JP5152732B2 - ギャップを有するインダクタンス素子及びその製造方法 - Google Patents

ギャップを有するインダクタンス素子及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ギャップを有するインダクタンス素子及びその製造方法に関し、より詳しくは、線状スペーサによりギャップ寸法を形成するインダクタンス素子及びその製造方法に関するものである。
インダクタンス素子は、電子回路の受動素子であり、その基本的な構成はコア及びコイルである。電子回路において、インダクタンス素子はインダクタンス特性によって多種多様な形式があり、その一つにギャップを有するインダクタンス素子がある。これは、ギャップを有しないインダクタンス素子と比較して、インダクタンス素子のコアにギャップを設けることで、インダクタンス素子が低インダクタンス値で大電流を利用することが可能となり、当該ギャップの設置により電流がインダクタンス素子を流れた場合にインダクタンス素子が磁気飽和状態となり使用できなくなることを防止することができるものである。
インダクタンス素子のギャップについて、一般には、ギャップが大きいほど、インダクタンス素子のインダクタンス値が小さくなり、ギャップが小さいほど、インダクタンス素子のインダクタンス値が大きくなる。従って、インダクタンス素子のギャップの寸法を制御することにより、所要のインダクタンス値を得ることができる。
図1は、面状テープをスペーサとして使用する従来技術のインダクタンス素子の基本構造を模式的に示した図であり、従来の低インダクタンス値で大電流を利用可能なインダクタンス素子1を示している。
このインダクタンス素子1は、上コア11と、テープ12と、接着剤14と、下コア15と、コイル16とを備えている。具体的には、このインダクタンス素子1の製造方法は、下コア15に接着剤14を塗布し、上コア11に耐高温テープ12を貼り付け、そして耐高温テープ12が貼り付けられた上コアを、接着剤14が塗布された下コア15に対応させて被覆し、耐高温のテープ12により上コア11と下コア15との間に所定の間隔を開けてギャップを形成するとともに、接着剤14により上コア11と下コア15とを接着する。また、上コア11と下コア15との相対距離、即ちギャップの寸法を一致させるためには、図1に示すように、面積の大きい耐高温テープ12を製造し、それを上コア11の下コア15との接触面に敷設するのが一般的である。
従って、このようなインダクタンス素子1は、耐高温のテープ12によりギャップの寸法を制御しているため、テープ12が厚いほど、インダクタンス素子1のインダクタンス値が低くなり、テープ12が薄いほど、インダクタンス値が大きくなる。
ただし、上述した従来のインダクタンス素子は下記のような欠点を有している。
(1)耐高温テープとコアとの接触面積が大きすぎること。
図1に示すように、ギャップの寸法を一致させるために使用された幅広の面積の耐高温テープ12は、接着剤14と上コア11との接触面を一部遮断している。即ち、接着剤14は上コア11と下コア15とを完全に緊密に粘着させることができないため、上コア11及び下コア15は安定性の不足により脱落してしまう。
(2)耐高温テープの精密度が不足していること。
インダクタンス素子のギャップの寸法はそのインダクタンス特性に影響を及ぼすため、生産過程において、インダクタンス素子のギャップの寸法を一致させなければならない。しかしながら、従来のテープの公差、即ちテープ毎の厚さの差異が大きすぎるため、インダクタンス素子毎のインダクタンス特性が不均一になってしまう。
(3)コストが高いこと。
市販の耐高温テープの寸法が限られ、選択できる種類の範囲が小さいため、使用者のニーズに応じて特別に製造する必要がある。また、使用者それぞれのニーズが異なっているため、大量生産に適さず、各種規格のインダクタンス素子の製造コストが過度に高くなる。
上述のように、ギャップを生成するための物体が耐高温であり、コアとの接触面積が小さく、且つ高精密度を有する低コストのインダクタンス素子を提供することは、現在において解決すべき極めて重要な課題となっている。
