JP2016028207A - 無段変速機用アクチュエータ及びこれを備える無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】迅速に制御が可能であって、高い信頼性を確保できる直動アクチュエーター及び直動アクチュエーターを有する無断変速機を提供する。
【解決手段】軸線方向変位用の軸線方向への変位量を検出するセンサ１９とを備え、前記センサ１９にて前記軸線方向変位要素の軸端部に当接する変位検出用回動アーム３５を有し、前記変位検出用回動アーム３５の硬さは前記軸線方向変位要素の軸端部１２ａの硬さよりも硬いことを特徴とする直動アクチュエータ及び直動アクチュエーターを有する無断変則機。
【選択図】図２

Description

本発明は、無段変速機、特に車両用のベルト式無段変速機及びそれに好適なアクチュエータおよびこれを備える無段変速機に関するものである。

車両用ベルト式無段変速機（Ｖベルト式無段変速機とも呼ばれる）は、入力側の駆動プーリと出力側の従動プーリにベルト（Ｖベルト）を巻回し、プーリの溝幅を変更することでベルトとプーリの接触半径を変更し、それにより変速比（減速比）を無段階に変更する。プーリの溝幅を可変とするために、プーリは固定シーブと可動シーブの組合せとし、このうち可動シーブをプーリ軸方向に移動させることでプーリ溝幅を変更する。この可動シーブの移動に電動アクチュエータが用いられている。しかしながら、電動アクチュエータをエンジンハウジング（変速機ハウジング）内に収納すると、受熱、放熱などの面で問題が多い。そこで、本出願人は下記特許文献１に示す無段変速機を提案した。この無段変速機では、可動シーブに揺動部材の一端を連結し、この揺動部材の他端を電動アクチュエータで直線方向に移動させることで可動シーブを移動し、溝幅を変更するのであるが、これにより電動アクチュエータをエンジンハウジング（変速機ハウジング）の外部に配置することが可能となり、受熱や放熱の問題を回避することができる。

特開２００９−７９７５９号公報

ところで、特許文献１に記載の電動アクチュエータに設けたボールねじ軸は軸方向左右に変位と、センサカラーによってセンサアームに追従し、回転板が回転する。この回転量に応じて、ボールねじ軸の軸方向変位量を測定することができる。しかし、センサカラーはボールねじ軸のねじ部における丸軸部に外周に圧入されている。そのため、丸軸部とセンサカラーとの間に摩耗等が発生してアクチュエータ及びアクチュエータを有する無断変速機を迅速に制御できないおそれがある。
本発明は、上記のような課題に着目してなされたものであり、迅速な制御が可能であって、高い信頼性を確保できる直動アクチュエータ及び直動アクチュエータを有する無断変速機を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータは、ベルト式無段変速機のプーリ溝幅を可変するアクチュエータであって、アクチュエータハウジングと、前記アクチュエータハウジングを覆うアクチュエータカバーと、前記アクチュエータハウジングに取付けられた電動モータと、前記電動モータが発生した回転力を伝達する減速機構及び前記減速機構を介して前記電動モータの回転力を入力する回転要素及び前記回転要素の回転量に応じて軸線方向に変位する軸線方向変位要素を含む駆動機構と、前記軸線方向変位用の軸線方向への変位量を検出するセンサとを備え、前記センサにて前記軸線方向変位要素の軸端部に当接する変位検出用回動アームを有し、前記変位検出用回動アームの硬さは前記軸線方向変位要素の軸端部の硬さよりも硬いことを特徴とする直動アクチュエータ。

