JP2007050773A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 クランプ操作時の操作レバーの操作力の変動を小さくしたカム面を有するステアリング装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 本発明のステアリング装置では、第３のカム面６１６の形状を、ころ７５中心の移動軌跡が、実質的にＹ＝Ｘ^１／２の関数の曲線になるようなカム面にした。これにより、従来の円弧状のカム面の場合に比較して、操作力の最大値が約３５％軽減されると共に、操作レバー７１のクランプ操作のほとんどの範囲で、操作力を一定に維持することが可能となる。
【選択図】 図８

Description

本発明はステアリング装置、特にテレスコピック位置調整機構またはチルト位置調整機構の内の少なくとも一方を備えた車両のためのステアリング装置に関する。

テレスコピック位置調整機構及びチルト位置調整機構は、それぞれ運転者の体型及び好みにあわせて、最も運転しやすい位置にステアリングホィールの前後方向位置、及び、傾斜角度を調整するための機構である。ステアリングホィールの前後方向位置、及び、傾斜角度の調整時には、一旦、それぞれのためのコラムクランプ装置がアンクランプ状態にされ、その状態で前後方向位置、及び、傾斜角度を調整したのち、再度クランプ状態にされる。

コラムをクランプするコラムクランプ装置では、操作レバーの操作力を大きなクランプ力に変換するための増力機構としてカムを使用しているが、カム面と操作レバーとの間に転動体を介することによって摩擦を軽減し、操作レバーを軽い力で操作できるようにしている。

このような転動体を使用したコラムクランプ装置として、特許文献１のステアリング装置がある。特許文献１のステアリング装置では、円筒形の転動体を使用している。そして、この転動体が転動するカム面は、締付け解除位置に形成されて、転動体の曲率半径と略同一の曲率半径を有する第１のカム面と、締付け位置に形成された平坦な第２のカム面と、第１のカム面と第２のカム面とを接続する円弧状の第３のカム面とから構成されている。

この第３のカム面が円弧状であると、操作レバーの操作角度によって操作レバーの操作力が一定せず、そのため、操作レバーの操作感が低下するという問題があった。

特開平１０−３２８９５０号公報

本発明は、クランプ操作時の操作レバーの操作力の変動を小さくしたカム面を有するステアリング装置を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、車体に取付け可能な車体取付けブラケット、上記車体取付けブラケットにチルト位置又はテレスコピック位置の少なくともいずれか一方の位置が調整可能に支持されると共に、ステアリングホイールを装着したステアリングシャフトを回動可能に軸支したコラム、所望のチルト位置又はテレスコピック位置の少なくともいずれか一方の位置で上記車体取付けブラケットに上記コラムを締付けてクランプするために、上記車体取付けブラケット及びコラムに挿通された締付けロッド、上記締付けロッドの一端に支承され上記車体取付けブラケットの一側面を上記コラムに締付ける第１の締付け部材、上記締付けロッドの他端に支承され上記車体取付けブラケットの他側面を上記コラムに締付ける第２の締付け部材、上記締付けロッドの他端に上記第２の締付け部材に対向して回動可能に支承された回動部材、上記第２の締付け部材または回動部材のいずれか一方に回転可能に支承された転動体、及び、上記第２の締付け部材または回動部材のいずれか他方に設けられ、上記転動体が転動するカム面を備え、上記カム面が、締付け解除位置に形成されて、上記転動体の曲率半径と略同一の曲率半径を有する円弧状の第１のカム面と、締付け位置に形成された平坦な第２のカム面と、上記第１のカム面と第２のカム面とを接続し、転動体中心の移動軌跡を表す関数と、この移動軌跡を表す関数の導関数との積が一定となる第３のカム面とからなることを特徴とするステアリング装置である。

第２番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、Ｘを転動体中心の移動量、Ｙを転動体中心のリフト量としたとき、上記転動体中心の移動軌跡を表す関数が、実質的に下記の式によって表される関数であることを特徴とするステアリング装置である。
Ｙ＝Ｘ^１／２

第３番目の発明は、第１番目または第２番目のいずれかの発明のステアリング装置において、上記転動体中心の移動軌跡が、上記転動体の半径よりも曲率半径が小さい区間を円弧形状で置き換えた形状であることを特徴とするステアリング装置である。

