JP2007286364A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾンの発生量を増やすことなく、オゾン吸引での電極の汚れによる感光体の帯電ムラを、簡単な構成で無くすことができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、複数の鋸歯１７を備えた板状の鋸歯電極１４を用い、コロナ放電により像担持体１を帯電させる帯電装置２と、コロナ放電により帯電装置２内部に発生したオゾンを、帯電装置２内に気流を発生させることにより吸引して帯電装置２外部に排出するための吸引機構１８とを備え、吸引機構１８により帯電装置２の内部に発生させられる気流の風速が異なる部分のうち風速の大きい部分における鋸歯電極１４の鋸歯間隔は、風速の大きい部分より風速が小さい他の部分における鋸歯電極１４の鋸歯間隔よりも小さいことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の鋸歯を有する板状の鋸歯電極を用いた帯電装置を搭載した、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はこれらの複合機等の画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を利用した画像形成装置の帯電装置としてコロナ放電を利用した帯電装置が広く実用化されている。このコロナ放電装置には、細い金属製ワイヤーに高電圧を印加し放電を行うワイヤー放電方式と、突起を鋸歯状に複数有する薄い金属板からなる電極（以下、鋸歯電極と記す）に高電圧を印加し、鋸歯（突起）の先端から放電を行う鋸歯電極放電方式とがある。鋸歯電極放電方式はワイヤー放電方式よりもオゾン発生量が少ないため、現在のコロナ放電方式の主流になりつつある。

この鋸歯電極放電方式のコロナ放電装置は、放電により発生するオゾンを排気するための吸引機構も併せて備えているのが一般的である。このため、オゾンの吸引による空気流によって、空気中のシリカ等の浮遊物が運ばれ、鋸歯電極に付着して、帯電ムラによる画像ノイズ（帯電不良）が発生してしまうという問題がある。

このような空気中の浮遊物の付着による帯電ムラを防止するために、画像形成動作の待機時に、コロナ放電装置への空気の供給を遮断する空気供給遮断手段を設ける方法が提案されている（下記特許文献１参照）。しかしながら、この方法では構成が非常に複雑になるとともに、画像形成動作を長時間行った場合、発生したオゾンが画像形成装置の感光体（像担持体）に悪影響を及ぼすという難点があった。

この他にも、電極をシールドケースに収め、空気流路を設定し、その空気流路の上流側に帯電用放電電極とは別に集塵用放電電極を設けるという構成の帯電装置が提案されている（下記特許文献２参照）。しかしながら、この方法では、空気流路をわざわざ設定する必要があり、また帯電用放電電極とは別に集塵用放電電極を設けたことで放電量が増え、その結果として、消費電力やオゾン発生量が増加するという難点があった。
特開平６−１９４９３５号公報 特開２００４−３３３５９３号公報

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、オゾンの発生量を増やすことなく、オゾン吸引での電極の汚れによる感光体の帯電ムラを、簡単な構成で無くす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。

本発明の目的は、下記の手段により達成される。

（１）複数の鋸歯を備えた板状の鋸歯電極を用い、コロナ放電により像担持体を帯電させる帯電装置と、コロナ放電により前記帯電装置内部に発生したオゾンを、前記帯電装置内に気流を発生させることにより吸引して帯電装置外部に排出するための吸引機構と、を備え、前記帯電装置は、前記帯電装置の外部から内部へ気流が流入するための流入部と、前記帯電装置の内部で発生した気流が流出するための流出部とを有し、前記吸引機構により前記帯電装置の内部に発生させられる気流の風速が異なる部分のうち風速の大きい部分における鋸歯電極の鋸歯間隔は、前記風速の大きい部分より風速が小さい他の部分における鋸歯電極の鋸歯間隔よりも小さいことを特徴とする画像形成装置。

（２）前記帯電装置は、前記帯電装置の外部から内部へ気流が流入するための流入部と、前記帯電装置の内部で発生した気流が流出するための流出部とを有し、前記風速の大きい部分は、前記流入部の近傍であることを特徴とする上記（１）に記載の画像形成装置。

