KR102378010B1 - 액추에이터 - Google Patents

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가부시키가이샤 테지케
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Abstract

SMA 액추에이터의 가동자의 소형화를 실현 가능한 기술을 제공한다. 고정자(12); 고정자(12)와 대향하고, 고정자(12)와 대향하는 방향을 가동 방향(X)으로 하여 이동 가능한 가동자(14); 온도 변화에 의해 신축 가능한 형상 기억 합금을 소재로 하여 구성되고, 고정자(12)로부터 가동자(14)가 이격되는 방향이 되는 가동 방향(X)의 한쪽측을 향해 수축 변형에 의해 가동자(14)를 구동 가능한 신축 부재(16); 가동자(14)로부터 이격된 부분에서 고정자(12)에 고정되는 고정부(18a); 및 가동 방향(X)의 다른쪽측을 향해 가동자(14)를 가압하는 가압부(18b)를 구비한다.

Description

액추에이터{ACTUATOR}
본 발명은, 형상 기억 합금을 사용한 액추에이터에 관한 것이다.
종래부터, 소형화를 실현할 수 있는 액추에이터로서, 형상 기억 합금을 사용한 SMA(Shape Memory Alloy) 액추에이터가 알려져 있다. 이 SMA 액추에이터는, 형상 기억 합금을 사용한 신축 부재의 온도 변화에 의한 신축을 이용하여 가동자를 왕복동시킬 수 있다.
이 SMA 액추에이터에는, 고정자로부터의 가동자의 이탈을 방지하기 위해 바이어싱 부재를 도입하는 경우가 있다. 특허문헌 1에는, 이 바이어싱 부재로서 코일 스프링을 사용한 SMA 액추에이터가 개시되어 있다. 이 SMA 액추에이터에서는, 코일 스프링을 수용하는 구멍부가 가동자에 형성되고, 고정자에 비틀어 박히는 수나사의 헤드부를 코일 스프링에 대는 것에 의해, 고정자로부터의 가동자의 이탈이 방지되고 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
일본국 공개특허공보 2014-88811호 공보
하지만, 특허문헌 1의 SMA 액추에이터에서는, 코일 스프링을 수용하는 구멍부를 가동자에 형성하고 있다. 이는, 수나사와 협동하여 코일 스프링의 고정자에 대한 위치를 유지하기 위한 것으로 생각된다. 이 구조에서는, 코일 스프링의 외경보다 큰 내경의 구멍부를 가동자에 형성할 수 있도록, 가동자의 폭 치수를 여분으로 확보해야 한다. 또한, 코일 스프링은 나선형을 이루는 복잡한 형상이기 때문에, 그 외경의 소형화에는 한계가 있고, 이에 따라 가동자의 폭 치수의 소형화가 곤란하다.
본 발명에 일 실시예는, 이와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 일 목적은, SMA 액추에이터의 가동자의 소형화를 실현 가능한 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제1실시예는 액추에이터이다. 제1실시예에 따른 액추에이터는, 고정자; 상기 고정자와 대향하고, 상기 고정자와 대향하는 방향을 가동 방향으로 하여 이동 가능한 가동자; 온도 변화에 의해 신축 가능한 형상 기억 합금을 소재로 하여 구성되고, 상기 고정자로부터 상기 가동자가 이격되는 방향이 되는 상기 가동 방향의 한쪽측을 향해 수축 변형에 의해 상기 가동자를 구동 가능한 신축 부재; 및 상기 가동 방향의 다른쪽측을 향해 상기 가동자를 바이어싱하는 바이어싱 부재를 구비하고, 상기 바이어싱 부재는, 상기 가동자로부터 이격된 영역에서 상기 고정자에 고정되는 고정부와, 상기 가동 방향의 다른쪽측을 향해 상기 가동자를 가압하는 가압부를 일체로 구비하는 탄성 부재인 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 의하면, 바이어싱 부재를 수용하는 구멍부를 가동자에 형성하지 않아도, 바이어싱 부재의 고정자에 대한 위치를 유지할 수 있다. 따라서, 바이어싱 부재를 수용하는 구멍부가 가동자에 불필요해져, 가동자의 폭 치수의 소형화를 용이하게 실현할 수 있다.
도 1은 제1실시예에 따른 액추에이터 사시도이다.
도 2는 제1실시예에 따른 액추에이터 측면 단면도이다.
도 3은 제1실시예에 따른 액추에이터 평면도이다.
도 4는 도 2의 일부 확대도이다.
도 5는 제1실시예에 따른 가동자가 신축 부재에 의해 구동된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 제1실시예에 따른 액추에이터의 조립 방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 고정자의 상측에 가동자를 배치한 상태를 나타내는 도면이고, (b)는 고정자나 가동자의 상측에 바이어싱 부재를 배치한 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 제1변형예에 따른 바이어싱 부재를 나타내는 측면 단면도이다.
도 8은 제2변형예에 따른 바이어싱 부재를 나타내는 사시도이다.
이하, 실시예, 변형예에서는, 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 각 도면에서는, 설명의 편의상, 구성 요소의 일부를 적절히 생략하거나, 구성 요소의 치수를 적절히 확대, 축소하여 나타낸다.
(제1실시예)
도 1은 제1실시예에 따른 액추에이터(10)의 사시도이다. 도 2는 액추에이터(10)의 측면 단면도이다. 본 실시예에 따른 액추에이터(10)는, 전기기기를 조작하는 사용자에게 전기기기에 대한 조작에 연동하여 촉감을 부여하는 촉감부여 장치로서 사용된다. 본 실시예의 전기기기는 터치 패널 장치이며, 촉감부여 대상물은 터치 패널 장치의 터치 패널이 된다. 액추에이터(10)는, 터치 패널 장치의 케이싱 내에 수용된다. 액추에이터(10)는, 가동자(14)의 가동 방향(X)(후술한다)의 한쪽측을 출력 방향으로 했을 때, 가동자(14)의 출력 방향에서의 움직임을 터치 패널에 전달 가능하게 마련된다. 액추에이터(10)는, 예를 들면, 가동자(14)의 출력 방향이 터치 패널의 면내 방향 또는 면외 방향에 따른 방향이 되도록 마련된다.
