JP2005156791A - トナー濃度制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 現像剤の状態に応じた閾値を設定することによって正確にトナー濃度を制御する。
【解決手段】 制御部18には、現像剤41の状態の経時変化に応じて設定される複数の閾値からなる閾値群が複数記憶されている。そして、現像剤41の初期調整時のトナー濃度が検出され、初期調整時の単位時間あたりのトナー濃度の検出値の変動幅に基づいて選択された閾値群の中から、積算印刷枚数またはそれに相当する攪拌ローラ45、46の積算回転時間に応じて設定された閾値を用いてトナー濃度が制御される。
【選択図】 図4
【解決手段】 制御部18には、現像剤41の状態の経時変化に応じて設定される複数の閾値からなる閾値群が複数記憶されている。そして、現像剤41の初期調整時のトナー濃度が検出され、初期調整時の単位時間あたりのトナー濃度の検出値の変動幅に基づいて選択された閾値群の中から、積算印刷枚数またはそれに相当する攪拌ローラ45、46の積算回転時間に応じて設定された閾値を用いてトナー濃度が制御される。
【選択図】 図4
Description
この発明は、トナー濃度制御方法に関し、特にトナーとキャリアとが混合されてなる2成分現像剤において検出されたトナー濃度と所定の閾値とを比較することによってトナー濃度を制御するトナー濃度制御方法に関する。
画像形成装置で用いられる現像方式として、1成分現像方式と2成分現像方式とがある。2成分現像方式では、トナーとキャリアとからなる2成分現像剤が用いられる。1成分現像方式では、現像槽に収容され所定電荷に帯電された1成分現像剤が現像領域に供給される。これに対して2成分現像方式では、トナーとキャリアとが所定の比率で現像槽に収容され、攪拌ローラによって十分に混合攪拌され、所定電荷に帯電された2成分現像剤が現像領域に供給される。2成分現像方式では、現像が行われるとトナーのみが印刷媒体に付着されそのままでは現像剤中のトナー濃度が低下する。高い印刷品位を維持するためにはトナー濃度を一定値にコントロールすることが重要である。
現像剤中のトナー濃度をコントロールする技術として、トナー濃度の検出値と閾値とを比較して得られる判定結果がトナー補給状態となった場合に、トナー補給状態が続いた時間に応じてトナー補給時間を調整する技術(例えば、特許文献1参照。)や、トナー濃度の検出値が閾値以下となった場合に画像形成動作を一旦中断してトナーを補給する技術(例えば、特許文献2参照。)が提案されている。
これら特許文献1および2の技術はいずれも、トナー濃度の検出値と予め設定される1つの閾値との比較に基づく制御に関する技術である。
特開平4−251273号公報
特開2001−13773公報
しかし、トナー濃度の検出値は、トナーとキャリアとの混合比率の変化がない場合であっても、トナーとキャリアとの攪拌時間や連続印刷枚数などによって異なってしまうことがある。具体的には、現像剤の攪拌時間が短い場合や現像停止状態が長期化した場合は現像剤は自重によって密な状態となり、一方、現像剤が長時間攪拌された場合は現像剤が解されて現像剤中に多くの空気が含まれた状態となり嵩密度が低下する。したがって、濃度センサは正確なトナー濃度を検出できず、現像剤の状態によってトナー濃度の検出値にばらつきが生じてしまう。特許文献1および2の技術のように現像剤の状態に関わらず常に1つの閾値でトナー濃度を制御しようとすると、現実には現像剤のトナー濃度を一定に保持することができず、印刷品位の低下や現像剤の寿命の短縮化を招いてしまう。
この発明が解決しようとする課題は、現像剤の状態に応じた閾値を設定することによって正確にトナー濃度を制御するトナー濃度制御方法を提供することにある。
この発明のトナー濃度制御方法は、上述の課題を解決するために以下のように構成される。
(1)画像形成装置における現像に用いられトナーとキャリアとが混合されてなる現像剤におけるトナー濃度を検出する第1ステップと、第1ステップで検出されたトナー濃度と所定の閾値とを比較し現像剤にトナーを補給すべきか否かを判定する第2ステップと、第2ステップで得られた判定結果に基づいて現像剤にトナーを補給する第3ステップと、を備えるトナー濃度制御方法において、第2ステップでは、予め記憶されている複数の閾値の中から現像剤の状態の経時変化に応じて設定された閾値が用いられることを特徴とする。
