(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写材の搬送方向に沿って配列された少なくとも２つの像担持体と、その各像担持体に異なる色のトナー像をそれぞれ形成する現像装置と、転写材を担持して搬送する転写材担持体と、該転写材にトナー像を転写したあとの各像担持体表面に残留する転写残トナーをそれぞれ除去するクリーニング装置と、前記転写材担持体上に付着したトナーを除去するクリーナとを具備する画像形成装置において、
クリーニング装置により像担持体から除去された転写残トナーを、その像担持体にトナー像を形成する現像装置に戻すトナーリサイクル手段を、各クリーニング装置と、該クリーニング装置により転写残トナーが除去される像担持体にトナー像を形成する現像装置との間にそれぞれ設けると共に、該像担持体から転写材にトナー像を転写する時期以外の時期に、転写材搬送方向最上流側に位置する現像装置を除く現像装置により、像担持体上にトナーを付着させ、該トナーを前記転写材担持体上に転写し、その転写したトナーを前記クリーナにより除去する混色トナー消費モードの実行を制御する制御手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記混色トナー消費モードは、少なくとも２つの現像装置によって実行されると共に、画像形成動作が或る回数行われる毎に実行され、転写材搬送方向下流側に位置する現像装置により行われる混色トナー消費モードの実行頻度は、転写材搬送方向上流側に位置する現像装置により行われる混色トナー消費モードの実行頻度よりも高く設定されている請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体にトナー像を形成し、そのトナー像を転写材に転写すると共に、トナー像を転写したあとの像担持体表面に残留する転写残トナーをクリーニング装置によって除去する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子複写機、プリンタ、ファクシミリ或いはその少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成される上記形式の画像形成装置は従来より周知である。また、この形式の画像形成装置において、転写材の搬送方向に沿って複数の像担持体を配置し、その各像担持体にそれぞれ対置された現像装置によって、各像担持体上に互いに色の異なるトナー像を形成し、その各トナー像を転写装置によって転写材上に重ね合せ転写すると共に、各像担持体上の転写残トナーをそれぞれクリーニング装置によって除去する形式の画像形成装置も従来より広く知られている。この形式の画像形成装置は、タンデム方式の画像形成装置とも称せられているが、かかるタンデム方式の画像形成装置の各クリーニング装置に回収された転写残トナーを、その各クリーニング装置に対応する現像装置にそれぞれ戻し、そのトナーを当該現像装置において再びトナー像形成のために使用するように構成すると、トナーの消費量を減らすことができ、資源の有効利用を図ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにトナーを再使用する方式をトナーリサイクル方式と称することにすると、タンデム方式の画像形成装置にトナーリサイクル方式を採用した場合、転写材の搬送方向上流側に位置する像担持体から転写材に転写されたトナー像のトナーが、極く少量ずつではあるが下流側の像担持体表面に転移し、その転移したトナーが像担持体上の転写残トナーと共にクリーニング装置によって当該像担持体から除去され、そのトナーが現像装置に戻される。その際、転写材から像担持体に転移したトナーの色と、その像担持体上の転写残トナーの色は互いに異なっているので、かかるトナーが戻された現像装置においてトナーの混色が発生する。このような混色トナーによって像担持体上にトナー像を形成すれば、最終的に得られる記録画像の画質、特に色再現性が劣化するおそれがある。
【０００４】
本発明の目的は、タンデム方式の画像形成装置にリサイクル方式を採用した場合の上記従来の欠点を除去し、ないしは効果的に抑制することのできる画像形成装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、転写材の搬送方向に沿って配列された少なくとも２つの像担持体と、その各像担持体に異なる色のトナー像をそれぞれ形成する現像装置と、転写材を担持して搬送する転写材担持体と、該転写材にトナー像を転写したあとの各像担持体表面に残留する転写残トナーをそれぞれ除去するクリーニング装置と、前記転写材担持体上に付着したトナーを除去するクリーナとを具備する画像形成装置において、クリーニング装置により像担持体から除去された転写残トナーを、その像担持体にトナー像を形成する現像装置に戻すトナーリサイクル手段を、各クリーニング装置と、該クリーニング装置により転写残トナーが除去される像担持体にトナー像を形成する現像装置との間にそれぞれ設けると共に、該像担持体から転写材にトナー像を転写する時期以外の時期に、転写材搬送方向最上流側に位置する現像装置を除く現像装置により、像担持体上にトナーを付着させ、該トナーを前記転写材担持体上に転写し、その転写したトナーを前記クリーナにより除去する混色トナー消費モードの実行を制御する制御手段を設けたことを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項１）。
【００１１】
その際、前記混色トナー消費モードは、少なくとも２つの現像装置によって実行されると共に、画像形成動作が或る回数行われる毎に実行され、転写材搬送方向下流側に位置する現像装置により行われる混色トナー消費モードの実行頻度は、転写材搬送方向上流側に位置する現像装置により行われる混色トナー消費モードの実行頻度よりも高く設定されていると有利である（請求項２）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。
【００１４】
