画像形成装置
【課題】トナー画像に濃度ムラ及び筋状ノイズが発生することを抑制できる画像形成装置を提供することである。
【解決手段】スリーブ８０Ｙの周面に単位面積当りに付着している現像剤の量を現像剤の密度及びスリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面との間隔で割って得られる値をパッキングデンシティ（ＰＤ）と定義する。最近接位置Ｐ０におけるＰＤが、０．３以上０．４以下である。感光体ドラム４Ｙの周面に対向する磁極Ｎ１の磁束密度は、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の上流側の領域であって、ＰＤが０．２以上の領域において、最大となっている。最近接位置Ｐ０よりも所定方向の下流側において、ＰＤが０．２となっている位置における磁束密度は、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の上流側において、ＰＤが０．２となっている位置における磁束密度の１／２以下である。
【解決手段】スリーブ８０Ｙの周面に単位面積当りに付着している現像剤の量を現像剤の密度及びスリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面との間隔で割って得られる値をパッキングデンシティ（ＰＤ）と定義する。最近接位置Ｐ０におけるＰＤが、０．３以上０．４以下である。感光体ドラム４Ｙの周面に対向する磁極Ｎ１の磁束密度は、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の上流側の領域であって、ＰＤが０．２以上の領域において、最大となっている。最近接位置Ｐ０よりも所定方向の下流側において、ＰＤが０．２となっている位置における磁束密度は、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の上流側において、ＰＤが０．２となっている位置における磁束密度の１／２以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関し、特に、トナー及びキャリアからなる現像剤を用いてトナー画像を印刷媒体に形成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置としては、例えば、特許文献１に記載の画像形成装置が知られている。該画像形成装置では、現像剤担持体と像担持体との間に直流電圧が印加される直流現像方式が採用されている。特許文献１に記載の画像形成装置では、直流現像方式が採用されることにより、現像剤担持体と像担持体との間に交流電圧を印加する必要がない。そのため、該画像形成装置の構成を簡単にできる。
【０００３】
しかしながら、直流現像方式が採用された特許文献１に記載の画像形成装置は、交流現像方式が採用された画像形成装置に比べてトナー画像に濃度ムラが発生しやすいという問題を有する。
【０００４】
より詳細には、交流現像方式では、一般的に、７００Ｖ程度の振幅を有する電圧が、現像剤担持体と像担持体との間に印加される。この場合、現像剤担持体と像担持体との間には比較的に大きな電圧が印加されるので、比較的に多くのトナーが現像に寄与する。そのため、交流現像方式が採用された画像形成装置では、現像剤担持体及び像担持体の回転ムラによって、現像剤担持体と像担持体との間隔が変動しても、トナー画像に濃度ムラが発生しにくい。
【０００５】
一方、直流現像方式では、現像剤担持体と像担持体との間には、例えば、１５０Ｖ程度の直流電圧が印加されている。この場合、現像剤担持体と像担持体との間には比較的に小さな電圧しか印加されていないので、比較的に少ないトナーしか現像に寄与しない。そのため、直流現像方式が採用された画像形成装置では、現像剤担持体及び像担持体の回転ムラによって、現像剤担持体と像担持体との間隔が変動すると、トナー画像に濃度ムラが発生しやすい。
【０００６】
これに対して、特許文献１に記載の画像形成装置では、カウンター現像方式が採用されている。カウンター現像方式とは、現像剤担持体の回転方向と像担持体の回転方向とが同じであることにより、現像剤担持体と像担持体とが対向している部分において、現像剤担持体の進行方向と像担持体の進行方向とが反対となっている現像方式である。カウンター現像方式が採用された特許文献１に記載の画像形成装置では、像担持体上の静電潜像にトナーが多く接触するようになる。よって、該画像形成装置では、トナー画像に濃度ムラが発生しにくい。
【０００７】
しかしながら、カウンター現像方式が採用された特許文献１に記載の画像形成装置では、現像剤担持体の進行方向と像担持体の進行方向とが反対であるので、キャリアがトナー画像に摺接して、トナー画像の後端に筋状のノイズ（以下、筋状ノイズ）が発生することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−９８５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、トナー画像に濃度ムラ及び筋状ノイズが発生することを抑制できる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態に係る画像形成装置は、トナーとキャリアからなる現像剤を用いてトナー画像を印刷媒体に形成する画像形成装置であって、現像領域において所定方向に進行する第１の周面であって、静電潜像が形成される第１の周面を有する像担持体と、前記現像領域において前記所定方向の反対方向に進行する第２の周面を有する現像剤担持体であって、磁界により前記キャリアを該第２の周面に吸着することによって、前記現像剤を該第２の周面に保持する現像剤担持体を有する現像装置と、前記第２の周面に保持されている前記現像剤中の前記トナーにより前記静電潜像を前記現像領域において現像するための直流電圧を該第２の周面に印加する電圧印加手段と、を備えており、前記第２の周面に単位面積当りに付着している現像剤の量を現像剤の密度及び該第１の周面と前記第２の周面との間隔で割って得られる値をパッキングデンシティと定義した場合に、該第１の周面と該第２の周面とが最も近接する最近接位置におけるパッキングデンシティが、０．３以上０．４以下であり、前記磁界を形成するための磁極の内の現像主極の磁束密度は、前記最近接位置よりも前記所定方向の上流側の領域であって、前記パッキングデンシティが０．２以上の領域において、最大となっており、前記最近接位置よりも前記所定方向の下流側において、前記パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度は、該最近接位置よりも該所定方向の上流側において、前記パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度の１／２以下であること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、トナー画像に濃度ムラ及び筋状ノイズが発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】画像形成装置の全体構成を示した図である。
【図２】現像装置の断面構造図である。
【図３】現像ローラ及び感光体ドラムの拡大図である。
【図４】第１の実験の実験結果を示したグラフである。
【図５】第３の実験の実験結果を示したグラフである。
【図６】回転方向における位置と磁極Ｎ１の磁束密度及びパッキングデンシティとの関係を示したグラフである。
【図７】第４の実験の実験結果を示したグラフである。
【図８】第６の実験の実験結果を示したグラフである。
【図９】第７の実験の実験結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の一実施形態に係る画像形成装置について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（画像形成装置の構成）
以下に、本発明の実施形態に係る画像形成装置について図面を参照しながら説明する。図１は、画像形成装置１の全体構成を示した図である。
【００１５】
画像形成装置１は、電子写真方式によるカラープリンタであって、いわゆるタンデム式で４色（Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラック）の画像を合成するように構成したものである。該画像形成装置１は、スキャナにより読み取った画像データに基づいて、トナーと磁性体キャリアからなる現像剤を用いてトナー画像を用紙（印刷媒体）Ｐに形成する機能を有し、図１に示すように、印刷部２、給紙部１５、タイミングローラ対１９、定着装置２０及び排紙トレイ２１を備えている。
【００１６】
給紙部１５は、用紙Ｐを１枚ずつ供給する役割を果たし、用紙トレイ１６及び給紙ローラ１７を含む。用紙トレイ１６には、印刷前の状態の用紙Ｐが複数枚重ねて載置される。給紙ローラ１７は、用紙トレイ１６に載置された用紙Ｐを１枚ずつ取り出す。タイミングローラ対１９は、印刷部２においてトナー画像が用紙Ｐに２次転写されるように、タイミングを調整しながら用紙Ｐを搬送する。
【００１７】
