JP6442207B2 - ホルダ、切削工具及び切削加工物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホルダ、切削工具及び切削加工物の製造方法に関する。

金属などの被削材の切削加工に用いられる切削工具として、特許文献１〜３の切削工具が知られている。特許文献１〜３に記載の切削工具は、いずれも筒形状の被削材の内径を加工する際に用いられ、ホルダと、ホルダの先端に装着された切削インサート（インサート）とを有している。特に、引用文献２及び３に記載の切削工具は、いずれも溝入れ加工をする際に用いられる工具である。

筒形状の被削材が筒底を有している場合においては、切屑は、切削工具の先端側から後端側に向かって流れ、筒形状の被削材における後端側に位置する開口部分から外部に排出される。

国際公開２００９−１５７５４０号 特開２００６−２６３８４５号公報 特開２０１０−１７９３８０号公報

ホルダの外径が大きい程、ホルダの剛性が高められる。そのため、内径加工においてはホルダの外径を大きくして、被削材の内径に出来るだけ近い大きさにすることが考えられている。しかしながら、ホルダの外径を大きくする程、ホルダと被削材との間のスペースが狭くなるため、切屑が詰まり易くなる。特に、特許文献２及び３に記載された切削工具を用いて溝入れ加工を行う場合には、特許文献１に記載された切削工具を用いて内径加工を行う場合と比較して、切屑の幅が大きくなり易いため切屑が詰まり易い。

特許文献２及び３に記載された切削工具におけるホルダは、いずれも上顎部よりも後端側に位置する部分の外周が上顎部よりも側方に突出している。そのため、ホルダの外径を大きくすると、上顎部の上方を通過して切屑を排出させる際に、この上顎部よりも後端側に位置する部分で切屑が詰まる可能性があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、溝入れ加工においても安定して切屑を排出できるホルダを提供するものである。

本発明の一態様に基づくホルダは、中心軸の後端側に位置するシャンク部と、該シャンク部よりも先端側に位置して、切刃を有する切削インサートが装着されるヘッド部とを備えた棒形状である。前記ヘッド部は、先端に位置して互いに対向する上顎部及び下顎部と、前記上顎部及び前記下顎部の間に位置して、前記中心軸に直交する方向の一方の側面側から前記切刃が突出するように前記切削インサートが装着されるインサートポケットと、前記上顎部の上面における前記一方の側面側の端部から他方の側面側に向かって延び、前記他方の側面側に向かうにしたがって、上方に傾斜する平坦な第１壁面と、該第１壁面よりも後端側であって、前記一方の側面側に位置して、前記第１壁面から後端側に向かって延びる凹曲面形状の第２壁面と、前記インサートポケットよりも後端側に位置して前記上顎部から前記下顎部にかけて設けられたネジ孔とを有している。そして、前記第２壁面は、前記第１壁面を含む仮想平面よりも前記中心軸に向かって窪んでいるとともに、前記ネジ孔の中心軸よりも前記一方の側面側に位置している。

上記態様の切削インサートにおいては、第２壁面が上記のように窪んだ形状であることから、切屑が第１壁面及び第２壁面の上を通って後端側へ流れ易くなる。そのため、安定して切屑を外部に排出できる。

本発明の第１の実施形態の切削工具を示す斜視図である。 図１に示す切削工具における領域Ａ１を拡大した斜視図である。 図１に示す切削工具の上面図である。 図３に示す切削工具における領域Ａ２を拡大した上面図である。 図３に示す切削工具をＢ１方向から側面視した側面図である。 図５に示す切削工具における領域Ａ３を拡大した側面図である。 図３に示す切削工具をＢ２方向から側面視した側面図である。 図７に示す切削工具における領域Ａ４を拡大した側面図である。 図３に示す切削工具におけるＣ１断面の断面図である。 図３に示す切削工具におけるＣ２断面の断面図である。 図１０に示す切削工具における領域Ａ５を拡大した断面図である。 図１に示す切削工具におけるホルダを示す斜視図である。 図１２に示すホルダの上面図である。 図１３に示すホルダをＢ３方向から側面視した側面図である。 図１３に示すホルダをＢ４方向から側面視した側面図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。

