JP2008255924A - 流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易にしてオイルポンプの組み付け性を向上することができる流体機械を提供する。
【解決手段】オイルポンプ(42)は、オイル室(38)のオイルを吸入する吸入領域を所定の位置(B)近傍に形成し、吸入領域に吸入されたオイルをオイル通路(40)に吐出する吐出領域を第２の所定の位置(D)近傍に形成するロータユニット(44)と、ロータユニットを上部ケース(58)及び下部ケース(60)で挟持するポンプケース(46)とからなり、下部ケースは、ロータユニットが収容される収容部(72)、オイル室と吸入領域とを連通する吸入部(78,82)、吐出領域とオイル通路とを連通する吐出部(80)を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体機械に係り、詳しくは、冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機に用いられて好適な流体機械に関する。

この種の流体機械、例えば密閉型のスクロール圧縮機は、作動流体の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施するスクロールユニット備え、スクロールユニットを駆動する回転軸には、潤滑オイルを循環させるべく、回転軸の回転によって駆動されるトロコイド式のオイルポンプが装着されている。
このようなオイルポンプは、歯数の異なるインナロータとアウタロータとが偏心して組み付けられてロータユニットを構成し、このロータユニットはポンプケースに収容されている。

そして、インナロータが回転するとアウタロータも同方向に回転するが、インナロータとアウタロータとは歯数及び回転中心が異なるため、インナロータとアウタロータとの隙間容積が互いの歯の噛合位置により異なり、この隙間容積が大きくなり始める噛合位置にオイルの吸入部を位置づけ、この隙間容積が小さくなり始める噛合位置にオイルの吐出部を位置づけることにより、オイルポンプはオイルを吸入し、吸入したオイルを吐出することができる。

ここで、特許文献１に開示されたオイルポンプは、ポンプケースが上部ケースと下部ケースとから構成されてねじ止めされており、ロータユニットは上部ケースに設けられた収容部に収容されるとともに、下部ケースで下側から支持され、下部ケースにオイルの吸入孔及び吐出孔が形成されている。
特開平１１−８２３５０号公報

しかしながら、上記従来技術では、ロータユニットが収容される部材と、吸入部及び吐出部が形成される部材とがそれぞれ上部ケース、下部ケースとして別体となるため、これら部材を正規のねじ止め箇所からずらしてねじ止めすると、上記各噛合位置に対して吸入孔及び吐出孔がそれぞれずれて位置づけられてしまう。
このようにオイルポンプが誤組み付けされた状態で圧縮機を運転すると、オイルポンプでのオイルの吸入、吐出が適正に行えないため、圧縮機の潤滑性能が大幅に低下するとの問題がある。

また、誤組み付けが判明したとしても、オイルポンプを再度分解して組み付け直さなければならず、圧縮機の生産性が大幅に低下するとの問題もある。
そこで、上記従来技術でも提案されているように、上部及び下部ハウジングからなるポンプケースを二等辺三角形に形成し、これら部材の固定位置が一義に決まるようにして誤組み付けを防止することが考えられる。

しかしながら、これではポンプケース、ひいては圧縮機の全体形状が制約を受け、そのデザインやレイアウトの自由度が低下してポンプケース、ひいては圧縮機の形状が特殊になり、これらの生産性が低下するとの問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡易にしてオイルポンプの組み付け性を向上することができる流体機械を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の流体機械は、ハウジング内の底部に形成され、オイルが貯留されるオイル室と、ハウジング内を延び、内部にオイルのオイル通路が形成される回転軸と、オイル室と回転軸との間に位置づけられ、回転軸の駆動によって、オイル室のオイルを吸入し、吸入されたオイルをオイル通路に吐出するオイルポンプとを備え、オイルポンプは、オイル室のオイルを吸入する吸入領域を所定の位置近傍に形成し、吸入領域に吸入されたオイルをオイル通路に吐出する吐出領域を第２の所定の位置近傍に形成するロータユニットと、ロータユニットを上部ケース及び下部ケースで挟持するポンプケースとからなり、下部ケースは、ロータユニットが収容される収容部、オイル室と吸入領域とを連通する吸入部、吐出領域とオイル通路とを連通する吐出部を有することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、請求項１において、ポンプケースが平面視で少なくとも２つの中心線を境界に略対称形状に形成されることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項１又は２において、上部ケースが回転軸を回転自在に支持する軸受部を有することを特徴としている。
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項３において、上部ケースが下部ケースとインロー構造によって当接することを特徴としている。

