JP6467505B2 - 塗装装置 - Google Patents

Description

本発明は、シェーピングエアを噴出することにより、塗料を飛ばしてワークに塗布する塗装装置に関する。

自動車のボディ等のワークを塗装する際には、例えば、特許第２６００３９０号公報に開示されるような塗装装置（回転霧化塗装装置）が用いられる。この塗装装置は、ベル状のカップを回転して塗料を吐出するとともに、カップの先端側外周縁に向けてシェーピングエアを噴き出すことで、吐出された塗料を霧化してワークに塗布する。また、この塗装装置のシェーピングエアの噴出方向は、正面視で、カップの外周縁の接線に沿うように設定されている（特許第２６００３９０号公報の図２参照）。

ところで、この種の塗装装置は、噴出したシェーピングエアの広がりにより、カップから吐出した塗料が塗装装置の径方向外側に飛散し易く、ワークに対する塗料の塗着面積が大きくなる傾向がある。このため例えば、塗布範囲が狭いワークには、目的の範囲内に塗料が集中せずに、塗着効率が低下して塗料を無駄にする不都合が生じる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡単な構成によって、シェーピングエアによる塗料の広がりを良好に抑え、ワークへの塗料の塗着効率を向上することができる塗装装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、塗料を吐出するベル状のカップと、前記カップを回転自在に保持する筐体と、前記筐体に設けられ、前記カップの先端側外周縁の径方向外側且つ基端側に位置し、シェーピングエアを先端方向に噴出して吐出された前記塗料をワークに飛ばす複数の噴出口と、を備える塗装装置であって、前記筐体は、前記塗装装置の正面視で、前記先端側外周縁の径方向内側且つ基端側に前記塗料の飛行状態を調整する調整用エアを噴出する複数の調整用噴出口を有し、前記複数の噴出口は、前記先端側外周縁の径方向外側で周方向に沿って相互に独立して設けられると共に、前記複数の調整用噴出口は、前記先端側外周縁の径方向内側で周方向に沿って相互に独立して設けられ、前記複数の調整用噴出口は、前記調整用エアを先端方向且つ前記カップの径方向外側に傾いて噴出し、前記複数の噴出口は、前記正面視で、前記噴出口から前記カップの先端側外周縁に外接する外接接線を引いた場合に、前記外接接線よりも前記カップの径方向内側に傾いて前記シェーピングエアを噴出し、且つ前記シェーピングエアの噴出方向と前記カップの先端側外周縁との交点を通る交点接線に対し、前記シェーピングエアの噴出方向の鋭角側の傾斜角度が、３０°以下の範囲内に設定されていることを特徴とする。

上記によれば、塗装装置は、外接接線よりもカップの径方向内側に傾いてシェーピングエアを噴出する噴出口を有するという簡単な構成により、シェーピングエアによる塗料の広がりを良好に抑えることができる。すなわち、噴出口は、シェーピングエアの噴出方向を外接接線よりも内側に傾けることで、カップの回転に伴う遠心力により飛び出す塗料を、シェーピングエアにより塗装装置の先端方向の狭い範囲に向けて飛行させることができる。これにより、塗装装置は、ワークへの塗料の塗着効率が向上し、例えば、塗布範囲が狭いワークに塗料を集中して塗布し、塗料の無駄を大幅に抑制することができる。

また、噴出口は、シェーピングエアの噴出方向の傾斜角度が３０°以下の範囲内に設定されていることで、実際の塗料の飛行方向を良好に狭めることができる。さらに、塗装装置は、調整用噴出口から調整用エアを噴出することで、カップの径方向外側に広げるように塗料を飛ばすこともでき、塗料の塗布範囲の自由度を高めることができる。

また、前記噴出口は、前記塗装装置の側面視における該噴出口から前記先端側外周縁までの範囲において、前記正面視で、前記シェーピングエアの噴出方向を該先端側外周縁よりも外側に設定することが好ましい。

このように、噴出口は、噴出口から先端側外周縁までの範囲において、シェーピングエアの噴出方向を先端側外周縁よりも外側に設定することで、シェーピングエアをカップの先端側外周縁よりも先端側に充分に流動させることができる。従って、塗装装置は、塗料の飛行方向を一層良好に狭めることができる。

