JP2017154322A - Method for manufacturing liquid discharge head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid discharge head.
インクジェットプリンタに代表される液体吐出装置は、液体吐出ヘッドを有する。液体吐出ヘッドには吐出口が設けられており、この吐出口から液体を吐出する。このような液体吐出ヘッドでは、吐出口が開口する面である吐出口面に多量の液体が付着していると、液体の吐出に影響を与えることがある。この為、吐出口面を撥水処理し、液体を吐出口面に付着しにくくすることが知られている。 A liquid discharge apparatus represented by an ink jet printer has a liquid discharge head. The liquid discharge head is provided with a discharge port, and the liquid is discharged from the discharge port. In such a liquid discharge head, if a large amount of liquid adheres to the discharge port surface, which is the surface where the discharge port opens, the liquid discharge may be affected. For this reason, it is known that the discharge port surface is subjected to water repellent treatment to make it difficult for liquid to adhere to the discharge port surface.
一方、構造物の表面を撥水処理する方法として、特許文献1には、積層体の表面に一次粒子の平均径3〜100nm程度の疎水性酸化物微粒子を吹き付けることにより、積層体の表面を撥水処理することが記載されている。
On the other hand, as a method for water-repellent treatment of the surface of the structure,
液体吐出ヘッドの吐出口面は、撥水処理をしていても液体が全く付着しないわけではないので、ワイパー等によって液体の拭き取りが行われることがある。本発明者らの検討によれば、特許文献1に記載された方法を液体吐出ヘッドの吐出口面の撥水処理に適用した場合、吐出口面のワイパー等の拭き取りによって疎水性酸化物微粒子が除去され、撥水性が低下することがあることが分かった。また、吐出口面にワイパー以外の何かしらの接触がある場合などでも、やはり吐出口面から疎水性酸化物微粒子が除去されてしまい、撥水性が低下する可能性があることが分かった。
Even if the liquid ejection head is subjected to a water repellent treatment, the liquid does not adhere at all, so that the liquid may be wiped off by a wiper or the like. According to the study by the present inventors, when the method described in
従って、本発明は、吐出口が開口する表面の撥水性が低下しにくい液体吐出ヘッドを製造することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to manufacture a liquid discharge head in which the water repellency of the surface where the discharge port is open is unlikely to decrease.
本発明は、液体を吐出する吐出口を形成する部材を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、ナノ粒子を含有し、表面に前記ナノ粒子の一部が露出した部材を用意する工程と、前記部材の表面に露出したナノ粒子を除去することで、前記部材の表面にナノ粒子が除去されてできる凹部を形成する工程と、前記部材の表面に吐出口を形成する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法に関する。 The present invention is a method of manufacturing a liquid discharge head having a member that forms a discharge port for discharging a liquid, the step of preparing a member that contains nanoparticles and a part of the nanoparticles are exposed on the surface; Removing a nanoparticle exposed on the surface of the member to form a recess formed by removing the nanoparticle on the surface of the member; and forming a discharge port on the surface of the member. The present invention relates to a method for manufacturing a liquid discharge head.
本発明によれば、吐出口が開口する表面の撥水性が低下しにくい液体吐出ヘッドを製造することができる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a liquid discharge head in which the water repellency of the surface where the discharge port is open is unlikely to decrease.
