JP2005309183A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転写体上に付着したキャリアを、転写体を傷つけることなく除去、回収する。
【解決手段】潜像坦持体の帯電工程もしくは現像工程において磁性粒子を用い、潜像坦持体上のトナー像を転写体上に静電的に転写せしめる電子写真画像形成装置であって、前記転写体に磁力を作用させ磁性粒子を捕集する装置と、前記捕集装置から磁性粒子を回収する装置を具備したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真プロセスを用いた画像形成装置に関するものである。

電子写真プロセスを用いた、カラー画像の形成装置は、昇華型、熱転写型、インクジェット方式に比べて、印刷速度が早いこと、ランニングコストが安いことなどから、多量の印刷をするオフィスでの利用においては、電子写真方式が最も適している。中でも、中間転写体を用いた方式では、用紙の種類を選ばないこと、色ずれが少ないこと等の利点から、中間転写体を用いたものが主流になりつつある。中間転写体と用いた電子写真画像形成装置では、感光体ドラム上に形成された４色のトナー像を中間転写体上に一旦転写して重ね合わせて、ベルト上のフルカラー画像を一括に用紙に転写する。

感光体ドラムの周辺には帯電器、露光装置、現像器、クリーニング装置等が配置されている。帯電器にはスコロトロン帯電器、導電性ゴムロール帯電器、磁気ブラシ等が一般的であり、中でも導電性ゴムロール帯電器や、磁気ブラシ帯電器は、オゾンの発生が少ないことから、低速の電子写真画像形成装置に広く利用されている。現像器で各色トナーを帯電させるには、トナーのみを用いた１成分現像器、キャリアとトナーの混合粉体を攪拌することで帯電させる２成分現像器の２つの方法が良く知られている。１成分現像器は小型で簡素な構造の為、小型のプリンタに適しているが、一方で微細なドットの再現性が困難であり、画質を要求される複写機では２成分方式が広く採用されている。

一方で、用紙を各色の感光体ユニットと１次転写手段との間を走行させて、感光体上のトナー像を用紙に直接転写し、カラー画像を得る装置もよく知られている。この方式では用紙搬送体として、例えば用紙搬送ベルトが用いられ、用紙がベルト上でズレや、浮きが生じないように、静電的に用紙を吸着させて搬送する。

ところで、上述の画像形成装置においては、細線や、小さな文字を印刷した際に、細線が途切れたり、文字の一部が欠けたりすることがある。この現象は、感光体ドラムのトナーが、転写体上に一次転写される際、感光体ドラム上のトナーが中間転写ベルトから受ける圧力によってトナー層と感光体ドラムとの間の凝集力が増して、静電気力では中間転写ベルト上に転写されない現象である。特に、高温高湿条件では、トナーの凝集力が上昇するため、この現象は発生しやすくなる。

この現象を防止するには、中間転写方式を採用し、中間転写ベルトにゴム弾性を持たせて、転写の実効圧力を低下させるのが良い。加えて、極端に凸凹の用紙を用いた場合、用紙への転写時に、トナー層と記録紙の間の隙間を中間転写体のゴム弾性が吸収して小さくすることができる。結果、用紙の凹部に対抗したトナー層への電界の低下を抑制し、また凹部の転写電界による放電を抑制することによって、均一な転写が実現できる。

ところで、中間転写ベルトの表面硬度を低下させる方法としては、中間転写ベルトの材料として弾性をもつゴム材が上げられ、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどある。しかしながら、ゴムを単体として使用すると、各感光体ドラムで形成されたトナー像を順次中間転写ベルトに転写する際、印字時の中間転写ベルトに発生するテンションの変動によって、ゴムが伸縮し、精度良く各色を重ね合わすことが難しく、画像ずれ（色ずれ）及びジッタ等が発生しやすい
上記により、前記中間転写ベルトは、一次転写ローラやテンションローラと接する層（最内層）は、ゴムより弾性係数の大きい樹脂層、または高硬度のエラストマーであることが望ましい。この樹脂層の材料としてはポリイミド（ＰＩ）、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）などが上げられる。

