JP2021519400A - 流体ダクト - Google Patents

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Abstract

本明細書に提供されるのは、ダクトチャネルを取り囲む管状底壁(11)と、管状底壁(11)のセクションに沿って形成された少なくとも1つのベローズ(10)と、を含む、流体ダクト(2)である。ベローズ(10)は、底壁(11)から半径方向に突出したプロファイル部(14)を有する複数の回旋部(12)を含む。少なくとも1つの回旋部(12)は、回旋部(12)の第1端部(22a)から第2端部(22b)までが180°〜720°の巻回角度Ωでダクトチャネルに巻回され、前記第2端部(22b)は第1端部(22a)から、ダクトチャネルの中心線Cに平行な流れの方向Fに、非ゼロオフセット距離Dだけオフセットしている。

Description

本発明は、可撓性流体ダクトに関する。本発明は、特に、ポリマー材料で作製された又はポリマー材料を含む流体ダクトに関する。流体ダクトは、例えば、自動車用途で使用されてもよい。
自動車用途で使用するための流体ダクトは、エアダクトとして空気を流すために、液体又は気体燃料及び他の物質を流すために使用され得る。ある用途では、ダクトは、200°Cを超え得る温度に耐えるべきであり、管内の相対圧力は最大3バールになる可能性がある。
自動車用途の可撓性ブロー成形ポリマー管については、欧州特許第1295062号明細書に記載されている。可撓性管は、管にいくらかの曲げ可撓性を与えるためにベローズを含む。曲げ可撓性によって、熱負荷及び機械的負荷により管、及び管端部とモータ構成要素との結合部にかかる応力が軽減される。しかしながら、高い曲げ可撓性を提供するベローズは、管に流れの方向の可撓性も導入する。例えば、ターボチャージャーからのガス流用にエンジンコンパートメント内で使用されるダクトで見られるような高温高圧下では、可撓性管のベローズの伸びに関連する課題が増大する。これらの課題を克服するために、従来のベローズは、例えば、管を完全には取り囲まない回旋部を設けることによって又は管を流れの方向に補強する、流れの方向に延びるリブを成形することによって、流れの方向に実質的に剛性のセクションを備える。しかしながら、このような対策は、曲げ可撓性が最大となる平面のいずれかの側の方向の曲げ可撓性を低下させる。エンジンコンパートメント内に見られるダクトに作用する様々な熱的力及び機械的力のせいで、管の可撓性が最大可撓性の平面から逸脱して減少すると、破壊、脱離、又は永久ひずみにつながるおそれのある応力を可撓性管内又は結合端部に生じさせる可能性がある。更に、管剛化部分に起因する平面逸脱曲げ可撓性(out−of−plane bending flexibility)の減少はまた、概して、全体的なダクトの剛性を増加させ、したがって、相補的な結合要素へのその組み付けをより困難にする。例えば、エンジンコンパートメントにおけるダクトの組み付け及び取り外しの容易さも別の重要な要素である。
コスト、設計、レイアウト、及び重量の理由から、流体ダクトは、典型的には、ブロー成形ポリマー材料で作製されている。このような場合には、可撓性管、特にベローズはまた、特に型穴からのブロー成形構成要素の簡単な離型を可能にするブロー成形型穴内で容易に成形されるように構成されていなければならない。このことは、ベローズ、特に回旋部及び剛化セクションの形状及び位置の特定の制約につながる。
上記に鑑み、本発明の目的は、コスト効果的に製造され、流れの方向における剛性と曲げ可撓性の高い複合因子(high combined factor)を有する流体ダクトを提供することである。
広範囲の角度における高い曲げ可撓性を有する流体ダクトを提供すると有利である。
ブロー成形ポリマー材料から作製され得る流体ダクトを提供すると有利である。
可変性の(versatile)形状を備えて作製することができ、コンパクト且つ頑丈な流体ダクトを提供すると有利である。
構成要素に取り付け中の組付力(assembly forces)を減少させ、使用中の、結合端部上及びダクト内における応力を減少させる流体ダクトを提供すると有利である。
