JP6003024B2 - 乗用車用空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、乗用車用空気入りラジアルタイヤに関し、更に詳しくは、高速走行時の操縦安定性を向上すると共に、耐フラットスポット性能を改善することを可能にした乗用車用空気入りラジアルタイヤに関する。

乗用車用空気入りラジアルタイヤは、一般に、一対のビード部間にタイヤ径方向に配向する複数本のカーカスコードを含むカーカス層を装架し、トレッド部におけるカーカス層の外周側にベルト層を配置し、更にその外周側にベルトカバー層を配置した構造を有している。

従来、ベルトカバー層の補強コードとして、種々の有機繊維コードが使用されているが、特にナイロン繊維コードが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、ナイロン繊維コードはクリープセット歪が大きいため、これをベルト補強層に用いた空気入りタイヤではフラットスポットが生じ易いという問題がある。

そこで、ナイロン繊維コードに代えてスチールコードを用いることが考えられるが、単純にナイロン繊維コードをスチールコードに置き換えただけでは、ベルトカバー層の剛性が高くなり過ぎて、操縦安定性が低下すると云う問題がある。

特開平０６−０２４２０８号公報

本発明の目的は、上述する問題点を解決するもので、スチールコードからなるベルトカバー層を用いた乗用車用空気入りラジアルタイヤにおいて、高速走行時の操縦安定性を向上すると共に、耐フラットスポット性能を改善することを可能にした乗用車用空気入りラジアルタイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の乗用車用空気入りラジアルタイヤは、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部と、該トレッド部の両側に配置された一対のサイドウォール部と、これらサイドウォール部のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部とを備え、前記一対のビード部間にカーカス層を装架し、前記トレッド部における前記カーカス層の外周側に複数層のベルト層を配置した空気入りラジアルタイヤにおいて、前記ベルト層を構成するベルトコードがスチールモノフィラメントコードであり、前記ベルト層の外周側に１本の帯状部材が連続的にタイヤ周方向に螺旋状に巻回されて形成されたベルトカバー層が設けられており、前記帯状部材はゴム中にスチールコードが埋設されて構成されており、前記ベルトカバー層は少なくともタイヤ赤道を中心にベルト幅の５０％の領域において前記帯状部材の隣り合う周回部分同士が互いに接触しないようにタイヤ周方向に螺旋状に巻回された部分を有すると共に、そのタイヤ幅方向両端部に前記帯状部材の隣り合う周回部分同士が互いに接触または重複して周方向に螺旋状に巻回された部分を有し、前記帯状部材の隣り合う周回部分同士が互いに接触しない部分では前記帯状部材の隣り合う周回部分同士の間隔が前記帯状部材の幅の０．５倍〜１．５倍であり、前記帯状部材の隣り合う周回部分同士が互いに接触または重複する部分では帯状部材の長手方向両端部から周方向に巻き付けた少なくとも２周分が接触または重複しており、且つ、前記帯状部材の隣り合う周回部分同士が互いに接触または重複する部分の総幅がベルト幅Wの４０％以下であり、前記スチールコードの荷重−歪み曲線が１％〜３．５％の歪み領域に変曲点を有し、前記スチールコードの５０Ｎ〜１００Ｎ荷重時の平均弾性率が２５ＧＰａ〜１００ＧＰａであることを特徴とする。

本発明は、ベルト層の外周側にベルトカバー層を設け、このベルトカバー層をゴム中にスチールコードを埋設した帯状部材から構成し、少なくともタイヤ赤道を中心にベルト幅の５０％以上の領域において帯状部材の隣り合う周回部分同士が互いに接触しないようにタイヤ周方向に螺旋状に巻回することで、ベルトカバー層がベルト層全面を覆わず隙間が形成されるので、ベルトカバー層の剛性が著しく高くなることを防いで適正化し、操縦安定性を向上することが出来る。また、ベルト層よりもトレッド面側に位置する部材が減少するため放熱性が改善し、タイヤの発熱を抑制することが出来る。その結果、耐フラットスポット性能を改善することが出来る。特に、荷重−歪み曲線が１％〜３．５％の歪み領域に変曲点を有し、かつ５０Ｎ〜１００Ｎ荷重時の平均弾性率が２５ＧＰａ〜１００ＧＰａであるスチールコードを用いているので、帯状部材間に隙間が形成されても、ベルトカバー層として充分な剛性を維持し、優れた高速耐久性を発揮することが出来る。

