JP2011186037A - 高圧制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】環境やドラム膜厚の状態に左右されない一定のドラム電位が得られ、高品質な画像形成を実現するための高圧制御装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】被帯電体201を帯電する帯電部材202に電圧を出力する高圧制御装置であって、帯電部材にDC電圧を印加する電圧印加手段301と、帯電部材にDC電圧が印加された際に、被帯電体に流れる電流値を検知する電流検知手段305と、電圧印加手段により、異なる負のDC電圧を帯電部材に印加し、電流検知手段によって検知されるそれぞれの電流値に基づいて、被帯電体への放電開始電圧を判断し、該判断の結果を用いて被帯電体が放電を開始する上で必要な電圧差ΔVを算出する制御手段と、を備えることを特徴とする高圧制御装置。
【選択図】図3

Description

本発明は、帯電部材を介し被帯電体に帯電させる帯電装置、及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。
画像形成装置のうち、プリンタを例にとって説明する。従来プリンタは、図11のごとき機構をしている。図11において、101は静電担持体である感光ドラム、102は光源としての半導体レーザ、103はスキャナモータ104によって回転する回転多面鏡、105は半導体レーザ102から発射され、感光ドラム101上を走査するレーザビームである。
106は感光ドラム101上を一様に帯電するための帯電ローラ、107は感光ドラム101上に形成された静電潜像をトナーにて現像するための現像機である。108は現像機107にて現像されたトナー像を所定の記録用紙に転写するための転写ローラ、109は記録用紙に転写されたトナーを熱にて融着するための定着ローラである。
110は1回転することにより、記録用紙のサイズを識別する機能を有するカセットから用紙を給紙、搬送路に送り出すカセット給紙ローラ、111は記録用紙のサイズを識別する機能を有しない手差し給紙口から用紙を搬送路に送り込む手差し給しローラである。112は着脱可能で記録用紙のサイズを識別する機能を有するカセットから用紙を搬送路に送り込むオプションカセット給紙ローラ、113は着脱可能で封筒のみ積載可能な封筒フィーダから用紙を1枚ずつ搬送路に送り込む封筒フィーダ給紙ローラである。114、115はカセットから給紙された用紙を搬送する搬送ローラである。
116は封筒フィーダ以外から給紙された用紙の先端と後端を検出するためのプレフィードセンサ、117は搬送された用紙を感光ドラム101へ送り込む転写前ローラである。また、118は給紙された用紙に対し、感光ドラム101への画像書き込み(記録/印字)と用紙搬送の同期をとると共に、給紙された用紙の搬送方向の長さを測定するためのトップセンサである。119は定着後の用紙の有無を検出するための排紙センサ、120は定着後の用紙を機外に排出するための排出ローラである。
121は印字された用紙の搬送先(機外排出あるいは、着脱可能な両面ユニット)を切り換えるフラッパ、122は両面ユニットに搬送された用紙を反転部に搬送するための搬送ローラ、123は反転部に搬送された用紙の先端/後端を検出する反転センサである。124は正転/逆転をシーケンシャルに動作させることで、用紙を反転させ、再給紙部に用紙を搬送するための反転ローラ、125は再給紙部の用紙有無を検出再給紙センサ、126は再給紙部の用紙を再び搬送路へ送り込むための再給紙ローラである。
このような機構部を制御するための制御系の回路構成ブロック図を図12に示す。図12において、201は不図示のホストコンピュータ等の外部機器から送られる画像コードデータをプリンタの印字に必要なビットデータに展開すると共に、プリンタ内部情報を読み取りそれを表示するためのプリンタコントローラである。202はプリンタエンジンの各部をプリンタコントローラ201の指示にしたがって動作制御すると共に、プリンタコントローラ201へプリンタ内部情報を報知するためのプリンタエンジン制御部である。203はプリンタエンジン制御部の指示に従い、記録用紙搬送のためのモータ、ローラ等の駆動/停止を行う用紙搬送制御部、204は帯電、現像、転写等各工程での各高圧の出力制御をプリンタエンジン制御部202の指示にしたがって行う高圧制御部である。205はスキャナモータ104の駆動/停止、レーザビームの点灯をプリンタエンジン制御部202の指示にしたがって制御する光学系制御部である。207は定着器の温度をプリンタエンジン制御部202の指定した温度に調節するための定着温度制御部である。
