超音波センサ
【課題】部品点数を増やすことなく防水性を確保することができ、また、重量及びコストの増加を抑制し、且つ回路基板の歪みの発生を防止することのできる超音波センサを提供する。
【解決手段】超音波の送受波を行う送受波素子を収納する送受波ブロック１と、送受波素子を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装された回路基板３と、開口４０Ａを具備するとともに回路基板３が収納される収納部４０が設けられるハウジング４とを備え、収納部４０の開口４０Ａは、送受波ブロック１によって閉塞される。
【解決手段】超音波の送受波を行う送受波素子を収納する送受波ブロック１と、送受波素子を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装された回路基板３と、開口４０Ａを具備するとともに回路基板３が収納される収納部４０が設けられるハウジング４とを備え、収納部４０の開口４０Ａは、送受波ブロック１によって閉塞される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載されて障害物検知等に用いられる超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図３に示すように、一面に開口を具備する中空状のハウジング１０１と、超音波の送受波が行われる送受波面がハウジング１０１の他面に露出する送受波素子（送受波ブロック）１０２とを備えた超音波センサが提供されている。この超音波センサは、ハウジング１０１内に収納されて送受波素子１０２を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装される回路基板１０３と、送受波素子１０２と回路基板１０３とを電気的に接続する配線１０４とを備える。また、この超音波センサは、ハウジング１０１の開口を覆うように設けられる蓋部材１０５と、一端が回路基板１０３に溶接等により接続されて他端が図示しない給電端子に接続される端子１０６とを備える。
【０００３】
そして、上記超音波センサが車両用として用いられる場合、当該超音波センサは、バンパーやフロントグリル等、水を被る可能性が高く且つ振動の激しい箇所に設置される。このため、従来多くの超音波センサでは、その回路基板１０３が収納されるハウジング１０１内に、疎水性及び弾力性を有するシリコンやウレタン等の充填材１０７が充填されている。このように充填材１０７をハウジング１０１内に充填することで、要求される高い防水性及び耐振性を確保する構成が一般的となっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例では、充填材１０７をハウジング１０１内に充填することにより、その分重量及びコストが増加するのみならず、充填材１０７の存在によってハウジング１０１内に収納された回路基板１０３に歪みが生じる可能性がある。回路基板１０３に歪みが生じると、当該回路基板１０３上に実装された電子部品との間のはんだ付け部分に応力がかかり、亀裂が生じる虞がある。或いは、充填材１０７の充填の前後においてセンサの検知エリア特性が変化してしまうという虞もある。なお、回路基板１０３に歪みを生じさせる要因としては、例えば、充填材１０７の熱膨張及び収縮に伴う外部負荷がある。また、充填前後における検知エリア特性の変化としては、その検知エリアの狭小化等が挙げられる。
【０００６】
そこで、図４に示すように、ハウジング１０１内の回路基板１０３が収納される基板収納部１０１Ａと、送受波素子１０２が収納される素子収納部１０１Ｂとを連通する連通孔１０１Ｃを封止板１０８で封止することが考えられる。この構成であれば、ハウジング１０１の開口を蓋部材１０５で閉塞することで基板収納部１０１Ａが密閉されるので、充填材１０７を用いることなく防水性を確保することができる。
【０００７】
しかしながら、前述の従来例や図４に示す上記構成の場合、ハウジング１０１の開口を閉塞するために蓋部材１０５を必要とするため、部品点数が増えるという問題があった。また、蓋部材１０５をハウジング１０５の開口周縁に接合するために必要な設備投資等の費用がかさむので、償却費等のコストが増大するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、部品点数を増やすことなく防水性を確保することができ、また、重量及びコストの増加を抑制し、且つ回路基板の歪みの発生を防止することのできる超音波センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の超音波センサは、超音波の送受波を行う送受波素子を収納する送受波ブロックと、前記送受波素子を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装された回路基板と、開口を具備するとともに前記回路基板が収納される収納部が設けられるハウジングとを備え、前記収納部の開口は、前記送受波ブロックによって閉塞されることを特徴とする。
【００１０】
