JP7353513B2 - 材料の均熱化を行う送給装置、スクリュー、及び、外部温調部 - Google Patents

Description

本発明は、材料の均熱化を行う送給装置、スクリュー、及び、外部温調部に関する。

従来より、材料が供給され、スクリューが回転することで供給された材料を攪拌しながら送給するスクリューを備える、樹脂材料の送給装置が知られている（例えば、特許文献１）。押出スクリューにホッパから樹脂材料が供給され、押出スクリューの回転により、押出スクリューの長さ方向に沿って移送されてバレル内の射出ゾーン内に投入される。そして、押出スクリューが回転しない状態で前進して、溶融材料をモールド内に射出する。

特開２０２０－０４４８４５号公報

上記従来の送給装置では、スクリューを取り囲むように複数のヒータが設けられており、バレル内の材料を加熱して温調することはできるが、スクリューの軸心寄りの位置にある材料と、ヒータ寄りの位置にある材料との間に温度差が生ずる。樹脂材料においては、全体として均一の温度とされることが好ましい。

本発明は、樹脂材料を全体として均熱化して送給することが可能な、材料の均熱化を行う送給装置、当該送給装置に設けられるスクリュー、及び、外部温調部を提供することを目的とする。

本発明は、材料が供給されるスクリューであって、スクリューが回転することで供給された前記材料を攪拌しながら送給するスクリューと、前記スクリューの内部に設けられ、前記スクリューにより送給される材料の内部の温度を調整して前記材料の温度を均熱化する内部温調部と、を備える、材料の均熱化を行う送給装置に関する。

また、前記内部温調部は、前記スクリューの内部に形成され温調のための流体を流通させる流路を有することが好ましい。また、前記流路は、前記スクリューと一体的に回転することが好ましい。また、前記流路は、前記スクリューの軸心位置に形成された流入側流路と、前記流入側流路の、前記スクリューの半径方向外方の位置に形成された流出側流路と、を有することが好ましい。

また、前記スクリューが回転しているときに、前記流入側流路に対して常時前記流体を流入可能であり、前記スクリューが回転しているときに、前記流出側流路から常時前記流体を流出可能であることが好ましい。また、前記流出側流路は、前記スクリューの軸心に平行に複数形成されていることが好ましい。

また、前記流入側流路は、前記スクリューの周面において周方向に一周する溝を有することが好ましい。また、前記材料の外部の温度を調整する外部温調部を備えることが好ましい。また、本発明は、上記いずれかに記載の、前記材料の均熱化を行う送給装置を備え、所定の量の前記材料を計量する材料計量機に関する。

また、本発明は、材料が供給されるスクリューであって、スクリューが回転することで供給された前記材料を攪拌しながら送給するスクリューと、前記スクリューの内部に設けられ、前記スクリューにより送給される材料の内部の温度を調整して前記材料の温度を均熱化する内部温調部と、を備える、材料の均熱化を行う送給装置を構成するスクリューに関する。

また、前記内部温調部は、前記スクリューの内部に形成され温調のための流体を流通させる流路を有することが好ましい。また、前記流路は、前記スクリューと一体的に回転することが好ましい。また、前記流路は、前記スクリューの軸心位置に形成された流入側流路と、前記流入側流路の、前記スクリューの半径方向外方の位置に形成された流出側流路と、を有することが好ましい。

また、前記流出側流路は、前記スクリューの軸心に平行に複数形成されていることが好ましい。また、前記流入側流路は、前記スクリューの周面において周方向に一周する溝を有することが好ましい。

また、本発明は、材料が供給されるスクリューであって、前記スクリューが回転することで供給された前記材料を攪拌しながら送給する前記スクリューと、前記スクリューの内部に設けられ、前記スクリューにより送給される材料の内部の温度を調整して前記材料の温度を均熱化する内部温調部と、前記材料の外部の温度を調整する外部温調部と、を備える、材料の均熱化を行う送給装置を構成する外部温調部に関する。

また、前記内部温調部は、前記スクリューの内部に形成され温調のための流体を流通させる流路を有し、前記外部温調部は、前記スクリューの最先端部の近傍の部分を取り囲むように配置されることが好ましい。

