JP6172065B2 - 電磁継電器 - Google Patents

Description

本発明は、電気回路を開閉する電磁継電器に関する。

従来、この種の電磁継電器として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された電磁継電器は、励磁コイルへの通電により板材よりなる可動コアと板材よりなる固定コアとの対向面間に電磁吸引力が発生し、その電磁吸引力により可動コアが固定コア側に吸引されるようになっている。

また、可動コアと固定コアとの対向面を、可動コアの移動方向に対して斜めにすることにより、可動コアと固定コアとの対向面間のエアギャップを小さくして、励磁コイルへの通電開始直後における電磁吸引力を増加させるようにしている。

特開２０１１−２１６７８５号公報

しかしながら、特許文献１に示された従来の電磁継電器は、可動コアおよび固定コアは板材よりなり、可動コアと固定コアとの対向面は可動コアの移動方向に対して直交する方向の２箇所に存在するのみであるため、可動コアと固定コアとの対向面積を十分に大きくすることが困難であり、ひいては電磁吸引力を十分に得ることが困難であった。

本発明は上記点に鑑みて、電磁吸引力が十分に得られるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、通電時に磁界を形成する励磁コイル（１２）と、励磁コイルの中心部に形成されたコイル中心孔部内に配置され、磁気回路を構成する固定コア（１３）と、励磁コイルの外周側および励磁コイルの軸方向端部を覆うように配置され、磁気回路を構成するヨーク（１４、１５）と、励磁コイルへの通電時に固定コア側に吸引される可動コア（１６）と、可動コアに追従して移動する可動接触子（２０）と、可動接触子が接離する固定接触子（２４、２６）とを備える電磁継電器において、励磁コイルへの通電開始により可動コアが移動する向きを吸引向き（Ａ）と、励磁コイルへの通電遮断により可動コアが移動する向きを非吸引向き（Ｂ）としたとき、固定コアは、固定コアにおける非吸引向き側の端部から吸引向きに向かって拡径する固定コアテーパ部（１３１）と、固定コアテーパ部における吸引向き側の端部から吸引向きに向かって延びる外径が一定の固定コア円形部（１３２）とを備え、可動コアは、固定コアテーパ部および固定コア円形部が侵入可能な空間である可動コア孔部（１６４）を内部に形成する可動コア筒部（１６１）を備え、可動コア筒部は、可動コアにおける吸引向き側の端部から非吸引向きに向かって延びる内径が一定の可動コア円筒部（１６５）と、可動コア円筒部における非吸引向き側の端部から非吸引向きに向かって内周面が縮径する可動コアテーパ筒部（１６６）とから構成され、励磁コイルへの通電を遮断しているときに、固定コアテーパ部の一部が可動コア孔部内に位置して、可動コア円筒部における吸引向き側の端部と固定コアテーパ部が可動コアの移動方向に対して直交する方向に重なり、励磁コイルに通電しているときに、固定コアテーパ部および固定コア円形部が可動コア孔部内に位置することを特徴とする。

これによると、可動コア円筒部の内周面は内径が一定であるため、可動コア円筒部の内周面を可動コアテーパ筒部の内周面と同様のテーパ状にした場合よりも、通電を遮断しているときおよび通電開始時のエアギャップを小さくすることができ、通電開始時の電磁吸引力を大きくすることができる。

また、固定コアテーパ部と可動コアテーパ筒部との対向面は、固定コアおよび可動コアの中心軸回りに環状に連続したものとなり、その対向面の対向面積を十分に大きくすることができる。したがって、完全吸引時の電磁吸引力を大きくすることができる。

ところで、従来の電磁継電器は、可動コアの移動方向に対して垂直方向の力（以下、サイドフォースという）が常時可動コアに作用し、可動コアの傾きが発生しやすいという問題があった。これに対し、本発明の電磁継電器は、固定コアテーパ部および固定コア円柱部と可動コア孔部との対向面間には、固定コアおよび可動コアの中心軸回りに連続して磁束が通るため、可動コアに作用するサイドフォースが防止ないしは抑制されて、可動コアの傾きが抑制される。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電磁継電器において、励磁コイルに通電しているときの固定コアと可動コアの当接部が、線接触または点接触となるように構成されていることを特徴とする。

