(57)【要約】【課題】現像剤担持体のチャージアップ現象を抑制して、トナー画像のトナー濃度を所定の範囲内に維持することが可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置１０は、トナー担持体４６上の滞留電荷を除去するリフレッシュ動作を行う制御部６０を含む。制御部６０は、リフレッシュ動作を行うに当たり、まず、現像装置４０を制御して、像担持体１２５上に所定の画像パターンを所定の期間にわたって形成させ、次に、トナー濃度センサ８０が検出した画像パターンのトナー濃度に基づき、所定の期間にわたるトナー濃度の経時的変化量を得て、そして、経時的変化量に基づいてリフレッシュ動作の開始タイミングを決定する。【選択図】図８
2011150184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー画像が形成される像担持体と、
トナーおよびキャリアを含む現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体から前記トナーのみを受け取って担持し、該トナーを前記像担持体に供給することにより、該像担持体上に前記トナー画像を形成するトナー担持体とを有する現像装置と、
前記像担持体上に形成された前記トナー画像のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、
前記現像剤担持体および前記トナー担持体のそれぞれに所定のバイアスを印加するバイアス印加手段と、
前記現像装置および前記バイアス印加手段を制御するものであって、前記トナー担持体が前記像担持体上に前記トナー画像を形成していない非画像形成時において、前記バイアス印加手段を制御して、前記現像剤担持体が前記トナー担持体から前記トナーを回収することができるように前記現像剤担持体に印加される前記バイアスを第１バイアスに調整した後、前記トナー担持体が前記像担持体上に前記トナー画像を形成する画像形成時に印加される前記バイアスよりも低い値の第２バイアスを前記トナー担持体に印加することにより、前記トナー担持体上の滞留電荷を除去するリフレッシュ動作を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記リフレッシュ動作を行うに当たり、まず、前記現像装置を制御して、前記像担持体上に所定の画像パターンを所定の期間にわたって形成させ、次に、前記トナー濃度センサが検出した前記画像パターンのトナー濃度に基づき、前記所定の期間にわたる前記トナー濃度の経時的変化量を得て、そして、前記経時的変化量に基づいて前記リフレッシュ動作の開始タイミングを決定する画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記制御部は、前記経時的変化量に基づき、前記画像パターンの前記トナー濃度が所定の濃度範囲から逸脱するまでに要する期間を推定し、その推定期間が終了する前に前記リフレッシュ動作が行われるように前記開始タイミングの決定を行う画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像形成装置において、さらに、温度および湿度を検出する温湿度センサを備え、
前記制御部は、前記温湿度センサによる検出結果に基づき、前回のリフレッシュ動作を行ってから前記温度および前記湿度のうちの少なくとも一方が所定範囲を超えて変化していると判断した場合、前記リフレッシュ動作の前記開始タイミングの決定を再び行う画像形成装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像形成装置において、前記制御部は、前記温度および前記湿度のうちの少なくとも一方が低下するにつれて前記リフレッシュ動作の前記開始タイミングを早くする一方で、前記温度および前記湿度のうちの少なくとも一方が高くなるにつれて前記リフレッシュ動作の前記開始タイミングを遅らせる画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用して画像形成を行う画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複合機等の画像形成装置は、像担持体、例えば感光体ドラムのドラム表面上に形成された静電潜像に、現像装置によりトナーを供給してトナー画像を形成し、そのトナー画像を定着部により用紙上に定着させる。
【０００３】
画像形成装置として、所謂ハイブリッド現像方式を採用したものが知られている。この種の画像形成装置は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１のハイブリッド現像方式の現像装置は、２成分現像方式と１成分現像方式とを組み合わせたものであって、感光体ドラムに対向配置された現像ローラ（トナー担持体）と、現像ローラに対向配置された磁気ローラ（現像剤担持体）とを含む。磁気ローラ上には、非磁性体のトナーおよび磁性体のキャリアを含む現像剤からなる磁気ブラシ層が形成され、磁気ブラシ層からトナーのみが現像ローラに供給される。そして、現像ローラは、トナーを感光体ドラムに非接触で供給して感光体ドラム上の静電潜像を可視像化する。現像に用いられなかったトナーは磁気ブラシ層によって回収される。
【０００４】
特許文献１では、現像ローラを構成するアルミニウム素管の周面に、アルマイトのコーティング層を形成しているので、現像性の向上のために、例えば、現像ローラと感光体ドラムとの間の隙間を狭くしたり、現像ローラに印加される現像バイアスの交流成分の値を大きくしたりしても、現像ローラと感光体ドラムとの間で印加電圧のリークが発生することが抑制される。
【０００５】
また、特許文献２には、現像ローラの周面にウレタン樹脂等のコーティング層を形成した技術が開示されている。トナーのエージングに伴ってその表面電荷が大きくなり、トナーが現像ローラの周面上に滞留すると、所謂チャージアップ現象が発生し、トナーが現像ローラの周面に固着しやすくなるが、ウレタン樹脂等のコーティング層によってトナー固着が抑制されている。なお、近年の高画質化や高精細化を図るために小粒径のトナーを用いると、トナー固着が顕著になる。
