JP2020089130A - ロータおよびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】円筒状の磁石の肉厚が周方向で異なった場合でも、ロータが回転した際のバランスの低下を抑制することのできるロータおよびモータを提供すること。【解決手段】ロータ１０およびモータ２では、磁石２１の内周面２１１と回転軸２０の外周面２０５との隙間Ｇに、フィラーが分散した樹脂２５が充填されている。樹脂２５の比重は磁石２１の比重よりかなり小さいが、樹脂２５にはフィラーが分散しているため、樹脂２５単独の場合より比重が大きい。このため、磁石２１の肉厚が周方向で相違している場合でも、ロータ１０の質量バランスをより改善することができる。また、磁石２１の貫通穴２１０の内径を回転軸２０の外径より大にした場合や、磁石２１が異方性磁石である場合には特に、磁石２１の肉厚が周方向で異なりやすくなるが、その場合でも、ロータ１０の質量バランスを改善することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、ロータおよびモータに関するものである。

インナーロータ型のモータは、ロータと、ロータの外周側に配置されたステータとを有しており、ロータは、回転軸の外周面に保持された磁石を有している（特許文献１参照）。ここで、磁石は、例えば、回転軸が貫通する貫通穴が設けられた円筒状に構成されることがある。

特開２０１４−１１９０１号公報

円筒状の磁石を用いた場合、磁石の外周面が真円でも内周面が楕円になった場合や、磁石の外周面および内周面が真円でも内周面が外周面に対して偏心した場合には、磁石の肉厚が周方向で異なるため、ロータが回転した際のバランスが低下しやすいという問題点がある。

一方、磁石が破損した際の磁石片の飛散を防止することを目的に、回転軸の軸線方向の一方側から磁石に被さって磁石の外周面のうち、軸線方向の一方側の部分を覆うカップ状の第１カバー部材と、回転軸の軸線方向の他方側から磁石に被さって磁石の外周面のうち、軸線方向の他方側の部分を覆うカップ状の第２カバー部材とを設けることがある。このような場合、第１カバー部材、および第２カバー部材を各々、磁石を回転軸に固定するホルダ部材として利用することができる。従って、磁石を回転軸に直接、固定する必要がないので、磁石の貫通穴の内径を回転軸の外径より大にして、回転軸から磁石に加わる負荷を軽減した構造を採用することができるが、かかる構造の場合には特に、貫通穴内における回転軸の位置によって、回転軸を中心にした場合のロータの周方向における質量バランスが低下しやすいため、ロータが回転した際のバランスが低下しやすくなるという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、円筒状の磁石の肉厚が周方向で異なった場合でも、ロータが回転した際のバランスの低下を抑制することのできるロータおよびモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るモータは、回転軸と、前記回転軸が貫通する貫通穴が設けられた円筒状の磁石と、前記回転軸の軸線方向の一方側から前記磁石に被さって、前記磁石の外周面のうち、前記軸線方向の一方側の第１部分を覆うカップ状の第１ホルダ部材と、前記軸線方向の他方側から前記磁石に被さって、前記磁石の外周面のうち、前記軸線方向の他方側の第２部分を覆うカップ状の第２ホルダ部材と、を有し、前記磁石の内周面と前記回転軸の外周面との間には、フィラーが分散した樹脂が充填されていることを特徴とする。

本発明では、磁石の肉厚が周方向で相違している場合でも、磁石の肉厚が薄い個所で磁石の内周面と回転軸の外周面との間に発生した隙間には樹脂が充填されているので、隙間
が空気である場合より、回転軸を中心にした場合のロータの周方向における質量バランスを改善することができる。また、樹脂の比重は磁石の比重より小さいが、樹脂にはフィラーが分散しているため、樹脂単独の場合より比重が大きい。従って、回転軸を中心にした場合のロータの周方向における質量バランスをより改善することができる。また、磁石の貫通穴の内径を回転軸の外径より大にした場合には特に、貫通穴内における回転軸の位置によって、回転軸を中心にした場合のロータの周方向における質量バランスが低下しやすいが、本発明によれば、フィラーが分散した樹脂によって、回転軸を中心にした場合のロータの周方向における質量バランスを改善することができる。それ故、円筒状の磁石の肉厚が周方向で異なった場合でも、ロータが回転した際のバランスの低下を抑制することができる。

