JP2009204068A - 円すいころ軸受 - Google Patents

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Abstract

【課題】内輪、円すいころ、および保持器の組み付けが容易であり、且つ軸受内に流入する潤滑油量を低減して、潤滑油の攪拌抵抗に伴う軸受の回転トルクを低減することが可能な円すいころ軸受を提供する。
【解決手段】内輪2と、外輪3と、円すいころ4と、樹脂製の保持器5とを備えた円すいころ軸受1であって、内輪2に設けられた小鍔部2bの外周面2dと、保持器5の小径環状部16の内周面6aとによりラビリンスシール部11が形成される。
【選択図】図1

Description

本発明は、円すいころ軸受に関し、より詳細には、自動車の減速装置部分などに配置されて、軸受内部に流入する潤滑油を利用して潤滑を行う円すいころ軸受に関する。
円すいころ軸受は、大きなラジアル荷重およびアキシャル荷重を支持して高速回転での使用が可能であり、且つコンパクトであるため、トランスミッション、デファレンシャルギヤなど、自動車の減速装置部分などに多用されている。このような円すいころ軸受では、軸受の回転に伴うポンプ作用によって、潤滑油が内輪の小径側端部と保持器の小径環状部側端部との間から流入し、内輪の大径側端部と保持器の大径環状部側端部との間から流出することが知られている。
一方、円すいころ軸受の回転トルクは、円すいころと内輪との摩擦抵抗や、軸受内部に滞留する潤滑油の攪拌抵抗が主な要因となって発生し、特に、高速回転領域で使用される円すいころ軸受においては、潤滑油の攪拌抵抗が大きな要因となっている。自動車の減速装置部分などで用いられる場合、潤滑油の供給量が多く、そのため潤滑油の攪拌抵抗が大きくなりやすい問題がある。
従来の円すいころ軸受としては、図5(a)に示すように、小径側端部を径方向内側に折り曲げて折曲げ部501aを形成した金属製保持器501を備え、該折曲げ部501aの内径端面501bを内輪502の小径側端部502aに隙間を介して対向配置して、折曲げ部501aの内径端面501bと内輪502の小径側端部外周面502bとでラビリンスシール部Rを形成した円すいころ軸受500が知られている(例えば、特許文献1参照)。この円すいころ軸受500は、ラビリンスシール部Rによって軸受内への潤滑油の流入量を減らすことにより、潤滑油の攪拌抵抗を減少させて損失トルクの抑制を図っている。
しかしながら、金属製の保持器501はプレス加工により形成されるため、高精度に加工することは困難であるとともに、さらには軸受組み立て時に加締められるため小径側内径部を精度よく製作することは困難であった。具体的には、保持器501と内輪502の小径側端面502c間の軸方向隙間を1.5mm〜3mm、保持器501の内径端面501bと内輪502の小径側端部外周面502bの径方向隙間を1〜2mmと非常に大きく設定しなければならなかった。従って、内輪502の小径側端部502aの軸方向長さを長くする必要があり、軸受全体が重くなるという問題があった。また、この金属製保持器501によるラビリンスシール部Rの長さは、金属製保持器501の素材となる金属板の板厚と同じであり、効果を十分に発揮させるためには、ラビリンスシール部Rの長さが不足していた。さらに、内輪の小径側端部502aの形状が特殊形状であるため、加工費が増大するだけでなく、他の軸受と内輪を共用することができないという問題があった。
このラビリンスシール部Rの長さ不足に対処した保持器として、図5(b)に示すように、金属製保持器601の小径側端部を径方向内側に折り曲げて折曲げ部601aを形成し、更に折曲げ部の先端を軸方向に折り曲げて円筒部601bを形成し、該円筒部601bを内輪602の小径側端部外周面602bに隙間を介して対向配置してラビリンスシール部Rを形成するようにした円すいころ軸受600が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。これにより、ラビリンスシール部Rの長さを金属製保持器601の板厚以上の長さとして、十分な長さのラビリンスシール部Rを確保し、円すいころ軸受600への潤滑油の流入量を減らして損失トルクを低減させている。
