JP4708120B2 - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、二成分現像方式の現像装置およびその現像装置を備えた電子写真方式の画像形成装置に関する。
例えばレーザープリンタや複写機、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置には、感光体ドラム(像担持体)に形成された静電潜像を現像するための現像装置が備えられている。現像装置としては、磁性体キャリアにトナーが静電的に付着した構成からなる二成分現像剤を用いる二成分現像方式の現像装置があり、この現像装置には、二成分現像剤を収容する容器と、感光体ドラムの表面に対向して設けられたマグローラ(現像ローラ)と、容器内に設けられてマグローラと平行に配置された複数のスクリュー(攪拌部材)とが備えられている。この現像装置によれば、マグローラに隣接するスクリューによって二成分現像剤がマグローラの表面に沿って搬送され、この二成分現像剤の一部がマグローラに磁着されるとともにマグローラが回転することで、二成分現像剤が感光体ドラムの表面に運ばれ、そして、二成分現像剤のトナーが静電潜像された感光体ドラムの表面に供給される。また、上記した現像装置によれば、二成分現像剤が、軸回転する一方のスクリューによって攪拌されつつそのスクリューの軸線方向に運ばれ、一方のスクリュー端部のところで、他方のスクリューへと押し出されるように搬送され、その後、他方のスクリューによって同様に攪拌されつつそのスクリューの軸線方向に運ばれ、さらに、他方のスクリュー端部のところで一方のスクリューへと搬送されることになり、つまり、容器内で二成分現像剤がスクリューによって攪拌されるとともに複数のスクリュー間で還流される。
ところで、従来から、4色ユニットのタンデム配列方式の画像形成装置を小型化するために、上記した複数のスクリューを縦並びに配置させた現像装置がある。この現像装置の場合、下段のスクリューから上段のスクリューへ二成分現像剤を上搬送するために、下段のスクリューの端部に順方向の羽根に対向させて逆羽根が設けられた構成とされており、双方の羽根によってそれぞれ運ばれる二成分現像剤の合流圧力によって、二成分現像剤は上方に押し上げられ、二成分現像剤が下段のスクリューから上段のスクリューへと上搬送される。
また、近年では、スクリューが縦並びに配置された現像装置において、下段のスクリューから上段のスクリューへと搬送される二成分現像剤の上搬送経路の上方に永久磁石を配置し、この永久磁石の磁力によって二成分現像剤を引き上げて下段のスクリューから上段のスクリューへ二成分現像剤を上搬送させる現像装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
さらに、スクリューが縦並びに配置された現像装置において、二成分現像剤の上搬送経路の側方に永久磁石を設け、この永久磁石を移動させることで二成分現像剤を上搬送させる現像装置が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
特開2002−341659号公報 特開2002−328530号公報
しかしながら、上記した従来のスクリューが縦並びに配置された現像装置では、スクリューの軸回転が停止されると、上搬送経路にある二成分現像剤が容器底に落下して上搬送経路箇所の容器底に二成分現像剤が溜まり、その溜まった二成分現像剤に下段のスクリューが埋もれた状態になる。この状態で、再び現像装置を起動させてスクリューを軸回転させると、下段のスクリューの回転によって上搬送経路箇所の容器底に溜まった二成分現像剤に高圧がかかるため、二成分現像剤へのストレス(キャリア表面のコート剤の剥がれやキャリア表面の汚染等)が高くなる。特に、下段のスクリューの端部に逆羽根が設けられた構成の場合は、合流部分に高圧がかかるため、二成分現像剤へのストレスが更に高くなる。二成分現像剤へのストレスが高くなると、装置の高速化を妨げることになるとともに、二成分現像剤が劣化することになり、さらに、トナー固着し易くなってスペントトナー量(キャリアに固着したトナーの量)が多くなり、画質が低下するという問題がある。
