JP2005076858A - ロータリー分配弁及び潤滑装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 例え微量の潤滑油でも均等に分配するとともに、ロータの回転精度及び耐久性の向上、部品点数及びコストの削減が図られたロータリー分配弁を提供する。
【解決手段】 ロータリー分配弁２０は、ハウジング２１に固定されたステータ２２と、ハウジング２１に対して回転可能に支持されたロータ２３と、ロータ２３をシャフト２４を介して回転駆動する駆動モータとを備える。ロータリー分配弁２０は、ステータ２２の給油ポート２５と各吐出ポート２６とを、ロータ２３の油溝２７を介してそれぞれ連通させることにより、所定量の微量潤滑油を均等に分配する。ロータ２３のシャフト２４を支持するアンギュラ玉軸受２９は、接触角１５°〜６０°を有しており、ラジアル負荷及びスラスト負荷の両方を受けることが可能である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、オイルエア潤滑に代わるエアを用いないオイル潤滑に関し、詳しくは例えば微量の潤滑油を１つの配管から複数の配管へ均等に分配させるためのロータリー分配弁と、ロータリー分配弁によって均等に分配された潤滑油を、複数のノズルからそれぞれ所要の潤滑箇所に間欠供給するための潤滑装置に関する。

工作機械において、高速主軸に使用される潤滑装置としては、高速回転時における軸受内部の潤滑油攪拌抵抗をできる限り小さくするため、圧縮エア回路内に潤滑油を吐出して搬送させるオイルエアやオイルミストといったオイルエア微量潤滑方式を採用した装置が主流である。

しかしながら、圧縮エアを媒体とした上述のオイルエア微量潤滑方式では、軸受高速回転時に生じる軸受周囲のエアカーテンにより、軸受内への潤滑油の到達を阻害されることから、これを避けるために設計が複雑化する。また圧縮エアが、エアカーテン及び公転する軸受転動体付近を通過する際には、騒音、いわゆる風切音が生じてしまう。

そこで、図６又は図７に示したように、電磁弁１０１，１１１から軸受１１２に隣接したノズル１０２，１１３に潤滑油を供給させ、圧縮エアを用いることなくノズル１０２，１１３から軸受１１２に直接潤滑油を噴射させ、風切音を生じることなく軸受１１２内部へ微量の潤滑油を確実に到達させる潤滑装置１００（例えば、特許文献１参照）又は潤滑構造１１０（例えば、特許文献２参照）は知られている。

上述した潤滑装置及び潤滑構造は、圧縮エアを用いることなく、軸受内部へ微量の潤滑油を確実に到達させることができる点で画期的技術であるものの、切替弁として電磁弁が使用されるため、コスト面で不利であった。

そこで、図８又は図９に示したように、電磁弁に代えて、複数のノズル１２１に潤滑油を分配可能な切替弁１２２を使用することにより、低コスト化を実現した潤滑装置１２０（例えば、特許文献３参照）が知られている。なお、切替弁１２２と同等の機能を有するものとして、主軸装置に設けられた多分岐配管装置１３０も知られている（例えば、特許文献４参照）。
特開２０００―１１０７１１号公報（第４〜５頁、第１図） 特開２０００―７４０７６号公報（第２頁、第２図） 特開２００２―１３０５９３号公報（第４〜６頁、第２図） 特開２００１―３１５０４１号公報（第３〜４頁、第２図）

特許文献３で開示されているような潤滑装置の切替弁では、軸方向に摺動面を有するステータに対して、ロータが、バネ荷重によってステータの摺動面に接触されながら回転する。ステータの摺動面に設けられた給油ポート及び吐出ポートは、所定のロータ回転位置において、ロータに設けられた油溝を介して連通され、潤滑油をノズルに供給する。

高速回転する軸受内部に潤滑油を供給するには、内輪周速の１０〜２０％の吐出速度が必要なため、潤滑油の供給圧を高くすることによって可能となるが、その際、ステータ及びロータの摺動面から潤滑油が漏れてしまう。潤滑油の漏れを少なくするには、バネをアジャストナットで圧縮してステータに対するロータの押付力を大きくすることによって可能となる。