さらに、ゴム層と樹脂層の２層構造の中間転写ベルトにおいては、ゴム層表面にトナー層を形成するが、ゴム層は、トナーとの離形性が悪いために、二次転写後に残存したトナーのクリーニングが困難になる。よって、トナー層を接する最外層を、樹脂膜（例えば、フッ素樹脂膜やシリコーン樹脂膜）がコーティングされた中間転写ベルトとするとトナーの離形性がよくなるため、クリーニングがしやすくなる。しかしながら、このコーティング層を厚くすると、一般的に樹脂層はゴム層より弾性係数が大きいため、前述のトナーへの圧力低減の効果や空隙を低減させる効果が小さくなる。よって、コーティング層の厚さは１〜５０μｍ程度が望ましい。よって、最外層を樹脂膜のコーティング、中間層をゴム層、最内層を樹脂層とする少なくとも３層以上の層で形成し、全体の中間転写ベルトの厚みを３００μｍ以下が望ましい。これは、中間転写ベルトの厚みが大きいと、駆動ロールなどベルトに加張しているロールに巻きつく事によって、ベルトの最上層が引っ張り変形し、表層の割れや皺を防ぐ為である。

上記のように、少なくとも２層以上を形成する中間転写ベルトとしては、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂からなるプラスチック製基体にシリコーンゴム等の表層が積層されたもの（特許文献１）、プラスチック製基体の表面にフッ素樹脂等がコーティングされたもの（特許文献２）などが上げられる。表面層は感光体と、紙やクリーニング部材との繰り返し摩擦の負荷に曝されるため強靭な膜でなければならない。仮にブレードクリーニングを中間転写体のクリーニングに適用したとすると、異物はブレードの下をすり抜けて除去が困難である。加えて、大きな圧力を生じているブレードの先端部を異物が通過する際に、表面層に傷をつけてしまう。

磁性粒子を用いた装置の場合には、転写体上に付着した磁性粒子を除去する装置が必要である。バイアスを印加した導電性ブラシによるクリーニングでは、原理上磁性粒子の除去はできない。トナーを除去する装置としてはブレードクリーニングがよく知られているが、磁性粒子を含む場合には転写体に傷を付けやすい。特に、転写体に弾性層付きの積層体とした場合には顕著であるため、十分な寿命を確保する事ができないという問題があった。
特公平１−３４３７５号公報 特開平５−２０４２５５号公報

解決しようとする問題点は、磁性粒子を用いたカラー画像形成装置においては、転写体上に付着したキャリアを、転写体を傷つけることなく除去、回収する方法がこれまで無かったという点である。特に弾性層を設けた多層転写体では、下層が柔らかいので特に表面層が傷つき易く適切な除去装置が無い事は致命的である。

上記課題を解決する為に、本発明は、潜像坦持体の帯電工程もしくは現像工程において磁性粒子を用い、前記坦持体上のトナー像を転写体上に静電的に転写せしめる電子写真画像形成装置であって、
前記転写体に磁力を作用させ磁性粒子を捕集する装置と、前記捕集装置から磁性粒子を回収する装置を具備したことを特徴とする。

本発明によると、磁性粒子を用いた電子写真画像形成装置の転写体を、傷つけることなく捕集、回収できるため、高い画質を長期間維持する事ができ、ランニングコストの低い画像形成装置を提供する事ができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。潜像坦持体にはドラム型の電子写真感光体（感光体ドラム）２を使用している。帯電器３にて感光体ドラム２帯電後、露光装置５にて潜像を形成し、現像器１にて感光体１上にトナー像を得る。同時に転写ベルト６を、駆動ロール７を回転させることで、感光体ドラム２と同じ速度で移動させる。感光体ドラム２上のトナー像は、高圧電源に接続された転写ロール４が形成する、転写ベルト６と感光体ドラム１との間の転写電界によって、転写ベルト６上に転写される。同様のシーケンスを各色の感光体ユニットで並列に行うことで、高速にフルカラーの画像が転写ベルト６上に形成される。転写ベルト６上のフルカラー画像が、高圧電源に接続された転写ロール１２とテンションロール８との間に到達するタイミングに、用紙１０１を転写ロール１１２とテンションロール８との間に搬送して、用紙上にフルカラーのトナー画像を転写する。その後、用紙を定着器１１３に通過させることで、用紙上に熱定着する。

