JP2018036309A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】定着ベルトの表面性を高めつつ、表面に帯電した電荷を除電する。【解決手段】プリンターの定着装置14は、回転可能に設けられる定着ベルト21と、定着ベルト21に加圧されて定着ニップNを形成し、回転可能に設けられる加圧ローラー22と、定着ベルト21を加熱するヒーター23と、定着ベルト21を加圧ローラー22側に向かって押圧するニップ形成部材26と、導電材料で形成され、ニップ形成部材26を支持する内部支持部材25と、定着ベルト21とニップ形成部材26との間に介装される摺接シート27とを備える。摺接シート27は、導電性付与材を含有して形成され、内部支持部材25を介して接地される。【選択図】図3

Description

本発明は、用紙にトナー像を定着させる定着装置と、この定着装置を備えた画像形成装置に関する。
従来、複写機やプリンター等の電子写真方式の画像形成装置は、用紙にトナー像を定着させる定着装置を備えている。
例えば、特許文献1の定着装置は、ローラーと、ローラーに接触して従動回転するエンドレスベルト(定着ベルト)と、ローラー内部もしくはエンドレスベルト内部のいずれか一方に加熱源を有する。定着装置は、エンドレスベルト内部に、エンドレスベルトをローラーに向かって加圧する加圧部材を備える。加圧部材は、エンドレスベルトと接触する側に摺動層を設ける。摺動層は、少なくとも2層以上の層を有し、潤滑剤を保持する。
また、特許文献2の定着装置は、ニップ部を形成するように互いに外接された加熱ローラーおよび定着ベルトと、ゴム押圧部材と、樹脂押圧部材と、摺動シートと、摺動シートとゴム押圧部材および樹脂押圧部材の当接部との間に配置された導電シートとを備えている。
特開2005−202374号公報 特開2011−128278号公報
上記のような定着装置では、定着ベルトの表面にトナー等の汚れが付着すると画像不良を生じてしまうため、例えば、定着ベルトは、フッ素系材料のコーティング又はチューブで形成される離型層を表面に備えることで、表面性を高めて、トナーの付着を防止する。しかし、定着ベルトは、帯電した用紙との接触や用紙との摩擦によって、表層(離型層)が帯電する可能性があり、特に、フッ素系材料で形成された表層は帯電し易い。定着ベルトの表層が帯電すると、静電気によってトナーが付着しておそれがある。
静電気によるトナーの付着を防止するために、定着ベルトは、表層に導電性付与材を添加すると共に接地することによって、帯電した表層から電荷を除電するように構成されるものがある。しかしながら、定着ベルトの離型層が導電性付与材を含有する場合、導電性付与材によって定着ベルトの表面が粗くなり(表面性が低下し)、定着ベルトを繰り返し使用することで、トナーや紙粉が付着するおそれがある。
なお、上記のように、摺動シートとゴム押圧部材および樹脂押圧部材の当接部との間に導電シートを配置する構成では、絶縁性の摺動シートが表層の電荷を導電シートへと受け渡すことができずに、除電できないおそれがある。
そこで、本発明は上記事情を考慮し、定着ベルトの表面性を高めつつ、表面に帯電した電荷を除電することを目的とする。
本発明の定着装置は、回転可能に設けられる定着ベルトと、前記定着ベルトに加圧されて定着ニップを形成し、回転可能に設けられる加圧ローラーと、前記定着ベルトを加熱する熱源と、前記定着ベルトを前記加圧ローラー側に向かって押圧する押圧部材と、導電材料で形成され、前記押圧部材を支持する支持部材と、前記定着ベルトと前記押圧部材との間に介装される摺接シートと、を備え、前記摺接シートは、導電性付与材を含有して形成され、前記支持部材を介して接地されることを特徴とする。
このような構成によれば、定着ベルトの表層に帯電した電荷を摺接シート及び支持部材を介して除電することが可能となる。また、定着ベルトの表層に導電性付与材を添加する必要がなく、定着ベルトの表面性を高く維持することが可能となる。
前記定着ベルトは、金属材料で形成される基材層と、導電性付与材を含有して形成され、前記基材層に周設される弾性層と、フッ素系材料で形成され、前記弾性層を被覆する離型層と、を備え、前記定着ベルトの内面には、フッ素系材料からなる塗料が塗布されるとよい。
