KR20120136916A - 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 - Google Patents

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 허브, 보스, 댐핑부재, 기어부를 일체로 사출 성형하여 웜휠을 제작함으로써, 웜과 조향축의 작동으로 인해 발생되는 진동과 소음을 자체 흡수하여 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하고, 더불어 웜휠의 성형성과 기계적 내구성 및 마찰특성을 증대시켜 감속기가 장시간 안정적으로 사용할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.

Description

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기{Reducer of Power Steering Apparatus for Vehicle}
본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 감속기 웜휠의 허브, 보스, 댐핑부재, 기어부를 일체로 사출 성형함으로써, 웜과 조향축의 작동으로 인해 발생되는 진동과 소음을 자체 흡수하여 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하고, 더불어 웜휠의 성형성과 기계적 내구성 및 마찰특성을 증대시켜 감속기가 장시간 안정적으로 사용될 수 있게 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에 장착되는 동력 보조 조향장치 중에는 모터에 의해 조향력이 조절되는 전동식 동력 보조 조향장치가 있으며, 이것은 차속 센서 및 조향 토크 센서 등과 같은 각종 센서에서 감지된 차량의 운행 조건에 따라 전자 제어 장치에서 모터를 정밀하게 구동하고, 모터에서 발생한 토크가 감속기를 거쳐 조향컬럼 또는 피니언에 전달되어서 이 조향컬럼 및 피니언에 연결된 조향휠을 조작하는 운전자의 조향력을 돕게 된다.
이에 따라, 저속 주행시에는 가볍고 편안한 조향 상태를 제공하고, 고속 주행시에는 무겁고 안정적인 조향 상태를 제공하며, 돌발적인 비상 상황에서는 이에 대처하여 급속한 조향 운전이 가능하도록 하는 등 운전자에게 최적의 조향 조건을 유지할 수 있도록 하는 조향 성능을 제공한다.
이러한 전동식 동력 보조 조향장치는 장착되는 위치에 따라 여러 가지 종류로 나눠질 수 있는데, 주로 운전석의 조향휠과 차량 하부의 기어박스를 연결하는 조향축을 차체에 고정하기 위한 조향컬럼 부위, 또는 랙바와 결합되는 피니언이 내장된 기어박스 부위 등에 모터를 구비한 감속기를 설치하고, 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력이 모터와 감속기에 의해서 랙바에 전달될 수 있도록 하는 장치이다.
도 1은 통상 사용되는 컬럼에 구비된 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 내부 구조를 나타낸 단면도이다.
이러한 감속기는 중간부에 웜(102)이 형성된 강(鋼)과 같은 금속 재질의 웜축(104)이 구비되고, 웜축(104)의 양단에는 웜베어링(106)이 각각 설치되어 웜축(104)을 지지하며, 웜축(104)과 모터축(108)이 연결되어 모터(110)의 구동에 의해 웜축(104)이 회전하는 구조로 되어 있다.
감속기어로서 웜축(104)의 중간부에 형성된 웜(102)과 치합될 수 있도록 웜(102)의 외경 일측에는 예컨대 수지 조성물로 된 웜휠(114)이 구비되며, 웜휠(114)은 운전자가 조작하는 조향휠(미도시)의 회전력을 전달하는 조향축(112)에 장착되어, 모터(110)의 구동에 의한 웜축(104)의 회전력이 조향축(112)에 전달되게 된다. 웜기어 방식으로 치합되는 이들 웜휠(114)과 웜축(104)은 외부로부터의 보호를 위해 하우징(116)의 내부에 장착되어 있다.
차량의 운행 조건에 따라 차량에 구비된 전자 제어 장치(미도시)가 모터(110)의 구동을 제어하고 모터(110)의 구동에 의한 웜축(104)의 회전력이 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력에 부가되어 조향축(112)에 전달됨으로써 운전자의 조향 운전 상태를 부드럽고 안정적으로 유지할 수 있게 되는 것이다.
여기서, 상기와 같은 감속기의 웜휠은 모터의 회전수를 감속하여 조향축에 전달하는 역할을 하는 것으로, 전술한 바와 같이 수지 조성물로 된 기어와 금속 재질로 된 기어가 쌍으로 구성될 수 있다.