また、前記軸線方向変位要素がボールねじ軸で構成されることを特徴とするものである。

また、本発明の無段変速機は、プーリ軸に固定され一体的に回転する固定シーブと、前記プーリ軸に沿って軸線方向に移動可能に支持された可動シーブと、前記固定シーブと可動シーブとの間に配置されたベルトと、前記可動シーブを軸線方向に移動させてプーリ溝幅を可変するアクチュエータとを備えた無段変速機において、前記アクチュエータは、電動モータと、前記電動モータが発生した回転力を伝達する減速機構と、前記減速機構を介して前記電動モータの回転力を入力する回転要素と、前記回転要素の回転量に応じて軸線方向に変位する軸線方向変位要素と、一端が前記軸線方向変位要素に連結し且つ他端が前記可動シーブに連結し且つ揺動可能な揺動部材と、前記軸線方向変位要素の軸線方向への変位量を検出するセンサとを備え、
前記センサは、前記軸線方向変位要素の軸端部に直接当接して当該軸線方向変位要素の軸線方向への変位量を検出し且つ当該軸線方向変位要素の軸端部を覆う前記アクチュエータカバーに固定され、前記センサにて前記軸線方向変位要素の軸端部に当接する変位検出用回動アームを有し、前記変位検出用回動アームの硬さは前記軸線方向変位要素の軸端部の硬さよりも硬い直動アクチュエータを有することを特徴とする。

而して、本発明のアクチュエータによれば、例えば可動シーブに連結された揺動部材を揺動して当該可動シーブをプーリ軸方向に移動するに際し、電動モータの回転力が減速機構を介して回転要素に入力されると、その回転要素の回転量に応じて軸線方向変位要素が軸線方向に変位し、その変位量に応じて揺動部材が揺動されると共に、軸線方向変位要素の軸線方向への変位量を検出するセンサは、軸線方向変位要素の軸端部に直接当接して当該軸線方向変位要素の軸線方向への変位量を検出し且つ当該軸線方向変位要素の軸端部を覆うアクチュエータカバーに固定されているため、センサによる軸線方向変位要素の軸線方向への変位量検出に余分な部品が不要となり、部品点数が少なくなり、結果的に、組立が容易で、その分だけ、コストを低廉化でき、且つ信頼性も高まる。さらに、センサにて軸線方向変位要素の軸端部に当接する変位検出用回動アームの硬さは前記変位検出用回動アームの硬さよりも硬いため、変位検出用回動アームの摩耗を小さくし、センサからの出力が非線形とならずに、回転要素の位置が正確に把握できる。そのため、直動アクチュエーター及び直動アクチュエーターを有する無断変速機は、迅速に制御が可能であって、高い信頼性を確保でことができる。

本発明の無段変速機の一実施形態を示すスケルトン図である。 図１のアクチュエータの作用を説明する縦断面図である。 図２のアクチュエータ内におけるアクチュエータハウジング側の駆動機構の説明図である。 図３のアクチュエータハウジングを覆うアクチュエータカバーの説明図である。 図２のセンサの説明図である。 図４のアクチュエータカバーに図５のセンサを固定した状態の説明図である。 図６のアクチュエータカバーを図３のアクチュエータハウジングに取付けた状態の説明図である。 図７の状態におけるセンサ及びアームの位置の説明図である。

次に、本発明の無段変速機及びアクチュエータの一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の無段変速機のスケルトン図である。本実施形態では、エンジン１のクランクシャフト２から無段変速機内の駆動プーリ３に伝達された車両駆動力は、ベルト（Ｖベルト）４を介して従動プーリ５に伝達され、更にファイナルギヤ６から駆動輪に伝達される。駆動プーリ３も従動プーリ５も、共に固定シーブ３ａ、５ａと可動シーブ３ｂ、５ｂの組合せで構成されており、本実施形態では駆動プーリ３の可動シーブ３ｂをアクチュエータ７でプーリ軸方向に移動させて溝幅を変更する。従動プーリ５の可動シーブ５ｂにはバネ２０１とダンパ２０２が取付けられており、駆動プーリ３の溝幅の変更に伴ってベルト４の接触半径が変化すると、そのベルト４の移動に伴って可動シーブ５ｂがプーリ軸方向に移動して自動的に溝幅が変更される。また、駆動プーリ３の可動シーブ３ｂにもリターンスプリング２０３が取付けられている。なお、シーブ（sheave）は、それ自体がロープをかけるプーリの意味を有するが、本実施形態では、プーリの溝を形成する何れか一方の円錐体を意味する。

