JP6777910B2 - ボルトの成形方法及びボルト、並びにボルト成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、ボルトの成形方法及びボルト、並びにボルト成形用金型に関し、特に射出成形を用いたボルトの成形方法及びボルト、並びにボルト成形用金型に関する。

従来におけるボルトの成形方法として、例えば、特許文献１に示す射出成形法が知られている。この射出成形法について、図９に基づいて説明する。
図９に示す符号１００は、射出成形法に用いられる分割可能な金型の一方の型を示している。この金型は、一方の型１００と、これと同様な形状に形成された他方の型（図示せず）とにより構成されている。そして、一方の型１００と他方の型とが組み合わさることにより、スプルー１０４、ランナー１０３、ゲート１０２、および、キャビティ１０１が形成されるように構成されている。

即ち、一方の型１００と他方の型とが組み合わさることにより、ボルトを成形するためのキャビティ１０１が形成される。
また、キャビティ１０１に対して、ゲート１０２を介してランナー１０３が設けられている。更に、このランナー１０３に外部から、長繊維を含む加熱溶融された熱可塑性合成樹脂組成物（以下、溶融樹脂）を注入するスプルー１０４が設けられている。

キャビティ１０１は、ボルトのヘッド成形部１０１ａと胴体成形部１０１ｂとネジ成形部１０１ｃとを有する。前記ゲート１０２は、ヘッド成形部１０１ａ側、かつ、キャビティ１０１の中心軸線上に設けられている。

次に、ボルトの成形方法について説明する。
先ず、射出ノズル（図示せず）により、スプルー１０４に溶融樹脂を注入する。この注入された溶融樹脂は、スプルー１０４、ランナー１０３、およびゲート１０２を順に流れ、ヘッド成形部１０１ａ側からキャビティ１０１側に流入する。

キャビティ１０１内に流入した溶融樹脂は、径の大きなヘッド成形部１０１ａから、径の小さな胴体成形部１０１ｂを介して、ネジ成形部１０１ｃに流れる。そして、ネジ成形部１０１ｃ、胴体成形部１０１ｂ、ヘッド成形部１０１ａの順に充填される。
この後、キャビティ１０１が冷却されて、溶融樹脂が固化する。そして、固化した樹脂を取り出すことにより、成形されたボルトが得られる。

特許文献１に開示された射出成形法によれば、溶融樹脂は、径の大きなヘッド成形部１０１ａから、径の小さな胴体成形部１０１ｂを介して、ネジ成形部１０１ｃに流れる。このため、溶融樹脂中の長繊維は、その流動方向（キャビティ１０１の軸線と平行な方向）に強く配向する。このため、成形されたボルトにおいても、長繊維が軸線と平行な方向に強く配向している。
すなわち、引張り破壊強度を向上させたボルトを成形することができる。

特開平７−２９３５３４号公報

しかしながら、前記射出成形法において、ネジ成形部１０１ｃに到達した溶融樹脂は、ネジ成形部１０１ｃの底部で塞き止められる。そして、この塞き止めによる衝撃で、長繊維が折れ曲がる、或いは破断し、ネジ成形部１０１ｃ（特に底部付近）においては、前記軸線に対する長繊維の配向が弱くなる虞がある。
このため、ボルトのネジ部にあっては、その機械的強度が弱くなり、ボルト全体としての機械的強度も弱くなる虞がある。

更には、前記射出ノズルをスプルー１０４に接触させる際に、スプルー１０４に外気が入り、これが溶融樹脂中に混入して気泡となることがある。このため、成形されたボルト内にも気泡が残存し、ボルトの機械的強度を劣化させるという課題が存在する。

