(57)【要約】【課題】再配置ローラ４５を有する現像装置において、画像品質を維持しつつ、装置内部の汚れを防止すること。【解決手段】感光体ドラム１と、感光体ドラム１に対向配置され感光体ドラム１と対向する第一対向部Ｘ１において現像剤を感光体ドラム１に供給するスリーブ４１と、スリーブ４１の内部に固定配設される永久磁石４２と、感光体ドラム１の移動方向のスリーブ４１より下流側に対向配置され感光体ドラム１と対向する第二対向部Ｘ２において感光体ドラム１の現像剤を回収するとともに、スリーブ４１に対向配置されスリーブ４１と対向する第三対向部Ｘ３において永久磁石４２の磁気力によって現像剤をスリーブ４１に転移させる再配置ローラ４５と、第三対向部Ｘ３よりも再配置ローラ４５の移動方向の下流側に配置され再配置ローラ４５の現像剤を剥離させる剥離ブレード４５ａと、を有することを特徴とする。【選択図】図４
2015184423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、
前記像担持体に対向配置され前記像担持体と対向する第一対向部において現像剤を前記像担持体に供給する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の内部に固定配設される磁界発生部材と、
前記像担持体の移動方向の前記現像剤担持体より下流側に対向配置され前記像担持体と対向する第二対向部において前記像担持体の現像剤を回収するとともに、前記現像剤担持体に対向配置され前記現像剤担持体と対向する第三対向部において前記磁界発生部材の磁気力によって現像剤を前記現像剤担持体に転移させる再配置部材と、
前記第三対向部よりも前記再配置部材の移動方向の下流側に配置され前記再配置部材の現像剤を剥離させる剥離部材と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記再配置部材は、前記第二対向部における移動方向が前記像担持体の移動方向と逆方向であり、前記第三対向部における移動方向が前記現像剤担持体の移動方向と同方向であ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】
前記再配置部材には、ＤＣバイアスとＡＣバイアスを重畳した電圧が印加されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記剥離部材は、樹脂製の弾性部材で構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項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、複写機、プリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置に使用される現像装置を構成する主要部品として、現像剤担持体がある。画像形成時において、現像剤担持体は、回転しながらその外周面に担持した現像剤を、感光体ドラム等の像担持体との第一対向部（現像部）へ搬送することで、像担持体に形成される潜像にトナーを付着させる。現像剤担持体は、ステンレスやアルミニウム合金などの金属製又は金属表面にメッキなどを被覆した管状のものが主流である。そして、一個の現像装置は一個の現像剤担持体を備えることが一般的であった。
【０００３】
現像剤担持体を一個だけ備えた現像装置を有し、低中速の画像形成が可能な画像形成装置の画質向上に好適な技術として、次のようなものがある。例えば、特許文献１では磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体よりも像担持体の移動方向下流側に、像担持体に対向する円柱状の再配置部材が設けられる。前記再配置部材に交番電圧を印加することにより、現像時に磁気ブラシによって乱された像担持体上のトナー像を再配置し、トナー像を良好にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−３７２９６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に係る技術では、像担持体から再配置部材に回収されたトナーを剥ぎとる機構に関する要件が不足しているため、以下の課題がある。すなわち、再配置部材に回収されたトナーが再度、像担持体上で現像されることによる画像ムラが発生する。また、再配置部材に連れまわったトナーが落下したり、飛散することにより、画像や画像形成装置内部を汚す。
