JP2008081030A - 車輪用転がり軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】負荷変動が繰り返されても、嵌め込まれたインローが抜けない車輪用転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】ハブシャフト1のフランジ部の中央に穴1dを設け、この穴1dにインロー12を圧入する。穴1dに圧入されるインロー12の筒状部12aの外周面には、軸方向に対して傾斜するセレーション状に、圧入部12fが形成される。この圧入部12fには、軸方向への表面の凹凸及び周方向への表面の凹凸が含まれている。
【選択図】図2

Description

本発明は、車輪用転がり軸受装置に関する。
自動車の車輪が装着される車輪用転がり軸受装置(ハブユニット)は、例えば、外輪の内側に2列の転動体を介して、ハブシャフトが回転自在に支持されている。ハブシャフトの軸端側にはフランジ部が形成されており、ここに、車輪側部材(車輪のホイールやディスクロータ)が装着される。この装着の際のガイドとなる部材であるインロー(印ろう)は、従来、ハブシャフトと一体に形成されていたが、インロー付け根への応力集中の緩和や製造コスト低減のため、別部材を嵌め込む構成が提案されている(例えば、特許文献1,2参照。)。
特開平10−181304号公報(図1) 特開2006−151030号公報(図1)
しかしながら、ハブシャフトに嵌め込まれたインローは、自動車の走行によってハブシャフトに負荷変動が繰り返されると、少しずつ抜け出てしまう恐れがある。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、ハブシャフトに対するインローの保持力を向上させた車輪用転がり軸受装置を提供することを目的とする。
本発明の車輪用転がり軸受装置は、外輪と、前記外輪の内側に設けられた転動体と、前記転動体を介して回転自在に保持され、車輪側部材取付用のフランジ部を有し、当該フランジ部の中央に穴が形成されたハブシャフトと、前記穴に圧入される筒状部及び、前記ハブシャフトから軸方向に突出し、前記フランジ部に車輪側部材を取り付ける際のガイドとなるガイド部を有するインローとを備え、前記筒状部の外周面及び前記穴の内周面の少なくとも一方には、軸方向への表面の凹凸及び周方向への表面の凹凸が形成されているものである。
このように構成された車輪用転がり軸受装置では、軸方向への表面の凹凸により、軸方向へのインローの移動が規制される。また、周方向へ表面の凹凸により、周方向へのインローの回転が規制される。
また、上記車輪用転がり軸受装置において、凹凸は、筒状部の外周面及び穴の内周面の少なくとも一方に、セレーション状に形成され、セレーションの溝方向が軸方向に対して傾斜しているものであってもよい。
この場合、軸方向への表面の凹凸及び周方向への表面の凹凸を、溝方向が傾斜したセレーションによって構成することができる。また、セレーションはプレス加工によって容易に形成することができる。
また、本発明の車輪用転がり軸受装置は、外輪と、前記外輪の内側に設けられた転動体と、前記転動体を介して回転自在に保持され、車輪側部材取付用のフランジ部を有し、当該フランジ部の中央に穴が形成されたハブシャフトと、前記穴に嵌め込まれる筒状部及び、前記ハブシャフトから軸方向に突出し、前記フランジ部に車輪側部材を取り付ける際のガイドとなるガイド部を有するインローとを備え、前記筒状部の外周面及び前記穴の内周面のいずれか一方に径方向への凸部が、他方に当該凸部と係合する凹部がそれぞれ形成され、前記穴の底面及びこれに接する前記インローのいずれか一方に軸方向への凹部が、他方に当該凹部と係合する凸部がそれぞれ形成されているものである。
このように構成された車輪用転がり軸受装置では、筒状部の外周面及び穴の内周面における凸部・凹部の係合により軸方向へのインローの移動が確実に規制される。また、穴の底面及びこれに接するインローにおける凹部・凸部の係合により周方向へのインローの移動が確実に規制される。
