CN100567005C - 流体喷出装置及流体喷出装置组 - Google Patents

流体喷出装置及流体喷出装置组 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种流体喷出装置及流体喷出装置组，该流体喷出装置能简单地使连通流体供给室与压力室的、供给流路内的流体阻力变化。在流体喷出装置中，设有喷出流体的喷嘴孔(1)、由与喷嘴孔(1)连通的空间构成的压力室(2)、被从流体供给源供给流体的流体供给室(4)、将流体供给室(4)与压力室(2)连通的供给流路(3)。在流体供给室(4)的内部设有使供给流路(3)内的流体阻力变化的阻力可变机构(10)、(20)、(30)、(40)。

Description

流体喷出装置及流体喷出装置组
技术领域
本发明涉及打印机装置的喷墨装置等中使用的流体喷出装置、及排列多个流体喷出装置而成的流体喷出装置组。
背景技术
例如如图13所示，打印机装置的喷墨装置是如此构成的，即通过光刻技术等，在头体207上形成有喷出流体(液状墨水)的喷嘴孔201、压力室202、供给流路203、液体供给室204，覆盖压力室202的上部开口地安装膜片205，并且设有使膜片205上下动的促动器206。液状墨水从供给孔204a被供给到流体供给室204内，然后通过供给流路203被供给到压力室202，成为充满压力室202和喷嘴孔201内的状态。
在用该喷墨装置进行打印时，使促动器206上下振动而使膜片205上下动。由此，压力室202内的流体压力产生变动，当膜片205往下动而使压力室202内的压力增高时，内部流体被(液状墨水)从喷嘴孔201的前端开口201a喷出。这样，在压力室202内的压力增高了时，内部流体不仅被从喷嘴孔201喷出，同时朝流体供给室204一侧逆流。因此，在喷墨装置中，使连通压力室202和流体供给室204的供给流路203的流路截面减小(节流)，从而对上述逆流付与流体阻力。通常，喷嘴孔201内的流体阻力与供给流路203内的流体阻力被设定为大致相等。
接着，当由促动器206使膜片205往上动时，膜片205的动作使压力室202内的体积增大，内部压力降低。这时，喷嘴孔201内的流体被向压力室202侧吸引，但通过前端开口201a中的流体表面张力形成弯液面而抑制大气被吸入到压力室202内。与此同时，通过供给流路203而吸引流体供给室204内的流体，然后供给到压力室202内。并且，这种喷墨装置例如已在日本特开2005-47165号公报、日本特开2005-67047号公报中公开。
发明内容
但是，近年来，工业用途的打印机装置被普及，作为打印对象物可选择各种材质和尺寸。在这种打印机装置中，必须根据打印对象物的材质等使采用的墨水的物理性能、喷出速度及喷出量变化。为了设定最佳的喷出速度等，必须使供给流路203内的流体阻力变化。这样，特别是在工业用途领域，要求有这样一种流体喷出装置，即，该流体喷出装置具有在打印作业的前后能简单地设定并改变供给流路203内的流体阻力的构造。另外，通常，由于在打印机装置中搭载有将多个喷墨装置排列而成的打印头装置，因此在喷墨装置构成打印头装置的状态下，希望整个装置不大型化，能简单地配置上述构造。
本发明是鉴于这样的问题而提出的，其目的在于：提供一种在打印机装置的喷墨装置等使用的流体喷出装置中，可以简单地使流体阻力变化的流体喷出装置及流体喷出装置组。
本发明的流体喷出装置，其结构为设有喷出流体的喷嘴孔、由与喷嘴孔连通的空间构成的压力室、从流体供给源被供给流体的流体供给室、将流体供给室与压力室连通的供给流路，通过使压力室内的压力变化而使从流体供给室供给到压力室的流体从喷嘴孔中喷出，其中，在流体供给室的内部设有使供给流路内的流体阻力变化的阻力可变机构。
另外，阻力可变机构是通过使供给流路中的、对流体供给室开口部分的面积变化，使供给流路内的流体阻力变化的。