しかしながら、図5(b)に示す円すいころ軸受600においても、金属製保持器601のため、高精度に加工することは困難であるとともに、さらには軸受組み立て時に加締められるため小径側内径部を精度よく製作することは困難であった。また、内輪602の小径側端部602aの軸方向長さを長くする必要があり、軸受全体が重くなるという問題が残っている。さらに、内輪602の小径側端部602aの形状が特殊形状であるため、加工費が増大するだけでなく、他の軸受と内輪を共用することができないという問題が依然として残っている。
また、図5(c)に示すように、保持器701を樹脂で製作し、この樹脂製保持器701の柱部701aを、周方向のほぼ全体にわたって径方向に肉厚に形成することにより、内輪702の外径面702cと保持器701の内径面701bとの間の潤滑油流路を狭め、軸受内部に滞留する潤滑油量を減らして潤滑油の攪拌抵抗を抑制し、これによって回転トルクの低減を図った円すいころ軸受700が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
特許文献3に記載の円すいころ軸受700は、回転トルクの低減を目的としたものであるが、内輪702の小鍔部702aの外周面702bと、保持器701の内周面701bとの隙間(ラビリンスシール部)については言及されておらず、この隙間から流入する潤滑油量を制限する技術についての記載はない。また、潤滑油排出部である保持器701の大径側端部の内径面701cと内輪702の大鍔部702dの外径面702eとの隙間が小さくされているので、潤滑油が排出され難く、円すいころ軸受700内に潤滑油が滞留して、攪拌抵抗低減の効果が得られ難い。更に、柱部701aが径方向に肉厚に形成されているので、柱部701aが弾性変形し難く、保持器701への円すいころの挿入がし難いだけでなく、保持器701を弾性変形させながら内輪702に組み込む際、保持器701が破損する虞があった。
特開2005−069421号公報 特開2007−225037号公報 特開2004−084799号公報
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、軸受内部に流入する潤滑油量を低減して、潤滑油の攪拌抵抗に伴う軸受の回転トルクを低減することが可能な円すいころ軸受を提供することにある。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪の間を周方向に転動可能な複数の円すいころと、前記複数の円すいころを所定の間隔で保持する樹脂製の保持器とを備えた円すいころ軸受であって、
前記内輪の小鍔部の外周面と、前記保持器の小径環状部の内周面とによりラビリンスシール部が形成されることを特徴とする円すいころ軸受。
(2) 前記小径環状部の前記内周面は、前記小鍔部の前記外周面と略平行であることを特徴とする上記(1)に記載の円すいころ軸受。
(3) 前記保持器の前記小径環状部の軸方向長さは、前記内輪の前記小鍔部の軸方向長さ以上であることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の円すいころ軸受。
本発明の円すいころ軸受によれば、内輪に設けられた小鍔部の外周面と、樹脂製保持器の小径環状部の内周面とによりラビリンスシール部を形成したので、軸受内に流入する潤滑油量を抑制して潤滑油の攪拌抵抗を低減し、これによって軸受の回転トルクを低減することができる。また、加工精度の高い樹脂製の保持器を用いることにより、内輪を特殊形状にすることによる軸受全体の重量化や加工費の増加を回避することができるとともに、軸受全体の重さを軽量化することができる。
以下、本発明に係る円すいころ軸受の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態である円すいころ軸受の要部縦断面図である。図1に示すように、本実施形態の円すいころ軸受1は、外周面に内輪軌道面2aが形成された内輪2と、内周面に外輪軌道面3aが形成された外輪3と、内輪軌道面2aと外輪軌道面3a間を周方向に転動可能な複数の円すいころ4と、複数の円すいころ4を所定の間隔で転動自在に保持する樹脂製の保持器5とを備える。
