JP2008140701A - Fixing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィルム加熱方式の加熱装置、及び該加熱装置を像加熱装置もしくは加熱定着装置として具備した画像形成装置に関する。 The present invention relates to a film heating type heating apparatus and an image forming apparatus provided with the heating apparatus as an image heating apparatus or a heat fixing apparatus.
従来、電子写真方式の複写機やプリンター、静電記録装置等の画像形成装置において、被記録材(転写材シート・静電記録紙・エレクトロファックス紙・印字用紙等)の面に適宜の作像プロセス手段にて形成担持させた未定着画像(トナー画像)を被記録材面に永久固着画像として加熱定着させる定着装置(定着器)としては、熱ローラ方式の装置が多用されている。 Conventionally, in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, or an electrostatic recording apparatus, an appropriate image is formed on the surface of a recording material (transfer material sheet, electrostatic recording paper, electrofax paper, printing paper, etc.). As a fixing device (fixing device) for heating and fixing an unfixed image (toner image) formed and supported by a process means as a permanently fixed image on a recording material surface, a heat roller type device is frequently used.
これは、加熱用回転体としての加熱ローラ(定着ローラ)と、これに圧接させた加圧用回転体としての弾性加圧ローラを基本構成とし、この一対のローラを回転させて該両ローラの圧接ニップ部である定着ニップ部(加熱ニップ部)に、未定着画像を形成担持させた被記録材を導入して定着ニップ部を挟持搬送通過させることで、加熱ローラからの熱と定着ニップ部の加圧力にて未定着画像を被記録材面に永久固着画像として熱圧定着させるものである。近時は、フィルム加熱方式の加熱装置が画像形成装置における加熱定着装置等として実用されている。 This is basically composed of a heating roller (fixing roller) as a heating rotator and an elastic pressure roller as a pressure rotator pressed against the heating roller, and the pair of rollers are rotated to press the two rollers. The recording material on which an unfixed image is formed and supported is introduced into the fixing nip portion (heating nip portion), which is a nip portion, and is passed through the fixing nip portion so that the heat from the heating roller and the fixing nip portion An unfixed image is fixed to the surface of the recording material as a permanently fixed image by heat and pressure. Recently, a heating device of a film heating system has been put into practical use as a heat fixing device or the like in an image forming apparatus.
これは、例えば特開昭63−313182号公報、特開平2−157872号公報、同4−44075〜44083号公報、同4−204980〜204984号公報等に提案されており、固定支持させた加熱体と、この加熱体と摺動する耐熱性フィルムと、このフィルムを挟んで加熱体と圧接ニップ部である定着ニップ部(加熱ニップ部)を形成する加圧部材と、を有し、定着ニップ部のフィルムと加圧部材との間に被加熱材としての未定着画像を形成担持させた被記録材を導入してフィルムと一緒に定着ニップ部を挟持搬送通過させることで、フィルムを介した加熱体からの熱と定着ニップ部の加圧力にて未定着画像を被記録材面に永久固着画像として熱圧定着させるものである。また、例えば、画像を担持した被記録材を加熱して艶などの表面性を改質する像加熱装置、仮定着処理する像加熱装置、その他、シート状の被加熱材を加熱処理する装置として広く使用できる。 This is proposed, for example, in JP-A-63-313182, JP-A-2-157787, JP-A-4-44075-44083, JP-A-4-204800-204984, etc. A heat-resistant film that slides against the heating body, and a pressure member that forms a fixing nip portion (heating nip portion) that is a pressure nip portion with the heating body sandwiched between the film and a fixing nip The recording material that forms and supports the unfixed image as the heated material is introduced between the film and the pressure member, and the fixing nip portion is sandwiched and passed together with the film. An unfixed image is fixed on the surface of the recording material as a permanently fixed image by heat and heat from a heating member and a pressure applied to the fixing nip portion. In addition, for example, as an image heating device that heats a recording material carrying an image to improve the surface properties such as gloss, an image heating device that performs a hypothetical process, and other devices that heat-treat a sheet-like heated material Can be widely used.
このようなフィルム加熱方式の加熱装置は、加熱体として所謂セラミックヒータ等の低熱容量線状加熱体を、フィルムとして薄膜の低熱容量のものを用いることができるために短時間に加熱体の温度が昇温して定着ニップ部の所定温度への立ち上がりを迅速にすることができるので、待機中に加熱体の通電加熱を行なう必要がなくなり、被加熱材としての被記録材をすぐに通紙しても被記録材が定着部位である定着ニップ部に到達するまでには加熱体を所定温度まで昇温させることができ、熱ローラ方式などの他の接触加熱方式の装置に比べて、省電力化やウエイトタイムの短縮化(クイックスタート性)が可能であり、オンデマンドな定着装置(フィルム型オンデマンド定着器)を構成することができる。 In such a film heating type heating apparatus, a low heat capacity linear heating body such as a so-called ceramic heater can be used as a heating body, and a thin film having a low heat capacity can be used as a film. Since the temperature rises and the rise of the fixing nip to a predetermined temperature can be made quickly, there is no need to energize the heating element during standby, and the recording material as the material to be heated is immediately passed. However, it is possible to raise the temperature of the heating element to a predetermined temperature before the recording material reaches the fixing nip portion, which is a fixing part, and power saving compared to other contact heating type devices such as a heat roller type. And shortening the wait time (quick start property), and an on-demand fixing device (film-type on-demand fixing device) can be configured.
また、フィルム加熱方式の加熱装置は、フィルムの駆動方式として、フィルムにエンドレスベルト状あるいは円筒状のものを用い、該フィルムの内周面側に駆動ローラを配設し、この駆動ローラを含む複数本の部材間にフィルムをテンションを加えて懸回張設して駆動ローラによりフィルムを回転駆動する駆動方式と、フィルムをフィルムガイドにルーズに外嵌させ(テンションレス)、フィルムを挟んで加熱体と圧接ニップ部を形成する加圧部材としての加圧用回転体を駆動することで、フィルムを加圧用回転体に対して従動回転させる加圧用回転体駆動方式がある。 The film heating type heating device uses an endless belt or cylindrical film as the film driving system, and a driving roller is disposed on the inner peripheral surface side of the film, and a plurality of driving rollers including the driving roller are provided. A drive system in which a film is tensioned and stretched between members and the film is rotated by a drive roller, and the film is loosely fitted to the film guide (tensionless), and the heating element is sandwiched between the films. There is a pressurizing rotator driving system in which a film is driven to rotate with respect to the pressurizing rotator by driving a pressurizing rotator as a pressurizing member that forms a pressure nip portion.
