JP2018116768A - 接続構造体 - Google Patents

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Abstract

【課題】接着剤層とコネクタとの間の接着力を向上させることができ、長期使用時における防水信頼性が高い接続構造体を提供する。【解決手段】接続構造体1は、接着剤層2と、接着剤層2の層面と接する接着面30を有するコネクタ3と、を有している。接着面30は、凹部311と凸部312とを備える表面凹凸部31を有している。凹部311内には、接着剤層2の一部が入り込んでいる。接続構造体1は、凹部311内を横切る繊維状物質5を有する構成とすることができる。コネクタ3は、エンジニアリングプラスチックより構成することができる。【選択図】図1

Description

本発明は、接続構造体に関する。
従来、種々の分野において、接着剤層とコネクタとを有する接続構造体が用いられている。
例えば、自動車等の車両の分野では、制御ボックス中の電子制御回路に電力や信号を供給するために、コネクタを介して制御ボックスに電線が接続される(特許文献1参照)。コネクタは、制御ボックスとは別体となっている場合が多い。そのため、制御ボックスとコネクタとを接続すると隙間が生じる。隙間があると、そこから制御ボックス内に水が入り込み、故障の原因となる。これを防ぐため、制御ボックスとコネクタとの間の隙間を接着剤で埋めて固めることが行われている。この際に、接着剤層とコネクタとを有する接続構造体が形成される。
特開2004−186039号公報
接着剤層を用いる手法は、防水性を担保するために常に圧力を加え続ける必要があるゴムパッキンを用いる手法に比べ、構造を問わない分、適用範囲が広い。しかしながら、コネクタは、耐熱性等への対応から、エンジニアリングプラスチック等の接着剤が接着し難い材料で作製されることが多くなってきている。そのため、接着剤層を用いる手法では、高い接着性を確保することができず、その結果、十分な防水性を担保することが困難な状況になっている。
また、接着剤層の接着性を向上させるために、官能基の導入や反応性を向上させる添加剤を添加することなども考えられる。しかし、このような処方によれば、接着剤層の耐熱性、耐湿性、耐薬品性等が低下し、長期使用時における防水信頼性が低下するおそれがある。
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、接着剤層とコネクタとの間の接着力を向上させることができ、長期使用時における防水信頼性が高い接続構造体を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、接着剤層と、上記接着剤層の層面と接する接着面を有するコネクタと、を有する接続構造体であって、
上記接着面は、凹部と凸部とを備える表面凹凸部を有しており、
上記凹部内に、上記接着剤層の一部が入り込んでいる、接続構造体にある。
上記接続構造体は、表面凹凸部を有するコネクタの接着面における凹部内に、接着剤層の一部が入り込んでいる。そのため、コネクタと接着剤層との接着面積が、表面凹凸部がない場合に比べて大きくなる。また、コネクタと接着剤層との間の化学的接着だけでなく、コネクタと接着剤層との間に機械的なアンカー効果も生じる。それ故、上記接続構造体によれば、コネクタと接着剤層との間の接着力を向上させることができる。また、上記接続構造体によれば、接着剤層中に官能基の導入や反応性を向上させる添加剤の添加を抑制することができる。そのため、上記接続構造体によれば、接着剤層の耐熱性、耐湿性、耐薬品性等が低下し難く、長期使用時における防水信頼性を向上させることができる。例えば、接着剤層がシリコーン系接着剤により形成される場合、通常であれば、接着性を上げるために官能基の導入やシランカップリング剤が添加されることが多い。上記接続構造体によれば、官能基の導入やシランカップリング剤の添加等が抑制されたシリコーン系接着剤より接着剤層を形成した場合でも、長期使用時における防水信頼性を向上させることができる。
