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JP6422367B2 - 液体供給装置、液体吐出装置、および液体供給方法 - Google Patents

液体供給装置、液体吐出装置、および液体供給方法 Download PDF

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JP6422367B2 JP2015034180A JP2015034180A JP6422367B2 JP 6422367 B2 JP6422367 B2 JP 6422367B2 JP 2015034180 A JP2015034180 A JP 2015034180A JP 2015034180 A JP2015034180 A JP 2015034180A JP 6422367 B2 JP6422367 B2 JP 6422367B2
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Description

本発明は、フィルタを通して液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給装置、液体吐出装置、および液体供給方法に関するものである。
液体供給装置としては、例えば、液体吐出装置としてのインクジェット記録装置に、インクタンク(液体収容部)内のインク(液体)を供給するインク供給装置がある。記録装置は、インク供給装置によって供給されたインクをインクジェット記録ヘッド(液体吐出ヘッド)から吐出することによって画像を記録するものであり、インク供給装置は、記録ヘッドへのゴミの侵入を阻止するために、フィルタを通してインクを供給する。フィルタが備わるフィルタ室は、フィルタによって第1フィルタ室と第2フィルタ室に分けられ、インクタンク内のインクは、第1フィルタ室、フィルタ、および第2フィルタ室を通して記録ヘッドに供給される。その第1フィルタ室にはインク中の気泡が滞留しやすく、その気泡が大きく成長した場合には、インクの供給が阻害されて、記録ヘッドにインクの吐出不良が生じるおそれがある。
特許文献1には、第1フィルタ室内に滞留した気泡を除去するために、第1フィルタ室とインクタンクとの間においてインクを加圧して循環(加圧循環)させ、インクタンクにおいてインク中の気泡を除去する方法が記載されている。
特開2000−103074号公報
第1フィルタ室内に滞留した気泡を高速に除去するためには、第1フィルタ室とインクタンクとの間におけるインクの循環量を増大させる必要がある。特に、商業印刷の分野においては、大量にインクを吐出する大型の記録ヘッドを用いるため、第1フィルタ室内に滞留する気泡も多くなり、このような気泡をより高速に除去するためにはインクの循環量をより増大させることが必要となる。
特許文献1に記載されているように、第1フィルタ室とインクタンクとの間においてインクを加圧循環させる方法においては、インクの循環量を増大させるためにインクの加圧力を大きくする必要がある。しかし、このようにインクの加圧力を大きくした場合には、第1フィルタ室内の気泡がフィルタを通過し、第2フィルタ室を通って記録ヘッド内に侵入するおそれがある。
本発明の目的は、液体吐出ヘッドにおける液体の吐出不良を招くことなく、フィルタ室内の気泡を高速に除去することができる液体供給装置、液体吐出装置、および液体供給方法を提供することにある。
本発明の液体供給装置は、液体を吐出可能な液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給装置であって、液体を収容する液体収容部と、フィルタによって第1フィルタ室と第2フィルタ室とに分けられるフィルタ室と、前記第1フィルタ室と前記液体収容部とを連通する第1供給路と、前記第2フィルタ室と前記液体吐出ヘッドとを連通する第2供給路と、前記第1フィルタ室と前記液体収容部とを連通するバイパス流路と、前記液体収容部と前記第1フィルタ室との間において、前記第1供給路と前記バイパス流路を通して液体を循環させるためのポンプと、前記第2供給路における液体の流動を規制可能なバルブと、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、フィルタ室と液体吐出ヘッドとを連通する第2供給路にバルブを備えることにより、フィルタ室と液体収容部との間において液体を循環させる場合に、液体を循環させるための圧力が液体吐出ヘッドに及ぼす影響を抑制することができる。したがって、フィルタ室内の気泡を高速に除去するために、液体吐出ヘッドに対する影響を考慮することなく、液体に加える加圧力あるいは吸引力を充分に大きくして液体の循環量を増大させることができる。この結果、液体吐出ヘッドにおける液体の吐出不良を招くことなく、フィルタ室内の気泡を高速に除去することができる。
