JP2005099593A - トナー補給装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小型・簡単な構成でありながら、補給量誤差の少ない精度良いトナー補給が可能なトナー補給装置及びそれを用いた画像形成装置を提供することを目的としている。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明に係るトナー補給装置の代表的な構成は、トナー搬送路と、前記トナー搬送路内に回転自在に配置されたトナー搬送スクリューと、前記トナー搬送路に設けられたトナー補給口とを具備するトナー補給装置であって、前記トナー搬送スクリューはその外周端を前記トナー補給口のトナー搬送方向上流側端部と略一致するように配置され、かつ１回のトナー補給動作時間内に整数回転するよう制御されることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、トナーを用いて用紙などの記録媒体に画像を形成する複写機、ファクシミリ、レーザプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に関し、特に現像器にトナーを補給するトナー補給装置に関するものである。

一般に、複写機、ファクシミリ、レーザプリンタ等の電子写真プロセスを利用した画像形成装置にあっては、感光体上に形成した静電潜像に対して、現像装置からトナーと呼ばれる微粉末の現像剤を塗布して現像することによって得たトナー像を、記録紙上に転写した後に、感光体に残留するトナー等の異物をクリーニング装置により除去している。

図６は従来の電子写真プロセスを利用した画像形成装置の概略構成説明図であり、帯電器１０１により感光体１０２の表面を一様に均一帯電してから、光学系１０３による光照射により静電潜像が形成される。次に、前記感光体の回転により前記静電潜像が現像器１０４を通過する際にトナーを付着されることにより可視像化され、転写位置に搬送されてきた記録紙１０５と重なりあった状態で転写器１０６が作動することによりトナー像が記録紙上に転写される。転写されたトナー像は、定着装置１０７により記録紙上に永久像として固定される。一方、転写後の感光体上の潜像電荷は除電装置１０８により除電され、また転写されずに感光体上に残った残留トナーはクリーニング装置１０９により除去される。この帯電からクリーニングに至る一連のプロセスを繰り返すことで連続的に印字が行われる。

特にトナーとキャリアを混合した現像剤を用いる二成分現像方式では、この連続印字により現像器内のトナーが次第に消費され、キャリアとトナーの混合比率が変化する。キャリアに対するトナー比率（以下トナー濃度と称する）が少ない場合、すなわち現像剤のトナー濃度が低下した場合は、その画像濃度は薄いものとなってしまう。また、これとは反対にトナー比率が大きくなりすぎた場合は、その画像濃度は濃くなりすぎるとともに、地肌汚れなどの不具合が発生する。従って、好ましい色調の画像を連続して得るためには、現像剤のトナー濃度を適正レベルにして、しかもそのレベルを現像時において常に一定に維持する必要がある。このため、通常、現像器には、現像器内に補給するトナー量を調節する手段が設けられている。補給トナー量を調節する手段としては、トナー濃度を測定するセンサ（以下、ＴＣセンサと称する）によって、現像器内のトナー濃度を直接測定し、トナー補給量を調節する方法がよく用いられている。しかしながら、前記方法で用いるＴＣセンサは極めて高価であり、また各色現像器毎に設ける必要があるため、装置全体としてコストアップの要因の一つとなっていた。しかも、ＴＣセンサ位置に的確に現像剤を搬送して、センサに正しいトナー濃度を読みとらせないといけないという難しい問題もある。

このため、補給トナー量を調節する、より簡便で安価なシステムとして、後述するパッチを用いる方法と画素の値を積算する方法とを組み合わせたシステムが報告されている。

パッチを用いる方法は、まず適宜、感光体上にトナーパッチを形成し、形成されたトナーパッチのトナー量を測定して、測定されたトナー量と標準的なトナー量を比較して、現像器へのトナー補給量を調整する方法である。

また、画素の値を積算する方法は、形成したトナー像の１画素ごとのトナー使用量を表す画素値を積算していき、形成されたトナー像全体での画素数の積算値を求め、その求められた積算値に基づいて消費したトナー量を算出し、現像器へのトナー補給量を調整する方法である。

