JP4953795B2 - 電子部品、及びその作成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、コンデンサ素子などの部品素子を樹脂製の外装体で被覆した電子部品に関する。
図５に、従来のコンデンサの断面図を示す。図５において、２１はコンデンサ素子、２２は正負極一対の金具、２３は一対の外部接続端子部、２４は樹脂製ケース、２５は充填樹脂である。
コンデンサ素子２１は、誘電体フィルムの片面に金属を蒸着させた２枚の金属化フィルムを巻回してなる。金具２２は銅製であり、コンデンサ素子２１の端面に接続されている。図５に示すように、金具２２は外方へ突出した形状であり、外部に露出している部分に外部接続端子部２３を備える。
樹脂製ケース２４は、上方に開口部を有する。この樹脂製ケース２４内に金具２２を接続したコンデンサ素子２１を収容し、隙間にエポキシ樹脂などの充填樹脂２５を外部接続端子部２３のみが外方に表出するように注型して、コンデンサ素子２１を封止する。
充填樹脂２５は製品の耐湿性の向上などを目的としてコンデンサ素子２１を覆うもので、これによって周囲からの湿度の侵入を阻むことができる。さらに、強度や耐衝撃性が強い樹脂の特性を生かして強固な筐体の役目も兼ねることができる。
このように、従来のコンデンサは、樹脂製ケース内にコンデンサ素子を収容し、隙間に充填樹脂を注入して硬化させ、製品の耐湿性を向上させていた（例えば、特許文献１、２参照。）。
特開２０００−５８３８０号公報
特開２０００−３２３３５２号公報
上記したように、従来のコンデンサにおいては、充填樹脂をコンデンサ素子と樹脂製ケースの隙間に注入して、硬化させていた。これは、エポキシ樹脂などの充填樹脂単体では硬化するのに時間がかかり、耐湿性を保つための厚みでコンデンサ素子を覆うためにはケースに注入する必要があるためである。しかしながら、このようにケースを用いると、製品が大型化してしまい、部品点数も増加する。
本発明は、上記問題点に鑑み、ノルボルネン系樹脂製の外装体でコンデンサ素子を被覆することにより、ケースを用いずに済み、コンデンサを小型化できるとともに、コンデンサの構成部品点数を削減できる電子部品、およびその作成方法を提供することを目的とする。
この目的を達成するために、本発明は、部品素子をフィラーを含むノルボルネン系樹脂によって成型することで覆い、外装体とするものであり、かつ該外装体には取り付け部が一体形成されており、その取り付け部が一体形成された外装体がノルボルネン系モノマーを注入して反応、硬化させる反応射出成型法で得られたものであることを特徴とする。
本発明の電子部品は、外部接続端子部を備えるコンデンサ素子と、フィラーを含み、前記コンデンサ素子と直接接触し、前記コンデンサ素子を被覆したノルボルネン系樹脂製の外装体と、を備え、前記外装体と一体形成された取り付け部を有することを特徴とする。
また、本発明の電子部品は、前記外装体が、ノルボルネン系モノマーを重合する触媒にルテニュームを用いたノルボルネン系樹脂からなることを特徴とする。
また、本発明の電子部品は、前記外装体が前記フィラーを５〜５０重量％混合させたノルボルネン系樹脂からなることを特徴とする。
また、本発明の電子部品は、前記外装体が、ノルボルネン系モノマーを重合する触媒にルテニュームを用いたノルボルネン系樹脂からなることを特徴とする。
また、本発明の電子部品は、前記外装体が前記フィラーを５〜５０重量％混合させたノルボルネン系樹脂からなることを特徴とする。
また、本発明の電子部品は、前記コンデンサ素子に正負極一対の電極が形成されており、前記各電極に、前記外部接続端子部を備え前記外部接続端子部を前記コンデンサ素子の外方へ突出させる形状の金具が接続されていることを特徴とする。
また、本発明の電子部品は、前記コンデンサ素子が、金属化フィルムを巻回または積層したものであることを特徴とする。
また、本発明の電子部品は、前記コンデンサ素子が、扁平形状であることを特徴とする。
また、本発明の電子部品は、前記外装体の表面に凸凹部が形成されていることを特徴とする。
