JP2007093632A - 帯電装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置の大型化、コストアップをすることなく、感光体内部の空気が共鳴して発生する騒音を抑制することのできる帯電装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】 電源ユニット１７が帯電ローラ１２に印加する交流電圧の周波数ｆが、『Ｖａ（ｎ＋０．４）／２Ｌ≦ｆ≦Ｖａ（ｎ＋０．６）／２Ｌ』となるようにする。これにより、装置の大型化、コストアップをすることなく、共鳴により生じる帯電騒音を減少、抑制することが可能となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、帯電装置及び画像形成装置に関し、特に、帯電時に発生する帯電音を減少することが可能な帯電装置及び画像形成装置に関する。

従来、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置においては、電圧を印加した帯電部材を近接させることで、被帯電体を所定の極性の電位に帯電する近接方式の帯電装置が実用化されている。

帯電性能としては、帯電ローラなどの帯電部材と、感光体ローラ（像担持体）などの被帯電体とが接触している必要はなく、両者が非接触で近接していてもバイアスの印加条件を制御して接触帯電と変わらない帯電を実現することが可能である。

このような近接方式の帯電装置において、帯電部材への電圧印加方式としては、直流電圧のみを印加するＤＣバイアス方式と、交流電圧あるいは交流電圧に直流電圧を重畳させた振動（脈流）電圧を印加するＡＣ電圧印加方式と、がある。後者のＡＣ電圧印加方式は、ＤＣ電圧印加方式よりも帯電均一性に優れているため、好まれて使用されている。

しかし、このＡＣ電圧印加方式では、帯電部材に印加する交流電圧の周波数によっては帯電部材である帯電ローラと被帯電体である感光体ローラとの間で共振音が生じ、騒音となる場合がある。

従って、近年では、いかにしてこの共振音による騒音を抑制するかが考えられている。

共振音を抑制することのできる帯電装置に関する技術としては、次のものが提案されている。

特許文献１では、帯電による騒音と同一の周波数、大きさで、且つ逆位相波形の音波を発生する音波発生器を備えた帯電装置が提案されている。この音波発生器により帯電装置からの騒音を打ち消すことで、共振音による騒音を低減する。

また、特許文献２、３、４では、感光体の筒内に所定重量の円筒状部材を挿入した画像形成装置が提案されている。感光体筒内に挿入した所定重量の円筒状部材により、感光体筒内で生じる帯電騒音を抑制する。
特開平２００２−１６２８１４号公報 特開平５−３５１６６号公報 特開平５−３５１６７号公報 特開平５−３５０４８号公報

しかし、上記の技術は、以下の問題点を有している。

特許文献１の技術では、帯電装置に音波発生器を設けなければならず、帯電装置の大型化やコストアップにつながってしまう。また、特許文献２、３、４の技術では、円筒状部材を設けなければならず、装置のコストアップが避けられない。

さらに、上記の技術では、感光体内部の定在波の振動数と、帯電ローラに印加する交流成分の周波数の値が近いと、感光体内部の空気が共鳴し騒音が生じてしまう。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、装置の大型化、コストアップをすることなく、感光体内部の空気が共鳴して発生する騒音を抑制することのできる帯電装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、帯電ローラと、感光体ローラとを備え、直流成分に交流成分を重畳した電圧を前記帯電ローラに印加し、該帯電した帯電ローラにより前記感光体ローラを帯電する帯電装置であって、前記感光体ローラの円筒長手方向の長さである気柱長さをＬ、前記感光体ローラ内の音速をＶａ、前記感光体ローラ内に生じる定在波の節の数をｎ、とするとき、前記帯電ローラに印加される交流電圧の周波数ｆが、Ｖａ（ｎ＋０．４）／２Ｌ≦ｆ≦Ｖａ（ｎ＋０．６）／２Ｌの関係式を満たすことを特徴とする。

