(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向の少なくとも一端に開口部を有する筒状の回転軸、前記回転軸に固定されたロータ及び前記ロータの外側に配置されたステータを有するモータ部と、
前記回転軸の前記一端を回転自在に支持する第１のベアリング部と、
前記回転軸の他端を回転自在に支持する第２のベアリング部と、
前記回転軸の前記一端上に螺合されて前記第１のベアリング部の内輪と当接して前記第１のベアリング部の前記内輪の前記軸線方向への移動を阻止するロックナットと、
前記回転軸の前記開口部内に嵌合されるナット本体及び前記ナット本体と一体に設けられて前記開口部の外側に位置するフランジ部を備えて、前記フランジ部が前記ロックナットに当接した状態で複数のネジ部材を用いて前記ロックナットにネジ止めされてなるボールネジナット及び前記ボールネジナットと螺合して一部が前記回転軸内を延びるボールネジからなるボールネジ機構とを備え、
前記回転軸の前記一端の外周部には、前記ロックナットと螺合する雄ネジ部と、前記雄ネジ部よりも前記第２のベアリング部寄りの位置にある第１の円筒状外周面部と、前記雄ネジ部を間にして前記第１の円筒状外周面部とは反対の位置にあって前記第１の円筒状外周面部よりも小径の第２の円筒状外周面部とが形成されており、
前記ロックナットの内周部には、前記回転軸の前記雄ネジ部と螺合する雌ネジ部と、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部とが螺合された状態で前記第１の円筒状外周面部と対向する第１の円筒状内周面部と、前記第１の円筒状内周面部よりも小径で且つ前記雄ネジ部と前記雌ネジ部とが螺合された状態で前記第２の円筒状外周面部と対向する第２の円筒状内周面部とが形成されており、
前記第１の円筒状外周面部と前記第１の円筒状内周面部との間の間隙の寸法及び前記第２の円筒状外周面部と前記第２の円筒状内周面部との間の間隙の寸法が、前記複数のネジ部材により前記ロックナットに前記ボールネジナットが固定された際に、前記回転軸の回転中心と、前記ロックナットの回転中心と、前記ボールネジナットの回転中心とがずれることを阻止するように定められていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記回転軸の軸線方向の一方側に位置して、前記第１のベアリング部が固定され且つ前記ボールネジが前記軸線方向に移動するのを許容するように構成された第１のエンドブラケットと、前記軸線方向の他方側に位置して、前記第２のベアリング部が固定され且つ前記回転軸の他端が回転可能に突出するのを許容するように構成された第２のエンドブラケットとを備えて、前記モータ部及び前記ボールネジ機構のためのケーシングの少なくとも一部を構成するケーシング構造体を更に備えている請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記回転軸の前記一端と前記ボールネジナットの前記フランジ部との間に、隙間が形成されている請求項１または２に記載のリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動を直線運動に変換するリニアアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００２−３７２１１８号公報（特許文献１）及び特許第４２５１７８９号公報（特許文献２）には、モータの回転運動により回転する中空状の回転軸１０３及び２０３と、回転軸１０３及び２０３に固定されたボールネジナット１１５及び２１５と、このボールネジナット１１５及び２１５に螺合するボールネジ１１７及び２１７とを備え、回転軸１０３及び２０３の回転運動によりボールネジ１１７及び２１７が出力軸として回転軸１０３及び２０３の軸線方向に直線運動する従来のリニアアクチュエータが開示されている。これらのリニアアクチュエータでは、回転軸１０３及び２０３の外周部に設けられたネジ部１２１及び２２１に螺合するロックナット１１３及び２１３にボールネジナット１１５及び２１５をネジ止めすることにより、ボールネジナット１１５及び２１５が回転軸１０３及び２０３に対して固定されている（図３および図４参照）。