JP6813997B2 - エアバッグ装置を備えた小型飛行体 - Google Patents

Description

本発明は、エアバッグ装置を備えた小型飛行体に関する。

無線操縦により飛行するかまたは自動操縦により自律飛行できる小型飛行体（いわゆるドローン）が様々な分野で使用されており、例えば、人が立ち入ることが難しい災害現場、火山、山、森林、砂漠、海、湖、河川、各種建造物などを含む領域を低空から撮影する用途などに使用されている。
このような撮影用途に使用する場合、ドローンにビデオカメラなどの高価な撮影装置やデータの送信装置などを取り付けることになるが、何からのアクシデントによってドローンが墜落して地面、立木、建造物などに衝突した場合には、ドローン自体に加えて、前記撮影装置や記録された貴重なデータが損傷してしまうおそれがある。
また、ドローンが墜落した地点の器物を損壊させたり、落下地点に人がいた場合には、怪我を負わせたりするおそれがある。さらに湖などに墜落したときは水没して撮影装置などが回収できなくなってしまうおそれもある。
大型飛行体については、エアバッグ（バルーン）やパラシュートなどを備えた発明がある（特許文献１〜３）。

特開平８−１９２７９７号公報 特開２００９−５１４７４０号公報 特開２００９−２０８６７４号公報

本発明は、落下して地面などに衝突したときに、落下地点の器物や人へのダメージやドローン自体が受ける衝撃を緩和できる小型飛翔体を提供することを課題とする。

本発明は、エアバッグ装置を有する、無線操縦により飛行するかまたは自動操縦により自律飛行できる最大長が２ｍ以下の小型飛行体であり、
前記小型飛行体が、コントローラとバッテリを含む本体部と、フレーム、プロペラ、モーターおよび送受信アンテナを有しているものであり、
前記エアバッグ装置が、ガス供給手段およびエアバッグを有しており、前記本体部に取り付けられているものであり、
さらに前記本体部と前記エアバッグ装置のいずれかがセンサーと制御装置を有しており、
前記ガス供給手段が、閉塞部材を破壊して開口することで内部のガスを放出できるガスボンベと、前記ガスボンベの閉塞部材を開口させる電気式点火器を含んだ破壊手段と、前記ガスボンベ内の加圧ガスをエアバッグに導入して膨張させるための導入手段を備えたものである、小型飛行体を提供する。

本発明の小型飛行体はエアバッグ装置を備えているため、何からのアクシデントによってドローンが墜落して地面、立木、建造物などに衝突した場合には、エアバッグを膨張展開させることで衝突時の衝撃を緩和することができる。このため、小型飛行体に高価な撮影装置やデータの送信装置などが取り付けられている場合でも、それらを保護して損傷することを防止することができる。また、落下地点にある器物や、万一、人がいた場合でも、被害を軽減することができる。

エアバッグ装置を取り付けた小型飛行体の正面図。 図１の一側面図。 エアバッグ装置で使用するガス供給手段の長軸方向断面図。 図３とは別実施形態であるガス供給手段の長軸方向断面図。 エアバッグが展開した状態の小型飛行体の平面図。 別実施形態のエアバッグが展開した状態の小型飛行体の正面図。 図６の下側から（エアバッグ側から）見た平面図であり、位置関係が分かるようにエアバッグで見えない部分も実線で示している。 さらに別実施形態のエアバッグが展開した状態の下側から（エアバッグ側から）見た平面図であり、位置関係が分かるようにエアバッグで見えない部分も実線で示している。

本発明の小型飛行体は、無線操縦により飛行するかまたは自動操縦により自律飛行できる最大長が２ｍ以下のものであり、一般にドローンと称されているものである。
最大長は、小型飛行機の最も長い部分の長さであり、図１では二つのプロペラ６ａ、６ｂ間の長さである。
小型飛行体は、コントローラとバッテリを含む本体部と、フレーム、プロペラ、モーターおよび送受信アンテナを有しているものであり、その他、機種によって異なる必要な部品を有しているものである。
送受信アンテナ（図示せず）は、受信アンテナのみでもよいし、受信アンテナと送信アンテナの両方でもよい。

