JP7182087B2 - Frame structure and core members - Google Patents
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Description
本発明は、フレーム構造物及び炉内部材に関する。 The present invention relates to frame structures and reactor internals.
焼成炉、加熱炉、熱処理炉などにワークを設置したり、マッフル炉などの構造物を配置したりするために炉内部材が用いられている。 Furnace members are used to install workpieces in firing furnaces, heating furnaces, heat treatment furnaces, etc., and to arrange structures such as muffle furnaces.
特許文献1には、炭素繊維系複合材を用いて形成したことを特徴とする熱処理架台が記載されている。さらに熱処理架台の構成部品の材料としては、炭素繊維系複合材が用いられている。この炭素繊維系複合材はカーボン繊維を焼結させたり、あるいはホットプレス成形したりして作られることが記載されている。
しかしながら、特許文献1に開示された発明は、炭素繊維系複合材を製造するために、カーボン繊維を焼結させたり、ホットプレス成形させたりするなど、目的の形状を得るために様々なプロセスが用いられている。様々なプロセスを採用すると工程が複雑となり、製造に長期間を要し、コストアップの要因となる課題があった。
However, the invention disclosed in
本発明では、前記課題を鑑み、単純な工程で、短期間で製造できるフレーム構造物及び炉内部材を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a frame structure and a reactor internal member that can be manufactured in a short period of time by a simple process.
前記課題を解決するための本発明のフレーム構造物は、以下のものである。 The frame structure of the present invention for solving the above problems is as follows.
(1)炭素繊維強化炭素複合材の複数のパイプと、前記複数のパイプを結合する炭素系材料の複数のジョイントと、を備える。 (1) It comprises a plurality of pipes made of carbon fiber reinforced carbon composite material and a plurality of joints made of carbonaceous material connecting the plurality of pipes.
パイプと、ジョイントを結合するのみで全体形状を形成しているので、個別の形状にあった炭素繊維強化炭素複合材を形成する必要がなく、製造の期間を短縮することができる。 Since the overall shape is formed only by joining the pipes and joints, there is no need to form carbon fiber reinforced carbon composite materials that match individual shapes, and the manufacturing period can be shortened.
また、パイプとジョイントとからなるので、個々の部品に分解することにより、小さく梱包することができる。このため、使用する場所までコンパクトに配送し、現地で組み立てることが可能になり、輸送コストを少なくすることができる。 Moreover, since it consists of pipes and joints, it can be packed in a small size by disassembling it into individual parts. For this reason, it is possible to compactly deliver the product to the place of use and assemble it on site, thereby reducing transportation costs.
さらに、複数の規格長さのパイプをあらかじめ製作し、目的の形状に合わせて組み合わせることで、様々な形状、大きさに対応することができ、効率的に様々な種類のフレーム構造物を得ることができる。また、目的の形状に合わせて、パイプとジョイントを組み換え、フレーム構造物を再利用することができる。 Furthermore, by manufacturing a plurality of pipes of standard length in advance and combining them according to the desired shape, it is possible to correspond to various shapes and sizes, and to efficiently obtain various kinds of frame structures. can be done. In addition, the frame structure can be reused by recombining the pipes and joints according to the desired shape.
そして、高温の炉に入れて、例えば架台の様に用いても、強固で安定したフレーム構造物を提供できる。 Even if it is placed in a high-temperature furnace and used, for example, as a frame, a strong and stable frame structure can be provided.
さらに、本発明の構造物は、以下の態様であることが好ましい。 Furthermore, the structure of the present invention preferably has the following aspects.
(2)前記パイプには挿入部を有し、前記ジョイントには前記挿入部を挿入する接続孔を有する。 (2) The pipe has an insertion portion, and the joint has a connection hole into which the insertion portion is inserted.
本パイプには挿入部を有し、前記ジョイントには前記挿入部を挿入する接続孔を有するので、接続部でジョイントはパイプを覆う構造となる。このため、ジョイントには大きな力が加わりにくく、材料選択の自由度が増える。このため、炭素繊維強化炭素複合材だけでなく比較的強度の小さい黒鉛材でも選択することができる。 Since the pipe has an insertion portion and the joint has a connection hole into which the insertion portion is inserted, the joint covers the pipe at the connecting portion. For this reason, a large force is less likely to be applied to the joint, increasing the degree of freedom in material selection. Therefore, not only carbon fiber reinforced carbon composite material but also graphite material having relatively low strength can be selected.
