JP6109132B2 - 自動車用バンパービーム - Google Patents

Description

本発明は、車幅方向に沿って配置された繊維強化樹脂製の自動車用バンパービームに関する。

連続繊維強化樹脂層と不連続繊維強化樹脂層とを２層に積層した繊維強化樹脂製のリヤバンパービームが車体後方に向けて開放する上下２個のＵ字状断面部を備え、Ｕ字状断面部の車幅方向外端の開口を端壁で閉塞することで、衝突荷重によるＵ字状断面部の口開きを抑制するものが、下記特許文献１により公知である。

またバンパービームの車幅方向端部にハニカム構造体をフックで固定し、バンパービームの車幅方向端部に斜め方向に入力する衝突荷重をハニカム構造体の圧壊により吸収するものが、下記特許文献２により公知である。

特開２０１４−２４３９４号公報 米国特許第７９５４８６５号明細書

ところで、かかるバンパービームがバンパービーム本体の縁部にフランジを備える場合、そのバンパービーム本体のコストダウンを図りながらフランジの強度を高めることが望まれる。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、フランジを備えるバンパービーム本体のコストダウンを図りながらフランジの強度を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、車幅方向に沿って配置される繊維強化樹脂製のバンパービームが、連続繊維を車幅方向とそれに直交する方向とに配向して熱可塑性樹脂で結合した連続繊維強化樹脂層を含むバンパービーム本体を備え、前記バンパービーム本体の縁部に形成されたフランジを、前記連続繊維強化樹脂層の縁部を不連続繊維強化樹脂層で覆って構成したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記バンパービーム本体の車幅方向両端部の前後方向外面に、前後方向に延びる軸線を有するハニカムセルと、前記ハニカムセルを車幅方向内側から支える第１補強リブとからなる衝撃吸収部を設けたことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記フランジの先端部および前記衝撃吸収部を短繊維を熱可塑性樹脂で結合した繊維強化樹脂で一体に構成したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記バンパービーム本体は、前記連続繊維強化樹脂層と、不連続繊維をランダムな方向に配向して熱可塑性樹脂で結合した不連続繊維強化樹脂層とを少なくとも２層に積層してプレス成形され、前記フランジの先端部は射出成形されてプレス成形された前記バンパービーム本体の前記フランジに一体化されることを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項２〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記フランジにおける前記衝撃吸収部の前後方向内側に位置する部分に車体フレームの前後方向外端に取り付けられる車体取り付け部を設け、前記フランジおよび前記車体取り付け部に挟まれた前記バンパービーム本体に第２補強リブを設けたことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項２〜請求項５の何れか１項の構成に加えて、前記バンパービーム本体の車幅方向外端部は前後方向内側に屈曲しており、前記衝撃吸収部の前後方向幅は車幅方向内側から外側に向かって増加することを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

尚、実施の形態のリヤサイドフレーム１１は本発明の車体フレームに対応し、実施の形態のリヤバンパービーム１２は本発明のバンパービームに対応し、実施の形態の金属カラー２３は車体取付部に対応し、実施の形態の補強リブ２８は本発明の第２補強リブに対応し、実施の形態の補強リブ３１ｂは本発明の第１補強リブに対応する。

請求項１の構成によれば、車幅方向に沿って配置される繊維強化樹脂製のバンパービームが、連続繊維を車幅方向とそれに直交する方向とに配向して熱可塑性樹脂で結合した連続繊維強化樹脂層を含むバンパービーム本体を備え、バンパービーム本体の縁部に形成されたフランジを、連続繊維強化樹脂層の縁部を不連続繊維強化樹脂層で覆って構成したので、安価な不連続繊維強化樹脂層を使用した分だけ高価な連続繊維強化樹脂層の使用量を減らしてコストダウンを図ることができるだけでなく、連続繊維強化樹脂層の縁部の応力集中によるクラックを不連続繊維強化樹脂層により抑制して強度を高めることができる。

