JP2007261730A - ワーク保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カウンタウェイトの可動エリアを広くすることなく、ワークとカウンタウェイトとの重量バランスをとることができるワーク保持装置を提供する。
【解決手段】 ワーク保持装置１は支持体３を備え、支持体３には昇降体８が上下動自在に支持され、昇降体８には、ワーク２を保持するワーク保持部１３が支持されている。支持体３には、回動体１８が支持体３に対して傾斜して回動自在に支持されている。回動体１８上には、ワーク保持部１３に保持されたワーク２の重量に対して重量バランスをとるためのカウンタウェイト２３が載置されている。昇降体８とカウンタウェイト２３とは、スプロケット１７に巻き掛けられたチェーン２５により連結されている。ワーク保持装置１は、重量バランス調整用シリンダ２２により支持体３に対する回動体１８の傾斜角度を変えることで、ワーク２とカウンタウェイト２３との重量バランスを調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばワークを持ち上げる昇降装置等に適用されるワーク保持装置に関するものである。

昇降装置等に適用されるワーク保持装置としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。この特許文献１に記載のワーク保持装置は、架台に揺動自在に支持された昇降アームと、この昇降アームの一端に取り付けられたワーク保持部と、昇降アームの他端に取り付けられた他のアームと、このアーム上に移動自在に取り付けられたバランス調整用のカウンタウェイトと、このカウンタウェイトを移動させるモータとを備えている。そして、カウンタウェイトの重量によるモーメントを、ワーク保持部に保持された昇降対象物の重量によるモーメントに対してバランスさせるように、カウンタウェイトの位置を調整する。
特開平５−２４８００号公報

しかしながら、上記従来技術においては、重量の大きい昇降対象物とカウンタウェイトとの重量バランスをとるためには、昇降アームに対してワーク保持部の反対側に、アーム長手方向に沿った広範囲のカウンタウェイトの可動エリアが必要となるので、カウンタウェイトが載っているアームを長くせざるを得ない。この場合には、装置自体のサイズが水平方向に大きくなるため、設置スペースが狭いと、作業者による作業が行いにくくなったり、ワーク保持装置が他の装置に干渉してしまう可能性がある。

本発明の目的は、カウンタウェイトの可動エリアを広くすることなく、ワークとカウンタウェイトとの重量バランスをとることができるワーク保持装置を提供することである。

本発明のワーク保持装置は、高さ方向に延在する支持体と、支持体に支持され、ワークを保持するワーク保持部と、支持体に対して傾斜して回動自在に支持された回動体と、回動体に取り付けられ、ワークの重量に対して重量バランスをとるためのカウンタウェイトと、回動体を支持体に対して回動させる重量バランス調整用アクチュエータと、重量バランス調整用アクチュエータを作動させる第１駆動手段とを備え、重量バランス調整用アクチュエータにより回動体を支持体に対して回動させて、支持体に対する回動体の傾斜角度を変更することにより、ワークとカウンタウェイトとの重量バランスを調整するように構成されていることを特徴とするものである。

このような本発明のワーク保持装置においては、ワーク保持部にワークを保持させると、ワークの重量によりワーク保持部側にかかる荷重とカウンタウェイトの重量によりワーク保持部の反対側（回動体側）にかかる荷重とが不釣り合いになることがある。この場合には、重量バランス調整用アクチュエータにより回動体を支持体に対して回動させて、支持体に対する回動体の傾斜角度を変更することにより、カウンタウェイトの位置及び姿勢を変更し、ワーク保持部側にかかる荷重と回動体側にかかる荷重とが釣り合う、つまりワークとカウンタウェイトとの重量バランスをとるようにする。このように本発明では、支持体に対する回動体の傾斜角度を変えるだけで、ワークとカウンタウェイトとの重量バランスを任意に調整することが可能となる。これにより、カウンタウェイトをアーム上で移動させてカウンタウェイトの位置調整を行う上記従来技術に比べて、カウンタウェイトの可動エリアを狭くしながらも、ワークとカウンタウェイトとの重量バランスをとることができる。