印刷部２は、給紙部１５から供給されてくる用紙Ｐにトナー画像を形成し、作像部２２（２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ）、光走査装置６（６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ）、転写部８（８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋ）、中間転写ベルト１１、駆動ローラ１２、従動ローラ１３、２次転写ローラ１４及びクリーニング装置１８を含んでいる。また、作像部２２（２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ）は、感光体ドラム４（４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）、帯電器５（５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ）、現像装置７（７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ）、クリーナー９（９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋ）、イレーサ１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）及び直流電源３０（３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋ）を含んでいる。
【００１８】
感光体ドラム４は、円筒状をなしており、図１に示すように、時計回りに回転している。よって、感光体ドラム４は、現像領域において所定方向に進行する周面（被走査面）を有している。現像領域とは、感光体ドラム４と現像装置７の現像ローラ７２とが対向している領域であり、該領域内においてトナー画像の現像が行われる。
【００１９】
帯電器５は、感光体ドラム４の周面を帯電させる。光走査装置６は、図示しない制御部の制御により、感光体ドラム４の周面に対してビームＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫを走査する。これにより、感光体ドラム４の周面には静電潜像が形成される。
【００２０】
現像装置７は、感光体ドラム４にトナーを付与する。直流電源３０は、現像装置７から感光体ドラム４へとトナーが移動するように、現像装置７に直流電圧を印加する。これにより、静電潜像に基づいたトナー画像が感光体ドラム４に現像される。現像装置７及び直流電源３０の詳細については、後述する。
【００２１】
中間転写ベルト１１は、駆動ローラ１２と従動ローラ１３との間に張り渡されており、感光体ドラム４に現像されたトナー画像が１次転写される。転写部８は、中間転写ベルト１１の内周面に対向するように配置されており、１次転写電圧を印加されることにより、感光体ドラム４に形成されたトナー画像を中間転写ベルト１１に１次転写する役割を果たす。クリーナー９は、１次転写後に感光体ドラム４の周面に残存しているトナーを回収する役割を果たす。イレーサ１０は、感光体ドラム４の周面の電荷を除去する。駆動ローラ１２は、中間転写ベルト駆動部（図１には記載せず）により回転させられることにより、中間転写ベルト１１を矢印αの方向に駆動させる。これにより、中間転写ベルト１１は、トナー画像を２次転写ローラ１４まで搬送する。
【００２２】
２次転写ローラ１４は、中間転写ベルト１１と対向し、ドラム形状をなしている。そして、２次転写ローラ１４は、転写電圧が印加されることにより、中間転写ベルト１１との間を通過する用紙Ｐに対して、中間転写ベルト１１が担持しているトナー画像を２次転写する。より詳細には、駆動ローラ１２は接地電位に保たれている。また、中間転写ベルト１１は、駆動ローラ１２に接触しているので、接地電位に近い正の電位に保たれている。そして、２次転写ローラ１４の電位が駆動ローラ１２及び中間転写ベルト１１の電位よりも高くなるように、２次転写ローラ１４に対して正の転写電圧が印加されている。トナー画像は、負に帯電しているので、駆動ローラ１２と２次転写ローラ１４との間に発生している電界によって、中間転写ベルト１１から用紙Ｐに対して転写される。
【００２３】
クリーニング装置１８は、用紙Ｐへのトナー画像の２次転写後に、中間転写ベルト１１に残存しているトナーを除去する。
【００２４】
トナー画像が２次転写された用紙Ｐは、定着装置２０に搬送される。定着装置２０は、用紙Ｐに対して加熱処理及び加圧処理を施すことにより、トナー画像を用紙Ｐに定着させる。排紙トレイ２１には、印刷済みの用紙Ｐが載置される。
【００２５】
（現像装置の構成）
次に、現像装置７（７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ）の構成について図面を参照しながら説明する。図２は、現像装置７Ｙの断面構造図である。現像装置７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋは同じ構造を有しているので、現像装置７Ｙを例にとって説明する。
【００２６】
現像装置７Ｙは、図２に示すように、現像ローラ７２Ｙ、供給ローラ７４Ｙ、撹拌ローラ７６Ｙ、規制ブレード７７Ｙ及び収容部７８Ｙを有している。
【００２７】
収容部７８Ｙは、現像装置７Ｙの本体を構成しており、トナーを収容していると共に、現像ローラ７２Ｙ、供給ローラ７４Ｙ、撹拌ローラ７６Ｙ及び規制ブレード７７Ｙを格納している。撹拌ローラ７６Ｙは、収容部７８Ｙ内の現像剤を攪拌してトナーを負に帯電させる。供給ローラ７４Ｙは、負に帯電しているトナーを含む現像剤を現像ローラ７２Ｙに供給する。現像ローラ７２Ｙは、感光体ドラム４Ｙの周面にトナーを付与し、スリーブ８０Ｙ及び磁石８２Ｙにより構成されている。
【００２８】
スリーブ８０Ｙは、図２に示すように、非磁性の金属製の円筒であり、感光体ドラム４Ｙと対向している。スリーブ８０Ｙは、感光体ドラム４Ｙと同じ方向（すなわち、時計回り）に回転する。すなわち、感光体ドラム４Ｙとスリーブ８０Ｙとは、カウンター方向に回転している。よって、スリーブ８０Ｙは、現像領域において所定方向の反対方向に進行する周面を有している。
【００２９】
磁石８２Ｙは、スリーブ８０Ｙ内に設けられており、磁界を形成するための磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｓ３を有している。磁石８２Ｙは、現像剤中の磁性体キャリアを磁界によりスリーブ８０Ｙの周面に吸着することによって、現像剤をスリーブ８０Ｙの周面に保持する。より詳細には、磁極Ｎ１は、感光体ドラム４Ｙに対向している現像主極である。そして、磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｓ３は、この順に、反時計回りに並ぶように磁石８２Ｙに配置されている。
【００３０】
以上のような構成を有する現像ローラ７２Ｙでは、磁性体キャリアは、磁極Ｓ２によりスリーブ８０Ｙの周面に吸着される。この際、磁性体キャリアに付着しているトナーも、スリーブ８０Ｙの周面に吸着される。すなわち、現像剤は、スリーブ８０Ｙの周面に吸着され、スリーブ８０Ｙの回転により搬送される。この間、現像剤は、磁極Ｓ２，Ｎ２間の磁界、磁極Ｎ２，Ｓ１間の磁界及び磁極Ｓ１，Ｎ１間の磁界によって、スリーブ８０Ｙの周面に保持されている。規制ブレード７７Ｙは、感光体ドラム４Ｙの周面とスリーブ８０Ｙの周面とが対向している現像領域よりもスリーブ８０Ｙの回転方向の上流側において、スリーブ８０Ｙに対して所定の間隔を開けた状態で設けられている。これにより、現像剤は、規制ブレード７７Ｙとスリーブ８０Ｙの周面との間を通過する際に、所定の層厚に規制される。更に、現像剤中のトナーは、後述するように、感光体ドラム４Ｙの周面とスリーブ８０Ｙの周面との間に発生している電界により、スリーブ８０Ｙの周面から感光体ドラム４Ｙの周面へと移動する。すなわち、感光体ドラム４Ｙの周面にトナー画像が現像される。
【００３１】
また、現像剤は、感光体ドラム４Ｙの周面とスリーブ８０Ｙの周面との間を通過した後、磁極Ｎ１，Ｓ３間の磁界によりスリーブ８０Ｙの周面に保持された状態で搬送される。その後、現像剤は、磁極Ｓ３，Ｓ２間の磁界が弱まった空間において遠心力により、スリーブ８０Ｙの周面から剥離される。
【００３２】
ここで、感光体ドラム４Ｙの周面にトナー画像が現像される過程についてより詳細に説明する。直流電源３０Ｙは、スリーブ８０Ｙの周面に保持されている現像剤中のトナーにより静電潜像を現像するための直流電圧をスリーブ８０Ｙに印加する。より詳細には、帯電器５Ｙは、感光体ドラム４Ｙの周面の電位が−６５０Ｖとなるように感光体ドラム４Ｙの周面を帯電させる。また、感光体ドラム４Ｙの周面においてビームＢＹが照射された部分の電位は、０Ｖに近づく。一方、直流電源３０Ｙは、スリーブ８０Ｙの周面の電位を−５００Ｖとする。これにより、スリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面においてビームＢＹが照射された部分との間には、感光体ドラム４Ｙの周面においてビームＢＹが照射された部分からスリーブ８０Ｙの周面へと向かう電界が発生する。そのため、負に帯電したトナーは、スリーブ８０Ｙの周面から感光体ドラム４Ｙの周面においてビームＢＹが照射された部分へと移動する。一方、スリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面においてビームＢＹが照射されていない部分との間には、スリーブ８０Ｙの周面から感光体ドラム４Ｙの周面においてビームＢＹが照射されていない部分へと向かう電界が発生する。そのため、負に帯電したトナーは、スリーブ８０Ｙの周面から感光体ドラム４Ｙの周面においてビームＢＹが照射されていない部分へと移動しない。これにより、感光体ドラム４Ｙの周面には、静電潜像に従ったトナー画像が形成される。
【００３３】
ところで、画像形成装置１は、トナー画像に濃度ムラ及び筋状ノイズが発生することを抑制する構成を備えている。以下に、かかる構成について説明する。
【００３４】
（濃度ムラ及び筋状ノイズの発生の抑制）
