JP3835865B2 - 切削工具組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、工具のシャンク及びこれに着脱自在に固定された交換式の切削用インサートを保持するための交換式のアダプターよりなる切削工具組立体に関する。
【０００２】
【従来技術及びその課題】
かかる切削工具は、種々の切削作業、特に切削用インサートがアダプターから外向きに突き出し、その突出し量が作業の切削深さを定める内面の旋削、ねじ切り、溝切り及び凹面切削の諸作業に使用される。
【０００３】
例えば、ＷＯ ９４／２１４０８、ＵＳ ４３３２５１３及びＵＳ ４９３８６４１に開示された特定種類の切削工具組立体においては、アダプターは、通常は実質的に平坦であり、そして切削用インサートを保持するインサート受入れスロット及びアダプターと工具シャンクとを組み合わせるように作用するアダプターの取付け部分を有し形成されたインサート保持部分を持つ。このアダプターの取付け部分と工具シャンクとは共同作用面を有し、これらの面にはそれぞれ凹所と突起が形成され、この突起がこの凹所と組み合ってこの中に受け入れられるように作られる。アダプターは２個以上の固定用ねじの手段により工具シャンクに固定される。これらのねじを受け入れるために、アダプターの取付け部分は十分な横方向寸法を必要とする。かかるデザインは小直径の深溝の機械加工には不適である。更に、これら相互作用する組立体の共同作用面は小さな製作許容差を必要とし、更に、時には、ねじ差込みに決められた手順、従ってその取扱いが簡単でないことがある。
【０００４】
直径の小さい加工物内における深くて狭い溝の半径方向内面加工が必要なときは、アダプターはその軸線を横切る方向の工具シャンクの端面に固定しなければならないので、上述の種類の切削工具組立体のデザインは更に制限される。かかる配列に関連し、かつ工具シャンクのかなり小さい直径を考えると、アダプターを固定するための面積は本質的に限定され、従ってこの組立体で使用される固定用ねじの個数を減らすことが望まれることは明らかである。
【０００５】
固定用ねじを１個だけしか使用しない切削工具組立体の一例がチネル有限会社（Zinner HmBH）により製造のシュテッヘシステム（Stechsystem）２０００である。しかし、この工具組立体をその工具シャンクの端面に対して確実に安定固定するために、後者にはアダプターの対応した貫通穴に受け入れられるまわり止めピンが形成される。かかる配列は高い製作精度を必要とし、更に十分な工具シャンクの端面面積を要し、このため、小直径の切削工具に対するこの配列の使用は本質的に限定される。
【０００６】
１個のクランプ用ねじの手段により、かつ切削工具の効果的な小型化の可能な方法で、工具シャンクへの交換式アダプターの信頼できかつ安定した固定を達成し、これにより小直径の加工物内における深くて狭い溝の内面機械加工を容易にする切削工具を提供することが本発明の目的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明により、シャンクの保持部分を有する工具シャンク、並びにクランプ手段によりこのシャンクの保持部分に固定されるアダプターの取付け部分及び交換式切削用インサートを保持するためのインサート保持部分であってアダプターの取付け部分より外向きに突き出しているインサート保持部分を有する交換式アダプターを備えた切削工具組立体であって、
前記アダプターの取付け部分は側壁を有し、この側壁には、側壁に実質的に平行な突起の当たり面、及び突起の当たり面を横切る方向に向けられた上下両側の突起保持面を有する突起が形成され、
前記シャンクの保持部分は、アダプターの取付け部分の側壁と略平行でありかつアダプターの取付け部分の突起と組み合ってこれをを受け入れ得る凹所が形成されたフェース面を有し、凹所は突起の対応面と相互作用するようにされた凹所の受け面と上下の向かい合った凹所の受入れ面を有し、
前記クランプ手段は、アダプターの後端に近接して形成されかつ突起を貫通しているアダプター貫通穴、シャンクの保持部分に形成されかつアダプター貫通穴と揃えられたねじ穴、及びアダプター貫通穴内に受入れ可能なねじ頭部とねじ穴内にねじ込まれるようにされたねじ部分とを有するクランプねじを備えた切削工具組立体において、
