JP3855664B2 - 電子部品及びそれを実装した回路基板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路、照明用インバータ回路等に中高圧用として広く使用される例えばリード線付きコンデンサのような電子部品及びそれを実装した回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、回路基板に実装される種々の電子部品が知られているが、例えばその一例としてリード線付きコンデンサがある。以下に、従来のリード線付きコンデンサについて図面を用いて説明する。
【０００３】
図３（ａ）は従来のリード線付きコンデンサを示す正面図であり、図３（ｂ）は従来のリード線付きコンデンサを示す側面図である。なお、図３（ａ），（ｂ）において、１は基板、２は電極、３はリード線、４は外装材である。また、２０はリード線付きコンデンサである。
【０００４】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、従来のリード線付きコンデンサ２０は、誘電体セラミックからなる円盤状の基板１の両主表面に、それぞれ電極２が形成され、更に、電極２には、それぞれリード線３が半田接合された構成である。
【０００５】
また、図３（ａ）に示すように、２本のリード線３は、基板１の表裏面でクロスするように電極２にそれぞれ接合され、更に折り曲げられて、略平行になるように互いに離間して延設されている。
【０００６】
更に、図３（ｂ）に示すように、基板１の両主表面の電極２に接合された２本のリード線３は、基板１を間に挟んで離間し平行に延設されるが、折り曲げられて、最終的には、基板１の厚み方向で重なるように引き出されている。そして、２本のリード線３は、離間距離の略半分の位置、即ち、基板１の厚みを略半分にする位置で重なっている。
【０００７】
また、このように形成されたリード線付きコンデンサ２０には、リード線３の一部と、基板１及び電極２を内包する外装材４が形成される。なお、図４（ａ），（ｂ）においては、外装材４は破線にて示している。
【０００８】
ここで、図４（ａ）は従来のリード線付きコンデンサの実装状態を示す正面図であり、図４（ｂ）は従来のリード線付きコンデンサの実装状態を示す側面図である。なお、図４（ａ），（ｂ）において、５は回路基板、６はスルーホールである。
【０００９】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、従来のリード線付きコンデンサ２０は、リード線３の一部と、基板１及び電極２を内包する外装材４が形成されている。そして、外装材４から突出した２本のリード線３は、リード線付きコンデンサ２０の幅方向では、離間し略平行に延設され、厚み方向では、外装材４近傍では離間しているが、その先では重なるように構成されている。
【００１０】
そして、リード線付きコンデンサ２０の２本のリード線３は、回路基板５のスルーホール６に挿入されて、回路基板５の裏面（図４（ａ），（ｂ）中下側）で半田接合され、実装される。この時、リード線付きコンデンサ２０の外装材４の最下部と回路基板５の間にはリード線３の一部が介在し、距離ｈを有することになる。
【００１１】
ここで、リード線付きコンデンサ２０が回路基板５との距離ｈを確保するのは、半田接合時の熱の影響に配慮するためである。即ち、リード線３が回路基板５の裏面で半田接合される場合に、その接合時の熱はリード線３を伝導して、リード線３と外装材４内の電極２との半田接合に影響を与える事が考えられる。そこで、回路基板５の裏面の半田接合からの熱の影響を避けるために、距離ｈを確保した状態で実装されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の構成では次のような問題があった。
【００１３】
回路基板５に対してリード線付きコンデンサ２０を実装する場合には、自動挿入機を使用し、リード線付きコンデンサ２０のリード線３を回路基板５のスルーホール６に挿入する。
【００１４】
この際、自動挿入機の挿入力によっては、外装材４から突出したリード線３の全ての部分がスルーホール６に入り込んでしまい、外装材４の最下部が回路基板５と接触したり、更に、外装材４の最下部がスルーホール６に入り込むと言う事もあった。