また、本発明の車輪用転がり軸受装置は、外輪と、前記外輪の内側に設けられた転動体と、前記転動体を介して回転自在に保持され、車輪側部材取付用のフランジ部を有し、当該フランジ部の中央に穴が形成されたハブシャフトと、前記穴に嵌め込まれる筒状部及び、前記ハブシャフトから軸方向に突出し、前記フランジ部に車輪側部材を取り付ける際のガイドとなるガイド部を有するインローとを備え、前記筒状部の外周面及び前記穴の内周面のいずれか一方に径方向への凸部が、他方に当該凸部と係合する凹部がそれぞれ形成され、前記フランジ部の端面及びこれに対向する前記インローのいずれか一方に軸方向への凹部が、他方に当該凹部と係合する凸部がそれぞれ形成されている
このように構成された車輪用転がり軸受装置では、筒状部の外周面及び穴の内周面における凸部・凹部の係合により軸方向へのインローの移動が確実に規制される。また、フランジ部の端面及びこれに対向するインローにおける凹部・凸部の係合により周方向へのインローの移動が確実に規制される。
本発明の車輪用転がり軸受装置によれば、軸方向へのインローの移動が規制されるので、ハブシャフトへの負荷変動によりインローに対してこれを押し出す方向に力が付与されても、インローが抜け出る恐れはない。また、周方向へのインローの回転が規制されるので、インローのクリープ回転を、防止することができる。
《第1実施形態》
図1は、本発明の第1実施形態による車輪用転がり軸受装置を示す縦断面図である。この車輪用転がり軸受装置100は複列アンギュラ玉軸受であり、車体側に支持される外輪2と、外輪2の内側に設けられた転動体としての2列の玉3a,3bと、これらの玉3a,3bによって回転自在に支持される回転部材であるハブシャフト1及び内輪部材5とを備えている。外輪2の内周面2aには、外輪2とは別部材であって玉3a,3b用の軌道面をそれぞれ有する環状軌道部材4a,4bが設けられている。
ハブシャフト1は、外輪2の内側に収められる内軸部1Hと、内軸部1Hの車両アウター側(図の右側)の端部に形成され、外輪2の外に出ているフランジ部1Fとを有している。フランジ部1Fは、車輪側部材(車輪のホイール6やディスクブレーキのディスクロータ7)を取り付けるために設けられている。内輪部材5は、内軸部1Hの左端から外嵌され、その後、内軸部1Hの左端を図示のようにかしめて形成された抜け止め部1cにより、固定されている。内輪部材5には玉3aの軌道面5aが形成され、内軸部1Hには玉3bの軌道面1bが形成されている。玉3aは、内輪部材5及び環状軌道部材4aの双方に、所定の接触角で接している。また、玉3bは、内軸部1Hの軌道面1b及び環状軌道部材4bの双方に、所定の接触角で接している。玉3a,3bの周方向間隔は、保持器8により保持されている。外輪2の左端は蓋9により塞がれ、右端とハブシャフト1との隙間はシール部材10によりシールされている。
フランジ部1Fには、車輪のホイール6やディスクブレーキのディスクロータ7を装着するための複数のボルト11(1本のみ図示)が、周方向に等間隔で固定されている。また、ハブシャフト1の車両アウター側の軸端部(右端部)であってフランジ部1Fの中央には、穴(丸孔)1dが形成されている。この穴1dの中心は、ハブシャフト1の中心軸C上にある。この穴1dに、ハブシャフト1とは別体のインロー12の一部が圧入により嵌め込まれる。なお、穴1dの底面は、平面である。
インロー12は、ハブシャフト1の穴1dに圧入される筒状部12aと、圧入する側の先端に形成されている平面状の底部12bと、筒状部12aの基端側(図の右端側)から径方向外方へ拡がる環状平板部12cと、その外周から軸方向に延びる円筒状のガイド部12dとを備えている。ガイド部12dは、フランジ部1Fにホイール6やディスクロータ7を取り付ける際のガイドとなる。穴1dの深さDは、環状平板部12cと底部12bとの軸方向への段差Hより小さい。従って、底部12bを穴1dの底に押し当てるまで圧入しても、環状平板部12cとハブシャフト1(又はフランジ部1F)の右端面とは、接触することなく対面状となって、相互間に隙間G(=H−D)が形成されている。ハブシャフト1の中心軸C、すなわち、車輪用転がり軸受100全体の中心軸Cに対して、フランジ部1Fの取付面1s及びインロー12の環状平板部12cは、直交する。
