JP4730324B2 - 圧入装置および圧入方法 - Google Patents

Description

本発明は，圧入部材をワークに設けられた所定の有底孔内に圧入する圧入装置および圧入方法に関する。さらに詳細には，圧入部材の圧入状態を高精度に保証する圧入装置および圧入方法に関するものである。

従来から自動車の駆動ユニット（トランスアクスル）には，テーパードローラを備えたテーパードローラベアリングが組み込まれる。例えば，図１３ないし図１４に示すように，取付開口部１１が設けられたトランスアクスルのケース１０を用意し，その取付開口部１１にプレート２０とともにアウターレース３０を圧入する。取付開口部１１は，底面１２を有する有底孔であり，底面１２の一部に貫通部１３が設けられている。圧入の際には，アウターレース３０がプレート２０を挟んで底面１２に達するまで押し込まれる。その後，テーパードローラベアリング４１とともに，ギア等の回転体４２と係合するインナーレース４０を組み付ける。

また，テーパードローラベアリング４１では，テーパードローラベアリング４１とアウターレース３０との間に適切な押圧力を作用させ，初期状態での回転トルク（プレロードトルク）を所定の値に設定する。プレロードトルクの調節方法としては，例えばケース１０とアウターレース３０との間にシム等の位置調節用のプレート２０を挿入することによって行われる。

トランスアクスルに利用されるテーパードローラベアリング４１は，高スラスト荷重下にさらされることから，プレロードトルクを厳密に設定する必要がある。プレロードトルクの代表的な不良要因としては，ケース１０とアウターレース３０との間に存在する圧入方向の隙間が考えられ，駆動中に隙間が締まることでプレロードトルクが変化する。その結果，テーパードローラベアリングの耐久性が低下する。

そのため，アウターレース３０およびプレート２０が確実に圧入されていることの保証が必要となる。すなわち，アウターレース３０，プレート２０およびケース１０が隙間なく接していることが必要となる。そこで，圧入状態を確認する圧入装置として，例えば特許文献１に開示されたテーパードローラベアリングの組付け方法がある。この特許文献１の組付け方法では，圧入推力とストロークとを細かく比較しながら圧入良否の判定を行う。すなわち，（１）十分な圧入推力で圧入していること，（２）圧入深さが規格内であること，の２点で圧入の品質を保証している。

このほか，圧入推力を計測するものとしては，例えば特許文献２に開示されている圧入装置がある。また，圧入深さを計測するものとしては，例えば特許文献３に開示されている圧入装置がある。
特開２００３−１９４０８２号公報 特開２０００−９４２３６号公報 特開平６−１２６５５１号公報

しかしながら，前記した従来の圧入装置には，次のような問題があった。すなわち，圧入推力による管理では，実際には圧力推力そのものではなく，シリンダ油圧を油圧計で計測することになる。そのため，シリンダや管路の劣化等による油圧損失が生じる。

また，圧入の深さによる管理では，圧入装置の所定位置からのシリンダ長さの測定であり，圧入部材の寸法公差内の圧入ばらつきには対応できない。一方で，アウターレース３０とトランスアクスルのケース１０との間に微小異物が噛み込まれ，その微小異物が寸法公差内であっても，プレロードトルクの変化は大きい。従って，これらの方法では，厳密な圧入状態の保証ができていない。

本発明は，前記した従来の圧入装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，圧入部材が規定の位置まで圧入されていることを厳密に保証することができる圧入装置および圧入方法を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた圧入装置は，貫通孔を有する被圧入部材を，プレート部材を挟んでワークに設けられた所定の有底孔内に圧入する圧入装置であって，被圧入部材の圧入方向に移動自在に設けられた圧入軸と，圧入軸の先端部に位置し，被圧入部材の貫通孔を通して当該被圧入部材を保持する圧入ヘッド部と，圧入ヘッド部の先端部に位置し，プレート部材と着脱可能に嵌合し，圧入軸の軸方向を中心に回転自在に設けられた回転部と，回転部を回転駆動する駆動部と，回転部の回転状況を検知し，その検知結果を基に被圧入部材の圧入状態の良否を判断する圧入状態診断部とを備え，プレート部材の外径がワークの有底孔の内径以下であり，プレート部材の外周面とワークの有底孔の内周面との間の摩擦抵抗が回転部の回転トルクより小さいことを特徴としている。

