DE2557905A1

DE2557905A1 - Elektrophotographisches kopierverfahren

Info

Publication number: DE2557905A1
Application number: DE19752557905
Authority: DE
Inventors: Edward Francis Mayer
Original assignee: Itek Corp
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1974-12-26
Filing date: 1975-12-22
Publication date: 1976-07-08
Also published as: GB1518828A; US3961951A; DE2557905C2; JPS5949580B2; CA1058272A; JPS5189421A

Description

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Paiönfsnwlittei

. !ng. V/a-f AHftz

Dr. r>tei-T;r r. fc-iorf. 22. Dezember 1975

Dr. HaHo-A. Brauns

Sä, sfieazasaaasir. 28 *

ITEK CORPORATION

10 Maguire Road, Lexington, Mass.,

V.St.A.

Elektrophotographisch.es Kopierverfahren

Die Erfindung betrifft das elektrophotographische Kopieren und insbesondere ein elektrophotographisches Kopierverfahren, bei -welchem Mehrfach-Kopien ausgehend von dem gleichen elektrostatischen Bild hergestellt werden können.

Bei üblichen elektrophotographischen Yerfahren wird ein leitender, mit einer photoleitenden Isolierschicht versehener träger elektrostatisch belichtet, indem zuerst seine Oberfläche gleiehmässig aufgeladen wird und anschliessend die aufgeladene Oberfläche einem Muster einer aktivierenden elektromagnetischen Strahlung, wie beispieisliche Licht, ausgesetzt wird. Das Strahlungsmuster erzeugt selektiv einen Abfluss elektrostatischer Ladungen im belichteten Bereich der photoleitenden !Fläche, wodurch im nicht-belichteten Bereich ein latentes elektrostatisches Bild entsteht. Dieses latente elektrostatische Bild kann zur Herstellung eines sichtbaren Bilds

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entwickelt werden, indem mit Hilfe einer Vielzahl von Entwicklungsverfahren, wovon das bekannteste die Kaskadenentwicklung ist, Entwickler auf dem latenten Bild aufgebracht wird.

Üblicherweise wird jedes latente elektrostatische Bild nur einmal entwickelt, womit für jeden Ladungs-/Entladungszyklus eine elektrophotographische Kopie erhalten wird. Ferner wurden bereits Verfahren vorgeschlagen, mit welchem zwar nicht allgemein gearbeitet wird, bei denen ausgehend von jedem latenten elektrostatischen Bild elektrophotographische Mehrfach-Kopien erhalten werden. Dabei wird üblicherweise ein elektrostatisches Bild wiederholt durch die Entwicklungs- und Übertragungsstufen geleitet. Hierzu wird .beispielsweise auf die US-PS 3 685 896 verwiesen. Derartige Verfahren haben sich jedoch bei den handelsüblichen Geraten im allgemeinen nicht durchgesetzt, da bestimmte Probleme aufgetreten sind, beispielsweise ein Verlust an Bilddichte bei der zweiten Kopie und den folgenden Kopien.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektro-. photographischen Mehrfach—Kopien, ausgehend vom gleichen latenten elektrostatischen Bild. Verluste in der Bilddichte von nachfolgenden Kopien werden dabei verringert, indem bei den folgenden Entwicklungszyklen das an der Entwicklerzone angelegte Vorspannungspotential erniedrigt wird.

