CN107452466A - 电子零件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种谋求同时实现磁导率的进一步提高与端子电极镀敷性的提高,且具有可应对小型化、高频化的芯的电子零件。本发明的电子零件具备轴部(11)、形成在轴部(11)的端部且与轴部(11)一并构成芯的轴环部(12)、卷绕在轴部(11)而成的线圈状的导体、及形成在轴环部(12)且与导体的端部电连接而成的电极端子,并且轴部(11)与轴环部(12)包含金属系磁性材料,轴部(11)是比轴环部(12)更紧密地填充金属系磁性材料而成。
Description
技术领域
本发明涉及一种具备芯与卷绕在芯的轴部而成的线圈状的导体的称为电感零件等的电子零件。
背景技术
电感器、扼流线圈、变压器等线圈零件(所谓电感零件)具有磁性材料、与形成在所述磁性材料的内部或表面的线圈。作为面向电源的线圈零件,就电流特性良好的方面而言,可代表性地列举对磁性体实施绕线而成的线圈零件。特别是在重视饱和特性的情况下,目前使用金属系磁性材料。并且,随着机器的高性能化,对于该零件,不仅要求电流特性,还要求应对小型化或高频化。
例如专利文献1中,作为使电特性及可靠性提高,并且可向电路基板上进行良好的高密度安装或低外形安装的小型电子零件,揭示了如下电子零件,该电子零件具备卷绕在基材的被覆导线、与包含含有填料的树脂材料且被覆导线部的外周的包装树脂部。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2013-45927号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
在此,如果欲单纯地将线圈零件小型化,则包裹线圈的磁性体的厚度也会变薄。这成为使有效磁导率降低的原因。另外,如果欲应对高频化,则想到为了抑制磁性材料的损耗而提高绝缘性,或使用小粒径的磁性材料。但这些方案均存在降低材料磁导率的缺点。需要弥补如所述般向小型化、高频化方向发展时所产生的有效磁导率或材料磁导率的降低。
作为另一课题,已知在为了实现小型化而将端子电极直接附于芯上的情况下,会产生镀敷伸展的课题。其产生原因为:由于磁性材料向高填充化或小粒径化方向发展,磁性体的表面的粗糙度(粒子间的间隔的大小)变小。因此,为了应对小型化与高频化,而变得需要具有高填充率并且不会镀敷伸展的芯。
本发明的课题在于考虑这些情况,而提供具有可应对小型化、高频化的芯的电子零件。
[解决问题的技术手段]
本发明者等人经过努力研究,结果完成了如下的本发明。
(1)一种电子零件,其具备轴部、形成在轴部的端部且与轴部一并构成芯的轴环部、卷绕在轴部而成的线圈状的导体、及形成在轴环部且与导体的端部电连接而成的电极端子,并且轴部与轴环部包含金属系磁性材料,轴部是比轴环部更紧密地填充金属系磁性材料而成。
(2)根据(1)所述的电子零件,其中关于轴环部中的金属系磁性材料的填充率a及轴部中的金属系磁性材料的填充率b,a/b为0.9~0.97。
(3)根据(1)或(2)所述的电子零件,其中芯为筒型芯或T型芯。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的电子零件,其中金属系磁性材料是由合金系磁性粒子大量集聚而成,邻接的所述合金系磁性粒子彼此主要经由各自粒子表面附近所形成的氧化覆膜彼此的结合而集聚。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的电子零件,其还在线圈状的导体的外侧具备包装部件,包装部件具有有机树脂与金属系磁性材料,包装部件所含有的金属系磁性材料与构成轴部及轴环部的金属系磁性材料可为相同种类,也可为不同种类。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的电子零件,其中电极端子含有Ag、Ni及Sn。
