(57)【要約】【課題】加熱ローラにフィルム部材が熱溶着することを抑えることができるフィルム接合体の製造方法を提供する。【解決手段】フィルム接合体３４の製造方法では、第１フィルム部材５６と第２フィルム部材６０とを第１接合ローラ６８及び第２接合ローラ７０で挟んで押圧する。この製造方法では、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０の搬送が停止されている状態で、加熱ローラである発熱状態の第１接合ローラ６８を第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０から離間した退避位置に配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持フィルムが設けられたフィルム状の電解質膜を有する第１フィルム部材とフィルム状の電極を有する第２フィルム部材とを搬送ローラで搬送しながら互いに重ね合わせて２つの接合ローラで挟んで押圧することにより、前記電解質膜と前記電極とを互いに接合してフィルム接合体を製造するフィルム接合体の製造方法であって、
２つの前記接合ローラの少なくともいずれかは、前記第１フィルム部材及び前記第２フィルム部材を加熱する加熱ローラであるとともに、前記第１フィルム部材及び前記第２フィルム部材を押圧する押圧位置と、前記第１フィルム部材及び前記第２フィルム部材から離間した退避位置に移動可能であり、
前記第１フィルム部材及び前記第２フィルム部材の搬送が停止されている状態で、発熱状態の前記加熱ローラを前記退避位置に配置する、
ことを特徴とするフィルム接合体の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のフィルム接合体の製造方法において、
前記加熱ローラの昇温時に前記加熱ローラを前記退避位置に配置する、
ことを特徴とするフィルム接合体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のフィルム接合体の製造方法において、
２つの前記接合ローラによる前記電解質膜と前記電極との接合中に前記第１フィルム部材及び前記第２フィルム部材の搬送が停止された際に、発熱状態の前記加熱ローラを前記押圧位置から前記退避位置に移動させる、
ことを特徴とするフィルム接合体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルム接合体の製造方法において、
２つの前記接合ローラは、前記加熱ローラと駆動ローラとで構成され、
前記電解質膜及び前記電極を互いに接合する際に、前記駆動ローラを前記第２フィルム部材に接触させるとともに前記加熱ローラを前記支持フィルムに接触させる、
ことを特徴とするフィルム接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持フィルムが設けられたフィルム状の電解質膜を有する第１フィルム部材とフィルム状の電極を有する第２フィルム部材とを搬送ローラで搬送しながら互いに重ね合わせて２つの接合ローラで挟んで押圧することにより前記電解質膜と前記電極とを接合してフィルム接合体を製造するフィルム接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の一方の面に設けられたアノード電極と、固体高分子電解質膜の他方の面に設けられたカソード電極とを有する。
【０００３】
電解質膜・電極構造体は、ロール・ツー・ロール方式により製造される（特許文献１〜６参照）。この製造方法では、例えば、フィルム状の電解質膜とフィルム状の電極とを搬送しながら互いに重ね合わせて２つの加熱ローラで挟んで押圧して接合することによりフィルム接合体を製造している（特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２０３５２３号公報
【特許文献２】特開２００９−０３７９１６号公報
【特許文献３】特開２０１０−１７６８９７号公報
【特許文献４】特開２００７−０８７７７５号公報
【特許文献５】特開２０１０−１１８２３７号公報
【特許文献６】特開２０１６−０９１９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１及び２のような従来技術では、フィルム接合体の製造を中断した際（フィルムの搬送を停止した際）に、発熱状態の加熱ローラがフィルム部材に接触するため、加熱ローラにフィルム部材が熱溶着することがある。
【０００６】
このような問題は、準備段階で加熱ローラを昇温する際に、当該加熱ローラがフィルム部材に接触している場合にも起こり得る。
【０００７】
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、加熱ローラにフィルム部材が熱溶着することを抑えることができるフィルム接合体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るフィルム接合体の製造方法は、支持フィルムが設けられたフィルム状の電解質膜を有する第１フィルム部材とフィルム状の電極を有する第２フィルム部材とを搬送ローラで搬送しながら互いに重ね合わせて２つの接合ローラで挟んで押圧することにより、電解質膜と電極とを互いに接合してフィルム接合体を製造する。
