JP5983345B2 - 車両用ルーフのレーザロウ付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両用ルーフのレーザロウ付け方法に関する。

車両用のルーフパネルにおける車体幅方向の両端部とサイドアウタパネルにおけるルーフサイドレールアウタ部とを接合した構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような接合には、例えば、レーザを用いた溶接又はロウ付けが適用される場合がある。

特許第３６４４２９０号公報

しかしながら、レーザを用いたロウ付けでは、ルーフパネルの湾曲形状に応じた条件設定がなされないと、ロウ付け品質にばらつきが生じる可能性があり、この点で改善の余地がある。

本発明は、上記事実を考慮して、ルーフパネルとサイドアウタパネルとの接合部のロウ付け品質を安定させることができる車両用ルーフのレーザロウ付け方法を得ることが目的である。

請求項１に記載する本発明の車両用ルーフのレーザロウ付け方法は、車体側面視で車体上方側へ凸状に湾曲したルーフパネルの車体幅方向外側端部において車体下方側へ曲げられた部位と、サイドアウタパネルの上端部の車体幅方向内側端部において車体下方側へ曲げられた部位と、によって車体正面視でＶ字状の溝部を形成するように前記ルーフパネルと前記サイドアウタパネルとを配置する第一工程と、前記溝部の内面に対して、車体前後方向の一方側から車体前後方向の他方側へ順次連続してワイヤ状のロウ材を供給しつつレーザ光を照射し、かつレーザ光の照射軸方向を車体下方へ向けて前記車体前後方向の一方側に傾斜させると共に車体側面視での鉛直方向に対する照射軸方向の角度を徐々に大きくする第二工程と、を有する。

請求項１に記載する本発明の車両用ルーフのレーザロウ付け方法によれば、第一工程では、車体側面視で車体上方側へ凸状に湾曲したルーフパネルの車体幅方向外側端部において車体下方側へ曲げられた部位と、サイドアウタパネルの上端部の車体幅方向内側端部において車体下方側へ曲げられた部位と、によって車体正面視でＶ字状の溝部を形成するようにルーフパネルとサイドアウタパネルとを配置する。第二工程では、溝部の内面に対して、車体前後方向の一方側から車体前後方向の他方側へ順次連続してワイヤ状のロウ材を供給しつつレーザ光を照射し、かつレーザ光の照射軸方向を車体下方へ向けて車体前後方向の一方側に傾斜させると共に車体側面視での鉛直方向に対する照射軸方向の角度を徐々に大きくする。なお、鉛直方向とは、重力の方向を意味する。

ここで、第二工程においてレーザ光が照射されたワイヤ状のロウ材は、供給側の移動供給に伴って発生する慣性力によって車体前後方向の一方側から車体前後方向の他方側へ移動しようとすると共に、自重（ロウ材に作用する重力）の分力によって移動しようとする。但し、車体側面視でのルーフパネルの湾曲の程度は基本的にはさほど大きくないので、この自重の分力は、慣性力よりも小さい力となる。このことより、慣性力及び自重の分力の二つの力のみで考えると、自重の分力の向きにかかわらず、レーザ光が照射されたロウ材は、溝部のいずれの部位においても車体前後方向の一方側から車体前後方向の他方側へ移動しようとする。そして、仮に、レーザ光が照射されたロウ材が、供給された位置に止まらずに車体前後方向の他方側へ移動してしまうと、車体前後方向の他方側へ行くほどロウ材の量が多くなり、品質が悪くなってしまう。

しかし、第二工程では、レーザ光の照射軸方向を車体下方へ向けて車体前後方向の一方側に傾斜させることで、レーザ光によってロウ材を噴き出させる力が、慣性力の向きとは反対方向に作用する。このため、溶融状態にあるロウ材の車体前後方向の他方側への移動が抑えられる。

また、レーザ光が照射されたロウ材には、車体前後方向の一方側の上り勾配では、慣性力とは反対方向の自重の分力が作用し、車体前後方向の他方側の下り勾配では、慣性力と同じ方向の自重の分力が作用する。このため、慣性力及び自重の分力の二つの力のみで考えると、レーザ光が照射されたロウ材を車体前後方向の一方側から車体前後方向の他方側へ移動させようとする力は、車体前後方向の一方側から車体前後方向の他方側へ向かうに従って大きくなる。

