JP6074095B1 - ベルト蛇行規制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な機械要素を組み合わせて極微少幅に蛇行を規制する精密制御のベルト蛇行規制装置を提供する。【解決手段】駆動ロールおよび従動ロールの間に、一対の電動シリンダで軸支されて無端ベルトを押圧するテンションロールが配置され、前記駆動ロールにはロータリエンコーダが添設され、無端ベルトのエッジライン上にはエッジライン位置を検出するラインセンサが添設され、エッジラインに付されたベルト周回マークを読み取る反射センサが添設され、ベルト周回マークを基点位置としてロータリエンコーダにより無端ベルトのエッジライン上に複数の測定ポイントを定めて、前周回目および後周回目の同一測定ポイントにおけるエッジライン位置をそれぞれの周回データとし、前周回データおよび後周回データの差分が規定値を超えた場合に第１の電動シリンダが送入または送出されるとともに第２の電動シリンダが送出または送入されるように構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動ロールと従動ロールとの間に張架された無端ベルトのロール軸方向への蛇行を規制するベルト走行装置に関する。

従来、画像形成装置においては、トナー像をフィルム等の記録媒体に転写し、そのトナー像を定着装置に搬送し、定着装置で熱及び圧力を加えることにより記録媒体に定着させている。

トナー像の転写に際しては、ロール間で張架した無端ベルトを回転させているとき、無端ベルトがロール軸方向に移動して蛇行する場合がある。無端ベルトの蛇行が発生すると、記録媒体上のトナー像の位置がずれて像が不鮮明になったり、所定の発色が得られない等の不具合が発生したりするばかりでなく、無端ベルトの蛇行の幅が大きくなると、ベルトの縁部が破損するおそれが生じる。

そこで、ベルトの蛇行を抑制する技術が従来から提案されていて、例えば、 特許文献１、特許文献２および特許文献３に公開されている。

特許文献１に公開されている技術は、発明の名称「カラーロールンタにおけるベルト蛇行制御方法及びその装置」に係り、「カラーロールンタにおけるベルトの蛇行を最小に抑えることができる制御方法を提供する」ことを課題としていて、その解決手段を「ベルトエッジを、ベルトの所定位置から微少区間毎に１周分を計測し、所定位置に対応した１回目のベルトエッジ位置データと２回目のベルトエッジ位置データとの差により全スキュー量を算出し、この全スキュー量から区間毎のスキュー補正量を算出し、このスキュー補正量で補正された補正ベルトエッジ位置データによりベルト１周全体での平均ベルトエッジ位置を算出し、この平均ベルトエッジ位置と所望のベルトエッジ位置データとの差を、微少区間毎の補正ベルトエッジ位置データから差し引いて、前記測定された微少区間毎のベルトエッジ位置データをオフセット補正してベルトエッジ学習値とし、各区間毎のベルトエッジ学習値とベルトエッジ位置データとに基づきステアリング機構の駆動を制御する」こととしている。

また、特許文献２に公開されている技術は、発明の名称「画像形成装置」に係り、「駆動ロ−ラー及びテンションローラー等により張架されて搬送されるベルトを有する画像形成装置において、複雑な機構を設けることなくベルトの蛇行を抑制することによって、安定したベルトの駆動を実現した画像形成装置を提供する」ことを課題としていて、その解決手段を「中間転写ベルトの蛇行方向に対して反対方向である補正方向側の中間転写ベルトの外周面上に、蛇行補正物質としてのトナーにより構成される画像パターンを担持させ、画像パターンがクリーニングブレードの当接部で掻き取られることで、蛇行方向と逆方向である補正方向に中間転写ベルトがシフトし、中間転写ベルトの蛇行が補正される」こととしている。

