(57)【要約】【課題】温度変化によってクリーニングブレード自身の剛性を変化させることによって、感光体との接触すべり状態を変化させて、振動騒音の防止を行うクリーニング装置を提供する。【解決手段】像担持体と接触して前記像担持体に残留するトナーをクリーニングするブレード部材１０と、ブレード部材１０を保持するホルダー９と、から構成されるクリーニング装置において、ブレード部材１０又はホルダー９の振動レベルを検知する振動検知手段１２と、ブレード部材又はホルダーを加熱する加熱手段１３と、振動検知手段１２により検出された振動レベルが所定の閾値を上回った場合に、ブレード部材１０又は前記ホルダー９を加熱するように前記加熱手段を制御する制御手段２０と、を備えた。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と接触して前記像担持体に残留するトナーをクリーニングするブレード部材と、該ブレード部材を保持するホルダーと、から構成されるクリーニング装置において、
前記ブレード部材又は前記ホルダーの振動レベルを検知する振動検知手段と、
前記ブレード部材又は前記ホルダーを加熱する加熱手段と、
前記振動検知手段により検出される振動レベルが所定の閾値を上回った場合に、前記ブレード部材又は前記ホルダーを加熱するように前記加熱手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするクリーニング装置。
【請求項２】
像担持体と接触して前記像担持体に残留するトナーをクリーニングするブレード部材と、該ブレード部材を保持するホルダー、とから構成されるクリーニング装置において、
前記ブレード部材又は前記ホルダーの振動レベルを検知する振動検知手段と、
前記ブレード部材又は前記ホルダーを冷却する冷却手段と、
前記振動検知手段により検出される振動レベルが所定の閾値を上回った場合に、前記ブレード部材又は前記ホルダーを冷却するように前記冷却手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするクリーニング装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のクリーニング装置において、前記振動検出手段は、圧電素子であることを特徴とするクリーニング装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のクリーニング装置において、前記加熱手段又は前記冷却手段は、ペルチェ素子であることを特徴とするクリーニング装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載のクリーニング装置において、前記ブレード部材の温度を計測する温度計測装置を設けたことを特徴とするクリーニング装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載のクリーニング装置において、前記加熱手段又は前記冷却手段は、前記ブレード部材の長手方向全長に亘って設けられていることを特徴とするクリーニング装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載のクリーニング装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１乃至６の何れか一項に記載のクリーニング装置を備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項９】
請求項８記載のプロセスカートリッジを少なくとも２つ以上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、電子写真方式のコピー機・ＦＡＸ・プリンタなどにおけるクリーニング装置に関し、特にクリーニングブレードと感光体間で発生する騒音の低減及びクリーニング特性を向上したクリーニング装置及びそれを搭載したプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コピー機、プリンタ等の画像形成装置における騒音の防止は、吸音・遮音材による受動的な対策が中心だった。それに対して、逆相の音を意図的に出して干渉で消す能動騒音制御（Active Noise Control）の考え方は古くからあるが、実際の応用では高度な制御技術が必要であり、実現しなかった。
それが、近年ようやく信号処理技術の進歩などの発展で実現できるようになった。このような能動騒音制御で有名なものは、冷蔵庫や自動車などに応用されたものがあり、これらは騒音に対して、スピーカーなどを用い逆位相の音を出すことによって干渉させて音を打ち消すものである。
【０００３】
特許文献１には、能動的騒音制御方法を自動車などに応用した例を記載されている。さらに特許文献２には、能動的騒音制御方法を複写機に応用した例が記載されている。これらは、スピーカーなどで騒音と逆位相の音を出して騒音と干渉させ、騒音を打ち消している。このようにＯＡ機器等が発する騒音の機器外部への漏れを遮断するために、受動的騒音制御方法の消音装置や能動的騒音制御方法の消音装置が効果的に利用されている。
また、帯電騒音の低減として特許文献３には、被加振体である感光体ドラムにダイナミックダンパーを設けることによりドラムの振動を低減し結果として生じる騒音を低減することが記載されている。
