JP4826173B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本願発明は、静電電位の差による潜像にトナーを選択的に付着させてトナー象を形成し、これを記録媒体上に転写した後、加熱及び加圧して定着画像とする画像形成装置に関するものである。

粉状のトナーを用いる画像形成装置においてトナー像を定着する工程は、トナー像を記録シート上に静電的に直接転写した後、あるいは、トナー像を中間転写体に一次転写してから記録媒体に二次転写した後、熱可塑性樹脂バインダを含むトナーを加熱溶融して記録媒体に圧着する方法が広く採用されている。この加熱定着方法は、加熱回転体と加圧回転体が圧接されたニップ部に未定着トナー像を担持した記録媒体を通過させて定着を行うものであり、低電力で定着できるとともに定着部での紙づまりによる発火の危険性が少ないこと等の利点があることから最も広く使用されている。

上記加熱回転体は、例えばアルミニウムなどの中空の芯金と、その内部に設けられたヒータとを有しており、離型性を上げるために表面をフッ素樹脂で被覆したもの等が用いられる。また、加圧回転体は、金属の芯金の上に弾性層を設け、その表層を離型性の良いフッ素樹脂系チューブ等で被覆したものが使用されている。
しかし、フッ素樹脂系の材料は電気絶縁性が高く帯電しやすいため、未定着トナーを載せた記録媒体がニップ部を通過するとき、記録媒体上の未定着トナーの一部が加熱回転体の表面上に付着する現象、つまりオフセットが生じることがある。このオフセットしたトナーは、つぎに搬送されてくる記録媒体に付着し記録媒体を汚したり画像の欠陥を生じることになる。

特許文献１に記載の発明は、上記のような課題を解決しようとするものであり、不織布にシリコンオイルを含浸させたクリーニングウェブを備えたローラ清掃装置を設けるものである。このクリーニングウェブを加熱回転体の周面に当接させることにより、加熱回転体の周面に付着したトナーを除去してオフセットを防止している。また、クリーニングウェブは、加熱回転体との接触部分が徐々に移行するように駆動して、トナーの付着によるクリーニング効果の低下を防止するものとなっている。そして、トナーが加熱回転体に転移する条件に応じて、クリーニングウェブが加熱回転体の周面に対して移行する速度を変化させる。例えば、記録媒体の画像密度が高いときにはトナーが加熱回転体へ転移する量が多くなると判断し、クリーニングウェブの駆動量を大きくしてクリーニング機能を強化させるというものである。このように構成することにより、クリーニングウェブの消費量を調整しながら効率よくトナーのオフセットを防止しようとするものである。
特開平２００３−７６２００号公報

しかしながら、トナーが加熱回転体にオフセットする原因の一つに、加熱回転体に付着した紙粉がオフセットを誘引することが新たに見出された。これにともない、上記紙粉に起因するオフセットを有効に防止する手段が望まれる。
近年、森林資源保全や地球環境保全の見地から再生紙などが使用されることが多くなっている。また、記録媒体へのコストを低減するために粗悪な用紙（「低コスト紙」という）が用いられることも多くなっている。これら再生紙や低コスト紙は離脱可能な状態で付着している紙粉量が多く、画像形成装置で用いられると紙粉の一部が加熱回転体に付着することがある。そして、未定着トナーを担持した記録媒体が加熱回転体と加圧回転体の圧接部を通過するときに、この加熱回転体に付着した紙粉に未定着トナーが転移し、加熱回転体周面にトナーのオフセットを生じさせてしまう。特に、画像密度が低く、トナーが転移しない白部分が多い画像を定着する場合は、白部分に存在する紙粉が加熱回転体に付着しやすくなる。このような紙粉の付着によりトナーのオフセットが誘発され、画像汚れが発生することが多くなっている。

