から所定量のトナー補給、前回測定から所定の現像時間の経過のいずれか１つがあったとき、トナー濃度度の時間変化を測定することを特徴とするトナー補給装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のトナー補給装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
現像器内のトナー濃度を測定するトナー濃度測定手段を有し、当該トナー濃度測定手段の測定結果に基づいてトナー補給手段から前記現像器内にトナーを補給するトナー補給方法において、
前記トナー補給装置により現像器へトナーを補給し、当該補給による前記現像器内のトナー濃度の時間変化を測定し、
前記測定されたトナー濃度の時間変化に基づいて前記トナー補給手段からのトナーの補給量を制御すること
を特徴とするトナー補給方法。
【請求項７】
現像器内のトナー濃度を測定するトナー濃度測定手段を有し、当該トナー濃度測定手段の測定結果に基づいてトナー補給手段から前記現像器内にトナーを補給するトナー補給制御をコンピュータによって実行するためのコンピュータプログラムにおいて、
前記トナー補給装置により現像器へトナーを補給し、当該補給による前記現像器内のトナー濃度の時間変化を測定する手順と、
前記測定されたトナー濃度の時間変化に基づいて前記トナー補給手段からのトナーの補給量を制御する手順と、
を備えていることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像器にトナーを補給するトナー補給装置、このトナー補給装置を備え、トナー現像により画像を形成する電子写真方式のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの少なくとも２つの機能を複合して有するデジタル複合機等の画像形成装置、トナー補給を行うためのトナー補給方法、及びこのトナー補給方法をコンピュータで実行するためのコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
トナーを使用した電子写真方式の画像形成装置は、画質、画像形成速度で他の方式の画像形成装置よりも優位性を備えていることから広く普及している。このようにトナーを使用して画像を形成するものでは、画像の濃度をなるべく均一にするため、現像器内のトナー濃度を、定められたトナー濃度目標値に近づける制御が必要である。トナー濃度が低下したら、当然、トナーを補給し、トナー濃度を所定の濃度に保持するようにトナーの補給制御を実行する。このトナー補給は従来から実施されているが、トナーを補給した後の現像器トナー濃度変化は、トナー補給量、トナー撹拌能力のバラツキ、機械毎のバラツキ、温湿度環境、及びトナーの状態によっても変わる。
【０００３】
このトナー補給に関する技術として、例えば特許文献１及び２に記載された発明が公知である。このうち、特許文献１には、トナーボトル内のトナー量の多少にかかわらず、常時一定量のトナー補給を行うことができるようにするため、トナーを収納したトナーボトルと、トナーボトルを回転駆動する駆動部と、トナーボトルの回転により吐出されるトナーを貯留する貯留部と、トナーボトルの重さを計る重量検知部と、制御部とを備え、トナーボトルは貯留部にトナーを補給する補給口を備え、制御部は重量検知部の検知結果に応じて駆動部を制御して、トナーボトルから貯留部にトナーを補給するときのトナーボトルの回転速度を変更する発明が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、トナー補給ローラの補給能力Ｍを検知し、その検知結果に基づいて高精度のトナー濃度の制御を行うことにより、装置の小型化及び軽量化を図っても高画像品質が得られるようにするため、トナー収容器から現像器へトナーを補給するトナー補給手段を備えた画像形成装置において、該トナー補給手段の補給能力を検知する補給能力検知手段と、該補給能力検知手段の出力値に基づいて該トナー補給手段の駆動を制御する補給制御手段とを設けた発明が記載されている。
【特許文献１】特開平６−３０１２８７号公報
【特許文献２】特開２００５−３１６０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１記載の発明では、トナー濃度を測定することによってトナー補給能力を検知し、トナー補給能力によりトナー補給制御を行っているが、トナー濃度の時間変化は測定していないため、現像器内のトナー搬送や撹拌能力のバラツキを抑えることはできない。
【０００６】