本発明の圧入装置は，圧入ヘッド部にて被圧入部材の貫通孔を通して当該被圧入部材を保持し，さらに圧入ヘッド部の先端に位置する回転部にてプレート部材を保持する。回転部とプレート部とは着脱可能に嵌合させる。両者の嵌合は，例えば，プレート部に切欠き部を，回転部にその切欠き部と噛み合う突起部を，それぞれ設けて両者を嵌め合わせることによって行われる。つまり，両者が嵌合することで，回転部の回転に伴ってプレート部材が回転移動するようになっている。この状態で，圧入軸をワーク側に移動させ，プレート部材とともに被圧入部材をワークの有底孔内に圧入する（圧入ステップ）。

その後，被圧入部材を圧入した状態で，駆動部にて回転部を回転駆動する（回転ステップ）。このとき，被圧入部材がワークに正常に圧入されていれば，被圧入部材とワークとに挟み込まれたプレート部材は，被圧入部材およびワークとの摩擦抵抗によって回転が阻まれる。そのため，回転部は回転しない状態になる。一方，被圧入部材がワークに正常に圧入されていなければ，プレート部材と被圧入部材ないしワークとの間に隙間がある。そのため，プレート部材と被圧入部材およびワークとの摩擦抵抗が回転部のトルクより小さく，回転部の回転に伴ってプレートが回転することになる。つまり，回転摩擦抵抗を利用し，回転部あるいはプレート部材が回転しているか否かによって圧入状態の良否を判断できる。

従って，圧入状態診断部は，回転部の回転状況を検知し，その検知結果を基に被圧入部材の圧入状態の良否を判断する（圧入状態診断ステップ）。すなわち，本発明の圧入装置では，実際のプレート部材と被圧入部材との密着状態およびワークとプレート部材との密着状態から圧入状態を判断でき，圧入推力や圧入深さで圧入状態を推測する従来の技術と比較して，圧入状態がより厳密に保証される。

回転部の回転の有無を判断する方法としては，例えば駆動部がエアモータを備え，エアモータによって回転部を回転駆動し，圧入状態診断部がエアモータの背圧を検知し，エアモータの背圧が所定値以上であれば，回転部が回転していないと判断する。すなわち，エアモータが回転できない状態であれば，入力された圧縮エアがエアモータの回転に利用されることなく排気される。そのため，背圧が高くなる。一方，エアモータが回転可能な状態であれば，入力された圧縮エアがエアモータの回転に利用され，背圧は上昇しない。従って，エアモータの背圧を検知することで圧入状態の良否を判断できる。この他にも，駆動部が電動機を備え，サーボ機構によって回転制御を行うものであれば，制御信号を基に電動機の回転状態を検知できる。

また，本発明のプレート部材は，被圧入部材の圧入状態の検査に利用されるが，被圧入部材の圧入方向の位置を調節するシム部材であることとするとよりよい。すなわち，被圧入部材をワークに圧入する際，両者の寸法誤差を調節するため，シム等の位置調節部材が利用される。そこで，プレート部材が位置調節機能を兼ねることにより，部品点数の増加なく圧入状態を高精度に保証できる。

本発明によれば，圧入部材が規定の位置まで圧入されていることを厳密に保証することができる圧入装置および圧入方法が実現されている。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，本実施例は，テーパードローラベアリングのアウターレースをトランスアクスルのケースの所定の取付口に組み付ける圧入装置に本発明を適用したものである。ワークとなるアウターレースおよびケースは従来と同様であり，図１３ないし図１４と同じ記号を用いて説明する。

本形態の圧入装置１００は，図１に示すように，ワークとなるトランスアクスルのケース１０を載置するワーク支持台６０と，ワーク支持台６０に載置されたケース１０の直上に位置し，ケース１０の取付開口部１１と対向し，アウターレース３０を保持する圧入ヘッド部５０と，圧入ヘッド部５０を保持し，圧入方向（図１では上下方向）にスライド自在に設けられた圧入シリンダ５と，圧入シリンダ５をスライド可能に支持する天板６１とを有している。

