WO2019198279A1 - 電池パック及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】電池パックの大型化を抑制しつつ、外部からの衝撃による電池素子の損傷を低減可能な電池パック及び電子機器を提案する。 【解決手段】電池パックは、電池素子を含む電池セルと、電池素子の端部に面して設けられた少なくとも一つのホルダと、ホルダに形成された衝撃吸収構造と、を備える。

Description

電池パック及び電子機器
　本開示は、電池パック及び電子機器に関する。
　従来、スマートフォンに代表される携帯電話機及びタブレット型コンピュータ等の種々の携帯型電子機器（以下、「モバイル機器」ともいう。）が知られている。モバイル機器では、落下の衝撃による内部部品の損傷を防ぐことが課題となる。
　モバイル機器には、リチウムイオン二次電池に代表される二次電池が備えられる。かかる二次電池も、モバイル機器の落下の衝撃によりモバイル機器内の空間を移動し、モバイル機器内の内壁等に衝突することによって損傷を受けるおそれがある。このため、モバイル機器の落下の衝撃による二次電池の損傷を低減するための対策が採られている。
　例えば、特許文献１には、ポータブル電子機器に適用可能でありラミネートフィルムからなる外装材に電池素子が収容された電池セルであって、電池素子の１面以上に樹脂層が挿入され、電池素子と外装材とが隔離されている電池セルが開示されている。特許文献１に記載の電池セルでは、樹脂層の衝撃緩衝作用により、外部の衝撃から電池素子が保護される。
特開２０００－１７３６４１号公報
　しかし、特許文献１に開示された電池セルは、電池素子と外装材との間に衝撃緩衝用の樹脂層を追加するものであり、電池パックの大型化を伴う。モバイル機器は小型化の要求が高いため、電池パックの大型化をできる限り避けることが望ましい。
　そこで、本開示では、電池パックの大型化を抑制しつつ、外部からの衝撃による電池素子の損傷を低減可能な、新規かつ改良された電池パック及び電子機器を提案する。
　本開示によれば、電池素子を含む電池セルと、電池素子の端部に面して設けられた少なくとも一つのホルダと、ホルダに形成された衝撃吸収構造と、を備えた、電池パックが提供される。
　また、本開示によれば、上述の電池パックを備えた電子機器が提供される。
　以上説明したように本開示によれば、電池パックの大型化を抑制しつつ、外部からの衝撃による電池素子の損傷を低減することができる。
　なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
電池パックの外観を示す斜視図である。 電池パックの基本構成例を示す分解斜視図である。 電池素子の外観を示す斜視図である。 電子機器の内部構造を示す模式図である。 本実施形態に係る電池パックの構成例を示す模式図である。 同実施形態に係る電池パックのボトムホルダの構成例を示す模式図である。 ボトムホルダが弾性変形する様子を示す説明図である。 第１の変形例に係るボトムホルダを示す模式図である。 第２の変形例に係るボトムホルダを示す模式図である。 第３の変形例に係るトップホルダを示す模式図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　なお、説明は以下の順序で行うものとする。
　１．電池パックの基本構成例
　２．衝撃吸収構造
　３．変形例
　本明細書において、ラミネートシートで外装する前の電池素子を含む構造体を電池セルと称し、電池セルに回路基板を接続してラミネートシート、トップホルダ及びボトムホルダを装着したものを電池パックと称する。また、電池パック及び電池セルにおいて、正極端子及び負極端子の導出側をトップ部と称し、トップ部と対向する側をボトム部と称し、それ以外をサイド部と称する。さらに、両サイド部の方向の長さを幅と称し、トップ部－ボトム部の方向の長さを高さと称する場合がある。
　＜１．電池パックの基本構成例＞
