JP6723314B2 - セルフクリーニング接点を備える低プロファイル回路ブレーカ - Google Patents

セルフクリーニング接点を備える低プロファイル回路ブレーカ Download PDF

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Description

本発明は、回路ブレーカの分野に関する。より具体的には、本発明は、より小型の回路ブレーカであって、さらにその接点のセルフクリーニング作用を可能にする、改良された設計に基づく回路ブレーカに関するものである。
回路遮断器は、電気回路を開き、電流を遮断するために使用することのできる電気コンポーネントである。回路遮断器の基本的な例はスイッチであり、これは一般に、2つの状態のうちの1つになる2つの電気接点からなる。すなわち、接点同士が接触していて、それらの接点の間に電気が流れることを表す閉状態、または接点が分離していて、それらの接点の間に電気が流れることができないことを表す開状態のいずれかである。スイッチは、コンピュータのキーボードボタンなどのシステムに制御信号を提供するために、または光スイッチなどの回路の電力流を制御するために、人が直接操作してもよい。
回路遮断器の別の例は、回路ブレーカである。回路ブレーカは、たとえば、電線を通して送られる電流を制限するために、電気パネルで使用してもよい。回路ブレーカは、過負荷または短絡によって生じる損傷から電気回路を保護するように設計される。電線に電力サージなどの故障状態が発生すると、ブレーカがトリップする。これにより、「オン」位置にあったブレーカが「オフ」位置に切り替わり、そのブレーカから通じている電力が遮断される。回路ブレーカがトリップすると、過負荷状態にあった回路での出火を防止できるとともに、電気を引き込んでいるデバイスの破壊も防ぐことができる。
標準的な回路ブレーカは、電源(電力会社からの送電線など)に接続されている端子と、ブレーカによる保護が意図される回路に接続されている別の端子とを有する。従来、これらの端子はそれぞれ、「ライン」および「負荷」と呼ばれている。ラインは、ときに回路ブレーカへの入力と呼ばれることもある。ときに出力とも呼ばれる負荷は、回路ブレーカから給電し、回路ブレーカからの給電を受ける電気コンポーネントに接続する。
回路ブレーカは、個々のデバイス、または複数のデバイスを保護するために使用してもよい。たとえば、1台の空調機など、保護される個々のデバイスを回路ブレーカに直接接続してもよい。また、回路ブレーカは、たとえば、電気コンセントで終端する電力線を通じて複数のコンポーネントに接続することにより、複数のデバイスを保護するために使用してもよい。
回路ブレーカは、ヒューズの代わりとして使用することができる。しかし、1度作動すると交換しなければならないヒューズと異なり、回路ブレーカは、(手動または自動のいずれかで)リセットして正常な動作を再開させることができる。ヒューズは、回路ブレーカとほぼ同じ回路保護の役割を果たす。しかし、回路ブレーカは、いくつかの状況においては、ヒューズよりも使用が安全であり、かつ、修理しやすい可能性がある。
たとえば、ヒューズが飛んで、たとえば建物の一区画への電力が遮断されている状況において、遮断された回路を制御しているのがどのヒューズかが明らかではない場合がある。この場合、電気パネル内のすべてのヒューズを検査して、どのヒューズが焼けたと思われるか、または切れたと思われるかを判断する必要があるだろう。そして、このヒューズをヒューズボックスから取り除く必要があり、新たなヒューズを設置する必要があるだろう。
この点に関し、回路ブレーカは、ヒューズよりもはるかに単純に使用することができる。回路ブレーカがトリップして、たとえば建物の一区画への電力が遮断されている状況において、電気パネルを見てどのブレーカが「オフ」位置にトリップしたかに注意することによって、遮断された回路を制御しているのがどの回路ブレーカかが容易に明らかになるであろう。そして、このブレーカを単に「オン」位置に切り替えるだけで、電力が再開する。
一般に、典型的な回路遮断器は、ハウジングの内部に配置されている2つの接点を有する。第1接点は固定であり、ラインまたは負荷のいずれかに接続されていてもよい。第2接点は第1接点に対して可動であるので、回路ブレーカが「オフ」またはトリップ位置にあるとき、第1接点と第2接点との間に隙間が存在するようになる。
