JP2007180167A - トロイダルコイル - Google Patents

Abstract

【課題】巻線の巻回が容易になると共に、周波数特性を向上させることが可能なトロイダルコイルを提供すること。
【解決手段】リング状に設けられると共に、磁性材から構成されるリング状コア２０と、リング状コア２０が収納されるハウジング３０と、巻線４１をハウジング３０の周囲に巻回させることにより構成されるコイル４０と、巻線４１の巻回部位の途中部分に位置して、コイル４０を複数の部分に区切るパーティション手段３４と、を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノイズ対策用の電子部品等として用いられるトロイダルコイルに関する。

例えばＡＣ電源ラインでのノイズ対策用のノイズフィルタとして、トロイダルタイプのコイル（トロイダルコイル）が一般的に用いられている。このトロイダルコイルには、特にコモンモードノイズを抑制するため、コモンモードチョークコイルとして用いられるタイプがある。このタイプのトロイダルコイルでは、それぞれ分離している２つのコイルが、同一のリング状のコアに巻回されている。

かかるタイプのトロイダルコイルとしては、特許文献１に開示されているものがある。この特許文献１の構成では、ケース体の内部に、フェライトを材質とするリング状コアが収納されていると共に、そのケース体の周囲に、２つの巻線が巻回されて、それぞれコイルが形成されている。さらに、２つのコイルを構成する巻線の端末が、互いに接触するのを防止するため、当該２つのコイルを仕切る仕切板が設けられ、両者の間の絶縁耐圧を確保している。以上のようにして、２つのコイルを備えるトロイダルコイルが構成されている。

特開平７−４５４４４号公報（要約、図１、図２等参照）参照）

ところで、リング状コア、またはリング状コアを覆うケース体に対して巻線を巻回させる場合、本来であれば同じ高さ位置（同じ層内）にあるべき巻線同士が互いに重なったり、または互いに絡みついたりする場合がある。かかる重なりや、絡みつきが所定のトロイダルコイルで発生すると、巻線の間の線間容量が変動する等により、高周波におけるノイズ低減効果が安定しない、という不具合が生じる。すなわち、トロイダルコイルごとに、特性にバラつきが生じてしまう、という問題が生じる。

このような問題を防ぐためには、同じ層内においては、巻線同士が重なったり、絡みついたりしないようにして巻回させる必要がある。しかしながら、リング形状を為すリング状コアまたはケース体の内周側と外周側とでは、周方向の長さが異なるため、トロイダルコイルに対しての巻線を正確に行うことは、難しい。それ故、リング状コアまたはケース体に対して、同じ層内の巻線同士が重なったり、絡みつかないようにして巻回させることは難しい。

なお、リング状コアまたはケース体の内周側で、巻線が重ならないように巻回させても、当該リング状コアまたはケース体の外周側で、問題が生じる場合がある。すなわち、リング状コアまたはケース体の内周側において、巻線が重ならないようにすると、外周側では、巻線同士の間に隙間が生じる。そのため、巻線の外周側では、一部の巻線のみが、本来あるべき位置からずれることにより、一方の隙間が狭く、かつ他方側の隙間が広くなる状態（巻線の分布の偏り）が生じる場合がある。

このように、巻線の分布が偏ると、分布容量が変動するため、周波数特性が悪化してしまう。特に、高周波帯域でのノイズを低減する特性が安定しない、という問題が生じる。

本発明は上記の事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、巻線の巻回が容易になると共に、周波数特性を向上させることが可能なトロイダルコイルを提供しよう、とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、リング状に設けられると共に、磁性材から構成されるリング状コアと、リング状コアが収納されるハウジングと、巻線をハウジングの周囲に巻回させることにより構成されるコイルと、巻線の巻回部位の途中部分に位置して、コイルの巻回部位を区切るパーティション手段と、を具備するものである。

このように構成した場合には、分割巻きが為されているそれぞれのコイルは、ハウジングに設けられているパーティション手段により、巻回部分が、その中途部分で区切られる。このとき、パーティション手段は、巻線の巻回に対する位置決めとしての役割を果たす。このため、巻回部分が短くなり、巻回部分が長い場合に問題となる、当該巻回部位の不安定さによる、巻線同士の重なりや、巻線が互いに絡みつく、といった不具合を防止することが可能となる。

