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JP6629066B2 - ガスケット及びその製造方法 - Google Patents

ガスケット及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、シール技術に係るガスケットとその製造方法に関する。本発明のガスケットは例えば、燃料電池用ガスケットとして用いられ、またはその他の用途の一般ガスケットとして用いられる。
燃料電池用ガスケットには、ゴム状弾性体(ラバー)製のガスケット単品よりなるラバーオンリータイプのガスケット、ゴム状弾性体製のガスケットをセパレータに一体成形したセパレータ一体ガスケット、ゴム状弾性体製のガスケットをGDL(ガス拡散層)に一体成形したGDL一体ガスケット等さまざまな構成のガスケットがある。
これらのガスケットはそれぞれ特徴を有しているが、近年、低コスト化の要求が強いことから、この要求を満足できるラバーオンリータイプのガスケットが注目されている。
ラバーオンリータイプのガスケットは例えば、図9に示すように構成されている。
すなわち、ガスケット11の全体として平面状(平板状)とされ、燃料電池の反応面の周りを全周に亙ってシールするための外周シール部12が平面長方形の枠状に設けられている。また、燃料電池の反応面と各マニホールド部を仕切る必要があることから、外周シール部12の内側(四隅それぞれ)に内側シール部13が一体成形されている。ガスケット11の断面形状は図9(B)に示すように、断面円形とされている。
特開2014−60133号公報(図1等におけるガスケット3参照)
しかしながらこのラバーオンリータイプの燃料電池用ガスケット11には、以下の点で更なる改良の余地がある。
すなわちこの燃料電池用ガスケット11は一般に、平面外形を400mm×300mm程度の大きさとされる一方でその断面形状(線径)を1mm乃至数mm程度と小さく設定されている。したがって搬送時やスタッキング時にガスケット11単体では捩れが生じやすいものであって、その取扱い作業性(ハンドリング性)が良くない。
本発明は以上の点に鑑みて、ラバーオンリータイプガスケットの取扱い作業性を向上することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のガスケットは、ラバーオンリータイプのガスケット本体と、前記ガスケット本体を非接着状態で保持する樹脂フィルムよりなるキャリアフィルムとの組み合わせよりなり、前記キャリアフィルムにおける前記ガスケット本体と平面上重なる部位に、前記ガスケット本体の外形形状に沿って変形した形状の立体部が設けられ、前記ガスケット本体はその一部が前記立体部に収められ、前記立体部は、前記ガスケット本体を抜け止めするアンダーカット形状を備えることを特徴とする。
本発明では、ラバーオンリータイプのガスケット本体を樹脂フィルムよりなるキャリアフィルムで保持することにより、ガスケットの取扱い作業性を向上する。ガスケット本体とキャリアフィルムは非接着とされ、このためガスケット本体はスタッキングに際しキャリアフィルムから取り外すことが可能とされる。
ガスケット本体は平面状(平板状)であり、樹脂フィルムよりなるキャリアフィルムも平面状(平板状)であることから、ガスケット本体をキャリアフィルム上に載せただけでは、ガスケット本体をキャリアフィルムによってしっかりと保持できないことが懸念される。したがってこれに対策するには、キャリアフィルムにおけるガスケット本体と平面上重なる部位に、ガスケット本体の外形形状に沿って変形した形状の立体部を設けて、この立体部内にガスケット本体の一部を収めるようにするのが好適であり、これによればガスケット本体がキャリアフィルムに対し平面上位置決めされるため、ガスケット本体をキャリアフィルムによってしっかりと保持することが可能とされる。
また、立体部にアンダーカット形状を設けることにより当該立体部に対しガスケット本体を抜け止めすることも考えられる。
キャリアフィルムの材質としては、特に限定されないが、ポリアミド(PA)またはポリブチレンテレフタレート(PBT)等のエンジニアリングプラスチックよりなるフィルムを用いることにより、ガスケット本体がキャリアフィルムに粘着していてもガスケット本体からキャリアフィルムを取り外しやすい。
