| 【発明の名称】 |
画像形成装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】山田 俊行
【住所又は居所】東京都大田区下丸子３丁目３０番２号 キヤノン株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】ドラムヒータへの無駄な消費電力を削減できるようにする。
【解決手段】画像形成装置の電源がオン時には、環境センサ３３からの環境検知情報に基づいて制御部３２で算出した絶対水分量が設定値未満の場合には、感光ドラム２内のドラムヒータ２０への通電をオフにするよう制御部３２で制御し、絶対水分量が設定値以上の場合には、温度センサ３０からの温度検知情報に基づいて感光ドラム２表面を所定温度に保持するようにドラムヒータ２０への通電を制御部３２で制御することにより、ドラムヒータ２０への無駄な消費電力を削減することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 感光体上に形成された現像剤像を直接又は中間転写体を介して転写材に転写して画像形成を行う画像形成装置において、前記感光体を加熱する加熱手段と、前記感光体の温度を検知する温度検知手段と、画像形成装置内又は外側近傍の環境を検知する環境検知手段と、前記加熱手段への通電を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、画像形成装置の電源がオフ時には、前記温度検知手段からの温度検知情報に基づいて前記感光体表面を予め設定した所定温度に保持するように前記加熱手段への通電を制御し、また、画像形成装置の電源がオン時には、前記環境検知手段からの環境検知情報に基づいて算出した絶対水分量が予め設定した設定値未満の場合には、前記加熱手段への通電をオフにするよう制御し、前記絶対水分量が予め設定した設定値以上の場合には、前記温度検知手段からの温度検知情報に基づいて前記感光体表面を予め設定した所定温度に保持するように前記加熱手段への通電を制御する、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】 前記感光体表面の帯電電位を検知する帯電電位検知手段を有し、前記帯電電位検知手段で検知した帯電電位情報に基づいて前記感光体表面を予め設定した帯電電位に帯電するよう、前記感光体表面を帯電する帯電手段に対して一定間隔の時間ごとに電位制御する際に、前記加熱手段への通電がオン時における前記帯電手段に対する電位制御の実行間隔よりも、前記加熱手段への通電がオフ時における前記帯電手段に対する電位制御の実行間隔を短くする、ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式などによって画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子写真画像形成プロセスを用いた画像形成装置（複写機、プリンタ、ファクシミリ等）では、ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムという）を所定の極性、電位に一様に帯電する帯電手段として、従来より一般にコロナ帯電器（１次帯電器）が用いられている。これは、感光ドラムにコロナ帯電器を非接触に対向配置して、コロナ帯電器のコロナ放電によって発生するコロナイオンにより、感光ドラム表面を所定の極性、電位に一様に帯電処理するものである。
【０００３】また、電子写真画像形成プロセスを用いた画像形成装置（複写機、プリンタ、ファクシミリ等）では、上記した感光ドラムを帯電するためのコロナ帯電器（１次帯電器）以外にも、複数のコロナ帯電器が用いられている。
【０００４】例えば、感光ドラム上の帯電したトナー像（トナー）の電荷極性を強めるためのコロナ帯電器（転写前帯電器）、感光ドラム上のトナー像を転写材（用紙）に転写させるためのコロナ帯電器（転写帯電器）、トナー像が転写された転写材（用紙）を除電して感光ドラム表面から分離させるためのコロナ帯電器（分離帯電器）などである。