また、本発明の電子部品は、前記外装体が、５０％体積累積径が１〜３０μｍの前記フィラーを混合させたノルボルネン系樹脂からなることを特徴とする。
また、本発明の電子部品は、前記外装体の表面に凸凹部が形成されていることを特徴とする。
また、本発明の電子部品は、前記外装体が、５０％体積累積径が１〜３０μｍの前記フィラーを混合させたノルボルネン系樹脂からなることを特徴とする。
また、本発明の電子部品の作成方法は、樹脂成型用の金型内にコンデンサ素子を設置し、前記金型に設けた樹脂注入口よりフィラーを含むノルボルネン系モノマーを注入して反応、硬化させる反応射出成型法により前記取り付け部と前記外装体を一体成型することを特徴とする。
また、本発明の電子部品の作成方法は、前記金型に設けた樹脂注入口よりフィラーを含むノルボルネン系モノマーを注入して反応、硬化させる前に、前記フィラーとして二種以上の充填剤を乾式にて高速攪拌したハイブリッドフィラーを得て、そのハイブリッドフィラーを前記ノルボルネン系モノマーに加えることを特徴とする。
また、本発明の電子部品の作成方法は、前記金型に設けた樹脂注入口よりフィラーを含むノルボルネン系モノマーを注入して反応、硬化させる前に、前記フィラーとして二種以上の充填剤を乾式にて高速攪拌したハイブリッドフィラーを得て、そのハイブリッドフィラーを前記ノルボルネン系モノマーに加えることを特徴とする。
本発明によれば、ケースを用いずに済み、コンデンサを小型化できるとともに、コンデンサの構成部品点数を削減でき、材料コストを削減することができる。また、ノルボルネン系樹脂は硬化にかかる時間が短いので、コンデンサの生産性を飛躍的に向上できる。またノルボルネン系樹脂は、成型が容易であり、かつ、機械的強度が高いため、外装体に取り付け部を一体形成して、コンデンサの固定の容易化を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本実施の形態における電子部品であるコンデンサの断面図である。なお、本実施の形態では、コンデンサとして金属化フィルムコンデンサを例に説明するが、これに限定されるものではない。
図１において、１はコンデンサ素子、１ａは正負極一対の電極、２は一対の金具、３は一対の外部接続端子部、４は外装体である。コンデンサ素子１は、ポリプロピレンなどの誘電体フィルムにアルミニウムなどの金属を蒸着させた1対の金属化フィルム（図示せず）を誘電体フィルム（図示せず）を介して対向するように巻回または積層したものであり、両端面に亜鉛などを溶射することによってメタリコン電極１ａが形成されている。
金具２は、一端がメタリコン電極１ａにはんだなどで接続され、他端に外部接続端子部３を備える。また、金具２は、外部接続端子部３を外方へ突出させる形状をしている。なお、金具２は、例えば板状のバスバーや線状のリード線などの導電性を有する部材で構成する。
外装体４は、コンデンサ素子１の周囲を外部接続端子部３が露出するように被覆している。ここで外装体４はノルボルネン系樹脂の成型品であり、反応射出成型法（ＲＩＭ成型法）により成型される。なお、ＲＩＭ成型法で成型されるノルボルネン系樹脂の成型品は、一般に、例えば、車両、建機、農機のカバーや、浴槽パン、浄化槽筐体、洗面ボールなどの住宅設備品などに利用されている。また、磁気浮上式鉄道用の地上推進コイルの充填樹脂としても使用されている（特開平１０−２９６７９２号公報参照。）。
外装体４の成型には金型が用いられる。図２に外装体４を成型するための金型を示す。図２において、５は金型、５ａは金型５の上型、５ｂは金型５の下型、６はゲート、７はエアー抜き孔、８は凹部である。
図２に示すように、樹脂成型用の金型５は、上型５ａと下型５ｂとから構成されている。上型５ａには樹脂を導入するための孔（樹脂注入口）であるゲート６が設けられている。また、上型５ａ及び下型５ｂの合わせ面には、樹脂を注型していく際に金型５内の空気を抜くためのエアー抜き孔７が設けられている。また、上型５ａ及び下型５ｂの合わせ面には凹部８が設けられている。この凹部８は、コンデンサ素子１を固定、位置決めするためのものである。
