JP2009024845A - タンデム型アンギュラ玉軸受及びデファレンシャル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐油性に優れ、使用中の強度の低下を防止することができて、軸受の長寿命化を図ることができるデファレンシャル装置およびこのデファレンシャル装置に好適に用いることができるタンデム型複列アンギュラ玉軸受を提供する。
【解決手段】軌道面１１ａ、１１ｂを有する内輪１２と、内輪１２の軌道面１１ａ、１１ｂと対応する複列の軌道面１３ａ、１３ｂを有する外輪１４と、内輪２１および外輪１４の各列の軌道面間に、それぞれ異なるピッチ円直径をもって介装される複列の玉群１５、１６と、玉群１５、１６のボール２７、２８を保持する樹脂製の保持器１９、２０とを備えたタンデム型アンギュラ玉軸受である。保持器１９、２０に用いられる樹脂を高耐油性のエンジニアリングプラスチックとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、タンデム型アンギュラ玉軸受及びデファレンシャル装置に関する。

軸受には、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重を負荷することができるアンギュラ玉軸受がある。玉（ボール）と内輪・外輪とは接触角をもっており、接触角が大きくなるほどアキシアル荷重の負荷能力が大きくなり、接触角が小さいほど、高速回転に有利となる。

ところで、転がり抵抗を低減するために、円すいころ軸受に代わるものとして複列アンギュラ玉軸受（タンデム型）がある。また、このタンデム型複列アンギュラ玉軸受を自動車のトランスファに使用したものがある（特許文献１）。なお、トランスファとは、４ＷＤ車で、トランスミッションから来る動力を前後輪に分けて伝える装置であり、通常はデファレンシャル装置（差動装置）も一緒に組み込まれており、これを総称してセンターデフと呼んでいる。

図３にタンデム型複列アンギュラ玉軸受を示す。複列アンギュラ玉軸受とは、単列アンギュラ玉軸受を背面組合せとし、内輪、外輪をそれぞれ一体にした構造で、両方向のアキシアル荷重を負荷することができ、しかも、モーメント荷重に対する負荷能力がある軸受である。図３に示すように、複列の軌道面１ａ、１ｂを有する内輪２と、この内輪２の軌道面１ａ、１ｂと対応する複列の軌道面３ａ、３ｂを有する外輪４と、内輪２および外輪４の各列の軌道面１ａ、１ｂ、３ａ、３ｂ間に介装される複列の玉群５、６とを備え、複列の玉群５、６は、それぞれ異なるピッチ円直径をもっている。また、各玉群５、６のボール７，８は内輪２と外輪４との間に配置される保持器９，１０に保持されている。

前記特許文献１に記載のデファレンシャル装置は、図４に示すように、デファレンシャルケース１０１と、このデファレンシャルケース１０１内に配置される差動減速機構（図外）と、差動減速機構のリングギヤ（図外）に噛合するピニオンギヤ１０４と、ピニオンギヤ１０４を支持するピニオン軸１０５とを備え、ピニオン軸１０５が軸受１０６、１０７を介して回転自在にデファレンシャルケース１０１内に支持されている。

そして、軸受１０６、１０７にそれぞれタンデム型複列アンギュラ玉軸受を使用している。ピニオンギヤ１０４側に配設される一方の軸受１０６は、内輪２の大径側端面２ａ（外輪４よりもピニオンギヤ１０４側に突出している端面）がピニオンギヤ１０４の端面１０４ａに圧接するとともに、外輪４の反ピニオンギヤ側の端面４ａがケース１０１の内面に形成された段差面１０８に圧接している。

他方の軸受１０７は、内輪２の大径側端面２ａ（外輪４よりも反ピニオンギヤ側に突出している端面）がピニオンフランジ１００の端縁１００ａに圧接するとともに、外輪４のピニオンギヤ側の端面４ａがケース１０１の内面に形成された段差面１０９に圧接している。また、ピニオン軸１０５は、そのピニオンギヤ１０４側は大径とされて段差部１０５ａが形成され、この段差部１０５ａと他方の軸受１０７の内輪２との間にスリーブ１１０が介在されている。