そこで、上述した従来技術の欠点に鑑み、本発明は、第1のコアと第2のコアとを含むインダクタンス素子に応用され、(1)前記第1のコア及び/又は前記第2のコアにおけるギャップ側の一側に接着剤を塗布する工程と、(2)少なくとも一つの線状スペーサを前記第1のコアと前記第2のコアとの間に設ける工程と、(3)前記第1のコアにおけるギャップ側の一側を前記第2のコアにおけるギャップ側の一側に結合させることにより、前記線状スペーサの介在で前記第1のコアと前記第2のコアとの間に前記ギャップを形成する工程と、(4)少なくとも2つの弾性素子をそれぞれ前記インダクタンス素子の対向する両側に設けることにより、相互に粘着し合う前記第1のコア、前記線状スペーサ及び前記第2のコアを固定し、前記弾性素子によって固定されたインダクタンス素子に対して高温でベーク工程を行い、前記高温ベーク工程の後、冷却工程を行い、前記冷却工程が完了した後、前記弾性素子を除去する工程と、を備えた、ギャップを有するインダクタンス素子の製造方法を提供する。
本発明は、さらに、第1のコアと、第2のコアと、第1のコアと第2のコアとの間に設けられることで、第1のコアが第2のコアに結合された際に前記第1のコアと前記第2のコアとの間にギャップを形成するための少なくとも一つの線状スペーサとを備える、ギャップを有するインダクタンス素子を提供する。
また、ある実施態様において、上述したギャップを有するインダクタンス素子は、第1のコア及び/又は第2のコアに塗布され、第1のコアが第2のコアに結合された際にギャップに充填されることで、第1のコアと第2のコアとが相互に粘着し合うようにするための接着剤をさらに備えている。
また、ある実施態様において、上述した線状スペーサは、少なくとも摂氏125度に耐えられる金属であり、且つ線状スペーサにおけるスペーサの延在方向に垂直ないずれの断面も面積が同一である。
また、ある実施態様において、上述した第1のコア又は第2のコアは英文字のE字形、I字形又はH字形である。
従って、本発明に係るギャップを有するインダクタンス素子及びその製造方法は、線状スペーサによりギャップを形成することができ、且つ、線状スペーサが低コストであり、コアとの接触面積が小さく、また高精密度であるため、従来技術の欠点を解決することができる。
面状テープをスペーサとして使用する従来技術のインダクタンス素子の基本構造を模式的に示した図である。 本発明に係る、ギャップを有するインダクタンス素子の製造方法の工程を示すフローチャートである。 本発明に係る、ギャップを有するE字形のインダクタンス素子の基本構造を模式的に示した図である。 図3Aのインダクタンス素子の側面図を示す。 本発明に係る、ギャップを有するE字形のインダクタンス素子の他の実施例の基本構造を模式的に示した図である。 本発明に係る、ギャップを有するH字形のインダクタンス素子の基本構造を模式的に示した図である。 本発明に係る、ギャップを有するI字形のインダクタンス素子の基本構造を模式的に示した図である。
以下、具体的な実施例を用いて本発明の実施形態を説明する。この技芸に習熟した者は、本明細書に記載の内容によって簡単に本発明のその他の利点や効果が理解できる。本発明に係る実質的な技術内容は、広汎に特許請求の範囲内に定義される。また、本発明は図示の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で数々の変更態様が可能であることは言うまでもない。以下の実施例によって、本発明の観点をさらに詳しく説明する。ただし、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
図2は、本発明に係るギャップを有するインダクタンス素子の製造方法の実施例の工程を示すフローチャートである。ここで、この製造方法は、さらにその他の工程を備えても良い。ただし、このフロ−チャートは、図面や説明の簡略化のために、本発明に関連する工程のみを示す。
図2に示すように、本発明に係るギャップを有するインダクタンス素子の製造方法は下記の工程を備えている。
ステップS601において、第1のコア及び/又は第2のコアにおけるギャップ側の一側に接着剤を塗布する。当該接着剤は熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤、シリカゲル接着剤、エポキシ接着剤等であってもよい。本実施例において、接着剤は第1のコアと第2のコアとの接着に用いられるものであるため、接着剤の量や接着剤の第1のコア又は第2のコアへの塗布方法は何ら限定されるものではない。次に、ステップS602に進む。