請求項２記載の帯電装置は、請求項１記載の帯電装置において、前記感光体ローラの円筒内部に気柱長さを調整するための気柱長さ調整部材を１つ以上有することを特徴とする。

請求項３記載の帯電装置は、請求項１または２に記載の帯電装置において、送風を行うことで前記感光体ローラを冷却する冷却手段を有することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の帯電装置において、前記冷却手段は、前記感光体ローラの円筒内部に送風を行うことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３または４に記載の帯電装置において、前記感光体ローラの円筒内部の温度を測定する測定手段と、前記冷却手段の駆動を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記測定手段が測定した前記感光体ローラの円筒内部の測定温度に基づいて、前記冷却手段の駆動を制御することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の帯電装置を有することを特徴とする画像形成装置である。

本発明により、帯電ローラに印加される交流電圧の周波数ｆの範囲を『Ｖａ（ｎ＋０．４）／２Ｌ≦ｆ≦Ｖａ（ｎ＋０．６）／２Ｌ』の範囲に設定することで、感光体ローラの円筒内部の空気が共鳴することで生じる騒音を抑制することが可能となるので、装置の大型化、コストアップをすることなく、帯電騒音の発生を抑制することが可能となる。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の帯電装置について、実施の形態に即して詳細に説明する。

＜帯電装置＞
まず、図１、図２を参照して、第１の実施形態の帯電装置について説明する。図１は、帯電装置１０を側面から見たものを示し、図２は、帯電装置１０を正面から見たものを示す。

帯電装置１０は、感光体ローラ１１と、帯電ローラ１２と、芯金１３と、駆動モータ１４と、スペーサ部材１５と、絶縁材料１６と、電源ユニット１７と、感光体駆動モータ１８と、を有して構成される。

像担持体としての感光体ローラ１１は、円筒形状（ドラム形状）の感光体であり、回転軸を中心に所定方向（図１では時計回り）に回転する。該感光体ローラ１１は、感光体駆動モータ１８により回転駆動する。

感光体ローラ１１の円筒内部は、図３に示すように空洞となっており、円形状の面の開口にはフランジ１９が圧入されている。

なお、以下の説明においては、図３のＬ（感光体ローラ１１の円筒長手方向の長さ）を、『感光体気柱長さ』と表記する。

帯電部材としての帯電ローラ１２は、帯電領域内で感光体ローラ１１の表面に対し所定のギャップ（図１、ｇ）を形成するように非接触に近接して設けられた帯電部材であり、芯金１３を中心軸として所定方向（図１では反時計回り）に回転する。

芯金１３は電気を伝導する金属材料からなる。芯金１３の一端は、電源ユニット１７と接続されている。該電源ユニット１７から芯金１３に電圧を印加することで帯電ローラ１２が帯電される。

なお、電源ユニット１７には、交流電圧あるいは交流電圧に直流電圧を重畳させた振動電圧を印加するＡＣ電圧印加方式を採用している。

また、芯金１３の他端は、電気を伝導しない絶縁材料１６からなり、該絶縁材料１６に接合する形で駆動モータ１４が設けられている。該駆動モータ１４により、芯金１３及び帯電ローラ１１は回転駆動する。なお、絶縁材料１６を間に介しているため、電源ユニット１７が印加する電圧は、駆動モータ１４には伝達されない。

スペーサ部材１５は、ギャップｇを形成するために、帯電ローラ１２の軸方向両端部に設けられた部材であり、本実施形態ではベアリングを用いている。

作像時には、感光体ローラ１１は、感光体駆動モータ１８により、所定の回転方向（図１では時計回り）に、一定の速度で回転する。また、帯電ローラ１２は、駆動モータ１４により、感光体１の回転方向とは逆方向（図１では反時計回り）に回転する。この際、電源ユニット１７がＯＮされて、交流電圧あるいは交流電圧に直流電圧を重畳させた振動（脈流）電圧が芯金１３を介して帯電ローラ１２に供給され、これにより感光体ローラ１１は帯電される。

＜帯電騒音発生の原理＞
次に帯電騒音の発生について説明する。

感光体ローラ１１内の空気を振動させると、感光体ローラ１１内に定在波が生じる。図４は、感光体ローラ１１内に発生する定在波を示すものであり、（ａ）は基本振動数（定在波の節の数ｎ＝１）の定在波を、（ｂ）は２倍振動数（ｎ＝２）の定在波を、（ｃ）は３倍振動数（ｎ＝３）の定在波を示す。

