JP2009151050A - 現像装置、画像形成装置およびトナー補給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー担持体表面に担持させるトナーを貯留する貯留部に外部からトナーを補給する現像装置、画像形成装置およびトナー補給方法において、補給時カブリの発生を効果的に抑制する。
【解決手段】表面に帯電トナーを担持するトナー担持体５０１と、トナー担持体表面に担持させるトナーを貯留する貯留部ＳＣと、貯留部の外部から供給される補給トナーを受け付けるとともに、貯留部に貯留されたトナーの一部を循環トナーとして取り込んで補給トナーと混合し、該混合後の混合トナーを貯留部に供給する混合部５１０とを備えることを特徴とする。
【選択図】図８

Description

この発明は、トナー担持体表面に担持させるトナーを貯留する貯留部に、外部からトナーを補給する現像装置、画像形成装置およびトナー補給方法に関するものである。

トナー担持体表面に担持させるトナーを貯留する貯留部に外部からトナーを補給可能に構成された現像装置あるいは画像形成装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。この装置においては、現像ローラを有するプロセスユニット（現像装置）の外部にトナータンクを設け、プロセスユニット内のトナーがエンプティ状態になるとトナータンクからトナーが補給される。補給されたトナーは、プロセスユニット内に設けられた循環スクリューによってプロセスユニット内で循環される。

特開２００６−０１１２２６号公報（段落００１８、図３、図４）

貯留部にトナーを補給しながら使用する現像装置および画像形成装置においては、トナー補給の直後に一時的ながら画像へのカブリ量が大幅に増大するという現象が知られている。これは、画像形成に使用されてその特性が初期状態よりも劣化したトナー（以下、「耐久トナー」という）と新たに補給されたトナー（以下、「補給トナー」という）との間で帯電特性に差異が生じ、結果的に帯電が不十分であったり本来の帯電極性とは反対極性に帯電するトナーが多くなるためと考えられている。

上記した従来技術においては、このような問題が考慮されずに補給トナーがプロセスユニットに直接補給されており、トナー補給後に該補給に起因するカブリの増大現象（以下、この現象を「補給時カブリ」という）を生じるおそれがあった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、トナー担持体表面に担持させるトナーを貯留する貯留部に外部からトナーを補給する現像装置、画像形成装置およびトナー補給方法において、補給時カブリの発生を効果的に抑制することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる現像装置は、上記目的を達成するため、表面に帯電トナーを担持するトナー担持体と、前記トナー担持体表面に担持させるトナーを貯留する貯留部と、前記貯留部の外部から供給される補給トナーを受け付けるとともに、前記貯留部に貯留されたトナーの一部を循環トナーとして取り込んで前記補給トナーと混合し、該混合後の混合トナーを前記貯留部に供給する混合部とを備えることを特徴としている。

また、この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、表面に帯電トナーを担持するトナー担持体と、前記トナー担持体表面に担持させるトナーを貯留する貯留部と、前記貯留部に向けて補給トナーを供給するトナー補給部と、前記貯留部と前記トナー補給部との間に設けられ、前記トナー補給部から供給される前記補給トナーと前記貯留部から供給される循環トナーとを混合し、該混合後の混合トナーを前記貯留部に供給する混合部とを備えることを特徴としている。

また、この発明にかかるトナー補給方法は、トナー担持体表面に担持させるトナーを貯留する貯留部に対し、外部からトナーを補給するトナー補給方法であって、上記目的を達成するため、外部から補給されるトナーと、前記貯留部から取り出したトナーとを混合し、該混合後のトナーを前記貯留部に供給することを特徴としている。

これらの発明では、補給トナーは直接貯留部に供給されることはなく、貯留部から取り出されたトナーと混合されてから、混合トナーとして貯留部に供給される。前記したように、トナー補給に起因して生じる補給時カブリは、新たに補給された補給トナーと貯留部内に残っているトナー（耐久トナー)との帯電量の違いによって生じるものである。このような帯電量の違いは、両トナーの相対的な帯電特性の差異によるものであるが、本願発明者の研究によれば、両トナーを十分に混合すればこのような帯電量の違いはほとんど発生しなくなることがわかった。そこで、これらの発明では、貯留部内の耐久トナーの一部を循環トナーとして取り出し、該循環トナーと補給トナーとを予め混合した上で貯留部に供給する。こうすることで、トナー補給直後であっても貯留部内のトナーにおける帯電量のばらつきは小さくなり、補給時カブリが効果的に抑制される。

より具体的には、次のような構成とすることができる。例えば、前記混合部は、所定の合流位置で前記循環トナーと前記補給トナーとを合流させるとともに、合流させたトナーを攪拌しながら所定の供給位置へ搬送し、該供給位置から前記貯留部に向けてトナーを送出するようにしてもよい。このような構成によれば、合流位置においてまず循環トナーと補給トナーとが合流される。この時点では両トナーの帯電特性の差異に起因する帯電量のばらつきが大きい可能性があるが、合流したトナーが攪拌されながら供給位置へ搬送される過程で次第に帯電量のばらつきは小さくなって、最終的に供給位置から貯留部に供給される。したがって、補給トナーの供給直後であっても混合・攪拌が不十分なトナーが貯留部に供給されることはなく、補給時カブリがより効果的に抑制される。

あるいは、前記混合部は、トナーを攪拌しながら所定の搬送方向に搬送する攪拌室を有しており、該攪拌室には、前記搬送方向における下流端に前記攪拌室から前記貯留部に向けて前記混合トナーを送出するための混合トナー送出口が設けられる一方、前記搬送方向において前記混合トナー送出口よりも上流側に、前記攪拌室内に前記循環トナーを供給する循環トナー供給口および前記補給トナーを供給する補給トナー供給口が設けられるようにしてもよい。

このような構成では、循環トナー供給口から供給される循環トナーと、補給トナー補給口から供給される補給トナーとは、攪拌室内においてまず合流する。そして、攪拌されながら下流側へ搬送され、最終的に混合トナー送出口から貯留部に送出される。このため、上記と同様に、十分に攪拌された混合トナーが貯留部に供給されて補給時カブリがより効果的に抑制されることとなる。

