JP6864191B2 - 走行体システム - Google Patents

Description

本発明は、走行体システムに関し、特に、金属レールと車輪との間のコンデンサから交流電力を取り出して走行モータを駆動する走行体システムに関する。

車両への給電方式として、いわゆるタイヤ給電が知られている。タイヤ給電とは、レールとタイヤ内金属導体（スチールベルト）との間の容量性結合を利用した無線電力伝送技術である。
タイヤ給電として、路面に交流電力が供給される２本の導体が設置され、この２本の導体と車両の２つのタイヤ内のスチールベルトとがコンデンサを形成し、両タイヤに近接してスチールベルトと容量結合した２つの電極から交流電力が取り出され、整流されてバッテリに蓄電される技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許第５７７７１３９号

従来のタイヤ給電では、タイヤが中空であるので、金属レールとホイールとの間に空気層が介在する。したがって、容量結合が弱くなり、電力伝送の効率が良くない。

本発明の目的は、タイヤ給電方式の走行体システムにおいて、電力伝送の効率を高めることにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係る走行体システムは、軌道と、電圧印加装置と、走行体とを備えている。
軌道では、第１の金属レール及び第２の金属レールが互いに平行にレイアウトされている。
電圧印加装置は、第１の金属レール及び第２の金属レールに交流電圧を印加する。なお、交流電圧は、矩形波を含む。
走行体は、軌道上を走行する。
走行体は、走行駆動モータと、第１の車輪及び第２の車輪と、受電装置とを有している。
第１の車輪及び第２の車輪は、金属の軸体の外周面を中実の弾性体層で被覆したソリッドタイヤからなる。第１の車輪及び第２の車輪は、第１の金属レール及び第２の金属レールにそれぞれ接触することで、第１の金属レールと第１の車輪で第１のコンデンサを形成し、第２の金属レールと第２の車輪で第２のコンデンサを形成する。
受電装置は、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサから交流電力を金属の軸体経由で取り出し、取り出した交流電力を整流し直接的に又は間接的に、走行駆動モータに供給する。
このシステムでは、給電に用いられる第１の車輪及び第２の車輪を金属の軸体の外周面を中実の弾性体層で被覆したソリッドタイヤとしたことで、空気層の介在が無くなるので、容量結合が強くなり、電力伝送が効率的である。

弾性体層は、空気よりも比誘電率（ε）が高い材料からなっていてもよい。つまり、弾性体層の比誘電率は１より大きい。
このシステムでは、容量結合が強くなり、電力伝送が効率的である。

弾性体層は、誘電正接（ｔａｎδ）が小さい材料からなっていてもよい。
このシステムでは、コンデンサ内での電気エネルギー損失が少なくなる。

弾性体層は、ウレタンゴムからなっていてもよい。ウレタンゴムでは、ε＝６．５〜７．１、ｔａｎδ＝０．０１５〜０．０１７の範囲にある。
このシステムでは、容量結合が強くなり、電力伝送が効率的である。

走行体システムは、第１の金属レール及び第２の金属レールの一方に接触するが給電に用いられない第３の車輪をさらに備えていてもよい。その場合、走行駆動モータは第３の車輪に動力を伝達する。
このシステムでは、電力伝送に用いられる第１の車輪及び第２の車輪は従動車輪であるので、クリーンルーム内を走行する走行体（一般に、給電ブラシが使えずロータリーコネクタを採用する）にも適用できる。

第３の車輪がカーボン含有タイヤであってもよい。
一方、第３のタイヤは走行体から金属レールに静電気を逃がす帯電防止機能を実現できる。

第１の車輪及び第２の車輪がカーボンレスタイヤであってもよい。
このシステムでは、第１の車輪及び第２の車輪はカーボンを含まないので、誘電正接（ｔａｎδ）が小さくなる。その結果、コンデンサ内での電気エネルギー損失が少なくなる。