上記隙間Gは、荷重が作用した際に生ずるフランジ部1Fのたわみによる軸方向の変位量と、余裕寸法との和による値とされる。これにより、フランジ部1Fが倒れる方向に変形してもフランジ部1Fの取付面1sは環状平板部12cに接触しない。従って、フランジ部1Fの倒れによってインロー12が押し出されることはない。また、隙間Gを有するため、フランジ部1Fが変形しても、インロー12がフランジ部1Fの変形を妨げることがなく、作用する荷重に応じてフランジ部1Fは弾性変形することができ、フランジ部1Fに応力集中が発生しない。なお、上記余裕寸法は、例えば0.5mm以上1.5mm以下とすることができる。この範囲であれば、隙間Gに異物が滞留することを防止できる。
図2は、図1におけるハブシャフト1の穴1dにインロー12を圧入する前の状態を示す拡大断面図(但し、インロー12の下半分は側面)である。図において、穴1dの入口の縁1d1は、外側へ拡がるようにテーパ状に形成されている。縁1d1より奥側は、一定径の内周面1d2となっており、さらに、断面形状が円弧状のアール(R)部1d3を経て、底面1d4となっている。このような形態の穴1dは、単純な形態であるため、製造が容易である。また、アール部1d3の存在により、この部分への応力集中を緩和することができ、ハブシャフト1の強度を向上させることができる。
一方、インロー12における筒状部12aの外周面上には、セレーション状(溝と直交する断面の形状が鋸歯状)の凹凸からなる圧入部12fが形成されている。圧入部12fを含めた筒状部12aの最外径は、内周面1d2の内径よりやや大きい。圧入部12fの溝は斜めに形成されており、溝が中心軸Cと成す角度θは、0<θ<90度の範囲内であればよいが、好ましくは45度である。図3の(a)は圧入部12fの模様のみを示した図であり、模様を構成する線は交互に山・谷を表す。従って、この圧入部12fは、軸方向への表面の凹凸を成しているとともに、周方向へも表面の凹凸を成している。
図2に戻り、筒状部12aを穴1dに圧入することにより、圧入部12fと内周面1d2とは互いに食い込み、圧入部12fの模様に沿って、応力が相対的に大きい部分と小さい部分とが形成される。すなわち、山の部分は相対的に応力大、谷の部分は応力小となり、互いに圧接する内周面1d2と筒状部12aとにおいて、応力の大・小分布が斜め縞模様状に形成される。
この結果、圧入されたインロー12は、軸方向、周方向共に非常に動きにくい(実質的に動かない)状態となり、ハブシャフト1に確実に保持される。従って、ハブシャフト1への負荷変動によりインロー12に対してこれを押し出す方向に力が付与されても、インロー12が抜け出る恐れはない。また、インロー12のクリープ回転を、防止することができる。角度θが小さいほど周方向の保持作用が強くなり、逆に、角度θが大きいほど軸方向の保持作用が強くなる。45度の場合には、軸方向の保持作用と周方向の保持作用とを、高いレベルで両立させることができる。
上記インロー12は、犠牲防食効果を有するZn、Al、Mgを含む溶融亜鉛メッキ鋼板をプレス成形したものであり、圧入部12fはプレス成形の搾り過程で形成される。インロー12の板厚は、1.2〜2.5mmが適する。インロー12を作製する際には、溶融亜鉛メッキ鋼板をプレス成形した後、ガイド部12dの端面は切断される。そのため、端面には素地が露出している。端面にはホイール6が隣接しており、ホイール6がアルミ製である場合、両者間の隙間に浸入した水により電食が起きる。しかし、素地が露出した状態で時間が経過すると、素地の露出部は酸化し、周辺のメッキ層から溶け出したZn、Al、Mgにより、緻密なMg含有Zn系保護皮膜が、酸化した露出部を覆う。こうして、素地の露出部は、Zn系保護皮膜により保護される。従って、プレス成型後に、メッキ等の表面処理を行わずとも、防食の機能を得ることができるので、製造コストが削減される。なお、インロー12の材質は溶融亜鉛メッキ鋼板に限られるものではなく、電気亜鉛メッキ鋼板でもよい。
