(57)【要約】【課題】安全に大きい荷重を支持することができるバネ構造の技術を提供する。【解決手段】金属のベローズ部材と、前記ベローズ部材の軸方向の一端部に固定されている第１支持部材と、前記ベローズ部材と前記第１支持部材の周りに配置され、前記ベローズ部材と前記第１支持部材を覆っている第２支持部材と、を備えており、前記第２支持部材は、前記ベローズ部材の軸方向の他端部に固定されている固定部を備えており、前記ベローズ部材と前記第１支持部材と前記第２支持部材とによって囲まれている密閉空間に流体が封入されている、バネ構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属のベローズ部材と、
前記ベローズ部材の軸方向の一端部に固定されている第１支持部材と、
前記ベローズ部材と前記第１支持部材の周りに配置され、前記ベローズ部材と前記第１支持部材を覆っている第２支持部材と、を備えており、
前記第２支持部材は、前記ベローズ部材の軸方向の他端部に固定されている固定部を備えており、
前記ベローズ部材と前記第１支持部材と前記第２支持部材とによって囲まれている密閉空間に流体が封入されている、バネ構造。
【請求項２】
請求項１に記載のバネ構造であって、
前記ベローズ部材の内側に配置され、前記第１支持部材に当接して前記第１支持部材を支持する第３支持部材を更に備えている、バネ構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のバネ構造であって、
前記ベローズ部材の軸方向において前記第２支持部材の前記固定部と間隔をあけて配置されている第４支持部材と、
前記第２支持部材と前記第４支持部材の間に配置されている第１緩衝部材と、を更に備えている、バネ構造。
【請求項４】
請求項３に記載のバネ構造であって、
前記第１緩衝部材がウレタンからなる、バネ構造。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のバネ構造であって、
前記ベローズ部材の軸方向において前記第１支持部材と前記第２支持部材との間に配置されている第２緩衝部材を更に備えている、バネ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する技術は、バネ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１にはベローズが開示されている。特許文献１のベローズは主にシール材として用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２２６６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のベローズは主にシール材として用いられるので荷重を支持することが想定されていないが、荷重を支持するためのバネ構造の一部としてベローズを用いることも考えられる。本明細書では、安全に大きい荷重を支持することができるバネ構造の技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示するバネ構造は、金属のベローズ部材と、前記ベローズ部材の軸方向の一端部に固定されている第１支持部材と、前記ベローズ部材と前記第１支持部材の周りに配置され、前記ベローズ部材と前記第１支持部材を覆っている第２支持部材と、を備えていてもよい。前記第２支持部材は、前記ベローズ部材の軸方向の他端部に固定されている固定部を備えていてもよい。前記ベローズ部材と前記第１支持部材と前記第２支持部材とによって囲まれている密閉空間に流体が封入されていてもよい。
【０００６】
この構成によれば、ベローズ部材の軸方向において第１支持部材と第２支持部材に荷重が作用したときに、密閉空間に封入されている流体がベローズ部材の軸方向に圧縮されることによって生じる反力によって大きい荷重を支持することができる。また、密閉空間に封入されている流体の圧力が高くなることで仮にベローズ部材が破裂したとしても、ベローズ部材が第２支持部材によって覆われているので、ベローズ部材の破片等が周りに飛散することを抑制することができる。したがって、安全に大きい荷重を支持することができる。
【０００７】
バネ構造は、前記ベローズ部材の内側に配置され、前記第１支持部材に当接して前記第１支持部材を支持する第３支持部材を更に備えていてもよい。この構成によれば、第１支持部材を介して荷重を支持することができる。また、密閉空間に封入されている流体の圧力がベローズ部材に作用することによって仮にベローズ部材が径方向の内側に変形したとしても、ベローズ部材の内側に配置されている第３支持部材によって、ベローズ部材が大きく変形することを抑制することができる。
【０００８】