また、請求項５記載の発明では、請求項１から４のいずれかにおいて、下部ケースがオイル室と吸入部とを連通するオイル吸入管を有することを特徴としている。
更に、請求項６記載の発明では、請求項５において、オイル吸入管がオイルフィルタのフィルタ固定部を有することを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明の流体機械によれば、ロータユニットの収容部、オイルの吸入部及び吐出部が総てオイルポンプの下部ケースに一括して形成される。これにより、ポンプケースの組み付け時に上部ケースに対して下部ケースがずれて組み付けられたとしても、ロータユニットの吸入領域及び吐出領域がそれぞれ吸入部及び吐出部とずれて位置づけられることを根本から防止でき、オイルポンプの誤組み付けを気にすることなく簡易にしてオイルポンプの組み付け性を向上できる。

また、請求項２記載の発明によれば、ポンプケースが平面視で少なくとも２つの中心線を境界に略対称形状に形成される。これにより、オイルポンプの誤組み付けを防止するためにポンプケースを平面視左右対称に形成する必要はなく、オイルポンプ、ひいては流体機械の外観形状の制約が払拭され、そのデザインやレイアウトの自由度、及びその生産性を向上しつつ、簡易にしてオイルポンプの組み付け性を向上できる。

更に、請求項３記載の発明によれば、上部ケースが回転軸を回転自在に支持する軸受部有することにより、回転軸をオイルポンプのロータユニットに装着する際の芯出し作業が容易になり、オイルポンプの組み付け性を更に向上できる。
更にまた、請求項４記載の発明によれば、上部ケースが下部ケースとインロー構造で当接することにより、回転軸をオイルポンプのロータユニットに装着する際の芯出し作業がより一層容易になり、オイルポンプの組み付け性を更に向上できる。

また、請求項５記載の発明によれば、下部ケースがオイル室と吸入部とを連通するオイル吸入管を有することにより、オイル室からオイルポンプを経てオイル通路にかけてのオイル供給構造がより一層簡素化され、オイルポンプの組み付け性を更に向上できる。
更に、請求項６記載の発明によれば、オイル吸入管がオイルフィルタのフィルタ固定部を有することにより、オイル室からオイルポンプを経てオイル通路にかけてのオイル供給構造が更に簡素化され、オイルポンプの組み付け性を更に向上できる。

以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る流体機械の一例としての密閉型のスクロール圧縮機を示す。この圧縮機１は冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれている。当該回路は、作動流体の一例である二酸化炭素冷媒（以下、冷媒という）が循環する経路を備え、圧縮機１は経路から冷媒を吸入し、圧縮して経路に向けて吐出する。

この圧縮機１はハウジング２を備え、ハウジング２の胴部４の上側、下側にはそれぞれ上蓋６、下蓋８が気密に嵌合し、これより胴部４の内部は密閉されて冷媒の吐出圧が作用している。胴部４の適宜位置には、上記回路から取り込んだ冷媒を吸入する吸入管１０が接続され、上蓋６の適宜位置には、ハウジング２内の圧縮冷媒を上記回路へ送出する吐出管１２が接続されている。

胴部４内には電動モータ１４が収容され、このモータ１４内には回転軸１６が配置されており、回転軸１６はモータ１４への通電によって駆動される。
回転軸１６はハウジング２内の長手方向に延設され、その上端側は軸受を介して主軸フレーム１８に回転自在に支持され、スクロールユニット２０に結合されている。一方、回転軸１６の下端側は後述する軸受ケース（上部ケース）５８を介して副軸フレーム２２に回転自在に支持されている。

