JP2005099334A - 定着装置とそれを用いる画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着ローラにのみ外部加熱が当接すると、定着ローラと加圧ローラの表面温度の差が大きくなりその結果薄紙のカールが大きくなり搬送性の安定性の向上。
【解決手段】 厚紙の画像形成時のみ外部加熱を定着ローラに当接させることにより、薄紙のカールを抑え、且つ厚紙の生産性を向上させるようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画像形成装置において、記録材表面に形成された画像を記録材表面に定着させるために用いられる定着装置に関し、より具体的には、互いに圧接されたローラ間を、形成された未定着画像、すなわち、未定着トナー像を有する記録材を通過させて、加熱・加圧によって未定着トナーの定着を行う加熱定着方式の定着装置、ならびに、前記加熱定着方式の定着装置を利用する画像形成装置、例えば、加熱定着装置と複数の画像形成手段を有するカラー画像形成装置に関するものである。

電子写真方式による画像形成を行い、形成された未定着画像、すなわち、未定着トナー像を紙などの記録材表面に定着する方法として、加熱定着方式の定着装置が従来より広く利用されている。この種の画像形成装置の一例として、図４及び図５に、４色のトナーを用いて画像形成するカラー画像形成装置の構成例を示す。図４に示す構成例は、４色のトナーに対して、それぞれ個別の光走査手段を設けた４ドラム・レーザビームプリンタの構成例である。

図４に例示する装置では、潜像担持体たる電子写真感光体（以下、「感光ドラム」とする）の周囲に、各色トナーを用いる現像装置、転写装置など配置して構成される、「画像形成ステイション」と称される画像形成手段が４個連結して設けられている。この４連の各画像形成ステイションにおいて、それそれ形成された感光ドラム上の画像は、この感光ドラムに隣接して移動通過する搬送手段上の紙等の記録材（以下、単に紙とする）へ、順次転写される構成となっている。その後、定着装置に搬送され、一括して未定着トナー像の定着がなされる。

また、図５に、前記４連の各画像形成ステイション部分の構成をより詳細に示す。マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色の画像を形成するための、各画像形成ステイションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄには、それぞれ感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが配置されており、各感光ドラムは矢印方向に回転自在となっている。さらに、各感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの周囲には、帯電器１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと各色のトナーを供給する現像装置２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ、ならびにクリーナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが、感光ドラムの回転方向に沿って順次配設されている。また、現像装置の下流側、各感光ドラムの下方には、転写部３が配設されている。この転写部３は、各画像形成ステイションに共通の記録材を搬送する手段として転写ベルト３１、ならびに、各感光ドラムに相対する位置に設けた転写用帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを有している。

以上のような構成のカラープリンタにおいて、記録材を供給する手段により、給紙カセット６１から供給された紙Ｐは、転写ベルト３１上に支持されて各画像形成ステイションへ搬送される。次いで、転写ベルト３１とともに移動する間に、前記各感光ドラム上に形成された各色のトナー像を順次転写される。この一連の転写工程が終了すると、表面に各色の未定着トナー像を有する紙Ｐは転写ベルト３１から分離され、定着装置５へと記録材案内手段である搬送ベルト６２により搬送される。

図６に、従来用いられている加熱定着装置の構成の一例を詳細に示す。例示する加熱定着方式の定着装置５は、回転自在に配設された定着用回転体たる定着ローラ５１と、この定着ローラ５１に圧接しながら回転する加圧用回転体たる加圧ローラ５２とのローラ対を有する。加えて、定着ローラ５１の表面に離型剤を供給塗布手段である離型剤塗布装置５３と、ローラ・クリーニング装置５４、５５を具える構成となっている。定着ローラ５１ならびに加圧ローラ５２には、その内部に、ハロゲンランプ等のヒータ５６、５７がそれぞれ配設されている。また、サーミスタ５８、５９がそれぞれの表面と接触するように配設されており、温度調節回路を介して、前記ヒータ５６、ヒータ５７へ供給する電圧を制御することにより、定着ローラ５１と加圧ローラ５２の表面温度を所望の温度に調節する機構となっている。

