JP3065886B2 - 定着装置 - Google Patents

定着装置

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JP3065886B2
JP3065886B2 JP6111784A JP11178494A JP3065886B2 JP 3065886 B2 JP3065886 B2 JP 3065886B2 JP 6111784 A JP6111784 A JP 6111784A JP 11178494 A JP11178494 A JP 11178494A JP 3065886 B2 JP3065886 B2 JP 3065886B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子写真装置のモノク
ロ用もしくはカラー用の定着装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年では、電子写真方式のカラー複写機
の製品化が活発に行われており、他の方式に比して高画
質やランニングコストの点で優れているため、市場も拡
大している。さらに、カラープリンターへの応用もなさ
れつつあり、カラーDTPの時代が広がろうとしてい
る。従って、このような画像形成装置に用いられるカラ
ー用の定着装置においては、画質的に混色性やOHP透
過性を向上させること、また、光沢性を安定させること
が必要とされている。
【0003】そこで、従来は、トナーと用紙の両者を同
等に加熱して多色重ねの厚いトナー像を十分に溶融・混
色させるために、定着ローラ及び加圧ローラの双方の内
部に熱源としてのヒータを備えた構成が一般に用いられ
ていた。
【0004】また、温調制御については、各々のローラ
表面に対してサーミスタを当接させ、各々の表面温度を
検知して行うことも可能ではあるが、制御そのものが複
雑化することと、コストアップとなるため、両ローラの
いずれか一方の表面にのみサーミスタを当接させ、その
表面温度を検知して行う制御が広く用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、次のような欠点があった。先ず、温調安定性
と定着性の観点から、上下ローラの温度差は10℃以内
程度とするのが望ましく、上下ローラの立ち上がり特性
を同等としてオーバーシュートを抑えるためには、ヒー
タ定格出力とローラ熱容量の比を、上下各々同等とする
必要がある。
【0006】しかし、このように立ち上がりを揃えた構
成であっても、スタンバイ時に上下ローラを停止させた
まま放置する場合においては、上ローラと下ローラの熱
の逃げ量、いわゆるヒートリークの差により上下ローラ
間に温度差を生じてしまうという問題があった。この温
度差の発生原因の一つは、図12の如く、下ローラ2側
から上ローラ1側に熱気流が流れ、定着ユニット自体に
上側高めの温度勾配ができることにあった。
【0007】従って、下ローラにサーミスタを当接して
温調制御する系では、上ローラ側が下ローラ側に比べヒ
ートリークが少なく昇温し易いため、ローラ寿命、安全
性が低いという欠点があった。
【0008】また、上ローラにサーミスタを当接した系
でも、下ローラ側が降温し易くなり、プリント前に前回
転を長く行わないと、上下ローラの温度が安定しない等
の問題があった。
【0009】さらに、上下ローラのヒートリーク差を測
定して上ヒータ定格電力を下ヒータ定格電力より低めに
設定して上下ローラの温度差を小さくした場合には、ス
タンバイ時は温度差がなくなり、効果を奏するものの、
逆に連続プリント出力時に温度差を生じてしまうという
問題があった。
【0010】本発明は、常に両ローラの温度差を小さく
することができ、その結果、両ローラの寿命の差を略な
くすことできる定着装置を提供することを目的として
いる。
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、定着ローラと、定着ローラを加熱する第1ヒータ
と、下方から定着ローラに接しており共に回転する加圧
ローラと、加圧ローラを加熱する第2ヒータと、加圧ロ
ーラの温度を検知する温度検知素子と、該温度検知素子
