JP6581712B2 - 超音波発信装置、超音波受信装置、シート判別装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波発信装置や超音波受信装置の保護に関する。

複写機やレーザープリンタ等の画像形成装置は、画像形成装置内部にシートの種類を超音波センサにより判別し、判別結果に応じて転写条件や定着条件等の画像形成条件を設定する。ところで、送信部から送信された超音波が複数回反射して受信部に受信されることがある。反射は、シートだけなく、シートを搬送するための搬送ローラや搬送ガイド等の送信部及び受信部の周囲にある部材によって発生しうる。

特許文献１によれば、送波器と受波器とのそれぞれに音波を収束する音波ガイドを取り付けることが提案されている。特許文献２によれば、超音波の波長に基づきガイドの長さを決定することで、記録媒体を透過した超音波の出力を安定させることが提案されている。

特開２００１−３５１１４１号公報 特開２０１０−０１８４３２号公報

ところで、超音波センサは、ユーザが指で触れることが可能な位置に配置されることがある。超音波センサは振動部材が振動することによって超音波を発信したり受信したりするため、振動部材が触れられてしまうと正常に動作することができない。ときには超音波センサが故障することもある。そこで、超音波の発信部または受信部の少なくとも一方においてユーザが振動部材に触れにくくすることを目的とする。

本発明は、たとえば、
超音波を発信するために振動する振動部材と、
前記振動部材の周りを囲うように設けられ、前記振動部材の周りを囲うことによって形成される開口から前記超音波を外部に導くためのガイド部材と、
前記ガイド部材の内側に設けられ、ユーザが前記振動部材に接触しないように前記振動部材を保護する保護部材と、を有し、
前記保護部材は、前記開口を形成する前記ガイド部材の端部を含む平面と前記振動部材との間に設けられており、
前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の超音波を発信する側の表面と垂直な線の方向において、前記平面から前記保護部材までの距離は、前記平面から前記表面までの距離の略半分であることを特徴とする超音波発信装置を提供する。

本発明によれば、超音波発信装置または超音波受信装置の少なくとも一方に保護部材を設けることで、ユーザが振動部材に触れにくくなる。

画像形成装置の概略構成図 シート判別装置を構成する制御部と超音波センサを示すブロック図 超音波受信部の構成を示す図 保護部材の配置位置と透過係数との関係を示す図 複数の反射波の合成を示す図 超音波受信部の構成を示す図 超音波発信部の構成を示す図 保護部材の配置位置と透過係数との関係を示す図 超音波発信部の構成を示す図 保護部材の配置位置と透過係数との関係を示す図 保護部材の他の例を示す図 ガイド部材の断面構造の例を示す図

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決部に必須のものとは限らない。

＜第１の実施形態＞
本実施形態のシート判別装置は、たとえば複写機やプリンタ等の画像形成装置で用いることが可能である。図１は、その一例としてシート判別装置を搭載した画像形成装置１を示している。画像形成装置１は、複数の画像形成部が並列に配置されており、中間転写体によりトナー画像をシートに転写する。この例で、複数の画像形成部はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれかのトナー像を用いて画像を形成する。

シートＰは給紙カセット２または給紙トレイ３から給紙する給紙ローラ４ａ、４ｂによって給紙される。搬送ローラ５は、シートＰの搬送方向で上流側から下流側にシートＰを搬送する。超音波センサ３０は、超音波発信部３１と超音波受信部３２とを備え、シートＰの種類（坪量や厚みなど）に対応した超音波を検知する。制御部１０は、超音波センサ３０の検知結果に基づき、シートＰの種類（坪量や厚みなど）を判別し、定着ユニット２１の定着温度を制御する。これは、シートＰの坪量や厚みに依存して、適切な定着温度が異なるためである。なお、制御部１０は、判別結果に基づき、シートＰの搬送速度を調整してもよい。これは、薄いシートと比較して厚いシートでは搬送速度を相対的に低下させて、トナーに加わる熱エネルギーを増加させるためである。なお、制御部１０は、判別結果に基づき、二次転写ローラ対１９に供給する電圧値を調整してもよい。これは、シートＰの坪量や厚みに依存して、適切な電圧値が異なるためである。ここでは、画像形成条件の一例として上記の処理を列挙したが、これに限定されるものではなく、シートＰの坪量や厚みに応じて制御できるものであれば、如何なるものでもよい。このように、超音波センサ３０と制御部１０は、シート判別装置として機能している。また、制御部１０は、超音波センサから出力される検知信号に基づきシートの種類を判別する判別部として機能する。また、制御部１０はシートＰの種類を判別する処理を省略し、超音波センサ３０の出力結果から直接画像形成条件を制御してもよい。

感光ドラム１１は、帯電部１２によって一様に所定の電位に帯電する。光学ユニット１３は、一様に帯電した感光ドラム１１上に画像データに対応したレーザ光を照射し、静電潜像を形成する。現像器１５は、感光ドラム１１に形成された静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する。一次転写ローラ１６は、トナー像を感光ドラム１１から中間転写ベルト１７に転写する。二次転写ローラ対１９は、中間転写ベルト１７上に形成されたトナー像をシートＰに二次転写する。定着ユニット２１は、シートＰを搬送しながら、シートＰに転写されたトナー像を溶融定着させる。排紙ローラ２２は、定着ユニット２１によって定着処理されたシートＰを排紙する。

図１において、超音波センサ３０は、給紙カセット２からの搬送路と給紙トレイ３からの搬送路との合流部と、二次転写ローラ対１９との間に設けられている。これは給紙カセット２と給紙トレイ３とのどちらから給紙されたシートＰであっても１つの超音波センサ３０で種類を判別できるようにするためである。

