JP7638814B2 - 軸流ファン - Google Patents

Description

本発明は、軸流ファンに関する。

特許文献１には、固定ブレード（静翼）がファンの軸に垂直な水平線に対して傾斜角を有するように取り付けられた散熱ファン（軸流ファン）が開示されている。

特許第４１４５９０６号公報

特許文献１の散熱ファンによれば、固定ブレードの上端と水平線間に傾斜角があるので、ハブ近くの動作範囲を増大させて固定ブレード全体を均一な風分布にでき、固定ブレードの上端で気流が堆積するのを防止して渦流により生じるノイズを消去できるとされている。

しかしながら、特許文献１の散熱ファンには、固定ブレードの上端を傾斜させることによる全体の均一な風分布ついては記載されているが、その他の構成による均一な風分布については記載されていない。したがって、風のばらつきをなくし均一にするという点で改善の余地がある。

そこで、本発明は、径方向における風のばらつきが少ない軸流ファンを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る軸流ファンは、
送風方向に風を送る軸流ファンであって、
前記送風方向に沿って延びる回転軸線の周りに回転する動翼と、
前記動翼が収容される円柱状の風洞空間を形成する外枠部と、前記回転軸線上に位置する円筒状のベース部と、前記外枠部の内周面と前記ベース部の外周面との間かつ前記動翼に対して前記送風方向の下流側に設けられる固定ブレードと、を有するケーシングと、
を備え、
前記送風方向に沿った任意の固定ブレードの断面を第一断面とし、
前記第一断面よりも前記動翼の回転方向における固定ブレードの断面を第二断面とした場合、
前記固定ブレードの送風方向における上流側に位置する風受け面の、前記上流側に対して突き出す曲率は、第一断面の曲率よりも第二断面の曲率の方が大きい。

本発明によれば、径方向における風のばらつきが少ない軸流ファンを提供することができる。

本発明の実施形態に係る軸流ファンの斜視図である。 軸流ファンのケーシングを示す平面図である。 図２におけるＸ０－Ｖ１の断面図である。 図２におけるＸ０－Ｖ２の断面図である。 図２におけるＸ０－Ｖ３の断面図である。 外枠部とベース部の拡径部を示す図である。 固定ブレードの構成を示す図である。 送出口における周辺部の風の流れを示す図である。 送出口における中間部の風の流れを示す図である。 送出口における中央部の風の流れを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の説明において既に説明された部材と同一の参照番号を有する部材については、説明の便宜上、その説明は省略する。また、本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。

図１は、本発明の実施形態に係る軸流ファンの一例を示す斜視図である。
図１に示すように、軸流ファン１は、矢印で示す送風方向Ｗに沿って風を送るファンである。軸流ファン１は、ケーシング２と、ケーシング２内に配置される動翼４と、を備えている。

ケーシング２は、外枠部１０と、ベース部２０と、固定ブレード３０と、を有している。
外枠部１０は、風（空気）の吸込口１２と送出口１３とに連通する円柱状の風洞空間１１を形成する。動翼４は、風洞空間１１内に収容されている。動翼４の回転に伴って吸込口１２から吸い込まれた風は、風洞空間１１に沿って送風方向Ｗに送られ、送出口１３から外部に送出される。

ベース部２０は、外枠部１０によって形成される風洞空間１１の径方向における中央部に、動翼４の回転軸線Ｘに沿うように配置されている。回転軸線Ｘは、送風方向Ｗに沿って延びる。ベース部２０は、円筒状に形成されており、送風方向Ｗの上流である吸込口１２側に設けられている円筒部２１と、送風方向Ｗの下流である送出口１３側に設けられているテーパ部２２と、を有している。

固定ブレード３０は、ベース部２０を外枠部１０に連結するための静翼である。固定ブレード３０は、ベース部２０を外枠部１０に連結することにより、風洞空間１１の径方向における中央部にベース部２０を固定する。固定ブレード３０は、外枠部１０の内周面とベース部２０の外周面との間に設けられている。固定ブレード３０の径方向における外側端部は、外枠部１０の内周面に接続されている。固定ブレード３０の径方向における内側端部は、ベース部２０の外周面に接続されている。固定ブレード３０は、動翼４よりも送風方向Ｗにおける下流側に設けられている。

