JP5802252B2 - ギヤの製造方法と、そのための鍛造加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、外周壁に外歯が形成され、且つ内周壁に内歯が形成されたギヤを得るギヤの製造方法と、そのための鍛造加工装置に関する。

ギヤとして、外周壁に外歯が形成され、且つ内周壁に内歯が形成されたものが採用されることがある。この場合、内歯は、軸部材の側周壁に形成された歯部に噛合され、これによりギヤが軸部材に連結されるので、ギヤを軸部材に溶接する作業が不要となる。

この種のギヤを製造する際には、外歯と内歯は、別個の鍛造加工装置において成形されることもあるが、特許文献１に記載されるように、同一の鍛造加工装置にて成形されることもある。すなわち、特許文献１記載の鍛造加工装置は、内歯を形成する内歯成形型としてのマンドレルと、外歯を形成する外歯成形型としてのダイとを有する。

この構成において、ギヤは以下のようにして製造される。すなわち、先ず、マンドレルをワークの貫通孔に通した後、ノックアウトピンとアウタパンチとでワークを挟み込んだ状態で、上型を下降する。その結果、マンドレルの内歯成形歯間の溝にワークの肉が流動し、これにより、ワークの内周壁に内歯が予備成形される。

次に、上型及びノックアウトピンがさらに下降する。このため、ワークがアウタパンチによって押圧され、下方へ押し出される。この際、ダイの内周壁に形成された外歯成形歯によってワークの外周壁に外歯（平歯車）が押し出し成形される。また、ワークの肉が内径方向にも流動するので、予備成形された内歯が最終形状であるヘリカルスプラインに成形される。これにより、ギヤが得られる。

特許第３７６９８５６号公報

上記の通り、特許文献１記載の技術では外歯と内歯を同時に成形するようにしている。このような鍛造加工では、肉の流動を制御することが容易ではなく、このため、寸法精度が良好なギヤを量産することが容易ではないという不具合がある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、１回の型閉じ時に、外歯を形成するための加工と、内歯を形成するための加工とを個別に行うことが可能であり、このために寸法精度が良好なギヤを得ることが容易なギヤの製造方法と、そのための鍛造加工装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、外周壁に外歯が形成され、且つ内周壁に内歯が形成されたギヤを得るギヤの製造方法であって、
貫通孔に内歯成形型が通され、且つ支持型によって下方から支持されたワークに対し、押圧型と外歯加工型を接近させ、前記押圧型を前記ワークに当接させる工程と、
前記支持型を下方から支持する緩衝機構の作用下に、前記支持型が下降することを阻止しながら、前記外歯加工型を下降させて前記ワークの外周壁に外歯を形成する加工を行う工程と、
前記外歯加工型が前記支持型に当接した後に該支持型を押圧することに伴って前記緩衝機構の一部又は全部が下降するとともに、前記ワークを前記押圧型で押圧して前記内歯成形型に沿って下降させ、該ワークの内周壁に内歯を形成する工程と、
を有することを特徴とする。

また、本発明は、外周壁に外歯が形成され、且つ内周壁に内歯が形成されたギヤを得るための鍛造加工装置であって、
前記内歯を形成するためにワークの貫通孔に通される内歯成形型と、
前記内歯成形型が前記貫通孔に通された前記ワークを下方から支持する支持型と、
前記支持型を下方から支持するとともに、予め設定された設定荷重を上回る荷重が付与されたときに前記ワークの下降を開始させる緩衝機構と、
前記ワークを前記内歯成形型に沿って下降させるための押圧型と、
前記ワークの外周壁に外歯を形成する加工を行うための外歯加工型と、
を有し、
前記押圧型は、前記外歯加工型が前記支持型に当接する前に前記ワークに当接し、
前記外歯加工型が前記支持型に当接した後に該支持型を押圧することに伴って前記緩衝機構の一部又は全部が下降するとともに、前記ワークを前記押圧型で押圧して前記内歯成形型に沿って下降させることを特徴とする。

すなわち、本発明においては、緩衝機構を採用することにより、外歯に対する加工と、内歯の成形とを別タイミングで行うことができる。このため、肉の流動を制御することが容易である。

