KR100445117B1 - 잉크 카트리지의 압력조절장치 및 이를 구비하는 인쇄기용잉크 카트리지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 인쇄기용 잉크 카트리지는, 개방된 일측에 커버부재가 장착됨으로써 그 내부에 잉크가 저장되는 잉크레저버가 형성되는 케이스와, 그 케이스 내부에 설치되어 잉크레저버 내부에 소정 크기의 부압을 형성시키는 압력조절장치를 포함하며, 압력조절장치는, 커버부재의 장착시 잉크레저버의 일측에 배치되도록 커버부재의 하단에 일체로 형성되어 커버부재와 압력조절장치가 단일의 패키지로 모듈화된다. 이에 따라, 잉크 카트리지의 제작 및 조립이 보다 용이하게 이루어질 수 있으며, 잉크 카트리지 내부에 주입된 초기 잉크의 양에 대비한 실질적인 잉크의 사용양을 증대시킬 수 있다.

Description

잉크 카트리지의 압력조절장치 및 이를 구비하는 인쇄기용 잉크 카트리지 { Pressure regulation device for ink cartridge and ink cartridge having the same for printer }

본 발명은 인쇄기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 잉크 카트리지 내부에 설치되어 내부에 저장되는 잉크의 용량에 따라 잉크레저버의 내부에 형성되는 압력을 조절하는 압력조절장치와 이를 구비하는 인쇄기용 잉크 카트리지에 관한 것이다.

통상적으로 잉크 카트리지는 잉크의 정밀한 패턴분배가 요구되는 프린터, 플로터 및 회로 마스크의 레이아웃과 같이 잉크분사를 이용하여 화상을 인쇄하는 인쇄기에 사용된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 잉크 카트리지(100)는 케이스(110)와, 압력조절장치(130) 및 잉크노즐(120)을 포함한다.

상기 케이스(110)는 잉크 카트리지(100)의 외곽을 형성하며, 그 내부에는 잉크노즐(120)을 통해 외부로 분사될 잉크(10)를 수용하는 소정 체적의 잉크레저버(115)가 형성되어 있다.

상기 압력조절장치(130)는 잉크 카트리지(100)의 구동시 잉크노즐(120)을 통해 잉크(10)가 분사된 후에 그 잉크노즐(120)을 통해 상기 잉크(10)가 누수되는 것을 억제하기 위해 상기 잉크레저버(115) 내부에 소정 크기의 부압을 형성시키기 위한 것이다.

이와 같은 기능을 수행하는 통상의 압력조절장치(130)는 케이스(110)의 일측에 형성된 공기출입공(131)과, 상기 공기출입공(131)과 잉크레저버(115) 내부를 연결시키는 소정 형상의 공기유로(132) 및 그 공기유로(132)를 잉크레저버(115)로부터 차단시킴과 동시에 잉크레저버(115)에 남아있는 잉크용량의 변화에 따라 잉크레저버(115)의 내부에 부압을 형성시키는, 예를 들어 도 2에 도시된 볼(133)과 같은 공기유입장치를 포함한다.

이와 같이 구성된 종래의 압력조절장치(130)는 공기유로(132), 공기출입공(131) 등을 케이스(110)에 형성시키고, 별도의 볼(133) 등을 더 설치해야 하기 때문에 그 구조가 복잡하다. 이에 따라, 잉크 카트리지(100)의 제조 및 조립이 번거로운 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해 스폰지와 같이 다공성 재질의 압력조절부재(미도시)를 잉크레저버(115)에 삽입시켜 잉크레저버(115) 내부의 압력을 조절하는 방법도 사용하기도 한다.

