JP4714899B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、記録紙上の未定着トナーを加熱・加圧して定着する定着装置に関し、詳しくはニップ部を通過した記録紙の先端部に圧搾空気を噴射し、記録紙をローラより剥離させる空気噴射手段を備えた定着装置に関する。
複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体に形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録紙上に転写し、この後、記録紙上に転写されたトナー像を定着して排紙している。
このようにトナー像を定着する定着装置として、ハロゲンヒータ等を内蔵した加熱ローラと、加熱ローラを加圧する加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式の定着装置があり、このような定着装置は構成が簡便であるため、広く利用されている。
また、無端状の定着ベルトをハロゲンヒータ等を内蔵した加熱ローラと定着ローラとに張架し、定着ベルトを介して定着ローラを加圧する加圧ローラを有し、定着ベルトと加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧するベルト定着方式の定着装置があり、このような定着装置は定着ベルトの熱容量が小さいので、ウオーミングアップタイムが短縮し、省エネになるという利点を有している。
ここで、記録紙上のトナー像のトナーはニップ部を通過する際に加熱されるので、該トナーが接着剤の如く作用し、ニップ部を通過した記録紙が分離せずに加熱ローラや定着ベルトの表面に付着して巻き付き、ジャムを発生させる虞がある。特に記録紙として、斤量の小さい紙(薄紙)、しかも斤量の小さい印刷用コート紙を用いたときは、分離性能がより低下する。
このために、図8に示すような剥離爪を有する定着装置が知られている。
図8において、ハロゲンヒータHにより加熱される加熱ローラ271と加熱ローラ271を加圧する加圧ローラ272とにより形成されるニップ部Nで、記録紙P上のトナー像が挟持・搬送されながら、加熱・加圧されて定着される。また、ニップ部Nに対する記録紙Pの排紙側には剥離爪201が設けられ、その先端部が加熱ローラ271の外表面に圧接している。従って、記録紙Pが加熱ローラ271に巻き付いて排紙されても、剥離爪201が記録紙Pの先端部に当接して、記録紙Pを加熱ローラ271より剥離させるので、上記問題は解消する。
ところが、剥離爪201の鋭利な先端部が加熱ローラ271の表面に圧接しているので、比較的短期間の使用により加熱ローラ271の表面を被覆するフッ素樹脂等から形成された離型層が摩耗したり、剥離爪201の先端部が摩耗したりしてしまい、そのまま放置すると定着不良が発生することになる。
このような問題を解決するために、ニップ部に対する記録紙の排紙側にて加熱ローラに対して圧搾空気を噴射させ、加熱ローラに巻き付いた記録紙の先端部を圧搾空気の風圧によって剥離させる定着装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−157179号公報
特許文献1における定着装置は、ニップ部に対する記録紙の排紙側に、圧搾空気を噴射して加熱ローラに巻き付いた記録紙の先端部を剥離させるエアノズルと、剥離した記録紙がエアノズルに当接しないように案内する案内板が設けられている。そして、定着されたばかりの高温の記録紙に低温の圧搾空気が当たると光沢ムラが発生する虞があるので、エアノズルにヒータを設けて圧搾空気を加熱した状態で噴射している。
しかしながら、エアノズルにヒータを設けただけでは、噴射前にエアノズル付近に貯溜する圧搾空気のみが加熱され、ヒータから離れた奥に貯溜する圧搾空気は加熱されない。本文献には圧搾空気を短時間(例えば0.01〜0.1sec)だけ1回、またはある程度時間間隔を置いて断続的に流すと記載されており、このような短時間の1回の噴射で記録紙を剥離でき、且つ、1枚だけの給紙の場合は、加熱された圧縮空気を用いることができるが、断続的に何度も噴射しなければ記録紙を剥離できない場合や、多数枚の記録紙を連続的に給紙する場合には、奥に貯溜する低温の圧搾空気も噴射することになり、光沢ムラを確実に防止することは困難である。従って、噴射中に流動している圧搾空気を連続的に加熱するためには大容量のヒータが必要となる。
