(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車の噛み合いの関係における一方を歯車状の歯形成形ローラとするとともに他方を円板状のワークとし、ワークを一対のマンドレルにて挟持した上で歯形成形ローラと同期回転させながらその両者間の軸心間距離を縮める方向に送りを与えてワークに歯形を創成するようにした歯車の転造方法であって、
上記歯形成形ローラとともにバックアップローラをワークに圧接させてこれらの各ローラをワークと同期回転させることにより、歯形成形ローラによる成形力をバックアップローラにてバックアップしながら創成歯形の側面に生じる余肉部を押し潰して歯形創成を行う工程と、
上記歯形創成の末期に切断ローラをワークに圧接させて同期回転させることにより、バックアップローラにて押し潰された余肉部をマンドレルとの間で押し切る工程と、
を含んでいて、
上記歯形創成の際には、創成歯形における歯幅方向両端の歯側面をバックアップローラにて加圧拘束する一方で、上記切断ローラにて余肉部を押し切る際には、上記創成歯形における歯幅方向両端の歯側面の加圧拘束を解除するようにしたことを特徴とする歯車の転造方法。
【請求項２】
歯車の噛み合いの関係における一方を歯車状の歯形成形ローラとするとともに他方を円板状のワークとし、ワークを一対のマンドレルにて挟持した上で歯形成形ローラと同期回転させながらその両者間の軸心間距離を縮める方向に送りを与えてワークに歯形を創成するようにした歯車転造装置であって、
創成すべき歯形の歯幅寸法よりも幅広の歯形創成部を有する歯形成形ローラと、
上記ワークをはさんで歯形成形ローラと対向するように配置されて、この歯形成形ローラとともにワークに圧接して該ワークと同期回転することにより歯形成形ローラによる成形力をバックアップしながら創成歯形の側面に生じる余肉部を押し潰すバックアップローラと、
歯形創成の末期に上記ワークに圧接して同期回転することによりバックアップローラにて押し潰された余肉部をマンドレルとの間で押し切る切断ローラと、
を備えてなり、
上記バックアップローラには、歯形創成の際にその創成歯形を受容しつつ該創成歯形における歯す幅方向両端の歯側面を加圧拘束する歯形拘束溝と、上記切断ローラにて余肉部を押し切る際に創成歯形を受容しつつその創成歯形における歯幅方向両端の歯側面に対し非接触状態となる逃げ溝とが形成されていて、これらの歯形拘束溝と逃げ溝とが選択的に切換使用可能となっていることを特徴とする歯車の転造装置。
【請求項３】
上記歯形拘束溝と逃げ溝とがバックアップローラの外周面に並設されていて、バックアップローラの軸心方向でのシフト動作によりこれらの歯形拘束溝と逃げ溝とが選択切換可能となっていることを特徴とする請求項２に記載の歯車の転造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は歯車の転造方法と転造装置に関し、特に歯形成形ローラと円板状ワークとを噛み合わせて同期回転させることにより歯形を創成するようにした歯車の転造方法と転造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
創成転造法による歯車の転造においては、例えば特開平１１−３４７６７４号公報に記載されているように、歯車の噛み合いの関係における一方を歯車状の歯形成形ローラ（歯形ローラダイス）とするとともに他方を円板状のワークとして、所定のマンドレルに支持されているワークと歯形成形ローラとを同期回転させながらその両者間の軸心間距離を縮める方向に送りを与えてワークに歯形を創成することを基本としている。
【０００３】
そして、歯形創成の進行に伴って余肉部（ばり）の発生が不可避であることから、上記公報に記載された技術では歯形創成と同時もしくは歯形創成に続いてバイトをもって上記余肉部を旋削するようにしているが、余肉部を旋削によって完全に除去するためにはバイトを余肉部の厚み以上に切り込まなければならず、ワークを支持しているマンドレルの一部までも削り取ることがないようにするためには同公報に記載されているようにマンドレルを分割可動式構造のものとしたり、あるいは段付き形状のものとする必要があり、マンドレルのコストアップが余儀なくされる結果となって好ましくない。
