JP6007833B2 - 回転式製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転式製造装置に関する。

従来、ロータリーテーブルの回転に伴って、ロータリーテーブル上に設けられた複数のワークユニットにおいて製造工程を逐次的に進行する回転式製造装置が知られている。ここで、「ワークユニット」とは、加工対象物であるワークを支持し又は受容する一式の部材群を総称していう。例えば、成形機やプレス加工機の場合にはワークが成形される成形金型、組立機の場合にはワークを受ける受け治具、食品や薬品等の混合装置のようにワークが液体の場合には液体を注入する容器等がワークユニットに該当する。

このような回転式製造装置において、ワークユニットに対し加圧、供給、操作等の作用を与える作用手段を回転軸と平行な方向に移動させる駆動機構を備えたものがある。例えば特許文献１に開示された回転式圧縮成形機では、粉末が充填される臼がワークユニットに相当し、臼に対し上方及び下方から移動し臼内の粉末を圧縮する上杵及び下杵が作用手段に相当する。下杵は、昇降駆動源であるソレノイドの駆動力が駆動レバー、押上げレバー、成形ロール又は取出しカム等の駆動機構を経由して伝達されることにより押上げられる。

実公昭６２−１７１９０号公報

特許文献１の装置では、回転盤を回転させる回転駆動源とは別に、押上げレバーを介して成形ロール及び取出しカムを昇降させるための昇降駆動源が設けられている。この例では成形ロールと取出しカムとが周方向の比較的近い位置にあるため、１つの昇降駆動源の駆動力を共通に利用しているが、仮に、周方向の互いに離れた位置で作用手段をそれぞれ駆動させる場合には、別の昇降駆動源をさらに設ける必要があると考えられる。したがって、駆動源の数が増加し、装置の構成が複雑となり、また装置の体格が大型になるという問題がある。
また、特許文献１の装置では下杵を下方から上方へ押上げるのみであり、上方から下方への戻りは下杵の重力に依存している。したがって、摺動部に異物が噛み込んだとき等に下杵が下がらず、作動が不確実となるおそれがある。また、この構成では横型機に適用することができない。

本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸と平行な方向に作用手段を移動させる駆動機構を設けた回転式製造装置において、駆動源の数を減らし、且つ作用手段を確実に作動させることが可能な回転式製造装置を提供することにある。

本発明の回転式製造装置は、ロータリーテーブルと、ロータリーテーブルを回転させる駆動力を発生する回転駆動源と、複数のワークユニットと、カムレールと、複数の作用手段と、を備える。
複数のワークユニットは、ロータリーテーブルの回転軸を中心とする円周上に配置され、ロータリーテーブルと共に回転する。
カムレールは、複数のワークユニットに対し回転軸方向の少なくとも一方において周設され、周方向の位置に応じて回転軸方向の位置が変化するように形成されている。
複数の作用手段は、ワークユニット毎に対応して設けられ、ロータリーテーブルと共に回転しつつカムレールの形状に倣って回転軸方向に移動し、対応するワークユニットに対して周期的に接近又は離間する。
また、ワークユニットは、「外部から圧油を導入する導油口が連通し、導油口に導入される油量を調節することで圧力が微調整される油室」が形成されている。好ましくは、油室内の圧力は、導油口の上流側に設けられた油量調節ネジにより微調整される。
本発明の回転式製造装置は、ワークユニットに対する作用手段の作動、及び、油室の容積変化によって製品を製造することを特徴とする。

この構成により、本発明の回転式製造装置は、ロータリーテーブルを回転させる回転駆動源の駆動力のみで、ワークユニットに対し作用手段を回転軸と平行な方向に移動させることができる。したがって、駆動源の数を最小とすることができる。よって、駆動源を複数備える装置に比べ、装置の体格を小型にすることができる。
また、作用手段は、カムレールの形状に倣って回転軸方向の双方向に強制的に駆動される。したがって、従来技術のように一方向への移動を作用手段自体の重力に依存するものでないため、作用手段を確実に作動させることができる。また、この構成を横型機に適用することができる。