以下、一実施形態の切削工具について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本発明の切削工具は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

図１は、一実施形態の切削工具１を示す外観斜視図である。図２は、図１に示す切削工具１に領域Ａ１を拡大した斜視図である。図２では、切削工具１の先端部分を拡大して示している。図３は、図１に示す切削工具１の上面図である。ここで上面図とは、切削工具１が備える切削インサート５（以下、単にインサート５とも言う）における上面を正視する方向からの図であることを意味している。図４は、図３に示す切削工具１に領域Ａ２を拡大した斜視図である。図５〜８は、それぞれ図１に示す切削工具１を側面視した側面図である。図９〜１１は、図１に示す切削工具１の断面図である。

本実施形態の切削工具１は、ホルダ３と、切削インサート５とを備えている。ホルダ３は、第１中心軸Ｏ１に沿って延びる棒形状であり、シャンク部７とヘッド部９とを備えている。シャンク部７は、第１中心軸Ｏ１に沿って延びる棒形状のホルダ３における後端側に位置している。ヘッド部９は、シャンク部７よりも先端側に位置している。シャンク部７は、工作機械における回転するスピンドル等（不図示）の形状に応じて設計される部位であり、スピンドル等によって把持される。ヘッド部９は、インサート５を保持する部分であり、インサート５が装着されるインサートポケット１１（以下、単にポケット１１ともいう）を有している。

なお、図１などにおいて、第１中心軸Ｏ１を二点鎖線にて示している。本実施形態におけるホルダ３は、棒形状の具体的な構成として、概ね円柱形状となっている。ホルダ３の材質としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。特に、これらの材質の中で靱性の高い鋼を用いることが好ましい。

インサート５は、ホルダ３の第１中心軸Ｏ１に対して直交する方向に沿って延びる棒形状であって、ホルダ３のポケット１１に装着されている。このとき、第１中心軸Ｏ１に対して直交する方向に沿って延びるインサート５の中心軸を第２中心軸Ｏ２とする。本実施形態におけるインサート５は、棒形状の具体的な構成として、概ね四角柱形状となっている。そのため、インサート５の上面及び下面は、図７に示すように側面視した場合において第２中心軸Ｏ２に沿って延びている。

インサート５を構成する部材の材質としては、例えば、超硬合金あるいはサーメットなどが挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）にコバルト（Ｃｏ）の粉末を加えて焼結して生成されるＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−Ｃｏに炭化チタン（ＴｉＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ、あるいはＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏに炭化タンタル（ＴａＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏがある。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料であり、具体的には、炭化チタン（ＴｉＣ）、又は窒化チタン（ＴｉＮ）などのチタン化合物を主成分とした焼結複合材料が挙げられる。

インサート５を構成する上記の部材の表面は、化学蒸着（ＣＶＤ）法又は物理蒸着（ＰＶＤ）法を用いて被膜でコーティングされていてもよい。被膜の組成としては、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）又はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などが挙げられる。

切削インサート５は、ホルダ３の第１中心軸Ｏ１に対して直交する方向、言い換えれば第２中心軸Ｏ２に沿って延びる棒形状であって切刃１３を有している。切刃１３は概ね第１中心軸Ｏ１に沿った方向に向かって延びている。第２中心軸Ｏ２における一方の側面側から切刃１３がホルダ３よりも外方に突出するように、インサート５はホルダ３に装着される。

第２中心軸Ｏ２に沿った方向における一方の側面側は、図３においては下側を意味しており、図７においては右側を意味している。また、第２中心軸Ｏ２に沿った方向における他方の側面側は、図３においては上側を意味しており、図７においては左側を意味している。そのため、切刃１３は、図３においてホルダ３よりも下側に位置しており、図７においてホルダ３よりも右側に位置している。

