JP7380232B2 - 定着装置、画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、トナー像をシートに定着させる定着装置、及び定着装置を備える画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置は、シートに転写されたトナー像を加熱する定着装置を備える。また、前記定着装置は、ヒーターと、前記ヒーターによって加熱される筒状の定着ベルト(被加熱部材)と、前記定着ベルトとの間にシートが通過するニップ部を形成する加圧ローラー(加圧部材)と、を備えている。前記ヒーターは、例えば、前記定着ベルトに内包されている。前記加圧ローラーが回転すると、前記定着ベルトが従動回転し、前記定着ベルトの内周面が前記ヒーターの熱放射面に対してシート搬送方向へ摺動する。
前記定着ベルト及び前記加圧ローラーが回転駆動されている場合に、前記ニップ部が予め定められた目標温度(定着温度)となるように、前記ヒーターは加熱制御される。前記ヒーターが加熱制御されて、前記ヒーターから前記定着ベルトに熱が加えられると、前記定着ベルトを介して、前記ニップ部から前記加圧ローラーに熱が伝達されて、加圧ローラーも加熱される。
前記定着ベルトを加熱する加熱装置として、従来、前記定着ベルトの中央部を加熱する中央ヒーターと、前記定着ベルトにおける前記中央部の外側の端部を加熱する2つの端部ヒーターとを備えた構成が知られている(特許文献1参照)。
特開2008-299205号公報
ところで、前掲した従来の定着装置では、全てのヒーターが電力供給源に対して並列に給電ラインによって接続されている。各給電ラインそれぞれには、給電をオンオフするためのスイッチング素子が設けられているが、仮に、いずれか一つのスイッチング素子が故障して短絡した場合、対応するヒーターが異常温度まで過熱する。このため、従来の定着装置には、ヒーターの温度異常を測定するためのサーモスタットやサーモカットなどの温度センサーが設けられているが、各ヒーターが並列に接続されているため、各ヒーターそれぞれに前記温度センサーを設けなければならないという問題がある。
本発明の目的は、温度センサーの数を削減し、且つ、加熱部の内部回路を簡素化することが可能な定着装置、及び画像形成装置を提供することにある。
本発明の一の局面に係る定着装置は、シートの搬送路の定着位置において前記シート上のトナー像を加熱することにより前記トナー像を前記シートに定着させる。前記定着装置は、前記シートの定着面に接触した状態で回転可能に支持され、前記シートの幅方向に長い筒状の被加熱部材と、前記被加熱部材の内部に設けられ、前記被加熱部材の内周面を加熱する加熱部と、を備える。前記加熱部は、前記被加熱部材の長手方向に並んで配置された複数のヒーターと、前記複数のヒーターのうちの一つの第1ヒーター又は前記被加熱部材における前記第1ヒーターによる加熱領域の温度を計測する第1温度センサーと、を有する。前記複数のヒーターそれぞれは、第1給電ラインによって直列に接続されている。
本発明の他の局面に係る画像形成装置は、シートにトナー像を転写する転写装置と、前記トナー像を前記シートに定着させる前記定着装置と、を備える。
本発明によれば、温度センサーの数を削減し、且つ、加熱部の内部回路を簡素化することが可能である。
図1は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成図である。 図2は、本発明の実施形態に係る画像形成装置における定着装置の構成図である。 図3は、画像形成装置における制御装置の構成を示すブロック図である。 図4は、図2の切断線IV-IVの断面図であり、定着装置の加熱装置が備える複数のヒーターの配置を示す図である。 図5は、複数のヒーターの給電ラインの接続状態を示す図である。
以下、図面を参照しながら、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、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
[画像形成装置10の構成]
本実施形態に係る画像形成装置10は、シート9に画像を形成するプリント処理を行う装置である。画像形成装置10は、電子写真方式で前記プリント処理を行う。シート9は、用紙またはシート状の樹脂部材などの画像形成媒体である。