本発明によれば、樹脂材料を全体として均熱化して送給することが可能な、材料の均熱化を行う送給装置、当該送給装置に設けられるスクリュー、及び、外部温調部を提供することができる。

本発明の実施形態に係る送給装置を示す側方部分断面図である。 本発明の実施形態に係る送給装置のスクリュー、及び、バレル部を示す側方部分断面図である。 本発明の実施形態に係る送給装置のスクリューの先端部を示す側方拡大断面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。 図２のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。 図２のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。 図２のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面図である。

以下、本実施形態による送給装置を有する材料計量機１について、図面を参照しながら説明する。ここで、説明の便宜上、後述のホッパ部５０からカッター部３０へ向かう方向（図１における左へ向かう方向）を前方向Ｆｒと定義し、その反対の方向を後方向Ｒｒと定義する。また、スクリュー１０からホッパ部５０へ向かう方向（図１における上へ向かう方向）を上方向Ｕｐと定義し、その反対の方向を下方向Ｄｗと定義する。主要な図面には、これらの方向を示す矢印を図示している。

材料計量機１は、載置台Ｂの上面に固定されて配置されており、スクリュー１０と、バレル部２０と、カッター部３０と、駆動部４０と、ホッパ部５０と、流体供給部６０と、を有している。スクリュー１０と、バレル部２０と、駆動部４０と、流体供給部６０とは、送給装置を構成する。筒状に形成されたバレル部２０の前端部は、カッター部３０に接続されている。カッター部３０は、載置台Ｂの上面に固定されている。バレル部２０の後端部の後方には、駆動部４０が設けられている。駆動部４０は、載置台Ｂの上面に固定されている。

筒状のバレル部２０の周面には、外部温調部が設けられている。外部温調部は、バレル部２０の周面に環状に一周する外部溝２０１により構成されており、外部溝２０１は、バレル部２０の軸方向に所定の間隔で複数形成されている。従って、外部溝２０１は、後述するスクリュー１０の先端部１１０の最先端部の近傍の部分を取り囲むように配置されている。外部溝２０１には、外部溝２０１に対して蓋をするように、設けられた周回蓋部２０２がそれぞれ設けられており、外部溝２０１には温調水が流通する。外部溝２０１及び周回蓋部２０２により構成される外部温調部は、スクリュー１０によって送給される樹脂材料の外部の温度を調整する。

筒状のバレル部２０の内部には、スクリュー１０が、バレル部２０に対して回転可能、且つ、前後方向に進退可能に配置されている。スクリュー１０の後端部は、シリンダ等により構成される駆動部４０のアクチュエータ４１０に接続されている。アクチュエータ４１０が駆動することにより、スクリュー１０は、前後方向に進退する。また、スクリュー１０の中間部には、フランジ状にスクリュー１０に固定された歯車１５１が設けられている。歯車１５１は、モータ等により構成される駆動部４０の回転部４２０の出力軸に固定されたピニオン４２１と噛合して連結されている。回転部が回転駆動することにより、スクリュー１０は回転するように構成されている。

ホッパ部５０は、図１に示すように、ホッパ部接続部２１０においてバレル部２０の後部の周面に設けられたホッパ部接続部２１０に接続されている。ホッパ部５０の内部空間は、スクリュー１０の外周面とバレル部２０の内周面との間に形成される材料送給空間２０４（図２等参照）に連通しており、ホッパ部５０から材料送給空間２０４へ、紛体である樹脂材料を供給する。流体供給部６０は、スクリュー１０の後端部に接続されている。流体供給部６０は、スクリュー１０の内部に形成された流路（流入側流路１２１、１７１、流出側流路１３１、１６１）に、流体である温調水を供給し、流路を流通した温調水を排出する。カッター部３０は、シャッター式のカッター３１０を有しており、材料送給空間２０４の前端部に送給された樹脂材料を切断する。

