JP4018577B2 - インクジェット記録ヘッドカートリッジ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッドに関し、特に、記録に用いる液体（インク）を保持する容器部を一体的に備えるインクジェット記録ヘッドカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録ヘッドは、一般に、インクを吐出させるためのエネルギーを発生する複数の吐出エネルギー発生素子と、この吐出エネルギー発生素子部を経て、インクを吐出する複数の吐出口に通じる複数のノズルを有している。吐出エネルギ発生素子としては、発熱素子を用いることが知られており、この場合、発熱素子によって液体を発泡させ、それに伴って生じる圧力を利用して、インクを吐出させる。このような発熱素子を用いたインクジェット記録ヘッドは、小型化が容易であり、発熱素子やノズルを含む部分は、小型の発熱回路部として構成される場合がある。このようなインクジェット記録ヘッドは、さらに、インクを保持する容器と、この容器から発熱回路部にインクを供給するための流路を形成する部材が一体的に備えられたインクジェット記録ヘッドカートリッジとして構成される場合がある。
【０００３】
このようなインクジェット記録ヘッドカートリッジの流路においては、流路内部に侵入してくる、特に環境変化の影響によって浸入してくる空気、インク内部に残留した空気、発熱素子によるインクの加熱に伴ってインクから分離される空気、ヘッド製造過程において流路内に混入する空気等により内部に気泡が溜まりやすい。流路内部に気泡が多く生じた場合には、発熱素子部へのインク供給の妨げとなり、インクを十分に供給できなくなる場合があり、特に、気泡がインク供給経路内で大きな固定泡となると、インク供給経路が気泡によって一時的に実質的に完全に遮断されてしまうという問題が発生することが考えられる。また、発熱素子上に気泡が点在すると、所定の発泡を妨げたり、インクを吐出するための圧力が、気泡の収縮により、いわゆるダンパ効果によって吸収されたりして、所定のインク吐出動作が妨げられる場合がある。このように、カートリッジのインク流路内に気泡が溜まると、記録不良を引き起こす場合がある。
【０００４】
上記のような流路内への気泡の残留による悪影響を低減するために、従来から様々な方法が用いられている。このような方法としては、インクの溶存気体を脱気によって低減する方法、インクの供給経路内に気液分離膜を設ける方法などが知られている。また、物理的に気泡を取り除く方法として、気泡を吐出口からインクと共に吸い出して取り除く方法が知られており、インクの成分をより消泡しやすいものにする試みもなされている。また、特許文献１には、インク供給経路の垂直部において、気泡の浮力を利用して、比較的大きくなった気泡を通さないフィルターの下に気泡を保持し、それより下流側への気泡の残留を低減する方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３２２８５６９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の溶存気体を脱気により除去する方法では、その製造過程が複雑化してしまう。また、実使用時にもインク供給系への空気の浸透がない状態に保たなくてはならないため、カートリッジの構成が複雑になってしまう。さらに、空気の浸透を低減する構成にしたとしても、空気がカートリッジ材料表面や吐出口から時間経過と共に浸透するのを完全に防ぐのは困難であり、経時的に見て、実質的な脱気状態を維持するのは困難である。
【０００７】
気液分離膜を設ける方法では、この膜を配置する空間を供給系内部に設ける、特に、インク吐出口からの気泡侵入の影響を低減するために、ノズル近傍に配置する必要があり、カートリッジ構成が複雑化してしまう。
【０００８】
吸引により気泡を取り除く方法を用いる場合には、流路形状などを吸引によって気泡を取り除きやすい形状にするのが好ましい。しかし、このようにしたとしても、吸引では、気泡を取り除くだけでなく、ある程度のインクが消費されるのを避けられない。また、吸引機構や、吸引後のインクをプリンタ本体に保持するための吸収部材などが必要となりプリンタ本体のコストアップにつながってしまう。また、吸引系の形状などによっては、気泡の発生していない部分でもインクが吸引されてしまう場合があり、廃棄するインク量が多くなって、ユーザーに対する負担が大きくなってしまう場合がある。
