JP4918416B2 - トーチクリーナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスシールド式のアーク溶接用トーチを清掃するトーチクリーナ装置に関する。

溶接ロボットの自動運転を補助するトーチクリーナ装置として、溶接ロボットのトーチ先端から突出するワイヤを切断するワイヤ切断装置と、トーチ内のスパッターやスラグ等の異物を除去する異物剥離装置と、トーチ先端を取り囲むようなリング状のスパッターなどの異物を除去するトーチ外部清掃装置と、トーチの異物付着を防止する付着防止剤塗布装置とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１等参照) 。

前記異物剥離装置は、トーチのガス通路内へ細長い刃物を挿入させてこれをトーチに対して偏心回転（円周移動）させることで異物を掻き落とすようになっており、トーチ外部清掃装置は、ゴム製の支持台に支持棒を立ててこの上部に平型円盤状のブラシ体を固定したもので、トーチの先端をブラシ体の外周面へ押し当てた状態で、トーチ側をブラシ体まわりで周回させたり上下動させたりすることで異物を擦り落とすようになっていた。
特許第３１８６２７４号公報

従来公知のトーチ外部清掃装置では、平型円盤状のブラシ体に対してその外周面にトーチを押し当てながらトーチを移動させる構造であったため、トーチ先端の外周面に付着した異物は除去できても、トーチの先端に付着した異物（特にエッジ部分等では強固に付着している）までもを完全に除去するのは困難であった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、トーチの先端エッジに付着した異物を確実且つ綺麗に除去できるようにしたトーチクリーナ装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は次の手段を講じた。
即ち、本発明に係るトーチクリーナ装置１は、アーク溶接用トーチ２の先端エッジと当接して相対回転することにより、前記トーチ２の先端エッジの堆積異物を除去する端面除去具２１が設けられ、前記端面除去具２１にはトーチ２の先端エッジに当接する先細りのテーパ面２１ａが形成されていると共に、このテーパ面２１ａには開口２８が穿孔されており、前記開口２８の縁部には前記テーパ面２１ａに当接されたトーチ２の先端エッジから堆積異物を除去する刃部２９が形成されていてトーチ２の先端エッジから除去した堆積異物を前記開口２８からテーパ面２１ａの外方へ排出可能となっている。

このような構成であると、トーチ２先端エッジ、特に、トーチ２の先端全周と端面除去具２１とを強く当接させることが可能であるため、トーチ２の先端エッジに付着した異物（例えば、トーチ２先端を取り囲む状態で強固に付着したリング状のスパッターなど）を確実に除去することができる。
端面除去具２１は、トーチ２当接方向先細りのテーパ面２１ａに開口２８を穿孔して、この開口２８の縁部で刃部２９が形成されたものであるので、端面除去具２１としての構造簡潔化が可能であり、製作の容易化や低コスト化が図れることになる。また、トーチ２の先端エッジに対して刃部２９の当接圧（面圧）を高めることができるため、強固に付着した異物も確実に除去できる利点がある。

前記開口２８は、内周面下部が外下向きに傾斜して形成されているものとすることができる。
前記アーク溶接用トーチ２はワイヤノズル１００の回りに周隙間Ｓを保持してガスノズル１０１が外嵌されており、前記端面除去具２１と同芯に配置されていて端面除去具２１に当接されるガスノズル１０１の先端１０１ａ内に挿入される吸引パイプ４０と、この吸引パイプ４０内を負圧にすることでトーチ２外周からトーチ２先端内及び吸引パイプ４０内を経て空気を吸引する吸引手段４１とが設けられたものとすることができる。

このようにすると、吸引パイプ４０をガスノズル１０１内に挿入して吸引手段４１で吸引すると、ガスノズル１０１の外周から内側へと空気が通過することになり、トーチ２内から除去異物を確実且つ効率よく排出できる。
付着防止剤を貯溜していて前記トーチ２先端を浸し可能な貯剤部６３を設けておけばよい。

ガスノズル１０１の先端１０１ａに予め付着防止剤等を付着させていた場合には、前記吸引手段４１によるガスノズル１０１の先端１０１ａ付近の空気流によって、付着防止剤を霧化させつつガスノズル１０１内へと導入させることができる。

