(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像が担持される像担持体に対向し且つ回転可能で表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、
この現像剤担持体に対向して配設され且つ現像剤担持体へ現像剤を供給可能な現像剤供給部材と、
現像剤担持体と現像剤供給部材との間に設けられ、現像剤供給部材から現像剤担持体への現像剤供給を促す供給バイアスを印加可能な供給バイアス印加手段と、
像担持体より現像剤搬送方向上流側にて現像剤担持体上の現像剤層に接触し、現像剤層厚変化に追従するシート状部材であってシートの厚み方向に圧電性を有する圧電材料で構成される検出接触子を有し、この検出接触子の追従変化に伴う物理量変化に基づいて現像剤層厚変化を検出する現像剤層検出手段と、
この現像剤層検出手段からの情報に応じて、現像剤供給部材から現像剤担持体へ供給される現像剤量を調整する現像剤量調整手段とを備えることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、
現像剤層検出手段は、前記検出接触子の追従変化に応じて所定の物理量に変化させる物理量可変手段と、この物理量可変手段による物理量変化を検出する物理量変化検出手段とを備えることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１記載の現像装置において、
シート状部材は、現像剤担持体上の現像剤層を均一化する層均一化部材を兼用するものであることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１記載の現像装置において、
シート状部材は、現像剤担持体上の現像剤を帯電する帯電規制部材を兼用するものであることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１記載の現像装置において、
現像剤供給部材は、現像剤担持体と離間して配設されることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項５記載の現像装置において、
現像剤量調整手段は、供給バイアスを調整するものであることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項６記載の現像装置において、
供給バイアスは、一周期中に、少なくとも現像剤供給部材から現像剤担持体への現像剤の移動を促す電界成分が含まれ且つ現像剤供給部材と現像剤担持体との間で現像剤の移動に作用する作用領域と、現像剤の移動に作用しない非作用領域とを含み、
現像剤量調整手段は、供給バイアスの少なくとも作用領域と非作用領域との割合を調整するものであることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
静電潜像が担持される像担持体と、
この像担持体上の静電潜像を現像する請求項１乃至７のいずれかに記載の現像装置とを備えた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、複写機、プリンタ、ファクシミリ、印刷装置等の画像形成装置で用いられる現像装置に係り、特に、一成分現像剤を用いた現像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】
従来における電子写真方式等の画像形成装置で用いられる現像装置としては、トナーのみからなる一成分現像剤（トナー）を用いた一成分現像方式と、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いる二成分現像方式とが知られている。中でも、一成分現像方式の現像装置は、キャリアとの混合、撹拌、トナー濃度の制御が不要であるため、装置の小型化、低コスト化が可能であり、更に、現像剤の交換作業などが不要なため、主としてメンテナンスフリーが要望されるプリンタにおいて使用されることが多くなってきている。
【０００３】
従来、一成分現像方式においては、現像ロール上に所定のトナー量及びトナー帯電量を備えたトナー層を形成する一般的な方式としては、発泡体からなるトナー供給ロールを現像ロールに押し付け、この押圧力にて形成されたニップ域内で、現像ロール上に多量のトナーを付着させ、その後規制ブレードによってトナーの層厚を規制し、同時に摩擦帯電を行う方法（接触トナー供給方式）が採られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７５３５７号公報（発明の実施の形態、図２）
【特許文献２】特開平４−９３９６５号公報（実施例、第２図）
【特許文献３】特開平６−１９４９４４号公報（実施例、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような方式においては、現像ロール上のトナー付着量やトナー帯電量が経時によって変化するようになり、長期的に安定した現像特性を維持することが困難となる。
例えば、規制ブレードを使用すれば、規制ブレードによってトナーが機械的に掻き落とされることから、ある粒度分布を持ったトナーのうち、大粒径のトナーほど規制ブレードの通過が阻害され、現像を繰り返すと、小粒径トナーが優先的に消費されるようになり、現像装置内に残留するトナーの平均粒径が大きくなる傾向になる。トナーの平均粒径が大きくなると、トナーの比電荷（単位重量当たりの帯電量）は一般的に低下するようになり、その結果、次第に現像ロールに付着するトナー付着量が増えたり、逆にトナー帯電量が低下することから、画像濃度やかぶりが増加するようにもなる。
【０００６】
一方、発泡体のトナー供給ロールと現像ロールの間に現像ロールへのトナー供給を行うための供給バイアスとして直流電界を印加すると、印刷枚数が増えるに従いトナー供給量が増加するようになり、規制ブレードで付与されるトナー帯電量が低下し、画質が変動する問題もある。
【０００７】
したがって、現像ロール上に形成されるトナー層を如何に一定に保つかが、長期的な現像特性の安定化にとって非常に重要な技術となる。
そのためには、現像ロール上のトナー付着量（トナー層厚に相当）を精度良く安定して測定し、このトナー量を所定の量に制御することが必要となる。