次に、スクリュー１０について、より詳細に説明する。スクリュー１０は、図２等に示すように、先端部１１０と基部１５０とを有している。先端部１１０は、図３に示すように、螺旋状部１１０１と、螺旋状部１１０１の前端部に、シール部材１１０３を介して着脱可能に固定された螺旋先端部１１０２とを有している。螺旋状部１１０１の外周面には螺旋状の歯が形成されている。基部１５０の前端部は、先端部１１０の後端部に接続されており、基部１５０は先端部１１０よりも拡径して構成されている。基部１５０の軸心位置には、図２に示すように、菅部材１４０が基部１５０に対して固定されて設けられている。先端部１１０及び菅部材１４０は、後述の流入側流路１２１、１７１及び流出側流路１３１、１６１を有しており、流入側流路１２１、１７１及び流出側流路１３１、１６１は、スクリュー１０と一体的に回転する。

先端部１１０に接続されている基部１５０の前端部の後方の近傍の位置には、基部１５０からフランジ状に突出する前述の歯車１５１が、基部１５０と一体的に回転可能に設けられている。スクリュー１０の基部１５０の歯車１５１よりも後側の部分は、流体供給部６０において温調性の流路である供給流路６２１が形成された供給基部６１０に固定された回転支持部６５０によって、軸受を介して回転可能に支持されている。

スクリュー１０は、スクリュー１０の内部に形成され温調水を流通させる内部流路を有する内部温調部を備えている。内部流路は、図２に示すように、スクリュー１０の基部１５０から先端部１１０に至るまで延びて形成されており、流入側流路１２１、１７１と流出側流路１３１、１６１と、を有している。流入側流路１２１、１７１は、スクリュー１０の軸心位置において、スクリュー１０の基部１５０の端部から、スクリュー１０の先端部１１０において外形が先細り形状を有する先端先細り部１１３の近傍に至るまで延びている。

より詳細には、スクリュー１０の先端部１１０においては、先端部１１０の軸心位置に流入側流路１２１が形成されており、スクリュー１０の後部においては、基部１５０に固定された菅部材１４０の軸心位置に流入側流路１７１が形成されており、流入側流路１２１の後端部と流入側流路１７１の前端部とは接続されている。流入側流路１７１の後端部は、図７に示すように、菅部材１４０の直径方向に延びる流路１７５に連通している。

流路１７５は、図７に示すように、スクリュー１０が回転することにより、流体供給部６０を構成し供給基部６１０に形成された供給流路６２１に対向するように構成されている。流路１７５が供給流路６２１に対向していないときには、スクリュー１０の菅部材１４０の周面を周方向に一周するように形成されて、直径方向に延びる流路１７５の一方の開口と他方の開口をと連通する周回溝１７６を介して、供給流路６２１と流路１７５とは連通している。周回溝１７６は、流入側流路１２１の一部を構成する。このため、供給流路６２１と流入側流路１７１とは、常時連通しており、スクリュー１０が回転しているときに、供給流路６２１から流入側流路１７１に対して常時温調水を流入可能であるが、スクリュー１０が回転することにより、供給流路６２１に流路１７５が対向することにより、供給流路６２１から流入側流路１７１へ温調水が勢いよく流入するように構成されている。

流出側流路１３１、１６１は、図２～図７に示すように、流入側流路１２１、１７１の、スクリュー１０の半径方向外方の位置に形成されており、図２、図３に示すように、流入側流路１２１の先端部１１０と同一の位置から、図２に示すように、スクリュー１０の基部１５０の菅部材１４０の後端部よりもスクリュー１０の先端部１１０寄りの位置に至るまで延びている。

より詳細には、スクリュー１０の先端部１１０においては、図３、図４等に示すように、流出側流路１３１は、４つの貫通孔１２５を介して流入側流路１２１に連通している。流出側流路１３１は、図４に示すように、流入側流路１２１を中心として、同軸的な位置関係で流入側流路１２１を一周するように形成されている。そして流出側流路１３１は、先端部１１０の後端部まで延びている。スクリュー１０の後部においては、図６等に示すように、基部１５０に固定された菅部材１４０の軸心位置に形成された流入側流路１７１を中心として、同軸的な位置関係で流入側流路１７１を一周するように４つの流出側流路１６１が、スクリュー１０の軸心に平行に形成されている。４つの流出側流路１６１は、菅部材１４０の周方向に等間隔で配置されており、流出側流路１６１の後端部は、流入側流路１７１の後端部よりも先端寄りの位置に至るまで延びている。

