(57)【要約】 【課題】  画像情報に対応してトナー濃度を適切に制御することにより安定した画像を形成する画像形成装置を提供する。【解決手段】  画像をデジタル処理し、現像機における露光装置によって形成された静電潜像をトナーとキャリアとからなる現像剤により可視化して画像を形成する画像形成装置であって、印刷する画像を主走査方向および副走査方向に有限個の区画に分割する画像分割手段と、分割された各区画の画像情報を生成する画像情報生成手段と、画像情報に対応して、それぞれの区画にトナーを供給するトナー供給手段とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像をデジタル処理し、現像機における露光装置によって形成された静電潜像をトナーとキャリアとからなる現像剤により可視化して画像を形成する画像形成装置であって、
印刷する画像を主走査方向および副走査方向に有限個の区画に分割する画像分割手段と、
該分割された各区画の画像情報を生成する画像情報生成手段と、
該画像情報に対応して、それぞれの区画にトナーを供給するトナー供給手段と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記トナー供給手段が、前記主走査方向の区画に対して個別に、あるいは複数の区画に対して共用するように設けられ、該区画において消費された、あるいは消費が予想されるトナー量を供給し、
該区画内に供給されたトナーを前記キャリアと混合撹拌させる混合撹拌手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載された画像形成装置。
【請求項３】
前記混合撹拌手段が、各区画間において、前記トナーとキャリアとを混合撹拌させる交換混合撹拌手段であることを特徴とする請求項２に記載された画像形成装置。
【請求項４】
前記区画内の画像が、描画するドット単位で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載された画像形成装置。
【請求項５】
前記画像情報生成手段が、各区画内の画像を構成するドットに対して、ドット単位の露光時間、ドットの隣接状態に応じた重み付けを行って画像情報を生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された画像形成装置。
【請求項６】
前記現像機内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサを備え、
前記トナー供給手段が前記各区画に供給するトナー量Ｔａｄｄを該各区画で消費されるトナー量Ｔｃｏｎｓと同等もしくは所定量少なく設定し、該トナー濃度センサが現像機全体のトナー濃度の低下を検出したときに、前記トナー供給手段が不足しているトナーを補給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された画像形成装置。
【請求項７】
所定の情報を表示する表示手段を備え、
前記トナー濃度センサが所定値以上の濃度を所定時間以上、検知したときに、現像動作を停止して、前記表示手段に異常情報を表示することを特徴とする請求項６に記載された画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力データに基づいて画像を紙面に形成する画像形成装置に関し、特に、摩擦帯電させた粉体状のトナーで静電潜像を可視化する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、紙面等に画像を形成する方法としては、インクジェット方式や熱転写方式、電子写真方式等多くの方法が知られている。このうち、インクジェット方式は、液体に顔料や塗料を分散させた小さなインク粒を媒体である紙に打ち込むことによって画像を形成する方式であり、熱転写方式は、ベースに塗布したインクを紙に溶融転写させることによって画像を形成する。しかし、これらの方式は、印刷コストが高く、また印刷スピードが遅いといった問題点を有しているために、近年では、電子写真方式を用いた画像形成装置がビジネスの世界においてはよく用いられている。
【０００３】
ここで、電子写真方式とは、感光体と呼ばれる光半導体を一様に帯電させ、レーザースキャナーと呼ばれる光露光装置を用いて画像形成部を露光して、感光体である光半導体上に静電潜像を形成する。ここに、摩擦帯電させた粉体状のトナーを選択的に付着させることにより静電潜像を可視像化して、これを紙に転写することによって熱溶融定着させるものである。