特許文献２には、二成分現像剤を使用し、トナー供給ロール（この例ではマグネットロール）の磁気ブラシから非磁性トナーを現像ロールに供給する方式が記されている。この方式は、例えば図１１に示すように、現像ロール１０１上のトナー層厚の変化をこの現像ロール１０１に近接配置された光学的センサ１０２で検知し、この検知結果に基づいて現像ロール１０１とトナー供給ロール１０３との間に印加されるバイアスＶ２を調整するようにしてトナー層厚一定に維持しようとするものである。しかしながら、この方式では、光学的センサ１０２を使用していることから、光学的センサ１０２を設置する空間を確保したり、トナーによる検出面の汚れや、トナー色による影響を受け易く、安定した検知が困難となり易い。また、光学的センサ１０２の検出面とトナー面との間隙を一定に保つ必要があり、現像ロール１０１自体の回転振れや組立精度等を精度良く抑える必要もあるなど多くの課題が残る。尚、図中符号１０４は、静電潜像が担持される感光体ドラムである。  
【０００８】
また、現像ロール上のトナー層厚を直接測定する代わりに、間接的に測定する方式も提示されている。特許文献３には、一成分現像剤（トナー）を用い、感光体ドラム上にパッチパターンを形成し、この濃度を測定することで現像ロール上のトナー層厚を換算し、この結果に基づいてトナー供給ロールへ印加するバイアスを調整して、トナー供給ロールから現像ロールへ供給されるトナー量を調整するようにした方式が示されている。しかしながら、感光体ドラム上のパターンを現像するには、トナーの帯電量が環境によって変化するため、現像特性自体がその影響を受け、現像ロール上のトナー層厚を正確に測定しているとは言い難い。
【０００９】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、現像剤担持体上の現像剤量を安定して精度良く測定して現像剤担持体への現像剤供給量を制御することが可能な現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明の基本的構成は、図１に示すように、静電潜像が担持される像担持体１に対向し且つ回転可能で表面に現像剤Ｇを担持する現像剤担持体２と、この現像剤担持体２に対向して配設され且つ現像剤担持体２へ現像剤Ｇを供給可能な現像剤供給部材３と、現像剤担持体２と現像剤供給部材３との間に設けられ、現像剤供給部材３から現像剤担持体２への現像剤供給を促す供給バイアスを印加可能な供給バイアス印加手段４と、像担持体１より現像剤搬送方向上流側にて現像剤担持体２上の現像剤層に接触し且つ現像剤層厚変化に追従する検出接触子５ａを有し、この検出接触子５ａの追従変化に伴う物理量変化に基づいて現像剤層厚変化を検出する現像剤層検出手段５と、この現像剤層検出手段５からの情報に応じて、現像剤供給部材３から現像剤担持体２へ供給される現像剤量を調整する現像剤量調整手段６とを備えることを特徴とする。
【００１１】
このような技術的手段において、本発明に係る現像装置は、現像剤担持体２上に担持搬送される現像剤Ｇとしては、一成分現像剤を使用するものであり、現像装置全体に亘って一成分現像剤であってもよいし、例えば二成分現像剤を使用し、現像剤担持体２上にトナーを供給するような態様であっても差し支えない。
また、現像剤担持体２は現像剤Ｇを担持できるものであればよく、ドラム状、ベルト状を含む。また、効果的に現像を行う観点からは、現像剤担持体２は像担持体１と接触配置される態様が好ましいが、非接触であっても差し支えない。更に、現像剤担持体２としては弾性体であっても剛体であってもよく、例えば可撓性チューブ状であっても差し支えない。
また、現像剤供給部材３は、現像剤Ｇを担持搬送できるものであれば特に限定されず、現像剤担持体２とは接触していてもよいし、離間していても差し支えない。具体的な態様としては、発泡ロール状、剛性ロール状等の態様が挙げられる。更に、現像剤供給部材３から現像剤担持体２への安定した現像剤供給量を維持する観点から、現像剤供給部材３と現像剤担持体２とは離間して配置させることが好ましく、この場合、両者間の安定したギャップを維持する観点から現像剤供給部材３は剛性ロール状が好ましい。
更に、本発明においては、現像剤担持体２と現像剤供給部材３との回転方向は、両者の対向部位で互いに同じ方向（Ｗｉｔｈ方向）であっても異なる方向（Ａｇａｉｎｓｔ方向）であってもよい。
【００１２】
そして、本発明では、現像剤担持体２と現像剤供給部材３との間に現像剤担持体２への現像剤供給を促す供給バイアスが印加されることで、現像剤担持体２への現像剤Ｇの供給を安定に行うことが可能になる。
また、現像剤量調整手段６は、現像剤層検出手段５からの情報に応じて、現像剤供給部材３から現像剤担持体２へ供給される現像剤量を調整できるものであれば、特に制限はなく、機械的方式や電気的方式等による調整が可能である。
【００１３】
更に、前記現像剤層検出手段５は、現像剤担持体２上の現像剤層厚の変化を検出できるものであればよく、その検出方式は特に限定されないが、本発明では後述する方式が採用される。
また、現像剤層検出手段５としては、検出接触子５ａの追従変化に応じて所定の物理量に変化させる物理量可変手段と、この物理量可変手段による物理量変化を検出する物理量変化検出手段とを備えることが好ましく、これによれば、現像剤層厚変化に追従した検出接触子５ａの追従変化を物理量変化として検出することができ、正確な現像剤層厚の変化を検出することが可能になる。
このとき、物理量可変手段としては、検出接触子５ａの追従変化を所定の物理量に変化させるようにすればよく、例えば現像剤層のインピーダンスを検出するための測定電圧の付与等を行う態様（具体的には静電容量等）が挙げられる。また、物理量可変手段は検出接触子５ａと一体であっても差し支えなく、この場合、例えば検出接触子５ａが圧電性を備える態様が挙げられる。
更に、物理量変化検出手段は、物理量可変手段からの情報（検出信号）に基づいて、演算処理等を行って現像剤層厚を算出するもので、通常、電子回路等で構成される。
【００１４】
そして、本発明における現像剤層検出手段５の検出接触子５ａは、現像剤担持体２上の現像剤層厚の変化を有効に検出する観点から、現像剤層厚の変化に追従するシート状部材を有している。シート状部材としては、現像剤担持体２上の現像剤層厚の変化を検出できればその厚さや形状等は特に制限されないが、通常、現像剤担持体２の回転方向の上流側の一端は固定支持され、他端が自由端として配設される。尚、例えば両端が固定配置され、中央部分で広いニップ域を形成でき、現像剤層厚の変化を検出できる態様であれば差し支えない。
【００１５】