図4に、本発明の製造方法で製造する液体吐出ヘッドの一例を示す。本発明で製造する液体吐出ヘッドは、基板1と、基板1上に吐出口2を形成する部材3とを有する。
FIG. 4 shows an example of a liquid discharge head manufactured by the manufacturing method of the present invention. The liquid discharge head manufactured by the present invention includes a
基板1はシリコン等で形成されている。基板1には基板を貫通する供給口4が設けられている。供給口4は基板1の表面に開口している。基板上には、発熱抵抗素子や圧電素子からなるエネルギー発生素子5が設けられている。基板上には部材3があり、部材3のエネルギー発生素子5と対向する位置には吐出口2が形成されている。部材3の吐出口2が開口している面は、吐出口面2aである。基板上の両端には端子6があり、端子6を介して液体吐出ヘッドの外部からエネルギー発生素子5に電気信号が送られ、これによりエネルギー発生素子が駆動する。液体は、供給口4から基板上の液室に供給され、液室内で駆動したエネルギー発生素子5によってエネルギーを与えられることにより、吐出口2から吐出される。吐出口2から吐出された液体は、紙等の記録媒体上に着弾する。このようにして、文字や画像の記録が行われる。
The
本発明の液体吐出ヘッドは、部材3の吐出口が開口している吐出口面2aが撥水性である。以下、吐出口面が撥水性である液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。
In the liquid discharge head of the present invention, the
<実施形態1>
次に、実施形態1における液体吐出ヘッドの製造方法を、図1を用いて説明する。
<
Next, a method for manufacturing the liquid ejection head in
まず、図1(a)に示すように、エネルギー発生素子5を有する基板1を用意する。エネルギー発生素子5は、絶縁層7や保護層8で覆われている。絶縁層7としては、SiN、SiC、SiCN等で形成された層が挙げられる。保護層8としては、Ta、Ir等で形成された層が挙げられる。
First, as shown in FIG. 1A, a
次に、図1(b)に示すように、基板上に型材9を設ける。型材9は、例えばポジ型感光性樹脂を基板上に塗布し、これを露光及び現像することで形成する。型材9を除去することで、除去された部分が液室や液体の流路となる。よって、液室や液体の流路を形成する部分に形成しておく。型材9は、樹脂の他にも金属等によって形成することもできる。 Next, as shown in FIG. 1B, a mold material 9 is provided on the substrate. The mold material 9 is formed, for example, by applying a positive photosensitive resin on a substrate, and exposing and developing the same. By removing the mold member 9, the removed part becomes a liquid chamber or a liquid flow path. Therefore, it forms in the part which forms a liquid chamber or a flow path of a liquid. The mold member 9 can be formed of metal or the like in addition to the resin.
次に、図1(c)に示すように、型材9を被覆するように、部材3を設ける。部材3には、後で吐出口が形成される。部材3は、ナノ粒子を含有している。基板上に設けた部材3の表面側には、部材3が含有するナノ粒子が存在することが好ましい。さらに、部材3の表面側にナノ粒子の一部が露出していることがより好ましい。ナノ粒子をこのような位置に存在させる為には、ナノ粒子を次のようにすることが好ましい。まず、部材3を基板上への塗布で形成する場合、ナノ粒子がフッ素を含有していることが好ましい。ナノ粒子にフッ素を含有させると、フッ素の偏析作用により、ナノ粒子は部材3の表面に近い方向に移動し、露出しやすくなる為である。一方、部材3をドライフィルムとする場合は、ナノ粒子はフッ素を含有していないことが好ましい。ドライフィルムは、一般的にまず支持フィルム上に形成される。フッ素を含有していないナノ粒子は、ドライフィルム中で沈降する方向に移動する。即ち、表面とは反対側の底面側に移動する。しかしこのドライフィルムを基板1に転写する際には、ドライフィルムの底面側が部材としては逆に表面側となる。従って、支持フィルムを除去すると、部材3の表面側にナノ粒子が集まった状態となり、表面に露出もしやすくなる。
Next, as illustrated in FIG. 1C, the
