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JPH04274473A - 定着装置 - Google Patents

定着装置

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Publication number
JPH04274473A
JPH04274473A JP3617891A JP3617891A JPH04274473A JP H04274473 A JPH04274473 A JP H04274473A JP 3617891 A JP3617891 A JP 3617891A JP 3617891 A JP3617891 A JP 3617891A JP H04274473 A JPH04274473 A JP H04274473A
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JP
Japan
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fixing
roller
rotor
pressure
pressure roller
Prior art date
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Granted
Application number
JP3617891A
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English (en)
Other versions
JP3072781B2 (ja
Inventor
Koichi Tanigawa
谷川 耕一
Akihiko Takeuchi
昭彦 竹内
Hiroshi Sasame
笹目 裕志
Yasumasa Otsuka
康正 大塚
Hideyuki Yano
秀幸 矢野
Hideo Nanataki
七▲瀧▼ 秀夫
Takayasu Yunamochi
貴康 弓納持
Kazuro Ono
和朗 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP03036178A priority Critical patent/JP3072781B2/ja
Publication of JPH04274473A publication Critical patent/JPH04274473A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3072781B2 publication Critical patent/JP3072781B2/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は未定着トナー像を定着す
る定着装置及び定着装置を有し、両面モードを有する画
像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の定着装置の縦断面図を図2に示す
【0003】定着ローラ1は中空の円筒シリンダーで、
内部にヒータ3を有しており、定着ローラ1の表面に接
触して温度を検知するセンサー4の出力を図示せぬコン
トローラにフィードバックして、ヒータ3のオン・オフ
を行ない、常に所定の表面温度を得るようにしてある。 加圧ローラ2は、弾性体より成り、図示せぬ付勢手段に
より定着ローラ1に押圧されて、定着ニップ部Nを形成
する。未定着粉体像を載せた紙葉体(不図示)は、入口
上ガイド5及び入口下ガイド6の形成する入口空間を経
て、定着ニップ部Nに未定着像が定着ローラ1に接する
ように挿入されて粉体が紙葉体に加熱・加圧作用で定着
される。紙葉体は、定着ローラ1に接触している剥離爪
7により、定着ローラ1より剥離され、出口下ガイド8
を経て定着排紙ローラ9により、排出される。
【0004】図2には、図3のA−A′の一点鎖線に沿
った定着ローラ1及び加圧ローラ2の横断面図を示す。 定着ローラ1は、鉄やアルミニウムなどの金属より成る