この場合において、前記攪拌室内に、前記循環トナー供給口から供給される前記循環トナーと前記補給トナー供給口から供給される前記補給トナーを攪拌しながら前記搬送方向に沿ってトナーを搬送する攪拌部材を備えることが望ましい。こうすることで、循環トナーと補給トナーとが十分に攪拌された混合トナーを貯留部に供給することができる。

さらに、前記貯留部のトナーを前記循環トナーとして前記攪拌室に送り込むための循環トナー供給機構を備えることが望ましい。このような機構を設けて貯留部内の耐久トナーを積極的に攪拌室に送り込むことにより、補給トナーに対し確実に耐久トナーを混合することができる。

この場合において、前記貯留部はトナーを貯留する貯留室を有しており、前記トナー担持体表面の一部が前記貯留室内に露出するとともに、前記貯留室内にはトナーを前記トナー担持体表面に向けて送り込むトナー供給部材が設けられており、前記循環トナー供給口を一方開口端とし、他方端が前記貯留室内の前記トナー供給部材の近傍位置で開口する循環トナー経路を形成する循環経路形成部材を備え、前記トナー供給部材および前記循環経路形成部材が前記循環トナー供給機構を構成するようにしてもよい。

このような構成によれば、トナー供給部材によって貯留室内においてトナー担持体に向かうトナーの流れが生じ、この流れに乗ったトナーの一部が他方開口端に流れ込み、循環経路を経由して循環トナー供給口から攪拌室内に供給されることとなる。つまり、トナー担持体に向けて送り込まれるトナーの流れを利用して、その一部を循環トナーとして攪拌室に送り込むことができる。

また、前記トナー供給部材が所定の回転軸中心に回転するとともに前記トナー担持体表面に当接するトナー供給ローラであり、しかも、前記トナー供給ローラの回転方向における前記貯留室の下流側端部で、前記循環トナー経路の他方端が開口するようにしてもよい。このようにすると、トナー供給ローラの回転に伴って貯留室から流れ出すトナーの流れは循環トナー経路の他方開口端、つまり循環トナー経路の入り口に向かうこととなる。これにより、より多くのトナーを攪拌室に送り込むことができる。

また、この発明にかかる現像装置および画像形成装置においては、例えば、前記貯留部はトナーを貯留する貯留室を有し該貯留室内に前記トナー担持体表面の一部が露出するとともに、該貯留室内にはトナーを前記トナー担持体表面に向けて送り込むトナー供給部材が設けられており、前記混合部と前記貯留室とを連通し、前記貯留室側の一方端が前記トナー供給部材の近傍で開口する循環トナー経路を形成する循環経路形成部材を備えるようにしてもよい。

このような構成によっても、貯留室内におけるトナーの流れを利用して循環トナーを混合部に送り込むことができ、補給トナーと混合させることができる。

また、この発明にかかる画像形成装置においては、静電潜像を担持する潜像担持体と、前記潜像担持体と対向配置された前記トナー担持体と、前記貯留部とをそれぞれ有する画像形成ステーションを、所定の方向に移動する転写媒体の移動方向に沿って複数個並べてなる構成としてもよい。

複数の画像形成ステーションを有する画像形成装置としては、例えばロータリー現像方式の画像形成装置のように各画像形成ステーションに属するトナー担持体を順次潜像担持体との対向位置に移動させて画像を形成するタイプのものと、いわゆるタンデム方式の画像形成装置のように、予め各画像形成ステーションを転写媒体の周囲に配置しておくタイプのものとがある。上記構成は後者に相当し、このような構成では、画像形成プロセスにおいて画像形成ステーションを移動させる必要がない。このため、ロータリー方式の画像形成装置のように、画像形成ステーションの回転や移動による貯留トナーの攪拌効果はほとんど期待できず、結果として補給時カブリを生じやすい。このような装置に本発明を適用すれば、高い補給時カブリの抑制効果を得ることが可能である。

さらに、この発明は、前記トナーが非磁性一成分トナーである場合に特に顕著な効果を奏する。トナーとキャリアとの役割が分離されている二成分型のトナーを用いる装置では、画像形成プロセスにおいて事前のトナーとキャリアとの攪拌は必須であるため、トナー補給直後においても補給時カブリの程度は高くない。一方、非磁性一成分トナーを用いる装置では事前の攪拌が必ずしも行われないため、補給時カブリが顕著に表れる。そこで、このような装置に本発明を適用すれば、高い補給時カブリの抑制効果を得ることができる。

図１はこの発明にかかる画像形成装置の第１実施形態を示す図である。この実施形態の画像形成装置は図１に示すプリンタ１０である。このプリンタ１０はいわゆるレーザビームプリンタであり、プロセスユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ、中間転写ベルト７０、一次転写ユニット６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋ、二次転写ユニット８０、定着ユニット９０およびこれらのユニット等を制御しプリンタとしての動作を司る制御ユニット１００を有している。

まず、プロセスユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋの構成について説明する。プロセスユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋは、感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ上に潜像を形成した後に、トナーにて該潜像をトナー像として可視化する機能を有している。これらプロセスユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応して設けられている。また、プロセスユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋは、図１に示すように、水平方向に列状に配置されている。

４つのプロセスユニットの構成は同様であるので、ここでは代表的にプロセスユニット１５Ｙの構成について説明する。プロセスユニット１５Ｙは、感光体２０Ｙ上に潜像を形成した後に、イエロートナーにて該潜像をイエロートナー像として可視化するためのものである。このプロセスユニット１５Ｙは、感光体２０Ｙ、帯電ユニット３０Ｙ、露光ユニット４０Ｙ、現像ユニット５０Ｙ、トナーカートリッジ５２Ｙ、感光体クリーニングユニット５５Ｙを有している。ここで、感光体２０Ｙ、帯電ユニット３０Ｙ、現像ユニット５０Ｙおよび感光体クリーニングユニット５５Ｙが１つのカートリッジを構成する。以下においてはこのカートリッジを「プロセスカートリッジ」と呼び符号１６Ｙを付す。

