JP2015001177A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】両スクロール体の位置精度を確保しつつ、両回転型スクロール式流体機械の小型化及び低コスト化を実現する。
【解決手段】電動モータ１８のロータ軸２２に駆動スクロール体２８の駆動軸３６が結合され、これらを玉軸受５２及び５４で回転自在に支承している。従動スクロール体３０は玉軸受５６及び６０で回転自在に支承され、従動スクロール体３０を構成するケーシング４０は構造体５８の大径中空円筒体５８cと着脱可能に結合されている。構造体５８を構成する小径中空円筒体５８ａは玉軸受６０で回転自在に支承されている。好ましくは、駆動スクロール体２８の端板３２と構造体５８との間にオルダムリング６１が介装され、駆動スクロール体２８と従動スクロール体３０とは、オルダムリング６１を介して同期回転する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、圧縮機、真空ポンプ、膨張機等に適用され、小型化かつ低コスト化を可能にした両回転型のスクロール式流体機械に関する。

スクロール式流体機械は、夫々端板と端板に立設された渦巻き形状のラップ部とを有する２つのスクロール体で構成されている。２つのスクロール体のラップ部は互いに向い合せて噛み合せることで、複数の閉鎖空間を形成させる。そして、一方のスクロール体に対して他方のスクロール体を相対的に公転させることで、圧縮機や真空ポンプは複数の閉鎖空間をラップ部に沿って中心部に移動させながら、順次縮小させ、圧縮気体を吐出口から吐出させる。膨張機は複数の閉鎖空間をラップ部に沿って中心部から外側に移動させながら順次拡大させ、膨張気体を吐出口から外側に移動膨張させる。

スクロール式流体機械には２つのタイプがある。ひとつのタイプは、ハウジングに固定された固定スクロール体と、固定スクロール体に対して公転運動を行う旋回スクロール体とを有している。このタイプは、固定スクロール体の取り付けが容易であるが、旋回スクロール体を公転運動させるための機構が複雑となる。

もうひとつのタイプは、互いに同期回転する駆動スクロール体と従動スクロール体とを有したタイプである。両スクロール体の回転軸線は相互に偏心しており、両スクロール体が同期回転することで、閉鎖空間を縮小又は拡大させる両回転型のスクロール式流体機械である。このタイプは、前者と比べて、両スクロール体とも回転運動（自転運動）のみとなるため、両スクロール体とも重量バランスが良く、そのため、振動の発生を低減できると共に、部品点数が少なく、構造を簡素化できる長所を有している。

特許文献１には両回転型のスクロール式圧縮機が開示されている。このスクロール式圧縮機の両スクロール体は、夫々軸受によって片持ち支持されている。この支持機構では、片持ち支持のため、両スクロール体の位置精度を確保するのが容易ではなく、位置精度を確保するために、両スクロール体とも支持する軸受間のスパンを広げる必要がある。そのため、軸受機構が両スクロール体の軸線方向に延設され大型化する。

特許文献２に開示された両回転型のスクロール式圧縮機は、駆動スクロール体が軸受によって両持ち支持され、従動スクロール体は軸受によって片持ち支持されている。この支持機構では、駆動スクロール体を両持ち支持することで、駆動スクロール体の位置精度を確保できるが、駆動スクロール体の支持部材を従動スクロール体の端板の背面側まで延設する必要があり、支持機構が複雑となる。

実開平０２−１３９３８８号の明細書及び図面 特開平０５−１２６０７３号公報

特許文献１に開示された両回転型のスクロール式圧縮機では、スクロール体を片持ち支持する場合、支持点のスパンをスクロール体の軸線方向に広げて位置精度を確保する必要があり、支持機構が大型化するという問題がある。また、オルダムリングなどの同期回転機構は、両スクロール体のラップ部の半径方向外側に配置せざるを得ず、そのため、ハウジングが大型化するという問題がある。
特許文献２に開示された両回転型のスクロール式圧縮機では、前述のように、スクロール体を両持ち支持する支持機構が複雑となり、該支持機構を収容するハウジングも大型化するという問題がある。また、オルダムリングなどの同期回転機構が、両スクロール体のラップ部の半径方向外側に配置されているため、ハウジングが大型化するという問題がある。