定着ローラ５１、加圧ローラ５２にはアルミニウム、鉄等の金属芯金上に、複数の弾性体層を有するローラが広く用いられている。弾性体層としては耐熱性、熱伝導性を考慮したシリコーンゴム等が芯金上に成形され、その表面層にトナー離形成を考慮したシリコーンゴムやフッ素ゴム等の材質が用いられている。

定着ローラ５１に付設されているローラ・クリーニング装置５４は、定着の際、紙Ｐ表面から定着ローラ５１上にオフセットしたトナー等をクリーニングする機能を持つ。定着ローラ５１の回転方向に関して、このクリーニング装置５４の下流側に、離型剤塗布装置５３が取り付けられている。クリーニングがなされた後、離型剤塗布装置５３により、シリコーンオイル等の離型剤が定着ローラ５１の表面に塗布される。この離型剤は、定着工程後における、定着ローラ５１からの転写紙Ｐの分離の容易化、また、前記するトナーのオフセットを防止する目的で使用されている。

クリーニング装置５４は、帯状の耐熱不織布からなるクリーニングウェブ５４ａ、このクリーニングウェブ５４ａを定着ローラ５１に押圧する押圧ローラ５４ｂ、新しいクリーニングウェブ５４ａを巻き出す巻出しローラ５４ｃ、トナー等が付着しクリーニング能力の低下したクリーニングウェブ５４ａを徐々に巻き取っていく巻取りローラ５４ｄなどで構成されている。特に、定着ローラ５１の表面温度のモニターに利用されるサーミスタ５８に、オフセットしたトナーが付着し、サーミスタの検知不良を引き起こすことを未然に防ぐため、クリーニング装置５４は、サーミスタ５８に対して定着ローラ５１の回転方向上流側に設けられている。

例示するクリーニング装置５４では、クリーニングウェブ５４ａの巻き取り方法は、画像形成装置の枚数カウンターから所定枚数が経過したと判断した時に、不図示のソレノイドがＯＮし、ワンウェイ・クラッチが動作することにより、定着ローラー回転と逆方向に所定量を巻き取る方式を用いている。ローラー回転と逆方向に巻き取ることにより、クリーニングウェブ５４ａがローラ回転に伴って、ローラ側に巻き込まれることの防止が図られている。

一方、離型剤塗布装置５３は、シリコーンオイル等の離型剤を保持しているオイルタンク５３ａ、このオイルタンク５３ａからシリコーンオイル等の離型剤を汲み上げるローラ５３ｂ、５３ｃ、汲み上げローラ５３ｂ、５３ｃにより供給されるシリコーンオイル等の離型剤を定着ローラ５１に塗布する塗布ローラ５３ｄ、この塗布ローラ５３ｄ表面に存在するシリコーンオイル等の離型剤量を制御する規制ブレード５３ｅなどから構成されている。特に、定着ローラ５１表面に均一なシリコーンオイル等の離型剤の塗布を確保するため、離型剤塗布装置５３は、サーミスタ５８に対して定着ローラ５１の回転方向下流側に配設されている。すなわち、一旦塗布された離型剤が、定着ローラ５１表面に接触するサーミスタ５８により除去されることを回避するため、前記の配置が選択されている。

なお、塗布ローラ５３ｄは、例えば、弾性を有するスポンジゴムの表面にシリコーンゴムを被覆された構造を持ち、定着ローラ５１と共に回転可能なローラである。その表面に存在する離型剤は、塗布ローラ５３ｄが定着ローラ５１に当接して回転される間に、定着ローラ５１の表面に移行して、塗布がなされる。規制ブレード５３ｅには、通常、フッ素ゴム等の弾性体ブレードが利用され、塗布ローラ５３ｄと当接する配置に固定されている。汲み上げローラ５３ｂ、５３ｃにより供給されるシリコーンオイル等の離型剤は、余剰な量である際、かかる規制ブレード５３ｅを当接することで、塗布ローラ５３ｄ表面から排除され、定着ローラ５１と当接する時点において、塗布ローラ５３ｄ表面に存在する離型剤の量は一定の範囲以上とならないように、制限がなされる。

