(57)【要約】【課題】インペラの送風効率を向上した電動送風機およびこれを用いた電気掃除機を提供する。【解決手段】前面シュラウド２、後面シュラウド３および前記両シュラウド間に設けられた複数枚のブレード４を有するインペラ１と、前面シュラウド２の入口部に設けられ回転軸方向の流れを径方向の流れに変換する曲面を有する導入部６と、ブレード４のインペラ１入口側に設けられ、かつ、前面シュラウド２と連接されずにブレード４とは連接する前進翼と、インペラ１の外周に位置したエアガイド１３と、エアガイド１３とインペラ１を内包したケーシング１５と、インペラ１を回転駆動させる回転軸１０とを備え、前面シュラウド２と後面シュラウド３とで形成される径方向の流路は、この流路の流路断面積を前記入口径から出口径に向けて単調増加させたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板金製の前面シュラウド、板金製の後面シュラウドおよび前記両シュラウド間に設けられた複数枚の板金製のブレードを有するインペラと、前記前面シュラウドの入口部に設けられ回転軸方向の流れを径方向の流れに変換する曲面を有する導入部と、前記ブレードの前記インペラ入口側に設けられ、かつ、前記前面シュラウドと連接されずに前記ブレードとは連接する前進翼と、前記インペラの外周に位置したエアガイドと、前記エアガイドとともにインペラを内包し中央に吸気孔を有したケーシングと、前記後面シュラウドの中央に締結され前記インペラを回転駆動させる電動機の回転軸とを備え、前記前面シュラウドと前記後面シュラウドとで形成される径方向の流路は、この流路の流路断面積を前記入口径から出口径に向けて単調増加している電動送風機。
【請求項２】
流路断面積は、略直線状に変化する請求項１に記載の電動送風機。
【請求項３】
ケーシングの入口径が前面シュラウドの入口径に比べて小さく、かつ、前記ケーシングの入口部と前記前面シュラウドの入口部が接触または近接する請求項１または２に記載の電動送風機。
【請求項４】
ケーシングの入口部と前進翼とが接触または近接する請求項３に記載の電動送風機。
【請求項５】
回転軸に近付くほど盛り上がる山形部をインペラ内に設け、前記山形部の外径が前進翼の内周端に比べて大きい構成とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動送風機。
【請求項６】
山形部のすべてまたは一部が、インペラと回転軸を締結する軸締結部または締結補助部を兼ねる請求項５に記載の電動送風機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動送風機を有する電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラ送風効率向上を図った電動送風機およびこれを用いた電気掃除機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のインペラ送風効率向上を図った電動送風機はすでに提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これは、図１３に示すように、インペラ１が、前面シュラウド２、後面シュラウド３および両シュラウド間２、３に配した複数枚のブレード４により構成されている。さらに、前面シュラウド２の入口部５には回転軸方向の流れを径方向の流れに変換する曲面を有する導入部６が設けられていて、ブレード４のインペラ１入口側に設けられ、かつ、前面シュラウド２と連接されずにブレード４とは連接する前進翼７を有している。
【０００４】
そして、前面シュラウド２の形状は、入口部５で導入部６を除いた前面シュラウド２とブレード４とが連接を開始する位置ａを基点として、インペラ１の内周側から流路の出口部８である外周側へ向かう程、前面シュラウド２から後面シュラウド３（基板）までの距離が短くなるように（ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ）前面シュラウド２を傾斜させ、かつ、前面シュラウド２径方向の断面形状を曲線形状としている。
【０００５】
これにより、図１４（ａ）に示すように、インペラ１の前面シュラウド２とブレード４とが連接開始する内周側の径（位置ａ）から外径（位置ｅ）にかけて径方向における流路の円筒断面積の変化が直線的に増加する。そして、図１４（ｂ）に示すように、前面シュラウド２とブレード４の連接を開始する内径の位置ａから流路の出口部８である外径（位置ｅ）にかけて径方向の流速の変化が直線状に減少するものである。
