JP6765636B2 - 定着装置、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置および定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの複合機における画像形成装置に関する。

用紙等の記録媒体上に形成された画像を定着させる定着装置が設けられる。定着装置は、例えば、加熱部材によって加熱された定着部材が、記録媒体の表面を加熱および加圧することで、記録媒体上に画像を定着させることができる。

そして、定着装置には、定着部材の温度を検知する検知部材が設けられており、検知部材の検知温度に基づいて加熱部材の発熱量を調整することで、定着部材の温度を所定の範囲内に管理している。そして、このような検知部材として、定着部材の幅方向端部側に対応する位置に設けられ、定着部材の幅方向端部側の温度を検知する端部側検知部材を備えた定着装置が既に存在する（例えば、特許文献１，２）。

特許文献１（特開２０１５−１２１６５４号公報）の定着装置では、定着ローラに非接触でその温度を検知するサーモパイルが定着ローラの幅方向端部側に対応する位置に設けられる。このサーモパイルは、定着ローラの幅方向端部側で、定着装置に通紙される用紙の幅方向端部に対応する位置を検知するように設けられている。

また、特許文献２（特開平１１−１２５８９８号公報）の定着装置では、定着ローラの幅方向中央側と幅方向一端側に、それぞれ定着ローラの温度を検知するサーミスタ感応検知センサが設けられ、それぞれの位置における定着ローラの温度を検知することができる。

ところで、端部側検知部材を定着部材の幅方向端部側に対応する位置に配置しようとした場合、この位置に十分なスペースがなく、端部側検知部材を所望の位置に配置できなくなってしまう場合がある。特に近年では、定着装置や画像形成装置の小型化の要請から、定着部材の幅方向端部側に十分なスペースがない場合が多く、この様な課題を生じやすい。

そして、端部側検知部材を所望の位置に配置できないと、定着部材の狙いの位置を検知することができなくなり、狙い通りの性能を発揮できなくなってしまう場合がある。例えば、端部側検知部材として、定着部材に接触して定着部材の温度を検知する接触式の検知部材を採用する場合、記録媒体の破片（用紙の紙粉等）や現像剤が定着部材を介して端部側検知部材に付着することを防止する目的で、端部側検知部材を、定着部材の幅方向において、記録媒体の最大通過領域よりも外側に配置することが考えられる。このような場合に、スペースの問題で端部側検知部材を記録媒体の最大通過領域の外側に配置できないと、端部側検知部材に現像剤等の異物が付着して、誤検知の原因となってしまう。

この様な事情から、本発明では、端部側検知部材を、定着部材の幅方向端部側の所望の位置に配置することのできる定着装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明は、回転可能な定着部材と、前記定着部材に当接して回転し、定着ニップを形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱部と、前記定着部材の幅方向端部側の温度を検知する端部側検知部材と、前記定着部材の幅方向端部を保持する保持部材とを備えた定着装置であって、前記端部側検知部材は、その一端側に基部と、その他端側に、前記定着部材に対向し、定着部材の温度を検知する検知部とを有し、前記保持部材は、前記定着部材の幅方向端部外周を覆うようにして保持する保持部と、前記基部が固定される固定部とを有し、前記定着部材の幅方向中央側を幅方向内側、前記定着部材の幅方向端部側を幅方向外側とすると、前記検知部は、前記基部よりも幅方向外側に設けられ、かつ、前記定着部材における記録媒体の最大通過領域よりも幅方向外側に設けられ、前記固定部は、前記定着部材の径方向において、前記定着部材よりも外側に設けられ、かつ、前記定着部材の幅方向において、前記保持部よりも幅方向内側に設けられることを特徴とする。

本発明では、端部側検知部材の検知部を、基部よりも幅方向外側に設ける。これにより、端部側検知部材による定着部材の検知位置を、幅方向のより外側に設けることができると共に、端部側検知部材全体を幅方向のより内側に配置することができる。従って、定着部材の幅方向外側に対応する位置に十分なスペースがない場合でも、端部側検知部材を所望の位置に配置することができる。

