JP2005533228A - 一体的な制動装置を有するベルトテンショナ - Google Patents

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Abstract

【構成】
駆動システムのエンドレス駆動ベルトに張力を作用させるさいに使用する一体的な制動装置を有するベルトテンショナである。第1の構成部材は、長手軸線にそって延設され、かつ外側軸端44を形成したピボットシャフト42を有するハウジング46であって、水平な底部48、この水平な底部から垂直に延設され、内周壁面52および外周壁面54を有する周壁50を有するハウジング46である。このハウジング46については、ピボットシャフト42に回動自在に取り付ける。第2の構成部材は、ピボットシャフト42に回動できるように取り付けられ、末端56と管状の近接端58を有するレバーアーム12であって、管状の近接端をハウジング46内に延設しこれと連動接続したレバーアーム12である。第3の構成部材は、ハウジング46およびレバーアーム12に連動接続されて長手軸線を中心にしてレバーアーム12をベルトテンション方向に回動させるばね要素68である。第4の構成部材は、レバーアーム12の上記末端56に取り付けられてエンドレス駆動ベルトを受け取り、そしてレバーアーム12をベルトテンション方向に回動させたさいにエンドレス駆動ベルトに張力を作用させるプーリ装置30であって、プーリ30を取り付けた上記末端56をピボットシャフト42の上端から軸方向に離間させたプーリ装置28である。第5の構成部材は、ピボットシャフト42に取り付けられて一体的な制動作用を行い、駆動システムのエンドレス駆動ベルトに張力を作用させるアームプレート20であって、(a)カップ状キャビティおよび周縁部78に延設した複数の離間指要素22、および(b)レバーアーム12とアームプレート20との間において摩擦の大きい少なくとも一つの接触領域を形成するアームプレート29の表面の摩擦材料80を有するアームプレート20を有する制動キャビティである。

Description

本発明は、ベルト駆動システム、特に動力伝達ベルトなどのテンション装置に関する。具体的には、本発明は、テンショナに加わる軸方向力とは独立して作動し、プーリアライメントを改善するともにテンショナ寿命を改善するテンション装置に関する。
自動車工業の場合、パワー・ステアリングポンプ、オイル/エアポンプ、エアコン、オルタネータなどの各種自動車付属品の作動については、エンジンクランクシャフトに接続したプーリによって駆動する単独のエンドレスベルトによって行っている。このようなシステムは、例えば、“S字状(serpentine)”駆動ベルトシステムと呼ばれている。上記の付属品やその他の付属品の作動効率を最適化するためには、所定の張力を駆動ベルトに対して維持し、これら付属品の性能を効率化するとともに、ベルトの寿命を園長することが必須である。駆動ベルトの長さのため、磨耗や振動によりベルトが伸びる傾向があり、ベルト駆動付属品の作動特性に影響が出てくる。従って、ベルトテンション装置を利用して、ベルトに一定の張力を作用させて上記のような伸び作用によって伸びたベルトの長さを代償する。この点については、USP5,030,172、同5,443,424、同5,545,095、同5,718,649、同5,803,850および同6,206,797が従来例である。なお、これら特許番号に言及することによって各公報を援用するものである。
よく採用されているタイプのベルトテンショナの場合、固定ハウジング、およびベルト係合プーリを備えた角度変位レバーアームで構成している。コイルばねを配設して固定ハウジングおよび角度変位レバーアームを補強し、ベルト振動の性質に応じて調節する張力を利用して、ベルトに向けてこれらハウジングおよびレバーアームを変位させる。ばね力が変化するにもかかわらず、レバーに実質的に一定の力を作用させ、これを維持することができる。
また、ばね部材に発生する過剰な振動を防止するためには、ベルトテンショナに制動手段を設けるのが望ましい。このような手段は、突然の衝撃を吸収するとともに、テンショナおよび駆動ベルトに発生するむち打ち作用を防止するようになっている。この制動手段は、コイルばねを利用してベルト張力を作用させるさいに特に重要である。というのは、ベルトによって変動する逆の力が加わったさいに、自然な振動数が発生するのは、コイルばねの固有な作用であるからである。このようは変動が発生すると、ばねの張力効率が低下するが、駆動ベルトに作用する張力に影響を与えずに、システムが長期間にわたって脈動装置に作用を持続させるためには、制動は必須である。
