JP6021408B2 - クリーニング装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に関するものであり、特に、画像形成装置にて静電ファーブラシによりトナーのクリーニングを行うクリーニング装置に関するものである。

従来、第一の像担持体である感光体ドラムに形成されたトナー像を順次中間転写体に一次転写し、重畳したカラー画像であるトナー像を記録媒体に二次転写する方式のタンデム型のカラー電子写真方式の画像形成装置がある。

この種のカラー電子写真画像形成装置では、図７（ａ）に示すように２次転写後に中間転写体である中間転写ベルト３１上に残留する転写残トナーを、中間転写ベルト３１のクリーニング装置９５で除去する。これにより、中間転写ベルト表面をクリーニングし、再度の画像転写に備えている。このクリーニング装置９５はクリーニングブレード１０７を有し、転写残トナーを中間転写ベルト３１上から掻きとる方式のクリーニング装置である。

ところが、中間転写ベルト等の第二の像担持体上のトナーは、クリーニング装置で機械的に掻き落とすだけでは十分なクリーニングを行うことができなかった。そこで図７（ｂ）に示すようなファーブラシ９０にトナー極性とは逆極性のバイアスを印加して静電的に吸着するものもある。しかし、中間転写ベルト３１上には様々な帯電特性のトナーが残留するため、この方法ではそれらをすべてきれいに除去することが難しかった。

そこで、特許文献１では中間転写ベルトのクリーニング装置の構成として、各々異なる極性のバイアスを印加する２つのファーブラシを設ける構成を提案している。即ち、本願添付の図６に示すように、中間転写体クリーニング装置３６Ａでは、二つのファーブラシ９０、９１で異なるバイアスを印加することにより、様々な帯電性のトナーがファーブラシ９０、９１に吸着し、中間転写ベルト３１上から取り除かれるというものもある。

特開２００２−２０７４０３号公報

上記のように特許文献１の構成をとれば、クリーニング性を満足することはできる。しかしながら、ブレードなどで機械的にトナーを除去する構成に比べて飛散トナーが破線矢印で示す様に、中間転写ベルト３１の進行方向下流側へ流出しやすい。これは、中間転写ベルト３１とファーブラシ９１の回転によって引き起こされる空気の流れにより、トナーがクリーニング装置３６Ａの外の空間Ｌに飛散してしまうからである。また、ファーブラシ９１の経時変化により、ファーブラシ９１の外径が小さくなってしまい、それによってもトナーがクリーニング装置３６Ａの外にトナーが飛散する場合もある。これにより、機内汚れによる画像不良などの原因となっている。

上記説明は、トナーを担持する中間転写体に関して説明したが、同様にトナーを担持する感光体ドラムのような像担持体に対するクリーニング装置においても同様の問題がある。

従って、本発明の目的は、像担持体上のトナーを除去するクリーニング装置におけるトナーの飛散を抑え、それによって画像不良の原因となる機内汚れを抑えることのできる、クリーニング装置及び画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係るクリーニング装置及び画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、像担持体と接触し、且つ、接触位置にて前記像担持体に対し、前記像担持体の移動方向に対し逆方向に回転し、前記像担持体上のトナーを静電的に回収するファーブラシと、
前記ファーブラシに侵入し、且つ、接触位置にて前記ファーブラシに対し、前記ファーブラシの移動方向に対し同方向に回転し、前記ファーブラシ上のトナーを静電的に回収するバイアスローラと、
前記ファーブラシと前記バイアスローラを支持するクリーニング容器と、
前記バイアスローラよりも前記ファーブラシの回転方向下流側であって、前記ファーブラシと前記像担持体との前記接触位置よりも前記ファーブラシの回転方向上流側の位置において、前記ファーブラシに侵入することで、前記ファーブラシと前記バイアスローラとの接触部から前記ファーブラシの回転方向下流側へ飛散したトナーが前記クリーニング容器の外部へ飛散することを抑制する飛散抑制部と、
を備えたクリーニング装置において、
前記ファーブラシへの前記飛散抑制部の侵入量は、前記バイアスローラの前記ファーブラシへの侵入量よりも小さいことを特徴とするクリーニング装置である。