Dieses Verfahren ist gut zur Verwendung in üblichen elektrophotographisehen Kopiergeräten geeignet, die mit einer xero— graphischen Trommel und einem Kaskaden-Entwicklersystem ausgestattet sind, da derartige Kopiergeräte häufig eine Entwicklerelektrode in der Nachbarschaft zur xerographischen Trommeloberfläche aufweisen. Gewöhnlich wird an der Entwicklerelektrode eine gleichförmige Vorspannung angelegt, um die gleichmässige Entwicklung und die Eepreduktion von scharfen Schwärzungsstellen zu verbessern. Daher kann das erfindungs— gemässe Verfahren eingesetzt werden, indem das an der Entwick-

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lerelektrode angelegte Vorspannungspotential bei der Herstellung weitere Kopien, ausgehend vom ursprünglichen elektrostatischen Bild eine vorgegebene Verringerung erfährt. Beispielsweise kann ein anfängliches Vorspannungspotential von etwa 200 Volt jedes Mal um näherungsweise 10 Volt verringert werden, wenn das elektrostatische Bild auf der photoleitenden Trommeloberfläche erneut entwickelt wird. Damit würde bei einem mehrfachen Kopiedurchgang die endgültige Vorspannung bei der 15· Kopie etwa 50 Volt betragen.

Obgleich man erkannt hat, dass bei aufeinanderfolgenden Entwicklungszyklen eine Spannungsverringerung des elektrostatischen Bildes auftrat, wurde die Ursache des Spannungsverlustes nicht vollständig verstanden. Zwar könnte man denken, dass der Spannungsverlust eine Folge eines Dunkelabklingens des Photoleiters war, jedoch scheint es gegenwärtig, dass die Übertragungsstufe einen wichtigeren Faktor darstellt.

Bei der Ausübung der Erfindung v/erden Verringerungen des Vorspannung spot en ti als dazu ausgenützt, Verringerungen der elektrostatischen Bildspannung auszugleichen, wodurch nachfolgende Verluste der Kopierdichte, die andernfalls auftreten würden, verringert oder beseitigt werden. Die Verringerungen des Vorspannungspotentials bewirken keinen begleitenden Anstieg in der Entwicklungs des Bildhintergrunds.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine el ektrophotogr aphis ehe Kopiervorrichtung, welche eine Entwicklerelektrode mit einem Vorspannungspotential verwendet, welches ihr in einem üblichen Kaskaden-Entwicklersystem zugeführt wird,

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der Erfindung zur Verringerung der an die Entwicklerelektrode geführten Vorspannung, wobei die Entwicklerelektrode bei der Herstellung von Mehrfach-Kopien neben der Oberfläche einer

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photoleitenden !Trommel liegt und

Pig. 3 den Verlauf von typischen Potentialwerten für das elektrostatische Bild, den Bildhintergrund und die Vo rspannung bei einem Mehrfach—Kopiervorgang.

Fig. 1 zeigt eine photoleitende Trommel 10, welche üblicherweise aus einem leitenden Metallsubstrat 11, wie beispielsweise Aluminium, besteht, welches an seiner Aussenflache mit einem photoleitenden Isoliermaterial 12, wie beispielsweise glasartiges Selen, überzogen ist. Die Trommel 10 läuft um ihre Achse um und zwar in Fig. 1 im Gegenuhrzeigersinn.

In einer Reinigungsstation 20 wird restlicher Toner von der photoleitenden Trommel 10 vor Beginn jeder Belichtungsfolge entfernt. Die Reinigungsstation 20 enthält eine aus Pelz bestehende Bürste 21, die auf einem gleitbaren Träger 22 angeordnet ist, so dass sie von der Trommel entfernt werden kann.

An der Oberfläche der Trommel 10 wird mittels einer Korona— Ladungsstation 30 eine elektrostatische Ladung aufgebracht., Eine Korona-Elektrode 31 ist elektrisch mit einer Stromquelle, wie einer Batterie 32j und mit Erde verbunden.

Die gleichförmig aufgeladene Trommel 10 wird anschliessend an der Belichtungsstation 40 vorbeigeführt. Lichtquellen 41 beleuchten die Vorlage 42, welche durch die Abbildungslinse 43 und den Schlitz 44 zur Herstellung eines latenten elektrostatischen Bildes der Vorlage an der Oberfläche der photoleitenden Trommel 10 abgebildet wird. Selbstverständlich kann auch eine Abtastoptik verwendet werden.