この構成においては、画像形成装置は複数の閾値を予め記憶している。そして、現像剤の状態の経時変化に応じて複数の閾値の中から閾値が順次選択され、選択された閾値を用いてトナー濃度が制御される。
(2)複数の閾値のそれぞれは、画像形成装置に新たに収納されたキャリアとトナーとを混合する初期調整時のトナー濃度の検出値に基づいて設定されることを特徴とする。
この構成においては、画像形成装置にキャリアとトナーとが新たに収納された場合、キャリアとトナーとを混合するための初期調整が行われる。初期調整中のトナー濃度の検出値は、初期調整の初期には急激に変化し初期調整の終期に向けて徐々に安定値に近づいていく。複数の閾値のそれぞれは、初期調整時に検出されるトナー濃度に基づいて設定されるので、正確なトナー濃度に基づいた正確な閾値に用いてトナー濃度が制御される。
(3)複数の閾値のそれぞれは、初期調整時の単位時間あたりのトナー濃度の検出値の変化に基づいて予想されるトナー濃度の検出値の経時変化に基づいて設定されることを特徴とする。
現像剤の状態は攪拌時間などに応じて変化し、現像剤の状態の変化に応じてトナー濃度の検出値が異なってしまう。この構成においては、初期調整時の単位時間あたりのトナー濃度の検出値の変化に基づいてトナー濃度の検出値の経時変化が予想され、予想されるトナー濃度の検出値の経時変化に基づいて複数の閾値のそれぞれが設定される。したがって、トナー濃度の検出値の経時変化を加味した閾値が設定され、設定された閾値を用いてトナー濃度が制御される。
(4)現像剤の状態の経時変化に応じて設定される複数の閾値からなる閾値群を複数記憶しておき、第2ステップでは、閾値として初期調整の終了直前の単位時間あたりのトナー濃度の検出値の変動幅に応じて選択された閾値群の中から時間経過に応じて設定された閾値が用いられることを特徴とする。
キャリアとトナーとの混合比率が同じ場合であっても、濃度センサによって検出される検出値は、キャリアとトナーとを攪拌する攪拌ローラの外周面と濃度センサとの間隔や、キャリアやトナーの粒径などによって異なってしまうことがある。
この構成においては、上述のような理由によるトナー濃度の検出値の違いに対応可能なように複数の閾値群が予め記憶されている。そして、初期調整の終了直前の単位時間あたりのトナー濃度の検出値の変動幅からトナー濃度の検出値の経時変化が予想され、予想されるトナー濃度の検出値の経時変化に基づいて1個の閾値群が選択される。1個の閾値群は現像剤の状態の経時変化に応じて設定される複数の閾値からなり、それら複数の閾値の中から時間経過に応じて順次閾値が設定され、設定された閾値を用いてトナー濃度が制御される。
(5)第2ステップでは、トナーとキャリアとを攪拌する攪拌ローラの積算回転時間または現像剤による積算印刷枚数に応じて設定される閾値が用いられることを特徴とする。
現像剤の状態は、攪拌ローラの積算回転時間や現像剤による積算印刷枚数に応じて異なってしまう。この構成においては、攪拌ローラの積算回転時間または現像剤による積算印刷枚数に応じて閾値が設定され、設定された閾値を用いてトナー濃度が制御される。
この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)現像剤の状態の経時変化に応じて複数の閾値の中から選択された閾値を用いてトナー濃度が制御されるので、経時的に変化する現像剤の状態に適した閾値を用いてトナー濃度を制御することができる。
(2)初期調整時に検出されるトナー濃度に基づいて閾値が設定されるので、正確にトナー濃度を制御することができる。
(3)トナー濃度の検出値の経時変化を加味した閾値が設定されるので、さらに正確にトナー濃度を制御することができる。
(4)初期調整の終了直前の単位時間あたりのトナー濃度の検出値の変動幅に応じて閾値群が選択され、さらにその閾値群の中から時間経過に応じて設定された閾値を用いてトナー濃度が制御されるので、さらに正確にトナー濃度を制御することができる。
(5)攪拌ローラの積算回転時間または現像剤による積算印刷枚数に応じて閾値が設定されるので、現像剤の状態に応じた閾値を用いて正確にトナー濃度を制御することができる。
