JP4322917B2 - ゴルフクラブヘッド - Google Patents

Description

本発明は、ゴルフクラブヘッドに関する。本発明は、特に、高強度の材料からなる外部フレームと低密度の材料からなるボディを有するゴルフクラブヘッドに関する。

ゴルフクラブヘッドがボールを打撃するとき、クラブヘッドフェースとゴルフボールに及ぼすおおきな衝撃が生じる。多くのエネルギーがヘッドからボールに伝達されるが、いくらかのエネルギーは衝突の結果、失われる。ゴルフボールは、代表的には、ゴムのようなコアを囲むポリマーのカバー材料（アイオノマーのような）を有している。減衰特性を持つこれらの柔らかいポリマー材料の歪みはクラブフェースの減衰特性よりも１０〜１００倍大きい。したがって、インパクトの間、エネルギーの大部分は金属クラブフェースの変形（０．００１〜０．２０インチ）とは異なり、ゴルフボールの高い歪みと変形により失われる。クラブヘッドからゴルフボールへの最も効率的なエネルギーの伝達はゴルフボールのより大きな飛距離を生み出す。

一般に受け入れられているアプローチはクラブヘッドフェースの硬さを増し、クラブヘッドの変形を減らすことであった。しかしながら、これは、ゴルフボールのより大きな変形を生み出し、エネルギーの伝達に関して問題を生じる。

ある人はこの問題を認識し、解決の可能性について論じてきた。一つの例は、「フレキシブルなインパクト面を持つアイアンゴルフクラブを製造する方法」についてのＣａｍｐａｕの米国特許第４，３９８，９６５号で、フレキシブルなフェースプレートとするためにスロットを持たせたフレキシブルで弾力性のあるフェースプレート持つクラブを開示している。このＣａｍｐａｕのフェースプレートは、ステンレススチールのような鉄の材料からなり、０．１〜０．１２５インチの範囲の厚さを持つ。

Ｒｉｇａｌ の米国特許第５，５７０，４２７号は、耐衝撃性の金属シーリング要素によって画成される打撃面を持つ熱可塑性材料で成形されたゴルフクラブヘッドを開示している。このシーリング要素はクラブヘッドの打撃面の前壁を画成し、打撃面の側部に沿って上方に延び、クラブヘッドのシャフトを取り付けるためのネックを形成している。このシーリング要素は、２．５〜５ｍｍの厚さとするのが好ましい。

Ｌｏ 他の米国特許第５，６２４，３３１号は、ヘッドの金属ケーシングが少なくとも二つの開口を持つ中空のゴルフクラブヘッドを開示している。このヘッドは、また、ヘッド内に置かれたコンポジット材料を含み、そのコンポジット材料の一部はゴルフクラブヘッドケーシングの開口に位置している。

Ｄａｎｉｅｌ の米国特許第１，１６７，３８７号はシェルボディがアルミニウム合金のような金属からなり、フェースプレートがビーチ、パーシモンなどのような硬い木材からなる中空のゴルフクラブを開示している。フェースプレートは木材の木目が打撃プレートに対し整列するよういされている。

Ｓｕｎ の米国特許第４，８７２，６８５号は雌ユニットと雄ユニットとを合致させて単一のゴルフクラブヘッドを形成するようにしたウッドタイプのクラブヘッドを開示している。雌ユニットはゴルフクラブヘッドの上側部分を持ち、好ましくは、プラスチック、合金又は木材からなる。雄ユニットはソールプレート、打撃プレートから成るフェースインサート及び重りの構造材を含む。この雄ユニットは、好ましくは軽金属から成り、実質的にはより重くなっている。これらのユニットは合致されて接着剤または機械的手段により保持される。

Ａｎｄｅｒｓｏｎの米国特許第５０２４４３７， ５０９４３８３， ５２５５９１８， 及び５２６１６６４号は、全体が鋳造金属材料からなるボディと、ホット鍛造金属材料からなるフェースインサートからなるゴルフクラブヘッドを開示している。

Ｖｉｓｔｅの米国特許第５，２８２，６２４号は鋳造金属ボディと外側面と内側面に溝を持つフェースインサートで厚さが３ｍｍの鍛造スチールフェースインサートを有するゴルフクラブヘッドを開示している。

