JP2020007001A - 超音波フィルム包装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気ヒータや電熱板をフィルムのシール・カットに用いる従来のフィルム包装機により包装されたフィルムの裂開性が良くないという問題点を解消した超音波利用のフィルム包装装置を提供すること。【解決手段】超音波振動する溶着ホーン及び溶着ホーンに正対するアンビル７によるフィルム溶着部を基台に備える超音波フィルム溶着装置であって、溶着ホーンとアンビルの間にフィルムを挟むように溶着ホーンに相対的に進退するアンビルの、溶着ホーンとの当接面７１の長さ方向（以下、当接線）に沿った左右幅を、狭幅部ｗ１と広幅部ｗ２に形成して超音波フィルム包装装置に適用した。【選択図】図５

Description

本発明は、超音波振動する溶着ホーンを用いてケーキ等の包装対象物(以下、単に「ケーキ」という)を、食品包装用のプラスチックフィルム(以下、単に「フィルム」という)で包装する装置に関する。

ケーキの包装形態としては、ケーキの外周側面をフィルムで巻きで覆う包装形態が特許文献１〜４等により公知であり、この包装のための装置がケーキ包装機等の名称で複数メーカーから市場に提供されている。

従来のケーキ包装機は、ケーキに使用された生クリームや生地が持つ粘性を利用してケーキに巻き付けられるフィルムを保持し、巻き付けられてケーキに保持されているフィルムを電熱溶断シール方式によってカットする包装工程を施工している。

しかし、上記のケーキ包装は、ケーキの粘性を利用してフィルムをケーキ外周側面に仮に保持させた状態で包装しているため、例えば冷凍ケーキのようにケーキ表面が凍結されて粘性がないと、フィルムをケーキの粘性を利用して保持できない。このため、従来のケーキ包装機では冷凍されたケーキの綺麗な包装や端正な包装ができないという問題が生じていた。

また、従来のケーキ包装機をはじめとするフィルム包装機は、電気ヒータや電熱板を利用した熱溶断シール方式であるため、フィルム同士の溶着が強くなりすぎるきらいがあり、この点を回避するためヒータの外径を小さくするとヒータの耐久性が低下してしまうという問題があった。

さらに従来の包装手法では、溶けたフィルムが発熱体に付着する問題があり、これを解消するため、テフロン（登録商標）材を用いて剥離性の表面処理をしなければならないという難点があった。このほかにヒータの温度管理が予熱や周囲温度の違いによって煩わしいという難点、或いは、フィルム溶断時にヒータの加熱により生じる煙や臭いが作業環境面で好ましくないという問題もあった。

特開平１０−１６９１５号公報 特開平６−８０６６６号公報 特開平１−３０８７１３号公報 特開昭６３−２０３５１７号公報

本発明は、電気ヒータや電熱板をフィルムのシール・カットに用いる従来のフィルム包装機によるケーキのフィルム包装では包装フィルムの裂開性が良くないという問題点を解消した超音波利用のフィルム包装装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決することを目的としてなされた本発明超音波フィルム包装装置の構成は、ケーキ等の包装される対象物（以下、単に「ケーキ」という）を載置して搬送するコンベアと、前記コンベアの搬送方向に交叉する方向に配置され前記コンベア上のケーキに包装用のフィルムを巻き付けるように供給するフィルム供給機構と、前記コンベアを挟みそのコンベアの搬送方向に略直交する方向で進退するように進退機構に支持させて配置された超音波振動する溶着ホーン及び該溶着ホーンに正対するアンビルによるフィルム溶着部とを基台に備える超音波フィルム溶着装置であって、前記フィルムを挟む前記溶着ホーンの先端の当接面と前記アンビルの先端の当接面における少なくとも一方の当接面は、その当接面の長さ方向において異なる左右幅を有するように形成されていることを特徴とする。前記当接面の先端は、平断面形状が曲面状、例えば円弧状に形成されている。

前記溶着ホーン又はアンビルにおける当接面の左右幅は、その当接面の長さ方向に沿って広幅部と狭幅部により形成する。前記狭幅部は、溶着強度を広幅部の溶着強度より小さくできるから、ケーキを包装したフィルムを裂開するとき、溶着強度が弱い側の溶着部を容易に裂開することができる。