図２を用いて、超音波センサ３０の動作に関与するハードウェアやその機能について説明する。超音波発信装置である超音波発信部３１は、供給された駆動信号に応じて発信振動部材が振動して超音波をシートＰに対して発信する。超音波受信装置である超音波受信部３２は、超音波発信部３１から発信され、シートＰを透過してきた超音波によって受信振動部材が振動して受信信号を生成する。超音波はシートＰを透過する際に減衰する。本実施形態では、超音波発信部３１は４０ｋＨｚの周波数特性を持つ超音波を発信し、それを超音波受信部３２が受信するように設定される。超音波の周波数は予め設定される。たとえば、超音波発信部３１および超音波受信部３２の構成や検知精度等に応じて適切な範囲の周波数が選択される。発信制御部３３は、超音波を発信するための駆動信号を生成する駆動信号生成部３３１と、駆動信号を増幅して超音波発信部３１に供給する増幅器３３２とを有している。受信制御部３４は、超音波受信部３２で受信した超音波を電圧として検知する検知回路３４２と、検知信号をアナログデジタル変換するＡＤ変換部３４３と、超音波のピークを抽出するピーク抽出部３４４と、ピークの値を記憶する記憶部３４６とを有している。制御部１０は、記憶部３４６からピーク値（判別結果）を読み出し、定着ユニットにおける搬送速度や定着温度などの画像形成条件の制御に使用する。

次に、一連の動作について説明する。制御部１０が測定開始を示す測定開始信号を駆動信号制御部３４１に入力する。駆動信号制御部３４１は、測定開始信号を受け取ると、所定周波数（例：４０ｋＨｚ）の超音波を発信するために、駆動信号生成部３３１に駆動信号の生成を指示する。駆動信号は、一定周期のパルス波である。これは、シートＰや搬送路の周囲に配置された部材による反射波等の外乱の影響を低減することや、超音波発信部３１が照射した直接波をメインに超音波受信部３２で受信できるようにすることを考慮して決定される。一般に反射波の発生と複数の反射波の合成波の振幅とは超音波の波長に依存するからである。一定周期のパルス波はバースト波と呼ばれることもある。本実施形態では、２０ｍｓの期間内で、５パルスの４０ｋＨｚのパルス波が超音波発信部３１に入力される。このように、駆動信号生成部３３１は、予め設定された周波数を持つ信号を生成して出力する。増幅器３３２は、駆動信号生成部３３１が出力した駆動信号のレベル（電圧値）を増幅し、超音波発信部３１へ供給する。

超音波受信部３２は、超音波発信部３１から発信された超音波を受信して受信制御部３４の検知回路３４２に検知信号を出力する。検知回路３４２は、検知信号の増幅機能と検知信号の整流機能を有している。増幅機能は、シートＰが超音波発信部３１と超音波受信部３２との間に存在しない状態と、存在する状態とで増幅率を可変できるようにしているが、本発明はこれに限定されるものでない。たとえば、シートＰが存在しない状態と存在する状態で同様の増幅率にしてもよい。また、整流機能は、半波整流を行っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、両波整流を行ってもよい。ＡＤ変換部３４３は検知回路３４２で生成されたアナログの検知信号をデジタルの検知信号へ変換する。ＡＤ変換部３４３は検知回路３４２の出力に対応する１２ｂｉｔのデジタル信号に変換しているがこれに限定されるものでなく、適宜の複数ｂｉｔのデジタル信号に変換してもよい。ピーク抽出部３４４では、ＡＤ変換部３４３から出力されるデジタル信号のピーク（極大値）を抽出する。ピーク抽出部３４４は、１回の超音波測定終了のタイミングで抽出したピーク値を記憶部３４６に保存する。記憶部３４６に保存されたピーク値に基づいて、制御部１０は、シートＰの坪量を判別し、判別結果に応じて画像形成装置１の動作を制御する。ここでいう坪量とは、シートの単位面積当たりの質量であり、１平方メートル当たりの質量を（ｇ／ｍ＾２）で表す。ピーク値と坪量（または厚み）とには明確な相関関係が存在する。よって、制御部１０は、数式やテーブルを用いてピーク値から坪量（または厚み）を決定できる。

図３（Ａ）ないし図３（Ｃ）を用いて超音波センサ３０の超音波受信部３２の構成を説明する。図３（Ａ）は超音波受信部３２の斜視図であり、図３（Ｂ）は超音波受信部３２の平面図であり、図３（Ｃ）は超音波発信部３１と超音波受信部３２のＡ−Ａ断面図である。

一般に画像形成装置１は、内部の搬送路でジャムとなったシートＰをユーザが手動で取り除くために、開閉式のドアを備えている。上述したように超音波発信部３１と超音波受信部３２とは搬送路を挟んで対向配置されている。そのため、ドアを開くと、ユーザが手で触れることが可能な位置に超音波発信部３１と超音波受信部３２とが配置されうる。もし、超音波発信部３１と超音波受信部３２とのうち少なくとも一方にユーザが指で触れると、故障の原因や超音波の検知精度が低下しかねない。そこで、本実施形態では、超音波受信部３２に保護部材を設けて、ユーザが超音波受信部３２の内部部材に触れにくくする。

図３（Ａ）によれば、超音波受信部３２は、超音波を増幅する受信イコライザー３２４と、超音波に応じて振動して検知信号を発生する受信振動部材３２１とを有している。超音波受信部３２の周囲には、受信ガイド３２５が設けられている。図３（Ａ）が示すように、受信ガイド３２５は、超音波が通過する開口３２３を有し、超音波を誘導する筒状のガイド部材として機能する。受信ガイド３２５は、長さ方向（ｚ方向）に延びており、不要な反射波を低減する。この例の受信ガイド３２５は円筒形状のガイドであり、Ｄ１は開口寸法を示している。図３（Ａ）が示すように、Ｌ１は受信振動部材３２１の表面の中心から受信ガイド先端面３２６を含む平面（開口面）までの距離を示している。なお、受信振動部材３２１の表面と受信ガイド先端面３２６はｘｙ平面に平行である。Ｌ１は受信ガイド３２５の長さ方向（ｚ方向）の距離である。距離Ｌ１を受信ガイド長と定義する。なお、受信イコライザー３２４は省略されてもよい。