ホルダ３におけるヘッド部９は、上記のポケット１１と、上顎部１５と、下顎部１７と、第１壁面１９と、第２壁面２１とを有している。上顎部１５及び下顎部１７は、ヘッド部９の先端に位置しており、互いに対向している。図７に示すように、上顎部１５はインサート５に対して上側に位置しており、下顎部１７はインサート５に対して下側に位置している。ポケット１１は、上顎部１５及び下顎部１７の間に位置している。インサート５が第２中心軸Ｏ２に沿った方向に延びる棒形状であることから、ポケット１１、上顎部１５及び下顎部１７もまた、第２中心軸Ｏ２に沿った方向に延びている。

第１壁面１９は上顎部１５の上面に位置している。第１壁面１９は、上顎部１５の上面における一方の側面側の端部から他方の側面側に向かって延びる平坦な面領域である。第１壁面１９は、一方の側面側から他方の側面側に向かうにしたがって、上方に傾斜している。例えば、図７に示すように、第１壁面１９は、一方の側面側である右側から、他方の
側面側である左側に向かうに従って上方に向かって傾斜している。図８においてθにて示す第１壁面１９の第２中心軸Ｏ２に対する傾斜角度は、１０〜５０°程度に設定される。なお、図７に示すように、インサート５の上面及び下面が第２中心軸Ｏ２に平行に延びていることから、ホルダとしては、インサート５の上面又は下面に接触する面に対して第１壁面１９のなす角度がθとなる。

インサート５の切刃１３で切削された切屑は、インサート５の上面を通り、上顎部１５の上面の上を通過する。このとき、上記の傾斜した第１壁面１９が上顎部１５の上面に形成されていることによって、一方の側面側から他方の側面側に向かって進む切屑が流れるスペースが広く確保される。

本実施形態におけるヘッド部９は、第１壁面１９よりも後端側であって、一方の側面側に位置して、第１壁面１９から後端側に向かって延びる凹形状の第２壁面２１を有している。このとき、第２壁面２１は、少なくとも一部が第１壁面１９を含む仮想平面Ｓよりも第１中心軸Ｏ１に向かって窪んでいる。

具体的には、本実施形態における第２壁面２１は、外周よりも中央が窪んだ凹形状であり、第１壁面１９を含むように仮想平面Ｓを設定した場合において、第２壁面２１の少なくとも一部が、この仮想平面Ｓよりも第１中心軸Ｏ１に近くなるように位置している。例えば、第２壁面２１における仮想平面Ｓよりも第１中心軸Ｏ１に近くなるように位置する領域を、図１０において左上から右下に向かって延びるハッチングにて示す。図１０においては、第２壁面２１における斜線にて示す領域が、仮想平面Ｓ（図１０，１１においては２点鎖線にて示されている）よりも第１中心軸Ｏ１が位置する左下側に位置している。

切屑は、切刃１３で円筒形の被削材の内周面が切削されることによって、一方の側面側から他方の側面側に向かって一旦進む。その後、切屑は、冷却液（クーラント）とともに、ホルダ３の後端側へ進み、外部に排出される。このとき、ホルダ３の外径と被削材の内径との差が小さいことから、切屑がホルダ３の後端側へと排出されるスペースが十分に確保されない場合が生じる。切削加工し始める段階においては、ホルダ３におけるインサート５が取り付けられる先端部分と被削材との間のスペースが特に狭いため、切屑が十分に排出されなくなる可能性がある。

本実施形態のホルダ３においては、ヘッド部９が上記の第２壁面２１を有していることによって、第１壁面１９の上を通過し、第２壁面２１の上へと切屑が流れ易くなる。すなわち、切屑が、第１壁面１９及び第２壁面２１の上を通ってホルダ３の後端側へと流れ易くなる。そのため、安定して切屑を外部に排出し易くなる。