本発明に係るタイヤ給電方式の走行体システムでは、電力伝送の効率が高くなる。

第１実施形態の搬送システムの要部側面図。 搬送システムの要部平面図。 ローカル台車の側面図。 ローカル台車の模式的平面図。 ローカル台車の模式的正面図。 受電タイヤの概略断面図。

１．第１実施形態
（１）搬送システムの全体
図１〜図３を用いて、第１実施形態の搬送システム１を説明する。図１は、第１実施形態の搬送システム１の要部側面図である。図２は、搬送システム１の要部平面図である。図３は、ローカル台車５の側面図である。
搬送システム１は、天井走行車３を有している。天井走行車３は、例えば半導体工場内で工程間搬送と工程内搬送とを行う。

搬送システム１は、ローカル台車５を有している。ローカル台車５は、個々の処理装置１９に対するＦＯＵＰ等の物品Ａの供給と搬出を行い、あるいは隣接した数台の処理装置１９に対する物品Ａの供給と搬出を行う。
搬送システム１は、第１軌道７を有している。第１軌道７は、天井走行車３の軌道であり、走行レールと金属レールとを有している。

搬送システム１は、第２軌道９を有している。第２軌道９は、ローカル台車５の軌道であり、図２に示す第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂからなる。物品Ａは、第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂ間の隙間を上下に通過できる。ローカル台車５は第２軌道９の上方を走行するが、吊り下げ式で第２軌道９の下方を走行してもよい。
処理装置１９は１又は複数個のロードポート１３を備える。処理装置１９の前面に平行に第１軌道７及び第２軌道９とバッファ１５が延びている。
天井１７は、クリーンルームなどの天井である。支柱２１、２３、２５により、第１軌道７及び第２軌道９とバッファ１５とが支持されている。

バッファ１５は、物品Ａを仮置きし、第２軌道９の下方に、第１軌道７及び第２軌道９と平行に配置されている。バッファ１５の高さレベルは、物品Ａが仮置きされているバッファ１５の上部を、物品Ａを搬送しているローカル台車５が通過できるように設定されている。
第１軌道７が最も高い位置にあり、その例えば直下に第２軌道９があり、第１軌道７及び第２軌道９は平行で上下に重なっている。第１軌道７及び第２軌道９の直下にこれらと平行にバッファ１５があり、ロードポート１３は第１軌道７及び第２軌道９の直下にある。

搬送システム１は、ローカルコントローラ２７を有する。ローカルコントローラ２７は、ローカル台車５を制御し、光通信などでローカル台車５と通信する。なおローカルコントローラ２７は地上側に設けられてもよい。

天井走行車３は、昇降台２９と、昇降台２９を昇降させるホイスト（図示せず）とを有しており、鉛直方向に沿って物品Ａを移載する。天井走行車３は光通信部３１を備える。光軸が上下方向を向きかつローカル台車５の走行経路を通過する光での光通信により、光通信部３１は、ロードポート１３の側に設けた光通信部３３との間で物品Ａの受け渡し前のインターロックを行う。さらに天井走行車３にはローカルコントローラ２７との通信手段（図示せず）を設けられている。当該通信手段は、バッファ１５との間で物品Ａを受け渡しする際に、ローカルコントローラ２７と通信する。
処理装置１９は、加工装置、検査装置などである。処理装置１９の前面にはロードポート１３が設けられている。天井走行車３、ローカル台車５、及び地上を移動する人がロードポート１３との間で物品Ａを受け渡しする。処理装置１９の前面にはロードポート１３の他に、ディスプレイ３７と操作パネル３９などが設けられている。ディスプレイ３７と操作パネル３９は、処理装置１９の稼働状況を監視し、かつ人手で処理装置１９を制御できるようにする。

