JP4376906B2 - 空気力学的に輪郭が形成されている空気のそらせ板を備えているプリフォームの加熱モジュール、及びこのようなモジュールを少なくとも１つ有する炉 - Google Patents

Description

本発明は、プリフォーム、特にプラスチック容器用のプリフォーム、を加熱するための改良されたモジュールに関し、このようなモジュールを少なくとも１つ有するプリフォームの加熱炉に関する。

本発明は、特に、プリフォーム、とりわけプラスチック容器用のプリフォーム、を加熱するためのモジュールに関し、このモジュールは、縦方向の加熱用トンネルを有しており、この加熱用トンネルは、２つの壁の互いに平行な縦方向の垂直な内面により横方向が規定されており、一方の壁は、加熱を行なう壁であり、加熱システムが備えられており、他方の壁は、通気する壁であり、複数の通気用開口部を備えており、これら開口部は、少なくとも１つの送風装置により送風される空気を横方向に上流側の加熱用トンネルの外側から下流側のこの加熱用トンネルの内側へと通過させることを意図されており、また、このモジュールにおいては、プリフォームの第１の部分は、加熱用トンネルの中で加熱され、一方、このプリフォームの第２の部分は、加熱用トンネルの２つの壁の縦方向の端部の間に形成されている縦方向の開放部を介して、この加熱用トンネルの外側に保持され、このモジュールは、送風装置が、縦方向のそらせ板を有し、このそらせ板は、プリフォームの下方の部分の構成材料がその軟化点まで加熱されることを防止するように、このプリフォームの第２の部分に向けて、横向きに送風される空気の一部を偏向させるタイプである。

例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）で作られているプラスチック容器、特にボトル、は、一般に、まえもって射出成形され、胴部や底部分をブロー成形又は延伸ブロー成形する操作によりボトルに仕上げられるプリフォームから製造されている。これらプリフォームは、一般的に、ネックが既にボトルのネックの最終的な形状を備えている試験管の形状である。ネックは、例えば、ねじの切られた栓を受けることを意図されているねじ山を有している。

ブロー成形の操作を実行する前に、プリフォームの胴部と底部分とを有する第１の部分を、プリフォームのプラスチック成分を軟化させるように、加熱炉の中で、ガラス転移温度より高い温度に再加熱する必要がある。

この目的のために、縦長い加熱用トンネルを有するタイプのプリフォーム用加熱炉が既知である。低温のプリフォームが、搬送装置により、このトンネルの第１の端から搬送され、それからこのトンネルに沿って進む。このトンネルの中でプリフォームの胴部と底部分とを有している第１の部分が加熱され、この後、このプリフォームは、このトンネルの第２の端を通って出てくる。このように加熱されたプリフォームは、ブロー成形の操作を受けることができる。

加熱炉は、１つ以上の加熱モジュール又は加熱ユニットを有していてもよい。モジュール又はユニットは、各々、トンネル部分を有していて、長さの大きな単一のトンネルを形成するように互いに前後するように一列に整列されている。この説明の残りでは、「加熱モジュール」という語は、「炉」という語に例えられる。

プリフォームの底部分と円筒状の胴部とを深さ方向に、このプリフォームの周全体に渡って加熱することを確実にするように、プリフォームは、一般に、炉を通過しながら、それ自身の周りに回転されている。さらに、トンネルの一方の壁は、放射加熱手段を備えていて、一方、他方の壁は、送風された空気が通気する通気用開口部を備えていて、プリフォームの胴部の円筒状の壁の厚さに渡って一様に加熱することを促進し、プリフォームの円筒状の壁の外面を形成している表面材料の層を過剰に加熱することがないものとする。送風される空気は、この加熱手段により生じる対流熱を除去し、この結果、この加熱手段が、胴部の構成材料の厚さの中に生じる、放射の浸透が促進される。

しかしながら、製造の間、最終的な形状と最終的な寸法とを有しており、一般にプリフォームの射出成形による、ネックを有するプリフォームの第２の部分は、加熱並びに／もしくはブロー成形の操作の間に、変形されてはならない。したがって、この第２の部分をガラス転移温度又は軟化点より低い温度に保つことが本質的である。この目的のために、長手方向のスロットを形成している、トンネルの開放部を通して、プリフォームのネックは、トンネルの外側に保持されている。