画像形成装置１では、スリーブ８０Ｙの周面には、直流電圧が印加されており、交流電圧は印加されていない。すなわち、画像形成装置１では、直流現像方式が採用されている。直流現像方式では、スリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面との間には比較的に小さな電圧しか印加されないので、比較的に少ないトナーしか現像に寄与しない。よって、トナー画像に濃度ムラが発生するおそれがある。
【００３５】
本願発明者は、直流現像方式が採用された画像形成装置１において、トナー画像に濃度ムラが発生することを抑制するために、パッキングデンシティを高くすることに想到した。以下に、パッキングデンシティについて図３を参照しながら説明する。図３は、現像ローラ７２Ｙ及び感光体ドラム４Ｙの拡大図である。
【００３６】
パッキングデンシティ（以下、ＰＤ）とは、スリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面との間における現像剤の充填度を示している。パッキングデンシティは、スリーブ８０Ｙの周面に単位面積当りに付着している現像剤の量（以下、搬送量：ＭＡ（ｇ／ｍ2））、現像剤の密度（ρ（ｇ／ｍ3））、及び、パッキンデンシティを算出する位置におけるスリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面との間隔（ｇ（ｍ））を用いて、以下の式（１）により示される。
【００３７】
ＰＤ＝ＭＡ／ρ／ｇ ・・・（１）
【００３８】
ＭＡの測定は、感光体ドラム４Ｙがない状態において、パッキングデンシティを算出する位置をスリーブ８０Ｙの周方向に１０ｍｍの範囲内の現像剤の重量を平均化することにより行う。具体的には、スリーブ８０Ｙの周方向１０ｍｍ及びスリーブ８０Ｙの長手方向５０ｍｍの開口を有するマスクによりスリーブ８０Ｙを覆い、開口内の現像剤を吸引し、該現像剤の重量を測定する。そして、現像剤の重量を開口の面積で割って、ＭＡを算出する。
【００３９】
ただし、ρは、以下の式（２）及び式（３）により示される。
【００４０】
ρ＝Ｔｃ・ρｔ＋（１−Ｔｃ）・ρｃ ・・・（２）
Ｔｃ：現像剤中のトナー重量部
ρｔ：トナーの密度
ρｃ：キャリアの密度
【００４１】
ｇ＝ＤＳ＋Ｒｐｃ・（１−ｃｏｓθｐｃ）＋Ｒｓｌ・（１−ｃｏｓθｓｌ）・・・（３）
ＤＳ：スリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面とが最も近接する位置（以下、最近接位置Ｐ０）におけるスリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面との間隔
Ｒｐｃ：感光体ドラム４Ｙの半径
Ｒｓｌ：現像ローラ７２Ｙの半径
θｐｃ：最近接位置Ｐ０と感光体ドラム４Ｙの中心とを繋ぐ直線ｌ１とパッキングデンシティを算出する位置と感光体ドラム４Ｙの中心とを繋ぐ直線ｌ２とがなす角度
θｓｌ：最近接位置Ｐ０と現像ローラ７２Ｙの中心とを繋ぐ直線ｌ３とパッキングデンシティを算出する位置と現像ローラ７２Ｙの中心とを繋ぐ直線ｌ４とがなす角度
【００４２】
まず、本願発明者は、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティを変化させることにより、用紙Ｐにおける現像量の変化を調べる第１の実験を行った。図４は、第１の実験の実験結果を示したグラフである。横軸はパッキングデンシティを示し、縦軸は現像量を示している。
【００４３】
第１の実験の実験条件は以下の通りである。なお、第１の実験以降の実験においても、同じ条件を適用した。
【００４４】
ＭＡ＝３５０ｇ／ｍ2
Ｔｃ＝７％
ＤＳ＝２５０μｍ
Ｒｐｃ＝１５ｍｍ
Ｒｓｌ＝８ｍｍ
ρｔ＝１１００００ｇ／ｍ3
ρｃ＝５０００００ｇ／ｍ3
【００４５】
図４によれば、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが高くなれば、現像量が高くなる傾向があることが理解できる。そこで、本願発明者は、第２の実験として、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティを０．２〜０．４の間において０．０５刻みで変化させて、トナー画像に濃度ムラが発生するか否かを調べた。更に、本願発明者は、第２の実験において、筋状ノイズの発生の有無も調べた。表１は、第２の実験結果を示した表である。表１において、○は、濃度ムラ又は筋状ノイズが発生しなかったことを示す。△は、問題がない程度の濃度ムラ又は筋状ノイズが発生したことを示す。×は、問題がある程度の濃度ムラ又は筋状ノイズが発生したことを示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１によれば、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが０．３以上０．４以下であれば、問題がある程度の濃度ムラが発生しないことが分かる。なお、パッキングデンシティが０．４以上になると、現像剤が充填されすぎて、現像ローラ７２Ｙ及び感光体ドラム４Ｙの動きが阻害される。そのため、０．４より大きなパッキングデンシティでは、実験を行っていない。
【００４８】
次に、本願発明者は、第３の実験として、磁極Ｎ１の磁束密度が最大となる位置を最近接位置Ｐ０から所定方向の上流側にずらして、トナー画像の現像安定性を調べた。
【００４９】
また、トナー画像の現像安定性とは、画像濃度ムラの発生のしやすさを示している。具体的には、現像安定性が高いとは、画像ムラが発生しにくいことを示し、現像安定性が低いとは、画像ムラが発生しやすいことを示す。
【００５０】
ここで、現像安定性の算出方法について説明する。現像安定性を評価するために第３の実験では標準ＳＮ比を用いた。品質工学においてＳＮ比とは、ばらつきの尺度となるものであり、ＳＮ比が大きいほどばらつきが小さいことを意味する。標準ＳＮ比とは、基準状態との違いを比較するためのＳＮ比である。第３の実験では、基準状態を求めるために、現像電位に対する用紙上への現像量について、ＤＳ（最近接位置Ｐ０におけるスリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面との間隔）を変動させて評価した。具体的には、ＤＳ＝２５０μｍ及びＤＳ＝４００μｍのそれぞれについて、現像バイアスを入力値として−１００Ｖ〜−５００Ｖまで１００Ｖ刻みで変動させ、各電圧における用紙上でのベタ画像の透過濃度を出力値として測定した。そして、ＤＳ＝２５０μｍ及びＤＳ＝４００μｍの出力値の平均値をとって、標準出力とした。第３の実験では、標準出力（基準状態）に対するばらつき（標準ＳＮ比）を、磁束Ｎ１の磁束密度が最大となる位置を所定方向の上流側の領域へずらして測定した。
【００５１】
図５は、第３の実験の実験結果を示したグラフである。横軸は磁極Ｎ１の磁束密度が最大となる位置におけるパッキングデンシティを示しており、縦軸は現像安定性ＳＮ比を示している。なお、第３の実験では、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティを０．３５とした。
【００５２】
図５によれば、磁極Ｎ１の磁束密度が最大となる位置が、所定方向の上流側の領域であって、パッキングデンシティが０．２以上の領域に位置している場合において、現像安定性がピークを有している。また、磁極Ｎ１の磁束密度が最大となる位置が、所定方向の上流側の領域であって、パッキングデンシティが０．２より小さい領域に位置している場合では、現像安定性が急激に悪化している。特に、磁極Ｎ１の磁束密度が最大となる位置が、所定方向の上流側の領域であって、パッキングデンシティが０．２２である位置にある場合に、現像安定性が最も良好であることが分かる。よって、第３の実験によれば、磁極Ｎ１の磁束密度が最大となる位置が、所定方向の上流側の領域であって、パッキングデンシティが０．２以上の領域に位置していることが好ましいことが分かる。なお、パッキングデンシティの上限は、図５より、０．３１であることが分かる。
【００５３】
図６は、回転方向における位置と磁極Ｎ１の磁束密度及びパッキングデンシティとの関係を示したグラフである。横軸は回転方向における位置を示し、縦軸は磁束密度及びパッキングデンシティを示している。
【００５４】
パッキングデンシティは、図６に示すように、最近接位置Ｐ０（０ｍｍの位置）において最大値を取っており、最近接位置Ｐ０から離れるに従って減少している。また、磁極Ｎ１の磁束密度は、所定方向の上流側の領域であって、パッキングデンシティが０．２の位置において最大となっている。これにより、画像形成装置１では、磁極Ｎ１の磁束密度は、最近接位置Ｐ０よりも１．５ｍｍだけ所定方向の上流側において最大となっている。
【００５５】
なお、一般的な画像形成装置（例えば、特許文献１に記載の画像形成装置）において、磁極Ｎ１の磁束密度は、最近接位置Ｐ０よりも−０．７ｍｍだけ所定方向の上流側において最大となっている。このように、画像形成装置１では、一般的な画像形成装置よりも、磁極Ｎ１の磁束密度が最大となる位置が、最近接位置Ｐ０から見て所定方向の上流側にずれていることが分かる。これにより、現像安定性の向上が図られる。
【００５６】
ところで、表１によれば、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが０．３以上０．４以下である場合において、問題がある程度の筋状ノイズが発生していることが分かる。また、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが０．２以上０．２５以下である場合において、筋状ノイズが発生していないことが分かる。これは、パッキングデンシティが高くなることによって、現像剤中のキャリアが、トナー画像に摺接して、トナー画像の後端に筋状ノイズを発生させているためである。