感光体２０Ｙは感光層を有し、該感光層の表面に潜像を担持する。この感光体２０Ｙは、プリンタ本体１０ａに回転可能に支持されており、図１中の矢印で示すように時計回りに回転する。帯電ユニット３０Ｙは、感光体２０Ｙを帯電する。露光ユニット４０Ｙは、レーザを照射することによって帯電された感光体２０Ｙ上に潜像を形成する。現像ユニット５０Ｙは、イエロー（Ｙ）トナーを収容しており、感光体２０Ｙ上に形成された潜像を該トナーにてイエロートナー像として可視化（現像）する。また、感光体クリーニングユニット５５Ｙは、中間転写ベルト７０上に転写されずに感光体２０Ｙに残存するトナーを回収することにより、該感光体２０Ｙをクリーニングする。

トナーカートリッジ５２Ｙは、現像ユニット５０Ｙに補給するイエロートナーを収容し、また、感光体クリーニングユニット５５Ｙによって回収された廃トナーを収容する。このトナーカートリッジ５２Ｙは、プリンタ本体１０ａ、より具体的にはプロセスカートリッジ１６Ｙに対して着脱可能である。

他のプロセスユニット１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋも同様の構成を有している。すなわち、マゼンタ色に対応するプロセスユニット１５Ｍは、感光体２０Ｍ、帯電ユニット３０Ｍ、露光ユニット４０Ｍ、現像ユニット５０Ｍ、トナーカートリッジ５２Ｍ、感光体クリーニングユニット５５Ｍを有している。また、シアン色に対応するプロセスユニット１５Ｃは、感光体２０Ｃ、帯電ユニット３０Ｃ、露光ユニット４０Ｃ、現像ユニット５０Ｃ、トナーカートリッジ５２Ｃ、感光体クリーニングユニット５５Ｃを有している。さらに、ブラック色に対応するプロセスユニット１５Ｋは、感光体２０Ｋ、帯電ユニット３０Ｋ、露光ユニット４０Ｋ、現像ユニット５０Ｋ、トナーカートリッジ５２Ｋ、感光体クリーニングユニット５５Ｋを有している。

次に、プロセスユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ以外のユニットの構成について説明する。中間転写ベルトユニット７０は、４つの感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに担持された各色のトナー像を紙などの記録材に転写する際の中間媒体であり、トナー像を担持した状態で回転して該トナー像を移動させる。一次転写ユニット６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋは、感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに形成された各色のトナー像を中間転写ベルト７０に転写（一次転写）するためのユニットである。二次転写ユニット８０は、中間転写ベルト７０上に形成された単色トナー像やフルカラートナー像を記録材に転写（二次転写）するためのユニットである。定着ユニット９０は、記録材上に転写された単色トナー像やフルカラートナー像を加熱加圧して記録材に融着させて永久像とするためのユニットである。

図２は制御ユニットの構成を示すブロック図である。制御ユニット１００は、図２に示すようにメインコントローラ１０１およびユニットコントローラ１０２を有しており、メインコントローラ１０１には画像信号および制御信号が入力され、この画像信号および制御信号に基づく指令に応じてユニットコントローラ１０２が前記各ユニット等を制御して画像を形成する。メインコントローラ１０１は、インタフェース１１２を介して外部のコンピュータと接続され、このコンピュータから入力された画像信号を記憶するための画像メモリ１１３を備えている。ユニットコントローラ１０２は、装置本体の各ユニットと電気的に接続され、それらが備えるセンサ（図示省略）からの信号を受信することによって各ユニットの状態を検出しつつ、メインコントローラ１０１から入力される信号に基づいて、各ユニットを制御する。

上述した構成のプリンタ１０は、４つのプロセスユニットのうち１つを用いたモノクロ画像または４つのプロセスユニットの全てを用いたカラー画像を形成可能であるが、以下においてはプリンタ１０のカラー画像形成動作について説明する。

まず、コンピュータからの画像信号および制御信号がインタフェース１１２を介してプリンタ１０のメインコントローラ１０１に入力されると、このメインコントローラ１０１からの指令に基づくユニットコントローラ１０２の制御により感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ、中間転写ベルト７０等が回転する。

感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは回転しながら、帯電位置において帯電ユニット３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋによりそれぞれ帯電される。各感光体の帯電された領域は、各感光体の回転に伴って露光位置に至り、露光ユニット４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋによって、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像情報に応じた潜像が該領域に形成される。各感光体上に形成された潜像は、感光体の回転に伴って現像位置に至り、現像ユニット５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋによってトナー像として可視化される。なお、現像ユニット５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋによる現像に伴い現像器内のトナーが減少すると、適宜のタイミングでトナーカートリッジ５２Ｙ、５２Ｍ、５２Ｃ、５２Ｋから当該現像ユニットへトナーが補給される。

感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ上に形成された単色トナー像は、各感光体の回転に伴って一次転写位置に至り、一次転写ユニット６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋによって中間転写ベルト７０に一次転写される。この結果、中間転写ベルト７０上にはフルカラートナー像が形成される。中間転写ベルト７０上に形成されたフルカラートナー像は、中間転写ベルト７０の回転に伴って二次転写位置に至り、給紙トレイ９２から搬送される記録材に二次転写ユニット８０によって二次転写される。

フルカラートナー像が二次転写された記録材が定着ユニット９０へ搬送されると、該フルカラートナー像は加熱加圧されて記録材に定着される。これにより、紙などの記録材上にカラー画像が形成されることとなる。

一方で、一次転写位置にて中間転写ベルト７０に一次転写されずに感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに残存するトナーは、感光体クリーニングユニット５５Ｙ、５５Ｍ、５５Ｃ、５５Ｋによって回収された後に、廃トナーとしてトナーカートリッジ５２Ｙ、５２Ｍ、５２Ｃ、５２Ｋに送られ、該トナーカートリッジに収容される。