　まず、本開示の実施の形態に係る電池パックの基本構成例を説明する。以下の説明においては、本実施形態に係る電池パックの構成要素として、従来の電池パックにおいても備えられる構成要素の基本的態様について説明する。図１は、電池パック１０の外観を示す斜視図である。図２は、電池パック１０の構成例を示す分解斜視図である。
　本実施形態に係る電池パック１０は、例えば、角形又は扁平型のリチウムイオン二次電池の電池パックである。電池パック１０は、携帯型電子機器に搭載される。電子機器は、ユーザにより電池パック１０を着脱不可能に構成されていてもよく、ユーザにより電池パック１０を着脱自在に構成されていてもよい。
　電子機器としては、例えば、スマートフォン等の携帯電話機、タブレット型コンピュータ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（Personal　Digital　Assistants：ＰＤＡ）、表示装置、ナビゲーションシステム、電子書籍、電子辞書、音楽プレーヤー等が挙げられるが、これらの例に限定されるものではない。
　図２に示すように、電池パック１０は、電池セル２０、トップホルダ１１、ボトムホルダ１３、回路基板４０及びラミネートシート３０を備えている。電池セル２０は、例えば軟質アルミニウムシート等のラミネートフィルムで外装され回路基板４０に対して電気的に接続された電池素子を有している。電池セル２０の外周にはラミネートシート３０が巻き付けられて貼り付けられている。ラミネートシート３０が巻き付けられた電池セル２０のトップ部及びボトム部には開口が形成され、それぞれの開口にはトップホルダ１１及びボトムホルダ１３が装着されている。
　なお、図２において、回路基板４０及びトップホルダ１１を固定する電気絶縁性の粘着シート等の図示は省略されている。
　（電池セル）
　電池セル２０は、正極端子１８ａ及び負極端子１８ｂを有する電池素子を備えている。正極端子１８ａ及び負極端子１８ｂは、回路基板４０との接続部分を除いて図示しない絶縁性絶縁シートにより被覆されている。
　図３は、電池セル２０を構成する電池素子２１の構成例を示す斜視図である。電池素子２１は、正極、セパレータ、負極及びセパレータがこの順に積層された積層体である。本実施形態に係る電池パック１０の電池素子２１は、帯状の積層体を巻回した巻回型の電池素子となっている。電池素子２１の正極には正極端子１８ａが接続され、負極には負極端子１８ｂが接続されている。
　電池素子２１は、軟質アルミニウムシート等の図示しないラミネートフィルム内に収納されている。電池セル２０は、電子機器の小型化又は薄型化に対応すべく、扁平型の薄い板状に形成されている。かかる電池素子２１は、公知のものであってよい。
　（回路基板）
　回路基板４０は、板状の電池セル２０のトップ部に配置され、電池素子２１の正極端子１８ａ及び負極端子１８ｂに接続されている。回路基板４０には、例えば図示しない温度検出素子、ヒューズ及び熱感抵抗素子が実装されている。また、回路基板４０には、電子機器の機器本体と接続されるフレキシブル回路基板４３が接続されている。
　（トップホルダ及びボトムホルダ）
　トップホルダ１１は、電池セル２０のトップ部の端部に装着されている。トップホルダ１１は、例えば電池セル２０のトップ部の端部に配置された状態で、電池セル２０とともにラミネートシート３０により包み込まれて固定される。
　トップホルダ１１内には、回路基板４０が保持される。トップホルダ１１は、回路基板４０に接続されたフレキシブル回路基板４３の位置に対応する位置に開口部１１ａを有している。フレキシブル回路基板４３は開口部１１ａを介して外部に導出される。
　ボトムホルダ１３は、電池セル２０のボトム部の端部に装着されている。ボトムホルダ１３は、例えば電池セル２０のボトム部の端部に配置された状態で、電池セル２０とともにラミネートシート３０により包み込まれて固定される。さらに、図２に示したボトムホルダ１３は、接着剤１５により電池セル２０に固定される。