図１はカラープリンタより成るダンデム方式の画像形成装置の一例を示す概略垂直断面図であり、その画像形成装置本体１内には、ドラム状の感光体として構成された複数の、図示した例では第１乃至第４の４つの像担持体２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが、後述する転写材の搬送方向Ａに沿って配列されている。図１に示した画像形成装置においては、転写材の搬送方向Ａの最上流側の第１の像担持体２Ａの表面に第１の色のトナー像が形成され、次の第２の像担持体２Ｂの表面には第２の色のトナー像が、さらに次の第３の像担持体２Ｃの表面には第３の色のトナー像が、さらにその次の第４の像担持体２Ｄの表面には第４の像のトナー像がそれぞれ形成されるように構成され、これらの像担持体２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄはそれぞれ矢印Ｂ方向に回転駆動される。トナー像の各色は、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックであるが、どの像担持体にいかなる色のトナー像を形成するかについては後述する。
【００１５】
上記第１乃至第４の像担持体２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに対向して転写材搬送装置３が配置され、本例の転写材搬送装置３は、複数の支持ローラ４，５，６，７と、その支持ローラ４，５，６，７に巻き掛けられた無端状の転写ベルト８とを有しており、そのうちの１つの支持ローラ４が図１における反時計方向に回転駆動されることにより、転写ベルト８が転写材の搬送方向Ａに回転駆動される。転写ベルト８は、転写材を担持して搬送する転写材担持体の一例を構成するものであり、かかる転写ベルトに代え、例えばドラム状に構成された転写材担持体などを用いることもできる。
【００１６】
図１に示した転写ベルト８の表面に各像担持体２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが当接し、しかも転写ベルト８を挟んで、各像担持体に対向した位置には、像担持体上のトナー像を転写材上に転写するための転写装置の一例である転写ブラシ９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄがそれぞれ配置されている。転写ブラシに代え、転写ローラ、転写ブレード又は転写チャージャなどから成る転写装置を採用することもできる。
【００１７】
一方、画像形成装置本体１内の下部には、転写材給送装置１０のカセット１１が配置され、そのカセット１１内に配置された底板１２上に転写材Ｓが積載されている。転写材としては、例えば、転写紙、樹脂フィルム、樹脂シート又は布などの可撓性部片が用いられる。かかる最上位の転写材Ｓの上面に当接した送り出しローラ１３が反時計方向に回転駆動されることにより、その最上位の転写材Ｓが矢印Ｃ方向に給送され、その給送された転写材Ｓは、レジストローラ対１４の回転によって所定のタイミングで送り出され、転写ベルト８に担持されて矢印Ａ方向に搬送され、各像担持体２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと転写ベルト８との間のトナー像転写位置Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を通過する。
【００１８】
ここで、前述のように第１の像担持体２Ａの表面には第１の色のトナー像が形成されており、かかる像担持体２Ａと転写ベルト８の間のトナー像転写位置Ｔ１を転写材Ｓが通過するとき、像担持体表面のトナーの帯電極性と逆極性の転写電圧を印加された転写ブラシ９Ａの作用により、像担持体２Ａの表面に形成された第１の色のトナー像が転写材Ｓの表面に転写される。この転写材Ｓは引き続き第２の像担持体２Ｂ、第３の像担持体２Ｃ及び第４の像担持体２Ｄと転写ベルト８との間の各トナー像転写位置Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を順次通過し、このとき転写電圧がそれぞれ印加された転写ブラシ９Ｂ，９Ｃ，９Ｄの作用により、各像担持体２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ上の各色のトナー像が、既に転写材Ｓ上に転写された第１の色のトナー像の上に重ね合せて順次転写される。
【００１９】
上述のようにして表面に４色の重ね合せトナー像が転写された転写材Ｓは、転写ベルト８を離れた後、定着装置４０を通過する。この定着装置４０は、それぞれ矢印方向に回転駆動される定着ローラ１５と加圧ローラ１６を有し、転写材はこれらのローラ１５，１６の間を通り、このとき熱と圧力の作用によって、その重ね合せトナー像が転写材Ｓの表面に定着される。このようにして、転写材上に定着されたフルカラー画像が得られる。次いで、この転写材Ｓは矢印Ｅで示すように画像形成装置本体外に排出され、その画像形成装置本体の上壁により構成された排紙トレイ１７上にスタックされる。
【００２０】
上述した動作が行われるとき、転写ベルト８上にトナーが付着し、これを放置すると、そのトナーが転写材に転位して転写材をトナーで汚すおそれがある。このため、転写ベルト８より成る転写材担持体上に付着したトナーを除去するクリーナ４１が設けられており、図１に一例として示したクリーナ４１は、転写ベルト８の表面に当接して回転するクリーニングローラ４２と、そのクリーニングローラ４２に圧接したブレード４３を有しており、クリーニングローラ４２には、転写ベルト８の表面に付着したトナーの帯電極性と逆極性の電圧が電源４４によって印加される。これにより、転写ベルト８上に付着したトナーは、クリーニングローラ４２に静電的に移行し、転写ベルト表面が清掃される。クリーニングローラ４２に付着したトナーは、ブレード４３によって掻き取られ、そのトナーはダクト４５中を搬送されて廃トナーボトル４６に収容される。クリーニングローラ４２に代え、又はそのクリーニングローラ４２と共に、例えばクリーニングブレードなどから成るクリーニング部材によって転写ベルト８上のトナーを除去するように構成することもできる。
【００２１】
各像担持体２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと、その表面にトナー像を形成する各要素は、それぞれ画像形成装置本体１に対して着脱自在に装着されたプロセスカートリッジ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄとして構成されている。その各プロセスカートリッジ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄは、後述するトナーリサイクル手段を有しているか否かの点で相違することはあるが、その基本構成は実質的に同一であるため、そのうちの１つの第１の像担持体２Ａを有するプロセスカートリッジ１８Ａの基本構成とその作用だけを図２を参照して以下に説明する。
