JP4634393B2 - 重量計量方式と体積計量方式とを併用して複数の流体状材料を計量供給するディスペンサ - Google Patents

Description

以下に図示して説明するものは、改良したディスペンサシステム、並びに、ディスペンサシステムにおいて様々な液体状材料から液体状調合物を調合する方法である。より詳しくは、以下に開示する改良したディスペンサシステムは、複数の液体状材料及び／またはスラリー状材料を組合せて液体状調合物を調製するためのディスペンサシステムであり、ここでいう複数の液体状材料及び／またはスラリー状材料には、その調合物の全体のうちの大部分を構成する１つまたは複数の流体状のベース材料が含まれ、このようなベース材料は、重量計量方式で計量供給することができ、なぜならば、このようなベース材料である成分材料は、高精度で計量することがさほど重要ではないからである。また、上述した調合物には、少量添加する複数の添加材料が含まれるが、そのような添加材料は、それらの所要量を高精度で計量する必要があり、そのため、ここに開示するディスペンサシステムでは、添加材料については高精度で計量供給するようにしている。このディスペンサシステムは、供給するベース材料を計量するための秤量装置と、少量の添加材料を高精度で計量供給するための複数のニューテート型ポンプとを備えている。また、コントローラを備えており、このコントローラは、複数のベース材料を夫々に計量供給するための複数のバルブの動作を制御すると共に、少量の複数の添加材料を夫々に計量供給するための複数のニューテート型ポンプの動作を制御するものである。

インク、染料、化粧ローション、それに塗料などは、幾種類もの液体状材料及び／またはスラリー状材料を混合して製造される液体状製品であり、このようにして製造される液体状製品には様々なものがある。また、混合される液体状材料及び／またはスラリー状材料には、ベース材料と呼ばれるものと、添加材料と呼ばれる特別な材料とがある。ベース材料と呼ばれるのは、例えば溶剤などであり、一方、添加材料と呼ばれるものには、例えば着色剤や、チントなどがあり、更には、完成した液体状ないしスラリー状の製品の特性に影響を及ぼす様々な機能性添加材料などがある。

本明細書の全体を通して、「液体状」という用語は、スラリー状やペースト状の材料までも含めた、ポンプによって送給可能な様々な材料を意味するものとして使用される。液体状製品の様々な成分材料を、容器の中へ計量供給するために、様々な公知のディスペンサが用いられている。それら公知のディスペンサのうちには、高精度のものもあれば低精度のもあり、また、動作速度が高速のものもあれば低速のものもある。以下の説明では、塗料を調合する場合に即して説明をして行くが、ただし本発明は、また、ここに開示するディスペンサ及び調合方法は、塗料の分野のみにとどまらず、様々な数多くの分野において利用可能であり、また、本開示は、比較的大量のベース材料と比較的少量の添加材料とで構成される様々な液体状調合物に対して広く一般的に適用可能なものであり、ここでいう比較的大量のベース材料とは、例えば溶剤や水などであり、また、比較的少量の添加材料とは、例えばチント、着色剤、或いはその他の機能的成分材料などであって、高い精度をもって計量供給しなければならない材料である。

塗料の分野に即して説明すると、無数といえるほど様々な色彩及び色調の塗料が製造されている。個々の塗料の色は、特定の調合処方に従って複数の成分材料を混合することによって所望の色を出したものである。塗料の調合処方には、通常、比較的大量に配合されるベース材料と、比較的少量のみ配合される１つないし複数の着色剤とが指定されている。複数の着色剤は夫々に着色剤貯留容器に貯留されており、それら貯留容器から調合処方に従って計量供給されてベース材料に添加され、そして混合されることにより、所望の色の塗料が調製される。

多くの場合、ベース材料には、既製の調合済のものが用いられており、小売販売所ではその既製のベース材料に、着色剤ディスペンサによって複数の着色剤を添加することで塗料を調製している。従ってベース材料は、着色剤とは別個に調合処方され、また着色剤とは別個に調製されている。例えば、米国特許第6,221,145号公報（特許文献１）には、塗料に用いるベース材料調合物を調製する方法が開示されている。ただし、この米国特許第6,221,145号公報（特許文献１）には、小売販売所において様々なベース材料調合物を調製する方法も教示されており、小売販売所においてベース材料調合物を調製するならば、例えば壁用塗料にはツヤ消しのベース材料を使用し、また、床などの木部の塗装や、コンクリートの塗装、それに、装飾用の塗装に用いる塗料には強い光沢を有するベース材料を使用するなどして、特定の用途に合わせた塗料を販売することが可能になる。

この米国特許第6,221,145号公報（特許文献１）に開示されている方法を実施するには、ベース材料調合物を調製するためのディスペンサ装置と、着色剤を計量供給するためのディスペンサ装置とを、別々に用意しなければならず、なぜならば、ベース材料の所要量と、着色剤の所要量とでは、桁が違いすぎるからである。より詳しくは、ベース材料を供給する際の計量方式は重量計量方式としてもよく、また、ある程度熟練した作業員であれば目分量で計量することも可能である。一方、複数の着色剤を供給する際の計量方式には、非常に高い精度が要求されており、なぜならば、着色剤の供給量の誤差は、たとえそれが１ミリリットル以下の誤差であったとしても、製造した塗料製品の色に、はっきりと知覚される色違いが生じる可能性があるからである。

現在、塗料小売販売所や金物店などでは、様々な種類の着色剤ディスペンサが用いられている。例えば、在来の着色剤ディスペンサ装置として、手動式の装置と自動式の装置とがある。自動式の着色剤ディスペンサ装置には、複数の着色剤貯留容器を備え、それら着色剤貯留容器の各々を、夫々に対応した１つずつの流体ポンプの吸入口に接続して構成したものがある。それら複数の流体ポンプの各々は、夫々に対応した１つずつの３ウェイバルブに接続されており、この３ウェイバルブは、供給用の流出口と、バイパス用の流出口とを備えている。供給用の流出口は供給ノズルに接続されており、バイパス用の流出口は還流管路に接続されている。ポンプはモータで駆動され、その駆動方式としては、全てのポンプまたは幾つかのポンプを共通の駆動機構を介して１台のモータで駆動する方式と、各々のポンプを夫々に個別のモータで駆動する方式とがある。ある着色剤を計量供給する際には、ポンプをモータで駆動しつつ、その着色剤に対応した３ウェイバルブを開弁状態にして、供給ノズルからその着色剤を流出させて供給する。そして、その３ウェイバルブを開弁状態に保持する時間によって、その着色剤の供給量が決定される。そのとき、そのモータによって駆動されているその他のポンプに夫々接続されているその他の３ウェイバルブは、いずれも、バイパスモードとされており、そのため、その他の３ウェイバルブを流れている着色剤は、供給されることなく貯留容器へと環流している。