　なお、図２には、トップホルダ１１及びボトムホルダ１３の構成が簡略化されて示されている。
　（ラミネートシート）
　ラミネートシート３０は、略矩形状であり、電池セル２０を包み込むようにして電池セル２０に貼り付けられる。ラミネートシート３０は、接着層を介して電池セル２０の周囲に貼り付けられる。ラミネートシート３０は、電池セル２０を保護するための保護シートであり、樹脂製のラミネートシートに比べて高い強度を有していてもよい。これにより、外部の衝撃から電池セル２０を保護することができる。ラミネートシート３０は、例えば硬質アルミニウム層の両面に電気絶縁性の樹脂層を積層した積層体であってもよい。樹脂層は、例えばＰＥＴ（Polyethylene　Terephthalate）樹脂からなる層であってよい。
　＜２．衝撃吸収構造＞
　本実施形態に係る電池パック１０において、トップホルダ１１及びボトムホルダ１３に形成された衝撃吸収構造について説明する。
　上述のとおり、電池パック１０において、電池素子２１は帯状の積層体が巻回されて構成され、帯状の積層体の幅方向の端部はトップ部及びボトム部に位置している。このため、電池パック１０に対してトップ部又はボトム部の方向から衝撃が加えられると、電池素子２１の端部が損傷を受けやすい。例えば、電池素子２１の端部の変形により、セパレータが損傷を受けて、正極と負極とが短絡するおそれがある。
　かかる損傷を防ぐために、電池セル２０のトップ部の端部に装着されたトップホルダ１１、及び、ボトム部の端部に装着されたボトムホルダ１３には、落下等の衝撃を緩和する衝撃吸収構造が一体的に形成されている。
　図４は、電池パック１０が搭載された電子機器１００の内部構造を示す模式図であって、電子機器１００の背面カバーを取り外した状態を示している。図４に示した電子機器１００は薄型のスマートフォンの例である。電池パック１０は、トップ部－ボトム部の方向が電子機器１００の長手方向に沿うようにして配置されている。電池パック１０は、電子機器１００に搭載され、フレキシブル回路基板４３の接続端子を介して機器本体に対して電気的に接続されている。
　電池パック１０は、所定の位置に位置決めされて配置される。電池パック１０は、周囲の部品に対して所定の公差の範囲内の間隔を空けて配置されている。また、電池パック１０は、両面テープ１０１を用いて、電子機器１００の機器本体の内部に固定されている。図４に示した例では、電池パック１０は、両面テープ１０１を介して図示しない背面カバーに固定される。これにより、比較的軽度の衝撃が電子機器１００に加えられた場合に、電子機器１００の内部での電池パック１０の位置ずれを抑制することができる。
　ただし、電子機器１００に対して大きい衝撃が加えられた場合には、電池パック１０が電子機器１００内で移動し、電子機器１００の内壁や他の電子部品等に衝突することによって電池素子２１が損傷することがあり得る。かかる電池素子２１の損傷を低減するために、トップホルダ１１及びボトムホルダ１３に衝撃吸収構造が形成されている。
　図５は、本実施形態に係る電池パック１０のラミネートシート３０を取り外した状態を示す模式図である。図６は、ボトムホルダ１３の一構成例を示す模式図である。なお、トップホルダ１１の衝撃吸収構造は、ボトムホルダ１３の衝撃吸収構造と同様の構成とすることができるために、ここではボトムホルダ１３の構成のみを説明する。
　ボトムホルダ１３は、電池セル２０のボトム部の端部から離れる方向に沿って配置された第１の部材１５１及び第２の部材１５３と、第１の部材１５１及び第２の部材１５３の間に設けられた弾性変形部１５５とを有する。つまり、図６に示したボトムホルダ１３の衝撃吸収構造は、弾性構造により形成されている。弾性変形部１５５は、その両端部が第２の部材１５３の両端に接続されるとともに第１の部材１５１側に湾曲して突き出しており、中央部が第１の部材１５１に接続されている。
　ボトムホルダ１３は、例えば樹脂材料を用いて一体成形された成形品であってよい。あるいは、ボトムホルダ１３は、第１の部材１５１、第２の部材１５３及び弾性変形部１５５が互いに接合された成形品であってもよい。