【特許文献１】特開２００６−９６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、前面シュラウド２の入口径部９（図１３中の位置ｆ）より外周側、かつ、前進翼７が存在する部分では前面シュラウド２との径方向の位置関係を定義していないため、インペラ１の送風効率を十分に向上することができないという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、インペラ１の送風効率を向上した電動送風機およびこれを用いた電気掃除機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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電動送風機は、板金製の前面シュラウド、板金製の後面シュラウドおよび前記両シュラウド間に設けられた複数枚の板金製のブレードを有するインペラと、前記前面シュラウドの入口部に設けられ回転軸方向の流れを径方向の流れに変換する曲面を有する導入部と、前記ブレードの前記インペラ入口側に設けられ、かつ、前記前面シュラウドと連接されずに前記ブレードとは連接する前進翼と、前記インペラの外周に位置したエアガイドと、前記エアガイドとともにインペラを内包し中央に吸気孔を有したケーシングと、前記後面シュラウドの中央に締結され前記インペラを回転駆動させる電動機の回転軸とを備え、前記前面シュラウドと前記後面シュラウドとで形成される径方向の流路は、この流路の流路断面積を前記入口径から出口径に向けて単調増
加しているものである。
【０００９】
これによって、インペラ内部の径方向の流速、すなわち流量に起因する流速が、前面シュラウドの入口径部から出口部までの前進翼を含むブレードが存在する流路のほぼ全域に亘って徐々に減速していき、その流路内で急加速や急減速を繰り返さないため、送風効率が十分に向上されるものである。
【００１０】
また、この電動送風機を用いた電気掃除機は、吸引性能が高く、快適な掃除ができるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電動送風機およびこれを用いた電気掃除機は、十分な送風効率の向上が図れるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、板金製の前面シュラウド、板金製の後面シュラウドおよび前記両シュラウド間に設けられた複数枚の板金製のブレードを有するインペラと、前記前面シュラウドの入口部に設けられ回転軸方向の流れを径方向の流れに変換する曲面を有する導入部と、前記ブレードの前記インペラ入口側に設けられ、かつ、前記前面シュラウドと連接されずに前記ブレードとは連接する前進翼と、前記インペラの外周に位置したエアガイドと、前記エアガイドとともにインペラを内包し中央に吸気孔を有したケーシングと、前記後面シュラウドの中央に締結され前記インペラを回転駆動させる電動機の回転軸とを備え、前記前面シュラウドと前記後面シュラウドとで形成される径方向の流路は、この流路の流路断面積を前記入口径から出口径に向けて単調増加している電動送風機とするものである。
【００１３】
これにより、インペラ内部の径方向の流速、すなわち流量に起因する流速が、前面シュラウドの入口径部から出口部までの前進翼を含むブレードが存在する流路のほぼ全域に亘って徐々に減速していき、その流路内で急加速や急減速を繰り返さないため、送風効率が十分に向上されるものである。
【００１４】
第２の発明は、特に、第１の発明の流路断面積が略直線状に変化することにより、インペラ内部の流量に起因する成分の流速が、回転軸断面の流れ方向に対して一定の割合で減速していくことで急減速を発生させないものである。
【００１５】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明のケーシングの入口径が前面シュラウドの入口径に比べて小さく、かつ、前記ケーシングの入口部と前記前面シュラウドの入口部が接触または近接することにより、インペラ入口部での剥離や逆流などによる乱れが抑制され、インペラ入口径部で均一に流れが径方向へ流れ易くなり、よって流路断面積を有効に活用でき、送風効率の向上を図れるものである。
【００１６】
第４の発明は、特に、第３の発明のケーシングの入口部と前進翼とが接触または近接するものであることにより、前進翼はケーシング入口部と後面シュラウドに挟まれた流路を形成することができるため、前進翼間の漏れによる環流を低減でき、前進翼に続いて連設されたブレードと同様に送風性能に寄与させることができる。さらにインペラ入口径部で均一に流れが径方向へ流れ易くなり、送風効率の向上を図れる。
【００１７】
第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明において、回転軸に近付くほど盛り上がる山形部をインペラ内に設け、前記山形部の外径が前進翼の内周端に比べて大きい構成とすることにより、前面シュラウドの入口部に設けた回転軸方向の流れを径方向の流れに変換する曲面を有する導入部を大きくしても、前面シュラウドの入口径部近傍と山