受信ガイド３２５の開口面と受信振動部材３２１との間であって受信ガイド３２５の内側には２つの保護部材３２８が設けられている。図３（Ａ）が示すように、２つの保護部材３２８はｘｙ平面と平行に設けられている概ね直方体形状の部材である。なお、保護部材３２８の形状は円柱状であってもよい。このように、保護部材３２８は、開口面と平行に設けられた柱状部材であってもよいが、板状部材であってもよい。２つの保護部材３２８の間にある空間や２つの保護部材３２８の周囲にある空間は、超音波が通過する穴として機能する。図３（Ａ）においてＬ２は２つの保護部材３２８の中心から受信ガイド先端面３２６を含む平面までの距離を示している。距離Ｌ２を保護部材距離と称し、保護部材３２８の配置位置を示すパラメータとして利用する。ここで、受信ガイド先端面３２６を含む平面、つまり受信ガイド３２５の開口部を仮想面と定義する。受信振動部材３２１の中心を通り、かつ、受信振動部材３２１の表面に対して垂直な線３２７は実際に受信振動部材３２１に存在するものではない仮想的な線である。垂直な線３２７は受信振動部材３２１の表面から受信ガイド先端面３２６までの距離Ｌ１と距離Ｌ２を一義的に決めるための基準となる。垂直な線３２７はｚ軸方向と平行である。

図３（Ａ）や図３（Ｃ）のように、受信振動部材３２１を受信ガイド３２５で囲むことによって、超音波に指向性をもたすことが可能となる。さらに受信ガイド３２５によって周辺部材からの反射波の影響を低減することができる。受信ガイド３２５に対して、保護部材３２８を配置することで、受信ガイド先端面３２６からユーザが受信振動部材３２１にアクセスすることや破片等が受信ガイド３２５の内側に侵入することを抑制できる。これにより、受信振動部材３２１や受信イコライザー３２４を保護することができる。

図３（Ｃ）が示すように、受信ガイド３２５は、超音波受信部３２と受信ガイド３２５の内周面が接するように配置される。しかし、ユーザのアクセスや破片等の侵入を抑制可能であれば、超音波受信部３２と受信ガイド３２５の内周面との接触構造は必須ではない。受信ガイド３２５および保護部材３２８の素材としては、たとえば、樹脂を用いることができるが、本実施形態と同様の効果を得られるものであれば、金属など他の素材が用いられてもよい。

図４を用いて、保護部材３２８の位置とシートＰを透過した超音波との関係について説明する。図４に示した結果は、シートＰの坪量６０ｇ／ｍ＾２を用いて得られたものである。図４の横軸は、保護部材３２８の配置位置を示している。ここでは、距離Ｌ２が距離Ｌ１の半分となる保護部材３２８の配置位置を中央と称している。保護部材３２８の配置位置は中央から正の方向にずれるに従って受信ガイド先端面３２６に近づいていき、負の方向にずれるに従って受信振動部材３２１に近づいていく。横軸に記載した数字の単位はｍｍである。縦軸は、超音波の透過係数を示している。透過係数とは、超音波発信部３１と超音波受信部３２との間にシートＰが存在しないときの受信制御部３４の出力とシートＰを透過した超音波を受信した受信制御部３４の出力との比率である。実線は保護部材３２８があるときの透過係数を示している。破線は保護部材３２８がないときの透過係数を示している。

図４によれば、保護部材３２８の配置位置に依存して透過係数が大きく変化することがわかる。また、保護部材３２８がない状態での透過係数は約０．０４９である。図４から、保護部材３２８を中央（Ｌ２＝Ｌ１／２）に配置にすることで、保護部材３２８がない場合の透過特性と同様な透過特性が得られることがわかる。つまり、２つの保護部材３２８を中央に配置することで、２つの保護部材３２８が超音波の検知信号に与える影響を小さくすることが可能となる。

この理由について図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を用いて説明する。超音波発信部３１から出力された超音波のいくつかは何度か反射して超音波受信部３２に入射する。たとえば、図５（Ａ）が示すように、シートＰを透過した超音波は保護部材３２８で反射し、さらにシートＰで反射し、超音波受信部３２に入射する。これを反射波Ｗ１と称する。一方で、シートＰを透過した超音波が超音波受信部３２の表面で反射し、保護部材３２８でさらに反射して超音波受信部３２に入射する。これを反射波Ｗ２と称する。図５（Ｂ）が示すように、反射波Ｗ１と反射波Ｗ２との振幅はほぼ同じであるため、反射波Ｗ１と反射波Ｗ２との位相が１８０度異なっていれば、反射波Ｗ１と反射波Ｗ２が打ち消し合う。この状態は、Ｌ２＝Ｌ１／２となるように２つの保護部材３２８を配置した状態である。Ｗ１とＷ２の位相が１８０度ずれるのは、Ｗ１では保護部材３２８で固定端反射し、シートＰで自由端反射するに対して、Ｗ２では振動部材３２１で固定端反射し、保護部材３２８でまた固定端反射するためである。

一方で、図５（Ｃ）が示すように、反射波Ｗ１と反射波Ｗ２との位相差が１８０度からずれていると、反射波Ｗ１と反射波Ｗ２との合成波Ｗ３が顕在化する。そのため、透過係数は保護部材３２８がない時に比べて変動する。ちなみに、図５（Ｃ）は、Ｌ２＝Ｌ１／２ ＋ λ／６４となる位置に２つの保護部材３２８が配置されたときに観測された波形を示している。λは超音波の波長である。このように、２つの保護部材３２８の配置位置を中央から近い位置とすることで、複数の反射波から形成される合成波の振幅を非常に小さくすることができる。

このように、本実施形態では、受信ガイド３２５の開口面から保護部材３２８の中心までの受信ガイド３２５の長さ方向における距離Ｌ２は、受信ガイド３２５の開口面から受信振動部材３２１の表面までの受信ガイド３２５の長さ方向における距離Ｌ１の半分である。つまり、保護部材３２８の配置位置を中央（Ｌ２＝Ｌ１／２）にすることで、保護部材３２８が存在しない場合の透過係数と同等の透過係数が得られる。つまり、超音波センサ３０の検知特性を変更することなく受信振動部材３２１を保護することが可能となる。なお、この関係は、次のように言い換えることができる。第２の振動部材である受信振動部材３２１の中心を通り、かつ受信振動部材３２１の表面と垂直な線における、第２のガイド部材である受信ガイド３２５の平面から第２の保護部材における第２のガイド部材の先端面側の表面までの長さは、第２の振動部材である保護部材３２８の表面から保護部材３２８における第２の振動部材側の表面までの長さと等しい。

