JP2013250547A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面凹凸の度合いが異なる記録媒体であっても、濃度ムラの無い良好な画像を得ることができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】中間転写ベルト３１に一次転写されたトナー像の付着量を電位センサ３８Ａで検知し、二次転写後のベルト上の残トナーの付着量を電位センサ３８Ｂで検知する。給紙カセット１００とレジストローラ対１０１の間には表面特性検知手段９５が配置されている。制御部１２０は画像読み取りセンサ１２１からの検知データに基づいて粒状度を算出し、粒状度が所定値より大きい場合、電位センサ３８Ａ、３８Ｂの検知データに基づいて記録紙Ｐへのトナー像の転写率を変更する。転写率の変更は、トナー吐き出し制御かベルトクリーニング装置３７に設けられた潤滑剤塗布手段による塗布量を変化させることによりなされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。

従来、複写機やプリンタなどの電子写真方式を用いる画像形成装置において使用される用紙としては様々なものがある。大まかに分類すると、キャストコート紙、アート紙などの塗工紙、上質紙、中質紙、下級紙などの非塗工紙、ＯＡ用紙（普通紙）と呼ばれる情報用紙などが存在する。
これらの紙に対して広範囲の画像を出力する際に、濃度ムラ（ざらつき、ボソツキ）が発生することが問題となっている。
濃度ムラとは、トナーが画像領域で均一な濃度で存在せず、画像の粒状性が悪くなりざらついて見える現象のことである。この現象は文字や細線では目立たず、写真や絵の出力が多いカラー画像形成装置で特に問題となる。

濃度ムラに関しては、従来次のような方法で対応している。
特許文献１では、現像ローラ表面における現像剤担持量、現像領域における現像ギャップ、現像剤の見かけ密度の３つから計算できる値が、所定の範囲に収まるように各値を設定することで、現像領域における現像剤のつまり具合と現像ギャップとを適正な値にし、濃度ムラを防止している。
特許文献２では、中間転写体上に均一に潤滑剤を塗布することによりボソツキ等の異常画像を防止している。
しかしながら、特許文献１、２の方法では、紙の表面凹凸を考慮していないため、表面凹凸の大きい記録紙（以下「用紙」ともいう）を用いると、凹部で十分な転写が行われず濃度ムラが発生する可能性がある。表面凹凸の大きい用紙を使用した場合、像担持体と記録紙間の空隙の差が大きく、電場のムラが激しいため濃度のムラが生じやすい。

記録紙の凹凸に関しては、従来、プリンタ等の画像形成装置では、標準的に用いられる記録紙の表面凹凸を基準として、これに適合するようにトナーの付着量を定めているものもある。
この場合、標準的な記録紙とは異なる表面凹凸を持った記録紙を使用した場合濃度ムラが起こる可能性がある。
また、従来の画像形成装置の中には、表面凹凸の異なる複数種類の用紙に対する作像条件を予めメモリ上に記録しておき、画像形成に応じて使用者が作像条件を変更できるものも存在する。しかし、この方式の画像形成装置では、使用者に作像条件を選択させる作業が発生するため、利便性が悪いといった問題がある。使用者の作像条件の選択ミスによる用紙の無駄という問題も考えられる。
更に、上記方式の画像形成装置では、メモリ上に記録していない用紙を用いて画像形成を行った場合、濃度ムラが起きる可能性がある。

一方、従来の画像形成装置の中には、用紙の表面凹凸を検知する検知手段を有し、その検知結果を利用して記録紙上のトナー像を構成するトナーの付着量を制御することで濃度ムラを防止するものがある（特許文献３、特許文献４）。
特許文献３では、転写材の種別情報を取得し、データベースより転写材の表面粗さのデータを取得し、表面粗さが大きいほどトナー付着量が増加するように制御を行うものである。
特許文献４では、異なる２種以上の用紙判別手段から紙の表面凹凸を検知し、表面凹凸に応じた適切なトナー付着量を制御するものである。

しかしながら、特許文献３に記載の画像形成装置では、先に述べたものと同様に、データベース内に存在しない記録紙を扱ったときに対応できないといった問題がある。
また、特許文献３、４共にトナーの付着量を制御しているが、濃度ムラはトナーが画像領域で均一な濃度で存在していないため起こる現象である。これは紙の表面凹凸によって場所ごとに転写率が異なり、特に凹部で転写率が低いため発生すると考えられる。
そのため、像担持体上のトナー付着量を上げただけでは濃度ムラには対応できず、十分な品質の画像を得ることができない。

本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、表面凹凸の度合いが異なる記録媒体であっても、濃度ムラの無い良好な画像を得ることができる画像形成装置の提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、粒状度と、記録媒体上に転写された画像の主観評価との相関に着目し、粒状度を記録媒体への転写率を変化させることにより制御することで濃度ムラの発生を抑制することとした。
具体的には、像担持体と、該像担持体上に形成された潜像をトナー像として顕像化する現像手段とを有し、トナー像を記録媒体に直接にあるいは中間転写体を介して転写する画像形成装置において、記録媒体上に転写されたトナー像の粒状度を測定する粒状度測定手段を有し、該粒状度測定手段により測定された粒状度が所定値より大きい場合、記録媒体へのトナーの転写率を制御することを特徴とする。

