JP6095378B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像ユニットを冷却する冷却機構を有する画像形成装置に関する。

特許文献１には、中間転写ベルトの下方に作像ユニットが配置され、この作像ユニットの下方に書込みユニットが配置される。そして、作像ユニット及び書込みユニットの間には、冷却風を通過させるエアフローダクトを形成する。冷却風は、エアフローダクトに形成されるスリットを介して、作像ユニットを冷却するようになっている。

特開２００８−１７０８５３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、エアフローダクトを装置本体の内部に這い回して、冷却が必要なポイント、即ち、現像剤を内包する現像ユニット全体を冷却しようとする場合に、現像ユニットの配置や着脱性との両立が難しい。また、装置本体の大型化を招来する。

また、エアフローダクトの上方に現像ユニットがエアフローダクトの下方に露光ユニットが配置されるが、エアフローダクトと現像ユニットや露光ユニットの間にギャップが存在すると、トナーが露光ユニットに付着し、その他装置本体の内部を汚染する場合もある。特に、トナーが露光ユニットの露光窓に付着すると、画像品質が低下する懸念がある。

本発明は、装置本体の内部のユニットの配置や着脱性を犠牲にすることを回避しつつ、現像剤の飛散による装置本体の内部の汚染を抑制することができる現像ユニット冷却機構を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、像担持体の表面の静電像を現像剤で現像する現像装置と、前記現像装置の下面を前記現像装置の長手方向に沿って支持する支持部材と、前記現像装置を着脱するための開口部を開閉自在な扉部材と、前記扉部材より外側に設けられ、前記扉部材をカバーするための開閉可能な外カバーと、気流を発生させる気流発生手段と、前記気流発生手段にて発生した気流を装置本体内に誘導するダクトと、前記ダクト内の空間とつながり前記気流が前記扉部材と前記現像装置の間の空間を通過するような第１流路を形成するための一対の第１壁部と、前記第１流路内の空間とつながり前記気流が前記支持部材と前記現像装置の間の空間を通過するような第２流路を形成するための一対の第２壁部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、装置本体の内部のユニットの配置や着脱性を犠牲にすることを回避しつつ、現像剤の飛散による装置本体の内部の汚染を抑制しながら現像ユニットを冷却することができる。

前カバーを開いた状態の画像形成装置の斜視図である。 図１において内カバーを透明化した状態の画像形成装置の斜視図である。 図２において小カバー、エアダクト、ファンを透明化した状態の画像形成装置の斜視図である。 画像形成ユニットの斜視図である。 画像形成ユニットの断面図である。 現像ユニットを正面側から見た斜視図等である。 現像ユニットの長手方向の前方の断面図である。 小カバーの斜視図である。 現像トレイの斜視図である。 ダクト、ファン、小カバー、現像ユニット、現像トレイの構成を示す斜視図である。 冷却機構の断面図である。

以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態を実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるから、特に特定的な記載が無い限りは、発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、前カバー１を開いた状態の画像形成装置１００の斜視図である。画像形成装置１００は、装置本体１００Ａと、装置本体１００Ａに対して回転自在に取り付けられた前カバー１と、を備える。ユーザが前カバー１を矢印Ｊ方向に開くと、内側には内カバー２が現れる。内カバー２には開口２ａが並んで形成される。開口２ａには、４つのカートリッジ２２１（図２参照）が水平方向に並んで挿入されている。また、内カバー２には開口３ｋが形成される。開口３ｋには、現像ユニット２２０が挿入されている。現像ユニット２２０には小カバー３が取り付けられる。図１中では、現像ユニット２２０の一つに関して、小カバー３が取り外された様子が示されている。

図２は、図１において内カバー２を透明化した状態の画像形成装置１００の斜視図である。装置本体１００Ａの内部では、現像ユニット２２０の上方にはダクト２０が配置され、この上方にはカートリッジ２２１が配置される。ダクト２０には、気流を発生させる『気流発生手段』であるファン２１が取り付けられる。ダクト２０は、ファン２１にて発生した気流を装置本体１００Ａ内に誘導する。ダクト２０が延びる方向と直交する方向には、現像ユニット２２０が延びている。前述の『扉部材』である小カバー３は、現像ユニット２２０の現像容器２０９の長手方向の一端部に対向し、開口３ｋ（開口部）を開閉自在となっている。