内輪2は、小径側端部に半径方向外方に突出して形成された小鍔部2bと、大径側端部に半径方向外方に突出して形成された大鍔部2cとを備える。内輪軌道面2aは、外周面が小鍔部2bから大鍔部2cに向うに従って、外径が次第に大きくなるテーパ状に形成される。外輪軌道面3aは、外輪3の内周面において軸方向一端から他方に向けて内径が次第に大きくなるテーパ状に形成されている。
保持器5は、樹脂により形成され、その材料としては、ポリアミド46やポリアミド66などのポリアミド系樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェレンサルサイド(PPS)、ポリアミドイミド(PAI)、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルニトリル(PEN)、などが例示される。また、上記樹脂に、例えば、ガラス繊維や炭素繊維などの繊維状充填材を、10〜50wt%程度、適宜添加することによって、保持器5の剛性および寸法精度を向上させることができる。
保持器5は、小径環状部6と、大径環状部7と、小径環状部6と大径環状部7とを連結して周方向に略等間隔で配置される複数の柱部8とを備え、これら小径環状部6、大径環状部7、および隣接する柱部8とで円すいころ4を保持するポケット(図示せず)を構成する。各ポケットには、それぞれ円すいころ4が転動可能に保持される。
保持器5の小径環状部6は柱部8から径方向内側に突出し、その内周面6aは内輪2の小鍔部2bの外周面2dと略平行に近接して対向配置される。これにより、小径環状部6の内周面6aと小鍔部2bの外周面2dとによってラビリンスシール部11が形成される。小径環状部6の内周面6aの内径D1は小鍔部2bの外周面2dの外径D2より僅かに大きく、また、保持器5の小径環状部6の内周面6aの軸方向長さW1は、内輪2の小鍔部2bの外周面の軸方向長さW2より長く形成される。
上記のように構成された円すいころ軸受1では、軸受の回転に伴うポンプ作用によって、潤滑油が内輪2の小径側端部と保持器5の小径環状部6側端部との隙間からラビリンスシール部11を介して軸受内部に流入し、円すいころ軸受1の回転による遠心力により大径環状部側の隙間C2から流出する。
本実施形態における円すいころ軸受1においては、小径環状部6の内周面6aと小鍔部2bの外周面2dとによってラビリンスシール部11が形成されているので、このラビリンスシール部11から円すいころ軸受1内に流入する潤滑油量を効果的に減らして、潤滑油の攪拌抵抗を減少させ、回転トルクを低減させることができる。
また、本実施形態の保持器5は、樹脂を射出成型して製造されるため、高い加工精度で製造することができる。これにより潤滑油の入り口となるラビリンスシール部11の径方向隙間(小径環状部6の内周面6aと小鍔部2bの外周面2dとの径方向隙間)C1を、最小で0.3mm程度の狭い寸法とすることができる。ラビリンスシール部11によるシール性能は、径方向隙間C1が小さいほど高いことが分かっており、従来の金属製の保持器を備えた円すいころ軸受において1〜2mm程度あった径方向隙間を格段に小さくすることができる。また、従来の金属製の保持器を備えた円すいころ軸受においては、加工精度の問題から内輪の小鍔部の軸方向長さを長くする必要がありそれにより軸受全体の重さが重くなるという問題があったが、加工精度の高い樹脂製の保持器5を用いた円すいころ軸受1においては、内輪2の小鍔部2bの軸方向長さを長くする必要はない。これにより一般的な軸受と比較しても重くなることはなく、ひいては樹脂製の保持器を用いることにより軸受全体の重さを軽量化することができる。
また、保持器5の小径環状部6の内周面6aの軸方向長さW1は、内輪2の小鍔部2bの外周面の軸方向長さW2より長く形成されているので、ラビリンスシール部11の軸方向長さとして小鍔部2bの軸方向長さW2に対応する長さを確保することができる。これにより円すいころ軸受1内に流入する潤滑油量をさらに制限することができる。
なお、シール性能に影響するラビリンスシール部11の径方向隙間C1、および軸方向長さは、円すいころ軸受1を潤滑するのに必要な潤滑油量に応じて、適宜、任意の値に設定することができ、最適量の潤滑油を供給することが可能となる。
また、保持器5の大径環状部7と内輪2の大鍔部2cとの径方向隙間C2は、小径環状部6側の径方向隙間C1より大きくなっている。従って、円すいころ軸受1内の潤滑油は、容易に排出されて円すいころ軸受1内に長時間に亘って滞留することはない。これによっても、円すいころ軸受1における潤滑油の攪拌抵抗を低減することができる。
