JP2012087923A - 真空チャンバーおよび真空保持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓋の開閉に関しては、エアーシリンダーやボールネジによるものであったり、または配慮されていなかったりと、簡便的な方法によるものはなかった。 また、Ｏリングを圧縮するのに際して、Ｏリングに接している二つの面が、平行した面の状態であるように配慮されていなかった。
【解決手段】 本体１１と蓋１２より成り、本体１１と蓋１２の間をＯリング１５によって密閉している真空チャンバーであり、蓋１２は、一端を開閉手段１４によって本体１１と接続し、他端に蓋１２を持上げる取手１３を位置させたものであり、開閉手段１４は、蓋１２を閉じた時点で本体１１と蓋１２の間で平行な面を確保するものであり、更に本体１１内を真空引きした際には平行な面を確保しながらＯリング１５を圧縮した。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空チャンバーに関する技術であって、更に詳細に述べるならば、本体と蓋より成り、本体と蓋の間をＯリングによって密閉している真空チャンバーに於いて、蓋は、一端を開閉手段によって接続し、他端に蓋を開閉する取手を位置させたものであり、開閉手段は、蓋を閉じた時点で本体と蓋の間で平行な面を確保するものであり、更に本体内を真空引きした際には平行な面を確保しながらＯリングを圧縮することで、Ｏリングから気体が洩れることを防止する技術について述べたものである。

従来の、真空チャンバーおよび真空保持方法に関する技術としては、蓋開閉式真空チャンバーや、真空装置が見られる（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

先ず、従来の蓋開閉式真空チャンバーについて、特許文献１によって説明する。

この場合、特許文献１には、真空漏れ防止用のシール材であるＯ−リングを充填するための溝（アリ溝）を具備し開閉蓋機構のある真空チャンバーにおいて、溝の側面に接する第１の凸部と溝の側面に接しない第２の凸部を有する形状のＯ−リングを用い、蓋閉時の溝とシール材であるＯ−リングの接触磨耗による発塵を防止するようになした蓋開閉式真空チャンバーに関する技術が記載されている。
特開２００６−６３３９７

次に、従来の真空装置について、特許文献２によって説明する。

この場合、特許文献２には、真空容器１の開口部５に刻設された溝７には、密閉シールリング１０が収容されている。 この密閉シールリング１０は、本体リング１０ａと、この本体リング１０ａから突出した第１及び第２の突起片１０ｂ、１０ｃとから構成される。
真空容器１の真空吸引開始前または低真空度の時は、第１の突起片１０ｂは、開閉扉６のシール面９に接触してそれをシールする。 真空容器１が高真空になると、本体リング１０ａが開閉扉６のシール面９によって押し潰されて弾性変形してシール面９をシールする技術が記載されている。
特開平１０−１０２２３５

しかしながら、このような従来の、蓋開閉式真空チャンバーや、真空装置に関する技術に関しては、以下に示すような課題があった。

先ず、蓋の開閉に関しては、エアーシリンダーやボールネジによるものであったり、または配慮されていなかったりと、簡便的な方法によるものはなかった。

また、Ｏリングを圧縮するのに際して、Ｏリングに接している二つの面が、平行した面の状態であるように配慮されていなかった。

更に、センサーや真空ポンプ等を連動させて真空の状態を保持しようと配慮する状況にはなかった。

本発明は、本体と蓋より成り、前記本体と前記蓋の間をＯリングによって密閉している真空チャンバーに於いて、前記蓋は、一端を開閉手段によって前記本体と接続し、他端に前記蓋を持上げる取手を位置させたものであり、前記開閉手段は、前記蓋を閉じた時点で前記本体と前記蓋の間で平行な面を確保するものであり、更に前記本体内を真空引きした際には平行な面を確保しながら前記Ｏリングを圧縮することを特徴とし、更には、前記開閉手段は、第一ヒンジブロックと第二ヒンジブロックとヒンジ中継板によって構成され、前記第一ヒンジブロックは前記本体に固定され、前記第二ヒンジブロックは前記蓋に固定され、前記第一ヒンジブロックと前記第二ヒンジブロックはその間に前記ヒンジ中継板を位置させることで第一回転軸と第二回転軸を中心に回転可能に接続していることを特徴とし、更には、前記第一ヒンジブロックと前記第二ヒンジブロックは、概ね９０度の位置関係をもって固定されていることを特徴とし、更には、前記本体に、または前記本体に接続している排気配管に、圧力を測定する負圧センサーを接続し、上限設定圧力になると真空ポンプの電源供給を停止し、下限設定圧力になると前記真空ポンプの電源供給を開始することを特徴とし、更には、前記本体には、真空状態にした後に、必要に応じて必要とする種類の気体を供給可能であることを特徴とすることによって、上記課題を解決したのである。

