ベルト駆動装置、ベルト定着装置、画像形成装置
【課題】無端状のベルトの寄りを解消すると共に、装置の省スペース化とコストダウンを同時に図ることができるベルト駆動装置を提供する。
【解決手段】少なくとも２つのローラ１、２により張架された無端状のベルト３と、そのベルト３の外周面に接触してベル３トとの間でニップを形成する加圧ローラ４とを備えたベルト駆動装置において、ベルト表面の静摩擦係数を０．１９以下し、また、加圧ローラ表面の静摩擦係数を０．２２以下とする。
【解決手段】少なくとも２つのローラ１、２により張架された無端状のベルト３と、そのベルト３の外周面に接触してベル３トとの間でニップを形成する加圧ローラ４とを備えたベルト駆動装置において、ベルト表面の静摩擦係数を０．１９以下し、また、加圧ローラ表面の静摩擦係数を０．２２以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式、静電記録方式等を利用したＦＡＸ、プリンタ、複写機等の画像形成装置に適用されるベルト駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置では、複数のローラに巻き掛けられた無端状ベルトを各種ユニットに用いることが知られている。例えばベルト定着装置を構成するベルト、転写ベルト、感光体ベルトなどである。無端状ベルトは走行中に幅方向（ローラ軸線方向）への寄りを生じることがある。この寄りを規制するための技術が以下のように種々提案されている。
例えば、特許文献１、特許文献２に開示されているように、無端状ベルトの回転トルクを利用して該ベルトの寄りを規制する。具体的には、無端状ベルトを揺動可能なローラに巻き掛け、特許文献１の場合には無端状ベルトが寄りを生じたときに乗り上げる検知部材を、特許文献２の場合には無端状ベルト端部が当接する垂直な面を有する検知部材を、揺動可能なローラと一体的に設け、無端状ベルトの回転トルクにより検知部材が回転駆動されると、一端を検知部材に固定され他端を不動部に固定された糸が検知部材に巻き取られ、揺動可能なローラが他のローラから離間する向き、即ち、寄りを規制する向きに変位することで無端状ベルトの寄りを規制する。
また無端状ベルト端部の内周面あるいは外周面にベルト寄り規制部材を貼り付けたり、ローラ軸端部にベルト寄り止めリングを設けることも知られている。
【特許文献１】特公平６−９９０５５号公報
【特許文献２】実開平４−６０９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１、２に開示された構成では、揺動可能なローラが寄りを規制する向きに変位した際に速やかに無端状ベルトの寄りが解消しないと、該ベルトが検知部材との摺動摩擦により摩耗して劣化してしまうという不具合がある。また、ベルトに大きな寄り力が作用したときにベルト寄り規制部材が剥がれたり、ベルトが規制部材を乗り越えたりする不具合がある。
また、ベルト寄り止めリングを設ける構成では、無端状ベルトに大きな寄り力が作用したとき無端状ベルトの座屈現象により、ベルト端部が破損する恐れがあった。さらに、上記各手段はベルト寄り規制をするための部品を必要とするため、装置の省スペース化やコストアップの弊害となっていた。
本発明はこのような背景に鑑みてなされたものであって、無端状ベルトの寄りを解消すると共に、装置の省スペース化とコストダウンを同時に図ることができるベルト駆動装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、少なくとも２つのローラにより張架された無端状のベルトと、そのベルトの外周面に接触してベルトとの間でニップを形成する加圧ローラとを備えたベルト駆動装置において、ベルト表面の静摩擦係数を０．１９以下とするベルト駆動装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のベルト駆動装置において、加圧ローラ表面の静摩擦係数を０．２２以下とするベルト駆動装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のベルト駆動装置が適用されるベルト定着装置を最も主要な特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項３記載のベルト定着装置が搭載される画像形成装置を最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は、少なくとも２つのローラにより張架された無端状のベルトと、そのベルトの外周面に接触してベルトとの間でニップを形成する加圧ローラとを備えたベルト駆動装置において、ベルト表面の静摩擦係数を０．１９以下とし、また、加圧ローラ表面の静摩擦係数を０．２２以下とすることで、ベルトの寄りを解消すると共に、装置の省スペース化とコストダウンを同時に図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図１は本発明の実施形態に係るベルト定着装置の構成図である。図示したのは、電磁誘導加熱方式のベルト定着装置であるが、本発明のベルト定着装置を電磁誘導加熱方式に限定するものではない。