以上のものとはまた別の塗料用着色剤ディスペンサとして、複数のニューテート型ポンプと、それらニューテート型ポンプを制御するためのコンピュータ制御システムとを備えたものがある。ニューテート型ポンプは、流体吸入口と流体吐出口とを備えたハウジングの内部にピストンを配設して成るポンプである。ピストンはハウジングの内部において、軸心方向に摺動すると同時に回転するようにしてある。現在のニューテート型ポンプの動作は、ピストンを完全に３６０°回転させると、その回転に対応したピストンの直線運動が発生するというものである。このようにピストンが動作するため、ピストンが１回転するごとに、ニューテート型ポンプから一定量の流体が送出される。従って、ニューテート型ポンプにおいては、ポンプから送出される流体の量は、ある特定体積量の整数倍になる。そのため、流体を小さな体積量で計量する必要がある場合には、小型のニューテート型ポンプを使用することになり、さもなければ、ポンプに対して手作業によって校正のための調節操作を施す必要がある。

例えば、塗料用着色剤を計量供給する際の最少供給量は、約２５６分の１液量オンス（約０．１２ミリリットル）ほどの僅かな量であることもある。米国特許第6,540,486号公報（特許文献２）及び米国特許第6,398,513号公報（特許文献３）には、塗料用着色剤の計量供給や、毛髪染料や化粧品などを調製するための流体状材料の計量供給を、より高い精度をもって行えるようにすることを目的とした、ニューテート型ポンプ技術の改良が開示されている。尚、これら２件の米国特許は本願の譲受人に譲渡された特許であり、これら２件の米国特許公報の開示内容はこの言及をもって本願開示に組込まれたものとする。

ニューテート型ポンプ技術は、液体状調合物を調製する上で、例えば着色剤や機能性添加材料などのような比較的少量の液体状材料を計量供給するという用途に適したものであるが、しかしながら、ニューテート型ポンプは他の種類のポンプのような高速動作が不可能であるため、ベース材料や溶剤などを計量供給するという用途に用いると、時間的な点で非効率なものとなってしまう。そのため、米国特許第6,221,145号公報（特許文献１）に開示されている改良にもかかわらず、尚、多くの塗料小売業者は、着色剤を添加するだけで塗料を調製することのできる予めパッケージングされたベース材料を仕入れて、在来の着色剤ディスペンサ装置を用いてそれに着色剤を添加するという方法を採用している。このようにしている理由は、塗料小売業者は、ベース材料のためのディスペンサ装置と、着色剤のためのディスペンサ装置との、２台のディスペンサ装置を別々に設置するために、大きなスペースをとられてしまうことを望んでおらず、また、それだけのスペースを確保することが不可能なこともあるからである。

更に詳しく説明すると、在来の着色剤ディスペンサは非常に大型であり、その原因は、複数の着色剤貯留容器（この貯留容器の個数は例えば８個以上であり、１２個とすることが望ましい）と、それら着色剤貯留容器の各々に１個ずつ装備する個別のポンプとを収容するキャビネットが必要とされているからである。また、着色剤ディスペンサの寸法は、例えば中央処理装置、キーボード、モニタなどから成るコントローラや、それらを収容するキャビネットを装備する必要があることによって、更に嵩張るものとなっている。更に、ディスペンサのうちには、多数の種類の着色剤（２０種類以上）を備えることを必要とするものもあり、その場合には、着色剤貯留容器を収容するキャビネットの寸法が更に大きくなる。

個々の店舗ないし小売販売所の間取りは様々に異なるため、多くの小売業者が、限られた床面積のうちから、上述したような大型の自動式の塗料用着色剤ディスペンサを設置するためのスペースをひねり出すことに困難を感じている。従って、設置する建物等の間取りに応じて構成形態を容易に変更することのできる、フレキシビリティに富む構造を有する自動式の塗料用着色剤ディスペンサが求められている。米国特許第6,221,145号公報（特許文献１）に記載されているプロセスを実行したくても、そのために別個のディスペンサ装置を使用することには問題があり、特に、フロアスペースに余裕のない業者にはとっては、容易に受け容れがたいことである。

更に、自動式の塗料用着色剤ディスペンサの殆どは、容量５ガロン（約１９リットル）のペール缶などの、大型の容器の中へ塗料用着色剤を供給するように設計されている。そのため、容器を供給用の流出口であるノズルの真下に位置するように支持する載置板は、その載置板上に載置した５ガロン容器がノズルの下方に収まるように、そのノズルから下方に十分に離れた位置に設けられている。しかしながら塗料の小売業者は、容量が例えば１ガロン、数クォート、或いは数パイントの小型の容器でも、塗料を混合調製して販売している。小売業者が、少量の塗料を注文に従って混合調製する必要があり、しかもそれを、より大きな５ガロン容器に着色剤を計量供給するように設計された自動式のディスペンサを用いて行わねばならない場合には、使用する小さな容器が、供給用の流出口から下方へ大きく離れた位置に載置されることになるため、その小さな容器へ吐出された着色剤が撥ね散ることがしばしばあり、そのことが問題となっていた。いうまでもなく、着色剤が容器の外に跳ね散ってしまったなら、それによって、調製された塗料の色精度が損なわれることになる。更に、塗料用着色剤が容器の外に跳ね散れば、その着色剤がディスペンサ装置の表面にかかるため、ディスペンサ装置が見苦しくなる上に、頻繁な清掃が必要となる。従って、大型の容器にも小型の容器にも容易に対応でき、着色剤が撥ね散るという問題を生じることのない、改良した塗料用着色剤ディスペンサが求められている。
米国特許第６，２２１，１４５号公報 米国特許第６，５４０，４８６号公報 米国特許第６，３９８，５１３号公報

