TW201637313A - 接觸式供電裝置 - Google Patents

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Abstract

為了提供一種接觸式供電裝置(FM)，縱使設置在互相呈同心地配置之軸體(1)和筒體(2)間的空間之電刷(Br)隨著滑動而發生摩耗，仍能確實地確保電刷與軸體(1)及筒體(2)之接觸，可在兩者間效率良好地讓電流通過。 電刷(Br)係具備第1電刷片(5)及第2電刷片(6)，該第1電刷片(5)具有與軸體之外周面形成面接觸的內壁面，該第2電刷片(6)具有與筒體之內周面形成面接觸的外壁面，將該第1電刷片和該第2電刷片以互相形成面接觸的狀態沿周方向交互地配置。第1電刷片和第2電刷片之側壁面各個形成為相對於徑向呈傾斜的錐狀。在互相鄰接的第2電刷片間設置：用以賦予分離方向的彈壓力之螺旋彈簧(7)。

Description

接觸式供電裝置
本發明是關於接觸式供電裝置。
這種接觸式供電裝置，例如專利文獻1是已知的。在磁控濺鍍裝置用的旋轉式陰極單元，為了對筒狀的靶供應電力是使用供電裝置。供電裝置係具備內筒體、外筒體(靶)、驅動手段以及電刷。該內筒體，是固定在既定位置，作為導電性的軸體；該外筒體(靶)，是呈同心地配置在該軸體的周圍，作為導電性的筒體；該驅動手段是用以將外筒體旋轉驅動；該電刷，是在軸向隔著既定間隔突設在內筒體的外周面，隨著外筒體的旋轉一邊在該外筒體的內周面上滑動一邊將內筒體和外筒體導通。
此外，在內筒體的一端設有冷卻劑的流入口，且在位於外筒體的內側之內筒體的另一端設有冷卻劑的流出口。而且，使來自內筒體的另一端的流出口之冷卻劑通過內筒體和外筒體之間的空間而從設置在外筒體的一端之冷卻劑流出口流出。藉此，在濺鍍時，不僅能將靶冷卻，還能將從冷卻劑流入口到冷卻劑流出口之循環通路內 的粉塵等趕出。
在此，在上述那種接觸式供電裝置，一般是以電刷比內筒體及外筒體優先摩耗的方式來選定電刷的材質。因此，像上述習知例那樣僅在內筒體突設電刷的情況，若隨著電刷的滑動而使該電刷之與外筒體的接觸面逐漸摩耗，會造成外筒體的內周面和電刷的接觸面積變小，或造成外筒體的內周面和電刷變得完全無法接觸，導致無法效率良好地在內筒體和外筒體之間讓電流通過，而有提早報廢的問題。另一方面，作為設置在內筒體和外筒體之間的電刷，採用將線材成形為螺旋狀者是已知的(例如參照專利文獻2)。然而，依據這種構造，要確保電刷本身的徑向厚度是困難的，結果會導致提早報廢。
[專利文獻1]日本特許第3974541號公報
[專利文獻2]日本特開2014-143155號公報
本發明是有鑑於以上的問題點，其課題是為了提供一種壽命長的接觸式供電裝置，縱使電刷摩耗，仍能始終確實地確保電刷和軸體及筒體的接觸，而能在軸體和筒體之間效率良好地使電流通過。
為了解決上述課題，本發明的接觸式供電裝置，係具備軸體、筒體以及電刷，該軸體具有導電性，該筒體呈同心地配置在該軸體的周圍且具有導電性；該電刷配置在軸體和筒體之間的空間，當軸體和筒體相對旋轉的期間用來將軸體和筒體導通，其特徵在於，電刷係具備第1電刷片及第2電刷片，該第1電刷片具有與軸體之外周面形成面接觸的內壁面，該第2電刷片具有與筒體之內周面形成面接觸的外壁面，將該第1電刷片和該第2電刷片以互相形成面接觸的狀態沿周方向交互地配置；互相形成面接觸之第1電刷片和第2電刷片各自的側壁面形成為相對於徑向呈傾斜的錐狀，在互相鄰接的第1電刷片及互相鄰接的第2電刷片的至少一方之間設置彈壓手段，該彈壓手段係對第1電刷片或第2電刷片賦予分離方向的彈壓力。