図１、図２に示すものは小型飛行体１の一実施形態であり、コントローラとバッテリを含む本体部２、フレーム４ａ、４ｂ、モーター５ａ、５ｂ、プロペラ６ａ、６ｂを有している。
図１、図２に示す小型飛行体１では、フレームは２本であるが、２〜１０本の範囲、またはそれ以上を有していてもよいし、モーターやプロペラもフレームと同数を有していてもよい。
さらに図１、図２に示す小型飛行体１は、本体部２に取り付けられたスキッド式のランディングギア（降着装置）７ａ、７ｂを有しているが、他の形状のランディングギアでもよいし、ランディングギアがなくフレームで代替されているものでもよい。

小型飛行体１は、本体部２またはフレーム４ａ、４ｂのいずれか一方または両方にまたがって、必要に応じて他の取り付け部品を使用して、ビデオカメラ、カメラなどの撮影装置が取り付けられていてもよい。

エアバッグ装置が収容されたケース１０は、本体部２の底面２ａに取り付けられているが、４つの側面３のいずれかに取り付けられていてもよい。さらにそれら以外に天面２ｂにも取り付けられていてもよい。また、７ａ、７ｂの降着装置に他の取り付け部品を使用して取り付けられてもよい。
ケース１０は、自動車に搭載されているエアバッグやインフレータが収容されたモジュールケースと同じものを使用することができる。
エアバッグ装置は、ガス供給手段、センサー、制御装置および折り畳まれたエアバッグを有しており、ガス供給手段、センサー、制御装置はそれぞれが導体を介して電気的に電源（バッテリ）に接続されている。
バッテリは、ケース１０内に収容されたものを使用してもよいし、小型飛行体１の本体部２内のバッテリを使用してもよい。
なお、センサーと制御装置は、小型飛行体１の本体部２に取り付けられていてもよい。

図３に示すガス供給手段は、特開２０１５−６２５４５号公報の図３に示すものと同じガス供給手段（第１ガス供給手段）３５を使用することができる。
アルミニウムやステンレスからなる三又管４０は、主管４１と、主管４１の周面から垂直方向に分岐した１本の枝管４２からなる。

主管４１の一端開口部４１ａ側には、ガスボンベ４５の閉塞部材４７を含む部分が接続されている。
主管４１とガスボンベ４５は、溶接することで接続されていてもよいが、主管４１の一端開口部４１ａにガスボンベ４５をねじ込むことで接続されていてもよい。
ガスボンベ４５の内部空間４６には、アルゴン、ヘリウム、窒素、二酸化炭素などの不燃性ガスが充填されている。ガスの充填量は、使用するエアバッグを全て膨張できる量である。
ガスボンベ４５の開口部は円形の閉塞部材４７で閉塞されている。閉塞部材４７は、内部空間４６の圧力を受けて椀状に変形している。

主管４１の他端開口部４１ｂには破壊手段が接続されている。
破壊手段は、電気式点火器５０と、電気式点火器５０の作動による衝撃波を受けて直進し、閉塞部材４７を破壊して開口するための飛翔体５５からなるものである。
電気式点火器５０は、公知のエアバッグ装置のガス発生器で使用している電気式点火器と同じものを使用することができる。点火薬としては、感度が高いことから、ＺＰＰ（ジルコニウムと過塩素酸カリウムを含む混合物）、ＴＨＰＰ（水素化チタンと過塩素酸カリウムを含む混合物）を使用するものが好ましい。
電気式点火器５０は、金属および樹脂からなる点火器保持部５２と、点火器保持部５２で包囲されて保持された点火器本体５１からなるものである。
電気式点火器５０は、主管４１の他端開口部４１ｂをかしめることで接続されていてもよいし、他端開口部４１ｂ内に点火器保持部５２をねじ込むことで接続されていてもよい。