しかし、第二工程では、車体側面視での鉛直方向に対する照射軸方向の角度を徐々に大きくすることで、慣性力とは反対方向に作用するロウ材を噴き出させる力を、車体前後方向の一方側から車体前後方向の他方側へ向かうに従って徐々に大きくしている。このため、溶融状態にあるロウ材を車体前後方向の一方側から車体前後方向の他方側へ移動させようとする力が効果的に抑えられ、ロウ材の量が溝部の全長に亘って均一又はほぼ均一になる。

請求項２に記載する本発明の車両用ルーフのレーザロウ付け方法は、請求項１記載の構成において、前記第二工程では、車体正面視で、溶融前の前記ロウ材と前記ルーフパネルとの接点における第一接線と、溶融前の前記ロウ材と前記サイドアウタパネルとの接点における第二接線と、の成す角の二等分線上にレーザ光の照射軸を位置させている。

請求項２に記載する本発明の車両用ルーフのレーザロウ付け方法によれば、第二工程では、車体正面視で、溶融前のロウ材とルーフパネルとの接点における第一接線と、溶融前のロウ材とサイドアウタパネルとの接点における第二接線と、の成す角の二等分線上にレーザ光の照射軸を位置させている。このため、ロウ材とその両側の溝部の内面は、レーザ光によってバランス良く加熱される。

以上説明したように、本発明に係る請求項１に記載の車両用ルーフのレーザロウ付け方法によれば、ルーフパネルとサイドアウタパネルとの接合部のロウ付け品質を安定させることができるという優れた効果を有する。

請求項２に記載の車両用ルーフのレーザロウ付け方法によれば、ルーフパネルとサイドアウタパネルとの接合部のロウ付け品質を向上させることができるという優れた効果を有する。

本発明の一実施形態に係る車両用ルーフのレーザロウ付け方法によりロウ付けされた車体を示す斜視図である。 図１の２−２線に沿った拡大断面図である。 車体側面及びレーザロウ付け時におけるレーザトーチの傾きを示す側面図である。 レーザロウ付け時におけるレーザトーチの傾きを示す車体正面視の縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る車両用ルーフのレーザロウ付け方法に用いられるレーザロウ付け装置の概略構成を示す斜視図である。

本発明の一実施形態に係る車両用ルーフのレーザロウ付け方法（レーザブレージング方法）について図１〜図５を用いて説明する。なお、これらの図において適宜示される矢印ＦＲは車体前方側を示しており、矢印ＵＰは車体上方側を示しており、矢印ＩＮは車体幅方向内側を示している。

図１には、本実施形態に係る車両用ルーフのレーザロウ付け方法によりロウ付けされた車体１０が示されている。また、図２には、図１の２−２線に沿った拡大断面図が示されている。まず、本実施形態に係る車両用ルーフのレーザロウ付け方法によりロウ付けされた車体１０について説明する。

（ロウ付けされた車体の概要）
図１に示されるように、車体１０は、ルーフパネル１４を備えている。ルーフパネル１４は、キャビン１２の上端部を構成する車体上部１０Ａの最外側に配置されている。ルーフパネル１４は、車体側面視で車体上方側へ凸状に緩やかに湾曲している。図２に示されるように、ルーフパネル１４の車体幅方向外側端部には、車体下方側へ曲げられて車体下方へ向けて車体幅方向内側に傾斜した傾斜壁部１４Ａが形成されている。

図１に示されるように、ルーフパネル１４の車体幅方向外側には、左右一対のサイドアウタパネル１６の上端部が配置されている。このサイドアウタパネル１６は、車体側部１０Ｂに配置されている。図２に示されるように、サイドアウタパネル１６の上端部には、車体上方斜め車体幅方向外側に膨出した開断面形状の膨出部２０が形成されている。膨出部２０の内側には、ルーフサイドレール２４が車体前後方向を長手方向として配置されている。