전기기기는, 터치 패널을 출력 방향과는 반대측의 반 출력 방향을 향해 바이어싱하는 바이어싱부(미도시)를 구비한다. 터치 패널이 가동자(14)에 의해 출력 방향으로 움직여진 후, 가동자(14)로부터 터치 패널에 대한 힘의 전달이 해제되었을 때, 이 바이어싱부의 바이어싱력에 의해, 가동자(14)와 함께 터치 패널이 반 출력 방향을 향해 원위치된다. 이 터치 패널의 출력 방향과 반 출력 방향으로의 움직임이 순간적으로 이루어지는 것에 의해, 터치 패널에 접촉하고 있는 사용자에게 펄스 형태의 진동이 전달되어, 사용자에게 촉감을 부여하게 된다.
액추에이터(10)는, 주로, 고정자(12)와, 가동자(14)와, 신축 부재(16)와, 바이어싱 부재(18)와, 제1수나사 부재(20)와, 제2수나사 부재(22)와, 암나사 부재(24)를 구비한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 고정자(12)와 가동자(14)는 대향하고 있다. 가동자(14)는, 고정자(12)ㅁ와 대향하는 방향을 가동 방향(X)으로 하여 이동 가능하다. 가동자(14)는, 가동자(14)의 출력 방향이 되는 가동 방향(X)의 한쪽측(도 2의 상측)에 배치되고, 고정자(12)는, 전술한 반 출력 방향이 되는 가동 방향(X)의 다른쪽측(도 2의 하측)에 배치된다. 본 실시예에서는, 가동 방향(X)의 한쪽측(도 2의 상측)이 고정자(12)로부터 가동자(14)가 이격되는 방향이 되고, 가동 방향(X)의 다른쪽측(도 2의 하측)이 고정자(12)에 가동자(14)가 근접하는 방향이 된다. 이하, 설명의 편의상, 가동자(14)의 가동 방향(X) 중, 고정자(12)로부터 가동자(14)가 이격되는 방향을 "상"으로 하고, 고정자(12)에 가동자(14)가 근접하는 방향을 "하"로 한다.
도 3은 액추에이터(10)의 평면도이다. 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 고정자(12)와 가동자(14)는, 가동 방향(X)과 교차하는 연장 방향(Y)으로 연장되어 있다. 본 실시예의 연장 방향(Y)은 가동 방향(X)과 직교하고 있다. 본 실시예의 고정자(12)와 가동자(14)는 직선 형태로 연장되어 있다. 이하, 설명의 편의상, 가동자(14)의 연장 방향(Y)의 한쪽측(도 2의 좌측)을 "좌"로 하고, 다른쪽측(도 2의 우측)을 "우"로 한다. 또한, 가동자(14)의 가동 방향(X) 및 연장 방향(Y)에 직교하는 방향을 폭 방향(Z)으로 한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 고정자(12)는, 가동자(14)의 가동 방향(X)에서 가동자(14)측(상측)을 향하는 부분에 제1걸이부(12a)를 구비한다. 가동자(14)는, 가동자(14)의 가동 방향(X)에서 고정자(12)측(하측)을 향하는 부분에 제2걸이부(14a)를 구비한다. 제1걸이부(12a)와 제2걸이부(14a)는, 가동자(14)의 연장 방향(Y)으로 교대로 배열되도록 배치된다.
본 실시예의 고정자(12)는, 가동자(14)의 연장 방향(Y)으로 배열되는 복수의 제1걸이부(12a)를 구비한다. 본 실시예의 제1걸이부(12a)는 상향으로 돌출되는 돌출 형상을 이룬다. 또한, 본 실시예의 제1걸이부(12a)는 상향으로 볼록한 곡면 형상을 이룬다. 복수의 제1걸이부(12a)의 사이에는 제1요부(12b)가 형성된다. 제1요부(12b)는 하향으로 함몰되어 있고, 하향으로 오목한 곡면 형상을 이룬다.
본 실시예에 따른 가동자(14)는, 가동자(14)의 연장 방향(Y)으로 배열되는 복수의 제2걸이부(14a)를 구비한다. 본 실시예의 제2걸이부(14a)는 하향으로 돌출되는 돌출 형상을 이룬다. 또한, 본 실시예의 제2걸이부(14a)는 하향으로 볼록한 곡면 형상을 이룬다. 복수의 제2걸이부(14a)의 사이에는 제2요부(14b)가 형성된다. 제2요부(14b)는 상향으로 함몰되어 있고, 상향으로 오목한 곡면 형상을 이룬다.
본 실시예에서는 고정자(12)의 제1걸이부(12a)는 가동자(14)의 제2요부(14b)와 감합되어 있고, 고정자(12)의 제1요부(12b)는 가동자(14)의 제2걸이부(14a)와 감합되어 있다.
도 4는 도 2의 일부 확대도이다. 도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 고정자(12)는, 가동 방향(X)에서 보아, 가동자(14)와의 가동 방향(X)에서의 대향 부분(12c)보다 돌출되는 돌출부(12d)를 구비한다. 본 실시예의 돌출부(12d)는, 가동자(14)와의 대향 부분(12c)보다 연장 방향(Y)의 양측으로 돌출된다. 돌출부(12d)에는, 가동자(14)와의 대향 부분(12c)보다 가동 방향(X)에서의 두께 치수가 작은 박판부(12e)가 마련된다. 박판부(12e)의 하측면은, 고정자(12)의 가동자(14)와의 대향 부분(12c)의 하측면보다 상측에 위치하고, 박판부(12e)의 상측면은, 가동자(14)의 상측면보다 하측에 위치한다.
고정자(12)의 돌출부(12d)에는 제1수나사 부재(20), 제2수나사 부재(22), 고정용 나사(26)를 각각 삽통하기 위한 제1삽통 구멍(12fa), 제2삽통 구멍(12fb), 제3삽통 구멍(12fc)이 형성된다. 고정용 나사(26)는, 액추에이터(10)의 고정 대상에 고정하기 위해 사용된다. 본 실시예에서의 고정 대상이란, 전술한 전기기기의 케이싱이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 신축 부재(16)는, 온도 변화에 의해 신축 가능한 형상 기억 합금을 소재로 하여 구성된다. 이 형상 기억 합금은, 예를 들면, Ni-Ti 합금 등이다. 이 형상 기억 합금을 사용한 신축 부재(16)는, 가열에 의해 수축 변형 가능하고 냉각에 의해 인장 변형 가능하다. 본 실시예의 신축 부재(16)는 선형태의 와이어이지만, 띠 형태의 벨트 등이어도 좋다.
