JP2007078150A - 高角固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転ガタを防止でき、しかも、組み立て性の向上を図ることができると共に、製造コストの低減が可能であって、常時高角使用に最適となる高角固定式等速自在継手を提供する。
【解決手段】 一対の等速自在継手１Ａ、１Ｂを備えた高角固定式等速自在継手である。各等速自在継手１Ａ、１Ｂが、球状内面３に複数のトラック溝４を形成した外輪５と、球状外面６に複数のトラック溝７を形成した内輪８と、両トラック溝４、７が協働して形成されるボールトラックに配置したボール９と、ボール９を保持する保持器１０とを備える。各等速自在継手１Ａ、１Ｂにアキシャル隙間詰め機構６０を形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高角固定式等速自在継手に関し、詳しくは、高角使用が可能で自動車のステアリングシステムに適用が可能な高角固定式等速自在継手に関する。

等速自在継手は、入出力軸間の角度変位のみを許容する固定型と、角度変位および軸方向変位を許容する摺動型に大別され、それぞれ用途・使用条件等に応じて機種選定される。

固定型等速自在継手としては、ツェッパ型（以下、「ＢＪ」と称する）やアンダーカットフリー型（以下、「ＵＪ」と称する）が広く知られている。

ＢＪおよびＵＪの何れも、内周に複数の曲線状のトラック溝を有する外輪と、外周に複数の曲線状のトラック溝を有する内輪と、外輪および内輪のトラック溝間に組み込まれたボールと、ボールを保持する保持器とで構成される。外輪のトラックセンタは外輪内周の球面中心に対して、また、内輪のトラックセンタは内輪外周の球面中心に対して、それぞれ軸方向に等距離だけ反対側にオフセットされており、これにより外輪のトラック溝と内輪のトラック溝とで構成されるボールトラックは外輪の奥部側または開口側に向けて拡開する楔形となっている。ＢＪは各トラック溝の全域が外輪トラックセンタおよび内輪トラックセンタを中心とする曲線状になっているが、ＵＪでは各トラック溝の一方の端部が軸方向のストレート状になっている。

これらの固定型等速自在継手には、機能上および加工上の要請から外輪トラックと内輪トラックとの間に隙間が存在する。このトラック間の隙間は、継手の中立状態で内輪又は外輪の何れか一方を固定して、固定されていない他方の部材をラジアル方向またはアキシャル方向に移動させたときの移動量をいい、移動させる方向によって、それぞれラジアル隙間またはアキシャル隙間と呼ばれる。

このトラック間の隙間の大小は、内輪と外輪の間の円周方向のガタツキ（回転バックラッシュ）に大きく影響を与える（トラック間のすきまが大きいほど回転バックラッシュも大きくなる）。上述のように固定型等速自在継手では、トラック間の隙間が不可欠であり、そのため一定以上の回転バックラッシュの発生は避けられない。

ところで、２個の等速自在継手の外輪同士を連結してなるユニット体を構成し、このユニット体を、常時高角使用となる自動車のステアリング装置（ステアリングシステム）等に用いようとするものがある（特許文献１）。

前記特許文献１に記載のものは、図で示されるように一方の等速自在継手の外輪軸と、他方の等速自在継手の外輪軸とを連結するか、又は一体に成形する形態となっている。
ドイツ特許ＤＥ４３０６１２１Ａ１

前記特許文献１に記載のものでは、各等速自在継手において、トラック間の隙間が形成されたままであり、回転バックラッシュの発生はさけられない。このため、回転バックラッシュを嫌うステアリング装置に適さない。

また、外輪を連結する場合は、一方の等速自在継手の外輪に、先端部をスプラインとした軸部を設け、他方の等速自在継手の外輪に設けた筒状部にスプラインを設けて、互いにスプライン嵌合すると共に、嵌合部にガタが生じない様に締結していた。そのため、加工部位および部品点数が多く、組み立て作業性に劣ると共に、コスト高となる。また、一体に成形する場合は、外輪形状が軸方向に長くなる為、加工性に劣ると共に、コスト高となる。