Ｒｏｇｅｒｓの米国特許第３，９７０，２３６号は鋳造鉄ボディに融合固着した金属フェースプレートを持つアイアンクラブヘッドを開示している。

米国ゴルフ協会（”ＵＳＧＡ”）とセントアンドリュースロイヤルエンシャントによって制定され説明されるゴルフ規則は、ゴルフクラブヘッドについて所定の規定を設けている。ゴルフクラブヘッドの要件は、Ａｐｐｅｎｄｉｘ ＩＩ の規則４に記載されている。ゴルフ規則の完全な内容はＵＳＧＡのウエブページ、ｗｗｗ．ｕｓｇａ．ｏｒｇ から得ることができる。ゴルフ規則は、ゴルフクラブフェースについて特定のパラメータを規定していないが、規則４−１ｅ はゴルフボールに対して衝撃にばね効果を持つフェースを禁止している。１９９８年に、ＵＳＧＡは規則４ｅ−１に従ってＣＯＲを測定するテスト手順を採用している。

現存する多くの高いＣＯＲを持つクラブヘッドは適合する金属ボディに溶接される高強度チタン合金と超高強度スチール合金を使用している。フェースのエッジとフェースのボディへの溶接はＣＯＲとクラブヘッドの耐久性に影響を与える。

ボールとの衝撃力のもとでの弾性的変形はボールの下に集中するがフェースのエッジまで及ぶ。ボールの下とインパクトから離れたフェースは曲げと伸びによる歪みを受ける。エッジが比較的インパクト領域から離れている限り、歪みは、ボールから離れるように略均一に広がる。しかしながら、歪みがフェースのエッジにおける曲面的に変化する近傍に近づくと、金属内の歪み分布は境界における硬さ／束縛に応じて変化する。現在のクラブでは、エッジは通常は硬く、歪みによる変形は、金属のこの断面が薄いプレートから約９０°曲がるように金属内における集中的に応力が加わる。混じる断面は硬さを増し、順応性を減少させ、歪みを増加させる。多くの場合、局所的な混合した断面は、クラウン又はソールのような隣接するヘッドにおける幾何学的部分に回転又は並進引っ張り力のような剛体の組合せを通じて僅かな歪みを受ける。これらの現在のドライバーでは、インパクトに最も近い境界はインパクトの近傍で存続できるように設計される必要がある。このことは、順応性のある設計を行うのに制限を与えることとなる。丸味を持つエッジの形状は通常は良好な断面硬さを持つ。局所的に厚くなることを減らすことができ、クラブヘッドが、フェース材料がフェースの周りに巻き付いてこのエッジを生むような、フェースエッジにおけるボールインパクトにも耐えることができる。多くの現実的な考慮するべきことが、フェースのエッジ部を形成し、或いは薄くするために制限を与えている。

現在のドライバーは、通常は、厚い断面及び／又は高強度の材料をフェースが最初にボディブレンドと交わる領域で採用されており、許容できる耐久性を維持している。厚い断面は順応性を減少させ、クラブヘッドの質量特性を悪くする。薄く、高強度の断面は適合する仕上げ工程と結合工程を必要とする。これらの工程は、コストを増し、設計形成を制限する。連結部付近の仕上げと溶接は耐久性を減少させる。

先行技術は多くのクラブヘッド材料を開示しているが、これらの先行技術は高い反発係数と代表的ゴルファーへの恩恵を提供することに成功していない。

本発明は、新しいクラブヘッドアセンブリと、フェースエッジにおける設計オプションの拘束をより低くし、また、フェース以外のより広い材料の使用を与えることによりＣＯＲを改善する複合材料クラブヘッドを造るための材料を提供するものである。

