JP2016186477A - センサー及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】磁性体の量や密度を検知するセンサーの感度を高める。
【解決手段】コイルL1を有する共振回路7を含む発振回路2と、コイルL1によって構成される一次側コイルと、二次側コイルと、を含み、検知対象となる磁性体の量又は密度が増加したとき、二次側コイルから出力される信号S1が大きくなり、磁性体の量又は密度が減少したとき、信号S1が小さくなる差動トランス3と、信号S1を増幅する増幅回路4と、を備え、増幅回路4は、信号S1の周波数が減少したとき、信号S1の増幅率が増加し、信号S1の周波数が増加したとき、信号S1の増幅率が減少する周波数帯域を、周波数特性として有し、その周波数帯域に共振回路7の共振周波数が含まれている。
【選択図】図4

Description

本発明は、磁性体の量や密度を検知するセンサーに関する。
現像剤としてトナーを用いる画像形成装置には、磁性体を含むトナー(トナーの成分の数%が磁性体のトナー)からなる1成分現像剤を用いる方式と、非磁性体のトナーと磁性体のキャリアとからなる2成分現像剤を用いる方式とがある。1成分現像剤では、トナーの量を検知するために、2成分現像剤では、トナーの密度を検知するために、磁性体の量や密度を検知するセンサーが用いられる。
例えば、特許文献1には、差動トランスを用いて、磁性体の量や密度を検知するセンサーが開示されている。
特開2014−74638号公報
磁性体の量や密度の僅かな変化を検知したいことがある。これを1成分現像剤を例に説明する。トナーが静電潜像に供給されることにより、現像部内のトナー残量が少なくなると、現像部に新たなトナーが補給される。適正な画像を得るためには、現像部内のトナー量を一定に保つ必要がある。さらに、高画質な画像を得るためには、僅かなトナー量の変化を検知して制御する必要がある。
磁性体の量や密度の僅かな変化を検知するためには、センサーの感度を高める必要がある。
本発明の目的は、磁性体の量や密度を検知する感度を高めたセンサー及びこれを備える画像形成装置を提供することである。
本発明の第1の局面に係るセンサーは、コイルを有する共振回路を含む発振回路と、前記コイルによって構成される一次側コイルと、二次側コイルと、を含み、検知対象となる磁性体の量又は密度が増加したとき、前記二次側コイルから出力される信号が大きくなり、前記磁性体の量又は密度が減少したとき、前記信号が小さくなる差動トランスと、前記信号を増幅する増幅部と、を備え、前記増幅部は、前記信号の周波数が減少したとき、前記信号の増幅率が増加し、前記信号の周波数が増加したとき、前記信号の増幅率が減少する周波数帯域を、周波数特性として有し、前記周波数帯域に前記共振回路の共振周波数が含まれている。
一次側コイル及び二次側コイルのうち、磁性体を検知するコイルによって磁性体が検知されたとき(すなわち、そのコイルの付近に磁性体が存在するとき)、一次側のコイルも磁性体の影響を受けて、インダクタンスが変化する。一次側のコイルは、共振回路のコイルによって構成されるので、そのインダクタンスの変化によって、共振回路の共振周波数(発振回路の発振周波数)が変化する。本発明者は、以上のことに着目し、本発明の第1の局面に係るセンサー及び後で説明する第2の局面に係るセンサーを創作した。
本発明の第1の局面に係るセンサーによれば、磁性体を検知するコイルの付近に存在する磁性体の量又は密度が減少したとき、差動トランスから出力される信号が小さくなり、かつ、増幅部の増幅率が減少する。これに対して、磁性体の量又は密度が増加したとき、その信号が大きくなり、かつ、増幅部の増幅率が増加する。この結果、増幅部から出力される信号は、磁性体の量又は密度の僅かな変化に対して、比較的大きく変化するので、センサーの感度を高くすることができる。
上記構成において、前記増幅部は、ローパスフィルターと、前記ローパスフィルターの前段又は後段に設けられ、前記信号を増幅する増幅回路と、を備え、前記ローパスフィルターの遮断周波数より高い前記周波数帯域に、前記共振回路の共振周波数が含まれている。
