JPS648289B2 - - Google Patents
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- JPS648289B2 JPS648289B2 JP321282A JP321282A JPS648289B2 JP S648289 B2 JPS648289 B2 JP S648289B2 JP 321282 A JP321282 A JP 321282A JP 321282 A JP321282 A JP 321282A JP S648289 B2 JPS648289 B2 JP S648289B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Force In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は荷重の測定に使用されるロードセルに
関する。
関する。
ホイートストンブリツジ回路を構成する金属箔
製の抵抗体パターンを絶縁フイルムに接着し、更
にこのフイルムを測定すべき荷重が作用するビー
ム体の起歪部領域に接着して構成される公知のロ
ードセルに比較して、製造工数が少なく容易かつ
安価に製造できるとともに、高精度の測定が可能
となる新規なロードセルが、本発明者等により提
案され、既に出願済みである。このロードセル
は、ビーム体上に絶縁被膜を直接形成し、この被
膜上に、金属材料を蒸着、スパツタリング、又は
マスキングにより直接積層形成して、必要な抵抗
体パターンおよび端子リードパターンを設けて構
成したものである。
製の抵抗体パターンを絶縁フイルムに接着し、更
にこのフイルムを測定すべき荷重が作用するビー
ム体の起歪部領域に接着して構成される公知のロ
ードセルに比較して、製造工数が少なく容易かつ
安価に製造できるとともに、高精度の測定が可能
となる新規なロードセルが、本発明者等により提
案され、既に出願済みである。このロードセル
は、ビーム体上に絶縁被膜を直接形成し、この被
膜上に、金属材料を蒸着、スパツタリング、又は
マスキングにより直接積層形成して、必要な抵抗
体パターンおよび端子リードパターンを設けて構
成したものである。
ところで、従来提案されたこの種ロードセル
は、必要なパターンを高密度に形成できるから、
そのパターンの入力側と出力側とが間近に接近さ
れるものである。しかしこのようにパターンの入
力側と出力側を接近させた場合、入力側から出力
側へリークする電流によつてホイートストンブリ
ツジ回路の出力端子からの出力電圧が影響を受
け、その結果正確な出力を得る信頼性が損われる
ことが分つた。
は、必要なパターンを高密度に形成できるから、
そのパターンの入力側と出力側とが間近に接近さ
れるものである。しかしこのようにパターンの入
力側と出力側を接近させた場合、入力側から出力
側へリークする電流によつてホイートストンブリ
ツジ回路の出力端子からの出力電圧が影響を受
け、その結果正確な出力を得る信頼性が損われる
ことが分つた。
本発明は上記の事情のもとに提案されたもの
で、その目的は、出力精度を向上させることがで
きるロードセルを提供することにある。
で、その目的は、出力精度を向上させることがで
きるロードセルを提供することにある。
すなわち、本発明は、ビーム体に直接形成した
絶縁被膜上に、端子リードパターン、およびホイ
ートストンブリツジ回路を形成する少なくとも4
つの抵抗体パターンを設け、この各抵抗体パター
ンをそれぞれ接続する端子リードパターンの対向
する一方の2パターン間に直流の入力電圧を印加
するとともに対向する他方の2パターン間から出
力電圧を取出すロードセルにおいて、少なくとも
出力電圧を取出す2つの端子リードパターンを包
囲するとともに入力電圧の中間電位に設定された
ガイドパターンを設けたロードセルである。
絶縁被膜上に、端子リードパターン、およびホイ
ートストンブリツジ回路を形成する少なくとも4
つの抵抗体パターンを設け、この各抵抗体パター
ンをそれぞれ接続する端子リードパターンの対向
する一方の2パターン間に直流の入力電圧を印加
するとともに対向する他方の2パターン間から出