実施例1の接続構造体の一部を模式的に示した説明図である。 実施例1の接続構造体における表面凹凸部の断面を拡大して示した説明図である。 実施例2の接続構造体における表面凹凸部の断面を拡大して示した説明図である。 実施例3の接続構造体における表面凹凸部の断面を拡大して示した説明図である。 実施例4の接続構造体における表面凹凸部の断面を拡大して示した説明図である。 実施例5の接続構造体の一部を模式的に示した説明図である。 (a)は、実験例における、溝部の深さが50μm、溝部間のピッチが100μmであるプラスチック板材の表面凹凸部の光学像、(b)は、実験例における、溝部の深さが50μm、溝部間のピッチが200μmであるプラスチック板材の表面凹凸部の光学像である。 実験例における、溝部間のピッチと接着強度との関係を示したグラフである。 実験例における、溝部の深さと接着強度との関係を示したグラフである。
上記接続構造体において、接着剤層は、一方の層面がコネクタの接着面に接する。なお、接着剤層は、上記接続構造体の使用時に、他方の層面が接着剤層を介してコネクタと接着されるべき相手部材と接することになる。したがって、接着剤層の他方の層面の表面形状は、相手部材の表面形状によって決まることになる。
上記接続構造体において、接着剤層は、具体的には、コネクタと金属部材との間を接着する層とすることができる。金属部材は、より具体的には、自動車等の車両などに搭載される電子制御回路を内部に収容する金属製の制御ボックスなどを例示することができる。従来技術によれば、金属製の制御ボックスと接着剤層との間の接着力は、コネクタと接着剤層との間の接着力よりも大きくなりやすい。そのため、接着剤層を破壊してコネクタを取り除くと、制御ボックス側に接着剤層が取り残されてしまい、制御ボックスの再利用が困難になる。これに対して、上記構成によれば、コネクタと接着剤層との間の接着力を、金属製の制御ボックスと接着剤層との間の接着力よりも大きくすることが可能となる。そのため、接着剤層を破壊してコネクタを取り除く際に、コネクタ側へ接着剤層が残りやすく、制御ボックス側へ接着剤層が残り難くなるようにすることが可能となる。それ故、上記構成によれば、金属製の制御ボックス等の金属部材を再利用しやすい接続構造体が得られる。
上記接続構造体において、コネクタの接着面は、多数の凹部および多数の凸部とを備える表面凹凸部を有している。接着面は、接着面の一部または全部に表面凹凸部を有することができる。凹部は、具体的には、例えば、複数の溝部、複数の穴部、これらの組み合わせなどより構成することができる。凹部は、好ましくは、複数の溝部より構成することができる。この構成によれば、凹部が複数の穴部より構成されている場合に比べ、接着剤層と接着する際の接着面積を大きくしやすくなるため、上述した効果を確実なものとしやすい。凹部は、より具体的には、複数の線状の溝部より構成することができる。この場合、凹部は、例えば、一方向を向く複数の線状の溝部が上記一方向と交差する方向(垂直な方向等)に互いに離間して配置された構成等とすることができる。また、凹部は、例えば、複数の線状の溝部を格子状(碁盤目状)に配置して構成することもできる。なお、凹部を穴部より構成する場合、凹部は、より具体的には、複数の非貫通の穴部より構成することができる。この場合、凹部は、例えば、複数の非貫通の穴部を行方向および列方向に互いに離間した状態で配列することができる。
凹部の深さ方向における開口距離は、凹部の深さ方向でほぼ一定とすることができる。また、凹部の深さ方向における開口距離は、凹部の深さ方向における開口距離が深さ方向に向かって小さくなる構成とすることができる。それ以外にも、凹部は、凹部の深さ方向における開口距離が深さ方向に向かって大きくなる構成とすることもできる。この構成によれば、コネクタから接着剤層が剥離する方向に荷重が掛かった場合でも、凹部内に入り込んでいる接着剤層の一部が凹部に引っ掛かって凹部から抜け出し難い。そのため、この構成によれば、コネクタと接着剤層との間の接着力をより一層向上させることができ、防水性の確保をより確実なものとしやすくなる。なお、上記「開口距離」は、凹部の深さ方向に垂直な方向の凹部の壁面間距離を意味する。したがって、凹部が溝部である場合には、凹部の深さ方向における開口距離は、溝部の深さ方向に垂直な方向の溝部の壁面間距離(溝部の深さ方向に垂直な方向の溝部の幅)となる。また、凹部が穴部である場合には、凹部の深さ方向における開口距離は、穴部の深さ方向に垂直な方向の穴部の壁面間距離(穴部の深さ方向に垂直な方向の開口径)となる。凹部は、例えば、レーザーエッチング、プラズマエッチング、ケミカルエッチング、研削加工、これらの組み合わせ等によって形成することができる。