従って、ベース材料や溶剤などのように大量に供給する材料の計量供給を迅速に且つ効率的に行うことができると共に、チント、着色剤、等々の添加材料などのように少量だけ供給する材料の計量供給を迅速にそして効率的に且つ高精度で行うことのできる、改良した流体ディスペンサ装置が求められている。また、これら２つの全く異なった機能を兼ね備えたコンパクトなディスペンサ装置であって、しかも、様々な間取りに合わせて設置することのできるフレキシビリティに富む構造のディスペンサ装置が望まれている。また更に、そのような改良したディスペンサ装置は、従来のディスペンサ装置に付随していた滴の垂れ落ちという問題を生じることがなく、様々な大きさの容器に対応できるものであることが望まれている。

上記要望に応えるべく、重量計量方式と体積計量方式とを併用した改良した流体ディスペンサシステムを開示するものである。このディスペンサシステムは、秤量装置を備えており、該秤量装置はコントローラに接続されている。前記コントローラは複数の２段階バルブと複数のニューテート型ポンプとに接続されている。このディスペンサシステムは更に、複数のベース材料を貯留する複数のベース材料リザーバを備えている。前記複数のベース材料リザーバの各々が前記複数の２段階バルブの１つずつに接続され、且つ、前記複数の２段階バルブの各々が前記複数のベース材料リザーバの１つずつに接続されている。このディスペンサシステムは更に、複数の添加材料を貯留する複数の添加材料リザーバを備えている。前記複数の添加材料リザーバの各々が前記複数のニューテート型ポンプの１つずつに接続され、且つ、前記複数のニューテート型ポンプの各々が前記複数の添加材料リザーバの１つずつに接続されている。このディスペンサシステムは更に、前記複数の２段階バルブの各々が取付けられると共に複数のノズルが取付けられたマニホルドを備えている。また、前記複数のノズルの各々が前記複数のニューテート型ポンプの１つずつに接続され、且つ、前記複数のニューテート型ポンプの各々が前記複数のノズルの１つずつに接続されている。以上の構成とした結果、前記複数のベース材料は、前記秤量装置から前記コントローラへ送出される信号及び前記コントローラから前記複数の２段階バルブへ送出される信号に基づいて、シーケンシャルに、且つ、重量計量方式で計量供給することができ、また、前記複数の添加材料は、前記コントローラからの信号で前記複数のニューテート型ポンプを制御することにより、体積計量方式で計量供給される。

１つの好適な改良においては、かかるディスペンサシステムが、複数のベース材料ポンプを更に備えており、前記複数のベース材料リザーバの各々が前記複数のベース材料ポンプの１つずつに接続され、且つ、前記複数のベース材料ポンプの各々が前記複数のベース材料リザーバの１つずつに接続されており、これによって、前記複数のベース材料の各々が、当該ベース材料に対応した前記２段階バルブへ圧送されるようにしてある。

別の１つの好適な改良においては、かかるディスペンサシステムが、前記コントローラに接続されると共に前記複数のベース材料ポンプの各々に接続された比例制御コントローラを更に備えている。前記コントローラから前記比例制御コントローラへ、前記複数のベース材料ポンプの各々の出力を制御するための信号を送出するようにしてあり、このベース材料ポンプの出力の制御は、直接的にベース材料ポンプにおいて行われるようにしてもよく、また、制御バルブを介して行われるようにしてもよい。

更に別の１つの好適な改良においては、前記コントローラが、前記比例制御コントローラへ信号を送出することによって、前記複数のベース材料ポンプのうちから一度に１つずつのベース材料ポンプの出力を増減するようにしてあり、この出力の増減は前記コントローラが前記秤量装置から受取る信号に応じて行われ、前記秤量装置から受取るこの信号は、特定のベース材料がそのベース材料に対応した前記２段階バルブを通過して流れた量を示す信号である。

更に別の１つの好適な改良においては、前記複数のベース材料リザーバの各々が夫々に異なるベース材料を貯留している。同様に、更に別の１つの好適な実施の形態においては、前記複数の添加材料リザーバの各々が夫々に異なる添加材料を貯留している。

更に別の１つの好適な改良においては、前記複数の２段階バルブが同心円状に配列されて前記マニホルドに取付けられており、前記複数の２段階バルブの各々は、その流出口が、下方へ向けられ、且つ、前記マニホルド上における前記複数の２段階バルブの同心円状の配列の中心軸線へ向けられている。この実施の形態とすれば、ベース材料が、容器の中心軸へ向けて投入されるようになるため、撥ね散るおそれが最小となる。

かかる概念の更に別の１つの好適な改良においては、前記マニホルドが、前記中心軸線上に位置する中心開口を有している。該中心開口に、複数の穴を有する穴あきブロックが嵌合され、それら複数の穴の各々に複数のノズルが１つずつ嵌合されている。前記複数のノズルの各々が前記複数のニューテート型ポンプの１つずつに接続され、且つ、前記複数のニューテート型ポンプの各々が前記複数のノズルの１つずつに接続されている。この構成によれば、添加材料が、前記中心軸線に沿って投入されるか、或いは、前記中心軸線に対して平行に近い方向に投入されることになる。

更に別の１つの好適な改良においては、前記秤量装置が、ベース材料及び添加材料が投入される容器を支持する水平載置面を備えている。また、この実施の形態においては、該水平載置面に、様々な寸法の容器を前記マニホルドの下方において中心合わせするのを容易にするための位置決め部である、上方に突出した表示凸部が設けられている。