図1に示されるように、画像形成装置10は、本体部1内に設けられたシート搬送装置3と、プリント装置40と、制御装置8と、操作装置801と、表示装置802とを備える。
シート搬送装置3は、シート送出装置30、及び複数組の搬送ローラー対31を備える。シート送出装置30は、シート収容部2に収容されたシート9を本体部1内の搬送路300へ送り出す。
複数組の搬送ローラー対31は、モーターによって回転駆動され、シート9を挟んで回転することによってシート9を搬送路300に沿って搬送する。さらに、複数組の搬送ローラー対31は、シート9を搬送路300の出口301から排出トレイ49へ排出する。以下の説明において、搬送路300に沿ってシート9が搬送される方向のことをシート搬送方向D1と称する。また、シート搬送方向D1に直交し、搬送路300に沿う方向(図1の紙面に垂直な方向)のことを幅方向D2と称する。
プリント装置40は、シート搬送装置3によって搬送路300に沿って搬送されるシート9にトナー像を形成する。プリント装置40は、作像装置4、光走査装置46、転写装置47、及び定着装置48を備える。作像装置4は、ドラム状の感光体41、帯電装置42、現像装置43、及びドラムクリーニング装置45などを含む。
図1に示される画像形成装置10は、タンデム式のカラー画像形成装置である。そのため、プリント装置40は、イエロー、シアン、マゼンタ、及びブラックの4色のトナーに対応した4つの作像装置4を備える。さらに、転写装置47は、中間転写ベルト471と、4つの作像装置4に対応する4つのベルト転写装置472と、シート転写装置473と、ベルトクリーニング装置474とを備える。
作像装置4において、感光体41が回転し、帯電装置42が感光体41の表面を帯電させる。さらに、光走査装置46が、レーザー光の走査によって感光体41の表面に静電潜像を書き込む。感光体41は、像担持体の一例である。
さらに、現像装置43が、感光体41の表面にトナーを供給することにより、前記静電潜像をトナー像として現像する。
転写装置47は、搬送路300において前記トナー像をシート9に転写する。転写装置47において、ベルト転写装置472は、感光体41の表面の前記トナー像を中間転写ベルト471の表面へ転写する。これにより、中間転写ベルト471の表面にカラーの前記トナー像が形成される。
シート転写装置473は、搬送路300において、中間転写ベルト471に形成された前記トナー像をシート9に転写する。
なお、画像形成装置10が、モノクロ画像形成装置である場合、シート転写装置473が、搬送路300において感光体41上の前記トナー像をシート9へ転写する。
ドラムクリーニング装置45は、感光体41の表面に残存するトナーを除去する。ベルトクリーニング装置474は、中間転写ベルト471に残存するトナーを除去する。
定着装置48は、搬送路300の定着位置P1において、シート9に転写された前記トナー像を加熱しつつ加圧することによって、前記トナー像をシート9に定着させる。
定着装置48は、加熱装置5(本発明の加熱部の一例)、定着ベルト53(本発明の被加熱部材の一例)、及び加圧部材の一例としての加圧ローラー6を備える。加熱装置5は、3つのヒーター51(51a,51b,51c)、支持部材52、2つの温度センサー56(56a,56b)、及びヒーター給電回路50(図4参照)を備える。加熱装置5は、具体的には、中央ヒーター51a、第1端部ヒーター51b、及び第2端部ヒーター51cを有する。また、加熱装置5は、中央温度センサー56a、及び端部温度センサー56bを有する。なお、各ヒーター51及び各温度センサー56については後述する。
定着ベルト53は、筒状の可撓部材である。加圧ローラー6は、表層にゴム製のスポンジ部材からなる弾性層(弾性部材の層)が形成されたローラー部材である。
3つのヒーター51及び支持部材52は、定着ベルト53の内部に設けられている。各ヒーター51は、定着ベルト53を加熱するものであり、詳細には、定着ベルト53の内周面を加熱する。各ヒーター51は、定着位置P1において幅方向D2に沿って配置されている。各ヒーター51は、幅方向D2に沿って並ぶ複数の発熱抵抗体によって構成されている。例えば、各ヒーター51は、セラミックヒーターであり、面状、又は細幅薄板状に形成されている。前記発熱抵抗体各々は、電気を熱に変換する発熱体であり、電源70(図3参照)から電力が供給されることによって発熱する。なお、各ヒーター51は、発熱抵抗体で構成されたものに限られず、例えば、誘導加熱を利用したIHヒーターであってもよい。