画像形成装置の概略構成図である。 本発明の定着装置の一例を示す概略構成図である。 ハロゲンヒータの構成を示す断面図である。 各ヒータの幅方向の発熱量を示す図で、（ａ）図が中央ヒータ、（ｂ）図が端部ヒータの発熱量を示す。 定着装置の外装部の上部分を取り除いた状態の平面図である。 図５の定着ローラの幅方向端部側の拡大図である。 端部側検知部材の一例を示す平面図である。 端部側検知部材の配置を示す斜視図である。 端部側検知部材の異なる配置を示す断面図である。 本発明の異なる構成の定着装置を示す概略構成図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の概略構成図である。まず、図１を参照して、画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。

図１に示す画像形成装置は、モノクロ画像形成装置である。その装置本体（画像形成装置本体）１００には、作像ユニットとしてのプロセスユニット１が着脱可能に装着されている。プロセスユニット１は、表面に画像を担持する像担持体としての感光体２と、感光体２の表面を帯電させる帯電手段としての帯電ローラ３と、感光体２上の潜像を可視画像化する現像手段としての現像装置４と、感光体２の表面をクリーニングするクリーニング手段としてのクリーニングブレード５等を備える。また、感光体２に対向する位置に、感光体２の表面を露光する露光手段としてのＬＥＤヘッドアレイ６が配置されている。

プロセスユニット１には、画像形成用の粉体であるトナーを収容する粉体収容器としてのトナーカートリッジ７が着脱可能に装着されている。トナーカートリッジ７は、未使用のトナーを収容する未使用トナー収容部８と、使用された廃トナーを収容する廃トナー収容部９とを有する。

また、画像形成装置は、記録媒体としての用紙に画像を転写する転写装置１０と、用紙を供給する給紙装置１１と、用紙に転写された画像を定着させる定着装置１２と、用紙を装置外へ排出する排紙装置１３と、タイミングローラとしての一対のレジストローラ１７とを備える。

転写装置１０は、転写部材としての転写ローラ１４を備える。転写ローラ１４は、プロセスユニット１を装置本体１００に装着した状態で感光体２と接触するように配置されている。また、転写ローラ１４は、電源に接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が印加されるようになっている。

給紙装置１１は、用紙Ｐが収容される給紙カセット１５と、給紙カセット１５に収容されている用紙Ｐを給送する給紙ローラ１６とを備える。なお、用紙Ｐには、普通紙のほか、厚紙、薄紙、はがき、封筒、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ等も含まれる。さらに、用紙以外に、ＯＨＰシートやＯＨＰフィルム等を記録媒体として用いることも可能である。

定着装置１２は、用紙に画像を定着させる定着部材としての定着ローラ１８と、定着ローラ１８に対向して配置される加圧部材としての加圧ローラ１９とを備える。定着ローラ１８は、ヒータ等の加熱手段によって加熱される。加圧ローラ１９は、定着ローラ１８側へ加圧され、定着ローラ１８に接触して定着ニップを形成している。

排紙装置１３は、用紙を装置外に排出する一対の排紙ローラ２０を備える。また、装置本体１００の外装上面部には、排紙ローラ２０によって排出された用紙を載置するための排紙トレイ２１が形成されている。

また、装置本体１００内には、給紙カセット１５から、レジストローラ１７、転写ローラ１４と感光体２との間の画像転写部（転写ニップ）、定着装置１２を経由して、排紙ローラ２０まで用紙Ｐを搬送するための搬送路Ｒ１が設けられている。さらに、画像形成装置１００内には、両面印刷する際に定着装置１２を通過した用紙Ｐを画像転写部に再度搬送するための両面搬送路Ｒ２が設けられている。

続けて、図１を参照しつつ、本実施形態に係る画像形成装置の作像動作について説明する。
作像動作が開始されると、感光体２が回転駆動され、帯電ローラ３によって感光体２の表面が所定の極性に一様に帯電される。次いで、読取装置又はコンピュータ等からの画像情報に基づいてＬＥＤヘッドアレイ６が感光体２の帯電面を露光し、静電潜像が形成される。そして、現像装置４によって感光体２上の静電潜像にトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、給紙ローラ１６が回転駆動を開始し、給紙カセット１５から用紙Ｐが送り出される。送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１７によって搬送を一旦停止される。その後、所定のタイミングでレジストローラ１７の回転駆動を開始し、感光体２上のトナー画像が画像転写部に達するタイミングに合わせて、用紙Ｐを画像転写部へ搬送する。