上記ユニット２０は胴部４内においてモータ１４の上方に配置され、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する。
詳しくは、当該ユニット２０は、可動スクロール２４及び固定スクロール２６から構成され、各スクロール２４，２６の互いに対向する面にはそれぞれ渦巻きラップが一体に形成されている。そして、これら渦巻きラップが協働し、吸入管１０から冷媒を吸入して圧縮室を形成し、固定スクロール２６に対する可動スクロール２４の旋回運動により、圧縮室は渦巻きラップ中心に向けて移動しながら、その容積が減少される。

上述した可動スクロール２４に旋回運動を付与するため、可動スクロール２４の下部にはボス２８が形成され、このボス２８は軸受を介して偏心軸３０に連結されている。この偏心軸３０は回転軸１６の上端側に一体形成され、回転軸１６の回転により可動スクロール２４は主軸フレーム１８上で旋回運動する。
一方、固定スクロール２６は主軸フレーム１８に固定され、上蓋６に形成される吐出室３２側と圧縮室側とを仕切っている。固定スクロール２６の中央部分の適宜位置には、圧縮室側に連通する図示しない吐出孔が貫通して穿設されており、この吐出孔は固定スクロール２６の背面側に配置された吐出弁３４により開閉される。また、吐出弁３４は吐出ヘッド３６で覆われており、この吐出ヘッド３６により、吐出弁３４の開弁時における音が抑制される。

上述した圧縮機１によれば、回転軸１６の回転に伴い、可動スクロール２４が旋回運動する。この可動スクロール２４の旋回運動は、吸入管１０からの冷媒をユニット２０の内部に向けて吸入させ、圧縮室の容積が縮小することにより冷媒を圧縮し、当該圧縮した高圧の冷媒がハウジング２内を循環した後、吐出室３２から吐出管１２を通じて圧縮機１外へ送出される。

ところで、ハウジング２内では冷媒の他、ユニット２０や軸受等の摺動部分の潤滑、並びに当該摺動部分の摺動面をシールすべくオイルが循環している。
詳しくは、下蓋８内、すなわちハウジング２の底部にはオイルが貯留されるオイル室３８が形成され、また、回転軸１６内には、その軸線方向に沿ってオイル通路４０が穿設され、オイル室３８とオイル通路４０との間にオイルポンプ４２が配置されている。

オイルポンプ４２は、トロコイド式のポンプであって、ロータユニット４４とロータユニット４４を収容するポンプケース４６とから構成されている。
ロータユニット４４は、インナロータ４８とアウタロータ５０とから構成され、インナロータ４８には回転軸１６の下端側において縮径されて一部が軸線方向に向けて切り欠かれた端部１６ａが連結されている。

ポンプケース４６は、その下側開口端にオイルフィルタ５２が装着されるとともに、副軸フレーム２２にボルト５４で締結支持されている。
また、副軸フレーム２２の適宜位置にはオイルの導入口５６が複数形成されており、オイルポンプ４２によって圧縮機１内の摺動部分に供給され潤滑やシールに供したオイルは導入口５６を介してオイル室３８に貯留される。

より詳しくは、図２，３のオイルポンプ４２の分解斜視図に示されるように、インナロータ４８はその外周に所定数（例えば８個）のトロコイド歯４８ａを有し、インナロータ４８の略中央に嵌合孔４８ｂが穿設され、この嵌合孔４８ｂは端部１６ａが嵌合可能に形成されている。
一方、アウタロータ５０はその内側にインナロータ４８のトロコイド歯４８ａの歯数より多い所定数（例えば９個）のトロコイド歯５０ａを有しており、アウタロータ５０の内側にはインナロータ４８が偏心した状態で組み付けられる。

これに対し、ポンプケース４６は、上側の軸受ケース５８と下側のフィルタケース（下部ケース）６０とから構成され、これらケース５８，６０はともに平面視略正方形をなしており、その四隅にはボルト孔６２が設けられている。そして、各ボルト孔６２にボルト５４を挿入し、副軸フレーム２２に締結することによりオイルポンプ４２が固定される。
軸受ケース５８には、その略中央に回転軸１６の端部１６ａが挿入可能な貫通孔６４が穿設されている。また、軸受ケース５８の上面５８ａには貫通孔６４を囲繞するように筒状の軸受部６６が一体に突設され、軸受部６６は回転軸１６を回転自在に支持する。