駆動プーリ３の可動シーブ３ｂには、揺動部材８の一端が連結されている。揺動部材８の中央部は、例えばピンなどの揺動結合構造９によって、例えば変速機ハウジングに揺動可能に連結されている。従って、本実施形態では、前記揺動部材８の他端をアクチュエータ７によってプーリ軸と平行に直線方向に移動すれば、駆動プーリ３の可動シーブ３ｂをプーリ軸方向に移動して当該駆動プーリ３の溝幅を変更することができる。なお、駆動プーリ３の可動シーブ３ｂも、従動プーリ５の可動シーブ５ｂも軸受２０４及び軸受ホルダ２０５を介してリターンスプリング２０３や揺動部材８、或いはバネ２０１やダンパ２０２に連結されている。具体的には、軸受２０４の内輪が可動シーブ３ｂ、５ｂに嵌合され、外輪が軸受ホルダ２０５に嵌合される。従って、軸受２０４の内輪は可動シーブ３ｂ、５ｂと一緒に回転するが、外輪及び軸受ホルダ２０５は回転しない。

アクチュエータ７の内部における動力伝達構造については後述するとして、図２には、前記揺動部材８を駆動する軸線方向変位要素及び当該軸線方向変位要素を軸線方向に移動させるための回転要素を示す。図から明らかなように、回転要素及び軸線方向変位要素はボールねじ機構からなり、回転要素はボールねじナット１１からなり、軸線方向変位要素はボールねじ軸１２からなる。ボールねじナット１１やボールねじ軸１２はアルミニウム製のアクチュエータハウジング１３内に収納され、このアクチュエータハウジング１３が図示しない変速機ハウジングの外側に取付けられる。また、アクチュエータハウジング１３の図示左方の開口端は樹脂製のアクチュエータカバー１４で覆われる。

ボールねじ軸１２のボールねじ溝は、図２の左方半分だけに形成されており、右方半分は溝のない丸棒である。ボールねじ軸１２の丸棒部分は、ボールねじ溝部分の外径より小さい。このボールねじ軸１２の丸棒部分はシール部材１５を介してアクチュエータハウジング１３から図示右方に突出しており、シール部材１５はボールねじ軸１２の丸棒部分を摺動可能にシールする。また、ボールねじ軸１２の丸棒部分は、当該丸棒部分より僅かに径の大きいアクチュエータハウジング１３の円穴内に収納される。一方、ボールねじ軸１２のボールねじ溝部分は、前記円穴に連通するアクチュエータハウジング１３の収納部１７に収納され、この収納部に、当該ボールねじ溝部分に螺合するボールねじナット１１も収納されている。なお、ボールねじ軸１２の突出端部は、前記揺動部材８の他端部に、図示しないリンク機構を介して連結され、これによりボールねじ軸１２自体の回転が規制される。また、本実施形態のボールねじナット１１にはボール溝が３列（３回路）あり、当該ボールねじナット１１の内周面に冷間鍛造によって成形された循環部１１ａでボールが循環するようになっている。

ボールねじナット１１は軸受１６を介してアクチュエータハウジング１３に回転自在に取付けられている。その結果、ボールねじナット１１の軸線方向の移動は規制される。また、ボールねじナット１１の外周には、後述する減速機構の最終ギヤ１８がキー２１を介して取付けられている。従って、最終ギヤ１８が回転すると回転要素であるボールねじナット１１が回転するが、ボールねじナット１１自体の軸線方向への移動は規制されているので、軸線方向変位要素であるボールねじ軸１２が軸線方向に移動する。図２ａは、ボールねじナット１１が最も図示左方にある、即ちアクチュエータハウジング１３からの突出量が最小の状態を示し、図２ｂは、ボールねじナット１１が最も図示右方にある、即ちアクチュエータハウジング１３からの突出量が最大の状態を示す。

ボールねじナット１１が最も図示右方にある状態では、ボールねじ軸１２のボールねじ溝部分がアクチュエータハウジング１３の収納部の端面に当接して、当該ボールねじ軸１２のそれ以上右方への移動が規制される。一方、ボールねじ軸１２が最も図示左方にある状態では、ボールねじ軸１２の図示左方端面がアクチュエータカバー１４の収納部２０の端面に当接して、当該ボールねじ軸１２のそれ以上左方への移動が規制される。なお、図中の符号１９は、前記軸線方向変位要素であるボールねじ軸１２の図示左方端面に直接当接して、当該ボールねじ軸１２の軸線方向への変位量を検出するセンサである。