ステップS602において、少なくとも一つの線状スペーサを第1のコアと第2のコアとの間に設ける。線状スペーサにおける線状スペーサの延在方向に垂直ないずれの断面も面積が同一であってよく、且つ線状スペーサにおける線状スペーサの延在方向に垂直な断面の形状は円形であってもよい。即ち、線状スペーサは始端から終端までの半径が全て一致した細長線状体であり、容易に各種規格の寸法で製造することができる。また、線状スペーサは少なくとも摂氏135±10度の高温に耐えられる金属であり、好ましくは銅線である。そして、線状スペーサは直線形状に限らず、曲線状、波浪状、環状など別の形状でもよい。さらに本発明は、好ましくは2つの線状スペーサを、第1のコアと第2のコアとの間に設けているが、3つ以上の線状スペーサを用いてもかまわない。次に、ステップS603に進む。
ステップS603において、第1のコアにおける接着剤が塗布された一側を第2のコアにおける接着剤が塗布された一側に対応して結合させる。ここでいう「対応」とは第1のコア及び第2のコアの外形構造に応じて対応的に結合することを指す。例を挙げれば、第1のコア及び第2のコアがいずれも英文字のE字形であれば、対応的に結合するということは2つのE字形のコアをE字形の開口が対向するように結合させることである。また、線状スペーサは、第1のコアが第2のコアに対応して結合された際にギャップを形成する。次に、ステップS604に進む。
ステップS604において、少なくとも2つの弾性素子、例えば2つのクリップを相互に粘着し合う第1のコアと第2のコアとの対向側にそれぞれ挟持させることにより、相互に粘着し合う第1のコア、線状スペーサ及び第2のコアを固定させる。即ち、クリップによりギャップに垂直な方向に力を加えることにより、相互に粘着し合う第1のコア、線状スペーサ及び第2のコアをクランプさせる。次に、ステップS605に進む。
ステップS605において、2つのクリップ、即ち弾性素子によって挟持された、相互に粘着し合う第1のコア、線状スペーサ及び第2のコアをベーク装置に入れ、摂氏約135±10度の高温で30分間ベークを行う。次に、ステップS606に進む。
ステップS606において、2つのクリップ、即ち弾性素子が挟持された、相互に粘着し合う第1のコア、線状スペーサ及び第2のコアがベーク装置から離れた後、冷却工程を約30分間行い、弾性素子を除去することで、ギャップを有するインダクタンス素子の製造工程が完了する。
上述した実施例から、本発明に係るギャップを有するインダクタンス素子の製造方法により作成されたインダクタンス素子は、使用された線状スペーサとコアとの接触面積が小さいため、第1のコアと第2のコアとの相互粘着性がよく、また、使用された線状スペーサは線状スペーサの延在方向に垂直ないずれの断面も面積が同一であるため、線状スペーサにより形成されたギャップの寸法の精密度が高い。さらに、線状スペーサは容易に各種規格の寸法で製造することができるため、線状スペーサの製造コストが低く、線状スペーサにより作成されたインダクタンス素子のコストも低くなる。
図3Aは、本発明に係るギャップを有するE字形インダクタンス素子2の基本構造を模式的に示した図である。
図3Aに示すように、ギャップを有するインダクタンス素子2は、第1のコア21と、第2のコア22と、線状スペーサ23と、コイル24とを備えている。
第1のコア21及び第2のコア22は磁性材料であり、好ましくは鉄心又は磁心である。図3Aに示すように、第1のコア21及び第2のコア22は、英文字のE字形であってもよい。インダクタンス素子2のコイル24は、E字形の第2のコア22の中段部位222に設けてもよい。他の実施例において、コイル24は、E字形の第1のコア21の中段部位212及びE字形の第2のコア22の中段部位222を同時に巻回することができる。
図3Bは、図3Aのインダクタンス素子2の側面図を示す。
図に示すように、線状スペーサ23は、第1のコア21と第2のコア22との間に設けられている。線状スペーサ23は物理的な空間を構成しているため、第1のコア21と第2のコア22とが結合された際に、線状スペーサ23により第1のコア21と第2のコア22との間にギャップ25が形成されることとなる。具体的な実施例において、線状スペーサ23における線状スペーサ23の延在方向に垂直ないずれの断面も面積が同一である。即ち、線状スペーサ23は始端から終端までの全体の寸法が同一である。図3A、3Bに示す実施例において、線状スペーサ23における線状スペーサ23の延在方向に垂直な断面形状は円形である。即ち、線状スペーサ23は細長の円柱体である。こうすることによって、第1のコア21と第2のコア22とが結合された際に、その対向面が傾斜ではなく平行となり、線状スペーサ23が第1のコア21及び第2のコア22のそれぞれに接触する面積を減少させることができる。