また、軸受ケース５８の下面５８ｂには所定深さを有する環状凹部６８が貫通孔６４と同心位置に形成されている。
一方、フィルタケース６０には、その上面６０ａに環状凹部６８に嵌合可能な環状凸部７０が形成され、この環状凸部７０の偏心位置にはロータユニット４４を収容すべく所定深さのロータ収容部（収容部）７２が凹設されている。

また、フィルタケース６０には、その下面６０ｂに筒状のオイル吸入管７４が一体に突設され、このオイル吸入管７４には、その下側開口端にオイルフィルタ５２のフィルタ固定部７６が形成されている。
ここで、ロータ収容部７２には、その底部の所定の位置にオイルの吸入溝（吸入部）７８及び吐出溝（吐出部）８０が凹設されている。

吸入溝７８は、ロータ収容部７２の外周壁に沿って円弧状に形成され、吸入溝７８の所定位置にはオイル吸入管７４と連通する吸入孔（吸入部）８２が穿設されている。
吐出溝８０は、吸入溝７８と略対向して位置づけられ、ロータ収容部７２の外周壁に沿った円弧状からロータ収容部７２の内方に向けて拡張されたＴ字状に形成され、その拡張された部位はオイルポンプ４２の組み付け状態においてオイル通路４０と連通する位置まで延設されている。

以下、図４を参照して、オイルポンプ４２の組み付け状態におけるロータユニット４４と吸入溝７８及び吐出溝８０との位置関係について詳しく説明する。
端部１６ａが嵌合孔４８ｂに嵌合され、オイルポンプ４２を組み付けた状態において、端部１６ａ、すなわち回転軸１６が矢印の方向に回転している。
ここで、上述したように、ロータ収容部７２は環状凸部７０の偏心位置に位置づけられており、換言すると、端部１６ａに対してロータ収容部７２、ひいてはアウタロータ５０が図中の点線矢印で示す偏心方向Ｅに偏心して位置づけられている。なお、当然ながら、偏心方向Ｅはフィルタケース６０、ひいてはポンプケース４６の形状により一義に決定される固有要素である。

この状態において、ロータユニット４４は、歯４８ａ，５０ａが互いに略完全に噛合する噛合位置Ａと、歯４８ａ，５０ａの谷部の離間距離が略最大となる噛合位置Ｃとを形成し、これら位置Ａ，Ｃは偏心方向Ｅの延長線上において互いに対向して位置づけられる。
一方、吸入溝７８は回転軸１６の回転方向でみて、歯４８ａ，５０ａが位置Ａから位置Ｃにかけて移動する過程の噛合位置（所定の位置）Ｂ近傍に位置づけられている。また、吐出溝８０は回転軸１６の回転方向でみて、歯４８ａ，５０ａが位置Ｃから位置Ａにかけて移動する過程の噛合位置（第２の所定の位置）Ｄ近傍に位置づけられている。換言すると、これら位置Ｂ，Ｄは、偏心方向Ｅの延長線と略直行する線上において互いに対向して位置づけられる。

すなわち、偏心方向Ｅによって位置Ａ，Ｃが一義に決定され、位置Ａ，Ｃ及び回転軸１６の回転方向によって位置Ｂ，Ｄが一義に決定され、オイルポンプ４２の作動中においてもこれら位置Ａ〜Ｄの位置関係は変わらない。
以下、図４，５を参照してオイルポンプ４２の作動について説明する。
回転軸１６の回転に伴いインナロータ４８が回転すると、アウタロータ５０も同方向に回転する。ここで、インナロータ４８とアウタロータ５０とは歯数及び回転中心が異なるため、歯４８ａと歯５０ａとの隙間容積は位置Ａ〜Ｄにおいて異なる。

詳しくは、位置Ｂは歯４８ａと歯５０ａとの隙間容積が位置Ａから徐々に大きくなる位置であり、これより位置Ｂ近傍の隙間容積の内圧が低下する。ここで、位置Ｂ近傍に吸入孔８２を有する吸入溝７８が位置づけられることから、この減圧作用により、オイル室３８のオイルがオイル吸入管７４、吸入孔８２、吸入溝７８を順次経てロータユニット４４に吸入される。