図３は、アクチュエータハウジング１３に取付けられた電動モータ２２及び減速機構の説明図であり、図３ａは正面図、図３ｂは底面図である。電動モータ２２は、アクチュエータハウジング１３とは別体であり、例えば六角穴付きボルトなどの固定具２４によってアクチュエータハウジング１３に固定されている。なお、図中の符号２３は、電動モータ電源雄端子である。この電動モータ２２の回転軸には駆動ピニオン２５が圧入固定されている。前記駆動ピニオン２５に噛合する中間ギヤ２６は中間軸２８に固定され、同じく中間軸２８に同軸に固定されている中間ピニオン２７が前記最終ギヤ１８と噛合する。従って、電動モータ２２の回転力は駆動ピニオン２５から中間ギヤ２６、中間軸２８、中間ピニオン２７の順に伝達され、最後に最終ギヤ１８に伝達され、ボールねじナット１１を回転した後、ボールねじ軸１２を軸線方向に変位する。

図４は、種々の部品が取付けられていない状態のアクチュエータカバー１４の正面図である。図中の符号２９は、図面の紙面垂直方向に突設された位置決め係合爪部であり、図３のアクチュエータハウジング１３の最終ギヤ１８の周囲の縁部に係合して位置決めする。また、符号３０は、前記電動モータ電源雄端子２３と嵌合する電動モータ電源雄端子であり、樹脂製のアクチュエータカバー１４にインサート成形される。なお、電動モータ電源雌端子３０から後述するカプラまでの薄板配線も樹脂製のアクチュエータカバー１４内にインサート成形される。また、図中の符号４１は、アクチュエータカバー１４の貫通穴に取付けられたブリーザーである。このブリーザー４１は、中央に多孔質膜が張られたキャップ体であり、その多孔質膜を通じてアクチュエータカバー１４の内部の圧力調整を行うことができる。

図４の符号３１は、センサ１９が収納されるセンサ収納部である。図５には、前記軸線方向変位要素であるボールねじ軸１２の軸線方向の変位量を検出するセンサ１９の詳細を示す。図５ａはセンサ１９の斜視図、図５ｂはセンサ１９の正面図、図５ｃはセンサ１９の底面図、図５ｄはセンサ１９の右側面図である。このセンサ１９は、ロータリ型のポテンショメータからなり、図５ｃの下面側にセンサ電源端子３２、センサグラウンド（接地）端子３３、センサ出力端子３４が突設されている。このロータリ型のポテンショメータからなるセンサ１９の回転軸にはアーム３５が固定されており、このアーム３５の先端部を前記ボールねじ軸１２の端部に直接当接する。ボールねじ軸１２が軸線方向に変位すると、図２に示すように、センサ１９のアーム３５がボールねじ軸１２の図示左方端面、即ち軸端面に当接し、摺動しながら回転される。その結果、ロータリ型ポテンショメータからなるセンサ１９の回転軸が回転され、センサ１９の出力信号が変化する。この出力信号の変化を図示しない制御装置で検出し、前記電動モータ２２の回転状態をフィードバック制御する。本実施形態の場合、アーム３５はセンサ１９として必要不可欠な部材であるから、発明としてはアーム３５までを含めてセンサ１９が構成される。当該ボールねじ軸１２は高周波焼入れされている。アーム３５の硬さはボールねじ軸１２の軸端部１２ａの硬さよりも硬い。そのため、ボールねじ軸１２の軸端部１２における摩耗を小さくし、センサからの出力が非線形とならずに、当該ボールねじナットの位置が正確に把握することができる。

図６ａは、アクチュエータカバー１４にセンサ１９を固定した状態の正面図、図６ｂは、更に、そのアクチュエータカバー１４にカプラ３６を固定した状態の底面図である。センサ１９は、前記センサ収納部３１内に収納され、アクチュエータカバー１４にポッティング（樹脂盛り）や接着剤で固定される。アクチュエータカバー１４のセンサ収納部３１の外側にはカプラ３６が一体成形されており、センサ収納部３１内に収納固定されたセンサ１９の端子３２〜３４側にカプラ３６の内側接続端面が対向しているので、このカプラ３５の内側接続端面にセンサ１９の端子３２〜３４を差し込み、端子３２〜３４をカプラ３６の内部配線と接続する（差し込むだけで自動接続される）。なお、図６ａ中の符号４２は、前記アクチュエータカバー１４側の電動モータ電源雄端子３０に差し込まれた中間端子、符号４３は、当該中間端子４２に取付けられた樹脂キャップである。アクチュエータハウジング１３側の電動モータ電源雄端子２３は、この中間端子４２を介して、アクチュエータカバー１４側の電動モータ電源雄端子３０に接続される。