この場合、ピニオン軸１０５の端部のねじ部１１１にナット部材（図示省略）を螺合することによって、ピニオンフランジ１００を介して軸受１０６、１０７に予圧を付与することになる。すなわち、軸受１０６、１０７に予圧を付与することによって、軸受支持構造の剛性が増し、ピニオン軸１０５の位置が安定してリングギヤとの噛み合いが良好となる。

ところで、前記保持器９、１０は、射出成型により大量生産が可能であるため、樹脂製のものが利用される場合が多い。
特表２００２−５２３７１０号

タンデム型アンギュラ玉軸受はデファレンシャルで使用されることが多く、デファレンシャルには樹脂への攻撃性の高い油（リンや硫黄が多い油）が多用されている。しかしながら、樹脂製保持器をリンや硫黄分が多い油中で使用すると、樹脂材にリンや硫黄が浸入するおそれがある。このように、樹脂材にリンや硫黄が浸入すると、保持器は極度に強度が低下するおそれがあった。

本発明は、上記課題に鑑みて、耐油性に優れ、使用中の強度の低下を防止することができて、軸受の長寿命化を図ることができるデファレンシャル装置およびこのデファレンシャル装置に好適に用いることができるタンデム型複列アンギュラ玉軸受を提供する。

本発明のタンデム型複列アンギュラ玉軸受は、軌道面を有する内輪と、この内輪の軌道面と対応する複列の軌道面を有する外輪と、内輪および外輪の各列の軌道面間に、それぞれ異なるピッチ円直径をもって介装される複列の玉群と、前記玉群のボールを保持する樹脂製の保持器とを備えたタンデム型アンギュラ玉軸受において、前記保持器に用いられる樹脂を、高耐油性のエンジニアリングプラスチックとしたものである。

本発明のタンデム型アンギュラ玉軸受によれば、保持器に用いられる樹脂に耐油性を備えたエンジニアリングプラスチックを使用したものである。ここで、エンジニアリングプラスチックとは、合成樹脂のなかで主に耐熱性が優れ、強度が必要とされる分野に使うことができるものであって、エンプラと略される。また、エンジニアリングプラスチックには、汎用エンジニアリングプラスチックとスーパーエンジニアリングプラスチックとがあり、この保持器に用いるエンジニアリングプラスチックには両者を含む。本発明は、この中でも特に耐油性に優れたエンジニアリングプラスチックを使用しているので、保持器の耐油性の向上を図ることができる。

軸受に使用される保持器に用いられる樹脂をＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）とすることができる。ここで、ＰＰＳとは、フェニル基（ベンゼン環）と硫黄が交互に繰り返される分子構造を持った高性能エンジニアリングプラスチックであり、エンプラの中でも特に耐油性が高く、強度及び靭性に優れている。結晶性で、連続使用温度は２００℃〜２２０℃、高荷重（１．８２ＭＰａ）での荷重たわみ温度が２６０℃以上と耐熱性に優れ、しかも引っ張り強さや曲げ強さが大きい。成形時の収縮率は０．３〜０．５％と小さいので寸法安定性が良く、また、難燃性や耐薬品性の点でも優れている。ＰＰＳは、架橋型、直鎖型、及び半架橋型の３種に大別できる。架橋型は低分子量ポリマーを架橋して高分子量化したもので、脆く、ガラス繊維で強化したものが中心である。直鎖型は重合段階で架橋工程を省略して高分子量化したもので靭性が高い。半架橋型は、架橋型と直鎖型の特性を併せ持つ特徴を有している。

前記ＰＰＳは強化充填材を含有することができる。すなわち、ＰＰＳに強化充填材を組合せて複合材料とすることにより、ＰＰＳの特性に加えて強化充填材の特性を付加することができる。