接点を分離することによって作動する回路遮断器の問題は、通電されている接点が回路ブレーカのトリップ時に分離することで、可動接点が閉位置から開位置に移動するときの接点間の隙間が広げられるために生じる。
接点が閉位置から離れ始めるかまたは開位置から全閉に近づくとき、接点が閉じるかまたは開くときのわずかな間に、接点間に、非常に小さな隙間が存在する。接点間の電圧が十分に高い場合、この隙間に電気アークが生じることがある。回路遮断器を切り替えるかまたは回路遮断器がトリップする間のアーク発生は、回路遮断器の動作に悪影響を与えかねず、かつ安全を脅かす状況を生むおそれのある、望ましくない副次的な作用を引き起こしかねない。
これらの作用は、回路遮断器の動作に影響を与えかねない。考えられる影響の1つは、アークのエネルギーが接点を損傷させる可能性があり、これにより接点に堆積物が生じ、それが接点間の電気的連通を阻害する可能性があるということである。これらの堆積物は、時間の経過とともに生じることのある潜在的な腐食を悪化させるだけであり、アークが発生しなくても、接点間の電気的連通の阻害を引き起こすことがある。
公知の回路ブレーカ設計の別の潜在的な問題は、ときに、回路ブレーカを設置することになるデバイスまたはコンポーネントに比較的大きなプロファイルを要することがあるということである。コンポーネントが小型になればなるほど、10分の1インチが重要になり、したがって、回路ブレーカのプロファイルのあらゆる縮小が望まれている。
そのため、接点間の電気的連通の阻害を引き起こす腐食および/または堆積物の可能性を低減しながら、プロファイルの低い設計に基づく、回路遮断器の代替構造を提供することが望まれている。
このために、回路遮断器のコンポーネントが内部に配設されているハウジングを有する回路遮断器が提供される。前記回路遮断器は、電力源に接続可能なライン端子と、負荷に接続可能な負荷端子と、前記ハウジング内に配置されている固定接点と、可動接点がその上に配置されている可動接点アームアセンブリとを含み、前記可動接点は、前記ライン端子と前記負荷端子とを電気的な連通状態および非連通状態にするために、前記可動接点アームアセンブリの動きによって、前記固定接点との物理的な接触状態および非接触状態に移動可能であるように構成される。
また、回路遮断器は、リンク機構アセンブリを介して前記可動接点アームアセンブリに連結されているとともに、過電流状況を検出すると前記可動接点を前記固定接点との物理的な非接触状態に移動させるように構成されている過電流トリップ装置も含む。
前記可動接点アームアセンブリは、前記可動接点と前記固定接点とが互いに接触状態または非接触状態に移動するときに前記可動接点と前記固定接点との間に相対的な摺動作用を生じさせて前記可動接点と固定接点とをクリーニングするためのワイピング作用が引き起こされるように、前記接点アームアセンブリに配置されている少なくとも2つのピボットを介して前記リンク機構アセンブリに接続されている。
いくつかの実施形態において、前記可動接点アームアセンブリは、接点アームキャリッジと接点アーム部材とを備え、前記接点アーム部材は、前記接点アームキャリッジ内で摺動可能であり、前記接点アームアセンブリに配置されている前記少なくとも2つのピボットは、前記接点アームキャリッジに配置されている。
これらの実施形態のうちのいくつかにおいて、前記接点アームキャリッジは、前記接点アームキャリッジ内に形成されている少なくとも1つのスロットを有し、前記接点アーム部材は、前記接点アーム部材の表面から突出している少なくとも1本のピンを備え、前記少なくとも1本のピンは、前記少なくとも1つのスロットと協働し、かつその内部で摺動可能である。
いくつかの実施形態において、前記可動接点と前記固定接点とが互いに接触状態および非接触状態に移動するときに、前記少なくとも1本のピンが、前記少なくとも1つのスロット内で摺動する。
いくつかの実施形態において、付勢部材は、前記接点アームキャリッジおよび前記接点アーム部材と協働し、前記付勢部材は、前記少なくとも1本のピンが前記少なくとも1つのスロットの第1端部に向かって付勢されるように、前記接点アームキャリッジと前記接点アーム部材とを互いに対して付勢する。
これらの実施形態のうちのいくつかにおいて、前記可動接点と前記固定接点とが互いに接触状態および非接触状態に移動するとき、前記少なくとも1本のピンは、前記付勢力に抗して前記少なくとも1つのスロットの第2端部に向かって移動可能である。
いくつかの実施形態において、前記付勢部材は、前記接点アームキャリッジと前記接点アーム部材との間に配置されているばねである。
