JP6734754B2 - 鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両に関し、特に、鉄道車両の台車部の側面を覆う台車カバーを有する鉄道車両に関する。

鉄道車両（以下、「車両」ということがある。）は、最高走行速度の向上がめざましく、近年では、最高走行速度が２７０ｋｍ／ｈから２８５ｋｍ／ｈに向上したケースが存在する。このとき、車両の走行速度が向上するに伴って、騒音の増加や乗り心地の悪化、及び抵抗の増加による運転動力の増大という影響が懸念される。特に、抵抗の増加については、概ね２００ｋｍ／ｈ以上で走行する車両では空気の流れによって生ずる抵抗（以下、「流体抵抗」ということがある。）が支配的であり、この流体抵抗は、走行速度の２乗に概ね比例することが知られている。例えば、走行速度が約５％増加する場合は、車両に作用する流体抵抗は約１０％も増加することになる。したがって、車両の形状を変更するなどして、車両に作用する流体抵抗を低減することができれば、運転動力を小さくすることができ、省エネルギー化を実現することができる。

鉄道車両は、主に、旅客や乗務員が乗車する空間を有する車両構体と、車両構体を支持する台車から構成されている。台車は車輪を有しており、車輪はレールに接している。車輪がレール上を転がることにより、鉄道車両はレールに沿って走行する。この車両構体は、概ね直方体形状であり、高さ方向の上側が屋根、下側が床、枕木方向（幅方向）の左右が側、及び車両のレール方向（長手方向）の前後が妻となっている。

鉄道車両は、複数の車両を連結して運用されることが多く、車両進行方向に車両が配置されたとき、妻同士が正対し、この部分が車間となる。また、台車は、レールと車両構体に高さ方向に挟まれる形となっているため、レールと車両構体には空間が生じる。この空間には、台車の他、車両下部に配置された機器などが配置されており、ここでは、台車が配置される周囲の空間を空隙部と定義する。さらに、車両下部に配置される機器を飛来物などから保護するために、台車周りの空隙部を挟んで車両進行方向の前後にカバーを設置することがあり、これを斜めフサギ板と定義する。

近年の高速鉄道車両においては、屋根上や側、及び車間が平滑化されており、各部位の形状により発生する抵抗（圧力抵抗）よりも、流体の粘性により発生する抵抗（摩擦抵抗）の方が支配的となっている。一方で、台車周りの空隙部においては、台車本体や台車周りの空隙部を構成する斜めフサギ板に流れが衝突することにより発生する抵抗（圧力抵抗）が支配的である。そこで、台車周りの空隙部の構造を見直すことにより、流体抵抗の低減を図ることができる。

台車周りの空隙部の流体抵抗を低減する手法としては、台車周りの空隙部にカバーを設置する方法が挙げられる。例えば、特許文献１では、車体側方から見たときに、台車周りの空隙部を覆うようにカバーを設置し、このカバーを車内側に向かって凸の曲面で形成することにより、車体の車体幅方向断面積を狭くすることにより、流体抵抗を低減している。

また、特許文献２では、車体前後方向の断面形状が「く」の字形をなすように下方部分を外側に広げることにより、メンテナンス性を阻害することなく遮音性に優れた台車カバーとしている。

特許第２６２６３７１号公報 特許第４２３５１２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載するような台車カバーの場合、レール方向の台車周りの空隙部全域にわたって、台車が覆い隠されたカバーが存在することになり、メンテナンス時の作業性を阻害することが懸念される。一方で、特許文献２に記載するような台車カバーの場合、台車カバーの下方部分が車両幅方向の外側に広がっていることから、メンテナンス性は良くなるものの、広がっている部分に走行風が当たることにより、流体抵抗が増加することが懸念される。

