JP2019040015A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、用紙にトナー像を定着させる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device that fixes a toner image on a sheet and an image forming apparatus including the fixing device.
定着装置においては、定着ベルトや定着ローラー等の定着部材と、加圧ローラー等の加圧部材との間に加圧領域を形成し、トナー像が転写された用紙が加圧領域を通過することで、トナー像を溶融して用紙に定着させている。トナー像を用紙に確実に定着させるには、用紙の搬送方向に沿った加圧領域の長さは長い方が好ましい。加圧領域の長さを長くする方法として、大径の加圧ローラーを用いる方法や、加圧ローラーの表面の弾性層の厚さを厚くする方法、加圧ローラーの表面の弾性層のゴム硬度を低下させる方法、加圧部材の定着部材への押圧力を高める方法等が知られている。 In the fixing device, a pressure region is formed between a fixing member such as a fixing belt or a fixing roller and a pressure member such as a pressure roller, and the paper on which the toner image is transferred passes through the pressure region. The toner image is melted and fixed on the paper. In order to reliably fix the toner image on the paper, it is preferable that the length of the pressure region along the paper transport direction is long. To increase the length of the pressure area, use a large-diameter pressure roller, increase the thickness of the elastic layer on the surface of the pressure roller, or rubber hardness of the elastic layer on the surface of the pressure roller. There are known a method for reducing the pressure, a method for increasing the pressing force of the pressure member to the fixing member, and the like.
しかしながら、大径の加圧ローラーを用いる場合は、定着装置が大型化するという問題がある。また、加圧ローラーの弾性層の厚さを厚くすると、定着装置のウォームアップ時間が長くなるという問題がある。さらに、加圧ローラーの弾性層のゴム硬度を低下させると、温度に依存して外径が変化しやすくなり、搬送性や耐久性が低下する。加圧部材の押圧力を高めた場合は、加圧ローラーの表面の撓み量が大きくなり、搬送性が低下したり定着フレームの補強が必要になったりするという問題がある。 However, when a large-diameter pressure roller is used, there is a problem that the fixing device is enlarged. Further, when the thickness of the elastic layer of the pressure roller is increased, there is a problem that the warm-up time of the fixing device becomes longer. Furthermore, when the rubber hardness of the elastic layer of the pressure roller is lowered, the outer diameter is likely to change depending on the temperature, and the transportability and durability are lowered. When the pressing force of the pressure member is increased, there is a problem that the amount of deflection of the surface of the pressure roller increases, and the transportability is deteriorated or the fixing frame needs to be reinforced.
このような問題点に対して、可撓性を有する無端状の定着ベルトを用いた摺動ベルト定着方式が考案された。この摺動ベルト定着方式では、定着ベルトを、ベルト支持部材によって内側から支持して加圧ローラーに圧接させ、加圧ローラーとの摩擦力によって回転させる。ベルト支持部材の形状を調整することで、低い押圧力で加圧領域の長さを長くすることが可能となる。 In order to solve such a problem, a sliding belt fixing system using an endless fixing belt having flexibility has been devised. In this sliding belt fixing system, the fixing belt is supported from the inside by a belt support member, brought into pressure contact with the pressure roller, and rotated by frictional force with the pressure roller. By adjusting the shape of the belt support member, it is possible to increase the length of the pressurizing region with a low pressing force.
加圧領域でトナー像が定着された用紙は、分離部材によって定着部材から分離される。上記の摺動ベルト定着方式の場合、定着ベルトの表面から用紙を分離しにくいという問題がある。この問題は、例えば、コシの弱い用紙にトナーの付着量の多いカラー画像を形成する場合等において顕著となる。 The sheet on which the toner image is fixed in the pressure area is separated from the fixing member by the separation member. In the case of the above sliding belt fixing method, there is a problem that it is difficult to separate the paper from the surface of the fixing belt. This problem becomes prominent when, for example, a color image having a large amount of toner adhesion is formed on a paper having weak stiffness.