の検知温度が設定温度を維持するように第1ヒータと第
2ヒータの両方へ所定の電力比で通電を制御する通電制
御手段とを有する定着装置において、上記定着ローラと
上記加圧ローラが回転を停止して定着動作を待つスタン
バイ時は設定温度がスタンバイ温度に、且つ上記第1ヒ
ータと上記第2ヒータへの通電電力比が上記第1ヒータ
の発熱量が上記第2ヒータの発熱量より小さくなるよう
な所定の比率に設定されており、上記定着ローラと上記
加圧ローラが回転している定着動作時は設定温度が定着
温度に、且つ上記第1ヒータと上記第2ヒータへの通電
電力比が上記第1ヒータと上記第2ヒータの発熱量がほ
ぼ同じになるような所定の比率に設定されていることに
より達成される。
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【作用】上述のごとくの本発明によると、温度検知素子
の数を増すことなく、一枚目の定着不良を防止しつつ且
両ローラの寿命差が略なくなる。
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
【0026】(第1の実施例)先ず、本発明の第1の実
施例を図1及び図2に基づいて説明する。図1は、本発
明の第1の実施例における定着装置を示すものであり、
図1において、1は定着ローラで、該定着ローラ1には
加圧ローラ2が圧接して該定着ローラ1との間にニップ
部を形成しつつ、従動回転を行うようになっている。該
定着ローラ1はアルミニウム製の中空筒体の芯金上に弾
性層を有しており、中空空間には、熱源としてのハロゲ
ンヒータ3が内蔵され、定着に必要な熱供給がなされる
ようになっている。上記弾性層は、カラー画像の単色〜
4色の多重トナーの厚み(数μm〜数十μm)に追従す
るために、数十μm以上設けることが必要である。弾性
が小さいとトナー凹部の未定着トナーの潰れによる解像
低下をもたらすためである。この弾性層の材質として
は、フェニル系、ジメチル系の液状シリコーンゴムRT
V、LTVタイプのものが弾性を備えているので好適で
あり、特にRTVはシリコーンオイルとの親和性が高
く、オイルを塗布し易いので良い。
【0027】また、加圧ローラ2もアルミニウム製の中
空筒体の芯金上に弾性層を有しており、中空空間には、
熱源としてのハロゲンヒータ3’を内蔵し、該ハロゲン
ヒータ3’により加熱されるようになっている。この加
圧ローラ2の弾性層は、定着ローラ1に比べ弾性が小さ
くても良いのて、単純化が可能であり、HTV、フッ素
ゴム等の層を設けるのみでも良く、表面にPFAまたは
PTFEコート等を施しオイル膨潤阻止をしたものでも
良い。また、RTVを用いても良い。
【0028】一方、上記定着ローラ1の上部には、クリ
ーニングウェブ7が配設されており、定着を行った後の
定着ローラ1の表面を摺擦して、オフセットトナーの除
去を行うようになっている。
【0029】また、上記定着ローラ1の表面には、シリ
コーンゴムを表層とするオイル塗布ローラ12が接触配
設されており、該オイル塗布ローラ12が接触回転する
ことにより、オイル塗布がなされる。該オイル塗布ロー
ラ12は、定着時には塗布を行うために接触を行い、非
定着時にはオイル垂れを防止するために離間を行うよう
になっている。
【0030】上記オイルは、剛性ケース内にアルミニウ
ムパックを有したオイルタンク18に収容されており、
ジョイント17、17’及びシリコーン樹脂等のチュー
ブを介して接続されたオイルポンプ16により、オイル
補給ノズル13に搬送されるようになっている。また、
このオイル補給ノズル13から搬送されたオイルは、上
記オイル塗布ローラ12に密接あるいは極近接されたオ
イル溜め板14に微少量保持され、オイル塗布ローラ1
2の回転に伴ってオイル塗布ブレード11によりオイル
の量規制を受け、オイル塗布ローラ12上に均質薄層塗
布がなされる。
【0031】また、この際に塗布されなかった余剰分の
オイルは、オイル溜め板14より落下し、オイルケース
15の底面から逆流防止弁20を介してオイルタンク1
8に回収されるために、オイルケース15内には常に極
少量のオイルが存在するだけであり、本体との分離時ユ
ニット自体の傾斜、転倒が起こっても、外部へのオイル