しかも、記録紙を確実に分離させるためには、記録紙の幅方向に少なくとも3個程度の複数のエアノズルを設ける必要があり、複数のエアノズル毎に大容量のヒータを設けることになると、ヒータ専用の大きな電源を設ける必要があって装置が大型化し、コストアップになるという問題がある。
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、圧搾空気加熱用の専用のヒータや電源を設けることなく、大容量の圧搾空気を加熱することができて、定着後の光沢ムラを確実に防止することができ、且つ、大型化やコストアップを避けることができる定着装置及び画像形成装置を提案することを目的とする。
前記目的は、下記に記載した発明により達成される。
本発明の定着装置は、所定の加熱部材によって加熱される加熱ローラと、前記加熱ローラを加圧する加圧ローラと、前記加熱ローラと前記加圧ローラとにより形成されるニップ部の排紙側に配置され、該ニップ部を通過した記録紙の先端部にエアノズルから圧搾空気を噴射し、記録紙を前記加熱ローラより剥離させる空気噴射手段と、を備えた定着装置において、前記エアノズルまで圧搾空気を流動させる流動経路の一部を、前記加熱ローラの外周面の長手方向に沿って配置し、前記加熱部材の熱が熱伝導若しくは熱輻射によって前記流動経路の一部内の圧搾空気に伝達されることを特徴とする。
本発明の定着装置は、所定の加熱部材によって加熱される加熱ローラと、定着ローラと、前記加熱ローラと前記定着ローラとに張架されて循環駆動される無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを介して前記定着ローラを加圧する加圧ローラと、前記定着ベルトと前記加圧ローラとにより形成されるニップ部の排紙側に配置され、該ニップ部を通過した記録紙の先端部にエアノズルから圧搾空気を噴射し、記録紙を前記定着ベルトより剥離させる空気噴射手段と、を備えた定着装置において、前記エアノズルまで圧搾空気を流動させる流動経路の一部を、前記加熱ローラの外周面の長手方向に沿って配置し、前記加熱部材の熱が熱伝導若しくは熱輻射によって前記流動経路の一部内の圧搾空気に伝達されることを特徴とする。
本発明の定着装置及び画像形成装置によれば、ニップ部を通過した記録紙の先端部にエアノズルから圧搾空気を噴射し、記録紙を加熱ローラや定着ベルトより剥離させる定着装置において、エアノズルまで圧搾空気を流動させる流動経路の一部を、加熱ローラを加熱する加熱部材の熱が熱伝導若しくは熱輻射によって伝達される位置に配置したので、圧搾空気加熱用の専用のヒータや電源を設けることなく、大容量の圧搾空気を加熱することができて、定着後の光沢ムラを確実に防止することができ、且つ、装置の大型化やコストアップを避けることができる。
本発明の定着装置に関する実施の形態を図を参照して詳細に説明する。
先ず、本発明の定着装置を有する画像形成装置について、図1の基本構成図を参照して説明する。
図1において、1は電子写真感光体である感光体ドラムであって、感光体ドラム1は矢示の方向に所定の周速度で回転駆動され、その表面が帯電器2によってマイナスの所定の電位VHに一様帯電される。
3は露光装置で、不図示の画像読取装置やコンピュータ等から入力される画像情報の時系列デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームを出力する。一様帯電された感光体ドラム1の表面は、このレーザビームによって走査露光される。これにより、感光体ドラム1の露光部分は電位絶対値が低下して電位VLとなり感光体ドラム1の表面に静電潜像が形成される。
現像器4は回転駆動される現像ローラ4aを備えている。現像ローラ4aは感光体ドラム1と対向して配置されており、その外周面にマイナスに帯電したトナーの薄層が形成される。現像ローラ4aには、その絶対値が感光体ドラム1の電位VHよりも小さく、電位VLよりも大きい現像バイアス電圧が印加されており、これにより現像ローラ4a上のトナーが感光体ドラム1の電位VL部分にのみ付着して反転現像が行われ、トナー像が形成される。