バネ構造は、前記ベローズ部材の軸方向において前記第２支持部材の前記固定部と間隔をあけて配置されている第４支持部材と、前記第２支持部材と前記第４支持部材の間に配置されている第１緩衝部材と、を更に備えていてもよい。この構成によれば、ベローズ部材の軸方向において第２支持部材に荷重が作用したときに、第２支持部材と第４支持部材が強く衝突することを第１緩衝部材によって抑制することができる。また、仮にベローズ部材が破裂したとしても、ベローズ部材の破片が周りに飛散することを第１緩衝部材によって抑制することができる。前記第１緩衝部材はウレタンからなっていてもよい。
【０００９】
バネ構造は、前記ベローズ部材の軸方向において前記第１支持部材と前記第２支持部材との間に配置されている第２緩衝部材を更に備えていてもよい。この構成によれば、第１支持部材と第２支持部材に荷重が作用したときに、仮にベローズ部材が破裂することによって第１支持部材と第２支持部材が接近したとしても。第１支持部材と第２支持部材が強く衝突することを第２緩衝部材によって抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例に係るバネ構造の断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図１の一部IIIの拡大図である。
【図４】図３の一部IVの拡大図である。
【図５】図１の一部Vの拡大図である。
【図６】図１の一部VIの拡大図である。
【図７】第２実施例に係るバネ構造の断面図である。
【図８】図７の一部VIIIの拡大図である。
【図９】他の実施例に係るバネ構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施例）
第１実施例に係るバネ構造１０について図面を参照して説明する。図１に示すように、第１実施例に係るバネ構造１０は、ベローズ部材２０と、第１支持部材３０と、第２支持部材４０とを備えている。また、バネ構造１０は、第３支持部材７１と、第４支持部材７２と、流体導入装置９０とを備えている。
【００１２】
ベローズ部材２０は、例えば鉄（Ｆｅ）を含む合金から形成されている。ベローズ部材２０の金属は特に限定されるものではない。ベローズ部材２０は、軸方向（Ｚ方向）に伸縮する。図２に示すように、ベローズ部材２０は、軸方向（Ｚ方向）に視たときに円環状に構成されている。
【００１３】
図３に示すように、ベローズ部材２０は、外径部７８と内径部７９を備えている。図３ではベローズ部材２０の外径部７８と内径部７９を破線で示している。ベローズ部材２０の外径部７８と内径部７９は、ベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）に沿って略直線状に形成されている。ベローズ部材２０の外径Ｄ１と内径Ｄ２は、ベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）に沿って略一定である。ベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）の中央部３１における外径Ｄ１及び内径Ｄ２と、中央部３１より軸方向（Ｚ方向）の端部側に位置する端部側部３２における外径Ｄ１及び内径Ｄ２とが略同じ外径である。なお、ベローズ部材２０の中央部３１は、例えば、ベローズ部材２０を軸方向（Ｚ方向）に三等分したときの中央の部分であり、端部側部３２は、その中央部３１より上側の部分及び下側の部分である。
【００１４】
図４に示すように、ベローズ部材２０は、複数の外側突出部４８と、複数の内側突出部４９とを備えている。複数の外側突出部４８は、ベローズ部材２０の外径部７８に対応している。複数の内側突出部４９は、ベローズ部材２０の内径部７９に対応している。外側突出部４８は、ベローズ部材２０の外側に突出している。内側突出部４９は、ベローズ部材２０の内側に突出している。ベローズ部材２０は、複数の板部材２１を備えている。板部材２１は、ベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）に視たときに円環状に構成されている（図２）。ベローズ部材２０は、複数の板部材２１が組み合わされることによって構成されている。ベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）に隣り合っている板部材２１同士が例えば溶接や拡散接合によって接合されている。ベローズ部材２０の外側突出部４８では、軸方向（Ｚ方向）に隣り合う板部材２１の外周部６１同士が接合されている。ベローズ部材２０の内側突出部４９では、軸方向（Ｚ方向）に隣り合う板部材２１の内周部６２同士が接合されている。
【００１５】
図１に示すように、バネ構造１０の第１支持部材３０は、ベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）の上端部２２に固定されている。第１支持部材３０は、例えば溶接によってベローズ部材２０に固定されている。第１支持部材３０は、円板状に形成されている。第１支持部材３０の周端部がベローズ部材２０に固定されている。第１支持部材３０は、ベローズ部材２０の内側の空間を覆っている。第１支持部材３０の上面及び下面は、平面状に形成されている。第１支持部材３０は、例えば鉄（Ｆｅ）を含む合金から形成されている。