本発明によれば、濃度ムラと良い相関がある粒状度を測定し、記録媒体の表面特性によって変化しない粒状度を、粒状度と相関のある転写率の変更によって制御するようにしたので、記録媒体の種類に関わらず濃度ムラを高精度に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタの概要構成図である。 画像形成ユニットの概要構成図である。 制御ブロック図である。 中間転写ベルトをクリーニングするクリーニング装置の概要構成図である。 表面特性検知手段の構成を示す図である。 表面特性検知手段による記録紙毎の表面凹凸データを示す特性図である。 画像読み取りセンサの構成を示す図である。 粒状度の算出工程を示すフローチャートである。 粒状度と、濃度ムラの主観評価ランクとの関係を示す実験特性図である。 付着力の異なるトナーを用いてベタ画像の転写を行った際の印加電圧と転写率との関係を示す実験特性図である。 付着力の異なるトナーを用いてベタ画像の転写を行った際の粒状度と転写率との関係を示す実験特性図である。 表面特性が異なる記録紙にベタ画像を転写させた際の転写率と粒状度との関係を示す実験特性図である。 表面特性が異なる記録紙における最大凹凸差と所定の粒状度に対応する転写率との関係を示す実験特性図である。 平均粗さと、所定の粒状度となる転写率との関係を示す実験特性図である。 濃度ムラを解消する制御動作を示すフローチャートである。 濃度ムラを解消する別の制御動作を示すフローチャートである。 実施例における１００枚ごとの粒状度測定結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
まず、図１に基づいて本実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタの基本的な構成について説明する。
このプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナー像を形成するための４つの画像形成ユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを備えている。
また、プリンタは、転写装置としての転写ユニット３０と、光書込ユニット８０と、定着装置９０と、給紙カセット１００と、レジストローラ対１０１等を備えている。

４つの画像形成ユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、画像形成物質として、互いに異なる色のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっており、寿命到達時に交換される。
Ｋトナー像を形成するための画像形成ユニット１Ｋを例に説明すると、図２に示すように、像担持体としてのドラム状の感光体２Ｋ、ドラムクリーニング装置３Ｋ、除電装置（不図示）、帯電装置６Ｋ、現像手段としての現像装置８Ｋ等を備えている。
現像装置８Ｋは、像担持体上に形成された潜像をトナー像として顕像化する現像手段である。
これらの装置が共通の保持体に保持されてプリンタ本体に対して一体的に脱着されることで、それらを同時に交換できるようになっている。

感光体２Ｋは、ドラム基体の表面上に有機感光層が形成された外径６０［ｍｍ］程度のドラム形状のものであって、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動される。
帯電装置６Ｋは、帯電バイアスが印加される帯電ローラ７Ｋを感光体２Ｋに接触あるいは近接させながら、帯電ローラ７Ｋと感光体２Ｋとの間に放電を発生させることで、感光体２Ｋの表面を一様帯電せしめる。
本実施形態では、トナーの正規帯電極性と同じマイナス極性に一様帯電せしめる。帯電バイアスとしては、直流電圧に交流電圧を重畳したものを採用している。帯電ローラ７Ｋは、金属製の芯金の表面に導電性弾性材料からなる導電性弾性層が被覆されたものである。帯電ローラ等の帯電部材を感光体２Ｋに接触あるいは近接させる方式に代えて、帯電チャージャーによる方式を採用してもよい。
一様帯電せしめられた感光体２Ｋの表面は、後述する光書込ユニットから発せられるレーザ光によって光走査されてＫ用の静電潜像を担持する。このＫ用の静電潜像は、図示しないＫトナーを用いる現像装置８Ｋによって現像されてＫトナー像になる。そして、後述する中間転写体としての中間転写ベルト３１上に１次転写される。

ドラムクリーニング装置３Ｋは、１次転写工程（後述する１次転写ニップ）を経た後の感光体２Ｋ表面に付着している転写残トナーを除去する。
ドラムクリーニング装置３Ｋは、回転駆動されるクリーニングブラシローラ４Ｋ、片持ち支持された状態で自由端を感光体２Ｋに当接させるクリーニングブレード５Ｋなどを有している。
回転するクリーニングブラシローラ４Ｋで転写残トナーを感光体２Ｋ表面から掻き取ったり、クリーニングブレードで転写残トナーを感光体２Ｋ表面から掻き落としたりする。
なお、クリーニングブレードについては、その片持ち支持端側を自由端側よりもドラム回転方向下流側に向けるカウンタ方向で感光体２Ｋに当接させている。

上記除電装置は、ドラムクリーニング装置３Ｋによってクリーニングされた後の感光体２Ｋの残留電荷を除電する。この除電により、感光体２Ｋの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。
現像装置８Ｋは、現像ローラ１２Ｋと、図示しないＫ現像剤を撹拌搬送する現像剤搬送部１３Ｋとを有している。
現像剤搬送部１３Ｋは、第１スクリュウ部材１０Ｋを収容する第１搬送室と、第２スクリュウ部材１１Ｋを収容する第２搬送室とを有している。
それらスクリュウ部材は、それぞれ、軸線方向の両端部がそれぞれ軸受けによって回転自在に支持される回転軸部材と、これの周面に螺旋状に突設せしめられた螺旋羽根とを具備している。

第１スクリュウ部材１０Ｋを収容している第１搬送室と、第２スクリュウ部材１１Ｋを収容している第２搬送室とは、仕切り壁によって仕切られている。
仕切り壁におけるスクリュウ軸線方向の両端箇所には、それぞれ両搬送室を連通させる連通口が形成されている。

第１スクリュウ部材１０Ｋは、図示しないＫ現像剤を、回転駆動に伴って回転方向に撹拌しながら、図中の紙面に直交する方向の奥側から手前側に向けて搬送する。
第１スクリュウ部材１０Ｋと、現像ローラ１２Ｋとは互いに向かい合う姿勢で平行配設されているため、このときのＫ現像剤の搬送方向は、現像ローラ１２Ｋの回転軸線方向に沿った方向でもある。
第１スクリュウ部材１０Ｋは、現像ローラ１２Ｋの表面に対してＫ現像剤をその軸線方向に沿って供給していく。
第１スクリュウ部材１０Ｋの図中手前側端部付近まで搬送されたＫ現像剤は、仕切り壁の図中手前側端部付近に設けられた連通開口を通って、第２搬送室内に進入する。
その後、第２スクリュウ部材１１Ｋの回転駆動に伴って、回転方向に撹拌されながら、図中手前側から奥側に向けて搬送されていく。