그러나, 이와 같은 감속기는 서로 회전하는 웜축, 웜휠, 조향축 등이 맞물려 결합되는 구조이기 때문에 회전에 의해 발생되는 진동과 소음이 운전자에게 직접 매우 크게 전달되고, 감속기 내부 부품의 내구성을 떨어트리거나 심한 경우에는 부품의 파손이 발생되는 문제점이 있었다.
특히, 요철이 심한 도로를 주행하는 경우에는 바퀴로부터 랙바와 조향축을 타고 전달되는 하중이 순간적으로 증대하여 이로 인해 감속기에서 발생되는 진동과 소음이 더욱 증대되어 운전자에게 불쾌감을 야기시키는 문제점도 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 배경에서 안출된 것으로, 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠, 조향축의 작동으로 인해 발생되는 진동과 소음을 대폭 줄여서 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하고, 더불어 웜휠의 성형성과 기계적 내구성 및 마찰특성을 증대시켜 감속기가 장시간 안정적으로 사용될 수 있게 하는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 웜과 웜휠을 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기로서 조향축에 결합되어 조향 보조력을 제공하되, 상기 웜휠은 상기 조향축이 결합되는 허브; 상기 허브의 외주측에 성형되는 보스; 상기 보스의 외주측에 성형되는 댐핑부재; 상기 댐핑부재의 외주측에 성형되며 상기 웜과 치합되는 기어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 허브, 보스, 댐핑부재, 기어부를 일체로 사출 성형하여 웜휠을 제작함으로써, 웜과 조향축의 작동으로 인해 발생되는 진동과 소음을 자체 흡수하여 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하고, 더불어 웜휠의 성형성과 기계적 내구성 및 마찰특성을 증대시켜 감속기가 장시간 안정적으로 사용할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.
도 1은 통상 사용되는 컬럼에 구비된 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 내부 구조를 나타낸 단면도;
도 2는 본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 웜휠을 나타내는 사시도;
도 3은 도2의 단면도;
도 4는 본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 가이드를 나타내는 사시도;
도 5는 본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 가이드에 댐퍼가 일체로 성형된 상태를 나타내는 사시도;
도 6은 본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 가이드와 댐퍼, 기어부가 일체로 성형된 상태를 나타내는 사시도;
도 7은 본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 일체로 성형된 가이드, 댐퍼, 기어부에 허브를 일체 성형하기 위한 분해사시도;
도 8은 일체로 성형되는 웜휠의 구조를 보다 쉽게 설명하기 위해 임의로 분리한 분해사시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 웜휠을 나타내는 사시도, 도 3은 도2의 단면도, 도 4는 본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 가이드를 나타내는 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 가이드에 댐퍼가 일체로 성형된 상태를 나타내는 사시도, 도 6은 본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 가이드와 댐퍼, 기어부가 일체로 성형된 상태를 나타내는 사시도, 도 7은 본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 일체로 성형된 가이드, 댐퍼, 기어부에 허브를 일체 성형하기 위한 분해사시도, 도 8은 일체로 성형되는 웜휠의 구조를 쉽게 설명하기 위해 임의로 분리한 분해사시도이다.
감속기는 중간부에 웜이 형성된 강(鋼)과 같은 금속 재질의 웜축이 구비되고, 이 웜축의 중간부에 형성된 웜과 치합될 수 있도록 웜의 외경 일측에는 웜휠이 구비된다.
감속기는 모터의 구동력에 의해 웜축과 웜휠이 연동되면서 조향축을 회전시켜 운전자의 조향력을 보조하게 되는데, 모터의 구동시 모터의 축과 연동되는 웜축의 양단에는 웜축베어링이 체결되어 웜축의 회전을 지지하며, 조향축과 연동되는 웜휠과 웜축은 기어 하우징에 내장되어 있다.
한편, 운전자가 조향휠을 조작시 조향휠의 회전력을 랙바로 전달하는 조향축은 조향휠로부터 컬럼, 유니버설 조인트, 랙기어와 피니언 기어를 내장하는 기어박스까지 연결되어 있고, 감속기는 컬럼, 기어박스에 내장되는 조향축(또는 피니언)에 결합될 수 있다.
