JP2006319142A - 発熱体冷却装置及びヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】 従来よりも放熱効率を高めることができる発熱体冷却装置を提供する。
【解決手段】 発熱体冷却装置は、ヒートシンクとファン装置とを備えている。ヒートシンクは、発熱体が装着されるベースと第１のタイプの放熱フィン３５と第２のタイプの放熱フィン３７とを備えている。放熱フィン３５は、ベースの上側表面部３３Ａから上方向に向かって延びている。放熱フィン３７は、ベースの二つの横側表面部３３Ｂ及び３３Ｃから左右方向に延びている。放熱フィン３５及び３７は、それぞれ前後方向に連続して延びている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、電子部品等の発熱体を冷却する発熱体冷却装置及び該装置に用いるヒートシンクに関するものである。

従来、風洞内にＣＰＵ等の発熱の高い電子部品を冷却するためのヒートシンク及びそれ以外の発熱素子を収納し、ファン装置から風洞内に風を送って強制的にこれらを冷却する技術が提案されている。ヒートシンクは、冷却されるべきＣＰＵ（発熱体）が装着されるベース及びこのベースに対して固定された複数枚の放熱フィンから構成される。またファン装置は、ヒートシンクの側方に配置されて、複数枚の放熱フィンに沿って一方向に空気を流して放熱フィンからの放熱を促進する。

またこの種の技術に用いることが可能なヒートシンクの一例として、米国特許第６，４４６，７０８号（実用新案登録第３０８５３４０号）公報[特許文献１及び２］がある。このヒートシンクでは、発熱体が装着されるベースの本体部の上に翼を広げたように斜め上に伸びる２つの延長部を備えている。そして、この２つの延長部の上端部と下端部のそれぞれに、上下方向に延びる複数枚の放熱フィンが一体に設けられている。そしてこれら複数枚の放熱フィンは複数のストリップに分割されており、特に、延長部の下端部から下方向に延びる複数のストリップの先端が相互に連結されている。
米国特許第６，４４６，７０８号公報 実用新案登録第３０８５３４０号公報

従来提案されているヒートシンクでは、発熱体からベースの本体部に伝わった熱が、直ちに放熱されることはなく、延長部に設けられた複数のストリップまで伝達された後に放熱される。放熱フィンを複数のストリップに分割すると、放熱効率が上がるように思われる。しかしながら、実際には熱が流れる熱流路の合計断面積が小さくなって放熱効率は低下する。また２つの延長部の下端部に設けられた複数のストリップは、下方側に真っ直ぐに伸びていて、しかもその先端部が相互に連結されている。そのため発熱体から延長部の下端部に設けられた複数のストリップの先端部まで熱が流れる熱流路の長さが長くなる。また延長部の下端部に設けられたこれら複数のストリップから放出される輻射熱で、発熱体近傍にある部品が加熱される割合が増える。このような構造から、従来提案されているヒートシンクを用いた冷却装置では、ヒートシンクを風洞内に配置して冷却するとしても冷却効率を高めることには限界があった。

本発明の目的は、従来の装置よりも放熱効率を高めることができる発熱体冷却装置を提供することにある。

また本発明の他の目的は、従来の装置よりも放熱効率の高いヒートシンクを提供することにある。

本発明の発熱体冷却装置は、冷却されるべき発熱体が装着されるベース及びベースに対して固定された複数枚の放熱フィンからなるヒートシンクと、このヒートシンクの側方に配置され且つ複数枚の放熱フィンに沿って一方向に空気を流して放熱フィンからの放熱を促進するファン装置とを具備する。

ここで前述の一方向と直交する上下方向を仮定したときに、ヒートシンクのベースの左右方向は、前記一方向及び上下方向の両方向と直交する二つの方向と一致するものと定義される。また、ベースの前後方向の一方が、前記一方向と一致するものと定義される。

発熱体はベースに対してベースの下方向側に熱伝達可能に配置される。なお発熱体は、ベースの下方向に面する面（下面）と直接接触するように配置することができる。またベースの本体部には、本体部の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝達部材を取り付け、発熱体をこの熱伝達部材と直接接触するように配置してもよい。このようにすると発熱体からの熱は直ちに熱伝達部材へと伝わり、熱伝達部材に伝わった熱がベースの本体部へと確実に伝達される。