【０００４】
図６は、従来の２成分現像方式による電子写真方式を用いた画像形成装置の現像機部分の概略構成を示した図である。
これによれば、従来方式の現像機は、トナーを貯蔵するトナータンク１と、現像剤タンク４にトナーを供給するトナーフィーダ２およびモータ３と、現像剤を貯蔵する現像剤タンク４と、現像剤を攪拌するミキサー５と、現像剤を吸着するマグネットローラ６と、感光体である光半導体７と、光半導体７をマイナスの電荷に帯電させる帯電ローラ８と、光半導体７上に静電潜像を形成するレーザービーム９と、光半導体７上に形成された静電潜像を転写する紙等の転写体１０と、余分なトナーを回収するクリーニングブレイド１１と、回収したトナーを貯蔵するクリーニングユニット１２と、現像タンク４内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ１３と、トナー濃度センサ１３の値によりトナータンク１からのトナーの供給量を制御するＣＰＵ１４等から構成されている。
【０００５】
ここで、２成分現像方式とは、主に磁性体で構成させるキャリアとこのキャリアの表面に摩擦帯電で均一に付着させたトナーとから構成される現像剤をブラシで剥離させて、トナーだけを感光体上の静電潜像に移して、その静電潜像を可視化して現像する方式をいう。
【０００６】
２成分現像方式は、上記のように、キャリアの表面に付着したトナーを用いて、静電潜像の可視化を行うため、トナーの消費量に併せて現像機内にトナーを補給する必要がある。このため、２成分現像方式の現像機においては、現像機内にトナー濃度の測定を行うための、例えば、透磁率センサを設け、フェライト等の磁性体で構成されるキャリアの密度を測定することによって、トナー濃度の測定を行っている。
【０００７】
図８は、図６の画像形成装置の現像機部分を上から見た図であり、トナーセンサ１３がミキサー５のほぼ中央部に設置されている場合を示している。このような従来方式の現像機においては、トナー濃度センサ１３により、現像機内のトナー濃度を測定し、このトナー濃度が所定の値を下回ったときに、新たなトナーを供給する仕組みになっている。具体的には、図７に示すように、トナー濃度センサの出力信号が基準信号を下回ったことをＣＰＵ１４が検出すると、モータ４に対して駆動信号を出力して、現像剤タンク４内へのトナー補給を行っていた。
【０００８】
しかし、この従来の方式では、トナー濃度の低下を検出してから、トナーの補給量を算出して、その補給量に見合ったトナーを補給する、いわゆる、フィードバック制御となっていたため、印刷の擦れ等を防止するために、トナー補給量を必要な量よりも多めにして、トナー量の低下を防止する必要であった。また、フィードバック制御であるために、図７に示すように、オーバーシュートやアンダーシュートによるハンチング等が発生して、トナー濃度が安定しないという問題があった。
【０００９】
また、図９は、図８の現像機を用いて、「Ａ」という文字を印字する場合のトナー量の変化を示したものであり、図１０は、同様に、「Ａ」という文字を印字する場合のトナーの消費量の変化を示したものであるが、従来の現像機においては、トナー濃度センサ１３が現像機内の一箇所にしか設けられていないために、現像機内全体のトナー濃度分布を把握することができず、さらに、図９に示すような箇所にトナー濃度センサが設けられている場合には、トナー濃度がかなり低下したポイントでセンサが起動するために、現像機全体においては、トナー濃度の濃度ムラが発生するという問題があった。
【００１０】
こうした問題に対して、印刷データを展開した画素データから印字率（画像面積比率）または画像密度を算出し、その印字率または画像密度に基づいて、画像形成装置のトナー補給量と、トナー補給を開始するトナー濃度閾値（またはトナー濃度センサの出力値）の変補正を行って、トナー補給動作と画像形成動作に係る画像形成装置動作順序を変更することで、トナー補給量の過不足に伴うトナー濃度の上昇またはトナー濃度の低下を防ぎ、常に安定した画質が得られるようにする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１５１３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記の技術においては、確かに、印刷データを展開した画素データから印字率（画像面積比率）または画像密度を算出して、これらに基づいてトナー補給量や濃度閾値および画像形成装置動作順序を変更することによって、従来よりも、現像機内のトナー濃度を安定させることができるものの、この技術においては、画像情報全体を対象としているために、よりよりきめの細かい制御は期待できない。