本発明は、かかる実情に鑑み創案されたものであって、その目的は、回転ガタを防止でき、しかも、組み立て性の向上を図ることができると共に、製造コストの低減が可能であって、常時高角使用に最適となる高角固定式等速自在継手を提供することにある。

本発明の高角固定式等速自在継手は、上記目的を達成するため、一対の等速自在継手を備えると共に、各等速自在継手が、球状内面に複数のトラック溝を形成した外輪と、球状外面に複数のトラック溝を形成した内輪と、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝とが協働して形成される複数のボールトラックの各々に配置したボールと、外輪と内輪との間に配置してボールを保持する保持器とを備えた高角固定式等速自在継手であって、一方の等速自在継手の外輪には軸部が突設され、この軸部の端部を他方の等速自在継手の内輪を嵌合させて前記一対の等速自在継手を連結すると共に、各等速自在継手にボールとボールトラック間のアキシャル隙間詰め機構を形成したものである。

一方の等速自在継手の軸部の端部を他方の等速自在継手の内輪に嵌合させて一対の等速自在継手を連結するので、高角（大角度）対応が可能となる。しかも、各等速自在継手にボールとボールトラック間のアキシャル隙間詰め機構を構成しているので、ボールを介したトラック間の隙間（アキシャル隙間）を詰めることができる。また、ボルト部材等を使用することなく、一方の等速自在継手の軸部を介して一対の等速自在継手を連結できる。

ボールとボールトラック間のアキシャル隙間詰め機構は、弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部と、この押圧部からの押圧力を受ける受け部とを備え、一方の等速自在継手においては、押圧部および受け部のうち、いずれか一方を内輪に嵌合するシャフトの端部に設け、他方を保持器に設け、他方の等速自在継手においては、押圧部および受け部のうち、いずれか一方を内輪に嵌合する前記軸部の端部に設け、他方を保持器に設けたものである。

姿勢安定用の軸受装置を、外輪に設けたり、一方の等速自在継手の軸部（ステム部）に設けたりすることができる。これにより、軸部に対して外輪等が安定した姿勢をとることができて、安定した作動角をとることができる。

一対の等速自在継手のトラック位置位相とトラック間ピッチ位相とをそれぞれ一致させたり、これらのずれを±２０°の範囲としたりすることができる。これにより、継手のトルク−捩れ角線図におけるヒステリシスの最大値を小さくできる。

前記のように構成された高角固定式等速自在継手をステアリングシステムに使用することができる。

本発明は、高角（大角度）対応が可能となると共に、ボールを介したトラック間の隙間を詰めることができる。これによって、いわゆる回転方向ガタの無い大角度対応の高角固定式等速自在継手を提供することができる。すなわち、トラック間の隙間に起因する回転バックラッシュの発生を防止でき、しかも、作動角の高角化が可能となって、自動車のステアリング装置（ステアリングシステム）への採用が最適になる。

また、ボルト部材等を使用することなく、一方の等速自在継手の軸部を介して一対の等速自在継手を連結できるので、組み立て作業の簡素化を図ることができ、しかも、部品点数も比較的少なく、部品管理も行い易くなって、コスト低減を達成できる。

姿勢安定用の軸受装置を、一方の等速自在継手の外輪等に設けることによって、安定した作動角をとることができる。これにより、回転力の伝達を滑らかに行うことができ、高精度の回転力伝達機構となる。

また、一対の等速自在継手のトラック位置位相とトラック間ピッチ位相とをそれぞれ一致させたり、これらのずれを±２０°の範囲としたりすることによって、継手のトルク−捩れ角線図におけるヒステリシスの最大値を小さくでき、ステアリングシステムにこの高角固定式等速自在継手を使用した自動車の操安性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図１から図５に基づいて説明する。

図１は本発明の高角固定式等速自在継手の第１の実施形態を示す全体図である。この高角固定式等速自在継手は、一対の等速自在継手１Ａ、１Ｂを備え、一方の等速自在継手１Ａから突出される軸部１２Ａを介して等速自在継手１Ａ、１Ｂが連結される。

各等速自在継手１Ａ、１Ｂは、それぞれ、球状内面３に複数のトラック溝４を形成した外輪５と、球状外面６に複数のトラック溝７を形成した内輪８と、外輪５のトラック溝４と内輪８のトラック溝７とが協働して形成される複数のボールトラックの各々に配置したボール９と、ボール９を保持する複数のポケット１１を形成した保持器１０とを備える。

