JP2008116491A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置の電源部ひいては画像形成装置において、より一層の省エネルギー化を達成する。
【解決手段】電源部１３０を、コントローラ部１１５に電力を供給する第１電源１２８と、エンジン部１２０に電力を供給する第２電源１２９とに二分する。第１電源１２８は２次側にスーパーキャパシタを有し、このスーパーキャパシタの電位に応じて１次側の発振回路の間欠発振と発振停止を交互に行わせる。具体的には、第１電源は、スーパーキャパシタの電位が所定値以上である場合、１次側の発振回路の間欠発振を停止し、スーパーキャパシタの電位が所定値より落ち込んだ場合に１次側の発振回路の間欠発振を開始する。第２電源の１次側の発振回路は、画像形成装置の待機時の発振周波数を画像形成動作時の発振周波数より低くする。第２電源は、省エネルギーモード時に１次側の発振回路の発振を停止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真複写機や電子写真プリンタ等の画像形成装置に関する。

最近、世界各国で電子機器の消費電力に関する規制が実施されており、画像形成装置においても記録速度に応じて待機モードにおける消費電力が規格化されている。

また、この種の装置では、原稿コピーなど行っていない時期に相当する待機時に節電を行う、いわゆる待機モードが知られている。この待機モードより省エネルギー効果を高めたものとして、いわゆる低消費電力モードを設けることが提案されている。

特に、この省エネルギーモードのことをＥＳＳ（Energy Save Standby）モードと呼ぶことがある。通常の待機モードとＥＳＳモードとの切替はソフトウエアスイッチ等によりユーザが設定可能になっている。

通常、ＥＳＳモードを実現させるためには電源を、常時通電している第１の電源と、ＯＮ／ＯＦＦ可能な第２の電源とに分け、通常動作時や待機時は２つの電源を動作させ、ＥＳＳモード時は、装置本体の回路をスリープモードなどの低消費電力モードに移行させた後、第２の電源をＯＦＦさせ、第１電源のみ動作させる。低消費電力モード時に、一方の電源を活かしておくのは次の理由による。すなわち、最近の画像形成装置は、スタンドアローンで存在するのではなく、ＬＡＮやＵＳＢ、ＦＡＸ回線などで外部機器と接続されているため、外部機器からのプリント要求などにより本体が起動する必要があるからである。このため、装置本体ではこの起動要因により、本体を低消費電力モードから待機モードに復帰させる必要がある。

しかし、装置回路側（２次側）にて、スリープモードなどの低消費電力モードに移行したとしても、現在要求されている省エネ時の電力が１Ｗ以下となると、いくら２次側の消費電流を下げたとしても１次側の発振回路にて消費される電力があるため、なかなか更なる電力削減を行うことは難しくなっている。これは、電源としては、通常、消費電流が高いところにて効率の最適化（一番効率が良くなる）されるようになっているため、消費電流が低い状態になると効率が５０％を切るところまで落ち込んでしまうからである。すなわち、すべての領域にて効率を上げることが難しいため、これ以上の省電力化は難しくなっている。

また、省エネルギーモード時の電力を抑えるため、出力直流電源電圧を例えば３．３Ｖしか活かさないようにすると、ＵＳＢなど５Ｖ電源を使う部分に通常モードへの起動要因が発生しても起動できないという状況がありえる。このため、出力直流電源電圧の本数（出力チャンネル）を最小限にすることが難しく、これも消費電力を下げることが難しい原因の１つとなっている。

また、通常、省エネルギーモード時においては、ＣＰＵなどをスリープ状態にし必要最小限の電源しか活かさない状態にするため、ＥＳＳ状態から通常の動作に復帰させる場合においては電源ＯＮ時と同様な初期化動作が必要となるためユーザが使用可能な状態になるまでには時間がかかるという問題もある。

本発明はこのような背景においてなされたものであり、その目的は画像形成装置の電源部ひいては画像形成装置において、より一層の省エネルギー化を達成することにある。

本発明による画像形成装置は、コントローラ部とエンジン部とを含む画像形成装置本体に電源を供給する電源装置を備えた画像形成装置において、コントローラ部に電力を供給するスイッチング電源である第１電源と、エンジン部に電力を供給するスイッチング電源である、前記第１電源と独立した第２電源とを備え、前記第１電源は２次側にスーパーキャパシタを有し、このスーパーキャパシタの電位に応じて前記第１電源の１次側の発振回路の発振と発振停止を交互に行わせることを特徴とする。

