JP5398409B2 - 光コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、光コネクタに関する。

光インタコネクション技術には、単心光コネクタ、多心光コネクタが多用されている。
特に、多心光コネクタとしては、ＭＰＯ形光コネクタなどが多く用いられる（例えば、特許文献１参照）。光コネクタ（以下、フェルールともいう）の光ファイバ穴に光ファイバを挿入する際には、光ファイバ先端の樹脂被覆を除去して裸光ファイバとし、これを光ファイバ穴に挿入する。また、光ファイバの樹脂被覆を付けたまま穴に挿入する場合もある（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
ＭＰＯ形光コネクタでは、屈折率整合剤を使用せずに、光ファイバの端面を直接接触させて、空気層によるフレネル反射を防止したＰＣ接続（ＰＣ：physical contact）が採用される。

実開昭６２−１０４２０３号公報 特開２００３−３２２７６０号公報 特開２００４−２５８１９３号公報

光ファイバをＰＣ接続させるためには、光ファイバがフェルールの接続端面から確実に突き出すように研磨する必要がある。
しかしながら、光ファイバの先端が接続端面から突き出すように研磨する工程は複雑であり、接続端面からの光ファイバの突出し量不足、突出し量のばらつき、接続端面の角度不良等によって接続特性が良好でなくなることがある。光コネクタの心数が増えるにつれて、すべての光ファイバで安定した光学的特性を得ることがより難しくなる。
一方、標準的な光コネクタのバネ圧、つまりフェルールを突き当てるための内蔵バネの付勢力は規定されており、光ファイバの突きだし量のバラツキを補償するため接続圧を規定以上に高めることはできない。また、接続圧を過度に高めると、光ファイバを破損するおそれがある。
特に、光ファイバ穴が２次元方向に配列された多心光コネクタでは、光ファイバ穴が一次元方向のみに配列されたものに比較し、接続端面の面積が広くなるので、研磨ムラが生じてこの問題が顕著になる。製造歩留まりも低下するため、良好な接続特性の光コネクタの価格が低下しにくいという問題が発生する。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、良好なＰＣ接続状態を安定して実現できる光コネクタを提供することを目的とする。

本発明の請求項１にかかる光コネクタは、樹脂被覆付きの光ファイバが、樹脂からなる
光フェルールの光ファイバ穴に挿通され、前記光ファイバの樹脂被覆層の少なくとも一部
が前記光ファイバ穴に接着固定され、前記光ファイバの端面が前記光フェルールの接合端
面に露出しており、前記光ファイバ穴は複数形成され、前記樹脂被覆層は、少なくとも一
層よりなり、クラッド層を覆う部分のヤング率が前記光フェルールの構成材料のヤング率
より小さく、前記光ファイバの先端が、前記光フェルールの接合端面から突出しており、
かつＰＣ研磨されていることを特徴とする。
本発明の請求項２にかかる光コネクタは、請求項１において、前記光ファイバ穴の開口
は、前記接合端面に複数列に配列されていることを特徴とする。
本発明の請求項３にかかる光コネクタは、請求項１または２において、前記光フェルー
ルには、２本の位置決め部材挿入穴が形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項４にかかる光コネクタは、請求項１〜３のうちいずれか１項において、
前記光フェルールに形成された光ファイバ穴の内径が１２６〜１２９μｍであり、前記光
ファイバ穴に挿入される前記光ファイバが、全石英製光ファイバである外径８０μｍの光
ファイバ裸線の外周に、外径１２５μｍの前記樹脂被覆層が形成されたものであることを
特徴とする。
本発明の請求項５にかかる光コネクタは、請求項４において、前記光ファイバ穴の内径
は、JIS C 5982、あるいは、JIS C 5981の光ファイバ穴の規定に準じていることを特徴と
する。
本発明の請求項６にかかる光コネクタは、請求項１〜５のうちいずれか１項において、
前記樹脂被覆層の少なくともクラッド層を覆う部分のヤング率が１０００ＭＰａ〜１００
００ＭＰａであることを特徴とする。
本発明の請求項７にかかる光コネクタは、請求項４または５において、前記樹脂被覆層
が、外径１１０μｍの一次被覆層と、その上に形成された外径１２５μｍの着色樹脂層よ
りなることを特徴とする。