そして、用紙Ｐが画像転写部に搬送されると、転写ローラ１４に所定の電圧が印加されることにより生じた転写電界によって感光体２上のトナー画像が用紙Ｐ上に転写される。また、このとき用紙Ｐに転写されなかった感光体２上のトナーは、クリーニングブレード５によって除去され、トナーカートリッジ７の廃トナー収容部９へ回収される。

トナー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置１２へと搬送され、定着ローラ１８と加圧ローラ１９とによって形成される定着ニップを通過することにより加熱及び加圧されて、用紙Ｐ上のトナー画像が定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ２０によって装置外に排出され、排紙トレイ２１上に載置される。

また、両面印刷を行う場合は、定着装置１２を通過した用紙Ｐを装置外に排出せずにスイッチバックさせて両面搬送路Ｒ２に送る。用紙Ｐは両面搬送路Ｒ２を通ってレジストローラ１７の手前側で搬送路Ｒ１に送り込まれ、レジストローラ１７によって画像転写部へ再度搬送される。そして、用紙Ｐの裏面に画像が転写され、定着装置１２によって裏面側の画像が定着された後、用紙Ｐは装置外へ排出される。

図２は、定着装置１２の概略断面図である。
図２に示すように、定着装置１２は、内部に定着ローラ１８や加圧ローラ１９が収容される外装部を構成する樹脂製のフレーム部材２３を有する。また、定着ローラ１８内には加熱部２２が設けられている。加熱部２２は、２本のハロゲンヒータ（加熱部材）２２ａ、２２ｂからなる。加圧ローラ１９は、後述の加圧部材によって定着ローラ１８に対して加圧されており、定着ローラ１８と加圧ローラ１９とが圧接する箇所には定着ニップＮが形成されている。

定着ローラ１８は、鉄やアルミなどの金属材によって形成された厚さ０．３〜０．７ｍｍの基材と、基材の表面にシリコーンゴム等の弾性部材の表層とが形成されて構成される。表層の表面には、ＰＦＡ等の離形層が設けられる。基材の厚みを薄くすることにより、定着ローラ１８の熱容量を小さくして定着ローラ１８を加熱しやすくし、装置の省エネルギー化を図ることができる。また、基材の表面に、直接、離形層を設ける構成とすることもできる。

加圧ローラ１９は、鉄などの金属材によって形成された基材と、基材の表面にシリコーンゴムやスポンジで形成された表層とが形成されて構成される。表層の表面には、ＰＦＡ等の離形層がその表面に設けられる。

装置本体１００の側に設けられた駆動源から定着ローラ１８に駆動力が伝達されると、定着ローラ１８は図２中の矢印Ａで示す方向に回転駆動する。また、加圧ローラ１９は、回転駆動する定着ローラ１８に対して図２中の矢印Ｂで示す方向に従動回転するように構成されている。このように、定着ローラ１８が回転駆動し、加圧ローラ１９が従動回転することで、両ローラ１８，１９によって用紙が挟持されながら搬送されるように構成されている。なお、本実施形態とは反対に、加圧ローラ１９を駆動ローラとし、定着ローラ１８を従動ローラとしてもよい。

図２を参照しつつ、定着装置１２の動作について簡単に説明する。
加熱部２２から発せられる輻射熱によって定着ローラ１８が所定の温度に加熱され、定着ローラ１８と加圧ローラ１９とが回転している状態で、用紙Ｐが図２中の矢印Ｃ１で示す方向から定着ニップＮへ進入すると、用紙は定着ローラ１８と加圧ローラ１９とによって挟持されながら搬送される。このとき、用紙上の未定着画像が、定着ローラ１８の熱によって加熱されると共に、定着ローラ１８と加圧ローラ１９とによって加圧されることで、用紙に画像が定着される。そして、画像が定着された用紙は定着ニップＮから図２中の矢印Ｃ２方向へ排出される。