本発明によれば、塗装装置は、簡単な構成によって、シェーピングエアによる塗料の広がりを良好に抑え、ワークへの塗料の塗着効率を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る塗装装置の先端部を示す側面断面図である。 図１の塗装装置の先端部を示す正面図である。 図１の塗装装置の先端部の拡大正面図である。 図１の塗装装置によるシェーピングエアの吐出状態を示す側面図である。 図５Ａは、図１の塗装装置における塗料の飛行方向を示す拡大正面図であり、図５Ｂは、従来の塗装装置における塗料の飛行方向を示す拡大正面図である。

以下、本発明に係る塗装装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係る塗装装置１０は、図１に示すように、塗料を吐出するベル状のカップ１２と、カップ１２を回転自在に保持する筐体１４とを有する回転霧化式の装置に構成されている。この塗装装置１０は、カップ１２の回転時の遠心力により塗料を径方向外側に飛び出させ、且つ筐体１４から噴出するシェーピングエアにより、塗料を先端方向に飛ばして被塗装物であるワーク（図示せず）に塗布する。

具体的には、塗装装置１０は、上記の筐体１４と、筐体１４内に設けられたエアモータ１６と、エアモータ１６により回転するシャフト１８と、シャフト１８の先端に設けられた上記のカップ１２と、シェーピングエアを噴出するエア噴出部２０とを有する。

筐体１４は、塗装装置１０の主な外観を構成し、全体的に円筒状を呈するように形成される。この筐体１４は、側面断面視で、先端方向に向かって先細りに形成され、その先端側に塗料を塗布する塗布部が設けられている。塗布部は、複数の部材を組み付けることによりエア噴出部２０を構成し、さらにその内側にエアモータ１６及びシャフト１８を収容している。

エアモータ１６は、シャフト１８の径方向外側を囲うように設けられ、図示しない圧縮エア源からの圧縮エアの供給により、筐体１４に対し回転自在に取り付けられたシャフト１８を高速回転させる。シャフト１８は、中空円筒状に形成されて筐体１４内を軸方向に延び、その基端側に図示しない高電圧発生装置が接続される。シャフト１８は、高電圧発生装置から供給される負の高電圧を先端側のカップ１２に印加し、塗料を帯電させて静電塗装を実施する。このシャフト１８の内部には管部材２２が設けられている。

管部材２２は、シャフト１８の中心軸を軸方向に延びる中空管であり、内部に塗料供給路２４及び洗浄液供給路２６を有する。塗料供給路２４は、その基端側が図示しない塗料供給源に接続され、塗料供給源から供給された塗料を先端方向に流動させる。洗浄液供給路２６は、その基端側が図示しない洗浄液供給源に接続され、洗浄液供給源から供給された洗浄液を先端方向に流動させる。塗料供給路２４と洗浄液供給路２６は、管部材２２の先端方向に向かう途中位置まで平行に延び、管部材２２の先端側において同軸二重構造となる。管部材２２の先端側には、塗料を吐出する塗料供給ノズル２５が設けられるとともに、洗浄液を吐出する洗浄液供給ノズル２７が塗料供給ノズル２５の側周囲を囲うように設けられる。

塗装装置１０の塗布部を構成するカップ１２は、シャフト１８の先端に固定され、シャフト１８がエアモータ１６の駆動下に回転すると、シャフト１８とともに一体回転する。カップ１２は、側面断面視で、シャフト１８の塗料供給ノズル２５及び洗浄液供給ノズル２７の周囲を囲うインナ部材２８と、インナ部材２８を内部に収容し先端方向に向かって末広がり（ベル状）に形成されたアウタ部材３０とを備える。

インナ部材２８は、略円盤状に形成され、側面断面視で、筐体１４の先端面４６ａよりも基端側に配置されている。インナ部材２８の内部には、塗料供給路２４又は洗浄液供給路２６から供給される塗料又は洗浄液を一旦溜める溜め部３２が設けられている。溜め部３２は、正面断面視で円形の空間に形成され、溜め部３２を構成するインナ部材２８の壁部には、塗料を吐出する複数の吐出孔３４が設けられている。これらの吐出孔３４は、溜め部３２からインナ部材２８の正面及び側周面に各々貫通形成され、溜め部３２に供給された塗料を流出させる。