本実施形態における第２壁面２１は、凹曲面形状となっている。このように曲面形状であることによって、切屑が安定して第２壁面２１の上を流れ易くなる。

本実施形態における第２壁面２１は、後端側から先端側に向かうにしたがって下方に傾斜するとともに、他方の側面側から一方の側面側に向かうにしたがって下方に傾斜している。具体的には、図５、６に示すようにホルダ３を側面視した場合において、第２壁面２１における先端側の端部（図５，６における左側の端部）が後端側の端部（図５，６における右側の端部）よりも下方に位置している。また、図１１に示すように、ホルダ３を断面視した場合において、第２壁面２１における一方の側面側の端部（図１１における右側の端部）が他方の側面側の端部（図１１における左側の端部）よりも下方に位置している。

ホルダ３を断面視した場合において、第２壁面２１における一方の側面側の端部が他方
の側面側の端部よりも下方に位置していることから、切屑が一方の側面側へと流れ易い。被削材を切削し始める段階においては、ホルダ３におけるインサート５が取り付けられる部分よりも後端側に位置する部分において、一方の側面側と被削材との間にスペースが確保されている。そのため、この段階においては、ホルダ３における上記の後端側に位置する部分における一方の側面側と被削材との間に切屑を流すことができる。

また、ホルダ３を側面視した場合において、第２壁面２１における先端側の端部が後端側の端部よりも下方に位置していることから、切屑がホルダ３の上面側へと流れ易い。切削加工が進んだ段階においては、ホルダ３の上方にスペースが確保され易い。そのため、この段階においては、ホルダ３の上方に切屑を流すことができる。

このように、切削加工の段階に応じて、より切屑が排出され易い方向に切屑を排出することができるので、切削加工し始める段階から、切削加工が終わる段階の広い範囲で安定して切屑を外部に排出できる。

また、本実施形態におけるヘッド部９は、一方の側面側であってポケット１１よりも後端側に位置して、第２壁面２１から下方に向かって延びる凹形状の第３壁面２３をさらに有している。このような第３壁面２３を有している場合には、第２壁面２１における一方の側面側へと流れる切屑が第３壁面２３へと流れ込ませることができる。そのため、切削加工が進み、ホルダ３の一方の側面側と被削材との間のスペースが狭くなった場合であっても、第３壁面２３を通って切屑をホルダ３の下面側へと排出することができる。従って、切屑をより安定して外部に排出できる。

ホルダ３の内部には冷却液が流れる貫通孔が設けられており、先端側が第３壁面２３において開口している。貫通孔における先端側の開口部２５の位置は、特に第３壁面２３に限定されるものではない。切削加工時においては、先端側の開口部２５から冷却液が放出される。冷却液は、主に切刃１３及び被削材を冷却するために用いられるが、切屑をホルダ３の後端側へと流すための役割も有している。

冷却液としては、例えば、油性形、不活性極圧形又は活性極圧形などの不水溶性油剤、あるいは、エマルジョン、ソリューブル又はソリューションなどの水溶性油剤からなり、被削材の材質に応じて適宜選択して用いられる。

本実施形態におけるヘッド部９は、ポケット１１よりも後端側に位置して、上顎部１５から下顎部１７にかけて設けられたネジ孔２７をさらに有している。このネジ孔２７には固定ネジ２９が取り付けられている。この固定ネジ２９を締めることによって、上顎部１５と下顎部１７とが互いに近づくので、インサート５が上顎部１５及び下顎部１７によって締めつけられる。これにより、インサート５がホルダ３に固定される。

なお、本実施形態の切削インサート５においては、固定ネジ２９によってインサート５がホルダ３に固定されているが、このような形態に限られるものではない。例えば、周知のクランパー構造を用いてインサート５をホルダ３に固定しても何ら問題ない。

本実施形態におけるヘッド部９は上記のネジ孔２７を有しているが、このとき、第２壁面２１がネジ孔２７の第３中心軸Ｏ３よりも一方の側面側に位置している。例えば図４においては、第２壁面２１が第３中心軸Ｏ３よりも下側に位置している。このようにネジ孔２７及び第２壁面２１が設けられている場合には、ネジ孔２７に取り付けられる固定ネジ２９に切屑が当たる可能性が低くなる。そのため、切屑によって固定ネジ２９が損傷する可能性が小さくなる。