また、本発明は、本体と蓋より成り、前記本体と前記蓋の間をＯリングによって密閉している真空保持方法に於いて、前記蓋は、一端を開閉手段によって前記本体と接続し、他端に前記蓋を持上げる持上手段を位置させたものであり、前記開閉手段は、前記蓋を閉じた時点で前記本体と前記蓋の間で平行な面を確保するものであり、更に前記本体内を真空引きした際には平行な面を確保しながら前記Ｏリングを圧縮することを特徴とし、更には、前記開閉手段は、前記本体と前記蓋の間の面の関係を、１回の回転中心による場合の扇形となる関係に、もう１回の回転中心を含めた他の要素を加えることで、前記Ｏリングに接した時から圧縮を完了するまでの間、常に平行な面を保つようにしたことを特徴とすることによって、上記課題を解決したのである。

以上の説明から明らかなように、本発明によって、以下に示すような効果をあげることが出来る。

第一に、本体と蓋より成り、本体と蓋の間をＯリングによって密閉している真空チャンバーに於いて、蓋は、一端を開閉手段によって本体と接続し、他端に蓋を持上げる取手を位置させたものであり、開閉手段は、蓋を閉じた時点で本体と蓋の間で平行な面を確保するものであり、更に本体内を真空引きした際には平行な面を確保しながらＯリングを圧縮することで、真空チャンバーで最も問題となっていた気体の漏れを、Ｏリングを圧縮している二つの面の平行を確保することで、特に真空引きをしている時点の気体の漏れを防止することが可能となった。

第二に、開閉手段は、第一ヒンジブロックと第二ヒンジブロックとヒンジ中継板によって構成され、第一ヒンジブロックは本体に固定され、第二ヒンジブロックは蓋に固定され、第一ヒンジブロックと第二ヒンジブロックはその間にヒンジ中継板を位置させることで第一回転軸と第二回転軸を中心に回転可能に接続していることで、蓋を閉じた時からＯリングの圧縮を完了した時までの間を通して平行な面を保つことで気体の漏れを防止することが可能となった。

第三に、第一ヒンジブロックと第二ヒンジブロックは、概ね９０度の位置関係をもって固定されていることで、一般的な位置関係にある本体と蓋の９０度のものに対して気体の漏れを防止することが可能となった。

第四に、本体に、または本体に接続している排気配管に、圧力を測定する負圧センサーを接続し、上限設定圧力になると真空ポンプの電源供給を停止し、下限設定圧力になると真空ポンプの電源供給を開始することで、常時一定の真空圧力が確保出来るようにする管理が容易となった。

第五に、本体には、真空状態にした後に、必要に応じて必要とする種類の気体を供給可能であることで、真空状態での反応や各種の気体による効果を確認することが容易となった。

本願発明の真空チャンバーの正面図 本願発明の真空チャンバーの平面図 本願発明の配管と配線の系統図

以下、本発明の実施の形態を図面と共に詳細に説明する。
ここで、図１は、本願発明の真空チャンバーの正面図であり、図２は、本願発明の真空チャンバーの平面図であり、図３は、本願発明の配管と配線の系統図である。

図１、図２に見られるように、１０は真空チャンバーであり、内部を密閉した空間とすることが出来る本体１１と、本体１１の内部を見ることが出来る窓１６を付設した蓋１２と、蓋１２を持上げるのに際して使用する持上手段１３としての取手１３と、本体１１と蓋１２を接続する２組の開閉手段１４と、本体１１と蓋１２の間を密閉するＯリング１５と、本体１１の底部に位置させている４個のゴム脚１８より構成されていて、ボルト２１、２５やサラ小ネジ２４によって組立てることが出来るようになっている。

