JP2012226280A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤の劣化状態、消費状態を正確に把握し、不必要な像担持体の摩耗を防止し、寿命を通して像担持体から中間転写体へのトナー像の一次転写性の向上、再転写の抑制を達成し得る画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像手段４の寿命を検知する検知手段５０を有し、検知手段５０の検知結果に応じて像担持体１と中間転写体６の相対速度を大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電子写真方式の複写機、プリンター（例えば、ＬＥＤプリンター、レーザービームプリンター等）、ファクシミリ装置、ワードプロセッサーなどの画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置として、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色について像担持体としての感光ドラムを１列に複数配置したカラー画像形成装置がある。この画像形成装置には、各感光ドラム上に現像された各色のトナー像を中間転写体（中間転写ベルト）上に順次重ね合わせて転写し、その後、中間転写ベルト上の多色トナー像を記録媒体（転写材）に一括転写する中間転写方式の画像形成装置がある。

従来、上記のような画像形成装置において、感光ドラムから中間転写ベルトへのトナー像の一次転写性を向上させるために、各転写位置における、感光ドラムと中間転写ベルトの周速に相対速度差（周速差）を持たせる方式が提案されている。斯かる構成の画像形成装置によれば、各色トナー像の一次転写効率が向上し、また、中間転写ベルトに転写された１色目のトナー像が２色目以降の感光ドラムに再び付着してしまう現象である「再転写」が同時に抑制される。特に、２色以上のトナー像を重ねて転写する場合や、繰り返しプリントを重ねることにより、トナーが劣化しているプロセスカートリッジを用いる場合に効果がある。

しかしながら、感光ドラムと中間転写ベルトの周速に周速差を持たせて駆動すると、その周速差の絶対値が大きいほど、感光ドラム表面にある感光層の磨耗量が増加する。感光ドラム表面にある感光層の膜厚（以下、「感光ドラム膜厚」と呼ぶ。）の低下が進むと、次第にその削れムラ（凹凸）が顕著となり、転写材上に形成された画像にはスジとなって現れる。これにより、感光ドラム寿命は感光ドラム膜厚の磨耗量によって決められる。従って、従来では転写効率の向上、再転写抑制といった転写性の向上と感光ドラムの摩耗による画像不良とのバランスから周速差を決定する場合があった。

また、従来技術において、画像形成装置の印字耐久状態に応じて感光ドラムと中間転写ベルトの周速差を変更することで、感光ドラムの摩耗を抑制する方法が開示されている。特許文献１には画像形成装置に搭載されたカウンタによって画像形成枚数をカウントし、画像形成枚数に応じて感光ドラムと中間転写体の周速差を変化させることで、初期状態における感光ドラムのスリップ傷、摩耗を防止している。と同時に、初期状態以降では周速差を大きくすることにより、感光ドラムと中間転写体の間で生じる振動によるビビり音を防止する構成が開示されている。

しかしながら、特許文献１には、感光ドラムの初期のスリップ傷、摩耗、又は、初期以降では中間転写体との間でビビり音が発生しやすい構成において、これらを防止する方法について開示している。しかし、初期状態以降における感光ドラムの耐久に伴う削れを緩和する方法、耐久を通じて良好な転写性を維持する方法については開示されていない。

特開２００５−１２８２４３号公報

上述したように、特に従来技術のように画像形成装置の画像形成枚数に応じて感光ドラムと中間転写ベルトの周速差を変更する場合、一次転写性の向上、再転写の抑制といった観点からは必ずしも十分な効果が得られない場合があった。

何故ならば、一次転写性の向上、再転写の抑制に対しては、実際には感光ドラムの摩耗量の影響よりも、現像手段の耐久状態、例えば現像剤（トナー）の消費状態、劣化状態に起因する影響のほうが支配的であることが分かっているからである。

また、印字耐久枚数と感光ドラムの摩耗状態、トナーの消費状態、劣化状態は一意に決まるものではなく、従って印字耐久枚数からそれらを予測することは困難である。何故ならば、感光ドラム表面の感光層の磨耗量とトナーの消費状態、劣化状態は、プリントの１ジョブ中に何枚の画像を形成するか、またはどのような画像パターンをプリントするかといった条件によって変わるためである。一方、転写性に対して支配的なパラメータは、トナーの劣化状態、消費状態である。そのため、トナーの劣化状態、消費状態によらず、耐久枚数で周速差を変化させた場合、必要以上に感光ドラムを摩耗させてしまう場合や、逆に周速差が不十分となり一次転写性の向上、再転写の抑制の効果が不十分となる場合もあった。

これらを踏まえて、本発明は、上記諸問題を解決するためになされたものである。

つまり、本発明の目的は、現像剤の劣化状態、消費状態を正確に把握し、不必要な像担持体の摩耗を防止し、寿命を通して像担持体から中間転写体へのトナー像の一次転写性の向上、再転写の抑制を達成し得る画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体にトナー像を形成するためにトナーを収容した現像手段と、前記像担持体に形成されたトナー像を中間転写体に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、
前記現像手段の寿命を検知する検知手段を有し、前記検知手段の検知結果に応じて前記像担持体と前記中間転写体の相対速度を大きくさせることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、現像剤の劣化状態、消費状態を正確に把握、検知した上で、その検知結果に基づいて像担持体と中間転写体の周速に最適な周速差を設定することが可能である。そのため、不必要な像担持体の摩耗を防止し、かつ像担持体から中間転写体へのトナー像の一次転写性の向上、再転写の抑制が可能になる。

本発明に係る画像形成装置の一実施例の全体構成を示す概略断面図である。 現像手段寿命検知装置の一実施例を示す概略図である。 周速差と転写効率の関係を示すグラフである。 本発明の画像形成装置の他の実施例の全体構成を示す概略断面図である。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
［画像形成装置の全体構成］
図１は、本実施例における電子写真プロセスを利用した画像形成装置であるカラー画像形成装置の一実施例の全体構成を示す概略断面図である。