図２は感光体ドラム周辺の拡大図である。帯電器３はSUSのシャフトに半導電性のゴムで被覆した帯電ロールである。現像器１は２成分現像器である。直径３０μｍの球形フェライトキャリアと直径８μｍの非磁性カラートナーとの混合粉体（現像剤１１）を攪拌スクリュー１２で攪拌することで、トナーに約−２０μＣ/gの帯電量を付与する。固定マグネットロールを内包した導電性非磁性のスリーブ１０を回転させて、スリーブ１０に磁力吸着される現像剤１１の量をブレード１４で規制する。

感光体ドラム２の表面は帯電ロール３に印可した高電圧によって、均一に約−６００Ｖに帯電する。露光装置５で露光された部分は約−１００Ｖの電位となる。現像器１のスリーブ１０には約−５００Ｖのバイアスが印可されているので、露光された部分にトナーが付着し、スリーブ１０が発生する磁力によってキャリアは感光体ドラム３に付着する事を防止しているが、キャリアの飽和磁化や、体積抵抗率などのバラツキや、長時間の連続印刷等によって、若干量のキャリアが感光体ドラム２に付着する場合がある。

図３は転写ベルト６の拡大断面図である。転写ベルトは内側に剛体層６１、弾性層６２、表面層６３と順に積層構造となっている。剛体層６１は転写ベルト６の伸びを抑える役目を担っており、縦弾性係数で１０００〜４０００MPa程度、厚さ１００μｍの樹脂を使う事ができる。弾性層６２は厚み方向に柔軟であればよく、ゴム弾性係数で２０〜６５度（JIS-A）程度、厚さは１００〜４００μｍが望ましい。余りに薄いとゴム弾性の効果が無く、余りに厚いと表面層の割れや皺の原因となる。表面層は弾性層の持つタック性を除去しつつ、より高い離型性を付与する目的で形成され、摩擦係数０．５以下程度が望ましい。

剛体層６１に用いる事が出来る材料としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリフッ化ビニリデン樹脂、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、エチレンクロロフルオロエチレンコポリマー、ポリビニルフルオライド、ポリカーボネート、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、変性ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンオキサイド、不飽和ポリエステル等の樹脂から選ばれる１種類あるいは２種類以上を使用することができる。更に剛体層６１に糸状あるいは織布状の繊維層を設けることによって、伸びを抑えても良い。

弾性層６２は転写ニップでの圧力を緩和すると共に、用紙への密着性を確保できる柔らかさが必要で、弾性ゴムを用いる事ができる。具体的な材料としては、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、イソプレンゴム、EPDM、クロロスルホン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、他流化ゴム、アクリル酸エステルゴム、熱可塑性エラストマー等を用いることができる。

表面層６３は弾性層６２の変形に追従し、且つ、転写ベルト６の表面に付着したトナー画像の検査パターン（色ずれ検査、画像濃度検査）を読み取る為に、光沢度が高い事が望ましい。堀場製作所のハンディグロスメータで４５〜８０度程度以上あることが望ましい。加えて用紙への高い転写効率を実現する為に、表面張力が小さいことが望ましい。具体的な材料としては、PTFE、PFA、PVDF、ETFE、FEP、PCTFE等のフッ素樹脂やシリコーン樹脂、フッ素変性樹脂、フッ素ゴム等の材質を用いることができる。また、弾性層に用いた材料にフッ素樹脂、シリコーン樹脂を分散させて用いても良い。