本発明は、このような紙粉の加熱回転体への付着とトナーのオフセットとの因果関係を見出すことによりなされたものであり、記録媒体として再生紙又は低コスト紙等が用いられた場合であっても、オフセット現象を防止し、長期にわたって画像欠陥を生じることのない画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、 静電電位の差による潜像にトナーを転移してトナー像を形成する像形成手段と、 前記トナー像を直接に転写材に又は中間転写体を介して転写材に転写する転写手段と、 互いに圧接された一対の回転体の間に、前記トナー像が転写された転写材を通過させ、該トナー像を加熱及び加圧して定着する定着手段と、 該定着手段の回転体の周面を清掃するクリーニング手段と、 前記転写材上に離脱可能な状態で付着する紙粉量を、前記トナー像が転写される前に測定する紙粉量測定手段と、を有し、 前記クリーニング手段は、ロール状に巻き回された長尺の布状体の一部を前記回転体に押し付け、該回転体が駆動されているときに、該回転体の周面の駆動速度より遅い速度で前記布状体を他の部材に巻き取るように駆動して前記回転体と当接する範囲を徐々に移行させるものであり、 前記紙粉量測定手段は、前記転写材を前記像形成手段へ供給する複数のシート搬送路が合流する位置の下流側に設けられ、搬送される前記転写材と対向して配置された電極によって前記転写材上の紙粉を該転写材から離脱させて、離脱した該紙粉に光を照射し、該紙粉で反射した散乱光を検知して紙粉濃度を測定するものであり、 前記像形成手段で形成された画像の、トナーが転移された画像部分の密度が低いときは、定められた範囲で前記布状体の駆動速度を大きく、画像部分の密度が高いときは、駆動速度を小さくするように制御され、 前記紙粉量測定手段が測定した紙粉濃度が高いときは、前記画像部分の密度に応じて制御する前記駆動速度の範囲を大きい値の範囲に設定し、前記紙粉量測定手段が測定した紙粉量が少ないときは、前記駆動速度の範囲を小さい値の範囲に設定する画像形成装置を提供する。

この画像形成装置で用いるクリーニング手段は、ロール状に巻き回された布状体の一部を回転体に押し付け、回転体の駆動にともなって表面に付着している紙粉を除去する。そして、紙粉量測定手段によって測定された紙粉濃度に基づいてこの布状体の駆動速度を制御するので、布状体の適切な駆動速度によって紙粉やトナーの付着によるクリーニング効率の低下が防止され、有効に回転体表面から紙粉及びトナーを除去することができる。

また、このクリーニング手段では、紙粉量測定手段が測定した紙粉濃度が高いときは、布状体の駆動速度を大きくし、測定した紙粉濃度が低いときは、駆動速度を小さくするように制御されるので、回転体の周面に紙粉やトナーの付着が少ないときには布状体の駆動量を小さくすることができる。したがって、布状体を必要以上に巻き取ることによる無駄を排し、長く使用してクリーニング装置の長寿命化を図ることができる。つまり、測定された紙粉の量に応じて布状体の駆動を適切に調整するので、十分にクリーニング機能を働かせることができるとともに、布状体を効率よく使用することができる。

この布状体は像形成手段で形成された画像の密度に基づき、画像部分の密度が低いときは駆動速度を大きく、画像部分の密度が高いときは駆動速度を小さくするように制御することができる。これにより、クリーニング部材である布状体の長寿命化を図ることができるとともに効率よくトナーを回転体の表面から除去できる。つまり、記録媒体上の紙粉はトナーによる画像が形成されている部分はトナーとともに記録媒体へ押し付けられるので回転体に付着することはない。しかし、画像部分の密度が低い記録媒体では、トナーが付着していない白部分が多く残されており、この部分が直接回転体に当接するので記録シート上に存在する紙粉が回転体に付着する。このため、画像部分の密度が高い記録媒体を定着する場合よりも画像密度の低い画像を定着するときにオフセットが生じ易くなる。したがって、画像部分の密度に応じて布状体の駆動速度を変化させることにより、トナー及び紙粉を除去することができるとともに布状体を長く使用することができランニングコストを低減することができる。

さらに、連続して大量の記録媒体が通紙される場合は、布状体の駆動速度を大きくするように制御するのがよい。連続通紙枚数が多い場合は、回転体との当接部に記録媒体が連続して挟持されるので、この当接部に紙粉が溜まりやすくなり、紙粉が回転体に付着しトナーのオフセットが誘発される。これに対し、布状体の駆動速度を大きくしクリーニング機能を維持することにより、大量の記録媒体を連続して通紙してもトナーのオフセットを防止することができ、画像の汚れまたは画像欠陥の発生が抑制される。

