(57)【要約】【課題】フッ素系ポリマー中に十分分散させたＣＮＴを表面層に含有する定着部材を備える印刷装置を提供する。【解決手段】印刷装置に設けられた定着部材１１０は、基材１０２と、基材１０２の上に配置された１つ以上の機能層１０４と、機能層１０４の上に配置された、フッ化ナノコンポジットを含むトップコート層１０６と、を含む。フッ化ナノコンポジットは、１つ以上のフルオロポリマー中に分散した複数のフッ化カーボンナノチューブを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材を含む、定着部材と、
前記基材の上に配置された１つ以上の機能層と、
前記１つ以上の機能層の上に配置された、フッ化ナノコンポジットを含むトップコート層と、
を含み、
前記フッ化ナノコンポジットが、１つ以上のフルオロポリマー中に分散した複数のフッ化カーボンナノチューブを含む、印刷装置。
【請求項２】
前記複数のフッ化カーボンナノチューブが、複数のフッ化単層カーボンナノチューブ、複数のフッ化二層カーボンナノチューブ、および複数のフッ化多層カーボンナノチューブのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項３】
前記１つ以上のフルオロポリマーが、ポリ（テトラフルオロエチレン）、フルオロ−エチレン−プロピレン共重合体、およびパーフルオロアルコキシ共重合体のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項４】
前記フッ化カーボンナノチューブが、前記フッ化ナノコンポジットの総固体重量の約０．１〜約１５．０重量％の量で存在する、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項５】
前記定着部材が、定着ロール、定着ベルト、圧力ロール、圧力ベルト、転写定着ロール、および転写定着ベルトからなる群より選択される、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項６】
前記１つ以上の機能層のうちの１層が柔軟層であり、前記柔軟層がシリコーン、フルオロシリコーンおよびフルオロエラストマーからなる群より選択される材料を含む、請求項１に記載の印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、印刷装置、より具体的には、オイルレス定着サブシステムおよびそれらの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真印刷装置において、オイルレス定着トップコート層は、概して、その熱および化学安定性、低い表面エネルギー、ならびに良好な剥離性に起因して、テフロン（登録商標）系のポリマー、例えば、ＰＴＦＥまたはＰＦＡで作られている。しかし、定着温度（２００℃前後）では、テフロン（登録商標）系ポリマーの機械的強度は室温での機械的強度よりも低く、それが定着寿命を制限する可能性がある。テフロン（登録商標）−オン−シリコーン（ＴＯＳ）材料によく起こる不具合形態は、トップコートの擦り切れ、しわ、および縁の摩耗に起因するトレッドライン（tread lines）である。例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）などの充填材をテフロン（登録商標）系ポリマーに組み込むと、機械的強度、熱伝導率および導電率を向上させることが予期される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０４３７４号公報
