JP2011237592A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

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一文 武藤
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Abstract

【課題】 現像スリーブとドクターブレード間のギャップを高精度で安定に維持することで、長期にわたって高画質な画像形成が可能な現像装置を提供する。
【解決手段】 トナー及びキャリアを有する現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤担持体に担持する現像剤量を規制する規制部材を備えた現像装置において、現像剤担持体及び規制部材を一体的に保持する保持部材と、保持部材を現像装置の枠体に対して回動自在に支持する支持部と、を有することを特徴とする現像装置。
【選択図】 図2

Description

本発明は像担持体上に形成された潜像を現像剤で現像する現像装置に関する。特に、現像剤担持体上の現像剤量を規制する規制ブレードと、現像剤担持体とを一体的に保持する保持ユニットを有する現像装置、及び該現像装置を備えた画像形成装置に関する。
電子写真方式や静電記録方式等の作像原理やプロセス手段でシートにトナー像を形成し、そのシート上のトナー像を定着手段で定着させて画像形成物を出力する画像形成装置が知られる。画像形成装置には、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、あるいは、これらの複数の機能を備えた複合機等がある。
画像形成装置には現像装置が組み込まれる。現像装置の現像にあたっては、現像スリーブにトナーを担持し、トナーが感光ドラムに転移することで、感光体ドラム上に形成された静電像が顕在化される。良好なトナー像を形成するには、現像スリーブに担持したトナーの高さに高い精度が要求される。そのため特許文献1に示すような、一体で形成したブランケットに現像スリーブとドクターブレードを組付けし、ドクターブレードを現像スリーブに対して調整して取付けることで現像スリーブとドクターブレード間のギャップを高い精度で安定して維持する現像装置が提案されている。
特登録02582948号
特許文献1の構成では、現像スリーブとドクターブレードを一体で形成したブランケットを現像容器に固定している。しかし、画像形成動作等により現像装置の温度が変化した場合、現像容器と、ブランケットとが熱の影響による伸縮する。このとき互いの熱収縮量に違いがあるため、現像容器の変形によってブランケットを変形させてしまう。特に、現像容器は現像スリーブの回転軸線方向に細長い形状となっている。このため、現像容器とブランケットの熱膨張の違いによって、現像容器長手方向の伸縮差が特に大きくなる。この結果、現像容器が現像スリーブの回転軸回りに捩れ、ブランケットを変形させてしまい現像スリーブとドクターブレード間のギャップが変動してしまう問題があった。
上記課題を解決するための本発明の構成は、現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に担持する現像剤量を規制する規制部材と、を備えた現像装置において、前記現像剤担持体及び前記規制部材を一体的に保持する保持部材と、前記現像剤担持体の回転軸線方向に関して、前記保持部材を現像装置の枠体に対して回動自在に支持する支持部と、を有することを特徴とする
発明によれば、現像容器の熱変形の影響により、現像スリーブ回転軸回りに捩れが生じても、現像剤担持体と規制ブレード間のギャップ変動が生じることを抑制可能な現像装置を提供することができる。
発明の第1実施形態に係る画像形成装置の概略を示す概略断面図である。 発明の第1実施形態に係る現像装置の断面図。 発明の第1実施形態に係る保持ユニット構成の要部説明図。 発明の第1実施形態に係る現像スリーブ駆動構成の要部説明図。 発明の第1実施形態に係る現像装置のギアの要部説明図。 発明の第2実施形態に係る現像装置のギアの要部説明図。 圧部材保持構成の要部説明図。 ペーサ突き当て構成の要部説明図。 発明の第3実施形態に係る現像装置の要部断面図。 発明の第3実施形態に係る現像装置の要部説明図。
〔第一の実施例〕