(3)前記ジョイントは、黒鉛からなる。 (3) The joint is made of graphite.
本発明のジョイントの材質は特に限定されないが、黒鉛、炭素繊維強化炭素複合材、SiCなどが利用できる。中でも黒鉛は、立方体あるいは直方体など内部まで詰まった均一なブロックを得られやすいうえに、加工しやすく、容易に本発明のジョイントを得ることができる。 Although the material of the joint of the present invention is not particularly limited, graphite, carbon fiber reinforced carbon composite material, SiC, etc. can be used. Among them, graphite is easy to obtain a uniform block, such as a cube or a rectangular parallelepiped, which is packed to the inside, and is easy to process, so that the joint of the present invention can be easily obtained.
(4)前記ジョイントは、互いに直交する3軸方向に沿うように配置された2~6個の接続孔を有する。 (4) The joint has two to six connection holes arranged along three mutually orthogonal directions.
ジョイントは互いに直行する3軸方向に沿うように配置された2~6個の接続孔を有するので、接続孔の数の異なるジョイントを自在に組み合わせて様々な形状のフレーム構造物を得ることができる。 Since the joint has 2 to 6 connection holes arranged along three mutually perpendicular axes, it is possible to freely combine joints with different numbers of connection holes to obtain frame structures of various shapes. .
(5)前記ジョイントは、前記3つの軸のうち任意の2つの軸に挟まれる軸に沿うように配置された接続孔をさらに有する。 (5) The joint further has a connection hole arranged along an axis between any two of the three axes.
ジョイントは、前記3つの軸のうち任意の2つの軸に挟まれる軸に沿うように配置された接続孔をさらに有しているので、複数のパイプで枠を構成し、3つの軸のうち任意の2つの軸に挟まれる軸に沿うように配置された接続孔から筋交となるパイプを配置することができるので、筋交いを持った枠構造を形成し、強度のある複雑な構造のフレーム構造物に対応できる。 Since the joint further has a connection hole arranged along an axis sandwiched between any two of the three axes, a plurality of pipes form a frame and any of the three axes can be connected. A frame structure with braces is formed, and a strong and complex frame structure is formed because the pipes that form the braces can be placed from the connecting holes arranged along the axis sandwiched between the two axes of I can handle things.
(6)前記接続孔は、底を有する。 (6) The connection hole has a bottom.
接続孔は底を有しているので、パイプがジョイントを貫通する恐れがなく、ストッパーとして作用することができる。但し、ジョイントが互いに対向する接続孔どうし底の中央部分で貫通していてもよい。 Since the connecting hole has a bottom, it can act as a stop without the risk of the pipe penetrating the joint. However, the joint may penetrate through the connecting holes facing each other at the central portion of the bottom.
(7)前記接続孔の壁面と、前記パイプの挿入部の壁面は、互いに同一の傾斜角を有するテーパー面により構成される。 (7) The wall surface of the connection hole and the wall surface of the pipe insertion portion are tapered surfaces having the same inclination angle.
接続孔の壁面と挿入部の壁面が、互いに同一の傾斜角を有するテーパー面であると、深く差し込むことにより密着し、強固に接続することができる。 When the wall surface of the connection hole and the wall surface of the insertion portion are tapered surfaces having the same inclination angle, they can be tightly inserted and firmly connected by deep insertion.
(8)前記パイプと前記ジョイントは、炭素系接着層で接合されている。 (8) The pipe and the joint are joined with a carbon-based adhesive layer.
炭素系接着層で接合されていると、より強固に接合することができる。また、互いに同一の傾斜角のテーパーである接続孔の壁面の挿入部の壁面の間に炭素系接着層を備えることにより、炭素化の過程で炭素系接着層が収縮するとともに間隔が小さくなっていくので、気孔ができにくく強固に接合することができる。 Bonding with the carbon-based adhesive layer enables stronger bonding. In addition, by providing the carbon-based adhesive layer between the wall surfaces of the insertion portion of the wall surface of the connection hole, which are tapered at the same inclination angle, the carbon-based adhesive layer shrinks during the carbonization process and the gap becomes smaller. Therefore, it is difficult for pores to form, and a strong bond can be obtained.
