(57)【要約】【課題】レーザ溶接による溶融部を腐食し難くすることができる冷却装置を提供する。【解決手段】液体が流通する流通路を内部に有する本体と、本体に重ね合わせられた状態でレーザ溶接にて接合される被接合部材と、を備え、レーザ溶接による溶融部の電位は、本体又は被接合部材の電位よりも高いことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が流通する流通路を内部に有する本体と、
前記本体に重ね合わせられた状態でレーザ溶接にて接合される被接合部材と、
を備え、
前記レーザ溶接による溶融部の電位は、前記本体又は前記被接合部材の電位よりも高い
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記被接合部材に対してレーザ光が照射され、
前記溶融部の電位は、前記本体の電位よりも高い
請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記本体には、外部と前記流通路とを連通する連通孔が形成され、
前記被接合部材は、前記連通孔を覆うように前記本体に重ね合わせられ、当該連通孔の周囲にレーザ光が照射される
請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記被接合部材の電位は、前記本体の電位よりも高い
請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記本体の材料がアルミニウムの６０００系合金であり、前記被接合部材の材料は、アルミニウムの３０００系合金である
請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
材質の異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせた状態でレーザ溶接することにより接合して構成される冷却装置であって、
前記レーザ溶接による溶融部の電位は、前記２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の電位よりも高い
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項７】
前記２つのアルミニウム材の内の前記一方のアルミニウム材の材料は６０００系合金であり、他方のアルミニウム材の材料は３０００系合金である
請求項６に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム材料を用いて成形された部材にて構成される冷却装置において、アルミニウム材料を用いて成形された部材同士を接合するために、はんだ付やろう付を行うことが提案されている。
例えば、特許文献１に記載された液冷式冷却装置は、冷却液流通体の流入部の一端面にアルミニウム製入口ヘッダをろう付し、同じく流出部の一端面にアルミニウム製出口ヘッダをろう付し、冷却液流通体の他端面にアルミニウム製中間ヘッダをろう付することにより構成されている。
また、アルミニウム材料を用いて成形された部材を接合するための方法として、特許文献２には、レーザ溶接を行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１６１１５８号公報
【特許文献２】特開平４−２７００８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、内部に液体が流通する流通路を有する、アルミニウム材料を用いて成形された部材（以下、「アルミニウム材」と称する場合がある。）と、流通路の流通方向とは異なる方向に液体を流通させる等のためのアルミニウム材とを重ね合わせて、レーザ溶接にて接合することが考えられる。かかる構成である場合、２つのアルミニウム材の隙間を通ってレーザ溶接による溶接部にまで液体が入り込んでしまうことが考えられるため、溶融部が腐食してしまうことを抑制することが重要となる。
本発明は、レーザ溶接による溶融部を腐食し難くすることができる冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる目的のもと完成させた本発明は、液体が流通する流通路を内部に有する本体と、前記本体に重ね合わせられた状態でレーザ溶接にて接合される被接合部材と、を備え、前記レーザ溶接による溶融部の電位は、前記本体又は前記被接合部材の電位よりも高いことを特徴とする冷却装置である。
ここで、前記被接合部材に対してレーザ光が照射され、前記溶融部の電位は、前記本体の電位よりも高くても良い。
また、前記本体には、外部と前記流通路とを連通する連通孔が形成され、前記被接合部材は、前記連通孔を覆うように前記本体に重ね合わせられ、当該連通孔の周囲にレーザ光が照射されても良い。
また、前記被接合部材の電位は、前記本体の電位よりも高くても良い。
また、前記本体の材料がアルミニウムの６０００系合金であり、前記被接合部材の材料は、アルミニウムの３０００系合金であっても良い。