依據本發明，當軸體和筒體進行相對旋轉時，對應於軸體和筒體的相對旋轉速度、軸體的外周面和第1電刷片之摩擦阻力、筒體的內周面和第2電刷片的摩擦阻力等，第1電刷片及第2電刷片之至少一方會在軸體的外周面或筒體的內周面上滑動。隨著該滑動，第1電刷片的內壁面、第2電刷片的外壁面發生摩耗，而在第1電刷片的內壁面和軸體的外周面之間、在第2電刷片的外壁面和筒體的內周面之間產生間隙。於是，由於互相形成面接觸的第1電刷片及第2電刷片的側壁面形成為錐狀，且將互相鄰接的第1電刷片或第2電刷片賦予彈壓，例如將 第2電刷片彈壓的情況，受到彈壓的2個第2電刷片會先被往互相分離的方向推而使其外壁面與筒體的內周面再度形成面接觸。伴隨著此，與該等第2電刷片在周方向分別鄰接的第1電刷片分別被往徑向內側推，而使其內壁面與軸體的外周面再度形成面接觸。同樣的，其餘的第2電刷片被往徑向外側推，其餘的第1電刷片被往徑向內側推，而使全部的第1電刷片及第2電刷片與筒體的內周面及軸體的外周面分別形成面接觸。
如此般在本發明中，縱使因滑動而造成第1電刷片、第2電刷片摩耗，仍能始終確實地確保軸體和筒體的接觸，在軸體和筒體進行相對旋轉的期間，能在軸體和筒體之間效率良好地讓電流通過，而且，只要在第1電刷片及第2電刷片之徑向厚度的範圍內讓彈壓手段的彈壓力起作用，就能確實地確保電刷和軸體及筒體的接觸，因此可謀求接觸式供電裝置的長壽化。
然而，當第1電刷片及第2電刷片之至少一方在軸體的外周面或筒體的內周面上滑動時，會發生摩耗粉，可能阻害軸體和筒體之滑順的相對旋轉而發生異常。於是，在本發明中採用以下構造，亦即，當軸體呈筒狀的情況，在前述第1電刷片的外壁面和前述筒體的內壁面之間、以及前述第2電刷片的內壁面和前述軸體的外壁面之間分別設置空間，利用第1電刷片的外壁面和從該外壁面朝徑向外側延伸之第2電刷片的側壁面、以及第2電刷片的內壁面和從該內壁面朝徑向內側延伸之第1電刷片的側 壁面，來劃定可容許液體通過的連通路。依據此構造，按照本發明的供電裝置之用途，當軸體和筒體進行相對旋轉的期間，只要從軸體內通過軸體和筒體之間的空間而讓冷卻水或具有絕緣性之作動油等的液體循環，就能利用流過連通路的液體將摩耗粉除去，而且，在讓作動油循環的情況，還能減少第1電刷片、第2電刷片的摩耗而謀求更加長壽化。
此外較佳為，第1電刷片係具有與其內壁面呈同心圓弧狀地彎曲之外壁面，第2電刷片係具有與其外壁面呈同心圓弧狀地彎曲之內壁面。依據此構造，能夠儘量確保第1電刷片及第2電刷片的徑向厚度，讓可摩耗的量增加而謀求更加長壽化。
又在本發明較佳為，前述彈壓手段是壓縮設置在互相鄰接的第1電刷片的側壁面之間或第2電刷片的側壁面之間的螺旋彈簧，將複數個螺旋彈簧在軸向上隔著既定間隔而配置。
1‧‧‧內筒體(軸體)
1a‧‧‧外周面
2‧‧‧外筒體(筒體)
2a‧‧‧內周面
4‧‧‧內筒體和外筒體之間的空間
4a,4b‧‧‧電刷片間的連通路
5‧‧‧第1電刷片
5a‧‧‧內壁面
5b‧‧‧側壁面
5c‧‧‧外壁面
51,52,53,54‧‧‧第1電刷片
6‧‧‧第2電刷片
6a‧‧‧外壁面
6b‧‧‧側壁面
6c‧‧‧內壁面
61,62,63,64,65‧‧‧第2電刷片
7‧‧‧螺旋彈簧(彈壓手段)
Br‧‧‧電刷
FM‧‧‧接觸式供電裝置
圖1係本發明的實施形態之供電裝置之局部省略的剖面圖。
圖2係將圖1所示的供電裝置之主要部分放大的立體圖。
