JP2015097430A - モールドモータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、モールドモータを駆動するにあたり、固定子鉄心へ巻装される巻線に施される絶縁被膜やインシュレータなどの絶縁材料から分解ガスが発生した場合、この分解ガスをモールドモータの外部へ導き出すことで、絶縁特性を確保するものである。
【解決手段】本発明のモールドモータ１は、巻線１１を巻装した固定子鉄心であるステータコア１２をモールド樹脂によってモールドする固定子１０と、固定子１０に対向して周方向に永久磁石２３を有する回転体２１と、回転体２１の軸芯を貫通する回転軸２２とを含む回転子２０と、一対の回転軸２２を回転自在に挟持する軸受２，３と、を備える。さらに、モールド樹脂は、固定子１０で生じた分解ガスをモールド樹脂の外部へと導くガス流路１６を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、巻線を巻装した固定子鉄心をモールド樹脂によってモールド成形される回転子を備えたモールドモータに関するものである。

従来、家電機器等に用いられるモールドモータは、小型化、薄型化および高出力化が強く求められる。特に、一部の家電機器へ組み込まれるモールドモータにおいては、低騒音や低振動であることも要求される。これらの要求に応えるため、巻線を巻装した固定子鉄心をモールド樹脂によりモールド成形されたモールドモータが提案されている。

図１４を用いて、従来の家電機器に用いられるモールドモータ１０１について、説明する。

固定子１１０は、巻線１１が巻装された固定子鉄心であるステータコア１２と、このステータコア１２の内周面を除いて成形されるモールド樹脂１１４とを有する。巻線１１は、巻枠を介してステータコア１２へ巻装される。

ステータコア１２の内部には、外周面に永久磁石２３が施された回転子２０が位置する。回転子２０の中心軸に沿って、回転軸２２が設けられる。回転軸２２は、回転軸２２が回転自在となるよう軸受１０２，１０３によって支持される。軸受１０３は、ブラケット４により保持される。

モールドモータ１０１を形成するモールド樹脂１１４の内部には、巻線１１へ流す電流を制御する制御回路１３０が備えられる。

近年、上記モールドモータ１０１に対する要求を満たすため、巻線１１は、線積率を高めることが検討されている。線積率を高めるために、巻線１１の被膜として低沸点材料が塗布される。巻線１１の被膜として低沸点材料には、巻線１１の潤滑性を向上するものが存在するためである。

一方、従来、巻線１１に施された低沸点材料が揮発し、巻線１１間の絶縁障害が引き起こされることもよく知られている。

この絶縁障害については、ポリウレタン電線に有機潤滑剤の被膜を形成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ポリウレタン電線に樹脂の被膜を形成することで生じる電子部品への悪影響を抑制するものも提案されている。すなわち、電線の被膜自体に自己潤滑性を付与することで、分解ガスの発生を防止する（例えば、特許文献２参照）。

さらに、モールドモータの信頼性を向上するものも提案されている。具体的には、ステータ鉄心（本願発明の「固定子鉄心」に相当）の外周面を、部分的に露出するというものである。これは、高温高湿という条件化において、モールドモータの絶縁特性を改良できる（例えば、特許文献３参照）。

特開昭６３−１２１２１３号公報 特開昭６３−１７８４１０号公報 特公昭６１−６０６５５号公報

しかしながら、ポリウレタン電線に有機潤滑剤の被膜を形成する、あるいは、ポリウレタン電線の被膜自体に自己潤滑性を付与することで、分解ガスの発生を防止する方法では、次の課題があった。すなわち、これらの方法では、分解ガスの発生を抑制できても、分解ガスの発生そのものを完全になくすことはできないというものである。

ところで、小型化、薄型化および高出力化などの要求を満たすために、モールドモータへ従来よりも高い負荷が加えられることがある。このような高負荷の条件下において、モールドモータを駆動した場合、つぎの課題を有していた。すなわち、高負荷の条件下において、モールドモータが駆動されると、当初想定された範囲以上の電流が巻線へ流される。その結果、巻線には、当初見込まれていた以上の発熱が生じる。この発熱によって、巻線の絶縁被膜や、ステータコアと巻線との間に設けられるインシュレータなどの絶縁部材が温められ、分解ガスが発生する。

