JP2005121945A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中間転写体の離間筋による像担持体の速度変動を低減させバンディングの発生を防止する。
【解決手段】像担持体３上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該静電潜像をトナー像に現像する現像手段６ａと、該トナー像を中間転写体１２に転写する圧接転写部材１３と、前記中間転写体に離当接し中間転写体上に残留するトナーを除去するクリーニングブレードとを備え、前記クリーニングブレードは中間転写体上の非画像領域で離間され、前記非画像領域が転写部通過中に前記潜像形成手段による潜像形成を行う画像形成装置において、前記中間転写体と像担持体の転写ニップ幅Ｎをクリーニングブレードの厚みより大きくし、転写バイアスを常時印加する。
【選択図】図７

Description

本発明は、電子写真法を用いる複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に係わり、特に、中間転写体上に残留したトナーを除去するクリーニング手段を備えた画像形成装置に関する。

上記画像形成装置においては、感光体等の潜像担持体上から中間転写ベルト等の中間転写体に１次転写されたトナー像を転写紙等の記録媒体上に２次転写する。そして、２次転写した後に、中間転写体上に残留した転写残トナーを、中間転写体表面に当接して該転写残トナーを掻き取るクリーニングブレード等のクリーニング手段によって中間転写体から除去するようにしている。

図１において、３は像担持体、６ａは現像ローラ、１０は駆動ローラ、１１は従動ローラ、１２は中間転写体、１３は１次転写ローラ、１４はクリーニングブレードである。図（Ａ）は、クリーニングブレード１４を中間転写体１２に当接した状態を示し、クリーニングブレード１４の先端部にはその厚み分、トナーＴが堆積していく。この状態から図（Ｂ）に示すように、クリーニングブレード１４を中間転写体１２から離間させると、筋状のクリーニング跡２４（以下、離間筋という）が生じる。この離間筋２４の幅Ｌはクリーニングブレード１４の厚みＷに等しい。

その結果、離間筋２４が次の画像形成工程において、中間転写体１２に１次転写されるトナー像と重なってしまうという問題が生じる。そこで、従来は、中間転写体１２上に１次転写されるトナー像を基準にしてクリーニングブレード１４の離間タイミングを制御し、クリーニングブレード１４による離間筋が画像領域に入らないように非画像領域でクリーニングブレード１４を離間させている（特許文献１参照）。
特開２０００−２３１２７６

図２は、上記の離間筋２４が転写位置Ｔ１を通過する状態を示す図である。図（Ａ）は、中間転写体１２上に離間筋２４が残り、この離間位置Ｃ１が１次転写位置Ｔ１に進んでいく状態を示し、図（Ｂ）は、離間筋２４が一次転写位置Ｔ１に到達した状態を示し、図（Ｃ）は離間筋２４が一次転写位置Ｔ１を通過し、像担持体３に形成された静電潜像が現像ローラ６ａにより現像される状態を示している。

ところで、本発明者が種々の実験を行ったところ、上記のようにクリーニング手段の離間筋が画像領域に入らないようにしても以下のような問題が生じることが判った。すなわち、図（Ｂ）に示すように離間筋２４が１次転写位置Ｔ１にあり、離間筋幅Ｌ（クリーニングブレード幅W）≧１次転写幅Ｎである場合、像担持体３に潜像書き込み動作を行うと像担持体３の速度変動が生じ、像担持体３の速度ムラに伴う濃度ムラや色ずれ、いわゆるバンディングが発生することが判明した。これは中間転写体１２と像担持体３との間に離間筋２４（トナー）があると、両者間の摩擦力が低下し、その結果、像担持体３が滑って速度変動を起こしてしまうことに起因している。