ここで、感光体気柱長さをＬ（ｍｍ）、感光体ローラ内に生じる定在波の節の数をｎ（個）とすると、定在波の波長λは、『λ＝２Ｌ／ｎ』（ｍｍ）となる。

また、感光体ローラ１１内の音速をＶａ（ｍｍ／ｓ）、定在波の周波数（振動数）をＦ（Ｈｚ）とすると、ＶａとＦの間には『Ｖａ＝λ×Ｆ』の関係が成立する。これに上記のλの式を代入して展開すると、定在波の周波数Ｆは以下の数式から算出される。

この定在波の周波数Ｆが、帯電ローラ１２に印加する交流電圧の周波数ｆと近い値であると、感光体ローラ１１が共鳴し、騒音が発生する。

＜印加電圧の制御＞
上述したように、定在波の周波数Ｆと印加する交流電圧の周波数ｆとが近い値であると共鳴して騒音が発生するので、本実施形態の帯電装置１０においては、定在波の周波数Ｆと印加する交流電圧の周波数ｆとを離すことにより、共鳴により生じる騒音の発生を抑制する。

図５は、気柱長さＬ＝３３４（ｍｍ）、外径φ＝６０（ｍｍ）の感光体ローラ１１に帯電ローラ１２を近接させ、直流成分に交流成分を重畳した電圧を電源ユニット１７から印加した場合に生じる騒音の測定結果を示す。

なお、本測定においては、印加した電圧の直流成分を−８００Ｖ、交流成分の振幅をピーク間で２．２ｋＶにして、交流成分の周波数ｆを変化させている。また、音速Ｖａは、３４１×１０³（ｍｍ／ｓ）としている。

この測定結果から、印加する交流電圧の周波数ｆが、定在波の周波数Ｆに対し、下記式の関係にあると、発生する帯電騒音が著しく減少することが判明した。

また、該関係式に、Ｆ＝ｎＶａ／２Ｌを代入すると、上記関係式は、以下のように書き換えることができる。

本実施形態の帯電装置１０においては、電源ユニット１７が帯電ローラ１２に印加する交流電圧の周波数ｆが、上記の関係式で示される範囲内となるようにする。これにより、共鳴により生じる帯電騒音を減少、抑制することが可能となる。また、印加する交流電圧の範囲を指定することによって帯電騒音を抑制する構成であるので、装置の大型化、コストアップをすることなく、帯電騒音を抑制することが可能となっている。

＜第２の実施形態＞
図６を参照して、本発明の帯電装置１０の第２の実施形態について説明する。本実施形態の帯電装置１０は、第１の実施形態の帯電装置において、感光体ローラ１１の内部に気柱長さ調整部材２０を設けた構成を有している。

図６を参照して、具体的に説明する。図６に示すように、感光体ローラ１１の円筒内部には、気柱長さ調整部材２０が１つ設けられている。この気柱長さ調整部材２０により、感光体気柱長さは、Ｌよりも短いＬａに置き換わっている。

ＬがＬａに置き換わっているため、上述の関係式は、『Ｖａ（ｎ＋０．４）／２Ｌａ ≦ｆ ≦ Ｖａ（ｎ＋０．６）／２Ｌａ』となる。これを変形すると、『Ｖａ（ｎ＋０．４）／２ｆ ≦ Ｌａ ≦ Ｖａ（ｎ＋０．６）／２ｆ』というＬａの範囲を規定する関係式が導かれる。

ここで、気柱長さＬを３３４ｍｍ、定在波の節の数ｎを２、音速Ｖａを３４１×１０³（ｍｍ／ｓ）、印加する電圧の直流成分を−８００Ｖ、交流成分の振幅をピーク間で２．２ｋＶ、交流成分の周波数ｆを１．４ｋＨｚとすると、Ｌａの範囲は、『２９２≦Ｌａ≦３１７』となる。すなわち、Ｌａ／Ｌが０．８７〜０．９５の範囲程度となる。

