JP2888191B2 - 電気音響変換器 - Google Patents
電気音響変換器Info
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- JP2888191B2 JP2888191B2 JP8106205A JP10620596A JP2888191B2 JP 2888191 B2 JP2888191 B2 JP 2888191B2 JP 8106205 A JP8106205 A JP 8106205A JP 10620596 A JP10620596 A JP 10620596A JP 2888191 B2 JP2888191 B2 JP 2888191B2
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- Japan
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- electroacoustic transducer
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- grooves
- diaphragms
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気音響変換器に
関し、特に遠距離ソーナー（Ｓｏｎａｒ）や海洋資源探
査機等に使用され、超音波の中でも比較的低周波数でか
つ高出力の送出波を有する水中送波器に適用可能な音響
変換器に関する。
関し、特に遠距離ソーナー（Ｓｏｎａｒ）や海洋資源探
査機等に使用され、超音波の中でも比較的低周波数でか
つ高出力の送出波を有する水中送波器に適用可能な音響
変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】水中における低周波数領域の超音波は、
高周波数領域のそれに比較して、伝搬損失が小さいた
め、遠方の目標を補足するために利用され、ソーナーだ
けでなく、海洋資源探査等の分野でも広く応用されてい
る。
高周波数領域のそれに比較して、伝搬損失が小さいた
め、遠方の目標を補足するために利用され、ソーナーだ
けでなく、海洋資源探査等の分野でも広く応用されてい
る。
【０００３】このような分野等で使用されている電気音
響変換器（以下送波器と称す）の構造例が日本音響学会
の「平成４年春季講演論文集」の「３−６−１」等に開
示されている。この型の電気音響変換装置は、図５に斜
視図を示すように、円板形状の圧電振動子２１を凹部に
組み込んだ円板形状の振動体２２と、これと共通形状の
圧電振動子２１’を凹部に組み込んだ共通形状の振動体
２２’とが、振動子２１，２１’を外側に向けるよう
に、リング２５を介して、ボルト２３で締結されてい
る。
響変換器（以下送波器と称す）の構造例が日本音響学会
の「平成４年春季講演論文集」の「３−６−１」等に開
示されている。この型の電気音響変換装置は、図５に斜
視図を示すように、円板形状の圧電振動子２１を凹部に
組み込んだ円板形状の振動体２２と、これと共通形状の
圧電振動子２１’を凹部に組み込んだ共通形状の振動体
２２’とが、振動子２１，２１’を外側に向けるよう
に、リング２５を介して、ボルト２３で締結されてい
る。
【０００４】かかる送波器は、圧電振動子２１，２１’
の径方向の広がりモードを利用しており、これら振動子
を組み込んだ振動体２２，２２’が屈曲モードで動作す
ることにより、超音波を放射する。振動子の径方向広が
りモードを屈曲振動に変換する際に、変位が拡大される
ため、低周波数領域で変換効率の良い単一共振系の送波
器が得られる。
の径方向の広がりモードを利用しており、これら振動子
を組み込んだ振動体２２，２２’が屈曲モードで動作す
ることにより、超音波を放射する。振動子の径方向広が
りモードを屈曲振動に変換する際に、変位が拡大される
ため、低周波数領域で変換効率の良い単一共振系の送波
器が得られる。
【０００５】このような送波器の第１の問題点は、振動
子を組み込んだディスク自体の剛性が高いだけでなく、
振動子２２，２２’が円板形状となっているため、鋭い
共振特性を有し、Ｑの高いものとなっていることであ
る。これは、相異なる二つの周波数を送出できないとい