また、巻回部分が短くなることにより、ある高さ位置（ある層）の巻線に対して、他の高さ位置（他の層）の巻線が隣接して巻線が重ねられても、重ねられている巻線同士の間での電位差を小さくすることができる。それにより、線間容量容量を小さくすることができ、高周波帯域でのノイズを低減する場合の特性を安定化させることができる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、パーティション手段は、ハウジングに設けられると共に、このパーティション手段は、ハウジングから、そのハウジングの外径側またはリング状コアの軸線方向に向かって突出する突起部材であり、この突起部材の側面は、ハウジングのうち巻線に接触する接触面に対して、略垂直を為すように設けられているものである。

このように構成した場合には、突起部材は、ハウジングの接触面に対して略垂直を為すように設けられている。そのため、ハウジングの接触面に接触しつつ巻回される巻線は、巻線の巻回の際に張力が付与されても、突起部材を持ち上がるようにして、乗り越えることがない。それにより、接触面に接触する巻線に、巻き崩れが生じるのを防止可能となっている。また、かかる接触面での巻き崩れの防止により、コイルの他の部位において、巻き崩れが生じるのを防止可能となっている。そのため、巻線同士の重なりや、巻線が互いに絡みつく、といった不具合を、確実に防止可能となっている。また、突起部材が接触面に対して略垂直を為しているため、ハウジングを成型等によって形成する場合、金型から抜き易くなる。

さらに、他の発明は、上述の発明に加えて更に、コイルは、一端側であるハウジングの巻線の巻き始め側から、他端側である突起部分までの間で、巻線の内周側が隣接する状態で巻回して第１層を構成すると共に、他端側から一端側までの間で、第１層に対して重ねられる状態で巻線の内周側が隣接する状態で巻回して第２層を構成し、さらに、必要に応じて、他端側から一端側に向かうように、または一端側から他端側に向かうように、第３層以降の第Ｎ層が構成されているものである。

このように構成した場合には、コイルを形成する場合、一端側の巻線の巻き始め側から、他端側の突起部分までの間を、同じ高さ位置となる状態で（層状を為す状態で）巻回され、第１層が構成される。また、この第１層に対して、今度は折り返しながら第２層が重ねられるように巻回される。さらに、必要に応じて、第３層以降の第Ｎ層が、上述の第１層および第２層と同様にして、層状を為すようにして巻回される。

このようにすれば、一端側と他端側といった、比較的短い区間で、巻線同士が重ねられる状態となるため、重ねられている巻線同士の間での電位差を小さくすることができる。それにより、線間容量を小さくすることができ、高周波帯域でのノイズを低減する場合の特性を安定化させることができる。すなわち、周波数特性を安定化させることが可能となり、製品ごとの特性のバラ付きを抑えることが可能となっている。

本発明によると、トロイダルコイルにおいて、巻線の巻回が容易になると共に、周波数特性を向上させることが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態に係る、トロイダルコイル１０の実施の形態について、図１から図４に基づいて説明する。図１は、本実施の形態のトロイダルコイル１０の構成を示す平面図である。また、図２は、トロイダルコイル１０の構成を示すと共にコイル４０が存在しない状態を示す分解斜視図である。また、図３は、図２の矢示Ａ−Ａ線に沿ってトロイダルコイル１０を切断した状態を示す側断面図である。さらに、図４は、巻線４１の巻回順序を示すハウジング３０およびコイル４０の展開図である。

なお、以下の説明においては、後述する底壁３１２から見て、蓋体３２が存在する側を上側とすると共に、蓋体３２から見て、底壁３１２が存在する側を下側として説明する。

図１〜図３に示すように、本実施の形態のトロイダルコイル１０は、リング状コア２０と、ハウジング３０と、コイル４０と、を具備している。これらのうち、リング状コア２０は、その外観がリング状に設けられているコア部材である。このリング状コア２０は、フェライトを材質として形成されているが、フェライトには限られず、パーマロイ等、他の磁性材であっても良い。

