(57)【要約】【課題】感光体電荷輸送層の厚さを用いて感光体の推定寿命を予測する。【解決手段】感光体電荷輸送層を有する感光体と、コロノードワイヤおよび当該コロノードワイヤと前記感光体電荷輸送層の間に配置されたスコロトロングリッドを含むスコロトロン帯電器であって、コロナ放電を用いて前記感光体電荷輸送層の表面に向けてイオンを発生させる、感光体層を帯電させるべく構成されたスコロトロン帯電器と、前記コロノードワイヤに供給される電流を測定して第１の電流値を出力する第１の電流測定器と、前記スコロトロングリッドに送られている電流を測定して第２の電流値を出力する第２の電流測定器と、前記第１の電流値から前記第２の電流値を減算することにより前記感光体電荷輸送層に送られる電流を判定して、当該電流を用いて前記感光体電荷輸送層の厚さを判定するプロセッサと、を含む装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体電荷輸送層を有する感光体と、
コロノードワイヤおよび当該コロノードワイヤと前記感光体電荷輸送層の間に配置されたスコロトロングリッドを含むスコロトロン帯電器であって、コロナ放電を用いて前記感光体電荷輸送層の表面に向けてイオンを発生させる、感光体層を帯電させるべく構成されたスコロトロン帯電器と、
前記コロノードワイヤに供給される電流を測定して第１の電流値を出力する第１の電流測定器と、
前記スコロトロングリッドに送られている電流を測定して第２の電流値を出力する第２の電流測定器と、
前記第１および第２の電流値を受信し、前記第１の電流値から前記第２の電流値を減算することにより前記感光体電荷輸送層に送られる電流（Ｉdynamic）を判定して、当該電流（Ｉdynamic）を用いて前記感光体電荷輸送層の厚さを判定するプロセッサと、
を含む感光体電荷輸送層厚判定装置。
【請求項２】
コロノードワイヤおよび当該コロノードワイヤと感光体電荷輸送層の間に配置されたスコロトロングリッドを含むスコロトロン帯電器により帯電される感光体の感光体電荷輸送層の厚さを判定する方法であって、
前記コロノードワイヤに供給される電流を測定して第１の電流値を出力するステップと、
前記スコロトロングリッドからの電流を測定して第２の電流値を出力するステップと、
前記第１の電流値から前記第２の電流値を減算することにより前記感光体電荷輸送層に送られる電流（Ｉdynamic）を判定するステップと、
前記電流（Ｉdynamic）を用いて前記感光体電荷輸送層の厚さを判定するステップと、
を含む方法。
【請求項３】
感光体電荷輸送層を有する感光体と、
コロノードワイヤおよび当該コロノードワイヤと前記感光体電荷輸送層の間に配置されたスコロトロングリッドを含むスコロトロン帯電器であって、コロナ放電を用いて前記感光体電荷輸送層の表面に向けてイオンを発生させる、感光体層を帯電させるべく構成されたスコロトロン帯電器と、
前記コロノードワイヤに供給される電流を測定して第１の電流値を出力する第１の電流測定器と、
前記スコロトロングリッドに送られている電流を測定して第２の電流値を出力する第２の電流測定器と、
前記第１および第２の電流値を受信し、前記第１の電流値から前記第２の電流値を減算することにより前記感光体電荷輸送層に送られる電流（Ｉdynamic）を判定して、当該電流（Ｉdynamic）を用いて前記感光体電荷輸送層の厚さを判定するプロセッサと、
を含む感光体電荷輸送層厚判定装置を有する電子写真装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スコロトロン帯電器を用いて装置の感光体電荷輸送層の厚さを判定する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、複写機、およびファクシミリ機等の機器は、感光体電荷輸送層を有する感光体（光伝導体としても知られる）を用いる。感光体の一種類は感光体ドラムとして知られる（光伝導体ドラムとしても知られる）。感光体ドラムは使用するにつれて感光体電荷輸送層の厚さが薄くなり、ある厚さになった時点で感光体電荷輸送層に不具合が生じる。このため、感光体ドラムの製造業者は通常、機器内の感光体ドラムを交換する一定の間隔を設定している。この一定の間隔は、製造業者により、特定種類の感光体ドラムの全台数に対して設定されていて、感光体ドラムを備えた機器をユーザーが実際に使用する仕方や環境を考慮していない。通常、感光体ドラムを一定の間隔で交換することで、結果的に個々の機器の使い方に応じて必要とされるよりも頻繁に感光体ドラムを交換することになる。
