JP5714400B2 - 歩行型農業作業車 - Google Patents

Description

本発明は、歩行型農業作業車が備える差動装置の構成に関する。

従来から、作業者がハンドルを握って歩きながら作業を行うように構成された歩行型農業作業車が知られている。この種の作業車として、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されている歩行型管理機がある。

このような歩行型農業作業車において、作業機と、左右一対の車輪と、を設けた構成が知られている。例えば特許文献１及び特許文献２に記載の歩行型管理機は、ロータリ耕耘装置と、左右一対の車輪と、を備えている。そして、上記特許文献１及び２に記載の歩行型管理機は、左右の車輪に駆動力を分配するとともに、左右の回転数差を吸収するための差動装置（デフ）を備えている。特許文献１に記載されている差動装置は、従来からよく知られている構成である。即ち、この差動装置は、回転するデフケースと、デフケースと一体回転するベベルギアと、前記ベベルギアに噛み合うとともに左右車軸それぞれに対応して設けられたベベルギアと、を備えており、デフケースに駆動力を入力して左右のベベルギアから駆動を取り出すように構成されている。

ところで、歩行型管理機などの小型の農業作業車においては、軽量化、コンパクト化が強く要求されている。このため、前記差動装置や、この差動装置を収容するミッションケースの小型化が技術課題の１つとなっている。

この点、特許文献２は、左右の車軸と一体回転するベベルギアにボス部を設け、このボス部でデフケースを支持する構成とすることで、デフケースをコンパクトに構成できるとしている。

一方で近年では、歩行型農業作業車の動力源として電動モータを採用する構成が検討されている。電動モータはエンジンに比べて小型であり、配置の自由度も高い。従って、電動モータを駆動源として採用することにより、歩行型農業作業車の小型化・軽量化が期待できる。

特開２００４−６６８８１号公報 実開平４−６８６０２号公報

ところで、特許文献１及び特許文献２が開示する従来の歩行型管理機は、エンジンが出力する駆動力を、チェーン等を介してデフケースに伝達する構成である。このようにミッションケース内にチェーンなどの駆動伝達部材を設けなければならないため、特許文献１及び特許文献２の構成ではミッションケースを十分に小型化することができないという問題があった。

また、特許文献１又は２の構成において、エンジンの代わりに電動モータを駆動源として採用することで、小型化・軽量化を図ることも考えられる。この場合、電動モータの出力軸から出力される駆動力は、チェーン等を介してデフケースまで伝達される。しかしこの構成の場合、電動モータの出力軸には、チェーンをかけることによるラジアル荷重がかかるので、モータ軸受をラジアル軸受にしなければならず、当該軸受が大型化、高コスト化するという課題がある。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、差動装置を備えた歩行型農業作業車のミッションケースを小型化することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成の歩行型農業作業車が提供される。即ち、この歩行型農業作業車は、２つの遊星歯車機構と、回転自在に設けられたピニオンギアと、を有する差動装置と、駆動源と、を備える。前記遊星歯車機構は、サンギアと、前記サンギアに噛み合うプラネタリギアと、前記プラネタリギアを回転自在に支持するプラネタリキャリアと、前記プラネタリギアに噛み合うインターナルギアが形成されたインターナルギア部材と、を有する。前記２つの遊星歯車機構がそれぞれ有する前記サンギア同士は、その回転軸が同一軸線上に配置される。前記２つの遊星歯車機構がそれぞれ有する前記インターナルギア部材の外周にはベベルギアが形成され、それぞれの前記インターナルギア部材の前記ベベルギアに前記ピニオンギアが噛み合うことにより、前記インターナルギア部材同士が連動して回転する。前記２つの遊星歯車機構がそれぞれ有する前記サンギア同士は、前記駆動源の駆動出力軸に固定される。そして、前記２つの遊星歯車機構がそれぞれ有する前記プラネタリキャリアから駆動力が取り出される。