ヒートシンクのベースは左右方向と前後方向とに延びる本体部と、ベースの本体部に基部が一体に設けられた第１及び第２の延長部とから構成される。第１及び第２の延長部は、ベースの本体部の左右向両端に位置する上側角部と下側角部のうち上側角部に基部が一体に設けられて前後方向に連続して延びている。そして第１の延長部は、ベースに近い位置にある第１及び第２の延長部におけるそれぞれの部分間の距離よりも、ベースから離れた先端位置にある第１及び第２の延長部におけるそれぞれの部分間の距離のほうが長くなるように、上方向と左右方向の一方の方向との間の第１の斜め方向に延びている。また第２の延長部も、ベースに近い位置にある第１及び第２の延長部におけるそれぞれの部分間の距離よりも、ベースから離れた先端位置にある第１及び第２の延長部におけるそれぞれの部分間の距離のほうが長くなるように、上方向と左右方向の他方の方向との間の第２の斜め方向に延びている。なお第１及び第２の延長部は、直線的に延びている必要はなく、湾曲した状態で延びていてもよいのは勿論である。

複数枚の放熱フィンは、ベースの上方向に面を向ける上側表面部に基部が一体に設けられた第１のタイプの複数枚の放熱フィンと、ベースの左右方向にそれぞれ面を向ける二つの横側表面部に基部が一体に設けられた第２のタイプの複数枚の放熱フィンとを備えている。なおベースの上側表面部には、第１または第２の延長部とは重ならない領域が残っていてもよいのは勿論である。このような領域が残る場合には、この領域にも第１のタイプの放熱フィンが設けられることになる。そして第１のタイプの複数枚の放熱フィンは、上方向及び前後方向に連続して延びている。

また二つの横側表面部の一方に基部が一体に設けられた第２のタイプの複数枚の放熱フィンは、左右方向の一方の方向及び前後方向に連続して延びている。また二つの横側表面部の他方に基部が一体に設けられた第２のタイプの複数枚の放熱フィンは、左右方向の他方の方向及び前後方向に連続して延びている。なお第２のタイプの複数枚の放熱フィンは、左右方向に完全に一致する方向に真っ直ぐに延びている必要はなく、多少傾斜したり、または湾曲しながら左右方向に沿って（向かって）延びていてもよいのは勿論である。

本発明では、第１及び第２のタイプの複数枚の放熱フィンが、連続して前後方向に延びているため、放熱フィンに沿って流れる空気の流れに対して放熱フィンが著しく大きな抵抗となることがない。また発熱体から放熱フィンの先端部に延びる熱流路の合計断面積が小さくなることも抑制することができる。また第２のタイプの放熱フィンが、左右方向に延びているため、第２のタイプの放熱フィンからの輻射熱がすべて発熱体周辺の部品に与えられることがない。特に、第２のタイプの放熱フィンのうちベースの二つの横側表面部から延びる放熱フィンは、発熱体に近い位置にあるため、発熱体の熱を早期に積極的に発散することができる。よって本発明によれば、上記の特徴により、従来よりも、冷却効率を高めることができる。

また第１及び第２の延長部の上方向に面を向ける表面部分に設けられた複数枚の放熱フィンの基部と、第１及び第２の延長部の下方向に面を向ける裏面部分に設けられた複数枚の放熱フィンの基部とを、上下方向に整列しないように設けてよい。このようにすると、第１及び第２の延長部の基部から先端部に向かって流れる熱を、各放熱フィンに対して偏り無く分散させることができ、放熱効率を高めることができる。

また第１及び第２の延長部が、直線的に延びる場合には、第１の斜め方向と上方向との間の角度及び第２の斜め方向と上方向との間の角度は、同じであることが望ましい。これは熱分散のバランスを良好なものとすることができて、放熱の偏りが発生するのを防止することができるからである。

なお好ましいファン装置は、モータと、モータのロータに対して固定されて回転駆動されるインペラと、インペラを回転可能に収納する筒状の風洞部を備えたハウジングと、ハウジングとモータとの間に配置されてモータを支持する複数本のウエブとを備え、複数枚の放熱フィンに向かって空気を吹き付けるように構成された軸流ファン装置である。

