JPH07276965A - バネ定数可変式トーションバー - Google Patents

バネ定数可変式トーションバー

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JPH07276965A
JPH07276965A JP6065993A JP6599394A JPH07276965A JP H07276965 A JPH07276965 A JP H07276965A JP 6065993 A JP6065993 A JP 6065993A JP 6599394 A JP6599394 A JP 6599394A JP H07276965 A JPH07276965 A JP H07276965A
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JP
Japan
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torsion bar
spring constant
voltage
hollow
bar members
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JP6065993A
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English (en)
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Kenichi Kohata
健一 降幡
Tokuji Takahashi
篤司 高橋
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 バネ定数の変化幅が大きく、小型化を図った
バネ定数可変式トーションバーを提供する。 【構成】 直径が異なる複数の中空トーションバー部材
２〜５を同芯的に多重に配置し、これら中空トーション
バー部材２〜５の隙間６に、電圧が印加されることによ
り粘性が増して隣接するバー部材２〜５同志を一体化さ
せる電気粘性流体１１をそれぞれ充填すると共に、各中
空状トーションバー部材２〜５の端部に、隣接するバー
部材２〜５間に電圧を印加するための電圧端子１２〜１
５をそれぞれ設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バネ定数を可変とした
トーションバーに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、バネ定数を可変としたトーション
バーとして、図１３に示すものが知られている（実開昭
62-16505号公報）。かかるトーションバーａは、第１の
バーｂと第２のバーｃとを並設し、両バーｂ，ｃの一端
部を結合部材ｄによって相互に回転不能に結合すると共
に、両バーｂ，ｃの他端部を軸方向に移動自在な連結体
ｅを介して回転不能に係合したものである。この構成に
よれば、連結体ｅをワイヤｆによって軸方向に移動させ
ることにより、双方のバーｂ，ｃが実質的に共に捩れる
長さＬが変化するため、トーションバネ定数を可変とで
きる。
【０００３】他方、図１４に示すものも知られている
（特開平1-278815号公報）。かかるバネ定数可変式トー
ションバーｇは、一端をサスペンションアームｈに固定
し、他端を車体フレームに取り付けられたブラケットｉ
に固定し、中間部ｊに車体フレームに対するバーｇの捩
れを禁止解放する支持機構ｋを設けたものである。この
構成によれば、支持機構ｋでバーｇの中間部ｊを固定す
れば実質的なバーｇの捩り長さＬ1 が短くなってバネ定
数が大きくなり、この固定を解放すれば実質的なバーの
捩り長さＬ2 が長くなってバネ定数が小さくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の技術に
あっては、連結体ｅによって第１のバーｂと第２のバー
ｃの重合長さＬを変化させてバネ定数を変化させている
ため、バネ定数を大幅に変化させることができない。す
なわち、バネ定数は、バー１本分の値（ｂ又はｃ）から
