JP2017115962A - 電磁スプール弁 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スプール弁11は、第1入力ポートPi1と第1出力ポートPo1を連通させる第1供給経路α1と、第2入力ポートPi2と第2出力ポートPo2を連通させる第2供給経路α2と、第1出力ポートPo1と第1ドレンポートPd1を連通させる第1排出経路β1と、第2出力ポートPo2と第2ドレンポートPd2を連通させる第2排出経路β2との切替えを行う。各ポートの開口を小さく設けてスプール14の直径を小さくできるため、スプール14の駆動抵抗を小さくできる。このため、リニアソレノイドの駆動力を小さくすることができ、リニアソレノイドの小型化が可能になる。あるいは、スプール14のストローク範囲を短くできるため、リニアソレノイドに求められる駆動ストロークが短くなり、リニアソレノイドを小型化できる。
【選択図】 図3
Description
電磁スプール弁は、搭載性の向上等の目的で小型化が要求される。その具体的な一例を、自動変速機の油圧制御装置に設けられる電磁スプール弁を用いて説明する。
近年では、自動変速機の小型化や変速段の多段化に伴い、電磁スプール弁の小型化が要求される。特にバルブボディに多数個搭載されるリニアソレノイドの小型化が要求される。そこで、従来よりリニアソレノイドを小型化するべく種々の技術が提案されている。
しかし、リニアソレノイドの磁気効率の向上によってリニアソレノイドを小型化するには限界があり、リニアソレノイドの更なる小型化が困難な状況になっている。
これにより、スプールの直径を小さくすることができ、スプールの駆動抵抗を小さくできる。このため、リニアソレノイドに求められるスプールの駆動力を小さくでき、リニアソレノイドの小型化が可能になる。
あるいは、スプールのストローク範囲を短くすることができる。これにより、リニアソレノイドの出力のストロークを短くすることができ、リニアソレノイドの小型化が可能になる。
図1〜図4に基づいて実施形態1を説明する。
この実施形態は、自動車に搭載される自動変速機の油圧制御装置に用いられる電磁スプール弁1に本発明を適用したものである。
各摩擦係合装置2は、クラッチまたはブレーキを成す周知なものであり、多板式の摩擦要素3と、この摩擦要素3の係脱を行う油圧駆動部4とを備える。
油圧駆動部4は、油圧アクチュエータの構造を採用するものであり、油圧室4aに供給される油圧によって摩擦要素3の係脱を行うピストン4bを操作する。具体的には、油圧室4aの油圧が上昇することで摩擦要素3が係合し、油圧室4aの油圧が下降することで摩擦要素3の係合が解除される。
油圧制御装置は、自動変速機の内部に搭載される油圧制御部5と、この油圧制御部5を電気的に制御するAT−ECUとを備える。
また、油圧制御部5には、各摩擦係合装置2のそれぞれに対応する電磁スプール弁1が組み付けられる。
各電磁スプール弁1は、スプール弁11とリニアソレノイド12を軸方向に結合した構造を採用する。
また、スプール弁11には、スプール14を軸方向の一方へ向けて付勢するスプリング15が設けられる。
さらに、スプール弁11には、出力油圧の上昇に応じた軸力をスプール14に付与するフィードバック室FBが設けられる。
スリーブ13は、オイルポンプ16によって加圧された油圧の供給を受ける入力ポートを備える。
スリーブ13は、スプール14の軸方向位置に応じた出力油圧を発生する出力ポートを備える。
スリーブ13は、出力ポートとフィードバック室FBを連通するフィードバックポートPfbを備える。
この実施形態1のスプール弁11は、供給経路または排出経路の少なくとも一方を複数備える。具体的な一例として、この実施形態1のスプール弁11は、給排経路を2系統備える。即ち、供給経路を2系統備えるとともに、排出経路を2系統備える。
また、実施形態1のスプール弁11は、入力ポートを2個備え、出力ポートを2個備え、ドレンポートを2個備える。
2個の入力ポートの一方を第1入力ポートPi1とし、他方を第2入力ポートPi2とする。
2個の出力ポートの一方を第1出力ポートPo1とし、他方を第2出力ポートPo2とする。