このように、パッチを用いる方法は、トナー像の正確なトナー量を測定できるという利点があり、画素の値を積算する方法は、画像形成を行う都度、消費トナー量を算出することができるという利点がある。そこで通常は、画像形成持に、画素の値を積算する方法を用いてトナー補給量を調整し、所定のタイミングにおいて、パッチを用いる方法を使用し、トナー補給量誤差等による現像器内のトナー濃度誤差を補完する。（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−５５１０７号公報

しかしながら、このようなシステムでは、トナー補給精度が悪いと、現像器内のトナー濃度誤差を補正するために、頻繁にパッチを形成する必要がある。このため、必要以上のトナーを消費することになり、ランニングコストがアップする。さらに、パッチを生成する回数が増加するに伴い、画像形成の生産性が低下するという問題がある。また、トナー濃度誤差が補正される前に、その誤差が大きくなると、画像濃度ムラや地肌汚れなど画像上に不具合が生じる。

そこで本発明は、小型・簡単な構成でありながら、補給量誤差の少ない精度良いトナー補給が可能なトナー補給装置及びそれを用いた画像形成装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係るトナー補給装置の代表的な構成は、トナー搬送路と、前記トナー搬送路内に回転自在に配置されたトナー搬送スクリューと、前記トナー搬送路に設けられたトナー補給口とを具備するトナー補給装置であって、前記トナー搬送スクリューはその外周端を前記トナー補給口のトナー搬送方向上流側端部と略一致するように配置され、かつ１回のトナー補給動作時間内に整数回転するように制御されることを特徴とする。これにより、トナー搬送スクリューの外周端よりもトナーの搬送方向下流側のトナーは、補給口より現像装置に補給される。一方、トナー搬送スクリューの外周端よりもトナーの搬送方向上流側のトナーは、トナー搬送路内に保持される。したがって、トナー補給口より現像装置に補給されるか、あるいはトナー搬送路内に保持されるかが不安定な状態のトナーが少なくなり、補給量誤差の少ない精度良いトナー補給を行うことが可能となる。すなわち、現像器内のトナー濃度を適性レベルに維持でき、画像濃度ムラや地肌汚れを防止できる。また、パッチを必要以上に形成する必要がなくなり、ランニングコストの増加や画像形成の生産性低下を防止できる。さらに、トナー補給装置自身の構成が、上記の如く非常にシンプルであり、小型化、低コスト化も可能となる。

本発明によれば、補給量誤差の少ない精度良いトナー補給を行うことが可能となる。すなわち、現像器内のトナー濃度を適正レベルに維持することができ、画像濃度ムラや地肌汚れを防止できる。また、パッチを必要以上に形成する必要がなくなり、ランニングコストの増加や画像形成の生産性低下を防止できる。さらに、トナー補給装置自身の構成が、上記の如く非常にシンプルであり、小型化、低コスト化も可能となる。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、本発明のトナー補給装置を備えたカラー画像形成装置の概略構成図である。まず、図１を用いてカラー画像形成装置の全体構成について説明する。図１に示すカラー画像形成装置は、紙面左から順に転写ローラ（転写手段）３６、中間転写ユニット１８、画像形成部（感光体ユニットと現像ユニット）５ａ〜５ｄ、光学ユニット１ａ〜１ｄが配置され、画像形成部５ａ〜５ｄの上方に定着ユニット（定着手段）１３、下方には供給用の用紙（記録媒体）１０が収容される給紙カセット９が配置されている。また、光学ユニット１ａ〜１ｄの上方には各色のトナーを補給するトナー補給部（トナー補給装置）４０ａ〜４０ｄが配置されている。

図１において光学ユニット１ａ〜１ｄは、装置本体の後方（紙面右側）に各色に対応して複数個配置され、潜像を形成する感光体２８ａ〜２８ｄに対して略水平にレーザ光が照射される。構成部品としては図示外の半導体レーザ、ポリゴンミラー及び結像レンズ、反射ミラーから構成されており、半導体レーザからの光をポリゴンミラーで偏向走査し、結像レンズ、反射ミラーを介して感光体２８ａ〜２８ｄ上の露光ポイントに光像を導くようにしたものである。