ところで、固定コアと可動コアの接触時の吸引力（すなわち、ピーク吸引力）が過大であると、固定コアと可動コアの衝突速度が高くなり、衝突音も大きくなる。また、ピーク吸引力が過大であると、復帰電圧が低くなり、所望の復帰電圧で復帰させることができなくなる虞がある。

これに対し、固定コアと可動コアを線接触または点接触させることにより、ピーク吸引力が抑制されるため、衝突音を小さくすることができるとともに、所望の復帰電圧で復帰させることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の電磁継電器において、可動コアに結合されたシャフト（１８）と、シャフトを摺動自在に支持する支持部材（２８）とを備え、可動コアの少なくとも一部がコイル中心孔部に挿入されて、可動コアが励磁コイルにより摺動自在に支持されていることを特徴とする。

これによると、可動コアと一体的に移動する部材は２点で支持されるため、可動コアの傾きが抑制される。したがって、固定コアテーパ部とテーパ孔部とのエアギャップを狭くすることが可能となり、電磁吸引力をさらに大きくすることができる。また、可動接触子と固定接触子の接触信頼性を向上させることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１または２に記載の電磁継電器において、固定コアに固定コア孔（１３８）が形成され、可動コアにシャフト（１８）が結合され、シャフトの少なくとも一部が固定コア孔に挿入されて、シャフトが固定コアにより摺動自在に支持されていることを特徴とする。

これによると、エアギャップの寸法に関係する部品の数が少ないため、エアギャップのばらつきを小さくすることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る電磁継電器の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電磁継電器の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。

なお、以下の説明では、励磁コイル１２への通電開始により可動コア１６が移動する向きを吸引向きＡといい、励磁コイル１２への通電遮断により可動コア１６が移動する向きを非吸引向きＢという。また、吸引向きＡおよび非吸引向きＢを合わせて、可動コア移動方向という。

図１に示すように、樹脂製のケース１０内には、構成部品を保持する樹脂製のベース１１が配置されている。このベース１１は、接着または爪等による嵌合によりケース１０に固定されている。

ケース１０内には、通電時に磁界を形成する円筒状の励磁コイル１２が配置されている。励磁コイル１２は、樹脂製のスプール１２１と、スプール１２１に導線を巻いて形成されたコイル部１２２とを備えている。

励磁コイル１２の径方向中心部の孔（より詳細には、スプール１２１の径方向中心部の孔）には、磁性体金属材料よりなる固定コア１３が配置されている。固定コア１３は略円柱状であり、その中心軸は可動コア移動方向と一致している。

固定コア１３は、固定コア１３における非吸引向きＢ側の端部（すなわち、可動コア１６側の端部）から吸引向きＡに向かって拡径する固定コアテーパ部１３１と、固定コアテーパ部１３１における吸引向きＡ側の端部から吸引向きＡに向かって延びる外径が一定の固定コア第１円形部１３２とを備えている。なお、固定コア第１円形部１３２は、本発明の固定コア円形部に相当する
また、固定コア１３は、固定コア第１円形部１３２における吸引向きＡ側の端部から吸引向きＡに向かって延びるとともに、外径が一定で且つ固定コア第１円形部１３２よりも大径の固定コア第２円形部１３３と、固定コア第２円形部１３３における吸引向きＡ側の端部から吸引向きＡに向かって延びるとともに、外径が一定で且つ固定コア第２円形部１３３よりも小径の固定コア第３円形部１３４とを備えている。

さらに、固定コア１３は、固定コア第３円形部１３４における吸引向きＡ側の端部から吸引向きＡに向かって延びるとともに、外径が一定で且つ固定コア第３円形部１３４よりも小径の固定コア第４円形部１３５を備えている。