【００１２】
そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、画像情報に対応してトナー濃度を適切に制御することにより安定した画像を形成する画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の事項を提案している。
請求項１に係る発明は、画像をデジタル処理し、現像機における露光装置によって形成された静電潜像をトナーとキャリアとからなる現像剤により可視化して画像を形成する画像形成装置であって、印刷する画像を主走査方向および副走査方向に有限個の区画に分割する画像分割手段と、  該分割された各区画の画像情報を生成する画像情報生成手段と、該画像情報に対応して、それぞれの区画にトナーを供給するトナー供給手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置を提案している。
【００１４】
この発明によれば、画像分割手段により、印刷する画像が主走査方向および副走査方向に有限個の区画に分割され、画像情報生成手段により、分割された各区画の画像情報が生成される。そして、生成された画像情報に対応して、トナー供給手段がそれぞれの区画にトナーを供給することから、トナー濃度を精度よく安定させることができる。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載された画像形成装置について、前記トナー供給手段が、前記主走査方向の区画に対して個別に、あるいは複数の区画に対して共用するように設けられ、該区画において消費された、あるいは消費が予想されるトナー量を供給し、該区画内に供給されたトナーを前記キャリアと混合撹拌させる混合撹拌手段を備えたことを特徴とする画像形成装置を提案している。
【００１６】
この発明によれば、トナー供給手段が、主走査方向の区画に対して個別に、あるいは複数の区画に対して共用するように設けられ、それらの区画において消費された、あるいは消費が予想されるトナー量が供給されるとともに、混合撹拌手段がこれらの区画内に供給されたトナーをキャリアと混合撹拌させるため、各区画に対して、適切な量のトナーが供給できるとともに、各区画内において現像剤を均一に撹拌することができる。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載された画像形成装置について、前記混合撹拌手段が、各区画間において、前記トナーとキャリアとを混合撹拌させる交換混合撹拌手段であることを特徴とする画像形成装置を提案している。
【００１８】
この発明によれば、混合撹拌手段が、各区画間において、トナーとキャリアとを混合撹拌させる交換混合撹拌手段であることから、装置の構成を簡略化しながら、各区画内において現像剤を均一に撹拌することができる。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載された画像形成装置について、前記区画内の画像が、描画するドット単位で構成されていることを特徴とする画像形成装置を提案している。
【００２０】
この発明によれば、区画内の画像が、描画するドット単位で構成されていることから、高精度に各区画におけるトナーの供給量を検出することができる。
【００２１】
請求項５に係る発明は、請求項１または請求項２に記載された画像形成装置について、前記画像情報生成手段が、各区画内の画像を構成するドットに対して、ドット単位の露光時間、ドットの隣接状態に応じた重み付けを行って画像情報を生成することを特徴とする画像形成装置を提案している。
【００２２】
この発明によれば、画像情報生成手段が、各区画内の画像を構成するドットに対して、ドット単位の露光時間、ドットの隣接状態に応じた重み付けを行って画像情報を生成することから、さらに高精度に各区画におけるトナーの供給量を検出することができる。
【００２３】