本実施例の画像形成装置１００は、複数の、本実施例ではイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４つの画像形成ステーションＰ（Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ）を有している。各ステーションＰに対して、第一の像担持体としてのドラム状の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という。）１（１ａ〜１ｄ）に対向して、それぞれ、現像剤（トナー）を収容した現像手段４（４ａ〜４ｄ）が配置されている。また、感光ドラム１の周りには、感光ドラム１ａ〜１ｄ上の残留トナー残留トナーを除去するクリーニング部材としてクリーニングブレードを備えたクリーニング手段９（９ａ〜９ｄ）が設けられている。

感光ドラム１、現像手段４、クリーニング手段９は、一体に構成されてカートリッジ２０（２０ａ〜２０ｄ）（以下、「プロセスカートリッジ」という。）を構成している。本実施例にて、各カートリッジ２０は、水平方向に配置する構成となっている。これらプロセスカートリッジ２０ａ〜２０ｄは、画像形成装置本体１００Ａに対して着脱可能な構成となっている。そして、プロセスカートリッジ２０ａ〜２０ｄで形成したそれぞれ色の異なる現像像、即ち、トナー像を、第二の像担持体としての中間転写体である中間転写ベルト６に順次に重ねて転写する。その後、トナー像を記録媒体としての転写材Ｓに一括転写することでフルカラー画像を得る構成となっている。転写材Ｓは、給紙ユニット１１から給紙され、排紙トレイ（不図示）に排出される。

上記構成の本実施例の画像形成装置における画像形成動作について説明する。上述したように、画像形成装置１００にて感光ドラム１ａ〜１ｄは、繰り返し使用される回転ドラム型の電子写真感光体であり、予め決められた周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。感光ドラム１ａ〜１ｄは、１次帯電ローラ（帯電手段）２（２ａ〜２ｄ）より予め決められた極性・電位（本実施例ではマイナス）に一様に帯電処理されている。そして、帯電処理された感光ドラム表面に対して画像情報に基づいて露光手段３（３ａ〜３ｄ）（レーザダイオード、ポリゴンスキャナ、レンズ群、などによって構成される）による露光を受ける。これにより、感光ドラム１にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応した静電潜像が形成される。

次いで、現像手段４により、感光ドラム１に形成された静電潜像へ現像剤（即ち、トナー）を付着させる、所謂、現像が行われる。現像手段４ａ〜４ｄは、トナーを収容するトナー容器４０ａ〜４０ｄと、トナーを担持し搬送する現像剤担持体としての現像ローラ４１ａ〜４１ｄ、及び現像ローラ上のトナー量を規制する現像ブレード４２ａ〜４２ｄを備えている。

現像ローラ４１ａ〜４１ｄは、抵抗調整された弾性ゴムで構成されている。現像ローラ４１ａ〜４１ｄは感光ドラム１ａ〜１ｄに対して順方向に回転しながら、感光ドラム１ａ〜１ｄに対して対向配設されている。現像ローラ４１ａ〜４１ｄに予め決められた極性の高圧（本実施例ではマイナス）を印加し、現像ブレード４２を所定の圧で現像ローラ４１ａ〜４１ｄに押圧する。これにより、各現像手段内で同一極性に摩擦帯電された状態で現像ローラ４１ａ〜４１ｄ上に担持されているトナー（本実施例ではマイナス極性を持つ）が、感光ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像に転移することで現像が行われる。

１次転写部Ｔ１（Ｔ１ａ〜Ｔ１ｄ）には、中間転写ベルト６を挟んで、感光ドラム１ａ〜１ｄと対向して１次転写ローラ（１次転写手段）５ａ〜５ｄが配置される。１次転写ローラ５ａ〜５ｄには高圧の転写電圧（本実施例ではプラス）が印加され、感光ドラム１ａ〜１ｄ上に現像された各色のトナー像が中間転写ベルト６に一次転写される。一次転写ローラ５Ａ〜５Ｄは芯金に体積抵抗率が１０⁴〜１０⁷Ω・ｃｍに抵抗調整された発泡ゴムを被覆させた発泡ゴムローラである。

中間転写ベルト６は、中間転写ベルト６に対して配列された各感光ドラム１ａ〜１ｄと接触しながら、予め設定された周速度（プロセススピード）をもって駆動ローラ６１の作用で回転駆動されている。また、中間転写ベルト６は、１０⁶〜１０¹²Ω・ｃｍの体積固有抵抗率を持たせた厚さ５０〜１５０μｍ程度の無端のフィルム状部材で構成されている。

なお、感光ドラム１ａ〜１ｄから中間転写ベルト６にトナー像の転写が行われた後の感光ドラム１ａ〜１ｄ上に残留する一次転写残トナーは、クリーニング手段９ａ〜９ｄに回収される。

給紙ユニット１１から給紙ローラ１２によって給紙された転写材Ｓは、予め決められたタイミングにて駆動回転するレジストローラ対１３によって、二次転写ローラ７と二次転写対向ローラ６２とで形成される２次転写ニップ部Ｔ２へ搬送される。そして、２次転写ローラ７に印加した高圧による電界（本実施例ではプラス）の作用で、中間転写ベルト６上のトナー像が転写材Ｓに転写される。２次転写ローラ７は、芯金に１０⁶〜１０¹⁰Ω・ｃｍに抵抗調整された発泡ゴムを被覆させた発泡ゴムローラである。そして、転写材Ｓは、フルカラートナー像が定着器８による加熱及び加圧によって、トナーが転写材Ｓに定着され、機外（画像形成装置本体外部）に排出される。中間転写ベルト６から転写材Ｓにトナー像の転写が行われた後の中間転写ベルト６上に残留する２次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング手段１０としてのクリーニングブレードによって除去回収される。

［現像手段寿命検知］
本実施例に用いる図１に示す画像形成装置は、各色のプロセスカートリッジ２０の現像手段寿命を検知する検知手段５０と、検知手段５０からの情報を記憶する記憶手段５１を有している。図２は、各現像手段４の寿命を検知する検知手段５０及び記憶手段５１の概略構成図である。本実施例にて、各色のプロセスカートリッジ２０は同じ構成とされるために、各色を示す各構成部材の添え字ａ〜ｄは省略して総括して示す。