本実施形態において、第３中心軸Ｏ３は第１中心軸Ｏ１及び第２中心軸Ｏ２に対して直交するように位置している。

上記の通り、本実施形態のホルダ３は、後端側に位置するシャンク部７と、シャンク部７よりも先端側に位置して、切刃１３を有するインサート５が装着されるヘッド部９とを備えた棒形状である。また、ヘッド部９は、先端に位置して互いに対向する上顎部１５及び下顎部１７と、上顎部１５及び下顎部１７の間に位置して、第１中心軸Ｏ１に直交する方向の一方の側面側から切刃１３が突出するようにインサート５が装着されるポケット１１と、上顎部１５の上面における一方の側面側の端部から他方の側面側に向かって延び、他方の側面側に向かうにしたがって、上方に傾斜する平坦な第１壁面１９と、第１壁面１９よりも後端側であって、一方の側面側に位置して、第１壁面１９から後端側に向かって延びる凹形状の第２壁面２１とを有している。そして、第２壁面２１は、少なくとも一部が第１壁面１９を含む仮想平面Ｓよりも第１中心軸Ｏ１に向かって窪んでいる。また、本実施形態の切削工具１は、上記態様のホルダ３と、ポケット１１に装着され切刃１３を有するインサート５とを備えている。そのため、切削加工において安定して切屑を外部に排出できる。

次に、本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法について図面を用いて説明する。

切削加工物は、被削材１０１を切削加工することによって作製される。本実施形態における切削加工物の製造方法は、以下の工程を備えている。すなわち、
（１）被削材１０１を回転させる工程と、
（２）回転している被削材１０１に上記実施形態に代表される切削工具１における切刃１３を接触させる工程と、
（３）切削工具１を被削材１０１から離す工程と、
を備えている。

より具体的には、まず、図１６に示すように、被削材１０１を軸Ｏ４の周りで回転させるとともに、被削材１０１に切削工具１を相対的に近付ける。次に、図１７に示すように、切削工具１における切刃１３を回転している被削材１０１に接触させて、被削材１０１を切削する。そして、図１８に示すように、切削工具１を被削材１０１から相対的に遠ざける。

本実施形態においては、軸Ｏ４を固定するとともに被削材１０１を回転させた状態で切削工具１をＸ１方向に移動させることによって被削材１０１に近づけている。また、図１７においては、回転している被削材１０１にインサートにおける切刃１３を接触させることによって被削材１０１を切削している。また、図１８においては、被削材１０１を回転させた状態で切削工具１をＸ２方向に移動させることによって遠ざけている。

なお、本実施形態の製造方法における切削加工では、それぞれの工程において、切削工具１を動かすことによって、切削工具１を被削材１０１に接触させる、あるいは、切削工具１を被削材１０１から離しているが、当然ながらこのような形態に限定されるものではない。

例えば、（１）の工程において、被削材１０１を切削工具１に近づけてもよい。同様に、（３）の工程において、被削材１０１を切削工具１から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、被削材１０１を回転させた状態を維持して、被削材１０１の異なる箇所にインサートにおける切刃１３を接触させる工程を繰り返せばよい。

なお、被削材１０１の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、又
は非鉄金属などが挙げられる。

１・・・切削工具
３・・・ホルダ
５・・・切削インサート（インサート）
７・・・シャンク部
９・・・ヘッド部
１１・・・インサートポケット（ポケット）
１３・・・切刃
１５・・・上顎部
１７・・・下顎部
１９・・・第１壁面
２１・・・第２壁面
２３・・・第３壁面
２５・・・開口部
２７・・・ネジ孔
２９・・・固定ネジ
１０１・・・被削材

Claims (7)