支持部材52は、各ヒーター51を支持する部材である。各ヒーター51及び支持部材52は、長手方向が幅方向D2に沿う状態で配置されている。
定着ベルト53は、可撓性を有する筒状の部材である。具体的には、定着ベルト53は、無端のベルト状の部材である。例えば、定着ベルト53は筒状のフィルム部材である。
図2に示されるように、定着ベルト53は、各ヒーター51及び支持部材52を内包する状態で回転可能に支持されている。例えば、定着装置48は、円弧に沿う起立部55aを有する一対のガイド部材55を備える。
一対のガイド部材55は、それぞれの起立部55aが定着ベルト53の内周面53aにおける幅方向D2の両端部に対向する状態で支持されている。これにより、一対のガイド部材55は、定着ベルト53を回転可能に支持している。
定着ベルト53が、各ヒーター51及び支持部材52の周囲で回転することより、定着ベルト53の内周面53aが各ヒーター51それぞれの熱放射面511に対しシート搬送方向D1に沿って摺動する。定着ベルト53の内周面53aには、各ヒーター51の熱放射面511との摺動性を良好にするため、潤滑剤が塗布されている。
各ヒーター51は、定着ベルト53の内周面53aと接する部材である。即ち、各ヒーター51は、定着ベルト53の内周面53aに熱を放射して定着ベルト53を加熱する発熱部材であるとともに、定着ベルト53の内周面53aと接する部材でもある。
加圧ローラー6は、ヒーター51へ向けて付勢された状態で回転可能に支持されている。例えば、加圧ローラー6は、バネなどの付勢部材(不図示)によってヒーター51へ向かう方向へ付勢されている。なお、加圧ローラー6がヒーター51へ向けて付勢された構成に限られず、例えば、ヒーター51及び支持部材52が加圧ローラー6へ向けてバネなどの付勢部材によって付勢されていてもよい。
図2に示されるように、加圧ローラー6は、定着ベルト53との間にシート9が通過するニップ部Np1を形成する。ニップ部Np1が形成される位置が定着位置P1である。
加圧ローラー6は、モーター60(図1参照)からの回転駆動力が入力されることによって回転駆動する。画像形成装置10の制御装置8には、前記モーターを駆動するためのモーター駆動回路61(図3参照)が設けられており、制御装置8からの指令に従って、モーター60が予め定められた回転速度で一定に回転するように、モーター駆動回路61が前記モーターに電力を供給する。これにより、加圧ローラー6が予め定められた一定の速度で回転する。例えば、モーター駆動回路61は、インバーター駆動回路である。
加圧ローラー6が回転することにより、定着ベルト53は、加圧ローラー6に対して従動回転する。即ち、加圧ローラー6は、回転することによって定着ベルト53を従動回転させる。
ヒーター給電回路50は、制御装置8からの指令に従って、ヒーター51に電力を供給する。さらに、ヒーター給電回路50は、制御装置8からの指令に従って、ヒーター51への給電量を調節する。
図2に示されるように、加熱装置5は、ヒーター51の温度を計測する2つの温度センサー56(56a,56b)を備える。各温度センサー56は、ヒーター51の温度を予め設定される目標温度(定着温度)に維持するためのフィードバック制御に用いられるセンサーである。また、各温度センサー56は、ヒーター51に直に取り付けられており、ヒーター51に電力を供給するための給電ラインL1,L2(図5参照)に直列に接続されている。例えば、温度センサー56は、測定した温度を示す信号を出力するとともに、異常温度を検出した場合に内部の導通部を破断して前記給電ラインを遮断する保護素子としてのサーモスタットである。なお、前記目標温度は、トナー像をシート9に定着させることが可能なニップ部Np1の温度である。
温度センサー56により計測された温度は、定着位置P1、即ち、ニップ部Np1の温度の代替指標となる温度である。言い換えると、温度センサー56は、ニップ部Np1の温度の代替指標となる温度を計測する。
制御装置8(図1参照)は、各種のデータ処理と、シート搬送装置3、プリント装置40、及び表示装置802などの機器の制御とを実行する。