飛翔体５５は、円板部５６、円板部５６の中心から垂設された軸部５７、軸部５７の先端に形成された矢尻部（鋭角部）５８からなるものである。鋭角部は、矢尻部のほか、棒先端部を軸方向に斜めに切断したようなもの（例えば、竹槍状のもの）でもよい。
円板部５６は、電気式点火器５０側に位置し、矢尻部５８は閉塞部材４７側に位置するように配置されており、矢尻部５８の先端は、枝管４２の開口部４２ａよりも閉塞部材４７側に位置するように配置されている。
矢尻部５８の先端が距離Ｌ₁だけ移動して閉塞部材４７に衝突したとき、円板部５６は同じ距離Ｌ₁だけ移動するが、Ｌ₁＜Ｌ₂の関係であるため、円板部５６は枝管４２の開口部４２ａよりも電気式点火器５０側に位置するように調整されている（即ち、円板部５６が開口部４２ａに到達しない位置になるように調整されている）。
矢尻部５８の先端が閉塞部材４７に衝突する前に円板部５６が枝管４２の開口部に当接すると、矢尻部５８の先端部が閉塞部材４７の中心点に衝突しないおそれがあるが、Ｌ₁＜Ｌ₂の関係であることから、前記のようなおそれはない。

作動時において、閉塞部材４７が飛翔体５５で確実に破壊できるようにするためには、電気式点火器５０の作動による衝撃波を受けて飛翔体５５が主管４１内を直進でき、かつ矢尻部５８の先端が閉塞部材４７の中心点に衝突できるようにすることが望ましいが、破壊できるのであれば中心点近傍に衝突できるようにしてもよい。
このような動作ができるようにするため、円板部５６の外径は主管４１の内径と近似するように（円板部５６の外径＜主管４１の内径で、かつ近似するように）調整されることでガイド部材としての機能が付与されている。
さらに円板部５６のガイド機能に加えて、上記したＬ₁＜Ｌ₂の関係を満たすようにすることで、閉塞部材４７が飛翔体５５で破壊することが容易になる。
なお、作動しないときに飛翔体５５が軸方向に移動しないようにするため、主管４１の内周面に軸方向に間隔をおいて２つの凸部４３、凸部４４を形成し、それらの間に円板部５６が位置するようにすることができる。
凸部４３、凸部４４は、突き出し高さの小さなものであるから、組立時には開口部４１ｂ側から小さな力で圧入して飛翔体５５を挿入することができ、作動時には飛翔体５５（円板部５６）の移動が妨げられることはない。
その他、バネなどの弾性部材を用いて、作動前に飛翔体５５を点火器５０側に付勢しておき、作動後においてもバネの力で飛翔体を点火器５０側に戻すようにしてもよい。

枝管４２には導入手段６０が接続されている。
図３に示すとおり、導入手段６０は、可撓性チューブ６２と、可撓性チューブ６２の端部に設けられた口金６１からなるものである。
口金６１は、枝管４２にねじ込まれることで接続されている。
可撓性チューブ６２は、樹脂またはゴムからなるチューブであり、エアバッグに接続されている。

また図３に示すガス供給手段３５に替えて、図４に示す第２ガス供給手段135を使用することもできる。
図４に示す第２ガス供給手段135は、アルミニウムやステンレスからなる三又管４０は、主管４１と、主管４１の周面から垂直方向に分岐した第１枝管４２ａと第２枝管４２ｂの２本の枝管からなる。

第１枝管４２ａには第１導入手段６０ａが接続されている。
図４に示すとおり、第１導入手段６０ａは、第１可撓性チューブ６２ａと、第１可撓性チューブ６２ａの端部に設けられた第１口金６１ａからなるものである。
第１口金６１ａは、第１枝管４２ａにねじ込まれることで接続されている。
第１可撓性チューブ６２ａは、樹脂またはゴムからなるチューブであり、エアバッグに接続されている。

第２枝管４２ｂには第２導入手段６０ｂが接続されている。
図４に示すとおり、第２導入手段６０ｂは、第２可撓性チューブ６２ｂと、第２可撓性チューブ６２ｂの端部に設けられた第２口金６１ｂからなるものである。
第２口金６１ｂは、第２枝管４２ｂにねじ込まれることで接続されている。
第２可撓性チューブ６２ｂは、樹脂またはゴムからなるチューブであり、エアバッグに接続されている。

図３に示す第１ガス供給手段３５は、一つのエアバッグを膨張展開させるものであるが、図４に示す第２ガス供給手段135は、二つのエアバッグを膨張展開させることができる。
また、第１ガス供給手段３５、第２ガス供給手段135に替えて、３本の枝管（第１枝管、第２枝管および第３枝管）を含む複数の部材を有する、３つのエアバッグを膨張展開させることができる第３ガス供給手段を使用することもできる。
第２ガス供給手段135と第３ガス供給手段に替えて、第１ガス供給手段３５の可撓性チューブ６２を二叉または三つ叉にして、それぞれ二つのエアバッグまたは三つのエアバッグに接続したものを使用することもできる。

