JP2021158761A - 振動波モータ、およびそれを備える鏡筒駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動量が大きく、小型で剛性が確保できる振動波モータ、およびそれを備える駆動装置を提供すること。【解決手段】振動波モータは、圧電素子と振動板とからなる振動子と、振動子と摩擦接触する摩擦部材と、振動子と摩擦部材とを加圧する加圧手段と、振動子と摩擦部材の相対移動を案内する案内手段とを有し、案内手段は、加圧手段に対して相対的に移動する複数の転動部材と、振動子と摩擦部材の相対移動方向に沿って延在し、複数の転動部材をガイドするガイド部を含むガイド部材とを備え、ガイド部材は、加圧手段による加圧力の中心位置に対し最も近い転動部材の近傍に前記相対移動方向に沿って延在する補強部を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、振動波モータ、およびそれを備える鏡筒駆動装置に関する。

従来、振動波モータでは、駆動源となる振動子が摩擦部材に対して加圧付勢され、加圧付勢により発生する摩擦力を利用して駆動力が取り出される。取り出された駆動力は案内手段により所望の案内方向へ案内され、振動子と摩擦部材は案内方向へ相対的に駆動される。案内手段は、振動子と摩擦部材の接触摩擦以外の、加圧力に起因する不要な負荷を発生させることのないように転動部材等を備え構成される。案内手段は、案内方向へ延在するガイド部が形成されたガイド部材を有する。駆動量を大きくするためには、ガイド部の案内方向への延在量を増やし、案内手段を大型化しなくてはならない。

特許文献１には、案内手段の大型化を抑えるため、転動部材の間から加圧力の中心が外れない位置関係を保ちながら、ガイド部間の距離を近づける駆動装置が開示されている。

特許第６５６７０２０号公報

しかしながら、特許文献１の駆動装置では、ガイド部材の案内方向への延在量が増加するため、加圧力により部材にかかる曲げモーメントが大きくなり、部材たわみも大きくなってしまう。

また、案内構造間の距離を近づけることで、特定の転動部材が加圧中心に近い位置まで転動可能となり、その位置にて転動部材に対する反力が集中することになる。これにより、転動部材との接触位置でガイド部材が受ける力が強くなり、ガイド部材のたわみも大きくなる。一方、ガイド部材のたわみを抑制するための補強構造により、ユニットが大型化することは好ましくない。

本発明は、駆動量が大きく、小型で剛性が確保できる振動波モータ、およびそれを備える鏡筒駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての振動波モータは、圧電素子と振動板とからなる振動子と、振動子と摩擦接触する摩擦部材と、振動子と摩擦部材とを加圧する加圧手段と、振動子と摩擦部材の相対移動を案内する案内手段とを有し、案内手段は、加圧手段に対して相対的に移動する複数の転動部材と、振動子と摩擦部材の相対移動方向に沿って延在し、複数の転動部材をガイドするガイド部を含むガイド部材とを備え、ガイド部材は、加圧手段による加圧力の中心位置に対し最も近い転動部材の近傍に前記相対移動方向に沿って延在する補強部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、駆動量が大きく、小型で剛性が確保できる振動波モータ、およびそれを備える鏡筒駆動装置を提供することができる。

実施例１の振動波モータが搭載された撮像装置の構成図である。 実施例１の振動波モータの構成図である。 補強部の位置関係を説明する図である。 補強部による剛性の補強を説明する図である。 補強部と被駆動部との位置関係を説明する図である。 実施例２の振動波モータの構成図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施例の振動波モータ３が搭載された駆動装置の一例であるレンズ鏡筒（鏡筒駆動装置）１を備える撮像装置の構成図である。レンズ鏡筒１は略回転対称形であるため、図１では上側半分の構成のみを示している。