前記強化充填材を炭素繊維とすることができる。炭素繊維にはアクリル繊維を焼成したものと、ピッチ（石油、石炭、コールタールなどの副生成物）を原料として高温で炭化して生成したものとがある。炭素繊維は特に弾性率が高く、また、軽量であり耐熱性、電気伝導性、耐薬品性等に優れている。このため、弾性率等が高く、一層高強度であり、しかも軽量な保持器を提供することができる。

前記強化充填材をガラス繊維とすることができる。ガラス繊維は、無機ガラスを溶融して繊維状にしたものであり、特に靭性が高く軽量である。

本発明のデファレンシャル装置は、デファレンシャルケースと、このデファレンシャルケース内に配置される差動減速機構と、差動減速機構のリングギヤに噛合するピニオンギヤと、ピニオンギヤを支持するピニオン軸とを備えたデファレンシャル装置であって、前記ピニオン軸が前記各発明のタンデム型アンギュラ玉軸受にてデファレンシャルケース内に回転自在に支持されるものである。

本発明のデファレンシャル装置によれば、前記各発明のタンデム型アンギュラ玉軸受にてデファレンシャルケース内に回転自在に支持される。

本発明のタンデム型アンギュラ玉軸受では、耐油性の高いエンプラを用いているため、耐油性の高い保持器を提供することができる。このため、リンや硫黄が浸入するのを防止することができて、耐久性が高く、強度低下を防止することのできる保持器を提供することができ、この保持器の用いられるタンデム型アンギュラ玉軸受の長寿命化を図ることができる。

保持器に用いられる樹脂をＰＰＳとしたことにより、特に高強度で耐久性の高い保持器を提供することができて、この保持器の用いられるタンデム型アンギュラ玉軸受は耐油性に優れ、使用中の強度の低下を防止することができて、効果的に長寿命化を図ることができる。

ＰＰＳに強化充填材を組合せて複合材料とすることにより、保持器をより一層高強度とすることができ、この保持器の用いられるタンデム型アンギュラ玉軸受は一層長寿命化を図ることができる。

前記強化充填材を炭素繊維とした場合、弾性率が高く、一層高強度であり、しかも軽量な保持器を提供することができる。このため、この保持器の用いられるタンデム型アンギュラ玉軸受の長寿命化を効果的に図ることができる。

前記強化充填材をガラス繊維とした場合、靭性が高く、一層高強度であり、しかも軽量な保持器を提供することができる。このため、この保持器の用いられるタンデム型アンギュラ玉軸受の長寿命化を効果的に図ることができる。

本発明のデファレンシャル装置では、耐久性が高く、強度低下を防止することのできる保持器を用いた軸受を使用しているので、デファレンシャル装置において、軸受の長寿命化を図ることができる。また、複列のアンギュラ玉軸受からなるピニオンギヤ側の転がり軸受が、ピニオンギヤ側の玉群を残りの玉群より径方向外側に位置させたタンデム型としたことで、より大きなスラスト荷重が作用するピニオンギヤ側の玉群の玉数を増やすことができ、負荷容量をより一層大きくすることができる。よって、回転トルクを小さくしながらも十分な負荷容量が得られる。

以下本発明の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。

図１に本発明のタンデム型アンギュラ玉軸受を示し、このタンデム型アンギュラ玉軸受は、複列の軌道面１１ａ、１１ｂを有する内輪１２と、この内輪１２の軌道面１１ａ、１１ｂと対応する複列の軌道面１３ａ、１３ｂを有する外輪１４と、内輪１２および外輪１４の各列の軌道面１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ間に介装される複列の玉群１５、１６と、玉群１５、１６を保持する保持器１９、２０を備える。

内輪１２は、その外径面に第１切欠部２１が形成されるとともに、この第１切欠部２１に第２切欠部２２が形成される。そして、第１切欠部２１の第２切欠部側の端部が前記軌道面１１ａとされ、第２切欠部２２が前記軌道面１１ｂとされる。