【００１５】
そして、外装材４から突出したリード線３の全ての部分がスルーホール６に入り込んでしまい、外装材４の最下部が回路基板５と接触すると、回路基板５を傷つけると言う問題があり、傷が顕著な場合には、実装部品の一つであるリード線付きコンデンサ２０を交換するだけでなく、回路基板５自体を交換しなければならない事もあった。
【００１６】
また、外装材４から突出したリード線３の全ての部分がスルーホール６に入り込んでしまう事によって、回路基板５との距離ｈを確保する事ができす、半田接合時の熱の影響を受けてしまうと言う問題があった。
【００１７】
更に、外装材４から突出したリード線３の全ての部分がスルーホール６に入り込み、外装材４の最下部までもがスルーホール６に入り込めば、外装材４がスルーホール６の一方の開口（回路基板５表面）を塞いでしまうことになる。そして、この状態でリード線３を回路基板５の裏面で半田接合すると、その半田接合時に用いる半田フラックスがスルーホール６を通して回路基板５の表面に抜け出ることができす、スルーホール６内に残留してしまう。そして、この半田フラックスの溶剤がスルーホール６内に充満し、回路基板５の裏面の半田接合を阻害すると言う問題があった。更に、実装時だけでなく、リード線付きコンデンサ２０が実装された回路基板５を搭載した電子機器に熱履歴が与えられて、スルーホール６内に留まった半田フラックスの残留溶剤が極微量揮発した場合でも、スルーホール６内に充満し、回路基板５の裏面の半田接合強度を低下させ、接続不良を生じると言う問題もあった。
【００１８】
また、外装材４から突出したリード線３の全ての部分がスルーホール６に入り込んで、外装材４がスルーホール６を完全に塞がない程度に外装材４の最下部がスルーホール６に入り込んだ場合でも、外装材４によって、スルーホール６内の導通や、半田接合を阻害する問題がある。これを防ぐために、外装材４の最下部、即ち、リード線３の付け根部分における外装材４の径はスルーホール６の径よりも大きく形成する事も考えられるが、この部分の外装材４のみを厚く塗着することは困難であり、意図的に厚く塗着すれば、バリや塗装トビが発生してしまう。そして、外装材４の塗着方法も複雑となり、その管理も困難であり、生産効率が低下する可能性があった。
【００１９】
また、リード線付きコンデンサ２０の２本のリード線３の間隔寸法と、回路基板５のスルーホール６の間隔寸法とを若干ずらして、両者による摩擦力によって、外装材４から突出したリード線３の全ての部分がスルーホール６に入り込んでしまうことを防止することも考えられるが、両者の間隔寸法の差を大きくすると、挿入するのが困難になる上、摩擦力が過大になり過ぎ、外装材４の最下部と回路基板５の間でリード線３が押しつぶされる事になる。そこで、最適な間隔寸法差を見出すことが必要となるが、極めて狭い範囲になる上、リード線付きコンデンサ２０と回路基板５を高い寸法精度で製造しなければならず、両者の寸法精度を維持するのは困難であり、生産効率や歩留まりの低下を引き起こし、現実的ではない。
【００２０】
また、これらの問題を解決するために、自動挿入機の挿入力を適宜微調整する方法も考えられるが、実装するリード線付きコンデンサ２０の大きさ、リード線長、リード線径等の種別毎に調整するのも煩雑であり、加えて、実装するリード線付きコンデンサ２０にも若干のばらつきがあるので、適宜微調整することは、生産効率を考えれば事実上不可能に近い。
【００２１】
このように、従来のリード線付きコンデンサ２０は上記課題を有しているが、これは、一例として説明したリード線付きコンデンサ２０に限ったことではなく、リード線付きの電子部品の全てが有する課題である。
【００２２】
そして、近年環境保護の要求から、半田は鉛（Ｐｂ）フリー半田の必要性が高まっており、この鉛（Ｐｂ）フリー半田による半田付け温度は、従来の半田付け温度よりも高い温度が必要とされるため、回路基板に実装される電子部品にとって、上述した問題は顕著化することになる。
【００２３】