図３は、図２において小カバー３、ダクト２０、ファン２１を透明化した状態の画像形成装置１００の斜視図である。装置本体１００Ａの内部には、４つの画像形成ユニット２００が水平方向で並ぶように配置される。４つの画像形成ユニット２００の各々は、ドラムユニット２７０と、現像ユニット２２０と、を有し、互いに異なる色の画像形成に用いられる。

４つの画像形成ユニット２００の上方には、中間転写ベルト２６０が配置される。中間転写ベルト２６０は、図示しない２次転写ローラ、アイドラローラ、テンションローラ等の各種ローラによって張架されている。２次転写ローラは、画像の転写材の搬送路に沿って配置され、対向するローラとの間でニップを形成している。

中間転写ベルト２６０の上方には、４つのカートリッジ２２１が並ぶように配置される。このことから、現像ユニット２２０の上方には、現像ユニット２２０に現像剤を補給する『補給手段』であるカートリッジ２２１が配置されることになる。装置本体１００Ａの奥側には、カートリッジ２２１からトナーを供給されて現像ユニット２２０にトナーを受け渡す図示しない補給ユニットが配置されている。

４つの画像形成ユニット２００の下方には、レーザユニット７０が配置される。別の表現をすると、現像ユニット２２０の下方には、『露光手段』であるレーザユニット７０が配置される。レーザユニット７０は、『像担持体』である感光体ドラム２１０を露光するものである。

レーザユニット７０の下方には、カセット７５が配置される。装置本体１００Ａの右側面側には、シート搬送路、２次転写ローラ、定着装置等が配置される。また、装置本体１００Ａの上部には排出トレイ３１２が形成される。

感光体ドラム２１０の表面は、帯電ローラで一様に帯電され、レーザユニット７０によって露光されて静電像が形成され、現像ユニット２２０によって現像剤像が形成され、中間転写ベルト２６０と２次転写ローラとのニップで記録材に転写される。一方、カセット７５に収納される記録材は、搬送ローラ、中間転写ベルト２６０と２次転写ローラとのニップ、定着装置を経由して、排出トレイ３１２に排出される。

図４は、画像形成ユニット２００の斜視図である。画像形成装置１００では、画像形成ユニット２００は、装置本体１００Ａに着脱自在（着脱可能）である。図４に示されるように、画像形成ユニット２００は、現像ユニット２２０と、ドラムユニット２７０と、を有する。現像ユニット２２０は現像ローラ２１１を有し、ドラムユニット２７０は感光体ドラム２１０を有する。『現像装置』である現像ユニット２２０は、感光体ドラム２１０の表面の静電像を現像剤で現像する。

図５は、画像形成ユニット２００の断面図である。図５に示されるように、画像形成ユニット２００は、現像ユニット２２０と、ドラムユニット２７０と、を有する。現像ユニット２２０は、２成分現像剤を用いる方式が採用されており、現像容器２０９を有する。現像容器２０９の内部には、上方に現像ローラ２１１が配置され、下方に搬送スクリュー２１２、２１３が配置される。現像ローラ２１１の表面には、現像ローラ２１１の表面のトナーのコート量を規制する規制部材２１４が対向する。現像容器２０９の内部には、現像剤が剤面２１６の位置まで充填されている。

補給されたトナーは、搬送スクリュー２１２、２１３によって現像容器２０９の内部で循環して、現像ローラ２１１まで搬送される。現像ローラ２１１と感光体ドラム２１０の間は所定間隔となるように近接している。