本発明においては、前記アンビルの当接面の左右幅をその当接面の長さ方向において変えて形成することに代え、前記溶着ホーンの当接面の左右幅をその長さ方向で変えて形成してもよい。本発明では、当接面の左右幅をその当接面の長さ方向で変えることを、溶着ホーンとアンビルの当接面の双方の当接面に適用するか、又は一方の当接面に適用するかは、任意である。

本発明包装装置の前記溶着ホーンとアンビルは、互いに接近する動作と離反する動作とをする。両部材が対向して進退するために、前記溶着ホーンの支持部とアンビルの支持部を摺動進退機構に支持させている。前記摺動進退機構において、前記２つの支持部を夫々に備えた各摺動基部は、この包装装置の基台の上に、バネやゴム、或は弾性機能を有する他の部材を介して浮遊(フローティング)状態で配置されている。

これは、前記溶着ホーンの前端面（当接面）とこの前端面に対面するアンビルの前端面（当接面）とが当接したときの当接線が略完全に密着するようにするためである。因みに、溶着ホーンとアンビルの摺動進退機構に誤差(製作誤差や組立誤差等の誤差)があった場合、浮遊(フローティング)状態にないと、当接線(溶着ライン)が全長で密着できず、フィルムの溶着不良を惹起する。

上記において、浮遊状態での配置は、溶着ホーンとアンビルの支持部における双方の摺動基部、又はいずれか一方の摺動基部であれば足りる。

ケーキを包んだフィルムを溶着するために前記摺動進退機構の作用でフィルムに向かって対向して進出してくる前記溶着ホーンとアンビルの進出速度は、前記フィルムを溶着する溶着点(当接点)に近付くに従って遅くなるように制御する。
また、ケーキの搬送速度も、送り方向から見たケーキの後端部が対向配置されている溶着ホーンとアンビルに近づくにつれて遅くなるように、搬送コンベアの速度を制御する。
この制御によって、例えば四角形のケーキを包装するとき、前記フィルムを前記ケーキに略密接状態で溶着できるから、フィルムを無駄に使用しない綺麗で端正な包装を実現できる。因みに、ケーキを等速で搬送するとケーキの後端部を包むフィルムが余計に引き出され（繰り出され）ケーキ後端部の後ろに余った状態になるから溶着線がケーキ後端部から離れた位置に形成されて見映えが良くない。一方、四角形のケーキを囲んだフィルムを電気ヒータによってシール・カットするには、電気ヒータがケーキ等に接近しないようにフィルムを余計に繰り出しておく必要があるため、四角形のケーキ等については綺麗で端正なフィルム包装は出来ないのが実情であった。

溶着ホーンとアンビルを対面進出させて超音波振動する前記溶着ホーンとアンビルの間に溶着したい包装用のフィルムを挟み、互いに当接する前記溶着ホーンとアンビルの作用で前記フィルムを溶着してカットするフィルム包装装置において、前記溶着ホーンとアンビルの先端の当接面の左右幅を、この当接面の長さ方向において異なる幅に形成したから、前記フィルムの溶着部にその長さ方向に沿って溶着強度に差を付けることができる。よって溶着強度が弱い側の溶着部から容易に前記フィルムを裂開することができる。

本発明に係る超音波フィルム包装装置の要部の概略構成を示す平面図。 図１の超音波フィルム包装装置における溶着ホーンとアンビルの形態と対応関係を模式的に示した斜視図。 図１の超音波フィルム包装装置におけるケーキとフィルムの配置関係を模式的に示した斜視図。 図１の超音波フィルム包装装置における溶着ホーンとアンビルの配置関係の概要を説明するための図1のＡ−Ａ線矢視拡大図。 図４におけるアンビルのＢ−Ｂ線矢視拡大図。 図５の右側面図。 図５の平面図。

