(57)【要約】  【課題】簡易な構成でギヤの歯に入り込んだトナーの噛み込みや固着を防止でき、トナーと直接接触する環境下においてもギヤ歯面の摩耗やトルク上昇の発生を防止することが可能なギヤ構造及び現像装置及び画像形成装置を提供する。  【解決手段】粉体雰囲気下において互いに噛合する歯部５７ａ，５８ａを有する少なくとも１組のギヤ５７，５８を備え、各ギヤ５７，５８は、それぞれの歯部５７ａ，５８ａが、斜歯であると共に軸心から歯先までの距離が歯厚Ａ方向において異なるように形成されているギヤ構造５６。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体雰囲気下において互いに噛合する歯部を有する少なくとも１組のギヤを備え、
前記各ギヤは、それぞれの前記歯部が、斜歯であると共に軸心から歯先までの距離が歯厚方向において異なるように形成されているギヤ構造。
【請求項２】
請求項１記載のギヤ構造において、
前記各ギヤは、それぞれの前記歯部が互いに前記歯厚方向中央で噛合する形状であることを特徴とするギヤ構造。
【請求項３】
請求項１または２記載のギヤ構造において、
前記粉体がトナーであり、前記各ギヤは、少なくとも前記歯部がポリアセタール樹脂またはフッ素樹脂からなることを特徴とするギヤ構造。
【請求項４】
請求項３記載のギヤ構造において、
前記歯部が互いに半円形状であり、歯厚に対して前記各歯部の噛合幅が１／２以上であることを特徴とするギヤ構造。
【請求項５】
請求項３記載のギヤ構造において、
前記歯部が互いに面取り部を有する形状であり、歯厚に対して前記各面取り部の幅が１／３以下であることを特徴とするギヤ構造。
【請求項６】
請求項３ないし５の何れか一つに記載のギヤ構造を有することを特徴とする現像剤収納容器。
【請求項７】
請求項３ないし５の何れか一つに記載のギヤ構造を有することを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項３ないし５の何れか一つに記載のギヤ構造を有する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、ギヤ構造及び現像剤収納容器及び現像装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置が備える現像装置内には回転する攪拌部材や現像剤担持体等が用いられており、駆動装置及び各部材間の駆動力伝達手段としてギヤ機構が使用されている。現像装置内部は磁性体の粉塵であるトナーが飛散し易い環境であるため、ここで使用されるギヤ機構としてはトナーの噛み込みや固着によるギヤ歯面の摩耗やトルク上昇を防止するため、ギヤを樹脂で覆ったりギヤ近傍にトナーが流入しないように気流を管理したりする技術が知られている。
【０００３】
しかし上述の技術では、例えば廃トナー容器のようなトナーと直接接触する環境下においては、ギヤの歯に入り込んだトナーの流れを妨げてしまうことで固着や噛み込みが生じ、ギヤ歯面の摩耗やトルク上昇が発生してしまうという問題点があった。そこで、ギヤ歯面の摩耗を抑制すべく、ギヤ機構の側板を拡大してギヤ間に粉塵が入り込むことを防止する技術が知られている（例えば「特許文献１」参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし上述の技術では、トナーと直接接触する環境下においてはギヤの歯に入り込んだトナーの流れを妨げてしまうことで固着や噛み込みが発生し、ギヤ歯面の摩耗やトルク上昇を防止することができない。  