なお、上記の圧入部12fは、インロー12に設けることが製造上容易であるが、これに代えて、同様な凹凸を穴1dの内周面1d2に形成することも可能である。また、双方に設けることも可能である。圧入部12fの形状(模様)は上記のような斜めセレーション状に限定されないが、上記のような斜めセレーション状の場合、プレス成形時に、金型が割型でなくても離型が可能であるという利点がある。但し、割型を使用する場合には、種々の他の形状(模様)が採用可能となる。例えば、図3の(b)に示すような、溝の方向がクロスするローレット状でもよいし、(c)に示すような小突起の集合でもよい。また、(d)に示すように、軸方向に溝が延びるセレーションと、周方向に溝が延びるセレーションとを組み合わせてもよい。要するに、軸方向及び径方向の両方に凹凸を構成するようにすればよい。
《第2実施形態》
図4は、本発明の第2実施形態による車輪用転がり軸受装置を示す縦断面図である。第1実施形態との違いは、ハブシャフト1の穴1dの形状及びインロー22の形状であり、その他の構成は同様である。また、第1実施形態の図1における寸法D,G,Hについては、第2実施形態においても同様である。
図5は、図4におけるハブシャフト1の穴1dにインロー22を圧入する前の状態を示す拡大断面図である。図において、穴1dの入口の縁1d1は、外側へ拡がるようにテーパ状に形成されている。縁1d1より奥側は、一定径の内周面1d2の途中に、断面が円弧状の凹部1d5が周方向に連続して溝状に形成され、さらに、断面形状が円弧状のアール部1d3を経て、底面1d4となっている。アール部1d3の存在により、この部分への応力集中を緩和することができ、ハブシャフト1の強度を向上させることができる。また、底面1d4の複数箇所(ここでは2箇所)には、断面が円弧状で、凹球面状の凹部1d6が形成されている。図6は、上記穴1dを正面から(図5の右方向から)見た図である。一対の凹部1d6は、穴1dの中心軸C(図4)を中心とする円A上にある。
一方、図5においてインロー22は、ハブシャフト1の穴1dに嵌め込まれる筒状部22aと、嵌め込む側の先端に形成されている底部22bと、筒状部22aの基端側(図の右端側)から径方向外方へ拡がる環状平板部22cと、その外周から軸方向に延びる円筒状のガイド部22dとを備えている。筒状部22aから底部22bに至る途中には、断面形状の外側の曲率がハブシャフト1側のアール部1d3と同一のアール部22eが、形成されている。
筒状部22aには複数箇所(ここでは2箇所)に、径方向外方に突出する凸部22fが形成されている。凸部22fは断面が円弧状で、凸球面状である。また、底部22bの複数箇所(ここでは2箇所)には、軸方向且つ嵌め込み方向に突出する凸部22gが形成されている。凸部22gは断面が円弧状で、凸球面状である。筒状部22aの外径は、内周面1d2の内径とほぼ同一である。一対の凸部22gは、ハブシャフト1側の一対の凹部1d6とそれぞれ嵌合可能な形態であり、かつ、軸方向に対応した位置にある。
筒状部22aを穴1dに圧入することにより、凸部22fは一旦径方向内方へ弾性変形した後、凹部1d5に嵌め込まれる。また、凸部22gも凹部1d6に嵌め込まれる。もし、凸部22gが凹部1d6の位置に合わず、嵌め込みができない場合には、インロー22を回転させながら凸部22gを凹部1d6の位置に合わせると、凸部22gが凹部1d6に嵌め込まれると同時に、凸部22fも凹部1d5に嵌め込まれる。こうして、図4に示すようにインロー22がハブシャフト1に取り付けられる。取り付けられたインロー22は、凸部22fと凹部1d5との嵌合により、軸方向へ移動規制された状態となる。また、凸部22gと凹部1d6との嵌合により、周方向へ回転規制された状態となる。
このようにして、インロー22は、ハブシャフト1に確実に保持される。従って、ハブシャフト1への負荷変動によりインロー22に対してこれを押し出す方向に力が付与されても、インロー22が抜け出る恐れはない。また、インロー22のクリープ回転を、防止することができる。
なお、第2実施形態においてはインロー22側に凸部22f,22fを設け、ハブシャフト1側に凹部1d5,1d6を設けたが、これらの凹凸の関係は逆でもよい。
