JP2013079671A - チェーンガイドおよびチェーン伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた耐久性をもつチェーンガイドを提供する。
【解決手段】チェーン５の走行方向に延びるガイドベース１５と、そのガイドベース１５にチェーン５の走行方向に沿って円弧状に並んで取り付けられた複数のローラ軸１６と、その各ローラ軸１６に回転可能に支持されたローラ１７_１，１７_２，１７_３，１７_４，１７_５とからなり、その各ローラ１７_１，１７_２，１７_３，１７_４，１７_５でチェーン５を転がり案内するチェーンガイドにおいて、ローラ１７_３とチェーン５の接触点Ｐ_３が、その上流側と下流側に隣り合うローラ１７_１，１７_２，１７_４，１７_５に沿って描かれる回帰円Ｒ_３よりも外側に０．８ｍｍ以内かつ内側に１．０ｍｍ以内の範囲に存在するように各ローラ１７_１，１７_２，１７_３，１７_４，１７_５を配置する。
【選択図】図８

Description

この発明は、トルク伝達用チェーンの走行を案内するチェーンガイドおよびそのチェーンガイドを用いたチェーン伝動装置に関する。

自動車エンジンは、クランク軸の回転をタイミングチェーン（以下、単に「チェーン」という）を介してカム軸に伝達し、そのカム軸の回転により燃焼室のバルブを開閉する。

このようなカム軸駆動用のチェーン伝動装置として、クランク軸に取り付けられた駆動スプロケットと、カム軸に取り付けられた従動スプロケットと、駆動スプロケットと従動スプロケットの間に掛け渡されたチェーンと、そのチェーンの弛み側に配置された揺動可能なチェーンガイドと、そのチェーンガイドをチェーンに向けて押圧するチェーンテンショナと、チェーンの張り側に配置された固定のチェーンガイドとを有するものが多く用いられる。

ここで、揺動側のチェーンガイドは、チェーンテンショナの付勢力でチェーンを押圧することによりチェーンの張力を一定に保ち、固定側のチェーンガイドは、理想的なチェーンの走行ラインを保ちながらチェーンの振動を抑制する。

かかるチェーン伝動装置で使用される揺動側のチェーンガイドや固定側のチェーンガイドとして、チェーン走行方向に沿って延びる案内面をチェーンに滑り接触させる形式のものが知られているが、この滑り形式のチェーンガイドは、チェーンに対する接触が滑り接触なので、チェーンの走行抵抗が大きく、トルクの伝達ロスが大きいという問題がある。

このような問題を解消するため、本願発明の発明者らは、チェーンの走行方向に延びるガイドベースと、そのガイドベースにチェーンの走行方向に沿って同一円周上に並んで取り付けられた複数のローラ軸と、その各ローラ軸に回転可能に支持されたローラとからなり、そのローラで前記チェーンを転がり案内するチェーンガイドを提案している（特許文献１）。

このチェーンガイドは、チェーンに対する接触が転がり接触なので、チェーンの走行抵抗が小さく、トルクの伝達ロスが小さいという特徴がある。

国際公開２０１０／０９０１３９号

ところで、この発明の発明者らは、上記転がり形式のチェーンガイドの耐久性を評価するために、クランク軸に取り付けた駆動スプロケットとカム軸に取り付けた従動スプロケットの間にチェーンを掛け渡し、そのチェーンの走行を転がり形式のチェーンガイドで案内する試験機を製作し、その試験機のクランク軸をレッドゾーン域で回転させる耐久試験を行なった。

この結果、レッドゾーン域で数千時間を経過した後も、チェーンガイドの各ローラが損傷せずに使用することができ、実用に耐える程度の耐久性を有することを確認することができたが、更に長時間にわたって耐久試験を継続したところ、ローラ軸にうろこ状の剥離（フレーキング）が生じる場合があり、このとき、最初に剥離を生じるローラ軸はいつも同じ位置のローラ軸であり、その特定のローラ軸の剥離によりチェーンガイドが寿命に至ることが分かった。