本発明は、上述した問題点を解決し、簡易な構成でギヤの歯に入り込んだトナーの噛み込みや固着を防止でき、トナーと直接接触する環境下においてもギヤ歯面の摩耗やトルク上昇の発生を防止することが可能なギヤ構造及び現像装置及び画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、粉体雰囲気下において互いに噛合する歯部を有する少なくとも１組のギヤを備え、前記各ギヤは、それぞれの前記歯部が、斜歯であると共に軸心から歯先までの距離が歯厚方向において異なるように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、歯部に入り込んだトナーの逃げ道となる流れを作り、歯部に対するトナーの固着や噛み込みを防止することができる。これにより、トナーに直接接触する環境下においても歯部の摩耗やトルクの上昇を抑制し、長期間にわたって安定した稼働を期待することができるギヤ機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略構成図である。
【図２】従来のギヤ機構を説明する概略斜視図である。
【図３】従来のギヤ機構を用いた場合の容器内に充填したトナー充填量とトルクとの関係を説明する概略図である。
【図４】従来のギヤ機構における平歯の噛合部に噛み込んだトナーの挙動を説明する概略図である。
【図５】従来のギヤ機構における斜歯の噛合部に噛み込んだトナーの挙動を説明する概略図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に用いられるギヤ機構の概略斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に用いられるギヤ機構の概略斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に用いられるギヤ機構の概略図である。
【図９】本発明の第１の実施形態における噛合部に噛み込んだトナーの挙動を説明する概略図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に用いられるギヤ機構の概略図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態においてギヤを替えた場合のトナーの挙動を説明する概略図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態の変形例に用いられるギヤ機構の概略斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態の変形例に用いられるギヤ機構の概略斜視図である。
【図１４】本発明のギヤ機構を用いた場合の容器内に充填したトナー充填量とトルクとの関係を説明する概略図である。
【図１５】本発明のギヤ機構を用いた場合の斜歯角度とトルク伝達率との関係を説明する概略図である。
【図１６】トルクとＡＤ値との関係を従来と本発明とで比較した結果を示す概略図である。
【図１７】時間毎のトルク上昇率と歯先形状との関係を示す概略図である。
【図１８】本発明のギヤ機構を現像剤回収部に用いた場合の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置としてのモノクロのプリンタ９９を示している。プリンタ９９の装置本体１００には、作像ユニットであるプロセスユニット１が着脱可能に取り付けられている。プロセスユニット１は、像担持体である感光体２、帯電手段としての帯電ローラ３、現像手段としての現像装置４、クリーニング手段としてのクリーニングブレード５を有している。また感光体２と対向する位置には、露光手段としてのＬＥＤヘッドアレイ６が配設されている。
【０００９】
プロセスユニット１には、現像剤収納容器であるトナーカートリッジ７が着脱可能に取り付けられている。トナーカートリッジ７は、現像装置４へ供給するトナーを収容した現像剤収容部８とクリーニングブレード５で除去された廃トナーを回収する現像剤回収部９とをその容器本体２２に一体的に有している。現像剤収容部８と現像剤収納容器としての現像剤回収部９とを有するトナーカートリッジ７は、現像装置４の一部を構成している。
【００１０】
