JP7452130B2 - 粉体供給装置 - Google Patents

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Description

本発明は、粉体供給装置に関する。
特許文献1は、交換可能な円筒形状のトナーカートリッジを回転させながらトナーを補給すると共にカートリッジ交換時や所望の状況により所定角度でトナーカートリッジを正逆方向に回動することによりカートリッジ内のトナーの局部的な堆積を崩すようにしたトナー補給装置およびこれに用いられるトナーカートリッジを開示する。
特許文献2は、内蔵するトナーを排出するための開口部を端面に持ち、内周面には螺旋状の突起を有した円筒形のトナー収納容器で、画像形成装置内に略水平に設置しその容器の回転により内蔵トナーを搬送し開口部より排出するトナーカートリッジにおいて、前記開口部には容器の回転によって内蔵トナーを排出するための傾斜面を備え、その傾斜面上で回転半径方向の外側をトナーカートリッジ内周面に接合し、回転容器と一体に設置されたすくい上げ部が設けられていて、トナーカートリッジの回転によって、回転の中心軸より上方において排出を可能としたことを特徴とするトナーカートリッジを開示する。
特許文献3は、トナーを用いて用紙に画像を形成する画像形成装置であって、装置本体に設けられるトナー容器収納部、前記トナー容器収納部に挿抜可能に収納されるトナー容器、前記トナー容器内のトナー残量を取得するトナー残量取得部、および前記装置本体の外部から目視可能に設けられ、前記トナー残量取得部によって取得されたトナー残量に従って変位する可動レバーを備え、前記可動レバーの位置によって前記トナー容器内のトナー残量を示す、画像形成装置を開示する。
第3480827号明細書 第3353175号明細書 特開2016-164585号公報
ところで、粉体を収容する粉体容器を回転させながら粉体を供給する粉体供給装置においては、粉体容器の粉体の残量が少なくなると、粉体容器の壁面等に粉体が付着して残留してしまい、粉体容器に残っている粉体を効率良く使い切ることができない。
本発明は、粉体容器を回転させて粉体を供給する粉体供給装置において、粉体容器の粉体残量が少なくなった場合、時間当たりの粉体供給量の低下を防止することができる粉体供給装置を提供することを目的としている。
請求項1に係る本発明は、回転することにより粉体を供給する粉体容器と、前記粉体容器の回転角度を調整する調整機構と、前記粉体容器の粉体残量により前記調整機構による粉体容器の回転角度を制御する制御手段と、前記粉体容器から粉体が供給されたことを検知する粉体センサと、を有し、前記調整機構は、前記粉体容器の回転角度が予め定められた第1のモードと、前記第1のモードよりも回転角度が小さい第2のモードとを有し、
前記制御手段は、前記粉体容器の粉体残量が予め定められた値となると推定されるまでは第1のモードとし、前記粉体容器の粉体残量が予め定められた値以下になると推定された場合に前記第1のモードから前記第2のモードに切り替えるように制御し、かつ、前記粉体容器の粉体残量が予め定められた値以下になると推定された場合であっても、前記粉体センサにより粉体が無いことを検知するまでは、第1のモードとするように制御する粉体供給装置である。
請求項に係る本発明は、前記制御手段は、前記粉体容器の粉体残量が予め定められた値以下になると推定された場合、前記粉体センサにより粉体が複数回無いことを検知するまでは、第1のモードとするように制御する請求項記載の粉体供給装置である。
請求項に係る本発明は、前記粉体容器から粉体が供給されたことを検知する粉体セン
サをさらに有し、前記制御手段は、前記粉体容器の粉体残量が予め定められた値以下になると推定された場合、前記粉体センサにより粉体が有ることを検知したとき、第2のモードから第1のモードへ戻るように制御する請求項記載の粉体供給装置である。
請求項に係る本発明は、粉体は現像剤である請求項1記載の粉体供給装置である。
請求項1に係る本発明によれば、粉体容器を回転させて粉体を供給する粉体供給装置において、粉体容器の粉体残量が少なくなった場合、時間当たりの粉体供給量の低下を防止することができる。
また、第1モードから第2モードに切り替えることにより時間当たりの粉体供給量の低下を防止するように制御することができる。
また、粉体容器の粉体残量を推定することにより第1のモードと第2のモードとを切り替えることができる。
また、粉体センサが無い場合と比較して、粉体容器の粉体残量を正確に制御することができる。