誘導加熱手段６による電磁誘導によって加熱される加熱ローラ１と、加熱ローラ１と平行に配置された定着ローラ２と、加熱ローラ１と定着ローラ２とに張装され、加熱ローラ１により加熱されるとともに何れかのローラの回転により矢印Ａ方向に回転する無端帯状、かつ耐熱性のベルト（トナー加熱媒体）３と、ベルト３を介して定着ローラ２に圧接されるとともにベルト３に対して順方向に回転する加圧ローラ４と、ベルト３の内側に配置された温度検出手段５と、を備えている。
加熱ローラ１はたとえば鉄、コバルト、ニッケルまたはこれら金属の合金からなる中空円筒状の磁性金属部材で構成され、外径をたとえば２０ｍｍ、肉厚をたとえば0．2ｍｍとして、低熱容量で昇温の速い構成となっている。
定着ローラ２は、たとえばステンレススチール等の金属製の芯金２ａと、耐熱性を有するシリコーンゴムをソリッド状または発泡状にして芯金２ａを被覆した弾性部材２ｂとからなる。そして、加圧ローラ４からの押圧力でこの加圧ローラ４と定着ローラ２との間に所定幅の接触部を形成するために、定着ローラ２の外径を３５ｍｍ程度として加熱ローラ１より大きくしている。
弾性部材２ｂはその肉厚を８ｍｍ程度、硬度を３２°（Ａｓｋｅｒ硬度）程度としている。この構成により、加熱ローラ１の熱容量は定着ローラ２の熱容量より小さくなるので、加熱ローラ１が急速に加熱されてウォームアップ時間が短縮される。
加熱ローラ１と定着ローラ２との間に張り渡されたベルト３は、誘導加熱手段６により加熱される加熱ローラ１との接触部位Ｗ１で加熱される。そして、ローラ１、２の回転によってベルト３の内面が連続的に加熱され、結果としてベルト３全体に渡って加熱される。
ベルト３の基材として、上記金属からなる発熱層の代わりに、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂などの耐熱性を有する樹脂層を用いてもよい。
【０００７】
加圧ローラ４は、たとえば銅またはアルミ等の熱伝導性の高い金属製の円筒部材からなる芯金４ａと、この芯金４ａの表面に設けられた耐熱性およびトナー離型性の高い弾性部材４ｂと、から構成されている。芯金４ａには上記金属以外にＳＵＳを使用してもよい。
加圧ローラ４はベルト３を介して定着ローラ２を押圧して定着ニップ部Ｎを形成しているが、本実施形態では、加圧ローラ４の硬度を定着ローラ２に比べて硬くすることによって、加圧ローラ４が定着ローラ２（及びベルト３）へ食い込む形となり、この食い込みにより、記録材１１は加圧ローラ４表面の円周形状に沿うため、記録材１１がベルト３表面から離れやすくなる効果を持たせている。記録材１１上にはトナー像Ｔが搭載される。
この加圧ローラ４の外径は定着ローラ２とほぼ同じで４０ｍｍ程度であるが、肉厚は１ｍｍ程度で定着ローラ２より薄く、また硬度は８０°（Ａｓｋｅｒ硬度）程度で前述したとおり定着ローラ２より硬く構成されている。
電磁誘導により加熱ローラ１を加熱する誘導加熱手段６は、図１および図２（ａ）、（ｂ）に示すように、磁界発生手段である励磁コイル７と、この励磁コイル７が巻き回されたコイルガイド板８とを有している。コイルガイド板８は加熱ローラ１の外周面に近接配置された半円筒形状をしており、図２（ｂ）に示すように、励磁コイル７は長い一本の励磁コイル線材をこのコイルガイド板８に沿って加熱ローラ１の軸方向に交互に巻き付けたものである。
【０００８】
なお、励磁コイル７は、発振回路が周波数可変の駆動電源（図示せず）に接続されている。励磁コイル７の外側には、図１に示すように、フェライト等の強磁性体よりなる半円筒形状の励磁コイルコア９が、励磁コイルコア支持部材１０に固定されて励磁コイル７に近接配置されている。なお、本実施形態において、励磁コイルコア９は比透磁率が２５００のものを使用している。
励磁コイル７には駆動電源から１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交流電流、好ましくは２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの高周波交流電流が給電され、これにより交番磁界を発生する。そして、加熱ローラ１とベルト３との接触領域Ｗ１およびその近傍部においてこの交番磁界が加熱ローラ１およびベルト３の発熱層３ａに作用し、これらの内部では交番磁界の変化を妨げる方向に渦電流が流れる。
この渦電流が加熱ローラ１および発熱層３ａの抵抗に応じたジュール熱を発生させ、主として加熱ローラ１とベルト３との接触領域およびその近傍部において加熱ローラ１および発熱層３ａを有するベルト３が電磁誘導加熱される。
このようにして加熱されたベルト３は、定着ニップ部Ｎの入口側近傍においてベルト３の内面側に当接して配置されたサーミスタなどの熱応答性の高い感温素子からなる温度検出手段５により内面温度が検知される。