그러나, 이와 같이 다공성 재질의 압력조절부재를 사용하는 경우 잉크 카트리지(100)의 구조가 간단하여 그 제조 및 조립이 용이하게 이루어지는 효과가 있으나, 잉크 카트리지(100) 내부에 주입된 잉크(10)의 용량 대비 실질적으로 사용 가능한 잉크(10)의 용량이 대략 50~70%에 지나지 않은 문제점이 있다. 따라서, 잉크 카트리지(100)의 내부에 수용된 잉크(10)를 다 사용하지 못한채로 잉크 카트리지(100)를 새것으로 교체하거나, 잉크(10)를 다시 충전시켜야 하는 등 인쇄기의 유지비용이 과다하게 드는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 장착 구조가 간단하여 잉크 카트리지의 조립공정을 단순화시킴과 동시에 잉크레저버에 수용된 잉크의 사용율을 향상시킬 수 있도록 개선된 압력조절장치 및 이를 구비한 인쇄기용 잉크 카트리지를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 잉크 카트리지를 도시해 보인 외관 사시도,

도 2는 도 1의 A-A 단면선을 따라 종래의 잉크 카트리지의 단면을 도시해 보인 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 잉크 카트리지를 도시해 보인 분리 사시도,

도 4는 도 3의 B-B 단면선을 따라 압력조절장치의 단면을 도시해 보인 단면도,

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 잉크 카트리지의 사용예를 단계별로 도시해 보인 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

200 : 잉크 카트리지 210 : 케이스

215 : 잉크레저버 230 : 압력조절장치

231 : 커버부재 231a: 공기출입공

231b : 잉크충전공 232 : 하우징

233 : 공간부 233a : 개구부

234 : 신축주머니 235 : 탄성체

236 : 압력조절실 240 : 잉크소진 감지장치

241 : 마그네틱 부재 242 : 자기센서

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인쇄기용 잉크 카트리지는, 개방된 일측에 커버부재가 장착됨으로써 그 내부에 잉크가 저장되는 잉크레저버가 형성되는 케이스와, 상기 케이스 내부에 설치되어 상기 잉크레저버 내부에 소정 크기의 부압을 형성시키는 압력조절장치를 포함하며, 상기 압력조절장치가, 상기 커버부재의 장착시 상기 잉크레저버의 일측에 배치되도록 상기 커버부재의 하단에 일체로 형성되어 상기 커버부재와 상기 압력조절장치가 단일의 패키지로 모듈화된 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 잉크 카트리지의 조립 및 제조가 보다 간편하게 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 압력조절장치는, 커버부재; 일측에 개구부가 형성된 공간부가 내부에 형성되도록 상기 커버부재의 하면에 일체로 설치된 하우징; 상기 개구부를 덮도록 설치되되 그 중앙부가 상기 개구부를 통해 상기 하우징 내부에 자유로운 출입이 가능하게 설치되어 체적변화가 가능한 압력조절실을 상기 잉크레저버로부터 차단되게 상기 하우징의 내부에 구획형성시키는 신축주머니; 상기 압력조절실과 연통되도록 상기 커버부재에 형성된 공기출입공; 상기 압력조절실 내부에 설치되어 상기 신축주머니를 상기 압력조절실의 내벽측으로 잡아당기는 탄성체;를 포함한다.

이에 의하면, 잉크카트리지 내부에 주입된 잉크의 용량에 대해 실질적으로 사용되는 잉크의 용량을 증대시키고, 주변환경 변화에 따라 잉크가 팽창되더라도 신축주머니의 자체 탄성복원력으로 적정 부압을 유지시킬 수 있다.

여기서, 상기 신축주머니는, 상기 잉크레저버에 저장된 상기 잉크의 소모시, 상기 탄성체의 탄성력을 이기고 그 중앙부가 상기 하우징의 개구부를 관통하여 상기 개구부와 마주하는 상기 케이스의 내벽측으로 이동함으로써 상기 압력조절실을 확대시킨다.

