(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源部、ポリゴンモータを有する光学ユニットと、前記光学ユニットから照射されるレーザ光を感光体へ反射する折返しミラー及び光学ユニットを保持するためのフレームを備えた書込みユニットにおいて、
前記折返しミラーの両端をフレームに対して支持する一対のガイド手段のうち、少なくとも一方のガイド手段が該折返しミラー面を支持するガイドラインが、折返しミラー面の長手方向と直交する幅方向に対して角度を持って設置されることを特徴とする画像形成装置の書込みユニット。
【請求項２】
前記折返しミラーを支持する一対のガイド手段が該折返しミラー面を支持するガイドラインは直線状であり、各ガイドラインは夫々折返しミラー面の長手方向と直交する幅方向に対して角度をもって設置され、かつ互いに非平行となるように設置されることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置の書込みユニット。
【請求項３】
前記折返しミラーを保持する一対のガイド手段が夫々該折返しミラー面を支持するガイドラインは直線状であり、折返しミラー面の長手方向と直交する幅方向に対して角度を持って設置され、かつ互いに平行に設置されることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置の書込みユニット。
【請求項４】
前記折返しミラーを保持する各ガイド手段が該折返しミラー面を支持するガイドラインはく字状であることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置の書込みユニット。
【請求項５】
前記折返しミラーを保持する各く字状の各ガイドラインは、折返しミラーの長手方向に沿って対称に設置されることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置の書込みユニット。
【請求項６】
折返しミラーの反射面の高さ寸法をＨ，厚さ方向の寸法をＴとした場合、Ｈ≦Ｔとなるように構成したことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の画像形成装置の書込みユニット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載された構成のガイド手段を備えた書込みユニットを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式のレーザプリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に好適な書込みユニットに関し、特に折返しミラーの固定構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光による画像形成装置に用いられる書込みユニットの基本的な構成は、レーザ光源部、ポリゴンモータ及びＦθレンズを有する光学ユニットと、光学ユニットから照射されるレーザ光を感光体に反射する折返しミラーとからなっており、レーザ光源部から出光したレーザ光は、ポリゴンモータで回転する多面鏡により走査され、Ｆθレンズを通過して折返しミラーに到達する。
折返しミラーに到達したレーザ光は下方に折返し反射されて感光体ドラムに照射され、感光体ドラムの回転により、１頁分のドットイメージが感光体ドラムに静電潜像として形成される。
以上において、ポリゴンモータや、その周辺のギアなどによる駆動系からの振動が、折返しミラーやフレームに伝達し、これらが共振することで、感光体に照射されるレーザ光が振動により変動し、書込みが乱れ、画質が低下するという問題を生ずる。
すなわち、電子写真の高画質化を阻害する要因の一つにジター、バンディングと呼ばれる現象がある。なお、ジターとバンディングは同義であり、いずれの一定方向に一定のピッチで光書き込みを行って行く際に、ずれが発生することによって書き込み画像中に白黒の縞が形成される現象のことである。
特にディジタル技術の導入により画質の向上が進められると、レーザによる書込みの１ラインごとの位置精度が厳しく要求される。
