JP6591103B1 - 動力伝達軸の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化を図れるとともに、接続部と連結部材との回転方向の接合力を高めることができる動力伝達軸を提供する。【解決手段】繊維強化プラスチック製の管体２と、管体２の端部に接続された金属製のスタブヨーク３（連結部材）と、により構成され、回転することで動力を伝達する動力伝達軸１である。スタブヨーク３は、中空に形成された第一柱部５３と、第一柱部５３の内部に形成された第二柱部５４と、を有している。管体２の端部には、スタブヨーク３が接続される第一接続部２０が形成され、第一接続部２０は、第一柱部５３と第二柱部５４との間に挿入されており、第一柱部５３にかしめ加工が施されている。【選択図】図２

Description

本発明は、動力伝達軸及びその製造方法に関する。

車両に搭載される動力伝達軸（プロペラシャフト）は、車両の前後方向に延在しており、原動機で発生して変速機で減速された動力を終減速装置に伝達している。
前記した動力伝達軸は、筒状の本体部と、本体部の端部に連続している筒状の接続部と、スタブヨークとを備えている。そして、スタブヨークは、中空に形成された第一柱部と、第一柱部の内部に形成された第二柱部と、を有しており、接続部を第一柱部と第二柱部との間に挿入することで、接続部にスタブヨークを接合しているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１−１５３８０８号公報

前記した従来の動力伝達軸では、接続部の外周面及び第一柱部の内周面にセレーション加工を施して溝面を形成している。そして、接続部の溝面と第一柱部の溝面とを嵌め合わせることで、接続部とスタブヨークとの回転方向の接合力を高めている。
このように、接続部及びスタブヨークにセレーション加工を施す構成では、製造コストが増加するという問題がある。

本発明は、前記した問題を解決し、低コスト化を図れるとともに、接続部と連結部材との回転方向の接合力を高めることができる動力伝達軸及びその製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、第一の発明は、繊維強化プラスチック製の管体と、前記管体の端部に接続された金属製の連結部材と、により構成され、回転することで動力を伝達する動力伝達軸である。前記連結部材は、中空に形成された第一柱部と、前記第一柱部の内部に形成された第二柱部と、を有している。前記管体は、本体部と、前記本体部の端部に連続し、前記連結部材が接続される接続部と、により形成されている。前記接続部は、前記第一柱部と前記第二柱部との間に挿入されており、前記第一柱部にかしめ加工が施されている。

前記課題を解決するため、第二の発明は、繊維強化プラスチック製の管体と、前記管体の端部に接続された金属製の連結部材と、により構成され、回転することで動力を伝達する動力伝達軸の製造方法である。この製造方法は、まず、前記連結部材が接続される接続部が端部に形成された前記管体と、中空の第一柱部と前記第一柱部の内部に形成された第二柱部とが一体に形成された金属製の前記連結部材と、を用意する準備工程を備えている。続いて、前記接続部を前記第一柱部と前記第二柱部との間に挿入する挿入工程を備えている。さらに、前記第一柱部にかしめ加工を施して、前記接続部に前記連結部材を接合するかしめ工程を備えている。

本発明では、接続部を連結部材の第一柱部と第二柱部との間に挿入した後に、第一柱部の外周面をかしめることで、接続部と連結部材との回転方向の接合力を高めることができる。そして、本発明の動力伝達軸及びその製造方法では、接続部及び連結部材の加工を簡素化できるため、低コスト化を図ることができる。

第一実施形態の動力伝達軸を示した側面図である。 第一実施形態の動力伝達軸における接合構造を示した側断面図である。 第一実施形態の動力伝達軸における接合構造を示した図２のIII−III断面図である。 第一実施形態の動力伝達軸において、かしめ工程前の接合構造を示した側断面図である。 第一実施形態の動力伝達軸の製造方法のフローチャートである。 第二実施形態の動力伝達軸における接合構造を示した軸断面図である。 第三実施形態の動力伝達軸における接合構造を示した軸断面図である。 第四実施形態の動力伝達軸における接合構造を示した側断面図である。 第五実施形態の動力伝達軸を示した側面図である。 第六実施形態の動力伝達軸における接合構造を示した軸断面図である。