Die Kaskaden-Entwicklervorrichtung 50 weist ein Gehäuse 51 mit einem Eimerförderersystem auf, welches durch ein endloses Förderband 52 gebildet wird, an dem Eimer 53 befestigt sind. ElektrostatischerEntwickler wird von einem Vorratsbereich 54 in den Eimern 53 io einen Bereich am oberen Abschnitt der Trom-

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mel 10 gebracht und fällt dann mit Hilfe einer Führung 55 über die Trommeloberfläche. Beim Durchfallen des Entwicklers durch die Entwicklerzone trennen sich die Tonerteilchen von den Trägerkörnern und lagern sich abhängig von dem auf der Trommel befindlichen elektrostatischen Bild auf dieser ab, wodurch ein sichtbares Tonerbild erzeugt wird. Verbrauchter Entwickler wird durch eine Führung 56 in den Vorratsbereich 54 zurückgeführt. Die unter Vorspannung stehende Entwicklerelektrode 57 ist mit glatter Oberfläche dargestellt, könnte jedoch auch eine aufgerauhte Oberfläche besitzen, die durch Kordeln der Fläche oder durch Herstellung von Vorsprüngen in anderer Weise erhalten werden könnte. Eine aufgerauhte Oberfläche beeinträchtigt das normale Fliessen des Entwicklers und ist besonders wirksam, um die radiale Geschwindigkeit des Entwicklers durch die Entwicklerzone zwecks Erzielung eines erhöhten Entwicklerwirkungsgrades zu steigern. Eine ausführlichere Beschreibung einer derartigen gerauhten Elektrode findet sich in der US-Patentanmeldung 429 616 (1974).

Selbstverständlich könnten auch andere Entwickler verwendet werden, beispielsweise Magnetbürsten, Pelzbürsten, Wirbelbett-Entwickler, übliche Kaskadensysteme und Kaskadensysterne mit bewegten Bändern, aufwärts gerichtete Kaskadenentwickler und dgl. Diese Systeme sind dem Fachmann bekannt.

Die Übertragungs- und Schmelzstation 60 enthält einen Zwischenförderer, dessen Förderband 61 in einer endlosen Schleife um Hollen 62, 63, 64, 65, 66 und 67 gelegt ist. Das Förderband 61 wird beispielsweise durch einen Motor 68 angetrieben, welcher eine Antriebsrolle 67 im Uhrzeigersinn dreht. Die Rolle 62 kann mittels einer Einstellfeder 69 verstellt werden, um einen Durchhang aufzunehmen, welcher im Förderband 61 durch Änderung seiner Länge, beispielsweise als Folge von Temperatureinwirkungen, entstanden ist. Die Holle 62 besteht vorzugsweise ebenfalls aus Hartgummi, welcher elektrisch als Ableiter wirkt, so dass jegliche elektrische Ladungen , die sich am

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Förderband 6l aufbauen, wie beispielsweise zwischen dem Förderband und den Rollen aufgebaute reibungselektrische Ladungen, auf natürliche Weise abgeleitet werden, bevor das Förderband in Berührung mit der photoleitenden Trommel 10 gelangt.

Die Bildübertragung erfolgt bei T^, d. h. an der Stelle, an welcher das Förderband 61 in Anlage mit der photoleitenden Trommel 10 gelangt. Die Bildübertragung wird durch eine Übertragungsrolle 70 gesteuert, welche an der Unterseite des Förderbands 61 derart anliegt, dass sie das Förderband mittels Einstellung der Spannfeder 71 in und ausser Anlage mit der Trommel 10 bringen kann. Papier 72 wird von einer Vorratsrolle 73 entnommen und mittels Rollen 74· und 75» die mit den Förderbandrollen 65 und 66 zusammenwirken, in Anlage an das Förderband 61 gebracht.