また、カラー画像に関しては、数色のトナーを複数回同じ位置に重ね合すことで、所望の色を表現するため、これらジターやバンディングが発生している状況では、色ずれや画像のぼけを生ずる。
従って、このレーザ光のブレの低減が高品質画像を得る製品の開発上、重要な技術となる。
この点について、例えば特開平８−２０００号公報に記載の発明では、ポリゴンモータと折返しミラーを分離したフレームにそれぞれ配置することで、振動の伝播を防止している。
また特開平２−２５３２７４号公報記載の発明では、折返しミラーの半紙や面と直交する面側に緩衝部材を配置することで、ミラーのたわみ振動を減衰させるようにしている。
さらに、特開昭６０−２４４９１号公報記載の発明では、折返しミラーの非反射面に緩衝部材及び金属部材を張合わせることによってミラーのたわみ振動を減衰させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−２０００号公報記載の構造では、フレームが分離されることにより、装置が大型化し、小型化、低価格化が難しい欠点があった。
また、特開平２−２５３２７４、特開昭６０−２４４９１号公報記載のものとも、振動の減衰効果はあるものの、その固有振動周波数により、共振点が生ずるため、全ての振動周波数帯域をカバーするものではない。
ところで、画像の可視感度と空間や周波数の関係は、人間の視覚系の特性から、空間周波数０．２〜４line/mm(= ５mm〜０．２５mmピッチ）の範囲内での濃度変化が最も目に付きやすく、ジター、バンディングとして認識されやすい。つまり、線速度／ピッチの可視感度の最低値〜線速度／ピッチの可視感度の最高値の範囲では少なくとも振動を回避する必要がある。
これを、線速度が２００mm/sの場合に当てはめると、最低限回避すべき振動数は４０〜８００Ｈｚとなる。
ジター、バンディングの画像ムラ（ピッチ）とレーザ振動周波数及び感光体表面の線速度（回転速度×ドラム半径）との関係は、ピッチ＝線速度／振動周波数で表現できる。
例えば、線速度２００mm/sで振動周波数が２００Hzの場合には、画像ムラのピッチは１mmであり、線速度２５０mm/s，振動周波数５００Hzの場合には、画像ムラのピッチは０．５mmである。これらを考えあわせると、一定の領域の周波数範囲でレーザのブレを回避することが要求される。
このブレを回避する手段として本発明者は、折返しミラーの支持剛性を高めることに着目した。但し、ミラーの長さは用紙幅に設定され、反射領域などの制限があることから、その基本的な支持構造、材質を変えることはできず、既存ミラーの素材構成や、その支持構造を大幅に改変することなく、その範囲内で最大限支持剛性を高めることを検討した。
本発明は、以上に基づきなされたものであり、その目的は、折返しミラーの支持構造を工夫することで、従来の固定構造の大幅な変更を伴うことなく、支持剛性を高め、回避すべき振動周波数帯域の共振周波数を低減し、折返しミラーの振動を低減させ、これによって高画質化を図るようにした画像形成装置の書込みユニットを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、レーザ光源部、ポリゴンモータを有する光学ユニットと、前記光学ユニットから照射されるレーザ光を感光体へ反射する折返しミラー及び光学ユニットを保持するためのフレームを備えた書込みユニットにおいて、前記折返しミラーの両端を保持する一対のガイド手段のうち、少なくとも一方のガイド手段が該折返しミラー面を支持するガイドラインが、折返しミラーの反射面長手方向と直交する幅方向に対して角度を持って設置されることを特徴とする。
従って、この請求項１記載の発明にあっては、簡単な構造により折返しミラーの支持剛性を高め、共振周波数を高くすることが可能となり、ジター、バンディングの少ない画像形成装置を得ることができる。
請求項２記載の発明は、前記折返しミラーを保持する一対のガイド手段が該折返しミラー面を支持するガイドラインは直線状であり、各ガイドラインは夫々折返しミラーの反射面長手方向と直交する幅方向に対して角度を持って設置され、かつ互いに非平行となるように設置されることを特徴とするので、両端支持長さを十分に確保でき、さらに高画質を得られる。
