JPH02258662A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JPH02258662A JPH02258662A JP1078332A JP7833289A JPH02258662A JP H02258662 A JPH02258662 A JP H02258662A JP 1078332 A JP1078332 A JP 1078332A JP 7833289 A JP7833289 A JP 7833289A JP H02258662 A JPH02258662 A JP H02258662A
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、圧電磁器、より詳しくはアクチュエーター材
料として好適な圧電磁器組成物に関するものである。
料として好適な圧電磁器組成物に関するものである。
［従来の技術］
近年、圧電磁器の圧電効果を利用した圧電アクチュエー
ターは、精密位置決め リレー、ファン等、様々な分野
で実用化されつつある。圧電効果の大小を表す指標の一
つとして圧電定数があるが、アクチュエーターの変位量
は、圧電磁器の圧電定数（ｄ）の大小に依存することに
なり、ｄの太きなものほどその変位量は大きなものにな
る。
ターは、精密位置決め リレー、ファン等、様々な分野
で実用化されつつある。圧電効果の大小を表す指標の一
つとして圧電定数があるが、アクチュエーターの変位量
は、圧電磁器の圧電定数（ｄ）の大小に依存することに
なり、ｄの太きなものほどその変位量は大きなものにな
る。
従来、ｄの大きな磁器組成物として、ＰｂＴｘＯａ−Ｐ
ｂｚｒＯ−Ｐｂ（Ｎ１□／３Ｎｂ２／３）Ｏ３のような
３成分系の組成物があり１．これらがアクチュエーター
材料として用いられている。さらに、前記３成分系組成
物よりも、圧電定数、電気機械結合係数、および比誘電
率等の組成による選択の範囲が広い４成分系組成物も提
案されている。これらの中でもＰｂＴｉ０ −ＰｂＺｒ
Ｏ−Ｐｂ（Ｎｉ１，３Ｎｂ２，３）Ｏ３−Ｐｂ（Ｚｎ１
／３ Ｎｂ２／３ ）０３系組成物は、非常に優れた圧
電磁器組成物であり、この４成分系組成物をａ Ｐｂ
Ｔｉ０ − ｂ ＰｂＺｒ０ ３− ｃ
Ｐｂ［（Ｎｆｌ−ｘ Ｚｎｘ ）１／３ ”２／３ ］
０３ （但し、ａ、ｂ、ｃはモル分率を示し、ａ＋ｂ＋
Ｃ−１である）で表したとき、０≦Ｘ≦０．５の組成範
囲でかつ、この３成分を頂点とする３成分系組成図にお
いて、 （ａ＝０．２５．ｂ＝０．１７６，２５，ｃ＝０．１７
６，５０）（ａ＝０．１７６，４０，ｂ＝０．１７６，
１０，ｃ＝０．５０）の２点を結ぶ線上の組成範囲での
アクチュエーター材料としての圧電特性の検討がなされ
ている（氷山、五十嵐ら：第８回電子材料研究討論会予
稿集（１９８８）Ｐ、５４ ［日本セラミックス協会電
子材料部会］）。また特公昭４９−４２８０号公報にお
いてはこの４成分系の限定された範囲内において副成分
としてＭｎＯを０．０５〜３．５重量％含む圧電磁器組
成物が開示されており、これは高い機械的品質係数をも
ち超音波送受波器用の振動子材料に適したものとされて
いる。
ｂｚｒＯ−Ｐｂ（Ｎ１□／３Ｎｂ２／３）Ｏ３のような
３成分系の組成物があり１．これらがアクチュエーター
材料として用いられている。さらに、前記３成分系組成
物よりも、圧電定数、電気機械結合係数、および比誘電
率等の組成による選択の範囲が広い４成分系組成物も提
案されている。これらの中でもＰｂＴｉ０ −ＰｂＺｒ
Ｏ−Ｐｂ（Ｎｉ１，３Ｎｂ２，３）Ｏ３−Ｐｂ（Ｚｎ１