例えば、Walkerなどを発明者とするUSP3,924,483で提案されているベルトテンション装置の場合、所望の張力を実現するために、自動車付属品のひとつをピボット作用により作動させるトーションばねが開示されている。上記タイプの他のテンショナの場合には、一対のトーションばねを利用して、レバーとアイドル・プーリをピボット作用により作動させてベルトテンション係合しているため、経済的でコンパクトなユニットを実現している。具体的には、このタイプのテンショナでは、レバーの各側部にそれぞればねを取り付け、レバーおよびハウジングに係合させて、ベルトテンション方向にベルトにレバーを介入させる。さらに、自動車工業では、自動車ベルトシステムに振動環境があることを認め、そのばね振動への作用を認識している。
USP4,696,663には、固定ハウジング12、レバーアーム30、およびハウジングおよびレバーを補強するとともにレバーをベルトテンション方向にトーションばね20を偏倚させるトーションばね20からなるベルトテンショナが記載されている。このベルトテンショナには、ブレーキ60を設け、トーションばねによって付勢し、これをハウジング壁13に摩擦係合させる。このトーションばねがレバーへの張力および作用するブレーキ力の両者を発生するため、制動量はベルト張力に比例する。
USP4,473,362には、制動特性は一定ではないが、固定構造体36に対するピボット構造体40の位置に応じて変化する独立した制動体108が記載されている。固定構造体とピボット構造体との間にコイルばねを設け、ピボット構造体がベルトの方に変位するにつれて大きくなるばね力によって、ピボット構造体をその第1制限位置から第2制御位置に向かって離れる方向に弾性偏倚させる。制動体の内周部はコア部材48の下部外周部と相対的に強く係合し、そしてその外周部とピボット構造体の内周部との係合は相対的に弱い。第1制限位置と第2制限位置との間でピボット構造体の角度が変化すると、制動体の外周部と接触面の取り付け部分の内周部とがすべり運動し、そしてその角度変化は、ピボット構造体の位置に応じて変化する。また同様に摩擦量も変化するため、摩擦力を上回るために必要なトーション力も変化する。このため、アームがベルト解放方向により大きな制動作用を発揮し、有利である。
Quintusを発明者とするUSP6,206,797には、ばねブッシュアームとばねケースとの摩擦およびアームプレートブッシュとアームプレートとアームとの間の摩擦を強くすることによって制動を行うベルトテンショナ構造が開示されている。摩擦を大きくするには、ばねまたは偏向アームプレートを利用して、テンショナ構成成分に加わる軸方向負荷を大きくすればよい。この構成によれば、制動を効率化できるが、プーリアライメントを維持するために必須な臨界的な磨耗領域に加わる負荷を大きくなる。このように、上記問題を解決する構造が求められている。
USP5,030,172 USP5,443,424 USP5,545,095 USP5,718,649 USP5,803,850 USP6,206,797 USP3,924,483 USP4,696,663 USP4,473,362 USP6,206,797
従って、本発明の一つの目的は、ベルトテンショナにおいて、ベルトテンショナの軸方向力とは独立した制動機能をもつベルトテンショナを提供することである。
本発明の別な目的は、臨界的な磨耗領域に加わる力を小さくした状態で、高レベルの制動機能を備えたベルトテンショナを提供することである。
本発明のさらに別な目的は、プーリアライメントを改良したベルトテンショナを提供することである。
本発明のさらに別な目的は、寿命のより長いベルトテンショナを提供することである。
本発明のさらに別な目的は、アームプレートの正確な位置決めを行うことなく、適正レベルの制動を実現できるベルトテンショナの組み立て方法を提供することである。
