JP3163168B2 - 比較的厚い壁を有するプラスチック材料プレフォームの加熱方法及び装置 - Google Patents

比較的厚い壁を有するプラスチック材料プレフォームの加熱方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は包括的には、吹込みまた
は延伸−吹込みによって瓶、小瓶のような容器を製造す
るために使用される比較的厚い壁を有する大きいプラス
チック材料、特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）のプレフォームの赤外線加熱に関する。
【０００２】より特定的には本発明は、上記のごとき加
熱を確保し得る方法及び装置の改良に関する。
【０００３】
【従来の技術】現行の技術によれば、プレフォームは、
プレフォームの進行軌道に沿って配置された赤外線ラン
プを備えたトンネル炉内で加熱される。プレフォームは
また、均一加熱され得るようにその長軸の回りで自転す
る。従ってプレフォームは外部から均一に加熱される。
しかしながら、プレフォームが比較的厚い材料であるこ
とを考慮すると、結果的には、プレフォームの壁の外面
と内面との間に顕著な温度勾配が生じ、内面よりも外面
のほうが実質的に強力に加熱される。
【０００４】しかしながら、加熱プレフォームから肉厚
の小さい容器を形成する吹込みまたは延伸−吹込みプロ
セスにおいては、プレフォームの壁の内面と外面との延
伸比は異なる値であり、内面の延伸比のほうが大きい。
具体的には、内径１２ｍｍ及び外径２０ｍｍを有するプ
レフォームから吹込みによって直径８０ｍｍの円筒状容
器を形成する場合、（最終直径対初期直径の比に等し
い）横延伸比は、円筒の外面では４であるが内面では
６.６である。内面のほうが大きく変形されるにもかか
わらず、使用される加熱プロセスを考察すると、内面の
ほうが弱く加熱されることになる。その結果として、
（壁の内層と外層との剥離のような）欠陥が生じる可能
性があり、このような欠陥はプレフォームの壁が厚くな
るほど発生し易い。
【０００５】更に、この問題は、再利用される瓶、小瓶
などの場合にはいっそう深刻な影響を与える。何故な
ら、継続する２回の使用の間の洗浄処理の際に生じる物
理化学的応力を配慮すると、容器の壁厚をかなり（例え
ば約０．８ｍｍ）増加させる必要があり、その結果とし
て、プレフォームの壁厚を約４〜８ｍｍ程度増加させる
必要がある。
【０００６】１つの解決方法では、プレフォームの内面
が十分な温度になるように加熱条件を修正する。しかし
ながら、この解決の主な欠点は、外面がプラスチック材
料の物理化学的特性の不都合な変性を生じさせるほど高
温に加熱される危険性があることである。壁厚全体にわ
たって温度をほぼ均一にするように構成された加熱手段
を配備することによってこの欠点を解消する方法も試験
されたが、プレフォームの壁の内面と外面とが異なる延
伸比を有することに関連した問題を解決しそこから派生
する欠陥の危険性を十分に防止することはできなかっ
た。
【０００７】更に、温度の上昇は電気エネルギ消費量を
増加させ及び／またはプレフォームの照射時間を延長さ
せるので、結果的に生産速度を遅らせる。いずれにして
も、許容範囲を超えた製造コスト増につながる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の本質的
な目的は、再利用型ＰＥＴ瓶、小瓶などの製造に使用す
るための極めて厚い壁を有するプレフォームに対して
も、従来の難点を除去することができ、しかも処理時間
の延長及び電気エネルギ消費量の増加を伴うことなく、
ときには電気エネルギ消費量を節約することさえ可能な
新規なプレフォーム加熱方法を提案することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このために、本発明の第
１の目的は、吹込みまたは延伸−吹込みによって瓶、小
瓶のような容器を製造するために使用される比較的厚い
壁を有するプラスチック材料特にポリエチレンテレフタ
レート（ＰＥＴ）のプレフォームの加熱方法を提供する
ことである。本発明方法においては、前記加熱が、プレ
