JP6177055B2 - 塗工装置、塗工方法、定着部材の製造装置、定着部材の製造方法 - Google Patents

塗工装置、塗工方法、定着部材の製造装置、定着部材の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、塗工液を塗工する塗工装置、塗工液を塗工する塗工方法、定着部材の製造装置、定着部材の製造方法に関する。
従来より、電子写真式のプリンタや複写機などの画像形成装置に搭載された定着装置では、記録材に形成されたトナー像を定着部材により定着する構成とされている。
また、近年では、定着装置の立ち上げ時間を短縮化することを目的に、定着部材として定着ベルトが採用されている。この定着装置では、熱容量の小さい定着ベルトを用い、この定着ベルトを介して、ヒータの熱により記録材上のトナーを加熱する構成となっている。
定着ベルトの基本構成としては、熱容量の小さい薄肉状の円筒状基体(無端状部材)、定着時にトナー画像と記録材の凹凸に対応するためのゴム層、円筒状基体とゴムとを接着させる役割を担うプライマー層からなる。つまり、円筒状基体から外層に向かって、プライマー層、ゴム層となっている。また、耐久性や離型性の観点から、円筒状基体の内層に内面摺動層や、ゴム層の外層に接着剤を介してフッ素樹脂層などを備えることもある。
このような定着ベルトの製造時において、プライマー(塗工液)を塗工する製造段階においてプライマー層に厚みムラが生じてしまうと、定着後の画像に光沢ムラが発生してしまう恐れがある。また、プライマーの塗工量が不足している場合には、ゴム層の剥がれなどの問題を引き起こしてしまう恐れがある。そのため、プライマーを塗工する製造段階では特に高精度での塗工技術が求められている。
プライマーの塗工方法としては、従来、例えばスプレー塗工法、浸漬塗工法、刷毛塗工法などの方法が検討されている。
しかし、スプレー塗工法は、塗工作業時の周囲への飛散や、塗工液のロスが多いことが懸念される。また、塗工液の粘度の状態により、塗工液の霧化の条件が大きく変わり、ある一定以上の高粘度となると霧化すること自体が困難になってしまう。
浸漬塗工法では、塗膜の膜厚の制御が塗工液の物性、例えば塗工液の粘度、表面張力および密度、その他温度などによる感度が大きく、塗工液の物性の調整が困難であった。また、塗工液中の泡が付着しないように注意を要するために漬け込み、引き上げともに時間をかけるため、作業効率が低下してしまう恐れがある。また、浸漬液のロスが多く、コストアップにつながる要因となってしまう。
刷毛塗工法では、スプレー塗工法や浸漬塗工法における材料選択の自由度の狭さは解決される。しかし、刷毛を速く移動させ過ぎると、プライマー溶液がのっていない部分や、のっていてもプライマー溶液が少なかったりする所謂塗りムラが生じてしまう恐れがある。
そこで、特許文献1に記載のゴムローラの製造装置では、円筒基体を回転させるとともに円筒基体に対してノズルを軸方向一端から他端に向かって移動させながら、ノズルからプライマーを吐出させることによりプライマー層を形成している。また、円筒基体の外周面近傍にブレードが設置されており、円筒基体に吐出されたプライマー層の厚さを調節している。このブレードはノズルとともに円筒基体の軸方向一端から他端にかけて移動することから、ブレードによるプライマー層の厚さ調節は、円筒基体に対して螺旋状に行われることになる。
特開2008−250164号公報
しかしながら、この製造装置では、ノズルから吐出することにより形成された円筒基体上のプライマー層の厚さをブレードにより調節する構成を採用していることから、プライマー層に厚みムラが生じてしまう恐れがある。つまり、円筒基体に対するブレードの側端部(円筒基体の軸方向における端部)の接触軌跡(螺旋状)に沿ってプライマー層に厚みムラ(塗りムラ:ゴムの硬化ムラに繋がる)が生じてしまう恐れがある。
本発明の目的は、量産性よく、塗工液塗工不良のない塗工液塗工面を得ることにある。
上記の目的を達成するための本発明に係る塗工装置の代表的な構成は、無端状部材の周面に塗工液を塗工する塗工装置であって、前記無端状部材を保持する保持部材と、前記無端状部材に塗工液を吐出するノズル部材と、前記ノズル部材の吐出口よりも重力方向において下側に配置されており、塗工液を含浸するとともに前記無端状部材に接触して塗工液を塗工する含浸部材と、前記含浸部材および前記ノズル部材に対し前記保持部材を相対回転させる回転機構と、前記含浸部材により前記塗工液が塗工された前記無端状部材の領域に前記ノズル部材から前記塗工液が吐出されるように、前記含浸部材および前記ノズル部材に対し前記保持部材を前記重力方向において上方向へ移動させる移動機構と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、量産性よく、塗工液塗工不良のない塗工液塗工面を得ることができる。
画像形成装置例の概略の構成模式図 定着装置例の概略断面図 定着ベルトの層構成を示す断面模式図 プライマー塗工方法を説明するための模式図 プライマー層の乾燥、焼成工程を説明するための模式図 リングコート法の塗工装置の模式図 ゴム層の加熱工程を説明するための模式図
次に、本発明を実施するための形態について、定着装置に用いられる定着部材としての定着ベルトに基づいて説明するが、本発明はこの形態のみに限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において各種構成を公知の構成に置き換えることは可能である。
(1)画像形成部の概略説明
図1は、本実施例に用いた画像形成装置の概略の構成模式図である。この画像形成装置は1ドラム型の4色フルカラーの電子写真装置である。101は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体(以下、ドラムと記す)である。ドラム101は矢印の反時計方向に所定のプロセス速度(周速度)で回転駆動される。ドラム101はその回転過程で帯電ローラなどの帯電装置102により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。
