(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なった色のトナー像を保持する複数の像保持体と、
前記複数の像保持体上に保持された各トナー像を中間転写体上に多重に転写する複数の一次転写手段と、
前記中間転写体上に多重に一次転写された各色のトナー像を一括して記録媒体上に二次転写する二次転写手段と、
前記各色のトナー像を形成するトナーの帯電状態をそれぞれ検知するトナー帯電状態検知手段と、
前記トナー帯電状態検知手段によって検知された前記各色のトナー像を形成するトナーの帯電状態に基づいて前記複数の一次転写手段における転写条件を個別に制御する制御手段とを備え、
前記トナー帯電状態検知手段は、前記二次転写手段によって前記中間転写体上から前記記録媒体上に転写された各トナー像又は前記中間転写体上に残った各転写残トナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、前記中間転写体上に保持された各トナー像を前記二次転写手段によって前記記録媒体上に二次転写する際に、前記二次転写手段に印加する転写電圧の値を第１の値と当該第１の値よりも高い第２の値とに変化させ、前記転写電圧として前記第１の値を印加したときの画像濃度と前記第２の値を印加したときの画像濃度との濃度差が閾値以上か閾値未満かを判別し、閾値以上である場合はトナーの帯電状態が高帯電状態であると検知し、閾値未満である場合は通常状態又は低帯電状態であると検知する帯電状態検知手段とを有し、
前記制御手段は、前記トナー帯電状態検知手段によってトナーの帯電状態が低帯電状態であると検知された前記像担持体に対して前記一次転写手段の転写電流を増加させ、前記トナーの帯電状態が高帯電状態であると検知された像担持体に対して前記一次転写手段の転写電流を減少させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記像保持体は、感光体ドラムからトナー像が転写される中間転写体からなるとともに、前記転写媒体は、記録媒体からなり、
前記帯電状態検知手段は、前記中間転写体上に前記記録媒体の大きさに対応して転写されたトナー像を、前記転写手段によって前記記録媒体上に転写する際に、前記記録媒体の領域を前記中間転写体の移動方向に沿って複数の小領域に分割し、前記複数の小領域に応じて前記転写手段に印加する転写電圧を複数の値に変化させ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】
前記濃度検知手段は、前記記録媒体上に転写されるとともに定着処理されたトナー像の濃度を検知することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記濃度検知手段は、前記中間転写体上に残った転写残トナー像の濃度を検知することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トナー帯電状態検知装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記画像形成装置においては、感光体ドラム上に形成された静電潜像を、現像装置によって帯電されたトナーを用いて顕像化し、当該トナー像を直接又は中間転写体を介して記録用紙上に転写・定着することにより、画像を形成するように構成されている。
【０００３】
その際、上記画像形成装置では、温度や湿度等の環境条件、あるいは低濃度画像や高濃度画像を連続して顕像化した場合のような経時変化等によって、例えば、高温高湿環境下においてはトナーの帯電性が低下し、トナーの帯電量が低下しやすいのに対して、逆に低温低湿環境下においてはトナーの帯電性が高くなり、トナーの帯電量が増加しやすかったり、低濃度画像を連続して顕像化した場合には、現像装置内のトナーが殆ど消費されないにもかかわらずトナーが過剰に摩擦帯電されてトナーの帯電量が増加しやすく、高濃度画像を連続して顕像化した場合には、現像装置内のトナーが多量に消費されてトナーの摩擦帯電が不十分となりトナーの帯電量が低下しやすい。
【０００４】
このように、上記画像形成装置においては、トナーの帯電性が変化すると、感光体ドラム上のトナー像を記録用紙又は中間転写体に転写する際や、中間転写体上から記録用紙に二次転写する際の転写性が変動し、画像濃度低下等の画質欠陥の原因となる。特に、上記トナーとして高画質化等のために粒子径の小さいトナーを使用した場合には、後述するようにトナー粒子に作用する静電気力として鏡像力の影響が無視できなくなり、トナーの小径化による転写性の変動が顕在化する。
【０００５】
そこで、上記画像形成装置においてトナー像の転写性を改善し得る技術としては、例えば、特開２００８−２９２８３５号公報や特開２００５−１７３３７号公報等に開示された技術が既に提案されている。
【０００６】
上記特開２００８−２９２８３５号公報に係るカラー画像形成装置は、感光体を帯電する帯電手段と、前記感光体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像手段による現像電圧を印加することによりトナー像として現像し、前記トナー像を転写手段により前記記録材上へ転写し、少なくとも加熱源を有する加熱回転体と前記加熱回転体に圧接する加圧回転体により構成され前記加熱回転体と前記加圧回転体とが圧接する定着ニップ部によって前記記録材上に前記現像剤を定着させる定着手段を有するカラー画像形成装置において、
前記現像手段には前記現像電圧を印加する現像電圧印加手段と、前記現像電圧印加手段の出力電圧を制御する現像電圧制御手段を有し、
前記画像形成装置の前記記録材の搬送路における前記定着ニップ部より下流側に、
第１の光源及び前記記録材に対し前記第１の光源による照射光を照射時の乱反射光成分を検知する乱反射光検知手段、
及び前記光源とは異なる第２の光源及び前記第２の光源による照射光を照射時の正反射光成分を検知する正反射光検知手段を有し、前記乱反射光検知手段及び正反射光検知手段の検知結果を基に前記現像電圧制御手段の出力値を補正するように構成したものである。
【０００７】
また、上記特開２００５−１７３３７号公報に係る画像形成装置は、複数の像担持体上に形成されるトナー像を転写部にて、転写手段に転写電圧を印加することで被転写体に多重転写し、複数色の画像を形成する画像形成装置において、
トナー像を該像担持体上に形成する前に、予め決められた電位に帯電された像担持体表面に対して、予め決められた電圧を上記転写手段に印加し、同時に前記転写手段を流れる電流値を検出することによって、上記像担持体表面と上記転写手段との電位差とそのときに流れる電流値の関係を求める工程を有し、