この構成では、ローパスフィルターと増幅回路との組み合わせが、本発明の第1の局面に係るセンサーの増幅部の機能を実現している。この構成によれば、本発明の第1の局面に係るセンサーと同様の理由により、センサーの感度を高くすることができる。なお、ローパスフィルターの前段又は後段に増幅回路を設ける態様は一例であり、ローパスフィルターと増幅回路とは、別々の構成でなくてもよい。
本発明の第2の局面に係るセンサーは、コイルを有する共振回路を含む発振回路と、前記コイルによって構成される一次側コイルと、二次側コイルと、を含み、検知対象となる磁性体の量又は密度が減少したとき、前記二次側コイルから出力される信号が大きくなり、前記磁性体の量又は密度が増加したとき、前記信号が小さくなる差動トランスと、前記信号を増幅する増幅部と、を備え、前記増幅部は、前記信号の周波数が減少したとき、前記信号の増幅率が減少し、前記信号の周波数が増加したとき、前記信号の増幅率が増加する周波数帯域を、周波数特性として有し、前記周波数帯域に前記共振回路の共振周波数が含まれている。
本発明の第2の局面に係るセンサーによれば、磁性体を検知するコイルの付近に存在する磁性体の量又は密度が減少したとき、差動トランスから出力される信号が大きくなり、かつ、増幅部の増幅率が増加する。これに対して、磁性体の量又は密度が増加したとき、その信号が小さくなり、かつ、増幅部の増幅率が減少する。この結果、増幅部から出力される信号は、磁性体の量又は密度の僅かな変化に対して、比較的大きく変化するので、センサーの感度を高くすることができる。
上記構成において、前記増幅部は、ハイパスフィルターと、前記ハイパスフィルターの前段又は後段に設けられ、前記信号を増幅する増幅回路と、を備え、前記ハイパスフィルターの遮断周波数より低い前記周波数帯域に、前記共振回路の共振周波数が含まれている。
上記構成では、ハイパスフィルターと増幅回路との組み合わせが、本発明の第2の局面に係るセンサーの増幅回路の機能を実現している。この構成によれば、本発明の第2の局面に係るセンサーと同様の理由により、センサーの感度を高くすることができる。なお、ハイパスフィルターの前段又は後段に増幅回路を設ける態様は一例であり、ハイパスフィルターと増幅回路とは、別々の構成でなくてもよい。
本発明の第3の局面に係る画像形成装置は、静電潜像にトナーを供給することにより、トナー像を形成する現像部と、前記現像部のトナーの量又は密度を測定する前記センサーと、を備える。
本発明の第3の局面に係る画像形成装置は、本発明の第1の局面又は第2の局面に係るセンサーが適用された画像形成装置である。
本発明によれば、磁性体の量や密度を検知するセンサーの感度を高めることができる。
第1実施形態及び第2実施形態に係るセンサーを備える画像形成装置の構成を示すブロック図である。 第1実施形態に係るセンサーの構成を示すブロック図である。 第1実施形態に係るセンサーが備える増幅回路の周波数特性を示すグラフである。 第1実施形態において、発振回路、差動トランス及び増幅回路の相互の関係を説明する表である。 第1実施形態において、コイルL3の付近に存在する磁性体の量又は密度が小さいときの信号S2である信号S2−1と、コイルL3の付近に存在する磁性体の量又は密度が大きいときの信号S2である信号S2−2とを示すグラフである。 第1実施形態において、信号S2と磁性体の量又は密度との関係を示すグラフである。 比較例において、コイルL3の付近に存在する磁性体の量又は密度が小さいときの信号S2である信号S2−1と、コイルL3の付近に存在する磁性体の量又は密度が大きいときの信号S2である信号S2−2とを示すグラフである。 第2実施形態において、発振回路、差動トランス及び増幅回路の相互の関係を説明する表である。 第2実施形態に係るセンサーが備える増幅回路の周波数特性を示すグラフである。 第2実施形態において、信号S2と磁性体の量又は密度との関係を示すグラフである。 第1及び第2実施形態の変形例に係るセンサーの構成を示すブロック図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は、第1実施形態及び第2実施形態に係るセンサー1を備える画像形成装置1000の構成を示すブロック図である。画像形成装置1000として、コピー、プリンター、スキャナー及びファクシミリの機能を有するデジタル複合機を例に説明する。画像形成装置1000は、画像を印刷する機能を有する装置であればよく、デジタル複合機に限定されない。例えば、プリンターを画像形成装置1000としてもよい。画像形成装置1000は、印刷部100、原稿読取部200、原稿給送部300、操作部400、制御部500及び通信部600を備える。
