JP2008254142A - ねじ類の締付工具 - Google Patents

Abstract

【課題】ナットランナの回転軸の回転トルクを大きな面圧で受けるとともに同心度を維持してねじ類をワークに確実に締め付ける締付工具を提供する。
【解決手段】締付工具１０は、リンク部１１と、機械側ソケット１２と、ねじ側ソケット１７と、リンク部１１、機械側ソケット１２、ねじ側ソケット１７を外嵌する芯ずれ吸収カバー２２と、を備えている。リンク部１１の両端に形成するボール部１１２、１１３を六角面に形成する。ボール部１１２に係合する機械側ソケット１２の孔を六角孔部１５１に形成し、ボール部１１３に係合するねじ側ソケット１７の孔を六角孔部１９１に形成する。芯ずれ吸収カバー２２を、端部パイプ部２２１と、多数のスリット２２２と中間パイプ部２２３と連結部２２４で形成して、弾性を有するパイプ体に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動組み付けラインにおいてナットランナに装着してボルト・ビス・ナット等のねじ類を締め付けるねじ類の締付工具に関する。

一般にボルト・ビス・ナット等のねじ類を自由な角度で締め付ける締付工具の一つとしてユニバーサルジョイントが知られている。ユニバーサルジョイントは、ソケットを装着するための矩形状凹部を有する第１の部材と、矩形状凸部を有する第２の部材とがボール部を介して連結して構成されている。このユニバーサルジョイントは、ねじ類を手動で締め付ける際には利便に使用できるものの、自動組み付けラインのロボット（例えば、ナットランナ）に装着して水平方向に沿って締め付ける場合には、自由度が大きすぎて第１の部材と第２の部材との同心度が定まらないことから、ソケットに取付けたねじ類をワークに締め付けることが困難であった。

これを解決するために、従来においては、特許文献１によって自動調芯可能な工具が提案されている。これによると、自動調芯装置はロボットの回転軸に装着されてボルト又はナットを水平方向に被締付部材に締め付けるものである。この自動調芯装置は、ロボットの回転軸に装着されたハウジングとハウジングにユニバーサルジョイントを介して連結された締込み工具とを有し、締込み工具はハウジング内に密嵌された弾性体で支持されている。ユニバーサルジョイントをハウジングに固着されたピンで支持することによって、締込み工具は、上下・左右方向に傾動可能に作用される。ボルトやナットを装着する締込み工具は、回転による芯ブレを弾性体の復元力で復元できることから締込み工具の傾きを少なくすることができることとなっていた。
特開２０００−１３５６３６公報

しかし、特許文献１に示される従来の自動調芯装置は、ハウジングとユニバーサルジョイントとがハウジングに固着されたピンで連結しているから、ロボットの回転軸の回転トルクが細いピンで伝達される構成となっている。従って、例えば、被締付部材にねじを締め付ける際に異常が発生して大きなトルクを発生すると、ピンに大きな負荷が生じることからピンの破損になりかねない。

また、この自動調芯装置は締付工具の倒れを弾性部材で保持しているものの、基本的にユニバーサルジョイントを構成していることから、締付工具とハウジングとの同心度を精度よく出すことが難しい。ロボットは数値制御によりその高さ位置や、左右方向の位置が正確に定められているから、締込み部材の回転軸との同心度が正確でないと、ボルトが被締付部材の所定の位置に達することができず、ねじの締付不良となる虞があった。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、ナットランナでねじ類を締め付ける際に、ナットランナとの同心度を保持できるねじ類の締付工具を提供することを目的とする。そのために、本発明のねじ類の締付工具は、以下のように構成するものである。すなわち、
請求項１記載の発明では、自動組立てラインで使用するねじ類の締付工具であって、一端に六角孔を有し他端に突出したボール部を備えたリンク部と、一端に前記リンク部のボール部に係合可能なボール部孔を有し他端に機械に装着する装着孔を有する機械側ソケットと、前記リンク部及び前記機械側ソケットを外嵌するカバーと、を備え、前記ボール部の外周面が六角面に形成され、前記機械側ソケットのボール部孔が前記ボール部と係合可能な六角面に形成され、前記カバーが弾性状に形成されていることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明では、自動組立てラインで使用するねじ類の締付工具であって、胴体部の両端にボール部を備えたリンク部と、前記リンク部の一方のボール部に係合可能なボール部孔を一端に備え、他端に機械に装着する装着孔を備えた機械側ソケットと、前記リンク部の他方のボール部に係合可能なボール部孔を一端に備え、他端にねじ類の一端を係合する係合孔を備えたねじ側ソケットと、前記機械側ソケットと前記ねじ側ソケットとを外嵌するカバーとを備え、前記リンク部のそれぞれのボール部の外周面が六角面に形成され、前記機械側ソケットのボール部孔と前記ねじ側ソケットのボール部孔とが、それぞれ前記ボール部に係合可能な六角面に形成され、前記カバーが弾性状に形成されていることを特徴とするものである。

