KR101557756B1 - 와셔 조립장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 엔진에 조립되는 OPS 바디 등에 부품에 와셔를 자동으로 조립하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 OPS 바디 등의 부품에 와셔 조립 시 회전하는 툴을 이용하여 와셔를 비스듬히 눌러주면서 나사부에 장착하는 새로운 형태의 와셔 조립방식을 구현함으로써, 조립시간 단축은 물론 실 록의 훼손을 방지할 수 있는 등 생산성 향상과 제품의 품질을 확보할 수 있는 와셔 조립장치를 제공한다.

Description

와셔 조립장치{Washer assembly device}

본 발명은 와셔 조립장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 엔진에 조립되는 OPS 바디 등에 부품에 와셔를 자동으로 조립하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 볼트와 너트 체결을 통해 두 부품을 결합시킬 때, 체결상태의 풀림 방지를 위해서 와셔가 널리 사용되고 있다.

예를 들면, 가정 및 산업현장에서 부재를 고정하고 고정된 부재를 용이하게 분해하기 위해서는 수나사인 볼트부재를 나사구멍으로 끼운 다음, 암나사인 너트부재를 체결하여 상기 부재를 서로 일체로 고정하고, 이렇게 조여진 너트부재를 풀음으로써 서로 분리하게 된다.

특히, 진동이나 충격 등이 많은 곳에서 대상부재를 고정하기 위해서는 와셔를 볼트부재와 이에 체결되는 너트부재 사이에 끼우게 된다.

이때, 와셔의 탄성력으로서 인해 볼트부재로부터 너트부재가 풀려지는 것을 방지하게 된다.

이러한 와셔의 종류와 형상이 다양한 것은 이미 널리 알려진 공지의 기술이며, 여러 형상의 와셔 중에서도 진동이 심한 곳 특히, 자동차 엔진 등과 같이 지속적인 운행으로 인해 진동이 발생되는 곳에 사용되는 와셔의 경우에는 충격을 흡수하여 소음 발생을 최소화하기 위한 기능성 와셔가 사용되고 있다.

보통 볼트에 와셔를 끼우거나, 부품의 나사부위에 와셔를 끼우는 등의 와셔 체결작업은 각종 기계류 생산 시에 워낙 대량적으로 필요한 것이기 때문에 수작업으로는 그 수요를 충족시킬 수 없다.

따라서, 한국 공개특허 10-2005-0108947호 등과 같이 와셔 체결작업을 자동화시킨 와셔 자동 조립기가 많이 보급되어 있다.

이와 같은 와셔 체결작업의 일 예를 살펴보면 다음과 같다.

도 4에 도시한 바와 같이, 여기서는 자동차 엔진에 조립되는 부품, 예를 들면 OPS 바디에 접시형 와셔(내경이 쐐기형 단면으로 되어 있는 와셔)를 조립하는 방식을 보여준다.

상기 OPS 바디(100)는 밸브류 등이 내장되어 있는 몸체부(101)와 엔진 바디(미도시)측에 체결되는 나사부(102)를 포함하는 형태로 이루어지게 되고, 상기 나사부(102)에는 와셔(103)가 장착됨과 더불어 이 상태에서 OPS 바디(100)는 나사부(102)를 이용하여 엔진 바디측에 체결되는 구조로 설치된다.

여기서, 미설명 부호 104는 기밀을 위해 나사부 표면에 도포(부착)되는 실 록(Seal lock)을 나타낸다.

그리고, 상기 와셔(103)의 경우 이탈 방지를 위하여 나사부(102)의 외경에 거의 상응하는 크기의 내경을 갖는 형태로 제조된다.

한편, 상기 OPS 바디(100)의 나사부(102)에 와셔(103)를 조립하는 방식을 살펴보면 다음과 같다.