この超音波センサにおいて、前記送受波ブロックには、超音波を送受波する送受波面を除いた外周面を覆う弾性材料から成るカバーが設けられ、前記カバーは、前記収納部の内周面に当接することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、回路基板を１つの収納部に収納し、且つ収納部の開口を送受波ブロックで閉塞するので、部品点数を増やすことなく防水性を確保することができ、また、重量及びコストの増加を抑制し、且つ回路基板の歪みの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る超音波センサの実施形態を示す断面図である。
【図２】同上のピン端子及び外部接続端子の他の接合方法を示す図で、（ａ）は端子の挿入前の断面図で、（ｂ）は端子の挿入後の断面図である。
【図３】従来の超音波センサを示す断面図である。
【図４】従来の超音波センサの他の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る超音波センサの実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、図１における上下左右を上下左右方向と定めるものとする。本実施形態は、図１に示すように、超音波の送受波を行う送受波ブロック１と、送受波ブロック１の超音波を送受波する送受波面以外の外周面を覆うカバー２と、送受波ブロック１を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装された回路基板３とを備える。また、本実施形態は、開口４０Ａを具備するとともに回路基板３が収納される収納部４０が設けられるハウジング４を備える。更に、本実施形態は、一端が回路基板３に接続されて他端が図示しない外部端子に接続される外部接続端子５を備える。
【００１４】
送受波ブロック１は、図１に示すように、圧電素子から成る送受波素子（図示せず）と、内部に送受波素子を収納するケース１０とから構成される。ケース１０は、例えば黒色に着色されたポリブチレンテレフタレートから円筒状に形成され、その内底部に送受波素子が収納される。また、ケース１０の下面は、超音波の送受波面として用いられる。
【００１５】
また、送受波ブロック１は、一端が送受波素子と電気的に接続されるリード線（図示せず）と、一端がリード線の他端にはんだ付けされて他端がケース１０外に突出する棒状の１対のピン端子１１とを備える。各ピン端子１１の他端は、回路基板３に実装された電子回路と電気的に接続される。
【００１６】
カバー２は、図１に示すように、弾性材料から下面を開口した有底円筒状に形成され、送受波ブロック１を覆うようにケース１０の外周に組み付けられる。カバー２の上面には、送受波ブロック１の１対のピン端子１１を通すための通孔（図示せず）が設けられている。
【００１７】
回路基板３は、図１に示すように、ハウジング４における収納部４０内の上底部に固定され、１対のピン端子１１が前述のようにはんだ付けによって接続される。また、回路基板３の下面には、電子回路を構成する電子部品３０が実装される。勿論、電子部品３０は図１において図示されているものだけではなく、大小様々な部品が回路基板３の下面、又は上下両面に実装されている。回路基板３は、接着剤を用いた接着等の方法により収納部４０内の上底部に接合される。
【００１８】
ハウジング４は、図１に示すように有底円筒状に形成され、開口を具備するとともに回路基板３が収納される収納部４０と、外部接続端子５を備えたコネクタ部４１とを備えている。回路基板３は、収納部４０の開口４０Ａを介して収納部４０内に収納され、開口４０Ａは送受波ブロック１により閉塞される。送受波ブロック１は、カバー２が組み付けられた状態で開口４０Ａに挿入され、送受波面を外部に臨ませる状態で、ハウジング４に取り付けられる。ここで、カバー２の外径寸法は収納部４０の内径寸法よりも僅かに大きくなっている。このため、送受波ブロック１を挿入する際に、カバー２が収納部４０に圧入され、カバー２が収納部４０の内周面に圧接する。
【００１９】
ここで、収納部４０の開口４０Ａは、送受波ブロック１によって閉塞され、回路基板３は送受波ブロック１によって外部に対して密閉されるので、開口４０Ａを介して外部から回路基板３が収納される空間へ水が浸入するのを防止することができる。
【００２０】
収納部４０内の底部には、図１に示すように、その左右両端部に１対の支持リブ４０Ｂがそれぞれ下向きに突出する形で形成されている。これら支持リブ４０Ｂの下面に回路基板３の左右両端部が当接した状態で、回路基板３が収納部４０内の底部に固定される。
【００２１】
収納部４０の底部の壁４２を貫通する形で、１対の外部接続端子５がインサート成型によってハウジング４に一体に成型され、各外部接続端子５は、各々の一端が収納部４０の外側に突出し、他端は収納部４０内に突出するように設けられている。外部接続端子５の一端は、図示しない外部端子に接続され、他端は回路基板３に実装された電子回路と電気的に接続される。
【００２２】
ここで、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ピン端子１１の他端部及び外部接続端子５の一端部はバネ性を有する形状に形成され、回路基板３に設けられた挿入孔３１に圧入して嵌め合わせることで、電子回路と電気的に接続される。このように接続することで、ピン端子１１及び外部接続端子５を電子回路に接続する際にはんだ付けが不要となるため、施工性を向上させることができる。
【００２３】
