JP2821935B2 - プラスチック光ファイバ - Google Patents
プラスチック光ファイバInfo
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- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
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- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02033—Core or cladding made from organic material, e.g. polymeric material
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
- G02B1/045—Light guides
- G02B1/046—Light guides characterised by the core material
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は可視光領域の光はもちろんのこと近赤外領域
の光の伝送が可能であり、かつ、耐熱性をも備えたオー
ルプラスチック光ファイバに係り、更に詳しくは、光フ
ァイバコード、光ファイバケーブルなどに用いることの
できるプラスチック光ファイバに関する。
の光の伝送が可能であり、かつ、耐熱性をも備えたオー
ルプラスチック光ファイバに係り、更に詳しくは、光フ
ァイバコード、光ファイバケーブルなどに用いることの
できるプラスチック光ファイバに関する。
［従来の技術］ 従来、光ファイバとしては、広い波長領域に亘って優
れた光伝送性を備えた無機ガラス系光学繊維が知られて
いるが、加工性が悪く、曲げ応力が弱いという難点があ
り、より加工性のよい光ファイバを得るため、プラスチ
ックを基材とする光ファイバが開発され、実用化されて
いる。
れた光伝送性を備えた無機ガラス系光学繊維が知られて
いるが、加工性が悪く、曲げ応力が弱いという難点があ
り、より加工性のよい光ファイバを得るため、プラスチ
ックを基材とする光ファイバが開発され、実用化されて
いる。
このプラスチック光フアイバは、屈折率が大きく、か
つ光の透過性が良好なポリメタクリル酸メチル（以下PM
MAという）、ポリカーボネート（以下PCという）等の重
合体を基材とする芯材層と、これよりも屈折率が小さく
かつ透明な含フッ素ポリマー等の重合体を基材とする鞘
材層とを基本構成単位としている。これらのコア・クラ
ッド型の光ファイバ（光ファイバ素線）の製品形態とし
ては、この光ファイバ素線や光ファイバ素線を機能性保
護層で被覆した光ファイバ芯線等のバルクファイバ、光
ファイバ素線を被覆材（ジャケット材）で被覆した光フ
ァイバコード、及びバルクファイバやバルクファイバの
集合体である集合ファイバとテンションメンバー等とを
組合わせた光ファイバケーブルなどが知られている。
つ光の透過性が良好なポリメタクリル酸メチル（以下PM
MAという）、ポリカーボネート（以下PCという）等の重
合体を基材とする芯材層と、これよりも屈折率が小さく
かつ透明な含フッ素ポリマー等の重合体を基材とする鞘
材層とを基本構成単位としている。これらのコア・クラ
ッド型の光ファイバ（光ファイバ素線）の製品形態とし
ては、この光ファイバ素線や光ファイバ素線を機能性保
護層で被覆した光ファイバ芯線等のバルクファイバ、光
ファイバ素線を被覆材（ジャケット材）で被覆した光フ
ァイバコード、及びバルクファイバやバルクファイバの
集合体である集合ファイバとテンションメンバー等とを
組合わせた光ファイバケーブルなどが知られている。
［発明が解決しようとする問題点］ しかし、これらのオールプラスチック光ファイバは芯
材を構成する重合体分子内にＣ−Ｈ結合を多数有し、そ