【特許文献１】特許第３０９７９２６号
【特許文献２】特開平５−１４２８８７号公報
【特許文献３】特開平７−１９９７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、画像形成装置の感光体ユニットなどでは、クリーニングブレードと感光体間の摩擦によりスティックスリップが生じ、それによる振動が加振源となって感光体から高音の騒音を発生したり、振動がクリーニングブレードからユニット筐体に伝播して騒音を発生するという問題がある。残留トナーを除去するために、クリーニング装置は必要不可欠であり、これらの騒音の低減が望まれる。この騒音は、加振源がスティックスリップであるが、スティックスリップの振動モードは自励振動であり、発生するか否かが非常に不安定であり、固有値解析における不安定モードである。この不安定モードは、クリーニングブレードと感光体間の接触すべり状態によって変化するものであるが、画像形成装置内の温度・湿度変化によるブレードの物性値変化、クリーニングブレードの経時劣化、感光体上のトナーの付着状態など様々な状態の組み合わせによって、不安定モードが発生したりしなかったりする。したがって、まったく同じ構成であっても、ある日突然スティックスリップによる振動騒音が発生したり、設置位置の環境によって、発生する又はしない等の現象がおきる。
【０００５】
ただ、この現象の原因である不安定モードは、接触すべり状態を微妙に変化させるだけで回避することが可能である。
そこで、本発明では、最適化されているクリーニングブレードの当接角度などを変化させず、不安定モードが発生している状態を状況に応じて回避するために、加熱・冷却手段を用いてをクリーニングブレードの温度を変化させ、温度変化によってクリーニングブレード自身の剛性を変化させることによって、感光体との接触すべり状態を変化させて、振動騒音の防止を行うクリーニング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、像担持体と接触して前記像担持体に残留するトナーをクリーニングするブレード部材と、該ブレード部材を保持するホルダーと、から構成されるクリーニング装置において、前記ブレード部材又は前記ホルダーの振動レベルを検知する振動検知手段と、前記ブレード部材又は前記ホルダーを加熱する加熱手段と、前記振動検知手段により検出される振動レベルが所定の閾値を上回った場合に、前記ブレード部材又は前記ホルダーを加熱するように前記加熱手段を制御する制御手段と、を備えたクリーニング装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、像担持体と接触して前記像担持体に残留するトナーをクリーニングするブレード部材と、該ブレード部材を保持するホルダーと、から構成されるクリーニング装置において、前記ブレード部材又は前記ホルダーの振動レベルを検知可能な振動検知手段と、前記ブレード部材又は前記ホルダーを冷却する冷却手段と、前記振動検知手段により検出される振動レベルが所定の閾値を上回った場合に、前記ブレード部材又は前記ホルダーを冷却するように前記冷却手段を制御する制御手段と、を備えたクリーニング装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のクリーニング装置において、前記振動検出手段は、圧電素子であるクリーニング装置を特徴とする。
【０００７】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載のクリーニング装置において、前記加熱手段又は前記冷却手段は、ペルチェ素子であるクリーニング装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一項に記載のクリーニング装置において、前記ブレード部材の温度を計測する温度計測装置を設けたクリーニング装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一項に記載のクリーニング装置において、前記加熱手段又は前記冷却手段は、前記ブレード部材の長手方向全長に亘って設けられているクリーニング装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか一項に記載のクリーニング装置を備えたクリーニング装置を特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか一項に記載のクリーニング装置を備えたプロセスカートリッジを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項８記載のプロセスカートリッジを少なくとも２つ以上有する画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によっては、クリーニングブレードを加熱又は冷却することによりブレードの剛性が変化し、これに伴い、ブレードと感光体間の接触すべり状態を変化させることが可能であり、発生している自励振動が低減して、振動騒音の低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に従って、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置Ａの概略構成図である。