このように、保護部材３２８の位置は、超音波の検知精度（ひいては坪量の判別精度）に影響を及ぼすが、超音波センサ３０に要求される検知精度は、超音波センサ３０の応用形態に依存する。たとえば、シートＰの検知精度（誤差）を１％とするには、図４のグラフから中央よりプラスマイナス０．１５ｍｍの範囲内に、保護部材３２８を配置すればよいことがわかる。超音波の周波数ｆは４０ｋＨｚであるため、波長λは約８．６ｍｍである。０．１５ｍｍの波長λに対する割合は、０．１５÷８．６≒０．０１７４である。これは、約１／５７．２である。よって、超音波の周波数ｆから算出される波長λの約１／５７．２以内であれば、１％の検知精度を実現できる。１％の検知精度は例示にすぎないが、経験上好ましい検知精度である。このように、距離Ｌ２は距離Ｌ１の半分から、超音波の要求検知精度を満たす範囲内でシフトしていてもよい。つまり、半分とは、完全に半分である必要はなく、略半分であればよい。また、距離Ｌ１の半分からの保護部材３２８の中心のシフト量は、たとえば、超音波の波長の±１／６４となる範囲内のシフト量であればよい。このように、略半分の長さの範囲とは、たとえば、第１の振動部材から発信される超音波の波長の±１／６４の範囲である。

本実施形態においては一例として、図３に示した保護部材３２８の構成を説明した。図３では、受信振動部材３２１の表面の中心と発信振動部材の表面の中心とを結ぶ線上を避けた位置に保護部材３２８が配置されている。これは、超音波のうちより多くの直接波を超音波受信部３２に導くためである。

しかし、図６（Ａ）ないし図６（Ｃ）に示すように、１つの保護部材３２８を受信振動部材３２１の中心軸上に配置する構成が採用されてもよい。なお、図６（Ａ）は超音波受信部３２の斜視図である。図６（Ｂ）は平面図である。図６（Ｃ）は、超音波発信部３１と超音波受信部３２のＡ−Ａ断面図である。

このような構成であっても、保護部材３２８の配置位置と透過係数との関係は、図４に示した特性と同様であった。よって、１つの保護部材３２８を中央に配置しても、保護部材３２８がない場合の透過係数が得られるようになる。ただし、保護部材３２８の強度を目標強度にするために保護部材３２８のｘ方向の寸法を大きくせざるを得ないことがある。この場合、超音波の受信強度が低下する可能性がある。これは、受信振動部材３２１の中心軸上が超音波の強度が最も強くなる位置だからである。よって、図３に示したように、受信振動部材３２１の中心軸上を空けるように保護部材３２８を配置することで、超音波発信部３１で発信した超音波を効率よく超音波受信部３２が受信できるようになる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、超音波受信部３２に対して保護部材３２８を配置する例について説明した。第２の実施形態においては、超音波発信部３１および超音波受信部３２の双方に保護部材を配置する例を説明する。なお、シート判別装置等、第１の実施形態と同様の構成については省略することで、明細書の簡明化を図ることとする。

第２の実施形態における超音波センサ３０の超音波発信部３１および超音波受信部３２の構成を図７に示す。図７（Ａ）は、超音波発信部３１の斜視図である。図７（Ｂ）は超音波発信部３１の平面図である。図７（Ｃ）は超音波発信部３１と超音波受信部３２の位置関係を示すＡ−Ａ断面図である。ユーザが本体のドアを開けると、ユーザが超音波発信部３１および超音波受信部３２に触ることが可能な位置にこれらが配置されているものとする。ただし、触ることが困難な位置に超音波発信部３１および超音波受信部３２が配置されていてもよい。

発信振動部材３１１は発信制御部３３から供給された駆動信号に応じて振動して超音波を発信する部材である。超音波発信部３１の周囲には発信ガイド３１５が設けられている。 図７（Ａ）が示すように、発信ガイド３１５は、超音波が通過する開口３１３を有し、超音波を誘導する筒状のガイド部材として機能する。発信ガイド３１５は、長さ方向（ｚ方向）に延びており、不要な反射波を低減する。この例の発信ガイド３１５は円筒形状のガイドであり、Ｄ２は開口寸法を示している。図５（Ａ）が示すように、Ｌ３は発信振動部材３１１の円形の表面の中心から発信ガイド先端面３１６を含む平面（開口面）までの距離を示している。なお、発信振動部材３１１の表面と発信ガイド先端面３１６はｘｙ平面に平行である。Ｌ３は発信ガイド３１５の長さ方向（ｚ方向）の距離である。距離Ｌ３を発信ガイド長と定義する。発信イコライザー３１４は、発信振動部材３１１で発信される超音波を増幅するための部材である。なお、この発信イコライザー３１４がない構成であっても発信振動部材３１１があれば超音波を発信することは可能である。

発信ガイド３１５の開口面と発信振動部材３１１との間であって発信ガイド３１５の内側には２つの保護部材３１８が設けられている。図７（Ａ）が示すように、２つの保護部材３１８はｘｙ平面と平行に設けられている概ね直方体形状の部材である。なお、保護部材３１８の形状は円柱状であってもよい。このように、保護部材３１８は、開口面と平行に設けられた柱状部材であってもよいが、板状部材であってもよい。図７（Ａ）においてＬ４は２つの保護部材３１８の中心から発信ガイド先端面３１６を含む平面までの距離を示している。距離Ｌ４を保護部材距離と称し、保護部材３１８の配置位置を示すパラメータとして利用する。ここで、発信ガイド先端面３１６を含む平面、つまり発信ガイド３１５の開口部を仮想面と定義する。発信振動部材３１１の中心を通り、かつ、発信振動部材３１１の表面に対して垂直な線３１７は実際に発信振動部材３１１に存在するものではない仮想的な線である。垂直な線３１７は発信振動部材３１１の表面から発信ガイド先端面３１６までの距離Ｌ１と距離Ｌ２を一義的に決めるための基準となる。垂直な線３１７はｚ軸方向と平行である。

