(57)【要約】【課題】セラミックヒータの製造にあたり、発熱抵抗体および電極引出部、電極パッド、スルーホールを形成したセラミックスシートをセラミックス芯材に巻き付ける工程を改善し、再現性良く均質なセラミックヒータを作製できるようにする。【解決手段】セラミックスシートを紙の上に設置したのち前記スルーホールにインクを圧入したのち前記紙への着色により前記スルーホールへのインクの充填を確認し、その後前記セラミックスシートの一方の主面に発熱抵抗体を他方の主面に電極パッドをそれぞれ形成する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱抵抗体をセラミックス体に内蔵してなるセラミックヒータの製造方法において、セラミックス原料粉末に溶剤および結合剤を添加してシート状に成形したセラミックスシートにスルーホールを形成し、該セラミックスシートを紙の上に載置して、前記スルーホールにインクを圧入したのち前記紙への着色により前記スルーホールへのインクの充填を確認し、その後前記セラミックスシートの一方の主面に発熱抵抗体を他方の主面に電極パッドをそれぞれ形成する工程を含むセラミックヒータの製造方法。
【請求項２】
発熱抵抗体をセラミックス体に内蔵してなるセラミックヒータの製造方法において、セラミックス原料粉末に溶剤および結合剤を添加した後にシート状に成形したセラミックスシートの表面に発熱抵抗体を形成した後、発熱抵抗体の欠陥を検査し、欠陥が観察された発熱抵抗体にはマーキングを形成し、該マーキングが施された発熱抵抗体は以降の工程から除去することを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
【請求項３】
発熱抵抗体をセラミックス体に内蔵してなる円筒状もしくは円柱状のセラミックヒータの製造方法において、セラミックス原料粉末に溶剤および結合剤を添加した後にシート状に成形したセラミックスシートの表面に発熱抵抗体を形成した後、各発熱抵抗体が独立するようにセラミックスシートを複数のセラミックスシートに切断し、各セラミックスシートを、紙を介して定盤上に一定の間隔を介して整列させ、前記紙を介して定盤上に吸着固定し、その後、各セラミックスシートの表面にセラミックスペーストを塗布し、各セラミックスシートのセラミックスペーストが塗布された面の上にセラミックス芯材を載置し、そのセラミックス芯材が各セラミックスシートに載置された状態で各セラミックスシートを移動させる工程と、各セラミックスシートをセラミックス芯材の外周に巻き付け、セラミックスペーストの塗布面をセラミックス芯材に密着させる工程と、得られた成形体を一体焼成する工程を備えたことを特徴とするセラミックスヒータの製造方法。
【請求項４】
発熱抵抗体を形成した前記セラミックスシートを加圧処理したのち発熱抵抗体を形成した一方の主面上に、前記セラミックスシートと略同一の組成からなる、少なくとも発熱抵抗体を被覆する保護層を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックスヒータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミックスヒータの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種センサの加熱、グローシステム、半導体の加熱、石油ファンヒータの点火などの用途で、セラミックスヒータが広く使用されている。例えば、内燃機関の排気管中に装着されて排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサでは、特に低温時に酸素センサを良好に機能させるためにセンサの素子部を加熱する必要があり、その加熱用にセラミックスヒータが使用されている。
【０００３】
この種のセラミックスヒータとして、図６に示すように、円筒形のセラミックス芯材２３の表面に、密着のためのセラミックス層２８、第１のセラミックスシート２２ａ、発熱抵抗体２４と電極引出部２５、第２のセラミックスシート２２ｂをこの順番で積層巻回した構造のものが、特許文献１や特許文献２、特許文献３に種々提案されている。セラミックスシート２２ｂの上には、さらに電極パッド２７が形成され、電極引出部２５と電極パッド２７は、スルーホール２６により接続されている。
【０００４】