また、インダクタンス素子2の製造工程は、高温(約135℃、誤差は約±10℃である)のベーク工程を経由するため、本発明に用いられた線状スペーサ23は少なくとも125℃の高温に耐えられる材質であり、例えば金属の銅であるのが好ましい。また、上述した線状スペーサ23によれば、線状スペーサ23は高温に耐え、線状スペーサ23の延在方向に垂直ないずれの断面も半径が同一であるという特性から、線状スペーサ23の材質は銅線であるのが好ましい。好ましくは、線状スペーサ23における線状スペーサ23の延在方向に垂直な断面形状が円形であるが、多角形でも良い。
ここで注意すべき点は、線状スペーサ23は、第1のコア21が第2のコア22に結合された際に第1のコア21と第2のコア22との間に所定の間隔を開けてギャップ25を形成するように作用するものであって、線状スペーサ23の配置数量や配列方向は図3A、3Bに示すものに限定されるものではないことである。
インダクタンス素子2は、接着剤(図示せず)をさらに備えてもよい。インダクタンス素子2を作成する際には、コイル24をE字形の第2のコア22の中段部位222に設けた後、接着剤をE字形の第1のコア21の第1の部位211、第2の部位213及び/又はE字形の第2のコア22の第1の部位221、第2の部位223に塗布し、そして、線状スペーサ23を第2のコア22におけるギャップ25側の一側に設けることにより、線状スペーサ23を第2のコア22の第1の部位221及び第2の部位223に跨設し、さらに、第1のコア21を第2のコア22に結合させることにより、第1のコア21が線状スペーサ23を介して第2のコア22に結合された際に第1のコア21と第2のコア22とが相互に粘着し合うようにする。
上述した実施例から分かるように、線状スペーサ23によって、第1のコア21と第2のコア22とが結合された際に第1のコア21と第2のコア22との間に間隔を開けてギャップ25を形成する。さらに、金属の延性により、金属を材料として線状スペーサ23を製造する際に、その始端から終端までを同一の寸法で製造することができる。そして、線状スペーサ23を所定の長さに切断した際には、切断された線状スペーサ23の半径はいずれも同一である。このように、図3に示すインダクタンス素子2を製造する際、線状スペーサ23の寸法の精密度が高いため、ギャップの寸法が同一のインダクタンス素子2を複数得ることができる。また、線状スペーサ23は、第1のコア21や第2のコア22との接触面積が小さいため、図1に示す従来のインダクタンス素子1と比較して、第1のコア21と第2のコア22との間の接着剤の塗布面積が狭められることを防ぎ、第1のコア21と第2のコア22との間の粘着効果を大幅に向上させることができる。
また、銅線で作成された線状スペーサ23は、容易に各種異なる規格(半径)で製造することができ、精密度が高く、コストが低いという特性を具え、且つ銅線は通常、導線の材料やインダクタンス素子のコイルとして用いられる。したがって、本発明の実施例においては、銅線を本発明に係る線状スペーサ23として用い、第1のコア21と第2のコア22との間に間隔を開けてギャップ25を形成している。このように、線状スペーサ(例えば銅線)で作成されたインダクタンス素子2によって、コストを低く抑えることができる。
従って、銅線を本発明に係る線状スペーサ23として使用するインダクタンス素子2は、従来技術のような面状テープをスペーサとして使用するインダクタンス素子1と比較して、コストが低く、ギャップ精密度が高く、第1のコア21と第2のコア22との粘着安定性が高いという効果を有している。
さらに、図4ないし図6は、本発明に係るギャップを有するインダクタンス素子3、4、5のさらに他の実施例の基本構造を模式的に示した図である。図4ないし図6に示すインダクタンス素子3、4、5の基本構造は、図4に示すインダクタンス素子3と同一であるため、以下、インダクタンス素子3、4、5における異なる箇所についてのみ説明する。
図4は、本発明に係るギャップを有するインダクタンス素子3の他の実施例の基本構造を模式的に示した図である。