次に図２を用いて、本実施の形態で用いられる画像形成部５について説明する。なお、上記で用いた添え字（ａ〜ｄ）はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック各色に対応したものであり、以降、各色に対応して区別が必要な場合のみ添え字（ａ〜ｄ）を使用し、各色共通である場合等、省略しても差し支えない場合は簡略化のために省略して説明することとする。また、本実施の形態における画像形成部５は、各色に対応する感光体ユニット８と現像ユニット６を単一の筐体に一体構成にしたものと仮定しても良いが、近年の消耗品の長寿命化という流れからすると部品寿命の等しいブロック毎に分割した方が理に適っているため、ここでは分割された感光体ユニット８と現像ユニット６の一対をいうものとする。

感光体ユニット８は、図に示すように、ドラム状の感光体（像担持体）２８と、この感光体２８を予め帯電する帯電ロール２９と、感光体２８上の残留トナーを除去する弾性体スポンジロールからなるローラクリーナ３０とを一体的にカートリッジ化したものである。一方、ローラクリーナ３０は、導電性ウレタン発泡体のローラ形状をしており、トナーと逆極性の電圧を与えられながら感光体ドラム２８と周速差を有しながら感光体ドラム２８と同方向に接触回転して感光体ドラム２８上の残留トナーを掻き取っている。

現像ユニット（現像手段）６は、現像ケース２７を有し、この現像ケース２７内には所定の色トナー（図示せず）が含まれる現像剤を収容すると共に、現像ケース２７内には一対の現像剤攪拌部材としてのアジテータ２６０、２６１を配設している。また、現像ケース２７の感光体２８に対向する開口部位には現像ロール２５を配設すると共に、現像ロール２５上への現像剤の層厚を規制する現像剤層厚規制ブレード（不図示）を設けたものである。そして、現像ロール２５には図示外の現像バイアスが印加され、現像ロール上の現像剤（トナー）が感光体ドラム２８側へ飛翔するようになっている。また、感光体２８と現像ロールとの間のギャップ調整は、現像ローラ両端部に同軸かつ回転自在に設けられたギャップコロ（不図示）で行っている。一方、現像ケース２７のアジテータ２６１上方かつ紙面垂直方向一端側には、トナー供給口３１を設けている。このトナー供給口３１は、現像ユニット６をカラー画像形成装置本体正面（紙面左側）からその左右側板（不図示）に設けられたガイドレール（不図示）に沿って略水平に本体内に挿入させた際、本体に固定したトナー搬送路４５（後述）先端部に設けられるトナー補給口４６と略一致するようになっている。そして、このトナー供給口３１を通して後述するトナー補給装置により、画像形成により消費されたトナーが補給される。なお、本実施の形態においては、現像剤が収容される現像ケース２７を横方向に延ばすことにより、現像剤収容スペースが確保されているため、画像形成部５の上下寸法が短寸に設定される。

更に、本実施の形態では、図１に示すように、中間転写ユニット１８は少なくとも上下２本のローラ（下部の駆動ローラ２０及び上部の従動ローラ２１）で張架された状態で斜めに配置され、矢印A方向に回転搬送される中間転写ベルト１９と、この中間転写ベルト１９の上から下に（紙面上方向から下方向に）搬送される面に沿って配置された複数の感光体２８と、感光体２８上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１９上に１次転写するバックアップローラ２２ａ〜２２ｄが中間転写ベルト１９を挟んで感光体２８と対向する位置に配置されている。また、中間転写ベルト１９を張架保持する上部の従動ローラ２１に対向する位置に中間転写ベルトクリーナ２３が配置されている。

また、本実施の形態では、給紙カセット９には用紙（記録媒体）１０を所定のタイミングで送出するフィードロール１１が設けられており、フィードロール１１と２次転写部位との間に位置する用紙搬送路には、入口側の搬送手段としてレジストロール１２が設けられると共に、この下流側には、光学式の用紙通過センサ（不図示）が配設されている。本実施の形態では、用紙通過センサ（不図示）は用紙１０の先端を検出するものであり、この検出タイミングに基づいて例えば各画像形成部５の光学ユニット１の静電潜像の書き込みタイミングが制御されるようになっている。

更に、２次転写部位の下流側に位置する用紙搬送路には出口側のニップ搬送手段として定着ユニット１３が設けられる。この定着ユニット１３は、加熱ロール１５と加圧ロール１６からなるものである。