신축 부재(16)는, 고정자(12)의 제1걸이부(12a)와 가동자(14)의 제2걸이부(14a)에 교대로 걸리도록 가동자(14)의 연장 방향(Y)으로 걸쳐져 있다. 상세하게는, 신축 부재(16)는, 가동자(14)의 가동 방향(X)에서 제1걸이부(12a)의 가동자(14)측(상측)을 향하는 부분과, 그 가동 방향(X)에서 제2걸이부(14a)의 고정자(12)측(하측)을 향하는 부분에 교대로 걸리도록 걸쳐져 있다. 고정자(12)의 제1걸이부(12a)와 가동자(14)의 제2걸이부(14a)의 폭 방향(Z) 중앙부에는 홈부(30)(도 4 참조)가 형성된다. 신축 부재(16)는, 고정자(12)나 가동자(14)의 홈부(30)의 내측을 지나도록 배치된다.
신축 부재(16)는, 장력이 부여된 상태로, 제1수나사 부재(20)를 사용하여 양단부(16a, 16b)가 고정된다. 본 실시예의 신축 부재(16)는 고정자(12)의 돌출부(12d)에 양단부(16a, 16b)가 고정된다. 신축 부재(16)의 단부(16a, 16b)는, 제1수나사 부재(20)의 축부(20b)에 권취된 상태로 고정된다. 신축 부재(16)의 양단부(16a, 16b)는, 도시하지 않는 외부 전원 회로에 전기 배선을 통해 전기적으로 접속된다.
바이어싱 부재(18)는, 고정자(12)로부터의 가동자(14)의 이탈을 방지하기 위해 사용된다. 본 실시예의 바이어싱 부재(18)는, 고정자(12)나 가동자(14)의 좌측 부분과 우측 부분의 각각에 대응하여 개별로 마련된다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 바이어싱 부재(18)는, 가동자(14)로부터 이격된 부분에서 고정자(12)에 고정되는 고정부(18a)와, 가동자(14)를 하측(가동 방향(X)의 다른쪽측)을 향해 가압하는 가압부(18b)를 구비한다. 본 실시예에서는, 고정부(18a)가 연장 방향(Y)의 한쪽단 측에 마련되고, 가압부(18b)가 고정부(18a)와는 연장 방향(Y)의 반대단 측에 마련된다.
고정부(18a)는, 고정자(12)의 돌출부(12d)의 상측에 배치되고, 고정자(12)의 돌출부(12d)에 제2수나사 부재(22)를 사용하여 고정된다. 상세하게는, 고정부(18a)는, 제2수나사 부재(22)의 헤드부(22a)와 고정자(12)의 돌출부(12d)의 사이에 끼우는 것에 의해 고정자(12)에 고정된다.
가압부(18b)는, 고정부(18a)로부터 연장되어 있고, 그 연장 방향(Y)의 선단측 부분이 가동자(14)의 상측에 배치된다. 가압부(18b)는, 가동자(14)의 가동 방향(X)에서의 움직임에 추종하여 가동 방향(X)으로 탄성 변형 가능이다. 본 실시예의 가압부(18b)는 판형을 이루는 판스프링으로서 기능한다. 본 실시예의 가압부(18b)는, 폭 방향(Z)에 따른 치수인 폭 치수가 고정부(18a)보다 작아지도록 형성된다(도 3 참조).
본 실시예의 가압부(18b)는, 고정부(18a)로부터 상측을 향해 연장되는 제1부분(18ba)과, 제1부분(18ba)과 절곡 부분(18bb)을 통해 연결되어 연장 방향(Y)을 따르도록 연장되는 제2부분(18bc)을 구비한다. 가압부(18b)의 제2부분(18bc)은 제1수나사 부재(20)의 상측을 지나도록 배치된다.
이상의 바이어싱 부재(18)의 고정부(18a) 및 가압부(18b)는, 본 실시예에 있어서, 고정자(12)에 대해 상측(가동 방향(X)의 한쪽측)에 전체가 배치된다. 바이어싱 부재(18)의 고정부(18a) 및 가압부(18b)는, 고정자(12)의 상측에만 배치되고, 고정자(12)에 대해 하측에는 배치되지 않는다. 다른 관점에서 보면, 본 실시예의 바이어싱 부재(18)는, 고정자(12)에 대해 가동 방향(X)으로 겹치는 범위에서는, 고정자(12)에 대해 상측에 배치된다고도 할 수 있다.
제1수나사 부재(20)는, 신축 부재(16)와 고정자(12)를 체결한다. 제2수나사 부재(22)는, 바이어싱 부재(18)와 고정자(12)를 체결한다. 각수나사 부재(20, 22)는 고정자(12)의 좌측 부분과 우측 부분의 각각에 대응하여 개별로 마련된다(도 2 도 참조).
수나사 부재(20, 22)의 헤드부(20a, 22a)는, 고정자(12)의 돌출부(12d)의 상측면에 마련된 시트면(12g)에 앉아 있다. 본 실시예의 제1수나사 부재(20)나 제2수나사 부재(22)의 헤드부(20a, 22a)는 공통의 전극 부재(32)를 통해 고정자(12)의 시트면(12g)에 앉아 있다. 이 전극 부재(32)는, 고정자(12)의 돌출부(12d)의 상측면과 겹쳐져, 연장 방향(Y)으로 연장되는 판형을 이룬다. 전극 부재(32)는 황동 등의 도전성 소재를 사용하여 구성된다. 고정자(12)의 좌우 양측의 전극 부재(32)는 도시하지 않는 외부 전원 회로에 접속되어, 신축 부재(16)에 대한 통전에 사용된다. 본 실시예의 전극 부재(32)는, 고정용 나사(26)을 통해 외부 전원 회로에 접속된다.