図3に示されるように、制御装置8は、CPU(Central Processing Unit)81と、RAM(Random Access Memory)82、二次記憶装置83、及び通信部84などの周辺機器とを備える。制御装置8は、加熱装置5に接続されており、加熱装置5を加熱制御したり、ニップ部Np1の温度を前記目標温度となるように温度制御する。
CPU81は、コンピュータープログラムを実行することにより、各種のデータ処理や所定の制御を実行するプロセッサーである。RAM82は、コンピューター読み取り可能な揮発性の記憶装置である。RAM82は、CPU81が実行する前記コンピュータープログラムや、CPU81が各種の処理を実行する過程で出力又は参照するデータなどを一次記憶する。
CPU81は、前記コンピュータープログラムを実行することにより実現される複数の処理モジュールを含む。前記複数の処理モジュールは、主制御部8a、加熱制御部8b、搬送制御部8c、及びプリント制御部8dなどを含む。言い換えると、制御装置8は、主制御部8a、加熱制御部8b、搬送制御部8c、及びプリント制御部8dなどを含む。
主制御部8aは、操作装置801に対する操作や、外部から入力された信号等に応じて各種の処理を実行し、また、表示装置802の制御などを実行する。
加熱制御部8bは、各温度センサー56の計測温度と予め設定される前記目標温度との比較に基づくフィードバック制御により、ニップ部Np1の温度が前記目標温度となるように、加熱装置5への給電量を調節する。具体的には、加熱制御部8bは、ヒーター給電回路50を制御することにより、各ヒーター51への給電量を調節し、各ヒーター51による加熱を制御する。
搬送制御部8cは、シート搬送装置3を制御する。プリント制御部8dは、シート9の搬送に同期して、プリント装置40に前記プリント処理を実行させる。
二次記憶装置83は、コンピューター読み取り可能な不揮発性の記憶装置である。二次記憶装置83は、前記コンピュータープログラムや各種のデータの記憶処理、及び更新処理が可能である。例えば、フラッシュメモリーまたはハードディスクドライブの一方または両方が、二次記憶装置83として採用される。
通信部84は、信号インターフェイスであり、温度センサー56などの各種のセンサーが出力する信号をデジタルデータに変換し、変換後のデジタルデータをCPU81へ伝送する。さらに、通信部84は、CPU81が出力する制御指令を制御信号に変換し、前記制御信号を制御対象の機器へ伝送する。
ところで、従来の定着装置では、複数のヒーターが電力供給源に対して給電ラインによって並列に接続されている。各給電ラインそれぞれには、給電をオンオフするためのスイッチング素子が設けられている。仮に、いずれか一つのスイッチング素子が故障して短絡した場合、対応するヒーターが異常温度まで過熱する。このため、従来の定着装置には、ヒーターの温度異常を測定するためのサーモスタットやサーモカットなどの温度センサーが設けられているが、各ヒーターが並列に接続されているため、各ヒーターそれぞれに前記温度センサーを設けなければならないという問題がある。
これに対して、本実施形態の定着装置では、以下に説明するように、複数のヒーターが直列に接続されている。そのため、温度センサーの設置数は、直列に接続された複数のヒーターに対して一つ設ければ十分である。これにより、温度センサーの設置数を削減することが可能であり、また、加熱装置5の内部回路を簡素化することが可能である。
図4は、加熱装置5が備える複数のヒーター51の配置を示す図である。図4に示されるように、加熱装置5は、定着ベルト53の内部において、定着ベルト53の長手方向(幅方向D2)に並んで配置された3つのヒーター51(51a,51b,51c)を有する。
具体的には、加熱装置5は、中央ヒーター51aと、第1端部ヒーター51bと、第2端部ヒーター51cと、を有する。中央ヒーター51aは、本発明の中央ヒーターの一例であり、第1端部ヒーター51bは、本発明の第1ヒーターの一例である。また、第1端部ヒーター51b及び第2端部ヒーター51cは、本発明の複数のヒーターの一例である。各ヒーター51によって、定着ベルト53の内周面53aが加熱される。
