JP2006113116A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置に使用される定着装置において、サーミスタの断線検知をハード的に行ない、断線を検知した場合、熱源である定着ヒータへの通電を安全に遮断する。
【解決手段】サブサーミスタ１９にサーミスタオープン検知回路３０を備え、サーミスタが断線した場合、リレー１１５がＯＦＦするように動作させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられるトナー画像定着装置に係る定着装置及び画像形成装置に関する。

さらに詳しくは、電子写真、静電記録、磁気記録等の適時の画像形成プロセス手段により、加熱溶融性の樹脂等よりなるトナーを用いて、記録材（紙、印刷紙、転写材シート、ＯＨＴシート、光沢紙、光沢フィルム、エレクトロファックス紙、静電記録紙等）の面に転写方式もしくは直接方式で目的の画像情報に対応した未定着トナー画像を形成担持させ、該未定着トナー画像を、該画像を担持している転写材面上に永久固着画像として加熱定着処理する方式の定着装置に関するものである。

特にカラー画像形成装置に使用される、低コストで立ち上がり時間（いわゆるフォームアップタイム）の短い、オンデマンド定着装置に関するものである。

ここで、本発明において、上記定着装置には未定着画像を記録材上に永久画像として加熱定着させる装置ばかりではなく、未定着画像を記録材上に仮定着させる像加熱装置、画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する像加熱装置なども包含される。

近年、プリンタや複写機等の画像形成装置に使用される定着装置としては、フォームアップタイムが短く、安価な定着装置として、フィルム定着方式の定着装置が良く知られている。ここで、特許文献１に開示されているようなフィルム定着方式の定着装置の構成を説明する。

（１）画像形成装置
図１に、カラー画像形成装置の概略構成図を示す。本例のカラー画像形成装置は、電子写真方式を用いて、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナー像を重ね合わせることでフルカラー画像を得る装置であり、プロセススピードは９０ｍｍ／ｓｅｃ、一分間の印字枚数はＵＳレターサイズ紙で１６枚である。また、一枚目プリント（Ｆｉｒｓｔ Ｐａｇｅ Ｏｕｔ）までの時間（ＦＰＯＴ）は約１５秒である。

Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋはそれぞれイエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの色トナー像を形成する４つのプロセスカートリッジであり、下から上に順に配列してある。各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋは、それぞれ、像担持体たる感光体ドラム１、帯電手段たる帯電ローラ２、静電潜像を顕像化するための現像手段３、感光体ドラムのクリーニング手段４等をひとつの容器にまとめた、いわゆるオールインワンカートリッジを使用している。イエローのプロセスカートリッジＹの現像手段３にはイエロートナーを、シアンのプロセスカートリッジＣの現像手段３にはシアントナーを、マゼンタのプロセスカートリッジＭの現像手段３にはマゼンタトナーを、ブラックのプロセスカートリッジＫの現像手段３にはブラックトナーを、それぞれ充填してある。

感光体ドラム１に露光を行うことにより静電潜像を形成する光学系５が上記４色のプロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋに対応して設けられている。光学系５としてはレーザー走査露光光学系を用いている。

各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて、光学系５より、画像データに基づいた走査露光が、帯電手段２により一様に帯電された感光体ドラム１上になされることにより、感光体ドラム表面に走査露光画像に対応する静電潜像が形成される。不図示のバイアス電源より現像手段３の現像ローラに印加される現像バイアスを、帯電電位と潜像（露後部）電位の間の適切な値に設定することで、負の極性に帯電されたトナーが感光体ドラム１上の静電潜像に選択的に付着して現像が行われる。

すなわち、イエローのプロセスカートリッジＹの感光体ドラム１にはイエロートナー像が、シアンのプロセスカートリッジＣの感光体ドラム１にはシアントナー像が、マゼンタのプロセスカートリッジＭの感光体ドラム１にはマゼンタトナー像が、ブラックのプロセスカートリッジＫの感光体ドラム１にはブラックトナー像が、それぞれ形成される。

各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上に現像形成された上記の単色トナー画像は各感光体ドラム１の回転と同期して、略等速で回転する中間転写体６上へ所定の位置合わせ状態で順に重畳されて一次転写されることで、中間転写体６上にフルカラートナー画像が合成形成される。

本例においては、中間転写体６として、エンドレスの中間転写ベルトを用いており、駆動ローラ７、二次転写ローラ対向ローラ１４、テンションローラ８の３本のローラに懸回して張架してあり、駆動ローラ７によって駆動される。