また、特許文献２記載の発明では、トナーボトルの重さを測ることによって、トナー補給量を制御しているが、この方式では、トナーボトルの重さを測る手段を新たに設ける必要がある。また、トナー補給量を重さで制御できても、現像機内のトナー搬送や撹拌能力のバラツキまでは考慮されていないので、トナー濃度変化にもバラツキが生じる。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、トナー補給能力のバラツキ、現像器内のトナー搬送及び撹拌能力のバラツキまで含めたトナー濃度変化のバラツキを抑え、高画質の画像を形成することができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、第１の手段は、現像器内のトナー濃度を測定するトナー濃度測定手段を有し、当該トナー濃度測定手段の測定結果に基づいてトナー補給手段から前記現像器内にトナーを補給するトナー補給装置において、前記トナー補給装置により現像器へトナーを補給し、当該補給による前記現像器内のトナー濃度の時間変化を測定するトナー濃度変化測定手段と、前記トナー濃度変化測定手段によるトナー濃度時間変化測定結果に基づいて前記トナー補給手段からのトナーの補給量を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
第２の手段は、第１の手段において、前記トナー濃度変化測定手段によってトナー濃度を測定するモードを備えていることを特徴とする。
【００１０】
第３の手段は、第１または第２の手段において、前記トナー濃度変化測定手段によってトナー濃度の時間変化を測定する前に、所定時間トナーを撹拌させるトナー撹拌手段を備えていることを特徴とする。
【００１１】
第４の手段は、第１ないし第３のいずれかの手段において、前記トナー濃度変化測定手段は、トナー収容器の交換、現像剤の交換、現像器の交換、前回トナー濃度測定から所定時間の経過、前回測定から所定数の画像形成の実行、予め設定された範囲を超える温度変化、予め設定された範囲を超える湿度変化、前回測定から所定量のトナー補給、前回測定から所定の現像時間の経過のいずれか１つがあったとき、トナー濃度度の時間変化を測定することを特徴とする。
【００１２】
第５の手段は、第１ないし第４のいずれかの手段に係るトナー補給装置を画像形成装置が備えていることを特徴とする。
【００１３】
第６の手段は、現像器内のトナー濃度を測定するトナー濃度測定手段を有し、当該トナー濃度測定手段の測定結果に基づいてトナー補給手段から前記現像器内にトナーを補給するトナー補給方法において、前記トナー補給装置により現像器へトナーを補給し、当該補給による前記現像器内のトナー濃度の時間変化を測定し、前記測定されたトナー濃度の時間変化に基づいて前記トナー補給手段からのトナーの補給量を制御することを特徴とする。
【００１４】
第７の手段は、現像器内のトナー濃度を測定するトナー濃度測定手段を有し、当該トナー濃度測定手段の測定結果に基づいてトナー補給手段から前記現像器内にトナーを補給するトナー補給制御をコンピュータによって実行するためのコンピュータプログラムにおいて、前記トナー補給装置により現像器へトナーを補給し、当該補給による前記現像器内のトナー濃度の時間変化を測定する手順と、前記測定されたトナー濃度の時間変化に基づいて前記トナー補給手段からのトナーの補給量を制御する手順とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
なお、後述の実施形態において、現像器は符号１１、１０６に、トナー濃度測定手段はトナー濃度センサ１０７に、トナー補給装置は符号１０５に、トナー濃度変化測定手段及び制御手段はＣＰＵ１０１にそれぞれ対応する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、トナー濃度変化測定手段によるトナー濃度時間変化測定結果に基づいてトナーの補給量を制御するので、トナー補給能力のバラツキや、現像器内のトナー搬送や撹拌能力のバラツキまで含めたトナー濃度変化のバラツキを抑えることができる。その結果、高画質の画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。この画像形成装置は間接転写方式のタンデム式画像形成装置であって、プリンタとして構成された例である。この画像形成装置の機械的構成自体は公知のものである。ここに示した画像形成装置の装置本体１内には４つの作像ユニット２が設けられている。各作像ユニット２に対向して無端ベルトよりなる中間転写体３が配置され、この中間転写体３は複数の支持ローラに巻き掛けられて矢印方向に走行する。また、４つの作像ユニット２には、それ自体公知の電子写真方式に基づいて感光体ドラム１０にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらトナー像が中間転写体３上に順次重ねて静電転写される。図では、左端の作像ユニット２のみに符号を付しているが、４色同じ構成のものが並置されていることから、他の作像ユニットについては符号を省略した。