本発明においては、ベルトカバー層のタイヤ幅方向両端部に帯状部材の隣り合う周回部分同士が互いに接触又は重複して周方向に螺旋状に巻回された部分を有するので、ベルトカバー層のタイヤ幅方向端部の剛性を効果的に高くすることが出来、耐フラットスポット性能及び操縦安定性をより改善することが出来る。

このとき、ベルトカバー層は１本の帯状部材が連続的にタイヤ周方向に螺旋状に巻回されて形成されているので、帯状部材が互いに接触又は重複する部分と帯状部材が接触しない部分とが１本の帯状部材で連続的に構成されて、ベルトカバー層の端部剛性を一層向上することが出来、耐フラットスポット性能を改善することが出来る。また、これにより生産性やユニフォミティを改善することが出来る。

本発明においては、スチールコードを構成するスチールフィラメントの断面積とスチールコードの帯状部材に対する打ち込み密度との積が０．８ｍｍ² ／ｃｍ〜２．０ｍｍ² ／ｃｍであり、且つスチールコードの帯状部材に対する打ち込み密度が５本／ｃｍ〜１０本／ｃｍであることが好ましい。これにより、ベルトカバー層の剛性を適正化し、操縦安定性をより向上することが出来る。

本発明においては、帯状部材の隣り合う周回部分同士の間隔が帯状部材の幅の０．５倍〜１．５倍であるので、操縦安定性及び耐フラットスポット性能を改善することが出来、また帯状部材の端末部の応力集中を回避し耐久性を改善することが出来る。このとき、帯状部材の幅は４ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明においては、帯状部材のタイヤ赤道に対する傾斜方向と、複数層のベルト層のうちベルトカバー層と隣接するベルト層のベルトコードのタイヤ赤道に対する傾斜方向とが同じであることが好ましい。これにより、発熱を抑制し耐フラットスポット性能を改善することが出来る。

本発明においては、ベルト層を構成するベルトコードがスチールモノフィラメントコードであるので、ベルト層の発熱が一層抑制されて、耐フラットスポット性能を改善することが出来る。

尚、５０Ｎ〜１００Ｎ荷重時の平均弾性率は、荷重−歪み曲線において、荷重が５０Ｎの点と荷重が１００Ｎの点とを結んで得られる直線の傾きから求めるものとする。

本発明の実施形態からなる乗用車用空気入りラジアルタイヤを示す子午線断面図である。 図１の乗用車用空気入りラジアルタイヤのカーカス層、ベルト層、及びベルトカバー層を抽出して示す要部展開図である。 本発明のベルトカバー層を構成するスチールコードの荷重−歪み曲線を示す 本発明の乗用車用空気入りラジアルタイヤのトレッド部の断面形状を示す模式図である。 従来の乗用車用空気入りラジアルタイヤのトレッド部の断面形状を示す模式図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態からなる乗用車用空気入りラジアルタイヤ（以下「タイヤ」と称する。）を示す。また、図２は、図１のタイヤのカーカス層４及びベルト層１０を抽出してタイヤ赤道面ＣＬから一方の側のみを展開して示す。

図１において、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部である。トレッド部１は、タイヤ周方向に延在して環状をなしている。サイドウォール部２は、このトレッド部１の両側に配置されている。更に、ビード部３は、これらサイドウォール部２のタイヤ径方向内側に配置されている。左右一対のビード部３，３間にはカーカス層４が装架されている。このカーカス層４は、タイヤ径方向に延びる複数本の補強コードを含み、各ビード部３に配置されたビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されている。また、ビードコア５の外周上にはビードフィラー６が配置され、このビードフィラー６がカーカス層４の本体部分と折り返し部分により包み込まれている。