請求項３記載の発明では、前記機械側ソケットのボール部孔には、前記リンク部のボール部と前記機械側ソケットとの間に渦巻ばねが配置されていることを特徴としている。

請求項４記載の発明では、前記ねじ側ソケットのボール部孔には、前記リンク部のボール部と前記ねじ側ソケットとの間に渦巻きばねが配置されていることを特徴としている。

請求項５記載の発明では、前記カバーは、円周方向に沿って多数のスリットを形成したパイプ体であることを特徴としている。

本発明によれば、リンク部と機械側ソケットとの連結は、リンク部の六角状に形成されたボール部と機械側ソケットの六角面に形成されたボール部孔とで連結されている。そのため機械側からの回転トルクを、面圧の大きい六角面を有するボール部で受けることから、その連結部位において大きな負荷がかかっても磨耗や破損を招くことなく容易に回転トルクを伝達することができる。また、連結されたリンク部と機械側ソケットとは、弾性を有するカバーで外嵌されている。六角面に形成されたボール部と六角面に形成されたボール孔部との結合はその方向性が規制されるから同心度がほぼ保たれ、両者を結合するための隙間分の倒れは弾性を有するカバーで吸収される。そのため、機械の回転軸と一体的に回転する締付工具は、ワークに締め付けるねじ類との同心度を確保することができ、ねじ類をワークの所定位置に対向することができる。また、わずかに芯ずれや傾きがあったとしても、カバーの弾性によって吸収することができ、ねじ類を確実にワークに締め付けることができる。

また、別の形態のねじ類の締付工具は、リンク部の胴体部両端に六角状に形成したボール部を備えている。この形態の場合でも、リンク部と機械側ソケットとは六角面に形成したボール部とボール部孔とで連結し、リンク部とねじ側ソケットとも六角状のボール部とボール部孔とで連結している。そのため機械側からの回転トルクを、面圧の大きい六角面を有するボール部で受けることから、その連結部位において大きな負荷がかかっても磨耗や破損を招くことなく容易に回転トルクを伝達することができる。また、機械側ソケットとねじ側ソケットとを跨ぐように弾性を有するカバーで外嵌することによって機械側ソケットとねじ側ソケットとの同心度を確保することができる。そのため、その先端部のリンク部に取付けられたねじをワークの所定位置に対向することができ、ねじ類を確実にワークに締め付けることができる。

さらに、機械側ソケット又はねじ側ソケットとリンク部材で連結する際に、その間で発生する僅かなクリアランスを渦巻きばねの付勢力で吸収することができる。

なお、弾性を有するカバーを、円周方向に多数のスリットを有するパイプ体で形成することによって、機械側ソケットとねじ側ソケットとの間に発生した傾きを同心状態に復帰させることができる。これによってパイプ体の機械とねじの同心度のずれを吸収して安定したねじの締付を行うことができる。

次に、本発明のねじ類の締付工具の一形態を図面に基づいて説明する。

以下に説明するねじ類の締付工具（以下、単に締付工具という。）は、自動組立てラインに設置される機械に装着することに好適である。以下、この機械をナットランナで説明する。また、ねじ類とは、ボルトやビスあるいはナット等をいう。

