CN113015865A - 波动齿轮装置 - Google Patents

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城越教夫
山崎宏
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Abstract

关于波动齿轮装置(1)，在波动发生器轴承(45)的外圈外周面(49)、以及与该外圈外周面接触的外齿齿轮(3)的外圈接触内周面部分(37)以微细的间隔而形成有用于保持润滑剂的微细的第一、第二润滑剂保持槽(5、6)。在外齿齿轮(3)的内周面(36)上，在与外圈接触内周面部分(37)相邻的第二内周面部分(38)以微细的间隔而形成有用于将润滑剂朝向外圈接触内周面部分(37)引导的微细的润滑剂引导槽(7)。能够改善外齿齿轮(3)的外圈接触内周面部分(37)与外圈外周面(49)之间的接触状态，能够抑制在这些面产生的微动磨损。

Description

波动齿轮装置
技术领域
本发明涉及一种波动齿轮装置，更详细而言，涉及波动齿轮装置的外齿齿轮的内周面和与该内周面接触的波动发生器的外圈外周面之间的润滑构造。
背景技术
作为波动齿轮装置的波动发生器，已知如下结构：具备刚性的插塞以及波动发生器轴承，波动发生器轴承装配于插塞的非圆形外周面与外齿齿轮的内周面之间。波动发生器轴承的外圈外周面与外齿齿轮的内周面之间的润滑状态一般为边界润滑。因此，当波动齿轮装置在单向低速旋转运转、高负荷运转等特定的运转条件下执行动作时，在外圈外周面、以及与其接触的外齿齿轮的内周面产生微动磨损。需要改善外圈外周面与外齿齿轮的内周面之间的接触状态而抑制微动磨损。
关于专利文献1记载的波动齿轮装置，在外圈外周面或外齿齿轮的内周面以离散的状态而形成有润滑剂保持用的凹部或凸部。在外圈外周面与外齿齿轮的内周面之间保持润滑剂而抑制微动磨损。另一方面，在专利文献2中，通过采用飞秒激光的表面加工而在滑动面形成微细的格栅状凹凸的周期性构造，由此防止因润滑不足导致的摩擦的增强、烧伤。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开平2-87152号公报
专利文献2：日本特开2017-214996号公报
发明内容
本发明的目的在于，利用通过采用飞秒激光等的表面加工等而形成的微细的槽，能够改善波动齿轮装置的外齿齿轮的内周面和与该内周面接触的波动发生器的外圈外周面之间的接触状态而抑制微动磨损。
本发明的波动齿轮装置具备刚性的内齿齿轮、挠性的外齿齿轮以及波动发生器，波动发生器具备刚性的插塞以及波动发生器轴承，波动发生器轴承装配于插塞的非圆形外周面与外齿齿轮的内周面之间。关于该结构的波动齿轮装置，对外齿齿轮的内周面和与该内周面接触的波动发生器的外圈外周面之间进行润滑的润滑构造以如下方式构成。
外齿齿轮的内周面包括第一内周面部分以及第二内周面部分。第一内周面部分至少包括与波动发生器轴承的外圈的外圈外周面接触的外圈接触内周面部分。第二内周面部分是在中心轴线的方向上与第一内周面部分相邻的内周面部分。在第二内周面部分形成有用于将润滑剂朝向外圈接触内周面部分引导的润滑剂引导槽。润滑剂引导槽具有几微米至几十纳米的槽宽及槽深、且以几微米至几十纳米的间隔而形成。在外齿齿轮的第一内周面部分以及波动发生器轴承的外圈外周面中的一方的面、或双方的面，形成有用于保持润滑剂的润滑剂保持槽。润滑剂保持槽具有几微米至几十纳米的槽宽及槽深、且以几微米至几十纳米的间隔而形成。