本発明によれば、光ファイバ裸線が、クラッド層上に厚く形成された樹脂被覆層を介してフェルールに固定される。このため、接続時に加わる光ファイバへの押圧力（突き当て力）に対して、樹脂被覆層が緩衝材として機能する。
この緩衝材の存在により、光ファイバ裸線の先端位置は引っ込み易くなる。つまり、接続圧に対して、光ファイバ裸線の先端は光ファイバ穴に向かって引っ込み易くなる。
従って、接続端面が広く、接続される光ファイバの数が多いため、研磨工程後に、接続端面からの光ファイバの突出量にバラツキがあったとしても、適正な接続圧の下において、全ての光ファイバの突出量が適正化される。これにより、すべての光ファイバの挿入損失を低く抑えることができ、良好なＰＣ接続が維持される。

本発明の光コネクタの一例のフェルールを示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すフェルールの光ファイバ穴に挿通した光ファイバ素線を示す断面図である。 図１に示すフェルールを示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。 図１に示すフェルールの要部を拡大した図である。 図１に示すフェルールの斜視図である。 本発明の光コネクタの一例を示すもので、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。 光ファイバ素線の他の例を示す断面図である。 本発明の光部品の一例を示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。 試験結果を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の光コネクタの一例の光フェルール（以下、フェルールという場合がある）を示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すフェルールの光ファイバ穴に挿通した光ファイバ素線を示す断面図である。図２は図１に示すフェルールを示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。図３は、フェルールの要部を拡大した図である。図４は、フェルールの斜視図である。図５は、本発明の光コネクタの一例を示すもので、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。

図５に模式的に示すように、本発明の光コネクタの一例である多心光コネクタ２０（以下、単に光コネクタということがある）は、光ファイバ１６の先端に組み立てられており、光フェルール１２（以下、単にフェルールという）と、フェルール１２を収容するハウジング１１と、ハウジング１１の外側に設けられたカップリング１３と、ハウジング１１の内部に収容されたスプリング１５と、ハウジング１１の後端側に設けられたブーツ１７とを有する。

以下の説明では、図５における左方（接続方向）を前方といい、その反対方向を後方ということがある。また、フェルール１２の接合端面４の短辺に対応する方向（図１（ａ）の上下方向）を厚さ方向といい、長辺に対応する方向（図１（ａ）の左右方向）を幅方向という。
スプリング１５は、ハウジング１１に反力をとってフェルール１２を前方に付勢するものである。
ブーツ１７は、光コネクタ２０後端付近での光ファイバ１６の急激な曲げを防止するものである。

光ファイバ１６の先端は、フェルール１２により突き合わせ接続可能に成端されている。 光ファイバ１６としては、特定の種類には限定されないが、例えば、多心テープファイバを有する光ファイバコードなどが採用可能である。

図１および図２に示すように、フェルール１２は、光ファイバ１６が導入される略直方体状のフェルール本体２と、その後端部に形成された、フェルール本体２よりも幅が大きな鍔部３とを有する。
フェルール１２は、例えばシリカ充填エポキシ樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の樹脂を用い、一体成形などにより形成することができる。
フェルール本体２は、長方形の接合壁部２ａの長辺から延出する上壁部２ｂおよび下壁部２ｃと、短辺から延出する側壁部２ｄ、２ｄとを有する。

接合壁部２ａの前端面は、光ファイバ素線１の先端が突き合わせ接続可能に位置決め固定される接合端面４となっている。
接合壁部２ａには、光ファイバ素線１が挿入される複数の光ファイバ穴６と、ガイドピン穴７（位置決め部材挿入穴）が形成されている。光ファイバ穴６およびガイドピン穴７は、内部空間２ｅから接合端面４にわたって形成されており、内部空間２ｅ側の端部内面はテーパ面となっている。
これら複数の光ファイバ穴６とガイドピン穴７は互いに平行に形成されており、各光ファイバ穴６のピッチは等しくなっている。

