(57)【要約】【課題】インクを無駄に捨てることなく、気泡を除去できるインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置であって、記録ヘッドは、吐出ノズルを備えた第一の液室、負圧発生手段を備えた第二の液室、第一の液室と第二の液室との間でインクを循環させるポンプ、第二の液室内の圧力が規定範囲内のときには第二の液室へインクが流入しないように閉じ、上記圧力が規定範囲を越えて低下すると開く第一の弁と、第二の液室に設けられた排出口を開閉する弁であって、第二の液室内のインクの液面が規定位置よりも高いときには排出口を閉塞し、インクの液面が規定位置よりも低くなると排出口を開放する第二の弁を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクタンクと、前記インクタンクから供給されるインクを吐出する記録ヘッドとが装着されるインクジェット記録装置であって、
吐出ノズルを備えた第一の液室、負圧発生手段を備えた第二の液室および前記第一の液室と前記第二の液室との間でインクを循環させるポンプを備えた記録ヘッドと、
前記記録ヘッド内の圧力変動に応じて開閉し、前記インクタンクから前記記録ヘッドへのインクの供給を制御する第一の弁と、
前記第二の液室に設けられた排出口を開閉する弁であって、前記第二の液室内のインクの液面高に応じて開閉する第二の弁と、
前記第二の液室の前記排出口を介して前記第二の液室内の空気を排出させる排出手段とを有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記記録ヘッドの前記吐出ノズルを密閉する第一のキャップ部材と、前記第一のキャップ部材に接続され、前記記録ヘッド内のインクを吸引する吸引負圧発生部と、前記第一のキャップ部材と前記吸引負圧発生部との間に位置する第三の弁とを有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置
【請求項３】
前記排出手段は、前記第二の液室の前記排出口に連通する空気抜き口と、前記空気抜き口を密閉すると共に前記吸引負圧発生部に接続される第二のキャップ部材と、前記第二のキャップ部材と前記吸引負圧発生部との間に位置する第四の弁とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記第二の液室の前記排出口に連通する第一の空間部と、隔壁により前記第一の空間部と区画されると共に該隔壁に設けられた通孔を介して前記第一の空間部に連通する第二の空間部とを有し、前記空気抜き口は前記第二の空間部に設けられ、前記隔壁には、前記第二の空間部の圧力が所定値よりも低くなると前記通孔を開放して前記第一の空間部と前記第二の空間部とを連通させるバルブが設けられていることを特徴とする請求項３記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクを吐出することで記録をおこなうインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置（以下、「記録装置」と略して呼ぶ場合もある。）は、記録媒体（例えば、用紙）を横断する方向に往復移動するキャリッジに搭載されたインクジェット記録ヘッド（以下「記録ヘッド」と略して呼ぶ場合もある。）を有することが多い。かかる記録ヘッドを有する記録装置では、上記方向に往復移動する記録ヘッドの吐出ノズル（以下「ノズル」と略して呼ぶ場合もある。）からインク滴が吐出され、記録媒体上にイメージまたは文字が形成される。また、インク滴の吐出によって記録ヘッド内のインク量が減少すると、インク補給容器（以下「インクタンク」と呼ぶ場合もある。）からインクが補給される。
【０００３】
一部の記録装置は、交換可能なインクタンクを記録装置本体の一部に収納しており、インクタンクに接続された柔軟でしかも中空の流体導管を介して記録ヘッドにインクを補給する。また、記録媒体に対し重力方向上方に記録ヘッドが配置され、該記録ヘッドから重力方向下方に向けてインク滴が吐出される記録装置も見受けられる。この場合、記録ヘッド内は微負圧に維持され、吐出ノズル内のインクが大気との境界にメニスカスを形成することが良いとされている。