本発明の一つの態様は、軽材料と、金属打撃プレートと、打撃プレートを取り付けるための取付け手段を提供するフレームを持つゴルフクラブヘッドである。

本発明の他の態様は、ボディと、打撃プレートとフレームを持つゴルフクラブヘッドである。ボディは、クラウン、ソール及びリボンを持つ。ボディは、また、前側端部における開口と、ヒールクラウン溝と、トオクラウン溝とヒールソール溝とトオソール溝を持つ。ボディは好ましくは密度が４．５ｇ／ｃｍ^３以下の熱可塑性材料である。打撃プレートは開口を覆うようにして設けられる。打撃プレートは０．０４０〜０．２５０インチの範囲の均一な厚さを持つ。打撃プレートは上部ヒール穴、下部ヒール穴、上部トオ穴、下部トオ穴を有している。打撃プレートインサートは好ましくは金属材料からなる。フレームは中央ボディ、上部ヒールアーム、下部ヒールアーム、上部トオアーム及び下部トオアームを持つ。上部ヒールアームはボディのヒールクラウン溝内に位置して打撃プレートの上部ヒール穴と係合する。下部ヒールアームはボディのヒールソール溝内に位置し、打撃プレートの下部ヒール穴と係合する。上部トオアームはボディのトオクラウン溝内に位置し、打撃プレートの上部トオ穴に係合する。下部トオアームはボディのトオソール溝内に位置し、打撃プレートの下部トオ穴と係合する。ゴルフクラブヘッドは０．８０〜０．９４の反発係数を持ち、ゴルフクラブヘッドは３００〜５００立方センチメートルの体積を持つ。

図１−５に示されるように、ゴルフクラブヘッドは全体として２０で示される。ゴルフクラブヘッド２０はボディ２２，打撃プレート２４，フレーム２６及び選択的支持ガスケット２８を含んでいる。本発明のゴルフクラブヘッド２０は取り扱いを容易にするために重心”ＣＧ”の周りの高い慣性モーメントを持ち、また、ゴルフボールを打ったときより大きな距離を与えるため高い反発係数を有している。

ボディ２２はクラウン３４，ソール３６，リボン３８，開口３９及び複数の溝４０ａ−ｄを有している。ボディ２２は好ましくは中空の内部を有し、クラウン３４，ソール３６及びリボン３８によって画成されている。ゴルフクラブヘッド２０はヒールエンド５６，トオエンド５８及びアフトエンド５７を有している。ボディ２２は好ましくは軽材料又は低密度材料で、好ましくは非金属材料又は低密度金属材料（４．５／ｃｍ^３未満）である。好ましい非金属材料はポリウレタン材料のような注入可能な熱可塑性材料である。ボディ２２の他の材料としては、連続ファイバープリプレグ材料（樹脂として熱硬化性材料又は熱可塑性材料を含む）、熱硬化性ポリウレタンのような他の熱硬化性材料、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ＰＢＴ（ポリウレタンテレフタレート）、ポリカーボネートとポリウレタンの混合物など複合材料を含む。ボディ２２は好ましくは注入成形、ブラダー成形（ｂｌａｄｄｅｒ ｍｏｌｄｉｎｇ）、樹脂トランスファー成形、樹脂インフージョン、加圧成形、等の方法により製造される。ボディ２２の好ましい金属材料はアルミニウム、錫又はマグネシウムである。

打撃プレート２４は好ましくは金属材料で形成される。しかしながら、これに変えて、打撃プレート２４は機械加工された金属材料、鍛造金属材料、鋳造金属材料などから成る。打撃プレート２４は好ましくはチタニウム又はスチール材料により形成される。好ましい材料はスチール４３４０で、熱処理の後、窒化チタニウムでコーティングされる。打撃プレート２４に有用なチタニウム材料は、純チタン及び６−４チタン合金、ＳＰ−７００チタン合金（日本スチール、東京、日本から入手可能）、大同スチール、東京、日本から得られるＤＡＴ５５Ｇチタン合金、オハイオのＲＴＩインターナショナルメタルから入手可能のＴｉ １０−２−３ Ｂｅｔａ−Ｃ チタン合金などを含む。打撃プレート２４の他の材料は、他の高強度スチール合金及びアモルファス材料を含む。このようなスチール材料には、ペンシルバニアのＣａｒｐｅｎｔｅｒ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ａｌｌｏｙｓ から得られる１７−４ＰＨ， Ｃｕｓｔｏｍ ４５０，４５５，４６５ 及び４６５＋ステンレススチール、ＡＥＲＭＥＴ １１０ 及びＡＥＲＭＥＴ ３１０ 合金スチール、ノースカロライナのＡｌｌｖａｃ から入手できるＣ３５ マルエージングスチールを含む。このようなアモルファス材料には、米国特許第５，２８８，３４４号に開示されるようなベリリウムベースの合金、米国特許第５，７３５，９７５号に開示されるようなクイナリー金属グラス合金、及びターナリー合金を含む。打撃プレート２４の外側面は代表的には図示されてはいないが複数のスコアラインを有している。