以上説明したように、本願発明に係る画像形成装置では、記録媒体に付着する紙粉の量に応じて、定着手段の回転体を清掃する布状体の駆動速度を変更するので、紙粉により誘導されたトナーのオフセットを効率よく防止し、画像汚れを抑制するとともに、布状体の駆動量を低減してクリーニング装置の使用可能期間を長くすることが可能となる。

以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願に係る発明の一実施形態である画像形成装置の概略構成図である。
この画像形成装置は、画像読み取り装置４やパーソナルコンピュータ等の外部機器５と通信回線によって接続される受信部１と、この受信部１に入力された画像情報に基づいて画像処理等を行う画像記録制御部２と、この画像記録制御部２から出力されるデジタル画像信号に基づいて画像を形成する画像形成部３とを備えている。また、このデジタル画像信号は信号処理装置２１（例えばビデオカウンタ）により画像密度がカウントされ、定着装置１７を制御する定着制御部１８に情報が入力されるものとなっている。

前記画像形成部３の下方には、収容する記録シートを一枚ずつ画像形成部３に供給するシート供給部６ａを有している。また、側部には外部から直接に記録シートを補給することができる手差し供給部６ｂが設けられている。そして、シート供給部６ａから画像形成部３に記録シートを送り込む第１のシート搬送路７と手差し供給部６ｂから画像形成部３に記録シートを送り込む第２のシート搬送路８とが設けられ、画像形成部からトナー像が転写される位置の上流側で合流している。

上記シート搬送路７，８が合流する位置の下流側には、該シート搬送路と対向するように紙粉量測定装置９が設置されており、記録シートに離脱可能に付着している紙粉量を測定して定着制御部１８に情報を送り込むようになっている。そして、この紙粉量測定装置９との対向位置を通過した記録シートは画像形成部３に送り込まれる。

また、画像形成部３の下流側には、記録シート上のトナー像を加熱して記録シートに圧着する定着装置１７が設けられている。そして、定着装置１７の下流側には記録シートを装置内から送り出す排紙ローラ１９が設けられており、この排紙ローラ１９が記録シートを排紙トレイ２０へ排出するものとなっている。

上記画像形成部３は、一様帯電後に像光が照射されて表面に静電電位の差による潜像が形成される円筒状の感光体ドラム１１を備えており、この感光体ドラム１１の周囲に、感光体ドラム１１の表面を一様に帯電させる帯電装置１２と、感光体ドラム１１に像光を照射して表面に潜像を形成する露光装置１３と、感光体ドラム上の潜像にトナーを選択的に転移させてトナー像を形成する現像装置１４と、感光体ドラム１１上に形成されたトナー像を記録シートに転写する転写装置１５と、トナー像を転写した後の感光体ドラム１１に残留するトナーを除去する感光体ドラム用のクリーニング装置１６とを備えている。

上記感光体ドラム１１は、金属製ドラム表面にSe、a-Si、a-SiC、Cds等の各種無機感光材料、有機感光材料、アモルファスセレン系感光材料、アモルファスシリコン系感光材料等からなる感光体層を形成したものを用いることができる。

上記帯電装置１２は、ステンレススチール、アルミニウム等の導電性を有する金属のロールに高抵抗材料のコーティングを施したものであり、感光体ドラム１１に当接され、従動回転するようになっている。そして、所定の電圧が印加されることにより、該ロールと感光体ドラム１１との接触部近傍における微小間隙内で継続的な放電を生じ、感光体ドラム１１の表面をほぼ一様に帯電するものである。

上記露光装置１３は、画像信号に基づいて画素毎に点滅するレーザー発生装置を備えるものであり、ポリゴンミラーによって感光体ドラム１１の周面を露光走査するものである。これにより感光体ドラム１１の周面上で露光部の電位が減衰し、静電電位の差による潜像が形成される。