固定ブレード３０は、薄板状に形成された静翼である。固定ブレード３０は、放射状に複数（図に示す例では７枚）設けられている。ここで、固定ブレード３０において、送風方向Ｗにおける上流側の面、すなわち吸込口１２側に位置する面を「風受け面」３１と定義する。また、送風方向Ｗにおける下流側の面、すなわち送出口１３側に位置する面を「風送り面」３２と定義する。

ベース部２０内には、動翼４を回転駆動するモータ２３が固定されている。モータ２３は、巻線が巻回されたステータ（図示省略）と、永久磁石を有する回転子（図示省略）とから構成されている。モータ２３は、ステータをベース部２０に固定することにより、ベース部２０および固定ブレード３０を介して外枠部１０に固定されている。

動翼４は、カップ状に形成された動翼ケース４１の外周面に取り付けられている。動翼４が取り付けられた動翼ケース４１は、風洞空間１１内において、ベース部２０および固定ブレード３０よりも送風方向Ｗにおける上流側に設けられている。動翼ケース４１は、モータ２３の回転軸２４に固定されている。動翼ケース４１の内周面には、モータ２３の回転子を構成する複数の永久磁石が固定されている。動翼４は、回転軸２４の回転に伴って回転軸線Ｘの周りに回転し、風を送風方向Ｗへと送る。

図２は、ケーシング２を送風方向Ｗの下流側、すなわち風洞空間１１の送出口１３側から見た平面図である。また、図３は、図２のＸ０－Ｖ１線における送風方向Ｗに沿ったケーシング２の断面図である。同様に、図４は、図２のＸ０－Ｖ２線における断面図である。同様に、図５は、図２のＸ０－Ｖ３線における断面図である。Ｘ０－Ｖ１線、Ｘ０－Ｖ２線、およびＸ０－Ｖ３線は、それぞれベース部２０の中心点を通り径方向へ延びる切断線である。

図に示す例において、Ｘ０－Ｖ１線は、外枠部１０の内周面１４に接続されている固定ブレード３０の径方向の外側端部３３における、送風方向Ｗの下流端３４を通る切断線である。Ｘ０－Ｖ２線は、Ｘ０－Ｖ１線から動翼４の回転方向Ｆへ所定の角度θ１だけ回転した位置を通る切断線である。Ｘ０－Ｖ３線は、Ｘ０－Ｖ２線からさらに回転方向Ｆへ所定の角度θ２だけ回転した位置を通る切断線である。

軸流ファン１の固定ブレード３０において、例えば、固定ブレード３０の任意の位置における送風方向Ｗに沿った断面を「第一断面」とし、当該第一断面よりも動翼４の回転方向Ｆ側の任意の位置における断面を「第二断面」とする。この場合、固定ブレード３０の風受け面３１は、送風方向Ｗの上流側に向けて突き出す曲率が、第一断面の曲率よりも第二断面の曲率の方が大きくなるように構成されている。

例えば、図２におけるＸ０－Ｖ１線、Ｘ０－Ｖ２線、およびＸ０－Ｖ３線の断面に関して風受け面３１の送風方向Ｗの上流側に向けて突き出す曲率を比較すると以下のような大小関係になる。

Ｘ０－Ｖ２線における断面は、固定ブレード３０の外側端部３３の下流端３４を通るＸ０－Ｖ１線における断面よりも、角度θ１だけ動翼４の回転方向Ｆへ回転した位置を通る断面である。したがって、Ｘ０－Ｖ２線の断面における風受け面３１の送風方向Ｗの上流側に向けて突き出す曲率は、Ｘ０－Ｖ１線の断面における風受け面３１の送風方向Ｗの上流側に向けて突き出す曲率よりも大きくなる。

また、Ｘ０－Ｖ３線における断面は、Ｘ０－Ｖ２線における断面よりも、角度θ２だけ動翼４の回転方向Ｆへ回転した位置を通る断面である。したがって、Ｘ０－Ｖ３線の断面における風受け面３１の送風方向Ｗの上流側に向けて突き出す曲率は、Ｘ０－Ｖ２線の断面における風受け面３１の送風方向Ｗの上流側に向けて突き出す曲率よりも大きくなる。