また、凹部の深さは、凹部形成性、接着力の確保などの観点から、好ましくは、30μm以上、より好ましくは、50μm以上、さらに好ましくは、80μm以上とすることができる。一方、凹部の深さは、接着面積の確保、コネクタ材料へのダメージ抑制などの観点から、好ましくは、300μm以下、より好ましくは、150μm以下、さらに好ましくは、120μm以下とすることができる。
上記接続構造体において、コネクタは、具体的には、エンジニアリングプラスチックにより構成することができる。エンジニアリングプラスチックは、接着剤が接着し難い材料である。そのため、上記構成を採用することで、エンジニアリングプラスチック製のコネクタであっても、コネクタと接着剤層との間の接着力を確保することができ、防水性を確保しやすい接続構造体が得られる。また、通常であればエンジニアリングプラスチックに対して接着性に劣る接着剤であっても接着剤層に適用して防水性を確保することが可能となる。エンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート、ナイロン、ポリカーボネート、ポリアセタール、フッ素樹脂、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミドなどを例示することができる。エンジニアリングプラスチックは、後述する繊維状物質などを含むことができる。
上記接続構造体において、コネクタは、凹部内を横切る繊維状物質を有する構成とすることができる。この構成によれば、凹部内を横切る繊維状物質が、凹部内に入り込んだ接着剤層の一部を貫通することになる。そのため、この構成によれば、凹部内の空間を架橋する(橋架けする)繊維状物質によって、凹部内に入り込んだ接着剤層の一部が引き抜かれ難くなり、コネクタと接着剤層との間の接着力が向上し、防水性の確保をより確実なものとすることが可能となる。
繊維状物質としては、例えば、ガラス繊維、セラミックスファイバーなどの無機繊維等を好適なものとして例示することができる。これらは1種または2種以上併用することができる。上記繊維状物質が無機繊維である場合には、コネクタ材料中に繊維状物質を含有させ、レーザーエッチング、プラズマエッチング、ケミカルエッチング、これらの組み合わせ等によってコネクタ材料中の樹脂分等の有機分を選択的にエッチングして凹部を形成することで、繊維状物質が凹部内を横切る構造を比較的容易に形成することができる。
上記接続構造体において、接着剤層の材質としては、コネクタ材料に対して接着性を有するものであれば、基本的に使用することができる。コネクタ材料に対してある程度の接着性があれば、上述した構成を有することによって、コネクタと接着剤層との接着力を確保して防水性を発揮させることができるためである。
接着剤層を構成する接着剤としては、具体的には、例えば、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤などを例示することができる。これらのうち、接着剤としては、好ましくは、耐熱性などの観点から、シリコーン系接着剤などを用いることができる。なお、接着剤層は、コネクタの接着面に接着剤を塗布することで、その一部を接着面の凹部内に入り込ませて凹部内に充填することができる。
接着剤層は、フィラーを含有することができる。なお、フィラーは、接着剤の強度を上げる、接着剤の粘度を高くすることで作業性を改善する、単価の低いフィラーを充填することで体積当たりのコストを下げるなどの利点がある。フィラーとしては、例えば、シリカ、アルミニウム、アルミナ、炭酸カルシウム、カーボンブラックなどを例示することができる。これらは1種または2種以上併用することができる。
接着剤層がフィラーを含有している場合、凹部の入口開口の大きさは、フィラーの外径よりも大きい構成とすることができる。この構成によれば、接着面の表面凹凸部に接着剤層を形成するための接着剤を塗布した際に、接着剤が凹部内へ入り込むのをフィラーが阻害し難くなり、凹部内に接着剤層の一部が入り込んだ微構造を形成しやすくなる。より具体的には、凹部が溝部より構成される場合には、凹部の入口開口の大きさは、溝部の入口部分の溝幅となる。また、凹部が穴部より構成される場合には、凹部の入口開口の大きさは、穴部の入口部分の直径となる。なお、凹部の入口開口の大きさとフィラー外径との大小関係は、凹部を断面観察することなどによって把握することができる。
