(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置の筐体内に配置される現像ローラからのトナーを感光体に供給する供給点近傍（以下、ニップ部領域という）に生ずる飛散トナーの気流状態を計測するための装置であって、該装置は、空気とほぼ同程度の密度を有する噴煙状のトレーサーを発生するトレーサー発生装置と、ニップ部領域に発生している気流等によって前記感光体側から飛散した前記飛散トナー及び前記トレーサー発生装置から射出されて前記気流とほぼ同じ挙動をしている前記トレーサーとを照明する発光装置（光源）と、前記ニップ部領域を撮影する撮影装置と、該撮影装置によって得られた前記飛散トナーと前記トレーサーとの画像情報を記憶する記録装置と、記録された前記画像情報を解折する演算装置と、この演算結果を出力する出力装置とからなることを特徴とする画像形成装置における筐体内気流計測装置。
【請求項２】
前記トレーサー発生装置は、精製灯油を不完全燃焼して前記トレーサーを発生させるものからなることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置。
【請求項３】
前記撮影装置が、デジタルビデオカメラからなり、前記ニップ部領域を撮影できる固体撮像素子とレンズとによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置。
【請求項４】
前記固体撮像素子は、そのｂｉｔ深度が８ｂｉｔ以上であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置。
【請求項５】
前記撮影装置が、動画撮影を行う機能を有することを特徴とする請求項１，３，４のいずれかに記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置。
【請求項６】
前記撮影装置は、前記発光装置による照射に同期して撮影を行うことを特徴とする請求項１，３，４，５のいずれかに記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置。
【請求項７】
前記トレーサー発生装置が、そのトレーサーの輝度値を校正するものからなり、その校正方法としては、画像形成装置が画像形成動作を行っていない状態において射出された前記トレーサーを前記光源で照明し、ニツプ部領域の画像情報を記憶し、この記憶情報を基にして校正を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置。
【請求項８】
前記演算装置が、動画撮影によって得られて時系列に順列された複数の静止画像情報を読み込み、平均化演算を行い、この結果を記録装置に記録し、この結果を動画撮影によって得られて時系列に分割された複数の前記静止画像情報から減算する処理（以下、背景除去処理という）を行うことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置。
【請求項９】
前記演算装置が、前記背景除去処理によって得られて時系列に順列された前記静止画画像から校正されたトレーサーの輝度値を減算する処理（以下、飛散トナー粒子抽出処理という）を行うことを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置。
【請求項１０】
前記演算装置が、前記飛散トナー粒子抽出処理によって得られて時系列に順列された静止画画像から粒子追跡アルゴリズムによって粒子移動度を演算することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置。
【請求項１１】
画像形成装置の筐体内に配置される現像ローラからのトナーを感光体に供給する供給点近傍（以下、ニップ部領域という）に生ずるトナーの気流状態を計測するための筐体内気流計測装置による計測に基づき前記気流状態を最適化する処理方法であって、該処理方法は、気流設計レビューを行う第１の手順と、前記気流と前記トナーの挙動を分離する第２の手順と、分離された前記気流の計測及び前記トナーの挙動の計測とを別々に行う第３の手順と、この計測結果から意図した気流及び意図したトナーの挙動が得られるか否かをチェックする第４の手順とを行い、意図した結果が得られた場合は気流設計を完了し、得られない場合は前記第１の手順の気流設計レビューに戻って前記の各手順を繰返し行って前記筐体内に気流を規制するダクト等の配置を最適化する処理を行うことを特徴とする画像形成装置における筐体内気流計測装置による気流最適化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真画像形成装置の感光体のニップ部領域に生ずる飛散トナーの挙動を観察，計測し気流の最適化を判定するための画像形成装置における筐体内気流計測装置と気流最適化処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真画像形成装置において、一旦発生してしまった飛散トナーを汚染前に除去抑制する技術の１つとして筐体内、特に、ニップ部領域近傍における飛散トナーの通る気流の流路を最適化するための気流設計技術があり、この気流設計を行う装置を備える画像形成装置が従来より開示されていた。例えば、特開平１０−２４７０４２号公報や特開平１０−４８９４８号公報が挙げられる。