【０００９】
特許文献１に記載されているように、インク供給経路の垂直部に設けたフィルターの下方に気泡を保持する方法では、ある程度以上に気泡が大きくなった場合には、インク供給が妨げられてしまうことが考えられる。特に、特許文献１に記載された構成では、インク供給経路の垂直部には、フィルターの下方に段差部が設けられており、この段差部とフィルターに囲まれた空間以上に気泡が成長した場合、インク供給が妨げられやすくなると考えられる。またさらに、インク供給経路の水平部まで気体が成長した場合、特許文献１に記載された構成では、インク供給が遮断されてしまうことが考えられる。
【００１０】
インクジェット記録ヘッドは、近年著しく高速化されてきており、したがって、単位時間当りに必要となるインク量が増加してきている。このため、上記のように、気泡によってインク供給が妨げられることによる、記録動作への悪影響はますます大きな問題となってきており、単位時間当りにより多くのインクを供給する場合であっても、供給量が不足しないようにすることがますます求められている。
【００１１】
本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、大流量のインクを安定して供給し、安定して良好に記録動作を行うことが可能なインクジェット記録ヘッドカートリッジを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明のインクジェット記録ヘッドカートリッジは、液体が導入されるノズル、および、液体を吐出させるためのエネルギを発生するインク吐出エネルギ発生素子を備える発熱回路部と、液体を保持する液体容器と、液体容器から発熱回路部へ液体を導く流路とを有するインクジェット記録ヘッドカートリッジにおいて、流路には、流路全体の幅に比べて狭い幅の溝状流路が、内壁上に、液体容器に接続する部分から発熱回路部に接続する部分まで連続して形成されており、流路は水平部を有し、該水平部に、液体の供給方向に向かって幅が狭くなっている絞り部が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態のインクジェット記録ヘッドカートリッジの模式図であり、図１（ａ）は、垂直方向に切断した断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図を示している。
【００１５】
このインクジェット記録ヘッドカートリッジは、インク（液体）を吐出させるための吐出エネルギ発熱素子とノズルを備える吐出回路部１を有しており、この吐出回路部１から、図１（ａ）の矢印で示すように下方に向かってインクを吐出し、吐出したインクを紙面に付着させて記録を行う。吐出エネルギ発生素子としては発熱素子が用いられている。吐出回路部１の、インク吐出方向と反対側となる上面には、各ノズルに通じる供給口５が形成されており、この供給口５が形成された面上に、インク容器（液体容器）３と流路６を形成する部材が一体的に取り付けられている。
【００１６】
インク容器３内には、インクを保持するインク吸収部材２が設けられている。流路６は、インク容器３の部分から下方に向かって延びる円柱状の経路によって形成される垂直部６ａと、垂直部６ａの下端に接続し、吐出回路部１の供給口５へと延びる水平部６ｂを有している。流路６の内壁上には、垂直部６ａの側壁に沿って延び、そこからさらに水平部６ｂの上壁に沿って延びる溝状流路１０が形成されている。溝状流路１０は、流路６全体の幅に比べて小さな幅を有しており、このため、流路６内に比較的大きな気泡が形成された場合、この気泡の表面は溝状流路１０内まで入り込むことはできず、したがって、溝状流路１０はインクが流れる状態に保たれる。
【００１７】