さらにまた、固定コア１３における非吸引向きＢ側の端部（すなわち、固定コアテーパ部１３１の端面）には、中心部に円柱状凹部空間である固定コア凹部１３６が形成され、固定コア凹部１３６の周りに環状に連続した突起状の固定コア凸部１３７が形成されている。

磁性体金属材料よりなる板材を略Ｕ字状に折り曲げた第１ヨーク１４により、励磁コイル１２の外周側、および励磁コイル１２の軸方向一端側（すなわち、励磁コイル１２における吸引向きＡ側の端部）が覆われている。

また、磁性体金属材料よりなる矩形平板状の第２ヨーク１５により、励磁コイル１２の軸方向他端側（すなわち、励磁コイル１２における非吸引向きＢ側の端部）が覆われている。第２ヨーク１５には、中心部に貫通したヨーク孔１５１が形成されている。第２ヨーク１５におけるヨーク孔１５１を形成する面は、非吸引向きＢに向かって拡径するテーパになっている。

固定コア１３における固定コア第４円形部１３５の端部がかしめられて、固定コア１３と第１ヨーク１４が結合されている。また、第１ヨーク１４と第２ヨーク１５がかしめ等により結合されている。さらに、第１ヨーク１４が圧入等によりベース１１に結合されている。

固定コア１３および第２ヨーク１５に対向する位置には、磁性体金属材料よりなる可動コア１６が配置されている。可動コア１６は略円筒状であり、その中心軸は可動コア移動方向と一致している。なお、固定コア１３、第１ヨーク１４、第２ヨーク１５、および可動コア１６は、励磁コイル１２により誘起された磁束の磁気回路を構成する。

可動コア１６は、外径が一定の円筒状の可動コア筒部１６１と、可動コア筒部１６１よりも非吸引向きＢ側に位置し、内外周面がともに非吸引向きＢに向かって拡径する皿ばね状の可動コア鍔部１６２と、可動コア筒部１６１および可動コア鍔部１６２の内側に位置する可動コア中心板部１６３とを備えている。

可動コア筒部１６１は、ヨーク孔１５１内に配置されるとともに、励磁コイル１２の径方向中心部の孔に摺動自在に支持されている。

可動コア筒部１６１の内側には、固定コアテーパ部１３１および固定コア第１円形部１３２が侵入可能な空間である可動コア孔部１６４が形成されている。

可動コア筒部１６１は、可動コア１６における吸引向きＡ側の端部（すなわち、固定コア１３側の端部）から非吸引向きＢに向かって延びる内径が一定の可動コア円筒部１６５と、可動コア円筒部１６５における非吸引向きＢ側の端部から非吸引向きＢに向かって内周面が縮径する可動コアテーパ筒部１６６とから構成されている。

可動コア鍔部１６２は、第２ヨーク１５における非吸引向きＢ側の端面、および第２ヨーク１５におけるヨーク孔１５１を形成するテーパ状の面に対向している。

可動コア中心板部１６３は、固定コア１３における非吸引向きＢ側の端部（すなわち、固定コアテーパ部１３１の端面）に対向している。

励磁コイル１２と可動コア１６との間には、可動コア１６を非吸引向きＢ側に付勢する復帰ばね１７が配置されている。そして、励磁コイル１２への通電により、可動コア１６は、電磁吸引力により復帰ばね１７に抗して固定コア１３側に吸引される（すなわち、吸引向きＡに移動する）。

可動コア１６には、金属製のシャフト１８が結合されている。シャフト１８は略円柱状であり、その中心軸は可動コア移動方向と一致している。また、シャフト１８は、シャフト第１円柱部１８１と、シャフト第１円柱部１８１よりも非吸引向きＢ側に位置し、且つシャフト第１円柱部１８１よりも小径のシャフト第２円柱部１８２とを備えている。

