JP2013031269A - クローポール型ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造であって製造コストが比較的低く、小型化及び薄型化が可能なクローポール型ブラシレスモータを提供する。
【解決手段】クローポール型ブラシレスモータ１は、互いに対面交差する極歯３０ａ〜３０ｃ，４０ａ〜４０ｃをそれぞれ有する一対のステータヨーク３０，４０と、極歯３０ａ〜３０ｃ，４０ａ〜４０ｃの外周に配置されたコイル５０と、コイル５０に対して回転可能に配置されたロータ１０などを備えている。ヨーク４０のコイル５０に面する平板部４１には、複数の突起部４５が設けられている。各突起部４５は、コイル５０に向けて突出するように形成されている。コイル５０と平板部４１との間には隙間ができ、コイル５０の巻回端部５１ｂを、隙間を通して、容易にコイル５０の内側に引き出すことができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、クローポール型ブラシレスモータに関し、特に、比較的に薄型化できるクローポール型ブラシレスモータに関する。

クローポール型のブラシレスモータは、モータの薄型化（へん平化）、小型化の要請に対応可能な構造を有するものであり、例えば振動モータなどに用いられている。

クローポール型ブラシレスモータで薄型のものには、２つの平板状のヨークを各ヨークから突出する極歯が対面交差するように対向させ、２つのヨーク間であって極歯の外周に空芯コイルを配置してなる構造を有するものがある。空芯コイルの２つの巻回端部（コイル端）すなわち巻き始め端と巻き終わり端とは、それぞれコイルの内周側、外周側に位置する。

このような構造を有するモータでは、空芯コイルの２つの巻回端部を共にコイルの内周側又は外周側で結線する場合がある。この場合、特に小型のモータにおいては、ヨークとコイルとの間に巻回端部を通し、巻回端部を横断させる必要がある。巻回端部がヨークの外側を通るようにすると、その巻回端部の太さ分だけモータが大型化してしまうからである。しかしながら、ヨークとコイルとの間に巻回端部を通すと、その箇所だけ、少なくともコイルの導線１本分だけ厚みが大きくなり、モータの厚みが不均一になる場合がある。モータの厚みを意図的に均一にした場合、コイルとヨークとの間に隙間が生じ、コイルのガタつきによる異音が発生する場合がある。また、コイルに歪みが生じるなど、コイルが変形することがある。

下記特許文献１には、フレーム上にコイルの巻回端部を導出するための導出溝を設け、コイルの内周側から外周側に巻回端部を引き出せるようにした、面対向型の小型モータが開示されている。

特開平９−３２２５０３号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載されている小型モータでは、巻回端部が引き出される位置が、導出溝が設けられている位置に限定される。また、フレームなどが薄板である場合や、高硬度の素材を用いて形成されている場合には、導出溝を設けるための加工を行うことが困難である。例えばこれらの理由から、特許文献１に記載されているような構造は、上記のような薄型化可能なクローポール型ブラシレスモータに必ずしも適用可能ではない。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、簡素な構造であって製造コストが比較的低く、小型化及び薄型化が可能なクローポール型ブラシレスモータを提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、クローポール型ブラシレスモータは、それぞれ平板状に形成され、互いに対面交差する複数の極歯がそれぞれ周状に並ぶように突設された一対のステータヨークと、複数の極歯の外周に、一対のステータヨークの間に挟まれるようにして配置されたコイルと、複数の極歯に対向するように配置された磁石を有するロータとを備え、一対のステータヨークのうち少なくとも一方には、コイルに面する位置の一部にコイルに向けて突出するように形成された複数の突起部が設けられている。

好ましくは突起部は、プレス加工によりステータヨーク上に設けられており、突起部が設けられたステータヨークは、１つの板状部材から一体に形成されている。

好ましくはクローポール型ブラシレスモータは、一対のステータヨークの一方に沿うように配置され、コイルの巻回端部のうち少なくとも１つが接続された配線用基板をさらに備え、突起部は、一対のステータヨークのうち配線用基板に近接する一方に設けられている。