圖3係運用本發明的供電裝置之濺鍍裝置用旋轉陰極 單元的前視圖。
圖4係將旋轉陰極單元的主要部分放大之局部剖面圖。
以下，參照圖式，使用金屬等的導電性材料所構成的內筒體和外筒體來作為軸體和筒體，說明本發明的接觸式供電裝置之實施形態。
參照圖1及圖2，FM表示本實施形態的接觸式供電裝置。接觸式供電裝置FM係具備：剖面圓形的內筒體1、呈同心地配置在該內筒體1的周圍且一端(圖1中，左側)封閉之剖面圓形的外筒體2、用以將外筒體2旋轉驅動的驅動手段3、以及配置在內筒體1和外筒體2之間的空間4且用以將內筒體1和外筒體2導通的電刷Br。作為驅動手段3，只要能使外筒體2相對於內筒體1進行旋轉者即可，沒有特別的限定，例如可構成為具備：馬達3a、以及繞掛在設置於馬達3a的驅動軸之滑輪3b和外筒體2的外周面之間的皮帶3c。
電刷Br，是採用比內筒體1、外筒體2的材質優先摩耗的材質，且是由第1電刷片5和第2電刷片6所構成。第1電刷片5和第2電刷片6例如可採用以下方式來製作。亦即，將其厚度與內筒體1和外筒體2間之徑向長度相同且可插入空間4的筒狀構件(未圖示)，沿徑向大致等間隔地分割成複數個圓弧部分(本實施形態為分割 成10個)。這時，藉由使分割面相對於徑向(圖1中，上下方向)朝不同方向交互地傾斜而獲得一方的圓弧部分及另一方的圓弧部分，該一方的圓弧部分係具有朝向徑向外側逐漸變細的錐狀分割面，該另一方的圓弧部分係具有朝向徑向外側逐漸變粗的錐狀分割面，該一方的圓弧部分是構成第1電刷片5，該另一方的圓弧部分則構成第2電刷片6。如此，第1電刷片5係具有與內筒體1的外周面1a形成面接觸之內壁面5a，第2電刷片6係具有與外筒體2的內周面2a形成面接觸之外壁面6a，第1電刷片5和第2電刷片6之各自的分割面、即側壁面5b、6b形成為相對於徑向呈傾斜的錐狀，因此互相形成面接觸。
此外，在將第1電刷片5和第2電刷片6插入空間4的狀態下，以在第1電刷片5的外壁面5c和外筒體2的內周面2a之間形成空間4a的方式將第1電刷片5的外壁面5c沿著上述筒狀構件的同心圓弧進行切削，且以在第2電刷片6的內壁面6c和內筒體1的外周面1a之間形成空間4b的方式將第2電刷片6的內壁面6c沿著筒狀構件的同心圓弧進行切削。藉此，第1電刷片5係具有與其內壁面5a呈同心圓弧狀地彎曲之外壁面5c，第2電刷片6係具有與其外壁面6a呈同心圓弧狀地彎曲之內壁面6c。而且，利用第1電刷片5的外壁面5c和從該外壁面5c朝徑向外側延伸的第2電刷片6的側壁面6b,6b、以及第2電刷片6的內壁面6c和從該內壁面6c朝徑向內側延伸之第1電刷片5的側壁面5b,5b，劃定可容許液體 通過的連通路4a,4b。
再者，在將第1電刷片5和第2電刷片6插入空間4時，將1個第1電刷片5省略，將被省略的第1電刷片5兩側之第2電刷片6設為第2電刷片61,62，在沿周方向互相鄰接的第2電刷片61,62的側壁面6b間壓縮設置螺旋彈簧7，該螺旋彈簧7是作為對兩第2電刷片61,62賦予分離方向的彈壓力之彈壓手段。在此情況，是將具有相同彈簧常數的3個螺旋彈簧7在軸向上等間隔地配置。此外，可在內筒體1的外周面1a及外筒體2的內周面2a設置朝徑向突出的突出片8，當將第1電刷片5和第2電刷片6插入空間4時，能將第1電刷片5和第2電刷片6在軸向予以定位保持。此外，在螺旋彈簧7，按照需要而設置用以防止撓曲、挫曲之公知機構亦可。
