JP2021143612A - インペラ、ポンプ装置、及びインペラの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ポンプ効率を向上できる、インペラ及びポンプ装置を提供する。【解決手段】インペラは、シュラウド23と羽根23bとを備え、前記シュラウドまたは前記羽根の少なくとも一部の表面に凹凸を有するシボ形状部22cが形成される。【選択図】図4
Description
本発明は、インペラ、ポンプ装置、及びインペラの製造方法に関する。
液体を圧送する手段として、モータと、モータにより駆動されるポンプと、を備えるポンプ装置が知られている。このようなポンプ装置は、内部にポンプ室を有するポンプケーシングを備え、ポンプ室に収容されるインペラをモータにより回転駆動することで、液体を増圧して二次側に圧送する(例えば、特許文献1参照。)。例えばインペラ及びポンプ室を軸方向に複数段備える多段のポンプ装置も知られている。
このようなポンプ装置は摩擦等により損失が生じてポンプ効率が低下する場合がある。そこで、ポンプ効率を向上させることが求められている。
本発明は、ポンプ効率を向上できる、インペラ、ポンプ装置、及びインペラの製造方法を提供することを目的とする。
一形態にかかるインペラは、シュラウドと羽根とを備え、前記シュラウドまたは前記羽根の少なくとも一部の表面に凹凸を有するシボ形状部が形成される。
本発明によればポンプ効率を向上できるインペラ、ポンプ装置、及びインペラの製造方法を提供することが可能となる。
以下、本発明の一実施形態に係るポンプ装置1について、図1乃至図4を用いて説明する。図1は第1実施形態に係るポンプ装置の構成を示す断面図、図2はポンプ装置の一部を示す説明図、図3はインペラの構成を示す断面図、図4はシュラウドベース23の平面図である。なお、説明のため、各図において適宜構成を省略して示している。
図1に示すように、ポンプ装置1は、例えば井戸に配置され、少なくともその一部が井戸内の流体、例えば井戸水、の水面下に位置する多段の深井戸用水中ポンプである。ポンプ装置1は、モータ11と、ポンプ部12と、を備える。
モータ11は例えば水中モータであり、例えば井戸水中に配置される。モータ11は、モータ11は、電気ケーブルを介して外部電源に接続される。
ポンプ部12は、回転軸21と、複数のインペラ22と、複数のインペラ22をそれぞれ収容する複数のポンプ室を構成するポンプケーシング25と、を備える。また、ポンプ部12には、インペラ22とポンプケーシング25との間に配されるライナリングや、回転軸21とポンプケーシング25との間に配される軸受部材が設けられる。
回転軸21は、継手を介してモータ11に接続される。回転軸21はポンプ部12のインペラ22を固定可能に構成されている。回転軸21はポンプ部の軸受部材に軸支される。
インペラ22は、例えばクローズド羽根車であって、流体を通過可能に形成されている。インペラ22は、第1シュラウド23a、第1シュラウド23aの一方側の面に一体に形成された羽根23b、第1シュラウド23aの中心部に一体に形成された円筒状のボス部23c、を一体に備えるシュラウドベース23と、第1シュラウド23aに対向配置される第2シュラウド24と、備える。インペラ22は少なくとも一部又は全部の表面に凹凸を有するシボ状部を有する。
第1シュラウド23aは、例えば樹脂材料から成型により円板状に形成される。第1シュラウド23aは、1枚または複数枚の羽根23b及びボス部23cと一体に構成される。
第1シュラウド23aは第1方向に沿う軸心を有する円板状に構成されている。第1シュラウド23aは、中央側が曲面によってボス部23cに連続する。第1シュラウド23aの少なくとも一方側の表面はシボ加工が施されたシボ形状部22cを有する。本実施形態において、一例として、第1シュラウド23aの流路を形成する一方側の表面のうち羽根23bの表面を除く部位に、シボが形成されている。シボは例えば複数の異なる方向に延出する凹凸を有し、例えば親水性あるいは撥水性を高める表面形状である。