アダプター貫通穴に移行する横断方向のスリットがアダプターの前記後端に形成され、この貫通穴は、前記突起内に配置された前記貫通穴の少なくも一部分に、アダプターの取付け部分の前記突起の当たり面に向かう方向でテーパーが付けられ、前記ねじ頭部が貫通穴のテーパー部分に対して押し得る
ことを特徴とする切削工具組立体
が提供される。
【０００８】
かかる設計により、クランプねじがねじ穴にねじ込まれると、好ましくは円錐状のその頭部は、貫通穴のテーパー部分を押し、これにより、クランプねじ頭部の上下に配置されたその接触域において、突起の上下の保持面が対応している凹所の上下の保持面に当たるまで、アダプターの取付け部分の上側部分をシャンクの保持部分の凹所内のその下側部分から遠ざかるように強圧する。同時に、アダプターは加えられたトルクの方向に回され、ねじから遠い方のその接触域において、突起の下側の保持面を凹所の下側の保持面に押し付ける。同時に、アダプターの取付け部分の突起の当たり面がシャンクの保持部分の凹所の受け面に当たる。
【０００９】
本発明の好ましい実施例においては、貫通穴のテーパー部分は実質的に円形の断面を持つ。しかし、テーパー部分の断面は非円形とすることができ、例えば長くして、実質的にアダプターの長さに沿った方向で最大寸法を持たせることができ、これによりアダプターの取付け部分のインサート保持部分に近接した位置の領域におけるアダプターの取付け部分の上方部分の可撓性を大きくし、そして、横断方向における最小寸法により、クランプねじの頭部と貫通穴のテーパー部分との間の予定接触位置を確保する。
【００１０】
アダプターの長さに沿って貫通穴から遠い方向における突起及び凹所の上側保持面は、それぞれの下側保持面より短いことが好ましい。前記突起にはインサート保持部分の付近に凹の切取り部が形成されることが更に好ましい。
【００１１】
クランプねじがねじられる方向は、アダプターのインサート保持部分内に保持された切削用インサートに作用する切削力により発生するトルクと同じ方向にアダプターを回転させるような方向であることが好ましい。
【００１２】
好ましくは、凹所の当たり面と突起の受け面との間の接触がその上側区域で生ずることを確実化するために、これらの面の少なくも一方に比較的浅い境界限定用の凹みが形成される。この場合、アダプターの取付け部分の側壁及びシャンクの保持部分のフェース面は追加の接触域、即ち凹所及び突起から間隔を空けた追加の接触域を持つことが好ましい。
【００１３】
好ましくは、追加接触域は、凹所の受け面及び突起の当たり面と実質的に平行であり、かつシャンクの保持部分のフェース面の最下方部分とアダプターの取付け部分の側壁との間に確立される。
【００１４】
本発明の好ましい実施例においては、工具シャンクは、少なくもその先端付近において円筒状のものであり、アダプターは、これと調和して部分的に円形の周囲を有しかつ工具シャンクに関して横断方向に向けられる。或いは工具シャンクは、これを非円形断面のものとしかつその幅よりも大きな高さを有することができる。
【００１５】
工具シャンクのフェース面に、中間に前記凹所を定めて対向して配置された上下２個の横方向フランジ部分が形成されることが好ましい。
【００１６】
好ましくは、工具シャンクの先端に、インサート保持部分の付近に、チップ流れ用の空間を提供するために切り取り部分が形成される
工具シャンクは、工具シャンクの先端に形成された切取り部におかれた流体出口を持った冷却流体ダクトを有することが好ましい。
【００１７】
【好ましい実施例の説明】
本発明による金属用の切削工具組立体が図１、２及び３に示される。図４及び５は、内面機械加工用、特に軸線Ａのまわりで工具に関して回転する小さな直径Ｄの加工物Ｗの狭い溝Ｇの半径方向機械加工のためのこの金属用切削工具の使用を示す。
【００１８】
図１及び２に見られるように、この金属用切削工具組立体は、細長い円筒状の工具シャンク１、及び工具シャンクを横切る方向に向けられた部分円状の実質的に平らなアダプター２を備え、このアダプターは更に円錐状の頭部５とねじ部分６とを有するクランプねじ４によりシャンクの先端３にねじ止めされる。