次いで、その帯電処理面に対してレーザ光学系110から出力されるレーザ光103により、入力された画像情報に基づき露光処理される。レーザ光学系110は不図示の画像読み取り装置などの画像信号発生装置からのカラー画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調(オン/オフ)したレーザ光103を出力してドラム101の面を走査露光するものである。その結果、この走査露光によりドラム101の面には画像情報に対応した静電潜像が形成される。109はレーザ光学系110からの出力レーザ光103をドラム101の露光位置に偏向させるミラーである。
そして、ドラム101上に形成された静電潜像は、現像装置104によりトナー像として現像される。この画像形成装置においては、まず、カラー画像のイエロー(Y)成分像に対応する静電潜像がドラム101の面に形成され、その静電潜像がY色現像器104YのY色トナーによりによりY色トナー像として現像される。そのY色トナー像がドラム101と中間転写ドラム105との接触部である1次転写部T1において中間転写ドラム105面に転写される。なお、ドラム101上の1次転写残留トナーはクリーナ107によりクリーニングされる。
引き続いて、上記のような帯電・露光・現像・一次転写・清掃の画像形成プロセスサイクルが、カラー画像のマゼンタ(M)成分像、シアン(C)成分像、ブラック(K)成分像について順次に実行される。即ち、ドラム101の面に対する、M色トナー像(M色現像器104Mが作動)の形成、C色トナー像(C色現像器104Cが作動)の形成、K色トナー像(K色現像器104Kが作動)形成、が順次に実行される。
これにより、中間転写ドラム105上にY色+M色+C色+K色の4色重畳のカラートナー像が形成される。なお、中間転写ドラム105に対する上記の4色重畳のカラートナー像が形成される間、中間転写ドラム105に対する2次転写ローラ106及びクリーナ108は中間転写ドラム105から非接触に離間している状態に保持されている。
中間転写ドラム105に形成されたトナー像の先端部が2次転写ローラ106の位置に到達する少し前の所定の制御タイミングにおいて2次転写ローラ106が中間転写ドラム105に対して当接されて2次転写部(ニップ部)T2が形成される。また、クリーナ108も中間転写ドラム105に対して当接される。
また、記録材給送部(不図示)から給送された記録材(用紙)Pが所定の制御タイミングにて2次転写部T2に導入される。即ち、中間転写ドラム105に形成された4色重畳のカラートナー像の先端部と記録材Pの先端部が2次転写部T2において所定にレジストするタイミングにて記録材Pが2次転写部T2に導入される。これにより、2次転写部T2において中間転写ドラム105側の4色重畳のカラートナー像が記録材P上に一括して順次に二次転写される。
2次転写部T2を出た記録材Pは中間転写ドラム105から順次に分離されて画像加熱装置としての画像定着装置100に導入され、その上に担持した未定着トナー像の定着処理(画像加熱処理)を受ける。そして、定着処理を受けた記録材Pは機外に排出される。また、記録材分離後の中間転写ドラム105の表面はトナークリーナ108により2次転写残留トナーが除去されてクリーニングされる。
(2)定着装置100の構成の概略説明
図2は本実施例における画像定着装置100の概略の構成模式図である。この定着装置100は定着ヒータ(加熱体:熱源)として細板状の面状ヒータを用いたベルト(フィルム)加熱方式−加圧部材駆動式のオンデマンドの画像加熱装置である。このタイプの画像加熱装置は例えば特開平4−44075号公報等で知られている。
定着装置100は記録材搬送路面内において記録材Pの搬送方向aに直交する方向に平行な方向を長手方向(図面に垂直な方向)を長手方向とする横長の装置である。定着装置100は大別して、定着ユニット(加熱ユニット)1Aと、回転可能な加圧部材としての弾性加圧ローラ6と、それらを収容した装置フレーム(定着装置筐体)12と、を有する。
定着ユニット1Aは、ベルトガイド兼ヒータホルダ4、加熱体である定着ヒータ2、定着ベルトステイ5、定着部材としての、弾性層を備えた円筒状の可撓性を有する定着ベルト(エンドレスベルト)1、などによるアセンブリである。
ホルダ4は横長の部材であり、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成されており、ヒータ2を保持するとともにベルト1を記録材Pと分離させるための形状にする役目を果たしている。
ヒータ2は本実施例においては横長の細板状のセラミックヒータを用いており、ホルダ4の下面のほぼ中央部にホルダ長手に沿って配設されてホルダ4に保持されている。ヒータ2は通電により急峻に昇温する。より具体的には、このヒータ2は、アルミナの基板と、この上に、銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一な10μm程度の厚さの膜状に塗工された抵抗発熱体を有している。さらに、この上に、耐圧ガラスによるガラスコートが施されている。ガラスコート側がヒータ表面(加熱面)であり、ヒータ2はガラスコート側を外側にしてホルダ4に保持されている。
ステイ5は横断面下向きコの字型で横長の剛性部材であり、鉄等の金属で形成されており、ホルダ4の上面側にホルダ4に並行に配設されている。ベルト1の層構成については(3)項で詳述する。ベルト1は、ホルダ4、ヒータ2、ステイ5の組立体に対してルーズに外嵌(外挿)されている。
また、図には省略したけれども、ステイ5の長手方向の一端側と他端側にはそれぞれフランジ部材が装着されている。これらのフランジ部材はベルト1の一端側と他端側の各端部の位置規制と保形の役目をしている。
加圧ローラ6は、ステンレス製の芯金6a上に、厚み約3mmのシリコーンゴム層6b、さらに厚み約40μmのPFA樹脂チューブ6cが順に積層された多層構造とされている。この加圧ローラ6の芯金6aの一端側と他端側の端部がそれぞれ装置フレーム12の長手方向の一端側と他端側の側板(不図示)間に回転可能に軸受保持されている。
定着ユニット1Aも装置フレーム12の長手方向の一端側と他端側の側板間において加圧ローラ6の上側に加圧ローラ6に対してヒータ2の側を対向させて加圧ローラ6に並行に配設されている。そして、一端側と他端側のフランジ部材がそれぞれ加圧機構(不図示)により加圧ローラ6に向かう方向に所定の押圧力をもって押圧されている。