这时，由前端部形成为锥状、设在流体供给室内部且可沿锥轴线方向自由移动的开度设定部件构成阻力可变机构；通过使该开度设定部件移动而使其前端部相对于供给流路的插入量变化，从而使供给流路的开口部分的面积变化。另外，也可采用如下的结构，即由形成为平板状、且设在流体供给室的内部、在供给流路开口的壁面上自由滑动的开度设定部件构成阻力可变机构；通过使该开度设定部件滑动，使形成在开度设定部件上的通孔相对于供给流路的开口相对移动，从而可以使供给流路的开口与通孔的重叠部分的面积变化。另外，还可采用如下的结构，即由多个分别为形成为平板状、在流体供给室的内部自由装卸地设在供给流路所开口的壁面上、形成有面积互不相同的通孔的开度设定部件构成阻力可变机构；通过选择并设置多个开度设定部件中的任一个开度设定部件，从而设定并改变供给流路的开口与通孔的重叠部分的面积。另外，还可采用如下的结构，即在形成有多个将压力室与流体供给室连通的上述供给流路时，由形成为平板状、设在在流体供给室的内部、在供给流路开口的壁面上自由滑动的开度设定部件构成上述阻力可变机构；通过使开度设定部件滑动而使多个形成在开度设定部件上的通孔相对于多个供给流路的开口相对移动，从而选择地开闭多个供给流路的开口。
另外，也可在设置自由移动的开度设定部件而构成阻力可变机构时，由在外部产生的磁力驱动该开度设定部件。
本发明的第1流体喷出装置组是将多个上述流体喷出装置排列而成的。本发明的第2流体喷出装置组是将设有开度设定部件的多个上述流体喷出装置排列而成的；多个流体喷出装置中的流体供给室由一个共同的空间构成，分别与压力室连通的多个供给流路排列着朝流体供给室开口；分别对多个流体喷出装置设置的多个开度设定部件是一体的。本发明的第3流体喷出装置组是排列可自由移动地设有开度设定部件形式的多个流体喷出装置而成的；多个流体喷出装置中的流体供给室由一个共同的空间构成，分别与压力室连通的多个供给流路排列着朝流体供给室开口；分别对多个流体喷出装置设置的多个开度设定部件是一体的，该成为一体的开度设定部件由一个的驱动装置驱动。
根据本发明的流体喷出装置，由于可设定为相应于流体的物理性能的流体阻力，同时能最适当地设定喷出速度和喷出量，所以可得到最佳的喷出特性。这时，通过将阻力可变机构设在流体供给室的内部，从而容易确保配置空间，避免装置的大型化。另外，从确保配置空间方面考虑，虽然也可以设在压力室内，但与设在压力室内时相比，压力变动小，所以可以使作动性变好。这时，通过使供给流路的开口部分的面积(即，开口部分的节流量)变化，从而使供给流路内的流体阻力变化的机构可用简单的构造来实现。另外，在通过使开度设定部件移动来改变供给流路开口部分的面积的形态中，如果由外部产生的磁力驱动该开度设定部件，则可以将开度设定构件内藏于流体供给室中，不必考虑密封等，可以简化装置的构造。
另外，在将上述流体喷出装置排列而成的流体喷出装置组中，也能得到与上述同样的效果。这时，多个流体喷出装置的流体供给室由一个共同的空间构成，将阻力可变机构的开度设定部件形成为一体，从而只要驱动或装卸更换一体的开度设定部件，就可以同时进行多个供给流路开口面积的设定变更，可以简化装置的构造。另外，在将多个设有能自由移动的开度设定部件的流体喷出装置排列而成的流体喷出装置组中，通过只设置一个驱动开度设定部件的驱动装置，可以简化装置的构造。
附图说明
图1是设有第1结构例的阻力可变机构的喷墨装置的正视截面图。
图2是沿图1中的箭头II-II所示的喷墨装置的俯视截面图。
图3是沿图1中的箭头III-III所示的喷墨装置的侧视截面图。
图4是用于说明喷墨装置的动作的正视截面图。
图5是用于说明喷墨装置的动作的正视截面图。
图6是设有第2结构例的阻力可变机构的喷墨装置的正视截面图。
图7是沿图6中箭头VII-VII所示的喷墨装置的俯视截面图。
图8(a)、(b)是沿图6中箭头VIII-VIII所示的喷墨装置的侧视截面图。
图9(a)、(b)是设有第3结构例的阻力可变机构的喷墨装置的侧视截面图。