このような構造のセラミックスヒータ２１は以下の工程を経て製造される。
【０００５】
工程Ａ：第１および第２のセラミックス層を形成するための原料粉末（アルミナ粉末など）を混合してスラリー状とし、それを薄板状に成形して第１および第２の２枚の矩形状のセラミックスシートを作製する。
【０００６】
工程Ｂ：第２のセラミックスシート２２ｂの表面に、高融点金属ペースト（タングステンペーストなど）から成る複数組の発熱抵抗体２４および電極引出部２５を、ペースト印刷法を用いて形成する。このとき、発熱抵抗体２４および電極引出部２５の各組が第２のセラミックスシート２２ｂの長手方向に配置されるようにする。
【０００７】
工程Ｃ：第２のセラミックスシート２２ｂにおける発熱抵抗体２４および電極引出部２５が形成された面の上に第１のセラミックスシート２２ａを重ね合わせ、第１および第２のセラミックスシート２２ａ、２２ｂを圧着する。
【０００８】
工程Ｄ：発熱抵抗体２４および電極引出部２５が１組ずつ独立するように、積層した第１および第２のセラミックスシート２２を長手方向に対して垂直に切断分離して、短冊状のセラミックスシート２２を作製する。
【０００９】
工程Ｅ：密着のためのセラミックス層２８を形成するための原料粉末（アルミナ粉末など）を混合してスラリー状としたセラミックスペーストを作製する。そして、当該セラミックスペーストを各セラミックスシート２２の表面に塗布する。
【００１０】
工程Ｆ：各セラミックスシート２２の上に形成された密着のためのセラミックス層２８の上に、予め作製しておいたセラミックス芯材２３を載置する。このとき、各セラミックスシート２２の長手方向に対して平行な所定位置にセラミックス芯材２３が配置されるように、各セラミックスシート２２に対してセラミックス芯材２３を１本ずつ載置する。
【００１１】
工程Ｇ：セラミックスシート２２をセラミックス芯材２３の外周に巻き付け、セラミックスペーストの塗布面をセラミックス芯材２３に密着させる。工程Ｈ：セラミックス芯材２３，密着のためのセラミックス層２８，第１のセラミックスシート２２ａ，発熱抵抗体２４および電極引出部２５，第２のセラミックスシート２２ｂを一体焼成して相互に密着固定させる。その結果、図６に示したような丸棒状のセラミックスヒータが完成する。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１−２２５０８７号公報
【特許文献２】
特開平４−３２９２９１号公報
【特許文献３】
特開２０００−１２３９５９号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記セラミックスシート２２ｂにスルーホール２６を形成し、該スルーホール２６にインクを充填する際に、インクが十分充填されず、スルーホール２６の部分で断線が発生したり、スルーホール２６部分の抵抗値が増加して発熱し、この部分の耐久性が低下したりするという問題があった。
【００１４】
また、セラミックスシート２２ｂの表面に形成した発熱抵抗体２４に欠陥があるものの除去がうまくできず、これが発熱抵抗体２４に欠陥のない良品中に混入してしまうという問題があった。
【００１５】
また、セラミックスシート２２に発熱抵抗体２４を形成する際に、製版やＷ、Ｍｏ、Ｒｅ等の高融点金属を分散させたペースト中に異物が付着したり混入したりすることにより、発熱抵抗体２４パターンに欠陥が生成することがあると、作製したセラミックヒータ２１の耐久性が低下してしまうという問題があった。
【００１６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、発熱抵抗体２４をスクリーン印刷したセラミックスシート２２をセラミックス芯材２３に巻き付ける工程を自動化するにあたり、再現性良く均質なセラミックヒータ２１を作製することができるような製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明のセラミックヒータの製造方法は、発熱抵抗体をセラミックス体に内蔵してなるセラミックヒータの製造方法において、セラミックス原料粉末に溶剤および結合剤を添加してシート状に成形したセラミックスシートにスルーホールを形成し、該セラミックスシートを紙の上に載置して、前記スルーホールにインクを圧入したのち前記紙への着色により前記スルーホールへのインクの充填を確認し、その後前記セラミックスシートの一方の主面に発熱抵抗体を他方の主面に電極パッドをそれぞれ形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明のセラミックヒータの製造方法は、発熱抵抗体をセラミックス体に内蔵してなるセラミックヒータの製造方法において、セラミックス原料粉末に溶剤および結合剤を添加した後にシート状に成形したセラミックスシートの表面に発熱抵抗体を形成した後、発熱抵抗体の欠陥を検査し、欠陥が観察された発熱抵抗体にはマーキングを形成し、該マーキングが施された発熱抵抗体は以降の工程から除去することを特徴とする。
【００１９】
そして、本発明のセラミックヒータの製造方法は、発熱抵抗体をセラミックス体に内蔵してなる円筒状もしくは円柱状のセラミックヒータの製造方法において、セラミックス原料粉末に溶剤および結合剤を添加した後にシート状に成形したセラミックスシートの表面に発熱抵抗体を形成した後、各発熱抵抗体が独立するようにセラミックスシートを複数のセラミックスシートに切断し、各セラミックスシートを、紙を介して定盤上に一定の間隔を介して整列させ、前記紙を介して定盤上に吸着固定し、その後、各セラミックスシートの表面にセラミックスペーストを塗布し、各セラミックスシートのセラミックスペーストが塗布された面の上にセラミックス芯材を載置し、そのセラミックス芯材が各セラミックスシートに載置された状態で各セラミックスシートを移動させる工程と、各セラミックスシートをセラミックス芯材の外周に巻き付け、セラミックスペーストの塗布面をセラミックス芯材に密着させる工程と、得られた成形体を一体焼成する工程とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、発熱抵抗体を形成した前記セラミックスシートを加圧処理したのち発熱抵抗体を形成した一方の主面上に、前記セラミックスシートと略同一の組成からなる、少なくとも発熱抵抗体を被覆する保護層を形成することを特徴とする。
【００２１】
これらの改良により、耐久性良好なセラミックヒータを不良品を混入させることなく作製することが可能となった。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面と共に説明する。図１（ａ）は、本実施形態により作製されたセラミックヒータ１を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、その展開斜視である。
【００２３】
セラミックスシート２には、発熱抵抗体４、電極引出部５、スルーホール６、電極パッド７が形成されている。発熱抵抗体４は、セラミックヒータ１の先端側に配置され、セラミックヒータ１の長手方向に対して垂直方向に複数回蛇行するように形成されている。尚、発熱抵抗体４の形状および寸法は、セラミックヒータ１の使用目的に応じて、加熱対象に合わせて設定されている。また、電極パッド７はセラミックヒータ１の後端側外周部に配置されている。そして、電極パッド７はスルーホール６を介して電極引出部５に接続され、さらに電極引出部５が発熱抵抗体４の両端部とそれぞれ接続されている。また、電極パッド７には、メッキ層８が形成されその表面に必要に応じてリード部材９がロウ材１０により接合されている。
【００２４】
そのため、ふたつの電極パッド７間に電圧を印加すると、電極パッド７から各スルーホール６および電極引出部５を介して発熱抵抗体４に通電がなされ、発熱抵抗体４が発熱する。
【００２５】
次に、本発明のセラミックヒータ１の製造方法について説明する。
【００２６】
本発明のセラミックヒータ１の製造方法は、図２に示すようにセラミックス原料粉末に溶剤および結合剤を添加した後にシート状に成形したセラミックスシート２にスルーホール６を複数組み形成し、該セラミックスシート２を紙１２の上に設置し、前記スルーホール６にインクを圧入したのち、前記紙１２への着色により前記スルーホール６へのインクの充填を確認し、その後前記セラミックスシート２の一方の主面に通電されることにより発熱する発熱抵抗体４を複数組形成し、その後セラミックスシート２の他方の主面の前記スルーホール６形成位置に電極パッド７を形成することを特徴とする。
【００２７】
