JP5003426B2 - 熱動形過負荷継電器 - Google Patents

Description

本発明は、電磁接触器と組み合わせて使用する熱動形過負荷継電器（サーマルリレー：thermal relay）に関し、詳しくは接点開閉機構をトリップさせる釈放レバー、および該釈放レバーと整定電流調整ダイヤルとの間を連係する調整リンクの組立構造に係わる。

まず、頭記した熱動形過負荷継電器の代表的な従来例の構造を図１０に示す（例えば、特許文献１参照）。図１０において、１はモールド樹脂製の外郭ケース、２は３相主回路の各相に対応して設けた主バイメタル、２ａは加熱ヒータ、３は各相の主バイメタル２に連係させたシフター、４は上端を釈放レバー５に結合して前記シフター３に対向配置した入力レバー兼用の補償バイメタル（周囲温度の補償バイメタル）、６は釈放レバー５の出力をトリガーとしてトリップする接点開閉機構である。この接点開閉機構６は、釈放レバー５の押圧操作によりスナップアクション動作する反転ばね７と、反転ばね７の先端に連結したスライダ８と、該スライダ８の動きに従動して開閉する出力接点９（ｂ接点），１０（ａ接点）との組立体からなる。また、１１は整定電流設定用の調整ダイヤル、１２は調整ダイヤル１１の従節部材（follower member）として調整ダイヤルのカム部１１ａと前記釈放レバー５との間を連係する調整リンク、１３は調整ダイヤル１１，および調整リンク１２を組立位置に保持するばね部材、１４は接点開閉機構６を手動復帰させるリセットボタンである。

ここで、前記の調整ダイヤル１１は円筒形のカム部（外接偏心カム）１１ａをケース内方に突き出して外郭ケース１の頂部に設置されている。一方、調整リンク１２は、図１１で示すように上下方向に延在するシーソー（seesaw）形のリンクで、その中央部に成形した軸受部１２ａを外郭ケース１に設けた主軸１ａに嵌合して回動可能に枢支している。また、調整リンク１２の上端にはカムフォロア１２ｂを設け、このカムフォロア１２ｂを前記カム部１１ａの周面に当接させた上で、調整ダイヤル１１の目盛(整定電流値)に合わせて調整リンク１２を位置決めするようにしている。さらに、調整リンク１２の下端には支軸１２ｃを設け、この支軸１２ｃに前記釈放レバー５を枢支して調整リンク１２と釈放レバー５との間を回動可能にリンク結合している。なお、調整リンク１２と釈放レバー５との連結構造について、図示例の構造ではではリンク側に設けた支軸１２ｃに釈放レバー５をリンク結合しているが、これとは逆にリンク側に可動軸受を設けて釈放レバー５を軸支させるようにした構造もある。

一方、前記調整リンク１２にリンク結合した釈放レバー５には、その先端から上方に起立して反転ばね７の操作端７ａに対峙させた出力端部５ａを備えており、かつこの部分に先記した補償バイメタル４の上端が結合されている。

上記の構成で、主回路の通電によるヒータ２ａの加熱を受けて主バイメタル２が湾曲し、これに連動してシフター３が図示矢印Ａの方向に移動すると、主バイメタル２の湾曲変位がシフター３，補償バイメタル４を介して釈放レバー５に伝わる。これにより、釈放レバー５は調整リンク１２の支軸１２ｃを支点にして反時計方向（矢印Ｂ）に回動し、前記した出力端部５ａが反転ばね７の操作端７ａを押す。ここで、調整ダイヤル１１で設定した整定電流値を超える過電流が主回路に通電して主バイメタル２が大きく湾曲すると、釈放レバー５の出力端部５ａで押圧された反転ばね７が反転動作し、この反転動作により接点開閉機構６のスライダ８が矢印Ｃ方向に移動して出力接点９，１０を切換えるようにトリップする。そして、この接点出力信号により電磁接触器が開極動作して主回路の過電流を遮断する。なお、主回路の断路後（主バイメタル２は常温に戻って元の状態に復帰）に配電路の安全を確認してリセットボタン１４を押し込むと、スライダ８が左方向（矢印Ｃと反対方向）に移動して接点９，１０を復帰させるとともに、反転ばね７を強制的に当初の状態に反転させてサーマルリレーがリセットされる。

