JP2005266016A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱エネルギが異なるモードでも同じ色再現が可能である画像形成装置を提供する。
【解決手段】 転写紙１００上の作像したトナー像に熱を与えて定着する定着手段７を有し、トナー像に与える熱エネルギを異なる設定とした複数の画像形成モードを有する画像形成装置において、熱エネルギの設定の異なる画像形成モード間では転写紙１００上のトナー付着量が異なるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の感光体ドラム上に形成される色の異なるトナー画像からカラー画像を形成可能な画像形成装置に関するものである。

カラー画像形成の代表的方法は、複数の感光体上に形成される色の異なるトナー画像を直接転写紙に重ねながら転写させる直接転写方式と、複数の感光体上に形成される色の異なるトナー画像を中間転写体に重ねながら転写させ、しかる後に転写紙に一括して転写させる中間転写方式がある（例えば、特許文献１ないし３参照）。
これらは複数の感光体を転写紙または中間転写体に対向させ並べて配置することからタンデム方式と呼ばれ、感光体毎にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対して静電潜像の形成、現像などの電子写真プロセスを実行させる。
かかるタンデム方式におけるカラー画像の形成は、直接転写方式では走行中の転写紙上に、また中間転写方式においては走行中の中間転写体上に転写することによって行なわれる。
これらの各方式を用いたタンデム方式のカラー画像形成装置では、直接転写方式にあっては、転写紙を支持しながら走行する無端ベルトを、中間転写方式にあっては、感光体から画像を受け取り担持する無端ベルトを採用するのが一般的である。
この際４個の感光体を含む作像ユニットをベルトの一走行辺に並べて設置する。上記タンデム方式のカラー画像形成装置では、各色のトナー画像を精度よく重ねることが色ズレの発生を防止するうえで重要である。
特開２０００−０８９５３２公報 特開２００３−１８６２７５公報 特開平６−３４２２３１号公報

このように従来のカラー画像形成装置では、色ずれ等を防止して高品質の出力画像を得るという要請があり、この点、従来技術でも種々の提案がなされている。特許文献１では、転写紙の平滑度とトナー付着量を関連付け、転写紙の平滑度によりトナー付着量をかえることで、平滑度の悪い転写紙でもベタ部のざらつき感をなくす技術が開示されている。また特許文献１では白黒モードとフルカラーモードで、平滑度とトナー付着量の相関関係を変えることも開示がある。しかし特許文献１では白黒モードは平滑度の悪い転写紙、フルカラーモードは平滑度の良い転写紙という相関を持たせているだけであり、定着後の色味についての考慮はされていない。そのため特許文献１では複数のモードで定着後の色味を併せることはできない。
特許文献２では、フルカラー画像形成モードと最上流に位置する画像形成ステーションのみを使用して実行する単色画像形成モードを有する画像形成装置において、トナー付着量を単色画像形成モードよりもフルカラー画像形成モードのときの方を多くするという開示がある。しかし、特許文献２は第２ステーション以降の逆転写を考慮したものではあるが、単色画像形成モードとフルカラー画像形成モードで定着の熱エネルギが異なる場合、各モードの画像濃度が異なることについては考慮されていない。そのため画像形成モードによって画像濃度が異なる不具合が発生する可能性がある。
特許文献３では、ＯＨＰモードで出力する際、トナー付着量を他のモード時よりも少なくすることで定着後の透過性を確保することが開示されている。しかし透過性を高めるためにトナー付着量を下げると透過性を確保できても画像濃度が薄くなる不具合が発生する。
熱エネルギに関して言えば、転写紙上のトナー付着量が同一の場合、定着手段で与える熱エネルギが大きくなるほど画像濃度が大きくなる。そのため、定着後の画像濃度を同一にするためには熱エネルギの大きいモードほどトナー付着量を少なくする必要がある。
またトナー付着量に関して言えば、画像形成モードで単色の画像濃度が変わるのは好ましくない。そのために単色画像形成モードで作像するときのトナー付着量を多くして、モードによる単色の画像濃度差を無くしたい。
上記のような問題点を解決する手段として、単色画像形成モードの定着温度を多色画像形成モードの定着温度を同温にする方法がある。しかし多色画像形成モードではカラー画像の光沢を出すためにも定着温度を高めに設定する。そのため単色画像形成モードの定着温度を多色画像形成モードの定着温度と同温にすることは省エネルギ化に反するため、他の方法で対策を行いたい。
本発明の目的は、上記の問題に鑑み、上記のような不具合を解消し、熱エネルギが異なるモードでも同じ色再現が可能である画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、転写紙上のトナー像に熱を与えて定着する定着手段を有し、この定着手段にてトナー像に与える熱エネルギを異なる設定とした複数の画像形成モードを有する画像形成装置において、複数の異なる画像形成モードに応じて転写紙上のトナー付着量が異なるようにトナー付着量制御を行う制御手段を備えた画像形成装置を特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、複数の画像形成モードの中にカラー画像を形成する多色画像形成モードと単色の画像を形成する単色画像形成モードを含む請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、前記制御手段は、単色画像形成モードでの転写紙上のトナー付着量を多色画像形成モードでの転写紙上のトナー付着量よりも多くした請求項２記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項４記載の発明は、単色画像形成モードはブラックトナーを用いた画像形成モードである請求項３記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項５記載の発明は、複数の画像形成モードは作像プロセス線速の異なるモードを含む請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項６記載の発明は、前記制御手段は、作像プロセス線速が速いモードのトナー付着量を遅いモードのトナー付着量よりも多くした請求項５記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項７記載の発明は、前記制御手段は、画像形成モードにより帯電条件と現像条件を変えることで各モードの転写紙上のトナー付着量制御を行う請求項１ないし６のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項８記載の発明は、前記制御手段は、画像形成モードの違いに応じて露光エネルギを変えることで各モードの転写紙上のトナー付着量制御を行う請求項１ないし６のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。