本発明の回転式製造装置は、例えば、溶融樹脂等の流動体、又は粉末の材料を圧縮成形する回転式圧縮成形機として用いることができる。この場合、ワークユニットは、材料が充填されるキャビティを有し油室が形成されている成形金型を含み、さらに、油室の容積を変化させキャビティ内の材料を加圧圧縮するピストンを往復移動可能に収容するシリンダ部を含んでもよい。ここで、「ワーク」とは、圧縮成形前の材料、途中工程の半製品、及び最終的な成形品等、ワークユニットに支持又は受容された加工対象物全てを総称する。
より具体的には、縦型の回転式圧縮成形機にアッパーカムレール及びロアカムレールを設け、ロアカムレールを用いてピストンを駆動することでキャビティ内の材料を加圧圧縮し、また、アッパーカムレールを用いて成形金型上部の作用手段を駆動することで、キャビティへの材料供給口を開閉したり、成形品を取り出したりすることができる。

本発明の一実施形態による回転式圧縮成形機の全体構成を示す模式図である。 作動ユニット及びカムレールの構成を示す図１の要部拡大図である。 本発明の一実施形態による回転式圧縮成形機の第１工程（材料投入工程）の模式図である。 同上の第２工程（型閉じ工程）の模式図である。 同上の第３工程（加圧工程）の模式図である。 同上の第４工程（除圧工程）の模式図である。 同上の第５工程（型開き工程）の模式図である。 同上の第６工程（成形品外し工程）の模式図である。 同上の第７工程（成形品排出工程）の模式図である。

以下、本発明の実施形態による回転式製造装置について図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による回転式製造装置は、点火プラグの碍子の製造において、金属酸化物等の絶縁体粉末材料を加圧圧縮成形する回転式圧縮成形機である。
図１に示すように回転式圧縮成形機１０は、ロータリーテーブル１１、ロータリーフレーム１２、アッパーカムレール１３、ロアカムレール１４、支柱１５、基台１６、駆動モータ１７、アッパー作動ユニット２０、ロア作動ユニット２５、ワークユニット３００、その他図示しない制御盤等を備えた縦型機である。

最初に図１を参照して、回転式圧縮成形機１０の全体構成の概要を説明する。ここで、図１は、各部材の主要な構成や相互の関係を模式的に図示するものであり、各部材の連結や動力伝達等の機械的設計事項は省略している。また、図１（ａ）は、図１（ｂ）の正確なａ方向矢視図ではなく、ロータリーテーブル１１上の状態を見やすくするため、ロータリーフレーム１２を無いものとして仮想線（２点鎖線）で示している。

支柱１５及び基台１６は静止している。アッパーカムレール１３及びロアカムレール１４は、図示しない支持手段によって支持され、静止している。アッパーカムレール１３はワークユニット３００の上方に、ロアカムレール１４はワークユニット３００の下方に、それぞれ周設されており、周方向の位置に応じて高さが変化するように形成されている。
支柱１５の内部には、「回転駆動源」としての駆動モータ１７が収容されている。駆動モータ１７の駆動力が図示しない動力伝達機構によって伝達されることで、ロータリーテーブル１１及びロータリーフレーム１２は、静止した支柱１５等に対し、回転軸Ｏを中心として互いに同期して回転可能となっている。

アッパー作動ユニット２０、ロア作動ユニット２５、ワークユニット３００は、それぞれ、平面視で仮想円周Ｖ上に、略回転対称で複数（本実施形態では７セット）設けられている。アッパー作動ユニット２０及びロア作動ユニット２５は、特許請求の範囲に記載の「作用手段」に相当する。

成形金型３０とシリンダ部５０とからなるワークユニット３００は、ロータリーテーブル１１に搭載され、ロータリーテーブル１１と共に回転する。
ロア作動ユニット２５は、ワークユニット３００のシリンダ部５０内にロッド２８が挿通することで、ロータリーテーブル１１に追従して回転しつつ、回転軸方向（図１（ｂ）の上下方向）に昇降可能である。

アッパー作動ユニット２０は、ロータリーフレーム１２に形成された穴に上型２３の軸部２３１が挿通することで、ロータリーフレーム１２に追従して回転しつつ、回転軸方向に昇降可能である。
したがって、アッパー作動ユニット２０、ロア作動ユニット２５、ワークユニット３００は、これらが１セットとなり、回転軸Ｏを中心として回転する。また、アッパー作動ユニット２０、ロア作動ユニット２５、ワークユニット３００の各セットは、共通のユニット中心軸Ｑに対し同軸に設けられている。