図１〜２に示すように、締付工具１０は、両端にボール部を備えたリンク部１１と、リンク部１１の一方のボール部に係合可能であってナットランナの回転軸側に装着される機械側ソケット１２と、リンク部１１の他方のボール部に係合可能であってねじ類（図例では六角ボルト）２６を装着するねじ側ソケット１７と、リンク部１１、機械側ソケット１２、ねじ側ソケット１７を外嵌する芯ずれ吸収カバー２２と、を備えている。機械側ソケット１２とリンク部１１の一方のボール部、ねじ側ソケット１７とリンク部１１の他方のボール部との間には、それぞれ渦巻きばね２３、２３が配置されて、それぞれ機械側ソケット１２及びねじ側ソケット１７をリンク部１１の反対側に向かって付勢している。芯ずれ吸収カバー２２の一端は、機械側ソケット１２の後述する円環部１３１に係止され、他端は、ねじ側ソケット１７に外嵌するリング部材としてのスペーサ２５に係止されている。また、機械側ソケット１２の外径とねじ側ソケット１７の外径は同一寸法に形成されている。

リンク部１１は、図３に示すように、丸棒状に形成された胴体部１１１と、胴体部１１１の両端に配置された一対のボール部１１２、１１３とを備えている。ボール部１１２、１１３は、胴体部１１１の外径より大きな外径を有する球状の外周面を６面に切り欠いて六角面として形成したものである。ボール部１１２、１１３には、軸心方向と直交する方向にピン孔１１２ａ、１１３ａが形成されている。

機械側ソケット１２は、図４に示すように、軸方向の中央部に大径の中央壁部１３を間にして円柱体に形成された第１のソケット部１４と第２のソケット部１５を有して形成されている。第１のソケット部１４の端面には、端面から軸方向の内部に向かう真円孔部１４１と真円孔部１４１の底部から軸方向に延設する角孔部１４２が形成されている。角孔部１４２の形状は、実施形態では、側面視正方形に形成されて、図示しないナットランナの回転軸に係合可能に形成されている。

第２のソケット部１５の端面には、端面から軸方向の内部に向かう六角孔部１５１が形成されている。六角孔部１５１は、リンク部１１のボール部１１２に係合可能に形成されている。また、第２のソケット部１５には、六角孔部１５１を貫通するピン孔１５２が形成されている。

中央壁部１３における第１のソケット部１４（又は第２のソケット部１５）から突出した円環部１３１の一方の端面は、芯ずれ吸収カバー２２の一端に係合して芯ずれ吸収カバー２２の位置決め用として形成されている。なお、円環部１３１は第１のソケット部１４又は第２のソケット部１５と別体で形成して第１のソケット部１４と第２のソケット部１５との間に外嵌するように固定してもよい。

ねじ側ソケット１７は、図５に示すように、中央壁部１８を間にして第１のソケット部１９と第２のソケット部２０を備えている。第１のソケット部１９の端面には、端面から軸方向の内部に向かう六角孔部１９１が形成されてリンク部材１１のボール部１１３と係合可能に形成されている。また、ねじ側ソケット１７には六角孔部１９１を貫通するピン孔１９２が形成されている。第２のソケット部２０の端面には、端面から軸方向の内部に向かって形成されるとともにワークに締め付けるねじ類２６の頭部又はナットを係合する変形六角孔部２０１が形成され、変形六角孔部２０１の底面から軸方向に延設する真円孔部２０２が形成されている。変形六角孔部２０１は、六角孔部２０１の各辺部の中央部を軸心方向に突出させて形成され、ねじ類２６を把持しやすいように形成されている。

中央壁部１８の外周面には円周方向の全周にわたって溝部１８１が形成されている。この溝１８１は、スペーサ２５を第２のソケット部２０に固着する止めねじの先端部を挿入可能に形成されている。

なお、スペーサ２５は、機械側ソケット１２に円環部１３１が一体的に形成されている場合には、ねじ側ソケット１７と別体に形成された円環部材で形成され、機械側ソケット１７に円環部１３１が別体で形成されている場合には、ねじ側ソケット１７と一体的に形成されてもよい。さらに、それぞれ円環部材を別体で形成して止めねじで機械側ソケット１２又はねじ側ソケット１７に外嵌固定してもよい。

芯ずれ吸収カバー２２は、図６に示すように、両端部に配置される幅広の端部パイプ部２２１、２２１と、端部パイプ部２２１、２２１との間に配置されて一部に残留部（以下、連結部という）２２４を有して形成される多数のスリット２２２と、各スリット２２２間に配置される細幅の中間パイプ部２２３と、を有して形成されている。隣接する中間パイプ２２４は連結部２２４によって連結されている。これによって、芯ずれ吸収カバー２２は軸方向に対して可撓性を有する弾性パイプ体として形成される。