フォームの長軸に対して実質的に横断方向でプレフォー
ムを加熱するプレフォーム外部の少なくとも１つのソー
スから放出される赤外線によるプレフォームの照射から
成る。前記赤外線は、プレフォームの壁の構成プラスチ
ック材料によって吸収される波長を有する第１バンドＢ
１と、プラスチック材料によって吸収されずにプレフォ
ームの内部スペースに到達する波長を有する第１バンド
Ｂ１とは異なる第２バンドＢ２とを含む。本発明方法の
特徴は、プレフォームの内部スペース内で、該内部スペ
ースに到達する赤外線の第２バンドＢ２に存在する波長
を変更して第１バンドＢ１の輻射に変換し、変更した波
長を有する赤外線をプレフォームの壁に向かって再放出
し、変更された波長を有する前記赤外線がプレフォーム
の内面の近傍のプレフォームの壁の構成プラスチック材
料によって吸収され、プレフォームの壁の内面の温度Ｔ
ｉが前記壁の外面の温度Ｔｅよりも高温になるように、
前記内面の近傍のプラスチック材料を加熱することであ
る。
【００１０】本発明方法によって処理した場合、プレフ
ォームは必要な後処理に対して理想的な条件が得られる
ように加熱される。即ち、一方では、壁の内外両面が加
熱され、少なくとも材料全体の温度を上昇させ、他方で
は、内面から外面に向かって減少する温度勾配（即ち、
プレフォームの外部だけを加熱する従来の方法で見られ
たような外面から内面に向かって減少する温度勾配の
逆）が生じる。これは、後で行なわれる吹込みまたは延
伸−吹込み処理の際の前記内面及び外面の延伸比の差と
完全に一致する。従って、容器を形成する際の材料の変
形が容易であり、材料の層が互いに剥離することも防止
される。
【００１１】また、結果的に、加熱手段によって供給さ
れるエネルギの利用効率が改良されることに注目された
い。何故なら、プレフォームの内部まで浸透し従来は損
失とされていた輻射が材料の加熱に貢献できるようにな
ったからである。その結果、材料の所与の温度を得るた
めに、加熱時間は３０％以上短縮され、消費電気エネル
ギが顕著に減少し、トンネル型加熱装置の加熱炉の長さ
を短縮でき、従って装置コストもかなり削減できる。
【００１２】プレフォームの内部スペースに到達する輻
射の波長の変換、及び変更された波長の輻射の再放出は
実際には、前記内部スペースにコアを導入することによ
って得られる。コアは、プレフォームの内面の近傍にコ
アから再放出された輻射の吸収によって得られるプレフ
ォームの内面の温度Ｔｉがプレフォームの外面の温度Ｔ
ｅよりも高温になるようにコアの表面とプレフォームの
内壁との間に間隙が維持される寸法を有している。試験
によれば実際には、コアの表面とプレフォームの内壁と
の間の間隙を小さくしたほうがプレフォームの加熱が強
化されることが判明した。
【００１３】本発明方法を実施する際にプレフォームの
壁の温度プロフィルが長手方向及び／または周方向（プ
レフォームの軸の回りの回転）角度に沿って均一になら
ないようにしたい場合には、コアとプレフォームの内壁
との間に不規則な間隙を維持するか及び／またはコアに
不均一な表面処理を与えることによって不規則な温度プ
ロフィルを得るとよい。特に、コアが不均一な光沢及び
／または色の表面を有するのが好ましい。実際、試験に
よれば、表面に到達した波長を変換して変更した輻射を
再放出する効果は、光沢コアよりも黒い艶消コアのほう
が優れている。種々の色を種々の割合で有するコアでも
同じ結果が証明された。従って、製造プロセスで材料全
体の不均質な変形を要し従ってプレフォームの不均質な
加熱を伴うような複雑な形状の容器を製造する場合に本
発明の方法を使用することが可能である。
【００１４】本発明の第２の目的は、吹込みまたは延伸
−吹込みによって瓶、小瓶のような容器を製造するため
に使用される比較的厚い壁を有するプラスチック材料特
にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のプレフォー
ムの加熱装置を提供することである。前記装置は、プレ
フォームの長軸に対して実質的に横断方向でプレフォー
ムを加熱するプレフォーム外部に配置された少なくとも
１つの赤外線ソースを含み、前記赤外線が、プレフォー