上記の押圧力により、一端側と他端側のフランジ部材、ステイ5、ホルダ4の全体が加圧ローラ6の方向に移動する。そのため、ヒータ2が定着ベルト1を介して加圧ローラ6に対して弾性層6bの弾性に抗して所定の押圧力で押圧して、ベルト1と加圧ローラ6との間に記録材搬送方向aに関して所定幅の定着ニップ部13が形成される。
本実施例においては、一端側と他端側のフランジ部材にそれぞれ156.8N(16kgf)、総圧313.6N(32kgf)の力が付与されてヒータ2が加圧ローラ6に付勢されている。その結果、ヒータ2の加熱面である表面(下面)がベルト1を介して加圧ローラ6の弾性層6bの弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接されて定着に必要な所定幅の定着ニップ部13が形成されている。
定着装置100の定着動作は次のとおりである。制御手段としての制御回路部(CPU)10は、所定の制御タイミングで定着モータMを起動して加圧ローラ6を矢印R6の反時計方向に所定の速度で回転させる。
加圧ローラ6が回転されることで、定着ニップ部13においてベルト1に加圧ローラ6との摩擦力で回転トルクが作用する。これにより、ベルト1が、その内面がヒータ1の表面に密着して摺動しながら、ホルダ4とステイ5の外回りを加圧ローラ6の速度とほぼ対応した速度で矢印R1の時計方向に従動回転する。ベルト1の内面には半固形状潤滑剤が塗工され、ヒータ1・ホルダ4とベルト内面との摺動性を確保している。
また、制御回路部10は電力供給部であるヒータ駆動回路部11からヒータ2に対する通電を開始する。この通電によりヒータ2は有効全長域に渡って急速に昇温する。その昇温がヒータ2の裏面側(上面)に接するように設けられた温度検知手段としてのサーミスタ3によって検知される。サーミスタ3はA/Dコンバータ9を介して制御回路部10に接続されている。
制御回路部10はサーミスタ3からの出力を所定の周期でサンプリングしており、このように得られた温度情報を温度制御に反映させる構成となっている。つまり、制御回路部10はサーミスタ3の出力をもとにヒータ2の温調制御内容を決定し、ヒータ駆動回路部11によって、ヒータ2の温度が目標温度(設定温度)となるようにヒータ2への通電を制御する役割を果たしている。
上記の定着装置状態において、画像形成部の2次転写部T2側から未定着トナー画像tを担持した記録材Pが定着装置100側に搬送され、ガイド部材7にガイドされて定着ニップ部13に導入され、定着ニップ部13で挟持搬送される。記録材Pは定着ニップ部13を挟持搬送される過程でヒータ2の熱がベルト1を介して付与される。未定着トナー画像tはヒータ2の熱によって溶融され、定着ニップ部13にかかっている圧力によって記録材Pの面に定着される。定着ニップ部13を出た記録材Pはベルト1から曲率分離して定着排紙ローラ対8により定着装置100の外へ送出される。
(3)定着ベルト1の層構成
図3は本実施例における定着ベルト1の層構成を示す横断面模式図である。1bは円筒状基体(無端状部材)、1aは円筒状基体1bの内周面に配された内面摺動層、1cは円筒状基体1bの外周面を被覆したプライマー層(塗工層、接着層)である。1dはプライマー層1cを介して円筒状基体1bの外周面に形成されたシリコーンゴム弾性層(ゴム層)、1fはフッ素樹脂層としてのフッ素樹脂チューブであり、シリコーンゴム弾性層1d上にシリコーンゴム接着剤層1eを介して配してある。
本実施例のベルト1は上記6層の積層複合層部材であり、全体に可撓性を有する薄肉の低熱容量の部材である。そして、このベルト1は自由状態においてはほぼ円筒形状を保持している。
なお、定着ベルト1は、プライマー(塗工液、接着液)が塗工された円筒状基体1bの外周面に少なくともシリコーンゴム層1dを備えたものである。以下に各構成層について具体的に説明する。
(3−1)円筒状基体1b
定着ベルト1には耐熱性が要求される為、円筒状基体1bは、耐熱、耐屈曲性に配慮されたものを用いるのが好ましい。例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅などの金属やそれらの合金、もしくは、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミドイミド樹脂などの耐熱性樹脂やそれらのポリマーアロイを用いることが出来る。
本実施例ではWO 2005/054960 A1で開示されているニッケル−鉄合金からなる内径φ30mm、厚み40μm、長さ400mmの無端金属円筒状基体1bを用いた。
(3−2)内面摺動層1a
内面摺動層1aとしては、ポリイミド樹脂のような高耐久性、高耐熱性を持つ樹脂が適している。本実施例では、芳香族テトラカルボン酸二無水物或いはその誘導体と、芳香族ジアミンとの略等モルを有機極性溶媒中で反応させて得られるポリイミド前駆体溶液を用いた。この溶液を前記円筒状基体1bの内面に塗工、乾燥、加熱し、脱水閉環反応により形成したポリイミド樹脂層を内面摺動層1aとしている。
具体的には、本実施例ではポリイミド前駆体溶液として、3,3‘,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミンからなるポリイミド前駆体のN−メチル−2−ピロリドン溶液を用いた。そして、厚み15μmのポリイミド樹脂を形成し、これを内面摺動層1aとしている。
(3−3)シリコーンゴム弾性層1d
シリコーンゴム弾性層1dはプライマー層1cを介して円筒状基体1bの外周面に形成される。シリコーンゴム弾性層1dは定着時にトナー画像と記録材(用紙)Pの凹凸に対して均一な圧力を与えるために定着部材に担持させる弾性層として機能する。かかる機能を発現させる上で、シリコーンゴム弾性層1dは、特に限定しないが、加工性を鑑み付加硬化型シリコーンゴムを硬化させたものとすることが好ましい。また、後述するフィラーの種類や添加量に応じて、その架橋度を調整することで、弾性を調整することができるからである。
一般に、付加硬化型シリコーンゴムは、不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサンと、ケイ素に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサン、および架橋触媒として白金化合物が含まれている。