本発明のガスケットは例えば、燃料電池用ガスケットとして用いられる。燃料電池はスタック積層数が多いことからガスケットにはその厚みが小さいことが求められ、厚みの小さなガスケットは捩れやすいため、取扱い作業性が良くない。したがってこのように厚みが小さく捩れやすい燃料電池用ガスケットの分野において、ガスケット本体を樹脂フィルムよりなるキャリアフィルムと組み合わせて取扱い作業性を向上させることは、スタッキング作業の効率化を図るうえで、きわめて有効である。
ガスケットの製造方法としては、ガスケット本体を成形する金型のパーティング部に平面状のキャリアフィルムを挟み込んだ状態で金型を型締めする工程と、金型でガスケット本体を成形し、このとき成形材料充填圧力でキャリアフィルムの平面上一部を金型キャビティ内面に沿って変形させ立体部を成形する工程と、ガスケット本体の成形後、型開きしてから、ガスケット本体およびキャリアフィルムを同時に金型から取り出す工程と、を順次実施する。キャリアフィルムは当初、平面状であったものが、成形材料充填圧力を利用して一部立体化され、立体化された部位においてガスケット本体とフィットするため、保持力が高いものである。
また、金型のキャビティ内面にアンダーカット形状を設けることにより当該金型に対してガスケット本体を抜け止めすることも考えられ、これによれば成形後の型開き時に、キャリアフィルムが一方の分割型に付着する一方でガスケット本体が他方の分割型に付着することによりキャリアフィルムからガスケット本体が剥離・分離してしまうのを抑制することが可能とされる。
本発明によれば、ラバーオンリータイプのガスケット本体と樹脂フィルムよりなるキャリアフィルムとを組み合わせるようにしたため、ラバーオンリータイプのガスケットの取扱い作業性を向上することができる。
本発明の実施例に係るガスケットを示す図で、(A)はその平面図、(B)は(A)におけるC−C線拡大断面図 (A)乃至(D)共それぞれガスケット断面形状の他の例を示す断面図 (A)乃至(C)共それぞれガスケット断面形状のさらに他の例を示す断面図 キャリアフィルム平面形状の他の例を示す平面図 本発明の実施例に係るガスケットの製造方法の工程説明図 本発明の実施例に係るガスケットの取り扱い方法の説明図 本発明の他の実施例に係るガスケットの製造方法の工程説明図 同製造方法によって製造されるガスケットの断面図 従来例に係るガスケットを示す図で、(A)はその平面図、(B)は(A)におけるB−B線拡大断面図 比較例に係るガスケットの製造方法の工程説明図
本発明には、以下の実施形態が含まれる。
(1)本発明は、キャリアフィルム付きガスケットに係る。
(2)ラバーオンリーガスケット作製時にキャリア用のフィルムを同時成形したキャリアフィルム付きガスケット。尚、本ガスケットはスタッキング後にキャリアフィルムを取り外せる構成である。
(3)キャリアフィルムによりスタック組み付け性が向上する。ガスケット中央もしくは端部のキャリアフィルムをスタッキング組み付け時の自動搬送で使用する。キャリアフィルムによりガスケットが矯正されているため、捩れの問題がない。スタッキング後にキャリアフィルムを取り外せるため、車両重量の低減につながる。
(4)キャリアフィルムとしてエンジニアリングプラスチック(ポリアミド(PA)またはポリブチレンテレフタレート(PBT)等)を使用する。
(5)型温、成形圧により金型形状に変形可能なキャリアフィルムを用いて、ゴム単体品(ラバーオンリーガスケット)を成形する。ゴム単体はシール性を有するリップ構造を有しており、フィルムの上面および、フィルムを介した下面の各々に形成され、矩形やOリング断面よりも、より省スペースでのシールが可能なガスケットを提供する。この構成によれば、小断面での成形が可能なことから、矩形やOリング断面よりも、より省スペース化が可能となる。成形後の製品(ラバーオンリーガスケット)は常にキャリアフィルム上にあることから、取り扱い性が大幅に向上する。ガスケット自体のキャリアフィルムからの脱落、剥離をコントロールすることでラインの自動化の検討等も容易になる。キャリアフィルムを型締めすることで、パーティングラインのバリを抑制することも可能となる。
(6)金型内に配置したフィルムにゴム材料を直接射出成形する本製造方法では、金型形状に沿った形でフィルムを自在に変形させることが可能であるため、製品形状を予め金型に対してアンダー形状となるように製品設計し、金型形状に関しても同形状とする。このように金型をアンダー構造とすることで、型開き時にガスケット本体が上型側に貼り付いた場合でも下型(フィルム面側)がアンダー形状となっていることで下型に付着し、よってガスケット本体がフィルムから剥離することがない。
