JP2020198368A - 電子部品実装機用ロールツーロール搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベースフィルムの巻き取り時におけるずれを防止するとともに、ベースフィルムが巻装されたリールの着脱作業が簡便で、また、隣接する他のフィーダーや電子部品実装機が存在しても、作業者が着脱作業などを行うための作業スペースを十分に確保することができるリールの巻き出しや巻き取りを行うための電子部品実装機用リール回動装置及びこれを用いた電子部品実装機用ロールツーロール搬送装置を提供する。【解決手段】平行した回転軸を有し、同方向同速で回転する少なくとも２本の回転ローラーを備え、巻装されたベースフィルムの最大巻き径よりも直径が大きい鍔部を有するリールを、回転ローラーに載置することにより、回転ローラーと鍔部の外周との間に生じる摩擦力によって、リールを回動させる。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、フレキシブル基板やフレキシブル配線の製造、それらを組み合わせた電子機器の製造工程において、フレキシブル基板やフレキシブル配線が貼着されロール状に巻かれたベースフィルムを用いて電子部品の実装を行う電子部品実装機において、ベースフィルムが巻装されたリールを回動させるための電子部品実装機用リール回動装置及びこれを用いた電子部品実装機用ロールツーロール搬送装置に関する。

フィルムフィーダーにより電子部品実装機に供給される、例えば、フレキシブル基板やフレキシブル配線などのフィルム状デバイス１００は、図８に示すように、方形にカットされたベースフィルム１０４状にマトリックス状に整列して貼着配置された下層のフィルム状デバイス１０２の上に重ねて貼着実装される。

下層のフィルム状デバイス１０２が貼着配置されたベースフィルム１０４は、搬送時に取り扱いやすい様に、図８に示すような冶具パレット１０６に予め取り付けられている。

このように、ベースフィルム１０４が取り付けられた冶具パレット１０６は、図９に示す電子部品実装機１１０の基板搬送用のベルトコンベア１１２によって搬送され、電子部品実装機１１０内の所定の位置に配置される。

このように所定の位置に配置された冶具パレット１０６上のベースフィルム１０４に貼着配置されたフィルム状デバイス１０２の上に、電子部品実装機１１０のＸＹロボット（直行ロボット）１１４及び吸着ヘッド１１６によって、フィルム状デバイス１００が貼着実装される。

電子部品実装機１１０によって、フィルム状デバイス１００の貼着実装が完了した冶具パレット１０６は、図９に示す矢印の方向に搬出される。

このように冶具パレット１０６を用いた電子部品の実装では、電子部品実装機１１０によるフィルム状デバイス１００の貼着実装後、搬出された冶具パレット１０６から、方形にカットされたベースフィルム１０４を取り外さなければならず、手間が掛かってしまう。

このため、図１０に示すようにロール状に巻かれたベースフィルム２０４に下層のフィルム状デバイス２０２を貼着配置し、このベースフィルム２０４を用いて電子部品実装機１１０によってフィルム状デバイス１００を貼着実装し、その後、図１１に示すように、再びロール状に巻き戻したいという要望があった。

このような手法は、例えば、複合材多層シートや、印刷などでもちいられるいわゆるロールツーロール（roll to roll）と呼ばれる方法であり、例えば、図１２に示すように、巻き出し用シャフト２２０に下層のフィルム状デバイス２０２が貼着配置されたロール状に巻かれたベースフィルム２０４を取り付け、巻き出し用シャフト２２０に接続した巻き出し側ブレーキ２２２により巻き出しと反対回りに負荷抵抗を与えることによりベースフィルム２０４に適度な張力を与え、フィルム状デバイス１００を貼着実装した後のベースフィルム２０４を、巻き取り用シャフト２２４に取り付けて、巻き取り用シャフト２２４に接続した巻き取り用モーター２２６によって巻き取ることにより実現しうる。

特開２００６−１３３６３号公報

しかしながら、このように電子部品実装機１１０においてロールツーロールを実行するには以下のような課題が存在した。

まず、基板搬送用のベルトコンベア１１２と同様の方向にベースフィルム２０４を搬送するように、電子部品実装機１１０に設置した場合、図１３に示すように、巻き出し用シャフト２２０を電子部品実装機１１０の基板入口側１１０ａに、巻き取り用シャフト２２４を電子部品実装機１１０の基板出口側１１０ｂに配置することになる。