続いて、各実施形態の動力伝達軸について図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態では、本発明の動力伝達軸を、ＦＦ（Ｆｒｏｎｔ−ｅｎｇｉｎｅ Ｆｒｏｎｔ−ｄｒｉｖｅ）ベースの四輪駆動車に搭載されるプロペラシャフトに適用した例を挙げる。また、各実施形態で共通する技術的要素には、共通の符号を付し、説明を省略する。

［第一実施形態］
図１に示すように、第一実施形態の動力伝達軸１は、車両の前後方向に延在する略円筒状の管体２（パイプ）と、管体２の前側に配置された第一自在継手５（特許請求の範囲における「連結部材」）と、管体２の後側に配置された第二自在継手６と、を備えている。

第一実施形態の第一自在継手５は、カルダンジョイントであり、車体の前部に搭載された変速機と動力伝達軸１とを連結するための金属製の連結部材である。
第一実施形態の第二自在継手６は、等速ジョイントであり、車体の後部に搭載された終減速装置と動力伝達軸１とを連結するための金属製の連結部材である。
そして、変速機から動力伝達軸１に動力（トルク）が伝達すると、動力伝達軸１が軸線Ｏ１回りに回転して、終減速装置に動力が伝達される。

管体２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製に形成されている。なお、本発明において繊維強化プラスチックに使用される強化繊維は、炭素繊維に限られず、ガラス繊維やアラミド繊維であってもよい。

管体２の製造方法は、図示しないマンドレルに連続炭素繊維を巻き付けて成形体を形成し、その後、成形体の外周にプリプレグ（炭素繊維に樹脂を含浸させたシート）を巻き付けている。よって、管体２は、フィラメントワインディング法とシートワインディング法との二つの工法を取り入れられて製造されている。
ここで、フィラメントワインディング法によって製造される成形体は、繊維（炭素繊維）の連続性が保たれるため機械的強度（特にねじり強度）が高い。
また、シートワインディング法によれば、炭素繊維をマンドレルの軸線方向に延在するように配置することができ、軸線Ｏ１方向に高弾性化した成形体を製造できる。
つまり、上記した製造方法によれば、管体１０２の内部で、軸Ｏ１回りに巻回された繊維からなる繊維層と、軸線Ｏ１方向に延在する繊維からなる繊維層と、が積層しており、機械的強度が高く、かつ、軸線Ｏ１方向に高弾性化した管体２を製造できる。
なお、周方向に配向する繊維としてＰＡＮ系（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）繊維が好ましく、軸線Ｏ１方向に配向する繊維としてピッチ繊維が好ましい。

なお、本発明の管体２は、上記した製造方法に限定されない。管体２の製造方法としては、マンドレルにプリプレグを巻き付けて成形体を形成し、その成形体の外周に連続炭素繊維を巻き付けてもよい。又は、管体２の製造方法としては、単一の製造方法（フィラメントワインディング法又はシートワインディング法）を用いてもよい。

管体２は、筒状の本体部１０と、本体部１０の前側（一端部）に配置された第一接続部２０と、本体部１０の後側（他端部）に配置された第二接続部３０と、本体部１０と第二接続部３０との間に形成された傾斜部４０と、を備えている。

軸線Ｏ１を法線とする平面で本体部１０を切った場合には、本体部１０の外周面の断面形状は円形状となっている。
また、本体部１０の外径は、中央部から両端部に向うに連れて縮径しており、中央部の外径は、両端部の外径よりも大きい。
つまり、軸線Ｏ１に沿って本体部１０を切った場合には、本体部１０の外周面の断面形状は、緩やかな曲線を描き、外側に向けて突出する円弧状となっている。よって、本体部１０の外形は、中央部が径方向外側に膨らんだ樽形状（バレル形状）となっている。

なお、第一実施形態の動力伝達軸１では、軸線Ｏ１に沿って本体部１０を切った場合に、本体部１０の外周面の断面形状は円弧状となっているが、本発明においては、本体部１０の外周面の断面形状を階段状に形成してもよい。
また、軸線Ｏ１に沿って本体部１０を切った場合に、本体部１０の外周面の断面形状が中央部から両端部に向かうに連れて中心側に向かうように直線状に傾斜させてもよい。