(9)前記課題を解決するための本発明の炉内部材は、フレーム構造物を用いている。 (9) The in-core member of the present invention for solving the above problems uses a frame structure.
またフレーム構造物は、炭素系の材料のみからなるので、高温でも十分な強度を維持することができ、炉内部材として好適に利用できる。 In addition, since the frame structure is made of only carbon-based materials, it can maintain sufficient strength even at high temperatures, and can be suitably used as a core member.
パイプと、ジョイントを結合するのみで全体形状を形成しているので、個別の形状にあった炭素繊維強化炭素複合材を形成する必要がなく、製造の期間を短縮することができる。また、パイプとジョイントとからなるので、個々の部品に分解することにより、小さく梱包することができる。このため、使用する場所までコンパクトに配送し、現地で組み立てることが可能になり、輸送コストを少なくすることができる。さらに、複数の規格長さのパイプをあらかじめ製作し、目的の形状に合わせて組み合わせることで、様々な形状、大きさに対応することができ、効率的に様々な種類のフレーム構造物を得ることができる。また、目的の形状に合わせて、パイプとジョイントを組み換え、フレーム構造物を再利用することができる。そして、高温の炉に入れて、例えば架台の様に用いても、強固で安定したフレーム構造物及び炉内部材を提供できる。 Since the overall shape is formed only by joining the pipes and joints, there is no need to form carbon fiber reinforced carbon composite materials that match individual shapes, and the manufacturing period can be shortened. Moreover, since it consists of pipes and joints, it can be packed in a small size by disassembling it into individual parts. For this reason, it is possible to compactly deliver the product to the place of use and assemble it on site, thereby reducing transportation costs. Furthermore, by manufacturing a plurality of pipes of standard length in advance and combining them according to the desired shape, it is possible to correspond to various shapes and sizes, and to efficiently obtain various kinds of frame structures. can be done. In addition, the frame structure can be reused by recombining the pipes and joints according to the desired shape. Even if it is placed in a high-temperature furnace and used, for example, as a frame, it is possible to provide a strong and stable frame structure and in-furnace members.
(発明の詳細な説明)
前記課題を解決するための本発明のフレーム構造物は、炭素繊維強化炭素複合材の複数のパイプと、前記複数のパイプを結合する炭素系材料の複数のジョイントと、を備える。
(Detailed description of the invention)
A frame structure of the present invention for solving the above-mentioned problems comprises a plurality of pipes made of carbon fiber reinforced carbon composite material, and a plurality of joints made of carbonaceous material connecting the plurality of pipes.
パイプと、ジョイントを結合するのみで全体形状を形成しているので、個別の形状にあった炭素繊維強化炭素複合材を形成する必要がなく、製造の期間を短縮することができる。 Since the overall shape is formed only by joining the pipes and joints, there is no need to form carbon fiber reinforced carbon composite materials that match individual shapes, and the manufacturing period can be shortened.
また、パイプとジョイントとからなるので、個々の部品に分解することにより、小さく梱包することができる。このため、使用する場所までコンパクトに配送し、現地で組み立てることが可能になり、輸送コストを少なくすることができる。 Moreover, since it consists of pipes and joints, it can be packed in a small size by disassembling it into individual parts. For this reason, it is possible to compactly deliver the product to the place of use and assemble it on site, thereby reducing transportation costs.
さらに、複数の規格長さのパイプをあらかじめ製作し、目的の形状に合わせて組み合わせることで、様々な形状、大きさに対応することができ、効率的に様々な種類のフレーム構造物を得ることができる。また、目的の形状に合わせて、パイプとジョイントを組み換え、フレーム構造物を再利用することができる。 Furthermore, by manufacturing a plurality of pipes of standard length in advance and combining them according to the desired shape, it is possible to correspond to various shapes and sizes, and to efficiently obtain various kinds of frame structures. can be done. In addition, the frame structure can be reused by recombining the pipes and joints according to the desired shape.