静止した基台１６を基準とし、アッパー作動ユニット２０、ロア作動ユニット２５、ワークユニット３００の各セットが逐次移動する位置をステージＳ１〜Ｓ７という。例えば図１（ａ）のステージＳ１にあるワークユニット３００に注目すると、このワークユニット３００は、ステージＳ１から平面視で時計回り方向に回転し、ステージＳ２、Ｓ３・・・を順に経由してステージＳ７に至る。各ステージでは、ワークユニット３００に対するアッパー作動ユニット２０及びロア作動ユニット２５等の作用によって、後述する第１工程から第７工程までの一連の製造工程が逐次実行される。
このように、回転式圧縮成形機１０は、ロータリーテーブル１１が一回転する間に一連の製造工程を実行し、成形品Ｐを成形する。

続いて図１〜図４を参照して、各部の詳細な構成を説明する。
まず、図３、図４を参照して、ワークユニット３００の構成を説明する。ワークユニット３００は、上側の成形金型３０と下側のシリンダ部５０とが結合されている。

成形金型３０は、アウターブロック３１、アッパーブロック３２、インナーブロック３３、ロアブロック３６、ブッシュ３７、ゴム型４１等を含む。この中で、成形品Ｐが成形されるキャビティＣを直接形成する部材はゴム型４１であり、その他の部材は、ゴム型４１を保持し、又は、ゴム型４１を加圧圧縮するための圧油Ｌの油路を構成する。
ゴム型４１は、上方に開口した有底筒状であり、径外側がインナーブロック３３で、上側がアッパーブロック３２で、下側がロアブロック３６で保持される。ゴム型４１は弾性変形可能であり、圧油Ｌにより外壁が押圧されることで、内側に形成されたキャビティＣが圧縮される。

アウターブロック３１は、成形金型３０の最外層として、インナーブロック３３、アッパーブロック３２、ロアブロック３６及びブッシュ３７を収容し、径外側から保持する。
アッパーブロック３２は、上方に開口するテーパ状の材料供給口３２２を有している。材料供給口３２２の口元側の端面３２１は、上型２３のボディ部２３２に対向する。材料供給口３２２の奥側には、上型２３の加圧部２３３の先端が嵌合する嵌合孔３２３が形成されている。

インナーブロック３３は、径内側にゴム型収容部３４を有している。インナーブロック３３とアウターブロック３１との間には環状油路３５１が形成されている。また、環状油路３５１とゴム型収容部３４とを連通する放射状油路３５２が、回転軸方向に複数段形成されている。最下段の放射状油路３５２は、ゴム型４１に形成された貫通孔４２の上方に連通する。

ロアブロック３６は、ゴム型４１の貫通孔４２の下方に連通する分配油路３５３が形成されている。
筒状のブッシュ３７は、ロアブロック３６の底面を下側から押えるとともに、内側に油室３８が形成されている。油室３８には、外部から圧油Ｌを導入する導油口３９が連通する。導油口３９の上流側に図示しない油量調節ネジを設けることで、油量を調節し、油室３８内の圧力を微調整することができる。

シリンダ部５０は、シリンダブロック５１及びピストン５５を含む。シリンダブロック５１の外壁５２１がロータリーテーブル１１の取付孔１１１に挿入され、フランジ面５２２がロータリーテーブル１１の端面１１２に当接するように結合されることで、ワークユニット３００はロータリーテーブル１１に固定される。
シリンダブロック５１には、ピストン５５の小径部５５１が内壁を摺動するシリンダ５３、及び、ピストン５５の大径部５５２が内壁を摺動する収容室５４が形成されている。シリンダ５３の内壁、及びピストン５５の小径部５５１の上端面は、油室３８の底部を区画する。ピストン５５が昇降することで、油室３８の容積を変化させる。