また，圧入シリンダ５は，油圧シリンダであり，油圧を計測する油圧計６３が設けられている。油圧計６３は，圧入シリンダ部５を上下動させる際にこれに伴って変化する圧入推力を検出する。また，天板６１には，位置センサ６４が取り付けられている。位置センサ６４は，圧入シリンダ部５を上下動させる際にこれに伴って変化する圧入深さを検出する。油圧計６３や位置センサ６４の出力情報は制御部６５に送られ，制御部６５ではこれらの情報を基に圧入状態の良否を判断する。

圧入ヘッド部５０は，図２に示すように，アウターレース３０のテーパ部３１（図１３参照）の形状に合わせたテーパ形状をなしており，先端に向かって径が小さくなっている。圧入ヘッド部５０は，アウターレース３０の圧入の際に，アウターレース３０のテーパ部３１を貫通し，アウターレース３０を保持する。

また，圧入ヘッド部５０の先端には，圧入シリンダ５の軸方向を中心に回転可能な回転ヘッド部５２が設けられている。回転ヘッド部５２は，圧入シリンダ５に内蔵されたエアモータ５１と接続しており，圧入シリンダ５の軸方向を中心に回転可能になっている。また，回転ヘッド部５２は，クラッチ５３を介してエアモータ５１からの回転駆動力が伝達されており，エアモータ５１からのトルクが規定トルクに達するとクラッチ５３が切れて動力伝達が遮断される。すなわち，インパクトレンチのような機構が設けられている。

また，圧入装置１００は，エアモータ５１の動作中の背圧を計測する背圧計５４を備えている。背圧計５４の出力情報は制御部６５に送られ，制御部６５ではこの情報を基にさらに詳細な圧入状態の良否を判断する。判断基準についての詳細は後述する。

さらに，回転ヘッド部５２の外周部には，図３に示すように，外径側に突出するキー部５５と，回転ヘッド部５２の内外に出し入れ可能に設けられたボール部５６とが設けられている。ボール部５６は，押しバネ等の付勢部材によって外側に付勢されており，例えばプレート２１の着脱時に内側に押し込まれる。

また，アウターレース３０とケース１０との間には，リング状のプレート２１を挟み込む。プレート２１の内径壁には，図４に示すように，回転ヘッド部５２のキー部５５と噛み合う切欠き２２が設けられている。そのため，回転ヘッド部５２は，図５に示すように，キー部５５をプレート２１の切欠き部２２と噛み合わせ，ボール５６がプレート２１を保持する。

プレート２１には，例えばＳＵＳ材が適用可能であり，その外径はアウターレース３０の外径と等しく，その内径はアウターレース３０のプレート２１側の開口部３２（図１３参照）の径よりも小さい。なお，プレート２１は，プレロードトルクを調節するための位置調節機能を兼ねる。そのため，プレート２１の板厚は，所望のプレロードトルクによって異なる。

続いて，圧入装置１００によるアウターレース３０の圧入手順について説明する。アウターレース３０の圧入では，図６に示すように，まず，トランスアクスルのケース１０をワーク支持台６０の所定の位置にセットする。また，アウターレース３０を圧入シリンダ５の圧入ヘッド部５０にセットする。さらに，アウターレース３０を保持した状態で，回転ヘッド部５２にてプレート２１を保持する。

次に，圧入ヘッド部５０がアウターレース３０およびプレート２１を保持した状態で，アウターレース３０およびプレート２１をケース１０の取付開口部１１に圧入する。これにより，図７に示すように，アウタープレート３０がプレート２１を挟んでケース１０の端面１２（取付開口部１１の底面１２）まで送り込まれる。

アウタープレート３０の圧入後，本形態の圧入装置１００では次の２種類の圧入状態の判断方法によって圧入状態を保証する。まず，第１の圧入状態判断として，油圧計６３および位置センサ６４の出力情報を取得し，これらの情報を基に圧入状態の良否を判断する。すなわち，圧入推力と圧入深さとの少なくとも一方が不良となる場合，アウターレース３０が端面１２まで圧入されていないと判断できる。そのため，圧入推力と圧入深さとの両規定を満たすまで圧入を続ける。あるいは，圧入不良と判断し，当該ワークを取り除く。これにより，概ねワークの寸法公差の許容値程度の隙間となるまでの圧入状態が保証される。

