JP3065733B2 - 画像定着装置 - Google Patents

画像定着装置

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JP3065733B2
JP3065733B2 JP3238984A JP23898491A JP3065733B2 JP 3065733 B2 JP3065733 B2 JP 3065733B2 JP 3238984 A JP3238984 A JP 3238984A JP 23898491 A JP23898491 A JP 23898491A JP 3065733 B2 JP3065733 B2 JP 3065733B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画像形成装置におい
て、記録材上に転写したトナー像を定着するための画像
定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、画像形成装置において、記録材上
に転写された未定着のトナー像は、同装置内に設置され
た画像定着装置によって定着されるようになっている。
【0003】特に、フルカラー画像形成における定着工
程はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各種のト
ナーを記録材上に積層させるようにする。このようなカ
ラー画像形成装置の定着装置においては、オリジナル原
稿に近い色を再現するために、上記のような複数層のト
ナーを加熱溶融して混色させるので、軟化点の低い(即
ち、低融点で)、シャープメルトなトナーを使用する必
要がある。
【0004】この場合、シャープメルトなトナーは極め
て低粘度の状態で定着されるばかりか、複数色が積層さ
れトナー層が厚くなるため、定着ローラにオフセットし
易い。さらに、各カラートナーに含まれる顔料等の違い
から各カラートナーの溶融性も異なる。したがって、そ
れぞれの定着温度範囲(適正な定着を行える温度範囲)
に差異を生じ、単色の場合に比べ共通の定着温度範囲は
狭くなり、オフセットもし易くなる。このため、カラー
画像定着装置においては、白黒画像定着装置で一般的に
使用されるテフロン(商品名)等のフッ素樹脂系の材質
を定着ローラに使用することは難しく、シリコーンゴム
またはシリコーン樹脂が使用される。この理由は、上述
したカラートナーのオフセット防止のためには、シリコ
ーンオイル等の離型剤が不可欠となるが、このシリコー
ンオイルと定着ローラに使用されるフッ素樹脂の濡れ性
が極めて悪いためである。
【0005】このような画像定着装置は、図6に示すよ
うに、定着ローラ51と、これに相対する加圧ローラ5
2と、定着ローラ51に離型剤として働くシリコーンオ
イルを塗布するオイル塗布手段53と、定着ローラ51
をクリーニングするローラ清掃手段54とを備えてい
る。
【0006】定着ローラ51は、アルミニウム製の芯金
55上にジメチルシリコーンゴムよりなるHTV(高温
加硫型)シリコーンゴム層56を3mm厚に被覆して、外
径40mmに成形されている。
【0007】加圧ローラ52は、アルミニウム製の芯金
58上に表面にフッ素樹脂層を被覆した1mm厚のHTV
シリコーンゴム層59を形成しており、定着ローラ51
と同様の外径をもつ。
【0008】定着ローラ51の芯金55及び加圧ローラ
52の芯金58内には、それぞれ加熱源のハロゲンヒー
タ57,61が配設され、加圧ローラ52の表面温度を
これに当接したサーミスタ62aで検知して、温度制御
装置62によりハロゲンヒータ57,61をオンオフ制
御し、定着ローラ51及び加圧ローラ52の表面温度を
約170℃に一定維持する。
【0009】オイル塗布手段53は、容器63内に収容
したシリコーンオイル64として粘度300csのジメ
チルシリコーンオイルを、上下の供給ローラ65A,6