この場合、ベースフィルム２０４を巻き出し用シャフト２２０から電子部品実装機１１０を介して巻き取り用シャフト２２４に取り付ける際に、ベースフィルム２０４を電子部品実装機１１０の躯体を貫く長大な経路に通さなければならず、その作業は困難である。

また、図１４に示すように、複数の電子部品実装機１１０が隣接して設置されている実際の現場においては、巻き出し用シャフト２２０や巻き取り用シャフト２２４、また、付随する様々な装置を設置するためのスペースが存在しないため現実的ではない。

このため、図１５に示すように、通常、部品供給装置（フィーダー）類を取り付ける、いわゆるフィーダーベイ１１１間を渡すようにベースフィルム２０４を搬送するように、巻き出し用シャフト２２０を電子部品実装機１１０の裏側フィーダーベイ１１１ａに、巻き取り用シャフト２２４を電子部品実装機１１０の表側フィーダーベイ１１１ｂに配置することを検討した。

この場合も、ベースフィルム２０４を巻き出し用シャフト２２０から電子部品実装機１１０を介して巻き取り用シャフト２２４に取り付ける際に、ベースフィルム２０４を電子部品実装機１１０の躯体を貫く長大な経路に通さなければならず、その作業は困難である。

さらには、図１６に示すように、電子部品実装機１１０の基板搬送用のベルトコンベア１１２を取り除く必要があり、電子部品実装機１１０の大幅な改造が必要となってしまうため、既設の電子部品実装機１１０への適用は困難であった。

そこで、本発明者等は、図１７，１８に示すように、ロールツーロール工法としては一般的なガイドローラーを用いて、ベースフィルム２０４の搬送経路を折り返す方法を採用することを検討した。

具体的には、図１９に示すように、折り返した搬送経路を有するロールツーロールユニット２００を、電子部品実装機１１０のフィーダーベイ１１１に取り付け、図２０に示すような配置で動作させるようにした。

ここで、図２１に示した巻き出し用シャフト２２０及び巻き取り用シャフト２２４に、ロール状に巻かれたベースフィルム２０４を取り付ける方法を説明する。図２１に示すように、ベースフィルム２０４は、センターコア２０６と呼ばれる巻き芯に巻き付けられており、センターコア２０６中央に空いた円筒状の穴に巻き出し用シャフト２２０又は巻き取り用シャフト２２４を挿入し、巻き出し用シャフト２２０及び巻き取り用シャフト２２４に取り付けられた空圧などにより作動するセンターコア把持爪２０８により把持固定される。

このため、ロール状に巻かれたベースフィルム２０４を、巻き出し用シャフト２２０や巻き取り用シャフト２２４に着脱するためには、センターコア２０６やシャフト２２０，２２４の軸方向に、ベースフィルム２０４の幅の２倍以上の作業スペースを必要とし、また、着脱作業も軸方向から行わなければならない。

図１８に示すように、ロールツーロールユニット２００を配置する場合、電子部品実装機１１０のフィーダーベイ１１１には、別のロールツーロールやそれ以外の装置などが設置されていることが想定される。このため、作業スペースが十分に確保することができず、作業者は、図２２に示すように、狭いスペースでの作業を余儀なくされ、作業者によるベースフィルム２０４の着脱作業は困難となる。また、図２３に示すように、複数の電子部品実装機１１０が隣接して設置されている場合も同様である。

また、センターコア２０６にシャフト２２０，２２４を挿入し、センターコア把持爪２０８によってセンターコア２０６を把持する方法は、シャフト２２０，２２４の軸方向に剛に固定されるため、取り付け位置の状態によっては、図２４に示すように、ベースフィルム２０４の巻き付け位置が軸方向に段階的にずれる、いわゆる「竹の子巻き」が生じやすい。

このような不具合を防ぐため、複合材多層シートや印刷などで用いられている一般的なロールツーロール搬送装置では、高剛性な躯体が採用され、軸の位置姿勢を補正するための調整機構が設けられている。このような方法は、一般的で、かつ、印刷やシート生産などの分野には適した方法であるが、電子部品実装機１１０に搭載することを目的とした場合には重厚に過ぎる。

