(57)【要約】【課題】  加熱ローラの温度を目標温度に維持するに際し、複雑な演算を行わなくとも温度変動幅を小さくする。【解決手段】  加熱ローラ２０８の温度を測定する温度センサ７０と、温度センサ７０により測定された加熱ローラ２０８の測定温度と加熱ローラ２０８の目標温度との温度差を求め、温度差が区分決定テーブル１６の示す温度区分のうち、どの温度区分に属するかを決定する区分決定部１２と、区分決定部１２が前回決定した温度区分と今回決定した温度区分とを基に、加熱ローラ２０８の現在の温度遷移状態を特定する状態特定部１３と、区分決定部１２が今回決定した温度区分と、状態特定部１３が特定した温度遷移状態とに対応するデューティー比を、デューティー比決定テーブル１７を参照して決定するデューティー比決定部１４とを備える。【選択図】      図２
2007003663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱ローラを加熱するヒータをデューティー制御するヒータ制御装置であって、
加熱ローラの温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段により測定された加熱ローラの温度と加熱ローラの目標温度との温度差を算出し、算出した温度差が、所定の値域毎に区分された温度区分のうち、どの温度区分に属するかを決定する区分決定手段と、
前記区分決定手段が前回決定した温度区分と今回決定した温度区分とを基に、前記加熱ローラの現在の温度遷移状態を特定する状態特定手段と、
前記区分決定手段が今回決定した温度区分と、前記状態特定手段が特定した温度遷移状態とに対して予め定められたデューティー比を、ヒータを制御するパルス信号のデューティー比として決定するデューティー比決定手段とを備えることを特徴とするヒータ制御装置。
【請求項２】
前記状態特定手段は、前記区分決定手段が前回決定した温度区分よりも今回決定した温度区分の方が高い温度差を示す温度区分である場合、前記温度遷移状態が上昇中であると特定し、前記区分決定手段が前回決定した温度区分よりも今回決定した温度区分の方が低い温度差を示す温度区分である場合、前記温度遷移状態が下降中であると特定し、前記区分決定手段が前回決定した温度区分と今回決定した温度区分とが同一の温度区分である場合、前記温度遷移状態が均衡中であると特定することを特徴とする請求項１記載のヒータ制御装置。
【請求項３】
前記ヒータはデューティー比が大きいほどオンする時間が長くされ、
前記デューティー比決定手段は、前記温度差が大きいほどデューティー比を高くし、かつ、前記温度遷移状態が上昇中にあるときよりも均衡中にあるときの方が、デューティー比を高くし、前記温度遷移状態が均衡中にあるときよりも下降中にあるときの方が、デューティー比を高くすることを特徴とする請求項１又は２記載のヒータ制御装置。
【請求項４】
前記状態特定手段は、前記区分決定手段が一定の期間内に決定した複数の温度区分に従って、前記温度遷移状態を特定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヒータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置の定着装置に用いられる加熱ローラの温度をデューティー制御するヒータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加熱ローラの温度を加熱するヒータをデューティー制御するヒータ制御装置は、サーミスタ等の温度センサにより加熱ローラの温度を検出し、検出した温度がある目標温度を超えた場合、パルス信号のデューティー比を下げて加熱ローラの温度を下げ、また、検出した温度が目標温度より低くなった場合、パルス信号のデューティー比を上げて加熱ローラの温度を上げるというようなデューティー制御を行い、加熱ローラの温度を目標温度に維持している。
【０００３】
図７（ａ）（ｂ）は、従来のヒータ制御装置がデューティー比を決定する際に参照するテーブルを示している。図７（ａ）に示すテーブルは、加熱ローラの測定温度と目標温度との差を示す温度差の項目と温度差がどの温度区分に属するかを示す温度区分の項目とを備えている。そして、このテーブルでは、目標温度として１５０度が設定されており、測定温度が１５３度以上の場合、温度差は温度区分Ａに属し、１５１度以上１５２度以下の場合、温度差は温度区分Ｂに属し、測定温度が１５０度である場合、温度差は温度区分Ｃに属し、測定温度が１４８度以上１４９度以下の場合、温度区分Ｄに属し、測定温度が１４７度以下の場合、温度差は温度区分Ｅに属している。