本発明は、前記した技術的な観点に着目してなされたものであり、ボルトにおける長繊維の配向の乱れを抑制すること、且つ、気泡の混入を抑制することにより、機械的強度を向上させることができるボルトの成形方法及びボルト、並びにボルト成形用金型を提供することを目的とする。特に、軸線方向の引張強度だけでなく、ねじり方向に対する強度が高いボルトを提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係るボルトの成形方法は、一端側にゲートが設けられたキャビティの他端側に余剰部形成部が連通して形成された金型を用い、射出成形によりボルトを成形するボルトの成形方法であって、
前記ゲートを介し、前記キャビティの一端側から溶融樹脂を流入するとともに、前記溶融樹脂に含まれる繊維を前記キャビティの軸方向に沿って配向させる工程と、前記キャビティの他端で前記溶融樹脂の流れを塞き止めることなく、該溶融樹脂を前記余剰部形成部と前記キャビティとに順に充填する工程と、前記金型内に充填された樹脂の固化後に前記余剰部形成部により成形された余剰部を除去する工程と、を含むことに特徴を有する。
尚、前記金型は、前記キャビティの一端側に、前記溶融樹脂を分流する分流手段を有し、前記分流手段を介して前記キャビティに前記溶融樹脂を流入させることが望ましい。
尚、前記分流手段は、分岐したゲートであることが望ましい。或いは、前記分流手段は、前記溶融樹脂の流れを分岐するピンが設けられたゲートであってもよい。

このような成形方法によれば、従来例で説明した、溶融樹脂の流れを塞き止めることによる長繊維の配向の乱れは、余剰部成形部の底部において生じることになる。そのため、キャビティ（ボルト）の底部において、長繊維の配向の乱れがなくなる。これにより、ボルトの底部においても機械的な強度が向上し、ボルト全体としての機械的な強度も向上させることができる。
また、溶融樹脂は、キャビティを通り、余剰部成形部に到達する。このため、スプルーから侵入する外気は、溶融樹脂の流れにより余剰部成形部に押し込められる。このため、前記外気が、キャビティ（ボルト）に溜まるのを抑制することができ、ボルトの機械的な強度を向上させることができる。
また、分流手段を設けることにより、溶融樹脂中の長繊維が、流動方向（キャビティの軸線と平行な方向）に強く配向する。このため、長繊維はキャビティの軸線に平行な方向に強く配向する。これにより、成形されたボルトの機械的な強度を向上させることができる。

また、前記した課題を解決するために、本発明に係るボルトは、固化状態において、少なくともボルト側面側に、ボルト軸方向に沿って配向された複数の第１の繊維と、固化状態において、ボルト軸方向と交差する方向に配向され、ボルト周方向に複数配置された円弧状の第２の繊維と、を備えることに特徴を有する。
このようなボルトによれば、軸線方向の引張強度だけでなく、ねじり方向に対する強度も向上させることができる。

また、前記した課題を解決するために、本発明に係るボルト成形用金型は、射出成形においてボルトと余剰部とからなる成形品の成形に用いられるボルト成形用金型であって、溶融樹脂とともに流れることにより配向される繊維を含む前記溶融樹脂を流し込むゲートが一端側に形成され、ボルトを成形するためのキャビティと、前記キャビティの他端で前記溶融樹脂の流れを塞き止めないように前記キャビティの他端側に連通して形成され、前記余剰部を成形するための余剰部形成部と、を備えることに特徴を有する。
尚、前記キャビティのゲート側に、前記流し込まれる溶融樹脂を分流する分流手段が設けられていることが望ましい。
また、前記分流手段は、分岐したゲートであることが望ましい。或いは、前記分流手段は、前記溶融樹脂の流れを分岐するピンが設けられたゲートであってもよい。

このような構成のボルト成形用金型によれば、従来例で説明した、溶融樹脂の流れを塞き止めることによる長繊維の配向の乱れは、余剰部成形部の底部において生じることになる。そのため、キャビティ（ボルト）の底部において、長繊維の配向の乱れがなくなる。これにより、ボルトの底部においても機械的な強度が向上し、ボルト全体としての機械的な強度も向上させることができる。
また、溶融樹脂は、キャビティを通り、余剰部成形部に到達する。このため、スプルーから侵入する外気は、溶融樹脂の流れにより余剰部成形部に押し込められる。このため、前記外気が、キャビティ（ボルト）に溜まるのを抑制することができ、ボルトの機械的な強度を向上させることができる。

ボルトにおける長繊維の配向の乱れを抑制すること、且つ、気泡の混入を抑制することにより、機械的強度を向上させることができるボルトの成形方法及びボルト、並びにボルト成形用金型を提供することができる。特に、軸線方向の引張強度だけでなく、ねじり方向に対する強度が高いボルトを提供することができる。