第２搬送室内において、ケーシングの下壁には図示しないトナー濃度センサが設けられており、第２搬送室内のＫ現像剤のＫトナー濃度を検知する。
Ｋトナー濃度検知センサとしては、透磁率センサからなるものが用いられている。Ｋトナーと磁性キャリアとを含有するＫ現像剤の透磁率は、Ｋトナー濃度と相関があるため、透磁率センサは、Ｋトナー濃度を検知していることになる。
このプリンタには、図３に示すように、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の現像装置の第２搬送室内にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナーをそれぞれ個別に補給するためのトナー補給手段１２５が設けられている。

プリンタの制御部１２０は、ＲＡＭに、各トナー濃度検知センサからの出力電圧値の目標値であるＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用のＶｔｒｅｆを記憶している。
各トナー濃度検知センサからの出力電圧値と、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用のＶｔｒｅｆとの差が所定値を超えた場合には、その差に応じた時間だけ各トナー補給手段１２５を駆動する。これにより、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の現像装置における第２搬送室内にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの新規トナーが補給される。
図２に示すように、ローラ１２Ｋは、第１スクリュウ部材１０Ｋに対向しているとともに、ケーシングに設けられた開口を通じて、感光体２Ｋにも対向している。
現像ローラ１２Ｋは、回転駆動される非磁性パイプからなる筒状の現像スリーブと、該スリーブの内部に連れ回らないように固定されたマグネットローラとを具備している。
第１スクリュウ部材１０Ｋから供給されるＫ現像剤をマグネットローラの発する磁力によってスリーブ表面に担持しながら、スリーブの回転に伴って、感光体２Ｋに対向する現像領域に搬送する。

現像スリーブには、トナーと同極性であって、感光体２Ｋの静電潜像よりも大きく、且つ感光体２Ｋの一様帯電電位よりも小さな現像バイアスが印加されている。
これにより、現像スリーブと感光体２Ｋの静電潜像との間には、現像スリーブ上のＫトナーを静電潜像に向けて静電移動させる現像ポテンシャルが作用する。
現像スリーブと感光体２Ｋの地肌部との間には、現像スリーブ上のＫトナーをスリーブ表面に向けて移動させる非現像ポテンシャルが作用する。
それら現像ポテンシャル及び非現像ポテンシャルの作用により、現像スリーブ上のＫトナーが感光体２Ｋの静電潜像に選択的に転移して、静電潜像をＫトナー像に現像する。

画像形成ユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃにおいても、画像形成ユニット１Ｋと同様にして、感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ上にＹ、Ｍ、Ｃトナー像が形成される。
図１に示すように、画像形成ユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの上方には、潜像書込手段としての光書込ユニット８０が配設されている。
光書込ユニット８０は、パーソナルコンピュータ等の外部機器から送られてくる画像情報に基づいてレーザダイオードから発したレーザ光により、感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを光走査する。
この光走査により、感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ上にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の静電潜像が形成される。

具体的には、感光体２の一様帯電した表面の全域のうち、レーザ光が照射された箇所は、電位を減衰せしめられる。
これにより、レーザ照射箇所の電位が、それ以外の箇所（地肌部）の電位よりも小さい静電潜像となる。
なお、光書込ユニット８０は、光源から発したレーザ光Ｌを、図示しないポリゴンモータによって回転駆動したポリゴンミラーで主走査方向に偏光せしめながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体に照射するものである。
ＬＥＤアレイの複数のＬＥＤから発したＬＥＤ光によって光書込を行うものを採用してもよい。

画像形成ユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの下方には、無端状の中間転写ベルト３１を支持しながら図中反時計回り方向に無端移動せしめる転写ユニット３０が配設されている。
転写ユニット３０は、像担持体としての中間転写ベルト３１の他に、駆動ローラ３２、２次転写裏面ローラ３３、クリーニングバックアップローラ３４を有している。
また、転写ユニット３０は、４つの１次転写ローラ３５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、ニップ形成ローラ３６、ベルトクリーニング装置３７、電位センサ３８Ａ、３８Ｂなどを有している。

中間転写ベルト３１は、そのループ内側に配設された駆動ローラ３２、２次転写裏面ローラ３３、クリーニングバックアップローラ３４、及び４つの１次転写ローラ３５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋによって回転可能に支持されている。
中間転写ベルト３１は、図示しない駆動手段によって図中反時計回り方向に回転駆動される駆動ローラ３２の回転力により、同方向に無端移動せしめられる。
中間転写ベルト３１としては、次のような特性を有するものを用いている。即ち、厚みは２０［μｍ］〜２００［μｍ］、好ましくは６０［μｍ］程度である。
体積抵抗率は１×１０^６［Ωｃｍ］〜１×１０^１２［Ωｃｍ］、好ましくは約１×１０^９［Ωｃｍ］程度である（三菱化学製ハイレスタ−ＵＰ ＭＣＰ ＨＴ４５にて、印加電圧１００Ｖの条件で測定）。材料は、カーボン分散ポリイミド樹脂からなる。

４つの１次転写ローラ３５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、無端移動せしめられる中間転写ベルト３１を感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋとの間に挟み込んでいる。
これにより、中間転写ベルト３１のおもて面と、感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋとが当接するＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の１次転写ニップが形成されている。
１次転写ローラ３５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋには、図示しない転写バイアス電源によってそれぞれ１次転写バイアスが印加されている。
これにより、感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ上のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナー像と、１次転写ローラ３５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋとの間に転写電界が形成される。

Ｙ用の感光体２Ｙ表面に形成されたＹトナーは、感光体２Ｙの回転に伴ってＹ用の１次転写ニップに進入する。
そして、転写電界やニップ圧の作用により、感光体２Ｙ上から中間転写ベルト３１上に１次転写される。
このようにしてＹトナー像が１次転写せしめられた中間転写ベルト３１は、その後、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の１次転写ニップを順次通過する。
そして、感光体２Ｍ、Ｃ、Ｋ上のＭ、Ｃ、Ｋトナー像が、Ｙトナー像上に順次重ね合わせて１次転写される。この重ね合わせの１次転写により、中間転写ベルト３１上には４色重ね合わせトナー像が形成される。

