CN102218919A - 液体喷射头、液体喷射单元及液体喷射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供具有均匀的喷射特性的循环路径的液体喷射头，以及具备该液体喷射头的液体喷射单元及液体喷射装置。液体喷射头具备：喷射液体的多个喷嘴开口；与多个喷嘴开口连通且供液体流通的第1流路；向第1流路供给来自外部的液体的供给路；从第1流路将液体回收到外部的回收路；设置于供给路的第1过滤器(132)；设置于回收路的第2过滤器(134)；以及连接比第1过滤器靠近上游侧的供给路和比第2过滤器靠近下游侧的上述回收路的第2流路，回收路的位于第1流路和第2流路之间的回收侧流路(171)，具有比供给路的位于第1流路和第2流路之间的供给侧流路(161)低的流路阻力。液体喷射头单元及液体喷射装置具有该液体喷射头。
Description
技术领域
本发明涉及液体喷射头、液体喷射单元及液体喷射装置。
背景技术
以往，在作为液体喷射装置的一例的喷墨式记录装置中，已知有将墨水罐从喷墨式记录头分离设置，使墨水在该墨水罐和喷墨式记录头之间循环的循环式的喷墨式记录装置。(例如，参照专利文献1)。
在专利文献1所记载的喷墨式记录装置中，在墨水罐设置一个去路管及一个回路管，使上述去路管及回路管分支而分别向各记录头供给墨水。在各记录头形成有过滤器的上游侧的循环路及过滤器的下游侧的循环路，通过具备这两个循环路，提高气泡的排出性，并且抑制液体成分的下沉。
【专利文献1】日本特开2009-23289号公报(参照图3等)
但是，在专利文献1所记载的喷墨式记录头中，难以将墨水导入下游侧的循环路，因此，气泡的排出性较低，还存在无法抑制液体成分的下沉这样的问题。进而，在这样的喷墨式记录头中，存在当喷射墨水时无法从全部的喷嘴均匀地喷射墨水这样的问题。另外，不仅使用喷墨式记录头的液体喷射装置中，而且在使用喷射墨水以外的液体的液体喷射头的液体喷射装置中也同样存在这样的问题。
发明内容
因此，本发明的课题在于提供一种能够解决上述现有技术的问题点，具有更均匀的喷射特性的循环路径的液体喷射头，以及具备该液体喷射头的液体喷射单元及液体喷射装置。
本发明的液体喷射头，其特征在于，所述液体喷射头具备：多个喷嘴开口，该多个喷嘴开口用于喷射液体；第1流路，该第1流路与多个所述喷嘴开口连通，且供液体流通；供给路，该供给路用于向所述第1流路供给来自外部的液体；回收路，该回收路用于将液体从所述第1流路回收到外部；第1过滤器，该第1过滤器设置于所述供给路；第2过滤器，该第2过滤器设置于所述回收路；以及第2流路，该第2流路连接比所述第1过滤器靠近上游侧的所述供给路和比所述第2过滤器靠近下游侧的所述回收路，所述回收路的位于所述第1流路和所述第2流路之间的回收侧流路，具有比所述供给路的位于所述第1流路和所述第2流路之间的供给侧流路低的流路阻力。在本发明中，回收侧流路具有比供给侧流路低的流路阻力，由此，能够在喷射液体时使向回收侧流路附近的喷嘴开口供给的墨水供给量增加，能够充分保持来自这些喷嘴开口的喷射量。由此，能够使液体喷射特性大致均匀化。另外，在供给侧流路中包含设置于供给路的第1过滤器，此外，在回收侧流路中包含设置于回收路的第2过滤器。
此处，优选所述回收侧流路的截面积比所述供给侧流路的截面积大，设置于所述回收路的第2过滤器的开口的总面积比设置于所述供给路的第1过滤器的开口的总面积大。通过这样构成，能够降低回收侧流路的流路阻力。另外，截面积是指在头侧回收路或者头侧供给路中相对于液体的流动方向垂直的面的截面积。
优选所述供给侧流路具有与由所述回收侧流路及所述第2流路构成的流路的流路阻力相同的流路阻力。通过这样构成，能够使液体喷射特性更加均匀化。另外，在本发明中相同包含大致相同的含义。
本发明的液体喷射头单元，其特征在于，具备多个上述任一个的液体喷射头。通过具备这种液体喷射特性的均匀的液体喷射头单元，对于本发明的液体喷射头单元，在搭载于液体喷射装置的情况下，液体喷射特性优异。
