(57)【要約】【課題】オーバーシュートを低減して安定した定着性能を与える定着装置を備える画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、定着部材を目標温度に加熱する熱源と、定着装置のウォームアップ毎に、前記目標温度に達するまでの所定の区間内の前記定着部材の温度勾配と前記熱源を停止した後の前記定着部材の温度上昇量とを取得して、前記温度勾配と前記温度上昇量とを互いに対応させて保存するデータ蓄積部５１と、前記定着装置のウォームアップ時に取得された前記温度勾配に最も近いデータを前記データ蓄積部５１に蓄積された過去のデータから選出し、選出された温度勾配に対応する温度上昇量をウォームアップ時の温度上昇量と推定し、推定された温度上昇量に応じて前記熱源を停止する温度を前記目標温度よりも低い温度に設定する停止温度設定部５５と、を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着部材と加圧部材との間に形成される加圧領域に搬送される用紙にトナー像を定着する定着装置を備える画像形成装置であって、
前記定着部材を目標温度に加熱する熱源と、
前記定着装置のウォームアップ毎に、前記目標温度に達するまでの所定の区間内の前記定着部材の温度勾配と前記熱源を停止した後の前記定着部材の温度上昇量とを取得して、取得された前記温度勾配と前記温度上昇量とを互いに対応させて保存するデータ蓄積部と、
前記定着装置のウォームアップ時に取得された前記温度勾配に最も近いデータを前記データ蓄積部に蓄積された過去のデータから選出し、選出された温度勾配に対応する温度上昇量をウォームアップ時の温度上昇量と推定し、推定された温度上昇量に応じて前記熱源を停止する温度を前記目標温度よりも低い温度に設定する停止温度設定部と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記停止温度設定部は、
前記熱源を停止する温度を、推定された温度上昇量だけ前記目標温度よりも低い温度に設定す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】
前記データ蓄積部は、前記定着装置のウォームアップ時の環境条件に応じた複数の領域に分類され、
前記温度勾配と前記温度上昇量とは、前記定着装置のウォームアップ毎に該定着装置の環境条件に対応する前記領域に保存され、
前記停止温度設定部は、前記定着装置のウォームアップ時に、該ウォームアップ時の環境条件に対応する前記領域から、取得された前記温度勾配に最も近いデータを選出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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー像を用紙に定着する定着装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンター、ファックス、複合機などの画像形成装置は、トナー像を用紙に定着する定着装置を備えている。定着装置は、熱源によって加熱される定着ローラーと、定着ローラーとの間に用紙を挟持搬送する加圧領域を形成する加圧ローラーと、を有し、加圧領域を用紙が搬送されることで、トナー像が加熱及び加圧されて用紙に定着される。
【０００３】
定着装置のウォームアップ中、定着ローラーは目標の温度に達するまで熱源によって加熱される。目標の温度は固定されているため、定着装置の動作環境や各部材の経年劣化によっては、オーバーシュートの有無やオーバーシュート温度にバラツキがある。オーバーシュートが発生すると、定着ローラーの温度が安定するまでの時間が長くなったり、熱源の消費電力がアップしたりするという問題がある。
【０００４】
特許文献１には、ウォームアップ時の定着器（定着ローラー）の温度勾配から熱源の電圧変化を推測し、電圧変化に応じてオーバーシュートを予測する温度制御方法が記載されている。特許文献２には、ウォームアップ時の定着部材の温度勾配を基にして、目標の温度に達するように加熱手段(熱源)をオンオフする定着装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３３３９４４号公報
