JP2008003462A - 像加熱装置及びこの装置に用いられるヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】 画像定着装置で小サイズ紙を連続定着する際の非通紙領域の昇温を抑えられる搬送方向通電方式のヒータの耐久性を高くすることにある。
【解決手段】 給電用コネクタと繋がれる第１の電極と第２の電極の間に、これらの電極とは直接繋がらないＵ字形状の第３の電極を設け、第１の電極と第３の電極の間及び第２の電極と第３の電極の間それぞれに発熱抵抗体を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真記録技術や静電記録技術を用いた複写機やプリンタに搭載される加熱定着装置として用いれば好適な像加熱装置、及びこの装置に用いられるヒータに関する。

特に、画像が形成された記録材をヒータとバックアップ部材間のニップ部に通すことによって画像を加熱する像加熱装置及びこの装置に用いられるヒータに関する。

画像形成装置に搭載する定着装置として、フィルム加熱方式のものが実用化されている。このフィルム加熱方式の定着装置は、プリント指令を待つ待機中の消費電力が少なく、また、ヒータへの通電開始から定着可能温度に達するまでに要する時間が短い等のメリットがある。このフィルム加熱方式の定着装置８は、図６に示すように、セラミックヒータ１３と加圧ローラ１８で定着ニップ部Ｎを形成している。ヒータ１３は円筒状の定着フィルム１２の内周面に接触している。画像を担持する記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎで、画像が定着フィルム１２に接触しつつ搬送される。なお、番号１１はヒータ１３を保持するホルダである。ヒータ１３は、セラミック基板１４と、基板１４上に印刷された発熱抵抗体１５、発熱抵抗体１５を覆うガラスコート層１６、を有する。番号１９は加圧ローラの芯金、番号２０は芯金１９に設けられた弾性層、番号１７はヒータ１３の温度を検知する温度検知素子である。

図７（ａ）、図７（ｂ）はヒータ１３の平面図である。図７（ａ）に示すようにヒータ基板１４に対して発熱抵抗体１５は同等の抵抗値で往復に配置されている。あるいは図７（ｂ）に示すように往路は発熱抵抗体１５で形成され、復路は電極２１で設定されている場合もある。２３は電極の給電コネクタが繋がれる部分を表している。

ところで、このような定着装置を用いた画像形成装置では、小サイズ紙を連続プリントすると、定着ニップ部の長手方向の紙が通過しない領域の温度が過度に上昇する現象（非通紙領域昇温）が発生することが知られている。この非通紙領域昇温の対策の一つとして、特許文献１に示すような搬送方向給電方式のヒータを用いる提案がなされている。
特開２００５−２３４５４０号公報

特許文献１に記載されている搬送方向給電方式のヒータの中でも、ヒータ長手方向の発熱分布を均等に近づけやすい構成が図８（特許文献１の図２）に示したヒータである。このヒータは、第１の電極２１から発熱抵抗体１５への電流の入口である点Ａと、第２の電極２２から発熱抵抗体１５への電流の入口である点Ｃと、を結んだ仮想線が発熱抵抗体１５の対角線に相当する構成である。以下、このような構成を特に対角給電方式と称する。また、給電用コネクタを取り付ける電極接点部はヒータ基板長手方向の一端部に纏めてあるほうがヒータを定着装置に取り付ける際の組み立て性が優れ好ましい。特許文献１のものは、この目的のために、ヒータ基板にスルーホールを設けて基板の裏面にも電極を形成している。

しかしながら、特許文献１のものは、ヒータ基板長手方向の一方の端部に電極接点部を纏める構成で且つ対角給電方式を達成するために、ヒータ基板にスルーホールを設けねばならず、ヒータ基板の耐久性を考慮すると更なる改良の余地があった。