本発明において、前記回転軸の外周面に固定され、前記第１ホルダ部材を前記軸線方向の一方側から支持する第１支持板と、前記回転軸の外周面に固定され、前記第２ホルダ部材を前記軸線方向の他方側から支持する第２支持板と、を有する態様を採用することができる。

本発明において、前記フィラーは、金属材料からなる態様を採用することができる。本発明における金属材料とは、金属または金属化合物を意味する。本発明において、前記フィラーは、比重が４以上の重金属、または前記重金属の化合物からなる態様を採用することができる。かかる態様によれば、フィラーが分散した樹脂の比重を大きくすることができるので、ロータの周方向における質量バランスをより効果的に改善することができる。

本発明において、前記樹脂は、接着性を有している態様を採用することができる。かかる態様によれば、回転軸と磁石とを樹脂の接着性によって固定することができる。

本発明において、前記磁石は、異方性磁石である態様を採用することができる。かかる態様の場合、磁石の貫通穴の形状や位置がずれやすいが、このような場合でも、本発明によれば、回転軸を中心にした場合のロータの周方向における質量バランスを改善することができる。

本発明において、前記磁石は、例えば、外周面が真円で、内周面が楕円である態様となることがある。本発明において、前記磁石は、例えば、外周面および内周面が真円であって、内周面の中心が外周面の中心からずれている態様となることもある。

本発明に係るロータは、前記ロータと対向するステータとともにモータに用いられる。

本発明では、磁石の肉厚が周方向で相違している場合でも、磁石の肉厚が薄い個所で磁石の内周面と回転軸の外周面との間に発生した隙間には樹脂が充填されているので、隙間が空気である場合より、回転軸を中心にした場合のロータの周方向における質量バランスを改善することができる。また、樹脂の比重は磁石の比重より小さいが、樹脂にはフィラーが分散しているため、樹脂単独の場合より比重が大きい。従って、回転軸を中心にした場合のロータの周方向における質量バランスをより改善することができる。また、磁石の貫通穴の内径を回転軸の外径より大にした場合には特に、貫通穴内における回転軸の位置によって、回転軸を中心にした場合のロータの周方向における質量バランスが低下しやすいが、本発明によれば、フィラーが分散した樹脂によって、回転軸を中心にした場合のロータの周方向における質量バランスを改善することができる。それ故、円筒状の磁石の肉厚が周方向で異なった場合でも、ロータが回転した際のバランスの低下を抑制することができる。

本発明の実施形態に係るモータの要部を出力側からみた斜視図。 図１に示すモータの要部の断面図。 図２に示すロータを出力側からみた斜視図。 図３に示すロータを軸線に沿って切断したときの断面図。 図３に示す状態から、第１支持板、第２支持板、および第２ホルダ部材を外した状態の説明図。 図３に示す磁石を通る位置でロータを軸線に直交する方向に切断したときの断面図。 図５に示すロータにおける磁石の貫通穴の形状等を模式的に示す説明図。 図５に示すロータにおける磁石の貫通穴の位置等を模式的に示す説明図。

図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るモータ２を説明する。本明細書において、符号Ｌはモータ２の軸線方向（回転軸２０の軸線方向）を示す。軸線Ｌが延在する方向（軸線Ｌ方向）のうち、出力側Ｌ１は、回転軸２０がステータ５から突出している側であり、反出力側Ｌ２は、回転軸２０がステータ５から突出している側とは反対側である。また、軸線Ｌと直交する方向を径方向とし、軸線Ｌ周りを周方向とする。また、周方向の一方側は、反出力側Ｌ２からみたときの時計周りＣＷであり、周方向の他方側は、反出力側Ｌ２からみたときの半時計周りＣＣＷである。

（モータ２の全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係るモータ２の要部を出力側Ｌ１からみた斜視図である。図２は、図１に示すモータ２の要部の断面図である。

図１および図２に示すモータ２は、３相のＤＣブラシレスモータであり、ロータ１０と、ロータ１０の外周側に配置されたステータ５とを有している、モータ２は、ステータ５がハウジング（図示せず）で覆われた状態でポンプ等に用いられる。