제1수나사 부재(20)는, 고정자(12)의 시트면(12g)과 제1수나사 부재(20)의 헤드부(20a) 사이에 신축 부재(16)를 끼워 유지하는 것에 의해 신축 부재(16)를 고정자(12)에 체결한다. 본 실시예에서는 제1수나사 부재(20)의 헤드부(20a)와 신축 부재(16) 사이에는 판상의 가압 부재(34)가 배치된다. 본 실시예의 제1수나사 부재(20)는, 고정자(12)의 시트면(12g)과 가압 부재(34) 사이에 신축 부재(16)를 끼워 유지하는 것에 의해 신축 부재(16)를 고정자(12)에 체결한다. 신축 부재(16)는, 전극 부재(32)와 가압 부재(34)에 대한 접촉을 수반하여 이들 사이에 끼워져 유지된다. 한편, 제1수나사 부재(20)나 가압 부재(34)는, 도전성 소재를 사용하여 구성된다.
암나사 부재(24)는, 고정자(12)를 사이에 끼고 가동자(14)와는 가동 방향(X)의 반대측, 즉, 고정자(12)의 하측에 배치된다. 본 실시예의 암나사 부재(24)는, 고정자(12)의 좌측 부분과 우측 부분의 각각에 대응하여 개별로 마련된다(도 2 도 참조). 본 실시예의 암나사 부재(24)는, 고정자(12)의 돌출부(12d)의 하측에 배치된다. 본 실시예의 암나사 부재(24)는 판상을 이루고 있고, 고정자(12)의 돌출부(12d)의 하측면에 겹쳐진다. 본 실시예의 암나사 부재(24)의 하측면은, 고정자(12)의 가동자(14)와의 대향 부분(12c)의 하측면과 동일면이 되도록 마련된다.
본 실시예의 암나사 부재(24)에는, 제1수나사 부재(20)용의 제1암나사 구멍(24a)과 제2수나사 부재(22)용의 제2암나사 구멍(24b)이 형성된다. 수나사 부재(20, 22)는, 암나사 부재(24)의 대응하는 암나사 구멍(24a, 24b)에 비틀어 박히는 것에 의해, 수나사 부재(20, 22)에 의한 체결 대상과 고정자(12)를 체결한다. 여기서의 체결 대상이란, 제1수나사 부재(20)에서는 신축 부재(16)가 해당하고, 제2수나사 부재(22)에서는 바이어싱 부재(18)가 해당한다.
한편, 고정자(12)나 가동자(14)는, 가열에 의해 수축 변형한 신축 부재(16)의 방열성을 향상시키기 위해, 열전도율이 우수한 소재를 사용하여 구성된다. 본 실시예의 고정자(12)나 가동자(14)는 알루미늄을 사용하여 구성된다. 또한, 고정자(12)나 가동자(14)는, 액추에이터(10)의 동작시에 통전 상태가 되는 신축 부재(16)로부터 절연하기 위해, 표면에 절연층(미도시)이 피복되어 있다. 절연층은, 예를 들면, 알루마이트 처리에 의해 얻어지는 알루마이트층 등이다.
액추에이터(10)의 동작을 설명한다.
도 5는 가동자(14)가 신축 부재(16)에 의해 구동된 상태를 나타내는 도면이다. 신축 부재(16)는, 외부 전원 회로로부터 전기 배선을 통해 통전되면, 통전 가열에 의해 수축 변형하려 한다. 이에 의해, 신축 부재(16)는, 가동자(14)를 상측(가동 방향(X)의 한쪽측)을 향하는 방향(Pa)으로 가압하는 것에 의해, 가동자(14)를 상기 방향(Pa)으로 구동한다.
가동자(14)가 상측으로 변위하면, 바이어싱 부재(18)의 가압부(18b)는, 가동자(14)의 변위에 추종하여 상측을 향하는 방향(Pb)으로 탄성적으로 굴곡 변형한다. 바이어싱 부재(18)의 가압부(18b)는, 자체의 탄성 변형량에 상응한 크기의 반발력을 바이어싱력으로서 가동자(14)에 부여한다. 이 바이어싱력은, 가동자(14)의 하측(가동 방향의 다른쪽측)을 향해 가동자(14)에 부여된다.
신축 부재(16)는, 외부 전원 회로에 의한 통전 상태를 해제하면, 방열되는 것에 의해 원래의 형상에 돌아가도록 인장 변형한다. 이에 따라, 가동자(14)는, 전기기기의 바이어싱부의 바이어싱력이나 바이어싱 부재(18)의 바이어싱력에 의해, 신축 부재(16)에 의해 구동되기 전의 원래 위치를 향해 원위치된다.
액추에이터(10)의 효과를 설명한다.
본 실시예의 바이어싱 부재(18)는, 가동자(14)로부터 이격된 부분에서 고정자(12)에 고정되는 고정부(18a)와, 가동자(14)를 하측(가동 방향(X)의 다른쪽측)을 향해 가압되는 가압부(18b)를 구비한다. 이 구조에서는, 특허문헌 1에 개시된 기술과 같이, 코일 스프링을 수용하는 구멍부를 가동자에 형성하지 않아도, 바이어싱 부재(18)의 고정자(12)에 대한 위치를 유지할 수 있다. 따라서, 바이어싱 부재를 수용하는 구멍부가 가동자(14)에 불필요해져, 가동자(14)의 폭 치수의 소형화를 용이하게 실현할 수 있다.
또한, 바이어싱 부재를 수용하는 구멍부가 가동자(14)에 불필요해짐에 따라, 다음의 이점이 있다. 형상 기억 합금은, 형상 기억 합금에 상응한 변태 온도 이상의 온도로 가열되는 것에 의해 원형으로 복원하는 성질이 있다. 이 변태 온도는, 형상 기억 합금에 부여되는 응력의 증대에 따라 고온화되는 것이 알려져 있다. 형상 기억 합금제의 신축 부재(16)의 오작동을 방지하는 관점에서는, 액추에이터(10)의 동작 환경하에서의 온도에 대해, 신축 부재(16)의 변태 온도가 충분히 고온인 것 바람직하다. 이 목적을 달성함에 있어서, 필요한 신축 부재(16)의 변태 온도를 얻을 수 있도록, 바이어싱 부재(18)의 가압력을 신축 부재(16)에 부여하는 수단이 생각된다.