レンズ鏡筒１は、本実施例ではカメラ本体２に着脱可能に取り付けられているが、レンズ鏡筒１は、カメラ本体２と一体的に構成されていてもよい。

カメラ本体２内には、撮像素子２ａが設けられている。カメラ本体２のマウント２１１は、レンズ鏡筒１をカメラ本体２に取り付けるためのバヨネット部を有する。

レンズ鏡筒１は、マウント２１１のフランジ部と当接する固定筒２１２を有する。固定筒２１２とマウント２１１とは、不図示のビスにより固定されている。固定筒２１２には、レンズＧ１を保持する前鏡筒２１３とレンズＧ３を保持する後鏡筒２１４とが固定される。

また、レンズ鏡筒１は、レンズＧ２を保持するフォーカスレンズ保持枠２１６を有する。フォーカスレンズ保持枠２１６は、前鏡筒２１３と後鏡筒２１４とに保持されたガイドバー２１７によって直進移動可能に保持されている。フォーカスレンズ保持枠２１６、およびレンズＧ２は、振動波モータ３の駆動に伴い一体となって移動する。すなわち、フォーカスレンズ保持枠２１６、およびレンズＧ２は、振動波モータ３により駆動される被駆動部である。

図２は、本実施例の振動波モータ３の構成図である。図２（ａ）は、振動波モータ３をＹ軸方向から見た図を示している。図２（ｂ）は、振動波モータ３の図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図２（ｃ）は、振動波モータ３の図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

振動子１０４は、弾性を有する振動板１０２と圧電素子１０３とからなる。振動板１０２と圧電素子１０３とは、接着材等により固着されている。圧電素子１０３には、給電するための不図示のフレキシブル基板が固定されている。圧電素子１０３に電圧が印加されると、超音波振動が励振される。

振動子１０４と振動子保持部材１０５とは、接着剤等により固定される。なお、振動子１０４と振動子保持部材１０５との固定方法は、本実施例の方法に限定されない。可動枠部材１０７は、薄板板金１０８を介して振動子保持部材１０５と連結されている。摩擦部材１０１と固定側ガイド部材１１３とは、ネジ等により固定枠部材１１２に固定されている。固定枠部材１１２には、不図示のフランジ部が形成されており、後鏡筒２１４にビス等で固定されている。

バネ（加圧手段）１１０は、４か所において加圧プレート１０９と可動側ガイド部材（ガイド部材）１１５とを連結し、振動子１０４を摩擦部材１０１に摩擦接触させる加圧力を付与している。加圧プレート１０９は、弾性部材貼り付け部材１１６と接触し、加圧力を伝達する。弾性部材貼り付け部材１１６と圧電素子１０３との間には、弾性部材１０６が配置されている。弾性部材貼り付け部材１１６、および弾性部材１０６は、圧電素子１０３の損傷を防止するために、加圧プレート１０９と圧電素子１０３との直接接触を妨げる。

可動枠部材１０７と可動側ガイド部材１１５とは、不図示のネジ等で固定される。なお、可動枠部材１０７と可動側ガイド部材１１５との固定方法は、本実施例の方法に限定されない。可動側ガイド部材１１５は、Ｚ軸方向に沿って形成された２つのＶ溝の可動側ガイド部（ガイド部）１１５ａ、およびＺ軸方向へ延在する補強部１１５ｂを備える。また、固定側ガイド部材１１３は、Ｖ溝の固定側ガイド部１１３ａを備える。転動ボール（転動部材）１１４ａ，１１４ｂは、可動側ガイド部１１５ａと固定側ガイド部１１３ａとの間に挟持される。固定側ガイド部材１１３、転動ボール１１４ａ，１１４ｂ、および可動側ガイド部材１１５により、振動子１０４を相対移動方向（本実施例ではＺ軸方向）へ案内する案内手段が構成される。

減衰部材１１７は、摩擦部材１０１と固定側ガイド部材１１３との間に挟持される。減衰部材１１７は、弾性を有し、摩擦部材１０１および固定側ガイド部材１１３に対し弾性反力による付勢力を発生する。これにより、摩擦部材１０１および固定側ガイド部材１１３の部品たわみと摩擦部材１０１の不要振動とを低減することができる。