特開平１０−２４７０４２号公報の「画像形成装置」は、像坦持体（感光体）と、これを帯電させる帯電装置と、トナー飛散防止用のシート状部材を現像部の像坦持体回転方向上流側に備える現像装置とを有する画像形成装置であって、前記帯電装置と現像装置との間に像坦持体表面の汚染物を除去する手段を設けたものであり、この除去手段が前記シート状部材と像坦持体との接触部に向けられた空気吐出口を有するものからなり、この空気流を像坦持体の軸方向全幅に発生させて汚染物を除去するものからなる。一方、特開平１０−４８９４８号公報の「画像形成装置の現像装置」は現像部ケース内の静圧を調節することによってニップ部領域において発生した飛散トナーを筐体内外に散逸させないようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記の公知技術は夫々特徴を有するものであるが、次のような問題点がある。トナー飛散現象は、トナー粒子の属性の計測が困難であるために特性が未だ十分つかめていない。また非常に質量が小さいので、気流から受ける力以外にも周囲のユニットの静電気力や、湿度や温度などの外的状態に非常に左右されるために非常に制御しづらい現象である。そこで気流設計等の対策によって飛散トナーを抑制しようとした場合に、意図された流れ場が本当に発生しているかどうか、また、その流れ場によって飛散トナーが目的としている領域内にとどまっているか、又は抑制されているかどうかを計測し、評価する手法が必要であるが従来では存在しなかった。
特に、気流による飛散トナーの挙動は非定常性が強く、気流と飛散トナーの計測を別個に解析したのでは、気流設計が本質的に反映されているかどうかは評価しづらい問題点があった。
【０００４】
本発明は、以上の事情に鑑みて発明されたものであり、ニップ部領域近傍における飛散トナーの流れ状態を観察するためトレーサーを用い、このトレーサーと飛散トナーとの流れ状態を同時に、かつ独立に計測して気流設計の最適化を図るようにした、画像形成装置における筐体内気流計測装置と気流最適化処理方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置は、画像形成装置の筐体内に配置される現像ローラからのトナーを感光体に供給する供給点近傍（以下、ニップ部領域という）に生ずる飛散トナーの気流状態を計測するための装置であって、該装置は、空気とほぼ同程度の密度を有する噴煙状のトレーサーを発生するトレーサー発生装置と、ニップ部領域に発生している気流等によって前記感光体側から飛散した前記飛散トナー及び前記トレーサー発生装置から射出されて前記気流とほぼ同じ挙動をしている前記トレーサーとを照明する発光装置（光源）と、前記ニップ部領域を撮影する撮影装置と、該撮影装置によって得られた前記飛散トナーと前記トレーサーとの画像情報を記憶する記録装置と、記録された前記画像情報を解折する演算装置と、この演算結果を出力する出力装置とからなることを特徴とする。これにより、ニップ部領域近傍の前記飛散トナーと前記トレーサーとの流れ状態が撮影され、この撮影された画像情報を基に記録演算処理が行われ、その結果を出力することができ、最適の気流設計を得ることができる。
【０００６】
また、本発明の請求項２に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置は、前記トレーサー発生装置は、精製灯油を不完全燃焼して前記トレーサーを発生させるものからなることを特徴とする。これにより、前記トレーサー発生装置の内容が具体化されると共にこれにより簡便に前記トレーサーを形成することができる。
【０００７】
また、本発明の請求項３に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置は、前記撮影装置が、デジタルビデオカメラからなり、前記ニップ部領域を撮影できる固体撮像素子とレンズとによって構成されることを特徴とする。これにより、前記撮影装置の具体的構成が明確化される。
【０００８】
また、本発明の請求項４に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置は、前記固体撮像素子ｂｉｔ深度が８ｂｉｔ以上であることを特徴とする。８ｂｉｔ以上の前記固体撮像素子を用いることにより２５６階調のグレースケール画像が記録でき、画像の明確化が得られる。
【０００９】
また、本発明の請求項５に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置は、前記撮影装置が、動画撮影を行う機能を有することを特徴とする。これにより、静止画像では得られない非定常性が問題となるような解折が得られ正確な観察が行われる。
【００１０】
また、本発明の請求項６に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置は、前記撮影装置が、前記発光装置による照射に同期して撮影を行うことを特徴とする。これにより、現象が特に高速であるような場合に画像中に多くの情報を入れ込むことができ、効果的な計測ができる。
【００１１】