次に、各ロータ４８，５０が回転して、歯４８ａ，５０ａが位置Ｃを経て位置Ｄに移動する。位置Ｄは歯４８ａと歯５０ａとの隙間容積が位置Ｃから徐々に小さくなる位置であり、これより位置Ｄ近傍の隙間容積の内圧が上昇する。ここで、位置Ｄ近傍に吐出溝８０が位置づけられることから、この増圧作用により、ロータユニット４４に吸入されたオイルが吐出溝８０を経てオイル通路４０に吐出される。

このように、オイルポンプ４２が適切に作動することにより、オイルがハウジング２内を好適に循環し、ユニット２０や軸受等の摺動部分の潤滑、並びに当該摺動部分の摺動面をシールする。
以上のように本実施形態に係る圧縮機１によれば、ロータユニット４４のロータ収容部７２、吸入溝７８、吐出溝８０が総てオイルポンプ４２のフィルタケース６０に一括して形成されている。

すなわち、本願発明では、フィルタケース６０、ひいてはポンプケース４６の固有要素である偏心方向Ｅによって位置Ａ，Ｃが一義に決定され、位置Ａ，Ｃ及びオイルポンプ４２の固有要素である回転軸１６の回転方向によって位置Ｂ，Ｄが一義に決定される点に着目し、オイルポンプ４２の組み付け時点においては変動のない位置Ａ〜Ｄに基づいて吸入溝７８及び吐出溝８０をフィルタケース６０に一体に形成している。これにより、ポンプケース４６の組み付け時に、フィルタケース６０を軸受ケース５８に対して例えば９０°又は１８０°又は２７０°の角度でずらした状態でボルト孔６２にボルト５４を挿入し、副軸フレーム２２に締結したとしても、ロータユニット４４において位置Ｂ，Ｄがそれぞれ吸入溝７８及び吐出溝８０とずれて位置づけられることを根本から防止できる。従って、オイルポンプ４２の誤組み付けを気にすることなく簡易にしてオイルポンプ４２の組み付け性を向上できる。

また、軸受ケース５８は、回転軸１６を回転自在に支持する軸受部６６を一体に有することから、回転軸１６をオイルポンプ４２のロータユニット４４に装着する際の芯出し作業が容易になり、オイルポンプ４２の組み付け性を更に向上できる。
更に、軸受ケース５８とフィルタケース６０とがそれぞれ環状凹部６８、環状凸部７０を有し、これら環状凹部６８及び環状凸部７０が嵌合して、いわゆるインロー構造で当接する。これにより、回転軸１６をオイルポンプ４２のロータユニット４４に装着する際の芯出し作業がより一層容易になり、オイルポンプ４２の組み付け性を更に向上できる。

更にまた、フィルタケース６０がオイル室３８と吸入孔８２とを連通するオイル吸入管７４を一体に有していることから、オイル室３８からオイルポンプ４２を経てオイル通路４０にかけてのオイル供給構造がより一層簡素化され、オイルポンプ４２の組み付け性を更に向上できる。
また、オイル吸入管７４には、その開口端にオイルフィルタ５２のフィルタ固定部７６が形成されることから、オイル室３８からオイルポンプ４２を経てオイル通路４０にかけてのオイル供給構造が更に簡素化され、オイルポンプ４２の組み付け性を更に向上できる。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では環状凹部６８及び環状凸部７０によりポンプケース４６のインロー構造を構成しているが、図６，７に示す如く軸受ケース５８の下面５８ｂの四隅のうちの３箇所に凸部８４を形成し、フィルタケース６０の上面６０ａの四隅のうちの各凸部８４に対応する３箇所に凸部８４と嵌め合い可能に凹部８６を切り欠いて形成しても良い。