振動板１０２は、摩擦部材１０１にバネ１１０の加圧力により加圧付勢された状態で接触する接触部を備える。前述したように、圧電素子１０３に電圧が印加されると、超音波振動が励振され、振動子１０４に共振現象が起こる。このとき、振動子１０４には２種の定在波が生じ、振動板１０２の接触部に略楕円運動が発生する。振動板１０２が摩擦部材１０１に加圧接触した状態では、振動板１０２に発生した楕円運動が効率的に摩擦部材１０１に伝達される。その結果、振動子１０４に接続される構成は、Ｚ軸方向へ摩擦部材１０１、固定枠部材１１２、および固定側ガイド部材１１３により構成される固定部材に対して相対移動する。また、可動側ガイド部材１１５に接続されるフォーカスレンズ保持枠２１６、およびレンズＧ２も一体となりＺ軸方向へ移動する。相対移動の距離は、振動波モータ３の駆動距離に相当する。

以下、補強部１１５ｂによる駆動量の大きな振動波モータ３における小型化と剛性確保の両立について説明する。

本実施例では、振動波モータ３の駆動距離を長くするため、可動側ガイド部材１１５がＺ軸方向へ長く延在している。また、可動側ガイド部１１５ａは、振動波モータ３のＺ軸方向の小型化のため、穴形状のＶ溝により構成される。そのため、穴形状もＺ軸方向へ長く延在する。このような構成では、可動側ガイド部材１１５の部材単体としての剛性は低下しやすい。

また、可動側ガイド部材１１５のＺ軸方向への延在を抑えるため、２つの可動側ガイド部１１５ａのＺ軸方向の距離を、転動ボール１１４ａ，１１４ｂがバネ１１０の加圧力の中心位置（加圧中心）を挟む配置になる範囲で短くしている。そのため、一方の転動ボールが加圧中心近傍まで移動可能であり、その位置において加圧反力が集中する。

上述した構成に起因する、可動側ガイド部材１１５の変形を抑制するため、本実施例では可動側ガイド部材１１５に補強部１１５ｂを設けている。

以下、図３を参照して、補強部１１５ｂの位置関係について説明する。図３は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面での振動波モータ３の展開図である。図３（ａ）は、振動子１０４が振動波モータ３の相対移動の中心位置に位置している状態を示している。図３（ｂ）は、振動子１０４が図３（ａ）の状態からＺ軸方向へ相対移動した状態を示している。図３（ｃ）は、振動子１０４が図３（ｂ）の状態からＺ軸方向へ相対移動し、相対移動の移動端に到達した状態を示している。

４個のバネ１１０は、前述したように、加圧プレート１０９と可動側ガイド部材１１５とを連結している。加圧プレート１０９に与えられる加圧力は、摩擦部材１０１に加圧接触するように振動子１０４に作用する。可動側ガイド部材１１５に与えられる加圧力は、転動ボール１１４ａ，１１４ｂを挟み込む形で可動側ガイド部材１１５を固定側ガイド部材１１３に付勢する。可動側ガイド部材１１５は、バネ１１０から加圧力を与えられ、転動ボール１１４ａ，１１４ｂから反力を与えられる。

可動側ガイド部材１１５に与えられる加圧力は、バネ１１０と連結する、可動側ガイド部材１１５に設けられた接続部（伝達部）１１５ｃにおいてかかる４つの矢印ａで示されている。４つの加圧力は、加圧中心における合力として矢印Ａで示されている。

可動側ガイド部材１１５に転動ボール１１４ａ，１１４ｂから与えられる矢印ｂ１，ｂ２で示される反力は、加圧中心からの距離に応じて決まる。図３（ａ）では、転動ボール１１４ａ，１１４ｂは、加圧中心から等しい距離に位置している。このとき、転動ボール１１４ａ，１１４ｂからかかる反力は等しくなる。また、転動ボール１１４ａ，１１４ｂは、可動側ガイド部１１５ａの相対移動方向の中心に位置する。図３（ｂ）では、転動ボール１１４ａの加圧中心からの距離は、転動ボール１１４ｂの加圧中心からの距離より短くなる。このとき、転動ボール１１４ａからかかる反力は、転動ボール１１４ｂからかかる反力より大きくなる。図３（ｃ）では、転動ボール１１４ａの加圧中心からの距離に対する転動ボール１１４ｂの加圧中心からの距離の比率は、図３（ｂ）における比率より大きくなる。

