(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個の発光素子と特性の揃った複数の受光素子を有し、該受光素子の１個を用いて前記発光素子の発光量を制御する用紙透過光量検知手段を用いて用紙残量の判定を行うことを特徴とする用紙残量検出装置。
【請求項２】
前記発光素子の発光量の目標値を設定する手段を有し、該手段により前記発光素子の発光量を変化させることを特徴とする請求項１記載の用紙残量検出装置。
【請求項３】
前記用紙透過光量検知手段と同構成の検知手段を用いて用紙１枚当りの透過光量を検出し、検出された透過光量を用紙種類の判定と用紙残量の判定に使用することを特徴とする請求項１または２記載の用紙残量検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載の用紙残量検出装置を用いたことを特徴とする印字装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、用紙残量検出装置及び該用紙残量検出装置を用いた印字装置に関し、特に発光素子、受光素子の特性のばらつきを補償して、用紙残量を精度良く検出することができる用紙残量検出装置及び該用紙残量検出装置を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の印字装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
定形紙を用いる複写機、プリンタ、ファクシミリ等の印刷装置に用いられる用紙残量検出装置の従来例として、特開平１１−９１２０２号公報に記載の発明が知られている。
この従来例においては、用紙センサとして用紙残量が少ないことを検出するニアエンドセンサと、用紙がなくなったことを検出するエンドセンサとを備えている。ニアエンドセンサがオンしてからエンドセンサがオンするまでに印刷した用紙枚数を数えてＮＶＲＡＭに記憶することにより、次回同種類の用紙がセットされた場合に、ニアエンドセンサがオンした後の用紙残量を比較的精度よく知ることが可能になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
（請求項１の目的）
電子写真方式の印字装置において、通常感光体への光潜像書込みは、給紙トレイから記録用紙が転写位置直前のレジストセンサ位置に到達し、レジストセンサがオンするのを待って開始される。しかし、いわゆるタンデム方式を用いかつ中間転写ベルトを採用したカラープリンタ、カラー複写機等の印字装置においては、感光体への光潜像書込みの開始タイミング制御は、一般に同様の方式とすることができない。それは、プリント速度の大幅な低下をもたらすからである。
【０００４】
図１を用いて以上の理由について説明する。なお、図１は本発明の実施例を示す図で詳細な説明は後述するが、中間転写ベルトを採用したタンデム方式のカラー印字装置である点では従来例と共通する。
図１において、感光体ドラム１ｂ、１ｃ、１ｄに対する画像の形成は、まず転写位置すなわち中間転写ベルト７上のトナー像を記録用紙に転写する二次転写位置８から最も遠い左端の感光体ドラム１ａから光潜像書込みを開始し、それを中間転写ベルト７上に転写する。他の３色に対応する感光体ドラム１ｂ、１ｃ、１ｄへの光潜像書込みも中間転写ベルト７の矢印方向への移動にしたがって各色画像が中間転写ベルト上で正確に重なるように順次同期して行われる。そして、４色の重ね合わせで形成されたトナー画像がレジストローラ９に隣接した転写位置すなわち二次転写位置８で記録用紙に転写されるのであるが、この一連の画像形成動作の開始をレジストセンサのオンを待って行うとすると、レジストセンサがオンしてから左端の感光体ドラム１ａの光潜像書込みが始まり中間転写ベルト７上に形成された画像が記録用紙への転写位置に到達するまでの間、記録用紙は待機していることになる。
【０００５】
以上の場合のプリント動作は次のようになる。
〔レジストセンサオン→画像形成開始→用紙に画像を転写→レジストセンサオン→次の画像形成開始・・〕