更に別の１つの好適な改良においては、前記複数の２段階バルブは、その各々がシリンダを備え、該シリンダは、その第１端が流出口に接続し、その第２端がアクチュエータに連結され、前記第１端と前記第２端との間に流入口を有しており、該流入口は、前記複数のベース材料リザーバのうちの当該２段階バルブに対応した１つのベース材料リザーバに接続されている。前記アクチュエータは、ロッドの第１端に結合されており、該ロッドの第２端は低流量プラグとして機能するようにしてある。前記ロッドは、前記アクチュエータと前記低流量プラグとの間に配設された第１スプリングの中を摺動可能に貫通して延在している。前記ロッドは更に、前記第１スプリングと前記低流量プラグとの間に配設された第１スリーブの中を摺動可能に貫通して延在している。前記第１スリーブの第１端は前記第１スプリングに係合しており、前記第１スリーブの第２端は第２スプリングに係合している。前記第１スリーブの前記第２端は更に、第２スリーブに結合されている。前記第２スリーブは前記第１スリーブを環状高流量プラグに連結している。前記第２スプリングは前記第１スリーブと固定環状リテーナとの間に保持されている。前記ロッドは更に、前記第２スプリング及び前記第２スリーブの中を摺動可能に貫通して延在しており、また、前記固定環状リテーナの中を貫通して延在しており、ただし前記固定環状リテーナには固定結合されている。前記環状リテーナは、その第１端が前記第１スリーブの前記第２端に対向しており、その第２端が前記第２スプリングを支持している。閉弁状態にあるときには、前記第１スプリングが、該第１スプリングから前記第１スリーブへの付勢圧力によって、前記ロッドの前記低流量プラグ並びに前記環状高流量プラグを前記流出口に封止当接させている。前記閉弁状態から低流量状態へ移行させる際に、前記アクチュエータが、前記ロッドを前記流出口から引き離すことにより、前記環状リテーナの前記第１端を前記第１スリーブへ近付く方向へ移動させると共に、前記ロッドの前記低流量プラグ部分を移動させて該低流量プラグ部分と前記環状高流量プラグとの封止当接を解除する。前記低流量状態から高流量状態へ移行させる際に、前記アクチュエータが前記ロッドを前記流出口から離れる方向へ更に移動させることにより、前記環状リテーナの前記第１端を前記第１スリーブの前記第２端に当接させ、そして、前記第１スプリングの付勢圧力に抗して前記第１スリーブが前記第２スリーブ及び前記高流量環状プラグを前記流出口から引き離すようにしてある。

かかる概念の更に好適な改良においては、前記２段階バルブが前記高流量状態から閉弁して前記閉弁状態へ移行する際に、先ず前記低流量状態へ移行し、しかる後に前記閉弁状態へ移行するようにしてある。

更に別の１つの好適な改良においては、前記複数のベース材料リザーバが、前記マニホルドから１５フィート（４．５ｍ）以上離して配設されており、一方、前記複数のニューテート型ポンプが、前記マニホルドに近接させて、前記マニホルドから１０フィート（３．０ｍ）以内に配設されている。

更に別の１つの好適な改良においては、前記ディスペンサシステムが、少なくとも５種類の異なるベース材料を貯留している少なくとも５個の前記ベース材料リザーバと、少なくとも５個の前記２段階バルブとを備えている。更に別の１つの好適な実施の形態においては、前記ディスペンサシステムが、少なくとも１０個の前記添加材料リザーバと、少なくとも２個の前記ニューテート型ポンプとを備えている。

更に別の１つの好適な改良においては、前記複数のベース材料が、塗料のベース材料であり、前記複数の添加材料が、塗料の着色剤であり、前記ディスペンサシステムが、塗料ディスペンサである。

また、複数のベース材料と複数の着色剤とを含有する塗料調合物を単一のディスペンサ装置を用いて容器内にて調合する改良した調合方法を開示するものである。この方法は、秤量装置上に容器を載置し、前記複数のベース材料のうちの１つまたは幾つかのベース材料を、前記容器の中へ重量計量方式で計量供給し、前記複数の着色剤を、前記容器の中へ体積計量方式で計量供給し、前記複数のベース材料のうちの残りのベース材料を、前記容器の中へ重量計量方式で計量供給するものである。

１つの好適な改良として、かかる調合方法を、以上に開示したディスペンサシステムを用いて実行するようにしてもよい。別の１つの好適な実施の形態として、１つまたは複数の更なる成分材料を手作業で前記容器内へ投入するようにしてもよい。

また更に、複数の液体状ベース材料と複数の液体状添加材料とを含有する液体状調合物を調合する改良した調合方法を開示するものである。この方法は、単一のディスペンサ装置を用いて調合を行うものであって、秤量装置上に容器を載置し、前記複数のベース材料のうちの１つまたは幾つかのベース材料を、前記容器の中へ重量計量方式で計量供給し、前記複数の添加材料を、前記容器の中へ体積計量方式で計量供給し、前記複数のベース材料のうちの残りのベース材料を、前記容器の中へ重量計量方式で計量供給する。

ここに開示するディスペンサシステム及び調合方法は、塗料製造の分野に適用可能であるばかりでなく、更に、例えば化粧品、飲料、染料、インキ、液体状栄養補給食品、医用製品などをはじめとする、比較的大量のベース材料と比較的少量の着色剤などの添加材料とを含有する様々な液体状調合物を調製するために、広く適用可能なものである。

ここに開示するディスペンサシステム及び調合方法は、添付図面には多少なりとも模式的に描かれている。

添付図面は必ずしも正確な縮尺図ではなく、図面のうちには、記号（例えば空圧ポンプなど）、隠れ線、模式的表現法、それに部分的描写などを用いて実施の形態を図示したものがある。また、場合に応じて、本開示を理解する上で不要な細部構造や、他の細部構造を見づらくしてしまう細部構造などについては、図示省略したものもある。尚、当然のことであるが、本開示は、図面に示した特定の実施の形態及び方法に限定されるものではない。

図１は、本開示に従って構成したディスペンサシステム１０の一部を示した図である。図１が、一部のみを示した図であるというのは、図２に示すように、このディスペンサシステム１０が更に、複数のベース材料リザーバ１１と、複数のポンプ１２と、複数の管路１３と、複数の２段階バルブ１４とを備えているからである。複数のポンプ１２は、個々のベース材料リザーバ１１に接続されており、また、複数の管路１３は、複数のベース材料リザーバ１１と複数の２段階バルブ１４とを接続しており、これらは全て、図２に示した通りである。

再び図１において、ディスペンサシステム１０は秤量装置１５を備えており、この秤量装置１５は、足踏ペダル１６によって高さ調節可能にしてあり、図１に示した容器１８より大きな容器、或いは、それより小さな容器を使用する場合には、その容器の大きさに合わせて水平載置面１７を上下させることができる。図２に示したように、秤量機構１５はコントローラ２１に接続されており、このコントローラ２１はキャビネット２２の中に収容されている。また、図１に示したように、キャビネット２２はキーボード２３及びモニタ２４の下に置かれている。図１及び図２の両図を参照すれば明らかなように、コントローラ２１には、比例制御コントローラ２５が接続されており、この比例制御コントローラ２５もキャビネット２２の中に収容されている。尚、このキャビネット２２は、センターキャビネット２６にも、また、添加材料貯留容器収容キャビネット２７及び２８にも、固定連結されていない。従って、図１に示した構成は、ディスペンサシステム１０の配置の仕方の一例を示したに過ぎず、キャビネット２７及び２８は、キャビネット２６及び２２の左右いずれの側に配置してもよく、また、キャビネット２６及び２２の背後に配置してもよい。更に、容器載置台２９は、秤量装置１５に連結されておらず、取り除くこともでき、秤量装置１５の左右いずれの側へ移動させることもできる。