上記後者の加圧用回転体駆動方式の装置は前者の装置よりも部品点数が少なくて済む等のことから、近年は該後者の加圧用回転体駆動方式の装置が採用されることが多い。 The latter pressurizing rotating body drive system apparatus requires fewer parts than the former apparatus, and therefore the latter pressurizing rotating body drive system apparatus is often used in recent years.
図4に、フィルム加熱方式・加圧用回転体駆動方式・テンションレスタイプの加熱定着装置の従来例の概略構成を示した。(a)は該装置の横断面模型図、(b)はフィルムガイドの上流側の正面図、(c)はフィルムガイドの下流側の正面図である。 FIG. 4 shows a schematic configuration of a conventional example of a film heating method, a pressing rotary member driving method, and a tensionless type heat fixing device. (A) is a cross-sectional model view of the apparatus, (b) is a front view on the upstream side of the film guide, and (c) is a front view on the downstream side of the film guide.
1は横断面略半円弧状樋型の横長のフィルムガイド(フィルムガイド部材、ステイ)であり、耐熱性、電気絶縁性で、高い加重に耐えられる剛性部材である。
2は加熱体として所謂セラミックヒータ(以下、ヒータと略記する)であり、フィルムガイド1の下面のほぼ中央部に部材長手に沿って設けた溝部1bに表面側を下向きに露呈させて嵌入して固定支持させた薄肉・横長の部材である。
3は加熱用回転体としての円筒状の耐熱性フィルム(以下、定着フィルムと記す)であり、ヒータ2を含むフィルムガイド1に対して周長に余裕を持たせた形でルーズに外嵌させてあり、フィルムガイド1は定着フィルム3を内面から支える。
4は加圧用回転体(加圧部材)としての加圧ローラであり、芯金4aと、弾性層4bと、最外層の離型層4cからなり、不図示の軸受部材・加圧バネにより所定の押圧力をもってフィルムガイド1の下面側に固定支持させたヒータ2の下向き表面に対して定着フィルム3を挟ませて圧接させて圧接ニップ部である定着ニップ部(加熱ニップ部)Nを形成させている。
加圧ローラ4は駆動手段Mにより矢印の反時計方向に回転駆動される(加圧用回転体駆動方式)。この加圧ローラ4の回転駆動による該ローラ4の外面と定着フィルム3の外面との、定着ニップ部Nにおける圧接摩擦力で定着フィルム3に回転力が作用して、該定着フィルムはその内面が定着ニップ部Nにおいてヒータ2の下向き表面に密着して摺動しながら矢印の時計方向aに加圧ローラ4の回転周速度にほぼ対応した周速度をもってフィルムガイド1の外回りを従動回転状態になる。
The
この場合、フィルムガイド1の外回りを従動回転する円筒状の定着フィルム3はその周長の定着ニップ部Nとその近傍部の定着フィルム部分以外の定着フィルム部分はテンションフリー(テンションが加わらない状態)の状態にある。
In this case, the
而して、加圧ローラ4が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム3がフィルムガイド1の外回りを従動回転状態になり、ヒータ2に通電がなされて該ヒータ2の発熱で定着ニップ部Nの温度が所定に立ち上がって温調された状態において、定着ニップ部Nに未定着画像(トナー画像)Tを形成担持させた被記録材Pが導入され、定着ニップ部Nにおいて被記録材Pの未定着画像担持面側が定着フィルム3の外面に密着して定着フィルム3と一緒に定着ニップ部Nを挟持搬送されていく。
Thus, the
この被記録材の挟持搬送過程において、ヒータ2の熱が定着フィルム3を介して被記録材に付与され、被記録材P上の未定着画像Tが加熱加圧定着される。
In the process of nipping and conveying the recording material, the heat of the
被記録材Pは定着ニップ部Nを通過すると定着フィルム3の外面から曲率分離して搬送される。
When the recording material P passes through the fixing nip N, the recording material P is conveyed from the outer surface of the
フィルムガイド1は、横断面において、下面のほぼ中央部に該部材の長手に沿ってヒータ嵌入溝部1bを設けたフィルムガイド本体部分1aと、該本体部分1aを中にしてフィルム回転方向上流側と同下流側の両側にそれぞれ本体部分1aに一連に設けた上流側フィルムガイド部分1c及び下流側フィルムガイド部分1dと、上流側フィルムガイド部分1cと下流側フィルムガイド部分1dにそれぞれ該各部分1c・1dの長手に沿って所定の間隔をあけて複数本具備させた骨状(棒状)のリブ1e等からなる。
In the cross section, the
リブ1eは円筒状定着フィルムの内周方向に沿う円弧状としてあり、定着フィルム内面を支える。フィルムガイド1を構成している上記のフィルムガイド本体部分1a、上流側フィルムガイド部分1c、下流側フィルムガイド部分1d、リブ1e等は全体に同一材料の一体成形品である。
ところで、これまでのフィルム加熱方式の定着装置では、オンデマンド性を持たせるため熱容量を小さくする必要があり、そのために以下のような問題点があった。 By the way, in the conventional film heating type fixing device, it is necessary to reduce the heat capacity in order to provide on-demand characteristics, and there are the following problems.
即ち、フィルム加熱方式の定着装置を用いた画像形成装置においては、定着ニップ部Nにおいて、定着フィルム3を介してヒータ2から直接に紙等の被記録材P上の未定着画像(トナー画像)に熱を与えるが、定着フィルム3を内面から支えるフィルムガイド1によって定着フィルム3の熱が部分的に奪われる。定着フィルム3は熱ローラ方式の装置における定着ローラと異なり熱容量が小さいので、熱を奪われた部分は温度が低下して定着ニップ部Nに再び進入するが、この温度バラツキによって、定着ニップ部N内で部分的に熱量不足、熱量過多となって、定着の度合いが変わり、定着ムラが発生して画像上にムラができるおそれがある。
That is, in an image forming apparatus using a film heating type fixing device, an unfixed image (toner image) on a recording material P such as paper directly from the
この問題はフィルム加熱方式でオンデマンドの定着装置をプロセススピードの速い定着装置に展開させることで目立ってきており、特に定着装置が室温状態の時に顕著である。 This problem has become conspicuous by deploying an on-demand fixing device using a film heating method to a fixing device having a high process speed, and is particularly noticeable when the fixing device is at room temperature.