永久ひずみなく約2〜4バールの相対圧力及び最大250℃の温度に耐えることができる主にポリマー材料で作製された又はこれを含む流体ダクトを提供すると有利である。
頑丈且つ耐久性がありながらも組み付けが簡単なガスダクトを提供することが有利であろう。
本発明の1つ以上の目的は、請求項1に記載の流体ダクトを提供することにより達成される。
本明細書に開示されるのは、ダクトチャネルを取り囲む管状底壁と、管状底壁のセクションに沿って形成された少なくとも1つのベローズであって、底壁から半径方向に突出したプロファイル部を有する複数の回旋部を含む、ベローズと、を含む、流体ダクトである。前記複数の回旋部の1つ以上又は全てはそれぞれ、第1端部から第2端部までが180°〜720°でダクトチャネルに巻回され、前記第2端部は第1端部から、ダクトチャネルの中心線(C)に平行な流れの方向(F)に、非ゼロオフセット距離(D)だけオフセットしている。
有利な実施形態では、流体ダクトは、ベローズのない少なくとも1つの非ベローズ管部によって相互接続された少なくとも2つのベローズを有する複数のベローズを含む。
有利な実施形態では、流体ダクトは、180°〜360°の巻回角度(Ω)で管状セクションに巻回された回旋部を含む少なくとも1つのベローズを含み、前記回旋部は、対の回旋部がダクトチャネルに反対の巻き方向で巻回されるように交互配置された回旋部の対で配置されている。
一実施形態では、巻回角度(Ω)は、200°〜340°の範囲内である。
有利な実施形態では、回旋部の交互配置対を含む前記少なくとも1つのベローズは、流体ダクトの直線又は略直線セクションにある。
有利な実施形態では、少なくとも1つのベローズは、360°〜720°の巻回角度でダクトチャネルに巻回された複数の回旋部を含む。
一実施形態では、巻回角度(Ω)は、380°〜560°の範囲内である。
一実施形態では、ベローズは、流体ダクトの屈曲セクションに設けられており、回旋部は、各回旋部の重なった端部部分が屈曲セクションの外半径上に設けられるように方向付けられている。
有利な実施形態では、前記少なくとも1つのベローズの前記回旋部は、並置された状態で配置されている。
一実施形態では、並置された回旋部の端部は、ベローズの中心線に実質的に平行な仮想線に沿って実質的に整列されている。
一実施形態では、並置された回旋部は、ベローズの中心線を中心に一方を他方に対して回転させた状態で配置されている。
有利な実施形態では、複数の回旋部はそれぞれ、回旋部の主要部分の長さ(major length)のそれぞれ幅(W)及び/又は半径方向高さ(H)よりも小さい軸方向幅(W’)及び/又は半径方向高さ(H’)を有する少なくとも1つの狭くなったテーパを備える。
有利な実施形態では、前記狭くなったテーパは、回旋部の斜めセクションに配置されている。
一実施形態では、狭くなったテーパは、回旋部の端部に隣接して設けられている。
一実施形態では、狭くなったテーパセクションは、回旋部の端部間の中間に設けられている。
有利な実施形態では、複数の前記回旋部のプロファイル部は凸状であり、管状底壁から半径方向外側に突出している。
本発明の一態様によれば、流体ダクトは、自動車のエンジンコンパートメント内の流体ダクトとして使用するためのものである。
有利な実施形態では、流体ダクトは、ブロー成形又は押出成形ポリマー構成要素である。
本発明を特徴付ける新規性の利点及び特徴は、本明細書に添付され、本明細書の一部を成す特許請求の範囲に詳細に記載されている。しかしながら、本発明、その利点、及びその使用により達成される目的をより適切に理解するために、本明細書の更なる部分を成す図面、及び本発明の1つ以上の好適な実施形態を示し、記載する添付の説明事項を参照されたい。
ここで、本発明を例として図示する添付の図面を参照しながら本発明を説明する。