ナノ粒子は、部材3の内部にも存在している。尚、部材の表面とは、部材3からみて基板1が設けられている側の面と反対側の面である。ナノ粒子は、金属で形成された粒子であることが好ましい。ナノ粒子としては、数平均一次粒子径が20nm以下の粒子を用いることが好ましい。ナノ粒子の数平均一次粒子径が20nm以下であることで、後述するが部材3の表面に細かな凹部ができやすく、撥水性が良好に発現しやすい。下限としては、入手しやすさの点等から5nm以上であることが好ましい。また、ナノ粒子としては、BET比表面積が90m2/g以上の粒子を用いることが好ましい。BET比表面積が90m2/g以上であることでも、部材3の表面に細かな凹部ができやすく、撥水性が良好に発現しやすい。
The nanoparticles are also present inside the
次に、部材3に吐出口を形成する。ここでは部材3がナノ粒子とネガ型感光性樹脂とを含有した例で説明する。まず、図1(d)に示すように、マスク10越しに露光を行う。この露光によって、部材3に後で吐出口となる部分を潜像させておく。さらに、部材3を加熱して硬化させる。特にこのようにフォトリソグラフィーによって吐出口を形成する場合、ナノ粒子が光を吸収して硬化を妨げてしまうことを抑制する必要がある。この点から、ナノ粒子としては、部材3によく用いられるような樹脂と屈折率の近いヒュームドシリカや、露光光としてよく用いられる波長365nmに対して透過率の高い数平均一次粒子径が20nm以下のアルミナを用いることが好ましい。
Next, a discharge port is formed in the
続いて、図1(e)に示すように、部材3をエッチングする。このエッチングは、ナノ粒子をエッチングせず、部材が含有する他の成分、ここではネガ型感光性樹脂をエッチングするようなエッチングであることが好ましい。ここでは、O2プラズマ処理によってエッチングを行っている。特にナノ粒子としてヒュームドシリカを用いた場合、O2プラズマはヒュームドシリカをエッチングしないという点で好ましい。また、部材3のエッチングは等方性のエッチングであることが好ましい。この工程により、部材3がエッチングされ、部材3表面にあるナノ粒子の一部が部材3の表面に選択的に残るので、ナノ粒子が良好に露出するようになる。尚、部材3の表面にナノ粒子がすでに露出していた場合、このエッチングはしなくてもよい。
Subsequently, the
このようにして、ナノ粒子を含有し、表面にナノ粒子の一部が露出した部材を用意する。続いて、部材3の表面に露出したナノ粒子を除去する。ナノ粒子の除去は、例えばウエットエッチングによって行う。他にも、ドライエッチングによって除去することもできるし、ワイパー等によって削りとることもできる。但し、ナノ粒子を部材3の表面からより選択的に除去するという点では、ウエットエッチングを用いることが好ましい。ウエットエッチングは、ナノ粒子がヒュームドシリカであればフッ酸等の酸、アルミナであればTMAH水溶液等のアルカリ液を用いて行う。例えば、ヒュームドシリカの除去は無水フッ酸のベーパーエッチングによって行うこともできる。このようにして、部材3の表面に露出したナノ粒子を除去することで、部材3の表面にナノ粒子が除去されてできる凹部が形成される。即ち、部材3の表面でナノ粒子の一部が埋まっていた部分が、ナノ粒子が除去されることで凹部となる。部材3の表面である吐出口面には凹部が形成されており、この凹部によって撥水性が発現する。
In this manner, a member containing nanoparticles and having a part of the nanoparticles exposed on the surface is prepared. Subsequently, the nanoparticles exposed on the surface of the
次に、図1(f)に示すように、部材3の潜像させておいた部分を現像し、部材3に吐出口2を形成する。尚、ナノ粒子が非常に小さいことから、ナノ粒子を除去してできる凹部も非常に小さなものである為、凹部は図示していない。また、ここではフォトリソグラフィーによって吐出口2を形成する例を用いて説明したが、吐出口2はドライエッチングやレーザーによって形成することもできる。また、部材3の表面からナノ粒子を除去する前に吐出口を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 1 (f), the latent image of the
最後に、吐出口が形成された部材3を保護膜等で保護し、基板1に供給口4を形成する。続いて、図1(g)に示すように、供給口4から型材9を除去することで、部材3の内部に液室や流路を形成する。最後に、必要に応じて複数の基板1の分離切断や、エネルギー発生素子5を駆動させる為の電気的接合等を行い、液体吐出ヘッドを製造する。
Finally, the
<実施形態2>
実施形態1では、部材3を1層で形成したが、部材3は複数の層で形成されていてもよい。実施形態2では、部材3が2層で形成されている例を、図2を用いて説明する。
<
In the first embodiment, the