また請求項２の構成によれば、バンパービーム本体の車幅方向両端部の前後方向外面に、前後方向に延びる軸線を有するハニカムセルと、ハニカムセルを車幅方向内側から支える第１補強リブとからなる衝撃吸収部を設けたので、バンパービームの車幅方向外端部に斜め方向の衝突荷重が入力したときに、最初に衝突荷重を受けるハニカムセルが圧壊して衝突エネルギーを吸収することができ、しかも第１補強リブがハニカムセルの車幅方向内側への倒れを阻止することで、ハニカムセルの前後方向の圧壊を促進して衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。

また請求項３の構成によれば、フランジの先端部および衝撃吸収部を短繊維を熱可塑性樹脂で結合した繊維強化樹脂で一体に構成したので、フランジでバンパービーム本体を補強して曲げ強度を高めることができるだけでなく、フランジの先端部および衝撃吸収部が一体に構成されることでバンパービーム本体の強度を更に高めることができる。

また請求項４の構成によれば、バンパービーム本体は、連続繊維強化樹脂層と、不連続繊維をランダムな方向に配向して熱可塑性樹脂で結合した不連続繊維強化樹脂層とを少なくとも２層に積層してプレス成形され、フランジの先端部は射出成形されてプレス成形されたバンパービーム本体のフランジに一体化されるので、フランジの先端部を射出成形により容易に成形できるだけでなく、プレス成形されたバンパービーム本体のフランジのバリ取り作業が不要になるために製造コストの削減が可能になる。

また請求項５の構成によれば、フランジにおける衝撃吸収部の前後方向内側に位置する部分に車体フレームの前後方向外端に取り付けられる車体取り付け部を設け、フランジおよび車体取り付け部に挟まれたバンパービーム本体に第２補強リブを設けたので、衝撃吸収部に入力した衝突荷重を第２補強リブで補強されたバンパービーム本体を介して車体フレームに確実に伝達することで、衝撃吸収部の圧壊を促進して衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。

また請求項６の構成によれば、バンパービーム本体の車幅方向外端部は前後方向内側に屈曲しており、衝撃吸収部の前後方向幅は車幅方向内側から外側に向かって増加するので、ハニカムセルの車幅方向外端部の前後方向寸法を増加させ、バンパービームの車幅方向外端部に斜め方向の衝突荷重が入力したときのハニカムセルの圧壊ストロークを増加させて衝突エネルギーの吸収性能を高めることができるだけでなく、第１補強リブが三角形状になってハニカムセルの倒れを確実に阻止することで、ハニカムセルの前後方向の圧壊を促進することができる。

リヤバンパービームの斜視図。 図１の２方向矢視図。 図２の３部拡大図。 図３の４−４線断面図。 図１の５部拡大図面。 図１の６方向矢視図。 バンパービームの成形工程の説明図。

以下、図１〜図７に基づいて本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書において前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

図１〜図４に示すように、自動車の車体後部に前後方向に配置された左右一対のリヤサイドフレーム１１，１１の後端に、車幅方向に延びる繊維強化樹脂製のリヤバンパービーム１２が取り付けられる。リヤバンパービーム１２の本体を構成するバンパービーム本体１３は、鉛直方向に延びる底壁１４と、底壁１４の上端から前方に延びる上壁１５と、底壁１４の下端から前方に延びる下壁１６とを有しており、前方に向けて開放する断面コ字状に形成される。

バンパービーム本体１３は、車幅方向中央に位置して比較的に小さい略一定断面を有する小断面積部１７と、車幅方向両端に位置して比較的に大きい略一定断面を有する大断面積部１８，１８と、小断面積部１７の車幅方向外端を大断面積部１８，１８の車幅方向内端に接続する左右一対の断面積変化部１９，１９とからなり、断面積変化部１９，１９は小断面積部１７から大断面積部１８，１８に向かって断面積が次第に増加する。

また小断面積部１７は、車幅方向中央に位置して直線状に延びる直線部１７ａと、直線部１７ａの車幅方向外端から断面積変化部１９，１９の車幅方向内端に向かって前方に湾曲する左右一対の湾曲部１７ｂ，１７ｂとからなる。湾曲部１７ｂ，１７ｂの車幅方向内端近傍は後方に最も突出しており、その位置が後面衝突時に衝突荷重Ｆ，Ｆが入力する衝突荷重入力部Ｐ，Ｐとなる。