そして、例えば1000℃以上の高温の炉に入れて、例えば架台の様に用いても、強固で安定したフレーム構造物を提供できる。 Then, even if it is placed in a high-temperature furnace of, for example, 1000° C. or more and used as, for example, a frame structure, a strong and stable frame structure can be provided.
本発明のパイプは特に限定されず、炭素繊維の束をワインディングするフィラメントワインディング法、炭素繊維の束を編んで形成したブレーディング法の骨材を用いることができる。また骨材の隙間に形成されるマトリックスは炭化水素ガスを熱分解して得られる熱分解炭素、フェノール樹脂、コプナ樹脂などの炭素前駆体を熱分解して得られるガラス状炭素などが利用できる。 The pipe of the present invention is not particularly limited, and aggregates obtained by a filament winding method for winding carbon fiber bundles and a braiding method for forming carbon fiber bundles by weaving can be used. The matrix formed between the aggregates can be pyrolytic carbon obtained by pyrolyzing a hydrocarbon gas, or vitreous carbon obtained by pyrolyzing a carbon precursor such as phenol resin or copna resin.
さらに、本発明の構造物は、前記パイプには挿入部を有し、前記ジョイントには前記挿入部を挿入する接続孔を有する。 Further, in the structure of the present invention, the pipe has an insertion portion, and the joint has a connection hole into which the insertion portion is inserted.
本パイプには挿入部を有し、前記ジョイントには前記挿入部を挿入する接続孔を有するので、接続部でジョイントはパイプを覆う構造となる。このため、ジョイントには大きな力が加わりにくく、材料選択の自由度が増える。このため、炭素繊維強化炭素複合材だけでなく比較的強度の小さい黒鉛材でも選択することができる。 Since the pipe has an insertion portion and the joint has a connection hole into which the insertion portion is inserted, the joint covers the pipe at the connecting portion. For this reason, a large force is less likely to be applied to the joint, increasing the degree of freedom in material selection. Therefore, not only carbon fiber reinforced carbon composite material but also graphite material having relatively low strength can be selected.
前記ジョイントは、黒鉛からなる。 The joint is made of graphite.
本発明のジョイントの材質は特に限定されないが、黒鉛、炭素繊維強化炭素複合材、などが利用できる。中でも黒鉛は、立方体あるいは直方体など内部まで詰まった均一なブロックを得られやすいうえに、加工しやすく、容易に本発明のジョイントを得ることができる。 Although the material of the joint of the present invention is not particularly limited, graphite, carbon fiber reinforced carbon composite material, and the like can be used. Among them, graphite is easy to obtain a uniform block, such as a cube or a rectangular parallelepiped, which is packed to the inside, and is easy to process, so that the joint of the present invention can be easily obtained.
前記ジョイントは、互いに直交する3軸方向に沿うように配置された2~6個の接続孔を有する。 The joint has two to six connection holes arranged along three mutually orthogonal directions.
ジョイントは互いに直行する3軸方向に沿うように配置された2~6個の接続孔を有するので、接続孔の数の異なるジョイントを自在に組み合わせて様々な形状のフレーム構造物を得ることができる。 Since the joint has 2 to 6 connection holes arranged along three mutually perpendicular axes, it is possible to freely combine joints with different numbers of connection holes to obtain frame structures of various shapes. .
前記ジョイントは、前記3つの軸のうち任意の2つの軸に挟まれるとともに同一面内にある軸に垂直に交差する少なくとも一つの面を有する。 The joint has at least one plane that is sandwiched between any two of the three axes and perpendicularly intersects the axes that are in the same plane.
ジョイントは、前記3つの軸のうち任意の2つの軸に挟まれる軸に沿うように配置された接続孔をさらに有しているので、複数のパイプで枠を構成し、3つの軸のうち任意の2つの軸に挟まれる軸に沿うように配置された接続孔から筋交となるパイプを配置することができるので、筋交いを持った枠構造を形成し、強度のある複雑な構造のフレーム構造物に対応できる。 Since the joint further has a connection hole arranged along an axis sandwiched between any two of the three axes, a plurality of pipes form a frame and any of the three axes can be connected. A frame structure with braces is formed, and a strong and complex frame structure is formed because the pipes that form the braces can be placed from the connecting holes arranged along the axis sandwiched between the two axes of I can handle things.