力電圧を取出すロードセルにおいて、少なくとも
出力電圧を取出す2つの端子リードパターンを包
囲するとともに入力電圧の中間電位に設定された
ガイドパターンを設けたロードセルである。
以下、本発明を図面に示す一実施例を参照して
説明する。
説明する。
図中1はビーム体で、これはステンレス鋼
(SUS630)、高力アルミニウム合金(A2218)等
の金属材料を機械加工して形成されている。ビー
ム体1は、一端部に設けられた取付孔2,2を通
るボルト3により、固定部4に片持ち支持されて
使用される。そして、ビーム体1の中間部分に
は、薄肉の起歪部領域5が形成されているととも
に、この領域5の下面に対向する作用片6が、ビ
ーム体1の他端側より延出形成されている。作用
片6の先端部には係止孔7が設けられ、この孔7
に例えば吊下金具8を取付けて、測定すべき荷重
Wを矢印の如く(第2図参照)作用させるように
なつている。
(SUS630)、高力アルミニウム合金(A2218)等
の金属材料を機械加工して形成されている。ビー
ム体1は、一端部に設けられた取付孔2,2を通
るボルト3により、固定部4に片持ち支持されて
使用される。そして、ビーム体1の中間部分に
は、薄肉の起歪部領域5が形成されているととも
に、この領域5の下面に対向する作用片6が、ビ
ーム体1の他端側より延出形成されている。作用
片6の先端部には係止孔7が設けられ、この孔7
に例えば吊下金具8を取付けて、測定すべき荷重
Wを矢印の如く(第2図参照)作用させるように
なつている。
このビーム体1のパターン形成面となる上面に
は絶縁被膜9が直接形成されている。この絶縁被
膜9は本実施例の場合ポリイミド樹脂等の高分子
材料により形成されているが、特に耐熱性を要求
される場合には、二酸化けい素、アルミナ、フオ
ルステライト等を用いられる。
は絶縁被膜9が直接形成されている。この絶縁被
膜9は本実施例の場合ポリイミド樹脂等の高分子
材料により形成されているが、特に耐熱性を要求
される場合には、二酸化けい素、アルミナ、フオ
ルステライト等を用いられる。
そして、絶縁被膜9上には、ストレンゲージ抵
抗体パターン10〜13、端子リードパターン1
4、分圧用抵抗体パターン15,16、およびガ
ードパターン17が、金属材料を直接積層して
夫々形成されている。ストレンゲージ抵抗体パタ
ーン10〜13は、起歪部領域5の歪量の相等し
い最大起歪部5A,5Bに対向して設けられ、例
えばNi―Cr系合金で形成されている。なお、一
方の最大起歪部5Aは作用片6に荷重Wを作用さ
せた時に最大伸び歪を発生し、かつ他方の最大起
歪部5Bは同じく荷重W作用時に最大縮み歪を発
生する部位である。これら各抵抗体パターン10
〜13はいずれも第4図に示したようにジグザグ
状をなしている。端子リードパターン14、分圧
用抵抗体パターン15,16およびガードパター
ン17は、いずれも上記ストレンゲージ抵抗体パ
ターン10〜13を形成するNi―Cr系合金等の
金属層Aと、この上に直接積層形成されたAu等
の金属層Bとにより形成されている。そして、端
子リードパターン14は、入力端子14A,14
Bおよび出力端子14C,14Dを有していると
ともに、ストレンゲージ抵抗体パターン10〜1
3相互を接続して第3図に示したホイートストン
ブリツジ回路を形成し、かつ分圧用抵抗体パター
ン15,16と入力端子14A,14Bおよびガ
ードパターン17とを接続して設けられている。
分圧用抵抗体パターン15,16はいずれも第4
図に示したようにジグザグ状であるとともに、上
記入力端子14A,14Bをつなぎ、これら端子
14A,14B間電圧V1の中間電位、例えば
V1/2をガイドパターン17に与えるようにな
つている。これは分圧用抵抗体パターン15,1
6の抵抗値を等しくすることによつて実現してい
る。またホイートストンブリツジ回路を形成する
各ストレンゲージ抵抗体パターン10〜13は一
般にその抵抗値が等しくなつており、従つて抵抗
体パターン11と13とを接続する端子リードパ
ターン14及び抵抗体パターン10と12とを接
続する端子リードパターン14の電位は前記ガイ
ドパターン17の電位と等しくなつている。
抗体パターン10〜13、端子リードパターン1