スーパーキャパシタは非常に大きな静電容量を有するので、第１電源はその１次側の発振回路の発振を間欠的に行わせても、コントローラ部に必要な電力を供給することができる。すなわち、コントローラ部の動作を正常に維持しつつ、１次側の発振回路は間欠的に停止状態となる。

前記第１電源は、例えば、前記スーパーキャパシタの電位が所定値以上である場合、前記１次側の発振回路の発振を停止し、前記スーパーキャパシタの電位が前記所定値より落ち込んだ場合に前記１次側の発振回路の発振を開始する。

前記第２電源の１次側の発振回路は、画像形成装置の待機時の発振周波数を画像形成動作時の発振周波数より低くするようにしてもよい。

前記第２電源は、複数の異なる直流電圧を出力し、待機時にはそのうち最も高い直流電圧のみをほぼその半分の電圧にまで低下させるようにしてもよい。

前記第２電源は、省エネルギーモード時に前記１次側の発振回路の発振を停止するようにしてもよい。
前記第１電源および第２電源の発振は好ましくは一定周期で間欠的に発振を行う間欠発振である。このように発振を間欠的に行うことによっても省エネルギー効果がある。

本発明によれば、電源部を第１電源および第２電源に分け、第１電源の２次側にスーパーキャパシタを設け、スーパーキャパシタの電位を常に監視しキャパシタの電位が所定値より低下した場合のみ一次側の発振回路を動作させるようにしたため電源の効率を落とすことなく省エネルギーを達成することが可能となる。すなわち、第１の電源の電力消費はスーパーキャパシタの充電に必要な電力が主であるので消費電力を低減し低い電力の電源構成にて済む。

また、第２電源においては、省エネルギーモード時に発振を停止することにより、画像形成装置として低消費電力化を達成可能である。さらに、第２の電源においては待機時に発振周波数を半分に落とし且つ省エネルギーモード時は発振を停止するため、たとえ容量が大きな電源であっても低電力時の効率の悪化を防ぐことが可能となる。

以上から、本発明では、従来省エネルギーモード時に達成していた消費電力値を待機時に達成可能となる。その結果、省エネルギーモードに頻繁に移行させる必要がなくなり、省エネルギーモードからの起動による装置初期化動作が不要になるのでタイムロスがなくなる。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の画像形成装置の一例としての複写機の概略構成を示した図である。

複写機本体１００は、ユーザの操作にしたがって、原稿台１０３上の原稿を光源１０１を用いて露光し、原稿からの反射光をミラー１０２等の光学系を用いてＣＣＤ１０４へ投影する。ＣＣＤ１０４では、受けた光を電気信号へ変換してコントローラ部（図２の１１５）へ転送する。コントローラ部では、受信した電気信号を画像処理し、ビデオ信号へ変換しエンジン部（図２の１２０）へ送信する。エンジン部では、送られてきたビデオ信号をレーザドライバ（図２の１２１）へ出力する。レーザドライバでは、送られたビデオ信号に応じてレーザ光１０６をＯＮ／ＯＦＦ制御する。一方、静電ドラム１０７の表面は帯電部１０８により帯電される。レーザ光１０６は、ポリゴンミラー１０５で左右方向に振られて、静電ドラム１０７上に原稿に応じた静電潜像が形成される。この潜像は、静電ドラム１０７の近傍に配設された現像ユニット１０９により現像された後、転写ローラ１１０により記録紙に転写される。トナー像を載せた記録紙は定着部１１２にて紙に定着され、排紙部１３２に排出される。