センターキャビネット２６には、複数の２段階バルブ１４と、マニホルドブロック３２と、様々な管路とが収容されており、それら管路には、図２に示したように、キャビネット２７、２８に収容されている複数の添加材料貯留容器から引き込まれている管路と、複数の２段階バルブ１４と複数のベース材料リザーバ１１とを接続している管路とがある。

図２において、キャビネット２７、２８には、隠れ線で示した複数の添加材料貯留容器３３と、それら添加材料貯留容器３３の各々に対応した、隠れ線で示した複数のニューテート型ポンプ３４とが収容されている。

次に、動作について説明する。この動作は、容器１８内にて液体状調合物を調合するというものであり、その液体状調合物は、完成した調合物の大部分を構成する１つまたは複数のベース材料と、完成した調合物の小部分を構成する複数の添加材料とから成るものである。ディスペンサシステム１０に、かかる動作を実行させるための、好ましい方法は以下の通りである。

先ず、複数のベース材料リザーバ１１には、その各々に、夫々に異なったベース材料が貯留されている。図には、合計６個のベース材料リザーバ１１が示されているが、ただ１種類のベース材料しか使用しない場合もあり、そのような場合には、ベース材料リザーバ１１及びポンプ１２は１個ずつあれば事足りる。ディスペンサシステム１０は、最初に、複数のリザーバ１１のうちの１つに貯留されているベース材料を、そのリザーバに対応した管路１３を介して、そのリザーバに対応した２段階バルブ１４へ送給する。このベース材料の送給は、そのベース材料を、対応したポンプ１２が、対応した２段階バルブ１４へ圧送することによって行われる。従って、ディスペンサシステム１０では、最初に、コントローラ２１からの信号により、複数の２段階バルブ１４のうちの１つの２段階バルブが開弁し、それによって、その２段階バルブ１４を通過してベース材料が容器１８の中へ供給される。

容器１８の中でベース材料が撥ね散るのを防止するために、また、ベース材料が、そのベース材料に対応したバルブ１４から流出しはじめる際に、緩やかに流出するようにするために、比例制御コントローラ２５を使用しており、この比例制御コントローラ２５には２通りの用い方がある。その１つは、作動させているポンプ１２の運転速度を、この比例制御コントローラ２５によって制御して、ベース材料が、対応したベース材料リザーバから対応した管路１３を通過して対応したバルブ１４へ流れる際の、その流れを緩やかにするというものであり、これによって、そのベース材料がバルブ１４から流出しはじめるときの流れの速度を比較的低速にすることができる。そして、流れはじめたならば、比例制御コントローラ２５が、作動させているポンプ１２の運転速度を上昇させて、２段階バルブ１４を通過して流れている流れの流量を増大させるようにする。また、もう１つの方法は、１つまたは複数の制御バルブ３５を利用し、かかる制御バルブ３５は、比例制御コントローラ２５に接続するか、またはコントローラ２１に直接接続しておき、かかる制御バルブ３５によって、夫々の配管１３の中を流れるベース材料の流れはじめの流速を緩やかにする。いずれの場合にも、比例制御コントローラ２５は、コントローラ２１によって制御される。

最初に供給されるベース材料が、容器１８の中に流入しているとき、秤量装置１５は、次第に変化して行く重量を測定して、一連の信号ストリームをコントローラ２１へ送出している。容器１８の中に溜まったベース材料が目標量に近付いたならば、比例制御コントローラ２５が、バルブ１４を通過して流れるベース材料の流速を再び低下させて、ベース材料が撥ね散るという問題が発生するのを防止する。目標量に達したならば、コントローラ２１は、信号を送出して、そのとき使用しているバルブ１４を閉弁する。２段階バルブ１４のこのシーケンシャル動作については、後に図８を参照して更に詳細に説明する。コントローラ２１からバルブ１４へ送出される信号は、実際には、バルブ１４のアクチュエータ３６を作動させる信号である。

以上のプロセスを、複数のベース材料リザーバ１１から供給しようとする複数のベース材料のうちの１つまたは幾つかについて実行する。これに関する好適な方式は、ベース材料リザーバ１１から容器１８へ供給する複数のベース材料のうちの１つまたは幾つかを「残して」おき、そのベース材料よりも先に、添加材料を容器１８へ供給するというものである。この方式とすれば、少量だけ供給する添加材料が、上下のベース材料の層の間に供給されるため、後に容器１８内の調合物の混合を行う際に好適に混合を行うことができる。

コントローラ２１は、夫々のベース材料リザーバ１１から容器１８へ供給しようとする複数のベース材料のうちの少なくとも一部を供給したならば、それに続いて、１つまたは複数の空圧ポンプ３４を作動させて、容器１８への添加材料の供給を開始する。空圧ポンプ３４の動作は、米国特許第6,540,486号公報（特許文献２）及び同第6,398,513号公報（特許文献３）に説明されており、それゆえここでは詳細に説明しない。尚、それら特許公報の開示内容はこの言及をもって本発明に組込まれたものとする。空圧ポンプ３４は、断続的または連続的に動作することによって、流体状添加材料を夫々の貯留容器３３から吸い込み、そして、対応した管路３７を介してマニホルドブロック３２へ送給する。尚、このマニホルドブロック３２については、後に図７及び図１０〜図１３を参照して更に詳細に説明する。貯留容器３３からニューテート型ポンプ３４及び管路３７を介して添加材料を供給したならば、１つまたは複数のベース材料リザーバ１１から、上で説明したのと同様にして、更にベース材料を供給し、このとき供給されるベース材料は、先に供給されている添加材料の上に供給される。このときのリザーバ１１からのベース材料の供給も、重量計測方式の計量供給によって行われ、即ち、コントローラ２１が使用しているソフトウェアに組込まれているフィードバック制御ループによって、重量が制御されることにより行われ、コントローラ２１は、比例制御コントローラ２５の動作を制御して、ポンプ１２及び／またはバルブ３５を直接的または間接的に制御する。ニューテート型ポンプ３４は、添加材料を供給するためのポンプとして最適なものであり、なぜならば、ニューテート型ポンプは、高い精度を有する体積計量式の計量供給用ポンプであって、米国特許第6,540,486号公報（特許文献２）や米国特許第6,398,513号公報（特許文献３）などに開示されているように、１オンスの数百分の１以下の高精度を可能とするものだからである。