また、請求項９記載の発明は、像担持体上に作像したトナー像にバイアスを印加して転写紙に直接転写する画像形成装置において、定着熱エネルギの小さい画像形成モードで転写する転写バイアスを定着熱エネルギの大きい画像形成モードで転写する転写バイアスよりも大きくした請求項１ないし８のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１０記載の発明は、前記制御手段は、転写紙搬送体上にパターンを作像し、そのパターンのトナー付着量を光学センサで読み取り、そのトナー付着量測定結果からトナー付着量を制御する作像条件を決定する請求項１ないし９のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１１記載の発明は、前記制御手段は、像担持体上に作像したトナー像に一次転写バイアスを印加して中間転写体に転写し、前記中間転写体上のトナー像に二次転写バイアスを印加して転写紙に転写するに際し、定着熱エネルギの小さい画像形成モードでの一次転写バイアスを、定着熱エネルギが大きい画像形成モードの一次転写バイアスよりも大きくした請求項１ないし８のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１２記載の発明は、前記制御手段は、像担持体上のトナー像が転写される中間転写体上にパターンを作像し、そのパターンの付着量を光学センサで読み取り、その付着量測定結果から転写紙上のトナー付着量を制御する作像条件を決定する請求項１〜８又は請求項１１のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１３記載の発明は、前記制御手段は、中間転写体上のトナー像を転写紙上に転写する２次転写にパターンを作像し、そのパターンの付着量を光学センサで読み取り、その付着量測定結果から前記転写紙上のトナー付着量を制御する作像条件を決定する請求項１〜８又は請求項１１又は１２のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、定着手段で与える熱エネルギごとにトナー付着量を変えることで、定着後の画像濃度を常に一定に保つことができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明による画像形成装置である電子写真方式の直接転写方式によるカラーレーザプリンタ（以下「レーザプリンタ」という）に適用した１つの実施の形態を示す概略構成図である。
図１のレーザプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像を形成するための４組のトナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ（以下、各符号の添字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示す）が、転写紙１００の移動方向（図中の矢印Ａに沿ってベルト６０が走行する方向）における上流側から順に配置されている。
このトナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋはそれぞれ、像担持体としての感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋと、現像ユニットとを備えている。また、各トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの配置は、各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの回転軸が平行になるようにかつ転写紙１００の移動方向に所定のピッチで配列するように設定されている。
このレーザプリンタは、上記トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋのほか、光書き込みユニット２、給紙カセット３、４、レジストローラ対５、転写紙１００を担持して各トナー像形成部の転写位置を通過するように搬送する転写搬送部材としての転写搬送ベルト６０を有するベルト駆動装置としての転写ユニット６、ベルト定着方式の定着ユニット７、排紙トレイ８、現像部９等を備えている。
また、手差しトレイＭＦ、トナー補給容器ＴＣを備え、図示していない廃トナーボトル、両面・反転ユニット、電源ユニットなども点線で示したスペースＳの中に備えている。
上記光書き込みユニット２は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの表面にレーザ光を走査しながら照射する。