ケイ素に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサンは白金化合物の触媒作用により、不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサン成分のアルケニル基との反応によって架橋構造を形成させる。
シリコーンゴム弾性層1dは、定着部材に熱伝導性の向上、補強、耐熱性の向上などのためにフィラーを含んでいてもよい。
特に、熱伝導性を向上させる目的では、フィラーとしては高熱伝導性であることが好ましい。具体的には、無機物、特に金属、金属化合物などを挙げることができる。
高熱伝導性フィラーの具体例は、炭化ケイ素(SiC)、窒化ケイ素(Si)、窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム(AlN)、アルミナ(Al)が挙げられる。また、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マグネシウム(MgO)、シリカ(SiO)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)などが挙げられる。
これらは単独であるいは2種以上を混合して用いることができる。高熱伝導性フィラーの平均粒径は取り扱い上、および分散性の観点から1μm以上50μm以下が好ましい。また、形状は球状、粉砕状、針状、板状、ウィスカ状などが用いられるが、分散性の観点から球状のものが好ましい。
定着部材の表面硬度への寄与、及び定着時の未定着トナーへの熱伝導の効率から、シリコーンゴム弾性層1dの厚みの好ましい範囲は100μm以上500μm以下、特には200μm以上400μm以下が好ましい。
(3−4)プライマー層1c
プライマー処理とは円筒状基体1bとシリコーンゴム層1dとを接着させるプライマー(塗工液、接着液)を、接着性能を発揮しうる状態で基体1bの表面に形成することを指す。
プライマー層1cを構成する材料は、内面摺動層1a、円筒状基体1b、フッ素樹脂表層1fの材料よりも軟化点および溶融点が低く、またシリコーンゴム弾性層1dに比べて円筒状基体1bとの濡れ性が良いことが求められる。例えば、ヒドロシリル系(SiH系)シリコーンプライマー、ビニル系シリコーンプライマー、アルコキシ系シリコーンプライマーなどが挙げられる。ヒドロシリル系(SiH系)、ビニル系に関しては付加重合架橋、アルコキシ系に関しては縮合重合架橋によってシリコーンゴム弾性層と結合される。
更に詳細には、シリコーンプライマーは、シランカップリング剤であるプライマー組成物と有機溶媒の混合物となっている。
プライマー組成物は、更に接着成分と造膜成分とにわかれることが多い。接着成分としては、アルケニル基を含むオルガノアルコキシシランやオルガノアルコキシポリシロキサン樹脂などが挙げられる。
具体的には、下記のような分子中に、無機質と化学結合する反応基(アルコキシ基、シラノール基など)及び有機材料と化学結合する反応基(ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、メルカプト基など)を併せ持つ有機ケイ素化合物である。
ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどの分子。
造膜成分としては、アルコキシ基、シラノール基などを多く含有する有機ケイ素化合物などが挙げられ、具体的にはテトラエトキシシランなどである。プライマー中のシラノール基(アルコキシ基も加水分解してシラノール基に変換される)は、プライマー層自身のシラノール基や、シリコーンゴム層のシラノール基、もしくは無機質と化学結合することにより膜形成を行う働きを担う。
プライマー組成物の溶媒としては揮発し易いものが良い。メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール系溶剤、トルエンなどの芳香族炭化水素系溶剤が例示される。また、ヘプタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素系溶剤が例示される。また、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶剤、酢酸エチルなどのエステル系溶剤が例示される。
これらの溶剤は単独で用いても2種類以上を併用しても良い。溶剤の添加量に関しては、プライマー組成物の塗工方法に応じて、適切な濃度になるように適宜調整すれば良い。プライマー組成物中の溶剤量は溶剤以外の成分に対して質量基準で2倍以上であることが望ましく、円筒状基体に塗工する際、接着層に厚さムラをより少なくすることができる。
図4はプライマー層1cの塗工方法(塗工装置)を説明するための模式図である。この塗工方法の一連の流れとしては以下に示すとおりである。
(a)のように、所定の外径を有する円筒状基体1bを、回転治具(保持部材)としてのワーク21に固定する。このワーク21は、後述するように、円筒状基体1bを保持した状態で回転しつつ上下動可能な構成となっている。
ワーク21は円筒状基体1bの内径に対応する外径を有し、円筒状基体1bを外嵌して保持する円柱状もしくは円筒状の部材である。図4に示すように、ワーク21は回転軸線が重力方向に実質平行の縦向き姿勢に配設され、その縦向き姿勢を保持されて回転機構Xで所定の速度で回転駆動されると共に上下動機構Y(移動機構)により所定の速度で上下移動される。これら回転機構Xと上下動機構Yは、その動作が制御部(実行部)Zにより制御される構成となっている。ここで、縦向き姿勢のワーク21に外嵌して固定した時の円筒状基体1bの上側を端部U側、下側を端部L側と定義する。
そして、プライマーが含浸された含浸部材であるプライマー塗工部材22がワーク21に外嵌して固定された円筒状基体1bの端部U側に当接される。そのプライマー塗工部材22の間にギャップを挟んで上側に位置するプライマーを吐出するノズル部材であるノズル23から円筒状基体1bの外面にプライマーが一定速度で直接滴下され続ける。
ここで、ノズル23の径はチューブディスペンサー(不図示)などの塗工液の定量供給手段で安定な供給ができるφ1〜3程度が望ましい。円筒状基体1bとノズル23とのギャップは0〜10mmが望ましい。これ以上になると円筒状基体1bの外面へプライマーを直接滴下する(届かせる)ために吐出圧を高めなければならないため、塗工液の飛散が問題となる。