以下に、この発明の実施形態に係るトナー濃度制御方法が適用された画像形成装置1について、図面に基づいて説明する。図1は、画像形成装置1の概略構成を示す断面図である。画像形成装置1は、コピアモード、プリンタモード、およびFAXモードを備えたディジタル複合機である。
画像形成装置1は、画像読取部2および画像形成部3を備える。画像読取部2は、原稿が1枚ずつ載置される原稿台4、5を含む。原稿台4、5の上方には自動原稿搬送装置6が配置される。自動原稿搬送装置6は原稿トレイ7を含む。原稿トレイ7には1枚または複数枚の原稿が載置される。画像形成装置1では、原稿は、原稿台4上または原稿トレイ7上のいずれかに選択的に載置される。
自動原稿搬送装置6は、片面読取モードまたは両面読取モードを選択的に実行する。片面読取モードでは、原稿トレイ7上に載置された原稿は、1枚ずつ原稿台5上を経由して排紙トレイ8上に排出される。両面読取モードでは、原稿トレイ7上に載置された原稿は、1枚ずつ原稿台5上を経由して中間トレイ9まで搬送され、原稿搬送方向の前後が反転されることで原稿の表裏が反転された状態で再び原稿台5上を経由して排紙トレイ8上に排出される。
原稿台4、5の下方には、第1走査体10、第2走査体11、結像レンズ12、およびCCDセンサ13が配置される。第1走査体10は、原稿台4、5に対して平行である副走査方向に速度Vで移動する。第2走査体11は、第1走査体10に連動して副走査方向に速度V/2で移動する。
第1走査体10は、露光ランプ14および第1反射ミラー15を含む。第2走査体11は、第2反射ミラー16および第3反射ミラー17を含む。露光ランプ14から出射され原稿によって反射された光は、第1ミラー15、第2ミラー16、および第3ミラー17によって偏向されて結像レンズ12に入射される。結像レンズ12に入射された光は、結像レンズ12によってCCDセンサ13上に結像される。CCDセンサ13上に結像された光は、CCDセンサ13によって光電変換処理されて画像データとして読み取られる。読み取られた画像データは、後述する制御部18(図3参照)で所定の画像処理が施された後、グラフィックRAM19に格納される。
画像読取部2の下方に画像形成部3が配置される。画像形成部3の底部には、給紙カセット20が配置される。給紙カセット20には複数枚の用紙が収容される。給紙カセット20は、用紙の補給等のために画像形成装置1の本体に対して出し入れ可能に形成される。給紙カセット20に収容された用紙は、コピアモードでは図示しないスタートキーの押下をトリガーとして、プリンタモードおよびFAXモードでは印刷要求の受信をトリガーとして、給紙ローラ22によって用紙搬送路23上に給紙され、用紙の先端部がレジストローラ24にチャックされた状態で待機する。
用紙搬送路23上には、さらに感光体ドラム25が配置される。感光体ドラム25は図1において反時計方向に回転駆動する。感光体ドラム25の周囲には、帯電器26、現像装置27、転写器28、およびクリーニングユニット29が、感光体ドラム25の回転方向に沿って、この順序で配置される。また、帯電器26と現像装置27との間から感光体ドラム25を臨む位置に、LSU(レーザスキャニングユニット)30が配置される。
画像形成部3では、次のような帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、および定着工程を含む電子写真方式の画像形成プロセスを経て、用紙に画像が形成される。
帯電器26は、感光体ドラム25の外周面を所定の電位に帯電させる(帯電工程)。LSU30は、所定電位に帯電された感光体ドラム25の外周面に、制御部18から入力される画像データに基づくレーザ光を照射し、静電潜像を形成する(露光工程)。感光体ドラム25の外周面上に形成された静電潜像は、現像装置27によって可視化され、トナー像となる(現像工程)。
ここで、レジストローラ24に先端部をチャックされた状態で待機中の用紙は、その先端部を感光体ドラム25の外周面上に形成されたトナー像の先端部と合わせるタイミングで、感光体ドラム25と転写器28との間に搬送され、用紙にトナー像が転写される(転写工程)。なお、感光体ドラム25上に残留したトナーは、クリーニングユニット29によって回収される。