請求項６に係る発明は、請求項１または請求項２に記載された画像形成装置について、前記現像機内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサを備え、前記トナー供給手段が前記各区画に供給するトナー量Ｔａｄｄを該各区画で消費されるトナー量Ｔｃｏｎｓと同等もしくは所定量少なく設定し、該トナー濃度センサが現像機全体のトナー濃度の低下を検出したときに、前記トナー供給手段が不足しているトナーを補給することを特徴とする画像形成装置を提案している。
【００２４】
この発明によれば、各区画に供給するトナー量Ｔａｄｄを該各区画で消費されるトナー量Ｔｃｏｎｓと同等もしくは所定量少なく設定していることから、余剰なトナーの発生を防止することができる。また、トナー濃度センサが現像機全体のトナー濃度の低下を検出したときに、トナー供給手段が不足しているトナーを補給することから、トナー不足による印刷画像細部の擦れ等を防止することができる。
【００２５】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載された画像形成装置について、所定の情報を表示する表示手段を備え、前記トナー濃度センサが所定値以上の濃度を所定時間以上、検知したときに、現像動作を停止して、前記表示手段に異常情報を表示することを特徴とする画像形成装置を提案している。
【００２６】
この発明によれば、トナー濃度センサによる検出結果に基づいて、異常状態を検出し、現像動作を停止して、異常情報を表示することから、異常な状態で現像動作が続行されることがない。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、現像機内のトナー濃度を最適化し、常に安定した印刷画像を形成することができるという効果がある。
また、本発明によれば、各区画に供給するトナー量を最適化できることから、従来よりもトナータンクの容量を小型化することができる。したがって、装置の小型化を維持しながら、常に安定した印刷画像を形成することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態に係る画像形成装置について図１から図１０を参照して詳細に説明する。
本実施形態に係る画像形成装置内の現像機の概略構成は、図１に示すようになっており、従来例とほぼ同様に、トナータンク１と、トナーフィーダ２と、モータ３と、現像剤タンク４と、ミキサー５と、マグネットローラ６と、感光体である光半導体７と、帯電ローラ８と、レーザービーム９と、転写体１０と、クリーニングブレイド１１と、クリーニングユニット１２と、トナー濃度センサ１３と、ＣＰＵ１４とから構成されている。
【００２９】
ここで光半導体７は、表面層が形成された有機感光体等により構成され、図示しない駆動装置により回動可能に構成されている。帯電ローラ８は、感光体である光半導体７と接触して設けられ、図示しない電源に接続されて感光体である光半導体７の表面を、例えば−６００Ｖの一様な電位に帯電させる。
【００３０】
レーザービーム９は、例えば、光変調されたレーザー光によるものであり、帯電ローラ８により一様に帯電された感光体である光半導体７の表面に、所定の静電潜像を形成させる。ここで、感光体である光半導体７にレーザー光が照射された部分、すなわち静電潜像の表面電位は、例えば、−５０Ｖ程度とされる。
【００３１】
クリーニングユニット１２は、クリーニングブレイド１１と感光体である光半導体７に接触または近接して対向配置されるローラ部材と、このローラ部材に着脱自在に取り付けられると共にトナーを貯留するトナー貯留部とを備えている。
【００３２】
また、トナーを供給するトナーフィーダ２は、図１下部に示すように、印刷する画像を主走査方向に分割した区画に対応して設けられており、トナーフィーダ２から供給されるトナーをトナー供給口に排出する排出口を備えている。
【００３３】
図１の例では、印刷する画像が主走査方向にＸ１からＸ９の９つの区画に分割され、これらに対応するトナーフィーダ２が設けられている。なお、トナーフィーダ２は、各区画ごとに設けてもよいし、隣接する幾つかの区画をまとめて共用するようにしてもよい。
【００３４】
また、本実施形態においては、後述するように、デジタル処理された印刷画像データが主走査方向および副走査方向に有限個の区画に分割され、分割された各区画に対して、印字されるドット数が積算される。そして、この積算値に基づいて、各区画に対応するトナーの供給量が算出され、各区画ごとに最適な量のトナーが供給される。これにより、印刷動作の前に、印刷する画像データに対応した適切なトナー量を供給できるため、いわゆるフィードフォワード制御を行うことにより、トナー量の過不足を防止することができる。