本発明によれば、第１及び第２のタイプの複数枚の放熱フィンが、連続して前後方向に延びている。そのため、放熱フィンに沿って流れる空気の流れに対して放熱フィンが著しく大きな抵抗となることがない。本発明によれば、また発熱体から放熱フィンの先端部に延びる熱流路の合計断面積が小さくなることも抑制することができるという利点が得られる。また第２のタイプの放熱フィンが、左右方向に延びているため、第２のタイプの放熱フィンからの輻射熱がすべて発熱体周辺の部品に与えられることがない。特に、第２のタイプの放熱フィンのうちベースの二つの横側表面部から延びる放熱フィンは、発熱体に近い位置にあるため、発熱体の熱を早期に積極的に放熱できる利点が得られる。

図１は、風洞内にＣＰＵ等の電子部品が装着されたヒートシンクを配置してＣＰＵ等の電子部品を冷却する電子部品冷却装置（発熱体冷却装置）に本発明を適用した実施の形態の一例の斜視図であり、図２はその正面図、図３はその背面図、そして図４はその底面図である。この電子部品冷却装置１では、風洞３の内部にファン装置５と破線で示したヒートシンク７とが収納されている。符号６で示した部材は、ファン装置５の電源コードである。

風洞３は、一対の側壁９及び１１と上壁１３とを備えており、風洞３の底面は開放状態になっている。風洞３の底面は、例えば、装置１が実装される基板によって塞がれる。したがって風洞の機能から考えると、この風洞３は、底面が塞がれていると考えることができる。したがって風洞の機能から考えると、風洞３は前後方向に一対の開口部１５及び１７を備えている。風洞３の一方の開口部１５内には、ファン装置５が収納されている。また風洞３内には、他方の開口部１７側からヒヒートシンク７が見えるように、ヒートシンク７が収納されている。図３に示されるように、風洞３は、開口部１７の端部に、両端が一対の側壁部９及び１１に一体に設けられた横桟部１９を有している。

ファン装置５は、インペラ２１がハウジング２３の内部に収納された軸流送風機である。図３に示すように、インペラ２１を駆動するモータ２４は、３本のウエブ２５を介してハウジング２３に支持されている。本実施の形態では、ウエブ２５がヒートシンク７側に位置するように、ファン装置５は風洞３の内部に配置されている。ファン装置５は、開口部１５側から空気を吸い込んでウエブ２５側に空気を吐き出す。したがってこの冷却装置では、ファン装置５から供給される風がヒートシンク７に沿って流れて開口部１７から吐き出されることにより、ヒートシンク７からの熱の放散が促進される。ヒートシンク７は、風洞３の一対の側壁９及び１１に対して固定された取り付け金具２７に対して４本のネジ２９によりネジ止めされて風洞３内に支持される。

なお図４に示すように、発熱体であるＣＰＵはヒートシンク７の後述するベース３３に対して熱伝達可能に配置される。

図５は、ヒートシンク７を正面右斜め上から見た斜視図であり、図６はヒートシンク７の正面図、図７はその右側面図、図８はその底面図、図９は図６のＩＸ−ＩＸ線断面図である。図５及び図６に示すように、本願明細書においては、ヒートシンク７に対して複数の方向を定めている。すなわち、上方向ＵＰ及び下方向ＬＯからなる上下方向、前方方向ＦＯ及び後方方向ＲＥからなる前後方向、右方向ＲＩ及び左方向ＬＥからなる左右方向を図５に示すように定義している。またファン装置５により空気を流す方向（軸流ファン装置の軸線方向の一方の方向）を一方向（本実施の形態の場合には後方方向ＲＥ）として、この一方向に対して上下方向、左右方向を定めている。

ヒートシンク７は、冷却されるべき発熱体３１が装着されるベース３３及びベース３３に対して固定された複数枚の放熱フィン３５，３７から構成される。なお図５乃至図９には、一部の放熱フィンにのみ符号３５と３７を付してある。本実施の形態では、ベース３３及び放熱フィン３５，３７は、アルミニューム材料を用いて押し出し成形により一体に形成されている。そしてベース３３の底面部には、銅等のようにアルミニュームよりも熱伝導率の高い熱伝達部材３８が取り付けられている。