図７（Ａ）や図７（Ｃ）のように、発信振動部材３１１を発信ガイド３１５で囲むことによって超音波の伝搬方向を規制して超音波に指向性をもたすことが可能となる。発信ガイド３１５に対して、保護部材３１８を配置することで、発信ガイド先端面３１６からユーザが発信振動部材３１１にアクセスすることや破片等が発信ガイド３１５の内側に侵入することを抑制できる。これにより、発信振動部材３１１や発信イコライザー３１４を保護することができる。

図７（Ｃ）が示すように、発信ガイド３１５は、超音波発信部３１と発信ガイド３１５の内周面が接するように配置される。しかし、ユーザのアクセスや破片等の侵入を抑制可能であれば、超音波発信部３１と発信ガイド３１５の内周面との接触構造は必須ではない。発信ガイド３１５および保護部材３１８の素材としては、たとえば、樹脂を用いることができるが、本実施形態と同様の効果を得られるものであれば、金属など他の素材が用いられてもよい。

図８を用いて、保護部材３１８及び３２８の位置とシートＰを透過した超音波との関係について説明する。図８に示した結果は、シートＰの坪量６０ｇ／ｍ＾２を用いて得られたものである。図８の横軸は、保護部材３１８及び３２８の配置位置を示している。ここでは、距離Ｌ２が距離Ｌ１の半分となるように保護部材３２８が配置されていて、距離Ｌ４が距離Ｌ３の半分となるように保護部材３１８が配置されている位置を中央と称している。保護部材３２８の配置位置は中央から正の方向にずれるに従って受信ガイド先端面３２６に近づいていき、負の方向にずれるに従って受信振動部材３２１に近づいていく。また、保護部材３１８の配置位置は中央から正の方向にずれるに従って発信ガイド先端面３１６に近づいていき、負の方向にずれるに従って発信振動部材３１１に近づいていく。保護部材３１８と３２８は同じ分だけ移動する。横軸に記載した数字の単位はｍｍである。縦軸は、超音波の透過係数を示している。透過係数とは、超音波発信部３１と超音波受信部３２との間にシートＰが存在しないときの受信制御部３４の出力とシートＰを透過した超音波を受信した受信制御部３４の出力との比率である。実線は保護部材３１８及び３２８があるときの透過係数を示している。破線は保護部材３１８及び３２８がないときの透過係数を示している。

図８によれば、保護部材３１８及び３２８の配置位置に依存して透過係数が大きく変化することがわかる。また、保護部材３１８及び３２８がない状態での透過係数は約０．０４９である。図８から、保護部材３１８及び３２８を中央（Ｌ４＝Ｌ３／２、Ｌ２＝Ｌ１／２）に配置にすることで、保護部材３１８及び３２８がない場合の透過特性と同様な透過特性が得られることがわかる。つまり、２つの保護部材３１８及び３２８を中央に配置することで、２つの保護部材３１８及び３２８が超音波の検知信号に与える影響を小さくすることが可能となる。距離Ｌ３とＬ４に関する条件は次のように言い換えてもよい。第１の振動部材である発信振動部材３１１の中心を通り、かつ発信振動部材３１１の表面と垂直な線における、第１のガイド部材である発信ガイド３１５の平面から第１の保護部材である保護部材３１８における発信ガイド３１５の先端面側の表面までの長さは、発信振動部材３１１の表面から保護部材３１８における第１の振動部材側の表面までの長さと等しい。

このように、ガイド部材の開口面から保護部材の中心までのガイド部材の長さ方向における距離（Ｌ２，Ｌ４）は、ガイド部材の開口面から発信振動部材と受信振動部材とのうちガイド部材が設けられている振動部材の表面までのガイド部材の長さ方向における距離（Ｌ１，Ｌ３）の半分、または、超音波の要求検知精度を満たす範囲内で当該半分からシフトしている。たとえば、超音波発信部３１に関しては、発信ガイド３１５の開口面から保護部材３１８の中心までの発信ガイド３１５の長さ方向における距離Ｌ４は、発信ガイド３１５の開口面から発信振動部材３１１の表面までの発信ガイド３１５の長さ方向における距離Ｌ３の半分である。つまり、２つの保護部材３１８の配置位置を中央（Ｌ４＝Ｌ３／２）にすることで、保護部材３１８が存在しない場合の透過係数と同等の透過係数が得られる。つまり、超音波センサ３０の検知特性を変更することなく発信振動部材３１１を保護することが可能となる。第１の実施形態で説明したように、距離Ｌ４は距離Ｌ３の半分から、超音波の要求検知精度を満たす範囲内でシフトしていてもよい。また、距離Ｌ３の半分からの保護部材３１８の中心のシフト量は、たとえば、超音波の波長の±１／６４となる範囲内のシフト量であればよい。

また、図４と比較すると、図８では、配置位置に依存した透過係数の変化の割合が小さくなっていることがわかる。そのため、保護部材３１８と保護部材３２８を、振動部材と開口面に対して同一の関係となるように配置することで、保護部材の配置位置の精度の軽減を図ることが可能である。

また、第２の実施形態では、送信側および受信側の双方で２つの保護部材を設けている。とりわけ、図７では、受信振動部材３２１の表面の中心と発信振動部材３１１の表面の中心とを結ぶ線上を避けた位置に保護部材３２８、３１８が配置されている。これは、超音波のうちより多くの直接波を超音波受信部３２に導くためである。ただし、送信側および受信側の双方とも１つの保護部材が配置されてもよいし、一方が２つで他方が１つであってもよい。なお、図６では１つの保護部材が、受信振動部材３２１の表面の中心と発信振動部材３１１の表面の中心とを結ぶ線上に配置されているが、１つの保護部材がこの線上を避けた位置に配置されてもよい。