따라서, 모터의 구동으로 웜축이 회전하면 웜휠이 연동되어 회전하고, 이때 웜휠이 컬럼의 조향축 또는 기어박스의 조향축에 결합되어 운전자의 조향력을 보조하게 된다.
여기서, 웜휠(200)은 조향축이 결합되는 허브(210), 허브(210)의 외주측에 일체로 성형되는 보스(220), 보스(220)의 외주측에 일체로 성형되는 댐핑부재(235), 댐핑부재(235)의 외주측에 일체로 성형되며 웜과 치합되는 기어부(250)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
대략 링 형상으로 형성되는 스틸 재질의 허브(210)는 중심부에 조향축이 관통 결합되는데, 외주면에 요철부(210a)가 구비되어 있어서 보스(220)와의 슬립을 방지하며 일체로 성형되도록 되어 있다.
허브(210) 및 보스(220)와 일체로 성형되는 댐핑부재(235)는 크게 스틸 재질의 가이드(230)와 가이드(230)에 일체로 성형되는 탄성 재질의 댐퍼(240)로 구성되는데, 가이드(230)는 내주면에 슬립방지부(231)가 구비되어 있어서 보스(220)와의 슬립을 방지하며 일체로 성형된다.
그리고, 슬립방지부(231)는 가이드(230)의 내주면에서 돌출되는 돌출부, 또는 가이드(230)의 내주면에 함몰되는 요홈부, 또는 돌출부와 요홈부가 교번으로 형성되는 요철부 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
또한, 가이드(230)의 외주면에도 돌기부(233)가 구비되어 있어서, 가이드(230)에 댐퍼(240)가 일체로 성형 될 때 서로 분리되지 않고 접착성을 높이며 슬립도 방지하게 되어 있다.
가이드(230)의 외주면과 돌기부(233)에 일체로 사출 성형되는 탄성 재질의 댐퍼(240)는, 외주면에 기어부(250)와 슬립을 방지하며 일체로 성형되도록 고정부(243)가 구비된다.
여기서, 고정부(243)는 댐퍼(240)의 외주면에서 돌출되는 돌출부, 또는 댐퍼(240)의 외주면에 함몰되는 요홈부, 또는 돌출부와 요홈부가 교번으로 형성되는 요철부 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
그리고, 댐퍼(240)를 형성하는 탄성재질은 NR(Natural Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber), FPM(Fluorocarbon Rubber), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene Rubber), 실리콘, 우레탄 중 어느 하나, 또는 둘 이상의 혼합 재질로 될 수 있다.
기어부(250)는 댐퍼(240)의 외주면에 EMMA(에틸렌 메틸 메타크릴레이트)가 혼합된 폴리아미드(PA) 수지를 사출하여 가이드(230) 및 댐퍼(240)와 일체로 성형되는데, 외주면에 웜과 치합되는 기어치(250a)가 구비되어 있다.
참고로 도 3에서 점선으로 표시된 안쪽의 해칭 부위(253)는 금형에서 폴리아미드 수지 주입을 위한 게이트(251)와 제거될 부위를 나타내며, 이 부위는 금형에서 탈거 후 제거되며, 기어부(250) 성형시 웰드 라인을 최소화하기 위해 게이트(251)를 중앙부 상측 1곳에만 설치하게 되어 있다.
기어부(250)를 형성하는 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아미드 12 중 하나이고, 이에 EMMA가 1 ~ 10 중량%로 혼합되는데, 이로 인해 폴리아미드 수지로만 형성될 때에 비하여, 수분 흡수량은 30% 이상 줄어들어 부피 팽창에 의한 웜휠(200)의 회전 토크의 증가를 감소시키고, 동시에 내마모성과 내구성을 향상시키게 된다.
도 8은 일체로 성형되는 웜휠(200)의 구조를 쉽게 설명하기 위해 임의로 분리한 분해사시도로서, 이에 도시된 바와 같이 보스(220)는 가이드(230)의 내주면과 허브(210)의 외주면 사이에 유리섬유가 혼합되어 보강된 폴리아미드 수지를 사출하여 가이드(230) 및 허브(210)와 일체로 성형되며, 축방향의 일측과 타측면에 리브(221)로 분리되어 공간을 형성하는 수개의 중공부(223)를 구비하고 있다.