そこで、加圧領域において定着ベルトの内周面に接触する押圧パッドの形状や材質が検討されている。例えば、特許文献1には、加熱体(定着ベルト)と記録材(用紙)とが接触する領域内における加熱体の曲率半径が、記録材の搬送方向の上流側の方が下流側よりも大きくなるように設定された定着装置が記載されている。また、特許文献2には、弾性を有する押圧部材(押圧パッド)を用いた定着装置が記載されている。さらに、特許文献3には、押圧パッドの、定着ベルトの内周面に接触する摺動面が、平坦部と、平坦部よりも用紙の搬送方向の下流側の円弧状部と、を有する定着装置が記載されている。
Therefore, the shape and material of the pressing pad that contacts the inner peripheral surface of the fixing belt in the pressurizing region are being studied. For example, in Patent Document 1, the radius of curvature of the heating body in the region where the heating body (fixing belt) and the recording material (paper) contact each other is larger on the upstream side in the recording material conveyance direction than on the downstream side. A fixing device set to be described is described. Patent Document 2 describes a fixing device using a pressing member (pressing pad) having elasticity. Further, in
しかしながら上記特許文献1に記載された定着装置では、加圧領域内で曲率半径が変化するので、加圧領域内の圧力が不均一となる虞がある。また、特許文献2に記載された定着装置では、加圧ローラーの表面への押圧パッドの食い込みが変動しやすく、加圧領域が変動しやすく、用紙の分離性が不安定であるという問題がある。さらに、特許文献3に記載された定着装置では、用紙の分離性は得られるが、特許文献1と同様に、加圧領域内で曲率半径が変化するので、加圧領域の圧力が不均一となる虞がある。
However, in the fixing device described in Patent Document 1, since the radius of curvature changes in the pressure region, the pressure in the pressure region may be non-uniform. In addition, the fixing device described in Patent Document 2 has a problem that the pressure pad bites into the surface of the pressure roller easily fluctuates, the pressure region easily fluctuates, and the paper separation property is unstable. . Further, in the fixing device described in
本発明は上記事情を考慮し、定着性能と用紙の分離性能とを向上させた定着装置及びこの定着装置を備える画像形成装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a fixing device that improves fixing performance and sheet separation performance, and an image forming apparatus including the fixing device.
上記課題を解決するため、本発明の定着装置は、回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトとの間に、用紙が挟持搬送される加圧領域を形成する加圧ローラーと、前記加圧領域において前記定着ベルトの内周面に接触し、回転する該定着ベルトに対して摺動する摺動面を有する押圧パッドと、を備え、前記摺動面は、用紙の搬送方向に沿って連続して設けられた、前記加圧ローラーと反対側に凹んだ複数の円弧状面を有し、前記複数の円弧状面は、前記加圧ローラーの曲率半径よりも大きい曲率半径を有する前記搬送方向の最上流側の円弧状面から、前記搬送方向の下流側に向かって徐々に曲率半径が小さくなるように形成され、前記最上流側の円弧状面と、該最上流側の円弧状面の前記搬送方向の下流側の円弧状面との境界は、前記加圧領域の前記搬送方向における中央よりも下流側に対応するように形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a fixing device of the present invention includes a rotatable endless fixing belt, a pressure roller that forms a pressure region in which a sheet is nipped and conveyed between the fixing belt, And a pressing pad having a sliding surface that contacts the inner peripheral surface of the fixing belt in the pressurizing region and slides relative to the rotating fixing belt, and the sliding surface is along a sheet conveyance direction. A plurality of arcuate surfaces recessed in the opposite side to the pressure roller, the plurality of arcuate surfaces having a radius of curvature larger than the radius of curvature of the pressure roller. It is formed so that the radius of curvature gradually decreases from the arcuate surface on the most upstream side in the conveying direction toward the downstream side in the conveying direction, and the arcuate surface on the most upstream side and the arcuate shape on the most upstream side The boundary with the arcuate surface on the downstream side in the transport direction of the surface is the front Characterized in that it is formed so as to correspond to the downstream side than the center in the transport direction of the pressure area.
本発明において、前記搬送方向に連続する2つの前記円弧状面は、緩和曲面で接続されていることを特徴としても良い。 In the present invention, the two arcuate surfaces that are continuous in the transport direction may be connected by a relaxed curved surface.