プリンタ９９は、転写部材であるシート部材としての用紙Ｐに画像を転写する転写装置１０と、用紙Ｐを供給する給紙装置１１と、用紙Ｐに転写された画像を定着させる定着装置１２と、用紙Ｐを機外へ排出させる排紙装置１３とを備えている。転写装置１０は転写ローラ１４を備えており、転写ローラ１４はプロセスユニット１を装置本体１００に装着したときに感光体２と当接し、転写ローラ１４と感光体２とで転写ニップを形成する。転写ローラ１４は図示しない電源に接続されており、転写ローラ１４には所定の直流電圧（ＤＣ）及び／または交流電圧（ＡＣ）が印加される。
【００１１】
給紙装置１１は、用紙Ｐを収容した給紙カセット１５、給紙カセット１５に収容されている用紙Ｐを給送する給紙ローラ１６を有している。給紙ローラ１６の用紙搬送方向下流側には、給送された用紙Ｐを一時停止させた後に所定のタイミングで給送するレジストローラ対１７が配設されている。定着装置１２は、図示しないヒータ等の加熱源によって加熱される定着ローラ１８と加圧ローラ１９とを備えており、加圧ローラ１９が所定の圧接力で定着ローラ１８に圧接し、この圧接箇所において定着ニップが形成される。排紙装置１３は一対の排紙ローラ２０を有している。排紙ローラ２０によって機外に排出された用紙Ｐは、装置本体１００の上面に形成された凹状の排紙トレイ２１に積載される。
【００１２】
次に、プリンタ９９の作像動作について説明する。作像動作が開始されると給紙ローラ１６が回転して給紙カセット１５から用紙Ｐが給送され、給送された用紙Ｐはレジストローラ対１７によって一時停止される。その後、所定のタイミングでレジストローラ対１７が回転し、感光体２上のトナー像が転写ニップに到達するタイミングで用紙Ｐが転写ニップに給送される。
【００１３】
このとき転写ローラ１４には感光体２上のトナー像とは逆極性の転写電圧が印加されており、これにより転写ニップにおいて転写電界が形成されている。そしてこの転写電界により、感光体２上のトナー像が用紙Ｐに転写される。なお、用紙Ｐに転写されずに感光体２上に残った残留トナーはクリーニングブレード５によって除去され、現像剤回収部９に回収される。
【００１４】
トナー像が転写された用紙Ｐは定着装置１２へと搬送され、定着ニップにおいて加熱及び加圧されて転写されたトナー像を定着される。定着された用紙Ｐは排紙ローラ２０によって機外へと排出され、排紙トレイ２１上にスタックされる。
【００１５】
図２は、従来の画像形成装置に用いられているギヤ構造を示している。同図においてギヤ構造であるギヤ機構５０は、第１ギヤ５２と第２ギヤ５４とを有している。第１ギヤ５２は歯部５２ａ、ギヤ軸５２ｂ、２枚の磁性円盤５３，５３を有しており、第２ギヤ５４は歯部５４ａ、ギヤ軸５４ｂ、２枚の磁性円盤５５，５５を有している。それぞれ平歯車によって構成された各歯部５２ａ，５４ａは互いに噛合しており、各歯部５２ａ，５４ａはそれぞれ樹脂材料によって形成されている。各円盤５３，５５はそれぞれ磁性材料によって形成された一対の磁性プレートである。
【００１６】
各円盤５３，５５の電磁力によって、各歯部５２ａ，５４ａに異物が付着することを物理的な力で防止することができる。そのため、各歯部５２ａ，５４ａの急激な摩耗等の異常発生を軽減することができ、各ギヤ５２，５４を静電潜像形成装置に使用する際に、騒音及び噛み合い振動により引き起こされる画像品質の低下を効果的に防止することができる。
【００１７】
しかし、上述したギヤ機構５０では、トナー等の粉体と直接接触する環境下での使用を想定しておらず、トナーと直接接触する環境下では各円盤５３，５５が各歯部５２ａ，５４ａに入り込んだトナーの流れを妨げてしまうこととなる。このためトナーの噛み込みや固着が発生し、各歯部５２ａ，５４ａが摩耗してしまうと共にトルクが上昇してしまうという問題点がある。
【００１８】