ハウジングには、ロータ１０の回転軸２０の反出力側Ｌ２の端部付近を回転可能に支持する第１軸受部材１５が保持されている。また、ハウジングには、回転軸２０の軸線Ｌ方向の途中部分を回転可能に支持する第２軸受部材１６が保持される。第１軸受部材１５は、円環状であり、回転軸２０の段部２０１に出力側Ｌ１から当接している。従って、回転軸２０の出力側Ｌ１への移動は、第１軸受部材１５を介してハウジングによって規制されている。回転軸２０の出力側Ｌ１の端部は、ハウジングから突出している。

第１軸受部材１５は、円筒状のボールベアリングであり、第１軸受部材１５の外輪は、円筒状の第１ホルダ１９を介してハウジングに支持されている。第１ホルダ１９とハウジングとの間は環状のシール部材１４によって封止されている。第１軸受部材１５に対して反出力側Ｌ２では、カップ状の第２ホルダ１８がハウジングに保持され、第２ホルダ１８の内側には第３ホルダ１７が配置されている。第３ホルダ１７の内側において、第１軸受部材１５の内輪と第２ホルダ１８の底部との間には圧縮コイルバネ１８１が配置されている。第１軸受部材１５の内輪は、圧縮コイルバネ１８１によって反出力側Ｌ２から支持されている。第１軸受部材１５の内輪と圧縮コイルバネ１８１との間にはワッシャ１８２が配置されている。

ステータ５は、磁性材料からなるステータコア５０と、ステータコア５０に被さった絶縁樹脂等からなるインシュレータ６と、コイルを構成するための導線４とを有している。ステータコア５０は、薄い磁性板が積層されて形成された積層コアである。詳細な説明は省略するが、ステータコア５０は、筒状のコア胴部５１と、コア胴部５１から径方向の内
側に突出した複数の突極５２とを備えており、複数の突極５２は、軸線Ｌ周りに等角度間隔に設けられている。ステータコア５０は、インサート成形によってインシュレータ６によって被覆される。但し、突極５２の径方向内側の端面は、インシュレータ６から露出している。インシュレータ６は、突極５２の周りを覆う巻回部６５を有しており、導線４は、巻回部６５を介して突極５２の周りに巻回されて、各相（Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相）のコイル４０を構成する。

（ロータ１０）
図３は、図２に示すロータ１０を出力側Ｌ１からみた斜視図である。図４は、図３に示すロータ１０を軸線Ｌに沿って切断したときの断面図である。図５は、図３に示す状態から、第１支持板１１、第２支持板１２、および第２ホルダ部材１３６を外した状態の説明図である。図６は、図３に示す磁石２１を通る位置でロータ１０を軸線Ｌに直交する方向に切断したときの断面図である。

図３、図４および図５に示すように、ロータ１０は、回転軸２０と、回転軸２０の外周面に保持された磁石２１と、磁石２１の外周面を覆うように回転軸２０に固定された磁石ホルダ１３とを備える。磁石２１は、回転軸２０が貫通する貫通穴２１０が形成された円筒状であり、回転軸２０と同軸状に配置される。磁石ホルダ１３は、磁石２１を回転軸２０に固定するとともに、ロータ１０が回転した際に磁石２１が破損して飛散することを防止する。

磁石２１の外周面２１５には、Ｎ極とＳ極とが周方向において交互に着磁されている。本形態において、磁石２１は、異方性磁石であり、フェライト系、アルニコ系、希土類系の磁性粉を磁界下で円筒状に成形した焼結磁石やボンド磁石である。回転軸２０は、外周面２０５が真円の棒状部材であり、例えば、ステンレス鋼からなる。磁石ホルダ１３は、非磁性のステンレス鋼等からなる。

磁石ホルダ１３は、磁石２１に回転軸２０の軸線Ｌ方向の一方側（反出力側Ｌ２）から被さったカップ状の第１ホルダ部材１３１と、磁石２１に軸線Ｌ方向の他方側（出力側Ｌ１）から被さったカップ状の第２ホルダ部材１３６とからなる。第１ホルダ部材１３１は、磁石２１の外周面２１５のうち、軸線Ｌ方向の一方側（反出力側Ｌ２）の第１部分２１６を覆い、第２ホルダ部材１３６は、磁石２１の外周面２１５のうち、軸線Ｌ方向の他方側（出力側Ｌ１）の第２部分２１７を覆っている。