また、上記した永久磁石によって二成分現像剤を上搬送させる現像装置では、スクリューを起動させる時点だけでなくスクリューを連続的に軸回転させている間も、上搬送経路に磁界が発生しているため、永久磁石のところに二成分現像剤が溜まり易くなり、かえって二成分現像剤へのストレスが高くなるという問題がある。
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、二成分現像剤へのストレスを抑制し、装置の高速化及び二成分現像剤の高耐久化を図るとともに、スペントトナー量を低減させて画質の向上を図ることを目的とする。
上記課題を解決するため本発明の請求項1に係る現像装置は、 磁性体キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を攪拌しながら搬送するための2個の攪拌部材が備えられ、一方の攪拌部材から他方の攪拌部材へと前記二成分現像剤を循環搬送しつつ、像担持体上に形成された静電潜像を現像するための現像装置であって、
前記現像装置の内部には筒状の上室と筒状の下室が、上段側と下段側に各々水平に、互いに平行に、且つ互いに接して備えられ、前記2個の攪拌部材は各々、軸支された棒軸と同一方向(これを正方向とする)に巻かれて前記棒軸に固設された螺旋状の羽根とを有して、前記上室と下室の内部に設置され、前記上室と下室の接触部の、前記2個の攪拌部材の両端部に対応する位置には各々、連通口が設けられており、前記2個の攪拌部材の棒軸が互いに逆方向に回転することにより、前記二成分現像剤を攪拌しながら、前記連通口を通じて前記上室と下室内を循環搬送する現像装置において、前記下室側から上室側へと前記二成分現像剤が搬送される位置にある連通口の近傍(以下、上搬送経路という)に、その搬送を補助する方向の磁界を発生させる磁界発生手段を備え
前記攪拌部材の起動に同期して一時的に前記磁界が発生するように前記磁界発生手段を制御する制御手段をさらに備え、前記一時的に前記磁界を発生するタイミングは、前記攪拌部材の起動時の前後の特定時間内であることを特徴とする。
このような特徴により、攪拌部材を起動させるとき、磁界発生手段が作動し、二成分現像剤の搬送経路にその搬送を補助する方向の磁界が発生し、これによって、攪拌部材が停止された状態で搬送経路に溜まった密充填状態の二成分現像剤が磁界発生手段により一時的に吸引されて散開され、二成分現像剤が抵抗力の低い安定循環状態になり、攪拌部材によって二成分現像剤にかかる圧力は低減される。また、攪拌部材の起動時以降は、磁界発生手段が停止し、磁界が消滅するため、現像装置の継続運転中に、磁力によって二成分現像剤が引き付けられて搬送経路に二成分現像剤が溜まることがない。
本発明によれば、搬送経路に攪拌部材の起動時に同期して一時的に磁界が発生することで、密充填状態の二成分現像剤が一時的に開放され、二成分現像剤にかかる圧力が低減されるため、二成分現像剤へのストレスを抑制することができ、装置の高速化及び二成分現像剤の高耐久化を図ることができ、さらに、スペントトナー量を低減させて画質の向上を図ることができる。
以下、本発明に係る現像装置および画像形成装置の実施の形態について、図面に基いて説明する。
図1は本実施の形態における画像形成装置1の主要部の概略構成を表す図である。図1に示すように、画像形成装置1は、帯電装置2によって感光体ドラム(像担持体)3を帯電させ、帯電された感光体ドラム3表面上に露光装置4によってレーザー光を走査させて露光を行い、露光によって形成された潜像を現像装置5によって現像し、現像されたトナー像(顕像)を転写ローラ(転写部材)6によって用紙等のシート(記録媒体)Sに転写させ、シートSに画像を形成させる装置である。また、画像形成装置1には、上記した帯電装置2や感光体ドラム3、露光装置4、現像装置5、転写部材6の他に、トナー像転写後に感光体ドラム3表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置7や、トナー像転写後に感光体ドラム3に帯電した電荷を除去する除電ランプ(除電装置)8、シートSを搬送する図示せぬ搬送ユニット、シートS上に転写されたトナー像を定着させる図示せぬ定着装置等が備えられている。