本発明は、かかる課題に鑑み、両スクロール体の位置精度を確保しつつ、両回転型スクロール式流体機械の小型化及び低コスト化を実現することを目的とする。

本発明は、端板と該端板に立設された渦巻き形状のラップ部とを有する駆動スクロール体と、端板の背面に一体形成された駆動軸に出力軸が連結され、駆動軸の第１の軸線を中心に駆動スクロール体を回転する駆動装置と、端板と該端板に立設された渦巻き形状のラップ部とを有し、第１の軸線に対して平行でかつ偏心した第２の軸線を中心に回転自在に支承された従動スクロール体と、従動スクロール体を駆動スクロール体と同期回転させる同期回転機構とを備え、駆動スクロール体と従動スクロール体とで閉鎖空間を形成し、該閉鎖空間の容積を変化させて吸引吐出を行う両回転型のスクロール式流体機械に適用される。

前記目的を達成するため、本発明のスクロール式流体機械は、駆動軸に沿って直列に配置され、駆動軸を第１の軸線を中心に回転自在に支持する複数の第１の軸受と、従動スクロール体の端板の背面側に配置され、従動スクロール体を第２の軸線を中心に回転自在に支承する第２の軸受と、駆動スクロール体の端板の背面側で、第２の軸線を中心に第３の軸受によって回転自在に支承され、従動スクロール体と第３の軸受との間に介在された構造体とを備えている。

前記構成において、駆動軸には駆動装置の出力軸が連結されているので、第１の軸受を配置可能な場所は出力軸の範囲まで拡大できる。そのため、第１の軸受間のスパンを余裕をもって広げることができるので、駆動スクロール体の位置精度を十分確保できる。また、第１の軸受を出力軸に配置しても、装置全体の配置スペースが広がるわけではなく、装置全体の大型化を招くことはない。

また、従動スクロール体を第２の軸受で支持すると共に、構造体を介して第３の軸受で両持ち支持しているので、従動スクロール体の位置精度を確保できる。また、片持ち支持のように、第２の軸受を従動スクロール体側にスパンを広げて複数設ける必要がないため、第２の軸受を簡素化かつ低コスト化できる。
以上の構成により、両スクロール体の位置精度を確保しつつ、両スクロール体の支持機構を小型化かつ簡素化して低コスト化が可能になる。

本発明の一態様として、駆動スクロール体の端板背面と構造体の間に同期回転機構を配置し、駆動スクロール体と構造体とを同期回転機構を介して連動するように構成することができる。このように、同期回転機構を駆動スクロール体の端板背面と構造体との間に配置することで、両スクロール体の半径方向の寸法増大を抑え、ハウジングをコンパクト化できる。
なお、同期回転機構として、例えば、オルダムリング方式やピンクランク方式等を用いることができる。

本発明の一態様として、構造体を、駆動スクロール体の端板の背面側で駆動軸の周囲に配設された中空筒体と、従動スクロール体の外周端と中空筒体とを連結する連結部とで構成し、中空筒体を第３の軸受によって回転自在に支承させることができる。これによって、構造体の構成をコンパクト化できる。
さらに、前記構成において、連結部を駆動スクロール体の端板背面に対面して配置し、駆動スクロール体と連結部とを同期回転機構を介して連動させるようにすることができる。このように、連結部を駆動スクロール体の端板背面に対面して配置することで、両スクロール体の半径方向の寸法増大を抑え、ハウジングをコンパクト化できる。

本発明の別な一態様として、駆動装置が電動モータであり、駆動軸が電動モータのロータ軸と接続された構成においては、第１の軸受をロータ軸を回転自在に支承する軸受としても兼用できる。これによって、ロータ軸を支承する軸受が不要となり、装置構成を簡素化かつ低コスト化できる。

本発明のさらに別な一態様として、従動スクロール体と構造体とを着脱可能に連結した構成とすることができる。これによって、装置の分解及び組立が容易になる。

本発明によれば、両回転型のスクロール式流体機械において、両スクロール体の位置精度を確保しつつ、装置を小型化かつ簡素化して低コスト化が可能になる。

本発明の一実施形態に係るスクロール式圧縮機の縦断面図である。 前記スクロール式圧縮機の斜視図である。 前記スクロール式圧縮機を分解して示す斜視図である。 前記スクロール式圧縮機をさらに分解して示す斜視図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