そして、可動コア中心板部１６３の径方向中心部に形成された孔に、シャフト第１円柱部１８１における吸引向きＡ側の端部が挿入され、シャフト第１円柱部１８１の端部がかしめられて可動コア１６とシャフト１８が結合されている。なお、可動コア１６とシャフト１８は同じ部材で一体としてもよい。

シャフト１８は、ベース１１の径方向中心部に形成された孔を貫通している。シャフト１８におけるベース１１から突出した部位（すなわち、シャフト第２円柱部１８２）には、第１止め輪１９が嵌合されるとともに、導電金属製の板状の可動接触子２０が摺動自在に装着されている。

シャフト第２円柱部１８２の中間部に第２止め輪２１が固定されている。この第２止め輪２１と可動接触子２０との間には、可動接触子２０を吸引向きＡ側（すなわち、第１止め輪１９側）に付勢する接圧ばね２２が配置されている。可動接触子２０には、凸状の接触点が２箇所以上設けてある。なお、接触点は、別部材の接点としてもよい。

導電金属製の板状の第１固定接触子２４に、１個以上の凸状の接触点が設けられ、導電金属製の板状の第２固定接触子２６に、１個以上の凸状の接触点が設けられている。なお、接触点は、別部材の接点としてもよい。

第１固定接触子２４と第２固定接触子２６はベース１１に固定され、第１固定接触子２４と第２固定接触子２６の接触点の合計数は、可動接触子２０の接触点と同一で、それぞれ対向する位置にある。

そして、可動接触子２０が可動コア１６に追従して移動し、それにより可動接触子２０の接触点が第１、第２固定接触子２４、２６の接触点と接離して、第１固定接触子２４と第２固定接触子２６との間が電気的に導通または遮断されるようになっている。

ベース１１には、金属製の板状の支持部材２８が固定されている。そして、支持部材２８に形成された貫通孔に、シャフト第２円柱部１８２が摺動自在に挿入されている。

次に、本実施形態に係る電磁継電器の作動を説明する。

まず、励磁コイル１２への通電が遮断されると、可動コア１６やシャフト１８や可動接触子２０が復帰ばね１７により非吸引向きＢに駆動される。これにより、図１に示すように、 可動接触子２０に設けた接触点が第１固定接触子２４および第２固定接触子２６に設けた接触点から離れて、第１固定接触子２４と第２固定接触子２６との間が電気的に遮断状態となる。

なお、励磁コイル１２への通電が遮断されている状態では、固定コアテーパ部１３１の一部が可動コア孔部１６４内に位置して、可動コア円筒部１６５における吸引向きＡ側の端部と固定コアテーパ部１３１が可動コア移動方向に対して直交する方向に重なる。

一方、励磁コイル１２に通電すると、可動コア１６が電磁吸引力により復帰ばね１７に抗して固定コア１３側に吸引され、シャフト１８や可動接触子２０が可動コア１６に追従して吸引向きＡに移動する。これにより、可動接触子２０に設けた接触点が第１固定接触子２４および第２固定接触子２６に設けた接触点に当接して、第１固定接触子２４と第２固定接触子２６との間が電気的に導通状態となる。

なお、励磁コイル１２に通電すると、可動コア１６は、可動コア中心板部１６３が固定コア凸部１３７に当接する位置まで移動する。また、可動コア中心板部１６３が固定コア凸部１３７に当接した状態では、固定コアテーパ部１３１および固定コア第１円形部１３２は、可動コア孔部１６４内に位置する。

本実施形態によると、励磁コイル１２への通電が開始された時点では、励磁コイル１２への通電が遮断されているときと同様に、可動コア円筒部１６５における吸引向きＡ側の端部と固定コアテーパ部１３１が可動コア移動方向に対して直交する方向に重なっている。そして、可動コア円筒部１６５の内周面は内径が一定であるため、可動コア円筒部１６５の内周面を可動コアテーパ筒部１６６の内周面と同様のテーパ状にした場合（すなわち、可動コア孔部１６４の内周面全域をテーパ状にした場合）と比較して、通電開始時のエアギャップを小さくすることができ、ひいては、通電開始時の電磁吸引力を大きくすることができる。