依據以上構造，若將馬達3a旋轉驅動而使外筒體2旋轉，外筒體2會相對於內筒體1進行旋轉。這時，對應於外筒體2的相對旋轉速度、內筒體1的外周面1a和第1電刷片5的摩擦阻力、外筒體2的內周面2a和第2電刷片6的摩擦阻力等，第1電刷片5及第2電刷片6之至少一方會在內筒體1的外周面1a或外筒體2的內周面2a上滑動。伴隨此滑動，第1電刷片5的內壁面5a、第2電刷片6的外壁面6a會發生摩耗，而在第1電刷片5的內壁面5a和內筒體1的外周面1a之間、第2電刷片6的外壁面6a和外筒體2的內周面2a之間產生間隙。於是，由於將互相形成面接觸之第1電刷片5和第2 電刷片6的側壁面5b,6b形成為錐狀，且利用螺旋彈簧7將第2電刷片6彈壓，第2電刷片61,62會先被往互相分離的方向推，而使兩第2電刷片61,62的外壁面6a與外筒體2的內周面2a再度形成面接觸。伴隨著此，將在周方向分別與兩第2電刷片61,62鄰接的第1電刷片5設為第1電刷片51,52，第1電刷片51,52分別被往徑向內側推，而使第1電刷片51,52的內壁面5a與內筒體1的外周面1a再度形成面接觸。同樣的，其餘的第2電刷片63~65被往徑向外側推，其餘的第1電刷片53,54被往徑向內側推，而使全部的第1電刷片5和第2電刷片2都與外筒體2的內周面2a及內筒體1的外周面1a形成面接觸。
因此，縱使因滑動而造成第1電刷片5、第2電刷片6摩耗，仍能始終確實地確保內筒體1和外筒體2的接觸，在內筒體1和外筒體2進行相對旋轉的期間，能效率良好地在內筒體1和外筒體2之間讓電流通過，而且，只要在第1電刷片5及第2電刷片6的徑向厚度的範圍內讓螺旋彈簧7的彈壓力起作用，就能確實地確保電刷Br和內筒體1及外筒體2的接觸，因此可謀求供電裝置FM的長壽化。在此情況，除了為了設置螺旋彈簧7而省略掉1個第1電刷片5的範圍以外，第2電刷片61,62的外壁面6a都與外筒體2的內周面2a形成面接觸，且第1電刷片51,52的內壁面5a都與內筒體1的外周面1a形成面接觸，因此，相較於習知例的電刷可確保更大的接觸面積，在讓較大的高頻電流通過的情況是有利的。而且，相 較於習知例的電刷，將電刷和內筒體的外周面及外筒體的內周面之接觸面積設計成相同的情況之軸向長度可縮短，有助於運用本發明的供電裝置之裝置的小型化。
此外，因為劃定有可容許液體通過的連通路4a,4b，按照供電裝置FM的用途，只要從內筒體1的內部空間1b通過該內筒體1和外筒體2間的空間4及連通路4a,4b而讓冷卻水等的冷媒、具有絕緣性之作動油等的液體循環，就能利用通過空間4及連通路4a,4b的液體將摩耗粉除去，而且還能將起因於通電所產生的熱除去。此外，在使用作動油的情況，可減少第1電刷片5、第2電刷片6的摩耗而謀求更加長壽化。此外，在讓液體循環的情況，較佳為在液體循環通路設置用以除去摩耗粉的過濾器。此外，因為第1電刷片5係具有與內壁面5a呈同心圓弧狀地彎曲之外壁面5c，第2電刷片6係具有與外壁面6a呈同心圓弧狀地彎曲之內壁面6c，因此可儘量確保第1電刷片5及第2電刷片6的徑向厚度，讓可摩耗的量增加，而能謀求更加長壽化。
以上是針對本發明的實施形態作說明，但本發明並不限定於上述實施形態。在上述實施形態，雖是說明將軸體做成內筒體1的例子，但也能使用實心者，此外，雖是說明將外筒體2旋轉驅動的例子，但不僅是外筒體2，將內筒體1及外筒體2分別旋轉驅動者也能運用本發明。此外，在上述實施形態，雖是說明僅在內筒體1和外筒體2之間透過電刷Br進行通電的例子，但並不限定 於此，所謂多極型者也能運用本發明。在此情況，例如將軸體及筒體在軸向隔著必要的絕緣距離分割成複數區，在各個分割後的軸體和筒體之間插入上述電刷Br。