また、軸の位置姿勢を補正する調整作業には時間と熟練を必要とするが、電子部品実装機１１０では、比較的小径のロールに巻装されたベースフィルム２０４を用いるために、頻繁に交換作業が必要となり、調整作業もその都度行う必要がある。

印刷やシート生産工程に携わる熟練技能者と比べて、ロールツーロール搬送装置の取扱熟練度の低い、電子部品実装機の作業者にこのような調整作業を要求することは困難である。

さらには、「竹の子巻き」を自動制御により防ぐためには、エッジセンサー、幅方向の搬送位置補正ローラー、巻き取り直径により変化するベースフィルムの張力を制御するためのダンサーローラー、トルク制御装置などの付帯装置を必要とする。

このような付帯装置も、電子部品実装機１１０に搭載することを目的としたロールツーロールユニットには重厚に過ぎる。また、ベースフィルム２０４の搬送経路も、付帯装置を通す必要により複雑化してしまい、ベースフィルム２０４のセッティングも煩雑となってしまう。

また、特許文献１には、巻取用リールをシャフトに装着せず、回転軸部材及び支持部材に巻取用リールを載置するとともに、巻取用リールを挟持部材によって挟持することで、回転可能に巻取用リールを保持することが開示されているが、このような構成では、巻き取り直径により変化するベースフィルムの張力の変化に対応することが難しく、また、ベースフィルムの張力に偏りが生じた場合にも対応することができない。

本発明では、このような現状に鑑み、「竹の子巻き」のようなベースフィルムの巻き取り時におけるずれを防止するとともに、ベースフィルムが巻装されたリールの着脱作業が簡便で、また、隣接する他のフィーダーや電子部品実装機が存在しても、作業者が着脱作業などを行うための作業スペースを十分に確保することができるリールの巻き出しや巻き取りを行うための電子部品実装機用リール回動装置及びこれを用いた電子部品実装機用ロールツーロール搬送装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述するような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、本発明のリール回動装置は、
電子部品実装機用ロールツーロール搬送装置において、ベースフィルムが巻装されたリールを回動させるリール回動装置であって、
平行した回転軸を有し、同方向同速で回転する少なくとも２本の回転ローラーを備え、
巻装された前記ベースフィルムの最大巻き径よりも直径が大きい鍔部を有する前記リールが、前記回転ローラーに載置されることにより、前記回転ローラーと前記鍔部の外周との間に生じる摩擦力によって、前記リールを回動させることを特徴とする。

また、本発明の電子部品実装機用ロールツーロール搬送装置は、
ベースフィルムが巻装された巻き出し用リールが取り付けられる巻き出し用リール回動装置と、
電子部品実装機構によりデバイスが貼着実装された後の前記ベースフィルムを巻き取るための巻き取り用リールが取り付けられる巻き取り用リール回動装置と、
前記ベースフィルムを所定の搬送経路で搬送するための搬送機構と、
を備える電子部品実装機用ロールツーロール搬送装置であって、
前記巻き出し用リール回動装置及び前記巻き取り用リール回動装置が、上述するリール回動装置であることを特徴とする。

本発明によれば、ベースフィルムの巻き取り時におけるずれを防止するとともに、ベースフィルムが巻装されたリールの着脱作業が簡便で、また、隣接する他のフィーダーや電子部品実装機が存在しても、作業者が着脱作業などを行うための作業スペースを十分に確保することができる。