【特許文献２】特開２００５−０８４１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＣＮＴをテフロン（登録商標）系ポリマー中に分散させることは、ＣＮＴが原子的に滑らかな非反応性表面を有し、フルオロポリマーのマトリックスの表面張力が低いという理由で困難であることが知られている。結果として、ＣＮＴとポリマー鎖との間の界面結合が欠如している。さらに、ファンデルワールス引力のため、ＣＮＴは束および縄のように堅く結合され、そのために、ＣＮＴは溶媒中の溶解度が非常に低く、絡まった凝集体として残る傾向があり、ポリマー、特にフルオロポリマー中で十分に分散しない。コンポジット用途において充填材としてＣＮＴを効果的に使用することは、それらのアスペクト比を低下させることなくＣＮＴをマトリックス全体に均一に分散させる能力に依存する。剥離および分散の難しさを克服するため、機械的／物理的方法、例えば、超音波処理、高剪断混合、界面活性剤添加、溶融混合、および官能基化による化学修飾などが文献で研究されている。ＣＮＴの化学修飾および官能基化は、ポリマーマトリクスとの結合部位をもたらすことが示されており、ＣＮＴをポリマーマトリクス中に分散させる実現可能な方法であり得る。フッ素またはフッ素化側鎖を用いるＣＮＴの官能基化は公知であり、その結果生じるフッ素化ＣＮＴはポリマー中の分散度を向上させることが示されている。しかし、例えば、テフロン（登録商標）系のフルオロポリマー、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、およびＦＥＰなどの、定着器用途を目的とするフルオロポリマー中で、フッ素化ＣＮＴを分散させることについての研究はほとんどなされていない。
【０００５】
従って、機械的強度を向上させ、かつ定着器の寿命を延長するオイルレス低着技術において、これらおよびその他の従来技術の問題を克服し、テフロン（登録商標）系ポリマー中に十分分散したＣＮＴを定着器表面にもたらす必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
基材を含む、定着部材と、前記基材の上に配置された１つ以上の機能層と、前記１つ以上の機能層の上に配置された、フッ化ナノコンポジットを含むトップコート層と、を含み、前記フッ化ナノコンポジットが、１つ以上のフルオロポリマー中に分散した複数のフッ化カーボンナノチューブを含む、印刷装置である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】様々な実施形態に従う、例示的な印刷装置の概略図である。
【図２】様々な実施形態に従う、図１に示される例示的な定着部材の概略断面図である。
【図２Ａ】様々な実施形態に従う、例示的なフッ化ナノコンポジットの概略図である。
【図３】様々な実施形態に従う、印刷装置のベルト構成の例示的な定着サブシステムの概略図である。
【図４】様々な実施形態に従う、固体インクジェット印刷装置の例示的な転写定着系の概略図である。
【図５】様々な実施形態に従う、例示的な現像サブシステムの概略図である。
【図６】様々な実施形態に従う、例示的な、定着サブシステムの部材を作成する方法を示す図である。
【図７】様々な実施形態に従う、例示的な、像を形成する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
様々な実施形態に従う、印刷装置がある。この印刷装置には定着部材が含まれ得て、この定着部材には基材が含まれる。また、定着部材には基材の上に配置された１つ以上の機能層、および１つ以上の機能層の上に配置されたフッ化ナノコンポジットを含むトップコート層が含まれ得て、フッ化ナノコンポジットには１つ以上のフルオロポリマー中に分散した複数のフッ化カーボンナノチューブが含まれる。
【０００９】
様々な実施形態によれば、定着サブシステムの部材を作製する方法がある。この方法には、定着部材を提供することが含まれ得て、定着部材には基材が含まれる。また、この方法には１つ以上の機能層を基材の上に形成すること、およびフッ化ナノコンポジットを含むトップコート層を１つ以上の機能層の上に形成することが含まれ得て、フッ化ナノコンポジットは、１つ以上のフルオロポリマー中に分散した複数のフッ化カーボンナノチューブを含み得る。
【００１０】