【０００４】
そして、従来のヒータ制御装置は、図７（ａ）に示すデューティー比決定テーブルを参照して温度区分を決定し、決定した温度区分に対するデューティー比を（ｂ）に示すテーブルを参照して決定していた。
【０００５】
図８は、従来のヒータの温度変化を示すグラフであり、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示している。時刻ｔ１において、ヒータの温度は１４６度であり、目標温度である１５０度に対して３度以上で低いため、図７（ａ）に示すデューティー比決定テーブルが参照されて温度区分Ｅが決定され、時刻ｔ１からｔ２までのパルス信号のデューティー比は１００％とされる。
【０００６】
時刻ｔ２において、ヒータの温度は１４８度であるため、温度区分Ｄが決定され、時刻ｔ２からｔ３までのパルス信号のデューティー比は６０％とされる。このようにして、ヒータは一定の周期で温度が測定され、測定された温度と目標温度との温度差に応じたデューティー比のパルス信号によって制御される。なお、上述した技術を示す文献として特許文献１が開示されている。
【特許文献１】特開平６−１４９１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このようなデューティー制御を行う場合、温度センサの応答や加熱ローラ表面への熱伝導に時間遅れがある為に、実応答の遅れが大きく、その為に温度変動幅（リップル温度）が大きくなるという問題が発生する。
【０００８】
ここで、目標設定温度に達したらヒータのオン・オフを切り替えることを考える。まず、ヒータがオンされ、目標設定温度を目指して温度が上昇され、目標温度に達したときにヒータがオフされるが、オフされてもすぐにヒータの温度の上昇は止まらない為、温度はオーバーシュートしてしまう。従って、ヒータを目標温度以上に加熱したくない場合は、目標温度に達する前にヒータをオフする必要がある。
【０００９】
一方、これとは逆に温度が下降しているときは、上昇している時と逆のことが成り立ち、目標設定温度に達してヒータをオンしてもすぐにはヒータ表面には熱が伝わらないため、アンダーシュートが発生してしまう。この例では単純にヒータのオン・オフで解説を行ったが、デューティー制御においてもこのように早めにデューティー比を設定する必要がある。
【００１０】
すなわち、従来の手法では、ヒータの温度が上昇中であるのか、或いは下降中であるのかを考慮することなくデューティー比の決定が行われているため、上述したように温度変動幅が大きくなるという問題が発生してしまうのである。
【００１１】
本発明の目的は、加熱ローラの温度を目標温度に維持するに際して複雑な演算を行わなくとも温度変動幅を小さくすることができるヒータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によるヒータ制御装置は、加熱ローラを加熱するヒータをデューティー制御するヒータ制御装置であって、加熱ローラの温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段により測定された加熱ローラの温度と加熱ローラの目標温度との温度差を算出し、算出した温度差が、所定の値域毎に区分された温度区分のうち、どの温度区分に属するかを決定する区分決定手段と、前記区分決定手段が前回決定した温度区分と今回決定した温度区分とを基に、前記加熱ローラの現在の温度遷移状態を特定する状態特定手段と、前記区分決定手段が今回決定した温度区分と、前記状態特定手段が特定した温度遷移状態とに対して予め定められたデューティー比を、ヒータを制御するパルス信号のデューティー比として決定するデューティー比決定手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、上記構成において、前記状態特定手段は、前記区分決定手段が前回決定した温度区分よりも今回決定した温度区分の方が高い温度差を示す温度区分である場合、前記温度遷移状態が上昇中であると特定し、前記区分決定手段が前回決定した温度区分よりも今回決定した温度区分の方が低い温度差を示す温度区分である場合、前記温度遷移状態が下降中であると特定し、前記区分決定手段が前回決定した温度区分と今回決定した温度区分とが同一の温度区分である場合、前記温度遷移状態が均衡中であると特定することが好ましい。
