JPH091800A - 集積化された駆動構成要素を有するインクジェット・プリントヘッド及びそれを用いた印刷方法 - Google Patents
集積化された駆動構成要素を有するインクジェット・プリントヘッド及びそれを用いた印刷方法Info
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Abstract
抗のエネルギの動作点を単純に、実効的に且つ安価に安
定化する。 【解決手段】 射出用抵抗R1〜R64とインクの小滴
を射出するためのエネルギを該抵抗に供給するMOSト
ランジスタTR1〜TR64とを備え、双方が同一の半
導体基板に集積化された、インク・ジェット・プリンタ
ヘッド100において、所与の範囲の値が、MOSトラ
ンジスタの導通中のチャンネル抵抗値RCと射出用抵抗
の抵抗値Rの比のため規定される。それにより、射出用
抵抗のエネルギの動作点Elが基板の温度TSの変化を自
動的に補償する。その結果、印刷の質を補償し且つ抵抗
自体の損傷を与えがちな射出用抵抗の動作状態を防止す
る。
Description
メージを、印刷媒体に、なお一般に限るものではない
が、用紙のシートに熱インク・ジェット技術により形成
する装置に用いれられるプリントヘッドに関し、詳細に
は、集積化された駆動構成要素を有するプリントヘッド
及びそれを用いた印刷方法に関する。
真複写機、ファクシミリ装置等、及び本質的に固定又は
交換可能なプリントヘッドから一般に成る印刷手段を用
いて書類を印刷するため用いられるプリンタのような、
上記のタイプの装置は当該技術において知られている。
及び一般モードは、また関連のインク・ジェット・プリ
ントヘッドのそれと同様に、今日の技術において既に周
知であり、そのため詳細な記述はここでは提供しない
が、本発明を理解するのに関連するプリントヘッドのあ
る特性の詳細な記述を提供する。
るべき用紙のシートを、用紙の供給が所与の方向に不連
続なステップで発生する要領で供給する(ライン・フィ
ード)ための装置と、 −シート供給方向に垂直の方向の道を走行し、且つ前進
移動又は戻り移動をシートの全体の幅に沿って実行する
ようにモータにより選択的に起動される可動のキャリッ
ジと、 −一般に、例えばキャリッジに取り外し可能に装着され
たプリントヘッドであって、基板(通常シリコン・ウエ
ファ)に被着され且つインクで充填されたセルの内側に
配列された複数の射出抵抗でその各々が対応する複数の
ノズルに接続された当該複数の射出抵抗を備え、前記ノ
ズルを介してプリントヘッドが貯蔵器に含まれるインク
の小滴を射出することができるプリントヘッドである印
刷手段と、 −電子的コントローラに接続された「コンピュータ」か
ら受け取った情報とユーザにより確立された事前設定と
に基づいて、前記モータの双方及びプリントヘッドをも
選択的に指令し、プリントヘッドからシートの表面に対
してインクの小滴を射出させることにより見えるイメー
ジを形成させる電子的コントローラとを概略備える。
抗に加えて、プリントヘッドはまた、集積化された抵抗
駆動構成要素を同一の半導体基板に備える。図1は、プ
リントヘッド100の配線図を示し、該プリントヘッド
100は、一般に薄膜技術を用いて作られる射出抵抗R
i(i=1,…64)及び関連する接続部と同様に、こ
れら抵抗を駆動する電子的構成要素TRi(i=1,…
64)を備える。通常、これらの電子的構成要素は、集
積化されたMOSトランジスタであり、即ち既知の集積
回路技術により同一のシリコン基板に作られ、抵抗の加
熱のためエネルギを選択的に供給する。全部の射出抵抗
Riは、電圧Vの電源に接続されている。電気的観点か
ら、全部が本質的に同一の幾何学的及び電気的特性を有
するこれらの集積化駆動構成要素TRiと、これらと関
連する射出抵抗Riとは、これらのものと電子的コント
ローラ101との間の接続部及び接点との数を最小にす
るため当該技術において既知の動作方法により行と列の
マトリックスに配置されている。
ンジスタTRiとTiとのそれぞれに選択的に送るため
の行及び列選択回路を備える。
ノズルを備えるプリントヘッドの電子回路を示す。該電