前記関係と、既に上記被転写体上に形成された色のトナー帯電量に応じて、上記転写電圧を決定するように構成したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２９２８３５号公報
【特許文献２】特開２００５−１７３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、この発明が解決しようとする課題は、簡単な構成でトナーの帯電状態を検知可能としたトナー帯電量検知装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、請求項１に記載された発明は、互いに異なった色のトナー像を保持する複数の像保持体と、
前記複数の像保持体上に保持された各トナー像を中間転写体上に多重に転写する複数の一次転写手段と、
前記中間転写体上に多重に一次転写された各色のトナー像を一括して記録媒体上に二次転写する二次転写手段と、
前記各色のトナー像を形成するトナーの帯電状態をそれぞれ検知するトナー帯電状態検知手段と、
前記トナー帯電状態検知手段によって検知された前記各色のトナー像を形成するトナーの帯電状態に基づいて前記複数の一次転写手段における転写条件を個別に制御する制御手段とを備え、
前記トナー帯電状態検知手段は、前記二次転写手段によって前記中間転写体上から前記記録媒体上に転写された各トナー像又は前記中間転写体上に残った各転写残トナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、前記中間転写体上に保持された各トナー像を前記二次転写手段によって前記記録媒体上に二次転写する際に、前記二次転写手段に印加する転写電圧の値を第１の値と当該第１の値よりも高い第２の値とに変化させ、前記転写電圧として前記第１の値を印加したときの画像濃度と前記第２の値を印加したときの画像濃度との濃度差が閾値以上か閾値未満かを判別し、閾値以上である場合はトナーの帯電状態が高帯電状態であると検知し、閾値未満である場合は通常状態又は低帯電状態であると検知する帯電状態検知手段とを有し、
前記制御手段は、前記トナー帯電状態検知手段によってトナーの帯電状態が低帯電状態であると検知された前記像担持体に対して前記一次転写手段の転写電流を増加させ、前記トナーの帯電状態が高帯電状態であると検知された像担持体に対して前記一次転写手段の転写電流を減少させることを特徴とする画像形成装置である。
【００１１】
また、請求項２に記載された発明は、前記像保持体は、感光体ドラムからトナー像が転写される中間転写体からなるとともに、前記転写媒体は、記録媒体からなり、
前記帯電状態検知手段は、前記中間転写体上に前記記録媒体の大きさに対応して転写されたトナー像を、前記転写手段によって前記記録媒体上に転写する際に、前記記録媒体の領域を前記中間転写体の移動方向に沿って複数の小領域に分割し、前記複数の小領域に応じて前記転写手段に印加する転写電圧を複数の値に変化させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置である。
【００１２】
さらに、請求項３に記載された発明は、前記濃度検知手段は、前記記録媒体上に転写されるとともに定着処理されたトナー像の濃度を検知することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置である。
【００１３】
又、請求項４に記載された発明は、前記濃度検知手段は、前記中間転写体上に残った転写残トナー像の濃度を検知することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載された発明によれば、簡単な構成でトナーの帯電状態を検知することができる。
また、請求項１に記載された発明によれば、トナーの帯電状態に応じて一次転写条件を制御することで画質を向上することができる。
請求項１に記載された発明によれば、トナーの帯電状態に応じて一次転写条件を制御することで画質を向上することができる。
【００１７】
また、請求項２に記載された発明によれば、１つの記録媒体に相当する領域で短時間にトナーの帯電状態を検知することができる。
【００１８】
さらに、請求項３に記載された発明によれば、最終的に得られる画像の画質を決定するトナーの帯電状態を検知することができる。
【００１９】
又、請求項４に記載された発明によれば、トナーの帯電状態の変動が現れやすい中間転写体上においてトナーの帯電状態を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１に係るトナー帯電状態検知装置を適用した画像形成装置の要部を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るトナー帯電状態検知装置を適用した画像形成装置を示す全体構成図である。  リンターを示す構成図である。
【図３】トナー粒子に作用する鏡像力を示す説明図である。
【図４】トナー粒子の粒子径と鏡像力との関係を示すグラフである。
【図５】濃度検知手段の他の例を示す構成図である。
【図６】記録用紙上に形成されるトナー像を示す説明図である。
【図７】記録用紙上に形成されるトナー像を示す説明図である。
【図８】二次転写部に印加する転写電圧を示すグラフである。
【図９】二次転写部のシステム抵抗を示す模式図である。
【図１０】二次転写電圧と用紙上の濃度との関係を示すグラフである。
【図１１】二次転写電圧間の濃度差によるトナーの帯電状態の判別手段を示すグラフである。
【図１２】トナーの帯電状態における一次転写電流の制御値を示す図表である。
【図１３】トナーの帯電状態に応じて一次転写電流を制御した結果における用紙上の画像濃度を示すグラフである。
【図１４】この発明の実施の形態２に係るトナー帯電状態検知装置を適用した画像形成装置の要部を示す構成図である。
【図１５】二次転写電圧と中間転写ベルト上の濃度との関係を示すグラフである。
【図１６】二次転写電圧間の濃度差によるトナーの帯電状態の判別手段を示すグラフである。
【図１７】トナーの帯電状態における一次転写電流の制御値を示す図表である。
【図１８】トナーの帯電状態に応じて一次転写電流を制御した結果における用紙上の画像濃度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
実施の形態１