【００１９】
図１及び２、並びにアダプター２を示している図６及び７に見られるように、アダプターはブレード状のインサート保持用部分７を有し、交換式の切削用インサート８を、アダプター２の先端９及びアダプターの取付け部分１０から外向きに突き出しているその作動位置に保持する。アダプター２のインサート保持部分７にはインサート受入れ用スロット１１が形成され、切削用インサート８は、切削作業中（図５）その切れ刃１２と上述の軸線Ａとが実質的に１平面内に配置されるようにこのスロット内に保持される。アダプターの取付け部分１０は、工具シャンク１に面しかつ切削用インサート８の切れ刃１２を実質的に横切る方向に向けられた側壁１３を持つ。
【００２０】
図７に見られるように、アダプターの取付け部分１０の側壁１３には、側壁１３の上方部分に配置されかつアダプター２の後端２１からアダプターの先端９に向かって伸びている突起２０が形成される。図８に更によく見られるように、突起２０は当たり面２２、及びこの当たり面２２と実質的に直角な上下の保持面２３と２４を持つ。図７に見られるように、突起２０の上面２３は、インサート保持部分７の方向で、下面２４よりかなり小さい寸法を持つ。かかるデザインにより、突起にはインサート保持部分７に隣接して凹の切取り部分２０’を形成でき、これにより切削作業中のチップの流れと冷却風の通路とのための、より大きな空間が提供される。側壁１３の下方部分は追加の当たり面２５を構成する。
【００２１】
図６及び７に見られるように、アダプターの取付け部分１０には、アダプター２の後端２１に近接して貫通穴２６が形成される。この貫通穴２６は好ましくは段付きの形状のものであって、クランプねじ４の頭部５の直径より大きな直径の円筒状部分２７及び円錐状の頭部５の形状に実質的に対応するテーパー付き部分２８を有し、貫通穴のテーパー部分の大部分又は総ては突起２０の領域内にある。貫通穴２６のテーパー部分及びねじ頭部５の夾角（ｉｎｃｌｕｄｅｄ ａｎｇｌｅ）は３０゜から８０゜の範囲にあること、例えば５０゜であることが好ましい。
【００２２】
アダプター貫通穴のテーパー部分の断面形状は、これを円形以外となし得ることに特に注意すべきである。例えば、アダプターの長さに沿った方向に最大寸法を有し、そして上下の保持面と実質的に直角の方向に最小寸法を持つように細長くすることができる。そこで、例えば図６ａに示されるように、テーパー付き貫通穴を実質的に長円形断面とすることができる。貫通穴のテーパー部分の軸線に沿った輪郭は円錐である必要はなく、クランプねじの頭部が穴の軸線に沿った予定位置においてテーパー部分の面と確実に当たるその他の適宜の形状とすることができる。そこで、例えば、テーパー部分の輪郭を、割出し可能なインサートの固定用の穴に関連してＩＳＯ／ＤＩＳ ６９８７に定められた方法と同様な方法で湾曲させることができる。或いは、クランプねじの頭部の適切な形状により上述の総てを達成することができる。
【００２３】
図６及び７に見られるように、アダプター２の後端２１には、貫通穴２６に移行しかつこれに沿って伸びる横断方向のスリット２９が形成される。かなり大きい直径の貫通穴２６と組み合わせられかつその一部分が突起２０の凹の切取り部２０’及びインサート受入れ用スロット１１の付近に配置されたデザインにより、一般にスロット２９に向かい合って配置された比較的狭い可撓性領域２９’が生じ、このためアダプターの取付け部分１０の上方部分１０’はその下方部分に関して柔軟に変位できる。
【００２４】
図１に見られるように、工具シャンク１は、その先端３にシャンクの保持部分１４を有し、このシャンクの保持部分は、アダプターの取付け部分の側面１３と出会ってこれと組み合った状態で共同作用するフェース面１５を持つ。
【００２５】
図９及び１０に示されるように、シャンクの保持部分１４に、横方向に配置された上下２個のフランジ部分３０及び３１が形成され、これらはその間に凹所３２を定め、この凹所は突起２０の形状と一致しかつこれを受け入れるようにされる。即ち、凹所３２は、中央に配置された段付き形状の受け面３３、及びシャンクの保持部分１４の上側のフランジ部分３０の上側保持面３４と下側のフランジ部分３１の下側保持面３５を持つ。受け面３３が段付き形状であるため、アダプターの取付け部分１０の当たり面２２との接触が予定位置、特にその上方部分３６における予定位置において確実に生じる。下側フランジ部分３１の平坦な端面３７は受け面３３と平行であり、シャンクの保持部分の追加の受け面を形成する。