このリング状コア２０は、ハウジング３０に収納される。ハウジング３０は、中心に挿通孔３０ａを備えており、その外観形状がリング形状に設けられている。このハウジング３０には、ケース体３１と、蓋体３２と、仕切り部材３３と、が設けられている。そのうち、ケース体３１には、図２および図３に示すように、断面が凹形状であると共にリング状に設けられている凹陥部３１１が設けられている。この凹陥部３１１には、リング状コア２０が収納される。そのため、ケース体３１には、下方に位置すると共にリング状の薄肉板状となっている底壁３１２と、この底壁３１２のリング状の内周側および外周側にそれぞれ設けられ、厚みの薄いリング状を為す一対の側壁３１３と、を有している。また、ケース体３１のうち、底壁３１２と対向する部位には、開口部３１４が設けられていて、この開口部３１４を介して、リング状コア２０を収納可能としている。

また、ケース体３１には、蓋体３２が取り付けられる。蓋体３２は、リング状コア２０を凹陥部３１１に収納した状態で、ケース体３１に取り付けられる。それにより、リング状コア２０が外部に露出しない状態となる。なお、凹陥部３１１にリング状コア２０を収納した状態で、蓋体３２をケース体３１に取り付ける場合、リング状コア２０がガタ付かない状態となるように、凹陥部３１１の深さ寸法およびリング状コア２０の厚み寸法が設定されている。

また、ハウジング３０には、仕切り部材３３が設けられている。この仕切り部材３３は、２つのコイル４０を互いに離間させ、両者の絶縁耐圧を確保するための部材である。なお、本実施の形態では、仕切り部材３３は、底壁３１２（ケース体３１）と一体的に設けられている仕切り部材３３ａと、蓋体３２と一体的に設けられている仕切り部材３３ｂとから構成されている。しかしながら、仕切り部材３３は、ケース体３１または蓋体３２のうち、いずれかのみに対して一体的に設けられていても良く、ケース体３１または蓋体３２のいずれに対しても別体的に設けられていても良い。

また、図１に示すように、仕切り部材３３には、幅広部３３１と、幅狭仕切部３３２とを有している。これらのうち、幅広部３３１は、それぞれのコイル４０の合計４つの端末４２の位置決めを行うと共に、当該幅広部３３１に端末４２が倣うように設けられる。なお、本実施の形態では、いずれか一方側の幅広部３３１に対して、２つのコイル４０の合計４つの端末４２が、倣うように設けられている。かかる４つの端末４２の絶縁耐圧を確保するために、幅広部３３１は、幅狭仕切部３３２よりも十分に広い幅を有している。

なお、本実施の形態では、仕切り部材３３のうち、蓋体３２側では、幅広部３３１と幅狭仕切部３３２とが分離して設けられている。すなわち、図２および図３に示すように、幅広部３３１は、挿通孔３０ａに向かい尖形状となるように突出する先割れ部３３１ａを備えていると共に、この先割れ部３３１ａには、幅狭仕切部３３２の嵌め込みを可能とする嵌合溝３３１ｂが設けられている。また、仕切り部材３３のうち、ケース体３１側には、幅狭仕切部３３２が一体的に設けられている。この幅狭仕切部３３２は、蓋体３２よりも上方に位置するように突出して設けられている。しかも、この幅狭仕切部３３２の突出高さは、幅広部３３１と同程度となっている。また、蓋体３２側とは反対の底壁３１２側では、幅広部３３１と幅狭仕切部３３２とは、一体的に設けられている。

なお、ケース体３１のうち、幅狭仕切部３３２の根元の部位には、蓋体３２の幅広部３３１の下面を受け止めるための、台座部３１５が設けられている。

また、ハウジング３０には、パーティション手段および突起部材としてのコイル分割突起３４が設けられている。このコイル分割突起３４は、ハウジング３０の周方向のうち、一対の幅広部３３１に対して略９０度だけずれた部位に設けられている。しかも、コイル分割突起３４も、幅広部３３１と同様に、ハウジング３０の中心を挟んで対称となる部位に、それぞれ設けられている。

このコイル分割突起３４は、ハウジング３０の底壁３１２の法線方向、または蓋体３２の法線方向に向かい、外方に飛び出す状態で突出している。また、コイル分割突起３４は、ハウジング３０のうち、外周側の部位に設けられている。しかも、コイル分割突起３４は、ハウジング３０の外周側から、さらに外径側に向かい突出している。すなわち、コイル分割突起３４は、ハウジング３０の側壁３１３の高さ方向に沿って設けられている（図２および図３参照）。