また、図５に示した切替弁４０において、ロータ４１は、回転中心となるシャフト４２の軸中心をステータ４３の中心に一致するように設けられており、滑り軸受としてのカーボン製のスリーブ４４を介して、ハウジング４５に回転可能に支持されるとともに、ラジアル軸受４６及びベアリングケース４７を介して、シャフト４２をハウジング４５に回転可能に支持されている。すなわち、ロータ４１は、カーボン製のスリーブ４４によって、ラジアル方向の位置決め及び振動防止を図られており、このためスリーブ４４には、ミクロンオーダーの厳しい加工精度管理が要求される。

スリーブ４４の加工精度条件を満たせず、スリーブ４４の内径面とロータ４１の外径面との間の隙間が増大した場合には、ロータ４１の半径方向への変位が生じてしまい、潤滑油の吐出量が不安定になったり、ロータ４１の油溝４８とステータ４３の吐出ポート４９との連通が困難となって、ステータ４３の給油ポート５０から油溝４８を介して吐出ポート４９に供給される潤滑油を吐出できなくなる恐れがあった。

また、スリーブ４４の内径面とロータ４１の外径面との間の隙間が小さかったり、締め代になった場合には、スリーブ４４とロータ４１とのすべり摩擦による磨耗が生じてしまい、耐久性を低下させるという問題があった。加えて、動トルクが大きくなるため、ロータ４１を回転させる駆動モータ（図示しない）としては、トルクの大きいものが要求されることとなり、駆動モータの大型化に繋がるという問題もあった。

更に、ロータ４１のシャフト４２をベアリングケース４７を介してハウジング４５に支持する上記ラジアル軸受４６に加えて、ロータ４１をステータ４３に押し付けるバネ５１とベアリングケース４７との間には、スラスト方向に力を受けるスラスト軸受５２が設けられる。また、アジャストナット５３が、ベアリングケース４７及びスラスト軸受５２を介してバネ５１の付勢力を調整可能に設けられる。したがって、部品点数及び組付工数の増大が避けられず、コスト増大及び大型化を招くという問題があった。

本発明は、例え微量の潤滑油でも均等に低コストで分配することができるとともに、回転体の回転精度及び耐久性の向上、部品点数及びコストの削減を図ることができるロータリー分配弁と、ロータリー分配弁によって均等に分配された潤滑油を、圧縮エア等を用いることなく複数のノズルからそれぞれ所要の潤滑箇所に間欠供給することができる潤滑装置を提供することを目的としている。

１）本発明のロータリー分配弁は、給油ポートを有するとともに、給油ポートと所定の位置関係を以って配置された複数の吐出ポートを有する固定部材と、回転中心を固定部材の中心に一致するように、２個の転がり軸受を介してハウジングに回転可能に支持され、所定のアキシアル荷重を負荷されることにより、固定部材に対して摺動可能に接触される回転体と、回転体における固定部材との摺動面に、回転体の回転中心から放射方向に沿って設けられ、固定部材の給油ポートと各吐出ポートを、固定部材に対する回転体の所定の回転位置で連通させる油溝とを備え、前記回転体をハウジングに回転可能に支持させる２個の転がり軸受のうち、少なくとも固定部材との摺動面と反対側の転がり軸受は、接触角を有することを特徴とする。

転がり軸受の接触角は、１５°〜６０°の範囲内であることが好ましい。接触角１５°未満であると、アキシアル荷重の負荷容量が不十分であり、一方、接触角５０°を越えると、ラジアル荷重の負荷容量が不十分となる。
また、転がり軸受の接触角は、より好ましくは２５°〜５０°の範囲内である。接触角２５°以上とすることで、起動摩擦モーメントをより小さくすることができ、一方、接触角５０°以下とすることで、ラジアル方向のより高い回転精度が確保される。

前記構成のロータリー分配弁によれば、固定部材の１つの給油ポートから複数の吐出ポートへの潤滑油の同時供給が、回転体の油溝を介して可能となり、例え微量の潤滑油でも１つの配管から複数の配管へ均等に分配される。