ルーフサイドレール２４は、車体上部１０Ａの両サイドに配置され、車室内側に配置されるインナパネル２６と、車室外側に配置されるアウタパネル２８と、とを含んで閉断面構造に形成されている。インナパネル２６は、車体正面視で僅かに車体幅方向内側に凸状とされて車体幅方向外側に開口した開断面形状の凸部２６Ｂを備えると共に、上フランジ部２６Ａ及び下フランジ部２６Ｃを備えている。上フランジ部２６Ａは、凸部２６Ｂの上端から車体幅方向内側へ曲げられて延出されており、下フランジ部２６Ｃは、凸部２６Ｂの下端から曲げられて車体下方へ向けて車体幅方向外側に若干傾斜するように延出されている。アウタパネル２８は、車体正面視で車体幅方向外側に凸状とされて車体幅方向内側に開口した開断面形状の凸部２８Ｂを備えると共に、上フランジ部２８Ａ及び下フランジ部２８Ｃを備えている。上フランジ部２８Ａは、凸部２８Ｂの車体幅方向内側端から僅かにクランク状に曲げられて車体幅方向内側へ延出されており、下フランジ部２８Ｃは、凸部２８Ｂの下端から曲げられて車体下方へ向けて車体幅方向外側に若干傾斜するように延出されている。

ルーフサイドレール２４は、インナパネル２６の上フランジ部２６Ａとアウタパネル２８の上フランジ部２８Ａとが接合されると共にインナパネル２６の下フランジ部２６Ｃとアウタパネル２８の下フランジ部２８Ｃとが接合されている。これにより、ルーフサイドレール２４は、閉断面構造に形成されている。

これに対して、サイドアウタパネル１６は、膨出部２０の下端から曲げられて車体下方へ向けて車体幅方向外側に傾斜する下フランジ部２２がルーフサイドレール２４の下フランジ部２６Ｃ、２８Ｃの車体幅方向外側に重ね合わせられて接合されている。また、サイドアウタパネル１６は、膨出部２０の車体幅方向内側端から曲げられて車体幅方向内側へ延出された上フランジ部１８がルーフサイドレール２４の上フランジ部２６Ａ、２８Ａの車体上方側に重ね合わせられて接合されている。

また、サイドアウタパネル１６の膨出部２０には、その上端側かつ車体幅方向内側において車体下方側へ曲げられて車体下方へ向けて車体幅方向内側に傾斜した傾斜壁部２０Ａが形成されている。そして、ルーフパネル１４の傾斜壁部１４Ａとサイドアウタパネル１６の傾斜壁部２０Ａとは、車体正面視でＶ字状の溝部３０を形成するように配置され、互いにロウ付けされている。ルーフパネル１４の傾斜壁部１４Ａとサイドアウタパネル１６の傾斜壁部２０Ａとを接合するロウ材３２は、金属材料（本実施形態では一例として銅合金）からなり、Ｖ字状の溝部３０の内側に配置されている。また、本実施形態では、ルーフパネル１４は、概ね傾斜壁部１４Ａの上部のＲ状の湾曲部がロウ付け対象とされている。

なお、このようにルーフパネル１４とサイドアウタパネル１６との間に矩形状の所謂モヒカン溝部が形成されずかつモールが配置されない構造は、モールレス構造と呼ばれることがある。このようなモールレス構造は、モヒカン溝部にモールが配置された構造に比べて、すっきりした外観によって商品性が高く、部品点数の減少に伴ってコストが低減されるうえ、モール廃止に伴って組付工程及び塗装・シーラ工程も削減できる。

（レーザロウ付け装置の概要）
次に、ルーフパネル１４の傾斜壁部１４Ａとサイドアウタパネル１６の傾斜壁部２０Ａとをロウ付けするためのレーザロウ付け装置について簡単に説明する。図５には、本実施形態に係る車両用ルーフのレーザロウ付け方法に用いられるレーザロウ付け装置４０の概略構成が斜視図にて示されている。

図５に示されるように、レーザロウ付け装置４０は、レーザトーチ４２を備えている。レーザトーチ４２は、図示しない光ファイバを介して図示しないレーザ発振器に接続されており、前記レーザ発振器で発振されたレーザ光Ｌを照射する投光部４２Ａを備えている。投光部４２Ａから照射されるレーザ光Ｌの焦点径（直径）は、ロウ材３２の直径よりも大きく設定されている。レーザトーチ４２は、図示しない移動機構によって上下前後左右に移動可能とされると共に、図示しない傾倒機構によって前後左右への傾倒角度を設定できるようになっている。