図３に示すように、加熱部２２は、中央側加熱部材としての中央ヒータ２２ａと、端部側加熱部材としての端部ヒータ２２ｂからなる。中央ヒータ２２ａは、幅方向の中央側に、フィラメントがその他の部分より密に設けられた主発熱領域２２ａ１を有する。また、端部ヒータ２２ｂは、幅方向の両端に、主発熱領域２２ｂ１、２２ｂ１を有する。以下、定着ローラ１８の幅方向中央側を幅方向内側、定着ローラ１８の幅方向端部側を幅方向外側と呼ぶ。

図４は、定着ローラ１８の幅方向（横軸）における、それぞれのヒータの発熱量（縦軸）の分布を示したもので、（ａ）図は中央ヒータ２２ａ、（ｂ）図は端部ヒータ２２ｂの発熱量をそれぞれ示している。各ヒータは、各ヒータのそれぞれの主発熱領域は、その他の部分よりもフィラメントが密になるように巻き数が多くなっており、発熱量がピークになる。また、主発熱領域以外の部分でも一定のフィラメントが巻かれており、一定量の発熱が行われている。本実施形態では、端部ヒータ２２ｂは、幅方向中央側が、端部ヒータ２２ｂの定格電力の２０％程度の電力が付与されるように、フィラメントの巻数を調整している。

このように、主発熱領域が異なる二つのヒータを設けることで、通紙される用紙のサイズに応じて、主に発熱する領域の範囲を変更することができる。つまり、小サイズの用紙が通紙された際には、中央ヒータ２２ａのみが発熱し、大サイズの用紙が通紙された場合には、中央ヒータ２２ａと端部ヒータ２２ｂの両方が発熱する。中央ヒータ２２ａは、小サイズの用紙に対応する幅で主発熱領域２２ａ１が設けられ、例えばＡ５サイズの用紙幅に対応する幅で設けられている。

図３に示すように、定着ローラ１８の表面温度を検知する検知部材として、定着ローラ１８の幅方向中央側の温度を検知する中央側検知部材２４と、定着ローラ１８の幅方向一端側の温度を検知する端部側検知部材２５とが設けられる。

中央側検知部材２４は、定着ローラ１８と離間して設けられており、定着ローラ１８に接触せずに定着ローラ１８の温度を検知する非接触式の温度検知部材であり、定着ローラ１８の幅方向中央側の通紙領域に対応する位置に設けられる。

ここで、仮に、中央側検知部材２４を接触式の検知部材とすると、用紙Ｐから定着ローラ１８へ付着する紙粉やトナー等の影響により応答性不良や検知のばらつき等を生じ、誤検知の原因となってしまう。しかし、本実施形態では、中央側検知部材２４を非接触式の検知部材とすることで、このような誤検知を防止できる。

端部側検知部材２５は、定着ローラ１８に接触して設けられた接触式の温度検知部材である。端部側検知部材２５は、幅方向において、最大通紙幅（記録媒体の最大通過領域）Ｈよりも外側の非通紙領域に対応する位置で定着ローラ１８に接触している。端部側検知部材２５の一例として、本実施形態ではサーミスタが用いられる。

端部側検知部材２５を、最大通紙幅Ｈよりも外側の非通紙領域に対応する位置に設けられることにより、接触式の検知部材であっても、紙粉やトナー等の付着による誤検知を生じることがなく、精度の良い温度検知が可能となる。また、接触式の検知部材は、非接触式の検知部材と比較して、安価で小型のものが多いため、端部側検知部材２５を接触式の検知部材とすることで、定着装置のコストダウンや小型化を実現できる。

それぞれの検知部材によって検知された定着ローラ１８の温度の情報は、制御部２６へ送られる。制御部２６は、この定着ローラ１８の温度情報に基づいて、中央ヒータ２２ａおよび端部ヒータ２２ｂの発熱量を制御し、定着ローラ１８の表面温度が一定以下になるように管理される。制御部２６は、例えば、ＰＩＤ制御により定着ローラ１８の温度を制御している。