図３はプロセスカートリッジおよびトナーカートリッジの構成を示す図である。トナーカートリッジ５２Ｙは、現像ユニット５０Ｙに補給するための新しいトナーを内部に収容する補給トナータンク５２１Ｙと、感光体２０Ｙから除去された廃トナーを内部に貯えるための廃トナータンク５２２Ｙとを備えている。また、トナーカートリッジ５２Ｙには、プロセスカートリッジ１６Ｙと連結するための連結部５２３Ｙが設けられている。該連結部５２３Ｙにプロセスカートリッジ１６Ｙが連結された状態では、補給トナータンク５２１Ｙが以下に説明する現像ユニット５０Ｙと連通されて、補給トナータンク５２１Ｙに収容された補給トナーを現像ユニット５０Ｙに補給可能となる。また、廃トナータンク５２２Ｙが感光体クリーニングユニット５５Ｙと連通されて、感光体クリーニングユニット５５Ｙにより感光体２０Ｙから除去されたトナーを廃トナータンク５２２Ｙに移送可能となる。

このように、この実施形態では、現像ユニット５０Ｙに対して、補給トナータンク５２１Ｙに貯留されている補給トナーを必要に応じて補給することが可能である。しかしながら、補給を必要とする現像ユニット５０Ｙ内に残存しているトナーは長期的な使用に伴ってその特性が劣化している場合があり、このように劣化の進んだトナー（耐久トナー）に新しいトナーを直接補給すると、一時的にカブリ（補給時カブリ）や画像濃度の変動等を生じることがある。

図４は補給時カブリの発生原理を説明する図である。図４（ａ）に示すように、新しいトナーはほとんどが所望の帯電極性（この実施形態では負極性）に帯電し、帯電量のばらつきも比較的小さい。これに対して、画像形成に長時間使用された後の現像ユニット内に残留しているトナー（耐久トナー）では、図４（ｂ）に示すように、帯電量のばらつきが大きくなり、特に帯電量の少ない、あるいは本来の帯電特性とは逆極性（この例では正極性）に帯電するトナーの量が増加して、全体として帯電分布は正電位側にシフトしている。

このような耐久トナーに、新品と同様の特性を維持した補給トナーを混合させた場合、トナー間の相対的な帯電特性の差異に起因して、帯電量の高いものと低いものとに二極化する傾向がある。このうち帯電量の低いトナーが現像に使用されると、現像ユニット５２Ｙの外部で現像ローラ５０１表面から脱落して飛散したり、画像に付着してカブリを生じさせる。

特に、本実施形態のように非磁性一成分トナーを用いる装置においては、二成分トナーを用いる場合のように、現像ユニット内で予めトナーとキャリアとを攪拌して帯電させるというプロセスを行わないため、図４（ｃ）に示すように、ユニット内にもともとあったトナーと新たに投入された補給トナーとの間で帯電量の差が出やすく、補給時カブリを生じやすい。しかしながら、本願発明者の知見によれば、合流させたトナーを予めよく攪拌し混合させることによって、図４（ｄ）に示すように、帯電量分布の二極化を抑制することができることがわかっている。この知見に鑑みて、本実施形態においては、以下のようなトナー補給方法を採用している。

図５はこの実施形態のトナー補給方法の原理を説明する図である。図５に示すように、この実施形態では、補給トナータンク５２１Ｙから供給される補給トナーをそのまま現像ユニット５０Ｙに導入するのではなく、もともと現像ユニット５０Ｙに存在するトナーの一部を取り出し（以下、このトナーを「循環トナー」という）、該循環トナーと補給トナーとをまず合流させる。この段階では２つの方向からのトナーが単に合流されたのみであり、十分に混合された後のトナーとはその性質が幾分異なる。すなわち、上記した帯電の二極化が起こりやすい。そこでこの段階のトナーを混合・攪拌後のトナーと区別するため、「合流トナー」と称することとする。そして、この合流トナーをよく攪拌・混合した後のトナー（以下、「混合トナー」という）に、現像ユニット５０Ｙに戻すようにしている。

ここで、従来技術の装置のように、現像ユニット内で補給トナーと古いトナーとを混合させたのでは、混合が不十分な段階で画像形成に使用されると補給時カブリ等の問題が生じる。これを防止するため、補給直後の所定時間は、トナーが十分に攪拌されるまで画像形成を禁止することも考えられるが、このような方法では画像形成のスループットを低下させてしまう。

この実施形態では、現像ユニット５０Ｙ内に、補給トナータンク５２１Ｙから供給されてくる補給トナーと、現像ユニット５０Ｙに貯留されたトナーの一部とを混合させるための小室を設け、予め補給トナーを現像ユニット５０Ｙのトナーとよく混合させてから耐久トナーと合流させるようにしている。以下、その具体的な構成について図６ないし図８を参照して説明する。

図６はこの実施形態における現像ユニットの構造を示す斜視図である。図７は図６の現像ユニットの構成部品の一部を除いた図である。また、図８は現像ユニットの断面構造を示す図である。より詳しくは、図７は、図６に示す現像ユニット５０Ｙから後述するアジテータロッド５１２を取り外した状態を示す斜視図である。また、図８（ａ）は図７のＡ−Ａ切断面から見た現像ユニット５０Ｙの断面図であり、図８（ｂ）は図７のＢ−Ｂ切断面から見た現像ユニット５０Ｙの断面図である。

現像ユニット５０Ｙは、図８（ａ）の矢印方向Ｄ1に回転する現像ローラ５０１と、現像ローラ５０１Ｙと当接しながら図８（ａ）の矢印方向Ｄ21に回転する供給ローラ５０２とが、それぞれ図８（ａ）の紙面に垂直な方向（Ｙ方向）に沿った回転軸周りに回転自在にハウジング５１９に軸着された構造を有している。また、図示を省略しているが、ハウジング５１９内には非磁性一成分の負帯電トナーが貯留されている。

現像ローラ５０１は、鉄、アルミニウムなどの金属または合金によって円筒形状に形成されており、表面にトナーを担持しながら回転して該トナーを感光体２０Ｙとの対向位置に搬送し、感光体２０Ｙ上の静電潜像を顕像化する。また、供給ローラ５０２はその表面が発泡ウレタンやシリコンゴム等の弾性を有する材料により形成されて、現像ローラ５０１表面に圧接されて供給ニップを形成している。この供給ローラ５０２は、ハウジング５１９内で回転することによりハウジング５１９内に貯留されたトナーを流動させ、現像ローラ５０１表面に向けてトナーを送り込む。

