JP5072491B2 - モータ及びモータの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はハードディスク、CD、CD−ROM、又はDVDといったディスクをドライブするディスク駆動装置をはじめ、各種装置の駆動源として用いられるモータに関する。
近年、情報記録媒体としてのディスクの回転駆動用として、動圧型の流体軸受を備えたスピンドルモータが多用されている。
係るモータは、例えばステータを構成するモータベースにスリーブを固着し、そのスリーブとロータ軸との間に潤滑油を充填した構成であり、その利点として荷重負荷能力が大きく、高速性能に優れることなどが挙げられる。
その種のモータに係る軸受の構造として、例えばスリーブとロータハブとの間に動圧を発生するスラスト軸受部を設けると共に、スリーブの外周にフランジ部を設けてロータの抜け止め機構を構成したものが知られる(例えば、特許文献1)。
しかし、特許文献1に開示される構成では、スリーブとロータハブとの間に形成されるスラスト軸受部でスラスト荷重を支持することはできても、ロータが抜ける方向に抵抗する力はマグネットの吸引力のみで、同方向のスラスト力に対して弱く、信頼性に欠けるという問題がある。
そこで、スラスト軸受部を2つ設け、その両軸受部に発生する動圧により軸線に沿う双方向のスラスト荷重を支えるようにしたものが提案されている(例えば、特許文献2)。
その構成を図5に示して説明すれば、ロータハブRhは環状壁部Wを有するカップ状で、その中心部にはロータ軸Rsを構成する芯部RS1が形成される。
ロータ軸Rsは、ロータハブRhに一体に形成される芯部RS1と該芯部の外周に嵌着された外筒部RS2からなり、このロータ軸Rsを支持するスリーブSの一端部外周にはフランジ部fが形成される。
又、スリーブSの外周にはその段差部の下段側でシールリングSrが固定されると共に、そのシールリングSrとフランジ部fの間にはスラストリングTrが嵌められる。
尚、スラストリングTrはロータハブRhの環状壁部W内に固定され、その外周縁が環状壁部Wの段差部に突き当たられる。特に、ロータハブRhの内側には、環状壁部WとシールリングSrの間に形成される隙間(テーパシール部Ts)の位置まで潤滑剤が充填され、スラストリングTrとスリーブSのフランジfとの間、及びスラストリングTrとシールリングSrとの間に、潤滑剤の動圧を発生するスラスト軸受部TBが形成される。
特開2004−328926号公報(段落0029〜0032、図4)
特開2006−183734号公報(実施例1、図1〜図3)
上記のような特許文献2のモータにおいて、テーパシール部Tsの位置は可及的内側に設けることが望ましく、これにより遠心力による潤滑剤の飛散を防止したり、外側に界磁用マグネットMgやコイルCといったモータ駆動用部品の配置スペースを広く取ったりすることができる。
しかし、特許文献ではその構造上、テーパシール部TsをスリーブSのフランジ部fの外径より外側に配置する必要があるため、スラスト軸受部TBの特性を犠牲にして該スラスト軸受部TBの幅を狭めない限り、テーパシール部Tsを内側に配置することができない。
又、この種のモータでは高い耐衝撃性能を要求されるが、図5に示される特許文献2のモータでは、スラストリングTrが扁平で、その外周部がロータハブRhの環状壁部Wの一部分に圧入保持されるだけなので十分な圧入強度を得られず、ロータ軸RsにスリーブSから抜ける方向(図5の上方)の外力が作用した場合、ロータハブRhとスラストリングTrの相対位置がずれる虞がある。
加えて、同モータの組立に際しては、先ずスリーブSにスラストリングTrを遊嵌し、次いでシールリングSrをスリーブSの外周に押し嵌めて軸受ユニットを構成した後、その軸受ユニットをロータハブRhの環状壁部W内に組み込むが、このときスラストリングTrをロータハブRhの環状壁部W内に圧入すべくシールリングSrを押し込むため、スリーブSとシールリングSrとにおけるスラスト軸受部TBの形成面を押し潰して必要な動圧が得られなくなる可能性があった。
