(57)【要約】【課題】  定着後の記録材から熱回収を行い、定着前の記録材へ熱伝達を行うに際し、直接的な熱回収伝達を行うことで、加熱エネルギーを少なくする。【解決手段】  記録材５上のトナー像を加熱する定着ユニット１と、定着ユニット１から送り出された記録材５の熱を回収して定着ユニット１に送り込まれる記録材５に伝達する熱回収伝達ユニット２とを備えた定着装置において、熱回収伝達ユニット２は、複数の張架部材４に張架され、前記定着ユニット１を迂回して循環移動する単位面積当たりの熱容量が４５０Ｊ／（Ｋ・ｍ２）以上のベルト部材３を有し、このベルト部材３のうち、定着ユニット１の下流側には記録材５に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収が行われる熱回収部ＨＣを設けると共に、上流側には記録材５に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達が行われる熱伝達部ＨＴを設ける。【選択図】  図１
2006072301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材上のトナー像を加熱する定着ユニットと、定着ユニットから送り出された記録材の熱を回収して定着ユニットに送り込まれる記録材に伝達する熱回収伝達ユニットとを備えた定着装置において、
熱回収伝達ユニットは、複数の張架部材に張架され、前記定着ユニットを迂回して循環移動する単位面積当たりの熱容量が４５０Ｊ／（Ｋ・ｍ２）以上のベルト部材を有し、
このベルト部材のうち、定着ユニットの下流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収が行われる熱回収部を設けると共に、定着ユニットの上流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達が行われる熱伝達部を設けることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、
ベルト部材は、耐熱性樹脂材料又は耐熱性ゴム材料からなるエンドレスベルトであることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１記載の定着装置において、
ベルト部材は、耐熱性樹脂材料と耐熱性ゴム材料とを積層したエンドレスベルトであることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１記載の定着装置において、
ベルト部材を張架する張架部材は、低熱伝導性材料によって構成される支持部材に回動自在に支持されることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１記載の定着装置において、
熱回収部から熱伝達部までのベルト部材の移動経路には、ベルト部材の放熱を防ぐ覆いを設けることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１記載の定着装置において、
熱回収部と熱伝達部とは同じ長さで構成されることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１記載の定着装置において、
熱回収部と熱伝達部とは異なる長さで構成されることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項１記載の定着装置において、
熱伝達部及び熱回収部には、静電気力にてベルト部材に記録材を吸着させる静電吸着装置を設けることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項８記載の定着装置において、
熱伝達部及び熱回収部に配設される二つの静電吸着装置は、ベルト部材の帯電極性が互いに逆方向になるように構成されることを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項８記載の定着装置において、
熱伝達部に設けられる静電吸着装置は、記録材のトナー像面と非接触配置されることを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
請求項８記載の定着装置において、
熱伝達部に設けられる静電吸着装置は、コロナ帯電器であることを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の定着装置において、
熱伝達部に設けられる静電吸着装置は、ベルト部材の張架部材にトナーの帯電極性と異なる極性のバイアスを印加するものであることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
請求項８記載の定着装置において、
熱回収部に設けられる静電吸着装置は、記録材に対し非接触配置されるコロナ帯電器であることを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
請求項８記載の定着装置において、
熱回収部に設けられる静電吸着装置は、記録材のトナー像面に対し接触配置される板状若しくはフィルム状の帯電部材であることを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の定着装置において、
前記帯電部材の表面は、離型層が施されていることを特徴とする定着装置。
【請求項１６】
請求項８記載の定着装置において、
静電吸着装置の駆動は、少なくともベルト部材が駆動されている間に行われるものであることを特徴とする定着装置。
【請求項１７】
記録材上にトナー像を形成する作像エンジンと、
この記録材上に形成されたトナー像を定着する請求項１記載の定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式や静電記録方式等を採用した複写機やプリンタ等の画像形成装置で用いられる定着装置及びこれを用いた画像形成装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の画像形成装置としては、感光体等に形成された各色成分トナー像を中間転写体に順次一次転写し、中間転写体上の多色トナー像を二次転写装置（一括転写装置）にて用紙に一括転写するようにしたものが知られている。