本発明の他の態様によると、前記像担持体は、トナー像を担持する中間転写体であることを特徴とする上記構成のクリーニング装置を備えた画像形成装置である。

本発明の他の態様によると、前記像担持体は、トナー像を担持する感光体であることを特徴とする上記構成のクリーニング装置を備えた画像形成装置である。

本発明によれば、飛散抑制部がクリーニング装置内部で発生する飛散トナーのクリーニング装置外部空間への流出経路を塞ぐことで、飛散トナーによる機内汚れを防ぐことができる。また、通常、ファーブラシは装置可動時間の経過に対して経時的にファーブラシ外径が小さくなっていくが、飛散抑制部が回転するファーブラシに侵入することでファーブラシの毛を起こし、外径変化を低減することでクリーニング性低下を抑制することができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略全体構成図である。 本発明の実施例１に係るクリーニング装置の概略図である。 本発明に係るクリーニング装置の飛散抑制部の拡大図である。図３（ａ）は飛散抑制部のファーブラシへの侵入量やバイアスローラのファーブラシへの侵入量やそれぞれの位置を説明するための図であり、図３（ｂ）は飛散抑制部のファーブラシへの侵入量の説明をするための図である。 本発明に係るクリーニング装置の他の実施例を示す図である。図４（ａ）は飛散抑制部がクリーニング装置のクリーニング容器に対し着脱可能な構成である一例を示した図であり、図４（ｂ）は飛散抑制部がシート部材で構成される一例を示した図である。 本発明に係るクリーニング装置の飛散抑制部のファーブラシへの侵入の有無によるクリーニング装置作動時間経過とファーブラシ外径変化の実験結果のグラフである。 従来のクリーニング装置の概略構成図である。 従来のクリーニング装置の概略構成図である。図７（ａ）はクリーニングブレードを用いた構成の一例であり、図７（ｂ）はファーブラシを用いた構成の一例である。

以下、本発明に係るクリーニング装置及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図１〜図５を参照して、本発明に係るクリーニング装置及び画像形成装置を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図１は本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略構成断面図である。

本実施例について、画像形成装置１００は、ベルト状の中間転写体、即ち、中間転写ベルト３１の水平部に画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋが直列状に配置されたタンデム型中間転写方式の画像形成装置である。外部機器から送信された画像信号に応じて、電子写真方式によりシート材Ｓにフルカラー画像を形成する。

画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋには、第一の像担持体であるドラム型の電子写真感光体（以下、「感光体ドラム」という。）１１（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ）が配設されている。各感光体ドラム１１の表面は帯電手段１２（１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ）により均一に帯電処理される。帯電後の感光体ドラム１１の表面（第一の像担持体上）は、画像信号に応じて露光手段１３（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）により露光され、静電潜像を形成される。形成された静電潜像は、現像手段１４（１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ）によって、それぞれの対応する現像剤（トナー）の、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）が付着されて各色トナー像として現像される。

第二の像担持体としての中間転写ベルト３１は、駆動ローラ３３、テンションローラ３４と二次転写を行うための二次転写対向ローラ３２によって張架されて回転する。中間転写ベルト３１の内周面側には、感光体ドラム１１（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ）に対向する位置に一次転写を行うための一次転写手段である一次転写ローラ３５（３５Ｙ、３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｋ）が配置されている。

イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色トナー像は、順次中間転写ベルト３１上（中間転写体上）の同一画像位置に一次転写ローラ３５（３５Ｙ、３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｋ）によって一次転写される。

トナー像の一次転写後に感光体ドラム１１に残留するトナーは感光体ドラム１１のまわりに配設された感光体クリーニング装置１５（１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ）にて除去される。一方、給紙カセット６１、６２、６３、６４に格納されたシート材Ｓは、給紙ローラ７１、７２、７３、７４のいずれかが回転することで給紙搬送路８１へ搬送される。