以下、図面に沿って、本発明の第一の実施形態について説明する。なお、画像形成装置の構成部品の寸法、材質、形状、及びその相対位置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、各図面において同一の符号を付したものは、同一の構成または作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略した。
図1は、本発明の第1実施形態に係る画像形成装置200の概略を示す概略断面図である。図1の画像形成装置200は、フルカラー画像形成装置(複写機能、プリンタ機能、FAX機能を併せ持つ複合機)の一例である。図1に示されるように、画像形成装置200には、『中間転写体』としての中間転写ベルト7の回転方向(矢印R7方向)に沿って上流側から下流側にかけて4個の画像形成部(画像形成ステーション)Sa、Sb、Sc、Sdが配設されている。
各画像形成部Sa、Sb、Sc、Sdは、この順に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像を形成する画像形成部であり、それぞれ潜像担持体としてドラム形の電子写真感光体(以下「感光体ドラム」という。)1を備えている。
感光体ドラム1は、それぞれ矢印Ra、Rb、Rc、Rdの方向(図1中の時計回り)に回転駆動されるようになっている。各感光体ドラム1の周囲には、その回転方向に沿って順に、『帯電手段』である一次帯電器2a、2b、2c、2d、『潜像形成手段』である露光装置3a、3b、3c、3dが配設される。さらに、各感光体ドラム1の周囲には、『現像手段』である現像装置100、『一次転写手段』である一次転写ローラ5a、5b、5c、5d、『帯電補助手段』である二次帯電器6a、6b、6c、6dが配設される。
一次転写ローラ5a〜5d、二次転写対向ローラ8、テンションローラ17、18には、中間転写体としての無端状の中間転写ベルト7が掛け渡されている。中間転写ベルト7は、その裏面側から一次転写ローラ5a〜5dによって押圧されていて、その表面を感光体ドラム1に当接させている。これにより、感光体ドラム1と、中間転写ベルト7との間には、『一次転写部』である一次転写ニップT1a、T1b、T1c、T1dが形成されている。中間転写ベルト7は、駆動ローラも兼ねる二次転写対向ローラ8の矢印R8方向の回転に伴って、矢印R7方向に回転するようになっている。この中間転写ベルト7の回転速度は、上述の各感光体ドラム1の回転速度(プロセススピード)とほぼ同じに設定されている。
中間転写ベルト7表面における、二次転写対向ローラ8に対応する位置には、『二次転写手段』である二次転写ローラ9が配設されている。二次転写ローラ9は、二次転写対向ローラ8との間に中間転写ベルト7を挟持しており、二次転写ローラ9と中間転写ベルト7との間には、『二次転写部』である二次転写ニップ部T2が形成されている。また、中間転写ベルト7表面における、テンションローラ17に対応する位置には、『中間転写体クリーナ』であるベルトクリーナ11が当接されている。
画像形成に供されるシートPは、給紙カセット10に積載された状態で収納されている。このシートPは、給紙ローラ、搬送ローラ、レジストローラ等を有する給搬送装置(いずれも不図示)によって、上述の二次転写ニップ部T2に供給されるようになっている。シートPの搬送方向に沿っての二次転写ニップ部T2の下流側には、定着ローラ14とこれに加圧された加圧ローラ15とを有する定着装置13が配設されており、さらに定着装置13の下流側には、排紙トレイ(不図示)が配設されている。
上述構成の画像形成装置200においては、以下のようにして、シートP上にフルカラーのトナー像が形成される。まず、原稿を読み取るとマゼンタ、シアン、イエロー、及びブラックの成分による画像信号が決定される。続いて、感光体ドラム1は、感光体ドラム駆動モータ(不図示)によって矢印方向に所定のプロセススピードで回転駆動され、一次帯電器2a、2b、2c、2dによって所定の極性・電位に一様に帯電される。帯電後の感光体ドラム1は、露光装置3a、3b、3c、3dによって画像情報に基づく露光が行われ、露光部分の電荷が除去されて各色毎の静電潜像が形成される。
これら感光体ドラム1上の静電潜像は、現像装置100の現像スリーブ102を介してイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像として現像される。これら4色のトナー像は、一次転写ニップT1a、T1b、T1c、T1dにおいて、一次転写ローラ5a、5b、5c、5dにより、中間転写ベルト7上に順次に一次転写される。こうして、4色のトナー像が中間転写ベルト7上で重ね合わされる。感光体ドラム1上に残ったトナーは現像容器101の各々に回収される。