ハウジング５１９は、内部にトナーを貯留する貯留室ＳＣを構成している。供給ローラ５０２は貯留室ＳＣ内に設けられており、また現像ローラ５０１の表面の一部が貯留室ＳＣ内に露出している。このため、貯留室ＳＣ内に貯留されているトナーは供給ローラ５０２の回転によって該貯留室ＳＣ内で循環的に流動し、貯留室ＳＣ内に露出した現像ローラ５０１の表面に向かうトナーの流れが生じる。

貯留室ＳＣ内のトナーは、供給ローラ５０２の回転に起因するトナー流動により生じるトナー粒子同士の摩擦や、供給ニップにおいて現像ローラ５０１表面に擦り付けられることによって摩擦帯電し、現像ローラ５０１の表面に静電的に付着する。こうして現像ローラ５０１表面に付着したトナーは、現像ローラ５０１の回転方向Ｄ1において供給ニップよりも下流側で現像ローラ５０１表面に圧接された規制ブレード５０４により厚さが規制される。その結果、規制ブレード５０４の下流側では所定厚さに規制されたトナー層が現像ローラ５０１表面に担持されることとなる。こうして形成されたトナー層が感光体２０Ｙとの対向位置（現像位置）へ搬送され潜像の顕像化に供される。

さらに、現像ローラ５０１の回転方向Ｄ1において現像位置よりも下流側には、一方端がハウジング５１９に固定され他方端が現像ローラ５０１の表面に弾性的に当接するシール部５０５が設けられている。シール部５０５は現像ローラ５０１の回転方向Ｄ1に沿ったいわゆるトレイル方向に現像ローラ５０１表面に当接されており、現像ローラ５０１の表面に残留するトナーをハウジング５１９内に案内するとともにハウジング５１９内のトナーが外部へ漏れ出すのを防止する。

ハウジング５１９の上部には、トナー混合部５１０が設けられている。トナー混合部５１０には、現像ローラ５０１の回転軸方向（Ｙ方向）に沿って延びる攪拌室５１１が設けられており、該攪拌室５１１内にはＹ方向に沿った主軸を有するスパイラル状のアジテータロッド５１２が回転自在に軸着されている。また、図７に示すように、現像ユニット５０Ｙの端部にはトナー補給口５１６を有する連結部５１５が突設されており、該連結部５１５がトナータンク５２Ｙに設けられた連結部５２３Ｙと連結される。トナー補給口５１６は攪拌室５１１と連通しており、トナータンク５２Ｙと現像ユニット５０Ｙとが連結された状態では、補給トナータンク５２１Ｙと攪拌室５１１とがトナー補給口５１６を介して連通し、これにより補給トナータンク５２１Ｙ内のトナーを現像ユニット５０Ｙ内に導入することが可能となる。

補給トナータンク５２１Ｙからトナー補給口５１６に送り込まれたトナーは、アジテータロッド５１２の回転により攪拌室５１１内で攪拌されながらＹ方向に搬送される。図７および図８（ｂ）に示すように、トナーの搬送方向（Ｙ方向）において攪拌室５１１の下流側端部近傍には、攪拌室５１１内のトナーを貯留室ＳＣへ送り出すためのトナー送出口５１３が穿設されている。

一方、図７に示すように、トナーの搬送方向（Ｙ方向）においてトナー送出口５１３よりも上流側の攪拌室５１１の側壁にはもう１つの開口５１４が設けられており、図８（ａ）に示すように、この開口５１４は、ハウジング５１９内にＹ方向（図８（ａ）紙面に垂直な方向）に延設された隔壁５１８により貯留室ＳＣと隔てられた循環トナー経路ＴＰに連通している。循環トナー経路ＴＰは、隔壁５１８およびハウジング５１９により挟まれた隘路であり、後述するように、貯留室ＳＣ内のトナーの一部が前記した循環トナーとしてこの循環トナー経路ＴＰを通って開口５１４から攪拌室５１１に送り込まれる。つまり、この開口５１４は、循環トナーを攪拌室５１１に送り込む循環トナー供給口としての機能を有する。循環トナー供給口５１４とは反対側の循環トナー経路ＴＰの他方端は、図８（ａ）に示すように、供給ローラ５０２の表面近傍で開口している。

図９は現像ユニット内のトナーの流れを示す模式図である。この実施形態では、貯留室ＳＣ内に設けられた供給ローラ５０２が矢印方向Ｄ21、すなわち図９において反時計方向に回転している。このため、貯留室ＳＣ内のトナーＴには全体として反時計方向の大きな流動が生じる。こうして流動するトナーの一部は供給ローラ５０２とハウジング５１９の内壁との隙間を通って現像ローラ５０１表面に供給されるが、他の一部のトナーは、供給ローラ５０２の表面近傍で開口する循環トナー経路ＴＰにも流れ込む。循環トナー経路ＴＰの開口部にはさらに貯留室ＳＣからトナーが送り込まれてくるため、トナーは次第に押し上げられて循環トナー経路ＴＰ内を上昇してゆき、最終的には循環トナー供給口５１４から攪拌室５１１へ送り込まれる。すなわち、この実施形態では、供給ローラ５０２の回転に起因して貯留室ＳＣ内に生じるトナーの流動を利用して、一部のトナーを循環トナーとして攪拌室５１１に送り込んでいる。

したがって、この実施形態では、補給トナータンク５２１Ｙから現像ユニット５０Ｙに送り込まれた補給トナーは、攪拌室５１１の下流端に設けられたトナー送出口５１３に搬送されるまでの間に、貯留室ＳＣから取り出され循環トナー経路ＴＰを経て循環トナー供給口５１４から送り込まれる循環トナーと合流する。そして、この合流トナーは、アジテータロッド５１２の回転により攪拌されながら下流側へ搬送されて、最終的にトナー送出口５１３から貯留室ＳＣ内に送り込まれることとなる。