この構成により、駆動源の出力軸と、差動装置からの出力の取り出し軸と、を同軸に配置することができるので、駆動源から差動装置まで駆動を伝達するための部材（チェーン等）が不要となる。従って、この差動装置を収容するミッションケースを小型化することができる。また、駆動源の出力軸にチェーン等をかけて駆動を伝達する必要がなくなる結果、当該出力軸にかかるラジアル方向の荷重は小さくなるので、当該出力軸の軸受を簡素化することができる。また、２つの遊星歯車機構で差動装置としての機能を実現することができる。

上記の歩行型農業作業車において、前記駆動源は電動モータであることが好ましい。

即ち、電動モータはエンジンに比べて小型なので、これを駆動源として採用することにより、歩行型農業作業車をコンパクトに構成することができる。また、電動モータは配置の自由度が比較的高いので、当該電動モータの出力軸と、差動装置からの出力と、を同軸に配置することが容易になる。

上記の歩行型農業作業車において、前記電動モータは両軸タイプであり、２つの遊星歯車機構の間に配置されることが好ましい。

このように、差動装置の内側に電動モータを配置することにより、歩行型農業作業車をよりコンパクトに構成することができる。

上記の歩行型農業作業車は、以下のように構成することもできる。即ち、この歩行型農業作業車は、前記サンギアと同軸で回転するピニオン保持部材と、前記ピニオン保持部材を回転駆動するピニオン駆動源と、を更に備える。そして、前記ピニオンギアは、前記ピニオン保持部材に対して回転自在に支持される。

このようにピニオンギアを駆動することにより、差動装置に入力される駆動力を増減速して出力することができる。

本発明の一実施形態に係る管理機の全体的な構成を示す側面図。 第１実施形態に係る差動装置の一部断面図。 変形例に係る差動装置の一部断面図。 第２実施形態に係る差動装置の一部断面図。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１に示すのは、本発明の第１実施形態に係る歩行型農業作業車としての管理機１である。

管理機１は、機体フレーム２と、ロータリ耕耘装置３と、左右一対の車輪４と、操縦ハンドル６と、を備えている。

機体フレーム２の下方には、ミッションケース７が配置されている。ミッションケース７には、爪軸８及び車軸９を駆動するための駆動機構が収容されている。爪軸８及び車軸９は、ミッションケース７の左右から突出して設けられている。

ロータリ耕耘装置３は、爪軸８から放射状に設けられた複数の耕耘爪１０を有している。そして、この爪軸８を回転駆動することにより、耕耘爪１０が回転して地面を耕耘するように構成されている。また前記左右の車輪４は、左右の車軸９に取り付けられている。車軸９を回転駆動することにより、車輪４が回転して管理機１の機体を走行させる構成である。

なお、図１に示すように、本実施形態の管理機１は、車輪４の前方にロータリ耕耘装置３を配置したレイアウト（いわゆるフロントロータリ）として構成されている。ただし、これに限定されるわけではなく、例えば、車輪４の後方にロータリ耕耘装置３を配置したレイアウト（いわゆるリアロータリ）であっても良い。

操縦ハンドル６は、機体フレーム２から後方斜め上方に延びるように設けられている。この管理機１によって耕耘作業を行う作業者は、操縦ハンドル６を握って歩きながら機体を走行させつつ、ロータリ耕耘装置３による耕耘作業を行う。即ち、本実施形態の管理機１は、いわゆる歩行型管理機として構成されている。

本実施形態の管理機１は、駆動源として電動モータを採用した電動式の管理機として構成されている。具体的には、ミッションケース７の内部に、前記爪軸８を駆動するための耕耘装置用モータ（図略）と、車軸９を駆動するための車輪用モータ１９（図２）と、がそれぞれ配置されている。また、機体フレーム２には、前記耕耘装置用モータ及び車輪用モータ１９に電力を供給するためのバッテリー５が搭載されている。

本実施形態の管理機１は、１つの車輪用モータ１９によって、左右の車輪４を駆動するように構成されている。ミッションケース７の内部には、車輪用モータ１９の駆動力を左右の車軸９に分配するとともに、左右の車輪４の回転数差を吸収するための差動装置２０が配置されている。

次に、本発明の特徴的構成である差動装置２０の構成について説明する。

図２に示すように、この差動装置２０は、２つの遊星歯車機構２１と、ピニオンギア２２と、を備えた構成である。

２つの遊星歯車機構２１は、左右の車軸９に対応して設けられている。左右の遊星歯車機構２１を前記ピニオンギア２２で接続することにより、差動装置としての機能を実現する構成である。以下、詳しく説明する。