バー２本分の値（ｂ＋ｃ）の範囲でしか変化させること
ができない。また、機械的作動部分が多く、経年劣化が
生じる虞がある。特に、図例のようにスタビライザバー
に用いた場合、左右のバーｂ，ｃを実質的に連結する連
結体ｅに大きな負荷が加わってしまう。また、連結体ｅ
の移動をワイヤｆによって行っているため、ワイヤｆの
取り回しを考慮すると、車体への取付けが困難となる場
合がある。
【０００５】後者の技術にあっては、サスペンションの
トーションバーとして用いているが、バーｇの全長が長
くなってしまい、車体フレームへの取り付けが困難とな
る。また、図例ではバネ定数が二段切換えとなっている
が、この構造のままバーｇの中間部に複数の支持機構ｋ
を設けて多段切換えとした場合、各支持機構ｋを別々に
車体フレームに取付けなければならないため、取付工数
が増えてしまう。また、各支持機構ｋからそれぞれ車体
フレームに上下方向の荷重が加わるため、車体フレーム
に対する上下方向の入力ポイントが増えることになり、
各入力ポイントにおける強度等の構造解析を行わなけれ
ばならない。
【０００６】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、バネ定数の変化幅が大きく、小型化を図ったバ
ネ定数可変式トーションバーを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、直径が異なる複数の中空トーションバー部
材を同芯的に多重に配置し、これら中空トーションバー
部材の隙間に、電圧が印加されることにより粘性が増し
て隣接するバー部材同志を一体化させる電気粘性流体を
それぞれ充填すると共に、各中空状トーションバー部材
の端部に、隣接するバー部材間に電圧を印加するための
電圧端子をそれぞれ設けて構成されている。
【０００８】
【作用】隣接する中空トーションバー部材の電圧端子間
に電圧を印加すると、双方の中空トーションバー部材が
電気粘性流体を介して一体化し、トーションバネ定数が
大きくなる。従って、電圧を印加する電圧端子を適宜選
択することによって、何個の中空トーションバー部材を
一体化させるか制御でき、これによりトーションバネ定
数を大幅に且つ細かく可変とできる。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明
する。
【００１０】図１は、バネ定数可変式トーションバー１
の一端部を示す部分断面図である。図示するように、中
心部に配置された中実トーションバー部材２の周りに、
直径が異なる第１〜第３中空トーションバー部材３，
４，５が、所定の隙間６を隔てて同芯的に多重に配置さ
れている。なお、中心部の中実トーションバー部材２を
第４中空トーションバー部材としてもよい。この場合、
トーションバネ定数が若干小さくなる。
【００１１】最外郭に配置される第１中空トーションバ
ー部材３には、その両端部の外周にスプライン７が形成
されており、これらスプライン７がそれぞれ別々の部材
に把持され、バー１に捩じりが与えられるようになって
いる。第１中空トーションバー部材３の内側には第２中
空トーションバー部材４が収容され、第２中空トーショ
ンバー部材４の内側には第３中空トーションバー部材５
が収容され、第３中空トーションバー部材５の内側には
中実トーションバー部材２が収容されている。
【００１２】これらバー部材２，３，４，５は、その両
端部に設けられた第１〜第３絶縁シール８，９，１０に
より、所定の隙間６を隔てて相互に回転可能に且つ同芯
的に支持されている。そして、各中空トーションバー部
材２〜５の隙間６には、電圧が印加されることにより粘
性が増して隣接するバー部材同志を一体化させる電気粘
性流体（ＥＲＦ）１１がそれぞれ充填されている。各層
の電気粘性流体１１には、各バー部材２〜５の端部に設
けられた電圧端子１２，１３，１４，１５によって、所
定の電圧が印加されるようになっている。
【００１３】第１〜第３絶縁シール８〜１０は、各バー
部材２〜５を相互に回転可能に保持するため自己潤滑性
が要求されると共に、各バー部材２〜５を所定の隙間６