羽根23bは、第1シュラウド23aの一方の主面から一方側に立設している。羽根23bは、その一方の端部が、シュラウド23a、24の中心側に、その他方の端部がシュラウド23a、24の外周縁に配置される。1枚または複数枚の羽根23bは、シュラウド23a、24の中心、すなわちインペラ22の回転中心からの径が各位置で異なる形状、例えば渦巻形状やインボリュート形状に形成されている。羽根23bは、第2シュラウド24の吸込口22aから吸い込まれた水を吐出口へ案内する。なお、羽根23bの詳細な形状はインペラ22が、水を所定のポンプ効率で圧送(移送)可能な形状に適宜設定可能である。
羽根23bの一方側の端面23fは第2シュラウド24の他方側の表面に倣う形状に構成され、第2シュラウド24に溶着される。
ボス部23cは、第1シュラウド23aの中心部に一体に設けられた円筒状部材であり、第1シュラウド23aから軸方向の両側にそれぞれ突出する。ボス部23cの中心部にはモータの回転軸が挿通可能に形成された挿通孔23dが形成されている。この挿通孔23dにモータの回転軸が固定される。
第2シュラウド24は、第1シュラウド23aの一方側に対向配置される。第2シュラウド24は、円環状に形成されている。第2シュラウド24は、中央部が軸方向に沿って延出する筒状に構成され、吸込口となる円形の開口を有する。第2シュラウド24は他方側の表面が、羽根23bの端面23fに溶接されることにより、第1シュラウド23aと接合され、組付けられる。
ポンプケーシング25は、吸込ケーシング26と、複数の中間ケーシング27と、吐出ケーシング28と、を備え、インペラ22を収納する空間である収納部25aを複数段有する。ポンプケーシング25において、下部の吸込ケーシング26と、複数段の中間ケーシング27と、上部の吐出ケーシング28とが積層配置されて組付けられることで、インペラ22を収容する収納部25aが軸方向において複数形成される。
吸込ケーシング26はモータ11の上部に設けられ、ポンプ部12の最下段に接続される。吸込ケーシング26は、円筒状に構成され、ポンプ部12の下部の外郭を構成している。吸込ケーシング26の上部は中間ケーシングに固定されている。吸込ケーシング26にはストレーナが形成されている。
中間ケーシング27は軸方向に複数積層されて配置されている。中間ケーシング27は、側部27aと、軸方向に並ぶ複数のインペラの間に配され、円板状の案内部27bと、を備える。側部27aは例えば円筒状に構成され、インペラの外周を覆う。案内部27bは、例えば円板状に構成されるとともに、流路を形成する複数のガイドベーンを備える。複数の中間ケーシング27は、各インペラの周りに、所定の流路を構成し、複数のポンプ室19を構成する。
吐出ケーシング28は、最上部の中間ケーシング27の上側に組み付けられる。吐出ケーシング28は、インペラ22の二次側で吐出流体が通過する吐出流路を構成している。
ポンプ装置1において、モータ11の回転によりインペラ22が回転することで、各インペラ22は吸込口から流体を吸込み、羽根23bを有する第1シュラウド23aと第2シュラウド24との間に形成される流路に沿って流体を案内し、吐出口から流体を吐出する。インペラの吐出口から流出した流体は、中間ケーシングのガイド部によって二次側に配されるインペラの吸込口に案内され、吐出ケーシングを経て吐出口から排出される。
インペラ22の製造方法は、第1シュラウド23aを有するシュラウドベース23と、第2シュラウド24と、をそれぞれ成形する工程と、成形により構成されたシュラウドベース23及び第2シュラウド24を超音波溶着により接合して組付ける工程と、を備える。
シュラウドベース23の成形工程として、シュラウドベース23の形状に対応する型を用いた樹脂成形により、シュラウドベース23を形成する。具体的には、例えば複数の型パーツを併せて空間を形成した状態で、樹脂材料を注入し、所定の熱処理工程を経て樹脂材料を硬化させ、成形品を離型させる。型の表面の少なくとも一部は、シボを形成する表面形状に構成されている。したがって、成型により、成形品であるシュラウドベース23の表面にシボ加工が施され親水性あるいは撥水性が高く構成される。
一方、第2シュラウド24の成型工程として、第2シュラウド24の形状に対応する型を用いた樹脂成形により、第2シュラウド24を別途形成する。
