JP4876724B2 - 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッド及びその液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に関する。

液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとしては、圧力室と連通するインク流路が形成されたインク流路プレートと、ダンパプレートと、インク流路に対向配置されたエアダンパ室が形成されたダンパ室形成プレートと、を積層して形成されたインクジェット記録ヘッドが知られている（例えば、特許文献１〜４）。

この構成によれば、圧力室に作用する圧力波が、圧力室を連通するインク流路に伝播しても、その圧力波をエアダンパ室から逃がすことができるので、圧力波がインク流路に伝播することで生じるインク吐出への悪影響を抑制する。

エアダンパ室は、ダンパ室形成プレートに形成された通気路を介して、ノズルとは反対側への面又はサイドの面に形成された開口と連通する。
特開２００２−３６５４９号公報 特開平９−１４１８５６号公報 特開２００３−１１３５６号公報 特開平９−３１４８６３号公報

通気路は、ダンパ室形成プレートに溝部を形成し、ダンパ室形成プレートを含む各プレートを積層することにより形成されるが、各プレートを接合する際に、溝部が形成された部分では、十分な加圧がなされないため、プレートの接合不良が生じる。これにより、インク流路やインク流路上にあるインクプールなどで気泡が発生したり、インクのリークが発生したりする。

本発明は、上記事実を考慮し、プレートを積層して形成される液滴吐出ヘッドにおいて、プレートの接合不良を防止できる液滴吐出ヘッド及びその液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る液滴吐出ヘッドは、複数のプレートを積層して形成される液滴吐出ヘッドであって、複数の列状に形成された複数のノズルへ供給される液体を一時的に貯留する液体貯留部が前記列毎に当該列に沿って形成された貯留部形成プレートと、前記貯留部形成プレートに一方の面が接合されるダンパプレートと、前記ダンパプレートの他方の面に接合され、それぞれが各前記液体貯留部に対向配置された複数のエアダンパ室が形成されたダンパ室形成プレートと、前記ダンパ室形成プレートに形成され、前記エアダンパ室から空気を抜く通気路と、前記ダンパ室形成プレートに形成され、前記通気路と前記ダンパプレートとの間に位置し、前記ダンパプレートを支持する支持部と、前記貯留部形成プレート、前記ダンパプレート及び前記ダンパ室形成プレートに形成され、前記列に沿って形成された各液体貯留部の形成方向一端部側に配置されて当該一端部がそれぞれ連通され、前記各液体貯留部に液体を供給する液体プール本流と、前記ノズルが形成されたノズル面とは反対側へ延設され、複数の開口で前記通気路を大気と連通させる大気連通路と、を備え、前記通気路は、前記液体プール本流と各前記エアダンパ室との間で、当該各エアダンパ室と連通することを特徴とする。

この構成によれば、ノズルから吐出される液体は、液体貯留部で一時的に貯留される。この液体貯留部に対向配置されたエアダンパ室が、通気路を通じて、液体貯留部に伝播する圧力波を逃がす。

ここで、請求項１の構成では、通気路とダンパプレートとの間に位置する支持部が、ダンパプレートを支持するので、貯留部形成プレートと、ダンパプレートと、ダンパ室形成プレートとを接合する際に、通気路が形成された部分においても、十分に加圧され、各プレートの接合不良が生じない。

本発明の請求項２に係る液滴吐出ヘッドは、請求項１の構成において、前記ダンパ室形成プレートは、前記ダンパプレートの他方の面に接合される第１ダンパ室形成プレートと、該第１ダンパ室形成プレートに接合される第２ダンパ室形成プレートとで構成され、前記通気路は、前記第２ダンパ室形成プレートに形成され、前記支持部は、前記第１ダンパ室形成プレートに形成されていることを特徴とする。

このように、本発明のダンパ室形成プレートは、複数のプレートで形成してもよい。

本発明の請求項３に係る液滴吐出ヘッドは、請求項１の構成において、前記エアダンパ室及び前記通気路は、ハーフエッチングにより形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、エアダンパ室及び通気路は、ハーフエッチングにより形成されているので、液滴吐出ヘッドの製造性が向上する。

本発明の請求項４に係る液滴吐出ヘッドは、請求項１〜３のいずれか１項の構成において、前記通気路は、前記エアダンパ室よりも横幅が狭いことを特徴とする。

この構成によれば、通気路は、エアダンパ室よりも横幅が狭いので、エアダンパ室が形成されている部分よりもダンパ室形成プレートの剛性が高い。このため、より高い加圧力をかけても撓まないため、より確実に加圧され、各プレートの接合不良を防止できる。