原稿給送部300は、原稿給送部300に設けられた原稿載置部に1枚の原稿が置かれている場合、その原稿を原稿読取部200に送り、原稿載置部に複数枚の原稿が置かれている場合、複数枚の原稿を連続的に原稿読取部200に送る。
原稿読取部200は、原稿台に載置された原稿や、原稿給送部300から給送された原稿を読み取り、その原稿の画像データを出力する。
印刷部100は、パソコン(不図示)から送信されてきた印刷データで示される画像、原稿読取部200から出力された画像データで示される画像、ファクシミリ受信されたデータで示される画像を、用紙に印刷する。
印刷部100は、現像部101を備える。現像部101は、上記印刷データ、画像データ又はデータを用いて形成された静電潜像にトナーを供給する。これにより、上記画像の基になるトナー像が形成される。
センサー1は、画像形成装置1000が1成分現像剤方式の場合、現像部101内のトナーの量を検知し、画像形成装置1000が2成分現像剤方式の場合、現像部101内のトナーの密度を検知する。
操作部400は、操作キー部401と表示部403を備える。表示部403は、タッチパネル機能を有しており、ソフトキーを含む画面が表示される。ユーザーは、画面を見ながらソフトキーを操作することによって、コピー等の機能の実行に必要な設定等をする。
操作キー部401には、ハードキーからなる操作キーが設けられている。操作キーは、例えば、スタートキー、テンキー、リセットキー、コピー、プリンター、スキャナー及びファクシミリを切り換えるための機能切換キーである。
制御部500は、CPU、ROM、及び、RAMを備える。CPUは、画像形成装置1000を動作させるために必要な制御を、画像形成装置1000の上記構成要素(例えば、印刷部100)に対して実行する。ROMは、画像形成装置1000の動作の制御に必要なソフトウェアを記憶している。RAMは、ソフトウェアの実行時に発生するデータの一時的な記憶及びアプリケーションソフトの記憶等に利用される。
通信部600は、ファクシミリ通信部601及びネットワークI/F部603を備える。ファクシミリ通信部601は、相手先ファクシミリとの電話回線の接続を制御するNCU(Network Control Unit)及びファクシミリ通信用の信号を変復調する変復調回路を備える。ファクシミリ通信部601は、電話回線605に接続される。
ネットワークI/F部603は、LAN(Local Area Network)607に接続される。ネットワークI/F部603は、LAN607に接続されたクライアント装置との間で通信を実行するための通信インターフェイス回路である。
図2は、第1実施形態に係るセンサー1の構成を示すブロック図である。センサー1は、発振回路2、差動トランス3、増幅回路4、検波回路5及びAD変換回路6を備える。
発振回路2は、トランジスターを含む増幅器と、コンデンサーC1、コンデンサーC2及びコイルL1を含む共振回路7と、を備えるコルピッツ発振回路である。
差動トランス3は、コイルL1によって構成される一次側コイルと、コイルL2及びコイルL3によって構成される二次側コイルと、を備える。コイルL1は、駆動コイルとして機能する。コイルL1には、発振回路2で生成された高周波の駆動電流が流れる。
コイルL2は、基準コイルとして機能し、コイルL3は、検知コイルとして機能する。コイルL2とコイルL3とは、直列に差動接続されている。言い換えれば、コイルL2及びコイルL3を流れる誘導電流の向きが、互いに逆向きになるように、コイルL2とコイルL3とが電気的に接続されている。これにより、差動電圧(=コイルL2の起電圧V1−コイルL3の起電圧V2)が生成される。差動電圧が、差動トランス3から出力される信号S1となる。
増幅回路4は、交流信号を増幅する回路であり、信号S1を増幅した信号S2を生成する。検波回路5は、信号S2を直流信号に変換する。AD変換回路6は、この直流信号をデジタル信号に変換する。図1の制御部500は、このデジタル信号を基にして、トナーの量や密度を算出する。