ムの壁の構成プラスチック材料によって吸収される波長
の第１バンドＢ１と、プラスチック材料によって吸収さ
れずにプレフォームの内部スペースに達する波長を有す
る第１バンドＢ１とは異なる第２バンドＢ２とを含む。
装置の特徴は、プレフォームの内部に配置されており、
第２バンドＢ２の波長を有する赤外線を第１バンドＢ１
の波長を有する赤外線に変換するように構成された赤外
線の波長変換手段と、変更された波長を有する前記赤外
線をプレフォームの壁に向かって再放出する再放出手段
とを含み、前記変換手段及び再放出手段が更に、プレフ
ォームの壁の内面の温度Ｔｉを前記壁の外面の温度より
も高温にするように構成されていることである。
【００１５】好ましくは、プレフォームの内部の赤外線
の波長の変換手段と変更された波長の輻射の再放出手段
とが互いに組み合わせられており、且つ各プレフォーム
内に導入される処理された表面を有するコアを含んでお
り、前記コアは、コアによって再放出される変更された
波長を有する赤外線を吸収したプラスチック材料の加熱
によって得られる壁の内面の温度Ｔｉが壁の外面の温度
Ｔｅよりも高温になるように、プレフォームの壁の内面
との間に間隙を維持している。
【００１６】特に、複雑な形状の容器を容易に製造する
目的でプレフォームを長手方向及び／または周方向（プ
レフォームの長軸の回りの回転）角度に沿って不均一に
加熱するためには、前記表面間に存在する間隙が長手方
向及び／または周方向（プレフォームの軸の回りの回
転）角度に沿って不規則になるように、コアの表面がプ
レフォームの壁の内面に完全な平行にならないように構
成するか及び／またはコアの表面を長手方向及び／また
は周方向（長軸の回りの回転）角度に沿って不規則に表
面処理しておく。いくつかの場合には、コアの表面が不
均一な光沢及び／または色を有している。
【００１７】前記間隙及び表面処理は、プレフォームの
壁の内面及び外面の夫々の温度Ｔｉ及びＴｅの差が少な
くとも＋５℃となるようにするのが好ましい。
【００１８】
【実施例】非限定実施例として与えられたいくつかの実
施例に関する以下の詳細な記載より本発明がより十分に
理解されよう。
【００１９】まず図１を参照すると、参照符号１は、吹
込みまたは延伸−吹込みによって瓶、小瓶のような容器
を製造するために使用されるプラスチック材料、特にポ
リエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から成る比較的厚
い壁を有するプレフォーム全体を示す。例えば射出成形
によって得られたプレフォーム１は、完成容器の最終形
態及び最終寸法のネック部を構成する口部３を備えた厚
肉ボディ２を有している。
【００２０】容器を形成するための吹込みまたは延伸−
吹込み段階の前に、プレフォーム１の加熱段階が組み込
まれている。加熱段階では、後で行なう吹込みまたは延
伸−吹込みなどの機械的変形を容易にするために、プラ
スチック材料特にＰＥＴを軟化させる。炉、特にトンネ
ル炉において加熱段階を行なう。図１は本発明の理解に
必要な炉の部材だけを示している。炉は、加熱されるべ
きプレフォームの進行軌道（ここでは図の平面に垂直）
に沿って配置された赤外線ランプ列（図１の矢印４）を
内蔵しており、該ランプはプレフォームのボディ２に対
して実質的に横断方向で該ボディに向かって赤外線を照
射する。プレフォームを炉内で長手方向に移動させると
きに同時にプレフォームを（矢印５の方向に）自転させ
ると、片側だけの加熱ランプ列によってボディ２の均一
な加熱が得られる。プレフォームの進行軌道に関してラ
ンプの反対側（図１でプレフォームの右側）に、（図示
しない）反射板をランプに向き合って配置してもよい。
【００２１】プレフォーム加熱炉で常用の赤外線ランプ
は、約０.３５〜６μの範囲の放出スペクトルを有して
いる。プレフォーム壁の構成プラスチック材料の透過率
は、輻射の波長に伴って変化する。この変化を具体的に
示すために、波長０.４μｍ〜２.５μｍに対する膜厚５
０μｍのＰＥＴフィルムの透過の変化（％）を図３に示
す。また、ＰＥＴ内部の赤外線の侵入深度（ｍ）を波長
の関数として図４に示す（考察中の深度における輻射強
度をＩとし、初期強度をＩ0とすると、侵入深度はＩ／