なお、図３では、振動子１０４がＺ軸の正方向へ相対移動した場合を示しているが、Ｚ軸の負方向へ相対移動した場合も同様に加圧中心に対して近い側の転動ボールから相対的に大きな反力がかかる。

以上説明したように、図３（ａ）における転動ボール１１４ａ，１１４ｂの位置から加圧中心側に位置している転動ボールの反力が大きくなる。本実施例では、補強部１１５ｂは、反力が大きくなる転動ボールに対する剛性を補強するために、複数の転動ボールのうち相対移動方向において加圧中心に最も近い転動ボールが配置される可動側ガイド部１１５ａの近傍に配置されている。具体的には、補強部１１５ｂは、相対移動方向において、加圧中心に最も近い転動ボールと重なるように設けられる。

以下、図４を参照して、補強部１１５ｂによる剛性の補強について説明する。図４は、補強部１１５ｂによる剛性の補強を説明する図である。図４では、可動側ガイド部材１１５、可動側ガイド部材１１５に加圧力を与えるバネ１１０、および転動ボール１１４ａ，１１４ｂが示されている。また、図４では、振動子１０４が相対移動の移動端に到達している状態が示されている。

図４（ａ）は、Ｙ軸方向から見た図を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線断面での展開図を示している。

ここで、図４（ｂ）を用いて、可動側ガイド部材１１５にかかる力、および発生するモーメントについて説明する。可動側ガイド部材１１５には、バネ１１０と連結する接続部１１５ｃにおいて、矢印ａで示される加圧力がかかる。また、可動側ガイド部材１１５には、転動ボール１１４ａ，１１４ｂから矢印ｂ１，ｂ２で示される反力がかかる。前述したように、各転動ボールから与えられる反力は、位置に応じて異なる。図４では、転動ボール１１４ａが加圧中心に近いため、転動ボール１１４ａからかかる反力が大きくなる。これにより、可動側ガイド部材１１５には、転動ボール１１４ａとの接触点を支点、接続部１１５ｃを作用点とする矢印ｃで示されるモーメントが発生する。このとき、可動側ガイド部材１１５の部品剛性の低下、および転動ボール１１４ａへの反力の集中により、従来、矢印ｃで示されるモーメントに沿った可動側ガイド部材１１５の変形が起こりやすかった。

本実施例では、補強部１１５ｂにより矢印ｃで示されるモーメントに対する剛性が補強され、可動側ガイド部材１１５の変形を抑制することができる。補強部１１５ｂは相対移動方向において反力が大きい転動ボールと重なるように配置されるため、振動子１０４が相対移動のどの位置にあっても、モーメントの支点と重なる領域の剛性を補強することができる。また、補強部１１５ｂは相対移動方向においてバネ１１０と連結する接続部１１５ｃと重なるように配置されるため、モーメントの作用点と重なる領域の剛性を補強することができる。

ここで、図２に戻り、振動波モータ３の小型化について説明する。図２（ｃ）において、可動側ガイド部材１１５は、Ｙ軸方向において部品が最も重なるユニット寸法を律速する位置に配置されている。補強部１１５ｂは半抜き形状で構成されているため、剛性補強のための構造を部品厚み内に配置できる。また、補強部１１５ｂは、バネ１１０の加圧方向であるＹ軸方向において可動側ガイド部１１５ａと重なるように配置されている。以上の構成により、補強部１１５ｂは、可動側ガイド部材１１５のＹ軸方向の寸法を大型化せず、振動波モータ３のユニットとしてのＹ軸方向の寸法も大型化しない。なお、本実施例では、補強部１１５ｂは半抜き形状で構成されているが、可動側ガイド部材１１５の厚み内に収まり、Ｙ軸方向の寸法を増加させなければ、どのような形状で構成されていても構わない。例えば、絞り形状やノッチ形状で構成されていてもよい。