基板上に型材を設ける工程までは、実施形態1と同様である。次に、図2(a)に示すように、型材9を被覆するように、部材3の一部(下層)である部材3aを設ける。部材3aは樹脂を含有していることが好ましい。また、部材3aはナノ粒子を含有していてもよいし、含有していなくてもよい。但し、部材3を複数層に分け、下側の層(基板側の層)で感光性機能、上側の層で撥水性機能を顕著に持たせようとするならば、部材3aはナノ粒子を含有していないか、少なくとも含有割合が上層よりも低いことが好ましい。部材3aは、例えばスピンコーターで形成し、その厚みは15.0μm以上、50.0μm以下とすることが好ましい。部材3a上には、さらに上層として部材3bを設ける。部材3bは、ナノ粒子を含有している。また、樹脂を含有していることが好ましい。部材3bは、部材3を構成する層のうち最表面の層である。部材3bを形成する際に、部材3bを形成する材料中の溶媒等が部材3aを溶かさないようにする必要がある。この為、部材3bは例えばスリット塗布装置による塗布で形成することが好ましい。部材3bの厚みは、0.1μm以上、5.0μm以下とすることが好ましい。部材3bの厚みは、より好ましくは1.5μm以下である。
The processes up to the step of providing the mold material on the substrate are the same as those in the first embodiment. Next, as shown to Fig.2 (a), the
これ以降の工程は、基本的に実施形態1と同様である。まず、図2(b)に示すように、マスク10越しに露光を行う。この露光によって、部材3a及び部材3bに、後で吐出口となる部分を潜像させておく。さらに、図2(c)に示すように部材3をエッチングする。そして図2(d)に示すように、吐出口2、供給口4、液室等を形成する。最後に、基板1の分離切断や、エネルギー発生素子5を駆動させる為の電気的接合等を行い、液体吐出ヘッドを製造する。
The subsequent steps are basically the same as those in the first embodiment. First, as shown in FIG. 2B, exposure is performed through a
実施形態2のように、型材9を複数層の構成とすることで、各層での機能分離を顕著に発現することができる。 As in the second embodiment, by forming the mold material 9 with a plurality of layers, functional separation in each layer can be remarkably exhibited.
<実施形態3>
実施形態1、2では型材9を形成したが、本発明においては型材を形成しなくてもよい。実施形態3は、型材を形成しない形態である。
<
Although the mold material 9 is formed in the first and second embodiments, the mold material may not be formed in the present invention.
まず、実施形態1と同様にエネルギー発生素子5等を有する基板1を用意する。この基板1上に、図3(a)に示すように、ドライフィルム11を転写によって形成する。ドライフィルム11としては、例えばネガ型感光性樹脂を用いる。
First, similarly to the first embodiment, a
次に、図3(b)に示すように、ドライフィルム11に露光を行い、さらに加熱を行うことで、ドライフィルム11に液室の形状を潜像させる。
Next, as shown in FIG. 3B, the
次に、図3(c)に示すように、ドライフィルム11上に、部材3a、部材3bを形成する。部材3a、部材3bについては、実施形態2と同様にして形成する。部材3a、部材3bは、スリット塗布装置による塗布で形成することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 3C, the
次に、図3(d)に示すように、マスク10越しに露光を行う。この露光によって、部材3a、部材3bに、後で吐出口となる部分を潜像させておく。さらに、図3(e)に示すように、ドライフィルム11、部材3a、部材3bを硬化させる。
Next, as shown in FIG. 3D, exposure is performed through the
次に、図3(f)に示すように、実施形態1、2と同様にして部材3a、部材3bのエッチングを行う。そして無水フッ酸のベーパーエッチャーで部材3bの表面に露出したナノ粒子のエッチングを行い、部材3bの表面に凹部を形成する。
Next, as shown in FIG. 3F, the
そして図3(g)に示すように、吐出口2や液室等を形成し、続いて図3(h)に示すように供給口4を形成する。最後に、基板1の分離切断や、エネルギー発生素子5を駆動させる為の電気的接合等を行い、液体吐出ヘッドを製造する。
Then, as shown in FIG. 3G, the
以下、本発明を実施例にてより具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
(実施例1)
まず、図1(a)に示すように、エネルギー発生素子5を有する基板1を用意した。基板1としてはシリコンの単結晶で形成されたシリコン基板を用いた。エネルギー発生素子5は、TaSiNで形成された素子を用いた。エネルギー発生素子5はSiNからなる絶縁層7で覆われており、さらにその上にTaからなる保護層が設けられている。