　第１の部材１５１は、図示しない接着剤等により電池セル２０のボトム部の端部に接合される。第２の部材１５３は、電池パック１０のボトム部の端部に位置する。例えば、第１の部材１５１及び弾性変形部１５５はラミネートシート３０により完全に覆われる一方、第２の部材１５３の一部はラミネートシート３０に覆われずに露出してもよい。
　図７は、電池パック１０のボトム部が下方に位置する状態で電子機器１００が落下した際にボトムホルダ１３が変形する様子を示す説明図である。
　電子機器１００の落下の衝撃により電池パック１０が下方に移動すると、ボトムホルダ１３の第１の部材１５１と第２の部材１５３との距離が近付くように弾性変形部１５５が変形する。これにより、衝撃の少なくとも一部が吸収され、電池セル２０に加えられる衝撃が緩和される。
　かかるボトムホルダ１３の衝撃吸収構造では、第１の部材１５１と第２の部材１５３との距離に相当する弾性変形部１５５の高さや、弾性変形部１５５の構成部分の板厚を変更することによって弾性変形部１５５の撓み度合を調節することができる。これにより、ボトムホルダ１３による衝撃吸収度合を調節することができる。
　図６においては、ボトムホルダ１３の構成を理解しやすくするために、図示の左右方向の長さに対する上下方向の長さの比が大きく示されている。例えば、スマートフォン用の電池パック１０の場合、ボトムホルダ１３の幅（左右方向の長さ）は５ｃｍ程度であり、高さ（上下方向の長さ）が０．２ｃｍ程度であることが好ましい。ボトムホルダ１３の高さが０．２ｃｍ程度である場合、従来のボトムホルダの高さと同等になるため、電池パック１０の大型化を抑制することができる。
　＜３．変形例＞
　ここまで、本実施形態に係る電池パック１０の構成例を説明したが、本実施形態に係る電池パック１０のトップホルダ１１及びボトムホルダ１３の衝撃吸収構造は上記の例に限られない。以下、トップホルダ１１及びボトムホルダ１３の衝撃吸収構造の変形例を説明する。
　（３－１．第１の変形例）
　図８は、第１の変形例に係るボトムホルダ１３Ａを示す模式図である。第１の変形例に係るボトムホルダ１３Ａでは、上記実施形態で説明したボトムホルダ１３の弾性変形部１５５と第２の部材１５３との間のスペースに樹脂材料１５７が充填されている。かかる樹脂材料１５７は、衝撃吸収度合を調節する調節部として機能する。
　図８に示した例では、弾性変形部１５５と第２の部材１５３との間のスペース全体に樹脂材料１５７が充填されているが、当該スペースの一部に樹脂材料が配置されていてもよい。弾性変形部１５５と第２の部材１５３との間のスペースに弾性を有する樹脂材料を充填することにより、ボトムホルダ１３Ａによる衝撃吸収度合を調節することができる。
　なお、トップホルダ１１の衝撃吸収構造についても、第１の変形例に係るボトムホルダ１３の衝撃吸収構造と同様の構成とすることができる。
　（３－２．第２の変形例）
　図９は、第２の変形例に係るボトムホルダ１３Ｂを示す模式図である。第２の変形例に係るボトムホルダ１３Ｂは、上記実施形態で説明したボトムホルダ１３の第１の部材１５１が省略され、第２の部材（ベース部材）１５３に弾性変形部１５５が設けられたものである。第２の変形例に係るボトムホルダ１３Ｂは、第１の部材１５１が省略されている分、ボトムホルダ１３Ｂの高さ（図示の上下方向の長さ）が小さくなって、電池パック１０の大型化をより抑制することができる。
　なお、第２の変形例においても、第１の変形例と同様に、弾性変形部１５５と第２の部材１５３との間のスペースに弾性を有する樹脂材料を充填し、ボトムホルダ１３Ｂの衝撃吸収度合を調節してもよい。また、トップホルダ１１の衝撃吸収構造についても、第２の変形例に係るボトムホルダ１３Ｂの衝撃吸収構造と同様の構成とすることができる。
　（３－３．第３の変形例）