なお、コイル分割突起３４が法線方向および外径側に向かって突出する長さ寸法は、巻線４１の直径よりも数倍程度大きくなるように設けられている。それにより、巻線４１をハウジング３０に巻回し、その巻線４１が層状に重ねられても、巻線４１が隣り合うコイル４０の側に向かって容易には乗り越えない状態となる。

また、本実施の形態では、コイル分割突起３４の円周方向に沿う寸法は、内径側よりも、外径側の方が大きく設けられている。また、コイル分割突起３４は、底壁３１２に対して略垂直を為す状態で突出している。そのため、コイル分割突起３４は、巻線４１の位置決めを確実に行えると共に、成型時の金型からの抜き易さも確保している。なお、かかるコイル分割突起３４を平面視すると、概ね台形状に設けられている。

また、図３に示すように、本実施の形態では、コイル分割突起３４は、ケース体３１と一体的に設けられているケース側分割突起３４ａと、蓋体３２と一体的に設けられている蓋側分割突起３４ｂとから構成されている。これらのうち、ケース側分割突起３４ａは、ケース体３１の側壁３１３に、当該ケース体３１の高さ方向に沿って設けられている。そのため、ケース側分割突起３４ａは、その外観が、細長い棒状となっている。また、蓋側分割突起３４ｂは、その下端側が蓋体３２の上面と面一となるように、当該蓋体３２と一体的に設けられている。しかも、この蓋側分割突起３４ｂは、蓋体３２の外縁よりもさらに外径側に向かって突出しており、その突出長さは、ケース側分割突起３４ａと略同程度となっている。

また、ハウジング３０にリング状コア２０を収納した状態で、当該ハウジング３０には、巻線４１が巻回され、コイル４０が形成される。このコイル４０の両端末４２，４２は、図１においては、一方の幅広部３３１の側縁に沿うように、巻回されている。ここで、図１においては、その一例として、左側のコイル４０（以下、コイル４０Ａとする。）の一方の端末４２が裏面側、コイル４０Ａの他方の端末４２が表面側に位置するように設けられている。また、右側のコイル４０（以下、コイル４０Ｂとする。）の一方の端末４２が表面側、コイル４０Ｂの他方の端末４２が裏面側に位置するように設けられている。

なお、それぞれ一方の端末４２、および他方の端末４２は、実装基板に実装される。この実装に際しては、ノーマルモード電流が巻線４１を流れる場合には磁束が打ち消されてインピーダンスが発生しないと共に、コモンモード電流が流れる場合には２つのコイルの磁束が加算されて、略２倍のインピーダンスとなって、コモンモード電流を抑制するように、実装されている。

以上のような構成を有するトロイダルコイル１０を製造する際の製造方法について、以下に説明する。

トロイダルコイル１０を製造する場合、まず、凹陥部３１１の内部にリング状コア２０を挿入する。その後に、蓋体３２をケース体３１に取り付けて、リング状コア２０が外部に露出しない状態とする。このとき、幅広部３３１の下面は、台座部３１５によって受け止められる。また、かかる蓋体３２の取り付けと共に、ハウジング３０に仕切り部材３３が存在する状態とする。

この状態で、巻線４１をハウジング３０に対して巻回させる。ここで、図１のハウジング３０の左下の巻回部位ＷＡから巻回を行うとする。このときの巻回の手順を、図４に示す。図４は、巻線４１の巻回の内周側を示すと共に、周方向にハウジング３０およびコイル４０を切断して展開した状態を示す図である。まず、巻線４１は、ハウジング３０の下面側のうち、幅広部３３１の縁部のＡ部から巻回を開始する。このとき、Ａ部は、巻線４１の一方の端末４２に対応する。また、巻線４１は、底壁３１２の上面に順次並べられる状態で、コイル分割突起３４に向かって、巻回される。そして、巻線４１の巻回が進行すると、巻き端（巻線４１をハウジング３０に対して巻回する際に、巻線４１の接触の先頭部位）は、コイル分割突起３４の付け根のＢ部に到達する。