具体的には、例えば、図３に示すように、Ｘ０－Ｖ１線における断面図では、固定ブレード３０の風受け面３１は、送風方向Ｗの下流側（送風方向側）へ凹む凹状に形成されている。すなわち、風受け面３１の送風方向Ｗの上流側に向けて突き出す曲率は、負の曲率である。

次に、例えば、図４に示すように、Ｘ０－Ｖ２線における断面図では、固定ブレード３０の風受け面３１は、送風方向Ｗの上流側（送風方向とは反対方向）へ緩やかに膨らむ凸状に形成されている。すなわち、風受け面３１の送風方向Ｗの上流側に向けて突き出す曲率は、曲がり具合が緩やかな小さな正の曲率である。

次に、例えば、図５に示すように、Ｘ０－Ｖ３線における断面図では、固定ブレード３０の風受け面３１は、送風方向Ｗの上流側（送風方向とは反対方向）へ膨らむ凸状に形成されている。そして、その上流側への膨らみは、Ｘ０－Ｖ２線の断面図における風受け面３１の膨らみ（図４参照）よりも大きい膨らみである。すなわち、風受け面３１の送風方向Ｗの上流側に向けて突き出す曲率は、Ｘ０－Ｖ２線の断面図における風受け面３１の曲率よりも曲がり具合がややきつくなった大きな正の曲率である。このように、風受け面３１の送風方向Ｗの上流側へ突き出す曲率は、動翼４の回転方向Ｆ側の風受け面３１ほど、その突き出す曲率が大きい。

また、例えば、固定ブレード３０の風受け面３１のうち、動翼４の回転方向Ｆにおける最上流側に位置する部位、すなわち動翼４の回転方向Ｆとは反対方向の端部に位置する部位は、送風方向Ｗの下流側へ凹む凹状に形成されている。
また、例えば、固定ブレード３０の風受け面３１のうち、動翼４の回転方向Ｆにおける最下流側に位置する部位、すなわち動翼４の回転方向Ｆと同じ方向の端部に位置する部位は、送風方向Ｗの上流側に向けて膨らむ凸状に形成されている。

図６は、図２のＸ０－Ｖ４線における送風方向Ｗに沿ったケーシング２の断面図であり、外枠部１０とベース部２０に設けられる拡径部を示す図である。
図６に示すように、外枠部１０の内周面１４には、送風方向Ｗにおける下流側の端部である外枠後端部に、風洞空間１１の径を大きくさせる外枠後拡径部１５が設けられている。外枠後拡径部１５は、送風方向Ｗの下流側に向かうにしたがって、すなわち風洞空間１１の送出口１３に近づくにしたがって、風洞空間１１の径を大きくし送出口１３を広くするために、径方向の外側へ傾斜するように形成されている。外枠後拡径部１５の傾斜は、例えば、平面状の傾斜であってもよいし、円弧状の傾斜であってもよい。

さらに、外枠部１０の内周面１４には、外枠後拡径部１５よりも送風方向Ｗにおける上流側に、風洞空間１１の径を大きくさせる外枠内拡径部１６が設けられている。外枠内拡径部１６は、送風方向Ｗの下流側に向かうにしたがって、すなわち外枠後拡径部１５に近づくにしたがって、風洞空間１１の径を大きくするために、径方向の外側へ傾斜するように形成されている。外枠内拡径部１６は、外枠後拡径部１５と連続する拡径部となるように、外枠内拡径部１６の送風方向Ｗにおける下流端部が外枠後拡径部１５の送風方向Ｗにおける上流端部に連結されている。外枠内拡径部１６の傾斜は、例えば、平面状の傾斜であってもよいし、円弧状の傾斜であってもよい。