加熱用トンネルからの熱が、プリフォームのこの第２の部分に通じることを防止するように、この第２の部分は、送風装置により送風される空気により冷却される。

多くの装置では、プリフォームは、それを加熱する間の少なくとも一部分で、ネックを下に向けて位置していることが好ましい。この結果、高温の空気の上昇する対流運動によりネックが加熱されることを防止又は制限することができる。

単一の送風装置を有する複数の加熱モジュールを備えることが知られている。この送風装置により、一方では、送風された空気が加熱用トンネルの中へと通すことができ、他方では、プリフォームのネックが冷却されることができる。この場合、送風装置には、そらせ板が備えられ、このそらせ板は、空気の流れの方向に関して、トンネルとプリフォームとの上流に位置している。このように、そらせ板は、送風された空気の流れの一部をプリフォームのネックへと偏向させている。

本発明の目的は、加熱操作の間に、プリフォームのネックが冷却される効率を向上することである。

この目的のために、本発明は、上述されたタイプの加熱モジュールにおいて、そらせ板の上流側の端部が空気力学的に輪郭が形成されていることを特徴とするモジュールを提案している。

本発明の他の態様に係われば、
このそらせ板は、上流側の端部が、上流を向いた点を有していて、このそらせ板の厚さは、下流に向かって増加している。

このそらせ板の下流側の端部は、空気力学的に輪郭が形成されている。

このそらせ板は、このそらせ板の下流側の端部まで、その厚さが次第に減少するように輪郭が形成されており、この下流側の端部は、下流を向いている点を形成している。

このそらせ板は、加熱システムにより発生された熱が、加熱用トンネルの開放部を通して、プリフォームのネックに通ずることを防止する熱シールドである。

このそらせ板は、空気調節システムを有している。

このそらせ板の下流側の端部は、縦方向の軸を中心として回動して、通気する壁に向けて送風される空気流を規制するように取り付けられている。

開放部が、加熱用トンネルの２つの壁の縦方向下方の端部の間に設けられ、また、送風装置は、下方の空気出口フラップを有し、このフラップは、そらせ板の下方に位置し、このフラップの上流側の端部は、縦方向の軸の回りに回動して、加熱用トンネルの２つの壁の縦方向下方の端部の間に設けられている縦方向の開放部の下方で、プリフォームのネックの部分に直接空気を案内するように取り付けられている。

開放部が、加熱用トンネルの２つの壁の縦方向上方の端部の間に設けられ、また、送風装置は、上方の空気出口フラップを有し、このフラップは、そらせ板の上方に位置し、このフラップの上流側の端部は、縦方向の軸の回りに回動して、加熱用トンネルの２つの壁の縦方向上方の端部の間に設けられている縦方向の開放部の上方で、プリフォームのネックの部分に直接空気を案内するように取り付けられている。

本発明は、また、トンネルを形成するように一列に整列された複数の加熱モジュールを有する、プリフォームを加熱するための炉に関する。

本発明の他の態様と有利な点とは、以下の詳細な説明を読むと直ちに明らかになる。この説明を理解するために、読者は、添付されている図面を参照するべきである。

説明の残りでは、図２に示されている（Ｌ，Ｖ，Ｔ）座標系により示されている、縦、垂直、及び横の向きが取られるが、これによって、限定はされない。

説明の残りでは、上流から下流の向きを用いて、流体の流束の流れを説明する。

図１は、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）のようなプラスチックで作られているプリフォーム１０を示している。このプリフォームは、プラスチックを軟化させるためにこのプリフォームが加熱される第１の操作と、ブロー成形又は延伸ブロー成形すなわちこのプリフォーム１０を容器に仕上げるための第２の操作とを経て、ボトルのような容器に加工されることが意図されている。

知られているように、このプリフォーム１０は、垂直軸Ａの試験管の形状である。図１に示されているように、このプリフォーム１０の管状胴部１２は、その上端で半球状の底部分１４により閉じられている一方、その下方の端部は、ネック１６を有し、このネックは、完成品の容器のネック(throat)を形成している。

