KR20110131196A - 부싱 조립체 - Google Patents

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KR20110131196A
KR20110131196A KR1020117020433A KR20117020433A KR20110131196A KR 20110131196 A KR20110131196 A KR 20110131196A KR 1020117020433 A KR1020117020433 A KR 1020117020433A KR 20117020433 A KR20117020433 A KR 20117020433A KR 20110131196 A KR20110131196 A KR 20110131196A
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로버트 알. 샤세르
제이슨 디. 홀트
알버트 더블류. 반 보벤
제레미 알.디. 터틀
글렌 지. 헤븐스
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일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
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Abstract

패스너 조립체(30)는 작업물(56) 쪽으로 가압되게 구성된 플랜지(44)를 구비하는 부싱(34)과, 상기 플랜지(44)와 상기 작업물(56) 사이에 위치되게 구성된 절연 스프링(36)을 포함한다. 상기 절연 스프링(36)은 고무 코팅(52)과 일체형으로 형성된 금속 코어(50)를 포함한다.

Description

부싱 조립체{BUSHING ASSEMBLY}
본 출원은 2009년 3월 4일에 출원된 "Bushing Assembly"라는 명칭의 미국 가특허 출원 번호 61/157,458호에 관한 것이고 이의 우선권의 이익을 청구하며, 이 출원은 그 전체 내용이 본 명세서에 병합되어 있다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 패스너 조립체에 관한 것이고 보다 상세하게는 성형된 플랜지를 갖는 인출된 금속 부싱을 구비하는 패스너 조립체에 관한 것이다.
패스너 조립체는 여러 응용에서 여러 부품을 서로 고정하는데 사용된다. 도 1은 종래의 그로밋 조립체(grommet assembly)(10)의 단면도를 도시한다. 이 그로밋 조립체(10)는 금속 부싱(14) 내에 위치된 볼트(12)를 포함한다. 각 금속 부싱(14)은 중공 컬럼(18)에 일체형으로 연결된 일반적으로 평평한 플랜지(16)를 포함하며, 이 중공 컬럼(18)은 플랜지(16)에 일반적으로 수직하다. 컬럼(18)은 그로밋 조립체(10)를 통해 다른 부품과 절연되어 이 다른 부품에 고정되는 작업물 부품(22)을 통해 형성된 채널이나 개구(20) 내에 위치된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 별개의 구별된 고무 칼라(rubber collar)(24)가 플랜지(16)와 작업물 부품(22) 사이에 위치된다. 볼트(12)가 토크를 받아 조여진 위치로 갈 때, 평평한 플랜지(16)는 별개의 구별된 고무 칼라(24)를 압축한다. 칼라(24)의 고무는 표준 부하로 설정되어 있으므로, 그로밋 조립체(10)가 제공하는 부하의 양이 직접 영향을 받는다. 추가적으로, 고무 칼라(24)는 시간에 따라 열화되고 약해질 수 있다. 칼라(24)는 영구적으로 설정되므로, 그로밋 조립체(10)에 의해 제공되는 유효 압축의 양은 감소된다. 따라서, 그로밋 조립체(10)는 시간에 따라 부품(22)에 더 적은 부하를 제공한다.
본 발명은 전술된 문제를 해결하는 것을 그 과제로 한다.
본 발명의 특정 실시예들은 작업물 쪽으로 가압되게 구성된 플랜지를 구비하는 부싱과, 상기 플랜지와 작업물 사이에 위치되게 구성된 절연 스프링을 포함하는 패스너 조립체를 제공한다. 절연 스프링은 고무 코팅과 일체형으로 형성된 금속 코어를 포함한다.
절연 스프링은 웨이브 스프링일 수 있다. 고무 코팅은 금속 코어에 접합될 수 있다. 나아가, 고무 코팅은 금속 코어를 완전히 캡슐화할 수 있다.
부싱은 플랜지와 일체형으로 연결된 중심 컬럼을 포함할 수 있다. 단부가 열려있는 통로는 중심 컬럼을 통해 형성될 수 있다.
조립체는 단부가 열려있는 통로 내에 위치된 패스너를 더 포함할 수 있다. 패스너는 나사산이 형성된 샤프트에 일체형으로 연결된 헤드를 구비하는 볼트일 수 있다.
조립체는 제 2 절연 스프링을 더 포함할 수 있다. 부싱은 제 2 플랜지를 포함할 수 있다. 제 2 절연 스프링은 제 2 플랜지 상에 위치될 수 있다. 특정 실시예에서, 절연 스프링(들)만이 작업물과 접촉한다.