外輪１４は、その内径面に第１切欠部２４が形成されるとともに、この第１切欠部２４に第２切欠部２５が形成される。第１切欠部２４の第２切欠部側の端部が前記軌道面１３ｂとされ、第２切欠部２５が前記軌道面１３ａとされる。

玉群１５、１６はそれぞれ保持器１９、２０にて保持される。保持器１９、２０は、テーパ筒形のリング状に形成した合成樹脂製のものであって、ボール２７、２８の保持用の複数のポケット３２を、軸方向幅の中間部で周方向に多数並べて設けた窓型のものとしてある。保持器１９、２０の各ポケット３２、３２間の部分は、傾斜した柱状の仕切り壁３４となり、ポケット３２よりも小径側の部分および大径側の部分は、各々内径面および外径面が共に円筒面状となった小径円環部３０および大径円環部３１となっている。各仕切り壁３４の両側面は、ボール２７、２８の外径に応じた球面状としてある。

ところで、この保持器１９、２０に用いられる樹脂をエンジニアリングプラスチックとしている。ここで、エンジニアリングプラスチックとは、合成樹脂のなかで主に耐熱性が優れ、強度が必要とされる分野に使うことができるものであって、エンプラと略される。また、エンジニアリングプラスチックは、汎用エンジニアリングプラスチックとスーパーエンジニアリングプラスチックとがあり、この保持器１９、２０に用いるエンジニアリングプラスチックには両者を含む。以下に代表的なものを掲げる。なお、これらはエンジニアリングプラスチックの例示であって、エンジニアリングプラスチックが以下のものに限定されるものではない。また、この樹脂保持器１９、２０では、例えば射出成形にて形成することができる。

汎用エンジニアリングプラスチックには、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）等がある。また、スーパーエンジニアリングプラスチックには、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリメチルベンテン（ＴＰＸ）、ポリ１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド１１，１２（ＰＡ１１，１２）、フッ素樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）等がある。

本実施形態では、前記エンプラの中でも、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）を使用している。ＰＰＳとは、フェニル基（ベンゼン環）と硫黄が交互に繰り返される分子構造を持った高性能エンジニアリングプラスチックであり、エンプラの中でも特に耐油性が高く、強度及び靭性に優れている。結晶性で、連続使用温度は２００℃〜２２０℃、高荷重（１．８２ＭＰａ）での荷重たわみ温度が２６０℃以上と耐熱性に加えて耐油性にも優れ、しかも引っ張り強さや曲げ強さが大きい。成形時の収縮率は０．３〜０．５％と小さいので寸法安定性が良く、また、難燃性や耐薬品性の点でも優れている。ＰＰＳは、架橋型、直鎖型、及び半架橋型の３種に大別できる。架橋型は低分子量ポリマーを架橋して高分子量化したもので、脆く、ガラス繊維で強化したものが中心である。直鎖型は重合段階で架橋工程を省略して高分子量化したもので靭性が高い。半架橋型は、架橋型と直鎖型の特性を併せ持つ特徴を有している。

ＰＰＳは強化充填材を含有している。すなわち、ＰＰＳに強化充填材を組合せて複合材料とすることにより、ＰＰＳの特性に加えて強化充填材の特性を付加している。この場合、強化充填材は炭素繊維（ＣＦ）であり、ＰＰＳに対して炭素繊維を含有する。炭素繊維にはアクリル繊維を焼成したものと、ピッチ（石油、石炭、コールタールなどの副生成物）を原料として高温で炭化して生成したものとがある。炭素繊維は特に弾性率が高く、また、軽量であり耐熱性、電気伝導性、耐薬品性等に優れている。炭素繊維の強化材充填率は、通常１０〜３０％含有する。特に、負荷容量の増大のため玉数を増やした場合は、保持器柱幅が小さくなり保持器強度が低下するため、３０〜７０％の炭素繊維強化材を充填する。