各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上から中間転写ベルト６上へのトナー像の一次転写手段としては、一次転写ローラ９を用いている。一次転写ローラ９に対して、不図示のバイアス電源より、トナーと逆極性の一次転写バイアスを印加することにより、各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上から中間転写ベルト６に対して、トナー像が一次転写される。

各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて感光体ドラム１上から中間転写ベルト６への一次転写後、感光体ドラム１上に転写残として残ったトナーは、クリーニング手段４により除去される。本例においては、クリーニング手段４として、ウレタンブレードによるブレードクリーニングを用いている。

上記工程を中間転写ベルト６の回転に同調して、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のプロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて行わせて、中間転写ベルト６上に、各色の一次転写トナー画像を順次重ねて形成していく。単色のみの画像形成（単色モード）時には、上記工程は、目的の色についてのみ行われる。

一方、転写材供給部となる転写材カセット１０にセットされた記録材としての転写材Ｐは、給送ローラ１１により給送され、レジストローラ１２により所定の制御タイミングで、二次転写ローラ対向ローラ１４に懸回されている中間転写ベルト６部分と二次転写手段としての二次転写ローラ１３とのニップ部に搬送される。

中間転写ベルト６上に形成された一次転写トナー像は、二次転写手段たる二次転写ローラ１３に不図示のバイアス印加手段より印加されるトナーと逆極性のバイアスにより、転写材Ｐ上に一括転写される。

二次転写後に中間転写ベルト６上に残った二次転写残トナーは中間転写ベルトクリーニング手段１５により除去される。本実施例においては、感光体ドラム１のクリーニング手段４と同様、ウレタンブレードによる中間転写体クリーニングを行っている。

転写材Ｐ上に二次転写されたトナー画像は、定着手段たる定着装置Ｆを通過することで、転写材Ｐ上に溶融定着され、排紙パス３１を通って排紙トレイ３２に送り出されて画像形成装置の出力画像となる。
融定着され、画像形成装置の出力画像となる。

（２）定着装置Ｆ
図２は定着装置Ｆの概略構成模型図である。本例の定着装置Ｆは、定着ベルト方式、加圧用回転体駆動方式（テンションレスタイプ）の装置である。

１）装置Ｆの全体的構成
２０は第一の定着部材としての定着ベルトであり、ベルト状部材に弾性層を設けてなる円筒状（エンドレスベルト状）の部材である。２２は第二の定着部材としての加圧ローラである。１７は横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒータホルダ、１６は熱源としての定着ヒータであり、セラミックヒータである。このヒータはヒータホルダ１７の下面に該ホルダの長手に沿って配設してある。定着ベルト２０はこのヒータホルダ１７にルーズに外嵌させてある。

ヒータホルダ１７は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成し、定着ヒータ１６を保持し、定着ベルト２０をガイドする役割を果たす。本例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト７７５５（商品名）を使用した。ゼナイト７７５５の最大使用可能温度は、約２７０℃である。

加圧ローラ２２は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ２２は芯金の両端部を装置フレーム２４の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ２２の上側に、前記のヒータ１６・ヒータホルダ１７・定着ベルト２０等から成る加熱アセンブリをヒータ１６側を下向きにして加圧ローラ２２に並行に配置し、ヒータホルダ１７の両端部を不図示の加圧機構により片側９８Ｎ（１０ｋｇｆ）、総圧１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２２の軸線方向に附勢することで、定着ヒータ１６の下向き面を定着ベルト２０を介して加圧ローラ２２の弾性層に該弾性層の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させてある。加圧機構は、圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、転写材Ｐの除去が容易な構成となっている。

１８と１９は第一と第二の温度検知手段としてのメインとサブの２つのサーミスタである。第一の温度検知手段としてのメインサーミスタ１８は熱源である定着ヒータ１６に非接触に配置され、本例ではヒータホルダ１７の上方において定着ベルト２０の内面に弾性的に接触させてあり、定着ベルト２０の内面の温度を検知する。第二の温度検知手段としてのサブサーミスタ１９はメインサーミスタ１８よりも熱源である定着ヒータ１６に近い場所に配置され、本例では定着ヒータ１６の裏面に接触させてあり、定着ヒータ裏面の温度を検知する。

メインサーミスタ１８は、ヒータホルダ１７に固定支持させたステンレス製のアーム２５の先端にサーミスタ素子が取り付けられ、アーム２５が弾性揺動することにより、定着ベルト２０の内面の動きが不安定になった状態においても、サーミスタ素子が定着ベルト２０の内面に常に接する状態に保たれる。