特に、図４に示す特許第４２５１７８９号（特許文献２）に開示されたリニアアクチュエータでは、回転軸２０３の端部２０３Ａがボールネジナット２１５に当接するようにボールネジナット２１５のフランジ部２１５Ｂとロックナット２１３との間に隙間２４４を形成して、ボールネジナット２１５とロックナット２１３とをネジ止めする際の締め付け力により、ボールネジナット２１５とロックナット２１３との固定を強化する構成が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３７２１１８号公報
【特許文献２】特許第４２５１７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のリニアアクチュエータは、ボールネジナットを回転軸に固定するロックナットが回転軸の外周部に螺合して固定されているため、回転軸の外周部とロックナットの内周部との間に、がたつきまたは芯ずれ（２つの部材の回転中心のずれ）が生じ易い。そのため、従来のリニアアクチュエータでは、組立精度を高めないときには、回転軸の回転中心とボールネジの回転中心との間に芯ズレが発生し、ボールネジの回転中心が回転軸の軸線に対して傾いた状態になるという問題があった。
【０００５】
また、従来のリニアアクチュエータでは、回転軸の端部がボールネジナットに当接するようにボールネジナットがロックナットに複数のネジを用いて固定されている。そのため、ボールネジナットをロックナットに複数のネジを用いて固定する際に、ネジの締め付け力が大きくなりすぎると、回転軸の端部が変形または破損するおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、高い組立精度を必要とすることがないリニアアクチュエータを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、回転軸の端部の変形または破損を防止することができるリニアアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のリニアアクチュエータは、モータ部、第１及び第２のベアリング部、ロックナット、ボールネジ機構を備えている。モータ部は、軸線方向の少なくとも一端に開口部を有する筒状の回転軸、回転軸に固定されたロータ及びロータの外側に配置されたステータを有する。モータ部には、ステッピングモータ、サーボモータ等の公知のモータを用いることができる。
【０００９】
第１のベアリング部は、回転軸の一端を回転自在に支持するように構成され、第２のベアリング部は、回転軸の他端を回転自在に支持するように構成されている。
【００１０】
ロックナットは、第１のベアリング部の内輪と当接して第１のベアリング部の内輪の軸線方向への移動を阻止するように回転軸の一端上に螺合されている。
【００１１】
ボールネジ機構は、ボールネジナット及びボールネジから構成されている。ボールネジナットは、回転軸の開口部内に嵌合されるナット本体及びナット本体と一体に設けられて開口部の外側に位置するフランジ部を備えており、フランジ部がロックナットに当接した状態で複数のネジ部材を用いてロックナットにネジ止めされている。ボールネジは、一部が回転軸内を延びるようにボールネジナットと螺合している。
【００１２】
本発明のリニアアクチュエータでは、回転軸の一端の外周部に、ロックナットと螺合する雄ネジ部が形成されている。また、ロックナットの内周部には、回転軸の雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成されている。そして、雄ネジ部と雌ネジ部とを除いた回転軸の外周部とロックナットの内周部とが対向する部分に形成される間隙の寸法が、雄ネジ部と雌ネジ部とが螺合した状態で、複数のネジ部材によりロックナットにボールネジナットが固定された際に、回転軸の回転中心と、ロックナットの回転中心と、ボールネジナットの回転中心とがずれることを阻止するように定められている。