パイプ11上に、PFA・PTFE等の離型層12を形
成したローラより成っており、加圧ローラ2は芯金21
上にシリコンゴム等の耐熱性のある高離型性を有する弾
性体22を形成したローラより成っている。従来よく行
なわれている方法として、定着ローラ1の外径寸法を中
央部D1と端部D2で異ならせ、中央部よりも端部の方
を大きく(D1<D2)して、逆クラウン形状とするこ
とがある。これは定着ニップ部N内において、紙葉体を
中央部から端部へと引張る力を付与し、紙葉体の進行方
向とは直角方向にシゴキを与えて、シワの発生を防ぐこ
とを目的としたものである。図8には、逆クラウン形状
の定着ローラ1を用いた場合のニップ部N内での紙葉体
たる転写用紙17に働く力を示した横断面図である。つ
まり、中央部においては、転写用紙17を下方向に押さ
える力f1が働くのみであるが、中央部と端部の間の領
域では、定着ローラ1の表面に傾斜が与えられているた
めに、押圧力f2の分力として表面に沿って転写用紙1
7を端部側に押す力f22が発生し、これが中央部を境
にして左右対称に生じるため、転写用紙17は、中央部
を固定して左右に引張られつつ、すなわちシゴキ力を受
けて定着ニップ部Nを通過するのである。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】静電的なオフセット
を防止するために、定着ローラにトナーと同極性のバイ
アス電圧を印加することが考えられる。
【0006】しかし、このように定着ローラにトナーと
同極性の電圧を印加した場合、転写材裏面に与えられト
ナーを支持するためのトナーと逆極性の電荷と定着ロー
ラとが静電的に吸引し、定着ローラに転写材が静電的に
吸着する。
【0007】このため定着ローラの逆クラウン形状によ
る転写材のシゴキが阻害されてシワが発生する。
【0008】また、両面プリントを行なう場合、加圧ロ
ーラと転写材間のトナーによりシゴキを阻害する力が生
じしわが発生し易い。
【0009】このシゴキの阻害に打ち勝つように定着ロ
ーラの逆クラウン量を非常に大きくすることも考えられ
るが、定着後の転写材のカールが大きくなり、自動両面
プリントを行なう画像形成装置においては、2面目の画
像形成時において、転写材の搬送径路上でカールにより
転写材が付近の物体(例えば、定着入口上ガイド5)に
引掛ってジャムが発生するという弊害があった。又1面
目の定着時においても、逆クラウン量が非常に大きいと
転写材の後端部分がハネ上げられて、定着入口上ガイド
5に接触し、未定着トナー像が乱されるという問題があ
った。
【0010】
【問題点を解決するための手段】上記問題点を解決する
本発明は、未定着トナー像と接する定着回転体とこの定
着回転体と圧接する加圧回転体と、定着回転体にトナー
と同極性の電圧を印加する電圧印加手段と、を有し、未
定着トナー像を静電的に支持した支持材を定着及び加圧
回転体で狭持搬送して定着を行なう定着装置において、
上記加圧回転体は中央部から端部側に向けて周長が、増
加することを特徴とするもの、定着回転体と、この定着
回転体と圧接し定着回転体より硬度の低い加圧回転体と
、を有する定着装置において、上記定着回転体、加圧回
転体は共に中央部から端部側に向けて周長が増加する逆
クラウン形状で、加圧回転体の逆クラウン量は定着回転
体の逆クラウン量よりも大きいことを特徴とするもの、
及び支持材上に未定着トナー像を形成する手段と、未定
着トナー像が形成された支持材を狭持搬送して定着を行
なう回転体対を有し、支持材の両面にトナー像を形成す
る両面モードを備えた両面画像形成装置において、上記
回転体は共に、中央部から端部側に向けて周長が増加す
る逆クラウン形状であることを特徴とするものである。
【0011】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づき説明する
【0012】図1は本発明の実施例の自動両面モードを
有する両面画像形成装置の主要部の断面図である。
【0013】感光ドラム10は矢印方向に駆動され、1