子回路は、8行×8列のマトリックスに配置された64
個の射出抵抗を含み、これらに対応して64個のMOS
駆動トランジスタTRiがあり、これらの64個のMO
S駆動トランジスタTRiは8グループに分割され、こ
れらの各グループは、次いで、MOSトランジスタTi
を介して接地に接続されており、該MOSトランジスタ
TiはトランジスタTRiのそれと異なる幾何学的及び
電気的特性を有し得る。
の分割の数は、特定のプリントヘッドの特性の関数にお
いて十分に変えることができる。
されているが、そのプリントヘッド100の動作方法は
以下の通りである。
行目選択」指令と「1列目選択」指令とを同時に起動す
ると、トランジスタTR2及びT1が導通を開始する。
これら2つのトランジスタが同時に接地へ導通すること
により、電圧Vの電源により供給される電流が抵抗R2
を通って流れることを可能にされる。この電流は、射出
抵抗R2においてジュール効果により熱エネルギに変換
され、抵抗R2に300℃の領域の温度へ非常に迅速に
加熱させる。
と接触している周囲のインクに伝達され該インクを蒸発
させて所与の量の一滴の射出をセル・ハウジング抵抗R
2に接続されたノズルを通して生じさせる。熱エネルギ
の第2の部分は、射出抵抗が被着されている共通基板
(シリコン・ウエファ)を通した導通により失われ、該
基板の、全体としてプリントヘッドの、及び該プリント
ヘッドが含むインクの、温度Tsを周囲温度に対して増
大させる。
事が一部のノズルのみの優先的な活動化を要求し得るた
め、また基板における導通による熱の拡散が温度の一様
な分布を得るのに十分迅速でないため、プリントヘッド
の射出抵抗の一部の周囲の領域にのみ閉じ込められるこ
とに注目しなければならない。
を参照して調べると一層良く理解し得る。図2のグラフ
は、実験的に測定され、曲線3により表され、所与の一
定値の基板温度Tsに対して、ノズルに接続されたセル
に配設された抵抗Riに供給される熱エネルギEの関数
であるノズルにより射出されたインクの小滴の量VOL
のパターンを示している。
レショルド・エネルギ)より下では、抵抗Riが周囲の
インクを蒸発させるのに十分な高い温度に達しないの
で、滴は形成されない。抵抗に供給されるエネルギEを
値Esから値Eg(ニー・エネルギ(knee ener
gy)(ここで、「ニー・エネルギ」は、図2に示され
るように小滴の量とエネルギの関係を表す曲線3が膝状
に曲がった位置におけるエネルギをいう。)まで増大す
ることにより、射出される小滴の量VOLは、抵抗Ri
へ供給されるエネルギEの増加に実質的に比例して増加
する。逆に、Egの値を越えると、量VOLは、抵抗R
iへ供給されるエネルギEの増加に対して実質的に変わ
らない。
極めて有効であり、抵抗Riへ供給されるべきエネルギ
Eに対する典型的な動作値El(エネルギの動作点)を
規定するとき考慮される。実際に、一定の滴量を有する
ことは、黒あるいはカラーのいずれにしても、用紙上の
ドットの直径が一定となると同様に、イメージの密度及
び均質性も一定となるであろうことを意味する。つま
り、印刷の質が一定となり、これはプリンタのユーザに
より大いに認められる非常に重要な特徴である。
衷(中間)の値を採用し、該値はEgより少し大きい。
これは、第1に、製造プロセスから誘発されるドリフト
あるいは現実の動作条件の変動のような種々の要因によ
る抵抗Riへ供給される熱エネルギEの制限された変動
が、射出される小滴の量VOLの著しい変動を伴わない
ことを保証する。これは、射出抵抗のエネルギの動作点
は、いずれにしても曲線3の漸近部分の内側にあり、そ
の結果、ElがEgより下に降下しEgの変動に追随して
小滴の量が変動するようになるならば生じるであろう不
安定な動作状態の創成が回避されるからである。
必要とされる最小の量を超過した抵抗Riへ供給される
エネルギの部分が、基板の温度の許容できる最大値を越
えた一般的な増加をもたらすことをせず、プリントヘッ
ドの適正な動作を妥協(compromise)するで
あろう損傷を生じさせがちでなく、又は1つの射出抵抗
でさえその動作の最適値を越えた温度の局所的増加をも
たらさないことを保証する。これは、抵抗上のインクの