画像形成装置Ａは、矢印方向に回転する像担持体１を備え、その周囲に帯電手段２、露光手段３、現像手段４、転写手段５、クリーニング装置６、除電手段７が配置されている。
帯電手段２は、像担持体１表面から所定の距離をおいて、像担持体１と接触あるいは非接触で配置され、帯電手段２にバイアスを印加することによって像担持体１を所定の極性、所定の電位に帯電する。
また、露光手段３は発光素子としてＬＤ（Laser Diode）あるいはＬＥＤ(Light Emission Diode)を使用し、画像データに基づき像担持体１に光を照射し静電潜像を形成する。
【００１０】
現像手段４は、内部に固定されたマグネットローラと回転自在の現像剤担持体を備えており、現像剤を現像剤担持体上に保持させている。本実施例では現像剤としてトナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いた二成分磁気ブラシ現像を用いている。その他の現像方式としてはキャリアを用いない一成分現像方式を用いてもよい。現像剤担持体には、現像バイアス電源から電圧が印加される。この現像バイアスと像担持体１表面に形成された静電潜像の電位との電位差により、現像領域にて静電潜像に帯電したトナーを付着させて現像を行うものである。
転写手段５は、転写時に像担持体１表面に所定の押圧力で接触し、電圧が印加されることにより像担持体１と転写手段５との間の転写ニップ部で像担持体１表面のトナー像を転写材８に転写する。本実施例では転写ローラを用いて転写を行っている。コロトロン、転写ベルトなどの転写手段を用いてもよい。
【００１１】
除電手段７はクリーニング装置により残留トナーを除去された像担持体１の残留電荷を除電するもので、ＬＥＤなどを用いた光除電方式である。
さらに、クリーニング装置６は、ブレード部材（クリーニングブレード）１０と、ブレード部材を保持するホルダー９と、ホルダー９を取り付けるケース１４などで構成され、クリーニングブレード１０の接触端１０ａを像担持体１に対して押しあてることにより、像担持体１から残留トナーを掻き落として除去する。
クリーニングブレード１０により像担持体１から掻き落とされたトナーは、ケース１４内に貯留されて、ケース内に設けたトナー搬送部材１１により廃トナーとして図示しない廃トナーボトルに蓄えられる。蓄えられたトナーは、サービスマンなどにより回収されるか、あるいはリサイクルトナーとして現像装置などに運ばれ現像に使用される。
【００１２】
このような構成のクリーニング装置の場合、上述のように、クリーニングブレード１０と像担持体（感光体）１との間でスティックスリップが発生することが知られている。スティックスリップにより、クリーニングブレード１０や感光体１が加振され、音響放射することによって騒音を発生する。特に、感光体１が共振した際や、クリーニングブレード１０が共振して感光体１への加振力が大きくなった場合は、騒音はより大きくなる。スティックスリップの振動モードは自励振動であり、発生するか否か非常に不安定であり、固有値解析における不安定モードである。この不安定モードは、クリーニングブレード１０と感光体１間の接触すべり状態によって変化する。接触すべり状態を変化させる要因の１つとして、画像形成装置内の温度変化によるクリーニングブレード１０の物性値変化がある。クリーニングブレードは、ゴム系の材料を用いる場合が多いが、ゴム系の材料は、温度によって大きく物性値が変化しやすい特長を持っているためである。
【００１３】
図２は、温度に対するゴム硬度の変化を示したグラフ図である。
図２に示されるように、クリーニングブレードに用いられるようなゴム系の物性値は、温度によって硬度が変化するため、これに応じてクリーニングブレード１０と感光体１の間の接触状態も変化することになる。そのため、画像形成装置の通常の稼動時には、スティックスリップが発生しないにもかかわらず、長時間の連続運転により、機内の温度が上昇してくると、クリーニングブレード１０の物性が変化して、接触すべり状態が変化し、スティックスリップを発生し、鳴きが発生することがある。クリーニングブレードの鳴き騒音が発生しているときは、通常ホルダー９やクリーニングブレード１０が大きく振動している。
図３は、騒音を発生している場合のホルダーの振動状態を計測した例を示すグラフ図である。
図３に示されるように、騒音が発生している状態では、スティックスリップによる振動が起こっているが、特に、クリーニングブレード１０の振動周波数が７１５Ｈｚのときに振動レベルがピークに達していることが分かる。
【００１４】
以下に、このようなスティックスリップによる振動騒音を低減するための本発明の構成を説明する。
図４は、本発明に係るクリーニング部材の構成例を説明する図である。
図４において、ホルダー９の振動状態を検知可能な振動検出手段１２及びホルダー９を加熱する加熱手段（加熱装置）１３を、ホルダー９に設けている。
また図５は、図４の加熱装置を制御する制御手段を説明する図である。
図５において、制御手段２０は、振動検出部２１、Ａ／Ｄ変換部２２、演算部２３、振動レベル判定部２４、加熱制御部２５から構成されている。制御手段２０において、ホルダー９に設けた振動検出手段１２で検出された振動が振動検出部２１に送られ、振動検出部２１で、振動の強度（加速度）が時系列的にアナログ信号として出力され、この出力された振動の強度をＡ／Ｄ変換部２２でデジタル信号に変換し、デジタル信号が演算部２３にて演算されて、振動の周波数及び強度として振動レベル判定部２４に送られる。振動レベル判定部２４では、振動検出手段１２で検出される振動レベルが設定した閾値を上回るか否かを判定し、閾値を上回った場合に、加熱制御部２５は、閾値を上回った程度に応じて加熱装置１３を制御してホルダー９を加熱させる。