しかも、上記のようにすることにより、ワークは、押圧型及び外歯加工型によって拘束された状態で内歯成形型に沿って下降する。この際に内歯が形成されるので、成形の精度が向上する。

さらに、１回の型閉じにおいて、外歯に対する加工と、内歯の成形とを行うことができる。このため、サイクルタイムの短縮を図ることができる。

以上のように、上記の構成を採用して上記の過程を経ることにより、寸法精度に優れるギヤを短時間で連続的に製造することができる。

なお、前記支持型を囲繞する囲繞部材を設け、該囲繞部材に第１係合部を設けるとともに、前記外歯加工型に第２係合部を設けて、前記外歯加工型が下降する際に前記第１係合部と前記第２係合部を係合させることが好ましい。

この係合により、外歯加工型の回り止めがなされる。すなわち、外歯加工型の内歯成形型に対する位相ズレが起こることが防止される。従って、内歯と外歯の同軸度を向上させることができる。

そして、緩衝機構としてガススプリングを用いることが好ましい。この構成では、前記外歯加工型が前記支持型を押圧したときには、ガススプリングのロッドが下降する。

作動油を用いる背圧調整装置では、所定の設定荷重を上回る荷重が付与された際に該背圧調整装置を作動させる際、作動油を供給したり、排出したりする動作が必要であり、このための油溜めや供給ポンプ等の機構を付設することも必要である。これに対し、ガススプリングを用いた場合、鍛造加工装置を小規模で簡素な構成とし得るとともに、設備投資の低廉化を図ることができる。また、作動油を供給したり排出したりする動作も不要である。

本発明によれば、緩衝機構を採用し、外歯に対する加工と内歯の成形とを別タイミングで行うようにしているので、ワークの肉の流動を制御することが容易である。しかも、押圧型及び外歯加工型によって拘束された状態のワークが内歯成形型に沿って下降する際に内歯が形成される。このような理由により、寸法精度に優れるギヤ（鍛造成形品）を得ることができる。

また、１回の型閉じにおいて、外歯に対する加工と、内歯の成形とを行うことができる。このため、サイクルタイムの短縮を図ることができる。結局、寸法精度に優れるギヤを短時間で連続的に製造することができるので、ギヤの量産化に好適である。

鍛造成形品であるギヤの全体概略斜視図である。 本発明の実施の形態に係る鍛造加工装置の要部概略縦断面図である。 図２の要部拡大図である。 図２から上型が下降して押圧型（押圧スリーブ）がワークに当接したときの要部拡大図である。 図４に続き、押圧型（押圧スリーブ）が位置を保ちながら外歯加工型（ドグ歯成形型）が下降して支持型（ダイスリーブ）に当接したときの要部拡大図である。 緩衝機構を構成するガススプリングのロッドが下降した状態を示す要部拡大図である。 上型がさらに下降することに伴ってワークが下降し、該ワークの内周壁にスプラインが成形されたときの要部拡大図である。 同軸度が良好ではないギヤの概略全体平面図である。

以下、本発明に係るギヤの製造方法につき、それを実施するための鍛造加工装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

先ず、鍛造成形品であるギヤにつき、図１を参照して概略説明する。このギヤ１０は、貫通孔１２が形成された短尺な円筒部１４と、該円筒部１４の一端部近傍で直径方向外方に突出した形状のフランジ部１６とを有し、この中の円筒部１４の内周壁には、スプライン１８が形成されている。スプライン１８は、円筒部１４の高さ方向（軸線方向）に沿って直線状に延在する。

一方、フランジ部１６の外周壁には、いわゆるドグ歯２０が設けられている。すなわち、ギヤ１０は、内歯としてスプライン１８が形成され、且つ外歯としてドグ歯２０が形成された中空体である。スプライン１８は、ドグ歯２０よりも長尺に設定されている。

図２に示すように、本実施の形態に係る鍛造加工装置２２は、フランジ部１６の外周壁にドグ歯２０が既に形成された予備成形品をワーク２４とし、ドグ歯２０に仕上げ加工を施した後、該ワーク２４の内周壁にスプライン１８を形成して前記ギヤ１０（図１参照）を得るためのものである。次に、この鍛造加工装置２２につき説明する。