図３に示したように、ディスペンサシステム１０は、例えば容量が５ガロン（約１９リットル）のペール缶などのような、大型の容器１８にも容易に対応することができる。また、図３〜図５に示したように、秤量装置１５の水平載置面１７には、ユーザが容器１８をマニホルドブロック３２の下方において中心合わせするのを補助するための、２組以上の位置決め部４１、４２を設けておくとよい。その場合、それらのうちの１組の位置決め部４１は、５ガロン容器に対応したものとし、別の１組の位置決め部４２は、１クォート容器（約０．９５リットルの容器）に対応したものとするのもよい。また、それらに加えて更に、１パイント容器（約０．４７リットルの容器）などのような、より小さな容器に対応した位置決め部を設けるようにしてもよく、或いはまた、容量が１ガロン以上の容器や、容量が５ガロン以上の容器、更には、メートル法の容器に対応した位置決め部を設けるのもよい。従って本開示は、図３〜図６に示した水平載置面１７のように、２組だけの位置決め部を設けたものに限定されない。

図７に示したように、マニホルドブロック３７には、複数の２段階バルブ１４が同心円状に配列されて取付けられており、図示例では６個の２段階バルブ１４が取付けられている。それらバルブ１４は、夫々のアクチュエータ３６によって制御され、それらアクチュエータ３６の動作については後に図８を参照して更に詳細に説明する。また、それら複数のバルブ１４は、径方向内方へ傾斜させてあり、即ち、マニホルドブロック３２の中心軸線へ近付くように傾斜させてあり、このように傾斜させることにより、ポンプによって圧送されバルブ１４を通過して流入する大量のベース材料が、ユーザが容器１８をマニホルドブロック３２の下方において中心合わせするのを補助する秤量装置１５の水平載置面１７によって容器１８の中心軸へ向かうようになる。マニホルドブロック３２の中心軸線上に、もう１つの別のブロックである穴あきブロック４４が装備されている。穴あきブロック４４には、複数のノズル４５が取付けられており、それらノズル４５は、その各々が、複数のニューテート型ポンプ３４（図２参照）の１つずつに接続されている。ここで再び２段階バルブ１４について説明すると、各々のバルブ１４は、流入口４６を備えており、各々の流入口４６は、複数の管路１３のうちの１本ずつに接続されており、これによって複数のバルブ１４の各々が、夫々に対応したベース材料リザーバ１１（図２参照）に接続されている。ノズル４５は長尺のステム部を備えており、また、このステム部は穴あきブロック４４の上方に複数の支柱４８及び止めねじを介して取り付けられた支持板４７に挿通され、支持されている。

図８は、２段階バルブ及びアクチュエータ３６を更に詳細に示した図である。アクチュエータ３６はロッド５２の第１端５１に連結されており、このロッド５２の第２端５３は低流量プラグとして機能するものである。アクチュエータ３６をロッド５２に連結するには、ブラケット５４を介して連結するようにしてもよく、或いはまた、その他の適当な取付機構を介して連結するようにしてもよい。ロッド５２の第１端５１を、アクチュエータ３６に固定するためにキャップ５５を使用するようにしてもよい。アクチュエータ３６は詳細には図示していないが、このアクチュエータ３６は、以下に説明するように、ロッド５２を上下動させるために用いられている。ロッド５１は、先ず、第１スプリング５６の中を貫通して延在し、そこから更に、第１スリーブ５７の中を貫通して延在している。第１スプリング５６は、ブッシュ５８と、第１スリーブ５７の第１端５９との間に配設されている。ロッド５２は、第１スプリング５６及び第１スリーブ５７の中を摺動可能に貫通して延在している。第１スリーブ５７の第２端６２は、第２スリーブ６３に結合されている。第２スリーブ６３は、第１スリーブ５７を環状プラグ６４に連結するためのものである。ロッド５２の低流量プラグ５３と、高流量環状プラグ６４とは、シリンダ６６の流出口６５を閉塞する機能を有するものである。ロッド５２は更に、第２スリーブ６３及び第２スプリング６８の中を摺動可能に貫通して延在している。ロッド５２は更に、環状リテーナ６９の中を貫通して延在しており、そして、ロッド５２はこの環状リテーナ６９に固定結合されている。環状リテーナの第１端７１は第１スリーブ５７の第２端６２に対向しており、環状リテーナ６９の第２端７２はロッド５２に固定されている。環状リテーナ６９は、第２スプリング６８を支持する支持部材としての機能、並びに、第２スプリング６８を部分的に収容する部分的ハウジングとしての機能を有するものである。

図８に示したバルブ１４は、閉弁状態にあるところを示したものである。このバルブを開弁するには、アクチュエータ３６が、第１スプリング５６の付勢力に抗してロッド５２を上方へ引上げる。ロッド５２は、第１スリーブ５７及び第２スリーブ６３の中を摺動して移動し、それによって、低流量プラグ５３が変位して、高流量環状プラグ６４の中心開口から離れる。高流量環状プラグ６４により画成されているこの開口７３（これは低流量プラグ５３の弁座として機能するものである）を通過して、また更に流入口４６を通過して流れる流れは、比較的低流量の流れである。２段階バルブ１４を全開状態にするには、アクチュエータ３６が、ロッドを更に上方へ引上げ、すると、環状リテーナ６９の第１端７１が第１スリーブ５７の第２端６２に接近して当接する。この動作によって、第１スリーブ５７及び第２スリーブ６３が、第１スプリング５６の付勢力に抗して上方へ押上げられ、それによって、高流量環状プラグ６４が上方へ引上げられて、流出口６５の弁座７５から離れ、それによって、バルブ１４は、全開状態となり、流入口４６と流出口６５との間を流れる高流量の流れが発生する。