ここで、磁石ホルダ１３は、同一形状の部品を軸線Ｌ方向で逆向きに第１ホルダ部材１３１、および第２ホルダ部材１３６として配置された構造を有している。より具体的には、第１ホルダ部材１３１、および第２ホルダ部材１３６は各々、回転軸２０が圧入により嵌った軸穴１３２、１３７が形成された底部１３３、１３８と、底部１３３、１３８の外縁から軸線Ｌ方向に延在した円筒部１３４、１３９とを有しており、第１ホルダ部材１３１、および第２ホルダ部材１３６は、各々の円筒部１３４、１３９の先端部同士が溶接等によって連結されている。

回転軸２０には、磁石ホルダ１３に対して反出力側Ｌ２に第１支持板１１が固定され、磁石ホルダ１３に対して出力側Ｌ１に第２支持板１２が固定されている。第１支持板１１および第２支持板１２には、回転軸２０が圧入により嵌った軸穴１１１、１２１が形成されている。第１支持板１１は、第１ホルダ部材１３１を軸線Ｌ方向の反出力側Ｌ２から支持し、第２支持板１２は、第２ホルダ部材１３６を軸線Ｌ方向の出力側Ｌ１から支持している。第１支持板１１および第２支持板１２は金属板である。第１ホルダ部材１３１、および第２ホルダ部材１３６の底部１３３、１３８は、部分的に切り欠かれて板状バネ１３５が形成されている。このため、第１支持板１１および第２支持板１２は各々、板状バネ
１３５を介して第１ホルダ部材１３１、および第２ホルダ部材１３６の底部１３３、１３８を支持している。

（フィラーが分散した樹脂２５等の構成）
図３〜図６を参照して説明したロータ１０において、回転軸２０は、第１ホルダ部材１３１、および第２ホルダ部材１３６の軸穴１３２、１３７に圧入されているとともに、第１支持板１１および第２支持板１２の軸穴１１１、１２１に圧入されている。この状態で、磁石２１は、第１ホルダ部材１３１、および第２ホルダ部材１３６の底部１３３、１３８によって軸線Ｌ方向の両側から支持され、第１ホルダ部材１３１、および第２ホルダ部材１３６の円筒部１３４、１３９によって径方向の外側から支持されている。このため、磁石２１は、第１ホルダ部材１３１、および第２ホルダ部材１３６によって回転軸２０に固定されている。従って、回転軸２０の外周面２０５と磁石２１の内周面２１１とが接着されているか否かにかかわらず、磁石２１と回転軸２０とは一体に回転する。それ故、図４および図５に示すように、磁石２１の内径は、回転軸２０の外径より大きく設定されており、回転軸２０の外周面２０５と磁石２１の内周面２１１との間に隙間Ｇが介在する。よって、磁石２１の内径を回転軸２０の外径より適度に大きくすれば、磁石２１に径方向内側から加わる負荷を軽減することができる。

本形態では、磁石２１の内周面２１１と回転軸２０の外周面２０５との隙間Ｇには、フィラーが分散した樹脂２５が充填されている。樹脂２５は、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂からなる。

本形態において、樹脂２５は、エポキシ樹脂等からなり、接着性を有している。このため、磁石２１は、樹脂２５によっても回転軸２０に固定されている。

フィラーは、金属または金属化合物等の金属材料からなる。本形態において、フィラーは、比重が４以上の重金属、または重金属の化合物からなる。例えば、エポキシ樹脂は、フィラーを配合しない場合の比重は、１．１１〜１．４０であることから、比重が４以上の重金属、または重金属の化合物を用いれば、フィラーが分散した樹脂２５の比重を効果的に大きくすることができる。比重が４以上の金属（重金属）としては、アンチモン（比重６．６９）、クロム（比重７．２０）、タングステン（比重１９．３）、タンタル（比重１６．７）、チタン（比重４．５４）、鉄（比重７．８７）、銅（比重８．９６）、ニッケル（比重８．９０）、マンガン（比重７．４４）、モリブデン（比重１０．２）、ニオブ（比重８．５７）を例示することができる。