【００１６】
バネ構造１０の第２支持部材４０は、ベローズ部材２０と第１支持部材３０の周りに配置されている。第２支持部材４０は、ベローズ部材２０と第１支持部材３０を囲んでいる。第２支持部材４０は、ベローズ部材２０と第１支持部材３０を覆っている。第２支持部材４０よりも内側の空間にベローズ部材２０と第１支持部材３０が配置されている。第２支持部材４０は、箱型に形成されている。第２支持部材４０は、例えば鉄（Ｆｅ）を含む合金から形成されている。第２支持部材４０の板厚ｔ４０は、ベローズ部材２０の板部材２１の板厚ｔ２１（図４参照）よりも厚い。
【００１７】
第２支持部材４０は、固定部４１と、支持部４２と、周囲部４３と、下側角部４６と、上側角部４７とを備えている。固定部４１と支持部４２と周囲部４３と下側角部４６と上側角部４７は、一体的に形成されている。第２支持部材４０の固定部４１は、第２支持部材４０の下端部に位置している。固定部４１は、ベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）の下端部２３に固定されている。固定部４１は、例えば溶接によってベローズ部材２０に固定されている。固定部４１は、ベローズ部材２０の径方向及び周方向に延びている。固定部４１は、ベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）に視たときに円環状に形成されている（図示省略）。固定部４１は、第１支持部材３０よりも下側に位置している。固定部４１は、第２支持部材４０の下面を構成している。固定部４１の下面は、平面状に形成されている。
【００１８】
第２支持部材４０の支持部４２は、第２支持部材４０の上端部に位置している。支持部４２は、バネ構造１０に作用する荷重を支持する部分である。支持部４２は、第１支持部材３０よりも上側に位置している。支持部４２は、第２支持部材４０の上面を構成している。支持部４２は、円板状に形成されている。支持部４２の上面は、平面状に形成されている。
【００１９】
第２支持部材４０の周囲部４３は、固定部４１と支持部４２の間に位置している。周囲部４３は、ベローズ部材２０と第１支持部材３０の周りに配置されている。周囲部４３は、ベローズ部材２０と第１支持部材３０を囲んでいる。周囲部４３は、ベローズ部材２０の周方向及び軸方向に延びている。周囲部４３は、ベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）に視たときに円環状に形成されている（図示省略）。周囲部４３は、第２支持部材４０の側面を構成している。周囲部４３には導入口４４が形成されている。導入口４４には流体導入装置９０の導入管９１が接続されている。導入管９１には逆止弁９３が配置されている。
【００２０】
第２支持部材４０の下側角部４６と上側角部４７は、ベローズ部材２０の周方向に延びている。下側角部４６と上側角部４７は、ベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）に視たときに円環状に形成されている（図示省略）。下側角部４６は、固定部４１と周囲部４３の間に位置している。上側角部４７は、支持部４２と周囲部４３の間に位置している。
【００２１】
ベローズ部材２０と第１支持部材３０と第２支持部材４０によって囲まれた部分には密閉空間５０が形成されている。密閉空間５０には圧縮性流体が封入されている。密閉空間５０に封入される圧縮性流体は、例えば、空気、ガス等の気体である。また、水、オイル等の非圧縮性流体と組み合わせて用いられることもある。
【００２２】
ベローズ部材２０の内側の空間には第３支持部材７１が配置されている。第３支持部材７１は、ベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）に延びている。第３支持部材７１は、円筒状に形成されている。第３支持部材７１の上面は、平面状に形成されている。第３支持部材７１の上面が第１支持部材３０の下面に当接している。第３支持部材７１は、第１支持部材３０を支持している。
【００２３】
第３支持部材７１の下端部には第４支持部材７２が固定されている。第４支持部材７２は、基台１００の上に配置されている。第４支持部材７２は、ベローズ部材２０の径方向及び周方向に延びている。第４支持部材７２は、円板状に形成されている。第４支持部材７２の中心部に第３支持部材７１が固定されている。第４支持部材７２の中心部以外の上面は、平面状に形成されている。第４支持部材７２は、第２支持部材４０の固定部４１よりも下側に配置されている。第４支持部材７２と固定部４１とが間隔をあけて配置されている。第４支持部材７２の上面と固定部４１の下面との間には隙間８０が形成されている。
【００２４】