分解に起因する炭素残留物の被着の現象を生じるであろ
う。その結果として、有効なプリントヘッドの寿命は、
多分かなり相当に低減され、プリントヘッドの動作の失
敗が、インクを射出するのに関連するノズルの失敗のた
め結果として生じる。
ルギの一部分は、常に基板の加熱をもたらし、温度の変
動により生じる現象に考慮を払わなければならない。最
初に、温度が増加するにつれ、小滴の射出を開始するの
に必要とされるEsの値が減少するので、スレショルド
・エネルギ値Esの変動がある。これは、開始温度が高
くなるにつれ、より少ないエネルギしか、インクが蒸発
するためインクに伝達されることを必要としないためで
ある。
が一定のままでないが代わりに、インクの粘性の主に当
然の変動であるが、基板の温度Tsの上昇と共に増加す
るので、この現象は、インクの化学的及び物理的特性に
関連し、インクの組成を適切に規定することにより、少
なくとも或る温度範囲内に最小化され得る。
の値の変化もある。図3は、温度変動(ΔT)の関数で
あるニー・エネルギEgの実験的パターンを一点鎖線1
によりグラフにおいて示す。エネルギに対して取られた
測定の基準単位は、開始温度(ΔT=0℃)、例えば一
般に受け入れられる周囲温度である20℃の温度でのE
gの値である。
表し、例えば、先になされた所見に基づいて1.05に
選択されている。図3から、ΔT=0℃について、動作
エネルギElとニー・エネルギEgとの差が0.05であ
り、一方,例えばΔT=20℃について、該差は点Aと
点Bとの間に含まれるセグメントにより表されるが、当
該差が0.11であり、即ち先の値の2倍より大きいこ
とが直ちに分かるであろう。
ば、ディジェネレーション・セッティング・イン(de
generation setting in)により
基板の温度が増加すればするほど、抵抗へ供給されるエ
ネルギの部分はより大きくなり、基板の温度のより一層
の増加をもたらすという該ディジェネレーション・セッ
ティング・インの現象の危険を示している。
いて、基板の温度Tsを制御する、つまりEgの値が一定
のままであるようにプリントヘッドを本質的に一定の基
板温度Tsで動作させる主な意図を有する方法及びデバ
イスが提案されて来た。
できる温度値に落ち着くのに有効な時間を増加するため
印刷速度を遅く(従って、小滴を射出する頻度を低減)
することにより、また、基板の温度が所定のレベルを越
えるとき印刷を停止することによっても、基板の温度T
sを一定に維持するためのシステムが提案されて来た。
しかしながら、これは、インク・ジェット・プリンタの
ユーザにより非常に高く評価される要件である動作性能
速度(即ち「スループット」)に対して有害である。
じて加熱しプリントヘッドが恒久的に所定の最大温度で
動作するように射出抵抗に加えて追加の抵抗を用いるこ
とにより、基板の温度Tsを一定に維持するためのシス
テムが提案されて来た。これは、プリントヘッドの構成
と動作とを一層複雑にさせ、その上、温度センサーと、
エネルギを追加の抵抗へ供給するための追加の回路とを
要する。
し、該プリントヘッドを恒久的に所定の最大温度で動作
させるため同一の射出抵抗を用いることにより、基板の
温度Tsを一定に維持するためのシステムが提案されて
来た。このケースにおいては、インクの滴を射出するの
を要求されないノズルの射出抵抗が依然加熱され、なお
小滴の射出を生じさせることができない程高い周波数の
エネルギ・パルスでもって加熱される。しかしながら、
この解決法もまた、温度センサーと、小滴の射出に必要
とされる特性とは異なる特性を有する加熱パルスを供給
するための追加の回路とを必要とする。
既知の提案された全ての解決法は欠点を有し、そのた
め、インク・ジェット・プリントヘッドの射出抵抗のエ
ネルギの動作点を単純に、実効的に且つ安価に安定化す
る課題は依然満足に解決されてなかった。
化された駆動構成要素を備えるインク・ジェット・プリ
ントヘッドであって、温度変動に関して射出抵抗のエネ
ルギの動作点を自動的に補償するための補償手段を備え
ることにより特徴付けられるインク・ジェット・プリン
トヘッドを規定することにある。