【００２２】
図２に示すように、このプロセスカートリッジ１８Ａの像担持体２Ａは、ユニットケース１９に回転自在に組み付けられ、図示していない駆動装置によって矢印Ｂ方向に回転駆動される。像担持体２Ａの表面には、ユニットケース１９に回転自在に支持された帯電装置の一例である帯電ローラ２０が回転しながら当接し、その帯電ローラ２０により像担持体２Ａの表面が所定の極性、例えばマイナス極性に帯電される。
【００２３】
一方、画像形成装置本体１内には、図１に示すように、各プロセスカートリッジとは別に露光装置の一例であるレーザ書き込みユニット２１が配置され、このユニット２１から出射する光変調されたレーザビームＬによって、図２に示すように帯電後の像担持体２Ａの表面が選択的に露光され、これによって像担持体表面に第１の色のトナー像用の静電潜像が形成される。この例では、レーザビームＬが照射されて像担持体の表面電位の絶対値が低下した部分が静電潜像となり、レーザビームの当てられない像担持体の表面部分が地肌部となる。
【００２４】
上記静電潜像は、図２に示した現像装置２２Ａによって第１の色のトナー像として可視像化される。この現像装置２２Ａは、ユニットケース１９の一部により構成された現像ケース２３と、この現像ケース２３に回転自在に支持されて反時計方向に回転駆動される現像ローラ２４と、同じく現像ケース２３に回転自在に支持された撹拌ローラ２５とを有し、現像ケース２３には、第１の色のトナーとキャリアを有する粉体状の二成分系現像剤Ｄが収容されている。キャリアを有さない一成分系現像剤を用いることもできる。
【００２５】
上記現像剤Ｄは、撹拌ローラ２５により撹拌されて、そのトナーとキャリアが互いに逆極性にそれぞれ摩擦帯電され、例えばトナーがマイナス極性に、キャリアがプラス極性に帯電される。かかる現像剤Ｄが、トナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加された現像ローラ２４上に担持されて搬送され、規制ブレード２６により量を規制された現像剤が現像ローラ２４と像担持体２Ａとの間の現像領域に運ばれ、その現像剤中のトナーが像担持体表面に形成された静電潜像に静電的に移行して静電潜像が第１の色のトナー像として可視像化される。
【００２６】
現像装置２２Ａはトナー容器３３を有し、このトナー容器３３には、図示していないトナー供給口を通して同じく図示していないトナー貯留容器からトナーが供給される。現像ケース２３内に収容された現像剤Ｄのトナー濃度低下がトナー濃度センサ３５により検知されたとき、トナー補給ローラ３６が回転し、トナー容器３３内のトナーが現像ケース２３内に補給される。
【００２７】
上記第１の色のトナー像は前述のようにして転写材Ｓの表面に転写され、トナー像を転写したあとの像担持体表面に付着する転写残トナーは、クリーニング装置２７Ａにより除去される。図２に一例として示したクリーニング装置２７Ａは、ユニットケース１９の一部により構成されたクリーニングケース２８と、そのクリーニングケース２８に回転自在に支持されて矢印方向に回転駆動されるクリーニングブラシ２９と、基端部がクリーニングケース２８に固定されたクリーニングブレード３０とを有し、そのクリーニングブラシ２９とクリーニングブレード３０が像担持体２Ａの表面に当接してその表面の転写残トナーを掻き取り除去する。
【００２８】
前述のように、図１に示した他のプロセスカートリッジ１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄの各現像装置の現像ケースには、第２の色のトナーとキャリア、第３の色のトナーとキャリア、第４の色のトナーとキャリアをそれぞれ有する二成分系現像剤が収容され、各像担持体２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに、それぞれ第２の色のトナー像、第３の色のトナー像及び第４の色のトナー像が形成される点を除き、これらのプロセスカートリッジ１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄの基本構成は上述したプロセスカートリッジ１８Ａと異なるところはない。各プロセスカートリッジの現像装置と、そのクリーニング装置を識別するため、図１に示すように、その各現像装置に、符号２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ及び２２Ｄをそれぞれ付し、かつその各クリーニング装置には、符号２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ及び２７Ｄをそれぞれ付してある。また、必要に応じて、転写材Ｓの搬送方向に沿って、その上流側から下流側へ向けて配置された各現像装置２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄをそれぞれ第１、第２、第３及び第４の現像装置と称し、同じく転写材Ｓの搬送方向に沿って、その上流側から下流側に向けて配置された各クリーニング装置２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄをそれぞれ第１、第２、第３及び第４のクリーニング装置と称することにする。
【００２９】
以上説明した画像形成装置がタンデム方式の画像形成装置の一例であるが、その際、前述のドラム状の像担持体２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに代えて、複数の支持ローラに巻き掛けられて回転駆動される無端ベルト状の像担持体を用いることもでき、また互いに異なる色のトナー像が形成される像担持体を、例えば２つ又は３つ、或いは５つ以上設けることもできる。像担持体は少なくとも２つ設けられるものである。要するに、タンデム方式の画像形成装置は、転写材の搬送方向に沿って配列された少なくとも２つの像担持体と、その各像担持体に異なる色のトナー像をそれぞれ形成する現像装置と、転写材にトナー像を転写したあとの各像担持体表面に残留する転写残トナーをそれぞれ除去するクリーニング装置とを具備するものである。かかる構成を画像形成装置の基本構成とする。
【００３０】
また、図１に示した画像形成装置においては、前述のように、転写材を担持して搬送する転写材担持体と、その転写材担持体上に付着したトナーを除去するクリーナが設けられている。
【００３１】