【００５７】
そこで、本願発明者は、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の上流側及び下流側における磁束密度の関係について着目し、第４の実験を行った。具体的には、本願発明者は、第４の実験として、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の上流側において、パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度φ１と、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の下流側において、パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度φ２とを変化させ、トナー画像に濃度ムラ又は筋状ノイズが発生したか否かを調べた。なお、第４の実験では、キャリアの直径を２５μｍと３３μｍとに変化させて実験を行った。図７は、第４の実験の実験結果を示したグラフである。横軸は磁束密度φ１を示しており、縦軸は磁束密度φ２を示している。
【００５８】
図７によれば、磁束密度φ２が磁束密度φ１の１／２以下である場合には、濃度ムラ及び筋状ノイズのいずれも発生していないことが分かる。一方、磁束密度φ２が磁束密度φ１の１／２より大きい場合には、濃度ムラ及び／又は筋状ノイズが発生していることが分かる。従って、濃度ムラ及び筋状ノイズが発生することを抑制するためには、磁束密度φ２が磁束密度φ１の１／２以下であることが好ましいことが分かる。
【００５９】
第１の実験ないし第４の実験によれば、画像形成装置１が、以下の第１の条件ないし第３の条件を満たしていれば、濃度ムラの発生及び筋状ノイズの発生を抑制できることが分かる。
【００６０】
第１の条件：最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが、０．３以上０．４以下であること
第２の条件：磁極Ｎ１の磁束密度が、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の上流側の領域であって、パッキングデンシティが０．２以上の領域において、最大となっていること
第３の条件：最近接位置Ｐ０よりも所定方向の下流側において、パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度φ２が、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の上流側において、パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度φ１の１／２以下となっていること
【００６１】
なお、本願発明者は、第２の条件及び第３の条件を満たす画像形成装置を作製し、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティを０．２〜０．４の間において０．０５刻みで変化させて、トナー画像に濃度ムラ及び筋状ノイズが発生するか否かを調べる第５の実験を行った。なお、第２の実験において用いた画像形成装置と第５の実験において用いた画像形成装置との相違点は、第２の実験において用いた画像形成装置では、第２の条件及び第３の条件が満たされていないのに対して、第５の実験において用いた画像形成装置では、第２の条件及び第３の条件が満たされている点である。具体的には、第２の実験において用いた画像形成装置では、磁極Ｎ１の磁束密度は、最近接位置Ｐ０で最大となっており、かつ、磁束密度φ１と磁束密度φ２とは等しくなっている。
【００６２】
表２は、第５の実験結果を示した表である。表２において、○は、濃度ムラ又は筋状ノイズが発生しなかったことを示す。△は、問題がない程度の濃度ムラ又は筋状ノイズが発生したことを示す。×は、問題がある程度の濃度ムラ又は筋状ノイズが発生したことを示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】
表２によれば、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが０．３以上０．４以下であれば、問題がある程度の濃度ムラ及び問題がある程度の筋状ノイズが発生しないことが分かる。すなわち、画像形成装置が第１の条件を満たすことにより、濃度ムラの発生を抑制でき、画像形成装置が第２の条件及び第３の条件を満たすことにより、筋状ノイズの発生を抑制できることが分かる。
【００６５】
次に、本願発明者は、磁束密度φ１の好ましい値を求めるために、第６の実験を行った。具体的には、本願発明者は、磁束密度φ１を変化させたときの現像安定性を測定した。図８は、第６の実験の実験結果を示したグラフである。横軸は磁束密度φ１を示しており、縦軸は現像安定性を示している。
【００６６】
図８によれば、磁束密度φ１が９０ｍＴ以上の領域では、磁束密度φ１が９０ｍＴ以下の領域よりも、直線の傾きが大きくなっている。すなわち、磁束密度φ１が９０ｍＴ以上の領域では、磁束密度φ１が９０ｍＴより小さい領域に比べて、磁束密度φ１の増加量に対する現像安定性の増加量が大きい。これは、磁束密度φ１が大きくなることにより、スリーブ８０Ｙの周面上に形成される現像剤の磁気ブラシの高さが高くなり、磁気ブラシが感光体ドラム４Ｙの周面に確実に接触するためである。そして、磁気ブラシが感光体ドラム４Ｙの周面に確実に接触するようになると、より多くのトナーがスリーブ８０Ｙの周面から感光体ドラム４Ｙの周面へと安定して供給されるようになるからである。よって、磁束密度φ１が９０ｍＴ以上であれば、現像安定性が向上する。よって、第６の実験によれば、磁束密度φ１は、９０ｍＴ以上であることが好ましい。
【００６７】
次に、本願発明者は、磁束密度φ２の好ましい値を求めるために、第７の実験を行った。具体的には、本願発明者は、磁束密度φ２を変化させたときに、筋状ノイズの発生時の最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティを測定した。図９は、第７の実験の実験結果を示したグラフである。横軸は磁束密度φ２を示しており、縦軸は最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティを示している。
【００６８】
図９によれば、磁束密度φ２が４０ｍＴ以下の領域では、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが０．３７のときに、筋状ノイズが発生している。一方、磁束密度φ２が４０ｍＴより大きい領域では、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが０．３７から減少している。このように、磁束密度φ２が４０ｍＴよりも大きくなると、低いパッキングデンシティであっても筋状ノイズが発生しやすくなっていることが分かる。これは、磁束密度φ２が大きいと、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の下流側における磁気ブラシの高さが高くなり、最近接位置Ｐ０を通過したトナー画像に磁気ブラシが接触するためである。そこで、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の下流側における磁気ブラシの高さが低くなるように、磁束密度φ２は、４０ｍＴ以下であることが好ましい。これにより、筋状ノイズの発生がより効果的に抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、濃度ムラ及び筋状ノイズの発生を抑制できる点において優れている。
【符号の説明】
【００７０】
１ 画像形成装置
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ 感光体ドラム
７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ 現像装置
３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋ 直流電源
７２Ｙ 現像ローラ
７４Ｙ 供給ローラ
７６Ｙ 撹拌ローラ
７７Ｙ 規制ブレード
７８Ｙ 収容部
８０Ｙ スリーブ
８２Ｙ 磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関し、特に、トナー及びキャリアからなる現像剤を用いてトナー画像を印刷媒体に形成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置としては、例えば、特許文献１に記載の画像形成装置が知られている。該画像形成装置では、現像剤担持体と像担持体との間に直流電圧が印加される直流現像方式が採用されている。特許文献１に記載の画像形成装置では、直流現像方式が採用されることにより、現像剤担持体と像担持体との間に交流電圧を印加する必要がない。そのため、該画像形成装置の構成を簡単にできる。
【０００３】
しかしながら、直流現像方式が採用された特許文献１に記載の画像形成装置は、交流現像方式が採用された画像形成装置に比べてトナー画像に濃度ムラが発生しやすいという問題を有する。
【０００４】
より詳細には、交流現像方式では、一般的に、７００Ｖ程度の振幅を有する電圧が、現像剤担持体と像担持体との間に印加される。この場合、現像剤担持体と像担持体との間には比較的に大きな電圧が印加されるので、比較的に多くのトナーが現像に寄与する。そのため、交流現像方式が採用された画像形成装置では、現像剤担持体及び像担持体の回転ムラによって、現像剤担持体と像担持体との間隔が変動しても、トナー画像に濃度ムラが発生しにくい。