【００１４】
また、上記構成において、前記デューティー比決定手段は、前記温度差が大きいほどデューティー比を高くし、かつ、前記温度遷移状態が上昇中にあるときよりも均衡中にあるときの方が、デューティー比を高くし、前記温度遷移状態が均衡中にあるときよりも下降中にあるときの方が、デューティー比を高くすることが好ましい。
【００１５】
また、上記構成において、前記状態特定手段は、前記区分決定手段が一定の期間内に決定した複数の温度区分に従って、前記温度遷移状態を特定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、加熱ローラの温度と目標温度との温度差が属する温度区分が決定され、前回決定された温度区分と今回決定された温度区分とから加熱ローラの温度遷移状態が特定され、温度差と温度遷移状態とに対して予め定められたデューティー比が決定される。すなわち、目標温度に対する加熱ローラの温度差のみならず、加熱ローラの温度遷移状態も加味して、デューティー比が決定されるため、加熱ローラを目標温度に維持させるに際して、温度変動幅を小さくすることができる。また、デューティー比は、温度遷移状態と温度区分とに対して予め定められているため、複雑な演算を行わなくとも、デューティー比を決定することができる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、区分決定手段が前回決定した温度区分と今回決定した温度区分とに従って、温度遷移状態が決定されるため、温度遷移状態を正確に決定することができる。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、温度差が大きいほどデューティー比が高くされ、ヒータをオンする時間が長くされるため、加熱ローラを速やかに目標温度に近づけることができると共に、下降中、均衡中、上昇中の順にデューティー比が高くされ、ヒータをオンする時間が長くされるため、オーバーシュート及びアンダーシュートを小さくすることができる。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、過去に決定した複数の温度区分に従って、温度遷移状態が特定されるため、温度遷移状態をより正確に特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態によるヒータ制御装置をデジタル複合機、ネットワークプリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に適用したときの画像形成装置の機械的構成を主に示す側面概略図である。本画像形成装置は、本体部２００と、本体部２００の左側に配設された用紙後処理部３００と、ユーザが種々の操作指令等を入力するための操作部４００と、本体部２００の上部に配設された原稿読取り部５００と、原稿読取り部５００の上方に配設された原稿給送部６００とから構成される。
【００２１】
操作部４００は、操作パネル４０１、スタートキー４０２及びテンキー４０３等を備える。操作パネル４０１は、種々の操作画面を表示するとともに、ユーザが種々の操作指令を入力するための種々の操作ボタン等を表示する。スタートキー４０２は、ユーザが印刷実行指令等を入力するために用いられ、テンキー４０３は、印刷部数等を入力するために用いられる。
【００２２】
原稿給送部６００は、原稿載置部６０１、原稿排出部６０２、給紙ローラ６０３及び原稿搬送部６０４、及びコンタクトガラス６０５等を備え、原稿読み取り部５００は、スキャナ５０１等を備える。給紙ローラ６０３は、原稿載置部６０１にセットされた原稿を繰り出し、原稿搬送部６０４は、繰り出される原稿を１枚ずつ順にスキャナ５０１上に搬送する。
【００２３】
スキャナ５０１は搬送される原稿を順次読取り、読取られた原稿は原稿排出部６０２に排出される。また、スキャナ５０１は、コンタクトガラス６０５に載置された原稿を読取る場合は、Ａ方向にスライドして原稿を読取る。
【００２４】