第４支持部材７２の上面と固定部４１の下面との間には第１緩衝部材８１が配置されている。隙間８０の一部に第１緩衝部材８１が配置されている。第１緩衝部材８１の下面は第４支持部材７２の上面に固定されている。第１緩衝部材８１の上面は固定部４１の下面に固定されている。第１緩衝部材８１は、例えばウレタンから形成されている。第１緩衝部材８１は、ベローズ部材２０の径方向及び周方向に延びている。第１緩衝部材８１は、ベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）に視たときに円環状に形成されている（図示省略）。第１緩衝部材８１は、ベローズ部材２０の径方向においてベローズ部材２０の外径部７８よりも内側に配置されている。図５に示すように、第１緩衝部材８１は、その上下方向（Ｚ方向）の中央部に屈曲部８５を備えている。屈曲部８５は、ベローズ部材２０の径方向の外側に向かって突出している。ベローズ部材２０の径方向において、屈曲部８５の外側の端部８５２は、第１緩衝部材８１の上面の外側の端部８５３及び下面の外側の端部８５４よりも外側に位置している。第１緩衝部材８１は、係合部８６を更に備えている。係合部８６は、固定部４１の内側の端面に係合している。なお、他の実施例では、第１緩衝部材８１が無くてもよい。
【００２５】
図１に示すように、流体導入装置９０は、導入管９１と、ポンプ９２とを備えている。流体導入装置９０は、バネ構造１０の密閉空間５０に圧縮性流体を導入する装置である。導入管９１は、バネ構造１０の第２支持部材４０の周囲部４３に形成されている導入口４４に接続されている。図６に示すように、導入管９１の端部が導入口４４に挿入されている。導入管９１を通じて密閉空間５０に圧縮性流体が導入される。ポンプ９２は、導入管９１に圧縮性流体を圧送する。導入管９１に配置されている逆止弁９３は、ポンプ９２と第２支持部材４０との間に配置されている。逆止弁９３は、ポンプ９２側から密閉空間５０側に向かう圧縮性流体の流れを許容し、密閉空間５０側からポンプ９２側に向かう圧縮性流体の流れを許容しない。流体導入装置９０によって密閉空間５０に圧縮性流体が導入された後には、逆止弁９３とポンプ９２との間の導入管９１が溶接によって封止されてもよい。なお、他の実施例では、流体導入装置９０が無くてもよい。また、第２支持部材４０と逆止弁９３との間の導入管９１が溶接によって封止されてもよい。
【００２６】
上記のバネ構造１０では、図１に矢印で示すように、第１支持部材３０及び第２支持部材４０を介してバネ構造１０に荷重Ｐが作用する。第１支持部材３０の下面と第２支持部材４０の上面に荷重Ｐが作用する。このとき、バネ構造１０のベローズ部材２０が軸方向（Ｚ方向）に伸長すると共に、密閉空間５０がベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）に圧縮される。その際に、密閉空間５０に封入されている圧縮性流体が圧縮されることによって生じる反力によって荷重Ｐを支持することができる。圧縮性流体が圧縮されると、図１に矢印で示すように、第１支持部材３０の上面に圧縮性流体の圧力Ｑが作用する。また、ベローズ部材２０の外面に圧縮性流体の圧力Ｑが作用する。また、第２支持部材４０の内面に圧縮性流体の圧力Ｑが作用する。圧縮性流体が圧縮されるほど大きい反力が生じるので大きい荷重Ｐを支持することができる。また、上記の構成によれが、圧縮性流体の圧力Ｑが高くなることによって仮にベローズ部材２０が破裂したとしても、ベローズ部材２０が第２支持部材４０によって覆われているので、ベローズ部材２０の破片等が周りに飛散することを抑制することができる。また、ベローズ部材２０が破裂するときには内側に破裂するので、ベローズ部材２０の破片等が周りに飛散することを抑制することができる。したがって、上記のバネ構造１０によれば安全に大きい荷重を支持することができる。
【００２７】
また、上記のバネ構造１０は、ベローズ部材２０の内側に配置されている第３支持部材７１を備えている。第３支持部材７１は第１支持部材３０に当接して第１支持部材３０を支持する。この構成によれば、第３支持部材７１が第１支持部材３０を介して荷重Ｐを支持することができる。また、ベローズ部材２０の外面に圧縮性流体の圧力が作用したときに、ベローズ部材２０の内側に配置されている第３支持部材７１によって、ベローズ部材２０が径方向の内側に変形することを抑制することができる。また、ベローズ部材２０の破片等が飛散することを抑制することができる。
【００２８】
また、上記のバネ構造１０は、ベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）において第２支持部材４０の固定部４１と間隔をあけて配置されている第４支持部材７２を備えている。また、バネ構造１０は、第２支持部材４０と第４支持部材７２との間に配置されている第１緩衝部材８１を備えている。この構成によれば、ベローズ部材２０の軸方向（Ｚ方向）において第２支持部材４０に荷重Ｐが作用したときに、第２支持部材４０と第４支持部材７２が強く衝突することを抑制することができる。また、仮にベローズ部材２０が破裂したとしても、ベローズ部材２０の破片が周りに飛散することを抑制することができる。また、ベローズ部材２０が破裂したときの破裂音が第１緩衝部材８１によって吸音されるので、破裂音が周りに拡がることを抑制することができる。