本発明の実施形態におけるインク供給装置の概略構成図である。 図1のインク供給装置の動作説明図である。 図1におけるバルブの異なる状態の断面図である。 図3のバルブ内における圧力関係の説明図である。 図1のインク供給装置を配備可能なインクジェット記録装置の概略構成図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の液体供給装置は、インク(液体)を吐出可能なインクジェット記録ヘッド(液体吐出ヘッド)に対して、インクを供給するためのインク供給装置としての適用例である。本例のインク供給装置は、インクジェット記録装置(液体吐出装置)に備えられる。図1は、そのインク供給装置の基本構成の説明図である。
(第1の実施形態)
本例のインク供給装置は、インクを吐出可能な記録ヘッド1、インクタンク(液体収容部)2、フィルタ室3、および開閉可能なバルブ5を備えており、これらはインクチューブ8(8A,8B,8C,8D)を介して接続されている。記録ヘッド1は、複数のノズルと吐出エネルギー発生素子を含む記録素子基板10を備えており、吐出エネルギー発生素子が発生する吐出エネルギーを利用して、ノズルの先端の吐出口からインク滴(液滴)9を吐出する構成となっている。吐出エネルギー発生素子としては、電気熱変換素子(ヒータ)やピエゾ素子などを用いることができる。電気熱変換素子を用いた場合には、その発熱によりインクを発泡させ、その発泡エネルギーを利用してノズルの先端の吐出口からインク滴9を吐出することができる。
このようなインク供給装置を備えるインクジェット記録装置は、記録ヘッド1と記録媒体とを相対移動させる移動機構と、画像データに基づいて記録ヘッド1からインク滴9を吐出させる制御部と、を含む。記録装置は、記録ヘッド1と記録媒体とを相対移動させつつ、記録ヘッド1からインク滴9を吐出させることにより、記録媒体に画像を記録する。このような記録装置は、フルラインタイプおよびシリアルスキャンタイプのいずれであってもよい。フルラインタイプの記録装置は、記録媒体を連続的に搬送させつつ、記録ヘッドからインクを吐出することによって画像を記録する。シリアルスキャンタイプの記録装置は、記録ヘッドが主走査方向に移動しつつインクを吐出する動作と、主走査方向と交差する副走査方向に記録媒体を搬送する動作と、を繰り返すことによって画像を記録する。
図5は、フルラインタイプのインクジェット記録装置の具体的な構成例を説明するための概略斜視図である。本例の記録装置は、ブラック(Bk),シアン(C),マゼンタ(M),イエロー(Y)のインクを吐出する記録ヘッド1(1Bk,1C,1M,1Y)が備えられている。記録媒体Pは、搬送ベルト51を用いる搬送機構50によって矢印A方向に搬送される。それぞれの記録ヘッド1に対応するインクを供給するために、それぞれの記録ヘッド1に対して図1のインク供給装置が備えられている。記録ヘッド1は、インクを吐出可能な複数のノズルが形成されており、それらのノズルの先端の吐出口は、記録媒体Pの搬送方向(矢印A方向)と交差(本例の場合は、直交)する方向に延在する吐出口列を形成する。搬送機構50によって記録媒体Pを矢印A方向に搬送させつつ、記録ヘッド1からインクを吐出することにより、記録媒体P上にカラー画像を記録することができる。