更に、この定着ユニット１３の下流側には用紙排出用の排出ロール１４が設けられ、ハウジングの上部には形成された収容トレイに排出用紙が収容されるようになっている。

次に、カラー画像形成装置の動作について図１および図２を参照して説明する。本実施の形態のカラー画像形成装置では、帯電ロール２９によって感光体２８の表面が一様に帯電され、光学ユニット１によってレーザ光３６による光書き込みが行われ、感光体２８上に静電潜像が形成される。その後に、現像剤層厚規制ブレード(不図示)によって現像ロール２５上に一方の極性（プラスまたはマイナス）に帯電したトナー薄層が形成され、感光体２８と現像ロール２５が対向する現像部において、静電潜像がトナーによって現像され、感光体２８上にトナー像が形成される。このようにして形成された感光体２８上のトナー像は、図１に示すように、上流の（配置上、上の）画像形成部５ａから順に中間転写ベルト１９にバックアップローラ２２に所定の電圧が印加されることで１次転写が実行され、複数色のトナー像が中間転写ベルト１９上に形成される。給紙カセット９の用紙１０は、中間転写ベルト１９に対して、画像形成部６の反対側を通るように搬送され、中間転写ベルト１９を支持している前記２本のローラ（下部の駆動ローラ２０及び上部の従動ローラ２１）のうちの前記上部の従動ローラ２１に対向する2次転写部に挿入される。中間転写ベルト１９上のトナー像は、前記転写部で用紙１０に対して２次転写が実行される。２次転写後に残った中間転写ベルト１９上の残トナー（不図示）は、中間転写ベルトクリーナ２３により除去される。その後に、定着ユニット１３により、トナー像は用紙１０上に定着され、カラー画像が形成される。また、転写ローラ３６は、通常の画像形成時には中間転写ベルト１９に対して圧接するように配置され、ジャム処理時には非接触になる位置に配置される。

次に、図３を用いてトナー補給装置４０について詳細に説明する。図３は、本発明の一実施の形態に係るトナー補給装置４０を構成するトナー補給容器及びトナー搬送路等を示す模式図である。このうち、トナーを収容するトナー補給容器（トナー収容部）４２はカラー画像形成装置本体の図示しない上部カバーを開けることで、本体上方から着脱可能となっている。トナー補給容器４２は略円筒状に成形されており、少なくとも底部は攪拌搬送部材（攪拌搬送手段）４１の回転中心軸と中心を略同じにする円筒面で構成されている。また、攪拌搬送部材４１及び後述のトナー搬送スクリュー４４の一端は図示しない軸受けにより回転自在に支持されており、モータＭによって回転駆動される。なお、軸受けは、回転時に軸受け部からトナーが漏れるのを防ぐために、オイルシール等を用いても良い。一方、トナー搬送路４５はトナー搬送スクリュー４４を内蔵し、一端にトナー補給容器４２と連通するトナー受入口４３を配置すると共に、他端に現像ユニット６へと連通するトナー補給口４６を有している。なお、本実施の形態でのトナー搬送路４５は、図３に示すように根元部Ｂ、中間部Ｃ、先端部Ｄの３つの部分から構成されている。この内、根元部Ｂは、前記トナー補給容器４２を保持するケーシング（不図示）と一体構成され、前記ケーシングを本体左右側板（不図示）に固定することで、本体内に固定される。また、中間部Ｃは、フッ素チューブ等の柔軟な材料で構成され、その両端を夫々、前記根元部Ｂ及び後述の先端部Ｄの一端と結合している。さらに、先端部Ｄは、先に図２を用いて説明した如く、現像ユニット６装着時にトナー供給口３１とトナー補給口４６が略一致するように、本体側板に保持されている。

また、トナー搬送路４５の先端部Ｄには、現像ユニット６非装着時にトナー補給口４６から本体内へトナーがこぼれ落ちることを防止することを目的に、トナー補給口シャッター（不図示）が設けられている。前記トナー補給口シャッター（不図示）は、先端部Ｄ外周部にそれと同軸方向にスライド自在に設けられ、現像ユニット６非装着時にはトナー補給口４６を閉じる方向にスプリングで押圧される。そして、現像ユニット６挿入時には、トナー補給口シャッター外周部に設けられている鍔（不図示）が現像ケース後端面２７１で押されることで、トナー補給口４６が開くようになっている。

