JP2007073744A - 放熱構造体、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 配置の自由度を高め、静音性を確保すると共に放熱効率を向上する。
【解決手段】 筐体９を有するＰＣ本体１の回路基板３に設けられたＣＰＵ４に接合される第１のヒートシンク２１と、筐体９に接合される第２のヒートシンク２２と、第１のヒートシンク２１と第２のヒートシンク２２との間に挟み込まれて設けられＣＰＵ４で発生した熱を第１のヒートシンク２１側から第２のヒートシンク２２側に伝える弾性部材２３とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えばパーソナルコンピュータ等の電子機器において、集積回路で発生する熱を放熱するための放熱構造体、およびこの放熱構造体を備える電子機器に関する。

従来、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＬＳＩ（Large-Scale Integrated circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）等の集積回路が設けられた回路基板を備える電子機器としては、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）本体が知られている。

この種のＰＣ本体では、図１３に示すように、放熱構造体として、回路基板１０３上に設けられたＣＰＵ１０４に接合されたヒートシンク１１１を備えている。このヒートシンク１１１は、複数のフィンを有しており、これらフィンによってＣＰＵ１０４から放熱する。

図１４に示すように、従来の他の放熱構造体としては、ＰＣ本体１２１の内部には、電源ユニット１２２、光ディスクドライブ１２３および複数のハードディスクドライブ１２４と、ＣＰＵ１２６が設けられた回路基板１２５と、ＣＰＵ１２６で発生した熱を放熱する放熱構造体１２８と、これらを覆う筐体１２９とを備えている。

従来の放熱構造体１２８は、ＣＰＵ１２６の熱を伝熱する複数のヒートパイプ１３１と、このヒートパイプ１３１を介して伝わった熱を放熱するヒートシンク１３２とを有している。ヒートパイプ１３１は、中空に形成された内部に液体が収容されており、回路基板１２５上に配置されている。ヒートパイプ１３１は、一端がＣＰＵ１２６に接合され、他端がヒートシンク１３２に接合されている。ヒートシンク１３２は、筐体１２９の外部に配置されており、外部に露出されたフィンを有している。そして、この放熱構造体１２８では、ＣＰＵ１２６で発生した熱が、ヒートパイプ１３１内の液体の気化熱でヒートシンク１３２に伝熱され、このヒートシンク１３２から外部に放熱される。

また、従来の放熱構造体としては、放熱効率を高めるために、ヒートシンクに組み付けられた空冷ファンによって強制空冷する構成も開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−６０１４４号公報

近年、各種電子機器が備えるＣＰＵは、集積構造の高密度化や動作周波数の高速化に伴って発熱量が増大しており、ヒートシンクによる放熱効率を高めることが求められている。

しかしながら、従来の電子機器では、ヒートシンクのみで放熱効率を大きく確保するためには、ヒートシンクの放熱面を増やす必要があり、ヒートシンクが大型化し、電子機器全体の大型化を招いてしまう問題がある。

また、ヒートパイプを有する放熱構造体は、ＣＰＵやヒートシンクの配置に応じて専用の固定的なヒートパイプが必要になり、ヒートパイプやヒートシンクの配置の自由度が無く、汎用性が乏しく、更に製造コストがかさむという問題がある。さらに、ヒートパイプは、電子部品に悪影響を及ぼすおそれがある液体を内部に封入する構成であり、比較的複雑な構造で取り扱いが難しいという不都合もある。

また、ヒートシンクに組み付けられた空冷ファンを有する放熱構造体は、ファンによる風切り音や、ファンを回転駆動するモータによる騒音が発生してしまう不都合があり、静音性を図ることが求められている。

そこで、本発明は、配置の自由度が高く、静音性を確保すると共に放熱効率を向上することができる放熱構造体、電子機器を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る放熱構造体は、熱伝導部材を有する電子機器の回路基板に設けられた集積回路に接合される第１のヒートシンクと、熱伝導部材に接合される第２のヒートシンクと、第１のヒートシンクと第２のヒートシンクとの間に挟み込まれて設けられ集積回路で発生した熱を第１のヒートシンク側から第２のヒートシンク側に伝える弾性部材とを備える。