一方、トレッド部１におけるカーカス層４の外周側にはスチールコードからなる２層のベルト層１０（１１，１２）がタイヤ全周に亘って配置されている。このベルト層１０（１１，１２）を構成するベルトコード１０ａ（１１ａ，１２ａ）は、図２に示すように、タイヤ周方向に対して傾斜しており、その傾斜角度θは１５°〜４０°である。また、これらベルトコード１１ａ，１２ａは層間で互いに交差するように配置されている。尚、ベルト層１０は、複数層が設けられていれば、図示される２層に限定されない。

更に、ベルト層１０の外周側にベルトカバー層２０が設けられている。このベルトカバー層２０は、ゴム中にスチールコードを埋設した帯状部材２１から構成されている。そして、少なくともタイヤ赤道ＣＬを中心にベルト幅Ｗの５０％の領域において帯状部材２１の隣り合う周回部分同士が互いに接触しないようにタイヤ周方向に螺旋状に巻回されている。

このようにベルトカバー層２０がベルト層１０の全面を覆わず隙間を形成するようにすることで、ベルトカバー層２０の剛性が著しく高くなることを防いで、剛性を適正化し、操縦安定性を向上することが出来る。また、ベルトカバー層２０がベルト層１０の全面を覆わないため、図５に示すような従来のフルカバー層を設ける場合に比べて、ベルト層１０よりトレッド面側の部材が減少して放熱性を改善することが出来、タイヤの発熱を抑制することが出来る。その結果、耐フラットスポット性能を改善することが出来る。

尚、複数層設けたベルト層１０の幅が異なる場合、少なくともタイヤ赤道ＣＬを中心に最大幅を有するベルト層（図１の場合、ベルト層１１）のベルト幅Ｗの５０％の領域において帯状部材２１の隣り合う周回部分同士が互いに接触しないようにタイヤ周方向に螺旋状に巻回されるものとする。

このとき、ベルトカバー層２０を構成するスチールコード２０ａとしては、図３に示すように荷重−歪み曲線が１％〜３．５％の歪み領域に変曲点Ｐを有し、かつ５０Ｎ〜１００Ｎ荷重時の平均弾性率が２５ＧＰａ〜１００ＧＰａであるものを使用する。即ち、図３の荷重−歪み曲線に示されるように、横軸の歪み量が１％〜３．５％の間で荷重−歪み曲線が変曲点Ｐを有するようにしている。ここで、変曲点Ｐとは、初荷重５Ｎを負荷した状態を基準（歪みのゼロ点）として測定を行った荷重−歪み曲線において，０．２〜０．５％歪み領域の直線部の延長線と，５０〜１００Ｎ負荷領域の直線部の延長線の交点である。また、縦軸の荷重が５０Ｎである点Ａと１００Ｎである点Ｂとを結んだ直線の傾きから求められる平均弾性率が２５ＧＰａ〜１００ＧＰａであるようにしている。このようなスチールコードを用いることで、上述のように帯状部材２１間に隙間が形成されても、ベルトカバー層２０として充分な剛性を付与して、優れた高速耐久性を発揮することが出来る。

このとき、荷重−歪み曲線における変曲点の位置が１％よりも小さい歪み領域に存在する場合、ベルトカバー層２０の製造が困難になる。荷重−歪み曲線における変曲点の位置が３．５％よりも大きい歪み領域に存在する場合、高速耐久性が不足する。また、５０Ｎ〜１００Ｎ荷重時の平均弾性率が２５ＧＰａより小さいと、ベルト剛性が下がり過ぎて操縦安定性が低下すると共に、フラットスポットが形成されるときの接地部の変形を充分に抑制することが出来ず、耐フラットスポット性能が低下する。５０Ｎ〜１００Ｎ荷重時の平均弾性率が１００ＧＰａより大きいと、従来のフルカバー層を設けたときの挙動に近付き、操縦安定性及び耐フラットスポット性能の改善効果が得られない。