4、分圧用抵抗体パターン15,16、およびガ
ードパターン17が、金属材料を直接積層して
夫々形成されている。ストレンゲージ抵抗体パタ
ーン10〜13は、起歪部領域5の歪量の相等し
い最大起歪部5A,5Bに対向して設けられ、例
えばNi―Cr系合金で形成されている。なお、一
方の最大起歪部5Aは作用片6に荷重Wを作用さ
せた時に最大伸び歪を発生し、かつ他方の最大起
歪部5Bは同じく荷重W作用時に最大縮み歪を発
生する部位である。これら各抵抗体パターン10
〜13はいずれも第4図に示したようにジグザグ
状をなしている。端子リードパターン14、分圧
用抵抗体パターン15,16およびガードパター
ン17は、いずれも上記ストレンゲージ抵抗体パ
ターン10〜13を形成するNi―Cr系合金等の
金属層Aと、この上に直接積層形成されたAu等
の金属層Bとにより形成されている。そして、端
子リードパターン14は、入力端子14A,14
Bおよび出力端子14C,14Dを有していると
ともに、ストレンゲージ抵抗体パターン10〜1
3相互を接続して第3図に示したホイートストン
ブリツジ回路を形成し、かつ分圧用抵抗体パター
ン15,16と入力端子14A,14Bおよびガ
ードパターン17とを接続して設けられている。
分圧用抵抗体パターン15,16はいずれも第4
図に示したようにジグザグ状であるとともに、上
記入力端子14A,14Bをつなぎ、これら端子
14A,14B間電圧V1の中間電位、例えば
V1/2をガイドパターン17に与えるようにな
つている。これは分圧用抵抗体パターン15,1
6の抵抗値を等しくすることによつて実現してい
る。またホイートストンブリツジ回路を形成する
各ストレンゲージ抵抗体パターン10〜13は一
般にその抵抗値が等しくなつており、従つて抵抗
体パターン11と13とを接続する端子リードパ
ターン14及び抵抗体パターン10と12とを接
続する端子リードパターン14の電位は前記ガイ
ドパターン17の電位と等しくなつている。
そして抵抗体パターン11と13とを接続する
端子リードパターン14と抵抗体パターン10と
12とを接続する端子リードパターン14との間
から出力電圧V0を取出すようになつている。
端子リードパターン14と抵抗体パターン10と
12とを接続する端子リードパターン14との間
から出力電圧V0を取出すようになつている。
前記ガイドパターン17は第4図に示すよう
に、前記出力端子14Cを含みその出力端子14
Cと前記抵抗体パターン10,12を接続する端
子リードパターン14及び前記出力端子14Dを
含みその出力端子14Dと前記抵抗体パターン1
3,11を接続する端子リードパターン14を包
囲するように配置されている。なお、図中17a
はボンデング結線部であるとともに、説明の都合
上第4図中において他のパターンとの判別を容易
にするためにガードパターン17は斜線を付して
表示してあり、これは断面を示したものではな
い。
に、前記出力端子14Cを含みその出力端子14
Cと前記抵抗体パターン10,12を接続する端
子リードパターン14及び前記出力端子14Dを
含みその出力端子14Dと前記抵抗体パターン1
3,11を接続する端子リードパターン14を包
囲するように配置されている。なお、図中17a
はボンデング結線部であるとともに、説明の都合
上第4図中において他のパターンとの判別を容易
にするためにガードパターン17は斜線を付して
表示してあり、これは断面を示したものではな
い。
なお、以上の構成のロードセルは例えば次のよ
うにして製造される。
うにして製造される。
まず、第6図Aのように、切削加工により得ら
れたビーム体1の上面を脱脂洗浄し、この面上に
粘度1000cp程度に調整されたワニス状のポリイ
ミド樹脂液を滴下する。このビーム体1をスピン
ナにより1600rpm程度の速度で回転させることに
より、絶縁被膜材料を4〜5μm程度の厚さに調
整して塗布する。次に、このビーム体1を、まず
100℃で約1時間加熱処理して、絶縁被膜材料中
の溶剤を除去した後、更に250℃で約5時間加熱
処理して、硬質な絶縁被膜9を形成する。次に、
この絶縁被膜9上に、蒸着又はスパツタリングに
より金属層AおよびBを次々に直接積層形成す