2個のドレンポートの一方を第1ドレンポートPd1とし、他方を第2ドレンポートPd2とする。
2系統設けた供給経路の一方を第1供給経路α1とし、他方を第2供給経路α2とする。
2系統設けた排出経路の一方を第1排出経路β1とし、他方を第2排出経路β2とする。
各ポートは、スリーブ13の右側から左側に向かって、第1ドレンポートPd1、第1出力ポートPo1、第1入力ポートPi1、第2ドレンポートPd2、第2出力ポートPo2、第2入力ポートPi2、フィードバックポートPfbの順に配置される。
スプール14には、第2供給経路α2の開閉および連通度合の調整を行う第2入力ランドLi2が設けられる。
スプール14には、第1排出経路β1の開閉および連通度合の調整を行う第1ドレンランドLd1が設けられる。
スプール14には、第2排出経路β2の開閉および連通度合の調整を行う第2ドレンランドLd2が設けられる。
スプール14には、上記各ランドよりやや小径のフィードバックランドLfbが設けられる。
これらの各ランドは、スプール14の右側から左側に向かって、第1ドレンランドLd1、第1入力ランドLi1、第2ドレンランドLd2、第2入力ランドLi2、フィードバックランドLfbの順で配置される。
第2ノッチN2は、第2入力ランドLi2の外径端の右端の一部に設けられる切欠部であり、第2入力ポートPi2と第2出力ポートPo2の連通を穏やかに行うためのものである。
このことを具体的に説明する。以下では、リニアソレノイド12の通電を停止している状態から、リニアソレノイド12の駆動電流を徐々に増やし、スプール14が右側から左側へスライドする例を説明する。
スプール14が右側から左側へスライドする際に各ポートが切り替わる状態を、ドレン開口領域i、オーバラップ領域ii、ノッチ開口領域iii、供給開口領域ivとして説明する。
同様に、第2排出経路β2の水力半径を線B1で示し、第2供給経路α2の水力半径を線B2で示す。
また、第1排出経路β1と第2排出経路β2の合計水力半径を線C1で示し、第1供給経路α1と第2供給経路α2の合計水力半径を線C2で示す。
なお、水力半径は、圧力損失を加味した連通度合であるが、水力半径を開口面積と読み替えても良い。
スプール14が左側へスライドする従って、第1排出経路β1が第1ドレンランドLd1により徐々に閉じられる。この時、第1入力ポートPi1に供給されるポンプ油圧の一部は、第1入力ランドLi1とスリーブ13の間の隙間を介して第1出力ポートPo1に導かれる。このため、スプール14が左側へスライドするに従って、第1出力ポートPo1の出力油圧が高まる。
即ち、スプール14が左側へスライドする従って、図4の破線A1に示すように、第1排出経路β1の水力半径が徐々に小さくなり、第1出力ポートPo1の出力油圧が高まる。換言すると、第1ドレンランドLd1の左方向へのスライドによって、第1排出経路β1の連通度合が小さくなって第1出力ポートPo1の出力油圧が高まる。
この時、第1入力ポートPi1に供給されるポンプ油圧の一部は、第1入力ランドLi1とスリーブ13の間の隙間を介して第1出力ポートPo1に導かれる。また、第1入力ランドLi1と第1ドレンランドLd1の間の油圧の一部は、第1ドレンランドLd1とスリーブ13の間の隙間を介して第1ドレンポートPd1からドレン空間へ排出される。このため、スプール14が左側へスライドするに従って、各隙間における軸方向のシール長が変化して、上述したドレン開口領域iよりさらに第1出力ポートPo1の出力油圧が高まる。
スプール14が左側へ徐々にスライドする従って、第1ノッチN1を介して第1入力ポートPi1と第1出力ポートPo1の連通度合が高まり、上述したオーバラップ領域iiよりさらに第1出力ポートPo1の出力油圧が高まる。
即ち、スプール14が左側へスライドする従って、図4の破線A2に示すように、第1供給経路α1の水力半径が徐々に大きくなり、出力油圧が高まる。換言すると、第1ノッチN1の左方向へのスライドによって、第1供給経路α1の連通度合が大きくなって、第1出力ポートPo1の出力油圧が高まる。
スプール14が左側へ徐々にスライドする従って、第1入力ポートPi1と第1出力ポートPo1の連通度合がさらに高まり、上述したノッチ開口領域iiiよりさらに第1出力ポートPo1の出力油圧が高まる。