【０００６】
また、特許文献２では、現像ローラのコーティング層中にカーボンブラック等の抵抗調整剤を分散させることにより、現像ローラ周面の体積抵抗値や表面抵抗値を調整して、現像ローラと感光体ドラム間での印加電圧のリーク発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３１８０９２号公報
【特許文献２】特開平１１−２４９４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年の画像形成装置は、現像動作のさらなる高速化が要求されている。その手段として、現像バイアスの交流成分をさらに大きな値で現像ローラに印加することにより、現像ローラと感光体ドラムとの間の現像ニップ領域を広げることが考えられる。現像動作の高速化に伴う現像ローラと感光体ドラムとの間の現像ニップ時間の減少分を補うためである。そのため、現像ローラの周面は表面抵抗値の高い構造とするのが望ましい。
【０００９】
特許文献１に開示されているように、現像ローラの周面に、アルマイトのコーティング層を単に形成したり、また、特許文献２に開示されているように、ウレタン樹脂のコーティング層中に抵抗調整剤を分散させて表面抵抗値を単に高くしたりするだけでは、連続印字時に、現像ローラ周面に電荷が溜まり、チャージアップ現象が発生しやすくなる。チャージアップ現象により、ベタ画像の濃度が印字枚数の増加に伴って徐々に低くなる。これは、磁気ローラと現像ローラとの間の電位差が小さくなるにつれて、所望量のトナーが現像ローラに供給され難くなるからである。一方、ハーフ画像の濃度は、印字枚数の増加に伴って徐々に高くなる。これは、現像ローラと感光体ドラムとの間の電位差が大きくなるにつれて、トナーが感光体ドラムに過剰に供給されるからである。
【００１０】
そこで、本発明は、上記事情に鑑み、現像剤担持体のチャージアップ現象を抑制して、トナー画像のトナー濃度を所定の範囲内に維持することが可能な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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、トナー画像が形成される像担持体と、トナーおよびキャリアを含む現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体から前記トナーのみを受け取って担持し、該トナーを前記像担持体に供給することにより、該像担持体上に前記トナー画像を形成するトナー担持体とを有する現像装置と、前記像担持体上に形成された前記トナー画像のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、前記現像剤担持体および前記トナー担持体のそれぞれに所定のバイアスを印加するバイアス印加手段と、前記現像装置および前記バイアス印加手段を制御するものであって、前記トナー担持体が前記像担持体上に前記トナー画像を形成していない非画像形成時において、前記バイアス印加手段を制御して、前記現像剤担持体が前記トナー担持体から前記トナーを回収することができるように前記現像剤担持体に印加される前記バイアスを第１バイアスに調整した後、前記トナー担持体が前記像担持体上に前記トナー画像を形成する画像形成時に印加される前記バイアスよりも低い値の第２バイアスを前記トナー担持体に印加することにより、前記トナー担持体上の滞留電荷を除去するリフレッシュ動作を行う制御部とを含む。前記制御部は、前記リフレッシュ動作を行うに当たり、まず、前記現像装置を制御して、前記像担持体上に所定の画像パターンを所定の期間にわたって形成させ、次に、前記トナー濃度センサが検出した前記画像パターンのトナー濃度に基づき、前記所定の期間にわたる前記トナー濃度の経時的変化量を得て、そして、前記経時的変化量に基づいて前記リフレッシュ動作の開始タイミングを決定する。
【００１２】
本発明に係る画像形成装置によれば、制御部は、リフレッシュ動作を行うに当たり、現像装置を制御して像担持体上に所定の画像パターンを所定の期間にわたって形成した後、トナー濃度センサの検出により、画像パターンのトナー濃度が経時的に変化する量、言い換えれば、トナー担持体上において経時的に変化するトナーの電荷量を知ることができる。そして、制御部は、トナーの電荷量の経時的変化に基づいてリフレッシュ動作の開始タイミングを決定するので、トナー担持体上に電荷が滞留することに起因して発生するチャージアップ現象を抑制することができる。これにより、像担持体上に形成されるトナー画像のトナー濃度は、所定の範囲内に維持される。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態では、前記制御部は、前記経時的変化量に基づき、前記画像パターンの前記トナー濃度が所定の濃度範囲から逸脱するまでに要する期間を推定し、その推定期間が終了する前に前記リフレッシュ動作が行われるように前記開始タイミングの決定を行う。
【００１４】
上記構成によれば、制御部は、所定の画像パターンのトナー濃度が所定の濃度範囲から逸脱するまでに要する期間を推定する、言い換えれば、トナー担持体上に電荷が滞留してチャージアップ現象が発生するまでの期間を推定する。そして、制御部は、その推定期間が終了する前にリフレッシュ動作が行われるように開始タイミングの決定を行うことにより、チャージアップ現象を抑制している。
【００１５】
本発明の他の好ましい実施形態では、画像形成装置は、さらに、温度および湿度を検出する温湿度センサを含み、前記制御部は、前記温湿度センサによる検出結果に基づき、前回のリフレッシュ動作を行ってから前記温度および前記湿度のうちの少なくとも一方が所定範囲を超えて変化していると判断した場合、前記リフレッシュ動作の前記開始タイミングの決定を再び行う。
【００１６】