そこで本発明は上記課題を解決するものであり、電子部品の外装材と回路基板との距離を確実に確保することが可能であり、半田接合時の熱の影響を受けにくく、半田接合強度が安定して維持可能であると共に、鉛（Ｐｂ）フリー半田を使用可能な電子部品及びそれを実装した回路基板を提供することを目的とするものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の電子部品は、基板と、基板の両主表面にそれぞれ設けられた電極と、電極にそれぞれ接合された一対のリード線と、基板及び電極と、一対のリード線を被覆する外装材とを備えた電子部品であって、電子部品の幅方向において、一対のリード線は外装材から突出して互いに離間して略平行に延設され、折り曲げられて離間距離を狭めた状態で略平行に延設され、一対のリード線の外装材から突出した部分の離間距離をＦ１とし、一対のリード線の折り曲げられて延設された部分の離間距離をＦ２とし、リード線の線径をφｄとすると、φｄ×１．０≦Ｆ１−Ｆ２≦φｄ×２．０を満し、前記離間距離は電子部品を正面から見た投影図における幅方向の距離であるとしたものである。
【００２５】
また、本発明の回路基板は、スルーホールを備え、本発明の電子部品の一対のリード線がスルーホールに挿入される回路基板であって、回路基板と、電子部品の外装材の最下部との距離が０．５ｍｍ以上である構成としたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、基板と、基板の両主表面にそれぞれ設けられた電極と、電極にそれぞれ接合された一対のリード線と、基板及び電極と、一対のリード線の一部を被覆する外装材とを備えた電子部品であって、電子部品の幅方向において、一対のリード線は外装材から突出して互いに離間して略平行に延設され、折り曲げられて離間距離を狭めた状態で略平行に延設され、一対のリード線の外装材から突出した部分の離間距離をＦ１とし、一対のリード線の折り曲げられて延設された部分の離間距離をＦ２とし、リード線の線径をφｄとすると、φｄ×１．０≦Ｆ１−Ｆ２≦φｄ×２．０を満し、前記離間距離は電子部品を正面から見た投影図における幅方向の距離とすることを特徴とする電子部品であり、電子部品のリード線を回路基板のスルーホールに挿入する場合にも、外装材から突出したリード線の全ての部分がスルーホールに入り込んでしまう事もなく、更に、外装材の最下部が回路基板と接触したり、外装材の最下部がスルーホールに入り込んでしまう事もない。
【００２９】
請求項２に記載の発明は、基板と、基板の両主表面にそれぞれ設けられた電極と、電極にそれぞれ接合された一対のリード線と、基板及び電極と、一対のリード線の一部を被覆する外装材とを備えた電子部品であって、電子部品の幅方向において、一対のリード線は外装材から突出して互いに離間して略平行に延設され、折り曲げられて離間距離を狭めた状態で略平行に延設されると共に、電子部品の厚み方向においては、一対のリード線は外装材から突出して互いに離間して略平行に延設され、折り曲げられて電子部品の厚みを略半分にする位置で互いに重なるように略平行に延設され、リード線の折り曲げられた部分と電子部品の厚みを略半分にする位置で延設される部分がなす角度が、４０°〜６５°であり、一対のリード線の外装材から突出した部分の離間距離をＦ１とし、一対のリード線の折り曲げられて延設された部分の離間距離をＦ２とし、リード線の線径をφｄとすると、φｄ×１．０≦Ｆ１−Ｆ２≦φｄ×２．０を満し、前記離間距離は電子部品を正面から見た投影図における幅方向の距離であることを特徴とする電子部品であって、電子部品のリード線を回路基板のスルーホールに挿入する場合にも、外装材から突出したリード線の全ての部分がスルーホールに入り込んでしまう事もなく、更に、外装材の最下部が回路基板と接触したり、外装材の最下部がスルーホールに入り込んでしまう事を確実に抑制できる。
【００３１】
請求項３に記載の発明は、請求項１，２において、リード線を被覆する外装材の径が、リード線を挿入する回路基板のスルーホールの径よりも小さい事を特徴とする電子部品であり、電子部品のリード線を回路基板のスルーホールに挿入する場合にも、外装材から突出したリード線の全ての部分がスルーホールに入り込んでしまう事もなく、更に、外装材の最下部がスルーホールに入り込んでしまう事がないので、リード線を被覆する外装材の径が小さいものでも使用可能であり、外装材形成において生産性を向上させることができる。
【００３２】
