JP5239599B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成において用いられる定着装置及び該定着装置を用いた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を使用した画像形成装置で記録媒体（記録紙、転写紙ともいう）に転写したトナー画像を定着する定着装置には加熱加圧方式の定着装置が多く用いられている。この定着装置は、内部に熱源を有し、表面をトナーに対し離型性を有する材料、例えばシリコーンゴムやフッ素樹脂で形成した定着ベルトと加圧ローラを圧接回転させ、定着ベルトと加圧ローラの圧接部をなすニップを通過する記録紙上の未定着トナー像を加熱加圧して定着する構成のものがある（特許文献１〜４）。

図１に、従来の定着装置の構成例を示す。
定着装置９０は、無端状の定着ベルト１と、定着ベルト１と当接して、シートＰを通過させてシートＰ上のトナーＴを定着させるニップ部Ｎを形成する加圧ローラ２と、定着ベルト１の内部に配置され、ニップ部Ｎで定着ベルト１を介して加圧ローラ２を押圧する押圧部材４と、定着ベルト１の内部に配置され、定着ベルト１を加熱するヒータ３と、を備える。

このとき、定着ベルト１は内部に配置した熱源（ヒータ３）からの輻射熱により直接加熱されるとともに、前記熱源からの輻射熱により押圧部材３も加熱され、該押圧部材３からの熱伝達により定着ベルト１が加熱される構成のものがある（特許文献５）。
そのため、定着ベルト１内面は黒色等に着色され熱吸収を向上させる工夫や押圧部材４の表面の少なくとも熱源側表面も黒色等に着色され熱吸収を向上させる工夫が施されている（特許文献６）。

この方式の定着装置は、定着ベルト表面と記録紙上のトナー像とが加圧下で接触するため、トナー像を記録紙上に融着する際の熱効率が極めて良好であり、迅速に定着を行なうことができる。

ここで、定着ベルト幅に対して小さなサイズの記録紙に連続して画像を形成して定着装置を通過させた場合、温度検知部材が定着ベルト幅方向中央部に配置された定着装置では、記録紙の通過しない定着ベルト端部が過度に加熱されるために、当該端部の定着ベルト及び加圧ローラ表層の早期劣化が発生する。また、加熱源から発せられる熱エネルギーは記録紙が通過しない部分の温度上昇にも使われるため、エネルギー効率が非常に悪くなる。さらに温度検知部材を定着ベルトに接触させて使用する場合、接触により定着ベルト中央部（記録紙が通過する範囲）の表層が磨耗するため、定着不良や、画像光沢むら等の不具合が発生し、定着ベルト早期交換が必要となる（定着ベルトの寿命が短くなる）。

一方、温度検知部材が定着ベルト幅方向端部に配置された定着装置では、定着ベルト中央部（記録紙通過部）の定着ベルト温度が低下することにより、定着性が悪化する現象が発生した。また、定着ベルト中央部が磨耗しないので、上記構成より長寿命化が図れるが、定着ベルト中央部の温度に対して、温度検知部材の応答性が劣る不具合があった。

このような問題に対して、熱源が定着ベルト内に小サイズ紙用配光のヒータと大サイズ紙用配光のヒータからなる複数のヒータが設けられた定着装置が提案されている（特許文献７）。なお、小サイズとは例えば最小通紙幅（例えばＡ５縦送り）であり、大サイズとは例えば最大通紙幅（例えば、Ａ４横送り）である。この場合、小サイズと大サイズの間の中間サイズ（例えば、Ｂ５横送りやＡ４縦送りなど）には対応することが困難であった。また、使用サイズに合わせて配光幅を変えることも困難であった。

また、ヒータの上に半反射膜を設けて定着ベルトの加熱を抑制する構成が提案されているが（特許文献８参照。）、定着ベルトの加熱抑制幅を使用する用紙サイズに合わせて変えることができなかった。

特開２００５−１８９２６８号公報 特開２００６−２２０９５０号公報 特開２００６−２４３４９７号公報 特開２００７− ５８２４９号公報 特開２００６−２５１４７９号公報 特開２００７−１６３７９４号公報 特許第３９２９９４２号公報 特開２００５−３３８７２４号公報