次に本発明に係る超音波フィルム包装装置(以下、単に本発明装置ともいう)の一例について図を参照して説明する。

図１は本発明装置の概略構成の例を示す平面図である。図１において、１は、ケーキＣなどのフィルム包装の対象物（以下、ケーキＣという）を、図１の左側から右側へ搬送するため本発明装置のベースとなる基台ＭＢの略中心に配置された一例として平ベルトによる搬送コンベアである。搬送コンベア１には、平ベルト以外のベルトやチェーン等を用いたものもある。

２，３は、前記基台ＭＢにおける搬送コンベア１の送り方向から見て手前側近傍(図１の左側)に、当該搬送コンベア１を挟む態様で配置された第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２を、夫々に巻き取った第１フィルムロールと第２フィルムロールである。

４，５は、前記第１フィルムロール２と第２フィルムロール３から第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２のそれぞれの繰り出しを案内すると共に前記搬送コンベア１の送り方向側に向けたフィルム送り出しを支持案内する案内ロール４ａ，５ａ、案内ロール４ｃ、５ｃや駆動ロール４ｂ、５ｂ等のロール群を主体に形成した第１フィルム送出部と第２フィルム送出部である。前記第１フィルムロール２，第２フィルムロール３と、第１フィルム送出部４，第２フィルム送出部５によってフィルム供給機構の一例を形成する。なお、４ｄ、５ｄは前記第１フィルムロール２と第２フィルムロール３の近傍に夫々に配置したフィルム押えである。

６と７は、前記第１フィルム送出部４，第２フィルム送出部５の下流側に、前記搬送コンベア１を挟んで対向配置され、かつ、前記搬送コンベア１の搬送方向に直行する方向において進退するように配置した超音波振動する溶着ホーンとアンビルであり、前記第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２の溶着・カット部を形成する（図２参照）。

前記第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２の溶着カット部を形成する前記溶着ホーン６とアンビル７は、一例として図４に示す態様で本発明装置の基台ＭＢに配置されている。溶着ホーン６は、その後端が超音波振動子６ａの先端に結合され、前記超音波振動子６ａが支持部６ｂに支持されている。アンビル７はその後端部が支持部７ａに支持されている。

前記２つの支持部６ｂ，７ａは、夫々に摺動台６ｃと摺動台７ｂの上に配置され、これらの摺動台６ｃ、７ｂは、夫々にベース架台６ｄ、７ｃに載架されている。摺動台６ｃ、７ｂは、図示しないシリンダや送りねじ等の駆動力によってベース架台６ｄ、７ｃの上で進退動作(図４の矢印の方向)をするように形成されている。

また、上記ベース架台６ｄ、７ｃは、夫々にゴム製インシュレータやバネなどの弾撥性を有する部材から選ばれたフローティング部材８，９によって前記基台ＭＢの上に浮遊状態で支持されている。これは、溶着ホーン６の先端の当接面６１とアンビル７の先端の当接面７１との両面が、それらに製作誤差や組立誤差等の誤差があっても両当接面の全域で密着することを担保するためである。

上記のように基台ＭＢに配置される溶着ホーン６とアンビル７を備えた本発明装置において、ケーキＣとこのケーキＣを包装する第１フィルムＦ１、第２フィルムＦ２の前記ケーキＣに対する配置関係は、模式的に示すと図３の態様になる。

即ち、図１において、搬送コンベア１の手前側(図１の搬送コンベア１の左方)に置いたケーキＣ１は、搬送コンベア１によってケーキＣ２の位置に搬送される。この搬送の間において、前記ケーキＣ１が溶着ホーン６とアンビル７によるフィルムの溶着・カット部を通過する前に、第１フィルム送出部４，第２フィルム送出部５から、夫々に第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２が、ケーキＣ１の搬送方向に関してケーキＣ１の前面より前方に送り出される。

送りだされた前記第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２に対して溶着ホーン６とアンビル７が進出し、前記第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２を溶着Ｗｅ１すると共に、溶着Ｗｅ１の部位からはみ出しいる部分の第１フィルムＦ１，第２フィルムＦ２をカットし、ケーキＣ１と溶着Ｗｅ１した前記第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２の位置関係を図３（ａ）の状態にする。第１の溶着Ｗｅ１とカットが完了すると溶着ホーン６とアンビル７は元の位置に後退して戻る。以下において、Ｗｅ１は第１溶着部ともいう。