【００１５】
振動検出手段１２から検出される振動レベルが、設定した閾値を上回った場合にホルダーが加熱されることで、クリーニングブレード１０の剛性が変化して、接触すべり状態が僅かに変化し、自励振動を防ぐことによって、振動による騒音を低減させることが可能である。
この例において、振動検出手段１２及び加熱装置１３はクリーニングブレード１０を保持するホルダー９に設ける構成としたが、クリーニングブレード１０自体に直接設け、クリーニングブレード１０の振動を検出し、クリーニングブレード１０を直接加熱するようにしてもよい。
また、上述の加熱装置１３の代わりに、クリーニングブレード１０又はホルダー９を冷却することが可能な冷却装置を設け、振動検出手段１２から検出される振動レベルが設定した閾値を上回った場合に、制御手段の制御によってクリーニングブレード１０又はホルダー９を冷却するようにしてもよい。冷却されることによりクリーニングブレード１０の剛性が変化して、接触すべり状態が僅かに変化し、自励振動を防ぐことによって、振動による騒音を低減させることも可能である。
【００１６】
加熱装置又は冷却装置としては、ペルチェ素子を用いることができる。ペルチェ素子とは、２種類の金属の接合部に電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動するというペルチェ効果（Peltier effect）を利用した板状の半導体素子であり、直流電流を流すと、一方の面が吸熱し、反対面に発熱が起こる。これにより、容易にブレード部材やブレードホルダーに対して、加熱や冷却が可能である。
また、ペルチェ素子は、電流の極性を変更することにより加熱又は冷却を切り替えることが出来るので、振動騒音を低減させ得る温度に、クリーニングブレードの温度を柔軟に変更させることが出来る。
また、ペルチェ素子は、小型でかつ低電力であり、クリーニングブレード１０やホルダー９に対して張り付け等することが可能である。また、このことによって、直接的に加熱、冷却が可能であることから、即効的にブレードの剛性を変化させることが可能となり、ブレードと感光体間の接触すべり状態を変化させることから、発生している自励振動が低減して、振動騒音の低減が可能となる。
【００１７】
図４における、振動状態を検知可能な振動検出手段１２は、圧電素子を使用することが可能である。圧電素子は、圧力を加えることにより電圧を発生したり、逆に電圧を与えると変形する特性を持つものである。したがって、振動が発生すると圧電素子に力が加わり、それに応じて電圧を発生するので、発生した電圧を計測することで振動状態を検出することが可能である。圧電素子は厚さや大きさも自由に作成することが可能であり、クリーニングブレード１０上の設置場所に制限が少ない。設置方法は、ホルダー９やクリーニングブレード１０に曲げなどの振動が付加可能であればどんな方法でもよく、エポキシなどの接着剤を用いることで可能である。また、振動検出手段１２の設置位置は、スティックスリップの発生が検知できれば限定はない。
したがって、振動検出手段が圧電素子であることによって、クリーニングブレード１０などの部材にも大きなスペースを必要とせずに設置することが可能であるだけでなく、発生している振動を定量的に計測することが可能となる。
【００１８】
図６は、図３における騒音発生状態においてブレード部材１０に対して冷却した場合の振動状態を示すグラフ図である。図６に示されるように、図３において７１５Ｈｚで大きく発生して騒音を発生していた振動は低減され、騒音も消滅することが確認された。
図７は、図５の構成に加え、クリーニングブレード１０の温度をモニターすることが可能な温度計測装置２６を設けた構成を示す概略図である。
制御手段２０における制御は、図５における制御とほぼ同様であるが、クリーニングブレード１０に設けた温度計測装置２６によってクリーニングブレード１０の温度を計測し、この計測結果を加熱制御部２５における制御に用いるようにする。
このようにすることで、クリーニングブレード１０を加熱しすぎることによる劣化の防止が可能となるだけでなく、機内温度上昇などの環境変化によって変化するブレードの剛性を適正化することも行いつつ、クリーニングブレード１０と感光体１間の接触すべり状態を変化させて、クリーニング不良を防止し得るのみならず、発生している自励振動を低減させ、振動騒音を低減させることが可能となる。
【００１９】
また、加熱装置又は冷却装置としてペルチェ素子を用いた場合、上述したように、ペルチェ素子は電流の極性を逆転させると、吸熱と発熱の関係が反転する特性を持っているため、電流制御を行って加熱及び冷却を切り替えるなどしてクリーニングブレードの温度を制御することが可能となり、この制御によって、接触すべり状態を変化させることが可能であるため、振動低減による鳴き消滅を図ることが可能となる。
図８は、加熱装置１３又は冷却装置をクリーニングブレード１０の長手方向全長に亘って設けた構成を示す図である。
図８のように、加熱装置又は冷却装置がクリーニングブレードの長手方向の全長に亘って設けられていることで、クリーニングブレード１０と、接触端１０ａに均一に加熱・冷却することが可能となり、部分的な加熱・冷却による物性値変化で接触状態が不安定となり発生するクリーニング不良防止効果が得られる。