図１は、本発明にかかる分割可能に形成された金型における一方の型の平面図である。 図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図であり、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面図である。 図３は、本発明にかかるボルトの成形方法を示すフローチャートである。 図４は、図３に示した成形方法により得られたボルトを模式的に示す断面図である。 図５は、図１に示す一方の型の第１の変形例を示す平面図である。 図６は、図１に示す一方の型の第２の変形例を示す平面図である。 図７は、図１に示す一方の型の第３の変形例を示す平面図である。 図８は、図１に示す一方の型の第４の変形例を示す平面図である。 図９は、従来のボルト用金型を模式的に示す側面図である。

先ず、本発明にかかるボルトの成形方法及びボルト、並びにボルト成形用金型について図１乃至図３を用いて説明する。図１は、分割可能に形成されたボルト成形用金型における一方の型の平面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）は、それぞれ図１の金型のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図である。図３は、本発明にかかるボルトの成形方法の流れを示すフロー図である。

図１に示す符号１はボルトの成形に用いられる金型（ボルト成形用金型）であって、この金型１は分割可能に構成されている。金型１は、この金型１のうちの一方の型１ａと、この一方の型と同様に形成され、対をなす他方の型（図示せず）とにより構成されている。そして、前記一対の型が組み合わさることにより、以下に述べるキャビティ２、ゲート３、およびランナー４が形成される。
すなわち、前記一対の型が組み合わさることにより、金型１内にボルトを成形するためのキャビティ２が形成される。このキャビティ２に対してゲート３を介しランナー４が設けられる。更に、このランナー４に、スプルー５が設けられる。成形の際には、このスプルー５に対し、射出ノズル（図示せず）より溶融樹脂が射出される。

なお、本実施形態において、溶融樹脂は、長繊維を含む樹脂材料（ペレット）を加熱溶融することにより得たものである。本実施の形態において、長繊維とは、樹脂材料（ペレット）に含有されるとともに、該樹脂材料（ペレット）の長さと同じ長さで一方向に連続した繊維を指す。また、短繊維とは、樹脂材料（ペレット）に含有され、該樹脂材料（ペレット）の長さよりも短く、一方向に連続せずに、それぞれ異方向に配向された繊維を指す。
そして、この長繊維の材料として、例えば、ナイロン，芳香族ナイロン，ポリプロピレン（ＰＰ），ポリカーボネート（ＰＣ），ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ），ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のいずれかが好適に選択される。

前記キャビティ２は、ボルトのヘッド部を成形するヘッド成形部２ａと、ボルトの胴体部を成形する胴体成形部２ｂとを有する。
ゲート３は、キャビティ２と同軸上であって、ヘッド成形部２ａ側に設けられている。ゲート３は二股状に形成され、溶融樹脂を分流する分流手段として機能する。すなわち、ゲート３は、ランナー４を介して流入する溶融樹脂を二手に分流し、キャビティ２に注入する。

また、余剰部成形部（タブ）６が、キャビティ２と同軸上であって、胴体成形部２ｂの後端側（ゲート３に対し下流側）に設けられている。この余剰部成形部６は、両端が開口する中空状に形成され、先端側はキャビティ２と連通している。そして、余剰部成形部６の後端側は封止部材７により封止されている。これにより、キャビティ２を介して余剰部成形部６に流入した溶融樹脂が、余剰部成形部６から外部に流出しないようになっている。

なお、図１に示すように、金型１には、複数（４つ）のキャビティ２が設けられている。そして、これらがスプルー５を中心として、左右対称に設けられている。そして、スプルー５から注入された溶融樹脂は、ランナー４および各ゲート３を介して、各キャビティ２に均等に流入するようになっている。