う欠点や、入力周波数の変動があれば、音波変換効率が
著しく低下するという欠点となる。
子を組み込んだディスク自体の剛性が高いだけでなく、
振動子２２，２２’が円板形状となっているため、鋭い
共振特性を有し、Ｑの高いものとなっていることであ
る。これは、相異なる二つの周波数を送出できないとい
う欠点や、入力周波数の変動があれば、音波変換効率が
著しく低下するという欠点となる。
【０００６】第２の問題点は、２周波数で運用している
ソーナー等の送波器には使用できないことである。この
場合、上述した送波器では、２つ用意しなければならな
いという欠点がある。この欠点を解決するため、通常、
Ｑを低下させた単一共振系の構造により、各々の送信周
波数をカバーするように設計するが、これでは共振周波
数領域が拡大されるため、単一の周波数変換効率が低下
してしまうという新たな問題が生じてしまう。
ソーナー等の送波器には使用できないことである。この
場合、上述した送波器では、２つ用意しなければならな
いという欠点がある。この欠点を解決するため、通常、
Ｑを低下させた単一共振系の構造により、各々の送信周
波数をカバーするように設計するが、これでは共振周波
数領域が拡大されるため、単一の周波数変換効率が低下
してしまうという新たな問題が生じてしまう。
【０００７】因みに、水中送波器ではないが、特開昭５
６−１５２３９９号公報に開示されているようなスピー
カは、振動面板と、一対の電極で挟まれた圧電結晶板と
を備え、前記圧電結晶板で振動せしめられる振動面板の
外周を、滑らかな曲線又は直線を滑らかな曲線で接続し
た形状となし、これら曲線の中心を少なくとも２つ以上
有する。
６−１５２３９９号公報に開示されているようなスピー
カは、振動面板と、一対の電極で挟まれた圧電結晶板と
を備え、前記圧電結晶板で振動せしめられる振動面板の
外周を、滑らかな曲線又は直線を滑らかな曲線で接続し
た形状となし、これら曲線の中心を少なくとも２つ以上
有する。
【０００８】かかる構成は、「トーキング・スピーカ
ー」としての良好な音声周波数特性を追求しているた
め、Ｑを著しく低下させた平坦な周波数特性となってい
る。このため、電気音響変換効率が向上せず、特に特定
の複数の周波数だけを送出する場合には変換効率が著し
く低いため、使用できない。また、水中送波器として使
用するための水負荷条件や高出力条件等に適合せず、こ
のような点は当然のことながら考慮されていない。
ー」としての良好な音声周波数特性を追求しているた
め、Ｑを著しく低下させた平坦な周波数特性となってい
る。このため、電気音響変換効率が向上せず、特に特定
の複数の周波数だけを送出する場合には変換効率が著し
く低いため、使用できない。また、水中送波器として使
用するための水負荷条件や高出力条件等に適合せず、こ
のような点は当然のことながら考慮されていない。
【０００９】また、特開昭６１−２３４６９８号公報に
開示されている超音波送受波器は、振動板の振動面を長
軸方向及び短軸方向を有する異方性平面構造にすること
により直交二軸方向のアンテナ指向特性を互いに異なら
しめている。
開示されている超音波送受波器は、振動板の振動面を長
軸方向及び短軸方向を有する異方性平面構造にすること
により直交二軸方向のアンテナ指向特性を互いに異なら
しめている。
【００１０】かかる構成は、障害物の有無を検出し易い
ように、指向特性を変更しようとする目的であり、水中
送波器としての構成ではなく、また複数の送出周波数を
得る構成ともなっておらず、そのような必要性もない技
術である。
ように、指向特性を変更しようとする目的であり、水中
送波器としての構成ではなく、また複数の送出周波数を
得る構成ともなっておらず、そのような必要性もない技
術である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、電気音響変換効率を低下させず、複数の送出周波数
が使用でき、２周波数で運用しているソーナー・システ
ムに採用でき、水負荷条件を満足する電気音響変換器を
提供することにある。
は、電気音響変換効率を低下させず、複数の送出周波数
が使用でき、２周波数で運用しているソーナー・システ
ムに採用でき、水負荷条件を満足する電気音響変換器を