形部で挟まれた流路の流路断面積を過度に大きくすることなく、入口部で回転軸方向の流れを径方向の流れに変換する際の剥離等の曲がり損失を低減し、かつ流路断面積の単調増加を実現できる。
【００１８】
第６の発明は、特に、第５の発明の山形部のすべてまたは一部が、インペラと回転軸を締結する軸締結部または締結補助部を兼ねることにより、山形部の形状を大きく、また複雑にすることが可能であり、その結果、前面シュラウドの導入部を大きく、かつ複雑にすることができ、曲がり損失を低減して送風効率の向上を図れるものである。
【００１９】
第７の発明は、特に、第１〜第８のいずれか１つの発明の電動送風機を有する電気掃除機としたことにより、吸引性能が高く、快適な掃除ができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１〜図４は、本発明の実施の形態１における電動送風機を示しており、図１は同電動送風機の半断面図であり、図２は同電動送風機のインペラを一部切り欠けして示す平面図であり、図３は同インペラの断面図である。
【００２２】
図１、図２に示すように、本実施の形態における電動送風機は、前面シュラウド２、後面シュラウド３および両シュラウド２、３間の複数枚のブレード４を有するインペラ１と、前面シュラウド２の入口部５近傍に設けた回転軸１０方向の流れを径方向の流れに変換する曲面を有する導入部６と、ブレード４のインペラ１入口側に設けられ、かつ、前面シュラウド２と連接されずにブレード４とは連接する前進翼７と、インペラ１の径方向（平面方向）の外周に位置し複数枚の静翼１１およびその静翼１１を支持する基板１２とを有するエアガイド１３と、エアガイド１３とともにインペラ１を内包し中央にインペラ１入口部５と対向する吸気孔１４を有したケーシング１５とを備えている。
【００２３】
そして、インペラ１を回転駆動させる電動機１６の回転軸１０は、後面シュラウド３の中央に在る穴に嵌め込まれ、座金１７を介してナット１８にて固着されインペラ１と締結されている。
【００２４】
インペラ１は、前面シュラウド２、後面シュラウド３および複数枚のブレード４から成り、これら３つの部品はいずれも板金製であり、かしめ加工などにより締結されている。そして、前面シュラウド２と後面シュラウド３で形成される径方向の流路断面は、前面シュラウド２入口径部９（位置ｆ）から出口部８である出口径（位置ｅ）にかけて、この流路断面の面積を狭くすることなく連続的に拡大させた構成、いわゆる広義の意味での単調増加構成としている。
【００２５】
図３に示すように、このインペラ１は、前面シュラウド２と後面シュラウド３からもたらされる入口から出口までの流路の回転軸１０方向の断面形状（子午面形状）が図３に示すような構成としている。
【００２６】
すなわち、前面シュラウド２の入口径部９（図３中の位置ｆ）から後面シュラウド３へ引いた後面シュラウド３に対する法線を、回転軸１０中心で回転させた円筒面を前面シュラウド２入口径部９の流路断面積とし、続けてこれより外周側、任意の位置の前面シュラウド２から後面シュラウド３へ引いた後面シュラウド３に対する法線を回転軸１０中心で回転させた円筒面をその任意の位置での流路断面積とする。
【００２７】
多くの場合、前面シュラウド２と後面シュラウド３の直径が同じであるため、前面シュラウド２外周端（図３中の位置ｅ）から後面シュラウド３外周端（位置ｅ）へ引いた線（法線となる）を回転軸１０中心で回転させた円筒面をインペラ１出口部８（位置ｅ）での流路断面積とする。
【００２８】
なお、前面シュラウド２と後面シュラウド３との直径が異なる場合においても、どちらか小さい直径までの円筒面を流路断面積とし、同様の考え方とすることができる。
【００２９】
次に、図４を参照しながら流路断面積と流速との関係について説明する。図４（ａ）は同インペラの回転中心からの距離と流路円筒断面積との関係を示すグラフであり、図４（ｂ）は同インペラの回転中心からの距離と径方向流速との関係を示すグラフである。
【００３０】
図４（ａ）に示すように、この流路の流路断面積が前面シュラウド２入口径部９（位置ｆ）から出口部８（位置ｅ）にかけて単調増加させ、その変化が次第に大きくなるようにしている。これにより、図４（ｂ）に示すように、入口径部９（位置ｆ）から出口部８（位置ｅ）にかけての流速の変化が次第に小さくなる。
【００３１】
以上のように構成された電動送風機について、以下その動作、作用を説明する。
【００３２】
図１において、電動機１６に接続されたインペラ１が図２中の矢印Ａの方向に高速回転すると、ケーシング１５の吸気孔１４から回転軸１０（図１中の矢印Ｂ）方向に空気を吸込み、更に奥のインペラ１内へと吸い込む。インペラ１入口部５に対応した位置の後面シュラウド３では、後面シュラウド３及びナット１８、座金１７、そして一部前面シュラウド２の導入部６の曲面にも沿った状態で回転軸１０方向の空気の流れから径方向の空気の流れに変換される。さらに空気流は、前面シュラウド２、後面シュラウド３、そして２枚の前進翼７で囲まれる内部流路（矢印Ｃ）を通過し、続く前面シュラウド２、後面シュラウド３、そして複数枚のブレード４で囲まれる内部流路（矢印Ｄ）を通過し、インペラ１外周である出口部８から排出される。