このような構成を採用することで、定着ベルトの表層に帯電した電荷を、定着ベルトの厚み方向へと移動し易くすることができ、より効率良く除電することができる。
前記摺接シートは、前記定着ベルトに接触する摺接部の全域に亘って導電性付与材を含有して形成されてもよい。
このような構成を採用することで、定着ベルトに帯電した電荷を、摺接シートによって定着ベルトの全域に亘って除電することが可能となる。
前記摺接シートは、前記定着ベルトに接触する摺接部の一部に導電性付与材を含有して形成されてもよい。
このような構成を採用することで、摺接シートの強度が、導電性付与材の添加によって弱まることを回避し、摺接シートの耐久性を高く維持することが可能となる。
前記摺接シートは、前記支持部材に直接支持されて接続されてもよい。
このような構成を採用することで、簡易な構成で摺接シートを接地することが可能となる。
前記押圧部材は、導電性付与材を含有した耐熱性の樹脂材料で形成され、前記摺接シートは、前記押圧部材に支持されて前記押圧部材を介して前記支持部材に接続されてもよい。
このような構成を採用することで、摺接シートに添加される導電性付与材を減少し、摺接シートの耐久性を高く維持することが可能となる。
本発明の画像形成装置は、上記したいずれかの定着装置を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、定着ベルトの表面性を高めつつ、表面に帯電した電荷を除電することが可能となる。
本発明の一実施形態に係るプリンターを概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の詳細を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の摺接シートを示す平面図である。
先ず、図1を用いて、プリンター1(画像形成装置)の全体の構成について説明する。各図に適宜付される矢印Fr、Rr、L、R、U、Loは、それぞれプリンター1の前側、後側、左側、右側、上側、下側を示している。
プリンター1は、箱型形状のプリンター本体2を備える。プリンター本体2の下部には、用紙を収納する給紙カセット3が収容され、プリンター本体2の上面には、排紙トレイ4が設けられる。
プリンター本体2の上部には、レーザー・スキャニング・ユニット(LSU)からなる露光器5が配置され、露光器5の下方には、画像形成部6が設けられる。画像形成部6には、像担持体である感光体ドラム10が回転可能に設けられる。感光体ドラム10の周囲には、帯電器と、現像器と、転写ローラーと、クリーニング装置とが、感光体ドラム10の回転方向(図1の矢印X参照)に沿って配置される。
プリンター本体2の内部には、用紙の搬送経路11が設けられる。搬送経路11の上流端には給紙部12が設けられ、搬送経路11の中流部には、感光体ドラム10と転写ローラーによって構成される転写部13が設けられる。搬送経路11の下流部には定着装置14が設けられ、搬送経路11の下流端には排紙部15が設けられる。
次に、このような構成を備えたプリンター1の画像形成動作について説明する。プリンター1は、外部のコンピューター等から画像データが入力され、印刷開始の指示がなされると、画像形成動作を開始する。先ず、画像形成部6において、感光体ドラム10の表面が、帯電器によって帯電された後、露光器5によって画像データに基づいて露光され、感光体ドラム10の表面に静電潜像が形成される。次に、この静電潜像は、トナーコンテナに接続された現像器によって、トナーによりトナー像に現像される。
一方、給紙部12によって給紙カセット3から取り出された用紙は、所定のタイミングで転写部13へと搬送される。転写部13では、感光体ドラム10上のトナー像が用紙に転写される。トナー像を転写された用紙は、搬送経路11を下流側へと搬送されて定着装置14に進入し、この定着装置14において用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙部15から排紙トレイ4に排出される。なお、画像形成部6において、感光体ドラム10上に残留したトナーは、クリーニング装置によって回収される。
次に、定着装置14について、図2〜図4を用いて説明する。図2及び図3に示すように、定着装置14は、フレーム20と、定着ベルト21と、加圧ローラー22と、ヒーター23(熱源)と、反射板24と、内部支持部材25(支持部材)と、ニップ形成部材26(押圧部材)と、摺接シート27と、カバー部材28と、形状規制部材30と、温度センサー31とを備える。