また、他の観点から捉えると、本発明は、材質の異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせた状態でレーザ溶接することにより接合して構成される冷却装置であって、前記レーザ溶接による溶融部の電位は、前記２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の電位よりも高いことを特徴とする冷却装置である。
ここで、前記２つのアルミニウム材の内の前記一方のアルミニウム材の材料は６０００系合金であり、他方のアルミニウム材の材料は３０００系合金であっても良い。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、レーザ溶接による溶融部を腐食し難くすることができる冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態に係る液冷式冷却装置の斜視図である。
【図２】液冷式冷却装置を構成する部品を分解した図である。
【図３】図１のIII−III部の断面図である。
【図４】図１のIV−IV部の断面図である。
【図５】重ね合わせ部におけるレーザ溶接工程を説明する斜視図である。
【図６】（ａ）は、図１のVI−VI部の断面図である。（ｂ）は、（ａ）のVIb部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して、実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る液冷式冷却装置１の斜視図である。
図２は、液冷式冷却装置１を構成する部品を分解した図である。
図３は、図１のIII−III部の断面図である。
図４は、図１のIV−IV部の断面図である。
実施の形態に係る液冷式冷却装置１は、内部に冷却液が流通する装置本体１０と、装置本体１０を流通する冷却液の流通方向を変更する変更部材２０と、を備えている。また、液冷式冷却装置１は、装置本体１０の外部から内部に冷却液を流入させる入口ジョイント３０と、装置本体１０の内部から外部に冷却液を流出させる出口ジョイント４０と、を備えている。
【０００９】
（装置本体１０）
装置本体１０は、概形が直方体の部材である。装置本体１０は、押出加工にて成形された、ＪＩＳ Ａ６０６３合金の押出材を用いて成形されており、押出方向が長手方向となるように成形されている。また、図１に示すように、装置本体１０の長手方向及び短手方向の長さは、上下方向の長さよりも大きい。なお、ＪＩＳ Ａ６０６３合金の質別は、Ｔ０又はＴ６であることを例示することができる。また、その他の質別であっても良いが、装置本体１０の硬さが、４２（ＨＶ（ビッカース硬さ））以上であることが望ましい。
【００１０】
装置本体１０の内部には、長手方向における一方の端部から他方の端部まで貫通した貫通孔１１が複数形成されている。本実施の形態に係る液冷式冷却装置１においては、図４に示すように、貫通孔１１は、短手方向の中央部よりも手前側と、中央部よりも奥側とに、それぞれ６つ形成されている。
【００１１】
手前側の６つの貫通孔１１は、入口ジョイント３０を介して流入し、変更部材２０に至る前の冷却液が流通する流入側流路１１１として機能する。隣接する流入側流路１１１は、流入側壁１１１ａにより仕切られている。
他方、奥側の６つの貫通孔１１は、変更部材２０を通過後に流入し、出口ジョイント４０に至る前の冷却液が流通する流出側流路１１２として機能する。隣接する流出側流路１１２は、流出側壁１１２ａにより仕切られている。
【００１２】
また、装置本体１０には、長手方向における中央部に、上面から凹んだ空間１２が２つ形成されている。２つの空間１２の内の一つは、流入側流路１１１と連通するように形成された流入側空間１２１であり、他方は、流出側流路１１２と連通するように形成された流出側空間１２２である。
流入側空間１２１は、上壁１３及び流入側壁１１１ａが例えば切削加工にて除去されることで形成された空間であり、上壁１３が貫通された貫通孔１２１ａと、流入側壁１１１ａが除去された下部空間１２１ｂとにより形成される。なお、図２に示した例では、流入側壁１１１ａは、上側から下側にかけて全て除去されているが、上側の一部が除去され、下側の部分が残っていても良い。
流出側空間１２２は、上壁１３及び流出側壁１１２ａが例えば切削加工にて除去されることで形成された空間であり、上壁１３が貫通された貫通孔１２２ａと、流出側壁１１２ａが除去された下部空間１２２ｂとにより形成される。なお、図２に示した例では、流出側壁１１２ａは、上側から下側にかけて全て除去されているが、上側の一部が除去され、下側の部分が残っていても良い。
【００１３】
（変更部材２０）
変更部材２０は、装置本体１０における長手方向の両端部それぞれに配置されている。
変更部材２０は、概形が直方体の部材であるとともに、装置本体１０側の端面から凹んだ凹部２１が形成されている。凹部２１により、流入側流路１１１と流出側流路１１２とが連通させられている。