ネック１６は、既に、完成品の容器のネックの最終的な形状であるため、完成品の容器を得るために、管状体１２及びその底部分１４だけがブロー成形により変形される必要がある。したがって、加熱操作の間、プリフォーム１０の管状体１２及びその底部分１４だけを構成材料のガラス転移温度より高温に加熱する一方、ネック１６の温度は、ガラス転移温度未満に保つことが重要である。

管状体１２とネック１６との間の継ぎ目は、フランジ１８により結合されている。この場合、ネックの外部の円筒状面２０は、ねじ山を有しており、ボトルを封止するように、（図示されていない）ねじが切られた栓を受けることが意図されている。

図２は、加熱操作の間にプリフォーム１０を加熱するための炉２２を示している。この場合、この炉２２は、縦方向の加熱用トンネル２４を有し、プリフォーム１０は、この加熱用トンネルを通って、矢印Ｆにより指示されている方向に沿って動くことが意図されている。このトンネル２４は、図２の中では右にプリフォーム１０が入る第１の端２６を有し、図２の中では左にプリフォーム１０が出て行く第２の端２８を有する。

図２に示されているように、炉２２は、プリフォーム１０をトンネル２４の入口２６から出口２８まで搬送するための装置３０を有している。この搬送装置３０は、複数のプリフォーム１０を把持するための一連のマンドレル３２を有する。これらマンドレル３２は、トンネル２４の下をこのトンネルと平行になるように延びている下方のレール３４の上方に垂直に位置している。マンドレル３２は、プリフォームがトンネル２４に沿って動いている間に、これらプリフォーム１０を垂直に保つことが意図されている。

各マンドレル３２は、既知のように垂直に延びており、弾性ワッシャのような、プリフォームを強制的に適当な位置に保持するための手段（これは図示されていない）を有しており、この手段は、マンドレル３２がネック１６の中へと導入される時に、このネック１６の内部の円筒状面を介して、しっかりとクランプされることが可能である。

図２に示されているようなトンネル２４の縦方向の直線的な形状は、非限定的な例として与えられている。本発明は、円形のタイプの炉にも勿論適用可能であり、もしくは、「無限軌道」のタイプの他の炉にも適用可能である。この「無限軌道」のタイプの炉は、プリフォーム１０がネックの方を上にして加熱される部分と、ネックの方を下にして加熱される他の部分とを有している。後者のタイプの炉は、本出願人の複数の器械を備えている。

図３は、トンネル２４の断面を示している。このトンネルは、２つの相互に平行な垂直な縦方向の内面３６、３８により規定され、これら内面３６、３８は、それぞれ、図３の中で右に位置している第１の壁４０と、左に位置している第２の壁４２とのものである。

この場合、トンネル２４は、上部でも底部でも閉じられていない。このように、内面３６、３８の下側の縦方向の端部は、縦方向のスロットの形式で、下方の開放部(opening)４１を規定している。

第１の壁４０には、トンネル２４を加熱するためのヒータ４６が備えられている。図３に示されている例では、このヒータ４６は、８つの赤外線電灯を有し、これら赤外線電灯は、ここでは、ＩＲ１乃至ＩＲ８として参照され、互いに上下するように水平方向に位置している縦方向の管の形態である。これら電灯は、この場合、各々がこれら電灯ＩＲ１乃至ＩＲ８の一端を収容するように意図されている、垂直方向に分布している縦方向の複数の通路４８の手段を用いて、第１の壁４０の内面３６に近いこれらの電灯の端部の各々により保持されている。

この場合、第２の壁４２は、複数の開口部５０を有し、これら開口部は、横方向に貫通して、空気流がトンネル２４の中へと侵入することを可能としている。序文で説明されているように、この空気流により、このように、ヒータ４６により発生された対流熱が、トンネル２４から取り除かれることができる。この結果、プリフォーム１０の円筒状壁からなる胴部を構成している材料の厚みの中へと放射が浸透することを促進している。

この目的のために、炉２２には、送風装置が５２が設けられ、この送風装置は、遠心ファン５４を有し、このファンは、トンネル２４の外側で、図３では第２の壁４２の左に位置している。

このファン５４は、羽根車５６を有し、この羽根車は、例えば、(図示されていない)モータにより、垂直な軸Ｂの回りに回転するように取り付けられている。このファン５４には、ファン５４の下方で延びている垂直軸方向の入口ダクト５８を介して、空気が供給されている。ファン５４の羽根車５６は、第２の壁４２まで横向きの下流の出口すなわち排出ダクト６０の中へと空気流を放射方向に供給する。