尚、Ｏリング１５に関しては、その替わりとしてパッキンを使用するようなことも考えられる。 ここで、蓋１２に於いては、上面の一端に持上手段１３としての取手１３を、他端に開閉手段１４を位置させている。 また、開閉手段１４に関しては、１組や３組や４組にすることも考えられるし、ゴム脚１８に関しては、３個や６個や８個にすることも考えられる。

この場合、本体１１に関しては、材料としてステンレスを使用し、円柱の形状をしていて上部が開放し底板を形成した胴体１１ａと、胴体１１ａの上面に位置していてＯリング１５を装着する溝を形成し蓋１２と接するフランジ１１ｂと、本体１１内を大気圧に戻すための空気の流路となる吸気口１１ｃと、本体１１内を真空状態にするのに空気を排出するための流路となる排気口１１ｄと、底部にゴム脚１８を取付ける座１１ｅより成っていて、それらを溶接によって一体の物としている。 尚、形状としては円柱にこだわる必要は無く、三角柱でも四角柱でも五角柱でも六角柱でも八角中でもそれ以外の形状でも構わない。

また、蓋１２に関しても、材料としてステンレスを使用し、パッキン１７を間に挟んで透明のポリカーボネイトを材料とした窓１６を止ネジ２２とナット２３によって一体に構成している。 従って、パッキン１７を構成することで、蓋１２の、即ち真空チャンバー１０の密閉した状態を可能としている。 更に、窓１６によって、本体１１の内部の様子をみることが出来るようになっている。 尚、窓１６に関しては、蓋１２の複数箇所に位置させることも考えられる。

そして、持上手段１３である取手１３に関しては、２本のサラ小ネジ２４によって蓋１２の上面端部に固定されている。 但し、持上手段１３に関しては、図１、図２に見られる取手１３に限定する必要は無く、類似の発想で述べるならば位置や向きや大きさや形状やネジの数を変えたりすることが考えられる。 また、蓋１２の一部を兼用して使用することで、上面の端部で本体１１より大きいものや、同じ位の大きさのもので、蓋１２を手を掛け易くなるように加工して、盖１２と一体にすることも考えられる。 更に、チェインや紐を使用するようなことも考えられる。 尚、取手１３の材料としては、ステンレスや硬質の樹脂や木ということが考えられる。

更に、開閉手段１４に関しても、材料としてステンレスを使用し、全体で見た場合には本体１１と蓋１２を接続させているのであり、第一ヒンジブロック１４ａと第二ヒンジブロック１４ｃとヒンジ中継板１４ｂによって構成され、第一ヒンジブロック１４ａは本体１１に固定され、第二ヒンジブロック１４ｃは蓋１２に固定され、第一ヒンジブロック１４ａと第二ヒンジブロック１４ｃはその間にヒンジ中継板１４ｂを位置させることで第一回転軸１４ｄと第二回転軸１４ｅを中心に回転することが可能なように接続しているのである。

所で、第一ヒンジブロック１４ａに関しては、関係する部品の加工精度と、第二ヒンジブロック１４ｃに固定することから始まる開閉手段１４の組立ての順序に配慮して、また本体１１と蓋１２の間の面が平行になるように調整することが可能なように配慮して、ボルト２１の取付け穴を長穴に設定している。 尚、第一ヒンジブロック１４ａと第二ヒンジブロック１４ｃの位置関係としては、本体１１の円柱に対し蓋１２は水平面に位置するのが自然の状態ということと併せて、図１に見られるように、概ね９０度の位置関係を持つように固定されている。 但し、具体的に図示していないが、概ね１８０度の位置関係ということも考えられる。

従って、このように構成することで、開閉手段１４は、本体１１と蓋１２の間の面の関係を、先ず第一回転軸１４ｄの回転中心による回転によって、蓋１２が扇形の状態で角度が変化するような関係に、次ぎの第二回転軸１４ｅの別の位置での回転中心による回転によって、蓋１２が扇形の状態で角度が変化するような関係を加えることで、Ｏリング１５に接した時から圧縮を完了するまでの間、常に平行な面を保つようにしているのが可能となったのである。

所で、図３に見られるように、真空チャンバー１０に於いて、吸気口１１ｃには空気を送り込む吸気配管１１２が接続し、排気口１１ｄには空気を排出する排気配管１２１が接続している。