以上の目的は、本発明によれば、ベルトテンショナに作用する軸方向力から独立して、一体的な制動装置(integral damping)をもつベルトテンショナによって実現できる。この制動装置は、アーム、およびカップ状に形成したばね鋼アームプレートで構成する。このカップ状アームプレートの縁部については、ばねとして作用して半径方向に力を発生する“指部”なるように構成する。これら指部とアームとの間に摩擦材料を設け、接触領域を形成する。この接触領域が、アームとアームプレートと間の摩擦を強くし、制動を行う。この摩擦材料としては、本発明の具体的な実施態様では、ポリマー系材料を使用するが、本発明に関する限り、本発明のアームとアームプレートとの間の摩擦を効果的に強くする特性をもつ好適なその他の材料を一種か二種以上組み合わせたものも利用できる。また、本発明によれば、カップ状アームプレートの内周部および外周部のいずれかに摩擦材料を同時成型してもよい。摩擦材料をカップ状アームプレートに同時成型する場合には、汚染物質がベルトテンショナの制動キャビティに侵入しないように、ベルトテンショナをシーリング処理してもよい。
アームプレートについては、ベルトテンショナのピボット手段にキー固定し、アームプレートを回動しないように固定するとともに、摩擦材料とアームとが相対運動できるようにする。制動力がテンショナ装置を保持するために必要な軸方向力から独立しているため、アームをアライメントさせこれを維持するためにテンショナに設けたブッシュの磨耗が少なく、テンショナの寿命が延びる。また、本発明のテンショナの組み立て方法は、適正レベルの制動を実現するためにアームプレートを正確に位置決めする必要がないため、すぐれた方法である。
本発明は、臨界的な磨耗領域に作用する力を抑制した状態で高レベルの一体的な制動作用を実現するもので、プーリアライメントを改善するとともに、テンショナを長寿命化するものである。
本発明の特徴、および本発明の作用効果は、添付図面について説明する好適な実施態様および特許請求の範囲から明らかになるはずである。
添付図面の図1は、本発明のベルトテンショナを説明する図である。図示のように、ベルトテンショナ10は、レバーアーム12の外周16から外側に半径方向に突出しレバーアーム12の回動を制限する複数のストッパ14を形成したレバーアーム12、レバーアーム12を配設するハウジング18、テンショナアームプレート(制動装置)20の外周縁部に延設され半径方向にばね力を作用させる複数の指要素22を有するテンショナアームプレート20、およびアームプレート20をハウジング18に固定するロッキング部材24を使用して構成する。このレバーアーム12は、さらに、レバーアーム12に固定され、かつレバーアーム12から延設されて、プーリ30、取り付けボルトまたはピン32および取り付けボルトまたはピン32を接続しプーリ30を支持部材26に固定する取り付け開口34を有するプーリ装置28(図3)を受け取り、これを支持する支持部材26を有する。
より具体的には、図2および図3に示すように、本発明のベルトテンショナは、
長手軸線にそって延設され、かつ外側軸端44を形成したピボットシャフト42、
水平な底部48、およびこの水平な底部に垂直に延設され、内周壁面52と外周壁面54を有する周壁50を有するハウジング46であって、ピボットシャフト42に取り付けられ、かつ回動自在に固定されたハウジング46、
ピボットシャフト42に回動できるように取り付けられ、末端56と管状の近接端58を有するレバーアーム12であって、管状の近接端をハウジング46内に延設しこれと連動接続したレバーアーム12、
レバーアーム12をアライメントさせこれを維持する内周壁面62および外周壁面64を有するピボットブッシュ60であって、上記内周壁面62がハウジング46内のピボットシャフト42を取り囲み、かつ長手軸線にそって延設されたスリーブ66の外面に隣接するようにピボットシャフト42の外面に軸方向に配設したピボットブッシュ60、
ハウジング46およびレバーアーム12に連動接続されて長手軸線を中心にしてレバーアーム12をベルトテンション方向に回動させる好ましくは鋼コイルばねなどのばね要素68、
ばね要素68とレバーアーム12との間に軸方向に配設されたばねブッシュ70であって、ハウジング46の垂直な周側壁50の外周面に対応する外周面およびレバーアームの管状近接端58の外周壁72に対応する内周面を有するばねブッシュ70、
レバーアーム12の末端に取り付けられてエンドレス駆動ベルト(図示せず)を受け取り、そしてレバーアームをベルトテンション方向に回動させたさいにエンドレス駆動ベルトに張力を作用させるプーリ装置28であって、プーリを取り付けた末端を上記ピボットシャフト42の上端から軸方向に離間させたプーリ装置28、および
カップ上アームプレート20を有するアームプレート装置であって、好ましくはばね鋼から形成され、ピボットシャフト42に固定されて一体的な制動作用を行い、駆動システムのエンドレス駆動ベルトに張力を作用させるアームプレート装置を有し、