上述のタンデム方式の画像形成装置に前述のトナーリサイクル方式を採用することによって、トナーの消費量を減らすことができ、資源の有効利用を図ることができる。かかるトナーリサイクル方式の具体的構成例を図２を参照して以下に説明する。
【００３２】
図２に示すように、プロセスカートリッジ１８Ａはトナーリサイクル手段４７（図１には示さず）を有し、ここに例示したトナーリサイクル手段４７は、クリーニング装置２７Ａのクリーニングケース２８と、現像装置２２Ａのトナー容器３３とに接続されてこれらを連通するトナー戻しダクト３１と、そのダクト３１内に配置されたトナー搬送部材の一例であるトナー搬送スクリュー３２とを有している。
【００３３】
クリーニング部材の一例であるクリーニングブラシ２９とクリーニングブレード３０とによって、像担持体２Ａから除去された転写残トナーは、クリーニングケース２８内に配置されて回転駆動されるトナー排出スクリュー４８によって、そのケース２８からトナー戻しダクト３１に運ばれる。このときトナー搬送スクリュー３２は、図示していない駆動装置により回転駆動されていて、これによりトナー戻しダクト３１に運ばれたトナーは、トナー戻しダクト３１内を搬送され、現像装置２２Ａのトナー容器３３に戻される。このトナーは、前述のようにトナー貯留容器からトナー容器３３に運ばれたトナーと共に、トナー補給ローラ３６の回転によって現像ケース２３内の現像剤Ｄ中に補給され、像担持体２Ａに形成された静電潜像の可視像化に供される。このように、トナーリサイクル手段４７は、クリーニング装置によって像担持体から除去された転写残トナーを、その像担持体にトナー像を形成する現像装置に戻す用をなすものである。
【００３４】
クリーニング装置に回収された転写残トナーをトナー戻しダクトにより直接、現像装置に戻す代りに他の各種態様で転写残トナーを現像装置に戻すようにトナーリサイクル手段を構成することもできる。例えば、転写残トナーを前述のトナー貯留容器に搬送し、その容器内の新トナー、又は当該貯留容器から排出された新トナーに転写残トナーを混ぜ合せ、そのトナーを現像装置に搬送することにより、転写残トナーを現像装置に戻すように、トナーリサイクル手段を構成することもできる。
【００３５】
トナーリサイクル手段４７は、全てのクリーニング装置２７Ａ乃至２７Ｄと、その各クリーニング装置に対応する各現像装置２２Ａ乃至２２Ｄとの間にそれぞれ設けることもできるし、一部のクリーニング装置とこれに対応する現像装置との間にだけ設けることもできるが、転写材搬送方向最上流側の第１の像担持体２Ａ以外の像担持体用のクリーニング装置と現像装置の間にトナーリサイクル手段を設けた場合、前述のように、その現像装置においてトナーの混色が発生するおそれがある。
【００３６】
例えば、第４の像担持体２Ｄ用のクリーニング装置２７Ｄと現像装置２２Ｄの間にトナーリサイクル手段を設けた場合、その像担持体上の第４の色のトナー像を転写材Ｓに転写する際、当該転写材上には、第１の色のトナー像、第２の色のトナー像及び第３の色のトナー像が既に形成されているので、その各トナー像のトナーが第４の像担持体２Ｄに転移し、その転移したトナーが、第４の像担持体２Ｄ上の転写残トナー（第４の色のトナー）と共に、第４のクリーニング装置２７Ｄによって除去され、これらのトナーがトナーリサイクル手段によって第４の現像装置２２Ｄに搬送される。このようにして、第４の現像装置２２Ｄにおいてトナーの混色が発生し、かかるトナーによって像担持体２Ｄ上にトナー像を形成すると、そのトナー像の色味が本来の第４の色のトナー像と多少異なったものとなってしまい、そのトナー像を転写材に転写すると、最終的に得られる記録画像の色再現性が劣化するおそれがある。
【００３７】
転写材上のトナーが上述のように像担持体上に転写することを逆転写現象、そのトナーを逆転写トナーと称することにすると、本発明者が転写条件（トナーを転写材へ転写させる転写電界を発生させるための転写装置に印加する電圧）と、上述の逆転写現象との対応を調べたところ、図３に示すように逆転写トナー量が最小となる条件は存在するが、逆転写トナー量が「０」となる条件は存在しないことが判明した。これは、逆転写トナーは静電力により感光体側に移動しているのではないことを示唆しており、それ以外の力に依存していると考えられる。これらの力は通常では制御できないので、逆転写トナーの発生をなくすことはできない。
【００３８】
そこで、本発明者は、さらに、全てのクリーニング装置２７Ａ乃至２７Ｄと、そのそれぞれに対応する現像装置２２Ａ乃至２２Ｄとの間にトナーリサイクル手段４７をそれぞれ設けて、トナーの混色がいかに発生するかにつき詳細に検討した。その結果、次の点が明らかとなった。
【００３９】
先ず、第１の像担持体２Ａ用のクリーニング装置２７Ａと現像装置２２Ａとの間にトナーリサイクル手段４７を設けても、その像担持体２Ａよりも転写材搬送方向上流側に像担持体は存在しないので、第１のクリーニング装置２７Ａは、第１の像担持体上の第１の色のトナーのみを除去し、従って第１の現像装置２２Ａにおいてトナーの混色が発生することはない。
【００４０】
また、第２の像担持体２Ｂには、第１の色のトナー像の転写された転写材Ｓが通過するのに対し、第３の像担持体２Ｃには、第１及び第２の色のトナー像が重ねて転写された転写材が通過し、さらに第４の像担持体２Ｄには、第１乃至第３の３色のトナー像が重ねて転写された転写材Ｓが通過するので、第２の像担持体２Ｂへの異色トナーの転移量よりも、第３の像担持体２Ｃへの異色トナーの転移量が増え、さらに第３の像担持体２Ｃへの異色トナーの転移量よりも第４の像担持体２Ｄへの異色トナーの転移量が増大する。従って、第２の現像装置２２Ｂよりも第３の現像装置２２Ｃにおける方がトナーの混色の発生が著しくなり、第４の現像装置２２Ｄにおいてトナーの混色の発生が最も著しくなる。このように、転写材搬送方向最上流側の現像装置を除く複数の現像装置のうち、転写材搬送方向上流側に位置する現像装置よりも、下流側に位置する現像装置の方が、トナーの混色が発生しやすくなる。
【００４１】
第１のクリーニング装置２７Ａには、第１の色のトナーのみが存在し、第２のクリーニング装置２７Ｂには第１の色のトナーと第２の色のトナーが存在し、また第３のクリーニング装置２７Ｃには第１、第２及び第３の色のトナーが存在し、さらに第４のクリーニング装置２７Ｄには、第１、第２、第３及び第４の色のトナーが存在する。転写材搬送方向に関してＮ番目に位置するクリーニング装置には、Ｎ番目の像担持体に形成されるトナー像の色のトナーと、これよりも上流側に位置する像担持体に形成されるトナー像の色のトナーが存在するのである。このようなことは、像担持体の数が４つ以外の場合も全く同様に生じる現象である。