かかるロータ１０の製造工程では、例えば、図５に示すように、回転軸２０に対して、第１ホルダ部材１３１によって磁石２１を取り付けた状態で、磁石２１の内周面２１１と回転軸２０の外周面２０５との間に、フィラーが分散した樹脂２５を充填し、その後、樹脂２５に対して硬化処理が行われる。次に、回転軸２０に対して、第１支持板１１、第２ホルダ部材１３６、および第２支持板１２を取り付ける。その結果、ロータ１０が得られる。樹脂２５は、硬化後、例えば、ロータ１０が４００００ｒｐｍの速度で回転した場合でも移動しない。なお、硬化処理を行う前の樹脂２５の粘性は、例えば数百Ｐａ・ｓである。

（本形態の主な効果）
図７は、図５に示すロータ１０における磁石２１の貫通穴２１０の形状等を模式的に示す説明図である。図８は、図５に示すロータ１０における磁石２１の貫通穴２１０の位置等を模式的に示す説明図である。なお、図７および図８において、貫通穴２１０の真円からのずれや、貫通穴２１０の位置のずれは誇張して表してある。

以上説明したように、本形態のロータ１０およびモータ２では、磁石２１の内周面２１１と回転軸２０の外周面２０５との隙間Ｇに、フィラーが分散した樹脂２５が充填されている。このため、図７および図８に示すように、磁石２１の肉厚が周方向で相違している場合でも、磁石２１の肉厚が薄い個所で磁石２１の内周面と回転軸２０の外周面２０５との間に発生した隙間Ｇには、樹脂２５が充填されているので、隙間Ｇが空気である場合より、回転軸２０を中心にした場合のロータ１０の周方向の質量バランスを改善することができる。また、樹脂２５の比重は磁石２１の比重よりかなり小さいが、樹脂２５にはフィラーが分散しているため、樹脂２５単独の場合より比重が大きい。従って、回転軸２０を中心にした場合のロータ１０の周方向における質量バランスをより改善することができる。また、磁石２１の貫通穴２１０の内径を回転軸２０の外径より大にした場合には、貫通穴２１０内における回転軸２０の位置によって、回転軸２０を中心にした場合のロータ１０の周方向における質量バランスが低下しやすいが、本形態によれば、フィラーが分散した樹脂によって、回転軸２０を中心にした場合のロータ１０の周方向における質量バランスを改善することができる。それ故、円筒状の磁石２１の肉厚が周方向で異なった場合でも、ロータ１０が回転した際のバランスの低下を抑制することができる。

例えば、図７に示す態様では、磁石２１の外周面２１５が真円で、内周面２１１が楕円である場合、磁石２１の外周面２１５の中心、内周面２１１の中心、および回転軸２０の中心は、中心Ｏで重なっている。この場合、貫通穴２１０の長軸方向における磁石２１の肉厚ｔ１は、短軸方向での磁石２１の肉厚ｔ２より薄く、肉厚が薄い長軸方向では隙間Ｇの幅が広い。この場合でも、隙間Ｇには、フィラーが分散した樹脂２５が充填されているため、回転軸２０を中心にした場合のロータ１０の周方向の質量バランスを改善することができる。それ故、ロータ１０が回転した際のバランスの低下を抑制することができる。

また、図８に示すように、磁石２１の外周面２１５および内周面２１１が真円であるが、内周面２１１の中心Ｏａが外周面２１５の中心Ｏｂからずれている場合、外周面２１５の中心Ｏｂに対して内周面２１１の中心Ｏａが位置する側における磁石２１の肉厚ｔ３は、反対側における磁石２１の肉厚ｔ４より薄く、肉厚が薄い側では隙間Ｇの幅が広い。この場合でも、隙間Ｇには、フィラーが分散した樹脂２５が充填されているため、回転軸２０を中心にした場合のロータ１０の周方向の質量バランスを改善することができる。それ故、ロータ１０が回転した際のバランスの低下を抑制することができる。この場合でも、隙間Ｇには、フィラーが分散した樹脂２５が充填されているため、回転軸２０を中心にした場合のロータ１０の周方向における質量バランスを改善することができる。