すなわち、トラック溝４、７は軸方向に伸びる直線状とされ、周方向に沿って等ピッチで配置されている（図４参照）。保持器１０は外輪５の球状内面３と内輪８の球状外面６との間に摺動自在に介在し、ボール（トルク伝達ボール）９は保持器１０のポケット１１に収容されて周方向にそって等ピッチで保持される。

各外輪５の底壁には軸部（ステム部）１２Ａ、１２Ｂが連設されて、この外輪５と軸部１２Ａ（１２Ｂ）とで外方部材１３を構成する。そして、等速自在継手１Ａから突出される軸部１２Ａが、前記したように等速自在継手１Ａ、１Ｂを連結する連結部材を構成する。

図２に示すように、保持器１０の外球面１５は外輪５の球状内面３と球面嵌合し、保持器１０の内球面１６は内輪の球状外面６と球面嵌合している。そして、外輪５の球状内面３の中心と、内輪８の球状外面６の中心は継手中心Ｏと一致している。外輪５のトラック溝４の中心Ｏ₁と、内輪８のトラック溝７の中心Ｏ₂は、軸方向で、互いに逆方向に等距離だけオフセットしている。このため、一対のトラック溝４、７により形成されるボールトラックは、外輪５の開口側から奥部側に向かって縮小する楔状を呈している。なお、図２は他方の等速自在継手１Ｂを示しているが、一方の等速自在継手１Ａについても同じ構成である。

軸部１２Ａは、図１に示すように、外輪５の底壁外面の膨出部１８から突出される小径部１９と、この小径部１９からテーパ部２０等を介して連設されるスプライン形成部２１とを備える。テーパ部２０は、膨出部１８側からスプライン形成部２１側に向かって拡径する。

スプライン形成部２１には、図２に示すように、その外周面にスプライン２２が形成され、また、他方の等速自在継手１Ｂの内輪８の内周面には、このスプライン形成部２１のスプライン２２に嵌合するスプライン２３が形成されている。スプライン形成部２１には、スプライン２２の軸方向範囲内に止め輪溝２４が形成され、この止め輪溝２４に止め輪２５が装着されて、軸部１２Ａが内輪８に嵌合された際の抜け止め構造が構成される。なお、スプライン２２、２３は、周方向にそって所定ピッチで配設される軸方向凸条（凸歯）と、この軸方向凸条間に配置される軸方向凹条（凹歯）とからなる。

一方の等速自在継手１Ａの軸部１２Ａが他方の等速自在継手１Ｂの内輪８に嵌合した際には、軸部１２Ａのテーパ部２０とスプライン形成部２１との間の段付き部２６が内輪８の端面（外輪開口部側の端面）に当接して位置決めされる。

図１に示すように、一方の等速自在継手１Ａの内輪８には、この高角固定式等速自在継手が連結されるシャフト２７が嵌合される。このシャフト２７も、前記軸部１２Ａと同様、小径部２８と、テーパ部２９と、スプライン形成部３０とを備える。

スプライン形成部３０には、その外周面にスプライン３１が形成され、また、一方の等速自在継手１Ａの内輪８の内周面には、このスプライン形成部３０のスプライン３１に嵌合するスプライン２３が形成されている。スプライン形成部３０には、スプライン３１の軸方向範囲内に止め輪溝３２が形成され、この止め輪溝３２に止め輪３３が装着されて、シャフト２７が内輪８に嵌合された際の抜け止め構造が構成される。

各等速自在継手１Ａ、１Ｂには、弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部５２と、この押圧部５２からの押圧力を受ける受け部５８とを備えたボールとボールトラック間のアキシャル隙間詰め機構６０が設けられている。