また、励磁コイル１２への通電により可動コア１６が吸引向きＡに移動する際、固定コアテーパ部１３１および固定コア第１円形部１３２と可動コア筒部１６１との対向面間には、固定コア１３および可動コア１６の中心軸回りの全ての位置で磁束が通るため、可動コア１６に作用するサイドフォースが防止ないしは抑制されて、可動コア１６の傾きが抑制される。

さらに、固定コアテーパ部１３１および固定コア第１円形部１３２と可動コア筒部１６１との対向面は、固定コア１３および可動コア１６の中心軸回りに環状に連続したものとなるため、その対向面の対向面積を十分に大きくすることができ、吸引途中や完全吸引時の電磁吸引力を大きくすることができる。

また、励磁コイル１２に通電した際、可動コア中心板部１６３は環状の固定コア凸部１３７に当接するため、換言すると、固定コア１３と可動コア１６は線接触となるため、ピーク吸引力が抑制される。したがって、固定コア１３と可動コア１６との衝突音を小さくすることができるとともに、所望の復帰電圧で復帰させることができる。

さらに、可動コア筒部１６１が励磁コイル１２に摺動自在に支持されるとともに、シャフト第２円柱部１８２が支持部材２８に摺動自在に支持されているため、換言すると、可動コア１６と一体的に移動する部材は２点で支持されるため、可動コア１６の傾きが抑制される。したがって、固定コアテーパ部１３１および固定コア第１円形部１３２と可動コア筒部１６１とのエアギャップを狭くすることが可能となり、電磁吸引力をさらに大きくすることができる。また、可動接触子２０と第１固定接触子２４および第２固定接触子２６との接触信頼性を向上させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、エアギャップのばらつきを小さくすることを可能にしたものであり、以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態は、第１実施形態における第２止め輪２１および支持部材２８が廃止されている。

図２に示すように、固定コア１３の径方向中心部には、その軸方向に延びる固定コア孔１３８が形成されており、固定コア１３は略円筒状になっている。

可動コア１６は、可動コア鍔部１６２における非吸引向きＢ側の面が平坦になっている。

シャフト１８は、可動コア１６との結合位置から吸引向きＡ側に向かって延びるシャフト第３円柱部１８３と、可動コア１６との結合位置から非吸引向きＢ側に向かって延びるシャフト第４円柱部１８４とを備えている。

そして、シャフト第３円柱部１８３が固定コア孔１３８に挿入されて、シャフト１８が固定コア１３により摺動自在に支持されている。また、本実施形態では、可動コア１６は、励磁コイル１２に支持されていない。

シャフト第４円柱部１８４の端部には絶縁碍子２９が装着され、この絶縁碍子２９の端部が可動接触子２０に当接している。

ベース１１には、可動接触子２０をガイドするガイド部１１１が一体に形成されている。より詳細には、ガイド部１１１は、図２の紙面手前側と紙面奥側に配置されており、図２における紙面垂直方向および紙面左右方向への可動接触子２０の移動範囲を規制するようになっている。

ところで、固定コア１３に対して可動コア１６が傾いている場合、固定コアテーパ部１３１と可動コアテーパ筒部１６６とのエアギャップＧは周方向の各位置で異なり、固定コア１３に対する可動コア１６の傾きが大きくなるほど、周方向の各位置でのエアギャップＧのばらつきが大きくなる。

そして、第１実施形態では、ベース１１、固定コア１３、第１ヨーク１４、可動コア１６、シャフト１８、支持部材２８、およびスプール１２１が、固定コア１３に対する可動コア１６の傾きに関係し、ひいては周方向の各位置でのエアギャップＧのばらつきに関係する。より詳細には、各部品の寸法精度や形状精度、さらには部品相互の組み付け精度等が、固定コア１３に対する可動コア１６の傾きに関係する。

