JP5174153B2 - 連結装置およびそのジョイント付きシャフト - Google Patents

Description

本発明は、固定リングを用いてジョイント付きシャフトを連結するための連結装置に関する。本発明はまた、この種の連結装置を備えるジョイント付きシャフトに関する。

特許文献１に、例えばジャーナルなどでギヤボックスに連結される自動車用のドライブシャフトが開示されている。このシャフトは、ギヤボックス側の方にジョイントを備える。そのジョイントの内部ドライブハブは特定の外形を備えたスリーブとして構成され、その中にジョイント付きシャフトのジャーナルが挿入される。この既知のジョイント付きシャフトでは、ジョイント付きシャフトのジャーナルが、軸方向に移動しないように固定リングによってスリーブ内に固定され、封止リングで封止される。この封止リングは、スリーブの外側縁部の領域に設けられた固定リングよりもさらに、スリーブ内のジャーナルの挿入方向に移動した位置に配置される。これにより、組み立て／取り外しするために固定リングにアクセスし易くなっている。

シャフトとスリーブを軸方向に連結するための固定リングは、様々な形のものが知られている。例えば、円形断面の保持リングと矩形断面の固定リングが、ゼーガー・オルビス社（Seeger-Orbis GmbH & Co.OHG）から販売されており、それをシャフトとスリーブの互いに対向する溝に差し込むことができる。矩形の断面形状を有する固定リングは、例えばシャフトをスリーブに取り外し不能に連結するために設けられる。取り外し時は、リングが剪断されるか、リングを差し込んでいる溝の一方が壊される。これと異なり、円形の断面形状を有する保持リングは、互いに連結された構成部品を軸方向に移動させることにより、溝の縁部が保持リングの丸い表面に接触し、そのリングが溝の一方に基本的に完全に収容されるように径方向に広げられるか圧縮されて、壊さずに連結を解除することができる。

取り外し可能な保持リングの溝内部の正確な位置は確実には特定できないので、連結を解除するときには困難が生じることがある。連結を解除するために加える必要のある力は場合によって変わり、または、壊さなければ連結を解除することができない位置にリングが押し付けられる可能性がある。

ただし、利用分野によっては、規定された軸方向の荷重に耐えることができ、所定の荷重を超えたならば簡単に取り外すことが可能な構成部品を軸方向に連結する必要がある。

独国特許発明第３７２６１３５Ａ１号明細書

本発明の目的は、固定リングを有し、２つの構成部品に対して、より信頼性がある連結と予め定められた非破壊的な取り外しが可能な上述したタイプの連結装置を提供することである。

この目的は、基本的に請求項１に記載の連結装置に関する本発明によって達成される。

本発明の好ましい実施形態によると、固定リングの断面形状の少なくとも１つの縁部が、その固定リングを組み立てかつ／または取り外すための規定された面取部を備えるとされている。本発明の基礎となる概念は、固定リングによって互いに連結された構成部品が軸方向に移動すると、固定リングの断面形状の縁部における上記タイプの面取部が、溝の縁部などに接触して、固定リングを規定された形で径方向内向きまたは外向きに押し付けることができるというものである。上記の連結を非破壊的に解除することができなくなる位置へと、固定リングが制御されない形で移動する可能性は、それによって最小限になる。

少なくとも１つの規定された面取部が、固定リングの２つの径方向外側の縁部の一方に設けられると好ましい。その結果、固定リングの規定された組み立てまたは取り外しの少なくとも一方が可能になる。しかしながら、規定された力により固定リングの組み立てと取り外しが可能になるように、規定された面取部が固定リングの径方向外側の両縁部に設けられると特に好ましい。

多くの用途では、少なくとも１つの規定された面取部が、固定リングの径方向の側部表面に対して約１５°〜約３５°の角度で傾斜していると特に有利であることが証明されている。このタイプの傾斜角度により、連結を解除することなく、例えば約１トンの軸方向の力を固定リングによって伝達させることが可能になる。しかしながら、所定の大きな力がかかると、固定リングは、互いに連結された構成部品の溝の特に一方に押し込まれて、非破壊的に連結を解除することができる。