본 발명의 특정 실시예는 부싱, 제 1 및 제 2 절연 스프링 및 작업물을 포함하는 패스너 조립체를 더 제공한다. 부싱은 중심 컬럼을 통해 일체형으로 연결된 제 1 및 제 2 플랜지를 포함한다. 중심 컬럼은 단부가 열려있는 통로를 한정한다.
제 1 및 제 2 절연 스프링은 제 1 및 제 2 플랜지에 각각 인접한다. 각 절연 스프링은 고무 코팅과 일체형으로 형성된 금속 웨이브 형상의 코어를 포함할 수 있다. 작업물은 제 1 및 제 2 절연 스프링 사이에 압축되게 끼여있을 수 있다.
본 발명의 특정 실시예는 패스너 조립체와 사용되게 구성된 압축가능한 절연 스프링을 더 제공한다. 절연 스프링은 패스너 헤드 또는 부싱 플랜지와 작업물 사이에 압축되게 끼여있게 구성된다. 패스너 조립체는 웨이브 형상일 수 있는 환형 금속 코어와 이 환형 코어에 접합된 고무 코팅을 포함한다. 환형 금속 코어와 고무 코팅은 단일 부품으로 일체형으로 형성된다. 특정 실시예에서, 고무 코팅만이 작업물과 직접 접촉하며 이에 의해 진동을 감쇠시키고 부식을 최소화한다. 접합 공정 후에 고무 코팅은 금속 코어로부터 분리될 수 없다.
본 발명의 실시예들은 예외적인 진동 감쇠 및 절연을 제공하는 것으로 발견되었다. 나아가, 본 발명의 실시예들은 수명이 길고 강한 고무 절연을 제공한다. 고무 코팅(52)이 금속 코어(50)에 접합되므로, 고무 코팅(52)은 압축 부하를 받지 않고 그 대신에 전단 부하를 받는다. 그리하여, 절연 스프링(36)은 패스너 조립체로 하여금 수명에 걸쳐 거의 제로의 영구적인 설정을 가능하게 한다.
도 1은 종래의 그로밋 조립체의 전방 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패스너 조립체의 전방 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패스너 조립체의 전방 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 스프링의 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 스프링의 정면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 패스너 조립체의 정면 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 패스너 조립체의 정면 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 패스너 조립체의 주파수 응답에 대한 이동성 그래프.
본 발명의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 이하 상세한 설명에 개시되거나 도면에 도시된 구성의 상세사항과 부품의 배열로만 그 응용이 제한되는 것은 아니라는 것이 이해된다. 본 발명은 다른 실시예도 가능하며 여러 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한 본 명세서에 사용되는 어구와 용어는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 아니된다는 것이 이해된다. "구비하는"과 "포함하는" 이라는 용어 및 그 변형 어구의 사용은 이하 나열된 항목과 그 균등 항목을 포함할 뿐 아니라 추가적인 항목과 이의 균등 항목을 포함하는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패스너 조립체(30)의 정면 단면도를 도시한다. 이 조립체(30)는 볼트(32)와, 부싱(34) 및 절연 스프링(36)을 포함한다. 볼트(32)는 나사산이 형성된 샤프트(40)에 일체형으로 연결된 헤드(38)를 포함한다.
부싱(34)은 상부 플랜지(44)와 하부 플랜지(46)에 일체형으로 연결된 중심 컬럼(42)을 포함한다. 중심 컬럼(42)은 볼트(32)의 샤프트(40)가 통과하는 단부가 열려있는 중심 통로(48)를 포함한다. 플랜지(44,46)는 일반적으로 평평하며 컬럼(42)에 수직하다. 부싱(34)은 플랜지(44,46)들 사이에 작업물을 압축되게 절연하도록 구성된다.
절연 스프링(36)은 상부 플랜지(44) 바로 아래에 위치하며 상부 플랜지(44)와 작업물(도 2에 미도시)의 상부면 사이에 압축되게 끼여있도록 구성된다. 절연 스프링(36)은 고무 코팅(52)에 접합된 플렉시블한 금속 코어(50)를 포함한다. 그리하여, 금속 코어(50)는 고무 코팅(52)에 의해 완전히 캡슐화될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패스너 조립체(54)의 정면 단면도를 도시한다. 패스너 조립체(54)는 부싱(44)이 절연 스프링(36)을 수용하는 사이즈를 가지는 플랜지(44,46')를 구비하는 것을 제외하고는 도 2에 도시된 조립체(30)와 유사하다. 볼트(32)가 조여질 때, 플랜지(44,46')는 절연 스프링(36)을 압축하며, 이 절연 스프링(36)은 그 사이에 위치된 작업물(56)에 절연 압축력을 제공한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 부싱(34)의 컬럼(42)과 작업물(56) 사이에는 갭(57)이 형성된다. 작업물(56)은 절연 스프링(36)과만 접촉한다. 후술되는 바와 같이 이 구성은 금속 부품에 대하여 부식을 최소화한다.