本発明の一実施形態による流体ダクトの一例の斜視図である。 本発明の一実施形態による流体ダクトの一例の斜視図である。 本発明の一実施形態による流体ダクトの別の例の斜視図である。 本発明の一実施形態による流体ダクトの別の例の斜視図である。 本発明の一実施形態による流体ダクトのベローズの斜視図である。 図3Aの実施形態の側面図である。 図3Bの矢印IIICの方向の図である。 図3Cの矢印IIIDの方向の図である。 図3Cのベローズの回旋部の形状を示す。 図3Dのベローズの回旋部の形状を示す。 本発明の一実施形態による流体ダクトのベローズの屈曲セクションの斜視図である。 本発明の一実施形態による流体ダクトのベローズの屈曲セクションの斜視図である。 図4A及び図4Bの実施形態の平面図である。 図4A〜図4Cのベローズの回旋部の形状を示す。 図3Aに類似する、本発明の別の実施形態を示す。 図3Bに類似する、本発明の別の実施形態を示す。 図3Cに類似する、本発明の別の実施形態を示す。 図3Dに類似する、本発明の別の実施形態を示す。 図3Aに類似する、本発明の更に別の実施形態を示す。 図3Bに類似する、本発明の更に別の実施形態を示す。 図3Cに類似する、本発明の更に別の実施形態を示す。 図3Dに類似する、本発明の更に別の実施形態を示す。 図4Aに類似する、本発明の更に別の実施形態を示す。 図4Bに類似する、本発明の更に別の実施形態を示す。 図4Cに類似する、本発明の更に別の実施形態を示す。 図4Dに類似する、本発明の更に別の実施形態を示す。
ここで、図の全体を通して同様の参照番号が対応する構造体を示す図面を参照すると、及び特に、図1Aを参照すると、本発明の実施形態による流体ダクト2は、他の構成要素、例えば自動車の内燃機関内のターボチャージャーのガスフローシステムなどの、例えばガスフローシステムの入口及び出口に結合するための接続端部4a、4bを含む。しかしながら、この流体ダクトは、自動車用途及び非自動車用途の他の流体に使用してもよい。流体ダクトは、直線セクション6及び/又は屈曲セクション8を含んでもよい。図1a〜図2bの流体ダクトの形状は、単なる例示のためであり、流体ダクトは、様々な形状、長さ、直径、屈曲セクション及び直線セクションの数を有してもよく、更に、用途に応じて、機能的又は構造的構成要素を組み込んでもよいと理解される。
流体ダクト2は、その中に、流体の流れを案内するためのダクトチャネルを画定し、少なくとも1つのベローズ10、又は非ベロー部9によって相互接続された複数のベローズ10を含む。非ベローズ部は、例えば、略円筒形管状部を含んでもよい。ベローズ10は、例えば、図2A、図2B、図4A〜図4D、及び図7A〜図7Aに示されるような屈曲ベローズ10”、又は例えば、図2A、図2B、図3A〜図3D、図5A〜図5D、及び図6A〜図6Dに示されるような直線ベローズ10’を含んでもよい。
本発明の実施形態によるベローズ10は、流体ダクトの管状底壁11上に形成された複数の回旋部12を含む。回旋部12及び管状底壁11は、ダクトチャネルに巻回されている。管状底壁11は、図示実施形態に示されるように、円筒形又は実質的に円筒形であってもよいが、別の実施形態では、管状底壁11は、長円形(例えば楕円形)、多角形、又は不規則形状などであるがこれらに限定されない非円筒形形状を有してもよい。
図示される実施形態においては、回旋部12は、回旋部12の巻回方向に直交する断面に見られるように、凸状であり且つ湾曲した又は丸みを帯びたプロファイル部14を含み、例えば、管状底壁11から半径方向外側に直立した略円筒形凸状プロファイル部14を含む。
しかしながら、本発明の範囲内において、ベローズ10の回旋部12は、管状底壁11から半径方向内側に突出した凹状のプロファイル部14を有してもよいことに留意されたい。流体ダクト2の複数のベローズのうちの同じベローズ10又は異なるベローズ内のいずれかに、凸状及び凹状の両方の回旋部12を有するベローズ10を設けることも可能である。
更に、本発明の範囲内において、回旋部のプロファイル部14は、例えば、楕円形、三角形、放物線形であるがこれらに限定されない円筒形以外の形状及び他の様々なプロファイル部を有してもよい。
更に、本発明の範囲内において、ベローズ10の回旋部12、又は流体ダクト2の異なるベローズ10の回旋部12は、本質的に同一の又は異なるプロファイル部14を有してもよい。
図1A〜図2Bに示される実施形態の流体ダクト2は、接続端部4a、4b以外は本質的に一定の管状底壁直径を有する流体ダクトとして示されるが、本発明の範囲内において、管状底壁11はまた、流体ダクト2に沿って変化する直径を有してもよく、また、「Y」字形の流体ダクトセクションに見られるような、互いに結合する追加的なセクションを含んでもよい。
