JP2008255969A - ファン装置の騒音低減構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ファン装置の送風能力を低下させることなく、ファン装置の筐体内部で発生する騒音を低減することができるファン装置の騒音低減構造を提供することである。
【解決手段】ファン装置の騒音低減構造においては、駆動モータ６００によりファン２００が回転し、気流が発生される。当該気流は、ベルマウス状からなるシュラウド４００により気流の導入および整流が行われる。また、シュラウド４００の外周面と交差する面に形成された面に吸音構造体３１０，３２０，３３０が形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、気流を発生させるファンを備えたファン装置において、当該ファン装置の筐体内部において生じる騒音を低減することができるファン装置の騒音低減構造に関する。

従来、ファン装置においては、気流を発生させるために駆動装置が設けられており、さらに送風能力を向上させるためにベルマウス状からなるシュラウドが形成されている。このファン装置においては、筐体内部において気流による騒音および駆動装置からの騒音が発生する。そのファン装置を用いた例として、車両エンジンの冷却装置、コンピュータの冷却装置、浴室の換気装置、エアコン室外機等がある。

特許文献１には、圧縮機ユニットの騒音源を形成する圧縮機駆動用モータの外扇部分に発生した騒音の抑制と該振動を吸収制振する機能を持たせたファンカバーによる圧縮機ユニットの騒音低減手段と、制振材の取り付け面への介在及び振動部材への制振部材の貼着による付加的騒音低減手段とによりエンクロージャが無くても所要の騒音低減を可能とした、圧縮機ユニットの騒音低減装置について開示されている。

特許文献１記載の圧縮機ユニットの騒音低減装置において、圧縮機ユニットの非防爆型モータの騒音低減手段はファンカバーよりなり、ファンカバーは、開口カバーと、内側の振動部分に設けた軟質ゴムを介して内張りした吸音材と、該開口部前面を覆う織金網構造部材と制振材とより構成されている。

また、特許文献２には、衝撃音および気流音を共に効果的に消音して、騒音を確実に低減できるファン装置の騒音低減機構について開示されている。

特許文献２記載のファン装置の騒音低減機構においては、ファンの先端部側に対向するファンシュラウドの内周面全域に、従来のパンチングメタルを用いることなく、多孔質の吸音材を対向空間に露出した状態で貼付したものである。従って、ファンとファンシュラウドとの間の強い旋回流に起因する気流音を吸音材で吸音できるうえ、衝撃音も生じ難くできる。以上により、衝撃音および気流音を共に効果的に消音でき、騒音を確実に低減できる。

さらに、特許文献３には、気流ガイド面に塵埃が付着しにくく、運転時間の経過によっても圧力変動吸収効果が消失しない圧力変動吸収構造をもった送風機のベルマウスについて開示されている。

特許文献３記載のベルマウスにおいては、送風用の羽根車の外周囲に対応して設けられ、同羽根車の吸込側の空気を吹出側にガイドする送風機のベルマウスであって、内部が中空の筒体構造に形成するとともに、気流ガイド面を構成する内周壁部分に多数の小孔を設け、該小孔を介して内部中空空間を外部送風通路に連通させた。該構成では、内周壁部分を合成樹脂又は金属により形成することによって気流ガイド面を滑らかに形成することができ、塵埃を付着しにくくすることができるようになるとともに、上記小孔内に侵入した塵埃が上記小孔部分に停まることなく、内部空間内に吸込まれるようになり、塵埃の堆積を防止することができる。

特開２００３−３４３４９５号公報 特開２００１−００３７５０号公報 特開２００１−１０７８９９号公報

しかしながら、特許文献１記載の圧縮機ユニットの騒音低減装置においては、多孔質吸音材を吸気開口部に設置するため、気流に対する抵抗が増加することにより流量が低下し、ファン装置の送風能力が低減する。

また、特許文献２記載のファン装置の騒音低減機構においては、表面に凹凸のある多孔質吸音材を気流に面した部位に設置するので、気流に対する抵抗が増加することにより流量が低下し、ファン装置の送風能力が低減する。さらに、多孔質吸音材による吸音効果は一般に高周波周域に限られ、また孔や共鳴管と消音室による吸音効果は、狭い周波数帯域に限定されるので、広範囲の周波数帯域に対して騒音低減効果が得られない。さらに、水分、砂塵等に対する多孔質吸音材の保護のため、科学的撥水処理、表面の被膜をする必要があるので、高コストになる。