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、使用する記録媒体のサイズに応じて定着ベルトの加熱幅を調整することができる定着装置及び該定着装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の通りである。
〔１〕 円周方向に回動可能な無端状の定着ベルト（定着ベルト１）と、前記定着ベルトと当接して、記録媒体を通過させるニップ部（ニップ部Ｎ）を形成する加圧部材（加圧ローラ２）と、前記定着ベルトの内部に配置され、前記ニップ部で前記定着ベルトを介して前記加圧部材を押圧する押圧部材（押圧部材４）と、前記定着ベルトの内部に配置され、前記定着ベルトを加熱する発熱体（ヒータ３）と、前記定着ベルトの内部の前記発熱体と前記定着ベルトの間であって、前記発熱体を挟んで前記押圧部材に対向する位置に配置され、前記発熱体から前記定着ベルトへの輻射熱の供給量を前記記録媒体のサイズにより変更するとともに、前記発熱体から前記定着ベルトに向かう輻射熱の一部を反射して前記押圧部材に供給する熱量調整部材（熱量調整部材７）と、を備える定着装置（定着装置１０，図３）。
〔２〕 前記熱量調整部材は、前記発熱体の輻射熱が通過する複数の開口部（開口部８）が設けられた熱遮蔽部材であり、前記開口部の開口面積または開口部の数を変化させて、前記発熱体から定着ベルトへの輻射熱の供給量を調整する前記〔１〕に記載の定着装置（図４，図５）。
〔３〕 前記熱量調整部材の開口部の形状は、定着ベルトにおける記録媒体搬送方向に対し斜めに交差する矩形である前記〔２〕に記載の定着装置（図６）。
〔４〕 前記熱量調整部材の前記発熱体に対向する側の表面が光沢面である前記〔２〕または〔３〕に記載の定着装置。
〔５〕 前記熱量調整部材の前記発熱体に対向する側の表面がアルミ系材料からなる前記〔２〕〜〔４〕のいずれかに記載の定着装置。
〔６〕 前記熱量調整部材は、複数の板材が組み合わされてなり、該複数の板材が前記定着ベルトの幅方向にスライドすることで前記開口部の開口面積または開口部の数の変化が生じる前記〔２〕〜〔５〕のいずれかに記載の定着装置。
〔７〕 前記熱量調整部材は、円周方向に前記発熱体側を凹部として湾曲した形状を有する前記〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の定着装置。
〔８〕 前記押圧部材は、前記ニップ部に相当する部分は略平坦または前記加圧部材の形状に沿った曲面形状であり、記録媒体搬送方向における前記ニップ部の前後の部分は、前記定着ベルトの内周の曲面に沿った形状である前記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の定着装置。
〔９〕 前記押圧部材は、鉄またはアルミ系材質である前記〔１〕〜〔８〕のいずれかに記載の定着装置。
〔１０〕 前記押圧部材には、該押圧部材の長手方向に沿ってヒートパイプが挿入されている前記〔１〕〜〔９〕のいずれかに記載の定着装置。
〔１１〕 前記〔１〕〜〔１０〕のいずれかに記載の定着装置を備える画像形成装置（図２）。

本発明の効果として、請求項１，２の発明によれば、熱量調整部材により発熱体から定着ベルトへの輻射熱の供給量が前記記録媒体のサイズにより変更されるので、小サイズ通紙時の定着ベルト通紙範囲の温度低下を防止するとともに、定着ベルト非通紙範囲の温度過昇を防止することができる。なお、押圧部材をアルミ系材質等の高熱伝導率材とすればより効果的である。
請求項３の発明によれば、熱量調整部材の開口部の形状を定着ベルトにおける記録媒体搬送方向に対し斜めに交差する矩形としたので、定着ベルトの幅方向温度むらを低減することができる。
請求項４，５の発明によれば、熱量調整部材の熱反射効率が向上するので、定着ベルトの通紙範囲と非通紙範囲の温度差を縮小することができる。このとき、熱量調整部材の表面の熱反射率を９５％以上とするとよい。
請求項１１の発明によれば、前記記録媒体のサイズにより定着ベルトが適切に加熱された定着装置を用いるので、良好な画像形成を行うことができる。