Ｉ0＝ｅ-1である）。
【００２２】これらのグラフ、特に図４のグラフによれ
ば、第１バンドＢ１内に存在する波長（ＰＥＴの場合は
ほぼλ＞３μｍ）を有する加熱ランプによって放出され
た輻射部分はプレフォーム壁の構成プラスチック材料に
よって吸収されるが、バンドＢ１とは異なる第２バンド
Ｂ２内に存在する波長（ＰＥＴの場合は約０.５μｍ＞
λ＞１.６μｍ）を有する輻射部分は、プラスチック材
料によって実質的に吸収されずにプレフォームの内部ス
ペースに到達する。
【００２３】本発明によれば、プレフォームの内部スペ
ースに到達する輻射の前記バンドＢ２内に存在する波長
を、前記バンドＢ１に含まれる波長を有する輻射に変換
し、変更された波長を有するこの輻射を次にプレフォー
ムの壁に向かって再放出し、その結果として、プレフォ
ームの内面近傍の加熱（変更された波長で再放出された
輻射の吸収による加熱）が、プレフォームの外面近傍の
加熱（加熱ランプから直接放出された輻射の吸収による
加熱）よりも強力に行なわれるようになっている。
【００２４】このために、プレフォームの内部に、全面
的または部分的に処理された表面７を有するコア６を導
入する。コアは、プレフォームの壁２の内面８との間に
間隙ｅを維持しながら導入される。
【００２５】加熱ランプから放出される輻射（矢印４）
のうちの、バンドＢ１に存在する波長を有する輻射部分
（矢印１１）が壁を構成するプラスチック材料によって
吸収され、外面１０の近傍を（温度Ｔｅに）加熱する。
バンドＢ２に存在する波長を有する輻射部分（矢印１
２）は、プラスチック材料によって吸収されずに、プレ
フォームの内部のコア６に到達する。コアは多少とも黒
体として挙動するように表面処理されており、温度Ｔに
加熱される。その結果として、コア６は次に、（ウィー
ンの法則で）最大波長λｍａｘ＝２８９８／Ｔ（λｍａ
ｘはμｍ、Ｔは°Ｋ）を有する輻射をプレフォームの壁
に向かって（矢印１３の方向に）放出する。
【００２６】コア６の表面状態を適宜処理することによ
って、再放出される輻射の波長がバンドＢ１内の波長と
なるように温度Ｔを調節し得る。その結果として、再放
出された輻射（矢印１３）は、プレフォーム壁の構成プ
ラスチック材料によって吸収され、その内面８の近傍を
（温度Ｔｉに）加熱する。従って、プレフォームの壁
は、内面及び外面の双方から加熱されるが、加熱ソース
の変更は全く不要であり、プレフォームの外部の片側配
置のままでよい。
【００２７】更に、コア６の面７の表面状態及び間隙ｅ
の適正な選択によって、プレフォームの壁の内面８を、
該壁の外面１０の温度Ｔｅよりもかなり高い（実際には
５℃以上高い）温度Ｔｉに加熱し得る。このようにして
内面８と外面１０との間に正の温度勾配ΔＴ＝Ｔｉ−Ｔ
ｅ（Ｔｉ＞Ｔｅ）が生じる。図２において、曲線Ｃは、
壁の肉厚内で生じたＴｉからＴｅの温度変化の１例を示
している。このようにしてプラスチック材料は、吹込み
プロセスまたは延伸−吹込みプロセスで必要な延伸比に
無理なく耐えられる適正温度を局部毎に有し得る。
【００２８】間隙ｅを縮小すると、コアによって再放出
されて内面８に到達するエネルギが増加し、温度Ｔｉが
上昇し、従って温度差Ｔｉ−Ｔｅが増大する。
【００２９】間隙ｅが所与の値の場合、黒い艶消表面を
有するコアは、明るい光沢表面を有するコアよりも強力
にプレフォーム内面を加熱する。前者では、温度Ｔｉが
温度Ｔｅよりも２０℃高温になり、後者では１０℃だけ
高温になる。
【００３０】これらのパラメータの顕著な影響を考慮す
ると、コアの複数ゾーンの表面状態及び／または間隙ｅ
を適宜調整することによって、プレフォームの加熱を長
手方向及び（プレフォームを自転させることによって）
周方向のゾーン毎に変調し得る。特に、複雑な形状及び
／または一定でない肉厚を有する容器の製造を容易にす
るためにプレフォームの加熱をゾーン毎に変調し得る。
【００３１】図１において、コア６はプレフォームの内
面の形状に実質的に対応する簡単な形状であり、従って
間隙ｅはほぼ一定である。
【００３２】加熱中には、コア６をプレフォーム１と同
期的に（矢印１４の方向に）自転させてもよく、または
逆に、コアを自転させずにプレフォーム１だけをコアの