【０００６】
本発明の目的は、再配置部材を有する現像装置において、画像品質を維持しつつ、装置内部の汚れを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、
像担持体と、
前記像担持体に対向配置され前記像担持体と対向する第一対向部において現像剤を前記像担持体に供給する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の内部に固定配設される磁界発生部材と、
前記像担持体の移動方向の前記現像剤担持体より下流側に対向配置され前記像担持体と対向する第二対向部において前記像担持体の現像剤を回収するとともに、前記現像剤担持体に対向配置され前記現像剤担持体と対向する第三対向部において前記磁界発生部材の磁力によって現像剤を前記現像剤担持体に受け渡す再配置部材と、
前記第三対向部よりも前記再配置部材の移動方向の下流側に配置され前記再配置部材の現像剤を剥離させる剥離部材と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成により、再配置部材を有する現像装置において、画像品質を維持しつつ、装置内部の汚れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の概略断面図。
【図２】本実施形態に係る現像装置の概略断面図。
【図３】本実施形態の永久磁石の磁極の配置及び磁束密度の説明図。
【図４】本実施形態の現像装置と感光体ドラム近傍の断面図。
【図５】本実施形態の再配置ローラと剥離ブレードとの位置関係を示す図。
【図６】本実施形態の再配置ローラで回収されたトナーの挙動の説明図。
【図７】実施例と比較例の設定条件と実験結果を示す図表。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（画像形成装置）
本実施形態に係る画像形成装置を例示して具体的に説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置の概略断面図である。
【００１１】
画像形成装置１００は、原稿の画像を読み取る不図示の原稿読取部と接続される。なお、画像形成装置１００は、原稿読取部以外の外部装置やパソコン等から転送された画像信号も受信し得る。
【００１２】
画像形成装置１００は、感光体ドラム１（像担持体）を備える。感光体ドラム１の周囲には、感光体ドラム１上に現像剤にてトナー像を形成するための複数のプロセス手段を有する。プロセス手段としては、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写装置５等がある。これにより、帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程を経て、トナー像が形成される。次に、各部に用いる部材構成とともに、画像形成について詳細に説明する。
【００１３】
原稿読取部等からの画像情報が画像形成装置１００の制御部に入力されると、まず、制御部は、帯電装置２に帯電バイアスを印加して、感光体ドラム１の表面を所定の電位に一様に帯電する。
【００１４】
感光体ドラム１の帯電装置２より回転方向下流側には、入力画像情報に応じた強度のレーザ光Ｌを照射する露光装置３が配設される。露光装置３は、一様に所定電位に帯電された感光体ドラム１にレーザ光Ｌを照射する。これにより、照射部分の感光体ドラム１の表面電位が低下し、静電潜像が形成される。
【００１５】