この発明が解決しようとする課題は、優れた耐久性をもつチェーンガイドを提供することである。

本願発明の発明者らは、チェーンから各ローラにかかる荷重を均一化することで、各ローラの寿命を均一化し、チェーンガイドの寿命を全体として延ばすことができる可能性に着眼した。そして、ローラとチェーンの接触点が、チェーン走行方向のチェーン上流側と下流側に隣り合うローラに沿って描かれる基準円に対して外側にずれた配置となっている場合、その外側にずれたローラにかかる荷重が、上流側と下流側に隣り合うローラにかかる荷重よりも大きくなる傾向にあることを見出し、各ローラにかかる荷重を均一化するために、ローラとチェーンの接触点が、その上流側と下流側に隣り合うローラに沿って描かれる基準円に対して極力外側にずれないように配置したのである。

具体的には、前記ローラとチェーンの接触点が、チェーン走行方向のチェーン上流側と下流側に隣り合うローラに沿って描かれる基準円よりも外側に０．８ｍｍ以内かつ内側に１．０ｍｍ以内の範囲に存在するように前記各ローラを配置した。

このようにすると、ローラとチェーンの接触点の存在する範囲が、チェーン走行方向のチェーン上流側と下流側に隣り合うローラに沿って描かれる基準円よりも外側に０．８ｍｍ以内なので、チェーンから特定のローラにかかる荷重が、チェーン走行方向のチェーン上流側と下流側に隣り合うローラにかかる荷重よりも大きくなるのを防止することができる。また、ローラとチェーンの接触点の存在する範囲が、チェーン走行方向のチェーン上流側と下流側に隣り合うローラに沿って描かれる基準円よりも内側に１．０ｍｍ以内なので、チェーンから特定のローラにかかる荷重よりも、チェーン走行方向のチェーン上流側と下流側に隣り合うローラにかかる荷重が大きくなるのを防止することができる。その結果、チェーンから各ローラにかかる荷重が均一化され、各ローラの寿命を均一化し、チェーンガイドの寿命を全体として延ばすことができる。

ここで、チェーン走行方向の上流端から３番目以降かつ下流端からも３番目以降のローラについては、そのローラの上流側に隣り合う２個のローラと下流側に隣り合う２個のローラに基づく回帰円を前記基準円としてローラの配置を行なうことができる。

また、チェーン走行方向の上流端から２番目のローラについては、上流端のローラと上流端から３番目のローラと上流端から４番目のローラに共通して接する外接円を前記基準円として前記ローラの配置を行なうことができる。同様に、チェーン走行方向の下流端から２番目のローラについては、下流端のローラと下流端から３番目のローラと下流端から４番目のローラに共通して接する外接円を前記基準円として前記ローラの配置を行なうことができる。

前記ガイドベースは、前記チェーンの走行方向に沿って長く延びて前記各ローラ軸の両端を支持する一対の側板と、隣り合うローラ軸の間に配置されて前記一対の側板を連結する複数の連結部とを有する構成のものを採用することができる。

また、この発明では、上記のチェーンガイドを用いたチェーン伝動装置として、駆動スプロケットと従動スプロケットの間に掛け渡されたチェーンと、そのチェーンの弛み側に設けられた揺動可能な上記のチェーンガイドと、そのチェーンガイドをチェーンに向けて押圧するチェーンテンショナとを有するチェーン伝動装置を提供する。

チェーンの張り側に固定のチェーンガイドを更に設ける場合、その固定のチェーンガイドにも上記チェーンガイドを使用することができる。

この発明のチェーンガイドは、各ローラとチェーンの接触点が、その上流側と下流側に隣り合うローラに沿って描かれる基準円よりも外側に０．８ｍｍ以内かつ内側に１．０ｍｍ以内の範囲に存在するように各ローラが配置されているので、チェーンから各ローラにかかる荷重が均一化され、特定のローラが他のローラよりも短寿命となるのを防止することができ、その結果、優れた耐久性を発揮する。

この発明の実施形態のチェーン伝動装置を示す概略図 図１に示すチェーンガイドの斜視図 図２に示すチェーンガイドの縦断面図 図３に示すチェーンガイドの右側面図 図３のV−V線に沿った断面図 図５に示すローラの拡大断面図 ガイドベースの一部とローラとを示す分解正面図 図３に示すチェーンガイドの上流側から３番目のローラの配置方法を示す図 図３に示すチェーンガイドの上流側から２番目のローラの配置方法を示す図 図８に示す３番目のローラの拡大図 図９に示す２番目のローラの拡大図