前記接続孔は、底を有する。 The connection hole has a bottom.
接続孔は底を有しているので、パイプがジョイントを貫通する恐れがなく、ストッパーとして作用することができる。但し、ジョイントが互いに対向する接続孔どうし底の中央部分で貫通していてもよい。 Since the connecting hole has a bottom, it can act as a stop without the risk of the pipe penetrating the joint. However, the joint may penetrate through the connecting holes facing each other at the central portion of the bottom.
前記接続孔の壁面と、前記パイプの挿入部の壁面は、互いに同一の傾斜角を有するテーパー面により構成される。 The wall surface of the connection hole and the wall surface of the pipe insertion portion are tapered surfaces having the same inclination angle.
接続孔の壁面と挿入部の壁面が、互いに同一の傾斜角を有するテーパー面であると、深く差し込むことにより密着し、強固に接続することができる。 When the wall surface of the connection hole and the wall surface of the insertion portion are tapered surfaces having the same inclination angle, they can be tightly inserted and firmly connected by deep insertion.
前記パイプと前記ジョイントは、炭素系接着層で接合されている。 The pipe and the joint are joined with a carbon-based adhesive layer.
炭素系接着層で接合されていると、より強固に接合することができる。また、互いに同一の傾斜角のテーパーである接続孔の壁面の挿入部の壁面の間に炭素系接着層を備えることにより、炭素化の過程で炭素系接着層が収縮するとともに間隔が小さくなっていくので、気孔ができにくく強固に接合することができる。 Bonding with the carbon-based adhesive layer enables stronger bonding. In addition, by providing the carbon-based adhesive layer between the wall surfaces of the insertion portion of the wall surface of the connection hole, which are tapered at the same inclination angle, the carbon-based adhesive layer shrinks during the carbonization process and the gap becomes smaller. Therefore, it is difficult for pores to form, and a strong bond can be obtained.
本発明の炉内部材は、フレーム構造物を用いている。 The core member of the present invention uses a frame structure.
またフレーム構造物は、炭素系の材料のみからなるので、高温でも十分な強度を維持することができ、炉内部材として好適に利用できる。 In addition, since the frame structure is made of only carbon-based materials, it can maintain sufficient strength even at high temperatures, and can be suitably used as a core member.
(発明を実施するための実施形態)
図1は、本発明に係るフレーム構造物の第1の実施形態を示す斜視図である。図2は、本発明に係るフレーム構造物のパイプとジョイントを示し、(a)は分解斜視図、(b)は接合断面図である。図1及び図2に基づいてフレーム構造物を説明する。
(Embodiments for carrying out the invention)
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a frame structure according to the invention. FIG. 2 shows pipes and joints of a frame structure according to the present invention, where (a) is an exploded perspective view and (b) is a joint sectional view. The frame structure will be explained based on FIGS. 1 and 2. FIG.