これらの発明に従うと、ステータヨークのコイルに面する位置の一部に、コイルに向けて突出する複数の突起部が設けられているので、コイルとステータヨークとの間に隙間ができる。そのため、コイルの巻回端部をコイル内周又は外周に引き回す際にこの隙間を利用することで、コイルを歪ませることなく組立てが可能になり、且つ、コイルのがたつきも防止できる。したがって、簡素な構造であって製造コストが比較的低く、小型化及び薄型化が可能なクローポール型ブラシレスモータを提供することができる。

本発明の実施の形態の１つにおけるクローポール型ブラシレスモータを示す分解斜視図である。 モータの斜視断面図である。 下ステータヨークを示す斜視図である。 モータの側断面図である。

以下、本発明の実施の形態の１つにおけるクローポール型ブラシレスモータ（以下、単にモータということがある。）について説明する。

本実施の形態において、クローポール型ブラシレスモータは、２つのステータヨークの間にコイルが配置された構造を有する、薄型（へん平型）で、インナーロータ型のものである。モータには、それを駆動するための駆動回路を有する配線用基板が、２つのステータヨークの少なくとも一方に沿うように設けられており、小型化が図られている。

［実施の形態］

図１は、本発明の実施の形態の１つにおけるクローポール型ブラシレスモータを示す分解斜視図である。

図１に示されるように、クローポール型ブラシレスモータ１は、大まかに、ケース２と、トッププレート８と、シャフト２５を中心軸として回転可能なロータ１０と、軸受（メタル）２１と、上ステータヨーク３０と、下ステータヨーク４０と、コイル５０と、配線用基板７０とを備えている。ロータ１０には、ロータ１０の重心がその回転軸から偏心するように、ウエイト１５が設けられている。モータ１は、ロータ１０の回転に伴い振動する振動モータである。

ケース２、上ステータヨーク３０、及び下ステータヨーク４０は、例えば軟磁性材料を用いて形成されている。モータ１において、上ステータヨーク３０と下ステータヨーク４０とは一対のステータヨークを構成する。各ステータヨーク３０，４０には、絶縁皮膜が施されている。上ステータヨーク３０と下ステータヨーク４０との間には、コイル５０が配置されている。なお、以下の説明において、上ステータヨーク３０と下ステータヨーク４０とのそれぞれを、ヨーク３０、ヨーク４０ということがある。

図１に示されるように、ヨーク３０には、３つの極歯３０ａ，３０ｂ，３０ｃが設けられている。ヨーク４０には、３つの極歯４０ａ，４０ｂ，４０ｃが設けられている。ヨーク３０，４０のそれぞれの極歯３０ａ〜３０ｃ，４０ａ〜４０ｃは、互いに対面交差するように、ロータ１０の回転中心に相当する位置を中心に、周状に並ぶように突設されている。

図２は、モータ１の斜視断面図である。

図２において示されている断面は、ロータ１０の回転軸すなわちシャフト２５の中心軸を通る平面である。

図１、図２を参照して、モータ１の各構成部材について説明する。

図２において、トッププレート８の図示は省略されている。トッププレート８はモータ１の上面を覆うように設けられており、ケース２の内部の各部材は露出していない。

図２に示されるように、モータ１において、ロータ１０、ヨーク３０，４０、及びコイル５０などは、ケース２の内部に配置される。配線用基板７０は、ケース２の底面に沿うようにモータ１の底部に配置されている。すなわち、配線用基板７０は、下ステータヨーク４０に沿うようにして配置されている。モータ１は、全体として、比較的薄く、平面視で（モータ１の上面から見て）円形の、コイン型に形成されている。

コイル５０は、銅線を巻回して円環形に構成された空芯コイルである。図２に示されるように、コイル５０は、ヨーク３０，４０間に挟まれるようにして、複数の極歯３０ａ〜３０ｃ，４０ａ〜４０ｃの外周に、環状に配置されている。

配線用基板７０は、例えばプリント配線基板である。図１に示されるように、配線用基板７０は、ケース２の底面すなわちモータ１の外周形状と略同じ円形の外周形状を有している。

