JP4994030B2 - 潤滑剤組成物とそれを用いた減速機ならびにそれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、ウォームなどの小歯車と、ウォームホイールなどの大歯車とを有する減速機に好適に用いることのできる潤滑剤組成物と、それを充てんした減速機と、かかる減速機を備えた電動パワーステアリング装置とに関するものである。
【背景技術】
【0002】
自動車用の電動パワーステアリング装置には減速機が用いられる。例えばコラム型EPSでは、電動モータの回転を、減速機において、ウォーム等の小歯車からウォームホイール等の大歯車に伝えることで減速するとともに出力を増幅したのち、コラムに付与することで、ステアリング操作をトルクアシストしている。
【0003】
減速機構としての小歯車と大歯車との噛み合いには適度なバックラッシが必要である。しかし、例えば歯車の正逆回転時や、石畳み等の悪路を走行してタイヤからの反力が入力された際などに、バックラッシに起因して歯打ち音が発生する場合があり、それが車室内に騒音として伝わると運転者に不快感を与えることになる。
【0004】
このため従来は、適正なバックラッシとなるように小歯車と大歯車との組み合わせを選別して減速機を組み立てる、いわゆる層別組み立てをしているが、かかる方法では生産性が著しく低いという問題がある。また、層別組み立てをしたとしても、ウォームホイールの軸の偏芯による操舵トルクのむらが発生するという別の問題がある。また、同様の問題は、電動パワーステアリング装置の減速機に限らず、小歯車と大歯車とを有する一般の減速機においても存在する。
【0005】
そこで、例えば電動パワーステアリング装置の減速機においては、ウォーム軸をウォームホイールへ向けて偏倚可能とするとともに、ウォーム軸をその偏倚方向へ付勢するばね体などの付勢手段を設けることでバックラッシをなくすことが提案されている(例えば特許文献1参照)。
しかし、上記の減速機は構造が極めて複雑になり、製造コストがかさむという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】
特開2000−43739号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の目的は、減速機の騒音を、小歯車と大歯車とを組み合わせた際のバックラッシの大きさに関係なく、また、減速機の構造を複雑化することなく、これまでよりも低減することができる潤滑剤組成物と、それを用いることによって騒音の小さい減速機と、それを用いた電動パワーステアリング装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、小歯車と大歯車とを備える減速機の、前記小歯車と大歯車の噛み合い部分を含む領域に充てんされて、前記減速機の騒音を低減するための潤滑剤組成物であって、
潤滑基油、
カルシウムスルフォネート系増ちょう剤としての、カルシウムスルフォネートと、
(i) 炭酸カルシウム、
(ii) 高級脂肪酸カルシウム塩、
(iii) 低級脂肪酸カルシウム塩、および
(iv) ホウ酸カルシウム
から選択される少なくとも1種のカルシウム塩とのコンプレックス、および
平均粒径D1が、50μm<D1≦300μmの範囲内である緩衝材粒子
を含むことを特徴とする。
【0009】
本発明によれば、潤滑剤組成物中に分散した緩衝材粒子が、適度な弾性と硬さとを兼ね備えていることから、電動パワーステアリング装置の操舵トルクの過剰な上昇や、摺動音の発生を防止しつつ、少なくとも一方が樹脂、他方が金属である小歯車と大歯車との噛み合い部分に介在することによって、歯打ち音を減少させる機能を有するため、減速機の騒音を低減することができる。
【0010】
また、本発明によれば、カルシウムスルフォネート系増ちょう剤としての前記コンプレックスが、潤滑基油の保持力に優れるため、潤滑剤組成物における潤滑基油の保持力を向上して、時間の経過とともに増大する傾向にある離油を、長期にわたって良好に防止する。したがって、緩衝材粒子を含有するため上昇傾向にある潤滑剤組成物の粘度を適度な範囲に下げるべく、通常よりも潤滑基油を多めに配合した際に、離油が発生するのをより確実に防止して、長期にわたって良好な潤滑を維持することができる。