請求項４に記載の発明は、スルーホールを備え、請求項１〜３いずれか１記載の電子部品の一対のリード線がスルーホールに挿入される回路基板であって、回路基板と、電子部品の外装材の最下部との距離が０．５ｍｍ以上であることを特徴とする回路基板であり、電子部品に対して実装時の半田接合の熱の影響を抑制することができる。
【００３３】
以下、本発明の電子部品について、図面を参照しながら詳しく説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の一実施の形態における電子部品を示す正面図であり、図１（ｂ）は本発明の一実施の形態における電子部品を示す側面図である。そして、図１（ａ），（ｂ）において、１は基板、２は電極、３はリード線、４は外装材である。また、１０は電子部品である。なお、従来の技術で説明したものと同様な部分には同じ符号を付してある。
【００３５】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、電子部品１０は、誘電体セラミックからなる円盤状の基板１の両主表面に、それぞれ電極２が形成され、更に、電極２には、それぞれ一対のリード線３が半田接合された構成である。更に、リード線３の一部と、基板１及び電極２を内包する外装材４が形成される。なお、図１（ａ），（ｂ）においては、外装材４は破線にて示している。
【００３６】
基板１としては、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム等の誘電体材料の主成分に、酸化ビスマス、酸化チタン、酸化マンガン等の添加剤やその他焼成助剤等を混合し、これを焼成した誘電体セラミックスを用いることができる。
【００３７】
また、電極２としては、例えば、Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｚｎの中から選ばれる少なくとも１種以上の金属を用いることができる。
【００３８】
更に、リード線３としては、例えば、ＪＩＳ Ｃ３１０２で規定される電気用軟銅線を原料とし、これに電気メッキ、又は、溶融半田を施した線材を使用することができる。
【００３９】
外装材４としては、絶縁性を有する材料を用いられ、例えば、絶縁性樹脂、ガラス等を用いることができる。この中でも、絶縁性樹脂が加工適正、低価格であり好ましく、更に、熱硬化型のエポキシ樹脂が強度、耐湿性に優れているので特に好ましい。
【００４０】
また、図１（ａ）に示すように、一対のリード線３は、基板１の表裏面でクロスするように電極２にそれぞれ接合され、折り曲げられて、略平行になるように互いに離間して延設され、更に折り曲げられて、双方の離間距離を狭めた状態で略平行に延設されている。
【００４１】
更に、図１（ｂ）に示すように、基板１の両主表面の電極２に接合された一対のリード線３は、基板１を間に挟んで離間し平行に延設されるが、折り曲げられて、最終的には、基板１の厚み方向で重なるように引き出されている。そして、一対のリード線３は、離間距離の略半分の位置、即ち、基板１の厚みを略半分にする位置で重なっている。
【００４２】
ここで、図２（ａ）は本発明の一実施の形態における電子部品の実装状態を示す正面図であり、図２（ｂ）は本発明の一実施の形態における電子部品の実装状態を示す側面図である。なお、図２（ａ），（ｂ）において、５は回路基板、６はスルーホールである。
【００４３】
上述したように、電子部品１０は、リード線３の一部と、基板１及び電極２を内包する外装材４が形成されている。そして、外装材４から突出した一対のリード線３は、電子部品１０の幅方向では、離間して略平行に延設され、折り曲げられて、双方の離間距離を狭めた状態で略平行に延設されている。更に、外装材４から突出した一対のリード線３は、電子部品１０の厚み方向では、外装材４近傍では離間しているが、その先では重なるように構成されている。そして、２本のリード線３は、離間距離の略半分の位置、即ち、電子部品１０の厚みを略半分にする位置で重なっている。
【００４４】
そして、電子部品１０の２本のリード線３は、回路基板５のスルーホール６に挿入されて、回路基板５の裏面（図２（ａ），（ｂ）中下側）で半田接合され実装される。
【００４５】