これらの実施形態のうちのいくつかにおいて、前記ばねは板ばねである。
いくつかの実施形態において、前記回路遮断器は、前記回路遮断器をリセットするとともに、前記可動接点アームアセンブリの動きによって前記可動接点を前記固定接点との物理的な接触状態に移動させるようになされたリセット機構を含み、前記リセット機構は、前記リセット機構に配置されている少なくとも2つのピボットを介して前記リンク機構アセンブリに接続されている。
これらの実施形態のうちのいくつかにおいて、前記リセット機構は、前記ハウジングから延びているその一部がユーザによって作動されるようになされたハンドルを備えている。
他の実施形態においては、前記リセット機構は、前記ハウジングから延びているその一部がユーザによって作動されるようになされた押しボタン機構を備えている。
別の観点において、本発明は、回路遮断器のコンポーネントが内部に配設されているハウジングを有する前記回路遮断器を提供し、前記回路遮断器は、電力源に接続可能なライン端子と、負荷に接続可能な負荷端子と、前記ハウジング内に配置されている固定接点と、可動接点がその上に配置されている可動接点アームアセンブリとを備え、前記可動接点は、前記ライン端子と前記負荷端子とを電気的な連通状態および非連通状態にするために、前記可動接点アームアセンブリの動きによって、前記固定接点との物理的な接触状態および非接触状態に移動可能であるように構成されている。
前記可動接点アームアセンブリは、接点アームキャリッジと接点アーム部材とを備えており、前記接点アーム部材は前記接点アームキャリッジ内で摺動可能であり、前記接点アームアセンブリに配置されている前記少なくとも2つのピボットは、前記接点アームキャリッジに配置されている。過電流トリップ装置は、リンク機構アセンブリを介して前記可動接点アームアセンブリに連結されているとともに、過電流状況を検出すると前記可動接点を前記固定接点との物理的な非接触状態に移動させるように構成される。
前記可動接点アームアセンブリは、前記可動接点と前記固定接点とが互いに接触状態または非接触状態に移動するときに前記可動接点と前記固定接点との間に相対的な摺動作用を生じさせて前記可動接点と固定接点とをクリーニングするためのワイピング作用が引き起こされるように、前記接点アームアセンブリに配置されている少なくとも2つのピボットを介して前記リンク機構アセンブリに接続されている。
前記回路遮断器は、前記回路をリセットするとともに、前記可動接点アームアセンブリの動きによって前記可動接点を前記固定接点との物理的な接触状態に移動させるようになされたリセット機構も含み、前記リセット機構は、前記リセット機構に配置されている少なくとも2つのピボットを介して前記リンク機構アセンブリに接続されている。
本発明の他の目的およびその具体的な特徴および利点は、以下の図面および添付の詳細な説明の考察からより明らかになるであろう。
回路遮断器の一態様を示す図である。 図1に示される回路遮断器の任意の変型例を示す部分図である。 図1に示される回路遮断器の別の任意の変型例を示す別の部分図である。 それぞれ開位置および閉位置の接点を示す、図1〜図3の回路遮断器の一部の図である。 それぞれ開位置および閉位置の接点を示す、図1〜図3の回路遮断器の一部の図である。
ここで図面を参照するが、図面を通して同様な参照記号は、対応する構造を表す。
図1は、本発明の態様による、より小型な回路ブレーカと、さらにその接点のセルフクリーニング作用とを可能にする、改良された設計を有する回路遮断器100のコンポーネントを示す。
回路遮断器100には、デバイスの作動要素を収容するハウジング102が設けられている。回路遮断器には、固定接点104と可動接点106とを含む1組の接点がさらに設けられている。可動接点106は、可動接点アームアセンブリ108に配置されており、固定接点104に対して開位置と閉位置との間で動くように構成される。
図1〜図4Aの参照は、電流がその間を流れない開位置の接点104,106を示しているのに対し、図4Bは、閉位置の接点104,106を示す。
図1には、「ライン」端子110も示されており、これは、分電盤またはロードセンター内のバスバーなど、電力源に接続されるように設計されている。固定接点104は、第1導電要素112に取り付けられており、これは、さらに過電流トリップ装置114を通じてライン端子110に電気的に接続されている。