続いて、この発明にかかるボルトの成形方法について、図３のフローに沿って説明する。
先ず、スプルー５から、前記射出ノズルを介して、金型１内に長繊維を含む溶融樹脂を注入する。そして、注入された溶融樹脂が、ランナー４を介して、各ゲート３に流入する。
ゲート３に流入した溶融樹脂は、二手に分流されて、キャビティ２に流入する。このとき、二手に分かれた溶融樹脂はキャビティ２内で合流し、ボルト中央に壁を形成するようにしてキャビティ２内を流れる。これにより、ボルト中心軸を含むボルト中央部には、壁状に複数の長繊維が軸方向に沿って配向される。また、キャビティ２内において溶融樹脂は、キャビティ２の壁に沿って流れるため、壁側においても複数の長繊維が軸方向に沿って配向される。
キャビティ２に流入した溶融樹脂は、キャビティ２を通過して、余剰部成形部６に流入する。そして、余剰部成形部６、キャビティ２がこの順に連続して充填される（図３のステップＳ１）。

その後、金型１を冷却し、溶融樹脂を固化させる（図３のステップＳ２）。そして、金型１を開けて、固化した成形物を取り出す。そして、固化した成形品のうち、余剰部成形部６により成形された部分を除去（切断）する（図３のステップＳ３）。
上記のステップ（Ｓ１〜Ｓ３）を経ることにより、図４に示すボルトを得ることができる。図４は、ボルトの繊維形状を模式的に示す断面図である。

図４に示すように、ボルト２０の内部には、ボルト中央及び側面側（螺子部２３より内側の部位を含む）においてボルト軸方向に沿って配向され、壁状に配置された複数の第１の長繊維２１と、ボルト軸方向と交差する方向に配向された円弧状の第２の長繊維２２が周方向に複数配置されている。
尚、ボルト２２の先端近傍において、第１の長繊維２１および第２の長繊維２２は、乱れることなく配向している。

このように本発明にかかる実施の形態によれば、二股状に形成されたゲート３により、溶融樹脂が二手に分流され、その後、キャビティ２で合流して流入することになる。
これによって、溶融樹脂中の長繊維は、少なくともボルト中心軸とボルト側面側において流動方向（キャビティ２の軸線と平行な方向）に強く配向する。このため、キャビティ２の軸線に平行な方向に強く配向した第１の長繊維２１を有するボルトを成形することができ、このボルトの引張り強度を向上させることができる。
さらに、ボルト２０において、前記第１の長繊維２１が配置された部位以外の部分には、ボルト軸方向と交差する方向に配向された円弧状の第２の長繊維２２が周方向に複数配置されるため、軸線方向に対する引張強度だけでなく、ねじり方向に対する強度も向上させることができる。

また、金型１には、余剰部成形部６が設けられているため、従来例で説明したような、溶融樹脂の流れを塞き止めることによる長繊維の配向の乱れ（長繊維の破断）は、余剰部成形部６の底部において生じることになる。これにより、図４に示すように、ボルト２０の底部における長繊維の配向の乱れが生じることがなく、ボルト底部においても機械的な強度を向上し、ボルト全体としての機械的な強度も向上させることができる。

また、溶融樹脂は、キャビティ２を通り、余剰部成形部６に到達するため、図９において説明した、スプルー１０４から樹脂に混入する外気は、溶融樹脂の流れにより余剰部成形部６内に押し込められる。
このため、気泡が、キャビティ（ボルト）２に混入することを抑制することができ、その結果、ボルトの機械的強度を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、射出成形によりボルトを成形している。このため、一つの金型に複数のキャビティを設けることができる。これにより、短時間で複数のボルトを製造でき、製造にかかるコストを抑えることができる。

続いて、本発明にかかる金型の第１〜第４の変形例を図５〜図８に示す。なお、図５〜図８には、一方の型の平面図を示している。なお、この金型における説明では、図１に示した部材と同一または相当する部材は、同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

（第１の変形例）
図５は、第１の変形例にかかる型１０ａの上面図である。
型１０ａの基本形状は、図１に示した型１ａと同じである。しかし、型１０ａは、軸線ゲート３０が分岐しておらず、そのゲート３０がキャビティ（ボルト）２と同軸上に設けられている点に特徴を有する。

このような形状の型１０ａを用いた成形においても、図１に示した型１ａを用いた場合と同様に、溶融樹脂の流れを塞き止めることによる長繊維の配向の乱れは、余剰部成形部６の底部において生じることになる。そして、キャビティ（ボルト）２の底部においては、長繊維の配向の乱れがなくなる。このため、ボルトの底部においても機械的な強度が向上し、ボルト全体としての機械的な強度も向上させることができる。