【００４２】
上述した知見に基づき、本例の画像形成装置は、前述の基本構成の画像形成装置において、転写材の搬送方向最上流側に位置する像担持体から転写残トナーを除去するクリーニング装置とその最上流側に位置する像担持体にトナー像を形成する現像装置との間に、前述のトナーリサイクル手段４７を設ける一方、転写材の搬送方向最下流側に位置する像担持体から転写残トナーを除去するクリーニング装置とその最下流側に位置する像担持体にトナー像を形成する現像装置との間には、トナーリサイクル手段を設けないように構成されている。
【００４３】
上記構成は、像担持体が少なくとも２つ設けられた画像形成装置であれば全て適用できるものであり、図１に示した例のように、像担持体が３つ以上設けられた画像形成装置の場合には、転写材の搬送方向最上流側の像担持体と最下流側の像担持体の間に位置する像担持体用のクリーニング装置と現像装置の間には、トナーリサイクル手段を設けても、またこれを設けなくともよい。
【００４４】
上述の構成を図１に示した画像形成装置に対応させて、より具体的に説明すると次のとおりである。
【００４５】
▲１▼第１乃至第３の像担持体２Ａ，２Ｂ，２Ｃ用の各クリーニング装置２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃと、そのそれぞれに対応する各現像装置２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃとの間に、トナーリサイクル手段４７をそれぞれ設け、第４の像担持体２Ｄ用の第４のクリーニング装置２７Ｄと第４の現像装置２２Ｄの間には、トナーリサイクル手段を設けないようにする。これを第１の具体例と称することにすると、この第１の具体例の構成によると、全てのクリーニング装置と現像装置の間にトナーリサイクル手段をそれぞれ設けた場合に、トナーの混色の発生が最も著しくなる第４の現像装置２２Ｄにおけるトナーの混色の発生を阻止でき、これによって転写材上に最終的に形成される記録画像の色再現性劣化を防止し、ないしはこれを効果的に抑制することができる。
【００４６】
▲２▼上述の第１の具体例の構成において、第３の像担持体２Ｃ用の第３のクリーニング装置２７Ｃと第３の現像装置２２Ｃとの間にもトナーリサイクル手段を設けない。これを第２の具体例とする。この構成によると、全てのクリーニング装置と現像装置の間にトナーリサイクル手段をそれぞれ設けた場合に、トナーの混色の発生が最も著しくなる第４の現像装置２２Ｄと、その次にトナーの混色の発生が著しくなる第３の現像装置２２Ｃにおけるトナーの混色発生を阻止でき、記録画像の色再現性の劣化をより効果的に防止することができる。
【００４７】
▲３▼上述の第２の具体例の構成において、第２の像担持体２Ｂ用の第２のクリーニング装置２７Ｂと第２の現像装置２２Ｂとの間にもトナーリサイクル手段を設けない。これを第３の具体例とする。この構成は、第１の像担持体２Ａ用の第１のクリーニング装置２７Ａと第１の現像装置２２Ａの間にだけトナーリサイクル手段４７を設けるものであり、第２の現像装置２２Ｂにおけるトナーの混色発生も阻止でき、記録画像の色再現性の劣化をより一層効果的に防止できる。
【００４８】
上述のいずれの具体例においても、第１のクリーニング装置２７Ａと第１の現像装置２２Ａの間にはトナーリサイクル手段４７が設けられているので、トナーの消費量の低減を達成できる。前述のように、第１のクリーニング装置２７Ａと第１の現像装置２２Ａの間にトナーリサイクル手段４７を設けても、その現像装置２２Ａにおけるトナーの混色は発生しない。
【００４９】
また、上述の各構成の画像形成装置において、トナーリサイクル手段によって転写残トナーが戻される現像装置のうち、転写材搬送方向最下流側に位置する現像装置が、像担持体にブラックトナー像を形成するブラック現像装置として構成されていることが好ましい。混色が最も発生しやすい現像装置によって、像担持体にブラックトナー像を形成するのである。
【００５０】
例えば、前述の第１の具体例の場合には、第１乃至第３のクリーニング装置２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃとその各クリーニング装置に対応する現像装置２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃとの間にそれぞれトナーリサイクル手段４７が設けられるので、これらの現像装置のうち、転写材搬送方向最下流側の第３の現像装置２２Ｃが、像担持体２Ｂにブラックトナー像を形成するブラック現像装置として構成される。また、第２の具体例の場合には、トナーリサイクル手段によって転写残トナーが戻される現像装置２２Ａ，２２Ｂのうち転写材搬送方向最下流に位置する現像装置が第２の現像装置２２Ｂとなるので、この現像装置２２Ｂをブラック現像装置として構成する。他の３つの現像装置のそれぞれによって、各像担持体上にイエロートナー像、マゼンタトナー像、及びシアントナー像がそれぞれ形成されるが、そのどの現像装置によっていかなる色のトナー像を形成するかは適宜選択できる。
【００５１】
イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色のトナーに、異色のトナーが混った場合、その混色は、イエロートナーの場合が一番目立ち、大きく色味が変化するが、ブラックトナーの場合には、その混色は目立たず、その色味変化は最も少ない。上述の構成では、トナー混色の最も発生しやすい現像装置によって、混色の目立たないブラックトナーのトナー像を像担持体に形成するのである。これにより、その現像装置に混色が発生しても、その現像装置により像担持体に形成されたブラックトナー像の色味変化を抑えることができ、結局、転写材上に最終的に形成される記録画像の色再現性の低下を効果的に防止することが可能となる。
【００５２】
また、前述の基本構成の画像形成装置において、転写材の搬送方向最上流側に位置する像担持体から転写残トナーを除去するクリーニング装置とその最上流側に位置する像担持体にトナー像を形成する現像装置との間に前述のトナーリサイクル手段を設けると共に、その最上流側に位置する像担持体以外の少なくとも１つの像担持体から転写残トナーを除去するクリーニング装置と該像担持体にトナー像を形成する現像装置との間にトナーリサイクル手段を設け、トナーリサイクル手段によって転写残トナーが戻される現像装置のうち、転写材搬送方向最下流側に位置する現像装置を、像担持体にブラックトナー像を形成するブラック現像装置として構成することもできる。この構成も、像担持体が４つ以外の数、設けられた画像形成装置にも適用できる。