【０００３】
感光体ドラムを一定の間隔で交換するのではなく、感光体電荷輸送層の厚さをその都度判定して当該感光体ドラムの不具合の予測に利用できるものと考えられてきた。感光体に基づいて感光体上での感光体電荷輸送層の不具合を予測することにより、所定の間隔で感光体ドラムを交換する必要性がなくなる。これによりユーザーは、感光体電荷輸送層がまさに不具合が生じる時点まで各々の感光体ドラムを稼動させることにより感光体ドラムを備えた機器の運用コストを減らすことができる。
【０００４】
バイアス帯電ロールチャージャを使用する機器における感光体電荷輸送層の厚さをその都度判定可能にすべく努力がなされてきた。この努力は、バイアス帯電ロールチャージャの主要且つ特徴的な挙動、特に電荷曲線の特徴的な「膝部（knee）」における感光体電圧の飽和に基づいている。
【０００５】
多くのマーキングエンジンは依然として感光体の非接触帯電を用いている。非接触帯電の一種にスコロトロン帯電があり、コロナ放電を用いて感光体電荷輸送層の表面へ向けてイオンを発生させる。スコロトロンは通常、当該コロノードワイヤと共に、当該コロノードワイヤと感光体電荷輸送層の表面との間に配置された金属メッシュまたはスクリーンにより形成されたスコロトロングリッドを含んでいる。スコロトロングリッドは、感光体電荷輸送層の表面で望ましい電位付近までバイアスが掛けられる。感光体電荷輸送層の表面電位がスコロトロングリッドバイアスの電位に達したならば感光体帯電処理は終了する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
残念ながら、スコロトロン帯電を利用する感光体素子に対して、バイアス帯電ロールチャージャの主要且つ特徴的な挙動は全く適用できない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、スコロトロン帯電器を用いて帯電される感光体電荷輸送層を有する感光体、および感光体電荷輸送層厚を判定する装置を記述する。感光体電荷輸送層の厚さを用いて感光体の推定寿命を予測する。
【０００８】
例示的な実施形態において、感光体電荷輸送層（photoreceptor charge transport layer）を有する感光体と、コロノードワイヤ（coronode wires）および当該コロノードワイヤと当該感光体電荷輸送層の間に配置されたスコロトロングリッド（scorotron grid）を含むスコロトロン帯電器（scorotron charge device）とを含み、当該スコロトロン帯電器が、コロナ放電を用いて当該感光体電荷輸送層の表面に向けてイオンを発生させる感光体層を帯電させるべく構成されている、感光体電荷輸送層厚判定装置を提供する。本装置は更に、コロノードワイヤに供給される電流を測定して第１の電流値を出力する第１の電流測定器と、スコロトロングリッドに送られている電流を測定して第２の電流値を出力する第２の電流測定器と、第１および第２の電流値を受信し、第１の電流値から第２の電流値を減算することにより感光体電荷輸送層に送られる電流を判定して、感光体電荷輸送層に送られる電流を用いて感光体電荷輸送層の厚さを判定するプロセッサとを含んでいる。
【０００９】