検知手段５０は、現像手段４の駆動時間、又は、駆動時間に関する情報によって現像手段４の寿命を検知する現像手段駆動検出手段５４と、現像剤の残量又は現像剤の消費状態に関する情報によって現像手段４の寿命を検知する現像剤残量検出手段５５とを備えている。つまり、検知手段５０は、
（１）現像手段の駆動時間、又は、駆動時間に関する情報によって現像手段の寿命を検知する。又は、
（２）現像剤の残量、又は、現像剤の消費状態に関する情報によって現像手段の寿命を検知する。又は、
（３）現像手段の駆動時間又は駆動時間に関する情報、及び、現像剤の残量又は現像剤の消費状態に関する情報によって現像手段の寿命を検知する。

本発明よると、検知手段５０の検知結果に応じて、寿命検知された現像手段４に対応する感光ドラム１と中間転写ベルト６との相対速度が変更される。

記憶手段５１は、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発の読み書き可能なものであり、各プロセスカートリッジ２０に、本実施例では、現像手段４の現像容器４０にそれぞれ設けられている。現像手段４を含むプロセスカートリッジ２０が画像形成装置本体１００Ａに装着された箇所において、各々の記憶手段５１は、コネクタによって電気的に画像形成装置本体１００Ａと接続され、画像形成装置本体１００Ａの制御部２００と情報のやり取りが可能である。つまり、各記憶手段５１の情報は、制御部２００により、読み書きが可能な構成となっている。この記憶手段５１としては、非接触の状態で、信号の送受信が可能な、電磁結合方式などの、読み出し、書き込み可能な非接触メモリを用いても良い。

本実施例においては、現像手段４の駆動時間又は駆動時間に関する情報として現像ローラ４１の総回転時間を用い、現像手段駆動検出手段５４からの現像ローラ４１の総回転時間を不揮発メモリ５１に記憶し、現像手段寿命を判断する。

また、装置本体１００Ａ、及びプロセスカートリッジ２０には、現像手段４内のトナーの残量を検出し、現像手段の寿命を検知する他の検知手段を構成する現像剤残量検出手段５５が配置されている。現像剤残量検出手段５５は、現像剤残量検出装置５５ａからの情報にて現像剤残量を検知する。現像剤残量検出装置５５ａは、本実施例では、装置本体１００Ａに設置された、ＬＥＤの発光素子とその反射光をフォトセンサで受光する受光部を有する光学センサ５３と、各プロセスカートリッジ２０（即ち、現像容器４０）に配置された透明な樹脂で形成された光学検知窓５２からなる。光学センサ５３のＬＥＤ部から照射した光を光学検知窓５２を介して光学検知窓５２部に存在する現像手段内のトナーに照射し、光学検知窓５２内部に形成された透過光の反射部にトナーを透過して反射した光を受光部５３で受光することでトナーの残量を検知するものである。

この現像剤残量検出装置５５ａは、その他の方式、例えば、トナー残量を抵抗や容量から電気的に検出する方式等を採用しても良い。

上述したように、特許文献１に記載されているような画像形成枚数をカウントする構成の場合、正確にトナーの消費状態、劣化状態を把握しているとは言えない。トナーの消費状態、劣化状態は、印刷する画像パターン差（トナーの印字率の差）によって異なる。更には、プリントジョブの差（１枚から数枚のプリントを繰り返す場合と、数枚から数十枚の比較的ページ数が多いプリントを繰り返す場合による差、等）によって現像手段内部でのトナーの摺擦状態、撹拌状態が大きく異なり、トナーの劣化状態が大きく異なる。

ここで、トナーの摺擦状態、撹拌状態とトナーの劣化状態について詳しく述べる。

本実施例の現像手段４内には、トナーを搬送し、感光ドラム１へ現像する現像ローラ４１が配置されている。この現像ローラ４１上のトナー量を規制し、摺擦による摩擦帯電によって適切な帯電量に制御するための現像ブレード４２が現像ローラ４１に当接させた状態で配置されている。また、本実施例においては、さらに現像手段内に充填されているトナーを撹拌しつつ現像ローラ近傍部へ搬送供給する撹拌機構４３（図２）が配置されている。

現像手段内においては、常にこの撹拌機構４３による循環、現像ローラ４１と現像ブレード４２による摺擦を経ながらトナーが消費されていくことになる。

一般的には、トナーの母体粒子には凝集防止や、帯電制御のための添加材を外添している場合が多い。そのため、この外添粒子が、過度に撹拌、摺擦が繰り返されることによって、トナー母体粒子から欠落することでトナーの帯電性、帯電量の均一性が低下し、現像性、転写性が低下することが分かっている。このような状態をここでは「トナーが劣化している状態」と定義する。

［画像パターン差（トナーの印字率差）の影響］
例えば、テキスト画像等の、印字率の低い画像を大量に印刷する場合においては、写真画像のような印字率の高い画像を印刷する場合と比較して、現像ローラの回転時間に対して、トナーの消費速度が遅い。そのため、消費されずに現像ローラ近傍に滞留し続けるトナーは過度に摺擦され、摩擦熱の影響も受けることになるので、よりトナーの劣化が促進されることが分かっている。

異なる観点からみた場合、１枚当たりのトナーの消費量が減る（トナーの消費スピードが遅くなる）ことで、現像手段のプリント可能枚数が増加することになるため、結果として現像手段、現像ローラの回転数が増加することになる。このように、トナーの印字率が低い場合、現像ローラ近傍での滞留トナーの摺擦劣化に加え、同じカートリッジ寿命到達時（トナー残量が規定の値以下に達した場合）における、現像ローラの総回転時間の増大によりトナーの劣化状態が促進されることになる。

［プリントジョブ差の影響］
一般的には、画像形成を行う際には、停止状態／スタンバイ状態の装置を、ＰＣ等からプリント信号を受け付けた後に、装置を起動させ、装置が画像形成可能の状態にするための「前回転処理」を実行する。この「前回転処理」には、モータの立ち上げ、高圧の立ち上げ、画像形成に必要な種々の高圧を制御するための制御等が行われている。そして、「前回転処理」を終了し、画像形成準備が完了した時点で、先述している、露光、現像、転写、定着といった、所謂、「画像形成」を実行することになる。ジョブで指定された一連の画像形成を終了した後に、次の画像形成に備えるために、クリーニング処理、画像形成後の後処理の実施等を含めた後回転処理を実行し、後回転処理が終了した後に、装置を停止させ、一連のプリント処理が終了することになる。