実際にトナーと直接接触する環境下、具体的には容器内にトナーを５０％、９９％充填させ、この容器内でギヤ機構５０を駆動させる実験を行った。この結果を図３に示す。図３に示すように、開始から４０〜５０秒でトルク測定器の限界を超え、実験の継続が不可能となってしまった。これは、平歯のギヤであれば、トナーが噛合部に入り込んだ際にトナーに圧力が掛かることで歯部に固着してしまい、歯部を埋めてしまうことによりギヤ同士の軸間距離が広がり、軸が撓んで軸受部等の摩擦力が大きくなることによってトルクが上昇するのである。図４に示すように、平歯の場合には噛合部のギヤ両端部に少量のトナーを外部に押し出す力が働くが、この力はトルク上昇を抑制できるほどの力ではない。そこで、図５に示すように斜歯に変更すると、この場合には平歯よりも強いトナー押し出し力が働くが、力の働く部位が平歯の場合と同様にギヤ両端部のみであることから、この力ではトルク上昇を抑制できない。
【００１９】
そこで本発明では、図６、図７に示すように、第１ギヤ５２及び第２ギヤ５４に代えて、第１ギヤ５７と第２ギヤ５８とを用いたギヤ機構５６または第１ギヤ６１と第２ギヤ６２とを用いたギヤ機構６０を用いる。第１ギヤ５７と第２ギヤ５８とは、それぞれの歯部５７ａ，５８ａが斜歯であってかつ半円形状を呈している。第１ギヤ６１と第２ギヤ６２とは、それぞれの歯部６１ａ，６２ａが斜歯であってかつ面取り部６１ｂ，６２ｂを有する形状を呈している。各ギヤ機構５６，６０には、磁性円盤や側板等は設けられていない。すなわち各ギヤ５７，５８，６１，６２は、それぞれの歯部５７ａ，５８ａ，６１ａ，６２ａが、斜歯であってかつギヤの軸心から歯先までの距離が歯厚方向において異なるような形状としている。この構成とすることにより、各歯部５７ａ，５８ａ，６１ａ，６２ａに入り込んだトナーの流れを妨げることがなくなり、トナーが流動することで固着や噛み込みの発生を防止することができる。
【００２０】
図８は本発明の第１の実施形態に用いられるギヤ構造としてのギヤ機構５６を示している。図８に示すように、半円形状の歯部５７ａ，５８ａを有する第１ギヤ５７と第２ギヤ５８とを用いることにより、噛合部にトナーが噛み込んだとしても圧力が作用する面積を減少させてかつ各歯部に入り込んだトナーを圧力が掛かる前に左右両側へと逃がすことができる。図９に示すように、各歯部５７ａ，５８ａの噛合部の中央付近から両側に向けてトナーを押し出す力が働くことから、噛合部の両側にトナーが流れることとなる。
【００２１】
そして、ギヤとしてトナー離型性の良好なポリアセタール樹脂またはフッ素樹脂を用いることにより、トナーが各歯部間に入り込んだ場合であってもトナー離型性が良好な材質の効果により、圧力が作用する前にトナーが重力や遠心力によって歯部から流出し易くなる。さらにトナー離型性が良好な材質であってさらに斜歯形状とすることにより、ギヤの歯一つを取ってみても噛み込みのタイミングに左右差が生じるため、先に噛み込む側から後に噛み込む側へとトナーが押し出される効果が得られる。また、トナーが歯部の両側に流れるように、歯部の形状は噛合部分が歯部の歯厚方向中央に位置することが望ましい。
【００２２】
上述の構成とすることにより、歯部に入り込んだトナーの逃げ道となる流れを作り、歯部に対するトナーの固着や噛み込みを防止することができる。これにより、トナーに直接接触する環境下においても歯部の摩耗やトルクの上昇を抑制し、長期間にわたって安定した稼働を期待することができるギヤ機構を提供することができる。
【００２３】
図１０は本発明の第２の実施形態に用いられるギヤ構造としてのギヤ機構６０を示している。図１０に示すように、面取り部であるＣ面取り部６１ｂ，６２ｂが形成された歯部６１ａ，６２ａを有する第１ギヤ６１と第２ギヤ６２とを用いることにより、第１の実施形態と同様に各歯部に入り込んだトナーを圧力が掛かる前に左右両側へと逃がすことができる。例えば、ギヤ６１をギヤ６２に変更してギヤ６２同士を噛合させた場合には、図１１に示すように、歯部６２ａの片側からのトナーの押し出しは可能であるものの、逆側には押し出し力が働かない形状となってしまう。
【００２４】