상기 OPS 바디(100)의 나사부(102)의 선단에 와셔(103)를 세팅한 후에 클램프기구(미도시)로 와셔(103)를 고정시킴과 동시에 아래로 소정의 힘으로 눌러주고, 이 상태에서 OPS 바디(100)를 회전기구(미도시)로 회전시켜서 와셔(103)가 실 록(104)이 도포되어 있는 나사부(102)의 나사산을 타고 상대적으로 내려오도록 하는 방식으로 장착이 이루어지게 된다.

그리고, 상기 OPS 바디(100)의 나사부(102)에 장착된 와셔(103)가 후 공정에서 몸체부(101)의 이면에 압입되는 것으로 와셔 조립이 완료된다.

그러나, 위와 같은 와셔 조립방법의 경우 조립시간이 많이 소요되고 실 록이 손상되는 문제점이 있다.

즉, 자동차 부품은 대량 생산이고 공정시간이 짧아야 부품 제조 생산성을 높일 수 있다.

현재 와셔의 외측 상하면을 잡고 약한 일정 하강 압력을 주며, 나사부를 회전시켜 조립하고 있는데, 나사부에 도포된 실 록이 훼손되고 조립시간 또한 약 8초 정도 소요된다.

이는 OPS 전체 조립시간인 12초 내지 14초와 비교할 때 와셔를 조립하는데 소요되는 시간 비중이 크다는 것을 알 수 있고, 결국 이러한 와셔 조립 시 소요되는 많은 시간 때문에 전체 부품 조립시간이 증가하는 요인이 된다.

또한, 와셔를 꼭 잡고 있어 응력이 작용한 상태라서 조립 시 시간이 많이 걸리고, 실 록이 훼손되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, OPS 바디 등의 부품에 와셔 조립 시 회전하는 툴을 이용하여 와셔를 비스듬히 눌러주면서 나사부에 장착하는 새로운 형태의 와셔 조립방식을 구현함으로써, 조립시간 단축은 물론 실 록의 훼손을 방지할 수 있는 등 생산성 향상과 제품의 품질을 확보할 수 있는 와셔 조립장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 와셔 조립장치는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 와셔 조립장치는 부품의 세팅을 위한 하부의 바디 시트와 상하 이동가능한 상부의 리니어 모션 및 무빙 스핀들 브라켓을 가지는 장치 본체와, 상기 무빙 스핀들 브라켓의 상측에 지지되는 구조로 설치되는 모터와, 상기 무빙 스핀들 브라켓의 하측에 지지되는 구조로 설치되고 상기 모터의 축에 연결되어 회전가능한 스핀들 어셈블리와, 상기 스핀들 어셈블리의 하측에 결합되어 함께 회전가능하고 저면의 경사면을 이용하여 와셔와 접촉함과 더불어 와셔를 비스듬히 아래로 눌러가면서 부품측에 장착하는 툴을 포함하는 구조로 이루어진다.

따라서, 상기 와셔 조립장치는 모터에 의해 회전하는 툴의 경사면을 이용하여 부품에 걸쳐져 있는 와셔를 원주방향을 따라 순차적으로 비스듬히 아래로 눌러가면서 부품에 조립함으로써, 조립시간을 대폭 단축할 수 있는 등 생산성 향상 및 실 록 손상을 방지할 수 있는 특징이 있다.

여기서, 상기 스핀들 어셈블리는 상단부를 통해 모터측과 연결되고 무빙 스핀들 브라켓의 저면에 설치되어 있는 스핀들 하우징 내에 회전가능하게 설치되는 스핀들 샤프트와, 상기 스핀들 샤프트의 저면부에 설치되어 스프링의 탄력지지를 받으면서 상하 유동가능한 스핀들과, 상기 툴이 결합되는 곳으로서 스핀들의 하단부에 설치되는 툴 홀더를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 스핀들 어셈블리의 경우 스핀들 샤프트의 저면부에 설치되는 동시에 스핀들을 축선상으로 수용하면서 스핀들의 회전을 규제하는 리니어 하우징을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 툴은 스핀들 어셈블리의 툴 홀더에 있는 핀을 통해 위치를 잡도록 하는 동시에 자석을 통해 착탈가능한 구조로 결합되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 와셔 조립장치는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 부품(예를 들면, OPS 바디)을 고정시킨 상태에서 와셔를 비스듬히 아래로 눌러가면서 장착하는 방식이므로, 매우 짧은 시간(약 2초 정도)에 와셔를 조립할 수 있으며, 따라서 와셔 조립시간 단축에 따른 전체적인 부품 조립시간을 줄일 수 있는 등 생산성 향상을 도모할 수 있다.