また、プライマー塗工部材22とノズル23の間のギャップが少なすぎると、ノズル23から吐出されるプライマーが円筒状基体1bの外面上で後述する回転方向のせん断力による薄膜形成がなされる前にプライマー塗工部材22に吸収されてしまう。そのため、少なくとも5mm以上あることが望ましい。
そして、(a)→(b)→(c)のように、ワーク21を所定の速度で回転させながら一定速度で上昇移動させていくことで、ワーク21に外嵌して固定されている円筒状基体1bの外面にプライマーが端部U側から端部L側の方向に向かって塗工される。
ここでは、円筒状基体1bの外面には初めプライマー塗工部材22の押しつけによりプライマーがスパイラル状に塗工される。しかし、そのすぐ後に、円筒状基体1bに滴下されたプライマーが回転方向のせん断力により引き伸ばされて薄膜を形成し、プライマー層が塗り重ねられるので、初期の塗工面でのスパイラル跡が低減される。
また、プライマー塗工部材22へはノズル23から円筒状基体1bを滴ってプライマーが滴下されるため、円筒状基体1bと当接する部分は常時プライマーを含有している状態になっている。これはプライマー塗工部材22が円筒状基体1b上を滴るプライマーの垂れを抑制しつつ、プライマーを供給され続けるような状態である。
ノズル23から円筒状基体1bに滴下されるプライマー吐出量は、円筒状基体1bの外面に薄膜形成しつつ、基体1bを介してプライマー塗工部材22へも安定した量のプライマーを供給する構成となっているため、本例では、0.3mL/sに設定している。このプライマー吐出量は円筒状基体1bの径に依って適宜調整すれば良い。本例では、径φが30mmの円筒状基体1bとなっている。
なお、別途、プライマーを吐出する機構(ノズル)を設け、この機構からプライマー塗工部材22に対しプライマーを直接供給し、含浸させる構成としても構わない。この構成の場合、プライマーを吐出する機構が2つ必要となるため、上述した1つのノズルにより基体1bとプライマー塗工部材22へプライマーを供給する構成の方がより好ましい。
更に、プライマー塗工部材22はロール状のスポンジになっており、ワーク21の上昇に併せて所定の速度で新品面が送り出され、プライマー塗工部材22の摩耗による当接面の径時変化の影響を抑制している。
図5は、プライマー層を、乾燥、焼成する工程を説明するための模式図である。その後、図5に示すように、円筒状基体1bの外面に対して上記のようにしてプライマーを塗工して、一定時間放置することにより自然乾燥を行った後、加熱機構(焼成機構)である高温炉(電気炉)Wに入れて塗工プライマー層を焼成する。
上記の塗工方法は、プライマー塗工部材22の押しつけ力、プライマーの粘度、プライマー吐出ノズル23からのプライマー吐出量で最終的に得られるプライマー層1cの膜厚を制御できる。
このような塗工方法により円筒状基体1b上に、表面平滑性、接着性、量産性を満たすプライマー層1cを塗工することができる。
円筒状基体1bを保持させた回転治具21は回転させるけれども上下移動させず、プライマー塗工部材22およびノズル23を回転治具21に対して上下移動させる手段構成にすることも出来る。即ち、プライマー塗工部材22およびプライマー吐出ノズル23と円筒状基体1bとを相対的に円筒状基体1bの長手方向に移動させる移動手段を具備させる。
そして、回転治具21により回転している円筒状基体1bの外面にプライマー塗工部材22を押しつけ、かつ、前記移動手段によりプライマー塗工部材22と円筒状基体1bとを相対的に前記長手方向に移動させる。これにより円筒状基体1bの外周面にスパイラル状にプライマーを塗工する。当該塗工した後に、そのプライマー塗工面にノズル23からプライマーが直接滴下して回転している円筒状基体1bの回転方向のせん断力でプライマー塗工面の上に更にプライマーを薄膜塗工する。このような手順で最終的なプライマー塗工面を得ることを特徴とする円筒状基体に対するプライマー塗工方法である。
上記の塗工装置(塗工方法)の構成をまとめると次のとおりである。
1)円筒状基体(無端状部材)1bの周面にプライマー(塗工液)を塗工する塗工装置である。円筒状基体1bを保持するワーク(保持部材)21と、プライマーを含浸するとともに円筒状基体1bに接触してプライマーを塗工するプライマー塗工部材(含浸部材)22と、円筒状基体1bにプライマーを吐出するノズル(ノズル部材)23と、を有する。
また、プライマー塗工部材22及びノズル23に対し円筒状基体1bを相対回転させる回転機構Xを有する。また、プライマー塗工部材22によりプライマーが塗工された円筒状基体1bの領域にノズル23からプライマーが吐出されるように、プライマー塗工部材22及びノズル23に対し円筒状基体1bを相対移動させる移動機構Yを有する。
2)プライマー塗工部材22はノズル23よりも下方に配置されており、回転機構Xはノズル23及びプライマー塗工部材22に対し円筒状基体1bを回転させ、移動機構Yはノズル23及びプライマー塗工部材22に対し円筒状基体1bを上方へ移動させる。
3)プライマー塗工部材22による塗工動作とノズル23による吐出動作を行うとき、回転機構Xによる回転動作と移動機構Yによる移動動作を並行して実行させる実行部Zを有する。
(3−5)シリコーンゴム弾性層1dの形成
図6は、上記のようにして外周面にプライマー層1cを形成した円筒状基体1b上に更にシリコーンゴム弾性層1dを形成する工程の一例であり、所謂リングコート法を用いる方法を説明するための模式図である。
ゴム弾性層は図6に示す塗工装置(塗工機構)Uにより円筒状基体に塗工する。以下、具体的に説明する。
付加硬化型シリコーンゴムとフィラーとが配合された付加硬化型シリコーンゴム組成物をシリンダーポンプ37に充填し、圧送する。これにより環状の塗工ヘッド33の内側に配置された塗工液供給ノズル(不図示)から円筒状基体31(1a・1b・1c)の周面に付加硬化型シリコーンゴム組成物が塗工される。塗工ヘッド33は固定された塗工ヘッド保持部34に保持されている。シリンダーポンプ37はモータM1により駆動されて付加硬化型シリコーンゴム組成物を、チューブ36を介して塗工ヘッド33へ圧送する。