なお、本実施形態に係る車両用ルーフのレーザロウ付け方法にレーザロウ付け装置４０を用いる場合、レーザトーチ４２は、前記移動機構によって図中の左側から右側へ移動する（矢印Ｃ方向参照）。また、この場合、レーザトーチ４２は、レーザ光Ｌの照射軸方向を図中の下方へ向けて図中の左側に傾斜させるように前記傾倒機構によって傾倒の設定がなされると共に、図中の紙面に垂直な方向にも所定角度で傾倒の設定がなされる（詳細後述）。なお、レーザ光Ｌの照射軸方向とは、レーザ光Ｌの照射軸ＣＬの延在方向である。

また、レーザトーチ４２の側部にはダンパ４４が取り付けられている。ダンパ４４には、支持部材４６を介して、ロウ材供給ガイド４８及びガスノズル５０が取り付けられている。支持部材４６は、ダンパ４４によって図５の下方向に付勢されつつ、ダンパ４４に対して図５の上下方向に相対移動可能に取り付けられている。

支持部材４６の下端部に固定されたロウ材供給ガイド４８は、図示しないロウ材供給装置から供給されるワイヤ状のロウ材３２を通過させて照射位置の方向に案内する。また、支持部材４６の下端部に固定されたガスノズル５０は、ホース５２を介してガス供給源に接続されており、前記ガス供給源から供給される冷却ガスを照射位置の近傍に供給可能となっている。さらに、ダンパ４４は、ロウ材３２によるロウ付け対象Ｘへ押圧力が所定値以上の場合に支持部材４６の図５の上方側への変位を許容して過大な押圧力を吸収する構造になっている。また、レーザロウ付け装置４０は、ワイヤ状のロウ材３２をロウ付け対象Ｘの所定位置に供給するために、図示しない倣い機構を備えており、ヘッド部分が首振り可能となっている。

（車両用ルーフのレーザロウ付け方法及び作用・効果）
次に、本実施形態に係る車両用ルーフのレーザロウ付け方法について説明しながら本実施形態の作用及び効果について説明する。

まず、第一工程では、図２に示されるルーフパネル１４の車体幅方向外側端部において車体下方側へ曲げられた傾斜壁部１４Ａと、サイドアウタパネル１６の上端部の車体幅方向内側端部において車体下方側へ曲げられた傾斜壁部２０Ａと、によって車体正面視でＶ字状の溝部３０を形成するようにルーフパネル１４とサイドアウタパネル１６とを配置する。なお、図２は、レーザロウ付け後の状態を示しているため、溝部３０の内側にロウ材３２が配置されているが、第一工程後で第二工程前においては、この図２からロウ材３２を除いた状態になっている。

次に、第二工程では、溝部３０の内面に対して、図３に示されるように、車体後方側（車体前後方向の一方側）から車体前方側（車体前後方向の他方側）へ（矢印Ａ、Ｂ参照）順次連続してワイヤ状のロウ材３２（図４参照）を供給しつつレーザ光Ｌを照射する。ロウ材３２は、その長手方向を溝部３０の延在方向に沿わせるように供給される。また、本実施形態では、溝部３０へのロウ材３２の供給は、供給側であるレーザロウ付け装置４０を等速で移動させながら行われ、レーザトーチ４２のレーザ出力も、一定としている。そして、この第二工程では、レーザトーチ４２からのレーザ光Ｌの照射軸方向を車体下方へ向けて車体後方側（車体前後方向の一方側）に傾斜させると共に車体側面視での鉛直方向に対する照射軸方向の角度θ１、θ２、θ３を徐変して徐々に大きくする。言い換えれば、第二工程の初期における鉛直方向に対する照射軸方向の角度θ１、第二工程の中期における鉛直方向に対する照射軸方向の角度θ２、第二工程の終期における鉛直方向に対する照射軸方向の角度θ３の関係は、θ１＜θ２＜θ３となっている。なお、本実施形態において、鉛直方向とは、重力の方向を意味する。