また、前記した実施の形態と同様に、前記外気がキャビティ（ボルト）２に混入するのを抑制でき、また、短時間で複数のボルトを製造できる。

（第２の変形例）
続いて、本発明にかかる金型の第２の変形例について説明する。図６は、第２の変形例にかかる型１１ａの上面図である。
型１１ａの基本形状は、図５に示した型１０ａと同じである。しかし、型１１ａは、ゲート３１に溶融樹脂を分流するためのピン３１ａが設けられている点に特徴を有する。このピン３１ａは、ゲート３１の軸線上に設けられている。
そして、ボルトの成形においては、このピン３１ａにより、溶融樹脂は分流される。そして、キャビティ２に流入する。

型１１ａを用いたボルトの成形においては、ピン３１ａにおいて溶融樹脂が分流される。これによって、溶融樹脂中の長繊維は、前記流動方向に強く配向し、キャビティ２に流入する。このため、軸線方向に強く配向した長繊維を有するボルトを成形することができ、このボルトの機械的な強度（例えば、引張り強度）を向上させることができる。

また、前記した実施の形態と同様に、前記外気がキャビティ（ボルト）２に溜まるのを抑制でき、短時間で複数のボルトを製造でき、図４で示した繊維形状のボルトと同様のボルトを成形することができる。

（第３の変形例）
続いて、本発明にかかる金型の第３の変形例について説明する。図７は、第３の変形例にかかる型１２ａの上面図である。
型１２ａの基本形状は、図５に示した型１０ａと同じである。しかし、型１２ａは、キャビティ２の構造が、型１０ａのそれとは反対になっていることに特徴を有する。すなわち、余剰部成形部６側にヘッド成形部２ａが設けられ、ゲート３側に胴体成形部２ｂが設けられている。また、ゲート３２の先端３２ａの径を、胴体成形部２ｂの径に合わせ、小さくしていることに特徴を有する。
そして、ボルトの成形においては、溶融樹脂が胴体成形部２ｂ側から流入し、胴体成形部２ｂ、ヘッド成形部２ａ、余剰部成形部６をこの順に流れる。そして、溶融樹脂は、余剰部成形部６、ヘッド成形部２ａ、胴体成形部２ｂの順に充填される。

型１２ａを用いたボルトの成形においては、ゲート３２の径が、その先端３２ａで小さくなっている。このため、溶融樹脂は縮小流動されてキャビティ２に流入する。これにより、溶融樹脂中の長繊維は、前記流動方向に配向する。このため、軸線方向に強く配向した長繊維を有するボルトを成形することができ、このボルトの機械的な強度（例えば、引張り強度）を向上させることができる。

また、前記した実施の形態と同様に、前記外気がキャビティ（ボルト）２に混入することを抑制でき、短時間で複数のボルトを製造でき、図４で示した繊維形状のボルトと同様のボルトを成形することができる。

（第４の変形例）
続いて、本発明にかかる金型の第４の変形例について説明する。図８は、第４の変形例にかかる型１３ａの上面図である。
型１３ａの基本形状は、図７に示した型１２ａと同じである。しかし、型１３ａは、ゲート３３に溶融樹脂を分岐するためのピン３３ａが設けられている点に特徴を有する。このピン３３ａは、キャビティ２と同軸上に設けられている。
そして、ボルトの成形において、このピン３３ａにより、溶融樹脂は分流される。そして、溶融樹脂が胴体成形部２ｂ側から流入し、胴体成形部２ｂ、ヘッド成形部２ａ、余剰部成形部６をこの順に流れる。そして、溶融樹脂は、余剰部成形部６、ヘッド成形部２ａ、胴体成形部２ｂの順に充填される。

型１３ａを用いたボルトの成形においては、ピン３３ａにおいて溶融樹脂が分流される。さらに、第３変形例として示したように、溶融樹脂は、胴体成形部２ｂとの連結部分において縮小流動する。
これにより、溶融樹脂中の長繊維は、前記流動方向に配向する。このため、軸線方向に強く配向した長繊維を有するボルトを成形することができ、このボルトの機械的な強度（例えば、引張り強度）を向上させることができる。