本発明は、上記課題に鑑みて、メンテナンス時の視認性を確保するとともに、流体抵抗を低減できる台車カバーを有する鉄道車両を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、代表的な本発明の鉄道車両の一つは、車両構体と、前記車両構体を支持しレール上に配置される台車と、前記台車に向かってレール方向に正対した斜めフサギ板と、前記台車の側面に配置される台車カバーとを備え、前記台車は、車軸を中心に回転する車輪が備えられ、前記台車カバーの下端部は、側方向から見たときに、前記斜めフサギ板の位置から前記台車の前記車輪にかかる位置までは、前記車軸よりも低い位置で達すると共に、前記車輪の位置では、前記車軸が見えるように、下端部の高さが前記車軸より高い位置に変化し、前記台車カバーの下端部は、前記台車カバーの他の領域の下端部よりも車両幅方向に拡大する部分を少なくとも１ヶ所有し、前記台車カバーの下端部において、前記車軸よりも低い位置で達する前記台車側の終端位置は、側方向から見て前記車輪の一部に重なる位置まで延在し、前記台車カバーは、下にいくに従い車両幅方向の中心から車両幅方向の距離が短くなるように形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、台車カバーを有する鉄道車両において、メンテナンス時の視認性を確保するとともに、流体抵抗を低減できるものである。

図１は、本発明の第１の実施形態における鉄道車両の台車周りの側面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態における台車カバーの斜視図である。 図３は、本発明の第１の実施形態における台車カバーの正面図（図１視ａ−視ａ）である。 図４は、本発明の第１の実施形態における台車カバーの下面図（図１視ｂ−視ｂ）である。 図５は、本発明の第２の実施形態における鉄道車両の台車周りの側面図である。

本発明を実施するための形態を図１〜５を用いて説明する。まず、実施形態での説明における各方向について定義する。レールに沿った方向（進行方向、長手方向）をレール方向１００とし、矢印は一方の進行方向を示す。枕木に沿った方向（車両幅方向）を枕木方向１１０とし、矢印は鉄道車両の中心側を示す。高さの方向（上下方向）を高さ方向１２０とし、矢印は上方向を示す。

鉄道車両は、旅客や乗務員が乗車する空間を有する車両構体１と、車両構体１のレール方向１００の両端部近傍の下面に２箇所備えられるとともに車両構体１を支持する台車２とを備える。台車２には、枕木方向１１０に延びる車軸３により接続された一対の車輪４が、レール方向１００の前後に２つ配置されて、車輪４はレール５の上を転動する。

車両構体１の高さ方向１２０の下端部には、車両構体１の床下に備えられる機器を台車２以外の位置で側面から覆う側カバー１１と、側カバー１１に連続する態様で、台車２の幅方向の側面を覆う台車カバー１０が備えられる。

斜めフサギ板６、７は、板状の部材であり、台車２のレール方向１００両側に台車２を挟んで正対する態様で枕木方向１１０に延在して配設される。ここで、台車２は、上部の車両構体１下面と、前後の斜めフサギ板６、７と、枕木方向１１０両側に隔置される台車カバー１０とで囲まれた空間である空隙部Ｓに備えられる。また、斜めフサギ板６、７は下方に行くに従い台車２から離れる方向に形成されるため、正対する斜めフサギ板６と７の上端部間のレール方向１００の寸法は、フサギ板６と７の下端部間のレール方向１００の寸法より小さく設定される。

以下、台車カバーの構成を中心に具体的な実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における鉄道車両の台車周りの側面図である。図２は、本発明の第１の実施形態における台車カバーの斜視図である。図３は、本発明の第１の実施形態における台車カバーの正面図（図１視ａ−視ａ）である。図４は、本発明の第１の実施形態における台車カバーの下面図（図１視ｂ−視ｂ）である。

図１のように、台車カバー１０は、斜めフサギ板６と７の間をレール方向１００の全長にわたって配置されており、斜めフサギ板６、７の枕木方向１１０側面部分も覆っている。これにより、台車カバー１０は、台車２周りの空隙部Ｓの枕木方向１１０の両側面を、空隙部Ｓのレール方向１００の全長にわたって取り付けられていることになる。台車カバー１０のレール方向１００の両側には、側カバー１１が連続する態様で備えられている。