好ましくは、支持体に上下動自在に支持された昇降体を更に備え、ワーク保持部は、昇降体に取り付けられている。これにより、ワークを上下動させる昇降装置にワーク保持装置を適用することができる。このとき、ワークとカウンタウェイトとの重量バランスがとれていれば、昇降体を支持体に対して容易に上下動させることができる。

このとき、昇降体とカウンタウェイトとを連結する連結部材と、支持体及び回動体の少なくとも一方に取り付けられ、連結部材を巻き掛ける巻き掛け部材とを備え、連結部材は、昇降体の上方に引き回された状態で巻き掛け部材に巻き掛けられていることが好ましい。この場合には、昇降体が上昇すると、カウンタウェイトが下方に移動するようになる。このため、ワーク保持部にワークが保持された状態で、昇降体を上昇させるときに、昇降体をスムーズに動かすことができる。

また、昇降体を支持体に対して上下動させる昇降用アクチュエータと、昇降用アクチュエータを作動させる第２駆動手段とを更に備えることが好ましい。ワークとカウンタウェイトとの重量バランスがとれていても、支持体と昇降体との間の摺動抵抗や昇降体の慣性力によっては、人の力だけでは昇降体を動かすのが困難になることがある。この場合には、昇降用アクチュエータにより昇降体の上下動をアシストすることにより、作業者の負担を軽減することができる。

また、好ましくは、回動体は、その中央側部分を回動支点として支持体に回動自在に支持されている。この場合には、回動体の端部を回動支点とする場合に比べて、カウンタウェイトの重量によるモーメントが小さくなる。従って、重量バランス調整用シリンダにより回動体を支持体に対して回動させるときに、重量バランス調整用シリンダにかかる負荷を低減することができる。

さらに、好ましくは、第１駆動手段は、ワークの重量を検出する検出手段と、検出手段の検出値に基づいて、ワークの重量とカウンタウェイトの重量とが釣り合うように重量バランス調整用シリンダを制御する制御手段とを有する。この場合には、ワーク保持部にワークを保持させたときに、ワークとカウンタウェイトとの重量バランスをとるように、支持体に対する回動体の傾斜角度が自動的に変化するようになる。これにより、作業者の負担を軽減することができる。

本発明によれば、支持体に対する回動体の傾斜角度を変えて、ワークとカウンタウェイトとの重量バランスを調整する構成としたので、カウンタウェイトの可動エリアを広くすることなく、ワークとカウンタウェイトとの重量バランスをとることができる。これにより、ワーク保持装置を水平方向に対して小型化することが可能となる。

以下、本発明に係わるワーク保持装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わるワーク保持装置の第１実施形態を示す斜視図であり、図２は、図１に示すワーク保持装置の平面図であり、図３は、図１に示すワーク保持装置の側面図である。

各図において、本実施形態のワーク保持装置１は、重量の異なる多様な部品や組立体等のワーク２を持ち上げて移載するためのカウンタバランス式の昇降装置である。昇降装置１は、高さ方向（上下方向）に延在する支持体３を備えている。支持体３は、基台４に立設されたベースフレーム５と、このベースフレーム５の両側面に固定された１対の支持フレーム６とからなっている。ベースフレーム５には、高さ方向に延びるガイドレール７が設けられている。そして、ベースフレーム５には、昇降体８がガイドレール７に沿って上下動自在に支持されている。

支持体３の後面側には、昇降体８をベースフレーム５に対して上下動させる昇降用シリンダ９が配設されている。昇降用シリンダ９のピストンロッド９ａは、昇降体８に連結されている。なお、昇降体８を上下動させる手段としては、例えばボールネジ及びモータ等であっても良い。

昇降体８の前面には、支持体３の延在方向に対して垂直な方向（左右方向）に延在する横フレーム１０が取り付けられている。横フレーム１０には、左右方向に延びる２本のガイドレール１１が上下に設けられている。そして、横フレーム１０には、摺動体１２がガイドレール１１に沿って移動自在に支持されている。また、横フレーム１０には、摺動体１２を昇降体８に対して左右方向に移動させるシリンダ（図示せず）が取り付けられている。

摺動体１２には、ワーク２を保持するワーク保持部１３が支持されている。摺動体１２は左右方向に移動自在であるため、ワーク保持部１３によるワーク２の保持位置を左右方向に対して調整することが可能である。また、ワーク保持部１３は、摺動体１２にベアリング１４を介して回転自在に支持されている。これにより、ワーク保持部１３に保持されたワーク２を反転させることが可能となる。