符号１０１は転写搬送ベルト６０上に作像した転写搬送ベルト６０上のトナー付着量測定用の光学センサである。作像条件を調整して転写搬送ベルト６０上にパターンを作像し、そのパターンのトナー付着量を測定することで作像条件と転写搬送ベルト６０上のトナー付着量の関係を求め、作像条件を決定する。
転写紙上のトナー付着量を制御するためには随時作像条件を決めなければならない。そのために像担持体上もしくは転写紙搬送体上（実施の形態では転写ベルト）にパターン（トナー付着量測定パターン）を作像し、そのパターンのトナー付着量測定結果から作像条件を決めることが一般的である。
この際、作像するパターンを転写紙搬送体（転写ベルトなど）上に作像すると、転写紙１００上のトナー像に近い状態のトナー付着量を測定することができる。転写紙搬送体上のトナー付着量測定パターンは転写紙１００上のトナー付着量に近いため、正しいトナー付着量制御が可能となる。
図２は図１のレーザプリンタの現像部を説明する概略構成図である。次に、図２を用いて現像部９について説明する。図２では帯電ローラ１０２で感光体ドラム１１の表面をトナーと同極性に帯電する。次にレーザ光Ｌで露光を行い感光体ドラム１１に静電潜像を行う。
静電潜像を形成した感光体ドラム１１にトナー像を形成するために現像ローラ１０３にトナーと同極性のバイアスを印加する。このように感光体ドラム１１上に作像したトナー像を転写部１０４で転写紙１００上に転写する。感光体ドラム１１上に残った転写残トナーはクリーニングローラ１０５およびクリーニングブレード１０６で掻き取られる。
像担持体（感光体ドラム）１１上のトナー付着量が多い場合、より大きい転写する力（転写バイアス）が必要となる。そのためトナー付着量の多いモードでは転写バイアスを大きくしてトナーを確実に転写することができ、転写による画像濃度差を無くすることができる。

図３は図１のレーザプリンタの定着ユニットを説明する概略構成図である。次に図３を用いて定着ユニット７について説明する。転写部１０４でトナーを転写した転写紙１００は紙搬送ガイド板５５によって定着ニップ部に搬送される。
定着ニップ部に搬送された転写紙１００は定着ベルト５２と加圧ローラ５１により熱と圧力を加えられ転写紙１００上のトナー像はこの転写紙１００に定着される。なお定着ベルト５２は加熱ローラ５３によって加熱される。
以上の本発明による実施の形態においては、転写搬送ベルト６０上に感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋが複数並べて配設され、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋから転写紙に直接転写するタンデム式のプリンタに適用している。
トナー付着量が多い画像を定着するためには多色画像形成モード時、定着ユニット７でトナーに与える熱エネルギは黒単色モード時よりも多くしなければならない。ところで、多色画像形成モードで黒単色の画像部は複数のトナーを重ねずに黒トナー単色で作像する場合が多い。
そのため２つのモードで黒のみの画像濃度を比較すると、多色画像形成モードの定着温度が高いため、同付着量のトナーで比較すると多色画像形成モードの画像濃度が濃くなる。黒単色画像形成モードのトナー付着量を多色画像形成モードのトナー付着量よりも多くすることで、モードによる黒単色画像濃度差を小さくすることができる。
しかし、本発明が適用可能なプリンタはこの構成に限るものではなく、感光体ドラムから一度中間転写体に転写した後に転写紙に転写する方式にも適用することが可能である。
本実施形態においては、定着ユニット７で与える熱エネルギごとにトナー付着量を変えることで、熱エネルギが異なるモードでも色再現を同じにするものである。このため、現在のトナー付着量を検出し熱エネルギに応じてトナー付着量を制御する制御手段が必要である。したがって、制御手段としては、定着ユニット７の加熱ローラ温度あるいはトナー付着量測定パターンを得る光学センサ出力を入力として、後述する帯電条件と現像バイアス条件を制御し、あるいは露光エネルギを制御するものであり、制御に当たっては単色か多色かの画像形成モードの違い、作像プロセス線速の違いを加味している。この制御に関する内容は図４以下にて説明する。

図４は定着熱エネルギと画像濃度の関係について説明する概略図である。図４は、定着熱エネルギをパラメータとして横軸にトナー付着量、縦軸に画像濃度を取ったものである。一般にトナー付着量が多くなれば画像濃度が濃くなる。ここでは、同じ画像濃度の場合定着熱エネルギが大きいとトナー付着量が少なくて済み、同じトナー付着量の場合定着熱エネルギが大きいと画像濃度は濃くなる、ことを表している。すなわち、図４ではトナー付着量が同一の場合でも定着熱エネルギが大きい方が、画像濃度が濃くなることを示している。したがって定着熱エネルギを異なる設定とする画像形成モードで同一画像濃度を得るためには図４に示した通りモードごとに異なるトナー付着量を決める必要がある。