図１に、この発明の実施形態のチェーンガイドを組み込んだチェーン伝動装置を示す。このチェーン伝動装置は、エンジンのクランク軸１に固定して取り付けられた駆動スプロケット２と、カム軸３に固定して取り付けられた従動スプロケット４と、駆動スプロケット２と従動スプロケット４の間に掛け渡されたチェーン５を有し、このチェーン５を介してクランク軸１の回転をカム軸３に伝達し、そのカム軸３の回転により燃焼室のバルブ（図示せず）を開閉する。

エンジンが作動しているときのクランク軸１の回転方向は一定（図では右回転）であり、このときチェーン５は、クランク軸１の回転に伴って駆動スプロケット２に引き込まれる側の部分が張り側となり、駆動スプロケット２から送り出される側の部分が弛み側となる。そして、チェーン５の弛み側には、支点軸６を中心として揺動可能に支持されたチェーンガイド７と、チェーンガイド７をチェーン５に向けて押圧するチェーンテンショナ８とが設けられている。一方、チェーン５の張り側には、固定のチェーンガイド９が設けられている。

チェーンガイド７は、チェーン５に沿って上下に長く延び、その上端部に設けた挿入孔１０に支点軸６が挿入され、この支点軸６を中心に揺動可能に支持されている。チェーンガイド７の揺動端部にはチェーンテンショナ８が接触しており、このチェーンテンショナ８によってチェーンガイド７はチェーン５に向けて押圧されている。

チェーンガイド９も、チェーンガイド７と同様に、チェーン５に沿って上下に長く延びる形状である。チェーンガイド９は、上下両端部にそれぞれ設けられた挿入孔１３にボルト１４が挿入され、このボルト１４の締め付けによって固定されている。

ここで、揺動側のチェーンガイド７と固定側のチェーンガイド９とを対比した場合、揺動側のチェーンガイド７は、一端部に揺動の支点軸６を挿入するための挿入孔１０が形成されているのに対し、固定側のチェーンガイド９は、両端部に固定用のボルト１４を挿入するための挿入孔１３が形成されている点で相違するが、その他の点では同一の構成である。

そのため、揺動側のチェーンガイド７について以下に説明し、固定側のチェーンガイド９については、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。

図２〜図４に示すように、チェーンガイド７は、チェーン５の走行方向に延びるガイドベース１５と、そのガイドベース１５にチェーン５の走行方向に沿って円弧状に並んで取り付けられた複数のローラ軸１６と、その各ローラ軸１６に回転可能に支持されたローラ１７とからなる。

ガイドベース１５は、チェーン５の走行方向に沿って長く延びて各ローラ軸１６の両端を支持する対向一対の側板１８，１８と、隣り合うローラ軸１６の間に配置されて側板１８，１８同士を連結する連結部１９とを有する。連結部１９は、その両端が側板１８に固定され、側板１８の対向間隔を保持している。図３および図７に示すように、各側板１８の互いに対向する対向面には、ローラ軸１６の軸端を支持する円形凹部２０と、側板１８の凸側の縁から円形凹部２０に連通する軸導入溝２１とが設けられている。

図７に示すように、軸導入溝２１は、側板１８の凸側の縁から円形凹部２０に向かって次第に溝幅が狭くなるテーパ状に形成され、この軸導入溝２１を通じてローラ軸１６の軸端を円形凹部２０に導入するようになっている。ここで、円形凹部２０内に導入されたローラ軸１６の軸端が軸導入溝２１に逆戻りするのを防止するため、軸導入溝２１は、狭小部分の幅Ｄ_１が円形凹部２０の内径Ｄ_２よりも小さくなるよう形成されている。

円形凹部２０の内径Ｄ_２は、ローラ軸１６の軸端の外径ｄよりもわずかに小径とされ、ローラ軸１６の軸端が締め代をもって円形凹部２０に嵌合するようになっている。

ガイドベース１５は、繊維強化材を配合した合成樹脂の射出成形により形成することができる。合成樹脂としては、例えば、ＰＡ６６やＰＡ４６などのポリアミド（ＰＡ）を使用することができる。合成樹脂に配合する繊維強化材は、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などを使用することができる。ガイドベース１５はアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽金属で形成してもよい。