る。勿論、各々の層A,Bの厚みは数μm以下に
適当に定められる。
れたビーム体1の上面を脱脂洗浄し、この面上に
粘度1000cp程度に調整されたワニス状のポリイ
ミド樹脂液を滴下する。このビーム体1をスピン
ナにより1600rpm程度の速度で回転させることに
より、絶縁被膜材料を4〜5μm程度の厚さに調
整して塗布する。次に、このビーム体1を、まず
100℃で約1時間加熱処理して、絶縁被膜材料中
の溶剤を除去した後、更に250℃で約5時間加熱
処理して、硬質な絶縁被膜9を形成する。次に、
この絶縁被膜9上に、蒸着又はスパツタリングに
より金属層AおよびBを次々に直接積層形成す
る。勿論、各々の層A,Bの厚みは数μm以下に
適当に定められる。
次に、第6図Bのように、金属層A,Bに対し
て夫々の金属に適したエツチング液を用いて順次
フオトエツチングを行ない、各パターン10〜1
7となる部分を残して他を除去することにより、
金属層A,Bよりなる所定のパターンを現出させ
る。このことにより、端子リードパターン14、
分圧用抵抗体パターン15,16およびガードパ
ターン17が形成される。
て夫々の金属に適したエツチング液を用いて順次
フオトエツチングを行ない、各パターン10〜1
7となる部分を残して他を除去することにより、
金属層A,Bよりなる所定のパターンを現出させ
る。このことにより、端子リードパターン14、
分圧用抵抗体パターン15,16およびガードパ
ターン17が形成される。
この後、第6図Cのように金属層Bに適したエ
ツチング液を用いてフオトエツチングを行ないス
トレンゲージ抵抗体パターン10〜13に対向す
る金属層Bを除去し、同パターン10〜13を現
出形成する。
ツチング液を用いてフオトエツチングを行ないス
トレンゲージ抵抗体パターン10〜13に対向す
る金属層Bを除去し、同パターン10〜13を現
出形成する。
最後、第6図Dのようにガードパターン17の
一部を金等によりなるリード線をボンデング結線
17aする。
一部を金等によりなるリード線をボンデング結線
17aする。
以上でロードセルが完成されるが、必要により
金属層を安定させるための熱処理を、適当な時期
に施してもよいことともに、耐候性を向上させる
ためにボンデング結線後に、絶縁被膜をオーバー
コーテイングしても差支えない。
金属層を安定させるための熱処理を、適当な時期
に施してもよいことともに、耐候性を向上させる
ためにボンデング結線後に、絶縁被膜をオーバー
コーテイングしても差支えない。
このような構成の本実施例においては、入力端
子14A,14B間電圧V1の1/2の電圧をガイド
パターン17に印加し、そのガイドパターン17
によつて少なくとも出力端子14Cを含みその出
力端子14Cと抵抗体パターン10,12を接続
する端子リードパターン14及び出力端子14D
を含みその出力端子14Dと抵抗体パターン1
3,11を接続する端子リードパターン14を包
囲しているので、入力端子14Aに接続されてい
る端子リードパターン14から抵抗体パターン1
0,13側にリーク電流が流れることはなく、リ
ーク電流はすべてガイドパターン17に流れるよ
うになる。従つてホイートストンブリツジ回路の
出力がリーク電流によつて影響されることはなく
出力精度の向上を図ることができる。
子14A,14B間電圧V1の1/2の電圧をガイド
パターン17に印加し、そのガイドパターン17
によつて少なくとも出力端子14Cを含みその出
力端子14Cと抵抗体パターン10,12を接続
する端子リードパターン14及び出力端子14D
を含みその出力端子14Dと抵抗体パターン1
3,11を接続する端子リードパターン14を包
囲しているので、入力端子14Aに接続されてい
る端子リードパターン14から抵抗体パターン1
0,13側にリーク電流が流れることはなく、リ
ーク電流はすべてガイドパターン17に流れるよ
うになる。従つてホイートストンブリツジ回路の
出力がリーク電流によつて影響されることはなく
出力精度の向上を図ることができる。
例えば抵抗13及び10にそれぞれ流れる電流
をi1,i2とし、また抵抗13及び10にそれぞれ