本発明に係るトーチクリーナ装置では、トーチの先端エッジに付着した異物を確実且つ綺麗に除去できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１乃至図１２は、トーチクリーナ装置１の第１実施形態を示している。このトーチクリーナ装置１は、例えば、ガスシールド式アーク溶接ロボットのアームに備えられる溶接用トーチ２からスパッターやスラグ等の異物を除去し清掃（クリーニング）するためのものであり、前記トーチ２はアームに軸芯廻り回動可能に取り付けられている。

図１乃至図４から明かなように、箱状の装置本体３に対し、主としてトーチ２内に付着した異物を除去する内部清掃装置５及び吸引清掃装置６と、主としてトーチ２外に付着した異物を除去するエッジ清掃装置７及び先端清掃装置８とを有している。
また前記トーチクリーナ装置１では、トーチ２の異物付着を防止する付着防止剤塗布装置９と、トーチ２から突出したワイヤを切断するワイヤ切断装置１０とを有したものとしてある。

トーチ２は、図１２等に示すように、ワイヤノズル１００とその回りに外嵌されたガスノズル１０１との周隙間Ｓにガス通路１０２が形成され、ガス孔から噴出されたガスがガス通路１０２を経て溶接部位へ噴射させると共に、ワイヤノズル１００の先端部からワイヤが必要量、送り出されて突出される構成となっている。
装置本体３の上面部には浮き床１２が設けられており、この浮き床１２の上部に上記した内部清掃装置５、吸引清掃装置６、エッジ清掃装置７が設けられている。この浮き床１２は、装置本体３内で下端部が固定された複数本の防振脚１３（図例では４本）により保持されており、各防振脚１３が密着コイルバネなどによって形成されていることから、浮き床１２は水平状態を保持しつつ揺れが可及的に抑制される構造となっている。
［エッジ清掃装置］
エッジ清掃装置７は、浮き床１２の上方で昇降台２０を介して設けられた端面除去具２１を有している。昇降台２０は、浮き床１２に設けられた軸ホルダー２２に対して上下に貫通する状態で上下動自在に保持されたガイド軸２３を介してその上端部で支持されるようになっている。

ガイド軸２３にはコイルバネ２４が外嵌され、このコイルバネ２４が昇降台２０と浮き床１２との上下間で弾性力を生起させるように挟持されることにより、昇降台２０及び端面除去具２１は昇降自在であると共に、上方へ向けて押し上げ付勢された状態となっている。コイルバネ２４には蛇腹構造などを具備して伸縮自在となったブーツ２５が被せられている。

端面除去具２１はトーチ２の先端を受ける受け部材であり、上下に貫通する中央孔２７を有しており、この中央孔２７の上端側の開口縁部には、トーチ２が当接する方向において先細りとなるテーパ面２１ａが形成されている。テーパ面２１ａの上端位置での内径はトーチ２の先端外径より大きく、またテーパ面２１ａの下端位置での内径はトーチ２の先端外径よりも小さく形成されている。

また、このテーパ面２１ａにはガスノズル１０１の先端１０１ａの周縁が当接する位置に開口２８が穿孔されている。この開口２８は周方向に間隔をおいて複数個（３個）が穿孔されており、この開口２８の縁部により、異物除去のための刃部２９が形成されている。
そのため、この端面除去具２１に対してトーチ２の先端を当接させ、これら端面除去具２１とトーチ２とを相対回転させれば、図８や図１１に示すように、トーチ２の先端エッジが開口２８の刃部２９で擦られる状態となり、ガスノズル１０１の先端１０１ａにリング形状に異物が堆積して付着していれば、この異物は確実に除去されることになる。除去された異物は前記開口２８からも端面除去具２１の外方へ排出される。

なお、本第１実施形態では、浮き床１２上に２台のエッジ清掃装置７が設けられたものとしてあり、従って昇降台２０、軸ホルダー２２、ガイド軸２３、コイルバネ２４及び端面除去具２１が、それぞれ別個独立して２組ずつ設けられたものを示している。
浮き床１２の下部には、各エッジ清掃装置７ごとに、昇降台２０の下降をガイド軸２３の変位から検出するようにした第１検出器３０（図参照）及び第２検出器３１（図参照）が設けられている。
［内部清掃装置］
内部清掃装置５は、２台あるエッジ清掃装置７のうちの一方と併設されたもので、図５乃至図８に示すように、端面除去具２１の中央孔２７内へ上端部を挿通させるような状態で浮き床１２上に立設された内周除去具３５を有している。