【００３５】
また、本実施形態においては、各区画に供給するトナー量が、前記算出したトナー消費予測量よりも少なく設定されている。これにより、従来のように、トナー濃度センサ１３に基づく、トナー濃度制御において、トナー濃度センサ１３の出力信号がオーバーシュートすることを防止することができる。
【００３６】
さらに、現像機内のトナー濃度を監視するトナー濃度センサ１３により、現像機に供給されるトナーの全体量を検出して、全体的にトナーが不足している場合には、適宜、不足分のトナーを補給するようになっている。すなわち、本実施形態においては、各区画に対して、印刷する画像データから算出したトナー量を供給して制御を行うとともに、トナー濃度センサ１３により、現像機全体のトナー濃度が低下したときには、適宜、トナーを補給することにより、従来よりも、トナータンク１の容量を半減化している。
【００３７】
ミキサー５は、例えば、図２に示されるような構造となっており、トナー排出口より、トナー補給口へトナーが補給されると、２本の攪拌スクリューによってトナーがキャリアと混合攪拌される。２本の攪拌スクリュー２１、２２は、主走査方向に対して振動しながら往復するように循環して、各区画内のトナーを均一化する。なお、ミキサー５は、区画ごとに設けられるものではなく、上記の一組の撹拌スクリューがすべての区画においてトナーとキャリアとを交換混合撹拌する構造になっている。したがって、これにより、装置全体の大きさを維持しながら、トナー濃度を適正化することができる。
【００３８】
また、本実施形態において用いられる現像剤は、表面をシリコンコーティングした径４５μｍのフェライトキャリアと、トナー粉砕法により得られる粒径６μｍポリエステル樹脂からなるトナーとから構成されており、トナー濃度は、約７．５％である。
【００３９】
ＣＰＵ１４は、図示しないＲＯＭ等に格納された制御プログラムに基づいて、所望の制御を行う。本実施形態においては、デジタル処理された印刷画像データを主走査方向および副走査方向に有限個の区画に分割し、分割した各区画に含まれる描画ドット数を計数するとともに、計数した描画ドット数に基づいて、供給するトナー量を算出する。
【００４０】
具体的には、本実施形態においては、図３に示されるように、デジタル処理された印刷画像データが主走査方向に９つ、副走査方向に６つの計５４の区画に分割される。次に、各区画を構成するドットに対して、描画ドットが検出される。図４は、図３に示されるＸ４−Ｙ３に対応する区画の拡大図であり、この区画内の描画ドットの様子を示している。図中、白色のドット以外のドットが描画ドットである。
【００４１】
これら描画ドットの情報から供給するトナー量を算出する方法としては、単純に描画ドット数を積算し、これに１ドットあたりのトナー量を乗じてこの区画のトナー量を算出する方法もあるが、この方法では、供給するトナー量が、実際に印字に用いられるトナー量に対して、過剰になってしまう。
【００４２】
そこで、本実施形態においては、単に、区画内に含まれる描画ドットの数によるのではなく、各ドットの隣接状況に応じた重み付けを行って、供給すべきトナー量を算出している。図５は、図４において、網掛けで示されたドットの隣接状況が異なる描画ドットにおける印字の様子を示したものである。
【００４３】
なお、図５においては、（ａ）は、独立ドット、（ｂ）は、ドットを構成する一辺が他のドットと隣接しているドット、（ｃ）は、ドットを構成する２辺が他の２つのドットと隣接しているドット、（ｄ）は、ドットを構成する三辺が他の３つのドットと隣接しているドット、（ｄ）は、ドットを構成する四辺すべてが他４つのドットと隣接しているドットを示している。
【００４４】
図５（ａ）に示すように、独立ドットの場合、ドットを形成する破線の四角に比べて、印字の際に、紙面に載るトナーの量が多いことがわかる。その一方で、ドットを形成する四辺のいずれかが他の描画ドットと隣接しているドットでは、オーバーラップする部分において、トナーが余分に消費されることがわかる。
【００４５】