そこで本発明は、特許文献１に開示されているような対角給電方式のヒータのメリットを生かしつつ、更にヒータの耐久性を向上させたヒータ、及びこのヒータを用いた像加熱装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための本発明は、ヒータと、前記ヒータと共にニップ部を形成するバックアップ部材と、前記ヒータに繋がれる第１の給電コネクタと、前記第１の給電コネクタとは電気的に逆極性であり前記ヒータに繋がれる第２の給電コネクタとを有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を搬送しつつ加熱する像加熱装置において、前記ヒータは、基板と、前記基板上に基板長手方向に沿って設けられており前記第１の給電コネクタと繋がれる第１の電極と、前記基板上に前記長手方向に沿って設けられており前記第２の給電コネクタと繋がれる第２の電極と、前記基板上に前記長手方向に沿って設けられており前記第１の電極と前記第２の電極の間に繋がれている発熱抵抗体と、を有し、前記発熱抵抗体は前記長手方向と直交する方向に二本設けられており、前記第１及び第２の電極いずれとも直接繋がっていない第３の電極が二本の前記発熱抵抗体それぞれの長手方向に沿って設けられており、一方の前記発熱抵抗体は前記第１の電極と一方の前記第３の電極との間、他方の前記発熱抵抗体は前記第２の電極と他方の前記第３の電極との間に繋がれており、一方の前記発熱抵抗体と前記第１の電極との接触領域うち電気的に最も第１の給電コネクタに近い位置と、一方の前記発熱抵抗体と一方の前記第３の電極との接触領域のうち電気的に最も第２の給電コネクタに近い位置と、を結ぶ仮想線は一方の前記発熱抵抗体の対角線になっており、他方の前記発熱抵抗体と前記第２の電極との接触領域うち電気的に最も第２の給電コネクタに近い位置と、他方の前記発熱抵抗体と他方の前記第３の電極との接触領域のうち電気的に最も第１の給電コネクタに近い位置と、を結ぶ仮想線は他方の前記発熱抵抗体の対角線になっていることを特徴とする。

更に本発明は、基板と、前記基板上に基板長手方向に沿って設けられており第１の給電コネクタと繋がれる第１の電極と、前記基板上に前記長手方向に沿って設けられており前記第１の給電コネクタとは電気的に逆極性の第２の給電コネクタと繋がれる第２の電極と、前記基板上に前記長手方向に沿って設けられており前記第１の電極と前記第２の電極の間に繋がれている発熱抵抗体と、を有するヒータにおいて、前記発熱抵抗体は前記長手方向と直交する方向に二本設けられており、前記第１及び第２の電極いずれとも直接繋がっていない第３の電極が二本の前記発熱抵抗体それぞれの長手方向に沿って設けられており、一方の前記発熱抵抗体は前記第１の電極と一方の前記第３の電極との間、他方の前記発熱抵抗体は前記第２の電極と他方の前記第３の電極との間に繋がれており、一方の前記発熱抵抗体と前記第１の電極との接触領域うち電気的に最も第１の給電コネクタに近い位置と、一方の前記発熱抵抗体と一方の前記第３の電極との接触領域のうち電気的に最も第２の給電コネクタに近い位置と、を結ぶ仮想線は一方の前記発熱抵抗体の対角線になっており、他方の前記発熱抵抗体と前記第２の電極との接触領域うち電気的に最も第２の給電コネクタに近い位置と、他方の前記発熱抵抗体と他方の前記第３の電極との接触領域のうち電気的に最も第１の給電コネクタに近い位置と、を結ぶ仮想線は他方の前記発熱抵抗体の対角線になっていることを特徴とする。

対角給電方式のヒータのメリットを生かしつつ、耐久性の高いヒータを提供できる。

（実施例１）
（１）画像形成装置例
図１は本発明の像加熱装置を定着装置として搭載した画像形成装置の概略構成図である。

１は矢印の方向に回転するドラム型の電子写真感光体である。Ｍ１はこの感光ドラム１等を駆動するメインモータである。１０３はモータＭ１のコントローラであり、ＣＰＵ１００によって制御される。この感光ドラム１は、帯電ローラ２により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。感光ドラム１の帯電処理面は画像信号に応じて変調されたレーザ光Ｌによって走査され、感光ドラム上には画像信号に応じた静電潜像が形成される。この静電潜像は現像器３から供給されるトナーによって現像される。感光ドラム上に形成されたトナー像は、転写ローラ４によって転写位置Ｔで記録材Ｐ上に転写される。電源７は転写ローラ４に転写バイアスを印加している。その後、トナー像を担持する記録材Ｐは定着器８へ搬送され、トナー像は記録材Ｐ上に加熱定着される。定着処理された記録材Ｐは画像形成装置の外に出力される。なお、５は感光ドラムをクリーニングするクリーナであり、６は記録材の通過タイミングを検知するセンサである。