셋째, 와셔를 아래로 내려주면서 장착하는 방식이기 때문에 응력이 작용하는 현상이 일어나지 않는 등 실 록이 훼손되는 것을 방지할 수 있고, 따라서 제품의 품질을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와셔 조립장치를 나타내는 정면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 와셔 조립장치를 나타내는 측면도
도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 와셔 조립장치의 작동상태를 나타내는 측면도
도 4는 OPS 바디와 와셔를 나타내는 사시도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와셔 조립장치를 나타내는 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 와셔 조립장치를 나타내는 측면도이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 와셔 조립장치는 부품, 예를 들면 OPS 바디를 고정시킨 상태에서 OPS 바디 나사부를 따라 와셔를 아래로 비스듬히 눌러가면서 장착할 수 있는 구조로 이루어짐으로써, 와셔 조립작업에 소요되는 시간을 대폭 단축할 수 있는 특징이 있다.

이를 위하여, 수직 및 수평 플레이트 조합형 구조물로 이루어진 장치 본체(13)가 마련되고, 상기 장치 본체(13)의 하부, 즉 수평 플레이트에는 부품을 세팅하기 위한 바디 시트(10)가 설치되며, 상기 장치 본체(13)의 상부, 즉 수직 플레이트에는 상하 방향으로 이동가능한 리니어 모션(11)과 이 리니어 모션(11)의 슬라이더측에 고정 설치되는 무빙 스핀들 브라켓(12)이 설치된다.

상기 바디 시트(10)는 상면에서 일정깊이 파인 홈 및 홈 내의 턱부를 갖는 사각 블럭 형태로서, 이러한 바디 시트(10)의 홈 및 턱부에 나사부를 위로하여 부품을 삽입 안착시킬 수 있게 된다.

상기 리니어 모션(11)은 슬라이더와 레일로 구성되는 통상의 리니어 모션을 적용할 수 있게 된다.

그리고, 상기 무빙 스핀들 브라켓(12)은 리니어 모션(11)측에 지지되어 수평자세를 유지하면서 리니어 모션 작동 시 위아래로 움직일 수 있게 된다.

또한, 상기 장치 본체(13)의 수직 플레이트 일측에는 수직 자세의 업소버(26)가 설치되며, 이때의 업소버(26)는 리니어 모션(11)에 의해 상하로 움직이는 무빙 스핀들 브라켓(12)의 하한 위치를 규제하는 역할 및 충격을 완화시켜주는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 리니어 모션(11)의 하강 작동에 의해 아래로 내려오는 무빙 스핀들 브라켓(12)은 업소버(26)의 로드에 부딪히면서 더 이상의 하강이 제한되어 이때의 위치를 유지할 수 있게 된다.

와셔 조립 시 회전력을 제공하는 수단으로 모터(14)가 마련되고, 이때의 모터(14)는 무빙 스핀들 브라켓(12)의 윗쪽에서 다수의 서포트 샤프트(27)에 의해 지지되어 있는 모터 브라켓(28)에 고정되는 구조로 설치된다.

이렇게 설치되는 모터(14)의 축은 아래를 향하게 되고, 이때의 모터 축은 커플링(29)을 매개로 하여 후술하는 스핀들 어셈블리(15)측과 연결될 수 있게 된다.

와셔 조립을 위한 툴(17)을 회전시켜주고, 또 툴(17)에 상하 탄력 유동을 제공하는 수단으로 스핀들 어셈블리(15)가 마련된다.