このようなカラー画像形成装置では、近年、高速化、小型化、省エネ化への要求が強く、中でも、画像形成プロセス上最もエネルギーを消費する熱定着器について、環境負荷低減を狙った省エネルギー化技術（省電力化技術）が必要とされてきている。
このような要請に対し、定着器から搬出された定着済の用紙の熱を直接的又は間接的に定着前の用紙に伝達させ、用紙を定着前に予備加熱することで、その後の定着に要する加熱エネルギーを削減したり、加熱電力を増大させずに定着速度を速めるような技術が提示されている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３２８４１２号公報（実施例、図２〜１５）
【特許文献２】特開２０００−３３８８０３号公報（発明の実施の形態、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような技術において、定着後の用紙を直接定着前の用紙に接触させるようにした構成にあっては、用紙が連続紙（ロール紙）の場合のみの適用に限られ、用紙がカット紙の場合は不可となり、適用可能な用紙の汎用性に欠ける問題がある。
また、図１４に示すように、感光体２０１のトナー像が転写された用紙２０２を定着装置２０３にて定着する際、定着装置２０３の上流側部位２０４と下流側部位２０５との間にブロック付きヒートパイプ２０６を設け、下流側部位２０５での定着後の用紙２０２の熱を上流側部位２０４に伝達する方式が提案されている（例えば特許文献１参照）。
このようなブロック付きヒートパイプの例や、更には、伝熱ブロック、伝熱板、伝熱ロールとベルトとの組み合わせ等の伝熱手段を介して、定着後の用紙の熱を定着前の用紙に伝えるようにした構成にあっては、カット紙の適用が可能となり用紙の汎用性は確保されるが、伝熱手段での熱量が定常化して熱回収／熱伝達効果が十分に得られるには、伝熱手段そのものが用紙からの熱伝導により温度上昇を繰り返し、定着後の用紙温度に近づく必要がある。すなわち、かかる構成では、上述した伝熱手段の昇温に時間がかかるため、すぐには定着の加熱エネルギーを低減することができないという問題がある。
【０００５】
特に、このような場合、数十枚以下のプリント、コピー動作を間欠的に行うことが多い中小型の画像形成装置では効果が得にくいことに繋がる。
更に、熱回収／熱伝達効果をすぐさま行う（立ち上がりを速くする）ようにしようとして、伝熱手段に補助加熱を加えるような方法では、却って多くのエネルギーを消費することもあり、省エネルギー化にとって得策とは言えない。
【０００６】
また、図１５に示すように、転写ベルト３０１と用紙搬送ベルト３０２とを対向配置させ、転写ベルト３０１の内側にヒータ３０３を有し、このヒータ３０３の両側（上流及び下流側）に圧接板３０４を設けて転写ベルト３０１と用紙搬送ベルト３０２との圧接状態を構成し、転写ベルト３０１と用紙搬送ベルト３０２との間で用紙３０５を搬送させるようにしたものにおいて、用紙搬送ベルト３０２の内側に用紙搬送ベルト３０２の移動方向とは逆向きに移動する熱伝達ベルト３０６を設けて、ヒータ３０３の下流側での吸熱を上流側に移動させ、用紙３０５を予備加熱しようとする提案もなされている（例えば特許文献２参照）。
しかしながら、かかる構成にあっては、用紙を搬送する搬送ベルトが熱の伝達媒体ではなく、搬送ベルトとは別体に設けた熱伝達ベルト３０６を用いる点から、構成が複雑且つ熱伝達効率も悪くなる。
【０００７】
以上のように、これらの先行技術にあっては、いずれも定着後の用紙の熱を熱回収伝達部材を介して間接的に定着前の用紙に伝達しているに過ぎない。
本発明は、上述したような技術的課題を解決するためのものであり、定着後の記録材から熱回収を行い、定着前の記録材へ熱伝達を行うに際し、直接的な熱回収伝達を行うことで、加熱エネルギーの少ない定着装置及びこの定着装置を用いた画像形成装置を提供するようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明に係る定着装置は、図１に示すように、記録材５上のトナー像を加熱する定着ユニット１と、定着ユニット１から送り出された記録材５の熱を回収して定着ユニット１に送り込まれる記録材５に伝達する熱回収伝達ユニット２とを備えた定着装置において、熱回収伝達ユニット２は、複数の張架部材４に張架され、前記定着ユニット１を迂回して循環移動する単位面積当たりの熱容量が４５０Ｊ／（Ｋ・ｍ２）以上のベルト部材３を有し、このベルト部材３のうち、定着ユニット１の下流側には記録材５に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収が行われる熱回収部ＨＣを設けると共に、定着ユニット１の上流側には記録材５に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達が行われる熱伝達部ＨＴを設けることを特徴とする。
そのため、先行技術にあっては、記録材５の搬送機能を有する搬送部材とは別に、熱回収伝達機能を持った部材を用いて間接的に熱回収伝達を行う態様であったのに対し、本願においては、ベルト部材３が記録材５に対する搬送機能と熱回収伝達機能を兼ね備え、直接的に熱回収伝達を行うようにした点が大きく異なる。
【０００９】
このような技術的手段において、本願に係る定着装置は、記録材５上に形成されたトナー像を定着する際に、定着ユニット１を利用して行うものを対象とし、このとき、定着ユニット１としては記録材５上のトナー像を定着するために促進されるものであればよく、加熱単独で定着する方式や、例えば熱に圧力等を併用した方式等も含む。
また、熱回収伝達ユニット２としてベルト部材３を用いることで、記録材５との接触面積も広くすることができることから、効率的な熱の回収伝達が可能となる。
【００１０】