また、ベース部２０の外周面には、送風方向Ｗの下流側の端部であるベース後端部に、風洞空間１１の径を大きくさせるベース拡径部２５が設けられている。ベース拡径部２５は、ベース部２０のテーパ部２２における傾斜面によって構成されている。ベース拡径部２５は、送風方向Ｗの下流側に向かうにしたがって、すなわち風洞空間１１の送出口１３に近づくにしたがって、風洞空間１１の径を大きくし送出口１３を広くするために、径方向の内側へ傾斜するように形成されている。ベース拡径部２５の傾斜は、例えば、平面状の傾斜であってもよいし、円弧状の傾斜であってもよい。なお、ベース拡径部２５の送風方向Ｗの長さＬ２は、外枠部１０の内周面１４に設けられる外枠後拡径部１５の送風方向Ｗの長さＬ１とほぼ同じ長さとなるように設定されている。

図７は、図２のＸ０－Ｖ４線における送風方向Ｗに沿ったケーシング２の断面図であり、固定ブレード３０の構成を示す図である。
図７に示すように、固定ブレード３０は、径方向における外側端部が外枠部１０の外枠内拡径部１６と外枠後拡径部１５にかけて接続されている。また、固定ブレード３０は、径方向における内側端部がベース部２０の円筒部２１の外周面に接続されている。送風方向Ｗの上流側へ突き出す曲率を変化させる風受け面３１の形状は、径方向における外側の形状が外枠部１０の外枠内拡径部１６および外枠後拡径部１５の拡径する傾斜に連続するように形成されている。同様に、風受け面３１の径方向における内側の形状がベース部２０のベース拡径部２５の拡径する傾斜に連続するように形成されている。

固定ブレード３０の内側端部は、ベース部２０のテーパ部２２の外周面には接続されていない。すなわち、固定ブレード３０の内側端部は、ベース部２０のベース拡径部２５には接続されていない。固定ブレード３０の内側端部は、送風方向Ｗの下流縁部が円筒部２１との接続箇所から径方向の外側へ延びた後、送風方向Ｗの下流側かつ径方向の外側へ向かって傾斜し、その後に再度径方向の外側へと延びて外枠部１０の外枠後拡径部１５に接続する。このため、固定ブレード３０は、ベース部２０のベース拡径部２５とは接続されていないが、ベース拡径部２５と離間した状態でベース拡径部２５の周囲にかかるように設けられている。固定ブレード３０は、ベース部２０との接合部における送風方向Ｗの下流側である後端部に、送風方向Ｗの上流側へ入り込んで固定ブレード３０とベース拡径部２５とを離間させる切り欠き３５が設けられている。

固定ブレード３０は、送風方向Ｗにおける下流側の端部であるブレード後端部３６が外枠部１０の送風方向Ｗにおける下流側の最端部である外枠最後端部１７よりも送風方向Ｗにおける上流側（前方側）に位置するように取り付けられている。換言すると、固定ブレード３０のブレード後端部３６は、風洞空間１１の送出口１３の縁を結んだ送出ライン１８よりも風洞空間１１内へ入り込んだ状態で設けられている。風洞空間１１内に入り込んだブレード後端部３６の送出ライン１８からの距離を入り込み距離Ｌ３とすると、入り込み距離Ｌ３は、上述した外枠後拡径部１５の長さＬ１およびベース拡径部２５の長さＬ２よりも短くなるように設定されている。

以上説明したように、本実施形態の軸流ファン１は、送風方向Ｗに沿って延びる回転軸線Ｘの周りに回転する動翼４と、動翼４が収容される円柱状の風洞空間１１を形成する外枠部１０と、回転軸線Ｘ上に位置する円筒状のベース部２０と、外枠部１０の内周面１４とベース部２０の外周面との間かつ動翼４に対して送風方向Ｗの下流側に設けられる固定ブレード３０と、を有するケーシング２と、を備える。そして、送風方向Ｗに沿った固定ブレード３０の任意の断面を第一断面とし、第一断面よりも動翼４の回転方向Ｆにおける固定ブレード３０の断面を第二断面とした場合、固定ブレード３０の送風方向Ｗにおける上流側に位置する風受け面３１の、送風方向Ｗの上流側へ突き出す曲率は、第一断面の曲率よりも第二断面の曲率の方が大きい。この構成によれば、送風方向Ｗに沿った固定ブレード３０の断面において、風受け面３１が送風方向Ｗの上流側へ突き出す曲率は、固定ブレード３０における動翼４の回転方向Ｆ側の断面の風受け面３１ほど、突き出す曲率が大きくなるように形成されている。これにより、固定ブレード３０の近傍を通って流れる風をスムーズに風洞空間１１の送出口１３へと送り出すことができ、送出口１３から外部へ送出される風の径方向におけるばらつきを抑制することができる。