印刷ジョブには、１枚毎のプリントを繰り返し実行する場合もあれば、数枚から数十枚のジョブを連続してプリントする場合もある。

どのような印刷ジョブ（画像形成時の連続プリント枚数）に対しても、この「前回転処理」、「後回転処理」は必ず実行される。そのため、１枚毎のような印字枚数の少ないジョブの繰り返しの場合と、印字枚数の多いジョブの繰り返しの場合では、印字枚数の少ないジョブを繰り返された場合の方が、前回転処理、後回転処理の分長く装置が回転されることになる。その結果としてトナーが消費されない状態での現像ローラの回転時間も増えることになるため、トナーの摺擦、攪拌時間の増加の観点からトナーの劣化に対して不利であると言える。

さらに、図１のカラー画像形成装置において、白黒のみの画像を出力する際には、イエロー、マゼンタ、シアンのプロセスカートリッジでの画像形成動作は停止させ、ブラックの画像形成装置のみを動作させる。従って、出力画像の色によっても各現像手段の消耗状態は異なる。

このように、現像ローラ４１の回転時間、撹拌機構４３による攪拌時間が増加するとトナーが現像手段内で、現像ローラ４１や現像ブレード４２、または現像手段内に配置されたトナー撹拌機構４３等によって摺擦、撹拌が繰り返される。そのため、トナーの劣化は促進される。従って、現像ローラ４１の回転時間、または、トナー撹拌機構４３の攪拌時間によって現像手段４の寿命、即ちトナーの劣化状態を予測することが必要であると言える。

以上述べたように、印刷枚数での寿命検知では正確にトナーの劣化状態を判断できなかった。しかし、現像手段（現像ローラ４１）の総回転時間、及びトナーの消費状態、残量を各色ごとに別々に把握することで、より正確にトナーの劣化状態を把握することが可能であると言える。

本実施例では、装置本体の耐久状況によらず、プロセスカートリッジ２０ａ〜２０ｄの各々の現像ローラ４１ａ〜４１ｄの総回転時間とトナーの残量の２つのパラメータに従って現像手段寿命を推定する。そして、これに対して、中間転写ベルト６の最適な周速を決定する方式を採用している。

具体的には、現像ローラ４１の総回転時間を検出し、予め設定した閾値を超えた場合に感光ドラム１と中間転写ベルト６との周速差を変更する。または、トナーの残量を検出し、予め設定された閾値を超えた場合に周速差を変更する。または、現像ローラ４１の総回転時間、及びトナーの残量の双方のうち、どちらか一方が予め設定した閾値に到達した場合に周速差を変更する構成をとっている。

［現像ローラの総回転時間に関して］
本実施例においては、現像ローラ４１の総回転時間を検知し、随時メモリに格納して現像手段寿命情報として画像形成にフィードバックしている。寿命（閾値）に相当する総回転時間は、一般的な使用状態におけるプロセスカートリッジ２０の印字可能枚数、設定寿命から算出している。

具体的には、例えば、プロセスカートリッジ２０の公称寿命（印字可能枚数）が１００００枚の場合、想定される一般的な使用モードとして、ここでは２枚印刷して一旦停止するといった耐久モード（以降、「間欠耐久モード」と定義する。）を設定する。この間欠耐久モードで１００００枚を印刷する際に現像ローラ４１が回転する総回転時間を現像ローラ４１の寿命（閾値）Ｔと設定した。

表１は、本実施例の構成において、上記間欠耐久モードを実施した際の、現像ローラ総回転時間に対して周速差（周速比）を振った場合の画像レベルの評価結果を示したものである。ここでは、代表色としてシアンカートリッジの場合について説明する。

なお、ここでは実験条件としては、実際の使用状態よりもさらにトナーの劣化に対して過酷な条件となるように、３０℃／８０％の高温高湿環境下において、２枚の間欠耐久モードを実行した。また、画像パターンを、低印字率（トナーカバー率２％）での耐久とし、トナーの消費スピードをより抑えた、所謂、トナーの劣化促進モードでの評価を実施した。また、画像評価時には、１次転写部において転写性の振れの影響を受け易い２次色画像（即ち、２色重ね画像、）を印字した際の転写性の振れによるバンディングの発生状況で評価している。２次色画像の場合、特に後から重ね合わせる色の１次転写性が悪化する傾向がある。この転写性の振れによるバンディングについては後に詳述する。

この表においては、○：バンディングの発生なし、△：バンディングの発生が若干みられるものの通常の使用下では実害のないレベル、×：バンディングの発生がみられる、といった指標でランク分けをしている。

この表１から分かるように、現像ローラ４１の総回転時間の増加に伴って転写性、バンディングの悪化傾向が見られるものの、同じ現像ローラの総回転時間で比較すると、周速差をつけるほどバンディングのレベルが改善されることが分かる。

本実施例においては、プロセスカートリッジの設定寿命到達時（総回転時間Ｔ到達）を現像手段寿命到達率１００％とした場合の制御は次のようにした。つまり、寿命到達率１００％を検出した以降、感光ドラム１と中間転写ベルト６との周速差の設定を、初期設定値に対して大きくする制御とした。転写性と周速差(周速比）の関係については後述する。

また、周速差（周速比）の設定は、中間転写ベルト６の周速に対する感光ドラム１の周速の比として表し、中間転写ベルト６と感光ドラム１の周速が等速の場合を周速差（周速比）１００％と定義した。ここでは、中間転写ベルト６の周速を２４０ｍｍ／ｓｅｃに固定し、各々の色について感光ドラムの周速を初期設定値で２４２．４ｍｍ／ｓｅｃ周速差（周速比）１０１％、寿命到達後は２４７．２ｍｍ／ｓｅｃ周速差（周速比）１０３％となるように制御している。

本構成を採用することにより、寿命が１００％到達時点までは、周速差（周速比）を１０１％と小さく設定することで転写性を維持しつつ、かつドラム傷等による画像弊害の発生を回避できた。また、寿命が１００％到達を検知以降は、寿命到達前よりも周速差（周速比）を大きくすることで耐久後半の転写性の低下の改善、バンディングレベルの改善を図ることができた。そのため、結果として耐久を通して良好な画像形成を維持することが可能となった。