台車カバー１０は、枕木方向１１０側面から見たとき、両側における高さ方向１２０の寸法Ｈ１Ａに対して、中央部の高さ方向１２０の寸法Ｈ２Ａが、中央部の下側を切り欠くことにより、狭くなって形成されている略門型である。図１において、台車カバー１０は、中央部におけるレール方向１００の寸法Ｌが高さ方向１２０に切り上げられている。そして、台車カバー１０はレール方向１００の両端部に略Ｌ字状の領域Ａを有しており、一方の領域Ａと他方の領域Ａとの間に、連続する領域Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｄ、Ｃ、Ｂの７つの領域を有する。これにより台車カバー１０にはＡ〜Ｄの５種類の領域が存在することになる。なお、一方の領域Ａと他方の領域Ａは、台車２のレール方向１００の中心の垂直な軸に対して対称の形状となっている。また、台車カバー１０全体としても、領域Ｅを中心としてレール方向１００で対称形状となっている。

領域Ａは、側カバー１１と同じ高さ寸法Ｈ１Ａである部位と、レール方向１００の台車２の中心側に向かうに従い、下端部が高くなっていくことで高さ寸法が小さくなっていき、最終的にはＨ２Ａの高さ寸法となる部位により構成される。ここで、領域Ａにおける高さ寸法Ｈ１Ａである部分は、レール５の上面から領域Ａの下端部までの寸法はＨ１となり、領域Ａにおける高さ寸法がＨ２Ａである部分は、レール５の上面から領域Ａの下端部までの寸法はＨ２となる。このとき、Ｈ２はＨ１よりも値が大きく、領域Ａの上端の高さは同じであるため、この差分だけ領域Ａの高さ寸法が狭くなっている。ここで、Ｈ１は車軸３よりも低い位置の高さ寸法であり、Ｈ２は車軸３よりも高い位置で車輪４の上端よりも低い高さ寸法となっており、Ｈ２は車軸３のすぐ上側の高さ寸法とできる。

領域Ａの高さ寸法Ｈ１Ａの部位において、領域Ａの下端部におけるレール方向１００の台車２寄りの終端位置Ｆは、側方向から見て、車輪４の一部に重なる位置まで延在している。これにより、領域Ａの高さ寸法Ｈ１Ａの部位は、斜めフサギ板６（７）の下端部から車輪４の一部を側面から覆っていることになる。また、領域Ａの高さ寸法Ｈ２Ａの部位は、側面から見て、車輪４における車軸３中心部よりも上側の範囲を覆っている。

レール５上面から領域Ａの高さ寸法Ｈ１Ａの部位の下端部までの寸法と、レール５上面から側カバー１１の下端部までの寸法は、共にＨ１で同じである。ここで、領域Ａの高さ寸法Ｈ１Ａの部位の終端位置Ｆは、レール方向１００において、車軸３の中心から斜めフサギ板６（７）に向かって、例えば、約３００ｍｍから約４００ｍｍずれた位置とすることができる。

領域Ａの高さ寸法Ｈ１Ａの部位における終端位置Ｆから、Ｈ２Ａの高さ寸法となる部位まで、車軸３の中心位置の近傍の範囲において、領域Ａの下端部がレール５上面から高さ方向１２０において離れる方向に変化する。この変化は、曲線または直線またはこれらの組合せにより変化させることができる。このとき、レール５上面から領域Ａの下端部までの高さ寸法Ｈ２は、例えば、約５２０ｍｍとすることができる。そして、側面から見た場合、領域Ａは車軸３や車軸３近傍に備えた油面計（図示せず）を覆わない構成となっている。ここで、油面計は、例えば、車軸３の軸受けの油面を確認するための窓等で構成される。

領域Ａは、図３に示すよう正面から見た場合、下にいくに従い枕木方向１１０の中心からの枕木方向１１０の距離は短くなるように形成されている。また、領域Ａでは、レール方向１００の位置が変化しても、同じ高さ寸法においては、枕木方向１１０の位置は変化せず一定となっている。そして、領域Ａの高さ寸法がＨ２Ａである部分の下端部から枕木方向１１０の鉄道車両の中心線９０（９１）までの枕木方向１１０寸法はＷＡ（図３、図４参照）である。