漏れは殆ど防止される。本体装着時に本体移動によって
起こる傾斜に対しては、オイル漏れのないのは無論であ
る。
【0032】このようにオイル塗布ローラ12により定
着ローラ1上に適量塗布されたオイルは、通紙に伴い、
用紙に吸収あるいは付着して機外に出ていくが、定着ロ
ーラ1の非通紙部分あるいは前・後回転時に塗布された
オイルは、加圧ローラ2に付着転移し、クリーニングブ
レード5により、紙粉、トナーと共に加圧ローラ2上か
ら掻き取られ、クリーニングブレード5の下方に配設さ
れた廃オイル回収容器であるオイルパン6内に落下す
る。そして、該オイルパン6内においては、落下したオ
イルがオイル吸収体10により速やかに吸収処理され、
ユニットの傾斜、転倒の際のオイル漏れを防いでいる。
【0033】このオイル吸収体10は、繊維材もしくは
スポンジ材で形成されて、フィルターとしての機能も果
たしており、該オイル吸収体10によって濾過されたオ
イルは、オイルポンプ16’により負圧をかけてオイル
タンク18に回収され、再利用される。負圧をかけるの
は、オイルに粘性があるためであり、このように構成す
ることでオイルパン6の容量を小さくすることが可能と
なり、さらにオイルを節約することもできる。
【0034】なお、このように循環利用されるオイルの
残量は、オイル残量検知センサ19により検知されてお
り、所定量となったときにオイルタンク18の交換を促
すようになっている。オイルタンク18は、ゴムシー
ル、バネ等の組み合わせにより形成されたジョイント1
7、17’により着脱自在となっており、着脱時には、
該ジョイント17、17’によりオイルシールがなされ
る。
【0035】また、ポンプ16、16’としては、電磁
ポンプを用いるのが好ましく、パルス信号でオイルの量
制御を行う方式を採るのが良い。また、ギアポンプを用
いることも安価で良い。さらに、ポンプには逆流防止弁
を備えるのが良い。
【0036】なお、以上のようなオイルタンク18、ジ
ョイント17、17’、オイルポンプ16等で構成され
るオイル供給部に関しては、完全閉鎖系であり、漏れの
心配がないため、装置本体側に設けることも定着ユニッ
ト側に設けることも可能である。
【0037】さらに、オイルの材質については、現在一
般的に用いられているのは、シリコーンオイルである
が、その中でも、特に用いられているのがジメチル系の
ものであり、例えば、信越化学株式会社製のKF−96
等が良く知られている。粘度については、数万cs以下
のものが利用できるが、数千cs以下のものが好まし
い。数十cs以下のものは揮発性が高く、機内の帯電ワ
イヤを汚し易い上に引火点が低く、安全性に問題がある
ことから百cs以上のものが良い。
【0038】以上のような本実施例装置において、未定
着トナー像が転写された用紙(図示せず)は、ガイド8
により案内されて右方よりニップ部に進入し、上述のよ
うに均一なオイル層が形成された定着ローラ1及び加圧
ローラ2により加圧及び加熱を受けて定着された後、加
圧ローラ2に当接するように配設された分離爪9により
分離され、ガイド8’に案内されて排紙される。
【0039】従って、良好な定着を行うには、両ローラ
の温度を適切な温度に保つことが必要であるが、本実施
例におけるローラの温度制御は、加圧ローラ2に温度検
知手段たるサーミスタ4を接触配置し、その検知温度に
伴う抵抗値変化によりローラの表面温度を検知し、CP
U等の温度制御手段(図示せず)によりローラ表面温度
を所定値となるようにハロゲンヒータ3及び3’への通
電を制御することにより行っている。
【0040】しかし、スタンバイ時に両ローラを停止さ
せたまま放置する場合においては、定着ローラ1と加圧
ローラ2の熱の逃げ量、いわゆるヒートリークの差によ
り両ローラ間に温度差を生じる恐れがあるため、適切な
温度制御を行うことが必要である。
【0041】そこで、この温度差と温度制御の関係を調
べるために、以下のような実験を行った。実験において
は、定着ローラ1の表層をRTVまたはLTVのシリコ
ーンゴムとし、加圧ローラ2の表層をRTV、HTV、
LTVのシリコーンゴム、またはその他のフッ素ゴム
に、PFA、PTFEをコートしたものを用いた。