図２はこの発明の実施の形態１に係るトナー帯電状態検知装置を適用した画像形成装置としてのタンデム型のデジタルカラープリンタを示す概略構成図である。また、このタンデム型のデジタルカラープリンタは、画像読取装置を備えており、フルカラー複写機やファクシミリとしても機能するようになっている。なお、上記画像形成装置としては、画像読取装置を備えずに、図示しないパーソナルコンピュータ等から出力される画像データに基づいて画像を形成するものであっても勿論よい。
【００２５】
図２において、１は画像形成装置の本体を示すものであり、この画像形成装置本体１は、その一側（図示例では、左側）の上部に、原稿２の画像を読み取る画像読取装置３を備えている。また、上記画像形成装置本体１の内部には、当該画像読取装置３や図示しないパーソナルコンピュータ等から出力される画像データ、あるいは電話回線やＬＡＮ等を介して送られてくる画像データに対して、予め定められた画像処理を施す画像処理装置４が配置されているとともに、画像形成装置本体１の内部には、画像処理装置４で予め定められた画像処理が施された画像データに基づいて画像を出力する画像出力装置５が配置されている。
【００２６】
上記画像読取装置３は、原稿押さえカバー６を開閉することにより、原稿２をプラテンガラス７上に載せ、当該プラテンガラス７上に載せられて原稿２を光源８によって照明するとともに、原稿２からの反射光像を、フルレートミラー９及びハーフレートミラー１０、１１及び結像レンズ１２からなる縮小走査光学系を介してＣＣＤ等からなる画像読取素子１３上に走査露光して、この画像読取素子１３によって原稿２の画像を予め定められたドット密度で読み取るように構成されている。
【００２７】
上記画像読取装置３によって読み取られた原稿２の画像は、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）（例えば、各８ｂｉｔ）の３色の原稿反射率データとして画像処理装置４に送られ、この画像処理装置４では、原稿２の反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度／色空間変換、ガンマ補正、枠消し、色／移動編集等の予め定められた画像処理が施される。
【００２８】
そして、上記の如く画像処理装置４で予め定められた画像処理が施された画像データは、同じく画像処理装置４によりイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の４色の画像データに変換されて、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像形成ユニット（画像形成部）１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋの画像露光装置１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋに送られ、これらの画像露光装置１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋでは、対応する色の画像データに応じてレーザービームＬＢによる画像露光が行われる。
【００２９】
ところで、上記画像形成装置本体１の内部には、上述したように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の４つの画像形成ユニット１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋが、水平方向に一定の間隔をおいて並列的に配置されている。
【００３０】
これら４つの画像形成ユニット１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋは、図２に示すように、形成する画像の色以外はすべて同様に構成されており、大別して、矢印Ａ方向に沿って予め定められた速度（例えば、プロセススピード＝４４０ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動される像保持体としての感光体ドラム１６と、この感光体ドラム１６の表面を一様に帯電する一次帯電用のスコロトロン１７と、当該感光体ドラム１６の表面に各色に対応した画像データに基づいて画像露光を施して静電潜像を形成する画像書込手段としての画像露光装置１５と、感光体ドラム１６上に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像手段としての現像装置１８と、感光体ドラム１６の表面に残留した残留物としてのトナー等を除去するクリーニング装置１９とから構成されている。
【００３１】
上記画像処理装置４からは、図２に示すように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像形成ユニット１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋの画像露光装置１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋに対して対応する色の画像データが順次出力され、これらの画像露光装置１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋから画像データに応じて出射されるレーザービームＬＢが、対応する感光体ドラム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋの表面に走査露光されて静電潜像が形成される。上記各感光体ドラム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋの表面に形成された静電潜像は、現像装置１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋによって、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナー（負極性に帯電）からなるトナー像として反転現像される。
【００３２】