また、調整ダイヤル１１で整定電流の設定値を変更すると、調整ダイヤル１１のカム部１１ａに連係させた調整リンク１２が主軸１ａを支点にして下端側の可動軸部１２ｃが左右方向に移動し、これにより釈放レバー５と反転ばね７との相対位置が変位してサーマルリレーの動作ポイントが変更されることは周知の通りである。

なお、前記した調整リンク１２（調整ダイヤルの従節部材）に関しては、図１１に示したシーソー形のリンクの代わりに、リンク下端部に主軸を設けて外郭ケースに枢支した上で、リンク中段位置に可動軸部を設けて釈放レバーとリンク結合した構成のものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−１１６３７０号公報（図４） 実開昭５３−９５１６８号公報（図１）

ところで、先記した従来構造の熱動形過負荷継電器は、使用場所の環境（温度，湿度）による外郭ケースの変形，および実使用に伴う可動軸部の磨耗，ガタツキなどに起因して動作特性が変化してしまう問題がある。すなわち、サーマルリレーの長期使用により可動軸部が磨耗し、これが原因で調整リンク１２と釈放レバー５との間の可動軸部にガタツキが生じると、外郭ケース１が変形した場合と同様に動作特性が変化する問題があり、その様子を図１２の模式解析図で説明する。なお、図１２に示すモデルでは、説明の便宜のために、釈放レバー５はその支軸５ｂを調整リンク１２（図１０参照）の可動軸部（軸受）に軸支して回動自在にリンク結合している。また、図１２（ａ）は正常な状態、（ｂ）図は前記支軸５ｂが磨耗して調整リンク１２の軸受との間にガタツキが生じた状態での動作説明図であり、図中のＩ，II，IIIは異なる動作状態、Ｘ１はシフター３の初期位置、Ｘ２，Ｘ３は主バイメタル（不図示）の湾曲変位に従動して釈放レバー５を反転ばね７との接触位置に押すシフター３の移動位置を表している。

まず、支軸５ｂが磨耗してない正常状態（図１２（ａ）参照）では、初期位置ＩのＸ１位置からシフター３が矢印Ａ方向に変位してＸ２の位置へ移動した状態IIになると、釈放レバー５は支軸５ｂを中心に反時計方向に回動して反転ばね７を押圧する。このときのシフター３の移動量はδである。

一方、図１２（ｂ）において、支軸５ｂが正常な状態Ｉから磨耗すると、シフター３の初期位置Ｘ１で調整リンク１２の軸受と釈放レバー５の支軸５ｂとの間にガタ（遊び）が生じる（状態II）。この状態で主回路の通電加熱により主バイメタル２が湾曲し、これに従動するシフター３が補償バイメタル４の先端を矢印Ａ方向に押すと、最初は支軸５ｂが初期位置（時計の“６時”を指す位置）（状態II）に停止したまま、釈放レバー５が支軸５ｂを中心に反時計方向に回動して反転ばね７に当接する。但し、この状態では支軸５ｂと軸受との間にガタ（遊び）があるので反転ばね７を押圧する力は発生しない。この位置からシフター３がさらに補償バイメタル４を矢印Ａ方向に押すと、釈放レバー５は反転ばね７との当接点を支点として反時計方向に回動し、同時に磨耗した支軸５ｂは軸受の内周面に沿って右方に移動する。そして、シフター３がＸ３の位置まで移動すると、支軸５ｂは時計の“３時”の位置に移動してこの位置に押え込まれる（状態III）。この状態でシフター３がさらにＡ方向に変位すると、釈放レバー５は支軸５ｂを支点に反時計方向に回動して反転ばね７を反転動作させるように挙動する。

この場合に図１０の従来構造では、釈放レバー５の入力端（シフター３が補償バイメタル４を押す力点）から見て、反転ばね７に対向する釈放レバー５の出力端部は支軸５ｂよりもさらに先方に位置している。このために、支軸５ｂが磨耗して軸受との間にガタツキが生じた状態になると、このガタ分（遊び）を補償して反転ばね７を反転動作させるに要するシフター３の移動量が大きくなる。