여기서, 특허문헌 1의 코일 스프링을 바이어싱 부재로서 사용한 경우, 바이어싱 부재(18)의 가압력을 크게 하기 위해서는, 코일 스프링의 선 지름의 증대, 권취수의 증대가 상정된다. 하지만, 코일 스프링의 선 지름을 증대시켰을 경우, 가동자에 형성되는 구멍부의 내경 치수가 증대하여, 가동자의 폭 치수의 증대를 초래한다. 또한, 코일 스프링의 권취수를 증대시켰을 경우, 가동자에 형성되는 구멍부의 깊이 치수가 증대하여, 가동자의 높이 치수의 증대를 초래한다. 즉, 특허문헌 1의 구조에서는, 바이어싱 부재(18)의 가압력을 크게 함에 있어서, 가동자의 폭 치수 또는 높이 치수가 증대해버린다.
이에 대해, 본 실시예에 의하면, 가압부(18b)의 고정부(18a)로부터의 길이의 저감이나, 가압부(18b)의 두께의 증대에 의해, 바이어싱 부재(18)의 가압력을 크게 할 수 있다. 이 가압부(18b)는, 특허문헌 1의 구조와 같이, 가동자의 구멍부 내에 배치되는 것이 아니고, 가동자(14)를 가동 방향(X)의 상측으로부터 억제하고 있는 것에 불과하다. 따라서, 가압부(18b)의 길이의 저감이나, 가압부(18b)의 두께의 증대가 있어도, 가동자(14)의 폭 치수나 높이 치수가 증대하지 않는다. 이 때문에, 신축 부재(16)의 변태 온도의 고온화를 실현하기 위해, 바이어싱 부재(18)의 가압력을 크게 하도록 설계해도, 가동자(14)의 치수 증대를 방지할 수 있는 이점이 있다.
예를 들어, 체결 대상을 고정자(12)에 체결할 때, 고정자(12)에 수나사 부재(20, 22)를 비틀어 박는 경우를 생각한다. 이 경우, 수나사 부재(20, 22)의 비틀어 박음에 따라 고정자(12)의 절연층이 깎여버려, 도전성 고정자(12)의 소재부가 노출될 우려가 있다. 이 점에서, 본 실시예의 수나사 부재(20, 22)는, 암나사 부재(24)의 암나사 구멍(24a, 24b)에 비틀어 박히는 것에 의해 체결 대상과 고정자(12)를 체결한다. 따라서, 체결 대상을 고정자(12)에 체결할 때, 고정자(12)로의 비틀어 박음이 불필요해진다. 이 때문에, 수나사 부재(20, 22)의 비틀어 박음에 따라 고정자(12)의 절연층이 깎여버리는 사태를 방지할 수 있어, 양호한 절연 신뢰성을 얻을 수 있다.
다음으로, 액추에이터(10)의 조립 방법의 일례를 설명한다.
도 6은 액추에이터(10)의 조립 방법을 설명하기 위한 측면도이다. 도 6(a)에서는, 고정자(12)와 가동자(14)의 사이에 신축 부재(16)를 끼우기 전의 공정을 나타낸다. 고정자(12)와 가동자(14)의 사이에 늘어진 상태로 신축 부재(16)가 끼워지면, 그 후에 신축 부재(16)에 양단측에서 장력을 부여해도, 고정자(12)나 가동자(14)와의 마찰에 의해 신축 부재(16)의 일부 늘어짐이 해소되지 않는 사태가 발생할 수 있다. 이 상태인 채로 신축 부재(16)가 수나사 부재에 의해 고정자(12)에 체결되어버리면, 동작 불량의 원인이 될 수 있다. 이를 피하기 위해, 신축 부재(16)에는 미리 장력을 부여해 두고, 그 상태로 가동자(14)를 움직이는 것에 의해 고정자(12)와 가동자(14)의 사이에 끼우도록 한다. 그 후에는, 신축 부재(16)에 장력을 부여한 상태인 채로, 제1수나사 부재(20)를 사용하여 신축 부재(16)를 고정자(12)에 체결한다.
다음으로, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 고정자(12)나 가동자(14)의 상측에 바이어싱 부재(18)를 배치한다. 이후, 바이어싱 부재(18)를 하측으로 움직이는 것에 의해, 바이어싱 부재(18)의 가압부(18b)를 가동자(14)에 접촉시키는 한편 바이어싱 부재(18)의 고정부(18a)를 고정자(12)에 접촉시킨다. 이 상태에서, 제2수나사 부재(22)를 사용하여 바이어싱 부재(18)의 고정부(18a)를 고정자(12)에 체결한다.
여기서, 바이어싱 부재(18)의 고정부(18a) 및 가압부(18b)는, 고정자(12)에 대해 상측(가동 방향(X)의 한쪽측)에 전체가 배치되어 있다. 따라서, 고정자(12)에 바이어싱 부재(18)를 조립함에 있어서, 고정자(12)에 대해 하측(가동 방향(X)의 다른쪽측)에 바이어싱 부재(18)의 고정부(18a)나 가압부(18b)를 배치하는 작업이 불필요해진다. 이에 의해, 고정자(12)에 대해 상측의 공간만을 작업 공간으로 하여, 바이어싱 부재(18)를 고정자(12)에 조립할 수 있게 된다. 이 때문에, 바이어싱 부재(18)의 조립 작업에서 양호한 작업성이 얻어지는 한편, 바이어싱 부재(18)의 조립 작업의 자동화가 용이해진다.
또한, 바이어싱 부재(18)의 고정부(18a)는, 고정자(12)의 돌출부(12d)에 고정된다. 이에 의해, 가동자(14)와 고정자(12)의 사이에 바이어싱 부재(18)를 배치하지 않는 레이아웃을 실현할 수 있다. 따라서, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 고정자(12)나 가동자(14)에 대해 상측에 배치한 바이어싱 부재(18)를, 고정자(12)나 가동자(14)에 대해 하측으로 접근시키는 것만으로, 바이어싱 부재(18)를 고정 예정 위치에 배치할 수 있다. 이에 의해, 바이어싱 부재(18)의 조립 작업에서 더욱 양호한 작업성이 얻어지는 한편, 바이어싱 부재(18)의 조립 작업의 자동화가 더욱 용이해진다.