また、本発明の請求項７に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置は、前記トレーサー発生装置が、そのトレーサーの輝度値を校正するものからなり、その校正方法としては、画像形成装置が画像形成動作を行っていない状態において射出された前記トレーサーを前記光源で照明し、ニップ部領域の画像情報を記憶し、この記憶情報を基にして校正を行うことを特徴とする。これにより、平均的なトレーサーの輝度情報を得ることができ、前記飛散トナーと分離した気流独立の挙動が計測される。
【００１２】
また、本発明の請求項８に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置は、前記演算装置が、動画撮影によって得られて時系列に順列された複数の静止画像情報を読み込み、平均化演算を行い、この結果を記録装置に記録し、この結果を動画撮影によって得られて時系列に分割された複数の前記静止画像情報から減算する処理（以下、背景除去処理という）を行うことを特徴とする。前記背景減算化処理を行うことにより、ノイズとなる背景部分が除かれ、前記気流もしくは前記飛散トナーのみの情報が高精度に得られる。
【００１３】
また、本発明の請求項９に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置は、演算装置が、前記背景除去処理によって得られて時系列に順列された前記静止画画像から校正されたトレーサーの輝度値を減算する処理（以下、飛散トナー粒子抽出処理という）を行うことを特徴とする。前記気流と前記飛散トナーが同時に写り混んでいる画像から前記気流の情報を感ずることができ、前記飛散トナーのみの情報を高精度に抽出できる。
【００１４】
また、本発明の請求項１０に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置は、前記演算装置が、前記飛散トナー粒子抽出処理によって得られて時系列に順列された静止画画像から粒子追跡アルゴリズムによって粒子移動度を演算することを特徴とする。これにより、飛散トナーの挙動を定量的に計測することができる。
【００１５】
また、本発明の請求項１１に記載の画像形成装置における筐体内気流計測装置による気流最適化処理方法は、気流設計レビューを行う第１の手順と、前記気流と前記トナーの挙動を分離する第２の手順と、分離された前記気流の計測及び前記トナーの挙動の計測とを別々に行う第３の手順と、この計測結果から意図した気流及び意図したトナーの挙動が得られるか否かをチェックする第４の手順とを行い、意図した結果が得られた場合は気流設計を完了し、得られない場合は前記第１の手順の気流設計レビューに戻って前記の各手順を繰返し行って前記筐体内に気流を規制するダクト等の配置を最適化する処理を行うことを特徴とする。これにより、最適な気流設計を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳述する。本実施の形態は、現像スリーブとの摩擦帯電や電荷注入等により電荷を獲得する一成分の磁性トナーを現像剤に使用し、現像スリーブ上に薄層のトナー層を形成させ、これを予め静電潜像を形成させた感光体表面に近接させ、トナーを感光体表面に飛翔させ感光体上に付着させる現像方式を用いる画像形成装置における飛散トナーと気流を同時に計測することを意図しているものである。
図１は意図している現像機構１００の一例を示す。現像器から現像ローラ１０２の回転によって、感光体１０１にトナー１が転写されている。トナー１は一般に感光体１０１上に形成された静電潜像の電荷に応じて、クーロン力によって付着している。しかし、このうちの一部のトナーが感光体１０１との接触による機械的作用等によって感光体１０１の表面より剥離し、飛散トナー２（図２）となり、筐体内を浮遊し、汚染原因の一つとなる場合がある。感光体１０１上に正常に付着したトナー１は、更に中間転写ベルト１０３に、中間転写チャージャー１０４によってバイアス印加され、転写される。この後、紙等の被転写用紙に定着され、画像形成される。
【００１７】
図２は本発明の請求項１及び請求項３に対応した装置の構成を示すものである。ニップ部領域１０５内で発生してしまった飛散トナー２は、周囲の外力、特に気流によって特定の挙動を行う。気流との相互作用を計測する為に、気流の挙動を可視化するトレーサー発生装置５０から空気と同程度の密度を持ち、かつ目に判別しやすいトレーサー３を発生させ、ニップ部領域１０５内において浮遊させる。トレーサー３は感光体１０１等の回転運動や気流設計による強制気流によって動作するが、気流と同じ挙動を行う為、トレーサー３の挙動を把握すれば、ニップ部領域１０５における気流の挙動を知ることができる。更に、飛散トナー２、トレーサー３の挙動を明確にするために、可視化用の光源５１（発光装置）によって、ニップ部領域１０５全体を面状に照明する。光源５１はハロゲン光やレーザーシート光が望ましい。このようにして、ニップ部領域１０５のトレーサー３と飛散トナー２の挙動を、固体撮像素子６０（図４）とレンズ５９（図４）からなる撮影装置５２によって撮影し、撮影された画像は記録装置５３によって記録される。なお、撮影装置５２は、デジタルビデオカメラ等が望ましい。また記録装置５３はハードディスク等のデジタル記録装置が望ましいが、アナログビデオ等でも使用可能である。記録装置５３によって記録された画像情報を基に、画像は演算装置５４によって解析され、必要な情報を抽出する。また、抽出された情報は出力装置５５によって出力される。出力装置５５は、モニター・プリンタ等、ユーザーの使用状況によって変更することができる。
