JP2009036214A - 高負荷伝動ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】ブロックの耐摩耗性や剛性といった強度を低下させることなく、ベルトが走行する際に発生するピッチノイズを低減することができるベルトを提供する。
【解決手段】センターベルト３と、上ビーム１１と下ビーム１２を中央部にてピラー１３で連結しており、上下ビーム１１、１２とピラー１３によって囲まれた嵌合溝に前記センターベルト３を挿入してなるブロック２とからなる高負荷伝動ベルト１において、前記上ビーム側面の少なくとも上端部分をその他の部分と比べて摩擦係数の低い樹脂とし、前記上端部分ｈは上ビーム側面のプーリとの接触面高さをＨとしたときに（０．１×Ｈ）＜ｈ＜（０．５×Ｈ）を満たす範囲とした
【選択図】図１

Description

本発明は、張力帯の長手方向に沿って所定ピッチでブロックを固定した高負荷伝動ベルトに関する。

ベルト式無段変速装置に使用するベルトは、プーリのＶ溝幅を変えることによってプーリに巻きかかる有効径を変化させ変速比を調節する様な変速プーリに巻き掛けて使用するものであり、プーリからの側圧が大きくなるのでベルトは大きな側圧に耐えるものでなくてはならない。また、無段変速の用途以外にも通常のゴムベルトでは寿命が短くなりすぎるような高負荷伝動の用途には特別に高負荷に耐えうるようなベルトを用いる必要がある。

そのようなベルトとして使用されるものの中に、センターベルトにブロックを固定してベルト幅方向の強度を高めた引張伝動式の高負荷伝動ベルトがあり、具体的な構成としては、心線をゴムなどのエラストマー中に埋設したセンターベルトにボルトやリベットなどの止着材を用いてセンターベルトに使用しているエラストマーよりも比較的硬質のエラストマーからなるブロックを止着固定したものがある。

ブロックとしては、アルミニウムなど金属製の心材の表面に樹脂を被覆したものが提案されている（特許文献１）。しかしながらニーズの多様化により、負荷は多少低めであるものの回転数が高く、かつプーリ径が小さいといったものがある。金属製の心材を有するブロックは心材の分が重量増となることは避けられず、ベルトを高速で走行させると、遠心張力が上がってベルトが早期に破損するといった問題があった。

そこで心材を用いない樹脂材のみからなるブロックを用いたベルトが提案されている。特許文献２にはポリアミド４６（ナイロン４６）などの熱可塑性樹脂に対してＰＡＮ系炭素繊維とウィスカを配合することによって補強し、心材を埋設していなくとも側圧に対抗でき、しかも軽量であることからベルト走行中の遠心張力が小さくベルトの破損も防止できるといったことが記載されている。

更に、特許文献３にはポリアミド樹脂としてポリアミド９Ｔ（ナイロン９Ｔ）を用いることによって、心材を用いることなく軽量化を図っており、なおかつ強度的にも更に優れている高負荷伝動ベルトが記載されている。

また、特許文献２および３に各種のウィスカを配合することが記載されているものである。

特開平１０−７３１４９号公報 特開２００１−３１１４５３号公報 特開２００２−１９５３５１号公報

上記のような繊維やウィスカ等で補強した樹脂を用いることによって、ブロックの耐摩耗性や剛性を高めることができる。しかし、センターベルトに多数のブロックを装着したものをプーリに巻きかけて走行させると、ブロックが周期的にプーリに接触する際のピッチノイズが発生し、騒音の問題となっている。

このピッチノイズはブロックの強度を高めるほど大きくなる傾向があり、強度の向上と騒音の低減は相反する問題であって解決が困難な問題である。

そこで、本発明ではブロックの耐摩耗性や剛性といった強度を低下させることなく、ベルトが走行する際に発生するピッチノイズを低減することができるベルトの提供を目的とする。