凹部の入口開口の大きさは、好ましくは、5μm以上、より好ましくは、7μm以上、さらに好ましくは、10μm以上とすることができる。この場合には、接続構造体の製造時における凹部への接着剤の流れ込み性が向上し、凹部内に接着剤層の一部が入り込んだ構造を確実なものとしやすい。一方、凹部の入口開口の大きさは、凹部と接着剤層との接着面積を十分に確保するなどの観点から、好ましくは、200μm以下、より好ましくは、150μm以下、さらに好ましくは、100μm以下とすることができる。
なお、上述した各構成は、上述した各作用効果等を得るなどのために必要に応じて任意に組み合わせることができる。
以下、実施例の接続構造体について、図面を用いて説明する。なお、同一部材については同一の符号を用いて説明する。
(実施例1)
実施例1の接続構造体について、図1、図2を用いて説明する。図1、図2に示されるように、本例の接続構造体1は、接着剤層2と、接着剤層2の層面と接する接着面30を有するコネクタ3と、を有している。本例では、接着剤層2の他方の層面は、金属部材6に接触させる。具体的には、本例では、接着剤層2の他方の層面は、電子制御回路を内部に収容する、金属部材6としての金属製の制御ボックスに接触させる。つまり、本例の接続構造体は、金属製の制御ボックス中の電子制御回路に電力や信号を供給するためにコネクタを介して電線を接続する際に用いられるものである。なお、図1では、金属部材6は省略されている。また、図2では、金属部材6の一部が模式的に図示されている。なお、コネクタ3は、接着剤層2に接しない非接着面(不図示)も有している。
ここで、接着面30は、凹部311と凸部312とを備える表面凹凸部31を有している。本例では、凹部311は、複数の溝部より構成されている。より具体的には、凹部311は、一方向を向く複数の線状の溝部が上記一方向と垂直な方向に互いに離間して配置された構成を有している。溝部の入口部分の溝幅は、例えば、20〜150μmとすることができる。また、隣り合う溝部間のピッチは、例えば、50〜300μmとすることができる。また、溝部の深さは、50〜150μmとすることができる。なお、本例では、溝部の深さ方向に垂直な方向の溝部の幅は、溝部の深さ方向に向かって小さくなる構成とされている。このような形態の凹部311は、レーザーエッチング加工により形成することができる。
表面凹凸部31における凹部311内には、接着剤層2の一部が入り込んでおり、凹部311内は、接着剤層2を構成する接着剤によって満たされている。本例では、コネクタ3は、具体的には、ポリブチレンテレフタレート等のエンジニアリングプラスチックより構成されている。接着剤層を構成する接着剤は、具体的には、シリコーン系接着剤より構成されている。
次に、本例の接続構造体の作用効果について説明する。
本例の接続構造体1は、表面凹凸部31を有するコネクタ3の接着面30における凹部311内に、接着剤層2の一部が入り込んでいる。そのため、コネクタ3と接着剤層2との接着面積が、表面凹凸部31がない場合に比べて大きくなる。また、コネクタ3と接着剤層2との間の化学的接着だけでなく、コネクタ3と接着剤層2との間に機械的なアンカー効果も生じる。それ故、本例の接続構造体1によれば、コネクタ3と接着剤層2との間の接着力を向上させることができる。また、本例の接続構造体1によれば、接着剤層2中に官能基の導入や反応性を向上させる添加剤の添加を抑制することができる。そのため、本例の接続構造体1によれば、接着剤層2の耐熱性、耐湿性、耐薬品性等が低下し難く、長期使用時における防水信頼性を向上させることができる。接着剤層2がシリコーン系接着剤により形成される場合、通常であれば、接着性を上げるために官能基の導入やシランカップリング剤が添加されることが多い。本例の接続構造体1によれば、官能基の導入やシランカップリング剤の添加等が抑制されたシリコーン系接着剤より接着剤層2を形成した場合でも、長期使用時における防水信頼性を向上させることができる。