変更部材２０は、装置本体１０側の端面と、装置本体１０の長手方向の端面とが突き合わせられた状態で、突き合わせ部にレーザ溶接が施されることにより接合されている。このように、変更部材２０は、本体の一例としての装置本体１０に対してレーザ溶接にて接合される被接合部材の一例である。
【００１４】
変更部材２０は、例えば、質別ＯのＪＩＳ Ａ３０００系合金からなる条に深絞り加工が施されることにより成形されたものであることを例示することができる。また、変更部材２０は、例えば、質別Ｈ１４のＪＩＳ Ａ３０００系合金又は質別Ｈ１４のＪＩＳ Ａ１０００系アルミニウムからなる素材に切削加工が施されることにより成形されたものであっても良い。
【００１５】
（入口ジョイント３０）
入口ジョイント３０は、円筒状であり中心線方向が上下方向となるように配置される入口パイプ３１と、入口パイプ３１を保持する保持部材３２とを有している。
【００１６】
入口パイプ３１は、上端寄りの部分に設けられた、径方向外側に全周に亘って突出した上端側突出部３１１と、下端寄りの部分に設けられた、径方向外側に全周に亘って突出した下端側突出部３１２とを有している。
入口パイプ３１における、下端側突出部３１２よりも下端側の部分が、保持部材３２に形成された後述する貫通孔３２１に挿入されている。
保持部材３２は、概形が板状の直方体の部材であり、中央部に円形の貫通孔３２１が形成されている。保持部材３２は、ＪＩＳ Ａ３００３合金の板材を用いて成形されている。なお、ＪＩＳ Ａ３００３合金の質別は、質別Ｈ１２又は質別Ｈ１８であることを例示することができる。また、その他の質別であっても良いが、保持部材３２の硬さが、３５（ＨＶ）以上であることが望ましい。
【００１７】
入口パイプ３１は、下端側突出部３１２よりも下端側の部分が、保持部材３２に形成された貫通孔３２１に挿入された状態でろう付されている。下端側突出部３１２における最外径部と保持部材３２との間には、溶融したろう材からなるフィレット３３が形成されている。
【００１８】
そして、入口ジョイント３０は、入口パイプ３１の下端部が装置本体１０の流入側空間１２１に挿入され、保持部材３２の下端面が装置本体１０の上面に載せられた状態（保持部材３２と装置本体１０とを重ね合わせた状態）で、レーザ溶接が施されることにより接合されている。このように、保持部材３２は、装置本体１０に対してレーザ溶接にて接合される被接合部材の一例である。
【００１９】
（出口ジョイント４０）
出口ジョイント４０は、入口ジョイント３０と同様の部材であり、円筒状であり中心線方向が上下方向となるように配置される出口パイプ４１と、出口パイプ４１を保持する保持部材４２とを有している。
【００２０】
出口パイプ４１は、上端寄りの部分に設けられた、径方向外側に全周に亘って突出した上端側突出部４１１と、下端寄りの部分に設けられた、径方向外側に全周に亘って突出した下端側突出部４１２とを有している。
出口パイプ４１における、下端側突出部４１２よりも下端側の部分が、保持部材４２に形成された後述する貫通孔（不図示）に挿入されている。
保持部材４２は、概形が板状の直方体の部材であり、中央部に円形の貫通孔（不図示）が形成されている。保持部材４２は、保持部材３２と同様に、ＪＩＳ Ａ３００３合金の板材を用いて成形されている。なお、ＪＩＳ Ａ３００３合金の質別は、質別Ｈ１２又は質別Ｈ１８であることを例示することができる。また、その他の質別であっても良いが、保持部材４２の硬さが、３５（ＨＶ）以上であることが望ましい。
【００２１】
出口パイプ４１は、下端側突出部４１２よりも下端側の部分が、保持部材４２に形成された貫通孔（不図示）に挿入された状態でろう付されている。下端側突出部４１２における最外径部と保持部材４２との間には、溶融したろう材からなるフィレット４３が形成されている。
【００２２】
そして、出口ジョイント４０は、出口パイプ４１の下端部が装置本体１０の流出側空間１２２に挿入され、保持部材４２の下端面が装置本体１０の上面に載せられた状態（保持部材４２と装置本体１０とを重ね合わせた状態）で、レーザ溶接が施されることにより接合されている。このように、保持部材４２は、装置本体１０に対してレーザ溶接にて接合される被接合部材の一例である。
【００２３】
（液冷式冷却装置１の作用）
以上のように構成された液冷式冷却装置１には、装置本体１０の上面であって、入口ジョイント３０及び出口ジョイント４０が設けられた部位よりも長手方向の外側に、この液冷式冷却装置１により冷却される被冷却物が載せられる。被冷却物は、複数の直方体状の単電池１０１からなる組電池１００であることを例示することができる。
【００２４】
そして、液冷式冷却装置１においては、入口ジョイント３０の入口パイプ３１から装置本体１０の流入側空間１２１内に流入した冷却液が、流入側流路１１１を通って変更部材２０の凹部２１内に至る。変更部材２０の凹部２１内に至った冷却液は、その後、流出側流路１１２を通って流出側空間１２２に至り、出口ジョイント４０の出口パイプ４１から流出する。このようにして、冷却液が、装置本体１０の流入側流路１１１及び流出側流路１１２を流通する間に、装置本体１０の上面に載せられた組電池１００を冷却する。