即ち、スプール14が左側へスライドする従って、図4の破線A2に示すように、第1供給経路α1の水力半径が徐々に大きくなり、出力油圧が高まる。換言すると、第1入力ランドLi1の左方向へのスライドによって、第1供給経路α1の連通度合が大きくなって、第1出力ポートPo1の出力油圧が高まる。
即ち、スプール14が左側へスライドする従って、図4の破線B1に示すように、第2排出経路β2の水力半径が徐々に小さくなり、出力油圧が高まる。換言すると、第2ドレンランドLd2の左方向へのスライドによって、第2排出経路β2の連通度合が小さくなって、第2出力ポートPo2の出力油圧が高まる。
即ち、スプール14が左側へスライドする従って、図4の破線B2に示すように、第2供給経路α2の水力半径が徐々に大きくなり、出力油圧が高まる。換言すると、第2ノッチN2の左方向へのスライドによって、第2供給経路α2の連通度合が大きくなって、第2出力ポートPo2の出力油圧が高まる。
即ち、スプール14が左側へスライドする従って、図4の破線B2に示すように、第2供給経路α2の水力半径が徐々に大きくなり、出力油圧が高まる。換言すると、第2入力ランドLi2の左方向へのスライドによって、第2供給経路α2の連通度合が大きくなって、第2出力ポートPo2の出力油圧が高まる。
第2出力ポートPo2の出力油圧が大きくなるに従って、フィードバック室FBの油圧が大きくなる。このため、第2入力ランドLi2と第2ドレンランドLd2のランドの面積差に作用する圧力により、スプール14にはリニアソレノイド12から付与される駆動力に抗する右向きの軸力が発生する。これにより、スプール14の変位が調整される。
この場合、スプール14は、「駆動力=バネ力+フィードバック力」で釣り合いがなされる。
AT−ECUは、マイクロコンピュータを用いた周知の制御ユニットであり、周知のデューティ比制御によってリニアソレノイド12へ与える通電量を制御する。即ち、AT−ECUは、各リニアソレノイド12へ与える通電量を制御することによって、各摩擦係合装置2に供給する油圧をコントロールする。
実施形態1のスプール弁11は、上述したように、供給経路が2系統設けられるとともに、排出経路も2系統設けられる。即ち、給排経路が2系統設けられるものであり、第1供給経路α1、第2供給経路α2、第1排出経路β1、第2排出経路β2を備える。具体的に、この実施形態1のスプール弁11は、入力ポートを2個備え、出力ポートを2個備え、ドレンポートを2個備える。
図4(a)は、比較のために掲載する従来技術のスプール弁11である。即ち、供給経路と排出経路が単一のスプール弁11である。
図4(c)の実線D1、実線D2は、供給経路と排出経路が単一のスプール弁11における水力半径の変化を示す。具体的に、実線D1は単一の排出経路における水力半径の変化を示し、実線D2は単一の供給経路における水力半径の変化を示す。
このように設けることで、スプール14の直径を従来技術より小さくできる。
具体的には、リニアソレノイド12を小型化できることにより、自動変速機の小型化の要求に対応できる。あるいは、自動変速機の変速段の多段化が成され、バルブボディ6に搭載される電磁スプール弁1の搭載数が多くなる場合であっても、それぞれのリニアソレノイド12を小型化できるため、より多数の電磁スプール弁1をバルブボディ6に搭載することが可能になる。
図5、図6に基づいて実施形態2を説明する。なお、以下において上記実施形態1と同一符合は同一機能物を示すものである。また、以下では、実施形態1に対する変更箇所のみを開示するものであり、実施形態2において説明していない箇所については先行して説明した形態を採用するものである。
この実施形態2のスプール弁11は、上記実施形態1と同様、給排経路を2系統備える。即ち、供給経路を2系統備えるとともに、排出経路を2系統備える。具体的には、第1供給経路α1、第1排出経路β1、第2供給経路α2、第2排出経路β2を備える。
具体的に、この実施形態2では、第1供給経路α1の入力ポートと、第2供給経路α2の入力ポートが共通に設けられる。以下では、この共通の入力ポートを共通入力ポートPiと称して説明する。