図１は、本実施形態における電子部品実装機用ロールツーロール搬送装置の構成を説明するための概略構成図である。 図２は、図１の電子部品実装機用ロールツーロール搬送装置におけるリール回動装置の説明をするための模式図である。 図３（ａ）は、図２のリール回動装置に取り付けられるベースフィルムが巻装されるリールの構成を説明するための模式図、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すセンターコアと鍔部とを組立てた状態を示す模式図である。 図４は、ベースフィルムの張力に偏りが発生した際のリールの受動的な位置補正（セルフアライメント）を説明するための模式図である。 図５は、ベースフィルムの張力に偏りが発生した際のリールの受動的な位置補正（セルフアライメント）を説明するための別の模式図である。 図６は、リールをリール回動装置に取り付ける方法を説明するための模式図である。 図７は、作業者がリールの着脱作業を行っている状態を示す模式図である。 図８は、ベースフィルムに貼着配置された下層のフィルム状デバイスにフィルム状デバイスを貼着実装する工程を説明するための模式図である。 図９は、電子部品実装機の内部構成を説明するための模式図である。 図１０は、ロール状に巻かれたベースフィルムを示す模式図である。 図１１は、図１０のベースフィルムを再びロール状に巻き戻した状態を示す模式図である。 図１２は、ロールツーロールにより電子部品の実装を行う構成の一例を示す模式図である。 図１３は、電子部品実装機においてロールツーロールを実行する構成の一例を示す模式図である。 図１４は、複数の電子部品実装機が隣接して設置されている状態を示す模式図である。 図１５は、電子部品実装機においてロールツーロールを実行する別の構成を示す模式図である。 図１６は、電子部品実装機の内部からベルトコンベアを除去した状態を示す模式図である。 図１７は、ガイドローラーを用いてベースフィルムの搬送経路を折り返した状態の一例を示す模式図である。 図１８は、ガイドローラーを用いてベースフィルムの搬送経路を折り返した状態の別の一例を示す模式図である。 図１９は、折り返した搬送経路を有するロールツーロールユニットを示す模式図である。 図２０は、図１９のロールツーロールユニットを電子部品実装機に取り付けた状態を示す模式図である。 図２１は、ロール状に巻かれたベースフィルムをシャフトに取り付ける方法を説明するための模式図である。 図２２は、作業者がリールの着脱作業を行っている状態を示す模式図である。 図２３は、作業者がリールの着脱作業を行っている状態を示す模式図である。 図２４（ａ）は、ベースフィルムを巻き付けた際に竹の子巻きが生じた状態を示す模式図、図２４（ｂ）は、竹の子巻きが生じたベースフィルムの平面図である。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいて、より詳細に説明する。
図１は、本実施形態における電子部品実装機用ロールツーロール搬送装置の構成を説明するための概略構成図、図２は、図１の電子部品実装機用ロールツーロール搬送装置におけるリール回動装置の説明をするための模式図、図３は、図２のリール回動装置に取り付けられるベースフィルムが巻装されるリールの構成を説明するための模式図である。

図１に示すように、本実施形態の電子部品実装器用ロールツーロール搬送装置１０は、ベースフィルム１２が巻装された巻き出し用リール１４が取り付けられる巻き出し用リール回動装置３０と、電子部品実装機構（吸着ヘッド２０）によりデバイス２４が貼着実装された後のベースフィルム１２を巻き取るための巻き取り用リール１６が取り付けられる巻き取り用リール回動装置４０と、ベースフィルム１２を所定の経路に案内するためのガイドローラー８０，８２，８４，９０，９２，９４と、ベースフィルム１２を搬送させるための搬送機構５０と、を備えている。

巻き出し用リール１４と巻き取り用リール１６は、基本的には同様な構成であり、以下、巻き出し用リール１４を例としてその構成を説明する。巻き出し用リール１４は、図３（ａ）に示すように、ベースフィルム１２が巻装されるセンターコア１５ｃと、ベースフィルム１２の最大巻き径よりも直径が大きい鍔部１５ａ，１５ｂとを備える。なお、ベースフィルム１２の最大巻き径は、任意に設定できる値である。

図３（ｂ）に示すように、鍔部１５ａ，１５ｂが、ベースフィルム１２をガイドする効果を有し、ベースフィルム１２の巻き付け位置が回転軸方向に多少ずれたとしても、鍔部１５ａと鍔部１５ｂとの間に巻き付けられることとなり、「竹の子巻き」のような、巻き付け位置のずれを防止することができる。

巻き出し用リール回動装置３０は、図１，２に示すように、２本の回転ローラー３２，３４を備え、回転ローラー３２，３４は、タイミングプーリー３３，３５及びタイミングベルト３６を介して、モーター３８に接続される。