【００２０】
次に、本発明のクリーニング装置６を像担持体１、帯電手段２、現像手段４とともに、一体に結合して、複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に着脱可能に構成したプロセスカートリッジについて説明する。
図９は本発明に係るクリーニング装置６を含むプロセスカートリッジ３０の概略構成断面図である。
本発明のクリーニング装置６を着脱自在であるプロセスカートリッジ内に具備させることにより、クリーニング時の騒音を低減するのみならず、メンテナンス性を向上し、他の装置との一体交換を容易に行うことができるようになる。
【００２１】
次に、本発明のクリーニング装置を含むプロセスカートリッジを用いたカラーの画像形成装置に適応した実施例について説明する。
図１０は、本発明のプロセスカートリッジ３０を複数並置した形式のカラー画像形成装置４０を示す図である。
図１０において、ローラ１７、１８、１９により張架されて矢印方向に移送される転写ベルト１６に沿って、本発明のプロセスカートリッジ３０をイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色ごとに４つ配置している。
各プロセスカートリッジ３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｂにおいて、各像担持体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂ上に光束Ｌが照射されて形成された静電潜像に各現像手段４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂによりトナーが供給されることにより現像トナー像が形成される。現像されたトナー像は水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト１６に、各転写手段５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｂにより順次転写されていく。
このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト１６上に多重転写された現像トナー像は、２次転写手段３１により転写材８にまとめて転写される。そして、転写材８上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。プロセスカートリッジはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。
【００２２】
通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかっていた。
そこで、本実施形態のように、像担持体、帯電手段、現像手段の構成要素をプロセスカートリッジとして一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。
また、クリーニングによる騒音の低減、プロセスカートリッジの交換時のメンテナンス性向上を図ったカラー画像形成装置が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】温度に対するゴム硬度の変化を示したグラフ図。
【図３】騒音を発生している場合のホルダーの振動状態を計測した例を示すグラフ図。
【図４】本発明の実施例に係るクリーニング部材の構成例を説明する図。
【図５】図４の加熱装置を制御する制御手段を説明する図である
【図６】図３における騒音発生状態においてブレード部材に対して冷却した場合の振動状態を示すグラフ図。
【図７】図５の構成に加え、ブレード部材１０の温度をモニターすることが可能な温度計測装置２６を設けた構成を示す概略図。
【図８】加熱装置又は冷却装置をクリーニングブレードの長手方向全長に亘って設けた構成を示す図。
【図９】本発明のクリーニング装置を含むプロセスカートリッジの概略構成断面図。
【図１０】本発明のプロセスカートリッジを複数並置した形式のカラー画像形成装置を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
Ａ  画像形成装置、１  感光体、２  帯電手段、３  露光手段、４  現像手段、５  転写手段、６  クリーニング装置、７  除電手段、８  転写材、９  ホルダー、１０  クリーニングブレード、１０ａ  接触端、１１  トナー搬送部材、１２  振動検出手段、１３  加熱装置、１４  ケース、１６  転写ベルト、１７  ローラ、２０  制御手段、２１  振動検出部、２２  Ａ／Ｄ変換部、２３  演算部、２４  振動レベル判定部、２５  加熱制御部、２６  温度計測装置、３０  プロセスカートリッジ
【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】
2009063750.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009063750.tif 000011
【図１０】
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