ここで、第二工程においてレーザ光Ｌが照射されたロウ材３２は、供給側の移動供給に伴って発生する慣性力ｆ１、ｆ２によって車体後方側（車体前後方向の一方側）から車体前方側（車体前後方向の他方側）へ移動しようとすると共に、自重の分力ｆａ、ｆｂによって移動しようとする。自重の分力ｆａ、ｆｂは、ロウ材３２に作用する重力の分力であって溝部３０の溝方向に沿う分力である。但し、車体側面視でのルーフパネル１４の湾曲の程度はさほど大きくないので、この自重の分力ｆａ、ｆｂは、慣性力ｆ１、ｆ２よりも小さい力となる。このことより、慣性力ｆ１、ｆ２及び自重の分力ｆａ、ｆｂの二つの力のみで考えると、自重の分力ｆａ、ｆｂの向きにかかわらず、レーザ光Ｌが照射されたロウ材３２は、溝部３０のいずれの部位においても車体後方側から車体前方側へ移動しようとする。そして、仮に、レーザ光Ｌが照射されたロウ材３２が、供給された位置に止まらずに車体前方側へ移動してしまうと、車体前方側へ行くほどロウ材３２の量が多くなり、品質が悪くなってしまう。

しかし、第二工程では、レーザ光Ｌの照射軸方向を車体下方へ向けて車体後方側に傾斜させることで、レーザ光Ｌによってロウ材３２を噴き出させる力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が、慣性力ｆ１、ｆ２の向きとは反対方向に作用する。よって、溶融状態にあるロウ材３２の車体前方側への移動が抑えられる。

また、車体後方側のロウ付け線（ロウ付け方向）に沿った上り勾配では、レーザ光Ｌが照射されたロウ材３２には、慣性力ｆ１とは反対方向の自重の分力ｆａが作用する。これに対して、車体前方側のロウ付け線（ロウ付け方向）に沿った下り勾配では、レーザ光Ｌが照射されたロウ材３２には、慣性力ｆ２と同じ方向の自重の分力ｆｂが作用する。また、車体前後方向中間部の水平部では、レーザ光Ｌが照射されたロウ材３２の自重の分力は生じない。このため、慣性力ｆ１、ｆ２及び自重の分力ｆａ、ｆｂの二つの力のみで考えると、レーザ光Ｌが照射されたロウ材３２を車体後方側から車体前方側へ移動させようとする力は、車体後方側から車体前方側へ向かうに従って大きくなる。

しかし、第二工程では、車体側面視での鉛直方向に対する照射軸方向の角度θ１、θ２、θ３を徐々に大きくすることで、慣性力ｆ１、ｆ２とは反対方向に作用するロウ材３２を噴き出させる力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を、車体後方側から車体前方側へ向かうに従って徐々に大きくしている。このため、ロウ材３２を車体後方側から車体前方側へ移動させようとする力が効果的に抑えられ、換言すれば溶融状態にあるロウ材３２がコントロールされ、ロウ材３２の量が溝部３０の全長に亘って均一又はほぼ均一になる。

また、図４に示されるように、第二工程では、車体正面視で、溶融前のロウ材３２とルーフパネル１４との接点における第一接線Ｌ１と、溶融前のロウ材３２とサイドアウタパネル１６との接点における第二接線Ｌ２と、の成す角の二等分線上にレーザ光Ｌの照射軸ＣＬを位置させている。このため、ロウ材３２及び溝部３０の内面の左右両側は、レーザ光Ｌによってバランス良く（均等に）加熱される。すなわち、溝部３０の内面の左右一方側に過剰な加熱がなされるのを防止することができる。その結果として、ルーフパネル１４とサイドアウタパネル１６との接合部のロウ付け品質が向上する。なお、本実施形態では、車体正面視での鉛直方向に対する照射軸方向の角度θａ（「トーチ角」ということもある）は、一定となっている。

以上説明したように、本実施形態に係る車両用ルーフのレーザロウ付け方法によれば、ルーフパネル１４とサイドアウタパネル１６との接合部のロウ付け品質を安定させることができる。

なお、ルーフパネル１４とサイドアウタパネル１６との接合部は、非常に見易い部位であるので、高いロウ付け品質（ひいては境界部の見栄え）が求められるが、本実施形態では上記の方法により高いロウ付け品質の安定化を図ることができる。