【0011】
しかも、単に緩衝材粒子を添加すると共に増ちょう剤を選択するだけで、減速機の構造を複雑化することなく、コスト安価に騒音を低減することもできる。
緩衝材粒子の平均粒径D 1 は100μm以上であるのが好ましい。
【0012】
また、緩衝材粒子を配合することによる前記効果をさらに向上することを考慮すると、前記緩緩衝材粒子の、潤滑基油と、カルシウムスルフォネート系増ちょう剤との総量100重量部に対する割合は、20〜300重量部であるのが好ましい。
【0013】
また、潤滑剤組成物が良好な潤滑性能を発揮することを考慮すると、潤滑基油の動粘度は5〜200mm2/s(40℃)であるのが好ましく、潤滑剤組成物の混相ちょう度(25℃)は265〜475であるのが好ましい。
また、本発明の減速機は、小歯車と大歯車とを備え、両歯車の噛み合い部分を含む領域に上記の潤滑剤組成物を充てんしたことを特徴としており、バックラッシに起因する歯打ち音などの騒音を小さくできる点で好ましい。
【0014】
さらに、本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵補助用のモータの出力を、上記減速機を介して減速して舵取機構に伝えることを特徴としており、車室内での騒音をコスト安価に低減できる点で好ましい。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、減速機の騒音を、小歯車と大歯車とを組み合わせた際のバックラッシの大きさに関係なく、また、減速機の構造を複雑化することなく、これまでよりも低減することができる潤滑剤組成物と、それを用いることによって騒音の小さい減速機と、それを用いた電動パワーステアリング装置とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】 本発明の、一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置の概略断面図である。
【図2】 図1のII−II線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の潤滑剤組成物は、前記のように、潤滑基油と、カルシウムスルフォネート系増ちょう剤と、平均粒径D 1 が、50μm<D 1 ≦300μmの範囲内である緩衝材粒子とを含むものである。
【0018】
上記のうち緩衝材粒子は、少なくとも一方が樹脂、他方が金属である小歯車と大歯車との噛み合い部分に介在して両歯車の歯面間の衝突を緩衝することによって、歯打ち音を減少させる機能を有する。かかる緩衝材粒子としては、ゴム弾性を有する種々の、ゴムまたは軟質樹脂からなるものが、いずれも使用可能であり、ゴムとしては、例えばエチレン−プロピレン共重合ゴム(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム(EPDM)、シリコーンゴム、ウレタンゴム(U)等が挙げられる。
【0019】
また、軟質樹脂としては、例えばポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂等を挙げることができる。また、例えばオレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ素系などの耐油性の熱可塑性エラストマーを用いることもできる。
【0020】
緩衝材粒子の平均粒径D1は、50μm<D1≦300μmである必要がある。平均粒径D1が50μm以下では、小歯車と大歯車との噛み合いの衝撃を緩衝して歯打ち音を低減する効果に限界があり、減速機の騒音を大幅に低減することができない。また、平均粒径D1が300μmを超える場合には電動パワーステアリング装置の操舵トルクが上昇したり、摺動音を発生したりする。
【0021】
なお、緩衝材粒子の平均粒径は、歯打ち音を低減する効果をさらに向上することを考慮すると、上記の範囲内でも特に、100μm以上であるのが好ましい。また、操舵トルクの上昇や摺動音の発生をより確実に防止することを考慮すると、上記の範囲内でも特に、200μm以下であるのが好ましい。