ベース３３は、左右方向ＬＥ−ＲＩと前後方向ＦＯ−ＲＥとに延びる本体部３９と、ベース３３の本体部３９に基部４１Ａ及び４３Ａが一体に設けられた第１及び第２の延長部４１及び４３とから構成される。第１及び第２の延長部４１及び４３は、ベース３３の本体部３９の左右方向両端に位置する上側角部と下側角部のうち上側角部に基部４１Ａ及び４３Ａが一体に設けられて前後方向ＦＯ−ＲＥに連続して延びている。なお本体部３９と第１及び第２の延長部４１及び４３とが一体になっているため、本願明細書において本体部３９の上側角部とは図６に破線で示す部分を意味する。

図６に示すように、第１の延長部４１は、ベース３３に近い位置にある第１及び第２の延長部４１及び４３の部分間の距離Ｌ１よりもベース３３から離れた先端位置にある第１及び第２の延長部４１及び４３の部分間の距離Ｌ２のほうが長くなるように上方向ＵＰと左方向ＬＥとの間の第１の斜め方向ＩＬに延びている。また第２の延長部４３も、ベース３３に近い位置にある第１及び第２の延長部４１及び４３の部分４１Ａ及び４３Ａ間の距離Ｌ１よりも、ベース３３から離れた先端位置にある第１及び第２の延長部４１及び４３の部分４１Ｂ及び４３Ｂ間の距離Ｌ２のほうが長くなるように、上方向ＵＰと右方向ＲＩとの間の第２の斜め方向ＩＲに延びている。本実施の形態では、第１及び第２の延長部４１及び４３は、直線的に延びている。

また第１の斜め方向ＩＬと上方向ＵＰとの間の角度θ１と第２の斜め方向ＩＲと上方向ＵＰとの間の角度θ２は、同じである。

複数枚の放熱フィン３５，３７は、ベース３３の上方向に面を向ける上側表面部３３Ａに基部が一体に設けられた第１のタイプの２４枚の放熱フィン３５と、ベース３３の左右方向にそれぞれ面を向ける二つの横側表面部３３Ｂ及び３３Ｃに基部が一体に設けられた第２のタイプの１６枚の放熱フィン３７とを備えている。本実施の形態では、ベース３３の上側表面部３３Ａに、第１または第２の延長部４１，４３とは重ならない領域３３Ｄがあり、この領域３３Ｄにも放熱フィン３５が一体に設けられている。第１のタイプの放熱フィン３５は、上方向ＵＰ及び前後方向ＦＯ−ＲＥに連続して延びている。各放熱フィン３５，３７は基部から先端に近づくに従って厚みが薄くなっている。

また横側表面部３３Ｂに基部が一体に設けられた第２のタイプの放熱フィン３７は、左方向ＬＥ及び前後方向ＦＯ−ＲＥに連続して延びている。また横側表面部３３Ｃに基部が一体に設けられた第２のタイプの放熱フィン３７は、右方向ＲＩ及び前後方向ＦＯ−ＲＥに連続して延びている。なお第２のタイプの放熱フィン３７は、左右方向ＬＥ−ＲＩに完全に一致する方向に真っ直ぐに延びている必要はなく、多少傾斜したり、または湾曲しながら左右方向に沿って延びていてもよい。

また図９に示すように、第１及び第２の延長部４１及び４３の上方向ＵＰに面を向ける表面部分に設けられた複数枚の放熱フィン３５の基部と、第１及び第２の延長部４１及び４３の下方向ＬＯに面を向ける裏面部分に設けられた複数枚の放熱フィン３７の基部との位置は、上下方向に整列しておらず、それらの基部の間には差ｄがある。このようにすると、第１及び第２の延長部４１及び４３の基部から先端部に向かって流れる熱を、各放熱フィン３５，３７に対して偏り無く分散させることができ、放熱効率を高めることができる。

また図９に示すように、ヒートシンク７の本体部３９には、下方に向かって開口する凹部４０が形成されており、この凹部４０内に熱伝達部材３８が熱伝達可能にきつく嵌合されている。熱伝達部材３８は、横断面形状が円形をなす円柱体によって構成されている。熱伝達部材３８が本体部３９の内部に入り込んでいるため、図９に矢印で示すように発熱体からの熱は、熱伝達部材３８から延長部４１及び４３ならびに放熱フィン３５及び３７へと、スムーズに且つ効率良く伝達される。放熱フィン３５に伝わる熱は、上方向に向かって放熱フィン３５の先端部へと伝達される。また放熱フィン３７に伝わる熱は、左方向または右方向に向かって放熱フィン３７の先端へと伝達される。