アウタ部材３０は、インナ部材２８から先端方向且つ径方向外側に広がるように形成され、その内側に塗料を流動可能な空洞部３６を有する。アウタ部材３０の先端には、空洞部３６に連通して塗料を吐出可能な開口部３６ａが形成されている。この開口部３６ａを囲うアウタ部材３０の先端側外周縁３８は、筐体１４の先端面４６ａよりも先端方向に位置している。

空洞部３６を構成するアウタ部材３０の内面は、側面断面視で、塗料を径方向外側に流動させ得る滑らかな面に形成される。また、開口部３６ａ付近の内面は、アウタ部材３０の径方向外側に向かって急な角度で湾曲する湾曲面となっている。そのため、インナ部材２８の吐出孔３４から吐出された塗料は、カップ１２の回転に伴う遠心力により内面を流動し、カップ１２の開口部３６ａからカップ１２の回転方向且つ径方向外側の飛び出し方向（図５Ａ参照）に飛び出す。

塗装装置１０のエア噴出部２０は、カップ１２を囲んだ筐体１４内に設けられる。図１及び図２に示すように、エア噴出部２０は、シェーピングエアを噴き出す複数の噴出孔４０を筐体１４の先端面４６ａに備える。複数の噴出孔４０は、筐体１４の径方向に異なる箇所で２つのリング状のまとまり（噴出孔群）を作っている。詳細には、図２に示す正面視で、アウタ部材３０の先端側外周縁３８よりも径方向外側に位置する複数の第１噴出孔４２と、カップ１２の先端側外周縁３８よりも径方向内側に位置する第２噴出孔４４とを備える。複数の第１噴出孔４２は、筐体１４の周方向に沿って等間隔に設けられることで第１噴出孔群４３を構成し、複数の第２噴出孔４４は、第１噴出孔群４３の内側で筐体１４の周方向に沿って等間隔に設けられることで第２噴出孔群４５を構成している。

図１に示すように、第１噴出孔４２は、筐体１４の端壁４６を貫通し、端壁４６の先端面４６ａの第１先端開口４２ａ（噴出口）と、端壁４６の基端面４６ｂの第１基端開口４２ｂとを連通している。第２噴出孔４４も、筐体１４の端壁４６を貫通し、端壁４６の先端面４６ａの第２先端開口４４ａ（調整用噴出口）と、端壁４６の基端面４６ｂの第２基端開口４４ｂとを連通している。また、エア噴出部２０は、第１噴出孔４２に連通する第１エア室４８及び第１エア供給路５０を筐体１４内に有するとともに、第２噴出孔４４に連通する第２エア室５２及び第２エア供給路５４を筐体１４内に有する。

第１エア室４８は、筐体１４の端壁４６の基端面側で、周方向に沿うリング状の空間に形成される。この第１エア室４８は、第１エア供給路５０から供給されるエアを一時的に溜めて、複数の第１噴出孔４２に流入させる。第２エア室５２は、筐体１４の端壁４６の基端面側且つ第１エア室４８の内側で、筐体１４の周方向に沿うリング状の空間に形成される。この第２エア室５２は、第２エア供給路５４から供給されるエアを一時的に溜めて、複数の第２噴出孔４４に流入させる。

第１及び第２エア供給路５０、５４は、図示しないエア供給源にそれぞれ接続され、各エア供給源により供給量が制御されたエアを第１及び第２エア室４８、５２に流動させる。ここで、エア噴出部２０は、第１噴出孔群４３のシェーピングエアにより塗料をワークに飛ばし、第２噴出孔群４５のシェーピングエアにより塗料の塗布状態を調整する機能を有している。以下、シェーピングエアの区別を容易化するため、第２噴出孔群４５のシェーピングエアを調整用エアという。

すなわち、エア噴出部２０は、塗料の塗布時に、第１エア供給路５０から多量のエアを供給し、第１エア室４８及び第１噴出孔４２を介して第１先端開口４２ａからシェーピングエアを多量且つ高速に噴出する。一方、エア噴出部２０は、塗料を広げて塗布する等の必要性に応じて、適宜の供給量に設定したエアを第２エア供給路５４に供給し、第２エア室５２及び第２噴出孔４４を介して第２先端開口４４ａから調整用エアを適度に噴出する。