また、回転体をハウジングに回転可能に支持させる２個の転がり軸受のうち、少なくとも固定部材との摺動面と反対側の転がり軸受は、接触角を有するので、回転体における固定部材の摺動面と反対側には、固定部材側への押付力とラジアル荷重とが同時に負荷される。したがって、回転体の支持軸受として、例えばスラスト軸受及びラジアル軸受の組み合わせを用いる必要なく、回転体が固定部材に押し付けられる。これにより、軸方向寸法を短縮してロータリー分配弁全体のコンパクト化が図られるとともに、部品点数及び組付工数の削減が図られ、コスト低減が図られる。

２）本発明のロータリー分配弁は、前記接触角を有する転がり軸受は、アンギュラ玉軸受であることが好ましい。

このような構成によれば、回転体における固定部材の摺動面と反対側には、接触角を有するアンギュラ玉軸受を介して、固定部材側への押付力とラジアル荷重とが同時に負荷される。したがって、回転体の支持軸受として、例えばスラスト軸受及びラジアル軸受の組み合わせを用いる必要なく、回転体が固定部材に押し付けられる。これにより、軸方向寸法を短縮してロータリー分配弁全体のコンパクト化が図られるとともに、部品点数及び組付工数の削減が図られ、コスト低減が図られる。

３）本発明のロータリー分配弁は、前記回転体をハウジングに回転可能に支持させる２個の転がり軸受のうち、固定部材との摺動面側の転がり軸受の内輪又は回転体と、固定部材の摺動面と反対側の転がり軸受の内輪との間に介在され、回転体を固定部材側に付勢するスラスト荷重負荷用バネと、前記ハウジングに位置調整可能に螺合され、スラスト荷重負荷用バネの付勢力を調整するアジャストナットとを備えることが好ましい。

このような構成によれば、回転体における固定部材の摺動面と反対側には、スラスト荷重負荷用バネから接触角を有する転がり軸受を介して、固定部材側への押付力とラジアル荷重とが同時に負荷される。スラスト荷重負荷用バネは、ハウジングに対するアジャストナットの位置調整によって付勢力を調整される。

したがって、回転体の支持軸受として、例えばスラスト軸受及びラジアル軸受の組み合わせを用いる必要なく、回転体が固定部材に押し付けられる。押し付け力は、アジャストナットによるスラスト荷重負荷用バネの付勢力調整によって調整される。これにより、軸方向寸法を短縮してロータリー分配弁全体のコンパクト化が図られるとともに、部品点数及び組付工数の削減が図られ、コスト低減が図られる。

４）本発明の潤滑装置は、１），２）又は３）記載のロータリー分配弁の給油ポートに、潤滑油をポンプ側配管を介して潤滑油を供給する油圧ポンプと、１），２）又は３）記載のロータリー分配弁の各吐出ポートから送出される潤滑油を、各吐出ポート毎のノズル側配管を介して供給され、潤滑油をそれぞれ所要の潤滑箇所へ供給する複数のノズルとを備えたことを特徴とする。

前記構成の潤滑装置によれば、ロータリー分配弁によって均等に分配された潤滑油が、複数のノズルからそれぞれ所要の潤滑箇所に的確に間欠供給される。したがって、潤滑油過多に起因するトルク増大等を招くことなく、潤滑箇所が、適正かつ確実に潤滑される。

本発明のロータリー分配弁によれば、例え微量の潤滑油でも均等に低コストで分配することができるとともに、回転体の回転精度及び耐久性の向上、部品点数及びコストの削減を図ることができる。また、本発明の潤滑装置によれば、ロータリー分配弁によって均等に分配された潤滑油を、圧縮エア等を用いることなく複数のノズルからそれぞれ所要の潤滑箇所に間欠供給することができる。

以下、本発明のロータリー分配弁及び潤滑装置の一実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態であるロータリー分配弁を適用された潤滑装置を示す概略構成図、図２は図１の潤滑装置のロータリー分配弁を示す概略断面図、図３は図２のロータリー分配弁のステータの各吐出ポート及びロータの油溝の位置関係を示す概略側面図である。

図１に示すように、潤滑装置１０は、工作機械主軸に適用され、工作機械主軸の複数の軸受１毎に配置された複数のノズル１１に、微量の潤滑油を均等に分配・供給する微量潤滑装置である。