上記実施の形態では、発熱体を熱伝達部材３８を介してヒートシンク７のベースに伝達している。しかしながら、ベースの下方向に面する面（下面）と直接接触するように発熱体を配置してもよいのは勿論である。

また上記実施の形態では、風洞３を用いているが、風洞を用いずに、ヒートシンクを冷却するようにしてもよいのは勿論である。

風洞を用いてＣＰＵ等の電子部品を冷却する電子部品冷却装置（発熱体冷却装置）に本発明を適用した実施の形態の一例の斜視図である。 図１の実施の形態の正面図である。 図１の実施の形態の背面図である。 図１の実施の形態の底面図である。 ヒートシンクを正面右斜め上から見た斜視図である。 ヒートシンクの正面図である。 ヒートシンクの右側面図である。 ヒートシンクの底面図である。 図６のＩＸ−ＩＸ線断面図である。

符号の説明

１ 電子部品冷却装置
３ 風洞
５ ファン装置
７ ヒートシンク
９，１１ 側壁
１３ 上壁
３３ ベース
３９ 本体部
３５ 第１のタイプの放熱フィン
３７ 第２のタイプの放熱フィン
３８ 熱伝達部材
３９ 本体部
４１ 第１の延長部
４３ 第２の延長部

Claims (8)

1. 冷却されるべき発熱体が装着されるベース及び前記ベースに対して固定された複数枚の放熱フィンからなるヒートシンクと、
   前記ヒートシンクの側方に配置され且つ前記複数枚の放熱フィンに沿って一方向に空気を流して前記放熱フィンからの放熱を促進するファン装置とを具備する発熱体冷却装置であって、
   前記一方向と直交する上下方向を仮定したときに、前記ベースの左右方向が前記一方向及び前記上下方向の両方と直交する二つの方向と一致するものと定義され、前記ベースの前後方向の一方が前記一方向と一致するものと定義され、
   前記発熱体は前記ベースに対して前記ベースの前記下方向側に熱伝達可能に配置され、
   前記ベースは前記左右方向と前記前後方向とに延びる本体部と、前記ベースの前記本体部に基部が一体に設けられた第１及び第２の延長部とから構成され、
   前記第１及び第２の延長部は、前記ベースの前記本体部の前記左右方向両端に位置する上側角部と下側角部のうち前記上側角部に基部が一体に設けられて前記前後方向に連続して延びており、
   前記第１の延長部は、前記ベースに近い位置にある前記第１及び第２の延長部におけるそれぞれの部分間の距離よりも、前記ベースから離れた先端位置にある前記第１及び第２の延長部におけるそれぞれの部分間の距離のほうが、長くなるように前記上方向と前記左右方向の一方の方向との間の第１の斜め方向に延びており、
   前記第２の延長部は、前記ベースに近い位置にある前記第１及び第２の延長部におけるそれぞれの部分間の距離よりも、前記ベースから離れた先端位置にある前記第１及び第２の延長部におけるそれぞれの部分間の距離のほうが、長くなるように前記上方向と前記左右方向の他方の方向との間の第２の斜め方向に延びており、
   、前記複数枚の放熱フィンは、前記ベースの前記上方向に面を向ける上側表面部に基部が一体に設けられた第１のタイプの複数枚の放熱フィンと、前記ベースの前記左右方向にそれぞれ面を向ける二つの横側表面部に基部が一体に設けられた第２のタイプの複数枚の放熱フィンとを備え、
   前記第１のタイプの複数枚の放熱フィンが、前記上方向及び前記前後方向に連続して延びており、
   前記二つの横側表面部の一方に前記基部が一体に設けられた前記第２のタイプの複数枚の放熱フィンが、前記左右方向の前記一方の方向及び前記前後方向に連続して延びており、
   前記二つの横側表面部の他方に前記基部が一体に設けられた前記第２のタイプの複数枚の放熱フィンが、前記左右方向の前記他方の方向及び前記前後方向に連続して延びていることを特徴とする発熱体冷却装置。
2. 前記ベースの前記本体部には、前記本体部の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝達部材が取り付けられており、前記発熱体が前記熱伝達部材と直接接触することを特徴とする請求項１に記載の発熱体冷却装置。