のＣ−Ｈ結合の伸縮、振動による吸収が低波長領域に存
在し、その５〜８倍音が近赤外、可視領域、波長で言え
ば400nm以上で存在し、その波長領域での伝送損失が大
きなものであった。例えばPMMAを芯材とする光ファイバ
においてはその吸収による伝送損失は650nmにおいて約1
00dB/Km、780nmにおいて約400dB/Kmとなる。またPMMA中
のＨ原子を重水素に置き換えたd8−PMMAを芯材とする光
ファイバの光伝送損失は780nmにおいて50dB/Kmとされて
いるが、吸水により伝送損失が大きく変動し、実用に耐
えられないものであった。また、近赤外領域においては
高出力、高速のLEDが存在することより近赤外領域の光
を効率よく伝送しうる実用的に使用可能なオールプラス
チック光ファイバの開発が大いに望まれていた。
材を構成する重合体分子内にＣ−Ｈ結合を多数有し、そ
のＣ−Ｈ結合の伸縮、振動による吸収が低波長領域に存
在し、その５〜８倍音が近赤外、可視領域、波長で言え
ば400nm以上で存在し、その波長領域での伝送損失が大
きなものであった。例えばPMMAを芯材とする光ファイバ
においてはその吸収による伝送損失は650nmにおいて約1
00dB/Km、780nmにおいて約400dB/Kmとなる。またPMMA中
のＨ原子を重水素に置き換えたd8−PMMAを芯材とする光
ファイバの光伝送損失は780nmにおいて50dB/Kmとされて
いるが、吸水により伝送損失が大きく変動し、実用に耐
えられないものであった。また、近赤外領域においては
高出力、高速のLEDが存在することより近赤外領域の光
を効率よく伝送しうる実用的に使用可能なオールプラス
チック光ファイバの開発が大いに望まれていた。
［課題を解決するための手段］ そこで本発明者等は上記課題を解決するための方法を
見出すべく検討した結果本発明を完成したものであり、
その要旨とするところは 一般式 （ただし式中ｎは１又は２を示す） で表される環構造の繰り返し単位群［Ｉ］又は［II］か
ら本質的に成る環構造含有フッ素重合体あるいは繰り返
し単位群［Ｉ］又は［II］の少なくとも１つと一般式 CF2−CFX ［III］ （ただし式中Ｘは−F,−Cl,−Ｏ−CF2CF2CF3，−Ｏ−CF
2CF（CF3）OCF2CF2-SO2F，−Ｏ−CF2CF2CF2COOCH3から
選ばれる基を示す）で表される繰り返し単位群［III］
とから本質的に成り少なくとも80重量％の繰り返し単位
群［Ｉ］又は［II］を含む重合体を芯とし、パーフルオ
ロ（2,2−ジメチル−1,3−ジオキゾール）と少なくとも
１個の他のエチレン系不飽和単量体との共重合体で芯形
成用重合体の屈折率よりも低い屈折率を有する重合体を
鞘とするオールプラスチック光ファイバにある。
見出すべく検討した結果本発明を完成したものであり、
その要旨とするところは 一般式 （ただし式中ｎは１又は２を示す） で表される環構造の繰り返し単位群［Ｉ］又は［II］か
ら本質的に成る環構造含有フッ素重合体あるいは繰り返
し単位群［Ｉ］又は［II］の少なくとも１つと一般式 CF2−CFX ［III］ （ただし式中Ｘは−F,−Cl,−Ｏ−CF2CF2CF3，−Ｏ−CF
2CF（CF3）OCF2CF2-SO2F，−Ｏ−CF2CF2CF2COOCH3から
選ばれる基を示す）で表される繰り返し単位群［III］
とから本質的に成り少なくとも80重量％の繰り返し単位
群［Ｉ］又は［II］を含む重合体を芯とし、パーフルオ
ロ（2,2−ジメチル−1,3−ジオキゾール）と少なくとも
１個の他のエチレン系不飽和単量体との共重合体で芯形
成用重合体の屈折率よりも低い屈折率を有する重合体を
鞘とするオールプラスチック光ファイバにある。
従来開発されてきたオールプラスチック光ファイバの
芯材を構成する重合体はその分子内に多くのＣ−Ｈ結合
を有するがゆえ、その伝送損失は大きなものとなってい
る。これに対し本発明で用いる芯材形成用重合体はエス