図６（ａ）は、現像ユニット２２０を正面側から見た斜視図である。図６（ａ）に示されるように、現像ユニット２２０は、現像ローラ２１１を有する。

図６（ｂ）は、現像ユニット２２０を背面側から見た斜視図である。図６（ｂ）に示されるように、現像ユニット２２０は、現像ユニット２２０の後方では、搬送スクリュー２１２の真上に、トナーの補給を受ける補給口３００と、補給シャッタ３０１と、シール３０２と、が配置される。現像ユニット２２０は、装置本体１００Ａに対して着脱及び交換をできるようにすることが想定されている。現像ユニット２２０が装置本体１００Ａから取り外されるときには、補給シャッタ３０１が補給口３００を遮蔽し、内部の現像剤が封止されるようになっている。

更に現像ユニット２２０の出荷直後においては、現像剤の封止を完全とする為、図示しないフィルム部材で現像ユニット内部の隙間を完全に塞いでおり、駆動入力を受けると共に巻取り軸２１５がフィルム部材を巻取る構成を取っている。

なお内部の現像剤は、駆動入力中でも上記の通りシール３０２によって現像ユニット２２０の外部には漏れないように封止されているが、補給シャッタ３０１の開閉動作によってシールに付着した現像剤がこそぎ取られ、装置内部に落下・飛散することがある。

補給口３００の横には、現像ローラ２１１及び搬送スクリュー（２１２、２１３）を駆動するための駆動カップリング７６が設けられており、装置内部の駆動源より駆動入力を受けることで、現像ローラ２１１等を回転駆動する。更に、現像剤に電気的極性を付加する為の高圧接点７７が駆動カップリング７６の直上に設けられている。

このように、現像ユニット２２０の後方には、シャッタ類や駆動カップリング７６、高圧接点７７等、装置本体１００Ａから各種の入力を受ける機能部材が集約配置されており、その他の機能をも配置することは困難といえる。なお、例えば高圧接点７７を現像ユニット２２０の前方に持ってくることで空間を作ることは可能であるが、装置本体１００Ａの内部で高圧線を前方まで引き回す必要があるなど、ユニット配置やコストアップ等の課題が生じることになる。

上記の構成において、現像ユニット２２０が駆動入力を受けると、現像ローラ２１１、搬送スクリュー（２１２、２１３）、巻取り軸２１５（図５参照）等が回転駆動を受ける。

図７は、現像ユニット２２０の長手方向の前方の断面図である。図７には、搬送スクリュー２１２、２１３、巻取り軸２１５を駆動するギアが記載される。現像ユニット２２０は、現像剤を搬送する『搬送部材』である搬送スクリュー２１２、２１３を有する。搬送スクリュー２１３は貫通軸２１３ａを有する。この貫通軸２１３ａは軸受４４０によって軸支される。貫通軸２１３ａの端部にはギア４３０が嵌合されて係止される。ギア４３０の駆動力は、ギア４３１、ギア４３２へと伝達される。

ギア４３２が巻取り軸２１５を回転駆動する（なお、現像ローラ２１１は、駆動カップリング７６から直接に駆動力を受ける（図６参照）。搬送スクリュー２１３を軸支する軸受４４０、ギア類を支持する軸４４１、４４２は、駆動支板４４５と現像容器２０９によって、支持され、カバーリングされる。

『駆動伝達部材』であるギア４３０、軸４４１、ギア４３１、軸４４２、ギア４３２は、搬送スクリュー２１２、２１３に駆動力を伝達する部材である。『カバー部材』である駆動支板４４５は、ギア４３０、軸４４１、ギア４３１、軸４４２、ギア４３２を覆う部材である。現像容器２０９は、搬送スクリュー２１２、２１３、ギア４３０、軸４４１、ギア４３１、軸４４２、ギア４３２、駆動支板４４５を保持する。

搬送スクリュー２１２、２１３が回転すると、現像剤が撹拌されつつ現像容器２０９の内部を循環し、現像剤の組成に鉄分が含まれていることもあり、撹拌による駆動エネルギーは現像剤の自己発熱という形で熱に変換される。すなわち、搬送スクリュー２１２、２１３に駆動入力を行うと、現像剤が蓄熱し、撹拌及び搬送速度が速い程に、現像剤の蓄熱量は大きくなる。