すなわち、潤滑装置１０は、油圧ポンプ１２からポンプ側配管１３を介してロータリー分配弁（切替弁）２０の給油ポート２５に所定の圧力（例えば２．５ＭＰａ）で供給される潤滑油を、ロータリー分配弁２０の複数の吐出ポート２６から各ノズル１１毎の各ノズル側配管１４に均等に分配させるとともに、各ノズル側配管１４から各ノズル１１に供給させ、各ノズル１１からそれぞれ対応する軸受１内に微量の潤滑油を噴射させる。

なお、上記潤滑装置１０では、ロータリー分配弁２０の吐出ポート２６は、ノズル１１と同数必要であるが、不足する場合には、１個の油圧ポンプ１２に対して複数のロータリー分配弁２０を並列に接続することで対応してもよい。また、ポンプ側配管１３及び各ノズル側配管１４として用いられる配管の材質としては、圧力による変形の少ないもの、例えば鋼管や耐圧樹脂管であることが望ましい。

図２及び図３に示すように、ロータリー分配弁２０は、ハウジング２１に固定されたステータ２２と、ハウジング２１に対して回転可能に支持されたロータ２３と、ロータ２３をシャフト２４を介して回転駆動する駆動モータ（図示しない）とを備える。ロータリー分配弁２０は、ステータ２２に設けられた１個の給油ポート２５と６個の吐出ポート２６とを、ステータ２２に対するロータ２３の所定の回転位置で、ロータ２３に設けられた１個の油溝２７を介してそれぞれ連通させることにより、所定量の微量潤滑油を均等に分配する。

ステータ２２は、回転中心に１つの給油ポート２５を有するとともに、給油ポート２５から放射方向に所定の間隔をあけて、周方向に等間隔に配置された６個の吐出ポート２６を有する。すなわち吐出ポート２６は、ステータ２２において、周方向に沿って６０°毎に６個設けられており、所定の口径に形成されている。

ロータ２３は、シャフト２４の軸中心をステータ２２の中心に一致するように設けられており、ラジアル軸受２８を介してハウジング２１に回転可能に支持されるとともに、シャフト２４をアンギュラ玉軸受２９を介してハウジング２１に回転可能に支持されている。ロータ２３は、スラスト荷重負荷用バネ３１によって所定のアキシアル荷重を負荷されることにより、ステータ２２に所定の圧力を以って押し付けられ、ステータ２２に対して摺動可能に接触される。

ロータ２３のシャフト２４は、アンギュラ玉軸受２９を介してハウジング２１に回転可能に支持されており、一端部（図２中左端部）にロータ２３を一体に形成されるとともに、他端部（図２中右端部）に駆動モータを連結される。

スラスト荷重負荷用バネ３１は、ラジアル軸受２８の内輪２８ａとアンギュラ玉軸受２９の内輪２９ａとの間に、それぞれ間座３２を介して設けられており、ロータ２３をステータ２２側に付勢する。スラスト荷重負荷用バネ３１の付勢力は、ハウジング２１に螺合される予圧調整用のアジャストナット３０のシャフト２４軸方向（図２中左右方向）に沿う位置調整によって、アンギュラ玉軸受２９を介して調整される。

なお、スラスト荷重負荷用バネ３１は、間座３２を介することなく、ラジアル軸受２８の内輪２８ａとアンギュラ玉軸受２９の内輪２９ａとの間に直接介在させてもよく、又はラジアル軸受２８の内輪２８ａでなく、ロータ２３の端面２３ａとアンギュラ玉軸受２９の内輪２９ａとの間に設けることもできる。

アジャストナット３０は、ハウジング２１との隙間を高精度に管理されており、ハウジング２１への螺合に伴うバックラッシュに起因する倒れを防止される。これにより、アジャストナット３０は、アンギュラ玉軸受２９に均一な荷重を作用させる。

油溝２７は、ロータ２３におけるステータ２２との摺動面において、ロータ２３の回転中心から放射方向に１個設けられる。すなわち、ステータ２２の６個の吐出ポート２６に対して、油溝２７が、放射方向に沿う１方向に設けられる。油溝２７は、吐出ポート２６の口径に対応する所定の幅方向寸法（周方向に沿う寸法）を有する。

