JP2009079245A - 真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被蒸着フィルムの幅方向における反応物質の吹出し量を均一にすると共に蒸着材料蒸気の流れの乱れを抑制して、高品質の蒸着を可能とする。
【解決手段】 蒸着材料蒸気の流れの中に酸素を吹き込むための吹出し孔２８を多数備えた酸素吹出し管２７の内部を複数の仕切り２９ａ、２９ｂ、２９ｃによって複数の吹出し領域２７ａ〜２７ｄに分割し、各吹出し領域の長さを短くすることで、各吹出し孔２８からの酸素吹出し量の均一化を図り、しかも各吹出し領域には、管端に配置した酸素給送具３１ａ、３１ｄ及び管内に挿入した酸素給送用内管３２ｂ、３２ｃを介して酸素を給送する構成とすることで、酸素給送用の配管を有効蒸着領域の外に配置し、蒸発した蒸着材料の流れを乱さないようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、合成樹脂フィルム等の被蒸着フィルムに、アルミ（Ａｌ）、酸化シリコン（ＳｉＯ）等の蒸着材料を蒸着させるための真空蒸着装置の技術分野に属するものである。

食品等の物を包装あるいは収納するために、従来から各種の合成樹脂フィルムが使用されており、また、ガスバリア性を高めるため、合成樹脂フィルムにアルミニウム箔を積層したり、アルミニウムを蒸着させたりして形成した積層樹脂フィルムも多く使用されている。しかし、アルミニウムを用いた積層樹脂フィルムは、マイクロ波を透過させないので、電子レンジ等で使用することができないという問題がある。そこで、ガスバリア性は確保しながら、マイクロ波を透過させることを可能とするため、合成樹脂フィルムに金属酸化物をコーティングした積層樹脂フィルムが開発され、使用されている。この積層樹脂フィルムにコーティングする金属酸化物としては、酸化アルミ（ＡｌＯ_X ）が最も適しており、多く使用されている。しかも、この酸化アルミがコーティングされた積層樹脂フィルムは廃棄処理時に分別する必要がないので、廃棄処理作業が簡単になり、環境上もきわめて有効となっている。このような酸化アルミを合成樹脂フィルムにコーティングする方法として、従来、一般に真空での物理蒸着による真空蒸着法が採用されている。

図３は、酸化アルミを真空蒸着により合成樹脂フィルムに蒸着させて積層樹脂フィルムを製造するための製造装置の１例を模式的に示す図、図４（ａ）は図３に示す製造装置に設けている真空蒸着装置の概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における概略断面図である。図中、１は積層樹脂フィルムの製造装置、２は巻取りローラに巻かれた合成樹脂フィルムからなる被蒸着フィルム、３は真空蒸着装置、４は酸化アルミを蒸着する位置で被蒸着フィルム２をガイドする真空蒸着装置３のコーティングローラ、５はアルミを収容し、上方に蒸発させるための坩堝、６は、アルミ蒸気と反応する酸素を供給するための酸素吹出し管、７は巻取りローラに巻かれ、酸化アルミが蒸着されて製品となった積層樹脂フィルム、８は内部を真空雰囲気にすることの可能な真空チャンバーである。酸素吹出し管６はコーティングローラ４と坩堝５との間に配置されており、酸素を下向きに吹き出す多数の吹出し孔を備えており、その吹出し孔に対向する位置にはＶ字状のガイド部材９が設けられ、吹き出された酸素を分散させてアルミ蒸気中に吹き出すようになっている。

この積層樹脂フィルムの製造装置１においては、原材料の被蒸着フィルム２に酸化アルミを真空蒸着するに当たって、まず被蒸着フィルム２をコーティングーローラ４の方へ送ると共に、坩堝５を加熱して坩堝５内のアルミを蒸発させる。蒸発したアルミは被蒸着フィルムに蒸着するようになる。その場合、同時に外部から酸素を酸素吹出し管６に給送して吹出し孔からアルミ蒸気中に吹き込み、アルミに酸化反応を起こさせる。そして、この酸化反応を起こしたアルミ蒸気がコーティングローラ４にガイドされている被蒸着フィルム２に蒸着され、酸化アルミの蒸着層が形成される。このとき、アルミは酸化反応を起こしているので、効果的に被蒸着フィルム２に蒸着されるようになる。

ところで、従来の真空蒸着装置３においては、１本の酸素吹出し管６により、酸素をアルミ蒸気中に吹き込むようにしているため、酸素吹出し管６は被蒸着フィルム２の幅よりも長く設定されている。被蒸着フィルム２の幅は、通常、約２ｍ程度に設定されており、従って、酸素吹出し管６はそれ以上の長さにされている。