また、本例の接続構造体1によれば、コネクタ3と接着剤層2との間の接着力を、金属部材6としての制御ボックスと接着剤層2との間の接着力よりも大きくすることが可能となる。そのため、コネクタ3を取り除く際に、コネクタ3側へ接着剤層2が残りやすく、制御ボックス側へ接着剤層2が残り難くなるようにすることが可能となる。それ故、上記接続構造体1によれば、金属製の制御ボックスを再利用しやすい接続構造体1が得られる。
(実施例2)
実施例2の接続構造体について、図3を用いて説明する。
本例の接続構造体1において、凹部311は、凹部311の深さ方向における開口距離が深さ方向に向かって大きくなる構成とされている。このような形態の凹部311は、レーザーエッチング加工後、ケミカルエッチング加工を施すことにより形成することができる。その他の構成は、実施例1と同様である。
本例の接続構造体1によれば、コネクタ3から接着剤層2が剥離する方向に荷重が掛かった場合でも、凹部311内に入り込んでいる接着剤層2の一部が凹部311に引っ掛かって凹部311から抜け出し難くなる。そのため、上記構成によれば、コネクタ3と接着剤層2との間の接着力をより一層向上させることができ、防水性の確保をより確実なものとしやすくなる。その他の作用効果は、実施例1と同様である。
(実施例3)
実施例3の接続構造体について、図4を用いて説明する。
本例の接続構造体1において、接着剤層2は、フィラー4を含有している。本例では、フィラー4は、球状の形状を有している。フィラー4は、具体的には、シリカとすることができる。凹部311の入口開口の大きさは、フィラー4の外径よりも大きく形成されている。つまり、本例では、溝部の入口部分の溝幅が、フィラー4の外径よりも大きく形成されている。
本例の接続構造体1によれば、接着面30の表面凹凸部31に接着剤層2を形成するための接着剤を塗布した際に、接着剤が凹部311内へ入り込むのをフィラー4が阻害し難くなり、凹部311内に接着剤層2の一部が入り込んだ微構造を形成しやすくなる。その他の作用効果は、実施例2と同様である。
(実施例4)
実施例4の接続構造体について、図5を用いて説明する。
本例の接続構造体1において、コネクタ3は、凹部311内を横切る繊維状物質5を有している。本例では、繊維状物質5は、無機繊維とすることができる。また、繊維状物質5は、コネクタ3の内部にも存在している。つまり、本例は、コネクタ材料中に含有させた繊維状物質5が凹部311に露出し、凹部311内を横切って存在している例である。その他の構成は、実施例2と同様である。
本例の接続構造体1によれば、凹部311内を横切る繊維状物質が、凹部311内に入り込んだ接着剤層2の一部を貫通している。そのため、本例の接続構造体1によれば、凹部311内の空間を架橋する(橋架けする)繊維状物質5によって、凹部311内に入り込んだ接着剤層2が引き抜かれ難くなり、コネクタ3と接着剤層2との間の接着力が向上し、防水性の確保をより確実なものとすることが可能となる。その他の作用効果は、実施例2と同様である。
(実施例5)
実施例5の接続構造体について、図6を用いて説明する。なお、図6は、図1に対応するものであるが、便宜上、接着剤層2は省略されている。
本例の接続構造体1において、凹部311は、複数の穴部より構成されている。より具体的には、凹部311は、複数の非貫通の穴部が行方向および列方向に互いに離間した状態で配列された構成を有している。穴部の入口部分の直径は、例えば、20〜200μmとすることができる。また、隣り合う穴部間の間隔は、例えば、50〜300μmとすることができる。また、穴部の深さは、50〜150μmとすることができる。なお、本例では、穴部の深さ方向に垂直な方向の開口径は、穴部の深さ方向でほぼ一定とされている。その他の構成は、実施例1と同様である。
本例の接続構造体1によっても、実施例1と同様に、接着剤層2とコネクタ3との間の接着力を向上させることができ、長期使用時における防水信頼性が高い接続構造体1が得られる。
<実験例>
以下、上記接続構造体を、実験例を用いてより具体的に説明する。