上記現像装置１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋにおいて用いられるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナーとしては、種々の粒子径のものを用いることが可能であるが、この実施の形態に係る画像形成装置では、高画質化等のために、球形状に近く且つ相対的に粒子径の小さい、例えば、数平均粒子径が４．０μｍ以下（本実施の形態では３．８μｍ程度）のトナーが用いられている。ただし、上記現像装置１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋにおいて用いられるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナーとしては、数平均粒子径が４．０μｍ以下のものは一例であり、これより大きいものであっても良い。
【００３３】
上記各画像形成ユニット１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋの感光体ドラム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋ上に順次形成されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナー像は、図２に示すように、各画像形成ユニット１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋの下方に配置された無端ベルト状の中間転写体としての中間転写ベルト２６上に、一次転写位置Ｎ１において一次転写手段としての一次転写ロール２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋによって多重に転写される。一次転写ロール２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋによって多重に転写される。上記一次転写ロール２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋには、トナーの帯電極性である負極性と逆極性の正極性の電圧が、当該一次転写ロール２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋを構成する金属製の回転軸に流れる電流の値が一定となるように定電流制御された状態で印加される。なお、上記中間転写ベルト２６は、その表面にトナー像を保持する像保持体として機能するが、像保持体としての感光体ドラム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋからトナー像が転写される場合には、転写媒体としても機能するものである。この中間転写ベルト２６は、駆動ロール２８と、張力付与ロール２９と、蛇行制御用ロール３０と、従動ロール３１と、背面支持ロール３２と、従動ロール３３との間に一定の張力で掛け回されており、図示しない定速性に優れた専用の駆動モーターによって回転駆動される駆動ロール２８により、矢印Ｂ方向に沿って予め定められた移動速度（例えば、感光体ドラムの回転速度であるプロセススピードと略等しい４４０ｍｍ／ｓｅｃ程度）で循環駆動されるようになっている。上記中間転写ベルト２６としては、例えば、可撓性を有するポリイミドやポリアミドイミド等の合成樹脂フィルムを帯状に形成し、この帯状に形成された合成樹脂フィルムの両端を溶着等の手段によって接続することにより、無端ベルト状に形成したものや、最初から無端状に形成したものが用いられる。
【００３４】
上記中間転写ベルト２６上に多重に転写されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナー像は、背面支持ロール３２によってトナーと同極性（負極性）の転写電圧が印加されるとともに、背面支持ロール３２に圧接する接地された二次転写手段としての二次転写ロール３４によって、二次転写位置Ｎ２において静電気力で記録媒体としての記録用紙３５上に二次転写され、形成する画像の色に応じたトナー像が転写された記録用紙３５は、二連の搬送ベルト３６、３７によって定着装置３８へと搬送される。その際、上記背面支持ロール３２には、トナーの帯電極性である負極性と同極性の負極性の電圧が、当該背面支持ロール３２を構成する金属製の回転軸に印加される電圧の値が一定となるように定電圧制御された状態で印加される。そして、上記各色のトナー像が転写された記録用紙３５は、定着装置３８によって熱及び圧力で定着処理を受け、画像形成装置本体１の外部に設けられた排出トレイ３９上に排出される。
【００３５】
上記記録用紙３５は、図２に示すように、画像形成装置本体１の底部に配設された給紙トレイ４０から所望のサイズ及び材質のものが、給紙ロール４１及び図示しない用紙分離用のロール対によって１枚ずつ分離された状態で給紙され、複数の搬送ロール４２、４３、４４が配設された用紙搬送路４５を介してレジストロール４６まで一旦搬送される。上記給紙トレイ４０から供給された記録用紙３５は、予め定められたタイミングで回転駆動されるレジストロール４６によって中間転写ベルト２６の二次転写位置Ｎ２へと送出される。なお、上記給紙トレイ４０は、１つのみ図示されているが、互いに異なったサイズ又は同一サイズの記録用紙３５を備えた複数の給紙トレイを備えていても良い。
【００３６】
それに先だって、上記イエロー色、マゼンタ色、シアン色及び黒色の４つの画像形成ユニット１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋでは、上述したように、それぞれイエロー色、マゼンタ色、シアン色、黒色のトナー像が予め定められたタイミングで順次形成される。
【００３７】
なお、上記感光体ドラム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋは、トナー像の転写工程が終了した後、クリーニング装置１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋによって残留トナー等が除去されて、次の画像形成プロセスに備える。また、中間転写ベルト２６は、従動ロール３３と対向するように配設されたベルト用クリーナー４７によって残留トナーや紙粉等が除去される。
【００３８】
ところで、上記の如く構成される画像形成装置においては、温度や湿度等の環境条件や、低濃度画像や高濃度画像を連続して顕像化する場合のような経時変化等によって、例えば、高温高湿環境下においてはトナーの帯電性が低下し、トナーの帯電量が低下しやすいのに対して、逆に低温低湿環境下においてはトナーの帯電性が高くなり、トナーの帯電量が増加しやすかったり、低濃度画像を連続して顕像化した場合には、現像装置１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ内のトナーが殆ど消費されないにもかかわらずトナーが過剰に摩擦帯電されてトナーの帯電量が増加しやすく、高濃度画像を連続して顕像化した場合には、現像装置１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ内のトナーが多量に消費されてトナーの摩擦帯電が不十分となりトナーの帯電量が低下しやすい。