また、これら凸部８４及び凹部８６を環状凹部６８及び環状凸部７０とともに形成しても良く、これらの場合にも回転軸１６をオイルポンプ４２のロータユニット４４に装着する際の芯出し作業が容易になり、オイルポンプ４２の組み付け性を向上できる。
更に、オイル吸入管７４と吸入孔８２とが連通するのであれば、図６，７に示す如くオイル吸入管７４を下面６０ａにおいて偏心して形成しても良く、この場合にはオイル吸入管７４をコンパクト化でき、オイルポンプ４２の組み付け性のみならずその生産性をも向上すうることができる。

更にまた、上記実施形態ではポンプケース４６を平面視略正方形に形成しているが、ポンプケース４６が平面視で少なくとも２つの中心線を境界に略対称形状に形成されればよく、平面視略円形等に形成しても良い。これにより、オイルポンプ４２の誤組み付けを防止するためにポンプケース４６を平面視で左右対称に形成する必要はなく、オイルポンプ４２、ひいては圧縮機１の外観形状の制約が払拭され、そのデザインやレイアウトの自由度、及びその生産性を向上しつつ、簡易にしてオイルポンプ４２の組み付け性を向上できる。

最後に、上記実施形態では冷凍空調機やヒートポンプ給湯機に好適な密閉型のスクロール圧縮機に二酸化炭素冷媒を使用しているが、冷媒の種類や圧縮機の用途、種類についてはこれに限定されるものではなく、膨張機等の流体機械に用いても良い。

本発明の一実施形態に係る密閉型スクロール圧縮機を示した縦断面図である。 図１のオイルポンプを分解して上側からみた斜視図である。 図１のオイルポンプを分解して下側からみた斜視図である。 図１のＡ−Ａ方向からみたオイルポンプの組み付け状態を示す拡大図である。 図４のＢ−Ｂ方向からみた密閉型圧縮機の要部拡大図である。 変形例となるオイルポンプを分解して上側からみた斜視図である。 変形例となるオイルポンプを分解して下側からみた斜視図である。

符号の説明

１ 密閉型圧縮機（流体機械）
２ ハウジング
１６ 回転軸
３８ オイル室
４０ オイル通路
４２ オイルポンプ
４４ ロータユニット
４６ ポンプケース
５２ オイルフィルタ
５８ 軸受ケース（上部ケース）
６０ フィルタケース（下部ケース）
６６ 軸受部
７２ ロータ収容部（収容部）
７４ オイル吸入管
７６ フィルタ固定部
７８ 吸入溝（吸入部）
８０ 吐出溝（吐出部）
８２ 吸入孔（吸入部）
Ｂ 噛合位置（所定の位置）
Ｄ 噛合位置（第２の所定の位置）

Claims (6)

1. ハウジング内の底部に形成され、オイルが貯留されるオイル室と、
   前記ハウジング内を延び、内部にオイルのオイル通路が形成される回転軸と、
   前記オイル室と前記回転軸との間に位置づけられ、前記回転軸の駆動によって、前記オイル室のオイルを吸入し、該吸入されたオイルを前記オイル通路に吐出するオイルポンプとを備え、
   前記オイルポンプは、前記オイル室のオイルを吸入する吸入領域を所定の位置近傍に形成し、該吸入領域に吸入されたオイルを前記オイル通路に吐出する吐出領域を第２の所定の位置近傍に形成するロータユニットと、該ロータユニットを上部ケース及び下部ケースで挟持するポンプケースとからなり、
   前記下部ケースは、前記ロータユニットが収容される収容部、前記オイル室と前記吸入領域とを連通する吸入部、前記吐出領域と前記オイル通路とを連通する吐出部を有することを特徴とする流体機械。
2. 前記ポンプケースは、平面視で少なくとも２つの中心線を境界に略対称形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
3. 前記上部ケースは、前記回転軸を回転自在に支持する軸受部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の流体機械。
4. 前記上部ケースは、前記下部ケースとインロー構造によって当接することを特徴とする請求項３に記載の流体機械。
5. 前記下部ケースは、前記オイル室と前記吸入部とを連通するオイル吸入管を有する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流体機械。
6. 前記オイル吸入管は、オイルフィルタのフィルタ固定部を有することを特徴とする請求項５に記載の流体機械。

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