图10是设有第4结构例之阻力可变机构的喷墨装置的正视截面图。
图11是沿图10中箭头XI-XI所示的喷墨装置的俯视截面图。
图12(a)、(b)、(c)是沿图10中箭头XII-XII所示的喷墨装置的侧视截面图。
图13是以往的喷墨装置的正视截面图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的最佳实施方式。另外，由于本发明的流体喷出装置适用于打印机装置的喷墨装置，所以下面以适用于喷墨装置为前提进行说明。但是，本发明的流体喷出装置并不限定于喷墨装置，不言而喻，也可以用于其它的流体喷出用途。
如图1所示，该喷墨装置I(I1～I4)具有与图13所示的以往形态类似的构造。即，在头体7上形成有喷嘴孔1、压力室2、供给流路3以及流体供给室4。覆盖压力室2的上部开口地安装有膜片5，并且设有使膜片5上下动的、由压电元件等构成的促动器6。另外，供给流路3的截面为圆形，沿着其中心轴线直线地延伸。
另外，如图2所示，沿横向排列形成多个喷墨装置I，从而构成了打印机装置的打印头装置H(H1～H4)。在该打印头装置H中，各喷墨装置I的头体7成为一体，在该头体7的端部，多个喷嘴孔1、1、...沿横向排列并开口，并且流体供给室4相对于各喷墨装置I由一个共同的空间构成。如图3所示，在划分流体供给室4的一个壁面4b上，在横向排列有与各压力室2、2、...连通的多个供给流路3、3、...，这些供给流路3、3、...开口于该壁面4b上。
在用该打印头装置H(喷墨装置I)进行打印时，对压电元件施加规定的电流而使促动器6上下振动，从而使膜片5上下动。首先，如图4中箭头B1所示，当由促动器6使膜片5往下动时，压力室2内的压力增高，其内部流体即液状墨水成为粒状后，如箭头B2所示地从喷嘴孔1的前端开口1a喷出。由此，将液状墨水喷到与喷嘴孔1相对配置着的打印对象物上而进行打印。这样，当压力室2内的压力增高了时，内部流体不仅从喷嘴孔1喷出，同时也如箭头B3所示那样地通过供给流路3逆流到供给侧、即流体供给室4一侧(在供给流路3内产生逆向流动)。
接着，如图5中箭头C1所示，当由促动器6使膜片5往上动时，膜片5进行动作而使压力室2内的体积增大，内部压力减低。这时，如箭头C2所示，喷嘴孔1内的流体被朝着压力室2一侧吸引，但因在前端开口1a内的流体的表面张力而形成了弯液面M，阻止吸入空气。与此同时，通过供给流路3吸引流体供给室4内的流体，如箭头C3所示，使其供给到压力室2内(在供给流路3内产生顺向流动)。
另外，该打印机装置在被构成为例如用于工业用途等、能打印各种尺寸、材质的打印对象物的情况，必须根据该打印对象物的材质、打印物的用途等，改变所采用的液状墨水的物理性能，或改变从喷嘴1喷出的墨水喷出速度、墨水喷出量。在该喷墨装置I(打印头装置H)中，为了设定并改变墨水的喷出速度、喷出量等，设有使供给流路3内的流体阻力变化的阻力可变机构。
图1、图2所示的第1结构例的阻力可变机构10具有各自的前端部11a形成为圆锥形的多个杆11、11、...。多个杆11沿横向排列地配置，使前端部11a从头体7的外部插入到流体供给室4内部，与供给流路3的开口3a相对。另外，在头体7上，在被杆11穿过的部分设有O形环等的密封构件19，该密封构件19防止墨水从流体供给室4漏到外部。多个杆11、11、...的各自的基端部11b、11b、...，在头体7的外部通过横向延伸的杆12连接。这样，多个杆11、11、...与杆12成为一体，从而构成梳状的可动构件15。
在可动构件15上设有从杆12的横向中央部分朝着杆11的伸出方向相反一侧延伸出的轴13。阻力可变机构10具有使该轴13沿轴方向移动的驱动装置16。