【０００５】
一方、直流現像方式では、現像剤担持体と像担持体との間には、例えば、１５０Ｖ程度の直流電圧が印加されている。この場合、現像剤担持体と像担持体との間には比較的に小さな電圧しか印加されていないので、比較的に少ないトナーしか現像に寄与しない。そのため、直流現像方式が採用された画像形成装置では、現像剤担持体及び像担持体の回転ムラによって、現像剤担持体と像担持体との間隔が変動すると、トナー画像に濃度ムラが発生しやすい。
【０００６】
これに対して、特許文献１に記載の画像形成装置では、カウンター現像方式が採用されている。カウンター現像方式とは、現像剤担持体の回転方向と像担持体の回転方向とが同じであることにより、現像剤担持体と像担持体とが対向している部分において、現像剤担持体の進行方向と像担持体の進行方向とが反対となっている現像方式である。カウンター現像方式が採用された特許文献１に記載の画像形成装置では、像担持体上の静電潜像にトナーが多く接触するようになる。よって、該画像形成装置では、トナー画像に濃度ムラが発生しにくい。
【０００７】
しかしながら、カウンター現像方式が採用された特許文献１に記載の画像形成装置では、現像剤担持体の進行方向と像担持体の進行方向とが反対であるので、キャリアがトナー画像に摺接して、トナー画像の後端に筋状のノイズ（以下、筋状ノイズ）が発生することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−９８５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、トナー画像に濃度ムラ及び筋状ノイズが発生することを抑制できる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態に係る画像形成装置は、トナーとキャリアからなる現像剤を用いてトナー画像を印刷媒体に形成する画像形成装置であって、現像領域において所定方向に進行する第１の周面であって、静電潜像が形成される第１の周面を有する像担持体と、前記現像領域において前記所定方向の反対方向に進行する第２の周面を有する現像剤担持体であって、磁界により前記キャリアを該第２の周面に吸着することによって、前記現像剤を該第２の周面に保持する現像剤担持体を有する現像装置と、前記第２の周面に保持されている前記現像剤中の前記トナーにより前記静電潜像を前記現像領域において現像するための直流電圧を該第２の周面に印加する電圧印加手段と、を備えており、前記第２の周面に単位面積当りに付着している現像剤の量を現像剤の密度及び該第１の周面と前記第２の周面との間隔で割って得られる値をパッキングデンシティと定義した場合に、該第１の周面と該第２の周面とが最も近接する最近接位置におけるパッキングデンシティが、０．３以上０．４以下であり、前記磁界を形成するための磁極の内の現像主極の磁束密度は、前記最近接位置よりも前記所定方向の上流側の領域であって、前記パッキングデンシティが０．２以上の領域において、最大となっており、前記最近接位置よりも前記所定方向の下流側において、前記パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度は、該最近接位置よりも該所定方向の上流側において、前記パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度の１／２以下であること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、トナー画像に濃度ムラ及び筋状ノイズが発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】画像形成装置の全体構成を示した図である。
【図２】現像装置の断面構造図である。
【図３】現像ローラ及び感光体ドラムの拡大図である。
【図４】第１の実験の実験結果を示したグラフである。
【図５】第３の実験の実験結果を示したグラフである。
【図６】回転方向における位置と磁極Ｎ１の磁束密度及びパッキングデンシティとの関係を示したグラフである。
【図７】第４の実験の実験結果を示したグラフである。
【図８】第６の実験の実験結果を示したグラフである。
【図９】第７の実験の実験結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の一実施形態に係る画像形成装置について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（画像形成装置の構成）
以下に、本発明の実施形態に係る画像形成装置について図面を参照しながら説明する。図１は、画像形成装置１の全体構成を示した図である。
【００１５】
画像形成装置１は、電子写真方式によるカラープリンタであって、いわゆるタンデム式で４色（Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラック）の画像を合成するように構成したものである。該画像形成装置１は、スキャナにより読み取った画像データに基づいて、トナーと磁性体キャリアからなる現像剤を用いてトナー画像を用紙（印刷媒体）Ｐに形成する機能を有し、図１に示すように、印刷部２、給紙部１５、タイミングローラ対１９、定着装置２０及び排紙トレイ２１を備えている。
【００１６】
給紙部１５は、用紙Ｐを１枚ずつ供給する役割を果たし、用紙トレイ１６及び給紙ローラ１７を含む。用紙トレイ１６には、印刷前の状態の用紙Ｐが複数枚重ねて載置される。給紙ローラ１７は、用紙トレイ１６に載置された用紙Ｐを１枚ずつ取り出す。タイミングローラ対１９は、印刷部２においてトナー画像が用紙Ｐに２次転写されるように、タイミングを調整しながら用紙Ｐを搬送する。
【００１７】
印刷部２は、給紙部１５から供給されてくる用紙Ｐにトナー画像を形成し、作像部２２（２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ）、光走査装置６（６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ）、転写部８（８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋ）、中間転写ベルト１１、駆動ローラ１２、従動ローラ１３、２次転写ローラ１４及びクリーニング装置１８を含んでいる。また、作像部２２（２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ）は、感光体ドラム４（４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）、帯電器５（５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ）、現像装置７（７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ）、クリーナー９（９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋ）、イレーサ１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）及び直流電源３０（３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋ）を含んでいる。
【００１８】
感光体ドラム４は、円筒状をなしており、図１に示すように、時計回りに回転している。よって、感光体ドラム４は、現像領域において所定方向に進行する周面（被走査面）を有している。現像領域とは、感光体ドラム４と現像装置７の現像ローラ７２とが対向している領域であり、該領域内においてトナー画像の現像が行われる。
【００１９】
帯電器５は、感光体ドラム４の周面を帯電させる。光走査装置６は、図示しない制御部の制御により、感光体ドラム４の周面に対してビームＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫを走査する。これにより、感光体ドラム４の周面には静電潜像が形成される。
【００２０】
現像装置７は、感光体ドラム４にトナーを付与する。直流電源３０は、現像装置７から感光体ドラム４へとトナーが移動するように、現像装置７に直流電圧を印加する。これにより、静電潜像に基づいたトナー画像が感光体ドラム４に現像される。現像装置７及び直流電源３０の詳細については、後述する。
【００２１】
中間転写ベルト１１は、駆動ローラ１２と従動ローラ１３との間に張り渡されており、感光体ドラム４に現像されたトナー画像が１次転写される。転写部８は、中間転写ベルト１１の内周面に対向するように配置されており、１次転写電圧を印加されることにより、感光体ドラム４に形成されたトナー画像を中間転写ベルト１１に１次転写する役割を果たす。クリーナー９は、１次転写後に感光体ドラム４の周面に残存しているトナーを回収する役割を果たす。イレーサ１０は、感光体ドラム４の周面の電荷を除去する。駆動ローラ１２は、中間転写ベルト駆動部（図１には記載せず）により回転させられることにより、中間転写ベルト１１を矢印αの方向に駆動させる。これにより、中間転写ベルト１１は、トナー画像を２次転写ローラ１４まで搬送する。
【００２２】
２次転写ローラ１４は、中間転写ベルト１１と対向し、ドラム形状をなしている。そして、２次転写ローラ１４は、転写電圧が印加されることにより、中間転写ベルト１１との間を通過する用紙Ｐに対して、中間転写ベルト１１が担持しているトナー画像を２次転写する。より詳細には、駆動ローラ１２は接地電位に保たれている。また、中間転写ベルト１１は、駆動ローラ１２に接触しているので、接地電位に近い正の電位に保たれている。そして、２次転写ローラ１４の電位が駆動ローラ１２及び中間転写ベルト１１の電位よりも高くなるように、２次転写ローラ１４に対して正の転写電圧が印加されている。トナー画像は、負に帯電しているので、駆動ローラ１２と２次転写ローラ１４との間に発生している電界によって、中間転写ベルト１１から用紙Ｐに対して転写される。