図示していないセンサーは、制御装置と連動してエアバッグ装置を作動させるためのものであり、小型飛行体１が正常飛行できない状態になって落下するときの落下速度を検知する速度センサー、小型飛行体１の飛行時の角度を検知する角度センサーなどの公知のセンサーを使用することができる。
なお、センサーに加えて、操縦者の指示でエアバッグ装置を作動できるようにしてもよい。
制御装置（ＣＰＵ）は、自動車などに搭載されている公知のエアバッグ装置で使用しているものを使用することができる。

エアバッグは、自動車などに搭載されている公知のエアバッグ装置で使用しているものを使用することができるが、前記エアバッグ装置のエアバッグとは異なり、ガスを排出するためのベント口は有していない。
エアバッグの膨張展開時の形状は特に制限されるものではなく、小型飛行体１の構造および形状に応じて適宜選択することができる。例えば、球状、円板状（平面形状が円形）、楕円板状（平面形状が楕円形）、多角板状態（平面形状が多角形）、なす形状、棒状、浮き輪状、舟形、前記した各形状の二つ以上のエアバッグが一箇所または２箇所以上で接続されている形状（例えば、ヨットの双胴艇や三胴艇のような形状）などにすることができる。

本発明の小型飛行体１は、必要に応じて本体部またはフレームにパラシュート装置を取り付けることができる。
前記パラシュート装置は、エアバッグ装置の補助的な装置として使用するものであり、小型飛行体１が落下するときの落下速度を減速するためのものである。このため、作動時に展開するパラシュートの直径は、本体部２と同程度の大きさか、または本体部２と、本体部２からにフレーム４ａ、４ｂの１／３程度の長さ範囲のものが好ましい。

次に図５〜図８により小型飛行体１においてエアバッグ装置が作動したときの動作を説明する。
図５は、３つのエアバッグ５１、５２、５３を有するエアバッグ装置を使用した実施形態であるが、エアバッグはエアバッグ５１のみでもよいし、エアバッグ５２、５３の二つでもよい。
ケース１０内のエアバッグ装置は電源のスイッチを入れ、センサー、制御装置、加圧ガス供給手段（電気式点火器）が作動可能な状態にする。
エアバッグがエアバッグ５１のみであるときは図３に示すガス供給手段３５を使用し、エアバッグがエアバッグ５２、５３の二つであるときは図４に示すガス供給手段135を使用し、エアバッグがエアバッグ５１〜５３の三つであるときは第３ガス供給手段を使用する。
以下においては、エアバッグがエアバッグ５１のみであるときを中心にして説明する。

小型飛行体１が故障などの理由で墜落して地面などに衝突するとき、異常を検知したセンサーが作動して信号を制御装置に送り、制御装置の指令により第１ガス供給手段３５（または第２ガス供給手段135、第３ガス供給手段）の電気式点火器５０が作動する。
電気式点火器５０の作動により燃焼生成物（火炎や衝撃波など）が発生して、飛翔体５５の円板部５６に衝突するため、飛翔体５５は主管４１内を直進して閉塞部材４７の中心に衝突し、閉塞部材４７が確実に破壊される。
閉塞部材４７が破壊されて開口されると、ガスボンベ４５内に充填されている加圧ガスが排出されて三又管４０に入り、枝管４２から保護層２０内のエアバッグ５１内に流入して膨張展開させる。
第２ガス供給手段135を使用したときはエアバッグ５２、５３を膨張展開させ、第３ガス供給手段を使用したときはエアバッグ５１〜５３を膨張展開させる。
なお、図３、図４では閉塞部材４７の破壊に飛翔体５５を用いているが、電気式点火器５０のみでの破壊（例えば特開2003-25951公報の図１に示すような）構造を有するガス供給手段であってもよい。