根据这样构成的阻力可变机构10，使驱动装置16动作，使轴13沿轴向移动时，多个杆11、11、...一起沿轴向(在前端部11a是圆锥轴线方向)移动。借助该移动，杆11的前端部11a通过开口3a出入于供给流路3。当朝左方的移动量大时，前端部对供给流路3的插入量大，与此相应地，供给流路3中的靠流体供给室4一侧的开口面积减小。另外，该阻力可变机构10的可动构件15，能在前端部11a离开供给流路3开口的壁面而将供给流路3完全开放的位置(见图1中实线)、与将前端部11a的外周面与供给流路3的开口边缘抵接而将供给流路3完全闭塞的位置(见图1中的虚线)之间移动。
这样，供给流路3的开口面积(开口部分的节流量)与前端部11a对供给流路3的插入量相应地变化，由此可使供给流路3内的流体阻力变化。即，通过控制被驱动装置16驱动的轴13的移动量，可以控制供给流路3内的流体阻力。例如，希望确保从喷嘴孔1的较大喷出量时，或者希望加大喷出速度时，只要增大前端部11a对供给流路3的插入量而增大流体阻力即可。
根据本实施例的喷墨装置I1，将前端部11a形成为圆锥状的杆11插入到流体供给室4的内部，该前端部11a与供给流路3的开口3a相对并出入于该供给流路3。由此，可以最适当地设定墨水的喷出速度、喷出量等，可得到最佳的喷出特性。而且，使供给流路3的开口部分的节流量变化而使流体阻力变化，设在相对于供给流路3来说是外部的流体供给室4中。因此，可容易地确保构成阻力可变机构10的可动构件15(杆11)的配置空间，可避免喷墨装置I1的大型化。另外，从容易确保配置空间方面考虑，虽然也可以设在压力室2内，但设在流体供给室4中时，作用在可动构件15上的压力变动小，在使可动构件15的作动性好等方面是有利的。
另外，将多个喷墨装置I1排列起来，构成为头体7成一体的打印头装置H1。在该打印头装置H1中，设有分别与各喷墨装置I1对应的喷嘴孔1、压力室2和供给流路3，但流体供给室4由一个共同的空间构成。在该流体供给室4中配置有成为一体的多个杆11。因而，只要将各杆11的前端部11a与开口3a之间的相对间隔设定为相等，就可以同时同样地设定并改变各供给流体3的流体阻力，可以使打印头装置H 1的构造简单化。另外，由于多个杆11、11、...如此地构成了一体的可动构件15，所以设定各供给流路3内的流体阻力时，只要一个必要的驱动装置16即可，可以使装置的构造简化。
另外，杆11的前端部11a的外周面最好是形成为朝着前端方向缓缓地倾斜。由此，可以减小供给流路3的开口面积相对于前端部11a插入量的变化，所以可以准确地进行流体阻力的可变控制。另外，杆11的前端部11a不限于是圆锥形，只要是形成为锥形而前端细即可。
下面，参照图6～图8，说明第2实施例的阻力可变机构20。另外，对相同的构件标注相同附图标记，省略其重复说明。
该阻力可变机构20具有形成有多个通孔21、21、...的板25，这些通孔21、21、...以与供给流路3的排列间隔相等的间隔沿横向排列。该板25在流体供给室4内，设在供给流路3开口的壁面4b上。将板25从头体7的侧壁插入，用设在外部的驱动装置26驱动，使板25在壁面4b上滑动。
另外，在头体7上的穿过板25的部分设有密封构件29。在图示的例子中，通孔21是圆形，虽其直径设定为小于供给流路3的开口3a的直径，但也可以比开口3a的直径大。
如图8(a)所示，当板25的通孔21、21、...与供给流路3的开口3a、3a、...处于同轴线位置时，通孔21与供给流路3的开口3a重叠部分的面积最大。借助该重叠部分，供给流路3与流体供给室4连通。图8(a)中，该部分的面积最大，在该喷墨装置I2中，成为供给流路3内的流体阻力被设定为最小的状态。
另一方面，如图8(b)所示，在由驱动装置26使板25沿横向滑动时，通孔21相对于供给流路3的开口3a作相对移动，上述重叠部分的面积减小，供给流路3内的流体阻力增大。由此，通过控制相对于图8(a)所示状态的滑动量，可以使重叠部分的面积变化，从而能可变地控制供给流路3内的流体阻力。
在该阻力可变机构20中，将平板状的板25沿着供给流路3开口的壁面4b而形成，在流体供给室4内所占的空间比第1实施例还小，可以避免流体供给室4的大型化。