フレーム20は、箱型状に形成され、用紙の導入口20aを右側に備えると共に、用紙の導出口20bを左側に備える。フレーム20は、搬送経路11が導入口20a及び導出口20bを通ってフレーム20を貫通するように、プリンター本体2に取り付けられる。また、フレーム20は、例えば、金属材料で形成され、導電性を有するため、プリンター本体2を介して接地される。
定着ベルト21は、用紙の搬送方向(左右方向)と直交(交差)する用紙の幅方向(前後方向)に長い略円筒状に形成され、可撓性を有する無端状のベルトである。定着ベルト21は、フレーム20内の上部に配置される。また、定着ベルト21は、前後方向を回転軸方向として、フレーム20に対して回転可能に取り付けられ、加圧ローラー22の回転に従動して回転する。
定着ベルト21は、例えば、基材層21aと、基材層21aに周設される弾性層21bと、弾性層21bを被覆する離型層21cとから構成される。基材層21aは、例えば、SUS等の金属材料で形成される。弾性層21bは、例えば、主にシリコンゴムによって形成され、更にカーボン系や金属系の導電性フィラー(導電性付与材)が混合される。弾性層21bの厚みは、例えば、270μmである。定着ベルト21の離型層21cは、例えば、PFAチューブ等の、フッ素系材料のコーティングやチューブで形成され、即ち、導電性を付与しない絶縁材料で形成される。離型層21cは、例えば、多数のミクロの気泡を有し、定着ベルト21の表面に帯電した電荷の定着ベルト21の厚み方向への移動を許容する。離型層21cの厚みは、例えば、20μmである。
また、定着ベルト21(基材層21a)の内周面には、定着ベルト21の摺動性及び熱吸収性を向上させるためのコーティング層21dが設けられる。コーティング層21dは、例えば、カーボンブラック等の導電性付与材を含有したフッ素系材料の塗料によって形成される。なお、コーティング層21dに含有される導電性付与材は、カーボンブラックに限定されず、他のカーボン系材料や金属系材料で構成されてもよい。他のカーボン系材料としては、炭素繊維や黒鉛等が使用でき、金属系材料としては、銀や銅等の金属微粉末、酸化亜鉛や酸化錫等の金属酸化物、アルミニウムやステンレス等の金属繊維やウィスカーが使用できる。
加圧ローラー22は、用紙の幅方向(前後方向)に長い略円柱状に形成される。加圧ローラー22は、フレーム20内の下部で定着ベルト21の外径側(左下側)に配置される。加圧ローラー22は、定着ベルト21と加圧ローラー22の間に定着ニップNが形成されるように、定着ベルト21に加圧される。また、加圧ローラー22は、前後方向を回転軸方向として、フレーム20に対して回転可能に取り付けられ、モーター等の駆動源(図示せず)によって回転する。
加圧ローラー22は、例えば、円柱状の芯材22aと、この芯材22aに周設される弾性層22bと、この弾性層22bを被覆する離型層22cとから構成される。芯材22aは、例えば、鉄等の金属材料で形成される。弾性層22bは、例えば、シリコンゴムによって形成される。離型層22cは、例えば、PFAチューブによって形成される。
ヒーター23は、例えば、ハロゲンヒーターやセラミックヒーター等によって構成される。ヒーター23は、定着ベルト21の内部空間において、定着ベルト21の回転中心Aを通る搬送経路11に対する垂直線上に配置される。例えば、ヒーター23は、定着ベルト21の内部空間の右上部(加圧ローラー22から離間する側の部分)に配置され、定着ベルト21の回転中心Aに対して右上側(加圧ローラー22から離間する側)に偏った位置に設けられる。即ち、ヒーター23は、定着ベルト21の右上側に最も近接して配置され、定着ベルト21の右上側を前後方向に亘って加熱するように構成される。
反射板24は、前後方向を長手方向とすると共に搬送経路11に沿った搬送方向を短手方向とする板状に形成され、搬送方向の両端が加圧ローラー22側に折り曲げられている。反射板24は、定着ベルト21の内部空間において、例えば、反射面となる上面をヒーター23側に向けた状態でヒーター23よりも加圧ローラー22側(左下側)に配置される。換言すれば、反射板24は、ヒーター23と内部支持部材25との間に配置される。そして、反射板24は、ヒーター23から加圧ローラー22側に放射される輻射熱を、定着ベルト21の右上側に向かって反射するように構成される。