図1に示すようにフィルタ室3には、記録ヘッド1に対するゴミなどの侵入を抑制するためのフィルタ4が備えられている。そのフィルタ4によって、フィルタ室3は、記録ヘッド1に対するインクの供給方向の上流側に位置する上流側フィルタ室(第1フィルタ室)3Aと、その供給方向の下流側に位置する下流側フィルタ室(第2フィルタ室)3Bと、に分けられている。インクタンク2と上流側フィルタ室3Aは、第1供給路を形成するインクチューブ8A、およびバイパス流路(第3供給路)7によって連通されている。インクチューブ8Aには、インクタンク2内のインクを上流側フィルタ室3Aに送るために、チューブポンプなどの第1のポンプ(加圧ポンプ)6Aが備えられている。下流側フィルタ室3Bとバルブ5の入口24はインクチューブ8Bによって連通されており、フィルタ4を通過したインクはバルブ5へと送られる。バルブ5の出口25と、記録ヘッド1のインク流入口13はインクチューブ8Cによって連通されており、バルブ5から記録ヘッド1内のインク流路12へとインクが供給される。インクチューブ8B,8Cは、下流側フィルタ室3B内のインクを記録ヘッド1に供給するための第2供給路を形成する。インク流路12に供給されたインクは、記録素子基板10にインクが送られてから、電気熱変換素子などの吐出エネルギー発生素子によって、ノズル先端の吐出口からインク滴9として吐出される。インク流路12はインク流出口14に連通されており、そのインク流出口14は、インクチューブ8Dを介してインクタンク2に連通している。そのインクチューブ8Dには、インク流出口14からインクタンク2内にインクを送るために、チューブポンプなどの第2のポンプ6Bが備えられている。
本例の記録ヘッド1は、複数の記録素子基板10がベース基板11上に千鳥状に配列されており、これにより、いわゆるフルラインタイプのインクジェット記録装置に用いられる長尺な記録ヘッドを構成している。このような記録ヘッドは、幅広の画像の高速記録が要求される商業用印刷装置において好適である。記録素子基板10の配備数は、本例のような6つに限定されず、その配備数を増やすことによって、より幅広の画像の記録が可能となる。例えば、このような記録ヘッド1を用いることにより、4〜12インチ以上の幅広の画像を高速記録することができる。このような長尺な記録ヘッド1はインクの総吐出量が極めて大きく、また、近年の高速記録化の要求に応じて、より高い周波数でノズルからインクを吐出した場合には、インク総吐出量がさらに増大する。
記録動作中は、図2(a)のように、バルブ5を開き、かつ第1および第2のポンプ6A,6Bを作動させることにより、記録ヘッド1内を所定の負圧に維持しつつ、フィルタ室3およびバルブ5を通して記録ヘッド1にインクを供給する。すなわち、第1のポンプ6Aによってインクタンク2内のインクを上流側フィルタ室3A内に加圧供給し、かつ、第2のポンプ6Bによって記録ヘッド1内のインクを吸引することにより、記録ヘッド1内を所定の負圧に維持しつつ、記録ヘッド1にインクを供給する。インクタンク2は連通口2Aによって大気に連通されており、このインクタンク2内において、インク中の気泡を除去することができる。インクタンク2内において除去しきれなかったインク中の僅かな気泡がインクチューブ8Aへ流入した場合、およびインク中の溶存空気の成長によって気泡が生成された場合、それらの気泡は、上流側フィルタ室3A内に滞留し、特にフィルタ室3A内におけるフィルタ4の面に補足されやすい。このように上流側フィルタ室3A内に滞留する気泡が集合して、図2(a)中の気泡15のように大きくなった場合には、インクの供給が阻害されて、インクの吐出不良等を招くおそれがある。特に、本例のような長尺な記録ヘッド1の場合には、インクの総吐出量の増加に伴って、フィルタ4に滞留する気泡15の量が増大しやすい。
本実施形態においては、このような気泡15を除去するための動作(インク循環パージ)を実施する。まずは、図2(b)のように、バルブ5を閉じ、ポンプ6A,6Bを停止させて、インクの供給を止める。これにより、記録ヘッド1内への気泡15の進入を防止する。その後、図2(c)のように、第1のポンプ6Aを駆動させることによって、インクタンク2内のインクを上流側フィルタ室3A内に圧送し、その上流側フィルタ室3A内のインクをバイパス流路7からインクタンク2に戻す。このように、インクタンク2と上流側フィルタ室3Aとの間においてインクを循環させることにより、そのインクと共に気泡15を回収して、インクタンク2内においてインク中から気泡15を除去する。その際、バルブ5が閉じられているため、上流側フィルタ室3Aから、下流側フィルタ室3Bおよび記録ヘッド1への気泡15の進入が抑制される。したがって、ポンプ6Aを強いインクの圧送力(加圧力)で駆動できるので、記録ヘッド1内への気泡の侵入を抑制しつつ気泡15の高速に除去することができる。