このようにすると、ロックナットを回転軸に螺合させる作業過程において、雄ネジ部と雌ネジ部とを除いた回転軸の外周部とロックナットの内周部とが対向する部分がガイドとなって（インローとなって）、回転軸の回転中心とロックナットの回転中心とがずれるのを防止する。そしてボールネジナットのフランジ部がロックナットに当接した状態で、複数のネジ部材を用いてロックナットにボールネジナットのフランジ部が固定されるため、ロックナットの回転中心とボールネジナットの回転中心とがずれることを防止できる。したがって本発明によれば、特に高い組立精度を必要とすることなく、ボールネジの回転中心が回転軸の軸線に対して傾いた状態になることを防止できる。
【００１３】
なおリニアアクチュエータは、当然にしてケーシング構造体を有している。例えば、ケーシング構造体は、第１のエンドブラケットと第２のエンドブラケットとを備えて、モータ部及び前記ボールネジ機構のためのケーシングの一部を構成する構造とするのが好ましい。第１のエンドブラケットは、第１のベアリング部を固定し、回転軸の軸線方向の一方側に位置してボールネジが軸線方向に移動するのを許容するように構成することができる。第２のエンドブラケットは、第２のベアリング部を固定し、軸線方向の他方側に位置して回転軸の他端が回転可能に突出するのを許容するように構成することができる。
【００１４】
また本発明のリニアアクチュエータでは、回転軸の一端の外周部に、前述の雄ネジ部と第１の円筒状外周面部と第２の円筒状外周面部とを形成するのが好ましい。雄ネジ部は、ロックナットの雌ネジ部と螺合する構造になっている。第１の円筒状外周面部は、雄ネジ部よりも第２のベアリング部寄りの位置に存在する。第２の円筒状外周面部は、第１の円筒状外周面部よりも小径の寸法を有し、雄ネジ部を間にして第１の円筒状外周面部とは反対の位置に存在する。一方、ロックナットの内周部には、雌ネジ部と第１の円筒状内周面部と第２の円筒状内周面部とを形成するのが好ましい。雌ネジ部は、回転軸の雄ネジ部と螺合する構造になっている。第１の円筒状内周面部は、雄ネジ部と雌ネジ部とが螺合された状態で第１の円筒状外周面部と対向している。また第２の円筒状内周面部は、第１の円筒状内周面部よりも小径の寸法を有し、雄ネジ部と雌ネジ部とが螺合された状態で、第２の円筒状外周面部と対向している。そして、第１の円筒状外周面部と第１の円筒状内周面部との間の間隙の寸法及び第２の円筒状外周面部と第２の円筒状内周面部との間の間隙の寸法は、複数のネジ部材によりロックナットにボールネジナットが固定された際に、回転軸の回転中心と、ロックナットの回転中心と、ボールネジナットの回転中心とがずれることを阻止するように定められている。
【００１５】
このように回転軸の外周面とロックナットの内周面との間に構成されて、雄ネジ部と雌ネジ部とが螺合する部分を軸線方向に挟んで並ぶ２つの間隙のそれぞれの間隙の寸法を、回転軸、ロックナット及びボールネジの各回転中心がずれるのを阻止するように定めると、回転軸の軸線とボールネジの回転中心とをずらすことなく、ボールネジを確実に直線移動させることができる。
【００１６】
本発明のリニアアクチュエータでは、ボールネジナットのフランジ部がロックナットに当接した状態でロックナットに固定されているため、回転軸の一端とボールネジナットのフランジ部との間に隙間を形成することができる。このような隙間を形成すると、ボールネジナットをロックナットにネジ止めする際に、ボールネジナットが回転軸の一端に当接することがないため、ボールネジナットの締め付けによって回転軸の一端が変形したり破損したりするのを防ぐことができる。その結果、回転軸の軸線とボールネジの回転中心とがずれることなくボールネジが確実に直線移動するリニアクチュエータを容易に組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態であるリニアアクチュエータの一例の断面図である。
【図２】図１の一部（回転軸の一端にボールネジ機構が取り付けられた部分）を拡大した図である。
【図３】従来のリニアアクチュエータの構造を示す図である。