提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上述課題を解決するた
め、本発明による電気音響変換装置は、所定厚の圧電振
動子又はこの振動子を含む振動板の平面外端が楕円形状
とされるとともに、前記振動板の両主面のうち前記圧電
振動子が固着されていない側の前記楕円の長／短軸を含
む所定幅の領域と前記楕円の円周領域とを除く主面に、
合計４箇所の溝が形成されて成る構成を有する。
め、本発明による電気音響変換装置は、所定厚の圧電振
動子又はこの振動子を含む振動板の平面外端が楕円形状
とされるとともに、前記振動板の両主面のうち前記圧電
振動子が固着されていない側の前記楕円の長／短軸を含
む所定幅の領域と前記楕円の円周領域とを除く主面に、
合計４箇所の溝が形成されて成る構成を有する。
【００１３】ここで、前記合計４箇所の溝のそれぞれ
は、前記長軸と短軸で区切られた領域のそれぞれに形成
されており、また、上記電気音響変換器は、一対の前記
振動板を有し、該一対の振動板は、これら振動板よりも
ヤング率の低いリングを介在させて、互いに固定されて
いる。
は、前記長軸と短軸で区切られた領域のそれぞれに形成
されており、また、上記電気音響変換器は、一対の前記
振動板を有し、該一対の振動板は、これら振動板よりも
ヤング率の低いリングを介在させて、互いに固定されて
いる。
【００１４】また、前記合計４箇所の溝のそれぞれは、
前記長軸と短軸に平行な直線と前記楕円円周に沿う曲面
で規定されている。
前記長軸と短軸に平行な直線と前記楕円円周に沿う曲面
で規定されている。
【００１５】
【００１６】本発明の一実施の形態を示す図１の平面図
を参照する。図１において、この送波器は、楕円形状を
なす圧電振動子１に、更に大きい楕円形状をなす振動板
２が固定され、モールド樹脂４で覆い、水密構造をなし
ている。
を参照する。図１において、この送波器は、楕円形状を
なす圧電振動子１に、更に大きい楕円形状をなす振動板
２が固定され、モールド樹脂４で覆い、水密構造をなし
ている。
【００１７】楕円周は、一定の距離にある２つの焦点か
ら等距離にある点の軌跡であり、圧電振動子１，振動板
２の平面上の外端をなす楕円は、上記等距離の寸法が相
違しているだけで、いずれもこの楕円周となっている。
長径を示す楕円の長軸１０と、短径を示す楕円の短軸１
１と、図示されていない２つの焦点とは、圧電振動子
１，振動板２とも共通することが好ましい。
ら等距離にある点の軌跡であり、圧電振動子１，振動板
２の平面上の外端をなす楕円は、上記等距離の寸法が相
違しているだけで、いずれもこの楕円周となっている。
長径を示す楕円の長軸１０と、短径を示す楕円の短軸１
１と、図示されていない２つの焦点とは、圧電振動子
１，振動板２とも共通することが好ましい。
【００１８】図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図を示す図
２を参照すると、この送波器は、上述した圧電振動子１
及び振動板２と各々共通する楕円形状の圧電振動子１’
及び振動板２’が互いに固定され、更に上下の振動板
２，２’は、所定の間隔をおいてリング５を介して８本
のボルト３で互いに締結されている。ここで、モールド
樹脂４は表面の全体を覆っている。尚、圧電振動子１，
１’に電源を供給するためのケーブルは図示していない
が、これら振動子の上下面に接続されている。
２を参照すると、この送波器は、上述した圧電振動子１
及び振動板２と各々共通する楕円形状の圧電振動子１’
及び振動板２’が互いに固定され、更に上下の振動板
２，２’は、所定の間隔をおいてリング５を介して８本
のボルト３で互いに締結されている。ここで、モールド
樹脂４は表面の全体を覆っている。尚、圧電振動子１，
１’に電源を供給するためのケーブルは図示していない
が、これら振動子の上下面に接続されている。
【００１９】圧電振動子１，１’に電力を供給すること
により径方向広がり振動が励振される。振動板２，２’
は、高張力鋼等の機械的強度の大きな材料からできてお
り、ここには各々凹部が形成され、この凹部に振動子
１，１’を各々嵌入させるとともに、強力接着剤で固着
させており、板状あるいはディスク状の振動体を形成し