【０００４】
そこで、上記バイトによる余肉部の切削除去方式に代えて、特殊な切断ローラを用いることにより上記余肉部をマンドレルとの間でいわゆる押し切り方式にて切断除去し、もって余肉部の切除までも転造成形にて行えるようにした技術が例えば特願２０００−１６８３５４号として本出願人により提案されている。
【０００５】
この技術では、本発明の実施の形態を示す図２を借りて説明すると、成形すべき歯形Ｇの歯幅寸法よりも幅広の歯形成形ローラ３とワークＷとを噛み合わせて歯形Ｇを転造する際に、成形力をバックアップするための図示外のバックアップローラにて歯形Ｇの両側面を拘束し、転造末期に至ったならば歯形成形ローラ３に代えてもしくは歯形成形ローラ３とともに切断ローラ２２をワークＷに押し付けて、歯形Ｇの両側面に生じた余肉部を押し切り方式にて切断するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように転造過程の最初から最後まで歯形Ｇの歯側面をバックアップローラにて拘束していると、特に転造末期において余肉部の一部が歯底面側に流入するのを許容してこれを打ち込んでしまい、歯底面がいわゆるむしれたような状態となる。そして、その転造完了後のワークに熱処理を施すと上記むしれ部位を起点とした焼割れが発生し、歯車本来の強度を低下させることとなって好ましくない。
【０００７】
また、歯形Ｇの歯側面を何ら拘束せずに転造を行うと歯形Ｇが必要以上に歯幅方向に広がりすぎ、後工程での歯側面の切削加工が必須となって工数の増加が余儀なくされてしまうことになる。
【０００８】
本発明は以上のような課題に着目してなされたもので、余肉部の除去までも行ってしまう転造技術であることを前提として、特に創成された歯形側への余肉部の打ち込みによるむしれ状態の発生を防止した転造方法と転造装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、先にも述べたように、歯車の噛み合いの関係における一方を歯車状の歯形成形ローラとするとともに他方を円板状のワークとし、ワークを一対のマンドレルにて挟持した上で歯形成形ローラと同期回転させながらその両者間の軸心間距離を縮める方向に送りを与えてワークに歯形を創成するようにした歯車の転造方法であることを前提としている。
【００１０】
そして、上記歯形成形ローラとともにバックアップローラをワークに圧接させてこれらの各ローラをワークと同期回転させることにより、歯形成形ローラによる成形力をバックアップローラにてバックアップしながら創成歯形の側面に生じる余肉部を押し潰して歯形創成を行う工程と、上記歯形創成の末期に切断ローラをワークに圧接させて同期回転させることにより、バックアップローラにて押し潰された余肉部をマンドレルとの間で押し切る工程とを含んでいて、上記歯形創成の際には、創成歯形における歯幅方向両端の歯側面をバックアップローラにて加圧拘束する一方で、上記切断ローラにて余肉部を押し切る際には、上記創成歯形における歯幅方向両端の歯側面の加圧拘束を解除するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
上記の切断ローラとしては、例えばその切断ローラのうち余肉部の除去作業を直接的に司る部分に鋭利な押し切りノーズ部を形成するとともに、その押し切りノーズ部の直径を切断ローラの一般部の直径よりもわずかに小さく設定することが望ましい。
【００１２】
また、余肉部の除去は歯形創成の後に行ってもよいが、総加工時間の短縮化の上では歯形創成と一部並行して行うのが望ましい。
【００１３】