また、搬送スクリュー２１２、２１３を軸支する軸受４４０等と、ギアを支持する軸４４１、４４２とには、摺擦によって摩擦熱が発生し、これらの熱が現像容器２０９に伝播して現像剤に更に加わる。

前述の通り、現像剤は熱に弱い。現像剤に熱が加えられることで、画像の品質特性が低下する。例えば、現像ローラ２１１の表面の現像剤のコート量の変動、電気的極性の変動、現像剤の破損等が引き起こされ、最終的には、画像形成装置１００が作成する画像の濃度ムラ、濃度薄等の画像品質の低下となって現れる。よって現像剤の冷却構成は画像形成装置１００に必須の構成であり、その冷却性能の一層の向上は、今後の画像形成装置に強く求められるところである。

図８（ａ）は、小カバー３の表面斜視図、図８（ｂ）は、小カバー３の裏面斜視図である。図８（ａ）、（ｂ）に示されるように、小カバー３の下部には回動軸３ａが固定される。この回動軸３ａは、装置本体１００Ａの回動自在に支持される。ユーザ等が現像ユニット２２０を装置本体１００Ａに装着する場合には、前カバー１、小カバー３を順次開く。このことで、装置本体１００Ａに区画される現像ユニット２２０の挿入空間が外部に露出する。ユーザ等は、現像ユニット２２０を、装置本体１００Ａの固定されている現像トレイ５００にガイドさせつつ所定位置まで押し込む。こうして現像ユニット２２０は装置本体１００Ａの内部に位置決めされる。

また、図８（ｂ）に示されるように、小カバー３の裏面側（内側）には、２つの（一対の）リブ３ｃ（第１壁部）（リブ部材）が上下方向に亘って突出する。そして、このリブ３ｃの間で、第１流路Ｊ１内の気流を第２流路Ｊ２へガイドする『傾斜部』である斜面３ｂが形成される。図８（ｂ）の小カバー３は、上方から平面視した場合には、斜面３ｂ及びリブ３ｃによって、略コの字状に形成されているように見える。

図９は、現像トレイ５００の斜視図である。図９に示される『支持部材』である現像トレイ５００は、現像ユニット２２０の現像容器２０９の下面を現像容器２０９の長手方向に沿って支持する。現像トレイ５００は、現像ユニット２２０を支持しつつガイドする部材である。現像トレイ５００は、幅方向の両端部に、上方に向かって突出する２つのリブ５００ａを有する。したがって、現像トレイ５００は、断面視すると、上に向いた断面コ字状に形成されている。現像トレイ５００は、２つのリブ５００ａによって現像ユニット２２０の挿抜をガイドし、平面部５００ｂによって現像ユニット２２０の挿抜時に落下及び飛散するトナーを受け止めるようになっている。

図１０は、ダクト２０、ファン２１、小カバー３、現像ユニット２２０、現像トレイ５００の構成を示す斜視図である。現像ユニット２２０が装置本体１００Ａに装着された後に、小カバー３が閉じられ、ファン２１、ダクト２０、小カバー３、現像トレイ５００、現像ユニット２２０によって、現像剤の冷却機構が完成する。

まず、ファン２１が回転してダクト２０の内部へとエアーを吸引する。エアーは、ダクト２０の内部を矢印Ｅ方向に流動する。ダクト２０の内部は、滑らかな筒形状で形成され、ダクト２０に沿ってほぼ損失無くエアフローが形成される。

ダクト２０には、下方に向かって開く複数の筒状の開口部２０ａが形成されており、この開口部２０ａが小カバー３及び駆動支板４４５で形成される開口（リブ３ｃ、斜面３ｂ、駆動支板４４５で囲まれる箇所）に対応している。エアーは、開口部２０ａを通って、矢印Ｆ方向へと流れを変えて分岐していく。