図１２は第１の実施形態の変形例であるギヤ機構５６Ａを示している。このギヤ機構５６Ａでは、各ギヤ５７Ａ，５８Ａの各歯部に面取り部であるＲ面取り部が形成されている。図１３は第２の実施形態の変形例であるギヤ機構６０Ａを示している。このギヤ機構６０Ａでは、各ギヤ６１Ａ，６２Ａの各歯部に面取り部である段付き面取り部が形成されている。
【００２５】
本発明では、トナーと直接接触する環境下での使用を想定していることから、ギヤの両側からのトナー接触を想定しているため、図８、図１０、図１２、図１３に示すように各ギヤがその歯部の歯厚方向中央において噛合する形状が望ましい。その結果、一定のトナーが歯部の間に留まり続けることを抑制することができ、トナーが流動あるいは循環することで歯部の間にトナーが固着または噛み込むことを防止し、歯部の摩耗やトルクの上昇を抑制することができる。
【００２６】
図８で示した第１の実施形態における半円形状の歯部５７ａ，５８ａの場合には、歯厚Ａと各歯部の噛合幅Ｃとの関係はＣ≧１／２Ａである必要がある。同様に、図１０で示した第２の実施形態における面取り部を有する形状の歯部６１ａ，６２ａの場合には、歯厚Ａと面取り部の幅Ｂとの関係はＢ≦１／３Ａである必要がある。この関係から逸脱すると、歯部５７ａ，５８ａ，６１ａ，６２ａの強度がトルクに耐えられずに破損してしまう。
【００２７】
図１４は、図３と同様に容器内にトナーを５０％、９９％充填させ、この容器内でギヤ機構５６を駆動させる実験を行った結果を示している。図１４に示すように本発明のギヤ機構５６によれば、歯部へのトナーの固着や噛み込みを防止でき、従来のギヤ機構５０が実験継続不可能となった以降、１時間を超える稼働においても安定したトルクで駆動継続を行うことができる。
【００２８】
次に、ギヤ機構５６における各ギヤ５７，５８の斜歯の角度とトナー流動性の変動によるトルクの推移について説明する。図１５は、斜歯の角度を段階的に変更した場合におけるトルク伝達率の推移を示している。歯のねじれ角度が２０度以上になるとトルク伝達率が８０％を下回ってくるため、斜歯のねじれ角度は２０度以下である必要がある。しかし、斜歯のねじれ角度が大きくなるに連れてトナーの固着または噛み込みの発生確率が低下する傾向にあるため、トナーの固着や噛み込みに対してはねじれ角度が大きい方が有利である。実機に採用するに当たっては、トルク伝達率８０％以上を確保できるねじれ角度１６度近傍が望ましい。
【００２９】
図１６は、流動性の代替特性としてゆるみ見かけ嵩密度であるＡＤ値の異なるトナーを使用した場合におけるトルクの推移を示している。この結果は、実際にトナーと直接接触する環境下であって現像剤回収部材内にトナーを満杯まで充填した場合における３０秒駆動後の測定結果である。図１６から明らかなように、本発明のギヤ機構５６を採用した結果、ＡＤ値が０．３以上であれば実機搭載が可能である。通常、重合トナーであればＡＤ値は０．４以上であり、粉砕トナーであってもＡＤ値０．３以下は相当に流動性が悪いものであることから、一般的に流通しているトナーを使用する場合において本発明のギヤ機構５６は問題なく使用可能である。
【００３０】
図１７は、容器内のトナー充填率が５０％の場合における、初期のトルク値に対してのトルク上昇率を示している。従来の図４に示すような平歯のギヤでは、初期値から３０秒後の上昇率が３００％以上に達している。同様に、斜歯のみを使用した図５に示すようなギヤでも、平歯よりは改善するものの、３００％以上に達することに変わりはない。
【００３１】
しかし、本発明のギヤ機構５６を採用した場合には、斜歯の角度上昇に比例してトルク上昇率も低減していることが判る。しかし、図１５で説明した通り、斜歯ねじれ角度が上昇するとギヤ同士のトルク伝達率が低下してしまうことから、斜歯のねじれ角度は２０度以下であることが望ましい。従って、本発明の作用効果である歯部間に入り込んだトナーを押し出す働きが得られる条件としては、ギヤの軸心から歯先までの距離が歯厚方向において異なると共に歯部がねじれ角度が２０度以下の斜歯であり、さらに図８、図１０、図１２、図１３に示すように各ギヤがその歯部の歯厚方向中央において噛合する形状が望ましい。そしてさらに、使用可能なトナーＡＤ値の範囲は０．３以下であることが望ましい。