したがって、この請求項１に記載の発明では、歯形転造の初期から中期にかけては創成歯形の両側面（歯側面）をバックアップローラにて積極的に加圧拘束するものの、歯形創成の末期に至り切断ローラにて余肉部を押し切る際には、上記歯側面の加圧拘束力を解除すると、その歯側面に生じている余肉部が創成歯形の歯側面側に打ち込まれることがなくなり、余肉部はマンドレルと切断ローラとのいわゆる押し切り作用によって切断除去されることになる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の技術を歯車転造装置として捉えたものであって、創成すべき歯形の歯幅寸法よりも幅広の歯形創成部を有する歯形成形ローラと、上記ワークをはさんで歯形成形ローラと対向するように配置されて、この歯形成形ローラとともにワークに圧接して該ワークと同期回転することにより歯形成形ローラによる成形力をバックアップしながら創成歯形の側面に生じる余肉部を押し潰すバックアップローラと、歯形創成の末期に上記ワークに圧接して同期回転することによりバックアップローラにて押し潰された余肉部をマンドレルとの間で押し切る切断ローラとを備えている。
【００１５】
そして、上記バックアップローラには、歯形創成の際にその創成歯形を受容しつつ該創成歯形における歯幅方向両端の歯側面を加圧拘束する歯形拘束溝と、上記切断ローラにて余肉部を押し切る際に創成歯形を受容しつつその創成歯形における歯幅方向両端の歯側面に対し非接触状態となる逃げ溝とが形成されていて、これら歯形拘束溝と逃げ溝とが選択的に切換使用可能となっていることを特徴としている。
【００１６】
この場合、請求項３に記載の発明のように、上記歯形拘束溝と逃げ溝とがバックアップローラの外周面に並設されていて、バックアップローラの軸心方向でのシフト動作によりこれら歯形拘束溝と逃げ溝とが選択切換可能となっていることが望ましい。
【００１７】
したがって、これら請求項２，３に記載の発明では、歯形転造の初期から中期にかけてはバックアップローラの歯形拘束溝を創成歯形に合致させて、歯形成形力をバックアップしながら積極的に創成歯形の歯側面を加圧拘束して、その創成歯形の形状精度を高める。
【００１８】
一方、歯形転造の末期に至ったならば、切断ローラによる余肉部の切断が開始される前にバックアップローラを一端創成歯形から離し、そのバックアップローラの軸心方向でのシフト動作により、上記創成歯形に合致させるべき溝を歯形拘束溝から逃げ溝に切り換えた上で、この逃げ溝を再び創成歯形に合致させる。この場合、バックアップローラ本来の機能は発揮されることになるものの、逃げ溝は創成歯形の歯側面に対して非接触状態を維持し、何ら加圧拘束力を及ぼすことはない。これにより、創成歯形の歯側面は未拘束状態となり、その歯側面に生じている余肉部が創成歯形の歯底面側に打ち込まれることはなく、その余肉部はマンドレルと切断ローラとの押し切り作用によって切断除去されることになる。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、歯形転造過程の末期に至るまではその創成歯形の歯側面を加圧拘束しながら転造を行うも、歯形転造の末期に至ったならば上記加圧拘束力を積極的に解除してその未拘束状態にて余肉部の切断除去を行うようにしたため、従来のように余肉部が創成歯形の歯底面に打ち込まれてしまうことがなく、創成歯形の精度および強度が向上するほか、創成歯形が必要以上に歯幅方向に広がることなく且つ余肉部が確実に切断除去されるために後工程での切削加工を廃止できる効果がある。
【００２０】
請求項２，３に記載の発明によれば、請求項１に記載の技術を転造装置として具現化したものであるから、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られるほか、バックアップローラのシフト機能さえあれば所期の目的を達成することができ、余肉部の切断除去機能を有する転造装置としてその構造の簡素化を併せて達成できる利点がある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１以下の図面は本発明に係る歯車転造装置の好ましい実施の形態を示す図で、特に図１，２は装置の要部概略構造を示している。