バルブ１４を閉弁状態にするときには、以上の逆の動作が行われ、先ず、高流量環状プラグが弁座７５に当接し、その後に、ロッド５２の低流量プラグ５３が、高流量環状プラグ６４の開口７３から成る弁座に当接する。図８に示したバルブ１４のような２段階バルブが好ましいものである理由は、バルブ１４を開弁するときに、先ず、ロッド５２の低流量プラグ５３が移動することによって、低流量動作が発生し、その後に、高流量環状プラグが弁座７５から離れることによって、高流量動作が発生するからである。同様に、バルブ１４を閉弁するときには、バルブ１４が先ず、高流量環状プラグが弁座７５から離れている高流量動作状態から、環状プラグ６４が弁座７５に着座している低流量動作状態へ移行し、その後に、低流量プラグ５３が弁座７３に着座する。

図９に示したのは、マニホルドブロック３２の底部斜視図である。複数の開口７７は、夫々に２段階バルブ１４を嵌合するための開口であり、中心開口７８は、図１１〜図１３に示した穴あきブロックを嵌合するための開口である。複数の開口７７は、バルブ１４から流出する流れが、中心開口７８の中心を通る図１０に示した中心軸線８１へ向かうように傾斜させてある。そのため、容器１８の中へ供給されるベース材料は、図１０に示したように、その中心軸線８１へ向けて吐出される。

穴あきブロック４４は、図１０〜図１３に示したように、図７に示した複数のノズル４５の各々に対応して１つずつの孔８２を備えている。図１１は穴あきブロック４４の底面８３を示しており、この底面８３はおおむね平面として形成されているため清拭が容易であり、また、この底面８３は、図１に示した正面ハウジング８４の下面にあって容易にアクセスすることができる。

以上に図示して説明したディスペンサシステム１０の重要な利点は、ベース材料と添加材料との両方を、単一のディスペンサシステムによって容器内へ計量供給できることにある。更に、図２に示したように、ベース材料を貯留するための比較的大型のリザーバ１１は、ディスペンサ装置１０から離れた場所に配設することができる。例えば、小売販売所の屋外や、店舗の販売フロア外のスペース、それに工場の作業フロア外のスペースなどに大型のホッパ１１を設置して、そのホッパにベース材料を貯留することも可能であり、そうすることによって、貴重なフロア内のスペースを有効利用できるようになる。また、添加材料貯留容器３３を収容するキャビネット２７、２８をモジュール式にしたことによって、添加材料貯留容器３３を僅か３、４本しか使用しないものから、図２に示したように添加材料貯留容器３３を１２本ないしそれ以上使用するものまで、システムを様々に構築することが可能となっている。更に、最初に容器１８内に、複数のベース材料のうちの少なくとも一部を供給し、その後に添加材料を供給し、その後に更にベース材料を供給する方法によれば、塗料などの粘性流体の混合性を良好なものとすることができる。

以上、幾つかの実施の形態について説明したが、当業者であれば、以上の説明に基づいて様々な別形態並びに変更形態にも容易に想到するのは当然のことである。そのような別形態は、均等物と見なされるものであって、本開示の概念及び範囲に包含されるものである。

本発明に従って構成したディスペンサシステムの斜視図である。 図１に開示したディスペンサシステムの模式図であり、コントローラと、比例制御コントローラと、複数のベース材料リザーバ及びそれらに連結された複数のポンプとの関係を示し、また更に、開示したモジュール式のキャビネットに収容された複数の添加材料貯留容器及び複数の空圧ポンプの配置を示した図である。 図１に示したディスペンサシステムの部分正面図である。 図１〜図３に示したディスペンサシステムの秤量装置の水平載置面の上面図である。 図４に示した秤量装置の斜視図であり、秤量装置上に、１ガロン容器を載置したところを示した図である。 図４及び図５に示した秤量装置の別の斜視図であり、秤量装置上に、より小さな１クォート容器を載置したところを示した図である。 図１〜図３に示したディスペンサシステムにおける、マニホルド、複数の添加材料ノズル、穴あきブロック、及び複数の２段階バルブを示した部分分解図である。 図７に示した２段階バルブの断面図である。 図７に示したマニホルドブロックの底部斜視図である。 図７に示したマニホルドブロック、穴あきブロック、及び２個の２段階バルブの断面図であり、ベース材料及び添加材料が計量供給される際の流入方向を示した図である。 図７に示した穴あきブロックの底部斜視図である。 図７及び図１１に示した穴あきブロックの頂部斜視図である。 図７、図１１、及び図１２に示した穴あきブロックの底面図である。

Claims (18)