上記のように構成された締付工具１０は、図１に示すように、機械側ソケット１２の六角孔部１５１に渦巻きばね２３を介在させてリンク部１１のボール部１１２を六角孔部１５１に係合し、ねじ側ソケット１７の六角孔部１９１に渦巻きばね２３を介在させてリンク部１１のボール部１１３を六角孔部１９１に係合させている。リンク部１１の両側に、機械側ソケット１２とねじ側ソケット１７を係合すると、機械側ソケット１２の第２のソケット部１５とリンク部１１のボール部１１２とを固定するようにピン孔（１５２、１１２ａ）にピン２７を打ち込む。また、ねじ側ソケット１７とリンク部１１のボール部１１３とを固定するように、ピン孔（１９２，１１３ａ）にピン２７を打ち込む。ピン２７、２７とリンク部１１のボール部１１２、１１３との間に形成される軸方向のクリアランスは、渦巻きばね２３の付勢力で吸収される。

リンク部１１に機械側ソケット１２とねじ側ソケット１７を固定した後、芯ずれ吸収カバー２２をねじ側ソケット１７側から外嵌する。芯ずれ吸収カバー２２の一端を機械側ソケット１２の円環部１３１に係止した後、スペーサ２５をねじ側ソケット１７に外嵌させて止めねじで固着する。

次に、上述のように構成された締付工具１０の作用について説明する。

締付工具１０の機械側ソケット１２の角孔部１４２をナットランナの回転軸に係合させ、ねじ側ソケット１７をワークに対向して配置する。ねじ側ソケットの変形六角孔部２０１にねじ類２６を嵌め込む。ナットランナの回転軸はワークに対して水平方向で進退できるように対向している。

ナットランナが作動すると、ナットランナの軸部は、数値制御によって移動することから、締付工具１０に嵌め込まれたねじ類は、締結されるべきワークに装着されたねじに対向する位置に移動する。ねじ類２６は回転しながら水平方向に移動して締付工具１０とともにワークに接近する。締付工具１０に装着されたねじ類２６は、ワークに形成されたねじあるいはナット又はボルトに当接すると締付工具１０の回転によりねじ込まれる。この際、ナットランナの回転軸とワークのねじ類２６の位置との芯ずれがあっても、締付工具１０は、リンク部１１のボール部１１２、１１３との部位で芯ずれを吸収して締付工具１０のねじ側ソケット１７の水平を維持することができる。また、芯ずれ吸収カバー２２によって、機械側ソケット１２とねじ側ソケット１７との同心度を保持できる。

つまり、芯ずれ吸収カバー２２の一端に配置された端部パイプ部２２１は機械側ソケット１２の第２のソケット部１５に支持され、他端に配置された端部パイプ２２１はねじ側ソケット１７の第１のソケット部１９に支持されているから、ねじ側ソケット１７が機械側ソケット１２に対して同心度がずれていても、芯ずれ吸収カバー２２の弾性力によってねじ側ソケット１７を機械側ソケット１２と同心となるように修復される。これによって、ねじ側ソケット１７に装着されたねじ類２６は、ワーク側のねじに水平方向にねじ込まれる。

次に別の形態の締付工具を図７に基づいて説明する。図７における締付工具はリンク部に配置するボール部が片側に形成されたものである。

図７に示すように、この形態の締付工具３０は、リンク部３１と、機械側ソケット３５と、機械側ソケット３５内に配置して機械側ソケット３５をリンク部３１の反対側に付勢する渦巻きばね３９と、リンク部３１と機械側ソケット３５とを外嵌する芯ずれ吸収カバー４０とを有して構成されている。

リンク部３１は、一端側にねじ側ソケット部３２と他端側にボール部３３とを有している。ねじ側ソケット部３２は、図８に示すように、端面から軸方向の内部に向かう真円孔部３２１と真円孔部３２１の底面から軸方向に沿って延設する六角孔部３２２とが形成されている。六角孔部３２２はねじ類２６を係合可能に形成されている。ボール部３３は、ねじ側ソケット３２から胴体部３３１で連結され、前述の形態と同様、胴体部３３１の外径より大きな球状の外周面を６面に切り欠いて六角面として形成されている。ボール部３３には軸心方向と直交する方向にピン孔３３２が形成されている。