さらにこの実施形態2では、2系統設けた供給経路の一方と、2系統設けた排出経路の一方が、フィードバック室FBを通る構成を採用する。
具体的な一例として、この実施形態2では、図5に示すように、第2出力ポートPo2が実施形態1で示したフィードバックポートPfbを兼ねるものであり、第2供給経路α2と第2排出経路β2の両方がフィードバック室FBを通る構成を採用する。
また、第1ドレンポートPd1より右側に形成される径方向の貫通孔23は、呼吸孔である。
第2ドレンランドLd2は、隣接する第2入力ランドLi2よりやや小径に設けられる。
第2ドレンランドLd2の左側には、第2ドレンランドLd2と同径のバネ座ランドLxが設けられる。
共通入力ポートPiと第1入力ランドLi1の位置関係、および第1ドレンポートPd1と第1ドレンランドLd1の位置関係は、ノーマリクローズタイプが達成されるように設定される。
共通入力ポートPiと第2入力ランドLi2の位置関係、および第2ドレンポートPd2と第2ドレンランドLd2の位置関係は、ノーマリクローズタイプが達成されるように設定される。
スプリング15の右端は、バネ座ランドLxに設けた凹部の底面に着座する。
スプリング15の左端は、スリーブ13の左端に螺合された調整スクリュ24に着座する。具体的にスプリング15の左端は、調整スクリュ24に設けた凹部の底面に着座する。スプリング15は、調整スクリュ24とバネ座ランドLxの間のバネ室22において圧縮された状態で配置される。
リニアソレノイド12は、周知構造のものであり、通電量に応じた磁力を発生するコイル25、磁束ループを形成するステータ26およびヨーク27、コイル25の発生磁力によって左方へ駆動されるプランジャ28等を備えて構成される。
この実施形態2のスプール弁11は、入力ポートの数が実施形態1より少ない。また、この実施形態2のスプール弁11は、第2出力ポートPo2が実施形態1で示したフィードバックポートPfbを兼ねる。
このため、スプール弁11の軸方向寸法を実施形態1に比較して短縮することができる。
この実施形態2では、スプール14の直径を従来技術と略同じに設ける場合、スプール14のストローク範囲を短縮できる。
このため、スプール14のストロークが小さくても、水力半径の変化が大きくなる。
これにより、リニアソレノイド12の出力ストロークの短縮化を図ることができ、リニアソレノイド12の小型化が可能になる。そして、リニアソレノイド12を小型化できるため、実施形態1と同様、電磁スプール弁1の搭載性を向上できる。
図7に基づいて実施形態3を説明する。
この実施形態3の電磁スプール弁1は、リニアソレノイド12の通電停止時に出力油圧が最大になり、リニアソレノイド12に付与する駆動電流の増加に伴い出力油圧が下降するノーマリオープンタイプを採用する。
また、実施形態3のスプール弁11は、上記実施形態2と同様、入力ポートを1個備え、出力ポートを2個備え、ドレンポートを2個備える。
さらにこの実施形態3では、上記実施形態2と同様、2系統設けた供給経路の一方と、2系統設けた排出経路の一方が、フィードバック室FBを通る構成を採用する。
具体的な一例として、この実施形態3では、図7に示すように、第1出力ポートPo1が実施形態1で示したフィードバックポートPfbを兼ねるものであり、第1供給経路α1と第1排出経路β1の両方がフィードバック室FBを通る構成を採用する。
第1ドレンランドLd1は、隣接する第1入力ランドLi1よりやや小径に設けられる。
第1ドレンランドLd1の右隣りには、第1ドレンランドLd1と同径の区画ランドLyが設けられる。
共通入力ポートPiと第2入力ランドLi2の位置関係、および第2ドレンポートPd2と第2ドレンランドLd2の位置関係は、ノーマリオープンタイプが達成されるように設定される。
ノーマリオープンタイプの電磁スプール弁1に本発明を適用しても、上記実施形態1または上記実施形態2と同様の効果を得ることができる。
図7に基づいて実施形態4を説明する。なお、この実施形態4におけるスプール弁11の基本構造は、上述した実施形態2のスプール弁11と同じであり、実施形態2のスプール14の一部を変更した構造を採用する。以下では、変更点を説明する。
この実施形態4のスプール14には、実施形態1で示したノッチが存在しない。