도 4 및 도 5는 절연 스프링(36)의 평면도와 정면도를 각각 도시한다. 도 4 및 도 5를 참조하면 절연 스프링(36)은 환형 림(59)을 구비하는 메인 바디(58)를 포함한다. 환형 림(59)은 일반적으로 링 형상이고 중심 개구(60)를 한정한다. 환형 림(59)은 압축되지 않은 상태에서는 평평하지 않다. 도시된 바와 같이, 환형 링(59)은 탄력성 있는 금속 스프링 코어(50)(예를 들어 도 2 및 도 3에 도시)로 인해 웨이브 형성된 것이다. 전술된 바와 같이 코어(50)는 이 코어(50)를 완전히 캡슐화할 수 있는 고무 코팅(52)에 접합된다. 금속 코어(50)는 웨이브 스프링, 접시 스프링 또는 심지어 웨이브 형성된 접시 스프링과 같은 여러 유형의 금속 스프링일 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 절연 스프링(36)은 부하 상태에서 공차를 보상하며 고무 코팅(52)과 일체형 금속 스프링 코어(50)로 인해 잡음/진동/하쉬니스(NVH : noise/vibration/harshness)의 잇점을 제공한다. 절연 스프링(36)을 형성하기 위하여, 표준 고무 몰딩 접착제가 몰딩 공정 전에 금속 코어(50)에 적용될 수 있다. 금속 코어(50)는 이후 고무 몰드에 놓이고 고무는 금속과 접착제 상에 직접 몰딩되어 고무 코팅(52)을 형성한다. 이후 전체 절연 스프링(36)이 미리 결정된 시간과 온도 동안 오븐에 놓여 금속 코어(50)와 고무 코팅(52) 사이에 접합을 강화하기 위하여 접착제를 경화시킨다.
패스너 조립체(30)는 작업물과 같은 부품을 절연시킴과 동시에 도 1에 도시된 바와 같이 순수한 고무 절연 시스템의 내구성 문제를 최소화한다. 절연 스프링(36)은 일체적으로 형성된 고무 코팅(52)을 통해 진동을 감쇠시키고 절연을 제공하는 시스템을 제공한다. 일반적으로, 절연 스프링(36)은 {고무 코팅(52)을 통한} 고무의 절연 효과와 함께 {금속 코어(50)를 통해} 시스템 움직임을 제한하는데 필요한 강성의 스프링 지수(spring rate)를 제공한다. 이들 잇점 모두는 단일 부품, 즉 절연 스프링(36)으로 실현된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 패스너 조립체(62)의 정면 단면도를 도시한다. 패스너 조립체(62)는 부싱(64)이 부싱(64)의 상부 아래에 형성된 상부 플랜지(66)를 구비하는 것을 제외하고는 도 2 내지 도 5에 기술된 것과 유사하다. 그리하여, 하나의 절연 스프링(36)은 볼트 칼라(68)의 하부면에 바로 인접하고, 다른 절연 스프링(36)은 상부 플랜지(66) 상에 위치된다. 부싱(64)의 플랜지들의 배열은 여러 사이즈의 작업물(70)을 수용한다. 예를 들어, 하나의 작업물(70)이 도시된 바와 같이 볼트 헤드(38)와 상부 플랜지(66) 사이에 위치될 수 있다. 추가적으로 또는 선택적으로 별도의 구별된 작업물(미도시)이 상부 플랜지(66)와 하부 플랜지(72) 사이에 위치될 수 있다. 플랜지(66)는 절연될 작업물의 사이즈와 형상에 따라 다른 길이의 부싱(64)에 위치될 수 있다.
도 6에 있는 패스너 조립체(62)는 휴지 상태 또는 비압축 상태에 있는 반면, 도 7에 있는 볼트(32)는 토크를 받아 조여진 위치에 있다. 도 6 및 도 7 사이의 차이가 도시하는 바와 같이, 절연 스프링(36)의 금속 코어(50)는 볼트(32)가 조여질 때 압축된다.
도 2 내지 도 7에 도시되고 기술된 패스너 조립체는 절연 스프링(36)의 고무 코팅(52)이 {도 1에 도시된 고무 칼라(24)와 같이} 압축 부하를 받지 않는 시스템을 제공한다. 대신에, 고무 코팅(52)은 전단 부하(shear loading)를 받는다.