／３ Ｎｂ２／３ ）０３系組成物は、非常に優れた圧
電磁器組成物であり、この４成分系組成物をａ Ｐｂ
Ｔｉ０ − ｂ ＰｂＺｒ０ ３− ｃ
Ｐｂ［（Ｎｆｌ−ｘ Ｚｎｘ ）１／３ ”２／３ ］
０３ （但し、ａ、ｂ、ｃはモル分率を示し、ａ＋ｂ＋
Ｃ−１である）で表したとき、０≦Ｘ≦０．５の組成範
囲でかつ、この３成分を頂点とする３成分系組成図にお
いて、 （ａ＝０．２５．ｂ＝０．１７６，２５，ｃ＝０．１７
６，５０）（ａ＝０．１７６，４０，ｂ＝０．１７６，
１０，ｃ＝０．５０）の２点を結ぶ線上の組成範囲での
アクチュエーター材料としての圧電特性の検討がなされ
ている（氷山、五十嵐ら：第８回電子材料研究討論会予
稿集（１９８８）Ｐ、５４ ［日本セラミックス協会電
子材料部会］）。また特公昭４９−４２８０号公報にお
いてはこの４成分系の限定された範囲内において副成分
としてＭｎＯを０．０５〜３．５重量％含む圧電磁器組
成物が開示されており、これは高い機械的品質係数をも
ち超音波送受波器用の振動子材料に適したものとされて
いる。
［発明が解決しようとする課題］
アクチュエーターを使用する場合、変位量の大きさと同
時に、温度変化に対する変位量の安定性（以降、温度安
定性という）は非常に重要な問題となる。しかしながら
、従来の圧電磁器組成物、ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒ０３
−Ｐｂ（Ｎ１１１３Ｎｂ２１３）Ｏ３のような３成分系
組成物では圧電定数は大きいが、その温度依存性が大き
いため、この組成物を用いたアクチュエーターは大きな
変位量を示す半面温度安定性に乏しいという欠点を有し
ている。その改善策として、この３成分系にＰｂ（ｚｎ
１１３Ｎｂ２１３）Ｏ３を加えた４成分系が提案されて
おり、このものは３成分系に較べｄの温度依存性は若干
、小さくなるが従来検討されている組成範囲のものでは
、必ずしも充分に温度安定性に優れた、変位量の大きい
アクチュエーターを得る材料であるとはいえず、さらに
温度依存性の小さなｄを有する圧電磁器組成物が望まれ
ている。
時に、温度変化に対する変位量の安定性（以降、温度安
定性という）は非常に重要な問題となる。しかしながら
、従来の圧電磁器組成物、ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒ０３
−Ｐｂ（Ｎ１１１３Ｎｂ２１３）Ｏ３のような３成分系
組成物では圧電定数は大きいが、その温度依存性が大き
いため、この組成物を用いたアクチュエーターは大きな
変位量を示す半面温度安定性に乏しいという欠点を有し
ている。その改善策として、この３成分系にＰｂ（ｚｎ
１１３Ｎｂ２１３）Ｏ３を加えた４成分系が提案されて
おり、このものは３成分系に較べｄの温度依存性は若干
、小さくなるが従来検討されている組成範囲のものでは
、必ずしも充分に温度安定性に優れた、変位量の大きい
アクチュエーターを得る材料であるとはいえず、さらに
温度依存性の小さなｄを有する圧電磁器組成物が望まれ
ている。
［課題を解決するための手段］
本発明者らは、圧電素子の組成について種々検討を重ね
た結果、それを構成する成分が成る組成範囲にあるもの
は前記した問題点が十分解決されることを見出し本発明
を完成した。
た結果、それを構成する成分が成る組成範囲にあるもの
は前記した問題点が十分解決されることを見出し本発明
を完成した。
即ち本発明は、チタン酸鉛［ＰｂＴｉ０３］ 、 ジ
ルコン酸鉛［ＰｂＺｒ０ ａ ］ 、ニッケル・ニオブ