また、本実施形態に係る塗装装置１０は、第１噴出孔４２により、第１先端開口４２ａから噴出するシェーピングエアの噴出方向を設定している。すなわち、図１に示す側面断面視で、端壁４６内を延びる第１噴出孔４２は、先端方向に向かって径方向外側から径方向内側に傾くことで、第１先端開口４２ａを第１基端開口４２ｂよりも径方向内側に配置している。そのため、シェーピングエアの噴出方向である第１噴出孔４２の軸心の延長線Ｌ１は、カップ１２（アウタ部材３０）の先端側外周縁３８よりも若干径方向外側を通るように設定される。

なお、第１噴出孔４２とは逆に、第２噴出孔４４は、端壁４６内で、先端方向に向かって径方向内側から径方向外側に多少傾いている。そのため、第２噴出孔４４の軸心の延長線Ｌ２（シェーピングエアの噴出方向）は、やはりカップ１２の先端側外周縁３８よりも若干径方向外側を通っている。

また、第１噴出孔４２は、図２及び図３に示す正面視で、第１先端開口４２ａと第１基端開口４２ｂが周方向に沿って相互に数°位相がずれる（径方向に重ならない）ように端壁４６内で斜めに傾いている。この第１先端開口４２ａが第１基端開口４２ｂからずれる周方向は、カップ１２の回転方向である反時計方向と逆向きの時計回りである。このため、第１噴出孔４２は、カップ１２の遠心力によって飛び出す塗料に対抗するように、シェーピングエアを第１先端開口４２ａから噴き出す。

図３に示すように、第１噴出孔４２が設定するシェーピングエアの噴出方向は、第１先端開口４２ａからカップ１２の先端側外周縁３８を外接するように仮想的に引いた外接接線Ｔよりも内側に傾いている。また、シェーピングエアの噴出方向（延長線Ｌ１）と先端側外周縁３８との交点を通る交点接線Ｃに対するシェーピングエアの噴出方向の傾斜角度αは、０°＜α≦３０°の範囲に設定されるとよい。傾斜角度αが０°以下であると、既述したように、カップ１２の先端側でシェーピングエアが大きく広がることになり、ワークへの塗着効率が低下する。一方、傾斜角度αが３０°よりも大きいと、遠心方向に向かう塗料の飛び出し力に対する抗力（ベクトル）が弱まり、塗料の実際の飛行方向がやはり広がる。第１噴出孔群４３は、各第１噴出孔４２による噴出方向の傾斜角度αを同一に設定しており、各第１先端開口４２ａはシェーピングエアを均等的に傾斜して噴出する。

さらに、図４に示す側面視で、第１噴出孔４２は、筐体１４の周方向に向かって斜傾した噴出方向を有する。すなわち、筐体１４の軸方向に対して傾斜角度βで傾くことにより、第１先端開口４２ａから斜めにシェーピングエアを噴出する。換言すれば、第１噴出孔４２は、シェーピングエアを先端方向且つ捻れ方向に噴き出す。

筐体１４の軸方向に対する噴出方向の傾斜角度βは、例えば、３０°≦β≦７０°の範囲に設定されるとよい。このように傾斜角度βが設定されると、第１噴出孔４２は、正面視で外接接線Ｔよりも内側に傾いて噴出されても、側面視でカップ１２の先端側外周縁３８に重なる位置Ｐで、該先端側外周縁３８よりも径方向外側に、シェーピングエアの噴出方向を設定することができる。従って、第１噴出孔４２は、カップ１２の先端側外周縁３８を通り過ぎたあたりからカップ１２の先端側外周縁３８よりも内側に寄せるようにシェーピングエアを噴出することが可能となる。なお、第１先端開口４２ａは、先端側外周縁３８を通り過ぎる前に、正面視で先端側外周縁３８よりも内側に寄る噴出方向にシェーピングエアを噴出してもよい。この場合、カップ１２の先端側でのシェーピングエアの流動力は弱まるものの、一部のシェーピングエアがカップ１２に干渉せずに流動するので、上記と同様に塗料を内側に狭めて飛行させることができる。