この際、図２に示すように、軸部１２Ａの軸端に押圧部材５０を設けてある。押圧部材５０は前記押圧部５２としてのボールと、弾性部材５４としての圧縮コイルバネと、押圧部５２と弾性部材５４をアッセンブリーするためのケース５５とから構成される。この弾性部材５４は、押圧部５２を通じて弾性力として作用する。なお、押圧部５２は凸球状を成した形状でもよい。ケース５５は、軸部１２Ａの端面に圧入或いは接着剤等の適宜の手段で固定される。なお、図２は他方の等速自在継手１Ｂを示している。このため、一方の等速自在継手１Ａでは、押圧部材５０はシャフト２７の端部に設けられている。

また、保持器１０においては、外輪５の奥側の端部に受け部材５６が取り付けてある。この受け部材５６は、保持器１０の端部開口を覆う蓋状をなし、部分球面状の球面部５６ａとその外周に環状に形成された取付け部５６ｂとで構成される。球面部５６ａの内面は凹球面で、この凹球面が押圧部５２からの押圧力を受ける受け部５８として機能する。取付け部５６ｂは、保持器１０の端部に圧入、溶接等の適宜の手段で固定されている。

継手が折り曲げ角をとった際に、押圧部材５０と受け部材５６をスムーズに摺動させるため、図３に示すように、凹球面状の受け部５８の内径寸法Ｒｏは、ボール或いは凸球面状の押圧部５２の半径ｒ（図２参照）よりも大きくする（Ｒｏ＞ｒ）。また、受け部材５６と内輪８との干渉を防止するため、受け部５８の内径寸法Ｒｏは、内輪８の球状外面６の外径寸法Ｒｉよりも大きくする（Ｒｏ＞Ｒｉ）。

軸部１２Ａの端部において、内輪８に対してスプライン嵌合させて、止め輪２５を装着することによって、軸部１２Ａを介して２個の等速自在継手１Ａ、１Ｂが連結される。この連結状態では、押圧部材５０の押圧部５２と受け部材５６の受け部５８とが互いに当接し、弾性部材５４が圧縮される。これにより、軸部１２Ａと一体化された内輪８が、弾性力により外輪５の開口側に軸方向変位し、この変位によりトラック溝４、７に配置されたボール９がトラック溝４、７の縮小方向に押し込まれる。すなわち、ボールとボールトラック間のアキシャル隙間詰め機構６０にて、他方の等速自在継手１Ｂにおいて、トラック溝４、７のボール９とのアキシャル隙間が詰められ、回転バックラッシが防止される。なお、一方の等速自在継手１Ａにおいても、同様にアキシャル隙間詰め機構６０にて、トラック溝４、７のボール９とのアキシャル隙間が詰められ、回転バックラッシュが防止される。

図１に示すように、軸部１２Ａを介して２個の等速自在継手１Ａ、１Ｂが連結された状態では、図４に示すように、一対の等速自在継手１Ａ、１Ｂのトラック位置位相とトラック間ピッチ位相とをそれぞれ一致させる。

すなわち、各等速自在継手１Ａ、１Ｂのトラック溝４、７を周方向に沿って６０°ピッチに配置する。そして、等速自在継手１Ａのａ１のトラック溝４、７と、等速自在継手１Ｂのａ２、ｂ２のトラック溝間の位相を一致させている。また、これらの位相が±２０°の範囲でずれていてもよい。以下、各トラック溝４、７も同様である。

一方の等速自在継手１Ａの外輪５には、図１に示すように、姿勢安定用の軸受装置３５が装着されている。軸受装置３５は、軸受３６（例えば、ころがり軸受）と、この軸受３６に外嵌されるケース３７とを備える。

外輪５の外周面に小径部６１と大径部６２とを設け、小径部６１に軸受３６を嵌合させている。この場合、小径部６１に周方向溝６３を形成し、この周方向溝６３に止め輪６４を嵌合させている。これによって、軸受３６の内輪３６ａが、この止め輪６４と、小径部６１と大径部６２との間に形成される端面６５とで挟持される。

ケース３７は、内周面に小径部４１ａと大径部４１ｂとを有する短円筒部４１を備え、この内周面の大径部４１ｂに周方向溝４２が形成され、この周方向溝４２に止め輪４３が嵌合されている。これによって、軸受３６の外輪３６ｂが、この止め輪４３と、小径部４１ａと大径部４１ｂとの間に形成される端面４４とで挟持される。そして、ケース３７には、その短円筒部４１から突出される連結片部４５が設けられ、この連結片部４５が図外の固定部に固定される。