バンパービーム本体１３の外面、即ち底壁１４の後面、上壁１５の上面および下壁１６の下面はガラス連続繊維をナイロン等の熱可塑性樹脂で結合した連続繊維強化樹脂層２０で構成され、バンパービーム本体１３の内面、即ち底壁１４の前面、上壁１５の下面および下壁１６の上面はガラス不連続繊維をナイロン等の熱可塑性樹脂で結合した不連続繊維強化樹脂層２１で構成される。連続繊維樹強化脂層２０の連続繊維は、車幅方向と、それに直交する上下方向および前後方向とに配向される。

またバンパービーム本体１３の外周縁には全周に亙ってフランジ２２が突設されており、このフランジ２２も不連続繊維強化樹脂層２１で一体に形成される。フランジ２２の付け根部において、連続繊維強化樹脂層２０の外周縁は不連続繊維強化樹脂層２１で包み込まれる。

大断面積部１８におけるフランジ２２には上下各２個の金属カラー２３…が埋設されており、この金属カラー２３…とリヤサイドフレーム１１の後端に設けた端板１１ａとを後から前に貫通するボルト２４…をナット２５…に螺合することで、バンパービーム本体１３がリヤサイドフレーム１１，１１に取り付けられる。

図２、図３および図６に示すように、バンパービーム本体１３の衝突荷重入力部Ｐに対応する位置に、底壁１４の前面、上壁１５の下面および下壁１６の上面を接続する補強リブ２６が、不連続繊維強化樹脂層２１の一部として一体に形成される。また補強リブ２６の近傍であって、直線部１７ａおよび湾曲部１７ｂの境界部近傍に、底壁１４の前面、上壁１５の下面および下壁１６の上面を接続する荷重分散リブ２７が、不連続繊維強化樹脂層２１の一部として一体に形成される。補強リブ２６の高さＨ１は、荷重分散リブ２７の高さＨ２よりも大きく設定される。

またバンパービーム本体１３の大断面積部１８における金属カラー２３…の位置と前後方向に整列する位置に、底壁１４の前面、上壁１５の下面および下壁１６の上面を接続する２個の補強リブ２８，２８が、不連続繊維強化樹脂層２１の一部として一体に形成される。

図２、図５および図６に示すように、バンパービーム本体１３の大断面積部１８の上壁１５および下壁１６における金属カラー２３…の位置と前後方向に整列する位置であり、かつリヤサイドフレーム１１の軸線上に整列する位置に、前後方向に延びる２本の溝状のビード部２９，２９が形成される。

図２、図３および図５に示すように、バンパービーム本体１３の大断面積部１８の後面には、ガラス短繊維をナイロン等の熱可塑性樹脂で結合した繊維強化樹脂よりなる衝撃吸収部３１が一体に設けられる。衝撃吸収部３１は、車幅方向外側に位置するハニカムセル３１ａと、車幅方向内側に位置する複数の補強リブ３１ｂ…とからなり、ハニカムセル３１ａは前後方向の軸線を有する四角形の格子状に形成され、補強リブ３１ｂ…は三角形に形成されてハニカムセル３１ａを車幅方向内側から支えるように配置される。

図４および図５に示すように、フランジ２２の外周縁には後方あるいは車幅方向内方に折り返された先端部２２ａが設けられており、この先端部２２ａは衝撃吸収部３１を構成する繊維強化樹脂と同じガラス短繊維を含む繊維強化樹脂で構成され、かつ先端部２２ａおよび衝撃吸収部３１は一体に連続している。衝撃吸収部３１およびフランジ２２の先端部２２ａを構成するガラス短繊維を含む繊維強化樹脂は、図面において網かけして示される。