第４番目の発明は、第１番目または第２番目のいずれかの発明のステアリング装置において、上記転動体が円筒形であることを特徴とするステアリング装置である。

第５番目の発明は、第１番目または第２番目のいずれかの発明のステアリング装置において、上記コラムにはディスタンスブラケットが固定され、上記ディスタンスブラケットが上記車体取付けブラケットにチルト位置又はテレスコピック位置の少なくともいずれか一方の位置が調整可能に摺接し、上記締付けロッドは上記車体取付けブラケット及びディスタンスブラケットに挿通されていることを特徴とするステアリング装置である。

第６番目の発明は、第１番目または第２番目のいずれかの発明のステアリング装置において、上記回動部材は操作レバーに取付けられ、操作レバーを揺動することにより上記締付けロッドを中心として回動部材が操作レバーと共に回動することを特徴とするステアリング装置である。

本発明のステアリング装置では、転動体が転動するカム面を、締付け解除位置に形成されて、転動体の曲率半径と略同一の曲率半径を有する円弧状の第１のカム面と、締付け位置に形成された平坦な第２のカム面と、第１のカム面と第２のカム面とを接続し、転動体中心の移動軌跡を表す関数と、この移動軌跡を表す関数の導関数との積が一定となる第３のカム面とから構成している。従って、クランプ時の操作レバーの操作力の最大値が軽減されると共に、操作レバーのクランプ操作時のほとんどの範囲で、操作レバーの操作力を一定に維持することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施例１及び実施例２を説明する。

図１は、本発明のステアリング装置１０１を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。ステアリング装置１０１は、ステアリングシャフト１０２を回動自在に軸支している。ステアリングシャフト１０２には、その上端（車体後方側）にステアリングホイール１０３が装着され、ステアリングシャフト１０２の下端（車体前方側）には、ユニバーサルジョイント１０４を介して中間シャフト１０５が連結されている。

中間シャフト１０５にはその下端にユニバーサルジョイント１０６が連結され、ユニバーサルジョイント１０６には、ラックアンドピニオン機構等からなるステアリングギヤ１０７が連結されている。

運転者がステアリングホイール１０３を回転操作すると、ステアリングシャフト１０２、ユニバーサルジョイント１０４、中間シャフト１０５、ユニバーサルジョイント１０６を介して、その回転力がステアリングギヤ１０７に伝達され、ラックアンドピニオン機構を介して、タイロッド１０８を移動し、車輪の操舵角を変えることができる。

図２から図５はステアリング装置１０１のコラムクランプ部１０９を示し、図２は本発明の実施例１のコラムクランプ部１０９を示す一部を断面した正面図であり、締付け状態を示す。図３は図２のＰ矢視図である。図４は左側締付け部材単体を示す斜視図であり、（１）は正面図、（２）は背面図である。図５は左側締付け部材に形成された実施例１のカム面を示す拡大展開図である。

図本実施例では、チルト位置調整機構を有するステアリング装置のコラムクランプ部に適用した例を示す。

図２で、コの字型の車体取付けブラケット２が車体（図示せず）に取り付けられ、車体取付けブラケット２には左右の側板２１、２２が下方に延びて形成されている。側板２１、２２の内側には、ディスタンスブラケット３の側板３１、３２が挟み込まれ、ディスタンスブラケット３の左右の側板３１、３２の下方には、コラム４が溶接により取り付けられている。

コラム４には、ステアリングシャフト１０２（図１）が回動自在に軸支され、ステアリングシャフト１０２には、その車体後方側（上端）にステアリングホイール１０３（図１）が装着されている。

ディスタンスブラケット３の側板３１、３２には貫通孔３１１、３１２が形成され、この貫通孔３１１、３１２を丸棒状の締付けロッド５が貫通している。車体取付けブラケット２の側板２１、２２には、各々チルト用長溝２１１、２２１が形成され、このチルト用長溝２１１、２２１を締付けロッド５が貫通して、左右に延びている。

締付けロッド５の左側には、左側締付け部材（第２の締付け部材）６１、操作レバー（回動部材）７１がこの順に外嵌し、操作レバー７１の左側面７１１には、締付けロッド５左端のフランジ５２が当接している。