本発明では、タンデム型アンギュラ玉軸受において、保持器１９、２０に用いられる樹脂に耐油性を有するエンジニアリングプラスチックを使用しているので、保持器１９、２０の耐油性の向上を図ることができる。このため、リンや硫黄が浸入するのを防止することができて、耐久性が高く、強度低下を防止することのできる保持器１９、２０を提供することができ、この保持器１９、２０の用いられるタンデム型アンギュラ玉軸受の長寿命化を図ることができる。

軸受に使用される保持器１９、２０に用いられる樹脂をＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）としているので、特に高強度で耐久性の高い保持器１９、２０を提供することができて、この保持器１９、２０の用いられるタンデム型アンギュラ玉軸受は耐油性に優れ、使用中の強度の低下を防止することができて、効果的に長寿命化を図ることができる。

前記ＰＰＳは強化充填材を含有している。すなわち、ＰＰＳに強化充填材を組合せて複合材料とすることにより、ＰＰＳの特性に加えて強化充填材の特性を付加することができる。このため、保持器１９、２０をより一層高強度とすることができ、この保持器１９、２０の用いられるタンデム型アンギュラ玉軸受は一層長寿命化を図ることができる。

前記強化充填材を炭素繊維としているので、弾性率が高く、一層高強度であり、しかも軽量な保持器１９、２０を提供することができる。このため、この保持器１９、２０の用いられるタンデム型アンギュラ玉軸受の長寿命化を効果的に図ることができる。

次に、本発明のタンデム型アンギュラ玉軸受の第２実施形態について説明する。この場合、強化充填材としてガラス繊維（ＧＦ）を使用しており、ＰＰＳに対してガラス繊維を含有する。ガラス繊維は、無機ガラスを溶融して繊維状にしたものであり、特に靭性が高く軽量である。ガラス繊維の強化材充填率は、通常１０〜３０％含有する。特に、負荷容量の増大のため玉数を増やした場合は、保持器柱幅が小さくなり保持器強度が低下するため、３０〜７０％の炭素繊維強化材を充填する。

このため、第２実施形態のタンデム型アンギュラ玉軸受も、前記第１実施形態のタンデム型アンギュラ玉軸受と同様の効果を奏する。特に、ガラス繊維は、靭性が高く軽量であるため、靭性が高く、一層高強度であり、しかも軽量な保持器１９、２０を提供することができる。このため、この保持器１９、２０の用いられるタンデム型アンギュラ玉軸受の長寿命化を効果的に図ることができる。

次に、図２は本発明にかかるタンデム型アンギュラ玉軸受を使用したデファレンシャル装置を示し、このデファレンシャル装置は、デファレンシャルケース５１と、このデファレンシャルケース５１内に配置される差動減速機構５２と、差動減速機構５２のリングギヤ５３に噛合するピニオンギヤ５４と、ピニオンギヤ５４を支持するピニオン軸５５とを備え、ピニオン軸５５が軸受５６、５７を介して回転自在にデファレンシャルケース５１内に支持されている。

そして、軸受５６、５７にそれぞれ前記図１に示すタンデム型アンギュラ玉軸受を使用している。ピニオンギヤ５４側に配設される一方の軸受５６は、ピニオン軸５５のピニオンギヤ５４の端面５４aに軸受５６の内輪１２の端部３３、つまり端面１２aが圧接するとともに、外輪１４の反ピニオンギヤ側の端面１４ａがケース５１の内面に形成された段差面５８に圧接している。

他方の軸受５７は、内輪１２の端部３３、つまり端面１２a（反フランジ側の端面）がピニオンフランジ５０の端縁５０aに圧接するとともに、外輪１４のピニオンギヤ側の端面１４ａがケース５１の内面に形成された段差面５９に圧接している。また、一方の軸受５６と他方の軸受５７の内輪１２との間にスリーブ６０が介在されている。