ワーク保持部１３には、作業者が昇降体８の作動を手動操作するための昇降レバー１５が取り付けられている。また、ワーク保持部１３には、当該ワーク保持部１３に保持されたワーク２の重量を検出する重量センサ（図４参照）１６が設けられている。重量センサ１６としては、ロードセル等が使用される。

各支持フレーム６の上端部には、スプロケット１７が取り付けられている。そして、支持体３には、各スプロケット１７を介して回動体１８が回動自在に支持されている。具体的には、回動体１８は、その一端部を回動支点として、支持体３の後面側（ワーク保持部１３の反対側）において支持体３に対して傾斜して回動自在に支持されている。

回動体１８は、各スプロケット１７に固定された１対の回動フレーム１９と、各回動フレーム１９と結合された複数のクロスフレーム２０と、２つのクロスフレーム２０を跨ぐようにクロスフレーム２０に取り付けられた１対の連結プレート部２１とを有している。

支持体３のベースフレーム５と回動体１８との間には、回動体１８を支持体３に対して回動させる重量バランス調整用シリンダ２２が配設されている。重量バランス調整用シリンダ２２のピストンロッド２２ａは、回動体１８の連結プレート部２１に連結されている。重量バランス調整用アクチュエータ２２により回動体１８を支持体３に対して回動させると、支持体３に対する回動体１８の傾斜角度θ（図３参照）が変化する。なお、回動体１８を回動させるアクチュエータとしては、モータであっても良い。

回動体１８の各回動フレーム１９上には、ワーク保持部１３に保持されたワーク２の重量に対して重量バランスをとるためのカウンタウェイト２３がそれぞれ載置されている。回動フレーム１９上には、当該支持フレーム１９の長手方向に延びるガイドレール２４が設けられている。そして、カウンタウェイト２３は、ガイドレール２４に沿って回動フレーム１９上を移動可能となっている。

昇降体８と各カウンタウェイト２３とは、各スプロケット１７に巻き掛けられた２本のチェーン２５により連結されている。各チェーン２５は、昇降体８の上方に引き回された状態でスプロケット１７に巻き掛けられている。このような構成により、各カウンタウェイト２３は、昇降体８の上下動に連動して回動体１８上を移動する。つまり、昇降体８が上昇すると、各カウンタウェイト２３が下方（スプロケット１７の反対側）に移動し、昇降体８が下降すると、各カウンタウェイト２３が上方（スプロケット１７側）に移動する。従って、昇降用シリンダ９により昇降体８を上昇させて、ワーク保持部１３に保持されたワーク２を持ち上げる際に、昇降体８にかかる抵抗が低減されるため、昇降体８をスムーズに動かすことができる。

図４は、上記の昇降用シリンダ９及び重量バランス調整用シリンダ２２の駆動制御系を示す概略構成図である。

同図において、昇降用シリンダ９は、エアーバルブ２６を介して空気圧源２７と接続されている。エアーバルブ２６は、例えば電磁式の方向切換弁である。空気圧源２７は、例えば圧縮空気を作り出すコンプレッサである。重量バランス調整用シリンダ２２は、エアーバルブ２８を介して空気圧源２７と接続されている。エアーバルブ２８は、例えば電磁式の方向切換弁である。エアーバルブ２６，２８は、コントローラ２９によって制御される。コントローラ２９は、昇降制御部３０と、重量バランス制御部３１とを有している。

昇降制御部３０は、上記の昇降レバー１５の操作信号に応じてエアーバルブ２６を制御する。具体的には、昇降レバー１５により昇降体８の上昇指令が出されると、昇降制御部３０は、空気圧源２７からの圧縮空気が昇降用シリンダ９の基部側のシリンダ室９ｂに供給されるようにエアーバルブ２６を制御する。この場合には、昇降用シリンダ９のピストンロッド９ａが前進し、これに伴って昇降体８が上昇する。一方、昇降レバー１５により昇降体８の下降指令が出されると、空気圧源２７からの圧縮空気が昇降用シリンダ９の先端側のシリンダ室９ｃに供給されるようにエアーバルブ２６を制御する。この場合には、昇降用シリンダ９のピストンロッド９ａが後退し、これに伴って昇降体８が下降する。