もう一つの実施形態によれば、像を形成する方法がある。この方法には、トナー像をメディアの上に形成すること、および定着部材を含む定着サブシステムを提供することが含まれ得て、１つ以上の機能層を含む定着部材は、基材および１つ以上の機能層の上に配置されたフッ化ナノコンポジットを含むトップコート層の上に配置され、フッ化ナノコンポジットには１つ以上のフルオロポリマー中に分散した複数のフッ化カーボンナノチューブが含まれ得る。また、この方法には、定着器ニップでトナー像が定着部材のトップコート層に接触するように、定着器ニップを通じてメディアを供給することが含まれ得て、定着ニップを加熱することによりトナー像をメディアの上に定着させることができる。
【００１１】
図１は、例示的な印刷装置１００を概略的に図示する。例示的な印刷装置１００は、電子写真プリンタであり得て、それには電子写真感光体（electrophotographic photoreceptor）１７２および、電子写真感光体１７２を均一に帯電させるための帯電部（charging station）１７４が含まれ得る。電子写真感光体１７２は、図１に示されるようなドラム感光体、またはベルト感光体（図示せず）であり得る。例示的な印刷装置１００にはまた、電子写真感光体１７２に潜像を形成するための、原稿（図示せず）を光源（これも図示せず）に暴露することのできる像形成部（imaging station）１７６が含まれ得る。例示的な印刷装置１００には、潜像を電子写真感光体１７２で可視像に変換するための現像サブシステム１７８および、可視像を媒体またはメディア（media）１２０に転写するための転写サブシステム１７９がさらに含まれ得る。印刷装置１００にはまた、可視像をメディア１２０に定着させるための定着サブシステム１０１が含まれ得る。定着サブシステム１０１には、１つ以上の定着部材１１０、圧力部材１１２、オイリングサブシステム（図示せず）、および清浄ウェブ（図示せず）が含まれ得る。一部の実施形態では、定着部材１１０は、図１に示されるような定着ロール１１０であり得る。その他の実施形態では、定着部材１１０は、図３に示されるような定着ベルト３１５であり得る。様々な実施形態では、圧力部材１１２は、図１に示されるような圧力ロール１１２、または圧力ベルト（図示せず）であり得る。
【００１２】
図２は、本発明の様々な実施形態に従う、例示的な定着部材１１０の断面図を概略的に図示する。例示的な定着部材１１０には、基材１０２の上に配置された１つ以上の機能層１０４が含まれ得る。一部の実施形態では、１つ以上の機能層１０４のうちの１層は、柔軟層（compliant layer）であり得る。柔軟層１０４には、任意の適した材料、例えば、シリコーン、フルオロシリコーン、およびフルオロエラストマーなどが含まれ得る。一部の場合では、柔軟層１０４の厚さは約１０μｍ〜約１０ｍｍであり得て、その他の場合では、約１００μｍ〜約５ｍｍであり得る。定着部材１１０にはまた、図２に示されるように、１つ以上の機能層１０４の上に配置されたフッ化ナノコンポジット１０６’を含むトップコート層１０６が含まれ得る。図２Ａは、１つ以上のフルオロポリマー１０９中に分散した複数のフッ化カーボンナノチューブ１０７を含む、例示的なフッ化ナノコンポジット１０６’の概略図である。一部の場合では、フッ化カーボンナノチューブ１０７は、フッ化ナノコンポジット１０６’の総固体重量の約０．０５〜約２０重量％の量で存在し得て、その他の場合では、フッ化ナノコンポジット１０６’の総固体重量の約０．１〜約１５．０重量％の量で存在し得る。
【００１３】
様々な実施形態では、複数のフッ化カーボンナノチューブ１０７には、複数のフッ化単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、複数のフッ化二層カーボンナノチューブ（ＤＷＮＴ）、および複数のフッ化多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）の１つ以上が含まれ得る。一部の実施形態では、カーボンナノチューブは、半導体カーボンナノチューブおよび金属カーボンナノチューブのうちの１つ以上であり得る。さらに、カーボンナノチューブは、異なる長さ、直径、および／またはキラリティーのカーボンナノチューブであり得る。カーボンナノチューブの直径は、約０．５ｎｍ〜約２０ｎｍであり得て、長さは約１００ｎｍから数ｍｍであり得る。フッ化カーボンナノチューブを調製する多様な方法を文献に得ることができる。