トナー像が転写された用紙は、用紙搬送路23上をさらに搬送され、定着装置31に到達する。定着装置31は、加熱ローラ32および加圧ローラ33を含む。定着装置31まで搬送された用紙上に付着するトナーは、加熱ローラ32と加圧ローラ33とによって用紙に熱圧着されることで定着される(定着工程)。
定着装置31を経由した用紙は、搬送ローラ34によってさらに用紙搬送路23上を搬送され、排紙ローラ35によって排紙トレイ36上に排出される。また、用紙の両面に印刷される場合は、用紙は、定着装置31を通過した後にそれまでの搬送方向とは逆方向に反転搬送路37を搬送されることで、表裏を反転した状態で再びレジストローラ24にチャックされる。そして、用紙は所定タイミングで感光体ドラム25と転写器28との間を経由し、さらに定着装置31を経由することで裏面にも画像を形成され、排紙トレイ36上に排出される。
図2は、現像装置27を示す拡大図である。現像装置27は、現像剤41が収納される現像槽42と、現像剤41におけるトナー濃度が低くなった場合に現像剤41に供給されるトナーを収納するトナーボックス43とを備える。トナーボックス43に収納されるトナーは、必要に応じてトナー供給ローラ44によって現像槽42に供給される。
現像槽42内には、攪拌ローラ45、46、供給ローラ47、および現像ローラ48が配置される。攪拌ローラ45、46は、現像槽42内の現像剤41を攪拌してキャリアとトナーとを混合するとともに現像剤41を帯電させる。供給ローラ47は、攪拌ローラ45、46によって攪拌された現像剤41を現像ローラ48に供給する。現像ローラ48は、感光体ドラム25に現像剤41を供給する。
また、攪拌ローラ46に対向する位置に、現像槽42の底部から現像槽42内を臨むようにして、現像槽42内の現像剤41のトナー濃度を検出する濃度センサ49が配置される。濃度センサ49としては、例えば透磁率センサが用いられる。攪拌ローラ46の外周面と濃度センサ49の上面との間隔Gは、例えば0.85mmに設定される。
図3は、制御部18の概略の構成を示すブロック図である。制御部18は所定のプログラムや複数の補正テーブルが格納されたROM52および作業領域となるRAM53を含むCPU51を備える。CPU51には、画像データが読み出し可能に格納されるグラフィックRAM19、現像槽42内の現像剤におけるトナー濃度を検出する濃度センサ49、画像読取部2を動作させるモータやソレノイド等を含む画像読取部負荷機器54、給紙ローラ24や搬送ローラ34等を動作させるモータやソレノイド等を含む搬送部負荷機器55、および画像形成部3を動作させるモータやソレノイド等を含む画像形成部負荷機器56等の入出力機器が接続され、CPU51はこれらの機器を統括して制御する。
図4は、制御部の処理手順の一部を示すフローチャートである。現像槽42に新たにキャリアとトナーとが収納された場合、キャリアとトナーとを十分に混合させるとともに現像剤41を所定電荷に帯電させるために、制御部18のCPU51は現像剤41の初期調整を開始する(S1)。この実施形態では、初期調整の時間は120秒間に設定される。CPU51は、初期調整中において所定時間ごとに濃度センサ49によって現像剤41のトナー濃度を取得する(S2)。
図5(a)は、初期調整時における攪拌ローラ45、46の回転時間(秒)に対する濃度センサ49の検出値の変化を示す図であり、図5(b)はそれをグラフ化した図である。なお、図5では、攪拌ローラ46の外周面と濃度センサ49の上面との間隔Gを、0.59mm、0.85mm、1.2mmの3種類に設定して実験した場合の濃度センサ49の検出値を示しており、また、実験として120秒後においても印刷を行わずキャリアとトナーとの混合比率を変化させないで攪拌ローラ45、46を回転させ続けた状態での、濃度センサ49によるトナー濃度の検出値を示している。
図6は、積算印刷枚数またはそれに相当する攪拌ローラ45、46の積算回転時間に応じた閾値の補正テーブルA、Bを示す図であり、図7は、図6の補正テーブルA、Bで補正された複数の閾値群A1、B1を示す図である。