[发明的效果]
根据本发明,可提供高磁导率且端子电极中的镀敷性良好的电子零件。具体而言,即便采用金属系磁性材料也会消除镀敷伸展,由此变得可形成直附电极,可获得大电流且小型的低外形零件。在优选态样中,在合金系磁性粒子的表面形成氧化覆膜,由此将粒子间结合,而可获得芯强度。因此,变得可不受合金系磁性材料的粒径影响,而应对所需的频率。特别是通过使用小粒径的合金系磁性材料,也可应对以后的高频化。
附图说明
图1(A)~图1(D)是本发明的实施态样中的芯的示意图。
图2(A)~图2(D)是本发明的实施态样中的芯的示意图。
图3(A)~图3(D)是本发明的实施态样中的芯的示意图。
图4是本发明的实施态样中的芯的制造的说明图。
图5是本发明的实施态样中的芯的制造的说明图。
具体实施方式
适当参照图式详细地说明本发明。但是,本发明并不限定于所图示的态样,另外,在图式中有强调表现发明的特征部分的情况,因此对于图式各部未必保证比例尺的准确性。
本发明的电子零件具备芯与卷绕在芯的轴部上的线圈状的导体,通常被称为电感零件、线圈零件等。
图1(A)~图1(D)是本发明的实施态样中的芯的示意图。图1(A)为俯视图,图1(B)及图1(C)为侧视图,图1(D)为轴部的剖视图(X-X'剖视图)。芯具有轴部11与轴环部12。轴部11只要具备可供线圈状导体(未图示)卷绕的区域,则其形状并无特别限定,优选为圆筒状或棱柱状等在一个方向上具有长轴的立体形状。轴环部12呈现与轴部11不同的形状,且形成在轴部11的至少一个端部,优选为如图示般,在轴部11的两个端部各形成一个轴环部12。在轴环部12的至少1个上设置电极端子(未图示)。电极端子与下述的线圈状的导体的端部电连接,通常经由电极端子而谋求本发明的零件的外部与所述的线圈状的导体的导通。
图2(A)~3(D)也是本发明的实施态样中的芯的示意图。这些图式中的(A)~(D)的含义与图1(A)~图1(D)的情形相同。在图2(A)~图2(D)所示的形态中,轴部11呈现出长轴的中心部分宽度较宽的构造。在图3(A)~图3(D)所示的形态中,轴部11为圆柱状。芯的形状优选为称为T型芯或筒芯的形态,所述T型芯是仅在柱状的轴部的一端设置轴环部,所述筒芯是在柱状的轴部的两端设置轴环部,在所述形态中,轴环部12薄的薄型芯容易制造,对低背化有利。此外,关于芯的具体形状,可适当引用现有技术。
轴部11与轴环部12包含金属系磁性材料。金属系磁性材料是使未被氧化的金属部分表现出磁性而构成的材料,例如也可为在未被氧化的金属粒子或合金粒子的周围设置氧化物等而适当进行绝缘化并包含这些粒子的成形体。轴部11的金属系磁性材料及轴环部12的金属系磁性材料可为相同种类,也可为不同种类。优选金属系磁性材料是将未被氧化的合金粒子绝缘化并使之集聚而成的成形体,关于这种成形体的详细内容,在下文详细说明。
此处,将轴环部12中的金属系磁性材料的填充率设为a,将轴部11中的金属系磁性材料的填充率设为b。根据本发明,a/b<1,即,轴部11比轴环部12更紧密地填充了有金属系磁性材料。a/b优选0.9~0.97。由此,同时实现高电感与轴环部12中的良好镀敷性。更详细而言,通过在轴环部12中使金属系磁性材料的填充率相对变低,而良好地进行形成电极端子时的镀敷。另一方面,通过在轴部11中紧密地填充金属系磁性材料,也可谋求提高作为电子零件整体的电感。此处,在由相同种类的金属系磁性材料构成轴部11与轴环部12的情况下,各部的密度(g/cm3)相当于填充率。