この場合、ピニオン軸５５の端部のねじ部６１にナット部材６２を螺合することによって、ピニオンフランジ５０を介して軸受５６、５７に予圧を付与することになる。

本発明では、耐久性が高く、強度低下を防止することのできる保持器１９、２０を用いた軸受５６、５７を使用しているので、デファレンシャル装置において、軸受５６、５７の長寿命化を図ることができる。また、複列のアンギュラ玉軸受からなるピニオンギヤ側の転がり軸受５６が、ピニオンギヤ側の玉群を残りの玉群より径方向外側に位置させたタンデム型としたことで、より大きなスラスト荷重が作用するピニオンギヤ側の玉群の玉数を増やすことができ、負荷容量をより一層大きくすることができる。よって、回転トルクを小さくしながらも十分な負荷容量が得られる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、このタンデム型アンギュラ玉軸受は、デファレンシャル装置以外の種々の機械、装置、工具等に使用することができる。また、玉群１５，１６のボール２７、２８の数、球径等は任意に変更できる。なお、図２に示すデファレンシャル装置では、タンデム型アンギュラ玉軸受にて構成したが、どちらか一方の軸受５６，５７が、タンデム型アンギュラ玉軸受ではなくて円すいころ軸受であってもよい。

ＰＰＳの耐油性を測定するため浸漬試験を行った。すなわち、油中に試験片（本発明品、比較品１、及び比較品２）を浸漬して、２０００時間経過後に各試験片の引っ張り試験を行って引っ張り強さを測定し、この測定値と油中に浸漬する前の各試験片の引っ張り強さの測定値とを比較した。油は、三菱扶桑スーパーハイポイドギアオイル ＳＡＥ９０ ＧＬ−５を使用した。その結果、ＰＰＳにガラス繊維を７．５％含有する本発明品は、浸漬前後で引っ張り強さは変化せず、油中に浸漬した後においても引っ張り強さが低下することがなかった。これに対して、ＰＡ６６からなる比較品１は、浸漬後の引っ張り強さは、試験前の引っ張り強さよりも２８％低下した。また、ＰＡ４６からなる比較品２は、試験後の引っ張り強さは、試験前の引っ張り強さよりも１９％低下した。これにより、ＰＰＳにガラス繊維を含む本発明品は、高耐油性であることがわかった。

本発明の実施形態を示すタンデム型複列アンギュラ玉軸受の断面図である。 本発明の実施形態を示すデファレンシャル装置の断面図である。 従来のタンデム型複列アンギュラ玉軸受の断面図である。 従来のデファレンシャル装置の断面図である。

符号の説明

１１ａ、１１ｂ 軌道面
１２ 内輪
１３ａ、１３ｂ 軌道面
１４ 外輪
１５、１６ 玉群
１９、２０ 保持器
２７、２８ ボール

Claims (6)

1. 軌道面を有する内輪と、この内輪の軌道面と対応する複列の軌道面を有する外輪と、内輪および外輪の各列の軌道面間に、それぞれ異なるピッチ円直径をもって介装される複列の玉群と、前記玉群のボールを保持する樹脂製の保持器とを備えたタンデム型アンギュラ玉軸受において、
   前記保持器に用いられる樹脂を、高耐油性のエンジニアリングプラスチックとしたことを特徴とするタンデム型アンギュラ玉軸受。
2. 前記エンジニアリングプラスチックをＰＰＳとしたことを特徴とする請求項１のタンデム型アンギュラ玉軸受。
3. 前記ＰＰＳは強化充填材を含有することを特徴とする請求項２のタンデム型アンギュラ玉軸受。
4. 前記強化充填材は炭素繊維であることを特徴とする請求項３のタンデム型アンギュラ玉軸受。
5. 前記強化充填材はガラス繊維であることを特徴とする請求項３のタンデム型アンギュラ玉軸受。
6. デファレンシャルケースと、このデファレンシャルケース内に配置される差動減速機構と、差動減速機構のリングギヤに噛合するピニオンギヤと、ピニオンギヤを支持するピニオン軸とを備えたデファレンシャル装置であって、
   前記ピニオン軸が前記請求項１〜請求項５に記載のタンデム型アンギュラ玉軸受にてデファレンシャルケース内に回転自在に支持されることを特徴とするデファレンシャル装置。

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