以上のように構成した本発明に係る放熱構造体によれば、集積回路で発生した熱が、第１のヒートシンクに伝熱され、この第１のヒートシンクから弾性部材を介して第２のヒートシンクに伝熱され、この第２のヒートシンクから熱伝導部材に熱伝導される。このため、この放熱構造体では、集積回路で発生した熱が、第１および第２のヒートシンクによって放熱されると共に、弾性部材および熱伝導部材によっても放熱される。したがって、この放熱構造体によれば、各ヒートシンクによる放熱作用が、弾性部材および熱伝導部材の放熱作用によって補われるので、放熱効率が向上される。また、第１のヒートシンクと第２のヒートシンクとの間で弾性部材が弾性変形することで、各ヒートシンクの相対位置を容易に変化させることができるので、各ヒートシンクの配置の自由度が高められている。

また、この放熱構造体によれば、第１のヒートシンクと第２のヒートシンクとの相対位置にずれが生じていた場合に、第１のヒートシンクと第２のヒートシンクとの間で弾性部材が弾性変形することによって、第１のヒートシンクと第２のヒートシンクとの位置ずれが吸収されるので、電子機器の製造バラツキに対応し、放熱構造体の良好な組立性が確保される。さらに、放熱構造体によれば、電子機器の外部から振動や衝撃等の外力が加わった場合に、第１のヒートシンクと第２のヒートシンクとの間で弾性部材が弾性変形することで外力が減衰されるので、第１のヒートシンク、集積回路に外力が伝わることが抑えられる。

また、本発明に係る放熱構造体が備える第１のヒートシンクおよび第２のヒートシンクは、弾性部材を挟んで対向する位置に配置されているのが好ましい。第１のヒートシンクと第２のヒートシンクが対向して配置されている構成によれば、第１のヒートシンクと第２のヒートシンクとの相対位置にずれが生じていた場合に、弾性部材が弾性変形することで、第１のヒートシンクと第２のヒートシンクとの位置ずれが良好に吸収されると共に、弾性部材による弾性力で弾性部材の各端部が各ヒートシンクに良好に押圧され、各ヒートシンクと弾性部材との良好な伝熱状態が得られる。

また、本発明に係る放熱構造体は、互いに連結された複数の弾性部材を備えてもよい。この構成によれば、各弾性部材に伝わった熱が他の弾性部材に伝熱されるので、複数の弾性部材全体での伝熱作用が良好にされる。

また、本発明に係る放熱構造体は、第１および第２のヒートシンクがフィンを有し、第１のヒートシンクと第２のヒートシンクが互いに近接離間する方向に摺動可能に各フィンが組み合わされてもよい。この構成によれば、第１のヒートシンクと第２のヒートシンクは、組み合わされた各フィンによって伝熱されるので、更に良好な伝熱状態が得られる。

また、本発明に係る電子機器は、上述した本発明の放熱構造体を備える。

上述したように本発明によれば、配置の自由度を高め、静音性を確保すると共に放熱効率を向上することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

電子機器の一例として、ディスプレイやキーボード等と接続されて使用されるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）本体に適用された放熱構造体を説明する。

（第１の実施形態）
図１に示すように、ＰＣ本体１は、ＣＰＵ４が設けられた回路基板３と、電源ユニット６、光ディスクドライブ７および複数のハードディスクドライブ８と、これらを覆う筐体９と、ＣＰＵ４で発生した熱を放熱するための放熱構造体１１とを備えている。

回路基板３は、筐体９の一側面に対向して配置されており、図示しない各種電子部品が実装されている。

筐体９は、熱伝導率が比較的大きい金属材料によって箱状に形成された熱伝導部材である。筐体９は、放熱構造体１１によってＣＰＵ４の熱が良好に伝熱され、筐体９全体に熱伝導されることで、外部に放熱する。

第１の実施形態の放熱構造体１１は、回路基板３のＣＰＵ４に接合される第１のヒートシンク２１と、筐体９に接合される第２のヒートシンク２２と、ＣＰＵ４で発生した熱を第１のヒートシンク２１側から第２のヒートシンク２２側に伝えるための複数の弾性部材２３とを有している。