図７（Ａ）に示すように、バンパービーム本体１３をプレス成形するプレス成形金型４１は、連続繊維強化樹脂層２０を成形する凹状のキャビティ４２ａを有する雌型４２と、不連続繊維強化樹脂層２１を成形する凸状のコア４３ａを有する雄型４３とからなる。プレス形成金型４１を型開きした状態で、雌型４２のキャビティ４２ａおよび雄型４３のコア４３ａ間に、連続繊維プリプレグ２０′と不連続繊維プリプレグ２１′とを予備加熱した状態で配置した後、プレス成形金型４１を型締めすることでバンパービーム本体１３をプレス成形する（図７（Ａ）および図７（Ｂ）参照）。このとき、バンパービーム本体１３の補強リブ２６，２６、荷重分散リブ２７，２７および補強リブ２８…は、成形性の高い不連続繊維強化樹脂層２１の一部として容易に一体成形される。

続いて、図７（Ｃ）に示すように、射出成形金型４４の雌型４５および雄型４６間にバンパービーム本体１３をセットし、バンパービーム本体１３および射出成形金型４４間に形成された空間にガラス短繊維を含む溶融したナイロン等の熱可塑性樹脂を射出することで、ガラス短繊維を含む繊維強化樹脂よりなる衝撃吸収部３１とフランジ２２の先端部２２ａとを、バンパービーム本体１３と一体になるように射出成形する（図７（Ｄ）参照）。比較的に長い連続繊維や不連続繊維を含む樹脂はノズルが詰まるために射出成形することができないが、比較的に短い短繊維を含む樹脂はノズルが詰まらせることがないために射出成形が可能となる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

自車のリヤバンパーに他車のフロントバンパーが軽衝突したような場合、単純に後方に凸に湾曲している従来のリヤバンパービームは、そのバンパービームの車幅方向中央の１点に衝突荷重が集中的に入力するため、リヤバンパービームの車幅方向中央部に大きな曲げモーメントが作用する問題がある。

それに対し、図２に示す本実施の形態のリヤバンパービーム１２は、最も後方に突出する左右一対の衝突荷重入力部Ｐ，Ｐを備えるため、一対の衝突荷重入力部Ｐ，Ｐに衝突荷重Ｆ，Ｆが集中的に入力する。その結果、リヤバンパービーム１２の車幅方向中央部に作用する曲げモーメントの最大値が低減することで、曲げ変形に対するリヤバンパービーム１２の強度を高めることができる。

しかもバンパービーム本体１３は、車幅方向中央の小断面積部１７と、小断面積部１７の車幅方向外側に連続して断面積が次第に増加する一対の断面積変化部１９，１９と、断面積変化部１９，１９の車幅方向外側に連続する一対の大断面積部１８，１８とを備えるので、一対の衝突荷重入力部Ｐ，Ｐに衝突荷重Ｆ，Ｆが入力したときに、断面積変化部１９，１９および大断面積部１８，１８で曲げモーメントを支持することで、バンパービーム本体１３の肉厚を減少させて軽量化を図りながら強度を高めることができる。

またバンパービーム本体１３は、ガラス連続繊維を車幅方向とそれに直交する方向とに配向して熱可塑性樹脂で結合した連続繊維強化樹脂層２０と、ガラス不連続繊維をランダムな方向に配向して熱可塑性樹脂で結合した不連続繊維強化樹脂層２１との少なくとも２層の積層体であるので、バンパービーム本体１３に高価な連続繊維強化樹脂層２０と安価な不連続繊維強化樹脂層２１とを併用することで、バンパービーム本体１３全体を高価な連続繊維強化樹脂層２０で構成する場合に比べてコストダウンを図りながら、高強度の連続繊維強化樹脂層２０によりバンパービーム本体１３に要求される強度を確保することができる。

またバンパービーム本体１３は底壁１４、上壁１５および下壁１６を有して前方に開放するコ字状断面に形成され、不連続繊維強化樹脂層２１により形成されて底壁１４、上壁１５および下壁１６を接続する補強リブ２６，２６、荷重分散リブ２７，２７および補強リブ２８…を備えるので、成形時の流動性に優れる不連続繊維強化樹脂層２１によりそれらの補強リブ２６，２６、荷重分散リブ２７，２７および補強リブ２８…を容易に形成してバンパービーム本体１３の強度を高めることができる。