（３）前記流入部は、前記帯電装置の長手方向の両端側にそれぞれ設けられ、前記流出部は、前記帯電装置の長手方向の中間部に設けられていることを特徴とする上記（２）に記載の画像形成装置。

（４）前記流入部は、前記帯電装置の長手方向の両端側にそれぞれ設けられ、 前記流出部は、前記帯電装置の長手方向の一端側に設けられていることを特徴とする前記（２）に記載の画像形成装置。

（５）前記流入部は、前記帯電装置の長手方向の中央部に設けられ、前記流出部は、前記帯電装置の長手方向の両端側にそれぞれ設けられていることを特徴とする上記（２）に記載の画像形成装置。

（６）前記吸引機構は、前記流出部に臨んで設けられたファンを有することを特徴とする前記（２）〜（５）のいずれか１つに記載の画像形成装置。

（７）前記鋸歯電極と前記像担持体との間には、制御電極がさらに設けられることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１つに記載の画像形成装置。

本発明の画像形成装置においては、外部からの風速が大きく汚れやすい部分のみ鋸歯電極の鋸歯間隔を小さくする、つまり放電点を増やすことにより、空気中の浮遊物の付着による帯電ムラを改善することができる。また、鋸歯電極の長手方向全域に渡って鋸歯間隔を小さくするのではなく、帯電装置の内部に発生する気流の風速に応じて鋸歯間隔を変化させることにより、汚れの少ない風速の小さい部分においては必要以上に放電点を増やす必要がなくなるので、オゾンの発生量を増やすことなく電極の汚れを低減できる。それにより、感光体の帯電ムラを無くすことができる。

よって本発明によれば、帯電装置の構成自体を変えることなく、コロナ放電装置を構成する鋸歯電極の鋸歯間隔を風速に応じて変化させることのみにより、非常に簡単に、汚れによる帯電ムラを改善できるとともに、オゾン発生量と消費電力を必要最小限に抑えることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電子写真方式の画像形成装置の概略構成を示す断面図である。

画像形成装置１００は、像担持体としての感光体ドラム１と、感光体ドラム１の表面を一様に帯電させて電位を形成するための帯電装置２と、帯電装置２によって帯電された感光体ドラム１に、所定の画像データに基づく画像露光を照射して静電潜像を形成する露光装置３と、静電潜像が形成された領域にトナー４ａを電界などの作用によって付着させて顕像化するための現像装置５と、顕像化された感光体ドラム１上のトナー画像を、給紙部６から給紙ローラ７とレジストローラ８とを順に経て送られて来た記録紙９（記録媒体）に、電界および圧力の作用によって転写する転写ローラ１０と、記録紙９上のトナー画像を熱および圧力の作用によって永久的に定着させるための定着装置１１とを有している。

図１に示されるように、感光体ドラム１の外周上における、転写ローラ１０と帯電装置２との間の領域には、感光体ドラム１上の残留トナー４ｂを除去するためのクリーニング装置１２と、感光体ドラム表面を除電して均一電位にするための除電装置１３が順に設けられている。すなわち、感光体ドラム１の表面は、帯電装置２、露光装置３、現像装置５、転写ローラ１０、クリーニング装置１２、及び除電装置１３のそれぞれによる工程を順に経て、その後再び帯電工程に入る。

このように、電子写真方式の画像形成装置１００においては、帯電装置２による帯電工程が最も上流の工程である。したがって、帯電工程において均一で安定した帯電状態が得られない限り、すなわち感光体ドラム１に対し均一で安定した電位の形成が行われない限り、その下流側のすべての工程が影響を受け、高品質な画像を得ることが困難となる。

図２は帯電装置２の構造を概略的に示した断面図、図３は側方から見た概略図である。

図２に示すように、帯電装置２は、感光体ドラム１の表面を帯電するコロナ放電用の鋸歯電極１４と、この鋸歯電極１４を収納して感光体ドラム１の軸方向に延伸するシールドケース１５とを備えている。シールドケース１５は感光体ドラム１に対向する面が開放された断面コ字状のチャネル材から成り、その開放側には、感光体ドラム１と鋸歯電極１４との間にそれぞれ所定の空隙を介して、グリッドメッシュからなる制御電極１６が配設されている。