１次転写ローラ３５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、金属製の芯金と、これの表面上に固定された導電性のスポンジ層とを具備している弾性ローラからなり、次のような特性を有している。
即ち、１次転写ローラの外形は１６［ｍｍ］である。また、心金の径は１０［ｍｍ］である。
接地された外径３０［ｍｍ］の金属ローラを１０［Ｎ］の力でスポンジ層に押し当てた状態で、１次転写ローラ心金に１０００［Ｖ］の電圧を印加したときに流れる電流Ｉを測定した。
電流Ｉから、オームの法則（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）に基づいて算出したスポンジ層の抵抗Ｒは、約３×１０^７Ωである。
このような１次転写ローラ３５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに対して、１次転写バイアスを定電流制御で印加する。なお、１次転写ローラ３５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに代えて、転写チャージャーや転写ブラシなどを採用してもよい。

転写ユニット３０のニップ形成ローラ３６は、中間転写ベルト３１のループ外側に配設されており、ループ内側の２次転写裏面ローラ３３との間に中間転写ベルト３１を挟み込んでいる。
これにより、中間転写ベルト３１のおもて面と、ニップ形成ローラ３６とが当接する２次転写ニップが形成されている。
ニップ形成ローラ３６は接地されているのに対し、２次転写裏面ローラ３３には、２次転写バイアス電源３９によって２次転写バイアスが印加される。
これにより、２次転写裏面ローラ３３とニップ形成ローラ３６との間に、マイナス極性のトナーを２次転写裏面ローラ３３側からニップ形成ローラ３６側に向けて静電移動させる２次転写電界が形成される。

転写ユニット３０の下方には、記録媒体としての記録紙Ｐを複数枚重ねた紙束の状態で収容している給紙カセット１００が配設されている。
給紙カセット１００は、紙束の一番上の記録紙Ｐに給紙ローラ１００ａを当接させており、これを所定のタイミングで回転駆動させることで、その記録紙Ｐを給紙路に向けて送り出す。
給紙路の末端付近には、レジストローラ対１０１が配設されている。レジストローラ対１０１は、給紙カセット１００から送り出された記録紙Ｐをローラ間に挟み込むとすぐに両ローラの回転を停止させる。
そして、挟み込んだ記録紙Ｐを２次転写ニップ内で中間転写ベルト３１上の４色重ね合わせトナー像に同期させ得るタイミングで回転駆動を再開して、記録紙Ｐを２次転写ニップに向けて送り出す。

２次転写ニップで記録紙Ｐに密着せしめられた中間転写ベルト３１上の４色重ね合わせトナー像は、２次転写電界やニップ圧の作用によって記録紙Ｐ上に一括で２次転写され、記録紙Ｐの白色と相まってフルカラートナー像となる。
このようにして表面にフルカラートナー像が形成された記録紙Ｐは、２次転写ニップを通過すると、ニップ形成ローラ３６や中間転写ベルト３１から曲率によって分離する。
２次転写裏面ローラ３３は、次のような特性を有している。即ち、外径は約２４［ｍｍ］である。また、芯金の径は約１６［ｍｍ］である。
芯金の表面には、導電性のＮＢＲ系ゴム層が被覆されており、その抵抗Ｒは１×１０^６［Ω］〜１×１０^１２［Ω］、好ましくは約４×１０^７［Ω］である。抵抗Ｒは、１次転写ローラと同様の方法によって測定された値である。

ニップ形成ローラ３６は、次のような特性を有している。即ち、外径は約２４［ｍｍ］である。また、芯金の径は約１４［ｍｍ］である。
芯金の表面には、導電性のＮＢＲ系ゴム層が被覆されており、その抵抗Ｒは１Ｅ６Ω以下である。抵抗Ｒは、１次転写ローラと同様の方法によって測定された値である。
２次転写バイアス電源３９は、直流電源を有しており、２次転写バイアスとして、直流電流を出力することができる。２次転写バイアス電源３９の出力端子は、ニップ形成ローラ３６の芯金に接続されている。
ニップ形成ローラ３６の芯金の電位は、２次転写バイアス電源３９からの出力電圧値とほぼ同じ値になる。

また、２次転写裏面ローラ３３については、その芯金を接地（アース接続）している。なお、
２次転写バイアスを２次転写裏面ローラ３３の芯金に印加しつつ、ニップ形成ローラ３６の芯金を接地する代わりに、２次転写バイアスをニップ形成ローラ３６の芯金に印加しつつ、２次転写裏面ローラ３３の芯金を接地してもよい。
この場合、直流電流の極性を異ならせる必要がある。

２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト３１には、記録紙Ｐに転写されなかった転写残トナーが付着している。
これは、中間転写ベルト３１のおもて面に当接しているベルトクリーニング装置３７によってベルト表面からクリーニングされる。
中間転写ベルト３１のループ内側に配設されたクリーニングバックアップローラ３４は、ベルトクリーニング装置３７によるベルトのクリーニングをループ内側からバックアップする。

次に、図４に基づいて、クリーニング装置３７の内部構成について説明する。
中間転写ベルト３１は図４で示す矢印方向に回転しており、中間転写ベルト３１上に残留したトナーはクリーニングブレード５４によって中間転写ベルト３１上から除去される。
クリーニングブレード５４は弾性部材によって構成されており、例えばポリウレタンゴムによって構成されている。
クリーニング装置３７のケーシング内には、潤滑剤塗布部材５１と固形潤滑剤５２と駆動モータ５５とを備えた潤滑剤塗布手段が設置されている。
潤滑剤塗布部材５１は、例えばナイロンやポリエステルなどによって形成されたブラシ毛（毛の長さが４〜５ｍｍ）を基準に植毛し、当該基布を金属ローラに巻きつけた構成となっている。