对于以往由铁氧体材料所形成的芯而言,如所述般对轴部11与轴环部12调节填充率是极困难的。其原因为:如果如以往般使用铁氧体,并在芯内的各部对填充率设置差值,则在热处理中会产生收缩差异,而产生变形或龟裂等。特别是轴环部薄的芯会产生轴环部变形等不良情况。因此,在使用铁氧体的情况下,未能调整填充率。通过使用热处理时的收缩少的合金系磁性材料,方可调整填充率。另外,对于铁氧体,因烧结时的收缩而容易引起变形,特别是薄的铁氧体存在由变形引起的强度降低或尺寸精度变差等情况。另一方面,对于合金系磁性材料,通过未达到烧结的范围内进行热处理,而可使收缩或由收缩引起的变形变得极少。因此,也可获得例如具有厚度为0.25mm以下等的较薄轴环部的芯。另外,也可根据需要含浸树脂。由此可弥补强度,而变得可应对冲击。优选轴部11与轴环部12是通过在成形后同时供于热处理而获得。
作为如此对轴部11与轴环部12改变金属系磁性材料的填充率的方法之一,有在成形时形成芯形状的方法。该方法是利用如下模具进行成形的方法,该模具是以相当于芯的轴部11与轴环部12各部分的方式进行分割而成。图4是该方法的示意性说明图。描绘了将成为原料的粉末进行压缩而欲制作芯的形状的情况。通过利用压模(molding die)51、52及冲头53、54,将相当于轴部的部位21与相当于轴环部的部位22进行压缩成形,而可形成芯的形状。此时,可通过调节相当于轴部的部位21及相当于轴环部的部位22所使用的合金系磁性粒子的量或压缩量,而调节轴部11及轴环部12的填充率。
作为别的方法,可列举在成形后进行研磨加工而形成芯形状的方法。在该方法中,也在成形时利用以相当于芯的轴部与轴环部各部分的方式进行分割而成的模具进行成形。其后,对供绕线的部分进行研磨加工,而可获得所需的芯形状。图5是该方法的示意性说明图。描绘了将合金系磁性粒子的粉末进行压缩而欲制作芯的形状的情况。利用压模51、52及冲头53、54,将相当于轴部的部位21与相当于轴环部的部位22进行压缩成形。此时,并非必须形成芯的形状,例如也可压缩为圆筒状等简单的形状。此时,可通过调节相当于轴部的部位21及相当于轴环部的部位22所使用的合金系磁性粒子的量或压缩量,而调节轴部11及轴环部12的填充率。然后,可通过进行研磨而形成所需形状的芯。
适宜为金属系磁性材料是包含大量合金系磁性粒子的成形体。对于这种成形体,在微观上理解为原本独立的大量合金系磁性粒子彼此结合而成的集合体,在各合金系磁性粒子的周围的至少一部分、优选为遍布其大致整体而形成氧化覆膜,利用该氧化覆膜而确保成形体的绝缘性。邻接的合金系磁性粒子彼此主要通过处于各合金系磁性粒子的周围的氧化覆膜彼此发生结合,而可构成具有固定形状的成形体。也可部分地存在邻接的合金系磁性粒子的金属部分彼此的结合。氧化覆膜优选构成合金系磁性粒子的合金本身经氧化的氧化覆膜。
合金系磁性粒子优选包含Fe-Si-M系软磁性合金。此处,M是比Fe更容易氧化的金属元素,典型而言,可列举:Cr(铬)、Al(铝)、Ti(钛)等,优选Cr或Al。
在软磁性合金为Fe-Cr-M系合金的情况下,Si及M以外的剩余部分除不可避免的杂质外,优选铁。作为除Fe、Si及M以外还可含有的金属,可列举:镁、钙、钛、锰、钴、镍、铜等,作为非金属,可列举磷、硫、碳等。
金属系磁性材料(成形体)优选通过将合金系磁性粒子成形并实施热处理而制造。此时,适宜为不仅对成为原料的合金系磁性粒子其本身所具有的氧化覆膜实施热处理,而且以使原料的合金系磁性粒子中处于金属形态的部分的一部分发生氧化而形成氧化覆膜的方式进行热处理。如所述般,氧化覆膜主要是合金系磁性粒子的表面部分氧化而成的氧化覆膜。在优选态样中,金属系磁性材料中不包含合金系磁性粒子氧化而成的氧化物以外的氧化物,例如二氧化硅或磷酸化合物等。