5Bで汲み上げて、定着ローラ51のシリコーンゴム層
56に塗布する。ゴム層56へのシリコーンオイル64
の塗布量は、上の供給ローラ65Aへ当接させた塗布量
調整ブレード60により調整される。
【0010】ローラ清掃手段54は、定着ローラ51の
シリコーンゴム層56表面にオフセットしたトナーを除
去するものである。これは、繊維状部材(例えばノーメ
ックス(商品名))よりなるウエブ66を定着ローラ5
1のシリコーンゴム層56表面に接触させたもの(特開
昭50−57237号公報参照)や、クリーニングロー
ラまたはクリーニングブレードを定着ローラ51表面に
接触させたものがある。
【0011】未定着トナー像Tを担持した記録材として
の紙Pは、搬送装置(図示せず)により矢印aの方向に
搬送され、その紙Pを駆動装置(図示せず)により、矢
印bの方向に回転する定着ローラ51と加圧ローラ52
とで挟持しながら通過させることにより、ローラ51,
52間の熱及び圧力でトナーを溶かして、トナー像Tが
紙P上に定着される。
【0012】しかし、以上のような画像定着装置におけ
る定着では、次のような不具合が発生する。 すなわ
ち、定着ローラ51のシリコーンゴム層56上に塗布さ
れる一般的な離型剤のジメチルシリコーンオイル64
は、定着時にトナー及び紙Pに転移するが、このシリコ
ーンオイル64は定着ローラ上に若干量残留し、経時的
にシリコーンゴム層56内へ浸入し易い。
【0013】このようなシリコーンゴム層56内へのシ
リコーンオイル64の浸入現象は定着ローラ51が加熱
されているとき、もしくはシリコーンゴム層が加圧ロー
ラ52よりストレスを受けるとき、さらに助長される。
【0014】このようにシリコーンゴム層56内へ浸入
したシリコーンオイル64は熱、圧力などによりゴム層
56を構成するHTVシリコーンゴムの熱分解を助長す
る。この結果、シリコーンゴム層56は熱分解が進んで
硬度低下や膨潤を起こし、最終的にHTVシリコーンゴ
ムの化学結合が外れゴムがちぎれるため、シリコーンゴ
ム層56が定着ローラ51より剥れてしまう。
【0015】この現象は、特にシリコーンゴム層56の
芯金55に近いところで発生し易い。これはシリコーン
ゴム層56の芯金55近傍が最も高温でありゴムの分解
が速いためと考えられる。例えば、あるシリコーンゴム
においては芯金から表層の厚み方向に温度勾配が最大約
40℃/mmある。この場合、ゴム層が3mm厚のローラ
で、ローラ表面温度を170℃とするためには、芯金近
傍の温度はシリコーンゴムの限界耐熱温度に近い290
℃まで上昇する。(但し、これらは外気温やヒータ57
の熱量、ローラ51の回転等の条件で若干変化する)こ
れらの現象は、上述したようなHTVシリコーンゴムに
限るものではなく、ジメチルシリコーンゴムやメチルビ
ニルシリコーンゴムなどのRTV(室温加硫型)シリコ
ーンゴム、LTV(低温加硫型)シリコーンゴムでも同
様である。
【0016】以上のようなことから、定着ローラのゴム
層を構成するHTVシリコーンゴムがシリコーンオイル
により膨潤しないようにするため、定着ローラのシリコ
ーンゴム層の中間にフッ素ゴム、フッ素樹脂、フルオロ
シリコーンゴムなどによるオイルバリヤー層を設けるこ
とが、従来から提案されている。(特公昭54−413
30号,41331号)また定着ローラのゴム層の下層
に、膨潤し難くいゴムを混在させて構成することが提案
されている。(特公昭54−41332号,特公昭57
−46068号,特公昭60−21860号)しかし、
上記提案のうちオイルバリヤー層を設けたものは、オフ
セット防止層、オイルバリヤー層の二層構成またはこの
下層に弾性層を設けた三層構成となるために、定着ロー
ラのゴム層構成が複雑になってしまう。また、上述した
ようなオイルバリヤー層に用いるフッ素系のゴム材は、
比較的高価であると共に各ゴム層の接着が難しいため定
