KR20130027121A - 벨트식 전동장치 및 이를 구비한 랙구동형 동력 보조 조향장치 - Google Patents

벨트식 전동장치 및 이를 구비한 랙구동형 동력 보조 조향장치 Download PDF

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이종훈
허남환
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주식회사 만도
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Abstract

본 발명은 벨트식 전동장치 및 이를 구비한 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로 본 발명에 의하면, 모터에 의한 벨트의 작동시 외부로부터 역입력되는 과도한 하중이 전달되는 경우 너트풀리를 구동하는 모터와 전자 제어 장치 등의 주변 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 고속 주행중 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공하는 효과를 가지게 된다.

Description

벨트식 전동장치 및 이를 구비한 랙구동형 동력 보조 조향장치{Belt Type Driveline and Rack Assist Type Electric Power Steering Apparatus having The Same}
본 발명은 벨트식 전동장치 및 이를 구비한 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 벨트식 전동장치 및 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 모터에 의한 벨트의 작동시 외부로부터 역입력되는 과도한 하중이 전달되는 경우 너트풀리를 구동하는 모터와 전자 제어 장치 등의 주변 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 고속 주행중 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공할 수 있는 벨트식 전동장치 및 이를 구비한 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠부터 양측 바퀴에까지 이어지는 조향 계통 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구를 포함하여 구성된다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이고, 도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 벨트식 전동장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠(105)부터 양측 바퀴(150)에까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구(160)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(100)은, 상단이 조향휠(105)에 연결되어 조향휠(105)과 함께 회전하고 하단은 한 쌍의 유니버설 조인트(115)를 매개로 피니언축(120)에 연결되는 조향축(110)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(120)은 랙-피니언 기구부(135)를 통해 랙바(155)에 연결되고, 랙바(155)의 양단은 타이로드(140) 및 너클암(145)을 통해 자동차의 바퀴(150)에 연결된다.
랙-피니언 기구부(135)는 피니언축(120)의 하단에 형성되는 피니언 기어(125)와 랙바(155)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어(130)가 서로 맞물려서 형성된다.
보조 동력 기구(160)는 운전자가 조향휠(105)에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(117), 토크 센서(117)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU), 전자 제어 장치로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터(165) 및 벨트(210)를 매개로 모터(165)에서 발생한 보조 동력을 랙바(155)에 전달하는 벨트식 전동장치(170)를 포함하여 구성된다.
벨트식 전동장치(170)는 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(165)와, 모터(165)의 축(165a)에 고정된 모터풀리(205a), 모터풀리(205a)에 감겨진 벨트(210), 랙바(155)를 감싸는 랙하우징(200)의 내부에 랙바(155)를 지지하는 볼너트(220)가 구비되고, 볼너트(220)의 외주면에 결합된 너트풀리(205b) 등으로 구성된다.
볼너트(220)는 볼을 매개로 랙바(155)와 결합되어 회전하면서 랙바(155)를 랙하우징(200)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(220)의 외주면에는 볼너트(220)의 회전을 지지하는 베어링(240)이 장착되어 있다.
그러나, 이러한 종래 기술에 의한 경우에는 볼너트와 너트풀리에 슬립이 발생되면서 헛도는 경우가 발생되어 동력 전달의 효율이 떨어지고 정확한 조향 보조력을 전달하지 못하는 문제점이 있었다.