より具体的に、フィルムガイド1の各リブ1e上に位置対応する定着フィルム部分の温度と、各リブ1e・1e間に位置対応する定着フィルム部分の温度を比較すると、前者の温度は後者の温度よりも低い状態になる。これは、フィルムガイド1の各リブ1e上に位置対応する定着フィルム部分はリブ1eとの接触あるいはリブ1eに接近することでリブ1eに熱を奪われるのに対して、各リブ1e・1e間に位置対応する定着フィルム部分はリブ1e・1e間でフィルムが何も接触しない空間になっていてリブ1eとの接触あるいはリブ1eに接近することによる奪熱がないためである。このような現象はとくにフィルムガイド上流側のリブで起こりやすい。これは、フィルムが加圧ローラの回転駆動力により上流側から下流側へ力を受けることで、上流側のリブに接近、接触しやすくなるからである。
More specifically, when the temperature of the fixing film portion corresponding to the position on each
そして、フィルムガイド1のとくに上流側において、各リブ1e上に位置対応する定着フィルム部分の温度と、各リブ1e・1e間に位置対応する定着フィルム部分の温度との温度差が比較的大きくなると、その定着フィルム表面の温度バラツキによって、定着ニップ部N内で部分的に熱量不足、熱量過多となり、定着の度合いが変わり、定着ムラが発生して画像上にムラができるおそれがある。
When the temperature difference between the temperature of the fixing film portion corresponding to the position on each
図7にそのような現象の一つである「リブ跡」が生じた画像を模式的に示した。リブ跡とはベタ黒画像をプリントした場合に、定着装置のフィルムガイド1のリブ1eに位置対応する画像部分に定着フィルムの温度差による定着ムラがスジ状の濃度ムラとなって生じるものである。図7において、taがリブ跡部分であり、ベタ黒画像がフィルムガイド1のリブ1eに位置対応する画像部分だけテカリ(黒光り状になる)が生じ、各リブ1e・1e間に位置対応する画像部分に比べて黒が濃くなる。
FIG. 7 schematically shows an image in which “rib marks” as one of such phenomena occur. The rib mark is a nonuniform fixing due to a temperature difference of the fixing film as a stripe density unevenness in an image portion corresponding to the
図5(a)は、本発明の従来例2におけるフィルム加熱定着装置の概略構成を示した横断面模型図、図5(b)は、本発明の従来例2におけるフィルムガイド上流側の断面図、図5(c)は、本発明の従来例2におけるフィルムガイド下流側の断面図である。 FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of the film heating and fixing apparatus in Conventional Example 2 of the present invention, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the upstream side of the film guide in Conventional Example 2 of the present invention. FIG.5 (c) is sectional drawing of the film guide downstream in the prior art example 2 of this invention.
上記図7の対策として、図5(b) のように、上流側のリブ1eの長手方向の幅bを短くする構成が提案されている。この構成によると、リブの幅bを短くすることで上流側のリブ1eとフィルム3との接触面積Sが小さくなるため、フィルムの同じ位置から多量に熱が奪われるのを防ぐことができ、リブとリブ間とでフィルム部分からフィルムガイドに奪われる熱量の差を小さくすることができる。
As a countermeasure against the above-mentioned FIG. 7, a configuration has been proposed in which the longitudinal width b of the
しかし、この構成はフィルムの内面が削れ易くなるという弊害がある。これは、リブが細くなるとフィルムと接触している部分の摺擦する角度が鋭くなることに加え、接触面積が小さくなることで接触している部分における単位面積あたりの摺擦力が局部的に高まることによる。しかもこの現象は、プロセススピードが速く、製品寿命が長いほど顕著となり、条件が厳しいと最終的にフィルムが破損する可能性もある。 However, this configuration has a detrimental effect that the inner surface of the film is easily scraped. This is because when the rib is thinned, the rubbing angle of the part in contact with the film becomes sharper, and the rubbing force per unit area in the part in contact with the contact area is reduced locally. By increasing. Moreover, this phenomenon becomes more prominent as the process speed is faster and the product life is longer, and if the conditions are severe, the film may eventually be damaged.
このように、フィルムガイドの上流側に具備されるリブの表面積や曲率に応じて、例えば表面積が大きく、なめらかな形状の場合はフィルムに温度ムラが生じ、逆の場合はフィルムの内面の削れが悪化するように、これら2つの問題がトレードオフの関係になってしまう。 Thus, depending on the surface area and curvature of the rib provided on the upstream side of the film guide, for example, the surface area is large and the shape is smooth, the film has temperature unevenness, and vice versa. To make it worse, these two problems are in a trade-off relationship.
そこで、これらが両立するための条件を、表面積、曲率に関して、従来例1、2から換算してみた。 Therefore, the conditions for satisfying these requirements were converted from the conventional examples 1 and 2 with respect to the surface area and the curvature.
(1)表面積:
(2)曲率:回転方向、
(3)曲率:長手方向
このような条件を満たす形状として、例えば長さmm、横幅mmがある。さらには、図に示すような円形でも良い。ただし、リブの本来の目的はフィルムと適度に接触させることでフィルムの回転軌道を安定させることでもある。そのためには、4つ目の条件として、リブがフィルムガイドの根元部分1aから付け根部分1zにいたるできるだけ長い範囲内にわたり存在することが望ましい。
(1) Surface area:
(2) Curvature: direction of rotation,
(3) Curvature: Longitudinal direction As a shape satisfying such conditions, for example, there are a length mm and a width mm. Further, it may be circular as shown in the figure. However, the original purpose of the rib is to stabilize the rotation trajectory of the film by bringing it into appropriate contact with the film. For this purpose, as a fourth condition, it is desirable that the ribs exist as long as possible from the
しかし、従来のように、縦に長い形状のリブを長手方向に等間隔に並べるような構成では、前記4つの条件を同時に満たすことは不可能である。 However, it is impossible to satisfy the above four conditions at the same time in the conventional configuration in which the vertically long ribs are arranged at equal intervals in the longitudinal direction.