また、保持器5に対し内輪2を組み込むには、ころ4が内輪2の小鍔部2bを乗り越えるまで保持器5を弾性変形させる必要があるが、本発明の保持器5においては小径環状部6の内径のみが制限されるだけであり他の部位の設計自由度を高くすることができる。従って、保持器5を判断させることなく変形させて組み立てることが可能な形状を任意に選択することができる。
更に、内輪2(特に、小鍔部2b)の形状を特殊形状とすることなくラビリンスシール部11を構成することができ、内輪2の製作費が削減されると共に、金属製保持器などを備える一般的な円すいころ軸受と内輪2を共用することが可能となり、コスト低減効果が得られる。
以上説明したように、本実施形態の円すいころ軸受1によれば、自動車用トランスミッションなどのように潤滑油の供給量が多い環境で使用されても、円すいころ軸受1内に流入する潤滑油量を抑制し、潤滑油の攪拌抵抗に伴う回転トルクを低減することができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態の円すいころ軸受について図2を参照して説明する。図2は本発明の第2実施形態である円すいころ軸受の要部縦断面図である。
なお、第2実施形態の円すいころ軸受は、保持器の形状が異なる以外は、本発明の第1実施形態の円すいころ軸受と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
図2に示すように、第2実施形態の円すいころ軸受100の保持器15は、小径環状部16と、大径環状部17と、小径環状部16と大径環状部17とを連結して周方向に略等間隔で配置される複数の柱部18とを備え、これら小径環状部16、大径環状部17、および隣接する柱部18とで円すいころ4を保持するポケット(不図示)を構成する。また、第2実施形態の円すいころ軸受100は、第1実施形態の円すいころ軸受1の保持器5と同様に、略平行に配置された小径環状部16の内周面16aと小鍔部2bの外周面2dとによってラビリンスシール部11が形成されている。
保持器15の柱部18は、小径環状部16側に設けられた第1の頂点P1と、小径環状部16とは反対側にピッチ円すい面PCより径方向外側に位置する第2の頂点P2と、ピッチ円すい面PCより径方向内側、且つ内輪2の小鍔部2bの外周面2dより径方向内側に設けられた第3の頂点P3との3つの頂点により形成される三角形の凸部10を備える。凸部10は、柱部18の本体部18aから径方向内側に向けて突出形成され本体部8aの内面と略一様な幅を有する。
本実施形態の円すいころ軸受100によれば、第1実施形態の円すいころ軸受1と同様にラビリンスシール部11が形成されているので、高いシール性能が得られ、潤滑油の流入量を効果的に抑制することができる。さらに、本実施形態の円すいころ軸受100は保持器15の柱部18に凸部10を備えているので、第1実施形態の円すいころ軸受1と比較して、より攪拌抵抗を低減し回転トルクを低減することができる。
具体的に、凸部10を構成する第3の頂点P3がピッチ円すい面PCより径方向内側、且つ内輪2の小鍔部2bの外周面2dより径方向内側に設けられるので、保持器15の柱部18に設けられた凸部10の体積分だけ円すいころ軸受100の内部空間の体積は狭くなる。また、凸部10を構成する大径環状部17側の第2の頂点P2がピッチ円すい面PCより径方向外側に位置するので、潤滑油が軸受空間から外部に流出するための隙間の面積を大きくとることができ、潤滑油の排出性が向上する。これによってより攪拌抵抗が低減して回転トルクを低減することができる。
さらに、凸部10の内周面は、小径環状部16側から大径環状部17に向って次第に拡径し傾きの大きなテーパ面10aとなっているので、円すいころ軸受1内に滞留する潤滑油には、円すいころ軸受100の回転に伴って生じる遠心力の分力が、テーパ面10aに沿う方向に作用し、円すいころ軸受100からの排出が促進される。
なお、第3の頂点P3の位置は、図2に示す実施形態では小径環状部16側に配置されているが、大径環状部17の軸方向端部側に配置することもできる。また、第3の頂点P3は、ピッチ円すい面PCより径方向内側、且つ内輪2の小鍔部2bの外周面2dより径方向内側に設けられているが、ピッチ円すい面PCより径方向内側に設けられるか、または内輪2の小鍔部2bの外周面2dより径方向内側に設けられるかのいずれかであってもよい。