そして各々個別に形成された第1シュラウド23aと第2シュラウド24とを対向配置させて、超音波溶着により接合することで、インペラ22が完成する。このとき、第1シュラウド23aの一方側に突出する羽根23bの一方側の端面23fが、第2シュラウド24の他方側の表面に対向して当接し、溶着により接合される。
本実施形態にかかるインペラ及びポンプ装置によれば、インペラ22の表面の少なくとも一部にシボ形状部を有し、親水性あるいは撥水性が向上されているため、円板摩擦を抑制し、ポンプ効率を向上させることが可能となる。また、金型101の表面にシボ加工用のシボ形状を形成したことで、成型時にシボ加工ができることから、塗装のように後加工が必要ではないため、コストダウンが可能となり、品質も安定する。さらに、本実施形態においてシボ加工は羽根23bの表面を除く部位に形成したことにより、シボの凹凸が型抜きの妨げになることを回避し、離型しやすい。
[第2実施形態]
以下、本発明の一実施形態に係るインペラ及びインペラの製造方法について、図5乃至図8を用いて説明する。図5は本発明の一実施の形態に係るインペラの構成を示す断面図、図6はシュラウドベースの平面図である。図7及び図8はインペラの製造方法を示す説明図であり、金型の構成を示している。なお、説明のため、各図において適宜構成を省略して示している。
[第2実施形態]
以下、本発明の一実施形態に係るインペラ及びインペラの製造方法について、図5乃至図8を用いて説明する。図5は本発明の一実施の形態に係るインペラの構成を示す断面図、図6はシュラウドベースの平面図である。図7及び図8はインペラの製造方法を示す説明図であり、金型の構成を示している。なお、説明のため、各図において適宜構成を省略して示している。
図5及び図6に示すように、インペラ22は、例えばクローズド羽根車であって、流体を通過可能に形成されている。インペラ22は、第1シュラウド23a、第1シュラウド23aの一方側の面に一体に形成された羽根23b、第1シュラウド23aの中心部に一体に形成された円筒状のボス部23c、を一体に備えるシュラウドベース23と、第1シュラウド23aに対向配置された第2シュラウド24と、備える。
第1シュラウド23aは、例えば樹脂材料から成型により円板状に形成される。第1シュラウド23aは、1枚または複数枚の羽根23b及びボス部23cと一体に構成される。
第1シュラウド23aは第1方向に沿う軸心を有する円板状に構成されている。第1シュラウド23aは、中央側が曲面によってボス部23cに連続する。
羽根23bは、第1シュラウド23aの一方の主面から一方側に立設している。羽根23bは、その一方の端部が、第1シュラウド23aの中心側に、その他方の端部が第1シュラウド23aの外周縁に配置される。1枚または複数枚の羽根23bは、インペラ22の回転中心からの径が各位置で異なる形状、例えば渦巻形状やインボリュート形状に形成されている。羽根23bは、第2シュラウド24の吸込口22aから吸い込まれた水を吐出口22bへ案内する。なお、羽根23bの詳細な形状はインペラ22が、水を所定のポンプ効率で圧送(移送)可能な形状に適宜設定可能である。
本実施形態においては、一例として、羽根23bの表面に、シボ形状部が形成される。シボは例えば親水性あるいは撥水性を高める表面形状である。羽根23bの一方側の端面23fは第2シュラウド24の他方側の表面に倣う形状に構成され、第2シュラウド24に溶着される。
ボス部23cは、第1シュラウド23aの中心部に一体に設けられた円筒状部材であり、第1シュラウド23aから軸方向の両側にそれぞれ突出する。ボス部23cの中心部にはモータの回転軸が挿通可能に形成された挿通孔23dが形成されている。この挿通孔23dにモータの回転軸が固定される。ボス部23cの、軸方向他方側に突出する部位の外周面には、アンダーカットとしての凸部23eが形成されている。凸部23eは、例えばボス部23cの円形の外周縁の全周にわたって一部が径方向に突出する突条である。凸部23eは第1方向に交差する壁面を有し、金型を軸方向に移動する離型する際に成形品を保持する保持部となる。
第2シュラウド24は、第1シュラウド23aの一方側に対向配置される。第2シュラウド24は、円環状に形成されている。第2シュラウド24は、中央部が軸方向に沿って延出する筒状に構成され、吸込口22aとなる円形の開口を有する。第2シュラウド24は他方側の表面が、羽根23bの端面23fに溶接されることにより、第1シュラウド23aと接合され、組付けられる。