さらに、特許文献３記載のベルマウスにおいては、ベルマウスのガイド面に多数の小孔を形成するため、気流に対する抵抗が増加することにより流量が低下し、ファン装置の送風能力が低減するおそれが高い。

本発明の目的は、ファン装置の送風能力を低下させることなく、ファン装置の筐体内部から外部へ放出される騒音を低減することができるファン装置の騒音低減構造を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

（１）
本発明に係るファン装置の騒音低減構造は、気流を発生させるためのファンと、ファンを収納するための筐体と、筐体の一部に設けられたシュラウドと、を含むファン装置の騒音低減構造であって、筐体の内部で、かつシュラウドの外周側に配設された吸音構造体と、を含むものである。

本発明に係るファン装置の騒音低減構造においては、ファンが回転し、気流が発生される。当該気流は、シュラウドにより気流の導入および整流が行われる。また、シュラウドの外周側に吸音構造体を配設させる。

この場合、ファン装置の筐体内部の音に対して吸音構造体により騒音低減を図ることができる。また、シュラウドのファンに面した位置に吸音構造体を設けないため、気流を乱すことがなく、ファン装置の送風能力を低下させずに、ファン装置の筐体内部から外部へ放出される騒音を低減することができる。

（２）
吸音構造体は、筐体と一体に形成されてもよい。

この場合、吸音構造体は、筐体と一体成形されるので、組み立て工数削減による製造コスト低減を図ることができる。

（３）
吸音構造体は、単独の部材として形成されてもよい。

この場合、吸音構造体を単独部材として形成させるので、筐体と一体成形が困難な部位にも吸音構造体を設けることができる。

（４）
吸音構造体は、１枚の多孔板および空気層または層状配置された複数の多孔板および複数の空気層により形成されてもよい。

この場合、吸音構造体は、１枚の多孔板または複数の多孔板が層状に構成されるので、多孔板の各孔内での空気の振動により発生する粘性減衰によって筐体内の空気の振動に減衰が付与され、騒音を低減することができる。また、板部材からなるので、本発明に係る吸音構造体の耐環境性を高く維持することができ、長期にわたって吸音構造体の性能，構造が変化しない。そのため、長期間使用しても、騒音の低減性能が劣化しない。また、従来の吸音材料と比較して飛散がないので周囲の環境または機器への悪影響を防止できる。また、多孔板にエンボス加工等により凹凸形状を形成した場合には、多孔板の剛性が向上し、固体音の発生を防止することができる。

（５）
多孔板は、筐体の内部に向けて配設されてもよい。

この場合、吸音構造体は、多孔板が、筐体の内部に向けて配設されるので、筐体内部の騒音を効率よく低減することができるとともに、シュラウドのファンに面した位置に吸音構造体を設けないため、気流を乱すことがなく、ファン装置の送風能力を低下させずに、ファン装置の筐体内部から外部へ放出される騒音を低減することができる。

（６）
シュラウドは、筐体を構成する前面パネルに対して垂直に形成されたファン軸に対して所定の間隙を開けて形成された円筒状の壁からなり、多孔板がファン軸に対し略垂直に配設されてもよい。

この場合、吸音構造体は、筐体の一部を構成する前面パネルに取り付けられる。これらの吸音構造体の取り付けられる位置は、シュラウドの外周で筐体の空き領域である。また、これらの吸音構造体は、多孔の形成された面が、ファン軸に対して垂直に設けられる。それにより多孔の形成された面が、筐体の内部に向けて形成される。したがって、筐体内部の騒音を効率よく低減することができるとともに、シュラウド内周面に吸音構造が形成されないため、気流の流れを阻害せず、ファン装置の送風能力を低減させることを防止することができる。
（７）
複数の多孔板は、それぞれ開口率が異なり、最表層から内側の層になるに連れて多孔板の開口率が小さくなってもよい。