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
図1に示すように当該実施例に係るガスケット11は、ラバーオンリータイプのガスケット本体21と、このガスケット本体21を非接着状態で保持する樹脂フィルムよりなるキャリアフィルム31との組み合わせにより構成されている。ガスケット本体21は、燃料電池用ガスケットとして用いられる。キャリアフィルム31は、キャリアシートまたはガスケット保持部材とも称する。
ガスケット本体21は、所定のゴム状弾性体(例えばVMQ、PIB、EPDM、FKMなど)によって全体として平面状(平板状)に成形され、燃料電池の反応面の周りを全周に亙ってシールする外周シール部22が平面長方形の枠状に設けられている。また、燃料電池の反応面と各マニホールド部を仕切るため、外周シール部22の内側(四隅それぞれ)に内側シール部23が一体成形されている。内側シール部23はそれぞれ平面L字形とされ、よってこの内側シール部23と平面長方形の外周シール部22は平面T字形をなす交差部29にて連結された形状とされている。ガスケット本体21の断面形状は図1(B)に示すように、断面円形とされている。符号24は、ガスケット本体21をその厚み方向に貫通する貫通部(空間部)を示している。ガスケット本体21は全体として平面長方形状に成形され、その平面的な大きさを外形略400mm(縦)×略300mm(横)とされ、その厚みすなわち線径を略1mmとされている。
キャリアフィルム31は、所定の樹脂フィルムによって平面状(平板状)に成形され、ガスケット本体21よりも一回り大きな平面長方形状に成形されている。樹脂フィルムとしては例えば、厚さ0.2mmのポリプロピレンフィルムを使用し、これを上記した大きさの平面形状に裁断して使用する。樹脂フィルムとしてはポリプロピレンの他に、ポリエチレン、ポリスチレンなど一般樹脂材が使用可能である。フィルムの厚さについては、ガスケット本体21の線径や断面形状にもよるが、0.1mm〜0.3mm程度とするのが好ましい。
キャリアフィルム31の平面上一部であってガスケット本体21と平面上重なる部位に、ガスケット本体21の外形形状(ガスケット本体21の断面形状における外郭線)に沿って変形した形状の立体部(立体形状のガスケット保持部)32が設けられ、この立体部32にガスケット本体21の一部が収められている。当該実施例では上記したようにガスケット本体21の断面形状が断面円形とされているので、これに対応して立体部32の断面形状は断面円弧形(半円形)とされ、このように断面円弧形の立体部32を設けることによってその裏面側に設けられる溝状の空間部33内に、ガスケット本体21の厚み方向片方の、下半分の部位が収められている。
上記したようにガスケット本体21は、燃料電池用ガスケットとして用いられものであって、平面長方形の枠状の外周シール部22、平面L字形の内側シール部23および平面T字形の交差部29を一体に有している。したがってこのような形状のガスケット本体21を保持するものとしてキャリアフィルム31の立体部32は、外周シール部22を保持するための平面長方形の枠状を呈する外周シール保持部32aと、内側シール部23を保持するための平面L字形を呈する内側シール保持部32bと、交差部29を保持するための平面T字形を呈する交差部保持部32cとを平面上に連続して有している。
また、立体部32はその厚み(フィルム厚み)が、キャリアフィルム31における立体部32以外の平板状部位の厚み(フィルム厚み)より小さく形成されても良い。このように立体部32の厚みを小さくすると、立体部32が変形しやすくなってフィルム厚み方向に反転しやすくなるために、ガスケット本体21からキャリアフィルム31を取り外す作業を容易化することができる。ここに立体部32が反転するとは、フィルム厚み方向の一方に突出していた立体部32がフィルム厚み方向の他方に突出するように変形することである。