２３と２６は装置フレーム２４に組付けた入り口ガイドと定着排紙ローラである。入り口ガイド２３は、二次転写ニップを抜けた転写材Ｐが、定着ニップ部Ｎに正確にガイドされるよう、転写材を導く役割を果たす。本例の入り口ガイド２３は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂により形成されている。

加圧ローラ２２は駆動手段Ｍにより矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ２２の回転駆動による該加圧ローラ２２の外面と定着ベルト２０との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により円筒状の定着ベルト２０に回転力が作用して該定着ベルト２０がその内面側が定着ヒータ１６の下向き面に密着して摺動しながらヒータホルダ１７の外回りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。定着ベルト２０内面にはグリスが塗布され、ヒータホルダ１７と定着ベルト２０内面との摺動性を確保している。

加圧ローラ２２が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト２０が従動回転状態になり、また定着ヒータ１６に通電がなされ、該定着ヒータ１６が昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Ｎの定着ベルト２０と加圧ローラ２２との間に未定着トナー像を担持した転写材Ｐが入り口ガイド２３に沿って案内されて導入され、定着ニップ部Ｎにおいて転写材Ｐのトナー像担持面側が定着ベルト２０の外面に密着して定着ベルト２０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、定着ヒータ１６の熱が定着ベルト２０を介して転写材Ｐに付与され、転写材Ｐ上の未定着トナー像が転写材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着ベルト２０から曲率分離され、定着排紙ローラ２６で排出される。

通常使用においては、定着装置の加圧ローラ２２の回転開始とともに、定着ベルト２０の従動回転が開始し、定着ヒータ１６の温度の上昇とともに、定着ベルト２０の内面温度も上昇していく。定着ヒータ１６への通電は、定着ベルト２０の内面温度、すなわち、メインサーミスタ１８の検知温度が１９５℃になるように、入力電力が制御される。

２）定着ヒータ１６と、メインおよびサブサーミスタ１８・１９
図３に、本例の定着装置における、定着ヒータ１６、メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９の位置関係をあらわす斜視模型図を示す。メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９とも、定着ベルト２０、定着ヒータ１６の長手中央付近に配設され、それぞれ定着ベルト２０の内面、定着ヒータ１６の裏面に接触するよう配置されている。

メインサーミスタ１８、及びサブサーミスタ１９は、制御回路部（ＣＰＵ）２１に接続され、制御回路部２１は、メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９の出力をもとに、定着ヒータ１６の温調制御内容を決定し、定着ヒータ１６への通電を制御する。

熱源としての定着ヒータ１６は、本例のものは、窒化アルミの基板上に、銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一な厚さの膜状に塗布することで抵抗発熱体を形成している裏面加熱型のセラミックヒータである。

メインサーミスタ１８及びサブサーミスタ１９はＣＰＵ２１に接続され、ＣＰＵ２１はメインサーミスタ１８サブサーミスタ１９の出力をもとに、定着ヒータ１６の温調制御内容を決定し、定着ヒータ１６への通電を制御する。

３）定着ベルト２０
定着ベルト２０は、ポリイミド樹脂を、厚み５０μｍの円筒状に形成したエンドレスフィルム上に、弾性層としてシリコーンゴム層を、リングコート法により形成した上に、厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。

シリコーンゴム層には、極力熱伝導率の高い材質を用い、定着ベルト２０の熱容量を小さくすることが、温度立ち上げの観点からは望ましい。本実施例においては、熱伝導率が約４．１８６×１０^−３Ｊ／ｓｅｃ・ｃｍ・Ｋと、シリコーンゴムとしては、熱伝導率が高い部類に属する材質を用いている。

（３）定着制御回路
上記に記載のフィルム定着装置における定着制御の回路図を図８に示す。

１８と１９は第一と第二の温度検知手段としてのメインとサブの２つのサーミスタである。第一の温度検知手段としてのメインサーミスタ１８は熱源である定着ヒータ７９に非接触に配置されており定着ベルトの内面の温度を検知する。第二の温度検知手段としてのサブサーミスタ１９はメインサーミスタ１８よりも熱源である定着ヒータ７９に近い場所に配置され、定着ヒータ７９裏面の温度を検知する。

メインサーミスタ１８の抵抗値と抵抗４６により決定される出力電圧は、抵抗４５、４８により定められた分圧値とオペアンプ７５により比較される。同様にサブサーミスタ１９は、サブサーミスタ１９の抵抗値と抵抗４０、４１により決定される出力電圧と抵抗４３、４４により定められた分圧値とをオペアンプ７６により比較する。また、メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９の出力電圧はＣＰＵに取り込まれ出力が制御される。６４、６５、６６、６７はノイズ除去用のコンデンサである。