コイルL3(検知コイル)の付近に磁性体が存在しないとき(すなわち、コイルL3によって磁性体が検知されていないとき)、差動電圧(=信号S1)が、ほぼ0Vになるように、差動トランス3が設定されている。発振回路2で生成された高周波の駆動電流がコイルL1に流れると、コイルL2に起電圧V1、コイルL3に起電圧V2が生じる。コイルL3の付近に磁性体が存在するとき(すなわち、コイルL3によって磁性体が検知されているとき)、起電圧V2は、起電圧V1よりも大きくなるので、差動電圧は0Vにならない。コイルL3の付近に存在する磁性体の量や密度が増加したとき、差動電圧の振幅が増加し(信号S1が大きくなり)、コイルL3の付近に存在する磁性体の量や密度が減少したとき、差動電圧の振幅が減少する(信号S1が小さくなる)。センサー1は、これを利用して、磁性体の量や密度を検出する。
増幅回路4は、図3に示すような周波数特性を有する。すなわち、増幅回路4は、信号S1の周波数が減少したとき、信号S1の増幅率が増加し、信号S1の周波数が増加したとき、信号S1の増幅率が減少する周波数帯域B1を、周波数特性として有する。このように、増幅回路4は、ローパスフィルター(高周波遮断)の機能を有する。
コイルL3の付近に磁性体が存在する状態及び存在しない状態(すなわち、コイルL3によって磁性体が検知されている状態及び検知されていない状態)において、周波数帯域B1に共振回路7の共振周波数が含まれるように、共振回路7及び増幅回路4の少なくとも一方が設定されている。これにより、図4に示す関係が成立する。
図4は、第1実施形態において、発振回路2、差動トランス3及び増幅回路4の相互の関係を説明する表である。図1に示すコイルL1(駆動コイル)及びコイルL2(基準コイル)は、コイルL3(検知コイル)の近くにあるので、コイルL3の付近に磁性体が存在するとき、その磁性体の影響を受ける。これにより、コイルL1、コイルL2及びコイルL3の自己インダクタンス、相互インダクタンスが変化する。
磁性体に近いコイルから順に(コイルL3、コイルL1、コイルL2)、磁性体の影響を強く受ける。コイルL1は、磁性体の影響により、自己インダクタンスが大きくなる。これにより、共振回路7の共振周波数(すなわち、発振回路2の発振周波数)が小さくなる。よって、コイルL3の付近に存在する磁性体の量又は密度(以下、「磁性体の量又は密度」と簡単に記載する)が減少したとき、共振回路7の共振周波数が増加し、磁性体の量又は密度が増加したとき、共振回路7の共振周波数が減少する。
以上説明したように、一次側コイル及び二次側コイルのうち、磁性体を検知するコイルによって磁性体が検知されたとき(すなわち、そのコイルの付近に磁性体が存在するとき)、一次側のコイルも磁性体の影響を受けて、インダクタンスが変化する。一次側のコイルは、共振回路7のコイルL1によって構成されるので、そのインダクタンスの変化によって、共振回路7の共振周波数(発振回路2の発振周波数)が変化する。
差動トランス3は、上述したように、磁性体の量又は密度が減少したとき、差動トランス3から出力される信号S1の振幅が減少し、磁性体の量又は密度が増加したとき、信号S1の振幅が増加するように設定されている。信号S1の振幅が減少とは、信号S1が小さくなることであり、信号S1の振幅が増加とは、信号S1が大きくなることである。
増幅回路4は、図3で説明したように、信号S1の周波数が増加したとき、増幅回路4の増幅率が減少し、信号S1の周波数が減少したとき、増幅回路4の増幅率が増加する。共振回路7の共振周波数は、発振回路2の発振周波数とほぼ同じなので、信号S1の周波数は、共振周波数とほぼ同じとなる。
以上より、磁性体の量又は密度が減少したとき、信号S1の振幅が減少し、かつ、増幅回路4の増幅率が減少する。これに対して、磁性体の量又は密度が増加したとき、信号S1の振幅が増加し、かつ、増幅回路4の増幅率が増加する。