打撃プレート２４は好ましくは楕円形又は台形をましている。打撃プレート２４は好ましくはボルト３２ａ−ｄが挿入される複数の孔４８ａ−ｄを有している。好ましい実施例においては、打撃プレート２４は、好ましくは０．０４０〜０．２５０インチ、より好ましくは０．０８０〜０．１２０インチの範囲、最も好ましくはチタニウム合金の打撃プレートについては、０．１０８インチ、ステンレススチールの打撃プレート２４については０．０９０インチの均一な厚さを持つ。

フレーム２６は好ましくはステンレススチール、チタン合金、アルミニウム、マグネシウム、及び他の同様な金属材料からなる。他の代替的な実施例においては、フレーム２６は熱可塑性材料からなる。フレーム２６は好ましくは４つのアーム４２ａ−ｄと中央ボディ４４を有している。好ましい実施例においては、各アーム４２ａ−ｄはボディ２２の対応する溝４０ａ−ｄ内に置かれる。各溝４０ａ−ｄは全体としてアーム４２あーｄを受け入れるような形状とされている。各アーム４２ａ−ｄはボディ２２のアフトエンド５７から開口３９まで延びるのに十分な長さを有している。好ましい実施例においては、各アーム４２ａ−ｄは前側端部（中央ボディ４４の反対側）でねじ付き孔を持つ管状をなし、打撃プレート２４を取り付けるためのボルトを受け入れるようにしてある。フレーム２６は好ましくは打撃プレート２４の各コーナー（上部ヒール、下部ヒール、上部トオ、下部トオ）において打撃プレート２４と係合する。フレーム２６は、また、質量がゴルフクラブヘッド２０の最も外側に位置するため、ゴルフクラブヘッド２０の慣性モーメントを増加させる。打撃プレート２４のフレーム２６への取り付けは、打撃プレート２４の応答ポイントをＣＯＲの改善のためのより大きい弾性とゴルフクラブヘッド２０の慣性モーメントのために最適化する可能性を与える。

更に、打撃プレート２４のフレーム２６への取り付けは、打撃プレート２４にアモルファス金属を使用することを可能とし、フレーム２６とボディ２２とを異なる材料とし、これにより、アモルファス金属と他の材料の結合に関する問題をなくすことを可能とする。ボルトを使用する取り付けが好ましいが、リベット、セルフテーピングネジ、局部摩擦又は溶接など他の結合手段を使用することができる。

図１に示されるように、ホーゼル３０が中空内部５０内に配置されヒールエンド５６の近くに置かれる。ホーゼル３０は好ましくはアルミニウム材料からなり、好ましくは３〜１０グラムの質量、より好ましくは４〜８グラム、最も好ましくは６グラムの質量を持つ。これに替わり、ホーゼル３０はウレタン又はＡＢＳのような強固なポリマーで造ることもできる。

図６はゴルフクラブヘッド２０の他の実施例を示し、異なる形状のフレーム２６の中央ボディ４４を持っている。

本発明は高い反発係数を持ち、これによって本発明のゴルフクラブヘッドを使用してゴルフボールのより大きい距離を可能とするゴルフクラブに向けられている。反発係数（“ＣＯＲ”と称される）は下記の式により定義される。

ｅ＝（ν_２−ν_１）／（Ｕ_１−Ｕ_２）
ここで、Ｕ_１はインパクト前のクラブヘッドの速度；Ｕ_２はインパクト前のゴルフボール速度でゼロ；ν_１はクラブヘッドのフェースからゴルフボールが離れたときのクラブヘッドの速度；ν_２はクラブヘッドのフェースからゴルフボールが離れたときのゴルフボールの速度；ｅはゴルフボールとクラブフェースとの間の反発係数である。