그리고, 상기 신축주머니와 상기 케이스의 접촉시 상호 접촉될 수 있도록 상기 잉크레저버의 내벽과 상기 신축주머니 각각에 설치된 자기 센서와, 마그네틱 부재를 포함하는 잉크소진 감지장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 외부로부터 상기 잉크레저버로 주입되는 잉크의 유입통로로서 상기 커버부재를 관통하도록 형성된 잉크충전공을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄기용 잉크 카트리지(200)는, 케이스(210)와, 압력조절장치(230)와, 잉크노즐(220)을 포함한다.

상기 케이스(210) 내부에는 분사될 잉크(10;도 2참조)가 수용되는 공간인 잉크레저버(215)가 형성된다. 상기 잉크레저버(215)는 커버부재(231)가 케이스(210)의 상단에 장착되어 그 잉크레저버(215)의 개방된 일측을 덮음에 따라 잉크 카트리지(200) 내부에 밀폐된 공간으로 형성된다. 상기 잉크레저버(215)에 수용된 잉크는 인쇄기의 구동시 잉크노즐(220)을 통해 소정 패턴으로 분사된다. 한편, 본 발명에서의 잉크노즐(220)은 현재 통용되는 형태를 모두 채용하여 사용할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 압력조절장치(230)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 잉크레저버(215) 내부에 소정 크기의 부압을 형성시키기 위한 장치이다. 이런 기능을 수행하기 위해 압력조절장치(230)는, 커버부재(231)와, 하우징(232)과, 신축주머니(234)와, 탄성체(235) 및 공기출입공(231a)을 포함하며, 이러한 구성품들은 케이스(210)의 상단에 장착되는 커버부재(231)와 일체로 형성된다. 즉, 압력조절장치(230)를 단일의 패키지로 모듈화가 가능하게 구성할 수 있는 것이다. 이에 따라, 종래와 같이 압력조절장치(230)를 케이스(210)의 내부에 별도로 설치하지 않아도 되고, 케이스(210)에 복잡한 형상의 공기출입공(231a)을 형성시키지 않아도 된다. 따라서, 잉크 카트리지(200)의 제조 및 조립공정이 단순화될 수 있다.

이렇게, 압력조절장치(230)를 모듈화시키기 위해, 상기 하우징(232)은 커버부재(231)의 하면에 상기 커버부재(231)와 일체적으로 설치된다. 하우징(232)의 내부에는 일측면에 개구부(233a)가 형성된 공간부(233)가 형성된다. 커버부재(231)가 케이스(210)에 장착되면 하우징(232)은 잉크레저버(215) 내부에 배치되며, 상기 공간부(233)는 개구부(233a)를 통해 잉크레저버(215)와 연통된 상태가 된다.

상기 신축주머니(234)는, 예를 들어, 고무와 같이 그 형상변화시 원래의 형상으로 스스로 복귀가 가능하도록 소정 크기의 탄성복원력을 가지는 재질로 형성되며, 개구부(233a)를 덮도록 공간부(233)의 내측에 설치된다. 이때, 상기 신축주머니(234)는 그 중앙부가 상기 개구부(233a)를 통한 공간부(233)로의 자유로운 출입이 가능하도록 그 테두리가 상기 개구부(233a)에 고정된다. 이에 따라, 상기 공간부(233)의 내부에는 상기 신축주머니(234)에 의해 상기 잉크레저버(215)로부터 차단되는 별도의 압력조절실(236)이 구획형성된다. 여기서, 상기 압력조절실(236)은 커버부재(231)를 관통하도록 형성된 공기출입공(231a)과 연통됨으로써 그 내부에 대기와 동일한 기압이 작용하게 된다. 또한, 신축가능한 신축주머니(234)의 형상변화에 따라 상기 압력조절실(236)의 체적이 가변되는 것은 물론이다.