ローラ軸１６は、ＳＵＪ２やＳＣ材等の鋼材で形成された中実の円柱体であり、表面の耐摩耗性を向上させるために熱処理が施されている。熱処理としては、光輝焼入れ、高周波焼入れが挙げられる。

図５、図６に示すように、ローラ１７は、ローラ軸１６の外周に回転可能に装着され、ローラ１７の円筒状の外周面１７ａがチェーン５に接触して案内を行なう。ここで、ローラ１７は、外輪２２と、外輪２２の内側に組み込まれた複数のころ２３と、これらのころ２３を保持する保持器２４とからなるころ軸受である。外輪２２は、ＳＰＣやＳＣＭ等の鋼板を絞り成形してカップ状とされたシェル形外輪である。外輪２２の両端には、内向きの鍔２５が形成されている。

外輪２２の外径は１０ｍｍ〜２５ｍｍの範囲に設定されており、全ての外輪２２の外径が同一の大きさとされている。外輪２２は、熱処理を施すことにより硬化した熱処理品であり、熱処理によって外周面１７ａの耐摩耗性が確保されている。外輪２２の熱処理としては、高周波焼入れ、浸炭処理、浸炭窒化処理が挙げられる。また、外輪２２の外周面１７ａの円筒度は、熱処理後の状態で２０μｍ以下となっている。

なお、この実施形態では、ローラ１７を軽量化してチェーン５の走行抵抗を最小限に抑えるためにころ軸受を単独でローラ１７として用いているが、ころ軸受の外輪２２の外周に円筒状の樹脂部材や鉄部材を取り付けたものをローラ１７として用いてもよく、ころ軸受にかえて他の形式の軸受を用いることも可能である。ここで、ころ軸受とは、円筒ころ軸受および針状ころ軸受をいう。

各ローラ１７は、ローラ１７とチェーン５の接触点が、チェーン５の走行方向の上流側と下流側に隣り合うローラ１７に沿って描かれる基準円よりも外側に０．８ｍｍ以内かつ内側に１．０ｍｍ以内の範囲に存在するように配置されている。

以下、図８、図９に示すように、各ローラ１７をチェーン５の走行方向の上流側から下流側に向かって順にローラ１７_１，１７_２，１７_３，１７_４，１７_５，・・・と称してその配置を具体的に説明する。ここで、ローラの数は１７_１〜１７_７までの計７個とする。

まず、チェーン５の走行方向の上流端から３番目以降かつ下流端からも３番目以降のローラ１７_３，１７_４，１７_５の配置について説明する。例えば、図８に示すように、チェーン走行方向の上流端から３番目（下流端から５番目）のローラ１７_３は、そのローラ１７_３の上流側に隣り合う２個のローラ１７_１，１７_２と下流側に隣り合う２個のローラ１７_４，１７_５に基づく回帰円Ｒ_３を描き、この回帰円Ｒ_３を基準円として用いる。回帰円Ｒ_３は、この場合４個のローラ１７_１，１７_２，１７_４，１７_５の外周面からの距離の二乗平均が最小となるような円であり、各ローラ１７_１，１７_２，１７_４，１７_５の中心位置と半径から求めることができる。

そして、図１０に示すように、回帰円Ｒ_３よりも半径が０．８ｍｍ大きい円と回帰円Ｒ_３よりも半径が１．０ｍｍ小さい円とで挟まれる領域にローラ１７_３とチェーン５の接触点Ｐ_３が存在するようにローラ１７_３を配置する。ローラ１７_３とチェーン５の接触点Ｐ_３は、回帰円Ｒ_３の中心とローラ１７_３の中心を結ぶ直線Ｌ_３がローラ１７_３の外周面に交わる交点である。他のローラ１７_４，１７_５の配置も同様にして行なわれている。

次に、チェーン５の走行方向の上流端から２番目のローラ１７_２と下流端から２番目のローラ１７_６の配置について説明する。例えば、図９に示すように、チェーン５の走行方向の上流端から２番目のローラ１７_２は、上流端のローラ１７_１と上流端から３番目のローラ１７_３と上流端から４番目のローラ１７_４に共通して接する外接円Ｒ_２を描き、この外接円Ｒ_２を基準円として用いる。