外装体４の成型方法としては、まず、金具２を接続したコンデンサ素子１を金型５内に設置する。このとき、金具２を上型５ａ及び下型５ｂの凹部８で固定して、コンデンサ素子１を位置決めし、次に上型５ａと下型５ｂを嵌合させて金型５を型締めする。金型は、単なる型枠であってもよいが、ノルボルネン系モノマーを注入した時に反応が進行するように室温以上、好ましくは５０℃〜１２０℃に調温されていることが好ましい。
型締めをした後、エアー抜き孔７から空気を抜くためにゲート６が下方となるように金型５を傾けながら、金型５内へゲート６を通じてノルボルネン系モノマーを注入して硬化させる。金型５内の空気はエアー抜き孔７から外部へ放出される。このときの射出圧力は、ほぼ大気圧になる。その後、金型５を開き、金属化フィルムコンデンサを得る。
このように、外装体４は、ノルボルネン系モノマーを反応射出成型して塊状重合したものである。ノルボルネン系モノマーは、ノルボルネン環構造を有する化合物であればよい。特に、耐熱性に優れた成型品が得られることから、三環体以上の多環ノルボルネン系モノマーが好ましい。例えば、ジシクロペンタジエンを主成分とし、本発明の目的を損なわない範囲で、トリシクロペンタジエン、テトラシクロペンタジエンなどの多環ノルボルネン系単量体や、ノルボルネン系単量体と開環共重合し得るシクロブテン、シクロペンテン等の単環シクロオレフィン等のコモノマーを適宜添加した混合液を重合したものを用いることができる。具体例としては、「ペンタム」、あるいは「メトン」という商品名でＲＩＭＴＥＣ株式会社より市販されている２液型のジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）を用いることができるが、これに限定されるものではない。
ノルボルネン系モノマーを重合するために好適に用いられる触媒は、メタセシス触媒で、例えばタングステン、モリブデン、ルテニュームなどの金属塩系が用いられる。活性剤としてはメタセシス触媒を活性化できるものであれば特に限定されず公知のものでよい。例えば、特開平６−１４５２４７号公報に開示されているように、アルキルアルミニウム、アルキルアルミニウムハライド等の有機アルミニウム化合物、有機錫化合物などを、それぞれ単独または２種以上の組み合わせで用いることができる。ＲＩＭ成型法で反応硬化させる場合、一般には、ノルボルネン系モノマーにメタセシス触媒を加えたＢ液と、ノルボルネン系モノマーに活性剤を加えたＡ液を用いる２液システムが採用される。Ａ、Ｂ液は、金型内に注入されると、混合と同時に反応を開始して硬化を始める。
コンデンサ素子を樹脂で完全に被覆するためには、ノルボルネン系モノマー（Ａ、Ｂ液）の硬化速度や、粘度を最適に選択することが必要である。硬化速度は、活性調節剤を添加することで調節できる。活性調節剤としてはメタセシス触媒を還元する作用を持つ化合物などを用いることができ、アルコール類、ハロアルコール類、あるいはアセチレン類が好適である。また、メタセシス触媒の種類によっては活性調整剤としてルイス塩基化合物を用いることができる。
また、粘度は、エラストマー類を添加することで調節できる。エラストマー類としては、例えば、天然ゴム、ＳＢＲ（スチレン−ブタジエン共重合体）、ＳＢＳ（スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体）、ＳＩＳ（スチレン−イソプレン−スチレン共重合体）、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー）などを用いることができる。エストラマー類の添加量によって、３０℃において、５ｃｐｓ（５×１０−３Ｐａｓ）〜２０００ｃｐｓ（２Ｐａｓ）程度の範囲で粘度を調節できる。
以上のように、本実施の形態では、コンデンサ素子の周囲をノルボルネン系樹脂で被覆する。ノルボルネン系モノマーの硬化時間は活性調整剤の添加量にも依存するが、通常はモノマー注入後５分〜１０分程度であり、従来のコンデンサにおいて充填樹脂として用いるエポキシ樹脂の硬化時間が短くとも１〜数時間であるのに比べて極めて短時間での硬化が可能で、製品の生産性の向上をもたらすことができる。