【０００９】
次にベルト寄りについて説明する。上記のような構成のベルト定着装置では、定着ローラ２に対する加圧ローラ４の平行度のズレが最もベルト寄りに寄与する。これは平行度がズレることによってベルト３に軸方向への力が加わるためである。平行度のズレは部品の寸法公差の積み上がりや駆動による微小なローラ位置の変動により発生するが、ベルト寄りはニップでの加圧ローラ４による押圧力や線速と相関があり、押圧力が大きいほど、また線速が速いほど加圧ローラ平行度のズレの影響が顕著に現れる。
従ってウォームアップ時間を短縮するため定着ローラ２、加圧ローラ４を小径とし、ニップ幅を稼ぐために低硬度の定着ローラ２を装備して押圧力を増加した高生産性（プリントスピードが速い）の画像形成装置はベルト寄りが出やすい。
図３はベルトと加圧ローラの摩擦係数とベルト寄り速度との関係を示す図表である。実験の結果、このような条件下にあってもベルト３の表面静摩擦係数を０．１９以下に、加圧ローラ４の表面摩擦係数を０．２２以下にすることにより平行度がズレることによって発生するベルト軸方向の力を低減することが可能となり、ベルト寄りを改善できることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るベルト定着装置の構成図である。
【図２】図１に示す励磁コイルの配置を示す図である。
【図３】ベルトと加圧ローラの摩擦係数とベルト寄り速度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００１１】
１ 加熱ローラ、２ 定着ローラ、３ ベルト、４ 加圧ローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式、静電記録方式等を利用したＦＡＸ、プリンタ、複写機等の画像形成装置に適用されるベルト駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置では、複数のローラに巻き掛けられた無端状ベルトを各種ユニットに用いることが知られている。例えばベルト定着装置を構成するベルト、転写ベルト、感光体ベルトなどである。無端状ベルトは走行中に幅方向（ローラ軸線方向）への寄りを生じることがある。この寄りを規制するための技術が以下のように種々提案されている。
例えば、特許文献１、特許文献２に開示されているように、無端状ベルトの回転トルクを利用して該ベルトの寄りを規制する。具体的には、無端状ベルトを揺動可能なローラに巻き掛け、特許文献１の場合には無端状ベルトが寄りを生じたときに乗り上げる検知部材を、特許文献２の場合には無端状ベルト端部が当接する垂直な面を有する検知部材を、揺動可能なローラと一体的に設け、無端状ベルトの回転トルクにより検知部材が回転駆動されると、一端を検知部材に固定され他端を不動部に固定された糸が検知部材に巻き取られ、揺動可能なローラが他のローラから離間する向き、即ち、寄りを規制する向きに変位することで無端状ベルトの寄りを規制する。
また無端状ベルト端部の内周面あるいは外周面にベルト寄り規制部材を貼り付けたり、ローラ軸端部にベルト寄り止めリングを設けることも知られている。
【特許文献１】特公平６−９９０５５号公報
【特許文献２】実開平４−６０９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１、２に開示された構成では、揺動可能なローラが寄りを規制する向きに変位した際に速やかに無端状ベルトの寄りが解消しないと、該ベルトが検知部材との摺動摩擦により摩耗して劣化してしまうという不具合がある。また、ベルトに大きな寄り力が作用したときにベルト寄り規制部材が剥がれたり、ベルトが規制部材を乗り越えたりする不具合がある。
また、ベルト寄り止めリングを設ける構成では、無端状ベルトに大きな寄り力が作用したとき無端状ベルトの座屈現象により、ベルト端部が破損する恐れがあった。さらに、上記各手段はベルト寄り規制をするための部品を必要とするため、装置の省スペース化やコストアップの弊害となっていた。
本発明はこのような背景に鑑みてなされたものであって、無端状ベルトの寄りを解消すると共に、装置の省スペース化とコストダウンを同時に図ることができるベルト駆動装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、少なくとも２つのローラにより張架された無端状のベルトと、そのベルトの外周面に接触してベルトとの間でニップを形成する加圧ローラとを備えたベルト駆動装置において、ベルト表面の静摩擦係数を０．１９以下とするベルト駆動装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のベルト駆動装置において、加圧ローラ表面の静摩擦係数を０．