重量バランス制御部３１は、上記の重量センサ１６の検出値に基づいて、ワーク２の重量と２つのカウンタウェイト２３の重量とが釣り合うようにエアーバルブ２８を制御し、重量バランス調整用シリンダ２２を駆動制御する。

具体的には、重量バランス制御部３１のメモリには、ワーク保持部１３に保持されたワーク２の重量と支持体３に対する回動体１８の傾斜角度θ（重量バランス調整用シリンダ２２のピストンロッド２２ａの先端位置）との関係を示したデータマップが予め記憶されている。このデータマップは、ワーク２の重量により支持体３の前面側にかかる荷重と２つのカウンタウェイト２３の重量により支持体３の後面側にかかる荷重とが釣り合うように設定されたものであり、ワーク２の重量が増えるに従って、支持体３に対する回動体１８の傾斜角度θが小さくなる、つまり回動体１８が寝た状態から立った状態になる方向（図３の矢印方向）に回動する様になっている。なお、支持体３に対する回動体１８の傾斜角度θは、傾斜角度センサ（図示せず）によって検出可能である。

重量バランス制御部３１は、図５に示すように、まず重量センサ１６の検出値を入力し（手順１０１）、この検出値に対応する回動体１８の傾斜角度θの設定値を、メモリに記憶されたデータマップから取得する（手順１０２）。そして、実際の回動体１８の傾斜角度θを当該設定値にするためのバルブ制御信号をエアーバルブ２８に送出する（手順１０３）。また、この手順１０３の後に、支持体３に対する回動体１８の傾斜角度θを傾斜角度センサで確認する手順を加えても良い。

ここで、ワーク保持部１３にワーク２が保持されていない状態では、回動体１８は初期位置（図３の２点鎖線参照）にあり、支持体３の前面側にかかる荷重と支持体３の後面側にかかる荷重とが釣り合い、重量バランス（荷重バランス）がとれた状態となっている。

この状態から、ワーク保持部１３にワーク２を保持させると、支持体３の前面側にかかる荷重が支持体３の後面側にかかる荷重よりも大きくなるため、重量バランスがとれなくなる。このように重量バランスがとれていない状態では、ワーク２を持ち上げるべく、昇降レバー１５により昇降体８の上昇指令が出されているにも拘わらず、昇降体８が上昇しないことがある。

このとき、重量センサ１６によりワーク２の重量が検出され、この検出値に応じた制御信号が重量バランス制御部３１からエアーバルブ２８に送られることで、空気圧源２７からの圧縮空気が重量バランス調整用シリンダ２２の先端側のシリンダ室２２ｃに供給されるようにエアーバルブ２８が制御される。この場合には、重量バランス調整用シリンダ２２のピストンロッド２２ａが後退し、これに伴って支持体３に対する回動体１８の傾斜角度θが小さくなるように回動体１８が回動する。

これにより、ワーク保持部１３にワーク２が保持されているにも拘わらず、ワーク２と２つのカウンタウェイト２３との重量バランスがとれた状態となる。従って、昇降レバー１５により昇降体８の上昇指令が出されていれば、昇降体８が確実に上昇するようになる。

また、ワーク保持部１３によるワーク２の保持を解除すると、空気圧源２７からの圧縮空気が重量バランス調整用シリンダ２２の基端側のシリンダ室２２ｂに供給されるようにエアーバルブ２８が制御される。この場合には、重量バランス調整用シリンダ２２のピストンロッド２２ａが前進し、これに伴って支持体３に対する回動体１８の傾斜角度θが大きくなるように回動体１８が回動し、回動体１８は初期位置（図３の２点鎖線参照）に戻る。

ここで、重量センサ１６、空気圧源２７、エアーバルブ２８及びコントローラ２９の重量バランス制御部３１は、重量バランス調整用アクチュエータ２２を作動させる第１駆動手段を構成している。昇降レバー１５、エアーバルブ２６、空気圧源２７及びコントローラ２９の昇降制御部３０は、昇降用アクチュエータ９を作動させる第２駆動手段を構成している。