【００２６】
図１０に見られるように、シャンクの保持部分にはねじ穴３８が形成され、これはアダプター貫通穴２６と一般に整列しかつクランプねじ４のねじ部分６と共同作用する。
【００２７】
図１０に示されかつ図１及び２になおよく見られるように、工具シャンクの先端３には、インサート保持部分７の付近でチップを流すため空間を提供している切取り部４０が形成される。工具シャンク１は、好ましくは、切取り部４０に置かれた流体出口４１を持った内部流体ダクト（図示せず）を持つ。かかる構造により、切削区域への冷却用流体の供給ができ、これにより切削用インサートの効果的な冷却と切削区域からのチップの排出とが達せられ、これは、小直径の穴の中の深溝及び／又は凹所の機械加工に特に有利である、
さて、図１１及び１２を参照して、工具シャンク１に対するアダプター２の結合のクランプ機構が説明されるであろう。アダプターの突起２０を工具シャンクの凹所３２内に導入し、アダプターの取付け部分の貫通穴２６内にクランプねじ４を差し込み、そのねじ部分６をシャンクの保持部分のねじ穴３８内にねじ込むことにより把持が行われる。ねじをトルクＭで締めると、これにより生ずる張力Ｔが、アダプターの取付け部分の当たり面２２、２５とシャンクの保持部分の受け面３３、３７との接触を確立する（図１２）。張力Ｔは、円錐状のねじ頭部５を貫通穴２６のテーパー部分２８に対して内向きに押し付け、アダプターの取付け部分２６を凹所３２内で広げ、突起の上下の保持面２３及び２４を凹所の上下の保持面３４及び３５に対して押し付ける（図１１）。これが共同作用している面間のいかなる隙間も無くし、切削力の作用中の両者間の摩擦相互作用を導く。アダプターが工具シャンクに固定されるときのトルクＭ及び運転中に加えられる切削力が、切れ刃１２に関して最も内側の領域４７において突起の下側保持面２４が凹所の下側保持面３５と接触するまでアダプターの取付け部分を回転させようとする（図１１）。
【００２８】
従って、本発明による切削工具組立体の特別なデザインのため、上のクランプ機構は１個のクランプねじ４の使用により効果が得られる。このクランプねじ４だけで、把持に要する主要な力、即ち図１１の力Ｆ１とＦ２を発生できる。これらの力は、それぞれ接触域４８と４９における上下の保持面の対２３−３４及び２４−３５の相互の当たりに基づく。また、図１１の力Ｆ３は、接触域４７において生ずる突起及び凹所の下側保持面２４及び３５の間の直接反力であり、更に図１２に示された力Ｆ４及びＦ５は、アダプターの取付け部分とシャンクの保持部分のそれぞれの当たり面と受け面との対２２−３３及び２５−３７間の接触により生じた直接反力である。
【００２９】
一方、この組立体はクランプねじをただ１個だけしか必要でないという事実のため、比較的大きな直径のねじと貫通穴との使用が可能であり、これは所要のクランプ力の発生に特に有利であり、更に一方では、工具の相当な小型化に有利であり、図４及び５に示されたような切削作業に対して特に重要である。本発明により作られたアダプターと工具シャンクとの間の結合は、構造が単純であり、使用者になじみ易く、かつ極めて高精度の寸法許容差の必要のない限定された数の部品の利点を有し、十分に安定かつ信頼できる。
【００３０】
上に説明されかつ図面に示されたものとは異なる特徴を有する切削工具組立体を設計し得ることに注意すべきである。即ち、突起の当たり面と凹所の受け面との間の予定接触位置を確保するために、突起の当たり面を凹みではない適切な形状、例えば段付きにすることができる。アダプターを、工具の長手方向軸線を横切る方向でなくこれと平行に配置されるように工具シャンクの側面に取り付けることができる。工具シャンクは円柱状でなく長方形とすることができる。工具シャンクの後方部分は、切削工具の用途に従って異なった設計とすることができる。従って、例えば、自動工具交換システム（ＡＴＣ）に使用するように設計することができる。
【００３１】