次に、図５を参照して、補強部１１５ｂと、被駆動部であるフォーカスレンズ保持枠２１６、およびレンズＧ２との位置関係を説明する。図５は、補強部１１５ｂと被駆動部との位置関係を説明する図である。図５（ａ）は、振動波モータ３をＹ軸方向から見た図を示している。図５（ｂ）は、振動波モータ３の図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、被駆動部とともに示している。

前述したように、振動子１０４は、固定側ガイド部材１１３、転動ボール１１４ａ，１１４ｂ、および可動側ガイド部材１１５により構成される案内手段によって相対移動方向へ案内される。また、フォーカスレンズ保持枠２１６、およびレンズＧ２は、ガイドバー２１７によりＺ軸方向へ案内される。ここで、振動波モータ３とフォーカスレンズ保持枠２１６とは、可動側ガイド部材１１５に設けられた接続部１１５ｄにおいてＺ軸方向にガタなく一体となるように接続される。そのため、振動子１０４の相対移動方向への移動に伴って、フォーカスレンズ保持枠２１６、およびレンズＧ２も一体となって移動する。

このとき、接続部１１５ｄには、フォーカスレンズ保持枠２１６、およびレンズＧ２の慣性力がＺ軸方向へ働く。この慣性力により、転動ボール１１４ａ，１１４ｂとの接触位置を支点として、矢印ｄで示されるモーメントが働く。補強部１１５ｂは相対移動方向において接続部１１５ｄと重なるように配置されているため、矢印ｄで示されるモーメントに対する剛性を補強することができる。

また、フォーカスレンズ保持枠２１６は、ガイドバー２１７との間にわずかではあるがＺ軸方向に直交する方向のガタを有する。レンズ鏡筒１の姿勢が変化した場合に、このガタが原因となり、レンズＧ２の光軸が微小に変化することは好ましくない。そのため、ガタが常に一定方向に付勢されるように、図５（ｂ）に示されるように、鏡筒付勢バネ（付勢部）２２０をフォーカスレンズ保持枠２１６と振動子１０４との間に配置してもよい。本実施例では、可動側ガイド部材１１５は、伝達部１１５ｅにおいて鏡筒付勢バネ２２０から付勢力を受けている。これにより、鏡筒付勢バネ２２０による付勢力が、可動側ガイド部材１１５に対してＹ軸方向へ働く。鏡筒付勢バネ２２０の付勢力により、転動ボール１１４ａ，１１４ｂを支点として曲げモーメントが発生する。補強部１１５ｂは相対移動方向において接続部１１５ｅと重なるように配置されているため、曲げモーメントに対する剛性を補強することができる。

以上説明したように、本実施例の構成によれば、駆動量が大きく、小型で剛性が確保できる振動波モータを実現することができる。

図６は、本実施例の振動波モータ３の構成図である。図６（ａ）は、振動波モータ３をＹ軸方向から見た図を示している。図６（ｂ）は、振動波モータ３の図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図６（ｃ）は、振動波モータ３の図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。本実施例では実施例１との差異のみを説明し、共通する構成については説明を省く。

本実施例では、可動側ガイド部材１１５は、３つのＶ溝の可動側ガイド部（ガイド部）１１５ａを備える。また、固定側ガイド部材１１３は、１つのＶ溝および１つの平面からなる固定側ガイド部１１３ａを備える。転動ボール（転動部材）１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃは、可動側ガイド部１１５ａと固定側ガイド部１１３ａとの間に挟持される。固定側ガイド部材１１３、転動ボール１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ、および可動側ガイド部材１１５により、振動子１０４を相対移動方向（本実施例ではＺ軸方向）へ案内する案内手段が構成される。

実施例１では、２つの転動ボール１１４ａ，１１４ｂが設けられているだけであるため、振動子１０４のＺ軸回りの姿勢はフォーカスレンズ保持枠２１６と接続することで決定される。一方、本実施例では、３つの転動ボール１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃが設けられているため、振動子１０４のＺ軸回りの姿勢はフォーカスレンズ保持枠２１６と接続することなく決定される。