配線用基板７０の上面には、駆動用ＩＣ７２、電子部品７３、及び接続パターン７５などが設けられている。駆動用ＩＣ７２、電子部品７３や接続パターン７５などは、例えばコイル５０に通電して、ロータ１０をコイル５０などに対して回転させる駆動回路を構成する。接続パターン７５の一部は、ケース２に対向する配線用基板７０の上面に露出している。接続パターン７５には、コイル５０の巻き始めの巻回端部（巻き始め線）５１ａ、巻き終わりの巻回端部（巻き終わり線）５１ｂのそれぞれ（図１に示す。）が、はんだ付けなどにより接続される。

図１に示されるように、ケース２は、下面が覆われた椀形状を有している。ケース２の中央部には、円筒状に形成された保持部２ｃが設けられている。保持部２ｃには、円柱形状の軸受（メタル）２１が圧入され、固定されている。軸受２１は、例えばすべり軸受であり、シャフト２５が貫通するようにして配置されている。また、軸受２１の底面には、スラスト板２７が配置されている。スラスト板２７は、ケース２の軸受２１と、配線用基板７０の上面との間に配置されている。これにより、ロータ１０がシャフト２５を中心に回転可能に軸支される。

ケース２の底面の一部には、穴部５が形成されている。穴部５は、配線用基板７０上の駆動用ＩＣ７２、電子部品７３、及び接続パターン７５などに対応する位置に配置されている。これにより、ケース２の底面に配線用基板７０を重ねたとき、駆動用ＩＣ７２や電子部品７３などがケース２の底面に干渉せず、穴部５を介してケース２の内部側から見える。また、ケース２の底面に配線用基板７０を重ねたとき、接続パターン７５が穴部５を介してケース２の内部側に露出する。コイル５０の２つの巻回端部５１ａ，５１ｂは、このようにケース２の内部側に露出する接続パターン７５に接続される。

図１に示されるように、ロータ１０は、環状磁石１１と、ロータスペーサ１２と、ウエイト１５と、シャフト２５とを有している。

環状磁石１１は、例えば、環状に連続して一体に形成された永久磁石であり、ロータスペーサ１２の側周部１２ａに保持されている。環状磁石１１は、例えば、複数の極歯（極歯３０ａ〜３０ｃ，４０ａ〜４０ｃ）に対応する複数の磁極（例えば６つの磁極）を有している。図２に示されるように、環状磁石１１は、周状に配置されている極歯３０ａ〜３０ｃ，４０ａ〜４０ｃに近接して対向するように、ロータ１０の外周部分に配置されている。

ロータスペーサ１２は、大まかに、下方に開口する椀形状を有している。図２に示されるように、ロータスペーサ１２は、円筒状の側周部１２ａと、側周部１２ａの上部からロータ１０の中央部にかけて略水平に形成された板状部１２ｂとを有している。ロータスペーサ１２の中央部には、保持孔部１２ｃが形成されている。板状部１２ｂの一部には、開口部１２ｈが形成されている。板状部１２ｂは、保持孔部１２ｃ及び開口部１２ｈを除き、側周部１２ａを塞ぐように形成されている。

側周部１２ａは、ロータスペーサ１２の外周をなし、環状磁石１１の内面に面するように形成されている。環状磁石１１は、ロータスペーサ１２の側周部１２ａすなわちロータスペーサ１２の外周に、側周部１２ａにその内周面が面するようにしてはめ込まれ、その状態でロータスペーサ１２に接着されて固定されている。

保持孔部１２ｃには、シャフト２５の上端部が貫入している。ロータスペーサ１２は、その中央部に、シャフト２５を保持している。シャフト２５は、保持孔部１２ｃに貫入した状態で、ロータスペーサ１２の上面すなわち板状部１２ｂから下方に突出するように、ロータスペーサ１２に固定されている。ロータ１０は、シャフト２５を回転軸として回転可能に、ケース２内に配置されている。

シャフト２５は、その下端部がスラスト板２７に当接するようにして、軸受２１に対して回転方向に摺動可能に、軸受２１に貫装されている。これにより、ロータ１０は、シャフト２５とともに回転可能に保持されている。なお、シャフト２５は、トッププレート８を貫通していない。

ロータスペーサ１２は、例えば軟磁性材料を用いて形成されている。本実施の形態において、ロータスペーサ１２は、例えば、プレス加工や板金加工などにより製造可能であるが、これに限られるものではない。また、硬磁性材料を用いて形成されていたり、これらと樹脂等を併せて用いて形成されていたりしてもよい。