回りで回転させてもよい。
【００３３】図５は、長手方向及び周方向の双方で一定
でない間隙ｅを有し、いくつかのゾーン（例えばゾーン
１５、１６のような白色のゾーン）が光沢ゾーン（例え
ば研摩金属）であり、コアの残りの部分が暗色（例えば
艶消黒色）であるような複雑な形状を有するコア６の例
を示している。図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは図５のＡＡ
線、ＢＢ線及びＣＣ線の夫々に沿った断面図であり、コ
アの種々の断面の形状を示す。このような場合、コアは
プレフォームと同期的に自転しなければならない。
【００３４】上記の記載から既に明らかであろうが、本
発明は記載の好ましい実施態様及び実施例に限定されな
い。逆に、本発明はすべての変形を包含し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプレフォーム加熱装置の構造を示す断
面図である。
【図２】図１の構造の機能を示す拡大概略図である。
【図３】ＰＥＴの透過率を波長の関数として示すグラフ
である。
【図４】ＰＥＴ内部の赤外線の侵入深度を波長の関数と
して示すグラフである。
【図５】図１の構造の変形例の説明図である。
【図６Ａ】図５のコアのＡＡ線断面図である。
【図６Ｂ】図５のコアのＢＢ線断面図である。
【図６Ｃ】図５のコアのＣＣ線断面図である。
【符号の説明】
１ プレフォーム ２ ボディ ３ 口部 ６ コア ７ コア表面 ８ プレフォーム内面 １０ プレフォーム外面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 49/00 - 49/80

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吹込みまたは延伸−吹込みによって瓶、
    小瓶のような容器を製造するために使用される比較的厚
    い壁を有するプラスチック材料特にポリエチレンテレフ
    タレート（ＰＥＴ）のプレフォームの加熱方法であっ
    て、前記加熱が、プレフォームの長軸に対して実質的に
    横断方向でプレフォームを加熱するプレフォーム外部の
    少なくとも１つのソースから放出される赤外線によるプ
    レフォームの照射から成り、前記赤外線が、プレフォー
    ムの壁の構成プラスチック材料によって吸収される波長
    を有する第１バンドと、プラスチック材料によって吸収
    されずにプレフォームの内部スペースに到達する波長を
    有する第１バンドとは異なる第２バンドとを含んでお
    り、 プレフォームの内部スペース内で、該内部スペースに到
    達する赤外線の第２バンドに存在する波長を変更して第
    １バンド内の波長を有する輻射に変換し、 変更した波長を有する赤外線をプレフォームの壁に向か
    って再放出し、 変更された波長を有する前記赤外線がプレフォームの内
    面の近傍のプレフォームの壁の構成プラスチック材料に
    よって吸収され、プレフォームの壁の内面の温度Ｔｉが
    前記壁の外面の温度Ｔｅよりも高温になるように前記内
    面の近傍のプラスチック材料を加熱することを特徴とす
    る比較的厚い壁を有するプラスチック材料プレフォーム
    の加熱方法。
  2. 【請求項２】 プレフォームの内部スペースに到達する
    輻射の波長を変更するために、処理された表面を有する
    コアを前記内部スペースに導入し、前記コアは、変更さ
    れた波長でコアから再放出された赤外線を吸収したプラ
    スチック材料の加熱によって得られたプレフォームの前
    記内壁の温度Ｔｉが壁の外面の温度Ｔｅよりも高温にな
    るように、プレフォームの内壁との間に間隔を維持して
    いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 プレフォームの壁の温度プロフィルが長
    手方向及び／または周方向（プレフォームの軸の回りの
    回転）角度に沿って均一でなく、この不均一な温度プロ
    フィルは、コアとプレフォームの壁の内面との間に不規