テル基を構成するアルキル基がフッ素含有量の多い分子
とすることによりそのモノマー単位当りのＣ−Ｈ結合数
を極力減少させ、その振動、伸縮に起因する光の吸収損
失を大幅に低減し得たものと成し得ている。また該モノ
マー分子中に含まれるフッ素含量を多くすることによ
り、得られた重合体の吸収率を大幅に低下せしめること
ができるため該重合体を芯とする光ファイバの吸水によ
る光吸収をも低減することができた。芯形成用重合体分
子中のフッ素含量が多くなるとその重合体の屈折率が小
さくなり、鞘材の選定が困難となるのであるが、本発明
者等は屈折率の低い透明鞘材を得るため鋭意検討した結
果、パーフルオロ（2,2−ジメチル−1,3−ジオキゾー
ル）と少なくとも１個の他のエチレン系不飽和単量体と
の共重合体が高い透明性と上記芯形成用重合体の屈折率
に対し充分低い屈折率を有し、鞘材として十分使用可能
なことを見出した。
芯材を構成する重合体はその分子内に多くのＣ−Ｈ結合
を有するがゆえ、その伝送損失は大きなものとなってい
る。これに対し本発明で用いる芯材形成用重合体はエス
テル基を構成するアルキル基がフッ素含有量の多い分子
とすることによりそのモノマー単位当りのＣ−Ｈ結合数
を極力減少させ、その振動、伸縮に起因する光の吸収損
失を大幅に低減し得たものと成し得ている。また該モノ
マー分子中に含まれるフッ素含量を多くすることによ
り、得られた重合体の吸収率を大幅に低下せしめること
ができるため該重合体を芯とする光ファイバの吸水によ
る光吸収をも低減することができた。芯形成用重合体分
子中のフッ素含量が多くなるとその重合体の屈折率が小
さくなり、鞘材の選定が困難となるのであるが、本発明
者等は屈折率の低い透明鞘材を得るため鋭意検討した結
果、パーフルオロ（2,2−ジメチル−1,3−ジオキゾー
ル）と少なくとも１個の他のエチレン系不飽和単量体と
の共重合体が高い透明性と上記芯形成用重合体の屈折率
に対し充分低い屈折率を有し、鞘材として十分使用可能
なことを見出した。
本発明の光ファイバの芯材は 一般式 （ただし式中ｎは１又は２を示す） で表される環構造の繰り返し単位群［Ｉ］又は［II］か
ら本質的に成る環構造含有フッ素重合体あるいは繰り返
し単位群［Ｉ］又は［II］と一般式 CF2−CFX ［III］ （ただし式中Ｘは−F,−Cl,−Ｏ−CF2CF2CF3，−Ｏ−CF
2CF（CF3）OCF2CF2-SO2F，−Ｏ−CF2CF2CF2COOCH3から
選ばれる基を示す）で表される繰り返し単位群［III］
とから本質的に成り少なくとも80重量％の繰り返し単位
群［Ｉ］又は［II］を含む重合体であるが、この重合体
は例えば特開平１−131215明細書記載の方法によって合
成することができる。
ら本質的に成る環構造含有フッ素重合体あるいは繰り返
し単位群［Ｉ］又は［II］と一般式 CF2−CFX ［III］ （ただし式中Ｘは−F,−Cl,−Ｏ−CF2CF2CF3，−Ｏ−CF
2CF（CF3）OCF2CF2-SO2F，−Ｏ−CF2CF2CF2COOCH3から
選ばれる基を示す）で表される繰り返し単位群［III］
とから本質的に成り少なくとも80重量％の繰り返し単位
群［Ｉ］又は［II］を含む重合体であるが、この重合体
は例えば特開平１−131215明細書記載の方法によって合
成することができる。
本発明の光ファイバ鞘材形成重合体はパーフルオロ
（2,2−ジメチル−1,3−ジオキゾール）と少なくとも１
個の他のエチレン系不飽和単量体との共重合体である。
（2,2−ジメチル−1,3−ジオキゾール）と少なくとも１
個の他のエチレン系不飽和単量体との共重合体である。
本発明に用いられるパーフルオロ（2,2−ジメチル−
1,3−ジオキゾール）は例えば米国特許3865845号明細書
に記載の方法によって合成することができる。また、そ
の共重合体は例えば米国特許3978030号明細書やWO89/11
495号明細書に記載の方法によって製造することができ
る。