本発明において、前記摺動面の前記搬送方向の最下流端は、前記最上流側の円弧状面を前記搬送方向の下流側に延長した延長面よりも、前記加圧ローラーの側に位置していることを特徴としても良い。 In the present invention, the most downstream end of the sliding surface in the transport direction is located closer to the pressure roller than an extended surface obtained by extending the arcuate surface on the most upstream side to the downstream side in the transport direction. It is good also as a feature.
本発明の画像形成装置は、用紙にトナー像を形成する画像形成部と、前記トナー像を前記用紙に定着する上記に記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする。 An image forming apparatus according to the present invention includes an image forming unit that forms a toner image on a sheet, and the fixing device described above that fixes the toner image on the sheet.
本発明によれば、押圧パッドの摺動面が、搬送方向の上流側から順に、曲率半径が徐々に小さくなる複数の円弧状面で形成されて、加圧領域内での急激な曲率変化が生じないので、安定した定着性能を得ることができる。さらに、摺動面の下流側ほど曲率半径が小さくなっているので、定着ベルトから用紙を曲率分離しやすい。 According to the present invention, the sliding surface of the pressing pad is formed of a plurality of arcuate surfaces whose curvature radii gradually decrease in order from the upstream side in the transport direction, and a sudden curvature change in the pressurizing region occurs. Since it does not occur, stable fixing performance can be obtained. Furthermore, since the radius of curvature is smaller toward the downstream side of the sliding surface, it is easy to separate the curvature of the sheet from the fixing belt.
以下、図面を参照しつつ本発明の画像形成装置及び定着装置について説明する。 Hereinafter, an image forming apparatus and a fixing device of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、図1を用いて、画像形成装置としてのプリンターの全体の構成について説明する。図1はプリンター1の内部構成を模式的に示す正面図である。以下、図1における紙面手前側をプリンター1の正面側(前側)とし、左右の向きはプリンター1を正面から見た方向を基準として説明する。各図のL及びRは、それぞれ左方向及び右方向を示す。 First, the overall configuration of a printer as an image forming apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a front view schematically showing the internal configuration of the printer 1. Hereinafter, the front side of the paper in FIG. 1 is the front side (front side) of the printer 1, and the left and right directions will be described with reference to the direction when the printer 1 is viewed from the front. L and R of each figure show the left direction and the right direction, respectively.
プリンター1の装置本体2には、用紙Sが収容される給紙カセット3と、給紙カセット3から用紙Sを送り出す給紙装置5と、用紙Sにトナー像を形成する画像形成部7と、トナー像を用紙Sに定着する定着装置9と、用紙Sを排紙する排紙装置11と、排紙された用紙Sが受け止められる排紙トレイ13と、が備えられている。さらに、装置本体2には、給紙装置5から、画像形成部7と定着装置9とを通って排紙装置11に向かう用紙Sの搬送経路15が形成されている。
The apparatus main body 2 of the printer 1 includes a
給紙装置5によって給紙カセット3から給紙された用紙Sは、搬送経路15に沿って画像形成部7に搬送され、用紙Sにトナー像が形成される。用紙Sは搬送経路15に沿って定着装置9に送られ、トナー像が用紙Sに定着される。トナー像が定着された用紙Sは排紙装置11から排紙トレイ13に排出される。
The paper S fed from the
次に、図2を参照して、定着装置9について説明する。図2は定着装置の断面図である。 Next, the fixing device 9 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the fixing device.