＜第３の実施形態＞
第１の実施形態では、超音波受信部３２に保護部材３２８を配置した構成を説明した。第２の実施形態では、超音波受信部３２だけでなく超音波発信部３１にも保護部材を配置する構成を説明した。第３の実施形態では、超音波発信部３１にだけ保護部材３１８を配置する構成を説明する。なお、第１の実施形態や第２の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図９（Ａ）ないし図９（Ｃ）を用いて超音波センサ３０の超音波発信部３１について説明する。図９（Ａ）は超音波発信部３１の斜視図である。図９（Ｂ）は、超音波発信部３１の平面図である。図９（Ｃ）は、超音波発信部３１と超音波受信部３２の位置関係を示すＡ−Ａ断面図である。図９（Ａ）および図９（Ｂ）と図７（Ａ）および図７（Ｂ）と比較すると、超音波発信部３１の構成はすでに説明したとおりのものであることがわかる。ただし、図９（Ｃ）と図７（Ｃ）とを比較すると、超音波受信部３２には保護部材３２８が取り付けられていないことがわかる。このように、第３の実施形態では、超音波発信部３１にだけ保護部材３１８が配置されている。

図１０を用いて第３の実施形態における保護部材３１８の配置位置と透過係数との関係を説明する。シートＰの坪量６０ｇ／ｍ＾２である。図１０の横軸は、保護部材３１８の配置位置を示している。ここでは、距離Ｌ４が距離Ｌ３の半分となる保護部材３１８の配置位置を中央と称している。保護部材３１８の配置位置は中央から正の方向にずれるに従って発信ガイド先端面３１６に近づいていき、負の方向にずれるに従って発信振動部材３１１に近づいていく。横軸に記載した数字の単位はｍｍである。縦軸は、超音波の透過係数を示している。

図１０によれば透過係数は保護部材３１８の配置位置に依存して変化することがわかる。また、保護部材３１８がない状態でのシートＰの透過係数約０．０４９である。よって、保護部材３１８を中央（Ｌ４＝Ｌ３／２）に配置にすることで、保護部材３１８の影響を非常に小さくすることができる。ただし、要求される検知精度に応じて中央からある程度の範囲で配置位置がオフセットされてもよい。この点はすでに説明したとおりである。

保護部材３１８の位置を中央に配置することで保護部材３１８が超音波の受信強度に与える影響を小さくしつつ、超音波振動部材を異物から保護することができる。なお、第３の実施形態では２つの保護部材３１８を採用したが、図６に関して説明したように１つの保護部材が採用されてもよい。

＜その他＞
第１の実施形態ないし第３の実施形態では直方体形状の１つまたは２つの保護部材を採用する事例について説明した。しかし、保護部材の数や形状はこれらと異なってもよい。図１１（Ａ）ないし図１１（Ｄ）はガイドと保護部材の一例を示す平面図である。第１の実施形態ないし第３の実施形態で例示したように、各保護部材のｚ方向の厚みは一定の幅であってもよい。

図１１（Ａ）が示すように、保護部材３１８、３２８の数は３つ以上であってもよい。図１１（Ｂ）が示すように、十字形状の保護部材３１８、３２８が採用されてもよい。図１１（Ｃ）が示すように、板状の主材の中央に円形または方形の穴を設けた保護部材３１８、３２８が採用されてもよい。図１１（Ｄ）が示すように、網状または格子状の保護部材３１８、３２８が採用されてもよい。ただし、いずれの形状であっても保護部材３１８、３２８の配置位置は、ガイドの開口面から振動部材までの距離Ｌ１，Ｌ３の半分に相当する位置または半分から幾分ｚ方向でシフトした位置である。これにより、保護部材３１８、３２８が超音波の受信強度に与える影響を小さくしつつ、超音波振動部材を異物から保護することができる。

第２の実施形態では保護部材３１８、３２８の形状と数が一致していた。これは、ガイドと保護部材とを超音波発信部３１と超音波受信部３２とで共通化でき、コスト削減に有効である。また、超音波発信部３１と超音波受信部３２とは同一の部品とすることも可能なため、保護部材３１８、３２８の形状と数が一致していると、コスト削減に有効である。ただし、保護部材３１８、３２８の形状と数が一致することは必須ではなく、保護部材３１８、３２８の形状と数が異なっていてもよい。ただし、保護部材３１８、３２８の配置位置は、ガイドの開口面から振動部材までの距離Ｌ１，Ｌ３の半分に相当する位置とすればよい。

超音波発信部３１と超音波受信部３２との一方にのみ保護部材を設けることについて言及した。この場合、超音波発信部３１と超音波受信部３２とのうち保護部材が設けられない方は、ユーザが指で触れることが困難な位置に配置してもよい。また、超音波発信部３１がモータにより回転して、ユーザが指で触れられない位置に退避してもよい。

シートの種類を判別するシート判別装置に対して上述した超音波センサを採用することで、超音波センサを保護しつつ、シートの種類の判別精度を維持することができる。またこのようなシート判別装置を画像形成装置１に適用してもよい。この場合、制御部１０は、シート判別装置の判別結果に応じて画像形成部が使用する画像形成条件を制御する制御部として機能する。これにより、シートの種類（坪量や厚み）に応じて適切な画像形成条件（定着ユニット２１におけるシートの搬送速度や定着温度）を設定できるようになる。その結果、種類の異なるシートであってもムラのないトナー画像を形成できるようになろう。

本実施形態の超音波センサは画像読取装置に採用されてもよい。画像読取装置の自動原稿給送装置は、シートの重送を検知するために超音波センサを採用することがある。このような超音波センサについても異物の侵入を抑制することで、超音波センサの検知精度を維持し、かつ、故障を抑制できるであろう。