前記インクがスルーホール６を通して前記紙１２の表面に到達し、スルーホール６の形状と同じ形状の着色が見られたら充填良好、着色が見られなかったら充填不良というように簡便にインクの充填の状態を評価することができる。
【００２８】
このように、スルーホール６へのインクの充填を確認してセラミックヒータ１を作製することにより、使用中の電極パッド７付近における発熱を防止し、耐久性良好なセラミックヒータ１とすることが可能となる。
【００２９】
また、本発明のセラミックヒータ１の製造方法は、円筒状もしくは円柱状のセラミックヒータ１の製造方法において、セラミックス原料粉末に溶剤および結合剤を添加した後にシート状に成形したセラミックスシート２の表面に発熱抵抗体４を形成した後、図１（ｃ）に示したような発熱抵抗体４の欠陥ｂを図３に示したようにＣＣＤカメラ１０を用いて検査し、欠陥ｂが観察された発熱抵抗体４には図４に示したようにマーキング１１を形成し、該マーキング１１が施された発熱抵抗体４はセラミックス芯材３に周回密着する工程から除去する。
【００３０】
このように、発熱抵抗体４のパターンに生成した欠陥ｂの有無をＣＣＤカメラ等を用いて画像解析することにより確認し、欠陥ｂがある場合は発熱抵抗体４付近にマーキング１１を施し、図５に示したように分割したセラミックスシート２にセラミックス芯材３を設置する際に、このマーキング１１を施したものにはセラミックス芯材３を設置しないようにすることにより、発熱抵抗体４に欠陥があるものが良品中に混入することを防止することができる。
【００３１】
なお、上記発熱抵抗体４の欠陥の大きさについては、図１（ｃ）に示すように欠陥の大きさｔが発熱抵抗体４の幅Ｔの１／２以上の大きさのものを不良として識別した。
【００３２】
上記のように、ＣＣＤカメラを用いて発熱抵抗体４の欠陥ｂを確認し、画像解析することにより欠陥の大きさを判断して良品不良品を判断することにより、人による検査における欠陥ｂの見逃しを防止することができる。また、発熱抵抗体４および電極引出部５を形成したセラミックスシート２をセラミック芯材３に密着する工程を自動化するために、このような不良検出工程を取り入れることにより不良の混入を防止すれば、加工するセラミックヒータ１の信頼性を向上させることができる。
【００３３】
また、セラミックス原料粉末に溶剤および結合剤を添加した後にシート状に成形したセラミックスシート２の表面に発熱抵抗体４および電極引出部５を形成した後、各発熱抵抗体４および電極引出部５が独立するようにセラミックスシート２を複数のセラミックスシート２に切断し、図５に示したように、各セラミックスシート２を、通気性を有する紙１２を介して不図示の定盤上に一定の間隔を介して整列させ、前記紙１２を介して定盤上に吸着固定し、その後、各セラミックスシート２の表面に密着用のセラミックスペーストを塗布し、各セラミックスシート２のセラミックスペーストが塗布された面の上にセラミックス芯材３を載置し、そのセラミックス芯材３が各セラミックスシート２に載置された状態で各セラミックスシート２を移動させる第１の工程と、各セラミックスシート２をセラミックス芯材３の外周に巻き付け、セラミックスペーストの塗布面をセラミックス芯材３に密着させる第２の工程と、セラミックスシート２と、発熱抵抗体４および電極引出部５と、セラミックスペーストとを、セラミックス芯材３に密着した成形体を一体焼成する第３の工程とを備えた製造方法とするとよい。
【００３４】
上記のように、個々のセラミックヒータ１用に分割されたセラミックスシート２を一定の間隔を取って配置することにより、セラミックスシート２上にセラミックス芯材３を配置する際に、隣のセラミックスシート２にセラミックス芯材３が触れてセラミックスシート２の位置が変わり、次のセラミックスシート２にセラミックス芯材３を設置する際に位置ずれによる不良の発生を防止することができる。
【００３５】
また、上記のように個々のセラミックヒータ１用に分割されたセラミックスシート２の表面に密着液を塗布する際、セラミックスシート２の下に紙１２を敷いて密着液を塗布し、セラミックスシート２を除去したあと紙１２を除去し、次に新しい紙１２をセットした後その上に新たなセラミックスシート２を設置して密着液を塗布するようにすれば、セラミックスシート２から食み出た密着液が次の作業に影響しないようにすることができる。
【００３６】
また、上記紙１２をロール紙として、分割したセラミックスシート２を載せた後の運搬用媒体としても構わない。