【０００５】これらのコロナ帯電器は、その動作時にオゾンＯ３や窒素酸化物ＮＯＸ等のコロナ生成物が生成される。これらのコロナ生成物は、放電エネルギー及び大気中のガス、水分等が感光ドラムに作用して、窒素化合物、アルデヒド基、カルボキシル基等の親水性の化合物に変えるため、感光ドラム表面が酸化されたり、付着した化合物質が大気中の水分を吸湿することで、感光ドラムの表面抵抗が低下することによって、いわゆる「画像流れ」現象が発生する。
【０００６】この画像流れとは、画像形成動作によってコロナ帯電器（１次帯電器など）に付着したコロナ生成物が、画像形成装置の主電源がＯＦＦの時に感光ドラムに堆積し、帯状に画像が失われる現象で、この場合、周囲の湿度が５０〜６０％程度から発生する。
【０００７】特に、画像形成動作（コピー動作やプリント動作）の終了後、上記の湿度以上の環境下で長期放置（一晩放置など）中に、放電生成物の吸湿が促進し、放置後の最初の画像形成動作（コピー動作やプリント動作）において、その発生率は最も高くなる。また、画像流れは、コロナ帯電器に交流や負極性の直流電圧を印加した場合に、コロナ生成物がより多く発生し影響も大きくなる。
【０００８】これら画像流れ現象は、ほとんどの感光ドラムで発生するが、特に感光ドラムの表面硬度が大きい場合に、オゾンやＮＯＸ等で親水性の酸化物が感光ドラム表面に堆積し易く、レベルの悪い画像流れが発生する。これは、感光ドラムの表面硬度が大きく、形成された低抵抗層が研摩されにくいためと推定されている。
【０００９】従って、非晶質シリコン系の感光ドラム（ａ−Ｓｉ感光ドラムなど）は表面硬度が１５００〜２０００ｋｇ／ｍｍ２と高く、画像流れ現象が発生し易い。
【００１０】また、表面硬度が高い感光ドラムは当然ながら耐久性に優れているため、高速複写機などの高耐久性を求められる画像形成装置に採用される傾向にあり、更に帯電方法がコロナ帯電器による場合が多く、このことも更なる画像流れ現象の発生に寄与している。
【００１１】そこで従来、画像流れ現象を防止する対策として、感光ドラムの内面にヒータ（以下、ドラムヒータという）を配置し、このドラムヒータの発熱によって感光ドラム表面を加熱することで、オゾンやＮＯＸといった親水性の放電生成物が吸湿することを防ぎ、感光ドラムの表面抵抗の低下を抑制している。
【００１２】通常従来では、感光ドラムの内面に配置されたドラムヒータは、画像形成装置の主電源がＯＮ／ＯＦＦ（画像形成動作可能時や放置時など）に関わらず、常に通電（ＯＮ）状態で感光ドラム表面を加熱するようにして、放置後の最初の画像形成動作（コピー動作やプリント動作）時などでも、オゾンやＮＯＸといった親水性の放電生成物が吸湿することを防ぎ、感光ドラムの表面抵抗の低下を抑制している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した感光ドラム内にドラムヒータを有する従来の画像形成装置のように、ドラムヒータを常にＯＮする制御では、低湿環境下にある場合や、画像形成動作時にて定着器からの熱で、感光ドラムが十分な温度に保たれている場合など、ドラムヒータなしの状態でも画像流れが発生しない状況下において、無駄な電力を消費してしまっていることになり、不経済である。
【００１４】そこで本発明は、ドラムヒータへの通電制御による感光ドラムの加熱で画像流れの発生を防止するとともに、消費電力の無駄をなくすことができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明は、感光体上に形成された現像剤像を直接又は中間転写体を介して転写材に転写して画像形成を行う画像形成装置において、前記感光体を加熱する加熱手段と、前記感光体の温度を検知する温度検知手段と、画像形成装置内又は外側近傍の環境を検知する環境検知手段と、前記加熱手段への通電を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、画像形成装置の電源がオフ時には、前記温度検知手段からの温度検知情報に基づいて前記感光体表面を予め設定した所定温度に保持するように前記加熱手段への通電を制御し、また、画像形成装置の電源がオン時には、前記環境検知手段からの環境検知情報に基づいて算出した絶対水分量が予め設定した設定値未満の場合には、前記加熱手段への通電をオフにするよう制御し、前記絶対水分量が予め設定した設定値以上の場合には、前記温度検知手段からの温度検知情報に基づいて前記感光体表面を予め設定した所定温度に保持するように前記加熱手段への通電を制御することを特徴としている。