次に、レジストローラ７５は、中間転写ベルト３１上のトナー像とタイミングを合わせて二次転写ローラ４１と二次転写対向ローラ３２の接触によって形成される二次転写部Ｔ２に記録媒体であるシート材Ｓを給送する。中間転写ベルト３１上に形成されたトナー像は二次転写部Ｔ２において、シート材Ｓ上に転写される。

次に、トナー像が転写されたシート材Ｓは、搬送ベルト４２により熱定着装置５に搬送され、熱定着装置５で加熱圧着することによりトナー像をシート材Ｓの表面に固着させてフルカラー画像が定着される。その後、シート材Ｓは排紙搬送経路８２を通って排紙トレイ６５に送り出される。

二次転写されずに中間転写ベルト３１上に残ったトナーは中間転写体クリーニング装置３６にて回収される。

次に、本発明の一実施例である第二の像担持体としての中間転写体をクリーニングする中間転写体クリーニング装置３６について更に詳細に説明する。

図２は本発明に係る中間転写体クリーニング装置３６の一実施例を示した概略構成断面図である。

本実施例にて、中間転写体クリーニング装置３６には、クリーニング部材として、中間転写ベルト３１の回転移動方向に対して上流側に配置された第１のファーブラシ９０と、下流側に配置された第２のファーブラシ９１を設けている。ファーブラシ９０、９１はそれぞれ中間転写ベルト３１に対して接触してカウンタ方向（接触位置にて逆方向）に回転するように設けている。そして、それぞれのファーブラシ９０、９１には、それぞれの電源９０Ｐ、９１Ｐからバイアスローラ９２、９３を介して各々異なる極性のバイアスを印加する。これらのファーブラシ９０、９１とバイアスローラ９２、９３はクリーニング装置３６を構成するクリーニング容器９５によって支持されている。

それぞれバイアスローラ９２、９３は、ファーブラシ９０、９１に接触させて順方向（接触位置にて同方向）に回転するように配置されている。そして、本実施例では、中間転写ベルト３１の回転移動方向上流側のバイアスローラ９２に電源９０Ｐから負極性の電圧を印加し、下流側のバイアスローラ９３に電源９１Ｐから正極性の電圧を印加する。

２次転写部Ｔ２を通過してきた転写残トナーは主に正極性に帯電されており、中間転写ベルト３１の矢印方向への回転とともに、第１のファーブラシ９０を用いて負極性のバイアスを印加して静電的に中間転写ベルト３１表面のクリーニングを行う。仮に、バイアスローラ９２に−３．５ｋＶ印加すると、第１のファーブラシ９０は−２．０ｋＶとなり、中間転写ベルト３１上（第二の像担持体上）の正極性の転写残トナーがファーブラシ９０側（ファーブラシ上）に転移する。ファーブラシ９０に転移したトナーをさらに電位差によりファーブラシ９０からバイアスローラ９２に転移させる。バイアスローラ９２には、クリーニングブレード９６の先端を押し当て、転移したトナーをバイアスローラ９２から掻き落とす。

さて、第１のファーブラシ９０で中間転写ベルト３１上のトナーを除去するが、中間転写ベルト３１上にはまだ転写残トナーが残っている。それらのトナーは、第１のファーブラシ９０に印加される負極性のバイアスにより、負極性に帯電される。これは、電荷注入または放電により帯電されるものと考えられる。

次いで第２のファーブラシ９１を用いて今度は正極性のバイアスを印加してクリーニングを行うことにより、ファーブラシ９０で取りきれなかった転写残トナーを除去することができる。除去したトナーは、電位差によりファーブラシ９１からバイアスローラ９３に転移させる。バイアスローラ９３には、クリーニングブレード９７の先端を押し当て、転移したトナーをバイアスローラ９３から掻き落とす。

ブレード９６、９７で掻き落としたトナーは、回収トナースクリュー９４にて搬送されて不図示の廃トナータンクに回収する。又、不図示のトナーリサイクル装置を用いて現像装置１４に戻すようにしても良い。