한편, 잉크카트리지(200)의 주변 환경이 변화하게 되면 잉크의 체적이 변화하게 되는데 특히 잉크의 체적이 증가하게 되면 부압의 크기가 줄어든다. 그러나, 본 실시예에서와 같이 신축주머니(234)를 구비하는 경우, 환경변화에 따른 잉크의 체적증가를 신축주머니(234)의 자체 탄성력으로 상쇄시킬 수 있다.

미설명 부호 234a는 신축주머니(234)의 일측에 연결된 탄성체(235)를 지지하고 신축주머니(234)의 일측 형상을 유지시키기 위한 지지부재(234a)이며, 신축주머니(234)의 해당 부분의 두께를 두껍게 할 경우 상기 지지부재(234a)는 설치되지 않아도 무방하다.

상기 탄성체(235)는 상기 압력조절실(236)의 내부에 설치되며, 개구부(233a)와 마주하는 하우징(232)의 내벽과 신축주머니(234)의 사이를 연결하도록 설치된다. 그리고, 상기 탄성체(235)는 신축주머니(234)를 압력조절실(236)의 내측으로 당겨줄 수 있도록 인장스프링 역할을 수행하는 코일스프링의 형태로 구성된다. 이에 따라, 상기 신축주머니(234)는 자체 탄성복원력과 상기 탄성체(235)의 탄성력의 상관관계에 의해 상기 압력조절실(236)의 체적을 일정하게 유지시킬 수 있다. 그러나, 상기 압력조절장치(230)가 케이스(210)에 장착된 이후의 신축주머니(234)는 잉크레저버(215)에 수용된 잉크의 사용량에 따라 상기 공간부(233)의 개구부(233a)와 마주보는 케이스(210)의 내벽측으로 이동한다. 여기서, 탄성체(235)는 신축주머니(234)의 탄성복원력과 잉크레저버(215) 내부의 압력변화등을 고려하여 적절한 탄성력을 가지는 것을 선택해야 한다. 본 실시예에서의 탄성체(235)는 신축주머니(234)의 탄성복원력보다 큰 탄성력을 가지는 것이 채용되어, 잉크 카트리지(200)에 잉크가 충전된 이후에 상기 탄성체(235)가 신축주머니(234)를 잡아당겨 잉크레저버(215)의 내부에 소정 크기의 부압이 형성되게 한다. 한편, 본 실시예에서의 탄성체(235)는 비록 코일스프링의 형태로 구성된 것으로 한정하여 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 신축주머니(234)를 압력조절실(236)의 내측으로 잡아당길 수 있도록 구성될 수 있다면 다양하게 변형실시가 가능할 것이다.

한편, 잉크 카트리지(200)은 그 내부에 수용된 잉크의 소진여부를 판별할 수 있도록 별도의 잉크소진 감지장치를 구비한다. 통상적으로, 잉크소진 감지장치로서 광센서 등의 다양한 방법을 이용하여 사용하기는 하지만 다공성 재질의 압력조절부재(미도시)들이 흡수하는 잉크의 양을 미리 계산하는 등의 그 잉크소진 감지장치의설치 및 운용에 있어서 매우 번거로왔다. 그러나, 전술된 바와 같이 구성된 압력조절장치(230)를 가지는 잉크 카트리지(200)는 잉크의 소진 상태를 종래보다 간단한 장치를 사용함으로써 측정할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 잉크 카트리지(200)는, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 잉크의 완전소모시 케이스(210)의 내벽에 접촉되는 신축주머니(234)와 상기 케이스(210)의 내벽과의 접촉시 상기 마그네틱 부재(241)와 접촉되도록 케이스(110)의 내벽 상에 설치된 자기센서(242)를 구비하는 잉크소진 감지장치(240)를 더 구비함으로써 잉크의 소진을 보다 용이하고 정확하게 감지할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄기용 잉크 카트리지의 작동을 첨부된 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한다.

먼저, 잉크 카트리지(200)의 케이스(210)에 커버부재(231)를 장착하여 잉크레저버(215)의 내부에 압력조절장치(230)를 설치한 후에, 커버부재(231)의 잉크충전공(231b)을 통해 잉크를 주입한다.