エネルギを該射出抵抗へ供給するためのMOSトランジ
スタとが集積化されている半導体基板を備えるインク・
ジェット・プリントヘッドであって、基板の温度の変動
に関して射出抵抗のエネルギの動作点の自動補償が導通
するMOSトランジスタのチャンネル抵抗値を用いて提
供されることにより特徴付けられるインク・ジェット・
プリントヘッドを規定することにある。
と、エネルギを該射出抵抗へ供給するためのMOSトラ
ンジスタとが集積化されている半導体基板を備えるイン
ク・ジェット・プリントヘッドであって、MOSトラン
ジスタの導通チャンネル抵抗値Rcと射出抵抗の抵抗値
Rの比Rc/Rが0.10と0.25との間の確立され
た値を有することにより特徴付けられるインク・ジェッ
ト・プリントヘッドを規定することにある。
ための抵抗と、エネルギを前記抵抗へ供給するためのM
OSトランジスタとを備え、これら全部が共通の半導体
基板に集積化されているインク・ジェット・プリントヘ
ッドであって、当該共通の半導体基板の温度の変動に関
して前記抵抗のエネルギの動作点を自動的に補償するた
めの補償手段を有し、当該補償手段が前記MOSトラン
ジスタの導通中のチャンネル抵抗値を備えることにより
特徴付けられるインク・ジェット・プリントヘッドを用
いて印刷する方法を規定することにある。
ト・プリントヘッドの射出抵抗のエネルギの動作点を、
集積化された射出抵抗を備える基板の温度の変動に関し
て自動的に補償する方法を規定することにある。
ヘッド及び関連のプリントヘッドの射出抵抗のエネルギ
の動作点を自動的に補償する方法であって、特許請求の
範囲の引用形式でない請求項に記載された事項により特
徴付けられる方法により達成される。
点は、非排他的でない事例により提供される添付の図面
と関連した好適実施形態の以下の記述を考慮することに
より一層明らかになるであろう。
ンジスタTiの抵抗値が簡明化のため無視(この抵抗値
はトランジスタTiのサイズを適切に決定することによ
り極度に小さくすることができる。)されるならば、電
子的コントローラ101が、射出抵抗Riに接続されて
いるMOSトランジスタTRiを導通させることにより
射出抵抗Riを駆動する(即ち、エネルギを射出抵抗R
iへ供給する)とき、等価電気回路は図4に示されるよ
うになる。
れるならば、Rcは導通中のMOSトランジスタTRi
のチャンネル抵抗値を表し、Vは図1に示される回路を
給電する電圧であり、tはその間MOSトランジスタT
Riが射出抵抗Riによりインクの小滴の射出を生じさ
せるため電子的コントローラ101により導通に維持さ
れている時間であり、電圧Vの電源により供給される全
エネルギEtは次式により表される。
は、射出抵抗とMOSトランジスタとの間で共有され
る。従って、射出抵抗で放散される次式で表される部分
のみが小滴の射出に実効的に寄与する。
放散される。この観点から、既知の技術は、できるだけ
小さい(理想的には0)チャンネル抵抗値Rcを有する
MOSトランジスタTRiを設計することを勧めるもの
である。本発明の長所は、各射出抵抗Riのエネルギの
動作点の基板温度の変動に関する自動的な補償を得るた
め、0でないチャンネル抵抗値Rcの存在を利用する方
法をはっきりさせたことである。
イポーラ・トランジスタにおいてはそれぞれコレクター
とエミッターとして知られている電極の間)が導通して
いるMOSトランジスタのチャンネル抵抗値Rcは、図
5において、Rcが温度Tsの関数において線形に変化す
る仕方を示す線4により表される特性に従った温度の関
数で変化することは知られている。
化は通常+1%/℃の範囲にあり、即ち該特性変化は次
式により表される。
0.3%/℃の範囲にあることも知られている。従っ
て、この特性変化は次式により表され得る。
するにつれてのそのRc値の増加はElの値の減少をもた
らし、従って、抵抗値Rcについて値の領域(fiel
d)を決定することが可能であり、それにより、少なく
とも温度の規定された領域内で、Elの値の減少は、Eg
の値における平行した減少を最適に補償する。得られた
全体の結果は、Elの値が基板の温度Tsが変化するにつ
れてEgの値の変化に自動的に適応し、これによりElと