（２）定着装置（像加熱装置）８
定着装置８は、モータＭ２によって加圧ローラ（バックアップ部材）１８を駆動し、定着フィルム（可撓性のスリーブ）１２が加圧ローラの回転に従動して回転する加圧ローラ駆動タイプである。定着装置８はセラミックヒータ１３と加圧ローラ１８で定着ニップ部Ｎを形成している。ヒータ１３は円筒状の定着フィルム１２の内周面に接触している。画像を担持する記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎで、画像が定着フィルム１２に接触しつつ搬送される。なお、番号１１はヒータ１３を保持するホルダである。ヒータ１３は、セラミック基板１４と、基板１４上に印刷された発熱抵抗体１５、発熱抵抗体１５を覆うガラスコート層１６、を有する。番号１９は加圧ローラの芯金、番号２０は芯金１９に設けられた弾性層、番号１７はヒータ１３の温度を検知する温度検知素子である。

ヒータ１３の発熱抵抗体１５は、トライアック１０１を介してＡＣ電源Ｓに繋がれている。発熱抵抗体１５はＡＣ電源ＳからＡＣ電圧が印加（電力供給）されると発熱する。これにより低熱容量のヒータ１３全体が急速昇温する。ヒータ１３の温度はサーミスタ１７により検知されている。そして、ＣＰＵ１００はサーミスタ１７の検知温度が設定温度を維持するようにトライアック１０１を制御する。制御方法は位相制御や波数制御が好ましい。

定着処理中、記録材Ｐのサイズに拘わらずヒータ１３を所望の温度に保つために、サーミスタ１７は、ヒータ１３の長手方向（図１の紙面に対し垂直な方向）において記録材Ｐの搬送基準付近に配置されている。なお、本実施例の画像形成装置は、記録材の幅方向（＝ヒータの長手方向）中央が画像形成装置内の記録材搬送路の幅方向（＝ヒータの長手方向）中央と一致するように搬送基準が設定されている（中央基準）。ＣＰＵ１００はサーミスタ１７の検知温度が所定の設定温度より低いとヒータ１３が昇温するように、高い場合はヒータ１３が降温するようにヒータ１３への通電を制御する。

（３）ヒータの構成
図２は、本実施例の像加熱装置に搭載するヒータ１３の平面図である。図３は基板１４上に電極及び電極接点部を形成し、且つ発熱抵抗体を形成していない状態のヒータの平面図、図４は本実施例の定着装置の電気回路図である。

１４はアルミナ製のヒータ基板であり、厚さ１ｍｍ、長さ２７０ｍｍ、幅（記録材搬送方向）１４ｍｍのサイズである。２３ａは第１の電極接点部、２３ｂは第２の電極接点部であり、例えばＡｇやＡｇ／Ｐｔなどの電気導電材料（導体）にガラス粉末を混ぜた材料で構成されている。なお、電気導電材料とガラス紛の配合を変えれば所望の体積抵抗値に調整できる。第１の電極接点部２３ａには定着装置に設けられた第１の給電コネクタが取り付けられ、第２の電極接点部２３ｂには定着装置に設けられた第２の給電コネクタが取り付けられる。なお、ここで述べている第１の給電コネクタと第２の給電コネクタは、電気的に逆極性であるもの同士を意味しており、第１の給電コネクタと第２の給電コネクタが物理的に一つの構造物に纏まっていても構わない。

また、基板上には第１の電極２１ａと第２の電極２１ｂが設けられている。第１の電極接点部２３ａは第１の電極２１ａと繋がっており、第２の電極接点部２３ｂは第２の電極２１ｂと繋がっている。第１の電極２１ａは基板１４の一方の長辺近傍に基板長手方向に沿って設けられている。第２の電極２１ｂは基板１４の他方の長辺近傍に基板長手方向に沿って設けられている。また、基板上には第１の電極と第２の電極いずれとも直接繋がっていない第３の電極２１ｃが第１の電極２１ａと第２の電極２１ｂの間に基板長手方向に沿って設けられている。第３の電極２１ｃは二本の電極の一端同士Ｃ２とＣ３を繋いだＵ字形状になっている。