そして、熱回収部ＨＣ及び熱伝達部ＨＴは、ベルト部材３と記録材５との接触領域で構成され、熱回収部ＨＣで有効に熱回収を行うことで、加熱前の記録材５へ有効に熱伝達を行うことができ、熱効率を向上させることができる。
尚、「当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態」とは、ベルト部材３と記録材５との接触面の周囲では大気によって断熱される態様やベルト部材３が断熱部材と接触する態様を含む。
【００１１】
特に、本発明においては、ベルト部材３が定着ユニット１を迂回して循環移動するようになっているため、ベルト部材３の耐熱劣化を抑え、長寿命化を図ることができるようになる。また、ベルト部材３の単位面積当たりの熱容量を４５０Ｊ／（Ｋ・ｍ２）以上としたので、熱回収部ＨＣでは記録材５からベルト部材３への十分な熱回収を行い、ベルト部材３での十分な熱エネルギーを維持した状態で、熱伝達部ＨＴでは記録材５への十分な熱伝達を行うことが可能になり、効率的な熱回収伝達を行うことができるようになる。
【００１２】
本発明におけるベルト部材３は、耐熱性を長期的に維持する観点から耐熱性樹脂材料又は耐熱性ゴム材料からなるエンドレスベルト若しくは耐熱性樹脂材料と耐熱性ゴム材料とを積層したエンドレスベルトが好ましく、耐熱性としては１００〜１２０℃程度あればよい。
【００１３】
更に、ベルト部材３が張架される張架部材４は、低熱伝導性材料によって構成される支持部材に回動自在に支持されるようになっていることが好ましく、このように低熱伝導性材料を使用することで、張架部材４からの熱放散を抑え、熱回収伝達時の熱効率を向上させることができるようになる。そして、ベルト部材３で回収された熱エネルギーを張架部材４に吸熱させないようにするために、張架部材４表面には断熱層４ａを備えることが好ましい。
更にまた、熱効率を向上させる観点から、熱回収部ＨＣから熱伝達部ＨＴまでのベルト部材３の移動経路には、ベルト部材３の放熱を防ぐ覆いを設けることが好ましい。
【００１４】
そして、本発明では、熱回収部ＨＣと熱伝達部ＨＴとの長さは、構造を簡略化する観点から同一の長さとすることが好ましく、また、使用する記録材５の種類やベルト部材３の熱容量によっては異なる長さにするようにしても差し支えない。
【００１５】
更に、本発明においては、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣにて記録材５とベルト部材３との接触を有効に保つ観点から、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣには、静電気力にてベルト部材３に記録材５を吸着させる静電吸着装置を設けることが好ましい。このとき、ベルト部材３への不要な電荷蓄積を防ぐ観点から、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣに配設される二つの静電吸着装置は、ベルト部材３の帯電極性が互いに逆方向になるように構成されることが好ましい。
【００１６】
そして、熱伝達部ＨＴに設けられる静電吸着装置としては、トナー像面への影響をなくし画質を維持する観点から、記録材５のトナー像面と非接触配置されることが好ましい。この場合、トナー像面側からコロナ帯電器によって記録材５を静電吸着する態様や、張架部材４にトナーの帯電極性と異なる極性のバイアスを印加して静電吸着する態様が挙げられる。
一方、熱回収部ＨＣに設けられる静電吸着装置としては、記録材５に対し非接触配置されるコロナ帯電器の態様や、トナー像面に対し接触配置される板状若しくはフィルム状の帯電部材の態様が挙げられる。尚、この板状若しくはフィルム状の帯電部材を使用する態様においては、記録材５との摩擦力を減少させ記録材５の送りをスムーズにする観点及び浮遊トナー等異物の付着を防止する観点から、帯電部材の表面には離型層が施されることが好ましい。
【００１７】
更に、ベルト部材３への記録材５の吸着条件を安定化させる観点から、静電吸着装置の駆動は、少なくともベルト部材３が駆動されている間に行われるものとすることが好ましい。また、この場合、ベルト部材３の一部が異常にチャージアップすることも防ぐことができるようになる。
【００１８】
そして、本発明は、上述した定着装置のみならず、画像形成装置をも対象とするものであり、この場合、記録材５上にトナー像を形成する作像手段と、この記録材５上に形成されたトナー像を定着する定着装置とを備え、この定着装置として上述の定着装置を配設するようにすればよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、記録材上のトナー像を加熱する定着ユニットと、定着ユニットから送り出された記録材の熱を回収して定着ユニットに送り込まれる記録材に伝達する熱回収伝達ユニットとを備えた定着装置において、複数の張架部材に張架され、定着ユニットを迂回して循環移動する単位面積当たりの熱容量が４５０Ｊ／（Ｋ・ｍ２）以上のベルト部材を有し、このベルト部材のうち、定着ユニットの下流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収が行われる熱回収部を設けると共に、定着ユニットの上流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達が行われる熱伝達部を設けた熱回収伝達ユニットを備えたので、ベルト部材が記録材の搬送機能と記録材への熱回収伝達機能を兼ね備え、記録材への直接的な熱回収伝達を効率よく行うことができる。そのため、従来の間接的な熱回収伝達方式に比べ、定着時の加熱エネルギーを大きく低減することが可能となり、省電力化された定着装置が実現できる。
【００２０】
更に、記録材上にトナー像を形成する作像手段と、記録材上に形成されたトナー像を定着する定着装置を備えた画像形成装置において、定着装置として、上述の定着装置を備えるようにすれば、省電力化された画像形成装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す概要図である。