Egとの差を一定に維持することである。
するMOSトランジスタのチャンネル抵抗値Rcとその
トランジスタに接続されている射出抵抗の抵抗値Rの開
始温度での比Rc/Rの種々の値(Rc/R=0.05か
らRc/R=0.35まで)について、Egの初期値の
1.05倍と等価の開始温度値で正規化されたエネルギ
Elのパターンを表す。図3に見られ得るように、この
比の値がほぼ0.10と0.25との間に、好ましくは
0.15と0.21との間にあるとき、ニー・エネルギ
Egと動作エネルギElとを表す直線のパターンが実質的
に平行であり、それらのそれぞれ値は、同様の量だけ減
少し、従って、それらの間の差は基板温度Tsの変化に
関して一定のままであることを意味する。
の全ての値は、ElとEgとの最適の差値より上かあるい
はそれより下の不平衡を、前述したその結果による欠点
を有してもたらす。
準基準温度(例えば20℃)で比Rc/Rが0.10と
0.25との間にあるように射出抵抗Riと関連のMO
S駆動トランジスタTRiとを設計することにより、E
lとEgとの差を基板温度Tsの広い変動範囲にわたって
一定に保ち、従ってまた射出抵抗のエネルギの動作点を
自動的に補償するという結果が得られることが明瞭とな
ろう。
ンク・ジェット・プリントヘッド及び動作方法が、非常
に小さいチャンネル抵抗値Rcが導通状態にあるときの
MOSトランジスタTRiにより放散されるエネルギ量
を最小にするためのみの場合、射出抵抗の駆動用MOS
トランジスタが既知の技術において好ましいと考えられ
ている非常に小さいチャンネル抵抗値Rcを得るために
必要であろうものよりサイズにおいてより小さく作り得
ることを認識するであろう。
造が、一般に射出抵抗が関連のMOS駆動トランジスタ
に物理的に非常に近接することを必要とするので、エネ
ルギElとエネルギEgとの間の補償が極度に局所化され
た態様、即ちノズル毎に実施され、従って、温度におけ
る著しい差がプリントヘッドの範囲間で全部のノズルを
一様にしない印刷方法の結果として発生するケースです
ら極端に実効的である。
ク・ジェット・プリントヘッド及び動作方法に対する変
形あるいは変更を本発明の範囲から出ることなく容易に
明らかにし得る。
度を有するプリントヘッドを用い得る。例えば、その一
つは、MOS駆動トランジスタばかりでなく論理タイプ
の回路(シフトレジスタ、デコーダ等)を備える。
用紙のシートの全体幅にわたって走るキャリッジに嵌合
される取り外し可能のタイプであり、またシートの全体
幅に沿ってインクの小滴を射出することのできる固定タ
イプ(ラインヘッド)のものであり得る。
(「モノブロック(monobloc)」として知られ
ているタイプのプリントヘッド)において集積化される
代わりに、取り外し可能で交換可能であることによりそ
れらが一度空になると、貯蔵器のみを交換すれば良く、
プリントヘッド全体を交換する必要がない(「再充填」
ヘッド)プリントヘッドを黒及びカラーのため用いるこ
ともまた可能である。
方、先に記述し図示された実施形態の設計及び形式の詳
細は、本発明の範囲から出ることなく十分に変更され得
る。
OS駆動トランジスタを備える集積化されたプリントヘ
ッドの回路図を示す。
滴の量のパターンのグラフを示す。
ンと、また温度の関数である、Rc/Rの比の種々の値
についての動作エネルギElとのグラフを示す。
タの等価電気図面を示す。
ル抵抗値Rcのパターンのグラフを示す。
Claims (12)
- 【請求項1】 インクの小滴を射出するため少なくとも
1つの抵抗と、エネルギを前記抵抗に供給するため少な
くとも1つのMOSトランジスタとを備え、双方が共通
の半導体基板に集積化された、インク・ジェット・プリ
ントヘッドにおいて、 前記共通の基板の温度変化に対して前記抵抗のエネルギ
の動作点を自動的に補償するための補償手段を備えるこ
とを特徴とするインク・ジェット・プリントヘッド。 - 【請求項2】 請求項1記載のインク・ジェット・プリ
ントヘッドにおいて、前記補償手段は、前記MOSトラ
ンジスタの導通中のチャンネル抵抗値を備えるインク・
ジェット・プリントヘッド。 - 【請求項3】 請求項2記載のインク・ジェット・プリ