この結果、増幅回路4から出力される信号S2は、磁性体の量又は密度の僅かな変化に対して、比較的大きく変化する。図5は、これを説明するグラフである。磁性体の量又は密度が小さいときの信号S2を、信号S2−1とし、磁性体の量又は密度が大きいときの信号S2を、信号S2−2とする。信号S2−1と信号S2−2との振幅の差が比較的大きいので、磁性体の量又は密度が僅かに変化すると、信号S2の振幅が大きく変化することになる。これをグラフで示したのが図6である。横軸は、磁性体の量又は密度を示し、縦軸は、信号S2の振幅を示す。図6に示すように、傾きが大きなグラフとなる。これは、磁性体の量又は密度の僅かな変化を検知できることを意味する。
図7は、共振回路7の共振周波数が、図3に示すフラットな帯域に設定された比較例の場合を示す。比較例において、信号S2−1の増幅率と信号S2−2の増幅率とは同じなので、信号S2−1と信号S2−2との振幅の差が比較的小さい。従って、第1実施形態は、比較例と比べてセンサーの感度を高くすることができる。
第1実施形態では、図2に示す増幅回路4が、図3に示す周波数帯域B1を周波数特性として有するが、増幅回路4がその周波数特性を有する替わりに、ローパスフィルターを増幅回路4の前段又は後段に設ける態様でもよい。この態様では、コイルL3の付近に磁性体が存在する状態及び存在しない状態(すなわち、コイルL3によって磁性体が検知されている状態及び検知されていない状態)において、ローパスフィルターの遮断周波数より高い周波数帯域に、共振回路7の共振周波数が含まれるように、共振回路7及びローパスフィルターの少なくとも一方が設定される。
この態様では、ローパスフィルターと増幅回路4との組み合わせが、第1実施形態に係るセンサー1の増幅回路4(増幅部)の機能を実現している。この態様によれば、第1実施形態に係るセンサー1と同様の理由により、センサーの感度を高くすることができる。
第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に説明する。第2実施形態に係るセンサー1の構成を示すブロック図は、第1実施形態に係るセンサー1の構成を示すブロック図と同じであり、図2に示される。図8は、第2実施形態において、発振回路2、差動トランス3及び増幅回路4の相互の関係を説明する表である。
第2実施形態の差動トランス3は、コイルL3の付近に存在する磁性体が最も多い状態(例えば、図1に示す現像部101に収容されたトナーがフルの状態)で、差動電圧(=信号S1)が、ほぼ0Vになるようにされている。これは、差動トランス3のコイルL1,L2,L3が立体コイルの場合、差動トランス3の可動鉄心をコイルL2(基準コイル)側に移動させて、コイルL2で生成される起電圧V1が、コイルL3(検知コイル)で生成される起電圧V2より高くなるように設定することにより実現できる。また、差動トランス3のコイルL1,L2,L3が平面コイルの場合、コイルL2(基準コイル)の巻数を、コイルL3(検知コイル)の巻数より多くして、コイルL2で生成される起電圧V1が、コイルL3で生成される起電圧V2より高くなるように設定することにより実現できる。
このような設定がされた第2実施形態の差動トランス3は、第1実施形態の差動トランス3と逆に、検知対象となる磁性体の量又は密度が減少したとき、差動トランス3から出力される信号S1の振幅が増加し、磁性体の量又は密度が増加したとき、信号S1の振幅が減少する。
第2実施形態の増幅回路4は、第1実施形態の増幅回路4と異なり、図9に示すような周波数特性を有する。すなわち、増幅回路4は、信号S1の周波数が減少したとき、信号S1の増幅率が減少し、信号S1の周波数が増加したとき、信号S1の増幅率が増加する周波数帯域B2を、周波数特性として有する。このように、第2実施形態の増幅回路4は、ハイパスフィルター(低周波遮断)の機能を有する。
コイルL3の付近に磁性体が存在する状態及び存在しない状態(すなわち、コイルL3によって磁性体が検知されている状態及び検知されていない状態)において、周波数帯域B2に共振回路7の共振周波数が含まれるように、共振回路7及び増幅回路4の少なくとも一方が設定されている。この結果、第1実施形態と同様に、増幅回路4から出力される信号S2は、磁性体の量又は密度の僅かな変化に対して、比較的大きく変化する。これをグラフで示したのが図10である。横軸は、磁性体の量又は密度を示し、縦軸は、信号S2の振幅を示す。図10に示すように、傾きが大きなグラフとなる。これは、磁性体の量又は密度の僅かな変化を検知できることを意味する。従って、第2実施形態は、センサーの感度を高くすることができる。