第２軌道９の第１金属レール１１Ａと第２金属レール１１Ｂとの間の幅は、物品Ａの奥行きよりも大きい。物品Ａは昇降台２９と共に第１金属レール１１Ａと第２金属レール１１Ｂとの間の隙間を鉛直方向に通過できる。さらにバッファ１５では、ロードポート１３の上部に隙間４３が設けられている。隙間４３は、物品Ａがバッファ１５を鉛直方向に通過できるようにする。あるいはまた、ロードポート１３の直上部を外すようにバッファ１５が配置される。これらのため、第１軌道７及び第２軌道９とロードポート１３とが鉛直方向に重なるように配置されても、天井走行車３はロードポート１３及びバッファ１５に対して物品Ａの受け渡しができる。同様にローカル台車５はバッファ１５及びロードポート１３に対し、物品Ａの受け渡しができる。従って平面視で搬送システム１が占める床面積を最小にできる。

図３を用いて、ローカル台車５の構造を説明する。ローカル台車５は、走行モータ４５（走行駆動モータの一例）を有している。ローカル台車５は、第１受電タイヤ６３、第２受電タイヤ６５、駆動タイヤ６７を有しており、第２軌道９上を走行する（後述）。
ローカル台車５は、ホイスト４９を有している。ホイスト４９は、吊持材５１を巻き取りあるいは繰り出すことにより、昇降台５０により支持された物品Ａを昇降させる。

ローカル台車５は、光通信部５７を有している。光通信部５７は、天井走行車３の光通信部３１と同様にして、ロードポート１３の光通信部３３との間で、インターロックのための通信を行う。
ローカル台車５は、走行距離が短く、物品の横送り等の機構を備えず、走行ルートの選択、他の台車との干渉の回避などの情報処理機構を備えない簡素なものである。例えば１台のローカル台車５を第２軌道９に沿って走行させ、処理装置１９の前面と前面からやや離れた位置との間を、ローカルコントローラ２７の制御で往復させる。そして、ローカル台車５は、天井走行車の第１軌道７の直下の第２軌道９を走行するので、追加の床面積を必要としない。また第２軌道９での第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂ間の隙間は、物品Ａの奥行きよりも大きいので、第２軌道９を鉛直方向に通過するように物品Ａを受け渡しできる。

本実施形態での天井走行車３とローカル台車５の制御を示す。
天井走行車３は図示しない上位コントローラにより制御される。ローカルコントローラ２７は、上位コントローラ及び天井走行車３、ローカル台車５との間で通信する。天井走行車３及びローカル台車５がロードポート１３との間で物品Ａを受け渡しする場合、光通信部３１、３３、５７を用いてインターロックを行う。
ロードポート１３の直上にローカル台車５が存在すると、天井走行車３は、光通信ができずインターロックが成立しない。そこで、ローカル台車５が他の位置へ移動するまで、物品Ａの受け渡しを遅らせる。バッファ１５と天井走行車３との間の物品Ａの受け渡しは、天井走行車３とローカルコントローラ２７との間の通信によりインターロックを成立させる。またローカル台車５は、ローカルコントローラ２７からの指示により、バッファ１５と物品Ａを受け渡しする。このときに、受け渡し前のインターロックは行わない。

以上の通信により、バッファ１５のどの位置にどの物品が所在するかの在庫データが得られ、ローカルコントローラ２７が記憶する。バッファ１５の物品Ａはローカルコントローラ２７が管理する。そしてロードポート１３とのインターロックは天井走行車３及びローカル台車５との直接通信、あるいはローカルコントローラ２７を介しての通信により成立させる。

（２）ローカル台車走行システム
図４〜図６を用いて、ローカル台車５並びに第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂを用いたローカル台車走行システム１０１（走行体システムの一例）を説明する。図４は、ローカル台車５の模式的平面図である。図５は、ローカル台車５の模式的正面図である。図６は、受電タイヤ６３の概略断面図である。
ローカル台車５は、ローカル台車本体６１と、第１受電タイヤ６３と、第２受電タイヤ６５と、駆動タイヤ６７とを有している。