そして、真空チャンバー１０に形成している排気口１１ｄに接続している排気配管１２１には、真空チャンバー１０内を真空状態にするのに空気を排出するための流路となる、排気配管１２２と、大気を吸引する吸気口４１ａを形成した三方弁４０と、排気配管１２３と、最先端に位置して排気口５１ａを形成した真空ポンプ５０を、記載の順で接続している。 更に、排気配管１２１、１２２の間にはセンサー配管１３１が接続し、その他端には負圧センサー３０が接続している。 但し、負圧センサー３０の接続に関しては、真空チャンバー１０内の圧力を直接測定することが出来るように接続するということも考えられる。

この場合、三方弁４０は、通電している際には、排気配管１２２、１２３の間を連通させて吸気口４１ａを遮断して真空チャンバー１０内の空気を排出し、電気を遮断している際には、排気配管１２２、１２３の間を遮断し吸気口４１ａと排気配管１２３を連通させ、真空ポンプ５０に大気を吸引して排気口５１ａから排出することが可能な状態にしているのである。 また、負圧センサー３０は、２４ボルトの直流の電気を通している中で、上限設定圧力と下限設定圧力を設定することで、上限設定圧力を感知すると、感知の信号を伝えることによってリレー２６０をＯＦＦの状態にして真空ポンプ５０と三方弁４０の両者に対する電源の供給を停止し、下限設定圧力を感知すると、感知の信号を伝えることによってリレー２６０をＯＮの状態にして真空ポンプ５０と三方弁４０の両者に対する電気の供給を開始するようにしている。

一方、真空チャンバー１０に形成している吸気口１１ｃには、真空チャンバー１０内を大気圧に戻すために空気の流路となる、最先端に位置している吸気口７１ａを形成した流量調整弁７０から、吸気配管１１１と、二方弁６０と、吸気配管１１２を経由して接続している。

尚、二方弁６０は、第二スイッチ２４０を真空ポンプ５０と三方弁４０の側の両者に通電した状態から二方弁６０の側の通電した状態に切換え、第三スイッチ２５０を押し続けることで、二方弁６０も通電の状態になり、流量調整弁７０の吸気口７１ａから大気が吸引されて二方弁６０を通過させることで、真空チャンバー１０内の圧力が大気圧に戻るようになっているのである。 尚、流量調整弁７０に関しては、気体の流量を調整するために設けたものであり、限りなく真空状態を保てるように微量のガスを送込むには非常に効果的である。

更に、電気系統に関して繰返して述べるならば、交流電源２１０は１００ボルトの交流電気を流す電源に接続するものであり、第一スイッチ２３０をＯＮにすることで、直流電源２２０も作動することになり、それによって２４ボルトの電圧をもった電気を負圧センサー３０に送ることが可能となるのである。 そして、第二スイッチ２４０を真空ポンプ５０と三方弁４０の両者の側に切換えることで、真空ポンプ５０と三方弁４０の両者が同時に作動するようになる。

以下、負圧センサー３０が、上限設定圧力を感知すると、リレー２６０がＯＦＦの状態になり真空ポンプ５０と三方弁４０の両者に対する電気の供給が停止され、下限設定圧力を感知すると、リレー２６０がＯＮの状態になり真空ポンプ５０と三方弁４０の両者に対する電気の供給が再び開始され、その後ＯＦＦとＯＮの状況が繰返されるのである。 その上で、第二スイッチ２４０を真空ポンプ５０と三方弁４０の両者の側に対する通電状態から二方弁６０の側に対する通電状態に切換え、その後に第三スイッチ２５０を押し続けると、二方弁６０に通電の状態となるのであり、吸気配管１１１、１１２の間は閉鎖の状態から開放の状態になるのである。

本発明による、真空チャンバーおよび真空保持方法は前述したように構成されており、以下にその動作についてその内容を説明する。

先ず、真空チャンバー１０全体の組立てであるが、本願発明に於いては、特に開閉手段１４を組立てるのに際しては、一番始めに第二ヒンジブロック１４ｃを窓１６とパッキン１７を装着した蓋１２にボルト２１によって固定し、次に第二回転軸１４ｅによって第二ヒンジブロック１４ｃをヒンジ中継板１４ｂと接続し、更に第一回転軸１４ｄによってヒンジ中継板１４ｂを第一ヒンジブロック１４ａと接続し、最後に第一ヒンジブロック１４ａを本体１１にボルト２１によって固定しているのである。 その際、本体１１と蓋１２の両平面が平行であるように組立てることは大切な事である。