上記現像装置１４は、感光体ドラム１１と近接・対向する位置に生じている電界内で、潜像にトナーを転移して可視像を形成するものである。

次に、上記紙粉量測定装置９を図２から図４に基づいて説明する。図２は、紙粉量測定装置９の平面図、図３は紙粉量測定装置９の平断面図、図４は、図２中に示すＸ−Ｙ線における立断面図である。
この紙粉量測定装置９は、筐体９ａ内部にＬＥＤ（発光素子）９ｂ及びフォトトランジスタ（受光素子）９ｃを有し、筐体９ａの上面及び下面にそれぞれ測定用開口９Ｕ、９Ｌが設けられている。そして、上面の測定用開口９Ｕの上部に電極９ｄが設置され、この電極９ｄにより紙粉量測定装置９の下を通過する記録シート上の紙粉を吸い上げるものとなっている。ＬＥＤ９ｂにより発生された光は、測定用開口９Ｕ、９Ｌ間の測定空間１０に向けて照射され、測定空間１０内の紙粉を照らして散乱光となる。フォトトランジスタ９ｃはこの散乱光を感知できる位置に配置されていて散乱光を受光する。フォトトランジスタ９ｃによる受光量は測定空間１０内に存在する紙粉量、つまり、記録シートから吸い上げられた紙粉量に比例する。フォトトランジスタ９ｃの受光量は電圧信号として定着制御部１８に読み込まれる。

上記定着装置１７は、図５に示すように、ハロゲンヒータを内蔵した加熱ロール１７ａと、この加熱ロールに圧接される加圧ロール１７ｂとを備えており、これらが平行に配置されて互いに圧接されるニップ部を形成している。トナー像が転写された記録シートは、上記ニップ部に送り込まれ、回転駆動される加熱ロール１７ａと加圧ロール１７ｂとの間で加熱されるとともに加圧され、溶融したトナーが記録シート上に圧着されるものとなっている。また、加熱ロール１７ａの周面と当接するようにクリーニング装置３０が配置されている。
本実施の形態では、加熱ロール１７ａは外径６５ｍｍとしている。また、加圧ロール１７ｂは、表層をゴム等で形成され外径は６５ｍｍとなっている。

上記クリーニング装置３０は、クリーニングウェブ３１と、送り出しロール３２と、巻き取りロール３３と、当接ロール３４とから構成されている。クリーニングウェブ３１は、不織布にシリコンオイルを含浸させた一連の帯状となっており、未使用分が送り出しロール３２に巻き回されている。この送り出しロール３２から引き出された端部は巻き取りロールに巻き取られるものとなっている。そして、送り出しロール３２から巻き取りロール３３までの間で当接ロール３４がクリーニングウェブ３１の一部分を背後から押圧して加熱ロール１７ａ周面に当接させている。
巻き取りロール３３は、ウェブ駆動装置３５で駆動されるものであり、送り出しロール３２はクリーニングウェブを介して伝えられる張力によって従動回転し、図５が示す矢印方向へクリーニングウェブが徐々に進行するものとなっている。つまり、クリーニングウェブ３１は、加熱ロールに当接され、加熱ロールの周回移動によって該加熱ロールの周面を摺擦し、清掃するものとなっており、巻き取りロールに巻き取られるゆっくりとした速度でクリーニングウェブの新しい部分を加熱ロール１７ａの周面に押圧するものとなっている。そして、巻き取りロールを駆動するウェブ駆動装置３５は、定着制御部１８からの信号に基づいてクリーニングウェブ３１の進行速度を制御するようになっている。

上記のような画像形成装置は、次のように動作する。
操作者が入力した信号又は他の装置から入力された画像情報及び通紙枚数に基づき、画像の記録媒体となる記録シートのサイズ及び連続して画像を形成する枚数が選択される。記録シートとしてシート供給部６ａ、６ｂに収容された記録シートが選択されると、シートトレイから設定された枚数の記録シートが順次に引き出され、搬送ローラによって第１のシート搬送路７を画像形成部３に向かって搬送される。一方、手差しシート供給部６ｂからの給紙が選択された場合は、手差しトレイから設定された枚数の記録シートが順次に引き出され、第２のシート搬送路８を通って画像形成部３に搬送される。そして、二つのシート搬送路７、８は転写装置との対向位置の上流で合流する。

上記画像情報は、デジタル画像信号に変換される。そして、このデジタル画像信号に基づいて画像形成部３により画像が形成されるとともに、信号処理装置２１により画像密度つまり画像の比率がカウントされて定着装置１７を制御する定着制御部１８に情報が送られる。また、連続通紙枚数もこの定着制御部１８に送られる。