締付けロッド５の右側には、右側締付け部材（第１の締付け部材）６２、スラストベアリング６３がこの順に外嵌している。締付けロッド５の右端には雄ネジ５１が形成され、この雄ネジ５１にねじ込まれたナット６４によって、スラストベアリング６３を介して右側締付け部材６２を側板２２に適度の締付け力で締付けている。

車体取付けブラケット２の左側の側板２１には、左側締付け部材６１側に突出するガイド突起２１２がチルト用長溝２１１の両側に一体的に形成され、左側締付け部材６１の右側面６１３に形成されたガイド溝６１１にガイド突起２１２が嵌合して、左側締付け部材６１を図２の上下方向（矢印Ｑ方向）に案内している。

従って、コラムクランプ部１０９が締付け解除状態の時には、コラム４と一体のディスタンスブラケット３は、チルト用長溝２１１、２２１に沿って、締付けロッド５と共に矢印Ｑ方向に移動可能である。この矢印Ｑ方向のディスタンスブラケット３の移動によって、ステアリングホイール１０３の傾斜角度の調整を行うことができる。

図２に示すように、操作レバー（回動部材）７１には、締付けロッド５に外嵌する貫通孔７３が形成されて、締付けロッド５が適度な嵌合で貫通すると共に、この貫通孔７３の周囲には矩形部７２が形成されて、締付けロッド５を中心として操作レバー７１が揺動する。

貫通孔７３の左右には、貫通孔７３の軸心に対して点対称の位置に、矩形溝７４、７４が形成され、この矩形溝７４、７４内に、中空円筒形のころ（転動体）７５、７５が隙間を空けて挿入されている。ころ７５、７５の軸心にはピン７６、７６が圧入され、このピン７６、７６の両端が、操作レバー７１に形成されたピン溝７７、７７に回動可能に軸支されている。

図４及び図５に、左側締付け部材（第２の締付け部材）６１の詳細な形状を示す。左側締付け部材６１には、その中心部に円形の貫通孔６１２が形成され、この貫通孔６１２を図２に示す締付けロッド５が貫通している。

左側締付け部材６１の左側面６１４には、ころ７５、７５が転動するカム面が形成されている。平坦な左側面６１４には、貫通孔６１２の軸心に対して点対称の位置に、断面が円弧状の第１のカム面６１５、６１５が形成されている。第１のカム面６１５、６１５は、平坦な左側面６１４から凹状に陥没して形成されている。第１のカム面６１５、６１５の曲率半径ｒは、ころ７５、７５の曲率半径ｒと略同一に形成されている。

ころ７５、７５が第１のカム面６１５、６１５に落ち込んだ位置（図５の位置Ｐ１）が、操作レバー７１を締付け解除側に揺動させた時の締付け解除位置である。また、ころ７５が第１のカム面６１５、６１５から出て、平坦な左側面（第２のカム面）６１４に完全に乗り上げた位置（図５の位置Ｐ２、及び図２、図３の状態）が、操作レバー７１を締付け側に揺動させた時の締付け位置である。

第１のカム面６１５、６１５の時計方向周りの端部には、第１のカム面６１５、６１５と左側面（第２のカム面）６１４とを接続する第３のカム面６１６が形成されている。第３のカム面６１６は、貫通孔６１２（締付けロッド５）の軸心からの半径方向の距離R（図４参照）に比例して、第１のカム面６１５と第２のカム面６１４とを接続する長さが長く形成されている。

ステアリングホイール１０３の傾斜角度の調整を行う時の、コラムクランプ部１０９の操作と動作について説明する。ころ７５、７５が図５の締付け解除位置Ｐ１に位置している状態では、ころ７５、７５が左側締付け部材６１の第１のカム面６１５、６１５内に落ち込んでいる。従って、締付けロッド５が図２の右側に移動し、左側締付け部材６１、右側締付け部材６２が車体取付けブラケット２の側板２１、２２を締付ける力が解除されている。