中間転写ベルト３１及び固形潤滑剤５２に対するブラシ毛の食い込み量は約１ｍｍである。潤滑剤塗布部材５１を回転させることで固形潤滑剤５２を微粉状に削り取り、中間転写体３１の表面に潤滑剤を塗布する。
クリーニング装置３７には潤滑剤塗布部材５１を回転させる駆動モータ５５が接続されている。駆動モータ５５の回転速度は可変であり、回転方向も可変である。回転方向が切り替わると中間転写ベルト３１とブラシ５１との接触方向が変わる。
その結果として、ブラシ５１のブラシ毛の毛倒れが防止でき、潤滑剤塗布量の低下を防止することができる。
更に回転速度を変えることで潤滑剤塗布量を制御することができるため、必要に応じて潤滑剤塗布量を制御することが可能となる。潤滑剤塗布量制御は、転写率改善処理の一方法である。

図１に示すように、トナー付着量検知手段としての電位センサ３８Ａは、中間転写ベルト３１のループ外側に配設されている。
具体的には、中間転写ベルト３１の周方向における全域のうち、接地された駆動ローラ３２に対する掛け回し箇所に対して、約４［ｍｍ］の間隙を介して対向している。
電位センサ３８Ａは、中間転写ベルト３１上に１次転写されたトナー像がその対向位置に進入した際に、そのトナー像の付着量を測定する。
トナー付着量検知手段としての電位センサ３８Ｂは、電位センサ３８Ａと同様に、中間転写ベルトのループ外側に配設されている。
具体的には、２次転写裏面ローラ３３のベルト移動方向下流において、中間転写ベルト表面に対して約４［ｍｍ］の間隙を介して対向し、２次転写部で転写されなかった残トナー像が対向位置に進入した際に、トナー像の付着量を測定する。

２次転写ニップの図中右側方には、定着装置９０が配設されている。定着装置９０は、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する定着ローラ９１と、これに所定の圧力で当接しながら回転する加圧ローラ９２とによって定着ニップを形成している。
定着装置９０内に送り込まれた記録紙Ｐは、未定着トナー像の担持面を定着ローラ９１に密着させる姿勢で、定着ニップに挟まれる。そして、加熱や加圧の影響によってトナー像中のトナーが軟化せしめられて、フルカラー画像が定着される。
定着装置９０内から排出された記録紙Ｐは、定着後搬送路を経由した後、機外へと排出される。

モノクロ画像を形成する場合には、転写ユニット３０におけるＹ、Ｍ、Ｃ用の１次転写ローラ３５Ｙ、Ｍ、Ｃを支持している図示しない支持板を移動せしめて、１次転写ローラ３５Ｙ、Ｍ、Ｃを、感光体２（Ｙ、Ｍ、Ｃ）から遠ざける。
これにより、中間転写ベルト３１のおもて面を感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃから引き離して、中間転写ベルト３１をＫ用の感光体２Ｋだけに当接させる。この状態で、４つの画像形成ユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのうち、Ｋ用の画像形成ユニット１Ｋだけを駆動して、Ｋトナー像を感光体２Ｋ上に形成する。

本実施形態において、トナーの付着力を制御するための一手法であるトナー吐き出し制御は以下の方法である。
すなわち、光書込ユニット８０から感光体２にレーザ光を照射し、感光体２上を全面露光して静電潜像を形成し、該静電潜像を現像装置８によりトナー像として可視像化してトナーを消費させる。
その後に該トナー像を感光体２からドラムクリーニング装置３により除去するとともに、現像装置８に新規トナーを補給する。

次に、記録紙Ｐの表面凹凸を検知する方法について説明する。
図１に示すように、用紙カセット１００の給紙ローラ１００ａから中間転写ベルト３１まで至る搬送路の途中には、記録紙Ｐの表面凹凸（表面特性）を検知する表面特性検知手段９５が設けられている。
表面特性検知手段９５は、給紙ローラ１００ａによって用紙カセット１００から給紙された記録紙Ｐの表面を読み取るものであり、その読み取られた表面の映像に基づいて記録紙の表面特性が検出される。
表面特性検知手段９５によって検出された記録紙の表面特性のデータは、制御部１２０に出力される。制御部１２０において表面凹凸情報が検出され、その検出された表面特性から最大凹凸差ｄｍａｘ及び平均粗さＲａを計測する。
表面特性検知手段９５及び制御部１２０により、粒状度測定手段が構成されている。

図５に、表面特性検知手段９５の一例であるレーザ変位計の構成を示す。表面特性検知手段９５は、光源である半導体レーザ９６を有する。半導体レーザ９６が発光したコヒーレント光は、投光レンズ９７を通し集光され、記録紙Ｐ上の所定のエリアに照射される。
記録紙Ｐから拡散反射された光線の一部は、受光レンズ９８を通して光位置検出素子９９上にスポットを結ぶ。このスポットの位置を検出することで記録紙Ｐ上の表面凹凸を検出することができる。
図６は、表面特性検知手段９５によって出力される表面凹凸の度合いを模式図を示したものである。図６の記録紙はＡ、Ｂ、Ｃそれぞれ平滑性が異なり、Ａが最も平滑性の良い紙であり、Ｃが最も平滑性の悪い紙である。
この検知結果から、各記録紙の最大凹凸差や平均粗さを求めることができる。表１は、各記録紙の最大凹凸差、および平均粗さを表したものである。

次に、記録紙Ｐへのトナーの転写率の算出方法について説明する。
転写率の算出には、電位センサ３８Ａ、３８Ｂによる計測データを用いる。
電位センサ３８Ａで一次転写されたトナー像の記録媒体に対する転写前の付着量Ｔｂ［ｇ］を測定し、転写後、電位センサ３８Ｂを用いて電位センサ３８Ａで測定した位置と同じ箇所の残トナー付着量Ｔｒ［ｇ］を計測する。
測定結果より、転写率を（１−Ｔｒ／Ｔｂ）＊１００［％］と定義し、転写率を計算する。電位センサ３８Ａ、３８Ｂによる測定データは転写率算出手段としての制御部１２０に出力され、制御部１２０は測定データに基づいて転写率を算出する。