Dem am Förderband 61 angeordneten Tonerbild wird mittels eines Strahlungserhitzers 80 Wärme zugeführt. Der Strahlungserhitzer 80 besteht aus zwei Heizlampen 81, welche von einer isolierten Abschirmung 82 umgeben sind und einer beweglichen Abschirmung 83· Die bewegliche Abschirmung 83 kann unmittelbar unter den Heizlampen 81 angeordnet werden, wenn sich die Kopiervorrichtung in Wartestellung befindet, so dass den Heizlampen 81 eine geringere Leistung zugeführt wird, während die Kammer auf einer hohen Temperatur gehalten wird. Bei Beginn des Kopiervorgangs wird die gleitbar angeordnete Abschirmung nach links bewegt, in v/elcher Stellung die Lampen 81 Wärme an das Förderband 61 abstrahlen, so dass der Kopiervorgang beginnen kann.

Das Förderband 61 sollte gewisse Oberflächeneigenschaften besitzen, damit eine wirksame Tonerübertragung ermöglicht wird. Die Oberfläche sollte glatt sein, ein gutes Abgabevermögen besitzen (beispielsweise sollte die freie Oberflächenenergie unter 4Ό 10"^ IS je cm betragen) und die richtige Härte besitzen (beispielsweise eine Shore Α-Härte zwischen

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etwa 3 und 70).

Die beschriebene Kopiervorrichtung kann im Mehrfach-Kopierbetrieb arbeiten, wobei Mehrfach-Kopien ausgehend von einer Trommelbelichtung hergestellt werden. Dies lässt sich mit Hilfe des folgenden Maschinenzykluses erreichen: Die Pelzbürste 21 gelangt in Berührung mit der Trommel 10, um frühere Bilder zu entfernen und wird dann abgehoben; die Trommel 10 wird gleichförmig mittels der Koronaelektrode 31 aufgeladen; die aufgeladene Trommel 10 wird in der Abbildungsstation 40 zur Herstellung eines elektrostatischen Bildes auf derselben belichtet; das elektrostatische Bild wird im Kaskaden-Entwickler 50 entwickelt und Teil des erhaltenen Tonerbildes wird auf das Förderband 61 und anschliessend auf das Papier 72 übertragen, worauf die Korona-Elektrode 31 und die Abbildungsstation 40 abgeschaltet werden und das verbleibende elektrostatische Bild, welches auch einigen nicht übertragenen Toner enthalten kann, durch den Entwickler 50 rezirkuliert wird; die Pelzbürste 21 bleibt in abgehobener Stellung, das Förderband 61 bleibt in Druckanlage an der Trommel 10 zwecks Aufnahme eines zweiten Tonerbildes von der Trommel 10, das anschliessend übertragen und auf dem Papier 72 zur Herstellung einer zweiten elektrophotographischen Kopie, ausgehend von dem gleichen elektrostatischen Bild, aufgeschmolzen wird. Werden mehr Kopien,ausgehend vom gleichen elektrostatischen Bild gewünscht, so wird das elektrostatische Bild durch die Entwickler- und Übertragungsstufe wiederholt rezirkuliert, bis die gewünschte Kopienanzahl erhalten wurde. Wie bereits erwähnt wurde, tritt jedoch während einer solchen Rezirkulierung durch die Entwickler- und Bildübertragerstufe ein Verlust an elektrostatischem Bildpotential auf, und zwar insbesondere während des Übertragungsvorgangs.

In Fig. 2 sind die photoleitende Trommel 10, die Entwicklerelektrode 57 und die Korona-Elektrode 31 zusammen mit Steuereinrichtungen und Schaltkreisen zur Erzielung einer selbsttätigen Verringerung der Vorspannung an der Entwickler-Elektrode