図３は、像担持体の速度変動を測定した実験データを示す図である。本実験においては中間転写体にＢｋ（ブラック）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イェロー）の順にトナー像を転写している。図３において、縦軸に速度ムラ、横軸に時間を表し、速度ムラは、
（中間転写体の回転速度−像担持体の回転速度）／像担持体の回転速度×１００（％）で表され、従って、速度むらのプラスは像担持体が中間転写体より遅く、速度ムラのマイナスは像担持体が中間転写体より早くなることを示している。ここで最初に大きな速度ムラが現れているのは、回転検出を行うエンコーダのベルトつなぎ目に当たる信号の乱れであり、直接、回転の乱れを示しているのではないので無視される。これによれば、中間転写体の離間筋が１次転写位置にきたときに、図３の矢印に示すように顕著な速度ムラを発生していることが判る。

以下、中間転写体１２が像担持体３より周速度が大きい場合について説明する。一般に、像担持体３と中間転写体１２の間には摩擦力と静電吸着力が働き、この二つの力により像担持体３は中間転写体１２に引っ張られるように駆動している。しかし、１次転写領域に離間筋（トナー）が局所的に存在すると、その部分の摩擦力が急激に低下し、中間転写体１２が像担持体３を引っ張る力が低下する。その結果、像担持体は一瞬速度が遅くなり、このとき像担持体に潜像を書き込むと書込位置がずれ、上記のバンディングが発生してしまう。このようなバンディングは中間転写体と像担持体間に速度差がある場合に特に顕著である。

また、この像担持体３の速度変動は像担持体のクリーニング手段によってさらに助長される。以下、クリーニング手段としてクリーニングブレードを用いた場合について説明する。クリーニングブレードはスティック−スリップ現象を利用してトナーを除去している。したがって、クリーニングブレード先端には常に応力がかかっており、像担持体の速度が一瞬遅くなると、ブレード先端の応力解放され、これによりさらに速度変動を助長することになる。

さらに、１次転写位置Ｔ１において、像担持体３と中間転写体１２との間には上述のとおり静電吸着力が働いており、速度変動はこの力にも依存する。すなわち、離間筋２４による摩擦力が低下しても静電吸着力が大きければその変化の影響を少なくすることができ、逆に、静電吸着力が弱いと速度変動が大きくなってしまう。

本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、中間転写体上の離間筋に起因する像担持体の速度変動を低減し、バンディングの発生を防止することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

そのために本発明の画像形成装置は、像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、該トナー像を中間転写体に転写する圧接転写部材と、前記中間転写体に離当接し中間転写体上に残留するトナーを除去するクリーニングブレードとを備え、前記クリーニングブレードは中間転写体上の非画像領域で離間され、前記非画像領域が転写部通過中に前記潜像形成手段による潜像形成を行う画像形成装置において、前記中間転写体と像担持体の転写ニップ幅をクリーニングブレードの厚みより大きくし、転写バイアスを常時印加することを特徴とする。
また、前記クリーニングブレードの厚みに対する転写ニップ幅の比を２〜５の範囲内にすることを特徴とする。
また、像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、該トナー像を中間転写体に転写する圧接転写部材と、前記中間転写体に離当接し中間転写体上に残留するトナーを除去するクリーニングブラシとを備え、前記クリーニングブラシは中間転写体上の非画像領域で離間され、前記非画像領域が転写部通過中に前記潜像形成手段による潜像形成を行う画像形成装置において、前記中間転写体と像担持体の転写ニップ幅をクリーニングブラシの当接幅より大きくし、転写バイアスを常時印加することを特徴とする。
また、前記クリーニングブラシの当接幅に対する転写ニップ幅の比を２〜５の範囲内にすることを特徴とする。

本発明によれば、中間転写体上の離間筋に起因する像担持体の速度変動を低減し、バンディングの発生を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図４は本発明に係る画像形成装置の実施の形態を示す図であり、図中、１は画像形成装置、２は本体ケース、３は感光体等の像担持体、４は帯電装置、５は露光装置（潜像形成手段）、６は現像装置（現像手段）、７は感光体クリーナ、１２は中間転写ベルトからなる中間転写体、１３は１次転写手段である圧接転写部材、１４はクリーニングブレード、１５は２次転写ローラ、１６は電源装置、１７は給紙トレイ、２０は定着装置、２１は排紙トレイを示す。

