JP4470631B2 - 車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生し、減速機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置に関し、その衝撃吸収構造を改良した電動パワーステアリング装置に関する。

自動車の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。

そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置（Electric Power Steering、以下ＥＰＳと記す）が近年注目されている。ＥＰＳには、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、電子制御が極めて容易に行える等の特長がある。

ＥＰＳでは、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、動力伝達機構（減速機）により減速して操舵機構の出力軸に伝達するようになっている。

図６は、従来例に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

コラムアシスト式電動パワーステアリング装置では、ステアリングコラムのロアーコラム２に、アッパーコラム１がテレスコピック摺動自在に嵌合してある。

これら両コラム１，２内に、互いにスプライン嵌合したアッパーシャフト（図示略）とロアーシャフト４（入力軸）とが回転自在に支持してある。ロアーシャフト４に対して、アッパーコラム１とアッパーシャフト（図示略）は、スプライン嵌合等により、テレスコピック摺動自在になっている。また、これらステアリングコラム等は、後述する電動パワーステアリング装置の前方側ハウジング１４に形成したチルト中心ＴＣの回りにチルト揺動できるようになっている。なお、ここでは、詳細に説明しないが、ステアリングコラムの中間部には、チルト・テレスコピック締付ロック機構ＴＴＬが設けてある。

ロアーシャフト４（入力軸）の車両前方側には、出力軸５が連結してある。この出力軸５の車両前方側には、自在継手ＵＪを介して中間シャフト（図示略）が連結してある。

ロアーシャフト４（入力軸）の車両前方側には、トーションバー６の基端が圧入固定してあり、このトーションバー６は、中空に形成した出力軸５の内部を延在して、その先端が出力軸５の端部に固定ピン（図示略）により固定してある。

出力軸５の車両後方側には、トルクセンサーＴＳが設けてある。即ち、出力軸５の車両後方側には、トルクセンサーＴＳの検出用溝７が形成してあり、これらの溝７の径方向外方には、トルクセンサーＴＳのスリーブ８が配置してある。このスリーブ８は、その車両後方側端部がロアーシャフト４（入力軸）の車両前方側端部に加締め等により固定してある。スリーブ８の径方向外方には、コイル９やセンサー回路基板１０等が設けてある。

出力軸５には、電動モータ（図示略）の駆動軸に連結したウォーム（図示略）に噛合したウォームホイール１２が取付けてある。

これらウォーム及びウォームホイール１２、トルクセンサーＴＳ等は、ロアーコラム２に嵌合した後方側ハウジング１３と、前方側ハウジング１４とに収納してある。

従って、運転者がステアリングホイール（図示略）を操舵することにより発生した操舵力は、入力軸４、トーションバー６、出力軸５、及びラックアンドピニオン式ステアリング装置を介して、図示しない転舵輪に伝達される。

また、電動モータの回転力は、そのウォーム及びウォームホイール１２を介して出力軸５に伝達されるようになっており、電動モータの回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸５に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。

さらに、車両の二次衝突時、車両前方への衝撃エネルギーが作用すると、アッパーコラム１は、ロアーコラム２に対してコラプスして、車両前方へ移動しながら衝撃エネルギーを吸収するようになっている。

また、この図６の従来例に於けるコラプスストロークは、後方側ハウジング１３の後方側と、チルト・テレスコピック締付ロック機構ＴＴＬの前方側との間の間隔（Ｌａ）になっている。

さらに、トルクセンサーＴＳにおけるトルク検出機構部の軸方向の幅は、図６の従来例では、（Ｘ）になっている。

また、センサー回路基板１０は、片面実装であることから、このセンサー回路基板１０の軸方向の幅は、（Ｙａ）になっている。

さらに、特許文献１には、センサー回路基板のレイアウトとして、入・出力軸の径方向に延在してあり、これにより、センサー回路基板の軸方向の幅の短縮化を図っている。

さらに、特許文献２及び３には、二次衝突時に移動する側と移動しない側との間に掛け渡して、コラプスストロークに対応する「しごき」・「延伸」により、衝撃を吸収する衝撃吸収用ワイヤーが開示してある。
特願２００２−２１５０７４号 特開平９−２７２４４８号公報 特開２００１−５８５７３号公報

しかしながら、図６に示す従来例に於いては、センサー回路基板１０の軸方向の幅（Ｙａ）は、トルク検出機構部の軸方向の幅（Ｘ）より長くなっており、ステアリングホイール側（図中右方向）に張り出していることから、二次衝突時のコラプスストローク（Ｌａ）は、比較的短くなってしまっているといったことがある。