領域Ｂは、レール方向１００に対して、一方側の端部が領域Ａの高さ寸法がＨ２Ａである部分と接続するとともに、他方側の端部が領域Ｃと接続されている。そして、領域Ｂの下端部は、領域Ａ側から領域Ｃ側に向かうにつれて、枕木方向１１０（車両幅方向）に沿って中心線９１から離れる方向（図４参照）に徐々に広がっている。この広がっていく割合は一定とでき、例えば、レールの方向に対して最大１５°の傾斜角とすることができる。また、領域Ｂの高さ寸法はＨ２Ａで一定であり、領域Ｂのレール５上面から下端部までの高さ寸法もＨ２で一定である。

領域Ｃは、レール方向１００に対して、一方側の端部が領域Ｂと接続され、他方側の端部が領域Ｄと接続されている。領域Ｃの下端部は、領域Ｂ側から領域Ｄ側に至るまでレール方向１００（車両幅方向）に対して変化せず一定で、中心線９１に対して平行となっている。このため、領域Ｃの下端部から中心線９１までの枕木方向１１０寸法はＷＣで一定である。また、領域Ｃでは、台車２に備えるヨーダンパ８（ダンパ受け部材８ａ）と干渉しないようにＷＣを決定される。また、領域Ｃは、車両構体１との取り付けを行うための構成、例えば、車両構体１から下方に延びる取付部材に取り付けるための構成等を設けてもよい。また、領域Ｃの高さ寸法はＨ２Ａで一定であり、領域Ｃのレール５上面から下端部までの高さ寸法もＨ２で一定である。

領域Ｄは、レール方向１００に対して、一方側の端部が領域Ｃと接続され、他方側の端部が領域Ｅと接続されている。そして、領域Ｄの下端部は、領域Ｃ側から領域Ｅ側に向かうにつれて、枕木方向１１０（車両幅方向）に沿って中心線９１（９０）から離れる方向（図４参照）に徐々に広がっている。この広がっていく割合は一定とでき、例えば、レールの方向に対して最大１５°の傾斜角とすることができる。また、領域Ｄの高さ寸法はＨ２Ａで一定であり、領域Ｄのレール５上面から下端部までの高さ寸法もＨ２で一定である。

領域Ｅは、レール方向１００に対して、一方側の端部が一方の領域Ｄと、他方側の端部が他方の領域Ｄと接続されている。領域Ｃの下端部の枕木方向１１０（車両幅方向）の位置は、レール方向１００（車両幅方向）に対して変化せず一定であり、中心線９１に対して平行となっている。このため、領域Ｅの下端部から中心線９１までの枕木方向１１０寸法はＷＥで一定である。また、領域Ｅでは、台車２に備える台車枠と干渉しないようにＷＥを決定される。また、領域Ｅの高さ寸法はＨ２Ａで一定であり、領域Ｅのレール５上面から下端部までの高さ寸法もＨ２で一定である。

なお、領域ＡのＷＡ、領域ＣのＷＣ、領域ＥのＷＥの各寸法は、ＷＡ、ＷＣ、ＷＥの順で値が大きくなっていく。また、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄ、領域Ｄの上端部の枕木方向１１０の位置は同じであり、高さ方向１２０の位置も側カバー１１の上端部とすべて同じである。そして、これらの上端部は、車両構体１の下面の位置と略同じになる。

また、台車カバー１０は、一体に構成しても良いし、分割して別体を組み合わせて構成してもよい。例えば、領域Ｅを中心としてレール方向１００の両側に位置する領域Ｃで分割して、全体として３分割とする等である。なお、台車カバー１０の材質として、例えば、アルミや複合材が挙げられる。

次に、台車カバー１０を構成する領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥの作用及び効果について説明する。

台車カバー１０の領域Ａが、斜めフサギ板６（７）から車輪４の一部を覆うことにより、側カバー１１の表面の流れが、台車カバー１０の側方から台車周りの空隙部Ｓの内部に流れ込むことを抑制できる。特に、領域Ａの下端部の終端位置Ｆが車輪４に重なっているため、領域Ａの表面の空気の流れは、終端位置Ｆよりレール方向１００の台車２中心側で、空隙部Ｓに流入しようとすると、車輪４によってその流入が阻害される。