【００１８】
図３は請求項２に対応した実施の形態を示す。精製灯油を含ませた綿５７にニクロム線を巻き付け、ニクロム線に任意の電流を流すことのできる印加装置５８を接続し通電させることによって、精製灯油に熱をかけると、精製灯油は不完全燃焼を起こし、煙状のトレーサー３を発生させる。このトレーサー３をファン５６によって適切な射出速度によって、トレーサー発生装置５０外に射出する。適切な射出速度とは、気流の主流速に対して、ファン流速平均値が１／１０以下の速度を言う。気流を不必要に乱さないためである。
【００１９】
図４は請求項４に対応した実施の形態を示す。撮影装置５２の固体撮像素子６０は８ｂｉｔの情報すなわち、いわゆる２５６階調のグレースケール画像を記録する性能を保有することが望ましい。これは、７ｂｉｔ以下であると、今回の気流の可視化に使用している煙状のトレーサー３のように濃淡コンストラストが小さいものを画像撮影したときには、しきい値によって不連続的に濃淡が変化するような画像が得られるためである。例えばＰＩＶ（画像追跡速度計測法）等に利用するには、この不連続部分で異常な流速が検知されるようになるからである。
【００２０】
図５は請求項５に対応した実施の形態を示す。撮影装置５２によって、撮影された画像は動画像として、記録装置５３のデジタルビデオ６１によって記録される。記録は時系列的に一定の時間間隔に順列された静止画画像の集合群として記録されることが望ましい。これは、現象が非定常性を帯びている為に、時間的情報が含まれていない単数の静止画では、解析に不適切であるからである。
【００２１】
図６は請求項６に対応した実施の形態を示す。同期発生装置６２によって、光源５１と撮影装置５２は同期をとることが可能な構成となっている。光源５１を任意のパルスによって照明させることによって、適当な時間露出で撮影装置５２により撮影することによって、飛散トナー２の画像は点滅した軌跡を画くことになる。点滅間隔はパルスの時間間隔を表現している為に、一画像に時間情報を入れ込むことが可能となり、更に画像情報を増すことになる。
【００２２】
図７は請求項７に対応した実施の形態を示す。画像形成を行っていない状況、すなわち飛散トナー２も完全に発生していない状況下において、トレーサー発生装置５０からトレーサー３を発生させ、光源５１によって照明し、撮影装置５２によって撮影し、撮影された動画画像を記録装置５３によって記録する。記録された画像は演算装置５４によって、適切な処理を行い、その処理後の画像をもって、記録装置５３に、トレーサー３の標準画像として記録する。この標準画像は校正されたトレーサー像として使用することが望ましい。
【００２３】
図８は請求項８に対応した実施の形態を示す。演算装置５４の処理を示したものである。まず、撮影装置５２によって動画撮影されて時系列的に順列した同一の画素サイズを持つｎ個の静止画画像群６３を平均化する。ここで平均化とは、同一座標の輝度情報を積算し、ｎで割ったものである。この値をその座標にもつ静止画を新たに作成する。十分に大きいｎを採用すれば、平均化された画像からは移動する飛散トナー２やトレーサー３は消滅する。すなわち、十分に大きい時間内でニップ部領域１０５に領域を限れば、飛散トナー２やトレーサー３はランダムに発生する現象だからである。この平均化によって得られた新たな画像を基の静止画画像群６３のそれぞれから減算処理を行う。ここで減算処理とは同一座標の輝度情報を、静止画画像群６３の各画像から、平均化によって得られた新たな画像の輝度情報を減算することを言う。このように演算することによって、解析に必要の無いノイズ情報、例えば背景などの効果が適切に画像群６３から除去された静止画画像群６４を得ることが可能となる。
【００２４】
図９は請求項９に対応した実施の形態を示す。演算装置５４の処理を示したものである。背景除去処理によって、背景ノイズの影響を除去された静止画画像群６４をレベル分割処理を行うことによって、トレーサーのみのが写っている静止画画像群６５と、飛散トナー像のみのが映っている静止画画像群６６に分割する。ここでレベル分割処理とは、以下の処理を言う。一般に飛散トナー２の像は光源５１からの光を直接反射するために、トレーサー３の像よりも輝度が大きい。この性質を利用する。請求項６の発明によって予め得られている校正されたトレーサー３の情報を用いて、トレーサー３の輝度を代表するしきい値を得る。しきい値はトレーサー３の写っている画像領域の平均値を採用してもよい。このしきい値によって、トレーサー３と飛散トナー２が同時に写りこんでいる静止画の輝度を分割し、２枚の画像を得る。この操作を静止画画像群６４全体に対して行う。
【００２５】
図１０は請求項１０に対応した実施の形態を示す。演算装置５４の処理を示したものである。レベル分割処理によって得られた飛散トナーのみが写っている静止画画像群６６を利用し、粒子追跡アルゴリズムによって、粒子移動度を定量的に計測するものである。ここで、粒子追跡アルゴリズムとは以下のアルゴリズムを言う。
任意の時間t0における粒子画像をF0とする。一定の時間間隔dtが経過した際の粒子画像をF1とする。双方の画像中、対応する粒子同士を探索する。探索は一般に輝度情報差の最小自乗法を用いて行われる。対応する粒子同士を結んだベクトルを時間間隔dtで割れば、それはその点における粒子の移動度を示すことになる。