円筒状基体31は芯金保持具311に保持された円筒状芯金に外嵌されて保持されている。芯金保持具311は軸線が水平にされて塗工台32に水平移動可能に保持されている。環状の塗工ヘッド33は円筒状基体31に同軸に外嵌されている。塗工台32はモータM2により芯金保持具311の水平軸線方向に所定の速度で往動される。また、復動(戻し移動)される。
塗工ヘッド33による塗工と同時に円筒状基体31を図面上で右方向に一定速度で移動(往動)させることで、付加硬化型シリコーンゴム組成物の塗膜35を円筒状基体31の周面に円筒状に形成することが出来る。
塗膜の厚みは、塗工液供給ノズルと円筒状基体31とのクリアランス、シリコーンゴム組成物の供給速度、円筒状基体31の移動速度、などによって制御することが出来る。本実施例では塗工液供給ノズルと円筒状基体31とのクリアランスを0.8mm、シリコーンゴム組成物の供給速度を2.9mm/s、円筒状基体31の移動速度を40mm/sとし、300μmのシリコーンゴム組成物層35を得た。
円筒状基体31上に形成された付加硬化型シリコーンゴム組成物層35は、図5に示す加熱機構である電気炉Wを用いて一定時間加熱して、架橋反応を進行させることにより、シリコーンゴム弾性層1dとすることができる。
(3−6)フッ素樹脂表層1f
フッ素樹脂層1fとしては、下記のような樹脂をチューブ状に成形したものが用いられる。例えば、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)などの樹脂である。上記例示列挙した材料中、成形性やトナー離型性の観点からPFAが好ましい。
フッ素樹脂層1fの厚みは、50μm以下とするのが好ましい。積層した際に下層のシリコーンゴム弾性層1dの弾性を維持し、定着部材としての表面硬度が高くなりすぎることを抑制できるからである。
フッ素樹脂チューブ1fの内面は、予め、ナトリウム処理やエキシマレーザ処理、アンモニア処理などを施すことで、接着性を向上させることが出来る。
シリコーンゴム弾性層1dに、付加硬化型シリコーンゴム接着剤の硬化物からなる、フッ素樹脂表層としてのPFAチューブ1fを固定するためのシリコーンゴム接着剤層1eが形成される。そして、付加硬化型シリコーンゴム接着剤は、アクリロキシ基、ヒドロシリル基(SiH基)、エポキシ基、アルコキシシリル基などの官能基を有するシランに代表される自己接着成分が配合された付加硬化型シリコーンゴムを含む。
図7は、フッ素樹脂チューブ1fを被覆する工程を説明するための模式図である。フッ素樹脂チューブ1fは、図7に示すように、被覆装置Rにより円筒状基体(1a〜1e)に被覆される。詳細には、被覆装置Rは、中空円筒状部材となっており、その内周面にフッ素樹脂チューブ1fが保持される。このとき、中空円筒状部材は、真空状態にされることにより、その内周面にチューブ1fを拡張させた状態で保持する。そして、この状態を保ったまま、チューブ1fが、円筒状基体とオーバーラップするように移動される。
なお、フッ素樹脂チューブ1fの被覆方法に関しては、特開2010−143118号公報などで提示されているような方法を採用するのが好ましい。具体的には、フッ素樹脂チューブを長手方向に伸張し、テンションをかけながら被覆する方法であり、耐久性の点から望ましい。
フッ素樹脂チューブ1fの被覆後は、加熱機構である電気炉Wにて所定の時間加熱することで、付加硬化型シリコーンゴム接着剤を硬化・接着させる。このフッ素樹脂チューブを加熱する加熱機構としては、図5に示す加熱機構Wを援用している。その後、両端部を所望の長さに切断することで、定着部材としての定着ベルトを得ることが出来る。
(4)実施例1
ニッケル−鉄合金からなる内径φ30mm、厚み40μm、長さ343mmの円筒状基体1bの内面にポリイミド前駆体『宇部興産株式会社製;U−ワニスS』を厚み15μmで塗工し200℃で20分間焼成する。これにより、イミド化させて内面摺動層1aを形成した。
その後、円筒状基体1b上に前述した図4の塗工方法にてヒドロシリル系のシリコーンプライマーを5.0μm狙いで塗工し、200℃にて5分間焼成してプライマー層1cを形成した。
この時、シリコーンプライマーのプライマー組成物の接着成分はメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、造膜成分はテトラエトキシシラン、溶剤はトルエン、酢酸エチル、ヘプタンの混合溶剤を用いた。これにより、質量基準で接着成分:造膜成分:混合溶剤=1:1:80で調整したプライマー塗工液を用いた。
そして、上記の円筒状基体1bの外周面に上記のプライマー層1cを介して300μm厚の付加硬化型シリコーンゴムを塗工し、200℃にて30分間焼成してシリコーンゴム弾性層1dを形成した。
この時、付加硬化型シリコーンゴムの原液は、下記の材料(a)および(b)を、Si−H基に対するビニル基の個数の割合(H/Vi)が、0.45となるように配合し、触媒量の白金化合物を加えて、付加硬化型シリコーンゴム原液を得た。
(a)1分子中にビニル基を少なくとも2個以上有する、ビニル化ポリジメチルシロキサン(重量平均分子量100000(ポリスチレン換算))
(b)1分子中にSi−H結合を少なくとも2個以上有する、ハイドロジェンオルガノポリシロキサン(重量平均分子量1500(ポリスチレン換算))
更に、そのシリコーンゴム弾性層1dの外周面に、5μm厚のシリコーン接着剤層1eを介してフッ素樹脂表層1fとしての40μm厚のPFAチューブ『グンゼ製』を被覆して、200℃にて2分間焼成し、実施例1の定着ベルト1を作製した。
また、この実施例1の定着ベルト1に対する比較例として、他の層構成の作製条件が等しく、プライマー塗工方法のみを表1のように変更させた定着ベルト比較例i〜iiiを作製した。
a:比較例iは、前記の塗工方法のうち、プライマー吐出ノズル23からのプライマー吐出をゼロにして作製した定着ベルトである。
b:比較例iiはプライマー吐出ノズル23から円筒状基体1bにはプライマーを滴下せず、プライマー塗布部材22にプライマーを直接滴下して作製した定着ベルトである。
c:比較例iiiはプライマー塗布部材22を使用せず、プライマー吐出ノズル23からプライマーを円筒状基体1bに直接滴下し、回転方向のせん断力による薄膜形成のみで作製した定着ベルトである。
≪接着性試験≫