請求項３記載の発明は、前記折返しミラーを保持する一対のガイド手段が該折返しミラー面を支持するガイドラインは直線状であり、折返しミラーの反射面長手方向と直交する幅方向に対して角度を持って設置され、かつ互いに平行に設置されることを特徴とするので、さらに支持長さを十分に確保できる。
請求項４記載の発明は、前記折返しミラーを保持する一対のガイド手段が該折返しミラー面を支持するガイドラインはく字状であることを特徴とするので、さらに両側支持長さを確保できる。
請求項５記載の発明は、前記折返しミラーを保持する各く字状の各ガイドラインは、対称に設置されることを特徴とするので、反射領域に干渉することなく、両端支持長さを十分に確保できる。
請求項６記載の発明は、折返しミラーの反射面の高さ寸法をＨ，厚さ方向の寸法をＴとした場合Ｈ≦Ｔとなることにより、以上の効果に加え、ミラー自体をより共振の少ない振動モードに形成できる。
請求項７の画像形成装置は、請求項１〜６のいずれかに記載された構成のガイド手段を備えた書込みユニットを備えたことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明が適用される画像形成装置における書込みユニットの概略を示す。図における書込みユニットは、フレーム１に光学ユニット２と折返しミラー３を搭載している。
光学ユニット２は、レーザ光源部４と、ポリゴンモータ５、Ｆθレンズ６とから構成されており、レーザ光源部４から出光されたレーザ光７がポリゴンミラー５により走査され、Ｆθレンズ６を透過し、この部分を透過したレーザ光７は折返しミラー３で反射され、感光体ドラム８の表面に照射され、静電潜像を形成する。
なお、感光体ドラム８は図示しないトナーカートリッジ、給紙系駆動機構などと連動し、その静電潜像の部分に付着したトナーを紙に転写する。トナーが転写された紙は定着器に送られ、熱によって定着される。
以上の構成において、書込みユニットのフレーム１には、通常、ユニット内外に存在するモータや駆動体からの外部振動（外乱振動）が伝えられる状況に置かれており、たまたま外部振動の周波数と、書込みユニット内の部品の固有周波数とが近似する場合には、部品が共振し、共振周波数に応じた特有の動的変形（振動モード）を示す。
一方、折返しミラー３は、その機能として走査光を反射する必要があるため、図２に示すように、その中央部分にレーザ反射領域１１を持ち、さらに折返されたレーザ光を感光体ドラム８に到達するために、折返しミラー３の固定部下方には光透過のための空間Ａ（図１参照）が必要である。
そのため、折返しミラー３の支持領域は、その反射領域１１を避けた図中ハッチングで囲う部分に限定され、図３に示すように、ガイド９に反射面を接触させ、他端面を板バネ１０により押しつけて、両端を二点で挟持固定した構造が一般的である。
一方、折返しミラー３の長さは少なくとも画像幅、言換えれば印刷用紙幅が必要であるため、その長さは各用紙幅の判を考慮すると、２００mm〜４４０mm程度となる。
この程度の長さのミラー３を両端支持する場合、折返しミラー３の共振周波数が、前述した回避すべき振動周波数の領域に複数生じてしまい、前述のジターやバンディングを生ずる原因となる。
これら、共振周波数は、ミラーの寸法、形状、固定形態、材質に左右されるが、例えば折返しミラー３の寸法が長さＬ＝２６６mm、高さＨ＝１４mm、厚さｔ＝５mm、固定位置Ｒ＝両端より８mm、材質＝ガラスの場合のそれぞれの共振周波数における従来のミラーの共振モードを図４に示す。
【０００６】
図４において、（ａ），（ｃ），（ｄ）は、折返しミラー３の反射面に垂直な方向の振動であり、これら振動は直接的にレーザ光７にブレを誘発するので、極力対処すべき共振であり、（ｂ），（ｅ）は折返しミラー３の反射面に水平な方向の振動であり、これら振動は直接的にはレーザ光にブレを誘発しないが、外部から受ける振動周波数が共振周波数とずれが生じている場合には、反射面に垂直な方向にも多少変形するので対処が望ましい共振である。
以下の表１は画像ムラピッチと共振周波数との関係を示している。
【０００７】
【表１】
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いずれにしても、回避すべき振動周波数帯域に共振周波数を少なくすること、言換えれば、各々の共振周波数を高くすることが必要となる。