特に、大荷重が入力する衝突荷重入力部Ｐに補強リブ２６を設けたことで、衝突荷重入力部Ｐを補強してバンパービーム本体１３の局部的破壊を防止することができる。

また小断面積部１７は車幅方向に直線状に延びる直線部１７ａと、直線部１７ａの車幅方向両端から断面積変化部１９に向かって湾曲する湾曲部１７ｂとからなり、荷重分散リブ２７は、直線部１７ａおよび湾曲部１７ｂの境界部近傍に設けられるので、衝突荷重入力部Ｐに入力した衝突荷重Ｆにより底壁１４に作用する圧縮荷重を荷重分散リブ２７に分散して支持することで、バンパービーム本体１３の強度を高めることができる。

またバンパービーム本体１３の縁部において、不連続繊維強化樹脂層２１は連続繊維強化樹脂層２０の縁部を覆うフランジ２２を備えるので、不連続繊維強化樹脂製のフランジ２２でバンパービーム本体１３の曲げ強度を高めるとともに、連続繊維強化樹脂層２０の縁部に応力集中によるクラックが発生するのを防止することができ、しかもフランジ２２の分だけ高価な連続繊維強化樹脂層２０の使用量を減らしてコストダウンを図ることができる。

また不連続繊維強化樹脂層２１は大断面積部１８においてリヤサイドフレーム１１の後端に取り付けられる複数の金属カラー２３…を備え、補強リブ２８…は、複数の金属カラー２３…と同じ車幅方向位置となるように、つまり複数の金属カラー２３…と前後方向に整列するように配置されるので、コ字状断面の大断面積部１８が成形後に上下方向に口開き変形するのを補強リブ２８…により抑制し、金属カラー２３…の位置がずれるのを防止してバンパービーム本体１３のリヤサイドフレーム１１への取り付け作業を容易にすることができる。

更に、リヤサイドフレーム１１の後端に取り付けられた大断面積部１８は、リヤサイドフレーム１１の軸線上に整列して前後方向に延びるビード部２９…を備えるので、バンパービーム本体１３全体で衝突エネルギーを吸収することができないオフセット衝突時や高速での衝突時に、ビード部２９…により強度が高められた大断面積部１８を積極的に圧壊して衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。

また大断面積部１８の後面に、前後方向に延びる軸線を有するハニカムセル３１ａと、ハニカムセル３１ａを車幅方向内側から支える補強リブ３１ｂ…とを有する衝撃吸収部３１を設けたので、バンパービーム本体１３の車幅方向外端に斜め方向の衝突荷重Ｆ′が入力したときに（図２および図３参照）、最初に衝突荷重Ｆ′を受けるハニカムセル３１ａが圧壊して衝突エネルギーを吸収することができ、しかも三角形をなす補強リブ３１ｂ…がハニカムセル３１ａの車幅方向内側への倒れを阻止することで、ハニカムセル３１ａの前後方向の圧壊を促進して衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。しかも衝撃吸収部３１に入力した斜め衝突の衝突荷重Ｆ′を補強リブ２８…で補強された大断面積部１８を介してリヤサイドフレーム１１に確実に伝達することで、衝撃吸収部３１の圧壊を促進して衝突エネルギーの吸収効果を更に高めることができる。

特に、バンパービーム本体１３の車幅方向外端部は前方に屈曲しており、衝撃吸収部３１の前後方向幅は車幅方向内側から外側に向かって増加するので、ハニカムセル３１ａの車幅方向外端部の前後方向寸法を増加させ、リヤバンパービーム１２の車幅方向外端部に斜め方向の衝突荷重Ｆ′が入力したときのハニカムセル３１ａの圧壊ストロークを増加させて衝突エネルギーの吸収性能を高めることができるだけでなく、補強リブ３１ｂ…が三角形状になってハニカムセル３１ａの倒れを確実に阻止することで、ハニカムセル３１ａの前後方向の圧壊を促進することができる。