以下に、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について説明する。
図２は、本発明に係る画像形成装置の構成例を示す断面図である。
画像形成装置１００は、セットされた読取対象の原稿を読取装置１３０に送る自動原稿送り装置（ＡＤＦ）１２０と、ＡＤＦ１２０から送られてきた原稿を画像として読み取る読取装置１３０と、読取装置１３０で読み取られた画像データに基づいて画像を形成する画像形成部１４０と、を備える。また、画像形成部１４０は、本発明に係る定着装置１０を備える。

図２において、４１は回転体からなる像担持体の一例であるドラム形状の感光体を示す。この感光体４１の周りには、図中に矢印で示す向きの回転方向順に、帯電ローラからなる帯電装置４２と、露光手段の一部を構成するミラー４３と、現像ローラ４４ａを備えた現像装置４４と、記録媒体としての用紙（シート）Ｐに現像画像を転写する転写装置４８と、感光体４１の周面に摺接するブレード４６ａを備えたクリーニング装置４６等が配置してある。感光体４１は、帯電装置４２と現像ローラ４４ａとの間で露光手段によりミラー４３を介して露光光Ｌｂで走査されて露光される。この感光体４１上の露光光Ｌｂが照射される位置を露光部１５０と言う。

転写装置４８は感光体４１の下面と対向させて設けてある。この感光体４１上の転写装置４８と対向する部位が転写部４７である。この転写部４７のシートＰ搬送方向の上流側には、一対のレジストローラ４９が設けてある。図示しない給紙トレイに収納されたシートＰは給紙コロ１１０により給紙されて図示しない搬送ガイドによりレジストローラ４９に向けて搬送案内される。また、転写部４７より用紙Ｐ搬送方向の下流側には、本発明に係る定着装置１０が配置してあり、定着装置１０のニップ部出側の排紙経路に排紙センサ１１１を備える。該排紙センサ１１１は、印刷ジョブの最後のシートＰのニップ部の通過を検知して、検知信号を出力するようになっており、この検知信号により印刷終了を検出することができる。

この画像形成装置における画像形成は次のようにして行う。感光体４１が図示しない駆動部により回転駆動されて回転を始め、この回転中に感光体４１が暗中において帯電装置４２により均一に帯電され、露光手段によりミラー４３を介して露光光Ｌｂで露光部１５０が走査されることで、作成すべき画像に対応した潜像が感光体４１に形成される。この感光体４１上の潜像は、感光体４１の回転により現像装置４４に移動し、ここで現像装置４４により現像されてトナー像が形成される。

一方、給紙コロ１１０により給紙トレイ上の記録材（シート）Ｐが給紙され、このシートＰは図中に破線で示す搬送経路を経て一対のレジストローラ４９の位置で一旦停止し、感光体４１上のトナー像と転写部４７で合致するような送り出しのタイミングを待つ。そして、そのタイミングでレジストローラ４９が回転してシートＰを送り出し、このシートＰは転写部４７に向けて搬送される。感光体４１上のトナー像とシートＰとが転写部４７で合致し、転写装置４８による電界によって感光体４１上のトナー像がシートＰ上に転写される。

こうしてトナー像が転写されてこれを担持するシートＰは、ついで定着装置１０に向けて送り出される。シートＰ上のトナー像は定着装置１０を通過する間にそのシートＰ上に定着され、このトナー像が定着された用紙Ｐは図示しない排紙部へ排紙される。
一方、転写部４７で転写されずに感光体４１上に残った残留トナーは、感光体４１の回転と共にクリーニング装置４６に至り、クリーニング装置４６を通過する間に清掃されて次の画像形成に備える。

以上が１つの印刷ジョブである。なお、印刷ジョブとは１つの印刷要求に対応して行われるひとまとまりの画像形成処理（あるいは一度の印刷要求で出力される印刷作業）のことであり、１枚のシートに画像形成する場合と、複数枚のシートを連続通紙して画像形成する場合とがある。また、定着装置１０では印刷ジョブに対応して定着処理が行なわれる。