人間の視覚特性は、前述のごとく、空間周波数０．２〜４line/mm （＝５mm〜０．２５mmピッチ）の範囲での濃度変化が最も目に付きやすく、とりわけ０．５line/mm にピークを持つ。
従って、やむを得ず回避すべき周波数帯域に共振が残る場合であっても、その周波数を少しでも高くすることで、人間にとって目に付きにくくなるため、画像の改善を図ることができる。
このために、本発明では、ミラーの両端を固定するガイドの形状を請求項１〜４に示す構造とすることで、共振周波数をたかめる工夫をした。また、以上の工夫に加え、ミラーの長手方向の断面の高さを厚さと等しくするか、あるいは厚さを厚くして、ミラー自体の剛性を大きくすることで、さらに共振周波数を高めることができる。
【０００８】
【実施例】
次に、以上の観点に基づき、折返しミラーとして、長さＬ＝２６６mm、高さＨ＝１４mm、厚さｔ＝５mm、固定位置Ｒ＝両端より８mm、材質＝ガラス、線速度２２０mm/sを例として、従来例と本発明との違いを説明する。
図５は、その従来例を示すもので、折返しミラー３は図の太線で示すように、ミラー反射面の高さ方向に平行な線（以下，ガイドラインと称する）ＧＬ上において、ガイド９および板バネ１０（図３参照）に支持されており、このガイドラインＧＬの位置は折返しミラー３の両側でその端部より８mm幅となっている。この場合回避すべき振動周波数の帯域は４０〜８８０Ｈｚであり、この帯域に三つの共振が生じた。
なお、ガイドラインＧＬは、図３に示したガイド９、及び／或は板バネ１０が夫々折返しミラーを支持する、換言すればミラー面と接する（或は沿う）ラインを示しており、ガイド９と板バネ１０が共に図示したガイドラインＧＬに接する（沿う）場合と、一方のみが接する（沿う）場合の沿う方を含む。従って、ガイド９或は板バネ１０が折返しミラーと接する面（沿う面）の形状がガイドラインＧＬに沿った形状となるように構成することを意味する。従って、請求の範囲に於て、ガイド９、或は／及び板バネ１０を合わせてガイド手段と称する。この点は、以下の形態例の説明に於ても同様に当てはまる。
【０００９】
上記従来例の支持構造に対し、本発明の支持構造では、図６〜９に示すように、ガイドラインＧＬを折返しミラーの反射面長手方向に直交する方向に対し、少なくともその一方に角度を持たせるように、ガイドの形状を設定している。
折返しミラー３は、その中央部には反射領域を有し、その下方には空間が必要である為、固定に使用できる領域は限定される。そこで、以下の形態例の説明では、仮にミラーの長手方向の両端から内側に１２mmの領域に固定領域が存する場合を例として説明する。
各形態例に共通する基本な特徴は、一対のガイドラインＧＬの内の少なくとも一方が折返しミラーの長手方向と直交する幅方向（面に添った幅方向）に対して平行ではなく、一定の角度を有するように構成した点にある。従来の支持方法では、ミラーを曲げる為の力の分布（応力）が、ミラーの高さ方向に対して水平な方向であるために、僅かな力によってもミラーが容易に曲がったのに対して、本形態例では、応力の分布がミラーの高さ方向に対して角度を持つこととなり、その結果として応力の分散が発生する。このため、本形態例では、事実上同じ曲げを生じさせるために必要な力が多くなり、このことは共振周波数が高くなることを意味する。
更に、このことは例えば、同一の長さ、高さ、材質で構成される直方体の物体の両端を持ってある一定の曲げ力を加える場合に、厚みが厚い方を曲げる方がより多くの力を要し、厚みの厚い方が共振周波数が高くなることと同じ理論である。
以下に述べる、いずれの形態例に於ても、対象とする４０〜８８０Ｈｚの周波数帯域内での共振周波数を従来例よりも高くできるか、共振の数を少なくすることができる。
まず、図６に示す折返しミラー３は、その両側ガイドラインＧＬが、折返しミラー３の反射面長手方向と直交する方向（幅方向）と平行ではなく、該幅方向に対して所定の角度を持って設置され、かつ互いにハの字型（逆ハの字も含む）をなす角度を持って設置される。なお、両端からの寸法は図示の通りである。
【００１０】