上記搬送路７、８が合流した位置の下流で搬送路と対向するように設けられた紙粉量測定装置９は、搬送される記録シートに存在する紙粉量を測定空間１０内における紙粉濃度として測定する。そして、測定された紙粉濃度は電圧信号として定着装置１７を制御する定着制御部１８に送られる。

画像形成部３では感光体ドラム１１上にトナー像が形成され、このトナー像が転写装置１５との対向部において、タイミングを合わせて送り込まれた記録シートの上に転写される。そして、定着装置１７の加熱ロール１７ａと加圧ロール１７ｂとの圧接部に送り込まれる。定着装置では、加熱ロール１７ａが回転駆動され、加圧ロール１７ｂが従動回転しており、これらのを通過することによってトナー像は加熱及び加圧され記録シート上に圧着されて定着画像となる。

上記加熱ロール１７ａが駆動されることによって、その周面は押圧されるクリーニングウェブに摺擦され、加熱ロールの周面に付着するトナー及び紙粉がクリーニングウェブに拭き取られる。また、クリーニングウェブは、加熱ロールの周面の駆動より遙かにゆっくりと駆動されており、トナーや紙粉が付着した部分を巻き取りロール側に移行して、新しい部分を加熱ロールの周面に当接させるものとなっている。

次に、このクリーニング装置３０の巻き取りロールの駆動制御を説明する。
表１は、紙粉量つまり紙粉量測定装置の測定空間１０における紙粉濃度、及び画像部分の密度つまり記録シート上の画像領域と画像領域内でトナーが転移される部分の面積との割合である画像比率に対応したクリーニングウェブ３１の走行速度の制御値を示している。

この表に示すように紙粉濃度が７ｍｇ／ｍ³以上の場合においては、画像信号から検出された画像比率が０〜５％である場合のクリーニングウェブの送り量は０．１ｍｍ／ｓであり、画像比率が５〜２０％であると検出された場合の送り量は０．０７５ｍｍ／ｓ、画像比率が２０〜１００％であるときの送り量は０．０３５ｍｍ／ｓと制御される。
また、紙粉濃度が３〜７ｍｇ／ｍ³である場合においては、画像比率が０〜５％であると検出された場合のクリーニングウェブの送り量は０．０７５ｍｍ／ｓであり、画像比率が５〜２０％であると検出された場合の送り量は０．０３５ｍｍ／ｓ、画像比率が２０〜１００％であるときの送り量は０．０１８ｍｍ／ｓと制御される。
さらに、紙粉濃度が０〜３ｍｇ／ｍ３と検出された場合においては、画像比率が０〜５％であると測定された場合のクリーニングウェブ３１の送り量は０．０３５ｍｍ／ｓであり、画像比率が５〜２０％であると測定された場合の送り量は０．０１８ｍｍ／ｓ、画像比率が２０〜１００％であるときの送り量は０．０１ｍｍ／ｓと制御される。

表１に示すように、紙粉濃度が低くかつ画像比率が高い場合は、加熱ロール１７ａに付着する紙粉の量は少ないのでトナーのオフセットを誘発することも少なく、クリーニングウェブ３１の送り量を低減させることができる。また、紙粉が多く検出された場合であっても、出力される画像濃度が高い場合は記録シートにトナーが定着される際に紙粉も記録シートに押し付けられるので、トナーのオフセットが抑制されることとなりクリーニングウェブ３１の送り量を少なくしても加熱ロール１７ａへ転移したトナーを除去できることも分かった。しかし、紙粉濃度が高くかつ画像比率が低い場合は、加熱ロール１７ａに多くの紙粉が付着し、この付着した紙粉にトナーが誘引されてオフセット現象を引き起こすことが多いので、クリーニングウェブ３１の送り量を多くし、紙粉を確実に除去する必要がある。
このように、紙粉濃度と画像比率に応じてクリーニングウェブ３１の送り量を制御するので、効率よくトナーのオフセットを防止できるとともにクリーニングウェブ３１を長期間使用することができランニングコストを削減できるものとなる。

さらに、定着制御部１８に送られている画像形成枚数のデータに基づき、連続通紙枚数が多い場合は、クリーニングウェブ３１の進行速度を早目に制御することもできる。連続して多くの画像を定着すると定着装置１７の圧接部に紙粉が溜まりやすくなり、トナーのオフセットを誘導しがちであるので、クリーニングウェブ３１の送り量を増やすことにより適切にトナーのオフセットを防止できる。