本发明的液体喷射装置，其特征在于，具备上述任一个的液体喷射头，或者具备多个上述任一个的液体喷射头。通过具备这种液体喷射特性的均匀的液体喷射头，对于本发明的液体喷射装置，液体喷射特性优异。
附图说明
图1是表示液体喷射装置的概略构成的立体图。
图2是表示液体流路的构成的示意图。
图3是头的截面示意图。
图4是表示喷射时头中的墨水的流动的截面示意图。
图5是表示头的概略构成的分解立体图。
图6是头的俯视图及截面图。
符号说明
5...墨水贮存机构；6...供给管；7...回收管；10...流路形成基板；12...压力产生室；13...连通部；14...墨水供给路；20...喷嘴板；21...喷嘴开口；41...封闭膜；61...供给主管；62...供给副管；71...回收主管；72...回收副管；100...喷墨式记录头(液体喷射头)；101...贮液器；130...连接路；132...第1过滤器；134...第2过滤器；160...头侧供给路；170...头侧回收路；300...压电元件。
具体实施方式
参照图1～图6对本发明的液体喷射装置进行说明。本实施方式的喷墨式记录装置是所谓的行式喷墨式记录装置，在喷墨式记录装置主体固定液体喷射头，通过沿着与喷嘴列方向正交的方向输送记录用纸等的记录介质来对被记录介质进行打印。图1所示的喷墨式记录装置III具备：头单元1、装置主体2、作为移动机构的一例的供纸辊3、和控制部4。
头单元1具备框架部件19，该框架部件19安装于底板18，该底板18保持有由多个液体喷射头(以下称作头)100构成的头组(另外，在图1中由4个头100构成各头组)，头单元1经由该框架部件19固定于装置主体2。
此外，在装置主体2设置有供纸辊3。供纸辊3，将供给至装置主体2的纸等记录片材S(被记录介质)沿着第1方向输送，使记录片材S通过头100的墨水的喷出面侧。此处，第1方向是指记录片材S和头100相对的移动方向。在本实施方式中，由于头单元1被固定于装置主体2，所以利用供纸辊3输送记录片材S。
控制部4，基于表示打印到记录片材S的图像的打印数据，向供纸辊3发送信号而使供纸辊3输送记录片材S，并且经由未图示的配线向各头100发送驱动信号而使各头100喷出墨水。
此外，在装置主体2设置有贮存了墨水的墨水贮存机构5。在本实施方式中，详细情况将在后面加以阐述，在墨水贮存机构5设置有供给管6和回收管7，供给管6用于将墨水从墨水贮存机构5向各头100供给，回收管7用于从各头100向墨水贮存机构5回收墨水。即，在本实施方式中，在墨水贮存机构5设置有供给管6和回收管7，墨水从墨水贮存机构5经由供给管6供给至各头100的墨水流路(液体流路)，没有从喷嘴开口喷射的墨水经由回收管7被回收到墨水贮存机构5中。在墨水贮存机构5设置有用于加热所贮存的墨水的加热机构(未图示)。这样，在本实施方式中，设置有墨水循环路，该墨水循环路由供给管6、回收管7及各头100的墨水流路构成，用于使由墨水贮存机构5加热的墨水循环。
在这样的喷墨式记录装置III中，利用供纸辊3沿着第1方向输送记录片材S，同时利用头单元1的头100喷出墨水而在记录片材S上打印图像等。
以下，参照图2及图3对墨水循环路进行详细说明。在图2、图3中，用箭头表示墨水的流动。墨水循环路，如上所述，由供给管6、形成于各头100的墨水流路、回收管7构成。
供给管6由供给副管62和一根供给主管61构成，供给主管61与墨水贮存机构5连接，供给副管62设置于供给主管61，用于向各头100供给墨水。回收管7由回收副管72和一根回收主管71构成，回收主管71与墨水贮存机构5连接，回收副管72设置于回收主管71，用于回收来自各头100的墨水。在回收主管71和墨水贮存机构5之间设置有泵P。借助由该泵P引起的负压，各头100的墨水从头100经由回收管7回收到墨水贮存机构5中。该被回收的墨水再次从墨水贮存机构5经由供给管6向头100供给，从而使墨水循环。