第１受電タイヤ６３（第１の車輪の一例）と第２受電タイヤ６５（第２の車輪の一例）は、それぞれ第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂ（軌道の一例）に接触して走行するものであり、受電用のタイヤである。
第１受電タイヤ６３は、図６に示すように、それぞれ、路面に対する接地部に当たる弾性体層６８と、その内部に設けられたタイヤ内導体としてのホイール６９（金属の軸体の一例）とを有している。言い換えると、第１受電タイヤ６３は、ホイール６９の外周面を中実の弾性体層６８で被覆したソリッドタイヤである。
弾性体層６８は、具体的にはウレタンゴムタイヤである。
ホイール６９は、図６に示すように、外周側の円筒部６９ａと、その内側の円盤部６９ｂと、そこから延びるシャフト６９ｃとを有している。
なお、第２受電タイヤ６５の構造は第１受電タイヤ６３と同じである。

第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂに交流電力が供給されると、第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂと第１受電タイヤ６３及び第２受電タイヤ６５とのそれぞれの間で容量結合が発生し、それによりローカル台車５に電力が供給される。具体的には、第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂに接触することで、第１金属レール１１Ａと第１受電タイヤ６３のホイール６９との間に第１コンデンサが形成され、第２金属レール１１Ｂと第２受電タイヤ６５のホイール６９との間に第２コンデンサが形成される。

弾性体層６８は、ウレタンゴムからなる。つまり、弾性体層６８は、例えば、ε＝６．５〜７．１、ｔａｎδ＝０．０１５〜０．０１７の範囲にある。この場合、容量結合が強くなり、電力伝送が効率的である。
弾性体層６８は、ウレタンゴム以外の材料からなっていてもよい。例えば、塩化ビニル樹脂、ナイロン樹脂、その他樹脂、天然ゴムであってもよい。以下、その場合の好ましい２つの条件を説明する。
第１に、弾性体層６８は、空気よりも比誘電率（ε）が高い材料からなることが好ましい。つまり、弾性体層６８の比誘電率は１より大きいことが好ましい。この場合、容量結合が強くなり、電力伝送が効率的である。

第２に、弾性体層は、誘電正接（ｔａｎδ）が小さい材料からなることが好ましい。この場合、コンデンサ内での電気エネルギー損失が少なくなる。
第１受電タイヤ６３及び第２受電タイヤ６５のホイール６９のシャフト６９ｃは、各々、図４及び図５に示すように、絶縁性カバーで被覆された金属製の軸受７１によってローカル台車本体６１に回転自在に支持されており、さらにシャフト６９ｃに接続された絶縁性の軸７３にエンコーダ７５が接続されている。

駆動タイヤ６７（第３の車輪の一例）は、第１金属レール１１Ａに接触して走行するものであり、走行駆動力を発生するためのタイヤである。駆動タイヤ６７は、各々、図４に示すように、軸受７１によってローカル台車本体６１に回転自在に支持されている。さらに軸７３にブレーキ７７、走行モータ４５が接続されている。
第１受電タイヤ６３及び第２受電タイヤ６５がウレタンゴムにカーボン粒子を含有させていないカーボンレスタイヤで、駆動タイヤ６７がカーボン粒子をウレタンゴムに含有させたカーボンタイヤである。この場合、第１受電タイヤ６３と第２受電タイヤ６５はカーボンを含まないので、誘電正接（ｔａｎδ）が小さくなり、その結果、コンデンサ内での電気エネルギー損失が少なくなる。一方、駆動タイヤ６７はローカル台車本体６１から第１金属レール１１Ａに静電気を逃がす帯電防止機能を実現している。

図５に示すように、第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂは互いに対向した状態で平行にレイアウトされた断面Ｌ字状である。第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂは、水平な走行面を有する走行部１０５と、そこから上方に延びる鉛直壁１０７とを有している。鉛直壁１０７の上端同士は連結プレート１０９によって連結されている。上記に述べた第１金属レール１１Ａ、第２金属レール１１Ｂ及び連結プレート１０９によって、枠体軌道１０３が構成されている。なお、図１〜３では、簡略化のため、枠体軌道１０３の全体は表現されていない。