この場合、複数の多孔板は、それぞれ開口率が異なり、最表層から内側の層になるに連れて多孔板の開口率が小さくなるので、ファン装置の内部の騒音を段階的に、かつ有効に低減させることができる。

（８）
１または複数の空気層には、１枚以上の仕切り板がさらに配設され、対象とされる筐体内部の騒音の波長の１／２以下の間隔で１枚以上の仕切り板により１または複数の空気層が多孔板面内方向に分割されたものである。

この場合、１または複数の空気層には、筐体内部の騒音の波長の１／２以下に設定される仕切り板が形成されるので、多孔板背後の空気室において共鳴が発生し、筐体内部の騒音が増大するのを防止することができる。その結果、吸音構造体は、有効に騒音を低減することができる。

以下、本発明に係る一実施の形態について説明する。なお、一実施の形態においては、ファン装置の騒音低減構造をエアコン室外機に適用した場合について説明する。なお、本発明は、エアコン室外機に限定されるものではなく、他の車両エンジンの冷却装置、コンピュータの冷却装置、浴室の換気装置、その他任意のファン装置について適用することができる。

図１は、ファン装置の騒音低減構造を適用したエアコン室外機の外観を示す模式図であり、図２は図１のエアコン室外機の前面パネルの裏面を示す模式的平面図であり、図３は図２のエアコン室外機の前面パネルの裏面を示す模式的斜視図であり、図４はエアコン室外機の断面を示す模式的断面図である。

図１から図４に示すファン装置の騒音低減構造を適用したエアコン室外機１００は、ファン２００、騒音低減構造３１０，３２０，３３０、ベルマウス状のシュラウド４００、前面パネル５００および駆動モータ６００を含む。

図１に示すように、エアコン室外機１００は、直方体からなり、ファン２００の軸が水平軸に沿って配置され、ファン２００が回転することにより外空気を後方から前方へ流すことが可能なように、前面パネル５００にベルマウス状のシュラウド４００が形成されている。

また、図２および図３に示すように、騒音低減構造３１０，３２０，３３０は、ベルマウス状のシュラウド４００の外周面に沿って、前面パネル５００の裏面に配設される。この騒音低減構造３１０，３２０，３３０は、前面パネル５００に形成されたシュラウド４００の長さとほぼ同じ高さで形成されている。また、騒音低減構造３１０，３２０，３３０においては、各構造の多孔が、前面パネル５００とは逆方向に開口するように形成される。

この場合、図４に示すように、エアコン室外機１００の内部構造においては、ファン２００およびベルマウス状のシュラウド４００により発生される気流に影響を与える部分に騒音低減構造３１０，３２０，３３０が形成されていない。また、ファン２００の軸は駆動モータ６００に接続され、駆動モータ６００の働きによりファン２００が回転できるように構成されている。

図５は、図２および図３に示すエアコン室外機１００のＡ−Ａ線断面の一例を示す模式的断面図である。

図５に示すように、エアコン室外機１００のファン２００の軸ＣＬに対して、均等にシュラウド４００が設けられており、前面パネル５００の裏面に騒音低減構造３１０，３３０がそれぞれ配置されている。以下、騒音低減構造３１０，３２０，３３０の一例について説明する。

次に、図６は騒音低減構造３１０，３２０，３３０の構造の一例を示す模式的断面図である。

図６に示すように、騒音低減構造３１０，３２０，３３０は、多孔板３０１，３０２、側面板３０４および平板３０５から形成される。なお、これらの一部が、前面パネル５００により形成されてもよい。すなわち、騒音低減構造３１０，３２０，３３０が前面パネル５００と一体に成形されてもよい。これらの多孔板３０１（表面層）および多孔板３０２は、互いに間隔Ｌ１だけ離間して配設されており、間隔Ｌ１に相当する空気層が形成されている。また、多孔板３０２および平板３０５は、互いに間隔Ｌ２だけ離間して配設されており、間隔Ｌ２に相当する空気層が形成されている。

この多孔板３０１および多孔板３０２には、貫通する多数の孔が形成されている。この多孔板３０１および多孔板３０２の各孔は、小穴、円形孔、異形孔、スリット形状の孔、ルーバーフィン形状を有する孔、十字孔、その他任意の孔形状の少なくとも１種の孔形状からなることが好ましい。