第１溶着Ｗｅ１の後、溶着ホーン６とアンビル７が元の位置に戻った状態になると搬送コンベア１によりケーキＣ１はさらに搬送されて第１溶着Ｗｅ１で一体化した前記第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２が図３（ｂ）に示す態様になる。そうすると前記溶着ホーン６とアンビル７が再び前記第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２に対して進出し、前記第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２をケーキＣ２の後端側において第２溶着Ｗｅ２を実行し前記第１フィルムＦ１、第２フィルムＦ２をカットする（図１のケーキＣ２を参照）。以下において、Ｗｅ２は第２溶着部ともいう。
上記において、第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２の繰り出し速度は、ケーキＣ２の送り速度と略同期しているが、ケーキＣ２の後端部が前記溶着ホーン６とアンビル７の対向線に近づくにつれて繰り出し速度が低くなるように制御する。一方、第２溶着Ｗｅ２のために進出してくる溶着ホーン６とアンビル７も溶着部に近づくにつれて速度が遅くなるように制御する。これによって前記第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２をケーキＣ２の後端部により近づけた位置で第２溶着Ｗｅ２することができる。

第２溶着Ｗｅ２が済み前記第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２が、カットされるとこの第１フィルムＦ１，第２フィルムＦ２で包装されたケーキＣ２はさらに搬送されて図１の搬送コンベア１の右端側に描かれたフィルム包装が完了したケーキＣ３の状態になる。搬送コンベア１の上のケーキＣ３において、Ｆｐは包装完了フィルムである（図１参照）。

上記のように、ケーキＣは搬送コンベア１によって第１フィルム送出部４，第２フィルム送出部５の位置に搬送される。そこで第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２が当てがわれ、そのまま搬送されて前記第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２が溶着・カット部において溶着ホーン６部とアンビル７の作用で第１溶着Ｗｅ１と第２溶着Ｗｅ２を施工されることにより、前記ケーキＣのフィルム包装が完了するのである。本発明では、前記フィルムの溶着・カット部に本発明独自の技術的工夫が施されているので、この点について図４を参照して以下に説明する。

溶着・カット部を形成する溶着ホーン６とアンビル７によるフィルムの溶着とカットの作用は、次の通りである。すなわち、溶着ホーン６の先端の当接面６１とアンビル７の先端の当接面７１で２枚の第１フィルムＦ１，第２フィルムＦ２を挟み、この状態で前記溶着ホーン６を超音波振動させると、前記２枚の第１フィルムＦ１，第２フィルムＦ２の前記溶着ホーン６とアンビル７の先端の当接面６１，７１に挟まれた部分が発熱して溶融一体化(接着)し、この状態からさらに尖ったアンビル７の先端を溶着ホーン６に押付けると、前記溶融一体化した前記第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２がその部分でカットされる。前記アンビル７の当接面７１の先端は、平断面略円弧状である。

前記溶着ホーン６とアンビル７による前記２枚の第１フィルムＦ１、第２フィルムＦ２の溶着作用は、前記溶着ホーン６の当接面６１とアンビル７の当接面７１に挟まれた部分の第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２の内部が溶融され第１フィルムＦ１、第２フィルムＦ２が一体化することにより得られる。

この場合において、第１フィルムＦ１，第２フィルムＦ２の溶着状態は、溶着ホーン６の当接面６１とアンビル７の当接面７１の当接面積（当接面の左右幅）が、前記当接面６１，７１の長さ方向の全長Ｌ（以下、前記第１フィルムＦ１，第２フィルムＦ２の２つの溶着部Ｗｅ１，Ｗｅ２の長さも説明の便宜上、溶着線Ｌという。）において略均一であると、溶着強度は溶着線Ｌの長さ方向において略均一になる。そして、その溶着強度は、溶着線Ｌの幅(溶着線Ｌに対する直交方向での幅=左右幅)が広いと溶着強度大であるが、溶着線Lの幅が狭いと溶着強度は小になるという溶着強度の差が生じる。
上記においては、説明の便宜上、当接面６１，７１の長さ方向の全長Ｌと、第１フィルムＦ１，第２フィルムＦ２の溶着線Ｌを、同じ符号Ｌで示したが、実際には、前記当接面６１，７１の長さは、超音波溶着すべき前記第１フィルムＦ１，第２フィルムＦ２の縦幅（溶着線Ｌの長さと略同じ）よりも大きくなるように溶着ホーン６とアンビル７が形成されている。