図示例の光コネクタ２０は、JIS C 5982に規定されるＭＰＯ形光コネクタ（ＭＰＯ：Multifiber Push-On）と同様な機能を有するプッシュオン型の光コネクタである。
フェルール１２の外形は、前記規格とJIS C 5981で規定されるプラグ（フェルールあるいはＭＴフェルールともいう）の形状に類似しており、光ファイバ穴６の径は、前記規格（JIS C 5981またはJIS C 5982）に準じて１２６〜１２９μｍとするのが好ましい。なお、光ファイバ穴径の誤差は前記規格に準ずる。

フェルール１２の接合端面４は、ＰＣ研磨（ＰＣ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｎｔａｃｔ）を施すことができる。フェルール１２には、光ファイバ素線１を構成する材料（例えば石英系ガラス）より硬度が低い樹脂材料（エポキシ樹脂等）が用いられるため、光ファイバ素線１が突出するように接合端面４を研磨することが可能である。
ＰＣ研磨では、接合端面４と光ファイバ素線１を同時に研磨して、フェルール１２の接合端面４から、光ファイバ素線１が突出するように研磨する。
なお、光ファイバ先端の研磨形状としては、突き出た光ファイバどうしが直接接触してＰＣ接続する形状であれば良い。例えば、ＰＣ研磨の反射減衰量を更に向上させたＳＰＣ研磨、ＡｄＰＣ研磨を採用できる。また、フェルール本体は平面研磨してファイバのみを突き出して、凸研磨したフラット平面研磨を採用することもできる。

ガイドピン穴７は、この光コネクタ２０に突き合わせ接続される別の光コネクタとの間の位置決め用のガイドピンが挿入、嵌合されるものである。
上壁部２ｂには、フェルール１２の内部空間２ｅへの接着剤注入などに用いられる窓部２ｆが形成されている。
ただし、図２は、二次元配列型光コネクタの内部構造を模式的に示す図である。フェルール１２の後面側には光ファイバ素線１を導入するための開口部が形成され、上下壁部２ｂ、２ｃの少なくとも一方に窓部２ｆが形成されている。

図１（ａ）に示すように、光ファイバ穴６の開口６ａは、接合端面４に１列以上に配列されている。
図示例では、幅方向に列をなす複数の開口６ａが厚さ方向に、平行多段に形成されている。具体的には、並列した１２個の開口６ａが平行６段に形成されている。すなわち、開口６ａは、６列、形成されている。
光ファイバ穴６の個数や配列形態はこれに限定されず、例えば、１２個×２段（２４心）、１２個×３段（３６心）、１２個×５段（６０心）など、特に限定なく採用できる。
一列あたりの開口６ａの個数も、１２に限定されず、４個、８個、１６個などであってもよい。

図４および図５に示すように、光ファイバ素線１は、光コード１６から引き出された多心テープファイバ（以下、光ファイバテープ心線）２１から導出され、光ファイバ穴６に導入されている。符号２１ａは複数の光ファイバ素線１を一体化する被覆である。
図２および図３に示すように、各光ファイバ穴６には光ファイバ素線１が固定されており、これら光ファイバ素線１の端部はフェルール１２の接合端面４から突出している。
図４に示すように、この例では、複数の光ファイバテープ心線２１がフェルール１２に導入されており、各光ファイバテープ心線２１のテープ被覆の端部から口出しされた光ファイバ素線１は、同一列の光ファイバ穴６に挿入される。なお、図示例では、光ファイバ素線１は光ファイバテープ心線２１を構成するが、単心の光ファイバ素線等を使用してもよい。

図１（ｂ）に示すように、光ファイバ素線１は、裸光ファイバ（以下、光ファイバ裸線という場合もある）８と、その外周に形成された樹脂被覆層９よりなる。樹脂被覆層９は一次被覆層９ａと、その外周に形成された着色被覆層９ｂよりなる。
光ファイバ裸線８は、全石英製シングルモード光ファイバ、全石英製マルチモード光ファイバなどを使用できる。符号８ａは光ファイバ裸線８のコアであり、８ｂはクラッド層である。