同図において、本実施の形態の画像形成装置は、プラテン１１上の原稿を読み取る原稿読取装置１０と、例えば電子写真方式にて四つの各色成分（本実施の形態ではイエロ、マゼンタ、シアン、ブラック）画像（トナー像）を形成する画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）と、各画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）にて形成された各色成分画像が順次転写（一次転写）されて保持される中間転写ベルト３０と、中間転写ベルト３０上に転写された重ね画像を用紙（記録材）に一括転写（二次転写）する二次転写装置３１と、二次転写された画像を用紙上に定着させる定着装置７０と、各種サイズの用紙を供給する給紙トレイ５１〜５３と、トナー像形成を終えた用紙を収容する排紙トレイ５５と、給紙トレイ５１〜５３から排紙トレイ５５までの用紙搬送を行う複数の用紙搬送経路とを備えたものである。
【００２２】
本実施の形態において、原稿読取装置１０は、例えば、プラテン１１の下方に配置された原稿読取部１２とプラテン１１の上方に配置されたＡＤＦ（Auto  Document  Feeder）１３にて構成されている。原稿読取部１２は、プラテン１１上にセットされた原稿面に光を照射する光源と、原稿面からの反射光を電気信号に変換するＣＣＤ等の光電変換素子と、原稿面からの反射光を光電変換素子に導く経路を形成する適宜数のミラーと、原稿面からの反射光を光電変換素子の結像面上に結像させる結像レンズ等を備えている。そのため、原稿読取装置１０では、プラテン１１上にマニュアルでセットされた原稿やＡＤＦ１３を介してセットされた原稿を読み取り、対応する画像データに変換するようになっている。
【００２３】
また、各画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）は、夫々感光体ドラム２１を有し、各感光体ドラム２１の周囲には、感光体ドラム２１が帯電される帯電ロール等の帯電装置２２、帯電された感光体ドラム２１上に静電潜像（主としては原稿読取装置１０で読み取られた画像データ又は他の記録媒体等から取り込まれた画像データに基づく静電潜像）を書き込むレーザスキャナ等の露光装置２３、感光体ドラム２１上に書き込まれた静電潜像を各色成分トナーにて現像する現像装置２４、感光体ドラム２１上のトナー像を中間転写ベルト３０上に転写する転写ロール等の一次転写装置２５及び感光体ドラム２１上の残留トナーを除去するドラムクリーナ２６を夫々配設したものである。
尚、符号２７（２７ａ〜２７ｄ）は、現像装置２４へトナーを補給するトナー補給装置であり、各色トナーが夫々の現像装置２４へ補給されるようになっている。
【００２４】
更に、中間転写ベルト３０は、例えば、ポリイミド樹脂に導電性カーボンブラックを混練した、体積抵抗率が１０９〜１０１２Ω・ｃｍ程度のフィルム状のエンドレスベルトからなり、３個の張架ロール３２〜３４に掛け渡されている。
そして、本実施の形態では、張架ロール３３を張架ロール３２より下方に配置することで、中間転写ベルト３０を斜め下向きになるように配置し、各画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）は、張架ロール３３と張架ロール３４との間の中間転写ベルト３０に沿って、中間転写ベルト３０の下方側に配置されている。そのため、画像形成ユニット２０でのトナー飛散が中間転写ベルト３０上に影響せず、汚れの少ない高画質な画像を維持できるようになっている。
【００２５】
また、本実施の形態においては、張架ロール３２が二次転写装置３１のバックアップロールとして働いており、画像形成ユニット２０にて中間転写ベルト３０上に形成されたトナー像を二次転写装置３１で用紙上に一括転写するようになっている。そのため、中間転写ベルト３０上にトナー像が形成された後、すぐに用紙上に二次転写されることから、中間転写ベルト３０上でのトナー像の乱れを防ぎ、画質を一層向上させた画像形成が可能となっている。尚、図中の符号３５は、中間転写ベルト３０上の残留トナーを清掃するベルトクリーナである。
【００２６】
そして、本実施の形態における定着装置７０は、二次転写位置に対し略水平方向に配置され、図３に示すような構成となっている。
同図において、定着装置７０は、用紙Ｓ上のトナーを溶融定着する定着ユニット８０と、用紙Ｓ上の熱を定着ユニット８０の下流側の熱回収部ＨＣにて回収し、定着ユニット８０の上流側の熱伝達部ＨＴにて後続の用紙Ｓに回収した熱を伝達する熱回収ベルト９１と、この熱回収ベルト９１を張架する７個の張架ロール９２とで構成される熱回収伝達ユニットとしてのベルトユニット９０とが設けられている。
【００２７】
定着ユニット８０は、図４に示すように、上部ユニット８０ａと下部ユニット８０ｂとで構成されている。上部ユニット８０ａは、加圧ロール８１と、加圧ロール８１を覆うように設けられた断熱カバー８２ａとを有し、下部ユニット８０ｂは、内部にヒータ８７を配置した加熱ロール８６と、この加熱ロール８６を覆うように設けられた断熱カバー８２ｂとを有している。また、断熱カバー８２ａ，８２ｂは、夫々加圧ロール８１及び加熱ロール８６側に金属の熱輻射板８５ａ，８５ｂを備え、その外側を真空断熱材８４ａ，８４ｂで覆った形状を採っている。尚、符号８３ａ，８３ｂは外装カバーである。
本実施の形態では、加圧ロール８１及び加熱ロール８６と夫々の断熱カバー８２ａ，８２ｂとは、例えば３〜２０ｍｍの距離を隔てて配置され、断熱カバー８２ａ，８２ｂが加圧ロール８１及び加熱ロール８６を互いに上下方向から挟み込むような形となっている。また、本実施の形態では、加圧ロール８１と加熱ロール８６とが鉛直方向に対向配置されているため、このニップ域を用紙Ｓが略水平方向に移動するようになっている（図３参照）が、本願における用紙搬送方向は特にこれに限定されるものではない。
【００２８】
一方、本実施の形態におけるベルトユニット９０のうち、熱回収ベルト９１は、図５に示すように、７５μｍ厚のポリイミド樹脂基材９１ａにシリコーンゴム層９１ｂを積層したもので構成され、単位面積当たりの熱容量が４５０Ｊ／（Ｋ・ｍ２）以上のものとなっている。そして、この熱回収ベルト９１は、定着ユニット８０の下流側の熱回収部ＨＣで用紙Ｓと接触して用紙Ｓの熱を回収し、そのまま循環移動した後、定着ユニット８０の上流側の熱伝達部ＨＴで用紙Ｓと接触し、回収した熱を用紙Ｓへ伝達するようになっている。