その他の構成および作用は、第1実施形態の円すいころ軸受1と同様であるので説明を省略する。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態の円すいころ軸受について図3を参照して説明する。図3は本発明の第3実施形態である円すいころ軸受の要部縦断面図である。
なお、第3実施形態の円すいころ軸受は、保持器形状が異なる以外は、本発明の第1実施形態の円すいころ軸受と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
図3に示すように、第3実施形態の円すいころ軸受200の保持器25は、内輪2の小鍔部2b側に配置される環状部26と、環状部26から周方向に略等間隔で軸方向に突設された複数の柱部28とを備え、環状部26と反対側が開放されたポケット(図示せず)を有する、いわゆる、くし型保持器である。保持器25は、環状部26と隣接する柱部28とで円すいころ4を保持するポケットを構成し、各ポケットには、それぞれ円すいころ4が転動可能に保持される。第3実施形態の円すいころ軸受200は、第1実施形態の円すいころ軸受1の保持器5と同様に、略平行に配置された小径環状部26の内周面26aと小鍔部2bの外周面2dとによってラビリンスシール部11が形成されている。
このくし型保持器25によれば、ポケットが内輪2の大鍔部2c側で開放されているので、潤滑油の排出性がよく、円すいころ軸受200に流入した潤滑油をスムースに流出させることができる。
本実施形態の円すいころ軸受200によれば、第1実施形態の円すいころ軸受1と同様にラビリンスシール部11が形成されているので、高いシール性能が得られ、潤滑油の流入量を効果的に抑制することができる。さらに、保持器25をくし型保持器にしたので、円すいころ軸受200からの潤滑油排出性を高めて攪拌抵抗に伴う回転トルクを低減することができる。
その他の構成および作用は、第1実施形態の円すいころ軸受1と同様であるので説明を省略する。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態の円すいころ軸受について図4を参照して説明する。図4は本発明の第4実施形態である円すいころ軸受の要部縦断面図である。
なお、第4実施形態の円すいころ軸受は、保持器の形状が異なる以外は、本発明の第1実施形態の円すいころ軸受1と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
図4に示すように、第4実施形態の円すいころ軸受300の保持器35は、内輪2の小鍔部2b側に配置される環状部36と、環状部36から周方向に略等間隔で軸方向に突設された複数の柱部38とを備え、環状部36と反対側が開放されたポケットを有する、いわゆる、くし型保持器である。保持器35は、環状部36と隣接する柱部38とで円すいころ4を保持するポケット(図示せず)を構成する。各ポケットには、それぞれ円すいころ4が転動可能に保持される。また、第4実施形態の円すいころ軸受300は、第1実施形態の円すいころ軸受1の保持器5と同様に、略平行に配置された小径環状部36の内周面36aと小鍔部2bの外周面2dとによってラビリンスシール部11が形成されている。
柱部38は、環状部36側に設けられた第1の頂点P1と、環状部36とは反対側にピッチ円すい面PCより径方向外側に位置する第2の頂点P2’と、柱部38の先端においてピッチ円すい面PCより径方向内側に位置する第4の頂点P4と、ピッチ円すい面PCより径方向内側、且つ内輪2の小鍔部2bの外周面2dより径方向内側で環状部36側に設けられた第3の頂点P3とにより形成される略矩形の凸部30を備える。凸部30は、柱部38の本体部38aから径方向内側に向けて突出形成され本体部38aの内面と略一様な幅を有する。
本実施形態の円すいころ軸受300によれば、第1実施形態の円すいころ軸受1と同様にラビリンスシール部11が形成されているので、高いシール性能が得られ、潤滑油の流入量を効果的に抑制することができる。さらに、本実施形態の円すいころ軸受300は保持器35の柱部38に凸部30を備えているので、第1実施形態の円すいころ軸受1と比較して、より攪拌抵抗が低減し回転トルクを低減することができる。