バルブ5は、フィルタ室3と記録ヘッド1との間におけるインクの流動を規制可能であればよい。つまり、バルブ5は、フィルタ室3と記録ヘッド1との間におけるインクの流動の規制するように、開度を調整することができればよく、必ずしも開閉の2段階調整のみが可能な構成に特定されない。バルブ5としては、手動式および電動式などの様々なバルブを採用することができる。
図3は、それぞれ、本実施形態におけるバルブ5の断面図である。バルブ5の本体の一面には、成形された可撓性フィルム23によって圧力室(第2室)21が形成されている。可撓性フィルム(可撓性部材)23は、円形、長円形、および四角形等、様々な形状であってもよい。バルブ5の本体には入口24と出口25が形成されており、前述したように、入口24は、インクチューブ8Bを介して下流側フィルタ室3Bに連通され、出口25は、インクチューブ8Cを介して記録ヘッド1のインク流入口13に連通される。下流側フィルタ室3Bからインクチューブ8Bを介してバルブ5に導入されるインクは、入口24からインク導入室(第1室)22、インク導入口(連通路)29、圧力室21、および出口25を経てから、記録ヘッド1に供給される。
圧力室21とインク導入室22との間には弁体27が備えられており、その弁体27は、付勢部材28によってインク導入室22に向かう方向、つまり弁座26に接する方向に付勢され、弁体27が弁座26に密接することによってインク導入口29が閉鎖される。付勢部材28は、本例のようなコイルバネの他、ダイヤフラム等の様々な弾性体を使用することができる。弁体27は、可撓性フィルム23の内側に位置する圧力板30に連結されており、可撓性フィルム23の変位に応じてインク導入口29を開閉することより、記録ヘッド1に供給するインクの圧力を調整する。可撓性フィルム23の変位は、圧力板30を通して弁体27に伝達される。
以下にバルブ5の動作について説明する。圧力室21内の負圧が小さい場合には、図3(a)のように、圧力室21とインク導入室22との間の差圧、および付勢部材28の付勢力によって、弁体27はインク導入口29を閉鎖している。記録ヘッド1からのインクの吐出量、つまりインクの消費量の増加に伴って、圧力室21の負圧が高まる。そして、圧力室21内の負圧が所定圧にまで高まったときに、図3(b)のように、可撓性フィルム23、圧力板30、および弁体27が付勢部材28の付勢力に抗して同図中の右方に変位し、弁体27がインク導入口29を開く。これにより、インク導入室22から、インク導入口29、圧力室21、および出口25を通して、記録ヘッド1に、所定の負圧が付与されたインクが供給される。
弁体27がインク導入口29を開く力と、弁体27がインク導入口29を閉じる力と、がつり合っているときは、下式(1)が成立する。図4のように、弁体27がインク導入口29を閉じる方向の力をプラスとし、インク導入口29を開く方向の力をマイナスとする。
−P2×S2=P1×S1+F1 ・・・ 式(1)
P2は圧力室21内の圧力、P1はインク導入室22の圧力、S2は、圧力室21側の圧力板30の面積である。S1は、インク導入室22側の弁体27の面であって、かつ圧力板30と平行な面の面積であり、F1は、付勢部材28の付勢力である。
上式(1)は、下式(2)のように変換することができる。
P2=−(P1×S1)/S2−F1/S2 ・・・ 式(2)
上式(1)が成立するつり合い状態から、インク導入室22内の圧力P1を大きくした場合、弁体27は、インク導入口29を閉鎖する方向に移動する。したがって、気泡15の除去動作(インク循環パージ)を実施するために第1のポンプ6Aによってインクを加圧するとインク導入室22の圧力が大きくなりインク導入口29が自動的に閉鎖される。それによりフィルタ室3A内の気泡15の下流側のフィルタ室3Bへの移動が抑制される。よって、第1のポンプ6Aによりインクを充分に加圧して、インクタンク2と上流側フィルタ室3Aとの間にてインクを大量に循環させることにより、記録ヘッド1内への気泡15の進入を防止ししつつ、気泡15を高速に除去することができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態は、インクタンク2と上流側フィルタ室3Aとの間においてインクを循環させるために、第1のポンプ6Aによってインクを加圧する方式(加圧循環方式)である。しかし、インクを吸引することによって、インクタンク2と上流側フィルタ室3Aとの間においてインクを循環させる方式(吸引循環方式)を採用してもよい。