ウエイト１５は、例えば半円盤形状を有する重りである。図１に示されるように、ウエイト１５は、側周部１２ａ及び板状部１２ｂで囲まれたロータスペーサ１２の底面側に開口する空間のうち、ロータ１０の中心部を除いて、底面視でその略半周部分を占めるような形状に形成されている。ウエイト１５は、例えばタングステン合金など、比重が大きい金属を用いて形成されている。なお、ウエイト１５の材質はこれに限られるものではない。

ウエイト１５は、例えば、接着又は溶接などにより、ロータスペーサ１２に固定されている。ウエイト１５の体積、比重は比較的大きいので、ロータ１０の重心の偏心量をより大きくすることができる。ウエイト１５は、ロータ１０の中心部に相当する部分はくり抜かれた形状を有しているので、モータ１の重量に比して、大きな振動を発生させることができる。

図２に示されるように、ロータ１０は、シャフト２５が軸受２１を貫通し、シャフト２５の下端部がワッシャ２７に接触するようにして、ケース２に配置されている。ロータ１０がシャフト２５を回転軸として回転するとき、シャフト２５が軸受２１に対して摺動する。このとき、ロータ１０は、ワッシャ２７によりシャフト２５の軸方向に支えられて、回転する。

図１に示されるように、ヨーク３０とヨーク４０とは、それぞれ、平板部（ヨークつば部）３１，４１を有している。平板部３１，４１は、それぞれ、平面視でケース２の内側壁面よりもわずかに小さい円板状の外周形状を有しており、ヨーク３０とヨーク４０とは、ケース２の内部に軽圧入で取り付けられている。これにより、ヨーク３０と、ヨーク４０と、ケース２とで、磁気回路が構成されている。

ヨーク３０，４０は、平板部３１，４１でコイル５０を上下方向に挟むようにして重ねられている。ヨーク３０，４０は、極歯３０ａ，３０ｂ，３０ｃと極歯４０ａ，４０ｂ，４０ｃとが相対向するような向きで、重ねられている。このようにヨーク３０，４０が重ねられた状態で、極歯３０ａ〜３０ｃ，４０ａ〜４０ｃは、上面視で、反時計回りに、極歯３０ａ、極歯４０ａ、極歯３０ｂ、極歯４０ｂ、極歯３０ｃ、極歯４０ｃと周状に並ぶように配置されている。

各極歯３０ａ〜３０ｃ，４０ａ〜４０ｃは、例えば、ヨーク３０，４０の平板部３１，４１から折り曲げられることで形成されている。すなわち、ヨーク３０，４０は、それぞれ、１つの板状部材から極歯３０ａ〜３０ｃ，４０ａ〜４０ｃに相当する部位をプレス加工などにより折り曲げて形成することにより、他の部材を接合することなく、一体に成形されている。ヨーク３０，４０のうち極歯３０ａ〜３０ｃ，４０ａ〜４０ｃが設けられた部位よりも内側の部位は空いており、ロータ１０が配置されるスペースとなっている。これにより、上記の通り、ロータ１０の環状磁石１１は、極歯３０ａ〜３０ｃ，４０ａ〜４０ｃに対向するように配置されている。

図２に示されるように、コイル５０は、周状に並ぶ複数の極歯３０ａ〜３０ｃ，４０ａ〜４０ｃの外周に配置されている。モータ１は、コイル５０によりヨーク３０，４０が励磁され、極歯３０ａ〜３０ｃと極歯４０ａ〜４０ｃとが励磁されることで駆動される。すなわち、ロータ１０は、コイル５０及び極歯３０ａ〜３０ｃ，４０ａ〜４０ｃに対して回転可能である。ここで、図２に示されるように、極歯３０ａ〜３０ｃ，４０ａ〜４０ｃのそれぞれは、ロータ１０との距離すなわち環状磁石１１の側周面との距離が、反時計回り方向に徐々に小さくなるように形成されている。これにより、コイル５０を用いてモータ１を容易に駆動可能に構成されている。