緩衝材粒子は、潤滑基油と、カルシウムスルフォネート系増ちょう剤との総量100重量部に対して20〜300重量部の割合で配合するのが好ましい。
【0022】
緩衝材粒子の配合割合が20重量部未満では、小歯車と大歯車との噛み合い部分に介在して衝撃を吸収し、それによって歯打ち音を減少させることで減速機の騒音を低減する効果が不十分になるおそれがある。また、300重量部を超える場合には、電動パワーステアリング装置の操舵トルクが上昇したり、摺動音を発生して却って減速機の騒音が大きくなったりするおそれがある。
【0023】
なお、緩衝材粒子の配合割合は、歯打ち音を低減する効果をさらに、向上することを考慮すると、上記の範囲内でも特に、25重量部以上であるのが好ましい。また、操舵トルクの上昇や摺動音の発生をより確実に防止すること考慮すると、上記の範囲内でも特に、100重量部以下であるのが好ましい。
【0024】
カルシウムスルフォネート系増ちょう剤としては、カルシウムスルフォネートと、(i) 炭酸カルシウム、(ii) カルシウム・ジベヘネート、カルシウム・ジステアレート、カルシウム・ジヒドロキシステアレート等の高級脂肪酸カルシウム塩、(iii) 酢酸カルシウム等の低級脂肪酸カルシウム塩、および(iv) ホウ酸カルシウム等から選択される少なくとも1種のカルシウム塩とのコンプレックスが用いられる。
【0025】
また、(i)〜(iv)のカルシウム塩と共にコンプレックスを形成するカルシウムスルフォネートとしては、ナフタレンスルホン酸カルシウムとホルマリンの重縮合物、メラミンスルホン酸カルシウムとホルマリンの重縮合物、石油スルホン酸カルシウムスルフォネート等の1種または2種以上が挙げられる。
【0026】
カルシウムスルフォネート系増ちょう剤は、他の金属石けん系の増ちょう剤と比べて、潤滑剤組成物中で生成される繊維状粒子が非常に小さいことから、前記のように、潤滑基油の保持力に優れている。このため、潤滑剤組成物における潤滑基油の保持力を向上して、時間の経過とともに増大する傾向にある離油を、長期にわたって良好に防止することができる。カルシウムスルフォネート系増ちょう剤の配合量は、緩衝材粒子の種類や添加量、あるいは目的とする潤滑剤組成物のちょう度等に合わせて、適宜、設定することができる。
【0027】
なお増ちょう剤としては、本発明の効果に影響を及ぼさない範囲で、他の金属石けん系の増ちょう剤や、あるいは無機系、有機系の非石けん系増ちょう剤を少量、併用してもよい。
潤滑基油としては合成炭化水素油(例えばポリαオレフィン油)が好ましいが、シリコーン油、フッ素油、エステル油、エーテル油等の合成油や鉱油などを用いることもできる。潤滑基油は、それぞれ1種単独で使用できる他、2種以上を併用してもよい。潤滑基油の動粘度は5〜200mm2/s(40℃)、特に、20〜100mm2/s(40℃)であるのが好ましい。
【0028】
また、潤滑剤組成物の混和ちょう度(25℃)は、265〜475、特に、355〜430であるのが好ましい。
潤滑剤組成物には、必要に応じて固体潤滑剤(二硫化モリブデン、グラファイト、PTFE等)、リン系や硫黄系の極圧添加剤、トリブチルフェノール、メチルフェノール等の酸化防止剤、防錆剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤、油性剤などを添加してもよい。
【0029】
〈減速機および電動パワーステアリング装置〉
図1は、本発明の一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置の概略断面図である。また図2は、図1のII−II線に沿う断面図である。
図1を参照して、この例の電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイール1を取り付けている入力軸としての第1の操舵軸2と、ラックアンドピニオン機構等の舵取機構(図示せず)に連結される出力軸としての第2の操舵軸3とがトーションバー4を介して同軸的に連結されている。
【0030】