しかしながら、１本の長い酸素吹出し管６に形成した多数の吹出し孔から酸素を吹き出す場合、多数の吹出し孔を同一径、同一ピッチで形成しておいても各吹出し孔からの酸素吹出し量は均一でなく、吹出し孔の位置によって異なってしまう。このように、各吹出し孔の酸素吹出し量にばらつきがあると、アルミと酸素との反応がばらついてしまい、酸素吹出し量が多いところでは酸素反応過多になり、また、酸素吹出し量が少ないところでは酸素反応不足となる。そして、酸化アルミが被蒸着フィルムに蒸着された際、被蒸着フィルム２の幅方向において酸素反応の異なった酸化アルミが蒸着されるようになる。このため、酸素反応過多の酸化アルミが蒸着されたところでは、酸素反応過多により積層樹脂フィルムにおけるバリア値が低下してしまい、また、酸素反応不足の酸化アルミが蒸着されたところでは、酸素反応不足により積層樹脂フィルムに着色ムラが生じてしまう。

そこで、この問題を解決するため、本出願人は先に、従来の単一の酸素吹出し管６を用いる代わりに、図５に示すように、複数個に分割した構造の酸素吹出し管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを用い、それらを直線状に並べて配置し、それぞれの中央位置に、酸素給送管１０、１１、１２、１３を接続し、それぞれの酸素吹出し管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに所定量の酸素を送り込む構成とした真空蒸着装置３Ａを開発した（特許文献１参照）。この真空蒸着装置３Ａでは、分割した酸素吹出し管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの長さを短くできるので、各吹出し孔からの吹出し量が均一になり、被蒸着フィルム２の幅方向における酸素吹出し量のばらつきを小さく抑制でき、酸素反応むらの少ない酸化アルミ蒸着を行うことができるという効果を有している。

しかしながら、この真空蒸着装置にも更に改良すべき点のあることが判明した。すなわち、この真空蒸着装置では、複数の酸素吹出し管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれの中央位置に酸素給送管１０、１１、１２、１３を接続しているが、これらの酸素給送管１０、１１、１２、１３は、蒸着すべきアルミ蒸気の流れる領域内に配置されるため、蒸気の流れを乱すこととなり、これによって酸化反応にむらを生じ、蒸着の品質を低下させていた。また、複数の酸素吹出し管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを真空蒸着装置内の所定位置に配置するためには取り付け構造が必要であるが、その取り付け構造も蒸気の流れの中に位置するためやはり蒸気の流れを乱し、蒸着の品質を低下させていた。
特開平１１−３３５８１９号公報

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、アルミ蒸気などの蒸着材料蒸気に反応する酸素などの反応物質を吹き出す反応物質吹出し手段を備えた真空蒸発装置において、反応物質を被蒸着フィルムの幅方向に均一に吹き出すことを可能としながら、蒸気の流れを乱すことを抑制し、蒸着品質を向上させることのできる真空蒸着装置を提供することを課題とする。

上記した課題を解決するため、本願請求項１に係る発明は、蒸着材料を収容し、蒸着材料を上方に向かって蒸発させる蒸着材料容器と、この蒸着材料容器の上方に配設され、前記蒸着材料容器から蒸発した蒸着材料が蒸着する位置で被蒸着フィルムをガイドするガイド手段と、前記蒸着材料容器と前記ガイド手段との間に配設され、蒸発した蒸着材料に反応する反応物質を吹き出す反応物質吹出し手段とを備えた真空蒸発装置において、前記反応物質吹出し手段が、前記被蒸着フィルムの幅方向に、蒸着幅を越える長さに渡って延設された反応物質吹出し管と、該反応物質吹出し管の内部を前記被蒸着フィルムの幅方向に３個以上の吹出し領域に分割する仕切り手段と、前記反応物質吹出し管に、前記吹出し領域のそれぞれから反応物質を吹き出すことができるように形成された吹出し孔と、前記反応物質吹出し管の両端にそれぞれ接続され、両端に位置する吹出し領域に反応物質を給送する反応物質給送具と、前記反応物質吹出し管の端部から該反応物質吹出し管内に挿入され、前記反応物質吹出し管の中間領域に位置する吹出し領域に反応物質を給送する反応物質給送用内管を有することを特徴としている。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る真空蒸着装置において、前記反応物質吹出し管が前記仕切り手段によって４個の吹出し領域に分割されており、中間領域に位置する２個の吹出し領域にそれぞれ反応物質を給送する２個の反応物質給送用内管が、前記反応物質吹出し管の両端から挿入されていることを特徴としている。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る真空蒸着装置において、前記反応物質給送具及び反応物質給送用内管はそれぞれ、給送管を介して一つの共通なマニホールド管に接続され、該マニホールド管を介して反応物質が給送される構成であることを特徴としている。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか１項に係る真空蒸着装置において、前記マニホールド管と前記反応物質給送具及び反応物質給送用内管のそれぞれを連結する給送管のそれぞれに、該給送管内を流れる反応物質の流量を調整する流量調整弁が設けられていることを特徴としている。