【００３３】
インペラ１から排出された空気流は、エアガイド１３の静翼１１間を通過し、ケーシング１５の外周壁に衝突後（矢印Ｅ）、またエアガイド１３の裏面（矢印Ｆ）、続いて電動機１６の内部を冷却しながら通過し（矢印Ｇ）、電動機１６に設けた排気孔１９から電動機１６外へ排出される（矢印Ｈ）。
【００３４】
そのとき、前面シュラウド２と連接されずにブレード４とは連接する前進翼７を設け、前面シュラウド２と後面シュラウド３とで形成される径方向の流路断面において、この流路断面の面積を入口径である入口径部９（位置ｆ）から出口径である出口部８（位置ｅ）にかけて単調増加であることにより、インペラ１内部の径方向、すなわち流量に起因する流速が前面シュラウド２入口径部９（位置ｆ）から出口部８（位置ｅ）までの前進翼７を含むブレード４の存在する流路のほぼ全域に亘って徐々に減速していき（図４（ｂ））、急加速や急減速を繰り返さないものである。
【００３５】
以上のように、本実施の形態においては、インペラ１内部の径方向、すなわち流量に起因する流速が前面シュラウド２入口径部９から出口部８までの全流路領域に渡って徐々に減速していき、加速や急減速を繰り返さないため、十分な送風効率の向上が図れるものである。
【００３６】
このとき、図４（ａ）に示すように、インペラ１内部の流路断面積の変化率は入口径部９から出口部８にかけて次第に大きくしており、その結果、図４（ｂ）に示すように入口径部９側の流速変化が小さい状態を形成している。この場合、とくにインペラ１入口部５
より上流側の流れが乱れている状態であるときに、流路の入口部５側でゆっくりと流速を変化させるため、流れの乱れを緩和し、送風効率を高めることができる。
【００３７】
また、図５に示すインペラ１の前面シュラウド２形状とすることで、図６（ａ）に示すように、インペラ１は、上述した図４（ａ）の状態とは逆に、流路断面積の変化率を入口径部９から出口部８にかけて次第に小さくしており、その結果、図６（ｂ）に示すように出口部８側の流速変化が小さい状態を形成している。この場合、とくにインペラ１出口部８から排出する流れを均一化することで、エアガイド１３での圧力回復をより効果的に行うことが可能で、送風効率を高めることができる。
【００３８】
また、図７に示すインペラ１の前面シュラウド２形状とすることで、図８（ａ）に示すように、インペラ１は、入口径部９から出口部８かけての流路断面積の単調増加を略直線状とすることで、インペラ１内部の径方向、すなわち流量に起因する流速が前面シュラウド２入口径部９から出口部８までの全流路領域に渡って一定の割合で減速していくことで、急減速を発生させないものである。
【００３９】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る電動送風機について、図９を参照しながら説明する。電動送風機の基本構成は、実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。
【００４０】
図９に示すように、ケーシング１５の入口径ｇが前面シュラウド２の入口径ｈに比べて小さく、かつ、ケーシング１５の入口部２０に設けた接触部２１と前面シュラウド２の入口部５とが接触している。その接触部２１は、摺動性の高い材質（例えばフッ素系樹脂、油脂含浸素材など）、高耐熱かつ被切削性の高い材質（例えばポリプロピレンなど）等で構成し、接触部２１の回転摩擦による損失を抑えている。
【００４１】
以上の構成により、前面シュラウド２の入口部５での剥離や逆流などによる乱れが抑制され、インペラ１入口径部９で均一に流れが径方向へ流れ易くなり、よって流路断面積を有効に活用でき、送風効率の向上を図れるものである。
【００４２】
なお、ケーシング１５の入口部２０と前面シュラウド２の入口部５が接触せずに極めて近接している状態でも近い効果を得ることができる。
【００４３】
また、ケーシング１５の入口部２０と前進翼７とが接触または近接していることにより、前進翼７はケーシング１５の入口部２０と後面シュラウド３とに挟まれた流路を形成できるため、前進翼７間の漏れによる環流を低減でき、前進翼７を後接するブレード４と同様に送風性能に寄与させることができ、さらにインペラ１の入口径部９で均一に流れが径方向へ流れ易くなり、送風効率の向上を図れる。
【００４４】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る電動送風機について、図１０を参照しながら説明する。同電動送風機の基本構成は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。