そこで本発明は、フィルム加熱方式の加熱装置において、前述の条件を満たすリブの形状、配置を考案することにより、フィルムを高速に、かつ、長時間回転させてもフィルムが破損することなく、高品質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することを目的としている。 In view of this, the present invention provides a film heating type heating device that devises the shape and arrangement of ribs that satisfy the above-described conditions, so that even if the film is rotated at a high speed for a long time, the film is not damaged. An object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of forming a quality image.
本発明は、下記の構成を特徴とするフィルム加熱方式の加熱装置、及び該加熱装置を像加熱装置もしくは加熱定着装置として具備した画像形成装置である。 The present invention is a film heating type heating apparatus having the following configuration, and an image forming apparatus including the heating apparatus as an image heating apparatus or a heat fixing apparatus.
(1)固定支持された加熱体と、内面がこの加熱体と摺動し、外面が被加熱部材と接し共に移動するフィルムと、を有し、該フィルムを介した加熱体からの熱により被加熱部材を加熱する加熱装置において、フィルムを内面から支えるフィルムガイドの上流側にフィルムの回転方向に沿ってリブが複数存在し、該複数あるリブの長手方向の位置が各々のリブで重ならないことを特徴とする加熱装置。 (1) A fixedly supported heating body, and a film whose inner surface slides on the heating body and whose outer surface moves in contact with the member to be heated, and is covered by heat from the heating body through the film. In the heating device for heating the heating member, there are a plurality of ribs along the rotation direction of the film on the upstream side of the film guide that supports the film from the inner surface, and the longitudinal positions of the plurality of ribs do not overlap each other. A heating device characterized by.
(2)フィルムガイドの上流側にフィルムの回転方向に沿ってリブが複数存在し、該複数あるリブの形状がフィルムの回転方向の位置に応じて異なることを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。 (2) The plurality of ribs exist along the rotation direction of the film on the upstream side of the film guide, and the shape of the plurality of ribs varies depending on the position in the rotation direction of the film. Heating device.
(3)フィルムガイドの上流側に複数存在するリブのうち、フィルムを挟んで加熱体と被加熱体が相互圧接される加熱ニップ部に近いリブほど、該リブの長手方向の幅が広く、長手方向及びフィルム回転方向の凸面の曲率が大きいことを特徴とする請求項1、2に記載の加熱装置。
(3) Among the plurality of ribs existing on the upstream side of the film guide, the rib closer to the heating nip where the heated body and the heated body are pressed against each other across the film is wider in the longitudinal direction of the rib. 3. The heating device according to
(4)フィルムを挟んで加熱体と相互圧接して被加熱材の加熱ニップ部を形成する加圧部材を有することを特徴とする請求項1または2に記載の加熱装置。
(4) The heating apparatus according to
(5)フィルムが円筒状部材若しくはエンドレスベルト状部材であることを特徴とする請求項1または2に記載の加熱装置。
(5) The heating apparatus according to
(6)加圧部材が回転駆動され、この加圧部材の回転によりフィルムが移動することを特徴とする請求項4または5に記載の加熱装置。
(6) The heating apparatus according to
(7)被加熱材が加熱処理あるいは熱定着すべき画像を担持した被記録材であることを特徴とする請求項1、2に記載の加熱装置。
(7) The heating apparatus according to
(8)被記録材に担持させた画像を加熱処理あるいは熱定着する像加熱装置若しくは加熱定着装置として備えたことを特徴とする請求項1ないし7の何れかに記載の画像形成装置。 (8) The image forming apparatus according to any one of (1) to (7), wherein the image forming apparatus is provided as an image heating device or a heat fixing device that heats or fixes an image carried on a recording material.
以上説明したように本発明によれば、フィルム加熱方式の加熱装置について、フィルムガイドの上流側にフィルムの回転方向に沿って2つのリブを設け、各々のリブが長手方向の位置で重ならないようにすると、フィルムの同じ位置から多量の熱が奪われるのを防ぐことができ、リブとリブ間でフィルム部分からフィルムガイドに奪われる熱量の差を小さくすることができる。 As described above, according to the present invention, in the film heating type heating apparatus, two ribs are provided on the upstream side of the film guide along the rotation direction of the film so that the ribs do not overlap at the longitudinal position. In this case, it is possible to prevent a large amount of heat from being taken from the same position of the film, and to reduce the difference in the amount of heat taken from the film portion to the film guide between the ribs.
更には、リブの形状について、ニップに近い側のリブのみを太く滑らかな形状とすることで、従来ほどフィルムの温度ばらつきを悪化させることなく、フィルム内面の削れを緩和させることもできる。 Furthermore, with respect to the shape of the rib, by making only the rib close to the nip thick and smooth, it is possible to alleviate the shaving of the inner surface of the film without deteriorating the temperature variation of the film as conventionally.
以上により、フィルム加熱方式の加熱装置について、フィルム表面の温度ばらつきを減少させて、フィルム表面の温度ばらつきによる被加熱材の加熱ムラを防止すること、加熱装置にあってはフィルム表面の温度ばらつきによって、定着ニップ部内で部分的に熱量不足、熱量過多となって、定着ムラが発生して、画像上にリブ跡などのムラができるのを防止できる。更には、フィルム加熱方式の加熱装置について、フィルム内面の削れを緩和することで、フィルムが局部的に薄くなり、最悪の場合フィルムが破損するような事態を防止すること、加熱定着装置にあってはフィルムが局部的に薄くなることによる画像の乱れや、フィルムが破損することによる定着装置の故障を防止でき、安全かつ高品質の状態で長時間使用することが可能となる。 As described above, with respect to the heating device of the film heating method, it is possible to reduce the temperature variation of the film surface and prevent the heating unevenness of the material to be heated due to the temperature variation of the film surface. In the fixing nip portion, the amount of heat is partially insufficient and the amount of heat is partially increased, so that it is possible to prevent uneven fixing and unevenness of rib marks on the image. Furthermore, with regard to the heating device of the film heating method, by reducing the abrasion of the inner surface of the film, the film is locally thinned, and in the worst case, the situation in which the film is damaged is prevented. Can prevent image distortion due to local thinning of the film and failure of the fixing device due to film damage, and can be used for a long time in a safe and high quality state.