【０００４】
ここで、記録ヘッド内に空気が混入すると、記録装置に不具合が発生することがある。具体的には、記録ヘッドに混入した空気によってインクの補給が阻害され、記録不良となる場合がある。また、記録ヘッド内の空気は周囲温度の変化により体積変化を起こす。記録ヘッド内の空気の体積変化により、微負圧に維持された記録ヘッド内の圧力が変化し正圧になることがある。この場合、下向きにノズル列が形成された記録ヘッドではメニスカスの維持が困難となり、ノズルからインクが流出する場合がある。
【０００５】
記録ヘッド内への空気の混入は以下のような場合に発生する。
（１）インクタンク交換に伴い接続部が大気に開放された場合
（２）流体導管などのインク経路を形成する物質そのものを長時間かけて空気が透過する場合
（３）インクそのものに溶存する空気が周囲条件の変化に伴い集積する場合
（４）インクの吐出に伴いノズルから空気が抱き込まれる場合
（５）記録ヘッド内の空気が周囲温度の下降により体積変化を生じた結果、維持されていた微負圧を越えて発生した大きな負圧によりメニスカスが破壊された場合
【０００６】
また、インクタンクの交換に際しては接続部がゴム栓と中空管によるものも見受けられ、インクタンクの交換に伴う接続部の離間によって、大気に露出した中空管から空気が混入することは往々にして見受けられる。インクタンクの再装着により中空管に混入した空気はやがて流体導管を経由して記録ヘッドに供給される。
【０００７】
往復運動をするキャリッジに搭載された記録ヘッドへのインクの供給に使用される流体導管には柔軟性が求められるため樹脂材が使用される。この際、ガス透過性のなるべく小さなポリエチレンなどが選択されるが、長期間にわたる装置の保存においては若干の空気の透過は否めない。流体導管を透過した空気は記録動作の再開により、記録ヘッドに導かれる。
【０００８】
インク中の溶存空気は吐出に伴う温度変化や圧力変化に伴い、集積して吐出部周辺に泡溜りとなって現れる。こうして集積された記録ヘッド内の空気は周囲温度の低下により体積変化を起こし、ノズルからさらに空気を取り込むことになる。
【０００９】
以上のような状況に鑑み、記録ヘッドに混入した空気に対する一つの改善策が特許文献１に開示されている。その方法は記録ヘッド自体に混入空気を収納するスペースを設けるという考え方である。換言すれば、混入する空気量と不具合発生の時期に鑑みて記録ヘッドの交換時期を設計するという考え方である。
【００１０】
また、特許文献２には、記録ヘッドに混入した空気を抜き去る方法が開示されている。具体的には、キャリッジに搭載される記録ヘッドに、インクの流入管と流出管とポンプとを設け、インクタンクと記録ヘッドとの間でインクを循環させる。すると、記録ヘッド内の気泡は、インクタンクと記録ヘッドとの間で循環するインクと共にインクタンクに追い流がされる。
【００１１】
さらに、特許文献３には、ひとつの吸引ポンプを用い記録ヘッド内に混入した空気（気泡）をインクと共に記録ヘッドの外部に吸出する記録装置が開示されている。かかる記録装置について、図３を参照しながらより具体的に説明する。インクリザーバー室３内、特に、ノズル列１の周辺部付近に気泡１９が生じると、その旨の信号が吸引制御手段に出力される。信号が入力された吸引制御手段は、供給開閉弁２４Ｖを介してインク供給路４を閉じ、他方、通気開閉弁２１Ｖを介してインクリザーバー室３と外部とを連通させる通気孔２１を開いた状態にして、吸引ポンプ１７を作動させる。吸引ポンプ１７が作動すると、吸引路２３からインク供給路４を経てインクリザーバー室３へと到いたる経路を逆に溯る方向へインクが吸引される。また、インクの吸引によりって負圧となるインクリザーバー室３へは通気孔２１を介して外気が導入される。
【特許文献１】特表２００１−５１４９８５号公報（第３２項、図１）
【特許文献２】特開平７−２６６５７１号公報（第７項、図２）