一方、不図示の給紙部から給送される転写材である記録紙Pはレジストローラ61を経て、感光体ドラム1の回転と同期した適切なタイミングで感光体ドラム1と帯電転写極5とで形成される転写領域へ送られる。そして、感光体ドラム1上のトナー像は転写バイアスが印加された帯電転写極5により記録紙Pに転写される。
62は定着用ガイドであって、トナー像が転写された記録紙Pは定着装置7へ搬送され、記録紙P上に転写されたトナー像の定着がなされる。定着装置7を通過してトナー像の定着を終えた記録紙Pは不図示の排紙トレイ上に排出される。
一方、記録紙Pが分離された後の感光体ドラム1は、その表面に付着した転写残トナー等の残留物がクリーニング装置9によって除去され、クリーニングされた感光体ドラム1は繰り返し次の画像形成に供される。
なお、上述の画像形成装置はモノクロ画像を形成する装置であるが、本発明はカラー画像を形成する装置に対しても適用される。
次に、本発明に係わる定着装置7を図2の断面図に基づいて詳細に説明する。
図2において、定着装置7は、ハロゲンヒータH(加熱部材)により加熱される加熱ローラ71、加熱ローラ71を下方より加圧する加圧ローラ72等から構成されている。
加熱ローラ71は、中央に内蔵したハロゲンヒータHと、アルミニュウムや鉄等により円筒状に形成された芯金71aと、PFA(パーフルオロアルコキシ)若しくはPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂から形成され、芯金71aを塗布若しくはチューブにて被覆する離型層71bとから構成されている。
加圧ローラ72は、ステンレス等により円筒状に形成された芯金72aと、シリコンゴムの発泡体からなり芯金72aの外周面に位置する弾性層72bと、PFAチューブ等から形成されて弾性層72bの外周面を被覆する離型層72cとから構成されている。そして、加圧ローラ72は不図示の付勢部材によって付勢されて、加熱ローラ71を下方より加圧している。
なお、場合によっては加熱ローラ71を加熱する加熱部材としてハロゲンヒータHに代えて誘導加熱方式にしてもよい。
また、加熱ローラ71に付着したトナー等を清掃する清掃手段75が設けられ、ウエッブ75a、使用前のウエッブ75aを巻回する元巻軸75b、ウエッブ75aを加熱ローラ71に圧着させる圧着ローラ75c(中空ローラ)、及び使用後のウエッブ75aを巻き取る巻取軸75dからなる。ウエッブ75aは不織布からなり、所定の通紙枚数毎に間欠的に巻き取られる。
上記構成により、ハロゲンヒータHによって加熱され不図示のモータによって駆動された加熱ローラ71が時計方向に回転すると、加圧ローラ72が反時計方向に回転する。従って、図1の如き画像形成装置によってトナー画像が形成された記録紙Pは、加熱ローラ71と加圧ローラ72とにより形成されたニップ部Nで挟持・搬送され、加熱・加圧されることにより記録紙P上のトナー像が定着される。
ここで、記録紙P上のトナー像が加熱ローラ71の表面に圧着し、軟化したトナーの粘着性により記録紙Pが加熱ローラ71に巻き付いてしまうことを防止するため、加熱ローラ71に対して圧搾空気を噴射させ、加熱ローラ71に巻き付いた記録紙Pの先端部を空気の風圧によって剥離させる空気噴射手段が備えられ、圧搾空気を噴射するエアノズル81がニップ部Nに対する記録紙Pの排紙側に設けられている。
そして、記録紙Pがニップ部Nを通過する時点で、エアノズル81より圧搾空気を噴射して、加熱ローラ71に巻き付いた記録紙Pの先端部を加熱ローラ71より剥離させる。そして、案内部材79がエアノズル81よりニップ部Nの方向に突出して設けられているので、剥離した記録紙Pはエアノズル81に当接することなく案内部材79に沿って搬送される。従って、エアノズル81より圧搾空気を噴射する時間は短時間でよく、連続して噴射しても、パルス状に断続的に噴射しても、どちらでもよい。