ここで、荷重−歪み曲線において変曲点を設ける方法としては、例えば、ベルトカバー層２０を構成するスチールコード２０ａとして、ｍ×ｎ構造のスチールコードを用いることや、撚り線に平面波型やスパイラル波型の癖付けを施したスチールコードを用いることが挙げられる。このようなスチールコードは、変形初期はコードの撚りに起因する伸びによって変形に追従し、更に、このコードの撚りに起因する伸び分が無くなってから、材料自体に起因する弾性率が発揮されるようになるため、荷重−歪み曲線において変曲点が現れる。

本発明において、帯状部材２１は、図４（Ａ）に示すようにベルトカバー層２０の全域において、隣り合う周回部分同士が互いに接触することなく周方向に螺旋状に巻回して形成されるのではなく、図４（Ｂ）に示すように、ベルトカバー層２０のタイヤ幅方向両端部に、帯状部材２１の隣り合う周回部分同士が互いに接触する領域２０Ｂが設けられる。或いは、図４（Ｃ）に示すように、ベルトカバー層２０のタイヤ幅方向両端部に、帯状部材２１の隣り合う周回部分同士が重複する領域２０Ｂが設けられる。このように、ベルトカバー層２０のタイヤ幅方向両端部において帯状部材２１の隣り合う周回部分同士が互いに接触又は重複するようにすることで、ベルトカバー層２０の幅方向両端部の剛性を効果的に高めて、耐フラットスポット性能及び操縦安定性をより一層向上することが出来る。尚、この接触又は重複する領域２０Ｂにおいて、帯状部材２１の隣り合う周回部分同士は必ずしも全てが接触又は重複していなくても良く、その一部が接触又は重複していれば良い。

このように帯状部材２１の隣り合う周回部分同士が接触又は重複する領域２０Ｂを設けるとき、少なくとも帯状部材２１の長手方向両端部から周方向に巻き付けた２周分が接触又は重複する。逆に、帯状部材２１の隣り合う周回部分同士が接触又は重複する領域２０Ｂの幅の総和は、ベルト幅Ｗの４０％以下である。帯状部材２１の隣り合う周回部分が接触又は重複する領域２０Ｂの幅の総和がベルト幅Ｗの４０％よりも大きいと帯状部材２１が接触しないで巻回される領域２０Ａが減少し過ぎて、ベルトカバー層２０の剛性を適正化することが出来なくなる。

このとき、帯状部材２１が接触しないで巻回される領域２０Ａと、帯状部材２１が接触又は重複しながら巻回される領域２０Ｂとは、それぞれ別の帯状部材２１を用いて、別個に形成されるのではなく、これら領域２０Ａ，２０Ｂが１本の帯状部材２１を連続的に周方向に螺旋状に巻回して形成される。このように、ベルトカバー層２０を１本の帯状部材２１から連続的に形成することで、ベルトカバー層２０の端部剛性をより効率的に向上することが出来、耐フラットスポット性能を一層改善することが出来る。また、生産性やユニフォミティを向上することが出来る。

本発明においては、ベルトカバー層２０を構成するスチールコード２０ａを構成するスチールフィラメントの断面積と、スチールコード２０ａの帯状部材２１に対する打ち込み密度の積が０．８ｍｍ² ／ｃｍ〜２．０ｍｍ² ／ｃｍであることが好ましい。このようにスチールコード２０ａの態様を規定することで、操縦安定性をより改善することが出来る。このとき、スチールコード２０ａの帯状部材２１に対する打ち込み密度は５本／ｃｍ〜１０本／ｃｍであることが好ましい。

断面積と打ち込み密度の積が０．８ｍｍ² ／ｃｍより小さいと、ベルトカバー層２０の剛性を充分に向上出来ず操縦安定性が低下する。また、断面積と打ち込み密度の積が２．０ｍｍ² ／ｃｍより大きいと、ベルトカバー層２０の剛性が高くなり過ぎて却って操縦安定性が低下する。同様に、スチールコード２０ａの打ち込み密度が５本／ｃｍより小さいとベルトカバー層２０の剛性を充分に向上出来ず操縦安定性が低下する。また、スチールコード２０ａの打ち込み密度が１０本／ｃｍより大きいと、ベルトカバー層２０の剛性が高くなり過ぎて却って操縦安定性が低下する。