ントヘッドにおいて、前記抵抗が抵抗値Rを有し、導通
中の前記チャンネル抵抗値は値RCを有し、比RC/Rは
0.10と0.25との間の決定された値を有すること
を特徴とするインク・ジェット・プリントヘッド。 - 【請求項4】 インクの小滴を射出するための少なくと
も1つの抵抗であって抵抗値Rを有する抵抗と、エネル
ギを前記抵抗に供給するための少なくとも1つのMOS
トランジスタであって値RCの導通中のチャンネル抵抗
値を有するMOSトランジスタとを備えるインク・ジェ
ット・プリントヘッドにおいて、 比RC/Rが0.10と0.25との間の決定された値
を有することを特徴とするインク・ジェット・プリント
ヘッド。 - 【請求項5】 請求項4記載のインク・ジェット・プリ
ントヘッドにおいて、前記抵抗及び前記MOSトランジ
スタが共通の半導体基板に集積化されているインク・ジ
ェット・プリントヘッド。 - 【請求項6】 ニー・エネルギEgより大きい動作エネ
ルギElを供給するための少なくとも1つのMOSトラ
ンジスタと、インクの小滴を射出するための少なくとも
1つの抵抗とを備え、前記MOSトランジスタと前記抵
抗とが同一の半導体基板に集積化された、インク・ジェ
ット・プリントヘッドにおいて、 前記エネルギElが、前記エネルギEgより、前記基板の
温度変化に関して一定のままである所与の量だけ大きい
ことを特徴とするインク・ジェット・プリントヘッド。 - 【請求項7】 請求項6記載のインク・ジェット・プリ
ントヘッドにおいて、 前記MOSトランジスタが導通中のチャンネル抵抗値R
Cを有し、前記抵抗が抵抗値Rを有し、比RC/Rは0.
10と0.25との間の決定された値を有することを特
徴とするインク・ジェット・プリントヘッド。 - 【請求項8】 インク・ジェット・プリントヘッドを用
いて印刷する方法において、 インクの小滴を射出するため少なくとも1つの抵抗と、
エネルギを前記抵抗に供給するため少なくとも1つのM
OSトランジスタとを備え、双方が共通の半導体基板に
集積化された、プリントヘッドを有するステップと、 前記共通の基板の温度変化に対して前記抵抗のエネルギ
の動作点を自動的に補償するための補償手段であって、
前記MOSトランジスタの導通中のチャンネル抵抗値を
備える補償手段を有するステップとを備えることを特徴
とする印刷方法。 - 【請求項9】 値Rの抵抗値を有し且つインク・ジェッ
ト・プリントヘッドの半導体基板に集積化された射出用
抵抗のエネルギの動作点を補償する方法において、 エネルギを前記抵抗に供給するためのMOSトランジス
タを前記基板に集積化するステップと、 比RC/Rが0.10と0.25との間の決定された値
を有するように前記MOSトランジスタの導通中のチャ
ンネル抵抗値RCを規定するステップとを備えることを
特徴とする方法。 - 【請求項10】 インクの小滴を印刷媒体に被着するた
め印刷媒体の幅の全部に沿って前進移動及び後退移動を
行うことができるキャリッジに取り付けられたプリント
ヘッドを有するインク・ジェット・プリンタにおいて、 前記プリントヘッドが請求項1乃至7のいずれか一項に
記載されたプリントヘッドであることを特徴とするイン
ク・ジェット・プリンタ。 - 【請求項11】 請求項10記載のインク・ジェット・
プリンタにおいて、前記プリントヘッドが取り替え可能
なインク貯蔵器を有するタイプであることを特徴とする
インク・ジェット・プリンタ。 - 【請求項12】 インクの小滴を印刷媒体に被着するた
めの固定のプリントヘッドを有するインク・ジェット・
プリンタにおいて、 前記プリントヘッドが請求項1乃至7のいずれか一項に
記載されたプリントヘッドであることを特徴とするイン
ク・ジェット・プリンタ。
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| IT95A000521 | 1995-06-22 |
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-
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