図2に示されるように、定着装置9は、定着ベルト21と、定着ベルト21との間に加圧領域Nを形成する加圧ローラー23と、定着ベルト21を加熱するIHヒーター25と、定着ベルト21の中空部に設けられる押圧パッド27と、を備えている。さらに、定着装置9は、これらが支持される定着ハウジング(図示省略)を備えている。
As shown in FIG. 2, the fixing device 9 includes a
定着ベルト21は、所定の内径を有し、用紙の幅よりも長い幅を有する無端状ベルトである。定着ベルト21は、可撓性を有する材料で形成され、基材層と、基材層の外周面に設けられる弾性層と、弾性層の外周面に設けられる離型層と、を有している。基材層は、Ni等の磁性金属や、CuやAg、Al等の金属を付与したポリイミド樹脂で形成されている。弾性層は、シリコンゴム等で形成されている。離型層は、PFAチューブ等で形成されている。また、基材層の内周面に摺動層が形成される場合もある。摺動層は、ポリイミドアミドやPTFE等で形成されている。
The
定着ベルト21は、ベルトガイド31によって定着ハウジングに回転可能に支持されている。ベルトガイド31は、定着ベルト21の中空部に設けられる支持部材33に支持されている。支持部材33は、四角筒状の部材であり、定着ベルト21の中空部を貫通して、両端が定着ハウジングに固定されている。
The fixing
ベルトガイド31は、定着ベルト21の内周面に沿った円弧状の断面形状を有し、バネ性を有する材料で形成されている。ベルトガイド31は、支持部材33の上部に固定されて、定着ベルト21に張力を与えて、IHヒーター25と所定の間隔を隔てて対向させている。なお、ベルトガイド31の換わりに、定着ベルト21の両端に内設する円弧状のフランジ部を定着ハウジングに設けても良い。
The
加圧ローラー23は、芯金と、芯金の外周面に設けられる弾性層と、弾性層の外周面に設けられる離型層と、を有している。弾性層は、シリコンゴム等で形成されている。離型層は、PFAチューブ等で形成されている。
The
加圧ローラー23は、定着ベルト21の下方から定着ベルト21に接触するように配置されて、定着ハウジングに回転可能に支持されている。これにより、加圧ローラー23と定着ベルト21との間に加圧領域Nが形成される。また、加圧ローラー23は、駆動源(図示省略)に接続して回転駆動される。駆動源によって加圧ローラー23が図2の反時計回り方向に回転すると、定着ベルト21は、加圧ローラー23に従動して、加圧ローラー23の回転方向とは反対の時計回り方向に回転する。この結果、搬送された用紙Sが加圧領域Nを通過する。
The
IHヒーター25は、コイル部25aと、コイル部25aを巻線状に保持するコイルボビン25bと、アーチコア25cと、を有している。IHヒーター25は、定着ベルト21の外周面の上半分を覆うように配置されて、定着ハウジングに支持されている。コイル部25aに高周波の交流電圧を印加することにより磁界を発生させ、この磁界の作用によって定着ベルト21の基材層に渦電流が発生して基材層が発熱し、定着ベルト21が加熱される。
The
押圧パッド27は、定着ベルト21の幅方向に長い、扁平な略直方体状の部材であり、液晶ポリマー等の樹脂で形成されている。押圧パッド27は、支持部材33の下面に固定されている。押圧パッド27の、加圧領域Nに対向する面41は、摺動シート35を介して定着ベルト21の内周面に接触している。定着ベルト21が前述のように回転すると、加圧領域Nに対向する面41は、定着ベルト21に対して摺動する。この加圧領域Nに対向して定着ベルトに対して摺動する面41を摺動面41とする。
The
さらに、定着装置9は、加圧領域Nよりも用紙搬送方向の上流側に設けられる用紙進入ガイド37と、加圧領域Nよりも用紙搬送方向の下流側に設けられる分離部材39と、を備えている。用紙進入ガイド37は、加圧領域Nに向かって上方に傾斜するように搬送経路に沿って配置されている。分離部材39は、定着ベルト21の回転方向に対してカウンター方向から定着ベルト21の表面に向かうように支持されている。
Further, the fixing device 9 includes a
次に、押圧パッド27について、図3及び図4を参照して詳細に説明する。図3は押圧パッドの断面図、図4は加圧領域の断面図である。
Next, the
図3に示されるように、押圧パッド27の摺動面41は、用紙の搬送方向Yに沿って上流側から連続して設けられた、第1の円弧状面43と、第2の円弧状面45と、第3の円弧状面47と、を有している。これらの円弧状面43、45、47は、加圧ローラー23と反対側に凹状に湾曲している。また、各円弧状面の曲率半径は、上流側から順に小さくなっている。すなわち、第1の円弧状面43の曲率半径は、加圧ローラー23の曲率半径よりも大きい。第2の円弧状面45の曲率半径は、第1の円弧状面43の曲率半径よりも小さく、第3の円弧状面47の曲率半径は、第2の円弧状面45の曲率半径よりも小さい。一例として、第1の円弧状面43の曲率半径は、加圧ローラー23の曲率半径の2倍以上が好ましく、4倍以上が特に好ましい。ただし、第1の円弧状面43の曲率半径を大きくすると、搬送方向Yに沿った加圧領域Nの長さが短くなるため、加圧領域Nの長さに応じて設定される。また、第2の円弧状面45の曲率半径は、第1の円弧状面43の曲率半径の約1.1倍以内が好ましく、第3の円弧状面47の曲率半径は、第2の円弧状面45の曲率半径の約1.1倍以上が好ましい。なお、各円弧状面の曲率中心は異なっていても良い。搬送方向Yに沿って隣接する2つの円弧状面は、緩和曲面によって滑らかに接続されている。また、摺動面41(第3の円弧状面47)の下流端は、第1の円弧状面43を搬送方向の下流側に延長した延長面43aよりも加圧ローラー23に近接する方向に傾斜している。