図2は本実施の形態における現像装置5の概略構成を表す図である。図1,図2に示すように、現像装置5は、感光体ドラム3上に形成された静電潜像を現像するためのものであって、粉体のトナーを摩擦帯電させて、負電荷を帯びさせ、露光により非露光部分と比較し現像電位に対して正電位とされた感光体ドラム3の露光部分にトナーを供給して、トナーを感光体ドラム3の表面に付着させるものである。現像装置5は、磁性体キャリアの表面にトナーを静電気的に付着させた構成からなる二成分現像剤を収容する容器10と、容器10内の二成分現像剤を攪拌させるとともに容器10内で二成分現像剤を還流(搬送)させる上下2本のスクリュー11,12と、還流する二成分現像剤の一部を磁力により引き付けるとともにその表面に立たせてトナーを感光体ドラム3の表面に供給するマグローラ13と、上記した2本のスクリュー11,12とマグローラ13とをそれぞれ軸回転させる駆動機構14と、下段側のスクリュー11から上段側のスクリュー12へと搬送される二成分現像剤の上搬送経路Aに磁界Mを発生させる電磁石15とが備えられた構成になっている。
容器10の内部は、感光体ドラム3の軸線方向と平行する方向に延在する筒状の3つの室に分かれている。容器10の最下部には、下段側のスクリュー11が内部に設置された下室10aが形成されており、下室10aの斜め上には、内部に上段側のスクリュー12が設置された上室10bが形成されており、上室10bの直上には、内部にマグローラ13が設置されたローラ室10cが形成されている。下室10aの一端(図2における右側端部)と上室10bの一端(図2における右側端部)とは連通されており、下段側のスクリュー11から上段側のスクリュー12へと搬送される二成分現像剤の上搬送経路Aが形成されている。また、下室10aの他端(図2における左側端部)と上室10bの他端(図2における左側端部)とも連通されており、上段側のスクリュー12から下段側のスクリュー11へと搬送される二成分現像剤の下搬送経路Bが形成されている。また、上室10bの中間部とローラ室10cとの間には両室を隔てる壁が無く、上室10bの中間部とローラ室10cとは、ローラ室10cの全長に亘って連通されている。また、容器10(ローラ室10c)には、感光体ドラム3に対向する位置に、長手方向(マグローラ13の軸線方向)に沿って延在する開口部10dが形成されている。
下室10a内に設置された下段側のスクリュー11は、軸回転可能に支持された棒軸11aに螺旋状の羽根11bが巻き付くように付設された構成からなっており、下室10aの長手方向(感光体ドラム3の軸線方向)に沿って延在されている。下段側のスクリュー11の羽根11bは、一端側(下流側)がその他の部分の羽根11bと逆向きに形成された逆羽根11b´になっており、上搬送経路Aのところで正(順)逆の羽根11b,11b´が対向して配置されている。
上室10b内に設置された上段側のスクリュー12は、軸回転可能に支持された棒軸12aに螺旋状の羽根12bが巻き付くように付設された構成からなっており、上室10bの長手方向(感光体ドラム3の軸線方向)に沿って延在されている。上段側のスクリュー12の羽根12bは、全域に亘って下段側のスクリュー11の羽根11bと同じ向きに形成されている。
ローラ室10c内に設置されたマグローラ13は、スリーブ内に磁石を内包した構成からなるローラであり、上段側のスクリュー12と平行に延在した状態で軸支されている。マグローラ13は、その表面の一部が容器10に形成された開口部10dから露出され、露出されたマグローラ13の表面は、感光体ドラム3の表面に近接させて対向されている。
2本のスクリュー11,12とマグローラ13とをそれぞれ軸回転させる駆動機構14は、駆動軸16aを軸回転させる現像用モータ16と、現像用モータ16の回転力を上下のスクリュー11,12の軸棒11a,12a及びマグローラ13の軸部材13aにそれぞれ伝達させるギア17〜21とから構成されている。具体的には、駆動軸16aには第1、第2のギア17,18がそれぞれ取り付けられている。第1のギア17は、マグローラ13の軸部材13aに付設された第3のギア19に噛合されている。第2のギア18は、上段側のスクリュー12の軸棒12a端部に取り付けられた二段式の第4のギア20に噛合されており、この第4のギア20は、下段側のスクリュー11の軸棒11a端部に取り付けられた第5のギア21に噛合されている。