外部構成要素への接続端部4a〜4bの簡単な組立及び結合を可能にするためには全体的な流体ダクト2の可撓性が重要となり得る。自動車用途では、流体ダクト2は、構成要素間の間隔が非常にコンパクトなエンジンコンパートメント内に配置されることが多く、流体ダクト2の組立及び分解のためのアクセスが困難である。ダクトの中心線Cを中心とした広範囲の回転角度における流体ダクト2の全体的な可撓性が重要である。例えば図1A、図1B、及び図2A、図2Bの実施形態に示されるような複数のベローズ10を備える流体ダクト2においては、複数のベローズ10のそれぞれが結合端部4a、4b間の流体ダクト2の全体的な曲げ可撓性に寄与する。ベローズ10のそれぞれが中心線Cを中心とした異なる回転角度に大きな曲げ可撓性を有する場合、流体ダクト2の全体的な可撓性も向上する。
本発明によれば、ベローズ10の回旋部12は、互いに接続されていない第1端部22aから第2端部22bまで延びるという意味で不連続的であり、これにより、回旋部12は、ダクトチャネルに180°〜720°の角度Ωで巻回される略螺旋形状を有し、第1端部22aと第2端部22bは、流れの方向Fに非ゼロの軸方向オフセットDだけオフセットしている。例えば、図3Cを参照。本明細書に定義される巻回角度Ωは、その角度の平面投影として測定される。
複数の回旋部12それぞれの略螺旋形状及び180°〜720°の巻回角度Ωは、有利には、中心線Cを中心とした広範囲の角度における大きな曲げ可撓性を提供するが、連続した隣接する回旋部12間の管底壁11の連続的な経路のおかげで、(中心線Cに平行な)流れの方向Fにおける伸びに対する高い剛性を確保する。各回旋部12は不連続なため、流れの方向Fにおける回旋部12の伸びは、相互接合する管状底壁部11によって制限される。
図3A〜図3F、図5A〜図5D、及び図6A〜図6Dに示されるようなある実施形態では、各回旋部12は、180°超且つ360°未満、好ましくは200°〜340°の範囲内の角度Ωでダクトチャネルに巻回される。回旋部は、交互配置対12’、12”で配置され、それにより、対の隣接する回旋部は、図3E及び図3Fに最も良く示されるとおり、2つの回旋部12’、12”が交互配置されるように、反対の角度を有する(すなわち、反対方向に巻く)略螺旋形状を有する。
図4A〜図4D及び図7A〜図7Dに示されるベローズ10の実施形態では、回旋部12は、端部部分23a、23bが管壁11の周囲上で互いに重なるように、360°超且つ600°未満の角度Ωでダクトチャネルに巻回されている。各回旋部12は、好ましくは380°〜560°の範囲内の巻回角度Ωを有する。これらの図に示されるベローズ10は、湾曲した流体ダクト2上に設けられて、屈曲部を形成しており、回旋部12の重なったセクション23a、23bは、管底壁11の外半径R上に設けられている。
360°未満の角度Ωでダクトチャネルに巻回された回旋部12の交互配置対は、管の直線又は略直線セクションに特に良く適応し、その一方で、360°超の角度Ωで管に巻回された回旋部12を有するベローズ10は、流体ダクト2の屈曲セクションに良く適応する。しかし、両回旋部の変形形態は、屈曲セクション又は直線セクションに用いてもよく、中心線Cを中心とした広い回転角度における曲げ可撓性の向上及び中心線Cに実質的に平行な流れの方向Fの伸びに対する高い剛性という本発明による利点を提供する。
図3A〜図3D、図4A〜図4D、及び図5A〜図5Dの実施形態において、並びに図3Cの詳細で示されるように、各回旋部12のプロファイル部14は、管底壁11から実質的に一定の半径方向高さHと実質的に一定の軸方向幅Wとを有する。軸方向オフセットDを設けるために、回旋部12は、1つ以上のS字形湾曲部25を備えてもよい。回旋部12の残りのセクションは、中心線Cに実質的に直交する平面内に延びてもよい、又はS字形屈曲部25の曲率を低減若しくは排除するために、中心線Cに直交する平面に対してわずかな角度を成して傾斜してもよい。