以下、本実施の形態においては、多孔が円形孔であることとして説明する。本実施の形態において多孔板３０１は、板厚が０．１５ｍｍであり、開口率が０．３％であり、孔径が０．５ｍｍである。

本実施の形態において多孔板３０２は、板厚が０．２９ｍｍであり、開口率が０．１％であり、孔径が０．５ｍｍである。

また、多孔板３０１および多孔板３０２は、リサイクル面および強度等の観点から、アルミニウム板部材または鋼板部材、プラスチック部材からなることが好ましい。さらに多孔板３０１および多孔板３０２の各孔形状は、パンチング加工により形成されてもよく、またはエンボス加工により形成されてもよい。

本実施の形態においては、多孔板３０１および多孔板３０２の間隔Ｌ１は２０ｍｍであり、多孔板３０２と平板３０５との間隔Ｌ２は、４５ｍｍに設定する。

次に、図７は、図６に示した騒音低減構造３１０，３２０，３３０の構造の他の例を示す模式的断面図である。

図７に示すように、騒音低減構造３１０，３２０，３３０は、多孔板３０１，３０２，３０３、側面板３０４、平板３０５および仕切り板３０８からなる。なお、これらの一部が、前面パネル５００により形成されてもよい。すなわち、騒音低減構造３１０，３２０，３３０が前面パネル５００と一体に成形されてもよい。これらの多孔板３０１および多孔板３０２は、互いに間隔Ｌ１だけ離間して配設されており、間隔Ｌ１に相当する空気層が形成されている。また、多孔板３０２および多孔板３０３は、互いにＬ２だけ離間して配設されており、間隔Ｌ２に相当する空気層が形成されている。さらに、多孔板３０３および平板３０５は、互いに間隔Ｌ３だけ離間して配設されており、間隔Ｌ３に相当する空気層が形成されている。また、仕切り板３０８は、各空気層にそれぞれ配設されており、仕切り板３０８の間隔Ｌ５は、エアコン室外機１００における騒音の主要な周波数の１／２波長以下の値となるように形成される。これにより多孔板３０１，３０２，３０３背後の空気室において共鳴が発生し、筐体内部の騒音が増大するのを防止することができる。

以上のように、エアコン室外機１００の内部の音に対して騒音低減構造３１０，３２０，３３０により騒音低減を図ることができる。また、シュラウド４００の気流に面した部位に騒音低減構造３１０，３２０，３３０を設けないため、気流を乱すことがなく、ファン２００の送風能力を低下させずに、騒音低減を図ることができる。また、騒音低減構造３１０，３２０，３３０が、前面パネル５００と一体成形された場合には、組み立て工数削減によるコスト低減を図ることができ、騒音低減構造３１０，３２０，３３０が、単独の部材として形成された場合には、前面パネル５００と一体成形が困難な部位にも吸音低減構造３１０，３２０，３３０を設けることができる。

さらに、騒音低減構造３１０，３２０，３３０は、１または複数の多孔板３０１，３０２，３０３から構成されるので、多孔板３０１，３０２，３０３内での空気の振動により発生する粘性減衰によって、エアコン室外機１００内の空気の振動に減衰が付与され、騒音を低減することができる。また、板部材からなるので、本発明に係る吸音構造体の耐環境性を高く維持することができ、長期にわたって吸音構造体の性能，構造が変化しない。そのため、長期間使用しても、騒音の低減性能が劣化しない。

この場合、騒音低減構造３１０，３２０，３３０は、多孔板３０１，３０２，３０３が、気流の流れる方向（モータ軸方向）と直交でかつ前面パネル５００の内部に向けて形成されるので、前面パネル５００内部の騒音を効率よく低減することができる。

また、複数の多孔板３０１，３０２，３０３は、互いに開口率が異なり、最表層から内側の層になるに連れて多孔板３０１，３０２，３０３の開口率が小さくなる、すなわち、多孔板３０１の開口率が最も大きく多孔板３０３の開口率が最も小さくなるように形成されるので、ファン２００の内部の騒音を段階的に、かつ有効に低減させることができる。