例えば、図1においてインクチューブ8Aの経路中に設けられるポンプ6Aの代わりに、バイパス流路7に吸引ポンプを備え、その吸引ポンプによって、上流側フィルタ室3A内のインクを吸引してインクタンク2内に戻すように構成することができる。このような吸引循環方式においては、インクを吸引して循環させるときにバルブ5を閉じることにより、インクの吸引力による負圧が記録ヘッドに及ぼす影響を回避することができる。つまり、記録ヘッド1のインクの吐出口に形成されるインクのメニスカスの破壊を防止することができる。バルブ5は、インク導入室22内が所定の負圧以上となったときに、弁体27がインク導入口29を自動的に閉じるように構成することができる。
本実施形態においては、吸引ポンプの吸引力を充分に大きくして、インクタンク2と上流側フィルタ室3Aとの間にてインクを大量に循環させることにより、インクの吸引力が記録ヘッド1に及ぼす影響を回避しつつ、気泡15を高速に除去することができる。
[実施例1]
実施例1として、図1のインク供給システムを作製し、バルブ5として手動式の二方バルブを用いた。バルブ5を閉じた後、第1のポンプ6Aによってインクを100kPaに加圧して、気泡15の除去動作(インク循環パージ)を実施した。上流側フィルタ室3Aに滞留する気泡15は、バルブ5が閉じているため下流側フィルタ室3Bには侵入せず、バイパス流路7を通してインクタンク2に回収して除去することができた。
[実施例2]
実施例2として、図1のインク供給システムを作製し、バルブ5として、図3のバルブを下表1の条件で作成して用いた。第1のポンプ6Aによってインクを100kPaに加圧して、気泡15の除去動作(インク循環パージ)を実施した。
バルブ5内の弁体27は、第1のポンプ6Aの加圧力と、付勢部材28の付勢力と、によって、インク導入口29を閉鎖する。これにより、上流側フィルタ室3Aに滞留する気泡15は、バルブ5が閉じているため下流側フィルタ室3Bには侵入せず、バイパス流路7を通してインクタンク2に回収して除去することができた。
比較例として、図1のインク供給システムからバルブ5を取り外し、第1のポンプ6Aによってインクを100kPaに加圧して、気泡15の除去動作(インク循環パージ)を実施した。ポンプ6Aの加圧によって、上流側フィルタ室3Aに滞留する気泡15がフィルタ4を通過し、それが微細な気泡となって記録ヘッド1に侵入することによって、インクの吐出不良が発生した。
本発明は、種々の液体を供給する液体供給装置、および種々の液体を吐出可能な液体吐出装置に対して広く適用することができる。また本発明は、液体を吐出可能なインクジェットヘッドを用いて、種々の媒体(シート)に対して、種々の処理(記録、加工、塗布、照射、読取、検査など)を施すインクジェット装置に対しても適用可能である。その媒体(記録媒体を含む)は、紙、プラスチック、フィルム、織物、金属、フレキシブル基板等、材質は問わず、インクを含む液体が付与される種々の媒体を含む。
1 記録ヘッド(液体吐出ヘッド)
2 インクタンク(液体収容部)
3 フィルタ室
3A 上流側フィルタ室(第1フィルタ室)
3B 下流側フィルタ室(第2フィルタ室)
4 フィルタ
5 バルブ
6A ポンプ
7 バイパス流路
21 圧力室(第1室)
22 インク導入室(第2室)

Claims (15)

  1. 液体を吐出可能な液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給装置であって、
    液体を収容する液体収容部と、
    フィルタによって第1フィルタ室と第2フィルタ室とに分けられるフィルタ室と、
    前記第1フィルタ室と前記液体収容部とを連通する第1供給路と、
    前記第2フィルタ室と前記液体吐出ヘッドとを連通する第2供給路と、
    前記第1フィルタ室と前記液体収容部とを連通するバイパス流路と、
    前記液体収容部と前記第1フィルタ室との間において、前記第1供給路と前記バイパス流路を通して液体を循環させるためのポンプと、
    前記第2供給路における液体の流動を規制可能なバルブと、
    を備えることを特徴とする液体供給装置。
  2. 前記ポンプは、前記第1の供給路を通して、前記液体収容部内の液体を前記第1フィルタ室に圧送する加圧ポンプであることを特徴とする請求項1に記載の液体供給装置。
  3. 前記ポンプは、前記バイパス流路を通して、前記第1フィルタ室内の液体を吸引して前記液体収容部内に送る吸引ポンプであることを特徴とする請求項1に記載の液体供給装置。