1. 中心軸の後端側に位置するシャンク部と、
   該シャンク部よりも先端側に位置して、切刃を有する切削インサートが装着されるヘッド部とを備えた棒形状のホルダであって、
   前記ヘッド部は、
   先端に位置して互いに対向する上顎部及び下顎部と、
   前記上顎部及び前記下顎部の間に位置して、前記中心軸に直交する方向の一方の側面側から前記切刃が突出するように前記切削インサートが装着されるインサートポケットと、
   前記上顎部の上面における前記一方の側面側の端部から他方の側面側に向かって延び、前記他方の側面側に向かうにしたがって、上方に傾斜する平坦な第１壁面と、
   該第１壁面よりも後端側であって、前記一方の側面側に位置して、前記第１壁面から後端側に向かって延びる凹曲面形状の第２壁面と、
   前記インサートポケットよりも後端側に位置して前記上顎部から前記下顎部にかけて設けられたネジ孔とを有し、
   前記第２壁面は、少なくとも一部が前記第１壁面を含む仮想平面よりも前記中心軸に向かって窪んでいるとともに、前記ネジ孔の中心軸よりも前記一方の側面側に位置していることを特徴とするホルダ。
2. 中心軸の後端側に位置するシャンク部と、
   該シャンク部よりも先端側に位置して、切刃を有する切削インサートが装着されるヘッド部とを備えた棒形状のホルダであって、
   前記ヘッド部は、
   先端に位置して互いに対向する上顎部及び下顎部と、
   前記上顎部及び前記下顎部の間に位置して、前記中心軸に直交する方向の一方の側面側から前記切刃が突出するように前記切削インサートが装着されるインサートポケットと、
   前記上顎部の上面における前記一方の側面側の端部から他方の側面側に向かって延び、前記他方の側面側に向かうにしたがって、上方に傾斜する平坦な第１壁面と、
   該第１壁面よりも後端側であって、前記一方の側面側に位置して、前記第１壁面から後端側に向かって延びる凹曲面形状の第２壁面とを有し、
   該第２壁面は、少なくとも一部が前記第１壁面を含む仮想平面よりも前記中心軸に向かって窪んでおり、
   前記第２壁面は、後端側から先端側に向かうにしたがって下方に傾斜するとともに、前記他方の側面側から前記一方の側面側に向かうにしたがって下方に傾斜していることを特徴とするホルダ。
3. 中心軸の後端側に位置するシャンク部と、
   該シャンク部よりも先端側に位置して、切刃を有する切削インサートが装着されるヘッド部とを備えた棒形状のホルダであって、
   前記ヘッド部は、
   先端に位置して互いに対向する上顎部及び下顎部と、
   前記上顎部及び前記下顎部の間に位置して、前記中心軸に直交する方向の一方の側面側から前記切刃が突出するように前記切削インサートが装着されるインサートポケットと、
   前記上顎部の上面における前記一方の側面側の端部から他方の側面側に向かって延び、前記他方の側面側に向かうにしたがって、上方に傾斜する平坦な第１壁面と、
   該第１壁面よりも後端側であって、前記一方の側面側に位置して、前記第１壁面から後端側に向かって延びる凹形状の第２壁面と、
   前記インサートポケットよりも後端側であって、前記一方の側面側に位置して、前記第２壁面から下方に向かって延びる凹形状の第３壁面とを有し、
   前記第２壁面は、少なくとも一部が前記第１壁面を含む仮想平面よりも前記中心軸に向かって窪んでいることを特徴とするホルダ。
4. 前記ヘッド部は、前記インサートポケットよりも後端側に位置して前記上顎部から前記下顎部にかけて設けられたネジ孔をさらに有し、
   前記第２壁面は、前記ネジ孔の中心軸よりも前記一方の側面側に位置していることを特徴とする請求項３に記載のホルダ。
5. 前記第２壁面は、後端側から先端側に向かうにしたがって下方に傾斜するとともに、前記他方の側面側から前記一方の側面側に向かうにしたがって下方に傾斜していることを特徴とする請求項３又は４に記載のホルダ。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載のホルダと、
   前記ホルダの前記インサートポケットに装着された、切刃を有する切削インサートとを備えた切削工具。
7. 被削材を回転させる工程と、
   回転している前記被削材に請求項６に記載の切削工具の前記切刃を接触させる工程と、
   前記切削工具を前記被削材から離す工程とを備えた切削加工物の製造方法。

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