【００２９】
本実施の形態における熱回収ベルト９１としては、用紙Ｓからの熱回収及び用紙Ｓへの熱伝達を行う上で、その熱容量を適宜選択する必要がある。
すなわち、熱回収ベルト９１の熱容量が小さすぎると、熱回収ベルト９１自体の温度の立ち上がりは速くなるが、用紙Ｓから熱を回収しても、後続の用紙Ｓへの熱伝達を行うまでに回収した熱が消散し易く、また、定着前の用紙Ｓへ熱伝達を行う際にも十分用紙Ｓを加熱することができないこともあり、有効な熱伝達を行うことが困難となる。
また、反対に熱回収ベルト９１の熱容量が大きすぎると、熱回収ベルト９１の温度の立ち上がりは遅くなり、安定するまでの時間が必要となる。そのため、定着前の用紙Ｓへの有効な熱伝達を行うまでには時間がかかり、例えば数枚程度のプリントを繰り返すような使用形態では定着前の用紙Ｓに予備加熱を加えることが有効に行えない。
よって、熱回収ベルト９１で有効に熱回収／熱伝達を行うには、使用する用紙Ｓ程度の熱容量（単位面積当たり）から数倍程度の熱容量までが好ましい。そのため、熱回収ベルト９１としては、図５に示す構成に限られず、１００〜１２０℃程度の耐熱性を有し、熱容量が４５０Ｊ／（Ｋ・ｍ２）以上の材料であれば、特に限定されず、例えばＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）のような耐熱性樹脂で厚さ２００μｍのベルトを適用したり、シリコーンゴム単層の厚さ２００μｍのものを適用するようにしてもよい。
【００３０】
また、ベルトユニット９０のうち、熱回収ベルト９１を張架する張架ロール９２は、図６の平面図及び図７の断面図に示すように、肉厚の薄いステンレス（ＳＵＳ）パイプ９２１上を表面が凹凸形状をしたウレタン樹脂やシリコーン樹脂等の発泡体よりなる発泡層９２２で覆ったもので、発泡層９２２の凹部９２２ａと凸部９２２ｂとは、張架ロール９２の軸に直交する方向に形成されている。尚、図６中、符号９２ａ，９２ｂは、張架ロール９２の両端に設けられた回転軸である。
本実施の形態では、張架ロール９２の表面を発泡層９２２で覆い、更に、発泡層９２２の表面を凹凸形状としたことで、熱回収ベルト９１と張架ロール９２との接触域では熱回収ベルト９１の熱が張架ロール９２側に吸収されることを少なくしている。また、肉厚の薄いＳＵＳパイプ９２１を使用することで、張架ロール９２自体の熱容量を小さくすることができ、熱伝導等で張架ロール９２の温度が上昇しても、速く飽和することができ、張架ロール９２での余分な熱の吸収が少なくなるようになっている。
そのため、熱回収ベルト９１での熱回収／熱伝達を一層効率的に行うことができるようになっている。
尚、本実施の形態では、発泡層９２２を段差のある形状としたが、熱回収ベルト９１を循環可能にできる形状であれば特に限定されない。また、ＳＵＳパイプ９２１の肉厚を薄くすることで、張架ロール９２の熱容量が小さくなり、熱回収ベルト９１から張架ロール９２への吸熱も一層減り、熱回収ベルト９１による熱効率を更に向上させることができるようになる。
【００３１】
また、本実施の形態では、図３に示すように、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣの入口部分の張架ロール９２に対向して、熱回収ベルト９１と離間した位置に例えばコロトロン等からなる静電吸着装置としてのコロナ帯電器９３，９４が配設されている。
この２個のコロナ帯電器９３，９４は、夫々図示外の電源により、熱回収ベルト９１の帯電電位が熱伝達部ＨＴではプラス側（トナーの帯電電荷と異なる極性）、熱回収部ＨＣではマイナス側になるようにしている。すなわち、用紙Ｓが定着ユニット８０に入る前は熱回収ベルト９１がトナーを引きつける方向に作用することから、トナー画像の乱れを抑えることができ、定着後は逆極性とすることで、熱回収ベルト９１自体に不要なチャージアップを来すことがないようになっている。
尚、コロナ帯電器９３，９４と対向する張架ロール９２は、コロナ帯電器９３，９４の対向電極を構成することから、張架ロール９２の発泡層９２２の厚さ等は適宜選定され、熱回収ベルト９１の帯電が十分なされ、用紙Ｓが効果的に熱回収ベルト９１に吸着されるようになっている。
更に、本実施の形態では、コロナ帯電器９３，９４への電圧印加は、熱回収ベルト９１が駆動される時間内に限って行われるようになっているため、熱回収ベルト９１の一部がチャージアップすることもない。
【００３２】
更にまた、本実施の形態では、ベルトユニット９０の駆動は、定着装置７０を小型化するために、図８に示すような駆動機構となっている。
同図において、駆動モータ１１１の回転軸に装着された駆動ギア１１２に噛合した中間ギア１１３と、定着ユニット８０の加熱ロール８６に装着されたロールギア１１６が噛合するように配設されている。また、中間ギア１１３からギア１１４を介して張架ロール９２のロールギア１１５が回転するように各ギアが噛合している。
したがって、本実施の形態では、駆動モータ１１１の回転によって、定着ユニット８０の加熱ロール８６と熱回収ベルト９１の張架ロール９２とが共に駆動回転されるようになっていることから、加熱ロール８６と熱回収ベルト９１との回転又は移動が同期を持って行われるようになる。尚、図８では、駆動される張架ロール９２は熱回収部ＨＣの入口のものとしたがこれに限るものではなく、他の張架ロール９２であっても差し支えない。また、図中の定着ユニット８０の加熱ロール８６側の断熱カバーは省略している。
【００３３】
また、本実施の形態では、ベルトユニット９０の上部には、ベルトユニット９０からの放熱を防ぐために、図９に示すような遮熱フード１００が設けられている。この遮熱フード１００は、ベルトユニット９０を覆うように設けられ、ベルトユニット９０の張架ロール９２の両端部を回転可能に支持する２枚の支持プレート１０１（１０１ａ，１０１ｂ）と、ベルトユニット９０を上部から覆う２枚の天板１０２，１０３とで構成されている。これらの遮熱フード１００は、いずれもポリカーボネート樹脂で作製され、熱回収ベルト９１等からの熱の伝導、対流、輻射を抑え、熱回収ベルト９１の熱が十分維持されるようになっている。