請求項５に係る発明は、請求項４に係る真空蒸着装置において、更に、前記給送管のそれぞれに、該給送管内を流れる反応物質の流量を測定する流量計が設けられていると共に、該流量計の測定結果に基づいて、前記流量調整弁を制御する制御装置が設けられていることを特徴としている。

請求項６に係る発明は、請求項１から５のいずれか１項に係る真空蒸着装置において、前記被蒸着フィルムは合成樹脂フィルムであり、また前記蒸着材料はアルミニウムであり、更に前記反応物質は酸素であることを特徴としている。

このように構成された本発明の真空蒸着装置では、反応物質を吹き出すための反応物質吹出し管の内部を複数の吹出し領域に分割し、それぞれに反応物質を給送し、吹き出させる構成としたことにより、各吹出し領域の長さを短くして、各吹出し孔からの吹出し量を均一にでき、従って、被蒸着フィルムの幅方向における反応物質吹出し量を均一とすることができ、しかも、各吹出し領域への反応物質の給送は、反応物質吹出し管の両端に接続した反応物質給送具と反応物質吹出し管内に挿入された反応物質給送用内管を介して行う構成としたことで、各吹出し領域へ反応物質を給送するために使用する手段は、蒸着される蒸気の流れる領域の外側に配置されており、従って、これらが蒸気の流れを乱すことがない。このため、蒸着材料と反応物質との反応がきわめて均一に行われ、被蒸着フィルムへの蒸着材料の蒸着は、被蒸着フィルムの幅方向にきわめて均一に行われ、高品質の蒸着層を得ることができる。すなわち、得られた積層樹脂フィルムにおいては、バリア値が均一かつ高性能に保持されるようになると共に、着色むらが生じることもない。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、積層樹脂フィルムの製造装置１に設けた本発明の実施の形態に係る真空蒸着装置２３を模式的に示すもので、（ａ）は図４（ａ）、図５と同様の概略断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。なお、前述の従来装置と同じ構成要素には同じ符号を付して示し、詳細な説明は省略する。図１（ａ）に示す真空蒸着装置２３も、図３に示す、酸化アルミを真空蒸着により合成樹脂フィルムからなる被蒸着フィルムに蒸着させて積層樹脂フィルムを製造するための製造装置１において、真空蒸着装置３に代えて用いられる。

図１において、真空蒸着装置２３は、蒸着材料であるアルミを収容し、アルミを上方に向かって蒸発させる蒸着材料容器を構成する坩堝５と、この坩堝５の真上に配設され、坩堝５から蒸発した蒸着材料が蒸着される被蒸着フィルム２をガイドするガイド手段を構成するコーティングローラ４と、坩堝５から蒸発した蒸着材料（アルミ）に反応する反応物質として酸素を吹き出す反応物質吹出し手段２６等を備えている。

図２は反応物質吹出し手段２６を示す概略断面図であり、図面を分かりやすくするため、管径を管長に比べて拡大して示している。図１、図２において、反応物質吹出し手段２６は、被蒸着フィルム２の幅方向に蒸着幅を越える長さに渡って延設された反応物質吹出し管（以下、酸素吹出し管という）２７を備えている。すなわち、この酸素吹出し管２７は、真空蒸着装置２３における有効蒸着領域（所望の蒸着幅での蒸着を行うのに必要な蒸気の流れる領域）の全域を越えて配置される長さを有している。酸素吹出し管２７の、有効蒸着領域内に位置する部分には、一定直径の多数の吹出し孔２８が一定ピッチで形成されている。酸素吹出し管２７の内部は、仕切り２９ａ、２９ｂ、２９ｃによって４個の吹出し領域２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄに分割されている。ここで、吹出し領域２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄの長さＬ（両端の吹出し領域２７ａ、２７ｄについては有効蒸着領域内に位置する領域の長さ）は、等しくなるように設定している。この構成により、各吹出し領域２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄに同一流量で酸素を給送することで、各吹出し領域２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄの各吹出し孔２８は一定流量で酸素を吹き出すことができ、従って、酸素吹出し管２７は有効蒸着領域内に酸素をきわめて均一に吹き出すことができる。この酸素吹出し管２７は、図１（ｂ）に示すように、吹出し孔２８が下向きとなるように取り付けられており、酸素吹出し管２７にはその吹出し孔２８に対向するようにＶ字状のガイド部材９が取り付けられている。従って、各吹出し孔２８から吹き出された酸素はガイド部材９に衝突し、このガイド部材９によって上方へガイドされ且つ拡散してアルミ蒸気中に吹き出され、このアルミと効果的に反応するようになっている。