次に、アッパー作動ユニット２０及びロア作動ユニット２５について説明する。
アッパー作動ユニット２０は、ハウジング２１、カムフォロワ２２、上型２３、センタピン２４を含む。図２（ａ）に示すように、ハウジング２１に収容されたローラ状のカムフォロワ２２は、アッパーカムレール１３の上下を挟むように設けられる。ハウジング２１及びカムフォロワ２２がアッパーカムレール１３に対し周方向に移動すると、アッパー作動ユニット２０は、アッパーカムレール１３の形状に倣って昇降する。

上型２３は、軸部２３１、ボディ部２３２及び加圧部２３３が同軸に連結されている。軸部２３１は、ロータリーフレーム１２を貫通し、ハウジング２１とボディ部２３２とを連結する。ボディ部２３２は、相対的に大径であり、下降したとき、成形金型３０のアッパーブロック３２の端面３２１に対向する。加圧部２３３は、ボディ部２３２より小径であり、下降したとき、アッパーブロック３２の嵌合孔３２３に嵌合し、キャビティＣ内の粉末材料Ｍに荷重を掛ける。

加圧部２３３の先端に連結され、加圧部２３３よりさらに小径のセンタピン２４は、下降したとき、キャビティＣの粉末材料Ｍの中心に挿入される。そして、センタピン２４の周囲で粉末材料Ｍが圧縮され硬化し成形品Ｐが成形された後、周囲に成形品Ｐを伴って引き上げられることで、成形品ＰをキャビティＣから抜き出す役割をする。

ロア作動ユニット２５は、ハウジング２６、カムフォロワ２７、ロッド２８を含む。アッパー作動ユニット２０と同様の図２（ｂ）に示すように、ハウジング２６に収容されたローラ状のカムフォロワ２７は、ロアカムレール１４の上下を挟むように設けられる。ハウジング２６及びカムフォロワ２７がロアカムレール１４に対し周方向に移動すると、ロア作動ユニット２５は、ロアカムレール１４の形状に倣って昇降する。
図４に示すように、ロッド２８の先端は鉤状になっており、ピストン５５の大径部５５２と連結している。したがって、ロア作動ユニット２５が昇降することにより、シリンダ部５０の収容室５４においてピストン５５が往復移動する。

上述のように、アッパーカムレール１３及びロアカムレール１４は周方向の位置に応じて高さが変化するように形成されている。そのため、ロータリーテーブル１１の回転に伴い、アッパー作動ユニット２０及びロア作動ユニット２５がアッパーカムレール１３及びロアカムレール１４の形状に倣って昇降することで、センタピン２４又はロッド２８は、ワークユニット３００に対して周期的に接近又は離間する。

次に、回転式圧縮成形機１０による７段階の製造工程について、図３〜図９を参照して説明する。これら７段階の製造工程は、図１（ａ）に示すロータリーテーブル１１上の７つのステージＳ１〜Ｓ７において逐次的に実行される。この製造工程を通じて、ワークユニット３００に対し、アッパー作動ユニット２０のセンタピン２４、及び、ロア作動ユニット２５のロッド２８に連結されたピストン５５がユニット中心軸Ｑに沿って昇降する。

アッパー作動ユニット２０は、上限位置ＵＨ、中間位置ＵＭ、下限位置ＵＬの３位置を移動する。図中、ボディ部２３２の略中心の高さがいずれの位置となるかを示す。ロア作動ユニット２５は、第３工程である加圧工程のみ上限位置に移行し、他の６工程で下限位置を維持する。
図中、アッパー作動ユニット２０又はピストン５５の上昇を「ＵＰ」、下降を「ＤＮ」の文字を付したブロック矢印で示す。

＜第１工程（材料投入工程）＞
図３に示すように、ステージＳ１にて、アッパー作動ユニット２０が上限位置ＵＨにある状態で、粉末材料Ｍがアッパーブロック３２の材料供給口３２２からゴム型４１のキャビティＣに投入される。

＜第２工程（型閉じ工程）＞
図４に示すように、ステージＳ２にて、アッパー作動ユニット２０が下限位置ＵＬまで下降すると、センタピン２４が粉末材料Ｍ内に挿入された状態で上型２３の加圧部２３３の先端がアッパーブロック３２の嵌合孔３２３に嵌合し、金型が閉じられる。このとき、キャビティＣ内の粉末材料Ｍに対し、例えば数十ｋＮの荷重が掛かる。