ている。
により径方向広がり振動が励振される。振動板２，２’
は、高張力鋼等の機械的強度の大きな材料からできてお
り、ここには各々凹部が形成され、この凹部に振動子
１，１’を各々嵌入させるとともに、強力接着剤で固着
させており、板状あるいはディスク状の振動体を形成し
ている。
【００２０】上述した楕円形状の長／短径比を例えば、
√２（２の平方根）：１とすると、上限周波数は下限周
波数の約２倍となる。振動子１，１’を各々固着した振
動板２，２’からなる板状振動体における振動１，１’
の占める表面積は、静電圧に対してこの振動子１，１’
に引張応力が実質的に加わらないようにするため、６４
％程度に設定することが好ましい。
√２（２の平方根）：１とすると、上限周波数は下限周
波数の約２倍となる。振動子１，１’を各々固着した振
動板２，２’からなる板状振動体における振動１，１’
の占める表面積は、静電圧に対してこの振動子１，１’
に引張応力が実質的に加わらないようにするため、６４
％程度に設定することが好ましい。
【００２１】リング５は、振動板２，２’よりもヤング
率が低く、しかも高強度の材料である繊維強化プラスチ
ックを使用した凹凸型のリングであって、このリング５
を介して振動子１，１’が互いに外側に向くように、ボ
ルト３で振動板２，２’を互いに固定している。
率が低く、しかも高強度の材料である繊維強化プラスチ
ックを使用した凹凸型のリングであって、このリング５
を介して振動子１，１’が互いに外側に向くように、ボ
ルト３で振動板２，２’を互いに固定している。
【００２２】この実施の形態で特徴的な部分の一つは、
振動板２，２’のうち振動子１、１’の固着した側と反
対の主面に４つの溝６が形成されている点である。この
溝６の形状を示す図３の平面図を参照すると、図１の平
面の反対側から見た振動板２には、４つの溝６が形成さ
れている。ここで、短径に沿った幅Ｗ１と長径に沿った
幅Ｗ２との領域と、振動板２の外周領域とを除く主面
に、所定の深さの溝６が４つ形成される。各溝６の外周
７は、上記焦点を共通とした楕円周となっている。
振動板２，２’のうち振動子１、１’の固着した側と反
対の主面に４つの溝６が形成されている点である。この
溝６の形状を示す図３の平面図を参照すると、図１の平
面の反対側から見た振動板２には、４つの溝６が形成さ
れている。ここで、短径に沿った幅Ｗ１と長径に沿った
幅Ｗ２との領域と、振動板２の外周領域とを除く主面
に、所定の深さの溝６が４つ形成される。各溝６の外周
７は、上記焦点を共通とした楕円周となっている。
【００２３】これら４つの溝６で取り囲まれた幅Ｗ１，
Ｗ２の領域と、４つの溝６の主面の占める割合は、１：
１に設定する。下方の振動板２’’の溝６’も、上記溝
６と共通した溝形状となっている。
Ｗ２の領域と、４つの溝６の主面の占める割合は、１：
１に設定する。下方の振動板２’’の溝６’も、上記溝
６と共通した溝形状となっている。
【００２４】かかる構造において、圧電振動子１，１’
及び振動板２，２’が楕円形状を呈しているため、この
送波器の共振周波数の上限は短径によって、下限は長径
によって略決定される。振動体の径方向の共振周波数
は、楕円周に沿って、連続的に変化しようとするが、例
えば、長軸方向に曲げモードが発生する周波数にて圧電
振動子１，１’を駆動した場合、長軸方向以外の方向に
ついては、構造体の剛性に比例して、長軸方向の曲げモ
ードを抑制する効果を生み出す。しかし、この実施の形
態では、溝６を形成することにより、長／短軸上の十字
形表面領域以外が薄肉化されているため、構造体として
の剛性が小さいものとなっており、これは発振源からみ
ると負荷が小さくなっていることと等価である。
及び振動板２，２’が楕円形状を呈しているため、この
送波器の共振周波数の上限は短径によって、下限は長径
によって略決定される。振動体の径方向の共振周波数
は、楕円周に沿って、連続的に変化しようとするが、例
えば、長軸方向に曲げモードが発生する周波数にて圧電
振動子１，１’を駆動した場合、長軸方向以外の方向に
ついては、構造体の剛性に比例して、長軸方向の曲げモ
ードを抑制する効果を生み出す。しかし、この実施の形
態では、溝６を形成することにより、長／短軸上の十字