ガスケット本体21はキャリアフィルム31に対し非接着とされるため、スタッキングに際しキャリアフィルム31から取り外すことが可能とされている。但し、後記するようにガスケット本体21を成形する金型41(図4など)にキャリアフィルム31をインサートした状態でガスケット本体21を成形すると、成形したガスケット本体21が粘着性を備えているため、この粘着性によってガスケット本体21はキャリアフィルム31に対し粘着された状態とされる。粘着は、チャッキング装置による取り外しができるほどに粘着力が小さいものである。したがってこの場合、ラバーオンリータイプのガスケット本体21は、樹脂フィルムよりなるキャリアフィルム31に対し非接着ではあるが、剥離可能に粘着していることになる。尚、この粘着状態を剥離しやすくするにはキャリアフィルム31の材質として、ポリアミド(PA)またはポリブチレンテレフタレート(PBT)等のエンジニアリングプラスチックよりなるフィルムを用いるのが好適である。
上記構成のガスケット11においては、ラバーオンリータイプのガスケット本体21が樹脂フィルムよりなるキャリアフィルム31によって保持されるため、ガスケット11の搬送に際してガスケット本体21に捩れが生じにくく、搬送しやすい。また、ガスケット本体21がキャリアフィルム31に対し非接着とされるため、スタッキングに際してガスケット本体21をキャリアフィルム31から容易に取り外すことが可能とされる。したがってガスケット11の取扱い作業性を向上することができる。
また、キャリアフィルム31に立体部32が設けられて、この立体部32内にガスケット本体21の一部が収められているため、ガスケット本体21はキャリアフィルム31に対し平面上位置決めされる。したがってガスケット11の搬送に際してガスケット本体21がキャリアフィルム31に対しずれることがないため、ガスケット本体21をキャリアフィルム31によってしっかりと保持することができる。
また、上記したようにガスケット本体21が燃料電池用ガスケットとして用いられものであって、平面長方形の枠状の外周シール部22、平面L字形の内側シール部23および平面T字形の交差部29を一体に有しているのに対応して、キャリアフィルム31の立体部32が、外周シール部22を保持するための平面長方形の枠状を呈する外周シール保持部32aと、内側シール部23を保持するための平面L字形を呈する内側シール保持部32bと、交差部29を保持するための平面T字形を呈する交差部保持部32cとを平面上に連続して有するものとされているために、このように立体部32が平面長方形の縦横に配置された構造のキャリアフィルム31は、平板のみよりなるキャリアフィルムと比較して、曲げ変形に対する強度が高い。特に平面T字形を呈する交差部保持部32cは、外周シール保持部32aと内側シール保持部32bが直角に交差するため、強度が高いものである。したがって薄板状のキャリアフィルム31に曲げ変形に対する強度を持たせることができる。
ガスケット本体21の断面形状やこれに対応する立体部32の断面形状については、ガスケット本体21の使用条件等に応じて様々なものが考えられ、例えば以下のようなものであっても良い。
図2(A)の例では、断面長方形のガスケット本体21の上面(全幅)に断面円弧形(半円形)のシールリップ25が一体成形されている。この場合、ガスケット本体21の厚み方向片方の下半分の部位は断面角形とされるので、立体部32の断面形状も断面角形とされている。
図2(B)の例では、断面長方形のガスケット本体21の上面(全幅)に断面円弧形(半円形)のシールリップ25が一体成形されるとともにガスケット本体21の下面(一部幅)に断面円弧形(半円形)のシールリップ26が一体成形されている。この場合、ガスケット本体21の厚み方向片方の下半分の部位は断面角形および円弧形(半円形)の組み合わせとされるので、立体部32の断面形状も断面角形および円弧形(半円形)の組み合わせとされている。
図2(C)の例では、断面長方形のガスケット本体21の上面(全幅)に断面円弧形(半円形)のシールリップ25が一体成形されている。一方、キャリアフィルム31に立体部32は設けられておらず、キャリアフィルム31は平面状(平板状)のままとされている。この場合でもガスケット本体21はキャリアフィルム31によって保持され、またガスケット本体21がその材質上粘着性を備えていれば、ガスケット本体21はその全幅に亙ってキャリアフィルム31に粘着するので、シート平面方向にずれることなくキャリアフィルム31によって保持される。
図2(D)の例では、断面長方形のガスケット本体21の上面(全幅)に断面円弧形(半円形)のシールリップ25が一体成形されるとともにガスケット本体21の一方の側面に張り出し部27が一体成形されている。この場合は、図示するように張り出し部27に対しキャリアフィルム31の立体部32が重ねられることによりガスケット本体21が全体としてキャリアフィルム31によって保持される。立体部32は断面段差状に成形されている。