インペラ22は、モータの回転により回転することで、吸込口22aから流体を吸込み、羽根23bを有する第1シュラウド23aと第2シュラウド24との間に形成される流路に沿って流体を案内し、吐出口22bから流体を吐出する。
次に、本実施形態にかかるインペラの製造装置及びインペラの製造方法について、図7を参照して説明する。図7は、第1シュラウド23aの成形工程と、溶着工程を示す説明図であり、材料を供給して成形する工程、第1シュラウド23aを第2型から離型した状態、第1型を離型した状態、及び組付けの状態をそれぞれ示す説明図である。
図7に示すように、本実施形態にかかるインペラの製造装置100は、金型101と、材料を供給する供給装置102と、移動装置103と、を備える。
金型101は、第1方向に相対移動する第1型104及び第2型105を備え、第1型104及び第2型105の間にシュラウド凹部106が形成されている。例えば本実施形態において第1型104が可動型、第2型105が固定型である。
シュラウド凹部106は、第1型104と第2型105との間に形成される空隙であり、第1シュラウド23a、羽根23b、及びボス部23cを一体に有するシュラウドベース23の外形に倣う内壁面を有している。
第1型104は、シュラウド凹部106の凸部23eが配される他方側の部位を構成する第1凹部106aを有する。第1凹部106aは、第1方向における一方側に開口する。
第2型105は、第1型104の一方側に対向配置される。第2型105は、シュラウド凹部106の羽根23bが配される一方側の部位を構成する第2凹部106bを有する。第2凹部106bは、他方側に開口する。第2型105には、樹脂材料が供給される流路であるゲート107が形成されている。
ゲート107は第2凹部106bの羽根23bを構成する部位の一方側の底面に連通して設けられている。すなわち、ゲート107は、成形品における羽根23bの一方側の端面23fに設けられている。また、第2型105の、第2凹部106bの表面の少なくとも一部は、シボを形成する表面形状に構成され、成型により、成形品の表面にシボ加工が施され親水性あるいは撥水性が高く構成されている。
供給装置102は、所定のタイミングで成形材料としての樹脂材料を、ゲート107からシュラウド凹部106へ供給する。
移動装置103は、第1型104及び第2型105を軸方向において相対移動させる。具体的には例えば可動型である第1型104を第1方向の他方側に移動させる。また。移動装置103は、所定のタイミング、例えばST3において、複数のパーツ型104a、104bで構成される第1型104を分割して移動させることで、離型する。
次に本実施形態にかかるインペラ22の製造方法について、図7及び図8を参照して説明する。インペラ22の製造方法は、第1シュラウド23aを有するシュラウドベース23と、第2シュラウド24をそれぞれ成形する工程と、成形により構成されたシュラウドベース23及び第2シュラウド24を超音波溶着により接合して組付ける工程と、を備える。図7はシュラウドベース23を成形する工程(ST1〜ST4)を示し、図8は第2シュラウド24を成形する工程(ST5)及び組付工程(ST6)を示す。
シュラウドベース23の成形工程として、図7に示すように、まずST1として、第1型104と第2型105とを対向配置させた状態で、供給装置102により、ゲート107から樹脂材料を注入し、所定の熱処理工程を経て樹脂材料を硬化させる。
続いて、ST2として、移動装置103により、可動型である第1型104を軸方向に移動させて第2型105から離間させる。このとき、ST3として示すように、第1型104側にアンダーカットが有るため、成形品は第1型104側に残り、第2型105側から先に成形品を離型させる。
その後ST4として、成形品である第1シュラウド23aを第1型104から離型させる。具体例として、例えば移動装置103により、複数のパーツ型104a、104bで構成される分割型である第1型104を、パーツ型104a、104b毎に、第1方向に交差する方向、例えば径方向に移動させて分割する。以上により、第1型104から成形品としての第1シュラウド23aが離型する。