关于构成成形体的各合金系磁性粒子,其周围形成有氧化覆膜。氧化覆膜也可在形成成形体之前的原料粒子的阶段形成,也可在原料粒子的阶段不存在或极少存在氧化覆膜,而在成形过程中产生氧化覆膜。氧化覆膜的存在可在利用扫描式电子显微镜(SEM)所拍摄的3000倍左右的图像中通过对比度(亮度)的差异而识别。通过存在氧化覆膜,而保证作为金属系磁性材料整体的绝缘性。另外,可抑制由温度或湿度引起的劣化等,而可减少环境的影响。由此,变得可在高温下使用,而可获得可靠性高的零件。
在金属系磁性材料中,合金系磁性粒子彼此的结合主要为氧化覆膜彼此的结合。氧化覆膜彼此的结合的存在例如可通过如下方式等而明确地判断,即,在放大到约3000倍的SEM观察图像等中,可见邻接的合金系磁性粒子所具有的氧化覆膜为相同相。通过存在氧化覆膜彼此的结合,可谋求机械强度与绝缘性的提高。优选遍布成形体整体,邻接的合金系磁性粒子所具有的氧化覆膜彼此结合,但即便为一部分,只要结合,便可谋求相应的机械强度与绝缘性的提高,这种形态也可是本发明的一个态样。优选存在与成形体所含有的合金系磁性粒子的数量相同或其以上的氧化覆膜彼此的结合。另外,也可如下述般,不经由氧化覆膜彼此的结合而部分地存在合金系磁性粒子彼此的结合。此外,邻接的合金系磁性粒子也可部分地存在既不是氧化覆膜彼此的结合也不是合金系磁性粒子彼此的结合而只是单纯地物理接触或接近的形态。
为了产生氧化覆膜彼此的结合,例如可列举:在制造成形体时,在存在氧气的环境下(例如空气中)以下述规定温度实施热处理等。
在金属系磁性材料(成形体)中,不仅存在氧化覆膜彼此的结合,而且存在合金系磁性粒子彼此的结合。与所述氧化覆膜彼此的结合的情形同样地,例如可通过如下方式等而明确地判断存在合金系磁性粒子彼此的结合,即,在放大到约3000倍的SEM观察图像等中可见邻接的合金系磁性粒子彼此保持相同相并且具有结合点。通过存在合金系磁性粒子彼此的结合,而可谋求磁导率的进一步提高。
为了产生合金系磁性粒子彼此的结合,例如可列举:使用氧化覆膜少的粒子作为原料粒子,或在用以制造成形体的热处理中将温度或氧分压调节为如下所述,而调节由原料粒子获得成形体时的成形密度等。对于热处理中的温度,有合金系磁性粒子彼此结合且难以产生氧化物的程度的提案。对于具体的优选温度范围在下文说明。氧分压例如可为空气中的氧分压,氧分压越低,越难产生氧化物,结果容易产生合金系磁性粒子彼此的结合。
原料粒子例如可列举通过雾化法制造的粒子。如上所述,成形体中优选为存在经由氧化覆膜的结合,因此优选原料粒子中存在氧化覆膜。在取得这种原料粒子时,也可采用合金粒子制造的公知方法,还可使用市售品,例如EpsonAtmix(股份)公司制造的PF-20F、Nippon Atomized Metal Powders(股份)公司制造的SFR-FeSiAl等。
由原料粒子获得成形体的方法没有特别限定,可适当采用粒子成形体制造中的公知方法。以下,对作为典型制造方法的将原料粒子在非加热条件下进行成形后供于加热处理的方法进行说明。本发明中并不限定于这种制造方法。
将原料粒子在非加热条件下进行成形时,优选添加有机树脂作为粘合剂。作为有机树脂,就热处理后粘合剂变得不易残留的方面而言,优选使用包含热分解温度为500℃以下的PVA(polyvinyl alcohol,聚乙烯醇)树脂、丁醛树脂、乙烯系树脂等有机树脂。在成形时,也可添加公知的润滑剂。作为润滑剂,可列举有机酸盐等,具体可列举硬脂酸锌、硬脂酸钙等。润滑剂的量相对于原料粒子100重量份,优选0~1.5重量份,更优选0.1~1.0重量份,进而优选0.15~0.45重量份,特别优选0.15~0.25重量份。润滑剂的量为零时表示不使用润滑剂。向原料粒子任意地添加粘合剂及/或润滑剂并进行搅拌后,成形为所需形状。在成形时,例如可列举施加2~20ton/cm2的压力等,或将成形温度设为例如20~120℃等。在成形时,可通过向相当于轴部的部位21施加较高压力,向相当于轴环部的部位22施加较低压力等,而调节轴部11与轴环部12的填充率。