CPU51は、120秒間の初期調整を終了すると(S3)、120秒間の初期調整の終了時に検出されたトナー濃度を初期値に設定する(S4)。そして、初期調整時に取得したトナー濃度の検出値に基づいて、閾値Iおよび閾値群A1、B1の中からいずれかの閾値または閾値群を選択する(S5)。以下に、図5〜図7に基づいて、ステップS5での処理を具体的に説明する。
この実施形態では制御部18に予め2個の補正テーブルA、Bが記憶されており、初期値を補正テーブルA、Bで補正するか否か、および補正テーブルA、Bのいずれを用いて補正するかは、次の
[数1]〜[数3]の数式を用いて判定される。
[数1]〜[数3]の数式を用いて判定される。
初期調整時のトナー濃度の検出値から[数1]の数式が成立する場合、CPU51は、ステップS4で設定した初期値を補正することなくそのまま初期値を閾値Iに設定し、閾値として閾値Iを設定する。図5に示す実験データでは、間隔G=0.59の場合に[数1]の数式が成立し、CPU51は閾値として閾値Iを設定する。
初期調整時のトナー濃度の検出値から[数2]の数式が成立する場合、CPU51は、収納された現像剤による積算印刷枚数またはその印刷枚数に相当する攪拌ローラ45、46の積算回転時間に応じて初期値を補正する補正テーブルAを選択する。この実施形態では、補正テーブルAは、0枚〜1000枚および1000枚〜2500枚の積算印刷枚数またはそれに相当する積算回転時間の場合は初期値をそのまま採用し、2500枚〜5000枚においては、合計10カウント分アップするまで200枚毎に初期値に2カウントを加算して、10カウント分アップした以降は5000枚以降においてもそのまま(初期値+10)を設定する。これによって得られるのが閾値群A1であり、CPU51は[数2]の数式が成立する場合は閾値群A1を選択する。図5に示す実験データでは、間隔G=0.85の場合に[数2]の数式が成立し、CPU51は閾値群A1を選択する。
初期調整時のトナー濃度の検出値から[数3]の数式が成立する場合、CPU51は、収納された現像剤による積算印刷枚数またはその印刷枚数に相当する攪拌ローラ45、46の積算回転時間に応じて初期値を補正する補正テーブルBを選択する。この実施形態では、補正テーブルBは、0枚〜1000枚の積算印刷枚数またはそれに相当する積算回転時間の場合は初期値をそのまま採用し、1000枚〜2500枚においては、合計14カウント分アップするまで200枚毎に初期値に2カウントを加算して、14カウント分アップした以降は2500枚に達するまでそのまま(初期値+14)を設定し、2500枚〜5000枚においては、さらに10カウント分アップするまで200枚毎に2カウントを加算して、10カウント分アップした以降は5000枚以降においてもそのまま(初期値+24)を設定する。これによって得られるのが閾値群B1であり、CPU51は[数3]の数式が成立する場合は閾値群B1を選択する。図5に示す実験データでは、間隔G=1.2の場合に[数3]の数式が成立し、CPU51は閾値群B1を選択する。
このようにステップS5では、CPU51は、現像剤41の初期調整時の単位時間あたりのトナー濃度の検出値の変化に基づいて予想される印刷時のトナー濃度の検出値の経時変化に基づいて、閾値Iまたは閾値群A1またはB1を設定する。
言い換えれば、CPU51は、上述の[数1]〜[数3]の数式によって、初期調整の終了直前の単位時間あたりのトナー濃度の検出値の変動幅が小さく、検出値が安定値に近づいていると判定した場合は閾値として閾値Iを選択し、上述の変動幅が大きく検出値が安定値に程遠いと判定した場合は閾値群B1を選択する。また、その中間であると判定した場合は、閾値群A1を選択する。図6および図7に示すように、閾値群B1は閾値群A1よりも初期値に対する補正幅が大きく設定されている。
CPU51は、ステップS5において閾値Iおよび閾値群A1、B1の中からいずれかを設定した後、閾値群A1またはB1を設定した場合には積算印刷枚数または攪拌ローラ45、46の積算回転時間に応じて閾値を設定する(S6)。そして、CPU51は、印刷開始の命令を出力する(S7)。
CPU51は、印刷中においても濃度センサ49によってトナー濃度を取得する(S8)。そして、CPU51は、取得されたトナー濃度の検出値と設定された閾値とを比較し(S9)、これによって現像剤41にトナーを補給すべきか否かを判定する(S10)。