連結プレート１０９は、絶縁体からなる。つまり、第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂが互いに絶縁されている。連結プレート１０９は、第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂの鉛直壁１０７の上面を覆っている。このように連結プレート１０９が第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂの上側に配置されて第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂの上方を覆っているので、作業員は、第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂには触れにくい。したがって、作業者が感電する可能性が低い。
なお、連結プレート１０９は、走行方向全体にわたって設けられている必要はない。連結プレート１０９は、部分的に１箇所又は複数箇所に設けられていてもよい。
なお、連結プレート１０９は、鉛直壁１０７の上部に加えて鉛直壁１０７の側方の一部又は全部を覆っていてもよい。

ローカル台車走行システム１０１は、車両に給電するための電圧印加装置８１を有している。電圧印加装置８１は、第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂに接続されており、第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂに交流電圧を印加する。なお、交流電圧は、矩形波を含む。
電圧印加装置８１は、信号発生器８３と、バラン８５と、整合回路８７とを有している。バラン８５は、５ＧＨｚまでの高周波信号を伝達できる。整合回路８７は、インピーダンス整合を取る。その整合された交流電力が、第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂに供給される。なお、電圧印加装置の構成は特に限定されない。

ローカル台車５は、受電装置９１を有している。受電装置９１は、第１コンデンサ及び第２コンデンサから交流電力をホイール６９経由で取り出し、取り出した交流電力を整流し直接的に又はバッテリを介して間接的に、走行モータ４５に供給する。
受電装置９１は、整合回路９３と、整流回路９５とを有している。整合回路９３は、インピーダンス整合を行う。整流回路９５は、受信した交流電力を直流に整流する。第１受電タイヤ６３及び第２受電タイヤ６５のホイール６９は、整合回路９３に接続され、整流回路９５は走行モータ４５に接続されている。なお、受電装置の構成は特に限定されない。

上記の実施形態では、以下の作用効果が得られる。
第１に、第１受電タイヤ６３及び第２受電タイヤ６５を介在させる電力伝送であるので、効率の良い電力伝送が実現できる。
第２に、ローカル台車走行システム１０１では、給電に用いられる第１受電タイヤ６３及び第２受電タイヤ６５をホイール６９の外周面を中実の弾性体層６８で被覆したソリッドタイヤとしたことで、空気層の介在が無くなるので、容量結合が強くなり、電力伝送が効率的である。

さらに、ローカル台車５において、フレキシブル給電線と可撓性の保護カバーを用いた給電構造を廃止できる。これにより、中間移載台車の繰り返し往復走行により給電線断線のおそれがなくなり、保護カバー（ケーブルベア（登録商標））の設置スペースが不要になる。
また、ローカル台車５において、バッテリを廃止することもでき、それによりローカル台車を軽量化できる。この結果、走行駆動源のモータを定格電流の大きなものにする必要がなくなる。

２．実施形態の特徴
上記実施形態は下記の様に表現できる。
ローカル台車走行システム１０１（走行体システムの一例）は、第２軌道９と、電圧印加装置８１と、ローカル台車５とを備えている。
第２軌道９（軌道の一例）では、第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂが互いに平行にレイアウトされている。
電圧印加装置８１（電圧印加装置の一例）は、第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂに交流電圧を印加する。なお、交流電圧は、矩形波を含む。
ローカル台車５（走行体の一例）は、軌道上を走行する。
ローカル台車５は、走行モータ４５（走行駆動モータの一例）と、第１受電タイヤ６３及び第２受電タイヤ６５と、受電装置９１とを有している。
第１受電タイヤ６３（第１の車輪の一例）及び第２受電タイヤ６５（第２の車輪の一例）は、ホイール６９（金属の軸体の一例）の外周面を中実の弾性体層６８（弾性体層の一例）で被覆したソリッドタイヤからなる。第１受電タイヤ６３及び第２受電タイヤ６５は、第１金属レール１１Ａ及び第２金属レール１１Ｂにそれぞれ接触することで、第１金属レール１１Ａと第１受電タイヤ６３で第１のコンデンサを形成し、第２金属レール１１Ｂと第２受電タイヤ６５で第２のコンデンサを形成する。
受電装置９１（受電装置の一例）は、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサから交流電力をホイール６９経由で取り出し、取り出した交流電力を整流し直接的に又は間接的に、走行モータ４５に供給する。