このような動作ではプリント指示が発行されてから実際に印字された紙が出力されるまでの時間が長くなるし、連続プリントを行う場合の画像と画像の間隔が大きくなり、印字速度が大きく低下することになる。中間転写ベルトを用いない方式ではレジストセンサに近い感光体ドラムから光潜像書込みが開始されるため、このようなことはない。
【０００６】
以上のような事情に対処するには、用紙に画像形成動作を同期させるのではなく、画像形成動作に用紙を同期させるようにする。すなわち、レジストセンサオンとは無関係に画像形成動作を開始しておき、中間転写ベルト上に形成されたトナー画像に合わせてレジストローラで用紙供給タイミングを調節する。連続プリント時には画像間を短くして中間転写ベルト上にトナー画像を形成する。
しかし、画像形成動作を先行させる結果、用紙有無検出について問題が生じる。レジストセンサオンを契機として画像形成動作を開始する場合にはトナー画像を転写する用紙が存在することは確実であるが、画像形成動作を先行させる場合には形成した画像に対応する用紙が存在するとは限らない。画像形成開始時点で用紙有無センサが用紙なしを示していれば当然画像形成は行わないが、用紙残量が１枚しかなく、かつ２枚以上の出力をするとき、１枚目の画像形成を行った後に用紙なしとなった場合、既に形成済の２枚目のトナー画像は用紙に転写されることなく廃棄されることになる。用紙トレイからレジストローラ位置までの用紙搬送路が長く、搬送路中に２枚以上の用紙が存在するなら廃棄されるトナー画像が２枚目のものではなくあるいは３枚目になる。また、中間転写ベルト上の左端の１次転写位置から２次転写位置までの間に複数の画像を載せる場合には廃棄されるトナー画像も複数になる。
【０００７】
このような無駄な廃棄トナーの発生を防ぐために用紙残量検知センサを利用することができる。すなわち、用紙残量が少なくなったらプリント出力を停止あるいは速度を低下させることが考えられる。しかしながら、現在一般に使用できる用紙残量検知センサ（用紙ニアエンドセンサ）の検知精度は用紙残量数十枚程度であり、そのような動作モード変更は利用者の利便性を大きく損なうことになる。必要なのは、残り用紙の最後の数枚を精度よく検出する用紙残量センサである。したがって、請求項１の目的は、上記のような用紙残量検知装置を提供することである。
【０００８】
（請求項２の目的）
用紙の透過光量は、用紙種類にもよるが、一般に用いられる印字用紙を数枚重ね合わせた場合の透過光量は数％程度と小さい。検出する光量が小さい場合、一般に検出精度は低下する。したがって、請求項２の目的は、請求項１の用紙残量検知装置を改良し、透過光量が小さい場合にも検出精度を確保できるようにすることである。
【０００９】
（請求項３の目的）
印字装置においては、用紙種類を判定し印字プロセスをそれに合わせて調節するための用紙センサを備えることが多く、このような用紙センサは用紙の透過光量を検出する方式のものがしばしば用いられる。
請求項３の目的は、請求項１において使用した用紙残量センサを用紙センサに応用することにより、用紙１枚当りの透過光量の検出精度を高め、用紙種類の判定精度を向上させた印字装置を提供することである。
【００１０】
（請求項４の目的）
請求項４の目的は、請求項１〜３の用紙残量検知装置を用いて、印字速度を低下させることがなく、また排紙トナーの発生を少なくすることができる印字装置、特に複数の感光体ドラムを有するタンデム方式のカラー印字装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するためになされたものであって、請求項１の発明は、１個の発光素子と特性の揃った複数の受光素子を有し、該受光素子の１個を用いて前記発光素子の発光量を制御する用紙透過光量検知手段を用いて用紙残量の判定を行う用紙残量検出装置であることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の用紙残量検出装置において、前記発光素子の発光量の目標値を設定する手段を有し、該手段により前記発光素子の発光量を変化させることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または２の用紙残量検出装置において、前記用紙透過光量検知手段と同構成の検知手段を用いて用紙１枚当りの透過光量を検出し、検出された透過光量を用紙種類の判定と用紙残量の推定に使用することを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１〜３に記載の用紙残量検出装置を用いた印字装置であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に示す実施例に基づいて説明する。