次に，第２の圧入状態判断として，エアモータ５１により回転ヘッド部５２の回転を試みる。このとき，図８に示すように，アウターレース３０が端面１２まで圧入されていると，プレート２１をケース１０とアウターレース３０とで挟持することになる。そのため，両接触面の摩擦抵抗により，プレート２１に嵌合する回転ヘッド部５２は回転できず，所定値以上の背圧が計測される。一方，図９に示すように，アウターレース３０が端面１２まで圧入されていない，あるいは図１０に示すように，アウターレース３０が異物９０を挟み込んで圧入されると，プレート２１を十分に挟持できない。そのため，摩擦抵抗が小さく，回転ヘッド部５２が回転し，所定値以上の背圧は計測されない。すなわち，背圧の計測値によって圧入状態を判断できる。よって，回転ヘッド５２が回転しなくなるまで圧入を続ける。これにより，ワークの寸法公差以下の隙間までの圧入状態が保証される。なお，図１０に示したような異物の混入を考慮し，ある程度まで圧入し続けて回転が止まらない場合には，圧入不良として当該ワークを除去する。

続いて，上記の第２の圧入状態判断について，具体的な数値を用いて詳説する。第２の圧入状態判断では，プレート２１がアウターレース３０およびケース１０と密着していれば，プレート２１を回転させようとしたときの摩擦抵抗が大きいことを利用し，圧入品質をより厳密に保証する。

すなわち，図１１に示すように，一方を回転体とし，他方を固定体とし，回転体および固定体の外径および内径を等価とし，摩擦係数をμとし，固定体の回転体への押し付け力をｆとしたときの回転を止めようとするトルクＴは，次の式（１）で表される。

本形態のアウターレース３０，プレート２１，ケース１０の寸法を図１２に示す通りとし，プレート−アウターレース・プレート−ケース間の摩擦係数μを０．２とし，アウターレース３０の圧入によって生じる残留圧力ｆを０．０４６３（ｋｇ／ｍｍ² ）とすると，プレート２１の回転を静止させようとする摩擦抵抗トルクＴｍは，約１５．６Ｎｍとなる。

そこで，回転ヘッド部５２が１５．６Ｎｍ以下の回転トルクとなるようにエアモータ５１を調節する。例えば，エアモータ５１による回転トルクを１０．０Ｎｍにすると，次のパターンで正確な良否判定を行うことができる。

まず，図８に示すように，アウターレース３０が端面１２まで圧入されている場合，摩擦抵抗トルクは１５．６Ｎｍである。すなわち，エアモータ５１の出力トルク１０．０Ｎｍよりも大きい。そのため，回転ヘッド部５２は回転せず，圧縮エアは回転ヘッド５２の回転に利用されずに排気される。そのため，エアモータ５１の背圧が上昇する。つまり，所定値以上の背圧が検出され，このような背圧を検出することでアウターレースが端面１２まで圧入されていることが確認できる。

一方，図９に示すように，アウターレース３０が端面１２まで圧入されていない場合（ケース１），プレート２１がアウターレース３０あるいは端面１２と接しておらず，摩擦抵抗トルクは０Ｎｍである。すなわち，エアモータ５１の出力トルク１０．０Ｎｍよりも小さい。そのため，圧入ヘッド部５０の回転ヘッド部５２が回転し，圧縮エアは回転ヘッド５２の回転に利用される。そのため，エアモータ５１の背圧が上昇しない。つまり，所定値以上の背圧が検出されず，所定値以上の背圧が検出されないことでアウターレースが端面１２まで圧入されていないことが確認できる。

なお，圧入後のアウターレース３０とプレート２１との隙間，あるいは圧入後のプレート２１とケース１０の端面１２との隙間が寸法公差（本形態では０．３ｍｍ）よりも大きい場合には，第１の圧入状態判断にて容易に検出可能である。そのため，第２の圧入状態判断では，当該隙間が寸法公差以下のときに特に有効である。