第１のヒートシンク２１は、平板状に形成されたベース２１ａと、このベース上に立設された複数のフィン２１ｂとを有している。第１のヒートシンク２１は、ベース２１ａがＣＰＵ４上に接合されて固定されている。各フィン２１ｂは、ピン状に形成されており、ベース２１ａ上に互いに所定の間隔をあけて配置されている。

第２のヒートシンク２２も、第１のヒートシンク２１と同様に、平板状に形成されたベース２２ａと、このベース２２ａ上に立設された複数のフィン２２ｂとを有している。第２のヒートシンク２２は、ベース２２ａが筐体９の内面に接合されて固定されている。各フィン２２ｂは、ピン状に形成されており、ベース２２ａ上に互いに所定の間隔をあけて配置されている。

また、ＰＣ本体１では、第１のヒートシンク２１が接合されるＣＰＵ４の接合面と、第２のヒートシンク２２が接合される筐体９の内面とが、平行に対向して配置されている。

弾性部材２３は、熱伝導率が比較的大きく、かつ弾性を有する例えば燐青銅等の金属材料によって、板材が螺旋状に巻回されたコイルバネ状に形成されている。弾性部材２３は、この弾性部材２３の両端部に第１および第２のヒートシンク２１，２２の各フィン２１ｂ，２２ｂがそれぞれ挿通されて、第１のヒートシンク２１と第２のヒートシンク２２との間に挟み込まれて設けられている。したがって、第１のヒートシンク２１と第２のヒートシンク２２は、弾性部材２３を介して連結されている。なお、弾性部材２３は、例えば線状材が螺旋状に巻回されて形成されてもよいことは勿論である。

また、例えば図４に示すように、弾性部材２３Ａの一端は、隣接する他の弾性部材２３Ｂの一端に連結片２５を介して一体に連結され、他の弾性部材２３Ｂの他端が更に他の弾性部材２３Ｃの一端に連結片２５を介して一体に連結されて構成されてもよい。

この構成によれば、弾性部材２３Ａと弾性部材２３Ｂの各一端を連結する連結片２５が、各ヒートシンク２１，２２のベース２１ａ，２２ａに当接されることによって、弾性部材２３全体と各ヒートシンク２１，２２との当接面積が増えるので、各ヒートシンク２１，２２と弾性部材２３との間での熱伝導量を比較的大きく確保することができる。また、この構成によれば、弾性部材２３Ａに伝熱された熱が、他の弾性部材２３Ｂ，２３Ｃに円滑に伝熱されるので、複数の弾性部材２３全体での伝熱作用が良好にされる。

以上のように構成された放熱構造体１１について、ＣＰＵ４で発生した熱が放熱される状態を説明する。

放熱構造体１１では、ＣＵＰ４で発生した熱が、第１のヒートシンク２１のベース２１ａに伝熱され、第１のヒートシンク２１のベース２１ａやフィン２１ｂから各弾性部材２３を介して第２のヒートシンク２２のフィン２２ｂに伝熱される。続いて、第２のヒートシンク２２に伝わった熱は、第２のヒートシンク２２のベース２２ａから筐体９に伝熱され、筐体９全体に熱伝導される。

そして、この放熱構造体１１では、第１および第２のヒートシンク２１，２２によって放熱されると共に、各弾性部材２３および筐体９全体によっても放熱される。つまり、この放熱構造体１１では、第１および第２のヒートシンク２１，２２による放熱作用が、各弾性部材２３および筐体９全体の放熱作用によって補われる。

上述したように、放熱構造体１１によれば、第１のヒートシンク２１と第２のヒートシンク２２とが弾性部材２３で連結されて構成されることによって、放熱効率を向上することができる。そして、この放熱構造体１１によれば、放熱効率が向上されることで、空冷ファンが不要になり、静音性を向上することができる。また、第１のヒートシンク２１と第２のヒートシンク２２との間で弾性部材２３が弾性変形することで、各ヒートシンク２１，２２の相対位置を容易に変化させることができるので、各ヒートシンク２１，２２の配置の自由度が高められている。