感光体ドラム１の露光装置３より回転方向下流側には、現像剤を内蔵した現像装置４が配設される。現像装置４は、前述の露光工程で感光体ドラム１上に形成された静電潜像に対してトナーを供給する。これにより、静電潜像を可視像化させ、感光体ドラム１の表面にトナー像が形成される。
【００１６】
その後、感光体ドラム１上のトナー像は、感光体ドラム１の回転に伴って、転写装置５に対向する位置に搬送される。転写装置５はワイヤとグリッドから構成されるコロナ帯電装置である。、転写装置５は、不図示の電源により放電ワイヤに所定の電圧が印加されると放電動作が行われる。このように、転写装置５にトナー像の帯電極性と逆の極性（本実施形態では正）の転写バイアスが印加されることにより、感光体ドラム１上のトナー像は、図１中、矢印Ｄｍの方向に搬送される転写材ｍ上に静電的に転写される。
【００１７】
トナー像が転写された転写材ｍは、転写装置５と隣接する分離装置６によって、感光体ドラム１表面から分離される。分離装置６は、ワイヤとグリッドから構成されるコロナ帯電装置であって、不図示の電源により放電ワイヤに所定の電圧が印加されると、放電動作が行われる。このように、分離装置６に分離バイアスが印加されることにより、分離装置６は、転写材ｍを感光体ドラム１表面から分離させる。
【００１８】
転写材ｍは、矢印Ｄｍの方向に搬送され、定着装置７に入る。定着装置７内は、定着装置７は、定着ローラ７１と加圧ローラ７２を有する。このため、転写材ｍは、定着ローラ７１と加圧ローラ７２の間の定着ニップ部にて加圧加熱されることで、トナー像が熱定着される。トナー像が定着された転写材ｍは、その後、画像形成装置１００の外部に排出される。これにより、一連の画像形成が終了する。
【００１９】
トナー像の転写後の感光体ドラム１表面には、残トナーが残留する。残トナーは、清掃装置８を構成する永久磁石ローラ８１およびゴムブレード８２の作用によって除去され、回収される。また、感光体ドラム１の表面に残った電荷は、前露光装置９によって除去される。このように感光体ドラム１の表面を初期化して、次の画像形成のために備える。
【００２０】
（各部の詳細構成）
ここで、感光体ドラム１、帯電装置２、露光装置３、現像装置４について、詳しく説明する。
【００２１】
感光体ドラム１は、直径１００ｍｍのａ−Ｓｉ感光層を有する。アルミニウム合金等の導電性基体と、その外周面に形成した感光層で構成された正帯電極性の感光体で構成される。感光体ドラム１は、矢印Ｄ１の方向に、例えば５００ｍｍ／ｓの速度で無端移動し、Ａ４横サイズの転写材への連続画像形成速度は最高で１００頁／分である。
【００２２】
帯電装置２は、ワイヤとグリッド等から構成される。不図示の電源によりワイヤに所定の電圧が印加されると、放電動作が行われる。これにより、感光体ドラム１の外周面を＋４００〜５００Ｖに均一に帯電する。
【００２３】
露光装置３は、画像情報を変換した画像データに応じて、レーザ光Ｌで感光体ドラム１表面を露光する。画像情報は、原稿読取部において原稿の画像を読み取ったものか、あるいはパソコン等から転送されたものである。これらの画像情報を基に、原稿読取部に設置された画像処理部によって所定の画像処理を施し画像データが形成される。原稿読取部における原稿の読み取り動作に同期して、露光装置３に転送される。
【００２４】
本実施形態においては、露光装置３から発光されるレーザ光Ｌによって、感光体ドラム１の表面電位を＋５０〜＋５００Ｖ程度にする。感光体ドラム１の表面電位は、電位センサ１０によって計測され、所望の電位に制御される。
【００２５】
現像装置４は、画像形成可能な状態において３００〜４００ｇの負帯電性のトナーを内蔵する。本実施形態で用いたトナーは、磁性を有し、重量平均粒径は６〜８μｍ程度である。トナー樹脂は、少なくともスチレンアクリル樹脂またはポリエステル樹脂のいずれか一方から成り、磁性体を５０〜９０重量部程度含有し、比透磁率は１．５〜２程度である。また、外添剤として、酸化ケイ素、チタン酸ストロンチウム等を含有している。
【００２６】