本実施形態の画像形成装置１は、図４に示すように本体ケース２の上部に形成された排紙トレイ２１と、前面に開閉自在に挿着された前面カバー２ａを有する。本体ケース２内には、複数の現像カートリッジを搭載した現像装置６、静電潜像が形成され現像されてトナー像が形成される像担持体３、像担持体３上のトナー像が転写される中間転写ユニット、各駆動モータやバイアスを制御する制御ユニット、電源装置１６、記録媒体を収容する給紙トレイ１７、記録媒体上のトナー像を定着する定着装置２０などが配設されている。また、前面カバー２ａ内には給紙トレイ１７から記録媒体を２次転写ローラ１５を通して定着装置２０に搬送する紙搬送ユニット１９が配設されている。そして、各ユニット、装置は、本体に対して着脱可能な構成であり、メンテナンス時等には一体的に取り外して修理または交換を行うことが可能な構成になっている。

像担持体である感光体３は、薄肉円筒状の導電性基材と、その表面に形成された感光層とを有する。その感光体３の外周には、回転方向に沿って感光体３を一様に帯電するための帯電装置４、感光体３上に静電潜像を形成するための露光装置５、静電潜像を現像するための現像装置６、感光体３上のトナー像を転写するための中間転写ベルト１２、１次転写後の感光体３の表面をクリーニングする感光体クリーナ７などが配設されている。

中間転写ユニットは、駆動ローラ１０および従動ローラ１１と、無端状の中間転写ベルト１２からなり両ローラ１０、１１に巻架され図示矢印方向に駆動されて感光体３上のトナー像が転写される中間転写ベルト１２と、中間転写ベルト１２の裏面で感光体３に対向して配設され感光体３上のトナー像を中間転写ベルト１２に１次転写するための圧接転写部材１３と、中間転写ベルト１２上の残留トナーを除去する転写ベルト用のクリーニングブレード１４と、駆動ローラ１０に対向して配設され、中間転写ベルト１２上に形成された４色フルカラーのトナー像を記録媒体（紙等）上に２次転写するための二次転写ローラ１５とからなっている。

露光装置５の下方には電源機器１６が配設され、また本体ケース２の底部には給紙カセット１７が配設され、給紙カセット１７内の記録媒体は、ピックアップローラ１８、シート材搬送路１９、二次転写ローラ１５、定着装置２０を経て排紙トレイ２１に搬送されるように構成されている。なお、給紙カセット１７は把手１７ｂにより装置前方に引き出し可能に装着されているとともに、用紙サイズが大きい場合に対応できるように、装置後方に突出するように引き出し可能に補助カセット１７ａが装着されている。

上記構成の画像形成装置１では、露光装置５に画像形成信号が入力されると、制御ユニットによる駆動モータやバイアスの制御にしたがい、感光体３、現像装置６の現像ローラ６ａ、中間転写ベルト１２が回転駆動され、まず、感光体３の外周面が帯電装置４によって一様に帯電される。しかる後、露光装置５によって感光体３の表面に画像情報に応じた選択的な露光がなされ、静電潜像が形成される。このとき、現像装置６は、現像カートリッジの現像ローラ６ａが感光体３に当接するように回転移動する。このことにより、静電潜像のトナー像が感光体３上に形成される。感光体３上に形成されたトナー像は、トナーの帯電極性と逆極性の１次転写電圧が印加された圧接転写部材１３により中間転写ベルト１２上に転写され、感光体３上に残留しているトナーは感光体クリーナ７によって除去される。

フルカラー画像形成装置では、現像装置６にイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫのそれぞれの現像カートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが着脱可能に搭載される。そして、画像形成動作では、露光装置５によって感光体３の表面に第１色、例えばイエローＹの画像情報に応じた選択的な露光がなされ、イエローＹの静電潜像が形成される。このとき、現像装置６は、イエローＹの現像カートリッジ６Ｙの現像ローラ６ａが感光体３に当接するように回転移動し、イエローＹの静電潜像のトナー像が感光体３上に形成され、続けてそのトナー像がトナーの帯電極性と逆極性の１次転写電圧が印加された圧接転写部材１３により中間転写ベルト１２上に転写される。