また、本実施の形態では、トナー搬送スクリュー４４としてコイルスプリングを用いた。コイルスプリングは、多少湾曲した曲線状の搬送路であっても、これに対応して変形しつつトナー搬送機能を発揮できるので、搬送路の形状による制約が少なくなり、本実施の形態の如くトナー搬送路４５の中間部Ｃをフッ素チューブ等の柔軟な材料で構成し曲線状の経路を形成することで、トナー補給装置４０をカラー画像形成装置本体の自由な位置に配置することが可能となり、カラー画像形成装置の小型化が可能となる。なお、図３ではトナー搬送路４５を直線的に表現しているが、これは模式的にそう表現したものであり、実際は上述の如く、図１破線で示すように、その中間部Ｃにおいて曲線状の経路を形成している。またその長さは、中間部Ｃの長さを調節することで、任意の長さとすることが可能である。

また、本実施の形態では、トナー搬送スクリュー４４の駆動源であるモータＭとして、角度制御モータ（ステッピングモータ）を用いた。これは、角度制御モータがトナー搬送スクリュー４４の回転数を正確に検知、制御できるのに対し、他の方式のモータ、例えばＤＣモータを用いた場合は、駆動時間を正確に制御したとしても、駆動負荷の変動の影響で回転量が変化してしまい、トナー搬送スクリュー４４の回転数を正確に制御できないためである。

次に、図３、図４を用いてトナー補給時の動作について説明を行う。まず、画像形成装置本体内に設けられた図示しない制御装置が、図示しないＰＣ等の外部装置から送信された画像情報を解析し、各色毎の画素数データに基づいて印刷１枚当たりのトナー消費量の予測値を計算（ピクセルカウント）し、その予測値に基づきモータ駆動信号をトナー補給装置４０に送信する。トナー補給装置４０は、モータ駆動信号に応じてモータＭを駆動し、トナー搬送路４５内のトナー搬送スクリュー４４及びトナー補給容器４２内の攪拌搬送部材４１を回転駆動させる。トナー補給容器４２内の攪拌搬送部材４１が回転することによって、トナー補給容器４２内のトナーが矢印１）の方向に搬送され、トナー受入口４３からトナー搬送路４５内に排出される。図３中の矢印２）はこの排出方向を示す。そして、トナー搬送路４５内に排出されたトナーはトナー搬送スクリュー４４の回転によって矢印３）方向に搬送され、トナー搬送路４５の先端部Ｄに設けられたトナー補給口４６から現像ユニット６内に補給される（図３、矢印４））。

ところで、駆動負荷の変動の影響によりトナー搬送スクリューの回転量にばらつきがある場合は言うまでもなく、１回のトナー補給動作時間内のトナー搬送スクリュー４４の回転数が非整数であった場合、トナー搬送スクリュー４４の停止状態は、大別して、図４（ａ）に示すようにトナー搬送スクリュー４４外周端とトナー補給口４６のトナー搬送方向上流側端部とが略一致する状態（図４、Ｅ部）と、図４（ｂ）に示すように一致しない状態をとる。図４（ｂ）の状態では、トナー補給口近傍に存在するトナーが重力等の影響を受けて不安定な状態となり、そこに存在するトナーが現像ユニット内に落下したり、しなかったりする。以上のように、トナー搬送スクリューの回転量にばらつきがある場合や、スクリュー停止状態にばらつきがある場合などは、トナー補給量に誤差が生じ、特に、画素の値を積算する方法とパッチを用いる方法によりトナー補給量の調節を行う場合は、次のパッチを形成するまでの間、それらの誤差をセンシングすることができないため、現像ユニット内のトナー濃度が適正レベルに維持できなくなる場合がある。またこの時、現像ユニット内のトナー濃度を適性レベルに維持するため、パッチ形成の時間間隔を短く（回数を増加）すると、パッチ形成に伴うトナー消費によりランニングコストが増加し、さらに画像形成の生産性が低下してしまう。