左右の遊星歯車機構２１は、サンギア２３と、サンギア２３に噛み合う複数のプラネタリギア２５と、プラネタリギア２５を回転自在に支持するプラネタリキャリア２４と、プラネタリギア２５に噛み合うインターナルギア２６と、からなる公知の構成である。左右の遊星歯車機構２１は、サンギア２３の回転軸が機体左右方向と平行になるように配置されている。また、左右のサンギア２３の回転軸は同一軸線となるように配置されている。

前記インターナルギア２６は、リング状のインターナルギア部材２７の内周に形成されている。このリング状のインターナルギア部材２７は、その中心軸線を、サンギア２３の回転軸と一致させて配置されており、当該軸線を中心として回転可能に配置されている。このインターナルギア部材２７の外周には、ベベルギア２８が形成されている。

プラネタリキャリア２４は、サンギア２３と同軸で回転可能である。また、左右の遊星歯車機構２１のプラネタリキャリア２４には、それぞれ、車軸９が固定されている。即ち、本実施形態の差動装置２０においては、左右のプラネタリキャリア２４から駆動力が出力される。

左右の遊星歯車機構２１のサンギア２３は、それぞれ、車輪用モータ１９の出力軸２９に固定されている。即ち、車輪用モータ１９が出力軸２９から出力する駆動力は、サンギア２３に入力される。従って、この差動装置２０は、当該差動装置２０への駆動力の入力軸（車輪用モータ１９の出力軸２９）と、当該差動装置２０からの出力軸（車軸９）と、が同一軸線上に配置された構成となっている。このように、差動装置２０への入力と出力を同一軸上に配置することにより、差動装置２０をコンパクトに構成することができる。

また、車輪用モータ１９の出力軸２９をサンギア２３に直接固定する構成であるので、出力軸２９から差動装置２０まで駆動力を伝達するための駆動伝達部材（例えばチェーンなど）が不要となる。これにより、ミッションケース７を小型化することができる。更に、車輪用モータ１９の出力軸２９にチェーンなどをかける必要がないので、当該出力軸２９にかかるラジアル荷重が小さくなる。従って、当該出力軸２９のモータ軸受（図略）を簡素化でき、この意味でも小型化が可能となる。

また、本実施形態の管理機１において、車輪４の駆動源である車輪用モータ（電動モータ）１９は、両軸式のモータとして構成されており、その出力軸２９が車体の左右方向に向けて突出すように配置されている。左右の出力軸２９のそれぞれには、左右の遊星歯車機構２１のサンギア２３が固定されている。以上により、本実施形態では、差動装置２０の内側（左右の遊星歯車機構２１の間）に車輪用モータ１９が配置された構成となっている。

このように、差動装置２０の内側に車輪用モータ１９を配置した構成とすることにより、車輪４を駆動するための機構を全体的に小型化可能となり、ミッションケース７をコンパクトに構成することができる。

前記ピニオンギア２２は、ミッションケース７に固定されたピニオン支持軸３０に対して回転自在に支持されている。このピニオン支持軸３０は、その軸線が、サンギア２３の回転軸に直交するように設けられている。また、このピニオン支持軸３０の軸線は、左右の遊星歯車機構２１の間に配置されている。そして、このピニオンギア２２には、左右のインターナルギア部材２７に形成されたベベルギア２８が噛み合っている。

このように、左右それぞれのインターナルギア部材２７が、それぞれピニオンギア２２に噛み合うことにより、当該左右のインターナルギア部材２７は連動して回転する。即ち、ピニオンギア２２を介して左右のインターナルギア部材２７が連結されているので、ピニオンギア２２が回転することにより、左右のインターナルギア部材２７は互いに逆方向で同じ速度で回転する。

以上のように構成された差動装置２０によって左右の車輪４の回転数差を吸収する仕組みについて説明すると、以下のとおりである。

車輪用モータ１９の出力軸２９から出力される回転駆動力は、まず左右のサンギア２３に伝達される。サンギア２３の回転は、これに噛み合うプラネタリギア２５に伝えられる。これにより、プラネタリギア２５がサンギア２３の周囲を周回するので、当該プラネタリギア２５を軸支しているプラネタリキャリア２４が回転する。