また、本発明のシート状部材としては、シートの厚み方向に圧電性を有する圧電材料で構成されるものが用いられ、これによれば、現像剤担持体２上の現像剤層厚の変化を簡易な構造で容易に検出することが可能になる。この圧電材料の代表的態様としては、一軸延伸した後分極処理されたＰＶＤＦシート（ポリフッ化ビニリデンシート：高分子圧電シート）が挙げられる。この場合、シート状部材の構成としては、高分子圧電シートの両面に電極層が処理されているが、例えば少なくとも現像剤Ｇと接する面の電極層上に、例えば離型層等の処理層を施すようにしても、圧電特性が検出できればよい。
【００１６】
更に、本発明に関連する関連発明としてのシート状部材としては、現像剤担持体２との間に挟持された現像剤Ｇの静電容量が検出可能な導電材料で構成されるものが用いられ、このようにしても、現像剤担持体１上の現像剤量の変化を簡易な構造で容易に検出することが可能になる。そして、この導電材料の態様としては、静電容量を検出できればその厚さは特に限定されず、また、現像剤Ｇと接する面に離型層等の処理層を施しても現像剤量の変化が静電容量の変化として検出できればよい。
更にまた、本発明及び前記関連発明において装置構成を簡略化する観点から、シート状部材が現像剤担持体２上の現像剤層を均一化する層均一化部材を兼用するようにしてもよく、この場合、シート状部材にある程度の剛性が必要となる。また、本発明及び前記関連発明において、シート状部材が現像剤担持体２上の現像剤Ｇを帯電する帯電規制部材を兼用するようにしてもよい。そして、前記関連発明において、この帯電規制部材を兼用する場合には、シート状部材と現像剤担持体２との間の現像剤Ｇに対し、帯電バイアスを付与する方式が採られればよく、例えば定電圧方式、定電流方式が挙げられる。特に、現像剤Ｇの帯電規制を精度よく行う観点からは、定電流方式が好ましい。
【００１７】
特に、本発明においては、現像剤量調整手段６は供給バイアスを調整するようにすることが好ましく、この場合、現像剤供給部材３から現像剤担持体２へ供給される現像剤量を有効に制御することが可能になる。
そして、供給バイアスとして、一周期中に、少なくとも現像剤供給部材３から現像剤担持体２への現像剤Ｇの移動を促す電界成分が含まれ且つ現像剤供給部材３と現像剤担持体２との間で現像剤Ｇの移動に作用する作用領域と、現像剤Ｇの移動に作用しない非作用領域とを含むものとし、現像剤量調整手段６によって、供給バイアスの少なくとも作用領域と非作用領域との割合を調整するようにすれば、現像剤供給部材３から現像剤担持体２への現像剤供給量を精度よく制御することが可能になり、安定した現像剤量の調整ができるようになる。
【００１８】
更に、本発明は画像形成装置をも対象とし、この場合、静電潜像が担持される像担持体１と、この像担持体１上の静電潜像を現像する現像装置として、上述の現像装置を用いるようにすればよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、現像剤担持体と、この現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、現像剤担持体と現像剤供給部材との間に現像剤を供給するための供給バイアスを印加する供給バイアス印加手段と、像担持体より現像剤搬送方向上流側にて現像剤担持体上の現像剤層に接触し且つ現像剤層厚変化に追従する検出接触子を有し、この検出接触子の追従変化に伴う物理量変化に基づいて現像剤層厚変化を検出する現像剤層検出手段と、この現像剤層検出手段からの情報に応じて、現像剤供給部材から現像剤担持体へ供給される現像剤量を調整する現像剤量調整手段とを備え、検出接触子としてシート状部材であってシートの厚み方向に圧電性を有する圧電材料で構成されるものを用いたので、現像剤層厚の変化を簡易な構造で容易に検出でき、現像剤担持体上の現像剤層厚を安定して所望の値に維持することが可能になり、現像特性を長期に亘って安定させることができ、長期に亘って良好な画質を維持できる現像装置を提供することが可能になる。
また、このような現像装置を用いることで、長期に亘って安定した画像が形成できる画像形成装置を容易に構築することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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実施の形態１の画像形成装置を示す。
同図において、符号２１は、矢印方向に回転する有機感光体からなる静電潜像が担持される感光体であり、この感光体２１は帯電ロール等の帯電装置２２によって帯電され、レーザ書き込み装置又はＬＥＤアレイ等を有する露光装置２３によって静電潜像が書き込まれる。この書き込まれた静電潜像は、光の当たった部分の感光体２１の表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。
【００２１】
また、感光体２１に対向して配置される現像装置３０は、現像ハウジング３１内に非磁性一成分現像剤であるトナーを収容し、現像剤担持体としての現像ロール３２にトナーを担持させ、この現像ロール３２に直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスをバイアス電源３３から印加することで、現像ロール３２を静電潜像の高電位部と低電位部との中間電位に保持し、感光体２１上の静電潜像の画像部を帯電されたトナーにて現像するようにしたものである。
更に、現像ロール３２の背後には、現像ロール３２と離間した位置にてトナーを現像ロール３２へ供給するトナー供給ロール３４が設けられ、トナーがトナー供給ロール３４から現像ロール３２へ供給されるようになっている。
【００２２】
また、転写装置２６は、例えば感光体２１に接触配置される転写ロールにて構成され、バイアス電源２７によって感光体２１上で現像されたトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスが印加され、感光体２１上のトナー像を記録材２８に転写するようにしたものである。
更に、転写後に感光体２１上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置２９によって除去される。