内部支持部材25は、鉄やSUS等の金属材料(導電材料)によって、前後方向に長い四角筒状に形成される。例えば、内部支持部材25は、一対の断面L字状の板金を組み合わせて構成されてもよい。内部支持部材25は、定着ベルト21の内部空間において、例えば、上面をヒーター23側(定着ベルト21の右上側)に向けると共に、下面を加圧ローラー22側に向けた状態で、反射板24よりも加圧ローラー22側(左下側)に配置される。換言すれば、内部支持部材25は、反射板24とニップ形成部材26との間に配置される。
内部支持部材25の上面は、例えば、スペーサーを介して反射板24の下面を支持する。内部支持部材25の下面は、前後方向に間隔を空けて複数の支持穴25aを有する。内部支持部材25の下面左端には、加圧ローラー22側に突出する突出部25bが設けられる。内部支持部材25の前後両端は、フレーム20に取り付けられ、内部支持部材25は、導電性を有するため、フレーム20及びプリンター本体2を介して接地される。
ニップ形成部材26は、LCP(液晶ポリマー)、PEEK又はPPS等の耐熱性材料によって、前後方向に長い板状に形成される。ニップ形成部材26は、例えば、下面の左側部分(搬送方向下流側の部分)が、右側(搬送方向上流側)から左側(搬送方向下流側)に向かって下側(加圧ローラー22側)に傾斜するように形成される。ニップ形成部材26は、定着ベルト21の内部空間において、例えば、上面をヒーター23側(定着ベルト21の右上側)に向けると共に、下面を加圧ローラー22側に向けた状態で、内部支持部材25よりも加圧ローラー22側(左下側)に配置される。換言すれば、ニップ形成部材26は、内部支持部材25と定着ベルト21の左下側との間に配置される。
ニップ形成部材26の上面には、複数の第1突起部26aが前後方向に間隔を空けて搬送方向の中央に設けられ、第1突起部26aよりも低い複数の第2突起部26bが前後方向に間隔を空けて搬送方向において第1突起部26aの両側に設けられる。複数の第1突起部26aを内部支持部材25の複数の支持穴25aに挿入することで、ニップ形成部材26が内部支持部材25に位置決め固定される。更に、複数の第2突起部25bの先端を内部支持部材25の下面に当接させると共に、ニップ形成部材26の上面左端を内部支持部材25の突出部25bに当接させることで、ニップ形成部材26が内部支持部材25によって支持される。また、ニップ形成部材26の下面は、定着ベルト21の内周面(コーティング層21d)の左下側部分(加圧ローラー22側部分)を、摺接シート27を介して左下側(加圧ローラー22側)に向かって押圧する。
摺接シート27は、前後方向を長手方向とすると共に搬送方向を短手方向とする矩形のシート状に形成され、可撓性を有する。摺接シート27は、カーボン系や金属系の導電性フィラー(導電性付与材)を含有したフッ素系繊維又はフッ素系シートで形成される。例えば、摺接シート27に含有される導電性付与材としては、カーボンブラック、炭素繊維や黒鉛等のカーボン系材料や、銀や銅等の金属微粉末、酸化亜鉛や酸化錫等の金属酸化物、アルミニウムやステンレス等の金属繊維やウィスカー等の金属系材料が使用できる。
摺接シート27は、搬送方向の中央に前後方向に亘って摺接部33を有し、搬送方向の上流側(右側)に固定部34を有する。摺接シート27は、定着ベルト21の内部空間において、摺接部33をニップ形成部材26の下面に対応させて配置される。固定部34には固定穴等が設けられ、摺接シート27は、搬送方向上流側(右側)で、固定部34をビス等によって内部支持部材25の右側面に直接的に取り付けることで固定される。なお、摺接シート27の搬送方向下流側(左側)の端部は、内部支持部材25に取り付けられてもよく、あるいはニップ形成部材26に取り付けられてもよい。
摺接シート27がニップ形成部材26に取り付けられた状態で摺接部33が定着ベルト21の左下側に接触し、換言すれば、摺接シート27の摺接部33は、ニップ形成部材26と定着ベルト21の左下側との間に介装される。また、摺接シート27には、少なくとも定着ベルト21と接触する面に潤滑剤が塗布される。