図１などに示されるように、モータ１は、例えば次のような手順で一体に組み立てられている。すなわち、ケース２の内部に、ケース２の底部内面側から、ヨーク４０、コイル５０、ヨーク３０を順に配置する。ケース２の底面には配線用基板７０を配置して、コイル５０の２つの巻回端部５１ａ，５１ｂを、配線用基板７０の接続パターン７５に接続する。そして、ヨーク３０，４０の中央部にロータ１０を配置し、モータ１の上面から、ケース２の内部をトッププレート８で覆う。なお、組立て手順は、これに限られるものではない。

図３は、下ステータヨーク４０を示す斜視図である。

本実施の形態において、ヨーク４０の平板部４１には、複数の突起部４５が形成されている。図３に示されるように、突起部４５は、それぞれ、ヨーク４０の平板部４１のうち、コイル５０の底面に面する位置の一部に形成されている。

突起部４５は、平板部４１のうち極歯４０ａ〜４０ｃのそれぞれが設けられている部位の近傍に１つずつ、合計３つが設けられている。３つの突起部４５は、互いに、コイル５０の巻回方向に沿って、略均等な間隔で配置されている。

各突起部４５は、平面視で略円形であって、平板部４１から上方に山形に隆起している。各突起部４５は、例えばプレス加工により平板部４１から上方に押し出されることで形成されている。すなわち、ヨーク４０は、突起部４５も含めて、１つの板状部材から一体に形成されている。なお、各突起部４５の平板部４１からの突出高さは、わずかであって、例えばコイル５０の巻回端部５０ａ，５０ｂの太さより若干大きい程度に設定されている。

図４は、モータ１の側断面図である。

図４に示されるように、ヨーク４０に３つの突起部４５が形成されていることにより、コイル５０は、３つの突起部４５に接触し、略水平に、安定した姿勢で、ヨーク４０上に配置されている。このようにコイル５０が配置されていることにより、コイル５０の底面は、ヨーク４０の平板部４１の上面に密着しない。すなわち、コイル５０は、コイル５０の底面とヨーク４０の平板部４１の上面との間に、図４に寸法Ｘで示すように隙間を設けた状態で、ヨーク３０，４０間に配置されている。この隙間は、突起部４５の平板部４１からの突出高さ、すなわちコイル５０の巻回端部５０ａ，５０ｂの太さより若干大きい程度の高さになっている。

このようにコイル５０とヨーク４０の平板部４１との間に隙間が設けられているので、コイル５０の実装時において、コイル５０の外側の巻回端部５１ｂは、コイル５０と平板部４１との間の隙間を通され、コイル５０を横断するようにしてコイル５０の内側（ロータ１０の回転中心側）に引き込まれる。これにより、コイル５０の外側の巻回端部５１ｂは、コイル５０の内側の巻回端部５１ａと同様に、コイル５０の内側において、接続パターン７５に接続される。

［実施の形態における効果］

以上説明したように、本実施の形態において、ヨーク４０の平板部４１のうち、コイル５０に面する位置の一部に、コイル５０に向けて突出する突起部４５が設けられているので、コイル５０と平板部４１との間に隙間ができる。これにより、コイル５０の２つの巻回端部５１ａ，５１ｂを、容易に、コイル５０の内側に引き出すことができる。突起部４５は３つ設けられているので、コイル５０は、ヨーク３０，４０の平板部３１，４１に対して傾かず、略水平に配置される。したがって、ヨーク３０，４０により、均一にコイルを保持することができるので、コイル５０の変形を防止することができ、コイル５０が傷つくことがなくなる。また、ガタツキによる異音も防止できる。また、モータ１を安定して動作させることができる。モータ１は、簡素な構成を有しているので、モータ１の製造コストが比較的低くなる。

巻回端部５１ｂは、コイル５０と平板部４１との間の隙間を通されるので、ヨーク４０とケース２との間には巻回端部５１ｂを通す必要がなくなり、配線用基板７０もケース２の底面に沿うように配置させることができる。したがって、モータ１を小型化及び薄型化でき、かつ、モータ１を比較的単純な製造手順で、容易に製造可能になる。ヨーク４０とケース２０とを近接させることができるので、漏れ磁束を少なくして、モータ１の効率を高くすることができる。