又、ロータに界磁用マグネットMgを固定し、その外側のステータ側に駆動コイルCを配置する場合、界磁用マグネットMgの内側は磁気回路を構成するために磁性体で構成される必要があるが、特許文献2ではロータハブRhの環状壁部Wの外周に界磁用マグネットMgが固定されるため、ロータハブRhの全体を磁性体で形成しており、このため磁束がロータ軸Rs側に引かれて駆動コイルC側に作用する磁束が減って駆動トルクが小さくなってしまうという問題がある。一方、スラストリングTrが扁平である場合に、その外周部がロータハブRhの環状壁部Wの一部分に保持されるだけという問題もある。
本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、スラストリングTrの軸方向寸法に係わらず内胴の軸方向寸法を大きくすることを可能として、小型でありながら高い耐衝撃性と回転性能をもつ信頼性の高いモータを提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明のある態様はモータである。このモータは、ベースと、ベースに固定され、ベースに対してロータ軸を回転自在に支持すると共に外周部にフランジ部が形成される円筒状の円筒部材と、ロータ軸と同心の環状壁部を有してロータ軸と一体に回転するロータハブと、円筒部材を囲繞するようロータハブの環状壁部の内側に固定された筒状の内胴と、を備えている。そして、内胴の内周部には、円筒部材のフランジ部と軸方向に対向する第1端面を有する環状凸部が形成され、環状凸部は、第1端面の内周縁から軸線方向に沿って形成される内周面と、内周面のベースに近い側の端から半径方向外向きに形成されて第1端面と平行な第2端面と、を有し、内胴の環状凸部の第1端面とフランジ部の間に潤滑剤が介在して第1のスラスト軸受部が形成され、ベースに固定され、円筒部材を環囲する筒状の周状壁部と周状壁部の下端から半径方向内向きに延在する内向き延在部とを含む環囲部材を有し、環囲部材と内胴の環状凸部の第2端面との軸線方向隙間に潤滑剤が介在して第2のスラスト軸受部が形成され内胴の軸線方向寸法は環状凸部の軸線方向寸法よりも大きく形成され、内胴の一端面はロータハブの軸線方向内面に突き当てられ、他方の一端部はロータハブの環状壁部から突出していることを特徴とする。
加えて、内胴8の他端部がロータハブ6の環状壁部6Aから突出した突出部8Bとされ、その突出部8Bの外周に界磁用マグネット10が固定されていることを特徴とする。更に、内胴8が磁性体でなり、ロータハブ6が非磁性体でなることを特徴とする。
又、本発明に係るモータM2は、ロータ軸5を回転自在に支持すると共に外周部にフランジ部3Bが形成されるスリーブ3と、該スリーブ3を保持する筒状のスリーブ保持具2と、ロータ軸5と同心の環状壁部106A1を有してロータ軸5と一体に回転するロータハブ106と、スリーブ3及びスリーブ保持具2を囲繞するようロータハブ106の環状壁部106A1の内側に固定されて一端面8fがロータハブ106の軸線方向内面106Bfに突き当てられる筒状の内胴8とを備え、内胴8の内周部には、スリーブ3のフランジ部3Bとスリーブ保持具2の一端面との間に挟まれる環状凸部8Aが形成され、その環状凸部8Aとフランジ部3Bとの間に潤滑剤を介在せしめる第1のスラスト軸受部TB1が形成されると共に、環状凸部8Aとスリーブ保持具2の一端面との間には潤滑剤を介在せしめる第2のスラスト軸受部TB2が形成され、
ロータハブ106は、環状壁部106A1の外径よりも内径が大きい環状の外壁部106A2を有して該外壁部106A2の内側に界磁用マグネット110が固定されることを特徴とする。
更に、上記のようなモータM2において、内胴8が非磁性体でなり、ロータハブ106が磁性体でなることを特徴とする。
又、本発明は上記のように構成されるモータM1,M2を備えたディスク駆動装置を提供するものである。
本発明に係るモータによれば、環状凸部の軸方向寸法に係わらず内胴の軸方向寸法を大きくすることができる。また、ロータハブの環状壁部の内側に固定される筒状の内胴によりスリーブ及びスリーブ保持具が囲繞されることから、スリーブのフランジ部の外径に拘らず、内胴の内径とスリーブ及びスリーブ保持具の外径を調整することで、スリーブ保持具と内胴との間に特許文献2のテーパシール部に相当する隙間を形成できる。従って、係る隙間を可及的ロータ軸側に配置して遠心力による潤滑剤の飛散を防止することが可能になる。