更にまた、感光体２１上のトナー像が転写された記録材２８は、定着装置５０に搬送され、この定着装置５０によってトナー像は記録材２８に定着される。定着装置５０は、例えばヒートロール方式で、加熱ロール５１と加圧ロール５２とを有し、この加熱ロール５１と加圧ロール５２との間に記録材２８を通過させることによりトナー像が記録材２８に定着されるようになっている。
【００２３】
ここで、本件発明の特徴点である現像装置３０について、図３に基づいて詳細に説明する。同図において、現像装置３０は、感光体２１に向かって開口する現像ハウジング３１を有し、この現像ハウジング３１の開口に面する位置で感光体２１と離間した位置に現像ロール３２を回動自在に収容している。
【００２４】
この現像ロール３２の背後には、現像ロール３２と離間した位置に、現像ロール３２にトナーを供給するためのトナー供給ロール３４が配設されている。また、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とは両者の対向部位で互いに同方向（Ｗｉｔｈ方向）に回転するように構成されている。尚、トナー供給ロール３４としては、現像ロール３２にトナーを供給できるものであればベルト状の態様であっても差し支えない。
【００２５】
そして、トナー供給ロール３４と現像ロール３２との間にはバイアス電源３５が接続され、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へのトナー供給を行う供給バイアスが印加されるようになっている。
また、このトナー供給ロール３４の背後には、トナーを収容するトナーホッパ３６が設けられ、例えば図示外のアジテータによって内部のトナーが撹拌され、トナー供給ロール３４側へトナーが搬送されるようになっている。尚、図中符号３７は、トナー供給ロール３４上のトナーを掻き落とすためのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シート等からなる掻き取り部材であり、トナー供給ロール３４に付着したトナーを掻き取り、トナー供給ロール３４上のトナー量が一定に維持されるようになっている。
【００２６】
更に、本実施の形態の現像ロール３２の周囲には、感光体２１と現像ロール３２との対向部位（現像領域）よりトナー搬送方向上流側で、かつ、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位のトナー搬送方向下流側に、現像ロール３２上のトナーを層厚規制すると共に摩擦帯電する規制ブレード４１が配設されている。この規制ブレード４１は、その一端側を現像ハウジング３１に固定された支持部材４２に固定され、他端側は自由端となって配設され、その間にて現像ロール３２上のトナー層に接触するように配置されている。特に本実施の形態では、この規制ブレード４１が現像ロール３２上のトナー層厚の変化を検出する現像剤量検出手段を兼用しており、そのため、規制ブレード４１からの信号に基づいて例えばインピーダンス変換やトナー層厚を算出する処理等を行う処理装置４３に接続され、この処理装置４３はバイアス電源３５を制御可能な制御装置６０に信号が伝達されるようになっている。
一方、現像領域より下流側、かつ、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位より上流側には、現像ロール３２上の残留トナーを回収するトナー回収ロール４４が設けられている。
【００２７】
ここで、本実施の形態における規制ブレード４１の詳細について説明する。
図４に示すように、本実施の形態における規制ブレード４１は、厚さ方向に分極処理された圧電シート４１ａを金属板等の支持部材４１ｂに貼り合わせたもので、圧電シート本体４１１の電極４１２のうち、現像ロール３２側の電極４１２面上には、この電極４１２を保護する表面保護層４１ｃを設けたものとなっている。例えば、金属板としては１００μｍ厚りん青銅板を用い、表面保護層４１ｃとしては５０μｍ圧のＰＥＴフィルムを接着するようにすればよい。
本実施の形態での圧電シート４１ａは、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）の溶融成形シートを一方向に延伸する低温一軸延伸法によって得られたβ結晶ＰＶＤＦシートに対し、両面にアルミニウム等の蒸着膜を形成し、高温環境下で高電界を加え、厚み方向に分極処理した高分子圧電シートである。本実施の形態では、呉羽化学工業製のＫＦピエゾフィルムを使用し、シート厚は３０〜１００μｍの中から適宜選択した。このとき、ＰＶＤＦシートの比誘電率は１３、圧電定数は２７（ｐＣ／Ｎ）であった。
尚、本実施の形態では、圧電シート４１ａとして高分子圧電シート（具体的にはＰＶＤＦシート）を用いたが、例えばチタン酸バリウムやＰＺＴ等の無機圧電材料を高分子中に分散したシートを分極処理するようにしても差し支えない。
【００２８】
また、本実施の形態では、圧電シート４１ａの電極４１２のうち、表面保護層４１ｃ側の電極４１２は規制ブレード４１の一端側から接地され、もう一方の電極４１２は前述した処理装置４３に接続されている。このような構成によれば、現像ロール３２上のトナー量の変動に伴い、圧電シート４１ａが変形（伸縮歪、すべり歪等）することで分極された電気双極子の変位による起電力（電圧量）が発生し、この発生した電圧量を検出することで、トナー層厚を検出するようにしたものとなっている。
【００２９】
ここで、本実施の形態におけるトナー供給ロール３４と現像ロール３２との間に印加される供給バイアスについて説明する。
図５は、本実施の形態における供給バイアスの電圧波形の一例を示すもので、台形波（矩形波）の大きな電圧変動がある作用時間（作用領域に相当）と、その後に続く電圧ゼロの非作用時間（非作用領域に相当）とで１周期をなす電圧波形となっている。そして、この電圧波形が加わるように、バイアス電源３５が構成されている。尚、トナー供給ロール３４には、現像ロール３２へ印加される現像バイアスに重畳された波形として加えられる。
すなわち、本実施の形態では、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へのトナー飛翔を台形波の大きな変動がある作用時間に行い、１周期に占める作用時間の割合（デューティ比）を変えることで現像ロール３２へ供給されるトナー量（トナー層厚に比例する）を制御できるようにしている。