回転ローラー３２，３４は、平行した回転軸を有し、モーター３８の駆動力により、同方向に同速で回動する。
このような回転ローラー３２，３４と、巻き出し用リール１４の鍔部１５ａ，１５ｂと、が接触するように、回転ローラー３２，３４に巻き出し用リール１４が載置される。これにより、巻き出し用リール１４及び巻装されたベースフィルムの自重によって、鍔部１５ａ，１５ｂの外周部と、回転ローラー３２，３４との間に生じる摩擦力により、回転ローラー３２，３４の回動に伴い巻き出し用リール１４が回動する。

巻き出し用リール回動装置３０は、ベースフィルム１２の搬送方向とは逆の方向、すなわち、ベースフィルム１２を巻き取る方向に、巻き出し用リール１４にトルクを発生させる。これにより、ベースフィルム１２に対して適度な張力を付加することができる。

なお、巻き取り用リール回動装置４０は、基本的には、巻き出し用リール回動装置３０と同様な構成であって、回転ローラー４２，４４と、タイミングプーリー４３，４５と、タイミングベルト４６と、モーター４８と、を備える。

巻き取り用リール回動装置４０は、ベースフィルム１２の搬送方向、すなわち、ベースフィルム１２を巻き取る方向に、巻き取り用リール１６にトルクを発生させる。これにより、搬送機構５０により搬送されたベースフィルム１２を、搬送された長さ分だけ巻き取ることができる。

なお、本実施形態では、巻き出し用リール回動装置３０及び巻き取り用リール回動装置４０（以下、単に「リール回動装置３０，４０」とも言う。）は、回転ローラーを２本備えた構成となっているが、リール回動装置としては、２本以上の回転ローラーを備えることができる。

このようにリール回動装置３０，４０を構成することで、巻き出し用リール１４及び巻き取り用リール１６（以下、単に「リール１４，１６」とも言う。）は、従来のシャフトに取り付ける構成と比べて、剛に把持されておらず、ベースフィルム１２に過大な張力が生じても、鍔部１５ａ，１５ｂ外周と、回転ローラー３２，３４及び４２，４４との間の滑りによって張力を逃がすことができる。

なお、リール１４，１６に巻装されたベースフィルム１２の巻き径の変化や、これによるベースフィルム１２が巻装されたリール１４，１６の自重も変化によって、ベースフィルム１２に付加される張力も変化してしまうが、ベースフィルム１２の幅が２００ｍｍ以下であれば、特に問題が生じることはない。

また、リール１４，１６が、リール回動装置３０，４０に載置されているだけであって、剛に把持されていないため、例えば、図４，５に示すように、ベースフィルム１２の張力に偏りが発生したとしても、リール１４，１６の回転軸方向の位置が受動的に補正されることになる。

このため、例えば、リール１４，１６がリール回動装置３０，４０から落下することを防止するために、リール１４，１６を回転軸方向に支える把持具を設ける場合にも、適度な遊びを設けることによって、上述するようなセルフアライメント効果を発揮することができる。

また、本実施形態のリール回動装置３０，４０では、図６に示すように、リール１４，１６をリール回動装置３０，４０に載置するだけで取り付けが完了するため、例えば、電子部品実装器用ロールツーロール搬送装置１０が図７に示すように、電子部品実装機１１に設けられている場合にも、電子部品実装器用ロールツーロール搬送装置１０の後方からリール１４，１６の着脱が可能であり、着脱作業が極めて簡便である。さらには、隣接する他のフィーダーや電子部品実装機１１が存在しても、作業者の作業スペースを十分に確保することができる。

また、搬送機構５０は、タイミングプーリー５３及びタイミングベルト５４によりサーボモーター５６と接続された駆動ローラー５２と、シリンダー６０により駆動ローラー５２側に押し付けられるニップローラー５８と、を備えている。

駆動ローラー５２とニップローラー５８とによってベースフィルム１２を挟み込むことで、ベースフィルム１２を剛に把持し、ベースフィルム１２を間欠搬送するように構成される。なお、ベースフィルム１２の送り位置は、駆動ローラー５２の回転角、すなわち、サーボモーター５６の回転角によって決定される。

また、本実施形態では、タイミングプーリー６３及びタイミングベルト６４によりエンコーダー６６と接続されたスプロケット６２を備えている。スプロケット６２は、ベースフィルム１２に設けられたスプロケット孔と嵌合し、ベースフィルム１２の搬送に伴って、スプロケット６２が回転する。スプロケット６２の回転角が、エンコーダー６６によって検出され、ベースフィルム１２の位置を正確に検出することができる。