（実施例１）
図１は、本発明に係る電子写真方式のカラー印字装置を示す概略構成図である。
本実施例のカラー画像印字装置は、中間転写ベルトを有し、４つの感光体ドラム上に形成されるトナー画像は中間転写ベルト上に順次重ね合わせて転写形成され（一次転写）、中間転写ベルト７上のトナー画像が記録紙上に転写形成される（二次転写）。
本実施例のカラー画像印字装置は、中間転写ベルト７と対向する位置に４つの感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄをタンデム状に配置し、各感光体ドラムの周囲には感光体表面を一様に帯電する帯電装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと、感光体ドラム表面を選択的に露光し画像潜像を形成する印字ヘッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと、形成された画像潜像にトナーを付着させることによって可視化する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、感光体ドラム上のトナー画像を中間転写ベルト上に転写するための転写バイアス電圧を印加する一次転写装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、中間転写ベルト７に転写されずに感光体ドラム上に残ったトナーを除去するクリーニング装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが備えられている。
上記現像装置３ａ〜３ｄは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの中の各々別の色のトナーを用いる。印字ヘッド２ａ〜２ｄには、例えば多数のＬＥＤ素子を主走査方向にアレー状に並べて構成したＬＥＤヘッドを用いる。
【００１６】
画像形成プロセスが開始されると、感光体ドラム１ａ〜１ｄは反時計方向に回転し、中間転写ベルト７は矢印方向に送られる。各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー画像は、一次転写装置４ａ〜４ｄを経て中間転写ベルト７に各色トナー画像が正確に重なるようにタイミング制御されつつ転写される。中間転写ベルト上に形成されたトナー画像は二次転写装置８においてレジストローラ９から送り出される記録用紙に転写され、その用紙は図示しない定着装置へと左方向へ送られる。
記録用紙は、用紙トレイ１２からピックアップローラ１３により一枚ずつ取り出されてレジストローラ９へと送られる。ピックアップローラ１３からレジストローラ９に至る用紙搬送路中には、レジストローラ９の手前に用紙がレジストローラ位置に来たことを検出するレジストセンサ１０が備えられている。
また、用紙トレイ中には発光素子１４ａおよび受光素子１４ｂを含む用紙残量を検出するための用紙残量センサ１４、および用紙なし状態を検出するペーパーエンドセンサ２７が設置されている。ペーパーエンドセンサ２７は、通常フィラーによって開閉されるフォトインタラプタが用いられる。
【００１７】
図２は、図１に示すカラー印字装置の制御系のブロック図である。
図２において、１６はＣＰＵであり、ＣＰＵ１６には画情報処理装置１５、ＲＡＭ１７、ＲＯＭ１８、ヘッド駆動部１９ａ〜１９ｄ、モータ・アクチュエータ駆動部２０、高圧電源２１、センサ信号処理回路２３および２５が接続されている。そして、ヘッド駆動部１９ａ〜１９ｄには、図１に示した印字ヘッド２ａ〜２ｄが、センサ信号処理回路２３には図示しない各種センサ類２２が、センサ信号処理回路２５には図１に示す用紙残量センサ１４が接続されている。そして、用紙残量センサ１４の入力には分圧回路２６が接続されている。分圧回路２６の出力インピーダンスは用紙残量センサ１４の入力インピーダンスより十分小さいものとする。