本体部２００は、複数の給紙カセット２０１、複数の給紙ローラ２０２、転写ローラ２０３、中間転写体ローラ２０４、感光体ドラム２０５、露光装置２０６、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色用の現像装置２０７Ｙ，２０７Ｍ，２０７Ｃ，２０７Ｋ、加熱ローラ２０８、排出口２０９、排出トレイ２１０、及び記録紙搬送部２１１等を備える。
【００２５】
加熱ローラ２０８は、記録紙Ｐの搬送方向に直交する方向を軸として回転する対向配設された一対のローラから構成され、画像形成面側のローラには、中空筒状体である金属製の芯体５０と、芯体５０の外周面に設けられたシリコンゴムなどの弾性体層６０とを有し、芯体５０の内部には公知のヒータ８０（図１で省略、図２参照）が配設されている。また、加熱ローラ２０８の近傍には、加熱ローラ２０８の表面の温度を検出するための温度センサ７０が配設されている。
【００２６】
感光体ドラム２０５は、矢印方向に回転しながら帯電装置（図示省略）によって一様に帯電される。露光装置２０６は、原稿読取り部５００において読取られた原稿の画像データに基づいて生成された変調信号をレーザ光に変換して出力し、感光体ドラム２０５に各色別に静電潜像を形成する。現像装置２０７Ｙ，２０７Ｍ，２０７Ｃ，２０７Ｋは、各色の現像剤を感光体ドラム２０５に供給して各色別のトナー像を形成する。
【００２７】
中間転写体ローラ２０４は、感光体ドラム２０５から各色のトナー像が転写され、中間転写体ローラ２０４上にカラーのトナー像を形成する。
【００２８】
一方、給紙ローラ２０２は、記録紙が収納された給紙カセット２０１から記録紙を引き出し、記録紙搬送部２１１は、引き出された記録紙を転写ローラ２０３へと搬送する。転写ローラ２０３は、搬送された記録紙に中間転写体ローラ２０４上のトナー像を転写させる。トナー像が転写された記録紙は、記録紙搬送部２１１により加熱ローラ２０８へと搬送され、加熱ローラ２０８は、転写されたトナー像を加熱して記録紙に定着させる。その後、記録紙は、記録紙搬送部２１１により排出口２０９へと搬送され用紙後処理部３００に搬入される。また、記録紙は、必要に応じて排出トレイ２１０へも排出される。
【００２９】
用紙後処理部３００は、搬入口３０１、記録紙搬送部３０２、搬出口３０３及びスタックトレイ３０４等を備える。記録紙搬送部３０２は、排出口２０９から搬入口３０１に搬入された記録紙を順次搬送し、最終的に搬出口３０３からスタックトレイ３０４へ記録紙を排出する。スタックトレイ３０４は、搬出口３０３から搬出された記録紙の集積枚数に応じて矢印方向に上下動可能に構成されている。
【００３０】
図２は、図１に示す画像形成装置のブロック構成図を示している。なお、図２においては、本発明によるヒータ制御装置に関連する部分のみ図示し、他の部分については省略している。
【００３１】
図２に示すように画像形成装置は、制御部１０、温度センサ７０、ヒータ８０、及び操作部４００を備えている。制御部１０はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等から構成され、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することで、本画像形成装置を制御するための種々の機能を実現する。そして、本実施の形態による画像形成装置では、特に目標温度設定部１１、区分決定部１２、状態特定部１３、デューティー比決定部１４、パルス信号生成部１５、区分決定テーブル１６、及びデューティー比決定テーブル１７の機能を備えている。
【００３２】
目標温度設定部１１は、操作部４００を用いてなされたユーザからの操作指令等に従って、加熱ローラ２０８の目標温度を設定する。区分決定部１２は、所定の周期で温度センサ７０により検出された加熱ローラ２０８の測定温度と目標温度設定部１１により設定された目標温度との温度差を算出し、算出した温度差が属する温度区分を、区分決定テーブル１６を参照して決定する。
【００３３】
図４は区分決定テーブル１６を示す図面である。区分決定テーブル１６は、温度差と温度区分との項目を備えている。温度差の項目において、「＋３〜」と記載された欄は、目標温度に対する測定温度の温度差が３度以上であることを示し、この場合、温度差は温度区分Ａに属する。また、「＋１〜＋３」と記載された欄は、測定温度に対する目標温度の温度差が１度以上３度未満であることを示し、この場合、温度差は温度区分Ｂに属する。また、「−１〜＋１」と記載された欄は、測定温度に対する目標温度の温度差が−１度以上、１度未満であることを示し、この場合、温度差は温度区分Ｃに属する。また、「−３〜−１」と記載された欄は、測定温度に対する目標温度の温度差が、−３度以上−１度未満であることを示し、この場合、温度差は温度区分Ｄに属する。また、「〜−３」と記載された欄は、測定温度に対する目標温度の温度差が、−３度未満であることを示し、この場合、温度差は温度区分Ｅに属する。