【特許文献２】特開２００２−３７９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１の温度制御方法や特許文献２の定着装置では、定着装置の動作環境の変化や各部材の経年劣化による温度勾配の変動に対応できない虞がある。さらに、制御が複雑になったりハードウェアを追加することでコストが上昇したりするという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事情を考慮し、定着装置の動作環境の変化や各部材の経年劣化に関わらずオーバーシュートを低減して安定した定着性能を与える定着装置を備え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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、定着部材と加圧部材との間に形成される加圧領域に搬送される用紙にトナー像を定着する定着装置を備える画像形成装置であって、前記定着部材を目標温度に加熱する熱源と、前記定着装置のウォームアップ毎に、前記目標温度に達するまでの所定の区間内の前記定着部材の温度勾配と前記熱源を停止した後の前記定着部材の温度上昇量とを取得して、取得された前記温度勾配と前記温度上昇量とを互いに対応させて保存するデータ蓄積部と、前記定着装置のウォームアップ時に取得された前記温度勾配に最も近いデータを前記データ蓄積部に蓄積された過去のデータから選出し、選出された温度勾配に対応する温度上昇量をウォームアップ時の温度上昇量と推定し、推定された温度上昇量に応じて前記熱源を停止する温度を前記目標温度よりも低い温度に設定する停止温度設定部と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の画像形成装置において、前記停止温度設定部は、前記熱源を停止する温度を、推定された温度上昇量だけ前記目標温度よりも低い温度に設定することを特徴としても良い。
【００１０】
本発明の画像形成装置において、前記データ蓄積部は、前記定着装置のウォームアップ時の環境条件に応じた複数の領域に分類され、前記温度勾配と前記温度上昇量とは、前記定着装置のウォームアップ毎に該定着装置の環境条件に対応する前記領域に保存され、前記停止温度設定部は、前記定着装置のウォームアップ時に、該ウォームアップ時の環境条件に対応する前記領域から、取得された前記温度勾配に最も近いデータを選出することを特徴としても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、過去のデータを参照して熱源停止後の温度上昇量を推定し、推定された温度上昇量に応じて熱源を停止する温度を変化させるので、環境変化や各部材の劣化に関わらず、オーバーシュートを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るカラープリンターの内部構成を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るカラープリンターの定着装置を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るカラープリンターにおいて、制御部を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るカラープリンターにおいて、定着ローラー温度変化を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係るカラープリンターにおいて、データ蓄積部の分類を示す表である。
【図６】本発明の一実施形態に係るカラープリンターにおいて、ウォームアップ時の制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の画像形成装置について説明する。
【００１４】
まず、図１を用いて、画像形成装置としてのカラープリンター１の全体の構成について説明する。図１はカラープリンター１の内部構成を模式的に示す正面図である。
【００１５】
カラープリンター１の装置本体２には、用紙Ｓが収容される給紙カセット３と、給紙カセット３から用紙Ｓを送り出す給紙装置５と、用紙Ｓにトナー像を形成する画像形成部７と、トナー像を用紙Ｓに定着する定着装置９と、用紙Ｓを排紙する排紙装置１１と、排紙された用紙Ｓが受け止められる排紙トレイ１３と、が備えられている。さらに、装置本体２には、後述する画像形成動作を制御する制御部１５が備えられている。また、装置本体２の外側には、機外温度センサー１７が備えられている。機外温度センサー１７の検知結果は制御部１５に入力される。
【００１６】
画像形成部７は、循環走行してトナー像を担持する中間転写ベルト１９と、４色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー（現像剤）のそれぞれを用いてトナー像を形成する４つの画像形成ユニット２１と、形成されたトナー像を中間転写ベルト１９に転写する４本の一次転写ローラー２３と、中間転写ベルト１９に転写されたトナー像を用紙に転写する二次転写ローラー２５と、各画像形成ユニット２１に対して画像データに基づいた露光を行う露光装置２７と、各色のトナーが収容されるトナーコンテナ２９と、を備えている。各画像形成ユニット２１は、露光装置２７の露光によって静電潜像を形成する感光体ドラム３１と、静電潜像をトナーで現像する現像装置３３と、を備えている。