本発明のクランプ機構は、アダプターのインサート保持部分がブレード型、即ちインサート受入れ用ポケットがスロット形式でありかつ切削用インサートがインサート保持部分と一体の弾力のあるばね部分により把持される図示のような形式の切削工具組立体に対して特に有利であるが、本発明はかかる用途には限定されずかつ切削用インサートが別の方法、例えばくさび把持により固定される切削工具に使用することができる。
【００３２】
本発明の実施態様は次の通りである。
【００３３】
１．シャンクの保持部分（１４）を有する工具シャンク（１）、並びにクランプ手段によりこのシャンクの保持部分に固定されるアダプターの取付け部分（１０）及び交換式切削用インサートを保持するためのインサート保持部分（７）であってアダプターの取付け部分（１０）より外向きに突き出しているインサート保持部分（７）を有する交換式アダプター（２）を備えた切削工具組立体であって、
前記アダプターの取付け部分（１０）は側壁（１３）を有し、この側壁には、側壁（１３）に実質的に平行な突起の当たり面（２２）、及び突起の当たり面（２２）を横切る方向に向けられた上下両側の突起保持面（２３、３４）を有する突起（２０）が形成され、
前記シャンクの保持部分（１４）は、アダプターの取付け部分（１０）の側壁（１３）と略平行でありかつアダプターの取付け部分（１０）の突起（２０）と組み合ってこれをを受け入れ得る凹所（３２）が形成されたフェース面（１５）を有し、凹所（３２）は突起（２０）の対応面と相互作用するようにされた凹所の受け面（３３）と上下の向かい合った凹所の受入れ面（３４、３５）を有し、前記クランプ手段は、アダプター（２）の後端（２１）に近接して形成されかつ突起（２０）を貫通しているアダプター貫通穴（２６）、シャンクの保持部分（１４）に形成されかつアダプター貫通穴（２６）と揃えられたねじ穴（３８）、及びアダプター貫通穴（２６）内に受入れ可能なねじ頭部（５）とねじ穴（３８）内にねじ込まれるようにされたねじ部分（６）とを有するクランプねじ（４）を備えた切削工具組立体において、
アダプター貫通穴（２６）に移行する横断方向のスリット（２９）がアダプターの前記後端（２１）に形成され、この貫通穴は、前記突起（２０）内に配置された前記貫通穴（２６）の少なくも一部分に、アダプターの取付け部分（１０）の前記突起の当たり面（２２）に向かう方向でテーパーが付けられ、前記ねじ頭部（５）が貫通穴（２６）のテーパー部分（２８）に対して押し得る
ことを特徴とする切削工具組立体。
【００３４】
２．クランプねじ（４）のねじられる方向が、アダプター（２）のインサート保持部分（７）内に保持された切削用インサートに作用する切削力により発生するトルクと同じ方向にアダプター（２）を回転させるような方向である実施態様１による切削工具組立体。
【００３５】
３．アダプターの長さに沿って貫通穴（２６）から離れる方向において、突起（２０）及び凹所（３２）の上側保持面（２３、３４）が、それぞれの下側保持面（２４、３５）より短い実施態様１による切削工具組立体。
【００３６】
４．前記突起（２０）がインサート保持面（７）の付近に凹の切取り部（２０’）を有する実施態様３による切削工具組立体。
【００３７】
５．凹所の受け面（３３）と突起の当たり面（２２）との間の接触がその上側区域で生ずることを確実化するためにこれらの面の少なくも一方に比較的浅い境界決定用の凹みが形成され、アダプターの取付け部分の前記側壁（１３）及びシャンクの保持部分の前記フェース面は前記凹所（３２）及び突起（２０）から間隔を空けた追加の接触域（２５、３７）を有する実施態様１による切削工具組立体。
【００３８】
６．前記追加接触域（２５、３７）は、凹所の受け面（３３）及び突起の当たり面（２２）と実質的に平行であり、かつシャンクの保持部分のフェース面（１５）の最下方部分とアダプターの取付け部分の側壁（１３）との間に確立される実施態様５による切削工具組立体。
【００３９】
７．アダプター貫通穴の前記テーパー部分（２８）が実質的に円形の断面形状を有する実施態様１による切削工具組立体。
【００４０】
８．前記テーパー部分（２８）の断面形状が非円形である実施態様１による切削工具組立体。
【００４１】