이렇게 잉크를 주입하고 나면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 신축주머니(234)의 중심부는 하우징(232) 내부에 위치하게 된다. 이때, 상기 신축주머니(234)에 의해 하우징(232)의 내부에서 구획형성되는 압력조절실(236)은 탄성체(235)가 설치되지 않았을 때 보다 소정 크기로 수축된 상태에 있게 된다. 이는 신축주머니(234)의 탄성력보다 소정 크기로 크게 설정되어 신축주머니(234)를 압력조절실(236)의 내벽측으로 잡아당기는 탄성체(235)의 탄성력에 의한 것이다. 이에 따라, 잉크레저버(215)의 내부에는 대기압보다 작은 크기의 압력, 즉 부압이 형성되어 잉크가 잉크노즐(220)을 통해 누수되는 것을 억제할 수 있다.

한편, 인쇄기가 구동되어 잉크 카트리지 내부에 충전된 잉크가 소모되기 시작하면, 도 5b에 도시된 화살표의 방향으로, 신축주머니(234)는 압력조절실(236)의 부피가 커지는 방향, 즉, 케이스(210)의 내벽측으로 이동된다. 이때도, 탄성체(235)의 탄성력에 의해 잉크의 소모량보다 가변되는 압력조절실(236)의 크기가 작게 형성됨으로써, 잉크레저버(215)의 내부는 계속해서 부압이 작용되는 상태에 있게 된다.

도 5c에 도시된 바와 같이, 잉크 카트리지(200)의 내부에 충전된 잉크가 완전히 소모되면, 압력조절실(236)의 부피가 계속해서 증가함에 따라 신축주머니(234)는 케이스(210) 내벽에 완전히 접촉된다. 이와 같이, 신축주머니(234)와 케이스(210)의 내벽이 접촉된 상태에서는 상기 압력조절실(236)의 체적이 상기 잉크레저버(215)의 대부분의 공간을 차지한다. 상기 압력조절실(236)이 최대로 커질 때의 체적은 설정하기 나름이지만, 본 실시예에 의할 경우 압력조절실(236)이 최대로 확장되었을 때에, 잉크레저버(215)의 내부에 수용된 잉크의 90%이상에 해당되는 양의 잉크를 사용할 수 있게 된다.

한편, 전술된 바와 같이, 신축주머니(234)에는 마그네틱 부재(241)가 설치되고, 잉크레저버(215)의 내벽상에는 자기센서(242)가 설치되어 있다. 이에 의해, 도 5c에 도시된 바와 같이, 잉크레저버(215)의 내부에 충전된 잉크의 완전소모시 신축주머니(234)가 케이스(210)의 내벽에 접촉되면 상기 마그네틱 부재(241)와 자기센서(242)는 상호 접촉되게 된다. 이에 따른 자기의 변화를 홀효과(Hall effect)를이용하는 자기센서(242)가 측정하여 잉크의 완전소진 감지신호를 출력함으로써 잉크의 소진감지가 가능하게 된다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 압력조절장치는 케이스에 장착되는 커버부재에 각 구성품들이 일체로 형성됨으로써 단일의 패키지로 모듈화된다. 이에 따라, 잉크 카트리지의 조립공정이 단순해지는 장점이 있다.