図１、図２において、酸素吹出し管２７の両端には、両端に位置する吹出し領域２７ａ、２７ｄに反応物質を給送する反応物質給送具（以下、酸素給送具という）３１ａ、３１ｄが取り付けられている。また、酸素吹出し管２７の端部領域には、酸素吹出し管２７の端部から挿入され、酸素吹出し管２７の中間領域に位置する吹出し領域２７ｂ、２７ｃに反応物質を給送する反応物質給送用内管（以下、酸素給送用内管という）３２ｂ、３２ｃが設けられている。これらの酸素給送具３１ａ、３１ｄ及び酸素給送用内管３２ｂ、３２ｃはそれぞれ、給送管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを介して、一つの共通なマニホールド管１４に接続されると共に、このマニホールド管１４は酸素供給源（図示せず）に接続されている。更に、給送管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄには、それぞれを流れる酸素の流量を調整する流量調整弁１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄと、それぞれを流れる酸素の流量を測定する流量計１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが設けられており、各流量計１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄの測定結果に基づいて、それぞれに組み合わせられている流量調整弁１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを制御する制御装置（図示せず）も設けられている。なお、流量調整弁１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄとして手動調整可能なものを用い、流量計１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄによる測定結果に基づいて手動調整する構成としてもよい。

このように、この実施の形態に係る真空蒸着装置２３においては、酸素吹出し管２７の内部を複数の吹出し領域２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄに分割し、それぞれに酸素を、給送管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを介して給送し、酸素吹出し管２７から吹き出させる構成としたことにより、各吹出し領域における長さＬが、図４に示す従来例で用いた吹出し管６における長さに比べて１／４と、短くなり、このため、各吹出し領域において各吹出し孔２８からの酸素吹出し量が均一となる。従って酸素吹出し管２７からの酸素吹出し量が、被蒸着フィルム２の幅方向に均一となり、アルミと酸素との反応のばらつきが解消されるようになる。

特に、各給送管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄにおける酸素給送量を流量計１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄで測定し、その測定結果に基づいて、各吹出し領域２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄからき吹出し量が均一となるように、各流量調整弁１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを制御若しくは調整することで、各吹出し孔２８からの酸素吹出し量をより一層高度に均一にすることができる。

更に、酸素吹出し管２７の内部の複数の吹出し領域２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄに対する酸素給送を、酸素吹出し管２７の両端に配置した酸素給送具３１ａ、３１ｄ及び管内に配置した酸素給送用内管３２ｂ、３２ｃを介して行う構成としたことにより、坩堝５から蒸発したアルミ蒸気の流れる領域には、単に１本の酸素吹出し管２７とその下側に設けたガイド部材９〔図１（ｂ）参照〕が存在するのみであり、図５に示す従来例のように、酸素給送管１０、１１、１２、１３の一部が存在することはなく、このため、アルミ蒸気の流れを乱すことがなく、アルミ蒸気は被蒸着フィルム２の幅方向にはきわめて均一に流れることとなる。

このように、酸素吹出し管２７から被蒸着フィルム２の幅方向に関して極めて均一に酸素が吹き出され、且つ、アルミ蒸気も乱されることなく均一に流れることにより、アルミと酸素との反応がきわめて均一に行われ、酸化反応したアルミ蒸気が被蒸着フィルム２に均一に蒸着する。これにより、被蒸着フィルム２には、その幅方向において酸素反応の均一な酸化アルミが均一に蒸着されるようになり、バリア値を均一且つ高性能に保持できると共に着色むらを解消することができるようになる。

上記した反応物質吹出し手段２６は、蒸着幅の広い真空蒸着装置２３に用いるのにきわめて好適である。本発明を限定するものではないが、具体的な一つの使用例を示す。
・酸素吹出し管２７の内径：１０ｍｍ、有効長さ（有効蒸着領域の長さ）：２２４０ｍｍ、吹出し孔２８の内径：０．８ｍｍ、ピッチ：４０ｍｍ
・被蒸着フィルムの有効幅：２１００ｍｍ
・被蒸着フィルムに蒸着される酸化アルミ膜の厚み：２００〜２３０オングストローム
・酸化アルミ膜の形成速度（被蒸着フィルムの送り速度）：６００ｍ／ｍｉｎ
・必要酸素量：１４０００ｃｃ／ｍｉｎ
・酸素吹出し孔の１個当たりの流量：２５０ｃｃ／ｍｉｎ