이러한 스핀들 어셈블리(15)는 상기 무빙 스핀들 브라켓(12)의 하측으로 길게 연장 위치되면서 지지되는 구조로 설치되고, 상기 모터(14)의 축에 연결되어 모터 작동 시 회전할 수 있게 되며, 스핀들 샤프트(19), 스핀들(21) 및 툴 홀더(22)의 조합 형태로 이루어지게 된다.

여기서, 상기 스핀들 샤프트(19)은 축선을 따라 형성되는 홀(30)을 가지는 원통형 블럭 형태로 이루어지고, 상단부와 하단부에는 커플링 조인트(31)와 스핀들 조인트(32)가 각각 장착된다.

이렇게 스핀들 샤프트(19)의 상단부에는 커플링 조인트(31)가, 하단부에는 스핀들 조인트(32)가 각각 장착됨에 따라, 스핀들 샤프트(19)의 내부 홀(30)의 경우 윗쪽은 커플링 조인트(31)에 의해 마감되는 동시에 아래쪽은 스핀들 조인트(32)에 있는 중심 구멍을 통해 밖으로 통할 수 있게 된다.

이러한 스핀들 샤프트(19)의 지지를 위하여, 무빙 스핀들 브라켓(12)의 저면에는 원통형의 스핀들 하우징(18)이 설치되고, 이때의 스핀들 하우징(18)의 내측으로 스핀들 샤프트(19)가 동심원상으로 위치됨과 더불어 위아래 2개의 베어링을 매개로 하여 회전가능하게 지지된다.

그리고, 상기 스핀들 샤프트(19)의 상단부에 결합되어 있는 스핀들 조인트(32)은 모터(14)의 축과 커플링(21)으로 연결되므로서, 상기 스핀들 샤프트(19)는 스핀들 하우징(18)의 내부에서 베어링의 지지를 받으며 회전될 수 있게 된다.

상기 스핀들(21)은 상단의 헤드부(33)를 가지는 축 형태로서, 상기 헤드부(33)를 포함하는 상단 일부는 스핀들 샤프트(19)의 내부 홀(30) 내에 위치되고, 그 이외의 나머지 부분은 스핀들 조인트(32)의 중심 구멍을 관통하여 아래로 길게 연장 위치되며, 이때의 스핀들(21)은 스핀들 조인트(32)의 중심 구멍 주변에 걸려지는 헤드부(33)에 의해 밑으로 빠지지 않게 된다.

특히, 상기 스핀들(21)의 헤드부(33)가 속해 있는 스핀들 샤프트(19)의 홀(30)의 내부에는 스프링(20)이 설치되며, 이때의 스프링(20)은 헤드부(33)와 접하면서 스핀들(21)을 항상 아래쪽으로 밀어내리려는 힘을 발휘하게 된다.

이에 따라, 상기 스핀들(21)은 스프링 힘을 받으면서 상하 탄력적으로 유동가능하게 된다.

상기 툴 홀더(22)는 툴(17)을 잡아주는 수단으로서, 스핀들(21)의 하단부에 체결구조로 설치되고, 그 저면에는 양쪽 2개의 자석(25)이 홈 내에 삽입됨과 더불어 하면이 노출되는 구조로 설치되며, 이렇게 설치되는 자석(25)의 위치에 대해 90°방향의 전후 위치에는 2개의 핀(24)이 형성된다.

이때의 자석(25)은 툴(17)을 잡아주는 역할을 하게 되고, 핀(24)은 툴(17)의 위치 및 회전 시 돌아가지 않도록 잡아주는 역할을 하게 된다.

그리고, 상기 스핀들(21)의 상하 유동을 안내하고, 또 스핀들(21)의 자체 회전을 막아주는 수단으로 리니어 하우징(23)이 마련된다.

상기 리니어 하우징(23)은 내부 축선을 따라 결합되어 있는 볼 스플라인(34)을 가지는 원통형의 하우징으로서, 스핀들 샤프트(19)의 저면부에 체결구조로 설치된다.