上記のような目的を達成するために本発明の請求項１においては、エラストマー中に心線を埋設したセンターベルトと、上ビームと下ビームを中央部にてピラーで連結しており、上下ビームとピラーによって囲まれた嵌合溝に前記センターベルトを挿入してなるブロックとからなる高負荷伝動ベルトにおいて、前記上ビーム側面の少なくとも上端部分をその他の部分と比べて摩擦係数の低い樹脂とし、前記上端部分ｈは上ビーム側面の高さをＨとしたときに（０．１×Ｈ）＜ｈ＜（０．５×Ｈ）を満たす範囲としたことを特徴とする。

請求項２では、摩擦係数の低い樹脂の摩擦係数μ１は０．１〜０．２であり、それ以外の樹脂の摩擦係数μ２は０．２〜０．５の範囲であり、且つ、μ１＜０．９×μ２の式を満たしてなる請求項１記載の高負荷伝動ベルトとしている。

請求項３では、上ビームの側面の面積中に摩擦係数の低い樹脂の占める割合が１０〜６０％の範囲である請求項１〜２記載の高負荷伝動ベルトとしている。

請求項４では、摩擦係数の低い樹脂が、熱可塑性樹脂に少なくとも繊維補強材および摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、該樹脂組成物の全量に対して繊維補強材は１０〜４０質量％、摩擦低減材は１〜２０質量％の割合で配合してなる樹脂である請求項１〜３記載の高負荷伝動ベルト。

請求項５では、摩擦低減材がフッ素樹脂であり、５〜１５質量％の範囲で配合してなる請求項１〜４記載の高負荷伝動ベルトである。

請求項６では、摩擦低減材が超高分子量ポリエチレンであり，２〜８質量％の範囲で配合してなる請求項１〜５記載の高負荷伝動ベルトである。

請求項７では、超高分子量ポリエチレンの粒径が１０〜５０μｍである請求項６記載の高負荷伝動ベルトである。

請求項８では、熱可塑性樹脂が４，６−ナイロンもしくは９，Ｔ−ナイロンである請求項１〜７記載の高負荷伝動ベルトである。

請求項９では、上下ビーム部の側面以外の部分には摩擦低減材を含まない樹脂組成物を配置してなる請求項１〜８記載の高負荷伝動ベルトとしている。

請求項１では、ブロックの上ビームの側面において、上端部分に摩擦係数の低い樹脂を配置しており、ブロックとプーリとの間の滑りがよくなっているので、ベルトがプーリに進入する際やプーリから抜け出る際に生じるピッチノイズを低減することができる。また、ブロックの側面に摩擦係数の低い樹脂を配置することでプーリとの間でスリップが発生して伝達性能が低下するという問題もあるが、前記摩擦係数の低い樹脂は上端の所定範囲のみに配置していることから、極端な伝達性能の低下にはなることはない。

請求項２においては、摩擦係数の低い樹脂とそれ以外の樹脂の摩擦係数を具体的に範囲で設定しており、効率よくプーリへの進入及び抜け出す際の騒音の発生を抑えると共に、ベルトの伝達性能の低下も少なくした高負荷伝動ベルトとすることができる。

請求項３では、上ビームの側面の面積中に摩擦係数の低い樹脂の占める割合を所定の範囲としており、プーリへの進入及び抜け出す際の騒音の発生を抑えると共に、ベルトの伝達性能の低下も少なくした高負荷伝動ベルトとすることができる。

請求項４においては、熱可塑性樹脂からなるブロックに繊維状補強材と摩擦低減材を配合していることから、軽量で高回転での使用に適しているとともにブロックの強度も十分に持たせることができ、且つベルト走行時のブロックとプーリとの接触で発生するピッチノイズも低く抑えることができる。

請求項５では摩擦低減材としてフッ素樹脂を用いており、ブロックとプーリとの間の摩擦抵抗を小さくすることができるので、発音も小さくなってピッチノイズの低減とすることができる。

請求項６では摩擦低減材として超高分子量ポリエチレンを用いており、ブロックとプーリとの間の摩擦抵抗を小さくすることができるので、発音も小さくなってピッチノイズの低減とすることができる。