【特許文献３】特開２０００−２５２４８号公報（第７項、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記のように、一つの吸引ポンプを用いた気泡の除去手段では、ヘッド内のインクをすべて吸い出して捨ててしまうため、インクの無駄が多い。
【００１３】
本発明の目的は、吸引ポンプが一つでもインクを無駄に捨てることなく、気泡を除去できるインクジェット記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のインクジェット記録装置は、インクタンクと、上記インクタンクから供給されるインクを吐出する記録ヘッドとが装着されるインクジェット記録装置であって、吐出ノズルを備えた第一の液室、負圧発生手段を備えた第二の液室および第一の液室と第二の液室との間でインクを循環させるポンプを備えた記録ヘッドと、上記記録ヘッド内の圧力変動に応じて開閉し、上記インクタンクから上記記録ヘッドへのインクの供給を制御する第一の弁と、上記第二の液室に設けられた排出口を開閉する弁であって、上記第二の液室内のインクの液面高に応じて開閉する第二の弁と、上記第二の液室の上記排出口を介して上記第二の液室内の空気を排出させる排出手段とを有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、インクを無駄に捨てることなく、気泡を除去できるインクジェット記録装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明のインクジェット記録装置の実施形態の一例を示す概略図である。図１に示されている記録装置５００には、着脱可能（交換可能）なインクタンク２００と記録ヘッド１００とが装着される。インクタンク２００と記録ヘッド１００とは、インク供給路を形成する流体導管２５０を介して接続される。記録ヘッド１００は、流体導管２５０を介してインクの供給を受け、制御手段による制御の下で記録媒体（不図示）上へのインク滴の吐出を選択的に行う。
【００１７】
インクタンク２００は、インクを貯蔵する袋体２０２と、該袋体２０２のインク導出口を密閉するゴム栓２０１と、袋体２０２を密閉するケース２０５とから構成されている。袋体２０２は周囲の圧力変動に応じて変形可能な柔軟性を有しており、本実施形態の袋体２０２は合成樹脂材料によって形成されている。
【００１８】
流体導管２５０の一端には、先端が鋭利な中空管であるインク針２０３が設けられている。流体導管２５０は、インク針２０３がゴム栓２０１に刺し込まれることによって袋体２０２と連通し、インクの導出が可能となる。なお、圧力制御手段であるタンクポンプ２１０は、インク針２０３がゴム栓へ刺し込まれるのと同時にケースに接続される。タンクポンプ２１０はケース２０５の内部に空気を送り込むことによって袋体２０２の周囲の圧力（気圧）を上昇させ、袋体２０２に収容されているインクを流体導管２５０を介して記録ヘッド１００に供給する。
【００１９】
記録ヘッド１００は、第一の液室１０１と、第一の液室１０１よりも重力方向上方にある第二の液室１１０とを有する。第一の液室１０１と第二の液室１１０とは、互いに接続され気密一体的に形成されている。また、第一の液室１０１には、重力方向下向きに吐出ノズル１０５が設けられており、第二の液室１１０には負圧発生手段が設けられている。
【００２０】
さらに、第二の液室１１０には、流体導管２５０を介して供給されるインクを受け入れる供給口１１３が設けられている。また、第二の液室１１０と該第二の液室１１０よりも重力方向下方にある第一の液室１０１とを接続する通孔（流路）には、供給フィルター１０２が設けられている。
【００２１】
第二の液室１１０に設けられている上記負圧発生手段は、柔軟部材であるダイヤフラム１１１とダイヤフラム１１１を変形させるダイヤフラムバネ１１２である。ダイヤフラム１１１は片面が第二の液室１１０の内部空間に面し、他面が大気に露出している。ダイヤフラムバネ１１２は、第二の液室１１０の体積が増すようにダイヤフラム１１１を大気側へ変形させることにより第二の液室内の圧力を規定範囲内の圧力（微負圧）にする。第二の液室内が微負圧状態になると、気密一体的に接続されている第一の液室内もほぼ同一の微負圧状態となり、記録ヘッド１００の下方にある記録媒体（不図示）に向けて下向きに開口している吐出ノズル１０５に良好なメニスカスが形成される。