モールドモータ内において、巻線や絶縁部材などはモールド樹脂で覆われている。よって、モールドモータ内の雰囲気は高温高圧となる。このような高温高圧下において、上述した絶縁被膜や絶縁部材に含まれる絶縁材料は、加速度的に劣化が進行する。この結果、これらの絶縁材料は、耐絶縁性能が劣化するため、モールドモータに要求される絶縁特性を維持できなくなっていた。

また、ステータ鉄心の外周面のみを部分的に露出しても、巻線から発生した分解ガスをモールドモータの外部へ排出することは困難である。よって、上述したものと同様、絶縁材料の耐絶縁性能が劣化するため、モールドモータに要求される絶縁特性を維持できなくなっていた。

本発明は、上記の課題を解決するものであり、固定子鉄心へ巻装される巻線に施される絶縁被膜やインシュレータなどの絶縁材料から分解ガスが発生した場合、この分解ガスをモールドモータの外部へ導き出すガス流路を有するものである。この結果、所望の絶縁特性を有するモールドモータを提供することができる。

本発明に関するモールドモータは、巻線を巻装した固定子鉄心をモールド樹脂によってモールドする固定子と、固定子に対向して周方向に永久磁石を有する回転体と、回転体の軸芯を貫通する回転軸とを含む回転子と、一対の回転軸を回転自在に挟持する軸受と、を備える。さらに、モールド樹脂は、固定子で生じたガス、特に分解ガスをモールド樹脂の外部へと導くガス流路を有する。

本発明のモールドモータによれば、モールドモータ内で生じた分解ガスは、モールド樹脂の外部、つまり、モールドモータの外部へ導き出される。よって、モールドモータ内の雰囲気が高温高圧となることを回避できる。この結果、モールドモータに要求される絶縁特性は確保される。

本発明の実施の形態１におけるモールドモータの斜視図 本発明の実施の形態１におけるモールドモータの縦断面図 本発明の実施の形態１における巻線の断面図 本発明の実施の形態１における他の巻線の断面図 本発明の実施の形態１におけるインシュレータの斜視図 本発明の実施の形態１における他のインシュレータの斜視図 本発明の実施の形態１におけるモールドモータの説明図 本発明の実施例１におけるポリブチレンテレフタレートの重量変化を示す説明図 本発明の実施例１におけるバルクモールドコンパウンドの重量変化を示す説明図 本発明の実施例１におけるモールドモータの絶縁耐圧試験を示す説明図 本発明の比較例１におけるモールドモータの絶縁耐圧試験を示す説明図 本発明の実施の形態１における他のインシュレータの斜視図 本発明の実施の形態１におけるさらに他のインシュレータの斜視図 従来のモールドモータの縦断面図

以下、本発明の実施の形態におけるモールドモータについて図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は、特に顕著な効果を発揮するモールドモータ、いわゆるブラシレスモールドモータを用いて説明する。

また、背景技術で説明したものと同じ構成要素については、同一の符号を付し、説明を援用する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるモールドモータの斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１におけるモールドモータの縦断面図である。図に示すモールドモータは、モールド形成されたブラシレスＤＣモータ（以下、「モールドモータ」と記す。）である。

モールドモータ１は、固定子１０と、固定子１０の内側に配された回転子２０とを備える。

固定子１０は、巻線１１を巻装した固定子鉄心であるステータコア１２を有する。具体的には、巻線１１は、ステータコア１２の周りに対してコイル状に巻き回される。巻線１１とステータコア１２との間には、絶縁部材であるインシュレータ１３が設けられる。固定子１０は、モールド樹脂となる樹脂材、特に熱硬化性樹脂でモールド成形されたモールドフレーム１４と一体化して構成される。