一方、ST5に示すように、第2シュラウド24の形状に対応する型111,112を有する金型110用いた樹脂成形により、第2シュラウド24を別途形成する。
そしてST6として、各々個別に形成された第1シュラウド23aと第2シュラウド24とを対向配置させて、超音波溶着により接合することで、図1に示されるインペラ22が完成する。このとき、第1シュラウド23aの一方側に突出する羽根23bの一方側の端面23fが、第2シュラウド24の他方側の表面に対向して当接し、溶着により接合される。
溶着処理により、シュラウドベース23の羽根23bの一方側の端面23fが第2シュラウド24によって覆われ、当該端面23fは流路に露出しない。したがって、シュラウドベース23の成型時にゲート107に繋がる位置にゲート跡が形成されたとしても、流路にはゲート跡による影響が及ばない。
このように構成されたインペラ22、金型101、ポンプ装置1、インペラの製造装置100、及びインペラの製造方法によれば、ボス部23cの羽根23b側とは反対側に突出する部位に、アンダーカットとなる凸部23eを設けたことにより、第1シュラウド23aの羽根23bとは反対側、すなわち第1方向の一方側がアンダーカットによって保持されることで可動型である第1型104に残る。したがって流路を形成する面にエジェクタピンを押しつけて離型する必要がなくなるため、エジェクタピンによって生じる凹凸部分により流路抵抗が増加することを防止できる。また、流路を形成する面にエジェクタピンによる凹凸部分が生じないことから、例えば流体に含まれる鉄分などが凹凸部分に付着して流路を塞ぐことも回避できる。
また、上記実施形態においては、ゲート107を羽根23bの端面23fであって他方側の第2シュラウド24に溶着させる面に設けていることにより、例えば成型時にゲート107の位置にゲート跡が形成されても、流路に露出しないため、流路における抵抗の増加は回避できる。すなわち、凹凸形状として製品に残らない表面位置にゲートを設定することで、流路を形成する壁面における抵抗の増加を抑えることができる。
また、インペラの表面にシボ加工により親水性あるいは撥水性の形状が付加されているため、円盤摩擦を抑制し、ポンプ効率を向上させることが可能となる。又、成型時にシボ加工ができることから、塗装のように後加工が必要ではないため、コストダウンが可能となり、品質も安定する。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記第1実施形態において、シボ加工はシュラウドベース23の表面のうち例えば羽根23bの表面を除く部位に形成したが、これに限られるものではなく、流路を形成する壁面に設けられていればよい。
例えば、第1シュラウド23aの表面に代え、あるいは第1シュラウド23aの表面に加えて、第2シュラウド24の表面にシボ形状部を設けてもよい。例えば第2シュラウド24の、第1シュラウド23aに対向する位置に、シボ形状部22cを形成してもよい。この場合には、第2シュラウド24を成形する型111,112の表面に対応する皺形状を形成することで、上記第1実施形態における第1シュラウド23aと同様にシボ加工を施すことが可能である。
また、シボ形状部22cは羽根23bの表面の全面に設けられてもよいし、一部のみに設けられていてもよい。他の実施形態として図9に示すインペラ22Aは、例えば羽根23bの表面のうち、回転方向一次側の面にシボ形状部22cが設けられる。この場合にもシュラウドベース23を成形する型の表面に、対応する皺形状を形成することで、上記第1実施形態における第1シュラウド23aと同様にシボ加工を施すことが可能である。
他の実施形態として図10に示すシュラウドベース23Bは、第1シュラウド23aのうち、羽根23bの回転方向一次側の位置の一部にのみ、シボ形状部22cが設けられている。
さらに、シボ加工はインペラ22に限られず、ポンプケーシング25の内面側に形成してもよい。例えば他の実施形態として図11に示すポンプ装置1Aにおいては、流路壁面の複数箇所にシボ形状部22cが設けられている。例えばポンプケーシング25を構成する円筒状の側部27aの内壁面や、円板状の案内部27bの表面のいずれか、あるいは複数箇所にそれぞれ設けられている。