請求項７では、超高分子量ポリエチレンの粒径を小径としており、分散性に優れることから潤滑性、耐摩耗性、耐衝撃性の向上に有効であり、良好な機械物性が得られる。

請求項８においては、熱可塑性樹脂として４，６−ナイロンもしくは９，Ｔ−ナイロンを用いるとしているが、４，６−ナイロンや９，Ｔ−ナイロンは、結晶性樹脂でこれら熱可塑性樹脂の中でも高温での曲げ剛性及び耐疲労強度に優れ、これに炭素繊維を補強材として添加することで、これらの特性が一層向上するものである。さらに、ポリアミド４６によるブロックを用いたベルトはプーリに掛架して走行させたときに、プーリを摩耗させる量も少ない。

請求項９においては、上下ビーム部の側面以外には摩擦低減材を配合していない樹脂組成物を用いているが、摩擦低減材を配合した樹脂組成物は摩擦係数が低く騒音を低減する効果はあるものの、強度面では低下する傾向があり、上下ビームの側面以外に摩擦低減材を配合していない樹脂組成物を配置することによって、ピッチノイズを低減する効果を損なうことなくブロック全体として強度を高めることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。

図１は、本発明に係る高負荷伝動ベルト１の一例を示す斜視概略図であり、図２は側面図である。本発明の高負荷伝動ベルト１は、エラストマー４内に心線５をスパイラル状に埋設してなる同じ幅の二本のセンターベルト３ａ、３ｂと、このセンターベルト３ａ、３ｂに係止固定されている複数のブロック２とから構成されている。このブロック２の両側面２ａ、２ｂは、プーリのＶ溝と係合する傾斜のついた面となっており、駆動されたプーリから動力を受け取って、係止固定されているセンターベルト３ａ、３ｂを引張り、駆動側プーリの動力を従動側プーリに伝動している。

ブロック２は、図１、図２に示すように、上ビーム１１および下ビーム１２と、上下ビーム１１、１２の中央部同士を連結したピラー１３からなっており、ブロック２の両側面２ａ、２ｂには一対のセンターベルト３ａ、３ｂを嵌めこむ溝１４、１５が形成されている。また、溝１５内の溝上面１６および溝下面１７にはセンターベルト３ａ、３ｂの上面に設けた凹条部１８と下面に設けた凹条部１９に係合する凸条部２０、２１に係合するようになっている。

本発明においてブロック２の上ビーム１１の両側面には上端部分に他の部分よりも摩擦係数の小さい樹脂Ａを配置しており、その他の部分には比較的摩擦係数の高い樹脂Ｂを配置している。本発明のようなベルトの場合、プーリに巻きかけて走行させるとブロックがプーリと定周期で断続的に接触するために、ピッチノイズを発生するが、前記のように摩擦係数の小さい樹脂をプーリと接触する上ビーム１１の側面に配置することによってブロックとプーリとの間の滑りがよくなり、ノイズの発生を抑えることができる。

ブロックとプーリとの滑りがよくなることでノイズは低下するものの、スリップが発生して伝達能力が低下する恐れがあるが、本発明においては上ビーム１１の側面でも摩擦係数の小さな樹脂を配置するのは上端部分のみで、より詳しくは、上端部分ｈは上ビーム側面の高さをＨとしたときに（０．１×Ｈ）＜ｈ＜（０．５×Ｈ）を満たす範囲に限っている。このように範囲を限定することで、ベルトの伝達性能が極端に低下することを避けることができ、必要なだけの伝達性能は維持してピッチノイズを極力低下させることができる。

また、摩擦係数の小さい樹脂Ａであるが、そもそもベルトに装着してプーリと接触して動力を伝達するものであり、相応の曲げ強度、耐衝撃性や耐摩耗性を必要とするものであり、そのような強度面の性能を有する素材を用いる必要であるが、プーリに対してスムーズに進入しプーリから抜け出すことができて騒音の発生を小さく抑えることができるようなものであり、その摩擦係数μ１としては０．１〜０．２の素材を挙げることができる。摩擦係数μ１が０．１未満であると発生する騒音レベルは小さくなるがプーリとの間のスリップが発生しやすくなり伝達性能を低下させる問題があり、逆に摩擦係数μ１が０．２を超えるとプーリに接触したときの騒音が大きくなるので好ましくない。