請求項に係る本発明によれば、請求項に係る本発明の効果に加えて、1回のみの粉体検知よりも正確に粉体容器の粉体残量を検知することができる。
請求項に係る本発明によれば、請求項に係る本発明の効果に加えて、粉体容器の粉体残量が予め定められた値以下になると推定された場合であっても第1のモードに戻して粉体を安定して供給することができる。
請求項に係る本発明によれば、粉体は現像剤として適用することができる。
本発明の実施形態に係る粉体供給装置を備えた一例としての画像形成装置の構成を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る粉体供給装置を備えた一例としての画像形成装置に用いられた粉体供給系を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る粉体供給装置に用いられた粉体容器を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る粉体供給装置に用いられた粉体容器を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る粉体供給装置に用いられた粉体供給装置本体部を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る粉体供給装置を備えた一例としての画像形成装置の制御部を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る粉体供給装置において、粉体容器を定常モードと排出促進モードとで駆動する場合の駆動状態を示す波形図である。 本発明の実施形態に係る粉体供給装置において、粉体容器を定常モードと排出促進モードとで駆動する場合の特性を示す特性線図である。 本発明の実施形態に係る粉体供給装置において、粉体容器を定常モードと排出促進モードとで駆動する場合の粉体残量が少ない部分の特性を拡大して示す特性線図である。 本発明の実施形態に係る粉体供給装置を備えた一例としての画像形成装置において、使用開始からプレニアエンプティになるまでの制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る粉体供給装置を備えた一例としての画像形成装置において、プレニアエンプティからニアエンプティになるまでの制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る粉体供給装置を備えた一例としての画像形成装置において、ニアエンプティからエンプティになるまでの制御の一例を示すフローチャートである。
次に、本発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。図1には、本発明の実施形態で用いられる例えば画像形成装置10が示されている。画像形成装置10は、画像形成装置本体12を有し、画像形成装置本体12内に、像形成部14と、転写装置16と、定着装置18と、給紙装置20とが配置されている。また、画像形成装置本体12内には、例えば用紙等の記録媒体を搬送するための搬送路22が形成されている。
像形成部14は、電子写真方式が採用されていて、記録媒体に画像を形成する。像形成部14は、例えば4つ等、例えば複数の画像形成ユニット24を有する。4つの画像形成ユニット24は、例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、黒等の互いに異なる色のトナー像を形成する。
画像形成ユニット24は、感光体ドラム26を有する。感光体ドラム26は、像保持体の一例であって、記録媒体に転写されるトナー像を外周面に保持して回転する。また、画像形成ユニット24は、感光体ドラム26を帯電する帯電装置28、帯電した潜像をトナーにより現像する現像装置30及び転写後の感光体ドラム26を清掃する清掃装置32が設けられている。さらに帯電した感光体ドラム26に潜像を形成する光書込み装置48が設けられている。
転写装置16は中間転写ベルト34を有する。中間転写ベルト34には、感光体ドラム26からそれぞれにトナー像が一次転写部材36により一次転写され、一次転写されたトナー像が二次転写部材38記録媒体に二次転写される。
中間転写ベルト34は、複数の支持部材40によって回転することができるように支持されている。また、二次転写部材38に対向してバックアップ部材42が設けられている。
定着装置18は、記録媒体に転写されたトナー像を、例えば熱と圧力とを用いて記録媒体に定着する。