また、本形態では、樹脂２５に配合したフィラーが金属材料であるため、フィラーが分散した樹脂２５の比重を大きくすることができる。特にフィラーが重金属または重金属の化合物からなる場合、フィラーが分散した樹脂２５の比重をより大きくすることができる。従って、回転軸２０を中心にした場合のロータ１０の周方向における質量バランスを効率よく改善することができるので、ロータ１０が回転した際のバランスの低下を抑制することができる。

また、磁石２１が異方性磁石であり、かかる異方性磁石は、磁界下で円筒状に成形される。このため、磁石２１では、結晶の向きが磁化容易方向に一定方向となるため、磁石２１における貫通穴２１０の形状や位置がずれやすいが、このような場合でも、本形態によれば、フィラーが分散した樹脂２５によって、回転軸２０を中心にした場合のロータ１０の周方向における質量バランスを改善することができる。

［他の実施形態］
上記実施形態では、樹脂２５が接着性を有しているため、磁石２１は、樹脂２５によっても回転軸２０に固定されていたが、樹脂２５が接着性を有しない態様であってもよい。

上記実施形態において、フィラーは、比重が４以上の重金属、または重金属の化合物からなる場合を例示したが、シリカやグラスファイバー等であってもよい。

上記実施形態では、軸線Ｌ方向の一方側が反出力側Ｌ２であって、軸線Ｌ方向の一方側が出力側Ｌ１であったが、軸線Ｌ方向の一方側が出力側Ｌ１であって、軸線Ｌ方向の他方側が反出力側Ｌ２である場合に本発明を適用してもよい。

２…モータ、５…ステータ、１０…ロータ、１１…第１支持板、１２…第２支持板、１３…磁石ホルダ、２０…回転軸、２１…磁石、２５…樹脂、１３１…第１ホルダ部材、１３２、１３７…軸穴、１３３、１３８…底部、１３４、１３９…円筒部、１３５…板状バネ、１３６…第２ホルダ部材、２０５、２１５…外周面、２１０…貫通穴、２１１…内周面、２１６…第１部分、２１７…第２部分、Ｇ…隙間、Ｌ…軸線、Ｌ１…出力側、Ｌ２…反出力側、Ｏ、Ｏａ、Ｏｂ…中心

Claims (9)

1. 回転軸と、
   前記回転軸が貫通する貫通穴が設けられた円筒状の磁石と、
   前記回転軸の軸線方向の一方側から前記磁石に被さって、前記磁石の外周面のうち、前記軸線方向の一方側の第１部分を覆うカップ状の第１ホルダ部材と、
   前記軸線方向の他方側から前記磁石に被さって、前記磁石の外周面のうち、前記軸線方向の他方側の第２部分を覆うカップ状の第２ホルダ部材と、
   を有し、
   前記磁石の内周面と前記回転軸の外周面との間には、フィラーが分散した樹脂が充填されていることを特徴とするロータ。
2. 請求項１に記載のロータにおいて、
   前記回転軸の外周面に固定され、前記第１ホルダ部材を前記軸線方向の一方側から支持する第１支持板と、前記回転軸の外周面に固定され、前記第２ホルダ部材を前記軸線方向の他方側から支持する第２支持板と、を有することを特徴とするロータ。
3. 請求項１または２に記載のロータにおいて、
   前記フィラーは、金属材料からなることを特徴とするロータ。
4. 請求項３に記載のロータにおいて、
   前記フィラーは、比重が４以上の重金属、または前記重金属の化合物からなることを特徴とするロータ。
5. 請求項１から４までの何れか一項に記載のロータにおいて、
   前記樹脂は、接着性を有していることを特徴とするロータ。
6. 請求項１から５までの何れか一項に記載のロータにおいて、
   前記磁石は、異方性磁石であることを特徴とするロータ。
7. 請求項１から６までの何れか一項に記載のロータにおいて、
   前記磁石は、外周面が真円で、内周面が楕円であることを特徴とするロータ。
8. 請求項１から６までの何れか一項に記載のロータにおいて、
   前記磁石は、外周面および内周面が真円であって、内周面の中心が外周面の中心からずれていることを特徴とするロータ。
9. 請求項１から８までの何れか一項に記載のロータと、前記ロータと対向するステータと、を有することを特徴とするモータ。

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