一次被覆層９ａは、光ファイバ裸線８のクラッド層８ｂを覆うように形成された内周部分であり、その構成材料としては、樹脂材料、例えばウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系、ブタジエンアクリレート系などの紫外線硬化型樹脂を挙げることができる。
一次被覆層９ａのヤング率は、フェルール１２を構成する材料のヤング率より小さくされている。
一次被覆層９ａのヤング率が高すぎると、後述のように、光ファイバ穴の内部で、光ファイバ素線が固定されて動きにくくなり、光ファイバ先端のバラツキに起因する一部の光ファイバ素線１の損失を低減できないおそれがあるが、ヤング率を上記範囲とすることによって、すべての光ファイバ素線１において、低損失で安定した接続を実現できる。

一次被覆層９ａのヤング率は、例えば１０００ＭＰａ〜１００００ＭＰａとされる。
一次被覆層９ａのヤング率が低すぎると、光ファイバ穴の内部で、光ファイバ素線の位置が不安定になり、相手側光コネクタの光ファイバとの間で接続圧を加えた際に、接続が不安定となり損失が増大することがある。
一次被覆層９ａのヤング率が高すぎると、上述のように、光ファイバ先端のバラツキに起因する一部の光ファイバ素線１の損失を低減できないおそれがある。
ヤング率を上記範囲とすることによって、すべての光ファイバ素線１において、低損失で安定した接続を実現できる。

着色樹脂層（着色被覆という場合もある）９ｂは、光ファイバ素線１の識別性を高めるものであって、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系、ブタジエンアクリレート系などの紫外線硬化型樹脂で形成することができる。
図６に示すように、光ファイバ素線１は、着色被覆９ｂを形成しない構成も可能である。この場合には、樹脂被覆層９全体のヤング率が上記範囲となる。

光ファイバ素線１は、後端側からフェルール１２内に導入され、光ファイバ穴６に挿入され、光ファイバ穴６の内面に少なくとも一部が接着固定される。
なお、少なくとも一部が接着固定されるとは、光ファイバ穴の長手方向に沿って光ファイバ全長が接着固定されている場合と、光ファイバの一部のみが接着固定されている場合があることを意味する。

一対の光コネクタ２０の接合端面４どうしを突き合わせると、光ファイバ素線１どうしが突き合わせ接続され、これにより、光コネクタ２０は光接続される。この際、ガイドピン穴７にガイドピン（図示略）が挿入、嵌合することで、光コネクタ１が精密に位置決めされる。
上述のように、光ファイバ素線１は、光ファイバ穴内に延在する部分に、樹脂からなる一次被覆層９ａを有する。一次被覆層９の弾性により、接続時の光ファイバ素線１の押圧力（突き当て力）が調整される。
このため、接合端面４からの光ファイバ素線１の突出量が適正化され、良好なＰＣ接続が維持される。
従って、光ファイバ素線１の数が多い場合でも、光損失の増大や接続の切断などのトラブルを防ぎ、安定した光学的特性を維持することができる。例えば、すべての光ファイバ素線１の挿入損失を０．５ｄＢ以下にすることができる。

本発明が適用される光コネクタは、JIS C 5982、あるいは、JIS C 5981にて規定される型式の光コネクタには限定されず、ＰＣ接続方式を採用する全ての光コネクタや光フェルールに適用することができる。
ＭＰＯ型光コネクタやＭＴ型コネクタ以外の光コネクタ型式としては、ＭＴＰ、ＭＰＸ、ＯＧＩ、ＨＢＭＴ型に採用することができる。
また、本発明は、単心光コネクタに適用しても優れた効果を有する。
単心光コネクタとしては、ＪＩＳ、ＩＥＣで規格化されている２．５ｍｍ径のＳＣ型フェルール、あるいはＳＣ型フェルールよりも小径のＭＵ型フェルールに用いることができる。このほか、小径の光フェルールを用いる光コネクタ型式としてはＬＣ型光コネクタがある。
これらは、いずれも１２５μｍ程度の光ファイバ穴径を有しており、この光ファイバ穴に、上述の構成の外径１２５μｍの樹脂被覆付き光ファイバを挿入することにより、精密研磨を施すことなく良好なＰＣ接続状態を実現することができる。