1,3−ジオキゾール）は例えば米国特許3865845号明細書
に記載の方法によって合成することができる。また、そ
の共重合体は例えば米国特許3978030号明細書やWO89/11
495号明細書に記載の方法によって製造することができ
る。
パーフルオロ（2,2−ジメチルオキソール）と共重合
可能なエチレン系不飽和単量体としては、例えばエチレ
ン、プロピレン、イソブチレン、ブテン−１、メチルビ
ニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニル
エーテル、ブチルビニルエーテル、CF2＝CF2、CHF＝C
F2、CH2＝CF2、CH2＝CHF、CCl＝CF2、CHCl＝CF2、CCl2
＝CF2、CClF＝CClF、CHF＝CCl2、CH2＝CClF、CCl2＝CCl
F等、フルオロプロピレン系化合物例えばCF3CF＝CF2、C
F3CF＝CHF、さらに官能基を有する単量体、例えばパー
フルオロ（アルキルビニルエーテル）、メチル−３−
〔１−〔ジフルオロ〔（トリフルオロエテニル）オキ
シ〕メチル〕−1,2,2,2−テトラフルオロエトキシ〕−
2,2,3,3−テトラフルオロプロパノエート、２−〔１−
〔ジフルオロ〔（トリフルオロエテニル）オキシ〕メチ
ル〕−1,2,2,2−テトラフルオロエトキシ〕−1,1,2,2−
テトラフルオロエタンスルホニルフルオライド等を用い
ることもできる。
可能なエチレン系不飽和単量体としては、例えばエチレ
ン、プロピレン、イソブチレン、ブテン−１、メチルビ
ニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニル
エーテル、ブチルビニルエーテル、CF2＝CF2、CHF＝C
F2、CH2＝CF2、CH2＝CHF、CCl＝CF2、CHCl＝CF2、CCl2
＝CF2、CClF＝CClF、CHF＝CCl2、CH2＝CClF、CCl2＝CCl
F等、フルオロプロピレン系化合物例えばCF3CF＝CF2、C
F3CF＝CHF、さらに官能基を有する単量体、例えばパー
フルオロ（アルキルビニルエーテル）、メチル−３−
〔１−〔ジフルオロ〔（トリフルオロエテニル）オキ
シ〕メチル〕−1,2,2,2−テトラフルオロエトキシ〕−
2,2,3,3−テトラフルオロプロパノエート、２−〔１−
〔ジフルオロ〔（トリフルオロエテニル）オキシ〕メチ
ル〕−1,2,2,2−テトラフルオロエトキシ〕−1,1,2,2−
テトラフルオロエタンスルホニルフルオライド等を用い
ることもできる。
パーフルオロ−（2,2−ジメチル−1,3−ジオキゾー
ル）と前記の単量体との共重合体は、鞘材として必要な
透明性及び1.35〜1.29なる極めて低い屈折率を有する非
晶性のフッ素系重合体であるので式［Ｉ］又は［II］で
示される環構造の繰り返し単位群［Ｉ］又は［II］から
本質的に成る重合体を芯とする光ファイバ用鞘材として
十分に用いることができるのである。
ル）と前記の単量体との共重合体は、鞘材として必要な
透明性及び1.35〜1.29なる極めて低い屈折率を有する非
晶性のフッ素系重合体であるので式［Ｉ］又は［II］で
示される環構造の繰り返し単位群［Ｉ］又は［II］から
本質的に成る重合体を芯とする光ファイバ用鞘材として
十分に用いることができるのである。
鞘材形成用重合体中のパーフルオロ（2,2−ジメチル
−1,3−ジオキゾール）単位の共重合割合は得られる重
合体の屈折率を1.35〜1.29なる割合とするため、20モル
％以上100モル％の範囲、好しくは25〜99.7モル％の範
囲とするのがよい。
−1,3−ジオキゾール）単位の共重合割合は得られる重
合体の屈折率を1.35〜1.29なる割合とするため、20モル
％以上100モル％の範囲、好しくは25〜99.7モル％の範
囲とするのがよい。
これらの芯材形成用重合体、鞘材形成用重合体の組合
せにより作られたオールプラスチック光ファイバは芯材