また、加圧ローラ５２にも、定着ローラ１のクリーニング装置５４と同様な機構を用いたクリーニング装置５５が付設されている。つまり、クリーニング装置５５も、クリーニングウェブ５５ａ、押圧ローラ５５ｂ、巻出しローラ５５ｃ、巻取りローラ５５ｄなどから構成されている。加圧ローラ５２は、直接未定着トナー像と接触するものではないものの、定着ローラ５１を介して、オフセットしたトナーの一部が加圧ローラ５２にも付着し、クリーニング装置５５により、この付着したトナー等のクリーニングがなされている。

その他、定着ローラ５１と圧接する間に、定着ローラ５１の表面に塗布されている離型剤が、加圧ローラ５２の表面にも付着される。この加圧ローラ５２表面上に残った余剰な離型剤を除去する目的で、離型剤の除去ブレード６０が、加圧ローラ５２に当接させて付設されている。この除去ブレード６０を設けない場合には、加圧ローラ５２表面に蓄積する余剰な離型剤が、定着ローラ５１と加圧ローラ５２と圧接がなされるニップに溜り、例えば、記録材上に付き、シミとなったりする。あるいは、紙と比較すると摩擦係数が大幅に小さい、ＯＨＰ用の透明ラミメートフィルムなどを記録材に用いる際には、スリップして、ローラ対が形成するニップへの進入不良が発生する要因ともなる。この除去ブレード６０の材質としては、Ｓｉゴム、フッ素ゴム等が用いられ、これら樹脂製の除去ブレードは、加圧ローラ５２の回転方向に対して順方向または逆方向へ適当な進入量をもって当接されている。

この構成の定着装置において、転写紙Ｐが搬送されてくると、定着ローラ５１と加圧ローラ５２は回転し、定着ローラ５１の表面にシリコーンオイルなどの離型剤が塗布される。また、転写紙Ｐは、回転している定着ローラ５１と加圧ローラ５２の間を通過する際に、その表裏両面からほぼ一定の圧力、温度で加圧、加熱され、紙表面上の未定着トナー像は溶融して定着され、転写紙Ｐ上にフルカラー画像が完成される。画像の定着を終えた転写紙Ｐは、下分離爪６８によって加圧ローラ５２から分離され、機外へ排出される。

図６で説明した構成の加熱定着方式の定着装置に加え、図１に示すような定着ローラ表面をローラの外部から加熱する手段を有する定着装置が特開２００１−１５４５２９号公報などに提案されている。このような定着装置は定着ローラの内部にのみ加熱源があるものと比較して熱の伝達効率が向上している。図１において１００は外部加熱ローラ、１０１は加熱源、１０２はサーミスタ、１０３はサーモスイッチ、１０４はクリーニングローラで、その他の部材は図５と同一の符号を用いて説明を省略する。

外部加熱ローラ１００はＡｌ等の芯軸の表面にフッ素コートを施したローラ、加熱源１０１はハロゲンヒータである。外部加熱ローラ１００は通常は定着ローラ５１から離間していて、サーミスタ１０３によって定着ローラ５１より高い温度で温度制御を行っている。そして画像形成が開始され記録材が搬送されてくると、定着ローラ５１の表面に接触する。すると外部加熱ローラ１００の表面から定着ローラ５１の表面に熱が伝導し、定着ローラ５１に熱供給が行われる。そして記録材の定着が終了すると外部加熱ローラ１００は定着ローラ５１から離間する。また１０４はクリーニングローラで、定着ローラ５１から外部加熱ローラ１００に転移してきたトナー紙紛を除去している。

内部にのみ加熱源がある場合には、定着ローラ５１表面のサーミスタがローラの表面温度の低下を検知してから加熱源のヒータが点灯し、その熱がローラの芯軸、弾性体層を伝導してローラ表面に伝達されるため、熱伝達にタイムラグが発生してしまっていた。それに反して定着ローラ５１の外部に加熱源がある場合は、この加熱源からの熱を芯軸、弾性体層の伝達を介さずに定着ローラ５１の表面に伝えることが出来るため熱供給時間を速めることが出来、定着ローラ５１の表面温度の低下を小さくすることができるという利点がある。また定着ローラ５１の内面からのみの加熱に対して、外部からも熱供給が行われるため、内面からの加熱の割合が小さくなる為、定着ローラ５１の芯金内面温度を低くすることができ、また定着後の表面温度のオーバーシュートを小さくすることが出来、定着ローラ５１の寿命を長くできるという利点がある。
特開２００１−１５４５２９号公報