上述のようにして中間転写ベルト7上で重ね合わされた4色のトナー像は、シートPに二次転写される。給紙カセット10から給搬送装置によって搬送されたシートPは、レジストローラによって中間転写ベルト7上のトナー像にタイミングを合わせるようにして二次転写ニップ部T2に供給される。供給されたシートPには、二次転写ニップ部T2において、二次転写ローラ9により、中間転写ベルト7上の4色のトナー像が一括で二次転写される。
一方、4色のトナー像が二次転写されたシートPは、定着装置13に搬送され、ここで加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。トナー像定着後のシートPは、排出シートトレイ(不図示)上に排出される。以上で、1枚のシートPの片面(表面)に対するフルカラーの画像形成が終了する。
図2は、現像装置100の構成を示す断面図である。現像装置100は、現像剤を収容する現像容器500と、現像剤を撹拌、搬送する撹拌部材501、502を有する。更に、現像剤を感光ドラム対向の現像部まで搬送し、現像を行う現像スリーブ505と、現像スリーブ上の現像剤の量を規制するドクターブレード503と、現像スリーブ505と感光体ドラム1の間に配置されたスペーサ部材520を有する。ドクターブレード503及び、現像スリーブ505、及びスペーサ部材520は、保持手段(保持部材)510に一体的に保持されている。また保持手段510を現像容器500に回動自在に連結する連結軸511と、保持手段510を加圧する加圧手段512を備える。
加圧手段512は図7に示すように保持手段510の両端部にある突起510cに一端を圧入し、他端は現像容器500に当接して保持される。現像スリーブ505は軸受510aで回動可能に保持され、軸受510aは保持手段510に圧入して保持されている。
現像容器500内に収容された現像剤は攪拌部材501、502により攪拌、搬送され現像スリーブ505に搬送される。現像スリーブ505はスリーブ505aと複数の磁極を有するマグネットロール505bをスリーブ内部に有する構成となっている。現像スリーブ505近傍に搬送された現像剤は、現像スリーブ表面に付着し、現像スリーブの回転に伴って表面を搬送される。搬送される際、現像スリーブと所定のギャップG1をもって保持された現像ブレード503にて、現像剤の高さ(層厚)を規制される。また、現像スリーブはスペーサ部材520により、感光体ドラム1に対して所定のギャップG2を保持して配設してある。
現像ブレード503により現像剤の高さを規制された後、現像剤は感光ドラム201の対向部へと搬送され現像される。現像は、現像スリーブ505に印加されたバイアス電圧と感光ドラム201の表面電位との差により、感光ドラム表面の静電潜像上にトナ−が移動してトナ−像が形成される。
保持手段510はドクターブレード503、現像スリーブ505、スペーサ部材520を保持して保持ユニット550を構成する。ドクターブレード503はビス530により保持手段510に固定する構成であり、ビス530を緩めることで矢印AR方向にドクターブレード503をスライドさせることが可能である。ドクターブレード503をスライドさせて現像スリーブ505との相対位置を微小に変更して固定することによりギャップG1を所定量に調整することができる。
具体的な例を示すと、ギャップG1は320±20μmの精度で調整されている。保持ユニット550は、連結軸511中心に揺動可能に現像容器500に保持され、連結軸511は、連結軸511を中心として、現像スリーブ505の外接円C1が感光ドラム1と交差する位置に配置されている。これによりスペーサ部材520が感光体ドラム1と接触して回転止めされる事で位置が確定する。
スペーサ部材520が感光体ドラム1と接触する方向に保持ユニット550を回転させる力は、保持ユニット550の重心P1が連結軸511を通る垂線S1からL1だけ感光ドラム1から離れていることで保持ユニット550の自重により作用する力Fhと、加圧手段512の加圧力Fsにより現像スリーブ505に作用する突き当て力F1である。突き当て力F1は保持手段510から現像スリーブ505を経由してスペーサ部材520へ伝達されるため、現像スリーブ505と感光体ドラム1は各々スペーサ部材520に当接することになる。更に、図8を用いてスペーサ部材520の当接状態について説明する。スペーサ部材520には感光ドラム1の曲面に当接する曲面部520dと現像スリーブ505と同軸に設けた当接穴520sを備え、突き当て力F1の作用で現像スリーブ505の回転軸が当接穴520sの感光ドラム1に対向する面に当接する。スペーサ部材520が現像スリーブ505により突き当て力F1で押される作用によって、曲面部520dが感光ドラム1の面に当接することでスペーサ部材520は現像スリーブ505と感光ドラム1に挟まれて保持される。現像スリーブ505の回転軸と当接穴520s及び、曲面部520dと感光ドラム1は摺擦する構成である。摺擦による磨耗が懸念されるが現像装置の寿命においては十分に小さな値であり問題ないことを確認している。