搬送機構５０、スプロケット６２及びエンコーダー６６によって、ベースフィルム１２に貼着配置された下層のフィルム状デバイスは実装位置に正確に搬送配置され、吸着ヘッド２０及びＸＹロボット（図示せず）によって、デバイス２４が下層のフィルム状デバイスに貼着実装される。なお、実装位置には、実装時にベースフィルム１２を下から支持するための実装下受けテーブル２２が設けられている。実装位置におけるベースフィルム１２の張力は、巻き出し用リール１４と回転ローラー３２，３４との間に生じる摩擦力によるトルクによって与えられる。

ガイドローラー８０，８２，８４，９０，９２，９４は、ベースフィルム１２を所定の搬送経路に案内するために用いられる。本実施形態においては、ガイドローラー９０，９２，９４を用いて、ベースフィルム１２の搬送経路を折り返すようにしている。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１０ 電子部品実装器用ロールツーロール搬送装置
１２ ベースフィルム
１４ 巻き出し用リール
１５ａ 鍔部
１５ｂ 鍔部
１５ｃ センターコア
１６ 巻き取り用リール
２０ 吸着ヘッド
２２ 実装下受けテーブル
２４ デバイス
３０ 巻き出し用リール回動装置
３２ 回転ローラー
３３ タイミングプーリー
３４ 回転ローラー
３５ タイミングプーリー
３６ タイミングベルト
３８ モーター
４０ 巻き取り用リール回動装置
４２ 回転ローラー
４３ タイミングプーリー
４４ 回転ローラー
４５ タイミングプーリー
４６ タイミングベルト
４８ モーター
５０ 搬送機構
５２ 駆動ローラー
５３ タイミングプーリー
５４ タイミングベルト
５６ サーボモーター
５８ ニップローラー
６０ シリンダー
６２ スプロケット
６３ タイミングプーリー
６４ タイミングベルト
６６ エンコーダー
８０ ガイドローラー
８２ ガイドローラー
８４ ガイドローラー
９０ ガイドローラー
９２ ガイドローラー
９４ ガイドローラー
１００ フィルム状デバイス
１０２ フィルム状デバイス
１０４ ベースフィルム
１０６ 冶具パレット
１１０ 電子部品実装機
１１０ａ 基板入口側
１１０ｂ 基板出口側
１１１ フィーダーベイ
１１１ａ 裏側フィーダーベイ
１１１ｂ 表側フィーダーベイ
１１２ ベルトコンベア
１１４ ＸＹロボット
１１６ 吸着ヘッド
２００ ロールツーロールユニット
２０２ フィルム状デバイス
２０４ ベースフィルム
２０６ センターコア
２０８ センターコア把持爪
２２０ 巻き出し用シャフト
２２２ 巻き出し側ブレーキ
２２４ 巻き取り用シャフト
２２６ 巻き取り用モーター

Claims (2)

1. 電子部品実装機用ロールツーロール搬送装置において、ベースフィルムが巻装されたリールを回動させるリール回動装置であって、
   平行した回転軸を有し、同方向同速で回転する少なくとも２本の回転ローラーを備え、
   巻装された前記ベースフィルムの最大巻き径よりも直径が大きい鍔部を有する前記リールが、前記回転ローラーに載置されることにより、前記回転ローラーと前記鍔部の外周との間に生じる摩擦力によって、前記リールを回動させることを特徴とするリール回動装置。
2. ベースフィルムが巻装された巻き出し用リールが取り付けられる巻き出し用リール回動装置と、
   電子部品実装機構によりデバイスが貼着実装された後の前記ベースフィルムを巻き取るための巻き取り用リールが取り付けられる巻き取り用リール回動装置と、
   前記ベースフィルムを所定の搬送経路で搬送するための搬送機構と、
   を備える電子部品実装機用ロールツーロール搬送装置であって、
   前記巻き出し用リール回動装置及び前記巻き取り用リール回動装置が、請求項１に記載のリール回動装置であることを特徴とする電子部品実装機用ロールツーロール搬送装置。

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