巻線１１は、銅などで芯線１１Ａが構成される。図３に示すように、この芯線１１Ａに対して、中心側から順に、第１の絶縁被膜１１Ｂ、第２の絶縁被膜１１Ｃの層が形成される。第１の絶縁被膜１１Ｂには、ポリエステルを用いることができる。第２の絶縁被膜には、ポリアミドを用いることができる。第２の絶縁被膜１１Ｃが施された巻線１１の直径は、０．３ｍｍ程度となる。また、図４に示すように、さらに第２の絶縁被膜１１Ｃには、自己潤滑性を有する潤滑被膜１１Ｄを施してもよい。この潤滑被膜１１Ｄは、パラフィン油を用いることができる。

インシュレータ１３は、図５、図６に示すように、巻線１１と交差する方向へ溝部１５を有する。

モールドフレーム１４に用いられるモールド樹脂は、例えば、熱伝導率が１．１Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＵＬ規格の９４Ｖ−０の難燃性を有するものが使用できる。具体的な組成は、不飽和ポリエステル樹脂とポリエステル樹脂との合計配合量が２１．２重量％、ガラス繊維が７重量％、重合開始剤であるｔ−ブチルパーオキシベンゾエートが０．４重量％、ステアリン酸亜鉛が１．３重量％、重合禁止剤が０．１重量％、水酸化アルミニウムが７０重量％である。不飽和ポリエステル樹脂は、ディーエイチ・マテリアル株式会社製のサンドーマ（登録商標）ＰＢ２１０を用いることができる。ポリエステル樹脂は、ディーエイチ・マテリアル株式会社製のサンドーマＰＢ９８７を用いることができる。

図２に示すように、回転子２０は、回転体２１と回転軸２２とを有する。回転体２１は、固定子１０に対向して周方向に永久磁石２３を有する。回転軸２２は、回転体２１の軸心を貫通して取り付けられる。

軸受は、内輪と、外輪と、この内輪とこの外輪との間に玉と、を有する玉軸受２，３である。一対の玉軸受２，３は、回転子２０を回転自在に挟持する。内輪と外輪とは、金属粉末を焼結させた焼結金属で構成される。玉は鉄で構成される。

ブラケット４は、玉軸受３を保持する。ブラケット４は、導電性を有する金属からなる。例えば、亜鉛めっき鋼板、アルミダイカスト、ステンレス鋼板などが用いられる。より具体的には、亜鉛めっき鋼板として、ＳＥＣＣやＳＥＣＤを用いることができる。アルミダイカストとして、ＡＤＣ１２を用いることができる。ステンレス鋼板として、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ４３０を用いることができる。なお、同様の特性を得ることができれば、他の金属を用いてもよい。

玉軸受２は、モールドフレーム１４と一体となって保持される。

玉軸受３は、回転軸２２を囲うように配される。玉軸受３の周囲には、ブラケット４の一部を回転体２１方向へ凸状に突き出して環状の壁面とした環状部４Ａが設けられる。玉軸受３は、環状部４Ａに対して嵌め合い公差で固定される。

ガス流路１６は、モールドフレーム１４に形成される。ガス流路１６は、モールドモータ１の内側とモールドモータ１の外側とを連通する。ガス流路１６（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅ）は、モールドフレーム１４の各部に設けられる。

まず、図１、図７に示すように、ガス流路１６Ａは、一端をステータコア１２が有するスロット１７の位置に、他端をモールドモータ１の外表面に設けられる。

他に、図１、図７に示すように、ガス流路１６Ｂは、一端をインシュレータ１３に設けられた溝部１５の端部１３Ａに、他端をモールドモータ１の外表面に設けられる。

また、図２に示すように、ガス流路１６Ｃは、一端をステータコア１２へ巻装された巻線１１の最外周部１１Ｅに、他端をモールドモータ１の外表面に設けられる。

また、図２に示すように、ガス流路１６Ｄは、一端をインシュレータ１３の端部１３Ｂに、他端をモールドモータ１の外表面に設けられる。

あるいは、図２に示すように、ガス流路１６Ｅは、一端をインシュレータ１３の端部１３Ｃに、他端をモールドモータ１の外表面に設けられる。

このような位置へ設けられるガス流路１６は、モールド成形時に使用される押えピンを用いて、形成される。特に、インシュレータ１３の位置決めに用いられる押えピンを用いれば、ガス流路１６Ｂ，１６Ｄ，１６Ｅは容易に形成される。よって、ガス流路１６を形成するための工数が、増加することはない。