４つの流出側流路１６１の後端部は、菅部材１４０の半径方向内方に窪んだ排出凹部１６５に、それぞれ１つずつ接続されて連通している。排出凹部１６５は、図６に示すように、スクリュー１０が回転することにより、流体供給部６０を構成し供給基部６１０に形成された排出流路６３１に対向するように構成されている。排出凹部１６５が排出流路６３１に対向していないときには、菅部材１４０を一周するように形成されて、４つ排出凹部１６５の開口を連通する周回溝１６６を介して、排出流路６３１と排出凹部１６５とは連通している。このため、排出流路６３１と排出凹部１６５とは、常時連通しており、スクリュー１０が回転しているときに、排出凹部１６５から排出流路６３１に対して常時温調水を流出可能であるが、スクリュー１０が回転することにより、排出流路６３１に排出凹部１６５が対向することにより、排出凹部１６５から排出流路６３１へ温調水が勢いよく流出するように構成されている。周回溝１６６は、流出側流路１６１の一部を構成する。

以上の構成による材料計量機１においては、以下のようにして供給された樹脂材料が攪拌され、均熱化されて、送給され材料の計量が行われる。

先ず、ホッパ部５０にペレットの樹脂材料を供給するとともに、温調水を外部溝２０１に供給し、また、温調水を流体供給部６０の供給流路６２１から、流路１７５及び周回溝１７６を通して流入側流路１７１へ供給する。流入側流路１７１へ供給された温調水は、流入側流路１７１を前方向に流れ、流入側流路１２１へ流入する。温調水は、流入側流路１２１の前端部において貫通孔１２５を通して流出側流路１３１に流入し、後方へ流れてゆき、４つの流出側流路１６１に流入する。そして温調水は、更に後方へ流れてゆき、排出凹部１６５及び周回溝１６６を通して、供給基部６１０に形成された排出流路６３１に流出して、流体供給部６０から材料計量機１の外部へと排出される。

次に、駆動部４０の回転部４２０のピニオン４２１が回転駆動することにより、歯車１５１がスクリュー１０と一体で回転する。これによりスクリュー１０の先端部１１０の螺旋状のねじ山１１１の回転により、材料送給空間２０４に供給されたペレット状の樹脂材料を、せん断し攪拌しながら前方向へ送給する。

このとき、前述のように、温調水が外部溝２０１に供給され、また、流入側流路１２１及び流出側流路１３１に温調水が流通しているため、温調水の熱により、バレル部２０側からとスクリュー１０側からとの両方から、材料送給空間２０４においてスクリュー１０により送給されている樹脂材料が加熱され温調され、樹脂材料の内部の温度が均熱化される。これにより、樹脂材料は、半溶融状態で固化された粉体とされる。

そして、駆動部４０のアクチュエータ４１０が駆動することにより、スクリュー１０は、前方向に前進し、これにより、スクリュー１０よりも前方に送給され固化された状態の樹脂材料は、前方向へ押し出されてカッター部３０のシャッター式のカッター３１０へ送給される。そして、樹脂材料は、シャッター式のカッター３１０により切断されて、所定量に計量された固化された状態の樹脂材料のタブレットが形成される。

上記構成の本実施形態に係る送給装置を有する材料計量機１によれば、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態に係る材料計量機１は、材料が供給されるスクリュー１０であって、スクリュー１０が回転することで供給された材料を攪拌しながら送給するスクリュー１０と、スクリュー１０の内部に設けられ、スクリュー１０により送給される材料の内部の温度を調整して材料の温度を均熱化する内部温調部（流入側流路１２１及び流出側流路１３１）と、を備える。この構成により、材料送給空間２０４においてスクリュー１０により送給されている樹脂材料は、スクリュー１０側から加熱されて温調され、樹脂材料の内部の温度を均熱化することが可能となる。即ち、スクリュー１０により送給することによるスクリュー計量式により、ペレットに対して熱を均一に伝えることができる。

また、タブレットを形成するため機器を、予め余熱しておくことが不要となる。また、スクリュー１０を直接、余熱することにより均熱性が期待できる。また、スクリュー１０の径を変更することにより、多種タブレットの径、容量に対応することができる。また、スクリュー材質を変更することで多種材料に対応できる。