特許文献１には、センサー回路基板のレイアウトとして、入・出力軸の径方向に延在してあり、センサー回路基板の軸方向の幅の短縮化を図っているが、反面、乗員の膝廻りの空間を小さくするといったこと等がある。

また、衝突に関する法規は、国によって異なっているが、車両は、ワールドワイドカーとして、全世界に共通したものを販売するような時代となっている。

国別の法規を満足する為に、それぞれの国向けに、衝撃吸収性能を変更したステアリングコラムを製造することは、コストアップの原因となってしまう。

特許文献２及び３には、衝撃吸収用ワイヤーが開示してあるが、その選択的装着については、何ら開示していない。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、センサー回路基板の軸方向の幅の短縮化を図り、二次衝突時のコラプスストロークを増大することができる車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置は、アッパーコラムとロアーコラムとから成るステアリングコラムと、
該ステアリングコラム内に回転自在に配置され上端がステアリングホイールに接続されるステアリングシャフトと、
前記ロアーコラムに嵌合したハウジングと、
該ハウジング内に回転自在に支持されかつ入力軸としての前記ステアリングシャフトとトーションバーを介して連結され同軸に配置された出力軸と、
前記ハウジング内において前記入力軸と前記出力軸の向かい合う側の端部の径方向外方に配置されステアリングホイールに印加された操舵トルクを検出するためのトルクセンサーと、
前記ハウジング内に配置され、電動モータから補助操舵トルクを発生し前記出力軸を駆動する減速機構とから成り、
操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生し、減速機構により減速して前記出力軸を駆動して操舵補助を行い、車両衝撃時には前記アッパーコラムが前記ロアーコラムに対してコラプスして車両前方へ移動しながら衝撃エネルギーを吸収するように構成されてなる車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置に於いて、
前記トルクセンサーのセンサー回路基板は、両面実装により構成されかつ前記入力軸および出力軸の径方向に延在していることを特徴とする。

本発明によれば、トルクセンサーのセンサー回路基板を両面実装により構成したことで、センサー回路基板の軸方向の幅を短縮化することができ、さらに、センサー回路基板は入力軸および出力軸の径方向に延在していることから、前記軸方向の幅を一層短縮化することができ、トルク検出機構部の軸方向の幅より短くして、二次衝突時のコラプスストロークを一段と増大することができる。

以下、本発明の実施の形態及び参考例に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。

（第１参考例）
図１は、本発明の第１参考例に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

コラムアシスト式電動パワーステアリング装置では、ステアリングコラムのロアーコラム２に、アッパーコラム１がテレスコピック摺動自在に嵌合してある。

これら両コラム１，２内に、互いにスプライン嵌合したアッパーシャフト（図示略）とロアーシャフト４（入力軸）とが回転自在に支持してある。ロアーシャフト４に対して、アッパーコラム１とアッパーシャフト（図示略）は、スプライン嵌合等により、テレスコピック摺動自在になっている。また、これらステアリングコラム等は、後述する電動パワーステアリング装置の前方側ハウジング１４に形成したチルト中心ＴＣの回りにチルト揺動できるようになっている。なお、ここでは、詳細に説明しないが、ステアリングコラムの中間部には、チルト・テレスコピック締付ロック機構ＴＴＬが設けてある。

ロアーシャフト４（入力軸）の車両前方側には、出力軸５が連結してある。この出力軸５の車両前方側には、自在継手ＵＪを介して中間シャフト（図示略）が連結してある。

ロアーシャフト４（入力軸）の車両前方側には、トーションバー６の基端が圧入固定してあり、このトーションバー６は、中空に形成した出力軸５の内部を延在して、その先端が出力軸５の端部に固定ピン（図示略）により固定してある。

出力軸５の車両後方側には、トルクセンサーＴＳが設けてある。即ち、出力軸５の車両後方側には、トルクセンサーＴＳの検出用溝７が形成してあり、これらの溝７の径方向外方には、トルクセンサーＴＳのスリーブ８が配置してある。このスリーブ８は、その車両後方側端部がロアーシャフト４（入力軸）の車両前方側端部に加締め等により固定してある。スリーブ８の径方向外方には、コイル９やセンサー回路基板１０等が設けてある。

出力軸５には、電動モータ（図示略）の駆動軸に連結したウォーム（図示略）に噛合したウォームホイール１２が取付けてある。

これらウォーム及びウォームホイール１２、トルクセンサーＴＳ等は、ロアーコラム２に嵌合した後方側ハウジング１３と、前方側ハウジング１４とに収納してある。

従って、運転者がステアリングホイール（図示略）を操舵することにより発生した操舵力は、入力軸４、トーションバー６、出力軸５、及びラックアンドピニオン式ステアリング装置を介して、図示しない転舵輪に伝達される。