【００３４】
本実施の形態において支持プレート１０１をポリカーボネート樹脂等の非金属材料で構成できる理由は、ベルトユニット９０が定着ユニット８０と独立して構成でき、ベルトユニット９０側では定着ユニット８０のように高圧力システムを必要としないからである。すなわち、支持プレート１０１として張架ロール９２を支持するには、熱回収ベルト９１の約３０Ｎ（３ｋｇｆ）程度のベルトテンションを支えられればよいことによる。
【００３５】
更に、本実施の形態においては、図２に示すように、給紙トレイ５１〜５３は、画像形成装置の上方と下方に分かれて設けられ、上方に設けた給紙トレイ５１に頻度の高い用紙を適用させるようにすれば、給紙トレイ５１への用紙補給時に、ユーザーが楽な姿勢で対応できるようになる。更に、本実施の形態においては、排紙トレイ５５を給紙トレイ５１の上方に設けているので、排紙トレイ５５に排紙された用紙を回収する際にもユーザーが楽な姿勢で対応できるようになっている。尚、図中、符号５４は、画像形成装置の側方に設けた手差し用紙が投入可能な手差しトレイである。
【００３６】
更にまた、本実施の形態での用紙搬送経路は、次のように構成されている。給紙トレイ５１から略鉛直下方に延びる第１搬送路６１と、給紙トレイ５２，５３から上方に延びる第２搬送路６２と、手差しトレイ５４から延びる第３搬送路６３とがあり、これらの搬送路は二次転写部位で合流し、主搬送路６４へと繋がり、排紙トレイ５５まで延びている。
また、この主搬送路６４の途中から、用紙を反転して二次転写部位に戻す反転搬送路６５が繋がっている。そして、これらの搬送路には、多数の搬送ロールが設置され、用紙の搬送が確実になされるようになっている。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な画像形成プロセスについて、図２を基に説明する。今、原稿読取装置１０にて読み取られた各色成分画像（イエロ、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像データが各画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）の露光装置２３に送出されると、各画像形成ユニット２０の感光体ドラム２１上には各色成分毎の静電潜像が形成されると共に、対応する色トナーが収容された現像装置２４にて静電潜像が顕像化され、感光体ドラム２１上に各色未定着トナー像が形成される。
そして、各色成分の未定着トナー像は、各感光体ドラム２１と中間転写ベルト３０とが接する一次転写部位において、一次転写装置２５によって中間転写ベルト３０上に順次一次転写され、重ね合わせられる。
【００３８】
このようにして中間転写ベルト３０に一次転写された未定着トナー像は、中間転写ベルト３０の回転に伴って、第１搬送路６１、第２搬送路６２及び第３搬送路６３の合流点である二次転写部位へと搬送される。
二次転写部位では、二次転写装置３１と張架ロール３２との間に印加された図示外の転写バイアスにより、例えば給紙トレイ５１等から搬送された用紙上に、前記中間転写ベルト３０上の未定着トナー像が一括転写される。用紙上に一括転写された未定着トナー像は、定着装置７０にて定着された後、主搬送路６４を通って排紙トレイ５５へと排出される。
【００３９】
このような画像形成プロセスにおける定着装置７０の作動について、図３を中心に詳細に説明する。
二次転写され未定着トナー像が転写された用紙Ｓは、熱伝達部ＨＴに設けられたコロナ帯電器９３によって帯電された熱回収ベルト９１の位置まで到達すると、熱回収ベルト９１側へ吸着される。本実施の形態では、用紙Ｓの鉛直下方側に未定着トナー像が転写されていることから、熱回収ベルト９１側へ用紙Ｓが吸着されても、特にトナー像を劣化させることもない。
そして、定着ユニット８０に達する前に、用紙Ｓの腰を利用したり、剥離爪等を使用して熱回収ベルト９１から用紙Ｓを剥離するようにして、定着ユニット８０側へ向かわせ、定着ユニット８０中の加圧ロール８１と加熱ロール８６とのニップ域を通過させることで、用紙Ｓ上の未定着トナー像は定着される。定着を終えた用紙Ｓは、熱回収部ＨＣに設けられたコロナ帯電器９４によって帯電された熱回収ベルト９１に再度吸着され、そのまま搬送される。そして、用紙Ｓの腰を利用したり、剥離爪等を使用して熱回収ベルト９１から剥離され、定着装置７０以降の工程に搬送される。
このとき、加熱ロール８６と熱回収ベルト９１とは同期して回転又は移動するようになっていることから、熱回収ベルト９１の移動速度と定着ユニット８０の加圧ロール８１と加熱ロール８６とのニップ域での用紙速度は同じになるようになっているため、用紙Ｓの搬送性に特に支障はない。
【００４０】
このような定着装置７０にあって、定着ユニット８０から排出された用紙Ｓは、加熱ロール８６による加熱を受け、温度が高くなっている（通常、定着時には使用するトナーの融点以上になるため、定着ユニット８０から排出された直後もほぼ同様の温度を保っている）が、定着ユニット８０の下流側の熱回収部ＨＣでは、用紙Ｓが熱回収ベルト９１と接することで用紙Ｓの熱が熱回収ベルト９１側へ熱伝導を行い、熱回収ベルト９１の温度を上昇させる。このとき、熱回収ベルト９１として、単位面積当たりの熱容量が４５０Ｊ／（Ｋ・ｍ２）以上のベルトを使用していることから、熱回収ベルト９１の熱容量はある程度小さくでき、その温度上昇速度（熱回収による）を速くすることができる。また、このとき、用紙Ｓの片側は大気にさらされているため、用紙Ｓの熱は熱抵抗の小さい熱回収ベルト９１側へ有効に伝達され、熱回収される。
更に、熱回収部ＨＣで熱回収を終えた熱回収ベルト９１は、そのまま循環経路を循環して定着ユニット８０の上流側の熱伝達部ＨＴで次に搬送される用紙Ｓと接触し、熱回収部ＨＣで事前に回収した熱を用紙Ｓに伝達し、予備加熱するようになる。
【００４１】