また、基板１４上には二本の発熱抵抗体１５ａと１５ｂが設けられている。一方の発熱抵抗体（第１の発熱抵抗体）１５ａは第１の電極２１ａと一方の第３の電極２１ｃとの間に繋がれており、他方の発熱抵抗体（第２の発熱抵抗体）１５ｂは第２の電極２１ｂと他方の第３の電極２１ｃとの間に繋がれている。二つの発熱抵抗体１５ａ、１５ｂは、いずれもＰＴＣ特性（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）である。

第１の電極２１ａ、第２の電極２１ｂ、第３の電極２１ｃはいずれも幅１ｍｍである。電極２１ａと電極２１ｂの間隔は１０ｍｍ、電極２１ａと電極２１ｃの間隔及び電極２１ｂと電極２１ｃの間隔は３ｍｍに設定してある。また、電極２１ｃ同士の間隔は２ｍｍに設定してある。これらのサイズは、定着装置に要求される性能に合わせて適宜設定すれば良い。

電極接点部２３、電極２１、発熱抵抗体１５は、いずれも厚さ調整の容易なスクリーン印刷によって基板１４上に形成されている。電極２１は電極接点部２３と同じ材料のペーストを用いて基板１４上にスクリーン印刷されている。また、二本の発熱抵抗体１５は共に同じ材料のペーストを用いて基板１４上にスクリーン印刷されている。発熱抵抗体１５ａ、１５ｂの長さは約２２０ｍｍである。発熱抵抗体１５の材料としては、例えば、酸化ルテニウムや、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気抵抗材料にガラス粉末などを混ぜた材料が用いられ、各材料の配合を振ることで抵抗体の体積抵抗値を変えることができる。本実施例ではＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）を採用している。

基板１４上に、まず、電極接点部２３ａ、２３ｂ、及び電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃのペーストを同時にスクリーン印刷し（図３の状態）、その後、発熱抵抗体１５ａ、１５ｂを電極上に重ねてスクリーン印刷している。この後、発熱抵抗体を覆うようにガラス層をスクリーン印刷する。

図２及び図４を参照すれば理解されるように、発熱抵抗体１５ａは第１電極２１ａと第３電極２１ｃ間を流れる電流により発熱するが、給電の入口Ａ１とＣ２が発熱抵抗体１５ａの対角となっている対角給電方式になっている。同様に、発熱抵抗体１５ｂは第２電極２１ｂと第３電極２１ｃ間を流れる電流により発熱するが、給電の入口Ｂ１とＣ３が発熱抵抗体１５ｂの対角となっている対角給電方式になっている。

換言すると、一方の発熱抵抗体１５ａと第１の電極２１ａとの接触領域うち電気的に最も第１の給電コネクタに近い位置Ａ１と、一方の発熱抵抗体１５ａと一方の第３の電極２１ｃとの接触領域のうち電気的に最も第２の給電コネクタに近い位置Ｃ２と、を結ぶ仮想線は一方の発熱抵抗体の１５ａ対角線になっており、他方の発熱抵抗体１５ｂと第２の電極２１ｂとの接触領域うち電気的に最も第２の給電コネクタに近い位置Ｂ１と、他方の発熱抵抗体１５ｂと他方の第３の電極２１ｃとの接触領域のうち電気的に最も第１の給電コネクタに近い位置Ｃ３と、を結ぶ仮想線は他方の発熱抵抗体１５ｂの対角線になっている。

また、図４のように電極２１ａと電極２１ｃの間には無数の抵抗２１ａｒが並列に繋がっているとみなすことができる。同様に、電極２１ｂと電極２１ｃの間には無数の抵抗２１ｂｒが並列に繋がっているとみなすことができる。