【００１９】
画像形成装置本体１内の下部には、給紙装置４が配置され、給紙装置４から送り出された用紙が搬送路に沿って搬送され、レジストローラ５を介して中間転写体３と２次転写装置６との間に送り込まれる。用紙が中間転写体３と２次転写装置６の間を通るとき、中間転写体３上の重ね合わせられたトナー像が用紙上に転写される。次いで、この用紙は定着装置７を通り、このとき熱と圧力の作用によって用紙上の画像が用紙に定着される。定着装置７を通った用紙は排出部８に排出される。
【００２０】
本画像形成装置本体１の排出部８と中間転写体３の間には、トナーカートリッジ３０が装着されるセット部９が設けられている。トナーカートリッジ３０は、各作像ユニット２の現像器１１に補給するトナーを収納した粉体収納容器であり、前記セット部９に脱着可能に装着される。
【００２１】
図２は、図１における現像器１１にトナーカートリッジ３０からトナーを補給（供給）するトナー補給（供給）装置の構成の一例を示す図であり、その他、公知の構成のトナー補給装置であってもよいことは言うまでもない。図２において、従来公知の電子写真法による画像形成装置の現像器１１により図１に示す感光体ドラム１０にトナー像を形成する。現像器１１は粉体ポンプ２０を備え、粉体ポンプ２０の作動によりトナーカートリッジ３０のトナーがトナー移送部材であるチューブ２５を介して現像器１１内に補給される。チューブ２５はノズル３１によってトナーカートリッジ３０の内部と連通している。
【００２２】
粉体ポンプ２０は、吸引型１軸偏芯粉体ポンプ（通称 モーノポンプ）等を用いる。その構成は、金属などの剛性をもつ材料で偏芯したスクリュー形状につくられたロータ２１、ゴム材料で２条のスクリュー形状の孔が成形され、固定設置されるステータ２２、これらを包みかつ粉体の移送路を形成する樹脂材料などで成形されたハウジング２３よりなる。ロータ２１の回転によりポンプに強い自吸力（吸引圧）が生じ、トナーカートリッジ３０からトナーを吸引することが可能となる。
【００２３】
前記チューブ２５は、内径φ４〜１０ｍｍのチューブ状で、フレキシブルでかつ耐トナー性に優れたゴム材料（exポリウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭ、シリコン等）やプラスチック材料（ポリエチレン、ナイロン等）を用いることが非常に有効である。吸引されたトナーは、現像器１１の一部に設けられたトナー導入孔１２より、現像器１１内に落下し、さらに不図示の撹拌スクリューにより現像部に移送される。２成分現像方式を用いた場合は、この移送行程中に補給されたトナー（吸引されたトナー）は現像器１１内の現像剤と撹拌混合され、均一な剤濃度と適正な帯電量となる。
【００２４】
トナーカートリッジ３０は、粉体ポンプ２０によりトナーを吸引搬送するためにはハッチングで示すトナー吸引部２９付近にトナーが常に存在していることが条件となるため、内部にコイルスプリングを備えたものや容器の内壁に螺旋状の突起を有し、カートリッジ本体の回転によりトナーを容器先端へと搬送するものがある。
【００２５】
図３は本実施形態に係る画像形成装置のトナー補給の制御構成の概略を示すブロック図である。同図において、トナー補給の制御構成は、中央制御装置としてのＣＰＵ１０１に、ＲＯＭ及びＲＡＭ１０２、温度センサ１０３、湿度センサ１０４、トナー補給装置１０５、現像器１０６、及びトナー濃度センサ１０７が接続されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭに格納されたプログラムを、ＲＡＭをワークエリアとして使用しながら実行し、画像形成装置及びトナー補給装置の制御を司る。温度センサ１０３は画像形成装置本体１内の温度を測定し、測定結果をＣＰＵ１０１に入力する。湿度センサ１０４は画像形成装置本体１内の湿度を測定し、測定結果をＣＰＵ１０１に入力する。
【００２６】