酸鉛［Ｐｂ（Ｎｌ１７３ Ｎ１）ｚ７ａ ） Ｏａ ］
、および亜鉛・ニオブ酸鉛［Ｐｂ（ｚｎ１／３Ｎｂ２
／３）Ｏ３］からなる組成物を、ａ ＰｂＴｌ０ ａ
−ｂ ＰｂＺｒ０ ｓ −ｃ Ｐｂ［（Ｎｌｌ−ｘＺｎ
ｘ）ｌ１３Ｎｂ２１３］０３（但し、ａ、ｂ、ｃはモル
分率を示し、ａ＋ｂ＋ｃ−１である）で表したとき、こ
の３成分を頂点とする３成分系組成図において、 ０．１５≦Ｘ≦０．５のとき Ａ（ａ＝０．１７６，２７５，ｂ＝０．２７５．ｃ＝０
．１７６，４５０）Ｂ（ａ＝０．４１６，ｂ＝０．３８
４，ｃ＝０．２００）Ｃ（ａ＝０．３７４．ｂ＝０．１
７６，１７６、ｃ＝０．１７６，４５０）の各点を結ぶ
線上、およびこの３点に囲まれる組成範囲内にあり、ま
た、０．５０＜Ｘ≦０．８５のときＤ（ａ＝０．２７５
．ｂ＝０．１７６，２７５，ｃ＝０．１７６，４５０）
Ｅ（ａ＝０．４１６．ｂ−ＯＪ８４．ｃ”０．２００）
Ｐ（ａ＝０．３７４．ｂ＝０．１７６，１７８，ｃ＝０
．１７６，４５０）Ｇ（ａ＝０．２８８．ｂ＝ｏ、１３
４．ｃ＝０．１７６，５８０）の各点を結ぶ線上、およ
びこの４点に囲まれる組成範囲内にあることを特徴とす
る圧電磁器組成物を提供するものである。一般に圧電磁
器の圧電定数、比誘電率等の圧電的諸定数の温度特性は
、温度の上昇に伴い数値は増加しこれらが極大値を示す
キュリー温度に近づくにつれてその変化率は大きなもの
となる。
ルコン酸鉛［ＰｂＺｒ０ ａ ］ 、ニッケル・ニオブ
酸鉛［Ｐｂ（Ｎｌ１７３ Ｎ１）ｚ７ａ ） Ｏａ ］
、および亜鉛・ニオブ酸鉛［Ｐｂ（ｚｎ１／３Ｎｂ２
／３）Ｏ３］からなる組成物を、ａ ＰｂＴｌ０ ａ
−ｂ ＰｂＺｒ０ ｓ −ｃ Ｐｂ［（Ｎｌｌ−ｘＺｎ
ｘ）ｌ１３Ｎｂ２１３］０３（但し、ａ、ｂ、ｃはモル
分率を示し、ａ＋ｂ＋ｃ−１である）で表したとき、こ
の３成分を頂点とする３成分系組成図において、 ０．１５≦Ｘ≦０．５のとき Ａ（ａ＝０．１７６，２７５，ｂ＝０．２７５．ｃ＝０
．１７６，４５０）Ｂ（ａ＝０．４１６，ｂ＝０．３８
４，ｃ＝０．２００）Ｃ（ａ＝０．３７４．ｂ＝０．１
７６，１７６、ｃ＝０．１７６，４５０）の各点を結ぶ
線上、およびこの３点に囲まれる組成範囲内にあり、ま
た、０．５０＜Ｘ≦０．８５のときＤ（ａ＝０．２７５
．ｂ＝０．１７６，２７５，ｃ＝０．１７６，４５０）
Ｅ（ａ＝０．４１６．ｂ−ＯＪ８４．ｃ”０．２００）
Ｐ（ａ＝０．３７４．ｂ＝０．１７６，１７８，ｃ＝０
．１７６，４５０）Ｇ（ａ＝０．２８８．ｂ＝ｏ、１３
４．ｃ＝０．１７６，５８０）の各点を結ぶ線上、およ
びこの４点に囲まれる組成範囲内にあることを特徴とす
る圧電磁器組成物を提供するものである。一般に圧電磁
器の圧電定数、比誘電率等の圧電的諸定数の温度特性は
、温度の上昇に伴い数値は増加しこれらが極大値を示す
キュリー温度に近づくにつれてその変化率は大きなもの
となる。
したがってアクチュエーターを使用する常温付近での温
度特性をより平坦なものにするためには圧電磁器のキュ
リー温度をより高くすることが重要である。一方、圧電
定数の大きなものは、ＰｂＴｉ０３− ＰｂＺｒ０３の
２成分系においてよく知られているように三方晶−正方
晶相境界およびその近傍組成のものであり、本発明の成
分系についても同様なことが考えられ、おおよその結晶
相境界組成が知られているｐｂＴｉｏ −ＰｂＺｒＯ
−Ｐｂ（Ｎｉｔ７ａ Ｎｂ２／３ ）Ｏｓ系、ＰｂＴｌ
０３−ＰｂＺｒＯ３−Ｐｂ（Ｚｎ１７ａ Ｎｂ２７ａ
）Ｏｓ系よりその相境界組成を推定することができる。
度特性をより平坦なものにするためには圧電磁器のキュ