在外齿齿轮的第二内周面部分形成的微细的润滑剂引导槽是几微米以下的宽度及深度的微细的槽，与润滑剂的润湿性良好。向外齿齿轮的内侧供给的润滑剂沿润滑剂引导槽移动。预先适当地设定润滑剂引导槽的槽宽、槽深以及方向，由此将与润滑剂引导槽接触的润滑剂朝向相邻的第一内周面部分引导而向外圈接触内周面部分与外圈外周面之间的接触部分供给。
在外齿齿轮的外圈接触内周面部分与波动发生器轴承的外圈外周面之间形成有微细的润滑剂保持槽。润滑剂保持槽是几微米以下的宽度及深度的微细的槽，与润滑剂的润湿性良好，能高效地保持润滑剂(担载效果)，能形成高刚性的油膜，其油膜厚度也增大(动压效果)。另外，还能够获得促进与接触金属的整合性。通过利用润滑剂引导槽向接触部分供给润滑剂，能够进一步促进上述效果。
其结果，能够改善外齿齿轮的外圈接触内周面部分与波动发生器轴承的外圈外周面之间的接触状态、滑动特性、耐烧伤性等，能够有效地抑制微动磨损。另外，由于提高了接触部分的油膜保持能力，因此，能够削减润滑剂涂敷量。因润滑剂涂敷量的削减还能够获得如下效果：润滑剂搅拌阻力降低，波动齿轮装置的效率得到提高。
附图说明
图1是示出应用本发明的波动齿轮装置的一例的概要纵剖视图以及概要端面图。
图2(a)是示出外圈外周面的润滑剂保持槽的说明图，图2(b1)、图2(b2)是示出外齿齿轮的内周面的润滑剂保持槽、润滑剂引导槽的说明图。
图3(a)～图3(g)是示出润滑剂保持槽、润滑剂引导槽的排列图案的各例的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图对具备应用了本发明的润滑构造的波动齿轮装置的实施方式进行说明。下面说明的是将本发明应用于杯形波动齿轮装置的例子。对于礼帽形波动齿轮装置或扁平式波动齿轮装置也能够同样地应用本发明。
图1(a)是示出杯形波动齿轮装置(以下，简称为“波动齿轮装置”。)的整体结构的概要纵剖视图，图1(b)是其概要端面图。波动齿轮装置1构成为包括：环状的刚性的内齿齿轮2；杯状的挠性的外齿齿轮3，其同轴地配置于上述内齿齿轮2的内侧；以及椭圆状轮廓的波动发生器4，其嵌入于上述外齿齿轮3的内侧。
外齿齿轮3具备主体部31、隔膜32以及凸台33，整体呈杯状。主体部31呈圆筒形状，且能够在半径方向上挠曲。主体部31的一端为开口端34，在开口端34侧的主体部外周面部分形成有外齿35。隔膜32相对于主体部31的另一端连续地向半径方向的内侧延伸。圆环状的凸台33相对于隔膜32的内周缘连续地形成。凸台33是用于将外齿齿轮3安装于其他部件(未图示)的刚体部分。内齿齿轮2配置为将外齿齿轮3的外齿35包围的状态。外齿35能够与内齿齿轮2的形成于内周面的内齿21啮合。
波动发生器4构成为包括：中空毂41；刚性的波动发生器插塞43，其借助十字联轴器42而装配于上述中空毂41的外周；以及波动发生器轴承45，其嵌装于波动发生器插塞43的椭圆形的插塞外周面44(非圆形外周面)。波动发生器轴承45具备内圈46和外圈47、以及装配于它们之间的多个滚珠48(滚动体)。因波动发生器4而使得外齿齿轮3的主体部31的形成有外齿35的部分从初始形状的正圆挠曲成椭圆形。外齿35在包括椭圆形的长轴Lmax的两端的位置的部分与内齿齿轮2的内齿21啮合。
若波动发生器4以中心轴线1a为中心而旋转，则两个齿轮2、3的啮合位置沿圆周方向移动。其结果，与外齿35和内齿21的齿数差相应地在外齿齿轮3与内齿齿轮2之间产生相对旋转。例如，若将内齿齿轮2固定，且将波动发生器4作为高速旋转输入要素，则外齿齿轮3变为减速旋转输出要素，并从此处将与两个齿轮2、3的齿数差相应地减速后的旋转输出。