発生する電圧をv1,v2とすると、出力電圧V0は V0=v2−v1=i2・R10−i1・R13 となる。なお、R10は抵抗10の抵抗値、R13は
抵抗13の抵抗値である。
をi1,i2とし、また抵抗13及び10にそれぞれ
発生する電圧をv1,v2とすると、出力電圧V0は V0=v2−v1=i2・R10−i1・R13 となる。なお、R10は抵抗10の抵抗値、R13は
抵抗13の抵抗値である。
ここでリーク電流ilが入力端子14Aに接続さ
れた端子リードパターン14から抵抗12と10
とを接続した端子リードパターン14を介して抵
抗10に流れたとすると、そのときの出力電圧
V0′は、このとき抵抗10の両端に発生する電圧
をv2′とすると、 V0′=v2′−v1 =(i2+il)・R10−i1・R13 となる。これによりV0′−V0=il・R10となり、出
力電圧が変化することになる。
れた端子リードパターン14から抵抗12と10
とを接続した端子リードパターン14を介して抵
抗10に流れたとすると、そのときの出力電圧
V0′は、このとき抵抗10の両端に発生する電圧
をv2′とすると、 V0′=v2′−v1 =(i2+il)・R10−i1・R13 となる。これによりV0′−V0=il・R10となり、出
力電圧が変化することになる。
これは入力端子14Aに接続された端子リード
パターン14と抵抗12と10とを接続する端子
リードパターン14との間に電位差がありリーク
電流ilが流れるためである。
パターン14と抵抗12と10とを接続する端子
リードパターン14との間に電位差がありリーク
電流ilが流れるためである。
そこでガイドパターン17の電位を抵抗12と
10の接続点と同じ程度の電位となるように
V1/2に設定することによつてリーク電流ilを抵
抗12と10とを接続した端子リードパターン1
4ではなくガイドパターン17に流すことができ
る。
10の接続点と同じ程度の電位となるように
V1/2に設定することによつてリーク電流ilを抵
抗12と10とを接続した端子リードパターン1
4ではなくガイドパターン17に流すことができ
る。
以上のことは入力端子14Aに接続された端子
リードパターン14と抵抗11と13とを接続し
た端子リードパターン14との間でも同様であ
る。
リードパターン14と抵抗11と13とを接続し
た端子リードパターン14との間でも同様であ
る。
こうして抵抗10や13にリーク電流が流れる
のをガイドパターン17によつて防止することが
できる。すなわち出力端子14C,14D及びこ
の出力端子側の端子リードパターン14の部分
を、入力電圧に対して保護でき、出力精度を向上
できる。
のをガイドパターン17によつて防止することが
できる。すなわち出力端子14C,14D及びこ
の出力端子側の端子リードパターン14の部分
を、入力電圧に対して保護でき、出力精度を向上
できる。
なお、上記一実施例は以上のように構成した
が、本発明においては、必要によりスパン調整用
抵抗体パターン、ブリツジバランス調整用抵抗体
パターン、その他の抵抗体パターンを追加して実
施してもよい。その他、本発明の実施に当つて
は、ビーム体、起歪部領域、端子リードパター
ン、ストレンゲージ抵抗体パターン、ガードパタ
ーン等の具体的な構造、形状、位置および材質等
は、発明の要旨に反しない限り上記一実施例に制
約されるものではなく、種々の態様に構成して実
施できることは勿論である。
が、本発明においては、必要によりスパン調整用
抵抗体パターン、ブリツジバランス調整用抵抗体
パターン、その他の抵抗体パターンを追加して実
施してもよい。その他、本発明の実施に当つて
は、ビーム体、起歪部領域、端子リードパター
ン、ストレンゲージ抵抗体パターン、ガードパタ
ーン等の具体的な構造、形状、位置および材質等
は、発明の要旨に反しない限り上記一実施例に制
約されるものではなく、種々の態様に構成して実
施できることは勿論である。
以上詳述したようにこの発明によれば、出力精
度を向上させることができるロードセルを提供で
きるものである。
度を向上させることができるロードセルを提供で
きるものである。
図面は本発明の一実施例を示し、第1図は斜視
図、第2図は荷重作用時における断面図、第3図