この状態で、チルト用長溝２１１、２２１に沿って締付けロッド５を矢印Ｑ方向（図２参照）に移動する。締付けロッド５の移動により、締付けロッド５の両端に装着された左側締付け部材６１、操作レバー７１、右側締付け部材６２、スラストベアリング６３、ナット６４、及びディスタンスブラケット３と一体のコラム４が矢印Ｑ方向に移動し、ステアリングホイール１０３の傾斜角度を所望の位置に調整することができる。

ステアリングホイール１０３の傾斜角度の調整が完了すると、操作レバー７１を図３で時計方向に揺動する。操作レバー７１の揺動に伴って、操作レバー７１と共にころ７５、７５が、締付けロッド５の軸心を中心として時計方向に公転（回動）する。操作レバー７１の揺動に伴い、ころ７５、７５はピン７６、７６を中心として自転（回転）しながら、第１のカム面６１５、６１５から、第３のカム面６１６、６１６を通って、締付け位置Ｐ２に位置する第２のカム面６１４に移動する。

従って、ころ７５は、第２のカム面６１４と第１のカム面６１５との間の高さの差（リフト量）だけ、左側締付け部材６１に対して図２の左方向に移動する。ころ７５、７５が締付け位置Ｐ２に位置する第２のカム面６１４に移動すると、ころ７５、７５は左側締付け部材６１を車体取付けブラケット２の側板２１に押し付ける。図２で、ころ７５に作用する左方向への反力により、操作レバー７１が締付けロッド５のフランジ５２を左方向に押す。

そのため、締付けロッド５が左方向へ押され、ナット６４、スラストベアリング６３を介して右側締付け部材６２が車体取付けブラケット２の側板２２に押し付けられる。この結果、側板２１、２２の間にディスタンスブラケット３が強く挟み込まれ、コラム４の車体取付けブラケット２に対するクランプ動作が強固に行われる。

図６は第３のカム面６１６ところ７５との間に作用する力を示すモデル図である。このモデル図で、ころ７５に加わる操作レバー７１の操作力をｆ_ｈａｎｄ、締付けロッド５を図２の左方向へ押す時にころ７５に加わる力をｆ_ａ、ころ７５の中心をＯ、ころ７５と第３のカム面６１６との接点をＡ、直線ＯＡと力ｆ_ａとの間の角度をθとすると、ころ７５に作用する力の釣り合いから、
ｆ_ｈａｎｄｃｏｓθ＝ｆ_ａｓｉｎθ
となるので、
ｆ_ｈａｎｄ＝ｆ_ａｔａｎθ
となる。

ころ７５中心の移動軌跡を表す関数をｇとすれば、関数ｇの導関数ｇ´は、
ｇ´＝ｔａｎθ
であるから、
ｆ_ｈａｎｄ＝ｆ_ａｇ´
となる。

図３に示すように、締付けロッド５の軸心からころ７５の中心までの距離をＬ_ｒｏｌｌ、締付けロッド５の軸心から操作レバー７１の操作位置までの距離をＬ_ｈａｎｄ、操作レバー７１に実際に加える操作力をＦ_ｈａｎｄとすれば、
ｆ_ｈａｎｄ＝Ｆ_ｈａｎｄ・（Ｌ_ｈａｎｄ／Ｌ_ｒｏｌｌ）
となるので、
Ｆ_ｈａｎｄ＝（Ｌ_ｒｏｌｌ／Ｌ_ｈａｎｄ）・ｆ_ｈａｎｄ
となる。

また、ころ７５、ピン７６、締付けロッド５等の、クランプ動作時に力が加わる部分のばね定数をｋ、ころ７５の数をｎ（実施例ではｎ＝２）とすれば、締付けロッド５を図２の左方向へ押す時にころ７５に加わる力ｆ_ａは、
ｆ_ａ＝ｋ・ｇ／ｎ
となる。

従って、
Ｆ_ｈａｎｄ＝（Ｌ_ｒｏｌｌ／Ｌ_ｈａｎｄ）・（ｋ・ｇ／ｎ）・ｇ´
が求められる。
この式で、ｇ・ｇ´が一定であれば、残りの係数は全て定数なので、Ｆ_ｈａｎｄは一定の値に維持されることになる。

従って、ｇ・ｇ´が一定となる関数ｇは、ころ７５中心の移動量（ころ７５が操作レバー７１と共に、締付けロッド５の軸心を中心として公転する距離）をＸ、ころ７５中心のリフト量をＹとすれば、
Ｙ＝Ｘ^１／２
となる。