【図４】従来のリニアアクチュエータの他の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明のリニアアクチュエータの実施の形態の一例の断面図である。なお、図１では、回転軸、ロータ部、ロックナット、ボールネジナット等は半部断面図で示してある。図１において符号１は、ステッピングモータからなるモータ部を示している。モータ部１は、回転軸３とロータ５とステータ７とを備える。回転軸３は、両端（一端３Ａ及び他端３Ｂ）が開口する開口部３Ｃ及び３Ｄを備える筒形状を有する。回転軸３は、後述するボールネジ１７が軸線に沿って内部を往復移動できる内径寸法を有している。また回転軸３の外周部３Ｅには、ロータ５を固定するための小径部３Ｆと、小径部３Ｆの径寸法よりも大きい径寸法を有しかつ後述のボールネジナット１５のナット本体１５Ａが嵌合される大径部３Ｇとを備えている。回転軸３の外周部３Ｅには２つのロータ５が固定されている。そして、ロータ５の径方向外側にはステータ７が配置されている。本例では、モータ部１として、公知のハイブリッド型ステッピングモータが用いられている。ハイブリッド型ステッピングモータは、外周に所定の角度のピッチで複数の小歯５０及び５２が形成された２つのロータスタック５Ａ及び５Ｂと、２つのロータスタック５Ａ及び５Ｂの間に配置される永久磁石６とから構成される。永久磁石６は、複数の小歯５０及び５２に異なる極性の磁極が現れるように厚み方向に着磁されている。そして、ステータ７は、ヨーク８Ａの内周に等間隔で配置された複数の磁極部８Ｂを有するステータコア８の各磁極部８Ｂに巻線部Ｗを備えたボビンＢが実装された構造を有している。複数の磁極部８Ｂの磁極面には、図示しない複数の小歯が形成されている。
【００１９】
回転軸３の一端３Ａの大径部３Ｇの外周部には、第１のベアリング部として環状のスラストベアリング９の内輪９Ａが固定されている。このスラストベアリング９の外輪９Ｂは、後述のケーシング２７の一部を構成する第１のエンドブラケット２９に嵌合されている。そしてネジ１０により第１のエンドブラケット２９に固定されたリング部材１２により、スラストベアリング９の抜け止めが図られている。スラストベアリング９は、回転軸３が軸線方向（スラスト方向）に移動しないように回転軸３の一端３Ａを回転自在に支持する。
【００２０】
回転軸３の小径部３Ｆの他端３Ｂの外周部３Ｅには、第２のベアリング部としてボールベアリング１１が設けられている。このボールベアリング１１の外輪１１Ａは、第２のエンドブラケット３１に嵌合されており、内輪１１Ｂは回転軸３の他端３Ｂに嵌合されている。回転軸３の他端３Ｂには、ベアリング位置決め用の段部３Ｈが形成されている。
【００２１】
スラストベアリング９より軸線方向に延び出る回転軸３の一端３Ａの延長部分上には、ロックナット１３が螺合されている。具体的には、回転軸３の一端３Ａの大径部３Ｇの外周部には、雄ネジ部２１が形成されている。また、ロックナット１３の内周部１３Ａには、雌ネジ部２３が形成されている。そして、回転軸３の雄ネジ部２１とロックナット１３の雌ネジ部２３とが螺合することにより、ロックナット１３が回転軸３に螺合する。さらにロックナット１３は、回転軸３に螺合された状態で、ロックナット１３に形成された図示しない貫通孔に嵌合しかつ回転軸３の大径部３Ｇの外周部に設けられた図示しないネジ孔に螺合される２本のネジにより、回転軸３に対して固定されている。ロックナット１３の内周部１３Ａには、図示しない２本のネジの頭部に対応する位置に、頭部が障害とならないようにするための環状の溝２２が２本形成されている。ロックナット１３は、スラストベアリング９（第１のベアリング部）の内輪９Ａと当接してスラストベアリング９の内輪９Ａが軸線方向へ移動するのを阻止している。なお回転軸３とロックナット１３との螺合構造については後に詳しく説明する。
【００２２】