この間、転写ベルト用のクリーニングブレード１４、２次転写ローラ１５は、中間転写ベルト１２から離間されている。４色フルカラー画像は、この一連の処理が画像形成信号の第２色目、第３色目、第４色目に対応して繰り返して実行されることにより、各画像形成信号の内容に応じたイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫのトナー像が感光体３から順次中間転写ベルト１２上において重ね合わされて転写され形成される。なお、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの順序は任意である。

そして、各色トナー像の重畳された画像が２次転写ローラ１５に達するタイミングで、給紙トレイ１７の記録媒体がピックアップローラ１８から、レジローラ、シート材搬送路１９を通して２次転写ローラ１５に搬送され、２次転写ローラ１５が中間転写ベルト１２に押圧されるとともに２次転写電圧が印加されて、中間転写ベルト１２上のトナー像が記録媒体上に転写される。このようにしてトナー像が転写された記録媒体は定着装置２０まで搬送され、定着装置２０により記録媒体上のトナー像が加熱加圧されて定着される。中間転写ベルト１２上に残留しているトナーはクリーニングブレード１４によって除去される。

なお、両面プリントの場合には、定着装置２０を出た記録媒体は、その後端が先端となるようにスイッチバックされ、両面印刷用搬送路２２を経て、再び二次転写ローラ１５に供給され、中間転写ベルト１２上のフルカラートナー像が記録媒体上に転写され、再び定着装置２０により加熱加圧され定着され、排紙トレイ２１に排紙される。

本実施形態の現像装置６では、上記のように４つの現像カートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが着脱可能に搭載され、４色のフルカラーの画像形成装置となっているが、モノクロの画像形成装置として、トナーがブラックＫの現像カートリッジ６Ｋのみを装着し搭載して、現像カートリッジ６Ｋが待機位置（ホームポジション）で待機し、画像形成時にブラックＫの現像カートリッジ６Ｋが待機位置から回転移動して現像位置で、感光体３上の静電潜像をトナー像に現像してもよい。このことにより、フルカラーとモノカラーに同じ設計仕様の現像装置６を用いることができ、フルカラーとモノカラーの共用によりフルカラー専用、モノカラー専用の画像形成装置を設計するのに比べて保守管理、設計、製造のコストを大幅に削減することができる。

図５は、図４の像担持体３と中間転写体１２の駆動系を説明するための図である。像担持体３の一端には駆動ギヤ３ａが連結され、駆動ギヤ３ａは伝達ギヤ３ｂ、３ｃを介して駆動モータ２３の出力ギヤ２３ａに連結されている。また、中間転写体１２を駆動する駆動ローラ１０の一端には駆動ギヤ１０ａが連結され、伝達ギヤ１０ｂを介して前記駆動モータ２３の出力ギヤ２３ａに連結されている。

図６は、図４の圧接転写部材１３の例を示し、図（Ａ）においては転写ローラ１３ａを、図（Ｂ）においては転写ブレード１３ｂを、図示しない付勢部材により中間転写体１２の裏側から像担持体３に圧接している。なお、２６は１次転写電源である。

図７〜図１０は、本発明の１実施形態を説明するための図であり、図７は離間筋幅と１次転写ニップ幅の関係を説明するための図、図８は本実施形態の動作シーケンスを示す図、図９は測定データを示す図、図１０はクリーニングブレード厚と速度ムラの関係を示す測定データを示す図である。

図７において、図（Ａ）は、中間転写体１２上に離間筋２４が残り、この離間位置Ｃ１が１次転写位置Ｔ１に進んでいく状態を示し、図（Ｂ）は、離間筋２４が一次転写位置Ｔ１に到達した状態を示し、図（Ｃ）は離間筋２４が一次転写位置Ｔ１を通過し、像担持体３に形成された静電潜像が現像ローラ６ａにより現像される状態を示している。