【００１６】また、前記感光体表面の帯電電位を検知する帯電電位検知手段を有し、前記帯電電位検知手段で検知した帯電電位情報に基づいて前記感光体表面を予め設定した帯電電位に帯電するよう、前記感光体表面を帯電する帯電手段に対して一定間隔の時間ごとに電位制御する際に、前記加熱手段への通電がオン時における前記帯電手段に対する電位制御の実行間隔よりも、前記加熱手段への通電がオフ時における前記帯電手段に対する電位制御の実行間隔を短くすることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１８】〈実施の形態１〉図１は、本発明の実施の形態１に係る画像形成装置（本実施の形態では、電子写真方式のレーザプリンタなどの画像形成装置）を示す概略構成図である。
【００１９】本画像形成装置は、矢印方向（時計方向）に回転駆動される像担持体としての感光ドラム２を備えている。感光ドラム２の周囲には、感光ドラム２の回転方向に沿って１次帯電器１０、感光ドラム２の表面電位を測定する電位センサ２１、現像装置３、転写前帯電器４、転写前露光ランプ５、転写帯電器６、分離帯電器７、クリーニング装置８、除電露光ランプ９が配設されており、１次帯電器１０と現像装置３間の上方には露光装置１が配設されている。また、転写材（用紙）１４の搬送方向（矢印方向）に対して分離帯電器７の下流側には定着器１１が配設されている。
【００２０】本実施の形態では、１次帯電器１０、転写前帯電器４、転写帯電器６、及び分離帯電器７はすべてコロナ帯電器である。
【００２１】感光ドラム２は、本実施の形態では直径８０ｍｍのａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）であり、駆動装置（不図示）の駆動によって所定の周速度（プロセススピード）で矢印方向（時計方向）に回転駆動される。感光ドラム２は、図２に示すように、導電性材料のアルミニウムからなる円筒状の基体２ｅ上に阻止層２ｄ、光導電層（Ｉ，ＩＩ）２ｃ、２ｂ及び表面層２ａを順次積層して構成されている。
【００２２】光導電層（Ｉ，ＩＩ）２ｃ、２ｂは、シリコン原子が水素原子及びハロゲン原子を含むアモルファスシリコン材料を主体にして形成されている。また、感光ドラム２の表面硬度は約２０００ｋｇ／ｍｍ２であり、更に１次帯電器１０、転写前帯電器４、転写帯電器６、及び分離帯電器７がすべてコロナ帯電器であることから、感光ドラム２の耐久寿命としては３０万枚以上を実現している。
【００２３】また、感光ドラム２の内側にはドラムヒータ２０が配設されており、ドラムヒータ２０への通電をＯＮすることによって感光ドラム２表面が加熱される（本実施の形態におけるドラムヒータ２０への通電（ＯＮ／ＯＦＦ）制御については後述する）。
【００２４】次に、上記した画像形成装置による画像形成動作について説明する。
【００２５】画像形成時には、感光ドラム２は駆動装置（不図示）の駆動により矢印方向（時計方向）に所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動され、帯電バイアスが印加された１次帯電器１０により感光ドラム２表面を所定の極性、電位に帯電する。そして、帯電された感光ドラム２表面に、露光装置１から画像情報に応じた画像露光Ｌが付与されることにより、感光ドラム２表面の電位は画像露光Ｌされた部分の電位が低下して、入力される画像情報に応じた静電潜像が形成される。
【００２６】そして、現像装置３により感光ドラム２の帯電極性と同極性に帯電したトナーを静電潜像に付着させてトナー像として可視像化する。そして、トナー像は転写前帯電器４によりトナー像の電荷極性をさらに強め、転写前露光ランプ５により感光ドラム２の画像域の電位を低下させた後に、所定のタイミングで搬送される用紙などの転写材１４上に、転写バイアス（トナーと逆極性）が印加された転写帯電器６により転写される。