連結軸511と保持ユニット550の重心位置P1の関係は、保持ユニット550の自重で作用する回転モーメントが加圧手段512の加圧力で作用する回転モーメントと向きがあっていることが望ましい。これにより、保持ユニット550の自重を突き当て力F1の増加に利用できるため加圧手段512の加圧力を抑えつつギャップG2を安定して維持することができる。具体的な例を示すと、ギャップG2は340±30μmの精度で組立される必要がある。
また、現像剤が現像スリーブに付着した場合にもドクターブレード503により現像剤の高さが規制される。ドクターブレード503よりも現像スリーブの回転方向の上流側に担持される現像剤量は、現像スリーブの回転方向の下流側に担持される量よりも大きくなっている。このため、現像スリーブに現像剤を担持させた際に付着して増加する荷重は、保持ユニット550の重心P1が垂線S1から離れる方向(L1が大きくなる方向)へシフトさせるため、感光ドラム1の方向に回転させる回転力を増加させる作用となる。
現像剤の耐久により現像スリーブ505に現像剤が付着する量は変動するが、現像剤が付着していない状態に対して必ず突き当て力F1を増加させる関係であるため、耐久でもギャップG2は安定して維持される。
ここで、図3を用いて、保持ユニット550の構成を更に詳細に説明する。現像スリーブ505は軸受510aを介して回動可能に保持手段510に保持され、スペーサ部材520は現像スリーブ505の両端部で現像スリーブ505同軸上に回動可能かつ、保持手段510に近接して配置される。保持手段510の長手方向2箇所に設けられた回動穴510bと現像容器500に設けられた回動穴500bに連結軸511を差し込むことで現像容器500に着脱自在かつ、回動自在に保持する事ができる。連結軸511は現像容器500に対して差し込んだ後に外れてしまうことがないように図示しないカバーで位置決めする。本発明の実施例では連結軸511を現像容器500に対して回動可能に保持する構成にしているが、回動しないように固定しても構わない。画像形成動作等により現像装置の温度が変化した場合に熱の影響による部品の伸縮が発生する。熱による伸縮は形状の違いや材料の違いにより異なり、大きな部品で特に顕著である。現像容器500及び保持ユニット550は連結軸511の軸方向を長手方向とする形状であり、熱の影響による伸縮も長手方向で発生しやすい。また、現像容器500及び保持ユニット550は形状や大きさが異なるので長手方向の伸縮による変形量も異なる。保持ユニット550は現像容器500に対して、連結軸511の軸方向(長手方向)にスライド可能となっているため、現像容器500と保持ユニット550とで長手方向の変形量の差が発生した場合でも、保持ユニット550が現像容器500に対して位置がスライドするだけであるため、保持ユニット500を変形させてしまうことがない。これにより熱の影響による変形が発生した場合でもギャップG1を安定して維持することができる。
保持手段510により一体に移動可能に保持されることで保持ユニット550を構成する。スペーサ部材520はギャップG2の均一性を保つために非常に高い精度が要求されるため共通の部品を用いることが望ましい。また、保持手段510を介して伝達する加圧手段512の力によって現像スリーブ505に撓みが発生することを抑制するために、スペーサ部材520は保持手段510の現像スリーブ505を回転自在に保持している軸受510aの近傍に配置することが望ましい。