【０００９】
２つの接合ローラの少なくともいずれかは、第１フィルム部材及び第２フィルム部材を加熱する加熱ローラであるとともに、第１フィルム部材及び第２フィルム部材を押圧する押圧位置と、第１フィルム部材及び第２フィルム部材から離間した退避位置に移動可能である。
【００１０】
そして、このフィルム接合体の製造方法では、第１フィルム部材及び第２フィルム部材の搬送が停止されている状態で、発熱状態の加熱ローラを退避位置に配置する。
【００１１】
このフィルム接合体の製造方法では、加熱ローラの昇温時に加熱ローラを退避位置に配置することが好ましい。
【００１２】
このフィルム接合体の製造方法では、２つの接合ローラによる電解質膜と電極との接合中に第１フィルム部材及び第２フィルム部材の搬送が停止された際に、発熱状態の加熱ローラを押圧位置から退避位置に移動させることが好ましい。
【００１３】
このフィルム接合体の製造方法では、２つの接合ローラは、加熱ローラと駆動ローラとで構成され、電解質膜及び電極を互いに接合する際に、駆動ローラを第２フィルム部材に接触させるとともに加熱ローラを支持フィルムに接触させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１フィルム部材及び第２フィルム部材の搬送が停止された状態で、発熱状態の加熱ローラを第１フィルム部材及び第２フィルム部材から離間した退避位置に配置しているため、加熱ローラにフィルム部材（第１フィルム部材及び第２フィルム部材）が熱溶着することを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るフィルム接合体の製造方法に用いられるフィルム接合体の製造装置の概略構成図である。
【図２】図２Ａは第１フィルム部材の一部省略縦断面図であり、図２Ｂは第２フィルム部材に層間紙が設けられた状態を示す一部省略縦断面図であり、図２Ｃはフィルム接合体に支持フィルムが設けられた状態を示す一部省略縦断面図であり、図２Ｄはフィルム接合体の一部省略縦断面図である。
【図３】フィルム接合体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】退避位置にある第１接合ローラを昇温している状態を示す説明図である。
【図５】第１フィルム部材と第２フィルム部材とを互いに接合している状態を示す説明図である。
【図６】第１フィルム部材及び第２フィルム部材の搬送停止時に第１接合ローラを押圧位置から退避位置に移動させた状態を示す説明図である。
【図７】電解質膜・電極構造体の一部省略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るフィルム接合体の製造方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図７に示すように、本発明の一実施形態に係るフィルム接合体３４の製造方法は、燃料電池の電解質膜・電極構造体１０を製造に用いられるものである。まず、電解質膜・電極構造体１０について説明する。電解質膜・電極構造体１０は、図示しないアノード側セパレータ及びカソード側セパレータに挟持されて燃料電池の発電セルを構成する。
【００１８】
電解質膜・電極構造体１０は、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜１２と、固体高分子電解質膜１２を挟持するアノード電極１４及びカソード電極１６とを備える。固体高分子電解質膜１２は、陽イオン交換膜であり、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質膜を使用してもよい。
【００１９】
アノード電極１４は、固体高分子電解質膜１２の一方の面に設けられ、カソード電極１６は、固体高分子電解質膜１２の他方の面に設けられている。アノード電極１４は、固体高分子電解質膜１２よりも小さな平面寸法（外形寸法）を有し、カソード電極１６は、固体高分子電解質膜１２と同一の平面寸法を有している。ただし、アノード電極１４は、固体高分子電解質膜１２と同一の平面寸法を有し、カソード電極１６は、固体高分子電解質膜１２よりも小さな平面寸法を有していてもよい。また、アノード電極１４及びカソード電極１６の両方が、固体高分子電解質膜１２よりも小さな平面寸法を有していてもよい。
【００２０】
アノード電極１４は、固体高分子電解質膜１２の一方の面に接合された電極触媒層１８と、電極触媒層１８に積層されたガス拡散層２０とを備える。電極触媒層１８は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子がガス拡散層２０の表面に一様に塗布されて形成されている。ガス拡散層２０は、多孔性と導電性を有するマイクロポーラス層２２と、カーボンペーパ又はカーボンクロス等のカーボン層２４とから形成される。
【００２１】
カソード電極１６は、固体高分子電解質膜１２の他方の面に接合された電極触媒層２６と、電極触媒層２６に積層されたガス拡散層２８とを備える。電極触媒層２６は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子がガス拡散層２８の表面に一様に塗布されて形成されている。ガス拡散層２８は、多孔性と導電性を有するマイクロポーラス層３０と、カーボンペーパ又はカーボンクロス等のカーボン層３２とから形成される。