加えて、内胴の一端面がロータハブの軸線方向内面に突き当てられることから、ロータハブの環状壁部の内周全体で内胴を保持することができ、このため内胴の圧入強度が上がって高い耐衝撃性能を得ることができ、モータの信頼性が上がる。
又、内胴がスリーブ保持具を囲繞する態様とされることから、内胴、スリーブ、及びスリーブ保持具を組み合わせた軸受ユニットをロータハブの環状壁部内に組み込むとき、内胴の端面を押し込むことができ、このため内胴内の環状凸部とスリーブのフランジ部との間に形成される第1のスラスト軸受部、ならびに環状凸部とスリーブ保持具の一端面との間に形成される第2のスラスト軸受部に圧入時の加圧力が作用せず、それらスラスト軸受部の押し潰れ、変形、傷付きを防止できる。
更に、内胴の一端部が前記ロータハブの環状壁部より外方に突出され、その突出部外周に界磁用マグネットが固定されていることから、当該マグネットやこれに対応する駆動コイルの配置スペースを広く取ることができ、しかも内胴が磁性体で、ロータハブが非磁性体でなることから、マグネットの磁束が軸線方向に余り漏れ出さず、対向する駆動コイル側に達する磁束が減らないのでモータの駆動トルクを大きくすることができる。
一方、ロータハブが環状壁部の外径よりも内径が大きい環状の外壁部を有し、当該外壁部の内側に界磁用マグネットが固定される構成によれば、ロータハブその内側に磁気回路を構成する部品の全てが収容されるアウターロータ型にして、ロータハブから外部に磁束が漏れ出すことを完全に防止でき、結果的にディスクやヘッドへの磁束の飛び込みを防ぐことができる。特に、この場合、内胴によって磁束の漏れを防ぐ必要がないので、ロータハブを磁性体にして、内胴に非磁性体の快削鋼などを用いることができる。
以下、図面に基づいて本発明を詳しく説明する。
図1は本発明に係るモータ(電動機)を示した縦断面図である。尚、本例において、係るモータM1は、ハードディスクなどを回転させるディスク駆動用スピンドルモータとして図示せぬディスク駆動装置内に組み込まれる。
図1において、1はステータを構成するモータベースである。このモータベース1はアルミニウム板などをプレス加工するなどして形成されるもので、その中央部分には中心孔1Aが開口される。中心孔1Aには、円筒状のスリーブ保持具2が接着剤などを用いて固定され、そのスリーブ保持具2により円筒状のスリーブ3が保持される構成としてある。
尚、スリーブ保持具2の一端開口部にはシール板4が固定され、そのシール板4によりスリーブ保持具2の一端開口部が密封されている。又、スリーブ3はスリーブ保持具2内に圧入、又は接着剤により固定されるが、その外周部にはスリーブ保持具2の位置決めをするための段差部3Aが形成され、その段差部3Aにスリーブ保持具2の一端開口縁が密着されるようになっている。
特に、スリーブ保持具2の内周部には軸線方向に沿って延びる溝形の油道2Aが形成され、その油道2Aを通じてスリーブ保持具2の外周側とスリーブ3の内周側に潤滑剤(潤滑油)を回し込めるようにしてある。又、スリーブ3にはスリーブ保持具2より突出する一端外周部にフランジ部3Bが形成され、そのフランジ部3Bがスリーブ保持具2の一端面に対向するようになっている。
一方、スリーブ3内にはロータ軸5が挿入され、そのロータ軸5がスリーブ3により回転自在に支持されている。又、ロータ軸5には該ロータ軸と共にロータを構成するロータハブ6が固定され、そのロータハブ6がロータ軸5と一体に回転するようになっている。
ロータハブ6は、ロータ軸5と同心の環状壁部6Aとその一端側に連なる円盤部6Bとを有するカップ形で、円盤部6Bの中心にはロータ軸5を圧入するための結合孔6Cが穿設される。尚、ロータハブ6には、その外周に形成される鍔6D上でディスク7(本例においてハードディスク)が保持される。