이렇게 설치되는 리니어 하우징(23)의 내부, 즉 볼 스플라인(34)의 내부에는 스핀들(21)이 끼워져 결합되고, 이렇게 결합되는 스핀들(21)은 볼 스플라인(34)의 안내를 받으면서 상하로 유동가능함과 더불어 자체적으로 회전되지 않게 된다.

즉, 상기 스핀들(21)의 외주면에는 스핀들 길이방향을 따라 나란하게 형성되는 볼 홈(35)이 여러 줄 구비되어 있고, 이때의 볼 홈(35)으로 볼 스플라인(34)이 가지고 있는 볼(36)이 약 1/2 정도 끼워지게 되므로서, 상기 스핀들(21)은 상하 유동 시 안내를 받을 수 있는 동시에 볼과 볼 홈 간의 걸림작용에 의한 회전규제로 원주방향으로는 돌아가지 않게 된다.

실질적으로 와셔를 장착하는 수단으로 툴(17)이 마련된다.

상기 툴(17)은 저면에서부터 축선을 따라 형성되는 공간부(37)를 가지는 원통형의 형태로 이루어지고, 특히 그 저면은 경사면(16)으로 되어 있어서 이 경사면(16)을 통해 와셔의 상면과 접촉함과 더불어 이때의 경사면(16)의 높이가 낮은 쪽을 이용하여 와셔를 비스듬히 아래로 눌러가면서 부품측에 장착할 수 있게 된다.

그리고, 상기 툴(17)의 상면에는 전후 2곳에 각각 홈부(38)가 형성되어 있어서, 이곳을 통해 툴 홀더(23)에 있는 핀(24)에 끼워질 수 있게 된다.

여기서, 상기 툴(17)에 형성되는 2곳의 홈부(38) 중에서 1곳은 장공 형태로 형성하여 툴 장착 시 약간의 여유를 주는 것도 바람직하다.

이에 따라, 상기 툴(17)은 홈부(28)를 통해 툴 홀더(23)에 있는 핀(24)에 끼워져 돌아가지 않게 위치를 잡음과 동시에 툴 홀더(23)에 있는 자석(25)측에 붙는 구조로 착탈가능하게 설치될 수 있게 된다.

따라서, 이와 같이 구성되는 와셔 조립장치의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 와셔 조립장치의 작동상태를 나타내는 측면도이다.

도 3a 내지 3c에 도시한 바와 같이, 먼저 장치 본체(13)에 있는 바디 시트(10)에 부품(100)을 세팅하고, 부품(100)의 나사부 상단에 와셔(103)를 올려 놓는다.

다음, 리니어 모션(11)을 작동시키면, 윗쪽의 모터(14)에서부터 아래쪽의 툴(17)을 포함하는 전체 뭉치가 하강하게 되고, 이렇게 하강하는 전체 뭉치는 업소버(26)에 의해 하강 위치가 유지된다.

이때, 상기 툴(17)의 경사면(16)은 부품(100)의 나사부 상단에 끼워진 채 놓여져 있는 와셔(103)의 상면에 접하게 되고, 이때의 툴(17)을 포함하는 툴 홀더(22) 및 스핀들(21) 전체는 와셔(103)에 의해 상대적으로 눌려져 스프링(20)을 압축하면서 위로 올라가 있게 된다.

이 상태에서, 모터(14)를 작동시키면, 스핀들 어셈블리(15) 및 툴(17) 전체가 회전하게 되고, 상기 툴(17)이 회전하면서 그 저면의 경사면(16)을 이용하여 와셔(103)를 원주방향을 따라 돌아가면서 비스듬히 눌러주게 되며, 이에 따라 와셔(103)는 원주방향을 따라 연속해서 아래로 젖혀지는 자세로 전환되면서 부품 나사부 결을 따라 아래로 내려가게 된다.

이때, 상기 툴(17)은 스프링(20)의 힘을 받기 때문에 와셔(103)를 눌러주면서 아래로 내려줄 수 있게 되고, 이렇게 와셔(103)가 부품 나사부를 따라 내려가는 것 만큼 툴(17), 툴 홀더(22) 및 스핀들(21) 전체 또한 아래로 내려가게 된다.