그리고, 노면으로부터 바퀴와 랙바를 통해 전달되는 외력이 과도한 경우에는 너트풀리의 슬립이 과도하게 일어나, 볼너트, 너트풀리, 모터나 전자 제어 장치에 오류가 발생되거나 파손이 발생되어 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 이렇게 볼너트, 너트풀리, 모터나 전자 제어 장치에 오류 내지는 파손이 심한 경우에는 자동차의 고속 주행중에 운전자에게 조향 불능이 발생되어 안전 사고를 야기하는 치명적인 문제점도 발생되었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 벨트식 전동장치 및 이를 구비한 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 모터에 의한 벨트의 작동시 외부로부터 역입력되는 과도한 하중이 전달되는 경우 너트풀리를 구동하는 모터와 전자 제어 장치 등의 주변 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 성취하기 위하여 본 발명은, 랙바와 결합되어 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트와, 상기 볼너트의 외주면에 결합되어 벨트의 구동력으로 상기 볼너트를 회전시키는 너트풀리를 포함하되, 상기 볼너트와 너트풀리에는 기준값 이상의 하중이 전달되는 경우 상기 너트풀리가 소정의 각도로 회전된 후 정지되도록 하는 회전 방지수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 벨트식 전동장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서, 토크 센서로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU), 전자 제어 장치로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터, 모터에서 발생한 보조 동력을 랙바에 전달하는 벨트식 전동장치를 포함하되, 상기 벨트식 전동장치는, 랙바와 결합되어 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트와, 상기 볼너트의 외주면에 결합되어 벨트의 구동력으로 상기 볼너트를 회전시키는 너트풀리를 포함하되, 상기 볼너트와 너트풀리에는 기준값 이상의 하중이 전달되는 경우 상기 너트풀리가 소정의 각도로 회전된 후 정지되도록 하는 회전 방지수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 모터에 의한 벨트의 작동시 외부로부터 역입력되는 과도한 하중이 전달되는 경우 너트풀리를 구동하는 모터와 전자 제어 장치 등의 주변 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 고속 주행중 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공하는 효과를 가지게 된다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도;
도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 벨트식 전동장치를 개략적으로 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명에 의한 벨트식 전동장치 일부를 나타내는 분해 사시도;
도 4와 도 5는 본 발명에 의한 벨트식 전동장치 일부를 나타내는 단면도;
도 6은 본 발명에 의한 벨트식 전동장치 중 너트풀리를 나타내는 정면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 벨트식 전동장치 일부를 나타내는 분해 사시도, 도 4와 도 5는 본 발명에 의한 벨트식 전동장치 일부를 나타내는 단면도, 도 6은 본 발명에 의한 벨트식 전동장치 중 너트풀리를 나타내는 정면도이다.
본 발명에 의한 벨트식 전동장치는, 랙바(155)와 결합되어 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트(320)와, 상기 볼너트(320)의 외주면에 결합되어 벨트의 구동력으로 상기 볼너트(320)를 회전시키는 너트풀리(310)를 포함하되, 상기 볼너트(320)와 너트풀리(310)에는 기준값 이상의 하중이 전달되는 경우 상기 너트풀리(310)가 소정의 각도로 회전된 후 정지되도록 하는 회전 방지수단(315)이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 벨트식 전동장치를 도 1 및 도 2와 같이 참조하여 살펴보면, 벨트식 전동장치는 구동수단과 종동수단을 구비하는데, 구동수단은 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(165)와, 상기 모터(165)의 축(165a)에 결합된 모터풀리(205a), 벨트(210) 등으로 이루어진다.
또한, 종동수단은 랙바(155)를 감싸는 랙하우징(200)의 내부에 랙바(155)를 지지하는 볼너트(320)가 구비되고, 볼너트(320)의 외주면에 너트풀리(310)가 결합된다.
모터(165)와 연결된 모터풀리(205a)와, 랙바(155)와 연결된 너트풀리(310)는 서로 평행하게 배치되며, 이 모터풀리(205a)와 너트풀리(310)에는 벨트(210)가 끼워져 모터(165)의 회전력을 볼너트(320)를 통해 랙바(155)에 전달하고, 볼너트(320)의 동작에 의하여 랙바(155)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.
볼너트(320)는 볼(230)을 매개로 랙바(155)와 결합되어 회전하면서 랙바(155)를 랙하우징(200)과 기어하우징(미도시)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(320)의 외주면에는 볼너트(320)를 회전시키는 너트풀리(310)와, 볼너트(320)의 회전을 지지하는 베어링(240)이 장착된다.