又、ロータハブ6の環状壁部6A内には円筒状の内胴8が固定され、その内胴8によりスリーブ3及びその保持具2が囲繞されている。特に、内胴8の内周部には環状凸部8Aが形成され、その環状凸部8Aがスリーブ3のフランジ部3Bとスリーブ保持具2の一端面との間に挟まれている。そして、環状凸部8Aとフランジ部3B及びスリーブ保持具2との間は、潤滑剤が介在される軸受隙間を有した動圧型のスラスト軸受部TB1,TB2とされ、それらスラスト軸受部TB1,TB2により内胴8を含むロータに作用する双方向のスラスト荷重を支持できるようにしてある。尚、環状凸部8Aの軸線方向両端面(フランジ部及びスリーブ保持具の一端面との対向面)には、潤滑剤の圧力を高めるための図示せぬ溝(例えばヘリングボーン形)が形成されるが、その溝を、スラスト軸受部TB1,TB2を形成するフランジ部3B及びスリーブ保持具2の一端面に形成してもよい。
又、内胴8とスリーブ保持具2との間には、スラスト軸受部TB2に連続して該スラスト軸受部TB2からモータベース1側に向かって幅が漸次広かるテーパ状の隙間(テーパシール部9)が形成され、その毛管作用により潤滑剤がテーパシール部9内に保持されるようになっている。
更に、内胴8の一端面8fはロータハブ6の軸線方向内面(円盤部6Bの内面6Bf)に突き当てられると共に、内胴8の他方側の一端部はロータハブ6の環状壁部6Aから突出した突出部8Bとされ、その突出部8Bの外周に界磁用マグネット10が固定されている。
そして、モータベース1には、界磁用マグネット10に対応して突極11Aをもつコア11にコイル12を捲回して成る電機子13が配置される。
ここで、ロータハブ6は非磁性体(例えば、オーステナイト系ステンレス)、その内側に固定される内胴8は磁性体(例えば、フェライト系ステンレス)でなり、界磁用マグネット10の磁束が磁性体でなる内胴8とコア11との対向方向に引かれてロータハブ6側に殆ど漏れ出さないので、ロータハブ6などから構成されるロータの駆動トルクを大きくすることができる。
尚、モータベース1には磁束の漏れ出しを防止すべく電機子13上を覆う磁気シールド14が設けられるが、ディスク7が磁気記録式のものである場合、磁束の僅かな漏れ出しが問題になる場合があり、その場合にはロータハブ6を磁性体により製作してディスク7に悪影響を及ぼす磁束の漏れ出しを完全に防止することができる。
次に、図2はロータ軸5を省略したモータM1の部分断面を示す。この図で明らかなように、スリーブ3の内周部には、軸線方向に間隔をあけてヘリングボーン形の溝を形成してなる動圧型のラジアル軸受部RBが形成される。これによれば、スリーブ3内に挿入されるロータ軸5(図1参照)の回転に際して、ラジアル軸受部RBを構成するヘリングボーン形の溝によりスリーブ3とロータ軸5との間に充填される潤滑剤の圧力が高められ、その動圧によりロータ軸5に作用するラジアル荷重を良好に支持することができる。
ここで、以上のようなモータM1を組み立てるには、先ず内胴8内にスリーブ3を挿入し、次いで内胴8とスリーブ3の間でスリーブ保持具2をスリーブ3の外周部に嵌め込み、それら3部材により軸受ユニットを構成する。
その後、その軸受ユニットをロータハブ6内に組み込むが、その際には内胴8に軸線方向の加圧力を作用させて、該内胴8をその一端面8fがロータハブ6の円盤部6Bの内面6Bfに突き当たるまで押し込むようにするのであり、このためスラスト軸受部TB1,TB2には内胴8の押込力が加わらず、スラスト軸受部TB1,TB2がモータ組立時に傷付いたり、押し潰されてしまったりすることがなく、その軸受隙間を一定に維持できる。尚、ロータハブ6の内側で軸受ユニットにはテーパシール部9の位置まで潤滑剤が充填される。又、スリーブ保持具2はモータベース1に固定され、スリーブ3内にはロータ軸5が挿入されるが、ロータハブ6に対するロータ軸5の取り付けは軸受ユニットをロータハブ6内に組み込む前でも後でも構わない。
図3は、以上のようにして得られるモータM1を備えたディスク駆動装置を示す。この図で明らかなように、係るモータM1はディスク7に近接する磁気ヘッドHと共に筐体20内に組み込まれる。尚、図3において、ディスク駆動装置は、ディスク7としてハードディスクをモータM1により回転させるハードディスクドライブ(HDD)とされるが、ディスク7としてCDやDVDなどの光ディスクなどを回転させるディスク駆動装置とすることもできる。但し、その種のディスク駆動装置では、磁気ヘッドHに代えて光ピックアップを筐体20内に装備する構成とされる。