【００１７】
装置本体２の内部には、用紙Ｓの搬送経路３５が形成されている。搬送経路３５は、給紙装置５から、画像形成部７と定着装置９を通って排紙装置１１へ向かうように上向きに形成されている。搬送経路３５には、給紙装置５と画像形成部７との間に、レジストローラー対３７が備えられている。
【００１８】
次に、画像形成動作について説明する。画像形成部７の各画像形成ユニット２１において、露光装置２７によって感光体ドラム３１に画像データに基づいた静電潜像が形成され、現像装置３３によって静電潜像がトナー像に現像される。各感光体ドラム３１上のトナー像は、各一次転写ローラー２３によって中間転写ベルト１９に一次転写されて、中間転写ベルト１９上にフルカラーのトナー像が形成される。
【００１９】
一方、給紙装置５によって給紙カセット３から搬送経路３５に送り出された用紙Ｓは、レジストローラー対３７によって上記したトナー像形成動作とタイミングを合わせて画像形成部７へ搬送される。画像形成部７において、中間転写ベルト１９のフルカラーのトナー像が、二次転写ローラー２５によって用紙Ｓに二次転写される。トナー像を二次転写された用紙Ｓは、搬送経路３５を搬送されて定着装置９で用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙Ｓは、排紙装置１１から排紙トレイ１３に排出される。
【００２０】
次に、定着装置９について図２を参照して説明する。図２は定着装置の断面図である。
【００２１】
定着装置９は、定着部材としての定着ローラー４１と、定着ローラー４１を加熱する熱源としてのハロゲンヒーター４３と、定着ローラー４１に接触して加圧領域Ｎを形成する加圧部材としての加圧ローラー４５と、加圧ローラー４５を回転させるモーター４７と、定着ローラー４１の温度を計測する温度センサー４９と、を備えている。
【００２２】
定着ローラー４１は、円筒状の芯金４１ａと、芯金４１ａの外周面に設けられる離型層４１ｂと、を有している。
【００２３】
ハロゲンヒーター４３は、定着ローラー４１の中空部に配置されている。ハロゲンヒーター４３は、定着ローラー４１の内周面に対して輻射熱を放射して、定着ローラー４１を目標温度Ｔｐ（例えば、１６０℃）に加熱する。ハロゲンヒーター４３は制御部１５によって制御されて駆動又は停止される。
【００２４】
加圧ローラー４５は、回転軸４５ａと、回転軸４５ａの外周面に設けられる熱膨張性の弾性層４５ｂと、弾性層４５ｂの外周面に設けられる離型層４５ｃと、を有している。加圧ローラー４５は、定着ローラー４１に圧接して両ローラー４１、４５間に加圧領域Ｎを形成している。
【００２５】
モーター４７は、加圧ローラー４５の回転軸４５ａに接続している。モーター４７が駆動されることで加圧ローラー４５は所定の方向（図２の反時計回り方向）に回転し、定着ローラー４１が加圧ローラー４５と反対方向に従動回転する。モーター４７の駆動は制御部１５によって制御される。なお、定着ローラー４１がモーター４７によって回転し、加圧ローラー４５が定着ローラー４１に従動して回転しても良い。
【００２６】
温度センサー４９は、定着ローラー４１の外周面に所定の間隔を開けて配置されて、定着ローラー４１の温度（定着ローラー温度）Ｔｘを計測する。温度センサー４９の検知結果は制御部１５に入力される。
【００２７】
次に、制御部１５について図３〜図５を参照して説明する。図３は制御部のブロック図、図４はウォームアップ時の温度履歴を示すグラフ、図５は分類表を示す表である。
【００２８】
図３に示されるように、制御部１５は、データ蓄積部５１と、停止温度設定部５５と、ヒーター駆動部５７と、を備えている。データ蓄積部５１は、データ取得部５２とデータ保存部５３とを有している。
【００２９】
データ取得部５２には、定着装置９のウォームアップ時に、定着温度センサー４９で計測された定着ローラー温度Ｔｘの検知結果が入力される。検知結果の一例を図４のグラフに示す。図４は、定着ローラー温度Ｔｘと時間との関係を示すグラフであり、横軸は時間（秒）、縦軸は定着ローラー温度Ｔｘ（℃）を示す。縦軸のＴｓはウォームアップ開始温度、Ｔ１は計測開始温度、Ｔａは判定温度、Ｔ２はヒーター停止温度、Ｔ３は最高温度、Ｔｐは目標温度を示す。一般的に、ヒーター停止温度Ｔ２と目標温度Ｔｐは同じ温度である。横軸のｔ１は計測開始時刻、ｔａは判定時刻、ｔ２はヒーター停止時刻、ｔ３は最高温度到達時刻を示す。
【００３０】
データ取得部５２は、図４に示される温度履歴から、温度勾配ａ１と温度上昇量ΔＴとを算出して取得する。
【００３１】