図２は、複写機本体１００の電源により動作するハードウェアを示す回路ブロック図を示す。この複写機本体１００の構成は、大略、コントローラ部１１５とエンジン部１２０とに分けられる。コントローラ部１１５は原稿の読み取りおよび画像処理を担当し、エンジン部１２０は画像形成機構による印刷処理を担当する。電源部１３０は、第１電源１２８と、この第１電源１２８と独立した第２電源１２９の２系統に分けられている。第１電源１２８は、主にコントローラ部１１５上のＣＰＵなどの主要デバイスに電源を供給し、第２電源１２９はそれ以外のエンジン部１２０等の部分に電源を供給する。これは、省エネルギーモード（ＥＳＳモード）時に、電源ＯＦＦが可能な部分と可能でない部分で分けたものである。画像形成装置は、スタンドアローンで存在しているわけでなく、外部機器と接続されているため、ＥＳＳ状態においても外部からのプリントコマンドの受信等のイベントにより起動する必要があるからである。第２電源１２９から電力を供給するエンジン部１２０は、複写機においてＥＳＳモード時に電源を遮断することが可能な部分である。

コントローラ部１１５には、操作部１１４、光学モータ１１６、アナログ処理部１１７、ランプ制御部１１８、等が接続される。アナログ処理部１１７はＣＣＤ１０４に接続され、その検出信号を処理する。ランプ制御部１１８は、図１の光源１０１を構成するランプ１１９に接続され、これを制御する。

エンジン部１２０には、メインモータ１２４、原稿スキャナ部（ポリゴンモータ１２３、レーザドライバ１２１、レーザダイオード１２２）が接続される。コントローラ部１１５とエンジン部１２０との間は、ビデオＩ／Ｆ１２５により相互に接続され、両者の間の通信やコントローラ部１１５からエンジン部１２０へのビデオ信号の送信などに用いられる。また、コントローラ部１１５からエンジン部１２０へ、ＥＳＳ状態への移行を指示するためのＥＳＳ信号１２６が供給される。

コントローラ部１１５は電源制御（ＰＷＣＴＬ）信号１２７により第２電源１２９をＯＮ／ＯＦＦ制御したり、その１次側発振回路の発振周波数を切り替えたりする。また、コントローラ部１１５は、発振モード切換信号１３１を第１電源１２８に供給し、その連続発振と間欠発振とを切り換えて行うよう制御する。間欠発振とは一定周期で所定振幅の発振と停止を交互に繰り返す動作をいう。

コントローラ部１１５は、省エネルギーのためのＥＳＳ状態への移行時に、まずＥＳＳ信号１２６をＯＮした後、自身をスリープ状態に移行させ、次にＰＷＣＴＬ信号１２７を制御して、エンジン部１２０への供給電源を落とすことで省エネルギーを満足させる。このためエンジン部１２０については、電源投入時またはＥＳＳモードからの復帰時の両方とも、電源オフから動作が始まる。その結果、ＥＳＳモードからの復帰時は常に前多回転などの初期動作を行うこととなり、モータや駆動部の寿命や感光ドラムの寿命に大きな影響が発生する。後述するように、本発明によればこのような省エネルギーモードへの移行の必要性が低減される。

図３に、電源部１３０の具体的な構成例を示す。上述のように、電源部１３０は、第１電源１２８と第２電源１２９とからなる。

第１電源１２８は、一般的なスイッチング電源と類似しているが、スーパーキャパシタ１６を用いている点、および、この電圧に基づいて１次側の発振をＯＮ／ＯＦＦ制御する点が異なっている。スーパーキャパシタ１６は、電気二重層コンデンサとも呼ばれ、従来の単なる平滑用のキャパシタと比べて非常に大きな静電容量を有するコンデンサである。

より具体的には、交流電源１１に接続された１次側発振回路１２は、交流電圧を整流・平滑し、この出力を所定の周波数でスイッチングしてトランス１３の１次巻線に印加する。トランス１３の２次巻線の出力はダイオード１４およびキャパシタ１５により整流・平滑される。また、この整流出力はスーパーキャパシタ１６に接続される。この電源の出力は直流５Ｖの例を示している。この５Ｖから、シリーズレギュレータなどの回路１０により３．３Ｖ出力が得られる。出力電圧Ｖｏ１は比較器１８により基準電位Ｖｒ１と比較され、この比較出力がエミッタ接地トランジスタ１９のベースに印加される。この比較器１８は、基準電圧Ｖｒ１を閾値として動作するが、実際には、いわゆるヒステリシスをもって基準電圧Ｖｒ１近傍で二重の閾値をもって動作する。トランジスタ１９のコレクタは、フォトカプラ２０の１次側ダイオードのカソードに接続される。フォトカプラ２０の２次側のフォトトランジスタのエミッタは接地され、コレクタが発振ＯＮ／ＯＦＦ信号１３３として１次側発振回路１２に接続される。この発振モード切換信号１３１は、１次側発振回路１２に大して電源立ち上げ時の連続発振から間欠発振に動作モードを切り換えるための信号である。なお、スーパーキャパシタ１６と並列に接続されるキャパシタ１５は省略することも可能である。