예를 들어, 신축 부재(16)와 바이어싱 부재(18)를 단일의 수나사 부재를 사용하여 고정자(12)에 체결하는 경우를 생각한다. 이 경우, 전술한 다음의 작업 (X), (Y)를 동시에 진행할 필요가 있다. 이 작업에서는, 필요한 장력을 신축 부재(16)에 부여한 상태인 채로, 가동자(14)나 바이어싱 부재(18)의 위치 맞춤 작업을 하면서 수나사 부재를 체결하게 되고, 높은 작업 난도가 요구됨 따라 작업성이 나쁜 문제가 있다.
(X) 신축 부재(16)에 장력을 부여한 상태에서, 가동자(14)를 움직이는 것에 의해 고정자(12)와 가동자(14)의 사이에 신축 부재(16)를 끼운 후, 그 장력이 부여된 신축 부재(16)를 수나사 부재를 사용하여 고정자(12)에 체결하는 작업.
(Y) 가동자(14)의 상측에 일부가 배치되는 바이어싱 부재(18)를 신축 부재(16)와 동일한 수나사 부재를 사용하여 고정자(12)에 체결하는 작업.
이 점에서, 본 실시예에서는, 신축 부재(16)와 바이어싱 부재(18)는 개별의 수나사 부재(20, 22)를 사용하여 고정자(12)에 체결된다. 따라서, 제1수나사 부재(20)를 사용하여 신축 부재(16)를 먼저 고정자(12)에 체결하고 나서, 제2수나사 부재(22)를 사용하여 바이어싱 부재(18)를 나중에 고정자(12)에 체결할 수 있게 된다. 따라서, 전술한 작업 (X), (Y)를 동시가 아닌 차례로 진행할 수 있게 되고, 작업 난도의 저하에 의해 양호한 작업성을 얻을 수 있다.
액추에이터(10)의 다른 고안점을 설명한다.
도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 바이어싱 부재(18)의 가압부(18b)는, 가동자(14)의 일부와 연장 방향(Y)에서의 위치가 겹치도록 배치된다. 가동자(14)에는, 바이어싱 부재(18)의 가압부(18b)와 가동 방향(X)으로 대향하는 부분에 홈부(14c)가 형성된다. 바이어싱 부재(18)의 가압부(18b)는, 가동자(14)의 홈부(14c) 내에 수용되도록 배치된다. 바이어싱 부재(18)의 가압부(18b)는, 그 가압부(18b)와 연장 방향(Y)에서의 위치가 겹치는 가동자(14)의 일부가 폭 방향(Z) 양측으로 변위하려고 했을 때, 가동자(14)의 홈부(14c)와 접촉하는 것에 의해, 그 폭 방향(Z) 양측으로의 변위를 규제한다. 이와 같이, 바이어싱 부재(18)의 가압부(18b)는, 연장 방향(Y)에서의 위치가 겹치는 가동자(14)의 일부의 폭 방향(Z) 양측으로의 변위를 규제하는 제1변위 규제부(18d)로서 기능한다.
이에 의해, 바이어싱 부재(18)의 제1변위 규제부(18d)를 사용하여 가동자(14)의 폭 방향(Z)에서의 위치 결정을 할 수 있다. 또한, 가동자(14)의 가동 방향(X)의 축을 중심으로 하는 가동자(14)의 위치 어긋남을 바이어싱 부재(18)의 제1변위 규제부(18d)에 의해 방지할 수 있고, 그 위치 어긋남에 기인하는 가동자(14)의 고정자(12)로부터의 분리를 방지할 수 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 바이어싱 부재(18)의 전체는, 가동자(14)의 가동 방향(X)에서 보아, 가동자(14)의 폭 방향 양측의 측면(14d)에 대해 폭 방향(Z) 내측에 수용되는 형상이다. 여기서의 "수용된다"에는, 가동자(14)의 측면(14d)과 언급하고 있는 구성 요소(여기서는 바이어싱 부재(18))의 측면이 겹치는 경우와, 가동자(14)의 측면(14d)보다 폭 방향(Z) 내측에 언급하고 있는 구성 요소의 측면이 위치하는 경우가 모두가 포함된다. 즉, 바이어싱 부재(18)의 전체는, 가동자(14)의 가동 방향(X)에서 보아, 가동자(14)의 측면(14d)보다 폭 방향 외측으로 돌출되지 않는 형상이라고 할 수 있다. 이에 의해, 가동자(14)의 측면(14d)으로부터 바이어싱 부재(18)가 돌출되지 않기 때문에, 가동자(14)에 연동하여 바이어싱 부재(18)가 움직였을 때, 바이어싱 부재(18)의 주변 구조물과의 간섭을 피하기 쉬워진다. 한편, 고정자(12)의 전체도, 가동자(14)의 가동 방향(X)에서 보아, 가동자(14)의 폭 방향(Z) 양측의 측면(14d)에 대해 폭 방향 내측에 수용되는 형상이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 고정자(12)의 돌출부(12d)의 상측면에는, 돌출부(12d)의 시트면(12g)보다 제1걸이부(12a)에 가까운 부분에, 돌출부(12d)의 시트면(12g)보다 상측으로 돌출되는 돌출부(12h)가 형성된다. 돌출부(12h)는 제1걸이부(12a)의 일부로서 마련되고, 신축 부재(16)의 일부가 접촉하고 있다.
본 실시예의 바이어싱 부재(18)의 가압부(18b)는, 가동자(14)와 가동 방향(X)으로 대향하는 부분에 하측을 향해 원호 형상으로 볼록한 절곡부(18c)를 구비하고, 그 절곡부(18c)가 가동자(14)에 접촉하고 있다. 예를 들어, 바이어싱 부재(18)가 가압부(18b)의 선단의 에지부에서 가동자(14)에 접촉해버리면, 가동자(14)의 절연층이 깎이는 사태가 우려된다. 이 점에서, 본 실시예에 의하면, 바이어싱 부재(18)의 가압부(18b)와의 접촉에 의해 가동자(14)가 깎이는 사태를 방지할 수 있어, 양호한 절연 신뢰성을 얻을 수 있다.