なお、記録紙Pが案内部材79と摺接するので、案内部材79における摺接する面は滑面に形成され、離型層が塗布されていることが望ましい。
また、定着されたばかりの高温の記録紙Pに低温の圧搾空気が当たると光沢ムラが発生する虞があるので、加熱した高温の圧搾空気を噴射する必要がある。このように圧搾空気を加熱する構成の一例を図3乃至図5に基づいて説明する。図3は圧搾空気を加熱する空気加熱ローラ等の斜視図、図4は空気加熱ローラの断面図、図5は空気噴射手段の全構成を示す模式図である。
図3において、加熱ローラ71、加圧ローラ72及び圧着ローラ75cは図2に基づいて説明した部材と同等のものである。ここで、圧搾空気を噴射させるエアノズル81まで圧搾空気を流動させる流動経路の一部にアルミニュウム等の金属から形成された中空の圧着ローラ75cを用い、圧着ローラ75cの内部に圧搾空気を流動させている。
なお、82はエアノズル81からの噴射のタイミングを図る電磁弁である。
このように構成した圧着ローラ75cを図4に基づいて説明する。
圧着ローラ75cの両端において、保持板76にスリーブ77が植設され、スリーブ77に挿入された軸受け78に圧着ローラ75cの内部両端が嵌合している。また、保持板76は不図示の付勢部材によって付勢されている。従って、圧着ローラ75cは回転自在に構成されて、ウエッブ75aを加熱ローラ71に圧着している。
また、一方のスリーブ77には電磁弁82と連結する連結管83が挿着され、他方のスリーブ77には圧搾空気を溜めるエアタンクと連結する連結管84が挿着されている。なお、連結管83,84はゴム若しくはプラスチックから形成されている。
ここで、圧着ローラ75cはウエッブ75aを介して加熱ローラ71を押圧しているので、ハロゲンヒータHによって加熱された加熱ローラ71の熱が圧着ローラ75cに伝導されて圧着ローラ75cが加熱されるので、エアノズル81より噴射しないときに圧着ローラ75cの内部75c1に貯溜している圧搾空気は加熱される。
従って、加熱ローラ71に巻き付いた記録紙Pの先端部を加熱ローラ71より剥離させるときに、エアノズル81より加熱された圧搾空気を噴射することができるので、定着後の記録紙Pに光沢ムラが発生することがない。また、圧着ローラ75cの内部75c1に貯溜した多量の圧搾空気を加熱することができるので、多数枚の記録紙を連続的に給紙するときにも加熱された圧搾空気を噴射し続けることが可能である。更に、圧搾空気を加熱するための専用のヒーターや電源等も不要であるので、装置の大型化やコストアップを避けることができる。
次に、空気噴射装置の全構成を図5の模式図に基づいて説明する。
エアポンプ87から送られた圧搾空気はレギュレータ86で圧力調整された後、エアタンク85に貯溜される。また、圧搾空気の一部は圧着ローラ75cに到達して前述の如く加熱される。そして、記録紙Pがニップ部Nを通過するときに、電磁弁82を開放してエアノズル81より圧搾空気を噴射する。
なお、エアノズル81は加熱ローラ71の長手方向に3本から6本程度を設けることが好ましく、電磁弁82もエアノズル81と同等数必要である。
また、複数の電磁弁82を設けずに、1個の電磁弁82のみを複数のエアノズル81に分岐する分岐部83aの上流側に配置してもよい。
その他に、以上の形態においては、圧搾空気を清掃手段75の圧着ローラ75c内を通過させて加熱したが、清掃手段75の圧着ローラ75cとは別に加熱ローラ71を直接圧着する専用の中空ローラを設け、この中空ローラ内に圧搾空気を流動させて加熱するようにしてもよい。
更に、以上の圧着ローラ75cは高温の加熱ローラ71の外表面を押圧し、熱伝導によって加熱される構成であった。しかし、圧搾空気を流動させる専用の中空ローラを、加熱ローラ71内のハロゲンヒータHと加熱ローラ71の内周面との間の空隙に配置し、ハロゲンヒータHからの熱輻射によって前記ローラが加熱されるように構成してもよい。
このように構成した定着装置を図6に示す。図2と同一符号の部材は図2と同一の部材であるので、説明を省略する。