そして、図１１に示すように、外接円Ｒ_２よりも半径が０．８ｍｍ大きい円と外接円Ｒ_２よりも半径が１．０ｍｍ小さい円とで挟まれる領域にローラ１７_２とチェーン５の接触点Ｐ_２が存在するようにローラ１７_２を配置する。ローラ１７_２とチェーン５の接触点Ｐ_２は、外接円Ｒ_２の中心とローラ１７_２の中心を結ぶ直線Ｌ_２がローラ１７_２の外周面に交わる交点である。下流端から２番目のローラ１７_６の配置も同様にして行なわれている。

次に、上記構成からなるチェーン伝動装置の動作例を説明する。

エンジンが作動しているとき、駆動スプロケット２と従動スプロケット４の間でチェーン５が走行し、そのチェーン５によってクランク軸１からカム軸３にトルクが伝達される。このとき、揺動側のチェーンガイド７は、チェーンテンショナ８の付勢力でチェーン５を押圧することによりチェーン５の張力を一定に保ち、固定側のチェーンガイド９は、理想的なチェーン５の走行ラインを保ちながらチェーン５の振動を抑制する。

ここで、チェーンガイド７，９の各ローラ１７は、チェーン５を構成する各コマの背側の縁に接触しながら回転し、チェーン５を転がり案内する。ここで、チェーン５とチェーンガイド７，９の接触が転がり接触なので、チェーン５の走行抵抗が小さく、トルクの伝達ロスが小さい。

ところで、図８に示すローラ１７_３とチェーン５の接触点Ｐ_３が、仮に、その上流側と下流側に隣り合うローラ１７_１，１７_２，１７_４，１７_５に沿って描かれる回帰円Ｒ_３に対して外側に０．８ｍｍよりも大きくずれた配置となっている場合、チェーン５からローラ１７_３にかかる荷重が、チェーン５から上流側と下流側に隣り合うローラ１７_２，１７_４にかかる荷重よりも大きくなるので、そのローラ１７_３が他のローラ１７_２，１７_４よりも先に損傷し、チェーンガイド７が寿命に至ることになる。また逆に、図８に示すローラ１７_３とチェーン５の接触点Ｐ_３が、仮に、その上流側と下流側に隣り合うローラ１７_１，１７_２，１７_４，１７_５に沿って描かれる回帰円Ｒ_３に対して内側に１．０ｍｍよりも大きくずれた配置となっている場合、その内側にずれたローラ１７_３にかかる荷重よりも、上流側と下流側に隣り合うローラ１７_２，１７_４にかかる荷重が大きくなり、そのいずれかのローラ１７_２，１７_４がローラ１７_３よりも先に損傷し、チェーンガイド７が寿命に至ることになる。

これに対し、この実施形態のチェーンガイド７は、図８に示すローラ１７_３とチェーン５の接触点Ｐ_３の存在する範囲が、その上流側と下流側に隣り合うローラ１７_１，１７_２，１７_４，１７_５に沿って描かれる回帰円Ｒ_３よりも外側に０．８ｍｍ以内なので、チェーン５からローラ１７_３にかかる荷重が、その上流側と下流側に隣り合うローラ１７_２，１７_４にかかる荷重よりも大きくなるのを防止することができる。また、ローラ１７_３とチェーン５の接触点Ｐ_３の存在する範囲が、その上流側と下流側に隣り合うローラ１７_１，１７_２，１７_４，１７_５に沿って描かれる回帰円Ｒ_３よりも内側に１．０ｍｍ以内なので、チェーン５からローラ１７_３にかかる荷重よりも、その上流側と下流側に隣り合うローラ１７_２，１７_４にかかる荷重が大きくなるのを防止することができる。その結果、チェーン５から各ローラ１７_２〜１７_４にかかる荷重が均一化され、各ローラ１７_２〜１７_４の寿命を均一化し、チェーンガイド７の寿命を全体として延ばすことができる。