第1および第2の操舵軸2、3を支持するハウジング5は、例えばアルミニウム合金からなり、車体(図示せず)に取り付けられている。ハウジング5は、互いに嵌め合わされるセンサハウジング6とギヤハウジング7により構成されている。具体的には、ギヤハウジング7は筒状をなし、その上端の環状縁部7aがセンサハウジング6の下端外周の環状段部6aに嵌め合わされている。ギヤハウジング7は減速機構としてのウォームギヤ機構8を収容し、センサハウジング6はトルクセンサ9および制御基板10等を収容している。ギヤハウジング7にウォームギヤ機構8を収容することで減速機50が構成されている。
【0031】
ウォームギヤ機構8は、第2の操舵軸3の軸方向中間部に一体回転可能でかつ軸方向移動を規制されたウォームホイール12と、このウォームホイール12と噛み合い、かつ電動モータMの回転軸32に、スプライン継手33を介して連結される金属製のウォーム軸11(図2参照)とを備える。
【0032】
このうちウォームホイール12は、第2の操舵軸3に一体回転可能に結合される環状の芯金12aと、芯金12aの周囲を取り囲んで外周面部に歯を形成する合成樹脂部材12bとを備えている。芯金12aは、例えば合成樹脂部材12bの樹脂成形時に金型内にインサートされる。そして、このインサートした状態での樹脂成形によって、芯金12aと合成樹脂部材12bとが結合、一体化される。
【0033】
第2の操舵軸3は、ウォームホイール12を軸方向の上下に挟んで配置される第1および第2の転がり軸受13、14により回転自在に支持されている。
第1の転がり軸受13の外輪15は、センサハウジング6の下端の筒状突起6b内に設けられた軸受保持孔16に嵌め入れられて保持されている。また外輪15の上端面は環状の段部17に当接しており、センサハウジング6に対する軸方向上方への移動が規制されている。
【0034】
一方、第1の転がり軸受13の内輪18は、第2の操舵軸3に締まりばめにより嵌め合わされている。また内輪18の下端面は、ウォームホイール12の芯金12aの上端面に当接している。
第2の転がり軸受14の外輪19は、ギヤハウジング7の軸受保持孔20に嵌め入れられて保持されている。また外輪19の下端面は、環状の段部21に当接し、ギヤハウジング7に対する軸方向下方への移動が規制されている。
【0035】
一方、第2の転がり軸受14の内輪22は、第2の操舵軸3に一体回転可能で、かつ軸方向の相対移動を規制されて取り付けられている。また内輪22は、第2の操舵軸3の段部23と、第2の操舵軸3のねじ部に締め込まれるナット24との間に挟持されている。
トーションバー4は、第1および第2の操舵軸2、3を貫通している。トーションバー4の上端4aは、連結ピン25により第1の操舵軸2と一体回転可能に連結され、下端4bは、連結ピン26により第2の操舵軸3と一体回転可能に連結されている。第2の操舵軸3の下端は、図示しない中間軸を介して、前記のようにラックアンドピニオン機構等の舵取機構に連結されている。
【0036】
連結ピン25は、第1の操舵軸2と同軸に配置される第3の操舵軸27を、第1の操舵軸2と一体回転可能に連結している。第3の操舵軸27はステアリングコラムを構成するチューブ28内を貫通している。
第1の操舵軸2の上部は、例えば針状ころ軸受からなる第3の転がり軸受29を介してセンサハウジング6に回転自在に支持されている。第1の操舵軸2の下部の縮径部30と第2の操舵軸3の上部の孔31とは、第1および第2の操舵軸2、3の相対回転を所定の範囲に規制するように、回転方向に所定の遊びを設けて嵌め合わされている。
【0037】
次いで図2を参照して、ウォーム軸11は、ギヤハウジング7により保持される第4および第5の転がり軸受34、35によりそれぞれ回転自在に支持されている。
第4および第5の転がり軸受34、35の内輪36、37は、ウォーム軸11の対応するくびれ部に嵌合されている。また外輪38、39は、ギヤハウジング7の軸受保持孔40、41にそれぞれ保持されている。
【0038】
ギヤハウジング7は、ウォーム軸11の周面の一部に対して径方向に対向する部分7bを含んでいる。
また、ウォーム軸11の一端部11aを支持する第4の転がり軸受34の外輪38は、ギヤハウジング7の段部42に当接して位置決めされている。一方、内輪36は、ウォーム軸11の位置决め段部43に当接することによって他端部11b側への移動が規制されている。