また、ここで設定したこの現像ローラの寿命到達時の総回転時間（閾値Ｔ）、周速差（周速比）に関しては、プロセスカートリッジの公称耐久枚数や、プロセススピード、耐久モード、画像評価結果から決定すればよい。装置構成、現像手段構成、プロセススピード、トナー等が変わる場合には、その都度適切な値を設定すればよい。

また、ここでは、現像ローラの寿命到達時の総回転時間（閾値Ｔ）を設定し、周速差（周速比）の設定を２段階有して切り替える構成で説明した。しかし、別の実施形態として、複数の閾値を設定して、同時に周速差（周速比）の設定を複数段階有し、各閾値に対して（現像ローラの寿命到達時の総回転時間（閾値Ｔ）多段階で周速差（周速比）を変更する構成としてもよい。このように現像ローラの寿命到達時の総回転時間（閾値Ｔ）に応じて、徐々に周速差を変更する制御とすることも可能であり、これによって、ドラム傷、転写性向上、バンディングレベルの改善に対してより最適な周速差となるように制御することが可能となる。

［トナー残量、消費状態に関して］
本実施例におけるトナー残量に関しては、プロセスカートリッジの初期のトナー残量を１００％と定義し、トナー残量がゼロになった状態をトナー残量０％と定義している。

表２は、本実施例におけるトナーの残量に対して周速差を振った場合の画像レベルの評価結果を示したものである。ここでも、代表色としてシアンカートリッジの場合で説明する。

なお、ここでは実験条件としては、先に述べた実験モードと同様に、３０℃／８０％の高温高湿環境下における、低印字率（トナーカバー率２％）での２枚の間欠耐久モードを実施した。また、画像評価モードも同様に、転写性の振れの影響を受けやすい２次色画像を印字した際の転写性の振れによるバンディングの発生状況で評価している。画像ランクの基準も同様とする。

この表２から分かるようにトナーの残量が少なくなるとバンディングの悪化が見られるものの、同時に、同じトナー残量の場合に対して周速差を大きくするほど、バンディングのレベルが改善されることが分かる。

本実施例においては、トナー残量の閾値Ｌとしてトナー残量２０％と設定し、初期から２０％までは中間転写ベルトの周速に対する感光ドラムの周速の周速差（周速比）を初期設定の１０１％とした。そして、トナー残量の閾値Ｌ＝２０％を検出した時点で、周速差（周速比）を１０３％に設定変更する制御とした。これによりトナー残量が２０％以下になるまでは、必要以上に周速差を大きく設定していないために、ドラム傷等による画像弊害は全く見られなかった。また、２０％以下を検知した後に周速差を大きくすることで、耐久後半の転写性、バンディングレベルの改善を図ることができ、耐久を通して良好な画像形成を維持できることが分かった。

また、ここでは、トナー残量の閾値Ｌを設定し、周速差（周速比）の設定を２段階有して切り替える構成で説明した。しかし、別の実施形態として、複数の閾値を設定して、同時に周速差（周速比）の設定を複数段階有し、各閾値に対して（トナー残量に応じて）多段階で周速差（周速比）を変更する構成としてもよい。このようにトナーの残量に応じて、徐々に周速差を変更する制御とすることも可能であり、これによって、ドラム傷、転写性向上、バンディングレベルの改善に対してより最適な周速差となるように制御することが可能となる。

以上、現像ローラの総回転時間とトナーの残量の各々について説明したが、これら２つを同時に検出して、周速差(周速比)を適正化しても良い。この場合、常により周速差(周速比)が大きくなる方の条件を選択して制御を実行する。これは劣化の進んだトナーの方で画像が決まってしまうためである。

以上述べてきたように、現像ローラの総回転時間Ｔの検出以降、またはトナー残量Ｌ検出以降、または現像ローラの総回転時間Ｔ及びトナー残量Ｌ双方のいずれか一方が先に閾値に到達した時点で周速を変更にする。これによって、初期から耐久後半までは周速差を不必要につけることがなくなるためドラム傷、摩耗による画像不良の発生を回避することができ、耐久後半でトナーが劣化時にのみ発生する転写性低下による転写ムラ、バンディングを改善することが可能となる。

本発明によれば、従来の印字枚数情報からだけではトナーの劣化状態、ドラムの摩耗状態の把握が十分できず、適切な周速を設定できなかった課題を解決することができる。つまり、本発明の構成を採用することで耐久を通した転写性の確保、転写ムラの抑制、ドラム傷による画像不良を回避することが可能になった。

［転写性の振れによるバンディングについて］
転写性に関しては、従来から提案されているように感光ドラム１と中間転写ベルト６との間にある程度周速差（周速比）を設けることで、転写性の向上につながることが分かっている。この効果は、トナーの帯電量が不均一になりやすい耐久後半の劣化トナーに対してより効果を発揮する。

図３は、周速差（周速比）と転写性の関係を表したグラフであり、プロセスカートリッジの初期状態と、耐久後の寿命到達後（トナー劣化時）のそれぞれの場合での周速差（周速比）と転写効率関係を示したものである。

ここでは転写性の指標として１次転写効率を用いている。この１次転写効率は、感光ドラム上に現像されたトナーの量（ここではベタ画像を形成）に対して、何％トナーが中間転写ベルト６へ転写されたかをパーセントで示したものである。感光ドラム上に現像された全てのトナーが中間転写ベルト６へ転写した場合を１００％の転写効率と定義している。

このグラフから分かるように、初期、耐久後ともに周速差（周速比）１００％近傍が最も転写効率が低い傾向があり、周速差（周速比）を大きくしていくに従って転写効率が良くなる傾向があると言える。この傾向は、初期の場合、全体的に転写効率が高いために、周速差の効果としては、画像差としては大きなものではなかったが、耐久後の寿命到達後の場合（トナーが劣化している状態）、周速差の影響が大きく効果が大きくなると言える。特に１００％近傍においては僅かな周速差の変化に対して転写効率が大きく変化していることが分かる。