さて、第２のファーブラシ９１でのクリーニング後は、中間転写ベルト３１上のほとんどの転写残トナーが除去されるが、中間転写ベルト３１上にはまだ少しのトナーが残っている場合がある。それらの転写残トナーは、ファーブラシ９１に印加される正極性のバイアスにより、正極性に帯電している。この転写残トナーは、イエローの１次転写位置で感光体ドラム１１Ｙ側に逆転写して感光体クリーニング装置１５Ｙで回収することができる。

また、通常の画像形成以外にもパッチパターンを使用することがある。その際には中間転写体クリーニング装置３６に到達するパッチ像のトナー、即ち、パッチトナーは、二次転写部Ｔ２での電圧印加がないので、負極性に帯電されている。そのため、第１のファーブラシ９０ではトナーは除去されず、第２のファーブラシ９１によりパッチトナーを除去することとなる。

次に、本発明に係る中間転写体クリーニング装置３６におけるクリーニングブラシ９０、９１の構成について更に詳しく説明する。

図６は従来の中間転写体クリーニング装置３６Ａの概略構成断面図である。

従来の中間転写ベルト３１上のトナークリーニング動作において、第２のファーブラシ９１とバイアスローラ９３の接触部および、ブレード９７とバイアスローラ９３の接触部から飛散トナーが発生していた。発生する飛散トナーは、ファーブラシ９１と中間転写ベルト３１の回転によって引き起こされる空気の流れにより、図６に示す飛散トナー流出経路に沿ってクリーニング装置外部空間Ｌに流出していた。この飛散トナーがクリーニング装置外部空間Ｌに流出することによって、画像形成装置１００内部の汚染を招き、画像不良を引き起こしていた。

そこで本発明では、図２、図３（ａ）、（ｂ）に示すようにクリーニング装置３６のクリーニング容器９５に突起状の飛散抑制部９５ａをファーブラシ９１に侵入するように配置し、バイアスローラ９３をクリーニング装置外部空間Ｌに対して遮蔽している。このことで、飛散トナーが画像形成装置１００内部へ流出することを防いでいる。

ここで、本実施例では飛散抑制部９５ａはクリーニング容器９５に一体に形成されているが、図４（ａ）に示すように飛散抑制部９５ａを別部材としてクリーニング容器９５に着脱する構成としてもよい。又、図４（ｂ）に示すようにシート状部材とされる飛散抑制部９５ａをファーブラシ９１に侵入させるよう、クリーニング容器９５に貼りつけてもよい。

次に、図３（ａ）、（ｂ）を参照してファーブラシ９１に対する飛散抑制部９５ａの侵入量について説明する。ファーブラシ９１に対する飛散抑制部９５ａの侵入量Ａと、バイアスローラ９３の侵入量Ｂの関係は、
（飛散抑制部９５ａ侵入量Ａ）＜（バイアスローラ９３侵入量Ｂ）
とすることが望ましい。例えば侵入量Ａ＝１．０ｍｍ、侵入量Ｂ＝２．０ｍｍとされる。

この関係が満たされない場合、バイアスローラ９３侵入量Ｂが飛散抑制部９５ａ侵入量Ａより小さい場合には次のことが起こる。

つまり、バイアスローラ９３によって回収しきれずにファーブラシ９１の毛の根元に残っているトナーが、飛散抑制部９５ａによる毛の起こし効果によってはじき飛ばされる。これにより、クリーニング装置外部空間Ｌにトナーを流出させる。よって、上記のように侵入量の関係はＡ＜Ｂであることが望ましい。

次に、飛散抑制部９５ａの侵入位置について説明する。

本実施例では飛散抑制部９５ａの侵入位置を、バイアスローラ９３とファーブラシ９１の接触部に対し、ファーブラシ９１の回転方向下流側直後に配置する。この配置はファーブラシ９１の回転軸に垂直な面での概略図である図３の角度ｚが鋭角となるような配置である。角度ｚは、飛散抑制部９５ａの侵入開始点ＳＡとファーブラシ９１の回転中心９１Ａとバイアスローラ９３の侵入終了点ＳＣを結んだ線分によって形成される角度で、ファーブラシ９１が中間転写ベルト３１とは当接していない側に形成される角度である。