図6において、金属製の中空ローラ175が加熱ローラ71内のハロゲンヒータHと加熱ローラ71の内周面との間の空隙に配置され、ハロゲンヒータHからの熱輻射によって中空ローラ175が加熱されるので、中空ローラ175内の圧搾空気も加熱される。なお、この場合は、清掃手段75の圧着ローラ75cには圧搾空気を流動させないので、圧着ローラ75cは中空である必要はない。
また、以上の如く説明した定着装置は熱ローラ定着方式の定着装置であったが、本発明はベルト定着方式の定着装置にも適用できる。以下に、本発明を用いたベルト定着方式の定着装置の一例について図7に基づいて説明する。
定着ベルト101は、無端状に形成され、例えば、基体としてPI(ポリイミド)等からなる耐熱性の樹脂ベルトを用い、基体の外周面を耐熱性のシリコンゴムで被覆し、更に、離型層としてPFA(パーフルオロアルコキシ)チューブで被覆している。
加熱ローラ102は、定着ベルト101を加熱する加熱部材としてのハロゲンヒータH1を内蔵し、例えば、アルミニュウム等から形成された円筒状の中空回転体102aの外周面を、耐熱性のPFAチューブ102bで被覆し、ハードローラとして構成されている。
定着ローラ103は、鉄等の金属から形成された中実の芯金103aを耐熱性のシリコンゴム103bで被覆し、更に、スポンジ103cで被覆して、ソフトローラとして構成されている。
加圧ローラ104は、ハロゲンヒータH2を内蔵し、例えばアルミニュウム等から形成された円筒状の中空回転体104aの外周面を耐熱性のシリコンゴム104bで被覆し、更に、離型層としてPFA(パーフルオロアルコキシ)チューブ104cで被覆し、ソフトローラとして構成されている。
なお、定着ベルト101を加熱する加熱部材として、どのような加熱部材を用いてもよく、例えば励磁コイルを用いた誘導加熱発熱体を用いてもよい。また、加熱部材は、必ずしも加熱ローラ102等の中に配置されていなくてもよく、どこに配置されていてもよい。
また、定着ベルト101に付着したトナー等を清掃する清掃手段105が設けられ、ウエッブ105a、使用前のウエッブ105aを巻回する元巻軸105b、ウエッブ105aを加熱ローラ102上の定着ベルト101に圧着させる圧着ローラ105c(中空ローラ)、及び使用後のウエッブ105aを巻き取る巻取軸105dからなる。ウエッブ105aは不織布からなり、所定の通紙枚数毎に間欠的に巻き取られる。
以上の構成において、不図示の駆動手段によって定着ローラ103を時計方向に回転させると、定着ベルト101及び加熱ローラ102は時計方向に回転し、加圧ローラ104は反時計方向に回転する。また、加熱ローラ102はハロゲンヒータH1によって加熱されうるので、加熱ローラ102に当接する定着ベルト101も加熱され、更に加圧ローラ104もハロゲンヒータH2によって加熱される。そして、不図示の付勢手段によって加圧ローラ104が定着ローラ103の方向に付勢されているので、定着ローラ103に巻回された定着ベルト101と加圧ローラ104との間のニップ部Nで、給紙された記録紙Pが加熱・加圧されて、記録紙P上のトナー像が定着される。
また、圧搾空気を噴射するエアノズル111がニップ部Nに対する記録紙Pの排紙側に設けられ、剥離した記録紙Pはエアノズル111よりニップ部Nの方向に突出した案内部材112に案内されて排紙される。
そして、図2の熱ローラ定着方式の定着装置と同様に、圧着ローラ105c内に圧搾空気が流動するので、ハロゲンヒータH1により加熱された加熱ローラ102の熱が定着ベルト101を介して圧着ローラ105cに伝導され、圧着ローラ105c内部の圧搾空気が加熱される。従って、ニップ部Nで定着ベルト101に巻き付いた記録紙Pの先端部を定着ベルト101より剥離させるときに、圧着ローラ105cにて加熱された圧搾空気をエアノズル111より噴射することができるので、定着後の記録紙Pに光沢ムラが発生することがない。
また、清掃手段105の圧着ローラ105cとは別に定着ベルト101を介して加熱ローラ102に圧着する専用の中空ローラを設け、この中空ローラ内に圧搾空気を流動させて加熱するようにしてもよい。
更に、図6と同様に、専用の中空ローラを加熱ローラ102内のハロゲンヒータH1と加熱ローラ102の内周面との間の空隙に配置し、ハロゲンヒータH1からの熱輻射によって中空ローラが加熱されるように構成してもよい。