また、ここまでは感光ドラム１と中間転写ベルト６との周速差に関しては、感光ドラム１に対して中間転写ベルト６の周速を速く設定する場合「周速差（周速比）１００％以上」で説明してきた。しかし、この図３のグラフから明らかなように、周速差（周速比）に関しては感光ドラム１に対して中間転写ベルト６の周速が遅い場合「周速差（周速比）１００％以下」としても、転写効率に対して効果があることが分かっている。そのため、言い換えると、周速差の「絶対値」を大きくすればよいと言える。以降、周速差（周速比）については、その絶対値と定義する。

感光ドラム１と中間転写ベルト６が当接した状態で回転駆動された場合、次のことが起こる。つまり、感光ドラム１と中間転写ベルト６間の摩擦係数の影響や、トナーが感光ドラム１と中間転写ベルト６との間に介在するかしないかといった画像差、各構成部品が持つガタ等による影響によって周速に影響を及ぼす場合がある。これらの要因による、微小な周速の変化が耐久後半の劣化トナーを用いた場合において転写性に影響を及ぼすことが分かった。

図３のグラフから分かるように、感光ドラム１と中間転写ドラム６との周速差（周速比）が小さい場合、特に周速差が１００％近傍にある場合、前述した微小な周速の変化、振れによって、１次転写性は周速差の変動の影響を受け易い。そのため、その周速差の振れが転写性の振れとして現れ、この微小な周速差の振れによる転写性の振れがバンディング状の画像不良としてあらわれる場合があった。この現象は、トナーの載り量が多い２次色のベタ画像等で顕著な傾向がある。

劣化トナーの影響、周速差（周速比）の振れの影響について以下に補足する。

耐久によるトナーの過度の撹拌によって、劣化したトナーは、静電的に転写しづらくなるため、転写性が低下する。一方で相対的にトナーの非静電的な付着力の影響が大きくなる。そのためこの非静電的な付着力の影響が大きくなったトナーに対して、１次転写時に感光ドラム１と中間転写ベルト６の周速に相対速度差を設けると、１次転写ニップ部Ｔ１で物理的な剥ぎ取り力が働くため、感光ドラム１に対する付着力の影響が小さくなる。結果として１次転写電界に対して忠実にトナーが移動し易くなるために、１次転写性が改善される。

このように周速差（周速比）の設定値が１００％近傍の場合等の周速差設定が小さい場合、周速の微小変化、振れの影響によって「周速差が無い状態」と「僅かに周速差が有る状態」が交互に現れることにより、転写性が良い状態と悪い状態が交互に繰り返されることによってバンディング状の画像不良として転写不良となる場合があった。しかし、耐久後半の劣化トナーを用いた場合において周速の微小変化の影響を受けないように十分周速差を付けた設定することで、転写性の改善、バンディングの改善を達成することができた。

また、本現象は単色画像では比較的目立たず、２次色のベタ画像時に顕在化し易い。特にはイエローとシアンで形成されるグリーンの画像で顕著であった。グリーン画像形成時においては、先ずイエロー画像を中間転写ベルト上に転写した後に、画像形成方向下流側のステーションでシアン画像を２次色として形成し中間転写ベルト上に転写することになる。この時に、耐久後半等でシアンのトナーが劣化した状態、トナーの帯電状態が不均一になっている場合において転写性のムラがバンディングになって現れることがあった。これは、この２次色形成時の僅かな転写性のムラ、バンディングが、明度の差として視覚的に感知し易いためである。

上記のような条件下においても、本実施例で説明したように周速差（周速比）を１０２％以上（より好ましくは１０３％以上）と設定した場合、上記微小速度変化の影響を受けないくらい十分な周速差設定となる。そのため、特に転写性への影響が小さくなり、バンディングの発生を回避することが可能であった。

以上述べたように、本実施例においては、耐久後半以降でトナーが劣化した状態における周速差（周速比）を変更するため、初期から周速差（周速比）を大きく設定する場合に対して、耐久前半でのドラム傷、削れ等を抑制することが可能となる。従って、ドラムの寿命を延ばすことが可能になり、とくに、印字率の低い画像や、枚数の少ないジョブを繰り返し印字した場合においてとくに、感光ドラムの摩耗、傷といった問題を回避することが十分に可能になる。一方で耐久後の劣化トナーに対しては転写性の改善を図ることが可能になり、耐久を通して、画像劣化の少ない画像形成を維持することが可能になる。

以上、特にシアンの場合を例にとり説明をしてきたが、個々のプロセスカートリッジに対する実際の対応について補足する。

本実施例で用いている装置、及びプロセスカートリッジの寿命の設定に関しては、装置本体の寿命よりも各プロセスカートリッジの寿命の方が短くされており、各プロセスカートリッジはそれぞれ寿命到達時点で個々に交換されることになる。

これら個々のカートリッジの寿命の到達タイミングは、印字する画像パターンやモードによって異なることになる。これは画像パターンによって各色トナーの消費速度がそれぞれ異なるためであり、具体的にはそれぞれカートリッジトナー残量閾値Ｌへの到達タイミング、現像ローラ総回転時間の設定値Ｔへの到達タイミングが異なることになる。

一方、本実施例では、各プロセスカートリッジそれぞれに対して、現像ローラの総回転時間から算出する現像手段寿命を検知するか、または、各プロセスカートリッジそれぞれに設置されたトナー残量検知手段を有している。このような場合、各プロセスカートリッジそれぞれに現像ローラ総回転時間の設定値Ｔ、トナー残量閾値Ｌを検出して、各プロセスカートリッジ毎に、周速を変更するかどうかを判断し、設定の変更することが望ましい。

それを達成するために、ここでは、各プロセスカートリッジそれぞれにおいて、現像手段寿命Ｔ、トナー残量Ｌを検出する。そして、検出したプロセスカートリッジの感光ドラム１の周速を中間転写ベルト６の周速に対して遅くすることで周速差（周速比）を大きくする方式を採用している。こうすることで、中間転写ベルト６の駆動速度を一定にし、かつ、周速差の変更の必要のあるカートリッジのみ速度差を変更することができる。そのため、必要のないプロセスカートリッジの感光ドラム傷、摩耗の発生を回避することが可能になる。ここで、感光ドラム１の周速差（周速比）を変更するためには、該当するプロセスカートリッジについては速度変更と同時に画像の書き出しタイミングの補正を実施し各色のレジストレーションを合わせる必要がある。すなわち、感光ドラム１の周速ダウンにより、画像露光を受けてから現像を経由して１次転写まで到達する時間が延びるため、延長分に相当する時間だけ感光ドラム１の回転方向書き出しタイミングを早めることになる。それ以外の制御は、たとえば各色の画像信号のクロックや、各色の露光部のポリゴンスキャナの回転数、中間転写ベルト６の周速、紙搬送速度などは特に変更の必要がなく容易に実施可能となる。