すなわち、デューティ比を変えることで、現像ロール３２へのトナーの供給量を変化させることができ、例えばデューティ比を小さくすれば現像ロール３２上のトナー層厚が薄くなり、一方、デューティ比を大きくすればトナー層厚を厚くすることが可能になる。また、このとき、トナーが不要な帯電をすることもない。仮に、この作用時間を連続させると、供給されるトナー量が多くなりすぎて所定のトナー層厚に制御することが困難となる。尚、供給バイアスとしては、図５に示す台形波（矩形波）に限らず、作用時間と非作用時間をもっていれば、例えば正弦波や三角波等であってもよい。
そして、本実施の形態では、制御装置６０によって供給バイアスのデューティ比を調整することで、現像ロール３２上に供給されるトナー量を制御するようにしている。
【００３０】
次に、本実施の形態に係る、特に現像装置３０の作動について図３を基に説明する。
同図において、トナーホッパ３６内でアジテータ（図示せず）によって撹拌されたトナーは、トナー供給ロール３４へ供給される。このとき、トナー供給ロール３４上には厚みむらや付着むらがあり、厚み自体も厚いトナーが付着しているものと想定される。尚、付着状態は雰囲気の温湿度、トナーホッパ３６内のトナー量等に応じて変動する。
そして、トナー供給ロール３４上に付着したトナーは、トナー供給ロール３４と現像ロール３２との対向ギャップに達すると、バイアス電源３５による供給バイアスによりギャップ内で往復振動する。この往復振動は、トナーのうち、ごく僅かに帯電している粒子に作用する静電力によって生じているものと考えられる。尚、この対向ギャップに至るまで、トナーには積極的な帯電（摩擦帯電）は施されていないことから、このごく僅かの帯電は、トナーホッパ３６の内壁やアジテータとトナー粒子との摺擦、トナー粒子間での摩擦等によってごく小さい摩擦帯電電荷を帯びているものと推測される。
【００３１】
通常、トナー粒子がトナーホッパ３６の内壁やアジテータと摺擦することでは、その材料による単一電荷を帯びるが、トナー粒子間での摩擦では両極性電荷を帯びることから、供給バイアスの交番電界作用により一部のトナー粒子が現像ロール３２側に付着すること  となる。
このとき、供給バイアスの作用時間の交番電界により、トナー粒子がギャップ間で往復振動を行う結果、現像ロール３２上に付着したトナーは均一な薄層を構成する。また、供給バイアスのデューティ比が小さく、非作用時間を長く取っていることから、現像ロール３２上に付着したトナーの帯電量も少なくて済む。仮に、供給バイアスとして直流電界のみを印加すると、現像ロール３２上に形成されるトナー層は帯電量が多く、厚みむらの大きな不均一な層が形成されることになる。
【００３２】
すなわち、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との間に印加された供給バイアスによって、現像ロール３２へ帯電量の少ない所定量のトナーが供給され、現像ロール３２上には均一で表面電位の小さなトナー薄層が形成されるようになる。
このとき、本実施の形態では、供給バイアスとして、図５に示す電圧波形のバイアスが印加されているが、このようなバイアスを印加するには、例えばＣＰＵ等を基にした波形発生回路を用い、現像バイアスとしては直流成分と交流成分を重畳したものをバイアス電源３３に、更に、供給バイアスとしては図５のような波形を合成した後バイアス電源３５に印加するようにすればよい。
【００３３】
次に、本実施の形態における規制ブレード４１と処理装置４３並びに制御装置６０の作動について詳述する。
現像ロール３２上のトナー量の変動によって規制ブレード４１に発生した電圧量が規制ブレード４１から処理装置４３に送られると、処理装置４３では例えば内蔵したイコライザアンプ等によってインピーダンス変換が行われ、更に、具体的な電圧量から、予め求めておいたトナー層厚と電圧量との関係に照らして、トナー層厚が算出される。そして、処理装置４３からの情報が制御装置６０に伝達されると、所望のトナー層厚に対する過不足を判定し、この結果に応じて供給バイアスを調整するようになる（供給バイアスのデューティ比を調整する）。
そのため、現像ロール３２に供給されるトナー量を所定の量にすることができる。
【００３４】
ここで、本実施の形態における規制ブレード４１におけるトナー層厚の変化を検出する動作について詳細に説明する。
先ず、規制ブレード４１によってトナー層厚の変化が検出されるタイミングとしては、次の例が挙げられる。
（１）画像形成装置の電源がＯＮされたとき。
（２）画像形成装置の電源はＯＮであるが、画像形成動作は停止状態であったところに新たな画像信号（印刷信号）が入力されたとき（新規な印刷ジョブの開始時）。
（３）一連の印刷ジョブが完了した時。
（４）ページ間。
このような場合には、その直前の現像装置３０が停止したり、画像形成が終了する際に、トナー回収ロール４４によって現像ロール３２上からトナーが掻き取られ、その後新たにトナーを供給しない操作がなされる。
すなわち、現像ロール３２は回転している状態でトナー供給ロール３４への供給バイアス（バイアス電源３５によって供給される）が停止され、あるいはトナー供給ロール３４の回転のみが停止される。または、供給バイアスが停止され、かつ、トナー供給ロール３４の回転も停止される。したがって、規制ブレード４１と現像ロール３２との間にはトナーがほぼない状態に維持される。
【００３５】
このような停止状態から、画像形成動作を開始又は継続する場合、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へのトナー供給が開始されると、現像ロール３２上に形成されたトナー層によって規制ブレード４１が押圧される。
このとき、圧電シート４１ａ（図４参照）の分極電荷の変位によってその変位量に応じた電圧が発生する。この圧電シート４１ａからの出力電圧から処理装置４３にてトナー量を算出し、制御装置６０で供給バイアスを制御することで、現像ロール３２上のトナー量を所望の量に調整することができる。
尚、圧電シート４１ａの分極は、安定しているため、長期に亘って安定した出力を得ることができる。また、圧電シート４１ａにて発生した電圧はインピーダンスが非常に高くなっているため、現像ロール３２上のトナーに対する帯電効果はなく、規制ブレード４１による摩擦帯電を阻害することもない。
【００３６】
本実施の形態では、規制ブレード４１として圧電シート４１ａを使用したので、現像剤層検出装置として従来のような光学的センサを用いる場合の問題点、すなわち、現像ロールの回転振れ精度や円筒度の振れ精度が悪いものを使用した場合に生じるトナー付着量の変化の検出精度低下、高価なセンサを必要とする点、空間的自由度が狭められ、設置時の特別な組立調整を要する点、汚れ付着等による検出精度の低下等について考慮する必要がない。