第二接続部３０内には、第二自在継手６のスタブシャフト４のシャフト部（図示ぜす）が嵌め込まれている。第二接続部３０の内周面は、スタブシャフト４のシャフト部の多角形状の外周面に倣った多角形状を呈している。このように、管体２とスタブシャフト４とが互いに相対回転しないように構成されている。

傾斜部４０は、本体部１０と第二接続部３０との間に形成された部位である。第二接続部３０は、傾斜部４０を介して本体部１０の後端に連続している。傾斜部４０の外径は、本体部１０から第二接続部３０に向かうに連れて次第に縮径し、円錐台形状となっている。
傾斜部４０の板厚は、第二接続部３０側（後側）の端部（後端部）から本体部１０側（前側）の端部（前端部）に向かうに連れて漸次薄くなっている。このため、傾斜部４０のうち前端部の板厚が最も薄くなっており、傾斜部４０の前端部が脆弱部を構成している。脆弱部は、傾斜部４０のせん断強度が最も低下している部位である。
なお、管体２では、傾斜部４０全体の板厚が変化しているが、傾斜部４０の一部区間において板厚を変化させてもよい。
また、傾斜部４０の板厚を、本体部１０側（前側）の端部（前端部）から第二接続部３０側（後側）の端部（後端部）に向かうに連れて漸次薄くして、傾斜部４０の後端部に脆弱部を設けてもよい。

第一接続部２０は、本体部１０の前端に連続して形成されている部位である。
第一接続部２０には、第一自在継手５のスタブヨーク３が嵌め合わされている。図３に示すように、軸線Ｏ１を法線とする平面で第一接続部２０を切った場合には、第一接続部２０の外周面２０ｂの断面形状が多角形となっている。第一実施形態では、第一接続部２０の外周形状が八角形に形成されている。なお、第一接続部２０の内周形状は、円形に形成されている。

スタブヨーク３は、図２に示すように、基部５１と、基部５１の前面から前方に突出した一対のアーム５２と、を備えている金属部材である。アーム５２には、ジョイントピンが差し込まれる軸孔５２ａが貫通している。

基部５１の後部には、図３に示すように、中空な第一柱部５３と、第一柱部５３の内部に形成された中空な第二柱部５４と、が形成されている。第一柱部５３及び第二柱部５４は、軸線Ｏ１を中心軸する筒状の部位である。第二柱部５４は、外周形状及び内周形状が円形に形成されている。

軸線Ｏ１を法線とする平面で第一柱部５３を切った場合には、第一柱部５３の内周面５３ａの断面形状が多角形に形成されるとともに、外周面５３ｂの断面形状が円形に形成されている。

なお、第一実施形態では、第一柱部５３の内周形状が八角形に形成されているが、本発明においては、その形状は限定されるものではなく、例えば、四角形や三角形などの多角形、又は、多角形以外の長円形でもよい。

第二柱部５４の外周面５４ｂと、第一柱部５３の内周面５３ａとは間隔を空けて配置されている。したがって、第二柱部５４の外周面５４ｂと、第一柱部５３の内周面５３ａとの間には、環状の隙間５５が形成されている。

軸線Ｏ１を法線とする平面で第一柱部５３及び第二柱部５４を切った場合に、隙間５５の断面形状が第一接続部２０の断面形状と同じ形状となっている。
そして、図２に示すように、第二柱部５４の外周面５４ｂと、第一柱部５３の内周面５３ａとの間に、第一接続部２０の前端部が挿入されている。
これにより、図３に示すように、第一柱部５３の内周面５３ａと、第一接続部２０の外周面２０ｂとが嵌め合わされており、第一接続部２０とスタブヨーク３とが互いに相対回転しないように構成されている。

第一柱部５３には、図２に示すように、かしめ加工が施されている。第一実施形態では、第一柱部５３の外周面５３ｂの全周を工具によって押し込んでいる。これにより、第一柱部５３の外周面５３ｂには、全周に亘って窪み部５６が形成されている。