回転軸３の一端３Ａには、ボールネジナット１５が固定されている。ボールネジナット１５は、回転軸３の開口部３Ｃ内に嵌合されるナット本体１５Ａ及びナット本体１５Ａと一体に設けられて開口部３Ｃの外側に位置するフランジ部１５Ｂを備えている。ボールネジナット１５は、フランジ部１５Ｂがロックナット１３に当接した状態で、周方向に間隔を開けて配置された４本のネジ２５（ネジ部材）を用いてロックナット１３にネジ止めされている。４本のネジ２５は、ボールネジナット１５のフランジ部１５Ｂに等間隔に設けられた貫通孔１５Ｃ及び貫通孔１５Ｃに対応してロックナット１３に等間隔に設けられたネジ孔１３Ｂに螺合して、ボールネジナット１５をロックナット１３に固定している。ボールネジナット１５には、一部が回転軸３内を延びるようにボールネジ１７が螺合している。これらボールネジナット１５とボールネジ１７とによりボールネジ機構１９が構成されている。第１のエンドブラケット２９には、ロックナット１３，ボールネジナット１５及びボールネジ１７の一部を覆うエンドカバー２８が固定されている。エンドカバー２８は、ボールネジ機構１９を囲むように回転軸３の軸線方向の一方側（回転軸３の一端３Ａ側）に位置して、ボールネジ１７が軸線方向に移動するのを許容する貫通孔２８Ａを備える。そして、エンドカバー２８は、第１のエンドブラケット２９の四隅に４本のネジ３０を用いて固定されている。本例のリニアアクチュエータでは、モータ部１及びボールネジ機構１９が、ケーシング構造体（ケーシング２７）に収納されている。このケーシング構造体は、エンドカバー２８、第１のエンドブラケット２９、第２のエンドブラケット３１、リング部材１２およびステータ７のステータコア８により構成されている。
【００２３】
また、第２のエンドブラケット３１には、第２のベアリング部を構成するボールベアリング１１が嵌合されている。具体的には、第２のエンドブラケット３１の内壁部３１Ａに一体に形成された円筒部３１Ｂ内にボールベアリング１１が嵌合されている。なお第２のエンドブラケット３１の側壁部３１Ｄには、モータ部１に接続してモータ部１に電力を供給するリード線１Ａを外部に引き出すことができる、図示しない貫通孔が形成されている。
【００２４】
図２に拡大して示すように、本例のリニアアクチュエータでは、雄ネジ部２１と雌ネジ部２３とが螺合した状態で、雄ネジ部２１と雌ネジ部２３とを除いて回転軸３の大径部３Ｇの外周部とロックナット１３の内周部１３Ａとが対向する部分３３Ａ及び３３Ｂに形成される間隙の寸法ＧＤ１及びＧＤ２が、４本のネジ部材２５によりロックナット１３にボールネジナット１５が固定された際に、回転軸３の回転中心ＲＣと、ロックナット１３の回転中心と、ボールネジナット１５の回転中心とがずれることを阻止するように定められている。すなわち、回転軸３の回転中心ＲＣに対して、ロックナット１３及びボールネジナット１５の各回転中心が重なるように、部分３３Ａ及び３３Ｂに形成される間隙の寸法ＧＤ１及びＧＤ２が定められている。
【００２５】
具体的には、図２に示すように、回転軸３の一端３Ａの大径部３Ｇの外周部に、ロックナット１３と螺合する雄ネジ部２１と、雄ネジ部２１よりもスラストベアリング９寄りの位置にある第１の円筒状外周面部３５と、雄ネジ部２１を間にして第１の円筒状外周面部３５とは反対の位置にあって第１の円筒状外周面部３５よりも小径の第２の円筒状外周面部３７とがそれぞれ形成されている。またロックナット１３の内周部１３Ａには、回転軸３の雄ネジ部２１と螺合する雌ネジ部２３と、雄ネジ部２１と雌ネジ部２３とが螺合された状態で第１の円筒状外周面部３５と対向する第１の円筒状内周面部３９と、第１の円筒状内周面部３９よりも小径で且つ雄ネジ部２１と雌ネジ部２３とが螺合された状態で第２の円筒状外周面部３７と対向する第２の円筒状内周面部４１とが形成されている。
【００２６】
すなわち、回転軸３に形成された第１の円筒状外周面部３５とロックナット１３に形成された第１の円筒状内周面部３９とにより、上述の部分３３Ａが構成されている。また、回転軸３に形成された第２の円筒状外周面部３７とロックナット１３に形成された第２の円筒状内周面部４１とにより、上述の部分３３Ｂが構成されている。
【００２７】