給紙装置20は、積層された状態にある記録媒体を収納する収納部44と、収納部44に収納された記録媒体を搬送路22に向けて送り出す送出部材46とを有する。
搬送路22は、給紙装置20から二次転写部材38とバックアップ部材42との間へ記録媒体を搬送し、定着装置18へとさらに記録媒体を搬送し、画像形成装置本体12の外へと排出されるようにさらに記録媒体を搬送する。
以上のように構成された画像形成装置10では、感光体ドラム26の外周面にそれぞれに形成されたトナー像が中間転写ベルト34へと一次転写され、中間転写ベルト34に一次転写されたトナー像が記録媒体に二次転写され、記録媒体に二次転写されたトナー像が定着装置18によって記録媒体に定着される。
図2には、現像剤供給系が示されている。
現像装置30は、キャリアとトナーとからなる現像剤を撹拌してトナーを帯電させて現像する2成分現像装置である。
現像装置30は、現像装置本体50を有し、この現像装置本体50内に現像剤搬送部52が設けられている。この現像剤搬送部52には、例えば2つの撹拌搬送路54a,54bが現像装置本体52の長手方向に形成されている。この撹拌搬送路54a,54bは、仕切り壁56により長手方向に仕切られていると共に、該撹拌搬送路54a,54b長手方向両端部で互いに接続されている。この撹拌搬送路54a,54bには、撹拌搬送部材58a,58bが配置されている。この撹拌搬送部材58a,58bは、回転軸60a,60bと、この回転軸60a,60bの周囲に螺旋状に形成された撹拌搬送部62a,62bとから構成されている。この現像剤搬送部52は、回転する撹拌搬送部材58a,58bにより現像剤を撹拌搬送し、キャリア及びトナーを帯電させるようにしている。
また、現像装置本体50内には、現像ロール64が設けられている。この現像ロール64は、内部に固定されて周面に磁極を形成する磁石部66と、この磁石部66の周囲を回転するスリーブ68とから構成されている。また、現像ロール64は、前述した感光体ドラム26に対向しており、スリーブ68の周囲に形成された磁気ブラシに付着したトナーを像保持体34に形成された潜像に移動されるようになっている。また、現像装置本体50には、現像ロール64に対向して層厚規制部材70が設けられている。この層厚規制部材70は、スリーブ68上に形成された磁気ブラシの層厚を規制する。スリーブ68上にされた磁気ブラシの先端が前述した感光体ドラム26に接触し、トナーにより感光体ドラム26の潜像が現像される。
また、現像装置本体50には、透磁率センサ72が設けられている。この透磁率センサ72は、透磁率センサ72の周辺に存在するキャリアの透磁率を測定する。透磁率センサ72によりキャリアの量が多いことを検出すると、現像剤の量が不足するので、後述する現像剤容器76から現像剤を供給するように制御する。
粉体の一例として現像剤を供給する粉体供給装置74は、図3及び図4に示すように、粉体容器76を有する。この粉体容器76は、粉体(トナーとキャリア、キャリアが含まれない場合もある)が収容された容器であり、例えば円筒状に形成されている。この粉体容器76は自転式であり、支持部78に回転自在に支持されている。この粉体容器76の側面周囲には、内側に隆起した複数の粉体案内部80が形成されている。この粉体案内部80は、粉体容器76の回転方向斜めに分割され、螺旋状に形成されている。
粉体容器76の一端には駆動装置82が連結されている。この駆動装置82は例えばステッピングモータであり、後述するように粉体容器76の回転角度を調整する調整機構を構成している。また、粉体容器76の他端には容器側排出口84が形成されている。粉体容器76が駆動装置82により回転されると、粉体案内部80により、粉体容器78内の粉体が容器側排出口84へ向けて案内され、この容器側排出口84から、後述する供給装置本体部86へ向けて排出される。
粉体供給装置78は、図5に示すように、供給装置本体部86を有する。この供給装置本体部86は、長方形状の枠体88を有する。この枠体88内には、供給装置本体部86の長手方向に隔壁部89により第1の搬送路90と第2の搬送路92とが分かれて形成されている。例えば第1の搬送路90の図中左端には、供給口94が形成され、この供給口94が前述した粉体容器76の容器側排出口84に接続され、この供給口94を介して粉体容器76から粉体が供給される。
また、この供給口94の付近には粉体センサ96が設けられている。この粉体センサ96は、例えば感圧式であり、第1の搬送路90に粉体があれば、粉体からの圧力により粉体があることを検知する。