各面取部の傾斜角度は、基本的に同一にすることができる。用途によっては、２つの面取部が、固定リングの径方向側面に対して異なる角度で傾斜していると有利であることが証明されている。

２つの構成部品を連結する場合、固定リングはしばしば、構成部品の一方に事前組み立てされ、すなわち適当な溝に差し込まれる。次いで、２つの構成部品が互いに押し付けられると、それによって固定リングが膨張または圧縮される。シャフト上に固定リングが事前組み立てされる場合は、未装入状態では固定リングは膨張位置にあり、したがってシャフトの溝に軽く置かれた形で位置する。この結果、シャフトをスリーブに内に押し込んだときに、固定リングを剪断または損傷する可能性がある。

本発明によると、これは、固定リングが軸方向にみて非円形の形を有することによって防止することができる。固定リングは、スリットを貫いて延びる径方向の平面に対して鏡面対称を有すると好ましい。固定リングは、軸方向にみて長円または楕円の形を有してもよい。代替的にまたは追加的に、固定リングのスリットに隣接する端部を径方向内向きに曲げる、または２つに折ることも可能である。したがって、固定リングは、少なくともシャフトの溝のほぼ中心に位置する大きな張力を受けた状態で、シャフトの溝内に保持される。この手段によって、シャフトをスリーブに差し込むときの固定リングおよび／または溝に対する損傷が防止される。

本発明の他の好ましい実施形態によると、固定リングは、波形に屈曲した、かつ／またはジグザグの断面形状を有する。このようにして、溝の一方の内部における固定リングの軸方向の遊びを補正することができる。

本発明はまた、少なくとも部分的に略円筒形の外部表面を有する第１の構成部品と、第１の構成部品の円筒形の外部表面を収容するための少なくとも部分的に略円筒形の内部表面を有する第２の構成部品と、上記２つの構成部品を連結するために、上記外部表面と上記内部表面に配置され互いに関連付けられた溝に差し込むことができる上述のタイプの固定リングと、を備える連結装置に関する。

上記２つの構成部品の規定された力による連結、または上記２つの構成部品の規定された力による互いの解放を実現するために、互いに関連付けられた溝の少なくとも一方も、外部表面または内部表面への移行部に、規定された面取部および／または丸みを有すると好ましい。固定リングの少なくとも１つの面取部と溝の少なくとも１つの面取部が、上記２つの構成部品が軸方向に移動するときに面取部が互いに接触するように、互いに適合されると好ましい。つまり、面取部がさらに相対的に軸方向に移動すると、互いに摺動して、固定リングが径方向内向きまたは径方向外向きに押し動かされる。

上記２つの構成部品が上記のように事前組み立てされて互いに連結される場合、第１および／または第２の構成部品が、内部表面または外部表面に隣接する少なくとも１つの案内面取部を有することが好ましい。これにより、固定リングおよび／または溝および封止リングを組み立て中に損傷する危険が最小限になる。

本発明の特に好ましい実施形態によると、第１の構成部品が、車両のドライブトレインにおけるシャフトまたはジャーナルであり、第２の構成部品が、中心開口を備えるボールジョイントの内部ドライブハブである。このタイプの、動力ユニットから駆動される車輪へトルクを伝達するためのシャフト機構は、例えば自動車の長手方向のシャフトすなわち車軸に設けられる。従来の固定リングの上述した不利な点により、これまで、固定リングによるボールジョイントの内部ドライブハブへのジャーナルの連結には必ず困難が伴ってきた。そのため、ボールジョイントの内部ドライブハブへのジャーナルの連結に、シャフトナットがしばしば使用された。これと対照的に、本発明による連結装置は、重量が小さく、構造的な空間の要求がより少ないという利点を有する。

少なくとも１つの規定された面取部の傾斜角度は、摩擦および／または慣性の結果ドライブトレインに伝達され得る最大の軸方向の力よりも、連結の解除に必要な力の方が大きくなるように選択されることが好ましい。ドライブトレインでは通常、スライド継手、スライド機構および／または弾性要素が両取付箇所の間に設けられ、これらにより、ドライブトレインにおける一定の軸方向の遊びまたは規定された変位が可能になる。ドライブトレインで伝達できる最大の軸方向の力は基本的に、かかるスライド部品の摩擦およびその部品の慣性から作用を受ける。本発明によると、面取部の少なくとも１つの傾斜角度は、動作中のドライブトレインに作用する最大の軸方向の力が連結装置によって伝達できるように選択される。それより大きな事前決定可能な軸方向の荷重が与えられて初めて、連結装置は非破壊的に解放される。