次に、図７に示す折返しミラー３は、その両側のガイドラインＧＬが折返しミラー３の反射面長手方向と直交する方向（幅方向）と平行では無く、幅方向に対して所定角度交差する方向に配置され、かつ互いに平行に設置される。ガイドラインが一本の直線で構成される場合、平行なガイドラインが最も共振周波数を高くすることができる。これはガイドラインから広がって行く応力がお互いに平行であり、交わらないからである。このことは、一本の直線から成るガイドラインを有した図６、図８の形態例と、図７の形態例に対応する共振周波数の例（表２）から明らかである。
次に、図８に示す折返しミラー３は、その両側のガイドラインＧＬの一方が、折返しミラーの反射面長手方向と直交し（幅方向と平行であり）、他方が傾斜している。ガイドラインを支点としてミラーを曲げる場合、ミラーの形状の影響を受けながらその応力は、基本的にガイドラインと直交する方向へ進んで行く。つまり、２つのガイドラインがお互いに角度をもっている場合には、左右の支持端から広がる応力が同一方向にならず、応力が分散する。つまり、共振周波数が高くなることになる。
【００１１】
次に、図９に示す折返しミラー３は、その両側のガイドラインが、折返しミラー３の反射面長手方向と交差する方向に対し、互いに外側に向けてく字型角度で対称的に設置されている。なお、このく字型は、図示のように鈍角であってもよいし、図示しない鋭角のものであってもよい。また、く字の頂部が外側を向くように描かれているが、内側を向くようにしてもよい。
この形態例では、く字状に屈曲したガイドラインＧＬの個々のラインに対して垂直な方向に応力が広がって行くが、比較的応力の少ない支持端側から少し内側位置で２つの応力が交差し、更に別々の方向に応力が広がる為、応力がミラー上で分散することとなる。このため、上記他の形態例に比して有利な支持構造を得ることができる。このことは図９の形態例の共振周波数が最も高くなることからも理解することができる。
なお、一方のガイドラインだけをく字状にし、他方のガイドラインを図５や、図６等に示した直線状としてもよい。
なお、以上の各図におけるガイドラインＧＬはその上下左右を対称的な配置とすることができることは勿論である。この場合には、図９の場合と同等の効果をそうする他に、対称形であるので部品製造が容易となるメリットを提供することとなる。
【００１２】
以上のように各種支持構造を設定することで、従来の支持構造ではミラーを曲げるために使われる力の分布（応力）が、ミラーの高さ方向に対して平行であり、その結果として僅かな力でミラーを曲げやすかったのに対し、本発明では、応力の分布がミラーの高さ方向に対して角度を持つことになり、その結果として応力の分散が生ずる。
このために、実質上同じ曲げを生じさせるために必要な力が多くなり、このことは、共振周波数が高くなることと同じである。
言換えれば、同一の長さ、高さ、材質で構成される直方体の両端を持ってある一定の曲げを作る場合、厚さの厚い方又は拘束されていない長さが短い方がより多くの力を必要とする現象に等しい。
以下の表２は、図５〜図１０の各支持形態とした場合の計算解析による共振周波数を示すものである。
なお、図１０は従来の支持構造において、ガイドラインをミラーの両端から１２mmの範囲に設定した場合の参考例を示す。
【００１３】
【表２】
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以上の表に示す数値から明らかなように、従来例、及び参考例と比較しても、本発明の支持構造は、各共振モードともその共振周波数が全般的に高くなり、本発明の各種構造が有利であることを示唆している。
なお、本発明の好ましい他の形態例としては、折返しミラーの反射面の高さ寸法をＨ，厚さ方向の寸法をＴとした場合、Ｈ≦Ｔとなるように構成する場合を挙げることができる。通常共振は曲げ易い方向から順に発生するが、上記各形態例についてＨ≦Ｔとなるように構成することにより、最初に発生する共振がレーザ光の反射方向に対して直交する方向となるので、共振周波数を一段と高くすることができる。換言すれば、第１共振を画像ムラに対して影響の少ない振動モードとすることができ、更に画像ムラに影響を及ぼす共振は第１共振よりも高い周波数に移すことが可能となるばかりか、全ての共振を一段と高い周波数に移行させることができるため、ジター、バンディングの非常に少ない書込みユニットの提供が可能となる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる画像形成装置の書込みユニットにあっては、簡単な支持構造の変更により、共振周波数を高め、これにより、ジター、バンデングを防止し、より高精細な画像を得ることができる。