가압 부재(34)는, 신축 부재(16)보다 저경도의 소재를 사용하여 구성된다. 제1수나사 부재(20)는, 통상, 신축 부재(16)보다 고경도가 된다. 따라서, 예를 들어, 제1수나사 부재(20)의 헤드부(20a)를 신축 부재(16)에 직접에 접촉시킨 경우, 고경도의 제1수나사 부재(20)와의 접촉에 따른 신축 부재(16)의 부담의 증대가 우려된다. 이 점에서, 본 실시예에 의하면, 가압 부재(34)가 신축 부재(16)보다 저경도이기 때문에, 제1수나사 부재(20)와의 접촉으로부터 신축 부재(16)를 보호할 수 있고, 신축 부재(16)의 부담을 경감할 수 있다.
도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 고정자(12)와 가동자(14)의 사이에 신축 부재(16)를 걸친 상태로, 고정자(12)와 가동자(14)의 사이에 신축 부재(16)를 끼우는 경우를 생각한다. 이 경우, 신축 부재(16)는, 고정자(12)의 제1걸이부(12a)나 가동자(14)의 제2걸이부(14a)에 의해, 고정자(12)의 제1요부(12b)나 가동자(14)의 제2요부(14b) 내에 끼워진다. 이 때, 신축 부재(16)에는 고정자(12)나 가동자(14)와의 접촉 부분에서 마찰 저항이 생겨, 고정자(12)나 가동자(14)의 요부(12b, 14b) 내에 신축 부재(16)를 원활하게 끼우기 어려워진다. 또한, 신축 부재(16)에 발생하는 마찰에 의해 신축 부재(16)에 과대한 장력이 부여될 우려도 있다.
이에 대한 대책으로서, 고정자(12)의 제1걸이부(12a)나 가동자(14)의 제2걸이부(14a)에는, 신축 부재(16)와의 접촉 부분에 윤활제가 도포되어 있어도 좋다. 윤활제는, 예를 들면, 불소계 그리스, 몰리브덴계 그리스 등이 사용된다. 이에 의해, 신축 부재(16)의 조립 작업에서 양호한 작업성이 얻어지는 한편, 신축 부재(16)의 조립 작업에서 신축 부재(16)에 부여되는 장력을 경감할 수 있다. 한편, 동일한 목적을 달성함에 있어서, 고정자(12)의 제1걸이부(12a)나 가동자(14)의 제2걸이부(14a)에는, 윤활성을 높이기 위한 표면 처리가 실시되어 있어도 좋다. 이 표면 처리는, 예를 들면, 불소계 코팅, 몰리브덴 코팅 등이다.
도 7은 제1변형예에 따른 바이어싱 부재(18)를 나타내는 측면 단면도이다. 바이어싱 부재(18)는, 제2수나사 부재(22)의 축부(22b)의 중심 축선(La)을 중심으로 하는 변위를 규제하기 위한 제2변위 규제부(18e)를 구비한다. 제2변위 규제부(18e)는, 도 7의 예에서는, 바이어싱 부재(18)의 고정부(18a)가 접촉하는 전극 부재(32)나 고정자(12)에 마련된 구멍부(40)에 삽입된다. 제2변위 규제부(18e)는, 전극 부재(32)나 고정자(12)의 구멍부(40)과 접촉하는 것에 의해, 제2수나사 부재(22)의 중심 축선(La)을 중심으로 하는 변위를 규제한다.
도 8은 제2변형예에 따른 바이어싱 부재(18)를 나타내는 사시도이다. 제2변위 규제부(18e)는, 도 8의 예에서는, 전극 부재(32)나 고정자(12)에 대해 폭 방향(Z) 양측에 마련된다. 제2변위 규제부(18e)는, 전극 부재(32)나 고정자(12)의 폭 방향(Z)의 양측의 측면과 접촉하는 것에 의해, 제2수나사 부재(22)의 중심 축선(La)을 중심으로 하는 변위를 규제한다.
이상, 본 발명의 실시예의 예에 대해 상세하게 설명했다. 전술한 실시예는, 모두 본 발명을 실시함에 있어서의 구체예를 제시한 것에 불과하다. 실시예의 내용은, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것이 아니고, 청구범위에 규정된 발명의 사상 범위 내에서 있어서, 구성 요소의 변경, 추가, 삭제 등의 많은 설계 변경이 가능하다. 전술한 실시예에서는, 이와 같은 설계 변경이 가능한 내용에 관하여, "실시예의", "실시예에서는" 등과 같은 표기를 첨부하여 강조했지만, 그러한 표기가 없는 내용도 설계 변경이 허용된다. 또한, 도면의 단면에 처리한 해칭은, 해칭을 처리한 대상의 재질을 한정하는 것이 아니다.
액추에이터(10)는 촉감부여 장치로서 사용되는 예를 설명했지만, 그 용도는 특히 한정되지 않는다. 액추에이터(10)는, 예를 들면, 구동 장치로서 사용되어도 좋다.
고정자(12)나 가동자(14)의 형상이나, 신축 부재(16)의 배치 형태는, 신축 부재(16)의 수축 변형에 의해 고정자(12)로부터 가동자(14)가 이격되는 방향을 향해 가동자(14)를 구동 가능하면, 특히 한정되지 않는다. 고정자(12)나 가동자(14)는, 예를 들면, 직선 형태로 연장되는 경우 이외에 곡선 형태로 연장되어도 좋다.
고정자(12)는, 복수의 제1걸이부(12a)를 구비하고, 가동자(14)는, 고정자(12)의 제1걸이부(12a)와 교대로 배열되도록 배치되는 복수의 제2걸이부(14a)를 구비하는 예를 설명했다. 제1걸이부(12a)와 제2걸이부(14a)를 교대로 배열되도록 배치하는 경우, 제1걸이부(12a)와 제2걸이부(14a)의 수는 단수여도 좋다.