この場合、騒音低減構造３１０，３２０，３３０には、前面パネル５００内部の騒音の波長の１／２以下に設定される仕切り板３０８が形成されるので、多孔板３０１，３０２，３０３背後の空気室においてエアコン室外機１００内部の騒音が増大するのを防止することができる。その結果、騒音低減構造３１０，３２０，３３０は、有効に騒音を低減することができる。

次に、図８は、図５に示したエアコン室外機１００のＡ−Ａ線断面の他の例を示す模式的断面図である。

図８に示すように、エアコン室外機１００のファン２００の軸ＣＬに対して、均等にシュラウド４００が設けられており、前面パネル５００の裏面に騒音低減構造３１０ａ，３３０ａがそれぞれ配置されている。図８の騒音低減構造３１０ａ，３３０ａは、多孔板３０１ａ，３０２ａからなり、多孔板３０１ａは、ファン軸ＣＬに略平行に設けられ、多孔板３０２ａは、多孔板３０１ａとのなす角が鋭角（０度以上９０度以下）となるように配設される。

これにより、騒音低減構造３１０ａ，３２０ａ，３３０ａは、有効に騒音を低減することができる。

続いて、図９は、図５に示したエアコン室外機１００のＡ−Ａ線断面の他の例を示す模式的断面図である。

図９に示すように、エアコン室外機１００のファン２００の軸ＣＬに対して、均等にシュラウド４００が設けられており、前面パネル５００の裏面に騒音低減構造３１０ｂ，３３０ｂがそれぞれ配置されている。図９の騒音低減構造３１０ｂ，３３０ｂは、多孔板３０１ｂ，３０２ｂからなり、多孔板３０１ｂは、シュラウド４００の端部から滑らかに連なるように配設され、多孔板３０２ｂは、前面パネル５００と平行で、かつ軸ＣＬと直交するように配設される。

これにより、騒音低減構造３１０ｂ，３２０ｂ，３３０ｂは、有効に騒音を低減することができる。

（実施例１）
実施例１においては、図６の騒音低減構造３１０，３２０，３３０の構造の一例について吸音率のシミュレーションを行なった。

図１０は、実施例１の吸音率をシミュレーションした結果を示す図である。図１０の縦軸は吸音率を示し、横軸は周波数を示す。

図６の騒音低減構造３１０，３２０，３３０の構造においては、周波数２５０Ｈｚ近傍と周波数１０００Ｈｚ近傍との騒音を低減することができるように設計した。その効果をシミュレーションで確認した。その結果、図１０に示すように、周波数２５０Ｈｚ近傍および周波数１０００Ｈｚ近傍において高い吸音率を示す結果となった。また、周波数２５０Ｈｚ以上１５００Ｈｚ以下の範囲において吸音率０．３以上を示すことから、広い周波数帯域において騒音低減を図ることができることがわかった。

（実施例２）
続いて、実施例１の騒音低減構造３１０，３２０，３３０を図１のエアコン室外機１００に製作した。そして、騒音測定は、ＪＩＳ規格Ｃ９６１２に基づいてエアコン室外機１００を半無響室内に設置して、室外機正面から距離１ｍの点において測定を行なった。

（比較例１）
また、比較例１として騒音低減構造３１０，３２０，３３０を用いないエアコン室外機１００で騒音測定を行なった。なお、騒音測定は、実施例２と同じく、ＪＩＳ規格Ｃ９６１２に基づいて測定を行なった。

図１１は、実施例２および比較例１における音圧レベルを示す図である。縦軸は音圧レベル（ｄＢＡ）を示し、横軸は、１／３Ｏｃｔ．Ｂａｎｄ中心周波数（Ｈｚ）を示す。図１１の実線Ａは実施例２における結果を示し、点線Ｂは比較例１における結果を示す。

図１１に示すように、１／３Ｏｃｔ．Ｂａｎｄ中心周波数（Ｈｚ）が１６０Ｈｚから２５０Ｈｚまでの間において、点線Ｂの比較例１における音圧レベルに対し、実線Ａの実施例２における音圧レベルが大きく低減していることが分かる。また、１０００Ｈｚから１６００Ｈｚまでの間においても音圧レベルが低減していることが分かる。それにより、比較例１に対して実施例２においては、騒音レベル（全周波数帯域の和）を１ｄＢ低減できることが分かった。