上記シールドケース１５は、鋸歯電極１４の放電電界を閉じ込めて、鋸歯電極１４の周辺電界を一定に保ち、安定したコロナ放電を維持する働きを担っている。シールドケース１５は、シールド電極、あるいは安定板とも呼ばれる。制御電極１６は、メッシュまたは数本のワイヤから構成されており、シールドケース１５とは絶縁されて設けられている。制御電極１６に、図示しない電源によりバイアス電圧を印加することにより、被帯電体である感光体ドラム１の表面に流れるコロナ電流を制御することが可能である。

鋸歯電極１４は、図３に示すように、一側辺にコロナ放電用の複数の鋸歯１７が一列に配列された金属板から成り、その鋸歯１７を感光体ドラム１の中心に向けた状態で、その両端をシールドケース両端の帯電ホルダー（図示せず）に固定されている。鋸歯電極１４の金属板の厚みは３０〜８０μｍ、鋸歯１７の尖突起角度θは５〜３０°、尖突起高さｈは１〜３ｍｍ、鋸歯間隔は１〜３ｍｍの範囲から選ばれる
帯電装置２の使用に際しては、この鋸歯電極１４におよそ−６ｋＶの高電圧を印加することで、鋸歯１７先端からマイナス電子を放電し、感光体ドラム１の表面を帯電する。シールドケース１５および制御電極１６は同電位になっており、感光体を帯電したい電圧、例えば−６００Ｖが印加される。

鋸歯電極１４が放電することで発生するオゾンやＮＯｘなどは、帯電装置２の外部に排出される必要がある。このため、吸引機構１８を構成すべく、感光体ドラム１と反対側のシールドケース１５の面（図２中の上面）に、排気用の開口部１９（以下、流出部１９とも称する）が設けられると共に、空気流路の入口２０（以下、流入部２０とも称する）が、シールドケース１５の長手方向両端部にそれぞれ設けられ、シールドケース１５内に空気流路が形成されている。また、上記排気用の開口部１９には空気ダクト２１が接続されており、空気ダクト２１の下流側に設けられた吸引用ファン２２により、シールドケース１５内の空気を排気できる構成になっている。

図３中に、矢印にてシールドケース１５内を流れる空気流２３を示す。この空気流２３の流速は、シールドケース１５内への流入部２０で大きい。本実施形態の場合、図４中に示すように、鋸歯電極１４の長手方向に見て、気流の流入部２０である鋸歯電極１４の両端部２４の風速Ａが大きく、中央部２５の風速Ｂが小さい。従って、風速が大きい空間内に存在する両端部２４の鋸歯１７は、中央部２５の鋸歯１７に比べ、空気中の浮遊物が付着し易く汚れ易い。

そこで、汚れ易い部分における鋸歯電極１４の鋸歯間隔を小さくする、つまり放電点を増やすことにより、空気中の浮遊物の付着による帯電ムラを改善することができる。その理由として、通常の鋸歯１７の間隔（例えば１ｍｍ）において図５（ａ）に示されるように隣接する放電領域Ｓ１、Ｓ１…が得られた場合、その隣接する第１の鋸歯どうしの間にもう一つの第２の鋸歯を設けたとすると、図５（ｂ）に示すように、放電領域Ｓ１どうしの間の継ぎ目の部分を中心として、第２の放電領域Ｓ２が、両側の放電領域Ｓ１のそれぞれと重なって生じることになる。従って、第１の鋸歯群と第２の鋸歯群の中の一つの鋸歯が放電不能になっても、他の正常な鋸歯１７により、正常な帯電が確保されることになる。

ただし、このような第１の鋸歯群と第２の鋸歯群から成る鋸歯１７を、鋸歯電極１４の全域に渡って配置すると、副作用としてオゾン濃度が１０〜３０％増加してしまう。また、この増加したオゾンを排気能力の増加で補うとすると、消費電力の増加を招くことになる。