次帯電ローラ11により、その表面は一様に帯電される
。形成すべき画像情報に応じた露光12が行なわれて、
静電潜像が形成された後、現像器13により粉体トナー
14が付与されて、顕像が出来る。紙葉体たる転写用紙
17を収容したカセット15からは、給紙ローラ16に
より、転写用紙17が1枚ずつ取り出され、レジスタロ
ーラ18により感光ドラム上のトナー顕像の移動と同期
させて転写ガイド19を経て転写部に挿通される。 転写帯電器20は転写用紙17の背面にトナー14とは
逆極性の電荷を付与して、トナー顕像は転写用紙17上
へと転写される。除電針21は転写用紙17の背面の余
剰電荷を除去し、転写用紙17は感光ドラム10から剥
離され、搬送ガイド23により定着装置へと導かれる。 感光ドラム10上の残留トナーはクリーナー22により
払拭され、感光ドラム10の表面は清浄化されて、次の
画像形成に供される。
【0014】定着装置へと送られた転写用紙17は、前
述したとおり定着ニップ部Nを経て、トナー顕像を永久
定着され、廃止ローラ9により定着装置より排出される
。ここで、フラッパ24の位置に応じて、片面プリント
(破線位置)の場合は転写用紙17は最終プリントとし
て画像形成装置外へと排出される。一方、両面プリント
(実線位置)の場合は、転写用紙17は搬送路25を不
図示の搬送ローラ群により送られ、フラッパ26(破線
位置)を経て、中間トレイ27上に一旦停止する。2面
目の画像形成工程が進行して、然るべきタイミングにな
ると、反転ローラ28が中間トレイ27上の転写用紙1
7を給紙し、フラッパ26(実線位置)により、転写用
紙17は搬送ガイド29に向かい、再給紙ローラ30に
駆動されて搬送ガイド31を通ってレジスタローラ18
に至る。その後は、前述したのと同じ手順で転写、定着
が行なわれ最終的な両面プリントとしての転写用紙17
はフラッパ24(点線位置)により、画像形成装置置外
に排出される。
【0015】図1は本実施例の定着ローラ31と加圧ロ
ーラ32の横断面図である。
【0016】定着ローラ31は芯金31A上にフッ素樹
脂からなる離型層31Bが被覆された剛体ローラで、中
央部から端部に向けて周長が増加する逆クラウン形状で
ある。
【0017】加圧ローラ32は芯金32A及びシリコン
ゴムからなる弾性体32Bより成り、定着ローラより硬
度が低い。
【0018】この加圧ローラの外径は中央部D1よりも
端部D2の外が大きい。(△D=D2−D1>0)この
ように構成することで、薄手紙を用いて両面にベタ黒や
ハーフトンの全面画像をプリントした場合でもシワは発
生しないようにすることが出来る。加圧ローラ32の逆
クラウン量△Dについては、定着ローラ1の逆クラウン
量△D、加圧ローラ2′の硬度、加圧ローラ2′の表面
粗度又、プロセススピードや定着温度等の要因によりそ
の最適値が異なるものであるから、画像形成装置の具体
条件に応じて、設定するのが良い。本実施例の場合は、
芯金32A上に公知の方法によりストレート状の円筒弾
性体を形成した後に、研摩して逆クラウン量△Dを作る
。 尚、成形時のゴム型形状を予め逆クラウン対応の形状と
しておき、逆クラウン量△Dを作っても良い。
【0019】また加圧ローラ32は硬度の低い弾性ロー
ラでニップで弾性変形するため定着ローラ31と同じ逆
クラウン量では、しわ防止効果は小さい。
【0020】このため加圧ローラの逆クラウン量は定着
ローラの逆クラウン量より大きくすることが好ましい。
【0021】(実験例1)感光ドラム10としてアルミ
シリンダ上に有機光半導体(OPC)を形成した30m
mφのものを用い、周速50mm/secにて駆動し、
1次ローラ11により暗部電位−700Vに一様に帯電
させた。露光12として波長778nmのレーザ光走査
による光パターンを露光量2.0μJ/cm2の割合で
与え、明部電位−100Vの静電潜像を形成した。現像
器13には、体積平均粒径6.5μm荷電量−10μC
/grの一成分現像剤(スチレン・ブタジエン共重合体
をバインダとし、マグネタイトを内包するもの)を蓄え
、現像スリーブ上に約100μの薄層現像剤コーティン