具体的に、凸部30を構成する第3の頂点P3がピッチ円すい面PCより径方向内側、且つ内輪2の小鍔部2bの外周面2dより径方向内側に設けられるので、保持器35の柱部38に設けられた凸部30の体積分だけ円すいころ軸受300の内部空間の体積は狭くなる。
また、凸部30の内周面は、環状部36側から環状部36の反対側に向って次第に拡径する傾きの大きなテーパ面30aとなっているので、円すいころ軸受300内に滞留する潤滑油には、円すいころ軸受300の回転に伴って生じる遠心力の分力が、テーパ面30aに沿う方向に作用し、これにより円すいころ軸受300からの排出が促進される。
さらに、円すいころ軸受300の保持器35は、ポケットが内輪2の大鍔部2c側で開放されているので、潤滑油の排出性がよく、円すいころ軸受300に流入した潤滑油をスムースに流出させることができ、潤滑油の滞留が抑制される。これによって、潤滑油の攪拌抵抗に伴う回転トルクをより低減することができる。
なお、本実施形態において、第4の頂点P4は、必ずしも必要ではなく、凸部30は第1の頂点P1と、第2の頂点P2’と、第3の頂点P3とにより形成される略三角形の凸部であってもよい。ただし、第4の頂点P4を設けることにより、円すいころ軸受300の軸受空間の体積を小さくすることができる。第4の頂点P4は、柱部38の先端に位置する必要はなく、任意の位置に設定することができる。
さらに、円すいころ軸受300の保持器35はくし型保持器であるため、第2の頂点P2’は必ずしもピッチ円すい面PCより径方向外側に位置する必要はなく、第1の頂点P1が環状部36側に設けられ、第2の頂点P2’が環状部36とは反対側の端部に設けられ、第3の頂点P3が内輪2の小鍔部2bの外周面2dより径方向内側であれば、凸部30の体積分だけ円すいころ軸受300の内部空間の体積は小さくなり、ポケットが内輪2の大鍔部2c側で開放されているので、潤滑油の排出性も確保することができる。これによって、潤滑油の攪拌抵抗に伴う回転トルクを低減することができる。
その他の構成および作用は、第1実施形態の円すいころ軸受1と同様であるので説明を省略する。
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
第1実施形態の円すいころ軸受の要部縦断面図である。 第2実施形態の円すいころ軸受の要部縦断面図である。 第3実施形態の円すいころ軸受の要部縦断面図である。 第4実施形態の円すいころ軸受の要部縦断面図である。 従来の円すいころ軸受の要部縦断面図である。
符号の説明
1、100、200、300 円すいころ軸受
2 内輪
2a 内輪軌道面
2b 小鍔部
2c 大鍔部
2d 小鍔部の外周面
3 外輪
3a 外輪軌道面
4 円すいころ
5,15,25,35 保持器
6,16,26、36 小径環状部
6a,16a,26a、36a 保持器の小径環状部の内周面
7、17 大径環状部
8,18,28、38 柱部
10、30 凸部
11 ラビリンスシール部
C1 ラビリンスシール部の径方向隙間
C2 保持器と内輪大鍔部との径方向隙間
W1 小径環状部の軸方向長さ
W2 小鍔部の軸方向長さ
D1 小径環状部内径
D2 小鍔部外径

Claims (3)

  1. 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪の間を周方向に転動可能な複数の円すいころと、前記複数の円すいころを所定の間隔で保持する樹脂製の保持器とを備えた円すいころ軸受であって、
    前記内輪の小鍔部の外周面と、前記保持器の小径環状部の内周面とによりラビリンスシール部が形成されることを特徴とする円すいころ軸受。
  2. 前記小径環状部の前記内周面は、前記小鍔部の前記外周面と略平行であることを特徴とする請求項1に記載の円すいころ軸受。
  3. 前記保持器の前記小径環状部の軸方向長さは、前記内輪の前記小鍔部の軸方向長さ以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の円すいころ軸受。
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