【００３９】
このように、上記画像形成装置においては、トナーの帯電性が変化すると、感光体ドラム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋ上のトナー像を中間転写ベルト２６上に一次転写する際や、中間転写ベルト２６上から記録用紙３５に二次転写する際の転写性が変動し、画像濃度低下等の画質欠陥の原因となる。
【００４０】
特に、上記画像形成装置においては、上述したように、現像装置１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋにおいて数平均粒子径が３．８μｍ程度の小粒径のトナーが用いられている。このように、数平均粒子径が３．８μｍ程度の小粒径のトナーは、従来用いられていた数平均粒子径が６μｍ程度の相対的に粒子径が大きいか又は中程度のトナーに比較して、感光体ドラム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋ上から中間転写ベルト２６上に一次転写する際や、中間転写ベルト２６上から記録用紙３５に二次転写する際、特に後者の中間転写ベルト２６上から記録用紙３５に二次転写する際のトナー像を形成するトナーに及ぼす鏡像力の影響が相対的に大きいことが本発明者の研究によって判明した。
【００４１】
更に説明すると、感光体ドラム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋ上から中間転写ベルト２６上に一次転写する際や、中間転写ベルト２６上から記録用紙３５に二次転写する際には、現像装置１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ内において負極性の予め定められた帯電量の範囲内に帯電されたトナーに、一次転写ロール２７や背面支持ロール３２に印加される転写電圧による静電的なクーロン力や、トナーが中間転写ベルト２６や記録用紙３５と接触することによりファンデルワールス力等からなる付着力などの他に、トナー粒子が感光体ドラム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋや中間転写ベルト２６の表面に付着している状態で静電的に作用する鏡像力などが作用している。
【００４２】
ここで、鏡像力とは、電磁気学において電荷に作用する力として知られているものであり、図３に示すように、導電体としての中間転写ベルト２６等に対向して負極性に帯電したトナー粒子の電荷が存在すると、導電体としての中間転写ベルト２６等の中に負極性の電荷と等価な距離に負極性の電荷と逆極性の正極性の電荷があたかも存在するかのように作用する静電吸引力（クーロン力）を言う。なお、図３では、便宜上、トナー粒子の表面に負極性の電荷を１つのみ図示したが、トナー粒子の表面には現像装置１８内において摩擦帯電された負極性の電荷が多数存在することは勿論である。
【００４３】
この鏡像力は、電荷と導電体との距離の二乗に反比例するため、従来用いられていた数平均粒子径が６μｍ程度の相対的に粒子径が大きいか又は中程度のトナーの場合と比べて大きく、数平均粒子径が６μｍ程度のトナーではその帯電状態の変化に対して鏡像力の変化は、ほとんど無視することができたが、本実施の形態の現像装置１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋで用いられている数平均粒子径が３．８μｍ程度の小粒径のトナーの場合には、鏡像力の変化の影響が顕在化して、トナー像の転写を考慮する上で無視できなくなる。
【００４４】
図４は、本発明者がトナーの電荷量に応じてトナー層に働く鏡像力の大きさがどのように変化するかを、数平均粒子径が３．８μｍのトナーと、数平均粒子径が５．８μｍのトナーにおいて計算により求めたものである。
【００４５】
この図４から明らかなように、数平均粒子径が５．８μｍのトナーの場合には、トナーの電荷量が変動してもトナー層に働く鏡像力の大きさを示す破線の勾配が小さく、トナーの電荷量が変化しても鏡像力の変動が小さいのに対して、数平均粒子径が３．８μｍのトナーの場合には、トナーの電荷量が変動するとトナー層に働く鏡像力の大きさを示す実線の勾配及び値そのものが大きく変動することがわかる。
【００４６】
そこで、上記の如く構成される画像形成装置は、トナー像を形成するトナーの帯電状態を検知するトナー帯電状態検知装置を備えており、トナーの帯電状態に応じて一次転写の条件を制御するように構成されている。
【００４７】
このトナー帯電状態検知装置５０は、図１に示すように、大別して、画像形成時以外の予め定められたタイミングで、二次転写ロール３４及び背面支持ロール３２によって中間転写ベルト２６上から記録用紙３５上に転写され、定着装置３８によって定着処理が施されたトナー帯電状態検知用のトナー像５３の濃度を検知する濃度検知手段５１と、中間転写ベルト２６上に保持されたトナー像５３を二次転写ロール３４によって記録用紙３５上に転写する際に、二次転写ロール３４に印加する転写電圧を複数の値に変化させ、二次転写ロール３４に印加する転写電圧の値と濃度検知手段５１の検知濃度の値との関係からトナー像を形成するトナーの帯電状態を検知する帯電状態検知手段５２とを備えるように構成されている。
【００４８】
上記濃度検知手段５１としては、図２に示すように、定着装置３８の出口側に配置され、記録用紙３５上に転写・定着されたトナー像５３を読み取る記録用紙３５の搬送方向と交差する方向（図面に垂直な方向）に沿って直線状に配列されたＣＣＤ等の画像読取素子からなるインラインセンサーが用いられる。また、上記濃度検知手段５１としては、インラインセンサーに限らず、図５に示すように、ＬＥＤ等からなる発光素子５４と、フォトトランジスタ等からなる正反射用や拡散反射用の受光素子５５とを組み合わせたものを用いても良い。ただし、上記記録用紙３５上に転写され定着されるトナー像５３としては、イエロー色、マゼンタ色、シアン色及び黒色の各色のトナーからなるため、これらイエロー色、マゼンタ色、シアン色及び黒色の各色のトナー像の濃度を精度良く検知することが可能な濃度検知手段を用いることが望ましい。この点、上記直線状に配列されたＣＣＤ等の画像読取素子からなるインラインセンサー５１は、記録用紙３４上に転写され定着されるトナー像５３を濃度情報及び位置情報として直接読み取るものであるため、これらイエロー色、マゼンタ色、シアン色及び黒色の各色のトナー像５３の濃度を精度良く検知することが可能である点で望ましい。また、インラインセンサー５１によって検知された濃度値に平均化等の演算処理を施して検知精度を向上させても勿論よい。