内周除去具３５の下端部には回転ホルダー３６が取り付けられ、この回転ホルダー３６が、浮き床１２の下部に上向き状態で固定されたモータ３７の回転軸３７ａに連結されている。従ってこの内周除去具３５はモータ３７によって回転駆動することができる。
この内周除去具３５は、緩い円弧状に湾曲された巻き芯Ｐを有するコイルバネにより形成されている。また内周除去具３５（コイルバネ）の外径はトーチ２におけるガスノズル１０１の内径より小さく、内径はワイヤノズル１００の外径よりも大きく形成されている。

内周除去具３５を形成しているコイルバネの巻き芯Ｐは、先端フリー状態で緩い円弧状に湾曲されており（図６参照）、トーチ２の直線軸芯に対して非同芯となっている。
前記内周除去具３５の上端は、端面除去具２１が最上位置にあるときその中央孔２７内に位置し、トーチ２に対して非同芯で偏心していても、中央孔２７より若干大径のガスノズル１０１内に入り込み、それらより小径のワイヤノズル１００に嵌合可能になっている。

従ってこの内周除去具３５は、端面除去具２１にトーチ２の先端を当接させた状態で、更にトーチ２の下降によって端面除去具２１を押し下げることに伴い、トーチ２に対してワイヤノズル１００とガスノズル１０１との周隙間Ｓ（ガス通路１０２内）へ挿入することができるものであり、尚かつ、この挿入状態のまま内周除去具３５を回転させた場合（トーチ２を回転させてもよい）には、内周除去具３５がバネ弾性による偏心方向の変形性や軸方向の伸縮性を発揮してガスノズル１０１の内周面やワイヤノズル１００の外周面に対し、それらの全周且つ軸方向の略全域に余すところなく接触するようになる。
［吸引清掃装置］
吸引清掃装置６は、２台あるエッジ清掃装置７のうち、内部清掃装置５に併設のものとは別のエッジ清掃装置７に併設されていて、図９乃至図１１に示すように、端面除去具２１と同芯に配置された吸引パイプ４０と、この吸引パイプ４０内を負圧にする吸引手段４１とを有している。

吸引パイプ４０の外径はトーチ２におけるガスノズル１０１の内径より小さく、内径はワイヤノズル１００の外径よりも大きく形成されている。従ってこの吸引パイプ４０は、端面除去具２１にトーチ２の先端を当接させた状態で、更にトーチ２の下降によって端面除去具２１を押し下げることに伴い、ガスノズル１０１内へ挿入されるようになっている。

前記吸引パイプ４０の下端部にはパイプホルダー４２が外嵌され、このパイプホルダー４２に対して吸引パイプ４０が上下動自在な状態に保持されている。パイプホルダー４２の上端部に設けられた内フランジ４２ａと吸引パイプ４０の下端部に設けられた外フランジ４０ａとが係合して、吸引パイプ４０は上方へ抜け出さないように保持される。
吸引パイプ４０の上部は端面除去具２１が上昇位置にあるときも中央孔２７内に位置し、端面除去具２１の円筒部分に設けた位置規制部材（ネジ）５３によって位置規制されている。この位置規制部材５３は端面除去具２１の中心を通る直線上に一対設けられていて、吸引パイプ４０に大きな摺動抵抗を与えないように隙間を有し、中央孔２７に対する吸引パイプ４０の大きな芯ズレを防止している。

パイプホルダー４２内には吸引パイプ４０が最上位置まで上昇しても吸引パイプ４０へ差し込み状態を維持する段付きの連通パイプ４４が設けられており、パイプホルダー４２の内周面とこの連通パイプ４４の外周面との周間に装填されたコイルバネ４３により、吸引パイプ４０が押し上げ付勢されるようになっている。これらによりショックアブソーバー機構が構成され、トーチ２内に挿入された吸引パイプ４０が万が一、トーチ２内で奥付き状態を起こすことがあったとしても、トーチ２や吸引パイプ４０が破損することが防止される。