As shown in FIG. 3, the sliding
図4に示されるように、定着ベルト21は、押圧パッド27の摺動面41によって加圧ローラー23に押圧されて、定着ベルト21と加圧ローラー23との間に加圧領域Nを形成している。加圧領域Nは、摺動面41の全面に対応する部分に形成されているわけではなく、搬送方向Yの上流側及び下流側の端部では、定着ベルト21と加圧ローラー23とは接触していない。第1の円弧状面43と第2の円弧状面45との境界Bは、搬送方向における加圧領域Nの中央Ncよりも下流側に対応するように設けられている。
As shown in FIG. 4, the fixing
上記構成を有する定着装置9の定着動作を説明する。まず、加圧ローラー23が駆動されて回転し、定着ベルト21は、加圧ローラー23の回転方向とは反対の方向に従動回転する。同時に、IHヒーター25が駆動されて定着ベルト21を加熱する。定着ベルト21は、所定の制御温度(例えば、160℃)となるまで加熱される。このように定着ベルト21が加熱された後、トナー像が転写された用紙Sが、用紙進入ガイド37に案内されて加圧領域Nに搬送される。加圧領域Nにおいて、用紙Sは定着ベルト21と加圧ローラー23とに挟持されて搬送される。この際、定着ベルト21によって用紙Sが加熱されると共に加圧ローラー23と定着ベルト21とによって加圧されて、トナー像が用紙Sに定着される。トナー像が定着された用紙Sは、先端が分離部材39によって定着ベルト21から分離されて、搬送経路15に沿って搬送される。
The fixing operation of the fixing device 9 having the above configuration will be described. First, the
上記説明したように、本発明の定着装置9の押圧パッド27の摺動面41は、搬送方向Yの上流側から順に、曲率半径が徐々に小さくなる3つの円弧状面43、45、47で形成されている。これにより、定着後の用紙Sを加圧ローラー23の側に排出することができるので、定着ベルト21から用紙Sを分離しやすくなる。また、搬送方向Yに沿って隣接する円弧状面間は緩和曲面で接続されているので、加圧領域Nは、搬送方向Yの下流側に向かって圧力が徐々に高くなっている。このような構成により、用紙Sは、加圧領域Nの形状に沿った湾曲した姿勢で加圧領域Nを通過しやすくなる。つまり、用紙Sは、定着ベルト21から離れる方向に搬送されやすくなるので、定着ベルト21から用紙Sが分離しやすくなる。さらに、加圧領域Nの搬送方向Yの下流側端部(加圧領域Nの出口)では、定着ベルト21の曲率も変化するので、曲率分離性によっても用紙Sを定着ベルト21から分離しやすくなる。
As described above, the sliding
3つの円弧状面43、45、47は加圧領域N内で接続しているが、搬送方向Yに沿って隣接する円弧状面間が緩和曲面で接続されているので、加圧領域N内で急激な曲率変化が生じないようになっている。したがって、加圧領域N内で圧力の抜けや加圧領域Nの長さの変動等が発生し難く、安定な定着性能を得ることができる。さらに、曲率変化点を加圧領域Nの中央Ncよりも下流側に設けている。これにより、トナーがほとんど溶融して用紙Sに定着した後で曲率変化するので、曲率変化による圧力変動が多少生じてもトナー像はずれにくい。
The three
さらに、摺動面41の最下流端は、第1の円弧状面43を搬送方向の下流側に延長した延長面43aよりも、加圧ローラー23の側に位置している.したがって、加圧領域Nを通過した用紙Sは、第3の円弧状面47に沿う方向(図4の矢印Aで示す)に搬送される。すなわち、用紙Sは、定着ベルト21から離れる方向に搬送されるので、用紙Sを定着ベルト21からより分離させやすくなる。
Furthermore, the most downstream end of the sliding
本実施形態では、摺動面41を3つの円弧状面43、45、47で形成したが、円弧状面の数は3つに限らない。円弧状面の数が多い場合、曲率変化を緩やかにできる。
In the present embodiment, the sliding
上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る定着装置及び画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。 The above description of the embodiments of the present invention describes preferred embodiments of the fixing device and the image forming apparatus according to the present invention, and thus may have various technically preferable limitations. The technical scope of the present invention is not limited to these embodiments unless specifically described to limit