トナー担持体上における電荷の滞留の度合いは、温度および湿度の変化に伴って変動するので、温度および湿度の変化に対応してリフレッシュ動作の開始タイミングを決定する必要がある。本発明に係る画像形成装置では、温度および湿度を検出することが可能な温湿度センサをさらに設け、かつ、前回のリフレッシュ動作を行ってから温度および湿度のうちの少なくとも一方が所定範囲を超えて変化した場合にリフレッシュ動作の開始タイミングの決定を再び行うように制御部を構成することで、温度および湿度の変化に伴って電荷の滞留の度合いが変化した場合であっても、チャージアップ現象を抑制している。
【００１７】
本発明のさらに他の好ましい実施形態では、前記制御部は、前記温度および前記湿度のうちの少なくとも一方が低下するにつれて前記リフレッシュ動作の前記開始タイミングを早くする一方で、前記温度および前記湿度のうちの少なくとも一方が高くなるにつれて前記リフレッシュ動作の前記開始タイミングを遅らせる。
【００１８】
チャージアップ現象は、温度や湿度が低下するにつれて発生しやすくなり、温度や湿度が高くなると発生し難くなる。そこで、本発明に係る画像形成装置では、温度および湿度のうちの少なくとも一方が低下するにつれてリフレッシュ動作の開始タイミングが早くなる一方で、温度および湿度のうちの少なくとも一方が高くなるにつれてリフレッシュ動作の開始タイミングが遅くなるように制御部を構成することで、チャージアップ現象を抑制している。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る画像形成装置によれば、現像剤担持体のチャージアップ現象を抑制して、トナー画像のトナー濃度を所定の範囲内に維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の内部構造を示す断面図である。
【図２】画像形成装置において用いられている現像装置の内部構造を概略的に示す断面図である。
【図３】現像装置の磁気ローラおよび現像ローラに印加される電圧の系統を示す図である。
【図４】カーボン添加率を異ならせた２つの現像スリーブが示す表面抵抗値およびリーク発生電圧を示す図である。
【図５】異なる表面抵抗値を有する現像スリーブを用いて同一環境下で連続印字を行った場合のトナー濃度の変化を示す図である。
【図６】所定の表面抵抗値を有する現像スリーブを用いて異なる環境下で連続印字を行った場合のトナー濃度の変化を示す図である。
【図７】中間転写ベルト上に形成されるパッチパターンを示す図である。
【図８】バイアス制御部のブロック図である。
【図９】バイアス制御部のリフレッシュ動作部によるリフレッシュ動作のタイミングチャートである。
【図１０】バイアス制御部の環境比較部が用いる温湿度テーブルを示す図である。
【図１１】トナー濃度センサによるセンサ出力値とトナー濃度との関係を示す図である。
【図１２】トナー濃度センサによるセンサ出力値と、パッチパターンの各パッチのトナー濃度とを対数曲線近似させた図である。
【図１３】所定の表面抵抗値を有する現像スリーブを用いて連続印字を行い、所定枚数の印字が終了する度にリフレッシュ動作を行ったときのトナー濃度の変化を示す図である。
【図１４】バイアス制御部によるリフレッシュ動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の内部構造を概略的に示す。画像形成装置１０は、例えばタンデム式のカラープリンタであり、箱形を呈する装置本体１１を含む。装置本体１１は、内部に、コンピュータ等の外部機器から伝送された画像情報に基づき画像を形成する画像形成部１２と、画像形成部１２によって形成され、用紙Ｐに転写された画像に定着処理を施す定着部１３と、転写用の用紙Ｐを貯留する用紙貯留部１４とを含む。装置本体１１の上部には、定着処理後の用紙Ｐが排出される用紙排出部１５が設けられている。
【００２３】
画像形成部１２は、用紙貯留部１４から給紙された用紙Ｐにトナー画像を形成するものであって、本実施形態では、上流側（図１の紙面の右方）から下流側へ向けて順次配設された、マゼンタ色のトナーを用いるマゼンタ用ユニット１２Ｍと、シアン色のトナーを用いるシアン用ユニット１２Ｃと、イエロー色のトナーを用いるイエロー用ユニット１２Ｙと、ブラック色のトナーを用いるブラック用ユニット１２Ｋとを含む。
【００２４】
各ユニット１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｙ，１２Ｋは、感光体ドラム１２１および現像装置４０を含む。感光体ドラム１２１は、ドラム表面に静電潜像およびこの静電潜像に沿ったトナー像（可視像）を形成するものであって、図１において反時計方向に回転しつつ対応する現像装置４０からトナーの供給を受ける。各現像装置４０は、対応する感光体ドラム１２１のドラム表面上の静電潜像にトナーを供給してトナー画像を形成する。各現像装置１２１は図略のトナーカートリッジからトナーの補給を受ける。
【００２５】
各感光体ドラム１２１の直下位置には、帯電装置１２３が設けられていると共に、帯電装置１２３の下方位置には露光装置１２４が設けられている。各感光体ドラム１２１は、帯電装置１２３によってドラム表面が一様に帯電され、コンピュータ等から入力された画像データに基づく各色に対応したレーザー光が露光装置１２４から帯電後の感光体ドラム１２１のドラム表面に照射される。これにより、各感光体ドラム１２１のドラム表面に静電潜像が形成される。そして、静電潜像に現像装置４０からトナーが供給されると、感光体ドラム１２１のドラム表面にトナー画像が形成される。
【００２６】
感光体ドラム１２１の上方には、駆動ローラ１２５ａと従動ローラ１２５ｂとの間に張設された中間転写ベルト１２５（像担持体）が配設されている。中間転写ベルト１２５は、各感光体ドラム１２１に対応して設けられた転写ローラ１２６によって感光体ドラム１２１の周面に押し付けられた状態で、各感光体ドラム１２１と同期しながら駆動ローラ１２５ａと従動ローラ１２５ｂとの間を周回する。
【００２７】
駆動ローラ１２５ａと従動ローラ１２５ｂとの間であって、従動ローラ１２５ｂ側へ寄った位置にテンションローラ１２５ｃが設けられている。テンションローラ１２５ｃは、中間転写ベルト１２５に張力を与えるものであり、図略の付勢部材の付勢力で上方に付勢されている。