分子当りのＣ−Ｈ結合の割合が少なくまた吸収率がPMMA
系光ファイバの1/10以下と非常に少ないため水の吸収に
より伝送損失の増大がなく、可視域（400〜800nm）のみ
ならず近赤外領域（800〜1300nm）での伝送損失が少な
いという特異な特性を備えた光ファイバとなる。また芯
材形成用重合体の屈折率が1.34〜1.38程度に対し鞘材形
成用重合体の屈折率は1.29〜1.35と充分低く、大きな開
口数を備えたオールプラスチック光ファイバとすること
ができる。
せにより作られたオールプラスチック光ファイバは芯材
分子当りのＣ−Ｈ結合の割合が少なくまた吸収率がPMMA
系光ファイバの1/10以下と非常に少ないため水の吸収に
より伝送損失の増大がなく、可視域（400〜800nm）のみ
ならず近赤外領域（800〜1300nm）での伝送損失が少な
いという特異な特性を備えた光ファイバとなる。また芯
材形成用重合体の屈折率が1.34〜1.38程度に対し鞘材形
成用重合体の屈折率は1.29〜1.35と充分低く、大きな開
口数を備えたオールプラスチック光ファイバとすること
ができる。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
実施例１ パーフルオロブテニルビニルエーテル（以下PBVEとい
う）重合体（ガラス転移温度108℃屈折率1.342）を210
℃に設定された複合紡糸機の芯材供給部に供給し、一
方、パーフルオロ（2,2−ジメチル−1,3−ジオキゾー
ル）／テトラフルオロエチレン＝50/50モル％の共重合
体（屈折率1.308）を溶融押出機により溶融し、上記紡
糸機の鞘材供給部に供給した。
う）重合体（ガラス転移温度108℃屈折率1.342）を210
℃に設定された複合紡糸機の芯材供給部に供給し、一
方、パーフルオロ（2,2−ジメチル−1,3−ジオキゾー
ル）／テトラフルオロエチレン＝50/50モル％の共重合
体（屈折率1.308）を溶融押出機により溶融し、上記紡
糸機の鞘材供給部に供給した。
紡糸機内の複合紡糸ノズルにて芯−鞘構造とし、外径
1mmφの光ファイバを得た。得られた光ファイバの伝送
損失は650nmにて96dB/Km、770nmにて368dB/Km、950nmに
て826dB/Kmと非常に少ないものであった。また、50℃95
％RHの湿熱の条件下で24時間放置した後の光ファイバの
伝送損失は770nmにおいて386dB/Kmと伝送損失増加の少
ないものであった。
1mmφの光ファイバを得た。得られた光ファイバの伝送
損失は650nmにて96dB/Km、770nmにて368dB/Km、950nmに
て826dB/Kmと非常に少ないものであった。また、50℃95
％RHの湿熱の条件下で24時間放置した後の光ファイバの
伝送損失は770nmにおいて386dB/Kmと伝送損失増加の少
ないものであった。
実施例２ 芯形成用重合体としてPBVE95重量％とテトラフルオロ
エチレン５重量％よりなる屈折率1.347の共重合体を用
いる他は実施例１と全く同様の手法にて光ファイバを得
た。得られた光ファイバの伝送損失を表−１に示す。
エチレン５重量％よりなる屈折率1.347の共重合体を用
いる他は実施例１と全く同様の手法にて光ファイバを得
た。得られた光ファイバの伝送損失を表−１に示す。
実施例３ 芯形成用重合体としてPBVE50重量％とパーフルオロア
リルビニルエーテル50重量％との共重合体（ガラス転移
温度91℃、屈折率1.343）を用いて実施例１と全く同様
にして光ファイバを得、その特性評価を行った結果を表
−１に示した。
リルビニルエーテル50重量％との共重合体（ガラス転移
温度91℃、屈折率1.343）を用いて実施例１と全く同様
にして光ファイバを得、その特性評価を行った結果を表
−１に示した。
実施例４ 芯形成用重合体としてPBVE80重量部とクロロトリフル
オロエチレン20重量部との共重合体（屈折率1.371）を
用いる他は実施例１と全く同様にして光ファイバを得、