この関数、Ｙ＝Ｘ^１／２は、放物線を表す関数、Ｙ^２＝ＸのＹ≧０の部分を表す関数である。従って、第３のカム面６１６の形状を、ころ７５中心の移動軌跡が、実質的に関数Ｙ＝Ｘ^１／２で表される形状になるように形成すれば、操作レバー７１を操作するのに必要な操作力Ｆ_ｈａｎｄは一定となる。

図７は、第３のカム面６１６の形状が従来の円弧状のカム面の場合のデータＢと、ころ７５中心の移動軌跡が、Ｙ＝Ｘ^１／２の関数の曲線になるようなカム面の場合のデータＡについて、ころ７５中心の移動軌跡（ころ７５中心の移動量Ｘと、ころ７５中心のリフト量Ｙとの関係）を示すグラフである。

また、図８は、第３のカム面６１６の形状が従来の円弧状のカム面の場合のデータＢと、ころ７５中心の移動軌跡が、Ｙ＝Ｘ^１／２の関数の曲線になるようなカム面の場合のデータＡについて、操作レバー７１の操作力（ころ７５中心の移動量比と操作レバー７１の操作力比との関係）を示すグラフである。

すなわち、図８に示すように、第３のカム面６１６の形状を、ころ７５中心の移動軌跡が、実質的にＹ＝Ｘ^１／２の関数の曲線になるようなカム面にすれば、従来の円弧状のカム面の場合に比較して、操作力の最大値が約３５％軽減される。また、操作レバー７１のクランプ操作のほとんどの範囲で、操作力を一定に維持することが可能となる。

図９は、第３のカム面６１６の形状が従来の円弧状のカム面の場合のデータＢと、実施例２の形状のカム面の場合のデータＣについて、操作レバー７１の操作力（ころ７５中心の移動量比と操作レバー７１の操作力比との関係）を示すグラフである。

実施例２は、ころ７５中心の移動軌跡が、実施例１のＹ＝Ｘ^１／２の関数の曲線になるように第３のカム面６１６を形成すると共に、このＹ＝Ｘ^１／２の関数の曲線のうち、ころ７５の半径よりも曲率半径が小さい区間を円弧形状で置き換えた形状にした例である。

すなわち、図９に示すように、第３のカム面６１６の形状を、ころ７５中心の移動軌跡が、実質的にＹ＝Ｘ^１／２の関数の曲線になるようなカム面にし、ころ７５の半径よりも曲率半径が小さい区間を円弧形状で置き換えた形状すれば、従来の円弧状のカム面の場合に比較して、操作力の最大値が約２０％軽減される。また、操作レバー７１のクランプ操作の広い範囲で、操作力を一定に維持することが可能となる。

上記した実施例では、チルト位置調整機構のみを有するステアリング装置のコラムクランプ部に適用した例を示すが、テレスコピック位置調整機構とチルト位置調整機構の両方を有するステアリング装置、及び、テレスコピック位置調整機構のみを有するステアリング装置のコラムクランプ部に適用することもできる。

さらに、上記した実施例では、ころ７５は操作レバー７１側に支承され、ころ７５が転動するカム面が左側締付け部材６１側に形成されているが、ころ７５を左側締付け部材６１側に支承し、カム面を操作レバー７１側に形成しても良い。また、転動体の例として、ころの場合を示したが、球体やニードル等の他の形状の転動体でもよい。

本発明のステアリング装置１０１を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。 本発明の実施例１のコラムクランプ部１０９を示す一部を断面した正面図であり、締付け状態を示す。 図２のＰ矢視図である。 左側締付け部材単体を示す斜視図であり、（１）は正面図、（２）は背面図である。 左側締付け部材に形成された実施例１のカム面を示す拡大展開図である。 カム面ところとの間に作用する力を示すモデル図である。 従来のカム面と実施例１のカム面について、ころ中心の移動軌跡（ころの移動量Ｘところのリフト量Ｙとの関係）を示すグラフである。 従来のカム面と実施例１のカム面について、操作レバーの操作力（ころの移動量比と操作レバーの操作力比との関係）を示すグラフである。 従来のカム面と実施例２のカム面について、操作レバーの操作力（ころの移動量比と操作レバーの操作力比との関係）を示すグラフである。