上記アームプレート装置が、
(a)周縁部78を有するカップ状キャビティおよびこの周縁部78に延設した複数の離間指要素22を有するアームプレート、および
(b)上記指要素22の間でかつアームプレート20の表面に配設されてレバーアーム12とアームプレート20との間において摩擦の大きい少なくとも一つの接触領域を形成する摩擦材料80を有する。
所望ならば、従来よく行われているように、テフロンテープなどの適当なポリマー系減摩テープ69をばね68のコイル間に配設してもよい。
複数の指要素22については、全体として上向きにするとともに、一つかそれ以上の角度面36をもつように構成する。これら指要素22それぞれはばねとして作用し、半径方向に力をアームプレートブッシュ40の側壁38に作用させるものである。アームブッシュ40には、切欠き部41を形成し、アームブッシュ40をレバーアーム12の制動キャビティに簡単に係合できるようにする。例えば、指要素22を剛性のある材料で構成すると、指を半径方向上方に曲げたときに、ばねのような作用を発揮させることができる。指要素に一つかそれ以上の表面を形成することが好ましく、ばねのような作用を強化でき、従って圧力をより均一化でき、またより持続化できる。制動時には、アームプレート20の指要素22、側壁38およびアームブッシュ40が摩擦することになる。
指要素22とレバーアーム12との間に耐摩耗性プラスチック材料などの摩擦材料80を配設する。使用できる耐摩耗性材料を例示すれば、ポリアミド類(PA)、ポリエーテルイミド類(PEI)、ポリスルホン類(PS)、ポリエーテルスルホン類(PES)、ポリアセタール類などのポリオキシメチレン類(POM)、ポリエーテルエーテルケトン類(PEEK)、ポリフェニレンスルフィド類(PPS)、ポリフタルアミド類(PPA)やポリフタルイミド類(PPI)であり、これらの配合物である。好ましい摩擦材料80は、ポリアミドであり、具体的にはナイロン6、ナイロン4、ナイロン9、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン611やナイロン46である。本発明の好適な実施態様では、アームプレート20上にポリアミド摩擦材料80を同時成型する。この場合、摩擦材料80は、一連のラビリンスやフランジなどのシーリング手段を使用するか、あるいはアームブッシュ40の一部をレバーアーム12に接触させて、汚染物が制動キャビティに侵入しないようにシールを形成する。
ハウジング46の水平な底部48に面するピボットブッシュ60の一端にフレアを形成する。さらに、ピボットブッシュ60に複数の溝84を形成し、ピボットブッシュ60の長手方向に各溝を走らせる。ハウジング46の底部上のスリーブ66から外側半径方向に突出するリブ82のそれぞれの底部内側角部に形成した対応する数の小さなノッチによってハウジング46の水平な底部48にピボットブッシュ60を固定する。
プーリ装置28は、ボールベアリングなどのベアリング86および取り付けボルトやピンなどの取り付け手段で構成し、プーリを取り付け、レバーアーム12の末端にプーリ装置28を固定する。プーリ30の外周面に複数の突出部88および凹部90を形成し、プーリ30を中心にして円周方向に配設する。突出部/凹部の形状は、V字形状でもよく、あるいは切頭V字状でもよく、その他有効な形状であればよい。
以上、本発明を好適な実施態様について説明してきたが、本発明はこれらに制限されず、当業者によく知られているように、多数の変更変形が可能である。即ち、本発明は以上説明した細部に限定されず、特許請求の範囲および精神に含まれるすべての変更変形を包摂するものである。
本発明による一体的な制動装置を有するベルトテンショナの上面図である。 図1のベルトテンショナを2−2線にそってみた横断面図である。 図1のベルトテンショナ斜視展開図である。
符号の説明
10:ベルトテンショナ、
12:レバーアーム、
20:アームプレート、
22:指要素、
30:プーリ、
42:ピボットシャフト、
46:ハウジング、
56:末端、
58:近接端、
68:ばね要素、
80:摩擦材料。

Claims (10)

  1. 駆動システムのエンドレス駆動ベルトに張力を作用させるさいに使用する一体的な制動装置を有するベルトテンショナにおいて、
    このベルトテンショナ10が、
    長手軸線にそって延設され、かつ外側軸端44を形成したピボットシャフト42を有するハウジング46、