モールドモータ１は、インバータ回路を搭載した制御基板を内部に有してもよい。制御基板を内蔵した場合、この制御基板で制御された高周波パルスが、巻線１１へ流す電流を切替える。

以上のように構成されたモールドモータ１について、その作用を説明する。

固定子１０が有する巻線１１へ、所定の制御電流が流される。この制御電流が作り出す磁界を追従するように、永久磁石２３が設けられた回転子２０は回動する。回転軸２２へ加えられる負荷に応じて、巻線１１へ供給される電流は増減する。

巻線１１を構成する芯線１１Ａは、抵抗成分を有する。よって、巻線１１へ電流が流されると、この電流と抵抗成分との関係により、巻線１１は発熱する。巻線１１が発熱すれば、芯線１１Ａに施された第１の絶縁被膜１１Ｂ、第２の絶縁被膜１１Ｃや、インシュレータ１３などの絶縁部材などから分解ガスが発生する。このとき、分解ガスは、モールドモータ１の内側とモールドモータ１の外側とを連通するガス流路１６（１６Ａ乃至１６Ｅ）を経て、モールドモータ１の外側へ放出される。その詳細について、説明する。

巻線１１は所定の線径を有している。よって、ステータコア１２へ巻線１１が巻き付けられると、巻線１１間には多少の隙間が生じる。モールドモータ１の内側に生じた分解ガスは、この隙間を経由して、固定子１０表面へ移動する。

ところで、モールドモータ１の内部に分解ガスが発生すると、モールドモータ１の内部の気圧は高くなる。そこで、固定子１０表面へ移動した分解ガスは、各部に設けられたガス流路１６（１６Ａ乃至１６Ｅ）を介して、モールドモータ１の外部へ導き出される。

まず、ステータコア１２が有する各スロット１７の位置に、ガス流路１６Ａの一端が設けられる。各スロット１７には、隣接するティース１８へ巻き付けられた巻線１１が密集している。これら巻線１１間には、上述したように多少の隙間が存在している。よって、隙間を介してスロット１７へ流れ出た分解ガスは、スロット１７位置へ一方の開口を有するガス流路１６Ａを経て、モールドモータ１の外部へと導き出される。

次に、巻線１１は、インシュレータ１３を介してステータコア１２へ巻き付けられる。インシュレータ１３は、巻線１１と交差する方向へ溝部１５を有する。よって、巻線１１とインシュレータ１３との間には、所定の隙間が生じるため、巻線１１とインシュレータ１３とが密着することはない。巻線１１やインシュレータ１３から生じた分解ガスは、この溝部１５に沿って流れる。溝部１５の一端は、ガス流路１６Ｂの一端と連絡している。この結果、溝部１５を介してガス流路１６Ｂへとたどり着いた分解ガスは、ガス流路を経て、モールドモータ１の外部へと導き出される。

ところで、溝部１５の幅は、モールドフレーム１４を構成するモールド樹脂の細部流動性より小さい寸法とすればよい。これは、モールド樹脂が溝部１５へ流れ込むことがなく、モールド樹脂が溝部１５という分解ガスの流路を妨げることがなくなるためである。

本実施の形態１では、モールドフレーム１４を構成するモールド樹脂の細部流動性は０．１ｍｍ以上である。そこで、溝部１５の幅を０．０５ｍｍとした。

また、ステータコア１２へ幾重にも巻装された巻線１１は、その最外周部１１Ｅに隙間が生じる。よって、巻線１１などで生じた分解ガスは、巻線１１に生じた隙間を経て、巻線１１の最外周部１１Ｅへと移動する。巻線１１の最外周部１１Ｅには、モールドモータ１の外部へと通じるガス流路１６Ｃの一端が設けられている。よって、巻線１１の最外周部１１Ｅへと移動した分解ガスは、ガス流路１６Ｃを介して、モールドモータ１の外部へと導き出される。