図３は、本発明に係る定着装置の構成を示す断面図である。
図３に示すように、定着装置１０は、円周方向に回動可能な無端状の定着ベルト１と、定着ベルト１と当接して、記録媒体（シートＰ）を通過させるニップ部Ｎを形成する加圧部材であるか圧ローラ２と、定着ベルト１の内部に配置され、ニップ部Ｎで定着ベルト１を介して加圧ローラ２を押圧する押圧部材４と、定着ベルト１の内部に配置され、定着ベルト１を加熱する発熱体であるヒータ３と、定着ベルト１の内部であってヒータ３と定着ベルト１の間に配置され、ヒータ３から定着ベルト１への輻射熱の供給量を前記記録媒体のサイズにより変更する熱量調整部材７と、を備える。

ここで、定着ベルト１は、無端ベルトであり、断面構造としては、例えばニッケル、ステンレス、ポリイミドなどの基材にシリコーンゴム層などの離型性を有する材料からなる弾性層を形成した２層構造となっている。

加圧ローラ２は、芯金にゴム等の弾性層が形成されてなるもので、定着ベルト１よりも熱容量が大きくなっている。この加圧ローラ２が定着ベルト１を挟んで押圧部材４と圧接してニップ部Ｎを形成し、このニップ部Ｎに未定着画像を形成した紙等のシートＰを通紙することで熱と圧力によりトナー像をシートＰ上に定着させる。なお、ここでは回転する加圧ローラ２を例に示したが、２つのローラに掛け回された加圧ベルトとし、この２つのローラのうち一方を加圧ベルト及び定着ベルト１を挟んで押圧部材４と圧接してニップ部Ｎを形成するようにしてもよい。

ヒータ３は、ＡＣヒータ、あるいはＤＣヒータからなる発熱体であり、例えばハロゲンヒータが用いられる。また、ヒータ３は、外部から電力が投入されて発熱し、その輻射熱により定着ベルト１を直接に、及び押圧部材４を経由して間接的に加熱するものであり、不図示の温度検知手段によって検知される定着ベルト１の温度が所定の温度となるように、投入電力が制御され、あるいは点灯、消灯制御される。

押圧部材４は、鉄やアルミなどの耐久性、耐熱性のよい材料からなり、ニップ部Ｎの幅に相当する長さを有する板状部材である。また、押圧部材４は、ニップ部Ｎに相当する部分は略平坦または加圧ローラ２の外周に沿った曲面と、その前後（ニップ部入り側、出側）で定着ベルト１の内周の曲面に沿った部分とからなる樋形状を呈しており、ヒータ３とともに固定されて配置されている。なお、押圧部材４をアルミ系材質（熱伝導率２３６Ｗ／ｍ・Ｋ）等の熱伝導率が高い材質のものとすれば、小サイズ通紙時に生じやすい定着ベルト１の通紙部と非通紙部の温度差を、定着ベルト１の内面で接触している押圧部材４の熱伝導により改善できるので好ましい。

熱量調整部材７は、定着ベルト１の内部であってヒータ３と定着ベルト１の間に配置され、ヒータ３から定着ベルト１への輻射熱の供給量を記録媒体（シートＰ）のサイズにより変更するものである。図３では、定着ベルト１内でヒータ３に対し押圧部材４とは反対側（図中上側）であって、定着ベルト１に直接届きうるヒータ３の輻射熱のほとんどをさえぎるように、熱量調整部材７を配置している。

図４に、熱量調整部材７の詳細な構成を示す。
熱量調整部材７は、ヒータ３の輻射熱が通過する複数の開口部８が定着ベルト１の幅方向に並んで設けられた熱遮蔽部材である（図４（ａ））。なお、熱を遮蔽する観点から、熱量調整部材７のヒータ３に対向する側の表面がアルミ系材料からなることが好ましく、さらに熱反射率は９５％以上の表面であることが好ましい。また、熱量調整部材７のヒータ３に対向する側の表面は光沢面であることが好適である。
また、熱量調整部材７のヒータ３とは反対側表面を耐熱樹脂層や耐熱ゴム層とすることで、定着ベルト１に対する断熱効果を高めることができ好適である。