吸引手段４１は、吸引パイプ４０の下部にエジェクター部４５を配備させて構成されている。このエジェクター部４５は、上記した連通パイプ４４の下端部に設けられた径小管部４６と、この径小管部４６の下部に接続された排出管４７と、径小管部４６のまわりに周空間を形成させつつ外嵌された外筒４８とを有し、径小管部４６には周方向に間隔をおいて複数の連通孔４９が形成され、外筒４８に送風管５０が接続されたものとなっている。

図１及び図４に示すように、送風管５０には電磁バルブ５１などを介して装置外から圧力空気が供給可能になっている。送風管５０へ圧力空気が供給された場合、この圧力空気は連通孔４９を抜けて径小管部４６内へ入り、排出管４７を通って装置外（図９の下方）へと排気されるようになる。
このとき、連通孔４９から径小管部４６内を通って排出管４７へと向かう空気流は、連通孔４９や径小管部４６による絞り作用を受けて高速化され、これに伴って減圧化（負圧化）が起こるので、排出管４７へ向かう空気流（排気流）に吸い出されるようにして連通パイプ４４内及び吸引パイプ４０内の空気も吸引状態とされる。これによりトーチ２内の異物に負圧による吸引作用が派生し、前記内部清掃装置５で剥離された異物がトーチ２の周隙間Ｓの奥に残っていても吸引除去されることになる。

なお、このようにして吸引パイプ４０内が吸引状態にされることでガスノズル１０１内が吸引されるとき、ガスノズル１０１の先端１０１ａは図１１に示すように、端面除去具２１のテーパ面２１ａに当接した状態となっている。従ってトーチ２内には、端面除去具２１のテーパ面２１ａに形成された開口２８を介して外気の流れ込みが可能になっている。すなわち、ガスノズル１０１の先端１０１ａ付近の空気が端面除去具２１の上方及び外周から開口２８を通ってガスノズル１０１内へと流れることになる。

トーチ２の先端部には、後述する付着防止剤塗布装置９にて付着防止剤を付着させるので、この付着した付着防止剤が、上記したようにガスノズル１０１の外周からガスノズル１０１の先端１０１ａ内へと通過する空気により霧化され、吸引パイプ４０の先端へと導かれるので、ガスノズル１０１の内周面及びワイヤノズル１００の外周面へ（吸引パイプ４０の先端が届く深奥部まで）効率よく、また拡散しながら導入されて、均一に供給されることになる。
［先端清掃装置］
先端清掃装置８は、図１乃至図３、及び図１２に示すように、ブラケット５５を介して固定されたゴム製の支持台５６と、この支持台５６に立てられた支持棒５７を介して保持された円盤状の段付きブラシ５８とを有している。この段付きブラシ５８は、トーチ２におけるガスノズル１０１の先端１０１ａに摺接する端面ブラシ６０と、ガスノズル１０１の先端外周面１０１ｂに摺接する周面ブラシ６１とが段付き状態に配置されている。

従って、これら段付きブラシ５８とトーチ２とを互いに当接状態とさせたまま、段付きブラシ５８のまわりでトーチ２を自転又は公転させる（段付きブラシ５８を回転させてもよい）ことにより、トーチ２におけるガスノズル１０１の先端１０１ａ及び先端外周面１０１ｂに付着した異物を、擦り落としにより綺麗に除去することができる。
［付着防止剤塗布装置］
付着防止剤塗布装置９は、図１乃至図３に示すように、トーチ２の先端を浸し可能な貯剤部６３を有している。この貯剤部６３は、装置本体３に取り付けられた容器台６４と、この容器台６４に載せられる容器６５とを有したもので、容器６５内に異物付着防止剤が貯留される。

この付着防止剤塗布装置９は、前述した如く、端面除去具２１及び吸引清掃装置６もその一部を構成する。
［ワイヤ切断装置］
ワイヤ切断装置１０は、図１、図２、図４に示すように、装置本体３の上面で浮き床１２と横並びになる状態で設けられており、水平置きされたモータ６６の回転軸６７に取り付けられた可動刃６８と、この可動刃６８の回転域側部に固定された固定刃６９とを有している。なお、このワイヤ切断装置１０には、トーチ２の先端から突出したワイヤが可動刃６８の回転域内へ入り込む位置までトーチ２が接近したときにトーチ２を検出する第３検出器７０が設けられている。
［動作］
次に、本発明の実施例の作用を説明する。