次に、本実施形態で用いた粒状度の算出方法について説明する。
粒状度の測定は、図１に示すように、２次転写裏面ローラ３３の記録紙搬送方向下流に配置された画像読み取りセンサ１２１を用いる。
図７に画像読み取りセンサ１２１の構成を示す。画像読み取りセンサ１２１は、照射手段である反射用ＬＥＤ１２２、読み取り手段であるラインセンサ１２３、及び結像レンズ１２４を備える。

反射用ＬＥＤより発せられる光は、記録紙上のトナー画像に向けて照射され、トナー画像からの反射光は、レンズ１２４を介し、集光されてラインセンサ１２３に結像する。
シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのベタパターンデータをメモリに蓄積して画像読み取りセンサで読み取れるように所定領域の画像を形成する。
本実施形態では２次転写部でベタ画像を転写された記録紙上のトナー画像を、読み取りセンサ１２１を用いて撮影し、粒状度を算出した。

粒状度は下記の式（３）で表される。なお、本実施形態は一つの例を示すものであり、別の粒状度を表す式を用いた場合、粒状度の閾値が変化するだけであり、他の制御に問題は無い。
粒状度＝ｅｘｐ（ａＬ＋ｂ）∫｛ＷＳ（ｆ）＾（１／２）｝×ＶＴＦ（ｆ）ｄｆ＋ｃ∫｛ＷＳ_ｃ１（ｆ）＾（１／２）｝ＶＴＦ_ｃ１（ｆ）ｄｆ＋ｄ∫｛ＷＳ_ｃ２（ｆ）＾（１／２）｝ＶＴＦ_ｃ２（ｆ）ｄｆ ・・・（式３）
Ｌ：平均明度
ｆ：空間周波数（ｃ／ｍｍ）
ＷＳ（ｆ）：明度変動のパワースペクトラム
ＷＳ_ｃ１（ｆ） 、ＷＳ_ｃ２（ｆ）：色度変動のパワースペクトラム
ＶＴＦ（ｆ）：明度成分の視覚の空間周波数特性
ＶＴＦ_ｃ１（ｆ）、ＶＴＦ_ｃ２（ｆ）：色度成分に対する視覚の空間周波数特性
ａ、ｂ、ｃ、ｄ：係数

この式は、明度成分と色度成分それぞれで値を求め、線形和を取ったものである。また、ａ〜ｄの係数は、各成分（明度と２つの色度）の粒状性への寄与を表す重みである。
粒状度の算出フローを図８に示す。
撮影した画像より、明度成分と色度成分を求めるための色変換処理を行った後、空間周波数に応じ重み付けされた明度成分と色度成分の変動をそれぞれ積分する。
明度成分と色度成分の粒状度を求めた後、明度成分の粒状度に平均明度を変数とする関数を乗じ、色度成分との線形和を取り、粒状度を算出する（より詳細には、非特許文献１参照）。

次に、濃度ムラが上記粒状度によって表すことができることを説明する。
図９に、記録紙Ａ、Ｃにベタ画像を印刷した際の、上記粒状度と、濃度ムラを５段階で主観評価を行った値との関係を示す。
本実施形態における主観評価では、５段階評価を行っている。
出力画像を目視にて評価を行い、濃度ムラが全く発生していない場合を５とし、画質として問題は無いが僅かにムラが発生している場合を４とする。
多少濃度ムラが発生しているが、画像劣化とは判断できない軽微な場合を３、濃度ムラが発生している箇所が複数あり画質として問題がある場合を２、明らかに濃度ムラによる画像劣化が起こっている場合を１とする。

図９に示すように、粒状度と主観評価の結果とは良い相関を示している。従って粒状度によって濃度ムラを判断することができることがわかる。
したがって、粒状度を一定の値以下になるよう制御することで常に濃度ムラの無い良好な画像を得ることができる。
換言すれば、濃度ムラが生じない粒状度の閾値が存在する。リアルタイムで粒状度を測定し、閾値（所定値）とのずれを把握することにより濃度ムラを判断することで常に良好な画像を得ることができる。
また、記録紙が異なっていても同じ相関曲線にのることから、濃度ムラを判断する粒状度の値は記録紙によって変化はしない。

次に、濃度ムラの解消手段として転写率を制御する理由を説明する。
図１０に、記録紙Ａへ付着力の異なる３種類のトナーを用いてベタ画像の転写を行った際の印加電圧ＶＴと転写率の関係を示す。表２に使用したトナーの付着力を示す。
トナーの付着力については、特許文献５に記載の方法と同様、遠心分離法を用いて測定した。

図１０から明らかなように、付着力によって同じ電圧での転写率が異なり（付着力が小さい程転写率は高くなる）、付着力を変えることで転写率を制御できることがわかる。
図１１に、記録紙ＡにトナーＡ、Ｂ、Ｃを用いてベタ画像を転写させた際の転写率と粒状度の関係を示す。
図１１に示すように、付着力に関わらず粒状度と転写率には相関があり、粒状度を一定の値（所定値）以下にするには転写率を向上させれば良いことがわかる。
すなわち、粒状度を制御する具体的手法として、記録紙Ｐへのトナー像の転写率の制御が有効であることがわかる。
また、前述した電位センサ３８Ａ、３８Ｂ及び制御部１２０からなる転写率測定手段を用いて、転写率を画像形成時に測定し、転写率が常に閾値以上となるように制御することで常に良好な画像を得ることができる。

次に、記録紙Ａ、Ｂ、Ｃにベタ画像を転写させた際の転写率と粒状度との関係を図１２に示す。
図１２に示すように、記録紙毎に相関曲線が異なることがわかる。
すなわち、表面凹凸が大きい程転写率の閾値は高くなる。従って、濃度ムラの無い画像を得るために必要な転写率は記録紙によって異なり、記録紙に応じて転写率を制御することで良好な画像を得ることができる。