本発明の画像形成装置においては、図（Ｂ）に示すように離間筋２４が１次転写位置Ｔ１にあるとき、離間筋幅Ｌ（クリーニングブレード幅W）＜１次転写ニップ幅Ｎとなるように設定している。１次転写部において、中間転写体１２と像担持体３との間に離間筋２４（トナー）が存在すると、両者間の摩擦力が急激に低下するが、本発明においては、１次転写ニップ幅Ｎ内にトナーが無い部分が存在するので、その部分で摩擦力を維持することが可能となる。また、トナーの無い部分は像担持体３と中間転写体１２が直接接触しているため、１次転写バイアスによる静電吸着力も大きくなり、その結果、像担持体３が滑ることにより生じる像担持体３の速度ムラを低減することができる。

図８は、ｖｓｙｎｃ信号、画像信号、現像装置の色切り換え動作、現像動作、１次転写位置、転写クリーナ動作、１次転写バイアスを示している。この動作シーケンスを図４とともに説明する。像担持体３の表面が帯電装置４によって一様に帯電され、ｖｓｙｎｃ信号に同期をとって画像信号をオンにし、先ず、像担持体３の表面に第１色目の画像情報に応じた選択的な露光がなされ静電潜像が形成される。このとき、現像装置６は、第１色目の現像ローラ６ａが像担持体３に当接するように回転移動し、１色目のトナー像が像担持体３上に形成され、続けて１次転写電圧が印加された圧接転写部材１３により中間転写体１２上に第１色目のトナー像が転写される。

この間、転写ベルト用のクリーニングブレード１４、２次転写ローラ１５は、中間転写体１２から離間されている。４色フルカラー画像は、この一連の処理が画像形成信号の第２色目、第３色目、第４色目に対応して繰り返して実行されることにより、各画像形成信号の内容に応じたトナー像が像担持体３から順次中間転写体１２上において重ね合わされて転写される。そして、各色トナー像の重畳された画像が２次転写ローラ１５に達するタイミングで、記録媒体Ｓが２次転写ローラ１５に搬送され、２次転写ローラ１５が中間転写ベルト１２に押圧されるとともに２次転写電圧が印加されて、中間転写体１２上のトナー像が記録媒体Ｓ上に転写される。

次いで、中間転写ベルト１２上に残留しているトナーはクリーニングブレード１４によって除去される。クリーニングブレード１４は第３色目の画像の後端がクリーニングブレード位置を通過後に中間転写体１２の非画像領域に当接され、次の工程で形成される（２枚目の）画像の第１色目の画像の先端がクリーニングブレード位置に到達する前に中間転写体１２から離間される。このクリーニングブレード１４の離当接により、第４色目が重ねられたトナー像は記録媒体Ｓに転写され、中間転写体１２上に残留したトナーはクリーニングブレード１４により除去される。

図７に示すように、クリーニングブレード１４が中間転写体１２から離間すると離間筋２４が発生するが、本実施形態においては、離間筋２４が１次転写位置Ｔ１に至る所定時間ｔ前に画像信号をオンにして画像書き込みを開始し静電潜像を形成するように制御している。この場合、本発明の画像形成装置においては、前述の如く１次転写ニップ幅Ｎを離間筋幅Ｌ（すなわちクリーニングブレード厚Ｗ）より大きくし、かつ、１次転写バイアスを常時印加しているため、離間筋２４が１次転写位置Ｔ１を通過しても、像担持体３と中間転写体１２間の摩擦力の急激な変動がなく、像担持体３の速度ムラを低減することができる。

なお、図８においては、離間筋２４が１次転写位置Ｔ１に至る所定時間ｔ前に画像信号をオンにして画像書き込みを開始しているが、離間筋２４の通過による像担持体３の速度ムラが低減できるのであるから、離間筋２４を含む中間転写体１２の非画像領域（転写画像が形成されない領域）が１次転写位置Ｔ１を通過中に画像信号をオンにして画像書き込みを開始してもよい。