【0042】トナーとしては、キャノン販売株式会社の
カラー複写機CLC−200に使用されているシャープ
メルトトナーを用い、定着温度は170℃で、ローラ周
速は100mm/secとした。また、使用したオイル
はKF−96(上述)の粘性が300csのものを用い
た。なお、ニップ部は5〜6mm幅程度に加圧状態を形
成し、総加圧量は40kg程度とした。
【0043】図2に温調制御の例を示す。このヒータ制
御は、両ヒータ3、3’を同時にオン・オフさせる制御
方式により行った。実験においては、ノイズによるヒー
タちらつき防止のため、目標設定温度T0に対する不感
帯幅を0.7℃として、サーミスタ4の信号に基づくオ
ン・オフ制御を行った結果、目標設定温度T0の上下に
ほぼ均等にリップルができた(リップル幅=1.4℃〜
3℃)。
【0044】先ず、連続プリント時には、T0=170
℃として、両ヒータ3、3’のそれぞれの点灯時間t
p、tp’の比を、tp/tp’=1/1とした結果、
両ローラ1、2の温度は各々170℃±3℃におさま
り、安定した温調を行った。
【0045】次に、スタンバイ放置時には、T0=16
0℃として、両ヒータ3、3’のそれぞれの点灯時間t
2、t1の比をt2/t1=0.67/1とした結果、両ロ
ーラ1、2の温度は各々160℃±3℃となり、10時
間放置後も温度差を生ずることはなかった。なお、具体
的には、点灯周期t0=60秒、ヒータ3のオン時間t2
=10秒、ヒータ3’のオン時間t1=15秒とした。
【0046】因みにプリント時と同様にスタンバイ時に
おいてヒータ点灯時間を1/1とした場合には、放置後
20分後で、定着ローラ1の温度が176℃、加圧ロー
ラ2の温度が160℃となり、大きく温度差が現れた。
このような温度差がスタンバイ時にあると、ゴムの温度
劣化の差は両ローラの寿命差となって現れてくるため、
両ローラの交換時期が別々となり、メンテナンスに不利
である。また、両ローラを定着ユニット一体としてユニ
ット交換を行う場合にも、どちらかの寿命が残った状態
で交換することになり、不経済である。
【0047】従って、上述のように、定着ローラ1側の
ヒータ3の点灯時間を加圧ローラ2側のヒータ3’より
も短くする制御方式が好ましい。なお、実験の結果、両
ヒータ3、3’の点灯時間のずらし方は、サーミスタ4
で温度検知を行っている側のヒータ(本実施例では加圧
ローラ2側のヒータ3’)のオン時間τ1に対して、も
う一方のヒータ(本実施例では定着ローラ1側のヒータ
3)のオン時間τ2を、τ2=ατ1(α:定数であり、
本実施例では0.7)というように、ある係数をかけた
分だけオン時間を縮める方法によって行うことも可能で
あることが分かった。また、α≒1の場合にはτ2=τ1
−A(A:定数)というようにオン時間を短めにする方
法によってもほぼ同等の制御を行うことが可能であっ
た。また、これらの係数、定数値を環境条件や電源オン
後の経過時間等により微調を行うとなお良い。実験では
諸条件を変えた場合に上下ローラ温度を一致させる値と
してαが0.2〜0.4、Aが3.4秒〜4.4秒程度
の範囲をとり得た。なお、点灯周期自体の変動は少な
く、60秒〜64秒程度で安定していた。また、以上の
ように、図2の如く定着ローラ1側のヒータ3のオンタ
イミングを遅らせる方法の他、加圧ローラ2側のヒータ
3’のオフタイミングを遅らせる方法、あるいはその組
み合わせ等の制御方式が可能であることが分かった。
【0048】これらの制御を行う際に基準となるのは、
サーミスタ検知による基準点灯周期t0とサーミスタ検
知側のローラのヒータオン時間t1である。例えば、t1
を1周期分計測して、次周期でのt2を決定しても良い
し、温調ゆらぎを少なくする意味で、複数前周期分の合
計値あるいは平均値とした計測値を用いて、次周期t2
を決定しても良い。もちろん、機械間差ばらつきも含め
た平均値的なt0を予め想定して、遅延時間Δt=t1
2を設定していも良い。さらに、両ヒータのオン時間
1、t2を両方制御する方式として、t1、t0を単数、
複数前周期に計測して、次周期のt1、t2を決定しても
良い。
【0049】定着ローラ1側のヒータ3のオン時間を短
縮する方法では、周期、リップルは、α=1の場合と殆