そこで、本発明では、前記第１溶着部Ｗｅ１と第２溶着部Ｗｅ２における溶着線Ｌの左右幅をその溶着線Ｌの長さ方向において変え、溶着部の長さ方向での溶着強度を変えるようにした。具体的には、図５のアンビル７において、当接面７１の長さＬの全長の２０〜３０％程度の長さを左右幅が小さい幅（狭幅ｗ１）に形成し、残り８０〜７０％程度の長さの左右幅を大きめの幅（広幅ｗ２）に形成することによって、第１溶着部Ｗｅ１と第２溶着部Ｗｅ２の夫々における溶着線Ｌに、その長さ方向での溶着強度に差を付けるようにした。これにより前記２つの溶着部Ｗｅ１，Ｗｅ２における溶着強度が小さい側（小さい幅ｗ1の側）を裂開の起点にして包装完了フィルムＦｐの裂開を容易かつ綺麗にできることになる。

本発明では、溶着部Ｗｅ１，Ｗｅ２の溶着強度を上記の態様に制御するため、一例として次の手法を採った。すなわち、図５はアンビル７の当接面７１を正面側に見た図で、この例では前記当接面７１の全長(図５のアンビル７の高さ方向の全長Ｌ)において上方２０％位までの左右幅を狭幅ｗ１の当接面７１ａに、残りの８０％位の長さを広幅ｗ２の当接面７１ｂに形成した。狭幅ｗ１の当接面７１ａと広幅ｗ２の当接面７１ｂの左右幅の比率はほぼ１：２であるが、左右幅の比率はこれに限られるものではない。
また、前記狭幅ｗ１の当接面７１ａと広幅ｗ２の当接面７１ｂの当接面７１の全長Ｌに対する長さの比率も、上記比率は一例であって本発明はこの比率には限定されるものではない。本発明において、広幅の当接面７１ｂと狭幅の当接面７１ａの比率は、例えば９．５〜６．０：０．５〜４．０の間、或は前記数値以外の比率で任意に設定することが出来るものである。

上記例において、前記狭幅ｗ１と広幅ｗ２の２つの当接面７１ａと７１ｂの平断面形状も、夫々、略円弧状である（図７参照）。また、アンビル７の先端側の平面形状が図７の形態であると、狭幅ｗ１の当接面７１ａはその平断面の頂角が鋭角になり、広幅ｗ２の当接面７１ｂはその平断面の頂角が鈍角になる。
なお、アンビル７において左右幅が異なる２つの当接面７１ａ，７１ｂが上記例の構成であるときは、溶着ホーン６の当接面６１は、図示しないが、全域を略均一の左右幅の当接面６１に形成したもので足りる。

本発明では、溶着ホーン６の当接面６１を、前記アンビル７の当接面７１の左右幅と同様に、溶着線Ｌに沿って左右幅に差を付けた形態とすることもできる。本発明において、当接面６１，７１の左右幅に差を付ける構成を、前記当接面６１，７１の一方に適用するか、又は双方に適用するかは任意である。

上記実施例のようにアンビル７の当接面７１の長さ方向の全長において左右幅の差を付けたアンビル７と溶着ホーン６によって超音波溶着した包装完了フィルムＦｐは、溶着線Ｌの狭幅ｗ１の部位において容易に裂開することができる。
因みに、電熱線や電熱板を用いた溶着をする従来のフィルム包装では、溶着線Ｌに沿って溶着強度を変えることができなかったので、本発明のようなフィルム包装の容易な裂開性を得ることはできない。

以上の説明は、ケーキＣの包装に第１フィルムＦ１と第２フィルムＦ２の２つのフィルムを使用するフィルム包装装置によるフィルム包装の例についてであるが、本発明は、図示しないが、１つのフィルムを用いてケーキＣを包装する公知の超音波フィルム包装装置の溶着ホーン６とアンビル７について適用しても、上記例と同じ効果を得ることができる。