図２は、本実施の形態に係る鍛造加工装置２２の要部概略縦断面図である。この鍛造加工装置２２は、下型２６と上型２８を有する。

下型２６は、円形状となるように配置された複数個のガススプリング３０（緩衝機構）を備える。ガススプリング３０の緩衝ロッド３２は、該緩衝ロッド３２に付与された荷重が、予め設定された所定の設定荷重となるまでは当初の位置を保ち、荷重が設定荷重を上回ると後退（下降）する。

ガススプリング３０の緩衝ロッド３２には、略円筒形状をなす第１スリーブ３４の大径部３６が連結される。また、ガススプリング３０同士の間には、図示しない押出シリンダの押出ロッド３８が配置される。押出ロッド３８の先端には略円盤形状の押出盤４０が連結され、該押出盤４０は、押出ロッド３８が前進（上昇）した際、第１スリーブ３４の大径部３６及び筒状部４２に沿って形成された挿入孔４４に進入する。

第１スリーブ３４の挿入孔４４の内壁には環状段部４６が形成されており、該環状段部４６に、略円盤形状の第１支持盤４８が支持される。さらに、第１支持盤４８上に、内歯成形型であるスプラインパンチ５０を支持した第２支持盤５２が配設される。第１支持盤４８及び第２支持盤５２は、挿入孔４４内に収容される。

第１支持盤４８及び第２支持盤５２は、ワーク２４から得られたギヤ１０を前記スプラインパンチ５０から離脱させるためのノックアウトピン５４を支持する。すなわち、ノックアウトピン５４の下部は、第１支持盤４８及び第２支持盤５２に形成された支持孔５６ａ、５６ｂに挿入されている。

ノックアウトピン５４の上部は、第１スリーブ３４の上方に配設された第２スリーブ５８の第１摺動孔６０、該第２スリーブ５８の上方に配設されたダイスリーブ６２（支持型）の第２摺動孔６４に摺動自在に挿入されている。さらに、これらノックアウトピン５４は、前記スプラインパンチ５０を囲繞している。

換言すれば、スプラインパンチ５０は、ノックアウトピン５４に囲繞された状態で第１摺動孔６０及び第２摺動孔６４に通されている。なお、スプラインパンチ５０は、その下端部が上記したように第２支持盤５２に支持されており、このため、第１摺動孔６０及び第２摺動孔６４内で位置決め固定されている。

スプラインパンチ５０の上端部近傍の側周壁には、スプライン１８（図１参照）を形成するためのスプライン成形用歯６６が、直径方向外方に指向して突出形成されている。ノックアウトピン５４が下死点に位置しているとき、該該ノックアウトピン５４の上端面は、スプライン成形用歯６６の下方に位置する。

ダイスリーブ６２の上端面には、環状突起部６８が鉛直上方に向かうように突出形成されている。この環状突起部６８は、ワーク２４のフランジ部１６を下方から支持する。

その一方で、第１スリーブ３４の大径部３６は、筒状部４２に外嵌された環状体７０を支持している。さらに、筒状部４２には台座７２が外嵌され、該台座７２上には、第２スリーブ５８の一部を囲繞して該第２スリーブ５８を位置決めする位置決め部材７４、第２スリーブ５８の残部及びダイスリーブ６２の一部を囲繞する囲繞部材７６が下方からこの順序で配設される。この中の囲繞部材７６には、複数本の位置決めピン７８（第１係合部）が立設される。

上型２８は、ドグ歯２０に対して仕上げ加工を施すためのドグ歯加工用歯８０が形成されたドグ歯加工パンチ８２（外歯加工型）と、該ドグ歯加工パンチ８２に支持されて案内孔８４が形成された案内用スリーブ８６と、これらドグ歯加工パンチ８２及び案内用スリーブ８６を支持する支持スリーブ８８とを有する。

ドグ歯加工パンチ８２には、位置決め用穴９０が形成される。この位置決め用穴９０は、前記位置決めピン７８が係合される第２係合部として機能する。

支持スリーブ８８には、大径な保持孔９２が形成される。この保持孔９２は前記案内孔８４に連通する。そして、案内孔８４及び保持孔９２には、下型２６に対して相対的に変位、すなわち、上昇ないし下降することが可能な押圧スリーブ９４（押圧型）が配置されている。