本実施形態では、ｘｙ方向での断面積が一定である筒状のガイド部材について説明したが、ｘｙ方向での断面積が徐々に変化するような筒状のガイド部材が採用されてもよい。たとえば、振動部材側から開口側に向かうにしたがってｘｙ方向での断面積が徐々に増加または減少してもよい。このようなテーパーが施されたガイド部材（ホーン形状または逆ホーン形状）が採用されてもよい。断面形状は円形、楕円形、方形などいずれであってもよい。すなわち、振動部材の中心を通り、超音波を発信または受信する側の振動部材の表面に対して垂直な直線の方向において、保護部が設けられる第一の位置Ｐ１におけるガイド部材の開口サイズ（断面積）は、保護部が設けられない第二の位置Ｐ２におけるガイド部材の開口サイズ（断面積）よりも小さくなる。換言すれば、第一の位置Ｐ１におけるガイド部材の内側半径は第二の位置Ｐ２におけるガイド部材の内側半径よりも小さくなる。この構成を図１２に示す。図１２（Ａ）、（Ｂ）は超音波発信部３１又は超音波受信部３２の平面図である。図１２（Ｃ）は図１２（Ａ）の平面図に対応するＡ−Ａ断面図であり、図１２（Ｄ）は図１２（Ｂ）の平面図に対応するＡ−Ａ断面図である。図１２（Ａ）において、開口３９０は図１２（Ｂ）の第一の位置に対応する開口である。また、開口３９１は図１２（Ｂ）の第二の位置に対応する開口である。図１２（Ｃ）では、発信ガイド３１５又は受信ガイド３２５が逆ホーンの形状になっている。また、図１２（Ｂ）において、開口３９２は図１２（Ｄ）の第一の位置Ｐ１に対応する開口である。また、開口３９３は図１２（Ｄ）の第二の位置Ｐ２に対応する開口である。図１２（Ｄ）では発信ガイド３１５又は受信ガイド３２５が砂時計の形状になっている。ガイド部材のうち収縮した部分は保護部材または保護部として機能することになる。すなわち、ガイド部材と保護部材とは統合されたり、一体化されたりしていてもよいのである。ガイド部材の収縮部を設けることでユーザは振動部材に容易には触れることができなくなろう。開口の形状は円形であってもよいし、より複雑な形状であってもよい。

振動部材の中心を通り、超音波を発信または受信する側の振動部材の表面に対して垂直な直線の方向において、振動部材の一部が保護部材と重なっていてもよい。

画像形成条件はシートの搬送速度であってもよいし、トナー画像をシートに定着させるための定着温度であってもよいし、トナー画像をシートに転写するための転写電圧であってもよい。

３１...超音波発信部、３２...超音波受信部、３１１...発信振動部材、３１５...発信ガイド、３１８...保護部材、３２１...受信振動部材、３２５...受信ガイド、３２８...保護部材

Claims (28)