各種の例示的な実施形態において、コロノードワイヤおよび当該コロノードワイヤと感光体電荷輸送層の間に配置されたスコロトロングリッドを含むスコロトロン帯電器により帯電される感光体の感光体電荷輸送層の厚さを判定する方法がある。本方法は、コロノードワイヤに供給される電流を測定して第１の電流値を出力するステップと、スコロトロングリッドに送られる電流を測定して第２の電流値を出力するステップと、第１の電流値から第２の電流値を減算することにより感光体電荷輸送層に送られる電流を判定するステップと、感光体電荷輸送層に送られる電流を用いて感光体電荷輸送層の厚さを判定するステップとを含んでいてよい。
【００１０】
各種の例示的な実施形態について以下の図面を参照しながら詳述するが、同一参照番号は類似要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】開示する測定装置と共に使用できる電子写真プリンタの例示的な電子写真ステーションの模式図である。
【図２】感光体電荷輸送層厚を判定する例示的な測定装置の模式図である。
【図３】感光体電荷輸送層厚を判定する例示的な方法のフロー図である。
【図４】ダイナミック電流対厚さをプロットした例示的なグラフである。
【図５】ダイナミック電流対厚さをプロットした別の例示的なグラフである。
【図６】厚さ対印刷カウントをプロットした例示的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照するに、複写機またはレーザープリンタ等のプリンタの例示的な電子写真ステーションの模式図を示す。本開示は図面に示す例示的な実施形態を参照しているが、多くの代替的形式または実施形態が存在することを理解されたい。また、任意の適当な大きさ、形状、または種類の要素や材料を用いてもよい。
【００１３】
図１に示すように、例示的な電子写真ステーションは一般に、受像したトナー１４を中間転写ベルトとしてのベルト１８に転写する感光体ドラム３８を含んでいる。受像したトナー１４の中間転写ベルトへの転写すは図示および記述しているが、本開示はこれに限定されず、受像したトナーをシート状媒体１６に直接転写することもできる。
【００１４】
引き続き図１を参照するに、例示的な電子写真ステーションについて記述するが、これは白黒または多色複写機またはレーザープリンタ、または他の同種の機器であってよい。例示的な複写プロセスを開始するために、文書原本をラスタ入力スキャナ（非図示）上に置いて文書原本から全体の画像を取得し、次いでラスタ出力スキャナ３７へ送信する。図１の例示的な電子写真ステーションの場合、最初に感光体ドラム３８の一部が帯電ステーション６０を通過する。帯電ステーション６０において、スコロトロンは感光体ドラム３８の感光体電荷輸送層６４の表面を比較的高い、ほぼ均一な電位まで帯電させる帯電電圧を発生させる。
【００１５】
図１の例示的な電子写真ステーションにおいて、特定色（例：黒色）の種類のトナーである１個の現像剤２４により１個の潜像が現像される。例示的な実施形態は単一の感光体ドラム３８を備えた単一の電子写真ステーションを有するが、多色コピーを与える複数の電子写真ステーションが存在してもよいため、本開示はこれに限定されない。この場合、各々の電子写真ステーションは、特定の色に対応する潜像を、その色（例： 各々がシアン現像剤、マゼンタ現像剤、黄色現像剤、および黒色現像剤の１色を現像させる感光体ドラムを備えた４個の電子写真ステーション）に対応する現像剤により現像する感光体ドラム３８を有する。
【００１６】
図１に更に示すように、現像された画像２５２は前転写サブシステム５１により帯電されて、バイアス転写ローラ１２を用いてベルト１８に転写され、続いてコピーシートに転写され、次いで当該コピーシートに融着されて単色コピーを形成する。しかし、複数の電子写真ステーションがある場合、特定の色の現像された画像２５２は各々、互いに見当を合わせてベルト１８に順次転写され、続いてコピーシートに転写されてコピーシート上に多色画像を形成し、次いで当該コピーシートに融着されて多色コピーを形成する。
【００１７】