볼너트(320)의 내주면과 랙바(155)의 외주면에는 랙바(155)를 축방향으로 슬라이딩시켜 조향 보조력을 발생시킬 수 있도록 동력전달구조가 마련되는데, 이 동력전달구조는 랙바(155)의 외주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 외주스크류홈(155a)과, 이에 삽입되는 볼(230) 및, 외주스크류홈(155a)과 대응되게 볼너트(320)의 내주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 내주스크류홈(320a)으로 이루어진다.
볼너트(320)는 내주면에 내주스크류홈(320a)이 형성된 중공관으로서, 외주면 일측에 너트풀리(310)가 밀착 설치되고, 이 볼너트(320)의 외주면 타측에는 베어링(240)이 설치되며, 이 베어링의 외륜 끝단과 외주면 일단에는 락스크류(미도시)가 랙하우징(200)의 내주면에 나사결합되어 베어링(240)을 지지하며 고정된다.
그리고, 볼너트(320)와 너트풀리(310)의 사이에는 삽입링(325)이 결합되어 볼너트(320)와 너트풀리(310)의 슬립(slip)을 방지하게 되어 있다.
이렇게 너트풀리(310)가 벨트의 구동력으로 볼너트(320)를 회전시키게 되는데, 볼너트(320)와 너트풀리(310)에는 기준값 이상의 하중이 전달되는 경우 너트풀리(310)가 소정의 각도로 회전된 후 정지되도록 하는 회전 방지수단(315)이 구비되어 있다.
즉, 노면으로부터 랙바(155)를 통해 전달되는 외부로부터 과도한 하중이 전달되는 경우 볼너트(320)가 벨트의 구동 방향으로 또는 벨트의 구동 방향과 반대 방향으로 하중을 받게 되고, 이로 인해 모터(165)와 전자 제어 장치로 역입력이 가해지게 된다.
이렇게 과도한 하중이 전달되면 모터(165)에 과부하가 걸리거나 심한 경우 모터(165)가 파손되기도 하고, 전자제어장치가 오류를 일으켜 조향 보조력의 제어가 제대로 이루어지지 않게 되는데, 기준값 이상의 하중이 전달되는 경우 회전 방지수단(315)이 너트풀리(310)가 소정의 각도로 회전된 후 정지되도록 함으로써 충격을 완화하여 주변 부품을 보호하게 되어 있다.
이러한 회전 방지수단(315)은, 볼너트(320)와 너트풀리(310) 중 어느 한쪽에 구비되되, 요홈으로 형성되는 슬롯홈(315b)과, 볼너트(320)와 너트풀리(310) 중 다른 한쪽에 구비되되, 슬롯홈(315b)에 삽입되어 지지되는 지지부재(315a) 등으로 구성되는데, 본 발명의 도면에서는 볼너트에 지지부재(315a)가 구비되고 너트풀리에 슬롯홈(315b)이 구비되는 것을 일례로 도시하였음을 밝혀둔다.
슬롯홈(315b)은 볼너트(320)의 중심축을 기준으로 하는 원호 형상으로 형성되는데, 슬롯홈(315b)의 양측 끝단에는 경방향의 폭이 작아지게 형성되는 소폭부(315c)가 구비되어 지지부재(315a)와의 지지력을 증대시켜 서서히 정지시킬 수 있게 할 수 있다.
또한, 슬롯홈(315b)은 원주 방향으로 소정의 간격으로 이격되며 두개 이상 형성될 수 있는데, 이 경우 슬롯홈(315b)은 중심축을 기준으로 대칭되는 위치에 형성되어 볼너트(320)에 가해지는 힘을 균등하게 배분함으로써 볼너트(320)에 전달되는 편하중을 방지하게 된다.
슬롯홈(315b)에 삽입되는 지지부재(315a)는 볼너트(320)의 외주면 단턱부에서 너트풀리(310)쪽으로 돌출되어 형성되는데, 도 4에 도시된 것처럼 볼너트(320)와 일체로 형성되거나, 도 5에 도시된 것처럼 별개로 형성되어 볼너트(320)에 결합될 수 있다.
도 5와 같이 지지부재(315a)가 별개로 형성되는 경우에는 볼너트(320)의 외주면 단턱부에 체결홀(323)을 형성하고 이 체결홀(323)에 지지부재(315a)가 결합될 수 있는데, 이 경우 지지부재(315a)는 핀(pin) 형상으로 형성되어 체결홀(323)에 결합되게 된다.
한편, 이와 같은 회전 방지수단(315)은 외부로부터 더 큰 하중이 전달되는 경우에는 지지부재(315a)가 슬롯홈(315b)에 의해 파손되면서 볼너트(320)의 회전을 가능하게 하여 볼너트(320)의 파손을 방지함으로써, 고속 주행중 조향 불능 상태가 되는 것을 방지하게 된다.
즉, 전자 제어 장치에서 송출하는 구동력값인 기준값 이상의 하중이 외부로부터 전달되는 경우에는 너트풀리(310)가 소정의 각도로 회전된 후 정지되도록 하여 모터(165)와 전자 제어 장치 등의 주변 부품을 보호하고, 이보다 더 큰 하중이 외부로부터 전달되는 경우에는 지지부재(315a)가 파손되어 볼너트(320)의 파손을 방지하여 운전자에게 치명적인 조향 불능 상태를 미연에 방지하게 되는 것이다.
또한, 전술한 벨트식 전동장치는, 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(117), 토크 센서(117)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU), 전자 제어 장치로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터(165) 등과 함께 랙구동형 동력 보조 조향장치를 구성하게 된다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 모터에 의한 벨트의 작동시 외부로부터 역입력되는 과도한 하중이 전달되는 경우 너트풀리를 구동하는 모터와 전자 제어 장치 등의 주변 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 고속 주행중 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공하는 효과를 가지게 된다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
155: 랙바 310: 너트풀리
315: 회전 방지수단 315a: 지지부재
315b: 슬롯홈 320: 볼너트