すると、巻線４１の次の巻回は、Ｂ部の上部のＣ部に位置するように、巻回される。そして、巻線４１は、Ｃ部からＤ部に向かい、既に巻回されている第１層（ハウジング３０に直接接触する層）に対して重ねられる状態で巻回される。そして、巻線４１の巻き端がＤ部に到達すると、次の巻回は、Ｄ部の上部のＥ部に位置するように巻回される。そして、今度は、このＥ部からＦ部に向かい、既に巻回されている第２層に対して、第３層が重ねられる状態で巻回される。なお、図４では、第３層までの巻回を行っているが、巻線４１の巻回は、第３層までとする場合には限られず、それ以上の第Ｎ層までとしても良い。

以上のようにして、図１において左下の部位における巻線４１の巻回が終了する。しかしながら、この巻線４１に対して、図１における左上の巻回部位ＷＢでの巻回が開始される。このとき、巻線４１は、コイル分割突起３４を挟んでＢ部とは反対側の付け根のＧ部から、巻回を開始する。なお、この図１における左側の部位での巻線４１の巻回は、上述したＡ〜Ｆ部と同様の手順にて為される。つまり、Ｇ部からＨ部、Ｉ部、Ｊ部、Ｋ部を順次経て、Ｌ部に至る。そして、Ｌ部に至った巻線４１の巻き端は、次にＭ部に至る。なお、このＭ部は、巻線４１の他方側の端末４２に対応する。

以上のようにして、巻線４１の巻回が終了し、コイル４０（コイル４０Ａ）が形成される。また、図１において、右側の部位でも、コイル４０Ａと同様に巻回が為され、コイル４０Ｂが形成される。

このような構成のトロイダルコイル１０によれば、コイル４０Ａ，４０Ｂは、ハウジング３０に設けられているコイル分割突起３４により、当該コイル４０Ａ，４０Ｂの巻回部分が、その中途部分で区切られる。ここで、コイル分割突起３４は、巻線４１の巻回に対する位置決めとしての役割を果たす。このため、従来のコイル分割突起３４が存在しない構成と比較すると、巻回部分が短くなり、巻回部分が長い場合に問題となる、当該巻回部位の不安定さによる、隣接する巻線４１が互いに重なり合ったり、巻線４１が互いに絡みつく、といった不具合を防止することが可能となる。

また、巻回部分が短くなることにより、巻線４１が重ねられても、重ねられている巻線４１の間での電位差を小さくすることができる。それにより、線間容量を小さくすることができ、高周波帯域でのノイズを低減する場合の特性を安定化させることができる。すなわち、周波数特性を安定化させることが可能となり、製品ごとの特性のバラ付きを抑えることが可能となっている。

また、本実施の形態では、ハウジング３０には、コイル分割突起３４が設けられている。ここで、コイル分割突起３４は、外径側かつ底壁３１２の法線方向に向かって突出している。そのため、巻線４１は、巻回の際に張力が付与されても、コイル分割突起３４を持ち上げられる状態で乗り越えることはない。それにより、底壁３１２に接触する巻線４１に巻き崩れが生じるのを防止可能となっている。また、かかる底壁３１２での巻き崩れの防止により、コイル４０の他の部位において、巻き崩れが生じるのを防止可能となっている。そのため、巻線４１の同じ高さ位置（同じ層内）における巻線４１が互いに重なったり、巻線４１が互いに絡みつく、といった不具合を確実に防止可能となる。また、コイル分割突起３４が底壁３１２に対して略垂直を為しているため、ハウジング３０を成型等によって形成する場合、金型からの抜き易さを確保している。

さらに、本実施の形態では、Ａ部から順次Ｆ部まで、層状にかつ各層の巻回の進行が逆向きとなるように、巻線４１が巻回されている。それにより、特にコイル４０の内周側においては、巻線４１を密に巻回させることが可能となり、インダクタンス値を向上させることを可能としている。

また、本実施の形態では、コイル分割突起３４の円周方向に倣う寸法は、内径側よりも、外径側の方が大きく設けられている。そのため、巻線４１をハウジング３０に対して一層容易に巻回させることを可能としている。すなわち、コイル分割突起３４においても、ハウジング３０の中心からの半径に比例させて、内径側よりも外径側の長さ寸法を大きく設定すれば、コイル分割突起３４に対して良好な巻回を行わせることが可能となる。