  4. 前記バルブは、前記ポンプによって前記液体収容部と前記第1フィルタ室との間において液体が循環されるときに、前記第2供給路における液体の流動を規制することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の液体供給装置。
  5. 前記バルブは、前記液体収容部と前記第1フィルタ室との間において液体が循環されるときの液体の圧力によって、前記第2供給路における液体の流動を規制するように動作することを特徴とする請求項4に記載の液体供給装置。
  6. 前記バルブは、前記第2供給路によって前記第2フィルタ室に連通される第1室と、前記第2供給路によって前記液体吐出ヘッドに連通される第2室と、前記第1室と前記第2室との間を連通する連通路と、前記第1室と前記第2室との間の差圧に応じて前記連通路を開閉する弁体と、を備えることを特徴とする請求項5に記載の液体供給装置。
  7. 前記バルブは、前記第1室と前記第2室との間の差圧に応じて変位する可撓性部材と、前記可撓性部材の変位を前記弁体に伝達する伝達手段と、前記連通路を閉じる方向に前記弁体を付勢する付勢部材と、を備えることを特徴とする請求項6に記載の液体供給装置。
  8. 請求項1から7のいずれかに記載の液体供給装置と、
    前記液体供給装置から供給される液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
    を備えることを特徴とする液体吐出装置。
  9. 請求項1から7のいずれかに記載の液体供給装置であって、液体としてインクを供給する液体供給装置と、
    前記液体供給装置によって供給されるインクを吐出するインクジェット記録ヘッドと、
    前記インクジェット記録ヘッドと記録媒体とを相対移動させる移動手段と、
    を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
  10. フィルタによって第1フィルタ室と第2フィルタ室とに分けられるフィルタ室を用い、液体収容部に収容された液体を前記第1フィルタ室、前記フィルタ、および前記第2フィルタ室を通して液体吐出ヘッドに供給する液体供給方法であって、
    前記液体収容部と前記第1フィルタ室との間において液体を循環させる際に、前記第2フィルタ室と前記液体吐出ヘッドとの間における液体の流動を規制することを特徴とする液体供給方法。
  11. 前記液体収容部と前記第1フィルタ室との間において液体を循環させることにより、前記第1フィルタ室内の気泡を前記液体収容部内に導いて除去することを特徴とする請求項10に記載の液体供給方法。
  12. 液体を吐出可能な液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給装置であって、
    液体を収容する液体収容部と、
    フィルタによって第1フィルタ室と第2フィルタ室とに分けられるフィルタ室と、
    前記第1フィルタ室と前記液体収容部とを連通する第1供給路と、
    前記第2フィルタ室と前記液体吐出ヘッドとを連通する第2供給路と、
    前記第1フィルタ室と前記液体収容部とを連通する第3供給路と、
    前記第1供給路に設けられ、前記液体収容部内の液体を前記第1フィルタ室に圧送するための加圧ポンプと、
    前記第2供給路を介して前記第2フィルタ室と連通する第1室と、前記第2供給路を介して前記液体吐出ヘッドと連通する第2室と、前記第1室と前記第2室との間を連通する連通路と、前記連通路を開閉可能で、前記第1室内の圧力の増加に伴い前記連通路が閉まる方向に作用する弁と、を備える前記第2供給路に設けられるバルブと、
    を備えることを特徴とする液体供給装置。
  13. 前記バルブの前記第2室の一部は可撓性フィルムにより構成されていることを特徴とする請求項12に記載の液体供給装置。
  14. 前記バルブの前記第1室内には弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項12または13に記載の液体供給装置。
  15. 前記弾性部材は前記連通路を閉める方向に付勢していることを特徴とする請求項14に記載の液体供給装置。
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