比較的摩擦係数の高い樹脂Ｂとしては、具体的な例としては後で記載するが、このようなベルトのブロックとして通常用いられる樹脂を使用することができ、その摩擦係数μ２が０．２〜０．５の範囲の素材を用いることができる。摩擦係数μ２が０．２未満であるとプーリとの間の滑りが大きくなって動力伝達性能が不足してしまい、逆に０．５を超えると発熱や騒音発生の原因となるので好ましくない。

また、上ビーム１１の側面の全面積中で摩擦係数の低い樹脂Ａの占める割合は１０〜６０％の範囲とすることが好ましい。１０％未満であると騒音を低減する効果が少なくなってしまい、６０％を超えると騒音の低減には寄与するが、ベルトとプーリとのスリップ率が大きくなって動力伝達の性能が低下するので好ましくない。率が大きくなって動力伝達の性能が低下するので好ましくない。

本発明において用いることができる摩擦係数の小さな樹脂Ａの例としては、熱可塑性樹脂に少なくとも繊維補強材および摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、樹脂組成物の全量に対して繊維補強材は１０〜４０質量％、摩擦低減材は１〜２０質量％の割合で配合してなる樹脂組成物を挙げることができる。

例えば、図３に示すようにブロック２の上ビーム１１において上部を摩擦係数の低い樹脂Ａにて構成することによって、本発明のベルトとすることができる。その他にも図４に示すように、上ビーム１１の側面の上端におけるごく一部分のみを摩擦係数の小さい樹脂Ａとしたようなブロックであっても構わない。本発明では、プーリとの接触により発生する衝撃音といった騒音を低減することを目的としており、上ビーム１１の側面において前記の摩擦係数の小さい樹脂Ａを配置すれば事足りるものではある。但し、図４のようにごく一部のみを異種の樹脂とするよりも図３のように上ビーム１１の上部をひとまとまりで異種の樹脂とした方が、その部分だけが剥離したり、欠損したりする問題が発生しにくく図４の形態とすることが好ましい。このようなブロックの製造方法であるが、一般的に知られている多色成形法などによって異なる樹脂を配置したブロックを成形することができる。

ブロック２の上ビーム１１の側面に前記のような摩擦低減材を配合した樹脂組成物を用いることによって、樹脂の摩擦係数を下げることができ、ブロック２がプーリに進入する際やプーリから脱出する際に発生する衝撃音や擦れ音を大幅に低減し、ベルト走行中におけるピッチノイズを抑える効果を発揮する。

一方、ブロック２において上下ビーム１１、１２の側面以外の部分については、摩擦低減材を配合していない樹脂組成物を用いることが好ましい。摩擦低減材を配合した樹脂組成物は、摩擦係数が低下してピッチノイズを抑える効果を有するが、強度は低下する傾向にあり、元々、高負荷の伝動という目的からするとブロックの強度は高くすることが好ましい。そこで、上下ビーム１１、１２の側面以外の部分において摩擦低減材を配合していない樹脂組成物を用いることによって、ピッチノイズを低減する効果を損なうことなくブロック全体としては強度を上げることができる。

摩擦低減材を配合していない樹脂組成物としては、熱可塑性樹脂に少なくとも繊維補強材を配合した樹脂組成物からなり、樹脂組成物の全量に対して繊維補強材は１０〜４０質量％の割合で配合することが好ましい。

熱可塑性樹脂としては、４，６−ナイロン、９，Ｔ−ナイロン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミド等を挙げることができる。これらの中でも４，６−ナイロンもしくは９，Ｔ−ナイロンを使用することが好ましい。４，６−ナイロンおよび９，Ｔ−ナイロンは、結晶性樹脂で熱可塑性樹脂の中でも高温での曲げ合成及び耐疲労強度に優れ、繊維補強材を添加することでこれらの特性が一層向上するものである。また、射出成形が可能になることから、ブロックの成形を行うのがより簡単であるというメリットもある。更に４，６−ナイロンや９，Ｔ−ナイロンからなるブロックを用いたベルトは走行させたときに、プーリを摩耗させる量が少ないので、プーリの摩耗により走行を不安定にするといった問題も少なくなる。