また、ノルボルネン系樹脂は、従来のコンデンサにおいて充填樹脂として使用されていたエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂や、ケースに使われていたポリエステル樹脂などに比べて耐湿性に富み、剛性も高いので、ノルボルネン系樹脂製の外装体でコンデンサ素子の周囲を被覆するだけで、耐湿性や、強度、耐衝撃性を確保することができる。したがって、従来のコンデンサのようにケースを使用しないで済み、コンデンサの小型化が可能になる。また、ノルボルネン系樹脂は強度や耐衝撃性が高いので、コンデンサ素子の周辺の樹脂（外装体）を薄肉化することができ、小型化とともに材料コストの削減も可能になる。また、外装体の高剛性化と薄肉化によって振動に対する信頼性も向上する。
また、従来のコンデンサにおいて充填樹脂として用いるエポキシ樹脂などは粘性が高く、樹脂を注入する注型工程での作業効率が低下するということがあったが、ノルボルネン系モノマーは低粘度であるので、作業効率が向上し、作業コストの削減が可能となる。なお、ノルボルネン系モノマーに、所望により酸化防止剤や難燃化剤を添加してもよい。また、カーボンを微量添加して黒色へ着色することもできる。
また、ノルボルネン系モノマーにフィラー（充填剤）を加えることで、外装体４の剛性をより高め、かつ線膨張係数をより低減させることができる。一般に、重合体の性能を向上させるために、無機フィラーや繊維類を使用することが知られている。しかしながら、無機フィラーや繊維類も種類を選ばなければ、逆に強度が著しく低下したり、あるいは、極端な場合にはノルボルネン系モノマーの反応性を阻害し、重合、硬化を損なうこともあるので注意を要する。
ここでは、充填剤として、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、タルク、マイカ、シリカ、アルミナ、カーボンブラック、グラファイト、酸化アンチモン、赤燐、各種金属粉、クレー、各種フェライト、ハイドロタルサイト、ガラス繊維、ウオラストナイト、チタン酸カリウム、ゾノライト、塩基性硫酸マグネシウム、ホウ酸アルミニウム、テトラポット型酸化亜鉛、石膏繊維、ホスフェート繊維、アルミナ繊維、針状炭酸カルシウム、針状ベーマイト、鱗片状ベーマイト、板状ベーマイトなどを用いることができる。コストの面からは、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、シリカ、ウオラストナイト等を用いるのが好ましい。以上の充填剤は単独で、あるいは複数を併用混合して添加することができ、成型品の剛性向上や、線膨張係数の低下による寸法安定性を実現できる。
充填剤の形状には、球状、針状、繊維状があるが、２種以上の充填剤を乾式にて高速攪拌することによって得られるハイブリッドフィラーを使用することが好ましい。ハイブリッドフィラーはＲＩＭ成型法に適しており、分散性を確保することができる。高速攪拌する際の攪拌条件は特に限定されないが、例えば、ヘンシェルミキサー等を用いて、回転翼の周速が通常１０〜６０ｍ／秒となるように攪拌する。
また、充填剤の５０％体積累積径は好ましくは１〜３０μｍである。ここで、５０％体積累積径は、Ｘ線透過法で粒度分布を測定することにより求められる値である。５０％体積累積径が小さいと、成型品の剛性や寸法安定性が不十分となる場合があり、一方、大きすぎると、反応液がタンク内や金型内、あるいは配管内で沈降したり、注入ノズルが詰まったりする場合がある。