前記したように、補給トナーを直接貯留室ＳＣ内に導入すると、貯留室内にもともと存在していた古いトナーと、新品と同様の帯電特性を有する補給トナーとの間で帯電量の二極化が生じ、補給時カブリ等の原因となる。これに対して、この実施形態では、補給トナータンク５２１Ｙから送り込まれた補給トナーを、貯留室ＳＣから取り出した循環トナーと攪拌室５１１内において予め混合・攪拌する。こうして貯留室内のトナーとの帯電量の差を小さくした混合トナーを貯留室ＳＣに導入しているので、この実施形態では、帯電量の二極化に起因する補給時カブリ等の問題を防止することができる。

次に、この発明にかかる画像形成装置の第２実施形態について説明する。上記した第１実施形態においては、図８（ａ）に示すように、現像ユニット５０Ｙの上部右寄り位置にトナー混合部５１０が設けられ、循環トナー経路ＴＰが左寄り位置に設けられていた。これに対して、以下に説明する第２実施形態の現像ユニットでは、トナー混合部が上部左寄り位置に設けられる一方、循環トナー経路が右寄り位置に設けられる。また、供給ローラの回転方向が、第１実施形態と反対方向である。これらの点を除く他の構成や動作は第１実施形態のものと同一である。そこで、以下の第２実施形態の説明においては、第１実施形態の構成と同一の構成については同一符号を付して説明を省略する。

図１０はこの発明にかかる画像形成装置の第２実施形態の現像ユニットを示す図である。この実施形態の現像ユニット５０Ｙａでは、上記したようにトナー混合部５１０ａが上部左寄り位置に設けられており、これに伴ってハウジング５１９ａの形状が第１実施形態のものと一部異なっている。また、ハウジング５１９ａとの間で循環トナー経路ＴＰａを形成する隔壁５１８ａが現像ローラ５０１寄りに設けられている。したがって、循環トナー経路ＴＰは貯留室ＳＣａの右側に位置している。また、この実施形態では、供給ローラ５０２ａは図１０に矢印で示す時計方向Ｄ22に回転する。

このような構成によれば、供給ローラ５０２ａの回転に伴って貯留室ＳＣａ内のトナーは時計方向に流動して現像ローラ５０１表面に供給される。このとき、流動トナーの一部が循環トナー経路ＴＰａ内にも入り込んで、循環トナーとして循環トナー供給口５１４ａから循環室５１１ａに送り込まれる。したがって、上記した第１実施形態と同様に、補給トナーが循環トナーと混合・攪拌されてから貯留室ＳＣａ内に導入されることとなる。このため、この実施形態においても、帯電特性の異なるトナーを導入することによる補給時カブリ等の問題を回避することが可能である。

次に、供給ローラの回転方向と循環トナー経路の位置との関係について説明する。上記した第１および第２実施形態の装置においてはいずれも、循環トナー供給口とは反対側の循環トナー経路の開口端が、供給ローラの表面近傍かつその回転方向において貯留室の下流側位置で開口するように、循環トナー経路を形成している。その理由は以下の通りである。

図１１は供給ローラの回転方向と循環トナー経路の位置との関係を示す図である。本願発明者は、供給ローラの回転を利用した貯留室から攪拌室への循環トナーの搬送効果を確かめるため、貯留室内における供給ローラの回転方向と循環トナー経路の位置との組合せを変えながら、貯留室から循環トナー経路を経て攪拌室に至るトナーの輸送量を計測した。ここで、供給ローラの回転方向としては、その表面の移動方向が現像ローラ表面の移動方向と同じであるウィズ回転と、その表面の移動方向が現像ローラ表面の移動方向と反対であるカウンタ回転との２種類を用いた。また、循環トナー経路の位置としては、貯留室の右側および左側の２種類を用いた。

その結果、符号（ｂ）によって示す、供給ローラがカウンタ回転かつ循環トナー経路が左側のケースと、符号（ｃ）によって示す、供給ローラがウィズ回転かつ循環トナー経路が右側のケースとにおいて、十分な量のトナーが貯留室から攪拌室へ送られることが確かめられた。各欄の左下に付した丸印は、トナー輸送量が十分に大きいことを示している。その一方、符号（ａ）によって示す、供給ローラがウィズ回転かつ循環トナー経路が左側のケースと、符号（ｄ）によって示す、供給ローラがカウンタ回転かつ循環トナー経路が右側のケースとにおいては、上記のケースよりもトナーの輸送量が少なくなることがわかった。各欄の左下に付した三角印は、トナー輸送量が小さいことを示している。

符号（ａ）および（ｄ）のケースでは、循環トナー経路が供給ローラの回転によるトナー流動方向に向かって開口しているため、多くのトナーが入り込み攪拌室に送られることが期待されるが、循環トナー経路の開口部に送られてくるトナーの量自体が少ないことが、輸送量が少ない原因と考えられる。一方、符号（ｂ）および（ｃ）のケースでは、供給ローラの回転に伴って貯留室から大量のトナーが流れ込むために、大きな輸送量を得ることができたと考えられる。以上より、循環トナー経路の開口は、供給ローラの回転方向において貯留室よりも下流側位置に設けることが、貯留室から攪拌室への十分なトナー輸送量を確保する上で望ましい。

以上のように、上記した第１および第２実施形態においては、補給トナータンク５２１Ｙから供給される補給トナーを、現像ユニット５０Ｙ等の貯留室ＳＣ等に直接投入せずに貯留室とは別に設けた攪拌室５１１等に導入し、貯留室から取り出した循環トナーと予め攪拌・混合させた後の混合トナーとして貯留室ＳＣ等に送り込むようにしている。こうすることで、貯留室内のトナーと新たに補給されるトナーとの帯電特性の差異に起因する帯電量の二極化を抑制し、画質を低下させる補給時カブリや濃度変動等の問題の発生を防止している。