本例では、第１の円筒状外周面部３５と第１の円筒状内周面部３９との間の部分３３Ａの間隙の寸法ＧＤ１及び第２の円筒状外周面部３７と第２の円筒状内周面部４１との間の部分３３Ｂの間隙の寸法ＧＤ２が、複数のネジ部材２５によりロックナット１３にボールネジナット１５が固定された際に、回転軸３の回転中心ＲＣと、ロックナット１３の回転中心と、ボールネジナット１５の回転中心とがずれることを阻止するように定められている。すなわち、回転軸３の回転中心ＲＣに対して、ロックナット１３及びボールネジナット１５の各回転中心が重なるように、間隙の寸法ＧＤ１及びＧＤ２が定められている。
【００２８】
間隙の寸法ＧＤ１及びＧＤ２をこのような寸法に定めると、ロックナット１３を回転軸３に螺合させる作業過程において、雄ネジ部２１と雌ネジ部２３とを除いた回転軸３の外周部とロックナット１３の内周部１３Ａとが対向する部分３３Ａ及び３３Ｂがガイドとなって（インローとなって）、回転軸３の回転中心ＲＣとロックナット１３の回転中心とがずれるのを防止することができる。そしてボールネジナット１５のフランジ部１５Ｂがロックナット１３に当接した状態で、複数のネジ部材２５を用いてロックナット１３にボールネジナット１５のフランジ部１５Ｂが固定されるため、ロックナット１３の回転中心とボールネジナット１５の回転中心とがずれることを防止することができる。その結果、本例のリニアアクチュエータを用いると、特に高い組立精度を必要とすることなく、ボールネジ１７の回転中心が回転軸３の軸線に対して傾いた状態になることを防止できる。また、回転軸３の軸線とボールネジ１７の回転中心とがずれることなく、ボールネジ１７を確実に直線移動させることができる。
【００２９】
なお、図２に示すように、本例のリニアアクチュエータでは、回転軸３の一端３Ａとボールネジナット１５のフランジ部１５Ｂとの間に、隙間４３が形成されている。すなわち、回転軸３の一端３Ａがボールネジナット１５のフランジ部１５Ｂに当接しないように、フランジ部１５Ｂがロックナット１３にネジ止めされている。このような隙間４３により、フランジ部１５Ｂがロックナット１３にネジ止めされる際に、ボールネジナット１５の締め付けによって回転軸３の一端３Ａが変形したり破損したりするのを防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、雄ネジ部と雌ネジ部とを除いた回転軸の外周部とロックナットの内周部とが対向する部分に形成される間隙の寸法が、雄ネジ部と雌ネジ部とが螺合した状態で、複数のネジ部材によりロックナットにボールネジナットが固定された際に、回転軸の回転中心と、ロックナットの回転中心と、ボールネジナットの回転中心とがずれることを阻止するように定められているため、ロックナットを回転軸に螺合させる作業過程において、雄ネジ部と雌ネジ部とを除いた回転軸の外周部とロックナットの内周部とが対向する部分がガイドとなって（インローとなって）、回転軸の回転中心とロックナットの回転中心とがずれるのを防止することができる。そのため、高い組立精度を必要とすることながなく、しかもボールネジの回転中心が回転軸の軸線に対して傾いた状態になり難いリニアアクチュエータを提供することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  モータ部
３  回転軸
３Ａ  一端
３Ｂ  他端
３Ｃ，３Ｄ  開口部
３Ｅ  外周部
５  ロータ
７  ステータ
９  スラストベアリング（第１のベアリング部）
９Ａ  内輪
１１  ボールベアリング（第２のベアリング部）
１３  ロックナット
１３Ａ  内周部
１５  ボールネジナット
１５Ａ  ネジ本体
１５Ｂ  フランジ部
１７  ボールネジ
１９  ボールネジ機構
２１  雄ネジ部
２３  雌ネジ部
２５  ネジ（ネジ部材）
２７  ケーシング（ケーシング構造体）
２８  エンドカバー
２９  第１のエンドブラケット
３１  第２のエンドブラケット
３５  第１の円筒状外周面部
３７  第２の円筒状外周面部
３９  第１の円筒状内周面部
４１  第２の円筒状内周面部
４３  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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