【００２５】
（液冷式冷却装置１の製造方法）
以上のように構成された液冷式冷却装置１は、以下のようにして製造される。
装置本体１０における長手方向の両端部の端面と、変更部材２０における装置本体１０側の端面とを突き合わせた状態で、突き合わせ部に対して、レーザ光を連続的に照射する。このようにして、装置本体１０における長手方向の両端部に、変更部材２０を、レーザ溶接にて接合する。
突き合わせ部にレーザ光が照射されることで、突き合わせ部と略同一位置に溶接部２２（図３参照）が形成される。
【００２６】
また、装置本体１０の流入側空間１２１に入口ジョイント３０の入口パイプ３１の下端部を挿入し、入口ジョイント３０の保持部材３２の下端面を装置本体１０の上面に載せる（保持部材３２と装置本体１０とを重ね合わせる）。そして、保持部材３２と装置本体１０とを重ね合わせた状態で、保持部材３２に対してレーザ光を照射し、入口パイプ３１の周囲にレーザ光を連続的に照射していく。このようにして、装置本体１０における中央部に、入口ジョイント３０を、レーザ溶接にて接合する。
重ね合わせ部にレーザ光が照射されることで、照射された位置と略同一位置に溶接部３４（図３参照）が形成される。
【００２７】
同様に、装置本体１０の流出側空間１２２に出口ジョイント４０の出口パイプ４１の下端部を挿入し、出口ジョイント４０の保持部材４２の下端面を装置本体１０の上面に載せる（保持部材４２と装置本体１０とを重ね合わせる）。そして、保持部材４２と装置本体１０とを重ね合わせた状態で、保持部材４２に対してレーザ光を照射し、出口パイプ４１の周囲にレーザ光を連続的に照射していく。このようにして、装置本体１０における中央部に、出口ジョイント４０を、レーザ溶接にて接合する。
重ね合わせ部にレーザ光が照射されることで、照射された位置と略同一位置に溶接部４４（図１参照）が形成される。
【００２８】
（レーザ溶接工程）
図５は、重ね合わせ部におけるレーザ溶接工程を説明する斜視図である。
図５に示すように、装置本体１０と入口ジョイント３０の保持部材３２（出口ジョイント４０の保持部材４２）との重ね合わせ部に向けて、レーザ装置１５０のレーザヘッド１５１からレーザ光Ｌを照射する。そして、レーザヘッド１５１を、入口パイプ３１（出口パイプ４１）の周囲の保持部材３２（保持部材４２）の端部形状に沿って移動させることで、レーザ光Ｌを連続的に照射する。
なお、レーザ装置１５０のレーザ源は特に限定されない。ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、ファイバレーザ、ディスクレーザ、半導体レーザであることを例示することができる。また、レーザ光Ｌの照射方向は、重ね合わせ部の保持部材３２（保持部材４２）の面に対して直交する方向でも良いし、直交方向に対して傾斜した方向であっても良い。
また、装置本体１０と変更部材２０との突き合わせ部に向けて、レーザヘッド１５１からレーザ光Ｌを照射する。そして、レーザヘッド１５１を、突き合わせ部の形状に沿って移動させることで、レーザ光Ｌを連続的に照射する。
【００２９】
（溶接部）
図６（ａ）は、図１のVI−VI部の断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のVIb部の拡大図である。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、入口ジョイント３０の保持部材３２と装置本体１０との重ね合わせ部の溶接部３４の断面形状を示している。レーザ装置１５０のレーザヘッド１５１から保持部材３２に対してレーザ光Ｌが照射され、レーザ光Ｌのエネルギーが熱に変換されることによって、重ね合わせ部を構成している、アルミニウム材である保持部材３２と装置本体１０の母材自体が溶融し、その後急速に冷却される。この急速加熱・急速冷却により溶接部３４に組織変化が生じ、溶接部３４は、溶けて固まった溶融部３４ｍと、溶接熱により組織変化の生じた熱影響部３４ｈとにより構成される。熱影響部３４ｈは、保持部材３２の熱影響部３２ｈと、装置本体１０の熱影響部１０ｈとにより構成される。
【００３０】
上述したように製造される液冷式冷却装置１において、装置本体１０に用いられるアルミニウム材料と、入口ジョイント３０の保持部材３２及び出口ジョイント４０の保持部材４２に用いられるアルミニウム材料とは異なる。
これは、本発明者が鋭意研究したところ、材質の異なる２つのアルミニウム材がレーザ溶接にて接合されると、レーザ溶接による溶融部の電位は、２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の電位よりも高くなることを見出したことに起因する。材質の異なる２つのアルミニウム材の内の電位が低い方のアルミニウム材の電位、溶融部の電位、２つのアルミニウム材の内の電位が高い方のアルミニウム材の電位の順に高くなる。液冷式冷却装置１においては、装置本体１０のアルミニウム材料と、保持部材３２（保持部材４２）のアルミニウム材料とを異ならせることで、これらをレーザ溶接したことによる溶融部３４ｍの電位が最も低くならないようにした。