【００２２】
マイクロポーラス層２２及びマイクロポーラス層３０は、必要に応じて設ければよく、不要にすることもできる。
【００２３】
このような電解質膜・電極構造体１０を製造する場合、例えば、固体高分子電解質膜１２とカソード電極１６とが接合されたフィルム接合体３４を製造した後、そのフィルム接合体３４の固体高分子電解質膜１２にアノード電極１４を接合することによって製造される。
【００２４】
次に、フィルム接合体３４の製造装置４０について説明する。図１に示すように、フィルム接合体３４の製造装置４０は、フィルム状の部材を搬送する複数の搬送ローラ４２を備えている。つまり、フィルム接合体３４は、ロール・ツー・ロール方式により製造される。また、フィルム接合体３４の製造装置４０は、第１フィルムロール４４、第２フィルムロール４６、層間紙除去機構４８、接合機構５０、剥離機構５２及び巻き取り部５４を備える。
【００２５】
第１フィルムロール４４は、第１フィルム部材５６が巻回されたものである。図２Ａにおいて、第１フィルム部材５６は、フィルム状の固体高分子電解質膜１２の一方の面に支持フィルム５８が剥離可能に接着されて構成されている。支持フィルム５８は、固体高分子電解質膜１２の一方の面を保護するものであって、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等のポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂等で構成されている。第１フィルムロール４４の第１フィルム部材５６は、搬送ローラ４２によって接合機構５０に搬送される。
【００２６】
図１に示すように、第２フィルムロール４６は、第２フィルム部材６０が巻回されたものである。第２フィルムロール４６には、カソード電極１６である第２フィルム部材６０を保護するための層間紙６２が配設されている（図２Ｂ参照）。第２フィルムロール４６の第２フィルム部材６０は、搬送ローラ４２によって接合機構５０に搬送される。
【００２７】
層間紙除去機構４８は、第２フィルムロール４６から第２フィルム部材６０とともに送り出された層間紙６２を第２フィルム部材６０から除去するための除去ローラ６４と、除去ローラ６４で除去された層間紙６２が巻回される層間紙巻き取り部６６とを有する。
【００２８】
図１及び図５に示すように、接合機構５０は、第１フィルムロール４４から搬送された第１フィルム部材５６の固体高分子電解質膜１２と第２フィルムロール４６から搬送された第２フィルム部材６０であるカソード電極１６とを互いに接合するものであって、第１接合ローラ（ニップローラ）６８と第２接合ローラ７０とを備える。第１接合ローラ６８は、第１フィルム部材５６に対して第２フィルム部材６０とは反対側に配置され、第２接合ローラ７０は、第２フィルム部材６０に対して第１フィルム部材５６とは反対側に配置されている。
【００２９】
第１接合ローラ６８は、加熱ローラとして構成されており、例えば、通電されることによって発熱するヒータ部７２を有している。図１に示すように、第１接合ローラ６８は、第１フィルム部材５６の支持フィルム５８に接触する押圧位置と、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０から離間した退避位置とに移動可能に構成されている。なお、図１では、押圧位置にある第１接合ローラ６８を実線で示し、退避位置にある第１接合ローラ６８を仮想線で示している。
【００３０】
具体的には、第１接合ローラ６８は、退避位置で第１フィルム部材５６に対して第２接合ローラ７０が位置する側と反対側に離間している。すなわち、第１接合ローラ６８は、退避位置で第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０に対して非接触である。
【００３１】
図１及び図５に示すように、第２接合ローラ７０は、図示しないモータの作用によって回転する駆動ローラとして構成されている。第２接合ローラ７０は、第２フィルム部材６０（カソード電極１６のカーボン層３２）に接触する。
【００３２】
図１において、剥離機構５２は、接合機構５０から送り出されたフィルム接合体３４から支持フィルム５８を剥離する剥離ローラ７４と、剥離ローラ７４で剥離された支持フィルム５８を巻き取る支持フィルム巻き取り部７６とを有する。
【００３３】
巻き取り部５４は、剥離機構５２から搬送されたフィルム接合体３４を層間紙ロール７８から供給された層間紙８０を重ね合わせた状態で巻き取る。
【００３４】
フィルム接合体３４の製造装置４０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、本実施形態に係るフィルム接合体３４の製造方法について図３のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３５】
まず、図１に示すように、第１接合ローラ６８を退避位置に配置し（図３のステップＳ１）、第１フィルムロール４４の第１フィルム部材５６と第２フィルムロール４６の第２フィルム部材６０をフィルム接合体３４の製造装置４０にセットする（ステップＳ２）。
【００３６】