次に、ファン装置の送風能力に影響がでないか否かを確認するため、エアコン室外機１００における駆動モータ６００の消費電力について測定を行なった。

図１２は、エアコン室外機１００における駆動モータ６００の消費電力の一例を示す図である。図１２の縦軸は消費電力（Ｗ）を示し、横軸は時刻（ｓｅｃ）を示す。また、実線Ａは実施例２の状態を示し、点線Ｂは比較例１の状態を示す。

図１２に示すように、実線Ａの実施例２の状態と、点線Ｂの比較例１の状態とを比較して、有意な差は生じなかった。

以上のことから、駆動モータ６００において消費電力の差がないため、ファン２００の送風能力も変化していないことが推定された。その結果、エアコン室外機１００において送風能力を低下させることがないことが分かった。

上記一実施の形態においては、ファン２００がファンに相当し、前面パネル５００が筐体の一部に相当し、シュラウド４００がベルマウス状の内面から形成されたシュラウドに相当し、騒音低減構造３１０，３２０，３３０が吸音構造体に相当し、多孔板３０１，３０２，３０３が１または複数の多孔板に相当し、仕切り板３０８が１または複数の仕切り板に相当する。

本発明は、上記の好ましい一実施の形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

ファン装置の騒音低減構造を適用したエアコン室外機の外観を示す模式図 図１のエアコン室外機の前面パネルの裏面を示す模式的平面図 図２のエアコン室外機の前面パネルの裏面を示す模式的斜視図 エアコン室外機の断面を示す模式的断面図 エアコン室外機のＡ−Ａ線断面の一例を示す模式的断面図 騒音低減構造の構造の一例を示す模式的断面図 図６に示した騒音低減構造の構造の他の例を示す模式的断面図 エアコン室外機のＡ−Ａ線断面の他の例を示す模式的断面図 エアコン室外機のＡ−Ａ線断面の他の例を示す模式的断面図 実施例１の吸音率をシミュレーションした結果を示す図 実施例２および比較例１における音圧レベルの変化を示す図 エアコン室外機における駆動モータの消費電力の一例を示す図

符号の説明

１００ エアコン室外機
２００ ファン
３０１，３０２，３０３ 多孔板
３０５ 平板
３０８ 仕切り板
３１０，３２０，３３０ 騒音低減構造
４００ ベルマウス状のシュラウド
５００ 前面パネル
６００ 駆動モータ

Claims (8)

1. 気流を発生させるためのファンと、
   前記ファンを収納するための筐体と、
   前記筐体の一部に設けられたシュラウドと、を含むファン装置の騒音低減構造であって、
   前記筐体の内部で、かつ前記シュラウドの外周側に配設された吸音構造体と、を含むことを特徴とするファン装置の騒音低減構造。
2. 前記吸音構造体は、前記筐体と一体に形成されたことを特徴とする請求項１記載のファン装置の騒音低減構造。
3. 前記吸音構造体は、単独の部材として形成されたことを特徴とする請求項１記載のファン装置の騒音低減構造。
4. 前記吸音構造体は、１枚の多孔板および空気層または層状配置された複数の多孔板および複数の空気層により形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のファン装置の騒音低減構造。
5. 前記多孔板は、前記筐体の内部に向けて配設されたことを特徴とする請求項４に記載のファン装置の騒音低減構造。
6. 前記シュラウドは、
   前記筐体を構成する前面パネルに対して垂直に形成されたファン軸に対して所定の間隙を開けて形成された円筒状の壁からなり、
   前記多孔板が前記ファン軸に対し略垂直に配設されたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のファン装置の騒音低減構造。
7. 前記複数の多孔板は、
   それぞれ開口率が異なり、最表層から内側の層になるに連れて多孔板の前記開口率が小さくなることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のファン装置の騒音低減構造。
8. 前記１または複数の空気層には、１枚以上の仕切り板がさらに配設され、対象とされる前記筐体内部の騒音の波長の１／２以下の間隔で１枚以上の仕切り板により前記１または複数の空気層が多孔板面内方向に分割されたことを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１項に記載のファン装置の騒音低減構造。
   

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