転写体６は体積抵抗が1e７Ωcm〜1e11Ωcmの間であって、表面層側の表面抵抗は1e8Ω/□〜1e12Ω/□の範囲でることが望ましい。このような範囲に材料を調整する為、カーボンブラック、グラファイト、ホウ酸アルミニウム、金属粉末、酸化金属粉末、導電性マイカ、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アンモニウム塩、アルキルスルホン酸塩、リン酸エステル塩、ポリビニルアニリン、ポリエチレンイミン、ポリビリルピロール、４級アンモニウム塩含有ポリメタクリル酸メチル等の導電剤を分散させることで、所望の導電性を得る。

本実施の転写体６は、遠心成型、スプレー、DIP等の方法で積層してもよいし、貼り合わせで積層してもよい。本実施の形態では円筒金型に表面層膜をスプレーで形成後加熱して焼成し、その上に弾性層膜をスプレーで形成後加熱して加硫し、最後に剛体層膜をスプレーで形成し加熱して焼成し、最後に裏と表を引っ繰り返して、シームレスのベルトを得た。剛体層はポリイミド、弾性層はシリコーンゴム、表面層はPTFEとした。夫々の厚さは、剛体層は１００μｍ、弾性層は２００μｍ、表面層は５μmとした。夫々の硬さは、剛体層の縦弾性係数は４０００MPa程度、弾性層はゴム硬度で４０度（JIS A）、表面層は２００MPa程度となる。表面層と弾性層の接着性を向上させるために、表面層と弾性層の間にフッ素ゴムからなる接着層を設けた。フッ素ゴムの硬度は弾性層のゴム硬度よりも硬くすると表面層と弾性層の間の歪の差を吸収することができ、接着強度が高くなるため、良い。ここではゴム硬度で６０度（JIS A）のフッ素ゴムを選び厚さは５μｍとした。ここで、導電剤はカーボンブラックを用いた。表面層のPTFEには耐磨耗性を向上させる為、フィラーを添加した。用いたフィラーは絶縁性のマイカと導電性のマイカの混合体で、添加量は表面層の対重量比５％とした。このような、構造の転写体６は表面層を引っ掻くと傷が入りやすく、特にキャリアがベルトに付着した場合に、ブレードクリーニングで直接擦ると、容易に傷が付いてしまう。

図１には付着したキャリアを捕集し回収する装置３０が設けられている。図４にキャリア捕集回収装置３０の拡大図を示す。転写ベルト６の外側に、マグネット（３３、３４、３５）を内包した非磁性の捕集スリーブ３２が回転して、転写ベルト６上に付着したキャリアを磁力で引き寄せる。捕集スリーブ３２上に付着したキャリアは捕集スリーブ３２の回転によって搬送され、回収ブレード３６で剥ぎ取られる。剥ぎ取られたキャリアは回収ケース３７に蓄えられる。図では回収ブレードの前後に同じS極を持つ磁石を配置している。このように反発磁界を用いると剥ぎ取りが、安定しキャリアのすり抜けを防止することができる。特に本実施の形態ではキャリアに対して重力も作用する側に吸着しているのでで、比較的小さな磁力でもキャリアを剥ぎ取る事が可能である。ここで、本実施の形態ではキャリアの捕集は２次転写の前で行っている。キャリアが中間転写ベルト上に付着していると、２次転写において、キャリアの周辺部では画像が紙に転写できないことがあるが、本実施の形態では２次転写の前でキャリアを捕集するため、そのような転写欠陥を防止することができる。また、２次転写において中間転写ベルトに付着したキャリアが紙に付着することが無いため、キャリアが紙によって定着装置にまで運ばれて、定着装置のゴム表面に傷を付けたりすることを防止することができる。但し、キャリア捕集時には画像を乱すことを防止しなくてはならない。その為、捕集スリーブ３２の回転移動速度は、転写ベルト６の移動速度と概略同じにすることが必要である。速度差を大きくすると捕集されたキャリアで画像を引っ掻く事があり、特にベタ画像で目立つ事がある。速度差は１０％以下が良い。また、未転写の画像を乱さないようにする為に、捕集スリーブ３２は転写ベルト６に非接触で有る必要がある。接触させると画像のボケや、濃度の低下をもたらすこととなる。転写ベルト６との間隔は0.2mm〜2mm程度とすると、捕集スリーブ内の主極３５の磁力が５００〜１０００ガウス程度でも問題なく捕集ができる。転写ベルト６と捕集スリーブとの間隔はギャップリング等を用いても、また、バックアップロール３１と捕集スリーブ３２を一体のフレームで構成しても良い。ベルトの上下の動きに対してバックアップロール３１が外側にテンションを張る方向に移動可能で、捕集スリーブ３２がバックアップロール３１に追従できる機構となっているのがよい。