【００４９】
上記記録用紙３５上に転写・定着されるトナー像５３としては、画像濃度を検知可能なものであれば特に限定されるものではないが、例えば、図６に示すように、Ａ４サイズ等の任意サイズの記録用紙３５の表面に、その記録領域５６の略全面において予め定められた濃度（例えば、最高濃度Ｃｉｎ＝１００％）のベタ画像が用いられる。ただし、上記チナー像５３の濃度としては、最高濃度Ｃｉｎ＝１００％以外のものを用いても勿論良い。上記トナー像５３の検知精度を考慮した場合には、トナー像５３の面積は広い方が望ましいが、トナーの消費量を考慮すれば、トナー像５３としては、図７に示すように、面積の小さな矩形状のパッチから構成しても勿論良い。なお、図６では、１色のトナー像５３のみ図示されているが、当該トナー像５３は、トナーの帯電状態を検知するトナー像の色数（通常は４色）にわたって形成される。
【００５０】
また、上記トナー帯電状態検知手段５２としては、図１に示すように、例えば、画像形成装置の画像形成動作を制御する制御手段としてのＣＰＵ等からなる制御回路１００をそのまま用いることができる。制御回路１００は、記憶手段としてのＲＯＭ１０１に予め記憶されたプログラムに基づいてＲＡＭ１０２に一次的にパラメータ等を記憶しながら、画像形成装置における画像形成動作や、画像濃度の制御動作等のプロセスコントロール動作を制御するものである。
【００５１】
上記制御回路１００は、図１に示すように、二次転写ロール３４に印加する転写電圧、この実施の形態では、二次転写ロール３４と中間転写ベルト２６を介して対向する背面支持ロール３２に転写電圧を印加しているが、当該背面支持ロール３２に二次転写電圧を印加する高圧電源回路１０３を制御することにより、背面支持ロール３２に印加する二次転写電圧を、図８に示すように、例えば、０．５ｋＶ程度の低電圧から２．５ｋＶ程度の高電圧までにわたって、０．５ｋＶ毎に複数の値（図示例では、６段階）に変化させて印加するように構成されている。また、上記高圧電源回路１０３は、制御回路１００によって一次転写ロール２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋに通電する転写電流を予め定められた値に切り替えて制御するように構成されている。
【００５２】
上記トナー像は、中間転写ベルト２６上においては例えば最高濃度Ｃｉｎ＝１００％のベタ画像として転写されるが、当該中間転写ベルト２６上から記録用紙３５に二次転写する際の転写電圧を例えば０．５ｋＶ程度の低電圧から２．５ｋＶ程度の高電圧までにわたって０．５ｋＶ毎に複数の値に切り替えることで、記録用紙３５上に二次転写され定着されたトナー像５３の濃度は、当該トナー像を形成するトナーの帯電状態と転写電圧に応じて変化する。
【００５３】
そのため、記録用紙３５上に二次転写され定着されたトナー像５３は、記録用紙３５の搬送方向に沿って、感光体ドラム１６の軸方向つまり記録用紙３５の搬送方向と交差する方向に細長い転写電圧に応じた６つの小領域５７1〜５７6に区分される。なお、上記小領域５７1〜５７6の数は、６つに限定されるものではなく、それよりも少なくても多くても良く、切り替えられる転写電圧の数によって決定される。
【００５４】
また、複数の値に切り替えられる転写電圧の値も、０．５ｋＶ〜２．５ｋＶの０．５ｋＶ毎に限らず、図９に示すように、二次転写部に流れる電流値Ｉと背面支持ロール３２、二次転写ロール３４、中間転写ベルト２６により構成されるシステムのシステム抵抗Ｒsysに応じて適宜決定される。また、上記高圧電源回路１０３によって二次転写電圧を切り替えるためには、ある程度の時間が必要となるため、予め定められた時間だけ当該二次転写電圧が維持された後に次の二次転写電圧に切り替えられる。
【００５５】
さらに、上記制御回路１００には、図１に示すように、インラインセンサー５１からの出力信号が入力されており、当該制御回路１００は、二次転写ロール３４に印加する転写電圧の値とインラインセンサー５１の検知濃度の値との関係からトナー像を形成するトナーの帯電状態を検知するように構成されている。
【００５６】
上記制御回路１００は、図１０に示すように、トナーの帯電状態が通常の状態である場合における背面支持ロール３２に印加する複数の二次転写電圧に対する記録用紙３５上のトナー像５３の濃度値が、ＲＯＭ１０１に予め記憶されている。そして、この制御回路１００は、二次転写ロール３４に印加する複数の転写電圧の値とこれらに対応したインラインセンサー５１の検知濃度の値との関係から、インラインセンサー５１によって検知された記録用紙３５上のトナー像５３の濃度値が、トナーの帯電状態が通常の状態よりも小さく濃度低下が発生しているが、二次転写ロール３４に印加する転写電圧の値を０．５ｋＶ〜２．５ｋＶ程度まで変化させた場合の特性が、トナーの帯電状態が通常の状態と同じ傾向を示すと判別した場合には、トナーの帯電状態が低帯電状態であると検知する。
【００５７】
また、上記制御回路１００は、二次転写ロール３４に印加する転写電圧の値とインラインセンサー５１の検知濃度の値との関係から、図１０に示すように、インラインセンサー５１によって検知された記録用紙３５上のトナー像５３の濃度値が、やはりトナーの帯電状態が通常の状態よりも小さいが、二次転写ロール３４に印加する転写電圧の値を０．５ｋＶ〜２．５ｋＶ程度まで変化させた場合の特性が、トナーの帯電状態が通常の状態と大きく異なり、二次転写ロール３４に印加する転写電圧の値が１．５ｋＶ程度の前後まで記録用紙３５上のトナー像の濃度値が低いが、二次転写ロール３４に印加する転写電圧の値が１．５ｋＶ程度の前後を越えると、記録用紙３５上のトナー像の濃度値が急激に上昇する傾向を示すと判別した場合には、トナーの帯電状態が高帯電状態であると検知する。
【００５８】