【００３１】
また、本実施の形態に係る液冷式冷却装置１において、装置本体１０のアルミニウム材料と、保持部材３２（保持部材４２）のアルミニウム材料とを選定するにあたって、装置本体１０は、流入側流路１１１及び流出側流路１１２を内部に有し、保持部材３２（保持部材４２）は、流入側空間１２１（流出側空間１２２）を覆う点に鑑みる。保持部材３２は、装置本体１０に形成された、装置本体１０の外部と流入側流路１１１とを連通する連通孔の一例としての貫通孔１２１ａを覆うように装置本体１０に重ね合わせられ、貫通孔１２１ａの周囲にレーザ光が照射される。保持部材４２は、装置本体１０に形成された、装置本体１０の外部と流出側流路１１２とを連通する連通孔の一例としての貫通孔１２２ａを覆うように装置本体１０に重ね合わせられ、貫通孔１２２ａの周囲にレーザ光が照射される。
【００３２】
そして、本実施の形態に係る液冷式冷却装置１においては、保持部材３２（保持部材４２）のアルミニウム材料をＪＩＳ Ａ３０００系合金とし、装置本体１０のアルミニウム材料を、保持部材３２（保持部材４２）の電位よりも低い、ＪＩＳ Ａ６０００系合金とした。より具体的には、保持部材３２（保持部材４２）のアルミニウム材料をＪＩＳ Ａ３００３合金、装置本体１０のアルミニウム材料をＪＩＳ Ａ６０６３合金とした（ＪＩＳ Ａ３００３合金の電位は−７１９．３（ｍＶ）、ＪＩＳ Ａ６０６３合金の電位は−７４２．３（ｍＶ））。
【００３３】
これにより、レーザ溶接の溶融部（例えば溶融部３４ｍ）の電位が装置本体１０の電位よりも高くなるようにするとともに、保持部材３２（保持部材４２）の電位が装置本体１０の電位よりも高くなるようにした。つまり、装置本体１０の電位、溶融部（例えば溶融部３４ｍ）の電位、保持部材３２（保持部材４２）の電位の順に高くなるようにした。その結果、装置本体１０と保持部材３２（保持部材４２）との間に冷却液が入り込んでしまったとしても、溶融部（例えば溶融部３４ｍ）が卑な金属となってしまうことを抑制することができ、溶融部が腐食してしまうことを抑制することができる。また、保持部材３２（保持部材４２）が卑な金属となってしまうことを抑制することができ、溶融部が腐食してしまうことを抑制することができる。
【００３４】
これに対して、装置本体１０の電位は、溶融部（例えば溶融部３４ｍ）の電位、及び、保持部材３２（保持部材４２）の電位よりも低いので、装置本体１０と保持部材３２（保持部材４２）との間に冷却液が入り込んでしまった場合には、装置本体１０が卑な金属となってしまい、装置本体１０が腐食してしまうおそれがある。しかしながら、装置本体１０における溶融部３４ｍよりも内側の部位が腐食してしまっても、保持部材３２は、装置本体１０に形成された貫通孔１２１ａを覆うように装置本体１０に重ね合わせられ、貫通孔１２１ａの周囲にレーザ光が照射されて、溶融部３４ｍが形成されているので、冷却液が装置本体１０の外部に漏れることが抑制される。また、保持部材４２は、装置本体１０に形成された貫通孔１２２ａを覆うように装置本体１０に重ね合わせられ、貫通孔１２２ａの周囲にレーザ光が照射されて、溶融部が形成されているので、冷却液が装置本体１０の外部に漏れることが抑制される。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態に係る液冷式冷却装置１は、材質の異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせた状態でレーザ溶接することにより接合して構成される冷却装置であって、レーザ溶接による溶融部の電位は、２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の電位よりも高いことを特徴とする冷却装置の一例である。ただし、この特徴点である、レーザ溶接による溶融部の電位が、２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の電位よりも高いのは、冷却装置に限って好適なわけではない。２つのアルミニウム材をレーザ溶接にて接合して構成される全ての構造物に好適である。そして、レーザ溶接による溶融部の電位が、２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の電位よりも高いことで、溶融部が腐食し難くなる。
【符号の説明】
【００３６】
１…液冷式冷却装置、１０…装置本体、１０ｈ…熱影響部、２０…変更部材、３０…入口ジョイント、３１…入口パイプ、３２…保持部材、３２ｈ…熱影響部、３４…溶接部、３４ｍ…溶融部、３４ｈ…熱影響部、４０…出口ジョイント、４１…出口パイプ、４２…保持部材
【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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