２２以下とするベルト駆動装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のベルト駆動装置が適用されるベルト定着装置を最も主要な特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項３記載のベルト定着装置が搭載される画像形成装置を最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は、少なくとも２つのローラにより張架された無端状のベルトと、そのベルトの外周面に接触してベルトとの間でニップを形成する加圧ローラとを備えたベルト駆動装置において、ベルト表面の静摩擦係数を０．１９以下とし、また、加圧ローラ表面の静摩擦係数を０．２２以下とすることで、ベルトの寄りを解消すると共に、装置の省スペース化とコストダウンを同時に図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図１は本発明の実施形態に係るベルト定着装置の構成図である。図示したのは、電磁誘導加熱方式のベルト定着装置であるが、本発明のベルト定着装置を電磁誘導加熱方式に限定するものではない。
誘導加熱手段６による電磁誘導によって加熱される加熱ローラ１と、加熱ローラ１と平行に配置された定着ローラ２と、加熱ローラ１と定着ローラ２とに張装され、加熱ローラ１により加熱されるとともに何れかのローラの回転により矢印Ａ方向に回転する無端帯状、かつ耐熱性のベルト（トナー加熱媒体）３と、ベルト３を介して定着ローラ２に圧接されるとともにベルト３に対して順方向に回転する加圧ローラ４と、ベルト３の内側に配置された温度検出手段５と、を備えている。
加熱ローラ１はたとえば鉄、コバルト、ニッケルまたはこれら金属の合金からなる中空円筒状の磁性金属部材で構成され、外径をたとえば２０ｍｍ、肉厚をたとえば0．2ｍｍとして、低熱容量で昇温の速い構成となっている。
定着ローラ２は、たとえばステンレススチール等の金属製の芯金２ａと、耐熱性を有するシリコーンゴムをソリッド状または発泡状にして芯金２ａを被覆した弾性部材２ｂとからなる。そして、加圧ローラ４からの押圧力でこの加圧ローラ４と定着ローラ２との間に所定幅の接触部を形成するために、定着ローラ２の外径を３５ｍｍ程度として加熱ローラ１より大きくしている。
弾性部材２ｂはその肉厚を８ｍｍ程度、硬度を３２°（Ａｓｋｅｒ硬度）程度としている。この構成により、加熱ローラ１の熱容量は定着ローラ２の熱容量より小さくなるので、加熱ローラ１が急速に加熱されてウォームアップ時間が短縮される。
加熱ローラ１と定着ローラ２との間に張り渡されたベルト３は、誘導加熱手段６により加熱される加熱ローラ１との接触部位Ｗ１で加熱される。そして、ローラ１、２の回転によってベルト３の内面が連続的に加熱され、結果としてベルト３全体に渡って加熱される。
ベルト３の基材として、上記金属からなる発熱層の代わりに、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂などの耐熱性を有する樹脂層を用いてもよい。
【０００７】
加圧ローラ４は、たとえば銅またはアルミ等の熱伝導性の高い金属製の円筒部材からなる芯金４ａと、この芯金４ａの表面に設けられた耐熱性およびトナー離型性の高い弾性部材４ｂと、から構成されている。芯金４ａには上記金属以外にＳＵＳを使用してもよい。
加圧ローラ４はベルト３を介して定着ローラ２を押圧して定着ニップ部Ｎを形成しているが、本実施形態では、加圧ローラ４の硬度を定着ローラ２に比べて硬くすることによって、加圧ローラ４が定着ローラ２（及びベルト３）へ食い込む形となり、この食い込みにより、記録材１１は加圧ローラ４表面の円周形状に沿うため、記録材１１がベルト３表面から離れやすくなる効果を持たせている。記録材１１上にはトナー像Ｔが搭載される。
この加圧ローラ４の外径は定着ローラ２とほぼ同じで４０ｍｍ程度であるが、肉厚は１ｍｍ程度で定着ローラ２より薄く、また硬度は８０°（Ａｓｋｅｒ硬度）程度で前述したとおり定着ローラ２より硬く構成されている。
電磁誘導により加熱ローラ１を加熱する誘導加熱手段６は、図１および図２（ａ）、（ｂ）に示すように、磁界発生手段である励磁コイル７と、この励磁コイル７が巻き回されたコイルガイド板８とを有している。コイルガイド板８は加熱ローラ１の外周面に近接配置された半円筒形状をしており、図２（ｂ）に示すように、励磁コイル７は長い一本の励磁コイル線材をこのコイルガイド板８に沿って加熱ローラ１の軸方向に交互に巻き付けたものである。
【０００８】
なお、励磁コイル７は、発振回路が周波数可変の駆動電源（図示せず）に接続されている。励磁コイル７の外側には、図１に示すように、フェライト等の強磁性体よりなる半円筒形状の励磁コイルコア９が、励磁コイルコア支持部材１０に固定されて励磁コイル７に近接配置されている。なお、本実施形態において、励磁コイルコア９は比透磁率が２５００のものを使用している。