また、電動モータの回転力は、そのウォーム及びウォームホイール１２を介して出力軸５に伝達されるようになっており、電動モータの回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸５に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。

さらに、車両の二次衝突時、車両前方への衝撃エネルギーが作用すると、アッパーコラム１は、ロアーコラム２に対してコラプスして、車両前方へ移動しながら衝撃エネルギーを吸収するようになっている。

さて、本参考例では、トルクセンサーＴＳのセンサー回路基板１０は、両面実装により構成してあることから、センサー回路基板１０の軸方向の幅（Ｙｂ）を短縮化することができ（例えば、約半分）、トルク検出機構部の軸方向の幅（Ｘ）より短くして、二次衝突時のコラプスストローク（Ｌｂ）を増大することができる。

即ち、本参考例では、センサー回路基板１０の軸方向の幅を、（Ｙｂ）に短縮化していることから、本参考例に於けるコラプスストロークは、後方側ハウジング１３の後方側と、チルト・テレスコピック締付ロック機構ＴＴＬの前方側との間の間隔（Ｌｂ）になっており、図６の従来例に於ける（Ｌａ）に比べて、一段と増大している。

なお、後述する第２参考例で説明する衝撃吸収用ワイヤー２０は、本参考例では、装着していない。

（実施の形態）
図２は、本発明の実施の形態に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

本実施の形態は、図面からも明らかなように、その基本的構造が上述した第１参考例と同様であり、相違する点についてのみ説明する。

本実施の形態では、センサー回路基板１０は、両面実装により構成してあり、加えて、センサー回路基板１０のレイアウトとして、入・出力軸の径方向に延在してあり、これにより、センサー回路基板１０の軸方向の幅（Ｙｃ）の一層の短縮化を図っている。

即ち、本実施の形態では、センサー回路基板１０の軸方向の幅を、（Ｙｃ）に短縮化していることから、本実施の形態に於けるコラプスストロークは、後方側ハウジング１３の後方側と、チルト・テレスコピック締付ロック機構ＴＴＬの前方側との間の間隔（Ｌｃ）になっており、図１の第１参考例に於ける（Ｌｂ）に比べて、一段と増大している。

（第２参考例）
図３は、本発明の第２参考例に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の底面図である。

図４は、図３に示した車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の側面図である。

図５（ａ）は、衝撃吸収用ワイヤーを装着していない時の、変位と荷重の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、衝撃吸収用ワイヤーを装着している時の、変位と荷重の関係を示すグラフである。

なお、図３及び図４には、電動パワーステアリング装置を図示していないが、図１及び図２に示したように、参考例は、電動パワーステアリング装置を備えている。また、チルト時、ステアリングコラム等は、図１及び図２に示したチルト中心ＴＣの廻りに揺動するようになっている。

ステアリングコラムのロアーコラム２に、アッパーコラム１がテレスコピック摺動自在に嵌合してある。

これら両コラム１，２内に、互いにスプライン嵌合したアッパーシャフト３とロアーシャフト（入力軸、図示略）とが回転自在に支持してある。

ロアーシャフト（図示略）に対して、アッパーコラム１とアッパーシャフト３は、スプライン嵌合等により、テレスコピック摺動自在になっている。また、これらステアリングコラム等は、電動パワーステアリング装置の前方側ハウジング１４に形成したチルト中心ＴＣ（図１及び図２参照）の回りにチルト揺動できるようになっている。

ステアリングコラムの中間部には、チルト・テレスコピック締付ロック機構ＴＴＬが設けてある。

ロアーコラム１の後方部には、アッパー車体側ブラケット３１が設けてあり、このアッパー車体側ブラケット３１は、二次衝突時の離脱用カプセル３２，３２を介して車体に取付けるための一対の車体取付部３３，３３と、これら車体取付部３３，３３から略上下方向に延在され互いに対向した一対の対向平板部３４，３４とを有している。

アッパーコラム１には、ロアーコラム２を包持し縮径又は拡径して締付又は解除する一対の厚肉状のクランプ部４０，４０が設けてある。

一対のクランプ部４０，４０には、締付ボルト４２が挿通してあり、この締付ボルト４２の一側には、カム機構４３を介して、操作レバー４４が装着してある。

従って、操作レバー４４を一方向に回動すると、カム機構４３の作用により、対向平板部３４，３４等を締付ける一方、操作レバー４４を他方向に回動すると、カム機構４３の作用により、その軸方向の引張が解除され、対向平板部３４，３４等の締付を解除する。