９，Ｔ−ナイロンは、芳香環と長鎖ジアミンを有するポリアミド樹脂で、ノナンジアミンとテレフタル酸の重縮合により製造され、一般式が化１であらわされるものである。

芳香環と高級脂肪族鎖を有していることから、耐熱性、低吸水性を有している。また、ホモポリマーで結晶化度が高いため、結晶化度の低いポリアミドと比較すると４，６−ナイロンと同様に耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性に優れている。従って、本材料を使用することにより、耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性、熱時の曲げ剛性などの物性に優れているとともに吸水性の問題も少ないブロックを得ることができる。９，Ｔ−ナイロンの商品の例としては株式会社クラレの「ジェネスタ」を挙げることができる。

繊維補強材を配合することでブロックの剛性や耐摩耗性を向上させることができるが、本発明で用いられる繊維補強材としては、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ポリエステル繊維等からなる短繊維を挙げることができる。ブロックの剛性をより高めるとともに耐摩耗性を向上させるという面から前記の繊維の中では炭素繊維を用いることが最も好ましく、更に好ましくはＰＡＮ系炭素繊維を用いることである。

ＰＡＮ系炭素繊維はそもそも弾性率が高くて補強効果の高い繊維であるが、そのなかでも特に弾性率が２８０〜７００ＧＰａと高いものを用いることによって、本発明のような高負荷伝動ベルトのブロックとして用いる場合にも十分に耐えうる素材を提供することができる。弾性率が２８０ＧＰａ未満であるとブロックの耐側圧性はある程度得られるものの耐摩耗性に関しては不足気味になり、７００ＧＰａを超えると弾性率の高いものにしても耐側圧性や耐摩耗性の向上はあまり見られずコスト的に高いものとなるので好ましくない。

短繊維の長さは通常１〜５ｍｍ程度のものを用いる。１ｍｍ未満であるとブロックの補強が十分になされず、５ｍｍを超える長さであると熱可塑性樹脂へ配合して成形するのが困難になる。繊維補強材の配合量は１０〜４０質量％としており、１０質量％未満であると十分な補強効果を得ることができず、４０質量％を超えるとブロックの射出成形が困難になるので好ましくない。

摩擦低減材としてはフッ素樹脂、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）、グラファイト、二硫化モリブデン等を挙げることができ、通常１〜２０質量％の範囲で配合する。１質量％未満であれば後述する耐摩耗性の問題や摩擦係数を下げる効果が少なく、２０質量％を超えると樹脂への配合が困難になるので好ましくない。

これらの摩擦低減材の内、フッ素樹脂を用いる場合は特に熱可塑性樹脂に対して５〜１５質量％の範囲で配合することが好ましい。５質量％未満であるとブロックとプーリが接したときに発生する騒音を下げる効果が十分に得られず、１５％を超えると発音を小さくすることはできるが一方でブロックの強度が低下して十分な物性を得ることができなくなるので好ましくない。

フッ素樹脂としては、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化エチレンプロピルエーテル（ＰＦＰＥ）、４フッ化エチレン６フッ化プロピレン共重合体（ＰＦＥＰ）、ポリフッ化アルコキシエチレン（ＰＦＡ）等が挙げられる。

また、超高分子量ポリエチレンを使用する場合も特に熱可塑性樹脂に対して２〜８質量％の範囲で配合することが好ましい。フッ素樹脂を配合するときと同様に２質量％未満であるとブロックとプーリが接したときに発生する騒音を下げる効果が十分に得られず、８％を超えると発音を小さくすることはできるが一方でブロックの強度が低下して十分な物性を得ることができなくなるので好ましくない。また、超高分子量ポリエチレン用いる場合その平均粒径は１０〜５０μｍの範囲のものを用いることができる。粒径が１０μｍ未満であると製造が困難となり、粒径が５０μｍを超えると強度が低下してしまう。

グラファイトを配合することによって、グラファイトがプーリに移着してアブレシブ摩耗を減少させることができ、耐摩耗性を向上させることができる。また、摩擦係数を下げえることができるのでブロックとプーリとの接触による発音のレベルを抑える効果も有する。