【００２２】
第二の液室１１０の内部には、負圧発生手段と連動する供給制御手段としての第一の弁（供給制御弁１６０）が設けられている。供給制御弁１６０は弾性部材で形成され、供給口１１３を間欠的に開閉させる。具体的には、供給制御弁１６０に連結されたアーム１６１がダイヤフラム１１１に接続されている。要するに、供給制御弁１６０はアーム１６１を介してダイヤフラム１１１に接続されている。したがって、供給制御弁１６０は、ダイヤフラムバネ１１２によって付与されたバネ力を受けて供給口１１３を閉塞する。一方、インクの吐出により記録ヘッドの内部圧力が規定範囲を越えて低下すると（微負圧よりも低くなると）、供給制御弁１６０が開き、供給口１１３よりインクが流入する。インクの流入に伴って記録ヘッド１００の内部圧力が上昇し、再び所定微負圧になると、供給制御弁１６０が閉じ、インクの流入が停止する。連続記録動作では、上記のような供給制御弁１６０の開閉が間欠的に実行され、記録ヘッド１００の内部のインクの量が所定量に維持される。
【００２３】
第一の液室１０１および第二の液室１１０の近傍にはポンプ室１２０が設けられており、これら第一の液室１０１、第二の液室１１０およびポンプ室１２０は循環路を形成している。具体的に説明する。第二の液室１１０と第一の液室１０１とが供給フィルター１０２を備えた流路を介して接続されていることは既に説明したが、この流路は、第一の液室１０１に設けられた吐出ノズル１０５の列（ノズル列）の一端側（インクの入口側）に設けられている。ノズル列の他端側（インクの出口側）には、排出フィルター１０３を備えた通孔（流路）が設けられ、該流路を介して第一の液室１０１とポンプ室１２０とが接続され、ポンプ室１２０は、他の通孔（流路）を介して第二の液室１１０と接続されている。要するに、ポンプ室１２０は、第一の液室１０１と第二の液室１１０とを繋いで一方向循環路を形成する小部屋である。
【００２４】
ポンプ室１２０には、該ポンプ室１２０の体積変化させる柔軟部材で形成されたダイヤフラム１２１が設けられている。また、ポンプ室１２０と第二の液室１１０とを接続する流路には開閉弁１３０が、ポンプ室１２０と第一の液室１0１とを接続する流路には開閉弁１３１がそれぞれ設けられている。開閉弁１３０および開閉弁１３１は、一方向弁である。具体的には、開閉弁１３０は第二の液室１１０の内側に向けてのみ開き、開閉弁１３１はポンプ室１２０の内側に向けてのみ開く。
【００２５】
第二の液室１１０には、第二の液室１１０内の空気を除去するための排出口１１４が設けられている。排出口１１４は、該排出口１１４を介して第二の液室１１０内の空気を排出させる排出手段に接続されている。この排出手段は、排出口１１４に連通する第一の空間部（空気抜き流路１８１）と、隔壁１８３により空気抜き流路１８１と区画された第二の空間部１８５とを有する。もっとも、隔壁１８３には通孔１８４が設けられると共に、この通孔１８４を開閉するバルブ（傘バルブ１８０）が設けられており、傘バルブ１８０が開くと、第一の空間部（空気抜き流路１８１）と第二の空間部１８５とが連通する。さらに、第二の空間部１８５には空気抜き口１８２が設けられている。空気抜き口１８２は、必要に応じて第二のキャップ部材としての空気抜きキャップ３２０で密閉されて吸引負圧発生部３３０に接続される。
【００２６】
排出口１１４は、第二の弁である満タン制御弁１５０によって間欠的に開閉される。満タン制御弁１５０の動作はフロート１４０の浮力によって行われる。具体的には、フロート１４０と満タン制御弁１５０とは、回転軸１４５を中心として回動するアームの端部にそれぞれ設けられており、第二の液室１１０にインクが充填され、フロート１４０が浮き上がると、満タン制御弁１５０により排出口１１４が閉塞される。換言すれば、インクの液面高が規定位置よりも高くなると満タン制御弁１５０により排出口１１４が閉塞される。一方、記録動作により第二の液室１１０のインクが消費され、フロート１４０が下がると、満タン制御弁１５０は排出口１１４を開放する。換言すれば、インクの液面高が規定位置よりも低くなると満タン制御弁１５０は排出口１１４を開放する。傘バルブ１８０の下流側には空気抜き口１８２が大気に開口している。