９．前記貫通穴（２６）が実質的にアダプター長さに沿った方向における最大断面寸法と横断方向における最小断面寸法とを有する実施態様８による切削工具組立体。
【００４２】
１０．工具シャンク（１）は、少なくもその先端（３）付近において円筒状のものであり、アダプター（２）はこれと一致する部分的に円形の周囲を有しかつ工具シャンクに関して横断方向に向けられる実施態様１による切削工具組立体。
【００４３】
１１．工具シャンクの前記フェース面（１５）に、中間に前記凹所を定めている対向して配置された上下２個の横方向フランジ部分（３０、３１）が形成される実施態様１による切削工具組立体。
【００４４】
１２．工具シャンク（１）の先端（３）に、インサート保持部分（７）の付近に、チップ流れ用の空間を提供するために切取り部（４０）が形成される実施態様１による先端工具組立体
１３．工具シャンク（１）は、工具シャンクの先端（３）に形成された切取り部（４０）に置かれた流体出口（４１）を持った冷却流体ダクトを有する実施態様１２による切削工具組立体。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による金属用切削工具組立体の分解等角図である。
【図２】図１に示された切削工具組立体の等角図である。
【図３】図２に示された切削工具組立体の側面図である。
【図４】内面溝切り作業中の加工物内の図２に示された切削工具組立体の配置を図式的に示す。
【図５】内面溝切り作業中の加工物内の図２に示された切削工具組立体の配置を図式的に示す。
【図６】図１及び２に示された切削工具のアダプターの正面図、別デザインを有する本発明による切削工具のアダプターの正面図ａである。
【図７】図６に示されたアダプターの背面図である。
【図８】図６に示されたアダプターの線VIII-VIIIに沿った断面図である。
【図９】図１及び２に示された切削工具組立体の工具シャンクの側面図である。
【図１０】図９に示された工具シャンクの正面図である。
【図１１】図２に示された切削工具組立体のクランプ機構を図式的に示している切削工具組立体の正面図である。
【図１２】図１１に示された切削工具組立体の段付き線XII-XIIに沿った断面図である。
【符号の説明】
１ 工具シヤンク
２ 交換式アダプター
７ 工具保持部分
１０ アダプター取り付け部分
１３ 側壁
２０ 突起
２１ 後端
２６ 貫通孔
２８ テーパー部分
２９ スリット
３３ 受面

Claims (1)

1. シャンクの保持部分を有する工具シャンク、並びにクランプ手段によりこのシャンクの保持部分に固定されるアダプターの取付け部分及び交換式切削用インサートを保持するためのインサート保持部分であってアダプターの取付け部分より外向きに突き出しているインサート保持部分を有する交換式アダプターを備えた切削工具組立体であって、
   前記アダプターの取付け部分は側壁を有し、この側壁には、側壁に実質的に平行な突起の当たり面、及び突起の当たり面を横切る方向に向けられた上下両側の突起保持面を有する突起が形成され、
   前記シャンクの保持部分は、アダプターの取付け部分の側壁と略平行でありかつアダプターの取付け部分の突起と組み合ってこれを受け入れ得る凹所が形成されたフェース面を有し、凹所は突起の対応面と相互作用するようにされた凹所の受け面と上下の向かい合った凹所の受入れ面を有し、
   前記クランプ手段は、アダプターの後端に近接して形成されかつ突起を貫通しているアダプター貫通穴、シャンクの保持部分に形成されかつアダプター貫通穴と揃えられたねじ穴、及びアダプター貫通穴内に受入れ可能なねじ頭部とねじ穴内にねじ込まれるようにされたねじ部分とを有するクランプねじを備えた切削工具組立体において、
   アダプター貫通穴に移行する横断方向のスリットがアダプターの前記後端に形成され、この貫通穴は、前記突起内に配置された前記貫通穴の少なくも一部分に、アダプターの取付け部分の前記突起の当たり面に向かう方向でテーパーが付けられ、前記ねじ頭部が貫通穴のテーパー部分に対して押し得る
   ことを特徴とする切削工具組立体。

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