【００２８】
中間転写ベルト１２５の周回と共に、中間転写ベルト１２５の表面に対して、まず、マゼンタ用ユニット１２Ｍの感光体ドラム１２１によるマゼンタのトナー画像の一次転写が行なわれる。ついで、中間転写ベルト１２５におけるマゼンタトナー画像の転写位置に、シアン用ユニット１２Ｃの感光体ドラム１２１によるシアンのトナー画像の転写が重ね塗り状態で行なわれる。以下同様にして、イエロー用ユニット１２Ｙによるイエローのトナー画像の転写、およびブラック用ユニット１２Ｋによるブラックのトナー画像の転写が重ね塗り状態で行なわれる。これにより、中間転写ベルト１２５の表面にカラーのトナー画像が形成される。
【００２９】
各感光体ドラム１２１の図１における左方位置には、感光体ドラム１２１のドラム表面上の残留トナーを除去して清浄化するドラムクリーニング装置１２７が設けられている。ドラムクリーニング装置１２７によって清浄化処理された感光体ドラム１２１のドラム表面は、新たな帯電処理のために帯電装置１２３へ向かう。ドラムクリーニング装置１２７で感光体ドラム１２１のドラム表面から取り除かれた廃トナーは、所定の経路を通って図略のトナー回収ボトルに回収される。
【００３０】
画像形成部１２の図１における左方位置には、上下方向に延びる用紙搬送路１１１が形成されている。用紙搬送路１１１には、適所に搬送ローラ対１１２が設けられており、用紙貯留部１４からの用紙Ｐは、搬送ローラ対１１２の駆動で中間転写ベルト１２５へ向けて搬送される。また、用紙搬送路１１１には、駆動ローラ１２５ａと対向した位置で中間転写ベルト１２５の表面と当接した二次転写ローラ１１３が設けられている。二次転写ローラ１１３は中間転写ベルト１２５の表面との間で転写ニップ部を形成する。用紙Ｐは、転写ニップ部において中間転写ベルト１２５と二次転写ローラ１１３とに押圧挟持され、これにより、中間転写ベルト１２５上のトナー画像が用紙Ｐに二次転写される。
【００３１】
用紙貯留部１４は、装置本体１１の図１における右側壁に開閉自在に設けられた手差しトレイ１４１と、装置本体１１内における露光装置１２４より下方位置に挿脱可能に装着された用紙トレイ１４２とを含む。用紙トレイ１４２には複数枚の用紙Ｐが積層されてなる用紙束Ｐ１が貯留される。用紙トレイ１４２は、上方に開口した箱体で構成され、用紙束Ｐ１が貯留可能になっている。用紙トレイ１４２に貯留された用紙束Ｐ１の最上位の用紙Ｐは、ピックアップローラ１４３の駆動で用紙搬送路１１１へ向けて１枚ずつ繰り出される。用紙トレイ１４２から繰り出された用紙Ｐは、搬送ローラ対１１２の駆動で用紙搬送路１１１を通って前記転写ニップ部へ向けて搬送される。
【００３２】
定着部１３は、二次転写された用紙Ｐ上のトナー画像に対して定着処理を施す。定着部１３は、内部に加熱源である通電発熱体を有する加熱ローラ１３１と、加熱ローラ１３１と対向配置された定着ローラ１３２と、定着ローラ１３２および加熱ローラ１３１間に張設された定着ベルト１３３と、定着ベルト１３３を介して定着ローラ４０と対向配置された加圧ローラ１３４とを含む。定着部１３へ供給された用紙Ｐは、加圧ローラ１３４と高温の定着ベルト１３３との間を通過しながら定着ベルト１３３からの熱を得て定着処理が施される。
【００３３】
定着処理の完了したカラー印刷済みの用紙Ｐは、定着部１３の上部から延設された排紙搬送路１１４を通って用紙排出部１５の排紙トレイ１５１へ向けて排出される。
【００３４】
図２は、現像装置４０の内部構造を概略的に示す断面図である。現像装置４０は、該現像装置４０の内部空間を画定する現像容器４２を含む。現像装置４０は、前記内部空間内において、現像容器４２の底部分に形成された現像剤貯留部４１と、現像剤貯留部４１の上方に配置された磁気ローラ４５（現像剤担持体）と、磁気ローラ４５の斜め上方位置で磁気ローラ４５に対向配置された現像ローラ４６（トナー担持体）と、磁気ローラ４５に対向配置された現像剤規制ブレード５５とを含む。
【００３５】
現像剤貯留部４１は、非磁性体のトナーおよび磁性体のキャリアを含む現像剤を攪拌しつつ貯留することが可能とされたものであって、現像装置４０の長手方向に延びる２つの隣り合う現像剤貯留室４１ａ，４１ｂを有する。現像剤貯留室４１ａ，４１ｂは、現像容器４２に一体に形成された仕切り板５０によって長手方向において互いに仕切られているが、長手方向における両端部において互いに連通されている。また、各現像剤貯留室４１ａ，４１ｂには、回転により現像剤を攪拌するスクリューフィーダ４３，４４が回転可能に装着されている。スクリューフィーダ４３，４４は、回転方向が互いに逆方向に設定されているので、現像剤は、現像剤貯留室４１ａおよび現像剤貯留室４１ｂ間を攪拌されつつ搬送される。この攪拌により、非磁性体からなるトナーと磁性体からなるキャリアとが混合され、トナーが例えばプラスに帯電され、キャリアが例えばマイナスに帯電される。また、キャリアおよびトナー間の静電気力により、キャリアにトナーが付着する。
【００３６】
磁気ローラ４５は、現像装置４０の長手方向に延びるように配設され、回転可能な中空の磁気スリーブ４７と、磁気スリーブ４７を回転させる図略の回転軸とを含む。磁気スリーブ４７は、図２では時計回りに前記回転軸回りに回転しつつ、現像剤貯留部４１から現像剤を受け取って担持し、現像剤中のトナーのみを後述する現像ローラ４６に供給するものである。また、磁気スリーブ４７は非磁性材料から形成されている。
【００３７】
磁気スリーブ４７の内部空間には、該磁気スリーブ４７の軸方向に延びる磁石ロール５６が内蔵されている。磁石ロール５６は、支持軸５７に固定状態で支持されており、磁気スリーブ４７と共に回転しない。磁石ロール５６には、現像剤貯留部４１から現像剤を磁気スリーブ４７の周面４８上に汲み上げるための磁極を含む複数の磁極（図示せず）が形成されている。
【００３８】
磁気スリーブ４７の周面４８上に汲み上げられた現像剤は、現像剤層として磁気的に保持され、磁気スリーブ４７の回転に伴って現像剤規制ブレード５５に向けて搬送される。なお、磁気スリーブ４７、磁石ロール５６および支持軸５７は互いに同軸に設定されている。