【0039】
またウォーム軸11の他端部11b(継手側端部)の近傍を支持する第5の転がり軸受35の内輪37は、ウォーム軸11の位置決め段部44に当接することによって一端部11a側への移動が規制されている。また外輪39は、予圧調整用のねじ部材45により、第4の転がり軸受34側へ付勢されている。ねじ部材45は、ギヤハウジング7に形成されるねじ孔46にねじ込まれることにより、一対の転がり軸受34、35に予圧を付与すると共に、ウォーム軸11を軸方向に位置決めしている。47は、予圧調整後のねじ部材45を止定するため、当該ねじ部材45に係合されるロックナットである。
【0040】
ギヤハウジング7内において、ウォーム軸11とウォームホイール12の噛み合い部分Aを少なくとも含む領域には、先に述べた緩衝材粒子を分散した潤滑剤組成物を充てんする。すなわち潤滑剤組成物は、噛み合い部分Aのみに充てんしてもよいし、噛み合い部分Aとウォーム軸11の周縁全体に充てんしてもよいし、ギヤハウジング7内全体に充てんしてもよい。
【0041】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば本発明の減速機の構成を、電動パワーステアリング装置以外の装置用の原則機に適用することができる等、本発明の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で、種々の変形を施すことができる。
【実施例】
【0042】
以下に本発明を、実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
実施例1
潤滑基油としての合成炭化水素油〔PAO8グレード、動粘度48mm2/s(40℃)〕と、カルシウムスルフォネート系増ちょう剤とを含むグリースを、3本ロールミルで混合しながら、さらに同じ潤滑基油と、緩衝材粒子としての、平均粒径150μmのポリウレタン樹脂の粒子とを加えて混合して、潤滑剤組成物を製造した。追加の潤滑基油量は、潤滑剤組成物の混和ちょう度(25℃)が約400となるように調整した。
【0043】
カルシウムスルフォネート系増ちょう剤としては、石油スルホン酸カルシウムスルフォネートと、炭酸カルシウム、カルシウム・ジヒドロキシステアレート、酢酸カルシウム、およびホウ酸カルシウムの4種のカルシウム塩とのコンプレックスを用いた。
ポリウレタン樹脂の粒子の、潤滑基油と、カルシウムスルフォネート系増ちょう剤との総量100重量部に対する配合量は25重量部、潤滑剤組成物の総量中に占める割合は20重量%とした。潤滑剤組成物の混和ちょう度(25℃)は407であった。
【0044】
実施例2
ポリウレタン樹脂の粒子の、潤滑基油と、カルシウムスルフォネート系増ちょう剤との総量100重量部に対する配合量を50重量部、潤滑剤組成物の総量中に占める割合を30重量%としたこと以外は実施例1と同様にして潤滑剤組成物を製造した。潤滑剤組成物の混和ちょう度(25℃)は409であった。
【0045】
実施例3
ポリウレタン樹脂の粒子の、潤滑基油と、カルシウムスルフォネート系増ちょう剤との総量100重量部に対する配合量を67重量部、潤滑剤組成物の総量中に占める割合を40重量%としたこと以外は実施例1と同様にして潤滑剤組成物を製造した。潤滑剤組成物の混相ちょう度(25℃)は404であった。
【0046】
比較例1
ポリウレタン樹脂の粒子を配合しなかったこと以外は実施例1と同様にして潤滑剤組成物を製造した。潤滑剤組成物の混和ちょう度(25℃)は398であった。
比較例2
増ちょう剤として芳香族ジウレア系増ちょう剤を用いたこと以外は実施例2と同様にして潤滑剤組成物を製造した。潤滑剤組成物の混和ちょう度(25℃)は401であった。
【0047】
比較例3
増ちょう剤として脂肪族ジウレア系増ちょう剤を用いたこと以外は実施例2と同様にして潤滑剤組成物を製造した。潤滑剤組成物の混和ちょう度(25℃)は393であった。
比較例4
増ちょう剤としてバリウムコンプレックス系増ちょう剤を用いたこと以外は実施例2と同様にして潤滑剤組成物を製造した。潤滑剤組成物の混和ちょう度(25℃)は388であった。
【0048】
離油度試験