【００２７】
インクジェット記録装置５００は、記録ヘッド１００のノズル詰まりなどを改善する回復系３００も備えている。回復系３００は、吸引負圧発生部３３０、第一のキャップ部材としてのノズルキャップ３１０、空気抜きキャップ３２０を有する。さらに、キャップ３１０、３２０と吸引負圧発生部３３０とをそれぞれ接続する流路３１１、３２１、第三の弁（開閉弁３１２）、第四の弁（開閉弁３２２）を有する。吸引負圧発生部３３０は、不図示のチューブポンプと駆動モーターおよび駆動制御基板から構成される。以下、インクの流れと各部の動作について説明する。
【００２８】
（初期充填動作）
初期充填時には流体導管２５０、第一の液室１０１および第二の液室１１０にインクはない。袋体２０２にインク針２０３が接続されると共に、インクタンク２００にタンクポンプ２１０が接続されると、タンクポンプ２１０の作用によって袋体２０２が加圧され、インク供給状態になる。
【００２９】
次いで、空気抜きキャップ３２０が空気抜き口１８２に、ノズルキャップ３１０が吐出ノズル１０５のある記録ヘッド１００のフェイス面に、それぞれ係合される。このとき、開閉弁３１２は閉じられ、開閉弁３２２は開放される。
【００３０】
その後、吸引負圧発生部３３０の発生負圧はチューブポンプを連続的に動作させることにより、第二の液室１１０の内部を微負圧にするダイヤフラム１１１およびダイヤフラムバネ１１２による発生負圧よりも高い負圧を発生させる。この結果、第二の空間部１８５内の圧力が所定値よりも低くなると、傘バルブ１８０が開放される。このとき、インクのない第二の液室１１０内のフロート１４０は下がった状態にあるので、排出口１１４は開放されている。よって、傘バルブ１８０の開放により空気抜き流路１８１の内部が負圧状態となり、やがて第二の液室１１０の内部も微負圧よりも高い負圧となり、供給制御弁１６０が開放される。さらには、流体導管２５０の内部も負圧になることでインクタンク２００のインクが第二の液室１１０に導かれる。第二の液室１１０に導かれたインクは重力方向下方に位置する第一の液室１０１に流れ込む。第二の液室１１０のインク量の増加に伴いフロート１４０が浮き上がり、やがて満タン制御弁１５０によって排出口１１４が閉塞される。
【００３１】
（空気の混入）
インクタンク２００のインクがすべて消費されると、インクタンク２００が交換される。しかし、インクタンク２００の交換に際してゴム栓２０１との接続が解除されたインク針２０３は大気に露出される。このときインク針２０３の内部に空気が入り込む。インク針内の空気は、交換された新たなインクタンク２００からのインク供給が再開されると、流体導管２５０を通じて記録ヘッド１００へ送り込まれる。また、流体導管２５０はガス透過性の低い柔軟材質（例えばポリエチレン樹脂）で形成されているが、空気の混入が皆無ではない。記録装置５００の不使用期間中に流体導管２５０に混入した空気が次回使用時に記録ヘッド１００へ送り込まれることもある。
【００３２】
上記のようにして記録ヘッド１００に送り込まれた空気が第一の液室１０１に内部で泡となって発生した場合、その泡は第一の液室１０１の傾斜した天井面１０４に沿って移動し、排出フィルター１０３の下方に泡溜りとなって集積する。
【００３３】
（空気抜き動作）
まず、吐出ノズル１０５のメニスカスが破壊されないように、記録ヘッド１００のフェイス面にノズルキャップ３１０を係合させる。次いで、アーム４００の往復移動によりダイヤフラム１２１を上下に変形させ、ポンプ室１２０の体積と圧力を変化させる。具体的には、アーム４００の下降動作によりダイヤフラム１２１が下方に変形されることにより、ポンプ室１２０の圧力が増加され、開閉弁１３０が閉られ、開閉弁１３１が開かれる。一方、アーム４００の上昇動作によりダイヤフラム１２１が上方に変形されることにより、ポンプ室１２０の圧力が低下され、開閉弁１３１が閉られ、開閉弁１３０が開かれる。
【００３４】