また、多板式摩擦係合機構が用いてある。すなわち、対向平板部３４，３４の外側面には、それぞれ、チルト用の摩擦板４６，４６…が固着してある。これら摩擦板４６，４６…の間には、テレスコピック用の摩擦板４９，４９…が介装してある。

従って、チルト・テレスコピック調整する場合には、操作レバー４４を一方向に回動すると、カム機構４３の作用により、その軸方向の引張が解除され、対向平板部３４，３４、一対のクランプ部４０，４０、摩擦板４６，４９…、等の締付を解除する。

即ち、一対の対向平板部３４，３４の間隔が拡がり、一対のクランプ部４０，４０の締付が解除されて、その幅が拡がる。これにより、アッパーコラム１、アッパーシャフト３等は、チルト中心ＴＣの廻りに回動して、チルト調整することができ、また、軸方向に摺動することにより、テレスコピック調整することができる。

一方、チルト・テレスコピック締付する場合には、操作レバー４４を逆方向に回動すると、カム機構４３の作用により、一対の対向平板部３４，３４等を締付ける。

その結果、一対の対向平板部３４，３４の間隔が狭まり、一対のクランプ部４０，４０が締付けられる。これにより、一対のクランプ部４０，４０は、ロアーコラム２を圧接して挟持し、チルト・テレスコピック締付することができる。

さて、本参考例では、衝撃吸収部材（衝撃吸収用ワイヤー２０）を選択的に装着することができる選択的装着部を具備している。

これにより、後述するように、衝撃吸収部材（衝撃吸収用ワイヤー２０）の選択的装着によって、例えば２種類の異なった衝撃エネルギー吸収特性を提供することができ、同じ車両でありながら、簡単に衝撃吸収性能を変更して、全世界に共通なステアリングコラムで、簡単に各国の法規を満足することができ、しかも、製造コストの低減を図ることができる。

具体的には、アッパー車体側ブラケット３１の一対の車体取付部３３，３３は、車両前方に張り出して先端部を円弧形状に形成した張り出し部３３ａ，３３ａを備えている。この張り出し部３３ａ，３３ａには、それぞれ、衝撃吸収用ワイヤー２０，２０を挿通する挿通孔３３ｂ，３３ｂが形成してある。

また、二次衝突時の離脱用カプセル３２，３２は、図示しないボルトにより、車体に取付けてあり、二次衝突時には、その剪断ピンが破断され、図示しないボルト等は、車体側に固着したまま残存する一方、張り出し部３３ａ，３３ａを含む車体取付部３３，３３は、車体から離脱して車両前方に向けて移動する。

張り出し部３３ａ，３３ａを含む車体取付部３３，３３には、それぞれ、一対の衝撃吸収用ワイヤー２０，２０が選択的に装着してある。

各衝撃吸収用ワイヤー２０は、離脱用カプセル３２の後方側に廻り込んだ中央部２０ａと、この中央部２０ａから車両前方に向けて延在した一対の直線部２０ｂ，２０ｂと、この直線部２０ｂ，２０ｂの先端部で湾曲して形成した一対の湾曲部２０ｃ，２０ｃと、この湾曲部２０ｃ，２０ｃから挿通孔３３ｂを挿通して車両後方に向けて延在した一対の延在部２０ｄ，２０ｄと、からなっている。

従って、二次衝突時、離脱用カプセル３２，３２の剪断ピンが破断され、図示しないボルト等が車体側に固着したまま残存する一方、張り出し部３３ａ，３３ａを含む車体取付部３３，３３が車体から離脱して車両前方に向けて移動すると、衝撃吸収用ワイヤー２０，２０は、張り出し部３３ａ，３３ａの車両前方への移動に追随して、その湾曲部２０ｃ，２０ｃや延在部２０ｄ，２０ｄがしごかれながら延伸し、これにより、衝撃エネルギーを吸収する。

本参考例では、図１に二点鎖線で囲んだ部位のように、衝撃吸収用ワイヤー２０を装着しない場合と、図３及び図４に示したように、衝撃吸収用ワイヤー２０を装着する場合とを選択して設定することができる。

これにより、図５（ａ）に示すように、衝撃吸収用ワイヤー２０を装着しない場合には、衝撃エネルギー吸収荷重（ＥＡ荷重）は、ステアリングコラムでの荷重吸収分のみになり、比較的低く設定することができる。