図５は、定着装置１２の外装部の上部分を取り除いた状態の平面図で、図６は図５の端部側検知部材の部分を拡大した拡大図である。
図５及び図６に示すように、定着ローラ１８の幅方向一端側には、定着ローラ１８の幅方向一端を保持する保持部材２７および端部側検知部材２５が設けられる。

端部側検知部材２５は、その一端側に、基部２５ｂと、その他端側で、定着ローラ１８に対向する側に、定着ローラ１８に接触してその温度を検知する検知部２５ａとを有する。

図７は、端部側検知部材２５の構成の一例を示す平面図である。
図７に示すように、端部側検知部材２５の一端には、基部２５ｂとしてのベース部材２５ｂが設けられる。ベース部材２５ｂは、樹脂によって構成された直方体状の部材である。ベース部材２５ｂには、ネジを挿入するためのネジ孔２５ｂ１が設けられる。このネジ孔２５ｂ１を介して、例えばフレーム部材２３（図２参照）や保持部材２７（図６参照）等にネジを取り付けることにより、ベース部材２５ｂをこれらの部材に固定することができる。また、ベース部材２５ｂの一端側には、リード線が接続されている。

図７に示すように、ベース部材２５ｂには、端部側検知部材２５の他端側に延びる２本のフレーム２５ｃ、２５ｄが設けられる。フレーム２５ｃ、２５ｄは、金属製の板状部材である。端部側検知部材２５の他端側は、絶縁シート２５ｅに被覆されており、その内側には、検知部２５ａとしてのサーミスタ素子２５ａや、サーミスタ素子２５ａを支持する支持部材（例えば前述のフレーム２５ｃ、２５ｄの他端側）が配置されている。

本実施形態では、サーミスタ素子２５ａが定着ローラ１８に接触して設けられており（図６参照）、ベース部材２５ｂが定着ローラ１８の外側（図６の上側）に設けられている。ただし、上記の端部側検知部材２５は一例であり、例えば、定着ローラ１８に接触せずにその温度を検知する非接触式の温度検知部材を端部側検知部材２５とし、後述する本実施形態の端部側検知部材２５のように配置することもできる。

図６に示すように、検知部２５ａは、最大通紙領域Ｈの幅方向外側に設けられ、基部２５ｂは、最大通紙領域Ｈ内に設けられる。つまり、端部側検知部材２５は、定着ローラ１８の中心軸Ｌと直交する垂線Ｍに対して、角度αだけ傾けて設けられており、検知部２５ａは、基部２５ｂよりも幅方向外側に配置されている。

前述したように、接触式の端部側検知部材２５を、最大通紙領域Ｈよりも外側に配置することにより、端部側検知部材２５の誤検知を防止できる。しかし一方で、近年では、定着装置や画像形成装置全体の小型化により、最大通紙領域Ｈよりも外側に十分な端部側検知部材２５を配置するためのスペースが設けられない場合も多い。

図８は、本実施形態の端部側検知部材２５の保持部材２７に対する配置を示す斜視図である。
図８に示すように、保持部材２７には、定着ローラ１８の幅方向一端側を保持する保持部２７ａが設けられる。この保持部２７ａは、定着ローラ１８の幅方向一端側を覆うようにしてその定着ローラ１８の外周面側に設けられている。このため、端部側検知部材２５の基部２５ｂを定着ローラ１８の外周面側に設けようとした場合にその干渉が問題となる。つまり、端部側検知部材２５を最大通紙領域Ｈよりも幅方向外側に設け、かつ、垂線Ｍ（図６参照）に対して並行に配置しようとすると（基部２５ｂを図８から矢印方向へ傾けた方向に配置しようとすると）、基部２５ｂが保持部２７ａに干渉してしまう。