Example 1
First, as shown in FIG. 1A, a
次に、図1(b)に示すように、基板1上に型材9を設けた。型材9は、ポジ型感光性樹脂(商品名;ODUR−1010、東京応化工業製)を厚み14μmで塗布し、プロキシミティ露光機UX−3300(ウシオ電機製)で露光し、パターニングを行った。
Next, as shown in FIG. 1B, a mold material 9 was provided on the
次に、図1(c)に示すように、部材3を設けた。部材3は、感光性樹脂であるエポキシ樹脂(商品名;EHPE3150、ダイセル製)と、ナノ粒子としてヒュームドシリカ(商品名;R976,日本アエロジル製)と、光開始剤とを含有する塗工液を、型材9を被覆するように塗工して形成した。ヒュームドシリカの含有割合は、塗工液の全固形分に対して10質量%とした。部材3の表面にはヒュームドシリカが露出していた。
Next, the
次に、図1(d)に示すように、ステッパー(商品名;FPA3000−i5+、キヤノン製)を用いてマスク10で露光を行い、続いてスピンコーター(商品名;CDS−8000、キヤノン製)を用いて90℃でベークを行った。
Next, as shown in FIG. 1 (d), exposure is performed with a
次に、図1(e)に示すように、部材3をケミカルドライエッチング装置(商品名;CDE−7−4,芝浦エレテック製)にてエッチングした。エッチング量は、部材3の厚み方向(基板の表面と垂直方向)に0.5μmとした。このエッチングにより、部材3の表面にヒュームドシリカが露出した。続いて、無水フッ酸のベーパーエッチャー(メムスター製)でフッ酸によるエッチングを行い、部材3の表面に露出したヒュームドシリカを除去した。
Next, as shown in FIG.1 (e), the
次に、図1(f)に示すように、東京エレクトロン製ACT−8にて現像液(商品名;ODUR−1010現像液、東京応化工業製)を用いて現像し、部材3に吐出口2を形成した。
Next, as shown in FIG. 1 (f), development is performed using a developer (trade name: ODUR-1010 developer, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) using ACT-8 manufactured by Tokyo Electron, and a
最後に、図1(g)に示すように、基板1を水酸化テトラメチルアンモニウムでエッチングし、供給口4を形成した。このようにして液体吐出ヘッドを製造した。
Finally, as shown in FIG. 1G, the
(実施例2)
実施例1における図1(b)の工程までは、実施例1と同様にした。但し、実施例1で形成した型材の厚みは25μmとした。実施例2では、この型材(下層)上に、さらにもう1層型材(上層)を設けた。上層用の塗工液は、固形分濃度58質量%のエポキシ樹脂含有の溶液に、固形分濃度16質量%のアルミナを混ぜた溶液を用いて、固形分濃度が50質量%になるように調整して作成した。この塗工液を、スリット塗布装置にて下層上に厚み1μmで塗布した。
(Example 2)
The steps up to the step of FIG. 1B in Example 1 were the same as in Example 1. However, the thickness of the mold formed in Example 1 was 25 μm. In Example 2, another mold material (upper layer) was further provided on the mold material (lower layer). The coating solution for the upper layer is adjusted so that the solid content concentration is 50% by mass using a solution containing an epoxy resin containing a solid content of 58% by mass and alumina having a solid content concentration of 16% by mass. And created. This coating solution was applied to the lower layer with a thickness of 1 μm using a slit coating device.
その後、アルミナの除去を別の現像液(商品名;NMD−3、東京応化工業製)で行った以外は実施例1と同様にして、図2に示すような工程で液体吐出ヘッドを製造した。 Thereafter, a liquid discharge head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the alumina was removed with another developer (trade name; NMD-3, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). .