符号の説明

１０１ ステアリング装置
１０２ ステアリングシャフト
１０３ ステアリングホイール
１０４ ユニバーサルジョイント
１０５ 中間シャフト
１０６ ユニバーサルジョイント
１０７ ステアリングギヤ
１０８ タイロッド
１０９ コラムクランプ部
２ 車体取付けブラケット
２１、２２ 側板
２１１、２２１ チルト用長溝
２１２ ガイド突起
３ ディスタンスブラケット
３１、３２ 側板
３１１、３１２ 貫通孔
４ コラム
５ 締付けロッド
５１ 雄ネジ
５２ フランジ
６１ 左側締付け部材（第２の締付け部材）
６１１ ガイド溝
６１２ 貫通孔
６１３ 右側面
６１４ 左側面（第２のカム面）
６１５ 第１のカム面
６１６ 第３のカム面
６２ 右側締付け部材（第１の締付け部材）
６３ スラストベアリング
６４ ナット
７１ 操作レバー（回動部材）
７１１ 左側面
７２ 矩形部
７３ 貫通孔
７４ 矩形溝
７５ ころ（転動体）
７６ ピン
７７ ピン溝

Claims (6)

1. 車体に取付け可能な車体取付けブラケット、
   上記車体取付けブラケットにチルト位置又はテレスコピック位置の少なくともいずれか一方の位置が調整可能に支持されると共に、ステアリングホイールを装着したステアリングシャフトを回動可能に軸支したコラム、
   所望のチルト位置又はテレスコピック位置の少なくともいずれか一方の位置で上記車体取付けブラケットに上記コラムを締付けてクランプするために、上記車体取付けブラケット及びコラムに挿通された締付けロッド、
   上記締付けロッドの一端に支承され上記車体取付けブラケットの一側面を上記コラムに締付ける第１の締付け部材、
   上記締付けロッドの他端に支承され上記車体取付けブラケットの他側面を上記コラムに締付ける第２の締付け部材、
   上記締付けロッドの他端に上記第２の締付け部材に対向して回動可能に支承された回動部材、
   上記第２の締付け部材または回動部材のいずれか一方に回転可能に支承された転動体、及び、
   上記第２の締付け部材または回動部材のいずれか他方に設けられ、上記転動体が転動するカム面を備え、
   上記カム面が、締付け解除位置に形成されて、上記転動体の曲率半径と略同一の曲率半径を有する円弧状の第１のカム面と、
   締付け位置に形成された平坦な第２のカム面と、
   上記第１のカム面と第２のカム面とを接続し、転動体中心の移動軌跡を表す関数と、この移動軌跡を表す関数の導関数との積が一定となる第３のカム面とからなること
   を特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載されたステアリング装置において、
   Ｘを転動体中心の移動量、Ｙを転動体中心のリフト量としたとき、上記転動体中心の移動軌跡を表す関数が、実質的に下記の式によって表される関数であること
   を特徴とするステアリング装置。
   Ｙ＝Ｘ^１／２
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載されたステアリング装置において、
   上記転動体中心の移動軌跡が、上記転動体の半径よりも曲率半径が小さい区間を円弧形状で置き換えた形状であること
   を特徴とするステアリング装置。
4. 請求項１または請求項２のいずれかに記載されたステアリング装置において、
   上記転動体が円筒形であること
   を特徴とするステアリング装置。
5. 請求項１または請求項２のいずれかに記載されたステアリング装置において、
   上記コラムにはディスタンスブラケットが固定され、
   上記ディスタンスブラケットが上記車体取付けブラケットにチルト位置又はテレスコピック位置の少なくともいずれか一方の位置が調整可能に摺接し、
   上記締付けロッドは上記車体取付けブラケット及びディスタンスブラケットに挿通されていること
   を特徴とするステアリング装置。
6. 請求項１または請求項２のいずれかに記載されたステアリング装置において、
   上記回動部材は操作レバーに取付けられ、操作レバーを揺動することにより上記締付けロッドを中心として回動部材が操作レバーと共に回動すること
   を特徴とするステアリング装置。

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