そして、特許文献３に公開されている技術は、発明の名称「ベルト駆動装置及びそれを備えた定着装置並びに画像形成装置」に係り、「安価で簡単な構成で長期間安定してベルト蛇行を規制するベルト駆動装置及びそれを備えた定着装置並びに画像形成装置を提供する」ことを課題としていて、その解決手段を「ベルト駆動装置は、熱ローラーを回転可能に支持し本体側板に対して熱ローラーと一体に軸方向に移動可能に支持される支持軸と、支持軸の軸方向の端部に設けられ、定着ベルトの蛇行による熱ローラーの軸方向への移動にともなう第１変位を、軸方向と直角方向であり且つ定着ベルトの蛇行を補正する方向の第２変位に変換する一対のカム平面と、第１変位方向及び第２変位方向への移動を可能とする一対の摺動平面とを有するカム部材と、本体側板に一体に設けられ、一対のカム平面に係合する一対の第１平面と、一対の摺動平面を摺動可能に案内する一対の第２平面とを有するカム支持部材とを備える」こととしている。

しかし、特許文献１、特許文献２および特許文献３に公開されている技術はいずれもコンピュータによるきめ細かい制御が必要となり、装置も規模の大きなものとなる可能性がある上、メンテナンスも容易ではない。

特開２０００−１２２５０９号公報 特開２０１１−１９７４１４号公報 特開２０１３−２２８４２８号公報

そこで、本願発明は、簡単な機械要素を組み合わせた装置であって、微少幅の蛇行が規制可能な精密制御のベルト蛇行規制装置を提供する。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係るベルト蛇行規制装置は、駆動ロールおよび従動ロールに張架された無端ベルトのロール軸方向への蛇行を規制するベルト蛇行規制装置であって、前記駆動ロールまたは前記従動ロールのいずれか一方のロール軸の一端には該ロールの回転角を検出するロータリエンコーダが添設され、前記駆動ロールおよび前記従動ロール間には一対の電動シリンダで軸支されて前記無端ベルトのリターン側を内側から下方に押圧するテンションロールが配置され、前記無端ベルトのエッジライン上にはエッジライン位置を検出するラインセンサーが添設されるとともに、エッジライン上に付されたベルト周回マークを読み取る反射センサが添設され、前記一対の電動シリンダは前記ラインセンサーの添設側に位置する第１の電動シリンダとその反対側に位置する第２の電動シリンダとからなり、該第１の電動シリンダおよび該第２の電動シリンダはそれぞれ独自に前記テンションロールを上下方向に移動させ、前記無端ベルトの走行に伴って前記反射センサで読み取った前記ベルト周回マークを基点位置として前記ロータリエンコーダの所定間隔の回転角により該無端ベルトのエッジライン上に該回転角に対応した複数の測定ポイントを定め、ｎ周回目（ｎ≧１の整数）および（ｎ＋１）周回目の同一測定ポイントにおけるエッジライン位置を前記ラインセンサーが読み取ってｎ周回データおよび（ｎ＋１）周回データとし、前記ｎ周回データおよび前記（ｎ＋１）周回データの差分が規定値を超えてエッジラインが前記第１の電動シリンダ側に振れているときには該差分に応じて前記第１の電動シリンダが前記テンションロールを下方向に移動させるとともに前記第２の電動シリンダが該テンションロールを上方向に移動させ、前記ｎ周回データおよび前記（ｎ＋１）周回データの差分が規定値を超えて前記第２の電動シリンダ側に振れているときには該差分に応じて前記第２の電動シリンダが前記テンションロールを下方向に移動させるとともに前記第１の電動シリンダが該テンションロールを上方向に移動させる、ことを特徴としている。
また、本願請求項２に係るベルト蛇行規制装置は、請求項１に記載のベルト蛇行規制装置であって、前記第１の電動シリンダの出入長さおよび前記第２の電動シリンダの出入長さは、その絶対値が略同一で方向は正反対である、ことを特徴としている。
そして、本願請求項３に係るベルト蛇行規制装置は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のベルト蛇行規制装置であって、前記第１の電動シリンダの出入長さおよび前記第２の電動シリンダの出入長さは、該第１の電動シリンダおよび該第２の電動シリンダに添設された前記テンションロールに対する前記無端ベルトの押圧力を検出するロードセルからの信号により前記ｎ周回データおよび前記（ｎ＋１）周回データの差分に応じた押圧力量により行われる、ことを特徴としている。
さらに、本願請求項４に係るベルト蛇行規制装置は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のベルト蛇行規制装置であって、前記第１の電動シリンダの出入長さおよび前記第２の電動シリンダの出入長さは、該第１の電動シリンダおよび該第２の電動シリンダに添設された前記テンションロールに対する前記無端ベルトの押圧力を検出するロードセルによる前記ｎ周回データおよび前記（ｎ＋１）周回データの差分に応じた押圧力量を出入長さに変換して行われる、ことを特徴としている。
また、本願請求項５に係るベルト蛇行規制装置は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のベルト蛇行規制装置であって、前記無端ベルトの表面温度を計測する温度センサを具え、表面温度が所定値を超えたときには前記無端ベルトの表面温度に拠る伸び相当分の張力低下を前記第１の電動シリンダおよび前記第２の電動シリンダの同一出入長さによる前記テンションロールの下方向移動により補正する、ことを特徴としている。