一般に、台車周りの空隙部Ｓの内部に向かう流れは、台車２や斜めフサギ板６（７）に衝突し、車両構体１に作用する流体抵抗を増加させる。このため、領域Ａはこの空隙部Ｓに向かう流れを抑制することにより、流体抵抗を低減することが可能となる。

また、領域Ａにおいて、車軸３中心位置の近傍に位置する台車カバー１０の下端部位置をレール５上面から高さ方向１２０に向かって高くすることにより、車軸３や油面計（図示せず）を車両側方から直接目視で確認することが可能となるため、メンテナンス性が向上する効果が得られる。

領域Ｂは、領域Ａから領域Ｃに至るまでの接続部分としての機能を有する。領域Ｂは、台車カバー１０の下端が枕木方向１１０に広がっている。このとき、急激に下端部位置を変化させると、広がりの部分に流れが衝突することや、領域Ｂと領域Ｃとの接続部分で、流れが台車カバー１０に沿わずに剥離することにより、流体抵抗が増加することが考えられる。したがって、領域Ｂでは、例えば、最大１５°の傾斜とすること等、急な形状の変化はさせずに、レール方向１００に向かって、スロープ状に滑らかに形状を変化させることで、流体抵抗を低減することが可能となる。

領域Ｃは、台車カバー１０と車両構体１との取付金を設置する部分としての機能を有する。台車カバー１０は、取付金（図示せず）を介して、車両構体１と締結することができる。このとき、領域Ｃを２次元形状、すなわち、レール（車両長手）方向１００に向かって変化のない、車両構体１と同一の形状とすることにより、取付金の構造を簡素化することが可能となる。

領域Ｄは、領域Ｃから領域Ｅに至るまでの接続部分としての機能を有する。領域Ｂの場合と同様に、領域Ｄの台車カバー１０の下端は、枕木方向１１０に広がっていることから、流体抵抗を低減させるために、レール方向１００に向かって、例えば、最大１５°の傾斜とすること等、スロープ状に滑らかに形状を変化させている。このことにより、流体抵抗を低減することが可能となる。

領域Ｅは、台車２を構成する台車枠（側梁）が最も台車カバー１０に近くなる部分である。台車カバー１０の領域Ｅを、この台車枠に干渉しない範囲で可能な限り近づけることにより、車両の床下から台車周りの空隙部Ｓに流入する流れが抑制され、流体抵抗を低減させることが可能となる。

前述の通り、台車カバー１０を領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥの形状とすることにより、メンテナンス性を確保しつつ、車両構体１に作用する流体抵抗を低減することができ、運転動力を小さくすることができ、省エネルギー化を実現することができる。また、各領域が、レール方向１００の変化に対する枕木方向１１０の位置が一定であるか、もしくは、一定の割合で変化しているため、複雑な３次元構造とならずに、台車カバー１０を加工し易い構成として、コストを下げることができる。

なお、図１〜図４に示した台車カバー１０は、領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥが台車２のレール方向１００の中心位置を挟んで左右対称となっているが、必要に応じて、領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥのレール方向の寸法や台車カバー１０の下端部位置の枕木方向の拡大量を変更しても、所望も効果を得ることできる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態における鉄道車両の台車周りの側面図である。第２の実施形態では、図５を用いて第１の実施形態と異なる点を主に説明し、同一の箇所には同一の符号を付してある。

図５では、レール方向１００に対して、ヨーダンパ８（ダンパ受け部材８ａ）が斜めフサギ板６側に設置されている。このため、図５に示した台車カバー１０’は、レール方向１００において、ヨーダンパ８が設置されていない側について、領域Ｂを設けない構成例を示している。台車カバー１０’は、斜めフサギ板７から、斜めフサギ板６に向かって、領域Ａ、Ｃ２、Ｄ２、Ｅ、Ｄ、Ｃ、Ｂ、Ａの順に構成されている。