【００２６】
図１１は請求項１１に対応した気流設計の処理手順を示すフローチャートである。まず、気流設計レビューを行う（ステップ１００）。次に、気流とトナーの挙動の分離を行う（ステップ１０１）。分離された気流とトナー挙動とを別々に計測する（ステップ１０２，１０３）。ここで、意図した気流が得られているか否かを判断し（ステップ１０４）、ＯＫの場合は気流設計が完了する（ステップ１０５）。また、ＮＯの場合は気流設計改良工程（ステップ１０５）を介しステップ１００に戻り同様のステップを繰返す。一方、意図したトナー挙動が得られているか否かを判断し（ステップ１０６）、ＯＫの場合は気流設計が完了する
（ステップ１０８）。また、ＮＯの場合は気流設計改良工程（ステップ１０７）を介してステップ１００に戻り同様のステップを繰返す。以上の手順に従って処理を進めることにより最適化の気流設計ができる。
【００２７】
【発明の効果】
１）請求項１及び３に記載の発明によれば、特に電子写真方式を用いる画像形成装置において、トナー飛散が問題となる場合の評価について、気流設計が最適になされているかどうかを判定する装置を提供することができる。
２）請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、気流の挙動をより明確に把握できる可視化装置を提供できる。
３）請求項４に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、気流と飛散トナーの画像解析演算を行おうとする際に、その前提となる画像取得において、演算に必要な最低限の情報を規定する装置を提供できる。
４）請求項５に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、非定常性が問題となるような飛散現象に対して、計測が行える装置を提供できる。
５）請求項６に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、現象が特に高速であるような場合に、一枚の静止画中により多くの情報を入れ込むことによって、効果的に計測を行える装置を提供できる。
６）請求項７に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、計測を行う際の気流の校正を行える装置を提供できる。
７）請求項８に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、よりノイズを低減した計測を行える装置を提供できる。
８）請求項９に記載の発明によれば、請求項１と請求項７の効果に加えて、気流と飛散トナーを、よりノイズを抑制して分離計測できる装置を提供できる。
９）請求項１０に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、定量的に計測結果を得る装置を提供できる。
１０）請求項１１に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、より精密な気流設計工程を規定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される現象機構のニップ部領域まわりのトナーの飛散状態等を示す模式図。
【図２】本発明の画像形成装置における筐体内気流計測装置の概要構成を示す構成図。
【図３】本発明のトレーサー発生装置の１つの実施の形態を示す模式的構成図。
【図４】本発明の撮影装置の１つの実施の形態を示す模式的構成図。
【図５】本発明の記録装置の１つの実施の形態を示す模式的構成図。
【図６】本発明のトレーサー発生装置と光源との同期発生を説明するための模式的構成図。
【図７】本発明の画像形成装置の動作前におけるトレーサー発生装置によるトレーサーの撮影，記録演算等を説明するための模式的構成図。
【図８】本発明の演算装置の処理手段の１つの実施の形態を説明するための模式的説明図。
【図９】本発明の演算装置の処理手段の実施の形態を説明するための模式的説明図。
【図１０】本発明の演算装置の処理手段の実施の形態を説明するための模式的説明図。
【図１１】本発明の最適化気流設計の処理方法の１つを説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１      トナー
２      飛散トナー
３      トレーサー
５０    トレーサー発生装置
５１    光源
５２    撮影装置
５３    記録装置
５４    演算装置
５５    出力装置
５６    ファン
５７    精製灯油を含ませた綿
５８    印加装置
５９    レンズ
６０    固体撮像素子
６１    デジタルビデオ
６２    同期発生装置
６３    静止画画像群
６４    ノイズの影響を除去された静止画画像群
６５    トレーサーのみが写っている静止画画像群
６６    飛散トナー像のみが写っている静止画画像群
１００  現像機構
１０１  感光体
１０２  現像ローラ
１０３  中間転写ベルト
１０４  中間転写チャージャー
１０５  ニップ部領域
【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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