着ローラのコストが高くなる。また、膨潤し難いゴムを
下層に混在させる系は技術的に大変難しい。
【0017】また、別の方法として、特公昭54−26
373号には、定着ローラ等のゴム層を構成するシリコ
ーンゴムの種類と、塗布するシリコーンオイルの種類と
をそれぞれ選択して、ゴム層の膨潤を極力少なくするよ
うなシリコーンゴムとシリコーンオイルとの組み合わせ
が提案されている。
【0018】上記提案では、シリコーンオイルとして、
クロル系、脂肪酸変性系、ニトリル系またはフロル系の
ものを使用し、シリコーンゴムとして、メチル系、メチ
ルビニル系またはメチルフェニル系のものを使用する。
あるいはシリコーンオイルとして、メチル系、メチルフ
ェニル系、メチル水素系、クロル系、脂肪酸変性系、ニ
トリル系またはフロル系のものを使用し、シリコーンゴ
ムとして、ニトリル系またはフロル系のものを使用する
(但し、シリコーンオイルとしてニトリル系またはフロ
ル系のものを使用した場合は、同系のシリコーンゴムは
除く)。
【0019】以上のシリコーンオイルとシリコーンゴム
との組み合わせにより、定着ローラ等のゴム層を構成す
るシリコーンゴムのシリコーンオイルによる膨潤を防止
するとしている。
【0020】しかし、本発明者等は、上記提案中で好ま
しくないとしている下記の組み合わせでも、オイルによ
るゴムの膨潤を防ぐことができるものがあることを見出
した。
【0021】それは、定着ローラを構成するシリコーン
ゴムとしてメチル系またはメチルビニル系のものを使用
し、定着ローラに塗布するシリコーンオイルとして、メ
チルフェニル系のものを使用した場合である。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この組
み合わせの場合、定着ローラ表面のオイルの濡れ性はメ
チル系のシリコーンオイルを使用したときに比べ低下す
るため、オイルの塗布むらによる画像むら(オイルの多
少により画像の光沢に差が出るもの)を生じる。
【0023】特に、オイル塗布手段53の供給ローラ6
5Aに定着ローラ51と同様にメチル系またはメチルビ
ニル系のシリコーンゴム表層を有するものを使用する
と、上述したようなメチルビニル系のシリコーンオイル
に対する濡れ性の悪さから、上記画像むらが顕著となる
問題点があった。
【0024】したがって本発明の目的は、上記問題点を
解決し、定着ローラを構成するシリコーンゴムへのシリ
コーンオイルの過剰含浸による膨潤を、簡単かつ安価な
定着ローラで防止することができ、かつ、オイルの塗布
むらによる画像むらを発生させることのない画像定着装
置を提供することである。
【0025】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、表層をシリコーンゴムとする定着ローラと、該定
着ローラにシリコーンオイルを塗布せしめるオイル塗布
手段と、上記定着ローラに圧接して配設された加圧ロー
ラとを有し、該定着ローラと加圧ローラとにより、トナ
ー像を転写した記録材を挟持して加熱及び加圧すること
により、上記トナー像を上記記録材上へ定着する画像定
着装置において、上記定着ローラをその表層がメチル系
またはメチルビニル系のシリコーンゴムよりなる単層ま
たは多層ローラとし、上記シリコーンオイルをメチルフ
ェニル系のシリコーンオイルとすると共に、上記オイル
塗布手段をその表層がメチルフェニル系のシリコーンゴ
ムよりなる単層または多層のローラとすることによって
達成される。
【0026】
【作用】本発明によれば、定着ローラのゴム層をメチル
系またはメチルビニル系のシリコーンゴムよりなる単層
または多層とし、離型剤としてメチルフェニル系のシリ
コーンオイルを用い、そのオイルを、表層がメチルフェ
ニル系のシリコーンゴムよりなる単層または多層の塗布
ローラにより塗布するように構成した結果、ゴム層のオ