CPU51は、判定の結果、トナーを補給すべきであると判定した場合は、トナーボックス43から現像槽42内へトナーを補給すべくトナー供給ローラ44を所定回数回転させる命令を出力し(S11)、印刷を終了してよいか否かを判定する(S12)。CPU51は、ステップS10においてトナーを補給する必要がないと判定した場合は、トナーを補給することなくステップS12に進み、印刷を終了してよいか否かを判定する(S12)。CPU51は、ステップS12において印刷を終了してよいと判定した場合は処理を終了し、続けて印刷する場合(ステップS12においてNOの場合)はステップS6に戻る。
画像形成装置1によれば、積算印刷枚数やそれに相当する攪拌ローラ45、46の積算回転時間に応じて経時変化する現像剤41の状態に応じて閾値が設定されるので、現像剤41の状態変化による濃度センサ49の検出値の誤差を加味してトナー濃度を制御することができる。したがって、正確にトナー濃度を制御することができる。
また、初期調整時のトナー濃度の検出値に基づいて閾値が設定されるので、さらに正確にトナー濃度を制御することができる。さらに、積算印刷枚数またはそれに相当する攪拌ローラ45、46の積算回転時間に応じて閾値が順次設定されるので、さらに正確にトナー濃度を制御することができる。したがって、高い印刷品位を維持することができる。
なお、攪拌ローラ46の外周面と濃度センサ49の上面との間隔Gは、0.59mmや1.2mmなど適宜に設定するとよい。また、閾値の補正テーブルおよびそれによって得られる閾値群は適宜の数だけ設けることができ、攪拌ローラ46の外周面と濃度センサ49の上面との間隔Gやキャリアまたはトナーの粒径などの現像装置の構成に応じても変化する初期調整時のトナー濃度の検出値に基づいて、適切な補正テーブルを選択しそれによって得られる閾値群または閾値を設定するとよい。
1 画像形成装置
27 現像装置
41 現像剤
42 現像槽
43 トナーボックス
45、46 攪拌ローラ
49 濃度センサ
27 現像装置
41 現像剤
42 現像槽
43 トナーボックス
45、46 攪拌ローラ
49 濃度センサ
Claims (5)
- 画像形成装置における現像に用いられトナーとキャリアとが混合されてなる現像剤におけるトナー濃度を検出する第1ステップと、
前記第1ステップで検出された前記トナー濃度と所定の閾値とを比較し前記現像剤にトナーを補給すべきか否かを判定する第2ステップと、
前記第2ステップで得られた判定結果に基づいて前記現像剤にトナーを補給する第3ステップと、を備えるトナー濃度制御方法において、
前記第2ステップでは、予め記憶されている複数の閾値の中から前記現像剤の状態の経時変化に応じて設定された閾値が用いられることを特徴とするトナー濃度制御方法。 - 前記複数の閾値のそれぞれは、前記画像形成装置に新たに収納されたキャリアとトナーとを混合する初期調整時のトナー濃度の検出値に基づいて設定されることを特徴とする請求項1に記載のトナー濃度制御方法。
- 前記複数の閾値のそれぞれは、前記初期調整時の単位時間あたりのトナー濃度の検出値の変化に基づいて予想されるトナー濃度の検出値の経時変化に基づいて設定されることを特徴とする請求項2に記載のトナー濃度制御方法。
- 前記現像剤の状態の経時変化に応じて設定される複数の閾値からなる閾値群を複数記憶しておき、
前記第2ステップでは、前記閾値として前記初期調整の終了直前の単位時間あたりのトナー濃度の検出値の変動幅に応じて選択された閾値群の中から時間経過に応じて設定された閾値が用いられることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のトナー濃度制御方法。 - 前記第2ステップでは、前記トナーと前記キャリアとを攪拌する攪拌ローラの積算回転時間または前記現像剤による積算印刷枚数に応じて設定される閾値が用いられることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のトナー濃度制御方法。
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