電磁石15は、電流を流すことで磁化して上搬送経路Aにその搬送を補助する方向の磁界Mを発生させるものであり、容器10の外面に付設されている。また、電磁石15は、下段側スクリュー11の一端部上方に配置されており、電磁石15によって形成される磁界Mは、正逆の羽根11b,11b´が対向して形成される領域、つまり対向する正(順)方向の羽根11bと逆方向の羽根11b´との間の範囲(搬送経路変曲部X1)と重なって発生される。なお、電磁石15は、できれば、対向する正逆の羽根11b,11b´の中心延長線X0上に配置されていることが望ましい。
図3は現像装置5を制御する制御手段の概略構成を表すブロック図である。図3に示すように、現像装置5の現像用モータ16と、感光体ドラム3のドラム用モータ22と、電磁石15と、画像形成装置1の高圧電源基板23とは、各々のドライブ回路24〜27にそれぞれ接続されており、これらのドライブ回路24〜27は、一つの大規模集積回路(ASIC28)にそれぞれ接続されており、このASIC28には、後述する動作タイミングで画像形成装置1の各部が動作するように制御情報が内蔵された記憶装置(RAM29)が接続されている。
次に、上記した構成からなる画像形成装置1および現像装置5の動作について説明する。
図4は本実施の形態における画像形成装置1の制御タイミングを表すタイムチャート図である。
まず、図1,図4に示すように、プリント信号が入力されると、それと同時にドラム用モータ22が稼動し、感光体ドラム3が回転する。次に、プリント信号から若干遅らせて帯電装置2が感光体ドラム3に帯電させ、その後、露光装置4が感光体ドラム3の表面上に潜像を形成する。
次に、図1,図2,図4に示すように、現像用モータ16が起動して、2本のスクリュー11,12とマグローラ13とがそれぞれ起動する。具体的には、現像用モータ16が駆動すると、駆動軸16aが軸回転し、第1、第2のギア17,18がそれぞれ回転する。第1のギア17が回転すると、第1のギア17に噛合された第3のギア19が回転し、第3のギア19が取り付けられたマグローラ13の軸部材13aが軸回転し、マグローラ13が図1に示す矢印方向に回転する。また、第2のギア18が回転すると、第2のギア18に噛合された第4のギア20が回転し、第4のギア20が取り付けられた上段側のスクリュー12の軸棒12aが軸回転し、上段側のスクリュー12が図1に示す矢印方向に回転する。また、第4のギア20が回転することで、第4のギア20に噛合された第5のギア21が回転し、第5のギア21が取り付けられた下段側のスクリュー11の軸棒11aが軸回転し、下段側のスクリュー11が図1に示す矢印方向に回転する。
また、下段側のスクリュー11が図1に示す矢印方向に回転することで、下室10a内の二成分現像剤は図2に示す矢印方向に運ばれる。そして、二成分現像剤は、下段側スクリュー11の一端部にある搬送経路変曲部X1のところで、対向する正逆双方の羽根11b,11b´による合流圧力によって上方に押し上げられ、上搬送経路Aを通って上室10bの一端部まで運ばれる。また、上段側のスクリュー12が図1に示す矢印方向に回転することで、上室10b内の二成分現像剤は図2に示す矢印方向に運ばれる。そして、上段側のスクリュー12の他端部(下流側の端部)の下搬送経路Bのところで下室10aの他端部(上流側の端部)に落下して下室10a内まで運ばれ、再び上述したように下段側のスクリュー11によって運ばれる。また、上段側のスクリュー12によって二成分現像剤を上室10b内の一方側から他方側に向けて移動させているとき、二成分現像剤の一部は、マグローラ13の磁力に引き付けられ、その表面に付着する。そして、マグローラ13に吸着された二成分現像剤は、感光体ドラム3のところまで搬送され、その二成分現像剤に含まれるトナー成分が、正電位とされた感光体ドラム3の露光部分に付着される。残りのキャリア及び二成分現像剤は、再び上段側のスクリュー12のところまで戻される。
つまり、現像用モータ16が起動して、上下のスクリュー11,12とマグローラ13が回転することで、下室10aと上室10bの内部で二成分現像剤が還流しつつ、還流する二成分現像剤の一部がマグローラ13に引き付けられて感光体ドラム3のところに供給され、感光体ドラム3の表面上にトナー像が形成される。