すなわち、本実施の形態では、図５に示す単位面積当たりの熱容量が４５０Ｊ／（Ｋ・ｍ２）以上の熱回収ベルト９１を使用することで、用紙Ｓに対する熱回収及び熱伝達が可能な熱回収ベルト９１を実現している。更に、この熱回収ベルト９１を支持する張架ロール９２として、発泡層９２２を備えた張架ロール９２（例えば図６参照）を使用することで、熱回収ベルト９１が接触する張架ロール９２への吸熱（張架ロール９２側に熱を取られ、熱回収ベルト９１の温度が余分に低下する）を抑えている。
したがって、本実施の形態においては、熱回収部ＨＣで熱回収を終えた熱回収ベルト９１は、そのまま循環経路を循環して定着ユニット８０の上流側の熱伝達部ＨＴで次に搬送される用紙Ｓと接触し、熱回収部ＨＣで事前に回収した熱を用紙Ｓに伝達し、効果的な予備加熱が行われるようになる。
【００４２】
また、コロナ帯電器９３，９４に印加する極性や印加タイミングを考慮したので、熱回収ベルト９１での不要なチャージアップを抑えることができ、長期的にも安定した用紙Ｓの吸着性能が確保され、効果的な予備加熱を行うことが可能になる。また、用紙Ｓを熱回収ベルト９１へ吸着して搬送するため、定着ユニット８０突入時の用紙Ｓの姿勢を安定させることができ、定着前の用紙のスキューや波打ち等による定着ユニット８０での紙しわを防止することも可能になる。
【００４３】
更に、本実施の形態では、熱回収ベルト９１を張架する張架ロール９２の断熱性を考慮し、遮熱フード１００も設けたので、一層有効に熱の回収並びに伝達が行えるようになる。尚、遮熱フード１００はポリカーボネート樹脂に限らず、耐熱性及び遮熱性が得られれば、他の樹脂材料でもよい。
このように、熱回収ベルト９１表面からの輻射熱や対流による熱放散を抑えるために、遮熱フード１００を設けることで、熱効率が上昇するようになる。更に、この遮熱フード１００によって、待機時の定着ユニット８０の熱をベルトユニット９０側に取り込み、維持する効果もあり、通紙開始当初からの高い熱回収／伝達性能が得易いという効果もある。
【００４４】
このように、本実施の形態では、有効に定着前の用紙Ｓを予備加熱することができるため、定着時の熱エネルギーを小さくでき、省電力化に適した画像形成装置を実現できるようになる。
また、本実施の形態のように定着時に用紙の下面に未定着トナー像が形成される方式では、特に、定着ユニット８０からの熱を有効にベルトユニット９０側に補足し、蓄熱し易いという利点もある。
【００４５】
尚、本実施の形態では、定着ユニット８０の下流側の熱回収部ＨＣと上流側の熱伝達部ＨＴでの用紙Ｓとの接触時間をほぼ同等としたが、熱回収ベルト９１と用紙Ｓとの温度差や装置構成の都合等により、熱回収部ＨＣと熱伝達部ＨＴでの用紙Ｓとの接触時間を変えるようにしてもよい。
【００４６】
また、図１０は、上述した実施の形態で使用した張架ロール９２（例えば図６参照）と形状のみが異なる張架ロール９２であり、断熱層としての発泡層９２２の表面形状（凹凸形状）を同図のように加工したものである。
この張架ロール９２は、ロール軸に対し斜めに凸部９２２ｂを設けたもので、凸部９２２ｂが図の矢印Ａ方向に回転するように回転軸９２ａ，９２ｂをセットするようにすれば、張架ロール９２が回転する際、熱回収ベルト９１（例えば図３参照）を絶えずベルトの外側（ベルトの移動方向と直交する方向）に向かって張る方向に力を作用させることができ、熱回収ベルト９１の循環姿勢を一層安定させることができる。
このとき、上述した実施の形態と同様の発泡層９２２が形成されているため、この例によっても、熱回収ベルト９１からの吸熱を抑えることができ、省電力化に適した画像形成装置が可能になる。
【００４７】
◎実施の形態２
図１１は、本発明に係る画像形成装置に用いられる定着装置７０の実施の形態２を示す。本実施の形態に係る画像形成装置の基本的構成は実施の形態１と同様のため省略し、定着装置７０のみを示す。また、本実施の形態の定着装置７０は実施の形態１の定着装置と略同様に構成されるが、実施の形態１の定着装置７０で使用した静電吸着装置としてのコロナ帯電器の代わりに、帯電部材を用いた点が実施の形態１と異なる。尚、実施の形態１と同様な構成要素については実施の形態１と同様の符号を付してここではその詳細な説明は省略する。
【００４８】
本実施の形態における定着装置７０は、熱伝達部ＨＴの入口にある張架ロール９２を帯電部材としている。そのため、この張架ロール９２には、張架ロール９２をプラス側とするバイアス電源９５が接続されている。
また、熱回収部ＨＣの入口で定着ユニット８０の下流直後には、熱回収ベルト９１の外側にバイアス電源９７が接続された板状帯電器９６が熱回収ベルト９１に軽く接触するようにして配設されている。この板状帯電器９６は、板状帯電器９６側がプラス側になるようにバイアス電源９７が接続されている。尚、板状帯電器９６としては、金属等の導電性部材によって構成され、定着後の用紙Ｓのトナーをオフセットさせないように、その表面にはフッ素系樹脂等の高離型性コート層が施されている。
【００４９】
本実施の形態では、熱伝達部ＨＴの入口にある張架ロール９２にバイアス電源９５を接続したことで、熱回収ベルト９１側をプラスとし、マイナストナーが転写された用紙Ｓを熱回収ベルト９１側に吸着させることができる。
一方、熱回収部ＨＣでは、板状帯電器９６によって熱回収ベルト９１が熱伝達部ＨＴと異なる極性になるように帯電される。そして、定着ユニット８０を通過した用紙Ｓは、そのまま熱回収部ＨＣで熱回収ベルト９１に再吸着される。尚、このとき、熱回収部ＨＣの入口にある張架ロール９２を接地することで、熱回収ベルト９１の帯電が安定するようになっている。
【００５０】
そのため、熱回収ベルト９１と用紙Ｓとの密着は、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣの双方共に確保された状態で熱回収並びに熱伝達を行うことができ、実施の形態１と同様の効果を奏する。また、本実施の形態においても、熱伝達部ＨＴと熱回収部ＨＣで熱回収ベルト９１には異なる極性が付与されることから、熱回収ベルト９１の一部で不要なチャージアップを起こすことを防いでいる。