なお、摺接シート27に含有される導電性付与材は、定着ベルト21に接触する摺接部33から内部支持部材25に接触する固定部34まで分布されていれば、摺接部33の全域に亘って分布されてもよく、摺接部33の一部に分布されてもよい。これにより、摺接シート27は、定着ベルト21との接触部分から内部支持部材25との接触部分までに亘って導電性を有し、内部支持部材25並びにフレーム20及びプリンター本体2を介して接地される。
カバー部材28は、内部支持部材25の前後両端のそれぞれに設けられる。各カバー部材28は、上方に向かって円弧状に湾曲する湾曲部と、湾曲部の左右両端(搬送方向における上流側及び下流側の端部)から下方に向かって屈曲される取付部とから構成される。各カバー部材28の湾曲部は、定着ベルト21の内周面に沿って配置され、各カバー部材28の取付部は、内部支持部材25の左右両側面に取り付けられる。
形状規制部材30は、内部支持部材25の前後両端のそれぞれに設けられ、各形状規制部材30は、各カバー部材28よりも前後方向外側に配置される。各形状規制部材30は、前後方向外側から定着ベルト21の前後両端に挿入される挿入部30aを有し、定着ベルト21の軸方向端部を保持すると共に形状を規制するように構成される。
温度センサー31は、フレーム20内の上部で定着ベルト21の外径側(加圧ローラー22から離間する側、例えば、右上側)に配置され、定着ベルト21に対して非接触で設けられる。温度センサー31は、例えば、サーモカット等によって構成され、定着ベルト21から放射される輻射熱を検知する機能を有する。
本実施形態によれば、上述のように、プリンター1(画像形成装置)の定着装置14は、回転可能に設けられる定着ベルト21と、定着ベルト21に加圧されて定着ニップNを形成し、回転可能に設けられる加圧ローラー22と、定着ベルト21を加熱するヒーター23(熱源)と、定着ベルト21を加圧ローラー22側に向かって押圧するニップ形成部材26(押圧部材)と、導電材料で形成され、ニップ形成部材26を支持する内部支持部材25(支持部材)と、定着ベルト21とニップ形成部材26との間に介装される摺接シート27とを備える。摺接シート27は、導電性付与材を含有して形成され、内部支持部材25を介して接地される。
これにより、定着ベルト21の表層に帯電した電荷を摺接シート27及び内部支持部材25を介して除電することが可能となる。また、定着ベルト21の表層に導電性付与材を添加する必要がなく、定着ベルト21の表面性を高く維持することが可能となる。
また、本実施形態によれば、定着ベルト21は、金属材料で形成される基材層21aと、導電性付与材を含有して形成され、基材層21aに周設される弾性層21bと、フッ素系材料で形成され、弾性層21bを被覆する離型層21cとを備える。定着ベルト21の内面(コーティング層21d)には、フッ素系材料からなる塗料が塗布される。これにより、定着ベルト21の表層に帯電した電荷を、定着ベルト21の厚み方向へと移動し易くすることができ、より効率良く除電することができる。
また、本実施形態によれば、摺接シート27は、定着ベルト21に接触する摺接部33の全域に亘って導電性付与材を含有して形成される。これにより、定着ベルト21に帯電した電荷を、摺接シート27によって定着ベルト21の全域に亘って除電することが可能となる。
また、本実施形態によれば、摺接シート27は、定着ベルト21に接触する摺接部33の一部に導電性付与材を含有して形成される。これにより、摺接シート27の強度が、導電性付与材の添加によって弱まることを回避し、摺接シート27の耐久性を高く維持することが可能となる。
また、本実施形態によれば、摺接シート27は、内部支持部材25に直接支持されて接続される。これにより、簡易な構成で摺接シート27を接地することが可能となる。
本実施形態では、摺接シート27が内部支持部材25に直接支持されて接続される構成を説明したが、摺接シート27の取付構成はこれに限定されない。例えば、他の実施形態では、摺接シート27は、搬送方向上流側(右側)で、固定部34をニップ形成部材26に取り付けることで、ニップ形成部材26に固定されてもよい。例えば、固定部34は、ニップ形成部材26の複数の第1突起部26a又は搬送方向上流側(右側)の複数の第2突起部26bに取り付けられる。なお、摺接シート27は、ニップ形成部材26と接触する摺接部33に導電性付与材が添加されればよく、固定部34まで導電性付与材を添加する必要はない。