신축 부재(16) 및 바이어싱 부재(18)가 각각 개별의 수나사 부재(20, 22)를 사용하여 고정자(12)에 체결되는 예를 설명했다. 이 외에도, 신축 부재(16) 및 바이어싱 부재(18)가 공통의 수나사 부재를 사용하여 고정자(12)에 체결되어도 좋다.
수나사 부재(20, 22)는, 암나사 부재(24)의 암나사 구멍(24a, 24b)에 비틀어 박히는 것에 의해, 체결 대상과 고정자(12)를 체결하는 예를 설명했다. 이 외에도, 수나사 부재(20, 22)는, 고정자(12)에 비틀어 박히는 것에 의해, 체결 대상과 고정자(12)를 체결해도 좋다.
바이어싱 부재(18)는, 가압부(18b)가 판스프링으로서 기능하는 스프링 부재를 예로 설명했지만, 그 구체예는 특히 한정되지 않는다. 바이어싱 부재(18)는, 스프링 부재로 하는 경우, 예를 들면, 일부가 선스프링으로서 기능해도 좋다. 또한, 바이어싱 부재(18)는, 스프링 부재 이외에 고무 부재가 사용되어도 좋다. 바이어싱 부재(18)는, 스프링 부재, 고무 부재 등의 탄성 부재여도 좋다.
바이어싱 부재(18)의 제1변위 규제부(18d)는 바이어싱 부재(18)의 가압부(18b)가 겸하고 있는 예를 설명했지만, 가압부(18b)와는 별도로 마련되어도 좋다. 이 경우, 바이어싱 부재(18)의 제1변위 규제부(18d)는, 예를 들면, 가동자(14)의 폭 방향(Z) 양측에 일부가 배치되어도 좋다. 또한, 바이어싱 부재(18)는 제1변위 규제부(18d)가 없어도 좋다.
바이어싱 부재(18)의 고정부(18a) 및 가압부(18b)는, 고정자(12)에 대해 가동 방향(X)의 한쪽측에 전체가 배치되는 예를 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 바이어싱 부재(18)는, 고정자(12)에 대해 가동 방향(X)의 다른쪽측에 고정부(18a)가 배치되고, 고정자(12)에 대해 가동 방향(X)의 한쪽측에 가압부(18b)가 배치되어도 좋다. 또한, 바이어싱 부재(18)의 고정부(18a) 및 가압부(18b)는, 고정자(12)에 대해 가동 방향(X)의 한쪽측에 전체를 배치함에 있어서, 그 일부가 고정자(12)와 가동자(14)의 사이에 배치되어도 좋다.
바이어싱 부재(18)는, 가동 방향(X)에서 보아, 가동자(14)의 폭 방향(Z) 양측의 측면(14d)으로부터 돌출되는 형상이어도 좋다. 고정자(12)도 마찬가지로, 가동 방향(X)에서 보아, 가동자(14)의 폭 방향(Z) 양측의 측면(14d)으로부터 돌출되는 형상이어도 좋다.
10: 액추에이터
12: 고정자
12c: 대향 부분
12d: 돌출부
14: 가동자
14d: 측면
16: 신축 부재
18: 바이어싱 부재
18a: 고정부
18b: 가압부
18d: 제1변위 규제부
20: 제1수나사 부재
22: 제2수나사 부재
24: 암나사 부재
24a: 암나사 구멍

Claims (7)

  1. 고정자;
    상기 고정자와 대향하고, 상기 고정자와 대향하는 방향을 가동 방향으로 하여 이동 가능한 가동자;
    온도 변화에 의해 신축 가능한 형상 기억 합금을 소재로 하여 구성되고, 상기 고정자로부터 상기 가동자가 이격되는 방향이 되는 상기 가동 방향의 한쪽측을 향해 수축 변형에 의해 상기 가동자를 구동 가능한 신축 부재; 및
    상기 가동 방향의 다른쪽측을 향해 상기 가동자를 바이어싱하는 바이어싱 부재를 구비하고,
    상기 바이어싱 부재는, 상기 가동자로부터 이격된 영역에서 상기 고정자에 고정되는 고정부와, 상기 가동 방향의 다른쪽측을 향해 상기 가동자를 가압하는 가압부를 일체로 구비하는 탄성 부재인 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정부 및 상기 가압부는, 상기 고정자에 대해 상기 가동 방향의 한쪽측에 전체가 배치되는 액추에이터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고정자는, 상기 가동 방향에서 볼 때, 상기 가동자와의 대향 부분보다 돌출되는 돌출부를 구비하고,
    상기 고정부는, 상기 돌출부에 고정되는 액추에이터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가동자는, 상기 가동 방향과 교차하는 연장 방향으로 연장되어 있고,
    상기 바이어싱 부재는, 상기 가동자의 일부와 상기 연장 방향에서의 위치가 겹치도록 배치되는 변위 규제부를 구비하고,
    상기 가동 방향 및 상기 연장 방향에 직교하는 방향을 폭 방향으로 했을 때, 상기 변위 규제부는, 상기 변위 규제부와 상기 연장 방향에서의 위치가 겹치는 상기 가동자의 일부의 폭 방향 양측으로의 변위를 규제 가능한 액추에이터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가동자는, 상기 가동 방향과 교차하는 연장 방향으로 연장되어 있고,
    상기 가동 방향 및 상기 연장 방향에 직교하는 방향을 폭 방향으로 했을 때, 상기 바이어싱 부재는, 상기 가동 방향에서 볼 때, 상기 가동자의 폭 방향 양측의 측면에 대해 폭 방향 내측에 수용되는 형상인 액추에이터.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 신축 부재 및 상기 바이어싱 부재 중의 적어도 하나의 체결 대상과 상기 고정자를 체결하는 수나사 부재와,
    상기 고정자를 사이에 끼고 상기 가동자와는 상기 가동 방향의 반대측에 배치되고, 암나사 구멍이 형성되는 암나사 부재를 구비하고,
    상기 수나사 부재는, 상기 암나사 구멍에 나사 결합되는 것에 의해 상기 체결 대상과 상기 고정자를 체결하는 액추에이터.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 신축 부재와 상기 고정자를 체결하는 제1수나사 부재와,
    상기 바이어싱 부재와 상기 고정자를 체결하는 제2수나사 부재를 구비하는 액추에이터.
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