이렇게 보스(220)에 리브(221)와 중공부(223)를 구비함으로써 조향축의 회전시 발생되는 비틀림 하중을 보다 견고하게 지탱하여 변형과 파손이 발생되지 않게 되고, 더불어 재료비의 절감과 무게의 감소도 부차적으로 얻을 수 있게 된다.
리브(221)는 중심에서 방사상으로 즉, 경방향으로 형성되어 있어서, 조향축으로부터 회전력을 전달받는 보스(220)의 내주면과, 웜으로부터 회전력을 전달받는 보스(220)의 외주면 사이에서 발생되는 비틀림 변형을 지탱할 수 있게 되어 있다.
보스(220)를 사출 성형하는 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아미드 12 중 하나이고, 이에 유리섬유가 30 ~ 50 중량%로 혼합되는데, 이로 인해 폴리아미드 수지로만 형성될 때에 비하여, 경도와 인장강도, 신율, 굴곡강도 고온물성 등이 향상되고 우수한 마찰특성을 갖게 되어 내구성이 좋아지게 된다.
또한, 이렇게 보스(220)와 기어부(250)의 사이에 댐핑부재(235)가 일체로 성형됨으로써 웜, 조향축의 회전력 전달시 발생되는 진동과 소음을 댐핑부재(235)가 자체 흡수하게 되어 별도의 댐핑 부품이 없어도 감속기에서 발생되는 진동과 소음의 대부분을 대폭 줄일 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 허브, 보스, 댐핑부재, 기어부를 일체로 사출 성형하여 웜휠을 제작함으로써, 웜과 조향축의 작동으로 인해 발생되는 진동과 소음을 자체 흡수하여 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하고, 더불어 웜휠의 성형성과 기계적 내구성 및 마찰특성을 증대시켜 감속기가 장시간 안정적으로 사용할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200: 웜휠 210: 허브
220: 보스 221: 리브
223: 중공부 230: 가이드
240: 댐퍼 250: 기어부

Claims (11)

  1. 웜과 웜휠을 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기로서 조향축에 결합되어 조향 보조력을 제공하되, 상기 웜휠은
    상기 조향축이 결합되는 허브;
    상기 허브의 외주측에 성형되는 보스;
    상기 보스의 외주측에 성형되는 댐핑부재;
    상기 댐핑부재의 외주측에 성형되며 상기 웜과 치합되는 기어부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 허브는 외주면에 요철부가 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐핑부재는,
    내주면에 슬립방지부가 구비되고, 외주면에 돌기부가 구비되어 있는 가이드;
    상기 가이드의 외주면과 돌기부에 성형되며, 외주면에는 고정부가 구비되어 있는 탄성재질의 댐퍼;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄성재질은 NR(Natural Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber), FPM(Fluorocarbon Rubber), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene Rubber), 실리콘, 우레탄 중 어느 하나로 성형되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 슬립방지부는 상기 가이드의 내주면에서 돌출되는 돌출부, 또는 상기 가이드의 내주면에 함몰되는 요홈부, 또는 상기 돌출부와 요홈부가 교번으로 형성되는 요철부 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 고정부는 상기 댐퍼의 외주면에서 돌출되는 돌출부, 또는 상기 댐퍼의 외주면에 함몰되는 요홈부, 또는 상기 돌출부와 요홈부가 교번으로 형성되는 요철부 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 기어부는 상기 댐퍼의 외주면에 EMMA(에틸렌 메틸 메타크릴레이트)가 혼합된 폴리아미드 수지를 사출하여 상기 가이드 및 댐퍼와 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아미드 12 중 하나이고, 이에 EMMA가 1 ~ 10 중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 보스는 상기 가이드의 내주면과 허브의 외주면 사이에 유리섬유가 혼합되어 보강된 폴리아미드 수지를 사출하여 상기 가이드 및 허브와 일체로 성형되며, 축방향의 일측과 타측면에 리브로 분리되어 공간을 형성하는 수개의 중공부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아미드 12 중 하나이고, 이에 유리섬유가 30 ~ 50 중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 보스는 축방향의 일측과 타측면에 리브로 분리되어 공간을 형성하는 수개의 중공부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
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