このため、各等速自在継手１Ａ、１Ｂの成す角度を、例えば、図１に示すようなαとなるような場合に、このαを安定して維持させることができる。なお、図１に示すように折れ曲がった際には、軸部１２Ａの小径部１９が、他方の等速自在継手１Ｂの外輪５の開口端縁部５ａに対応し、シャフト２７の小径部２８に一方の等速自在継手１Ａの外輪５の開口端縁部５ａに対応し、各外輪５の揺動範囲を大きくとることができる。

このように構成された高角固定式等速自在継手は、一方の等速自在継手１Ａの軸部１２Ａの端部を他方の等速自在継手１Ｂの内輪８に嵌合させて一対の等速自在継手を連結するので、高角（大角度）対応が可能となる。しかも、各等速自在継手１Ａ、１Ｂにアキシャル隙間詰め機構６０を構成しているので、ボール９を介したトラック溝４、７間の隙間を詰めることができる。これによって、いわゆる回転方向ガタの無い大角度対応の高角固定式等速自在継手を提供することができる。すなわち、トラック間の隙間に起因する回転バックラッシュの発生を防止でき、しかも、作動角の高角化が可能となって、自動車のステアリング装置（ステアリングシステム）への採用が最適になる。

また、ボルト部材等を使用することなく、一方の等速自在継手１Ａの軸部１２Ａを介して一対の等速自在継手１Ａ、１Ｂを連結できる。これによって、組み立て作業の簡素化を図ることができ、しかも、部品点数も比較的少なく、部品管理も行い易くなって、コスト低減を達成できる。

姿勢安定用の軸受装置３５を、一方の等速自在継手１Ａに設けることによって、軸部１２Ａに対する外輪５等の姿勢が安定して、安定した作動角をとることができる。これにより、回転力の伝達を滑らかに行うことができ、高精度の回転力伝達機構となる。

一対の等速自在継手１Ａ、１Ｂのトラック位置位相とトラック間ピッチ位相とをそれぞれ一致させている。これによって、継手のトルク−捩れ角線図におけるヒステリシスの最大値を小さくでき、ステアリングシステムにこの高角固定式等速自在継手を使用した自動車の操安性の向上を図ることができる。また、これらの位相は、±２０°の範囲でずれていてもよい。これは、この範囲であれば、継手のトルク−捩れ角線図におけるヒステリシスの最大値を小さくできるからでる。これに対して、これらの範囲を超えれば、ヒステリシスの最大値が増加することになって、このヒステリシスの増加に伴い操安性が悪化する可能性がある。

図５は、第２の実施形態の要部断面図を示し、この高角固定式等速自在継手では、アキシャル隙間詰め機構６０を、図１〜図４の実施形態とは逆に、受け部５８を軸部１２Ａ及びシャフト２７に、押圧部５２を保持器１０に設けた例である。この第２の実施形態では、軸部１２Ａに端面に、押圧部５２側に突出する受け部材５６を設け、この受け部材５６の凸球部の先端部を受け部５８としている。なお、この第２の実施形態では、凸球面状の受け部５８を軸部１２Ａ等に一体形成しているが、別部材の受け部材５６を軸部１２Ａ等の軸端に取り付けることもできる。図５では他方の等速自在継手１Ｂのみ記載しているが、一方の等速自在継手１Ａの同様の構造である。

この実施形態において、押圧部５２を有する押圧部材５０は、図１〜図４に示す受け部材と同様に、保持器１０の端部開口部を覆う蓋状をなし、保持器１０の外輪奥部側の端部に取り付けられる。押圧部材５０は、部分球面状の球面部５０ａとその外周に突出した複数の脚部５０ｂとで構成される。球面部５０ａの内面は凹球面状をなしており、この凹球面部分が受け部５８に軸方向の弾性力を作用させる押圧部５２として機能する。この際、押圧部材５０と内輪８との干渉を防止するため、凹球面状の押圧部５２は、内輪８の球状外面６よりも大径に形成される。