また、異なる複数の実施形態を組み合わせてもよく、第1シュラウド23a,第2シュラウド24、羽根23b、ポンプケーシング25、のいずれか2箇所以上に設けられていてもよい。
例えば、上記第2実施形態において、アンダーカットは例えば凸部で構成される例を示したが、これに限られるものではなく、例えば凹部等、他の形状であっても良い。すなわち、羽根が形成された流路側の型を離型する際に、第1シュラウド23aの流路側とは反対側の型に成形品を保持できる形状であれば、上記第2実施形態と同様の効果を奏する。
上記実施形態では多段のポンプ装置を例示ししたが、インペラの数は上記に限られるものではない。例えば単段であってもよい。また、インペラに設けられる羽根の数も何枚であってもよい。また、水中ポンプを例示したが、これに限られるものではなく、種々のポンプ装置に適用可能である。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
1…ポンプ装置、11…モータ、12…ポンプ部、19…ポンプ室、21…回転軸、22…インペラ、22A…インペラ、22a…吸込口、22b…吐出口、22c…シボ形状部、23…シュラウドベース、23a…シュラウド、23b…羽根、23c…ボス部、23d…挿通孔、23e…凸部、23f…端面、24…シュラウド、25…ポンプケーシング、25a…収納部、26…吸込ケーシング、27…中間ケーシング、27a…側部、27b…案内部、28…吐出ケーシング、100…製造装置、101…金型、102…供給装置、103…移動装置、104…第1型、104a…パーツ型、104b…パーツ型、105…第2型、106…シュラウド凹部、106a…第1凹部、106b…第2凹部、107…ゲート、110…金型、111…型、112…型。
Claims (7)
- シュラウド及び羽根を有し、前記シュラウドまたは前記羽根の少なくとも一部の表面に凹凸を有するシボ形状部を有する、インペラ。
- 前記シボ形状部は、前記羽根の回転における一次側の面に配される請求項1に記載のインペラ。
- 前記シボ形状部は、前記シュラウドに配される請求項1に記載のインペラ。
- 前記シュラウドの軸方向一方側に前記羽根が配され、
前記シュラウドの軸方向他方側には、前記軸方向に交差する壁面を有するアンダーカットが設けられる、請求項1に記載のインペラ。 - シュラウド及び羽根を有するインペラと、
前記インペラを収容するポンプ室を構成するポンプケーシングと、を備え、
前記インペラの表面、及び前記ポンプケーシングの内面の少なくともいずれかの少なくとも一部の表面に、凹凸を有するシボ形状部を有する、ポンプ装置。 - 第1型及び第2型を備え、円板状の第1シュラウドと前記第1シュラウドの一方側に配される羽根と、前記第1シュラウドの他方側に配されるとともに軸方向に交差する壁面を有するアンダーカットと、を有し、シュラウドベースの外形に倣うとともに内面に凹凸を有するシュラウド凹部を形成する金型の、前記シュラウド凹部に樹脂材料を供給し、
前記樹脂材料を硬化させた成形品を、前記シュラウド凹部の前記他方側の部位を構成する第1凹部を有する第1型に成形品を保持させた状態で、前記シュラウド凹部の一方側の部位を構成する第2凹部を有する第2型から離型し、
前記第2型を離型した後に前記成形品を前記第1型から離型する、インペラの製造方法。 - 前記第2型は、前記羽根の前記一方側の端面に対向する位置に、樹脂材料が供給されるゲートを有する、請求項6に記載のインペラの製造方法。
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2020041688A Pending JP2021143612A (ja) | 2020-03-11 | 2020-03-11 | インペラ、ポンプ装置、及びインペラの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2021143612A (ja) |
-
2020
- 2020-03-11 JP JP2020041688A patent/JP2021143612A/ja active Pending
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