第1の搬送路90と第2の搬送路92とは、枠体88の長手方向両側において接続部98a,98bにより接続されている。この接続部98a,98bを介して第1の搬送路90と第2の搬送路92との間で粉体が循環するようになっている。
第1の搬送路90には、第1の搬送部材100が配置されている。この第1の搬送部材100は例えばコイル状に形成されている。また、第2の搬送路92には、第2の搬送部材102が配置されている。この第2の搬送部材102は、第1の搬送部材100と同様にコイル状に形成されている。また、一方の接続部94aには、第3の搬送部材104が配置されている。この第3の搬送部材104は、例えば螺旋状に形成されている。この第3の搬送部材104の先端付近の枠体88には本体部側排出口106が形成されている。この本体部側排出口106が前述した現像装置30の現像剤搬送部52に接続され、この本体部側排出口106を介して現像装置30へ粉体を供給するようになっている。
図6には、前述した粉体容器76を駆動する駆動装置82を制御するための画像形成装置10の制御部108が示されている。
制御部108は、CPU110、メモリ112、記憶装置114、入力インターフェイス116及び出力インターフェイス118を有し、これらCPU110、メモリ112、記憶装置114、入力インターフェイス116及び出力インターフェイス118がバス120を介して接続されている。
CPU108は、メモリ112に格納された制御プログラムに基づいて予め定められた処理を実行する。記憶装置114は、例えばハードディスクから構成され、必要とされるソフトウエアやデータが記憶されている。入力インターフェイス116には、前述した透磁率センサ72及び粉体センサ96により検出されたデータが入力される。また出力インターフェイス118には、前述した駆動装置86が接続され、この出力インターフェイス118を介して駆動装置86が制御されるようになっている。
駆動装置86は、例えば図7に示すように、定常モード(第1のモードともいう)と排出促進モード(第2のモードともいう)とにより駆動されるように制御される。定常モードとは、駆動と停止の周期が長いモードであり、排出促進モードとは、駆動と停止の周期が定常モードと比較して短いモードである。定常モードと排出促進モードとでは、単位時間当たりの駆動時間と停止時間は同じであり、一回駆動当たりの粉体容器76の回転角度が異なり、排出促進モードの回転角度が定常モードの回転角度モードよりも短く、小刻みに駆動する。
次に図8及び図9に基づいて定常モードと排出促進モードとの挙動の違いについて説明する。
図8及び図9において、横軸は粉体容器76の粉体量(グラム)であり、縦軸は粉体容器76から排出される排出レート(時間当たりの排出量であり、グラム/秒で表せられる)である。粉体容器76の使用開始時には例えば1500グラムの残量があり、定常モード及び排出促進モードのいずれであっても画像形成装置10により印刷が実行されていくにつれて粉体容器76の残量が減少していく。
粉体容器78の使用当初から例えば粉体の残量が500グラムになるまでは、定常モード及び排出促進モードの排出レートは略同じである。しかしながら、例えば残量が500グラム以下になると、定常モードでは排出レートが徐々に低下する一方で、排出促進モードでは一度排出レートが上昇した後、定常モードよりも高い排出レートとなる。
粉体容器76の粉体残量が低下すると、定常モードでは粉体容器76内の壁面等に粉体が付着し、粉体容器76に残留する割合が大きくなるが、排出促進モードは、粉体容器76を小刻みに回転させ、駆動/停止の動作回数が多くすることで、粉体容器76内の壁面等に付着する粉体の割合を少なくする。
ただし、排出促進モードでは、一駆動あたりに排出する粉体の量が少ないので、排出レートの変動が大きく、安定しない。一方、定常モードでは一駆動あたりに排出する粉体の量が多いので、安定した排出レートを保つ。
そこで、使用当初から予め定められた粉体容器の粉体残量となるまでは定常モードにより粉体容器76を回転させ、粉体容器76の残量が予め定めた範囲よりも少なくなった場合には、定常モードから切り替える。
図9に示すように、例えば記録媒体全体に100%濃度の画像を形成することができる排出レートを確保しようとした場合は、定常モードであれば粉体容器76の粉体残量が例えば100グラム程度必要であるが、排出促進モードであれば50グラムとなるまで対応することができ、粉体容器76の粉体残量が100グラムから50グラムになるまでに定常モードから排出促進モードへ切り替える。
さらに具体例について説明する。