押圧スリーブ９４は、ワーク２４のフランジ部１６を押圧し、これにより該ワーク２４をスプラインパンチ５０に沿って相対的に下降させるためのものである。押圧スリーブ９４の内周壁には、スプラインパンチ５０の上端部が進入する収容孔９６が形成される。また、押圧スリーブ９４は、例えば、コイルスプリングやガススプリング（図示せず）等によって、いわゆるフローティング支持がなされている。

以上の構成において、上型２８は、支持スリーブ８８に設けられた昇降機構の作用下に、下型２６に対して接近又は離間する方向に変位すること、換言すれば、下降又は上昇することが可能である。上型２８の下降によって型閉じがなされ、上昇によって型開きがなされる。

本実施の形態に係る鍛造加工装置２２は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、本実施の形態に係るギヤ１０の製造方法との関係で説明する。

図２に示すワーク２４（予備成形品）は、他の鍛造加工装置において鍛造加工が施され、フランジ部１６の外周壁にドグ歯２０が成形されることで得られたものである。ギヤ１０を得るには、図３に拡大して示すように、先ず、該ワーク２４の貫通孔１２にスプラインパンチ５０を通す。この段階では、ワーク２４は、スプラインパンチ５０のスプライン成形用歯６６の上方に位置するとともに、円筒部１４がスプラインパンチ５０とダイスリーブ６２との間に挿入される。

次に、前記昇降機構が付勢され、これにより上型２８が下型２６に向かって下降する。この下降の途中、図４に示すように、押圧スリーブ９４がワーク２４に当接する。このためにワーク２４が押圧されるようになり、その押圧力（荷重）がダイスリーブ６２、第２スリーブ５８及び第１スリーブ３４を介してガススプリング３０の緩衝ロッド３２に伝達される。また、ドグ歯加工パンチ８２のドグ歯加工用歯８０がドグ歯２０に当接するとともに、位置決めピン７８が位置決め用穴９０に進入し始める。

昇降機構が上型２８に対して該上型２８を一層下降させる力を付与すると、押圧スリーブ９４を支持するコイルスプリングやガススプリング等が圧縮ないし後退する。従って、押圧スリーブ９４は、ワーク２４に当接した位置を保つ。その一方で、図５に示すように、ドグ歯加工パンチ８２、案内用スリーブ８６及び支持スリーブ８８が下降する。すなわち、押圧スリーブ９４は、案内孔８４及び保持孔９２内を相対的に上昇する。

そして、上記のようにしてドグ歯加工パンチ８２が下降することに伴い、ドグ歯２０に対して仕上げ加工がなされる。なお、下降に際しては、ドグ歯加工パンチ８２が位置決めピン７８に案内される。

以上の段階では、ガススプリング３０に作用する荷重は前記設定荷重を下回る。このため、ガススプリング３０の緩衝ロッド３２が後退（下降）することはない。従って、第１スリーブ３４、第２スリーブ５８及びダイスリーブ６２が下降することもない。このため、ワーク２４の位置が変更されることもない。

ドグ歯加工パンチ８２がダイスリーブ６２の上端面に当接することに伴い、ドグ歯２０への仕上げ加工が終了する。以上のように、本実施の形態においては、先ず、支持型であるダイスリーブ６２が下降することを阻止しながらドグ歯加工パンチ８２を下降させ、これにより外歯を最終的な形状に形成する加工を行う。

昇降機構は、上型２８に対して下降させる力を継続して付与する。このため、ダイスリーブ６２に、ドグ歯加工パンチ８２からの押圧力が付加される。この押圧力、すなわち、ガススプリング３０に作用する荷重が、前記設定荷重を上回る。

このように、ドグ歯２０への仕上げ加工が終了してドグ歯加工パンチ８２がダイスリーブ６２の上端面に当接した後は、該ドグ歯加工パンチ８２が継続して下降することにより、ガススプリング３０の緩衝ロッド３２に設定荷重を上回る荷重が付与される。その結果、図６に示すように、緩衝ロッド３２が下降（後退）する。

ガススプリング３０の緩衝ロッド３２が下降することに追従し、第１スリーブ３４、第２スリーブ５８及びダイスリーブ６２が下降する。このように、下型２６を構成する部材の一部が下降するので、上型２８が一層下降することが可能となる。