そして、回路基板３の電子回路が外部接続端子５を介して外部電源（図示せず）からの電力の供給を受けて送受波素子へ駆動パルス信号を出力し、駆動パルス信号を受信した送受波素子が超音波を外部に送波する。次に、送受波素子は、送波した超音波の障害物からの反射波を受波すると受波信号を回路基板３の電子回路に出力する。回路基板３の電子回路は、駆動パルス信号を出力してから受波信号が入力されるまでの時間から障害物までの距離を演算し、演算結果を含む信号を外部接続端子５を介して外部の制御回路（図示せず）等へ出力する。
【００２４】
上述のように、本実施形態では、回路基板３を１つの収納部４０に収納し、且つ収納部４０の開口４０Ａを送受波ブロック１で閉塞している。このため、回路基板３の周囲に回路基板３に応力をかける虞のある充填材が存在しないので、防水性を確保しつつ重量及びコストの増加を抑制し、且つ回路基板３の歪みの発生を防止することができる。また、従来例のように回路基板３を収納する基板収納部を別途ハウジング４に設ける必要がないことから、収納部４０の開口４０Ａ以外に開口が存在しない。このため、開口を閉塞する蓋部材を別途用意する必要がないので、部品点数を削減することができる。更に、接着剤を用いた接着等の溶着以外の方法で回路基板３と収納部４０内の上底部とを接合しているので、溶着に必要な設備が不要となるために設備投資等の初期投資をせずに済み、償却費などの固定費の削減を図ることができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、送受波ブロック１の送受波面を除いた外周面に弾性材料から成るカバー２を設けており、カバー２が収納部４０の内周面に当接している。したがって、カバー２によって送受波ブロック１と収納部４０の内周面との間を隙間無く埋めることができるので、送受波ブロック１のみで収納部４０の開口４０Ａを閉塞する場合よりも確実に開口４０Ａを閉塞することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１ 送受波ブロック
２ カバー
３ 回路基板
４ ハウジング
４０ 収納部
４０Ａ 開口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載されて障害物検知等に用いられる超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図３に示すように、一面に開口を具備する中空状のハウジング１０１と、超音波の送受波が行われる送受波面がハウジング１０１の他面に露出する送受波素子（送受波ブロック）１０２とを備えた超音波センサが提供されている。この超音波センサは、ハウジング１０１内に収納されて送受波素子１０２を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装される回路基板１０３と、送受波素子１０２と回路基板１０３とを電気的に接続する配線１０４とを備える。また、この超音波センサは、ハウジング１０１の開口を覆うように設けられる蓋部材１０５と、一端が回路基板１０３に溶接等により接続されて他端が図示しない給電端子に接続される端子１０６とを備える。
【０００３】
そして、上記超音波センサが車両用として用いられる場合、当該超音波センサは、バンパーやフロントグリル等、水を被る可能性が高く且つ振動の激しい箇所に設置される。このため、従来多くの超音波センサでは、その回路基板１０３が収納されるハウジング１０１内に、疎水性及び弾力性を有するシリコンやウレタン等の充填材１０７が充填されている。このように充填材１０７をハウジング１０１内に充填することで、要求される高い防水性及び耐振性を確保する構成が一般的となっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例では、充填材１０７をハウジング１０１内に充填することにより、その分重量及びコストが増加するのみならず、充填材１０７の存在によってハウジング１０１内に収納された回路基板１０３に歪みが生じる可能性がある。回路基板１０３に歪みが生じると、当該回路基板１０３上に実装された電子部品との間のはんだ付け部分に応力がかかり、亀裂が生じる虞がある。或いは、充填材１０７の充填の前後においてセンサの検知エリア特性が変化してしまうという虞もある。なお、回路基板１０３に歪みを生じさせる要因としては、例えば、充填材１０７の熱膨張及び収縮に伴う外部負荷がある。また、充填前後における検知エリア特性の変化としては、その検知エリアの狭小化等が挙げられる。
【０００６】
そこで、図４に示すように、ハウジング１０１内の回路基板１０３が収納される基板収納部１０１Ａと、送受波素子１０２が収納される素子収納部１０１Ｂとを連通する連通孔１０１Ｃを封止板１０８で封止することが考えられる。この構成であれば、ハウジング１０１の開口を蓋部材１０５で閉塞することで基板収納部１０１Ａが密閉されるので、充填材１０７を用いることなく防水性を確保することができる。
【０００７】