如图3所示，各头100由头主体I(详细情况将在后面加以阐述)和流路部件II构成，头主体I形成有喷嘴开口21及与喷嘴开口21连通的第1流路亦即贮液器101，流路部件II形成有头主体I和供给副管62之间的墨水流路，以及头主体I和回收副管72之间的墨水流路。流路部件II具备：墨水导入口110，该墨水导入口110是设置在流路部件II的上表面的开口，且供墨水导入；上部供给路120，该上部供给路120与墨水导入口110连通；和连接路(第2流路)130，该连接路的一端与上部供给路120的下端部连接且与上部供给路120连通。
在连接路130的另一端设置有上部回收路140，该上部回收路140用于排出滞留在连接路130内的墨水。上部回收路140与墨水排出口150连通，该墨水排出口设置于流路部件II的上表面，供头100内的墨水排出。回收副管72与墨水排出口150连接。利用该上部供给路120、连接路130及上部回收路140构成上部侧循环路。
在连接路130的下面侧以与上部供给路120对置的方式设置有作为开口的第1过滤器口131，在该第1过滤器口131设置有第1过滤器132。此外，在第1过滤器口131设置有头侧供给路160，该头侧供给路160经由第1过滤器132与第1过滤器口131连通，并且与头主体I连接而向头主体I供给墨水。头侧供给路160经由设置于头主体I的后述的柔性基板的第1开口44与头主体I的贮液器101连通。即，在本实施方式中，头侧供给路160连接连接路130和贮液器101。
此外，本发明所说的供给侧流路161，是从连接路130到与贮液器101之间的供给侧的流路。即，供给侧流路161由该头侧供给路160构成，且包含第1过滤器132。
贮液器101构成头主体I中的液体流路的一部分。贮液器101与压力产生室12及喷嘴开口21连通，喷嘴开口21设置于各压力产生室12，用于喷出墨水。即，贮液器101是与作为与喷嘴开口21连通的单独流路的压力产生室12共通连接的共通流路。此外，在用于封闭贮液器101的柔性基板上设置有第2开口45，在流路部件II设置有经由该第2开口45与贮液器101连通的头侧回收路170。头侧回收路170经由第2过滤器134与设置在连接路130的下表面的作为开口的第2过滤器口133连通。即，头侧回收路170连接连接路130和贮液器101。
此外，本发明所说的回收侧流路171是从连接路130到与贮液器101之间的回收侧的流路。即，回收侧流路171由该头侧回收路170构成，且包含第2过滤器134。
头侧回收路170，如后面详细叙述的那样，构成为相对于其墨水的流动方向垂直的面的截面积(以下，简称为截面积)比头侧供给路160的截面积大。由头侧供给路160、头主体I的墨水流路及头侧回收路170构成下部侧循环路。此外，由上部供给路120及头侧供给路160构成供给路，由上部回收路140及头侧回收路170构成回收路。
上述第1过滤器132及第2过滤器134，是为了抑制由气泡等引起的漏点，由墨水中的垃圾引起的喷嘴堵塞等的喷出不良，除去墨水内的气泡、垃圾等而设置的。作为该第1过滤器132及第2过滤器134，只要是具有开口的片材状的部件即可，例如，能够使用通过较细地编制金属而形成有多个微细孔的片材状部件、在金属板上形成有微细孔的部件。
在本实施方式中，通过具有上部侧循环路，能够抑制在流路部件II的流路内沉淀的墨水成分的下沉，且能够回收滞留于第1过滤器132及第2过滤器134的气泡。在本实施方式中，通过进一步具有下部侧循环路，能够抑制在头主体I内墨水成分的下沉。由此，在本实施方式的液体喷射装置III中，能够抑制喷嘴的堵塞等而提高墨水的喷射特性。
对这样的本实施方式的液体喷射装置III的墨水喷射动作进行说明。首先，在墨水的循环中，从墨水贮存机构5供给的墨水，经由供给主管61及供给副管62从头100的流路部件II的墨水导入口110导入头100。所导入的墨水，经由上部供给路120向连接路130供给。之后，墨水在被第1过滤器132过滤后通过头侧供给路160而从头主体I的贮液器101导入压力产生室12。