を隔てて保持するため強度部材となる材質でなければな
らない。このため、例えばナイロン66やポリアセタール
等が用いられる。他方、バー部材２〜５は、捩りバネ作
用のあるバネ鋼でなければならないのは勿論であるが、
上記電気粘性流体１１に電圧を印加するために導体でな
ければならない。
【００１４】かかるバネ定数可変式トーションバー１の
詳細を以下に説明する。
【００１５】中実トーションバー部材２の両端部には、
縮径部１６が形成されており、その縮径部１６に、リン
グ状に成形された第３絶縁シール１０が被嵌されてい
る。第３絶縁シール１０は、中実トーションバー部材２
の端面に取り付けられたボルト１７によって抜け止めさ
れている。ボルト１７は、バー部材２の端面に凹設され
たネジ孔１８に螺合されており、電圧端子１５を兼ねて
いる。
【００１６】第３絶縁シール１０の外周には、第３中空
トーションバー部材５の内周面に接着されたリング状の
第２絶縁シール９が、Ｏリング１９を介して被嵌されて
いる。第２絶縁シール９は、第３中空トーションバー部
材５を中実トーションバー部材２に対して所定の隙間６
を隔てて回転自在に同芯的に保持する。また、第２絶縁
シール９は、第３絶縁シール１０のフランジ部２０に引
掛かって軸方向外方への移動が規制されており、これに
より抜け止めされている。Ｏリング１９は、第２絶縁シ
ール９の内周面に刻設された溝２１に嵌め込まれ、これ
らバー部材２，５間に充填された電気粘性流体１１の漏
洩を防止する。また、第２絶縁シール９と第３絶縁シー
ル１０との間には、ダストシール２２が設けられてい
る。
【００１７】第２絶縁シール９の外周には、第２中空ト
ーションバー部材４の外周面に接着されたリング状の第
１絶縁シール８が、Ｏリング２３を介して被嵌されてい
る。第１絶縁シール８は、第２中空トーションバー部材
４を第３中空トーションバー部材５に対して所定の隙間
６を隔てて回転自在に同芯的に保持する。また、第１絶
縁シール８は、第２絶縁シール９のフランジ部２４に引
掛かって軸方向外方への移動が規制されており、これに
より抜け止めされている。Ｏリング２３は、第１絶縁シ
ール８の内周面に刻設された溝２５に嵌め込まれ、これ
らバー部材４，５間に充填された電気粘性流体１１の漏
洩を防止する。また、第１絶縁シール８と第２絶縁シー
ル９との間には、ダストシール２６が設けられている。
【００１８】第１絶縁シール８の外周には、Ｏリング２
７を介して第１中空トーションバー部材３が被嵌されて
いる。すなわち、第１絶縁シール８は、第１中空トーシ
ョンバー部材３を第２中空トーションバー部材４に対し
て所定の隙間６を隔てて回転自在に同芯的に保持する。
第１中空トーションバー部材３は、その内周面に形成さ
れた拡径部２８が第１絶縁シール８の端面に係合されて
軸方向外方への移動が規制されており、これにより抜け
止めされている。Ｏリング２７は、第１絶縁シール８の
外周面に刻設された溝２９に嵌め込まれ、これらバー部
材間３，４に充填された電気粘性流体１１の漏洩を防止
する。また、第１絶縁シール８と第１中空トーションバ
ー部材３との間には、ダストシール３０が設けられてい
る。
【００１９】各バー部材２，３，４，５の端部には、隣
接するバー部材間の電気粘性流体１１に電圧を印加する
ため、第１〜第４電圧端子１２，１３，１４，１５がそ
れぞれ設けられている。第１電圧端子１２は第１中空ト
ーションバー部材３の端部に直接取り付けられ、第２電
圧端子１３は第２中空トーションバー部材４の端部に第
１絶縁シール８を貫通して取り付けられ、第３電圧端子
１４は第３中空トーションバー部材５の端部に第２絶縁
シール９を貫通して取り付けられ、第４電圧端子１５は
中実トーションバー部材２の端部に取り付けられたボル
ト１７が兼用される。このボルト１７は、各電圧端子１
２〜１５に電圧を供給すべくバネ定数可変式トーション
バー１の端部に取付けられる電源プラグの固定具として
も使用される。
【００２０】各電圧端子１２〜１５には、電源回路３１
からそれぞれ電圧が印加されるようになっている。第１
電圧端子１２は電源３２の陰極側と直接接続され、第２