角度ｚを鋭角となるような配置にすることによって、クリーニング装置３６内部の飛散トナーがファーブラシ９１表面に付着する面積を小さくしている。これは、バイアスローラ９３によってトナーを除去されたファーブラシ９１上に再度クリーニング装置３６内部の飛散トナーが付着し、付着したトナーをクリーニング装置外部空間Ｌへはじき飛ばすのを防止する。それと共に、ファーブラシ９１をきれいな状態で中間転写ベルト３１に当接させ、中間転写ベルト３１をクリーニングすることができる。

次に飛散抑制部９５ａの侵入部外形形状について、図３（ａ）を参照して説明する。

ここで、飛散抑制部９５ａの中間転写ベルト３１側（第二の像担持体側）の面と、飛散抑制部９５ａの侵入終了点ＳＢにおけるファーブラシ９１の外周円上の接線が形成する角度をｙとする。ファーブラシ９１に再付着した飛散トナーがクリーニング装置外部空間Ｌへはじき飛ぶのを防止するため、飛散抑制部９５ａの侵入終了点ＳＢにおける角度ｙをできるだけ小さくする形状にしている。この角度ｙをできるだけ小さくする形状にすることにより、一度倒れた毛が徐々に起きあがるためトナーがはじき飛ばされにくい効果が得られる。

さらに、飛散抑制部９５ａの侵入開始点ＳＡにおけるファーブラシ９１の外周円上の接線と、飛散抑制部９５ａのバイアスローラ側の面が形成する角度をｘとすると、飛散抑制部９５ａの侵入開始点における角度ｘについてはより大きくする。これにより、ファーブラシ９１と飛散抑制部９５ａの接触面積を減らし、摩擦によるファーのダメージを軽減させることができる。

次に、飛散抑制部９５ａとファーブラシ９１の接触部における空間の幅（Ｇ）、即ち侵入量について述べる。

図３（ｂ）に示す様に、飛散抑制部９５ａとファーブラシ９１の接触部における空間の幅（Ｇ）を、次の３条件にして実験を行った。

図３（ｂ）に示すＡ１は隙間（Ｇ）＝１ｍｍ、Ａ２は隙間（Ｇ）＝０ｍｍ、Ａ３は隙間（Ｇ）＝−１ｍｍ（侵入量Ａ＝１ｍｍ）にて、飛散抑制部９５ａとファーブラシ９１の関係を変化させて実験を行った。ここで、隙間（Ｇ）＝−１ｍｍ、即ち侵入量Ａ＝１ｍｍは、本発明構成に当たる。

表１は上記条件にて行った飛散トナー量の実験結果である。なお、測定は粒子粒径分布測定器を用いて、トナー粒径に該当する粒子個数をカウントしている。

実験結果によると、隙間（Ｇ）＝０ｍｍとなるようにファーブラシ９１に対して飛散抑制部９５ａを配置した場合でも流出トナーが確認されており、わずかに接触する程度ではファーブラシの毛の間隔をすり抜けてトナーが流出していることを表している。一方、本発明の構成である隙間（Ｇ）＝−１ｍｍ、即ち侵入量Ａ＝１ｍｍで飛散抑制部９５ａを配置した場合の飛散トナーの測定結果はほぼ０であり、完全に飛散トナーの流出を防いでいることを表している。

さらに本発明では、クリーニング装置３６外部Ｌへの飛散トナー流出を防止すると共に、ファーブラシ９１の外径経時変化を抑制させる効果があることが分かっている。

図５はファーブラシ９１外径の経時変化の実験結果のグラフである。

この実験結果によると、飛散抑制部９５ａの侵入部の有無にかかわらず、ファーブラシ９１に対して従動回転するバイアスローラ９３による毛倒し効果によりファーブラシ９１外径が小さくなっていく。しかし、侵入部あり（侵入量Ａ＝１ｍｍ）の方が、クリーニング装置３６動作時間に対する外径経時変化量の割合が小さくなっている。これは侵入部がファーブラシ９１の毛を起こす効果があることを示しており、ファーブラシ９１のクリーニング能力低減を抑制している。