一方、図５（ｂ）に示すように、衝撃吸収用ワイヤー２０を装着する場合には、衝撃エネルギー吸収荷重（ＥＡ荷重）は、ステアリングコラムでの荷重吸収分に加えて、衝撃吸収用ワイヤー２０の吸収分が加算されるため、比較的高く設定することができる。

以上から、衝撃吸収部材（衝撃吸収用ワイヤー２０）の選択的装着によって、例えば２種類の異なった衝撃エネルギー吸収特性を提供することができ、同じ車両でありながら、簡単に衝撃吸収性能を変更して、全世界に共通なステアリングコラムで、簡単に各国の法規を満足することができ、しかも、製造コストの低減を図ることができる。

また、衝撃吸収用ワイヤー２０を装着している場合、衝撃吸収用ワイヤー２０の線径、又は張り出し部３３ｂの円弧形状のＲ寸法を変更することにより、衝撃エネルギー吸収特性を種々に調整することができる。

即ち、衝撃吸収用ワイヤー２０の線径が太い場合には、衝撃エネルギー吸収荷重（ＥＡ荷重）は、比較的高く設定でき、その線径が細い場合には、比較的低く設定できる。また、張り出し部３３ｂの円弧形状のＲ寸法が大きい場合には、衝撃エネルギー吸収荷重（ＥＡ荷重）は、比較的高く設定でき、そのＲ寸法が小さい場合には、比較的低く設定できる。

さらに、本参考例では、図３に示すように、各衝撃吸収用ワイヤー２０に於いて、一対の湾曲部２０ｃ，２０ｃは、互いに近付く方向に折り曲げてある。

これは、このように折り曲げていないと、衝撃吸収用ワイヤー２０が張り出し部３３ａ，３３ａから両脇に外れることを防止するため、張り出し部３３ａ，３３ａの両側を、それぞれ、側方に延ばす（即ち、幅を拡げる）必要がある。

しかし、図３に示すように、一対の湾曲部２０ｃ，２０ｃが互いに近付く方向に折り曲げてあると、張り出し部３３ａ，３３ａの幅を拡げる必要がなく、コンパクトにしても、衝撃吸収用ワイヤー２０が張り出し部３３ａ，３３ａから両脇に外れることがない。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

本発明の第１参考例に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。 本発明の第２参考例に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の底面図である。 図３に示した車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の側面図である。 （ａ）は、衝撃吸収用ワイヤーを装着していない時の、変位と荷重の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、衝撃吸収用ワイヤーを装着している時の、変位と荷重の関係を示すグラフである。 従来例に係る車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

１アッパーコラム
２ロアーコラム
３アッパーシャフト
４ロアーシャフト（入力軸）
５出力軸
６トーションバー
７検出用溝
８スリーブ
９コイル
１０センサー回路基板
ＴＳトルクセンサー
１２ウォームホイール
１３，１４ハウジング
ＵＪ自在継手
ＴＣチルト中心
ＴＴＬチルト・テレスコピック締付ロック機構
２０衝撃吸収用ワイヤー
２０ａ中央部
２０ｂ直線部
２０ｃ湾曲部
２０ｄ延在部
３１アッパー車体側ブラケット
３２離脱用カプセル
３３車体取付部
３３ａ張り出し部
３３ｂ挿通孔
３４対向平板部
４０クランプ部
４２締付ボルト
４３カム機構
４４操作レバー
４６摩擦板
４９摩擦板

Claims (1)

1. アッパーコラムとロアーコラムとから成るステアリングコラムと、
   該ステアリングコラム内に回転自在に配置され上端がステアリングホイールに接続されるステアリングシャフトと、
   前記ロアーコラムに嵌合したハウジングと、
   該ハウジング内に回転自在に支持されかつ入力軸としての前記ステアリングシャフトとトーションバーを介して連結され同軸に配置された出力軸と、
   前記ハウジング内において前記入力軸と前記出力軸の向かい合う側の端部の径方向外方に配置されステアリングホイールに印加された操舵トルクを検出するためのトルクセンサーと、
   前記ハウジング内に配置され、電動モータから補助操舵トルクを発生し前記出力軸を駆動する減速機構とから成り、
   操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生し、減速機構により減速して前記出力軸を駆動して操舵補助を行い、車両衝撃時には前記アッパーコラムが前記ロアーコラムに対してコラプスして車両前方へ移動しながら衝撃エネルギーを吸収するように構成されてなる車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置に於いて、
   前記トルクセンサーのセンサー回路基板は、両面実装により構成されかつ前記入力軸および出力軸の径方向に延在していることを特徴とする車両用衝撃吸収式電動パワーステアリング装置。

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