あるいは、各々の現像された画像２５２はシート媒体１６に直接転写され、次いで当該シート媒体に融着されて単色コピーを形成することができる。図１に、現像された画像２５２がシート媒体１６に転写される際にシート媒体１６がベルト１８上に存在するように例示しているが、現像された画像２５２が中間転写ベルトとしてのベルト１８に転写される際にはシート媒体１６がベルト１８上に存在しないことを理解されたい。同様に、複数の電子写真ステーションが存在する場合、各々の現像された画像２５２が互いに見当を合わせて重ねられた状態でシート媒体１６に順次転写されてシート媒体上に多色画像を形成し、次いで当該シート媒体に融着されて多色コピーを形成する。
【００１８】
現像された画像２５２が転写された後で、感光体ドラムは前洗浄サブシステム４８、洗浄サブシステム４９、および消去ランプ５０を用いて洗浄される。複数の電子写真ステーションが存在する場合、各々の感光体ドラムは同様に洗浄される。印刷シート枚数の数え上げは、例えばシートが存在すれば認識する光電池を用いて印刷カウンタ４２により行われる。図１の例示的な電子写真ステーションは、感光体ドラム３８に供給されるシート媒体１６を数えるべく配置された印刷カウンタ４２を示すが、印刷カウンタは感光体ドラム３８から供給されるシート媒体を数える、またはシート媒体上の画像が融着される位置の近く、あるいは他の位置でシート媒体を数えるべく配置できるため、本開示はこれに限定されない。
【００１９】
上の説明は、本開示の特徴が組み込まれた例示的な電子写真ステーションの一般的動作を示すのに充分な筈である。上述のように、例示的な電子写真ステーションは、複写機またはレーザープリンタ機器等のプリンタの一部であっても、他の類似種類の機器またはシステムの一部であってもよい。
【００２０】
図２を参照するに、例示的な帯電ステーション６０を示す。例示的な帯電ステーション６０は、コロナ放電を用いて感光体の電荷輸送層６４の表面へ向けてイオンを生成し、コロノードワイヤ３１０、コロノードワイヤ３１０を覆うスコロトロンシールド３２０（チャージャケースとしても知られる）、およびスコロトロングリッド３７０を含んでいる。スコロトロングリッド３７０は、コロノードワイヤまたは遮蔽された金属メッシュ３１０の直径より大きい直径を有する複数のワイヤを含んでいる。例示的な帯電ステーション６０において、スコロトロンシールド３２０は、コロノードワイヤ３１０の軸方向がスコロトロンシールド３２０の長さ方向であって、感光体ドラム３８を向く表面が開いている導電ボックス部材である。スコロトロングリッド３７０は、スコロトロンシールド３２０の開いた表面の方に向くようにコロノードワイヤ３１０と感光体電荷輸送層６４の表面との間に配置されている。
【００２１】
感光体電荷輸送層６４の表面を帯電させるために、スコロトロングリッド３７０、コロノードワイヤ３１０、およびスコロトロンシールド３２０にバイアス電圧が印加される。スコロトロングリッド３７０に印加されるバイアス電圧は、感光体電荷輸送層６４の表面で望まれる電位に近い電位であって、コロノードワイヤ３１０に印加されるバイアス電圧とは異なる。この例示的な実施形態において、スコロトロングリッド電極３７０に印加されるバイアス電圧は、スコロトロンシールド３２０に印加されるバイアス電圧と同じである。しかし、他の例示的な実施形態において、スコロトロングリッド電極３７０に印加されるバイアス電圧は、スコロトロンシールド３２０に印加されるバイアス電圧と異なっていてよい。感光体電荷輸送層６４の表面電位がスコロトロングリッドバイアスの電位に達したならば、感光体帯電プロセスが終了する。
【００２２】
引き続き図２を参照するに、例示的な帯電ステーション６０はまた、コロノードワイヤ３１０に接続された電流計Ａ１と、スコロトロングリッド３７０およびスコロトロンシールド３２０に接続された電流計Ａ２とを含んでいる。電流計Ａ１はコロノードワイヤ３１０に供給される電流の量である電流値ａ１を与え、電流計Ａ２はスコロトロンシールド３２０およびスコロトロングリッド電極３７０に送られる電流の量である電流値ａ２を与える。電圧検出器３７８は、スコロトロングリッド３７０に接続されていて、スコロトロングリッド３７０における電圧の量である電圧値ｖ１を与える。電流値ａ１、ａ２、および電圧値ｖ１はプロセッサ３８０に送られてメモリ３７２に保存される。プロセッサ３８０は一般に、感光体を用いる機器内にある。ディスプレイ３８５がプロセッサ３８０に接続されている。