在该情况下，在本实施方式中，将连接路130的截面积设定得稍小，以使流路阻力比现有技术高，从而使墨水易于导入下部侧循环路。通过这样构成，在喷射墨水时墨水也易于向下部侧循环路流动而得以充分供给，能够向头主体I供给充分量的墨水，因此能够抑制墨水成分的沉淀。另外，如果连接路130的流路阻力与以往相比大幅提高，例如，如果构成为比下游侧循环路的流路阻力高，则向头侧回收路170供给的墨水量减少，因此无法起到如后述那样的本实施方式的效果。
而且，利用泵P将贮液器101内的墨水从贮液器101经由头侧回收路170及上部回收路140加以回收，同时将连接路130内的墨水从连接路130经由上部回收路140加以回收。同时将新的墨水经由供给管6导入头100。这样，使墨水在头100内循环。
在像这样使墨水在头100内循环的情况下，在从喷嘴开口21喷射墨水的情况下，墨水的流动如图4所示那样变更。即，在喷射墨水时，墨水也从头侧回收路170被导入压力产生室12。在其他流路中，墨水的流动没有变更。
然而，如上所述，由于构成为连接路130的流路阻力与以往相比变高，所以也存在在连接路130的下游侧(上部回收路140侧)墨水量减少的情况。在该情况下，假设构成为供给侧流路和回收侧流路的流路阻力相同，则也认为在喷射时从连接路经由第2过滤器导入头侧回收路的墨水量减少。因而，在这样的情况下，在喷射墨水时与存在于头侧供给路侧的喷嘴开口相比从存在于头侧回收路侧的喷嘴开口喷射的墨水量减少。即，如果为了抑制墨水成分的沉淀而稍微增高连接路的流路阻力，则存在在喷嘴开口的并列设置方向墨水喷射量变得不均匀这样的问题。
因此，在本实施方式中，为了使回收侧流路171的流路阻力比供给侧流路161流路阻力低，使头侧回收路170的截面积比头侧供给路160的截面积大，即，使头侧回收路170比头侧供给路160粗。由此，由于在喷射时墨水易于从连接路130流入回收侧流路171，所以即使利用回收侧流路171侧的喷嘴开口21也能够导入充分量的墨水，能够从喷嘴开口21喷射适量的墨水。因而，在喷嘴开口21的并列设置方向墨水喷射量变得大致均匀。特别是，通过构成为供给侧流路161与连接路130及回收侧流路171的流路阻力变得大致相同，通过供给侧流路161的墨水的量和通过回收侧流路171的墨水的量变得大致均匀，在喷嘴开口21的并列设置方向使墨水喷射量更加均匀化。
即，在本实施方式中，为了能够使大量墨水在下游侧循环路中循环来抑制液体成分的下沉，而使连接路130的流路阻力稍稍增高，但在该情况下，由于液体喷射特性变得不均匀，所以进一步降低回收侧流路171的流路阻力，使液体喷射特性变得大致均匀化。
这样，为了降低回收侧流路171的流路阻力，并不限定于如本实施方式那样构成为头侧回收路170的截面积比头侧供给路160的截面积粗。例如，可以举出使第2过滤器134的开口的总面积比第1过滤器132的开口的总面积大的情况。这样，通过使第2过滤器134的开口率比第1过滤器132的开口率高，回收侧流路171的流路阻力变得比供给侧流路161的流路阻力低，因此在喷射墨水时也能够从头侧回收路170侧的喷嘴开口21充分地喷射墨水，使墨水喷射特性均匀化。此外，也可以在供给侧流路161设置多个第1过滤器132。
以下，参照图5及图6对液体喷射头主体进行说明。图5是表示作为液体喷射头的一例的喷墨式记录头主体的概略构成的分解立体图，图6是喷墨式记录头主体的俯视图及其A-A′截面图。
如图所示，流路形成基板10由单结晶硅基板形成，在其一面形成有例如由二氧化硅形成的弹性膜50。通过从其另一面侧对该流路形成基板10进行各向异性蚀刻，在流路形成基板10沿着其宽度方向(短边方向)并列设置由多个间隔壁11划分的多个压力产生室12。此外，利用间隔壁11将流路形成基板10的压力产生室12的长边方向一端部侧划分成墨水供给路14和连通路15。此外，在连通路15的一端形成有连通部13，该连通部13成为构成各压力产生室12的共通的墨水室(液体室)的贮液器101的一部分。即，在流路形成基板10设置有由压力产生室12、连通部13、墨水供给路14及连通路15构成的液体流路。