第2供給経路α2が第2入力ランドLi2によって閉じられた状態から開かれた状態に切り替わるスプール14の軸方向位置を第2開弁位置x2とする。
第1排出経路β1が第1ドレンランドLd1によって開かれた状態から閉じられた状態に切り替わるスプール14の軸方向位置を第1閉弁位置y1とする。
第2排出経路β2が第2ドレンランドLd2によって開かれた状態から閉じられた状態に切り替わるスプール14の軸方向位置を第2閉弁位置y2とする。
一方、第2開弁位置x2は、図8(b)の実線B2に示すように、供給開口領域ivを狭くし、逆にオーバラップ領域iiを広くするように、第1開弁位置x1より左側に設定される。
このように、第1位置x1から第2開弁位置x2に至るスプール14のストローク範囲を、上述した実施形態1におけるノッチ開口領域iiiと同等にできる。
実施形態4のスプール弁11は、スプール14にノッチを設けていないが、実線C2に示すように、ノッチを設けた場合と同等の水力半径の変化を得ることができる。
このように、スプール14にノッチを設けないため、スプール14の加工を簡素化することができる。
また、この実施形態4の技術を上述した実施形態1や実施形態3に適用しても良い。
上記の実施形態では、供給経路を2系統備えるとともに、排出経路を2系統備える例を示したが、限定するものではない。具体的な一例を開示すると、供給経路を3系統以上設けても良い。あるいは、排出経路を3系統以上設けても良い。
また、他の形態としては、供給経路を複数系統設けて、排出経路を単一系統にしても良い。あるいは、供給経路を単一系にして、排出経路を複数系統設けても良い。
Claims (10)
- 内部に筒状の空間(13a)が設けられるバルブハウジング(13)を有するとともに、前記空間内において軸方向へ摺動自在に支持されるスプール(14)を有し、このスプールの軸方向の位置に応じた出力油圧を発生するスプール弁(11)と、
前記スプールを軸方向の一方へ向けて付勢するスプリング(15)と、
このスプリングの付勢力に抗して前記スプールを駆動するリニアソレノイド(12)とを備え、
出力油圧の上昇に応じた軸力を前記スプールに付与するフィードバック室(FB)が前記スプール弁に設けられる電磁スプール弁(1)において、
前記バルブハウジングは、加圧された油圧の供給を受ける入力ポート(Pi、Pi1、Pi2)と、前記スプールの軸方向位置に応じた出力油圧を発生する出力ポート(Po1、Po2)と、外部へオイルを排出するドレンポート(Pd1、Pd2)とを備え、
前記スプール弁において前記入力ポートから前記出力ポートへ向かうオイルの流れ経路を供給経路(α1、α2)とし、前記スプール弁において前記出力ポートから前記ドレンポートへ向かうオイルの流れ経路を排出経路(β1、β2)とした場合、前記スプール弁は、前記供給経路または前記排出経路の少なくとも一方を複数備えることを特徴とする電磁スプール弁。 - 請求項1に記載の電磁スプール弁において、
前記スプール弁は、前記供給経路を2系統備えるとともに、前記排出経路を2系統備えることを特徴とする電磁スプール弁。 - 請求項2に記載の電磁スプール弁において、
前記バルブハウジングは、前記入力ポートを2個備え、前記出力ポートを2個備え、前記ドレンポートを2個備えることを特徴とする電磁スプール弁。 - 請求項2に記載の電磁スプール弁において、
前記バルブハウジングは、前記入力ポートを1個備え、前記出力ポートを2個備え、前記ドレンポートを2個備えることを特徴とする電磁スプール弁。 - 請求項2〜4のいずれか1つに記載の電磁スプール弁において、
2系統設けた前記供給経路の一方と2系統設けた前記排出経路の一方は、前記フィードバック室を通ることを特徴とする電磁スプール弁。 - 請求項3に記載の電磁スプール弁において、
当該電磁スプール弁は、前記リニアソレノイドの通電停止時に出力油圧が最小になるノーマリクローズタイプであり、
2個の入力ポートの一方を第1入力ポート、他方を第2入力ポートと定義し、
2個の出力ポートの一方を第1出力ポート、他方を第2出力ポートと定義し、
2個のドレンポートの一方を第1ドレンポート、他方を第2ドレンポートと定義し、