208は着脱可能なオプションカセット制御部で、プリンタエンジン制御部202の指示により駆動系の駆動/停止を行うと共に、紙有無状態、紙サイズ情報をプリンタエンジン制御部202に報知する。
209は着脱可能な両面ユニット制御部で、プリンタエンジン制御部202の指示にしたがって、用紙の反転および再給紙動作を行うと同時に、その動作状態をプリンタエンジン制御部202に報知する。
210は着脱可能な封筒フィーダ制御部で、プリンタエンジン制御部202の指示により駆動系の駆動/停止を行うとともに、紙有無状態をプリンタエンジン制御部202に報知する。
図13に、帯電バイアス印加回路の概略構成を示す。また、401は帯電DCバイアス印加回路部である。402は電圧設定回路部でPWM信号に応じて、設定値が変えられる。403はトランス駆動回路部、404は高圧トランスである。405はフィードバック回路部で、帯電体に印加される電圧値をR71で検出して、アナログ値として電圧設定回路部に伝送される。そして、この値をもとに、帯電部材に一定の電圧が印加されるように制御される。このような技術は、例えば特許文献1などで示されている。
特開平6−3932号公報
帯電部材(Cローラ)と帯電体としての感光ドラム(以下ドラムという)の間で放電が開始する電圧は、環境温度、ドラム膜厚等で変化する。そのため、所定の電圧をただ印加するだけではドラム電位がばらついてしまっていた(図14参照)。また、ドラム感度も環境、ドラム膜厚(電荷輸送層)で異なることから、定められた一定のレーザ光量を照射するだけでは、レーザ照射後のドラム表面電位(以下、「VL」という)もばらついてしまう(図15参照)。現在このバラツキの補正は、カートリッジにメモリを設けて、メモリに感光ドラムの感度や使用量に応じたバイアス値などを記憶しておき、それらの情報に基づいて、感度や使用量に対応した帯電バイアス、現像バイアス、レーザ光量を制御している。しかし、プリントスピードのUP、カートリッジの大容量化に伴い、カートリッジのメモリの情報に基づいて制御する方式では、図16に示すようなVdc−VL間のバラツキを補正することには限界があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、環境やドラム膜厚の状態に左右されない一定のドラム電位が得られ、高品質な画像形成を実現するための高圧制御装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、以下の構成を有する。
被帯電体を帯電する帯電部材に電圧を出力する高圧制御装置であって、
前記帯電部材にDC電圧を印加する電圧印加手段と、
前記帯電部材にDC電圧が印加された際に、前記被帯電体に流れる電流値を検知する電流検知手段と、
前記電圧印加手段により、異なる負のDC電圧を前記帯電部材に印加し、前記電流検知手段によって検知されるそれぞれの電流値に基づいて、前記被帯電体への放電開始電圧を判断し、該判断の結果を用いて前記被帯電体が放電を開始する上で必要な電圧差ΔVを算出する制御手段と、
を備えることを特徴とする高圧制御装置。
本願発明の高圧制御装置、及びこれを備えた画像形成装置は、上記構成を有することで環境やドラム膜厚の状態に左右されない一定のドラム電位が得られ、高品質な画像形成を実現することが可能となる。
ドラムの放電特性を示す図 (a)ドラム特性測定結果(環境違い)(b)ドラム特性測定結果(膜厚違い)(c)ドラム特性測定結果(マイナス電位)を示す図 実施例1の画像形成装置の概略図 実施例1の帯電バイアス印加回路部を示す図 実施例1の帯電バイアス印加時のV−I特性の概略図 実施例1のレーザ駆動回路構成図 実施例1のフローチャート概略図 実施例1のドラム上の電位を示す図 実施例2のフローチャート概略図 実施例2のドラム上の電位を示す図 本発明における画像記録装置の本体構成の概略図 本発明における画像記録装置コントローラ部の概略図 従来の帯電バイアス印加回路を示す図 ドラム電位Vdに生じるバラツキを説明する図 レーザ照射後のドラム電位VLに生じるバラツキを説明する図 ドラム上の電位関係を示す図