しかしながら図１に示すような定着ローラ５１の表面をローラの外部から加熱する手段を有する定着装置においては以下のような問題が発生していた。

定着ローラ５１の表面に接離可能な外部加熱ローラ１００を有し、加圧ローラ５２側には外部加熱ローラ１００を有さない場合、定着ローラ５１においては外部加熱ローラ１００によって熱供給が速く行われ表面の温度低下がほとんど無いのに対して、加圧ローラ５２においては外部加熱ローラ１００が当接しない為、加圧ローラ５２の内面からの熱供給のみとなる。この為加圧ローラ５２の表面の温度は内面からの熱が伝わってくるまでの間低下し続けてしまう。この結果記録材が連続して搬送されてくる場合、定着ローラ５１と加圧ローラ５２の表面温度の差が大きくなりすぎてしまっていた。このように定着時に記録材の表裏で温度差が大きくなると記録材の繊維の膨張収縮に表裏で差が発生し、記録材のカールが大きくなるという問題が発生していた。特に坪量の小さい記録材に対してはこの影響が大きくカール量が大きくなってしまっていた。このようにカールが大きくなると、排紙トレイ上で記録材が丸まったり、両面画像形成時に記録材の搬送不良が発生したりしていた。

本出願に係る第１の発明によれば、上記目的は、
互いに圧接しながら回転し、記録材を挟持搬送して未定着画像を定着する定着回転体対と、内部に加熱源を有し、少なくとも一方の回転体に接離可能で回転可能である加熱回転体と、を有する定着装置において、定着動作時の加熱回転体の接離は記録材の坪量に応じて決定され、記録材坪量が予め設定した坪量よりも小さい場合には離間したままで、定着動作が行われることにより達成される。

本出願に係る第２の発明によれば、上記目的は第１の発明において、
上記記録材の坪量が１０５ｇ／ｍ^２以下の場合は離間したままで、１０５ｇ／ｍ^２より大きい場合は接触することにより達成される。

本出願に係る第３の発明によれば上記目的は、第１もしくは第２の発明において上記加熱回転体が離間している場合には、該加熱回転体は目標温度を維持するように加熱源に対して通電制御が行われていることにより達成される。

本出願に係る第４の発明によれば上記目的は、第１の発明において上記加熱回転体の接離を判断する為の記録材の坪量の閾値が、記録材の種類によって異なることにより達成される。

本出願に係る第５の発明によれば上記目的は、第４の発明において上記記録材の種類が記録材にコーティングが施してあるか否かで判別されることにより達成される。

本出願の第１の発明によれば、
互いに圧接しながら回転し、記録材を挟持搬送して未定着画像を定着する定着回転体対と、内部に加熱源を有し、少なくとも一方の回転体に接離可能で回転可能である加熱回転体と、を有する定着装置において、定着動作時の加熱回転体の接離は記録材の坪量に応じて決定され、記録材坪量が予め設定した坪量よりも小さい場合には離間したままで、定着動作が行われることにより、坪量の小さい記録材ではカールを抑えられ、坪量の大きい記録材では生産性を向上させることが可能となり商品性が向上した。

本出願の第２の発明によれば、
上記第１の発明において、上記記録材の坪量が１０５ｇ／ｍ^２以下の場合は離間したままで、１０５ｇ／ｍ^２より大きい場合は接触することにより、１０５ｇ／ｍ^２以下の記録材ではカールを抑えられ、１０５ｇ／ｍ^２より大きい記録材では生産性を向上させることができ商品性が向上した。

本出願の第３の発明によれば、
上記第１乃至第２の発明において、上記加熱回転体が離間している場合には、該加熱回転体は目標温度を維持するように加熱源に対して通電制御が行われていることにより該加熱回転体を接触させる際に画像形成動作を中断させることが無い為、ユーザーの使い勝手が向上した。