ここで、例えば管理機１を直進させている場合などは、左右の車輪４に回転数差が生じない。この場合、ピニオンギア２２は回転せず、左右のインターナルギア部材２７は回転しない。従ってこの場合は、左右のプラネタリキャリア２４は同じ速度で同一方向に回転するので、左右の車軸９が同じ速度で同一方向に駆動される。

一方、管理機１を旋回させる場合など、左右の車輪４に回転数差が生じた場合、ピニオンギア２２が回転する。この場合、左右のインターナルギア部材２７は、互いに逆方向に同じ速度で回転する。これにより、左右一方のプラネタリキャリア２４は減速作用を受け、他方のプラネタリキャリア２４では増速作用を受ける。即ち、左右一方の車軸９は減速され、他方の車軸９は増速されて回転駆動される。これにより、旋回方向内側の車輪４は減速し、外側の車輪４は増速することができるので、旋回時に発生する左右の車輪４の回転数差を吸収し、差動装置としての機能を発揮することができる。

以上で説明したように、本実施形態の管理機１は、２つの遊星歯車機構２１と、回転自在に設けられたピニオンギア２２と、を有する差動装置２０と、車輪用モータ１９と、を備える。遊星歯車機構２１は、サンギア２３と、サンギア２３に噛み合うプラネタリギア２５と、プラネタリギア２５を回転自在に支持するプラネタリキャリア２４と、プラネタリギア２５に噛み合うインターナルギア２６が形成されたインターナルギア部材２７と、を有する。２つの遊星歯車機構２１がそれぞれ有するサンギア２３同士は、その回転軸が同一軸線上に配置される。２つの遊星歯車機構２１がそれぞれ有するインターナルギア部材２７同士は、それぞれがピニオンギア２２に噛み合うことにより、連動して回転する。２つの遊星歯車機構２１がそれぞれ有するサンギア２３は、車輪用モータ１９の出力軸２９に固定される。そして、２つの遊星歯車機構２１がそれぞれ有するプラネタリキャリア２４から、それぞれ駆動力が取り出される。

この構成により、車輪用モータ１９の出力軸２９と、差動装置２０からの出力の取り出し軸（車軸９）と、を同軸に配置することができるので、車輪用モータ１９から差動装置２０まで駆動を伝達するための部材（チェーン等）が不要となる。従って、この差動装置２０を収容するミッションケース７を小型化することができる。また、車輪用モータ１９の出力軸２９にチェーン等をかけて駆動を伝達する必要がなくなる結果、当該出力軸２９にかかるラジアル方向の荷重は小さくなるので、当該出力軸の軸受を簡素化することができる。

また、本実施形態の管理機１において、２つの遊星歯車機構２１がそれぞれ有するインターナルギア部材２７の外周にはベベルギア２８が形成され、当該ベベルギア２８にピニオンギア２２が噛み合っている。

これにより、２つの遊星歯車機構２１で差動を実現することができる。

また本実施形態において、車輪４の駆動源は電動モータ（車輪用モータ１９）である。

即ち、電動モータはエンジンに比べて小型なので、これを駆動源として採用することにより、管理機１をコンパクトに構成することができる。また、電動モータは配置の自由度が比較的高いので、当該電動モータ（車輪用モータ１９）の出力軸２９と、差動装置２０からの出力軸（車軸９）と、を同軸に配置することが容易になる。

また本実施形態において、車輪用モータ１９は両軸タイプであり、２つの遊星歯車機構２１の間に配置されている。

このように、差動装置２０の内側に車輪用モータ１９を配置することにより、管理機１をよりコンパクトに構成することができる。

次に、上記実施形態の変形例について、図３を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態と同一又は類似の構成については、要素名及び図面に同一の符号を付して説明を省略する。