    ピボットシャフト42に回動できるように取り付けられ、末端56と管状の近接端58を有するレバーアーム12であって、管状の近接端をハウジング46内に延設しこれと連動接続したレバーアーム12、
    ハウジング46およびレバーアーム12に連動接続されて長手軸線を中心にしてレバーアーム12をベルトテンション方向に回動させるばね要素68、および
    ピボットシャフト42に固定されて一体的な制動作用を行い、駆動システムのエンドレス駆動ベルトに張力を作用させるアームプレート装置を有し、
    上記アームプレート装置が、
    (a)周縁部78を有するカップ状キャビティおよびこの周縁部78に延設した複数の離間指要素22を有するアームプレート20、および
    (b)レバーアーム12とアームプレート20との間において摩擦の大きい少なくとも一つの接触領域を形成する摩擦材料80を有し、そして
    上記ベルトテンショナ10がさらに、
    レバーアーム12の上記末端56に取り付けられてエンドレス駆動ベルトを受け取り、そしてレバーアーム12をベルトテンション方向に回動させたさいにエンドレス駆動ベルトに張力を作用させるプーリ30であって、プーリ30を取り付けた上記末端56をピボットシャフト42の上記近接端部58から軸方向に離間させたプーリ30を有することを特徴とするベルトテンショナ。
  2. 上記ハウジング46が水平な底部48、この水平な底部に隣接して、ピボットシャフト42から外側に半径方向に走る複数のリッジ82および上記水平な底部から垂直に延設され、内周壁面52および外周壁面54を有する周壁50を有し、および/または上記摩擦材料80がばね鋼で構成することができるアームプレート20の少なくとも一面にあり、および/または上記レバーアーム12がアームプレート装置を受け取る制動キャビティを有し、および/または周縁部78から延設した上記複数の離間指要素22を上向きに角度をつけて形成し、これら指要素22が半径方向に力を発生するばねとして作用するように構成するとともに、高度の制動を与えるように構成し、および/または上記摩擦材料80をアームプレート20上に同時成型し、シーリング手段を設けて汚染物質が制動キャビティ内に侵入しないようし、このシーリング手段として一つ以上のラビリンス、一つ以上のフランジ、あるいはレバーアーム12に接触するアームプレート40の一つ以上の部分を使用する請求項1記載のベルトテンショナ。
  3. さらに、レバーアーム12をアライメントさせこれを維持する内周壁面62および外周壁面64を有するピボットブッシュ60であって、上記内周壁面62がハウジング46内のピボットシャフト42を取り囲み、かつ長手軸線にそって延設されたスリーブ66の外面に隣接するようにピボットシャフト42の外面に軸方向に配設したピボットブッシュ60、および/またはばね要素68とレバーアーム12との間に軸方向に配設されたばねブッシュ70であって、ハウジング46の垂直な周側壁50の外周面54の円周に対応する外周面およびレバーアームの管状近接端58の外周壁に対応する内周面を有するばねブッシュ70、および/またはアームプレート20とレバーアーム12との間に設けられ、上記レバーアームをアライメントさせこれを維持するアームプレートブッシュ40であって、切欠き部41を形成して上記アームプレートブッシュを張力により上記制動キャビティに係合させるアームプレートブッシュ40を有する請求項1または2記載のベルトテンショナ。
  4. 上記プーリ30が、このプーリ30の上記周面を中心にして円周方向に走る複数のリッジ88および凹部90を交互にもつ外周面を有し、上記プーリ30の軸方向開口を走り、取り付けボルトまたは取り付けピンを形成することができる取り付け手段32を使用して、上記レバーアーム12の上記末端56上のハブに上記プーリ30を連動接続することができる請求項1〜3のいずれかに記載のベルトテンショナ。
  5. 上記ばね要素68が、鋼で構成することができるコイルばねである請求項1〜4のいずれかに記載のベルトテンショナ。
  6. 一体的な制動装置を有するベルトテンショナ10の組み立て方法において、
    長手軸線にそって延設され、かつ外側軸端を形成したピボットシャフト42を有するハウジング46を配設し、
    上記ハウジング46の上記ピボットシャフト42に隣接してピボットブッシュ60を配設し、
    上記ピボットシャフト42の周囲にコイルばね要素68を配設し、