流路６の垂直部６ａの上端部は、インク容器３内に突出して、インク吸収部材２内に侵入している円筒状の部材によって形成されている。このように構成することによって、インク吸収部材２内に保持されたインクを垂直部６ａの上端近傍に引き寄せる力を発生させている。垂直部６ａの上端の開口上には、インク吸収部材２との間に、フィルター８が設けられている。フィルター８は、流路６内部に不純物が侵入するのを防ぐと共に、流路６の垂直部６の上端部を形成する円筒状部材近傍に引き寄せられたインクを、フィルター８において発生するメニスカス力によって保持する働きもする。
【００１８】
水平部６ｂは、吐出回路部１のほぼ全幅に亘って吐出回路部１に沿って延びており、吐出回路部１の供給口５は、水平部６ｂが上方に位置している部分で、吐出回路部１のほぼ全幅に亘って延びている。このように、吐出回路部１の全幅に亘って延び、したがって比較的大きな供給口５の全域が上方の流路６に向かって開口した構成とすることによって、吐出回路部１側でインク内に生じた気泡が、その浮力によって流路６側へ導かれやすくすることができる。それによって、吐出回路部１側、特に、その発熱素子付近に気泡が残留し、それによって、インク吐出に悪影響が生じるのを効果的に防止することができる。
【００１９】
また、水平部６ｂには、垂直部６ａに接続する部分から、供給口５に達する部分までの間に、供給口５側に向かって幅が狭くなった絞り部１１が設けられている。図示する例では、絞り部１１は、流路６の垂直部６ｂから吐出回路部１の供給口５側へ向かって、すなわちインクの供給方向に向かって、徐々に幅が狭くなるように傾斜した壁によって構成されている。水平部６ｂの天井部には、この絞り部よりも供給口５側に、供給口５側から離れる方向に向かって徐々に高くなった傾斜部１２が設けられている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明のインクジェット記録ヘッドカートリッジは、液体を保持する液体容器と、液体容器内の液体を受け入れるための供給口と、供給口に連通するノズルと、ノズル内に設けられ液体を吐出するための吐出エネルギー発生素子とを備える吐出回路部と、液体容器から吐出回路部へ液体を導く流路と、を備えるインクジェット記録ヘッドカートリッジにおいて、流路は液体容器との接続部から延在する垂直部と、垂直部の下端に接続し吐出回路部の供給口に接続する水平部とを備え、流路の水平部の垂直部に接続する部分に、液体の供給方向に向かって幅が狭くなっている絞り部が形成されているとともに、流路の液体容器に接続する部分から吐出回路部に接続する部分にわたって、流路幅に比べて狭い幅の溝状流路が、垂直部の側壁に沿って延び、そこからさらに水平部の上壁天井部に沿って、水平部先端の垂直部を覆うまで連続して形成され、かつ溝状流路が供給口上部に位置していることを特徴とする。
【００２１】
さらに、本実施形態の構成によれば、吐出回路部１に流路６内の気泡の一部が流されて、インク吐出に悪影響が生じるのを効果的に防止することができる。本実施形態の構成がこのような効果を生じることを説明するために、本実施形態の構成に対比される構成のインクジェット記録ヘッドカートリッジにおいて、流路の水平部に保持された気泡の影響について図２，３を参照して説明する。
【００２２】
図２，３は、本実施形態に対比される構成のインクジェット記録ヘッドカートリッジの、垂直部５６ａと水平部５６ｂからなる流路５６部分を示す模式図であり、インク容器などの記載は省略している。この流路５６には、本実施形態のインクジェット記録ヘッドカートリッジにおける溝状流路１０、絞り部１１、傾斜部１２は設けられていない。
【００２３】
図２に示すように、流路５６の水平部５６ｂの天井部に保持された気泡５９には、吐出回路部５１からインクを吐出させた際、水平部５６ｂ内で、垂直部５６ａ側から、吐出回路部５１の供給口５５側へ供給されるインクの流れによって、供給口５の方向へ移動させようとする力が作用する。この結果、気泡５９は、供給口５５上に位置しやすくなり、気泡５９の一部が供給口５５から吐出回路部５１側へと流されやすくなる。このように吐出回路部５１へと気泡５９の一部が流された場合には、それによって、インクの吐出が不安定になり、さらにはインクを吐出できなくなるなどの、インク吐出への悪影響が生じる事がある。
【００２４】
また、保持された気泡５９は、流路５６内に経時的に生じる気泡と合体してさらに成長する傾向がある。このようにして、図３に示すように大きな気泡５９’が供給口５５上に形成されると、気泡５９’の一部が、ますます、供給口５を通って吐出回路部５１へと導かれやすくなってしまう。