2系統設けた前記供給経路の一方を第1供給経路、他方を第2供給経路と定義し、
2系統設けた前記排出経路の一方を第1排出経路、他方を第2排出経路と定義し、
前記スプールは、前記第1供給経路の開閉および連通度合の調整を行う第1入力ランド(Li1)と、前記第1排出経路の開閉および連通度合の調整を行う第1ドレンランド(Ld1)と、前記第2供給経路の開閉および連通度合の調整を行う第2入力ランド(Li2)と、前記第2排出経路の開閉および連通度合の調整を行う第2ドレンランド(Ld2)とを備え、
前記バルブハウジングに対する前記スプールの移動方向を左右方向と定義し、この左右方向のうちで前記リニアソレノイドに近い側と右と定義し、その反対側を左と定義した場合、
前記バルブハウジングには、右側から左側に向かって、前記第1ドレンポート、前記第1出力ポート、前記第1入力ポート、前記第2ドレンポート、前記第2出力ポート、前記第1入力ポートが配置され、
前記スプールには、右側から左側に向かって、前記第1ドレンランド、前記第1入力ランド、前記第2ドレンランド、前記第2入力ランドが配置されることを特徴とする電磁スプール弁。 - 請求項4に記載の電磁スプール弁において、
当該電磁スプール弁は、前記リニアソレノイドの通電停止時に出力油圧が最小になるノーマリクローズタイプ、あるいは前記リニアソレノイドの通電停止時に出力油圧が最大になるノーマリオープンタイプであり、
2個の出力ポートの一方を第1出力ポート、他方を第2出力ポートと定義し、
2個のドレンポートの一方を第1ドレンポート、他方を第2ドレンポートと定義し、
2系統設けた前記供給経路の一方を第1供給経路、他方を第2供給経路と定義し、
2系統設けた前記排出経路の一方を第1排出経路、他方を第2排出経路と定義し、
前記スプールは、前記第1供給経路の開閉および連通度合の調整を行う第1入力ランドと、前記第2供給経路の開閉および連通度合の調整を行う第2入力ランドと、前記第1排出経路の開閉および連通度合の調整を行う第1ドレンランドと、前記第2排出経路の開閉および連通度合の調整を行う第2ドレンランドとを備え、
前記バルブハウジングに対する前記スプールの移動方向を左右方向と定義し、この左右方向のうちで前記リニアソレノイドに近い側と右と定義し、その反対側を左と定義した場合、
前記バルブハウジングには、右側から左側に向かって、前記第1ドレンポート、前記第1出力ポート、前記入力ポート、前記第2出力ポート、前記第2ドレンポートが配置され、
前記スプールには、右側から左側に向かって、前記第1ドレンランド、前記第1入力ランド、前記第2入力ランド、前記第2ドレンランドが配置されることを特徴とする電磁スプール弁。 - 請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の電磁スプール弁において、
前記スプール弁は、前記供給経路を2系統備えるものであり、2系統設けた前記供給経路の一方を第1供給経路、他方を第2供給経路と定義した場合、
前記第1供給経路が閉じられた状態から開かれた状態に切り替わる前記スプールの軸方向位置(x1)は、前記第2供給経路が閉じられた状態から開かれた状態に切り替わる前記スプール14の軸方向位置(x2)とは異なる位置に設けられる、
あるいは、前記スプール弁は、前記排出経路を2系統備えるものであり、2系統設けた前記排出経路の一方を第1排出経路、他方を第2排出経路と定義した場合、
前記第1排出経路が閉じられた状態から開かれた状態に切り替わる前記スプールの軸方向位置(y1)は、前記第2排出経路が閉じられた状態から開かれた状態に切り替わる前記スプールの軸方向位置(y2)とは異なる位置に設けられることを特徴とする電磁スプール弁。 - 請求項1〜請求項8のいずれか1つに記載の電磁スプール弁において、
当該電磁スプール弁は、自動車の自動変速機の内部に搭載される油圧制御部(5)に設けられることを特徴とする電磁スプール弁。 - 請求項1〜請求項9のいずれか1つに記載の電磁スプール弁において、
前記バルブハウジングは、円筒形状を呈するスリーブであることを特徴とする電磁スプール弁。
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