すなわち、図７に示すように、ドグ歯加工パンチ８２、案内用スリーブ８６、支持スリーブ８８及び押圧スリーブ９４が下降する。そして、押圧スリーブ９４が下降することにより、ワーク２４が押圧スリーブ９４から押圧される。その結果、該ワーク２４がスプラインパンチ５０に沿って下降する。また、押圧スリーブ９４に形成された収容孔９６に、スプラインパンチ５０の上端部が進入する。この間、ドグ歯加工パンチ８２の位置決め用穴９０に位置決めピン７８が進入しているので、ドグ歯加工パンチ８２が回転動作、換言すれば、位相ズレを起こすことが防止される。

上記したように、スプラインパンチ５０の側周壁にはスプライン成形用歯６６が形成されている。従って、下降するワーク２４がスプライン成形用歯６６を通ることにより、該ワーク２４の内周壁にスプライン１８が成形される。これにより、ギヤ１０が得られるに至る。

以上のように、本実施の形態によれば、同一の鍛造加工装置２２での１回の型閉じにおいて、ドグ歯２０に対する仕上げ加工を施した後、スプライン１８を成形することができる。このことによりサイクルタイムを短縮することができるので、コストの低廉化を図ることができる。

ここで、外歯であるドグ歯２０に対する仕上げ加工と、内歯であるスプライン１８の成形とを同時に行って作製されたギヤ１０ａを図８に示す。図８中の破線同士の交点Ｏ１がドグ歯２０の中心であり、一点鎖線同士の交点Ｏ２がスプライン１８の中心である。この場合、肉の流動方向等を制御することが容易ではなく、このためにＯ１とＯ２の間に位置ズレが生じる傾向がある。すなわち、同軸度が低く、歩留まりを向上させることが困難である。

これに対し、本実施の形態では、上記したように、外歯であるドグ歯２０に対する仕上げ加工と、内歯であるスプライン１８の成形とが別タイミングで行われる。このため、ワーク２４の肉の流動を制御することが容易である。加えて、本実施の形態では、ドグ歯加工パンチ８２が位相ズレを起こすことが防止されている。以上のような理由から、ドグ歯２０とスプライン１８の同軸度を向上させることができる。

しかも、スプライン１８が形成される際、ドグ歯加工用歯８０はドグ歯２０に対して仕上げ加工を施している姿勢を保っている。すなわち、ワーク２４が拘束されている。このため、成形の精度が向上する。

結局、本実施の形態によれば、寸法精度に優れるギヤ１０を短時間で連続的に製造することができる。すなわち、量産設備として好適である。

また、緩衝機構としてガススプリング３０を採用しているので、特許文献１に記載されるように作動油を供給したり排出したりする作業や、そのための機構が不要である。このため、鍛造加工装置２２を小規模で簡素な構成とし得るとともに、設備投資の低廉化を図ることができる。

ギヤ１０が得られた後は、前記昇降機構の作用下に上型２８を上昇させ、型開きを行う。この際、押圧スリーブ９４がコイルスプリング又はガススプリング等による付勢から解放され、元の位置に戻る。

その後、前記押出シリンダが付勢され、押出ロッド３８が前進（上昇）する。これに伴って押出盤４０が上昇し、第１スリーブ３４に形成された挿入孔４４に進入する。押出盤４０は、さらに、ノックアウトピン５４を下方から押圧する。その結果、ノックアウトピン５４が上昇し、これによりギヤ１０がスプラインパンチ５０に沿って上昇する。最終的に、ギヤ１０がスプラインパンチ５０の上端部まで押し出され、スプラインパンチ５０から容易に取り外し可能となる。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、緩衝機構はコイルスプリングであってもよい。この場合、コイルスプリングが圧縮され始める（ワーク２４が下降し始める）荷重は、バネ定数等によって設定される。そして、押圧スリーブ９４で押圧されたワーク２４が下降するときには、コイルスプリング（緩衝機構）全体が下降する。