そもそも電極の抵抗がゼロ或いは発熱抵抗体の抵抗に対して無視できるほど小さい場合は、それぞれの電極はその長手方向に亘り、給電電位に対し同電位になるので発熱抵抗体は長手方向でほぼ一様に発熱する。しかしながら、電極の抵抗はゼロではないので、電極の長手で電位差が発生し、発熱抵抗体の長手方向で発熱ムラが発生する。この発熱ムラは発熱抵抗体に対する給電の入口の位置によって異なる。

一つの発熱抵抗体に対して設ける第１の電極の給電の入口と第２の電極の給電の入口（交流なので出口でもある）が両方共に基板長手方向において一方の端部側に設けられている場合、その一方の端部側の抵抗値が小さく、他方の端部側の抵抗値が大きくなる。そのため、電流は一方の端部間で流れやすくなり、給電入口側の発熱量と長手方向反対側の発熱量は異なってしまう。

一方、第１の電極の給電の入口と第２の電極の給電の入口を発熱抵抗体の対角となるように設けた場合でも、それぞれの電極の給電入口側から長手方向反対側にかけて電位勾配が発生する。しかしながら、二つの電極の給電の入口が発熱抵抗体の対角となっているので、第１の電極と第２の電極の電位勾配が逆となる。このため、図５に示すように、基板長手方向で両端部側の発熱量が多くなる傾向はあるものの発熱抵抗体の発熱ムラは小さく抑えることが出来る。

以上述べたように、対角給電方式は、発熱分布の均一性を考慮した場合に有利な給電方式であるため、本実施例では対角給電方式を採用している。また、対角給電方式の場合、仮にヒータが長手方向の途中で割れたとしても、この割れた位置で電気回路が開放されることになるので安全性も非常に高いというメリットもある。

更に本実施例では、第１の電極２１ａと第２の電極２１ｂの間に、これら二つの電極のいずれにも直接繋がらないＵ字形状の第３の電極２１ｃを設けている。更に、基板長手方向でＵ字の底部（図２の点Ｃ２と点Ｃ３を繋ぐ部分）が、第１の電極の給電入口Ａ１及び第２の電極の給電入口Ｂ１が設けられた側とは反対側に設けられている。そして、第１の電極２１ａと第３の電極２１ｃを長手方向に亘って繋ぐように第１の発熱抵抗体１５ａを設け、第２の電極２１ｂと第３の電極２１ｃを長手方向に亘って繋ぐように第２の発熱抵抗体１５ｂを設けている。

この構成により、ヒータ基板１４にスルーホールを設けなくても、基板長手方向の一方の端部に二つの電極接点部２３ａ、２３ｂを配置できるので、基板１４の耐久性も高くできる。

なお、対角給電方式で、且つ基板にスルーホールを設けずに二つの電極接点部を基板の一方の端部に配置する構成として、例えば一つの電極を基板上でＵターンさせることも考えられる。しかしながら、この構成の場合、基板上の発熱抵抗体の位置を基板幅方向（長手方向と直交する方向）中央に対して線対称とするのが難しくなる。発熱抵抗体が基板幅方向中央に対して線対称に配置されていない場合、基板に掛かる熱応力が基板幅方向で不均一になりやすく、基板の耐久性低下の原因となる。また、基板の幅を広くすれば、電極をＵターンさせる領域を確保しつつ発熱抵抗体を基板幅方向中央に対して線対称に配置することも可能であるが、この場合、基板の幅が広くなってしまいコストが嵩んでしまう。よって本実施例のような構成にすれば、対角給電方式のヒータのメリットを生かしつつ耐久性の高いヒータを低コストで提供できる。

なお、本実施例では、ヒータ基板の発熱抵抗体配置面を定着フィルム側に設定しているが、ヒータ基板の定着フィルム接触面とは反対側の面に発熱抵抗体を配置する場合にも本発明は有効である。

また、本発明の像加熱装置は画像形成装置の定着装置として利用するものに限らず、記録材に定着済みのトナー像を再度加熱し、画像の光沢性を向上させる光沢付与装置としても利用できる。

本発明の像加熱装置を定着装置として搭載した画像形成装置の概略構成図である。 本実施例の像加熱装置に搭載するヒータ１３の平面図である。 基板１４上に電極及び電極接点部を形成し、且つ発熱抵抗体を形成していない状態のヒータの平面図である。 本実施例の定着装置の電気回路図である。 本実施例のヒータのヒータ長手方向における発熱分布図である。 従来例の定着器の概略断面図である。 従来例のヒータの平面図である。 特許文献１に記載されているヒータの平面図である。