トーチ２を清掃するには、まず内部清掃装置５へ移動される。そしてこの内部清掃装置５の上方位置にてトーチ２が下降され、内部清掃装置５と併設されているエッジ清掃装置７の端面除去具２１に対してトーチ２のガスノズル１０１の先端が当接し、更にこの端面除去具２１を押し下げていくと第１検出器３０がそれを検出、モータ３７を駆動して内周除去具３５を回転する。

内周除去具３５は回転しながらワイヤノズル１００とガスノズル１０１との周隙間Ｓ（ガス通路１０２内）内に挿入されることにより、バネ弾性による偏心方向の変形性や軸方向の伸縮性を発揮しながらガスノズル１０１の内周面やワイヤノズル１００の外周面に対し、それらの全周且つ軸方向の略全域に余すところなく接触するようになる。
しかも、このとき内周除去具３５には変形前の状態に復元しようするバネ弾性が生じているため、内周除去具３５によるガスノズル１０１やワイヤノズル１００への接触は、所定の接触圧を有したものとなり、トーチ２内の異物を掻き取りにより確実に除去する。

トーチ２は所要高さまで下降した後に上昇し、第１検出器３０による検出がなくなるまで内周除去具３５は回転を持続する。
この内周除去具３５による清掃に前後して又は同時に、端面除去具２１に対してトーチ２を押し付けたまま回転させる。それによりエッジ清掃装置７では、ガスノズル１０１の先端１０１ａ全周を端面除去具２１の刃部２９（開口２８の縁部）で擦るようになって、ガスノズル１０１の先端１０１ａに付着した異物（例えば、トーチ２先端を取り囲む状態で強固に付着したリング状のスパッターなど）を削り落とす。

次にトーチ２は付着防止剤塗布装置９へ向けて移動される。そしてトーチ２はこの付着防止剤塗布装置９の貯剤部６３で下降し、トーチ２の先端が容器６５内の付着防止剤へ浸けられる状態となる。トーチ２はその後上昇して隣接する吸引清掃装置６へ向けて移動される。
そしてこの吸引清掃装置６の上方位置にてトーチ２が下降され、吸引清掃装置６と併設されているエッジ清掃装置７の端面除去具２１にトーチ２の先端が当接し、更にこの端面除去具２１を押し下げていく。

トーチ２の下降によりワイヤノズル１００とガスノズル１０１との周隙間Ｓ（ガス通路１０２内）へ吸引パイプ４０が挿入されていく。そして第２検出器３１による検出があると、吸引清掃装置６では、連通パイプ４４内及び吸引パイプ４０内の空気が吸引され、ガスノズル１０１内が負圧になり、ガスノズル１０１の外方の空気がガスノズル１０１内を通って吸引パイプ４０に吸引され、その吸引される空気流によってトーチ２内の異物が除去される。

吸引清掃装置６においては、ガスノズル１０１内に端面除去具２１のテーパ面２１ａに形成された開口２８を介して外気が流れ込み、ガスノズル１０１の外周から内側へと空気が通過するので、ガスノズル１０１の先端１０１ａ付近に付着した付着防止剤が、ガスノズル１０１の外周から先端１０１ａを通ってガスノズル１０１内へと通過する空気により霧化され、吸引パイプ４０の先端へと導かれるので、ガスノズル１０１の内周面及び吸引パイプ４０内のワイヤノズル１００の外周面に、付着防止剤が効率よく、また均一に拡散されて付着される。

そしてトーチ２が所要高さまで下降した後に上昇し、第２検出器３１による検出がなくなるまで吸引作用は持続される。
この吸引清掃装置６においても、その清掃に前後してまたは同時に、端面除去具２１の刃部２９によるガスノズル１０１の先端１０１ａ全周のエッジ清掃を行ってもよい。
次にトーチ２は先端清掃装置８へ向けて移動される。そしてトーチ２はこの先端清掃装置８の上方位置にて下降され、段付きブラシ５８の端面ブラシ６０にトーチ２におけるガスノズル１０１の先端１０１ａが当接し、また同時に、段付きブラシ５８の周面ブラシ６１にガスノズル１０１の先端外周面１０１ｂが当接する状態にセットされる。