機械側ソケット３５は、軸方向の中央部に配置された中央壁部３６を間にして円柱体に形成された第１のソケット部３７と第２のソケット部３８を有して形成されている。第１のソケット３７の端面には、図９に示すように、端面から軸方向の内部に向かう真円孔部３７１と真円孔部３７１の底部から軸方向に延設する角孔部３７２が形成されている。角孔部３７２の形状は、実施形態では、側面視正方形に形成されて図示しないナットランナの回転軸に係合可能に形成されている。

第２のソケット部３８の端面には、六角孔部３８１が形成されている。六角孔部３８１は、リンク部３１のボール部３３に係合可能に形成されている。また、第２のソケット部３８には、六角孔部３８１を貫通するピン孔３８２が形成されている。

芯ずれ吸収カバー４０は、前述の形態と同様、両端部に配置される幅広の端部パイプ部４１、４１と、両端部パイプ部４１、４１との間に配置される多数のスリット４２と、各スリット４２間に配置される細幅の中間パイプ４３とを有して形成されている。各中間パイプ４３間はスリット４２に形成された連結部４４によって連結されている。これによって、芯ずれ吸収カバー４０は軸方向に対して可撓性を有する弾性パイプ体として形成される。

なお、リンク部３１のねじ側ソケット部３２の端部付近の外周面には円周方向の全周にわたって溝部３２３が形成され、芯ずれ吸収カバー４０の位置決めを行なうスペーサ４５の止めねじ挿入部として形成されている。機械側ソケット３５の第１のソケット部の端部付近の外周面には、溝部３７３が円周方向の全周にわたって形成され、芯ずれ吸収カバー４０の位置決めを行なうスペーサ４６の止めねじ挿入部として形成されている。

上記のように構成された締付工具３０は、機械側ソケット３５の六角孔部３８１に渦巻きばね３９を介在させてリンク部３１のボール部３３を六角孔部３８１内に係合させている。そして機械側ソケット３５の第２のソケット部３８とリンク部３１のボール部３３のピン孔（３３２、３８２）にピン４７を打ち込む。ピン４７とボール部１３３との間に形成される軸方向のクリアランスは、渦巻きばね３９の付勢力で吸収される。

リンク部３１と機械側ソケット３５とを連結した後、芯ずれ吸収カバー４０をいずれか一方側から外嵌する。そしてスペーサ４５、４６で位置決めして締付工具３０を構成する。

上述のように構成された締付工具３０は、機械側ソケット３５の角孔部３７２をナットランナの回転軸に装着し、リンク部３１の六角孔部３２２にねじ類２６を装着することによって、締結作用を行うことになる。ナットランナの回転軸はワークに対して水平方向で進退できるように対向している。

次に上述のように構成された締付工具３０の作用について説明する。締付工具３０の作用は、前述と同様に行われる。

つまり、ナットランナが作動すると、ナットランナの回転軸は、数値制御によって移動することから、締付工具３０に嵌め込まれたねじ類は、締結されるべきワークに形成されたねじに対向する位置に移動する。ねじ類２６は回転しながら水平方向に移動して締付工具３０とともにワークに接近する。締付工具３０に装着されたねじ類２６は、ワークに形成されたねじあるいはナット又はボルトに当接すると締付工具３０の回転により締結される。この際、ナットランナの回転軸とワークのねじ類２６の位置との芯ずれがあっても、締付工具３０は、リンク部３１のボール部３３との部位で芯ずれを吸収してリンク部３１を水平に維持することができる。また、芯ずれ吸収カバー４０によって、リンク部３１と機械側ソケット３５との同心度を保持できる。

上述のように、実施形態の締付工具１０（又は３０）では、リンク部１１（又は３１）と機械側ソケット１２（又は３５）とを、六角面に形成したボール部１１２（又は３３）と六角孔部１５１とで連結し、リンク部１１とねじ側ソケット１７とをボール部１１３と六角孔部１９１で連結したことから、ナットランナの回転トルクを大きな面圧でねじ類２６に伝達することができる。そのため、上記の連結部位に大きな負荷がかかっても、連結部位での磨耗や破損の虞がない。