アーム４００の上昇動作によりポンプ室１２０の内部圧力は、第一の液室１０１の内部の微負圧よりも低くなるので、排出フィルター１０３の下方のインクがポンプ室１２０に移動する。このとき排出フィルター１０３の下方に空気溜りがあれば、その空気（泡）はインクとともにポンプ室１２０に移動する。次に、アーム４００の下降動作によりポンプ室１２０の内部圧力が高まると、第一の液室１０１から移動してきた空気は、開閉弁１３１が開かれることで第二の液室１１０に移動する。このように第一の液室１０１→ポンプ室１２０→第二の液室１１０→第一の液室１０１というようにインクが循環することによって、記録ヘッド１００の内部の空気は第二の液室１１０の上方に蓄積される。
【００３５】
第二の液室１１０では空気の流入によりインクの液位が下がり、フロート１４０の下降にともなって満タン制御弁１５０が開かれる。ここで空気抜き口１８２が空気抜きキャップ３２０よって閉じられた状態で負圧が発生すれば傘バルブ１８０を経て第二の液室１１０の空気が排出されるのは明らかである。
【００３６】
以上のようにして、不使用期間中に流体導管２５０に混入した空気やインクタンク２００の交換により流体導管２５０に混入した空気は、記録動作の再開により第二の液室１１０の上方に蓄積され、満タン制御弁１５０の開放により排出される。
【００３７】
（記録ヘッドノズルの回復動作）
記録ヘッド１００のノズル１０５に詰まる空気や異物を取り除くために行うのが回復動作であり、以下のように行われる。
【００３８】
ノズルキャップ３１０が記録ヘッド１００に密着され、同時にノズル１０５はノズルキャップ３１０で覆われる。この時、開閉弁３１２は開かれた状態で、開閉弁３２２は閉じられた状態であり、空気キャップ３２０は空気抜き口１８２に密着してもしていなくても良い。この状態を保持したまま、吸引負圧発生部３３０をある一定時間動作させる。すると、ノズル１０５に詰まっている空気や異物を押し出すように、第一の液室１０１からインクが吸引される。第一の液室１０１には、吸引によって減少した量と同量または略同量のインクが供給フィルター１０２を通り、第二の液室１１０から供給される。第二の液室１１０内のインク量と圧力を制御するのが、満タン制御弁１５０と供給制御弁１６０であり、その動作は前述のとおりである。
【００３９】
（吸引負圧発生部の構成）
図２に吸引負圧発生部３３０の一例として、チューブポンプ５０を示す。チューブポンプ５０は、チューブ５２と回転部５１と図示していないハウジングで構成される。回転部５１には、４個のコロが回転可能に取り付けられており、回転部５１が、矢印５３の方向に回転することで、４個のコロがチューブ５２を順次押し潰す。こうすることで、矢印５４の方向に負圧を発生させることができる。
【００４０】
このチューブポンプ５０は、記録ヘッド１００の回復動作が行われる場合には、記録ヘッド１００に密閉させたノズルキャップ３１０を介してインクと空気、あるいは異物を吸引する。また、空気抜き動作が行われる場合には、空気抜きキャップ３２０を介して記録ヘッド１００から空気を吸引する。
【００４１】
もっとも、吸引負圧発生部３３０は、チューブポンプ５０に限ったものではなく、負圧を発生することができるポンプであれば良く、たとえば、ギアポンプ、ダイヤフラムポンプ等がある。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のインクジェット記録装置の一例を示す概略図である。
【図２】図１の吸引負圧発生部を構成するチューブポンプの概略図である。
【図３】特許文献３に開示されている記録装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００  記録ヘッド
１０１  第一の液室
１０５  吐出ノズル
１１０  第二の液室
１１４  排出口
１２０  ポンプ室
１５０  満タン制御弁
１６０  供給制御弁
２００  インクタンク
２５０  流体導管
５００  インクジェット記録装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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