(実施例1)(図1・図2)
(1)画像形成装置例
図1は本発明に従うフィルム加熱方式の加熱装置を定着装置として具備した画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンターである。
(Example 1) (FIGS. 1 and 2)
(1) Example of Image Forming Apparatus FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of an image forming apparatus provided with a film heating type heating device according to the present invention as a fixing device. The image forming apparatus of this example is a laser beam printer using a transfer type electrophotographic process.
11は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体(以下、感光ドラムと記す)である。OPC、アモルファスシリコン等の感光材料の層をアルミニウムやニッケル等のシリンダ状の基体上に形成して構成されている。そして、矢印の時計方向に所定の周速度(プロセススピード)をもって回転駆動される。
感光ドラム11は回転過程において、まず、帯電装置としての帯電ローラ12によって所定の極性・電位に一様に帯電される。
In the rotation process, the
次に、露光装置としてのレーザースキャナ13による、目的の画像情報パターンに対応したレーザービーム走査露光Lを受ける。これにより回転感光ドラム11面に目的の画像情報パターンに対応した静電潜像が形成される。
Next, a laser beam scanning exposure L corresponding to a target image information pattern is received by a
レーザースキャナ13は不図示のホストコンピュータ等の外部装置から送られた目的の画像情報パターンの時系列電気デジタル画素信号に対応してON/OFF制御(強度変調)したレーザー光Lを出力し、このレーザー光で回転感光ドラム11の一様帯電処理面を走査露光する。
The
回転感光ドラム11面に形成された静電潜像は現像装置14でトナー現像されて可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、2成分現像法等が用いられ、イメージ露光と反転現像との組み合わせで用いられることが多い。
The electrostatic latent image formed on the surface of the rotating
回転感光ドラム11面に形成されたトナー像は、感光ドラム11と転写ローラ15とで形成される転写ニップ部において、該転写ニップ部に所定の制御タイミングにて給送された被記録材(転写材)Pに対して順次に転写される。転写ローラ15には不図示の電源から所定の転写バイアスが所定の制御タイミングにて印加され、感光ドラム11上のトナー像は転写バイアスの作用で被記録材Pに転写される。
The toner image formed on the surface of the rotating
本例の画像形成装置においては、給紙カセット21からのカセット給紙モードと、手差しトレイ27からの手差し給紙モードを選択して被記録材を給紙することができる。
In the image forming apparatus of this example, a recording material can be fed by selecting a cassette paper feeding mode from the
カセット給紙モードの場合は、給紙カセット21内に積載収納させた被記録材Pが給紙ローラ22と不図示1枚分離部材とによって1枚分離給送され、シートパス23→第1センサ(後端検知センサ)24→レジストローラ25→第2センサ(レジストセンサ)26の経路を通って転写ニップ部に所定の制御タイミングにて給送される。
In the cassette paper feed mode, the recording material P stacked and stored in the
手差し給紙モードの場合は、手差しトレイ27から装置に差し入れた被記録材Pが給紙ローラ28で装置内に引き込まれ、シートパス29→第1センサ(後端検知センサ)24→レジストローラ25→第2センサ(レジストセンサ)26の経路を通って転写ニップ部に所定の制御タイミングにて給送される。
In the manual feed mode, the recording material P inserted into the apparatus from the
第1センサ24で被記録材サイズ検知がなされる。被記録材サイズ検知は第2センサ26で行っても良い。被記録材Pはレジストローラ25によって、感光ドラム11表面に形成されたトナー像と同期を取り転写ニップ部に供給される。
The size of the recording material is detected by the
転写ニップ部にてトナー像の転写を受けてトナー像を保持した被記録材Pは回転感光ドラム11面から順次に分離されてシートパス17を通って加熱定着装置18へ搬送され、定着装置の定着ニップ部で加熱・加圧されて、トナー像が被記録材P上に定着され永久画像となり、排紙ローラ19で機外の排紙トレイ20へ排出される。
The recording material P that has received the toner image at the transfer nip portion and holds the toner image is sequentially separated from the surface of the rotary
一方、被記録材Pに対するトナー像転写後(被記録材分離後)に感光ドラム11上に残留する転写残留トナーはクリーニング装置16により感光ドラム11表面より除去され、清掃された感光ドラム11表面は繰り返して作像に供される。
On the other hand, the transfer residual toner remaining on the
(2)加熱定着装置18
図2の(a)は加熱定着装置18の概略構成を示した横断面模型図、(b)はフィルムガイドの上流側の正面図、(c)フィルムガイドの下流側の正面図、(d)は加熱体としてのセラミックヒータの横断面模型図である。
(2)
2A is a cross-sectional model diagram showing a schematic configuration of the
本例の加熱定着装置18は、前述した図4の加熱定着装置と同様に、フィルム加熱方式・加圧用回転体駆動方式・テンションレスタイプの加熱定着装置である。図4の加熱定着装置と共通する構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。またこの装置18の加熱定着動作・原理は図4の装置と同様であるのでその再度の説明は省略する。
The heat-fixing
a.フィルムガイド1
フィルムガイド1は、耐熱性、電気絶縁性で、高い加重に耐えられる剛性材料、例えば、液晶ポイマー、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PAI(ポリアミドイミド)、PI(ポリイミド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等で構成される。
a.
The
このフィルムガイド1の上流側には本発明に従って2つのリブが設けられている。これについては後述する。
Two ribs are provided upstream of the
b.セラミックヒータ2
加熱体としてのセラミックヒータ2は、本例のものは、(d)の横断面模型図のように、
・アルミナ(Al2 O3 )等の電気絶縁性・耐熱性・良熱伝導性の横長・薄肉のセラミック基板(ヒータ基板)2a
・このセラミック基板2aの表面側に基板長手に沿って細帯状パターンに銀−パラジウム等の通電発熱材料のペーストを印刷等して形成具備させた通電発熱体層2b
・通電発熱体層2bの保護と絶縁性を確保するために、通電発熱体層2bを具備させたセラミック基板表面を被覆させたガラスコーティング層2c
・セラミック基板2aの裏面側に接着して具備させた検温素子としてのチップサーミスタ2d
等からなる。
b.