以上、本発明のトロイダルコイル１０の一実施の形態について説明したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下、それについて述べる。

上述の実施の形態では、２つのコイル４０を有するトロイダルコイル１０について説明している。しかしながら、トロイダルコイル１０は、コイル４０を２つ有する場合には限られず、１つのみ有している構成、または３つ以上有している構成に対しても、本発明を適用可能である。

なお、１つのみのコイルを有する構成では、上述の実施の形態のようなコモンモードチョークコイルとはならず、ノーマルモードチョークコイルとなる。また、３つ以上のコイルを有する構成では、コイルの個数に応じた分だけ、上述のコイル分割突起３４を設けるようにしても良い。

また、上述の実施の形態では、コイル分割突起３４は、１つのコイル４０につき、１つずつ設けられている。しかしながら、コイル分割突起３４は、１つのコイル４０につき、２つ以上設けるように構成しても良い。すると、コイル４０は、より多くの巻回部分に分割される。そのため、コイル４０を構成する巻線４１の線路長が一層短くなり、重ねられる巻線４１の間での電位差を一層小さくすることが可能となる。それにより、重ねられる巻線４１の間での線間容量を、一層小さくすることが可能となる。

また、上述の実施の形態では、パーティション手段および突起部材として、コイル分割突起３４を用いた場合について説明している。しかしながら、パーティション手段は、コイル分割突起３４には限られず、例えば、絶縁性を有するテープ部材を貼り付ける等、別途の手法により形成しても良い。なお、コイル分割突起３４等の突起には限られず、例えばコイル４０を形成する際に板状の治具等を用いて巻回部位を仕切りながら巻線４１の巻回を行い、形成後にその治具を取り除くようにしても良い。この場合には、治具がパーティション手段としての機能を果たす。ここで、治具を用いてコイル４０を形成する場合、その治具を取り除いた後に、例えば樹脂等で、当該取り除いた後の空間部分を埋めるようにしても良い。

本発明のトロイダルコイルは、電気機器の分野において利用することができる。

本発明の一実施の形態に係るトロイダルコイルの構成を示す平面図である。 図１のトロイダルコイルのうち、コイル４０が存在しない状態を示す分解斜視図である。 図１のトロイダルコイルを、図２の矢示Ａ−Ａ線に沿って切断した状態を示す側断面図である。 図１のトロイダルコイルにおける、巻線の巻回順序を示すハウジングおよびコイルの展開図である。

符号の説明

１０…トロイダルコイル
２０…リング状コア
３０…ハウジング
３１…カップ体
３１１…凹陥部
３１２…底壁
３１３…側壁
３１４…開口部
３２…蓋体
３３…仕切り部材
３４…コイル分割突起（パーティション手段および突起部材に対応）
４０，４０Ａ，４０Ｂ…コイル
４１…巻線
４２…端末

Claims (3)

1. リング状に設けられると共に、磁性材から構成されるリング状コアと、
   上記リング状コアが収納されるハウジングと、
   巻線を上記ハウジングの周囲に巻回させることにより構成されるコイルと、
   上記巻線の巻回部位の途中部分に位置して、上記コイルの巻回部位を区切るパーティション手段と、
   を具備することを特徴とするトロイダルコイル。
2. 前記パーティション手段は、前記ハウジングに設けられると共に、このパーティション手段は、前記ハウジングから、そのハウジングの外径側または前記リング状コアの軸線方向に向かって突出する突起部材であり、この突起部材の側面は、前記ハウジングのうち前記巻線に接触する接触面に対して、略垂直を為すように設けられていることを特徴とする請求項１記載のトロイダルコイル。
3. 前記コイルは、
   一端側である前記ハウジングの前記巻線の巻き始め側から、他端側である前記突起部分までの間で、前記巻線の内周側が隣接する状態で巻回して第１層を構成すると共に、
   上記他端側から上記一端側までの間で、上記第１層に対して重ねられる状態で前記巻線の内周側が隣接する状態で巻回して第２層を構成し、
   さらに、必要に応じて、上記他端側から上記一端側に向かうように、または上記一端側から上記他端側に向かうように、第３層以降の第Ｎ層が構成されている、
   ことを特徴とする請求項２記載のトロイダルコイル。
   

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