本実施例では、転動ボール１１４ａが常にバネ１１０による加圧力の加圧中心に最も近く、転動ボール１１４ａからの反力が最も大きくなる。そこで、本実施例では、可動側ガイド部材１１５に設けられた補強部１１５ｂは、加圧中心に最も近い転動ボール１１４ａが配置される可動側ガイド部１１５ａの近傍に配置されている。具体的には、補強部１１５ｂは、相対移動方向において、転動ボール１１４ａと重なるように配置されている。本実施例では、可動側ガイド部材１１５に設けられているバネ１１０と連結する接続部１１５ｃは、転動ボール１１４ａが配置される可動側ガイド部１１５ａより加圧中心から離れて配置される。そのため、補強部１１５ｂは、Ｚ軸方向において接続部１１５ｃと重なるように配置されている。

ここで、本実施例では、バネ１１０の加圧力の加圧中心と可動側ガイド部１１５ａがＸ軸方向において等間隔で配置されている。このとき、バネ１１０の加圧力に対する転動ボール１１４ａからの反力は常に、他の転動ボールからの反力に比べて大きくなる。一方、バネ１１０の加圧力の加圧中心と可動側ガイド部１１５ａがＸ軸方向において等間隔で配置されていない場合、バネ１１０の加圧力の加圧中心に最も近い転動ボールは転動ボール１１４ａではない可能性がある。この場合でも、補強部１１５ｂを最も反力が大きい転動ボールが配置される可動側ガイド部１１５ａの近傍に、相対移動方向において最も反力が大きい転動ボールと重なるように配置すればよい。

以上説明したように、本実施例の構成によれば、駆動量が大きく、小型で剛性が確保できる振動波モータを実現することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

３ 振動波モータ
１０１ 摩擦部材
１０２ 振動板
１０３ 圧電素子
１０４ 振動子
１１０ バネ（加圧手段）
１１３ 固定側ガイド部材（案内手段）
１１３ａ 固定側ガイド部（案内手段）
１１４ａ，１１４ｂ 転動ボール（案内手段，複数の転動部材）
１１５ 可動側ガイド部材（案内手段、ガイド部材）
１１５ａ 可動側ガイド部（ガイド部）
１１５ｂ 補強部

Claims (7)

1. 圧電素子と振動板とからなる振動子と、
   前記振動子と摩擦接触する摩擦部材と、
   前記振動子と前記摩擦部材とを加圧する加圧手段と、
   前記振動子と前記摩擦部材の相対移動を案内する案内手段とを有し、
   前記案内手段は、前記加圧手段に対して相対的に移動する複数の転動部材と、前記振動子と前記摩擦部材の相対移動方向に沿って延在し、前記複数の転動部材をガイドするガイド部を含むガイド部材とを備え、
   前記ガイド部材は、前記加圧手段による加圧力の中心位置に対し最も近い転動部材の近傍に前記相対移動方向に沿って延在する補強部を備えることを特徴とする振動波モータ。
2. 前記補強部は、前記加圧手段による加圧力の中心位置に最も近い転動部材と重なるように設けられることを特徴とする請求項１に記載の振動波モータ。
3. 前記補強部は、前記加圧手段の加圧方向において、前記ガイド部と重なることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動波モータ。
4. 前記ガイド部材は、前記加圧手段から加圧力を伝達される伝達部を備え、
   前記補強部は、前記相対移動方向において、前記伝達部と重なることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の振動波モータ。
5. 前記ガイド部材は、前記振動子と前記摩擦部材の相対移動に伴って移動する被駆動部と接続される接続部を備え、
   前記補強部は、前記相対移動方向において、前記接続部と重なることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の振動波モータ。
6. 前記ガイド部材は、第１端が前記振動子と前記摩擦部材の相対移動に伴って移動する被駆動部に接続された付勢部からの前記相対移動方向に直交する方向への付勢力を伝達する伝達部を備え、
   前記補強部は、前記相対移動方向において、前記伝達部と重なることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の振動波モータ。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の振動波モータと、
   前記振動波モータにより駆動される被駆動部とを有することを特徴とする鏡筒駆動装置。
   

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