【００１８】
画情報処理装置１５は、図示しないホスト装置から与えられるプリント情報を解析処理して各色毎のビデオデータに変換し、ＣＰＵ１６に転送する。ＣＰＵ１６は、ＲＯＭ１８に蓄積されたプログラムにしたがって動作し、画情報処理装置から転送されたビデオデータを各ヘッド駆動部に分配する。各ヘッド駆動部１９ａ〜１９ｄは、印字ヘッド２ａ〜２ｄに各色毎のビデオデータを転送する。このとき前述したように画像潜像作成開始位相が適正となるよう各色のビデオデータを印字ヘッドに転送するタイミングを調整する必要があるが、そのためには各色のビデオデータを一時的に保持するメモリ機能が必要である。この機能は画情報処理装置１５に置くのが都合がよい。
【００１９】
つまり、画情報処理装置１５からＣＰＵ１６への各色ビデオデータの転送タイミングが調整される。印字ヘッド２ａ〜２ｄによる主走査方向の潜像書込みは、主走査の先頭を合わせるために一定のタイミングで開始する必要があり、印字ヘッドとしてＬＥＤヘッドを使用した場合はヘッドでの消費電力の集中を避けるためにＬＥＤアレイ中の素子を一定のタイミングで分割駆動する必要がある。これらの印字ヘッド駆動制御動作はヘッド駆動部１９ａ〜１９ｄで実行される。モータ・アクチュエータ駆動部２０は、転写ベルト、感光体ドラムその他の要素を駆動する図示しないモータ、クラッチ等の駆動制御を行う。高圧電源２１は帯電装置６ａ〜６ｄ、現像装置３ａ〜３ｄ、転写装置４ａ〜４ｄ、クリーニング装置５ａ〜５ｄ、その他図示しない構成要素に必要な高圧電圧をＣＰＵ１６からの指令にしたがって適宜発生する。用紙残量センサ１４については後述するが、用紙を通過した光量に応じたアナログ信号を発生し、それらの出力はセンサ信号処理回路２５によってＡ／Ｄ変換されてＣＰＵ１６に入力される。各種センサ２２は、電子写真方式のカラー印字装置を構成するのに必要なその他のセンサ類を意味し、それらの出力はセンサ信号処理回路２３によってＡ／Ｄ変換されてＣＰＵ１６に入力される。
【００２０】
図３は、用紙残量センサの構成を示す回路図である。
用紙残量センサ１４は、発光素子として発光ダイオードＤ１を、受光素子としてフォトダイオードＤ２およびＤ３を使用している。フォトダイオードＤ２およびＤ３は、同一チップ上に作られるなどの方法により特性の揃ったものを用いる。発光ダイオードＤ１とフォトダイオードＤ２の間の光路には０枚〜用紙トレイにセットされる最大枚数の用紙が介在する。しかし発光ダイオードＤ１とフォトダイオードＤ３の間の光路には用紙は介在しない。つまりＤ１、Ｄ２、Ｄ３は用紙の端部に配置され、Ｄ１→Ｄ２の光路は用紙の端に交わるように、Ｄ１→Ｄ３の光路は用紙に交わらないように光路の設計がなされる。発光ダイオードＤ１の出力光は、レンズおよびハーフミラー、スプリッタ等の光学部品により２等分されてフォトダイオードＤ２、Ｄ３に入射する。Ｄ１→Ｄ２の光は用紙の枚数に応じて減衰しフォトダイオードＤ２に到達するが、Ｄ１→Ｄ３の光はほとんど減衰せずにフォトダイオードＤ３に到達する。
【００２１】
抵抗Ｒ１、オペアンプＡＭＰ１、抵抗Ｒ２、ＰＮＰトランジスタＱ１、発光ダイオードＤ１、フォトダイオードＤ３からなる回路は帰還ループを構成し、フォトダイオードＤ３に流れる光電流が一定になるよう制御される。入力端子Ｒには分圧回路２６が接続されるが、その出力電圧をＶＲとするとフォトダイオードＤ３の光電流はＶＲ／Ｒ１の大きさに保たれる。フォトダイオードＤ３とＤ２の特性は同じであるので、Ｄ１−Ｄ２間に用紙がなければフォトダイオードＤ２に流れる光電流も同じ値になる。この状態でフォトダイオードＤ２の光電流はオペアンプＡＭＰ２、抵抗Ｒ３により電流−電圧変換されて出力端子ＳにはＶＲ・Ｒ３／Ｒ１の予定した大きさの電圧が現れる。このことはオペアンプＡＭＰ１回路の帰還作用により発光ダイオードやフォトダイオードの特性ばらつきが補償されたことを意味する。Ｄ１−Ｄ２間に用紙が介在するときはフォトダイオードＤ２に到達する光量は用紙によって減衰したものとなる。
【００２２】