【００３４】
状態特定部１３は、区分決定部１２が前回決定した温度差が属する温度区分（前温度区分）と今回決定した温度差が属する温度区分（現温度区分）とを比較し、加熱ローラ２０８の状態遷移状態が、上昇中、均衡中、及び下降中のいずれに該当するかを特定する。
【００３５】
デューティー比決定部１４は、区分決定部１２が決定した温度区分と、状態特定部１３が特定した加熱ローラ２０８の温度遷移状態とに対応するデューティー比を、デューティー比決定テーブル１７を参照して決定する。
【００３６】
図５は、デューティー比決定テーブル１７を示す図面である。デューティー比決定テーブル１７は、温度区分、上昇中、均衡中、及び下降中の項目を備え、各欄には、温度区分Ａ〜Ｅと加熱ローラ２０８の温度遷移状態とに対応するパルス信号のデューティー比を百分率で表す値が記載されている。図５に示すように、温度区分Ｂ，Ｃ，Ｄにおいては、上昇中から下降中に向かうにつれて、デューティー比が高く設定され、オーバーシュート、アンダーシュートの低減が図られている。
【００３７】
パルス信号生成部１５は、デューティー比決定部１４により決定されたデューティー比のパルス信号を生成してヒータ８０に出力し、ヒータ８０を加熱させる。温度センサ７０はサーミスタから構成され、区分決定部１２の制御の下、所定の周期で加熱ローラ２０８の表面の温度を測定し、測定温度を区分決定部１２に出力する。
【００３８】
次に、図３に示すフローチャートを用いて、本画像形成装置によるヒータ８０の制御について説明する。このフローチャートにおいて目標温度は１５０度であるものとする。まず、ステップＳ１において、目標温度設定部１１は、ヒータ８０の目標温度を設定する。ここで、目標温度設定部１１は、加熱ローラ２０８の雰囲気温度や操作部４００を介してユーザが選択した印刷モード等に応じて、予め定められた目標温度を設定してもよいし、ユーザに操作部４００を介して温度を入力させ、この入力された温度を目標温度として設定してもよい。
【００３９】
ステップＳ２において、温度センサ７０は、加熱ローラ２０８の温度を測定する。ステップＳ３において、区分決定部１２は、温度センサ７０により測定された測定温度から目標温度を差し引き、温度差ΔＴを算出し、この温度差ΔＴが図４に示す区分決定テーブル１６のどの温度区分に属するかを決定する。ここで、区分決定部１２は、一定の周期（例えば、２００ｍｓ）で測定温度を取得し、測定温度を取得する毎に温度差ΔＴを算出し、この温度差ΔＴがどの温度区分に属するかを決定する。決定された温度区分は、ＲＡＭ等に一時的に記憶され、上記周期より長い一定の期間経過時に消去される。例えば、測定温度が１５４度である場合、温度差ΔＴは温度区分Ａに属すると決定され、測定温度が１５２度の場合、温度区分Ｂに属すると決定される。
【００４０】
ステップＳ４において、状態特定部１３は、区分決定部１２が算出した上記前温度区分と、上記現温度区分とを比較し、現温度区分が前温度区分よりも高い温度差を示す場合（例えば現温度区分が温度区分Ａと決定され、前温度区分が温度区分Ｂと決定された場合）、温度遷移状態が上昇中であると特定し、現温度区分が前温度区分よりも低い温度差を示す場合（例えば現温度区分が温度区分Ｂと決定され、前温度区分が温度区分Ａと決定された場合）、温度遷移状態が下降中であると特定し、現温度区分と前温度区分とが同じ温度区分である場合、温度遷移状態が均衡中であると特定する。
【００４１】
ステップＳ５において、デューティー比決定部１４は、ステップＳ３で決定された温度区分と、ステップＳ４で特定された温度遷移状態とに対応するデューティー比を、デューティー比決定テーブル１７を参照して決定する。例えば、ステップＳ３で温度差ΔＴが温度区分Ｃに属すると決定され、ステップＳ４で温度遷移状態が上昇中であると特定された場合、デューティー比は１０％と決定される。
【００４２】