領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥの形状の特徴とその効果は実施例１で述べたものと同じである。

領域Ｃ２は、レール方向１００に対して、一方側の端部が領域Ａと接続され、他方側の端部が領域Ｄ２と接続されている。領域Ｃの下端部は、領域Ａ側から領域Ｄ２側に至るまで枕木方向１１０に位置は変化せず、中心線９１に対して平行となっている。このため、領域Ｃ２の下端部から中心線９１までの枕木方向１１０寸法はＷＡで一定であり、これは領域Ａと同等である。また、領域Ｃは、車両構体１との取り付けを行うための構成、例えば、車両構体１から下方に延びる取付部材に取り付けるための構成等を設けてもよい。また、領域Ｃの高さ寸法はＨ２Ａで一定であり、領域Ｃのレール５上面から下端部までの高さ寸法もＨ２で一定である。これらにより、領域Ｃ２の下端部の位置は、領域Ｃの下端部の位置よりも台車２の枕木方向１１０の中心側（内側、中心線９０側）に位置していることになる。

領域Ｄ２は、レール方向１００に対して、一方側の端部が領域Ｃ２と接続され、他方側の端部が領域Ｅと接続されている。そして、領域Ｄの下端部の枕木方向１１０（車両幅方向）の位置は、領域Ｃ２側から領域Ｅ側に向かうにつれて、枕木方向１１０に沿って中心線９１（９０）から離れる方向に徐々に広がっている。この広がっていく割合は一定とでき、例えば、レールの方向に対して最大１５°の傾斜角とすることができる。また、領域Ｄ２の高さ寸法はＨ２Ａで一定であり、領域Ｄのレール５上面から下端部までの高さ寸法もＨ２で一定である。領域Ｄ２のレール方向１００の寸法は、領域Ｄよりも広くなっている。このことで、下端部から中心線９１までの枕木方向１１０の寸法がＷＡからＷＤに変化しても緩やかな変化とすることができる。

第２の実施形態では、台車カバー１０’を構成する領域Ｃ２の下端部位置を、枕木方向１１０の外側（中心線９１から離れる方向）に広げず、内側に配置することにより、車両の床下から台車周りの空隙部Ｓ内に向かって流入する流れが抑制され、流体抵抗を低減させる効果を得ることができる。

なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…車両構体
２…台車
３…車軸
４…車輪
５…レール
６、７…斜めフサギ板
８…ヨーダンパ
１０、１０’…台車カバー
１１…側カバー
９０、９１…中心線

Claims (3)

1. 車両構体と、前記車両構体を支持しレール上に配置される台車と、前記台車に向かってレール方向に正対した斜めフサギ板と、前記台車の側面に配置される台車カバーとを備え、
   前記台車は、車軸を中心に回転する車輪が備えられ、
   前記台車カバーの下端部は、側方向から見たときに、前記斜めフサギ板の位置から前記台車の前記車輪にかかる位置までは、前記車軸よりも低い位置で達すると共に、前記車輪の位置では、前記車軸が見えるように、下端部の高さが前記車軸より高い位置に変化し、
   前記台車カバーの下端部は、前記台車カバーの他の領域の下端部よりも車両幅方向に拡大する部分を少なくとも１ヶ所有し、
   前記台車カバーの下端部において、前記車軸よりも低い位置で達する前記台車側の終端位置は、側方向から見て前記車輪の一部に重なる位置まで延在し、
   前記台車カバーは、下にいくに従い車両幅方向の中心から車両幅方向の距離が短くなるように形成されていることを特徴とする
   鉄道車両。
2. 請求項１に記載の鉄道車両において、
   前記台車カバーの下端部は、前記台車カバーの他の領域の下端部よりも車両幅方向に拡大する部分がレール方向に前記台車の中心を挟んでそれぞれ２ヶ所有することを特徴とする台車カバーを有する鉄道車両。
3. 請求項１又は請求項２に記載の鉄道車両において、
   前記台車カバーの下端部は、車両幅方向が一定の部分を少なくとも１ヶ所有することを特徴とする鉄道車両。

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