図10は、粉体容器76の使用当初から粉体容器76のプレニアエンプティとなるまでの制御フローの一例を示すフローチャートである。なお、粉体容器76の残量については、プレニアエンプティ、ニアエンプティ及びエンプティの3段階のステータスが設定されているものとする。プレニアエンプティは、最初の段階であり、粉体容器76の推定される粉体残量が予め定められた値よりも小さくなった状態である。ここでは、粉体容器76の推定される粉体残量は、駆動装置86の駆動時間から求められる。
まずステップS10においては、粉体残量、ステータス、モード等を初期化する。粉体容器76の使用開始時には、粉体残量は100%、モードは定常モードに設定される。
次のステップS12においては、粉体供給量(TM)を算出する。粉体供給量(TM)は、駆動装置86が駆動される毎の駆動時間を積算した値を記憶装置116に記憶していく。
次のステップS14においては、粉体供給量(TM)が予め定めた値(Tm1)よりも大きくなったか否か(粉体容器76の粉体残量が予め定められた値よりも小さくなったと推定されるか否か)を判定し、予め定めた値(Tm1)になるまでは初期設定時に設定した定常モードで駆動装置86を駆動する。
ステップS14において、粉体供給量粉体供給量(TM)が予め定めた値(Tm1)よりも大きくなったと判定された場合は、ステップS16に進み、ステータスをプレニアエンプティに設定する。予め定めた値(Tm1)は、例えば粉体残量が15%から10%と程度と推定される値とすることができる。
次のステップS18においては、前述した粉体センサ96により粉体無しであることを複数回検知したか否かを判定する。このステップS18において、粉体無しであることを複数回検知するまではステップS18の処理を繰り返し、定常モードを継続する。一方、粉体無しであることを複数回検知した場合は、ステップS20に進み、排出促進モードに切り替える。
次のステップS22においては、排出促進モードに切り替えた直後に粉体センサ96により粉体が検知されたか否かを判定し、粉体センサ96により粉体が検知されたと判定された場合はステップS24に進み、定常モードに戻すが、粉体が検知されないと判定された場合は排出促進モードを継続する。
図11は、粉体容器76のプレニアエンプティからニアエンプティとなるまでの制御フローの一例を示すフローチャートである。この例においては、ニアエンプティになるまでは定常モードを継続しているものとする。
ステップS26において、駆動装置86を駆動してから予め定められた時間(T1、例えば50秒)内に粉体センサ96により粉体を検知したか否かを判定し、予め定められた時間(T1)内に粉体センサ96により粉体が検知されなくなるまでは定常モードを継続する。
ステップS26において、予め定められた時間(T1)内に粉体センサ96により粉体が検知されないと判定された場合はステップS28に進み、ステータスをニアエンプティにし、さらにステップS30において、定常モードから排出促進モードへ切り替える。ニアエンプティの目安は、例えば粉体残量が10%から5%と程度と推定される状態である。
図11は粉体容器76のニアエンプティから粉体容器76のエンプティとなるまでの制御フローの一例を示すフローチャートである。この例においては、エンプティになるまでは定常モードを継続しているものとする。
ステップS32において、駆動装置86を駆動してから予め定められた時間(T2、例えば100秒)内に粉体センサ96により粉体を検知したか否かを判定し、予め定められた時間(T2)内に粉体センサ96により粉体が検知されなくなるまでは定常モードを継続する。
ステップS32において、予め定められた時間(T2)内に粉体センサ96により粉体が検知されないと判定された場合はステップS34に進み、ステータスをエンプティにするが、次のステップS36においては、予め定められた時間(T3)だけ排出促進モードに切り替える。
次のステップS38においては、駆動装置86を駆動してから予め定められた時間(T4)内に粉体センサ96により粉体を検知したか否かを判定し、予め定められた時間(T4)内に粉体センサ96により粉体が検知されなくなるまでは排出促進モードにより画像形成装置の使用許可を継続し、予め定められた時間(T4)内に粉体センサ96により粉体が検知されなくなった場合は、ステップS40に進み、画像形成装置を停止する。
なお、上記実施形態においては、粉体容器76の回転を第1のモードと第2のモードの2段階に制御しているが、本発明はこれに限定されず、3段階以上に制御してもよいし、無段階に制御してもよい。