樹脂製のコネクタハウジングを模擬したプラスチック板材を複数準備した。プラスチック板材は、ガラス繊維入りのポリブチレンテレフタレートより形成されている。準備した複数のプラスチック板材の片面に、加工条件を変えてレーザーエッチング加工をそれぞれ施すことにより、溝部の深さ、溝部間のピッチが異なる格子状の溝部を形成した。なお、溝部の深さ方向に垂直な方向の溝部の幅は、溝部の深さ方向に向かって小さくなる構成とされている。また、溝部の深さ、溝部間のピッチは、レーザー強度、レーザーのスポット径、パルス幅、照射時間を変えることにより調整した。代表例として、図7(a)に、溝部の深さが50μm、溝部間のピッチが100μmであるプラスチック板材の表面凹凸部の光学像、図7(b)に、溝部の深さが50μm、溝部間のピッチが200μmであるプラスチック板材の表面凹凸部の光学像を示す。上述したようにレーザーエッチング加工の条件を変えてポリブチレンテレフタレートだけを選択的にエッチングすることで、図7に示されるように、形成された溝部の空間(凹部内)に、ガラス繊維を横切るように存在させることができることが確認された。
次に、上記表面凹凸部を形成したプラスチック板材の各板面上に、接着剤1(縮合型シリコーン系接着剤、スリーボンド社製、「TB1207F」、形成した凹部の入口開口よりも外径が小さいフィラーを含む)を厚み100μmにてそれぞれ塗布して凹部内に接着剤を流し込むとともに、形成した各接着剤層にそれぞれ金属板(制御ボックスを模擬)を貼り合わせ、複数の試験体を作製した。また、上記接着剤1に代えて接着剤2(シリコーン系接着剤、スリーボンド社製、「TB1282B」、形成した凹部の入口開口よりも外径が小さいフィラーを含む)を用いた点以外は同様にして、複数の試験体を作製した。また、表面凹凸部を形成していない板材を用いた点以外は同様にして、比較用の試験体を作製した。
次いで、各試験体について、プラスチック板材と金属板とを引き剥がす、せん断引張試験を行い、接着強度を求めた。図8に、溝部間のピッチと接着強度との関係を示す。また、図9に、溝部の深さと接着強度との関係を示す。
図8、図9に示されるように、プラスチック板材の板面に表面凹凸部を形成した場合には、プラスチック板材の板面に表面凹凸部を形成しなかった場合に比べ、いずれの接着剤を用いても、接着強度が上昇することが確認された。また、プラスチック板材の板面に表面凹凸部を形成した場合、破壊形態は、いずれも接着剤破壊であった。一方、プラスチック板材の板面に表面凹凸部を形成しなかった場合には、いずれの接着剤を用いても、プラスチック板材と接着剤層との界面にて破壊した。これらの結果から、コネクタの接着面に表面凹凸部を形成し、凹部に接着剤層の一部を食い込ませることで、コネクタと接着剤層との間の接着力が向上し、長期にわたって防水性を確保することができるといえる。
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例、実験例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。
1 接続構造体
2 接着剤層
3 コネクタ
30 接着面
31 表面凹凸部
311 凹部
312 凸部

Claims (7)

  1. 接着剤層と、上記接着剤層の層面と接する接着面を有するコネクタと、を有する接続構造体であって、
    上記接着面は、凹部と凸部とを備える表面凹凸部を有しており、
    上記凹部内に、上記接着剤層の一部が入り込んでいる、接続構造体。
  2. 上記凹部内を横切る繊維状物質を有する、請求項1に記載の接続構造体。
  3. 上記繊維状物質は、無機繊維である、請求項2に記載の接続構造体。
  4. 上記接着剤層は、フィラーを含有しており、
    上記凹部の入口開口の大きさは、上記フィラーの外径よりも大きい、請求項1〜3のいずれか1項に記載の接続構造体。
  5. 上記凹部は、上記凹部の深さ方向における開口距離が深さ方向に向かって大きくなる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の接続構造体。
  6. 上記凹部は、複数の溝部または複数の穴部より構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の接続構造体。
  7. 上記コネクタは、エンジニアリングプラスチックより構成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の接続構造体。
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