고무는 압축에 대립되는 것으로서 전단 부하를 받을 때 증가된 수명을 가지는 것으로 발견되었다. 고무가 얇을 때 그리고 그 움직임이 접합 라인으로 인해 제한될 때, 고무는 자유로이 흐를 수 없어 압축될 수 없다. 예를 들어, 고무가 2개의 판들 사이에 끼여있으면, 그리고 고무가 어느 한쪽에 접합되어 있지 않다면, 고무는 측면에서 자유로이 흐를 수 있어 압축될 수 있다. 그러나, 고무가 판들에 접합되어 있으면, 고무는 측면으로 자유로이 흐를 수 없다. 고무가 포함되어 있기 때문에, 고무는 압축될 수 없고 이에 고무가 받는 부하는 전단 방향 부하이다. 고무가 이런 방향으로 부하를 받으면, 본 발명의 실시예와 같이 고무는 일반적으로 압축을 받는 고무에 비해 훨씬 더 긴 수명을 가지는 것으로 발견되었다.
본 발명의 실시예들은 볼트를 제거하지 않고 볼트를 부싱과는 독립적으로 이동시킬 수 있는 패스너 조립체를 제공한다. 절연 스프링은 패스너 조립체의 일부로 사용될 때, 절연된 작업물과 직접 접촉하게 될 패스너 조립체의 유일한 부품일 수 있는 절연체로 작용한다. 그 결과, 패스너 조립체는 부식을 일으키지 않고 금속이나 플라스틱 작업물을 절연할 수 있다.
임의의 가능한 갈바니 전지(galvanic cell)는 이 고무 접촉으로 인해 제거된다. 서로 다른 금속들이 서로 접촉할 때 갈바니 전지가 발생한다. 하나의 금속이 애노드(anode)로 작용하는데 이것은 애노드로부터 다른 금속인 캐소드(cathode)로 전자가 이동하는 것을 의미한다. 카본 스틸(carbon steel)과 스테인레스 스틸(stainless steel)이 습기를 가지고 접촉하면, 카본 스틸이 애노드로 작용하고 느리게 부식한다. 볼트 및/또는 부싱 플랜지의 금속면들 사이에 배치된 고무 코팅(52)은 갈바니 전지를 차단하여 부식을 방지한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 패스너 조립체(도 2 내지 도 7에 도시되고 기술된 것과 같은 것)의 주파수 응답에 대한 이동성 그래프(80)를 도시한다. 라인(82)은 절연 스프링(36)을 사용하는 패스너 조립체의 주파수 및 이동성 응답을 나타낸다. 라인(84)은 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 패스너 조립체의 주파수 및 이동성 응답을 나타낸다. 그래프(80)는 주파수 응답이 이동성을 얻기 위해 통합된 충격 해머 테스트를 나타낸다. 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예들은 종래의 패스너 조립체에 대해 평균 8dB의 개선을 제공한다.
따라서, 본 발명의 실시예들은 도 1에 도시되고 기술된 바와 같은 종래의 그로밋 조립체의 단점을 극복하는 패스너 조립체를 제공한다. 금속과 고무의 단일 구성을 가지는 단일 부품의 절연 스프링(36)은 전술된 바와 같이 여러 잇점을 제공한다.
본 발명의 실시예들은 예외적인 진동 감쇠 및 절연을 제공하는 것으로 발견되었다. 나아가, 본 발명의 실시예들은 수명이 길고 강한 고무 절연을 제공한다. 고무 코팅(52)이 금속 코어(50)에 접합되므로, 고무 코팅(52)은 압축 부하를 받지 않고 그 대신에 전단 부하를 받는다. 그리하여, 절연 스프링(36)은 패스너 조립체로 하여금 수명에 걸쳐 거의 제로의 영구적인 설정을 가능하게 한다.
상부, 하단, 하부, 중간, 측면, 수평, 수직, 전방 등과 같은 여러 공간 및 방향 용어들이 본 발명의 실시예를 기술하는데 사용될 수 있지만, 이들 용어들은 단순히 도면에 도시된 배향에 대하여 사용된 것이라는 것이 이해된다. 이들 배향은 반전되거나 회전되거나 변경되어 상부 부분이 하부 부분이 되고 그 역으로 수평이 수직으로 될 수도 있다.
전술된 내용의 변경과 변형은 본 발명의 범위 내에 있다. 본 명세서에 개시되고 한정된 발명은 텍스트 및/또는 도면에 언급되거나 이로부터 명백한 2개 이상의 개별 특징들의 모든 대안적인 조합으로까지 확장되는 것으로 이해된다. 이들 서로 다른 조합들 전체는 본 발명의 여러 대안적인 측면을 구성한다. 본 명세서에 기술된 실시예들은 본 발명을 실시하기 위해 알려진 최상의 모드를 설명하며 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용할 수 있게 한다. 특허청구범위는 종래 기술이 허용하는 범위까지 대안적인 실시예를 포함하게 해석되어야 한다.