電圧端子１３はスイッチSW1 を介して電源３２の陽極側
と接続され、第３電圧端子１４はスイッチSW2 を介して
電源３２の陽極側と接続され、第４電圧端子１５はスイ
ッチSW3 を介して電源３２の陽極側と接続されている。
すなわち、第１〜第４電圧端子１２〜１５には、電源３
２の陽極・陰極が交互に接続されている。すべてのスイ
ッチ SW1〜SW3 をオンにした場合に、隣接する電極が同
極になる不都合を考慮したためである。また、各電圧端
子１２〜１５が電源３２に対して並列接続されているた
め、各層の電気粘性流体１１には全て同電圧（電源電
圧）が加わることになる。
【００２１】以上の構成からなる本実施例の作用を図２
および図３を用いて説明する。
【００２２】スイッチ SW1〜SW3 を全てオフにすると
（ケース１）、第１中空トーションバー部材３のみが捩
られる。何故なら、電圧が加わらない各層の電気粘性流
体１１は流体のままなので、各バー部材２〜５が相互に
自在に回転可能となり、第１中空トーションバー部材３
の捩れが内側のバー部材４，５，２に伝達されないから
である。すなわち、第１中空トーションバー部材３の捩
れは、主に第１絶縁シール８との間で滑ってしまい、第
２中空トーションバー部材４へは伝達されない。この結
果、トータルのトーションバネ定数は、第１中空トーシ
ョンバー部材３単体のものと等しくなる。
【００２３】ここでスイッチ SW1をオンすると（ケース
２）、第１中空トーションバー部材３と第２中空トーシ
ョンバー部材４との間に、電源３２の電圧が印加され
る。すると、これらバー部材３，４間の電気粘性流体１
１の粘度が増して、双方のバー部材３，４同志が電気粘
性流体１１を介して一体化する。ここで、電気粘性流体
１１は、各バー部材３，４の内外周面に広範囲に亘って
接触しているので、これらを一体化させる力は極めて大
きな力となる。このため、第１中空トーションバー部材
３の捩れが滑ることなく第２中空トーションバー部材４
にまで伝達することになる。この結果、トータルのトー
ションバネ定数は、第１中空トーションバー部材３と第
２中空トーションバー部材４とを加えたものとなる。
【００２４】さらにスイッチ SW2をオンすると（ケース
３）、第２中空トーションバー部材４と第３中空トーシ
ョンバー部材５との間に同様に電源３２の電圧が印加さ
れ、バー部材３，４，５が電気粘性流体１１を介して一
体化する。このとき、各バー部材３，４，５には、プラ
ス・マイナスが交互に接続されるため、隣接する極が同
極になる不都合は生じない。また、各バー部材３，４，
５間に電源３２が並列に接続されているため、各層の電
気粘性流体１１には同電圧が印加され、その一体化させ
る強度が等しくなる。この結果、トータルのトーション
バネ定数は、第１第２第３中空トーションバー部材３，
４，５を加えたものとなる。
【００２５】さらにスイッチ SW3をオンすると（ケース
４）、第３中空トーションバー部材５と中実トーション
バー部材２とが、同様に電気粘性流体１１を介して一体
化し、全てのバー部材２〜５が一体化する。この結果、
トータルのトーションバネ定数は、第１〜第３中空トー
ションバー部材３，４，５と中実トーションバー部材２
とを加えたものとなる。
【００２６】このように、スイッチ SW1〜SW3 を適宜オ
ンオフすることにより、トータルのトーションバネ定数
（バネの固さ）を広範囲に亘って多段に切り替えること
ができる。また、本装置は、外観上バー１の外径が太く
なるだけなので、極めてコンパクトに構成でき、装置全
体の占有スペースが小さくてすむ。よって、車両などへ
の取付けが楽である。
【００２７】また、バネ定数の変化は、電圧のオンオフ
によって行っているので、従来例のようにワイヤなどに
よって機械的に行うものに比べて装置の設置自由度が広
がる。電線はワイヤ等と異なり、取り回しに気を使う必
要がないからである。また、メカ作動部の経年劣化も生
じない。また、本装置は、本質的には単純な構造でしか
も単純な原理を利用しているので、信頼性・耐久性が高
い。
【００２８】なお、各電圧端子１２〜１５間に可変抵抗
を設けて印加電圧を可変とし、隣接するバー部材２〜５