また、この放熱構造体１１によれば、第１のヒートシンク２１および第２のヒートシンク２２のそれぞれ位置に応じて、弾性部材２３が弾性変形することで、第１のヒートシンク２１と第２のヒートシンク２２の対向間隔の変化や、第１のヒートシンク２１と第２のヒートシンク２２との相対位置のずれを良好に吸収することができる。すなわち、この放熱構造体１１によれば、回路基板３上のＣＰＵ４と筐体９の内面との間の距離や、第１のヒートシンク２１と第２のヒートシンク２２との相対位置のバラツキが良好に吸収されるので、組立工程での作業性を向上することができる。そして、この放熱構造体１１によれば、第１のヒートシンク２１と第２のヒートシンク２２の相対位置に生じた多少の位置のバラツキに良好に対応することができるので、上述したヒートパイプを備える従来の放熱構造体に比較して、仕様が異なる他のＰＣ本体にもこの放熱構造体１１を共通組立部品として適用することで汎用性が高められ、取り扱いが容易で設置の自由度が高いので電子機器の設計の自由度の向上が図られる。

また、この放熱構造体１１によれば、外部から筐体９に振動や衝撃等の外力が加わった場合に、弾性部材２３が長手方向に対して弾性変形することで外力が減衰されるので、筐体９の外部から第１のヒートシンク２１側のＣＰＵ４に外力が伝わることが抑制される。

なお、上述した実施形態の放熱構造体１１では、第２のヒートシンク２２が筐体９の内周面に接合されて設けられる構成が採られたが、第２のヒートシンク２２に伝わった熱が良好に熱伝導されて放熱される構成であれば、例えば電子機器の内部に配置されて電子機構を構成する金属製シャーシやフレーム等の他の熱伝導部材に第２のヒートシンク２２が接合されて熱伝導される構成にされてもよい。

次に、他の実施形態の放熱構造体について、図面を参照して説明する。なお、他の実施形態において、便宜上、上述の実施形態と同一部材には同一符号を付する。

（第２の実施形態）
図５に示すように、第２の実施形態の放熱構造体１２は、第１および第２のヒートシンク２１，２２のベース２１ａ，２２ａに、各弾性部材２３の端部を位置決めするための位置決め凹部２６が設けられている。

図６（ａ）に示すように、位置決め凹部２６は、フィン２１ｂ，２２ｂの外周部に、円筒状に形成されており、内周面によって弾性部材２３の端部が位置決めされて支持されている。

あるいは、位置決め凹部２６は、図６（ｂ）に示すように、フィン２１ｂ，２２ｂの外周部に位置して、内径が次第に縮径する漏斗状に形成されてもよい。この構成によれば、位置決め凹部２６は、内径が徐々に変化するので、弾性部材２３の外径寸法のバラツキにかかわらず、弾性部材２３の端部を良好に位置決めして支持することができる。

（第３の実施形態）
図７に示すように、第３の実施形態の放熱構造体１３は、第１および第２のヒートシンク２１，２２のベース２１ａ，２２ａに、各弾性部材２３の端部を位置決めするための貫通穴２７が設けられている。

図８（ａ）に示すように、貫通穴２７は、フィン２１ｂ，２２ｂの外周部に位置して、弾性部材２３の外径よりやや大きい円形状に形成されている。また、各ベース２１ａ，２２ａには、貫通穴２７内に、フィン２１ｂ，２２ｂが立設された支持片２８が一体に形成されている。貫通穴２７は、弾性部材２３の一端が挿通されることで、弾性部材２３を位置決めすると共に、弾性部材２３の一端がＣＰＵ４や筐体の内面に当接される。

あるいは、図８（ｂ）に示すように、貫通穴２７は、フィン２１ｂ，２２ｂが立設された位置とは異なる位置に設けられ、この貫通穴２７内に、弾性部材２３を支持する支持片２８のみが一体に形成されてもよい。

この放熱構造体１３によれば、貫通穴２７によって、弾性部材２３の端部が良好に位置決めされると共に、弾性部材２３の両端がＣＰＵ４および筐体９の内面にそれぞれ直接当接されるので、ＣＰＵ４で発生した熱を弾性部材２３に効率的に伝熱させ、また弾性部材２３から筐体９に伝熱させることができる。