【００２７】トナー像が転写された転写材１４は、分離帯電バイアスが印加された分離帯電器７により感光ドラム２表面から分離され、搬送装置１３により定着入り口ガイド１２に案内されて定着器１１に搬送される。定着器１１に搬送された転写材１４は、加熱、加熱されてトナー像が転写材１４上に定着された後、外部に排出される。
【００２８】一方、トナー像転写後の感光ドラム２表面に残留している転写残トナーはクリーニング装置８によって除去されて回収される。また、感光ドラム２表面の残留電荷は除電露光ランプ９で除去され、次の画像形成動作に備える。
【００２９】次に、本実施の形態におけるドラムヒータ２０への通電（ＯＮ／ＯＦＦ）制御を、図３に示すブロック図を参照して説明する。
【００３０】図３に示すように、感光ドラム２内の表面近傍の周縁にはドラムヒータ２０が内蔵されている。ドラムヒータ２０としては、本実施の形態では温度の立ち上りが速い面状ヒータを用いている。ドラムヒータ２０の電気容量としては、一般には３０〜１００ワット程度のヒータを用いればよい。ドラムヒータ２０は、ドラムヒータ２０の電源スイッチ３１を介して電源部（不図示）に電気的に接続されている。電源スイッチ３１のＯＮ／ＯＦＦは制御部３２によって制御される。
【００３１】なお、感光ドラム２を速く均一に加熱するために、本実施の形態では内蔵ヒータ方式としているが、熱効率は低下するが外部ヒータであってもよい。
【００３２】感光ドラム２の表面近傍には、感光ドラム２の表面温度を検知する温度センサ３０が配置されており、また、画像形成装置内には、画像形成装置内の温度・湿度を検知する環境センサ３３が配置されている。温度センサ３０で検知した温度情報と、環境センサ３３で検知した温度・湿度情報は制御部３２に入力される。
【００３３】温度センサ３０としては、サーミスターや赤外線等を利用したセンサを用いることができる。なお、温度センサ３０は、本実施の形態では感光ドラム２表面から１〜５ｍｍ程度離して設置するようにしたが、温度センサ３０を感光ドラム２表面に接触させてよく、さらに感光ドラム２の内部に設けてもよい。
【００３４】制御部３２は、環境センサ３３から入力される温度・湿度情報に基づいて絶対水分量を算出する。
【００３５】そして、本実施の形態では、画像流れ対策として、感光ドラム２に内蔵されたドラムヒータ２０の発熱によって感光ドラム２表面を所定温度Ｔ０（４０℃）に加熱すべく、制御部３２からのスイッチ制御信号Ｓ１により電源スイッチ３１をＯＮ／ＯＦＦしてドラムヒータ２０への通電を制御する。即ち、温度センサ３０により感光ドラム２の表面温度を検知し、制御部３２は温度センサ３０からのスイッチ制御信号（表面温度信号）Ｓ２に基づいて、感光ドラム２表面が所定温度Ｔ０（４０℃）に保持されるように電源スイッチ３１をＯＮ／ＯＦＦ制御する。
【００３６】そして、画像形成装置の主電源（不図示）がＯＮされていて、画像形成動作時又はスタンバイ時には、制御部３２は、環境センサ３３からの温度・湿度情報に基づいて画像形成装置の使用環境における絶対水分量を算出し、算出した絶対水分量の値が予め設定している設定値より大きい場合は、温度センサ３０で検知する感光ドラム２の表面温度が所定温度Ｔ０（４０℃）に保持されるよう、スイッチ制御信号Ｓ１によって電源スイッチ３１をＯＮ／ＯＦＦしてドラムヒータ２０への通電を制御する。
【００３７】ところで、画像形成装置の主電源（不図示）がＯＮの場合においては、定着器１１からの熱や、画像形成動作中に発生する熱、さらにはクリーニング装置８による感光ドラム２との摺擦動作などにより、感光ドラム２表面はある程度加熱されているので、このような状況での低湿環境下においては画像流れの発生はない。