特定の実施形態では、１つ以上のフルオロポリマー１０９には、ポリ（テトラフルオロエチレン）、フルオロ−エチレン−プロピレン共重合体、およびパーフルオロアルコキシ共重合体の１つ以上が含まれ得る。トップコート層１０６中に存在する、例示的なフッ化ナノコンポジット１０６’としては、限定されるものではないが、多層カーボンナノチューブ／パーフルオロアルコキシ共重合体（ＭＷＮＴ／ＰＦＡ）ナノコンポジット、および多層カーボンナノチューブ／ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＭＷＮＴ／ＰＴＦＥ）ナノコンポジットを挙げることができる。チェンらも、溶融混合による、フッ化多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）およびフッ化エチレン−プロピレン共重合体（ＦＥＰ）のナノコンポジットを形成する方法を開示しており、その開示内容は参照によりその全文が本明細書に組み込まれる。当業者であれば、チェンの方法を適用して刊行物中に開示されるもの以外のフッ化ナノコンポジット１０６’を形成することができるであろう。しかし、その他の適した任意の方法を用いてフッ化ナノコンポジット１０６’を形成することができる。一部の場合では、フッ化ナノコンポジット１０６’を含むトップコート層１０６は、約５μｍ〜約１５０μｍの厚さを有し得て、その他の場合では、約１０μｍ〜約７５μｍの厚さを有し得る。様々な実施形態では、図１に示されるような圧力部材１１２はまた、例示的な定着部材１１０の、図２に示されるような断面図を有し得る。
【００１４】
様々な実施形態では、基材１０２は、高温プラスチック基材、例えば、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミドイミド、ポリケトン、ポリフタルアミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、およびポリアリールエーテルケトンなどであり得る。その他の実施形態では、基材１０２は、金属基材、例えば、鋼、鉄、およびアルミニウムなどであり得る。基材１０２は任意の適した形状、例えば、シリンダーおよびベルトなどを有し得る。ベルト構成の基材１０２の厚さは、約２５μｍ〜約２５０μｍであり得て、一部の場合では、約５０μｍ〜約１２５μｍであり得る。シリンダーまたはロール構成の基材１０２の厚さは、約０．５ｍｍ〜約２０ｍｍであり得て、一部の場合では、約１ｍｍ〜約１０ｍｍであり得る。
【００１５】
様々な実施形態では、定着部材１１０にはまた、１つ以上の随意の接着剤層（図示せず）が含まれ得る。随意の接着剤層（図示せず）は、基材１０２と１つ以上の機能層１０４との間、および／または、１つ以上の機能層１０４とトップコート層１０６との間に配置され得て、各々の層１０６、１０４が確実に相互に適切に接着されて性能目標を満たすようにする。随意の接着剤層の例示的な材料としては、限定されるものではないが、エポキシ樹脂およびポリシロキサン、例えば、ＴＨＩＸＯＮ４０３／４０４、Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ  Ａ−１１００、Ｄｏｗ  ＴＡＣＴＩＸ  ７４０（商標）、Ｄｏｗ  ＴＡＣＴＩＸ  ７４１（商標）、Ｄｏｗ  ＴＡＣＴＩＸ  ７４２（商標）、およびＤｏｗ  Ｈ４１（商標）などを挙げることができる。
【００１６】
図３は、電子写真プリンタのベルト構成の例示的な定着サブシステム３０１を概略的に図示する。例示的な定着サブシステム３０１には、定着ベルト３１５および、取り付けられて定着ニップ３１１を形成することのできる回転圧力ロール３１２が含まれ得る。様々な実施形態では、定着器ベルト３１５および圧力ロール３１２には、基材１０２の上に配置された１つ以上の機能層１０４および、図２に示されるような、１つ以上の機能層１０４の上に配置されたフッ化ナノコンポジット１０６’を含むトップコート層１０６が含まれ得て、フッ化ナノコンポジット１０６’には、１つ以上のフルオロポリマー１０９中に分散した複数のフッ化カーボンナノチューブ１０７が含まれ得る。未定着の（unfused）トナー像を有するメディア３２０は、定着のための定着ニップ３１１を通じて供給され得る。