(実施例3)
図3(a)に示すように、実施例1と同様にして用意した基板1上に、ドライフィルム11を転写した。ドライフィルム11は、PET(ポリエチレンテレフタレート)である支持フィルム上に、後述の部材3aよりも感度が1/10となるように光開始剤の量を調整したノズル材でドライフィルム化させたものを用い、これを真空下で転写した。ドライフィルム11の厚みは14μmであった。
(Example 3)
As shown in FIG. 3A, the
次に、図3(b)に示すように、ドライフィルム11を1000J/m2で露光し、さらに90℃でベークした。
Next, as shown in FIG. 3B, the
次に、図3(c)に示すように、ドライフィルム11の上にドライフィルム11よりも10倍感度が高いドライフィルムによって部材3aを形成した。部材3aの厚みは11μmであった。続いて、実施例2の上層と同じものを用い、厚み1μmの部材3bを形成した。
Next, as shown in FIG. 3C, the
その後、実施例1と同様にして、図3に示すような工程で液体吐出ヘッドを製造した。 Thereafter, in the same manner as in Example 1, a liquid discharge head was manufactured by a process as shown in FIG.
(比較例)
実施例1では部材3を形成する塗工液にヒュームドシリカを含有させたが、比較例ではヒュームドシリカを含有させなかった。そのかわりに、エポキシ樹脂で形成した部材3を露光する前に、部材3の表面にヒュームドシリカを吹き付け、部材3の表面にヒュームドシリカを付着させた。
(Comparative example)
In Example 1, fumed silica was contained in the coating liquid forming the
これ以外は実施例1と同様にして、液体吐出ヘッドを製造した。 Except for this, a liquid discharge head was manufactured in the same manner as in Example 1.
<評価>
実施例1〜3、比較例で製造した液体吐出ヘッドに、それぞれ電気的接合等を行い、液体吐出ヘッドに組み込んだ。組み込んだ直後に各液体吐出ヘッドから液体の吐出を行い、記録媒体上での着弾位置を電子顕微鏡にて確認したところ、いずれの液体吐出ヘッドでも所望の位置に液体が着弾していた。
<Evaluation>
Each of the liquid discharge heads manufactured in Examples 1 to 3 and the comparative example was electrically joined and incorporated in the liquid discharge head. Immediately after incorporation, liquid was ejected from each liquid ejection head, and the landing position on the recording medium was confirmed with an electron microscope. As a result, the liquid landed at a desired position in any liquid ejection head.
次に、それぞれの液体吐出ヘッドの吐出口面を2000回ワイパーでワイピングした。ワイピング後、同様にして各液体吐出ヘッドから液体の吐出を行い、記録媒体上での着弾位置を電子顕微鏡にて確認した。その結果、実施例1〜3の液体吐出ヘッドでは所望の位置に液体が着弾していたのに対し、比較例の液体吐出ヘッドでは、実施例1〜3の液体吐出ヘッドと比べて着弾精度が低くなっていた。これは、比較例の液体吐出ヘッドの撥水性能がワイピングによって経時劣化したのに対し、実施例1〜3の液体吐出ヘッドは安定した撥水性を保つことができたためと考えられる。 Next, the discharge port surface of each liquid discharge head was wiped with a wiper 2000 times. After wiping, liquid was discharged from each liquid discharge head in the same manner, and the landing position on the recording medium was confirmed with an electron microscope. As a result, in the liquid discharge heads of the first to third embodiments, the liquid has landed at a desired position, whereas the liquid discharge head of the comparative example has a higher landing accuracy than the liquid discharge heads of the first to third embodiments. It was low. This is probably because the water repellency of the liquid discharge head of the comparative example was deteriorated with time due to wiping, whereas the liquid discharge heads of Examples 1 to 3 were able to maintain stable water repellency.
Claims (14)
ナノ粒子を含有し、表面に前記ナノ粒子の一部が露出した部材を用意する工程と、
前記部材の表面に露出したナノ粒子を除去することで、前記部材の表面にナノ粒子が除去されてできる凹部を形成する工程と、
前記部材の表面に吐出口を形成する工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 A method of manufacturing a liquid discharge head having a member that forms a discharge port for discharging liquid,
A step of containing a nanoparticle and preparing a member in which a part of the nanoparticle is exposed on the surface;
Removing the nanoparticles exposed on the surface of the member to form a recess formed by removing the nanoparticles on the surface of the member;
Forming a discharge port on the surface of the member;
A method of manufacturing a liquid discharge head, comprising:
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