また、貯留室からの循環トナーの取り出しおよび攪拌室への輸送については、ハウジング内でトナーを流動させる供給ローラの表面近傍に開口を有し攪拌室に連通する循環トナー経路を設けることにより、供給ローラの回転によって生じるトナーの流動を利用して行うようにしている。このようなトナーの輸送は、ハウジング内に循環トナー経路を形成するための隔壁を設けるのみで実現することができ、別途トナーを輸送するための機構や動力を何ら必要としない。特に、供給ローラの回転方向において貯留室の下流側に開口を設けることが有効である。また、循環トナー経路を構成する壁面としてハウジングの内壁の一部を利用することにより、現像ユニットの内容積を有効に利用することができる。また、循環トナー経路の断面形状を薄いスリット状とすると、循環トナー経路内において下方から押し上げられるトナーの落下を抑制することができるので好ましい。

また、攪拌室内で補給トナーと循環トナーとを攪拌し混合させるためのアジテータロッド５１２を設けている。このようなアジテータロッドは、上記実施形態のように現像ローラ回転軸方向の一方端から補給トナーを供給するように構成された装置（図３、図６参照）においては該軸方向に沿ってトナーを搬送するためにも必要な構成である。すなわち、アジテータロッド５１２により補給トナーを軸方向に搬送するとともに、該搬送方向の上流側で循環トナーを混合させる一方、その下流端側で混合されたトナーを貯留室に供給することで、補給トナーの搬送と循環トナーの混合とを同時に行うことができる。また、一方向に搬送されるトナーの最下流部分を貯留室に供給することにより、最も攪拌の進んだトナーのみを貯留室内に送り込むことができる。このことは、帯電量の二極化を抑制する上で有効である。

以上説明したように、上記各実施形態においては、現像ユニット５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋが本発明の「現像装置」として機能している。各現像ユニットにおいて、現像ローラ５０１、ハウジング５１９およびトナー混合部５１０がそれぞれ本発明の「トナー担持体」、「貯留部」および「混合部」として機能している。また、上記各実施形態においては、攪拌室５１１，５１１ａが本発明の「攪拌室」に相当しており、トナー送出口５１３、循環トナー供給口５１４，５１４ａおよび補給トナー供給口５１６がそれぞれ本発明の「混合トナー送出口」、「循環トナー供給口」および「補給トナー供給口」に相当している。また、攪拌室内で循環トナー供給口５１４，５１４ａおよびトナー送出口５１３を穿設された位置が、それぞれ本発明の「合流位置」および「供給位置」に相当している。また、アジテータロッド５１２が本発明の「攪拌部材」として機能している。

また、上記各実施形態では、供給ローラ５０２，５０２ａが本発明の「トナー供給部材」および「トナー供給ローラ」として機能している。また、ハウジング５１９，５１９ａおよび隔壁５１８，５１８ａが本発明の「循環経路形成部材」として機能しており、これらおよび供給ローラ５０２，５０２ａが一体として本発明の「循環トナー供給機構」を構成している。

また、上記した画像形成装置においては、感光体２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋが本発明の「潜像担持体」として機能する一方、トナーカートリッジ５２Ｙ，５２Ｍ，５２Ｃ，５２Ｋが本発明の「トナー補給部」として機能している。そして、これらと現像ユニット５０Ｙ等とを一体化したプロセスユニット１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋのそれぞれが、本発明の「画像形成ステーション」として機能する。さらに、中間転写ベルトユニット７０が本発明の「転写媒体」として機能している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態では、補給トナータンク５２１Ｙ等を現像ユニット５０Ｙの長手方向の一方端部側に接続しており、アジテータロッド５１２により現像ローラ回転軸方向にトナーを搬送するようにしているが、このような構成に限定されず、例えば現像ユニットの上部に補給トナータンクを設けてもよい。また、スパイラル状のアジテータロッドに代えて、例えばトナーに振動を与えて搬送・攪拌するものを用いてもよい。

また、上記各実施形態では、現像ユニット５０Ｙに本発明の「混合部」に相当するトナー混合部５１０を設けているが、本発明にかかる画像形成装置において「混合部」に相当する構成は必ずしも現像ユニットと一体的に設ける必要はなく、例えばトナーカートリッジ内に設けたり、現像ユニットやトナーカートリッジとは別体に設けてもよい。

また、上記各実施形態では、ハウジング５１９等および隔壁５１８等により構成した循環トナー経路とトナーの流動を生じさせる供給ローラ５０２とによって、貯留室内のトナーを攪拌室に輸送する「循環トナー供給機構」を構成しているが、このような構成に限定されず、貯留室内のトナーを攪拌室に送り込むための機構を別途設けたものも、本発明の技術思想に包含される。

また、上記各実施形態におけるトナー混合部５１０，５１０ａは貯留室ＳＣ，ＳＣａの上部に設けられ、循環トナーは上方に向けて輸送されるように構成されているが、このような構成に限定されるものではなく、例えば循環トナーがほぼ水平方向に輸送されるようにトナー混合部を貯留室の側方に設けたり、貯留室内のトナーが重力によりトナー混合部へ落下するように、トナー混合部を貯留室の下方に設けてもよい。

また、上記各実施形態では、「トナー供給部材」として供給ローラ５０２等を設けているが、本発明の「トナー供給部材」としてはローラ形状のものに限定されず、任意の形状のものを用いることが可能である。

また、貯留室内のトナーは流動に伴う摩擦等で帯電しているのに対し、補給トナータンクから供給される補給トナーはほとんど帯電していないと考えられる。そこで、補給トナーの帯電量を攪拌室内でより効率よく増加させるために、攪拌室の内壁およびアジテータロッドの少なくとも一方について、例えば誘電体フィルムのようにトナーを帯電させる能力の高い材料にて形成するあるいは該材料を表面に貼付するようにしてもよい。

また、上記各実施形態は、複数のプロセスユニット（画像形成ステーション）を中間転写ベルト７０に沿って並べてカラー画像を形成する、いわゆるタンデム現像方式の画像形成装置に本発明を適用したものである。しかしながら、本発明の適用対象はこのような構成のものに限定されず、種々の画像形成装置に適用可能である。特に、上記実施形態のようなタンデム方式の装置やプロセスユニットを１つだけ備えるモノクロ画像形成装置など、画像形成ステーションの位置が固定された装置に対して、本発明を好適に適用することができる。