つまり、支軸５ｂが磨耗して軸受との間にガタ（遊び）ε（状態III参照）が生じると、このガタ分を補償して反転ばね７を押すために必要なシフター３の移動量ζは、図１２（ａ）で述べた正常状態での移動量δに比べて拡大する。このために、先記した外郭ケース１の変形と同様に、サーマルリレーの動作特性が変化してしまう。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その課題は前記問題点を解決し、外郭ケースの変形，可動軸の磨耗が動作特性に及ぼす影響を小さく抑えて信頼性の向上が図れるように調整リンク，釈放レバーの組立構造を改良した熱動形過負荷継電器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明によれば、主回路電流の通電加熱を受けて湾曲変位する主バイメタルと、主バイメタルに連係させたシフタ−と、該シフタ−の変位に従動する釈放レバーと、該釈放レバーに反転ばねを介して連係した接点開閉機構と、整定電流設定用のカム付き調整ダイヤルと、該調整ダイヤルの従節部材としてダイヤルのカム部と前記釈放レバーとの間を連係する調整リンクとの組立体を外郭ケースに内装し、過電流の通電による主バイメタルの湾曲変位を捉えて前記出力接点をトリップ動作させる熱動形過負荷継電器で、前記調整リンクはその主軸を外郭ケースに枢支した上で、該調整リンクの可動軸部に釈放レバーをリンク結合したものにおいて、（１）前記調整リンクは、その一端側に外郭ケースに枢支した主軸を備え、他端側に釈放レバーと連結した可動軸部を備え、かつ該調整リンクの前記可動軸部をカムフォロアとして調整ダイヤルのカム部に直接当接させて配置するとともに、該可動軸部より上方に前記主軸を配置する（請求項１）。
（２）前項（１）において、調整リンクは前記調整ダイヤルのカム軸と略平行な面上に沿わせて配置する（請求項２）。
（３）前記反転ばねに対向する釈放レバーの出力端部を、該釈放レバーとリンク結合した調整リンクの可動軸部から見て、主バイメタルのシフターに連係させた釈放レバーの入力端側の位置に配置する（請求項３）。

熱動形過負荷継電器を構成する各部品のうち、調整ダイヤルの従節部材である調整リンク、および該調整リンクに連結して反転ばねに対向させた釈放レバーについて、前記のように構成，配置したことにより次記の効果が得られる。
（１）調整リンクの可動軸部をカムフォロアとして調整ダイヤルのカム部周面に直接当接させて配置したことにより、使用場所の環境（温度，湿度）による外郭ケースの変形，および実使用に伴う可動軸部の磨耗，ガタツキなどに起因して調整リンクの主軸が組立当初の位置から変位しても、リンク先端側の可動軸部は調整ダイヤルのカム部に当接して整定電流値に対応した位置に位置決め保持される。したがって、この可動軸にリンク結合した釈放レバーも整定電流値に対応した位置に位置決め保持されるので、これにより外郭ケースの変形による動作特性への影響を低く抑えることができる。
（２）また、この場合に当初の組立状態で、調整リンクを調整ダイヤルのカム軸と略平行な面上に沿わせて配置しておくことにより、外郭ケース変形に伴って、外郭ケースに枢支した調整リンクの主軸が左右方向に変位しても、可動軸部は調整ダイヤルの円筒状カム面に沿って僅かに上下平行移動するだけであり、これにより動作特性への影響を小さく抑えることができる。
（３）また、前記反転ばねに対向する釈放レバーの出力端部を、該釈放レバーをリンク結合した調整リンクの可動軸部から見て、主バイメタルのシフターに連係させた釈放レバーの入力端側に配置したことにより、長期使用の間に支軸部品が磨耗して調整リンクの可動軸部にガタが生じた場合でも、動作時には釈放レバーの出力端部とこれに対峙する反転ばねとの相対位置の変位を小さく抑えて動作特性への影響を軽減できる。
（４）さらに、前記した調整リンクの配置、および釈放レバーの構造を併用することにより、高温，多湿な環境、軸部磨耗による動作特性への影響を低く抑えて信頼性の高い熱動形過負荷継電器を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図９に示す実施例に基づいて説明する。なお、図１〜図３は本発明の第１実施例に係わる構成，動作の説明図、図４〜図６は第２実施例に係わる構成，動作の説明図、図７〜図９は応用実施例の構成図であり、各実施例の図中で図１０，図１２に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。