イル含浸率が低くなりゴムの膨潤が防止されることが判
明した。
【0027】
【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。
【0028】図1は、本発明の画像定着装置の一実施例
を示す概略構成図である。
【0029】本画像定着装置26は、図1に示すよう
に、定着ローラ1と、これに相対する加圧ローラ2と、
定着ローラ1に離型剤のシリコーンオイルを塗布するオ
イル塗布手段3と、定着ローラ1を清掃するローラ清掃
手段4とを備えている。
【0030】定着ローラ1は、アルミニウム製の芯金5
上にシリコーンゴム層6を被覆した外径40mmのもので
ゴム層6として3mm厚のジメチルシリコーンゴム(東レ
株式会社製)を形成した単層ローラである。
【0031】本実施例においては、定着ローラ1を成形
後、これをジメチルシリコーンオイル(信越化学工業株
式会社製KF96−100cs)の200℃のオイルバ
ス中に浸漬し、予めゴム中にオイル含浸した。
【0032】このようにシリコーンゴムに予めシリコー
ンオイルを含浸しておくと初期的なオフセットに対して
効果的である。含浸しておくシリコーンオイルとして
は、ゴムに対する重量比として20%以内、好ましくは
5〜10%であればジメチルシリコーンオイル、メチル
フェニルシリコーンオイル等、特に種類は選ばないがジ
メチルシリコーンオイルの方がより効果的であった。こ
こで含浸方法としては、シリコーンゴムをシリコーンオ
イル中に浸漬することにより含浸してもよいし、シリコ
ーンゴムの配合中にシリコーンオイルを内添して含浸さ
せてもよい。
【0033】定着ローラに用いるシリコーンゴム材質と
しては、シリコーンオイルの過剰含浸防止のため、架橋
密度が高いものが望ましい。また、シリコーンゴム中の
充填剤量が多いほうが上記と同様の効果が増すのでさら
に望ましい。但し、この充填剤量が過剰になると定着ロ
ーラの離型性が低下するので、離型性とゴムの膨潤度合
いとの兼ね合いで適正量は決定される。
【0034】加圧ローラ2は、アルミニウム製の芯金8
上に表面にフッ素樹脂層を被覆した、1mm厚のHTV
(高温加硫型)シリコーンゴム層9を形成した定着ロー
ラ同様、外径40mmのものである。
【0035】定着ローラ1の芯金5及び加圧ローラ2の
芯金8内には、それぞれ加熱源のハロゲンヒータ7,1
1が配設され、加圧ローラ2の表面温度をこれに当接し
たサーミスタ12aで検知して、温度制御装置12によ
りヒータ7,11をオンオフ制御し、定着ローラ1及び
加圧ローラ2の表面温度を約170℃に一定維持するよ
うになっている。
【0036】オイル塗布手段3は、容器13内に収容し
たシリコーンオイルとして粘度450csのメチルフェ
ニルシリコーンオイル(信越化学工業株式会社製KF−
54)を上下の供給ローラ15A,15Bで汲み上げ
て、定着ローラ1のシリコーンゴム層に塗布するように
なっている。
【0037】供給ローラ15Aは図2に示すように、そ
の表層151がメチルフェニル系のシリコーンゴムによ
り形成されているため、上記したメチルフェニルシリコ
ーンオイルの濡れ性がよく、定着ローラ1へのオイルの
均一塗布が可能となる。ここで、本実施例に用いた供給
ローラ15Aの構成は、芯金153、メチル系またはメ
チルビニル系のシリコーンゴムからなる6mm厚の弾性層
152、メチルフェニルシリコーンゴムからなる1mm厚
の表層151よりなる。この供給ローラ15Aに対して
も、定着ローラ1同様に、初期的にオイルを含浸してお
くことが望ましい。このオイルとしてはメチルフェニル
シリコーンオイルが好ましかった。
【0038】シリコーンゴム層6へのシリコーンオイル
14の塗布量は、上の供給ローラ15Aへ当接させた塗
布量調整ブレード10により調整される。ここで、適正
な塗布量としては、A4転写紙一枚当り0.01〜0.