【００５３】
より具体的に示すと、図１に示した第１のクリーニング装置２７Ａと第１の現像装置２２Ａとの間にトナーリサイクル手段４７を設け、第２乃至第４のクリーニング装置２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄと、そのそれぞれに対応する現像装置２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄとの間の少なくとも１つに、トナーリサイクル手段４７を設け、トナーリサイクル手段４７が接続された現像装置のうちの最も転写材搬送方向下流側の現像装置をブラック現像装置として構成するのである。例えば、全てのクリーニング装置２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄと、その各クリーニング装置に対応する各現像装置２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄの間にトナーリサイクル手段を設けた場合には、転写材搬送方向最下流側の現像装置２２Ｄが、像担持体２Ｄにブラックトナー像を形成するブラック現像装置として構成される。
【００５４】
上述した構成の画像形成装置の場合も、混色の最も発生しやすい現像装置が、混色による色味変化の最も少ないブラックトナー像を像担持体に形成するので、最終記録画像の色再現性の低下を抑えることができる。しかも少なくとも２つのクリーニング装置と、そのそれぞれに対応する現像装置との間にトナーリサイクル手段４７が設けられるので、トナーの消費量を効果的に低減することができる。
【００５５】
また、上述した各構成の画像形成装置において、転写材の搬送方向最上流側に位置する像担持体にトナー像を形成する現像装置が、像担持体にイエロートナー像を形成するイエロー現像装置として構成されていると有利である。第１の現像装置２２Ａが像担持体２Ａにイエロートナー像を形成するように、その現像装置２２Ａのトナー容器３３から現像ケース２３にイエロートナーを供給するようにして、当該現像装置２２Ａをイエロー現像装置として構成するのである。
【００５６】
トナーリサイクル手段４７によって第１の現像装置２２Ａに転写残トナーが戻されても、その現像装置２２Ａにおいてトナーの混色は発生しないが、上述した構成は、かかる混色の発生しない第１の現像装置２２Ａによって、混色による色味変化の最も著しいイエロートナー像を像担持体上に形成するものである。これにより、転写材に転写された最終記録画像の色再現性の低下を効果的に防止することができる。
【００５７】
この構成は、前述のいずれの画像形成装置にも適用できるものであるが、この構成に代え、トナーリサイクル手段により転写残トナーが戻されない現像装置を、像担持体にイエロートナー像を形成するイエロー現像装置として構成するようにしてもよい。例えば、前述の第１の具体例においては、転写材搬送方向最下流側の第４のクリーニング装置２７Ｄと、これに対応する第４の現像装置２２Ｄの間には、トナーリサイクル手段が設けられないので、その現像装置２２Ｄをイエロー現像装置として構成する。また前述の第２の具体例においては、第３及び第４のクリーニング装置２７Ｃ，２７Ｄと、これらに対応する各現像装置２２Ｃ，２２Ｄとの間にトナーリサイクル手段が設けられていないので、第３及び第４の現像装置２２Ｃ，２２Ｄのいずれかをイエロー現像装置として構成する。このようにすれば、イエロー現像装置において、混色による色味変化の激しいイエロートナーに他の色のトナーが混ることを阻止でき、最終画像の色再現性の劣化を効果的に防止することができる。他の現像装置によっていかなる色のトナー像を形成するかは適宜定めることができる。この構成も、先に説明した各構成の画像形成装置に適用できるものである。
【００５８】
クリーニング装置と現像装置の間にトナーリサイクル手段を設け、転写残トナーをその現像装置に戻すように構成すると、その現像装置においてトナーの混色が発生することは先に説明したとおりであるが、その混色トナーの一部を現像装置外に排出させてやり、混色のないトナーを当該現像装置の現像ケース２３に補給してやれば、当該現像装置におけるトナーの混色を低減でき、この現像装置により形成されるトナー像の色味変化を極く少なくし、或いはこれを実質的になくすことができる。このように現像装置から混色トナーを排出させるモードを混色トナー消費モードと称することにすると、このモードは例えば次のようにして実行される。
【００５９】
仮に、図１に示した第２のクリーニング装置２７Ｂと、第２の現像装置２２Ｂとの間に、図２に示したトナーリサイクル手段４７が設けられているものとする。このクリーニング装置２７Ｂと現像装置２２Ｂを有する第２のプロセスカートリッジ１８Ｂは、図２に示した第１のプロセスカートリッジ１８Ａと同じく構成されているので、図２を参照して、第２のプロセスカートリッジ１８Ｂによる動作を説明する。
【００６０】
像担持体２Ｂから転写材Ｓにトナー像を転写する画像形成時以外の時期に、像担持体２Ｂを矢印Ｂ方向に回転させながら、帯電ローラ２０によって像担持体２Ｂの表面を帯電し、その帯電面の全体又は一部をレーザ書き込みユニット２１（図１）から出射するレーザ光Ｌによって露光し、第２の現像装置２２Ｂによって、露光した像担持体表面にトナーを静電的に付着させる。像担持体表面を帯電させずに、その像担持体を露光してもよい。次いで、図１に示した転写ブラシ９Ｂにトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加して、像担持体２Ｂ上のトナーを、矢印Ａ方向に駆動される転写ベルト８上に転写する。このとき図１に示したクリーナ４１のクリーニングローラ４２には、転写ベルト８上に転写されたトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されており、従って転写ベルト８上のトナーはクリーニングローラ４２に静電的に移行し、転写ベルト８が清掃される。クリーニングローラ４２に移行したトナーは、前述のようにブレード４３によりクリーニングローラ４２から掻き取られ、ダクト４５を通して廃トナーボトル４６に運ばれる。かかる混色トナー消費モードの制御が図示していない制御手段によって実行されるのである。
【００６１】