温度勾配ａ１は、計測開始時刻ｔ１から判定時刻ｔａまでの時間（ｔａ−ｔ１）に対する、計測開始温度Ｔ１から判定温度Ｔａまでの温度変化（Ｔａ−Ｔ１）を示す。つまり、温度勾配ａ１＝（Ｔａ−Ｔ１）／（ｔａ−ｔ１）である。一例として、計測開始温度Ｔ１は１００℃、判定温度Ｔａは１３０℃である。
【００３２】
温度上昇量ΔＴは、ハロゲンヒーター４３を停止した後の定着ローラー４１の温度上昇量であり、最高温度Ｔ３とヒーター停止温度Ｔ２との差ΔＴ＝Ｔ３−Ｔ２である。
【００３３】
データ保存部５３には、定着装置９のウォームアップ毎にデータ取得部５２によって取得された温度勾配ａ１と温度上昇量ΔＴとが互いに対応付けられて保存される。さらに、データ保存部５３には、定着温度センサー４９及び機外温度センサー１７の検知結果が入力される。
【００３４】
データ保存部５３は、定着装置９の環境条件に応じて、図５に示されるように、複数の領域に分類されている。定着装置９の環境条件は、一例として、定着温度センサー４９で計測されるウォームアップ開始温度Ｔｓと、機外温度センサー１７で計測される機外温度Ｔｏである。この例では、機外温度Ｔｏを、低温範囲（例えば、〜１０℃）、常温範囲（例えば、１０〜２５℃、高温範囲（例えば２５℃〜）の３つに分類し、ウォームアップ開始温度Ｔｓを、低温範囲（例えば、Ｔｓ＞２０℃）、常温範囲（例えば、２０℃≦Ｔｓ＜３０℃）、高温範囲（例えば、Ｔｓ≧３０℃）の３つに分類し、それぞれ分類された機外温度Ｔｏとウォームアップ開始温度Ｔｓの９つの組み合わせに応じて第１領域〜第９領域までの９つの領域に分類した。
【００３５】
つまり、互いに対応づけられている温度勾配ａ１と温度上昇量ΔＴとは、これらの値が得られたウォームアップ時に定着温度センサー４９で計測されたウォームアップ開始温度Ｔｓと機外温度センサー１７で計測された機外温度Ｔｏとに対応する領域に保存される。
【００３６】
例えば、機外温度Ｔｏが１５℃、ウォームアップ開始温度Ｔｓが２５℃の場合は、温度勾配ａ１と温度上昇量ΔＴとが第５領域に保存される。
【００３７】
停止温度設定部５５は、ヒーター停止温度Ｔ２を設定する。停止温度設定部５５は、現在のウォームアップ時にデータ取得部５２で取得された温度勾配ａ１と最も近い温度勾配ａｎをデータ保存部５３から選出し、選出された温度勾配ａｎに対応する温度上昇量ΔＴを、現在のウォームアップ時の温度上昇量（推定温度上昇量ΔＴｅ）と推定する。停止温度設定部５５は、推定温度上昇量ΔＴｅに基づいてヒーター停止温度Ｔ２を変更する。
【００３８】
ヒーター駆動部５７は、ハロゲンヒーター４３を駆動又は停止する。ヒーター駆動部５７は、停止温度設定部５５で変更されたヒーター停止温度Ｔ２でハロゲンヒーター４３を停止する。
【００３９】
上記説明した定着装置９のウォームアップ時の制御について、図６のフローチャートを参照して説明する。
【００４０】
まず、ステップＳ１において、ヒーター駆動部５７がハロゲンヒーター４３を駆動させ、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、データ取得部５２が、機外温度センサー１７の検知結果に基づいて機外温度Ｔｏを得た後、Ｓ３に進み、データ保存部５３が、定着温度センサー４９の結果に基づいてウォームアップ開始温度Ｔｓを得る。これにより、定着装置９の環境条件が、図５の表に示される領域の中から選定される。
【００４１】
次に、ステップＳ４に進み、データ取得部５２が、定着温度センサー４９の検知結果に基づいて得られた定着ローラー温度Ｔｘが計測開始温度Ｔ１に達したかどうかを判定する。定着温度ローラー温度Ｔｘが計測開始温度Ｔ１に達したことが判定されると、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、データ取得部５２が、定着ローラー温度Ｔｘが計測開始温度Ｔ１に達した計測開始時刻ｔ１を取得し、ステップＳ６に進む。
【００４２】
ステップＳ６では、データ取得部５２が、定着ローラー温度Ｔｘが判定温度Ｔａに達したかどうかを判定する。定着ローラー温度Ｔｘが判定温度Ｔａに達したことが判定されると、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、データ取得部５２が、定着ローラー温度Ｔｘが判定温度Ｔａに達した判定時刻ｔａを取得し、ステップＳ８に進む。
【００４３】
ステップＳ８では、データ取得部５２が、計測開始温度Ｔ１から判定温度Ｔａまでの温度勾配ａ１＝（Ｔａ−Ｔ１）／（ｔａ−ｔ１）を算出し、ステップＳ９に進む。
【００４４】
ステップＳ９では、停止温度設定部５５が、ステップＳ３で選定されたデータ保存部５３の領域内において、ステップＳ８で算出された温度勾配ａ１と最も近い温度勾配ａｎを選出し、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０において、目標温度設定部５５が、選出された温度勾配ａｎに対応する温度上昇量を、推定温度上昇量ΔＴｅとする。なお、第１回目の定着動作のウォームアップ時には、データ保存部５３にデータは保存されていないのでこの作業は行われない。