Claims (10)

  1. 랙바와 결합되어 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트와, 상기 볼너트의 외주면에 결합되어 벨트의 구동력으로 상기 볼너트를 회전시키는 너트풀리를 포함하되,
    상기 볼너트와 너트풀리에는 기준값 이상의 하중이 전달되는 경우 상기 너트풀리가 소정의 각도로 회전된 후 정지되도록 하는 회전 방지수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 벨트식 전동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 방지수단은,
    상기 볼너트와 너트풀리 중 어느 한쪽에 구비되되, 요홈으로 형성되는 슬롯홈;
    상기 볼너트와 너트풀리 중 다른 한쪽에 구비되되, 상기 슬롯홈에 삽입되어 지지되는 지지부재;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 벨트식 전동장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬롯홈은 볼너트의 중심축을 기준으로 하는 원호 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 벨트식 전동장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 슬롯홈의 양측 끝단에는 경방향의 폭이 작아지게 형성되는 소폭부가 구비되는 것을 특징으로 하는 벨트식 전동장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 슬롯홈은 원주 방향으로 소정의 간격으로 이격되며 두개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 벨트식 전동장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 슬롯홈은 중심축을 기준으로 대칭되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 벨트식 전동장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 볼너트의 외주면 단턱부에서 상기 너트풀리쪽으로 돌출되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 벨트식 전동장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 볼너트의 외주면 단턱부에 체결홀을 형성하고, 상기 체결홀에 상기 지지부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 벨트식 전동장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 지지부재는 핀(pin) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 벨트식 전동장치.
  10. 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서, 토크 센서로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU), 전자 제어 장치로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터, 모터에서 발생한 보조 동력을 랙바에 전달하는 벨트식 전동장치를 포함하되,
    상기 벨트식 전동장치는, 랙바와 결합되어 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트와, 상기 볼너트의 외주면에 결합되어 벨트의 구동력으로 상기 볼너트를 회전시키는 너트풀리를 포함하되, 상기 볼너트와 너트풀리에는 기준값 이상의 하중이 전달되는 경우 상기 너트풀리가 소정의 각도로 회전된 후 정지되도록 하는 회전 방지수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101540214B1 (ko) * 2013-11-19 2015-07-29 한라스택폴 주식회사 전동 조향장치의 풀리 및 그 제조방법
KR20180039515A (ko) * 2016-10-10 2018-04-18 주식회사 만도 랙구동형 동력 보조 조향장치

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