また、軸流ファン１は、風受け面３１のうち回転方向Ｆの最上流に位置する部位は、送風方向Ｗの上流に対して凹んでおり、風受け面３１のうち回転方向Ｆの最下流に位置する部位は、送風方向Ｗの上流に対して膨らんでいる。風受け面３１の形状をこのような凹凸形状に変化させることで、送出口１３から外部へ送出される風の径方向におけるばらつきを抑制することが可能になる。

また、軸流ファン１によれば、外枠部１０の内周面１４における送風方向Ｗの下流側の端部である外枠後端部には、送風方向Ｗの下流側に向かうにしたがって風洞空間１１の径を大きくさせる外枠後拡径部１５が設けられており、ベース部２０の外周面における送風方向Ｗの下流側の端部であるベース後端部には、送風方向Ｗの下流側に向かうにしたがって風洞空間１１の径を大きくさせるベース拡径部２５が設けられている。このため、外枠後拡径部１５により風洞空間１１の径方向における外側付近から外部へ流れる風を巻き込んだり剥離させたりすることなく広範囲に拡散できる。また、ベース拡径部２５により風洞空間１１の径方向における内側付近から外部へ流れる風を巻き込んだり剥離させたりすることなく広範囲に拡散することができる。これにより、送出口１３から外部へ送出される風の径方向におけるばらつきをさらに抑制し均一にすることができる。

また、軸流ファン１によれば、固定ブレード３０の送風方向Ｗにおける下流側の後端部には、ベース部２０との接合部に切り欠き３５が設けられている。このため、送風方向Ｗの上流側から流れてくる風を当該切り欠き３５からベース部２０のベース拡径部２５へと導くことができる。これにより、風洞空間１１の径方向における内側付近から外部へ送出される風をさらに拡散することができる。

また、軸流ファン１は、送風方向Ｗについて、固定ブレード３０の後端部がケーシング２の後端部よりも前方に位置している。ケーシングの後端部まで固定ブレードが配置されている構成の軸流ファンの場合、固定ブレードに導かれてファンの内部からファンの外部へ流れる風に対して急激な圧力変化が付加されるため騒音の発生要因になる。これに対して、本軸流ファン１によれば、ケーシング２の後端領域に固定ブレードが存在しない領域が設けられているので、固定ブレード３０に導かれてファンの外部に流れる風に対しての圧力変化を緩やかにでき、騒音の発生を防止できる。また、当該構成の固定ブレード３０と固定ブレード３０に接続されている外枠後拡径部１５およびベース拡径部２５との協働により、送出口１３から外部へ送出される風の径方向における均一性をさらに高めることができる。

また、軸流ファン１によれば、外枠部１０の内周面１４には、外枠後拡径部１５の送風方向Ｗにおける上流側に、送風方向Ｗの下流に向かって風洞空間１１の径を大きくする外枠内拡径部１６が設けられている。このため、風洞空間１１を流れる風を外枠内拡径部１６を介して外枠後拡径部１５へ導くことができ、風洞空間１１の径方向における外側付近から外部へ送出される風をスムーズに拡散できる。

図８は、固定ブレード３０の近傍を通り送出口１３の周辺部に流れる風の様子を示す断面図である。図９は、固定ブレード３０の近傍を通り送出口１３の中間部に流れる風の様子を示す断面図である。図１０は、固定ブレード３０の近傍を通り送出口１３の中央部（内側部）に流れる風の様子を示す断面図である。

図８に矢印で示すように、固定ブレード３０の近傍を通り送出口１３の周辺部に流れる風は、固定ブレード３０の風受け面３１の曲率に沿って固定ブレード３０の近傍をスムーズに通り抜けて、送出口１３の周辺部へと流れる。送出口１３の周辺部に流れた風は、外枠部１０の外枠後拡径部１５に沿って径方向の外側へ広範囲に拡散されるように流れ出る。また、送出口１３の周辺部の風は、送出口１３から風洞空間１１内に引っ込んだ状態の固定ブレード３０により、さらにスムーズな流れとなって広範囲に拡散される。