従って、Ｌａがこの範囲にあれば、帯電騒音を低く抑えることができる。なお、このＬａの範囲は、定在波の節の数ｎや印加する電圧の交流成分の周波数ｆにより変動する。

なお、本実施形態では、気柱長さ調整部材２０を感光体ローラ１１内の片端に１つ設けた構成を取っているが、両端に設けた構成であっても構わない。

＜第３の実施形態＞
次に、図７を参照して、本発明の帯電装置１０の第３の実施形態について説明する。本実施形態の帯電装置１０は、第２の実施形態の帯電装置において、感光体ローラ１１を外部から冷却する冷却ファン２１、感光体ローラ１１内の温度ｔを測定する温度センサ２２、冷却ファン２１の動作制御を行う冷却ファン制御部２３を設けた構成を有している。

感光体ローラ１１内の温度は、帯電装置１０の駆動状態や外部環境に応じて変動する。特に連続通紙（連続印刷）を行うと、温度は上昇する。

感光体ローラ１１内の温度をｔ（℃）とすると、感光体ローラ１１内の音速Ｖａは、『Ｖａ＝（３３１．５＋０．６ｔ）×１０³』（ｍｍ／ｓ）となる。すなわち、感光体ローラ１１内の温度ｔに応じて、音速Ｖａは増減する。

感光体ローラ１１内の温度ｔが変化により音速Ｖａが変化すれば、定在波の周波数Ｆ（＝ｎＶａ／２Ｌ）の値も変動してしまう。変動後の定在波の周波数Ｆが、帯電ローラ１２に印加する交流電圧の周波数ｆと近い値であると、感光体ローラ１１が共鳴し騒音が発生してしまう。

また、上述した交流電圧の周波数ｆの範囲を表す関係式『Ｆ＋０．２Ｖａ／Ｌ≦ｆ≦Ｆ＋０．３Ｖａ／Ｌ』、『Ｖａ（ｎ＋０．４）／２Ｌ≦ｆ≦Ｖａ（ｎ＋０．６）／２Ｌ』についても、式に音速Ｖａが含まれているので、温度に応じてｆの範囲が変動してしまう。

従って、感光体ローラ１１内の温度ｔを可能な限り一定に保つことが重要となる。

そこで、本実施形態の帯電装置１０では、図７に示すように、感光体ローラ１１を外部から冷却する冷却手段としての冷却ファン２１と、感光体ローラ１１内の温度ｔを測定する測定手段としての温度センサ２２と、冷却ファン２１の動作制御を行う制御手段としての冷却ファン制御部２３と、を設け、感光体ローラ１１内の温度を所定の温度（例えば１５℃）に保つように冷却ファン２１を駆動することで、温度変動の影響を抑制する。

温度制御のフローを図８に示す。温度センサ２２で感光体ローラ１１内の温度を適宜測定し（ステップＳ１）、測定温度を冷却ファン制御部２３に送る（ステップＳ２）。冷却ファン制御部２３は、送られてきた測定温度と、冷却ファン２１駆動の基準となる第１の基準温度と、を数値比較する（ステップＳ３）。

比較の結果、測定温度が第１の基準温度よりも低い場合には（ステップＳ４／Ｎｏ）、再びＳ１に戻る。逆に、測定温度が第１の基準温度よりも高い場合には（ステップＳ４／Ｙｅｓ）、冷却ファン制御部２３は、冷却ファン２１を駆動して、感光体ローラ１１を外部から冷却する（ステップＳ５）。

冷却ファン２１の駆動後も、温度センサ２２は感光体ローラ１１内の温度を適宜測定し、測定温度を冷却ファン制御部２３に送る（ステップＳ６）。冷却ファン制御部２３は、送られてきた測定温度と、冷却ファン２１停止の基準となる第２の基準温度とを数値比較する（ステップＳ７）。

比較の結果、測定温度が第２の基準温度よりも高い場合には（ステップＳ８／Ｎｏ）、再びＳ６に戻る。逆に、測定温度が第２の基準温度よりも低い場合には（ステップＳ８／Ｙｅｓ）、冷却ファン制御部２３は、冷却ファン２１を停止し（ステップＳ９）、処理を抜ける。