以上のように本実施形態にあっては、カウンタウェイト２３が載置された回動体１８を支持体３の上端部に回動自在に支持し、支持体３に対する回動体１８の傾斜角度（回動角度）θを変えることで、カウンタウェイト２３の位置及び姿勢を変更し、ワーク２とカウンタウェイト２３との重量バランスを自動的に調整する。これにより、例えばやじろべい式のカウンタバランス構造と異なり、カウンタウェイト２３の可動エリアを広くすることなく、ワーク２とカウンタウェイト２３との重量バランスをとることができる。従って、昇降装置１の前後方向のサイズを小さくでき、スペース効率を高めることが可能となる。

また、昇降体３をベースフレーム５に対して上下動させる昇降用シリンダ９を設けたので、昇降体３とベースフレーム５との間に生じる摺動抵抗が多少大きくても、ワーク２とカウンタウェイト２３との重量バランスさえとれていれば、昇降体８を確実に且つ容易に動かすことができる。従って、作業者の作業負担を大幅に軽減することが可能となる。

図６は、本発明に係わるワーク保持装置の第２実施形態を示す斜視図であり、図７は、図６に示すワーク保持装置の側面図である。図中、第１実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。

各図において、本実施形態のワーク保持装置４０は、上述した第１実施形態と同様に、カウンタバランス式の昇降装置である。昇降装置４０は、高さ方向に延在する支持体４１を備え、この支持体４１には、高さ方向に延びるガイドレール４２が設けられている。そして、支持体４１には、昇降体４３がガイドレール４２に沿って移動自在に支持されている。支持体４１の後面側には、上記の昇降用シリンダ９（図示せず）が配設されている。

昇降体４３の前面には、左右方向に延在する横フレーム４４が取り付けられている。横フレーム４４には、左右方向に延びる２本のガイドレール４５が上下に設けられている。そして、横フレーム４４には、摺動体４６がガイドレール４５に沿って移動自在に支持されている。摺動体４６には、ワーク２を保持するワーク保持部４７が支持されている。ワーク保持部４７には、上記の昇降レバー１５及び重量センサ１６（図示せず）が設けられている。

支持体４１の上端には支持板４８が固定され、この支持板４８上には軸部４９が取り付けられている。軸部４９には、回動体５０が回動自在に支持されている。具体的には、回動体５０は、その中央部を回動支点として、支持体４１に対して傾斜して回動自在に支持されている。支持体４１と回動体５０との間には、上記の重量バランス調整用シリンダ２２（図示せず）が配設されている。

回動体５０上には、ワーク保持部４７に保持されたワーク２の重量に対して重量バランスをとるためのカウンタウェイト５１が載置されている。カウンタウェイト５１は、回動体５０上に設けられた１対のガイドレール５２に沿って回動体５０の長手方向に移動可能である。

支持板４８の上部には、２つのスプロケット５３が取り付けられ、回動体５０の一端部には、２つのスプロケット５４が取り付けられている。そして、昇降体４３とカウンタウェイト５１とは、各スプロケット５３，５４に巻き掛けられた２本のチェーン５５により連結されている。これにより、カウンタウェイト５１は、昇降体４３の上下動に連動して回動体５０上を移動することとなる。

以上のような本実施形態においては、支持体４１に対する回動体５０の傾斜角度を変えることで、ワーク２とカウンタウェイト５１との重量バランスを任意に調整する構成としたので、第１実施形態と同様に、カウンタウェイト５１の可動エリアを広くすることなく、ワーク２とカウンタウェイト５１との重量バランスをとることができる。

また、支持体４１に対する回動体５０の回動支点を回動体５０の中央部としたので、カウンタウェイト５１の重量によるモーメントを小さくしつつ、ワーク２とカウンタウェイト５１との重量バランスをとることができる。これにより、重量バランス調整用シリンダ２２により回動体５０を支持体４１に対して回動させるときに、重量バランス調整用シリンダ２２にかかる負荷が低減される。従って、重量バランス調整用シリンダ２２は、低い駆動力で回動体５０を動かすことが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ワーク２の重量を検出し、その検出値に基づいて支持体に対する回動体の傾斜角度を自動制御し、ワークとカウンタウェイトとの重量バランスを制御するようにしたが、特にこれに限られず、重量バランス調整用シリンダ２２を作動させるための手動操作レバーを設け、作業者が手動操作レバーを操作して、支持体に対する回動体の傾斜角度を調整するようにしても良い。