トナー補給装置１０５はトナー収容器から、現像器１０６へトナーを補給する装置であり、本実施形態では、粉体ポンプ２０を含む図２に示した構成となっている。現像器１０６は像担持体としての感光体ドラム１０上に形成された潜像をトナー現像するもので、本実施形態では、カラー画像を形成することからＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色の現像器があり、トナー補給装置１０５もそれぞれの現像器に設けられている。トナー濃度センサ１０７は現像器内のトナー濃度を測定するもので、例えば、現像剤の透磁率を検出する透磁率検出器がトナー濃度センサとして使用される。この透磁率検出器は、現像器１０６内のトナーとキャリアの混合比の変化を検知するようになっている。そして、初期値と変化量からトナーの濃度を検知することができる。
【００２７】
図４はトナー補給動作によるトナー濃度の時間変化（トナー濃度時間変化測定結果）を示す特性図である。この時間変化は、トナー補給量やトナー撹拌能力のバラツキ、機械毎のバラツキや、温湿度環境やトナーの状態によっても変わってくる。図４では、横軸に時間が、縦軸にトナー濃度が取られている。この図は、トナー補給前後のトナー濃度の変化を概念的に示していることから、縦軸及び横軸の単位は特に示していない。
【００２８】
図４において制御基準のトナー濃度をＤとしたとき、画像形成動作によってトナーを消費し、基準濃度Ｄよりも所定量トナー濃度が低下したときに（濃度Ｄ１）、トナー補給を行う（Ｔ１）と、トナー補給後（Ｔ２）、所定の時間経過した時点（Ｔ３）で、トナー濃度が上昇して最大濃度になり（Ｔ３）、その度、現像器１０６内で撹拌されて平均化した時点（Ｔ５）で基準濃度Ｄに収束する。この特性がトナー補給量やトナー撹拌能力のバラツキ、機械毎のバラツキや、温湿度環境やトナーの状態によっても変わる。そこで、本実施形態では、各プリンタ（画像形成装置）毎に所定のタイミングで自身の特性を取得し、その特性に基づいてトナー濃度の時間変化と、画像形成によるトナー消費によるトナー濃度変化を合わせ、画像形成時のトナー濃度変化が少なくなるようにトナー補給量をフィードバック制御する。
【００２９】
以下、図５ないし図７のフローチャートを参照し、このフィードバック制御について説明する。  
図５はトナー濃度の時間的変化を測定する制御手順を示すフローチャートである。本実施形態では、プリンタの動作モードにトナー補給動作でのトナー濃度の時間変化を測定するモード（トナー濃度時間変化測定モード）が設定されている。このモードが選択されたとき、トナー濃度測定を開始する（ステップＳ１０１）。トナー濃度は、上記トナー濃度時間変化測定モードが動作している間、必要に応じて測定される。その後、現像器１０５内のトナーの撹拌を開始する（ステップＳ１０２）。トナー撹拌は、現像器１０５内のトナー濃度を均一にするためである。
【００３０】
トナーの撹拌が所定時間経過し、あるいはトナー濃度変化が所定の範囲内に収まると（ステップＳ１０３）、予め設定された時間トナー補給動作を行う（ステップＳ１０４）。これは、トナー撹拌開始後、現像器１０５内のトナー濃度が均一になるまである程度の撹拌が必要であることから、トナー濃度が十分に均一になったことを判断するために、所定時間経過したか、あるいは、トナー濃度が所定範囲に収まったことを確認することができるまでトナーの撹拌を継続し、均一になったと判断した時点でトナー補給を開始するようにしたものである。
【００３１】
予め設定した時間トナー補給動作が行われた後（ステップＳ１０４）、予め設定された時間トナー濃度を測定する（ステップＳ１０５）。これにより、図４に示したようなトナー補給動作に対するトナー濃度時間変化の測定データＣＯＴＤが得られる。その後、トナー濃度時間変化の測定データＣＯＴＤを用いて、画像形成時のトナー補給制御パラメータ演算を実行する（ステップＳ１０６）。画像形成時には、演算した画像形成時のトナー補給制御パラメータを用いてトナー補給制御を行う。
【００３２】
図６は画像形成動作前にトナー濃度の時間変化を測定する制御手順を示すフローチャートである。同図において、ＣＰＵ１０１がプリンタに対する画像形成動作要求を受信すると、まず、トナー濃度の時間変化を測定するかしないかを判断する（ステップＳ２０１）。判断方法は、前回測定から大きな変化がないならば、トナー濃度の時間変化測定は行わないと判断し、大きな変化がありそうであれば、トナー濃度の時間変化測定を実行すると判断する。そこで、ステップＳ２０２で判断結果が測定するというものであれば、図５のフローチャートのトナー濃度時間変化測定を実行し（ステップＳ２０３）、その後、画像形成動作を開始する（ステップＳ２０４）。一方、測定しないというものであれば、トナー濃度時間変化測定を実行することなく、そのまま画像形成動作を開始する（ステップＳ２０４）。
【００３３】
図７は何らかの状態変化通知を受けたときのトナー濃度の時間変化を測定する制御手順を示すフローチャートである。