【００２３】
クリーニング装置１８は、用紙Ｐへのトナー画像の２次転写後に、中間転写ベルト１１に残存しているトナーを除去する。
【００２４】
トナー画像が２次転写された用紙Ｐは、定着装置２０に搬送される。定着装置２０は、用紙Ｐに対して加熱処理及び加圧処理を施すことにより、トナー画像を用紙Ｐに定着させる。排紙トレイ２１には、印刷済みの用紙Ｐが載置される。
【００２５】
（現像装置の構成）
次に、現像装置７（７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ）の構成について図面を参照しながら説明する。図２は、現像装置７Ｙの断面構造図である。現像装置７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋは同じ構造を有しているので、現像装置７Ｙを例にとって説明する。
【００２６】
現像装置７Ｙは、図２に示すように、現像ローラ７２Ｙ、供給ローラ７４Ｙ、撹拌ローラ７６Ｙ、規制ブレード７７Ｙ及び収容部７８Ｙを有している。
【００２７】
収容部７８Ｙは、現像装置７Ｙの本体を構成しており、トナーを収容していると共に、現像ローラ７２Ｙ、供給ローラ７４Ｙ、撹拌ローラ７６Ｙ及び規制ブレード７７Ｙを格納している。撹拌ローラ７６Ｙは、収容部７８Ｙ内の現像剤を攪拌してトナーを負に帯電させる。供給ローラ７４Ｙは、負に帯電しているトナーを含む現像剤を現像ローラ７２Ｙに供給する。現像ローラ７２Ｙは、感光体ドラム４Ｙの周面にトナーを付与し、スリーブ８０Ｙ及び磁石８２Ｙにより構成されている。
【００２８】
スリーブ８０Ｙは、図２に示すように、非磁性の金属製の円筒であり、感光体ドラム４Ｙと対向している。スリーブ８０Ｙは、感光体ドラム４Ｙと同じ方向（すなわち、時計回り）に回転する。すなわち、感光体ドラム４Ｙとスリーブ８０Ｙとは、カウンター方向に回転している。よって、スリーブ８０Ｙは、現像領域において所定方向の反対方向に進行する周面を有している。
【００２９】
磁石８２Ｙは、スリーブ８０Ｙ内に設けられており、磁界を形成するための磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｓ３を有している。磁石８２Ｙは、現像剤中の磁性体キャリアを磁界によりスリーブ８０Ｙの周面に吸着することによって、現像剤をスリーブ８０Ｙの周面に保持する。より詳細には、磁極Ｎ１は、感光体ドラム４Ｙに対向している現像主極である。そして、磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｓ３は、この順に、反時計回りに並ぶように磁石８２Ｙに配置されている。
【００３０】
以上のような構成を有する現像ローラ７２Ｙでは、磁性体キャリアは、磁極Ｓ２によりスリーブ８０Ｙの周面に吸着される。この際、磁性体キャリアに付着しているトナーも、スリーブ８０Ｙの周面に吸着される。すなわち、現像剤は、スリーブ８０Ｙの周面に吸着され、スリーブ８０Ｙの回転により搬送される。この間、現像剤は、磁極Ｓ２，Ｎ２間の磁界、磁極Ｎ２，Ｓ１間の磁界及び磁極Ｓ１，Ｎ１間の磁界によって、スリーブ８０Ｙの周面に保持されている。規制ブレード７７Ｙは、感光体ドラム４Ｙの周面とスリーブ８０Ｙの周面とが対向している現像領域よりもスリーブ８０Ｙの回転方向の上流側において、スリーブ８０Ｙに対して所定の間隔を開けた状態で設けられている。これにより、現像剤は、規制ブレード７７Ｙとスリーブ８０Ｙの周面との間を通過する際に、所定の層厚に規制される。更に、現像剤中のトナーは、後述するように、感光体ドラム４Ｙの周面とスリーブ８０Ｙの周面との間に発生している電界により、スリーブ８０Ｙの周面から感光体ドラム４Ｙの周面へと移動する。すなわち、感光体ドラム４Ｙの周面にトナー画像が現像される。
【００３１】
また、現像剤は、感光体ドラム４Ｙの周面とスリーブ８０Ｙの周面との間を通過した後、磁極Ｎ１，Ｓ３間の磁界によりスリーブ８０Ｙの周面に保持された状態で搬送される。その後、現像剤は、磁極Ｓ３，Ｓ２間の磁界が弱まった空間において遠心力により、スリーブ８０Ｙの周面から剥離される。
【００３２】
ここで、感光体ドラム４Ｙの周面にトナー画像が現像される過程についてより詳細に説明する。直流電源３０Ｙは、スリーブ８０Ｙの周面に保持されている現像剤中のトナーにより静電潜像を現像するための直流電圧をスリーブ８０Ｙに印加する。より詳細には、帯電器５Ｙは、感光体ドラム４Ｙの周面の電位が−６５０Ｖとなるように感光体ドラム４Ｙの周面を帯電させる。また、感光体ドラム４Ｙの周面においてビームＢＹが照射された部分の電位は、０Ｖに近づく。一方、直流電源３０Ｙは、スリーブ８０Ｙの周面の電位を−５００Ｖとする。これにより、スリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面においてビームＢＹが照射された部分との間には、感光体ドラム４Ｙの周面においてビームＢＹが照射された部分からスリーブ８０Ｙの周面へと向かう電界が発生する。そのため、負に帯電したトナーは、スリーブ８０Ｙの周面から感光体ドラム４Ｙの周面においてビームＢＹが照射された部分へと移動する。一方、スリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面においてビームＢＹが照射されていない部分との間には、スリーブ８０Ｙの周面から感光体ドラム４Ｙの周面においてビームＢＹが照射されていない部分へと向かう電界が発生する。そのため、負に帯電したトナーは、スリーブ８０Ｙの周面から感光体ドラム４Ｙの周面においてビームＢＹが照射されていない部分へと移動しない。これにより、感光体ドラム４Ｙの周面には、静電潜像に従ったトナー画像が形成される。
【００３３】
ところで、画像形成装置１は、トナー画像に濃度ムラ及び筋状ノイズが発生することを抑制する構成を備えている。以下に、かかる構成について説明する。
【００３４】
（濃度ムラ及び筋状ノイズの発生の抑制）
画像形成装置１では、スリーブ８０Ｙの周面には、直流電圧が印加されており、交流電圧は印加されていない。すなわち、画像形成装置１では、直流現像方式が採用されている。直流現像方式では、スリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面との間には比較的に小さな電圧しか印加されないので、比較的に少ないトナーしか現像に寄与しない。よって、トナー画像に濃度ムラが発生するおそれがある。
【００３５】
本願発明者は、直流現像方式が採用された画像形成装置１において、トナー画像に濃度ムラが発生することを抑制するために、パッキングデンシティを高くすることに想到した。以下に、パッキングデンシティについて図３を参照しながら説明する。図３は、現像ローラ７２Ｙ及び感光体ドラム４Ｙの拡大図である。
【００３６】
パッキングデンシティ（以下、ＰＤ）とは、スリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面との間における現像剤の充填度を示している。パッキングデンシティは、スリーブ８０Ｙの周面に単位面積当りに付着している現像剤の量（以下、搬送量：ＭＡ（ｇ／ｍ2））、現像剤の密度（ρ（ｇ／ｍ3））、及び、パッキンデンシティを算出する位置におけるスリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面との間隔（ｇ（ｍ））を用いて、以下の式（１）により示される。
【００３７】
ＰＤ＝ＭＡ／ρ／ｇ ・・・（１）
【００３８】
ＭＡの測定は、感光体ドラム４Ｙがない状態において、パッキングデンシティを算出する位置をスリーブ８０Ｙの周方向に１０ｍｍの範囲内の現像剤の重量を平均化することにより行う。具体的には、スリーブ８０Ｙの周方向１０ｍｍ及びスリーブ８０Ｙの長手方向５０ｍｍの開口を有するマスクによりスリーブ８０Ｙを覆い、開口内の現像剤を吸引し、該現像剤の重量を測定する。そして、現像剤の重量を開口の面積で割って、ＭＡを算出する。
【００３９】
ただし、ρは、以下の式（２）及び式（３）により示される。
【００４０】
ρ＝Ｔｃ・ρｔ＋（１−Ｔｃ）・ρｃ ・・・（２）
Ｔｃ：現像剤中のトナー重量部
ρｔ：トナーの密度
ρｃ：キャリアの密度
【００４１】
ｇ＝ＤＳ＋Ｒｐｃ・（１−ｃｏｓθｐｃ）＋Ｒｓｌ・（１−ｃｏｓθｓｌ）・・・（３）
ＤＳ：スリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面とが最も近接する位置（以下、最近接位置Ｐ０）におけるスリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面との間隔
Ｒｐｃ：感光体ドラム４Ｙの半径
Ｒｓｌ：現像ローラ７２Ｙの半径
θｐｃ：最近接位置Ｐ０と感光体ドラム４Ｙの中心とを繋ぐ直線ｌ１とパッキングデンシティを算出する位置と感光体ドラム４Ｙの中心とを繋ぐ直線ｌ２とがなす角度
θｓｌ：最近接位置Ｐ０と現像ローラ７２Ｙの中心とを繋ぐ直線ｌ３とパッキングデンシティを算出する位置と現像ローラ７２Ｙの中心とを繋ぐ直線ｌ４とがなす角度
【００４２】
まず、本願発明者は、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティを変化させることにより、用紙Ｐにおける現像量の変化を調べる第１の実験を行った。図４は、第１の実験の実験結果を示したグラフである。横軸はパッキングデンシティを示し、縦軸は現像量を示している。
【００４３】