第一柱部５３をかしめ加工により内側に向けて塑性変形させることで、第一接続部２０が第一柱部５３と第二柱部５４との間に挟み込まれている。
なお、第一実施形態では、第一柱部５３の外周面５３ｂの全周をかしめているが、本発明においては、第一柱部５３の外周面５３ｂの複数の箇所をかしめてもよい。

次に、第一実施形態の動力伝達軸１の製造方法について説明する。なお、以下の説明においては図５のフローチャートを適宜に参照する。
動力伝達軸１の製造方法は、繊維強化プラスチック製の管体２と金属製のスタブヨーク３と、を用意する準備工程を備えている。さらに、動力伝達軸１の製造方法は、第一接続部２０をスタブヨーク３の第一柱部５３と第二柱部５４との間に挿入する挿入工程と、第一柱部５３にかしめ加工を施して、第一接続部２０にスタブヨーク３を接合するかしめ工程と、を備えている。

まず、準備工程において、図１に示す管体２及びスタブヨーク３を用意する（ステップＳ１）。続いて、挿入工程では、図４に示すように、管体２の第一接続部２０の前端部を、スタブヨーク３の第一柱部５３と第二柱部５４との間に挿入する（ステップＳ２）。これにより、図３に示すように、第一柱部５３の内周面５３ａと、第一接続部２０の外周面２０ｂとが嵌め合わされる。

さらに、かしめ工程では、図２に示すように、第一柱部５３の外周面５３ｂを工具によって押し込んで、第一柱部５３の内部を内側に向けて塑性変形させる（ステップＳ３）。これにより、第一柱部５３の外周面５３ｂに窪み部５６が形成される。また、第一接続部２０の前端部が第一柱部５３と第二柱部５４との間に挟み込まれる。このようにして、第一接続部２０にスタブヨーク３が接合される。

以上、第一実施形態の動力伝達軸１及びその製造方法では、図３に示すように、第一接続部２０を第一柱部５３と第二柱部５４との間に挿入し、第一柱部５３をかしめることで、第一接続部２０とスタブヨーク３との回転方向の接合力を高めることができる。そして、動力伝達軸１及びその製造方法では、第一接続部２０及びスタブヨーク３の加工を簡素化できるため、低コスト化を図ることができる。

また、動力伝達軸１の管体２では、図１に示すように、曲げ応力が集中し易い本体部１０の中央部の外径が大径に形成されているため、所定の曲げ強度を有している。
また、動力伝達軸１の管体２は、繊維強化プラスチックにより形成されているため、設計の自由が高く、更なる低コスト化を図れる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る動力伝達軸１０１について説明する。
第二実施形態の動力伝達軸１０１は、図６に示すように、管体２と、管体２の前側に配置された第一自在継手５と、管体２の後側に配置された第二自在継手６（図１参照）と、を備えている。
管体２は、本体部１０（図１参照）と、本体部１０の前側（一端部）に配置された第一接続部１２０と、本体部１０の後側（他端部）に配置された第二接続部３０（図１参照）と、を備えている。

第二実施形態の第一接続部１２０を、軸線Ｏ１を法線とする平面で切った場合には、内周面１２０ａの断面形状が多角形に形成されるとともに、外周面１２０ｂの断面形状が円形に形成されている。

第二実施形態のスタブヨーク１０３の第二柱部１５４を、軸線Ｏ１を法線とする平面で切った場合には、外周面１５３ｂの断面形状が多角形となっている。
第二実施形態のスタブヨーク１０３では、第一柱部１５３の内周形状は円形に形成されている。

第二柱部１５４の外周面１５４ｂと、第一柱部１５３の内周面１５３ａとの間には、第一接続部１２０の前端部が挿入されている。これにより、第二柱部１５４の外周面１５４ｂと、第一接続部１２０の内周面１２０ａとが嵌め合わされている。また、第一柱部１５３の外周面１５３ｂには、かしめ加工が施されている。

そして、第二実施形態の動力伝達軸１０１では、第一接続部１２０を第一柱部１５３と第二柱部１５４との間に挿入し、第一柱部１５３をかしめることで、第一接続部１２０とスタブヨーク１０３との回転方向の接合力を高めることができる。