在外齿齿轮3的主体部31的内周面36，其开口端34侧的内周面部分为包括外圈接触内周面部分37的第一内周面部分37A。外圈接触内周面部分37与波动发生器轴承45的外圈47的外圈外周面49接触。在内周面36，第一内周面部分37A至隔膜32之间的内周面部分为第二内周面部分38。此外，在本例中，在内周面36上，在外圈接触内周面部分37与开口端34之间，形成有不与外圈外周面49接触的、微小宽度的开口端侧内周面部分39。在本例中，包括外圈接触内周面部分37及开口端侧内周面部分39的内周面部分为第一内周面部分37A。在中心轴线1a的方向上与第一内周面部分37A相邻的内周面部分为第二内周面部分38。
图2(a)是示出在波动发生器4的外圈外周面49形成的润滑剂保持槽的槽图案的一例的说明图。图2(b2)及图2(b2)是示出在外齿齿轮3的第一内周面部分37A形成的润滑剂保持槽的槽图案的一例、以及在第二内周面部分38形成的润滑剂引导槽的槽图案的一例的说明图。
在波动发生器轴承45的外圈外周面49形成有用于保持润滑剂的第一润滑剂保持槽5。在外齿齿轮3的第一内周面部分37A也形成有用于保持润滑剂的第二润滑剂保持槽6。第一、第二润滑剂保持槽5、6分别具有几微米至几十纳米的槽宽及槽深，且以几微米至几十纳米的间隔而形成。在本例中，从加工等的角度出发，在开口端侧内周面部分39也与外圈接触内周面部分37同样地形成有第二润滑剂保持槽6。在外齿齿轮3的第二内周面部分38形成有用于将润滑剂朝向外圈接触内周面部分37引导的润滑剂引导槽7。润滑剂引导槽7具有几微米至几十纳米的槽宽及槽深，且以几微米至几十纳米的间隔而形成。例如能够通过采用飞秒激光的激光加工而形成微细的第一、第二润滑剂保持槽5、6、以及微细的润滑剂引导槽7。还能够通过机械加工、蚀刻等加工法而形成上述图案。另外，第一、第二润滑剂保持槽5、6、润滑剂引导槽7可以分别为矩形截面、半圆形截面、V型槽等各种截面形状。
图2(a)中示意性地放大示出了外圈外周面49的一部分。如该图所示，在波动发生器轴承45的外圈外周面49遍及其整周且以恒定的间距而交替地形成有槽加工区域49a以及槽未加工区域49b。另外，在外圈外周面49的宽度方向(沿着中心轴线1a的方向)上也交替地形成有槽加工区域49a以及槽未加工区域49c。在槽加工区域49a形成有第一润滑剂保持槽5的平行排列槽图案。即，构成平行排列槽图案的第一润滑剂保持槽5分别为几微米至几十纳米的槽宽及槽深的直线状的槽，以几微米至几十纳米的间隔而形成，且沿外圈47的宽度方向延伸。
图2(b2)中分别示意性地放大示出了外齿齿轮3的第一内周面部分37A的一部分以及第二内周面部分38的一部分。如上述附图所示，在外齿齿轮3的第一内周面部分37A沿其圆周方向以恒定的间距而交替地形成有槽加工区域37a以及槽未加工区域37b。另外，在第一内周面部分37A且在中心轴线1a的方向上也以恒定的间距交替地形成有槽加工区域37a以及槽未加工区域37c。在槽加工区域37a形成有第二润滑剂保持槽6的平行排列槽图案。即，构成平行排列槽图案的第二润滑剂保持槽6分别为几微米至几十纳米的槽宽及槽深的直线状的槽，并以几微米至几十纳米的间隔而形成。第二润滑剂保持槽6在沿着外齿齿轮3的中心轴线1a的方向上平行地延伸。此外，在开口端侧内周面部分39也同样地形成有由第二润滑剂保持槽6构成的平行排列槽图案。
另一方面，在外齿齿轮3的第二内周面部分38形成有润滑剂引导槽7的螺旋状排列槽图案。即，在第二内周面部分38，在沿着中心轴线1a的方向上以恒定的间距形成有多条以螺旋状而延伸的润滑剂引导槽7。螺旋状的润滑剂引导槽7为几微米至几十纳米的槽宽及槽深的槽，并以几微米至几十纳米的间隔而形成。