此外，第1電刷片5及第2電刷片6的形狀，只要具備分別與內筒體1的外周面1a、外筒體2的內周面2b形成面接觸的壁面5a,6a、以及互相形成面接觸的側壁面5b,6b即可，並不限定於上述說明。再者，雖是說明將第1電刷片5的外壁面5c和第2電刷片6的內壁面6c切削而劃定連通路4a,4b的例子，例如也能在電刷片5,6形成貫穿軸向的透孔而設置連通路。再者，雖沒有特別利用圖示作說明，例如也能構成為，在外筒體2的內周面2a將朝徑向凹陷的溝槽部遍及其全長形成為螺旋狀，當外筒體2被旋轉驅動時，將存在於內筒體1和外筒體2間的空間4之液體予以移送，藉此可省略液體循環用的泵，而在供電裝置FM內讓液體循環。此外，雖是說明在第2電刷片6之間設置彈壓手段的例子，但也能在第1電刷片5之間設置彈壓手段。此外，雖是說明作為彈壓手段是採用螺旋彈簧7的例子，但並不限定於此。
接下來說明，將上述實施形態的接觸式供電裝置運用於濺鍍裝置用旋轉式陰極單元的例子。以下說明中，以圖3所示的旋轉式陰極單元的姿勢為基準，而使用表示「上」、「下」、「右」、「左」的方向之用語，此外，構成上述實施形態的供電裝置之零件是使用相同的符號。
參照圖3及圖4，旋轉式陰極單元RC係包含圓筒狀的靶Tg、驅動塊10以及支承塊20；該靶Tg，是在圖外的真空室內設置成與作為成膜對象物的基板W隔著絕緣物而在上下方向對置；該驅動塊10，是透過夾具Cp連結在靶Tg的右端；該支承塊20，是透過夾具Cp連結在靶Tg的左端。在支承塊20，設有藉由軸承21支承之從動軸22，藉此將靶Tg的一端支承成可旋轉自如。靶Tg係包含：筒狀的底筒31、透過銦、錫等的接合材(未圖示)接合於底筒31之筒狀的靶材32。作為靶材32，可按照欲成膜於基板W上的膜組成而使用從金屬、金屬化合物當中適宜選擇者。
底筒31，是套設於遍及靶Tg的軸向、即左右方向的大致全長而延伸之外管33，在外管33內呈同心地設置內管34。外管33之左右方向兩端的開口分別被蓋體35封閉，在蓋體35分別開設有軸向的透孔35a。而且，內管34的內部空間是構成冷卻水等的冷媒循環時的去路34a，內管34和外管33間的空間則是構成返路33a。又雖沒有特別利用圖示作說明，可在內管34和外管33間的空間組裝具有公知構造的磁鐵單元，當對靶Tg施加既定電位而將靶材32進行濺擊時，在靶Tg和基板W之間產生呈跑道狀封閉的洩漏磁場，亦即使通過磁場的垂直成分成為零的位置之線沿著靶材32的軸向之大致全長延伸。
驅動塊10具有殼體11，在殼體11的右內壁豎設朝左右方向延伸的內筒體1，內筒體1的左端液密連 結於內管34。在固定於殼體11之內筒體1的周圍，與該內筒體1呈同心地配置外筒體2。在外筒體2的內周面2a設置朝徑向凹陷的環狀凹部2b，在該凹部2b內嵌合電刷Br的第2電刷片6。在此情況，僅利用第1電刷片5的外壁面5c和從該外壁面5c朝徑向外側延伸的第2電刷片6之側壁面6b,6b所劃定的連通路4b可容許冷媒通過。
外筒體2，是藉由透過複數個軸承12a插入殼體11內之支承構件13支承成可旋轉自如。將位於軸承12a的左右方向兩側之油封12b套設於外筒體2。此外，在外筒體2的外周面2a，在與設置於馬達3a的驅動軸的滑輪3b之間繞掛皮帶3c。此外，在外筒體2的左端液密地安裝導電性的凸緣14，透過該凸緣14藉由夾具Cp與底筒31連結。藉此，若驅動馬達3a而將外筒體2旋轉驅動，能與該外筒體2一體地將靶Tg以既定的旋轉數進行旋轉驅動。在此情況，內筒體1是透過電刷Br而與外筒體2導通，該外筒體2是透過凸緣14而與底筒31、進而與靶材32導通(亦即，內筒體1和靶材32成為同一電位)。在從外筒體2往左側突出之內筒體1的部分套設導板15，該導板15是用以將來自返路33a的冷媒導引到內筒體1和外筒體2之間的連通路4。