本発明をスクロール式圧縮機に適用した一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１において、スクロール式圧縮機１０は、円筒形のハウジング１２及びハウジング１２にボルト１６で接続されたハウジング受け１４を有している。ハウジング受け１４の一方の面には、電動モータ１８が内蔵されたケーシング２０が連結されている。電動モータ１８の中心にはロータ軸２２が設けられ、ロータ軸２２の周囲にロータ２４が設けられ、ロータ２４の外側にステータ２６が設けられている。

ハウジング１２の内部に、駆動スクロール体２８と従動スクロール体３０とが配置されている。駆動スクロール体２８は、外形がほぼ円形の端板３２と、端板３２の正面に立設された渦巻き形状のラップ部３４と、端板３２の背面の中心に、端板３２に対して直角方向に向けて一体に形成された駆動軸３６とで構成されている。駆動軸３６はロータ軸２２の軸線ａ１と同一軸線上に配置され、ロータ軸２２にボルト３８で結合されている。駆動スクロール体２８は、ロータ軸２２の回転と共に軸線ａ１を中心に回転する。

従動スクロール体３０は、外形がほぼ円形の端板４０ａを有する中空円筒形のケーシング４０と、端板４０ａの正面に立設された渦巻き形状のラップ部４２と、端板４０ａの背面中心部に形成された短尺円筒形のボス部４４とで構成されている。ボス部４４の中心には吐出孔４４ａが形成されている。従動スクロール体３０は、軸線ａ１と平行でかつ軸線ａ１に対してｔだけ偏心した軸線ａ２を中心に回転可能に配置されている。駆動スクロール体２８と従動スクロール体３０とは、夫々のラップ部３４及び４２が噛合することで、複数の閉鎖空間ｃｓを形成する。ラップ部３４及び４２の先端には、シール溝が形成され、該シール溝に、フッ素樹脂等の自己潤滑性を有するチップシール４５が挿入されている。

ボス部４４の吐出孔４４ａを形成する部位には、金属製で内側に吐出孔を有する中空円筒形の吐出筒４６がビス止めされている。ハウジング１２の一方の面の中心部に、吐出筒４６及び後述する玉軸受５６を収容する中空円筒形のボス部５０が形成されている。ボス部５０の中心部に吐出孔５０ａが形成されている。吐出筒４６の先端面は、それよりもやや大径のシールプレート４８を介してボス部５０の内面を押圧している。シールプレート４８は、セラミック又は鋼材の焼入れ、金属への硬化メッキ等によって摺接面を硬化した材料からなり、鏡面研磨した耐摩耗性の高い摺接面として、ボス部５０に圧入、打込み、又は接着剤等によって固着されている。
吐出孔４４ａ、５０ａ及び吐出筒４６の内側に形成された圧縮気体の吐出流路は、吐出筒４６及びシールプレート４８によってハウジング１２の内部空間と遮断されている。

電動モータ１８のケーシング２０とロータ軸２２との間に玉軸受５２及び５４が設けられ、ロータ軸２２は玉軸受５２及び５４によって回転自在に支承されている。また、ボス部５０の内部に玉軸受５６が設けられ、吐出筒４６、シールプレート４８及び従動スクロール体３０を軸線ａ２を中心に回転自在に支承している。

また、駆動スクロール体２８の端板３２の背面側で、駆動軸３６を囲むように小径中空円筒体５８ａが設けられている。小径中空円筒体５８ａには、ケーシング４０とほぼ同一の外径を有する大径中空円筒体５８ｃと、中心部に駆動軸３６が挿入される開口を有する環状体５８ｄとからなる連結部材５８ｂが一体に設けられている。小径中空円筒体５８ａと連結部材５８ｂとで構造体５８を構成している。
小径中空円筒体５８ａとハウジング１２との間に玉軸受６０が設けられ、玉軸受６０によって構造体５８を回転自在に支承している。