そこで、本実施形態では、帯電装置２の内部に流れる気流の風速に応じて、鋸歯電極１４の長手方向領域を区分し、風速の大きい部分における鋸歯電極１４の鋸歯間隔Ｐ１を、風速の小さい部分における鋸歯電極１４の鋸歯間隔Ｐ２よりも小さくする。すなわち、風速が大きく汚れやすい部分である鋸歯電極１４の両端部２４においては鋸歯間隔を通常より小さくし（例えば１ｍｍ）、これにより放電点を増やして、空気中の浮遊物の付着による帯電ムラを改善する。また、比較的汚れにくい鋸歯電極１４の中央部２５においては、鋸歯間隔を通常通り（例えば２ｍｍ）として必要以上に放電点を増やさないようにし、オゾン発生量及び消費電力を最小限に抑える。これらは鋸歯間隔を変えるだけで、簡単に実現することができる。

＜第２の実施形態＞
図６に本発明の第２の実施形態を示す。第１の実施形態と共通の構成要素には同一の符号は付される。本実施形態においては、帯電装置２の内部への気流の流入部２０は帯電装置２の長手方向の両端側にそれぞれ設けられ、気流の流出部１９は、帯電装置２の長手方向の一端側に設けられる。この構成の下では、帯電装置２の長手方向の一端部の風速Ａが大きくなる。このため、鋸歯電極１４の風速Ａに対応する端部領域においてのみ鋸歯間隔が小さくされている。

＜第３の実施形態＞
図７に本発明の第３の実施形態を示す。第１の実施形態と共通の構成要素には同一の符号が付される。本実施形態においては、帯電装置２の内部への気流の流入部２０は帯電装置２の長手方向の中央部に設けられ、気流の流出部１９は、帯電装置２の長手方向の両端側にそれぞれ設けられる。この構成の下では、帯電装置２の長手方向の中央部分の風速Ｂが大きくなる。そこで、鋸歯電極１４の風速Ｂに対応する中央部２５ａにおいてのみ鋸歯間隔が小さくされている。

＜試作例＞
本発明の効果を確認するため、以下のように試作を行った。

図１０に試作した画像形成装置を示す。これは、放電電極として鋸歯間隔が等ピッチの通常の鋸歯電極２６を使用した帯電装置２とした以外、図３と同じ構成のものであり、帯電装置２の放電により発生するオゾンを排気する吸引機構１８を備えている。

この画像形成装置において、鋸歯電極２６の鋸歯間隔が１ｍｍであるものと２ｍｍであるものの二種類の鋸歯電極２６を用意した。鋸歯電極２６の鋸歯は、尖突起角度θ（図５（ａ）参照）を１０°、尖突起高さｈを２ｍｍに加工した。この鋸歯電極２６における幅方向（長手方向）における３００ｍｍの長さを略１０等分して、鋸歯電極２６の長手方向の数点（分境点の９点）を測定点として選び、風速を測るとともに、帯電ムラのランク評価とオゾン濃度の測定を行った。

風速の測定結果を図１１に、帯電ムラの測定結果を図１２に、オゾン濃度の測定結果を図１３に示す。

帯電ムラの測定条件は、常温常湿環境において白黒比５％の文字パターン画像をＡ４サイズの用紙に連続で５００００枚プリントアウトした後のハーフトーン画像で確認した。評価ランクは、「通常」をランク３、「良い」をランク５、「悪い」をランク０として、５段階に分けた。

一方、オゾン濃度の測定条件は常温常湿環境において、感光体ドラム１（像担持体）の所定位置（測定位置）に穴を空け、感光体ドラム１内部を介して本体外部のオゾン濃度測定器まで吸引を行い測定した。測定は一点ずつ行い、そのとき他の穴は塞いでおいた。また、測定中には画像形成動作は行わず、放電とオゾン吸引のみを行った。オゾン濃度が安定した時点の数値を測定値とした。

鋸歯電極２６における風速は、図１１（鋸歯間隔が２ｍｍの場合を示す）から分かるように、鋸歯電極２６の両端部で特に大きい。これは、帯電装置２と感光体ドラム１（像担持体）の位置構成から両端部に大きな隙間があり、帯電装置２の外部から帯電装置２の内部へ気流が流入する流入部２０が比較的大きく形成されているため、外部の空気が容易に流れ込むことができる構造となっているからである。