また、図3(A)の例では、断面長方形のガスケット本体21の上面(一部幅)に断面円弧形(半円形)のシールリップ25が一体成形されるとともにガスケット本体21の下面(一部幅)に断面円弧形(半円形)のシールリップ26が一体成形されている。この場合、ガスケット本体21の厚み方向片方の下半分の部位は断面角形および円弧形(半円形)の組み合わせとされるので、立体部32の断面形状も断面角形および円弧形(半円形)の組み合わせとされている。
図3(B)の例ではこれも、断面長方形のガスケット本体21の上面(一部幅)に断面円弧形(半円形)のシールリップ25が一体成形されるとともにガスケット本体21の下面(一部幅)に断面円弧形(半円形)のシールリップ26が一体成形されている。
図3(C)の例では、断面長方形のガスケット本体21の上面(一部幅)に断面円弧形(半円形)のシールリップ25が複数(図では2本)一体成形されるとともにガスケット本体21の下面(一部幅)に断面円弧形(半円形)のシールリップ26が複数(図では2本)一体成形されている。
キャリアフィルム31については、図4に示すように、その平面中央に厚み方向に貫通する貫通部(空間部)34を設けるようにしても良く、この場合、キャリアフィルム31は枠状とされる。
つぎに、上記ガスケット11の製造方法を説明する。製造には、ラバーオンリータイプのガスケット本体21を射出成形する金型を用いる。
工程としては先ず、所定の大きさの平面形状に裁断した平面状のキャリアフィルム31を用意し、図5(A)に示すように、このキャリアフィルム31を金型41のパーティング部44に挟み込んだ状態で金型41を型締めする。金型41は上型(一方の分割型)42および下型(他方の分割型)43の組み合わせを有し、両型42,43のパーティング部44にそれぞれキャビティ部45が半分ずつ対応して設けられている。キャリアフィルム31は当初その全面が平面状であるため、キャビティ部45内を横切る状態とされる。
次いで、図5(B)に示すように、キャビティ部45へガスケット本体21を成形するための成形材料を充填し、加熱する等して、ガスケット本体21を成形する。キャビティ部45へ成形材料を充填したとき、キャリアフィルム31はその平面上一部が成形材料充填圧力によってキャビティ部45の内面に押し付けられ、キャビティ部45の内面に沿ったかたちに変形(塑性変形)し、これにより立体部32が成形される。
次いで、図5(C)に示すように、ガスケット本体21の成形後、型開きし、図5(D)に示すように、ガスケット本体21およびキャリアフィルム31を同時に金型41から取り出す。取り出したガスケット本体21およびキャリアフィルム31は、ガスケット本体21がキャリアフィルム31によって保持された組み合わせ状態とされ、この組み合わせ状態で製品の搬送や保管などを行う。キャリアフィルム31によって保持されたガスケット本体21には捩れ等が生じにくく、よってガスケット本体21を単品で取り扱う場合よりも取扱い作業性が向上する。
ガスケット本体21を燃料電池スタックに組み付ける際には、図6(A)に示すようにキャリアフィルム31を真空引き装置(図示せず、真空引き方向を矢印Dにて示す)などでベース側へ吸着固定した状態で、ガスケット本体21をチャッキング装置51などで掴んで、図6(B)に示すように持ち上げ、所定の位置へ移動させる。捩れが生じていないガスケット本体21はチャッキング装置51などで掴みやすく、作業を円滑に進行させることができる。
また、比較例として図10(A)(B)(C)に示すように、金型41によってガスケット本体21を成形した後、型開きしたときにガスケット本体21が上型(一方の分割型)42に貼り付いて、下型(他方の分割型)43に付着したキャリアフィルム31から剥離するようなことがあると、ガスケット本体21がキャリアフィルム31に対し分離してしまうので、ガスケット本体21をキャリアフィルム31によって保持することができなくなる。
そこで、これに対策するには図7に示すように、金型41のキャビティ部45内面にアンダーカット形状(アンダーカット部)46を設けることにより金型41に対しガスケット本体21を抜け止めするのが好適であり、これによれば、ガスケット本体21がキャリアフィルム31から剥離・分離するのを防止することができる。