【００２９】
以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上記の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３０】
（第２実施例）
次に、第２実施例について説明する。第２実施例では、図７に示すように、第２支持部材４０の周囲部４３に排出口４５が形成されている。また、第２実施例では、流体導入装置９０が、排出管９６と、タンク９７と、リリーフ弁９８と、案内管９９と、フィルタ９５とを備えている。流体導入装置９０は、バネ構造１０の密閉空間５０に圧縮性流体を導入するだけでなく、密閉空間５０から圧縮性流体を排出することができる。排出管９６は、周囲部４３に形成されている排出口４５に接続されている。図８に示すように、排出管９６の端部が排出口４５に挿入されている。排出口４５を通じて密閉空間５０から排出管９６に圧縮性流体が排出される。
【００３１】
図７に示すように、排出管９６は、タンク９７に接続されている。タンク９７は、排出管９６に排出された圧縮性流体を収容する。リリーフ弁９８は、第２支持部材４０とタンク９７との間の排出管９６に配置されている。リリーフ弁９８は、密閉空間５０における圧縮性流体の圧力が所定の圧力以上になると開弁し、所定の圧力未満になると閉弁する。バネ構造１０に荷重Ｐが作用することによって密閉空間５０における圧縮性流体の圧力が上昇するとリリーフ弁９８が開弁する。また、荷重Ｐが除荷されて圧縮性流体の圧力が低下するとリリーフ弁９８が閉弁する。案内管９９は、タンク９７とポンプ９２に接続されており、タンク９７からポンプ９２に圧縮性流体を案内する。ポンプ９２は、タンク９７に収容されている圧縮性流体を案内管９９を通じて吸引し、吸引した圧縮性流体を導入管９１に圧送する。導入管９１に圧送された圧縮性流体が密閉空間５０に導入される。ポンプ９２は常に動作しており、密閉空間５０における圧縮性流体の圧力が維持される。このようなバネ構造１０によれば、密閉空間５０における圧縮性流体の圧力を調整することができる。フィルタ９５は、案内管９９に配置されている。フィルタ９５は、案内管９９を流れる圧縮性流体から異物を除去する。
【００３２】
第２実施例では、圧縮性流体に代えて非圧縮性流体が用いられてもよい。すなわち、密閉空間５０に非圧縮性流体が封入されていてもよい。また、圧縮性流体と非圧縮性流体とが組み合わされて用いられてもよい。なお、圧縮性流体が用いられる場合は、流体導入装置９０がタンク９７を備えていなくてもよい。また、第２実施例では、密閉空間５０における圧力を検出するための圧力センサが設置されていてもよい。また、図示省略する制御部が、圧力センサの検出圧力に基づいてポンプ９２を制御してもよい。例えば、バネ構造１０に荷重Ｐが作用することによって密閉空間５０における圧力が上昇した場合は、制御部がポンプ９２を停止してもよい。また、荷重Ｐが除荷されて密閉空間５０における圧力が低下した場合は、制御部がポンプ９２を駆動してもよい。
【００３３】
（他の実施例）
他の実施例では、図９に示すように、第１支持部材３０の上面に第２緩衝部材８２が配置されていてもよい。第２緩衝部材８２は、例えばウレタンから形成されている。第２緩衝部材８２は、例えば円形状に形成されている。この構成によれば、第１支持部材３０と第２支持部材４０に荷重Ｐが作用しているときに、仮にベローズ部材２０が破裂することによって、第１支持部材３０と第２支持部材４０が互いに接近したとしても、第１支持部材３０と第２支持部材４０が強く衝突することを第２緩衝部材８２によって抑制することができる。
【００３４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３５】
１０：バネ構造、２０：ベローズ部材、２１：板部材、２２：上端部、２３：下端部、３０：第１支持部材、３１：中央部、３２：端部側部、４０：第２支持部材、４１：固定部、４２：支持部、４３：周囲部、４４：導入口、４５：排出口、４８：外側突出部、４９：内側突出部、５０：密閉空間、６１：外周部、６２：内周部、７１：第３支持部材、７２：第４支持部材、７８：外径部、７９：内径部、８０：隙間、８１：第１緩衝部材、８２：第２緩衝部材、８５：屈曲部、９０：流体導入装置、９１：導入管、９２：ポンプ、９３：逆止弁、９６：排出管、９７：タンク、９８：リリーフ弁、９９：案内管、１００：基台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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