【００３７】
また、セラミックスシート２を設置する部分の紙の一部に穴を形成し、その穴の下の定盤に吸着穴を形成すれば、密着液塗布時にセラミックスシート２が製版にくっ付いたり、位置ずれが発生したりすることを防止し、密着不良が発生することを防止することができる。また、紙として通気性のある紙１２を使用すれば、紙１２に穴を形成することなくセラミックスシート２を吸着固定することができる。
【００３８】
上記のような発明を実施することにより、不良が良品に混入することなく耐久性良好なセラミックヒータを製造することが可能となる。
【００３９】
また、このような製造方法とすることにより、セラミックスシート２に発熱抵抗体４を形成し、その上にセラミックス芯材３を密着する工程を容易に自動化することが可能となる。理想的には、セラミックスシート２にスルーホールを形成する工程から、セラミックスシート２にセラミック芯材３を密着する工程まで連続加工できる自動化ラインを構築することが望ましい。
【００４０】
さらに、発熱抵抗体４を形成した前記セラミックスシート２を加圧処理したのち発熱抵抗体４を形成した一方の主面上に、前記セラミックスシート２と略同一の組成からなる、少なくとも発熱抵抗体４を被覆する保護層を形成することを特徴とする。
【００４１】
この保護層は、セラミックスシート２をセラミックス芯材３に密着する際に、セラミックスシート２に塗布する密着液により、発熱抵抗体４や電極引出部５が密着液に含有されている溶剤に溶解して変形したり断線したりすることを防止するために有用である。また、セラミックスシート２に加圧処理を施すことにより、発熱抵抗体４の形成により発生した段差を小さくすることができ、保護層の形成が容易になる。
【００４２】
次に、セラミックスシート２の製造方法の一例について説明する。まず、Ａｌ２Ｏ３を主成分として、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ２を適宜混合したセラミック粉末を準備し、さらに、有機バインダー、有機溶剤を適宜混合してスラリーとし、これをドクターブレード法でシート状に成形する。
【００４３】
その後、セラミックヒータ１の電極パッド７と電極引出部５の導通を取るためのスルーホール６を形成し、該スルーホール６にＷ、Ｍｏ、Ｒｅ等の高融点金属粉末とセラミックスシート２と同様の組成のセラミック粉末を分散させたインクを充填し、セラミックスシート２の表面に発熱抵抗体４および電極引出部５、電極パッド７を、さらにその裏面に電極パッド７を、Ｗを主成分とするペーストを用いてプリント印刷する。また、必要に応じて発熱抵抗体４および電極引出部５の上にセラミックスからなる保護層を形成しても構わない。このセラミックスシート２を適当な大きさに切断した後、セラミックスシート２の表面に密着液を塗布して、前記セラミックス芯材３に密着させ、還元雰囲気中１５００〜１６５０℃の温度で焼成して棒状のセラミックヒータ１を得る。
【００４４】
また、セラミックス原料粉末の主材料としては、高温高強度セラミックスであればどのようなもの（例えば、ムライトやスピネル等のアルミナ類似のセラミックスなど）を用いてもよい。そして、焼成促進剤としては、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯ以外に酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を配合してもよく、焼成過程において酸化物、ひいては所定の網目構造となりえるもの、例えば、炭酸塩などの各種塩や水酸化物として配合してもよい。
【００４５】
まず、セラミックスシート２の表面に、厚さ１０〜３０μｍのＷ、Ｍｏ、Ｒｅの内１種以上の金属からなる高融点金属ペーストから成る複数組の発熱抵抗体４、及び電極引出部５、電極部７をスクリーン印刷法等を用いて形成する。このとき、各発熱抵抗体４、および電極引出部５、電極部６がセラミックスシート２の長手方向に配置されるようにする。
【００４６】
また、セラミックス芯材３の製造法について、以下に説明する。セラミックス原料粉末に、溶剤および結合剤としてメチルセルロース１％，マイクロクリスタリンワックス（商品名）１５％，水１０％を添加して混練する。そして、押出成形法で円筒状に成形し、所定寸法に切断後、１０００〜１２５０℃で仮焼することにより、セラミックス芯材３を作製する。