中央ヒーター51aは、定着ベルト53の長手方向の中央部80cを加熱するためのものであり、中央部80cに対応して配置されている。第1端部ヒーター51b及び第2端部ヒーター51cは、定着ベルト53の長手方向に沿って並んで配置されており、二つで一対をなしている。第1端部ヒーター51b及び第2端部ヒーター51cは、詳細には、それぞれの間に中央ヒーター51aが配置されるように、中央ヒーター51aを間に挟むようにして配置されている。第1端部ヒーター51b及び第2端部ヒーター51cは、中央部80cよりも前記長手方向の外側の両端部80eを加熱するためのものであり、両端部80eそれぞれに対応して配置されている。本実施形態では、中央ヒーター51a、第1端部ヒーター51b、及び第2端部ヒーター51cは、定着ベルト53の長手方向に沿って一列に配置されている。
定着ベルト53は、定着装置48によって定着可能な最大幅のシート9と接触可能な長さに形成されている。本実施形態では、A3サイズ(420mm×297mm)のシートが定着装置48で定着可能であり、定着ベルト53は、A3サイズの短手寸法(297mm)よりも長く形成されている。このような定着ベルト53に対して、中央ヒーター51aは、定着ベルト53の長手方向の中心を基準にA4サイズ(297mm×210mm)の短手寸法と同じ長さの中央部80cを加熱可能に構成されている。また、定着ベルト53に対して、第1端部ヒーター51b及び第2端部ヒーター51cそれぞれは、定着ベルト53の中央部80cの長手方向の外縁から定着ベルト53の長手方向の端縁に至る端部80eを加熱可能に構成されている。
また、加熱装置5には、2つの温度センサー56(56a,56b)が設けられている。中央ヒーター51aの表面に中央温度センサー56aが設けられており、第1端部ヒーター51bの表面に端部温度センサー56bが設けられている。中央温度センサー56aは、本発明の第2温度センサーの一例であり、端部温度センサー56bは、本発明の第1温度センサーの一例である。なお、第2端部ヒーター51cには温度センサーは設けられていない。
中央温度センサー56aは、温度測定対象である中央ヒーター51aの表面に直接取り付けられており、中央ヒーター51aの温度を直接に検知する。中央温度センサー56aから出力されるセンサー信号は、制御装置8に送出されて、制御装置8が前記センサー信号に基づいて中央ヒーター51aの温度を算出する。
端部温度センサー56bは、温度測定対象である第1端部ヒーター51bの表面に直接取り付けられており、第1端部ヒーター51bの温度を直接に検知する。端部温度センサー56bから出力されるセンサー信号は、制御装置8に送出されて、制御装置8が前記センサー信号に基づいて第1端部ヒーター51bの温度を算出する。
図5は、複数のヒーター51の給電ラインL1,L2の接続状態を示す図である。図5に示されるように、第1端部ヒーター51b及び第2端部ヒーター51cそれぞれには、第1給電ラインL1が接続されており、第1給電ラインL1を通じて電源70から電力が供給される。本実施形態では、第1端部ヒーター51b及び第2端部ヒーター51cは、第1給電ラインL1によって直列に接続されている。また、端部温度センサー56bは、第1給電ラインL1に対して直列に接続されている。また、第1給電ラインL1に、当該第1給電ラインL1を通電又は遮断するための電磁接触器SW1が設けられている。なお、電磁接触器SW1は、制御装置8によってオンオフ制御される。
また、中央ヒーター51aには、第1給電ラインL1に並列接続された第2給電ラインL2が接続されている。つまり、中央ヒーター51aは、第1端部ヒーター51b及び第2端部ヒーター51cに対して並列に設けられている。中央ヒーター51aは、第2給電ラインL2を通じて電源70から電力が供給される。また、中央温度センサー56aは、第2給電ラインL2に対して直列に接続されている。また、第2給電ラインL2に、当該第2給電ラインL2を通電又は遮断するための電磁接触器SW2が設けられている。なお、電磁接触器SW2は、制御装置8によってオンオフ制御される。
以上説明したように、各ヒーター51が、図5に示すように第1給電ラインL1及び第2給電ラインL2によって接続されているため、仮に、電磁接触器SW1が故障するなどして短絡して、第1端部ヒーター51b及び第2端部ヒーター51cへの電力供給を停止できない状況になった場合でも、端部温度センサー56bが異常温度を検出し、内部の導通部を破断して第1給電ラインを遮断する。これにより、第1端部ヒーター51b及び第2端部ヒーター51cそれぞれへの電力供給を遮断し、各ヒーター51b,51cによる異常加熱を防止することができる。この構成であれば、第1端部ヒーター51b及び第2端部ヒーター51cに対して一つの端部温度センサー56bを設けるだけで、短絡による異常加熱から第1端部ヒーター51b及び第2端部ヒーター51cや、第1給電ラインL1上の各機器などを保護することができる。その結果、温度センサーの設置数を削減することができ、加熱装置5の内部回路を簡素化することができる。