可動接点アームアセンブリ108に取り付けられている可動接点106は、導電コネクタ118を介して、「負荷」端子116と電気的に連通している。
動作時、電力がライン端子110を介して回路遮断器100に入力され、これが過電流トリップ装置114を通過する。電流が閾値レベルを超えると、過電流トリップ装置114は、回路を開いて(トリップ機構120とリンク機構アセンブリ122とによって接点を互いに対して開いて)、接点104,106を通る電流の流れが止まるようにすることによって、回路遮断器100を「トリップ」させるように機能する。過電流トリップ装置114によって設定された閾値レベルを電流が超えない場合、電流は、負荷端子116を通過することが許され、さらに、接続されている回路および/または機器に電力を提供する。
可動接点アームアセンブリ108は、接点アームアセンブリ108に配置されている少なくとも2つのピボット124,126を介して、リンク機構アセンブリ122に接続されている。ピボットは、可動接点106と固定接点104とが互いに接触状態または非接触状態に移動するときに可動接点106と固定接点104との間に相対的な摺動作用を生じさせて可動接点104と固定接点106とをクリーニングするためのワイピング作用が引き起こされるように配列されている。
回路遮断器110は、回路遮断器100をリセットするとともに、可動接点アームアセンブリ108の動きによって可動接点106を固定接点104との物理的な接触状態に移動させるようになされたリセット機構128も含む。
リセット機構128は、リセット機構128に配置されている少なくとも2つのピボット130,132を介してリンク機構アセンブリ122に接続されており、回路遮断器100がトリップしたときにこれをリセットするためにユーザによって作動されるようになされた、ハウジングから延びている一部を有する。また、リセット機構128は、当業界で公知のように、接点104,106を手動で開くために使用してもよい。
図1において、リセット機構128は、トリップした回路遮断器をリセットするためにユーザによって押されてもよい、押しボタンの形状をとる。図2および図3では、リセット機構128’,128’’は、トリップした回路遮断器をリセットするためにユーザによって回されるハンドルの形状をとる。
図2に関し、図1と比較すると、別の相違点は、ライン端子110’が、図1に図示されるライン端子110のように左にある代わりに、(図を参照すると)右側にあるように位置変更されていることである。本明細書で説明される発明の態様から逸脱することなく、他の同様な変更も行ってもよい。
図3に関し、図1と比較すると、ライン端子110’’および負荷端子116’’の両方が(図を参照すると)上向きに位置変更されており、ハンドル128’’も、ハウジング102’’の上面から延びているように位置変更されている。接点104’’,106’’の位置、および可動接点アームアセンブリ108’’を含むさまざまな他のコンポーネントの向きも、端子110’’,116’’およびハンドル128’’の位置の変更に対応するように変更されているが、それでもなお回路遮断器100’’は、関係する点において、図1に図示する回路遮断器100と同じように機能する。図3の回路遮断器100’’は、特にDINレール取付具に対応するように構成される。
ここで、特に図4Aおよび図4Bに移ると、可動接点アームアセンブリ108,108’’は、接点アームキャリッジ400と接点アーム部材402とを含み、接点アーム部材402は、接点アームキャリッジ400内で摺動可能である。見て分かるように、接点アームアセンブリ108,108’’に配置されている前述のピボット124,126は、より具体的には接点アームキャリッジ400に配置されている。注目すべきは、図4Aおよび図4Bは、図3に図示するコンポーネントの向きを具体的に示しているが、接点アームアセンブリ108,108’’の構成は、以下説明するように、図1〜図3のすべてにおいて実質的に同じであるという点である。
接点アームキャリッジ400は、該接点アームキャリッジ400内に形成されているスロット404を有し、接点アーム部材402は、該接点アーム部材402の表面から突出しているピン406を含み、ピン406は、スロット404と協働し、かつその内部で摺動可能である。当業者には理解されるように、これにより、接点アームキャリッジ400内での接点アーム部材402間の摺動および枢支配列の維持が可能になる。