上記構成により本願発明は以下の効果を奏する。
（１）無端ベルトの蛇行補正に必要なベルト張力の調整を駆動ロールあるいは従動ロールではなく、駆動ロールおよび従動ロール間に位置するテンションロールの上下移動に拠って行っているため、僅かな押圧力で蛇行補正をすることができる。また、無端ベルトのリターン側を内側からテンションロールで押圧することとしているため、被搬送体には何ら影響を及ぼさない。
（２）ロータリエンコーダで割り出した同一測定ポイントにおける無端ベルトの走行方向に直交する横方向の位置データを周回毎に測定し、前周回の位置データと比較してその差分を蛇行データとして捉え、各周回毎に張力調整を行うことができるので、素早い蛇行補正が可能となって、蛇行を微少幅に抑えることができる。また、同一測定ポイントでの比較なので、ベルトエッジラインが必ずしも正確な直線性を具えていなくとも精密に蛇行を規制することができる。
（３）テンションロールによる張力補正は、第１の電動シリンダの出入長さと第２の電動シリンダの出入長さについて絶対値が略同一で方向は正反対となるいわば「ゼロサム」状態で行うことから無端ベルト自体の張力に負担が及ばない。
（４）無端ベルトにはそのエッジライン上にベルト周回マークを付するだけであり、ロータリエンコーダ、ラインセンサ、反射センサおよび温度センサはともに無端ベルトに接触してはいないので、無端ベルトの交換等のメンテナンスは容易であり、各種センサの劣化を防止できる。
（５）第１の電動シリンダの送入出長さあるいは第２の電動シリンダの送入出長さはロードセルで検出した押圧力量で直接的に制御することが可能であり、さらに、押圧力量を電動シリンダの送入出長さに変換する変換テーブルを介してその差分をシリンダの送入出長さとするストローク制御することも可能である。
（６）無端ベルトの走行時間が長期に及んだり、あるいは、高温加熱雰囲気で使用したりすると、無端ベルト自体の温度が上昇して伸びが発生してその張力に変化が生ずるが、温度センサにより温度監視を行うことで無端ベルトの張力補正も素早く行うことができるので、被搬送体の品質に影響が及ぶことはない。

図１は、ベルト蛇行規制装置の概略側面図である。 図２は、ベルト蛇行規制装置の概略平面図である。 図３は、ベルト蛇行規制装置の制御構成図である。 図４は、ベルト蛇行規制装置の蛇行規制フロー図である。 図５は、ベルト蛇行規制装置の蛇行規制の実験結果を示すグラフである。

以下、本願発明を実施するための形態に係るベルト蛇行規制装置について、図１ないし図５に基づいて説明する。なお、図１ないし図３において、符号１は実施例に係るベルト蛇行規制装置、符号１１は駆動ロール、符号１２は駆動モーター、符号１３は従動ロール、符号１４は無端ベルト、符号１５はテンションロール、符号１６はロータリーエンコーダ、符号１７は電動シリンダ、符号１７１は第１の電動シリンダ、符号１７２は第２の電動シリンダ、符号１８はラインセンサ、符号１９はロードセル、符号１９１は第１のロードセル、符号１９２は第２のロードセル、符号２１は反射センサ、符号２２はベルト周回マーク、符号２３は温度センサ、符号２４は制御回路、である。