保持手段510は現像スリーブ505の軸方向と平行な方向を長手方向、それと垂直な方向を短手方向とすると、ギャップG1に影響する現像スリーブ505とドクターブレード503の相対位置が短手方向になるため、部品の寸法精度、剛性の両方を高めやすい構成となっている。使用材料の具体例を示すと、保持手段510及び現像容器は樹脂材料のPC−ASを用いており、保持手段510の長手方向の剛性は現像容器500よりも高くなっている。保持手段510については樹脂材料だけでなく、アルミや板金等の金属材料を用いても良い。更に保持手段510をドクターブレードが取付けられるドクターブレード固定部510dとドクターブレード固定部510dと現像スリーブ505を連結する連結部材510e、510fに分割した構成とし、それぞれ固定して一体とすることも可能である。このように分割すると、ドクターブレード固定部510dを金属材料で構成し、連結部材510e、510fを樹脂材料で構成する等の異種材料の組み合わせで保持手段510を構成することができるため、保持手段510を金属材料で一体に構成した場合と比較して、作像動作によりドクターブレード503で発生した熱が保持手段510を介して現像スリーブ505へ伝達するのを抑えることができる。また、保持手段510を樹脂材料で一体に構成した場合と比較してドクターブレード固定部510dを金属材料にしているため、更に高い剛性にすることができる。
また、保持ユニット550を現像容器500に連結軸511を介して回転可能かつ、スペーサ部材520を感光ドラム1に突き当てることで保持される構成である。このため、現像容器の長手方向(連結軸511の軸方向)の熱変形の影響を受けにくい構成にできる。また、連結軸511の軸方向を中心とした容器の捩れ変形の影響を受けにくい構成にできる。こうして、ギャップG1、ギャップG2を高い精度で安定して維持することが可能となっている。更に、保持ユニット550を加圧する構成にしたことにより、現像装置100を画像形成装置本体で加圧する構成にする必要がないため、画像形成装置の高剛性化や大型化とそれによる高いコストを要求する必要のない構成となっている。
また、保持ユニット550にギャップG1の調整機能と、ギャップG2の精度を決めるスペーサ部材520を集約しているため、組立の品質管理や部品維持を行いやすい構成となっている。
図4は、現像スリーブ505を回転駆動させる際の駆動構成の要部説明図である。現像スリーブ505の一端にはカップリング530a・530b・530cが接続される。現像スリーブ505の他端にはギア531が接続され、ギア531がギア532・ギア533へ駆動を伝達することにより、攪拌部材501を駆動し、ギア533がギア534に駆動を伝達することにより攪拌部材502を駆動する。
カップリング530aは本体駆動手段M1と接続し、カップリング530cは現像スリーブ505と接続し、カップリング530bはカップリング530a及びカップリング530cに対してスライド可能に接続することで、カップリング530aとカップリング530cの中心がズレた場合でもカップリング530bのスライド移動により、現像スリーブ505に円滑に本体駆動手段M1の回転駆動が伝達される。つまり、ギャップG2を変動させる力を抑制できる自在継手となっている。
図5に示すように、ギア531とギア532の位置は、ギア531が現像スリーブ505の回転駆動を受けて回転する。ギア532へ駆動を伝達した際にギア531が反力として受ける駆動反力F2の内、現像スリーブ505と感光ドラム1の中心を結ぶ軸S2で分解した分力F2aが現像スリーブ505から感光ドラム1へ向かう方向となるように配置されていることが望ましい。こうすることで攪拌部材501、502の駆動負荷が変動した場合にもギャップG2が安定して維持されるためである。この配置にできない場合には加圧手段512の加圧力を更に大きくする等で負荷変動が発生した場合でもギャップG2が不安定にならないようにする必要がある。
本発明は現像装置100の現像容器505に感光ドラム1を回動自在に保持することでプロセスカートリッジとすると、更に効果的である。保持ユニット550と感光ドラム1を共通の部品により位置決めを行えるため高精度と安定性を両立しやすい。このことにより突き当て力F1が安定し、ギャップG2を更に安定に維持することが可能となる。
また、帯電補助手段である二次帯電器6a、6b、6c、6dの代わりにクリーニング手段を有していてもよい。本発明の実施形態は帯電補助手段を有するクリーナレス構成であっても、クリーニング手段を有するクリーナ構成であっても有効に作用する。
(第二の実施例)
以下、図面に沿って、本発明の第二の実施形態について説明する。なお、本発明の第一の実施形態と異なる部分のみ説明し重複説明は適宜省略する。
図6は、現像装置100の現像スリーブ505を回転駆動させる際の駆動構成の要部説明図である。本発明の第一の実施形態においては自在継手を用いた駆動構成を用いたが、本発明の第二の実施形態おいては、現像スリーブ505にはギア540、本体駆動手段M1により駆動されるギア541により構成される。ギア541が本体駆動手段M1により駆動されることによりギア540に駆動が伝達され、現像スリーブ505が回転駆動される。