より具体的には、可動接点106’’ と固定接点104’’ とが互いに接触状態および非接触状態に移動するときにピン406がスロット404内で摺動することが、接点間の相対的な「ワイピング」作用への貢献を助ける。
付勢部材408は、接点アームキャリッジ400および接点アーム部材402と協働し、付勢部材408は、ピン406がスロット404の第1端部に向かって付勢されるように、接点アームキャリッジ400と接点アーム部材402とを互いに対して付勢する(図4Aに図示するとおり)。可動接点106’’ と固定接点104’’ とが互いに接触状態および非接触状態に移動するとき、ピン406は、付勢力に抗してスロット404の第2端部に向かって移動可能である(図4Bに図示するとおり)。
付勢部材408は、接点アームキャリッジ400と接点アーム部材402との間に配置されているばねの形状をとってもよいが、同様に他の形状もとってもよい。よりいっそう具体的には、図示する実施形態では、付勢部材408は板ばねの形状をとる。
部品、特徴などの特定の配列を参照して本発明を説明してきたが、これらはあらゆる可能な配列または特徴を網羅することを意図しておらず、実際、当業者には複数の他の修正および変型が確認できるであろう。

Claims (19)

  1. コンポーネントが内部に配設されているハウジングを有する回路遮断器であって、
    電力源に接続可能なライン端子と、
    負荷に接続可能な負荷端子と、
    前記ハウジング内に配置されている固定接点と、
    可動接点がその上に配置されている可動接点アームアセンブリであって、前記可動接点は、前記ライン端子と前記負荷端子とを電気的な連通状態および非連通状態にするために、前記可動接点アームアセンブリの動きによって、前記固定接点との物理的な接触状態および非接触状態に移動可能にするように構成される、可動接点アームアセンブリと、
    リンク機構アセンブリを介して前記可動接点アームアセンブリに連結されているとともに、過電流状況を検出すると前記可動接点を前記固定接点との物理的な非接触状態に移動させるように構成されている過電流トリップ装置と、を備えており、
    前記可動接点アームアセンブリは、前記可動接点と前記固定接点とが互いに接触状態または非接触状態に移動するときに前記可動接点と前記固定接点との間に相対的な摺動作用を生じさせて前記可動接点と固定接点とをクリーニングするためのワイピング作用が引き起こされるように、前記可動接点アームアセンブリに配置されている少なくとも2つのピボットを介して前記リンク機構アセンブリに接続されており、
    前記回路遮断器をリセットするとともに、前記可動接点アームアセンブリの動きによって前記可動接点を前記固定接点との物理的な接触状態に移動させるようになされたリセット機構をさらに備えており、前記リセット機構は、前記リセット機構に配置されている少なくとも2つのピボットを介して前記リンク機構アセンブリに接続されている、回路遮断器。
  2. 前記可動接点アームアセンブリは、接点アームキャリッジと接点アーム部材とを備え、前記接点アーム部材は、前記接点アームキャリッジ内で摺動可能であり、前記接点アームアセンブリに配置されている前記少なくとも2つのピボットは、前記接点アームキャリッジに配置されている、請求項1に記載の回路遮断器。
  3. 前記接点アームキャリッジは、前記接点アームキャリッジ内に形成されている少なくとも1つのスロットを有し、前記接点アーム部材は、前記接点アーム部材の表面から突出している少なくとも1本のピンを備え、前記少なくとも1本のピンは、前記少なくとも1つのスロットと協働し、かつその内部で摺動可能である、請求項2に記載の回路遮断器。
  4. 前記可動接点と前記固定接点とが互いに接触状態および非接触状態に移動するときに、前記少なくとも1本のピンが、前記少なくとも1つのスロット内で摺動する、請求項3に記載の回路遮断器。
  5. 前記接点アームキャリッジおよび前記接点アーム部材と協働する付勢部材をさらに備えており、前記付勢部材は、前記少なくとも1本のピンが前記少なくとも1つのスロットの第1端部に向かって付勢されるように、前記接点アームキャリッジと前記接点アーム部材とを互いに対して付勢する、請求項3に記載の回路遮断器。
  6. 前記可動接点と前記固定接点とが互いに接触状態および非接触状態に移動するとき、前記少なくとも1本のピンは、前記付勢力に抗して前記少なくとも1つのスロットの第2端部に向かって移動可能である、請求項5に記載の回路遮断器。