図３に示されているように、プリフォーム１０の管状体１２及び底部分１４は、加熱用トンネル２４の内側に保持され、一方、ネック１６及びフランジ１８は、トンネル２４の下方の開放部４１の直下で、外側に保持されている。

既知の変形例によれば、プリフォーム１０は、ネック１６を上向きにして向けられ、縦方向の開放部４１は、トンネル２４の壁３６、３８の上方の複数の縦方向端部により規定されている。この場合、プリフォーム１０のネック１６は、上方の開放部を横断する適切な位置でトンネル２４の上方に保持されている。

ネック１６をそのガラス転移温度より低い温度に維持するために、外気流が、ネック１６とフランジ１８とに向けて横向きに吹き付けられている。空気流は、単一の送風装置５２により発生され、この送風装置は、トンネル２４に空気を供給している。したがって、送風装置５２の空気出口ダクト６０は、そらせ板６２を有し、このそらせ板は、最初に第２の壁４２に向けて送風された空気流の一部をネック１６に向けて偏向させることを意図されている。

このそらせ板６２は、ほぼ縦方向の斜面を形成し、その断面は、水平である。このそらせ板は、第２の壁４２の内面３８の縦方向下方の端部の下で直交して位置している。このように、このそらせ板６２の上流側部分６４は、外に吹き出す空気流を２つに分割するように、送風装置５２の出口ダクト６０の中へと横向きに延びている。しかしながら、そらせ板６２の上流部分６４は、この出口ダクト６０をその全体の長さに渡って２つの区画へと分割してはおらず、ダクト６０の下流部分に渡ってだけ分割している。

そらせ板６２の下流部分６６は、プリフォーム１０のネック１６まで、トンネル２４の下方の開放部の下方を横向きに延びている。このように、そらせ板６２の下流側の端部は、フランジ１８の直上にネック１６とすれすれに出ている。

そらせ板６２が、また、電灯ＩＲ１乃至ＩＲ８により放射されている赤外放射が、ネック１６に到達するのを防止するシールドを形成すると有利である。

本発明の示唆によると、そらせ板６２の上流部分６４の断面は、空気力学的にかたどられ、そらせ板６２により、ネック１６及びフランジ１８に向かって、偏向される空気流が、層流になるものとする。図３に示されている実施形態において、そらせ板６２の中央部分は、上流点（upstream point）を形成するまで薄くなる厚さを有している。

そらせ板６２の下流部分６６の断面も、空気流が層流であり、また、もし可能ならば、ネック１６とフランジ１８とに向かって加速されるように、空気力学的にかたどられているならば有利である。そらせ板６２の断面は、このように、航空機の翼又は水滴の下側半分の断面に似ている。このそらせ板の断面の先端は、プリフォーム１０のネック１６及びフランジ１８に向かって横向きに向けられている。

そらせ板６２が、また、熱シールドを形成し、この熱シールドが、トンネル２４の内側からネック１６及びフランジ１８まで、伝導又は放射により熱が伝わることを防止するならば有利である。こうして、そらせ板６２は、この場合、このそらせ板６２の厚みの中に形成されている２つの縦方向のダクト６８からなる空気調節システムにより冷却される。熱伝導流体、例えば、水が、そらせ板６２の上側面により受けられた熱を除去するようにダクト６８の中を循環している。

出口ダクト６０は、下方のフラップ７０を有し、このフラップは、この出口ダクト６０の下方壁を形成している。下方のフラップ７０の上流端７２は、縦方向軸Ｃの回りに回動するように取り付けられている。このように、ファン５４により生じた空気流を、ネック１６及びフランジ１８の寸法に関わりなく、ネック１６とフランジ１８とに向かうように向き付けるように、フラップ７０は、向けられることができる。これは、有利な点であり、この有利な点により、様々な寸法のプリフォーム１０のネック１６及びフランジ１８を最適に冷却するために、出口ダクト６０の幾何学的形状を最適化することができる。

本発明の(図示されていない)変形例において、そらせ板６２の下流部分６６は、縦方向の軸の回りに回動するように取り付けられ、ネック１６及びフランジ１８に向けて偏向される空気の量を、そらせ板６２の角度方向の向きに従って制御可能とする。