その後、ヒータ部７２に通電することにより第１接合ローラ６８を昇温する（ステップＳ３）。この際、図４に示すように、第１接合ローラ６８は第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０に対して非接触であるため、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０が第１接合ローラ６８に熱溶着することはない。
【００３７】
続いて、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０の搬送を開始し（ステップＳ４）、第１接合ローラ６８を退避位置から押圧位置に移動させる（ステップＳ５）。
【００３８】
そうすると、第１フィルムロール４４の第１フィルム部材５６が搬送ローラ４２によって接合機構５０に搬送され、第２フィルムロール４６の第２フィルム部材６０が搬送ローラ４２によって接合機構５０に搬送される。なお、第２フィルムロール４６から第２フィルム部材６０とともに送り出された層間紙６２は、除去ローラ６４によって第２フィルム部材６０から除去されて層間紙巻き取り部６６に巻き取られる。
【００３９】
図５に示すように、接合機構５０に搬送された第１フィルム部材５６と第２フィルム部材６０は、互いに重ね合される。具体的には、第１フィルム部材５６の固体高分子電解質膜１２と第２フィルム部材６０の電極触媒層２６とが互いに接触する。そして、積層された第１フィルム部材５６と第２フィルム部材６０は、接合機構５０によって互いに接合される（ステップＳ６）。具体的には、第１フィルム部材５６と第２フィルム部材６０とが押圧位置にある第１接合ローラ６８と第２接合ローラ７０とに挟まれて押圧及び加熱されることによって、固体高分子電解質膜１２と電極触媒層２６とが互いに接合されてフィルム接合体３４が形成される（図２Ｃ参照）。
【００４０】
図１に示すように、接合機構５０から送り出されたフィルム接合体３４は、剥離機構５２に搬送される。そして、支持フィルム５８が剥離ローラ７４によってフィルム接合体３４から剥離される（ステップＳ７、図２Ｄ参照）。剥離された支持フィルム５８は、支持フィルム巻き取り部７６に巻き取られる。
【００４１】
支持フィルム５８が剥離されたフィルム接合体３４は、層間紙ロール７８から供給された層間紙８０が重ね合された状態で巻き取り部５４に巻き取られる（ステップＳ８）。これにより、フィルム接合体３４が製造される。
【００４２】
フィルム接合体３４の製造を継続する場合、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０の搬送を継続し（ステップＳ９：ＮＯ）、上述した図３のステップＳ６〜ステップＳ８の工程が行われる。一方、フィルム接合体３４の製造を中断する（フィルム接合体３４の製造装置４０の稼働を停止する）場合、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０の搬送を停止し（ステップＳ９：ＹＥＳ）、図６に示すように、第１接合ローラ６８を押圧位置から退避位置に移動させる（ステップＳ１０）。
【００４３】
これにより、第１接合ローラ６８は、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０に対して離間する。そのため、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０が第１接合ローラ６８に熱溶着することはない。
【００４４】
図６の例では、第２接合ローラ７０は、第２フィルム部材６０に接触している。しかしながら、第２接合ローラ７０は加熱ローラではないため、第２フィルム部材６０が第２接合ローラ７０に熱溶着することはない。なお、第２接合ローラ７０は、加熱ローラとして構成してもよい。この場合、第２接合ローラ７０に接触する第２フィルム部材６０がカーボン層３２、マイクロポーラス層３０及びガス拡散層２８で形成されたカソード電極１６であるため、第２接合ローラ７０が加熱ローラであっても、第２フィルム部材６０（カソード電極１６）が第２接合ローラ７０に貼り付いたり溶着したりする不具合は発生し難い。ただし、第２接合ローラ７０は、第２フィルム部材６０から離間させてもよいことは勿論である。
【００４５】
その後、第１接合ローラ６８のヒータ部７２への通電を停止することにより第１接合ローラ６８の加熱を停止する（ステップＳ１１）。
【００４６】
このようにして製造されたフィルム接合体３４は、所定の大きさに加工され、フィルム接合体３４の固体高分子電解質膜１２にアノード電極１４が接合される。これにより、図７に示す燃料電池用の電解質膜・電極構造体１０が製造される。
【００４７】
本実施形態によれば、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０の搬送が停止されている状態で、発熱状態の第１接合ローラ６８（加熱ローラ）を第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０から離間した退避位置に配置している。
【００４８】
これにより、発熱状態の第１接合ローラ６８に第１フィルム部材５６の同じ部分が比較的長時間接触することを避けることができる。よって、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０が第１接合ローラ６８に熱溶着することを抑えることができる。