符号の説明

１ 感光体
２ 帯電ローラ
３ 現像手段
４ 転写ローラ
８ 加熱定着装置
１３ ヒータ
１４ ヒータ基板
１５ 発熱抵抗体
１６ 保護層
１８ 加圧ローラ
２１ 電極
２３ 電極接点部

Claims (3)

1. ヒータと、前記ヒータと共にニップ部を形成するバックアップ部材と、前記ヒータに繋がれる第１の給電コネクタと、前記第１の給電コネクタとは電気的に逆極性であり前記ヒータに繋がれる第２の給電コネクタとを有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を搬送しつつ加熱する像加熱装置において、
   前記ヒータは、基板と、前記基板上に基板長手方向に沿って設けられており前記第１の給電コネクタと繋がれる第１の電極と、前記基板上に前記長手方向に沿って設けられており前記第２の給電コネクタと繋がれる第２の電極と、前記基板上に前記長手方向に沿って設けられており前記第１の電極と前記第２の電極の間に繋がれている発熱抵抗体と、を有し、前記発熱抵抗体は前記長手方向と直交する方向に二本設けられており、前記第１及び第２の電極いずれとも直接繋がっていない第３の電極が二本の前記発熱抵抗体それぞれの長手方向に沿って設けられており、一方の前記発熱抵抗体は前記第１の電極と一方の前記第３の電極との間、他方の前記発熱抵抗体は前記第２の電極と他方の前記第３の電極との間に繋がれており、一方の前記発熱抵抗体と前記第１の電極との接触領域うち電気的に最も第１の給電コネクタに近い位置と、一方の前記発熱抵抗体と一方の前記第３の電極との接触領域のうち電気的に最も第２の給電コネクタに近い位置と、を結ぶ仮想線は一方の前記発熱抵抗体の対角線になっており、他方の前記発熱抵抗体と前記第２の電極との接触領域うち電気的に最も第２の給電コネクタに近い位置と、他方の前記発熱抵抗体と他方の前記第３の電極との接触領域のうち電気的に最も第１の給電コネクタに近い位置と、を結ぶ仮想線は他方の前記発熱抵抗体の対角線になっていることを特徴とする像加熱装置。
2. 前記装置は更に、内周面が前記ヒータに接触しつつ回転する可撓性のスリーブを有し、前記ニップ部は前記可撓性のスリーブを介して前記ヒータと前記バックアップ部材により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 基板と、前記基板上に基板長手方向に沿って設けられており第１の給電コネクタと繋がれる第１の電極と、前記基板上に前記長手方向に沿って設けられており前記第１の給電コネクタとは電気的に逆極性の第２の給電コネクタと繋がれる第２の電極と、前記基板上に前記長手方向に沿って設けられており前記第１の電極と前記第２の電極の間に繋がれている発熱抵抗体と、を有するヒータにおいて、
   前記発熱抵抗体は前記長手方向と直交する方向に二本設けられており、前記第１及び第２の電極いずれとも直接繋がっていない第３の電極が二本の前記発熱抵抗体それぞれの長手方向に沿って設けられており、一方の前記発熱抵抗体は前記第１の電極と一方の前記第３の電極との間、他方の前記発熱抵抗体は前記第２の電極と他方の前記第３の電極との間に繋がれており、一方の前記発熱抵抗体と前記第１の電極との接触領域うち電気的に最も第１の給電コネクタに近い位置と、一方の前記発熱抵抗体と一方の前記第３の電極との接触領域のうち電気的に最も第２の給電コネクタに近い位置と、を結ぶ仮想線は一方の前記発熱抵抗体の対角線になっており、他方の前記発熱抵抗体と前記第２の電極との接触領域うち電気的に最も第２の給電コネクタに近い位置と、他方の前記発熱抵抗体と他方の前記第３の電極との接触領域のうち電気的に最も第１の給電コネクタに近い位置と、を結ぶ仮想線は他方の前記発熱抵抗体の対角線になっていることを特徴とするヒータ。

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