センサーが異常を検知して、電気式点火器５０が作動して、エアバッグ５１が膨張するまでの時間は、数十ミリ秒〜数秒にすることができる。
しかし、小型飛行体１の形状や大きさに応じて、さらには主に衝撃を緩和した部位に応じてエアバッグ５１の膨張時間を調整することが好ましく、例えば、好ましくは３０ミリ秒以上、より好ましくは５０ミリ秒以上、さらに好ましくは８０ミリ秒以上、また、好ましくは２秒以下、より好ましくは１．５秒以下、さらに好ましくは１．２秒以下である。
よって、小型飛行体１が地面に衝突したときの衝撃が緩和されるため、小型飛行体１自体の損傷を軽減できるほか、撮影装置などの損傷も防止できる。また、海、湖、河川などに墜落したときは、小型飛行体１自体を浮かせた状態で保持できる。
第２ガス供給手段135や第３ガス供給手段を使用したときは、エアバッグ５２、５３またはエアバッグ５１〜５３を膨張展開させることができるため、衝撃緩和効果や浮力がより高められる。
なお、エアバッグが１つの場合と複数の場合におけるエアバッグの総容量は同じでもよいし、異ならせてもよい。

図６、図７に示す実施形態は、エアバッグとして、膨張展開したときの平面形状が円板になるようにしたエアバッグ５４を使用している。
図８に示す実施形態は、エアバッグとして、膨張展開したときの平面形状が双胴艇の二つの胴体のような形状になるエアバッグ５５ａ、５５ｂが接続部５６で接続されたものを使用している。
その他として、本体部２を包み込むように膨張展開するエアバッグも使用することもできる。

本発明の小型飛行体は、様々な場所の空中撮影、農薬散布、荷物の運搬などにも利用することができる。

１ 小型飛行体
２ 本体部
４ａ、４ｂ フレーム
５ａ、５ｂ モーター
６ａ、６ｂ プロペラ
３５、135 ガス供給手段
４０ 三又管
４５ ガスボンベ
５０ 電気式点火器
５１〜５４、５５ａ、５５ｂ エアバッグ

Claims (5)