1. 超音波を発信するために振動する振動部材と、
   前記振動部材の周りを囲うように設けられ、前記振動部材の周りを囲うことによって形成される開口から前記超音波を外部に導くためのガイド部材と、
   前記ガイド部材の内側に設けられ、ユーザが前記振動部材に接触しないように前記振動部材を保護する保護部材と、を有し、
   前記保護部材は、前記開口を形成する前記ガイド部材の端部を含む平面と前記振動部材との間に設けられており、
   前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の超音波を発信する側の表面と垂直な線の方向において、前記平面から前記保護部材までの距離は、前記平面から前記表面までの距離の略半分であることを特徴とする超音波発信装置。
2. 前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の超音波を発信する側の表面と垂直な線の方向において、前記ガイド部材の超音波の出口から前記振動部材を見たとき、前記振動部材の少なくとも一部は前記保護部材と重なっていることを特徴とする請求項１に記載の超音波発信装置。
3. 前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の超音波を発信する側の表面と垂直な線の方向において、前記ガイド部材の超音波の出口から前記振動部材を見たとき、前記振動部材に対応する領域が前記保護部材によって複数の領域に分割されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波発信装置。
4. 前記保護部材は、前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の超音波を発信する側の表面と垂直な線から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波発信装置。
5. 前記保護部材は、前記平面と平行に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波発信装置。
6. 前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の前記表面と垂直な線の方向において、前記平面から前記保護部材における前記ガイド部材の開口側に面した表面までの距離は、前記振動部材の超音波を発信する側の表面から前記保護部材における前記振動部材側に面した表面までの距離と等しいことを特徴とする請求項１に記載の超音波発信装置。
7. 前記略半分の距離とは、前記平面から前記表面までの距離に対して前記振動部材から発信される超音波の波長の１／６４の距離を加算した距離から、前記平面から前記表面までの距離に対して前記超音波の波長の１／６４の距離を減算した距離の間に含まれることを特徴とする請求項１に記載の超音波発信装置。
8. 前記保護部材には超音波が通過する穴が開いていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超音波発信装置。
9. 前記保護部材として、１つまたは複数の部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の超音波発信装置。
10. 前記振動部材から発信された超音波を増幅する増幅部材をさらに有し、
    前記増幅部材は、前記保護部材と前記振動部材の間に設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の超音波発信装置。
11. 超音波を受信して振動する振動部材と、
    前記振動部材の周りを囲うように設けられ、前記振動部材の周りを囲うことによって形成される開口に外部から入る超音波を前記振動部材に導くためのガイド部材と、
    前記ガイド部材の内側に設けられ、ユーザが前記振動部材に接触しないように前記振動部材を保護する保護部材と、を有し、
    前記保護部材は、前記開口を形成する前記ガイド部材の端部を含む平面と前記振動部材との間に設けられており、
    前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の超音波を受信する側の表面と垂直な線の方向において、前記平面から前記保護部材までの距離は、前記平面から前記表面までの距離の略半分であることを特徴とする超音波受信装置。
12. 前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の超音波を受信する側の表面と垂直な線の方向において、前記ガイド部材の超音波の入口から前記振動部材を見たとき、前記振動部材の少なくとも一部は前記保護部材と重なっていることを特徴とする請求項１１に記載の超音波受信装置。
13. 前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の超音波を受信する側の表面と垂直な線の方向において、前記ガイド部材の超音波の入口から前記振動部材を見たとき、前記振動部材に対応する領域が前記保護部材によって複数の領域に分割されていることを特徴とする請求項１２に記載の超音波受信装置。
14. 前記保護部材は、前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の超音波を受信する側の表面と垂直な線から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の超音波受信装置。
15. 前記保護部材は、前記平面と平行に設けられていることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の超音波受信装置。
16. 前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の前記表面と垂直な線の方向において、前記平面から前記保護部材における前記ガイド部材の開口側に面した表面までの距離は、前記振動部材の超音波を発信する側の表面から前記保護部材における前記振動部材側に面した表面までの距離と等しいことを特徴とする請求項１５に記載の超音波受信装置。
17. 前記略半分の距離とは、前記平面から前記表面までの距離に対して前記振動部材に受信される超音波の波長の１／６４の距離を加算した距離から、前記平面から前記表面までの距離に対して前記超音波の波長の１／６４の距離を減算した距離の間に含まれることを特徴とする請求項１１に記載の超音波受信装置。
18. 前記保護部材には超音波が通過する穴が開いていることを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の超音波受信装置。
19. 前記保護部材として、１つまたは複数の部材が設けられていることを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１項に記載の超音波受信装置。
20. 前記振動部材で受信する超音波を増幅する増幅部材をさらに有し、
    前記増幅部材は、前記保護部材と前記振動部材の間に設けられていることを特徴とする請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載の超音波受信装置。
21. シートの種類を判別するシート判別装置であって、
    超音波を発信するために振動する振動部材と、前記振動部材の周りを囲うように設けられ、前記振動部材の周りを囲うことによって形成される開口から前記超音波を外部に導くためのガイド部材と、前記ガイド部材の内側に設けられ、ユーザが前記振動部材に接触しないように前記振動部材を保護する保護部材と、を有する発信部と、
    前記振動部材から発信され、シートを介して減衰した超音波を受信する受信部と、
    を有する超音波センサと、
    前記受信部により受信された超音波に基づきシートの種類を判別する判別部と、を有し、
    前記保護部材は、前記開口を形成する前記ガイド部材の端部を含む平面と前記振動部材との間に設けられており、
    前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の超音波を発信する側の表面と垂直な線の方向において、前記平面から前記保護部材までの距離は、前記平面から前記表面までの距離の略半分であることを特徴とするシート判別装置。
22. 前記受信部は、超音波を受信して振動する受信側の振動部材と、前記受信側の振動部材の周りを囲うように設けられ、前記受信側の振動部材の周りを囲うことによって形成される受信側の開口に外部から入る超音波を前記受信側の振動部材に導くための受信側のガイド部材と、前記受信側のガイド部材の内側に設けられ、ユーザが前記受信側の振動部材に接触しないように前記受信側の振動部材を保護する受信側の保護部材と、を有し、
    前記受信側の保護部材は、前記受信側の開口を形成する受信側のガイド部材の端部を含む平面と前記受信側の振動部材との間に設けられていることを特徴とする請求項２１に記載のシート判別装置。
23. シートの種類を判別するシート判別装置であって、
    超音波を発信する発信部と、
    超音波を受信して振動する振動部材と、前記振動部材の周りを囲うように設けられ、前記振動部材の周りを囲うことによって形成される開口に外部から入る超音波を前記振動部材に導くためのガイド部材と、前記ガイド部材の内側に設けられ、ユーザが前記振動部材に接触しないように前記振動部材を保護する保護部材と、を有する受信部と、
    を有する超音波センサと、
    前記振動部材により受信された超音波に基づきシートの種類を判別する判別部と、を有し、前記保護部材は、前記開口を形成する前記ガイド部材の端部を含む平面と前記振動部材との間に設けられており、
    前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の超音波を受信する側の表面と垂直な線の方向において、前記平面から前記保護部材までの距離は、前記平面から前記表面までの距離の略半分であることを特徴とするシート判別装置。
24. 前記シートの種類はシートの坪量または厚みであることを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか１項に記載のシート判別装置。
25. 画像形成装置であって、
    超音波を発信するために振動する振動部材と、前記振動部材の周りを囲うように設けられ、前記振動部材の周りを囲うことによって形成される開口から前記超音波を外部に導くためのガイド部材と、前記ガイド部材の内側に設けられ、ユーザが前記振動部材に接触しないように前記振動部材を保護する保護部材と、を有する発信部と、
    前記振動部材から発信され、シートを介して減衰した超音波を受信する受信部と、
    を有する超音波センサと、
    シートに画像を形成する画像形成部と、
    前記受信部により受信された超音波に応じて前記画像形成部が使用する画像形成条件を制御する制御部と、を有し、
    前記保護部材は、前記開口を形成する前記ガイド部材の端部を含む平面と前記振動部材との間に設けられており、
    前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の超音波を発信する側の表面と垂直な線の方向において、前記平面から前記保護部材までの距離は、前記平面から前記表面までの距離の略半分であることを特徴とする画像形成装置。
26. 前記受信部は、超音波を受信して振動する受信側の振動部材と、前記受信側の振動部材の周りを囲うように設けられ、前記受信側の振動部材の周りを囲うことによって形成される受信側の開口に外部から入る超音波を前記受信側の振動部材に導くための受信側のガイド部材と、前記受信側のガイド部材の内側に設けられ、ユーザが前記受信側の振動部材に接触しないように前記受信側の振動部材を保護する受信側の保護部材と、を有し、
    前記受信側の保護部材は、前記受信側の開口を形成する受信側のガイド部材の端部を含む平面と前記受信側の振動部材との間に設けられていることを特徴とする請求項２５に記載の画像形成装置。
27. 画像形成装置であって、
    超音波を発信する発信部と、
    超音波を受信して振動する振動部材と、前記振動部材の周りを囲うように設けられ、前記振動部材の周りを囲うことによって形成される開口に外部から入る超音波を前記振動部材に導くための開口を有するガイド部材と、前記ガイド部材の内側に設けられ、ユーザが前記振動部材に接触しないように前記振動部材を保護する保護部材と、を有する受信部と、
    を有する超音波センサと、
    シートに画像を形成する画像形成部と、
    前記受信部により受信された超音波に応じて前記画像形成部が使用する画像形成条件を制御する制御部と、を有し、
    前記保護部材は、前記開口を形成する前記ガイド部材の端部を含む平面と前記振動部材との間に設けられており、
    前記振動部材の中心を通り、かつ前記振動部材の超音波を受信する側の表面と垂直な線の方向において、前記平面から前記保護部材までの距離は、前記平面から前記表面までの距離の略半分であることを特徴とする画像形成装置。
28. 前記画像形成条件は、前記シートにトナー画像を定着させるための定着温度、前記シートの搬送速度または前記シートにトナー画像を転写させるための電圧値であることを特徴とする請求項２５乃至２７のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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