この場合、第一ヒンジブロック１４ａを本体１１にボルト２１によって固定するのに際しては、第一ヒンジブロック１４ａのボルト２１を取付ける取付穴を長穴にすることで、関係する部品の加工精度と、第二ヒンジブロック１４ｃから開始する組立てに配慮して、また本体１１と蓋１２の間の面が平行になるように調整することが可能なように配慮しているのである。

この様な形で、密閉状態を確保した真空チャンバー１０と、図３に見られるように、各種の機器や配管や配線を接続して準備した中で、真空チャンバー１０内を真空にする動作に関して述べる。

即ち、先ず一番始めに交流電源２１０を接続している中で、第一スイッチ２３０をＯＮの状態にすることで、直流電源２２０も作動することになり、それによって圧力を測定することが出来る負圧センサー３０も作動して各種の信号を送ることが可能な状態となるのである。

この様な状態の中で、第二スイッチ２４０を真空ポンプ５０と三方弁４０の両者が作動する側に切換えると、当然のことながらこのような初期の段階に於いては、負圧センサー３０は大気圧に近い値を検出することになり、しばらくの間真空ポンプ５０と三方弁４０の両者が作動することになり、三方弁４０の吸気口４１ａを閉じた状態で真空チャンバー１０内の空気を真空ポンプ５０の排気口５１ａより排出することを継続することになるのである。

そして、負圧センサー３０が、上限設定圧力を感知すると、リレー２６０がＯＦＦの状態になり、真空ポンプ５０と三方弁４０の両者に対する電気の供給が停止され、下限設定圧力を感知すると、リレー２６０がＯＮの状況になり、再び真空ポンプ５０と三方弁４０の両者に対する電気の供給が開始され、その後ＯＦＦとＯＮの状況が繰返されることになるのである。

最後に、第二スイッチ２４０を真空ポンプ５０と三方弁４０の側に対する通電の状態から二方弁６０の側に対する通電の状態に切換え、第三スイッチ２５０を押し続けることで二方弁６０に通電する状態となるのである。 即ち、二方弁６０が通電の状態になると言うことは、吸気配管１１１、１１２が連通の状態になることを意味し、流量調整弁７０に形成されている吸気口７１ａからの空気が二方弁６０を経由して真空チャンバー１０内に大気が送り込まれることになり、真空チャンバー１０内は大気圧に近付いて真空状態は解消されることになるのである。

尚、第二スイッチ２４０を真空ポンプ５０と三方弁４０の側に対する通電の状態から二方弁６０の側に対する通電の状態に切換えた時点で、流量調整弁７０の吸気口７１ａに窒素ガスや水素ガスや酸素ガスや炭酸ガスや一酸化炭素やその他の何等かの必要とするガスボンベを接続した後に、第三スイッチ２５０を押し続けることで、二方弁６０を通電の状態にすると、真空チャンバー１０内にガスボンベ内のガスを送り込むことが出来ることになる。 その際、流量調整弁７０を調整することによって、微小量のガスを送込むことも可能なのである。

その事によって、真空状態での各種の気体との反応や各種の気体による効果を確認するような実験や試験が出来るようになったのである。 当然のことながら、反応や確認が完了するまでは第三スイッチ２５０を放すことでＯＦＦの状態にすると、以降のガスの供給は停止されることになる。

この発明は、真空チャンバーに関する技術であって、更に詳細に述べるならば、本体と蓋より成り、本体と蓋の間をＯリングによって密閉している真空チャンバーに於いて、蓋は、一端を開閉手段によって接続し、他端に蓋を開閉する取手を位置させたものであり、開閉手段は、蓋を閉じた時点で本体と蓋の間で平行な面を確保するものであり、更に本体内を真空引きした際には平行な面を確保しながらＯリングを圧縮することで、Ｏリングから気体が洩れることを防止する技術について述べたものである。 この事によって、簡単な方法で、且つ真空状態の下で、実験や試験等の目的で使用することが出来る、時には何らかのガスを使用した反応等も可能とした、安価な真空チャンバーを提供することが可能となったのである。