駆動スクロール体２８の端板３２と構造体５８との間にオルダムリング６１が設けられている。オルダムリング６１によって、駆動スクロール体２８と構造体５８及び構造体５８に結合された従動スクロール体３０とは同期回転する。

図２〜図４において、ハウジング１２の端面１２ａのボス部５０の周辺領域で、ボス部５０を囲むように円弧形状の長孔で構成された３個の導気口６２ａ〜６２ｃが穿設されている。また、端面１２ａの近傍領域で、ハウジング１２の外周面１２ｂに、放気管６４が設けられている。放気管６４は、外周面１２ｂに対して接線方向に向けられ、かつ駆動スクロール体２８及び従動スクロール体３０の回転方向（図３及び図４中の矢印ｂ方向）に向けて配置されている。

図３及び図４に示すように、ハウジング受け１４に通し孔１４ａが形成されている。ハウジング１２とハウジング受け１４とは、通し孔１４ａを通してハウジング１２に形成されたボルト孔１２ｃ（図１参照）に螺合したボルト１６で結合されている。
従動スクロール体３０の端板４０ａの背面には、多数の遠心羽根６６が設けられている。遠心羽根６６は、端板４０ａの外側領域でボス部４４を囲むように配置され、各遠心羽根はほぼ等間隔に配置され、半径方向外側へ向けられている。遠心羽根６６は、放気管６４の開口に対面した位置にある（図１参照）。遠心羽根６６の間に、吸気口６８が形成されている。

また、ハウジング１２、ハウジング受け１４、駆動スクロール体２８及び従動スクロール体３０は、熱伝導性の良いアルミ材で構成され、遠心羽根６６もアルミ材で構成されている。また、遠心羽根６６は従動スクロール体３０の端板背面から外方へ突設され、大きな突出高さｈを有している。各羽根の間に端板４０ａの中心部から半径方向外側へ流れる冷風ｗの流路が形成され、遠心羽根６６は、良好な放熱性を確保するために十分な表面積と冷風路の断面積を有している。

従動スクロール体３０と構造体５８の一部を構成する大径中空円筒体５８ｃとは、４個のボルト７０によって結合される。端板４０ａ及び大径中空円筒体５８ｃには、周方向に分散配置された４個の通し孔７２が形成されており、ボルト７０を通し孔７２に通し、大径中空円筒体５８ｃに形成されたボルト孔７３に螺合させることで、従動スクロール体３０と構造体５８とを結合できる。

かかる構成において、ロータ軸２２が回転すると、ロータ軸２２と駆動軸３６を介して一体に連結された駆動スクロール体２８が軸線ａ１を中心に回転する。従動スクロール体３０は、オルダムリング６１を介して、軸線ａ２を中心として駆動スクロール体２８と同期回転する。軸線ａ２は軸線ａ１に対して偏心しており、これによって、駆動スクロール体２８と従動スクロール体３０とは相対的に公転運動を行う。この相対的公転運動により、吸気口６８から被圧縮気体が吸入され、ラップ部３４及び４２間に形成された複数の閉鎖空間ｃｓに封入される。

駆動スクロール体２８及び従動スクロール体３０の相対的公転運動によって、閉鎖空間ｃｓはラップ部３４及び４２に沿って順々に中心部に移動すると共に、移動しながら縮小する。これによって、各閉鎖空間ｃｓに封入された被圧縮気体は圧縮され、吐出孔４４ａに吐出する。ボス部５０には吐出管７４が接続されており、吐出孔４４ａから吐出された被圧縮気体は吐出管７４を通って需要先に供給される。

従動スクロール体３０が回転すると、遠心羽根６６の吸引作用により導気口６２ａ〜６２ｃから外気が吸引される。導気口６２ａ〜６２ｃからハウジング１２の内部に吸引された外気は、遠心羽根６６の間を通り、放気管６４から外部に排出される。こうして、ボス部５０のすぐ外側からハウジング１２の内部に導入され、端板４０ａの背面に沿って半径方向外側へ向かう冷風（外気流）ｗが形成される。