本発明は以上の通りであるから、特に冷凍ケーキのように、包装対象物が持つ粘性によるフィルムの仮保持ができない対象のフィルム包装を、フィルムの無駄な使用を生じさせずに綺麗かつ端正に行うことができる。本発明は上記実施例の冷凍ケーキのみならず、常温のケーキ、或いはその他の冷凍食品や常温食品等のフィルム包装に適用することができること勿論である。

Ｃ ケーキ（冷凍ケーキ、包装対象物）
Ｃ１〜Ｃ３ 搬送コンベア１の上のケーキ
ＭＢ 本発明包装装置の基台
Ｆ１ 第１フィルム
Ｆ２ 第２フィルム
１ 搬送コンベア
２ 第１フィルムロール
３ 第２フィルムロール
４ 第１フィルム送出部
５ 第２フィルム送出部
６ 溶着ホーン
６ａ 超音波振動子
６ｂ 支持部
６ｃ 摺動台
６ｄ ベース架台
７ アンビル
７ａ 支持部
７ｂ 摺動台
７ｃ ベース架台
６１ 溶接ホーン６の当接面
７１ アンビル７の当接面
７１ａ 狭幅ｗ１の当接面
７１ｂ 広幅ｗ２の当接面
８，９ フローティング部材
Ｗｅ１ 第１溶着（第１溶着部）
Ｗｅ２ 第２溶着（第２溶着部）
Ｆｐ 包装完了フィルム
Ｌ アンビル７の当接面７１の全長（溶着部Ｗｅ１，Ｗｅ２の溶着線）

Claims (8)

1. ケーキ等の包装される対象物を載置して搬送するコンベアと、前記コンベアの搬送方向に交叉する方向に配置され前記コンベア上の対象物に包装用のフィルムを巻き付けるように供給するフィルム供給機構と、前記コンベアを挟みそのコンベアの搬送方向に略直交する方向で進退するように進退機構に支持させて配置された超音波振動する溶着ホーン及び該溶着ホーンに正対するアンビルによるフィルムの溶着・カット部とを基台に備える超音波フィルム包装装置であって、前記フィルムを挟む前記溶着ホーンと前記アンビルとの先端における少なくとも一方の当接面が、その当接面の長さ方向において異なる左右幅を有するように形成されていることを特徴とする超音波フィルム包装装置。
2. 前記当接面の異なる左右幅を前記アンビルの当接面に広幅部と狭幅部で形成したときは、前記溶着ホーンの当接面は略均一の左右幅に形成したものである請求項１の超音波フィルム包装装置。
3. 前記溶着ホーンの先端は、前記アンビルの先端の広幅部と狭幅部に形成した当接面に代えて、左右幅を広幅部と狭幅部に形成した当接面である請求項２の超音波フィルム包装装置。
4. 前記当接面が備える広幅部と狭幅部は、前記フィルムに形成される溶着線の広幅部と狭幅部の比率が、９．５〜６．０：０．５〜４．０の範囲となるように形成する請求項１〜３のいずれかの超音波フィルム包装装置。
5. 前記当接面の広幅部の幅は、狭幅部の幅を１とするとき、少なくとも２である請求項１〜４のいずれかの超音波フィルム包装装置。
6. 前記溶着ホーンとアンビルを夫々に支持している2つの進退機構は、前記進退機構の少なくとも一方、又は双方を基台上にフローティング状態で設置した請求項１〜５のいずれかの超音波フィルム包装装置。
7. 対象物を載せた搬送コンベアは、前記対象物の前半側が溶着ホーンとアンビルによる溶着部を通過するとき所定速度で前記対象物を搬送し、前記対象物の後端部が前記溶着部に近づくに伴って前記所定速度よりも遅い速度で前記対象物を搬送するように制御される請求項１〜６のいずれかの超音波フィルム包装装置。
8. 溶着部に進出する前記溶着ホーンとアンビルは、溶着部に近づくにつれて進出速度が遅くなるように制御される請求項７の超音波フィルム包装装置。

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