また、車体成形時にルーフパネル１４のロウ付けは最終工程でなされるため、仮にそのロウ付けで接合不良が生じると、車体全体を破棄しなければならないが、本実施形態では上記の方法によって、接合不良の発生を抑えることができる。その結果としてコスト削減も可能となる。

また、例えば、ラゲージドアのアッパパネルとロアパネルとのロウ付けでは、接合対象が二枚一箇所であるのに対して、ルーフパネル１４と左右一対のサイドアウタパネル１６とのロウ付けは、接合対象が三枚二箇所となる。このため、ルーフパネル１４と左右一対のサイドアウタパネル１６とのロウ付けは、ラゲージドアのアッパパネルとロアパネルとのロウ付けに比べて接合位置の制約が大きい分だけ良好なロウ付け品質の確保が難しい。しかし、本実施形態によれば、上記の方法によって、良好なロウ付け品質を確保できる。

（実施形態の補足説明）
なお、車体側面視での鉛直方向に対する照射軸方向の角度（「前進角」ということもある）及び車体正面視での鉛直方向に対する照射軸方向の角度は、ルーフパネル及びサイドアウタパネルの各意匠に応じて設定される。

また、上記実施形態の変形例として、第二工程では、溝部の内面に対して、車体前方側（車体前後方向の一方側）から車体後方側（車体前後方向の他方側）へ順次連続してロウ材を供給しつつレーザ光を照射してもよい。この場合の第二工程では、レーザ光の照射軸方向を車体下方へ向けて車体前方側（車体前後方向の一方側）に傾斜させると共に鉛直方向に対する照射軸方向の角度を徐々に大きくする。

また、上記実施形態の変形例として、第二工程では、Ｖ字状の溝部（３０）の形状によっては、車体正面視で第一接線（Ｌ１）と第二接線（Ｌ２）との成す角の二等分線上から若干ずれる位置にレーザ光（Ｌ）の照射軸（ＣＬ）を位置させる設定も採り得る。

また、上記実施形態の変形例として、ルーフパネルの車体幅方向外側端部において車体下方側へ曲げられた部位は、車体下方へ向けて車体幅方向外側に傾斜してもよいし、車体下方へ垂下されてもよい。また、上記実施形態の変形例として、サイドアウタパネルの上端部の車体幅方向内側端部において車体下方側へ曲げられた部位は、車体下方へ向けて車体幅方向外側に傾斜してもよいし、車体下方へ垂下されてもよい。

また、ルーフパネルには、面剛性を高くして面歪みを抑えるために、車体幅方向に延びる稜線を備えた補強ビードが形成されていてもよい。

なお、上記実施形態及び上述の複数の変形例は、適宜組み合わされて実施可能である。

以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１４ ルーフパネル
１６ サイドアウタパネル
３０ 溝部
３２ ロウ材
ＣＬ 照射軸
Ｌ レーザ光
Ｌ１ 第一接線
Ｌ２ 第二接線
θ１、θ２、θ３ 車体側面視での鉛直方向に対する照射軸方向の角度

Claims (2)

1. 車体側面視で車体上方側へ凸状に湾曲したルーフパネルの車体幅方向外側端部において車体下方側へ曲げられた部位と、サイドアウタパネルの上端部の車体幅方向内側端部において車体下方側へ曲げられた部位と、によって車体正面視でＶ字状の溝部を形成するように前記ルーフパネルと前記サイドアウタパネルとを配置する第一工程と、
   前記溝部の内面に対して、車体前後方向の一方側から車体前後方向の他方側へ順次連続してワイヤ状のロウ材を供給しつつレーザ光を照射し、かつレーザ光の照射軸方向を車体下方へ向けて前記車体前後方向の一方側に傾斜させると共に車体側面視での鉛直方向に対する照射軸方向の角度を徐々に大きくする第二工程と、
   を有する車両用ルーフのレーザロウ付け方法。
2. 前記第二工程では、車体正面視で、溶融前の前記ロウ材と前記ルーフパネルとの接点における第一接線と、溶融前の前記ロウ材と前記サイドアウタパネルとの接点における第二接線と、の成す角の二等分線上にレーザ光の照射軸を位置させている、請求項１記載の車両用ルーフのレーザロウ付け方法。

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