【００２２】
図１，２に示すように、加工対象となる円板状のワークＷはその周縁部が厚肉形状となるように予め増肉処理が施されてリム部Ｒが形成されており、このリム部Ｒは図３，４にも示すようにワークＷの一般部に対して左右いずれかの方向にオフセットしている。そして、ワークＷは互いに同一軸線上に位置するように配置された左右一対のマンドレル１，２によって挟圧保持され、ワークＷはマンドレル１，２とともに図示しない回転駆動手段によって回転駆動されるようになっている。
【００２３】
上記マンドレル１，２に支持されたワークＷをはさんで平歯車状の歯形成形ローラ（歯形ローラダイス）３とバックアップローラ４とが対向配置されている。歯形成形ローラ３はマンドレル１，２と平行な軸５をもってローラホルダ６に回転可能に支持されている一方、バックアップローラ４は同じくマンドレル１，２と平行な軸７を介してローラホルダ８に回転可能に支持されていて、歯形成形ローラ３にはリム部Ｒよりも十分に幅広の基準歯形（歯形創成部）となる歯形部９が形成されているとともに、バックアップローラ４の円筒外周面には図３，４に示すようにワークＷのリム部Ｒを受容する断面台形状をなす環状の歯形拘束溝１０と断面矩形状をなす環状の逃げ溝１１とが互いに隣接するように形成されている。
【００２４】
そして、歯形成形ローラ３をワークＷに、バックアップローラ４をマンドレル１，２およびワークＷにそれぞれ圧接させて、マンドレル１，２に支持されたワークＷとともに歯形成形ローラ３およびバックアップローラ４を同期回転させ、且つ歯形成形ローラ３をワーク軸心に向けてその半径方向から押し込むことにより、ワークＷのリム部Ｒには歯形成形ローラ３側の歯形部９が転写されて歯形Ｇが創成される。
【００２５】
なお、上記ワークＷを支持しているマンドレル１，２と歯形成形ローラ３は図示しない回転駆動手段にて機械的に同期して回転駆動され、マンドレル１，２もしくはワークＷに圧接することになるバックアップローラ４はそれらマンドレル１，２もしくはワークＷの回転に追従して従動回転することになる。
【００２６】
上記バックアップローラ４に形成された歯形拘束溝１０と逃げ溝１１とは両者が同時使用されることはなく、バックアップローラ４自体をその軸心方向に所定量だけシフト動作させることにより上記リム部Ｒに対してその位置を選択的に切り換えて使用することが可能となっている。そして、図３に示すように上記歯形拘束溝１０を選択してマンドレル１，２とワークＷとをバックアップしたときには、歯形拘束溝１０がリム部Ｒを受容することによりその内側面がワークＷ側の歯形Ｇの歯幅方向の両側面（歯側面）に圧接してこれを加圧拘束するように設定されている一方、図４に示すように上記逃げ溝１１を選択してマンドレル１，２をバックアップしたときには、逃げ溝１１がリム部Ｒを受容するものの、その内側面とワークＷ側の歯形Ｇの両側面との間に所定量（例えば、最大でも２ｍｍ程度）の隙間Ｃが確保されて、その逃げ溝１１が創成された歯形Ｇに直接接触しないように、すなわちバックアップローラ４側の逃げ溝１１が歯形Ｇに対して何ら加圧拘束力を及ぼさないように設定されている。
【００２７】
ここで、上記バックアップローラ４のスライド駆動系を図５〜８に基づいて説明すると、上記バックアップローラ４を支持しているローラホルダ８はクランパー１２にてスライダ１３に固定されているとともに、スライダ１３は図示しないリニアガイドを介してガイドウェイ１４に進退移動可能に案内支持されている。ガイドウェイ１４には加圧シリンダ（例えば油圧シリンダ）１５が装着されているとともに、その加圧シリンダ１５のピストンロッド１６が上記スライダ１３に連結されている。したがって、加圧シリンダ１５の伸長動作によりバックアップローラ４がスライダ１３ごとストロークＳだけ前進して上記のようにマンドレル１，２もしくはワークＷに押し付けられるようになっている。
【００２８】