本発明の実施の形態１におけるモールドモータ１を用いれば、モールドフレーム１４に設けられたガス流路１６（１６Ａ乃至１６Ｅ）を経て、モールドモータ１内に発生した分解ガスをモールドモータ１の外側へ導き出すことができる。この結果、モールドモータ１の内部が、高温高圧となることを回避できる。従って、巻線１１の第１の絶縁被膜１１Ｂ、第２の絶縁被膜１１Ｃやインシュレータ１３などの絶縁部材が高温高圧の雰囲気下に晒されることを防止できる。よって、これら第１の絶縁被膜１１Ｂ、第２の絶縁被膜１１Ｃや絶縁部材の劣化を抑制することが可能となり、モールドモータ１の信頼性を向上できる。

あるいは、本発明の実施の形態１におけるモールドモータ１を用いれば、モールドモータ１内で生じた分解ガスの排出を促進できるため、従来よりも高い負荷を加えることが可能となる。従って、モールドモータとしての出力を上げることができる。または、同じ出力であれば、モールドモータを小型にすることも可能となる。

なお、巻線１１の最表面へ自己潤滑性を有する潤滑被膜１１Ｄを設けた場合、モールドフレーム１４を成すモールド樹脂と巻線１１とが密着することを抑制できる。よって、固定子１０で生じた分解ガスをガス流路１６Ｃへと導き易くなる。

（実施例１）
本発明の実施の形態１におけるモールドモータ１を用いて、実験した結果を示す。図８に、絶縁部材であるインシュレータ１３に用いられるポリブチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、以下「ＰＢＴ」と記す。）について、重量変化（ＴＧ）に着目して熱分析を行った結果３０を示す。

従来、モールドモータが使用されていた負荷領域で生じる巻線温度を１００℃、本発明の実施の形態１におけるモールドモータであれば使用可能となる負荷領域で生じる巻線温度を１５０℃とする。この巻線温度１００℃と巻線温度１５０℃について、ＴＧ分析を行った。その結果、１０００時間を経過したところで、１００℃での重量変化を１とした場合、１５０℃での重量変化は、約７．６倍の分解ガスが生じることが確認された。

次に、図９に、モールドフレーム１４を構成するモールド樹脂として、バルクモールドコンパウンド（以下、「ＢＭＣ」と記す。）について、重量変化（ＴＧ）に着目して熱分析を行った結果３１を示す。なお、ＢＭＣとは、熱硬化性樹脂(不飽和ポリエステル)と無機充填材(水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム等)からなるガラス繊維強化樹脂である。ＰＢＴと同様、巻線温度１００℃と巻線温度１５０℃について、ＴＧ分析を行った。その結果、３０分を経過したところで、１００℃での重量変化を１とした場合、１５０℃での重量変化は、約２倍の分解ガスが生じることが確認された。なお、いずれの測定にも、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製の示差熱熱重量同時測定装置であるＥＸＳＴＡＲ６０００ＴＧ／ＤＴＡを用いた。

以上の結果から、１０００時間という長期的評価、および、３０分という短期的評価のいずれからも、巻線温度が高くなれば、より多くの分解ガスが発生することが確認された。

上記結果を踏まえ、本発明の実施の形態１におけるモールドモータ１について、巻線１１へ自己潤滑剤を塗布しないもの（仕様１）と、自己潤滑剤を塗布したもの（仕様２）とを評価した。運転条件は、電気用品安全法で定められた絶縁耐圧試験に従った。そして、電源と回転軸２２との間にＡＣ１０００Ｖで１分間の電圧を掛けて、リーク電流が１０ｍＡ以下である場合、規格クリアと判断した。この測定には、菊水電子工業株式会社製の耐電圧試験器であるＴＯＳ５０５０を用いた。この絶縁耐圧試験の結果３２を図１０に示す。

以上の結果より、ガス流路１６が設けられているモールドモータ１であれば、巻線１１への自己潤滑剤の塗布の有無に拘らず、上記規格をクリアできることが確認できた。

（比較例１）
つぎに、上述した本発明の実施の形態１におけるモールドモータと比較を行うため、次の仕様について評価を行った。

まず、従来、モールドモータが使用されている範囲として仕様３を測定した。具体的には、仕様３におけるモールドモータには、本願発明が特徴とするガス流路が設けられていない。また、巻線へ自己潤滑剤も塗布されていない。巻線温度は、従来の使用状況に照らし、１００℃とした。