【００３８】次に、本発明の実施の形態におけるドラムヒータ２０に対する通電制御による効果を評価するために、画像形成装置の主電源（不図示）をＯＮにした状態（スタンバイ状態のまま）でドラムヒータ２０への通電をＯＦＦし、連続５０００枚の画像形成動作を行って３時間放置した後に、文字チャート（画像域の全面に文字を形成）とハーフトーンチャート（ＨＴチャート：ベタ黒とベタ白の中間調）の画像を出力し、絶対水分量を変化させた場合における画像流れレベルを評価した。図４は、この評価結果である。なお、この評価において、○は画像流れが発生していないレベル、△は画像流れが少し発生したレベル、×は画像流れの発生したレベルである。
【００３９】この評価結果から明らかなように、絶対水分量１１ｇｒ／ｋｇ以下の環境においては、ドラムヒータ２０を発熱して感光ドラム２表面を加熱しない状態でも、文字チャートとハーフトーンチャートに画像流れの発生は確認されなかった。
【００４０】従って、本実施の形態では、絶対水分量が１１ｇｒ／ｋｇ以上の場合にのみ、上記したドラムヒータ２０に対して通電制御を行う。一方、絶対水分量が１１ｇｒ／ｋｇ未満の場合は、温度センサ３０による温度の検知結果によらず、ドラムヒータ２０への通電をＯＦＦし、ドラムヒータ２０に対して通電制御を行わない。
【００４１】また、画像形成装置の主電源（不図示）がＯＦＦの場合は、定着器１１からの熱や、画像形成動作中に発生する熱、さらにはクリーニング装置８による感光ドラム２との摺擦動作などによる画像形成装置内における昇温要因がないため、制御部３２は、環境センサ３３からの温度・湿度情報に関わらず、温度センサ３０で検知する感光ドラム２の表面温度が所定温度Ｔ０（４０℃）に保持されるよう、スイッチ制御信号Ｓ１によって電源スイッチ３１をＯＮ／ＯＦＦしてドラムヒータ２０への通電を制御する。
【００４２】このように本実施の形態では、画像形成装置の主電源（不図示）がＯＮされていて、画像形成動作時又はスタンバイ時において、画像形成装置の使用環境における絶対水分量が予め設定した所定値より小さい場合には、ドラムヒータ２０への通電をＯＦＦし、ドラムヒータ２０に対して通電制御を行わなくても画像流れの発生を防止することが可能となる。
【００４３】よって、画像形成装置の使用環境における絶対水分量が予め設定した設定値より大きい場合には、ドラムヒータ２０への通電制御による感光ドラム２の加熱で画像流れの発生を防止するとともに、画像形成装置の使用環境における絶対水分量が予め設定した設定値より小さい場合には、ドラムヒータ２０への通電をＯＦＦにしてドラムヒータ２０に対する消費電力の無駄をなくすことができる。上記した本実施の形態の場合においては、約１５Ｗ・ｈ／ｈの省エネが実現できた。
【００４４】また、本実施の形態では、図４に示した評価結果に基づいて絶対水分量が１１ｇｒ／ｋｇ未満の場合は、温度センサ３０による温度の検知結果によらず、ドラムヒータ２０への通電をＯＦＦし、ドラムヒータ２０に対して通電制御を行わない構成としたが、この場合における絶対水分量の設定値は、画像形成装置の構成や転写材の種類などに応じて任意の値に設定することができる。
【００４５】〈実施の形態２〉本実施の形態においても、図１に示した実施の形態１における画像形成装置と、図３に示した実施の形態１におけるドラムヒータへの通電制御系を有しており、実施の形態１と同様のドラムヒータ２０への通電制御を行う。
【００４６】実施の形態１では、環境センサ３３からの温度・湿度情報に基づいて絶対水分量を算出し、その算出結果に基づいてドラムヒータ２０への通電制御を行うことによって、ドラムヒータ２０に対する消費電力が削減できた。
【００４７】ところで、画像形成装置の主電源（不図示）のＯＮ／ＯＦＦに関わらず、ドラムヒータ２０への通電を完全にＯＦＦした場合、感光ドラム２の表面温度は、画像形成装置内の昇温や設置場所の温度・湿度環境の変化により一定にならない。このため、感光ドラム２の温度特性により帯電能が変化してしまうため、目標とする画像濃度を満たせない問題が発生する。
【００４８】そこで本実施の形態では、実施の形態１で述べたドラムヒータ２０への通電制御を行う際に、画像形成装置の主電源（不図示）がＯＮ時で、かつドラムヒータ２０への通電がＯＦＦされた時に、通常１時間間隔で実行していた電位制御（目標の帯電電位を得るために、電位センサ２１からの検知情報に基づいて１次帯電器１０の出力を調整する制御）を短い間隔、例えば２０分おきに実行するようにした。