フレーム構造物1は、炭素繊維強化炭素複合材の複数のパイプ10と、炭素系材料(例えば黒鉛)の複数のジョイント20とを備える。フレーム構造物1は、直交座標系におけるX軸とY軸とZ軸の3つの軸を有し、第1の実施形態におけるフレーム構造物1は、各パイプ10が各軸に対して平行に配列された立体である。
The
図2に示されるように、パイプ10の先端には挿入部11が形成され、挿入部11の外周には壁面12が設けられている。また、ジョイント20には複数の接続孔21が形成され、接続孔21の内面は壁面22が設けられ、接続孔21は所定の深さを有して底23が設けられている。ジョイント20は、複数の面(平面)24を有する、例えば4面体、6面体、8面体などの正多面体のほか、6面体の12の辺を大きく面取りした18面体などが利用できる。
As shown in FIG. 2, an
ジョイント20の接続孔21は、パイプ10の挿入部11を挿入可能とする所定の内径を有している。接続孔21と挿入部11は、それぞれの壁面12、22同士が周接し炭素系接着剤30で接合されている。
The
図3は、フレーム構造物1の第2の実施形態を示す斜視図であり、(a)全体の斜視図、(b)ジョイント部分の拡大図である。図3に基づいて、フレーム構造物1の第2の実施形態を説明する。
FIG. 3 is a perspective view showing a second embodiment of the
第2の実施形態におけるフレーム構造物1は、各軸に沿って平行な平行パイプ10aと、軸に対して対角線上に配置された対角パイプ10bとの組み合わせで構成され、強固な構造となっている。
The
図4は、フレーム構造物1の第3の実施形態を示し、(a)は平面図、(b)は側面図である。図4に基づいて、フレーム構造物1の第3の実施形態を説明する。
FIG. 4 shows a third embodiment of the
第3の実施形態におけるフレーム構造物1は、各軸に沿って平行な平行パイプ10aと、多角形の外形を形成するように配置された対角パイプ10bと、筋交いを形成する筋交いパイプ10cとの組み合わせで構成された外形が8角柱のフレーム構造物1である。フレーム構造物1は、種々の多面体の構造を選択することが可能である。
The
図5から図8に基づいて、パイプ10とジョイント20との種々の接合構造を説明する。
Various joining structures between the
図5は、接合構造の実施例1である。実施例1は、6面体(立方体)のジョイント20の直交する2つの面にそれぞれパイプ10が接合している。尚、図6の実施例2ように、パイプ10にパイプ接続孔15を形成させ、ジョイント20にジョイント挿入部25を形成させても良い。
FIG. 5 shows Example 1 of the joint structure. In Example 1,
図7は、接合構造の実施例3であり、(a)断面図、(b)ジョイントの平面図である。実施例3は、ジョイント20が6面体(立方体)の12本の辺が大きく面取りされた18面体であり、それぞれのジョイント20の面24に対してパイプ10が接合している。即ち、3つの軸(X、Y、Z)のうち2つの軸に挟まれる軸に沿うように配置された接続孔21をさらに有している。図7に示す様に、その平面24に設けられた接続孔21にパイプ10を追加して挿入することが可能である。よって、筋交いをもった枠構造を形成し、強度のある複雑な構造のフレーム構造物に対応することも可能である。
FIG. 7 shows Example 3 of the joint structure, and is (a) a cross-sectional view and (b) a plan view of the joint. In Example 3, the
図8は、接合構造の実施例4である。実施例4は、ジョイント20の接続孔21の壁面22とパイプ10の挿入部11の壁面12が、互いに同一の傾斜角を有するテーパー面である。このような構造は、炭素系接着剤を用いて炭素系接着層を形成してもよいが、炭素系接着層を形成しなくても、密着し強固な接合が得られる。
FIG. 8 shows Example 4 of the joint structure. In Example 4, the
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified, improved, etc. as appropriate. In addition, the material, shape, size, numerical value, form, number, location, etc. of each component in the above-described embodiment are arbitrary and not limited as long as the present invention can be achieved.
本発明のフレーム構造物及び炉内部材は、個別の形状に合うことができ高温炉においても強固な形状を保持可能な要望する分野に適合可能である。 The frame structure and furnace internals of the present invention are adaptable to the field of demand, being able to conform to individual shapes and retain their robust shape even in high temperature furnaces.
1 フレーム構造物
10 パイプ
10a 平行パイプ
10b 対角パイプ
10c 筋交いパイプ
11 挿入部
12 壁面
15 パイプ接続孔
20 ジョイント
21 接続孔
22 壁面
23 底
24 面(平面)
25 ジョイント挿入部
30 炭素系接着剤
25
Claims (6)
前記パイプには挿入部を有し、前記ジョイントには前記挿入部を挿入する接続孔を有し、
前記ジョイントは、互いに直交する3つの軸方向に沿うように配置された2~6個の接続孔を有するとともに、前記3つの軸のうち任意の2つの軸に挟まれる軸に沿うように配置された接続孔をさらに有するフレーム構造物。 a plurality of pipes made of carbon fiber reinforced carbon composite material; and a plurality of joints made of carbon-based material connecting the plurality of pipes ;
The pipe has an insertion portion, the joint has a connection hole for inserting the insertion portion,
The joint has two to six connection holes arranged along three mutually orthogonal axial directions, and is arranged along an axis sandwiched between any two of the three axes. frame structure further comprising connecting holes .
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