墨水供给路14与压力产生室12的长边方向一端部侧连通且具有比压力产生室12小的截面积。而且，各连通路15连通于墨水供给路14的与压力产生室12相反一侧，具有比墨水供给路14的宽度方向(短边方向)更大的截面积。在本实施方式中，以与压力产生室12相同的截面积形成连通路15。即，压力产生室12、墨水供给路14、连通路15通过多个间隔壁11划分而设置在流路形成基板10，其中，墨水供给路14具有比压力产生室12的短边方向的截面积小的截面积，连通路15与该墨水供给路14连通，并且具有比墨水供给路14的短边方向的截面积大且与压力产生室12同等的截面积。
此外，贯穿设置于喷嘴开口21的喷嘴板20借助粘接剂、热熔敷薄膜等的粘接剂层粘合在流路形成基板10的开口面侧，该喷嘴开口21与各压力产生室12的与墨水供给路14相反一侧的端部附近连通。另外，喷嘴板20由玻璃陶瓷，单结晶硅基板或者不锈钢等形成。
另一方面，在流路形成基板10的与开口面相反的一侧，如上所述，形成有弹性膜50，在该弹性膜50上例如层叠形成有由氧化锆(ZrO2)等形成的绝缘体膜55。此外，在绝缘体膜55上形成有压电元件300，该压电元件300由第1电极60、压电体层70和第2电极80构成。此处，压电元件300是指包含第1电极60、压电体层70及第2电极80的部分。一般情况下，将压电元件300的任一方的电极设为共通电极，针对各压力产生室12图案形成另一方的电极及压电体层70。而且，此处将由图案形成的任一方的电极及压电体层70构成，且通过向两电极施加电压而产生压电应变的部分称作压电体能动部。在本实施方式中，将第1电极60设为压电元件300的共通电极，将第2电极80设为压电元件300的单独电极，但根据驱动电路、配线的情况也可以将第1电极60设为压电元件300的单独电极，将第2电极80设为压电元件300的共通电极。在任一情况下，都针对各压力产生室12形成压电体能动部。此外，在此，将压电元件300和通过该压电元件300的驱动而产生变位的振动板统称为致动装置。另外，在本实施方式中，将第1电极60跨越多个压电元件300的并列设置方向而设置，将第1电极60的压力产生室12的长边方向的端部设置成与压力产生室12相对置的位置。此外，在上述的例子中，弹性膜50、绝缘体膜55及第1电极60作为振动板起作用，但当然并不限定于此，例如，也可以不设置弹性膜50及绝缘体膜55，仅第1电极60作为振动板起作用。
而且，例如由金(Au)等形成的引线电极90分别与这样的各压电元件300的第2电极80连接，经由该引线电极90对各压电元件300选择性地施加电压。
此外，在保护基板30的与连通部13对置的区域设置有贮液器部31，该贮液器部31，如上所述，与流路形成基板10的连通部13连通而构成成为各压力产生室12的共通的墨水室的贮液器101。此外，在保护基板30的压电元件保持部32和贮液器部31之间的区域，设置有沿厚度方向贯通保护基板30的贯通孔33，第1电极60的一部分及引线电极90的前端部在该贯通孔33内露出，用于驱动压电元件300的驱动电路经由未图示的导电性电线与这些前端部电连接。
作为保护基板30，优选使用与流路形成基板10的热膨胀率大致相同的材料，例如使用玻璃、陶瓷材料等，在本实施方式中，使用与流路形成基板10相同的材料，即表面的结晶面方位为(110)面的单结晶硅基板。
由封闭膜41及固定板42构成的柔性基板40接合在保护基板30上。此处，封闭膜41由刚性低且具有可挠性的材料(例如，聚苯硫醚(PPS)薄膜)形成，利用该封闭膜41封闭贮液器部31的一侧面。此外，固定板42由金属等的硬质的材料(例如，不锈钢(SUS)等)形成。该固定板42的与贮液器101对置的区域，成为沿厚度方向被完全除去的开口部43，因此，贮液器101的一侧面仅由具有可挠性的封闭膜41封闭。