这样，关于本例的波动齿轮装置1，在外齿齿轮3的内周面36，在其整个第二内周面部分38形成有微细的润滑剂引导槽7的螺旋状排列槽图案，在包括其外圈接触内周面部分37的第一内周面部分37A形成有微细的第二润滑剂保持槽6的平行排列槽图案。另外，在外圈外周面49也形成有微细的第一润滑剂保持槽5的平行排列槽图案。
波动齿轮装置1例如将旋转输入至波动发生器4，并将减速旋转从外齿齿轮3的凸台33向负荷侧输出。在波动齿轮装置1运转时，利用在减速旋转的外齿齿轮3的整个第二内周面部分38形成的微细的润滑剂引导槽7有效地将润滑剂朝向外圈接触内周面部分37引导，并向外圈接触内周面部分37与外圈外周面49之间的接触部分供给。从润滑剂引导槽7朝向第二润滑剂保持槽6供给润滑剂并将其保持于第二润滑剂保持槽6、以及外圈外周面49侧的第一润滑剂保持槽5。
在外圈接触内周面部分37以及外圈外周面49形成有微细的第一、第二润滑剂保持槽5、6，因此，与上述金属接触部分的整合性得到促进。另外，接触面间的润滑剂担载效果因保持于微细的第一、第二润滑剂保持槽5、6的润滑剂、以及从润滑剂引导槽7侧供给的润滑剂而得以改善。并且，可以增大高刚性的油膜厚度，从而动压效果得到改善。因而，能够改善接触面间的接触状态，能够抑制在外圈接触内周面部分37、外圈外周面49产生的微动磨损。并且，因接触面间的油膜保持能力的提高而能够削减接触面间的润滑剂涂敷量。由此，润滑剂搅拌阻力降低，因此，还能够获得改善波动齿轮装置1的效率的附带效果。
[润滑剂保持槽、润滑剂引导槽]
润滑剂保持槽(上述例子中为第一、第二润滑剂保持槽5、6)以及润滑剂引导槽(上述例子中为润滑剂引导槽7)可以以下面的各种方式来形成。
(槽加工部位)
润滑剂保持槽可以如上述例子那样形成于外齿齿轮3的外圈接触内周面部分37以及外圈外周面49。也可以取而代之地仅在外圈接触内周面部分37形成润滑剂保持槽。另外，也可以仅在外圈外周面49形成润滑剂保持槽。润滑剂引导槽形成于外齿齿轮3的第二内周面部分38。
(槽加工范围)
可以遍及外圈接触内周面部分37的整个面而形成润滑剂保持槽。另外，可以在外圈接触内周面部分37沿着其圆周方向或其中心轴线1a的方向交替地形成形成有润滑剂保持槽的槽加工部分、以及未形成润滑剂保持槽的槽未加工部分。同样地，可以遍及外圈外周面49的整个面而形成润滑剂保持槽。另外，可以在外圈外周面49沿着其圆周方向或其宽度方向而交替地形成形成有润滑剂保持槽的槽加工部分、以及未形成润滑剂保持槽的槽未加工部分。另一方面，润滑剂引导槽可以形成于外齿齿轮3的第二内周面部分38的整个面或一部分。另外，也可以在第二内周面部分38沿着其圆周方向或中心轴线1a的方向而交替地形成形成有润滑剂引导槽的槽加工部分、以及未形成润滑剂引导槽的槽未加工部分。
(槽形成方向)
在外齿齿轮3的外圈接触内周面部分37形成的润滑剂保持槽可以为在沿着中心轴线1a的方向上延伸的槽、沿圆周方向延伸的槽、在相对于沿着中心轴线1a的方向倾斜的方向上延伸的斜行槽、以螺旋状而延伸的螺旋槽、网孔状图案的槽等。在外圈外周面49形成的润滑剂保持槽也可以为在沿着其宽度方向的方向上平行地延伸的槽、沿圆周方向延伸的槽、在相对于宽度方向倾斜的方向上延伸的斜行槽、以螺旋状而延伸的螺旋槽、网孔状图案的槽等。润滑剂引导槽可以为在外齿齿轮3的第二内周面部分38上，在沿着中心轴线1a的方向上延伸的槽、沿圆周方向延伸的槽、在相对于沿着中心轴线1a的方向倾斜的方向上延伸的斜行槽、以螺旋状而延伸的螺旋槽、网孔状图案的槽等。
(槽形状)
润滑剂保持槽、润滑剂引导槽的槽形状可以设为直线、曲线、波状(蜿蜒状)。另外，可以使槽宽恒定。槽宽也可以沿着槽的长度方向逐渐增大或逐渐减小。槽宽、槽深、槽间隔(间距)可以为几微米至几纳米的范围内的值。