the present invention. That is, the above-described components in the embodiment of the present invention can be appropriately replaced with existing components and the like, and various variations including combinations with other existing components are possible. The description of the embodiment of the present invention described above does not limit the contents of the invention described in the claims.
1 プリンター(画像形成装置)
7 画像形成部
9 定着装置
21 定着ベルト
23 加圧ローラー
27 押圧パッド
41 摺動面
43、45、47 円弧状面
1 Printer (image forming device)
7 Image forming unit 9
Claims (4)
前記定着ベルトとの間に、用紙が挟持搬送される加圧領域を形成する加圧ローラーと、
前記加圧領域において前記定着ベルトの内周面に接触し、回転する該定着ベルトに対して摺動する摺動面を有する押圧パッドと、を備え、
前記摺動面は、
用紙の搬送方向に沿って連続して設けられた、前記加圧ローラーと反対側に凹んだ複数の円弧状面を有し、
前記複数の円弧状面は、前記加圧ローラーの曲率半径よりも大きい曲率半径を有する前記搬送方向の最上流側の円弧状面から、前記搬送方向の下流側に向かって徐々に曲率半径が小さくなるように形成され、
前記最上流側の円弧状面と、該最上流側の円弧状面の前記搬送方向の下流側の円弧状面との境界は、前記加圧領域の前記搬送方向における中央よりも下流側に対応するように形成されていることを特徴とする定着装置。 A rotatable endless fixing belt;
A pressure roller that forms a pressure region where the paper is nipped and conveyed between the fixing belt and the fixing belt;
A pressure pad having a sliding surface that contacts the inner peripheral surface of the fixing belt in the pressure region and slides relative to the rotating fixing belt, and
The sliding surface is
A plurality of arcuate surfaces recessed continuously on the opposite side of the pressure roller, provided continuously along the paper conveyance direction;
The plurality of arcuate surfaces have a radius of curvature that gradually decreases from an arcuate surface on the most upstream side in the transport direction having a radius of curvature larger than the curvature radius of the pressure roller toward the downstream side in the transport direction. Formed to be
The boundary between the arcuate surface on the most upstream side and the arcuate surface on the downstream side in the transport direction of the arcuate surface on the most upstream side corresponds to the downstream side of the center in the transport direction of the pressurizing region. A fixing device characterized in that the fixing device is formed.
前記トナー像を前記用紙に定着する請求項1〜3のいずれか1項に記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。 An image forming unit that forms a toner image on paper;
An image forming apparatus comprising: the fixing device according to claim 1, wherein the toner image is fixed on the sheet.
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