【００２５】
一方、本実施形態の構成によれば、図４に示すように、流路６の水平部６ｂの天井部に位置する気泡９には、傾斜部１２が設けられているために、浮力によって絞り部１１より垂直部６ａ側に移動させようとする力が加わる。さらに、溝状流路１０にインクが流れることによって、気泡９には、図４（ａ）の反時計周り方向に回転させようとする力が加わり、これによって気泡９が回転することにより、結果として、気泡９には、垂直部６ａ側へ移動させる作用が加わる。これによって、直径が小さく、浮力のみでは移動しにくい気泡９であっても、効果的に垂直部６ａ側へと導くことができる。これらのことから、本実施形態の構成では、気泡９が供給口５付近へと導かれ、気泡９の一部が供給口５を介して吐出発生回路部１へと流されるのを抑制することができ、インク吐出の信頼性を向上させることができる。
【００２６】
そして、上記のようにして絞り部１１より垂直部６ａ側に移動させられ、その位置で経時的に成長して、図５に示すようにより大きな気泡９’が形成されると、この気泡９’は、絞り部１１に引っ掛かって、絞り部１１より垂直部６ａ側に保持される。保持された気泡９’は、例えば、気体９’が成長するか、もしくは、インク流れによって気体９’が絞り部１１の壁面に沿って変形し、気体９’の内部エネルギが低くなるまで保持することが可能である。すなわち、比較的大きく成長した気泡９’を供給口５から離れた位置に保持することが可能であり、したがって、気泡９’の一部が供給口５を介して吐出発生回路部１へと流されるのを抑制することができ、インク吐出の信頼性を向上させることができる。
【００２７】
なお、本発明において、絞り部１１より垂直部６ａ側に保持することができる気泡の量は、絞り部１１の位置や、絞り部１１より垂直部６ａ側の部分での水平部６ｂの幅および高さ、絞り部１１の形状などを調節することによって、調整することができる。保持可能な気泡２９の量は、具体的なインクジェット記録ヘッドカートリッジの使用形態などに応じて、適宜調整するのが好ましい。例えば、気泡除去のための吸引回復処理を行う機能を有するインクジェット記録装置に装着するカートリッジであれば、吸引回復処理が行われることが想定される時期の間隔の間に、流路６内に生じることが予想される気泡の量に合わせて、保持可能な気泡の量を設定する。また、吸引回復処理機能のないインクジェット記録装置に装着するカートリッジであれば、カートリジに保持されたインクが消費され、交換されるまでの想定される期間、または、カートリジの寿命までの期間に流路６内に生じることが想定される気泡の量に合わせて、保持可能な気泡の量を設定する。
【００２８】
このように、絞り部１１より垂直部６ａ側に保持することができる気泡の量を適宜設定することによって、気泡による悪影響を軽減する効果を想定される使用期間に亘って維持しながら、気泡を保持可能な空間の大きさを必要最小限の大きさにするなど、構成の適正化を図ることができる。この際、環境変化によるインク物性の変化などのために、想定した以上に流路６内に気泡が生じたとしても、導入路１０が設けられているため、流路６が気泡によって閉塞されるのを防止することができ、吐出回路部１への充分なインク供給を維持することができる。
【００２９】
また、上記した実施形態では、溝状流路１０は、流路6の水平部6ｂの天井部に沿って延びている構成を示したが、この構成に加えてさらに底面に沿って溝状流路を設けても良い。
【００３０】
また、他の実施形態として、上記した実施形態における、流路６の垂直部６ｂから供給口５側へ向かう方向、すなわちインクの供給方向に徐々に幅が狭くなった絞り部１１の代わりに、図６に示すように、インクの供給方向に対して垂直な壁によって構成された絞り部２１を設けてもよい。前者の構成では、比較的大きな気泡９’を保持可能とすることができ、一方、後者の構成では、気泡２９が供給口５側へ抜けるのをより効果的に防止して、気泡２９をしっかりと保持することができる。
【００３１】
また、さらに他の実施形態として、上記した実施形態における、絞り部１１まで延びる傾斜部１２の代わりに、図７に示すように、さらに垂直部６ａまで延びる構成の傾斜部３２を設けてもよい。気泡を絞り部１１より垂直部６ａ側に導くには、前者の構成でも充分だが、後者の構成では、より効果的に気泡を垂直部６ａ側に導くことができる。