ギア540がギア541の回転駆動を受けて回転する際に受ける駆動力F3の内、現像スリーブ505と感光ドラム1の中心を結ぶ軸S3で分解した分力F3aとする。この分力F3aが現像スリーブ505から感光ドラム1へ向かう方向となるようにギア540とギア541が配置されていることが望ましい。こうすることで現像スリーブ505の駆動負荷が変動した場合にもギャップG2が安定して維持されるためである。この配置にできない場合には加圧手段512の加圧力を更に大きくする等で負荷変動が発生した場合でもギャップG2が不安定にならないようにする必要がある。
以上のように、現像スリーブ505をギアにて駆動する構成においても本発明は有効に作用する。ただし、現像スリーブ505の負荷変動を考慮する必要があるため、ギアの配置に制限が必要になってしまうことを考慮すると第一の実施形態の自在継手を用いた駆動構成の方が望ましい。
(第三の実施例)
以下、図面に沿って、本発明の第三の実施形態について説明する。なお、本発明の第一及び第二の実施形態と異なる部分のみ説明し重複説明は適宜省略する。
図9は、マグネットロール505bとドクターブレード503の構成を説明する断面図である。マグネットロール505bは複数の磁極を備えており、本発明の第三の実施形態では磁極505b1〜505b5を備えている。保持部材510に固定されているドクターブレード503と磁極505b1の相対角度αは現像スリーブ505が回転してドクターブレード503から下流側にコートされる現像剤の安定性を決める重要な要素であり、高精度で安定に維持されることが望ましい。
図10は、現像装置100のマグネットロール505bの位置決め構成を説明する要部説明図である。現像スリーブ505はスリーブ505aとマグネットロール505bにより構成されることは本発明の第一の実施形態でも説明したが、マグネットロール505bの端部にはDカット部505dを備え、回転するスリーブ505aに対してマグネットロール505bは位置決め板513で固定されている。位置決め板513はDカット部505dと連結軸511とで位置決めされ、保持ユニット505が連結軸511中心に回転動作するのに連動して回転動作する。連結軸511を共通の回動軸としつつ、位置決めとして使用することでマグネットロール505bと保持手段510及びドクターブレード503との相対位置を高精度に位置決めすることができる。また、位置決め板513を保持ユニットに固定する構成に対して回転するスリーブ505aやギア531を避ける形状にする必要がないために、位置決め板513の形状が小型でシンプルになり、マグネットロール505bと保持手段510の相対位置を高精度に位置決めすることができる。
500 現像容器
503 ドクターブレード(規制部材)
505 現像スリーブ(現像剤担持体)
510 保持手段

Claims (5)

  1. 現像剤を担持する現像剤担持体と、
    前記現像剤担持体に担持する現像剤量を規制する規制部材と、を備えた現像装置において、
    前記現像剤担持体及び前記規制部材を一体的に保持する保持部材と、
    前記現像剤担持体の回転軸線方向に関して、前記保持部材を現像装置の枠体に対して回動自在に支持する支持部と、を有することを特徴とする現像装置。
  2. 前記保持部材は、像担持体と前記現像剤担持体との間隙を形成するためのスペーサを備え、
    前記現像装置の枠体に設けられ、前記保持部材を前記像担持体に向けて付勢するための付勢手段を有することを特徴とする請求項1記載の現像装置。
  3. 保持ユニットの重心位置は、前記回動中心を通る垂線に対して前記像担持体から離れる位置に設けたことを特徴とする請求項1または2に記載の現像装置。
  4. 前記現像剤担持体の内部に設けられ、複数の磁極を備えるマグネット部材と、前記マグネット部材の周方向の位置を位置決めする位置決め部材と、を備え、前記位置決め部材は、前記保持部材によって保持されることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の現像装置。
  5. 請求項1乃至4いずれかに記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
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