另外，该打印头装置H2中，设有分别与各喷墨装置I2对应的喷嘴孔1、压力室2和供给流路3，但流体供给室4由一个共同的空间构成，各供给流路3、3、...的开口3a、3a、...排列在同一个壁面4b上。在该打印头装置H2中，将阻力可变机构20设在流体供给室4的内部。因此，只要将通孔21、21、...的间隔设定为与开口3a、3a、...的排列间隔相同，就可以用一块板25同时同样地设定并改变各供给流路3的流体阻力，可以使打印头装置H2的构造简单化。
另外，该方式中，虽然板25的滑动方向不一定要与供给流路3的开口3a、3a、...的排列方向一致，但当如上述那样构成为沿排列方向移动时，例如通过使板25的高度与壁面4b的高度相等，就可以省略掉滑动导引机构等，可以进一步使构造简化。
下面，参照图9说明第3结构例的阻力可变机构30。该阻力可变机构30通过装卸更换多个与第2实施例同样地排列多个通孔而成的板，来设定并改变供给流路3的开口面积。每块板上的通孔直径不相同，在流体供给室4内将板安装在供给流路3开口的壁面4b上，使得各通孔与供给流路3的开口位于同轴位置。另外，头体7做成能装卸更换板的构造，例如，具有将外部与流体供给室4连通的未图示的开口，安装有覆盖该开口的闭塞部件。另外，最好在内部设置保持板与壁面接触状态的保持机构。
在图9中，举例示出了第1及第2板31、35这两块板。图9(a)中，示出了安装了第1板31的状态，该第1板31的通孔32的直径被设定为大于供给流路3的开口3a的直径。在该状态，成为通孔32与供给流路3的开口3a重叠的部分、即供给流路3的开口3a以其开口使供给流路3与流体供给室4连通的开口部分，在该喷墨装置I3中，成为供给流路3内的流体阻力被设定为最小的状态。图9(b)中，表示安装了第2板35的状态，该第2板35的通孔36的直径小于供给流路3的开口3a的直径。在该状态，上述重叠部分、即通孔36成为以其通孔36使供给流路3与流体供给室4连通的开口部分，其面积小于图9(a)所示的状态，供给流路3内的流体阻力增大。
这样，预先准备并安装具有能设定所需喷出速度、喷出量的通孔的板，从而在进行打印前，可以恰当地设定并改变供给流路3内的流体阻力。
该形态也与第2实施例同样地，可以不导致大型化地构成喷墨装置I3和打印装置H3，只要装卸更换一片板，就可以同时同样地设定并改变多个供给流路的开口面积。另外，本实施例中只要是设置成能装卸更换地准备的多个块板的结构即可，可以省略掉第1、第2及在后述第4结构例中设有的密封构件19、29、49。
下面，参照图10～图12说明第4结构例的阻力可变机构40。在本实施例中，喷墨装置I4的结构不相同。如图10所示，上下并排地设有2个与压力室2连通的供给流路3，这些供给流路31、32被设定为截面积互不相同(在图示例子中，上侧供给流路31的截面积大，下侧供给流路32的截面积小)。如图11所示，打印头装置H4是将这种喷墨装置I4沿横向排列而构成的，在由一个共同空间构成的流体供给室4的壁面4b上，上下供给流路31、32分别沿横向排列并开口。
如图12所示，阻力可变机构40包括板45，该板45上沿横向排列形成有通孔组44，该通孔组44将上下延伸的长孔41、与长孔41的上部左侧相邻的上部通孔42、与长孔41的下部右侧相邻的下部通孔43作为一组。通孔组44形成为在上下方向上长孔41的轴线间隔与供给流路31、32的排列间隔相同。与第2实施例同样地，板45从头体7的侧壁插入，与供给流路31、32开口的壁面4b面接触，由设在外部的驱动装置46驱动，使板45在壁面4b上滑动。另外，在头体7上的被板45穿过的部分设有密封构件49。
如图12(a)所示，在板45的长孔41的沿长度方向延伸的轴线与沿供给流路3的开口3a1、3a2的排列方向延伸的中心线重合时，上下2个供给流路31、32都向流体供给室4开放。由此，压力室2和流体供给室4通过上下2个供给流路31、32连通，从整个供给流路看，开口截面最大，流体阻力设定为最小。