さらに、本願発明の特徴であるガス流路と、巻線へ自己潤滑剤を塗布することの効果を検証するため、次の仕様を準備した。

仕様４におけるモールドモータは、ガス流路が設けられず、かつ、巻線へ自己潤滑剤も塗布されない。巻線温度は、求められる仕様状況に照らして１５０℃とした。

仕様５におけるモールドモータは、ガス流路は設けられないものの、巻線には自己潤滑剤が塗布されている。巻線温度は、求められる仕様状況に照らして１５０℃とした。これらの評価結果３３を、図１１に示す。

以上の結果より、つぎの見解が導き出される。すなわち、仕様３の評価結果より、従来の使用状況であれば、ガス流路および巻線への自己潤滑剤の塗布がなくても、上記規格がクリアできていたことが確認できた。

また、仕様４、仕様５の評価結果より、本願発明が特徴とするガス流路がなければ、巻線へ自己潤滑剤を塗布したとしても、上記規格がクリアできないことが確認できた。

以上の実験結果より、モールドモータへガス流路を設ければ、従来の使用状況よりも厳しい環境であっても、上記規格がクリアできることが確認できた。これは、ガス流路が、モールドモータ内に発生した分解ガスをモールドモータ外へと導く、ガス抜き穴の役目を果たしているためと考えられる。この結果、本発明の実施の形態１におけるモールドモータを用いれば、同じ大きさのモールドモータであれば、より高い負荷を掛けることができる。あるいは、同じ負荷を掛けるのであれば、モールドモータの大きさをより小さくすることができる。

なお、図１２、図１３に示すように、他の実施の形態として、インシュレータ１３には、巻線１１と交差する方向へ突条１９を施してもよい。本構成において、図２、図７に示すように、ガス流路１６は、一端をインシュレータ１３に設けられた突条１９の端部に、他端をモールドモータ１の外表面に設けられる。このとき、隣接する突条１９間の空間が分解ガスの通り道となる。その結果、モールドモータ１内に発生した分解ガスを円滑にガス流路１６Ｂへと導くことが可能となる。

本発明の利用分野は、巻線を巻装した固定子鉄心をモールド樹脂によってモールドされる固定子を備え、この固定子がモールド樹脂によりモールド成形されるモールドモータについて、広範囲に利用することができる。

１ モールドモータ
２，３ 玉軸受（軸受）
１０ 固定子
１１ 巻線
１１Ｅ 最外周部
１２ ステータコア（固定子鉄心）
１３ インシュレータ（絶縁部材）
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 端部
１４ モールドフレーム（モールド樹脂）
１５ 溝部
１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅ ガス流路
１７ スロット
１９ 突条
２０ 回転子
２１ 回転体
２２ 回転軸
２３ 永久磁石

Claims (5)

1. 巻線を巻装した固定子鉄心をモールド樹脂によってモールドする固定子と、
   前記固定子に対向して周方向に永久磁石を有する回転体と、前記回転体の軸芯を貫通する回転軸とを含む回転子と、
   一対の前記回転軸を回転自在に挟持する軸受と、を備え、
   前記モールド樹脂は、前記固定子で生じたガスを前記モールド樹脂の外部へと導くガス流路を有するモールドモータ。
2. 前記ガス流路は、前記固定子鉄心が有するスロットの位置に前記ガス流路の一端を設けた請求項１に記載のモールドモータ。
3. さらに、前記巻線と前記固定子鉄心との間に絶縁部材を備え、
   前記絶縁部材は、前記巻線と交差する方向へ溝部を有し、この溝部の一端は、前記ガス流路の一端と連絡する請求項１に記載のモールドモータ。
4. さらに、前記巻線と前記固定子鉄心との間に絶縁部材を備え、
   前記絶縁部材は、前記巻線と交差する方向へ突条を有し、この突条の一端は、前記ガス流路の一端と連絡する請求項１に記載のモールドモータ。
5. 前記ガス流路は、前記固定子鉄心へ巻装された前記巻線の最外周部に前記ガス流路の一端を設けた請求項１に記載のモールドモータ。

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