先ず、図１ないし図３を参照してベルト蛇行規制装置１の構成を説明する。
ベルト蛇行規制装置１は、主に、駆動ロール１１と、従動ロール１３と、駆動ロール１１および従動ロール１３に張架される無端ベルト１４と、駆動ロール１１および従動ロール１３間に配置されて無端ベルト１４のリターン側を下方に押圧するテンションロール１５と、駆動ロール１１のロール軸の一端に添設されるロータリエンコーダ１６と、テンションロール１５の両端を軸支する一対の電動シリンダ１７と、無端ベルト１４の片側のエッジラインに添設されてエッジライン位置を検出するラインセンサ１８と、無端ベルト１４のエッジライン上に付されたベルト周回マーク２２を読み取る反射センサ２１と、無端ベルト１４の表面温度を計測する温度センサ２３と、電動シリンダ１７に添設されて無端ベルト１４の押圧力を検出するロードセル１９と、それらのセンサからの信号を基に一対の電動シリンダ１７の出入長さを制御する制御回路２４と、から構成されている。

駆動ロール１１はその一端に連結された駆動モータ１２によって駆動され、他の一端には駆動ロール１１の回転角を読み取るロータリエンコーダ１６が添設されている。ロータリエンコーダ１６を従動ロール１３の何れかの一端に添設するようにしても良いが、従動ロール１３と無端ベルト１４との間にズレが生じるおそれもあって、駆動ロール１１の一端に添設する方が無端ベルト１４上の測定ポイントの位置判断の正確性に勝る。

実施例では、無端ベルト１４にステンレススチール製を使用している。ステンレススチール製の無端ベルト１４とすることで、ベルトエッジラインは出入りの少ないスムーズな直線とすることができるので、測定ポイントの多少のズレはエッジライン位置を検出するラインセンサ１８の読み取り数値に殆ど影響を及ぼさない。そのため、ベルトエッジの測定ポイントから選択される制御の対象となる測定ポイントの間隔を広げることができて、走行中の無端ベルト１４の１周分のベルトエッジの出入り制御の頻度を減らすことができる。さらに、ステンレススチールの鋼種毎の熱膨張率は既知であって均一であるので、温度変化による伸びの算定が容易で計算値と実測値が略一致する。

ロータリエンコーダ１６は、駆動ロール１１の回転軸の回転の変位を検出する角位置センサである。一方、ラインセンサ１８は受光素子と発光素子からなる一対のセンサで、無端ベルト１４のベルトエッジを挟むようにテンションロール１５の近傍に添設されていて、無端ベルト１４のベルトエッジ位置を検出する。さらに、無端ベルト１４のエッジライン上方にはエッジライン上に付されたベルト周回マーク２２を読み取る反射センサ２１が添設されている。そして、無端ベルト２２の走行に伴って反射センサ２１で検出したベルト周回マーク２２の位置を基点位置として、ロータリエンコーダ１６の所定間隔の回転角により無端ベルト１４のエッジライン上にこの回転角に対応した複数の測定ポイントを定めて、例えばベルト移動距離１０ｍｍ毎にベルトのエッジ位置が外側に何μｍ振れているか、あるいは内側に何μｍ振れているのかをエッジライン位置情報として、制御回路２４に送って記憶するようになっている。

テンションロール１５の両端を軸支する一対の電動シリンダ１７は、無端ベルト１４を挟んでラインセンサ１８側に位置する第１の電動シリンダ１７１と、その反対側に位置する第２の電動シリンダ１７２と、から構成されていて、電動シリンダ１７には無端ベルト１４の押圧力を検出するロードセル１９が添設されている。すなわち、第１のロードセル１９１は第１の電動シリンダ１７１に添設され、第２のロードセル１９２は第２の電動シリンダ１７２に添設されている。そして、第１の電動シリンダ１７１および第２の電動シリンダ１７２はそれぞれ独立して出入自在となっていて、蛇行規制時には第１の電動シリンダ１７１の出入長さと第２の電動シリンダ１７２の出入長さは、絶対値が同一であるもののその出入方向は正反対となる。なお、実施例では、第１の電動シリンダ１７１および第２の電動シリンダ１７２は、いずれも無端ベルト１４の下方に配置されていて、電動シリンダ１７を送入することによりテンションロール１５は下方向に移動し、電動シリンダ１７を送出することによりテンションロール１５は上方向に移動するようになっている。また、無端ベルト１４の走行初期と温度補正による張力調整は、第１の電動シリンダ１７１および第２の電動シリンダ１７２の出入長さを同一にして行う。