即ち、請求項１に記載の発明は、折返しミラーの両端を保持する一対のガイド手段のうち、少なくとも一方のガイド手段が該折返しミラー面を支持するガイドラインが、折返しミラーの反射面長手方向と直交する幅方向に対して角度を持つように構成したので、簡単な構造により折返しミラーの支持剛性を高め、共振周波数を高くすることが可能となり、ジター、バンディングの少ない画像形成装置を得ることができる。
請求項２記載の発明では、上記ガイドラインは直線状であり、各ガイドラインは夫々折返しミラーの反射面長手方向と直交する幅方向に対して角度を持って設置され、かつ互いに非平行となるように設置されるので、両端支持長さを十分に確保でき、更に簡単な構造により折返しミラーの支持剛性を高め、共振周波数を高くすることが可能となり、ジター、バンディングを低減でき、画質を向上できる。
請求項３記載の発明では、ガイドラインは直線状であり、折返しミラーの反射面長手方向と直交する幅方向に対して角度を持って設置され、かつ互いに平行に設置されるので、簡単な構造にて請求項２の場合よりも折返しミラーの共振周波数を高くすることができ、ジター、バンディングを低減でき、画質を向上できる。
請求項４記載の発明は、ガイドラインはく字状であるので、反射面に干渉せずに支持長さを長くでき、簡単な構造にて請求項２、３の場合よりも折返しミラーの共振周波数を高くすることができ、ジター、バンディングを低減でき、画質を向上できる。
請求項５記載の発明は、各く字状の各ガイドラインは、対称に設置されるので、簡単な構造にて請求項２、３の場合よりも折返しミラーの共振周波数を高くすることができ、ジター、バンディングを低減でき、画質を向上できる。また、対称部品を製作することとなるので、製造コストを低減できる。
請求項６記載の発明は、折返しミラーの反射面の高さ寸法をＨ，厚さ方向の寸法をＴとした場合Ｈ≦Ｔとなることにより、以上の効果に加え、ミラー自体をより共振の少ない振動モードに形成できる。即ち、第１共振を画像ムラに対して影響の少ない振動モードとすることができ、更に画像ムラに影響を及ぼす共振は第１共振よりも高い周波数に移すことが可能となるばかりか、全ての共振を一段と高い周波数に移行させることができるため、ジター、バンディングの非常に少ない書込みユニットの提供が可能となる。
請求項７の画像形成装置は、請求項１〜６のいずれかに記載された構成のガイド手段を備えた書込みユニットを備えたので、上記各請求項に記載の効果を備えた書込みユニットを備えた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される画像形成装置の書込みユニットを示す概略図である。
【図２】同ユニットの折返しミラーの正面説明図である。
【図３】同折返しミラーの一般的支持構造を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）はミラーに加わる共振モードを示すフレームワイヤ線図である。
【図５】従来の折返しミラーの支持構造を示す説明図である。
【図６】本発明にかかるミラーの支持構造の第一実施例を示す説明図である。
【図７】同第二実施例を示す説明図である。
【図８】同第三実施例を示す説明図である。
【図９】同第四実施例を示す説明図である。
【図１０】参考例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  フレーム
２  光学ユニット
３  折返しミラー
４  レーザ光源部
５  ポリゴンモータ
７  レーザ光
８  感光体ドラム
９  ガイド
【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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