図１は本発明の請求項１，２に対応する熱動形過負荷継電器の組立構成図、図２は図１における要部構造の斜視図であり、その外郭ケース１には主バイメタル２，シフター３，補償バイメタル４，釈放レバー５，反転ばね７を含む接点開閉機構６，および調整ダイヤル１１の各部品を図１０に示した従来の熱動形過負荷継電器と同様に配置しているが、釈放レバー５と調整ダイヤル１１のカム部１１ａとの間を連係する調整リンク１２について、図示実施例は図１０，図１１に示した従来構造と異なる。

すなわち、調整リンク１２は、そのリンク部材の上端側に固定軸部としての主軸１２ｄ、下端側に可動軸部１２ｅを形成し、調整ダイヤル１１の側方に並置して外郭ケース１に形成した主軸ホルダー（軸受）１ｂに主軸１２ｄを枢支して垂下姿勢に保持されている。一方、下端側の可動軸部１２ｅはカムフォロアとして調整ダイヤル１１のカム部（円筒形の外接カム）１１ａに当接させた上で、可動軸部１２ｅには支軸５ｂを介して釈放レバー５をリンク結合し、その出力端部５ａを反転ばね７の操作端部７ａに対峙させている。そして、この部品組立状態で、調整リンク１２は調整ダイヤル１１のカム軸と略平行な面上に沿って配置されている。
尚、本実施例では、調整ダイヤル１１のカム部１１ａを円筒形状としたが、調整リンク１２の可動軸部１２ｅが調整ダイヤル１１のカム部１１ａに当接する部分において、カム部１１ａの調整リンク１２の可動軸部１２ｅと当接する部分のみを円筒形状とするようにしても良い。

次に、上記構成による過電流通電時のトリップ動作、および熱膨張，膨潤などに起因して外郭ケース１が変形した場合の動作特性に及ぼす影響について述べる。

まず、定常状態では、調整リンク１２の可動軸部１２ｅが調整ダイヤル１１のカム部１１ａ周面に押しつけられていて、該可動軸部１２ｅに軸支連結した釈放レバー５と反転ばね７との相対位置を調整ダイヤル１１の目盛に合わせて位置決めしている。ここで、主回路に整定電流設定値を超える過電流が流れ、この通電加熱を受けて湾曲する主バイメタル２によりシフター３が矢印Ａ方向に変位すると、釈放レバー５は調整リンク１２の可動軸部１２ｅを支点に反時計方向（矢印Ｂ）に回動して反転ばね７を反転動作させる。これにより、反転ばね７に連係したスライダ８が矢印Ｃ方向に移動して出力接点９，１０が切り替わる。また、調整ダイヤル１１を回して整定電流の設定値を変更すると、従節部材である調整リンク１２が釈放レバー５／反転ばね７の相対位置を変えてトリップ動作ポイントが変わる。

次に、外郭ケース１の変形による動作特性への影響を図３で説明する。すなわち、熱膨張などによる外郭ケース１の変形により、主軸ホルダー１ｂおよびここに枢支した調整リンク１２の主軸１２ｄが実線で表す当初の位置Ｐ１から鎖線で表す左右位置Ｐ２、Ｐ３の間の位置に変位した場合に、可動軸部１２ｅは調整ダイヤル１１のカム部１１ａに当接したまま上下方向に僅かに平行移動するだけで、左右への変位はない。しかも、調整リンク１２の長さを例えば１０mmとして試算すると、主軸１２ｄの左右変位量ｗが１mmになった場合でも、可動軸部１２ｅの上下変位量ｈは僅かに０．０１２５mmにしかならない。

したがって、釈放レバー５と反転ばね７との相対位置、および釈放レバー５に連結した補償バイメタル４とその先端に連係する主バイメタル２のシフター３との相対位置（図１参照）は殆ど変化ない。これにより、従来構造による外郭ケース１の変形に起因する動作特性への影響を低減できる。

次に、本発明の請求項３，５に対応する実施例の構成、および機能，動作を図４〜図６で説明する。この実施例は、先記実施例１の構成で調整リンク１２の可動軸部１２ｅにリンク結合した釈放レバー５を次記のように形成し、その軸部が磨耗してガタツキが生じた場合でも、動作特性への影響を低く抑えて信頼性のさらなる向上を図ったものである。