図５に示す第２の実施形態のアキシャル隙間詰め機構６０でも、軸部１２Ａおよびシャフト２７が外輪開口部側に押圧される。これによって、ボール９がトラック溝４、７の縮小側に押し込まれ、各等速自在継手１Ａ、１Ｂにおいて、ボールとボールトラック間のアキシャル隙間が詰められる。

この第２の実施形態の高角固定式等速自在継手において、第１の実施形態の高角固定式等速自在継手と同一部位には同一符号を付して詳しい説明を省略する。

このため、この第２の実施形態の高角固定式等速自在継手であっても、前記第１の実施形態の高角固定式等速自在継手と同様の作用効果を奏する。

なお、図１に示す実施の形態では、姿勢安定用の軸受装置３５を一方の等速自在継手１Ａの外輪５に設けているが、軸受装置３５を軸部１２Ａに設けるようにしてもよい。この場合、軸部１２Ａに、図１に示した外輪５のように、止め輪が嵌合する周方向溝等を設ければよい。外輪５に軸受装置３５を設ける場合、他方の等速自在継手１Ｂに設けても、両方の等速自在継手１Ａ、１Ｂに設けてもよい。

各実施の形態では、等速自在継手１Ａ、１ＢをＢＪタイプとしていたが、ＵＪタイプや他の等速自在継手であってもよい。さらに、等速自在継手１Ａと等速自在継手１Ｂを相違するタイプのものを使用することも可能である。等速自在継手１Ａ、１Ｂのトラック溝数としても６本に限るものではない。

２個の等速自在継手１Ａ、１Ｂのうち、一方に図１に示すボールとボールトラック間のアキシャル隙間詰め機構６０を使用し、他方に図５に示すボールとボールトラック間のアキシャル隙間詰め機構６０を使用するようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る高角固定式等速自在継手の断面図である。 前記高角固定式等速自在継手の要部拡大断面図である。 前記高角固定式等速自在継手の等速自在継手の要部拡大断面図である。 前記高角固定式等速自在継手の等速自在継手の簡略図である。 本発明の第２の実施形態に係る高角固定式等速自在継手の要部断面図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 等速自在継手
３ 球状内面
４，７ トラック溝
５ 外輪
６ 球状外面
８ 内輪
９ ボール
１０ 保持器
１２Ａ 軸部
２７ シャフト
３５ 軸受装置
５２ 押圧部
５８ 受け部
６０ ボールとボールトラック間のアキシャル隙間詰め機構

Claims (7)

1. 一対の等速自在継手を備えると共に、各等速自在継手が、球状内面に複数のトラック溝を形成した外輪と、球状外面に複数のトラック溝を形成した内輪と、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝とが協働して形成される複数のボールトラックの各々に配置したボールと、外輪と内輪との間に配置してボールを保持する保持器とを備えた高角固定式等速自在継手であって、一方の等速自在継手の外輪には軸部が突設され、この軸部の端部を他方の等速自在継手の内輪に嵌合させて前記一対の等速自在継手を連結すると共に、各等速自在継手にボールとボールトラック間のアキシャル隙間詰め機構を形成したことを特徴とする高角固定式等速自在継手。
2. 前記アキシャル隙間詰め機構は、弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部と、この押圧部からの押圧力を受ける受け部とを備え、一方の等速自在継手においては、押圧部および受け部のうち、いずれか一方を内輪に嵌合するシャフトの端部に設け、他方を保持器に設け、他方の等速自在継手においては、押圧部および受け部のうち、いずれか一方を内輪に嵌合する前記軸部の端部に設け、他方を保持器に設けたことを特徴とする請求項１の高角固定式等速自在継手。
3. 前記外輪に姿勢安定用の軸受装置を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高角固定式等速自在継手。
4. 前記軸部に姿勢安定用の軸受装置を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高角固定式等速自在継手。
5. 一対の等速自在継手のトラック位置位相とトラック間ピッチ位相とをそれぞれ一致させたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の高角固定式等速自在継手。
6. 一対の等速自在継手のトラック位置位相とトラック間ピッチ位相のそれぞれのずれを±２０°の範囲としたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の高角固定式等速自在継手。
7. ステアリングシステムに適用されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項の高角固定式等速自在継手。

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