ｅの値はエネルギーの追加がない系においてはゼロから１．０の間に制限される。反発係数ｅは柔らかいクレイや粘土のような材料についてはゼロに近く、一方、完全弾性体の材料ではｅは１．０となる。本発明は好ましくは通常の測定条件で０．８０〜０．９４の反発係数を持つクラブヘッド２０を提供するものである。

本発明のクラブヘッド２０の反発係数は、与えられたボールとＵＳＧＡのテスト条件で、好ましくは略０．８０〜０．９４の範囲、より好ましくは０．８２〜０．８９、最も好ましくは０．８６となる。

本発明のクラブヘッド２０の体積は、２５０ｃｍ^３〜６００ｃｍ^３の範囲、より好ましくは３３０ｃｍ^３〜５００ｃｍ^３、更に好ましくは３６０ｃｍ^３〜４５０ｃｍ^３、最も好ましくは４２０ｃｍ^３である。ゴルフクラブヘッド２０の体積はより小さい体積を持つフェアウェイウッド（好ましくは３−ウッドから１１−ウッド）とフェアウェイウッドより大きい体積を持つドライバーの間でも変化する。

本発明のクラブヘッド２０の質量は好ましくは１６５グラム〜３００グラム、より好ましくは１７５グラム〜２５０グラム、更に好ましくは１９５グラム〜２２５グラム、最も好ましくは１９６グラムである。打撃プレート２４は好ましくは質量が４０グラム〜９０グラム、より好ましくは５０グラム〜８０グラム、さらに好ましくは５５グラム〜７５グラム、最も好ましくは６５グラムである。ボディ２２（重り無し）の質量は、好ましくは３０グラム〜１００グラム、より好ましくは４０グラム〜９０グラム、さらに好ましくは６０グラム〜８０グラム、最も好ましくは７０グラムである。ホーゼル３０の質量は、好ましくは３から１０グラム、より好ましくは４〜８グラム、最も好ましくは６グラムである。更に、エポキシ、その他の流動性のある材料が０．５グラム〜５グラムの範囲で重量を選択してゴルフクラブヘッド２０の中空内部５０に注入される。

図３、４に示されるように、クラブヘッド２０の打撃プレート２４からクラウン２４のアフトエンド３７に至る深さ“Ｄ”は、好ましくは３．０インチ〜４．５インチ、最も好ましくは３．７４インチである。アドレス位置でソール２６からクラウン２４までの測定されるクラブヘッド２０の高さ“Ｈ”は、好ましくは２．０インチ〜３．５インチで、最も好ましくは２．６２インチである。トオエンド３８からヒールエンド３６までのクラブヘッド２０の幅“Ｗ”は、３．０インチ〜５．０インチで、最も好ましくは３．５２インチである。

クラブヘッド２０の重心と慣性モーメントは好ましくはテストフレーム（Ｘ^Ｔ，Ｙ^Ｔ，Ｚ^Ｔ）を使用して測定され、次にヘッドフレーム（Ｘ^Ｈ，Ｙ^Ｈ，Ｚ^Ｈ）に変換される。シャフトがあるときは、それは除かれ、ゴルフクラブヘッドの軸に直角な複数の面を持つホーゼルキューブと置き換えられる。ゴルフクラブヘッドの重さが与えられると、ゴルフクラブヘッドが両方のスケールに同時に載せられてＸ，Ｙ，又はＺ方向の特定の方向に沿って重量が計られると、スケールによってゴルフクラブヘッドの重量の分布を決定することができる。

一般的に、本発明のゴルフクラブヘッド２０のＺ軸の周りの慣性モメントＩｚｚは、２８００ｇ−ｃｍ^２〜５０００ｇ−ｃｍ^２、好ましくは３０００ｇ−ｃｍ^２〜４５００ｇ−ｃｍ^２、更に好ましくは３２００ｇ−ｃｍ^２〜４０００ｇ−ｃｍ^２、最も好ましくは、３７５８ｇ−ｃｍ^２である。本発明のゴルフクラブヘッド２０のＹ軸の周りの慣性モーメントＩｙｙは、１５００ｇ−ｃｍ^２〜４０００ｇ−ｃｍ^２、好ましくは２５００ｇ−ｃｍ^２〜３４００ｇ−ｃｍ^２、更に好ましくは２９００ｇ−ｃｍ^２〜３１００ｇ−ｃｍ^２、最も好ましくは、３００３ｇ−ｃｍ^２である。