一方、上記ガイドウェイ１４はシフトスライダ１７に搭載されており、シフトスライダ１７はリニアガイド１８を介してベース１９にスライド可能に案内支持されている。また、ベース１９側にはシフトシリンダ（例えば油圧シリンダ）２０が搭載されており、このシフトシリンダ２０のピストンロッド２１がシフトスライダ１７に連結されている。したがって、このシフトシリンダ２０の伸縮動作に応じてバックアップローラ４がシフトスライダ１７とともにそのバックアップローラ４の軸心方向に所定ストロークだけスライド動作し、これをもってバックアップローラ４における歯形拘束溝１０と逃げ溝１１との選択切換が行われるようになっている。
【００２９】
また、図１，２に示すように、上記歯形成形ローラ３やバックアップローラ４と干渉することがないように、マンドレル１，２に支持されたワークＷをはさんで一対の切断ローラ２２が対向配置されている。これらの各切断ローラ２２は、上記歯形創成に伴ってリム部Ｒの両側面に生じた余肉部Ｂ（図３，４参照）を切断除去するために設けられているもので、各切断ローラ２２はマンドレル１，２と平行な軸２３を介してローラホルダ２４に回転可能に支持されているとともに、先に述べたバックアップローラ４と同様に図示しない油圧シリンダ等により推力が付与されるようになっていて、上記歯形成形ローラ３やバックアップローラ４とともにワークＷもしくはマンドレル１，２に圧接してワークＷと同期回転するようになっている。
【００３０】
そして、図９に示すように切断ローラ２２の円筒外周面にはリム部Ｒを受容するために該リム部Ｒよりも一回り大きな断面形状をもつ環状溝２５が形成されていて、この環状溝２５の両側には後述するように歯形創成に伴って発生した余肉部Ｂを押し切るための極小アール面取りが施された比較的鋭利な押し切りノーズ部２６が突設されているとともに、その押し切りノーズ部２６の両側には上記余肉部Ｂを受容するための断面円弧状の逃げ溝２７が形成されている。
【００３１】
ここで、図１０にも示すように、上記切断ローラ２２の押し切りノーズ部２６がマンドレル１，２と直接干渉することがないように、その押し切りノーズ部２６の直径は切断ローラ２の一般面よりも所定量ａだけ小さくなるように例えば０．０２ｍｍ程度予め小さく形成されている。
【００３２】
したがって、本実施の形態の転造装置によれば、図３および図１１の（Ａ）に示すように最初に前述したバックアップローラ４のシフト機能を使ってワークＷに対応する位置に歯形拘束溝１０を割り出しておく。そして、マンドレル１，２に支持されたワークＷに対して歯形成形ローラ３とバックアップローラ４とを押し付けながらそれらをそれぞれ同期回転させると、図３および図１１の（Ｂ）に示すようにワークＷ側のリム部Ｒがバックアップローラ４の歯形拘束溝１０に受容されて、リム部Ｒの両側面（歯側面）がその歯形拘束溝１０の内側面にて加圧拘束されているために、ワークＷのリム部Ｒには歯形成形ローラ３の歯形部９が噛み込んでその形状が転写されて歯形Ｇが創成される。
【００３３】
この転造による歯形創成の過程では、必要に応じてワークＷの正転と逆転とが周期的に繰り返されるほか、先に述べたようにリム部Ｒの両側面がバックアップローラ４の歯形拘束溝１１０にて拘束されているために、歯形創成に伴って発生した余肉部（ばり）Ｂは図３に示すようにバックアップローラ４とマンドレル１，２との隙間に入り込むかたちとなって、そのバックアップローラ４にて薄肉状に押し潰される。
【００３４】
歯形成形ローラ３による歯形創成の末期に至ったならば、図１１の（Ｃ）に示すようにマンドレル１，２と歯形成形ローラ３との同期回転中においてバックアップローラ４を一旦後退させてワークＷから離し、同図（Ｄ）に示すように上記バックアップローラ４のシフト機能を使って溝の切り換えを行う。すなわち、バックアップローラ４をその軸心方向にシフトさせて、それまでの歯形拘束溝１０に代えてワークＷ側のリム部Ｒに対応する位置に逃げ溝１１を割り出す。そして、バックアップローラ４を再び前進させて図４に示すようにマンドレル１，２に押し付ける。