【００３４】
現像器交換などのプリンタにおける既存の機器状態を変更することがあったときに、ＣＰＵ１０１が状態変化通知を受信すると、トナー濃度の時間変化測定を行うか否かを判断する（ステップＳ３０１）。判断方法は、前回測定から大きな変化がないならば、トナー濃度の時間変化測定は行わないと判断し、大きな変化がありそうであれば、トナー濃度の時間変化測定を行うと判断するというものである（ステップＳ３０２）。具体的には、
１）トナー収容器が交換されたとき
２）現像剤が交換されたとき
３）現像器が交換されたとき
４）前回トナー濃度時間変化測定してから所定時間経過したとき
５）所定数画像形成したとき
６）所定範囲を超える温度変化があったとき
７）所定範囲を超える湿度変化があったとき
８）所定量トナー補給したとき
９）所定時間現像器が現像動作したとき
である。このようなときには、トナー濃度に大きな変化がありそうであると予測し、トナー濃度の時間変化測定を行うと判断する。
【００３５】
そして、ステップＳ３０２で測定する判断した場合には、図５のトナー濃度時間変化測定処理を実行し、測定しないと判断した場合には、図５のトナー濃度時間変化測定処理を実行することなく、処理を終える。
【００３６】
なお、図３では、温度センサ１０３、湿度センサ１０４、トナー補給装置１０５、現像器１０６、トナー濃度センサ１０７は機能ブロックとして１個で示しているが、図１に示したような多色の画像形成装置では、各色毎に現像器１０５（１１）が配され、各現像器１０５毎に温度センサ１０３、湿度センサ１０４、トナー補給装置１０５、トナー濃度センサ１０７が設けられていることは言うまでもない。また、図１では、中間転写方式のタンデム型画像形成装置が例示されているが、直接転写方式のタンデム型画像形成装置、リボルバ型の画像形成装置などのカラー画像形成装置や、モノクロの感光体ドラムや感光体ベルトを使用した画像形成装置においても適用可能である。
【００３７】
以上のように、本実施形態によれば、
１）トナー補給動作によるトナー濃度の時間変化を測定し、その測定結果を画像形成時のトナー補給量の制御に使用するため、トナー補給能力のバラツキや、現像器内のトナー搬送や撹拌能力のバラツキまで含めた、トナー濃度変化のバラツキを抑えたトナー補給制御を行うことができる。  
２）画像形成を行う前にトナー補給によるトナー濃度変化測定を行うため、画像形成時のトナー濃度制御を、より精度良く行うことができる。  
３）トナー補給によるトナー濃度変化測定を行う前に、トナー濃度が安定するまで撹拌動作を行うことにより、より精度良くトナー濃度変化測定を行うことができる。  
４）トナー補給によるトナー濃度変化が大きく変わると予想されるトナー収容器の交換、現像剤の交換、現像器の交換後、トナー濃度変化を測定し直すので、より精度良くトナー濃度制御を行うことができる。  
５）トナー補給によるトナー濃度変化が変わると予想される所定時間経過、所定数の画像形成、所定範囲を超える温度変化、所定範囲を超える湿度変化、所定量のトナー補給、所定時間の現像後、トナー濃度変化を測定し直すので、より精度良くトナー濃度制御を行うことができる。  
等の効果を奏する。
【００３８】
なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが対象となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１における現像器にトナーカートリッジからトナーを補給するトナー補給装置の構成を示す図である。
【図３】本実施形態に係る画像形成装置のトナー補給の制御構成の概略を示すブロック図である。
【図４】トナー補給動作によるトナー濃度の時間変化の結果であるトナー濃度時間変化測定結果を示す図である。
【図５】トナー濃度の時間的変化を測定する制御手順を示すフローチャートである。
【図６】画像形成動作前にトナー濃度の時間変化を測定する制御手順を示すフローチャートである。
【図７】状態変化通知を受けたときのトナー濃度の時間変化を測定する制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１  画像形成装置（プリンタ）本体
１０１  ＣＰＵ
１０３  温度センサ
１０４  湿度センサ
１０５  トナー補給装置
１０６，１１  現像器
１０７  トナー濃度センサ
【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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