５０ｋＮ未満の軸方向の力がドライブトレインに作用したときに連結が規定された形で破損するように、第１および第２の構成部品が固定リングと整合されると好ましい。これにより、過度に大きい軸方向の力が事故の場合にドライブトレインに蓄積することが防止される。ドライブトレインに蓄積すると、シャフトが規定されていない形で座屈する可能性がある。

本発明の概念を発展させると、ドライブトレインに作用する５ｋＮ未満の軸方向の力による規定された連結の破損の後、第１の構成部品と第２の構成部品を伸縮式に互いに押し付けることができるように、第１および第２の構成部品が、互いに整合され、固定リングと整合されると好ましい。２つの構成部品を互いに規定された形で案内することは別にして、これもまた確実にシャフトの座屈を防止する。

車両のドライブトレインにおける本発明によるジョイント付きシャフトは、上述のタイプの少なくとも１つの連結装置を備え、第１の構成部品は、ドライブトレインのシャフトまたはジャーナルであり、第２の構成部品は、中心開口を備えるボールジョイントの内部ドライブハブである。第１の構成部品と第２の構成部品は、連結装置の破損時に、ジョイント付きシャフトが少なくとも２５０ｍｍ、詳細には３００ｍｍだけ伸縮式に折り畳み可能であるように、互いに整合される。このように大きく変位させることによって、事故の場合にジョイント付きシャフトの座屈を防止する。

ジョイント付きシャフトは通常、上記の連結装置のうちの少なくとも２つを装備し、連結装置のそれぞれの第１および第２の構成部品が、連結装置の破損の場合に、ジョイント付きシャフトが少なくとも２５０ｍｍ、詳細には３００ｍｍだけ伸縮式に折り畳み可能であるように、互いに整合される。したがって、各連結装置の変位を２５０ｍｍよりかなり小さくすることができる。

上記の特徴とは関係なく、本発明の基礎となる根本的な問題も、第１の構成部品が第２の構成部品に挿入でき、少なくとも１つの封止リングで封止可能であり、その少なくとも１つの封止リングが、挿入方向に対して固定リングより後方に配置される点で解決される。つまり、連結装置を組み立てた状態で、固定リングは、挿入中に第１の構成部品に接近する第２の構成部品の前端から、封止リングより軸方向に離れたところに位置する。したがって、第１の構成部品が、ジョイントのスリーブすなわち内部ドライブハブに挿入できるジャーナルなどである場合は、固定リングは、封止リングよりもジャーナルの前端の近くに配置される。

このようにして、固定リングによって２つの構成部品の連結領域から汚れを排除することができるように、固定リングを封止することも可能であり、連結装置のその後の取り外しがかなり容易になる。本発明によるこの配置の他の利点は、第１の構成部品を第２の構成部品に挿入中、封止リングを最小限の距離しか移動させる必要がなく、したがって、封止リングを損傷する危険がかなり低減される点にある。本明細書における特別の利点は、第１または第２の構成部品の、固定リングを固定できる溝に、封止リングを嵌める必要がないことである。これにより、この溝の縁部を通過するときの封止リングに対する損傷が防止される。

本発明の概念を発展させると、封止リングが、溝などの、第１のおよび／または第２の要素の特定の外形を備えない区画に配置されるとされる。第１および第２の要素は、トルクを伝達するために、例えばスプライン歯などの互いに対応する断面形状を少なくとも部分的に備える。封止リングの封止効果を向上させ、封止リングの損傷を防止するために、第１の構成部品（ジャーナル）の溝に封止リングが設けられ、その溝は、トルクの伝達に役立つかかる断面形状を備えない第１の構成部品の区画に配置されると好ましい。つまり、封止リングが配置される区画は、封止リングのための溝を除いて基本的に円筒形の構造を有する。同様に、第２の構成部品（内部ドライブハブ／スリーブ）のそれに対応する内部表面は、封止リングが位置して接する基本的に円筒形の内部区画を備える。