このように本実施形態の帯電装置１０においては、冷却ファン２１、温度センサ２２、冷却ファン制御部２３を用いて、感光体ローラ１１内の温度を所定の温度に制御するので、温度変動による音速Ｖａの変化の影響を減少させることが可能となる。

なお、上記の説明においては、第２の実施形態の帯電装置に本実施形態の構成である冷却ファン２１などを適用して説明しているが、第１の実施形態の帯電装置に本実施形態の構成である冷却ファン２１などを適用しても何ら問題はない。

＜第３の実施形態／他の構成例＞
第３の実施形態の帯電装置１０の他の構成例について説明する。

例えば、第３の実施形態の帯電装置１０において、冷却ファン制御部２３は、測定温度に応じて冷却ファン２１の駆動速度を切り替えられるようにしても良い。このようにすることにより、測定温度に応じた冷却ファン２１の駆動が可能となるので、冷却効率を上げることが可能となる。

また、上記第３の実施形態の帯電装置１０においては、感光体ローラ１１内の温度を冷却するための冷却ファン２１を１つしか設けていないが（図７参照）、冷却ファン２１は複数あっても構わない。また、測定温度に応じて複数の冷却ファン２１の運転動作の組み合わせを行うようにしても良い。このように構成することにより、より精度良く且つ速やかに感光体ローラ１１内の温度を冷却調整することが可能となる。

また、上記第３の実施形態の帯電装置１０においては、図９に示すように、冷却ファン２１による送風を感光体ローラ１１の外部に対して行っているが、外部に対して行うのはではなく、直接感光体ローラ１１の内部に行うようにしても良い。このように構成することで、感光体ローラ１１内部の冷却効率を高めることが可能となる。

＜画像形成装置＞
次に、図１０を参照して、上述した第１の実施形態から第３の実施形態の帯電装置１０を有して構成される画像形成装置１について説明する。

画像形成装置１は、イエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色毎のトナー像をそれぞれ形成し、これを重ね合わせることでフルカラーの画像を形成するタンデム型の画像形成装置であり、原稿台２と、読み取り装置３と、光走査装置４と、感光体ローラ１１（ＹＭＣＫ）と、帯電ローラ１２（ＹＭＣＫ）と、現像装置５（ＹＭＣＫ）と、中間転写ベルト６と、転写ローラ７、定着装置８と、給紙トレイ９と、を有する。

なお、感光体ローラ１１及び帯電ローラ１２を組み合わせたものが上述の帯電装置１０に該当する。

原稿台２は、印刷を予定する原稿、すなわち読み取りの対象となる原稿を載せるための台である。なお、原稿台２の下面はコンタクトガラスから形成される。

読み取り装置３は、原稿台２に載せられた原稿を読み取る装置であり、原稿にレーザ光を照射し、原稿からの反射光を受光することで原稿内容を読み取る。

光走査装置４は、画像データ（読み取った原稿内容）に基づいて、書き込み用のレーザ光を各色に対応する感光体ローラ１１に照射する。

感光体ローラ１１（ＹＭＣＫ）は、ＹＭＣＫ各色毎に設けられたローラ形状の感光体である。各感光体４は、同一径であり、中間転写ベルト６に等間隔で圧設されている。作像時には、ＹＭＣＡ各色感光体ローラ１１毎に配設された帯電ローラ１２により帯電され、この帯電された感光体ローラ１１表面に光走査装置１０からのレーザ光が照射されることで感光体ローラ１１上に各色に対応した静電潜像が形成される。

現像装置５（ＹＭＣＫ）は、現像剤であるトナーを保持し、感光体ローラ１１に形成された静電潜像をトナー現像し感光体ローラ１１上にトナー像を形成する。ここでは、現像装置５は、対応する感光体ローラ１１に対応した色のトナー（現像剤）を保持する。

中間転写ベルト６は、各感光体ローラ１１の表面に形成された各色トナー像を順次重ね合わせて転写するための転写体である。各色トナー像を順次重ね合わせることで中間転写ベルト６上にはカラー画像が形成される。