【００３２】
また、上記の実施形態では、分かりやすくするために、１つのインク容器３から１つの流路６を介し、吐出回路部１に設けられた１つの供給口５を介してインクを供給する例を示したが、一般には、図８（ｃ）に示すように、吐出回路基板４１には複数の供給口４５が設けられ、複数のインク容器からインクを供給する構成とすることができる。すなわち、例えば、イエロー、マゼンタ、シアンの３色のインクをそれぞれ保持する３つのインク容器から、各色のインクを供給し、吐出回路部４１から各色のインクをそれぞれ選択的に吐出させて、カラーの記録を行う構成とすることができる。そして、各色のインクの流路４６を、上述したような本発明の構成とすることによって、気泡による悪影響を低減して、安定してインクを供給して、安定して良好に記録動作を行うことができるカラーインクジェット記録カートリッジを構成することができる。
【００３３】
この際、吐出回路部４１の各供給口４５は、前述のように吐出回路部４１のほぼ全幅に亘って延び、流路４６の水平部４６ｂは、各供給口４５の上方に、その長手方向に沿って延びる構成とするのが有利である。この際、各供給口４５は、その長手方向に直交する方向に並べるのが効率的である。各流路４６の水平部４６ｂは、供給口４５より垂直部４６ａ側の部分に気泡を保持可能とするため、供給口４５の長手方向の一方の側で、吐出回路部４１が水平面内で占める領域より外側まで延び、その部分で垂直部４６ａに接続する構成とする必要がある、この際、垂直部４６ａは、図８（ｃ）に示すように、供給口４５の並び順に見て、交互に対向する側に配置するのが好ましい。
【００３４】
図８（ａ），（ｂ）は、図８（ｃ）に示す本発明による構成に対比される構成を示している。図８（ａ）に示す構成では、流路６６の水平部６６ｂの、吐出回路部６１の供給口６５上に延びる部分が、複数の流路６６同士で重なっているために、複数の供給口６５間の間隔を比較的広くする必要が生じている。このため、図８（ａ）に示す構成には、吐出回路部６１の大きさを小さくできないという欠点がある。図８（ｂ）に示す構成では、複数の流路６６の、隣り合うものの水平部７６ｂ同士が重ならないように、水平部７６ｂの、吐出回路部７１上に延びている部分を短くしている。このようにすることによって、供給口６５間の間隔を短くすることが可能となるが、供給口６５は、流路６６に、吐出回路部７１の幅の一部でしか接続されず、すなわち、供給口６５の、流路６６への開口が狭くなってしまう。このため、図８（ｂ）に示す構成には、吐出回路部７１内のインク中に生じた気泡が流路６６に導かれにくくなるという欠点がある。
【００３５】
一方、本発明による、図８（ｃ）に示す構成では、絞り部４２のために、流路４６の水平部４６ｂの、吐出回路部４１上で隣接している部分の幅は比較的狭くなっており、したがって、無理なく供給口４５間の間隔を短くすることができる。このため、本発明の構成によれば、吐出回路部４１の大きさを小さくすることができ、インクジェット記録カートリッジをよりコンパクトな構成とすることが可能となる。この際、インクジェットカートリッジ全体の製造コストにおける、発熱回路部の製造コストの割合は高く、そこで、発熱回路部を小型化することによって、製造コストを効果的に安く抑えることが可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、流路内に溝状流路を形成し、さらに、流路の水平部に絞り部を設けることによって、インク中に生じた気泡によってインク供給が妨げられたり、インクの吐出に悪影響が生じたりするのを防止して、より大流量のインクを安定して供給し、安定して記録動作を行うことができるインクジェット記録ヘッドカートリッジを提供することができる。