３．他の実施形態
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
受電タイヤは一対ではなく複数対あってもよい。
連結プレートは導体であってもよい。

実施形態の走行体システムは、一例として、半導体搬送や一般物流などのマテリアルハンドリングシステム（ＭＨＳ）分野に適用することが好ましい。走行台車は凸凹しない軌道を走行するため、車輪は中実のソリッドタイヤを使用しても問題がないからである。しかし、実施形態の走行体システムは、上記分野以外の分野にも広く適用可能である。
実施形態の走行システムは、特に所定の直線範囲を往復する装置に好ましく、例えば、レシプロ式台車、旋盤のローダに適用可能である。

本発明は、金属レールと車輪との間のコンデンサから交流電力を取り出して走行モータを駆動する走行体システムに広く適用できる。

１ ：搬送システム
３ ：天井走行車
５ ：ローカル台車
７ ：第１軌道
９ ：第２軌道
１１Ａ ：第１金属レール
１１Ｂ ：第２金属レール
１３ ：ロードポート
１５ ：バッファ
１７ ：天井
１９ ：処理装置
２１ ：支柱
２３ ：支柱
２５ ：支柱
２７ ：ローカルコントローラ
２９ ：昇降台
３１ ：光通信部
３３ ：光通信部
３７ ：ディスプレイ
３９ ：操作パネル
４３ ：隙間
４５ ：走行モータ
４９ ：ホイスト
５０ ：昇降台
５１ ：吊持材
５７ ：光通信部
６１ ：ローカル台車本体
６３ ：第１受電タイヤ
６５ ：第２受電タイヤ
６７ ：駆動タイヤ
６８ ：弾性体層
６９ ：ホイール
７１ ：軸受
７３ ：軸
７５ ：エンコーダ
７７ ：ブレーキ
８１ ：電圧印加装置
８３ ：信号発生器
８５ ：バラン
８７ ：整合回路
９１ ：受電装置
９３ ：整合回路
９５ ：整流回路
１０１ ：ローカル台車走行システム
Ａ ：物品

Claims (6)

1. 第１の金属レール及び第２の金属レールを互いに平行にレイアウトした軌道と、
   前記第１の金属レール及び前記第２の金属レールに交流電圧を印加する電圧印加装置と、
   前記軌道上を走行する走行体と、を備え、
   前記走行体は、
   走行駆動モータと、
   金属の軸体の外周面を中実の弾性体層で被覆したソリッドタイヤからなる第１の車輪及び第２の車輪であって、前記第１の金属レール及び前記第２の金属レールに接触することで、前記第１の金属レールと前記第１の車輪で第１のコンデンサを形成し、前記第２の金属レールと前記第２の車輪で第２のコンデンサを形成する、第１の車輪及び第２の車輪と、
   前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサから交流電力を前記金属の軸体経由で取り出し、取り出した交流電力を整流し直接的に又は間接的に前記走行駆動モータに供給する受電装置と、を含み、
   前記第１の車輪及び前記第２の車輪がカーボンレスタイヤである、
   走行体システム。
2. 前記弾性体層は、空気よりも比誘電率（ε）が高い材料からなる、請求項１に記載の走行体システム。
3. 前記弾性体層は、誘電正接（ｔａｎδ）が小さい材料からなる、請求項２に記載の走行体システム。
4. 前記弾性体層は、ウレタンゴムからなる、請求項２又は３に記載の走行体システム。
5. 前記第１の金属レール及び前記第２の金属レールの一方に接触するが給電に用いられない第３の車輪をさらに備え、
   前記走行駆動モータは前記第３の車輪に動力を伝達する、請求項１〜４のいずれかに記載の走行体システム。
6. 前記第３の車輪がカーボン含有タイヤである、請求項５に記載の走行体システム。

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