以上、第二実施形態の動力伝達軸１０１では、第一実施形態の動力伝達軸１（図３参照）と同様に、第一接続部１２０及びスタブヨーク１０３の加工を簡素化できるため、低コスト化を図ることができる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る動力伝達軸２０１について説明する。
第三実施形態の動力伝達軸２０１は、図７に示すように、管体２と、管体２の前側に配置された第一自在継手５と、管体２の後側に配置された第二自在継手６（図１参照）と、を備えている。
管体２は、本体部１０（図１参照）と、本体部１０の前側（一端部）に配置された第一接続部２２０と、本体部１０の後側（他端部）に配置された第二接続部３０（図１参照）と、を備えている。

第三実施形態の第一接続部２２０を、軸線Ｏ１を法線とする平面で切った場合には、内周面２２０ａ及び外周面２２０ｂの断面形状が多角形となっている。

第三実施形態のスタブヨーク２０３の第一柱部２５３を、軸線Ｏ１を法線とする平面で切った場合には、内周面２５３ａの断面形状が多角形となっている。
第三実施形態のスタブヨーク２０３の第二柱部２５４を、軸線Ｏ１を法線とする平面で切った場合には、外周面２５４ｂの断面形状が多角形となっている。

第一柱部２５３の内周面２５３ａと、第二柱部２５４の外周面２５４ｂとの間には、第一接続部２２０の前端部が挿入されている。これにより、第二柱部２５４の外周面２５４ｂと、第一接続部２２０の内周面２２０ａとが嵌め合わされるとともに、第一柱部２５３の内周面２５３ａと、第一接続部２２０の外周面２２０ｂとが嵌め合わされている。また、第一柱部２５３の外周面２５３ｂには、かしめ加工が施されている。

そして、第三実施形態の動力伝達軸２０１では、第一接続部２２０を第一柱部２５３と第二柱部２５４との間に挿入し、第一柱部２５３をかしめることで、第一接続部２２０とスタブヨーク２０３との回転方向の接合力を高めることができる。

以上、第三実施形態の動力伝達軸２０１では、第一実施形態の動力伝達軸１（図３参照）と同様に、第一接続部２２０及びスタブヨーク２０３の加工を簡素化できるため、低コスト化を図ることができる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態に係る動力伝達軸３０１について説明する。
第四実施形態の動力伝達軸３０１は、図８に示すように、管体２と、管体２の前側に配置された第一自在継手５と、管体２の後側に配置された第二自在継手６（図１参照）と、を備えている。
管体２は、本体部１０と、本体部１０の前側（一端部）に配置された第一接続部２０と、本体部１０の後側（他端部）に配置された第二接続部３０（図１参照）と、を備えている。

第四実施形態のスタブヨーク３０３には、中空な第一柱部３５３と、第一柱部３５３の内部に形成された第二柱部３５４と、が形成されており、第一接続部２０が第一柱部３５３と第二柱部３５４との間に挿入されている。また、第一柱部３５３の外周面３５３ｂにかしめ加工が施されている。
さらに、第四実施形態のスタブヨーク３０３では、第二柱部３５４の内部３５４ｃが埋められている。つまり、第四実施形態の第二柱部３５４は中実である。

第四実施形態の動力伝達軸３０１では、第一接続部２０を第一柱部３５３と第二柱部３５４との間に挿入し、第一柱部３５３をかしめることで、第一接続部２０とスタブヨーク３０３との回転方向の接合力を高めることができる。

以上、第四実施形態の動力伝達軸３０１では、第一実施形態の動力伝達軸１（図２参照）と同様に、第一接続部２０及びスタブヨーク３０３の加工を簡素化できるため、低コスト化を図ることができる。

［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態に係る動力伝達軸４０１について説明する。
第五実施形態の動力伝達軸４０１は、図９に示すように、管体２と、管体２の前側に配置された第一自在継手５と、管体２の後側に配置された第二自在継手６（図１参照）と、を備えている。
管体２は、本体部４１０と、本体部４１０の前側（一端部）に配置された第一接続部２０と、本体部４１０の後側（他端部）に配置された第二接続部３０と、を備えている。

第五実施形態のスタブヨーク３には、中空な第一柱部５３（図２参照）と、第一柱部５３の内部に形成された第二柱部５４（図２参照）と、が形成されており、第一接続部２０が第一柱部５３と第二柱部５４との間に挿入されている。また、第一柱部５３の外周面には、かしめ加工が施されている。