図を用いて現像装置４の構造を詳細に説明する。図２は本実施形態に係る現像装置の概略断面図である。図２に示すように、現像装置４は、感光体ドラム１と所定の間隔をもって保持されたスリーブ４１（現像剤担持体）を備える。スリーブ４１の内部には、固定配設された永久磁石４２（磁界発生部材）を内包し、矢印Ｄ４１の方向に無端移動しながら現像剤を搬送する。スリーブ４１に担持された現像剤は、感光体ドラム１に印加された現像バイアスにより、感光体ドラム１上に移動する。これにより、所望の画像形成が行われる。
【００２７】
スリーブ４１は、外径３０ｍｍ、内径２８ｍｍのアルミニウム合金製の管の表面に、フェノール樹脂と結晶性グラファイトおよびカーボンを所定の比率で混合して、高温雰囲気下で硬化させた膜を被覆したものである。また、スリーブ４１表面膜の帯電特性をトナーに対して最適にするために、４級アンモニウム塩を程度含有するフェノール樹脂を用いた。
【００２８】
４級アンモニウム塩化合物は、添加されるとフェノール樹脂中に均一に分散され、更に、加熱硬化して被覆を形成する際にフェノール樹脂組成物自身が負帯電性を有する物質へと変化する。従って、このような材料を用いて形成された被覆層を有するトナー担持部材を用いれば、トナーの帯電特性を所望の状態にすることが可能となる。スリーブ４１表面の最終的な表面粗さは０．５〜１μｍＲａである。
【００２９】
スリーブ４１は、感光体ドラム１の無端移動速度に対して１〜２倍の無端移動速度ＶＲ４１で回転する。現像位置でのスリーブ４１と感光体ドラム１との間に形成される第一対向部Ｘ１（現像部）の間隙は１５０〜３００μｍである。永久磁石４２の磁極Ｓ２の磁力の作用によってスリーブ４１上に担持されるトナーは、磁性金属製の規制ブレード４３で層厚が規制され、０．５〜１．５ｍｇ／ｃｍ２程度のトナー層を形成する。なお、スリーブ４１と規制ブレード４３間の間隙は１５０〜２５０μｍである。
【００３０】
画像形成中のスリーブ４１には、不図示の電源からＤＣバイアス（０〜４００Ｖ）とＡＣバイアス（Ｖｐｐ：１〜２ｋＶ、周波数：１〜４ｋＨｚ）を重畳したものが印加される。これにより、トナーを感光体ドラム１側に飛翔させる。
【００３１】
図２に示すように、現像装置４の筐体４０の上部には、筐体４０内に補給するトナーを収納するバッファ４６が設けられる。さらにその上部にはバッファ４６にトナーを供給するホッパ４７が設けられる。ホッパ４７の上部には、使用者が適宜交換可能なトナーボトル４８を装着することが可能である。
【００３２】
これらの構造により、トナー補給は次のように行う。トナーの消費によって、筐体４０内のトナーの量が所定量未満となると、これをトナー量検知センサ４３ａが検知する。すると、バッファ４６内のトナーが筐体４０内に補給される。トナー補給は、バッファ４６の補給口に設けられたマグネットローラ４６ａを、制御部からの制御信号によって回転させることによって行われる。筐体４０内へトナーが補給されると、第一撹拌部材４２ａ及び第二撹拌部材４２ｂによって、筐体４０内の新旧トナーが混合撹拌される。
【００３３】
また、バッファ４６内のトナーが所定量より減少したことは、トナー量検知センサ４６ｂで検知する。この場合、ホッパ４７内のトナーがバッファ４６に補給され、トナー撹拌部材４６ｃによって搬送、撹拌される。
【００３４】
また、ホッパ４７内のトナーの量が所定量より減少したことは、トナー量検知センサ４７ｂで検知する。この場合、トナーボトル４８内のトナーがホッパ４７に補給され、トナー撹拌部材４７ｃによって搬送、撹拌される。
【００３５】
図３は本実施形態の永久磁石の磁極の配置及び磁束密度の説明図である。永久磁石４２は、図３に示すような周方向磁極配置及び中心方向磁束密度を有する。磁極Ｎ１は、永久磁石４２の軸中心と感光体ドラム１の軸中心とを結ぶ直線上に位置する。磁極Ｓ２は、永久磁石４２の軸中心と規制ブレード４３の先端とを結ぶ直線よりも磁極Ｎ３側に５°ずれた位置にある。
【００３６】