本出願の第４の発明によれば、上記第１の発明において、上記加熱回転体の接離を判断する為の記録材の坪量の閾値が記録材の種類によって異なることにより、カールの防止と生産性の向上をより細かく設定でき、より商品性が向上した。

本出願の第５の発明によれば、上記第４の発明において、上記記録材の種類が記録材にコーティングが施してあるか否かで判別されることにより、カールの防止と生産性の向上をより細かく設定でき、より商品性が向上した。

本出願の第６の発明によれば、坪量の小さい記録材ではカールを抑えられ、坪量の大きい記録材では生産性を向上させることが可能となり商品性が向上した画像形成装置を提供することができる。

以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明における最良の実施の形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。

第１の実施例を図１及び図２を用いて説明する。

図１は本実施例で使用した定着装置の概略断面図で従来例と共通する構成要素、あるいは、対応する要素には、同一符号を付し、その説明を省略する。

図２は本実施例における外部加熱ローラの制御フローチャートである。

図２において画像形成が開始されると記録材の坪量が判断される。なお、坪量は1ｍ^２当りの記録材の重量をグラムで表されるものである。記録材の坪量は記録材の厚さ自動に検知（不図示）を行っても、ユーザーが直接入力を行ってもどちらでも良い。ここで記録材の坪量（厚さ）が予め設定された値である１０５ｇ／ｍ^２以下である場合は外部加熱を用いると定着後のカールが大きくなってしまう為、外部加熱による熱供給は行わない。すなわち外部加熱ローラ１００は定着ローラ５１から離間したままとなる。ただし、離間時の外部加熱ローラ１００は温度制御（温調）が行われる。外部加熱ローラ１００を接触させたままで、外部加熱ローラ１００の発熱源１０１への通電を停止する方法があるが、その場合には、連続定着動作工程中で外部加熱ローラ１００の表面温度が変化するため、出力された画像の光沢むらが生じるため、好ましくない。

ここで外部加熱ローラ１００の温調について説明する。温度検知体であるサーミスタ１０２が外部加熱ローラ１００の表面温度を検知する。この検知温度が予め設定された目標温度になるように、通電制御手段によりハロゲンヒータ等の加熱源１０１への通電量を制御する。

離間時で外部加熱ローラ１００を温調することにより、坪量の小さい記録材に画像を定着する定着動作のジョブが終了した後に、坪量の大きい記録材に画像を定着するジョブが画像形成装置に入力されたときに、すでに外部加熱ローラ１００は暖まっているため、ウェイト時間を短くできると共に、スループットが大きい定着動作を可能とすることができる。

逆に記録材の坪量（厚さ）が１０５ｇ／ｍ^２より大きい場合は、外部加熱を用いても紙のコシが強い為カールは大きくならないので、外部加熱による熱供給行う。すなわち外部加熱ローラ１００が定着ローラ５１に当接する。すると熱供給の応答性が速くなるため、定着ローラ５１の表面温度の低下がほとんど起こらず設定の最大限に紙搬送、定着を行うことが出来、スループットを向上させることができる。ここで当接するタイミングはローラの熱容量や加熱源のワッテージによってことなるが、記録材が定着ローラ５１と加圧ローラ５２とのニップに突入する数秒前に当接するのが効率が良い。少なくとも記録材が定着ニップを通過しているとき、即ち、定着動作中は、外部加熱ローラ１００は定着ローラ５１に当接させておく必要がある。このようにして定着が行われ、最終紙が定着ニップ部を通過した後、外部加熱ローラ１００は定着ローラ５１から離間し、次の画像形成に備えるべく定着ローラ５１、加圧ローラ５２及び外部加熱ローラ１００は温調待機される。

以上のようにすることで坪量の小さい記録材でカールの発生が無く、坪量の大きい記録材においてはスループットを最大限に速くでき生産性を向上させることができる。

なお本実施例においては外部加熱ローラ１００の接離を記録材の坪量が１０５ｇ／ｍ^２で判断を行ったが、この値はローラの熱容量や加熱源のワッテージ、記録材の種類等によって異なってくるので、必ずしもこの値に限るものではない。