以下,对热处理的优选态样进行说明。
热处理优选在氧化环境下进行。更具体而言,加热中的氧浓度优选1%以上,由此氧化覆膜彼此的结合及金属彼此的结合两者均变得容易产生。氧浓度的上限没有特别限定,考虑制造成本等,可列举空气中的氧浓度(约21%)。关于加热温度,就产生氧化覆膜,且使氧化覆膜彼此的结合变得容易产生的观点而言,优选600℃以上,就适当抑制氧化而维持金属彼此的结合的存在从而提高磁导率的观点而言,优选900℃以下。加热温度更优选700~800℃。就使氧化覆膜彼此的结合及金属彼此的结合两者均容易产生的观点而言,加热时间优选0.5~3小时。关于产生经由氧化覆膜的结合及金属粒子彼此的结合的机制,研究出其与在高于例如600℃左右的温度区域的所谓陶瓷烧结类似。即,根据本发明者等人的新见解,在该热处理中重要的是如下情况:(A)氧化覆膜充分接触氧化环境,并且从合金系磁性粒子随时供给金属元素,由此氧化覆膜本身成长;及(B)邻接的氧化覆膜彼此直接接触,构成氧化覆膜的物质相互扩散。因此,在600℃以上的高温区域会残留的热硬化性树脂或硅酮等优选在热处理时实质上不存在。
使用这种金属系磁性材料作为芯,并在其轴部11的周围卷绕绝缘被覆导线,由此获得线圈状的导体。另外,将端子电极形成在轴环部12。端子电极可与线圈状的导体的端部电连接,而用作与本发明的电子零件外的连接点。端子电极的形态或制造方法没有特别限定,优选使用镀敷而形成,更优选含有Ag、Ni及Sn。例如将Ag膏涂布在轴环部12,进行烘烤而形成底层后,实施镀Ni、镀Sn,并在其上涂布焊料膏,接着使所述焊料熔融并将线圈状的导体的端部埋入,而可使绕线与端子电极进行电接合。关于由金属系磁性材料获得电子零件的方法,可适当采用电子零件领域中的公知制造方法。
优选在线圈状的导体的外侧具备包装部件。包装部件优选含有有机树脂与金属系磁性材料。通过存在包装部件,磁通的屏蔽性提高。因此,存在包装部件对于容易受到磁通泄漏影响的电源电路而言较为重要。包装部件的形成是通过如下方式等而进行:利用涂覆机(dispenser),将添加有磁性材料的环氧树脂涂布在芯轴环内面部,并分数次进行,由此以覆盖绕线的方式形成树脂,其后使该树脂热硬化。包装部件用的金属系磁性材料与用于轴部11或轴环部12的金属系磁性材料可为相同种类,也可为不同种类,例如可列举:合金系的Fe-Si-Cr、Fe-Si-Al、Fe-Ni、非晶质系的Fe-Si-Cr-B-C、Fe-Si-B-C、或Fe、或将这些混合而成的材料等,平均粒径优选2~30ìm,包装部件在金属系磁性材料中所占的重量比优选50~96wt%。包装部件用的有机树脂没有特别限定,例如可非限定性地例示环氧树脂、酚系树脂、聚酯树脂等。
[实施例]
以下,通过实施例更具体地说明本发明。但本发明并不限定于这些实施例所记载的态样。
基于下述要点制造电源系电感器。
芯尺寸:1.6×1.0×1.0mm的筒芯
轴环厚度:0.25mm
轴径:φ0.5mm(研磨芯)
绕线:φ0.1mm
圈数3.5圈
端子电极:Ag膏、镀Ni、镀Sn
包装树脂:环氧树脂10wt%、磁性材料90wt%
将具有表1所记载的粒径(D50)的合金系磁性粒子100重量份、与热分解温度为300℃的PVA粘合剂1.5重量份一并搅拌混合,添加作为润滑剂的0.2重量份的硬脂酸锌。其后,在轴部与轴环部用的模具中,按照各自的密度进行填充,并通过调整压缩量而调节密度。在轴部与轴环部中改变合金系磁性粒子的填充率,操作模具而进行成形,在21%氧浓度的氧化环境中以750℃进行1小时热处理,而获得粒子成形体。此时,在热处理中基本上未引起收缩,成功地获得通过设定成形时的密度而容易地改变密度的芯。端子电极是形成在轴环部。