この変形例に係る差動装置２００において、インターナル部材２７１は、インターナルギア２６が形成された部分を起点として、車輪用モータ１９の出力軸２９と平行な方向で差動装置２００の内側に向けて延伸された延伸部２７１ａを有している。これにより、インターナル部材２７１は略筒状に形成されている。このようにインターナル部材２７１を筒状に形成することにより、図３に示すように、車輪用モータ１９の一部（又は全部）を、インターナル部材２７１の内側に配置することができる。

また本変形例において、延伸部２７１ａの先端にはフランジ部２７１ｂが形成されている。そして、フランジ部２７１ｂの先端に、ピニオンギア２２と噛み合うベベルギア２８が形成されている。

即ち、上記第１実施形態の差動装置２０においては、左右のベベルギア２８同士が離れていたので、このベベルギア２８に噛み合うためのピニオンギア２２が大型化していた。この点、本変形例のように、インターナル部材２７１を差動装置２００の内側に向けて延伸し、その先端にベベルギア２８を形成することで、左右のベベルギア２８同士を近付けることができる。これにより、ベベルギア２８に噛み合うピニオンギア２２を小さくすることができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態と同一又は類似の構成については、要素名及び図面に同一の符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、この第２実施形態に係る管理機は、車輪用モータ１９１を差動装置２０２の外側に配置したものである。このように、駆動源を差動装置の外側に配置した構成とすることもできる。

この場合、車輪用モータ１９１は通常の片軸タイプの電動モータを利用することができる。本実施形態では、この片軸の出力軸２９に、左右の遊星歯車機構２１のサンギア２３１を固定する構成である。図４に示すように、本実施形態では、１つのサンギア２３１を左右の遊星歯車機構２１で共有する構成となっている。

即ち、本発明の差動装置において、駆動源からの駆動力が入力される部材（この実施形態の場合はサンギア）は、左右の遊星歯車機構で同じ速度で回転するので、必ずしも左右で別部材にする必要はない。従って上記のように、駆動源からの駆動力が入力される部材（この実施形態の場合はサンギア２３１）を、左右の遊星歯車機構２１で一体的に形成した構成とすることもできる。

また、本実施形態の差動装置２０２は、ピニオン保持部材３２と、ピニオン駆動モータ（ピニオン駆動源）３３と、を備えている。

ピニオン保持部材３２は、リング状に形成された部材であり、サンギア２３１の回転軸と同軸で配置されている。このピニオン保持部材３２の外周には、ギア３４が形成されている。一方、ピニオン駆動モータ３３の出力軸には、前記ギア３４と噛み合う駆動ギア３５が固定されている。そして、ピニオン駆動モータ３３を駆動することにより、ピニオン保持部材３２を、サンギア２３１の回転軸を中心として回転駆動することができるように構成されている。また、ピニオン駆動モータ３３は、回転方向及び回転速度を任意に制御することができるように構成されている。

ピニオン保持部材３２の内周側には、サンギア２３１の回転軸と直交する方向に突出するピニオン支持軸３６が形成されている。本実施形態の差動装置２０２においては、このピニオン支持軸３６に、ピニオンギア２２が回転自在に支持されている。

以上の構成で、ピニオン駆動モータ３３によってピニオン保持部材３２を回転駆動することにより、ピニオンギア２２を、サンギア２３１の軸線を中心にして回転駆動することができるようになっている。これにより、当該ピニオンギア２２に噛み合っている部材（本実施形態の場合は左右のインターナルギア部材２７）を積極的に回転駆動することができる。

次に、サンギア２３１の軸線を中心にしてピニオンギア２２を回転駆動することの作用について説明する。

ピニオン駆動モータ３３を停止状態としている場合（即ち、ピニオン保持部材３２をサンギア２３１の軸線を中心として回転させない場合）は、上記第１実施形態と同様に、ピニオン支持軸３６がミッションケースに対して静止している。従ってこの場合は、第１実施形態と同様に、車輪用モータ１９１の出力が左右の車軸９に分配されて出力される。

ピニオン駆動モータ３３を駆動し、ピニオン保持部材３２を回転駆動した場合、ピニオン支持軸３６に支持されたピニオンギア２２がサンギア２３１と同軸で回転し、当該ピニオンギア２２に噛み合っているインターナルギア部材２７に対して、回転駆動力が与えられる。インターナルギア部材２７の回転は、プラネタリギア２５においてサンギア２３１の回転と合成されて、プラネタリキャリア２４を回転させる。以上のように、ピニオン駆動モータ３３によるピニオン保持部材３２の回転と、車輪用モータ１９１によるサンギア２３１の回転と、を合成して出力することができる。