上記各実施例、比較例で製造した潤滑剤組成物の、100℃、24時間での離油度(%)を、日本工業規格JIS K2220:2003「グリース」所収の試験方法に則って測定した。結果を表1に示す。
【0049】
歯打ち音測定
実施例、比較例で製造した潤滑剤組成物を、図1、2に示す電動パワーステアリング装置の実機の減速機に充てんして歯打ち音(dB(A))を測定した。なお、ウォームギヤ機構は、鉄系の金属製のウォームと、ポリアミド樹脂系の樹脂製のウォームホイールとを組み合わせた。バックラッシは2′とした。結果を表1に示す。なお表中、増ちょう剤の欄の符号は下記のとおり。
【0050】
Ca−sul:カルシウムスルフォネート系増ちょう剤
Alom−urea:芳香族ジウレア系増ちょう剤
Phat−urea:脂肪族ジウレア系増ちょう剤
Ba−compl:バリウムコンプレックス系増ちょう剤
【0051】
【表1】
【0052】
表より、ポリウレタン樹脂の粒子を添加した比較例2〜3の潤滑剤組成物は、添加しなかった比較例1のものよりも歯打ち音を低減できたが、比較例1よりも離油度が大きいことが判った。これに対し、実施例1〜3の潤滑剤組成物は、いずれも、比較例1より歯打ち音を低減できる上、比較例1と同等に離油度を小さくできることが確認された。
【符号の説明】
1:ステアリングホイール、2:第1の操舵軸、3:第2の操舵軸、4:トーションバー、4a:上端、4b:下端、5:ハウジング、6:センサハウジング、6a:環状段部、6b:筒状突起、7:ギヤハウジング、7a:環状縁部、7b:部分、8:ウォームギヤ機構、9:トルクセンサ、10:制御基板、11:ウォーム軸、11a:一端部、11b:他端部、12:ウォームホイール、12a:芯金、12b:合成樹脂部材、13:軸受、14:軸受、15:外輪、16:軸受保持孔、17:段部、18:内輪、19:外輪、20:軸受保持孔、21:段部、22:内輪、23:段部、24:ナット、25:連結ピン、26:連結ピン、27:操舵軸、28:チューブ、29:軸受、30:縮径部、31:孔、32:回転軸、33:スプライン継手、34:軸受、35:軸受、36:内輪、37:内輪、38:外輪、39:外輪、40:軸受保持孔、41:軸受保持孔、42:段部、43:段部、44:段部、45:部材、46:孔、47:ロックナット、50:減速機、M:電動モータ
Claims (6)
- 小歯車と大歯車とを備える減速機の、前記小歯車と大歯車の噛み合い部分を含む領域に充てんされて、前記減速機の騒音を低減するための潤滑剤組成物であって、
潤滑基油、
カルシウムスルフォネート系増ちょう剤としての、カルシウムスルフォネートと、
(i) 炭酸カルシウム、
(ii) 高級脂肪酸カルシウム塩、
(iii) 低級脂肪酸カルシウム塩、および
(iv) ホウ酸カルシウム
から選択される少なくとも1種のカルシウム塩とのコンプレックス、および
平均粒径D1が、50μm<D1≦300μmの範囲内である緩衝材粒子
を含むことを特徴とする潤滑剤組成物。 - 前記緩衝材粒子の平均粒径D 1 は100μm以上である請求項1に記載の潤滑剤組成物。
- 前記緩衝材粒子は、潤滑基油と、カルシウムスルフォネート系増ちょう剤との総量100重量部に対して20〜300重量部の割合で配合されることを特徴とする請求項1または2に記載の潤滑剤組成物。
- 前記潤滑基油の動粘度は5〜200mm2/s(40℃)で、かつ潤滑剤組成物の混和ちょう度(25℃)は265〜475であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の潤滑剤組成物。
- 小歯車と大歯車とを備える減速機であって、両歯車の噛み合い部分を含む領域に、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の潤滑剤組成物を充てんしたことを特徴とする減速機。
- 電動パワーステアリング装置であって、操舵補助用の電動モータの出力を、請求項5に記載の減速機を介して減速して舵取機構に伝えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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