本実施形態に係る塗装装置１０は、基本的には、以上のように構成されるものであり、以下その作用効果について説明する。

塗装装置１０は、ワークへの塗装を行う際に、シャフト１８に高電圧を印加するとともに、エアモータ１６に圧縮エアを供給してシャフト１８を高速回転させ、図２に示す正面視でカップ１２を反時計回りに回転させる。また、塗装装置１０は、塗料供給ノズル２５からカップ１２の溜め部３２に向けて塗料を供給する。溜め部３２に供給された塗料は、その供給圧及びカップ１２の回転によって、インナ部材２８の吐出孔３４からアウタ部材３０の空洞部３６及び内面に吐出される。

塗料は、吐出孔３４から吐出されると、周囲で噴出しているシェーピングエアの負圧によって先端方向に飛行するとともに、アウタ部材３０の内面を径方向外側（遠心方向）に流動していく。そして、アウタ部材３０の内面を流動した塗料は、図５Ａの１点鎖線のベクトルで示すように、先端側外周縁３８からカップ１２の反時計回りの回転方向且つ径方向外側の飛び出し方向で飛び出す。

一方、塗装装置１０のエア噴出部２０は、エア供給源からエアを供給し、第１エア供給路５０及び第１エア室４８を介して、第１噴出孔４２の第１先端開口４２ａからシェーピングエアを噴出する。上述したように、第１先端開口４２ａは、正面視で、第１先端開口４２ａからカップ１２の先端側外周縁３８に外接する外接接線Ｔよりも内側にシェーピングエアを噴出する（図３参照）。すなわち、シェーピングエアの噴出方向は、図５Ａの２点鎖線のベクトルで示すように、交点接線Ｃに対して傾斜角度α（＞０°）だけ内側に傾く。このため、シェーピングエアは、第１先端開口４２ａから先端方向に向かって、カップ１２側に寄りつつ周方向に捻れるように噴き出される（図３、図４も参照）。この際、シェーピングエアは、図４に示す位置Ｐまでカップ１２の先端側外周縁３８の外側を通るので、カップ１２に遮られることが抑制される。

一方、従来の塗装装置１００は、図５Ｂに示す２点鎖線のベクトルのように、シェーピングエアの噴出方向を、噴出口１０２からカップ１０４の先端側外周縁１０６に外接する外接接線Ｔに一致する構成（傾斜角度α＝０°）を限界としていた。ここで、シェーピングエアのベクトルと先端側外周縁１０６が交わる交点を基点にした場合、カップ１０４の回転に伴い遠心力を受けた塗料は、１点鎖線のベクトルで示す飛び出し力で先端側外周縁１０６の外側に飛び出す。一方、シェーピングエアは、２点鎖線のベクトルで示すように、塗料に作用して塗料を吹き飛ばす。その結果、実際の塗料の飛行方向は、塗装装置１００の外側に大きく外れる方向（太線のベクトル参照）としてしまう。すなわち、従来の塗装装置１００は、先端側外周縁１０６から飛び出す塗料を、シェーピングエアにより外側に広げてしまい、狭い範囲に塗料を塗布すると塗料の無駄が生じていた。

これに対し、塗装装置１０は、上記のようにシェーピングエアを噴出させることで、アウタ部材３０の先端側外周縁３８から遠心方向に飛び出す塗料を内側に寄せることができる。つまり、図５Ａに示すように、シェーピングエアのベクトルとカップ１２の先端側外周縁３８が交わる交点を基点にした場合、シェーピングエアは、２点鎖線のベクトルで示すように、図５Ｂと同じ飛び出し力の塗料に作用して、径方向内側に寄せるように対抗力を付与する。その結果、塗装装置１０は、実際の塗料の飛行方向を、筐体１４の径方向内側に狭めた方向（太線のベクトル参照）とすることができ、狭い範囲に塗料を効率的に塗布することができる。

また、塗装装置１０は、塗料を広げて塗布したい場合に、第２噴出孔４４の第２先端開口４４ａから調整用エアを先端方向且つ径方向外側に噴出する。これにより、第１先端開口４２ａからのシェーピングエアのベクトルに径方向外側に広がるベクトルを付加することになり、塗料をカップ１２の径方向外側に良好に広げてワークに塗布することができる。