つぎに、図３ないし図５を参照してベルト蛇行規制装置１の蛇行規制の仕組みを順を追って説明する。

（１）無端ベルト１４が走行を開始すると、ロータリエンコーダ１６により無端ベルト１４のベルトエッジ位置を略等間隔に特定して測定ポイントとし、同時にその測定ポイントに対応するベルトエッジ位置の幅方向の出入り情報を１周回（ｎ周回）分の蛇行情報として制御回路２４に送って記憶する。
（２）無端ベルト１４の走行が次周回（（ｎ＋１）周回）に移行すると、（ｎ＋１）周回の蛇行情報を検出して、ｎ周回の蛇行情報と比較する。
（３）（ｎ＋１）周回の蛇行情報がｎ周回の蛇行情報と比較して、蛇行制御可能範囲（２ｍｍ程度）を超える場合には、無端ベルト１４は直ちに走行を停止して、無端ベルト１４の位置を手動で修正する。
（４）（ｎ＋１）周回の蛇行情報がｎ周回の蛇行情報と比較して、蛇行制御可能範囲内で、かつ、その差分が規定値（実施例では２０μｍ）を超えている場合であって、ベルトエッジ位置が第１の電動シリンダ１７１側に移動している場合は、制御回路２４からの信号に基づいて電動シリンダドライブを介して第１の電動シリンダ１７１がこの差分に応じて所定長さが送入されるとともに第２の電動シリンダ１７２が同一長さ分送出される。この結果、第１の電動シリンダ１７１側の無端ベルト１４の張力は第２の電動シリンダ１７２側の無端ベルト１４の張力よりも大きくなって、テンションロール１５位置における無端ベルト１４は第２の電動シリンダ１７２側に移動する。
（５）また、（ｎ＋１）周回の蛇行情報がｎ周回の蛇行情報と比較して、蛇行制御可能範囲内で、かつ、その差分が規定値（実施例では２０μｍ）を超えている場合であって、ベルトエッジ位置が第２の電動シリンダ１７２側に移動している場合は、制御回路２４からの信号に基づいて電動シリンダドライブを介して第１の電動シリンダ１７１がこの差分に応じて所定長さが送出されるとともに第２の電動シリンダ１７２が同一長さ分送入される。この結果、第２の電動シリンダ１７２側の無端ベルト１４の張力は第１の電動シリンダ１７１側の無端ベルト１４の張力よりも大きくなって、テンションロール１５位置における無端ベルト１４は第１の電動シリンダ１７１側に移動する。
以上の仕組みにより、ベルト蛇行規制装置１では数μｍ単位の蛇行補正が可能となる。

図５は横軸を無端ベルト１４の移動距離（ｍｍ）とし、縦軸を無端ベルト１４のベルトエッジ位置（μｍ）としたグラフである。無端ベルト１４にはステンレススチール製を使用している。ここでは、ベルト移動距離１０ｍｍ毎に測定ポイントを定めたが、蛇行規制に必要な制御ポイントを５００ｍｍとして、ｎ周回のデータを点線で表示し、（ｎ＋１）周回のデータを実線で表示している。グラフから判るように、各測定ポイント毎の蛇行量は２０μｍ以内に収まっていて、２０μｍ以内であれば記録媒体上のトナー像の位置にずれを感じることがなく、所望の発色が得られる。

なお、実施例では、第１の電動シリンダ１７１の出入長さおよび第２の電動シリンダ１７２の出入長さは、第１の電動シリンダ１７１および第２の電動シリンダ１７２に添設されたテンションロール１５に対する無端ベルト１４の押圧力を検出するロードセル１９からの信号により、ｎ周回データおよび（ｎ＋１）周回データの差分に応じた押圧力量により直接的に行なう押圧力制御で行ったが、押圧力量を電動シリンダの送入出長さに変換する変換テーブルを具えることにより、ｎ周回データおよび（ｎ＋１）周回データの差分に応じた押圧力量を出入長さに変換してストローク制御とすることも可能である。