在该柔性基板40设置有第1开口44及第2开口45(参照图3)，如上所述，头侧供给路160(参照图3)与第1开口44连通，头侧回收路170(参照图3)与第2开口45连通。由此，如上所述，向贮液器101供给来自墨水贮存机构5(参照图2)的墨水，并且在气泡排出动作时向墨水贮存机构5排出墨水。
在这样的本实施方式的头主体I中，从未图示的外部墨水供给机构取入墨水，利用上述的墨水填充动作在从贮液器101至喷嘴开口21的内部充满墨水后，根据来自未图示的驱动电路的记录信号，向与压力产生室12对应的各个第1电极60和第2电极80之间施加电压，使弹性膜50、绝缘体膜55、第1电极60及压电体层70挠曲变形，由此使各压力产生室12内的压力升高而从喷嘴开口21喷出墨水滴。
(其他实施方式)
进而，作为本发明的实施方式，并不限定于上述的实施方式。例如，在上述的实施方式中，示出固定有各个头的行式的喷墨式记录装置，但也可以使用所谓的串联式的喷墨式记录装置。另外，串联式的喷墨式记录装置是指，一边使液体喷射头沿着与被记录介质的输送方向交叉的方向移动一边进行打印的装置。此外，在上述的实施方式中，示出具有4个头，但并不限定于该数量，例如也可以具有一个头。
在本实施方式中，第1过滤器132及第2过滤器134分别设置于连接路130的底面(下表面)，但并不限定于此。只要第1过滤器132设置在头侧供给路160内即可，第2过滤器134也只要设置在头侧回收路170内即可。
在本实施方式中，示出了将来自墨水贮存机构5的墨水向头100供给的供给管6以及将来自头100的墨水回收到墨水贮存机构5的回收管7，但上述流路并不限定于管。例如，也可以是通过蚀刻等将硅基板的一部分除去而形成的流路。
进而，上述的实施方式中，以喷出墨水滴的喷墨式记录头100为例对本发明进行了说明，但本发明大体上以全部液体喷射头作为对象。作为液体喷射头，例如能够举出打印机等的图像记录装置所使用的记录头，液晶显示器等的彩色滤光器的制造所使用的颜色材料喷射头，有机EL显示器、FED(场致发光显示器)等的电极形成所使用的电极材料喷射头，生物芯片制造所使用的生物体有机物喷射头等。
Claims (7)
1.一种液体喷射头，其特征在于，
所述液体喷射头具备：
多个喷嘴开口，该多个喷嘴开口用于喷射液体；
第1流路，该第1流路与多个所述喷嘴开口连通，且供液体流通；
供给路，该供给路用于向所述第1流路供给来自外部的液体；
回收路，该回收路用于将液体从所述第1流路回收到外部；
第1过滤器，该第1过滤器设置于所述供给路；
第2过滤器，该第2过滤器设置于所述回收路；以及
第2流路，该第2流路连接比所述第1过滤器靠近上游侧的所述供给路和比所述第2过滤器靠近下游侧的所述回收路，
所述回收路的位于所述第1流路和所述第2流路之间的回收侧流路，具有比所述供给路的位于所述第1流路和所述第2流路之间的供给侧流路低的流路阻力。
2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，
所述回收侧流路的截面积比所述供给侧流路的截面积大。
3.根据权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，
设置于所述回收路的第2过滤器的开口的总面积比设置于所述供给路的第1过滤器的开口的总面积宽。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的液体喷射头，其特征在于，
所述供给侧流路具有与由所述回收侧流路及所述第2流路构成的流路的流路阻力相同的流路阻力。
5.一种液体喷射头单元，其特征在于，
所述液体喷射头单元具备多个权利要求1至4中任一项所述的液体喷射头。
6.一种液体喷射装置，其特征在于，
所述液体喷射装置具备权利要求1至4中任一项所述的液体喷射头。
7.一种液体喷射装置，其特征在于，
所述液体喷射装置具备多个权利要求1至4中任一项所述的液体喷射头。
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