本発明において、帯状部材２１の幅ｗは４ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることが好ましい。このように帯状部材２１の幅ｗを規定することで、帯状部材２１の端末部の応力集中を回避し、帯状部材２１の耐久性を向上することが出来る。帯状部材２１の隣り合う周回部分同士の間隔ｄは帯状部材２１の幅ｗの０．５倍〜１．５倍である。このように帯状部材２１の間隔ｄを規定することで、操縦安定性及び耐フラットスポット性能をより改善することが出来る。

ここで、帯状部材２１の幅ｗが４ｍｍより小さいと、周回数が多くなり生産効率が低下する。帯状部材２１の幅ｗが１２ｍｍより大きいと、端部における剛性段差が大きくなり耐久性が低下する。また、帯状部材２１の間隔ｄが帯状部材２１の幅ｗの０．５倍より小さいと、ベルトカバー層２０の剛性が高くなり過ぎて、剛性のアンバランスが生じ、操縦安定性が低下する。また、ベルト層１０よりトレッド面側の部材が増加するため、温度上昇を充分に抑制することが出来ず、耐フラットスポット性能を充分に改善することが出来ない。帯状部材２１の間隔ｄが帯状部材２１の幅ｗの１．５倍より大きいと、ベルトカバー層２０の剛性が低くなり過ぎて、剛性のアンバランスが生じ、操縦安定性が低下する。

本発明では、帯状部材２１が互いに接触しないように巻回されているため、互いに接触するように巻回する場合よりもベルトカバー層２０を構成するスチールコード２０ａの傾斜角度が大きくなる傾向にある。その一方で、ベルトカバー層２０にスチールコード２０ａを用いているため、ベルトカバー層２０とベルトカバー層２０に接触するベルト層１２との間の層間剪断歪みが大きい傾向がある。そのため、図２に示すように、帯状部材２１のタイヤ赤道ＣＬに対する傾斜方向と、ベルトカバー層２０に隣接するベルト層１２のタイヤ赤道ＣＬに対する傾斜方向とが同じであることが好ましい。このようにベルト層１２とベルトカバー層２０とを配置することで、発熱を抑制し、耐フラットスポット性能を改善することが出来る。

本発明において、ベルト層１０を構成するベルトコード１０ａの材質としてはスチールモノフィラメントコードを用いる。スチールモノフィラメントとは、スチールフィラメントを撚り合わせることなく用いたものであり、撚り線の場合に生じるフィラメント間のフレッティング（擦れ）によるエネルギー損失が無いという特質がある。そのため、ベルト層１０にこのようなスチールモノフィラメントコードを用いることで、ベルト層１０の発熱が抑制され、耐フラットスポット性能をより改善することが出来る。

タイヤサイズ２０５／５５Ｒ１６の空気入りタイヤにおいて、基本的なタイヤ構造を図１とし、ベルトカバー層について、形状、ベルト幅に対する幅、ベルトカバー層の幅に対する接触又は重複領域の幅の総和、及び帯状部材の巻回方法、ベルトカバー層を構成するスチールコードについて、変曲点、平均弾性率、構造、断面積、打ち込み本数、総断面積、及び隣接するベルト層に対する傾斜方向、更に、ベルト層の構造をそれぞれ表１，２のように異ならせた比較例１〜４、参考例１〜６、実施例１〜８の１８種類の試験タイヤを製作した。

尚、これら比較例１〜４、参考例１〜６、及び実施例１〜８の１８種類の試験タイヤのベルト層は、いずれもベルトコードのタイヤ周方向に対する傾斜角度が２７°であり、コードの打ち込み量が等価になっており、ベルト層の幅がタイヤ内面側から順に１８０ｍｍ、１７０ｍｍである。