ロータ２３を支持するラジアル軸受２８は、ロータ２３又はハウジング２１との間を精度の良いすきま嵌めで管理できるため、ラジアル方向にはミクロンオーダーでしか変位しない。したがって、ロータ２３の高い回転精度が保たれ、潤滑油の吐出量の安定化が図られる。また、ラジアル軸受２８としては、転がり軸受が用いられるので、摩擦低減及び耐久性向上が図られるとともに、ロータ２３回転時の動トルクの低減が図られ、ロータ２３の駆動モータの小型化が実現可能となる。

図４は、図２のロータリー分配弁のアンギュラ玉軸受へのスラスト荷重負荷用バネによる荷重３００Ｎ負荷時におけるアンギュラ玉軸受の接触角と起動摩擦モーメントとの関係を示すグラフである。

図４から理解されるように、アンギュラ玉軸受２９への同一バネ荷重負荷時において、アンギュラ玉軸受２９の接触角が大きくなれば、起動摩擦モーメントは小さくなる。したがって、図２のロータリー分配弁２０において、より接触角の大きいアンギュラ玉軸受２９を用いれば、ロータ２３には、より大きな押し付け力を与えても、起動摩擦モーメントを小さくできる。

すなわち、アンギュラ玉軸受２９の接触角は、１５°〜６０°の範囲内であることが好ましく、接触角１５°未満であると、アキシアル荷重の負荷容量が不十分であり、一方、接触角５０°を越えると、ラジアル荷重の負荷容量が不十分となる。また、アンギュラ玉軸受２９の接触角は、より好ましくは２５°〜５０°の範囲内であり、接触角２５°以上とすることで、起動摩擦モーメントをより小さくすることができ、一方、接触角５０°以下とすることで、ラジアル方向のより高い回転精度を確保することができる。

本実施形態の作用を説明する。
ロータリー分配弁２０において、潤滑油の遮断時には、ロータ２３の油溝２７が、ステータ２２の吐出ポート２６間のほぼ中央に位置するように、ロータ２３とステータ２２の位相が制御される。この状態から、潤滑油の供給時には、ロータ２３が駆動モータによって３６０°回転されて停止される。ロータ２３の回転に伴って、給油ポート２５と各吐出ポート２６とが油溝２７を介して連通され、１回分の潤滑油量が各吐出ポート２６から吐出される。

また、ロータ２３のシャフト２４を支持する転がり軸受が、接触角を有するアンギュラ玉軸受２９であるので、ロータ２３におけるステータ２２の摺動面と反対側には、ステータ２２側への押付力とラジアル荷重とが同時に負荷される。したがって、ロータ２３の支持軸受として、例えばスラスト軸受及びラジアル軸受の組み合わせを用いる必要なく、ロータ２３がステータ２２に押し付けられる。これにより、軸方向寸法を短縮してロータリー分配弁２０全体のコンパクト化が図られるとともに、部品点数及び組付工数の削減が図られ、コスト低減が図られる。

以上のように上記実施形態によれば、ロータリー分配弁２０において、ステータ２２の１個の給油ポート２５から６個の吐出ポート２６への潤滑油供給を、ロータ２３の油溝２７を介して可能とすることができ、微量の潤滑油を１つの配管から複数の配管へ均等に分配させることができる。

また、ロータ２３をハウジング２１に回転可能に支持させる２個の転がり軸受２８，２９のうち、ステータ２２との摺動面と反対側の転がり軸受２９が、３０°の接触角を有するアンギュラ玉軸受であるので、ロータ２３におけるステータ２２の摺動面と反対側には、ステータ２２側への押付力とラジアル荷重とを同時に負荷することができる。

したがって、ロータ２３の支持軸受として、例えばスラスト軸受及びラジアル軸受の組み合わせを用いる必要なく、ロータ２３をステータ２２に押し付けることができる。押し付け力は、アジャストナット３０によるスラスト荷重負荷用バネ３１の付勢力調整によって調整することができる。これにより、軸方向寸法を短縮してロータリー分配弁２０全体のコンパクト化を図ることができるとともに、部品点数及び組付工数の削減を図ることができ、コスト低減を図ることができる。