また、発熱回路部をよりコンパクトにし、コストダウンを図ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のインクジェット記録ヘッドカートリッジの模式図であり、図１（ａ）は垂直断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図２】図１に対比される構成のインクジェット記録ヘッドカートリッジにおいて、気泡が生じた状態の流路の部分を示す模式図であり、図２（ａ）は垂直断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図３】図２のインクジェット記録ヘッドカートリッジにおいて、気泡がさらに大きくなった状態の流路の部分を示す模式図であり、図３（ａ）は垂直断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図４】図１のインクジェット記録ヘッドカートリッジにおいて、気泡が生じた状態の流路の部分を示す模式図であり、図４（ａ）は垂直断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。
【図５】図１のインクジェット記録ヘッドカートリッジにおいて、気泡がさらに大きくなった状態の流路の部分を示す模式図であり、図５（ａ）は垂直断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態のインクジェット記録ヘッドカートリッジの流路の部分の模式図であり、図６（ａ）は垂直断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態のインクジェット記録ヘッドカートリッジの流路の部分の模式図であり、図７（ａ）は垂直断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図８】図８（ｃ）は、複数のインクの供給系を有する、本発明の一実施形態のインクジェット記録ヘッドカートリッジの平面断面図であり、図８（ａ），（ｂ）は、図８（ｃ）に対比される構成のインクジェット記録ヘッドカートリッジの平面断面図である。
【符号の説明】
１，４１，５１，６１，７１ 吐出回路部
２ インク吸収部材
３ インク容器
５，４５,５５、６５ 供給口
６，５６，６６ 流路
６ａ，４６ａ，５６ａ，６６ａ 垂直部
６ｂ，４６ｂ，５６ｂ，６６ｂ，７６ｂ 水平部
８ フィルター
９，９’，２９,５９，５９' 気泡
１０ 溝状流路
１１，２１，４２ 絞り部
１２，３２ 傾斜部

Claims (4)

1. 液体を保持する液体容器と、
   該液体容器内の液体を受け入れるための供給口と、該供給口に連通するノズルと、該ノズル内に設けられ前記液体を吐出するための吐出エネルギー発生素子とを備える吐出回路部と、
   前記液体容器から前記吐出回路部へ前記液体を導く流路と、を備えるインクジェット記録ヘッドカートリッジにおいて、
   前記流路は前記液体容器との接続部から延在する垂直部と、該垂直部の下端に接続し前記吐出回路部の前記供給口に接続する水平部とを備え、
   前記流路の、前記水平部の前記垂直部に接続する部分に、前記液体の供給方向に向かって幅が狭くなっている絞り部が形成されているとともに、
   前記流路の前記液体容器に接続する部分から前記吐出回路部に接続する部分にわたって、前記流路幅に比べて狭い幅の溝状流路が、前記垂直部の側壁に沿って延び、そこからさらに前記水平部の上壁天井部に沿って、該水平部先端の垂直部を覆うまで連続して形成され、かつ前記溝状流路が前記供給口上部に位置していることを特徴とするインクジェット記録ヘッドカートリッジ。
2. 前記絞り部は、前記吐出回路部の前記供給口が設けられた面に対して垂直な一組の壁を備え、該一組の壁の距離は前記液体容器から前記吐出回路部に向かって徐々に狭くなっていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドカートリッジ。
3. 前記流路の前記水平部の天井部に、前記吐出回路部側から離れる方向に向かって徐々に高くなった傾斜部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッドカートリッジ。
4. 前記供給口は、前記吐出回路部の全幅にわたって延在し、該供給口の全域が前記流路に連通していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドカートリッジ。

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