を完全に固定するのではなく多少滑る状態に制御すれ
ば、よりきめ細かいバネ定数の制御が行える。
【００２９】また、同じ着眼点から、スイッチSW3 のみ
をオンすれば、第１中空トーションバー部材３と中実ト
ーションバー部材２との間に電源３２の電圧が加わるた
め、各層の電気粘性流体１１には電源電圧の略1/3 ずつ
の電圧が加わることになる。よって、各バー部材２〜５
は完全に固定されることなく多少滑った状態となり、バ
ネ定数の微調節が行える。
【００３０】〔応用例１〕かかるバネ定数可変式トーシ
ョンバー１を車両のスタビライザバー（アンチロールバ
ー）として用いた例を図４および図５に示す。図示する
ように、バネ定数可変式トーションバー１の左右両端部
には、その最外郭の第１中空トーションバー部材３のス
プライン７に噛合させて、アーム部３３がそれぞれ取り
付けられている。各アーム部３３は、連接棒３４を介し
て左右のサスペンションのロワアーム３５に接続されて
いる。そして、バネ定数可変式トーションバー１の一端
部には、各電圧端子１２〜１５に適宜電圧を加えるため
の電源プラグ３６が取り付けられている。
【００３１】この構成によれば、各電圧端子１２〜１５
への印加電圧をコントロールすることにより、トーショ
ンバー１のバネ定数が可変となり、ロール剛性を可変と
できる。これにより、たとえば直進時・低速走行時など
はロール剛性を低くして乗り心地（ハーシュネス）の向
上を図り、カーブ時、高速走行時などにロール剛性を高
めるようにすれば、ハンドリングと乗り心地を高度に両
立させたチューニングが可能となる。
【００３２】また、かかるバネ定数可変式トーションバ
ー１を前後のスタビライザバーに使用すれば、前後の車
輪のロール剛性を適宜変化させることができ、車両のオ
ーバステア・アンダーステア特性を自在にコントロール
できる。具体的には、前輪のロール剛性を下げて後輪の
ロール剛性を上げるとオーバステア傾向になり、逆にす
ればアンダーステア傾向になる。
【００３３】〔応用例２〕上記バネ定数可変式トーショ
ンバー１を車両のサスペンションのトーションバネとし
て用いた例を図６および図７に示す。図示するように、
バネ定数可変式トーションバー１は、その一端部がサス
ペンションのロワアーム３７に固定され、他端部が車体
フレーム（図示せず）に固定されている。詳しくは、ト
ーションバー１は、その第１中空トーションバー部材３
のスプライン７にメス型スプライン３８が噛合され、そ
のメス型スプライン３８がロワアーム３７にボルト３９
で固定されている。他方、他端部のスプライン７にはブ
ラケット４０が噛合され、ブラケット４０が車体フレー
ムに固定されている。そして、トーションバー１の一端
部には、各電圧端子１２〜１５に適宜電圧を加えるため
の電源プラグ４１が取り付けられている。
【００３４】この構成によれば、ロワアーム３７の回動
によりトーションバー１に捩れが生じるが（図８参
照）、ここで各電圧端子１２〜１５への印加電圧をコン
トロールすることにより、トーションバー１のバネ定数
が可変となり、サスペンションのバネレートを可変とで
きる。ただし、通常１Ｇ状態でもトーションバー１が多
少捩られているため、バネレートを上げるとその捩れ角
が少なくなって車高が高くなってしまい、逆にバネレー
トを下げると車高が低くなってしまう。この対策とし
て、車体フレームに対するロワアーム３７の取付位置を
昇降自在とし、バネレートを上げたときには車高を下げ
るべく取付位置を上げ、バネレートを下げたときには逆
に取付位置を下げるようにすればよい。このことは、逆
説的に考えれば以下の効果をもたらす。
【００３５】すなわち、通常の車高調整装置は、ロワア
ーム３７の取付位置を昇降させるものなので、たとえば
車高を下げた場合（ロワアーム３７の取付位置を上げた
場合）、バネレートは同じでバンプストロークのみが減
る。サプペンションのエネルギ吸収量は、バネレートと
ストローク量で決まるため、この状態では「すぐに底づ
き」する不愉快なサスペンションとならざるを得なかっ
た。そこで、このとき上述のようにバー１のバネレート
を上げてやれば（図９参照）、車高がノーマル時と変わ