ある変形形態では、S字形屈曲部25は、例えば図6Cに示すように、狭いテーパしたセクション16を備えてもよい。狭いテーパしたセクション16は、回旋部12の他の部分の軸方向幅Wよりも小さな軸方向幅W’、及び/又は例えば図6Dに示すように、回旋部12の他の部分の半径方向高さHよりも小さな半径方向高さH’を有する。これにより、流れの方向Fの伸びを阻止する又は低減するわずかにより高い剛性を提供し、また、回旋部12の重なった端部部分23a、23b間の軸方向オフセットDの低減を可能にする。軸方向オフセットDは、例えば、図4Dに示されるようなものである。したがって、この変形形態では、伸び剛性を大幅に低下させることなく曲げ可撓性を増加させるために、隣接する回旋部12のよりコンパクトな配置を提供することができる。
ベローズセクション10において、隣接する回旋部12の端部22a、22bは、例えば、実施形態6A〜6C及び実施形態3A〜3Dに示されるように、中心線Cに平行な方向に互いに実質的に整列されてもよい。図5A〜図5Dに示されるような変形形態では、回旋部12は、ダクトチャネルに巻き付く(すなわち巻かれる)仮想線と端部22a、22bが整列するように、中心線Cを中心に互いに対して回転している。連続する回旋部12の回転は、有利には、回旋部12の重なった端部が管状底壁11の外半径R上にとどまるように、流体ダクト2の曲げ角度可撓性(bending angle flexibility)を変更するために及び/又はダクトの2次元若しくは3次元曲げ曲線をとるために使用することができる。
別の有利な実施形態では、流体ダクト2は、ポリマー、好ましくは熱可塑性ポリマー、例えば、ポリアミド、(脂肪族、半芳香族、ブレンド)、ポリエステル(例えば、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、コポリエステル、コポリエーテルエステル、ブレンド)、ポリアセタール、ポリオレフィン(例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン)、熱可塑性加硫物、並びにこれらのいずれかの混合物及びブレンドで作られている。エチレンプロピレンジエンエラストマー(EPDM)及びアクリレートゴムなどのゴムも使用してよい。エアダクトは、例えば、ブロー成形若しくは他の成形、射出成形、又は押出成形(例えば、コルゲート押出成形)を含むがこれらに限定されない任意の適切な製造方法で形成してもよい。流体ダクト2は、均質材料で作製されてもよい、又は例えば繊維強化ポリマーを含む複合材料で作製されてもよい。流体ダクト2は、ポリマー層と共押出された金属層及び/又は織物強化層及び/又はバリア層などの多層共押出複合体(multi−layer coextruded combination)を使用して作製されてもよい。
流体ダクト2は、空気、排気、及び燃料/空気分散体などの気体用の導管として使用されてもよい。流体ダクト2はまた、冷却剤、燃料、トランスミッション液、及びブレーキ液などの液体用に使用されてもよい。
本発明の好ましい実施形態のいくつかを上記に説明し、具体的に例示してきたが、本発明をこのような実施形態に限定することは意図していない。むしろ、本発明の多くの特徴及び利点を本発明の構造及び機能の詳細と共に前述の説明において述べてきたが、本開示は例示的なものに過ぎず、また、添付の特許請求の範囲を表現する用語の広範な一般的意味により示される最大限まで、本発明の原理の範囲内で、細部、特に部品の形状、大きさ及び配置に関して変更を施すことができることは理解されるべきである。
エアフローシステム(例えば自動車の)
流体ダクト 2
(ガスダクト)
接続端部 4a、4b
直線セクション 6
屈曲セクション 8
非ベローズ管部 9
ベローズ 10
屈曲ベローズ 10’
直線ベローズ 10”
管状底壁 11
回旋部(不連続) 12
交互配置された回旋部対 12’、12”
プロファイル部 14
凸状プロファイル部
湾曲プロファイル部
円筒形プロファイル部
狭くなったテーパ 16
端部 22a、22b
軸方向オフセット D
端部部分 23a、23b
回旋部プロファイル部軸方向幅 W
回旋部プロファイル部半径方向高さ H
狭いセクション軸方向幅 W’、半径方向高さ H’
回旋部巻回角度 Ω
中心線 C
流れの方向 F(軸方向)

Claims (15)