【００３５】
このバックアップローラ４側の溝の切換動作と相前後して、図１，２および図１１の（Ｄ）に示すように一対の切断ローラ２２もマンドレル１，２に押し付けてワークＷと同期回転させる。これにより、図９に示すように先にバックアップローラ４にて薄肉化された余肉部Ｂの根元部に押し切りノーズ部２６が食い込み、その突っ切り作用によって余肉部Ｂを押し切るような力が作用する。その結果として、歯形創成に伴って発生した余肉部Ｂは、上記のようにワークＷの回転に伴いその根元部から切断除去されることになる。
【００３６】
この時、マンドレル１，２に圧接しているバックアップローラ４の逃げ溝１１は図４のようにワークＷ側のリム部Ｒを受容していはいても、リム部Ｒには何ら接触しないように予め設定されているためにそのリム部Ｒの歯側面に何ら加圧拘束力を及ぼすことはなく、単に余肉部Ｂの根元部を加圧拘束しているにすぎない。したがって、従来のように歯形創成の末期に至ってから余肉部Ｂの一部を、創成されたばかりの歯形Ｇの歯底面側に打ち込んでしまうようなことはなくなる。
【００３７】
なお、上記のように切断ローラ２２が作動するのと相前後して歯形成形ローラ３を後退させて創成された歯形Ｇから離してもよいが、歯形Ｇの精度を高める上では歯形成形ローラ３をなおも歯形Ｇと噛み合わせたままとするのが望ましい。
【００３８】
ここで、先に述べたようにマンドレル１，２と切断ローラ１２２のうちの比較的鋭利な押し切りノーズ部２６との直接的な干渉を回避するために、押し切りノーズ部２６の直径をその一般面よりも０．０２ｍｍ程度小さく設定してあることから、余肉部Ｂの最小押し切り寸法も０．０２ｍｍ程度ということになるが、余肉部Ｂはその根元部での厚みが０．０２ｍｍ程度になるまでにはワークＷから確実に分離する。
【００３９】
同時に、切断ローラ２２は油圧シリンダ等のクッション機能のために余肉部Ｂの形状に忠実に追従してその押し切り効果を発揮し、同時にその比較的鋭利な押し切りノーズ部２６のチッピング等も防止される。
【００４０】
このように本実施の形態によれば、歯形成形ローラ３のほかにバックアップローラ４と切断ローラ２２とを併用することを前提とした上で、歯形創成の末期に至ったならばそれまでバックアップローラ４がリム部Ｒの歯側面に及ぼしていた加圧拘束力を解除するようにしたので、歯形創成と同時にそれによって生じた余肉部Ｂをバイトによらずに短時間のうちに切断除去することができるとともに、創成されたばかりの歯形Ｇの歯底面側に余肉部Ｂを打ち込んでしまうことがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る歯車転造装置の好ましい実施の形態を示す要部構成説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図。
【図３】歯形転造中のワークとバックアップローラとの関係を示す要部拡大断面図。
【図４】歯形転造末期におけるワークとバックアップローラとの関係を示す要部拡大断面図。
【図５】図１に示すバックアップローラの支持形態を示す平面説明図。
【図６】図５の右側面説明図。
【図７】図６の右側面説明図。
【図８】図６のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図。
【図９】歯形転造末期におけるワークと切断ローラとの関係を示す要部拡大断面図。
【図１０】図９のＱ部拡大図。
【図１１】歯形転造の一連の手順を示す工程説明図。
【符号の説明】
１，２…マンドレル
３…歯形成形ローラ
４…バックアップローラ
１０…歯形拘束溝
１１…逃げ溝
２２…切断ローラ
２６…押し切りノーズ部
Ｂ…余肉部
Ｇ…歯形
Ｒ…リム部
Ｗ…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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