    このコイルばね要素68に隣接して軸方向に環状ばねブッシュ70を配設し、
    上記ピボットシャフト42に、末端56と管状の近接端58を有するレバーアーム12であって、管状の近接端をハウジング46内に延設しこれと連動接続したレバーアーム12を配設し、
    (a)カップ状キャビティ周縁部78および複数の離間指要素22を有するアームプレート20であって、この周縁部78から延設した上記複数の離間指要素22を上向きに角度をつけて形成し、これら指要素22が半径方向に力を発生するばねとして作用するように構成するとともに、高度の制動を与えるように構成したアームプレート20、および
    (b)レバーアーム12とアームプレート20との間に設けられ、このレバーアーム12と上記アームプレート20との間において摩擦の大きい少なくとも一つの接触領域を形成する摩擦材料80を有するアームプレート装置を配設し、
    上記レバーアーム12の上記末端56に、エンドレス駆動ベルトを受け取り、そしてレバーアーム12をベルトテンション方向に回動させたさいにエンドレス駆動ベルトに張力を作用させるプーリ30であって、このプーリ30の外周面を中心にして円周方向に走る複数のリッジ88および凹部90を交互にもつ外周面30をもつプーリ30を有するプーリ装置を配設し、そして
    上記ハウジング46、上記ピボットブッシュ60、上記コイルばね68、上記ばねブッシュ70、上記レバーアーム12、上記アームプレート装置および上記プーリ30を一連の工程で組み立てることを特徴とする一体的な制動装置をもつことを特徴とするベルトテンショナ10の組み立て方法。
  7. 上記一連の工程が、
    (1)上記ハウジング46の上記ピボットシャフト42に隣接して上記ピボットブッシュ60を配設する工程、
    (2)上記ハウジング46の上記ピボットシャフト42の周囲に上記コイルばね68を位置決めし、上記コイルばねを上記ハウジングに連結する工程、
    (3)上記のように位置決めしたコイルばね68に隣接して上記ばねブッシュ70を位置決めする工程、
    (4)上記管状の末端58が上記ハウジング46内に延設されるように上記ピボットシャフト42に上記レバーアーム12を位置決めする工程、
    (5)上記アームプレートを上記レバーアーム12に連動接続する工程、および
    (6)上記プーリ装置を上記レバーアーム12の上記末端56に取り付ける工程を有する請求項6記載の組み立て方法。
  8. 上記ハウジング46が水平な底部48、および上記水平な底部から垂直に延設され、内周壁面52および外周壁面54を有する周壁50を有し、上記ハウジング46がさらに上記水平な底部48に半径方向に走る複数の内部リッジ82を有し、および/または上記ピボットブッシュ60が、さらに、レバーアーム12をアライメントさせこれを維持する外周壁面64を有し、このピボットブッシュ60を上記ハウジング46のピボットシャフト42の外面に設けるとともに、長手軸線にそって延設した請求項7記載の組み立て方法。
  9. 上記コイルばね要素68を上記ハウジング46および上記レバーアーム12に連動接続し、長手軸線を中心にしてベルトテンション方向に上記レバーアームを回動できるようにした請求項7または8記載の組み立て方法。
  10. 上記工程(5)で、上記アームプレート装置を上記制動キャビティ内および上記ピボットシャフト42上に位置決めし、このアームプレート装置がカップ状ばね鋼アームプレート20、およびレバーアームをアラインメントさせこれを維持するために上記アームプレート20と上記レバーアーム12との間に設けられた開口を有する摩擦材料80を有し、そしてこのアームプレート装置が、
    (a)周縁部78を有するカップ状キャビティおよび複数の離間指要素22を有するアームプレート20であって、この周縁部78から延設した上記複数の離間指要素22を上向きに角度をつけて形成し、これら指要素22が半径方向に力を発生するばねとして作用するように構成するとともに、高度の制動を与えるように構成したアームプレート20、および
    (b)上記複数の離間指要素22と上記レバーアーム12との間に設けられ、このレバーアーム12と上記アームプレート20との間において摩擦の大きい少なくとも一つの接触領域を形成する摩擦材料80を有する請求項7〜9のいずれかに記載の組み立て方法。
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