この場合、ニップ形成部材26は、導電性付与材を含有した耐熱性の樹脂材料で形成される。ニップ形成部材26を構成する導電性付与材は、摺接シート27を構成する導電性付与材と同じでもよく、異なってもよい。ニップ形成部材26は、導電性を有するため、内部支持部材25並びにフレーム20及びプリンター本体2を介して接地される。また、摺接シート27は、ニップ形成部材26、内部支持部材25、フレーム20及びプリンター本体2を介して接地される。
このように、他の実施形態によれば、ニップ形成部材26は、導電性付与材を含有した耐熱性の樹脂材料で形成され、摺接シート27は、ニップ形成部材26に支持されてニップ形成部材26を介して内部支持部材25に接続される。これにより、摺接シート27に添加される導電性付与材を減少し、摺接シート27の耐久性を高く維持することが可能となる。
なお、本実施形態では、定着装置14の定着ベルト21及び加圧ローラー22が、左右方向に延びる搬送経路11を挟んで上側及び下側にそれぞれ配置される構成を説明したが、他の実施形態では、定着ベルト21及び加圧ローラー22は、上下方向に延びる搬送経路11を挟んで右側及び左側にそれぞれ配置されてもよい。
本実施形態では、プリンター1に本発明の構成を適用する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、複合機等の他の画像形成装置に本発明の構成を適用することも可能である。
1 プリンター(画像形成装置)
2 プリンター本体
6 画像形成部
10 感光体ドラム
11 搬送経路
14 定着装置
20 フレーム
21 定着ベルト
21a 基材層
21b 弾性層
21c 離型層
21d コーティング層
22 加圧ローラー
22a 芯材
22b 弾性層
22c 離型層
23 ヒーター(熱源)
25 内部支持部材(支持部材)
25a 支持穴
25b 突出部
26 ニップ形成部材(押圧部材)
26a 第1突起部
26b 第2突起部
27 摺接シート
33 摺接部
34 固定部

Claims (7)

  1. 回転可能に設けられる定着ベルトと、
    前記定着ベルトに加圧されて定着ニップを形成し、回転可能に設けられる加圧ローラーと、
    前記定着ベルトを加熱する熱源と、
    前記定着ベルトを前記加圧ローラー側に向かって押圧する押圧部材と、
    導電材料で形成され、前記押圧部材を支持する支持部材と、
    前記定着ベルトと前記押圧部材との間に介装される摺接シートと、を備え、
    前記摺接シートは、導電性付与材を含有して形成され、前記支持部材を介して接地されることを特徴とする定着装置。
  2. 前記定着ベルトは、
    金属材料で形成される基材層と、
    導電性付与材を含有して形成され、前記基材層に周設される弾性層と、
    フッ素系材料で形成され、前記弾性層を被覆する離型層と、を備え、
    前記定着ベルトの内面には、フッ素系材料からなる塗料が塗布されることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記摺接シートは、前記定着ベルトに接触する摺接部の全域に亘って導電性付与材を含有して形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置。
  4. 前記摺接シートは、前記定着ベルトに接触する摺接部の一部に導電性付与材を含有して形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置。
  5. 前記摺接シートは、前記支持部材に直接支持されて接続されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の定着装置。
  6. 前記押圧部材は、導電性付与材を含有した耐熱性の樹脂材料で形成され、
    前記摺接シートは、前記押圧部材に支持されて前記押圧部材を介して前記支持部材に接続されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の定着装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
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