円筒状基体1bとシリコーンゴム弾性層1dとの接着性は90度ピーリング強度の測定により評価した。
具体的には、円筒状基体1b上のシリコーンゴム弾性層1dにフェザーカッターで切りこみを入れる。試験機にて、シリコーンゴム弾性層1d側を試験機で引っ張り速度1mm/s、サンプル幅10mmの状態で円筒状基体1bとシリコーンゴム弾性層1dの界面の90度ピーリング強度を、長手方向で端部U側、中央、端部L側の3か所で測定した。結果は表1に併せて示す。
実施例1、比較例iiでは、端部U側、中央、端部L側に寄らず、長手位置全体に渡って5.5N付近の高いピーリング強度を示した。
一方、比較例iに関しては、長手位置によってピーリング強度に差が見られ、端部L側では1.1Nという低いピーリング強度を示し、接着性が不十分であった。これは比較例iが、プライマー塗工開始位置である端部U側ではプライマーが十分に円筒状基体に塗工されているのに対し、塗工を進展させていくにつれ、プライマー塗工部材22に含まれているプライマーが徐々に枯渇していった影響である。
また、比較例iiiに関しては、長手位置でのピーリング強度のばらつきはないものの、長手位置全体に渡って4.0N付近の低めのピーリング強度であった。
ここで、実施例1と比較例iiiとでは、プライマー塗工部材22による押しつけ工程の有無による差のみであるため、プライマー塗工部材22による押しつけ工程が接着性には大きく影響していることが確認される。
≪厚み測定≫
レーザー測長器にて定着ベルト作製における各段階でのベルト総厚みのばらつきを測定した。具体的には、プライマー層1cの形成後、シリコーンゴム弾性層1dの形成後、フッ素樹脂表層1fの形成後の3段階である。その各段階において、長手方向で端部U側、中央、端部L側の3か所、周方向を45°ごとに8か所の計24か所を総厚みを測長した最大値−最少値で評価した。結果は表1に併せて示す。
実施例1、比較例iiiではフッ素樹脂層形成後の定着ベルト完成時の段階で、厚みムラが2.5μm以下という精度良い定着ベルトが得られた。
一方、比較例i、比較例iiに関しては厚みムラが8μm以上と大きくなっている。比較例iは、先述のように、プライマー塗工開始位置である端部U側ではプライマーが十分に円筒状基体に塗工されているのに対し、塗工を進展させていくにつれ、プライマー塗工部材に含まれているプライマーが徐々に枯渇していった影響である。
また、比較例iiに関しては、端部U側に過分に塗工されたプライマーが粘度の影響で端部L側に垂れ、その状態で焼成されてしまったため、長手方向で厚みムラが発生していると考えられる。また、塗工部材22のエッジ部起因で発生するスパイラル跡にても厚みムラの発生に関与していると考えられる。
また、プライマー層形成後、シリコーンゴム弾性層形成後、フッ素樹脂表層形成後の各段階で総厚みのムラはあまり変化していないため、プライマー塗工の精度が定着ベルトの総厚みを左右する影響が大きいことも確認される。
≪実機通紙耐久試験≫
実施例1または比較例i〜iiiの定着ベルトをキヤノン製フルカラーコピー機である『iR ADVANCE C5051』に搭載し画出し耐久テストを行った。加圧力は250N、定着ニップは8mm×310mmであり、定着温度190℃、プロセススピードは246mm/secに設定した。結果は表1に併せて示す。
実施例1、比較例iiでは想定寿命の30万枚出力した後もシリコーンゴム弾性層に関しては、界面剥離などは無く接着性の問題は見られなかった。しかしながら、画質という観点では、比較例iiではハーフトーンなどの画像を出力すると、定着ベルトの厚みムラに起因した画像ムラが確認されることがあった。
比較例iに関しては端部L側の接着性が弱いためか、2万枚出力したところでシリコーンゴム弾性層の端部L側より界面剥離が見られた。
比較例iiiに関しても、実施例1、比較例iiなどと比較すると接着性が弱いためか、10万枚枚出力したところでシリコーンゴム弾性層の端部L側より界面剥離が見られた。
(5)実施例2
実施例1において、シリコーンプライマーの塗工液を質量基準で接着成分:造膜成分:混合溶剤=1:1:10に変更して調整したこと以外は、実施例1と同様にして定着ベルト1を作製した。
作製した定着ベルト1は前記の接着性試験、厚み測定、実機通紙耐久試験を行った。結果を表2に示す。
(6)実施例3
実施例1において、シリコーンプライマーの塗工液を質量基準で接着成分:造膜成分:混合溶剤=1:1:20に変更して調整したこと以外は、実施例1と同様にして定着ベルトを作製した。
作製した定着ベルトは前記の接着性試験、厚み測定、実機通紙耐久試験を行った。結果を表2に併せて示す。
(7)実施例4
実施例1において、シリコーンプライマーの塗工液を質量基準で接着成分:造膜成分:混合溶剤=1:1:40に変更して調整したこと以外は、実施例1と同様にして定着ベルトを作製した。
作製した定着ベルトは前記の接着性試験、厚み測定、実機通紙耐久試験を行った。結果を表2に併せて示す。
(8)実施例5
実施例1において、シリコーンプライマーの塗工液を質量基準で接着成分:造膜成分:混合溶剤=1:1:60に変更して調整したこと以外は、実施例1と同様にして定着ベルトを作製した。
作製した定着ベルトは前記の接着性試験、厚み測定、実機通紙耐久試験を行った。結果を表2に併せて示す。
実施例2〜5において、接着性試験ではピーリング強度は長手全域に渡り、5.5N以上の高強度な値を示している。
厚みムラに関しては全て3.0μmの以内で高精度に塗工されていて、広範囲の塗工液粘度で使用可能であることがわかる。また、希釈倍率の大きいものほど厚みムラが減少している。
実機通紙耐久試験では想定寿命の30万枚出力した後もシリコーンゴム弾性層に関しては、界面剥離などは無く接着性の問題は見られなかった。また、画質に関しても画像ムラは見られなかった。
ここで、本発明において定着装置(画像加熱装置)としては、定着部材によりトナー像を加熱して固着画像として定着または仮定着する装置の他に、定着されたトナー像を再加熱してつやなどの表面性を改質する装置も包含される。
ここで、定着部材としては、記録材の画像担持面に当接して画像を加熱する部材、またはこの加熱する部材とニップ部を形成する部材、若しくはその両者である。