【００４５】
図１０に示すように、電動機１６の回転軸１０に近づくほど盛り上がる山形部２２をインペラ１内に設け、山形部２２の外径が前進翼７内周端に比べて大きい構成としている。つまり、後面シュラウド３の回転軸１０に近づくほど盛り上がる山形状となるように、後面シュラウド３にプレス成形を施してあり、後面シュラウド３より電動機１６側の座金２３の外径を大きく、かつ、前面シュラウド２側に突出するように構成し、座金２３は後面シュラウド３の下部を固定している。
【００４６】
以上より、本実施の形態では、前面シュラウド２の入口部５に設けた回転軸１０の軸方向の流れを径方向の流れに変換する曲面を有する導入部６を大きく確保しても、前面シュラウド２の入口径部９と山形部２２で挟まれた流路断面の面積が過度に大きくなることなく、入口部５で回転軸１０の軸方向の流れを径方向の流れに変換する際の剥離等の曲がり損失を低減し、かつ流路断面積の単調増加を実現するものである。
【００４７】
なお、図１１に示すように、山形部２２の一部が締結補助部である座金１７を兼ねることにより、山形部２２の形状を後面シュラウド３のプレス成形に比べて大きく、また複雑にすることが可能であり、その結果、前面シュラウド２の導入部を大きく、かつ複雑にすることができ、曲がり損失を低減して送風効率の向上を図れるものである。
【００４８】
また、座金１７を樹脂製とする場合には、クリープ現象によるネジ緩みを防止するために、座金１７の芯部に金属製の円環状部品をインサート成形もしくは圧入することが望ましい。
【００４９】
また、一部ではあるが山形形状の座金１７上に前進翼７を配していることにより、入口案内翼であるインデューサ構成に近付けることができ、インペラ１入口部５での整流効果を高めて、送風効率を向上することができる。
【００５０】
（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４における電気掃除機を示している。
【００５１】
図１２に示すように、掃除機本体２４内に電動送風機２５を有し、吸引ノズル２６から空気流とともに塵埃を吸引し、集塵室２７に塵埃を蓄える。
【００５２】
ここで、電動送風機２５として各実施の形態１〜３で示したいずれかの電動送風機を用いることにより、吸引性能を高めることができ、さらには消費エネルギーを抑えた電気掃除機を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明にかかる電動送風機は、十分な送風効率の向上が図れるものであるので、電気掃除機としてはもちろんのこと、他の家庭用電化機器、産業機器などの用途にも幅広く適用できる。さらには、電動送風機は同様の観点において、圧縮機、タービン、液体用ポンプにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１における電動送風機の半断面図
【図２】同電動送風機のインペラを一部切欠して示す平面図
【図３】同電動送風機のインペラの断面図
【図４】（ａ）同電動送風機のインペラ回転中心からの距離と流路円筒断面積の関係を示すグラフ（ｂ）同インペラ回転中心からの距離と径方向流速の関係を示すグラフ
【図５】同他のインペラの断面図
【図６】（ａ）同他のインペラ回転中心からの距離と流路円筒断面積の関係を示すグラフ（ｂ）同インペラ回転中心からの距離と径方向流速の関係を示すグラフ
【図７】同他のインペラの断面図
【図８】（ａ）同他のインペラ回転中心からの距離と流路円筒断面積の関係を示すグラフ（ｂ）同インペラ回転中心からの距離と径方向流速の関係を示すグラフ
【図９】本発明の実施の形態２における電動送風機のインペラおよびケーシングの断面図
【図１０】本発明の実施の形態３における電動送風機のインペラおよびケーシングの断面図
【図１１】同他のインペラおよびケーシングの断面図
【図１２】本発明の実施の形態４における電気掃除機の断面図
【図１３】従来の電動送風機におけるインペラの断面図
【図１４】（ａ）同インペラ回転中心からの距離と流路円筒断面積の関係を示すグラフ（ｂ）同インペラ回転中心からの距離と径方向流速の関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００５５】
１  インペラ
２  前面シュラウド
３  後面シュラウド
４  ブレード
５  入口部
６  導入部
７  前進翼
８  出口部（出口径）
９  入口径部（入口径）
１０  回転軸
１３  エアガイド
１４  吸気孔
１５  ケーシング
１６  電動機
１７  座金（締結補助部）
１８  ナット（軸締結部）
２０  ケーシング入口部
２１  山形部
２５  電動送風機
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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