また、前記した実施の形態と同様に、前記外気がキャビティ（ボルト）２に混入することを抑制でき、短時間で複数のボルトを製造でき、図４で示した繊維形状のボルトと同様のボルトを成形することができる。

本発明に係るボルトについて、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施形態に示した金型（図１，図５〜図８）を作製し、前記した成形方法によりボルトを成形した。そして、得られたボルトに対して、引張り破断試験、及びねじり破断試験を行った。
比較例として、熱可塑性短繊維樹脂を含む同形状のボルト（従来製品）を用い、同様に引張り破断試験、及びねじり破断試験を行った。

本試験の結果、本実施例に係るボルト（図１、図５、図６、図７、図８のいずれかの金型により成形されたボルト）のすべてが、比較例に係るボルトよりも長く破断せずに持ち堪えることができ、比較例よりも少なくとも１．５倍（１５０％）の強度を有することを確認することができた。
また、本実施例の中でも、図１に示した金型を用いて成形したボルトが、最も長い時間破断せず、最も高い引張り強度を有することがわかった。

以上の実施例の結果、本発明によれば、樹脂製のボルトの機械的強度を従来よりも向上させることができることを確認した。

１ 金型
１ａ 一方の型
２ キャビティ
２ａ ヘッド成形部
２ｂ 胴体成形部
３ ゲート
４ ランナー
５ スプルー
６ 余剰部成形部（タブ）
７ 封止部材
１０ａ 型
１１ａ 型
１２ａ 型
１３ａ 型
２０ ボルト
２１ 第１の長繊維
２２ 第２の長繊維
３０ ゲート
３１ ゲート
３１ａ ピン
３２ ゲート
３２ａ 先端
３３ ゲート
３３ａ ピン

Claims (9)

1. 一端側にゲートが設けられたキャビティの他端側に余剰部形成部が連通して形成された金型を用い、射出成形によりボルトを成形するボルトの成形方法であって、
   前記ゲートを介し、前記キャビティの一端側から溶融樹脂を流入するとともに、前記溶融樹脂に含まれる繊維を前記キャビティの軸方向に沿って配向させる工程と、
   前記キャビティの他端で前記溶融樹脂の流れを塞き止めることなく、該溶融樹脂を前記余剰部形成部と前記キャビティとに順に充填する工程と、
   前記金型内に充填された樹脂の固化後に前記余剰部形成部により成形された余剰部を除去する工程と、
   を含むことを特徴とするボルトの成形方法。
2. 前記金型は、前記キャビティの一端側に、前記溶融樹脂を分流する分流手段を有し、
   前記分流手段を介して前記キャビティに前記溶融樹脂を流入させることを特徴とする請求項１記載のボルトの成形方法。
3. 前記分流手段は、分岐したゲートであることを特徴とする請求項２記載のボルトの成形方法。
4. 前記分流手段は、前記溶融樹脂の流れを分岐するピンが設けられたゲートであることを特徴とする請求項２記載のボルトの成形方法。
5. 固化状態において、少なくともボルト側面側に、ボルト軸方向に沿って配向された複数の第１の繊維と、
   固化状態において、ボルト軸方向と交差する方向に配向され、ボルト周方向に複数配置された円弧状の第２の繊維と、
   を備えることを特徴とするボルト。
6. 射出成形においてボルトと余剰部とからなる成形品の成形に用いられるボルト成形用金型であって、
   溶融樹脂とともに流れることにより配向される繊維を含む前記溶融樹脂を流し込むゲートが一端側に形成され、ボルトを成形するためのキャビティと、
   前記キャビティの他端で前記溶融樹脂の流れを塞き止めないように前記キャビティの他端側に連通して形成され、前記余剰部を成形するための余剰部形成部と、
   を備えることを特徴とするボルト成形用金型。
7. 前記キャビティのゲート側に、前記流し込まれる溶融樹脂を分流する分流手段が設けられていることを特徴とする請求項６記載のボルト成形用金型。
8. 前記分流手段は、分岐したゲートであることを特徴とする請求項７記載のボルト成形用金型。
9. 前記分流手段は、前記溶融樹脂の流れを分岐するピンが設けられたゲートであることを特徴とする請求項７記載のボルト成形用金型。

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