第１の実験の実験条件は以下の通りである。なお、第１の実験以降の実験においても、同じ条件を適用した。
【００４４】
ＭＡ＝３５０ｇ／ｍ2
Ｔｃ＝７％
ＤＳ＝２５０μｍ
Ｒｐｃ＝１５ｍｍ
Ｒｓｌ＝８ｍｍ
ρｔ＝１１００００ｇ／ｍ3
ρｃ＝５０００００ｇ／ｍ3
【００４５】
図４によれば、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが高くなれば、現像量が高くなる傾向があることが理解できる。そこで、本願発明者は、第２の実験として、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティを０．２〜０．４の間において０．０５刻みで変化させて、トナー画像に濃度ムラが発生するか否かを調べた。更に、本願発明者は、第２の実験において、筋状ノイズの発生の有無も調べた。表１は、第２の実験結果を示した表である。表１において、○は、濃度ムラ又は筋状ノイズが発生しなかったことを示す。△は、問題がない程度の濃度ムラ又は筋状ノイズが発生したことを示す。×は、問題がある程度の濃度ムラ又は筋状ノイズが発生したことを示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１によれば、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが０．３以上０．４以下であれば、問題がある程度の濃度ムラが発生しないことが分かる。なお、パッキングデンシティが０．４以上になると、現像剤が充填されすぎて、現像ローラ７２Ｙ及び感光体ドラム４Ｙの動きが阻害される。そのため、０．４より大きなパッキングデンシティでは、実験を行っていない。
【００４８】
次に、本願発明者は、第３の実験として、磁極Ｎ１の磁束密度が最大となる位置を最近接位置Ｐ０から所定方向の上流側にずらして、トナー画像の現像安定性を調べた。
【００４９】
また、トナー画像の現像安定性とは、画像濃度ムラの発生のしやすさを示している。具体的には、現像安定性が高いとは、画像ムラが発生しにくいことを示し、現像安定性が低いとは、画像ムラが発生しやすいことを示す。
【００５０】
ここで、現像安定性の算出方法について説明する。現像安定性を評価するために第３の実験では標準ＳＮ比を用いた。品質工学においてＳＮ比とは、ばらつきの尺度となるものであり、ＳＮ比が大きいほどばらつきが小さいことを意味する。標準ＳＮ比とは、基準状態との違いを比較するためのＳＮ比である。第３の実験では、基準状態を求めるために、現像電位に対する用紙上への現像量について、ＤＳ（最近接位置Ｐ０におけるスリーブ８０Ｙの周面と感光体ドラム４Ｙの周面との間隔）を変動させて評価した。具体的には、ＤＳ＝２５０μｍ及びＤＳ＝４００μｍのそれぞれについて、現像バイアスを入力値として−１００Ｖ〜−５００Ｖまで１００Ｖ刻みで変動させ、各電圧における用紙上でのベタ画像の透過濃度を出力値として測定した。そして、ＤＳ＝２５０μｍ及びＤＳ＝４００μｍの出力値の平均値をとって、標準出力とした。第３の実験では、標準出力（基準状態）に対するばらつき（標準ＳＮ比）を、磁束Ｎ１の磁束密度が最大となる位置を所定方向の上流側の領域へずらして測定した。
【００５１】
図５は、第３の実験の実験結果を示したグラフである。横軸は磁極Ｎ１の磁束密度が最大となる位置におけるパッキングデンシティを示しており、縦軸は現像安定性ＳＮ比を示している。なお、第３の実験では、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティを０．３５とした。
【００５２】
図５によれば、磁極Ｎ１の磁束密度が最大となる位置が、所定方向の上流側の領域であって、パッキングデンシティが０．２以上の領域に位置している場合において、現像安定性がピークを有している。また、磁極Ｎ１の磁束密度が最大となる位置が、所定方向の上流側の領域であって、パッキングデンシティが０．２より小さい領域に位置している場合では、現像安定性が急激に悪化している。特に、磁極Ｎ１の磁束密度が最大となる位置が、所定方向の上流側の領域であって、パッキングデンシティが０．２２である位置にある場合に、現像安定性が最も良好であることが分かる。よって、第３の実験によれば、磁極Ｎ１の磁束密度が最大となる位置が、所定方向の上流側の領域であって、パッキングデンシティが０．２以上の領域に位置していることが好ましいことが分かる。なお、パッキングデンシティの上限は、図５より、０．３１であることが分かる。
【００５３】
図６は、回転方向における位置と磁極Ｎ１の磁束密度及びパッキングデンシティとの関係を示したグラフである。横軸は回転方向における位置を示し、縦軸は磁束密度及びパッキングデンシティを示している。
【００５４】
パッキングデンシティは、図６に示すように、最近接位置Ｐ０（０ｍｍの位置）において最大値を取っており、最近接位置Ｐ０から離れるに従って減少している。また、磁極Ｎ１の磁束密度は、所定方向の上流側の領域であって、パッキングデンシティが０．２の位置において最大となっている。これにより、画像形成装置１では、磁極Ｎ１の磁束密度は、最近接位置Ｐ０よりも１．５ｍｍだけ所定方向の上流側において最大となっている。
【００５５】
なお、一般的な画像形成装置（例えば、特許文献１に記載の画像形成装置）において、磁極Ｎ１の磁束密度は、最近接位置Ｐ０よりも−０．７ｍｍだけ所定方向の上流側において最大となっている。このように、画像形成装置１では、一般的な画像形成装置よりも、磁極Ｎ１の磁束密度が最大となる位置が、最近接位置Ｐ０から見て所定方向の上流側にずれていることが分かる。これにより、現像安定性の向上が図られる。
【００５６】
ところで、表１によれば、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが０．３以上０．４以下である場合において、問題がある程度の筋状ノイズが発生していることが分かる。また、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが０．２以上０．２５以下である場合において、筋状ノイズが発生していないことが分かる。これは、パッキングデンシティが高くなることによって、現像剤中のキャリアが、トナー画像に摺接して、トナー画像の後端に筋状ノイズを発生させているためである。
【００５７】
そこで、本願発明者は、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の上流側及び下流側における磁束密度の関係について着目し、第４の実験を行った。具体的には、本願発明者は、第４の実験として、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の上流側において、パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度φ１と、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の下流側において、パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度φ２とを変化させ、トナー画像に濃度ムラ又は筋状ノイズが発生したか否かを調べた。なお、第４の実験では、キャリアの直径を２５μｍと３３μｍとに変化させて実験を行った。図７は、第４の実験の実験結果を示したグラフである。横軸は磁束密度φ１を示しており、縦軸は磁束密度φ２を示している。
【００５８】
図７によれば、磁束密度φ２が磁束密度φ１の１／２以下である場合には、濃度ムラ及び筋状ノイズのいずれも発生していないことが分かる。一方、磁束密度φ２が磁束密度φ１の１／２より大きい場合には、濃度ムラ及び／又は筋状ノイズが発生していることが分かる。従って、濃度ムラ及び筋状ノイズが発生することを抑制するためには、磁束密度φ２が磁束密度φ１の１／２以下であることが好ましいことが分かる。
【００５９】
第１の実験ないし第４の実験によれば、画像形成装置１が、以下の第１の条件ないし第３の条件を満たしていれば、濃度ムラの発生及び筋状ノイズの発生を抑制できることが分かる。
【００６０】
第１の条件：最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが、０．３以上０．４以下であること
第２の条件：磁極Ｎ１の磁束密度が、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の上流側の領域であって、パッキングデンシティが０．２以上の領域において、最大となっていること
第３の条件：最近接位置Ｐ０よりも所定方向の下流側において、パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度φ２が、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の上流側において、パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度φ１の１／２以下となっていること
【００６１】
なお、本願発明者は、第２の条件及び第３の条件を満たす画像形成装置を作製し、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティを０．２〜０．４の間において０．０５刻みで変化させて、トナー画像に濃度ムラ及び筋状ノイズが発生するか否かを調べる第５の実験を行った。なお、第２の実験において用いた画像形成装置と第５の実験において用いた画像形成装置との相違点は、第２の実験において用いた画像形成装置では、第２の条件及び第３の条件が満たされていないのに対して、第５の実験において用いた画像形成装置では、第２の条件及び第３の条件が満たされている点である。具体的には、第２の実験において用いた画像形成装置では、磁極Ｎ１の磁束密度は、最近接位置Ｐ０で最大となっており、かつ、磁束密度φ１と磁束密度φ２とは等しくなっている。