形表面領域以外が薄肉化されているため、構造体として
の剛性が小さいものとなっており、これは発振源からみ
ると負荷が小さくなっていることと等価である。
【００２５】従って、長軸長で決まる下限共振周波数
は、変換損失が小さく、大きな機械的変位が得られる。
以上の作用効果は、短軸長で決まる上限の共振周波数に
おいても共通する。
は、変換損失が小さく、大きな機械的変位が得られる。
以上の作用効果は、短軸長で決まる上限の共振周波数に
おいても共通する。
【００２６】上述実施の形態の周波数特性を示す図４に
おいて、横軸は正規化周波数即ち点線で示す従来の共振
周波数で除算した周波数を示し、縦軸は振動レベル相対
値即ち従来の共振周波数レベルで除算したレベルを示
す。実線で示した特性が、この実施の形態による場合で
あり、振動レベルの測定点は、楕円の中心点である。
おいて、横軸は正規化周波数即ち点線で示す従来の共振
周波数で除算した周波数を示し、縦軸は振動レベル相対
値即ち従来の共振周波数レベルで除算したレベルを示
す。実線で示した特性が、この実施の形態による場合で
あり、振動レベルの測定点は、楕円の中心点である。
【００２７】従来では、単一共振系であるため、円の直
径で決まる共振周波数にてピークが発生し、この他の周
波数では振動レベルが低く、実質的に共振していない。
これに対して、この実施の形態では、長／短軸長によっ
て各々略決定される２つの周波数でピークが発生してい
る。このような２つの周波数差は、楕円の長／短径比を
大きくすることにより拡大される。また、２つの共振周
波数のＱは、適宜溝を深くかつ広くすることにより、向
上させることができる。
径で決まる共振周波数にてピークが発生し、この他の周
波数では振動レベルが低く、実質的に共振していない。
これに対して、この実施の形態では、長／短軸長によっ
て各々略決定される２つの周波数でピークが発生してい
る。このような２つの周波数差は、楕円の長／短径比を
大きくすることにより拡大される。また、２つの共振周
波数のＱは、適宜溝を深くかつ広くすることにより、向
上させることができる。
【００２８】この実施の形態においては、溝６の外周７
は楕円周に沿うものと規定したが、これに限定されず、
三角形または四角形等の多角形をなすものであってもよ
い。また、圧電振動子１，１’及び振動板２，２’の双
方を楕円形状としたが、これに限定されず、どちらか一
方が楕円形状を呈すれば、図４に示した特性に準じた効
果がある。
は楕円周に沿うものと規定したが、これに限定されず、
三角形または四角形等の多角形をなすものであってもよ
い。また、圧電振動子１，１’及び振動板２，２’の双
方を楕円形状としたが、これに限定されず、どちらか一
方が楕円形状を呈すれば、図４に示した特性に準じた効
果がある。
【００２９】また、上述した実施の形態では、振動板を
一対備えているが、これに限定されず、圧電振動子を固
着した振動板が唯一つであっても、二つの共振周波数を
得ることができる。また、溝を形成した場合を示した
が、これに限定されず、鋭い共振特性が必要でない用途
には、溝を形成しなくともよい。
一対備えているが、これに限定されず、圧電振動子を固
着した振動板が唯一つであっても、二つの共振周波数を
得ることができる。また、溝を形成した場合を示した
が、これに限定されず、鋭い共振特性が必要でない用途
には、溝を形成しなくともよい。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による電気
音響変換装置は、楕円形状の圧電振動子又は振動板を備
えているから、２つの送出周波数を得ることができ、特
に圧電振動子と振動板の両方または片方の平面外縁を楕
円形状となし、これを一対備えた場合には、高出力でか
つ高Ｑを備えた２つ送出周波数を得ることができるばか
りでなく、楕円形に加工して、溝を形成する程度である
から、製造が容易で、軽量化も可能となる効果があり、
上述した目的が全て達成できる。
音響変換装置は、楕円形状の圧電振動子又は振動板を備
えているから、２つの送出周波数を得ることができ、特
に圧電振動子と振動板の両方または片方の平面外縁を楕
円形状となし、これを一対備えた場合には、高出力でか
つ高Ｑを備えた２つ送出周波数を得ることができるばか