（定着ヒータ通常動作時）
定着ヒータ通常動作時において、オペアンプ７５はＯＮ、オペアンプ７６はＯＦＦ、ＣＰＵの１ピンの出力はＯＦＦである。ＣＰＵの２ピンの出力はサブサーミスタ１９の出力によりＯＮ、ＯＦＦを繰り返す。この時、ＰＮＰ型抵抗内蔵トランジスタ６９はＯＦＦ、ＮＰＮ型抵抗内蔵トランジスタ７０はＯＦＦ、ＮＰＮ型トランジスタ７２はＯＮ、ＮＰＮ型抵抗内蔵トランジスタ７１はＯＦＦ、ＰＮＰ型トランジスタ７４はＯＮとなる。したがって、トランジスタ７２がＯＮであるのでリレー８３がＯＮとなる。また、ＣＰＵの２ピンの出力が変化することによりＮＰＮ型トランジスタ７３がＯＮ、ＯＦＦを繰り返し、フォトカプラ８０がＯＮ、ＯＦＦを繰り返すことによりトライアック７７で定着ヒータ７９への通電を制御し、位相制御を行っている。

（サーミスタオープン時）
例えば、メインサーミスタ１８が断線した場合、メインサーミスタ１８の抵抗値と抵抗４６より決まる出力電圧は高くなる。オペアンプ７５は定着ヒータ通常動作時ＯＮであるのでオペアンプ７５でサーミスタの断線を検知することはできない。同様に、サブサーミスタ１９が断線した場合、サブサーミスタ１９の抵抗値、抵抗４０、抵抗４１から決まる出力電圧は低くなる。オペアンプ７６は定着ヒータ通常動作時、ＯＦＦであるのでメインサーミスタ断線の場合と同じくハード的に検知することができず、ＣＰＵ２１だけでサーミスタオープン検知を行う必要がある。
特開２００１−２８２０３６号公報

内部に熱源を有する定着ローラと、該定着ローラに圧接された加圧ローラ、該定着ローラの表面、内面温度または熱源温度のいずれかを検知する温度検知素子と制御回路部を有し、上記両ローラで記録材を挟持搬送して定着を行う加熱定着装置においてＣＰＵが暴走して制御不能になった場合、ヒータ温度が上昇し続けヒータが割れる可能性がある。

本発明は、以上の点に着目して成されたもので、サーミスタの断線検知をハード的に行ない、断線を検知した場合、熱源である定着ヒータへの通電を安全に遮断する定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、内部に熱源を有する定着ローラと、該定着ローラに圧接された加圧ローラ、該定着ローラの表面、内面温度または熱源温度のいずれかを検知する温度検知素子を有し、上記両ローラで記録材を挟持搬送して定着を行う加熱定着装置において、サブサーミスタのオープン故障時にヒータ温度が上昇し続けヒータが割れることを防止するため温度検知素子であるサーミスタにオープン検出回路を備え、オープン故障を検知した場合、定着ヒータへの通電を定着ヒータが割れる前にハード的に停止させる。これにより、安全性・信頼性を向上させることができる。

さらに説明すれば、本発明は下記の構成によって前記課題を解決できた。

（１）内部に熱源を有する定着ローラと、該定着ローラに圧接された加圧ローラ、該定着ローラの表面、内面温度または熱源温度のいずれかを検知する温度検知素子とを有し、上記両ローラで記録材を挟持搬送して定着を行う加熱定着装置において、複数の温度検知素子のうち少なくとも１つにオープン検出回路を備えることを特徴とする定着装置。

本発明によればサーミスタの断線をＣＰＵを介在させずにオープン検出回路によりハード的に検知することが可能であり、これにより過度な通電発熱によるヒータ割れを事前に防止することができる。また、サーミスタの異常を高温異常検出回路、ＣＰＵ、オープン検出回路の３通りの独立した方法で検知するため安全性・信頼性のさらなる向上が可能である。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

本発明の実施形態は上記記載の従来技術に述べた画像形成装置と同様であるので詳細は省略する。従来技術との相違点は定着制御部である。

（制御回路部２１）
図４に本実施例における定着制御を示したブロック図を示す。本実施例において、メインサーミスタ１８の出力をＣＰＵ２１、異常高温検出回路２９の２通り、サブサーミスタ１９の出力をＣＰＵ２１、異常高温検出回路２９、オープン検出回路３０の３通りの独立した手段でサーミスタオープン検知を行ない上記のうち少なくとも１つが異常を検知するとリレー又はトライアックにより、定着ヒータへの通電を遮断する構成となっている。