（第４の実施形態）
上述した各実施形態では、弾性部材２３がいわゆるコイルバネとして形成されたが、例えば板バネや線状バネ等の他の形状に形成されてもよい。

図９および図１０に示すように、第４の実施形態の放熱構造体１４は、平板状に形成された複数の弾性部材３３を介して、第１のヒートシンク２１のフィン２１ｂと第２のヒートシンク２２のフィン２２ｂとが連結されている。

図１０に示すように、弾性部材３３は、例えば燐青銅等の金属材料によって平板状に形成されており、長手方向の中央部に、略く字状に折り曲げられた折曲部３３ａが設けられている。また、弾性部材３３の両端部は、各ヒートシンクのフィンに接合されて固定されている。すなわち、各弾性部材３３は、第１のヒートシンク２１と第２のヒートシンク２２の相対位置に応じて、折曲部３３ａで容易に折り曲げられるように構成されている。また、各弾性部材３３は、図９に示すように、折曲部３３ａで折り曲げられた際に、互いに衝突しない向きで所定の間隔をあけて配列されている。

この放熱構造体１４によれば、弾性部材３３の構成が簡素化されるので、製造コストの低減を図ることが可能になる。なお、弾性部材としては、上述した金属製バネに限定されるものではなく、熱伝導率が比較的大きく、かつ弾性を有する材料であれば、例えばプラスチックや、ゴム、スポンジ等の樹脂材からなるものが用いられてもよい。

（第５の実施形態）
図１１および図１２に示すように、第５の実施形態の放熱構造体１５は、互いに近接離間する方向に摺動可能に各フィン５１ｂ，５２ｂが組み合わせられた第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２を有している。

第１のヒートシンク５１は、平板状のベース５１ａと、このベース５１ａ上に立設された複数のフィン５１ｂとを有している。第１のヒートシンク５１は、ベース５１ａがＣＰＵ４上に接合されて固定されている。各フィン５１ｂは、平板状に形成されており、ベース５１ａ上に互いに所定の間隔をあけて設けられている。また、ベース５１ａの中央部には、複数の弾性部材２３が一列に配置される間隙が設けられている。

第２のヒートシンク５２も、第１のヒートシンク５１と同様に、平板状のベース５２ａと、このベース５２ａ上に立設された複数のフィン５２ｂとを有している。第２のヒートシンク５２は、ベース５２ａが筐体９の内面に接合されて固定されている。各フィン５２ｂは、平板状に形成されており、ベース５２ａ上に互いに所定の間隔をあけて設けられている。

そして、第２のヒートシンク５２は、各フィン５２ｂが第１のヒートシンク５１の各フィン５１ｂに組み合わされている。この放熱構造体１５では、弾性部材２３が長手方向に弾性変形することに伴って、各ヒートシンク５１，５２が近接離間する方向に沿って各フィン５１ｂ，５２ｂが互いに摺動される。

この放熱構造体１５によれば、第１のヒートシンク５１と第２のヒートシンク５２とが、各フィン５１ｂ，５２ｂの比較的大きな面積で当接するので、第１のヒートシンク５１と第２のヒートシンク５２との間で熱伝導を更に良好に行うことができる。また、この放熱構造体１５でも、上述した各実施形態と同様に、第１のヒートシンク５１のベース５１ａと第２のヒートシンク５２のベース５２ａとの間に挟み込まれて設けられた各弾性部材２３が弾性変形することによって、筐体９に加わった振動や衝撃等の外力が良好に減衰され、ＣＰＵ４に外力が伝わることが抑えられる。また、この放熱構造体１５では、弾性部材２３の弾性力によって第１のヒートシンク５１と第２のヒートシンク５２がＣＰＵ４と筐体９の内面にそれぞれ押し付けられているので、この弾性部材２３の弾性力が、第１のヒートシンク５１と第２のヒートシンク５２の相対位置を保つために寄与している。