本実施形態では、粒状度の閾値（所定値）を図９の主観評価におけるランク３相当となる０．４とした。
図１３に、各記録紙における最大凹凸差ｄｍａｘと粒状度０．４に対応する転写率との関係を示す。図１３に示すように、粒状度と転写率は用紙の表面凹凸と比例関係にあり、式（１）で表すことができる。
η＝４．５×１０^５×ｄｍａｘ＋８６・・・（式１）
η：転写率［％］
ｄｍａｘ：用紙の最大凹凸差［ｍ］

従って、記録紙の表面凹凸に対し、転写率ηを式（１）で求められる閾値以上にすることで、濃度ムラの無い良好な画像を得ることができる。
換言すれば、表面凹凸の大きい用紙では高い転写率を保つように（転写率の閾値を超えるように）トナーを転写させれば、用紙に関わらず濃度ムラの無い安定した画像を常に得ることができる。

図１４に、平均粗さＲａと粒状度０．４となる転写率との関係を示す。図１４に示すように、用紙の平均粗さと転写率にもまた相関関係があり、式（２）で表すことができる。
η＝２．４６×１０^６×Ｒａ＋８８ ・・・（式２）
η：転写率［％］
Ｒａ：用紙の平均粗さ［ｍ］
従って、記録紙の平均粗さを用いても濃度ムラの無い良好な画像を得ることができる。
なお、本実施形態は一つの例を示すものであり、別の用紙表面形状を表すパラメータ、例えば用紙表面全体または一部の凹凸を測定し、算出される用紙表面の平均粗さＳａ等を用いても良い。

次に、転写率を制御する方法について説明する。
濃度ムラが発生する主な要因は、記録紙の表面凹凸とそれによって生じる電場のムラにより転写率が局所的に低下することである。
通常、トナーを像担持体から記録紙へ転写する際、像担持体と記録紙の間には記録紙の表面凹凸に応じた空隙が生じるため、トナーにかかる電界は記録紙の場所ごとに異なる。

特に空隙が大きい箇所は、電界が他の場所に比べて弱くなるため転写電界不足となりやすく、トナーが十分に転写されないため、濃度ムラが生じる。
そのため、表面凹凸の大きい記録紙を使用した場合、像担持体と記録紙間の空隙が大きく電場のムラが激しいため、濃度ムラが生じやすい。
一方、表面凹凸の小さい記録紙を使用した場合、空隙が小さいため電場のムラが小さく、濃度ムラは生じにくい。

また、他の要因として、トナーと像担持体間の付着力が挙げられる。この付着力はトナーの記録紙への転写を妨げる方向に働く。
転写の際、トナーが記録紙に転写するには、電界によってトナーに働く静電力が、トナーと像担持体の付着力よりも大きくなる必要がある。
上記のように、付着力と転写率には相関があり、付着力を制御することで転写率を効率よく制御することが可能となる。
また、画像劣化はトナーの付着力が増加していることが原因であるため、付着力を適正な値に制御することで画像劣化を解消できる。

付着力が大きくなる要因として、トナー粒子の劣化が挙げられる。ト
ナー粒子は現像装置内でキャリア粒子と混合撹拌されて帯電されるが、現像装置内にトナー粒子が留まり、キャリア粒子との混合撹拌が繰り返し行われると、外添剤が埋没する等のトナー粒子の劣化が発生し、その結果付着力が増大していく。
そのため、トナー吐き出し制御により現像装置内にあるトナーを吐き出すことにより、劣化したトナーを吐き出して新規トナーを補給することにより劣化前の付着力に戻すことが可能となる。
すなわち、現像剤中のトナーをリフレッシュすることで、トナーが新品となり、付着力が減少する。これにより表面凹凸が大きい用紙にも良好な転写が可能となる。

しかし、毎回トナー吐き出し制御を行うとトナーの消費が激しいため、効率的ではない。
そのため、記録紙の表面凹凸及び転写率検知を行った後、転写率が所定の値以下であると判断されたとき、トナー吐き出し制御を行うようにすることで記録紙の種類に関わらず良好な画像を出力することが可能となる。

また、トナー付着力は非静電的付着力と静電的付着力から構成されるが、このうち非静電的付着力は、像担持体に潤滑剤を塗布することでその力を弱めることができる。
像担持体への潤滑剤塗布量を増やすことでトナーと像担持体間の摩擦を減らし付着力を減少させる。これにより良好な転写が可能となる。
塗布量が多ければ像担持体にムラなく潤滑剤が塗布され付着力をきちんと低下させることができるが、供給過多になると帯電ローラ汚れが発生するなどのリスクが存在する。
また、常に塗布量を多くしていると潤滑剤の消費が早まり、コストも高くなるといった問題がある。
そのため、トナー吐き出し制御と同様、転写率測定手段により、転写率が低下していると判断された時に限り潤滑剤塗布量を増やすように制御を行うことでコストを抑えつつ記録紙の種類に関わらず良好な画像を出力することが可能となる。

本実施形態における制御フローを図１５に示す。制御部１２０は、記録紙Ｐへのベタパターン転写後、画像読み取りセンサ１２１によりトナー画像の粒状度を測定する。
粒状度が規定値以上であった場合に転写率改善処理として、トナー吐き出しと潤滑剤塗布量の両方、若しくは一方の制御を行う。
上述したように、トナー吐き出し制御では、感光体２に静電潜像を形成してこれを現像装置８で可視像化した後、転写せずに除去し、新規トナーを現像装置８における現像剤搬送部１３Ｋの第２搬送室に供給する（図３参照）。

潤滑剤塗布量制御では、潤滑剤塗布部材５１を回転させる駆動モータ５５の回転数を変更する。
本実施形態の別の制御フローを図１６に示す。ここでは、記録紙Ｐの表面凹凸及び転写率を測定する。
転写率が、表面特性検知手段９５により測定された表面凹凸に応じた所定値以下の場合、同様に転写率改善制御処理を行う。