図５に本実施例における定着制御回路図を示す。図５は図４の高温異常検知回路、サーミスタオープン検知回路、リレーの部分を抜き出した回路図であり、サブサーミスタ１９にサーミスタオープン検知回路を備える。

発振回路３４は抵抗１２５、コンデンサ１２６、シュミットインバータ１２４から構成され矩形波を発生する。発振回路３４で生成された矩形波によりサブサーミスタ１９の出力を一定の周期でサンプリングする。

（定着ヒータ通常動作時）
定着ヒータ通常動作時、サブサーミスタ１９の抵抗値、抵抗８７、８８から得られるサブサーミスタの出力電圧は、抵抗９０、９２であらかじめ定められた分圧値より大きいのでオペアンプ９１がＯＮとなりコンデンサ９８に電荷が蓄積されトランジスタ１００がＯＮとなる。その時、サブサーミスタ高温異常検知回路２９のオペアンプ１０４もＯＮとなり、トランジスタ１１１もＯＮとなる。また、メインサーミスタ側はメインサーミスタ１８の抵抗値と抵抗１２３から得られる出力電圧が抵抗１１９、１２０による分圧値よりも大きいためオペアンプ１２１がＯＦＦとなるのでトランジスタ１１７がＯＮとなりリレー１１５がＯＮ状態となり、定着ヒータ７９が通電される。

（サブサーミスタ断線時）
サブサーミスタ１９が断線した場合、サブサーミスタの出力電圧が０となるのでオペアンプ９１がＯＦＦとなりコンデンサ９９に蓄えられた電荷が抵抗９９を通り放電され、トランジスタ１００がＯＦＦとなるのでリレー１１５がＯＦＦとなり、定着ヒータ７９への通電がハード的に遮断される。

（トランジスタ８６）
トランジスタ８６は、サブサーミスタ１９の出力ゲインを調整するものである。図６にサブサーミスタ１９の出力の変化とサンプリング方法を示す。サブサーミスタ１９の出力はトランジスタ８６のＯＮ、ＯＦＦにより分圧抵抗値が大きい場合曲線（１）、分圧抵抗値が小さい場合、曲線（２）となる。曲線（１）だけの出力を測定した場合、低温時（５０℃以下）において出力が０に近い値をとるので低温時におけるサブサーミスタ１９の断線検知が行えない。そこで、トランジスタ８６により、曲線（２）の様に出力ゲインを調整し分圧抵抗値が大きい時と小さい時の出力を交互にサンプリングすることにより低温時における断線検知が可能となる。

本実施例は、上記第一の実施例と同じ実施形態においてメインサーミスタ１８側にもサブサーミスタ１９側と同様にオープン検出回路２６を加えたものである。これを図７に示す。実施例１と相違点はメインサーミスタオープン検知３５、メインサーミスタ高温異常検知３３のオペアンプ１３２、１２１の極性が反転している点である。サブサーミスタ側だけでなく、メインサーミスタ側にもオープン検知回路を備えることにより、ヒータが通電発熱により割れるのを事前に防止することができることばかりでなく、さらなる安全性、信頼性を向上させることができる。

第一の実施例におけるカラー画像形成装置の概略構成図 第一の実施例における定着装置の断面模型図 定着ヒータ・メインサーミスタ・サブサーミスタの位置関係を示す斜視模型図 第一の実施例におけるブロック図 第一の実施例における回路図 第一の実施例におけるサンプリング方法の概略図 第二の実施例における回路図 従来の定着制御方法の回路図

符号の説明

１８ メインサーミスタ
１９ サブサーミスタ
２１ ＣＰＵ
２９ サブサーミスタ高温異常検知回路
３０ サブサーミスタオープン検知回路
３４ 発振回路
７９ 定着ヒータ
１１５ リレー

Claims (3)

1. 内部に熱源を有する定着ローラと、該定着ローラに圧接された加圧ローラ、該定着ローラの表面、内面温度または熱源温度のいずれかを検知する温度検知素子とを有し、上記両ローラで記録材を挟持搬送して定着を行う加熱定着装置において、複数の温度検知素子のうち少なくとも１つにオープン検出回路を備えることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、オープン検出回路により温度検知素子のオープン故障を検知すると熱源への通電を遮断する内接温度検出素子を内蔵したことを特徴とする定着装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。

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