したがって、現像ロール３２上のトナー層厚を安定して測定することができ、所定の層厚に簡単に調整することができることから、現像特性自体も安定させることができ、良好な画質を維持することができるようになる。
【００３７】
また、本実施の形態では、規制ブレード４１によって、現像ロール３２上のトナーの層厚規制と摩擦帯電の双方の機能を行うようにしたが、例えば本実施の形態における規制ブレード４１自体に帯電バイアスを印加するようにすれば、規制ブレード４１による帯電規制を行うようにすることも可能である。
【００３８】
◎実施の形態２
図６は、本発明に関連する関連発明が適用された画像形成装置における実施の形態２に係る現像装置３０の概要を示す。同図において、本実施の形態は、実施の形態１の現像装置３０（図３参照）と略同様に構成されるが、実施の形態１で用いた規制ブレードの代わりに帯電シートを使用している点が異なる。尚、本実施の形態における画像形成装置は実施の形態１と同様の構成のため、ここでは省略し、現像装置３０について説明する。また、実施の形態１と同様な構成要素には同様の符号を付し、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３９】
本実施の形態では、現像ロール３２の対向部位で、現像領域の上流側には、帯電シート４５がその一端を現像ハウジング３１に支持された支持部材４６に固定され、他端は現像ロール３２上にて自由端をなしている。
そのため、本実施の形態では、帯電シート４５によって、現像ロール３２上のトナーを帯電規制するようになっている（尚、帯電シート４５によるトナー層の層厚規制は殆ど行われない）。そのため、帯電シート４５と現像ロール３２との間には、トナーを帯電するための帯電バイアスが印加されるように、帯電シート４５にはバイアス電源３８が接続されている。
特に、本実施の形態における帯電シート４５は、後述するように、この帯電シート４５と現像ロール３２とのニップ域でのトナー層の静電容量を検出するようになっており、そのため、帯電シート４５から処理装置４３を通って制御装置６０に情報伝達がなされ、制御装置６０によって供給バイアス（バイアス電源３５にて印加される）が調整されるようになっている。
尚、本実施の形態では、実施の形態１と異なり、トナー回収ロールは設けられていないことを付記しておく。
【００４０】
そして、本実施の形態における帯電シート４５は、次のように構成されている。
図７に示すように、帯電シート４５は、現像ロール３２の外周に沿って変形する程度に柔らかいフィルムシートよりなり、トナー層には軽く触れている程度（圧接力１ｇ／ｃｍ以下程度）であり、現像ロール３２上のトナー層の量を規制する機能は殆ど有していない。
また、このフィルムシートは、現像ロール３２側に面した部位には、内部にイオン伝導性物質が分散され、体積抵抗率が１×１０８Ω・ｃｍに調整された厚さ５０μｍのＰＶＤＦシート４５ａがあり、反対側には例えば蒸着膜等で形成された電極層４５ｂが形成されている。
ここで、イオン伝導性物質としては、過塩素酸塩（例えば過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸アンモニウム等）や四級アンモニウム塩等が挙げられる。本実施の形態では、イオン伝導性物質を使用することで、例えばカーボンブラックのような電子伝導性物質を使用する場合よりもＰＶＤＦシート４５ａ内の分散性が均一になされるようになり、帯電バイアス印加時にトナー全体に亘って一様な帯電電界が印加されるようにもなる。
【００４１】
本実施の形態において、現像ロール３２に帯電シート４５の有効幅８ｃｍのものを備え付け、帯電バイアスとして帯電シート４５に−６００Ｖを印加して実験したところ、帯電シート４５と現像ロール３２の対向部位にトナーが侵入する直前のトナー量（トナー供給量に相当）は０．９ｍｇ／ｃｍ２、現像ロール３２と帯電シート４５とのニップ幅１０ｍｍ、帯電シート４５後のトナー量は０．８３ｍｇ／ｃｍ２、帯電量は−２２μＣ／ｇであった。
【００４２】
次に、本実施の形態における現像ロール３２と帯電シート４５間のトナーの静電容量について、図８を用いて説明する。
トナー層の誘電率は、式（１１）で求まる。
トナー層を空気とトナー粒子との混合系として扱うと、経験則より式（１２）が導かれ、この式に空気中の比誘電率を考慮することで、式（１３）が求まるようになる。
次に、トナーの比誘電率については、次のようにして求めた。トナー粒子を０．４ｍｍ厚のペレットに成形（成形時の荷重を約２９．４Ｐａ（３００ｋｇｆ／ｃｍ２））し、安藤電気社製のＳＥ−４３形の粉体用電極を使用して、ＹＨＰ社製インピーダンスアナライザ４１９２Ａにて測定周波数１００ｋＨｚでの測定を行ったところ、求まる比誘電率は３．４となった（このとき、トナーの空隙率は０％と推定される）。
一方、トナー層中のトナー粒子の体積分率を、式（１４）にて求めた。このとき、具体的に現像ロール３２上のトナー付着量はブックテープによる剥離法で測定し、トナー層厚は顕微鏡による焦点深度を合わせることで測定した。この結果では、付着量が０．３〜１．０ｍｇ／ｃｍ２において、体積分率は約０．４６と一定であった。
そして、これらの式（１１）〜（１４）からトナー層の誘電率としては、式（１５）が得られた。
したがって、トナー層厚としては、この誘電率を基に、式（１６）にて算出するようにした。
【００４３】
このように、本実施の形態では、帯電シート４５と現像ロール３２との間の静電容量（式（１６）のＣに相当）を検知することで、予め求めておいたトナー層誘電率と、帯電シート４５がトナー層に接する面積（式（１６）のＳに相当）から容易に測定することができる。
すなわち、現像ロール３２と帯電シート４５との間の静電容量は、静電容量＝（誘電率×面積／厚み）で求まる。トナー層の誘電率は、トナー粒子の占める体積と空隙の体積比率、および、トナー粒子の誘電率（トナーバルクの誘電率）で決まる値であるが、画像形成に使用される付着量範囲（およそ０．３〜１．０ｍｇ／ｃｍ２）においてはほぼ一定であるので、測定される静電容量はトナー層厚みに反比例するようになる。
【００４４】
本実施の形態では、バイアス電源３５によって印加される供給バイアスによって、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へ供給されたトナーは、帯電シート４５によって帯電される。このとき、帯電シート４５によって現像ロール３２上のトナー層（現像ロール３２と帯電シート４５に挟まれるトナー層）は同時に静電容量が測定され、処理装置４３によってトナー層厚が算出される。