(槽排列图案)
作为槽排列图案，例如，可以是形成为由沿圆周方向延伸的槽构成的槽排列图案与由相对于外齿齿轮3的中心轴线1a(外圈外周面49的宽度方向)平行的槽构成的槽排列图案交叉的状态的组合图案。也可以采用各种槽排列图案的组合。
(润滑剂引导槽与润滑剂保持槽的边界部分)
在外齿齿轮3的内周面36，第一内周面部分37A侧的第二润滑剂保持槽6与第二内周面部分38侧的润滑剂引导槽7存在彼此连通的情形、彼此分离的情形，一部分槽彼此连通的情形等。只要以从润滑剂引导槽7向第二润滑剂保持槽6迅速地引导润滑剂的方式形成上述槽6、7的边界部分即可。
例如，可以使得第二润滑剂保持槽6和润滑剂引导槽7形成为彼此分离的状态。即，预先在第一内周面部分37A与第二内周面部分38的边界部分，在内周面36的圆周方向上的整个面上以规定的宽度形成槽未加工区域。另外，可以以使得第二润滑剂保持槽6和润滑剂引导槽7彼此相邻的状态来形成这些槽。并且，还可以预先在内周面36的圆周方向上交替地形成：使第二润滑剂保持槽6和润滑剂引导槽7形成为彼此重叠的状态的部分、以及以恒定的间隔而分离的部分。并且，还可以预先遍及内周面36的圆周方向上的整个面地使得第二润滑剂保持槽6和润滑剂引导槽7形成为以规定的宽度彼此重叠的状态。
(槽排列图案的例子)
图3是示意性地示出第一、第二润滑剂保持槽5、6、润滑剂引导槽7的排列图案的各例的说明图。以下，将供槽形成的第一内周面部分37A、第二内周面部分38、外圈外周面49设为槽形成面而进行说明，将第一、第二润滑剂保持槽5、6、润滑剂引导槽7设为微细槽而进行说明。此外，图3举例示出了代表性的排列图案，本发明中可以采用的排列图案并不限定于图3所示的各例。
在槽形成面上，微细槽以规定的间距在规定的方向上形成为以直线状或曲线状而延伸的排列图案。例如，可以如图3(a)所示，在槽形成面上，微细槽以恒定的间距在槽形成面的圆周方向(外圈外周面49的圆周方向、或外齿齿轮3的主体部31的内周面36的圆周方向)上形成以直线状而延伸的排列图案。另外，也可以如图3(b)所示，在槽形成面上，微细槽以恒定的间距在圆周方向上形成以波状而延伸的排列图案。
可以如图3(c)所示，在槽形成面上，微细槽以恒定的间距在槽形成面的与圆周方向正交的中心轴线的方向(外圈外周面49的宽度方向、或外齿齿轮的主体部31的内周面36的中心轴线的方向)上形成以直线状而延伸的排列图案。可以如图3(d)所示，在槽形成面上，微细槽以恒定的间距在槽形成面的与圆周方向正交的中心轴线方向上形成以波状而延伸的排列图案。另外，可以如图3(e)所示，在槽形成面上，微细槽以恒定的间距在相对于槽形成面的圆周方向以及中心轴线的方向倾斜的倾斜方向上形成以直线状而延伸的倾斜排列图案。
另外，可以如图3(f)、(g)所示，在同一槽形成面上，微细槽形成以恒定的间距沿第一方向延伸的第一方向排列图案和以恒定的间距沿不同于第一方向的第二方向延伸的第二方向排列图案槽交叉的交叉排列图案。关于图3(f)所示的交叉排列图案，第一方向排列图案由沿圆周方向以直线状而延伸的微细槽构成，第二方向排列图案由沿轴线方向以直线状而延伸的微细槽构成。关于图3(g)所示的交叉排列图案，第一方向排列图案是由沿相对于圆周方向以及轴线方向以45度的角度倾斜的方向延伸的直线状的微细槽形成的倾斜排列图案，第二方向排列图案是由沿相对于圆周方向以及轴线方向朝相反方向以45度的角度倾斜的方向延伸的直线状的微细槽形成的倾斜排列图案。并且，还可以在槽形成面上形成图3(a)所示的排列图案和图3(b)所示的排列图案重叠的状态的交叉排列图案。