好ましい実施例のゴルフクラブの分解斜視図である。 ゴルフクラブヘッドの底面図である。 ゴルフクラブヘッドの平面図である。 ゴルフクラブヘッドの背面図である。 ゴルフクラブヘッドの側面斜視図である。 ゴルフクラブの他の実施例の分解斜視図である

Claims (9)

1. クラウン、ソール、リボンを有し、前側端部の開口と、複数の溝を持ち、４．５立方センチメートル未満の密度を持つ材料から成るボディと、
   前記開口を覆い、０．０４０インチから０．２５０インチの範囲で均一の厚さを有し、金属材料から成る打撃プレートと、
   前記ボディの対応する溝に配置され、前記打撃プレートを取り付けるために打撃プレートと係合する複数のアームを持つフレームと、を有するゴルフクラブヘッドであって、
   前記ゴルフクラブヘッドは、０．８０から０．９４の反発係数と、３００立方センチメートル５００立方センチメートルの範囲の体積を持つゴルフクラブヘッド。
2. 前記打撃プレートは成形された金属材料から成る請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
3. 前記打撃プレートは、鍛造金属材料、成形金属材料、機械加工された金属材料及び鋳造金属材料からなる群から選択された材料から成る請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
4. 前記ボディは５０グラムから９０グラムの範囲の質量を持つ請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
5. ゴルフクラブヘッドのＩｚｚ軸の周りの慣性モーメントが３０００ｇ−ｃｍ^２より大きい請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
6. 前記ボディは、マグネシウム、アルミニウム、ポリカーボネート、熱可塑性ポリウレタン、ＰＢＴ（ポリウレタンテレフタレート）、ポリカーボネートとポリウレタンの混合物、カーボンエポキシ、及びプリプレグパイルからなる成る群から選択される材料から成る請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
7. 前記打撃プレートは、アモルファス金属、チタニウム合金、ステンレススチール及びカーボンスチールから成る群から選択される請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
8. クラウン、ソール、リボンを有し、前側端部の開口と複数の溝を持ち、４．５立方センチメートル未満の密度を持つ熱可塑性材料から成るボディと、
   前記開口を覆い、０．０４０インチから０．２５０インチの範囲で均一の厚さを有し、金属材料から成る打撃プレートと、
   複数のアームと中央ボディを有し、前記各アームは前記ボディの対応する溝に配置され、
   前記中央ボディは前記ボディのアフトエンドに係合し、前記各アームは前記打撃プレートを取り付けるために打撃プレートと係合し、前記フレームは金属材料からなるフレームと、
   を有するゴルフクラブヘッドであって、
   前記ゴルフクラブヘッドは、０．８０から０．９４の反発係数と、３００立方センチメートル５００立方センチメートルの範囲の体積を持つゴルフクラブヘッド。
9. クラウン、ソール、リボンを有し、前側端部の開口と、ヒールクラウン溝と、トオクラウン溝と、ヒールソール溝とトオソール溝を持ち、４．５立方センチメートル未満の密度を持つ熱可塑性材料から成るボディと、
   前記開口を覆い、０．０４０インチから０．２５０インチの範囲で均一の厚さを有し、
   上部ヒール穴と、下部ヒール穴と、上部トオ穴と、下部トオ穴をゆうし、金属材料から成る打撃プレートと、
   中央ボディと、上部ヒールアームと、下部ヒールアームと、上部トオアームと、下部トオアームを持ち、前記上部ヒールアームは前記ボディのヒールクラウン溝内に位置して前記打撃プレートの上部ヒール穴と係合し、前記下部ヒールアームは前記ヒールソール溝内に位置し前記打撃プレートの下部ヒール穴と係合し、前記上部トオアームは前記ボディの前記トオクラウン溝内に位置し、前記打撃プレートの上部トオ穴と係合し、前記下部トオアームは前記ボディのトオソール溝内に位置し、前記打撃プレートの下部トオ穴に係合するフレームと、を有するゴルフクラブヘッドであって、
   前記ゴルフクラブヘッドは、０．８０から０．９４の反発係数と、３００立方センチメートル５００立方センチメートルの範囲の体積を持つゴルフクラブヘッド。

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