図１１は、冷却機構７００の断面図である。図１１に示されるように、冷却機構７００は、開口部２０ａの下流にて、小カバー３、現像トレイ５００、現像容器２０９によって主として形成される。ダクト２０の開口部２０ａと、現像容器２０９の駆動支板４４５及び小カバー３とは、所定のオーバーラップ量を確保しつつ連通している。これによって第１流路Ｊ１が互いにオーバーラップする。現像容器２０９の駆動支板４４５と小カバー３の間には、ダクト２０と接続してファン２１にて発生した気流が通過する略筒状の第１流路Ｊ１が形成される。現像トレイ５００と現像容器２０９の間には、第１流路Ｊ１と接続してファン２１にて発生した気流が通過する略筒状の第２流路Ｊ２が形成される。ファン２１が発生した気流は、その第１流路Ｊ１及び第２流路Ｊ２を通過する。ファン２１は、装置本体１００Ａの前方から後方へと向かって気流を流す。

また、その下方では、現像容器２０９の駆動支板４４５及び小カバー３の斜面３ｂが、筒状のエアフロー経路を形成する。このエアフロー経路は、隙間の少なく筒状に形成されるので、隙間から漏れるエアフローも最小であり、風量の損失は小さい。

エアーが矢印Ｆ方向に流れると、駆動支板４４５にカバーリングされた軸、軸受、現像容器等が冷却される。

エアーが小カバー３の斜面３ｂによって矢印Ｇ方向に流れる。小カバー３は、個々の現像ユニット２２０の駆動支板４４５に対向している。小カバー３は、駆動支板４４５と共に、エアフローの風量が最大となるよう、かつ、最もエアフローの損失が小さくなるようするために、斜面３ｂが滑らかに形成されている。そのため、エアフローが方向を変える際も、風量の損失は最小限となる。

エアーは、矢印Ｇ方向に流れるときに、現像容器２０９と現像トレイ５００で形成される空間を流れ、後側板６０２に形成される開口穴６０２ａから背面へと排出される。なお、図５に示されるように、現像容器２０９は、底部にて、下方に向かって２つの（一対の）脚部２２０ａ、２２０ａ（第２壁部）（リブ部材）を有する。脚部２２０ａは、第２流路Ｊ２（図１１参照）に沿って形成される。現像容器２０９は、その底部２２０ｂと、前述の脚部２２０ａ、２２０ａとによって、下向きにコの字状に形成される。また、現像トレイ５００は、平面部５００ｂと、リブ５００ａ、５００ａとによって、上向きにコの字状に形成される。

現像容器２０９の脚部２２０ａ、２２０ａと現像トレイ５００のリブ５００ａ、５００ａとは、上下方向でオーバーラップするように配置され、現像容器２０９と現像トレイ５００の間には、閉空間に近い状態が確保される。すなわち、一対の脚部２２０ａは、現像トレイ５００に設けられ第２流路Ｊ２に沿って形成され、その側面は、現像トレイ５００に設けられた一対のリブ５００ａ（リブ部材）の側面と対向する。そのために、風量の損失が小さいまま、エアーが現像容器２０９の底面に沿って流れることができる。その結果、エアーが矢印Ｇ方向に流れることで、現像剤と接する最大面積である現像容器２０９の底面が冷却される。

実施例の構成によれば、エアーは、ファン２１によってダクト２０に吸引され、小カバー３や現像トレイ５００と現像ユニット２２０との間の空間に導入され、現像ユニット２２０の内部の現像剤を効率的に冷却し、装置本体１００Ａの後側板６０２に抜ける。

また、現像トレイ５００の真下には、前側板６０１と後側板６０２に挟まれる空間があり、この空間には、レーザユニット７０が配置される。レーザユニット７０は、エアーが流れる空間と現像トレイ５００によって隔てられている。従って、落下及び飛散する現像剤は、現像トレイ５００によって受け止められ、エアーの流れによって、装置本体１００Ａの背面に排出される。その結果、現像剤は、装置本体１００Ａの内部又はユーザ側である装置本体１００Ａの前方で拡散することはなく、レーザユニット７０の上に付着することもない。

ユーザが現像ユニット２２０を装置本体１００Ａから挿抜するときには、個々の現像ユニット２２０に対応する小カバー３を開くだけで現像ユニット２２０にアクセス可能であり、現像ユニット２２０の挿抜性、着脱性が損なわれることもない。