炉２２の操作の間に、マンドレル３２により適切な位置に保持されているプリフォーム１０が、入口端２６を介してトンネル２４の中へと導入される。このプリフォームは、トンネル２４の出口端２８に向けて並進運動で動かされ、同時に、このプリフォーム１０の周囲全体が、加熱を行なう壁３６に位置している電灯ＩＲ１乃至ＩＲ８により加熱されるように、垂直方向の軸Ａの回りに回転されている。プリフォーム１０のネック１６及びフランジ１８は、そらせ板６２の下方に位置している。

送風装置５２のファン５４は、空気流を第２の壁４２に向かって出口ダクト６０の中へと送風する。この空気流の一部は、そらせ板６２により偏向され、層流となり、ネック１６及びフランジ１８に向かう。

こうして、空気を、層流になるようにしてネック１６及びフランジ１８に向かわせて偏向させるという事実の結果、上方のトンネルから、炉２２の下方の開放部４１を通って降りてくる高温の空気を排除するための高速で効果的な空気流を維持できる。したがって、ネック１６及びフランジ１８の冷却は、本発明に係る、そらせ板６２のおかげで改良される。

本発明の他の有利な点によれば、上流端６４の輪郭が空気力学的にとられている、そらせ板６２があると、プリフォーム１０がネック１６を図示されているように一番下にして向けられていようと、ネック１６を一番上にして向けられていようと、加熱操作の間の、プリフォーム１０のネック１６が冷却される効率は、かなり改善される。

本発明の(図示されていない)変形例において、ネック１６を上にして位置しているプリフォーム１０を加熱することを意図されている炉の場合、図２、３の中の垂直方向Ｖは、図示されている垂直方向の反対である。このように、この場合、そらせ板６２は、ネック１６及びフランジ１８の下方に位置し、一方、マンドレル３２は、レール３４の垂直方向下方に位置している。このレールは、この場合、トンネル２４の上方で延びている。開放部４１は、この場合、トンネル２４の上方の開放部である。

一変形例（図示されていない）において、炉は、各々が、上で説明されているように、トンネル部分、加熱装置、及び送風装置を有する、複数のモジュールを既知の方法で有していてもよい。これらモジュールは、これらモジュールの各々のトンネル部分により構成されている単一の加熱用トンネル２４を形成するように、互いに前後するように一列に整列されている。この構成では、炉は、単一の搬送装置３０を有している。そらせ板６２は、複数のそらせ板部分から形成されていてもよく、トンネル２４の全長に対応している寸法の単一の構成要素であってもよい。

ブロー成形を経てボトルへと加工される前に、炉の中で加熱されることを意図されているプリフォームを示す側面図である。 本発明の示唆に従って製造され、プリフォームをネックを下にして加熱することができる、図１のプリフォームを加熱するための炉を示す側面図である。 送風装置と、送風された空気を向き付けるためのそらせ板とを備えている炉を示す、図２の３−３面に沿った断面図である。

Claims (11)