しかしながら、前述の従来例や図４に示す上記構成の場合、ハウジング１０１の開口を閉塞するために蓋部材１０５を必要とするため、部品点数が増えるという問題があった。また、蓋部材１０５をハウジング１０５の開口周縁に接合するために必要な設備投資等の費用がかさむので、償却費等のコストが増大するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、部品点数を増やすことなく防水性を確保することができ、また、重量及びコストの増加を抑制し、且つ回路基板の歪みの発生を防止することのできる超音波センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の超音波センサは、超音波の送受波を行う送受波素子を収納する送受波ブロックと、前記送受波素子を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装された回路基板と、開口を具備するとともに前記回路基板が収納される収納部が設けられるハウジングとを備え、前記収納部の開口は、前記送受波ブロックによって閉塞されることを特徴とする。
【００１０】
この超音波センサにおいて、前記送受波ブロックには、超音波を送受波する送受波面を除いた外周面を覆う弾性材料から成るカバーが設けられ、前記カバーは、前記収納部の内周面に当接することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、回路基板を１つの収納部に収納し、且つ収納部の開口を送受波ブロックで閉塞するので、部品点数を増やすことなく防水性を確保することができ、また、重量及びコストの増加を抑制し、且つ回路基板の歪みの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る超音波センサの実施形態を示す断面図である。
【図２】同上のピン端子及び外部接続端子の他の接合方法を示す図で、（ａ）は端子の挿入前の断面図で、（ｂ）は端子の挿入後の断面図である。
【図３】従来の超音波センサを示す断面図である。
【図４】従来の超音波センサの他の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る超音波センサの実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、図１における上下左右を上下左右方向と定めるものとする。本実施形態は、図１に示すように、超音波の送受波を行う送受波ブロック１と、送受波ブロック１の超音波を送受波する送受波面以外の外周面を覆うカバー２と、送受波ブロック１を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装された回路基板３とを備える。また、本実施形態は、開口４０Ａを具備するとともに回路基板３が収納される収納部４０が設けられるハウジング４を備える。更に、本実施形態は、一端が回路基板３に接続されて他端が図示しない外部端子に接続される外部接続端子５を備える。
【００１４】
送受波ブロック１は、図１に示すように、圧電素子から成る送受波素子（図示せず）と、内部に送受波素子を収納するケース１０とから構成される。ケース１０は、例えば黒色に着色されたポリブチレンテレフタレートから円筒状に形成され、その内底部に送受波素子が収納される。また、ケース１０の下面は、超音波の送受波面として用いられる。
【００１５】
また、送受波ブロック１は、一端が送受波素子と電気的に接続されるリード線（図示せず）と、一端がリード線の他端にはんだ付けされて他端がケース１０外に突出する棒状の１対のピン端子１１とを備える。各ピン端子１１の他端は、回路基板３に実装された電子回路と電気的に接続される。
【００１６】
カバー２は、図１に示すように、弾性材料から下面を開口した有底円筒状に形成され、送受波ブロック１を覆うようにケース１０の外周に組み付けられる。カバー２の上面には、送受波ブロック１の１対のピン端子１１を通すための通孔（図示せず）が設けられている。
【００１７】
回路基板３は、図１に示すように、ハウジング４における収納部４０内の上底部に固定され、１対のピン端子１１が前述のようにはんだ付けによって接続される。また、回路基板３の下面には、電子回路を構成する電子部品３０が実装される。勿論、電子部品３０は図１において図示されているものだけではなく、大小様々な部品が回路基板３の下面、又は上下両面に実装されている。回路基板３は、接着剤を用いた接着等の方法により収納部４０内の上底部に接合される。
【００１８】
ハウジング４は、図１に示すように有底円筒状に形成され、開口を具備するとともに回路基板３が収納される収納部４０と、外部接続端子５を備えたコネクタ部４１とを備えている。回路基板３は、収納部４０の開口４０Ａを介して収納部４０内に収納され、開口４０Ａは送受波ブロック１により閉塞される。送受波ブロック１は、カバー２が組み付けられた状態で開口４０Ａに挿入され、送受波面を外部に臨ませる状態で、ハウジング４に取り付けられる。ここで、カバー２の外径寸法は収納部４０の内径寸法よりも僅かに大きくなっている。このため、送受波ブロック１を挿入する際に、カバー２が収納部４０に圧入され、カバー２が収納部４０の内周面に圧接する。
【００１９】
ここで、収納部４０の開口４０Ａは、送受波ブロック１によって閉塞され、回路基板３は送受波ブロック１によって外部に対して密閉されるので、開口４０Ａを介して外部から回路基板３が収納される空間へ水が浸入するのを防止することができる。
【００２０】
収納部４０内の底部には、図１に示すように、その左右両端部に１対の支持リブ４０Ｂがそれぞれ下向きに突出する形で形成されている。これら支持リブ４０Ｂの下面に回路基板３の左右両端部が当接した状態で、回路基板３が収納部４０内の底部に固定される。