【００４７】
また、図４に示したように、枠１４にセラミックスシート２を枠貼りして上記のようなスルーホール６の穴加工、インク埋め込み、発熱抵抗体４および電極引出部５の形成、電極パッド７の形成、および発熱抵抗体４の欠陥ｂの確認、セラミックスシート２の切断の作業を実施すれば、加工時の位置ずれを防止することができる。また、枠１４に番号を付けて取り扱うようにすれば、セラミックスシート２の取り違いを防止することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、発熱抵抗体をセラミックス体に内蔵してなるセラミックヒータの製造方法において、セラミックス原料粉末に溶剤および結合剤を添加した後にシート状に成形したセラミックスシートにスルーホールを形成し、該セラミックスシートを紙の上に載置し、前記スルーホールにインクを圧入したのち前記紙への着色により前記スルーホールへのインクの充填を確認し、その後前記セラミックスシートの一方の主面に発熱抵抗体を他方の主面に電極パッドをそれぞれ形成することにより、電極パッド付近が発熱し耐久性が劣化することを防止することができる。
【００４９】
また、発熱抵抗体をセラミックス体に内蔵してなるセラミックヒータの製造方法において、セラミックス原料粉末に溶剤および結合剤を添加した後にシート状に成形したセラミックスシートの表面に発熱抵抗体を形成した後、発熱抵抗体の欠陥を検査し、欠陥が観察された発熱抵抗体にはマーキングを形成し、該マーキングが施された発熱抵抗体は以降の工程から除去することにより、発熱抵抗体に欠陥があるものが良品に混入することを防止することが可能となる。
【００５０】
また、発熱抵抗体をセラミックス体に内蔵してなる円筒状もしくは円柱状のセラミックヒータの製造方法において、セラミックス原料粉末に溶剤および結合剤を添加した後にシート状に成形したセラミックスシートの表面に発熱抵抗体を形成した後、各発熱抵抗体が独立するようにセラミックスシートを複数のセラミックスシートに切断し、各セラミックスシートを、通気性を有する紙を介して定盤上に一定の間隔を介して整列させ、前記紙を介して定盤上に吸着固定し、その後、各セラミックスシートの表面にセラミックスペーストを塗布し、各セラミックスシートのセラミックスペーストが塗布された面の上にセラミックス芯材を載置し、そのセラミックス芯材が各セラミックスシートに載置された状態で各セラミックスシートを移動させる工程と、各セラミックスシートをセラミックス芯材の外周に巻き付け、セラミックスペーストの塗布面をセラミックス芯材に密着させる工程と、得られた成形体を一体焼成する工程とを備えることにより、セラミックシートにセラミック芯材を設置する際に他のセラミックシートにセラミック芯材が触れることを防止し、セラミックヒータの製造を容易に自動化することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明のセラミックヒータの斜視図であり、（ｂ）はそのセラミックヒータの展開斜視図であり、（ｃ）はその部分拡大図である。
【図２】本発明のセラミックヒータの製造方法の一例を示す説明図である。
【図３】本発明のセラミックヒータの発熱抵抗体の欠陥の検出方法の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明のセラミックヒータの製造方法の一例を示す平面図である。
【図５】本発明のセラミックヒータの製造方法の一例を示す斜視図である。
【図６】従来のセラミックヒータの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　セラミックヒータ
２　セラミックスシート
３　セラミックス芯材
４　発熱抵抗体
５　電極引出部
６　スルーホール
７　電極パッド
８　リード部材
１０　カメラ
１１　マーキング
１２　枠
１４　紙
【図１】
2004119313.tif 000003
【図２】
2004119313.tif 000004
【図３】
2004119313.tif 000005
【図４】
2004119313.tif 000006
【図５】
2004119313.tif 000007
【図６】
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