一方、現像用モータ16の起動に同期して電磁石15が一時的に稼動するように制御されている。具体的には、現像用モータ16が駆動して上下のスクリュー11,12が回転し始める時点(スクリュー起動時)の前後500msの間に、電磁石15に電流を流して上搬送経路Aに磁界Mを発生させる。これによって、搬送経路変曲部X1のところに溜まった二成分現像剤は、電磁石15によって一時的に上方に引き付けられ、散開された状態になる。なお、できれば、スクリュー起動時の前後200msの間で電磁石15を起動させることが望ましい。また、電磁石15は瞬間的に稼動させればよく、電磁石15を稼動させている時間は、例えば100ms程度でよい。ただし、電磁石15を稼動させている時間は適宜変更可能であり、無論、電磁石15を100msよりも長い時間稼動させてもよい。また、電磁石15を稼動させる回数はスクリュー起動時の前後500msの間であれば何回でもよく、例えば、電磁石15を、スクリュー起動時の前後にそれぞれ稼動させてもよく、或いは、スクリュー起動時の前とスクリュー起動時の直前とにそれぞれ稼動させてもよい。
次に、図1に示すように、感光体ドラム3の表面上に形成されたトナー像を、転写ローラ6によってシートSの表面に転写させる。そして、このシートを図示せぬ定着装置に搬送し、転写されたトナー像をシートSの表面に定着させ、シートSの表面に画像を形成させる。
上記した構成からなる現像装置5および画像形成装置1によれば、現像装置5に、上搬送経路Aにその搬送を補助する方向の磁界Mを発生させる電磁石15が備えられ、この電磁石15が、上下のスクリュー11,12の起動に同期して一時的に磁界Mが発生するように制御されているため、現像装置5が停止された状態のときに搬送経路変曲部X1のところに溜まった密充填状態の二成分現像剤は、スクリュー起動時に同期して散開され、抵抗力の低い安定循環状態になり、スクリュー11,12を回転させるときに二成分現像剤にかかる圧力は低減される。これによって、二成分現像剤へのストレスを抑制することができ、画像形成装置1の高速化及び二成分現像剤の高耐久化を図ることができ、さらに、スペントトナー量を低減させて画質の向上を図ることができる。また、スクリュー11,12の起動時以降は、電磁石15が停止し、磁界Mが消滅するため、現像装置5の継続運転中に、磁力によって二成分現像剤が引き付けられて上搬送経路Aに二成分現像剤が溜まることがない。これによって、二成分現像剤へのストレスが高くなることを抑止することができる。
図5は印刷枚数とスペントトナー量との関係を示すグラフである。図5に示すように、電磁石15を稼動させずに間欠動作(起動と停止を繰り返す動作)を行った場合、連続動作(起動させた後、停止することなく継続的に運転させる動作)を行った場合と比較して、印刷枚数が増加することに伴って、二成分現像剤へのストレスが増してスペントトナー量(表面汚染)が増加される。これに対し、電磁石15をスクリュー起動時に稼動させて間欠動作を行った場合、二成分現像剤へのストレスを抑えることができ、スペントトナー量(表面汚染)の増加を抑止することができる。
図6は搬送経路変曲部X1の中心位置を基準にした磁界Mの位置と下段側のスクリュー11の静トルクとの関係を示すグラフである。図6のグラフにおける横軸は、搬送経路変曲部X1の中心位置から磁界Mの中心位置までの距離であり、縦軸は、下段側のスクリュー11を起動させる前に磁界Mを発生させた場合における下段側のスクリュー11の静トルクである。図6に示すように、磁界Mの位置が、搬送経路変曲部X1の中心位置から離れるほど、下段側のスクリュー11の静トルクが増大することになるため、磁界Mの位置を搬送経路変曲部X1に重ねることで、効果的に二成分現像剤へのストレスを抑えることができる。なお、下段側のスクリュー11の静トルクを1.0kgfcm以下にすることが好ましいため、磁界Mの位置が搬送経路変曲部X1の中心位置から±1.0mm以内の範囲内にあることが望ましい。
図7はスクリュー起動時を基準にした電磁石15の起動タイミングとスペントトナー量との関係を示すグラフである。図7に示すように、スクリュー起動時の前後500msの間で電磁石15を起動させることで、スペントトナー量を低減させる効果が得られ、スクリュー起動時の前後200msの間で電磁石15を起動させることで、スペントトナー量を十分に低減させることができ、適正な状態を得ることができる。