以上述べたように、ここでは各プロセスカートリッジそれぞれの寿命を検知し、寿命に到達した各プロセスカートリッジ毎に感光ドラムの周速差（周速比）を変更することで対応することが望ましい。しかし、例えば、複数のプロセスカートリッジのうち、いずれか一つが寿命を検知し場合に、全ての感光ドラム１と中間転写ベルト６との周速差（周速比）を変更する構成としても、耐久プロセスカートリッジのトナー劣化に起因する転写性の向上、バンディングの回避といった点では同様に効果がある。この場合、個々のプロセスカートリッジに対して周速差（周速比）を変更した場合と比べて、感光ドラム傷、摩耗といった観点からは若干不利であると考えれる。しかし、通常の使用状況下では、現像ローラ総回転時間の設定値Ｔ、トナー残量閾値Ｌを検知したタイミングから、実際にカートリッジの寿命に到達するまでの時間は比較的短い。また、寿命到達後、カートリッジが新品に交換された場合、初期の設定に戻すことになるので、感光ドラム傷に対しての影響は比較的に少ないといえる。一方、このように全てのプロセスカートリッジに一律に周速差（周速比）を与える場合、例えば、中間転写ベルト６に対して、感光ドラム速度を一律に変更する場合だけでなく、各感光ドラム１の周速は全て一定のまま、中間転写ベルト６の周速を変更することで周速差（周速比）をつけることも可能であり、画像形成の制御の簡素化や、装置構成の簡素化、設計自由度の向上といったメリットもある。

また、他の実施形態として、各プロセスカートリッジそれぞれの寿命を検知した後、寿命到達を検知したプロセスカートリッジでの画像形成時にのみ周速差（周速比）を変更する。更にそれだけでなく、その寿命到達を検知したプロセスカートリッジに対して、画像搬送方向の下流側に配置されたプロセスカートリッジについても、同時に周速差（周速比）を変更する構成とすることも可能である。

本構成は、必要以上に感光ドラムの傷、摩耗を抑制すると同時に、劣化トナーの転写性、特には再転写を抑制する効果がある。詳しくは、現像手段寿命を検知したプロセスカートリッジの１次転写時において、該寿命を検知したプロセスカートリッジの感光ドラムと中間転写ベルトの周速差（周速比）を変更する。と同時に、その画像形成（搬送）方向下流に配置されたプロセスカートリッジについても周速差（周速比）を変更する。これにより、劣化トナー像の下流ステーションでの再転写を抑制することが可能になるからである。

具体例としては、例えば、本実施形態での装置構成の場合、第３番目のシアンステーションにおいて現像手段が寿命を検知した場合、シアンステーションの周速差（周速比）を変更する。また、それだけでなく、その下流ステーション（ここでは第４番目のブラック）については、現像手段の寿命の到達にかかわらず、同時に相対速度差を変更する構成としている。これにより、第３番目のシアントナーの第４番目のブラックステーションでの再転写を抑制することが可能となる。このとき、上流に配置されている第１番目のイエロー、第２番目のマゼンタに関しては、現像手段寿命を検知していない場合は、転写性のマージンが十分あるため、周速差（周速比）は初期設定のままとすることができ、ドラム傷、摩耗を回避することができる。

このように、周速差（周速比）の変更が必要なステーションのみ選択的に周速差（周速比）を変更しているため、ドラム摩耗、傷を必要最低限に抑えることができると同時に転写性、再転写の改善を図ることが可能となる。

実施例２
実施例２においては、図４に示すように、画像形成装置１００は、１つの感光ドラム１に対して４つの現像手段４ａ〜４ｄを有し、現像手段４ａ〜４ｄを切り替えながら順次各色の画像を形成、現像し、中間転写ベルト６上に重ね合わせることでカラー画像を形成する。つまり、本実施例では、所謂、４パス系のカラー画像形成装置の場合について説明する。

本実施例では、１つの感光ドラム１に対して、４色の現像手段４ａ〜４ｄをロータリー４Ａに搭載し、ロータリー方式にて順次切り替えて画像を形成するロータリー方式の現像手段を用いて説明する。図４は、４ロータリー方式の４パス系の画像形成装置１００の概略構成図である。図４に記載の構成部品のうち、実施例１の図１で説明した番号と同一のものは同一の構成部品を示している。

本実施例においては、先ず、像担持体である感光ドラム１に対して１色目の現像手段４ａを当接させ、実施例１で説明した工程と同様に、帯電、露光、現像（ここでは１色目のイエロー）を行う。次いで、１次転写部Ｔ１にて１次転写を実行することによって、中間転写ベルト６上に１色目の画像を形成する。その際に、２次転写部Ｔ２には、当接、離間機構を備えてあり、１次転写工程時においては、２次転写ローラ７は、中間転写ベルト６から離間されている。同様に中間転写ベルト６のクリーニング手段１０も離間した状態で待機している。

本実施例におけるクリーニング手段１０は、抵抗調整された弾性ゴムで構成されたクリーニングローラを用いている。１色目の画像形成が終了した後に、ロータリー４Ａを回転させて現像手段を２色目（ここではマゼンタ現像手段４ｂ）に切り替え、１色目と同様に帯電、露光、現像、１次転写を実行し２色目の画像を中間転写ベルト６上に形成する。同様に３色目、４色目と繰り返し実行することで、ここでは４色のトナー像を中間転写ベルト６上に形成し、１次転写工程が完了する。