本実施形態によれば、玉軸受５２及び５４によってロータ軸２２及び駆動軸３６が支持され、玉軸受５２及び５４の配置場所は、ロータ軸端の範囲まで広げることができる。そのため、両玉軸受間のスパンを余裕をもって広げることができるので、駆動スクロール体２８の位置精度を十分確保できる。また、両玉軸受間のスペースは電動モータ１８の設置に元々必要なスペースであるため、両玉軸受間のスパンを広げても装置全体の大型化を招かない。

また、従動スクロール体３０を玉軸受５６及び６０で両持ち支持しているので、従動スクロール体３０の位置精度を確保できる。また、片持ち支持のように、玉軸受５６を従動スクロール体３０の軸線方向に長く延設する必要がないため、玉軸受５６をコンパクト化かつ低コスト化できる。さらに、構造体５８を構成する小径中空円筒体５８ａは駆動軸３６を囲むように配置され、かつ玉軸受６０は小径中空円筒体５８ａの半径方向外側に配置されているため、駆動軸３６の軸線方向の大型化を招かない。
以上の構成により、両スクロール体の位置精度を確保しつつ、両スクロール体の支持機構を小型化かつ簡素化して低コスト化が可能になる。

また、ロータ軸２２及び駆動軸３６の支持を玉軸受５２及び５４で兼用できるので、ロータ軸２２を別途支承する軸受が不要になり、軸受機構を簡素化かつ低コスト化できる。
また、従動スクロール体３０と構造体５８とは、ボルト７０によって着脱可能に連結されるので、スクロール式圧縮機１０の分解及び組立が容易になる。

さらに、駆動スクロール体２８の端板３２と構造体５８との間に、同期回転機構としてのオルダムリング６１を設けているので、ハウジング１２の半径方向の大型化を回避でき、ハウジング１２をコンパクト化できる。

また、スクロール式圧縮機１０の稼動中、遠心羽根６６によって外気が導気口６２ａ〜６２ｃから吸入され、ハウジング１２の内部に冷風（外気流）ｗが形成されるので、被圧縮気体の圧縮熱により最も高温となる吐出筒４６付近を外気により効率良く冷却できる。
さらに、冷風路はボス部５０の半径方向外側に形成され、吐出筒４６を玉軸受５６で直接支承するようにしているので、ボス部５０を小型化かつ低コスト化できる。

また、圧縮気体の吐出路を形成する従動スクロール体３０側にのみ冷風路を形成し、駆動スクロール体側に冷風路を設けていないため、圧縮機の構成をさらに小型化かつ低コスト化できる。
また、玉軸受５６に隣接して冷風路が形成されるので、玉軸受５６に封入されたグリースの温度を下げ、玉軸受５６の焼損を防止できる。そのため、玉軸受５６の寿命を延ばすことができる。
さらに、冷風路を形成するために新たにダクトや配管を設ける必要がないため、圧縮機の構成を簡素化できる。

また、遠心羽根６６は、熱伝導性が良いアルミ材で構成され、かつ良好な放熱性を確保するために十分な表面積を有しているので、従動スクロール体３０の放熱性を高めることができる。そのため、遠心羽根６６を放熱フィンとして兼用できる。
また、導気口６２ａ〜６２ｃは、ボス部５０の外周面に沿って円弧状に形成された長孔であるので、冷風路を玉軸受５６に最大限に接近させることができ、これによって、玉軸受５６及び玉軸受５６の内側に設けられた吐出筒４６を効果的に冷却できる。

また、放気管６４がハウジング外周面１２ｂに対して接線方向に向け、かつ駆動スクロール体２８及び従動スクロール体３０の回転方向下流側に向けて配置されているので、冷風ｗをスムーズにハウジング外へ放出できる。そのため、冷風路を流れる冷風ｗの乱流発生を抑制でき、圧力損失を低減できるので、冷風ｗの流量を増加でき、冷却効果を向上できる。
なお、シールプレート４８によって圧縮気体の吐出路がシールされているので、吐出孔４４ａから吐出された圧縮気体がハウジング１２の内部に漏れるおそれはない。

本実施形態では、同期回転機構としてオルダムリングを用いたが、他の同期回転機構、例えば、ピンクランク方式、リング内をピンが案内される方式、凹部内をローラが案内される方式等の同期回転機構を用いることができる。