本発明の請求項５に係る液滴吐出装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。

本発明は、上記構成としたので、プレートを積層して形成される液滴吐出ヘッドにおいて、プレートの接合不良を防止できる。

以下に、本発明の液滴吐出ヘッド及びその液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。本実施形態では、液滴を吐出する液滴吐出ヘッド及びその液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置として、インク滴を吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録ヘッド及びそのインクジェット記録ヘッドを備えるインクジェット記録装置について説明する。

まず、図１を用いて、インクジェット記録装置１０の概要を説明する。なお、記録媒体は記録紙Ｐとして説明する。また、図１では、インクジェット記録装置１０における記録紙Ｐの搬送方向を副走査方向として矢印Ｓで表し、その搬送方向と直交する方向を主走査方向として矢印Ｍで表す。

図１に示すように、本実施形態に係るインクジェット記録装置１０は、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクジェット記録ヘッド３０を搭載するキャリッジ１２を備えている。キャリッジ１２は、記録紙Ｐの搬送方向上流側に一対のブラケット１４が突設されており（図では片側のブラケット１４のみを示している）、この一対のブラケット１４にそれぞれ形成された円形孔１４Ａには、主走査方向に架設されたシャフト２０が挿通されている。

キャリッジ１２に対し主走査方向の両端側には、主走査機構を構成する駆動プーリー（図示省略）と従動プーリー（図示省略）が配設されている。これらの駆動プーリーと従動プーリーとに巻回されて、主走査方向に走行するタイミングベルト２２の一部がキャリッジ１２に固定されている。これにより、キャリッジ１２は、駆動プーリーの回転駆動によってタイミングベルト２２が主走査方向に走行すると、一対のブラケット１４がシャフト２０にガイドされて主走査方向に往復移動する。

インクジェット記録装置１０の前側下部には、画像記録前の記録紙Ｐを束状にして収納しておく給紙トレイ２６が設けられている。この給紙トレイ２６の上方には、上記各色のインクジェット記録ヘッド３０によって画像が記録された記録紙Ｐが排出される排紙トレイ２８が設けられている。また、キャリッジ１２及びシャフト２０の下方には、給紙トレイ２６から１枚ずつ給紙された記録紙Ｐを所定のピッチで副走査方向へ搬送する搬送ローラー及び排出ローラーからなる副走査機構１８が設けられている。

その他、このインクジェット記録装置１０には、画像記録時において各種設定を行うコントロールパネル２４や、メンテナンスステーション（図示省略）等が設けられている。メンテナンスステーションは、キャップ部材、吸引ポンプ、ダミージェット受け、クリーニング機構等を含んで構成されており、吸引回復動作、ダミージェット動作、クリーニング動作等のメンテナンス動作を行うようになっている。

また、各色のインクジェット記録ヘッド３０の下面（インク吐出面）には、記録紙Ｐと対向するように、インク滴を吐出する複数のノズル５６（図２参照）が形成されている。

本実施形態に係るインクジェット記録装置１０は、以上のように構成された所謂、Ｐａｒｔｉａｌ Ｗｉｄｔｈ Ａｒｒａｙ（ＰＷＡ）タイプのインクジェット記録装置であり、以下のように動作する。

すなわち、本実施形態に係るインクジェット記録装置１０では、インクジェット記録ヘッド３０が主走査機構によって主走査方向に移動しながら、インクジェット記録ヘッド３０のノズル５６から記録紙Ｐへ選択的にインク滴を吐出することにより、所定のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録される。

そして、主走査方向への１回の移動が終了すると、記録紙Ｐは、副走査機構１８によって副走査方向に所定ピッチ搬送され、再びインクジェット記録ヘッド３０が主走査方向（前述とは反対方向）に移動しながら、次のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録されるようになっており、このような動作を複数回繰り返すことによって、記録紙Ｐに画像データに基づく全体画像がフルカラーで記録される。

次に、本実施形態に係るインクジェット記録装置１０に搭載されたインクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）３０について説明する。

本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド３０は、図２に示すように、複数のプレートを積層して形成されており、ノズルプレート３２、ダンパ室形成プレート３４、ダンパプレート３６、プール形成プレート（貯留部形成プレート）３８、供給路プレート４０、圧力室プレート４２を備えている。

ノズルプレート３２、ダンパ室形成プレート３４、ダンパプレート３６、プール形成プレート３８、供給路プレート４０、圧力室プレート４２は、この順に積層され、図３に示すように、各プレートが互いに接合されている。