【００４９】このように本実施の形態では、実施の形態１で得られる効果以外に、画像形成装置の主電源（不図示）がＯＮ時で、ドラムヒータ２０への通電がＯＦＦ時での感光ドラム２の帯電能のばらつきによる、画像不良の発生を防止することができる。
【００５０】〈実施の形態３〉本実施の形態においても、図１に示した実施の形態１における画像形成装置と、図３に示した実施の形態１におけるドラムヒータへの通電制御系を有しており、実施の形態１と同様のドラムヒータ２０への通電制御を行う。
【００５１】実施の形態２では、実施の形態１で述べたドラムヒータ２０への通電制御を行う際に、画像形成装置の主電源（不図示）がＯＮ時で、かつドラムヒータ２０への通電がＯＦＦされた時に、通常１時間間隔で実行していた電位制御を２０分おきに実行することで、画像形成装置の主電源（不図示）がＯＮ時で、ドラムヒータ２０への通電がＯＦＦ時での感光ドラム２の帯電能のばらつきによる、画像不良の発生を防止するようにした。
【００５２】本実施の形態では、さらに転写材（用紙）１４の感光ドラム２と転写帯電器６間の転写ニップ部への通紙状況（用紙の温度）によっても、感光ドラム２の温度が変化することを踏まえて電位制御の実行間隔を設定するようにした。例えば、転写材（用紙）１４の両面に画像形成を行う両面画像形成時には、定着器１１を通過して加熱されている転写材（用紙）１４が再度転写ニップ部に搬送されて感光ドラム２に接するため、感光ドラム２表面の温度上昇が大きい。
【００５３】従って、実施の形態１で述べたドラムヒータ２０への通電制御を行う際に、画像形成装置の主電源（不図示）がＯＮ時で、かつドラムヒータ２０への通電がＯＦＦされた時において、両面画像形成時が実行された場合には、電位制御を実施の形態２の場合よりもさらに短い間隔、例えば５分おきに実行するようにした。よって、電位制御は画像形成動作の途中においても実行される。
【００５４】このように本実施の形態では、実施の形態１、２で得られる効果以外に、画像形成装置の主電源（不図示）がＯＮ時で、ドラムヒータ２０への通電がＯＦＦ時に、両面画像形成時を行った場合でも、感光ドラム２の帯電能のばらつきによる、画像不良の発生を防止することができる。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、画像形成装置の電源がオン時には、環境検知手段からの環境検知情報に基づいて算出した絶対水分量が予め設定した設定値未満の場合には、加熱手段への通電をオフにするよう制御し、絶対水分量が予め設定した設定値以上の場合には、温度検知手段からの温度検知情報に基づいて感光体表面を予め設定した所定温度に保持するように加熱手段への通電を制御することにより、加熱手段への通電制御による感光体の加熱によって画像流れの発生を防止するとともに、消費電力の無駄をなくすことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
【住所又は居所】東京都大田区下丸子３丁目３０番２号
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| 【出願日】 |
平成１４年４月２３日（２００２．４．２３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８２３３７
【弁理士】
【氏名又は名称】近島 一夫 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−３１６２３８（Ｐ２００３−３１６２３８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１１月７日（２００３．１１．７） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１２１２１２（Ｐ２００２−１２１２１２） |
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