【００３９】
現像剤規制ブレード５５は、磁気スリーブ４７の周面４８上の現像剤層の層厚を規制するものである。現像剤規制ブレード５５は、磁気スリーブ４７の長手方向に沿って延びる磁性材料からなる板部材であり、現像容器４２の所定の箇所に固定された支持部材５２に支持されている。また、現像剤規制ブレード５５は、磁気スリーブ４７の周面４８との間で所定の規制ギャップＧを形成する先端部５１を有する。
【００４０】
磁気スリーブ４７内の磁石ロール５６には、現像剤規制ブレード５５の先端部５１に対向する位置に磁極が形成されている。したがって、磁性材料から形成された現像剤規制ブレード５５は、前記磁極によって磁化され、現像剤規制ブレード５５の先端部５１と規制極５９との間に、つまり規制ギャップＧにおいて磁界が形成される。
【００４１】
現像ローラ４６は、磁気スリーブ４７に対して平行に延びるように配設され、図２では時計回りに回転可能な中空の現像スリーブ５３と、現像スリーブ５３を支持しつつ該現像スリーブ５３を回転させる図略の回転軸とを含む。現像スリーブ５３は、磁気スリーブ４７の周面４８上の現像剤層からトナーのみを受け取り、該トナーをその周面５４上に担持するものである。また、現像スリーブ５３は、非磁性材料から形成され、磁気スリーブ４７と略同一の長手方向寸法を有する。
【００４２】
図３は、磁気スリーブ４７および現像スリーブ５３に印加される電圧の系統を示す図である。磁気スリーブ４７には、直流電圧源５７Ａと交流電圧源５７Ｂとが直列に接続されており、直流電圧源５７Ａから出力された直流バイアスに交流電圧源５７Ｂから出力された交流バイアスが重畳されてバイアス印加される。また、現像スリーブ５３には、直流電圧源５６Ａと交流電圧源５６Ｂとが直列に接続されており、直流電圧源５６Ａから出力された直流バイアスに交流電圧源５６Ｂから出力された交流バイアスが重畳されてバイアス印加される。本実施形態では、直流電圧源５７Ａおよび交流電圧源５７Ｂと、直流電圧源５６Ａおよび交流電圧源５６Ｂとがバイアス印加手段を構成する。
【００４３】
画像形成装置１０は、図３に示すように、前記バイアス印加手段を制御する、すなわち、直流電圧源５７Ａおよび交流電圧源５７Ｂと直流電圧源５６Ａおよび交流電圧源５６Ｂとを制御するバイアス制御部をさらに含む。また、画像形成装置１０は、中間転写ベルト１２５上に転写されたトナー画像のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ８０と、装置本体１１内の適所に配置され、温度および湿度を検出する温湿度センサ８１とをさらに含む。バイアス制御部６０は、トナー濃度センサ８０および温湿度センサ８１に接続されている。
【００４４】
次に、上記構成の現像装置４０による現像動作について、図２および図３を参照しながら説明する、
【００４５】
まず、非磁性体のトナーＴは、現像剤貯留部４１において磁性体のキャリアＣと共に攪拌されることで帯電され、キャリアＣに付着する。キャリアＣと帯電されたトナーＴとを含む現像剤は、磁気ローラ４５の磁石ロール５６に形成された前記磁極の磁力によって現像剤貯留部４１から磁気スリーブ４７の周面４８上に汲み上げられる。周面４８上に汲み上げられた現像剤は、磁気スリーブ４７の周面４８上に現像剤層Ｄとして磁気的に保持され、磁気スリーブ４７の回転に伴って現像剤規制ブレード５５に向けて搬送される。
【００４６】
そして、現像剤規制ブレード５５は、規制ギャップＧにおいて周面４８上の現像剤層Ｄを規制して均一化かつ薄層化する。これにより、周面４８上には、所定厚さの現像剤層Ｄ（以下、磁気ブラシ層という）が形成される。
【００４７】
周面４８上の磁気ブラシ層Ｄは、磁気スリーブ４７の回転に伴い、磁気スリーブ４７と現像スリーブ５３との対向位置に向けて搬送される。バイアス制御部６０は、直流電圧源５７Ａおよび交流電圧源５７Ｂと直流電圧源５６Ａおよび交流電圧源５６Ｂとを制御して、磁気スリーブ４７および現像スリーブ５３のそれぞれに所定のバイアスを印加する。磁気スリーブ４７および現像スリーブ５３間の電位差により、磁気ブラシ層ＤからトナーＴのみが現像スリーブ５３の周面５４に移動する。これにより、周面５４上に所定厚さのトナー層が形成される。
【００４８】
周面５４上のトナー層は、現像スリーブ５３の回転に伴って感光体ドラム１２１のドラム表面に向けて搬送される。感光体ドラム１２１にも所定の電圧が印加されているので、感光体ドラム１２１と現像スリーブ５３との間の電位差によってトナー層のトナーがドラム表面に移動する。これにより、ドラム表面上の静電潜像が現像される。
【００４９】
ところで、上記構成の画像形成装置１０は、近年、現像動作のさらなる高速化が要求されている。高速化の手段として、現像スリーブ５３に印加されるバイアスの交流成分をさらに大きな値に設定することにより、現像スリーブ５３と感光体ドラム１２１との間の現像ニップ領域を広げることが考えられる。現像動作の高速化に伴う現像スリーブ５３と感光体ドラム１２１との間の現像ニップ時間の減少分を補うためである。そのため、現像スリーブ５３の周面５４は表面抵抗値の高い構造とすることが必要である。
【００５０】
現像スリーブ５３に高い表面抵抗を付与する手段として、例えば、周面５４上にアルミニウムの酸化皮膜を形成し、その酸化皮膜の表面に抵抗調整剤としてカーボンを分散させたウレタン樹脂層を形成することが挙げられる。そして、表面抵抗値は、カーボンの添加率を調整することで調整することができる。
【００５１】
図４に示すように、カーボン添加率を７ｗｔ％に設定した現像スリーブＡは、表面抵抗値が８．１Ｅ＋０６Ω／□となり、カーボン添加率を４ｗｔ％に設定した現像スリーブＢは、表面抵抗値が現像スリーブＡのそれよりも高い８．０Ｅ＋０９Ω／□となる。このような現像スリーブＡおよび現像スリーブＢのそれぞれに交流バイアスを印加すると、現像スリーブＢと感光体ドラム１２１との間でリークが発生し得る電圧は、１６８０Ｖであるのに対し、現像スリーブＡと感光体ドラム１２１との間でリークが発生し得る電圧は、１４８０Ｖである。このように、表面抵抗値の高い現像スリーブＢは、リーク発生電圧が現像スリーブＢよりも２００Ｖ高く、したがって、現像スリーブＢは、現像スリーブＡよりも現像動作の高速化の要求に応えることができる。