【００２３】
感光体電荷輸送層６４の厚さは、感光体電荷輸送層６４に送られる電流（Ｉdynamic）を用いて判定することができる。電流（Ｉdynamic）は、感光体電荷輸送層６４の帯電中にコロノードワイヤ３１０に供給される電流ａ１およびスコロトロングリッド３７０に供給される電流ａ２を測定し、値ａ１、ａ２をメモリ３７２に保存して、ａ１の値からａ２の値を減算することにより判定される。
【００２４】
電流（Ｉdynamic）が判定されたならば、プロセッサ３８０は次いで次式を用いて電流（Ｉdynamic）に対する感光体電荷輸送層６４の厚さを判定する。
＜数１＞
Ｉdynamic＝Ｃｖ（Ｖint−Ｖinitial）（１−ｅ-S/Cv）  （１）
Ｃ＝ε0ｋ／ｄｘ１０6                                  （２）
但し、
ｄ＝判定対象である感光体電荷輸送層の厚さ
ｋ＝感光体電荷輸送層の誘電定数（既知定数）
ε0＝自由空間の誘電率（８．８５ｅ-12に等しい定数）
Ｃ＝感光体電荷輸送層の単位面積当たり静電容量ｕｆ／メートル2（判定対象）
Ｖ＝感光体電荷輸送層の表面速度メートル／秒（既知定数）
Ｖint＝スコロトロン帯電器（測定されたグリッド電圧ｖ１）の遮断電圧（intercept voltage）
Ｖinitial＝帯電前の感光体層表面の電圧（想定固定電圧）
Ｓ＝スコロトロン帯電器の勾配（既知定数）。
【００２５】
プロセッサ３８０は、測定されたグリッド電圧（ｖ１）および既知の値ｋ、ε0、ｖ、Ｖint、Ｖinitial、およびＳをメモリ３７２に保存する。ａ１からａ２を減算することによりＩdynamicが判定されたならば、プロセッサ３８０は式（１）および保存された値を用いて感光体電荷輸送層の静電容量Ｃを判定する。静電容量Ｃが判定された後で、プロセッサ３８０は式（２）および保存された値を用いて感光体電荷輸送層の厚さｄを判定する。
【００２６】
図３は、既知の値ｋ、ε0、ｖ、Ｖint、Ｖinitial、およびＳを用いて感光体電荷輸送層の厚さｄを求めるステップＳ１〜Ｓ４を示すフロー図である。ステップＳ１において、電流計Ａ１により電流ａ１が測定され、電流計Ａ２により電流ａ２が測定される。ステップＳ２において、電流計Ａ１により測定された電流値ａ１から電流計Ａ２により測定された電流値ａ２を減算して感光体電荷輸送層に送られる電流（Ｉdynamic）を与える。ステップＳ３において、電流（Ｉdynamic）を式（１）で用いて感光体電荷輸送層の単位面積当たりの静電容量Ｃを判定する。式（１）を用いてＣを判定した後で、判定された値Ｃを式（２）で用いて感光体電荷輸送層の厚さｄがステップＳ４において判定される。
【００２７】
式（１）、（２）を用いて厚さｄを求める際に通常、以下の仮定を行う。
（ｉ）初期電圧は時間に対して不変な感光体電荷輸送層の残留電圧であってＩdynamicの影響を受けず、
（ｉｉ）切片電圧Ｖintは時間に対して不変な印加グリッド電圧ｖ１であって、環境、印刷カウント、印刷の被覆領域等の影響を受けず、
（ｉｉｉ）帯電素子の勾配Ｓは素子の寿命を通じて一定である。
【００２８】
図４は、ダイナミック電流対厚さをプロットした例示的なグラフであって、Ｉdynamicの６個の測定された値について計算された厚さを（黒い点で）示す。図４の例示的なグラフのＩdynamicの測定値に対して、Ｓ＝１．２μＡ／ｍ−ｖ、ｖ＝３６２ｍｍ／秒、Ｖint＝グリッド電圧＝−６００ボルト、Ｖinitial＝０ボルト、ｋ＝  ３．２であって、感光体電荷輸送層は厚さが１５のμｍに達したならば不具合が生じると推定された。Ｉdynamicの６個の測定された値を接続することにより線が描画された。
【００２９】