3. 前記第１のタイプの複数枚の放熱フィンは、それぞれ実質的に平行に並んでおり、前記第２のタイプの複数枚の放熱フィンもそれぞれ実質的に平行に並んでいる請求項１に記載の発熱体冷却装置。
4. 前記第１及び第２の延長部の前記上方向に面を向ける表面部分に設けられた前記複数枚の放熱フィンの基部と、前記第１及び第２の延長部の前記下方向に面を向ける裏面部分に設けられた前記複数枚の放熱フィンの基部とが、前記上下方向に整列していないことを特徴とする請求項１に記載の発熱体冷却装置。
5. 冷却されるべき発熱体が装着されるベースと前記ベースに対して固定された複数枚の放熱フィンとを備え、側方に配置されるファン装置から一方向に流される空気が前記複数枚の放熱フィンに沿って流れて前記発熱体の熱を放散するヒートシンクであって、
   一方向と直交する上下方向を仮想したときに、前記ベースの左右方向が前記一方向及び前記上下方向の両方向と直交する二つの方向と一致するものと定義され、前記ベースの前後方向の一方が前記一方向と一致するものと定義され、
   前記ベースは前記左右方向と前記前後方向とに延びる本体部と、前記ベースの前記本体部に基部が一体に設けられた第１及び第２の延長部とから構成され、
   前記第１及び第２の延長部は、前記ベースの前記本体部の前記横方向両端に位置する上側角部と下側角部のうち前記上側角部に基部が一体に設けられて前記前後方向に連続して延びており、
   前記第１の延長部は、前記ベースに近い位置にある前記第１及び第２の延長部におけるそれぞれの部分間の距離よりも、前記ベースから離れた先端位置にある前記第１及び第２の延長部におけるそれぞれの部分間の距離のほうが、長くなるように前記上方向と前記左右方向の一方の方向との間の第１の斜め方向に傾斜しており、
   前記第２の延長部は、前記ベースに近い位置にある前記第１及び第２の延長部におけるそれぞれの部分間の距離よりも、前記ベースから離れた先端位置にある前記第１及び第２の延長部におけるそれぞれの部分間の距離のほうが、長くなるように前記上方向と前記左右方向の他方の方向との間の第２の斜め方向に傾斜しており、
   、前記複数枚の放熱フィンは、前記ベースの前記上方向に面を向ける上側表面部に基部が一体に設けられた第１のタイプの複数枚の放熱フィンと、前記ベースの前記左右方向にそれぞれ面を向ける二つの横側表面部に基部が一体に設けられた第２のタイプの複数枚の放熱フィンとを備え、
   前記第１のタイプの複数枚の放熱フィンが、前記上方向及び前記前後方向に連続して延びており、
   前記二つの横側表面部の一方に前記基部が一体に設けられた前記第２のタイプの複数枚の放熱フィンが、前記左右方向の前記一方の方向及び前記前後方向に連続して延びており、
   前記二つの横側表面部の他方に前記基部が一体に設けられた前記第２のタイプの複数枚の放熱フィンが、前記左右方向の前記他方の方向及び前記前後方向に連続して延びていることを特徴とするヒートシンク。
6. 前記ベースの前記本体部には、前記本体部の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝達部材が取り付けられており、前記発熱体が前記熱伝達部材と直接接触することを特徴とする請求項５に記載のヒートシンク。
7. 前記第１のタイプの複数枚の放熱フィンは、それぞれ実質的に平行に並んでおり、前記第２のタイプの複数枚の放熱フィンもそれぞれ実質的に平行に並んでいる請求項５に記載のヒートシンク。
8. 前記第１及び第２の延長部の前記上方向に面を向ける表面部分に設けられた前記複数枚の放熱フィンの基部と、前記第１及び第２の延長部の前記下方向に面を向ける裏面部分に設けられた前記複数枚の放熱フィンの基部とが、前記上下方向に整列していないことを特徴とする請求項５に記載のヒートシンク。

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