【００５２】
しかしながら、現像スリーブＢは、高速化の要求に応えることができるものの、環境の変化に対して現像スリーブＡよりも信頼性が低い。
【００５３】
具体的には、トナーのエージングにより、トナーはアルミニウムの酸化皮膜上で摩擦帯電しやすくなり、トナーの表面電荷が大きくなる。そのため、トナーが現像スリーブ５３の周面５４上に滞留しやすくなり、所謂チャージアップ現象が発生する。チャージアップ現象が発生すると、トナーが現像スリーブ５３の周面５４上に固着しやすくなる。チャージアップ現象により、ベタ画像の濃度が印字枚数の増加に伴って徐々に低くなる。これは、磁気スリーブ４７と現像スリーブ５３との間の電位差が小さくなるにつれて、所望量のトナーが現像スリーブ５３に供給され難くなるからである。一方、ハーフ画像の濃度は、印字枚数の増加に伴って徐々に高くなる。これは、現像スリーブ５３と感光体ドラム１２１との間の電位差が大きくなるにつれて、トナーが感光体ドラム１２１に過剰に供給されるからである。
【００５４】
そして、現像スリーブ５３の周面５４上におけるトナー電荷の滞留の度合いは、温度および湿度の変化に伴って大きく変化する。つまり、チャージアップ現象の発生は、温度および湿度の変化によって影響される。チャージアップ現象は、温度や湿度が低下するにつれて発生しやすくなり、温度や湿度が高くなると発生し難くなる。
【００５５】
図５は、温度を１０℃とし、湿度を１５％とした環境下で、図７に示す２５％濃度（ハーフ画像）のパッチパターンを、現像スリーブＡおよび現像スリーブＢを用いて連続印字した場合におけるトナー濃度（画像濃度）の変化を示す図である。
【００５６】
図５に示すように、破線で示すトナー濃度変化の許容範囲を０．１とした場合、現像スリーブＡは、温度が１０℃、湿度が１５％という低温かつ低湿度という環境下（乾燥時）において、印字枚数が３０枚を超えてもトナー濃度を許容範囲内に収めることができる。
【００５７】
一方、現像スリーブＢは、印字枚数が４枚まではトナー濃度を許容範囲内に収めることができるものの、印字枚数が５枚以上になると、トナー濃度を許容範囲内に収めることができない。具体的には、印字枚数が５枚以上になると、トナー濃度が許容範囲の上限値を超えてしまい、ハーフ画像であるパッチパターンのトナー濃度が高くなる。
【００５８】
しかしながら、現像スリーブＢであっても、温度を２３℃とし、湿度を５０％とした環境下（常温時）で図７に示す２５％濃度のパッチパターンを連続印字した場合、図６に示すように、印字枚数が３０枚を超えてもトナー濃度を許容範囲内に収めることができる。
【００５９】
このように、表面抵抗値が高い現像スリーブＢは、常温時ではチャージアップ現象が発生し難いものの、乾燥時ではチャージアップ現象が発生しやすい。そこで、本実施形態では、高い表面抵抗値を有する現像スリーブＢを用いる場合であっても、温度および湿度の変化に対応して現像スリーブ５３上でチャージアップ現象が発生することを抑制できるようにバイアス制御部６０を構成している。
【００６０】
バイアス制御部６０は、図８に示すように、リフレッシュ動作部６１、環境比較部６２、画像パターン作成部６３および期間推定部６４を含む。環境比較部６２には、温湿度センサ８１が接続されている。期間推定部６４には、トナー濃度センサ８０が接続されている。
【００６１】
リフレッシュ動作部６１は、現像スリーブ５３の周面５４上に滞留するトナー電荷を除去するリフレッシュ動作を行う。リフレッシュ動作は、現像ローラ４６が感光体ドラム１２１にトナーを供給して静電潜像を可視像化していない、ひいては中間転写ベルト１２５上にトナー画像が転写（形成）されていない非画像形成時（紙間時）において行われる動作である。リフレッシュ動作部６１は、前記バイアス印加手段を制御して、磁気スリーブ４７が現像スリーブ５３からトナーを回収することができるように直流電圧源５７Ａから磁気スリーブ４７に印加される直流バイアスを第１バイアスに調整した後、トナー画像形成時に直流電圧源５６Ａから現像スリーブ５３に印加される直流バイアスよりも低い値の第２バイアスを現像スリーブ５３に印加することにより、現像スリーブ５３の周面５４上に滞留するトナー電荷を除去する。
【００６２】
次に、図９に示すリフレッシュ動作のタイミングチャートを参照しながら、リフレッシュ動作について具体的に説明する。リフレッシュ動作部６１は、まず、Ｉ期間に示すように、磁気スリーブ４７に印加されている直流バイアスを３７０Ｖから７０Ｖ（第１バイアス）に引き下げて維持する。Ｉ期間では、現像スリーブ５３に印加されている直流バイアスは７０Ｖに維持される。これは、磁気スリーブ４７に印加されている直流バイアスと、現像スリーブ５３に印加されている直流バイアスとを等しくして、現像スリーブ５３の周面５４上のトナーを磁気スリーブ４７に回収するためである。Ｉ期間は、例えば現像スリーブ５３の一回転分の時間に相当する。なお、磁気スリーブ４７に印加されている直流バイアスを、現像スリーブ５３に印加されている直流バイアスよりも小さくしてもよい。
【００６３】
次に、リフレッシュ動作部６１は、ＩＩ期間に示すように、現像スリーブ５３に印加されている直流バイアスを７０Ｖから０Ｖ（第２バイアス）に引き下げて維持する。これにより、現像スリーブ５３の周面５４上に滞留しているトナー電荷を逃すことができ、その結果、チャージアップ現象を抑制することができる。同時に、磁気スリーブ４７に印加されている直流バイアスも７０Ｖから０Ｖに引き下げて維持する。これは、磁気スリーブ４７上の磁気ブラシ層から現像スリーブ５３に向けてトナーを移動させないためである。Ｉ期間も現像スリーブ５３の一回転分の時間に相当する。
【００６４】