또한, 잉크레저버 내부에 수용된 잉크의 잔유량에 따라 그 체적이 가변되는 압력조절실을 이용하여 잉크레저버의 내부의 부압을 조절함으로써 다공성재질의 압력조절부재를 사용하는 종래의 잉크 카트리지에 비해 잉크 카트리지 내부에 주입된 용량 대비 실질적인 잉크의 사용량의 비율을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (7)

1. 잉크노즐에 공급될 잉크가 충전되는 잉크레저버의 내부에 배치되도록 잉크 카트리지의 내측에 설치되어 상기 잉크레저버의 내부에 부압을 형성시키는 잉크 카트리지의 압력조절장치에 있어서,

   잉크 카트리지의 케이스의 개방된 일측에 장착되어 상기 케이스 내부에 밀폐된 공간인 상기 잉크레저버를 형성시키며, 잉크충전공 및 공기출입공이 상호 이격되게 관통형성된 커버부재;

   상기 커버부재의 하면에 일체로 형성되어 상기 커버부재와 상기 케이스의 결합시 상기 케이스의 내부에 배치되고, 그 내부에는 상기 공기출입공을 통해 외부 대기와 연결되며 일측이 개방된 압력조절실이 형성되는 하우징;

   상기 하우징의 개방면을 덮도록 설치되어 상기 압력조절실을 상기 잉크레저버로부터 차단시키며, 상기 잉크레저버의 압력변화에 대응하여 탄력적으로 변형되어 상기 압력조절실의 체적을 가변시키는 신축주머니; 및

   상기 압력조절실 내부에 설치되어 상기 신축주머니를 상기 압력조절실의 내벽측으로 잡아당기는 탄성체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 카트리지의 압력조절장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 신축주머니는,

   상기 잉크레저버에 저장된 상기 잉크의 소모시, 상기 탄성체의 탄성력을 이기고 그 중앙부가 상기 하우징의 개구부를 관통하여 상기 개구부와 마주하는 상기 잉크레저버의 내벽측으로 이동함으로써 상기 압력조절실을 확대시키는 것을 특징으로 하는 잉크 카트리지의 압력조절장치.
3. 일측이 개방된 잉크레저버가 내부에 형성된 케이스;

   상기 잉크레저버의 개방면을 덮도록 상기 케이스에 장착되며, 상기 잉크레저버와 외부 대기를 연결시키는 잉크충전공이 관통형성된 커버부재; 및

   상기 커버부재가 상기 케이스에 장착될 때 상기 케이스의 내부에 위치하도록 상기 커버부재의 일측면에 일체로 형성되며, 상기 잉크레저버 내부에 소정 크기의 부압을 형성시키는 압력조절장치;를 포함하며,

   상기 압력조절장치는,

   상기 커버부재에 관통형성된 공기출입공;

   상기 공기출입공을 통해 외부 대기와 공기소통가능하게 연결되며, 그 외벽 일부가 상기 잉크레저버의 압력변화에 대응하여 신축가능한 재질로 형성된 압력조절실; 및

   상기 압력조절실 내부에 설치되어 상기 신축가능한 외벽 일부를 상기 압력조절실의 내부로 잡아당기는 탄성체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄기용 잉크 카트리지.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 압력조절장치는,

   상기 커버부재의 하면에 상기 커버부재와 일체로 형성되어 상기 압력조절실의 외벽을 형성시키며, 일측이 개방되어 상기 압력조절실과 상기 잉크레저버가 연결되도록 하는 하우징; 및

   상기 하우징의 개방면을 덮어 상기 압력조절실이 상기 잉크레저버로부터 차단되게 하며, 상기 탄성체와 연결되는 신축주머니;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄기용 잉크 카트리지.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 신축주머니는,

   상기 잉크레저버에 저장된 상기 잉크의 소모시, 상기 탄성체의 탄성력을 이기고 그 중앙부가 상기 하우징의 개구부를 관통하여 상기 개구부와 마주하는 상기 케이스의 내벽측으로 이동함으로써 상기 압력조절실을 확대시키는 것을 특징으로 하는 인쇄기용 잉크 카트리지.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 신축주머니와 상기 케이스의 접촉시 상호 접촉될 수 있도록 상기 잉크레저버의 내벽과 상기 신축주머니 각각에 설치된 자기 센서와, 마그네틱 부재를 포함하는 잉크소진 감지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄기용 잉크 카트리지.
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