りでなく、楕円形に加工して、溝を形成する程度である
から、製造が容易で、軽量化も可能となる効果があり、
上述した目的が全て達成できる。
【図１】本発明による電気音響変換装置の一実施の形態
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線の切断面を示す断面図である。
【図３】図１の振動板の反対主面を示す平面図である。
【図４】本発明の一実施形態及び従来例の周波数特性を
示す特性図である。
示す特性図である。
【図５】従来の水中送波器を示す斜視図である。
１，１’，２１，２１’ 圧電振動子 ２，２’ 振動板 ３，２３ ボルト ４，２４ モールド樹脂 ５，２５ リング ６，６’ 溝 ７ 外周 １０ 長軸 １１ 短軸 ２２，２２’ 振動体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04R 17/10 G01S 7/521
Claims (4)
- 【請求項１】所定厚の圧電振動子又はこの振動子を含む
振動板の平面外端が楕円形状とされるとともに、前記振
動板の両主面のうち前記圧電振動子が固着されていない
側の前記楕円の長／短軸を含む所定幅の領域と前記楕円
の円周領域とを除く主面に、合計４箇所の溝が形成され
て成ることを特徴とする電気音響変換器。 - 【請求項２】前記合計４箇所の溝のそれぞれは、前記長
軸と短軸で区切られた領域のそれぞれに形成されている
請求項１に記載の電気音響変換器。 - 【請求項３】前記合計４箇所の溝のそれぞれは、前記長
軸と短軸に平行な直線と前記楕円円周に沿う曲面で規定
されている請求項２に記載の電気音響変換器。 - 【請求項４】一対の前記振動板を有し、該一対の振動板
は、これら振動板よりもヤング率の低いリングを介在さ
せて、互いに固定されている請求項１に記載の電気音響
変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8106205A JP2888191B2 (ja) | 1996-04-02 | 1996-04-02 | 電気音響変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8106205A JP2888191B2 (ja) | 1996-04-02 | 1996-04-02 | 電気音響変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09271098A JPH09271098A (ja) | 1997-10-14 |
| JP2888191B2 true JP2888191B2 (ja) | 1999-05-10 |
Family
ID=14427668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8106205A Expired - Lifetime JP2888191B2 (ja) | 1996-04-02 | 1996-04-02 | 電気音響変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2888191B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005064289A1 (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | The Tokyo Electric Power Company, Incorporated | 超音波流量計、超音波トランスジューサ、超音波送受信ユニットおよび超音波流量計を用いた流量測定方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3991827B2 (ja) * | 2002-09-10 | 2007-10-17 | 日本電気株式会社 | 屈曲型送波器 |
| JP5434153B2 (ja) * | 2009-03-09 | 2014-03-05 | 日本電気株式会社 | 立体配列型送受波器、及び、立体配列型送受波器を備えた装置 |
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