ここで、図１（ａ），（ｂ）及び図２（ａ），（ｂ）において、θはそれぞれのリード線３が電子部品１０の厚み方向においてなす角度である。具体的にいえば、外装材４から突出した後に、折り曲げられた部分と、離間距離の略半分の位置、電子部品１０の厚みを略半分にする位置で重なっている部分とがなす角度である。
【００４６】
また、Ｆ１は一対のリード線３の外装材４側の離間距離であり、Ｆ２は２本のリード線３の先端側、即ち、回路基板５のスルーホール６に挿入される部分の離間距離である。
【００４７】
まず、角度θは、４０°〜６５°の範囲にあることが好ましい。４０°未満であると、外装材４から突出したリード線３の全ての部分がスルーホール６に入り込み易くなる。また、６５°よりも大きくなると、外装材４の最下部と回路基板５の間でリード線３が押しつぶされ易くなり、更にリード線３を折り曲げ加工する際に、リード線３の変形度合いが大きくなるので、リード線３に傷が入ったり、場合によっては折れたりすることがある。
【００４８】
そして、一対のリード線３が離間する距離をスルーホール６への挿入部分で狭くすることによって、即ち、Ｆ１＞Ｆ２とすることによって、外装材４から突出したリード線３の全ての部分がスルーホール６に入り込むこともない。
【００４９】
更に、電子部品１０のリード線３の線径をφｄとすると、Ｆ１、Ｆ２は次の関係式を満たすことが好ましい。
【００５０】
φｄ×１．０≦Ｆ１−Ｆ２≦φｄ×２．０
そして、リード線３の離間距離Ｆ１とＦ２の差が、線径φｄの１．０倍よりも小さいと、外装材４から突出したリード線３の全ての部分がスルーホール６に入り込み易くなり、線径φｄの２．０倍よりも大きくなると、外装材４の最下部と回路基板５の間でリード線３が押しつぶされ易くなり、更にリード線３を折り曲げ加工する際に、リード線３の変形度合いが大きくなるので、リード線３に傷が入ったり、場合によっては折れたりすることがある。
【００５１】
なお、リード線３の切断面形状が円形である場合には、線径φｄは直径であり、リード線３の切断面形状が円形でない場合には、リード線３の線幅の最大長である。ここでは、直径、線幅を含む意味で線径と定義している。
【００５２】
そして、これらの関係式は、離間距離Ｆ１、Ｆ２、線径φｄのパラメータを変更し、自動挿入機による挿入試験を行って、実験的に導き出されたものである。
【００５３】
なお、電子部品１０の厚み方向でリード線３がなす角度θを４０°〜６５°とするか、或いは、幅方向のリード線３の離間距離をＦ１＞Ｆ２、更にφｄ×１．０≦Ｆ１−Ｆ２≦φｄ×２．０とするか、いずれか一方の構成によって、外装材４から突出したリード線３の全ての部分がスルーホール６に入り込んでしまう事や、外装材４の最下部と回路基板５の間でリード線３が押しつぶされる事を防止できるが、双方の構成を共に備えることが更に好ましい。
【００５４】
そして、図２（ａ），（ｂ）に示すように、このような構成を備えた電子部品１０の２本のリード線３を、回路基板５のスルーホール６に挿入し、回路基板５の裏面で半田接合して実装する時、電子部品１０の外装材４の最下部と回路基板５の間にはリード線３の一部が介在して距離ｈが確実に確保される。なお、距離ｈとは、外装材４の最下部と回路基板５間の距離であるが、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。０．５ｍｍとすることで、半田接合時の熱の影響を受けにくく、半田フラックスを確実に排出できる。
【００５５】
そして、電子部品１０の外装材４の最下部と回路基板５の間の距離ｈが確実に確保できるので、電子部品１０の外装材４の最下部、即ち、リード線３の付け根部分における外装材４の径は、スルーホール６の径よりも小さくする事もできる。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、電子部品１０は誘電体セラミックで構成された基板１を備えるコンデンサを例に説明したが、コンデンサに限定されるものではなく、抵抗器、サーミスタ、インダクタ、バリスタ等のリード線３と外装材４を備えた全ての電子部品１０に用いることができるのは言うまでもない。
【００５７】