すなわち、図１０、あるいは特許文献２に開示されている従来構造では、反転ばね７に対向する釈放レバー５の出力端部５ａが上向きに起立形成されている。したがって、釈放レバー５の入力端（釈放レバー５に一端を結合してシフター３に連係させた補償バイメタル４の先端）から見て、釈放レバー５の出力端部５ａが支軸５ｂよりも先方に突き出している。このために、支軸５ｂが磨耗して調整リンク１２の可動軸部１２ｅとの間にガタツキが生じた状態になると、図１３（ｂ）の解析図で述べたように動作特性が大きく変化する。

これに対して、図４，図５に示す実施例の構成では、従来構造とは逆に出力端部５ａが釈放レバー５の先端から下向きに突き出して反転ばね７の操作端７ａと対峙するように形成している。これにより、釈放レバー５の入力端（シフター３が補償バイメタル４を押す力点）から見て、釈放レバー５の出力端部５ａが調整リンク１２の可動軸部１２ｅに連結した支軸５ｂよりも手前（図４において下方）に位置して反転ばね７の操作端７ａと対向するようになる。なお、この配置に合わせて、図４の実施例では通電加熱で湾曲する主バイメタル２の動きに従動するシフター３の移動方向を矢印Ａで示すように左向きに設定している。

次に、上記構造によるサーマルリレーのトリップ動作、および支軸５ｂの磨耗に起因する動作特性への影響を、図１２（ａ），（ｂ）に対応させて描いた図６（ａ），（ｂ）の模式解析図で説明する。まず、支軸５ｂが磨耗してない正常状態（図６（ａ）参照）では、シフター３が初期位置ＩにおけるＸ１位置から矢印Ａ方向に変位してＸ２位置へ移動して状態IIとなると、釈放レバー５は支軸５ｂを中心に時計方向に回動して反転ばね７を押圧する。このときのシフター３の移動量は図１２（ａ）と同様にδである。

一方、図６（ｂ）において、支軸５ｂが正常な状態（Ｉ）から磨耗すると、シフター３の初期位置Ｘ１で、調整リンク１２の可動軸部１２ｅと釈放レバー５の支軸５ｂとの間にガタ（遊び）が生じる（状態II）。この状態で主バイメタル２の湾曲に従動してシフター３が釈放レバー５の入力端を矢印Ａ方向に押すと、状態II→状態IIIの経過を辿って釈放レバー５が反転ばね７を押すようになる。

すなわち、シフター３が初期位置Ｘ１から（ａ）図におけるＸ２と同じ位置に移動すると、支軸５ｂを中心に釈放レバー５は時計方向に回動して反転ばね７に当接するが、この状態では支軸５ｂと軸受との間にガタ（遊び）があるので反転ばね７を押圧する力は発生しない。この位置からシフター３がさらに矢印Ａ方向に移動すると、釈放レバー５は反転ばね７との当接点を支点としてシーソー式に時計方向に回動する。これにより、支軸５ｂが可動軸部１２ｅの内周面に沿って右方に移動し、シフター３がＸ３の位置まで移動するとガタ分εを補償して反転ばね７を押圧するようになる。

この動作過程で、シフター３の初期位置Ｘ１からＸ３までの移動量はηと図１２（ｂ）に示した移動量ζとを比べると、η＜ζとなり、それだけ支軸５ｂの磨耗に起因してトリップ動作特性に及ぼす影響が小さくなって製品の信頼性が向上する。

次に、先記実施例２の変形例として、調整リンク１２の配置を変更した本発明応用実施例を図７〜図９に示す。

すなわち、図４の実施例では、調整リンク１２の両端に形成した主軸１２ｄ，可動軸部１２ｅについて、主軸１２ｄを上側に、可動軸部１２ｅを下側にして外郭ケース１の頂部側に形成した主軸ホルダー１ｂに主軸１２ｄを枢支している。これに対して図７の構成では、外郭ケース１の上部側に配置した接点開閉機構６，調整ダイヤル１１と下部側に配置した主バイメタル２との間を隔離する仕切壁部１ｗに主軸ホルダー１ｂを形成して調整リンク１２の主軸１２ｄを枢支し、上端側の可動軸部１２ｅをカムフォロア１２ｂとして調整ダイヤル１１のカム部１１ａに押し当てるようにしている。この配置により、調整リンク１２を調整ダイヤル１１の側方から下方の空きスペースに移して外郭ケース１を小形，コンパクトに構成できる。