As for the
・ Aluminum (Al2 O3), etc., electrical insulation, heat resistance, good thermal conductivity, horizontally long, thin ceramic substrate (heater substrate) 2a
An energization
A
A chip thermistor 2d as a temperature measuring element adhered to the back side of the ceramic substrate 2a
Etc.
電源Vから通電発熱体層2bに電力制御されたAC電流を流すことにより発熱させる。検温素子としてのチップサーミスタ2dの温度検知情報が制御回路30に入力し、制御回路30はその入力情報に基づいてヒータ駆動手段31をして電源Sから通電発熱体層2bに対する電力を適切に制御させる。より具体的には、非通紙時の一定時間ヒータ2への通電をOFF又はONした時間内の温度変化をチップサーミスタ2dにより検知し、この検知結果を基にヒータ2の目標温度を決定して、ヒータ駆動手段31を制御してヒータ2への電力制御を行いヒータ温度を目標温度(プリント温度)に保つ構成となっている。
Heat is generated by supplying a power-controlled AC current from the power supply V to the energization
c.定着フィルム3
定着フィルム3は、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、膜厚を総厚100μm以下、好ましくは40μm以下20μm以上とした、耐熱性・離型性・強度・耐久性等のあるPTFE、PFA、PPS等の単層フィルム、或いはポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES等のフィルム表面にPTFE、PFA、FEP等を離型総としてコーティングした複合層フィルムである。
c. Fixing
The fixing
d.加圧ローラ4
加圧部材としての加圧ローラ4は、芯金4a上に、シリコーンゴム等の耐熱性ゴムを形成した弾性層4b、或いはシリコーンゴムを発泡して成るスポンジ弾性層4bを構成した回転体で、弾性層4b上にはPFA、PTFE、FEP等のフッ素樹脂から成る耐熱離型チューブ層4cを形成したものである。
d.
The
本例における加圧ローラ4はその外径は20.0mmであり、芯金4aの外径は13mmである。
The outer diameter of the
加圧ローラ4は不図示のバネにより、フィルムガイド1の下面の溝部1bに嵌入して保持させた加熱体としてのセラミックヒータ1の下面に定着フィルム3を介して圧接して所定幅の定着ニップ部Nを形成させて配されており、図5の装置と同様に駆動系Mにより回転駆動され、この加圧ローラ4の回転駆動による該ローラ4の外面と定着フィルム3の外面との、定着ニップ部Nにおける圧接摩擦力で定着フィルム3に回転力が作用して、該定着フィルムはその内面が定着ニップ部Nにおいてヒータ2の下向き表面に密着して摺動しながら矢印の時計方向aに加圧ローラ4の回転周速度にほぼ対応した周速度をもってフィルムガイド1の外回りを従動回転状態になる。
The
(3)フィルムガイド1
フィルムガイド1はヒータ2をじかに貼ってその高温に耐える必要がある。小サイズ紙をプリントして非通紙部分ができた場合、フィルムガイド1の温度は部分的に300度近くになるため、フィルムガイド1は耐熱性の高い液晶ポリマー(LCP)(熱変形温度335度品、商品名エコノールE、E5008グレード、住友化学)を使用している。
(3)
The
(4)フィルムガイド1のリブ1h、1i
本実施例におけるフィルムガイド上のリブを図2の(a)と(b)に図示する。
(4) Ribs 1h, 1i of
The ribs on the film guide in this embodiment are shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
本実施例におけるリブはフィルム内面の削れとフィルムの局部的な温度ムラを同時に改善する目的で設けられ、その形状、及び、配置に関して、以下2点の特徴を持つ。 The ribs in this embodiment are provided for the purpose of simultaneously improving the shaving of the film inner surface and local temperature unevenness of the film, and have the following two features with respect to the shape and arrangement.
1つ目の特徴は、フィルムの回転方向に対して上側と下側に分割して2つのリブ、リブ1hとリブ1iを設けた点である。上側のリブ1hと下側のリブ1iの形状は、両者ともに長さaが4mm、長手方向の横幅bが3mm、高さcが1.5mmであり、各々、長手方向に沿って10mm間隔に規則的に並び、リブの本数は各22本ある。 The first feature is that two ribs, rib 1h and rib 1i, are divided into an upper side and a lower side with respect to the rotation direction of the film. The shape of the upper rib 1h and the lower rib 1i is such that the length a is 4 mm, the lateral width b in the longitudinal direction is 3 mm, and the height c is 1.5 mm. There are 22 ribs each.
二つ目の特徴は、前記上側のリブ1hと下側のリブ1iが長手位置で重ならないことである。各々のリブの位置は長手方向で5mmずつ互い違いに設けられている。 The second feature is that the upper rib 1h and the lower rib 1i do not overlap in the longitudinal position. The positions of the ribs are alternately provided by 5 mm in the longitudinal direction.
なお、これら上流側のリブ1h、1iは、フィルムガイド本体1a、下流側のリブ1eと同一材料の一体成型品からなる。
The upstream ribs 1h and 1i are formed by integrally molding the same material as the
(1)定着フィルムの温度測定
ここで、図1、2に示す新規リブ1h、1iを具備する定着装置(本実施例)と、図4に示す従来例1の定着装置(比較例1)について、各々の定着フィルム温度を定着ニップ部Nのフィルム回転方向上流側近傍で測定した。測定方法は熱電対を定着フィルム表面に接触させて、プリントしながら温度測定を行った。その結果を表1に示す。
(1) Fixing Film Temperature Measurement Here, a fixing device (this embodiment) having the new ribs 1h and 1i shown in FIGS. 1 and 2 and a fixing device of Conventional Example 1 (Comparative Example 1) shown in FIG. Each fixing film temperature was measured in the vicinity of the upstream side of the fixing nip N in the film rotation direction. As a measuring method, a thermocouple was brought into contact with the surface of the fixing film, and temperature was measured while printing. The results are shown in Table 1.
表1から明らかなように、1枚目ではリブ上とリブ間の定着フィルムの温度差が、比較例1が25℃であるのに対して、本実施例では8℃であった。プリントを続けて10枚目では、リブとリブ間の定着フィルムの温度差が、従来例1が15℃、本実施例では5℃であった。 As is clear from Table 1, the temperature difference between the fixing film on the ribs and between the ribs in the first sheet was 8 ° C. in Comparative Example 1 compared to 25 ° C. On the 10th sheet after printing, the temperature difference between the ribs and the fixing film between the ribs was 15 ° C. in Conventional Example 1 and 5 ° C. in this example.