  1. ダクトチャネルを取り囲む管状底壁11と、前記管状底壁11のセクションに沿って形成された少なくとも1つのベローズ10であって、前記管状底壁11から半径方向に突出したプロファイル部14を有する複数の回旋部12を含むベローズ10と、を含む、流体ダクト2であり、
    前記複数の回旋部12の少なくとも1つは、第1端部22aから第2端部22bまでが180°〜720°の巻回角度Ωで前記ダクトチャネルに巻回され、前記巻回角度Ωの頂点は中心線Cにあり、前記第2端部22bは前記第1端部から、前記ダクトチャネルの中心線Cに平行な流れの方向Fに、非ゼロオフセット距離Dだけオフセットしていることを特徴とする、
    流体ダクト2。
  2. 複数のベローズ10を含み、少なくとも2つのベローズ10が、少なくとも1つの非ベローズ管部6によって相互接続されている、請求項1に記載の流体ダクト2。
  3. 前記流体ダクトは、180°〜360°の巻回角度Ωで前記管状セクション11に巻回された回旋部12を含む少なくとも1つのベローズ10を含み、前記回旋部12は対で配置され、前記対の前記回旋部12が前記ダクトチャネルに反対の巻き方向で巻回されるように交互配置される、請求項1又は2に記載の流体ダクト。
  4. 前記巻回角度Ωは、200°〜340°の範囲内である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の流体ダクト。
  5. 前記回旋部12の交互配置対を含む前記少なくとも1つのベローズ10は、前記流体ダクト2の直線又は略直線セクション9にある、請求項3又は4のいずれか一項に記載の流体ダクト。
  6. 少なくとも1つのベローズ10は、360°〜720°、又は380°〜560°の巻回角度Ωで前記ダクトチャネルに巻回された複数の回旋部12を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の流体ダクト。
  7. 前記ベローズ10は、前記流体ダクト2の屈曲セクション8に設けられており、前記回旋部12は、各回旋部12の重なった端部部分23a、23bが前記屈曲セクション8の外半径上に設けられるように方向付けられている、請求項5又は6に記載の流体ダクト。
  8. 前記少なくとも1つのベローズ10の前記回旋部12は、並置された状態で設けられている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の流体ダクト。
  9. 前記並置された回旋部12の前記端部22a、22bは、前記ベローズの中心線Cに実質的に平行な仮想線に沿って実質的に整列されている、又は前記並置された回旋部12は、前記ベローズ10の中心線Cを中心に一方を他方に対して回転させた状態で配置されている、請求項8に記載の流体ダクト。
  10. 複数の回旋部12はそれぞれ、軸方向幅W’及び/又は半径方向高さHを有する少なくとも1つの狭くなったテーパ16を備え、この軸方向幅W’及び/又は半径方向高さHは、前記回旋部12の狭くなっていない非テーパ部分のそれぞれ幅W及び/又は半径方向高さHよりも小さい、請求項1〜9のいずれか一項に記載の流体ダクト。
  11. 前記狭くなったテーパ16は、前記回旋部12の斜めセクションに配置されている、又は前記狭くなったテーパ16は、前記回旋部12の前記端部22a、22bに隣接して設けられている、請求項1〜10のいずれか一項に記載の流体ダクト。
  12. 前記狭くなったテーパセクション16は、前記回旋部12の前記端部22aと前記端部22bとの間の中間に設けられている、請求項9〜11のいずれか一項に記載の流体ダクト。
  13. 複数の前記回旋部12の前記プロファイル部14は凸状であり、前記管状底壁11から半径方向外側に突出している、請求項1〜12のいずれか一項に記載の流体ダクト。
  14. 自動車のエンジンコンパートメント内の流体ダクトとして使用するための、請求項1〜13のいずれか一項に記載の流体ダクト。
  15. 前記流体ダクト2は、ブロー成形又は押出成形ポリマー構成要素である、請求項1〜14のいずれか一項に記載の流体ダクト。
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