さらに、帯電ムラについては、風速の大きい鋸歯電極２６の両端部２４で、帯電ムラが悪化する傾向にあることが分かる（図１２）。これは、風速が大きいと特に空気中の浮遊物を集め易い為であると考えられる。また、評価ランクは、鋸歯間隔が２ｍｍの場合、鋸歯電極２６の端部における放電ムラがランク２であるのに対して、鋸歯間隔が１ｍｍの場合は鋸歯電極２６の端部においてもランク４を保っている（図１２）。これは放電点が増えることにより、一つの鋸歯１７が汚れの付着で放電できなくなっても、隣接する鋸歯１７や近傍の鋸歯１７がそれを補えるだけの放電範囲を有し得る為である（図５（ａ）（ｂ）参照）。よって鋸歯間隔を小さくすることが帯電ムラに対して有効であることがわかる。

しかし、鋸歯電極２６の鋸歯間隔を１ｍｍにした場合、鋸歯間隔が２ｍｍのものと比べると、オゾン濃度が１０〜３０％増加することがわかる（図１３）。これは放電点が増えることでオゾンの発生量も増加する為と考えられる。また、両端部２４においてオゾン濃度が低いのは、風速が大きいので吸引量も大きくなる為であると考えられる。

＜実施例＞
以上の試作結果を踏まえ、本発明の実施例として、風速の大きい部分（両端部２４において５０ｍｍの範囲）の鋸歯間隔Ｐ１が１ｍｍであり、他の部分の鋸歯間隔Ｐ２が２ｍｍである鋸歯電極１４（図４）を作成した。鋸歯電極１４の鋸歯は、尖突起角度θ（図５（ａ）参照）を１０°、尖突起高さｈを２ｍｍに加工した。この鋸歯電極１４を用いた帯電装置２を搭載した画像形成装置（図３）において、帯電ムラ及びオゾン濃度の測定を行った。

この測定条件は、上記試作例と同じとした。すなわち、帯電ムラの測定条件は、常温常湿環境において白黒比５％の文字パターン画像をＡ４サイズの用紙に連続で５００００枚プリントアウトした後のハーフトーン画像で確認した。また、オゾン濃度の測定条件は常温常湿環境において、感光体ドラム１（像担持体）の所定位置（測定位置）に穴を空け、感光体ドラム１内部を介して本体外部のオゾン濃度測定器まで吸引を行い測定した。測定は一点ずつ行い、そのとき他の穴は塞いでおいた。測定中は画像形成動作を行わずに、放電とオゾン吸引のみを行った。オゾン濃度が安定した時点の数値を測定値とした。

この帯電ムラの測定結果を図８に、またオゾン濃度の測定結果を図９に示す。図８から分かるように、帯電ムラは全ての領域において「通常」ランクであるランク３を越えたランク４という高い評価であり、帯電ムラのない良好な良い特性が得られている。またオゾン濃度は、鋸歯電極の長手方向全域にわたって鋸歯間隔を１ｍｍと小さくした場合に較べ、顕著なレベルでオゾン濃度の低減が達成されている。

上記の測定結果から、風速の大きい部分のみ鋸歯電極の鋸歯間隔を小さくすることで、帯電ムラを改善するとともに、オゾン濃度を抑えることが可能であることが分かる。

最後に、本発明の変形例及び好ましい形態について指摘しておく。本発明は、帯電装置自体の構成を変えることなく、その帯電装置に特有の空気の流れに合わせて、鋸歯電極の鋸歯間隔を適宜変える構成とするものであり、その鋸歯間隔および間隔が小さくなる範囲は、装置に応じて適時変更してかまわない。例えば、上記実施形態では、帯電装置２の内部に流れる気流の風速に関し、鋸歯電極１４の長手方向領域を風速の大小に応じて２段に区分しているが、風速の大小関係に応じて３段以上に区分し、風速の大きい第１の部分における鋸歯電極１４の鋸歯間隔を、それより風速の小さいだい２、第３の部分における鋸歯電極１４の鋸歯間隔よりも小さくした構成とすることができる。