１０・・・・・・真空チャンバー
１１・・・・・・本体
１１ａ・・・・・胴体
１１ｂ・・・・・フランジ
１１ｃ・・・・・吸気口
１１ｄ・・・・・排気口
１１ｅ・・・・・座
１２・・・・・・蓋
１３・・・・・・取手（持上手段）
１４・・・・・・開閉手段
１４ａ・・・・・第一ヒンジブロック
１４ｂ・・・・・ヒンジ中継板
１４ｃ・・・・・第二ヒンジブロック
１４ｄ・・・・・第一回転軸
１４ｅ・・・・・第二回転軸
１５・・・・・・Ｏリング
１６・・・・・・窓
１７・・・・・・パッキン
１８・・・・・・ゴム脚
２１・・・・・・ボルト
２２・・・・・・止ネジ
２３・・・・・・ナット
２４・・・・・・サラ小ネジ
２５・・・・・・ボルト
３０・・・・・・負圧センサー
４０・・・・・・三方弁
４１ａ・・・・・吸気口
５０・・・・・・真空ポンプ
５１ａ・・・・・排気口
６０・・・・・・二方弁
７０・・・・・・流量調整弁
７１ａ・・・・・吸気口
１１１・・・・・吸気配管
１１２・・・・・吸気配管
１２１・・・・・排気配管
１２２・・・・・排気配管
１２３・・・・・排気配管
１３１・・・・・センサー配管
２１０・・・・・交流電源
２２０・・・・・直流電源
２３０・・・・・第一スイッチ
２４０・・・・・第二スイッチ
２５０・・・・・第三スイッチ
２６０・・・・・リレー

Claims (7)

1. 本体と蓋より成り、前記本体と前記蓋の間をＯリングによって密閉している真空チャンバーに於いて、前記蓋は、一端を開閉手段によって前記本体と接続し、他端に前記蓋を持上げる取手を位置させたものであり、前記開閉手段は、前記蓋を閉じた時点で前記本体と前記蓋の間で平行な面を確保するものであり、更に前記本体内を真空引きした際には平行な面を確保しながら前記Ｏリングを圧縮することを特徴とする真空チャンバー。
2. 前記開閉手段は、第一ヒンジブロックと第二ヒンジブロックとヒンジ中継板によって構成され、前記第一ヒンジブロックは前記本体に固定され、前記第二ヒンジブロックは前記蓋に固定され、前記第一ヒンジブロックと前記第二ヒンジブロックはその間に前記ヒンジ中継板を位置させることで第一回転軸と第二回転軸を中心に回転可能に接続していることを特徴とする請求項１に記載の真空チャンバー。
3. 前記第一ヒンジブロックと前記第二ヒンジブロックは、概ね９０度の位置関係をもって固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空チャンバー。
4. 前記本体に、または前記本体に接続している排気配管に、圧力を測定する負圧センサーを接続し、上限設定圧力になると真空ポンプの電源供給を停止し、下限設定圧力になると前記真空ポンプの電源供給を開始することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の真空チャンバー。
5. 前記本体には、真空状態にした後に、必要に応じて必要とする種類の気体を供給可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の真空チャンバー。
6. 本体と蓋より成り、前記本体と前記蓋の間をＯリングによって密閉している真空保持方法に於いて、前記蓋は、一端を開閉手段によって前記本体と接続し、他端に前記蓋を持上げる持上手段を位置させたものであり、前記開閉手段は、前記蓋を閉じた時点で前記本体と前記蓋の間で平行な面を確保するものであり、更に前記本体内を真空引きした際には平行な面を確保しながら前記Ｏリングを圧縮することを特徴とする真空保持方法。
7. 前記開閉手段は、前記本体と前記蓋の間の面の関係を、１回の回転中心による場合の扇形となる関係に、もう１回の回転中心を含めた他の要素を加えることで、前記Ｏリングに接した時から圧縮を完了するまでの間、常に平行な面を保つようにしたことを特徴とする請求項６に記載の真空保持方法。

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