これに対して本実施形態の構成では、図８に示すように、端部側検知部材２５を垂線Ｍに対して傾けて配置し、検知部２５ａを基部２５ｂよりも幅方向外側に設けることにより、上記の問題を解消することができる。つまり、検知部２５ａを最大通紙領域Ｈよりも外側に配置すると共に、基部２５ｂを保持部材２７に干渉しない位置に設けることができる。このため、定着装置の小型化を実現できると共に、端部側検知部材２５に接触式の検知部材を用いた場合であっても、紙粉やトナー等の付着による誤検知を防止することができる。

また、図９に示すように、端部側検知部材２５を端部ヒータ２２ｂの主発熱領域２２ｂ１に対応する位置に設けることもできる。これにより、端部側検知部材２５が、端部ヒータ２２ｂによって加熱された定着ローラ１８の幅方向端部側の温度をより正確に検知することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

本発明に係る画像形成装置は、図１に示すモノクロ画像形成装置に限らず、カラー画像形成装置や、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等であってもよい。

記録媒体としては、用紙Ｐ（普通紙）の他、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート、プラスチックフィルム、プリプレグ、銅箔等が含まれる。

上述の実施形態の定着装置は、定着部材として定着ローラを備えるものであるが、本発明を適用可能な定着装置は斯かる定着装置に限らない。例えば、図１０に示すように、定着部材として無端状の定着ベルト５０を備え、加圧ローラ１９が定着ベルト５０内に配置されたニップ形成部材５１に当接することで、定着ベルト５０と加圧ローラ１９との間に定着ニップＮが形成される定着装置に対しても本発明を適用可能である。

１ 画像形成装置
１２ 定着装置
１８ 定着ローラ（定着部材）
１９ 加圧ローラ（加圧部材）
２２ 加熱部
２２ａ 中央ヒータ（中央側加熱部材）
２２ａ１ 主発熱領域
２２ｂ 端部ヒータ（端部側加熱部材）
２２ｂ１ 主発熱領域
２４ 中央側検知部材
２５ 端部側検知部材
２５ａ サーミスタ素子（検知部）
２５ｂ ベース部材（基部）

特開２０１５−１２１６５４号公報 特開平１１−１２５８９８号公報

Claims (5)

1. 回転可能な定着部材と、
   前記定着部材に当接して回転し、定着ニップを形成する加圧部材と、
   前記定着部材を加熱する加熱部と、
   前記定着部材の幅方向端部側の温度を検知する端部側検知部材と、
   前記定着部材の幅方向端部を保持する保持部材とを備えた定着装置であって、
   前記端部側検知部材は、その一端側に基部と、その他端側に、前記定着部材に対向し、定着部材の温度を検知する検知部とを有し、
   前記保持部材は、前記定着部材の幅方向端部外周を覆うようにして保持する保持部と、前記基部が固定される固定部とを有し、
   前記定着部材の幅方向中央側を幅方向内側、前記定着部材の幅方向端部側を幅方向外側とすると、
   前記検知部は、前記基部よりも幅方向外側に設けられ、かつ、前記定着部材における記録媒体の最大通過領域よりも幅方向外側に設けられ、
   前記固定部は、前記定着部材の径方向において、前記定着部材よりも外側に設けられ、かつ、前記定着部材の幅方向において、前記保持部よりも幅方向内側に設けられることを特徴とする定着装置。
2. 前記端部側検知部材は、前記定着部材に接触してその温度を検知する請求項１記載の定着装置。
3. 前記加熱部は、前記定着部材の幅方向中央側に対応する位置に主発熱領域を有し、定着部材の幅方向中央側を主に加熱する中央側加熱部材と、前記定着部材の幅方向端部側に対応する位置に主発熱領域を有し、定着部材の幅方向端部側を主に加熱する端部側加熱部材とを有し、
   前記検知部は、前記端部側検知部材の主発熱領域に対応する位置に設けられる請求項１または２いずれか記載の定着装置。
4. 前記定着部材の幅方向中央側の温度を検知する中央側検知部材をさらに備え、
   前記中央側検知部材は、前記定着部材に非接触で前記定着部材の温度を検知する請求項１から３いずれか１項に記載の定着装置。
5. 請求項１から４いずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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