金型41の両分割型のうち、アンダーカット形状46を設けるのは、キャリアフィルム31に立体部32を形成するほうの分割型(下型43)であり、この分割型(下型43)のキャビティ部45内面にアンダーカット形状46を設けると、これに沿って変形するキャリアフィルム31の立体部32にもアンダーカット形状(アンダーカット部)35が形成され、この立体部32に形成されるアンダーカット形状35に対してガスケット本体21が抜け方向に係合するため、ガスケット本体21を分割型(下型43)のほうに残留させることができる。キャリアフィルム31およびガスケット本体21を分割型(下型43)から離型するときは、キャリアフィルム31の立体部32およびガスケット本体21を弾性変形させながらキャビティ部45から引き抜くようにしてこれを行い、よって図8に示すようにキャリアフィルム31およびガスケット本体21を一体ものとして分割型(下型43)から取り出すことができる。
また、この図8に示すように、分割型(下型43)から取り出したキャリアフィルム31およびガスケット本体21は、キャリアフィルム31の立体部32に形成されたアンダーカット形状35に対してガスケット本体21が抜け方向に係合するため、キャリアフィルム31に対しガスケット本体21が抜け止めされることになる。したがってキャリアフィルム31に対しガスケット本体21が容易に分離してしまうのを防止することができる。
図7および図8に図示したガスケット本体21は、アンダーカット形状46を備えるキャビティ部45によって成形されるため、その側面にアンダーカットに伴う傾斜面部28(図8)を備えている。したがってこのガスケット本体21は断面台形を呈するガスケットとして成形され、その上下面にそれぞれ断面三角形のシールリップ25,26が一体成形された形状とされている。
アンダーカット形状35,46の傾斜角については、0.1〜10度の範囲が好適であり、0.1〜3度の範囲が一層好適である。
11 ガスケット
21 ガスケット本体
22 外周シール部
23 内側シール部
24,34 貫通部
25,26 シールリップ
27 張り出し部
28 傾斜面部
29 交差部
31 キャリアフィルム
32 立体部
32a 外周シール保持部
32b 内側シール保持部
32c 交差部保持部
33 空間部
35,46 アンダーカット形状
41 金型
42 上型
43 下型
44 パーティング部
45 キャビティ部
51 チャッキング装置

Claims (5)

  1. ラバーオンリータイプのガスケット本体と、前記ガスケット本体を非接着状態で保持する樹脂フィルムよりなるキャリアフィルムとの組み合わせよりなり、
    前記キャリアフィルムにおける前記ガスケット本体と平面上重なる部位に、前記ガスケット本体の外形形状に沿って変形した形状の立体部が設けられ、前記ガスケット本体はその一部が前記立体部に収められ、
    前記立体部は、前記ガスケット本体を抜け止めするアンダーカット形状を備えることを特徴とするガスケット。
  2. 請求項1記載のガスケットにおいて、
    前記キャリアフィルムは、エンジニアリングプラスチックよりなることを特徴とするガスケット。
  3. 請求項1または2記載のガスケットにおいて、
    前記ガスケット本体は、燃料電池スタックに組み込まれる燃料電池用ガスケットとして用いられることを特徴とするガスケット。
  4. 請求項1乃至3の何れかに記載したガスケットを製造する方法であって、
    前記ガスケット本体を成形する金型のパーティング部に平面状の前記キャリアフィルムを挟み込んだ状態で前記金型を型締めする工程と、
    前記金型で前記ガスケット本体を成形し、このとき成形材料充填圧力で前記キャリアフィルムの平面上一部を金型キャビティ内面に沿って変形させることにより前記立体部を成形する工程と、
    前記ガスケット本体の成形後、型開きしてから、前記ガスケット本体および前記キャリアフィルムを同時に前記金型から取り出す工程と、を順次実施することを特徴とするガスケットの製造方法。
  5. 請求項4に記載したガスケットの製造方法において、
    前記金型のキャビティ内面にアンダーカット形状を設けることにより前記金型に対し前記ガスケット本体を抜け止めすることを特徴とするガスケットの製造方法。
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