ダンパ室形成プレート３４、ダンパプレート３６、プール形成プレート３８には、ノズル５６から吐出されるインク（液体）を一時的に貯留する略矩形状のインクプール本流（液体貯留部）４４が形成されている。

インクプール本流４４の長手方向一端部は、通路幅が狭く形成され、このインクプール本流４４の長手方向一端部と連通するインク供給孔４６が、供給路プレート４０、圧力室プレート４２に形成されている。

このインク供給孔４６は、インクタンク（図示省略）に接続されており、インクタンクから送られるインクは、インク供給孔４６を通じて、インクプール本流４４へ供給される。

プール形成プレート３８には、インクプール本流４４と連通する複数（本実施形態では、３つ）のインクプール支流（液体貯留部）４８が形成されている。インクプール支流４８は、インクプール本流４４から枝分かれして、インクプール本流４４の長手方向と直交する方向へ延びており、インクを一時的に貯留すると共に、圧力室プレート４２に複数形成された圧力室５０のそれぞれへインクを流通させるように構成されている。

供給路プレート４０には、インクプール支流４８の上方位置に、円形貫通孔からなるインク供給路５２が形成されている。インク供給路５２は、インクプール支流４８よりも通路幅が狭くされ、インクプール支流４８と各圧力室５０とを連通させる。これにより、インクプール支流４８から各圧力室５０へ、インクが供給されるように構成されている。

圧力室５０は、圧力室プレート４２に所定の間隔でマトリックス状（本実施形態では、３列×３行）に配置されている。また、圧力室５０の上部開口は、振動板（図示省略）で閉鎖され、振動板上には、圧力室５０に対向配置された圧電体（図示省略）が設けられている。圧電体は、電気信号（駆動信号）が加えられて、圧力室５０内の容積を減少させるように変形して、圧力室５０へ圧力を付与する。

以上のように、インクタンクから各圧力室５０へインク（液体）を流通させるインク流路は、インク供給孔４６、インクプール本流４４、インクプール支流４８、インク供給路５２によって形成されている。

ノズルプレート３２には、円形貫通孔からなる複数のノズル５６が形成されており、これらのノズル５６は、圧力室５０に対応して、所定の間隔でマトリックス状（本実施形態では、３列×３行）に配置されている。

ダンパ室形成プレート３４、ダンパプレート３６、プール形成プレート３８、供給路プレート４０には、ノズルプレート３２の各ノズル５６に対応する上方位置に、ノズル径よりも少し大径の円形貫通孔からなる連通路５４がそれぞれ形成されている。この連通路５４よって、圧力室５０は、ノズル５６と連通し、圧力室５０に圧力が付与されると、連通路５４を介してノズル５６からインク滴が吐出されるようになっている。

ここで、ダンパ室形成プレート３４に形成されるエアダンパ室５８の構成を説明する。

ダンパ室形成プレート３４に形成されるエアダンパ室５８は、インクプール支流４８に対向して配置されている。

このエアダンパ室５８は、ダンパ室形成プレート３４の上面に矩形状の溝部が形成されることにより、図４（Ａ）に示すように、ダンパ室形成プレート３４の上層に形成され、エアダンパ室５８の下面側（ダンパ室形成プレート３４の下層）には、下壁が形成されている。

ダンパ室形成プレート３４には、図４（Ａ）及び（Ｂ）、図５に示すように、各エアダンパ室５８の一端部と連通する個別通気路６０が形成されている。個別通気路６０の横幅Ｗ１は、エアダンパ室５８の横幅Ｗ２よりも狭くされている。また、ダンパ室形成プレート３４には、各個別通気路６０と連通する共通通気路６２が形成されている。

各個別通気路６０及び共通通気路６２は、ダンパ室形成プレート３４の下面に溝部が形成されることにより、ダンパ室形成プレート３４の下層に形成され、各個別通気路６０及び共通通気路６２の上面側（ダンパ室形成プレート３４の上層）には、ダンパプレート３６を支持する支持上壁（支持部）６３が形成されている。

これにより、支持上壁６３は、各個別通気路６０及び共通通気路６２とダンパプレート３６との間に位置で、ダンパプレート３６とダンパ室形成プレート３４が接合される際に、ダンパプレート３６を下方から支持する。

また、エアダンパ室５８、各個別通気路６０及び共通通気路６２を形成するための溝部は、例えば、ハーフエッチングにより形成されている。

この共通通気路６２と大気とを連通させる大気連通路６４が、ダンパ室形成プレート３４、ダンパプレート３６、プール形成プレート３８、供給路プレート４０、圧力室プレート４２に形成されている。大気連通路６４は、上方に延設され、ノズルプレート３２と反対側に開口されている。