【００３２】
図１８は、図１に示したプリンタ９９の現像剤回収部９に本発明のギヤ機構５６を適用した例を示している。ギヤ機構５６を現像剤回収部９の内部に適用することにより、ギヤ機構５６周辺のスペースを廃トナー回収領域として使用することができる。そのため、限られたスペースにおいて廃トナー回収量を増加させることができると共に、現像剤回収部９の小型化を図ることができる。さらに、ギヤ機構５６を現像剤回収部９の内部に配置することによりトナーが流動することから固着や噛み込みの発生を抑制でき、各ギヤ５７，５８の噛合部に廃トナーが噛み込んでもトルクの上昇を抑制することができる。
【００３３】
また、廃トナーを搬送するスクリュ２５についてもその羽根の外径をトナー排出口２４から遠ざかるに連れて小さくすることにより、最深部の搬送量及び搬送速度を小さくすると共に最深部まで均等に廃トナーを回収することができる。これにより、現像剤回収部９が満杯近くになった場合でもトルクの上昇を抑制することができる。このように簡易な構成で２本の搬送スクリュ間の駆動伝達機構を現像剤回収部９に入れ込み、周辺のスペースを廃トナー回収用として活用することにより、限られたスペースにおいて廃トナー回収量を増加することができると共に、現像剤回収部９を小型化することができる。
【００３４】
上述した各実施形態では、画像形成装置により画像が形成されるシート部材として記録紙Ｐを示した。しかし、画像形成装置に使用可能なシート部材は記録紙には限定されず、厚紙、ハガキ、封筒、普通紙、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ等も含まれる。また用紙以外の記録媒体として、ＯＨＰシート、ＯＨＰフィルム、樹脂フィルム等、シート状を呈し画像形成可能な物質であればどのようなものを用いてもよい。
【００３５】
上記各実施形態では、ギヤ機構５６，５６Ａ，６０，６０Ａを粉体雰囲気下であるトナーと直接接触する環境下で使用する例を示した。しかし、本発明のギヤ機構５６，５６Ａ，６０，６０Ａが使用可能な粉体雰囲気下はトナー雰囲気下には限定されず、他の粉体、例えば小麦粉、樹脂粉、セメント等、どのような粉体雰囲気下においても本発明は適用可能である。なお、その場合には使用される粉体に応じてギヤ機構を構成する各ギヤの材質を選定することとなる。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３７】
４  現像装置
９  現像剤収納容器（現像剤回収部）
５６，５６Ａ，６０，６０Ａ  ギヤ構造（ギヤ機構）
５７，５７Ａ，６１，６１Ａ  第１ギヤ
５８，５８Ａ，６２，６２Ａ  第２ギヤ
５７ａ，５８ａ，６１ａ，６２ａ  歯部
Ａ  歯厚
Ｂ  面取り部の幅
Ｃ  噛合幅
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３８】
【特許文献１】特開２００６−２２７０７８号公報
【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】
2017057883.tif 000012
【図１１】
2017057883.tif 000013
【図１２】
2017057883.tif 000014
【図１３】
2017057883.tif 000015
【図１４】
2017057883.tif 000016
【図１５】
2017057883.tif 000017
【図１６】
2017057883.tif 000018
【図１７】
2017057883.tif 000019
【図１８】
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