リー温度をより高くすることが重要である。一方、圧電
定数の大きなものは、ＰｂＴｉ０３− ＰｂＺｒ０３の
２成分系においてよく知られているように三方晶−正方
晶相境界およびその近傍組成のものであり、本発明の成
分系についても同様なことが考えられ、おおよその結晶
相境界組成が知られているｐｂＴｉｏ −ＰｂＺｒＯ
−Ｐｂ（Ｎｉｔ７ａ Ｎｂ２／３ ）Ｏｓ系、ＰｂＴｌ
０３−ＰｂＺｒＯ３−Ｐｂ（Ｚｎ１７ａ Ｎｂ２７ａ
）Ｏｓ系よりその相境界組成を推定することができる。
本発明者らは、以上の点を考慮し成分比と圧電特性およ
び結晶相の関連を詳細に検討した結果、上記組成範囲が
三方晶−正方品相境界およびその近傍組成であり、その
組成物の有するキュリー温度は高く、圧電定数は大きな
ものであることを見出した。
び結晶相の関連を詳細に検討した結果、上記組成範囲が
三方晶−正方品相境界およびその近傍組成であり、その
組成物の有するキュリー温度は高く、圧電定数は大きな
ものであることを見出した。
本発明の圧電磁器を合成する際に用いる原料粉末は、得
られる組成物の構成成分の各金属元素を含む化合物、例
えば、酸化物、炭酸塩等が用いられ、これらを目的の組
成になるように採取し、例えば、ボールミル等を用いて
混合し混合物を加熱処理する。この際の加熱処理は、仮
焼成を行なわず、比較的高い温度で焼結処理をすること
もできるが、比較的低い温度（例えば５００℃近辺から
）で仮焼成し、生成する副生物を除去しつつ加熱処理し
、ついでより高い温度で焼結処理を行なうことが、より
純度の高い組成物を得る上で好ましい。ここで行なう仮
焼成は５００〜１０００℃で１〜６時間であり、得られ
た仮焼成物は粉砕、整粒して粉末とする。このようにし
て得られた粉末は、金型ブレス、ラバープレス等により
所望の形に成形し、焼結することによって圧電磁器とす
る。この際の焼結は温度１０００〜１４００℃で１〜ｌ
Ｏ時間保持して行なえば良い。この際の熱処理は特に制
限されないが大気中で行なうことができる。
られる組成物の構成成分の各金属元素を含む化合物、例
えば、酸化物、炭酸塩等が用いられ、これらを目的の組
成になるように採取し、例えば、ボールミル等を用いて
混合し混合物を加熱処理する。この際の加熱処理は、仮
焼成を行なわず、比較的高い温度で焼結処理をすること
もできるが、比較的低い温度（例えば５００℃近辺から
）で仮焼成し、生成する副生物を除去しつつ加熱処理し
、ついでより高い温度で焼結処理を行なうことが、より
純度の高い組成物を得る上で好ましい。ここで行なう仮
焼成は５００〜１０００℃で１〜６時間であり、得られ
た仮焼成物は粉砕、整粒して粉末とする。このようにし
て得られた粉末は、金型ブレス、ラバープレス等により
所望の形に成形し、焼結することによって圧電磁器とす
る。この際の焼結は温度１０００〜１４００℃で１〜ｌ
Ｏ時間保持して行なえば良い。この際の熱処理は特に制
限されないが大気中で行なうことができる。
［発明の効果コ
以上のように本発明の圧電磁器組成物は、圧電定数ｄが
大きく、高いキュリー温度を有しているため、大きな変
位量と同時に温度安定性が要求されるアクチュエーター
を製造する場合、極めて有用な材料となる。
大きく、高いキュリー温度を有しているため、大きな変
位量と同時に温度安定性が要求されるアクチュエーター
を製造する場合、極めて有用な材料となる。
［実施例］
以下、本発明の実施例について説明する。
実施例
出発原料として、ＰｂＯ，ＴＩｏ ２．ＺｒＯ２，Ｎｉ
Ｏ，ＺｎＯ。
Ｏ，ＺｎＯ。
’Ｎｂ２Ｏ５を第１表に示す組成になるように秤取し、