【００６２】
表２は、第５の実験結果を示した表である。表２において、○は、濃度ムラ又は筋状ノイズが発生しなかったことを示す。△は、問題がない程度の濃度ムラ又は筋状ノイズが発生したことを示す。×は、問題がある程度の濃度ムラ又は筋状ノイズが発生したことを示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】
表２によれば、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが０．３以上０．４以下であれば、問題がある程度の濃度ムラ及び問題がある程度の筋状ノイズが発生しないことが分かる。すなわち、画像形成装置が第１の条件を満たすことにより、濃度ムラの発生を抑制でき、画像形成装置が第２の条件及び第３の条件を満たすことにより、筋状ノイズの発生を抑制できることが分かる。
【００６５】
次に、本願発明者は、磁束密度φ１の好ましい値を求めるために、第６の実験を行った。具体的には、本願発明者は、磁束密度φ１を変化させたときの現像安定性を測定した。図８は、第６の実験の実験結果を示したグラフである。横軸は磁束密度φ１を示しており、縦軸は現像安定性を示している。
【００６６】
図８によれば、磁束密度φ１が９０ｍＴ以上の領域では、磁束密度φ１が９０ｍＴ以下の領域よりも、直線の傾きが大きくなっている。すなわち、磁束密度φ１が９０ｍＴ以上の領域では、磁束密度φ１が９０ｍＴより小さい領域に比べて、磁束密度φ１の増加量に対する現像安定性の増加量が大きい。これは、磁束密度φ１が大きくなることにより、スリーブ８０Ｙの周面上に形成される現像剤の磁気ブラシの高さが高くなり、磁気ブラシが感光体ドラム４Ｙの周面に確実に接触するためである。そして、磁気ブラシが感光体ドラム４Ｙの周面に確実に接触するようになると、より多くのトナーがスリーブ８０Ｙの周面から感光体ドラム４Ｙの周面へと安定して供給されるようになるからである。よって、磁束密度φ１が９０ｍＴ以上であれば、現像安定性が向上する。よって、第６の実験によれば、磁束密度φ１は、９０ｍＴ以上であることが好ましい。
【００６７】
次に、本願発明者は、磁束密度φ２の好ましい値を求めるために、第７の実験を行った。具体的には、本願発明者は、磁束密度φ２を変化させたときに、筋状ノイズの発生時の最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティを測定した。図９は、第７の実験の実験結果を示したグラフである。横軸は磁束密度φ２を示しており、縦軸は最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティを示している。
【００６８】
図９によれば、磁束密度φ２が４０ｍＴ以下の領域では、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが０．３７のときに、筋状ノイズが発生している。一方、磁束密度φ２が４０ｍＴより大きい領域では、最近接位置Ｐ０におけるパッキングデンシティが０．３７から減少している。このように、磁束密度φ２が４０ｍＴよりも大きくなると、低いパッキングデンシティであっても筋状ノイズが発生しやすくなっていることが分かる。これは、磁束密度φ２が大きいと、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の下流側における磁気ブラシの高さが高くなり、最近接位置Ｐ０を通過したトナー画像に磁気ブラシが接触するためである。そこで、最近接位置Ｐ０よりも所定方向の下流側における磁気ブラシの高さが低くなるように、磁束密度φ２は、４０ｍＴ以下であることが好ましい。これにより、筋状ノイズの発生がより効果的に抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、濃度ムラ及び筋状ノイズの発生を抑制できる点において優れている。
【符号の説明】
【００７０】
１ 画像形成装置
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ 感光体ドラム
７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ 現像装置
３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋ 直流電源
７２Ｙ 現像ローラ
７４Ｙ 供給ローラ
７６Ｙ 撹拌ローラ
７７Ｙ 規制ブレード
７８Ｙ 収容部
８０Ｙ スリーブ
８２Ｙ 磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアからなる現像剤を用いてトナー画像を印刷媒体に形成する画像形成装置であって、
現像領域において所定方向に進行する第１の周面であって、静電潜像が形成される第１の周面を有する像担持体と、
前記現像領域において前記所定方向の反対方向に進行する第２の周面を有する現像剤担持体であって、磁界により前記キャリアを該第２の周面に吸着することによって、前記現像剤を該第２の周面に保持する現像剤担持体を有する現像装置と、
前記第２の周面に保持されている前記現像剤中の前記トナーにより前記静電潜像を前記現像領域において現像するための直流電圧を該第２の周面に印加する電圧印加手段と、
を備えており、
前記第２の周面に単位面積当りに付着している現像剤の量を現像剤の密度及び該第１の周面と前記第２の周面との間隔で割って得られる値をパッキングデンシティと定義した場合に、該第１の周面と該第２の周面とが最も近接する最近接位置におけるパッキングデンシティが、０．３以上０．４以下であり、
前記磁界を形成するための磁極の内の現像主極の磁束密度は、前記最近接位置よりも前記所定方向の上流側の領域であって、前記パッキングデンシティが０．２以上の領域において、最大となっており、
前記最近接位置よりも前記所定方向の下流側において、前記パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度は、該最近接位置よりも該所定方向の上流側において、前記パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度の１／２以下であること、
を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記最近接位置よりも前記所定方向の上流側において、前記パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度は、９０ｍＴ以上であり、
前記最近接位置よりも前記所定方向の下流側において、前記パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度は、４０ｍＴ以下であること、
を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１】
トナーとキャリアからなる現像剤を用いてトナー画像を印刷媒体に形成する画像形成装置であって、
現像領域において所定方向に進行する第１の周面であって、静電潜像が形成される第１の周面を有する像担持体と、
前記現像領域において前記所定方向の反対方向に進行する第２の周面を有する現像剤担持体であって、磁界により前記キャリアを該第２の周面に吸着することによって、前記現像剤を該第２の周面に保持する現像剤担持体を有する現像装置と、
前記第２の周面に保持されている前記現像剤中の前記トナーにより前記静電潜像を前記現像領域において現像するための直流電圧を該第２の周面に印加する電圧印加手段と、
を備えており、
前記第２の周面に単位面積当りに付着している現像剤の量を現像剤の密度及び該第１の周面と前記第２の周面との間隔で割って得られる値をパッキングデンシティと定義した場合に、該第１の周面と該第２の周面とが最も近接する最近接位置におけるパッキングデンシティが、０．３以上０．４以下であり、
前記磁界を形成するための磁極の内の現像主極の磁束密度は、前記最近接位置よりも前記所定方向の上流側の領域であって、前記パッキングデンシティが０．２以上の領域において、最大となっており、
前記最近接位置よりも前記所定方向の下流側において、前記パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度は、該最近接位置よりも該所定方向の上流側において、前記パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度の１／２以下であること、
を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記最近接位置よりも前記所定方向の上流側において、前記パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度は、９０ｍＴ以上であり、
前記最近接位置よりも前記所定方向の下流側において、前記パッキングデンシティが０．２となっている位置における磁束密度は、４０ｍＴ以下であること、
を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１４５６４１（Ｐ２０１２−１４５６４１Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１２７（Ｐ２０１１−２１２７）
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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