第五実施形態の本体部４１０の外径は、前端部から後端部まで均一である。つまり、第五実施形態の本体部４１０の外形は、ストレートな円筒体となっている。

なお、第五実施形態の本体部４１０の外径は、前端部から後端部まで均一であるが、本発明においては、本体部４１０の外径を中央部から一端部に向かうに連れて縮径するとともに、中央部から他端部まで均一に形成してもよい。

第五実施形態の動力伝達軸４０１では、第一接続部２０を第一柱部５３（図２参照）と第二柱部５４（図２参照）との間に挿入し、第一柱部５３をかしめることで、第一接続部２０とスタブヨーク３との回転方向の接合力を高めることができる。

以上、第五実施形態の動力伝達軸４０１では、第一実施形態の動力伝達軸１（図１参照）と同様に、第一接続部２０及びスタブヨーク３の加工を簡素化できるとともに、本体部４１０の成形が容易になるため、低コスト化を図ることができる。

［第六実施形態］
次に、本発明の第六実施形態に係る動力伝達軸５０１について説明する。
第六実施形態の動力伝達軸５０１は、図１０に示すように、管体２と、管体２の前側に配置された第一自在継手５（図１参照）と、管体２の後側に配置された第二自在継手６（図１参照）と、を備えている。
管体２は、本体部１０（図１参照）と、本体部１０の前側に配置された第一接続部２０と、本体部１０の後側に配置された第二接続部３０（図１参照）と、を備えている。

第五実施形態のスタブヨーク５０３には、中空な第一柱部５３と、第一柱部５３の内部に形成された第二柱部５５４と、が形成されており、第一接続部２０が第一柱部５３と第二柱部５５４との間に挿入されている。また、第一柱部５３の外周面には、かしめ加工が施されている。
第六実施形態の第二柱部５５４は、周方向に分割されており、複数の部材によって構成されている。

以上、第六実施形態の動力伝達軸５０１では、第一実施形態の動力伝達軸１（図２参照）と同様に、第一接続部２０及びスタブヨーク５０３の加工を簡素化できるため、低コスト化を図ることができる。
また、第六実施形態の動力伝達軸５０１では、第二柱部５５４が径方向内側に撓むことができるため、第一柱部５３の内周面５３ａと第二柱部５５４の外周面５５４ｂとの間に第一接続部２０をスムーズに挿入できる。

以上、各実施形態について説明したが、本発明は各実施形態で説明した例に限定されない。
例えば、各実施形態では、第一接続部とスタブヨーク（連結部材）との接合構造に本発明の構成を適用しているが、第二接続部とスタブシャフト（連結部材）との接合構造に本発明の構成を適用してもよい。
また、各実施形態において、説明の都合上、本体部の前側を一端部、本体部の後側を他端部としているが、これに限定されるものではない。例えば、本体部の前側を他端部、後側を一端部としてもよい。

１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１ 動力伝達軸
２ 管体
３，１０３，２０３，３０３，５０３ スタブヨーク
４ スタブシャフト
５ 第一自在継手
６ 第二自在継手
１０，４１０ 本体部
２０，１２０，２２０ 第一接続部
３０ 第二接続部
４０ 傾斜部
５１ 基部
５２ アーム
５３，１５３，２５３，３５３ 第一柱部
５４，１５４，２５４，３５４，５５４ 第二柱部
５６ 窪み部
Ｏ１ 軸線

Claims (1)

1. 繊維強化プラスチック製の管体と、前記管体の端部に接続された金属製の連結部材と、により構成され、回転することで動力を伝達する動力伝達軸の製造方法であって、
   前記連結部材が接続される接続部が端部に形成された前記管体と、中空の第一柱部と前記第一柱部の内部に形成された第二柱部とが一体に形成された金属製の前記連結部材と、を用意する準備工程と、
   前記接続部を前記第一柱部と前記第二柱部との間に挿入する挿入工程と、
   前記第一柱部にかしめ加工を施して、前記接続部に前記連結部材を接合するかしめ工程と、を備えていることを特徴とする動力伝達軸の製造方法。

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