同様に、図９に示すローラ１７_２とチェーン５の接触点Ｐ_２の存在する範囲が、その上流側と下流側に隣り合うローラ１７_１，１７_３，１７_４に沿って描かれる外接円Ｒ_２よりも外側に０．８ｍｍ以内なので、チェーン５からローラ１７_２にかかる荷重が、その上流側と下流側に隣り合うローラ１７_１，１７_３にかかる荷重よりも大きくなるのを防止することができる。また、ローラ１７_２とチェーン５の接触点Ｐ_２の存在する範囲が、その上流側と下流側に隣り合うローラ１７_１，１７_３，１７_４に沿って描かれる外接円Ｒ_２よりも内側に１．０ｍｍ以内なので、チェーン５からローラ１７_２にかかる荷重よりも、その上流側と下流側に隣り合うローラ１７_１，１７_３にかかる荷重が大きくなるのを防止することができる。その結果、チェーン５から各ローラ１７_１〜１７_３にかかる荷重が均一化され、各ローラ１７_１〜１７_３の寿命を均一化し、チェーンガイド７の寿命を全体として延ばすことができる。

以上のように、この実施形態のチェーンガイド７は、各ローラ１７とチェーン５の接触点が、その上流側と下流側に隣り合うローラ１７に沿って描かれる基準円よりも外側に０．８ｍｍ以内かつ内側に１．０ｍｍ以内の範囲に存在するように各ローラ１７が配置されているので、チェーン５から各ローラ１７にかかる荷重が均一化され、特定のローラ１７が他のローラ１７よりも短寿命となるのを防止することができ、その結果、優れた耐久性を発揮する。

クランク軸１の回転をカム軸３に伝達するチェーン５としては、サイレントチェーンのほか、ローラチェーンや、ローラチェーンからローラを省いたブシュチェーン等を採用することができる。

２ 駆動スプロケット
４ 従動スプロケット
５ チェーン
６ 支点軸
７ チェーンガイド
８ チェーンテンショナ
１５ ガイドベース
１６ ローラ軸
１７，１７_１，１７_２，１７_３，１７_４，１７_５ ローラ
２２ 外輪
Ｐ_２，Ｐ_３ 接触点
Ｒ_２ 外接円
Ｒ_３ 回帰円

Claims (7)

1. チェーンの走行方向に延びるガイドベースと、そのガイドベースにチェーンの走行方向に沿って円弧状に並んで取り付けられた複数のローラ軸と、その各ローラ軸に回転可能に支持されたローラとからなり、その各ローラで前記チェーンを転がり案内するチェーンガイドにおいて、
   前記ローラとチェーンの接触点が、その上流側と下流側に隣り合うローラに沿って描かれる基準円よりも外側に０．８ｍｍ以内かつ内側に１．０ｍｍ以内の範囲に存在するように前記各ローラを配置したことを特徴とするチェーンガイド。
2. チェーン走行方向の上流端から３番目以降かつ下流端からも３番目以降のローラについては、そのローラの上流側に隣り合う２個のローラと下流側に隣り合う２個のローラに基づく回帰円を前記基準円として前記ローラの配置がされている請求項１に記載のチェーンガイド。
3. チェーン走行方向の上流端から２番目のローラについては、上流端のローラと上流端から３番目のローラと上流端から４番目のローラに共通して接する外接円を前記基準円として前記ローラの配置がされている請求項１または２に記載のチェーンガイド。
4. チェーン走行方向の下流端から２番目のローラについては、下流端のローラと下流端から３番目のローラと下流端から４番目のローラに共通して接する外接円を前記基準円として前記ローラの配置がされている請求項１から３のいずれかに記載のチェーンガイド。
5. 前記ガイドベースが、前記チェーンの走行方向に沿って長く延びて前記各ローラ軸の両端を支持する一対の側板と、隣り合うローラ軸の間に配置されて前記一対の側板を連結する複数の連結部とを有する請求項１から４のいずれかに記載のチェーンガイド。
6. 駆動スプロケットと従動スプロケットの間に掛け渡されたチェーンと、そのチェーンの弛み側に設けられた揺動可能なチェーンガイドと、そのチェーンガイドをチェーンに向けて押圧するチェーンテンショナとを有するチェーン伝動装置において、
   前記チェーンガイドが請求項１から５のいずれかに記載のチェーンガイドであることを特徴とするチェーン伝動装置。
7. 前記チェーンの張り側に設けられた固定のチェーンガイドを更に有し、そのチェーンガイドが請求項１から５のいずれかに記載のチェーンガイドである請求項６に記載のチェーン伝動装置。

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