　図１０は、第３の変形例に係るトップホルダ１１Ａを示す模式図である。第３の変形例に係るトップホルダ１１Ａは、第１の部材１６１と第２の部材１６３との間に設けられる弾性変形部１６５が上記実施形態で説明したボトムホルダ１３の弾性変形部１５５と異なっている。第３の変形例に係るトップホルダ１１Ａでは、第１の部材１６１及び第２の部材１６３が、左右の両端側においてそれぞれ弾性変形部１６５ａ，１６５ｂにより連結されている。
　二つの弾性変形部１６５ａ，１６５ｂの断面形状は、それぞれＶ字状となっている。二つの弾性変形部１６５ａ，１６５ｂは、断面Ｖ字状の屈曲部分がそれぞれ外側を向くように設けられている。第３の変形例に係るトップホルダ１１Ａでは、少なくとも弾性変形部１６５ａ，１６５ｂが樹脂材料を用いて成形されている。このため、電子機器１００の落下の衝撃により電池パック１０が図示の上方に移動すると、トップホルダ１１Ａの第１の部材１６１と第２の部材１６３との距離が近付くように弾性変形部１６５が変形する。これにより、衝撃の少なくとも一部が吸収され、電池セル２０に加えられる衝撃が緩和される。
　第３の変形例に係るトップホルダ１１Ａは、上記実施形態で説明したボトムホルダ１３の衝撃吸収構造に比べて、弾性変形部１６５の変形時のストローク量が大きく、衝撃吸収量を大きくすることができる。また、第３の変形例に係るトップホルダ１１Ａでは、第１の部材１６１、第２の部材１６３及び弾性変形部１６５ａ．１６５ｂに囲まれるスペースが大きい。このため、当該スペースに回路基板４０等の部品を配置することができ、弾性変形時のストローク量を大きくしつつ、電池パック１０の大型化を抑制することができる。
　なお、第３の変形例においても、第１の変形例と同様に、第１の部材１６１と第２の部材１６３と弾性変形部１６５ａ，１６５ｂとの間のスペースに弾性を有する樹脂材料を充填し、トップホルダ１１Ａの衝撃吸収度合を調節してもよい。また、ボトムホルダ１３の衝撃吸収構造についても、第３の変形例に係るトップホルダ１１Ａの衝撃吸収構造と同様の構成とすることができる。
　以上説明したように、本実施形態に係る電池パック１０は、追加の部品を伴わず、電池パック１０を構成する部品であるトップホルダ１１及びボトムホルダ１３に衝撃吸収構造が備えられている。このため、携帯型電子機器の小型化を阻害するおそれを少なくしつつ、落下等の衝撃を緩和することができる。
　また、本実施形態に係る電池パック１０は、トップホルダ１１及びボトムホルダ１３を構成する樹脂材料の種類や、弾性変形部１５５の形態を変更することによって、弾性力あるいは衝撃吸収力を調節することができる。このため、スマートフォンに限らず、様々な携帯型の電子機器の電池パック１０として応用することができる。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、上記実施形態に係る電池パック１０では、電池素子２１を構成する帯状の積層体の幅方向の端部に近接配置されるトップホルダ１１及びボトムホルダ１３の両方に衝撃吸収構造が設けられていたが、本開示の技術はかかる例に限定されない。トップホルダ１１又はボトムホルダ１３のいずれか一方にのみ衝撃吸収構造が設けられていてもよい。
　また、上記実施形態に係る電池パック１０では、電池素子２１として帯状の積層体からなる電池素子が用いられていたが、本開示の技術はかかる例に限定されない。電池素子２１は、正極、セパレータ、負極及びセパレータが繰り返し積層された積層型の電池素子であってもよい。この場合、電池素子２１の周囲すべてに正極及び負極の端部が存在するため、トップ部及びボトム部に限らず、電池セル２０の周囲の適宜の端部に衝撃吸収構造を設けたホルダを配置してもよい。これにより、電子機器をどの方向から落下させた場合であっても、落下の衝撃が緩和されて、電池素子２１の損傷を抑制することができる。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）電池素子を含む電池セルと、前記電池素子の端部に面して設けられた少なくとも一つのホルダと、前記ホルダに形成された衝撃吸収構造と、を備えた、電池パック。