【００１７】
特定の実施形態では、印刷装置は、図４に示される例示的な転写定着系４０１を含む固体インクジェットプリンタ（図示せず）であり得る。例示的な転写定着系４０１には、固体インクリザーバ４３０が含まれ得る。固体インクは、約１５０℃の温度まで加熱されることにより溶融させることができ、溶融したインク４３２は、次に固体インクリザーバ４３０からイメージドラム４１０の上に排出され得る。様々な実施形態では、イメージドラム４１０は、インク４３２を凝固から防ぐために、約７０℃〜約１３０℃の範囲の温度で保持され得る。イメージドラム４１０は回転させることができ、インクは、イメージドラム４１０と圧力ロール４１２との間の転写定着（transfixing）（transfusing）ニップ４１１を通じて供給することのできるメディア４２０の上に置かれ得る。一部の実施形態では、圧力ロール４１２は室温で保持され得る。その他の実施形態では、圧力ロール４１２は約５０℃〜約１００℃の範囲の温度まで加熱され得る。様々な実施形態では、圧力ロール４１２は、図２に示されるように、例示的な定着部材１１０の断面図を有し得る。圧力ロール４１２には、基材１０２の上に配置された１つ以上の機能層１０４および、図２に示されるように、１つ以上の機能層１０４の上に配置されたフッ化ナノコンポジット１０６’を含むトップコート層１０６が含まれ得て、フッ化ナノコンポジット１０６’には、１つ以上のフルオロポリマー１０９中に分散した複数のフッ化カーボンナノチューブ１０７が含まれ得る。
【００１８】
図５は、本発明の様々な実施形態に従う、電子写真の転写定着構成における例示的な現像サブシステム５００を図示する。この転写定着構成では、転写および定着は同時に起こる。図５に示されるように、転写サブシステム５７９には、２つの駆動ローラ５１７および１つの加熱ローラ５１９により適所に保持される転写定着ベルト５１６が含まれ得て、加熱ローラ５１９には、発熱体５２９が含まれ得る。様々な実施形態では、転写定着ベルト５１６には、基材１０２の上に配置された１つ以上の機能層１０４および、図２に示されるように、１つ以上の機能層１０４の上に配置されたフッ化ナノコンポジット１０６’を含むトップコート層１０６が含まれ得、フッ化ナノコンポジット１０６’には、１つ以上のフルオロポリマー１０９中に分散した複数のフッ化カーボンナノチューブ１０７が含まれ得る。転写定着ベルト５１６は、駆動ローラ５１７により矢印５３０の方向に推進され得る。ローラ５３５により５７３の方向に推進される感光体５７２からの現像された像は、感光体５７２と転写定着ベルト５１６との間の接触が起こる場合に、転写定着ベルト５１６に転写され得る。現像サブシステム５００にはまた、感光体５７２から転写定着ベルト５１６への現像された像の転写に役立ち得る転写ローラ５１３が含まれ得る。転写定着構成では、メディア５２０は、加熱ローラ５１９および圧力ローラ５１２により形成される定着ニップ５１１を通過し得て、現像された像のメディア５２０への同時転写および定着が起こり得る。一部の場合では、場合により、転写定着ベルトが感光体５７２と再び接触する前に、ローラ５１７間に予め配置された適当な機構により転写定着ベルト５１６を冷却することが必要であり得る。
【００１９】
１つ以上の機能層１０４の上に配置されたトップコート層１０６を含み、トップコート層１０６がフッ化ナノコンポジット１０６’を含む、本明細書に開示の例示的な定着部材１１０、３１５、５１６および圧力部材１１２、３１２、４１２、５１２は、従来のフッ化ナノコンポジット１０６’を含まない定着部材および圧力部材と比較すると、溶融温度にて改良された機械的特性を有すると考えられる。いかなる理論にも縛られるものではないが、また、機械的特性の増大は、フッ化カーボンナノチューブとフルオロポリマーとの間の高い相溶性の結果によりもたらされるフッ化ナノコンポジット内の繊維網状構造の形成に起因すると考えられる。さらに、機械的特性の向上は、定着部材１１０、３１５、５１６および圧力部材１１２、３１２、４１２、５１２の寿命を延長すると予期される。