1. 重量計量方式と体積計量方式とを併用したディスペンサシステムにおいて、
   秤量装置を備え、該秤量装置はコントローラに接続されており、
   前記コントローラは複数のバルブと複数の添加材料用ポンプとに接続されており、
   ベース材料を貯留する複数のベース材料リザーバを備え、前記複数のベース材料リザーバの各々が前記複数のバルブの１つずつに接続され、且つ、前記複数のバルブの各々が前記複数のベース材料リザーバの１つずつに接続されており、
   添加材料を貯留する複数の添加材料リザーバを備え、前記複数の添加材料リザーバの各々が前記複数の添加材料用ポンプの１つずつに接続され、且つ、前記複数の添加材料用ポンプの各々が前記複数の添加材料リザーバの１つずつに接続されており、
   前記複数のバルブの各々が取付けられると共に複数のノズルが取付けられたマニホルドを備え、前記複数のノズルの各々が前記複数の添加材料用ポンプの１つずつに接続され、且つ、前記複数の添加材料用ポンプの各々が前記複数のノズルの１つずつに接続されており、
   前記複数のベース材料は、前記秤量装置から前記コントローラへ送出される信号及び前記コントローラから前記複数のバルブへ送出される信号に基づいて、重量計量方式で計量供給されるようにしてあり、
   前記複数の添加材料は、前記コントローラが前記複数の添加材料用ポンプを制御することにより、体積計量方式で計量供給されるようにしてある、
   ことを特徴とするディスペンサシステム。
2. 複数のベース材料ポンプを更に備え、前記複数のベース材料リザーバの各々が前記複数のベース材料ポンプの１つずつに接続され、且つ、前記複数のベース材料ポンプの各々が前記複数のベース材料リザーバの１つずつに接続されており、これによって、前記複数のベース材料の各々が、当該ベース材料に対応した前記バルブへ圧送されるようにしてあることを特徴とする請求項１記載のディスペンサシステム。
3. 前記コントローラに接続されると共に前記複数のベース材料ポンプの各々に接続された比例制御コントローラを更に備え、前記コントローラから前記比例制御コントローラへ、前記複数のベース材料ポンプの各々の出力を制御するための信号を送出するようにしてあることを特徴とする請求項２記載のディスペンサシステム。
4. 前記コントローラが、前記比例制御コントローラへ信号を送出することによって、前記複数のベース材料ポンプのうちの１つのベース材料ポンプの出力を増減するようにしてあり、この出力の増減は前記コントローラが前記秤量装置から受取る信号に応じて行われ、前記秤量装置から受取るこの信号は、特定のベース材料がそのベース材料に対応したバルブを通過して流れた量を示す信号であることを特徴とする請求項３記載のディスペンサシステム。
5. 前記複数のベース材料リザーバの各々が夫々に異なるベース材料を貯留していることを特徴とする請求項１記載のディスペンサシステム。
6. 前記複数の添加材料リザーバの各々が夫々に異なる添加材料を貯留していることを特徴とする請求項１記載のディスペンサシステム。
7. 前記複数のバルブが同心円状に配列されて前記マニホルドに取付けられており、前記複数のバルブの各々は、その流出口が、下方へ向けられ、且つ、前記マニホルド上における前記複数のバルブの同心円状の配列の中心軸線へ向けられていることを特徴とする請求項１記載のディスペンサシステム。
8. 前記マニホルドが、前記中心軸線上に位置する中心開口を有しており、該中心開口に、複数の穴を有する穴あきブロックが嵌合され、それら複数の穴の各々に複数のノズルが１つずつ嵌合されており、前記複数のノズルの各々が前記複数の添加材料用ポンプの１つずつに接続され、且つ、前記複数の添加材料用ポンプの各々が前記複数のノズルの１つずつに接続されていることを特徴とする請求項７記載のディスペンサシステム。
9. 前記秤量装置が、ベース材料及び添加材料が投入される容器を支持する水平載置面を備えており、該水平載置面に、様々な寸法の容器を前記マニホルドの下方において中心合わせするための位置決め部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のディスペンサシステム。
10. バルブの各々が２段階バルブであって、該２段階バルブが、
    シリンダを備え、該シリンダは、その第１端が流出口に接続し、その第２端がアクチュエータに連結され、前記第１端と前記第２端との間に流入口を有しており、該流入口は、前記複数のベース材料リザーバのうちの当該２段階バルブに対応した１つのベース材料リザーバに接続されており、
    前記アクチュエータは、ロッドの第１端に結合されており、該ロッドの第２端は低流量プラグとして機能するようにしてあり、
    前記ロッドは、前記アクチュエータと前記低流量プラグとの間に配設された第１スプリングの中を摺動可能に貫通して延在しており、
    前記ロッドは更に、前記第１スプリングと前記低流量プラグとの間に配設された第１スリーブの中を摺動可能に貫通して延在しており、
    前記第１スリーブの第１端は前記第１スプリングに係合しており、前記第１スリーブの第２端は第２スプリングに係合しており、前記第１スリーブの前記第２端は更に、第２スリーブに結合されており、
    前記第２スリーブは前記第１スリーブを環状高流量プラグに連結しており、
    前記第２スプリングは前記第１スリーブと固定環状リテーナとの間に保持されており、
    前記ロッドは更に、前記第２スプリング及び前記第２スリーブの中を摺動可能に貫通して延在しており、また、前記固定環状リテーナの中を貫通して延在しており、ただし前記固定環状リテーナには固定結合されており、
    前記環状リテーナは、その第１端が前記第１スリーブの前記第２端に対向しており、その第２端が前記第２スプリングを支持しており、
    閉弁状態にあるときには、前記第１スプリングが、該第１スプリングの前記第１スリーブに対する付勢圧力によって、前記ロッドの前記低流量プラグ並びに前記環状高流量プラグを前記流出口に封止当接させており、
    前記閉弁状態から低流量状態へ移行させる際に、前記アクチュエータが、前記ロッドを前記流出口から引き離すことにより、前記環状リテーナの前記第１端を前記第１スリーブへ近付く方向へ移動させると共に、前記ロッドの前記低流量プラグ部分を移動させて該低流量プラグ部分と前記環状高流量プラグとの封止当接を解除し、
    前記低流量状態から高流量状態へ移行させる際に、前記アクチュエータが前記ロッドを前記流出口から離れる方向へ更に移動させることにより、前記環状リテーナの前記第１端を前記第１スリーブの前記第２端に当接させ、そして、前記第１スプリングの付勢圧力に抗して前記第１スリーブが前記第２スリーブ及び前記高流量環状プラグを前記流出口から引き離すようにしてある、
    ことを特徴とする請求項１記載のディスペンサシステム。
11. 前記２段階バルブが、前記高流量状態から閉弁する際に先ず前記低流量状態へ移行し、しかる後に前記閉弁状態へ移行するようにしてあることを特徴とする請求項１０記載のディスペンサシステム。
12. 前記複数のベース材料リザーバが、前記マニホルドから１５フィート（４．５ｍ）以上離して配設されており、前記複数の添加材料用ポンプが、前記マニホルドから１０フィート（３．０ｍ）以内に配設されていることを特徴とする請求項１記載のディスペンサシステム。
13. 前記ディスペンサシステムが、少なくとも５個の前記ベース材料リザーバと、少なくとも５個の前記バルブと、少なくとも１０個の前記添加材料リザーバと、少なくとも１０個の前記添加材料用ポンプとを備えていることを特徴とする請求項１記載のディスペンサシステム。
14. 前記複数のベース材料が、塗料のベース材料であり、前記複数の添加材料が、塗料の着色剤であり、前記ディスペンサシステムが、塗料ディスペンサであることを特徴とする請求項１記載のディスペンサシステム。
15. 複数のベース材料と複数の添加材料とを含有する調合物を請求項１記載のディスペンサシステムを用いて容器内にて調合する方法において、
    前記秤量装置上に容器を載置し、
    前記複数のベース材料のうちの１つまたは幾つかのベース材料を、前記容器の中へ重量計量方式で計量供給し、
    前記複数の添加材料を、前記容器の中へ体積計量方式で計量供給し、
    前記複数のベース材料のうちの残りのベース材料を、前記容器の中へ重量計量方式で計量供給する、
    ことを特徴とする方法。
16. 前記複数の添加材料が着色剤であることを特徴とする請求項１５記載の方法。
17. 前記調合物が塗料であることを特徴とする請求項１５または１６記載の方法。
18. 前記調合物が化粧品であることを特徴とする請求項１５または１６記載の方法。

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