本発明によれば、ハウジングをコンパクト化かつ低コスト化できる両回転型のスクロール式流体機械を実現できる。

１０ スクロール式圧縮機
１２ ハウジング
１２ａ 端面
１２ｂ 外周面
１２ｃ ボルト孔
５０ ボス部
５０ａ 吐出孔
１４ ハウジング受け
１４ａ 通し孔
１６、３８、７０ ボルト
１８ 電動モータ
２０ ケーシング
２２ ロータ軸
２４ ロータ
２６ ステータ
２８ 駆動スクロール体
３２ 端板
３４ ラップ部
３６ 駆動軸
３０ 従動スクロール体
４０ ケーシング
４０ａ 端板
４２ ラップ部
４４ ボス部
４４ａ 吐出孔
４５ チップシール
４６ 吐出筒
４８ シールプレート
５０ ボス部
５０ａ 吐出孔
５２、５４ 玉軸受（第１の軸受）
５６ 玉軸受（第２の軸受）
６０ 玉軸受（第３の軸受）
５８ 構造体
５８ａ 小径中空円筒体（中空筒体）
５８ｂ 連結部材
５８ｃ 大径中空円筒体
５８ｄ 環状体
６１ オルダムリング
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ 導気口
６４ 放気管
６６ 遠心羽根
６８ 吸気口
７２ 通し孔
７３ ボルト孔
７４ 吐出管
ａ１ 軸線（第１の軸線）
ａ２ 軸線（第２の軸線）
ｃｓ 閉鎖空間
ｗ 冷風

Claims (6)

1. 端板と該端板に立設された渦巻き形状のラップ部とを有する駆動スクロール体と、
   前記端板の背面に一体形成された駆動軸に出力軸が連結され、前記駆動軸の第１の軸線を中心に前記駆動スクロール体を回転する駆動装置と、
   端板と該端板に立設された渦巻き形状のラップ部とを有し、前記第１の軸線に対して平行でかつ偏心した第２の軸線を中心に回転自在に支承された従動スクロール体と、
   前記従動スクロール体を前記駆動スクロール体と同期回転させる同期回転機構とを備え、
   前記駆動スクロール体と前記従動スクロール体とで閉鎖空間を形成し、該閉鎖空間の容積を変化させて吸引吐出を行うスクロール式流体機械において、
   前記駆動軸に沿って直列に配置され、前記駆動軸を前記第１の軸線を中心に回転自在に支持する複数の第１の軸受と、
   前記従動スクロール体の端板の背面側に配置され、前記従動スクロール体を前記第２の軸線を中心に回転自在に支承する第２の軸受と、
   前記駆動スクロール体の端板の背面側で、前記第２の軸線を中心に第３の軸受によって回転自在に支承され、前記従動スクロール体と前記第３の軸受との間に介在された構造体とを備えていることを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 前記駆動スクロール体の端板背面と前記構造体の間に同期回転機構が配置され、
   前記駆動スクロール体と前記構造体とは前記同期回転機構を介して連動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
3. 前記構造体は、
   前記駆動スクロール体の端板の背面側で前記駆動軸の周囲に配設された中空筒体と、
   前記従動スクロール体の外周端と前記中空筒体とを連結する連結部とで構成され、
   前記中空筒体は前記第３の軸受によって回転自在に支承されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
4. 前記構造体は、
   前記駆動スクロール体の端板の背面側で前記駆動軸の周囲に配設された中空筒体と、
   前記従動スクロール体の外周端と前記中空筒体とを連結する連結部とで構成され、
   前記中空筒体は前記第３の軸受によって回転自在に支承されると共に、
   前記連結部は前記駆動スクロール体の端板背面に対面して配置され、前記駆動スクロール体と前記連結部とは前記同期回転機構を介して連動するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のスクロール式流体機械。
5. 前記駆動装置が電動モータであると共に、前記出力軸が該電動モータのロータ軸であり、
   前記複数の第１の軸受が前記駆動軸及び前記ロータ軸に沿って直列に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール式流体機械。
6. 前記従動スクロール体と前記構造体とが着脱可能に連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール式流体機械。

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