そして、リフレッシュ動作部６１は、ＩＩＩ期間に示すように、現像スリーブ５３の直流バイアスを画像形成時のバイアス値である７０Ｖに引き上げて維持すると共に、磁気スリーブ４７の直流バイアスも画像形成時のバイアス値である３７０Ｖに引き上げて維持する。これは、現像スリーブ５３の周面５４上にトナー層を形成させるため、つまり、現像スリーブ５３から感光体ドラム１２１にトナーを供給して静電潜像を可視像化し、トナー画像を中間転写ベルト１２５上に転写させる画像形成動作を行うためである。ＩＩＩ期間も現像スリーブ５３の一回転分の時間に相当する。
【００６５】
リフレッシュ動作は、所定の枚数（つまり、図９の実施間隔）が印字される度に繰り返し行われる。所定の枚数の印字が完了したときが、リフレッシュ動作の開始タイミングである。
【００６６】
環境比較部６２は、温湿度センサ８１による検出結果に基づき、前回のリフレッシュ動作が行われたときの温度および湿度と、現時点での温度および湿度とを比較して、前回のリフレッシュ動作が行われてから温度および湿度のうちの少なくとも一方が所定範囲を超えて変化しているか否かを判断する。
【００６７】
環境比較部６２は、図１０に示す温湿度テーブルを用いることにより、前回のリフレッシュ動作が行われたときの温度および湿度と、現時点での温度および湿度とを比較する。前回のリフレッシュ動作が行われたときの温度が２５℃で湿度が５０％であった場合、前回のリフレッシュ動作が行われたときの環境は、環境Ｅに属する。そして、現時点での温度が１０℃で湿度が１５％である場合、現時点での環境は環境Ａに属する。環境比較部６２は、前回のリフレッシュ動作が行われたときの温度および湿度が例えば環境Ｅから環境Ａに変化していると判断した場合、画像パターン作成部６３に信号を送る。
【００６８】
なお、環境Ｂは、温度が１５℃未満で、湿度が２５％以上かつ５０％未満のときであり、環境Ｃは、温度が１５℃未満で、湿度が５０％以上のときであり、環境Ｄは、温度が２５℃以上で、湿度が２５％未満のときであり、環境Ｆは、温度が２５℃以上で、湿度が５０％以上のときである。
【００６９】
画像パターン作成部６３は、環境比較部６２から信号を受け取ると、現像装置４０を制御して、図７に示すように、２５％濃度（ハーフ画像）のパッチパターン（画像パターン）を、所定の期間、例えば１０秒間にわたって中間転写ベルト１２５上に形成させる。パッチパターンはトナー濃度センサ８０によってトナー濃度が測定される。画像パターン作成部６３によるパッチパターンの形成は、前回のリフレッシュ動作時から環境が変化した場合や、画像形成装置１０の電源立ち上げ時等に行われる。
【００７０】
期間推定部６４は、トナー濃度センサ８０が検出したパッチパターンのトナー濃度に基づき、前記所定の期間（１０秒間）にわたるトナー濃度の経時的変化量を得て、その経時的変化量に基づき、リフレッシュ動作の開始タイミング、つまりリフレッシュ動作間に印字される枚数を決定する。前記トナー濃度の経時的変化量は、言い換えれば、現像スリーブ５３の周面５４上において経時的に変化するトナーの電荷量のことである。２５％濃度のパッチパターンを、温度が１０℃で、湿度が１５％の環境（環境Ａ）下で印字した場合、パッチパターンのトナー濃度は経時的に高くなる。一方、ベタ画像のパッチパターンを同環境下で印字した場合、パッチパターンのトナー濃度は経時的に低下する。
【００７１】
具体的には、期間推定部６４は、パッチパターンのトナー濃度の経時的変化量に基づき、パッチパターンのトナー濃度が所定の濃度範囲（図５および図６に示す濃度変化許容範囲）から逸脱するまでに要する期間を推定し、その推定期間が終了する前にリフレッシュ動作が行われるように開始タイミングの決定を行う。本実施形態では、推定期間とは、現像スリーブ５３の周面５４上にトナー電荷が滞留して、チャージアップ現象が発生するまでに要する期間のことである。
【００７２】
期間推定部６４は、推定期間を次のようにして得る。図１１に示すように、ハーフ画像（パッチパターン）が形成される場合、トナー濃度センサ８０のセンサ出力値と、トナー濃度（画像濃度）とは比例する関係にあり、濃度差０．１（つまり、図５および図６に示す濃度変化許容範囲）に対応するセンサ出力値は０．２５Ｖであることが分かる。そして、例えば温度が１０℃で、湿度が１５％の環境（環境Ａ）下で現像ローラＢ（図４）を用いてパッチパターン（図７）を形成させ、図１２に示すように、各パッチのトナー濃度に対応するプロットを対数曲線近似すると、０．２５Ｖを超えるまでに要する時間、つまり、トナー濃度が所定の濃度範囲（図５および図６に示す濃度変化許容範囲）から逸脱するまでに要する期間を推定することができる。本実施形態では、前記期間は約１５秒間であると推定できる。約１５秒という期間は、印字枚数に換算すると、５枚を印字するのに要する時間である。期間推定部６４は、２５％濃度のパッチパターンを、環境Ａ以外の環境、すなわち、環境Ｂ〜Ｆ下で印字した場合においても前記推定期間を得ることができるように構成されている。
【００７３】
上記した例（環境Ａ下）では、約１５秒の期間は５枚を印字するのに要する時間であるため、期間推定部６４は、４枚の印字が終了し、５枚目の印字が行われる前がリフレッシュ動作を行う開始タイミングであると決定し、その後、リフレッシュ動作部６１に対してその開始タイミングでリフレッシュ動作を行うように指示を送る。バイアス制御部６０は、印字枚数をカウントするカウンタをさらに含んでおり、カウンタ６５はリフレッシュ動作部６１に接続されている。そして、リフレッシュ動作部６１は、カウンタ６５から印字枚数を取得しつつ、所定の枚数（ここでは４枚）の印字が終了したか否かを判断し、４枚の印字が終了する度にリフレッシュ動作を行う。なお、カウンタ６５は、リフレッシュ動作が終了する度にリセットされる。
【００７４】
図１３は、温度が１０℃で、湿度が１５％の環境Ａ下で、パッチパターンを、現像スリーブＢ（図４）を用いて連続印字し、４枚の印字が終了する度にリフレッシュ動作を行ったときのトナー濃度の変化を示す図である。同図に示すように、リフレッシュ動作を、４枚の印字が終了する度に行うことで、表面抵抗値の高い現像スリーブＢを用いた場合であっても、トナー濃度を、印字枚数が３０枚を超えても濃度変化許容範囲内に収めることができる。
【００７５】