またバンパービーム本体１３は縁部に形成されたフランジ２２を備え、フランジ２２の先端部２２ａおよび衝撃吸収部３１をガラス短繊維を熱可塑性樹脂で結合した繊維強化樹脂で一体に構成したので、フランジ２２でバンパービーム本体１３を補強して曲げ強度を高めることができるだけでなく、フランジ２２の先端部２２ａおよび衝撃吸収部３１が一体に構成されることでバンパービーム本体１３の強度を更に高めることができる。

またバンパービーム本体１３はプレス成形されるためにフランジ２２のエッジにバリが発生することが避けられないが、フランジ２２の先端部２２ａをガラス短繊維の繊維強化樹脂で射出成形してフランジ２２のエッジに一体化するので、フランジ２２の先端部２２ａを容易に成形できるだけでなく、プレス成形したバンパービーム本体１３のフランジ２２のバリ取り作業が不要になるために製造コストの削減が可能になる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではリヤバンパービーム１２について説明したが、本発明はフロントバンパービームに対しても適用することができる。リヤバンパービーム１２の場合には，前後方向外側が後方に対応し、フロントバンパービームの場合には，前後方向外側が前方に対応する。

１１ リヤサイドフレーム（車体フレーム）
１２ リヤバンパービーム（バンパービーム）
１３ バンパービーム本体
２０ 連続繊維強化樹脂層
２１ 不連続繊維強化樹脂層
２２ フランジ
２２ａ 先端部
２３ 金属カラー（車体取付部）
２８ 補強リブ（第２補強リブ）
３１ 衝撃吸収部
３１ａ ハニカムセル
３１ｂ 補強リブ（第１補強リブ）

Claims (6)

1. 車幅方向に沿って配置される繊維強化樹脂製のバンパービーム（１２）が、連続繊維を車幅方向とそれに直交する方向とに配向して熱可塑性樹脂で結合した連続繊維強化樹脂層（２０）を含むバンパービーム本体（１３）を備え、前記バンパービーム本体（１３）の縁部に形成されたフランジ（２２）を、前記連続繊維強化樹脂層（２０）の縁部を不連続繊維強化樹脂層（２１）で覆って構成したことを特徴とする自動車用バンパービーム。
2. 前記バンパービーム本体（１３）の車幅方向両端部の前後方向外面に、前後方向に延びる軸線を有するハニカムセル（３１ａ）と、前記ハニカムセル（３１ａ）を車幅方向内側から支える第１補強リブ（３１ｂ）とからなる衝撃吸収部（３１）を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の自動車用バンパービーム。
3. 前記フランジ（２２）の先端部（２２ａ）および前記衝撃吸収部（３１）を短繊維を熱可塑性樹脂で結合した繊維強化樹脂で一体に構成したことを特徴とする、請求項２に記載の自動車用バンパービーム。
4. 前記バンパービーム本体（１３）は、前記連続繊維強化樹脂層（２０）と、ガラス不連続繊維をランダムな方向に配向して熱可塑性樹脂で結合した不連続繊維強化樹脂層（２１）とを少なくとも２層に積層してプレス成形され、前記フランジ（２２）の先端部（２２ａ）は射出成形されてプレス成形された前記バンパービーム本体（１３）の前記フランジ（２２）に一体化されることを特徴とする、請求項３に記載の自動車用バンパービーム。
5. 前記フランジ（２２）における前記衝撃吸収部（３１）の前後方向内側に位置する部分に車体フレーム（１１）の前後方向外端に取り付けられる車体取り付け部（２３）を設け、前記フランジ（２２）および前記車体取り付け部（２３）に挟まれた前記バンパービーム本体（１３）に第２補強リブ（２８）を設けたことを特徴とする、請求項２〜請求項４の何れか１項に記載の自動車用バンパービーム。
6. 前記バンパービーム本体（１３）の車幅方向外端部は前後方向内側に屈曲しており、前記衝撃吸収部（３１）の前後方向幅は車幅方向内側から外側に向かって増加することを特徴とする、請求項２〜請求項５の何れか１項に記載の自動車用バンパービーム。
   

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