また、上記実施形態においては、粉体供給装置本体部86を粉体容器76と現像装置30との間に設けたが、本発明はこれに限定されず、粉体供給装置本体部86はなくてもよく、粉体容器76から直接現像装置30へ粉体が供給されるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、粉体供給装置の一例として、電子写真方式の現像装置に適用する例を示したが、これに限定されず、現像装置以外の用途に適用してもよい。
例えば、上記実施の形態における現像剤を塗装用粉体として利用した粉体塗装装置に適用してもよい。具体的には、上記実施の形態における現像装置を静電粉体塗装法における粉体塗装ヘッドとして利用し、この粉体塗装ヘッドに近接させて導電性のシート状媒体を搬送させる。粉体塗装ヘッドと導電性のシート状媒体との間にバイアス電圧を印可することで、帯電した塗装用粉体(例えば、熱硬化性トナー)がシート状媒体上に塗布される。その後、シート状媒体を加熱すれば、シート状媒体表面が塗装される。すなわち、このような粉体塗装装置に塗装用粉体を供給する粉体供給装置に適用してもよい。
また、粉体を使用する他の製造装置等に適用してもよい。例えば、二次電池の電極体を製造する製造装置等において、製造に使用するカーボンブラックを供給する装置に適用してもよい。
更に、薬品用粉体や食品用粉体など、粉体の用途は限定されず、また、製造装置、加工装置、および検査装置等、粉体容器から粉体を供給する装置であれば装置の形態は限定されない。
10 画像形成装置
12 画像形成装置本体
14 像形成部
16 転写装置
18 定着装置
20 給紙装置
22 搬送路
24 画像形成ユニット
26 感光体ドラム
28 帯電装置
30 現像装置
32 清掃装置
34 中間転写ベルト
36 一次転写部材
38 二次転写部材
40 支持部材
42 バックアップ部材
44 収納部
46 送出部材
48 光書込み装置
50 現像装置本体
52 現像剤搬送部
54a,54b 現像剤搬送路
56 仕切り壁
58a,58b 撹拌搬送部材
60 回転軸
62a,62b 撹拌搬送部
64 現像ロール
66 磁石部
68 スリーブ
70 層厚規制部材
72 透磁率センサ
74 粉体供給装置
76 粉体容器
78 支持部
80 粉体案内部
82 駆動装置
84 容器側排出口
86 供給装置本体部
88 枠体
89 隔壁部
90 第1の搬送路
82 第2の搬送路
94 供給口
96 粉体センサ
98a,98b 接続部
100 第1の搬送部材
102 第2の搬送部材
104 第3の搬送部材
106 本体部側排出孔
108 制御部
110 CPU
112 メモリ
114 記憶装置
116 入力インターフェイス
118 出力インターフェイス
120 バス

Claims (4)

  1. 回転することにより粉体を供給する粉体容器と、
    前記粉体容器の回転角度を調整する調整機構と、
    前記粉体容器の粉体残量により前記調整機構による粉体容器の回転角度を制御する制御手段と、
    前記粉体容器から粉体が供給されたことを検知する粉体センサと、
    を有し、
    前記調整機構は、前記粉体容器の回転角度が予め定められた第1のモードと、前記第1のモードよりも回転角度が小さい第2のモードとを有し、
    前記制御手段は、前記粉体容器の粉体残量が予め定められた値となると推定されるまでは第1のモードとし、前記粉体容器の粉体残量が予め定められた値以下になると推定された場合に前記第1のモードから前記第2のモードに切り替えるように制御し、かつ、前記粉体容器の粉体残量が予め定められた値以下になると推定された場合であっても、前記粉体センサにより粉体が無いことを検知するまでは、第1のモードとするように制御する
    粉体供給装置。
  2. 前記制御手段は、前記粉体容器の粉体残量が予め定められた値以下になると推定された場合、前記粉体センサにより粉体が複数回無いことを検知するまでは、第1のモードとするように制御する請求項記載の粉体供給装置。
  3. 前記粉体容器から粉体が供給されたことを検知する粉体センサをさらに有し、前記制御手段は、前記粉体容器の粉体残量が予め定められた値以下になると推定された場合、前記粉体センサにより粉体が有ることを検知したとき、第2のモードから第1のモードへ戻るように制御する請求項記載の粉体供給装置。
  4. 前記粉体は現像剤である請求項1に記載の粉体供給装置。
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