また、期間推定部６４は、環境が変化するたびに、例えば環境Ａから環境Ｆに変化したとき、上記のように、環境比較部６２および画像パターン作成部６３の動作に基づき、トナー濃度が所定の濃度許容範囲から逸脱するまでに要する期間を推定し、リフレッシュ動作の開始タイミングの決定を再び行う。期間推定部６４は、温度および湿度のうちの少なくとも一方が低下するにつれて、例えば環境Ｂから環境Ａに変化すると、リフレッシュ動作の開始タイミングを早くする一方で、温度および湿度のうちの少なくとも一方が高くなるにつれて、例えば環境Ｄから環境Ｅに変化すると、リフレッシュ動作の開始タイミングを遅らせる。
【００７６】
リフレッシュ動作部６１は、期間推定部６４が決定した新たな開始タイミングでリフレッシュ動作を行う。
【００７７】
次に、上記構成のバイアス制御部６０によるリフレッシュ動作の手順について図１４を参照しながら説明する。図１４はバイアス制御部６０によるリフレッシュ動作のフローチャートである。
【００７８】
まず、ユーザによって連続印字の開始が指示されると（スタート）、環境比較部６２は、温湿度センサ８１の検出に基づき、現時点の環境が前回のリフレッシュ動作時の環境と同一であるか否かを判断する（ステップＳ１）。
【００７９】
環境が同一ではないと判断された場合（ステップＳ１でＮＯ）、画像パターン作成部６３は、環境比較部６２から信号を受け取り、２５％濃度のパッチパターンを中間転写ベルト１２５上に形成する（ステップＳ２）。期間推定部６４は、トナー濃度センサ８０によるパッチパターンのトナー濃度検出に基づいてトナー濃度の経時的変化量を得た後、その経時的変化量に基づき、トナー濃度が所定の濃度範囲から逸脱するまでに要する期間を推定して、リフレッシュ動作の開始タイミングを決定する（ステップＳ３）。また、このステップＳ３において、期間推定部６４はリフレッシュ動作部６１にその開始タイミングを知らせる。
【００８０】
期間推定部６４がリフレッシュ動作のタイミングを決定した後、バイアス制御部６０は、直流電圧源５７Ａおよび交流電圧源５７Ｂと直流電圧源５６Ａおよび交流電圧源５６Ｂとからなる前記バイアス印加手段を制御して連続印字を開始する（ステップＳ４）。
【００８１】
なお、ステップＳ１において、ＹＥＳと判断された場合、つまり、現時点の環境が前回のリフレッシュ動作時の環境と同一であると判断された場合、バイアス制御部６０は前記バイアス印加手段を制御して直ぐに連続印字を開始する（ステップＳ４）。
【００８２】
ステップＳ５では、リフレッシュ動作部６１が、カウンタ６５から印字枚数を取得しつつ、所定の枚数（例えば４枚）の印字が終了したか否かを判断する（ステップＳ５）。所定の枚数の印字が終了したと判断された場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、リフレッシュ動作部６１はリフレッシュ動作を開始する（ステップＳ６）。一方、所定の枚数の印字が終了していないと判断された場合（ステップＳ５でＮＯ）、リフレッシュ動作部６１は所定の枚数が印字されるまで待機する。
【００８３】
次に、リフレッシュ動作部６１は、ステップＳ６においてリフレッシュ動作を完了した後、前記バイアス印加手段を制御して、磁気スリーブ４７および現像スリーブ５３のそれぞれに印加されるバイアスをトナー画像の形成に必要な値にまで引き上げる。そして、連続印字が再開始され（ステップＳ７）、ユーザが指定した印字枚数に達すると画像形成動作が完了する（ステップＳ８）。
【００８４】
以上説明した本実施形態に係る画像形成装置１０によれば、バイアス制御部６０は、リフレッシュ動作を行うにあたり、画像パターン作成部６３によって所定の画像パターン（２５％濃度のパッチパターン）を中間転写ベルト１２５上に実際に形成させ、バイアス制御部６０の期間推定部６４は、トナー濃度センサ８０によるパッチパターンのトナー濃度検出に基づき、連続印字時の（画像形成時の）環境下においてパッチパターンのトナー濃度が濃度変化許容範囲から逸脱するまでに要する期間を推定する。そして、リフレッシュ動作部６１は、ユーザが指示した連続印字を実際に行うとき、その推定期間が終了する前のタイミングでリフレッシュ動作を行うように構成されているので、現像スリーブ５３の周面５４上にトナー電荷が滞留することに起因して発生するチャージアップ現象が抑制される。これにより、感光体ドラム１２１、ひいては中間転写ベルト１２５上に形成されるトナー画像のトナー濃度は、所定の濃度変化許容範囲内に維持される。
【００８５】
また、本実施形態に係る画像形成装置１０では、環境比較部６２により、現時点での環境が前回のリフレッシュ動作が行われたときの環境と異なっていると判断された場合、例えば現時点の環境が環境Ｅ（図１０）であり、前回のリフレッシュ動作が行われたときの環境が環境Ａ（図１０）であった場合、画像パターン作成部６３は、パッチパターンを転写ベルト１２５上に再び形成し、期間推定部６４は、トナー濃度センサ８０によるパッチパターンのトナー濃度検出に基づき、パッチパターンのトナー濃度が濃度変化許容範囲から逸脱するまでに要する期間を再び推定して、リフレッシュ動作の新たな開始タイミングを決定する。そして、リフレッシュ動作部６１はその新たな開始タイミングでリフレッシュ動作を行う。したがって、画像形成装置１０では、環境の変化に伴ってトナー電荷の滞留の度合いが変化した場合であっても、チャージアップ現象が抑制される。
【符号の説明】
【００８６】
１０  画像形成装置
４０  現像装置
４５  磁気ローラ
４６  現像ローラ
４７  磁気スリーブ
５３  現像スリーブ
６０  バイアス制御部
６１  リフレッシュ動作部
６２  環境比較部
６３  画像パターン作成部
６４  期間推定部
６５  カウンタ
８０  トナー濃度センサ
８１  温湿度センサ
１２１  感光体ドラム
１２５  中間転写ベルト
【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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