次に定着熱エネルギを異なる設定にするメリットを説明する。第１のメリットはトナー付着量の異なる各モードで安定して定着できることである。第２のメリットについて図５を参照して説明する。
図５は定着温度と出力開始までの時間を説明する概略図である。図５において、パラメータとしての定着熱エネルギが同じ（等しい）場合と異なる場合においての温度差の大小を捉え出力開始までの時間を関係付けており、画像形成モード間の定着温度差が大きい場合（左側）は待機温度から各モードに移るまでの時間が長くなる。
しかしモード間の定着熱エネルギを異なる設定とし、モード間の定着温度差を小さくすると待機温度から各モードに移るまでの時間を短くすることができる。このように定着熱エネルギを異なる設定とすることで、画像出力時間を短縮することができる。
作像プロセス線速の異なるモードを持つ画像形成装置では各モードにて定着ユニット７で与える熱エネルギが等しくなるように設計することが一般的である。しかし線速が大きく異なるモードを持つ画像形成装置では以下の理由で熱エネルギを異なる設定とする場合がある。
すなわち、線速の早いモードでは定着温度を高くしなければならないが、定着手段を高く設定すると定着装置の耐久性が短くなるため線速の早いモードの定着温度を下げる。各モードで作像する際、待機温度から各モードの設定温度に温度調節する。
しかし作像線速の異なるモードの定着設定温度が極端に異なる場合、待機温度から各設定温度まで定着温度を調節するための時間が長くなってしまう。そのため各モードの設定温度差を可能な限り小さくしたい。上記のようにモードにより定着ユニットで与える熱エネルギが異なる設定の場合はトナー付着量をモードごとに最適化する必要がある。
作像プロセス線速の異なるモードごとに最適トナー付着量を決めることによって、常に同一の画像濃度にすることができる。
前述したように、画像を出力するさい待機温度から各モードの設定温度に調節するための時間をなるべく短くしたい。そのために作像プロセス線速が速いモードの定着温度を低めに、遅いモードの定着温度を高めに設定したい。
作像プロセス線速が速いモードのトナー付着量を遅いモードの付着量よりも多くすることで、待機温度から定着温度を設定する時間が短くなるので、画像形成装置が画像出力情報を受け取ってから実際に画像を出力するまでの時間が短くでき、なおかつ各モードの画像濃度を揃えることができる。

図６は帯電条件と現像条件（現像バイアス）を変更してのトナー付着量の制御を説明する図である。図７は露光条件を変更してのトナー付着量の制御を説明する図である。図６および図７でトナー付着量の制御を行なう方法について説明する。
まず図６の右図が帯電電位と現像バイアスが大きく、トナー付着量が多くなる。逆に左の図のように帯電電位と現像バイアスを小さくすればトナー付着量を少なくすることもできる。
このように、帯電条件と現像条件を変えることでトナー付着量を制御することが可能となり、モードによる画像濃度差を無くすることができる。
次に図７の右の図は露光エネルギを強くしてトナー付着量を多くしたのに対して、左の図は露光エネルギを小さくして現像バイアス電位と露光部の電位差を小さくしてトナー付着量を少なくしている。露光エネルギを変えることでトナー付着量を制御することが可能となり、モードによる画像濃度差を無くすことができる。
転写紙１００上のトナー付着量を制御するためには随時作像条件（帯電条件、露光条件、現像バイアス条件など）を決めなければならない。そのために像担持体１１上もしくは中間転写体６０にパターン（トナー付着量測定パターン）を作像し、そのパターンのトナー付着量から作像条件を決めることが一般的である。
この際、作像するパターンを転写搬送ベルト６０上に作像すると、転写紙１００上のトナー像に近い状態のトナー付着量を測定することができる。転写搬送ベルト６０上のトナー付着量測定パターンは転写紙１００上のトナー付着量に近いため、正しいトナー付着量制御が可能となる。

図８はトナー付着量と最適定着温度の関係を示す図である。カラーモードでは平均トナー付着量が多いためカラーモードの最適定着温度は単色の画像形成モードよりも高めの設定となる。
多色画像形成モードでは、複数色のトナーを重ねて画像を形成するため多色画像形成モードのトナー付着量は単色画像形成モードのトナー付着量よりも多くなる。
トナー付着量が多い画像を定着するためには多色画像形成モード時は定着部でトナーに与える熱エネルギを単色モード時よりも多くしなければならない。そのため多色画像形成モードの定着温度は単色画像形成モードの定着温度よりも高くなる。
単色画像形成モードのトナー付着量を多色画像形成モードのトナー付着量よりも多くすることで、モードによる単色画像濃度差を小さくすることができる。