なお、上述の実施形態では、中央ヒーター51aが第2給電ラインL2に接続され、第1端部ヒーター51b及び第2端部ヒーター51cが第1給電ラインL1に直列接続された構成について例示したが、本発明はこの構成に限られない。例えば、中央ヒーター51a、第1端部ヒーター51b、及び第2端部ヒーター51cの全てが共通の給電ラインに直列に接続されていてもよい。この場合、各ヒーター51に対して一つの温度センサーを設ければよい。
また、上述の実施形態では、温度センサー56は、ヒーター51の温度を直接検知するものとして説明したが、例えば、温度センサー56は、ヒーター51によって加熱される定着ベルト53の内周面53a上の加熱領域の温度を測定するものであってもよい。この場合、温度センサー56は、前記加熱領域から発せられる赤外線を計測することで温度を測定する非接触式の温度センサーである。また、この構成において、制御装置8は、温度センサー56のセンサー出力に基づいて前記加熱領域の温度が異常温度に達したと判断した場合に、対応する電磁接触器SW1,SW2をオフにする制御を行う。
また、本発明は、定着装置48を備える画像形成装置10の発明と捉えることが可能であり、また、定着装置48単体の発明と捉えることも可能である。
5 :加熱装置
6 :加圧ローラー
8 :制御装置
10 :画像形成装置
48 :定着装置
50 :ヒーター給電回路
51a :中央ヒーター
51b :第1端部ヒーター
51c :第2端部ヒーター
52 :支持部材
53 :定着ベルト
53a :内周面
56a :中央温度センサー
56b :端部温度センサー
80c :中央部
80e :端部
511 :熱放射面
L1 :第1給電ライン
L2 :第2給電ライン
Np1 :ニップ部

Claims (2)

  1. シートの搬送路の定着位置において前記シート上のトナー像を加熱することにより前記トナー像を前記シートに定着させる定着装置であって、
    前記シートの定着面に接触した状態で回転可能に支持され、前記シートの幅方向に長い筒状の被加熱部材と、
    前記被加熱部材の内部に設けられ、前記被加熱部材の内周面を加熱する加熱部と、を備え、
    前記加熱部は、
    前記被加熱部材の長手方向に並んで配置され、前記被加熱部材が回転された場合に熱放射面が前記被加熱部材の前記内周面と摺動するよう配置された少なくとも3つのヒーターと、
    前記3つのヒーターのうちの一つは、前記被加熱部材の長手方向の中央部を加熱する中央ヒーターであり、他の二つは、前記被加熱部材の前記中央部よりも外側の両端部それぞれを加熱する一対の端部ヒーターであり、
    前記一対の端部ヒーターのうちの一方の第1ヒーターにおける前記熱放射面の反対側の表面に直接に取り付けられ、前記第1ヒーターの温度を直接に検出する第1温度センサーと、
    前記中央ヒーターにおける前記熱放射面の反対側の表面に直接に取り付けられ、前記中央ヒーターの温度を直接に検出する第2温度センサーと、を有し、
    前記一対の端部ヒーターそれぞれは、第1給電ラインによって直列に接続され、
    前記中央ヒーターは、前記第1給電ラインとは別の第2給電ラインによって前記一対の端部ヒーターに対して並列に接続され、
    前記第1温度センサーは、前記第1給電ラインに直列に接続されており、前記第1ヒーターの異常温度を検出した場合に内部の導通部を破断して前記第1給電ラインを遮断するサーモスタットであり、
    前記第2温度センサーは、前記第2給電ラインに直列に接続されており、前記中央ヒーターの異常温度を検出した場合に内部の導通部を破断して前記第2給電ラインを遮断するサーモスタットである、定着装置。
  2. シートにトナー像を転写する転写装置と、
    前記トナー像を前記シートに定着させる請求項1に記載の定着装置と、を備える画像形成装置。

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