その特性評価を行った結果を表−１に示した。
オロエチレン20重量部との共重合体（屈折率1.371）を
用いる他は実施例１と全く同様にして光ファイバを得、
その特性評価を行った結果を表−１に示した。
比較例１ 芯形成用重合体としてPMMAを、鞘材形成用重合体とし
てパーフルオロ（2,2−ジメチル−1,3−ジオキゾール）
／テトラフルオロエチレン＝50/50モル％の共重合体を
用い実施例１と同様にして光ファイバを得たが、該光フ
ァイバの近赤外領域での伝送損失は表−１に示す如く大
きく、かつ湿熱雰囲気下に放置するとその伝送損失は大
きく増加するものであった。結果を表−１に示す。
てパーフルオロ（2,2−ジメチル−1,3−ジオキゾール）
／テトラフルオロエチレン＝50/50モル％の共重合体を
用い実施例１と同様にして光ファイバを得たが、該光フ
ァイバの近赤外領域での伝送損失は表−１に示す如く大
きく、かつ湿熱雰囲気下に放置するとその伝送損失は大
きく増加するものであった。結果を表−１に示す。
比較例２ 芯材形成用重合体として重水素化PMMA（d8−PMMAを使
用）を鞘材形成用重合体としてパーフルオロ（2,2−ジ
メチル−1,3−ジオキゾール）／テトラフルオロエチレ
ン＝50/50モル％なる共重合体を用いて紡糸し光ファト
バを得たが、初期伝送損失は表−１に示す如く少ないも
のの湿熱処理による伝送損失の増加が大きなものであっ
た。結果を表−１に示す。
用）を鞘材形成用重合体としてパーフルオロ（2,2−ジ
メチル−1,3−ジオキゾール）／テトラフルオロエチレ
ン＝50/50モル％なる共重合体を用いて紡糸し光ファト
バを得たが、初期伝送損失は表−１に示す如く少ないも
のの湿熱処理による伝送損失の増加が大きなものであっ
た。結果を表−１に示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 勝彦 広島県大竹市御幸町20番１号 三菱レイ ヨン株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 平１−302303（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−131215（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】一般式 （ただし式中ｎは１又は２を示す） で表される環構造の繰り返し単位群［Ｉ］又は［II］か
ら本質的に成る環構造含有フッ素重合体あるいは繰り返
し単位群［Ｉ］又は［II］の少なくとも１つと一般式 CF2−CFX ［III］ （ただし式中Ｘは−F,−Cl,−Ｏ−CF2CF2CF3，−Ｏ−CF
2CF（CF3）OCF2CF2-SO2F，−Ｏ−CF2CF2CF2COOCH3から
選ばれる基を示す）で表される繰り返し単位群［III］
とから本質的に成り少なくとも80重量％の繰り返し単位
群［Ｉ］又は［II］を含む重合体を芯とし、パーフルオ
ロ（2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール）と少なくとも
１個の他のエチレン系不飽和単量体との共重合体で芯形
成用重合体の屈折率よりも低い屈折率を有する重合体を
鞘とするオールプラスチック光ファイバ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2101809A JP2821935B2 (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | プラスチック光ファイバ |
| EP19910106222 EP0459132A3 (en) | 1990-04-19 | 1991-04-18 | Plastic optical fibers |
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