본 발명의 여러 특징은 이하 특허청구범위에 개시된다.
30 : 패스너 조립체 32 : 볼트
34 : 부싱 36 : 절연 스프링
38 : 헤드 40 : 나사산이 형성된 샤프트
42 : 중심 컬럼 44 : 상부 플랜지
46 : 하부 플랜지 48 : 단부가 열려있는 중심 통로
50 : 플렉시블한 금속 코어 52 : 고무 코팅
54 : 패스너 조립체 56 : 작업물
57 : 갭 58 : 메인 바디
59 : 환형 림 62 : 패스너 조립체
64 : 부싱 66 : 상부 플랜지
68 : 볼트 칼라 70 : 작업물
72 : 하부 플랜지

Claims (20)

  1. 패스너 조립체에 있어서,
    작업물 쪽으로 가압되도록 구성된 플랜지를 구비하는 부싱과;
    상기 플랜지와 상기 작업물 사이에 위치되게 구성된 절연 스프링
    을 포함하며, 상기 절연 스프링은 고무 코팅과 일체형으로 형성된 금속 코어를 구비하는 패스너 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 스프링은 웨이브 스프링으로 형성된 패스너 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 고무 코팅은 상기 금속 코어에 접합되는 패스너 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 고무 코팅은 상기 금속 코어를 캡슐화하는 패스너 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 부싱은 상기 플랜지와 일체형으로 연결된 중심 컬럼을 포함하며, 상기 중심 컬럼은 단부가 열려있는 통로를 한정하는 패스너 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 단부가 열려있는 통로 내에 위치된 패스너를 더 포함하는 패스너 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 패스너는 나사산이 형성된 샤프트에 일체형으로 연결된 헤드를 구비하는 볼트를 포함하는 패스너 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서, 제 2 절연 스프링을 더 포함하며, 상기 부싱은 제 2 플랜지를 포함하며, 상기 제 2 절연 스프링은 상기 제 2 플랜지 상에 위치하는 패스너 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 스프링만이 상기 작업물과 접촉하도록 구성된 패스너 조립체.
  10. 패스너 조립체에 있어서,
    단부가 열려있는 통로를 한정하는 중심 컬럼을 통해 일체형으로 연결된 제 1 및 제 2 플랜지를 구비하는 부싱과;
    상기 제 1 및 제 2 플랜지와 각각 인접하는 제 1 및 제 2 절연 스프링으로서, 상기 제 1 및 제 2 절연 스프링 각각은 고무 코팅과 일체형으로 형성된 금속 웨이브 형상의 코어를 구비하는, 제 1 및 제 2 절연 스프링과;
    상기 제 1 및 제 2 절연 스프링 사이에 압축되게 끼여있는 작업물
    을 포함하는 패스너 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 고무 코팅은 상기 금속 코어에 접합되는 패스너 조립체.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 고무 코팅은 상기 금속 코어를 캡슐화하는 패스너 조립체.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 단부가 열려있는 통로 내에 위치된 패스너를 더 포함하는 패스너 조립체.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 패스너는 나사산이 형성된 샤프트와 일체형으로 연결된 헤드를 구비하는 볼트를 포함하는 패스너 조립체.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 절연 스프링만이 상기 작업물과 접촉하는 패스너 조립체.
  16. 패스너 조립체와 사용되게 구성되고 패스너 헤드 또는 부싱 플랜지와 작업물 사이에 압축되게 끼여있게 구성된 압축가능한 절연 스프링에 있어서,
    웨이브 형상의 환형 금속 코어와;
    상기 환형 코어에 접합된 고무 코팅
    을 포함하며,
    상기 환형 금속 코어와 상기 고무 코팅은 단일 부품으로 일체형으로 형성된 압축가능한 절연 스프링.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 환형 코어는 내부 중심 개구를 한정하는 웨이브 형성된 환형 림을 포함하는 압축가능한 절연 스프링.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 고무 코팅은 상기 금속 코어를 캡슐화하는 압축가능한 절연 스프링.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 고무 코팅만이 상기 작업물과 직접 접촉하고 이에 의해 진동을 감쇠시키고 부식을 감소시키는 압축가능한 절연 스프링.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 고무 코팅은 상기 금속 코어와는 분리될 수 없는 압축가능한 절연 스프링.
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