第２電源１２９は、基本的には第１電源１２８と同様のスイッチング電源であるが、細部で異なる。具体的には、交流電源２１に接続された１次側発振回路２２は、交流電圧を整流・平滑し、この出力を所定の周波数でスイッチングしてトランス２３の１次巻線に印加する。トランス２３の２次巻線の出力はダイオード２４およびキャパシタ２５により整流・平滑され、２４Ｖの直流電圧を出力する。また、この２４Ｖ出力から、シリーズレギュレータなどの回路２６，２７によりそれぞれ、５Ｖおよび３．３Ｖの直流電圧が得られる。２４Ｖの出力電圧Ｖｏ２から直列抵抗で分圧された比較電圧は比較器２８により基準電位Ｖｒ２と比較され、この比較出力がエミッタ接地トランジスタ２９のベースに印加される。トランジスタ２９のコレクタは、フォトカプラ３０の１次側ダイオードのカソードに接続される。フォトカプラ３０の２次側のフォトトランジスタのエミッタは接地され、コレクタがデューティ制御信号２３３として１次側発振回路２２に接続される。１次側発振回路２２は、２次側の出力電圧を安定化するため、デューティ制御信号２３３に応じて、一定周期の発振のＯＮデューティが制御される。また、１次側発振回路２２には、外部から、ＰＷＣＴＬ信号１２７として、電源停止信号３１および発振周波数切替信号３２が入力される。電源停止信号３１は、ＥＳＳ信号のＯＮ時に第２電源１２９の発振を停止させて電源出力の停止を指示するための信号である。発振周波数切替信号３２は、印刷中の発振周波数を待機時には低下させるよう周波数の切替を指示する信号である。本例では待機時の発振周波数を印刷中の発振周波数の半分とする。

以下、本実施の形態の電源部の動作を説明する。

図４は、第１電源のスーパーキャパシタ１６の電位と１次側発振回路１２の動作を表した波形図である。装置本体の電源がＯＮされると（時点ｔ０）、１次側発振回路１２の連続発振が開始し、スーパーキャパシタ１６（およびキャパシタ１５）が急速に充電され、キャパシタ電位が急激に上昇する。キャパシタ電位が所定値に達するであろう時点ｔ１で、発振モード切換信号１３１により第１電源を連続発振から間欠発振に切り換え、装置本体の初期動作が開始される。比較器１８へ印加されるスーパーキャパシタ１６の電位は基準電圧Ｖｒ１以上であるので、トランジスタ１９のベースが高レベルとなってフォトカプラ２０が駆動され、１次側発振回路１２を停止させる。これにより、トランス１３の動作が停止し、スーパーキャパシタ１６の電位が低下していく。時点ｔ３でスーパーキャパシタ１６の電位が基準電圧Ｖｒ１より低下したとき、比較器１８の出力が低レベルとなり、トランジスタ１９の駆動が停止され、フォトカプラ２０から１次側発振回路１２へ発振ＯＮが指示される。これにより、１次側発振回路１２の発振が再開され、スーパーキャパシタ１６の電位が上昇していく。

図５は、第１電源１２８のハードウェア動作を模式的に示したフローチャートである。

時点ｔ０（図４）で本体の電源スイッチがＯＮされると、第１電源１２８が起動し、スーパーキャパシタ１６を速やかに充電するため１次側発振回路１２が連続発振を開始する（Ｓ１１）。比較器１８によりキャパシタ１６の電位が監視される（Ｓ１２）。また、電源ＯＮ直後は、比較器１８の出力によりトランジスタ１９はＯＦＦしている。時点ｔ１（図４）でコントローラ部１１５からの発振モード切換信号１３１により動作モードが連続発振から間欠発振に切り換えられる（Ｓ１３）。また、コントローラ部１１５により装置の初期動作が実行開始される。