また、内部温調部は、スクリュー１０の内部に形成され温調のための流体である温調水を流通させる流路である流入側流路１２１及び流出側流路１３１を有する。この構成により、これら流路を流れる温調水により、スクリュー１０側の樹脂材料を容易に温調することが可能となる。

また、流入側流路１２１及び流出側流路１３１は、スクリュー１０と一体的に回転する。この構成により、ペレット状の樹脂材料を攪拌させながら加熱する際に、樹脂材料の回転に追従して樹脂材料を確実に加熱して温調することができ、樹脂材料の均熱化を図ることを容易とすることができる。

また、流路は、スクリュー１０の軸心位置に形成された流入側流路１２１と、流入側流路１２１の、スクリュー１０の半径方向外方の位置に形成された流出側流路１３１と、を有する。この構成により、スクリュー１０の内部において温調水を流通させる続けることが可能となり、安定して樹脂材料の温調を行い続けることが可能となる。

また、スクリュー１０が回転しているときに、流入側流路１２１に対して常時流体を流入可能であり、スクリュー１０が回転しているときに、流出側流路１３１から常時流体を流出可能である。この構成により、スクリュー１０の内部において、確実に温調水を流通させる続けることが可能となり、より安定して樹脂材料の温調を行い続けることが可能となる。

また、流出側流路１６１は、スクリュー１０の軸心に平行に複数形成されている。この構成により、環状の流出側流路１３１を流れてきた温調水を複数の流出側流路１６１に分けて、流すことが可能となる。

また、流入側流路１７１は、スクリュー１０の周面において周方向に一周する溝である周回溝１７６を有する。この構成により、スクリュー１０が回転しているときに、流入側流路１７１に対して常時温調水を流入可能な構成を容易に実現することができる。

また、樹脂材料の外部の温度を調整する外部温調部（外部溝２０１、周回蓋部２０２）を備える。これにより、材料送給空間２０４において外部温調部（外部溝２０１、周回蓋部２０２）からも樹脂材料を加熱して温調でき、樹脂材料の外部の温度も内部の温度と同様に均熱化することが可能となる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において変形が可能である。

例えば、本実施形態においては、流体は温調水であったが、これに限定されない。また、スクリュー、流路、外部温調部等の構成は、本実施形態におけるスクリュー１０、流入側流路１２１、流出側流路１３１、外部溝２０１、周回蓋部２０２等の構成に限定されない。

１ 材料計量機
１０ スクリュー（送給装置）
２０ バレル部（送給装置）
４０ 駆動部（送給装置）
６０ 流体供給部（送給装置）
１２１ 流入側流路
１３１、１６１ 流出側流路
１７６ 周回溝
２０１ 外部溝
２０２ 周回蓋部

Claims (9)