また、帯電装置２の内部から帯電装置２の外部へ気流が流出する流出部（開口部）１９は、帯電装置２の流入部（入口）２０とは別個に設けられることが望ましい。このように、流出部１９と流入部２０とが別個に設けられていることで、帯電装置２の内部で発生するオゾンを帯電装置２内に滞留させることなく、効率的に排出させることができる。

さらに、吸引機構１８は、上記流出部１９から流出する気流の下流側に吸引用ファン２２を有することが望ましい。このように、流出部１９の下流側に吸引用ファン２２を設けることで、帯電装置２の内部で発生するオゾンを帯電装置２内に滞留させることなく、より効率的に排出させることができる。

さらに鋸歯電極１４と感光体ドラム１（像担持体）との間には、制御電極１６が設けられることが望ましい。このように、制御電極１６がさらに設けられることで、帯電ムラをより効果的に防止できる。

なお、画像形成装置としては、モノクロ／カラーの複写機、プリンタ、ＦＡＸ、これらの複合機などがあり、このいずれに対しても本発明を適用することができる。

第１の実施形態に係る電子写真方式の画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 第１の実施形態に係る帯電装置と吸引機構を示す概略断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る帯電装置と吸引機構を側方から示した概略図である。 第１の実施形態に係る鋸歯電極を示した側面図である。 第１の実施形態に係る鋸歯電極の鋸歯間隔と放電範囲との関係を示したもので、（ａ）は鋸歯間隔が２ｍｍの場合、（ｂ）は鋸歯間隔が１ｍｍの場合を示した図である。 第２の実施形態に係る帯電装置と吸引機構を側方から示した概略図である。 第３の実施形態に係る鋸歯電極を示した側面図である。 実施例における帯電ムラの測定結果を示すグラフである。 実施例におけるオゾン濃度の測定結果を示すグラフである。 試作例に係る帯電装置と吸引機構を側方から示した概略図である。 試作例における風速の測定結果を示すグラフである。 試作例における帯電ムラの評価結果を示すグラフである。 試作例におけるオゾン濃度の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 感光体ドラム、
２ 帯電装置、
１４ 鋸歯電極、
１５ シールドケース、
１６ 制御電極、
１７ 鋸歯、
１８ 吸引機構、
１９ 開口部（流出部）、
２０ 入口（流入部）、
２１ 空気ダクト、
２２ 吸引用ファン、
２３ 空気流、
２４ 両端部、
２５ 中央部、
２６ 鋸歯電極、
１００ 画像形成装置。

Claims (7)

1. 複数の鋸歯を備えた板状の鋸歯電極を用い、コロナ放電により像担持体を帯電させる帯電装置と、
   コロナ放電により前記帯電装置内部に発生したオゾンを、前記帯電装置内部に気流を発生させることにより吸引して帯電装置外部に排出するための吸引機構と、を備え、
   前記吸引機構により前記帯電装置の内部に発生させられる気流の風速が異なる部分のうち風速の大きい部分における鋸歯電極の鋸歯間隔は、前記風速の大きい部分より風速が小さい他の部分における鋸歯電極の鋸歯間隔よりも小さいことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記帯電装置は、前記帯電装置の外部から内部へ気流が流入するための流入部と、前記帯電装置の内部で発生した気流が流出するための流出部とを有し、
   前記風速の大きい部分は、前記流入部の近傍であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記流入部は、前記帯電装置の長手方向の両端側にそれぞれ設けられ、
   前記流出部は、前記帯電装置の長手方向の中間部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記流入部は、前記帯電装置の長手方向の両端側にそれぞれ設けられ、
   前記流出部は、前記帯電装置の長手方向の一端側に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
5. 前記流入部は、前記帯電装置の長手方向の中央部に設けられ、
   前記流出部は、前記帯電装置の長手方向の両端側にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
6. 前記吸引機構は、前記流出部から流出する気流の下流側に位置するファンを有することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置。
7. 前記鋸歯電極と前記像担持体との間には、制御電極がさらに設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の画像形成装置。

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