これらをエタノールを分散媒とした湿式ボールミルで十
分に混合した後、乾燥し、大気中で６００℃に２時間保
持して仮焼成した。さらにこれを湿式ボールミルで粉砕
、乾燥後、大気中で９００℃に４時間保持して仮焼成し
、得られた粗粉末を湿式ボールミルで十分に粉砕して目
的組成粉末を得た。
これらをエタノールを分散媒とした湿式ボールミルで十
分に混合した後、乾燥し、大気中で６００℃に２時間保
持して仮焼成した。さらにこれを湿式ボールミルで粉砕
、乾燥後、大気中で９００℃に４時間保持して仮焼成し
、得られた粗粉末を湿式ボールミルで十分に粉砕して目
的組成粉末を得た。
こ・の粉末を２【ｏｎ／ ｃ−の圧力でペレット状に加
圧成形し、成形体を大気中で１１５０〜１２５０℃に２
時間保持して本焼成した。得られた焼結体を■直径２０
＋ｎｍ、厚さ１１１Ｉ１１の円板状、■長さ１２ｍｍ、
幅３鰭、厚さ１開の短冊状に切り出し、厚さ方向の両面
に銀電極を８００°Ｃに１０分間保持し焼き付けた。こ
の測定用試料を１２０℃に保持したシリコーン油中で、
直流２にＶ／ｍｓの電圧を１０分間印加して分極処理を
施した。２４時間放置した後、圧電特性として、ベクト
ルインピーダンスメーターを用いて圧電定数ｄ３１、電
気機械結合係数Ｋｐおよびｌ ＫＨｚにおける比誘電率
ε３３’ε０を測定した。さらにＩＫＩＩ２における比
誘電率の温度特性を測定してキュリー温度Ｔｃを求めた
。結果を第１表に示した。
圧成形し、成形体を大気中で１１５０〜１２５０℃に２
時間保持して本焼成した。得られた焼結体を■直径２０
＋ｎｍ、厚さ１１１Ｉ１１の円板状、■長さ１２ｍｍ、
幅３鰭、厚さ１開の短冊状に切り出し、厚さ方向の両面
に銀電極を８００°Ｃに１０分間保持し焼き付けた。こ
の測定用試料を１２０℃に保持したシリコーン油中で、
直流２にＶ／ｍｓの電圧を１０分間印加して分極処理を
施した。２４時間放置した後、圧電特性として、ベクト
ルインピーダンスメーターを用いて圧電定数ｄ３１、電
気機械結合係数Ｋｐおよびｌ ＫＨｚにおける比誘電率
ε３３’ε０を測定した。さらにＩＫＩＩ２における比
誘電率の温度特性を測定してキュリー温度Ｔｃを求めた
。結果を第１表に示した。
第１表において、★印の実施例は本発明の圧電磁器組成
物に該当し、＊印は本実施例に対する比較例を示す。ま
た各実施例の組成物のＸ線回折を行い、結晶相、および
格子定数を調べた結果、★印のものは、本発明成分系に
おける三方晶−正方晶相境界、およびその近傍の組成物
であることを確認した。
物に該当し、＊印は本実施例に対する比較例を示す。ま
た各実施例の組成物のＸ線回折を行い、結晶相、および
格子定数を調べた結果、★印のものは、本発明成分系に
おける三方晶−正方晶相境界、およびその近傍の組成物
であることを確認した。
第１
図、
および第２図は本発明の組成範囲を示
し、
各々、
０．１５≦Ｘ
≦０．５．
０．５＜Ｘ
≦０．８５の場合
のちのである。
Claims (1)
- （１）チタン酸鉛［ＰｂＴｉＯ＿３］，ジルコン酸鉛［
ＰｂＺｒＯ＿３］，ニッケル・ニオブ酸鉛［Ｐｂ（Ｎｉ
＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３）Ｏ＿３］、および亜鉛
・ニオブ酸鉛［Ｐｂ（Ｚｎ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿
３）Ｏ＿３］からなる組成物を、ａＰｂＴｉＯ＿３−ｂ
ＰｂＺｒＯ＿３−ｃＰｂ［（Ｎｉ＿１＿−＿ｘＺｎ＿ｘ
）＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３］Ｏ＿３（但し、ａ，
ｂ，ｃはモル分率を示し、ａ＋ｂ＋ｃ＝１である）で表
したとき、この３成分を頂点とする３成分系組成図にお
いて、 ０．１５≦Ｘ≦０．５０のとき Ａ（ａ＝０．２７５，ｂ＝０．２７５，ｃ＝０．４５０
） Ｂ（ａ＝０．４１６，ｂ＝０．３８４，ｃ＝０．２００
） Ｃ（ａ＝０．３７４，ｂ＝０．１７６，ｃ＝０．４５０
） の各点を結ぶ線上、およびこの３点に囲まれる組成範囲
内にあり、 また、０．５＜Ｘ≦０．８５のとき Ｄ（ａ＝０．２７５，ｂ＝０．２７５，ｃ＝０．４５０
） Ｅ（ａ＝０．４１６，ｂ＝０．３８４，ｃ＝０．２００
） Ｆ（ａ＝０．３７４，ｂ＝０．１７６，ｃ＝０．４５０
） Ｇ（ａ＝０．２８６，ｂ＝０．１３４，ｃ＝０．５８０
） の各点を結ぶ線上、およびこの４点に囲まれる組成範囲
内にあることを特徴とする圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1078332A JPH02258662A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1078332A JPH02258662A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 圧電磁器組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02258662A true JPH02258662A (ja) | 1990-10-19 |
Family
ID=13659020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1078332A Pending JPH02258662A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02258662A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007284344A (ja) * | 2006-04-13 | 2007-11-01 | Agency For Science Technology & Research | 低焼結温度を有する強誘電性セラミック材料 |
| US7344654B2 (en) | 2004-12-22 | 2008-03-18 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric actuator |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP1078332A patent/JPH02258662A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7344654B2 (en) | 2004-12-22 | 2008-03-18 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric actuator |
| JP2007284344A (ja) * | 2006-04-13 | 2007-11-01 | Agency For Science Technology & Research | 低焼結温度を有する強誘電性セラミック材料 |
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