図４は本実施形態の現像装置と感光体ドラム近傍の断面図である。現像装置４は、樹脂製の下部筐体４０ｂと上部筐体４０ａからなる。下部筐体４０ｂの機能は、感光体ドラム１から回収した現像剤の収容である。スリーブ４１の下方には再配置ローラ４５（再配置部材）が配設される。本実施形態では、下部筐体４０ｂのスリーブ４１のスリーブ下方筐体４０ｄの長さが短いため、上部筐体４０ａ内に収容されているトナーが一部飛散する場合がある。しかし、永久磁石４２の回転方向下流側に飛散したトナーを再配置ローラ４５が回収するため、画像形成装置の他の部分に到達することはない。
【００３７】
再配置ローラ４５は、非磁性ＳＵＳ製の中実のローラ（φ＝２０ｍｍ）である。再配置ローラ４５は、感光体ドラム１の回転方向において、スリーブ４１よりも下流側に配置され、感光体ドラム１に対して非接触に対向配置される。感光体ドラム１と再配置ローラ４５の間を第二対向部Ｘ２とする。第二対向部Ｘ２の間隙は０．３ｍｍである。また、スリーブ４１と再配置ローラ４５の間を第三対向部Ｘ３とする。第三対向部Ｘ３の間隙は０．４ｍｍである。
【００３８】
再配置ローラ４５は、図中、Ｄ４５方向に回転する。再配置ローラ４５の回転方向は、第二対向部Ｘ２において感光体ドラム１と逆方向、第三対向部Ｘ３においてスリーブ４１と同方向（順方向）に回転する。再配置ローラ４５の周速度はＶ４５＝１０ｍｍ／ｓである。再配置ローラ４５には、スリーブ４１と同じバイアスが４５ｂにより印加される。
【００３９】
図５は本実施形態の再配置ローラと剥離ブレードとの位置関係を示す図である。再配置ローラ４５には、剥離ブレード４５ａ（剥離部材）の先端が当接する。剥離ブレード４５ａは、長方形板状であり、再配置ローラ４５の回転軸方向の長さが３３０ｍｍ、それと垂直な方向の長さが５ｍｍ、厚さが１．５ｍｍである。剥離ブレード４５ａはウレタンゴム等の樹脂製の弾性部材にて構成すると、耐久性の面で好ましい。
【００４０】
再配置ローラ４５と剥離ブレード４５ａとの当接位置は、永久磁石４２の磁極Ｓ３と形成する円周角がθ１＝８０〜９０°となる位置である。また、剥離ブレード４５ａの再配置ローラ４５に対する姿勢角は、θ２＝２０〜３０°である。剥離ブレード４５ａの固定端（先端と反対側端部）が、下部筐体４０ｂに対して固定される。
【００４１】
図を用いて現像後のトナーの挙動を説明する。図６は本実施形態の再配置ローラで回収されたトナーの挙動の説明図である。図６において、再配置ローラ４５に転移する残トナーのうち、帯電量の低いトナーをトナーＴ１、帯電量の高いトナーをトナーＴ２とする。
【００４２】
現像後の感光体ドラム１上のトナーが再配置ローラ４５との最近接部に到達すると、図６（ａ）に示すように、数回の往復運動の後、一部のトナー（トナーＴ１及びトナーＴ２）が感光体ドラム１から再配置ローラ４５に転移する。
【００４３】
帯電量が低いトナーＴ１が、再配置ローラ４５とスリーブ４１との最近接部に到達すると、図６（ｂ）に示すように、磁極Ｓ３の磁気力により吸引される。これにより、帯電量が低いトナーＴ１は、スリーブ４１に転移する。磁極Ｓ３は、再配置ローラ４５との最近接部よりも約１０°だけ磁極Ｎ３側にずれて位置すると同時に、現像装置４のスリーブ下方筐体４０ｄの先端に位置する。
【００４４】
一方、帯電量が高いトナーＴ２は、再配置ローラ４５とスリーブ４１との最近接部に到達しても、スリーブ４１に転移せずに再配置ローラ４５に残留する。その後、図６（ｃ）に示すように、再配置ローラ４５に残留したトナーＴ２は、剥離ブレード４５ａの先端において、剥離ブレード４５ａから機械的に剥離される。これにより、再配置ローラ４５に残留するトナーは存在しなくなる。
【００４５】
以下、上記実施形態の構成に基づき、構成を変更して好適な条件を検証した。次に、実施例と比較例を例示して説明する。なお、本実施形態の内容は、下記の実施例に限定されるものではない。
【００４６】
図７は実施例と比較例の設定条件と実験結果を示す図表である。なお、図７にも示すように、実施例２〜４及び比較例の条件は、実施例１と異なる点のみを記載した。各実験において、累積２５万頁の画像形成を行った。
【００４７】
〔実施例１〕