次に、上記の実施形態について作用を説明する。

本実施形態の構成によれば、インクタンク（図示省略）からインク供給孔４６を通じて、インクプール本流４４にインクが供給される。インクプール本流４４に供給されたインクは、インクプール支流４８に送られ、インクプール支流４８で一時貯留されると共に、インク供給路５２を通じて、各圧力室５０へ供給される。

圧電体に駆動信号が加えられ、圧力室５０内のインクに圧力が付与され、圧力が付与されたインクは、連通路５４を通じて、ノズル５６からインク滴として吐出される。

圧力室５０に作用する圧力波が、圧力室５０を連通するインクプール支流４８に伝播しても、その圧力波は、エアダンパ室５８から逃がすことができるので、圧力波がインク流路に伝播することで生じるインク吐出への悪影響を抑制する。

ここで、本実施形態の構成では、各個別通気路６０及び共通通気路６２とダンパプレート３６との間に位置する支持上壁６３が、ダンパプレート３６を支持するので、プール形成プレート３８と、ダンパプレート３６と、ダンパ室形成プレート３４とを接合する際に、各個別通気路６０及び共通通気路６２が形成された部分においても、十分に加圧することができ、各プレートの接合不良が生じない。これにより、インクプール本流４４及びインクプール支流４８などにおける気泡の発生、インクのリークを防止できる。

また、本実施形態の構成によれば、エアダンパ室５８及び各個別通気路６０及び共通通気路６２は、ハーフエッチングにより形成されているので、インクジェット記録ヘッド３０の製造性が向上する。

また、本実施形態の構成によれば、ノズル５６が形成されたノズル面とは反対側へ延設された大気連通路６４が、共通通気路６２と大気とを連通させる。このため、ノズル５６から吐出される液滴が、大気連通路６４に浸入せず、エアダンパ室５８が大気と連通する連通状態を維持し、ダンパ効果を安定して発揮させる。

また、本実施形態の構成によれば、各個別通気路６０及び共通通気路６２は、各エアダンパ室５８を連通させるので、通気路を共通化にすることができる。

また、本実施形態の構成によれば、各個別通気路６０は、エアダンパ室５８よりも横幅が狭いので、エアダンパ室５８が形成されている部分よりもダンパ室形成プレート３４の剛性が高い。このため、より高い加圧力をかけても撓まないため、より確実に加圧され、各プレートの接合不良を防止できる。

また、本実施形態の構成によれば、ダンパ室形成プレート３４は、単一のプレートにより形成されているので、部品点数を低減でき、インクジェット記録ヘッド３０の製造性が向上する。また、プレート自体の剛性も向上するので、製造時の取り扱い性も向上する。また、インクジェット記録ヘッド３０全体の剛性も高くできるので、ヘッドメンテナンス（例えば、ノズル面の吸引やワイピングなど）にかかる負荷に対して強くなる。

なお、上記の実施形態では、ダンパ室形成プレート３４は、単一のプレートにより形成されていたが、図７（Ａ）及び（Ｂ）、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、複数のプレート、例えば、２つの第１ダンパ室形成プレート３４Ａ及び第２ダンパ室形成プレート３４Ｂで形成してもよい。

この構成の場合は、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、上側の第１ダンパ室形成プレート３４Ａにエアダンパ室５８が形成され、下側の第２ダンパ室形成プレート３４Ｂに個別通気路６０が形成されている。また、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、下側の第２ダンパ室形成プレート３４Ｂに共通通気路６２が形成されている。

また、上記の実施形態では、大気連通路６４は、上方に延設され、ノズルプレート３２と反対側に開口されていたが、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、複数のプレートの積層方向と直交する方向（横方向）に、共通通気路６２を延設して大気と連通するように構成してもよい。

この構成によれば、共通通気路６２は、インクプール本流４４及びインクプール支流がない方向に延びているので、インクプール本流４４及びインクプール支流と交差することがなく、仮に、インクプール本流４４及びインクプール支流から液体が漏れたとしても、共通通気路６２に液体が浸入しない。このため、エアダンパ室５８が大気と連通する連通状態を維持し、ダンパ効果を安定して発揮させる。

また、上記の実施形態では、大気連通路６４には、１つの開口が形成されていたが、開口を複数形成する構成であってもよい。複数の開口を形成することにより、エアダンパ室を大気へ連通する経路が複数確保され、開口へ異物（例えば、液滴や接着剤）が侵入し、一方の開口が塞がれたとしても、他方の開口の経路が確保されるので、エアダンパ室が大気と連通する連通状態を維持し、ダンパ効果を安定して発揮させる。