なお、上述した各実施形態の放熱構造体は、ＣＰＵで発生した熱を放熱するために適用されたが、例えば、ＬＩＳやＩＣ等の他の集積回路や、ハードディスクドライブ等が発生する熱を放熱するために適用されてもよい。また、本発明は、電子機器としてＰＣ本体に採用されたが、例えば、ＰＣ本体とほぼ同様に構成されたサーバーユニットが複数個積み重ねられてなるサーバーや、ハードディスクレコーダ等の電子機器に適用されて好適である。

また、上述した各実施形態の放熱構造体では、第１のヒートシンクが接合されるＣＰＵの接合面と、第２のヒートシンクが接合される筐体の内面とが平行に対向して配置されたが、必要に応じて、第１のヒートシンクが接合されるＣＰＵの接合面に対して、第２のヒートシンクが接合される接合面が垂直に配置されて、弾性部材が長手方向の中途部で湾曲されるように構成されてもよい。

また、図しないが、上述した実施形態の電子機器では、一組のヒートシンクを備える構成が採られたが、必要に応じてさらに他のヒートシンクが設けられてもよく、第１のヒートシンクから、筐体の内面の異なる位置に配置された複数のヒートシンクに熱伝達されるように構成されてもよく、放熱効率を更に向上することができる。

上述した各実施形態では、第１および第２のヒートシンクが同一形状に形成されたが、必要に応じて、各ヒートシンクが異なる形状に形成されてもよく、また上述の各実施形態の構成が組み合わされて用いられてもよい。

本実施形態のＰＣ本体を模式的に示す斜視図である。 第１の実施形態の放熱構造体を模式的に示す側面図である。 第１の実施形態の放熱構造体を模式的に示す分解斜視図である。 弾性部材の他の例を示す斜視図である。 第２の実施形態の放熱構造体を模式的に示す側面図である。 第１および第２のヒートシンクの位置決め凹部を説明するための模式図である。 第３の実施形態の放熱構造体を模式的に示す側面図である。 第１および第２のヒートシンクの貫通穴を説明するための模式図である。 第４の実施形態の放熱構造体を模式的に示す側面図である。 弾性部材を模式的に示す斜視図である。 第５の実施形態の放熱構造体を模式的に示す斜視図である。 第５の実施形態の放熱構造体を模式的に示す側面図である。 従来の放熱構造体を模式的に示す側面図である。 従来の他の放熱構造体を説明するために示す模式図である。

符号の説明

１ ＰＣ本体
３ 回路基板
４ ＣＰＵ
９ 筐体
１１ 放熱構造体
２１ 第１のヒートシンク
２２ 第２のヒートシンク
２３ 弾性部材

Claims (10)

1. 熱伝導部材を有する電子機器の回路基板に設けられた集積回路に接合される第１のヒートシンクと、
   前記熱伝導部材に接合される第２のヒートシンクと、
   前記第１のヒートシンクと前記第２のヒートシンクとの間に挟み込まれて設けられ前記集積回路で発生した熱を前記第１のヒートシンク側から前記第２のヒートシンク側に伝える弾性部材と
   を備えることを特徴とする放熱構造体。
2. 前記第１のヒートシンクおよび前記第２のヒートシンクは、前記弾性部材を挟んで対向する位置に配置されている請求項１に記載の放熱構造体。
3. 前記第１および第２のヒートシンクは、フィンを有し、
   前記弾性部材は、前記第１および第２のヒートシンクの前記各フィンに跨って設けられている請求項１または２に記載の放熱構造体。
4. 前記熱伝導部材は金属製の筐体である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の放熱構造体。
5. 前記弾性部材はコイル状に形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の放熱構造体。
6. 互いに連結された複数の前記弾性部材を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の放熱構造体。
7. 前記第１および第２のヒートシンクの少なくとも一方には、前記弾性部材を位置決めするための凹部が設けられている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の放熱構造体。
8. 前記第１のヒートシンクおよび第２のヒートシンクの少なくとも一方には、前記弾性部材の一端が挿通される貫通穴が設けられている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の放熱構造体。
9. 前記第１および第２のヒートシンクは、フィンを有し、前記第１のヒートシンクと前記第２のヒートシンクが互いに近接離間する方向に摺動可能に前記各フィンが組み合わされている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の放熱構造体。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の放熱構造体を備える電子機器。

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