又は、緩衝機構として、作動油を用いる背圧調整装置を採用するようにしてもよい

また、ギヤ１０の外歯はドグ歯２０に限定されるものではなく、内歯はスプライン１８に限定されるものではない。すなわち、スプライン成形用歯６６及びドグ歯加工用歯８０に代替して適宜の形状の成形用歯を採用することにより、ドグ歯２０又はスプライン１８以外の歯を形成することが可能である。

さらに、この実施の形態では、ドグ歯２０に対して仕上げ加工を行うようにしているが、例えば、外歯を成形する加工や、ドグ歯２０に対してバリ抜きを行う加工等、仕上げ加工以外の加工を行うようにしてもよい。

そして、囲繞部材７６に位置決め用穴９０を形成し、且つドグ歯加工パンチ８２に位置決めピン７８を設けるようにしてもよいことは勿論である。

１０…ギヤ １２…貫通孔
１８…スプライン ２０…ドグ歯
２２…鍛造加工装置 ２４…ワーク
２６…下型 ２８…上型
３０…ガススプリング ３２…緩衝ロッド
３８…押出ロッド ５０…スプラインパンチ
５４…ノックアウトピン ６２…ダイスリーブ
６６…スプライン成形用歯 ７６…囲繞部材
７８…位置決めピン ８０…ドグ歯加工用歯
８２…ドグ歯加工パンチ ８６…案内用スリーブ
９０…位置決め用穴 ９４…押圧スリーブ

Claims (6)

1. 外周壁に外歯が形成され、且つ内周壁に内歯が形成されたギヤを得るギヤの製造方法であって、
   貫通孔に内歯成形型が通され、且つ支持型によって下方から支持されたワークに対し、押圧型と外歯加工型を接近させ、前記押圧型を前記ワークに当接させる工程と、
   前記支持型を下方から支持する緩衝機構の作用下に、前記支持型が下降することを阻止しながら、前記外歯加工型を下降させて前記ワークの外周壁に外歯を形成する加工を行う工程と、
   前記外歯加工型が前記支持型に当接した後に該支持型を押圧することに伴って前記緩衝機構の一部又は全部が下降するとともに、前記ワークを前記押圧型で押圧して前記内歯成形型に沿って下降させ、該ワークの内周壁に内歯を形成する工程と、
   を有することを特徴とするギヤの製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法において、前記支持型を囲繞する囲繞部材を設け、該囲繞部材に第１係合部を設けるとともに、前記外歯加工型に第２係合部を設けて、前記外歯加工型が下降する際に前記第１係合部と前記第２係合部を係合させることを特徴とするギヤの製造方法。
3. 請求項１又は２記載の製造方法において、前記緩衝機構としてガススプリングを用い、前記外歯加工型が前記支持型を押圧した際にロッドを下降させることを特徴とするギヤの製造方法。
4. 外周壁に外歯が形成され、且つ内周壁に内歯が形成されたギヤを得るための鍛造加工装置であって、
   前記内歯を形成するためにワークの貫通孔に通される内歯成形型と、
   前記内歯成形型が前記貫通孔に通された前記ワークを下方から支持する支持型と、
   前記支持型を下方から支持するとともに、予め設定された設定荷重を上回る荷重が付与されたときに前記ワークの下降を開始させる緩衝機構と、
   前記ワークを前記内歯成形型に沿って下降させるための押圧型と、
   前記ワークの外周壁に外歯を形成する加工を行うための外歯加工型と、
   を有し、
   前記押圧型は、前記外歯加工型が前記支持型に当接する前に前記ワークに当接し、
   前記外歯加工型が前記支持型に当接した後に該支持型を押圧することに伴って前記緩衝機構の一部又は全部が下降するとともに、前記ワークを前記押圧型で押圧して前記内歯成形型に沿って下降させることを特徴とする鍛造加工装置。
5. 請求項４記載の装置において、前記支持型を囲繞する囲繞部材をさらに有し、該囲繞部材に第１係合部が設けられるとともに、前記外歯加工型に第２係合部が設けられ、前記外歯加工型が下降する際に前記第１係合部と前記第２係合部が係合することを特徴とする鍛造加工装置。
6. 請求項４又は５記載の装置において、前記緩衝機構がガススプリングであり、前記外歯加工型が前記支持型を押圧した際にロッドが下降することを特徴とする鍛造加工装置。

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