カーボンナノチューブはそれらの導電率をナノコンポジットに与えることができるので、そのために、トップコート層１０６は機械的に強いほかに、導電性であり得て、定着プロセス中に生成されるいかなる静電荷も散逸させることができる。さらに、カーボンナノチューブはナノコンポジットの熱伝導率を増大させることができ、予備モデル化調査により定着器の運転温度が結果として低減され得ることが明らかとなった。加えて、定着部材１１０、３１５、５１６および圧力部材１１２、３１２、４１２、５１２のトップコート層１０６中でのフッ化ナノコンポジット１０６’の使用は定着時間も減少させ、それにより印刷装置全体の速度を増加することができる。
【００２０】
様々な実施形態によれば、図６に示されるように、定着サブシステムの部材を作製する、例示的な方法６００がある。方法６００には、定着部材を提供するステップ６６１（定着部材は基材を含む）および１つ以上の機能層、例えば、柔軟層などを基材の上に形成するステップ６６２が含まれ得る。様々な実施形態では、定着部材には、任意の適した形状、例えば、シリンダーおよびベルトなどを有する基材が含まれ得る。方法６００にはまた、フッ化ナノコンポジットを含むトップコート層を１つ以上の機能層の上に形成するステップ６６３が含まれ得て、フッ化ナノコンポジットには、１つ以上のフルオロポリマー中に分散した複数のフッ化カーボンナノチューブが含まれ得る。様々な実施形態では、トップコート層を１つ以上の機能層の上に形成するステップ６６３には、複数のフッ化カーボンナノチューブと１つ以上のフルオロポリマーを溶融混合してフッ化ナノコンポジットを形成すること、およびフッ化ナノコンポジットを１つ以上の機能層の上に溶融押出することが含まれ得る。特定の実施形態では、フッ化カーボンナノチューブと１つ以上のフルオロポリマーを溶融混合するステップには、フッ化ナノコンポジットの総固体重量の約０．１〜約１５．０重量％の量でフッ化カーボンナノチューブを添加することが含まれ得る。当業者は、チェンらの溶融混合および溶融紡糸法を応用してその他のフッ化カーボンナノチューブおよびフルオロポリマー、例えば、ポリ（テトラフルオロエチレン）およびパーフルオロアルコキシ共重合体などのフッ化ナノコンポジットを形成することができる。しかし、溶融混合および溶融紡糸／溶融押出の任意のその他の適した方法を使用することができる。
【００２１】
図７は、本発明の様々な実施形態に従う、像を形成する、例示的な方法７００を示す。方法７００には、ステップ７８１にあるような、トナー像をメディアの上に形成することが含まれ得る。方法７００にはまた、定着部材を含む定着サブシステムを提供するステップ７８２が含まれ得、定着部材には、基材の上に配置された１つ以上の機能層、および１つ以上の機能層の上に配置されたフッ化ナノコンポジットを含むトップコート層が含まれ、フッ化ナノコンポジットには１つ以上のフルオロポリマー中に分散した複数のフッ化カーボンナノチューブが含まれ得る。一部の実施形態では、定着サブシステムを提供するステップ７８２には、ローラ構成の中に定着サブシステムを設けることが含まれ得る。その他の実施形態では、定着サブシステムを提供するステップ７８２には、定着サブシステムをベルト構成の中に設けることが含まれ得る。一部のその他の実施形態では、定着サブシステムを提供するステップ７８２には、定着サブシステムを転写定着構成の中に設けることが含まれ得る。様々な実施形態では、定着サブシステムの定着部材には、定着ロール、定着ベルト、圧力ロール、圧力ベルト、転写定着ロール、および転写定着ベルトの１つ以上が含まれ得る。方法７００は、トナー像が定着器ニップで定着部材のトップコート層に接触するように、定着器ニップを通じてメディアを供給するステップ７８３、および定着ニップを加熱することによりトナー像をメディアの上に定着させるステップ７８４をさらに含み得る。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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