上述のように、第２の現像装置２２Ｂの現像ケース２３内の混色トナーの一部が排出され、これが廃トナーボトル４６に廃棄される。そして、その減少した分のトナーが、トナー容器３３を介して、トナー貯留容器から現像ケース２３に補給される。このようにして、現像装置２２Ｂの混色トナーの量が減少し、当該現像装置２２Ｂによって、色味の変化のない、或いはその変化の少ないトナー像を像担持体２Ｂに形成することができ、最終記録画像の色再現性の低下を防止することができる。
【００６２】
上述の混色トナー消費モードは、画像形成動作を行う毎に実行することもできるが、このようにすると、廃トナーボトル４６に廃棄されるトナーの量が増え、トナーリサイクル手段を設けた目的が失われるおそれがあるので、画像形成動作が所定回数、例えば１００回、５００回、７００回或いは１０００回行われる毎に、１回の混色トナー消費モードを実行するように構成することが好ましい。その際、１回の混色トナー消費モードの実行によって、例えば現像ケース内のトナーの約半分、或いは１／３程度排出させる。
【００６３】
上述の混色トナー消費動作は、転写材搬送方向最上流側の現像装置２２Ａにおいては行われないが、トナーリサイクル手段によって転写残トナーを戻される他の全ての現像装置において行われる。現像装置２２Ａにて混色トナー消費動作を行わないのは、最上流側の現像装置２２Ａにトナーリサイクル手段４７によって転写残トナーが戻されても、その現像装置２２Ａにおいては、元々トナーの混色は発生しないからである。
【００６４】
上述した構成は、少なくとも２つの像担持体を有する画像形成装置であって、各クリーニング装置と各現像装置との間にトナーリサイクル手段が設けられた画像形成装置に対して広く適用できるものである。すなわち、前述の基本構成の画像形成装置に、前述の転写材担持体と、クリーナを付加した画像形成装置において、クリーニング装置により像担持体から除去された転写残トナーを、その像担持体にトナー像を形成する現像装置に戻すトナーリサイクル手段を、各クリーニング装置と、該クリーニング装置により転写残トナーが除去される像担持体にトナー像を形成する現像装置との間にそれぞれ設けると共に、該像担持体から転写材にトナー像を転写する時期以外の時期に、転写材搬送方向最上流側に位置する現像装置を除く現像装置により、像担持体上にトナーを付着させ、該トナーを上記転写材担持体上に転写し、その転写したトナーを上記クリーナにより除去する混色トナー消費モードの実行を制御する制御手段が設けられているのである。
【００６５】
先に説明したように、転写材搬送方向最上流側の現像装置を除く複数の現像装置のうち、転写材搬送方向上流側に位置する現像装置よりも、下流側に位置する現像装置の方が、トナーの混色が発生しやすい。従って、上述の混色のトナー消費モードが少なくとも２つの現像装置によって実行され、しかもその混色トナー消費モードを、画像形成動作が或る回数行われる毎に実行するように構成した場合、転写材搬送方向下流側に位置する現像装置により行われる混色トナー消費モードの実行頻度を、転写材搬送方向上流側に位置する現像装置により行われる混色トナー消費モードの実行頻度よりも高く設定することが好ましい。
【００６６】
例えば、図１に示した第１乃至第４のクリーニング装置２７Ａ乃至２７Ｄと、その各クリーニング装置にそれぞれ対応する各現像装置２２Ａ乃至２２Ｄの間の全てにトナーリサイクル手段４７を設けた場合には、第２の現像装置２２Ｂの現像ケース内のトナーを、像担持体２Ｂを介して転写ベルト８に排出させる混色トナー消費モードを、画像形成動作が例えば１０００回行われる毎に実行し、第３の現像装置２２Ｃの現像ケース内のトナーを像担持体２Ｃを介して転写ベルト８に排出させる混色トナー消費モードを、画像形成動作が例えば７００回行われる毎に実行する。さらに、第４の現像装置２２Ｄの現像ケース内のトナーを像担持体２Ｄを介して転写ベルト８に排出させる混色トナー消費モードは、画像形成動作が例えば５００回行われる毎に実行する。このように、トナーの混色が発生しやすい現像装置に対するトナー消費モードの実行頻度を高めることにより、転写材Ｓ上に転写されたトナー像の色再現性の劣化を効果的に防止でき、しかも無駄なトナーの消費量を抑えることができる。
【００６７】
ここで、先にも説明したように、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色のトナーに異色のトナーを混ぜ合せた場合、その混色はイエロートナーの場合が一番目立ち、ブラックトナーの場合には目立ち難い。このような特性は、「混色余裕度」として表わすことができる。ここに言う混色余裕度とは、或る色のトナーに他の色のトナーを混ぜ合せたときに、元のトナーの色と、混ぜ合せ後のトナーの色の色差の大小を意味し、その差の値が大きい程、混色余裕度は低い。色差とは、よく知られているように、２つの知覚色の色空間における距離である。
【００６８】
イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色のトナーを比較すると、イエロートナーの混色余裕度が一番低く、マゼンタトナーの混色余裕度が次に低く、シアントナーの混色余裕度がその次に低く、ブラックトナーの混色余裕度が一番高い。図４乃至図６はこの性質を示す実験結果の一例である。
【００６９】
図４は、マゼンタ、シアン及びブラックの各色のトナーを含む３８０ｇの重量の二成分系現像剤を各現像装置に収容して転写材上にそれぞれトナー像を形成したときの各トナー像の色と、その各現像剤に１ｇ，２ｇ，３ｇ及び４ｇのイエロートナーを順次混入した各現像剤によって形成した各トナー像の色との色差ΔＥを示している。図４から判るように、ブラックトナーの場合の色差は、イエロートナーの混入量がいかなるときもほとんど変化せず、シアントナーとマゼンタトナーの場合の色差の変化状態はほぼ同等である。
【００７０】
図５は、イエロー、シアン及びブラックの各トナーを含む二成分系現像剤によりそれぞれトナー像を形成したときの各トナー像の色と、その各現像剤に１ｇ，２ｇ，３ｇ，４ｇのマゼンタトナーを順次混入したときの各現像剤によって形成した各トナー像の色との色差ΔＥを示しており、この場合の他の条件は図４の場合と変りはない。図５から判るように、ブラックトナーの場合の色差は、図４の例と同様に、マゼンタトナーの混入量がいかなるときもほとんど変化せず、イエロートナーの場合の色差は、これに混入するマゼンタトナーの量が増大するに従って大きく変化している。またシアントナーの場合の色差の変化は、イエロートナーとブラックトナーの場合のほぼ中間となっている。