계속해서, 상기 와셔(103)가 부품 나사부 아래쪽까지 완전히 장착되면, 모터(14)는 작동을 멈추게 되고, 리니어 모션(11)의 상승 작동에 의해 툴(17)을 포함하는 뭉치 전체가 상승하여 복귀하는 것으로 와셔 조립작업이 완료된다.

물론, 상기 모터의 작동을 제어하는 방법은 미리 설정한 회전량 제어나 센서에 의한 위치감지 등과 같은 통상적인 방법을 적용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 경사면을 가지고 회전하는 툴을 이용하여 와셔를 비스듬히 아래로 눌러주는 방식으로 OPS 바디 등에 부품에 와셔를 자동으로 조립하는 장치를 구현함으로써, 와셔 조립시간을 대폭 단축할 수 있고, 와셔를 자연스럽게 내려주면서 조립하기 때문에 부품 나사부에 있는 실 록이 훼손되는 것을 방지할 수 있다.

10 : 바디 시트 11 : 리니어 모션
12 : 무빙 스핀들 브라켓 13 : 장치 본체
14 : 모터 15 : 스핀들 어셈블리
16 : 경사면 17 : 툴
18 : 스핀들 하우징 19 : 스핀들 샤프트
20 : 스프링 21 : 스핀들
22 : 툴 홀더 23 : 리니어 하우징
24 : 핀 25 : 자석
26 : 업소버 27 : 서포트 샤프트
28 : 모터 브라켓 29 : 커플링
30 : 홀 31 : 커플링 조인트
32 : 스핀들 조인트 33 : 헤드부
34 : 볼 스플라인 35 : 볼 홈
36 : 볼 37 : 공간부
38 : 홈부

Claims (5)

1. 부품의 세팅을 위한 하부의 바디 시트(10)와 상하 이동가능한 상부의 리니어 모션(11) 및 무빙 스핀들 브라켓(12)을 가지는 장치 본체(13);
   상기 무빙 스핀들 브라켓(12)의 상측에 지지되는 구조로 설치되는 모터(14);
   상기 무빙 스핀들 브라켓(12)의 하측에 지지되는 구조로 설치되고 상기 모터(14)의 축에 연결되어 회전가능한 스핀들 어셈블리(15);
   상기 스핀들 어셈블리(15)의 하측에 결합되어 함께 회전가능하고 저면의 경사면(16)을 이용하여 와셔와 접촉함과 더불어 경사면(16)의 높이가 낮은 쪽을 이용하여 와셔를 원주방향을 따라 돌아가면서 비스듬히 아래로 눌러가면서 부품측에 장착하는 툴(17);
   을 포함하고,
   상기 스핀들 어셈블리(15)는 상단부를 통해 모터측과 연결되고 무빙 스핀들 브라켓(12)의 저면에 설치되어 있는 스핀들 하우징(18) 내에 회전가능하게 설치되는 스핀들 샤프트(19)와, 상기 스핀들 샤프트(19)의 저면부에 설치되어 스프링(20)의 탄력지지를 받으면서 상하 유동가능한 스핀들(21)과, 상기 툴(17)이 결합되는 곳으로서 스핀들(21)의 하단부에 설치되는 툴 홀더(22)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 와셔 조립장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 스핀들 어셈블리(15)는 스핀들 샤프트(19)의 저면부에 설치되는 동시에 스핀들(21)을 축선상으로 수용하면서 스핀들(21)의 회전을 규제하는 리니어 하우징(23)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와셔 조립장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 툴(17)은 스핀들 어셈블리(15)의 툴 홀더(22)에 있는 핀(24)에 의해 위치를 잡는 동시에 자석(25)에 의해 착탈가능한 구조로 결합되는 것을 특징으로 하는 와셔 조립장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 장치 본체(13)에는 리니어 모션(11)에 의해 상하로 움직이는 무빙 스핀들 브라켓(12)의 하한 위치를 규제하는 업소버(26)가 구비되는 것을 특징으로 하는 와셔 조립장치.

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