この発明にかかる画像形成装置の第１実施形態を示す図。 制御ユニットの構成を示すブロック図。 プロセスカートリッジおよびトナーカートリッジの構成を示す図。 補給時カブリの発生原理を説明する図。 この発明にかかるトナー補給方法の原理を説明する図。 第１実施形態における現像ユニットの構造を示す斜視図。 図６の現像ユニットの構成部品の一部を除いた図。 現像ユニットの断面構造を示す図。 現像ユニット内のトナーの流れを示す模式図。 この発明にかかる画像形成装置の第２実施形態の現像ユニットを示す図。 供給ローラの回転方向と循環トナー経路の位置との関係を示す図。

符号の説明

１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋ…プロセスユニット（画像形成ステーション）、 ２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ…感光体（潜像担持体）、 ５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋ…現像ユニット（現像装置）、 ５２Ｙ，５２Ｍ，５２Ｃ，５２Ｋ…トナーカートリッジ（トナー補給部）、 ７０…中間転写ベルトユニット（転写媒体）、 ５０１…現像ローラ（トナー担持体）、 ５０２，５０２ａ…供給ローラ（トナー供給部材、トナー供給ローラ、循環トナー供給機構）、 ５１０…トナー混合部（混合部）、 ５１１，５１１ａ…攪拌室、 ５１２…アジテータロッド（攪拌部材）、 ５１３…トナー送出口（混合トナー送出口）、 ５１４，５１４ａ…循環トナー供給口、 ５１６…補給トナー供給口、 ５１８，５１８ａ…隔壁（循環経路形成部材、循環トナー供給機構）、 ５１９，５１９ａ…ハウジング（貯留部、循環経路形成部材、循環トナー供給機構）

Claims (12)

1. 表面に帯電トナーを担持するトナー担持体と、
   前記トナー担持体表面に担持させるトナーを貯留する貯留部と、
   前記貯留部の外部から供給される補給トナーを受け付けるとともに、前記貯留部に貯留されたトナーの一部を循環トナーとして取り込んで前記補給トナーと混合し、該混合後の混合トナーを前記貯留部に供給する混合部と
   を備えることを特徴とする現像装置。
2. 前記混合部は、所定の合流位置で前記循環トナーと前記補給トナーとを合流させるとともに、合流させたトナーを攪拌しながら所定の供給位置へ搬送し、該供給位置から前記貯留部に向けてトナーを送出する請求項１に記載の現像装置。
3. 前記混合部は、トナーを攪拌しながら所定の搬送方向に搬送する攪拌室を有しており、該攪拌室には、前記搬送方向における下流端に前記攪拌室から前記貯留部に向けて前記混合トナーを送出するための混合トナー送出口が設けられる一方、前記搬送方向において前記混合トナー送出口よりも上流側に、前記攪拌室内に前記循環トナーを供給する循環トナー供給口および前記補給トナーを供給する補給トナー供給口が設けられている請求項１に記載の現像装置。
4. 前記攪拌室内に、前記循環トナー供給口から供給される前記循環トナーと前記補給トナー供給口から供給される前記補給トナーを攪拌しながら前記搬送方向に沿ってトナーを搬送する攪拌部材を備える請求項３に記載の現像装置。
5. 前記貯留部のトナーを前記循環トナーとして前記攪拌室に送り込むための循環トナー供給機構を備える請求項３または４に記載の現像装置。
6. 前記貯留部はトナーを貯留する貯留室を有しており、
   前記トナー担持体表面の一部が前記貯留室内に露出するとともに、前記貯留室内にはトナーを前記トナー担持体表面に向けて送り込むトナー供給部材が設けられており、
   前記循環トナー供給口を一方開口端とし、他方端が前記貯留室内の前記トナー供給部材の近傍位置で開口する循環トナー経路を形成する循環経路形成部材を備え、
   前記トナー供給部材および前記循環経路形成部材が前記循環トナー供給機構を構成している請求項５に記載の現像装置。
7. 前記トナー供給部材が所定の回転軸中心に回転するとともに前記トナー担持ローラ表面に当接するトナー供給ローラであり、しかも、
   前記トナー供給ローラの回転方向における前記貯留室の下流側端部で、前記循環トナー経路の他方端が開口している請求項６に記載の現像装置。
8. 前記貯留部はトナーを貯留する貯留室を有し該貯留室内に前記トナー担持体表面の一部が露出するとともに、該貯留室内にはトナーを前記トナー担持体表面に向けて送り込むトナー供給部材が設けられており、
   前記混合部と前記貯留室とを連通し、前記貯留室側の一方端が前記トナー供給部材の近傍で開口する循環トナー経路を形成する循環経路形成部材を備える請求項１に記載の現像装置。
9. 前記トナーは非磁性一成分トナーである請求項１ないし８のいずれかに記載の現像装置。
10. 表面に帯電トナーを担持するトナー担持体と、
    前記トナー担持体表面に担持させるトナーを貯留する貯留部と、
    前記貯留部に向けて補給トナーを供給するトナー補給部と、
    前記貯留部と前記トナー補給部との間に設けられ、前記トナー補給部から供給される前記補給トナーと前記貯留部から供給される循環トナーとを混合し、該混合後の混合トナーを前記貯留部に供給する混合部と
    を備えることを特徴とする画像形成装置。
11. 静電潜像を担持する潜像担持体と、前記潜像担持体と対向配置された前記トナー担持体と、前記貯留部とをそれぞれ有する画像形成ステーションを、所定の方向に移動する転写媒体の移動方向に沿って複数個並べてなる請求項１０に記載の画像形成装置。
12. トナー担持体表面に担持させるトナーを貯留する貯留部に対し、外部からトナーを補給するトナー補給方法において、
    外部から補給されるトナーと、前記貯留部から取り出したトナーとを混合し、
    該混合後のトナーを前記貯留部に供給する
    ことを特徴とするトナー補給方法。

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