【００２１】
収納部４０の底部の壁４２を貫通する形で、１対の外部接続端子５がインサート成型によってハウジング４に一体に成型され、各外部接続端子５は、各々の一端が収納部４０の外側に突出し、他端は収納部４０内に突出するように設けられている。外部接続端子５の一端は、図示しない外部端子に接続され、他端は回路基板３に実装された電子回路と電気的に接続される。
【００２２】
ここで、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ピン端子１１の他端部及び外部接続端子５の一端部はバネ性を有する形状に形成され、回路基板３に設けられた挿入孔３１に圧入して嵌め合わせることで、電子回路と電気的に接続される。このように接続することで、ピン端子１１及び外部接続端子５を電子回路に接続する際にはんだ付けが不要となるため、施工性を向上させることができる。
【００２３】
そして、回路基板３の電子回路が外部接続端子５を介して外部電源（図示せず）からの電力の供給を受けて送受波素子へ駆動パルス信号を出力し、駆動パルス信号を受信した送受波素子が超音波を外部に送波する。次に、送受波素子は、送波した超音波の障害物からの反射波を受波すると受波信号を回路基板３の電子回路に出力する。回路基板３の電子回路は、駆動パルス信号を出力してから受波信号が入力されるまでの時間から障害物までの距離を演算し、演算結果を含む信号を外部接続端子５を介して外部の制御回路（図示せず）等へ出力する。
【００２４】
上述のように、本実施形態では、回路基板３を１つの収納部４０に収納し、且つ収納部４０の開口４０Ａを送受波ブロック１で閉塞している。このため、回路基板３の周囲に回路基板３に応力をかける虞のある充填材が存在しないので、防水性を確保しつつ重量及びコストの増加を抑制し、且つ回路基板３の歪みの発生を防止することができる。また、従来例のように回路基板３を収納する基板収納部を別途ハウジング４に設ける必要がないことから、収納部４０の開口４０Ａ以外に開口が存在しない。このため、開口を閉塞する蓋部材を別途用意する必要がないので、部品点数を削減することができる。更に、接着剤を用いた接着等の溶着以外の方法で回路基板３と収納部４０内の上底部とを接合しているので、溶着に必要な設備が不要となるために設備投資等の初期投資をせずに済み、償却費などの固定費の削減を図ることができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、送受波ブロック１の送受波面を除いた外周面に弾性材料から成るカバー２を設けており、カバー２が収納部４０の内周面に当接している。したがって、カバー２によって送受波ブロック１と収納部４０の内周面との間を隙間無く埋めることができるので、送受波ブロック１のみで収納部４０の開口４０Ａを閉塞する場合よりも確実に開口４０Ａを閉塞することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１ 送受波ブロック
２ カバー
３ 回路基板
４ ハウジング
４０ 収納部
４０Ａ 開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送受波を行う送受波素子を収納する送受波ブロックと、前記送受波素子を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装された回路基板と、開口を具備するとともに前記回路基板が収納される収納部が設けられるハウジングとを備え、前記収納部の開口は、前記送受波ブロックによって閉塞されることを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前記送受波ブロックには、超音波を送受波する送受波面を除いた外周面を覆う弾性材料から成るカバーが設けられ、前記カバーは、前記収納部の内周面に当接することを特徴とする請求項１記載の超音波センサ。
【請求項１】
超音波の送受波を行う送受波素子を収納する送受波ブロックと、前記送受波素子を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装された回路基板と、開口を具備するとともに前記回路基板が収納される収納部が設けられるハウジングとを備え、前記収納部の開口は、前記送受波ブロックによって閉塞されることを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前記送受波ブロックには、超音波を送受波する送受波面を除いた外周面を覆う弾性材料から成るカバーが設けられ、前記カバーは、前記収納部の内周面に当接することを特徴とする請求項１記載の超音波センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１９８１１０（Ｐ２０１２−１９８１１０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６２６０８（Ｐ２０１１−６２６０８）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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