また、外部加熱ローラ１００は坪量の小さい記録材の画像形成時には使用しないため離間状態で加熱は必ずしも必要なく、加熱を行わななければ余分なエネルギーを削減できる。しかし加熱をおこなわない場合は坪量を判断してから外部加熱ローラ１００の加熱を行わなければならず、画像形成動作を中断しなければならないため使い勝手が良くない。従って離間状態でも外部加熱ローラ１００は加熱していることが望ましいが、ユーザーの希望に応じて離間状態の外部加熱ローラ１００の加熱の有無の切替制御を行っても良いし、また外部加熱ローラ１００の加熱を使用時の目標温度より低い目標温度で待機させてもよい。

本実施例は実施例１と同様の制御を更に記録材の種類に応じて細分化したもので、図３を用いて詳細に説明する。図３は本実施例における外部加熱ローラの制御フローチャートである。本実施例は表面にコーティングを施している記録材（以下コート紙）とコーティングを施していない記録材（以下普通紙）において外部加熱ローラ１００の接離を判断する坪量の閾値を変えたものである。一般にコート紙は表面を平滑化処理しており、同じ坪量でも厚さが薄くコシがないため、普通紙よりカールが大きくなりやすい。そのため普通紙と同じ坪量で加熱ローラの当接の判断を行うと普通紙ではカール量が小さくても、コート紙では大きくなってしまう坪量が存在し、不具合が発生する可能性がある。具体的には１００〜２００ｇ／ｍ^２の間の坪量がカール量に違いが現れやすく、コート紙の種類やコートの量、種類によって異なってくる。

本実施例においては外部加熱ローラ１００の接離条件の閾値をコートの場合は
１５０ｇ／ｍ^２の坪量とし、普通紙の場合は実施例１と同様の１０５ｇ／ｍ^２とした。このようにすることで１０５〜１５０ｇ／ｍ^２付近のコート紙においては外部加熱ローラ１００は当接しない為カール量を小さくすることが出来た。また１５０ｇ／ｍ^２以上のコート紙については外部加熱ローラ１００が当接するので生産性を向上させることができた。

なお、本実施例で用いた記録材の坪量の閾値は記録材の種類によって異なるので必ずしもこの値に限るものではない。

本実施例で用いた定着装置の断面図である。 本発明の第１の実施例の制御フローチャートである。 本発明の第２の実施例の制御フローチャートである。 従来の画像形成装置の全体構成の一例を模式的に示す断面図である。 従来の画像形成装置において、それを構成している画像形成手段部の構成をより詳細に示す断面図である。 従来の画像形成装置において利用されている定着装置の装置構成の一例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

５ 定着装置
５１ 定着ローラ
５２ 加圧ローラ
５６、５７ ヒーター
５８、５９ サーミスタ
１００ 外部加熱ローラ
１０１ 加熱源
１０２ サーミスタ
１０３ サーモスイッチ
１０４ クリーニングローラ

Claims (6)

1. 互いに圧接しながら回転し、記録材を挟持搬送して未定着画像を定着する定着回転体対と、内部に加熱源を有し、少なくとも一方の回転体に接離可能で回転可能である加熱回転体と、を有する定着装置において、定着動作時の加熱回転体の接離は記録材の坪量に応じて決定され、記録材坪量が予め設定した坪量よりも小さい場合には離間したままで、定着動作が行われることを特徴とする定着装置。
2. 上記記録材の坪量が１０５ｇ／ｍ^２以下の場合は離間し、１０５ｇ／ｍ^２より大きい場合は接触することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 上記加熱回転体が離間している場合には、該加熱回転体は目標温度を維持するように加熱源に対して通電制御が行われていることを特徴とする請求項１乃至２に記載の定着装置。
4. 上記加熱回転体の接離を判断する為の記録材の坪量の閾値が、記録材の種類によって異なることを特徴とする請求項１に記載の定着装置及びこれを用いた画像形成装置。
5. 上記記録材の種類が記録材にコーティングが施してあるか否かで判別されることを特徴とする請求項４に記載の定着装置及びこれを用いた画像形成装置。
6. 未定着画像を形成する未定着画像形成手段を有する画像形成装置において、請求項１から請求項５のいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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