［実施例］
次に本発明者が行った比較実験について説明する。
本実施例における画像形成装置の概略構成は図１に示したのと同様である。以下に説明する各実施例は下記の共通条件の下に行われた。なお、トナーはＴｏｎｅｒ−Ｃを用いた。
転写バイアス：−４２μＡ
単位面積当りのトナー重量：４．２×１０^−３［ｋｇ／ｍ^２］
本比較実験は、上記実施形態に基づく画像形成を行い、１回１０枚出力を繰り返し行い、１００枚毎に画像評価を行い、計１０００枚画像出力されるまで行った。

画像評価方法としては、現像装置内のトナーが劣化しやすい条件として、主走査方向に対して、画像面積率１０％の画像を連続出力する。その出力画像を、前述した粒状度にて評価を行う。また、記録紙は１００枚毎に記録紙Ａ、Ｃを交互に入れ替えて出力を行う。
本実施例では１００枚ごとに出力された画像に対して粒状度を測定し比較を行った。
また、本実施例では、本発明者が行った実験を基に、表３に示すように記録紙の表面凹凸差ｄｍａｘと平均粗さＲａを５つに分類し、それぞれに応じて、潤滑剤塗布部材５１の回転数を変え、潤滑剤塗布量を割り当てた。

本比較実験では、特に転写率制御を行わない場合を比較例１とし、各出力時の最初の画像に対し粒状度を測定して０．４以上であった場合にトナー吐き出し制御を行う場合を実施例１とし、潤滑剤塗布量を制御する場合を実施例２とする。
また、各出力時の最初の画像に対し記録紙の最大凹凸差と転写率を測定し、転写率が式（１）の値より小さい場合にトナー吐き出し制御を行う場合を実施例３、凹凸差に応じて表３に対応した潤滑剤塗布量に変化させた場合を実施例４とする。
また、記録紙の平均粗さＲａと記録紙への転写率を検知し、転写率が式（２）の値より小さい場合にトナー吐き出し制御を行った場合を実施例５、潤滑剤塗布量を変化させた場合を実施例６とする。

１００枚ごとの粒状度測定結果を図１７に示す。図１７中の斜線部はトナー吐き出し制御、あるいは潤滑剤塗布量制御を行った箇所である。
図１７に示すように、比較例１の場合、表面凹凸の大きい記録紙に印刷した場合粒状度が大きくなり０．４を超え、濃度ムラが発生する。
一方、実施例１〜６の何れの場合も濃度ムラの無い安定した画像を得ることができていることがわかる。

上記の通り、本発明は、粒状度と、実際の濃度ムラの判定に近い主観評価の結果との良い相関に基づき、記録紙の表面特性の影響を受けない粒状度を制御することにより濃度ムラを高精度に抑制することとした。
粒状度の制御を、粒状度と相関を有する記録媒体へのトナー像の転写率の制御で行うようにしたもので、結果的に粒状度を制御することができ、濃度ムラを高精度に抑制することができる。
上記実施形態はあくまでも一つの例を示すものであり、構成やプロセス条件が変わっても本発明の効果が変わらないことを複数の画像形成装置や種々の画像形成環境で確認している。

また、転写率の制御として、上記実施形態においては、トナー吐き出し制御、潤滑剤塗布の例を示したが、転写電流を増減することにより行っても良い。
また、上記実施形態においては、中間転写方式の画像形成装置を例示したが、トナー像を記録媒体に直接転写する方式においても同様に実施することができる。

２ 像担持体としての感光体
８ 現像手段としての現像装置
３１ 中間転写体としての中間転写ベルト
３８Ａ、３８Ｂ トナー付着量検知手段としての電位センサ
９５ 表面特性検知手段
１２０ 転写率算出手段としての制御部
Ｐ 記録媒体としての記録紙

特開２００６−０９１３２２号公報 特開２００４−１０９３２５号公報 特開２００７−３０４４９２号公報 特開２００５−２５７８４７号公報 特許第３６７０１３４号公報

ＪａｐａｎＨａｒｄｃｏｐｙ’９６：論文集ｐ１８９「ハーフトーンカラー画像のノイズ評価方法」

Claims (8)

1. 像担持体と、該像担持体上に形成された潜像をトナー像として顕像化する現像手段とを有し、トナー像を記録媒体に直接にあるいは中間転写体を介して転写する画像形成装置において、
   記録媒体上に転写されたトナー像の粒状度を測定する粒状度測定手段を有し、該粒状度測定手段により測定された粒状度が所定値より大きい場合、記録媒体へのトナーの転写率を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   記録媒体へのトナー像の転写前と転写後における前記像担持体又は前記中間転写体上のトナー付着量を検知するトナー付着量検知手段と、該トナー付着量検知手段により測定された付着量に基づいて、記録媒体へのトナーの転写率を算出する転写率算出手段とを有し、前記粒状度測定手段を前記転写率算出手段としたことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２に記載の画像形成装置において、
   記録媒体の表面凹凸を検知する表面特性検知手段を有し、該表面特性検知手段により検知された表面凹凸の度合いに応じて転写率を制御することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３に記載の画像形成装置において、
   前記表面特性検知手段で検知された最大凹凸差ｄｍａｘ［ｍ］に対して、転写率ηが以下の式１で表される値より大きくなるように転写率を制御することを特徴とする画像形成装置。
   η＝４．５×１０^５×ｄｍａｘ＋８６［％］ （式１）
5. 請求項３に記載の画像形成装置において、
   前記表面特性検知手段で検知された平均粗さＲａ［ｍ］に対して、転写率ηが以下の式２で表される値より大きくなるように転写率を制御することを特徴とする画像形成装置。
   η＝２．４６×１０^６×Ｒａ＋８８［％］ （式２）
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   前記像担持体又は前記中間転写体に対するトナーの付着力を制御することによって転写率を制御することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６に記載の画像形成装置において、
   前記トナーの付着力の制御が、前記像担持体にトナー像を形成した後に該トナー像を前記像担持体から除去するとともに、前記現像手段に新規トナーを補給するトナー吐き出し制御であることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項６に記載の画像形成装置において、
   前記像担持体の表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段を有し、前記トナーの付着力の制御が、前記像担持体上への潤滑剤塗布量を変化させる制御であることを特徴とする画像形成装置。

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