グを行なって、感光ドラム1への最近接部にて非接触状
態で反転現像を行ない、露光された感光ドラム10の表
面箇所に現像剤(トナー)を付与した。転写用紙17と
して坪量が64gr/m2、80gr/m2、105g
r/m2、135gr/m2の4種類の用紙を用いて、
コロナ帯電器20により転写した。このコロナ帯電器は
、直径60μmのタングステン線に+6KVを印加して
、転写用紙17の背面にプラス電荷を付与するものであ
る。除電針21は、鋸歯状の先端を有するステンレス製
薄板を樹脂ホルダーで狭持したもので、ステンレス板を
接地することで、転写用紙17の背面の余剰電荷を中和
するように作用する。
【0022】定着ローラ31は長さ260mm・内径2
1.0mmののアルミニウム製のパイプ11を中央部よ
りも端部の方が大きくなるように表面を切削した上で、
30μの厚さのPFAチューブ12を被覆して焼成した
もので、外径寸法は中央部D1=24.92mm端部D
2=25.00mm(ここに言う端部とはパイプ11の
両端より20mmの位置である。)として、逆クラウン
量△D=80μmとした。加圧ローラ32はステンレス
製で直径8mm・長さ260mmの芯金32Aの上にシ
リコンゴムを長さ240mmに成形して、研摩した結果
外径が中央部でD1=19.90mm端部(定着ローラ
D2と同一の位置である両端より10mmの位置)でD
2=20.00mmとなるようにし、逆クラウン量△D
=100μmとなし硬度(アスカーC)50°とした。 このとき、定着ローラ31の表面粗度はRmax3μm
、加圧ローラ32の表面粗度はRmax6μmであった
【0023】尚、RmaxはJISB0601に基づき
0.8mmの測定長で測定し最大表面粗さである。
【0024】加圧ローラ32を不図示のバネにより芯金
32Aの両端にて定着ローラ31方向に押圧して、中央
部で3.0mm端部3.5mmの定着ニツプを形成した
【0025】ヒータ3は600Wのものを用いて、定着
ローラ1の表面温度が180℃に保たれるようにしセン
サー4の出力を温調回路(不図示)にフィードバックし
た。定着ローラ31を、周速49.75mm/sec(
感光ドラム10の周速の99.5%)にて駆動し、64
,80,105,135gr/m2の4種類の転写用紙
を用いてベタ黒(ドット比10%)、ハーフトン(ドッ
ト比33%)、文字(ドット比4%)の各パターンを自
動両面プリントした処、片面、面面ともいずれもシワの
発生はなかった。
【0026】尚、加圧ローラ32の逆クラウン量△Dを
異ならせた場合、20μmを下回った場合には、シワ防
止効果が減少し、64gr/m2紙のベタ黒両面プリン
トのシワが発生した。又、逆クラウン量△D′が300
μmを上回ると、転写用紙17のカールが大きくなり両
面プリント時に定着入口上ガイド5に衝突し、ジャムを
生じたり、画像を乱す弊害を見た。従って、本実施例で
は、加圧ローラ2′の逆クラウン量△D′は20〜30
0μm、好ましくは40〜250μmとすれば良いこと
が判った。
【0027】(比較例1)図1装置で外径が20.00
mmのストレート形状の加圧ローラを用いた他は同じ構
成とした場合は、次の表1に示すようにしわが発生した
【0028】
【表1】
【0029】(実施例2)図5は、本発明の第2実施例
の加圧ローラ42を示す。第1実施例と異なる点は弾性
体が2層構成体である点で、芯金42Aの上にまず発泡
スポンジ層42Bを形成した上で、中央部と端部で厚さ
の異なるシリコンゴム層42Cを形成したものであり、
第1実施例に比べて全体としての硬度がより低く出来る
ので、封筒のような2重・3重の折り返しを持った紙葉
体をシワの発生なしに定着するのに適している。
【0030】(実験例2)加圧ローラ42として、芯金
42Aは第1実験例と同じものを用いて、発泡スポンジ
層42Bを5mm厚さのストレート形状で芯金42A上
に形成した後に、逆クラウン形状が成形できる型に入れ
て、液状シリコンゴムを射出成形し、シリコンゴム層4
2Cを中央部よりも端部が厚くなるように形成した。そ
の結果、加圧ローラ42の外径は中央部でD1=19.