なお、本実施の形態では、紙粉濃度及び画像比率の双方のデータに対応させてクリーニングウェブ３１の送り量を制御したが、表２又は表３に基づき、紙粉濃度と画像比率とのいずれかにのみの制御値でクリーニングウェブ３１の送り量を制御してもよい。

本願に係る発明の一実施形態である画像形成装置を示す概略構成図である。 図１に示す画像形成装置で用いられる紙粉量測定装置の概略平面図である。 図１に示す画像形成装置で用いられる紙粉量測定装置の平断面図である。 図２に示す紙粉量測定装置のＸ−Ｙ線における断面図である。 本願に係る画像形成装置で用いられる定着装置を示す概略断面図である。

符号の説明

１：受信部、 ２：画像記録制御部、 ３：画像形成部、 ４：画像読み取り装置、 ５：外部機器、 ６ａ：シート供給部、 ６ｂ：手差しシート供給部、 ７：第１のシート搬送路、 ８：第２のシート搬送路、 ９：紙粉量測定装置、 ９ａ：筺体、 ９ｂ：ＬＥＤ（発光素子）、 ９ｃ：フォトトランジスタ（受光素子）、 ９ｄ：電極、 ９Ｕ：上面測定用開口、 ９Ｌ：下面測定用開口、 １０：測定空間、
１１：感光体ドラム、 １２：帯電装置、 １３：露光装置、 １４：現像装置、
１５：転写装置、 １６：感光体ドラム用のクリーニング装置、 １７：定着装置、
１７ａ：加熱ロール、 １７ｂ：加圧ロール、 １８：定着制御部、 １９：排紙ローラ、 ２０：排紙トレイ、 ２１：信号処理装置、 ３０：クリーニング装置、 ３１：クリーニングウェブ、 ３２：送り出しロール、 ３３：巻き取りロール、 ３４：当接ロール、 ３５：ウェブ駆動装置、 ４１：搬送ローラ、 ４２：手差しトレイ

Claims (2)

1. 静電電位の差による潜像にトナーを転移してトナー像を形成する像形成手段と、
   前記トナー像を直接に転写材に又は中間転写体を介して転写材に転写する転写手段と、
   互いに圧接された一対の回転体の間に、前記トナー像が転写された転写材を通過させ、該トナー像を加熱及び加圧して定着する定着手段と、
   該定着手段の回転体の周面を清掃するクリーニング手段と、
   前記転写材上に離脱可能な状態で付着する紙粉量を、前記トナー像が転写される前に測定する紙粉量測定手段と、を有し、
   前記クリーニング手段は、ロール状に巻き回された長尺の布状体の一部を前記回転体に押し付け、該回転体が駆動されているときに、該回転体の周面の駆動速度より遅い速度で前記布状体を他の部材に巻き取るように駆動して前記回転体と当接する範囲を徐々に移行させるものであり、
   前記紙粉量測定手段は、前記転写材を前記像形成手段へ供給する複数のシート搬送路が合流する位置の下流側に設けられ、搬送される前記転写材と対向して配置された電極によって前記転写材上の紙粉を該転写材から離脱させて、離脱した該紙粉に光を照射し、該紙粉で反射した散乱光を検知して紙粉濃度を測定するものであり、
   前記像形成手段で形成された画像の、トナーが転移された画像部分の密度が低いときは、定められた範囲で前記布状体の駆動速度を大きく、画像部分の密度が高いときは、駆動速度を小さくするように制御され、
   前記紙粉量測定手段が測定した紙粉濃度が高いときは、前記画像部分の密度に応じて制御する前記駆動速度の範囲を大きい値の範囲に設定し、前記紙粉量測定手段が測定した紙粉量が少ないときは、前記駆動速度の範囲を小さい値の範囲に設定することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記クリーニング手段は、前記像形成手段でトナー像を形成するときに設定された連続通紙枚数に基づき、前記画像部分の密度及び前記紙粉濃度に応じて設定されて前記連続通紙枚数が通紙中に前記布状体を駆動する駆動速度が大きくなるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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