2g、望ましくは0.03〜0.1gである。
【0039】ローラ清掃手段4は、定着ローラ1のシリ
コーンゴム層6表面の付着物(トナー樹脂やシリカ、ア
ルミナ等のトナー外添剤及び紙の諸成分等)を清掃す
る。ここで清掃部材は押圧ローラ42により定着ローラ
1に接触される従来のクリーニング部材である繊維状の
クリーニングウエブの少なくともクリーニング面側にニ
ッケルメッキを施したウエブ41である。このニッケル
メッキウエブ41は従来の耐熱製不織布ノーメックス
(商品名)に無電解メッキ法により研摩剤となるニッケ
ルを、ウエブのクリーニング側の繊維の表面に数μm程
度の厚さでウエブ1平方m当たり3gになるようメッキ
したものである。このように構成されたニッケルメッキ
ウエブ41は送りローラ43により図中の矢印Cの方向
に送られると共に巻取ローラ44に巻き取られる。
【0040】次に、以上のような定着ローラ1のシリコ
ーンゴム層6と離型剤塗布手段3のシリコーンオイルに
ついて行った実験について説明する。
【0041】実験方法は、メチル系及びメチルビニル系
のシリコーンゴム数種類を、従来公知の方法またはゴム
メーカーの推奨の方法で硬化し、それぞれ1gのゴム片
を作成して、予め170〜180℃に加熱したジメチル
シリコーンオイル及びメチルフェニルシリコーンオイル
中に浸漬した。これらを一定時間毎に取り出して重量変
化を測定し、ゴム片のオイル含浸率(膨潤量に相当)の
変化を測定した。ここで 含浸率(%)=浸漬後の重量/初期重量×100−
100 とする。
【0042】使用したゴムとしては、東レ株式会社製の
メチル系及びメチルビニル系シリコーンゴムを用いた。
また、ジメチルシリコーンオイル及びメチルフェニルシ
リコーンオイルとしては、信越化学工業株式会社製のK
F96−300cs及びKF54−450csをそれぞ
れ使用した。
【0043】結果は代表例として図3に示すようにジメ
チルシリコーンオイルを用いた場合、全被験ゴムで50
%以上の含浸率を示し、30時間経過後も増加し続けて
いる。また他の70%を越えているもの(図示せず)の
なかには膨潤が確認できるものもあった。ところがメチ
ルフェニルシリコーンオイルの場合、全被験ゴムにおい
て含浸率は20時間以降も20%以下で飽和状態にあり
膨潤も全く見られなかった。
【0044】以上のようにメチルフェニルシリコーンオ
イルはメチル系、メチルビニル系シリコーンゴムに対し
て含浸率が低いことからゴムの膨潤を起こさないことが
判かる。この理由としてはオイル及びゴムに含まれ、そ
れぞれの親和性に影響を与えるメチル基の比率がメチル
フェニルシリコーンオイルの場合は低いためと考えられ
る。
【0045】これは、図4に代表例を示すように、メチ
ルフェニルシリコーンゴムのフェニル基のモル数を増加
すると、ジメチルシリコーンゴムへの含浸率が低下する
ことからも説明できる。
【0046】ここで使用したメチルフェニルシリコーン
オイルは、 KF54−450cs(フェニル基のモル数=25%) KF514−300cs(フェニル基のモル数=15
%) で信越化学工業株式会社製である。
【0047】以上より、メチルフェニルシリコーンオイ
ルの場合フェニル基のモル数がゴムのオイル含浸率に対
して一つの条件となることが判る。すなわちメチルフェ
ニルシリコーンオイルのフェニル基のモル数が少ない
と、ゴムに対してオイルが過剰含浸となるため膨潤防止
効果が薄れてしまう。したがってメチルフェニルシリコ
ーンオイルのフェニル基のモル数は、5mol%以上が
望ましい。
【0048】またメチルフェニルシリコーンオイルの粘
度は、画像形成装置で一般的に使用される10〜100
00cs程度であれば問題がなかった。
【0049】次に、本実施例の定着装置の動作を図1に
基づいて説明する。
【0050】未定着トナー像Tを担持した記録材Pは図
中の矢印aの方向へ搬送装置(図示せず)により搬送さ
れ、駆動装置(図示せず)により同図中矢印bの方向に
回転される定着ローラ1と加圧ローラ2との間を通さ
れ、ハロゲンヒータ7,11から定着ローラ1及び加圧
ローラ2をそれぞれ介して供給される熱及び圧力により
記録材P上に未定着トナー像Tは定着される。上述した
熱定着工程において記録材P上に熱定着される未定着ト
ナー像Tが僅かづつ定着ローラ1表面にオフセットされ
るが、オイル塗布手段3によって塗布されるシリコーン
オイルによって、その量は少量となる。オフセットされ
たトナー(上述したようにここではトナー樹脂、シリ
カ、アルミナ等の外添剤及び紙の諸成分のこと)はロー
ラ清掃手段4により除去される。
【0051】本発明に係わる定着装置は、定着時にトナ
ーの混色を行うフルカラー画像形成装置の定着において
特に有効であるが、白黒画像定着装置にも有効である。