また，図１０に示すように，アウターレース３０が異物９０を挟み込んで圧入されている場合（ケース２），例えば幅２．５ｍｍの異物を挟み込み，接触面積がおよそ１／２に減少した場合，摩擦抵抗トルクは約７．８Ｎｍである。すなわち，エアモータ５１の出力トルク１０．０Ｎｍよりも小さい。そのため，このような場合であっても，圧入ヘッド部５０の回転ヘッド部５２が回転し，エアモータ５１の背圧が上昇しない。つまり，所定値以上の背圧が検出されず，所定値以上の背圧が検出されないことでアウターレース３０が端面１２まで圧入されていないことが確認できる。

つまり，本形態の圧入装置１００では，上記のケース１のようにアウターレース３０とプレート２１との隙間が寸法公差以下となるような微小な場合や，ケース２のような微小な異物を挟み込んだ場合に，第１の圧入状態判断（従来の方法）では抽出することができない。そこで，第２の圧入状態判断を行うことで，上記のケース１，２のような僅かな圧入不良を検出する。

なお，本形態では，エアモータ５１の背圧を基に圧入状態の最終確認を行っているが，これに限るものではない。すなわち，回転ヘッド部５２の回転の有無を判断できる方法であればよい。例えば，回転ヘッド部５２の回転量を直接検出して圧入状態を判断してもよい。

以上詳細に説明したように本形態の圧入装置１００は，圧入ヘッド部５０にてアウターレース３０を保持し，さらに圧入ヘッド部５０の先端に位置する回転ヘッド部５２にてプレート２１を保持することとしている。つまり，回転ヘッド部５２の回転に伴ってプレート２１が移動する。この状態で，プレート２１とともにアウターレース３０をケース１０に圧入し，アウターレース３０を圧入した状態で回転ヘッド部５２を回転駆動することとしている。このとき，アウターレース３０が正常に圧入されていれば，プレート２１は回転部は回転しない状態になる。一方，正常に圧入されていなければ，プレート２１が回転することになる。つまり，圧入状態が正常であればプレート２１とアウターレース３０およびケース１０とが密着しており，摩擦抵抗が高い。そのため，この回転摩擦抵抗を利用し，プレート２１（回転ヘッド部５２）が回転しているか否かによって圧入状態の良否を判断できる。従って，本発明の圧入装置１００では，実際のプレート２１とアウターレース３０との密着状態およびケース１０とプレート２１との密着状態から圧入状態を判断でき，圧入推力や圧入深さで圧入状態を推測する従来の技術と比較して，規定位置まで圧入されていることがより厳密に保証される。よって，圧入部材が規定の位置まで圧入されていることを厳密に保証することができる圧入装置および圧入方法が実現している。

また，プレート２１は，アウターレース３０の圧入方向の位置を調節するシム部材としての機能を有している。すなわち，アウターレース３０をケース１０に圧入する際，両者の寸法誤差を調節するため，シム等の位置調節部材が利用される。そこで，プレート２１が位置調節機能を兼ねることで部品点数の増加なく圧入状態を高精度に保証できる。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，本実施の形態では，第１の圧入状態判断を行った後，第２の圧入状態判断を行っているが，第２の圧入状態判断のみであってもよい。この場合，例えば圧入前から回転ヘッド部５２を回転させ，回転させつつ圧入し，回転が停止するまで圧入を続けるとしてもよい。

実施の形態にかかる圧入装置の概要構成を示す図である。 実施の形態にかかる圧入装置の圧入ヘッド部の構成を示す図である。 図２のＡ−Ａ断面を示す図である。 実施の形態にかかるプレロード調整用のプレートの構成を示す図である。 圧入ヘッド部がプレロード調整用のプレートを保持した状態を示す図である。 アウターレースの圧入時の状態（圧入前）を示す図である。 アウターレースの圧入時の状態（圧入後）を示す図である。 アウターレースが底面まで圧入された状態（正常状態）を示す図である。 アウターレースが底面まで圧入されていない状態（異常状態）を示す図である。 アウターレースが異物を挟み込んで圧入された状態（異常状態）を示す図である。 摩擦抵抗トルクの算出式の各パラメータの概念を示す図である。 各パラメータの寸法を示す図である。 トランスアクスルのケースとテーパードローラベアリングとの組み合わせ状態を示す図である。 トランスアクスルのケースにテーパードローラベアリングが組み合わされた状態を示す図である。