1. 筒状のバレル部の内部に配置され、前記バレル部に対して回転可能、且つ、前後方向に進退可能であり、熱硬化性樹脂材料が供給されるスクリューであって、スクリューが回転することで前記バレル部と前記スクリューとの間に供給された前記熱硬化性樹脂材料を攪拌しながら送給するスクリューと、
   前記スクリューの内部に設けられ、前記スクリューにより送給される熱硬化性樹脂材料の内部の温度を調整して前記熱硬化性樹脂材料の温度を均熱化する内部温調部と、を備え、
   前記内部温調部は、前記スクリューの内部において前記スクリューの基部から先端部に至るまで延びて形成され温調のための流体を流通させる流路を有し、前記流路は、前記スクリューと一体的に回転し、
   前記流路は、
   前記スクリューの軸心位置に形成された流入側流路と、
   前記流入側流路の、前記スクリューの半径方向外方の位置に形成された流出側流路と、を有し、
   前記流出側流路は、前記スクリューの軸心に平行に複数形成され、
   前記流出側流路にそれぞれ連通し、前記流出側流路と前記流出側流路からの前記流体を排出する流体供給部の排出流路とをそれぞれ連通する排出凹部が形成され、
   前記流入側流路に連通し、前記流入側流路と前記流入側流路に前記流体を供給する流体供給部の供給流路とを連通する流路の開口が、前記排出凹部の数よりも少ない数で形成される、熱硬化性樹脂材料の均熱化を行う送給装置。
2. 前記スクリューが回転しているときに、前記流入側流路に対して常時前記流体を流入可能であり、
   前記スクリューが回転しているときに、前記流出側流路から常時前記流体を流出可能である、請求項１に記載の、熱硬化性樹脂材料の均熱化を行う送給装置。
3. 前記流入側流路は、前記スクリューの周面において周方向に一周する溝を有する、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の、熱硬化性樹脂材料の均熱化を行う送給装置。
4. 前記バレル部に設けられ前記熱硬化性樹脂材料の外部の温度を調整する外部温調部を備える、請求項１、請求項２、請求項３のいずれかに記載の、熱硬化性樹脂材料の均熱化を行う送給装置。
5. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４のいずれかに記載の、前記熱硬化性樹脂材料の均熱化を行う送給装置を備え、所定の量の前記熱硬化性樹脂材料を計量する材料計量機。
6. 筒状のバレル部の内部に配置され、前記バレル部に対して回転可能、且つ、前後方向に進退可能であり、熱硬化性樹脂材料が供給されるスクリューであって、スクリューが回転することで前記バレル部と前記スクリューとの間に供給された前記熱硬化性樹脂材料を攪拌しながら送給するスクリューと、前記スクリューの内部に設けられ、前記スクリューにより送給される熱硬化性樹脂材料の内部の温度を調整して前記熱硬化性樹脂材料の温度を均熱化する内部温調部と、を備え、
   前記内部温調部は、前記スクリューの内部において前記スクリューの基部から先端部に至るまで延びて形成され温調のための流体を流通させる流路を有し、前記流路は、前記スクリューと一体的に回転し、
   前記流路は、
   前記スクリューの軸心位置に形成された流入側流路と、
   前記流入側流路の、前記スクリューの半径方向外方の位置に形成された流出側流路と、を有し、
   前記流出側流路は、前記スクリューの軸心に平行に複数形成され、
   前記流出側流路にそれぞれ連通し、前記流出側流路と前記流出側流路からの前記流体を排出する流体供給部の排出流路とをそれぞれ連通する排出凹部が形成され、
   前記流入側流路に連通し、前記流入側流路と前記流入側流路に前記流体を供給する流体供給部の供給流路とを連通する流路の開口が、前記排出凹部の数よりも少ない数で形成される、熱硬化性樹脂材料の均熱化を行う送給装置を構成するスクリュー。
7. 前記流入側流路は、前記スクリューの周面において周方向に一周する溝を有する、請求項６に記載のスクリュー。
8. 筒状のバレル部の内部に配置され、前記バレル部に対して回転可能、且つ、前後方向に進退可能であり、熱硬化性樹脂材料が供給されるスクリューであって、前記スクリューが回転することで前記バレル部と前記スクリューとの間に供給された前記熱硬化性樹脂材料を攪拌しながら送給する前記スクリューと、前記スクリューの内部に設けられ、前記スクリューにより送給される熱硬化性樹脂材料の内部の温度を調整して前記熱硬化性樹脂材料の温度を均熱化する内部温調部と、前記バレル部に設けられ前記熱硬化性樹脂材料の外部の温度を調整する外部温調部と、を備え、
   前記内部温調部は、前記スクリューの内部において前記スクリューの基部から先端部に至るまで延びて形成され温調のための流体を流通させる流路を有し、前記流路は、前記スクリューと一体的に回転し、
   前記流路は、
   前記スクリューの軸心位置に形成された流入側流路と、
   前記流入側流路の、前記スクリューの半径方向外方の位置に形成された流出側流路と、を有し、
   前記流出側流路は、前記スクリューの軸心に平行に複数形成され、
   前記流出側流路にそれぞれ連通し、前記流出側流路と前記流出側流路からの前記流体を排出する流体供給部の排出流路とをそれぞれ連通する排出凹部が形成され、
   前記流入側流路に連通し、前記流入側流路と前記流入側流路に前記流体を供給する流体供給部の供給流路とを連通する流路の開口が、前記排出凹部の数よりも少ない数で形成される、熱硬化性樹脂材料の均熱化を行う送給装置を構成する外部温調部。
9. 前記外部温調部は、前記スクリューの最先端部の近傍の部分を取り囲むように配置される請求項８に記載の外部温調部。

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