凹凸の形状は、球面状に限られるものではないし、また、形の合うもの同士の嵌めあいに限らず、所望の移動規制さえできれば、種々の係合形態があり得る。
また、凹部1d6及び凸部22gは、必ずしも複数でなくてもよい。
《第3実施形態》
図7は、本発明の第3実施形態による車輪用転がり軸受装置を示す縦断面図である。第1実施形態との違いは、ハブシャフト1の穴1dの形状及びインロー32の形状であり、その他の構成は同様である。また、第1実施形態の図1における寸法D,G,Hについては、第3実施形態においても同様である。
図8は、図7におけるハブシャフト1の穴1dにインロー32を圧入する前の状態を示す拡大断面図である。図において、穴1dの入口の縁1d1は、外側へ拡がるようにテーパ状に形成されている。縁1d1より奥側は、一定径の内周面1d2の途中に、断面が円弧状の凹部1d5が周方向に連続して溝状に形成され、さらに、断面形状が円弧状のアール部1d3を経て、底面1d4となっている。アール部1d3の存在により、この部分への応力集中を緩和することができ、ハブシャフト1の強度を向上させることができる。また、穴1dの周りの、ハブシャフト1の軸端面(図の右端面)の複数箇所(ここでは2箇所)には、断面が円弧状で、凹球面状の凹部1d6が形成されている。図9は、上記穴1dを正面から(図8の右方向から)見た図である。一対の凹部1d6は穴1dの中心軸C(図7)を中心とする円A上にある。
一方、図8においてインロー32は、ハブシャフト1の穴1dに嵌め込まれる筒状部32aと、嵌め込む側の先端に形成されている底部32bと、筒状部32aの基端側(図の右端側)から径方向外方へ拡がる環状平板部32cと、その外周から軸方向に延びる円筒状のガイド部32dとを備えている。筒状部32aから底部32bに至る途中には、断面形状の外側の曲率がハブシャフト1側のアール部1d3と同一のアール部32eが、形成されている。
筒状部32aには複数箇所(ここでは2箇所)に、径方向外方に突出する凸部32fが形成されている。凸部32fは断面が円弧状で、凸球面状である。また、環状平板部32cの複数箇所(ここでは2箇所)には、軸方向で、嵌め込み方向に突出する凸部32gが形成されている。凸部32gは断面が円弧状で、凸球面状である。筒状部32aの外径は、内周面1d2の内径とほぼ同一である。一対の凸部32gは、ハブシャフト1側の一対の凹部1d6とそれぞれ嵌合可能な形態であり、かつ、軸方向に対応した位置にある。
筒状部32aを穴1dに圧入することにより、凸部32fは一旦径方向内方へ弾性変形した後、凹部1d5に嵌め込まれる。また、凸部32gも凹部1d6に嵌め込まれるが、ハブシャフト1と環状平板部32cとの隙間G(図1,図7参照)のため、正確には嵌合といえるものではなく、係合の程度にとどまる。なお、凸部32gが凹部1d6の位置に合わず、嵌め込みができない場合には、インロー32を回転させながら凸部32gを凹部1d6の位置に合わせると、凸部32gが凹部1d6に嵌め込まれると同時に、凸部32fも凹部1d5に嵌め込まれる。こうして、図7に示すようにインロー32がハブシャフト1に取り付けられる。取り付けられたインロー32は、凸部32fと凹部1d5との嵌合により、軸方向へ移動規制された状態となる。また、凸部32gと凹部1d6との係合により、周方向へ回転規制された状態となる。
このようにして、インロー32は、ハブシャフト1に確実に保持される。従って、ハブシャフト1への負荷変動によりインロー32に対してこれを押し出す方向に力が付与されても、インロー32が抜け出る恐れはない。また、インロー32のクリープ回転を、防止することができる。
なお、第3実施形態においてはインロー32側に凸部22f,22fを設け、ハブシャフト1側に凹部1d5,1d6を設けたが、これらの凹凸の関係は逆でもよい。
凹凸の形状は、球面状に限られるものではないし、また、形の合うもの同士の嵌めあいに限らず、所望の移動規制さえできれば、種々の係合形態があり得る。
また、凹部1d6及び凸部32gは、必ずしも複数でなくてもよい。