また、上記実施形態のワーク保持装置は、カウンタバランス式の昇降装置に適用したものであるが、本発明のワーク保持装置は、重量の異なる多様なワークを保持するために重量バランスをとる必要があるものであれば、昇降装置以外の装置にも適用可能である。

本発明に係わるワーク保持装置の第１実施形態としてカウンタバランス式の昇降装置を示す斜視図である。 図１に示す昇降装置の平面図である。 図１に示す昇降装置の側面図である。 図１〜図３に示す昇降用シリンダ及び重量バランス調整用シリンダの駆動制御系を示す概略構成図である。 図４に示す重量バランス制御部の処理手順を示すフローチャートである。 本発明に係わるワーク保持装置の第２実施形態として他のカウンタバランス式の昇降装置を示す斜視図である。 図６に示す昇降装置の側面図である。

符号の説明

１…昇降装置（ワーク保持装置）、２…ワーク、３…支持体、８…昇降体、９…昇降用シリンダ（昇降用アクチュエータ）、１３…ワーク保持部、１５…昇降レバー（第２駆動手段）、１６…重量センサ（検出手段、第１駆動手段）、１７…スプロケット（巻き掛け部材）、１８…回動体、２２…重量バランス調整用シリンダ（重量バランス調整用アクチュエータ）、２３…カウンタウェイト、２５…チェーン（連結部材）、２６…エアーバルブ（第２駆動手段）、２７…空気圧源（第１駆動手段、第２駆動手段）、２８…エアーバルブ（第１駆動手段）、２９…コントローラ、３０…昇降制御部（第２駆動手段）、３１…重量バランス制御部（制御手段、第１駆動手段）、４０…昇降装置（ワーク保持装置）、４１…支持体、４３…昇降体、４７…ワーク保持部、５０…回動体、５１…カウンタウェイト、５３，５４…スプロケット（巻き掛け部材）、５５…チェーン（連結部材）。

Claims (6)

1. 高さ方向に延在する支持体と、
   前記支持体に支持され、ワークを保持するワーク保持部と、
   前記支持体に対して傾斜して回動自在に支持された回動体と、
   前記回動体に取り付けられ、前記ワークの重量に対して重量バランスをとるためのカウンタウェイトと、
   前記回動体を前記支持体に対して回動させる重量バランス調整用アクチュエータと、
   前記重量バランス調整用アクチュエータを作動させる第１駆動手段とを備え、
   前記重量バランス調整用アクチュエータにより前記回動体を前記支持体に対して回動させて、前記支持体に対する前記回動体の傾斜角度を変更することにより、前記ワークと前記カウンタウェイトとの重量バランスを調整するように構成されていることを特徴とするワーク保持装置。
2. 前記支持体に上下動自在に支持された昇降体を更に備え、
   前記ワーク保持部は、前記昇降体に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のワーク保持装置。
3. 前記昇降体と前記カウンタウェイトとを連結する連結部材と、
   前記支持体及び前記回動体の少なくとも一方に取り付けられ、前記連結部材を巻き掛ける巻き掛け部材とを備え、
   前記連結部材は、前記昇降体の上方に引き回された状態で前記巻き掛け部材に巻き掛けられていることを特徴とする請求項２記載のワーク保持装置。
4. 前記昇降体を前記支持体に対して上下動させる昇降用アクチュエータと、
   前記昇降用アクチュエータを作動させる第２駆動手段とを更に備えることを特徴とする請求項２または３記載のワーク保持装置。
5. 前記回動体は、その中央側部分を回動支点として前記支持体に回動自在に支持されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のワーク保持装置。
6. 前記第１駆動手段は、前記ワークの重量を検出する検出手段と、前記検出手段の検出値に基づいて、前記ワークの重量と前記カウンタウェイトの重量とが釣り合うように前記重量バランス調整用シリンダを制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のワーク保持装置。
   

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