比較例1は、上流側のリブ1eの長さaが14mm、横幅bが3mm、高さcが2mmであり、比較的表面積が広く、リブとも接近、接触しやすい形状であるのに対して、比較例2では、上流側のリブ1eの長さaが14mm、横幅bが1mm、高さcが1mmであり、比較的表面積が小さく、リブとも接近、接触しにくい形状であるため、フィルムの同じ位置から多量の熱が奪われるのを防ぐことができる。一方で、本実施例では、リブの横幅bが3mmで比較例1と同じ幅広ではあるが、上下でリブを1hと1iに分割して、リブの長さをわずか4mmまで短くすることでフィルムとの接触面積を減らしており、しかも、各々のリブが長手方向の位置で重ならないようにすることで、フィルムの同じ位置から多量の熱が奪われるのを防ぐことができる。そのため、本実施例はのほうがリブ、リブ間とのフィルム部分からフィルムガイドに奪われる熱量の差を小さくすることができる。
In Comparative Example 1, the length a of the
(2)画像チェック
次に、図1、2に示す本実施例の装置と図4に示す従来例1の定着装置(比較例1)について、室温状態から、普通紙(厚さ64g/m2)をべた黒で連続プリントしてリブ跡の発生具合を見た。
(2) Image check Next, from the room temperature state, plain paper (thickness 64 g / m2) for the apparatus of this embodiment shown in FIGS. 1 and 2 and the fixing apparatus of Comparative Example 1 (Comparative Example 1) shown in FIG. I printed it continuously in solid black to see how the rib marks were generated.
その結果を表2に示す。 The results are shown in Table 2.
(3)フィルム内面の削れ量測定
図6(a)に本発明の従来例1におけるフィルム加熱定着装置の概略構成を示した横断面模型図、(b)に本発明の従来例1におけるフィルムガイド上流側の断面図、(c)に本発明の従来例1におけるフィルムガイド下流側の断面図を示す。
(3) Measurement of amount of chipping on the inner surface of the film FIG. 6 (a) is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of the film heating and fixing device in Conventional Example 1 of the present invention, and FIG. 6 (b) is a film guide in Conventional Example 1 of the present invention. Sectional drawing of the upstream side, (c) shows a sectional view of the downstream side of the film guide in Conventional Example 1 of the present invention.
フィルム内面の削れ量を確認するため、図1、2に示す本実施例と図6に示す従来例3の定着装置(比較例)について、それぞれの定着フィルムの膜厚を上流側リブ(本実施例:リブ1i 、比較例:リブ1g )に相当する長手位置で測定した。その結果を表3に示す。 In order to confirm the amount of abrasion on the inner surface of the film, the thickness of each fixing film is set to the upstream rib (this embodiment) for the fixing device (comparative example) shown in FIGS. 1 and 2 and the conventional example 3 shown in FIG. Example: Measured at a longitudinal position corresponding to rib 1i and comparative example: rib 1g). The results are shown in Table 3.
表中の値はリブ位置に相当するフィルムの膜厚を5個所測定し、平均化したものである。 The values in the table are obtained by averaging five film thicknesses corresponding to rib positions.
回転前のフィルムの膜厚は、本実施例、比較例ともに71〜72μmでほぼ同じだが、回転後の膜厚は、本実施例で66μm、比較例で55μmある。300時間回転後のフィルムの削れ量で比較すると、本実施例で5μm、比較例で17μmと大きく異なる。 The film thickness before rotation is almost the same at 71 to 72 μm in both the present example and the comparative example, but the film thickness after rotation is 66 μm in the present example and 55 μm in the comparative example. When compared with the amount of film scraping after rotation for 300 hours, this example is significantly different from 5 μm in this example and 17 μm in the comparative example.
比較例(従来例3)は、形状の同じ2つのリブ1f、1gが長手方向の位置で重なるように配置されており、その形状は長さaが8mm、横幅bが1mm、高さcが1mmの細長く鋭利なものである。それに対して、本実施例は、形状の異なる2つのリブ1h、1iが長手位置で重ならないように配置されており、とくに、ニップ面に近い下側のリブ1iは長手方向の幅を広くとり、滑らかな形状としている。 In the comparative example (conventional example 3), two ribs 1f and 1g having the same shape are arranged so as to overlap each other in the longitudinal direction, and the shape is 8 mm in length a, 1 mm in width b, and c in height. It is 1mm long and narrow. On the other hand, in this embodiment, the two ribs 1h and 1i having different shapes are arranged so as not to overlap each other at the longitudinal position. In particular, the lower rib 1i near the nip surface has a wide longitudinal width. It has a smooth shape.
これは、ニップ面に近づくほどフィルムはリブと接近しやすくなり、また、リブと摺擦する頻度も高くなるため、この部分のリブの形状を幅広の滑らかな形状にすることで激的にフィルム内面の削れを緩和できるからである。更には、本実施例では、2つのリブが長手位置で重ならないように配置されているため、フィルムが同じ長手位置で繰り返し摺擦される頻度、時間を減らすことができ、リブ位置におけるフィルムの削れ量を大幅に緩和できる。 This is because the closer the nip surface is, the easier the film gets closer to the ribs, and the more frequently it rubs against the ribs. This is because the inner surface can be reduced. Furthermore, in this embodiment, since the two ribs are arranged so as not to overlap at the longitudinal position, it is possible to reduce the frequency and time when the film is repeatedly rubbed at the same longitudinal position, and the film at the rib position can be reduced. The amount of chipping can be greatly reduced.
以上、表4にこれまでの本実施例、従来例1、従来例2の結果をまとめた。 Table 4 summarizes the results of the present Example, Conventional Example 1, and Conventional Example 2 so far.