以下、添付図面に基づき、本発明を実施する為の最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
本実施例の画像形成装置で用いるドラムの放電特性は、環境、ドラム膜厚の違いにより、放電に必要となる電位差は異なっている。ただし、そのドラムの置かれた状況(環境、ドラム膜厚)において、図1に示すように、ドラム電位に対して放電が開始するのに必要な電位差は同じであるという特性がある。この特性は高電圧の知見から明らかであり、ギャップ間(平面−平面)の放電特性と同じである。
実際に測定したドラム特性の結果を示す。図2(a)に環境違いの特性、図2(b)に膜厚違いの特性の結果を示す。2つのデータから対称性があることが確認できる。このデータはドラム電位0V時のデータで、正負のバイアス電圧を印加した場合の結果である。この対称性は、ドラム電位0V以外、例えば、ドラム電位がマイナスの値であったとしても変わらない。ドラムがマイナス電位の場合の測定データを図2(c)に示す。
本実施例ではこの特性に着目し、ドラムが放電するに必要な電位差、ドラム上の表面電位を検知、その検知結果をもとにレーザ光量を設定することを特徴とする。
図3に実施形態のおける画像形成装置の概略図を示す。201はドラム、202はCローラ(帯電部材)、203は現像スリーブ、204は転写ローラ、206は帯電バイアス印加回路、205はレーザ光源である。そして、帯電バイアス回路から印加されるACバイアスによって残存電位を除電した上で一連の画像形成のための制御が開始される。
図4に本発明の第一の実施形態における帯電バイアス印加回路(電圧印加手段)の概略構成を示す。302は電圧設定回路部でPWM信号に応じて、バイアス値が変えられる。303はトランス駆動回路部、304は高圧トランス部である。306はフィードバック回路部でR61を介して出力電圧をモニタし、PWM信号の設定の応じた出力電圧値になるように設けられた回路である。305は電流検出回路部(電流検知手段)で、帯電体に流れる電流値I62とフュードバック回路から流れる電流値I61を加算した電流値I63をR63で検出して、J501からアナログ値としてエンジンの制御部に伝送される。
ドラムとCローラ間で放電が開始するまでは、ドラムとCローラ間は絶縁されている。そのため、放電が開始されるまでは、検出抵抗R63に流れる電流はフィードバック回路部から流れてくるI61のみである。I61は、PWM信号で設定されるVpwmとVref、R64、R65で決められる。
I61=(Vref−Vpwm)/R64−Vpwm/R65
また、その電流値I61がフィードバック抵抗R61を流れることで、出力電圧も設定される。
Vout=I61×R61+Vpwm≒I61×R61
つまり、図5の線(1)に示すように放電が開始されるまでは、PWM信号に応じたI61の電流しか電流検出回路部のR63には流れない直線となる。
しかし、ドラムとCローラ間で放電が開始されると、帯電体に流れる電流値I62とフュードバック回路から流れる電流値I61を加算したI63が流れる。つまり、図5の線(2)に示すように放電が開始した時点で分岐点をもった曲線となる。
このことより、帯電体に流れる電流は、曲線(2)から直線(1)を引いたΔ値で算出することができる。そしてこの複数のΔ値のうち、あるΔ値が所定の電流値になった時点を放電が開始した電圧と判断する。
このような帯電バイアス印加回路を設け、所定のマイナス電位で帯電したドラムに対して、所定のマイナス電位を中心としたバイアス電圧を印加する。そして、放電開始電圧(絶対値が低い側の検知電圧:V1と絶対値が高い側の検知電圧:V2)を検知し、電圧値V1と電圧値V2の差分の1/2をドラムが放電を開始する上で必要な電圧差ΔVと設定する(図1を参照)。
また、被帯電体の光源照射後に、帯電バイアス印加回路を用いて絶対値が高い側の電圧を印加し、その際の電流値に基づいて得られる放電開始の電圧値V3とする。この放電開始の電圧値V3と、上記で得られた電圧値ΔVを用いると、光源照射後の電位VLを算出することができる。
そして、その算出値に応じて、照射するレーザ光量値を補正する制御を行なう。上記のような制御を行うことで、膜厚、環境等の変動が生じても一定のレーザ照射後のドラム電位−現像バイアス(VL−Vdc)が得られる。