＜第３工程（加圧工程）＞
図５に示すように、ステージＳ３にて、ロア作動ユニット２５のロッド２８の上昇に伴ってピストン５５が収容室５４の上限位置まで上昇する。これにより、圧油Ｌが例えば数十ＭＰａまで加圧され、矢印Ｆで示すように、分配油路３５３、環状油路３５１及び放射状油路３５２を経由してゴム型４１の外壁を押圧する。そして、ゴム型４１が内側に弾性変形することで、キャビティＣ内の粉末材料Ｍが圧縮され、硬化する。

＜第４工程（除圧工程）＞
その後、図６に示すように、ステージＳ４にて、ロア作動ユニット２５のロッド２８の下降に伴ってピストン５５が収容室５４の下限位置まで下降する。これにより、圧油Ｌが除圧され、破線矢印Ｒで示すように油室３８側へ戻される。それに伴い、弾性変形していたゴム型４１が元の形状に戻る。

＜第５工程（型開き工程）＞
図７に示すように、ステージＳ５にて、アッパー作動ユニット２０が中間位置ＵＭまで上昇する。これにより、上型２３の加圧部２３３の先端がアッパーブロック３２の嵌合孔３２３から離脱し型開きすると共に、成形品Ｐは、センタピン２４の周囲に付着してキャビティＣから抜ける。

＜第６工程（成形品外し工程）＞
続いて図８に示すように、ステージＳ６にて、チャックアーム１８が成形品Ｐを把持した状態で、センタピン２４が回転しつつアッパー作動ユニット２０が上限位置ＵＨまで上昇することで、センタピン２４が成形品Ｐから外れる。

＜第７工程（成形品排出工程）＞
最後に図９に示すように、ステージＳ７にて、成形品Ｐを把持したチャックアーム１８が水平方向に動き、成形品Ｐを外部へ排出する。
以上で一連の製造工程を終了する。その後、再びステージＳ１に移行すると、新しい粉末材料Ｍが成形金型３０に投入される。こうして成形品Ｐが連続生産される。

以上のように、本実施形態の回転式圧縮成形機１０では、ロータリーテーブル１１を回転させる駆動モータ１７の駆動力のみで、ワークユニット３００に対し、アッパー作動ユニット２０及びロア作動ユニット２５を回転軸方向に移動させることができる。
本実施形態と対比する回転式圧縮成形機として、例えばワークユニット３００毎に油圧シリンダ、油圧ポンプ及び制御盤を備え、これらをロータリーテーブル１１と共に回転しながら製造工程を実行する装置を想定する。このような装置では、部品点数が増加し、また、増大する回転部重量に耐える剛性を確保するため、体格が大型にならざるを得ない。さらに、モーメントが大きくなるため、高速回転にも不利である。

それに対し、本実施形態の回転式圧縮成形機１０では、駆動源である駆動モータ１７やそれに付随する制御盤等の数を減らすことができる。また、回転部重量が軽くなるため、要求される剛性を低減することができ、装置の体格を小型にすることができる。さらに、モーメントを小さくすることができるため、回転の高速化（例えば数秒／一回転）にも有利となり、製造サイクルタイムの短縮につながる。

また、アッパー作動ユニット２０及びロア作動ユニット２５は、アッパーカムレール１３及びロアカムレール１４の形状に倣って、回転軸方向の双方向に強制的に駆動される。したがって、一方向への移動を作動ユニット自体の重力に依存するものでないため、仮に摺動部に異物を噛み込んだような場合でも、作動ユニットを確実に作動させることができる。

（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態の回転式圧縮成形機において、本発明の要旨以外の部分の構成は、当業者の通常の知識に基づき適宜変更してよい。例えば、ロータリーテーブル１１の回転方向、ワークユニット３００、アッパー作動ユニット２０及びロア作動ユニット２５のセット数、アッパーカムレール１３及びロアカムレール１４の支持構造等については上記実施形態に例示した構成に限らない。

（イ）上記実施形態では、ワークユニット３００の上方及び下方にカムレール及び作動ユニットが設けられている。これに対し、ワークユニット３００の回転軸方向の一方のみにカムレール及び作動ユニットが設けられる構成としてもよい。例えば、圧油Ｌでゴム型を圧縮する工程（上記第３、第４工程）を含まず、上型２３による荷重のみで材料を加圧する装置の場合、上記実施形態のロアカムレール１４を廃止し、アッパーカムレール１３のみを用いる構成とすることができる。