ど差がなく、安定性が高いという利点があった。また、
加圧ローラ2側のヒータ3’のオン時間を延長する方式
では、リップルは若干大きくなっても制御が発散しにく
く簡単であるという利点がある。なお、ウォームアップ
については、実験では、両ヒータを共にフル点灯(10
0%)で両ローラの立ち上がりが共に一致するように両
ローラの熱容量を設定していた。
【0050】本実施例の定着装置の各モード状態におけ
る平均電力を下表に示す。なお、表において両ヒータに
おける平均電力は各々Wa、Wbで表す。
【0051】
【表1】
【0052】各状態の後の括弧は両ヒータの点灯比率で
あって、丁度両ヒータの平均電力比率(Wa/Wb)に
一致する。電力の後の括弧は各々のヒータのフル点灯時
100%に対する平均電力を表す。なお、上述の説明で
は両ヒータを同一出力のものを用いているが、両ヒータ
の出力が異なる構成でももちろん良く、スタンバイ時の
両ヒータの平均電力比Dsがウォームアップ時またはプ
リント時の平均電力比Dpより小さくなるよう制御を行
っていれば良い。これまでの説明ではオン・オフ制御を
用いていたため、両ヒータの点灯時間で両ヒータの平均
電力比を制御していたが、これ以外の一般の制御、例え
ばデューティ制御、波数制御、PWM制御、位相制御等
においては、両ヒータの平均電力比のみを問題にすれば
良いのは明らかである。
【0053】なお、スタンバイ時(両ヒータの電力比D
s=0.7/1)においては、定着ローラ1を保温する
ために補うヒートリーク分が60W、加圧ローラ2のヒ
ートリークが85Wであり、定着ローラ1のヒートリー
クが加圧ローラ2のヒートリークより15W(約30
%)小さいことを示している。なお、このとき両ローラ
温度は共に160℃で一致している。
【0054】(第2の実施例)次に、本発明の第2の実
施例を図3ないし図5に基づいて説明する。なお、第1
の実施例との共通箇所には同一符号を付して説明を省略
する。
【0055】両ヒータのオン・オフを同時に行うと、突
入電流の変動が大きく、ノイズ規格に対して問題となる
ことがあるため、例えば図3あるいは図4の如く、オフ
時間をずらした制御としても良い。さらに、図5の如く
両ヒータを交互点灯する制御を行うのも良い。
【0056】(第3の実施例)次に、本発明の第3の実
施例を図6ないし図9に基づいて説明する。なお、第1
の実施例との共通箇所には同一符号を付して説明を省略
する。
【0057】上述のようなオン・オフ制御の他にも、図
6の如く、オン時においてフル点灯させず、あるデュー
ティ比で間欠点灯させるようにしたデューティ制御を用
い、両ヒータ点灯のデューティ比をスタンバイ時とプリ
ント時で変える方式も可能である。
【0058】この場合も定着ローラ1側のヒータ3のみ
デューティを変える、または加圧ローラ2側のヒータ
3’のみデューティを変える、あるいは両ヒータ共にデ
ューティを変える等の方法が可能である。例えば、図7
の如く、目標温度T0に対してサーミスタ検知温度Tと
の差ΔTに応じて、出力レベル、すなわちデューティを
対応させるものである。もちろん、この他にも種々の対
応が可能である。ここでは、簡単のため、T0に対して
それ以下の温度に対して3種の出力レベルを設定した様
子を示す。デューティは基準周期を16分割して16レ
ベル設けた。図7では、定着ローラ1側のヒータ3の出
力レベルをu、加圧ローラ2側のヒータ3’の出力レベ
ルをdでを表す(α,β>0、α<β)。
【0059】ここでは、両ヒータのデューティ比によ
り、両ヒータの平均電力比を、プリント時及びウォーム
アップ時には1/1とし、スタンバイ時には、(定着ロ
ーラ1側のヒータ3のデューティ)/(加圧ローラに側
のヒータ3’のデューティ)=0.75/1としてい
る。
【0060】実際の出力は図8のように、デューティ周
期を、例えばAC電源の周期(1/50秒、1/60
秒)に対して8波分とっておき、半波を1単位としてデ
ューティ比としてとることも可能である。
【0061】さらに、図9の如く、ノイズ対策のため1
/4波出力をずらしてゼロクロス化するとなお良い。
【0062】(第4の実施例)次に、本発明の第4の実
施例を図10及び図11に基づいて説明する。なお、第