また、以上説明したプライマー(塗工液)の塗工方法(塗工装置)について、塗工液を無端状部材に塗工する形態であるならば、上述した定着部材の製造に関わらず、他の部材を製造する際にも同様に用いることが可能である。
1b・・無端状部材、21・・保持部材、22・・含浸部材、23・・ノズル部材、X・・回転機構、Y・・移動機構、Z・・実行部

Claims (18)

  1. 無端状部材の周面に塗工液を塗工する塗工装置であって、
    前記無端状部材を保持する保持部材と、
    前記無端状部材に塗工液を吐出するノズル部材と、
    前記ノズル部材の吐出口よりも重力方向において下側に配置されており、塗工液を含浸するとともに前記無端状部材に接触して塗工液を塗工する含浸部材と、
    前記含浸部材および前記ノズル部材に対し前記保持部材を相対回転させる回転機構と、
    前記含浸部材により前記塗工液が塗工された前記無端状部材の領域に前記ノズル部材から前記塗工液が吐出されるように、前記含浸部材および前記ノズル部材に対し前記保持部材を前記重力方向において上方向へ移動させる移動機構と、
    を有することを特徴とする塗工装置。
  2. 記回転機構は前記ノズル部材および前記含浸部材に対し前記保持部材を回転させることを特徴とする請求項1に記載の塗工装置。
  3. 前記含浸部材による塗工動作と前記ノズル部材による吐出動作を行うとき、前記回転機構による回転動作と前記移動機構による移動動作を並行して実行させる実行部を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の塗工装置。
  4. 無端状部材の周面に塗工液を塗工する塗工方法であって、
    前記無端状部材を保持部材に保持させる保持工程と、
    前記無端状部材にノズル部材から塗工液を吐出する吐出工程と、
    前記ノズル部材の吐出口よりも重力方向において下側に配置されており塗工液が含浸された含浸部材を前記無端状部材に接触させて塗工液を塗工する塗工工程と、
    前記含浸部材および前記ノズル部材に対し前記保持部材を相対回転させる回転工程と、
    前記含浸部材により前記塗工液が塗工された前記無端状部材の領域に前記ノズル部材から前記塗工液が吐出されるように、前記含浸部材および前記ノズル部材に対し前記保持部材を前記重力方向において上方向へ移動させる移動工程と、
    を有することを特徴とする塗工方法。
  5. 記回転工程では前記ノズル部材および前記含浸部材に対し前記保持部材を回転させることを特徴とする請求項4に記載の塗工方法。
  6. 前記塗工工程と前記吐出工程を行うとき、前記回転工程と前記移動工程が並行して実行されることを特徴とする請求項4又は5に記載の塗工方法。
  7. 基体とこの上にゴム層を有する無端状の定着部材を製造する製造装置であって、
    前記基体を保持する保持部材と、
    前記基体に接着液を吐出するノズル部材と、
    前記ノズル部材の吐出口よりも重力方向において下側に配置されており、接着液を含浸するとともに前記基体に接触して接着液を塗工する含浸部材と、
    前記含浸部材および前記ノズル部材に対し前記保持部材を相対回転させる回転機構と、
    前記含浸部材により前記接着液が塗工された前記基体の領域に前記ノズル部材から前記接着液が吐出されるように、前記含浸部材および前記ノズル部材に対し前記保持部材を前記重力方向において上方向へ移動させる移動機構と、
    を有することを特徴とする定着部材の製造装置。
  8. 記回転機構は前記ノズル部材および前記含浸部材に対し前記保持部材を回転させることを特徴とする請求項7に記載の定着部材の製造装置。
  9. 前記含浸部材による塗工動作と前記ノズル部材による吐出動作を行うとき、前記回転機構による回転動作と前記移動機構による移動動作を並行して実行させる実行部を有することを特徴とする請求項7又は8に記載の定着部材の製造装置。
  10. 前記基体に塗工された前記接着液を加熱する加熱機構と、前記加熱機構により前記接着液が焼成された前記基体にゴムを塗工する塗工機構と、前記基体に塗工されたゴムを加熱する加熱機構と、を有することを特徴とする請求項7乃至9の何れか一項に記載の定着部材の製造装置。
  11. 前記ゴム層の上に接着層を介してフッ素樹脂層を被覆させる被覆装置を有することを特徴とする請求項10に記載の定着部材の製造装置。
  12. 前記ゴム層に被覆された前記フッ素樹脂層を加熱する加熱機構を有することを特徴とする請求項11に記載の定着部材の製造装置。
  13. 基体とこの上にゴム層を有する無端状の定着部材を製造する製造方法であって、
    無端状の基体を保持部材に保持させる保持工程と、
    前記基体にノズル部材から接着液を吐出する吐出工程と、
    前記ノズル部材の吐出口よりも重力方向において下側に配置されており接着液が含浸された含浸部材を前記基体に接触させて接着液を塗工する塗工工程と、
    前記含浸部材および前記ノズル部材に対し前記保持部材を相対回転させる回転工程と、
    前記含浸部材により前記接着液が塗工された前記基体の領域に前記ノズル部材から前記接着液が吐出されるように、前記含浸部材および前記ノズル部材に対し前記保持部材を前記重力方向において上方向へ移動させる移動工程と、
    を有することを特徴とする定着部材の製造方法。
  14. 記回転工程では前記ノズル部材および前記含浸部材に対し前記保持部材を回転させることを特徴とする請求項13に記載の定着部材の製造方法。
  15. 前記塗工工程と前記吐出工程を行うとき、前記回転工程と前記移動工程が並行して実行されることを特徴とする請求項13又は14に記載の定着部材の製造方法。
  16. 前記基体に塗工された前記接着液を加熱する工程と、前記接着液が加熱された後、前記基体にゴムを塗工する工程と、前記基体に塗工されたゴムを加熱する工程と、を有することを特徴とする請求項13乃至15の何れか一項に記載の定着部材の製造方法。
  17. 前記ゴム層の上に接着層を介してフッ素樹脂層を被覆させる工程を有することを特徴とする請求項16に記載の定着部材の製造方法。
  18. 前記ゴム層に被覆された前記フッ素樹脂層を加熱する工程を有することを特徴とする請求項17に記載の定着部材の製造方法。
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