この算出されたトナー層厚に対し、制御装置６０にて所定のトナー層厚かどうかの判定を行い、判定された結果に基づいてバイアス電源３５を制御するようになる。
このとき、仮に、所望の厚さより厚いと判定されると、供給バイアスのデューティ比を小さくして供給量を低減するようにし、一方、薄いと判定されると、デューティ比を増加させるようにする。このようにして、現像ロール３２上の供給トナー量を制御することで、現像ロール３２上に所定のトナー量を維持することが可能になり、均一で安定した現像条件を確保することができるようになる。
【００４５】
そのため、温湿度等の環境変動によりトナー供給量が変動した場合においても、速やかにトナー供給量を変更することができ、現像ロール３２上のトナー量を一定に保つことができるようになる。
また、現像ロール３２の表面性等が長期の使用によって変化して、トナー付着量が変動したとしても、同様にその変動を検知することが可能になり、トナー量を一定に保つことが可能になる。そのため、現像特性を安定化させることができるようになり、画質の安定化を図ることができるようになる。
【００４６】
本実施の形態において静電容量を測定する場合、測定信号としては１ｋＨｚ、Ｖｐｐ１Ｖの交流電圧を処理装置４３から供給することで行った。また、帯電シート４５は帯電バイアスが印加されていない場合にはトナー層から浮き上がり易いため、静電容量の測定は、現像ロール３２が回転しており、帯電シート４５に−６００Ｖの帯電バイアス（現像ロール３２に対し）が印加され、帯電シート４５が現像ロール３２側に吸引されている条件下で測定するようにした。
【００４７】
本実施の形態では、帯電シート４５にトナー汚れが付着した場合に特に何も対応策を施さない態様を示したが、更に、次のようにしてトナー汚れをクリーニングすることで、帯電シート４５がリフレッシュされ、一層安定した測定ができるようになる。
すなわち、ある期間に帯電シート４５をリフレッシュするリフレッシュバイアスとして、現像ロール３２の電位に対し、直流に交流を重畳したバイアスを印加する。これにより、帯電シート４５に付着していた正帯電（逆極性）トナーが帯電シート４５から剥離されるようになる。これらの一連のメカニズムについては次のように推測される。
【００４８】
画像形成時に、画像形成領域に対応したトナー層が帯電シート４５を通過する際には、図９（ａ）に示すように、トナー層を挟んで帯電シート４５側をマイナス、現像ロール３２側をプラスとする帯電バイアスが印加される。
このとき、有効な帯電がなされるためには、帯電バイアスによる放電が行われ、大気中で電離した放電電荷のうち、負電荷は電界作用により現像ロール３２側へ移動し、現像ロール３２表面側のトナー粒子に付着してトナーを帯電させる（負帯電）。この負帯電したトナーは、現像ロール３２側に鏡像力によって一層付着し、現像領域に供されるようになる。尚、電離した負電荷の一部は、現像ロール３２にも到達する。
一方、電離した正電荷は、帯電シート４５側のトナー粒子に付着してこのトナーを逆極性の正極性に帯電させるようになる。この正帯電したトナーは、帯電シート４５に鏡像力により付着／蓄積してしまうようになる。尚、電離した正電荷の一部は帯電シート４５に直接到達するものもある。
【００４９】
次に、リフレッシュモードとして、非画像形成領域（画像が形成されない期間に相当）に対応したトナー層が帯電シート４５を通過しているときに、図９（ｂ）に示すように、直流に交流が重畳されたリフレッシュバイアスを帯電シート４５と現像ロール３２の間に印加する。このとき、具体的な交流条件としては、周波数２ｋＨｚ、５００Ｖｐｐが挙げられる。
そして、この場合、放電により発生した放電電荷のうち負電荷は、リフレッシュバイアスによる電界作用により、帯電シート４５側へ移動し、付着している逆極性トナー（正極性に帯電されている）に付着して、その正電荷を除電するようになる。この除電されたトナー粒子は、現像ロール３２との摺擦力によって帯電シート４５から剥離され、搬送されて現像器に回収されるようになる。尚、リフレッシュバイアスとして直流電界のみでも除電機能を有するが、より均一な除電作用と剥離を達成するため交流が重畳されている方が好ましい。
尚、一部のトナーは負極性側に一層帯電され、帯電シート４５側に再付着するトナー粒子が負極性となる場合もある。しかしながら、この負極性に帯電したトナーは、リフレッシュモードが終了すると帯電シート４５から剥離される（帯電バイアスによって剥離されるようになる）。尚、電離した負電荷の一部は帯電シート４５にも到達する。
一方、電離した正電荷は、現像ロール３２側のトナー粒子に付着してこのトナーを逆極性の正極性に帯電させるようになる。この正帯電したトナーは、現像ロール３２に鏡像力により付着し、トナー供給ロール３４（図６参照）によって回収される。尚、電離した正電荷の一部は、現像ロール３２に到達するものもある。
【００５０】
次に、リフレッシュモード時の現像バイアスについて述べる。
リフレッシュモードでは、現像ロール３２上に形成されたトナー層は逆極性の正電荷若しくはゼロ電荷を保有しながら現像領域を通過し、トナー供給ロール３４にて回収される。したがって、現像領域では、非画像形成領域の電位に設定されている感光体２１と対向する現像ロール３２には、正電荷又はゼロ電荷に近いトナーがかぶりを発生しないように現像バイアスを印加しておく必要がある。
例えば、接触現像（現像ロール３２を感光体２１に接触させる態様）を例にすると、均一に−６００Ｖに帯電された非画像形成領域を感光体２１表面が保持して回転する場合、リフレッシュモードでの帯電シート４５を通過したトナーが現像領域を通過する際には、現像ロール３２側には−７５０Ｖの現像バイアスを印加するようにすればよい。また、それ以外の時間帯には、現像バイアスとして−３００Ｖを印加するようにすればよい。尚、帯電シート４５には、現像ロール３２の電位に重畳されたものが与えられる。
【００５１】
このように、本実施の形態にリフレッシュモードでの動作を加えることで、帯電シート４５へのトナー付着を考慮する必要がなくなり、長期に亘って安定した帯電制御が可能になり、また、安定したトナー層の静電容量の測定ができるようになる。
【００５２】