ステップＳ６において、パルス信号生成部１５は、決定したデューティー比のパルス信号を生成し、ヒータ８０に出力し、ヒータ８０は受信したパルス信号がハイレベルの期間オンして、加熱ローラ２０８を加熱する。
【００４３】
ここで、デューティー比は図５に示すように温度区分Ｂ，Ｃ，Ｄにおいては、下降中、均衡中、及び上昇中の順にデューティー比が高くなっている。そのため、加熱ローラ２０８の温度が上昇中において生じるオーバーシュートと加熱ローラ２０８の温度が下降中において生じるアンダーシュートとが低減され、目標温度に対する温度変動幅を小さくすることができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態では、前温度区分と現温度区分とを比較することにより温度遷移状態を特定したが、これに限定されず、前温度区分より更に過去に決定された温度区分と現温度区分とを用いる、すなわち、現温度区分と過去に決定された複数の温度区分とを用いて温度遷移状態を特定してもよい。更に、温度区分によらず、現在の測定温度と過去の測定温度とを比較して温度遷移状態を特定しても良い。この場合も、過去の測定温度として、一つ前の測定温度を過去の測定温度としてもよいし、一つ前以前の一定の期間内に測定された複数の測定温度を過去の測定温度としてもよい。
【００４５】
また、上記実施の形態では、図５に示すデューティー比決定テーブル１７を用いてデューティー比を決定していたが、これに限定されず、図６に示すデューティー比決定テーブル１８を用いてデューティー比を決定してもよい。図６に示すデューティー比決定テーブル１８は、温度遷移状態が図５に示すデューティー比決定テーブル１７に対して、上昇中（急）と、下降中（急）との項目を更に含んでおり、温度遷移状態を５つにしたことを特徴としている。ここで、上昇中（急）は温度上昇率が、上昇中よりも高いことを意味し、下降中（急）は温度下降率が、下降中よりも高いことを意味している。この場合、状態特定部１３は、現温度区分が前温度区分に対して温度区分が２段階上がった場合、温度遷移状態が上昇中（急）であると特定し、１段階上がった場合、温度遷移状態が上昇中であると特定し、２段階下がった場合、温度遷移状態が下降中（急）であると特定し、１段階下がった場合、温度遷移状態が下降中であると特定すればよい。
【００４６】
この場合も、デューティー比決定テーブル１７同様、同一温度区分においては、下降中（急）、下降中、均衡中、上昇中、上昇中（急）の順番で、デューティー比が高く設定されているため、オーバーシュート及びアンダーシュートの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明によるヒータ制御装置を画像形成装置に適用したときの画像形成装置の機械的構成を示す図面である。
【図２】図１に示す画像形成装置のブロック図を示している。
【図３】画像形成装置による加熱ローラの温度制御を示すフローチャートである。
【図４】区分決定テーブルを示す図面である。
【図５】デューティー比決定テーブルを示す図面である。
【図６】デューティー比決定テーブルを示す図面である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は従来のデューティー制御において参照されるテーブルを示している。
【図８】従来のデューティー制御による加熱ローラの温度と時間との関係を示す図面である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  制御部
１１  目標温度設定部
１２  区分決定部
１３  状態特定部
１４  デューティー比決定部
１５  パルス信号生成部
１６  区分決定テーブル
１７  デューティー比決定テーブル
１８  デューティー比決定テーブル
７０  温度センサ
８０  ヒータ
２０８  加熱ローラ
４００  操作部
【図１】
2007003663.tif 000003
【図２】
2007003663.tif 000004
【図３】
2007003663.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007003663.tif 000007
【図６】
2007003663.tif 000008
【図７】
2007003663.tif 000009
【図８】
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