図７ａは、前記カプラ３６が取付けられたアクチュエータカバー１４をアクチュエータハウジング１３に被せ、ビスなどの固定具３７で固定した状態の正面図であり、図７ｂは、図７ａのＡ矢視図である。アクチュエータハウジング１３にアクチュエータカバー１４を被せて固定する際、図２、図４に示すように、アクチュエータカバー１４の合わせ面外周部に形成された溝３８内にシール部材３９を装入してアクチュエータ７の内部を液密状態とする。

図中の符号４０は、前記アクチュエータカバー１４の内側にインサート成形された電動モータ電源雌端子３０に通ずる薄板配線であり、前述したようにアクチュエータカバー１４と一体成形されたカプラ３６の内部まで延設されている。ちなみに、図７ｂには、カプラ３６の外部接続用雌端子のレイアウトを示す。本実施形態では、２段３列の外部接続用雌端子のうち、図示右上の雌端子がモータ電源（−）用であり、図示左上の雌端子がモータ電源（＋）用であり、図示右下の雌端子がセンサグラウンド用であり、図示中央下の雌端子がセンサ出力信号用であり、図示左下の雌端子がセンサ電源用である。

図８は、図７のようにアクチュエータハウジング１３にアクチュエータカバー１４を被せて固定した状態で、当該アクチュエータカバー４を透視した状態の正面図である。ボールねじ軸１２には、加工用のセンタ穴が開設されているが、前記センサ１９のアーム３５は、このボールねじ軸１２のセンタ穴を避けて当該ボールねじ軸１２の軸線方向端面、即ち軸端部に当接するように設定されており、これによりボールねじ軸１２の軸線方向への移動に伴ってセンサ１９のアーム３５がスムーズに摺接移動する。

前記特許文献１に記載の無段変速機及びアクチュエータでは、軸の途中にセンサカラーを嵌合し、このセンサカラーのフランジ部にセンサのアームやレバーを当接し、ボールねじ軸の軸線方向への移動に伴うアームやレバーの移動をポテンショメータなどのセンサで検出するようにしているため、センサカラーと部品が必要であると共に、ボールねじ軸の途中部分にセンサのアームやレバーを差し込む必要からアクチュエータハウジングに穴を形成する必要があり、組立が面倒であり、その分だけ、コストの低廉化に制限が生じる。

これに対し、本実施形態の無段変速機及びアクチュエータでは、電動モータ２２の回転力が減速機構を介して回転要素であるボールねじナット１１に入力されると、そのボールねじナット１１の回転量に応じて軸線方向変位要素であるボールねじ軸１２が軸線方向に変位し、その変位量に応じて揺動部材８が揺動して可動シーブ３ｂをプーリ軸方向に移動すると共に、ボールねじ軸１２の軸線方向への変位量を検出するセンサ１９は、ボールねじ軸１２の軸端部に直接当接して当該ボールねじ軸１２の軸線方向への変位量を検出し且つ当該ボールねじ軸１２の軸端部を覆うアクチュエータカバー１４に固定されているため、センサ１９によるボールねじ軸１２の軸線方向への変位量検出に余分な部品が不要となり、部品点数が少なくなると共に、アクチュエータハウジング１３に穴を形成する必要もなく、結果的に、組立が容易で、その分だけ、コストを低廉化でき、且つ信頼性も高まる。

また、センサ１９をポテンショメータで構成し、当該ポテンショメータの回転軸に取付けられたアーム３５をボールねじ軸１２の軸端部に当接することにより、センサ１９によるボールねじ軸１２の軸線方向への変位量検出に必要な部品を最小限とすることができ、その分だけ、部品点数を低減することができる。
また、アクチュエータカバー１４に、電動モータ電源及びセンサ電源及びセンサ出力端子が一体となったカプラ３６を設けたことにより、電動モータ用のカプラとセンサ用のカプラを個別に設ける必要がなく、その分だけ、部品点数を低減することができる。
また、回転要素及び軸線方向変位要素をボールねじ機構で構成したことにより、回転要素の回転量を軸線方向変位要素の軸線方向への移動にスムーズに変換することができる。