また、図6に本発明の第一の実施形態におけるレーザ駆動回路の概略構成を示す。304はレーザドライバであり、レーザダイオードの発光量をPDセンサ306でモニタしながら、光量を一定にするよう制御を行なっている。制御回路部301とレーザドライバ304の間には、光量可変信号(PWM信号)303が接続されており、光量可変信号(PWM信号)303の信号に応じて光量を可変するような構成となっている。この構成においては、ドラムに照射する光量を可変にできることから、前記で記述した高圧制御を用いて、レーザ照射後のドラム電位(VL)を検出した後、その値が所定の値と異なっていた場合には、レーザ光量を変化させて、VL値を補正することができる。このような補正を行なうことで、一定のレーザ照射後のドラム電位−現像バイアス(VL−Vdc)が得られる。
次に、図7のフローチャート、図8の電位図を用いて本実施例の制御について説明する。なお、図8におけるVdramはドラムのゼロ電位を示し、Vdはバックコントラストの電位を示す。
まず、電源ON、もしくはプリントコマンドを受信した後(S300)、前多回転もしくは前回転等の帯電体が回転している(S301)非画像領域にて、ACバイアスによって残存電位を除電する(S302)。その後に所定のマイナスバイアス(PWM(1))を印加し、ドラム上をマイナス電位に帯電させる(S303)。
その状態において、帯電バイアス印加回路を用い、所定のマイナス電位で帯電したドラムに対して、その電位を中心としたバイアスを印加する。まずは、電圧の絶対値を徐々に下げていく(S304)。帯電体から流れてくる電流I62とフィードバック回路から流れてくる電流I61に流れる電流値を合計した電流I63をJ501のアナログ値から検知する(S305)。その検知値より、上記に示した理論より放電電流を算出する。そして、その算出値とΔ値とを比較し、Δ値の公差内となっているか否かの判断を行う(S306)。大きい場合には、放電開始電圧はより低い設定にあると判断し、バイアス値(PWM値)をステップUPさせる(S307)。また、小さい場合には放電開始電圧はより高い設定にあると判断し、バイアス値(PWM値)をステップDOWNさせる(S308)。この動作を行い、Δ値の公差内となった場合に(S309)、そのときのバイアス値(PWM(2))を絶対値が低いサイドの放電開始電圧V1と設定する(S310)。
次にACバイアスで除電し(S311)、帯電バイアス印加回路を用い、ドラム電位を所定のマイナス電位で帯電した後(S312)、絶対値を上げていく(S313)。その状態において、帯電体から流れてくる電流I62とフィードバック回路から流れてくる電流I61に流れる電流値を合計した電流I63をJ501のアナログ値から検知する(S314)。その検知値より、上記に示した理論より放電電流を算出する(S315)。そして、その算出値とΔ値と比較し、Δ値の公差内となっているか否かの判断を行う。大きい場合には、放電開始電圧はより低い設定にあると判断し、バイアス値(PWM値)をステップUPさせる(S316)。また、小さい場合には放電開始電圧はより高い設定にあると判断し、バイアス値(PWM値)をステップDOWNさせる(S317)。この動作を行い、Δ値の公差内となった場合に(S318)、そのときのバイアス値(PWM(3))を絶対値が高いサイドの放電開始電圧V2と設定する(S319)。
その後、V1とV2の差分の1/2をドラムが放電を開始する上で必要な電圧差ΔVと算出する(S320)。
次にレーザ照射後の電位VLを検知するシーケンスとなる。まずは、ACバイアスによって残存電位を除電する(S321)。その後、帯電バイアスをドラムに印加し(S322)、レーザを照射してレーザ照射後の電位VLの状態とする(S323)。次に、ΔVより算出された所定のDC電圧のDC負バイアス(PWM(4))を印加する(S324)。この際の印加電圧は、VLにΔVを加えたV3である。そして、その状態にて帯電体からの電流I62とフィードバック回路からの電流I61を合計した電流I63をJ501のアナログ値から検知する(S325)。その検知値より、上記に示した理論より放電電流を算出する(S326)。そして、その算出値とΔ値と比較し、Δ値の公差内となっているか否かの判断を行う(S327)。大きい場合には、VL値が低い設定にあると判断し、レーザ光量設定値(PWM(5))をステップダウンさせ、光量をDOWNさせる(S328)。また、VL値が高い設定にあると判断し、レーザ光量設定値(PWM(5))をステップアップさせ、光量をUPさせる(S329)。この動作を行い、Δ値の公差内となった場合(S330)に、そのときレーザ光量設定値(PWM(5))を所定のレーザ光量と判断し設定する(S331)。このシーケンスを行なうことで、VL−Vdc間の電圧が所定の値に制御される。これらの設定が完了した後、プリントが開始される(S332)。