一方、第２実施形態では、固定コア１３と可動コア１６とシャフト１８のみが、固定コア１３に対する可動コア１６の傾きに関係する。

このように、第２実施形態では、固定コア１３に対する可動コア１６の傾きに関係する部品の数が少ないため、周方向の各位置でのエアギャップＧのばらつきを小さくすることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、環状の固定コア凸部１３７を形成して、励磁コイル１２に通電した際に固定コア１３と可動コア１６が線接触となるようにしたが、例えば固定コア凸部１３７を周方向に沿って複数個配置された突起部にて構成して、励磁コイル１２に通電した際に固定コア１３と可動コア１６が点接触となるようにしてもよい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１２ 励磁コイル
１３ 固定コア
１４ 第１ヨーク（ヨーク）
１５ 第２ヨーク（ヨーク）
１６ 可動コア
２０ 可動接触子
２４ 第１固定接触子（固定接触子）
２６ 第２固定接触子（固定接触子）
１３１ 固定コアテーパ部
１３２ 固定コア第１円形部（固定コア円形部）
１６１ 可動コア筒部
１６４ 可動コア孔部
１６５ 可動コア円筒部
１６６ 可動コアテーパ筒部

Claims (4)

1. 通電時に磁界を形成する励磁コイル（１２）と、
   前記励磁コイルの中心部に形成されたコイル中心孔部内に配置され、磁気回路を構成する固定コア（１３）と、
   前記励磁コイルの外周側および前記励磁コイルの軸方向端部を覆うように配置され、磁気回路を構成するヨーク（１４、１５）と、
   前記励磁コイルへの通電時に前記固定コア側に吸引される可動コア（１６）と、
   前記可動コアに追従して移動する可動接触子（２０）と、
   前記可動接触子が接離する固定接触子（２４、２６）とを備える電磁継電器において、
   前記励磁コイルへの通電開始により前記可動コアが移動する向きを吸引向き（Ａ）と、前記励磁コイルへの通電遮断により前記可動コアが移動する向きを非吸引向き（Ｂ）としたとき、
   前記固定コアは、前記固定コアにおける前記非吸引向き側の端部から前記吸引向きに向かって拡径する固定コアテーパ部（１３１）と、前記固定コアテーパ部における前記吸引向き側の端部から前記吸引向きに向かって延びる外径が一定の固定コア円形部（１３２）とを備え、
   前記可動コアは、前記固定コアテーパ部および前記固定コア円形部が侵入可能な空間である可動コア孔部（１６４）を内部に形成する可動コア筒部（１６１）を備え、
   前記可動コア筒部は、前記可動コアにおける前記吸引向き側の端部から前記非吸引向きに向かって延びる内径が一定の可動コア円筒部（１６５）と、前記可動コア円筒部における前記非吸引向き側の端部から前記非吸引向きに向かって内周面が縮径する可動コアテーパ筒部（１６６）とから構成され、
   前記励磁コイルへの通電を遮断しているときに、前記固定コアテーパ部の一部が前記可動コア孔部内に位置して、前記可動コア円筒部における前記吸引向き側の端部と前記固定コアテーパ部が前記可動コアの移動方向に対して直交する方向に重なり、
   前記励磁コイルに通電しているときに、前記固定コアテーパ部および前記固定コア円形部が前記可動コア孔部内に位置することを特徴とする電磁継電器。
2. 前記励磁コイルに通電しているときの前記固定コアと前記可動コアの当接部が、線接触または点接触となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁継電器。
3. 前記可動コアに結合されたシャフト（１８）と、
   前記シャフトを摺動自在に支持する支持部材（２８）とを備え、
   前記可動コアの少なくとも一部が前記コイル中心孔部に挿入されて、前記可動コアが励磁コイルにより摺動自在に支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁継電器。
4. 前記固定コアに固定コア孔（１３８）が形成され、
   前記可動コアにシャフト（１８）が結合され、
   前記シャフトの少なくとも一部が前記固定コア孔に挿入されて、前記シャフトが前記固定コアにより摺動自在に支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁継電器。

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