そして、このように構成することによって、電子部品１０の一対のリード線３を回路基板５のスルーホール６に挿入する場合にも、外装材４から突出したリード線３の全ての部分がスルーホール６に入り込んでしまう事もなく、更に、外装材４の最下部と回路基板５の間でリード線３が押しつぶされる事もない。そして、外装材４の最下部が回路基板５と接触したり、外装材４の最下部がスルーホール６に入り込み、外装材４がスルーホール６を塞ぐこともない。
【００５８】
よって、電子部品１０の外装材４の最下部と回路基板５の間にはリード線３の一部が介在し、距離ｈを確実に維持可能であるので、半田接合時の熱の影響を受けにくく、半田接合強度が安定しており、電子部品１０の実装には半田付け温度の高い鉛（Ｐｂ）フリー半田を使用可能となる。
【００５９】
【発明の効果】
電子部品の外装材と回路基板との距離を確実に確保することが可能であり、半田接合時の熱の影響を受けにくく、半田接合強度が安定して維持可能であると共に、鉛（Ｐｂ）フリー半田を使用可能な電子部品及びそれを実装した回路基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態における電子部品を示す正面図
（ｂ）本発明の一実施の形態における電子部品を示す側面図
【図２】（ａ）本発明の一実施の形態における電子部品の実装状態を示す正面図
（ｂ）本発明の一実施の形態における電子部品の実装状態を示す側面図
【図３】（ａ）従来のリード線付きコンデンサを示す正面図
（ｂ）従来のリード線付きコンデンサを示す側面図
【図４】（ａ）従来のリード線付きコンデンサの実装状態を示す正面図
（ｂ）従来のリード線付きコンデンサの実装状態を示す側面図
【符号の説明】
１ 基板
２ 電極
３ リード線
４ 外装材
５ 回路基板
６ スルーホール
１０ 電子部品
２０ リード線付きコンデンサ

Claims (4)

1. 基板と、前記基板の両主表面にそれぞれ設けられた電極と、前記電極にそれぞれ接合された一対のリード線と、前記基板及び電極と、前記一対のリード線の一部を被覆する外装材とを備えた電子部品であって、
   前記電子部品の幅方向において、前記一対のリード線は前記外装材から突出して互いに離間して略平行に延設され、折り曲げられて離間距離を狭めた状態で略平行に延設され、
   前記一対のリード線の前記外装材から突出した部分の離間距離をＦ１とし、前記一対のリード線の折り曲げられて延設された部分の離間距離をＦ２とし、リード線の線径をφｄとすると、
   φｄ×１．０≦Ｆ１−Ｆ２≦φｄ×２．０を満たし、前記離間距離は電子部品を正面から見た投影図における幅方向の距離である事を特徴とする電子部品。
2. 基板と、前記基板の両主表面にそれぞれ設けられた電極と、前記電極にそれぞれ接合された一対のリード線と、前記基板及び電極と、前記一対のリード線の一部を被覆する外装材とを備えた電子部品であって、
   前記電子部品の幅方向において、前記一対のリード線は前記外装材から突出して互いに離間して略平行に延設され、折り曲げられて離間距離を狭めた状態で略平行に延設されると共に、
   前記電子部品の厚み方向においては、前記一対のリード線は前記外装材から突出して互いに離間して略平行に延設され、折り曲げられて前記電子部品の厚みを略半分にする位置で互いに重なるように略平行に延設され、前記リード線の折り曲げられた部分と前記電子部品の厚みを略半分にする位置で延設される部分がなす角度が、４０°〜６５°であり、
   前記一対のリード線の前記外装材から突出した部分の離間距離をＦ１とし、前記一対のリード線の折り曲げられて延設された部分の離間距離をＦ２とし、リード線の線径をφｄとすると、
   φｄ×１．０≦Ｆ１−Ｆ２≦φｄ×２．０を満し、前記離間距離は電子部品を正面から見た投影図における幅方向の距離である事を特徴とする電子部品。
3. 前記リード線を被覆する外装材の径が、前記リード線を挿入する回路基板のスルーホールの径よりも小さい事を特徴とする請求項１，２いずれか１記載の電子部品。
4. スルーホールを備え、請求項１〜３いずれか１記載の電子部品の一対のリード線が前記スルーホールに挿入される回路基板であって、前記回路基板と、前記電子部品の外装材の最下部との距離が０．５ｍｍ以上であることを特徴とする回路基板。

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