このような制御を行うことにより、環境やドラム膜厚の状態に左右されない一定のドラム電位が得られ、高品質な画像を実現することが可能となる。
実施例1と同様にドラム電位に対して、放電が開始するに必要な電位差は同じであるという特性を利用している。本実施例はこの特性に着目し、ドラムが放電するに必要な電位差、ドラム上の表面電位を検知、その検知結果をもとに現像バイアスの設定を補正することを特徴とする。レーザの光量可変機能を有していないことが実施例1と異なる点であり、レーザの光量可変機能を有する必要がないことから、実施例1より更に安価な構成が可能となる。
本発明の第二の実施形態における画像形成装置の概略構成、帯電バイアス印加回路の概略構成は、第一の実施形態と同様なので割愛する。
次に、図9のフローチャート、図10の電位図を用いて本実施例の制御について説明する。
まず、電源ON、もしくはプリントコマンドを受信した後(S400)、前多回転もしくは前回転等の帯電体が回転している(S401)非画像領域にて、ACバイアスによって残存電位を除電する(S402)。その後に所定のマイナスバイアス(PWM(1))を印加し、ドラム上をマイナス電位に帯電させる(S403)。
その状態において、帯電バイアス印加回路を用い、所定のマイナス電位で帯電したドラムに対して、その電位を中心としたバイアスを印加する。まずは、絶対値を下げていく(S404)。帯電体から流れてくる電流I62とフィードバック回路から流れてくる電流I61に流れる電流値を合計した電流I63をJ501のアナログ値から検知する(S404)。その検知値より、上記に示した理論より放電電流を算出する。そして、その算出値とΔ値と比較し、Δ値の公差内となっているか否かの判断を行う(S406)。大きい場合には、放電開始電圧はより低い設定にあると判断し、バイアス値(PWM値)をステップUPさせる(S407)。また、小さい場合には放電開始電圧はより高い設定にあると判断し、バイアス値(PWM値)をステップDOWNさせる(S408)。この動作を行い、Δ値の公差内となった場合に(S409)、そのときのバイアス値(PWM(2))を絶対値が低いサイドの放電開始電圧V1と設定する(S410)。
次にACバイアスで除電し(S411)、帯電バイアス印加回路を用い、ドラム電位を所定のマイナス電位で帯電した後(S412)、絶対値を上げていく(S413)。その状態において、帯電体から流れてくる電流I62とフィードバック回路から流れてくる電流I61に流れる電流値を合計した電流I63をJ501のアナログ値から検知する(S414)。この検知値より、上記に示した理論より放電電流を算出する(S415)。そして、その算出値とΔ値と比較し、Δ値の公差内となっているか否かの判断を行う。大きい場合には、放電開始電圧はより低い設定にあると判断し、バイアス値(PWM値)をステップUPさせる(S416)。また、小さい場合には放電開始電圧はより高い設定にあると判断し、バイアス値(PWM値)をステップDOWNさせる(S417)。この動作を行い、Δ値の公差内となった場合に(S418)、そのときのバイアス値(PWM(3))を絶対値が高いサイドの放電開始電圧V2と設定する(S419)。