時点ｔ２（図４）で、大容量のスーパーキャパシタ１６の充電電圧が基準電圧Ｖｒ１以上であることを比較器１８が検知すると（Ｓ１４，Ｙｅｓ）、フォトカプラ２０を介して発振ＯＮ／ＯＦＦ信号１３３により１次側発振回路１２をＯＦＦさせることにより発振が停止する（Ｓ１５）。この時点ｔ２より前の時点ｔ２’で初期動作は終了している。その後、時点ｔ３（図４）でキャパシタ１６の電位がＶｒ１より低下したとき（Ｓ１４，Ｎｏ）、比較器１８およびフォトカプラ２０を介して１次側発振回路１２へ発振ＯＮが指示され、間欠発振が再開される（Ｓ１３）。その後、スーパーキャパシタ１６の電位が基準電圧Ｖｒ１以上となったとき、再度、１次側発振回路１２の間欠発振が停止する（Ｓ１５）。ステップＳ１３〜Ｓ１５の動作は反復して行われる。上述したように間欠発振の中で発振と停止が一定周期で繰り返されるが、その周期は、停止期間（ｔ２〜ｔ３）に比べて十分短い時間である。また、停止期間（ｔ２〜ｔ３）の長さはキャパシタ電位の変化によって変わりうる。

このようにして、第１電源１２８は、装置の電源がＯＮしキャパシタ１６が充電された後は、キャパシタ１６の電位に応じて、１次側発振回路１２が間欠発振と発振停止とを交互に繰り返す。この繰り返しの周期は、スーパーキャパシタ１６の静電容量が従来のキャパシタ１５に比べて非常に大きいため、放電がより緩慢となり、装置の動作中にも、１次側発振回路を比較的長時間ＯＦＦしていることが可能となる。

図６は、装置の動作モードと第１電源および第２電源の動作状態との関係を示したタイミング図である。

上述のように、第１電源はスーパーキャパシタ１６の充放電によるその電位の変化に応じて断続的に間欠発振と発振停止を繰り返すが、印刷中には消費電力が増加するため間欠発振の継続時間が長くなる。また、第２電源については、印刷中は１次側発振回路２２はフル発振モードで所定の発振周波数で発振を行うが、待機時にはハーフ発振モードで前記所定の発振周波数の半分の周波数で発振を行う。この切替はコントローラ部１１５からの発振周波数切替信号３２に応じて行われる。また、図示しないが、第２電源の１次側発振回路２２は、ハーフ発振モードおよびフル発振モードのいずれにおいても、間欠的に発振を行うようにしてもよい。

図７はＥＳＳ信号と第１電源および第２電源の動作状態との関係を示したタイミング図である。ＥＳＳ信号がＯＮになった場合には、コントローラ部１１５がスリープ状態になりその消費電力が低下するので、第１電源の間欠発振と発振停止における停止時間が長くなるとともに、間欠発振と発振停止の繰り返し周期も長くなる。ＥＳＳ信号がＯＮの期間中、第２電源は待機時のハーフ発振モードから発振停止状態となる。

図８は、以上説明した本実施の形態における各種期間（印刷中、待機時、ＥＳＳモード信号ＯＮ時）における各部（第１電源、第２電源、コントローラ部、エンジン部）の状態を表形式にまとめて示した図である。