90mm、端部でD2=20.00mmとなり、逆クラ
ウン量△D=100μmを実現し、硬度(アスカーC)
40°とした。つまり、本実施例では、シリコンゴム層
42Cが、中央部よりも端部において50μmより厚く
なっている。
【0031】この加圧ローラ42を、定着ローラ31に
バネ(不図示)で押圧して、定着ニップNの幅を中央部
3.5mm、端部4.0mmとした。
【0032】他の条件は第1実施例と同じにして、4種
類の転写用紙を用いて3種類の印字パターンでシワの発
生をテストしたが、片面・両面ともにシワは全く発生し
なかった。
【0033】更に封筒(USA規格のCOM10のサイ
ズ)を用いて印字したところ、第1実施例の定着装置で
はシワが発生したけれども、本実施例においてはシワの
発生はなかった。
【0034】第6図及び第7図は本発明の第3実施例を
示す。前出と同符号は同部材を示す。32は電源であり
、定着ローラ31のパイプ11部にトナー14と同極性
のバイアス電圧を付与し、トナー14がニップ部N内で
定着ローラ1の表面に付着(オフセット)するのを防い
でいる。加圧ローラ52は、芯金52A上にストレート
形状のスポンジ層52Bを形成したものを内壁が逆クラ
ウン形状の円筒型に入れて、内壁面に高離型性材料より
成るチューブ52Dを配して、このチューブ52Dとス
ポンジ層52Bの間に導電性液状シリコンゴムを射出し
て成型し、導電ゴム層52Cを設けたものである。定着
ニップ部N内では、定着ローラ1のパイプ11を一方の
電極とし、加圧ローラ52の導電ゴム層52Cを他方の
電極として、トナー14を静電的に定着ローラ31表面
から反撥する電界が形成されるので、オフセットは効果
的に防止される。ダイオード33は本構成の加圧ローラ
52の芯金52Aを介して、導電ゴム層52Cと接続し
ており、転写用紙17が転写時に受けた必要な量のトナ
ー14とは逆極性の背面電荷が、リークするのを防いで
おり、静電オフセットを防ぐ補助的な役割を負っている
【0035】このように、定着ローラ31にバイアス電
圧を印加した場合には、転写用紙17自体は定着ローラ
31に静電的に吸着されるため、定着ローラ31の逆ク
ラウン形状によるシゴキ作用が減殺されて、特に、両面
プリント時にドット比率の高いパターンを印字する場合
にシワが発生し易くなる。そこで、本実施例では、加圧
ローラ52にも逆クラウン形状を付与して、シワの発生
を防いだものである。
【0036】(実験例3)画像形成装置の概要は図1に
示されたものと略同じ構成の自動両面プリント装置を用
いたが、主要な構成要素として感光ドラム10の周速度
が異なり、本実験例では100mm/secとした。 又、転写帯電器20に代えて、オゾン発生が少なく、転
写用紙17を転写時に安定的に支持できる利点を有する
転写ローラ(不図示)を用いた。感光ドラム10の周囲
のプロセス構成は、この他は実験例1と同じとした。
【0037】定着ローラ31は、長さ260mm・内径
24.0mmのアルミニウム製パイプ11を中央部より
も端部の方が大きくなるように表面を切削した上で、5
0μの厚さの比抵抗1014Ω・cmのPFAチューブ
12を被覆して焼成したもので、外径は中央部D1=2
9.90mm端部D2=30.00mmとし、逆クラウ
ン量△D=100μmとした。
【0038】加圧ローラ52は鉄製で直径16mmφの
芯金52A上に発泡スポンジ層52Bを厚さ5.5mm
・長さ236mmに成形した後、内壁が逆クラウン形状
の円筒型にいれて、内壁面には厚さ50μmのカーボン
入りPFAチューブ52Dを配して、このPFAチュー
ブ52Dとスポンジ層52Bの間に比抵抗103Ω・c
m導電性液状シリコンゴム52Cを射出成型し、該シリ
コンゴム層52Cはスポンジ層52Bの端面を覆って芯
金52Aに接するようにした。こうして得られた加圧ロ
ーラ52の外径寸法は中央部D1=29.85mm、端
部D2=30.00mm、逆クラウン量△D=150μ
mであり、加圧ローラ52の弾性体部分の長さは、24
0mmであつた。この加圧ローラ52の硬度(アスカー
C)は38°であった。このとき定着ローラ1の表面粗
度はRmax3μm、加圧ローラ2′′′の表面粗度は
Rmax3μmであった。
【0039】ここで加圧ローラ52のPFAチューブ5
2Dの役割について説明すれば、転写ローラ(不図示)
を用いた場合、転写用紙17の背面に微小なトナー汚れ
を生じるために、長時間の使用により加圧ローラ52の