逆にいえば、独立のドットに対して、ドットを形成する四辺のいずれかが他の描画ドットと隣接しているドットにおいては、供給するトナー量をある割合で減少させても結果的には、同様に描画を実行できることがわかる。本実施形態では、この事実を利用して、ＣＰＵ１４が、各区画内の描画ドット数を計数するとともに、描画ドットの隣接状況を検出して、それぞれの隣接状況に応じて、独立のドットを描画する場合に必要となるトナー量に対して、所定の重み係数を乗じた上で、各区画におけるトナーの供給量を定めている。
【００４６】
また、本実施形態に係る画像形成装置には、図示しない表示部が設けられている。この表示部には、画像形成装置の動作メニュー等が表示されるほか、ＣＰＵ１４が、トナー濃度センサ１３からの信号により現像機内のトナー濃度が一定時間以上、所定値以上のトナー濃度を検出したときに、異常状態を検出して、異常表示を行う。
【００４７】
次に、本実施形態の処理について説明する。
印刷画像データは、図示しない画像データ処理回路において、デジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、ＣＰＵ１４に入力され、予め定められた区画に分割される。次に、分割された区画ごとに、描画ドットとその隣接状況が検出され、描画ドットの隣接状況に応じた重み付けがなされたのち、それぞれの区画に対応するトナーの供給量が算出される。なお、このとき、トナーの供給量は、消費されるトナー量に対して、同等か所定量少ない値になっている。
【００４８】
次に、画像データの印刷が開始されると、主走査方向の印字タイミングに合わせて、各区画に対応したトナーフィーダ２に対して、所定量のトナーが供給される。各区画に供給されたトナーは、ミキサー５により交換混合撹拌され、マグネットローラ６を介して、感光体である光半導体７の表面に形成された静電潜像に付着することにより可視化され、転写体１０上に画像を形成する。
【００４９】
現像剤タンク４の例えば、下部に設けられたトナー濃度センサ１３は、現像機内のトナー濃度を監視し、現像機内のトナー濃度が低下したときには、現像機全体のトナー濃度が低下したことを知らせる信号をＣＰＵ１４に出力する。トナー濃度センサ１３からのセンサ信号を入力したＣＰＵ１４は、トナーフィーダ２に対して、不足分のトナーを供給する。
【００５０】
また、ＣＰＵ１４は、トナー濃度センサ１３からの信号により現像機内のトナー濃度が一定時間以上、所定値以上のトナー濃度を検出したときに、異常状態を検出して、印刷動作を停止させるとともに、異常状態である旨を表示装置に表示する。
【００５１】
したがって、上記において説明したように、本実施形態によれば、トナーの供給量を適切に制御することにより、安定的に画像データの印刷を実行することができる。また、本実施形態によれば、トナー濃度センサの出力信号がオーバーシュートすることを防止できるため、現像機全体に供給するトナー量を削減することにより装置全体を小型化することができる。
【００５２】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の現像機部分の概略構成を示した図である。
【図２】ミキサーの構成を例示した図である。
【図３】デジタル化された画像データを複数の区画に分割した例を示した図である。
【図４】図３の丸囲み部分の拡大図である。
【図５】各ドットの隣接状況と印字の様子を例示した図である。
【図６】従来の現像機の概略構成を示した図である。
【図７】トナーセンサの出力信号とトナー補給信号との関係を示した図である。
【図８】従来の現像機の概略構成を示した上面図である。
【図９】印字画像位置とトナーセンサ位置とトナー濃度との関係を示した図である。
【図１０】印字画像位置とトナーセンサ位置とトナー消費量との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・トナータンク、２・・・トナーフィーダ、３・・・モータ、４・・・現像剤タンク、５・・・ミキサー、６・・・マグネットローラ、７・・・光半導体、８・・・帯電ローラ、９・・・レーザービーム、１０・・・転写体、１１・・・クリーニングブレイド、１２・・・クリーニングユニット、１３・・・トナー濃度センサ、１４・・・ＣＰＵ、２１、２２・・・攪拌スクリュー、
【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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