在殼體11設有導電性的配管17，該配管17在內部設有去路17a及返路17b且前端連接於內筒體1。而且，去路17a是與內筒體1的內部空間1b連通，返路17b是與內筒體1和外筒體2間的空間4連通。藉此形成 冷媒循環通路，該冷媒循環通路，是從配管17的去路17a經由內筒體1的內部空間1b連通於內管34內的去路34a，從左側的蓋體35之透孔35a通過返路33a，透過透孔35a連通於內筒體1和外筒體2間的空間4，經由連通路4a而返回返路17b。在濺鍍中，可藉由與冷媒間的熱交換而將靶材32冷卻。此外，在配管17連接著來自圖外的濺鍍電源之輸出纜線18。藉此，可一邊藉由馬達3a將外筒體2旋轉驅動而將靶Tg旋轉驅動，一邊從濺鍍電源透過輸出纜線18而對靶材32供應例如帶負電位的既定電力。
1‧‧‧內筒體(軸體)
1a‧‧‧外周面
2‧‧‧外筒體(筒體)
2a‧‧‧內周面
4a,4b‧‧‧電刷片間的連通路
5‧‧‧第1電刷片
5a‧‧‧內壁面
5b‧‧‧側壁面
5c‧‧‧外壁面
51,52,53,54‧‧‧第1電刷片
6‧‧‧第2電刷片
6a‧‧‧外壁面
6b‧‧‧側壁面
6c‧‧‧內壁面
61,62,63,64,65‧‧‧第2電刷片
7‧‧‧螺旋彈簧(彈壓手段)
Br‧‧‧電刷
FM‧‧‧接觸式供電裝置

Claims (4)

  1. 一種接觸式供電裝置，係具備軸體、筒體以及電刷，該軸體具有導電性，該筒體呈同心地配置在該軸體的周圍且具有導電性；該電刷配置在軸體和筒體之間的空間，當軸體和筒體相對旋轉的期間用來將軸體和筒體導通，其特徵在於，電刷係具備第1電刷片及第2電刷片，該第1電刷片具有與軸體之外周面形成面接觸的內壁面，該第2電刷片具有與筒體之內周面形成面接觸的外壁面，將該第1電刷片和該第2電刷片以互相形成面接觸的狀態沿周方向交互地配置；互相形成面接觸之第1電刷片和第2電刷片各自的側壁面形成為相對於徑向呈傾斜的錐狀，在互相鄰接的第1電刷片及互相鄰接的第2電刷片的至少一方之間設置彈壓手段，該彈壓手段係對第1電刷片或第2電刷片賦予分離方向的彈壓力。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式供電裝置，其中，前述軸體呈筒狀，在前述第1電刷片的外壁面和前述筒體的內壁面之間、以及前述第2電刷片的內壁面和前述軸體的外壁面之間分別設置空間，利用第1電刷片的外壁面和從該外壁面朝徑向外側延伸之第2電刷片的側壁面、以及第2電刷片的內壁面和從該內壁面朝徑向內側延伸之第1電刷片的側壁面，來劃定 可容許液體通過的連通路。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之接觸式供電裝置，其中，第1電刷片係具有與其內壁面呈同心圓弧狀地彎曲之外壁面，第2電刷片係具有與其外壁面呈同心圓弧狀地彎曲之內壁面。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之接觸式供電裝置，其中，前述彈壓手段是壓縮設置在第1電刷片的側壁面之間或第2電刷片的側壁面之間的螺旋彈簧，將複數個螺旋彈簧在軸向上隔著既定間隔而配置。
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