連結装置が組み立てられた状態では、封止リングは、例えばスリーブ形の第２の構成部品などの一方の端の近くに位置すると好ましい。固定リングも、この端部の近くに設けられるが、封止リングよりも第２の構成部品の奥に位置させることができる。固定リングは、組み立てるときに、第１の構成部品（ジャーナル）の溝に保持してから、第２の構成部品のそれに対応する溝の定位置に固定しても、逆に第２の構成部品の溝に保持してから、第１の構成部品のそれに対応する溝の定位置に固定してもよい。

本発明の第１の実施形態による固定リングの側面図である。 図１の固定リングの平面図である。 図１の固定リングの断面形状の断面図である。 本発明の第２の実施形態による固定リングの断面形状の断面図である。 本発明の第３の実施形態による固定リングの断面形状の断面図である。 本発明の第４の実施形態による固定リングの平面図である。 本発明による連結装置の図である。

次に、本発明を例示的な実施形態を用い、図面を参照して詳細に説明する。説明かつ／または例示する特徴は全て、各請求項の組み合わせあるいは他の請求項との従属関係によらず、単独または任意の組合せによって本発明の対象を成す。

図１〜３に示されている固定リング１は、軸方向に見て基本的に丸い形を有し、固定リング１の径方向の膨張または圧縮を可能にするスリット２を備える。図３に示されるように、固定リング１は、基本的に矩形の断面形状を有する。図３による実施形態では、固定リング１の径方向外側の縁部の１つに面取部３が設けられる。面取部３は固定リング１の径方向に延びる側面に対して約１５°の角度で傾斜している。２つの構成部品を連結／解放するために、固定リング１は十分な弾性を有していなければならないため、固定リング１はばね鋼で形成することができる。

図４、５に、固定リングの他の２つの実施形態が示されている。図４による実施形態では、固定リングの径方向外側の両方の縁部が規定された面取部３ａ、３ｂを備え、図５による実施形態では、固定リングの径方向外側の一方の縁部と径方向内側の一方の縁部が面取部３ｃ、３ｄを備える。

図２の平面図に示されているように、固定リング１は平面の円板形状を有する。一方、図６による実施形態において、固定リングは、軸方向の遊びも補償できるように波形の断面形状を有する。

図７に本発明による連結装置が示されており、ギヤボックス側のジャーナル４は固定リング１を介してボールジョイント５に連結されている。ボールジョイントは、対向するトラックとして構成される複数の軌道を備えた外部ドライブハブ６と、やはり対向するトラックとして構成される軌道を備えた内部ドライブハブ７と、を有する。外部ドライブハブ６と内部ドライブハブ７の互いに対に関連付けられた各軌道対には、保持器９内で案内されるボール８が収容される。これらの手段によって、トルクが内部ドライブハブ７から外部ドライブハブ６へ伝達され、外部ドライブハブ６に連結された中空のシャフト１０へと伝達されることができる。

内部ドライブハブ７とジャーナル４の間でトルクを伝達するため、内部ドライブハブ７の内側およびジャーナル４の外側にスプライン歯１１を設けることができる。したがって、ジャーナル４は、捻れに耐える形で内部ドライブハブ７に挿入することができ、固定リング１を介して軸方向にだけ固定すればよい。

内部ドライブハブ７内とジャーナル４上の両方には、互いに関連付けられた溝１２、１３が設けられる。ジャーナル４の溝１３には、上記のタイプの固定リング１を差し込むことができる。ジャーナルが未装入の状態においては、この固定リング１は溝１３から少なくとも部分的に突出する。ジャーナル４を内部ドライブハブ７に軸方向に連結するには、ジャーナル４を内部ドライブハブ７に挿入することにより、内部ドライブハブ７の端面にある案内面取部１４によって固定リング１を溝１３に押し込む。溝１２、１３が、図７に示されている互いに関連付けられた位置に配置されるとすぐに、固定リング１が内部ドライブハブ７の溝１２にスナップ嵌めされ、予張力により径方向に膨張する。これにより、内部ドライブハブ７とジャーナル４の間の連結が行われる。