(実施例2)(図1・図3)
図3(a)は本発明の実施例2におけるフィルム加熱定着装置の概略構成を示す横断面模型図、(b)は本発明の実施例2におけるフィルムガイド上流側の断面図、(c)は本発明の実施例2における上流側リブの正面図及び断面図である。
(Example 2) (FIGS. 1 and 3)
FIG. 3 (a) is a cross-sectional schematic diagram showing a schematic configuration of the film heating and fixing apparatus in Example 2 of the present invention, (b) is a cross-sectional view of the upstream side of the film guide in Example 2 of the present invention, and (c) is FIG. It is the front view and sectional drawing of an upstream rib in Example 2 of this invention.
本実施例は、上述の第一の実施例のフィルムガイド上流側のリブ1iの形状において、図3(b)に示すように、中央部分に窪みWを設けた形状に変更したものである。 In the present embodiment, the shape of the rib 1i on the upstream side of the film guide of the first embodiment described above is changed to a shape in which a recess W is provided in the center portion as shown in FIG. 3 (b).
図3(c)に窪みWを設けたリブ1kの外観を示す。窪みWの寸法は、フィルムの回転方向の長さaが4mm、長手方向の幅dが1mmの細長い形状をしており、高さcは1mmである。リブ頂点の曲率は、フィルム内面の削れに問題のある、従来例2、3と比較しても、滑らかで丸い形状をしている。その他の装置構成、材料などは第一の実施例と同様である。 FIG. 3 (c) shows the appearance of the rib 1k provided with the recess W. The dimension of the depression W is a long and narrow shape with a length a in the rotation direction of the film of 4 mm, a width d in the longitudinal direction of 1 mm, and a height c of 1 mm. The curvature of the rib apex has a smooth and round shape as compared with the conventional examples 2 and 3, which have a problem in scraping the inner surface of the film. Other apparatus configurations and materials are the same as those in the first embodiment.
本実施例においても実施例1と比較しながらリブ跡の発生具合とフィルム内面の削れ量を測定した。 In this example as well, the degree of rib marks and the amount of scraping on the inner surface of the film were measured in comparison with Example 1.
その結果を表5、6に示す。 The results are shown in Tables 5 and 6.
これは、リブ1kに角の丸い窪みを設けたことで、リブとフィルムとの接触面が滑らかなまま、リブとフィルムとの接触面積を少なくすることができたからである。これより本実施例は、実施例1よりもフィルム内面の削れを悪化させることなく、更に、リブ跡を改善することができる。 This is because by providing the rib 1k with a rounded recess, the contact area between the rib and the film can be reduced while the contact surface between the rib and the film is smooth. As a result, this example can further improve the rib marks without worsening the abrasion of the inner surface of the film than Example 1.
(実施例3)(図1・図3)
本実施例は、上述の第二の実施例のフィルムガイド1の上流側のリブにおいて、窪みWを設けたリブ1kと他方のリブ1jの長手方向における各々のリブの配置を、図3(d)に示すように回転方向に対して重なるように変更したものである。なお、リブ1j、1kの寸法、及び、装置構成、材料などは第2の実施例と同様である。
(Example 3) (FIGS. 1 and 3)
In the present embodiment, in the ribs on the upstream side of the
そこで、本実施例の装置についても、フィルム内面の削れ、リブ跡の発生具合を確認するため、第2の実施例と同様の実験を行ったところ、ともに、実施例2と同じレベルであることがわかった。 Therefore, in the apparatus of this example, the same experiment as in the second example was performed to confirm the film inner surface scraping and the occurrence of rib marks, both of which were at the same level as in Example 2. I understood.
その結果を表7、8に示す。 The results are shown in Tables 7 and 8.
本実施例の特徴は2つあり、リブ1jと1kの長手位置がフィルムの回転方向に対して重なるように配置したこと、及び、リブ1kの中央部に位置する窪みWの長手位置がリブ1jの長手位置に重なるように配置したことである。前者は、定着フィルムの回転軌道を安定させるためであり、後者は、フィルムの回転軌道を安定させたまま、フィルムの温度ムラ、内面の削れを緩和させるためである。 There are two features of this embodiment: the ribs 1j and 1k are arranged so that the longitudinal positions of the ribs 1j and 1k overlap with the rotation direction of the film, and the longitudinal position of the recess W located at the center of the rib 1k is the rib 1j. It is arrange | positioning so that it may overlap with the longitudinal position. The former is to stabilize the rotation trajectory of the fixing film, and the latter is to alleviate film temperature unevenness and inner surface scraping while the film rotation trajectory is stabilized.
定着フィルムはPI(ポリイミド)からなり、厚さがわずか数10μmのため剛性が弱い。そのため、少しでも回転軌道が安定しないと回転中に局所的なねじれや撓みを生じ、異音を発することがある。このような現象はフィルム内面と接触するフィルムガイドのリブの形状や配置に影響を受けることが多い。例えば、極端に高いリブが局部的に存在するとき、高さ、形状の違うリブが不規則に並んでいるとき、などで上記現象が起こりやすい。 The fixing film is made of PI (polyimide), and its thickness is only a few tens of micrometers, so its rigidity is weak. For this reason, if the rotational trajectory is not stable even a little, local twisting or bending may occur during rotation, and abnormal noise may be generated. Such a phenomenon is often influenced by the shape and arrangement of the ribs of the film guide that contacts the inner surface of the film. For example, the above phenomenon is likely to occur when extremely high ribs are locally present, or ribs having different heights and shapes are irregularly arranged.
そこで、本実施例では、フィルムの回転軌道を安定させるために、リブ1jとリブ1kの長手位置をそろえて、上下のリブが規則的に並ぶようにした。一方で、リブ1jを窪みWのある長手位置に重ねることで、フィルムとリブとの接触距離が局部的に長くなることを防止した。 Therefore, in this embodiment, in order to stabilize the rotation trajectory of the film, the longitudinal positions of the rib 1j and the rib 1k are aligned so that the upper and lower ribs are regularly arranged. On the other hand, the contact distance between the film and the rib was prevented from being locally increased by overlapping the rib 1j on the longitudinal position with the depression W.
以上より、本実施例の構成によれば、フィルムの温度ムラ、フィルム内面の削れ、両対策を施したまま、実施例1、2に対して、フィルムの回転軌道をより安定化させることも可能となる。 From the above, according to the configuration of this example, it is possible to further stabilize the film rotation trajectory compared to Examples 1 and 2 while taking measures against temperature unevenness of the film, scraping of the film inner surface, and both. It becomes.
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