また、熱量調整部材７は複数の板材が組み合わされてなるものである。図４（ｂ）では、熱調整部材７は、定着ベルト１の幅に相当する長さの板材７ａが１枚と、定着ベルト１の幅の半分以下の長さで定着ベルト１の幅方向にスライド可能に配置された板材７ｂが２枚とからなっているものを示している。このとき、３枚の板材それぞれには、複数で同形（矩形）の開口部８ａ，８ｂが同じピッチ（隣接する開口部８の間が開口部８の幅と同じ）で設けられており（板材７ａには５個の開口部８、板材７ｂには２個の開口部８）、板材７ａの開口部８ａと板材７ｂの開口部８ａは同じ位置となるように配置され、熱調整部材７として全幅で開口部８が設けられた状態となっている。すなわち、熱量調整部材７の開口量は幅方向全幅で一定となり、ヒータ３からの輻射熱は熱調整部材７の全幅で通過して定着ベルト１の全幅を加熱するようになる。これにより、定着装置１０に最大サイズのシートＰを通紙するときは定着ベルト１の全幅の温度が均一になる。

また、熱量調整部材７は、開口部８の開口面積または開口部８の数を変化させて、ヒータ３から定着ベルト１への輻射熱の供給量を調整することが好ましい。図４の構成では、板材７ｂを定着ベルト１の幅方向にスライドさせて、開口部８の開口面積または開口部８の数を変化させることが可能である。図５に、その例を示す。

図５では、２枚の板材７ｂそれぞれを、図４の状態から定着ベルト１の幅方向外側へスライドさせた状態を示している。これにより、板材７ａの真中の開口部８ａ以外の開口部８ａは板材７ｂで遮蔽され、板材７ｂの開口部７ｂはすべて板材７ａで遮蔽されることとなり、熱量調整部材７としては中央に１つの開口部８のみを有する状態となる。すなわち、ヒータ３からの輻射熱は熱調整部材７の中央部のみを通過するようになる。これにより、定着装置１０に小サイズのシートＰを通紙するときは、熱量調整部材７の輻射熱の供給量を非通紙範囲では減らすことができ、定着ベルト１の通紙範囲を加熱し、非通紙範囲を加熱しないようにできる。

なお、図５では、開口部８ａ，８ｂが完全に板材７ａ，７ｂにより遮蔽された状態を示したが、開口部８ａ，８ｂの一部が板材７ａ，７ｂにより遮蔽された状態としてもよい。これによってもヒータ３からの輻射熱の供給量の調整が可能である。

ここで、小サイズ通紙時のヒータ３からの輻射熱の供給に関して、通紙範囲は押圧部材４と定着ベルト１に供給されるのに対し、非通紙部は熱量調整部材７により定着ベルト１へ供給される輻射熱が反射（遮断）し、押圧部材４に供給されるため、輻射熱の供給量は通紙範囲より非通紙範囲の方が多くなる。これにより、押圧部材４の非通紙範囲の温度が高くなりやすいが、押圧部材４をアルミ系材質等の熱伝導率が高い材質とすれば、押圧部材４の温度分布を均一にする（通紙範囲と非通紙範囲の温度差を改善する）効果が得られる。

また、押圧部材４の長手方向（通紙幅方向）に沿ってヒートパイプを押圧部材４に挿入することにより、押圧部材４の長手方向熱伝導率をさらに向上させることが可能で、押圧部材４の通紙範囲と非通紙範囲の温度差を改善する効果を向上させることができる。

また、熱量調整部材７の開口部８の形状は、定着ベルト１における記録媒体（シートＰ）搬送方向に対し斜めに交差する矩形であることが好ましい。図６にその例を示す。
ヒータ３の輻射熱は開口部８を通過して定着ベルト１に到達する。そのため、開口部８に対応する位置の定着ベルト１の部分は加熱されるが、開口部８以外の部分は輻射熱は遮断されるため加熱され難い。定着ベルト１の材質は一般的に熱伝導率は低いため、熱量調整部材７の開口部ピッチ状に温度むらになり易い傾向がある。ここで図４のように、開口部８が定着ベルト１の幅方向を一辺、シート搬送方向を一辺とする長方形の場合には、定着ベルト１の幅方向で温度むらが発生し、定着不良が発生する可能性もある。そこで、図６のように、定着ベルト１における記録媒体（シートＰ）搬送方向に対し斜めに交差する矩形とすることで温度むらの発生を抑制することができる。

なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

従来の定着装置の構成を示す断面図である。 本発明に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。 本発明に係る定着装置の構成を示す断面図である。 図３の定着装置で用いる熱量調整部材の構成（１）を示す概略図である。 図４の熱量調整部材の状態を変化させた構成を示す概略図である。 図３の定着装置で用いる熱量調整部材の構成（２）を示す概略図である。

符号の説明

１ 定着ベルト
２ 加圧ローラ
３ ヒータ
４ 押圧部材
７ 熱量調整部材
８，８ａ，８ｂ 開口部
７ａ，７ｂ 板材
１０，９０ 定着装置
４１ 感光体
４２ 帯電装置
４３ ミラー
４４ 現像装置
４４ａ 現像ローラ
４６ クリーニング装置
４６ａ ブレード
４７ 転写部
４８ 転写装置
４９ レジストローラ
５１ プラグ
１００ 画像形成装置
１１０ 給紙コロ
１１１ 排紙センサ
１２０ ＡＤＦ（自動原稿送り装置）
１３０ 読取装置
１４０ 画像形成部
１５０ 露光部
Ｌｂ 露光光
Ｎ ニップ部
Ｐ シート（記録媒体）
Ｔ トナー

Claims (11)

1. 円周方向に回動可能な無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトと当接して、記録媒体を通過させるニップ部を形成する加圧部材と、
   前記定着ベルトの内部に配置され、前記ニップ部で前記定着ベルトを介して前記加圧部材を押圧する押圧部材と、
   前記定着ベルトの内部に配置され、前記定着ベルトを加熱する発熱体と、
   前記定着ベルトの内部の前記発熱体と前記定着ベルトの間であって、前記発熱体を挟んで前記押圧部材に対向する位置に配置され、前記発熱体から前記定着ベルトへの輻射熱の供給量を前記記録媒体のサイズにより変更するとともに、
   前記発熱体から前記定着ベルトに向かう輻射熱の一部を反射して前記押圧部材に供給する熱量調整部材と、
   を備える定着装置。
2. 前記熱量調整部材は、前記発熱体の輻射熱が通過する複数の開口部が設けられた熱遮蔽部材であり、前記開口部の開口面積または開口部の数を変化させて、前記発熱体から定着ベルトへの輻射熱の供給量を調整する請求項１に記載の定着装置。
3. 前記熱量調整部材の開口部の形状は、定着ベルトにおける記録媒体搬送方向に対し斜めに交差する矩形である請求項２に記載の定着装置。
4. 前記熱量調整部材の前記発熱体に対向する側の表面が光沢面である請求項２または３に記載の定着装置。
5. 前記熱量調整部材の前記発熱体に対向する側の表面がアルミ系材料からなる請求項２〜４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記熱量調整部材は、複数の板材が組み合わされてなり、
   該複数の板材が前記定着ベルトの幅方向にスライドすることで前記開口部の開口面積または開口部の数の変化が生じる請求項２〜５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記熱量調整部材は、円周方向に前記発熱体側を凹部として湾曲した形状を有する請求項１〜６のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記押圧部材は、前記ニップ部に相当する部分は略平坦または前記加圧部材の形状に沿った曲面形状であり、記録媒体搬送方向における前記ニップ部の前後の部分は、前記定着ベルトの内周の曲面に沿った形状である請求項１〜７のいずれかに記載の定着装置。
9. 前記押圧部材は、鉄またはアルミ系材質である請求項１〜８のいずれかに記載の定着装置。
10. 前記押圧部材には、該押圧部材の長手方向に沿ってヒートパイプが挿入されている請求項１〜９のいずれかに記載の定着装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の定着装置を備える画像形成装置。
    

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