ギャップを有するインダクタンス素子3は、第1のコア31と、第2のコア32と、線状スペーサ33と、コイル34と、接着剤(図示せず)とを備えている。第1のコア31は矩形体であり、第2のコア32のみ英文字のE字形である。インダクタンス素子3のコイル34はE字形の第2のコア32の中段部位322に設けることができる。接着剤は第2のコア32の第1の部位321及び第2の部位323に塗布され、線状スペーサ33は、第1のコア31と第2のコア32との間に設けられ、且つ第2のコア32の第1の部位321及び第2の部位323に跨設される。それによって、第1のコア31が第2のコア32に結合された際にギャップが形成され、第1のコア31、線状スペーサ33及び第2のコア32が相互に粘着し合う。
図5は、本発明に係るギャップを有するインダクタンス素子4のさらに他の実施例の基本構造を模式的に示した図である。
第1のコア41は矩形体であり、第2のコア42のみ英文字のH字形である。インダクタンス素子4のコイル44はH字形の第2のコア42の中段部位422に設けることができる。接着剤(図示せず)は第2のコア42の第1の部位421及び第2の部位423に塗布され、線状スペーサ43は、第2のコア42の第1の部位421及び第2の部位423に跨設するか、或いは第2のコア42の第1の部位421及び第2の部位423のそれぞれに設けることができる。
図6は、本発明に係るギャップを有するインダクタンス素子5のさらに他の実施例の基本構造を模式的に示した図である。
第1のコア51は矩形体であり、第2のコア52のみ英文字のI字形である。インダクタンス素子5のコイル54はI字形の第2のコア52の中段部位522に設けることができる。接着剤(図示せず)は第2のコア52の第1の部位521及び第2の部位523に塗布され、線状スペーサ53は、第2のコア52の第1の部位521及び第2の部位523に跨設するか、或いは第2のコア52の第1の部位521及び第2の部位523のそれぞれに設けることができる。
従って、図4ないし図6の実施例から分かるように、図4ないし図6の実施例では、インダクタンス素子3、4、5のコアの構造のみを変更(例えばE字形、H字形又はI字形である)し、インダクタンス素子3、4、5のギャップ寸法については、いずれも線状スペーサ33、43、53によって制御している。線状スペーサ33、43、53を第1のコア31、41、51と第2のコア32、42、52との間に設けることにより第1のコア31、41、51が第2のコア32、42、52に結合された際にインダクタンス素子3、4、5のギャップを形成している。
上述のように、本発明に係るギャップを有するインダクタンス素子2、3、4、5は下記の効果を有している。
(1)線状スペーサ23、33、43、53とコアとの接触面積が小さいため、第1のコア21、31、41、51と第2のコア22、32、42、52との粘着安定性が高い。接着剤が第1のコア21、31、41、51及び/又は第2のコア22、32、42、52におけるギャップ25側の一側に塗布され、第1のコア21、31、41、51と第2のコア22、32、42、52との間に線状スペーサ23、33、43、53が設けられているため、線状スペーサ23、33、43、53とコアとの接触面積が小さい。これによって第1のコア21、31、41、51と第2のコア22、32、42、52との粘着面積が狭められることを防ぎ、さらに第1のコア21、31、41、51と第2のコア22、32、42、52との粘着性を増加させることができる。
(2)線状スペーサ23、33、43、53そのものの寸法は高精密度を有しているため、線状スペーサ23、33、43、53によって制御されたインダクタンス素子2、3、4、5のギャップ25寸法も高精密度を有している。線状スペーサ23、33、43、53における線状スペーサ23、33、43、53の延在方向に垂直ないずれの断面も面積が同一であるため、線状スペーサ23、33、43、53の延在方向に垂直に切断された線状スペーサ23、33、43、53毎の寸法はいずれも同一であり、即ち各線状スペーサの間の公差が小さい。線状スペーサ23、33、43、53を第1のコア21、31、41、51と第2のコア22、32、42、52との間に設けることにより第1のコア21、31、41、51が第2のコア22、32、42、52に結合された際に形成されたギャップ25は、その寸法の精密度が高くなる。したがって、本発明に係る線状スペーサ23、33、43、53は、インダクタンス素子2〜5のギャップ25の寸法を制御できるのみならず、各インダクタンス素子2〜5のギャップ25の寸法の均一性をも確保することができる。