従って、ピニオン保持部材３２を、サンギア２３１と同じ方向に回転駆動すれば、車輪用モータ１９１の回転を増速して出力することができる。逆に、ピニオン保持部材３２を、サンギア２３１とは逆方向に回転駆動すれば、車輪用モータ１９１の回転を減速して出力することができる。このように、本実施形態の構成によれば、車輪用モータ１９１の出力を、別のモータ（ピニオン駆動モータ３３）によって任意に増減速して、車軸９を駆動することができる。

以上で説明したように、第２実施形態に係る管理機は、サンギア２３１と同軸で回転するピニオン保持部材３２と、ピニオン保持部材３２を回転駆動するピニオン駆動モータ３３と、を更に備える。そして、ピニオンギア２２は、ピニオン保持部材３２に対して回転自在に支持されている。

このようにピニオンギア２２を駆動することにより、差動装置２０２に入力される駆動力を増減速して出力することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

インターナルギア部材２７の外周にベベルギア２８を形成する構成に代えて、平ギアを形成する構成であっても良い。

上記実施形態では、サンギアに駆動力を入力し、インターナルギア部材同士をピニオンギアで連結し、プラネタリキャリアから出力する構成としたが、これに限らない。即ち、遊星歯車機構が備えるサンギア、インターナルギア部材、及びプラネタリキャリアの何れに駆動力を入力しても良く、何れから駆動力を出力しても良い。例えば、サンギアに駆動力を入力する場合において、インターナルギア部材から駆動力を出力する構成とすることができる。この場合、プラネタリキャリア同士をピニオンギアで連結すれば良い。

本発明は、管理機に限らず、差動装置を備えた歩行型農業作業機に広く適用することができる。

１ 管理機（歩行型農業作業車）
９ 車軸
１９ 車輪用モータ（駆動源）
２０ 差動装置
２１ 遊星歯車機構
２２ ピニオンギア
２３ サンギア
２４ プラネタリキャリア
２５ プラネタリギア
２６ インターナルギア
２７ インターナルギア部材
２８ ベベルギア
２９ 出力軸

Claims (4)

1. ２つの遊星歯車機構と、回転自在に設けられたピニオンギアと、を有する差動装置と、
   駆動源と、
   を備え、
   前記遊星歯車機構は、
   サンギアと、
   前記サンギアに噛み合うプラネタリギアと、
   前記プラネタリギアを回転自在に支持するプラネタリキャリアと、
   前記プラネタリギアに噛み合うインターナルギアが形成されたインターナルギア部材と、
   を有し、
   前記２つの遊星歯車機構がそれぞれ有する前記サンギア同士は、その回転軸が同一軸線上に配置され、
   前記２つの遊星歯車機構がそれぞれ有する前記インターナルギア部材の外周にはベベルギアが形成され、それぞれの前記インターナルギア部材の前記ベベルギアに前記ピニオンギアが噛み合うことにより、前記インターナルギア部材同士が連動して回転し、
   前記２つの遊星歯車機構がそれぞれ有する前記サンギア同士は、前記駆動源の駆動出力軸に固定され、
   前記２つの遊星歯車機構がそれぞれ有する前記プラネタリキャリアから駆動力が取り出されることを特徴とする歩行型農業作業車。
2. 請求項１に記載の歩行型農業作業車であって、
   前記駆動源は電動モータであることを特徴とする歩行型農業作業車。
3. 請求項２に記載の歩行型農業作業車であって、
   前記電動モータは両軸タイプであり、２つの遊星歯車機構の間に配置されることを特徴とする歩行型農業作業車。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の歩行型農業作業車であって、
   前記サンギアと同軸で回転するピニオン保持部材と、
   前記ピニオン保持部材を回転駆動するピニオン駆動源と、
   を更に備え、
   前記ピニオンギアは、前記ピニオン保持部材に対して回転自在に支持されることを特徴とする歩行型農業作業車。

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