この状態を保持させたまま、トーチ２が自転する、又は段付きブラシ５８のまわりを公転する。このようにしてトーチ２におけるガスノズル１０１の先端１０１ａ及び先端外周面１０１ｂに付着した異物を、段付きブラシ５８で擦り落とす。
［別実施形態］
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施の形態に応じて適宜変更可能である。

例えば内部清掃装置５のみ、又は内部清掃装置５と吸引清掃装置６、エッジ清掃装置７、先端清掃装置８、付着防止剤塗布装置９又はワイヤ切断装置１０のいずれか１つの装置とを組み合わせてもよく、ワイヤ切断装置１０を設けずに、装置本体３上に先端清掃装置８及び／又は付着防止剤塗布装置９を配置したりしてもよい。
また、ガスノズル１０１の先端１０１ａのエッジ清掃は内部清掃装置５で内部を清掃する際にのみ行うようにしてもよく、エッジ清掃装置７は、端面除去具２１のテーパ面２１ａに周方向に間隔をおいて突条部を形成し、この突条部にガスノズル１０１の先端１０１ａと交差する方向の刃部２９を形成し、突条部間を吸引空気流通路としてもよい。

更に、トーチ２は回転可能であるので、端面除去具２１は回転不能に構成されているが、この端面除去具２１を昇降台２０に回転可能に設けてもよい。

トーチクリーナ装置の第１実施形態を示した平面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視図である。 図１のＢ−Ｂ線矢視図である。 図１のＣ−Ｃ線矢視図である。 図１のＤ−Ｄ線断面図である。 内周除去具の巻き芯が湾曲している様子を図５の一部を利用して説明した図である。 図５の状態から内周除去具及び端面除去具を使用した状態への動作移行図である。 図７の要部拡大図である。 図１のＥ−Ｅ線断面図である。 図９の状態から吸引パイプ及び端面除去具を使用した状態への動作移行図である。 図１０の要部拡大図である。 図３の状態から段付きブラシを使用した状態への動作移行図である。

１ トーチクリーナ装置
２ トーチ
２１ 端面除去具
２１ａ テーパ面
２８ 開口
２９ 刃部
４０ 吸引パイプ
４１ 吸引手段
６３ 貯剤部

Claims (4)

1. アーク溶接用トーチ（２）の先端エッジと当接して相対回転することにより前記トーチ（２）の先端エッジの堆積異物を除去する端面除去具（２１）が設けられ、
   前記端面除去具（２１）にはトーチ（２）の先端エッジに当接する先細りのテーパ面（２１ａ）が形成されていると共に、
   このテーパ面（２１ａ）には開口（２８）が穿孔されており、
   前記開口（２８）の縁部には前記テーパ面（２１ａ）に当接されたトーチ（２）の先端エッジから堆積異物を除去する刃部（２９）が形成されていてトーチ（２）の先端エッジから除去した堆積異物を前記開口（２８）からテーパ面（２１ａ）の外方へ排出可能となっている
   ことを特徴とするトーチクリーナ装置。
2. 前記開口（２８）は、内周面下部が外下向きに傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトーチクリーナ装置。
3. 前記アーク溶接用トーチ（２）はワイヤノズル（１００）の回りに周隙間（Ｓ）を保持してガスノズル（１０１）が外嵌されており、前記端面除去具（２１）と同芯に配置されていて端面除去具（２１）に当接されるガスノズル（１０１）の先端（１０１ａ）内に挿入される吸引パイプ（４０）と、この吸引パイプ（４０）内を負圧にすることでトーチ（２）外周からトーチ（２）先端内及び吸引パイプ（４０）内を経て空気を吸引する吸引手段（４１）とが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトーチクリーナ装置。
4. 付着防止剤を貯溜していて前記トーチ（２）先端を浸し可能な貯剤部（６３）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のトーチクリーナ装置。

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