以上、本発明に係る現像装置および画像形成装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、スクリュー11,12が上下に並べられており、二成分現像剤を鉛直方向に搬送させる上搬送経路Aに磁界Mを発生させているが、本発明は、スクリューを横並びに配設させた現像装置でもよく、二成分現像剤を水平方向に搬送させる搬送経路に磁界を発生させてもよい。
また、上記した実施の形態では、下段側のスクリュー11の下流側の端部に逆羽根11b´が設けられているが、本発明は、スクリュー端部に逆羽根が設けられてなく、順方向の羽根だけが設けられたスクリューでもよい。
また、上記した実施の形態では、感光体ドラム3に形成されたトナー像を直接シートSに転写させているが、本発明は、感光体ドラム3に形成されたトナー像を一旦中間転写体に転写させた後、記録媒体に転写させる構成からなる画像形成装置でもよい。
その他、上記した実施の形態における構成は、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で適宜変更可能である。
なお、上記した実施の形態におけるスクリュー11,12が本発明に係る攪拌部材に相当し、また、上記した実施の形態における電磁石15が本発明に係る磁界発生手段に相当する。
本発明の実施の形態における画像形成装置の主要部の概略構成を表す図である。 本発明の実施の形態における現像装置の主要部の概略構成を表す図である。 本発明の実施の形態における現像装置の制御手段の概略構成を表す図である。 本発明の実施の形態における画像形成装置の動作タイミングを表す図である。 本発明の実施の形態における印刷枚数とスペントトナー量との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態における磁界位置とスクリュー静トルクとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態における電磁石の起動タイミングとスペントトナー量との関係を示すグラフである。
符号の説明
1 画像形成装置
3 感光体ドラム(像担持体)
5 現像装置
11,12 スクリュー(攪拌部材)
15 電磁石(磁界発生手段)
M 磁界

Claims (3)

  1. 磁性体キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を攪拌しながら搬送するための2個の攪拌部材が備えられ、一方の攪拌部材から他方の攪拌部材へと前記二成分現像剤を循環搬送しつつ、像担持体上に形成された静電潜像を現像するための現像装置であって、
    前記現像装置の内部には筒状の上室と筒状の下室が、上段側と下段側に各々水平に、互いに平行に、且つ互いに接して備えられ、
    前記2個の攪拌部材は各々、軸支された棒軸と同一方向(これを正方向とする)に巻かれて前記棒軸に固設された螺旋状の羽根とを有して、前記上室と下室の内部に設置され、前記上室と下室の接触部の、前記2個の攪拌部材の両端部に対応する位置には各々、連通口が設けられており、
    前記2個の攪拌部材の棒軸が互いに逆方向に回転することにより、前記二成分現像剤を攪拌しながら、前記連通口を通じて前記上室と下室内を循環搬送する現像装置において、
    前記下室側から上室側へと前記二成分現像剤が搬送される位置にある連通口の近傍(以下、上搬送経路という)に、その搬送を補助する方向の磁界を発生させる磁界発生手段を備え
    前記攪拌部材の起動に同期して一時的に前記磁界が発生するように前記磁界発生手段を制御する制御手段をさらに備え、前記一時的に前記磁界を発生するタイミングは、前記攪拌部材の起動時の前後の特定時間内であることを特徴とする現像装置。
  2. 前記下室内の攪拌部材の、前記上搬送経路に対応する端部には、前記正方向に巻かれた螺旋状の羽根の代わりに前記正方向とは逆方向に巻かれた螺旋状の羽根(逆羽根という)が設けられ、
    前記磁界発生手段は、前記正方向に巻かれた螺旋状の羽根と前記逆方向に巻かれた螺旋状の羽根の境界部の上方に位置することを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  3. 請求項1に記載の現像装置が備えられていることを特徴とする画像形成装置。
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