また、充填剤の種類にも依存するが、ハイブリッドフィラーの含有量は、一般にノルボルネン系モノマーに対して５〜５０ｗｔ％、好ましくは１０〜４０ｗｔ％である。含有量が少ないと、剛性を高め、かつ線膨張係数を低減させるという充填剤の効果は十分発現せず、５０ｗｔ％を超えると、成型品がもろくなったり、あるいは硬化が不十分になり、外装体をＲＩＭ成型法により構成することができなくなってしまう。なお、充填剤の添加量が多いと液の粘性が増加して、ノルボルネン系モノマーが低粘度であることの利点を損なうおそれがあるが、ハイブリッドフィラーは、反応液中への分散性が高いため、比較的多く加えても粘度を低く抑えることができる。さらに、フィラー表面を表面処理剤で処理することにより粘度を低く抑えることもできる。
続いて、本実施の形態におけるコンデンサの外形について説明する。図３は、本実施の形態におけるコンデンサの外形を示す斜視図である。図３において、９は凸凹部、９ａは凹状部、９ｂは凸状部である。
ノルボルネン系樹脂は剛性が高く、粘性も低いため、成型が容易であり、図３に示すように、外装体４の表面に細かな凸凹部９を形成して、表面積を大きくすることが容易にできる。このように表面積を大きくすることによって放熱性が高まり、コンデンサの信頼性を向上させることができる。
凸凹部９は、外装体４の表面に一定間隔で連続して凹状部９ａもしくは凸状部９ｂを設けることで形成される。なお、本実施の形態では、略方形状の凹状部を設けたが、この形状に限定されるものではなく、例えば略円形状や多角形状の凹状部を設けてもよい。
また、図４に本実施の形態におけるコンデンサの他の例を示す。図４において、１０は取り付け部である。ノルボルネン系樹脂は、上記したように成型が容易であり、かつ、機械的強度が高いため、図４に示すように、外装体４に取り付け部１０を一体形成して、コンデンサの固定の容易化を図ることも可能である。
以上のように、本実施の形態によれば、ノルボルネン系樹脂製の外装体でコンデンサ素子を被覆することで、耐湿性を確保することができる。さらに、コンデンサ素子を偏平形状として体積効率を上げた場合、耐湿性の確保とともに小型化の効果もより顕著となる。
なお、本実施の形態では、金属化フィルムコンデンサを例に説明したが、これに限定されるものではなく、他の電子部品にも適用することができ、耐湿性を必要とする電子部品に対して有用である。
続いて、ノルボルネン系樹脂の成型品の特性試験の結果について説明する。該試験では、ノルボルネン系樹脂の材料として、ジシクロペンタジエン及びアルキルアルミニウムハライド系活性剤を含むＡ液と、ジシクロペンタジエン及びモリブデン系のメタセシス重合触媒を含むＢ液（共に、ＲＩＭＴＥＣ株式会社製のペンタム３０００）を使用した。また、充填剤として、ウオラストナイト（キンセイマテック株式会社製）と炭酸カルシウム（三共製粉株式会社製）を、ヘンシェルミキサーを用いて回転速度７２０ｒｐｍ（周速４０m／秒）で１０分間攪拌して得たハイブリッドフィラーを使用した。
まず、Ａ、Ｂ液を、ＲＩＭ成型機を用いて金型内に射出して、３ｍｍ厚の平板（フィラーなしのジシクロペンタジエン樹脂）を作成した。このときの金型温度は８０℃である。次に、ジシクロペンタジエンにハイブリッドフィラーを６０ｗｔ％分散させたＣ液を作成し、ＲＩＭ成型機を用いて、Ａ、Ｂ、Ｃ液を１：１：１の体積比で金型内に射出して、３ｍｍ厚の平板（フィラー入りジシクロペンタジエン樹脂）を作成した。この平板中のフィラー濃度は２８ｗｔ％である。
これらの平板を用いて機械的強度や線膨張係数、吸水率を測定した結果を表１に示す。なお、比較例として、市販品のエポキシ樹脂で、フィルムコンデンサ用とされている２液加熱硬化タイプ（日本ペルノックス株式会社 ＷＥ−２０／ＨＶ−１９）のカタログ値もあわせて示す。
続いて、図２を用いて説明したＲＩＭ成型法により、上記したＡ、Ｂ、Ｃ液を用いて外装体を成型して作成した金属化フィルムコンデンサ（実施例）の特性試験の結果について説明する。ここでは、フィラーを３０ｗｔ％添加した。
該試験では、８５℃、相対湿度８５％において直流６５０Ｖを１０００時間印加した後の１ｋＨｚにおける容量、ｔａｎδ、絶縁抵抗を測定し、印加前のものと比較した。なお、比較例として、上記実施例で使用したコンデンサ素子（金属化フィルム）と同様のコンデンサ素子をポリフェニレンサルファイド製の樹脂ケースに収納し、隙間にエポキシ樹脂を注入して硬化させた金属化フィルムコンデンサを作成して、同様の試験を行った。但し、ケース外側面からコンデンサ素子までの樹脂厚さは、実施例と同じとした。この結果を、製品の重量、サイズとともに、表２に示す。