また、第2,第3実施形態において、凹部1d5(図5,図8)は周方向に連続して溝状に形成された形態としたが、インロー22,32の凸部22f、32fに対応した2箇所に「穴」として形成することも可能である。その場合には、凸部22f,32fが周方向に移動できなくなり、インロー22,32の回転を規制するので、クリープ回転防止用の凹部1d6、凸部22g、32gは不要となる。
なお、上記各実施形態のインロー12,22,32はハブシャフト1と別体であるため、ガイド部12d,22d,32dの外径寸法が異なる複数種類のインローを用意すれば、軸受装置本体は共通のままで、被案内穴径の異なる各種ホイール、ディスクロータに容易に対応することができ、製造上至便である。
本発明の第1実施形態による車輪用転がり軸受装置を示す縦断面図である。 図1におけるハブシャフトの穴にインローを圧入する前の状態を示す拡大断面図である。 セレーション等の模様を例示する図である。 本発明の第2実施形態による車輪用転がり軸受装置を示す縦断面図である。 図4におけるハブシャフトの穴にインローを圧入する前の状態を示す拡大断面図である。 図5におけるハブシャフトの穴を正面から(図5の右方向から)見た図である。 本発明の第3実施形態による車輪用転がり軸受装置を示す縦断面図である。 図6におけるハブシャフトの穴にインローを圧入する前の状態を示す拡大断面図である。 図8におけるハブシャフトの穴を正面から(図8の右方向から)見た図である。
符号の説明
1 ハブシャフト
1d 穴
1d5,1d6 凹部
1F フランジ部
2 外輪
3a,3b 玉(転動体)
12 インロー
12a 筒状部
12d ガイド部
12f 圧入部
22 インロー
22a 筒状部
22d ガイド部
22f,22g 凸部
32 インロー
32a 筒状部
32d ガイド部
32f,32g 凸部

Claims (4)

  1. 外輪と、
    前記外輪の内側に設けられた転動体と、
    前記転動体を介して前記外輪に回転自在に保持され、車輪側部材取付用のフランジ部を有し、当該フランジ部の中央に穴が形成されたハブシャフトと、
    前記穴に圧入される筒状部及び、前記ハブシャフトから軸方向に突出し、前記フランジ部に車輪側部材を取り付ける際のガイドとなるガイド部を有するインローとを備え、
    前記筒状部の外周面及び前記穴の内周面の少なくとも一方には、軸方向への表面の凹凸及び周方向への表面の凹凸が形成されていることを特徴とする車輪用転がり軸受装置。
  2. 前記凹凸は、前記筒状部の外周面及び前記穴の内周面の少なくとも一方に、セレーション状に形成され、セレーションの溝方向が軸方向に対して傾斜している請求項1記載の車輪用転がり軸受装置。
  3. 外輪と、
    前記外輪の内側に設けられた転動体と、
    前記転動体を介して回転自在に保持され、車輪側部材取付用のフランジ部を有し、当該フランジ部の中央に穴が形成されたハブシャフトと、
    前記穴に嵌め込まれる筒状部及び、前記ハブシャフトから軸方向に突出し、前記フランジ部に車輪側部材を取り付ける際のガイドとなるガイド部を有するインローとを備え、
    前記筒状部の外周面及び前記穴の内周面のいずれか一方に径方向への凸部が、他方に当該凸部と係合する凹部がそれぞれ形成され、
    前記穴の底面及びこれに接する前記インローのいずれか一方に軸方向への凹部が、他方に当該凹部と係合する凸部がそれぞれ形成されている車輪用転がり軸受装置。
  4. 外輪と、
    前記外輪の内側に設けられた転動体と、
    前記転動体を介して回転自在に保持され、車輪側部材取付用のフランジ部を有し、当該フランジ部の中央に穴が形成されたハブシャフトと、
    前記穴に嵌め込まれる筒状部及び、前記ハブシャフトから軸方向に突出し、前記フランジ部に車輪側部材を取り付ける際のガイドとなるガイド部を有するインローとを備え、
    前記筒状部の外周面及び前記穴の内周面のいずれか一方に径方向への凸部が、他方に当該凸部と係合する凹部がそれぞれ形成され、
    前記フランジ部の端面及びこれに対向する前記インローのいずれか一方に軸方向への凹部が、他方に当該凹部と係合する凸部がそれぞれ形成されている車輪用転がり軸受装置。
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