【００４９】
なお、発熱状態の第１接合ローラ６８とは、支持フィルム５８（第１フィルム部材５６又は第２フィルム部材６０）が熱溶着するような温度状態の第１接合ローラ６８のことをいう。具体的には、ヒータ部７２への通電により昇温している状態の第１接合ローラ６８、昇温が完了した状態の第１接合ローラ６８（電解質膜１２とカソード電極１６とを接合する際の温度状態の第１接合ローラ６８）、ヒータ部７２への通電が停止された後の比較的温度が高い状態の第１接合ローラ６８等が含まれる。
【００５０】
また、準備段階である第１接合ローラ６８の昇温時に、第１接合ローラ６８を退避位置に配置しているため、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０が第１接合ローラ６８に熱溶着することを抑えることができる。
【００５１】
さらに、第１接合ローラ６８と第２接合ローラ７０による固体高分子電解質膜１２及びカソード電極１６の接合中に第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０の搬送が停止された際に、発熱状態の第１接合ローラ６８を押圧位置から退避位置に移動させている。そのため、フィルム接合体３４の製造が中断された場合であっても第１接合ローラ６８に第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０が熱溶着することを抑えることができる。
【００５２】
さらにまた、固体高分子電解質膜１２及びカソード電極１６を互いに接合する際に、第１接合ローラ６８を支持フィルム５８に接触させるとともに第２接合ローラ７０を第２フィルム部材６０に接触させている。つまり、製品として用いられる固体高分子電解質膜１２及びカソード電極１６が発熱部材である第１接合ローラ６８に直接的に接触しない。そのため、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０の搬送が停止した場合に、固体高分子電解質膜１２及びカソード電極１６が過剰に加熱されることを抑えることができる。
【００５３】
本実施形態は、上述した構成及び方法に限定されない。上述した例では、第１接合ローラ６８が加熱ローラであり、第２接合ローラ７０が駆動ローラであったが、第１接合ローラ６８を駆動ローラとして構成するとともに第２接合ローラ７０を加熱ローラとして構成してもよい。この場合、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０の搬送が停止された際に、発熱状態の第２接合ローラ７０は、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０から離間した退避位置に配置されることとなる。
【００５４】
さらに、第１接合ローラ６８及び第２接合ローラ７０は、ともに加熱ローラであってもよい。この場合、第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０の搬送が停止された際に、発熱状態の第１接合ローラ６８及び第２接合ローラ７０の両方が第１フィルム部材５６及び第２フィルム部材６０から離間した退避位置に配置されることとなる。ただし、上述したように、第２フィルム部材６０が加熱ローラである第２接合ローラ７０に溶着し難い材質で構成されたカソード電極１６である場合には、第２接合ローラ７０は、必ずしも退避位置に配置されなくてもよい（押圧位置に位置していてもよい）。
【００５５】
本発明に係るフィルム接合体の製造方法は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の方法を採り得ることはもちろんである。
【００５６】
例えば、アノード電極を第２フィルム部材として構成し、固体高分子電解質膜にアノード電極が接合されたものをフィルム接合体としてもよい。
【００５７】
また、例えば、第２フィルム部材は、ウエブ状のベースフィルムに枚葉の電極（カソード電極又はアノード電極）を剥離可能に設けることにより構成してもよい。この場合、第１フィルム部材の固体高分子電解質膜と第２フィルム部材の電極とを互いに接合することにより、固体高分子電解質膜の平面寸法よりも小さな平面寸法を有した電極を備えたフィルム接合体を容易に製造することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１２…固体高分子電解質膜（電解質膜）
１６…カソード電極                  ３４…フィルム接合体
４２…搬送ローラ                    ５６…第１フィルム部材
５８…支持フィルム                  ６０…第２フィルム部材
６８…第１接合ローラ（加熱ローラ）  ７０…第２接合ローラ（駆動ローラ）
【図１】
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【図２】
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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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