これら１８種類の試験タイヤについて、下記の評価方法により耐フラットスポット性能、及び操縦安定性を評価し、その結果を表１及び２に併せて示した。

耐フラットスポット性能
各試験タイヤをリムサイズ１６×６．５ＪＪのリムに組み付けた後、空気圧２２０ｋＰａを充填して、室内ドラム試験（ドラム径：１７０７ｍｍ）により、ＪＡＳＯ Ｃ６０７に準拠してユニフォミティ（ＲＦＶ）を測定すると共に、ドラム上を速度１５０ｋｍ／ｈにて３０分間予備走行させた後、ドラムを停止して荷重（４．８５ｋＮ）を負荷した状態で１時間放置した。その後、再びユニフォミティー（ＲＦＶ）を測定し、予備走行前後におけるユニフォミティ（ＲＦＶ）値の差を評価指標とした。評価結果は従来例１の逆数を１００とする指数により示した。指数値が大きいほど耐フラットスポット性能が優れていることを意味する。

操縦安定性
各試験タイヤをリムサイズ１６×６．５ＪＪのリムに組み付けた後、空気圧２２０ｋＰａを充填して試験車両に装着し、テストコースにて５名のテストドライバーによる官能評価を行った。評価結果は、比較例１を３点とする５点法で示した。この評価点が大きいほど操縦安定性が優れていることを意味する。

表１〜２から判るように、実施例１〜８は、いずれも帯状部材間に隙間が形成されないベルトカバー層を有する比較例１に対して、優れた耐フラットスポット性能と操縦安定性とを両立した。

一方、ベルトカバー層の幅が狭い比較例２、ベルトカバー層を構成するベルトカバーコードの平均弾性率が本発明の規定から外れる比較例３，４は、いずれも耐フラットスポット性能及び操縦安定性を改善することが出来なかった。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ビードフィラー
１０ ベルト層
２０ ベルトカバー層
２０ａ スチールコード
２１ 帯状部材
ＣＬ タイヤ赤道

Claims (4)

1. タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部と、該トレッド部の両側に配置された一対のサイドウォール部と、これらサイドウォール部のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部とを備え、前記一対のビード部間にカーカス層を装架し、前記トレッド部における前記カーカス層の外周側に複数層のベルト層を配置した空気入りラジアルタイヤにおいて、
   前記ベルト層を構成するベルトコードがスチールモノフィラメントコードであり、前記ベルト層の外周側に１本の帯状部材が連続的にタイヤ周方向に螺旋状に巻回されて形成されたベルトカバー層が設けられており、前記帯状部材はゴム中にスチールコードが埋設されて構成されており、前記ベルトカバー層は少なくともタイヤ赤道を中心にベルト幅の５０％の領域において前記帯状部材の隣り合う周回部分同士が互いに接触しないようにタイヤ周方向に螺旋状に巻回された部分を有すると共に、そのタイヤ幅方向両端部に前記帯状部材の隣り合う周回部分同士が互いに接触または重複して周方向に螺旋状に巻回された部分を有し、前記帯状部材の隣り合う周回部分同士が互いに接触しない部分では前記帯状部材の隣り合う周回部分同士の間隔が前記帯状部材の幅の０．５倍〜１．５倍であり、前記帯状部材の隣り合う周回部分同士が互いに接触または重複する部分では帯状部材の長手方向両端部から周方向に巻き付けた少なくとも２周分が接触または重複しており、且つ、前記帯状部材の隣り合う周回部分同士が互いに接触または重複する部分の総幅がベルト幅Wの４０％以下であり、前記スチールコードの荷重−歪み曲線が１％〜３．５％の歪み領域に変曲点を有し、前記スチールコードの５０Ｎ〜１００Ｎ荷重時の平均弾性率が２５ＧＰａ〜１００ＧＰａであることを特徴とする乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
2. 前記スチールコードを構成するスチールフィラメントの断面積と前記スチールコードの前記帯状部材に対する打ち込み密度との積が０．８ｍｍ² ／ｃｍ〜２．０ｍｍ² ／ｃｍであり、且つ前記スチールコードの前記帯状部材に対する打ち込み密度が５本／ｃｍ〜１０本／ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
3. 前記帯状部材の幅が４ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。
4. 前記帯状部材のタイヤ赤道に対する傾斜方向と、前記複数層のベルト層のうち前記ベルトカバー層と隣接するベルト層のベルトコードのタイヤ赤道に対する傾斜方向とが同じであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の乗用車用空気入りラジアルタイヤ。

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