用紙残量センサ１４の動作が有効となるのは、用紙残量が最後の数枚であるときと考えられる。一般的に用いられる普通紙の場合、例えば６枚以上の用紙の重なりを透過した発光ダイオードからの光量は小さく、フォトダイオードの検出出力を有効に利用することができないが、本発明の目的からみれば最後の数枚が検出できれば十分である。用紙残量センサ１４における用紙残量の検出は、予め用紙枚数による透過光の減衰率を調べておき、その値と用紙残量センサの出力Ｓとを比較することにより行う。用紙枚数と透過光減衰率との関係は実際に用紙が消費されていく過程でＳの値を記憶することで補正することも考えられる。すなわち、用紙残量センサ１４の出力値を記憶する動作は、用紙がなくなるまで用紙トレイ１２から用紙が送り出されるごとにリングバッファなどに連続して格納し、ペーパーエンドセンサ２７がオンしたときリングバッファから各状態に対応する値を取り出して所定のメモリエリア（不揮発性メモリが望ましい）に格納すればよい。
【００２３】
上記したような用紙残量センサを有する図１のカラー印字装置のプリント動作は、前記したようにレジストセンサがオンになることを待つことなく画像形成動作を開始し、中間転写ベルト上に作成されたトナー画像に合わせて用紙を供給するのであるが、連続プリントの際に最初の１回を除いて、用紙切れに遭遇しても同一の用紙が用いられる限り用紙トレイからレジストローラまでの間に存在する用紙残量を精度よく把握できるので、それに合わせてトナー画像形成数を制御でき、無駄なトナー画像の発生を防ぐことができる。用紙種類が変化したことは操作者が操作パネル等から指示をするようにすることが考えられる。
【００２４】
（実施例２）
図４は、第２の実施例に係るカラー画像印字装置の制御系を示すブロック図である。
図２に示す第１の実施例の制御系と異なるのは、用紙残量センサ１４の入力としてＣＰＵ１６のＤＡ出力が接続されていることである。これにより用紙残量センサ１４のフォトダイオードＤ３の光電流すなわち発光ダイオードＤ１の発光量を設定することができる。この機能は、発光ダイオードＤ１の最大電力／順電流の制限内でセンサの感度を上げる場合に使用することができる。この機能を使えば、用紙の重なりの透過光の減衰率が大きくて用紙枚数の検出精度を確保することが困難なときにも、センサ感度を大きくして対応することができる。ＣＰＵ１６のＤＡ出力値に対してセンサ感度はリニアであるので感度変更によるセンサ出力の補正は容易である。
【００２５】
（実施例３）
図５は、第３の実施例に係るカラー画像印字装置の概略構成を示す図である。図１に示すカラー画像印字装置との相違は、用紙搬送路中のレジストセンサ１０の手前に発光素子１１ａと受光素子１１ｂを含む用紙センサ１１を備えることである。
図６は、第３の実施例に係るカラー画像印字装置の制御系を示すブロック図である。
図６の制御系の構成は、図４に示す制御系と類似しており、図４と異なるのは用紙センサ１１とセンサ信号処理回路２４が追加されていることであるが、用紙センサ１１の構成は図３と同じであり、センサ信号処理回路２４の構成およびＣＰＵインタフェースは図４の場合と同じである。
【００２６】
用紙センサ１１の感度は、用紙残量センサ１４と同じくＣＰＵ１６のＤＡ出力によって制御される。用紙センサ１１を構成する２個のフォトダイオードへの発光ダイオードからの光路は用紙残量センサ１４の場合と同じく、片方は用紙が介在し他方は介在しない。用紙センサ１１は、用紙残量センサ１４と同様に用紙の透過光量を検出する機能を持つ。ただし、用紙残量センサ１４とは異なり発光／受光素子間に介在する用紙の枚数は０または１である。用紙がある場合の透過光量検出は、レジストセンサ１０がオンするタイミングで行う。
用紙センサ１１の出力は２つの目的に使用される。第１は、用紙の種類、例えば透過光量の大きいＯＨＰ用紙や透過光量の小さい厚紙を普通紙と区別して検出することである。用紙センサ１１の感度をＣＰＵ１６が調節することが可能なため、幅広い用紙種類の判別をすることができる。この結果は用紙にトナー画像を転写するバイアス電圧／電流や定着温度、定着線速などのプロセスパラメータの制御に使われる。第２は、用紙トレイ内の用紙残量の検出に使用される。すなわち用紙センサ１１によって用紙１枚当りの透過光量または光透過率を知ることができ、その値を用いて用紙残量センサ１４の出力値から用紙残量を推測する場合により精度よく行うことが可能となる。用紙１枚当りの光透過率を実際に知ることができるため、用紙の種類が変わった場合にも対応することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば次のような効果を奏する。