図９に矢印で示すように、固定ブレード３０の近傍を通り送出口１３の中間部に流れる風は、固定ブレード３０の風受け面３１の曲率に沿って固定ブレード３０の近傍をスムーズに通り抜けて、送出口１３の中間部へと流れる。送出口１３の中間部に流れた風は、送出口１３から風洞空間１１内に引っ込んだ状態の固定ブレード３０により、スムーズに送風方向Ｗに沿うように流れ出る。

図１０に矢印で示すように、固定ブレード３０の近傍を通り送出口１３の中央部に流れる風は、固定ブレード３０の風受け面３１の曲率に沿って固定ブレード３０の近傍をスムーズに通り抜けて、送出口１３の中央部へと流れる。送出口１３の中央部に流れた風は、ベース部２０のベース拡径部２５に沿って径方向の内側へ広範囲に拡散されるように流れ出る。また、送出口１３の中央部の風は、送出口１３から風洞空間１１内に引っ込んだ状態の固定ブレード３０により、さらにスムーズな流れとなって広範囲に拡散される。図８から図１０に示すように、軸流ファン１によれば、送出口１３から外部へ送出される風を径方向において均一にすることができ。

以上、本発明の実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる一例であって、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記載された発明の範囲及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。

１ 軸流ファン
２ ケーシング
４ 動翼
１０ 外枠部
１１ 風洞空間
１２ 吸込口
１３ 送出口
１４ 内周面
１５ 外枠後拡径部（第一拡径部）
１６ 外枠内拡径部（第三拡径部）
１７ 外枠最後端部
１８ 送出ライン
２０ ベース部
２１ 円筒部
２２ テーパ部
２３ モータ
２４ 回転軸
２５ ベース拡径部（第二拡径部）
３０ 固定ブレード
３１ 風受け面
３２ 風送り面
３３ 外側端部
３４ 下流端
３５ 切り欠き
３６ ブレード後端部
４１ 動翼ケース
Ｆ 回転方向
Ｗ 送風方向
Ｘ 回転軸線

Claims (6)

1. 送風方向に風を送る軸流ファンであって、
   前記送風方向に沿って延びる回転軸線の周りに回転する動翼と、
   前記動翼が収容される円柱状の風洞空間を形成する外枠部と、前記回転軸線上に位置する円筒状のベース部と、前記外枠部の内周面と前記ベース部の外周面との間かつ前記動翼に対して前記送風方向の下流側に設けられる固定ブレードと、を有するケーシングと、
   を備え、
   前記送風方向に沿った任意の固定ブレードの断面を第一断面とし、
   前記第一断面よりも前記動翼の回転方向における固定ブレードの断面を第二断面とした場合、
   前記固定ブレードの送風方向における上流側に位置する風受け面の、前記上流側に対して突き出す曲率は、第一断面の曲率よりも第二断面の曲率の方が大きい、
   軸流ファン。
2. 前記外枠部の前記内周面における前記送風方向の後端部には、前記送風方向の下流側に向かって前記風洞空間の径を大きくさせる第一拡径部が設けられており、
   前記ベース部の前記外周面における前記送風方向の後端部には、前記送風方向の下流側に向かって前記風洞空間の径を大きくさせる第二拡径部が設けられている、
   請求項１に記載の軸流ファン。
3. 前記固定ブレードの前記送風方向における後端部には、前記ベース部との接合部に切り欠きが設けられている、
   請求項１に記載の軸流ファン。
4. 前記送風方向について、前記固定ブレードの後端部が前記ケーシングの後端部よりも前方に位置している、
   請求項１に記載の軸流ファン。
5. 前記風受け面のうち前記回転方向の最上流に位置する部位は、前記送風方向の上流に対して凹んでおり、
   前記風受け面のうち前記回転方向の最下流に位置する部位は、前記送風方向の上流に対して膨らんでいる、
   請求項１に記載の軸流ファン。
6. 前記外枠部の内周面には、前記第一拡径部の上流側に、前記送風方向の下流に向かって前記風洞空間の径を大きくする第三拡径部が設けられている、
   請求項２に記載の軸流ファン。

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