更に、図５に示した従来例のように、ミクロンオーダーの厳しい加工精度管理が要求されるカーボン製のスリーブ４４（図５参照）を、ロータ４１（図５参照）のラジアル方向の位置決め及び振動防止のために必要とせず、スリーブ４４の内径面とロータ４１の外径面との間の隙間の増大等の問題をなくすことができる。したがって、ロータ２３のラジアル方向への変位を極力抑制することができる。これにより、ロータ２３の油溝２７とステータ２２の吐出ポート２６との位置関係を適正に保つことができ、吐出ポート２６からの潤滑油の吐出量を安定させることができる。

また、図５に示した従来例のようなスリーブ４４とロータ４１とのすべり摩擦による磨耗等の問題をなくすことができ、耐久性を向上させることができる。加えて、ロータ２３の動トルクを格段に小さくすることができ、これによりロータ２３を回転させる駆動モータとして、トルクの小さい小型のものを使用することができ、潤滑装置１０全体の小型化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、ロータ２３のシャフト２４をハウジング２１に支持する転がり軸受２９として、トルクが小さく回転精度が高いアンギュラ玉軸受を用いたが、これに限らず、同等の性能が得られれば、円錐ころ軸受等の他の種々の軸受を適用可能である。また、ハウジング２１とアジャストナット３０との螺合部分等に適宜の形状変更を加えることもできる。

本発明の一実施形態であるロータリー分配弁を適用された潤滑装置を示す概略構成図である。 図１の潤滑装置のロータリー分配弁を示す概略断面図である。 図２のロータリー分配弁のステータの各吐出ポート及びロータの油溝の位置関係を示す概略側面図である。 図２のロータリー分配弁のアンギュラ玉軸受の接触角と起動摩擦モーメントとの関係を示すグラフである。 従来の切替弁を示す概略断面図である。 特許文献１で開示されている潤滑装置を示す断面図である。 特許文献２で開示されている潤滑構造を示す断面図である。 特許文献３で開示されている潤滑装置を示す構成図である。 特許文献４で開示されている主軸装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ 工作機械主軸の軸受
１０ 潤滑装置
１１ ノズル
１２ 油圧ポンプ
１３ ポンプ側配管
２０ ロータリー分配弁
２５ 給油ポート
１４ ノズル側配管
２１ ハウジング
２２ 固定部材（ステータ）
２３ 回転体（ロータ）
２４ シャフト
２５ 給油ポート
２６ 吐出ポート
２７ 油溝
２８ ラジアル軸受
２９ 固定部材との摺動面と反対側の転がり軸受（アンギュラ玉軸受）
３０ アジャストナット
３１ スラスト荷重負荷用バネ
３２ 間座

Claims (4)

1. 給油ポートを有するとともに、給油ポートと所定の位置関係を以って配置された複数の吐出ポートを有する固定部材と、
   回転中心を固定部材の中心に一致するように、２個の転がり軸受を介してハウジングに回転可能に支持され、所定のアキシアル荷重を負荷されることにより、固定部材に対して摺動可能に接触される回転体と、
   回転体における固定部材との摺動面に、回転体の回転中心から放射方向に沿って設けられ、固定部材の給油ポートと各吐出ポートを、固定部材に対する回転体の所定の回転位置で連通させる油溝とを備え、
   前記回転体をハウジングに回転可能に支持させる２個の転がり軸受のうち、少なくとも固定部材との摺動面と反対側の転がり軸受は、接触角を有することを特徴とするロータリー分配弁。
2. 前記接触角を有する転がり軸受は、アンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項１記載のロータリー分配弁。
3. 前記回転体をハウジングに回転可能に支持させる２個の転がり軸受のうち、固定部材との摺動面側の転がり軸受の内輪又は回転体と、固定部材の摺動面と反対側の転がり軸受の内輪との間に介在され、回転体を固定部材側に付勢するスラスト荷重負荷用バネと、
   前記ハウジングに位置調整可能に螺合され、スラスト荷重負荷用バネの付勢力を調整するアジャストナットとを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のロータリー分配弁。
4. 請求項１，２又は３記載のロータリー分配弁の給油ポートに、潤滑油をポンプ側配管を介して潤滑油を供給する油圧ポンプと、
   請求項１，２又は３記載のロータリー分配弁の各吐出ポートから送出される潤滑油を、各吐出ポート毎のノズル側配管を介して供給され、潤滑油をそれぞれ所要の潤滑箇所へ供給する複数のノズルとを備えたことを特徴とする潤滑装置。

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