本発明による画像形成装置である電子写真方式の直接転写方式によるレーザプリンタに適用した１つの実施の形態を示す概略構成図。 図１のレーザプリンタの現像部を説明する概略構成図。 図１のレーザプリンタの定着ユニットを説明する概略構成図。 定着熱エネルギと画像濃度の関係について説明する概略図。 定着温度と出力開始までの時間を説明する概略図。 帯電条件と現像条件を変更してのトナー付着量の制御の説明図。 露光条件を変更してのトナー付着量の制御の説明図。 トナー付着量と最適定着温度の関係図。

符号の説明

１Ｙ トナー像形成部
１Ｍ トナー像形成部
１Ｃ トナー像形成部
１Ｋ トナー像形成部
２ 光書き込みユニット
６ 転写ユニット
７ 定着手段（定着ユニット）
１０ 感光体ユニット
１１Ｙ 像担持体（感光体ドラム）
１１Ｍ 像担持体（感光体ドラム）
１１Ｃ 像担持体（感光体ドラム）
１１Ｋ 像担持体（感光体ドラム）
５１ 加圧ローラヒータ
５２ 定着ベルト
５３ 定着ベルトヒータ
６０ 転写搬送ベルト（中間転写体、中間転写ベルト）
１００ 転写紙
１０１ トナー付着量測定用光学センサ
１０２ 帯電ローラ
１０３ 現像ローラ
１０４ 転写部

Claims (13)

1. 転写紙上のトナー像に熱を与えて定着する定着手段を有し、この定着手段にてトナー像に与える熱エネルギを異なる設定とした複数の画像形成モードを有する画像形成装置において、複数の異なる画像形成モードに応じて転写紙上のトナー付着量が異なるようにトナー付着量制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 複数の画像形成モードの中にカラー画像を形成する多色画像形成モードと単色の画像を形成する単色画像形成モードを含むことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、単色画像形成モードでの転写紙上のトナー付着量を多色画像形成モードでの転写紙上のトナー付着量よりも多くしたことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 単色画像形成モードはブラックトナーを用いた画像形成モードであることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 複数の画像形成モードは作像プロセス線速の異なるモードを含むことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、作像プロセス線速が速いモードのトナー付着量を遅いモードのトナー付着量よりも多くしたことを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、画像形成モードにより帯電条件と現像条件を変えることで各モードの転写紙上のトナー付着量制御を行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の画像形成装置。
8. 前記制御手段は、画像形成モードの違いに応じて露光エネルギを変えることで各モードの転写紙上のトナー付着量制御を行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の画像形成装置。
9. 像担持体上に作像したトナー像にバイアスを印加して転写紙に直接転写する画像形成装置において、定着熱エネルギの小さい画像形成モードで転写する転写バイアスを定着熱エネルギの大きい画像形成モードで転写する転写バイアスよりも大きくしたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項記載の画像形成装置。
10. 前記制御手段は、転写紙搬送体上にパターンを作像し、そのパターンのトナー付着量を光学センサで読み取り、そのトナー付着量測定結果からトナー付着量を制御する作像条件を決定することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項記載の画像形成装置。
11. 前記制御手段は、像担持体上に作像したトナー像に一次転写バイアスを印加して中間転写体に転写し、前記中間転写体上のトナー像に二次転写バイアスを印加して転写紙に転写するに際し、定着熱エネルギの小さい画像形成モードでの一次転写バイアスを、定着熱エネルギが大きい画像形成モードの一次転写バイアスよりも大きくしたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項記載の画像形成装置。
12. 前記制御手段は、像担持体上のトナー像が転写される中間転写体上にパターンを作像し、そのパターンの付着量を光学センサで読み取り、その付着量測定結果から転写紙上のトナー付着量を制御する作像条件を決定することを特徴とする請求項１ないし８又は請求項１１のいずれか１項記載の画像形成装置。
13. 前記制御手段は、中間転写体上のトナー像を転写紙上に転写する２次転写ローラ上にパターンを作像し、そのパターンの付着量を光学センサで読み取り、その付着量測定結果から前記転写紙上のトナー付着量を制御する作像条件を決定することを特徴とする請求項１ないし８又は請求項１１又は１２のいずれか１項記載の画像形成装置。

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