1. エアバッグ装置を有する、無線操縦により飛行するかまたは自動操縦により自律飛行できる最大長が２ｍ以下の小型飛行体であり、
   前記小型飛行体が、コントローラとバッテリを含む本体部と、フレーム、プロペラ、モーターおよび送受信アンテナを有しているものであり、
   前記エアバッグ装置が、ガス発生剤成形体を使用しないガス供給手段および二つのエアバッグを有しており、前記本体部に取り付けられているものであり、
   さらに前記本体部と前記エアバッグ装置のいずれかがセンサーと制御装置を有しており、
   前記ガス供給手段が、閉塞部材を破壊して開口することで内部のガスを放出できるガスボンベと、前記ガスボンベの閉塞部材に接続され、前記閉塞部材を開口させる電気式点火器を含んだ破壊手段と、前記破壊手段に接続され、前記ガスボンベ内の加圧ガスをエアバッグに導入して膨張させるための導入手段を備えたものであり、
   前記破壊手段が、主管と、前記主管の周面から垂直方向に分岐した第１枝管と第２枝管の２本の枝管を有しており、
   前記第１枝管には第１導入手段が接続されており、前記第１導入手段が、前記第１枝管に接続された第１口金と、前記第１口金に接続された第１可撓性チューブからなり、前記第１可撓性チューブの前記第１口金に接続された端部と反対端部が一つのエアバッグに接続されているものであり、
   前記第２枝管には第２導入手段が接続されており、前記第２導入手段が、前記第２枝管に接続された第２口金と、前記第２口金に接続された第２可撓性チューブからなり、前記第２可撓性チューブの前記第２口金に接続された端部と反対端部が別のエアバッグに接続されているものであり、
   前記エアバッグが、
   二つのエアバッグが、ガスが移動できるように一箇所または２箇所以上で接続されている形状のものであり、
   電気式点火器が作動して、エアバッグが膨張するまでの時間が８０ミリ秒以上で１．２秒以下になるように調整されているものであり、
   ベント口を有しておらず、海、湖、河川に墜落したときは小型飛行体自体を浮かせた状態で保持できるように機能するものである、小型飛行体。
2. エアバッグ装置を有する、無線操縦により飛行するかまたは自動操縦により自律飛行できる最大長が２ｍ以下の小型飛行体であり、
   前記小型飛行体が、コントローラとバッテリを含む本体部と、フレーム、プロペラ、モーターおよび送受信アンテナを有しているものであり、
   前記エアバッグ装置が、ガス発生剤成形体を使用しないガス供給手段および三つのエアバッグを有しており、前記本体部に取り付けられているものであり、
   さらに前記本体部と前記エアバッグ装置のいずれかがセンサーと制御装置を有しており、
   前記ガス供給手段が、閉塞部材を破壊して開口することで内部のガスを放出できるガスボンベと、前記ガスボンベの閉塞部材に接続され、前記閉塞部材を開口させる電気式点火器を含んだ破壊手段と、前記破壊手段に接続され、前記ガスボンベ内の加圧ガスをエアバッグに導入して膨張させるための導入手段を備えたものであり、
   前記破壊手段が、主管と、前記主管の周面から垂直方向に分岐した第１枝管、第２枝管、第３枝管の３本の枝管を有しており、
   前記第１枝管には第１導入手段が接続されており、前記第１導入手段が、前記第１枝管に接続された第１口金と、前記第１口金に接続された第１可撓性チューブからなり、前記第１可撓性チューブの前記第１口金に接続された端部と反対端部が一つのエアバッグに接続されているものであり、
   前記第２枝管には第２導入手段が接続されており、前記第２導入手段が、前記第２枝管に接続された第２口金と、前記第２口金に接続された第２可撓性チューブからなり、前記第２可撓性チューブの前記第２口金に接続された端部と反対端部が別のエアバッグに接続されているものであり、
   前記第３枝管には第３導入手段が接続されており、前記第３導入手段が、前記第３枝管に接続された第３口金と、前記第３口金に接続された第３可撓性チューブからなり、前記第３可撓性チューブの前記第３口金に接続された端部と反対端部がさらに別のエアバッグに接続されているものであり、
   前記エアバッグが、
   三つのエアバッグが、ガスが移動できるように一箇所または２箇所以上で接続されている形状のものであり、
   電気式点火器が作動して、エアバッグが膨張するまでの時間が８０ミリ秒以上で１．２秒以下になるように調整されているものであり、
   ベント口を有しておらず、海、湖、河川に墜落したときは小型飛行体自体を浮かせた状態で保持できるように機能するものである、小型飛行体。
3. エアバッグ装置を有する、無線操縦により飛行するかまたは自動操縦により自律飛行できる最大長が２ｍ以下の小型飛行体であり、
   前記小型飛行体が、コントローラとバッテリを含む本体部と、フレーム、プロペラ、モーターおよび送受信アンテナを有しているものであり、
   前記エアバッグ装置が、ガス発生剤成形体を使用しないガス供給手段および二つまたは三つのエアバッグを有しており、前記本体部に取り付けられているものであり、
   さらに前記本体部と前記エアバッグ装置のいずれかがセンサーと制御装置を有しており、
   前記ガス供給手段が、閉塞部材を破壊して開口することで内部のガスを放出できるガスボンベと、前記ガスボンベの閉塞部材に接続され、前記閉塞部材を開口させる電気式点火器を含んだ破壊手段と、前記破壊手段に接続され、前記ガスボンベ内の加圧ガスをエアバッグに導入して膨張させるための導入手段を備えたものであり、
   前記破壊手段が、主管と、前記主管の周面から垂直方向に分岐した一つの枝管を有しており、
   前記一つの枝管には導入手段が接続されており、前記導入手段が、前記一つの枝管に接続された口金と、前記口金に接続された可撓性チューブからなり、前記可撓性チューブが二叉または三つ叉に分岐しており、それぞれが二つまたは三つのエアバッグに接続されているものであり、
   前記エアバッグが、
   二つまたは三つのエアバッグが、ガスが移動できるように一箇所または２箇所以上で接続されている形状のものであり、
   電気式点火器が作動して、エアバッグが膨張するまでの時間が８０ミリ秒以上で１．２秒以下になるように調整されているものであり、
   ベント口を有しておらず、海、湖、河川に墜落したときは小型飛行体自体を浮かせた状態で保持できるように機能するものである、小型飛行体。
4. 前記本体部または前記フレームに撮影装置が取り付けられている、請求項１〜３のいずれか１項記載の小型飛行体。
5. 前記エアバッグが膨張展開時の形状が、エアバッグが二つのときはヨットの双胴艇の形状であり、エアバッグが三つのときはヨットの三胴艇の形状である、請求項１〜４のいずれか１項記載の小型飛行体。

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