在图12(b)中表示如下的状态，由驱动装置46使板45向右方滑动，通孔组44的相对于供给流路31、32的开口3a1、3a2的相对位置移动，上部通孔42与上侧供给流路31的开口3a1位于同一轴线上。在该状态，下侧供给流路32被板45闭塞，压力室2和流体供给室4只通过上侧供给流路31连通，与图12(a)的状态相比，流体阻力增大。
图12(c)中表示如下的状态，由驱动装置46使板45向左方滑动，通孔组44的相对于供给流路31、32的开口3a1、3a2的相对位置移动，下部通孔43与下侧供给流路32的开口3a2位于同轴的位置。在该状态，上侧供给流路31被板45闭塞，压力室2和流体供给室4只通过下侧供给流路32连通。由于下侧供给流路32的截面积小于上侧供给流路31的截面积，所以在该状态，与图12(b)的状态相比，流体阻力增大。
这样，在本实施例的阻力可变机构40中，在喷墨装置I4中有2个供给流路，在板45上形成有通孔组44，使通孔组44相对于供给流路3的开口3a相对移动，从而可以开闭供给流路，阶段性地设定并改变流体阻力。
本实施例也与第2实施例同样地，不会导致大型化而可以构成喷墨装置I4和打印头装置H4，仅使一片板滑动，就可以同时进行多个供给流路的开闭，同样地设定并改变已连通状态的供给流路的截面积。
以上，作为本发明的流体喷出装置是以喷墨装置I为流体喷出装置组的例子，示出了打印头装置H的结构例，但并不限定于上述结构。例如，在第1、第2及第4结构例中，是由驱动装置16、26、46驱动杆11、板25、45，使开口面积变化的方式。但也可以是将这些构件内置于流体供给室内，利用设在头体7外部的电磁铁的磁力来控制构件的移动量的结构。通过该构造，不必在头体7上形成供杆11、板25、45穿过的孔，也不必在该孔内设置密封构件，可以使构造简化。

Claims (5)

1.一种流体喷出装置，该流体喷出装置设有喷出流体的喷嘴孔、由与上述喷嘴孔连通的空间构成的压力室、被从流体供给源供给流体的流体供给室、将上述流体供给室与上述压力室连通的供给流路，构成为通过使上述压力室内的压力变化，使从上述流体供给室供给到上述压力室的流体从上述喷嘴孔中喷出，其特征在于，
在上述流体供给室的内部设有使上述供给流路内的流体阻力变化的阻力可变机构；
上述阻力可变机构被构成为通过使上述供给流路中的、与上述流体供给室相对的开口部分的面积变化，使上述供给流路内的流体阻力变化；
上述阻力可变机构由前端部形成为锥状、设在上述流体供给室内部并沿锥轴线方向自由移动的开度设定部件构成；
通过使上述开度设定部件移动，使上述前端部相对于上述供给流路的插入量变化，从而使上述供给流路的开口部分的面积变化。
2.根据权利要求1所述的流体喷出装置，其特征在于，
上述开度设定部件被在外部产生的磁力驱动。
3.一种流体喷出装置组，其特征在于，
该流体喷出装置组是排列权利要求1～2中任一项所述的多个上述流体喷出装置而成的。
4.一种流体喷出装置组，该流体喷出装置组是排列权利要求1～2中任一项所述的多个上述流体喷出装置而成的，其特征在于，
上述多个流体喷出装置中的上述流体供给室由一个共同的空间构成，分别与所述压力室连通的多个上述供给流路朝上述流体供给室开口；
分别对上述多个流体喷出装置设置的多个上述开度设定部件形成为一体。
5.一种流体喷出装置组，该流体喷出装置组是排列权利要求1～2中任一项所述的多个上述流体喷出装置而成的，其特征在于，
上述多个流体喷出装置中的上述流体供给室由一个共同的空间构成，多个分别与所述压力室连通的上述供给流路朝上述流体供给室开口；
分别对上述多个流体喷出装置设置的多个上述开度设定部件形成为一体，成为一体的上述多个开度设定部件由一个驱动装置驱动。
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