(3)線状スペーサ自体23、33、43、53が低コストであるため、線状スペーサ23、33、43、53により作成された、ギャップ25を有するインダクタンス素子2〜5のコストも低くなる。線状スペーサ23、33、43、53を容易に所要の寸法で製造することができるという特性と、市場には各種規格の線状スペーサ23、33、43、53の既製品があることから、所定の寸法の線状スペーサ23、33、43、53によりインダクタンス素子2〜5を製造する際のコストも低くなる。
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び本明細書と図面に記載された技術思想の範囲内において種種の修正や変更が可能である。そうした修正や変更は、本発明の特許請求の範囲に入るものである。なお直接本明細書及び図面に記載のない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術思想の範囲に含まれる。
1 従来のインダクタンス素子
11 上コア
12 テープ
14 接着剤
15 下コア
16 コイル
2、3、4、5 本発明のインダクタンス素子
21、31、41、51 第1のコア
211 第1の部位
212 中段部位
213 第2の部位
22、32、42、52 第2のコア
221、321、421、521 第1の部位
222、322、422、522 中段部位
223、323、423、523 第2の部位
23、33、43、53 線状スペーサ
24、34、44、54 コイル
25 ギャップ
S601〜S606 ステップ

Claims (9)

  1. 第1のコアと第2のコアとを含むインダクタンス素子に応用される、ギャップを有するインダクタンス素子の製造方法であって、
    (1)前記第1のコア及び/又は前記第2のコアにおける前記ギャップ側の一側にそれぞれ接着剤を塗布する工程と、
    (2)少なくとも1つの線状スペーサを前記第1のコアと前記第2のコアとの間に設ける工程と、
    (3)前記第1のコアにおける前記ギャップ側の一側を前記第2のコアにおける前記ギャップ側の一側に結合させることにより、前記線状スペーサの介在で前記第1のコアと前記第2のコアとの間に前記ギャップを形成する工程と、
    (4)少なくとも2つの弾性素子をそれぞれ前記インダクタンス素子の対向する両側に設けることにより、相互に粘着し合う前記第1のコア、前記線状スペーサ及び前記第2のコアを固定し、前記弾性素子によって固定されたインダクタンス素子に対して高温でベーク工程を行い、前記高温ベーク工程の後、冷却工程を行い、前記冷却工程が完了した後、前記弾性素子を除去する工程と、
    を備えていることを特徴とする、ギャップを有するインダクタンス素子の製造方法。
  2. 前記弾性素子は、クリップであることを特徴とする、請求項1に記載のギャップを有するインダクタンス素子の製造方法。
  3. 前記線状スペーサの材料は、少なくとも摂氏125度に耐えられる金属であることを特徴とする、請求項1に記載のギャップを有するインダクタンス素子の製造方法。
  4. 前記線状スペーサは、銅線であることを特徴とする、請求項に記載のギャップを有するインダクタンス素子の製造方法。
  5. 前記線状スペーサにおける前記線状スペーサの延在方向に垂直な断面形状は円形であることを特徴とする、請求項1に記載のギャップを有するインダクタンス素子の製造方法。
  6. 前記線状スペーサにおける前記線状スペーサの延在方向に垂直ないずれの断面も面積が同一であることを特徴とする、請求項1に記載のギャップを有するインダクタンス素子の製造方法。
  7. 前記第1のコア又は前記第2のコアは、英文字のE字形、I字形又はH字形であることを特徴とする、請求項1に記載のギャップを有するインダクタンス素子の製造方法。
  8. 前記工程(2)は、2つの線状スペーサを前記第1のコアと前記第2のコアとの間に設ける工程をさらに備えていることを特徴とする、請求項1に記載のギャップを有するインダクタンス素子の製造方法。
  9. 前記線状スペーサは、直線形状、曲線状または環状で、前記第1のコアと前記第2のコアとの間に設けられることを特徴とする、請求項1に記載のギャップを有するインダクタンス素子の製造方法。
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