図９は、１次転写ニップ幅＞クリーニングブレード厚×２としたときの像担持体の速度変動を測定した実験データを示す図である。図９において、縦軸に速度ムラ、横軸に時間を表し、速度ムラは、
（中間転写体の回転速度−像担持体の回転速度）／像担持体の回転速度×１００（％）で表され、従って、速度むらのプラスは像担持体が中間転写体より遅く、速度ムラのマイナスは像担持体が中間転写体より早くなることを示している。ここで最初に大きな速度ムラが現れているのは、回転検出を行うエンコーダのベルトつなぎ目に当たる信号の乱れであり、直接回転の乱れを示しているのではないので無視される。
図９によれば、離間筋が１次転写位置を通過したときに、矢印の位置で速度ムラが低減していることが判る。

図１０は、横軸に（１次転写ニップ幅Ｎ／クリーニングブレード厚Ｗ）を、縦軸に速度ムラのピーク値を示す測定データである。速度ムラのピーク値は、マゼンタの印字中にピーク値の５回の平均値である。これによればＮ／Ｗが２〜５の範囲内で速度ムラを低減することができることが判明した。

図１１は、本発明の他の実施形態を説明するための図である。本実施形態においては、クリーニングブレードの代わりにクリーニングブラシを用いた例である。本実施形態においては、前記離間筋２４の幅Ｌはクリーニングブラシ２５と中間転写体１２の当接幅Ｗ′に等しい。この当接幅Ｗ′は、ブラシ軸中心から中間転写体表面の距離とブラシ外径との差の部分でクロスしている領域の幅である。この実施形態においても、Ｎ／Ｗ′が２〜５の範囲内で速度ムラを低減することができることが判明した。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、露光装置により像担持体上に静電潜像を形成しているが、帯電書込装置により静電潜像を形成してもよく、本発明においてはこれらを潜像形成手段として定義している。また、上記実施形態においては中間転写ベルトについて説明しているが、中間転写ドラムへの適用も可能であり、本発明においてはこれらを中間転写体として定義している。

本発明に係る離間筋の発生を説明するための図である。 離間筋が転写位置を通過する状態を示す図である。 本発明の課題を説明するための図であり、像担持体の速度変動を測定した実験データを示す図である。 本発明に係る画像形成装置の実施の形態を示す図である。 図４の像担持体と中間転写体の駆動系を説明するための図である。 図４の圧接転写部材の例を示す図である。 本発明の１実施形態を説明するための図であり、離間筋幅と１次転写ニップ幅の関係を説明するための図である。 図７の実施形態の動作シーケンスを示す図である。 図７の実施形態の測定データを示す図である。 図７の実施形態のクリーニングブレード厚と速度ムラの関係を示す測定データを示す図である。 本発明の他の実施形態を説明するための図である。

符号の説明

３…像担持体、５…潜像形成手段、６…現像手段、１２…中間転写体
１３…圧接転写部材、１４…クリーニングブレード
２３…駆動モータ、３ａ〜３ｃ、１０ａ〜１０ｂ…ギヤ列

Claims (4)

1. 像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、該トナー像を中間転写体に転写する圧接転写部材と、前記中間転写体に離当接し中間転写体上に残留するトナーを除去するクリーニングブレードとを備え、前記クリーニングブレードは中間転写体上の非画像領域で離間され、前記非画像領域が転写部通過中に前記潜像形成手段による潜像形成を行う画像形成装置において、前記中間転写体と像担持体の転写ニップ幅をクリーニングブレードの厚みより大きくし、転写バイアスを常時印加することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記クリーニングブレードの厚みに対する転写ニップ幅の比を２〜５の範囲内にすることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、該トナー像を中間転写体に転写する圧接転写部材と、前記中間転写体に離当接し中間転写体上に残留するトナーを除去するクリーニングブラシとを備え、前記クリーニングブラシは中間転写体上の非画像領域で離間され、前記非画像領域が転写部通過中に前記潜像形成手段による潜像形成を行う画像形成装置において、前記中間転写体と像担持体の転写ニップ幅をクリーニングブラシの当接幅より大きくし、転写バイアスを常時印加することを特徴とする画像形成装置。
4. 前記クリーニングブラシの当接幅に対する転写ニップ幅の比を２〜５の範囲内にすることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。

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