    則な間隔を維持することによって得られることを特徴と
    する請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 プレフォームの壁の温度プロフィルが長
    手方向及び／または周方向（プレフォームの軸の回りの
    回転）角度に沿って均一でなく、この不均一な温度プロ
    フィルは、コアの不規則な表面処理によって得られるこ
    とを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 コアの表面が不均一な光沢及び／または
    色を有していることを特徴とする請求項４に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 吹込みまたは延伸−吹込みによって瓶、
    小瓶のような容器を製造するために使用される比較的厚
    い壁を有するプラスチック材料特にポリエチレンテレフ
    タレート（ＰＥＴ）のプレフォームの加熱装置であっ
    て、前記装置が、プレフォームの長軸に対して実質的に
    横断方向でプレフォームを加熱するプレフォーム外部に
    配置された少なくとも１つの赤外線ソースを含み、前記
    赤外線が、プレフォームの壁の構成プラスチック材料に
    よって吸収される波長の第１バンドと、プラスチック材
    料によって吸収されずにプレフォームの内部スペースに
    到達する波長を有する第１バンドとは異なる第２バンド
    とを含んでおり、装置が更に、 プレフォームの内部に配置されており、第２バンドの波
    長を有する赤外線を第１バンドの波長を有する赤外線に
    変換するように構成された赤外線の波長変換手段と、 変更された波長を有する前記赤外線をプレフォームの壁
    に向かって再放出する再放出手段とを含み、 前記変換手段及び再放出手段が更に、プレフォームの壁
    の内面の温度Ｔｉを前記壁の外面の温度よりも高温にす
    るように構成されていることを特徴とする加熱装置。
  7. 【請求項７】 プレフォームの内部の赤外線の波長の変
    換手段と変更された波長の輻射の再放出手段とが互いに
    組み合わせられており、且つ各プレフォーム内に導入さ
    れる処理された表面を有するコアを含んでおり、前記コ
    アは、コアによって再放出される変更された波長を有す
    る赤外線を吸収したプラスチック材料の加熱によって得
    られた壁の内面の温度Ｔｉが壁の外面の温度Ｔｅよりも
    高温になるように、プレフォームの壁の内面との間に間
    隙を維持していることを特徴とする請求項６に記載の装
    置。
  8. 【請求項８】 前記表面間に維持される間隙が長手方向
    及び／または周方向（プレフォームの軸の回りの回転）
    角度に沿って不規則になるように、コアの表面はプレフ
    ォームの壁の内面に完全な平行ではないことを特徴とす
    る請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 コアの表面が、長手方向及び／または周
    方向（長軸の回りの回転）角度に沿って不規則な表面処
    理を有することを特徴とする請求項７または８に記載の
    装置。
  10. 【請求項１０】 コアの表面が不均一な光沢及び／また
    は色を有していることを特徴とする請求項９に記載の装
    置。
  11. 【請求項１１】 プレフォームが赤外線加熱手段の前方
    で自転するように構成され、コアが静止しておりプレフ
    ォームが自転することを特徴とする請求項７から１０の
    いずれか一項に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 プレフォームが赤外線加熱手段の前方
    で自転するように構成され、コアがプレフォームと同期
    的に自転するように構成されていることを特徴とする請
    求項７から１０のいずれか一項に記載の装置。
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