なお、前記した実施の形態では、酸素吹出し管２７内を４個の吹出し領域２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄに分割するものとしているが、分割個数はこれに限らず、例えば、両端領域と中間領域の３個に分割してもよい。また、前記の実施の形態では、４個の吹出し領域２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄを同じ長さとしているが、これに限らず、異なる長さとしてもよく、その場合には各吹出し領域への酸素給送量を調整することで、酸素吹出し量を、被蒸着フィルムの幅方向に均一とすることができる。

更に、蒸着材料もアルミに限定されることはなく、ＳｉＯを始め、合成樹脂フィルムに蒸着できるものであればどのようなものでもよく、また、吹出し管から吹き出される反応物質も酸素に限定されることはなく、蒸着材料に反応させる必要があるものであればどのようなものでもよい。

（ａ）は本発明の実施の形態に係る真空蒸着装置の概略断面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線における概略断面図 図１に示す真空蒸着装置に用いる反応物質吹出し手段の概略断面図 従来の、真空蒸着を用いて積層樹脂フィルムを製造するための製造装置を模式的に示す図 （ａ）は図３に示す従来の製造装置に用いている真空蒸着装置の概略断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線における概略断面図 従来の真空蒸着装置の他の例を示す概略断面図

符号の説明

１ 積層樹脂フィルムの製造装置
２ 被蒸着フィルム
３、３Ａ 真空蒸着装置
４ コーティングローラ
５ 坩堝
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 酸素吹出し管
７ 積層樹脂フィルム
９ ガイド部材
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 給送管
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 流量調整弁
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ 流量計
２３ 真空蒸着装置
２６ 反応物質吹出し手段
２７ 酸素吹出し管
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ 吹出し領域
２８ 吹出し孔
３１ａ、３１ｄ 酸素給送具
３２ｂ、３２ｃ 酸素給送用内管

Claims (6)

1. 蒸着材料を収容し、蒸着材料を上方に向かって蒸発させる蒸着材料容器と、この蒸着材料容器の上方に配設され、前記蒸着材料容器から蒸発した蒸着材料が蒸着する位置で被蒸着フィルムをガイドするガイド手段と、前記蒸着材料容器と前記ガイド手段との間に配設され、蒸発した蒸着材料に反応する反応物質を吹き出す反応物質吹出し手段とを備えた真空蒸発装置において、前記反応物質吹出し手段が、前記被蒸着フィルムの幅方向に、蒸着幅を越える長さに渡って延設された反応物質吹出し管と、該反応物質吹出し管の内部を前記被蒸着フィルムの幅方向に３個以上の吹出し領域に分割する仕切り手段と、前記反応物質吹出し管に、前記吹出し領域のそれぞれから反応物質を吹き出すことができるように形成された吹出し孔と、前記反応物質吹出し管の両端にそれぞれ接続され、両端に位置する吹出し領域に反応物質を給送する反応物質給送具と、前記反応物質吹出し管の端部から該反応物質吹出し管内に挿入され、前記反応物質吹出し管の中間領域に位置する吹出し領域に反応物質を給送する反応物質給送用内管を有することを特徴とする真空蒸着装置。
2. 前記反応物質吹出し管が前記仕切り手段によって４個の吹出し領域に分割されており、中間領域に位置する２個の吹出し領域にそれぞれ反応物質を給送する２個の反応物質給送用内管が、前記反応物質吹出し管の両端から挿入されていることを特徴とする請求項１記載の真空蒸着装置。
3. 前記反応物質給送具及び反応物質給送用内管はそれぞれ、給送管を介して一つの共通なマニホールド管に接続され、該マニホールド管を介して反応物質が給送される構成であることを特徴とする請求項１又は２記載の真空蒸着装置。
4. 前記マニホールド管と前記反応物質給送具及び反応物質給送用内管のそれぞれを連結する給送管のそれぞれに、該給送管内を流れる反応物質の流量を調整する流量調整弁が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の真空蒸着装置。
5. 更に、前記給送管のそれぞれに、該給送管内を流れる反応物質の流量を測定する流量計が設けられていると共に、該流量計の測定結果に基づいて、前記流量調整弁を制御する制御装置が設けられていることを特徴とする請求項４記載の真空蒸着装置。
6. 前記被蒸着フィルムは合成樹脂フィルムであり、また前記蒸着材料はアルミニウムであり、更に前記反応物質は酸素であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の真空蒸着装置。

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