図９に、第２電源１２９のハードウェア動作を模式的に示したフローチャートを示す。

装置本体の電源がＯＮされると、１次側発振回路２２が正規の周波数での発振（フル発振）を開始することにより第２電源が起動する（Ｓ２１）。その後、プリント要求があれば（Ｓ２２，Ｙｅｓ）、プリントが開始され、その終了を待つ（Ｓ２３）。プリントが終了した後、プリント要求がない状態が所定時間経過したとき（Ｓ２４，Ｙｅｓ）、本体待機状態（モータなどの駆動回路が動作していない時）に移行する（Ｓ２５）。そこで、前記フル発振の周波数より低い（ここではほぼ半分の）周波数での発振を行う（Ｓ２６）。その結果、待機時には、２次コイルの出力が直接影響する最も高い直流電圧（２４Ｖ）のみがほぼその半分の電圧（１２Ｖ）にまで低下する。１２Ｖより低い出力を得る回路回路２６，２７の出力は変わらない。その後、装置で設定された時間の経過後、ＥＳＳ状態に入る。ＥＥＳ状態に入ったら（Ｓ２６，Ｙｅｓ）、第２電源の発振を停止する（Ｓ２８）。その後、第２電源をＥＳＳ状態から起動させる何らかの要因（例えばプリント要求やＦＡＸ受信等）が発生するかどうかを監視する（Ｓ２９）。そのような要因が発生したら、ステップＳ２１のフル発振状態へ戻る。

このように、第２電源は、プリント中はフル発振動作を行い、待機時はハーフ発振動作を行い、ＥＳＳモード時は発振停止、の３種類の動作を装置本体の状態によって使い分けている。第１電源と第２電源とを組み合わせることにより、ＥＳＳモード時だけでなく、待機時においても省電力を達成可能である。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記で言及した以外にも種々の変形、変更を行うことが可能である。例えば、本発明の画像形成装置は、複写機を例として説明したが、プリンタ、ファクシミリ機、これらの複合機等であってもよい。

本発明の画像形成装置の一例としてのデジタル複写機の概略構成を示した図である。 図１に示した複写機本体の複写機本体の電源部を利用するハードウェアを示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態における電源部の具体的な構成例を示す図である。 図３に示した電源部の第１電源のキャパシタの電位と１次側発振回路の動作を表した波形図である。 図３に示した電源部の第１電源のハードウェア動作を模式的に示したフローチャートである。 本発明の実施の形態における装置の動作モードと第１電源および第２電源の動作状態との関係を示したタイミング図である。 本発明の実施の形態におけるＥＳＳ信号と第１電源および第２電源の動作状態との関係を示したタイミング図である。 本発明の実施の形態における各種期間における各部の状態を表形式にまとめて示した図である。 図３に示した電源部の第２電源のハードウェア動作を模式的に示したフローチャートである。

符号の説明

１１…交流電源
１２…発振回路
１３…トランス
１６…スーパーキャパシタ
１８…比較器
１９…トランジスタ
２０…フォトカプラ
２１…交流電源
２２…１次側発振回路
２３…トランス
２５…キャパシタ
２８…比較器
２９…トランジスタ
３０…フォトカプラ
３１…電源停止信号
３２…発振周波数切替信号
１００…複写機本体
１１４…操作部
１１５…コントローラ部
１２０…エンジン部
１２６…ＥＳＳ信号
１２７…ＰＷＣＴＬ信号
１２８，１２９…電源
１３０…電源部
１３１…発振モード切換信号
１３２…排紙部
１３３，２３３…発振ＯＮ／ＯＦＦ信号

Claims (6)

1. コントローラ部とエンジン部とを含む画像形成装置本体に電源を供給する電源装置を備えた画像形成装置において、
   コントローラ部に電力を供給するスイッチング電源である第１電源と、
   エンジン部に電力を供給するスイッチング電源である、前記第１電源と独立した第２電源とを備え、
   前記第１電源は２次側にスーパーキャパシタを有し、このスーパーキャパシタの電位に応じて前記第１電源の１次側の発振回路の発振と発振停止を交互に行わせる
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１電源は、前記スーパーキャパシタの電位が所定値以上である場合、前記１次側の発振回路の発振を停止し、前記スーパーキャパシタの電位が前記所定値より落ち込んだ場合に前記１次側の発振回路の発振を開始することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記第２電源の１次側の発振回路は、画像形成装置の待機時の発振周波数を画像形成動作時の発振周波数より低くすることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記第２電源は、複数の異なる直流電圧を出力し、待機時にはそのうち最も高い直流電圧のみをほぼその半分の電圧にまで低下させることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記第２電源は、省エネルギーモード時に前記１次側の発振回路の発振を停止することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記第１電源および第２電源の発振は一定周期で間欠的に発振を行う間欠発振である請求項１〜５のいずれかに記載の画像形成装置。

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