【００７１】
最後に、図６は、イエロー、マゼンタ及びブラックの各トナーを含む二成分系現像剤によりそれぞれ形成した各トナー像の色と、その各現像剤に１ｇ，２ｇ，３ｇ，４ｇのシアントナーを順次混入したときの各現像剤によって形成した各トナー像の色との色差ΔＥを示している。他の条件は、図４の場合と同一である。図６から判るように、ブラックトナーの場合の色差は、図４及び図５の例と同じく、シアントナーの混入量がいかなるときも変化しない。イエロートナーの場合の色差は、シアントナーの混入量が増大するに従って、図４及び図５の例の場合と同等か、又はそれ以上に大きくなっている。またマゼンタトナーの場合の色差も、イエロートナー程ではないが、シアントナーの混入量の増大に伴って大きくなっており、図５のシアントナーの場合の色差の変化よりも大きくなっている。
【００７２】
上述したところから理解されるように、各色のトナーの混色余裕度は、その低いものからイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー及びブラックトナーの順になる。異色トナーの混入による色味変化の激しさが、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックのトナーの順となるのである。
【００７３】
そこで、図１に示した各クリーニング装置２７Ａ乃至２７Ｄと、その各クリーニング装置に対応する現像装置２２Ａ乃至２２Ｄの間の全てにリサイクル手段４７を設けた場合、第１の現像装置２２Ａをイエロー現像装置、第２の現像装置２２Ｂをマゼンタ現像装置、第３の現像装置２２Ｃをシアン現像装置、第４の現像装置２２Ｄをブラック現像装置とし、その各現像装置によって各像担持体２Ａ乃至２Ｄにイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックのトナー像をそれぞれ形成するように構成すると、次に示すように、トナーの混色による影響を最小限に抑えることができる。
【００７４】
▲１▼第１の現像装置２２Ａにはトナーの混色は発生しないので、その現像装置２２Ａによって、混色余裕度の一番低いイエロートナー像を形成しても、混色によるトナー像の色再現性の低下が発生することはない。
▲２▼また、第４の現像装置２２Ｄにおけるトナーの混色は最も著しいが、この現像装置２２Ｄによって一番混色余裕度の高いブラックトナー像を形成するので、混色によるトナー像の色再現性の低下を防止できる。
▲３▼さらに、第２の現像装置２２Ｂでは、トナーの混色がさほど著しくないので、混色余裕度の比較的低いマゼンタトナーによってトナー像を形成しても、トナー像の色再現性が大きく劣化することはない。
▲４▼また、トナーの混色が比較的多い第３の現像装置２２Ｃでは、混色余裕度が比較的高いシアントナーによってトナー像を形成するので、トナー像の色再現性が大きく劣化することはない。
【００７５】
上述のようにして、全ての像担持体２Ａ乃至２Ｄ上の転写残トナーを各現像装置において再利用すると共に、転写材上に転写されたフルカラートナー像の色再現性の劣化を最小限に抑えることができる。
【００７６】
上述した考えは、各現像装置において、レッド、グリーン、ブルー及びブラックのトナーによって各像担持体上にトナー像をそれぞれ形成する画像形成装置や、これらの色のトナーのいずれか２つ又は３つの色のトナーによって各像担持体上にトナー像を形成する画像形成装置などにも適用できるものである。レッド、グリーン、ブルー及びブラックの各色のトナーの混色余裕度を、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ、ＢＫで表わした場合、Ｒ＜Ｇ＜Ｂ＜ＢＫの順で混色余裕度が大きくなる。
【００７７】
このように、上述した構成は、適宜な色のトナーを用いる画像形成装置に適用できるものであり、要は、前述の基本構成の画像形成装置において、各クリーニング装置と、その各クリーニング装置により転写残トナーが除去される像担持体にトナー像を形成する各現像装置との間に、リサイクル手段をそれぞれ設けると共に、転写材搬送方向に互いに隣り合って位置する２つの現像装置のうち、転写材搬送方向上流側に位置する現像装置は、転写材搬送方向下流側に位置する現像装置よりも、混色余裕度の低いトナーによって像担持体にトナー像を形成するのである。
【００７８】
本発明は、プリンタ以外の各種画像形成装置にも適用でき、また上述した実施形態例の構成に限定されるものではなく、さらに上述した各構成を適宜組み合せて、画像形成装置を構成することもできる。
【００８４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、トナーリサイクル手段を設けることにより、トナーの消費量を減らすことができ、しかも現像装置において生じた混色トナーの少なくとも一部を、混色トナー消費モードの実行により、現像装置から排出させることができるので、トナーの混色による画像の色再現性の劣化をより効果的に抑えることができる。
【００８５】
請求項２に係る発明によれば、トナーの混色による色再現性の劣化を効果的に抑えることができると共に、混色トナー消費モードの実行により消費されるトナーの量が過多となる不具合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の一例を示す垂直断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】転写電界を発生させるために転写装置に印加する電圧と逆転写トナー量の関係を示す図である。
【図４】各色のトナーの混色余裕度を説明する図である。
【図５】各色のトナーの混色余裕度を説明する図である。
【図６】各色のトナーの混色余裕度を説明する図である。
【符号の説明】
２Ａ  像担持体
２Ｂ  像担持体
２Ｃ  像担持体
２Ｄ  像担持体
２２Ａ  現像装置
２２Ｂ  現像装置
２２Ｃ  現像装置
２２Ｄ  現像装置
２７Ａ  クリーニング装置
２７Ｂ  クリーニング装置
２７Ｃ  クリーニング装置
２７Ｄ  クリーニング装置
４１  クリーナ
４７  トナーリサイクル手段
Ａ  転写材搬送方向
Ｓ  転写材
【図１】
0003891468.tif 000002
【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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