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57 während aufeinanderfolgender erneuter Entwicklungszyklen zwecks Ausgleich des elektrostatischen Bildpotentialabfalls dargestellt. Die Vorspannungssteuerung 100, welche ein schrittweise verstellbares Potentiometer enthalten kann, besitzt einen Wähler für die Anfangsspannung (Anzeigeinstrument 101), einen V/ähler für die Spannungsverringerung (Anzeigeinstrument 102) und einen Zykluswähler (Anzeigeinstrument 103). Beispielsweise würde das Instrument 101 auf 200 Volt, das Instrument 102 auf 10 Volt und das Instrument 103 auf 1 eingestellt; damit würde ein anfängliches Entwicklerpotential von +200 Volt und eine Spannungsverringerung von 10 Volt für jeden neuen Entwicklerzyklus erhalten. Als Alternative könnte die Vorspannungssteuerung 100 so eingestellt werden, dass das Entwicklerpotential bei jeder erneuten Entwicklung um 20 Volt abfällt, indem der der Anzeige 102 entsprechen de Wähler auf 20 und der der Anzeige 103 zugeordnete Wähler auf 2 eingestellt wird. Selbstverständlich könnten kompliziertere Steuerungen dazu verwendet werden, um unterschiedliche Spannungsabfälle für nachfolgende Zyklen zu erhalten, beispielsweise einen Spannungsabfall von 20 Volt für die ersten fünf Entwicklerzyklen, worauf sich ein Spannungsabfall von 10 Volt für die nächsten fünf Zyklen anschliesst, während für die restlichen Zyklen kein Spannungsabfall auf- ^l tritt. Der Fachmann kann an eine grosse Vielfalt von Permutationen und Kombinationen zwischen Spannungsabfällen und folgenden Entwicklerzyklen denken, die im Rahinen der Erfindung liegen. Die Vorspannungssteuerung ist ferner an ein Steuergerät 110 für den Trommelzyklus angeschlossen, welcher seinerseits mit einer Korona-Elektrodenbestätigungseinrichtung 120 verbunden ist.Die Koronaelektrode 31 wird selbstverständlich während der Wiederholungs-Entwicklungszyklen des elektrostatischen Bildes nicht betätigt. Die Steuerkreise dienen ferner dazu, die Eeinigungsbürste anzuwenden bzw. abzuheben. Bei Entstehung eines neuen elektrostatischen latenten Bildes setzt die Vorspannungssteuerung 100 das Vorspannungspotential ' auf einen Ausgangswert zurück und verringert selbsttätig die angewandte Spannung, um einen vorgegebenen Betrag für die folgenden Entwicklungszyklen des gleichen elektrostatischen Bildes.

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Es wird darauf hingewiesen, dass vorzugsweise die Vorspannung oberhalb eines bestimmten Mindestwertes gehalten wird, um eine Entwicklung von Hintergrundabschnitten im latenten elektrostatischen Bild zu vermeiden. Bei Verwendung einer Druckübertragung gemäss Fig. 1 ist es möglich, für die Trommel 10 und die Übertragungselemente 61 Werkstoffe zu wählen, welche keinen Abfall des Potentials in Hintergrundabschnitten auf einen sehr niedrigen Wert und manchmal sogar auf negative Werte veranlassen. Derartige Systeme sind besonders bevorzugt, weil das Entwicklerpotential stärker verringert werden kann als bei Systemen, in denen das Hintergrundpotential nicht merklich abfällt. Es ist besonders bevorzugt, einen durch ein Förderband gebildeten Zwischenförderer zu verwenden, welcher eine elastomere Oberfläche mit einer HSrte zwischen 3 uncl 70 aufweist, sowie eine freie Oberflächenenergie unterhalb von etwa 40 10 ^ Ή je cm und eine Wärmekapazität unterhalb etwa 0,013 J/cm / C. Derartige Bänder sind im einzelnen in der US-Patentanmeldung 303 168 (1972) beschrieben.