  7. 前記付勢部材は、前記接点アームキャリッジと前記接点アーム部材との間に配置されているばねである、請求項5に記載の回路遮断器。
  8. 前記ばねは板ばねである、請求項7に記載の回路遮断器。
  9. 前記リセット機構は、前記ハウジングから延びているその一部がユーザによって作動されるようになされたハンドルを備えている、請求項1に記載の回路遮断器。
  10. 前記リセット機構は、前記ハウジングから延びているその一部がユーザによって作動されるようになされた押しボタン機構を備えている、請求項1に記載の回路遮断器。
  11. コンポーネントが内部に配設されているハウジングを有する回路遮断器であって、
    電力源に接続可能なライン端子と、
    負荷に接続可能な負荷端子と、
    前記ハウジング内に配置されている固定接点と、
    可動接点がその上に配置されている可動接点アームアセンブリであって、前記可動接点は、前記ライン端子と前記負荷端子とを電気的な連通状態および非連通状態にするために、前記可動接点アームアセンブリの動きによって、前記固定接点との物理的な接触状態および非接触状態に移動可能にするように構成され、前記可動接点アームアセンブリは、接点アームキャリッジと接点アーム部材とを備えており、前記接点アーム部材は、前記接点アームキャリッジ内で摺動可能であり、前記接点アームアセンブリに配置されている前記少なくとも2つのピボットは、前記接点アームキャリッジに配置されている、可動接点アームアセンブリと、
    リンク機構アセンブリを介して前記可動接点アームアセンブリに連結されているとともに、過電流状況を検出すると前記可動接点を前記固定接点との物理的な非接触状態に移動させるように構成されている過電流トリップ装置と、
    前記可動接点アームアセンブリは、前記可動接点と前記固定接点とが互いに接触状態または非接触状態に移動するときに前記可動接点と前記固定接点との間に相対的な摺動作用を生じさせて前記可動接点と固定接点とをクリーニングするためのワイピング作用が引き起こされるように、前記可動接点アームアセンブリに配置されている少なくとも2つのピボットを介して前記リンク機構アセンブリに接続されており、
    前記回路遮断器をリセットするとともに、前記可動接点アームアセンブリの動きによって前記可動接点を前記固定接点との物理的な接触状態に移動させるようになされたリセット機構であって、前記リセット機構に配置されている少なくとも2つのピボットを介して前記リンク機構アセンブリに接続されているリセット機構と、を備える、回路遮断器。
  12. 前記接点アームキャリッジは、前記接点アームキャリッジ内に形成されている少なくとも1つのスロットを有し、前記接点アーム部材は、前記接点アーム部材の表面から突出している少なくとも1本のピンを備え、前記少なくとも1本のピンは、前記少なくとも1つのスロットと協働し、かつその内部で摺動可能である、請求項11に記載の回路遮断器。
  13. 前記可動接点と前記固定接点とが互いに接触状態および非接触状態に移動するときに、前記少なくとも1本のピンが、前記少なくとも1つのスロット内で摺動する、請求項12に記載の回路遮断器。
  14. 前記接点アームキャリッジおよび前記接点アーム部材と協働する付勢部材をさらに備えており、前記付勢部材は、前記少なくとも1本のピンが前記少なくとも1つのスロットの第1端部に向かって付勢されるように、前記接点アームキャリッジと前記接点アーム部材とを互いに対して付勢する、請求項12に記載の回路遮断器。
  15. 前記可動接点と前記固定接点とが互いに接触状態および非接触状態に移動するとき、前記少なくとも1本のピンは、前記付勢力に抗して前記少なくとも1つのスロットの第2端部に向かって移動可能である、請求項14に記載の回路遮断器。
  16. 前記付勢部材は、前記接点アームキャリッジと前記接点アーム部材との間に配置されているばねである、請求項14に記載の回路遮断器。
  17. 前記ばねは板ばねである、請求項16の回路遮断器。
  18. 前記リセット機構は、前記ハウジングから延びているその一部がユーザによって作動されるようになされたハンドルを備えている、請求項11に記載の回路遮断器。
  19. 前記リセット機構は、前記ハウジングから延びているその一部がユーザによって作動されるようになされた押しボタン機構を備えている、請求項11に記載の回路遮断器。
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