実施例１の条件は、基本的に上記実施形態と同様である。スリーブ４１の数を１つとした。第一対向部Ｘ１におけるスリーブ４１の感光体ドラム１に対する移動方向は順方向である。なお、この場合、スリーブ４１の回転方向は、感光体ドラム１の回転方向と逆回転となる。第二対向部における再配置ローラの感光体ドラムに対する移動方向は逆方向である。第三対向部における再配置ローラのスリーブに対する移動方向は順方向である。
【００４８】
剥離ブレードの材質はゴムなどの樹脂である。再配置ローラに対する印加バイアスは上述のようにＤＣバイアスとＡＣバイアスを重畳したものである。第二対向部の間隙は０．４ｍｍである。第三対向部の間隙は３ｍｍである。図６等で示すように第三対向部における隔壁はない。
【００４９】
〔実施例２〕
実施例２では、再配置ローラ４５を、実施例１と反対方向（図４におけるＤ４５と反対回り）に回転させた。これにより、第三対向部Ｘ３において、再配置ローラ４５とスリーブ４１の互いの表面が対向するように移動する。この場合、トナーの流れの円滑性が実施例１と比較して劣るため、画像に軽微なトナー汚れが発生する。ただし、従来例に比べれば高画質となる。
【００５０】
〔実施例３〕
実施例３では、剥離ブレード４５ａを金属製（ＳＵＳ３０４）にした。剥離ブレード４５ａが実施例１と比較して硬いため、耐久試験においては再配置ローラ４５及び剥離ブレード４５ａにスジ状磨耗が生じ、画像に現れることがある。ただし、従来例に比べれば高画質となる。
【００５１】
〔実施例４〕
実施例４では、現像装置４においてスリーブ４１を２個備えたものを使用した。また、いずれのスリーブ４１にも永久磁石４２を内蔵するものとした。この場合、現像装置４のコストが高くなるものの、高画質となる。
【００５２】
〔比較例１〕
比較例１では、再配置ローラを用いない構成とした。この場合、線の尾引きや散りが生じ、実施例と比較すると画質が劣った。
【００５３】
〔比較例２〕
比較例２では、再配置ローラバイアスがＤＣ成分のみとした。この場合、感光体ドラム上トナーの回収は可能であるものの、回収したトナーを感光体ドラムに戻すことができない。このため、形成されたトナー画像の線が細くなってしまう。
【００５４】
〔比較例３〕
比較例３では、スリーブを実施例１と反対方向（図４におけるＤ４１と反対回り）に回転させた。これにより、第一対向部Ｘ１において、感光体ドラムとスリーブの互いの表面が対向するように移動する。この場合、再配置ローラ上のトナーがスリーブに回収されたとしても、その直後に再度、第一対向部Ｘ１を通過することとなり、画像を乱す。この結果、画像ムラが生じてしまう。
【００５５】
〔比較例４〕
比較例４では、第二対向部Ｘ２の間隙を２ｍｍとした。このように、第二対向部Ｘ２の間隙が過大である場合、再配置バイアスが印加した再配置ローラから発生する電気力が不足する。このため、感光体ドラム上のトナーに電気力の作用が及ばない結果、画質は劣ってしまう。
【００５６】
〔比較例５〕
比較例５では、第三対向部Ｘ３の間隙を５ｍｍとした。このように、第三対向部Ｘ３の間隙が過大である場合、再配置ローラ上のトナーを、スリーブに回収するための磁気力が不足する。このため、画像ムラや画像の顕著なトナー汚れが発生する。
【００５７】
〔比較例６〕
比較例６では、スリーブと再配置ローラが対向する位置までスリーブ下方筐体の先端が延びている。つまり、第三対向部に隔壁が存在する。この場合、感光体ドラムから再配置ローラに回収されたトナーは、スリーブに再配置されず、再度、像担持体上で現像されることが起こる。これにより、画像ムラや画像の顕著なトナー汚れが発生する。
【符号の説明】
【００５８】
Ｘ１…第一対向部
Ｘ２…第二対向部
Ｘ３…第三対向部
１…感光体ドラム
４…現像装置
９…前露光装置
４０…筐体
４０ｄ…スリーブ下方筐体
４１…スリーブ
４２…永久磁石
４５…再配置ローラ
４５ａ…剥離ブレード
１００…画像形成装置
【図１】
2015184423.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015184423.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015184423.tif 000009