第2実施形態では、図2に示す増幅回路4が、図9に示す周波数帯域B2を周波数特性として有するが、増幅回路4がその周波数特性を有する替わりに、ハイパスフィルターを増幅回路4の前段又は後段に設ける態様でもよい。この態様では、コイルL3の付近に磁性体が存在する状態及び存在しない状態(すなわち、コイルL3によって磁性体が検知されている状態及び検知されていない状態)において、ハイパスフィルターの遮断周波数より低い周波数帯域に、共振回路7の共振周波数が含まれるように、共振回路7及びハイパスフィルターの少なくとも一方が設定される。
この態様では、ハイパスフィルターと増幅回路4との組み合わせが、第2実施形態に係るセンサー1の増幅回路4(増幅部)の機能を実現している。この態様によれば、第2実施形態に係るセンサー1と同様の理由により、センサーの感度を高くすることができる。
第1及び第2実施形態の変形例を説明する。図11は、変形例に係るセンサー1aの構成を示すブロック図である。センサー1aが、図2に示すセンサー1と異なる点は、差動トランス3a及び共振回路7aの構成である。差動トランス3aは、コイルL4及びコイルL5によって構成される一次側コイルと、コイルL6によって構成される二次側コイルと、を備える。
コイルL4は、基準コイル及び駆動コイルとして機能し、コイルL5は、検知コイル及び駆動コイルとして機能する。コイルL4とコイルL5とは、直列に差動接続されている。
共振回路7aは、コンデンサーC1、コンデンサーC2、コイルL4及びコイルL5を含む。
変形例に係るセンサー1aは、第1実施形態及び第2実施形態に係るセンサーと同様の理由で、センサーの感度を高くすることができる。
1,1a センサー
2 発振回路
3 差動トランス
4 増幅回路(増幅部)
5 検波回路
6 AD変換回路
7 共振回路

Claims (5)

  1. コイルを有する共振回路を含む発振回路と、
    前記コイルによって構成される一次側コイルと、二次側コイルと、を含み、検知対象となる磁性体の量又は密度が増加したとき、前記二次側コイルから出力される信号が大きくなり、前記磁性体の量又は密度が減少したとき、前記信号が小さくなる差動トランスと、
    前記信号を増幅する増幅部と、を備え、
    前記増幅部は、前記信号の周波数が減少したとき、前記信号の増幅率が増加し、前記信号の周波数が増加したとき、前記信号の増幅率が減少する周波数帯域を、周波数特性として有し、前記周波数帯域に前記共振回路の共振周波数が含まれているセンサー。
  2. 前記増幅部は、
    ローパスフィルターと、
    前記ローパスフィルターの前段又は後段に設けられ、前記信号を増幅する増幅回路と、を備え、
    前記ローパスフィルターの遮断周波数より高い前記周波数帯域に、前記共振回路の共振周波数が含まれている請求項1に記載のセンサー。
  3. コイルを有する共振回路を含む発振回路と、
    前記コイルによって構成される一次側コイルと、二次側コイルと、を含み、検知対象となる磁性体の量又は密度が減少したとき、前記二次側コイルから出力される信号が大きくなり、前記磁性体の量又は密度が増加したとき、前記信号が小さくなる差動トランスと、
    前記信号を増幅する増幅部と、を備え、
    前記増幅部は、前記信号の周波数が減少したとき、前記信号の増幅率が減少し、前記信号の周波数が増加したとき、前記信号の増幅率が増加する周波数帯域を、周波数特性として有し、前記周波数帯域に前記共振回路の共振周波数が含まれているセンサー。
  4. 前記増幅部は、
    ハイパスフィルターと、
    前記ハイパスフィルターの前段又は後段に設けられ、前記信号を増幅する増幅回路と、を備え、
    前記ハイパスフィルターの遮断周波数より低い前記周波数帯域に、前記共振回路の共振周波数が含まれている請求項3に記載のセンサー。
  5. 静電潜像にトナーを供給することにより、トナー像を形成する現像部と、
    前記現像部のトナーの量又は密度を測定する請求項1〜4のいずれか一項に記載されたセンサーと、を備える画像形成装置。
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