また、図７，図８に示す釈放レバー５は、その先端から反転ばね７に向けて逆Ｌ字形の出力端部５ａを突き出し形成し、この出力端部５ａの裏面に補償バイメタル４の上端を結合しているが、これに代わる応用実施例として本発明の請求項４に対応する図９の構成を採用して実施することもできる。

すなわち、図９の構成では、補償バイメタル４、もしくは通常の金属材，樹脂材で作られた入力レバー１５の上端を釈放レバー５に結合した上で、この補償バイメタル４もしくは入力レバー１５に、図８の出力端部５ａに相当する凸状の出力端部４ａ，１５ａを反転ばねに向けて突き出し形成している。なお、入力レバー１５は補償バイメタル４と同様にその下端をシフター３（図７参照）に連係させている。
尚、上述した実施例１〜３では、調整リンク１２の一端を主軸１２ｄとし、この主軸１２ｄを外郭ケース１側に形成した主軸ホルダー１ｂに枢支しているが、調整リンク１２の一端を主軸ホルダーとし、外郭ケース１側に主軸を形成するようにしても良い。

本発明の実施例１に係わる熱動形過負荷継電器の組立構成図 図１における要部構造の斜視図 図１の構成で外郭ケースが変形した場合の調整リンクの挙動を表す動作説明図 本発明の実施例２に係わる熱動形過負荷継電器の組立構成図 図４における要部構造の斜視図 図４の構成による動作説明図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ正常状態，支軸の磨耗状態における釈放レバーの挙動を表す模式解析図 本発明の実施例３に係わる熱動形過負荷継電器の組立構成図 図７における要部構造の斜視図 図８における一部部品を変更した応用実施例の構造斜視図 熱動形過負荷継電器の従来例の構成図 図１０における調整リンクの斜視図 図１０の構成による動作説明図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ正常状態，支軸の磨耗状態における釈放レバーの挙動を表す模式解析図

符号の説明

１ 外郭ケース
１ｂ 主軸ホルダー
２ 主バイメタル
３ シフター
４ 補償バイメタル
５ 釈放レバー
５ａ 出力端部
６ 出力接点開閉機構
７ 反転ばね
９，１０ 出力接点
１１ 調整ダイヤル
１１ａ カム部
１２ 調整リンク
１２ｄ 主軸
１２ｅ 可動軸部
１５ 入力レバー

Claims (3)

1. 主回路電流の通電加熱を受けて湾曲変位する主バイメタルと、主バイメタルに連係させたシフタ−と、該シフタ−の変位に従動する釈放レバーと、該釈放レバーに反転ばねを介して連係した接点開閉機構と、整定電流設定用のカム付き調整ダイヤルと、該調整ダイヤルの従節部材としてダイヤルのカム部と前記釈放レバーとの間を連係する調整リンクとの組立体を外郭ケースに内装し、過電流の通電による主バイメタルの湾曲変位を捉えて前記出力接点をトリップ動作させる熱動形過負荷継電器において、
   前記調整リンクは、その一端側に外郭ケースに枢支した主軸を備え、他端側に釈放レバーと連結した可動軸部を備え、かつ該調整リンクの前記可動軸部をカムフォロアとして調整ダイヤルのカム部に直接当接させて配置するとともに、該可動軸部より上方に前記主軸を配置したことを特徴とする熱動形過負荷継電器。
2. 請求項１に記載の熱動形過負荷継電器において、調整リンクを調整ダイヤルのカム軸と略平行な面上に沿わせて配置したことを特徴とする熱動形過負荷継電器。
3. 請求項２に記載の熱動形過負荷継電器において、前記反転ばねに対向する釈放レバーの出力端部を、調整リンクの可動軸部から見て主バイメタルのシフターに連係させた釈放レバーの入力端側に配置したことを特徴とする熱動形過負荷継電器。

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