ただし、上述の構造は、ＰＣ接続が可能なものであれば、光コネクタ以外の光部品にも適用できる。
以下の説明において、図１〜図５に示す光コネクタ２０との共通構成については同一符号を付してその説明を省略する。
図７は、本発明の光部品の一例である光ファイバアレイを示すもので、この光ファイバアレイ３０は、上述の光ファイバ素線１が導入される複数の光ファイバ導入溝３１（光ファイバ挿通部）を有するアレイ基板３２と、アレイ基板３２との間に光ファイバ素線１を挟み込む蓋部３３とを有する。
アレイ基板３２と蓋部３３の前端面は、光ファイバ素線１の先端が突き合わせ接続可能に位置決め固定される接合端面３４となっている。
光ファイバ素線１は、アレイ基板３２および蓋部３３に、接着剤３５によって固定されている。光ファイバ素線１の先端は接合端面３４から突出している。

接合端面３４にはＰＣ研磨が施される。ＰＣ研磨によって、接合端面３４から光ファイバ素線１を突出させることができる。
一次被覆層９ａのヤング率は、１０００ＭＰａ〜１００００ＭＰａとすることができる。ヤング率をこの範囲とすることによって、すべての光ファイバ素線１において、低損失で安定した接続を実現できる。
一次被覆層９ａのヤング率は、アレイ基板３２および蓋部３３を構成する材料のヤング率より小さくされることが好ましい。

光ファイバアレイ３０の接合端面３４を、他の受発光素子にＰＣ接続すると、樹脂被覆層９の弾性的な変形により、接続時の光ファイバ素線１の押圧力が調整される。
従って、接合端面３４からの光ファイバ素線１の突出量が適正化され、良好なＰＣ接続が維持される。

図１〜図５に示す光コネクタ２０を次のようにして作製した。
光ファイバ素線１は、コア８ａ（外径５０μｍ）とクラッド層８ｂ（外径８０μｍ）を有する、全石英製の光ファイバ裸線８の外周に、ウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂からなる一次被覆層９ａ（外径１１０μｍ）を設け、その外周に着色被覆層９ｂ（外径１２５μｍ）を設けた構成とした。
一次被覆層９ａのヤング率は、表１に示すとおりとした。いずれの実施例においても、一次被覆層９ａのヤング率はフェルール１２の構成材料のヤング率より低く設定した。

図１（ａ）に示すように、光ファイバ穴６の開口６ａは、１２個を１列として６列形成した７２芯の光コネクタを作製した。
この光コネクタ（フェルール）は、JIS C 5982、JIS C 5981に準じて規定されるプラグ（フェルールあるいはＭＴフェルールともいう）の外形に類似した樹脂製の角形状とされている。光ファイバ穴６の径は、前記規格に準じて１２６μｍ〜１２９μｍとした。光ファイバ穴６にエポキシ樹脂の接着剤を充填して、光ファイバ素線１を光ファイバ穴６の内面に接着した。
なお、光ファイバ素線と光ファイバ穴との隙間は、光ファイバ自体の径に比べて非常に狭く、接着剤の量も微量であるので、接着剤の存在が光ファイバ付き光コネクタの接続特性に及ぼす影響は非常に小さい。
一対の光コネクタ２０をＰＣ接続し、光ファイバ素線１の挿入損失を測定した。測定を４回行い、挿入損失の最大値を記録した。代表的な測定結果の一例を表１に示す。
図８は、一次被覆層９ａのヤング率をフェルール１２の構成材料のヤング率より低く設定した光コネクタ２０を用いて挿入損失を測定した結果の一例を示すもので、各光ファイバ素線１の挿入損失の値を示すものである。

図８より、一次被覆層９ａのヤング率をフェルール１２の構成材料のヤング率より低く設定することによって、すべての光ファイバ素線１において挿入損失を低くできたことがわかる。
表１より、被覆層９のヤング率を１０００ＭＰａ〜１００００ＭＰａとすることによって、挿入損失を低く抑えることができたことがわかる。