Claims (7)

1.一种波动齿轮装置，其具备刚性的内齿齿轮、挠性的外齿齿轮以及波动发生器，所述波动发生器具备刚性的插塞以及波动发生器轴承，所述波动发生器轴承装配于所述插塞的非圆形外周面与所述外齿齿轮的内周面之间，
所述波动齿轮装置的特征在于，
所述外齿齿轮的所述内周面包括第一内周面部分以及第二内周面部分，所述第一内周面部分至少包括与所述波动发生器轴承的外圈的外圈外周面接触的外圈接触内周面部分，所述第二内周面部分在中心轴线的方向上与所述第一内周面部分相邻，
在所述第二内周面部分形成有用于朝向所述第一内周面部分引导润滑剂的润滑剂引导槽，所述润滑剂引导槽具有几微米至几十纳米的槽宽及槽深，且以几微米至几十纳米的间隔而形成，
在所述外齿齿轮的所述第一内周面部分以及所述波动发生器轴承的所述外圈外周面中的一方的面、或双方的面形成有用于保持所述润滑剂的润滑剂保持槽，所述润滑剂保持槽具有几微米至几十纳米的槽宽及槽深，且以几微米至几十纳米的间隔而形成。
2.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，
所述润滑剂引导槽遍及所述第二内周面部分的整个面地形成所述润滑剂引导槽，
或者沿所述第二内周面部分的圆周方向或所述中心轴线的方向而交替地形成形成有所述润滑剂引导槽的槽加工部分、以及未形成所述润滑剂引导槽的槽未加工部分。
3.根据权利要求2所述的波动齿轮装置，其特征在于，
所述润滑剂引导槽是在沿着所述中心轴线的方向上以直线状、曲线状或波状而延伸的槽，或者是在所述外齿齿轮的所述内周面的圆周方向上以直线状、曲线状或波状而延伸的槽，或者是在相对于沿着所述中心轴线的方向倾斜的方向上以直线状、曲线状或波状而延伸的槽，或者是以螺旋状而延伸的槽，又或者是网孔状图案的槽。
4.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，
在所述外齿齿轮的所述第一内周面部分形成有所述润滑剂保持槽，
或者遍及所述第一内周面部分的整个面地形成有所述润滑剂保持槽，
或者沿所述第一内周面部分的圆周方向或所述中心轴线的方向而交替地形成形成有所述润滑剂保持槽的槽加工部分、以及未形成所述润滑剂保持槽的槽未加工部分。
5.根据权利要求4所述的波动齿轮装置，其特征在于，
所述润滑剂保持槽是在沿着所述中心轴线的方向上以直线状、曲线状或波状而延伸的槽，或者是在所述内周面的圆周方向上以直线状、曲线状或波状而延伸的槽，或者是在相对于沿着所述中心轴线的方向倾斜的方向上以直线状、曲线状或波状而延伸的槽，或者是以螺旋状而延伸的槽，又或者是网孔状图案的槽。
6.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，
在所述外圈外周面形成有所述润滑剂保持槽，
或者遍及所述外圈外周面的整个面地形成有所述润滑剂保持槽，
又或者沿所述外圈外周面的圆周方向或其宽度方向而交替地形成形成有所述润滑剂保持槽的槽加工部分、以及未形成所述润滑剂保持槽的槽未加工部分。
7.根据权利要求6所述的波动齿轮装置，其特征在于，
所述润滑剂保持槽是在所述外圈外周面的宽度方向上以直线状、曲线状或波状而延伸的槽，或者是在所述外圈外周面的圆周方向上以直线状、曲线状或波状而延伸的槽，或者是在相对于所述圆周方向及所述宽度方向倾斜的方向上以直线状、曲线状或波状而延伸的槽，或者是以螺旋状而延伸的槽，又或者是网孔状图案的槽。
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