次に、２次転写ローラ７が中間転写ベルト６に当接され、中間転写ベルト６上に４色重ねて形成されたカラー画像を、２次転写部Ｔ２によって転写材Ｓ上に一括転写し、その後、定着され、機外に排出される。中間転写ベルト６上に残った２次転写残トナーは、中間転写ベルト６のクリーニング手段であるクリーニングローラ１０を中間転写ベルトに当接させ、クリーニングバイアス（ここではトナーと逆極性のプラスバイアス）を印加する。これにより、トナーをプラスに均一に帯電させ、中間転写ベルト６上に転写させ、その後、１次転写部Ｔ１でプラスバイアスを印加することで感光ドラム１に逆転写させる。その後、感光ドラム１のクリーニング手段９で回収されることになり、一連の画像形成行程が終了する。

また、本実施例における現像手段４は、実施例１で説明した図１の装置における現像手段４と同様の機能を有するものである。また、その寿命検知方法についても実施例１と同様に、各々の色の現像手段４について、現像ローラ４１の回転数、或いは、トナー残量を検出することにより検出可能である。

本実施例においては、複数の現像手段４ａ〜４ｄの中で、予め設定した寿命到達を検知した現像手段に関しては、その現像手段での画像形成を実施する際にのみ、該現像手段寿命到達後に感光ドラム１と中間転写ベルト６の周速差（周速比）へ設定変更する。その他の現像手段寿命に未到達と判断した現像手段での画像形成最中においては、初期に設定した感光ドラム１と中間転写ベルト６の周速差（周速比）となる構成としている。

ここでの設定値は、実施例１と同様に、通常の感光ドラム１と中間転写ベルト６の周速差（周速比）を１０１％設定とし、寿命到達後の周速差（周速比）を１０３％としている。

画像形成装置の構成によらず、周速差（周速比）変更による効果は実施例１で述べた場合と同様であり、寿命到達後の劣化トナーの転写性の向上、再転写性の抑制に関しては、改善が見られる。

一方、４パス方式においては、１つの感光ドラム１に対して、４つの現像手段４ａ〜４ｄを順次当接させて、画像形成させる構成であり、現像手段は各々着脱交換可能であり、感光体の寿命と現像手段の寿命が異なることが一般的である。先にも述べたように、周速差（周速比）を必要以上につけたり、長時間、周速差（周速比）の大きな状態で駆動すると感光ドラム１の傷、摩耗は促進される。そのため、本実施例においては、現像手段それぞれの寿命を検知し、現像手段の劣化を検知した現像手段での画像形成時にのみ、周速差（周速比）を変更する。これにより、必要以上にドラムの摩耗をさせることなく転写性において良好な画像形成を維持することを達成している。

また、別の実施形態として、現像手段の寿命を検知した現像手段での画像形成時にのみ周速差（周速比）を変更するだけでなく、それ以降に画像形成を実施する色に関しても、周速差（周速比）を変更する方式も考えられる。この場合、一旦転写したトナーが、次の色の１次転写時において再度感光ドラムに転写してしまう、所謂、再転写の抑制に関してさらに効果があることが確認されている。

例えば、第３番目の画像形成色であるシアンの現像手段において寿命を検知し、第４番目の画像形成色であるブラックの現像手段においては寿命到達を検知していない場合、第３番目の１次転写時の周速差（周速比）を変更する。更にそれだけでなく、同時に第４番目のブラックの１次転写時においても周速差（周速比）を変更している。

このような構成をとることで、耐久で劣化したシアンの転写性の向上だけでなく、そのシアントナーが第４番目のブラックの１次転写時において感光ドラムに再転写してしまうことを防止できる。

このように、周速差（周速比）の設定の変更が必要な画像形成工程のみに選択的に周速差（周速比）を変更しているため、ドラム摩耗、傷を必要最低限に抑えることができると同時に転写性、再転写の改善を図ることが可能となる。この場合、シアントナーがなくなり、新たな現像手段に交換されると、新品が検出されることになるため、周速差（周速比）設定としては、シアン、ブラックともに、初期の設定値に戻ることになる。そのため、感光ドラムへのダメージを必要最小限に抑えることが可能となっている。

なお、感光ドラム１と中間転写ベルト６の周速差を設ける方法については、実施例１で述べたものと基本的には同様であり、各々の色の転写性能の改善効果についても同様であるため、詳細な説明は省略する。

１（１ａ〜１ｄ） 感光ドラム（像担持体）
４（４ａ〜４ｄ） 現像手段（現像手段）
６ 中間転写ベルト（中間転写体）
５（５ａ〜５ｄ） １次転写ローラ（１次転写手段）
７ ２次転写ローラ（２次転写手段）
５０ 現像手段寿命検知手段
５１ 記憶手段
５４ 現像手段駆動時間検出手段
５５ 現像剤残量検出手段
１００ 画像形成装置
２００ 制御部

Claims (7)

1. トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体にトナー像を形成するためにトナーを収容した現像手段と、前記像担持体に形成されたトナー像を中間転写体に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、
   前記現像手段の寿命を検知する検知手段を有し、前記検知手段の検知結果に応じて前記像担持体と前記中間転写体の相対速度を大きくさせることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記像担持体は、前記中間転写体に対して複数に配列されており、前記現像手段は、前記複数の像担持体に対応して夫々が異なるトナーを収容する複数の現像手段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。
3. 前記検知手段の検知結果に応じで、前記像担持体と前記中間転写体の相対速度を大きくさせる場合、
   少なくとも前記複数の現像手段の中で寿命を検知した現像手段、及び、前記寿命を検知した現像手段の画像形成方向の下流側に配置された現像手段のそれぞれに対応する各像担持体について、前記中間転写体に対する相対速度を大きくすることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記検知手段は、前記現像手段の駆動時間、又は、駆動時間に関する情報によって前記現像手段の寿命を検知することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記検知手段は、現像剤の残量、又は、現像剤の消費状態に関する情報によって前記現像手段の寿命を検知することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記検知手段は、前記現像手段の駆動時間又は駆動時間に関する情報、及び、現像剤の残量又は現像剤の消費状態に関する情報によって前記現像手段の寿命を検知することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記検知手段は、所定の寿命を検知した場合に、前記所定の寿命を検知する前よりも前記像担持体と前記中間転写体の相対速度を大きくすることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の画像形成装置。

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