しかし、典型的な素子の動作において上記３個の仮定（ｉ）〜（ｉｉｉ）にはリスクがあり得る。実際、残留電圧は、環境、印刷カウント、印刷の被覆領域等に応じて変化する場合がある。更に、帯電素子が汚れるにつれて勾配および遮断（intercept）が変動する場合がある。これにより感光体電荷輸送層の厚さの計算に誤差が加わる恐れがある。典型的な素子の動作において、（ｉ）残留電圧は０〜５０ボルトの範囲で変動し、（ｉｉ）帯電素子の切片電圧は±１５ボルト変動し、（ｉｉｉ）勾配は±０．５μＡ／ｍ−ｖ変動する場合がある．これらの変動をダイナミック電流の式への入力に適用して、１００，０００回のシミュレーションを実行した結果、生成されたダイナミック電流が６．５μＡ／ｍの標準偏差を有することが分かった。入力においてこの程度の変動があっても、ダイナミック電流の変動性に基づいて判定された厚さは、９５％の信頼度を以って±１．５ミクロンである。図５は、入力変動に対して９５％の信頼区間を示すダイナミック電流対厚さをプロットした別の例示的なグラフである。
【００３０】
感光体電荷輸送層の耐用寿命にわたり特定の間隔で厚さを計算したならば、これをプロットして感光体素子の交換が必要になる時期を予測する（顧客の環境および使用パターンが劇的に変化しないと仮定して）ことができる。
【００３１】
図６は、厚さ対印刷カウントをプロットした例示的なグラフであって、（１）現在の感光体ドラムが耐用寿命の終わりに差し掛かっていると予測されるため新品の感光体ドラムを発注するよう顧客に警告し、（２）実際の印刷カウントが予測された不具合発生カウントに近ければサービス技術者に感光体ドラムを交換させ、（３）不均一なハーフトーンの理由を診断して不均一の理由から厚さを除外するために、どのように推定不具合発生カウントを予測できるかを示す。
【００３２】
図６の例示的なグラフは、感光体ドラムがサービスに供された時点（０印刷カウント）から始めて４個の等しい５０ｋ印刷カウント間隔（５０ｋ、１００ｋ、１５０ｋ、２００ｋの印刷カウント）で判定された厚さを示す。これらの５点を用いて、線形回帰により図６の破線をプロットした。図６の例示的なグラフに示すように、感光体電荷輸送層は厚さが１５μｍに達した時点で不具合が生じるものと考えられる。図６の例示的なグラフは、感光体電荷輸送層の厚さが１５μｍに達すると予測された時点で印刷カウントが約３５５ｋであると予測されることを示す。図２のディスプレイ３８５上で予測された印刷カウントに対応する値または値の組を表示して、感光体電荷輸送層に不具合が生じると予測される時期（例：不具合が生じるまでに印刷しなければならないシート数）をユーザーに警告することができる。２００ｋの印刷カウントの後で、感光体電荷輸送層の厚さを一定の間隔で判定し続けることにより、感光体電荷輸送層に不具合が生じる時期に関してより精度の高い予測を行うことができる。図６の例示的なグラフは、感光体ドラムがサービスに供された時点で最初に厚さを判定した後で、厚さを判定する４個の５０ｋ印刷カウント間隔を示しているが、本開示のより広い態様から逸脱することなく他の印刷カウント間隔で厚さを判定することができるため、本開示はこれに限定されない。
【符号の説明】
【００３３】
１２  バイアス転写ローラ、１４  トナー、１６  シート状媒体、１８  ベルト、２４  現像剤、３７  ラスタ出力スキャナ、３８  感光体ドラム、４２  印刷カウンタ、４８  前洗浄サブシステム、４９  洗浄サブシステム、５０  消去ランプ、５１  前転写サブシステム、６０  帯電ステーション、６４  感光体電荷輸送層、２５２  画像、３１０  コロノードワイヤ、３２０  スコロトロンシールド、３７０  スコロトロングリッド、３７２  メモリ、３７８  電圧検出器、３８０  プロセッサ、３８５  ディスプレイ、ａ１，ａ２  電流値、Ａ１，Ａ２  電流計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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