Der Zusammenhang zwischen Spannungsabfall im elektrostatischen Bild, Hintergrundpotential und Vorspannung wird unter Bezugnahme auf Pig. 3 weiter verdeutlicht. Pig. 3 zeigt einen üblichen Spannungsabfall, welcher bei Herstellung von Mehrfach-Kopien auftreten könnte, beispielsweise bei der Herstellung von 15 Kopien, ausgehend von einem latenten elektrostatischen Bild. Dabei könnte ein Kopiergerät im wesentlichen gemäss Pig. 1 verwendet werden. Das elektrostatische Bild besitzt ein Ansgangspotential von 600 Volt, während die. Hintergrundabschnitte eine anfängliche Hint ergrund spannung von etwa 70 Volt besitzen. An die Entwickler-Elektrode wird eine Vorspannung von etwa 200 Volt gelegt. Die Spannung sowohl des elektrostatischen latenten Bildes wie auch der Hintergrundabschnitte fällt während der Herstellung der Kopie merklich ab. Zur Aufrechterhaltung der Bilddichte wird die Vorspannung der Entwickler-Elektrode bei gedem erneuten Entwicklerzyklus um 10 Volt abgesenkt, so dass am Ende des Kopiervorgangs ein Potential von 60 Volt erhalten wird. Am Ende des Durchlaufs der

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fünfzehn Kopien ist die Spannung im latenten Bild etwa 325 Volt, während die Hintergrundspannung auf Null Volt abgesunken ist.

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Claims

22· Dezember Patentansprüche !^57905

1.) Elektrophotographiseh.es Kopierverfahren, bei welchem ein elektrostatisches Bild auf einer Isolierfläche erzeugt und dieses mittels Toner zur Herstellung eines ersten Tonerbildes auf der Isolierfläche entwickelt wird, indem das elektrostatische Bild durch eine Entwickler enthaltende Entwicklerzone geleitet wird, während an der Entwicklerzone eine Vorspannung liegt, wobei Toner von dem ersten Tonerbild auf eine Trägerfläche zur Herstellung einer ersten Kopie übertragen wird und eine erneute Entwicklung des elektrostatischen Bildes mit Toner durch Rezirkulieren desselben durch die Entwicklerzone erfolgt und das erneut entwickelte Tonerbild auf eine Trägerfläche zur Herstellung folgender Kopien, ausgehend vom genannten elektrostatischen Bild übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Entwicklerzone während aufeinanderfolgender Zyklen des elektrostatischen Bildes durch die Entwicklerzone verringert wird, um folgende elektrophotographische Kopien mit· guter Bilddichte zu erzeugen»

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Isolierfläche eine xerographysehe Trommel verwendet wird, die aus einem leitenden Substrat mit einer aufgebrachten photoleitenden Isolierfläche besteht.

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierfläche aus glasartigem Selen besteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Entwicklerzyklus wie auch die erneuten Entwicklerzyklen durch Herabströmen von Entwickler durch die Entwickler zone erzielt werden.

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5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung sowohl des ersten Tonerbildes wie auch der nachfolgend entwickelten Tonerbilder durch Berührung der auf der Isolierfläche vorhandenen Tonerbilder mittels eines Zwischenträgerelements erfolgt, wodurch die Tonerbilder von der photoleitenden Isolierfläche auf das Zwischenträgerelement und anschliessend die Tonerbilder vom Zwischenträgerelement auf die Kopienträger übertragen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenträgerelement eine elastomere Oberfläche mit einer Härte zwischen etwa 3 bis etwa 70 (Shore A) aufweist, sowie eine freie Oberflächenenergie von unterhalb etwa 40 ΛΟΓ^ N/cm und eine Wärmekapazität unterhalb etwa 0,013 J/cm /⁰C, so dass zumindestens ein Teil des Tonerbildes auf die Fläche des Zwischenträgerelements übertragen wird.

7- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Oberfläche des Zwischenträgerelements übertragene Toner mittels Strahlungswärme mindestens auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7) dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung bei Jedem erneuten Entwicklungszyklus um mindestens 10 Volt erniedrigt wird.

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ORIGINAL INSPECTED

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