そこで本発明では、トナー搬送スクリューの外周端を前記トナー補給口のトナー搬送方向上流側端部と略一致するように配置させ、かつ１回のトナー補給動作時間内に整数回転させるように制御を行う。これにより、トナー搬送スクリュー４４の停止状態は、常に図４（ａ）のようになり、また回転量のばらつきもないため、補給量誤差の少ない精度良いトナー補給を行うことが可能となる。

なお、本実施例では、トナー搬送スクリュー４４として図５（ａ）に示すようなコイルスプリング５０を用いて説明したが、図５（ｂ）に示すようなコイルスプリング５０の中心部に棒状部材５１を配置したものを用いても良い。この場合、トナー補給口近傍でのスプリング中心部からのトナーの落下が無くなるので、より精度良いトナー補給を行うことが可能となる。なお、棒状部材５１は回転させても良いし、回転させないように構成しても良い。また、棒状部材の固さ（柔軟度）も自由に選定可能である。柔軟な材料により構成すれば、コイルスプリングの利点である変形性を阻害することがなくなり、本実施の形態の如く曲線状の経路に敷設することが可能となる。また、図５（ｃ）に示すような軸５２の外周面に螺旋状の帯状部材５３を一体化したオーガを用いた場合もまた、上述の図５（ｂ）の如き効果が得られる。しかしこの場合は、トナー搬送経路を直線状に敷設する必要がある。

本発明のトナー補給装置は、複写機、ファクシミリ、レーザプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に適用が可能である。

本発明の一実施の形態に係るトナー補給装置を備えた画像形成装置の概略を示す説明図 本発明の一実施の形態に係る画像形成部周辺の概要を示す説明図 本発明の一実施の形態に係るトナー補給装置の模式図 本発明の一実施の形態に係るトナー搬送スクリューの停止状態の説明図 本発明の一実施の形態に係るトナー搬送スクリューの構成説明図 従来の電子写真プロセスを利用した画像形成装置の概略構成図

符号の説明

１（１ａ〜１ｄ） 光学ユニット
５（５ａ〜５ｄ） 画像形成ユニット
６（６ａ〜６ｄ） 現像ユニット（現像手段）
７ 感光体ユニット集合体
８（８ａ〜８ｄ） 感光体ユニット
９ 用紙カセット
１０ 用紙（記録媒体）
１１ フィードロール
１２ レジスト・ピンチロール対（搬送手段）
１３ 定着装置（定着手段）
１４ 排紙ロール
１５ 加熱ロール
１６ 加圧ロール
１７ 開閉扉
１８ 中間転写ユニット
１９ 中間転写ベルト
２０ ベルト駆動ローラ
２１ ベルト従動ローラ
２２ ベルトバックアップローラ
２４ 現像ユニット集合体
２５ 現像ロール（転写手段）
２７ 現像フレーム
２８ 感光体（像担持体）
２９ 帯電ロール
３０ クリーニングロール
３１ トナー供給口
４０ トナー補給装置
４１ 攪拌搬送部材（攪拌搬送手段）
４２ トナー補給容器（トナー収容部）
４３ トナー受入口
４４ トナー搬送スクリュー
４５ トナー搬送路
４６ トナー補給口
５０ コイルスプリング（トナー搬送スクリュー）
５１ 棒状部材
５２ 軸
５３ 帯状部材
１０１ 帯電器
１０２，２０９ 感光体
１０３ 光学系
１０４，２０７ 現像器
１０５ 記録紙
１０６ 転写器
１０７ 定着装置
１０８ 除電装置
１０９ クリーニング装置

Claims (2)

1. トナー搬送路と、前記トナー搬送路内に回転自在に配置されたトナー搬送スクリューと、前記トナー搬送路に設けられたトナー補給口とを具備するトナー補給装置であって、前記トナー搬送スクリューはその外周端を前記トナー補給口のトナー搬送方向上流側端部と略一致するように配置され、かつ１回のトナー補給動作時間内に整数回転するよう制御されることを特徴とするトナー補給装置。
2. 静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体上の静電潜像を現像する現像手段と、前記現像手段にトナーを補給する請求項１記載のトナー補給装置とを有することを特徴とする画像形成装置。

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