また、芯ずれ吸収カバー２２（又は４０）に多数のスリット２２２（又は４２）を形成することによって、芯ずれ吸収カバー２２（又は４０）を弾性変形させることができる。これによって機械側ソケット１２（又は３５）とねじ側ソケット１７（又はリンク部３１）との同心度のずれが発生しても、芯ずれ吸収カバー２２（又は４０）で同心度を維持するように修復できる。したがって、ねじ類２６をワークのねじに水平方向に締め付けることができて、ねじの締付不良を起こさない。

なお、本発明のねじ類の締付工具は、上述の形態に限定するものではない。例えば、芯ずれ吸収カバーを螺旋状に形成したコイルばねで置き換えて使用してもよい。また、渦巻きばねをコイルばねに置き換えてもよい。

本発明の締付工具の一形態を示す断面図である。 図１の締付工具の分解正面図である。 図１における締付工具のリンク部を示す図である。 図１における機械側ソケットを示す図である。 図１におけるねじ側ソケットを示す図である。 図１における芯ずれ吸収カバーを示す正面図である。 別の形態の締付工具を示す断面図である。 図７の締付工具におけるねじ側ソケットの端面を示す側面図である。 図７の締付工具における機械側ソケットの端面を示す側面図である。

符号の説明

１０、締付工具
１１、リンク部
１１２、ボール部
１１３、ボール部
１４、第１のソケット部
１４２、角孔部
１５、第２のソケット部
１５１、六角孔部
１７、ねじ側ソケット
１９、第１のソケット部
１９１、六角孔部
２０、第２のソケット部
２０１、変形六角孔部
２２、芯ずれ吸収カバー
２２１、端部パイプ部
２２２、スリット
２２３、中間パイプ部
２２４、連結部
２３、渦巻きばね
３０、締付工具
３１、リンク部
３２、ねじ側ソケット
３３、ボール部
３５、機械側ソケット
３７、第１のソケット部
３７２、角孔部
３８、第２のソケット部
３８１、六角孔部
４０、芯ずれ吸収カバー
４１、端部パイプ部
４２、スリット
４３、中間パイプ部
４４、連結部

Claims (5)

1. 自動組立てラインで使用するねじ類の締付工具であって、
   一端に六角孔を有し他端に突出したボール部を備えたリンク部と、
   一端に前記リンク部のボール部に係合可能なボール部孔を有し他端に機械に装着する装着孔を有する機械側ソケットと、
   前記リンク部及び前記機械側ソケットを外嵌するカバーと、を備え、
   前記ボール部の外周面が六角面に形成され、
   前記機械側ソケットのボール部孔が前記ボール部と係合可能な六角面に形成され、
   前記カバーが弾性状に形成されていることを特徴とするねじ類の締付工具。
2. 自動組立てラインで使用するねじ類の締付工具であって、
   胴体部の両端にボール部を備えたリンク部と、
   前記リンク部の一方のボール部に係合可能なボール部孔を一端に備え、他端に機械に装着する装着孔を備えた機械側ソケットと、
   前記リンク部の他方のボール部に係合可能なボール部孔を一端に備え、他端にねじ類の一端を係合する係合孔を備えたねじ側ソケットと、
   前記機械側ソケットと前記ねじ側ソケットとを外嵌するカバーとを備え、
   前記リンク部のそれぞれのボール部の外周面が六角面に形成され、
   前記機械側ソケットのボール部孔と前記ねじ側ソケットのボール部孔とが、それぞれ前記ボール部に係合可能な六角面に形成され、
   前記カバーが弾性状に形成されていることを特徴とするねじ類の締付工具。
3. 前記機械側ソケットのボール部孔には、前記リンク部のボール部と前記機械側ソケットとの間に渦巻ばねが配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のねじ類の締付工具。
4. 前記ねじ側ソケットのボール部孔には、前記リンク部のボール部と前記ねじ側ソケットとの間に渦巻きばねが配置されていることを特徴とする請求項２記載のねじ類の締付工具。
5. 前記カバーは、円周方向に沿って多数のスリットを形成したパイプ体であることを特徴とする請求項１,２，３又は４記載のねじ類の締付工具。
   

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