内部ドライブハブ７の外側には、内部ドライブハブ７とジャーナル４を押し付けるための工具を係合可能にする組み立て溝１５を設けることができる。ジャーナル４上には、封止リング１６を収容するための追加の溝を設けることもできる。

ジャーナル４と内部ドライブハブ７の間の連結を解除するため、内部ドライブハブの端部側面とジャーナル４の肩の間の取り外し間隙１７に工具を差し込むことができる。これにより、内部ドライブハブ７を押してジャーナル４から外すことができる。ここで、内部ドライブハブ７の溝１２の縁部は、固定リング１の面取部３と接触する。溝１２の縁部は、固定リング１の面取部３に対して摺動し、内部ドライブハブ７をシャフトから引き抜くことができるように前記リングを溝１３に径方向内向きに押し込む。

ジャーナル４と内部ドライブハブ７の間の連結の組み立ておよび／または取り外しは、組み立て溝１５および／または取り外し間隙１７に挿入できる顎型工具（jaw-shaped tool）によって行うこともできる。この工具（図示せず）は、重りが摺動式に取り付けられたロッドを備えることができる。このロッドは、重りが衝突できるストッパ面を有することができ、これによりロッドからの衝撃が顎型工具に伝達されて、内部ドライブハブ７がジャーナル４に押し付けられる、あるいは内部ドライブハブ７がジャーナル４から引き抜かれる。

図７に示されている連結装置は、シャフトナットによる従来の連結装置よりも軽量でコンパクトであるばかりでなく、ジャーナル４の大きさを小さくすることもできる。したがって、比較的小さな直径の軸受１８およびシャフト封止リング１９を使用できると有利である。

図７に示されているように、本発明の好ましい実施形態による連結装置は、ジャーナル４が、挿入方向に対して前部に位置する特定の外形１１（スプライン歯）を備えた区画（図７の左側）と、固定リングおよび封止リング１６を収容するための溝を除けば基本的に円筒形構造の区画（図７の右側）と、を有するように構成される。スリーブ形の内部ドライブハブ７は、対応して内側の歯を有する区画と、図７の右側の前端部に近接した位置にあるとともに固定リングを収容するための溝１２が設けられた基本的に円筒形の内部区画と、を有する。

封止リング１６は、さらに外側、すなわち固定リングよりも内部ドライブハブ７の端部（図７の右側）の近くに位置する。したがって組み立て中、固定リング１６は、内部ドライブハブ７の特定の外形を備えた区画１１を通過する必要がなく、固定リングの溝１２を越えて押し動かす必要もない。このことと内部ドライブハブ７の円筒形の内部表面上の封止リングのためのストッパとによって、良好な封止が可能となるだけでなく、封止リングの損傷が防止される。このように封止リングは、例えば取り外し間隙１７を介して侵入する可能性のある汚れに対して効果的に封止されることができる。

Claims (20)