将Ag膏涂布在轴环部,进行烘烤而形成底层,其后实施镀Ni、镀Sn,在其上涂布焊料膏。接着,使用附带覆膜的铜线,在轴部的外周进行绕线,由此获得线圈状的导体。其后,使端子电极的焊料熔融,将各绕线的两个端部埋入,而将绕线与端子电极接合。并且,其后形成包装部件。包装部件的磁性材料是将D50为20μm的非晶(FeSiCrBC)与D50为5μm的非晶(FeSiCrBC)以重量比75:25进行混合而成。利用涂覆机,将添加有该磁性材料的环氧树脂涂布在轴环部的内面部,并分数次进行,由此以覆盖绕线的方式形成树脂。其后,通过使树脂热硬化而获得包装部件。
(评价)
·填充率的评价:通过固定容积膨胀法,将轴环部与轴部各自的试样以成为必要量的方式进行收集并测定密度。关于此次的试样,轴环部与轴部为同种材料,因此密度比相当于填充率的比。
·镀敷性评价:相对于距离端部的电极长度(e寸)0.3mm,将0.35mm以上评价为×,将其以外评价为○。
·电感评价:利用LCR测定计(inductance capacitance resistance meter,电感电容电阻测定计)(4285),以1[MHz]测定绕线3.5t品。
将各试样的制造条件及测定结果汇总到表1。表中,Fe-Si-Cr是通过雾化法制造的具有Cr 4.5wt%、Si 3.5wt%、剩余部分为Fe的组成的材料,且根据SEM图像而确认存在经由氧化覆膜的结合。Fe-Si-Al是通过雾化法制造的具有Al 5.5wt%、Si 9.7wt%、剩余部分为Fe的组成的材料,且根据3000倍的SEM图像而确认存在经由氧化覆膜的结合。
[表1]
附图标记说明
11 轴部
12 轴环部
51、52 压模
53、54 冲头。
Claims (9)
1.一种电子零件,其特征在于,包括:
轴部;
形成在所述轴部的端部且与轴部一并构成芯的轴环部;
卷绕在所述轴部而成的线圈状的导体;和
形成在所述轴环部且与所述导体的端部电连接而成的电极端子,并且
所述轴部与所述轴环部包含金属系磁性材料,
所述轴部比所述轴环部更紧密地填充金属系磁性材料而成,
所述芯为筒型芯或T型芯,
所述金属系磁性材料是由合金系磁性粒子大量集聚而成的,
邻接的所述合金系磁性粒子彼此主要经由各自粒子表面附近所形成的氧化覆膜彼此的结合而集聚,
所述氧化覆膜是构成合金系磁性粒子的合金本身氧化形成的氧化覆膜。
2.根据权利要求1所述的电子零件,其特征在于:
所述轴环部的厚度为0.25mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的电子零件,其特征在于:
所述轴环部中的金属系磁性材料的填充率a与所述轴部中的金属系磁性材料的填充率b满足a/b为0.9~0.97。
4.根据权利要求1或2所述的电子零件,其特征在于:
还在所述线圈状的导体的外侧具有包装部件,所述包装部件含有有机树脂与金属系磁性材料,包装部件所含有的金属系磁性材料与构成所述轴部和轴环部的金属系磁性材料可以是相同种类,也可以是不同种类。
5.根据权利要求3所述的电子零件,其特征在于:
还在所述线圈状的导体的外侧具有包装部件,所述包装部件含有有机树脂与金属系磁性材料,包装部件所含有的金属系磁性材料与构成所述轴部及轴环部的金属系磁性材料可以是相同种类,也可以是不同种类。
6.根据权利要求1或2所述的电子零件,其特征在于:
所述电极端子含有Ag、Ni及Sn。
7.根据权利要求3所述的电子零件,其特征在于:
所述电极端子含有Ag、Ni及Sn。
8.根据权利要求4所述的电子零件,其特征在于:
所述电极端子含有Ag、Ni及Sn。
9.根据权利要求5所述的电子零件,其特征在于:
所述电极端子含有Ag、Ni及Sn。
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