尚、本実施例ではトナーを担持する像担持体としての中間転写ベルトを一例に挙げて中間転写体クリーニング装置について説明したが、これに限らない。同様の構成のクリーニング装置でのドラム型の中間転写体や感光体のクリーニングについても同様のクリーニング装置とすることができる。また、カラー画像形成装置でのクリーニング装置として説明したが、単色の画像形成装置でも同様のクリーニング装置とすることができる。これら変更態様の画像形成装置は、当業者には周知であるので、詳しい説明は省略する。

３１ 中間転写ベルト
３３ 駆動ローラ
３６ クリーニング装置
９０ 第１のファーブラシ
９１ 第２のファーブラシ
９２・９３ バイアスローラ
９４ 回収トナースクリュー
９５ クリーニング容器
９５ａ 飛散抑制部
９６・９７ クリーニングブレード
１００ 画像形成装置
Ｌ クリーニング装置外部空間
ＳＡ 飛散抑制部の侵入開始点
ＳＢ 飛散抑制部の侵入終了点
ＳＣ バイアスローラ９３の侵入終了点

Claims (7)

1. 像担持体と接触し、且つ、接触位置にて前記像担持体に対し、前記像担持体の移動方向に対し逆方向に回転し、前記像担持体上のトナーを静電的に回収するファーブラシと、
   前記ファーブラシに侵入し、且つ、接触位置にて前記ファーブラシに対し、前記ファーブラシの移動方向に対し同方向に回転し、前記ファーブラシ上のトナーを静電的に回収するバイアスローラと、
   前記ファーブラシと前記バイアスローラを支持するクリーニング容器と、
   前記バイアスローラよりも前記ファーブラシの回転方向下流側であって、前記ファーブラシと前記像担持体との前記接触位置よりも前記ファーブラシの回転方向上流側の位置において、前記ファーブラシに侵入することで、前記ファーブラシと前記バイアスローラとの接触部から前記ファーブラシの回転方向下流側へ飛散したトナーが前記クリーニング容器の外部へ飛散することを抑制する飛散抑制部と、
   を備えたクリーニング装置において、
   前記ファーブラシへの前記飛散抑制部の侵入量は、前記バイアスローラの前記ファーブラシへの侵入量よりも小さいことを特徴とするクリーニング装置。
2. 前記飛散抑制部は前記クリーニング容器に一体に形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のクリーニング装置。
3. 前記飛散抑制部は前記クリーニング容器とは別の部材で形成され、前記クリーニング容器に取り付けられたものであることを特徴とする請求項１に記載のクリーニング装置。
4. 前記ファーブラシの回転軸に垂直な面において、
   前記ファーブラシの回転に伴う前記ファーブラシへの前記飛散抑制部の侵入開始点と前記ファーブラシの回転中心とを結んだ線分と、前記ファーブラシの回転に伴う前記ファーブラシへの前記バイアスローラの侵入終了点と前記ファーブラシの回転中心とを結んだ線分と、によって形成される角度のうち、前記ファーブラシが前記像担持体とは当接していない側に形成される角度が鋭角であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のクリーニング装置。
5. 前記ファーブラシの回転軸に垂直な面において、
   前記ファーブラシへの前記飛散抑制部の侵入開始点での前記ファーブラシの外周円上の接線と、前記飛散抑制部の前記バイアスローラ側の面で形成する線と、が形成する角度は、
   前記ファーブラシへの前記飛散抑制部の侵入終了点での前記ファーブラシの外周円上の接線と、前記飛散抑制部の前記像担持体側の面で形成する線と、が形成する角度より大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のクリーニング装置。
6. 前記像担持体は、トナー像を担持する中間転写体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のクリーニング装置を備えた画像形成装置。
7. 前記像担持体は、トナー像を担持する感光体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のクリーニング装置を備えた画像形成装置。

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