実施例の構成によれば、装置本体１００Ａの内部の現像ユニット２２０の配置や着脱性を犠牲にすることを回避しつつ、現像剤の落下や飛散による装置本体１００Ａの内部の汚染を抑制しながら現像ユニット２２０を冷却することができる。詳しくは、現像ユニット２２０、小カバー３、現像トレイ５００によって、エアフローダクトを形成して、冷却風が、小カバー３と現像ユニット２２０との間の空間、現像トレイ５００と現像ユニット２２０との間の空間を通過する。その結果、現像ユニット２２０の側面及び下面が効率的に冷却され、かつ、現像ユニット２２０の着脱性が損なわれず、トナーが装置本体１００Ａの内部で飛散することが抑制される。

なお、実施例の構成に限定されなくても良い。例えば、ファン２１の配置は、前側板６０１の手前側で右端となっていたが、ダクト２０の配置次第では、前側板６０１と後側板６０２の間でも良い。また、現像剤の落下及び飛散に有利な配置として、補給ユニットは、装置本体１００Ａの後方となっているが、装置本体１００Ａの前方から現像ユニット２２０に現像剤を補給する構成でも良い。ただ、実施例の構成のように、現像トレイ５００が設けられることで、装置本体１００Ａの内部でも現像剤の飛散は最小に抑制される。

なお、ギア４３０、軸４４１、ギア４３１、軸４４２、ギア４３２への駆動力を入力する『入力部材』である駆動カップリング７６は、一部が装置本体１００Ａの後方側に配置され、他の一部が装置本体１００Ａの前方側に配置されるという構成でも良い。

３ 小カバー（扉部材）
３ｃ リブ（リブ部材）（第１壁部）
２０ ダクト
２１ ファン（気流発生手段）
１００ 画像形成装置
１００Ａ 装置本体
２１０ 感光体ドラム（像担持体）
２２０ 現像ユニット（現像装置）
２２０ａ 脚部（リブ部材）（第２壁部）
５００ 現像トレイ（支持部材）
Ｊ１ 第１流路
Ｊ２ 第２流路

Claims (10)

1. 像担持体の表面の静電像を現像剤で現像する現像装置と、
   前記現像装置の下面を前記現像装置の長手方向に沿って支持する支持部材と、
   前記現像装置を着脱するための開口部を開閉自在な扉部材と、
   前記扉部材より外側に設けられ、前記扉部材をカバーするための開閉可能な外カバーと、
   気流を発生させる気流発生手段と、
   前記気流発生手段にて発生した気流を装置本体内に誘導するダクトと、
   前記ダクト内の空間とつながり前記気流が前記扉部材と前記現像装置の間の空間を通過するような第１流路を形成するための一対の第１壁部と、
   前記第１流路内の空間とつながり前記気流が前記支持部材と前記現像装置の間の空間を通過するような第２流路を形成するための一対の第２壁部と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記一対の第１壁部は、前記扉部材の内側に設けられた一対のリブ部材であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記扉部材には、前記第１流路内の気流を前記第２流路へガイドする傾斜部が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記一対の第２壁部は、前記現像装置の底部には前記第２流路に沿って形成された一対の脚部であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記一対の第２壁部は、前記支持部材に設けられ前記第２流路に沿って形成された一対のリブ部材を備え、前記現像装置の底部に設けられた前記一対の脚部の側面は、前記支持部材に設けられた前記一対のリブ部材の側面と対向して設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記ダクトは前記第１流路の鉛直方向上方に設けられ、前記扉部材と接続していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 現像剤を搬送する搬送部材に駆動力を伝達する駆動伝達部材への駆動力を入力する入力部材は、一部が前記装置本体の後方側に配置され、他の一部が前記装置本体の前方側に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記現像装置の下方には、露光手段が配置され、前記現像装置の上方には、前記現像装置に現像剤を補給する補給手段が配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記気流発生手段は、前記装置本体の前方から後方へと向かって気流を流すことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記支持部材は底面を有するトレイであることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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