なお、以上の各実施の形態において、圧搾空気がローラ内で加熱される温度は100℃から定着温度の間にあることが望ましい。定着温度は160℃乃至200℃である。
画像形成装置の基本構成図である。 定着装置の断面図である。 圧搾空気を加熱する空気加熱ローラ等の斜視図である。 空気加熱ローラの断面図である。 空気噴射手段の全構成を示す模式図である。 他の形態の定着装置の断面図である。 ベルト定着装置の断面図である。 剥離爪を用いた定着装置の断面図である。
符号の説明
7 定着装置
71,102 加熱ローラ
72,104 加圧ローラ
75,105 清掃手段
75a ウエッブ
75c,105c 圧着ローラ
79,112 案内部材
81,111 エアノズル
82 電磁弁
101 定着ベルト
103 定着ローラ
175 中空ローラ
H,H1 ハロゲンヒータ
N ニップ部
P 記録紙

Claims (10)

  1. 所定の加熱部材によって加熱される加熱ローラと、
    前記加熱ローラを加圧する加圧ローラと、
    前記加熱ローラと前記加圧ローラとにより形成されるニップ部の排紙側に配置され、該ニップ部を通過した記録紙の先端部にエアノズルから圧搾空気を噴射し、記録紙を前記加熱ローラより剥離させる空気噴射手段と、を備えた定着装置において、
    前記エアノズルまで圧搾空気を流動させる流動経路の一部を、前記加熱ローラの外周面の長手方向に沿って配置し、前記加熱部材の熱が熱伝導若しくは熱輻射によって前記流動経路の一部内の圧搾空気に伝達されることを特徴とする定着装置。
  2. 所定の加熱部材によって加熱される加熱ローラと、
    定着ローラと、
    前記加熱ローラと前記定着ローラとに張架されて循環駆動される無端状の定着ベルトと、
    前記定着ベルトを介して前記定着ローラを加圧する加圧ローラと、
    前記定着ベルトと前記加圧ローラとにより形成されるニップ部の排紙側に配置され、該ニップ部を通過した記録紙の先端部にエアノズルから圧搾空気を噴射し、記録紙を前記定着ベルトより剥離させる空気噴射手段と、を備えた定着装置において、
    前記エアノズルまで圧搾空気を流動させる流動経路の一部を、前記加熱ローラの外周面の長手方向に沿って配置し、前記加熱部材の熱が熱伝導若しくは熱輻射によって前記流動経路の一部内の圧搾空気に伝達されることを特徴とする定着装置。
  3. 前記流動経路の一部に位置する圧搾空気が前記加熱部材により100℃以上に加熱されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の定着装置。
  4. 分離した記録紙が前記エアノズルに当接しないように案内する案内部材を設けたことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の定着装置。
  5. 前記流動経路の一部が金属製の中空ローラにより形成されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の定着装置。
  6. 前記流動経路の一部が金属製の中空ローラにより形成され、前記中空ローラは前記加熱ローラの外周面に圧接することを特徴とする請求項に記載の定着装置。
  7. 前記流動経路の一部が金属製の中空ローラにより形成され、前記中空ローラは、前記加熱ローラを清掃するウエッブを介して前記加熱ローラの外周面を押圧することを特徴とする請求項に記載の定着装置。
  8. 前記流動経路の一部が金属製の中空ローラにより形成され、前記中空ローラは前記定着ベルトを清掃するウエッブと前記定着ベルトを介して前記加熱ローラの外周面を押圧することを特徴とする請求項に記載の定着装置。
  9. 前記中空ローラは、前記加熱ローラに内蔵した前記加熱部材と該加熱ローラの内周面との空隙に配置されていることを特徴とする請求項5に記載の定着装置。
  10. 請求項1〜9の何れか1項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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