これらの制御回路１００によるトナーの帯電状態の検知は、図１０に示すように、例えば、二次転写ロール３４に印加する転写電圧の値が、１．５ｋＶ程度から、２．０ｋＶ程度、２．５ｋＶ程度と複数変化させた場合における急激に変化する前後の転写電圧の値が１．５ｋＶ程度と、２．５ｋＶと複数変化させた場合に、予め定められた転写電圧の値が１．５ｋＶ程度の第１の値と、２．５ｋＶ程度の第２の値におけるインラインセンサー５１によって検知された記録用紙３５上のトナー像５３の濃度値の濃度差が、図１１に示すように、閾値Ｄsh以上か閾値未満かを判別し、閾値以上である場合には、トナーの帯電状態が高帯電状態であると検知する。また、予め定められた転写電圧の値が１．５ｋＶ程度の第１の値と、２．５ｋＶ程度の第２の値におけるインラインセンサー５１によって検知された記録用紙３５上のトナー像５３の濃度値の濃度差が、図１１に示すように、閾値Ｄsh未満である場合であって、当該トナー像の濃度値が、図１０に示すように、通常状態における濃度値よりも予め定められた差分ΔＤよりも小さい場合には、トナーの帯電状態が低帯電状態であると検知し、通常状態における濃度値よりも予め定められた差分ΔＤ以内である場合には、トナーの帯電状態が通常の状態であると検知する。
【００５９】
さらに、上記制御回路１００は、トナーの帯電状態が通常の状態であるか、トナーの帯電状態が低帯電状態であるか、トナーの帯電状態が高帯電状態であるかを検知すると、当該制御回路１００によって検知された各色のトナー像を形成するトナーの帯電状態に基づいて、高圧電源回路１０３を介して対応する一次転写ロール２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋに通電する転写電流の値を制御するように構成されている。
【００６０】
以上の構成において、この実施の形態にトナー帯電量検知装置を適用した画像形成装置によれば、次のようにして簡単な構成でトナーの帯電状態を検知することができ、トナーの帯電状態に応じて一次転写条件を制御することで画質を向上することが可能となる。
【００６１】
すなわち、この実施の形態に係る画像形成装置では、図２に示すように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像形成ユニット１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋにおいて、形成する画像の色に応じて各感光体ドラム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋ上に対応する色のトナー像が形成され、これらの各感光体ドラム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋ上に形成されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナー像は、一次転写位置Ｎ１において一次転写ロール２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋに予め定められた電流値に定電流制御された正極性の転写電流が通電され、中間転写ベルト２６上に多重に一次転写される。その後、上記中間転写ベルト２６上に多重に一次転写されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナー像は、二次転写位置Ｎ２において二次転写ロール３４に対向する背面支持ロール３２に予め定められた電圧値に定電圧制御された負極性の二次転写電圧が印加され、記録用紙３５上に一括して二次転写され、記録用紙３５は、定着装置３８によって未定着トナー像が熱及び圧力による定着処理を受け、排出トレイ３９上に排出される。
【００６２】
その際、上記画像形成装置では、図２に示すように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各画像形成ユニット１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋの現像装置１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋにおいて、数平均粒子径が３．８μｍ程度の相対的に小粒子径のトナーが用いられている。そのため、上記小粒子径のトナーからなるトナー像は、中間転写ベルト２６上に一次転写された後、当該中間転写ベルト２６上から記録用紙３５上に一括して二次転写される際に、図３に示すように、導電体としての中間転写ベルト２６に対する鏡像力が、図４に示すように、トナーの帯電状態即ちトナーの電荷量に応じて大きく変化し、トナー像の転写性に大きな影響を及ぼす。
【００６３】
更に説明すると、上記画像形成装置では、図４に示すように、トナーの帯電状態が低い、即ちトナーの電荷量が少ないと、中間転写ベルト２６に対する鏡像力が小さいが、中間転写ベルト２６から記録用紙３５側に作用する二次転写のためのクーロン力も小さいため、図１２の実施例１に示すように、一次転写電流を増加させて電荷量が少ないトナーをチャージアップして二次転写性を向上させる必要がある。これに対して、トナーの帯電状態が高い、即ちトナーの電荷量が多い場合には、図４に示すように、中間転写ベルト２６に対する鏡像力が大きく、中間転写ベルト２６から記録用紙３５側に作用する二次転写のためのクーロン力を増加させるために、一次転写電流を増加させてしまうと、電荷量が多いトナーを更にチャージアップしてしまい、中間転写ベルト２６に対する鏡像力の影響によって記録用紙３５上に二次転写されるトナー像の濃度が却って低下してしまうことになる。
【００６４】
そこで、この実施の形態では、トナーの帯電状態が高い、即ちトナーの電荷量が多い場合には、図４に示すように、中間転写ベルト２６に対する鏡像力が大きいことを考慮して、一次転写においてトナーが過剰にチャージアップされるのを回避するため、図１２に実施例２に示すように、一次転写電流を通常の帯電状態にあるトナーに比較して相対的に低く設定し、電荷量が多いトナーが一次転写において過剰にチャージアップされるのを防止して、二次転写に及ぼす鏡像力の影響を低減させ、中間転写ベルト２６上のトナー像を良好に記録用紙３５に二次転写することが可能となっている。
【００６５】
なお、図１２において、イエロー（Ｙ）及びシアン（Ｃ）とマゼンタ（Ｍ）及び黒（Ｋ）の実施例１及び２における一次転写電流の値が異なっているのは、上流側に位置するイエロー（Ｙ）等は一次転写電界を受ける回数が多いことと、黒（Ｋ）色のトナーは他のカラートナーと帯電特性が異なることなどを考慮したためである。
【００６６】