らなくなるのみならず、エネルギ吸収量もノーマル時と
等しくなり、「フルバンプ」しずらくなるという効果を
発揮する。もちろん乗り心地は固くなるが、操縦安定性
は大幅に向上することになる。
【００３６】なお、通常、バネを固くするというのは、
図１０に示すように、捩れ角が零度のときを基準として
考えるのであって、本実施例に係るバネ定数可変式トー
ションバーを通電しての固くするのとは異なる。
【００３７】〔参考〕図１１および図１２は、電気粘性
流体１１に所定の電圧を印加すると、隣接するバー部材
２〜５同志が電気粘性流体１１を介して一体化すること
を証明する実験を示している。図１１に示すように、円
柱体Ａと円筒体Ｂとの隙間に電気粘性流体１１を充填
し、円柱体Ａと円筒体Ｂとの間に電圧Ｖｃを印加する。
そして、図１２に示すように、その電圧Ｖｃをパラメー
タとして、円柱体Ａの速度ｖａと円筒体Ｂの速度ｖｂと
の速度差と、円柱体Ａと円筒体Ｂとの間に生じる力Ｆと
の関係を調べた。
【００３８】その結果、電圧Ｖｃを大きくすれば、ｖａ
−ｖｂが零のとき即ち円柱体Ａと円筒体Ｂとが一体とな
ったときでも、力Ｆが発生することが分かった。これ
は、電圧Ｖｃをある程度以上大きくすれば、円柱体Ａと
円筒体Ｂとを相対的に周方向および軸方向に固定できる
ことを示している。また、応答性もよく、所定の電圧Ｖ
ｃを印加すれば、0.1 秒以下の時間で円柱体Ａと円筒体
Ｂとが一体化することが分かっている。従って、前記実
施例は十分実現可能である。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るバネ定
数可変式トーションバーによれば以下の如き優れた効果
を発揮できる。
【００４０】(1) バネ定数の変化幅を大きくすることが
できる。
【００４１】(2) バネ定数を細かく多段階に切り替える
ことができる。
【００４２】(3) 装置全体の小型化を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すバネ定数可変式トーシ
ョンバーの一端部の部分断面図である。
【図２】図１に示すスイッチ SW1〜SW3 のオンオフ制御
を表す図である。
【図３】図２に対応するトーションバーのバネ定数の変
化の様子を示す図である。
【図４】かかるバネ定数可変式トーションバーをスタビ
ライザバーに用いた例を示す図である。
【図５】図４の一点鎖線部分の拡大図である。
【図６】上記バネ定数可変式トーションバーをトーショ
ンバネに用いた例を示す図である。
【図７】図６の一点鎖線部分の拡大図である。
【図８】ノーマルトーションバーの特性を示す図であ
る。
【図９】本実施例にかかるトーションバーの特性を示す
図である。
【図１０】ノーマルトーションバーのバネ定数を大きく
する様子を示す図である。
【図１１】電気粘性流体についての基礎実験を示す図で
ある。
【図１２】図１１の実験結果を示す図である。
【図１３】従来例を示すバネ定数可変式トーションバー
の説明図である。
【図１４】別の従来例を示すバネ定数可変式トーション
バーの説明図である。
【符号の説明】
１ バネ定数可変式トーションバー ２ 中実トーションバー部材 ３ 第１中空トーションバー部材 ４ 第２中空トーションバー部材 ５ 第３中空トーションバー部材 ６ 隙間 １１ 電気粘性流体 １２ 第１電圧端子 １３ 第２電圧端子 １４ 第３電圧端子 １５ 第４電圧端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直径が異なる複数の中空トーションバー
    部材を同芯的に多重に配置し、これら中空トーションバ
    ー部材の隙間に、電圧が印加されることにより粘性が増
    して隣接するバー部材同志を一体化させる電気粘性流体
    をそれぞれ充填すると共に、各中空状トーションバー部
    材の端部に、隣接するバー部材間に電圧を印加するため
    の電圧端子をそれぞれ設けたことを特徴とするバネ定数
    可変式トーションバー。
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