各突起部４５は、平板部４１のうち一部にのみ設けられているので、コイル５０の巻回端部５１ｂをコイル５０の内側に引き出すことのできる隙間のある範囲は広くなる。そのため、コイル５０の巻回端部５１ｂの位置を、ヨーク４０やケース２などに対して位置決めする必要がなくなる。また、ヨーク４０に巻回端部５１ｂを通すための溝部などを形成する必要がないため、ヨーク４０が電磁鋼板のように比較的加工しにくい材料からなる場合であっても、モータ１の製造を容易に行うことができる。巻回端部５１ｂが接続される配線用基板７０に近い側のヨーク４０に突起部４５が設けられているので、巻回端部５１ｂの取り回しを容易に行うことができ、モータ１の内部における配線の長さを短くすることができる。

本実施の形態において、極歯４０ａ〜４０ｃ、平板部４１、及び３つの突起部４５が、１つの板状部材にプレス加工などを施すことなどにより、一体に形成されている。したがって、ヨーク４０をより容易に形成することができ、ヨーク４０の製造コストを低減できる。

［その他］

下ステータヨークや上ステータヨークは、それぞれ、複数の部材を溶接や接着などにより接合することにより形成されていてもよい。突起部は、例えば、別に形成された部材を平板部に配置したり、はんだなどの別の材料を平板部に盛ったりすることなどにより形成されていてもよい。

モータは、コイルの内側の巻回端部を、コイルとヨークの平板部との隙間を通してコイルの外側に引き出すようにして構成されていてもよい。また、配線用基板は、ケースの内部に、上ステータヨーク又は下ステータヨークに沿うようにして配置されていてもよい。配線用基板は、ケースとは別の位置に、モータ１の本体とは離れた位置に設けられていてもよい。配線用基板は、駆動用ＩＣや回路基板を有していないものであってもよい。

上ステータヨーク側に突起部が設けられていることで、上ステータヨークの平板部とコイルとの間に隙間が設けられており、その隙間を介してコイルの巻回端部がコイルの内側又は外側に引き出されるように構成されていてもよい。

ロータの構成やロータスペーサの形状などは、上述に限られない。ウエイトは設けられていなくてもよく、モータは振動モータでなくてもよい。ケースにシャフトが保持されており、ロータはそのシャフトを貫通する軸受を保持していてもよい。モータは、すべり軸受やワッシャに代えて、他の形式の軸受などを用いたものであってもよい。

磁極の数や極歯の数は上述に限られず、さらに多くてもよいし、これより少なくてもよい。

上記実施の形態やその変型例のそれぞれの特徴点は、適宜組み合わせられてもよい。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ クローポール型ブラシレスモータ
２ ケース
１０ ロータ
１１ 環状磁石
１５ ウエイト
３０ 上ステータヨーク
３１ 平板部
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ 上ステータヨークの極歯
４０ 下ステータヨーク
４１ 平板部
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ 下ステータヨークの極歯
４５ 突起部
５０ コイル
５１ａ，５１ｂ コイルの巻回端部
７０ 配線用基板

Claims (3)

1. それぞれ平板状に形成され、互いに対面交差する複数の極歯がそれぞれ周状に並ぶように突設された一対のステータヨークと、
   前記複数の極歯の外周に、前記一対のステータヨークの間に挟まれるようにして配置されたコイルと、
   前記複数の極歯に対向するように配置された磁石を有するロータとを備え、
   前記一対のステータヨークのうち少なくとも一方には、前記コイルに面する位置の一部に前記コイルに向けて突出するように形成された複数の突起部が設けられている、クローポール型ブラシレスモータ。
2. 前記突起部は、プレス加工により前記ステータヨーク上に設けられており、
   前記突起部が設けられたステータヨークは、１つの板状部材から一体に形成されている、請求項１に記載のクローポール型ブラシレスモータ。
3. 前記一対のステータヨークの一方に沿うように配置され、前記コイルの巻回端部のうち少なくとも１つが接続された配線用基板をさらに備え、
   前記突起部は、前記一対のステータヨークのうち前記配線用基板に近接する一方に設けられている、請求項１に記載のクローポール型ブラシレスモータ。

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