次に、本発明の変更例を説明する。図4は界磁用マグネット110がコア111の外側に配置された、所謂「アウターロータ型」としてのモータM2の構造の一例である。実施例1に示すインナーロータ型の構造では、磁気回路(界磁用マグネット110、コア111)を最小の領域で形成することができるため、小型化を図る上では有利である。しかし、取り付けるディスクの径方向内側に磁気回路を構成するだけの寸法がある場合には、アウターロータ型にする方がロータの駆動トルクを大きくできるため好ましい。
ここで、スリーブ保持具2、スリーブ3、シール板4、ロータ軸5、内胴8、スラスト軸受部TB1,TB2、テーパシール部9、ラジアル軸受部RBについては、前記実施例1と同様に形成されるため、同一符号を付し、ここでの説明を省略する。
モータベース101は、アルミニウムのダイカスト成型などにより形成されるもので、その中央部には中心孔101Aが開口され、その中心孔101Aにはスリーブ保持具2が接着剤などを用いて固定される。
ロータハブ106は、円盤部106Bと、ロータ軸5と同心で円盤部106Bの片面に形成された内側環状壁部106A1(環状壁部)及び外側環状壁部106A2(外壁部)を有する二重のカップ形で、内側環状壁部106A1の内側には内胴8が固定され、外側環状壁部106A2(外壁部)の内側には界磁用マグネット110が接着固定される。
更に、円盤部106Bの中心に、結合孔106Cが穿設されてロータ軸5が圧入固定される一方、外側環状壁部106A2(外壁部)における円盤部106Bとは反対側の端部には、その外周に鍔106Dが形成されてディスク(本例において図示せぬハードディスク)が保持される。
そして、モータベース101には、ロータハブ106における内側環状壁部106A1の径方向外側に、隙間を介して環状壁部106A1を囲繞する環状の固定胴部101Bが形成され、その固定胴部101Bの外周側には、コア111にコイル112を捲回して成る電機子113が固定配置され、コア111は空間を介して界磁用マグネット110に対向する。
ここで、内側環状壁部106A1と固定胴部101Bとの間には、円筒状の狭い隙間が形成されることにより、テーパシール部9から潤滑剤が漏れ出てしまったとしても、この狭い隙間により阻まれ、それ以上外側に漏れ出ることは無いので、潤滑剤によるディスクなどの汚損を防ぐことができる。
尚、ロータハブ106は、界磁用マグネット110の磁束を通すため、磁性体(例えば、フェライト系ステンレス)で形成されるが、これによれば先の実施例1とは異なり、磁束を発生させる部品である界磁用マグネット110とコイル112、及び磁束が通るコア111が、全てロータハブ106内に位置するため、他の部品を付加することなくロータハブ106から外部に磁束が漏れ出すことを完全に防止でき、結果的にディスクやヘッドへの磁束の飛び込みを防ぐことができる。又、実施例1の場合と異なり、内胴8によって磁束の漏れを防ぐ必要がないので、内胴8に磁性体(例えば、フェライト系ステンレス)ではなく、例えば快削鋼を用いることができるという利点を有する。
このように構成した実施例2においても、主に軸受を構成するスリーブ保持具2、スリーブ3、シール板4、ロータ軸5、内胴8、スラスト軸受部TB1,TB2、テーパシール部9、ラジアル軸受部RBについては、実施例1と同様に形成されるため同様の効果を得られる。但し、実施例1と異なり、内胴8の軸方向への長さがモータベース101の軸方向厚みによって制限を受けるため、耐衝撃性を重要視する場合においては、実施例1の形態を採用する方がよい。
以上、本発明について説明したが、ロータ軸5とロータハブ6は別体であることに限らず、その両者を一体成形することもできる。
本発明に係るモータの構成例を示す断面図 同モータの部分拡大断面図 同モータを備えたディスク駆動装置を示す概略図 本発明に係るモータの第2の構成例を示す断面図 従来モータの構成例を示す説明図