1. 少なくとも部分的に略円筒形の外面を有する第１の構成部品としてのジャーナルと、前記第１の構成部品の略円筒形の前記外面を収容するための少なくとも部分的に略円筒形の内面を有する第２の構成部品としてのスリーブ形の内部ドライブハブと、前記第１および第２の構成部品を連結するために前記外面と前記内面に配置されるとともに互いに関連付けられた溝に差し込むことができる固定リングと、を備える連結装置であって、
   前記ジャーナルは、スプライン歯を備えて、挿入方向の前部にある第１の区画と前記挿入方向の後部にある第２の区画とを備えており、前記スリーブ形の内部ドライブハブは内歯と内部区画とを有する対応の区画を含んでおり、前記第１の構成部品は、前記第２の構成部品に挿入できると共に、前記挿入方向において前記固定リングの後方に配置された少なくとも１つの封止リングで封止可能であり、
   前記ジャーナルの前記第２の区画は、前記固定リングおよび前記封止リングを収容するための溝を除いて、略円筒形に形成されていて、前記内部区画が、略円筒形であると共に前記固定リングを収容するための前記溝を備えている、ことを特徴とする、連結装置。
2. 互いに関連付けられた前記溝の少なくとも１つが、前記外面または前記内面への移行部に規定された面取部および／または丸みを有することを特徴とする、請求項１に記載の連結装置。
3. 前記固定リングの少なくとも１つの前記面取部および前記溝の少なくとも１つの前記面取部は、前記第１および第２の構成部品が軸方向に移動するときに前記両面取部が互いに接触するように、互いに適合され、前記両面取部が互いに摺動して前記固定リングを径方向内向きまたは径方向外向きに押し動かすことを特徴とする、請求項２に記載の連結装置。
4. 前記第１および／または前記第２の構成部品が、前記内面または前記外面に隣接する少なくとも１つの案内面取部を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の連結装置。
5. 前記第１の構成部品が、車両のドライブトレインにおけるジャーナルであり、前記第２の構成部品が、ボールジョイントの内部ドライブハブであり、前記内部ドライブハブが中心開口を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の連結装置。
6. 摩擦および／または慣性の結果として前記ドライブトレインに伝達され得る最大の軸方向の力よりも、前記連結の解除に必要な力の方が大きくなるように、少なくとも１つの規定された前記面取部の傾斜角度が選択されていることを特徴とする、請求項５に記載の連結装置。
7. 前記ドライブトレインに５０ｋＮ未満の軸方向の力が作用したときに前記連結が規定された形で破損するように、前記第１および前記第２の構成部品と前記固定リングとが互いに整合されることを特徴とする、請求項５または６に記載の連結装置。
8. 前記ドライブトレインに作用する５ｋＮ未満の軸方向の力による規定された連結の破損の後で前記第１の構成部品および前記第２の構成部品を伸縮式に互いに押し付けることができるように、前記第１および前記第２の構成部品が互いに整合されるとともに前記固定リングと整合されることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一項に記載の連結装置。
9. 前記封止リングが、第１のおよび／または第２の要素の、特定の外形を備えない溝などの区画に配置されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の連結装置。
10. 前記固定リングは、ばね鋼のような弾性材料から形成されていると共に、径方向に延びるスリットを備えており、前記固定リングが略矩形の断面形状を有し、該断面形状の縁部が前記固定リングを組み立ておよび／または取り外すために規定された面取部を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の連結装置。
11. 少なくとも１つの規定された前記面取部が、径方向外側の２つの縁部の一方に設けられることを特徴とする、請求項１０に記載の連結装置。
12. 規定された前記面取部が、径方向外側の両縁部に設けられることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の連結装置。
13. 少なくとも１つの規定された前記面取部が、前記固定リングの径方向側面に対して約１５°〜約３５°の角度で傾斜していることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の連結装置。
14. ２つの前記面取部が、前記固定リングの径方向側面に対して異なる角度で傾斜していることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の連結装置。
15. 前記固定リングが、軸方向にみて非円形形状を有するとともに、前記スリットを通って延びる径方向平面に対して鏡面対称性を有することを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の連結装置。
16. 前記固定リングが軸方向にみて長円形状または楕円形状を有することを特徴とする、請求項１５に記載の連結装置。
17. 前記固定リングの前記スリットに隣接する端部が、径方向内向きに曲げられることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の連結装置。
18. 前記固定リングが、波形に屈曲した断面形状かつ／またはジグザグの断面形状を有することを特徴とする、請求項１０〜１７のいずれか一項に記載の連結装置。
19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の連結装置を少なくとも１つ備える、車両のドライブトレインにおけるジョイント付きシャフトにおいて、
    前記第１の構成部品が前記ドライブトレインにおけるシャフトまたはジャーナルであるとともに、前記第２の構成部品がボールジョイントの中心開口を備える内部ドライブハブであるジョイント付きシャフトであって、
    少なくとも１つの前記連結装置が破損した場合に、前記ジョイント付きシャフトが少なくとも２５０ｍｍ伸縮式に折り畳み可能であるように、前記第１の構成部品および前記第２の構成部品が互いに整合されることを特徴とする、ジョイント付きシャフト。
20. 複数の前記連結装置が破損した場合に、前記ジョイント付きシャフトが少なくとも２５０ｍｍ伸縮式に折り畳み可能であるように、複数の前記連結装置のそれぞれの前記第１および第２の構成部品が互いに整合されることを特徴とする、請求項１９に記載のジョイント付きシャフト。

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