尚、本実施の形態では最下流の感光体ドラムから２次転写までの間に、キャリア捕集回収装置３０を配置したが、２次転写から最上流の感光体ドラムとの間に配置しても良い。その場合には捕集スリーブ３２は転写ベルト６に接触していても良い。トナーのクリーニング部では、中間転写ベルトとクリーニング部材との間で摺擦作用を用いる為、トナーのクリーニング装置の上流に配置して、キャリアを予め除去するようにするのがよい。但し、転写ベルト６と捕集スリーブ３２との間の過度な速度差は、転写ベルト６に傷を付ける原因になる為粗同一の速度とするのが望ましい。

また、本実施の形態では磁気ブラシの２成分現像からのキャリアの脱落について説明したが、感光体周辺に磁性粒子を用いる画像形成装置全般に、本発明は適用でき、磁気ブラシ帯電からのキャリアの脱落にも効果がある。

（実施の形態２）
図５に本発明第２の実施の形態に用いる、キャリア捕集回収装置を示す。その他の部分は実施の形態１と同じなので説明は省略する。図の４１〜４５はプラスチックマグネットであり、４箇所に夫々異なった極が着磁されている。実施の形態１よりも部品点数が少なく安くできること、また磁石と転写ベルト６との間隔が小さくできるので、より強い磁力を作用させることができ、キャリアの捕集が容易である。

（実施の形態３）
図６に本発明第３の実施の形態に用いる、画像記録装置の概略構成図を示す。基本的な構成は実施の形態１と同様なので、異なっている部分のみ説明する。本実施の形態では、キャリア捕集回収装置はトナーのクリーニング装置と一体とされ、キャリアトナークリーニング装置５０が２次転写と最上流の感光体ドラムとの間に配置されている。

図７にキャリアトナークリーニング装置５０の拡大図を示す。図において５１はブラシ対抗電極であり電気的に接地され、転写ベルト６に接触し、同じ方向に回転している。５２は半導電性ファーブラシであり、転写ベルト６に接触して転写ベルト６と逆の方向に回転するように外部から駆動されている。５３はキャリア捕集バイアススリーブであり、トナーと同じ極性の高電圧（例えば５００V）が印可されている。５４〜５８はキャリア捕集バイアススリーブ５３に内包されるマグネットロールである。３６はキャリア回収ブレードであり、磁石５４と５５が形成する反発磁界の位置でキャリア捕集バイアススリーブに押圧している。５９は回収コイルである。転写ベルト６上に付着したキャリアはマグネットロールの磁力に引き付けられて、キャリア捕集バイアススリーブ５３に付着する。キャリア捕集バイアススリーブ５３に付着したキャリアはキャリア回収ブレード３６によって引き剥がされて、回収コイル５９の所に落下し、コイルの回転によってキャリアトナー回収ボックス（図示せず）に回収される。一方、トナーは非磁性なのでキャリア捕集バイアススリーブ５３には回収されず、キャリア捕集バイアススリーブ５３の下を通過する。通過したトナーは転写ベルト６の移動方向と反対方向に回転移動する事で力学的に除去する力と、接地されたブラシ対抗電極５１と、導電性ファーブラシ５２との間で形成する電界力との、両方作用によって、の導電性ファーブラシに捕集される。捕集されたトナーは、キャリア捕集バイアススリーブ５３と導電性ファーブラシ５２との間の電界によってキャリア捕集バイアススリーブ５３側に転写され、キャリア回収ブレードによって引き剥がされて回収コイル５９の所に落下する。本実施の形態では２次転写よりも下流側にキャリアトナークリーニング装置５０が設けられているので、キャリア捕集バイアススリーブ５３は転写ベルト６と接触していても良い。但し、転写ベルト６と捕集スリーブ３２との間の過度な速度差は、転写ベルト６に傷を付ける原因になる為粗同一の速度とするのが望ましい。本実施の形態においても、トナーのクリーニング部より上流側に、キャリアの捕集装置を配置している為、クリーニング部におけるクリーニング部材と中間転写ベルトとの摩擦によるベルトの傷を防止することができる。加えて、本実施の形態ではブラシクリーニングを用いている為、実施の形態１、２に比べて転写ベルト６表面を摩擦させることが小さく出来、よりベルと表面の傷を発生させにくい。また、キャリアの回収とトナーの回収を、磁石を内包したバイアススリーブで同時に行う為、より小型で簡素な画像形成装置とすることができる。導電性ブラシ自体でベルト表面に傷を与えないように、ブラシの太さ、ブラシと転写ベルトとの食い込み量、ブラシの長さには適切な範囲がある。本形態にて実験したところブラシの太さは４デニール以下、ブラシの毛の長さが２ｍｍ以上で、食い込み量が１ｍｍ以下であるのが良い。特に毛の長さが２ｍｍ以下で食い込み量を１ｍｍ以上とすると、長期放置した際の毛倒れが顕著であった。