更にまた、リフレッシュモードを実施するタイミングについては、非画像形成領域であればいつ行っても差し支えないが、連続印刷時にはトナーの適正帯電を維持する観点から各ページ間で行うことが好ましい。あるいはまた、少なくとも印字開始１枚目の画像形成前に数秒間程度実施することが好ましい。
例えば、現像ロール３２の外径がφ１５ｍｍ、周速が２２０ｍｍ／ｓｅｃであれば、１秒間に現像ロール３２は５周するので、数秒間行うことで、数十周のリフレッシュ時間が確保されるようになり、十分なリフレッシュがなされるようになる。ちなみに、逆極性トナーを帯電シート４５から剥離清掃するには、少なくとも現像ロール３２が１周する程度の時間があればよく、このことからも上述の方法で十分なリフレッシュがなされる。
尚、印刷ジョブ終了後にもリフレッシュモードを実行する方が一層好ましいことは云うまでもない。
【００５３】
このように、帯電シート４５にリフレッシュ機能を追加するようにすれば、帯電シート４５によるトナーの帯電規制動作、トナー量の変化量検出動作を一層安定させることができ、長期に亘って安定した現像が実施できるようになる。
本実施の形態では、帯電シート４５に帯電バイアスとして定電圧制御を行う態様を示したが、これに限らず、定電流制御を行うようにすれば、帯電シート４５によるトナーへの帯電規制効果がより正確に制御でき、トナーへの安定した帯電付与がなされるようになる。同様に、リフレッシュモード時においても帯電シート４５に直流定電流を付加するようにすれば、一層リフレッシュ性能が発揮できるようになる。
【００５４】
ところで、帯電シート４５にトナーが付着してしまう現象については、次の場合に顕著に現れる。すなわち、帯電シート４５が現像ロール３２と形成しているニップ幅が３ｍｍ以上で線圧が２０ｇ／ｃｍ以下の時であり、これは、低い圧接力でトナー層に接触させていると、鏡像力で付着してしまう逆極性トナーを、現像ロール３２とその上に積層されたトナーの摺擦力やせん断力にて剥ぎ取ってしまう作用が機能しないことによるものと想定される。
【００５５】
本実施の形態では、帯電シート４５にリフレッシュ機能を付加する例を示したが、前述した実施の形態１においてもリフレッシュ機能を付加することが可能で、この場合にも、規制ブレード４１（図３参照）に同様のリフレッシュバイアスを付加するようにすればよいことは云うまでもない。
【実施例】
【００５６】
本実施例は、実施の形態１の構成にて、供給バイアスのデューティ比を変えたときの現像ロール上に供給されたトナー薄層のトナー供給量及びトナー層表面電位を測定したものである。
また、現像ロールは直径３０ｍｍのＳＵＳロールで周速を２２０ｍｍ／ｓｅｃ、トナー供給ロールは直径２０ｍｍのＳＵＳロールで周速を４４０ｍｍ／ｓｅｃ、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを１００μｍとした。
そして、現像ロールとトナー供給ロールの間へ印加する供給バイアスとしては、図５の電圧波形で、ピーク間電圧Ｖｐｐが１．５ｋＶ、１周期が０．５ｍｓｅｃとなるように調整した。また、帯電シートには、帯電バイアスとして現像ロールの軸方向有効長８ｃｍ当たり−１０μＡとなるように、定電流を付加した（これにより、トナー帯電量は約−３０μＣ／ｇとなる）。
【００５７】
結果は、図１０に示すように、トナー供給量はデューティ比に比例して増加する傾向が確認された。また、トナー層表面電位は、デューティ比０．６程度までは０〜５Ｖ程度であったが、それを超えると急激に変化し、トナー層の表面電位（絶対値）が増加する傾向が確認された。
本実施例では、トナー供給時にトナーに対する積極的な摩擦力は加えておらず、トナーの帯電量はかなり小さいものと推測され、結果もそれを反映したものであった。
この結果から、現像ロールでのトナー供給量（トナー付着量に相当）を６〜１４ｇ／ｍ２（０．６〜１．４ｍｇ／ｃｍ２）程度と薄層にした場合には、トナー層表面電位は０〜＋５Ｖ程度と小さくなることから、このような薄層のトナー層を供給することで、供給されたトナーは殆ど帯電していないレベルと判断して差し支えないことが確認された。また、トナー供給量が１４ｇ／ｍ２を超えると、トナー層厚が厚くなることも手伝って、トナー層表面電位（絶対値）が急に大きくなり、帯電時への影響が懸念されるようになる。
【００５８】
そして、特に、トナー供給量を１０ｇ／ｍ２以下にすることで、トナー層表面電位も小さく確保され、帯電時の均一な帯電制御が一層可能になり、トナーへのストレスも一層低減させることができることが理解される。
更に、本実施例では、トナー層表面電位が１０Ｖ（具体的には−１０Ｖ）の状態でも、トナーの帯電制御、画質について評価を行い、この状態であっても均一な帯電がなされることを確認した。
その後、更に、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを５０〜４００μｍとして、上記と同様の評価を行ったところ、同様の効果が得られることが確認された。
以上のことから、本件によれば、十分均一なトナー薄層が形成され、その後の均一な帯電制御が可能であり、トナーへのストレス付与も小さいことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る現像装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明が適用された実施の形態１の画像形成装置を示す説明図である。
【図３】実施の形態１の現像装置を示す説明図である。
【図４】実施の形態１の規制ブレードを示す説明図である。
【図５】実施の形態１の供給バイアスの波形を示す説明図である。
【図６】実施の形態２に係る現像装置の概要を示す説明図である。
【図７】実施の形態２の帯電シートを示す説明図である。
【図８】実施の形態２の静電容量を算出する計算式の説明図である。
【図９】リフレッシュモードの作用を示す説明図である。
【図１０】実施例の結果を示す説明図である。
【図１１】従来の現像剤検出装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…像担持体，２…現像剤担持体，３…現像剤供給部材，４…供給バイアス印加手段，５…現像剤層検出手段，５ａ…検出接触子，６…現像剤量調整手段，Ｇ…現像剤
【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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