また、本実施形態に係るインクジェット記録装置は、所謂、Ｐａｒｔｉａｌ Ｗｉｄｔｈ Ａｒｒａｙ（ＰＷＡ）タイプであったが、本発明に係る液滴吐出装置としては、有効な記録領域が記録用紙の幅（搬送方向と直交する方向の長さ）以上とされた長尺状とされ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｓ）、及びブラック（Ｋ）の４色それぞれに対応した４つのインクジェット記録ヘッドによって、フルカラーの画像を記録する、所謂、Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ Ａｒｒａｙ（ＦＷＡ）タイプでもよい。

また、本実施形態では、液滴を吐出する液滴吐出装置として、インク滴を吐出して画像を記録するインクジェット記録装置について説明し、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとして、インクを吐出して画像を記録するインクジェット記録ヘッドについて説明した。しかし、本発明に係る液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドとしては、記録用紙上へ画像を記録するものに限定されるものではなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。

例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成する装置、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成する装置など、工業的に用いられる液滴吐出装置及びその液滴吐出装置に用いられる液滴吐出ヘッド全般に対して、本発明を適用することができる。

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変形、変更、改良が可能である。

図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成を示す図である。 図２は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの各プレートを示す斜視図である。 図３は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの各プレートを接合した状態を示す斜視図である。 図４は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドのダンパ室形成プレートを図２のＡ−Ａ線で破断した場合を示す図である。（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は斜視図である。 図５は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドのダンパ室形成プレートの平面図である。 図６は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドのダンパ室形成プレートを図２のＢ−Ｂ線で破断した場合を示す図である。（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は斜視図である。 図７は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドのダンパ室形成プレートを２つのプレートで形成した変形例を、図２のＡ−Ａ線で破断して示す図である。（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は斜視図である。 図８は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドのダンパ室形成プレートを２つのプレートで形成した変形例を、図２のＢ−Ｂ線で破断して示す図である。（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は斜視図である。 図９は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドのダンパ室形成プレートに形成された通気路を横方向へ延設した場合の変形例を、図２のＢ−Ｂ線で破断して示す図である。（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は斜視図である。

符号の説明

１０ インクジェット記録装置（液滴吐出装置）
３０ インクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
３４ ダンパ室形成プレート
３４Ａ 第１ダンパ室形成プレート
３４Ｂ 第２ダンパ室形成プレート
３６ ダンパプレート
３８ プール形成プレート（貯留部形成プレート）
４８ インクプール支流（液体貯留部）
５６ ノズル
６０ 個別通気路（通気路）
６２ 共通通気路（通気路）
６３ 支持上壁（支持部）
６４ 大気連通路

Claims (5)

1. 複数のプレートを積層して形成される液滴吐出ヘッドであって、
   複数の列状に形成された複数のノズルへ供給される液体を一時的に貯留する液体貯留部が前記列毎に当該列に沿って形成された貯留部形成プレートと、
   前記貯留部形成プレートに一方の面が接合されるダンパプレートと、
   前記ダンパプレートの他方の面に接合され、それぞれが各前記液体貯留部に対向配置された複数のエアダンパ室が形成されたダンパ室形成プレートと、
   前記ダンパ室形成プレートに形成され、前記エアダンパ室から空気を抜く通気路と、
   前記ダンパ室形成プレートに形成され、前記通気路と前記ダンパプレートとの間に位置
   し、前記ダンパプレートを支持する支持部と、
   前記貯留部形成プレート、前記ダンパプレート及び前記ダンパ室形成プレートに形成され、前記列に沿って形成された複数の液体貯留部の形成方向一端部側に配置されて当該一端部がそれぞれ連通され、前記各液体貯留部に液体を供給する液体プール本流と、
   前記ノズルが形成されたノズル面とは反対側へ延設され、複数の開口で前記通気路を大気と連通させる大気連通路と、
   を備え、
   前記通気路は、前記液体プール本流と各前記エアダンパ室との間で、当該各エアダンパ室と連通することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記ダンパ室形成プレートは、前記ダンパプレートの他方の面に接合される第１ダンパ室形成プレートと、該第１ダンパ室形成プレートに接合される第２ダンパ室形成プレートとで構成され、
   前記通気路は、前記第２ダンパ室形成プレートに形成され、
   前記支持部は、前記第１ダンパ室形成プレートに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記エアダンパ室及び前記通気路は、ハーフエッチングにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記通気路は、前記エアダンパ室よりも横幅が狭いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。

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