（２）前記衝撃吸収構造は、前記ホルダに設けられた弾性変形部を含む、前記（１）に記載の電池パック。
（３）前記ホルダは、前記電池素子の端部から離れる方向に沿って配置された第１の部材及び第２の部材と、前記第１の部材及び前記第２の部材の間に設けられた前記弾性変形部と、を有する、前記（２）に記載の電池パック。
（４）前記ホルダは、ベース部材と、前記ベース部材よりも前記電池セルの端部側に設けられた前記弾性変形部と、を有する、前記（２）に記載の電池パック。
（５）前記衝撃吸収構造は、衝撃吸収度合を調節する調節部を有する、前記（２）～（４）のいずれか１項に記載の電池パック。
（６）前記電池素子は、電極層が巻回されて構成された巻回型の電池素子であり、前記ホルダは、前記巻回された電極層の幅方向の端部の少なくとも一つに面して設けられる、前記（１）～（５）のいずれか１項に記載の電池パック。
（７）前記電池素子は、電極層が積層されて構成された積層型の電池素子であり、前記ホルダは、前記電極層の四方のエッジの少なくとも一つに面して設けられる、前記（１）～（５）のいずれか１項に記載の電池パック。
（８）前記電池パックは、前記電池セルの周囲に巻き付けられた保護シートを備え、前記ホルダは、前記巻き付けられた保護シートの幅方向の端部側に設けられる、前記（１）～（７）のいずれか１項に記載の電池パック。
（９）電池パックを備えた電子機器であって、前記電池パックは、電池素子を含む電池セルと、前記電池素子の端部に面して設けられた少なくとも一つのホルダと、前記ホルダに形成された衝撃吸収構造と、を備えた、電子機器。
　１０　　　　電池パック
　１１　　　　トップホルダ
　１３　　　　ボトムホルダ
　２０　　　　電池セル
　２１　　　　電池素子
　３０　　　　ラミネートシート（保護シート）
　１００　　　電子機器
　１５１　　　第１の部材
　１５３　　　第２の部材
　１５５　　　弾性変形部
　１５７　　　調節部（樹脂材料）

Claims (9)

  1. 　電池素子を含む電池セルと、
    　前記電池素子の端部に面して設けられた少なくとも一つのホルダと、
    　前記ホルダに形成された衝撃吸収構造と、
    　を備えた、電池パック。
  2. 　前記衝撃吸収構造は、前記ホルダに設けられた弾性変形部を含む、請求項１に記載の電池パック。
  3. 　前記ホルダは、
    　前記電池素子の端部から離れる方向に沿って配置された第１の部材及び第２の部材と、
    　前記第１の部材及び前記第２の部材の間に設けられた前記弾性変形部と、
    　を有する、請求項２に記載の電池パック。
  4. 　前記ホルダは、
    　ベース部材と、
    　前記ベース部材よりも前記電池セルの端部側に設けられた前記弾性変形部と、
    　を有する、請求項２に記載の電池パック。
  5. 　前記衝撃吸収構造は、衝撃吸収度合を調節する調節部を有する、請求項２に記載の電池パック。
  6. 　前記電池素子は、電極層が巻回されて構成された巻回型の電池素子であり、
    　前記ホルダは、前記巻回された電極層の幅方向の端部の少なくとも一つに面して設けられる、請求項１に記載の電池パック。
  7. 　前記電池素子は、電極層が積層されて構成された積層型の電池素子であり、
    　前記ホルダは、前記電極層の四方のエッジの少なくとも一つに面して設けられる、請求項１に記載の電池パック。
  8. 　前記電池パックは、前記電池セルの周囲に巻き付けられた保護シートを備え、
    　前記ホルダは、前記巻き付けられた保護シートの幅方向の端部側に設けられる、請求項１に記載の電池パック。
  9. 　電池パックを備えた電子機器であって、
    　前記電池パックは、
    　電池素子を含む電池セルと、
    　前記電池素子の端部に面して設けられた少なくとも一つのホルダと、
    　前記ホルダに形成された衝撃吸収構造と、
    　を備えた、電子機器。
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