なお、前記回転要素及び軸線方向変位要素は必ずしもボールねじ機構でなくともよく、例えば通常のボルト・ナットの組合せでもよい。
また、前記センサ１９は必ずしもポテンショメータでなくともよく、軸線方向変位要素であるボールねじ軸の軸線方向への変位を直接的に当接して検出するものであれば種々のものを適用できる。
また、本発明の無段変速機及びアクチュエータが適用される車両の駆動形態は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば車両駆動源としてエンジンとモータを併用する、所謂ハイブリッド車両であってもよい。

１ エンジン
２ クランクシャフト
３ 駆動プーリ
３ａ 固定シーブ
３ｂ 可動シーブ
４ ベルト（Ｖベルト）
５ 従動プーリ
５ａ 固定シーブ
５ｂ 可動シーブ
６ ファイナルギヤ
７ アクチュエータ
８ 揺動部材
９ 揺動連結構造
１０ ボールねじ機構
１１ ボールねじナット
１２ ボールねじ軸
１２a ボールねじ軸端面
１３ アクチュエータハウジング
１３ａ 貫通部
１３ｂ 係合部
１４ アクチュエータカバー
１５ シール部材
１６ 軸受
１７ 収納部
１８ 最終ギヤ
１９ センサ
２０ 収納部
２１ キー
２２ 電動モータ
２３ 電動モータ電源雄端子
２４ 固定具
２５ 駆動ピニオン
２６ 中間ギヤ
２７ 中間ピニオン
２８ 中間軸
２９ 位置決め係合爪部
３０ 電動モータ電源雌端子
３１ センサ収納部
３２ センサ電源端子
３３ センサグラウンド端子
３４ センサ出力端子
３５ アーム
３６ カプラ
３７ 固定具
３８ 溝
３９ シール部材
４０ 薄板配線

Claims (3)

1. ベルト式無段変速機のプーリ溝幅を可変するアクチュエータであって、アクチュエータハウジングと、前記アクチュエータハウジングを覆うアクチュエータカバーと、前記アクチュエータハウジングに取付けられた電動モータと、前記電動モータが発生した回転力を伝達する減速機構及び前記減速機構を介して前記電動モータの回転力を入力する回転要素及び前記回転要素の回転量に応じて軸線方向に変位する軸線方向変位要素と、前記軸線方向変位要素の軸線方向への変位量を検出するセンサとを備え、
   前記センサにて前記軸線方向変位要素の軸端部に当接する変位検出用回動アームを有し、前記変位検出用回動アームの硬さは前記軸線方向変位要素の軸端部の硬さよりも、硬いことを特徴とする直動アクチュエータ。
2. 前記軸線方向変位要素がボールねじ軸で構成されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. プーリ軸に固定され一体的に回転する固定シーブと、前記プーリ軸に沿って軸線方向に移動可能に支持された可動シーブと、前記固定シーブと可動シーブとの間に配置されたベルトと、前記可動シーブを軸線方向に移動させてプーリ溝幅を可変するアクチュエータとを備えた無段変速機において、前記アクチュエータは、電動モータと、前記電動モータが発生した回転力を伝達する減速機構と、前記減速機構を介して前記電動モータの回転力を入力する回転要素と、前記回転要素の回転量に応じて軸線方向に変位する軸線方向変位要素と、一端が前記軸線方向変位要素に連結し且つ他端が前記可動シーブに連結し且つ揺動可能な揺動部材と、前記軸線方向変位要素の軸線方向への変位量を検出するセンサとを備え、
   前記センサは、前記軸線方向変位要素の軸端部に直接当接して当該軸線方向変位要素の軸線方向への変位量を検出し且つ当該軸線方向変位要素の軸端部を覆う前記アクチュエータ
   カバーに固定され、
   前記センサにて前記軸線方向変位要素の軸端部に当接する変位検出用回動アームを有し、前記変位検出用回動アームの硬さは前記軸線方向変位要素の軸端部の硬さよりも硬い直動アクチュエータを有する無段変速機。

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