符号の説明

１０ ケース
１１ 取付開口部
１２ 端面
２１ プレート
２２ 切欠き
３０ アウターレース
５ 圧入シリンダ
５０ 圧入ヘッド部
５１ エアモータ
５２ 回転ヘッド部
５３ クラッチ
５５ キー部
１００ 圧入装置

Claims (8)

1. 貫通孔を有する被圧入部材を，プレート部材を挟んでワークに設けられた所定の有底孔内に圧入する圧入装置において，
   前記被圧入部材の圧入方向に移動自在に設けられた圧入軸と，
   前記圧入軸の先端部に位置し，前記被圧入部材の貫通孔を通して当該被圧入部材を保持する圧入ヘッド部と，
   前記圧入ヘッド部の先端部に位置し，前記プレート部材と着脱可能に嵌合し，前記圧入軸の軸方向を中心に回転自在に設けられた回転部と，
   前記回転部を回転駆動する駆動部と，
   前記回転部の回転状況を検知し，その検知結果を基に前記被圧入部材の圧入状態の良否を判断する圧入状態診断部とを備え，
   前記プレート部材の外径が前記ワークの有底孔の内径以下であり，
   前記プレート部材の外周面と前記ワークの有底孔の内周面との間の摩擦抵抗が前記回転部の回転トルクより小さいことを特徴とする圧入装置。
2. 請求項１に記載する圧入装置において，
   前記プレート部材は，前記被圧入部材の圧入方向の位置を調節するシム部材であることを特徴とする圧入装置。
3. 請求項１または請求項２に記載する圧入装置において，
   前記駆動部は，エアモータを備え，
   前記圧入状態診断部は，エアモータの背圧を検知し，エアモータの背圧が所定値以上であれば，前記回転部が回転していないと判断することを特徴とする圧入装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載する圧入装置において，
   前記圧入状態診断部は，
   前記被圧入部材を圧入する際，圧入推力と圧入深さと両規定を満たすことで圧入状態を保証する第１圧入状態判断部と，
   前記第１圧入状態判断部にて圧入状態が保証された後，前記回転部を回転駆動し，前記回転部が回転しなくなることで圧入状態を前記第１圧入状態判断部よりも厳密に保証する第２圧入状態判断部と，
   を備えることを特徴とする圧入装置。
5. 貫通孔を有する被圧入部材を，プレート部材を挟んでワークに設けられた所定の有底孔内に圧入する圧入方法において，
   前記被圧入部材の圧入方向に移動自在に設けられた圧入軸の先端部に位置する圧入ヘッド部にて前記被圧入部材の貫通孔を通して当該被圧入部材を保持し，圧入ヘッド部の先端部に位置する回転部にて前記プレート部材を保持し，当該プレート部材とともに前記被圧入部材をワークの有底孔内に圧入する圧入ステップと，
   前記被圧入部材を圧入した状態で，前記回転部を回転駆動する回転ステップと，
   前記回転部の回転状況を検知し，その検知結果を基に前記被圧入部材の圧入状態の良否を判断する圧入状態診断ステップとを含み，
   前記プレート部材の外径が前記ワークの有底孔の内径以下であり，
   前記プレート部材の外周面と前記ワークの有底孔の内周面との間の摩擦抵抗が前記回転部の回転トルクより小さいことを特徴とする圧入方法。
6. 請求項５に記載する圧入方法において，
   前記プレート部材は，前記被圧入部材の圧入方向の位置を調節する機能を兼ねることを特徴とする圧入方法。
7. 請求項５または請求項６に記載する圧入方法において，
   前記回転ステップでは，エアモータによって前記回転部を回転駆動し，
   前記圧入状態診断ステップでは，エアモータの背圧を検知し，エアモータの背圧が所定値以上であれば，前記回転部が回転していないと判断することを特徴とする圧入方法。
8. 請求項５から請求項７のいずれか１つに記載する圧入方法において，
   前記圧入ステップは，圧入推力と圧入深さと両規定を満たすことで圧入状態を保証し，
   前記圧入状態診断ステップは，前記回転部が回転しなくなることで圧入状態を前記圧入ステップよりも厳密に保証することを特徴とする圧入方法。

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