以上のように、本実施形態に係る塗装装置１０は、外接接線Ｔよりも径方向内側に傾いてシェーピングエアを噴出する第１先端開口４２ａを有することで、シェーピングエアによる塗料の飛散を良好に抑えることができる。すなわち、シェーピングエアの噴出方向を外接接線Ｔよりも内側に傾けるという簡単な構成により、第１先端開口４２ａから噴出されるシェーピングエアは、カップ１２の回転に伴う遠心力により吐出される塗料を、広がりを抑えて先端方向に飛ばすことができる。これにより、塗装装置１０は、塗料の塗着効率の向上を図り、例えば、塗布範囲が狭いワークに対して塗料を集中して塗布することができる。

この場合、シェーピングエアの噴出方向の傾斜角度αが３０°以下の範囲内に設定されていることで、塗装装置１０は、実際の塗料の飛行方向をより狭めることができる。また、第１先端開口４２ａは、側面視における先端側外周縁３８までの範囲において、シェーピングエアの噴出方向を先端側外周縁３８よりも外側に設定することで、シェーピングエアをカップ１２の先端側外周縁３８よりも先端側に充分に流動させることができる。従って、塗装装置１０は、塗料の飛行方向を一層良好に狭めることができる。さらに、塗装装置１０は、第２先端開口４４ａから調整用エアを噴出することで、カップ１２の径方向外側に広げるように塗料を飛ばすこともでき、塗料の塗布範囲の自由度を高めることができる。

上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。例えば、塗装装置１０は、第１噴出孔４２の形状に基づきシェーピングエアの噴出方向を設定していたが、これに限定されず、噴出口からのシェーピングエアの噴出方向は種々の方法で設定してよい。一例としては、筐体１４の周方向に沿ってリング状の噴出口を形成し、シェーピングエアを筐体１４内で螺旋状に流動させ、先端方向且つカップ１２の径方向内側に傾くように整流されたシェーピングエアを噴出口から噴出する構成があげられる。

Claims (2)

1. 塗料を吐出するベル状のカップ（１２）と、
   前記カップ（１２）を回転自在に保持する筐体（１４）と、
   前記筐体（１４）に設けられ、前記カップ（１２）の先端側外周縁（３８）の径方向外側且つ基端側に位置し、シェーピングエアを先端方向に噴出して吐出された前記塗料をワークに飛ばす複数の噴出口（４２ａ）と、を備える塗装装置（１０）であって、
   前記筐体（１４）は、前記塗装装置（１０）の正面視で、前記先端側外周縁（３８）の径方向内側且つ基端側に前記塗料の飛行状態を調整する調整用エアを噴出する複数の調整用噴出口（４４ａ）を有し、
   前記複数の噴出口（４２ａ）は、前記先端側外周縁（３８）の径方向外側で周方向に沿って相互に独立して設けられると共に、前記複数の調整用噴出口（４４ａ）は、前記先端側外周縁（３８）の径方向内側で周方向に沿って相互に独立して設けられ、
   前記複数の調整用噴出口（４４ａ）は、前記調整用エアを先端方向且つ前記カップ（１２）の径方向外側に傾いて噴出し、
   前記複数の噴出口（４２ａ）は、前記正面視で、前記噴出口（４２ａ）から前記カップ（１２）の先端側外周縁（３８）に外接する外接接線を引いた場合に、前記外接接線よりも前記カップ（１２）の径方向内側に傾いて前記シェーピングエアを噴出し、且つ前記シェーピングエアの噴出方向と前記カップ（１２）の先端側外周縁（３８）との交点を通る交点接線に対し、前記シェーピングエアの噴出方向の鋭角側の傾斜角度（α）が、３０°以下の範囲内に設定されている
   ことを特徴とする塗装装置（１０）。
2. 請求項１記載の塗装装置（１０）において、
   前記噴出口（４２ａ）は、前記塗装装置（１０）の側面視における該噴出口（４２ａ）から前記先端側外周縁（３８）までの範囲において、前記正面視で、前記シェーピングエアの噴出方向を該先端側外周縁（３８）よりも外側に設定する
   ことを特徴とする塗装装置（１０）。

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