また、ベルト蛇行規制装置１に無端ベルト１４の表面温度を計測する温度センサ２３を具えて、表面温度が所定値を超えたときには無端ベルト１４の表面温度に拠る伸び相当分の張力低下を第１の電動シリンダ１７１および前記第２の電動シリンダ１７２の同一出入長さによる前記テンションロールの下方向移動に拠り補正することも可能である。

１ 実施例に係るベルト蛇行規制装置
１１ 駆動ロール
１３ 従動ロール
１４ 無端ベルト
１５ テンションロール
１６ ロータリーエンコーダ
１７１ 第１の電動シリンダ
１７２ 第２の電動シリンダ
１８ ラインセンサ
１９ ロードセル
２１ 反射センサ
２２ ベルト周回マーク
２３ 温度センサ

Claims (5)

1. 駆動ロールおよび従動ロールに張架された無端ベルトのロール軸方向への蛇行を規制するベルト蛇行規制装置であって、
   前記駆動ロールまたは前記従動ロールのいずれか一方のロール軸の一端には該ロールの回転角を検出するロータリエンコーダが添設され、
   前記駆動ロールおよび前記従動ロール間には一対の電動シリンダで軸支されて前記無端ベルトのリターン側を内側から下方に押圧するテンションロールが配置され、
   前記無端ベルトのエッジライン上にはエッジライン位置を検出するラインセンサーが添設されるとともに、エッジライン上に付されたベルト周回マークを読み取る反射センサが添設され、
   前記一対の電動シリンダは前記ラインセンサーの添設側に位置する第１の電動シリンダとその反対側に位置する第２の電動シリンダとからなり、該第１の電動シリンダおよび該第２の電動シリンダはそれぞれ独自に前記テンションロールを上下方向に移動させ、
   前記無端ベルトの走行に伴って前記反射センサで読み取った前記ベルト周回マークを基点位置として前記ロータリエンコーダの所定間隔の回転角により該無端ベルトのエッジライン上に該回転角に対応した複数の測定ポイントを定め、
   ｎ周回目（ｎ≧１の整数）および（ｎ＋１）周回目の同一測定ポイントにおけるエッジライン位置を前記ラインセンサーが読み取ってｎ周回データおよび（ｎ＋１）周回データとし、
   前記ｎ周回データおよび前記（ｎ＋１）周回データの差分が規定値を超えてエッジラインが前記第１の電動シリンダ側に振れているときには該差分に応じて前記第１の電動シリンダが前記テンションロールを下方向に移動させるとともに前記第２の電動シリンダが該テンションロールを上方向に移動させ、
   前記ｎ周回データおよび前記（ｎ＋１）周回データの差分が規定値を超えて前記第２の電動シリンダ側に振れているときには該差分に応じて前記第２の電動シリンダが前記テンションロールを下方向に移動させるとともに前記第１の電動シリンダが該テンションロールを上方向に移動させる、ことを特徴とするベルト蛇行規制装置。
2. 前記第１の電動シリンダの出入長さおよび前記第２の電動シリンダの出入長さは、その絶対値が略同一で方向は正反対である、ことを特徴とする請求項１に記載のベルト蛇行規制装置。
3. 前記第１の電動シリンダの出入長さおよび前記第２の電動シリンダの出入長さは、該第１の電動シリンダおよび該第２の電動シリンダに添設された前記テンションロールに対する前記無端ベルトの押圧力を検出するロードセルからの信号により前記ｎ周回データおよび前記（ｎ＋１）周回データの差分に応じた押圧力量により行われる、ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のベルト蛇行規制装置。
4. 前記第１の電動シリンダの出入長さおよび前記第２の電動シリンダの出入長さは、該第１の電動シリンダおよび該第２の電動シリンダに添設された前記テンションロールに対する前記無端ベルトの押圧力を検出するロードセルによる前記ｎ周回データおよび前記（ｎ＋１）周回データの差分に応じた押圧力量を出入長さに変換して行われる、ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のベルト蛇行規制装置。
5. 前記無端ベルトの表面温度を計測する温度センサを具え、
   表面温度が所定値を超えたときには前記無端ベルトの表面温度に拠る伸び相当分の張力低下を前記第１の電動シリンダおよび前記第２の電動シリンダの同一出入長さによる前記テンションロールの下方向移動により補正する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のベルト蛇行規制装置。

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