（ウ）図２では、隣接するステージ間のカムレール形状がほぼ直線的に傾斜している。これに対し、例えば加圧工程に対応するステージＳ２、Ｓ３間において、ロアカムレール１４の傾きを細かく変化させることで、加圧の速度を調整することができる。

（エ）回転式圧縮成形機の成形対象材料は、粉末材料に限らず、溶融樹脂等の流動体であってもよい。また、本発明の回転式製造装置は、圧縮成形機の他に、ワークユニットに対して回転軸と平行な方向に作用手段を移動させる駆動機構を設けたあらゆる製造装置に適用することができる。例えば、プレス加工機、受け治具に保持されたワークに対し上下方向から順に部品を組み立てる組立機や圧入機、或いは、容器に注入された液体に対し順に他の液体等を混合、散布する食品や薬品等の製造装置等にも適用することができる。

また、ワークの形状や物性等によっては、回転軸方向が垂直の縦型機に限らず、回転軸方向が水平である横型機に適用することもできる。横型機においては、縦型機である上記実施形態に対し、例えば「アッパー／ロア」を「前／後」、「昇降」を「前進／後退」というように読み替えることで、構成、作用の説明を援用することができる。
以上、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施することができる。

１０ ・・・回転式圧縮成形機（回転式製造装置）、
１１ ・・・ロータリーテーブル、
１３ ・・・アッパーカムレール、 １４ ・・・ロアカムレール、
１７ ・・・駆動モータ（回転駆動源）、
２０ ・・・アッパー作動ユニット（作用手段）、
２５ ・・・ロア作動ユニット（作用手段）、
３００・・・ワークユニット、
３０ ・・・成形金型、
５０ ・・・シリンダ部、 ５５ ・・・ピストン、
Ｃ ・・・キャビティ、 Ｍ ・・・粉末材料。

Claims (5)

1. ロータリーテーブル（１１）と、
   前記ロータリーテーブルを回転させる駆動力を発生する回転駆動源（１７）と、
   前記ロータリーテーブルの回転軸を中心とする円周上に配置され、前記ロータリーテーブルと共に回転する複数のワークユニット（３００）と、
   前記複数のワークユニットに対し前記回転軸方向の少なくとも一方において周設され、周方向の位置に応じて前記回転軸方向の位置が変化するように形成されたカムレール（１３、１４）と、
   前記ワークユニット毎に対応して設けられ、前記ロータリーテーブルと共に回転しつつ前記カムレールの形状に倣って前記回転軸方向に移動し、対応する前記ワークユニットに対して周期的に接近又は離間する複数の作用手段（２０、２５）と、
   を備え、
   前記ワークユニットは、外部から圧油を導入する導油口（３９）が連通し、前記導油口に導入される油量を調節することで圧力が微調整される油室（３８）が形成されており、
   前記ワークユニットに対する前記作用手段の作動、及び、前記油室の容積変化によって製品を製造することを特徴とする回転式製造装置（１０）。
2. 前記油室内の圧力は、前記導油口の上流側に設けられた油量調節ネジにより微調整されることを特徴とする請求項１に記載の回転式製造装置。
3. 前記カムレール及び前記複数の作用手段は、前記複数のワークユニットに対し、前記回転軸方向の一方及び他方に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転式製造装置。
4. 前記複数のワークユニット及び前記複数の作用手段は、一連の製造工程数に対応する個数設けられており、前記ロータリーテーブルが一回転する間に当該一連の製造工程が実行されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転式製造装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転式製造装置において、流動体又は粉末の材料（Ｍ）を圧縮成形する回転式圧縮成形機であって、
   前記ワークユニットは、
   材料が充填されるキャビティ（Ｃ）を有し前記油室が形成されている成形金型（３０）、及び、前記油室の容積を変化させ前記キャビティ内の材料を加圧圧縮するピストン（５５）を往復移動可能に収容するシリンダ部（５０）を含むことを特徴とする回転式圧縮成形機。

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