光フェルールの光ファイバ穴径を、標準として採用されている光ファイバ穴径とすることにより以下のような利点を得られる。
例えば、標準的な２５０μｍ径の光ファイバ素線（樹脂被覆付き）を光フェルールの光ファイバ穴に挿入する場合には、光ファイバ穴の径を２５０μｍ以上にする必要がある。
しかし、標準的な光フェルールの光ファイバ穴径は１２６〜１２９μｍであるから、２５０μｍ径に対応した光ファイバ穴径を有する光フェルールを製造するには、成形金型設備、製造工程、製造条件を大幅に変える必要があり、その結果として製造コストが上昇して製造歩留まりも悪化する。さらに、限られた大きさの光フェルールに光ファイバを高密度実装することができなくなる。
本発明は、樹脂被覆付き光ファイバの外径を１２５μｍとして、光フェルールの標準的な光ファイバ穴に挿入できるようにしたので、成形金型設備、製造工程、製造条件をそのまま使用することができるようになる。これにより、高密度実装が可能であるにもかかわらず、接続特性が良好な光コネクタ、特に多心光コネクタを安価に製造することができるようになる。

４・・・接合端面、６・・・光ファイバ穴、６ａ・・・開口、８・・・光ファイバ裸線、９・・・一次被覆層、１２・・・フェルール、２０・・・光コネクタ、３０・・・光ファイバアレイ（光部品）、３４・・・接合端面。

Claims (7)

1. 複数の光ファイバ穴（６）を２次元配列した接合端面（３４）を有する樹脂製の多心光フェルール（１２）と、前記複数の光ファイバ穴にそれぞれ接着固定された複数のマルチモード光ファイバ素線とを備え、
   前記複数のマルチモード光ファイバ素線のそれぞれは、その樹脂被覆層を含めて前記複数の光ファイバ穴の内径とほぼ同径であり、前記複数の光ファイバ穴のそれぞれに樹脂被覆層を付けたままその内面に接着されており、
   前記樹脂被覆層は、少なくとも一層よりなり、
   前記樹脂被覆層のうちのクラッド層（８ｂ）を覆う部分（９、９ａ）は、そのヤング率を前記多心光フェルールの構成樹脂および前記クラッド層の両方より小さい２ＧＰａのウレタンアクリレート系樹脂とされており、
   前記複数のマルチモード光ファイバ素線を接着固定した前記多心光フェルールの接合端面に対してＰＣ研磨だけを施して、それらの前記複数のマルチモード光ファイバ素線のそれぞれを前記接合端面から突出させており、
   前記複数のマルチモード光ファイバ素線全てについて、その樹脂被覆層の弾性変形を用いて前記接合端面に対する突出量を適正化しＰＣ接続可能とし、前記複数のマルチモード光ファイバ素線の挿入損失を一括して安定的に０．５ｄＢ以下とした光コネクタ（２０）。
2. 前記マルチモード光ファイバ素線は、光ファイバテープ心線を構成するものであってその先端から導出されたものである請求項１に記載の光コネクタ。
3. 前記光ファイバ穴は、前記接合端面に複数列に配列されている請求項１または２に記載の光コネクタ。
4. 前記光フェルールには、２本の位置決め部材挿入穴（７）が形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光コネクタ。
5. 前記光フェルールの前記光ファイバ穴の内径が１２６〜１２９μｍであり、
   前記マルチモード光ファイバ素線が、全石英製光ファイバである外径８０μｍの光ファイバ裸線（８）の外周に、外径１２５μｍの前記樹脂被覆層が形成されたものである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光コネクタ。
6. 前記光フェルールの前記光ファイバ穴の内径は、JIS C 5982、あるいは、JIS C 5981の光ファイバ穴の規定に準じている請求項５に記載の光コネクタ。
7. 前記樹脂被覆層が、外径１１０μｍの一次被覆層（９ａ）と、その上に形成された外径１２５μｍの着色樹脂層（９ｂ）よりなる請求項５または６に記載の光コネクタ。

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