そのため、この実施の形態に係る画像形成装置によれば、トナーの帯電状態を検知して、当該トナーの帯電状態に応じて一次転写電流の値を制御することで、トナーの帯電状態が通常状態の場合は勿論のこと、トナーの帯電状態が低帯電状態や高帯電状態の場合であっても、中間転写ベルト２６上のトナー像を良好に記録用紙３５に二次転写することができ、画像濃度の低下等が発生することがなく、高画質の画像を形成することができる。
【００６７】
図１３は上記実施の形態１に示すように構成された画像形成装置において、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナーの帯電状態が通常の状態である初期状態と、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナーの帯電状態が変動している調整前の状態と、本実施の形態１を適用した調整後の記録用紙３５上に転写・定着された画像の濃度を検知した結果を示すグラフである。
【００６８】
この図１３に示すグラフから明らかなように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナーの帯電状態が変動している調整前の状態では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナー像の濃度がばらついているのに対して、本実施の形態１を適用した調整後の状態では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナーの帯電状態が通常の状態である初期状態と略等しい濃度となっていることがわかる。
【００６９】
なお、図１３では単色に関してプロットしているが、２色以上の多重色に関しては、単色の濃度（転写トナー量）を管理することで、同様の効果が得られることが確認されている。
【００７０】
実施の形態２
図１４はこの発明の実施の形態２を示すものであり、前記実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実施の形態２では、転写手段によって像保持体上から転写媒体上に転写されたトナー像ではなく、像保持体上に残った転写残トナー像の濃度を濃度検知手段によって検知するように構成されている。
【００７１】
すなわち、この実施の形態２では、図１４に示すように、二次転写位置Ｎ２の中間転写ベルト２６の移動方向に沿った下流側であって、当該中間転写ベルト２６の表面と対向する位置に濃度検知手段としてのインラインセンサー５１が配置されており、このインラインセンサー５１によって中間転写ベルト２６上に残留した転写残トナー像の濃度を検知するように構成されている。
【００７２】
この実施の形態２では、背面支持ロール３２に印加する二次転写電圧を複数の値に変化させた場合に、中間転写ベルト２６上に残留した転写残トナー像の濃度が、図１０に示す特性と逆の特性となるように変化するが、その傾向そのものは、トナーの帯電状態が通常の帯電状態である場合と、トナーの帯電状態が低帯電状態である場合と、トナーの帯電状態が高帯電状態である場合とにおけるインラインセンサー５１の検知濃度と同様である。
【００７３】
つまり、この実施の形態２では、制御回路１００は、図１５及び図１６に示すように、二次転写ロール３４に印加する複数の転写電圧の値とこれらに対応したインラインセンサー５１の検知濃度の値との関係から、インラインセンサー５１によって検知された記録用紙３５上のトナー像５３の濃度値が、トナーの帯電状態が通常の状態よりも小さく濃度低下が発生しているが、二次転写ロール３４に印加する転写電圧の値を０．５ｋＶ〜２．５ｋＶ程度まで変化させた場合の特性が、トナーの帯電状態が通常の状態と同じ傾向を示すと判別した場合には、トナーの帯電状態が低帯電状態であると検知する。
【００７４】
また、上記制御回路１００は、二次転写ロール３４に印加する転写電圧の値とインラインセンサー５１の検知濃度の値との関係から、図１５に示すように、インラインセンサー５１によって検知された記録用紙３５上のトナー像５３の濃度値が、やはりトナーの帯電状態が通常の状態よりも小さいが、二次転写ロール３４に印加する転写電圧の値を０．５ｋＶ〜２．５ｋＶ程度まで変化させた場合の特性が、トナーの帯電状態が通常の状態と大きく異なり、二次転写ロール３４に印加する転写電圧の値が１．５ｋＶ程度の前後まで記録用紙３５上のトナー像の濃度値が低いが、二次転写ロール３４に印加する転写電圧の値が１．５ｋＶ程度の前後を越えると、記録用紙３５上のトナー像の濃度値が急激に上昇する傾向を示すと判別した場合には、トナーの帯電状態が高帯電状態であると検知する。
【００７５】
また、実施の形態１と同様に、図１７に示すように、イエロー（Ｙ）及びシアン（Ｃ）とマゼンタ（Ｍ）及び黒（Ｋ）の一次転写電流を制御することにより、図１８に示すように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナーの帯電状態が変動している調整前の状態では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナー像の濃度がばらついているのに対して、本実施の形態２を適用した調整後の状態では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナーの帯電状態が通常の状態である初期状態と略等しい濃度となっていることがわかる。
【００７６】
この実施の形態２では、用紙が不要となり望ましいとともに、中間転写ベルト２６上のトナー残量が少ない高転写電圧側におけるトナー像５３の濃度差を精度良く検知することが可能となる。
【００７７】
その他の構成及び作用は、前記実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００７８】
なお、前記実施の形態では、感光体ドラム上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２６上に一次転写した後、中間転写ベルト２６上から記録用紙に二次転写する構成について説明したが、感光体ドラム上に形成されたトナー像を用紙搬送ベルトによって搬送される記録用紙に直接転写する構成の画像形成装置にも適応できることは勿論である。
【符号の説明】
【００７９】
２６：中間転写ベルト（像保持体）、３４：二次転写ロール、３５：記録用紙（転写媒体）、５１：インラインセンサー（濃度検知手段）、５３：トナー像、１００：制御回路（帯電状態検知手段）。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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