また、本実施の形態では、特に熱回収ベルト９１の周りに構成物が少なくて済むことから、特に小型化が可能になる。更に、これにより、紙詰まり等のジャムに際して用紙の除去を行うことも容易となる利点もある。
【実施例】
【００５１】
◎実施例１
本実施例は、実施の形態１と同等の構成にて、熱回収ベルトの熱容量によって用紙からの熱回収効率がどう変化するかを確認したものである。ただし、遮熱フードは使用していない。
このときの各種条件は、次のようにした。
熱回収ベルトは、図５に示すように、７５μｍのポリイミド樹脂基材の上にシリコーンゴム層を積層し、このシリコーンゴム層の厚さを変化させることで、単位面積当たりの熱容量を変化させた。
また、張架ロールは、外径１３ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのＳＵＳパイプ表面に厚さ３ｍｍの硬質ウレタンフォーム（熱伝導率０．０１〜０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ））を被覆したものを使用した。尚、本実施例では、簡略化のため張架ロールの発泡層表面は凹凸形状とせず、平坦な形状の発泡層を被覆した構造とした。
このような条件下で、定着ユニットの加熱ロールの表面温度を１６０℃に維持し、用紙として、Ａ４判、富士ゼロックス（株）製Ｃ２紙（坪量７０ｇｓｍ）を横送り（ＬＥＦ）で給紙し、毎分３０枚のプリント（定着ユニットでの用紙送り速度は２１０ｍｍ／ｓ）を行った。
【００５２】
結果は、図１２に示すように、ベルトの熱容量が４５０Ｊ／（Ｋ・ｍ２）までは熱容量の増加に比例して熱回収効率も増加し、４５０Ｊ／（Ｋ・ｍ２）を超えると熱回収効率が約２０％で安定する（一定になる）傾向が確認された。また、この傾向は８５０Ｊ／（Ｋ・ｍ２）までは同じであることが確認された。
ここで、熱回収効率としては、熱回収を行わなかったときの連続通紙による定着に要する消費電力に対し、熱回収を行った場合の消費電力の低減割合を表しており、図１２では、熱回収を行った場合の連続通紙後１分での測定結果（点線で表す）と２分での測定結果（実線で表す）を記している。
【００５３】
通常、用紙と熱回収ベルトとの熱交換時間は用紙の熱容量で決まり、普通紙の場合０．５秒以下で平衡に達する。そのため、本実施例では、定着ユニット前後の用紙と熱回収ベルトとの接触時間を同じ０．５秒に設定したが、熱回収ベルトと用紙との温度差や装置構成の都合等により、定着ユニット前後での熱回収ベルトと用紙との接触時間を異なるようにしてもよいことは明らかである。
【００５４】
次に、単位面積当たりの熱容量を６００Ｊ／（Ｋ・ｍ２）とした熱回収ベルト（総厚２００μｍ）を用いて連続通紙を行ったところ、定着ユニットの積算電力としては、図１３に示すような結果が得られた。
この結果では、連続通紙時間（Ｒｕｎ時間で表記）が経過すると、ほぼ比例して積算電力も増加している（図中実線で示す）。ここで、図中破線で示すデータは、本実施例の比較例として、熱回収を行わない場合の結果であり、熱回収を行った本実施例と比較すると、時間経過に伴って徐々に積算電力の値の差が大きくなっている。
【００５５】
以上のことから、本願の熱回収ベルトを使用すると、熱回収効率は殆ど変わらないが、時間が経つに連れて定着ユニットでの電力低減量が大きくなることを示している。これにより、本願の有効性が理解される。
【００５６】
◎実施例２
本実施例は、実施例１と同様の評価を行ったものであり、このとき、定着装置の上部には遮熱フードを設け、この遮熱フードの効果を確認しようとしたものである。
本実施例では、熱回収ベルトの単位面積当たりの熱容量を６００Ｊ／（Ｋ・ｍ２）のベルトとし（総厚２００μｍ）、遮熱フードはポリカーボネート樹脂製とした。
このような条件下で、定着ユニットの加熱ロールの表面温度を１６０℃に維持し、用紙として、Ａ４判、富士ゼロックス（株）製Ｃ２紙（坪量７０ｇｓｍ）を横送り（ＬＥＦ）で給紙し、毎分３０枚のプリント（定着ユニットでの用紙送り速度は２１０ｍｍ／ｓ）を行った。
結果は、熱回収効率として約２５％（２分値）が得られた。
このことを図１２の結果と比較すると、遮熱フードの効果が約４ポイントの効率アップに繋がることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る定着装置の概要を示す説明図である。
【図２】実施の形態１に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。
【図３】実施の形態１の定着装置を示す説明図である。
【図４】実施の形態１の定着装置内の定着ユニットを示す説明図である。
【図５】実施の形態１の定着装置の熱回収ベルトを示す説明図である。
【図６】実施の形態１の定着装置の張架ロールの概観を示す説明図である。
【図７】実施の形態１の張架ロールの断面を示す説明図である。
【図８】実施の形態１の定着装置の駆動機構を示す説明図である。
【図９】実施の形態１の遮熱フードを示す説明図である。
【図１０】実施の形態１の張架ロールの変形例を示す説明図である。
【図１１】実施の形態２に係る定着装置の概要を示す説明図である。
【図１２】実施例１の熱回収効率を示す説明図である。
【図１３】実施例１の積算電力を示す説明図である。
【図１４】従来のヒートパイプを用いた定着装置を示す説明図である。
【図１５】従来の熱伝達ベルトを用いた定着装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…定着ユニット，２…熱回収伝達ユニット，３…ベルト部材，４…張架部材，４ａ…断熱層，５…記録材，ＨＣ…熱回収部，ＨＴ…熱伝達部
【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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【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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