転写ローラ７は、中間転写ベルト６上に形成されたカラー画像を、給紙トレイ９から搬送される記録紙上に転写するためのローラである。定着装置８は、記録紙上に転写されたカラー画像を熱定着する。給紙トレイ９は、記録紙を保持、ストックしているトレイである。

なお、感光体ローラ１１（ＹＭＣＫ）は、すべて同一の方向に回転する。また、中間転写ベルト６は、感光体ローラ１１の回転方向とは、逆の方向で移動する。図１０では、感光体ローラ１１は反時計回りに回転し、中間転写ベルト６は時計回りに移動する。

＜作像動作＞
画像形成装置１における作像動作（画像形成動作）について説明する。読み取り装置３により原稿台２に置かれた原稿を読み取り、読み取った内容を画像データとして光走査装置４に送信する。光走査装置４は、該画像データに基づいて書き込みレーザを照射し、帯電ローラ１２により帯電した感光体ローラ１１上に各色毎に対応した静電潜像を形成する。該静電潜像を各色対応の現像装置５でトナー現像してトナー像を形成し、該トナー像を中間転写ベルト６上に順次重ねて転写することでカラー画像を形成する。転写ローラ７は該カラー画像を記録紙に転写し、定着装置８は記録紙上に転写されたカラー画像を熱定着する。熱定着後、カラー画像が熱定着された記録紙、すなわち印刷物を画像形成装置１の機外（排紙トレイ）に排紙する。

画像形成装置１は、上述の第１〜第３の実施形態で説明した帯電装置１０（感光体ローラ１１及び帯電ローラ１２から構成される装置）を有しているので、帯電ローラ１２に印加される交流電圧の周波数ｆは上述の関係式を満たす。よって、帯電騒音の発生を抑制することができる。

＜付記事項＞
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施形態の一例を示すものにすぎず、本発明の実施の形態を限定する趣旨のものではない。よって、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形実施を行うことが可能である。

第１の実施形態の帯電装置を側面から見た図である。 第１の実施形態の帯電装置を正面から見た図である。 感光体ローラを説明するための図である。 感光体ローラ内に発生する定在波を説明するための図である。 印加した交流電圧の周波数毎の帯電騒音を示すグラフ図である。 第２の実施形態の帯電装置を正面から見た図である。 第３の実施形態の帯電装置を正面から見た図である。 冷却ファンの駆動制御を示すフローである。 第３の実施形態の帯電装置の他の構成を示す図である。 画像形成装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０ 帯電装置
１１ 感光体ローラ
１２ 帯電ローラ
１７ 電源ユニット
２０ 気柱長さ調整部材
２１ 冷却ファン
２２ 温度センサ
２３ 冷却ファン制御部

Claims (6)

1. 帯電ローラと、感光体ローラとを備え、直流成分に交流成分を重畳した電圧を前記帯電ローラに印加し、該帯電した帯電ローラにより前記感光体ローラを帯電する帯電装置であって、
   前記感光体ローラの円筒長手方向の長さである気柱長さをＬ、前記感光体ローラ内の音速をＶａ、前記感光体ローラ内に生じる定在波の節の数をｎ、とするとき、
   前記帯電ローラに印加される交流電圧の周波数ｆが、
   Ｖａ（ｎ＋０．４）／２Ｌ≦ｆ≦Ｖａ（ｎ＋０．６）／２Ｌ
   の関係式を満たすことを特徴とする帯電装置。
2. 前記感光体ローラの円筒内部に気柱長さを調整するための気柱長さ調整部材を１つ以上有することを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
3. 送風を行うことで前記感光体ローラを冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の帯電装置。
4. 前記冷却手段は、前記感光体ローラの円筒内部に送風を行うことを特徴とする請求項３記載の帯電装置。
5. 前記感光体ローラの円筒内部の温度を測定する測定手段と、
   前記冷却手段の駆動を制御する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記測定手段が測定した前記感光体ローラの円筒内部の測定温度に基づいて、前記冷却手段の駆動を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の帯電装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の帯電装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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