1の実施例との共通箇所には同一符号を付して説明を省
略する。
【0063】第3の実施例におけるデューティ制御方法
の代わりに、図10に示すように、位相制御の方法によ
りAC1波当りの位相積分量を変えて出力しても良い。
この方法においも、図11の如くゼロクロス化すること
も可である。ここでも両ヒータの平均電力比を、スタン
バイ時<プリント時及びウォームアップ時とすることで
スタンバイ時の両ローラの温度差の発生を防止可能であ
る。
【0064】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
温度検知素子の数を増すことなく、一枚目の定着不良を
防止しつつ且つ両ローラの寿命差略なくなるという効
果を得る。
【0065】
【0066】
【0067】
【0068】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における定着装置の縦断
面図である。
【図2】本発明の第1の実施例における温度制御例を示
す図である。
【図3】本発明の第2の実施例における温度制御例を示
す図である。
【図4】本発明の第2の実施例における他の温度制御例
を示す図である。
【図5】本発明の第2の実施例における他の温度制御例
を示す図である。
【図6】本発明の第3の実施例における温度制御例を示
す図である。
【図7】本発明の第3の実施例における両ローラの熱源
のデューティ例を示す図である。
【図8】本発明の第3の実施例における他の温度制御例
を示す図である。
【図9】本発明の第3の実施例における他の温度制御例
を示す図である。
【図10】本発明の第4の実施例における温度制御例を
示す図である。
【図11】本発明の第4の実施例における他の温度制御
例を示す図である。
【図12】従来の定着装置におけるスタンバイ時の熱の
移動を説明するための図である。
【符号の説明】
1 定着ローラ(上方に位置するローラ) 2 加圧ローラ(下方に位置するローラ) 3,3’ ハロゲンヒータ(熱源) 4 サーミスタ(温度検知手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮代 俊明 東京都大田区下丸子三丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 久米 隆生 東京都大田区下丸子三丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 鈴木 健彦 東京都大田区下丸子三丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 壁谷 信昭 東京都大田区下丸子三丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−208316(JP,A) 特開 昭63−91682(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 定着ローラと、定着ローラを加熱する第
    1ヒータと、下方から定着ローラに接しており共に回転
    する加圧ローラと、加圧ローラを加熱する第2ヒータ
    と、加圧ローラの温度を検知する温度検知素子と、該温
    度検知素子の検知温度が設定温度を維持するように第1
    ヒータと第2ヒータの両方へ所定の電力比で通電を制御
    する通電制御手段とを有する定着装置において、上記定
    着ローラと上記加圧ローラが回転を停止して定着動作を
    待つスタンバイ時は設定温度がスタンバイ温度に、且つ
    上記第1ヒータと上記第2ヒータへの通電電力比が上記
    第1ヒータの発熱量が上記第2ヒータの発熱量より小さ
    くなるような所定の比率に設定されており、上記定着ロ
    ーラと上記加圧ローラが回転している定着動作時は設定
    温度が定着温度に、且つ上記第1ヒータと上記第2ヒー
    タへの通電電力比が上記第1ヒータと上記第2ヒータの
    発熱量がほぼ同じになるような所定の比率に設定されて
    いることを特徴とする定着装置。
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