【００４５】
その後、ステップＳ１１に進み、停止温度設定部５５が、推定温度上昇量ΔＴｅに基づいてヒーター停止温度Ｔ２を目標温度Ｔｐに対して変更する。一例として、変更されたヒーター停止温度Ｔ２は、推定温度上昇量ΔＴｅだけ目標温度Ｔｐよりも低い温度とすることができる。なお、第１回目の定着動作のウォームアップ時は、例えば、ヒーター停止温度Ｔ２を目標温度Ｔｐとする。ステップＳ１１で、ヒーター停止温度Ｔ２が変更された後、ステップＳ１２に進む。
【００４６】
ステップＳ１２で、データ取得部５２が、定着ローラー温度Ｔｘがヒーター停止温度Ｔ２に達したかどうかを判定し、ヒーター停止温度Ｔ２に達すると、ステップＳ１３に進む。
【００４７】
ステップＳ１３では、データ取得部５２が、ヒーター停止時刻ｔ２を記録した後ステップＳ１４に進み、ヒーター駆動部５７がハロゲンヒーター４３を停止する。
【００４８】
その後、ステップＳ１５に進み、データ取得部５２が、判定時刻ｔａからヒーター停止時刻ｔ２までの温度勾配ａ＝（Ｔ２−Ｔａ）／（ｔ２−ｔａ）を算出し、ステップＳ１６に進む。
【００４９】
ステップＳ１６では、データ取得部５２が、定着ローラー温度Ｔｘの履歴から、オーバーシュートしているかどうか、すなわち、定着ローラー温度Ｔｘが目標温度Ｔｐを越えているかどうかを判定する。オーバーシュートしているかどうかの判定は、一例として、定着ローラー温度Ｔｘの履歴から、定着ローラー温度Ｔｘがヒーター停止温度Ｔ２よりも高くなった後の温度勾配によって判定される。
【００５０】
ステップＳ１６でオーバーシュートしていると判定されると、ステップＳ１７に進み、温度上昇量ΔＴ（Ｔ３−Ｔ２）を取得し、ステップＳ１８に進む。
【００５１】
ステップＳ１８では、データ取得部５２が、ステップＳ１５で算出された温度勾配ａとステップＳ１７で取得された温度上昇量ΔＴとを対応付けて、データ保存部５３の選定された領域に保存する。その後、ウォームアップ制御を継続する。なお、ステップＳ１６でオーバーシュートしていないと判定された場合は、ヒーター停止温度Ｔ２が適切に設定されていることとなるので、データ保存部５３へデータを保存する必要はない。
【００５２】
この作業をウォームアップ毎に行い、対応付けられた温度勾配ａと温度上昇量ΔＴとを、ウォームアップ毎にデータ保存部５３の該当する領域に保存していく。
【００５３】
上記説明したように、本発明によれば、データ保存部５３に蓄積されている過去のデータを参照することで、ハロゲンヒーター４３を停止した後の温度上昇量をより正確に推定することができる。そして、推定された温度上昇量に応じてヒーター停止温度Ｔ２を目標温度Ｔｐに対して変化させるので、オーバーシュートを低減させることができる。したがって、環境変化や各部材の劣化の影響を受け難く、定着温度制御を安定化できる。
【００５４】
さらに、ヒーター停止温度Ｔ２を、推定温度上昇量ΔＴｅだけ目標温度Ｔｐよりも低い温度に設定することで、簡易な制御でオーバーシュートを低減できる。
【００５５】
さらに、データ保存部５３が、定着装置９の環境条件に応じた複数の領域に分類されて、温度勾配と温度上昇量とが、定着装置９の環境条件に対応する領域に保存されるようになっている。ウォームアップ開始温度Ｔｓや機外温度Ｔｏ等の環境条件によっては、定着ローラー温度Ｔｘの温度履歴が変化することがある。そこで、温度勾配と温度上昇量とを環境条件毎に保存することで、より正確にヒーター停止温度を推定することができる。
【００５６】
本実施形態では、図５のフローチャートのステップＳ１８において、判定時刻ｔａからヒーター停止時刻ｔ２までの温度勾配ａ＝（Ｔ２−Ｔａ）／（ｔ２−ｔａ）をデータ保存部５３に保存している。判定時刻ｔａからヒーター停止時刻ｔ２までの時間は比較的長いので、温度変化を直線に近似しやすく、温度勾配をより正確に算出することができる。ただし、計測開始時刻Ｔ１から判定時刻ｔａまでの温度勾配ａ１＝（Ｔａ−Ｔ１）／（ｔａ−ｔ１）を保存しても良い。
【００５７】
さらに、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００５８】
１  カラープリンター（画像形成装置）
９  定着装置
４１  定着ローラー（定着部材）
４３  ハロゲンヒーター（熱源）
４５  加圧ローラー（加圧部材）
５１  データ蓄積部
５５  停止温度設定部
【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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