その後、V1とV2の差分の1/2をドラムが放電を開始する上で必要な電圧差ΔVと算出する(S420)。次にレーザ照射後の電位VLを検知するシーケンスとなる。まずは、ACバイアスによって残存電位を除電する(S421)。その後、帯電バイアスをドラムに印加し(S422)、レーザを照射してレーザ照射後の電位VLの状態とする(S423)。次に、所定のDC負バイアス(PWM(4))を印加(S424)、その状態において、帯電体から流れてくる電流I62とフィードバック回路から流れてくる電流I61に流れる電流値を合計した電流I63をJ501のアナログ値から検知する(S425)。その検知値より、上記に示した理論より放電電流を算出し(S426)、その算出値とΔ値と比較し、Δ値の公差内となっているか否かの判断を行う(S427)。大きい場合には、放電開始電圧はより低い設定にあると判断し、バイアス値(PWM値)をステップUPさせる(S428)。また、小さい場合には放電開始電圧はより高い設定にあると判断し、バイアス値(PWM値)をステップDOWNさせる(S429)。この動作を行い、Δ値の公差内となった場合に(S430)、そのときのバイアス値(PWM(4))をレーザ照射後の電位VL時の放電開始電圧V3と設定する(S431)。
そして、上記で得られたドラムが放電を開始する上で必要な電圧差ΔVとレーザ照射後の電位VLの放電開始電圧V3の差分より、レーザ照射後の電位VLを算出する(S432)。
VL=V3−ΔV(絶対値)
そして、算出されたVLの値に応じて、現像バイアス値を補正する(S433)。このシーケンスを行なうことで、VL−Vdc間の電圧が所定の値に制御される。これらの設定が完了した後、プリントが開始される(S434)。
このような制御を行うことにより、環境やドラム膜厚の状態に左右されない一定のドラム電位が得られ、高品質な画像を実現することが可能となる。
201 ドラム(被帯電体に対応)
202 Cローラ(帯電部材に対応)
301 帯電バイアス印加回路部(電圧印加手段に対応)
305 電流検知回路部(電流検知手段に対応)

Claims (5)

  1. 被帯電体を帯電する帯電部材に電圧を出力する高圧制御装置であって、
    前記帯電部材にDC電圧を印加する電圧印加手段と、
    前記帯電部材にDC電圧が印加された際に、前記被帯電体に流れる電流値を検知する電流検知手段と、
    前記電圧印加手段により、異なる複数のDC電圧を前記帯電部材に印加し、前記電流検知手段によって検知される複数の電流値に基づいて、前記被帯電体への放電開始電圧を判断し、該判断の結果を用いて前記被帯電体が放電を開始のために必要な電圧差を算出する制御手段と、
    を備えることを特徴とする高圧制御装置。
  2. 前記制御手段は、
    前記電圧印加手段により前記帯電部材に負のDC電圧を印加し、被帯電体を負の所定の電位にした後に、前記帯電部材への負のDC電圧を徐々に上げ、前記電流検知手段にて検知した値が所定の値に達した時に、前記被帯電体と前記帯電部材との間に放電が開始したと判断し、この際に前記電圧印加手段が出力している電圧値V2を絶対値が大きい側の放電開始電圧とし、
    前記電圧印加手段により前記帯電部材に負のDC電圧を印加し、被帯電体を負の所定の電位にした後に、前記帯電部材への負のDC電圧を徐々に下げ、前記電流検知手段にて検知した値が所定の値に達した時に、前記被帯電体と前記帯電部材との間に放電が開始したと判断し、この際に前記電圧印加手段が出力している電圧値V1を絶対値が小さい側の放電開始電圧とし、
    前記電圧値V1と電圧値V2の差分の1/2を、電圧差として算出することを特徴とする請求項1項記載の高圧制御装置。
  3. 前記電圧印加手段を用いて前記被帯電体を負の所定の電位にするにあたり、前記放電を開始する上で必要な電圧差より大きい値の電圧を印加することを特徴とする請求項1または2に記載の高圧制御装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の高圧制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
  5. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の高圧制御装置を備え、
    前記被帯電体の光源照射後に、前記電圧印加手段を用いて前記帯電部材に負のDC電圧を印加した際に前記電流検知手段によって検知される電流値に基づいて得られる放電開始の電圧値V3と、前記得られた電圧差を用いて、光源照射後の前記被帯電体の電位VLを算出し、
    前記被帯電体の電位VLの値に応じて、前記被帯電体に照射する光量、現像バイアス値を設定することを特徴とする画像形成装置。
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