は電気回路図、第4図は各パターンの詳細を示す
拡大平面図、第5図は第4図中―線に沿う断
面図、第6図A〜Dは製造方法を順に追つて示す
説明図である。 1…ビーム体、6…起歪部領域、9…絶縁被
膜、10〜13…ストレンゲージ抵抗体パター
ン、14…端子リードパターン、14A,14B
…入力端子、14C,14D…出力端子、15,
16…分圧用抵抗体パターン、17…ガードパタ
ーン。
図、第2図は荷重作用時における断面図、第3図
は電気回路図、第4図は各パターンの詳細を示す
拡大平面図、第5図は第4図中―線に沿う断
面図、第6図A〜Dは製造方法を順に追つて示す
説明図である。 1…ビーム体、6…起歪部領域、9…絶縁被
膜、10〜13…ストレンゲージ抵抗体パター
ン、14…端子リードパターン、14A,14B
…入力端子、14C,14D…出力端子、15,
16…分圧用抵抗体パターン、17…ガードパタ
ーン。
Claims (1)
- 1 測定すべき荷重が作用するビーム体に直接形
成した絶縁被膜上に、金属材料を直接積層して少
なくとも端子リードパターン、およびビーム体の
起歪部領域に配置されかつ端子リードパターンで
接続されてホイートストンブリツジ回路を形成す
る少なくとも4つの抵抗体パターンを設け、この
各抵抗体パターンをそれぞれ接続する端子リード
パターンの対向する一方の2パターン間に直流の
入力電圧を印加するとともに対向する他方の2パ
ターン間から出力電圧を取出すロードセルにおい
て、少なくとも上記出力電圧を取出す2つの端子
リードパターンを包囲するとともに上記入力電圧
の中間電位に設定されたガイドパターンを設けて
なることを特徴とするロードセル。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP321282A JPS58120139A (ja) | 1982-01-12 | 1982-01-12 | ロ−ドセル |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP321282A JPS58120139A (ja) | 1982-01-12 | 1982-01-12 | ロ−ドセル |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58120139A JPS58120139A (ja) | 1983-07-16 |
JPS648289B2 true JPS648289B2 (ja) | 1989-02-13 |
Family
ID=11551133
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP321282A Granted JPS58120139A (ja) | 1982-01-12 | 1982-01-12 | ロ−ドセル |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58120139A (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60213838A (ja) * | 1984-04-09 | 1985-10-26 | Tokyo Electric Co Ltd | ロ−ドセル |
US4527434A (en) * | 1984-05-10 | 1985-07-09 | The Babcock & Wilcox Company | Cylindrical force transducer beam |
EP0164862B1 (en) * | 1984-05-17 | 1989-10-11 | Tokyo Electric Co., Ltd. | Strain-gauged load cell |
-
1982
- 1982-01-12 JP JP321282A patent/JPS58120139A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS58120139A (ja) | 1983-07-16 |
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