以上のように、本発明に係る画像形成装置は電子写真方式を用いた画像形成装置、具体的には複写機、プリンタなどに用いることができる。また、本構成は、中間転写体を用いた装置だけでなく、用紙搬送転写体を用いた画像形成装置にも応用できる。また、中間転写体、用紙搬送転写体はベルト形状に限らずドラムとしてもよい。

実施例１の画像形成装置の概略構成図 実施例１に用いる感光体周辺の拡大図 実施例１に用いる中間転写体の拡大図 実施例１に用いるキャリア捕集回収装置の拡大図 実施例２に用いるキャリア捕集回収装置の拡大図 実施例３の画像形成装置の概略構成図 実施例３に用いるキャリア捕集回収装置の拡大図

符号の説明

１ ２成分現像器
２ 感光体ドラム
６ 中間転写体
６１ 剛体層
６２ 弾性層
６３ 表面層
３２ キャリア捕集スリーブ
３６ キャリア回収ブレード

Claims (7)

1. 潜像坦持体の帯電工程もしくは現像工程において磁性粒子を用い、前記潜像坦持体上のトナー像を転写体上に静電的に転写せしめる電子写真画像形成装置であって、
   前記転写体に磁力を作用させ磁性粒子を捕集する捕集装置と、前記捕集装置から磁性粒子を回収する回収装置を具備したことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記捕集装置は、磁石を内包し，磁性粒子を磁気的に付着させるロールを有し、前記ロールは前記潜像担持体と同一方向に移動し、移動速度がほぼ同一であることを特徴とした請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記捕集装置は、磁石を内包し，磁性粒子を磁気的に付着させるロールと、前記ロールに当接し，磁性粒子をロールから除去するブレードとを有することを特徴とした請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記転写体および前記捕集装置に接触し、バイアス電圧が付与されながら回転する導電性ファーブラシを具備することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記転写体に接触して前記転写体上の付着物を除去する除去装置を、前記捕集装置に対し前記転写体の回転移動方向の上流側に配置したことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
6. 弾性層と被覆層を有する積層転写体と、潜像坦持体の帯電工程もしくは現像工程において用いる磁性粒子と、前記潜像担持体に磁力を作用させる磁石と、前記磁石から磁性粒子を回収する回収手段を具備したことを特徴とする画像形成装置。
7. 前記磁石は複数の極を有し、同極が隣り合った箇所で磁性粒子を回収することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。

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