励磁コイル７には駆動電源から１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交流電流、好ましくは２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの高周波交流電流が給電され、これにより交番磁界を発生する。そして、加熱ローラ１とベルト３との接触領域Ｗ１およびその近傍部においてこの交番磁界が加熱ローラ１およびベルト３の発熱層３ａに作用し、これらの内部では交番磁界の変化を妨げる方向に渦電流が流れる。
この渦電流が加熱ローラ１および発熱層３ａの抵抗に応じたジュール熱を発生させ、主として加熱ローラ１とベルト３との接触領域およびその近傍部において加熱ローラ１および発熱層３ａを有するベルト３が電磁誘導加熱される。
このようにして加熱されたベルト３は、定着ニップ部Ｎの入口側近傍においてベルト３の内面側に当接して配置されたサーミスタなどの熱応答性の高い感温素子からなる温度検出手段５により内面温度が検知される。
【０００９】
次にベルト寄りについて説明する。上記のような構成のベルト定着装置では、定着ローラ２に対する加圧ローラ４の平行度のズレが最もベルト寄りに寄与する。これは平行度がズレることによってベルト３に軸方向への力が加わるためである。平行度のズレは部品の寸法公差の積み上がりや駆動による微小なローラ位置の変動により発生するが、ベルト寄りはニップでの加圧ローラ４による押圧力や線速と相関があり、押圧力が大きいほど、また線速が速いほど加圧ローラ平行度のズレの影響が顕著に現れる。
従ってウォームアップ時間を短縮するため定着ローラ２、加圧ローラ４を小径とし、ニップ幅を稼ぐために低硬度の定着ローラ２を装備して押圧力を増加した高生産性（プリントスピードが速い）の画像形成装置はベルト寄りが出やすい。
図３はベルトと加圧ローラの摩擦係数とベルト寄り速度との関係を示す図表である。実験の結果、このような条件下にあってもベルト３の表面静摩擦係数を０．１９以下に、加圧ローラ４の表面摩擦係数を０．２２以下にすることにより平行度がズレることによって発生するベルト軸方向の力を低減することが可能となり、ベルト寄りを改善できることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るベルト定着装置の構成図である。
【図２】図１に示す励磁コイルの配置を示す図である。
【図３】ベルトと加圧ローラの摩擦係数とベルト寄り速度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００１１】
１ 加熱ローラ、２ 定着ローラ、３ ベルト、４ 加圧ローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのローラにより張架された無端状のベルトと、そのベルトの外周面に接触してベルトとの間でニップを形成する加圧ローラと、を備えたベルト駆動装置において、ベルト表面の静摩擦係数を０．１９以下とすることを特徴とするベルト駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載のベルト駆動装置において、加圧ローラ表面の静摩擦係数を０．２２以下とすることを特徴とするベルト駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のベルト駆動装置を備えたことを特徴とするベルト定着装置。
【請求項４】
請求項３記載のベルト定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
少なくとも２つのローラにより張架された無端状のベルトと、そのベルトの外周面に接触してベルトとの間でニップを形成する加圧ローラと、を備えたベルト駆動装置において、ベルト表面の静摩擦係数を０．１９以下とすることを特徴とするベルト駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載のベルト駆動装置において、加圧ローラ表面の静摩擦係数を０．２２以下とすることを特徴とするベルト駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のベルト駆動装置を備えたことを特徴とするベルト定着装置。
【請求項４】
請求項３記載のベルト定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１４８１４６（Ｐ２００７−１４８１４６Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４４３４３（Ｐ２００５−３４４３４３）
【出願日】平成１７年１１月２９日（２００５．１１．２９）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２９日（２００５．１１．２９）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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