符号の説明
M1,M2 モータ
1 モータベース
2 スリーブ保持具
2A 油道
3 スリーブ
3A 段差部
3B フランジ部
4 シール板
5 ロータ軸
6 ロータハブ
6A 環状壁部
6B 円盤部
7 ディスク
8 内胴
8A 環状凸部
8B 突出部
9 テーパシール部
10 界磁用マグネット
11 コア
12 コイル
13 電機子
101 モータベース
101A 中心孔
101B 固定胴部
106 ロータハブ
106A1 内側環状壁部(環状壁部)
106A2 外側環状壁部(外壁部)
106B 円盤部
110 界磁用マグネット
111 コア
112 コイル
113 電機子

Claims (8)

  1. ベースと、
    前記ベースに固定され、前記ベースに対してロータ軸を回転自在に支持すると共に外周部にフランジ部が形成される円筒状の円筒部材と、
    前記ロータ軸と同心の環状壁部を有して前記ロータ軸と一体に回転するロータハブと、
    前記円筒部材を囲繞するよう前記ロータハブの前記環状壁部の内側に固定された筒状の内胴と、を備え、
    前記内胴の内周部には、前記円筒部材のフランジ部と軸方向に対向する第1端面を有する環状凸部が形成され、
    前記環状凸部は、前記第1端面の内周縁から軸線方向に沿って形成される内周面と、前記内周面の前記ベースに近い側の端から半径方向外向きに形成されて前記第1端面と平行な第2端面と、を有し、
    前記内胴の前記環状凸部の前記第1端面と前記フランジ部の間に潤滑剤が介在して第1のスラスト軸受部が形成され、
    前記ベースに固定され、前記円筒部材を環囲する筒状の周状壁部と前記周状壁部の下端から半径方向内向きに延在する内向き延在部とを含む環囲部材を有し、
    前記環囲部材と前記内胴の前記環状凸部の前記第2端面との軸線方向隙間に前記潤滑剤が介在して第2のスラスト軸受部が形成され
    前記内胴の軸線方向寸法は前記環状凸部の軸線方向寸法よりも大きく形成され、
    前記内胴の一端面は前記ロータハブの軸線方向内面に突き当てられ、他方の一端部は前記ロータハブの前記環状壁部から突出していることを特徴とするモータ。
  2. 前記内胴と前記環囲部材との半径方向隙間にはテーパ状の隙間であるテーパシール部が形成され、毛管作用により前記潤滑剤が前記テーパシール部内に保持されることを特徴とする請求項1に記載のモータ。
  3. 前記テーパ状の隙間を構成する半径方向内側の周壁には半径方向内向きに凹む周状凹部が形成されることを特徴とする請求項2に記載のモータ。
  4. 前記ロータハブは、磁性体でなり、前記環状壁部の外径よりも内径が大きい環状の外壁部を有して該外壁部の内側に界磁用マグネットが固定され、前記界磁用マグネットは前記内胴の少なくとも一部を環囲することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のモータ。
  5. 前記内胴には、前記ベースから遠い側に前記フランジ部の外周面を環囲するフランジ環囲部が形成されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のモータ。
  6. 前記ベースには外周側に電機子のコアが固定配置される環状の固定胴部が形成され、
    前記固定胴部は前記内胴の前記ベースに近い側の一部を環囲することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のモータ。
  7. 前記ロータ軸と前記ロータハブが一体成形されていることを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載のモータ。
  8. 請求項1から請求項のいずれか1項に記載したモータの製造方法であって、
    前記内胴内に前記スリーブを挿入し、その後、前記内胴に軸線方向の加圧力を作用させて、前記内胴をその一端面が前記ロータハブの軸線方向内面に突き当たるまで押し込むことを特徴とするモータの製造方法。
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