表面にトナー汚れが蓄積して、表面の離型性が損われ、
特に両面プリントを行なう場合に、加圧ローラ52に接
した1面目の定着済の画像が剥ぎとられて画像欠けが生
じたり、極端な場合には加圧ローラ52に転写用紙17
が巻きついてしまうことがあり、こうした加圧ローラ5
2の表面へのトナー汚れを防ぐ為にPFAチューブ52
Dの高離型性が活用される。更に、PFA中にカーボン
を分散させることで、転写用紙17との摩擦帯電の発生
を極小に押さえて、トナー14の定着ローラ1へのオフ
セットを防ぐものである。
【0040】加圧ローラ52を不図示のバネにより、芯
金52Aの両端にて定着ローラ1方向に押圧して、中央
部で4.5mm、端部で5.0mmの定着ニップを形成
した。ヒータ3は750Wのものを用いて、定着ローラ
31の表面温度が190℃に保たれるように、センサ4
の出力を温調回路(不図示)にフィードバックした。
【0041】定着ローラ1には−600Vのバイアス電
圧が、回転と同時に印加されるようにして、定着ローラ
1を周速99.50mm/sec(感光ドラム10の周
速の99.5%)にて駆動し、実験例1と同様に各種転
写用紙17上に各種パターンをプリントした処、いずれ
もシワの発生はなかった。
【0042】尚、本実施例での逆クラウン量は30〜2
50μm、好ましくは50〜200μmである。
【0043】(比較例2)本実験例に比べて、外径がD
1=D2=30.00mmのストレート形状の加圧ロー
ラを用いる点だけが異なるものとした場合には、以下の
表2に示す如く、シワが発生した。
【0044】
【表2】
【0045】尚、本実施例はローラで説明したがエンド
レスベルト等の回転体も用いることができる。
【0046】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、定着
回転体にトナーと同極性のバイアスを印加したり、両面
画像を形成しても支持材にしわを発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の両面画像形成装置の主要部の
断面図である。
【図2】従来の定着装置の一例の縦断面図である。
【図3】図2に示した装置の定着ローラ1と加圧ローラ
2の横断面図である。
【図4】本発明の第1実施例の定着ローラと加圧ローラ
の横断面図である。
【図5】本発明の第2実施例の加圧ローラの横断面図で
ある。
【図6】本発明の第3実施例の定着装置の縦断面図であ
る。
【図7】本発明の第3実施例の加圧ローラの横断面図で
ある。
【図8】定着ローラの逆クラウン形状による転写用紙へ
の作用力を説明する概略図である。
【符号の説明】
1.31  定着ローラ 2.32、42、52  加圧ローラ 3  ヒータ 4  温度センサー 5  定着入口上ガイド 7  分離爪 9  定着排紙ローラ 10  感光ドラム 11  1次帯電ローラ 13  現像器 14  トナー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  未定着トナー像と接する定着回転体と
    、この定着回転体と圧接する加圧回転体と、定着回転体
    にトナーと同極性の電圧を印加する電圧印加手段と、を
    有し、未定着トナー像を静電的に支持した支持材を定着
    及び加圧回転体で狭持搬送して定着を行なう定着装置に
    おいて、上記加圧回転体は中央部から端部側に向けて周
    長が、増加することを特徴とする定着装置。
  2. 【請求項2】  定着回転体と、この定着回転体と圧接
    し定着回転体より硬度の低い加圧回転体と、を有する定
    着装置において、上記定着回転体、加圧回転体は共に中
    央部から端部側に向けて周長が増加する逆クラウン形状
    で、加圧回転体の逆クラウン量は定着回転体の逆クラウ
    ン量よりも大きいことを特徴とする定着装置。
  3. 【請求項3】  支持材上に未定着トナー像を形成する
    手段と、未定着トナー像が形成された支持材を狭持搬送
    して定着を行なう回転体対を有し、支持材の両面にトナ
    ー像を形成する両面モードを備えた両面画像形成装置に
    おいて、上記回転体は共に、中央部から端部側に向けて
    周長が増加する逆クラウン形状であることを特徴とする
    両面画像形成装置。
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