請求項１の用紙残量検出装置においては、発光素子と受光素子を用いる用紙透過光量検知手段において、帰還ループを用いて発光素子、受光素子の特性のばらつきを補償することができるため、精度よく用紙残量を推定することができる。
【００２８】
請求項２の用紙残量検出装置においては、請求項１の用紙残量検知装置の特徴に加え、発光素子と受光素子による検知感度を制御することができるため、より精度よく用紙残量を推定ができ、かつより広い範囲の用紙種類に対応することができる。
【００２９】
請求項３の用紙残量検出装置においては、感度ばらつきが補償されかつ感度の制御が可能な請求項２の用紙残量検出装置に用いた用紙残量センサを用紙種類を検出する用紙センサにも使用し、用紙センサによって用紙の１枚当りの透過光量を検出し、その結果を用紙種類の判定に用いるとともに用紙残量推定のデータとしても使用しているため、精度よくかつ広範囲の種類の用紙の検出が可能であるとともに用紙残量の検出も精度よく行え、用紙の変更にも対応することができる。
【００３０】
請求項４の印字装置においては、精度よく用紙残量を推定することができる請求項１〜３の用紙残量検知装置を用いてカラー印字装置を形成するので、特に複数の感光体ドラムを有するタンデム方式のようなカラー印字装置であっても、印字速度を低下させることがなく、また排紙トナーの発生が少ない印字装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例に係る電子写真方式のカラー画像印字装置を示す概略構成図である。
【図２】  図１に示すカラー印字装置の制御系を示すブロック図である。
【図３】  用紙残量センサの構成を示す回路図である。
【図４】  本発明の第２の実施例に係るカラー画像印字装置の制御系を示すブロック図である。
【図５】  本発明の第３の実施例に係るカラー画像印字装置の概略構成を示す図である。
【図６】  本発明の第３の実施例に係るカラー画像印字装置の制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…感光体ドラム、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…印字ヘッド、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…現像装置、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…一次転写装置、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ…クリーニング装置、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ…帯電装置、７…中間転写ベルト、８…二次転写装置、９…レジストローラ、１０…レジストセンサ、１１…用紙センサ、１２…用紙トレイ、１３…ピックアップローラ、１４…用紙残量センサ、１５…画情報処理装置、１６…ＣＰＵ、１７…ＲＡＭ、１８…ＲＯＭ、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ…ヘッド駆動部、２０…モータ・アクチュエータ駆動部、２１…高圧電源、２２…各種センサ、２３…センサ信号処理回路、２４，２５…センサ信号処理回路、２６…分圧回路、２７…ペーパーエンドセンサ、Ｄ１…発光ダイオード、Ｄ２，Ｄ３…フォトダイオード、Ｑ１…トランジスタ、ＡＭＰ１，ＡＭＰ２…オペアンプ。
【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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