このように、比較例では容量が低下し、絶縁抵抗が増加しているのに対して、実施例においては、ジシクロペンタジエン樹脂（ノルボルネン系樹脂）製の外装体により耐湿性が確保できているため、容量の低下と抵抗の増加が小さくなっている。
本発明にかかる電子部品、及びその作成方法は、剛性の高いノルボルネン系樹脂製の外装体によりコンデンサ素子を被覆することで、耐湿性を確保しつつコンデンサの小型化を可能とし、高湿環境下において大電流を流されるコンデンサの信頼性が向上するので、自動車のシステムなどに有用である。
１ コンデンサ素子
１ａ 電極
２ 金具
３ 外部接続端子部
４ 外装体
５ 金型
５ａ 上型
５ｂ 下型
６ ゲート
７ エアー抜き
８ 凹部
９ 凸凹部
９ａ 凹状部
９ｂ 凸状部
１０ 取り付け部
２１ コンデンサ素子
２２ 金具
２３ 外部接続端子部
２４ 樹脂製ケース
２５ 充填樹脂
１ａ 電極
２ 金具
３ 外部接続端子部
４ 外装体
５ 金型
５ａ 上型
５ｂ 下型
６ ゲート
７ エアー抜き
８ 凹部
９ 凸凹部
９ａ 凹状部
９ｂ 凸状部
１０ 取り付け部
２１ コンデンサ素子
２２ 金具
２３ 外部接続端子部
２４ 樹脂製ケース
２５ 充填樹脂
Claims (10)
- 外部接続端子部を備えるコンデンサ素子と、
フィラーを含み、前記コンデンサ素子と直接接触し、前記コンデンサ素子を被覆したノルボルネン系樹脂製の外装体と、
を備え、前記外装体と一体形成された取り付け部を有する電子部品。 - 前記外装体は、ノルボルネン系モノマーを重合する触媒にルテニュームを用いたノルボルネン系樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の電子部品。
- 前記外装体は前記フィラーを５〜５０重量％混合させたノルボルネン系樹脂からなることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電子部品。
- 前記コンデンサ素子には正負極一対の電極が形成されており、前記各電極には、前記外部接続端子部を備え前記外部接続端子部を前記コンデンサ素子の外方へ突出させる形状の金具が接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品。
- 前記コンデンサ素子は、金属化フィルムを巻回または積層したものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電子部品。
- 前記コンデンサ素子は、扁平形状であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電子部品。
- 前記外装体は、表面に凸凹部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電子部品。
- 前記外装体は５０％体積累積径が１〜３０μｍの前記フィラーを混合させたノルボルネン系樹脂からなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電子部品。
- 請求項１ないし８のいずれかに記載の電子部品を作成する方法であって、樹脂成型用の金型内にコンデンサ素子を設置し、前記金型に設けた樹脂注入口よりフィラーを含むノルボルネン系モノマーを注入して反応、硬化させる反応射出成型法により前記取り付け部と前記外装体を一体成型する電子部品の作成方法。
- 前記金型に設けた樹脂注入口よりフィラーを含むノルボルネン系モノマーを注入して反応、硬化させる前に、前記フィラーとして二種以上の充填剤を乾式にて高速攪拌したハイブリッドフィラーを得て、そのハイブリッドフィラーを前記ノルボルネン系モノマーに加えることを特徴とする請求項９記載の電子部品の作成方法。
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