フッ素樹脂を配合するとグラファイトと同様にプーリに移着して、アブレシブ摩耗を減少させることができ、耐摩耗性を向上させることができる。グラファイトよりもアブレシブ摩耗を減少させる効果は少ないものの摩擦係数を下げることはできるので、同様にブロックとプーリとの接触による発音のレベルを抑える効果も有する。また、グラファイトと比べるとブロックの物性の低下が少ないという利点がある。

二硫化モリブデンを配合することでやはりプーリに移着してアブレシブ摩耗を減少させたい摩耗性を向上させることができる。また、摩擦係数を下げる効果があり摩擦係数の調整を行うことができる。グラファイトと比べると温度や湿度の影響を受けにくいというメリットもある。

センターベルト３ａ、３ｂのエラストマー４として使用されるものは、クロロプレンゴム、天然ゴム、ニトリルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、水素化ニトリルゴムなどの単一材又はこれらを適宜ブレンドしたゴムあるいはポリウレタンゴム等が挙げられる。そして、心線５としてはポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、スチールワイヤ等から選ばれたロープが用いられる。また、心線５はロープをスパイラル状に埋設したもの以外にも、上記の繊維からなる織布、編布や金属薄板等を使用することもできる。

ベルトに装着したブロックが走行する際にプーリとの接触にて発する騒音の低減することができ、自動車や自動二輪車、農業機械の無段変速装置など、プーリの有効径が変化し大きなトルクを伝達するようなベルトとして適用することができる。

本発明に係る高負荷伝動ベルトの一例を示す斜視概略図である。 本発明に係る高負荷伝動ベルトの側面図である。 ブロックの正面図である。 ブロックの別の例に係る正面図である。

符号の説明

１ 高負荷伝動ベルト
２ ブロック
３ａ センターベルト
３ｂ センターベルト
４ エラストマー
５ 心体
６ 上面
７ 下面
１１ 上ビーム部
１２ 下ビーム部
１３ センターピラー
１４ 嵌合溝
１５ 嵌合溝
１８ 凸条部
１９ 凸条部
２０ 溝条部
２１ 溝条部
Ｓ
Ｃ

Claims (9)

1. エラストマー中に心線を埋設したセンターベルトと、上ビームと下ビームを中央部にてピラーで連結しており、上下ビームとピラーによって囲まれた嵌合溝に前記センターベルトを挿入してなるブロックとからなる高負荷伝動ベルトにおいて、前記上ビーム側面の少なくとも上端部分をその他の部分と比べて摩擦係数の低い樹脂とし、前記上端部分ｈは上ビーム側面のプーリとの側面高さをＨとしたときに（０．１×Ｈ）＜ｈ＜（０．５×Ｈ）を満たす範囲としたことを特徴とする高負荷伝動ベルト。
2. 摩擦係数の低い樹脂の摩擦係数μ１は０．１〜０．２であり、それ以外の樹脂の摩擦係数μ２は０．２〜０．５の範囲であり、且つ、μ１＜０．９×μ２の式を満たしてなる請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
3. 上ビームの側面の面積中に摩擦係数の低い樹脂の占める割合が１０〜６０％の範囲である請求項１〜２記載の高負荷伝動ベルト。
4. 摩擦係数の低い樹脂が、熱可塑性樹脂に少なくとも繊維補強材および摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、該樹脂組成物の全量に対して繊維補強材は１０〜４０質量％、摩擦低減材は１〜２０質量％の割合で配合してなる樹脂である請求項１〜３記載の高負荷伝動ベルト。
5. 摩擦低減材がフッ素樹脂であり、５〜１５質量％の範囲で配合してなる請求項１〜４記載の高負荷伝動ベルト。
6. 摩擦低減材が超高分子量ポリエチレンであり、２〜８質量％の範囲で配合してなる請求項１〜５記載の高負荷伝動ベルト。
7. 超高分子量ポリエチレンの粒径が１０〜５０μｍである請求項６記載の高負荷伝動ベルト。
8. 熱可塑性樹脂が４，６−ナイロンもしくは９，Ｔ−ナイロンである請求項１〜７記載の高負荷伝動ベルト。
9. 上下ビーム部の側面以外の部分には摩擦低減材を含まない樹脂組成物を配置してなる請求項１〜８記載の高負荷伝動ベルト。

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