【0052】また、供給ローラ15Aは本実施例中で
は、メチル系またはメチルビニル系のシリコーンゴムの
弾性層とメチルフェニルシリコーンゴムの表層よりなる
二層構成としたが、メチルフェニルシリコーンゴムの単
層構成でもよいし、図5に示すように、上記弾性層がメ
チル系またはメチルビニル系のシリコーンゴムの二層1
52A,152B以上の構成からなる多層ローラであっ
てもよい。
【0053】同様に定着ローラ1もメチル系またはメチ
ルビニル系のシリコーンゴムを弾性層とし、メチルフェ
ニルシリコーンゴムを表層とするような多層構成として
もよい。
【0054】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、定着
ローラに塗布するシリコーンオイルとしてメチルフェニ
ル系のものを使用し、塗布手段として表層がメチルフェ
ニル系のシリコーンゴムよりなる単層または多層のロー
ラを用い、かつ、定着ローラの表層をメチル系またはメ
チルビニル系のシリコーンゴムからなる単層あるいは多
層構造としたので、定着ローラを構成するシリコーンゴ
ムのシリコーンオイル過剰含浸による膨潤を簡単かつ安
価な定着ローラで防止できるとともに、定着ローラへの
オイル塗布むらにより発生する画像むらを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像定着装置の一実施例を示す概略構
成図である。
【図2】図1装置のオイル塗布ローラの概略構成を示す
断面図である。
【図3】本発明に用いられるシリコーンゴム及びシリコ
ーンオイルについて行った、ゴム片のオイル含浸率の時
間推移の一例を示すグラフである。
【図4】メチルフェニルシリコーンゴムのフェニル基の
モル数を変えた場合の、オイル含浸率の時間推移の一例
を示すグラフである。
【図5】本発明のオイル塗布ローラのゴム層を三層にし
た実施例を示す概略構成図である。
【図6】従来の画像定着装置の概略構成を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
1 定着ローラ 2 加圧ローラ 3 オイル塗布手段 6 表層 14 シリコーンオイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 15/20

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表層をシリコーンゴムとする定着ローラ
    と、該定着ローラにシリコーンオイルを塗布せしめるオ
    イル塗布手段と、上記定着ローラに圧接して配設された
    加圧ローラとを有し、該定着ローラと加圧ローラとによ
    り、トナー像を転写した記録材を挟持して加熱及び加圧
    することにより、上記トナー像を上記記録材上へ定着す
    る画像定着装置において、上記定着ローラをその表層が
    メチル系またはメチルビニル系のシリコーンゴムよりな
    る単層または多層ローラとし、上記シリコーンオイルを
    メチルフェニル系のシリコーンオイルとすると共に、上
    記オイル塗布手段をその表層がメチルフェニル系のシリ
    コーンゴムよりなる単層または多層のローラとすること
    を特徴とする画像定着装置。
  2. 【請求項2】 メチルフェニル系のシリコーンオイルの
    フェニル基のモル比率が、5mol%以上であることと
    する請求項1に記載の画像定着装置。
  3. 【請求項3】 画像定着装置は、オイル塗布手段として
    のローラの表面に当接して該ローラ表面に塗布されるオ
    イル塗布量を調整するためのオイル塗布量調整ブレード
    を有していることとする請求項1又は請求項2に記載の
    画像定着装置。
  4. 【請求項4】 画像定着装置は、定着ローラの表面に当
    接して該定着ローラ表面の付着物を清掃するためのロー
    ラ清掃手段を有していることとする請求項1乃至請求項
    3のいずれか1つに記載の画像定着装置。
  5. 【請求項5】 ローラ清掃手段は、繊維状のウエブを有
    することとする請求項4に記載の画像定着装置。
  6. 【請求項6】 繊維状のウエブの少なくともクリーニン
    グ面側には、ニッケルメッキが施されていることとする
    請求項5に記載の画像定着装置。
  7. 【請求項7】 トナー像が、イエロートナー、マゼンタ
    トナー、シアントナー及びブラックトナーを有してお
    り、該トナー画像を記録材上へ定着してフルカラー画像
    を得るための画像定着装置であることとする請求項1乃
    至請求項6のいずれか1つに記載の画像定着装置。
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