1. プリフォーム（１０）を加熱するためのモジュール（２２）であって、２つの壁（４０、４２）の相互に平行な縦方向の垂直な内面（３６、３８）により横方向が規定されている縦方向の加熱用トンネル（２４）を具備し、これら２つの壁のうち、一方の壁は、加熱を行なう壁（４０）であり、加熱システム（４６）が備えられ、他方の壁は、通気する壁（４２）であり、複数の通気用開口部（５０）を有しており、これら開口部は、少なくとも１つの送風装置（５２）により送風される空気を横方向に、上流の前記加熱用トンネル（２４）の外側から、下流のこの加熱用トンネルの内側へ通過させることを意図されており、また、このモジュールにおいて、前記プリフォーム（１０）の本体部（１２、１４）が、前記加熱用トンネル（２４）の中で加熱され、一方、このプリフォーム（１０）のネック（１６）が、この加熱用トンネル（２４）の２つの壁（３６、３８）の縦方向の端部の間に設けられている縦方向の開放部（４１）を介して、この加熱用トンネル（２４）の外側に保持され、また、このモジュールは、前記送風装置（５２）が、縦方向のそらせ板（６２）を有し、このそらせ板は、前記ネック（１６）の構成材料が、その軟化点まで加熱されることを防止するように、横方向に送風される空気の一部を前記プリフォーム（１０）のネック（１６）に向けて偏向させるタイプであるモジュールにおいて、
   前記そらせ板（６２）は、上流側の部分（６４）がその断面において上流を向いた端部において点を形成し、このそらせ板（６２）の厚さが中央部まで下流に向かって増加し、そこから下流側の端部まで次第に減少するように、輪郭が形成されており、それによって、該そらせ板（６２）によってそらされた空気流が、ネック（１６）に向かう層流になることを特徴とするモジュール（２２）。
2. 前記そらせ板（６２）の上流側の部分（６４）は、該そらせ板（６２）によってそらされた空気流が、ネック（１６）に向かう層流になるような空気力学的な輪郭に形成されていることを特徴とする請求項１に係るモジュール（２２）。
3. 前記そらせ板（６２）の下流側の部分（６６）は、該そらせ板（６２）によってそらされた空気流が、ネック（１６）に向かう層流になるような空気力学的な輪郭に形成されていることを特徴とする前記全ての請求項のいずれか１に係るモジュール（２２）。
4. 前記そらせ板（６２）は、前記通気する壁（４２）の内面（３８）の縦方向下方の端部の下で直交して位置し、それにより、このそらせ板（６２）の上流側の部分（６４）は、外に吹き出す空気流を２つに分割するように、前記送風装置（５２）の出口ダクト（６０）の中へと横向きに延び、このそらせ板（６２）の下流側の部分（６６）は、前記プリフォーム（１０）の前記ネック（１６）まで、前記加熱用トンネル（２４）の下方の開放部の下方を横向きに延びていることを特徴とする前記全ての請求項のいずれか１に係るモジュール（２２）。
5. 前記そらせ板（６２）は、前記加熱システム（４６）により発生された熱が、前記加熱用トンネル（２４）の開放部（４１）を介して、このプリフォーム（１０）の前記ネック（１６）に通ずることを防止する熱シールドであることを特徴とする前記全ての請求項のいずれか１に係るモジュール（２２）。
6. 前記そらせ板（６２）は、空気調節システム（６８）を有することを特徴とする前記全ての請求項のいずれか１に係るモジュール（２２）。
7. 前記そらせ板（６２）の下流側の端部（６６）は、縦方向の軸を中心として回動して、前記通気する壁（４２）に向けて送風される空気流を規制するように取り付けられていることを特徴とする前記全ての請求項のいずれか１に係るモジュール（２２）。
8. 前記開放部（４１）は、前記加熱用トンネル（２４）の２つの壁（３６、３８）の縦方向下方の端部の間に設けられ、また、前記送風装置（５２）は、下方の空気出口フラップ（７０）を有し、このフラップは、前記そらせ板（６２）の下方に位置し、このフラップの上流側の端部（７２）は、縦方向の軸（Ｃ）を中心として回動して、前記加熱用トンネル（２４）の２つの壁（３６、３８）の縦方向下方の端部の間に設けられている縦方向の前記開放部（４１）の下方で、前記プリフォーム（１０）のネック（１６）に直接空気を案内するように設けられていることを特徴とする前記全ての請求項のいずれか１に係るモジュール（２２）。
9. 前記開放部（４１）は、前記加熱用トンネル（２４）の２つの壁（３６、３８）の縦方向上方の端部の間に設けられ、また、前記送風装置（５２）は、上方の空気出口フラップ（７０）を有し、このフラップは、前記そらせ板（６２）の上方に位置し、このフラップの上流側の端部（７２）は、縦方向の軸（Ｃ）を中心として回動して、前記加熱用トンネル（２４）の２つの壁（３６、３８）の縦方向上方の端部の間に設けられている縦方向の前記開放部（４１）の上方で、前記プリフォーム（１０）のネック（１６）に直接空気を案内するように取り付けられていることを特徴とする前記全ての請求項のいずれか１に係るモジュール（２２）。
10. 前記プリフォームは、プラスチック容器用プリフォームであることを特徴とする前記全ての請求項のいずれか１に係るモジュール（２２）。
11. トンネル（２４）を形成するように一列に整列されている請求項１乃至１０のいずれか１に係る、複数の加熱用モジュール（２２）を有する、プリフォームを加熱するための炉。

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