JP2017072498A - 鉄道車両用台車の無線通信機能付き温度センサユニット - Google Patents

Abstract

【課題】飛石等による破損を防止しながらも、取付自由度の低下も抑制する。【解決手段】無線通信機能付き温度センサユニットは、温度センサと、前記温度センサからのアナログ温度信号をデジタル温度信号に変換する変換回路を有する変換基板と、前記変換基板に搭載され、前記デジタル温度信号を無線信号により送信する無線通信モジュールとを有し、前記温度センサから前記回転体とは反対側に離間して配置される無線通信ボードと、前記温度センサと前記無線通信ボードとの間に配置され、前記無線通信ボードに電力を供給する電池と、前記温度センサと前記無線通信ボードと前記電池とを収容し、箱に取り付けられるハウジングと、を備え、前記無線通信ボードは、前記回転体の接線方向に沿う向きに配置され、前記無線通信ボードの法線方向から見て、前記温度センサと前記電池と前記無線通信ボードとが互いに重なって配置されている。【選択図】図５

Description

本発明は、鉄道車両用台車の無線通信機能付き温度センサユニットに関する。

特許文献１には、鉄道車両等の軸受の温度等を検出するセンサユニット（センサ付き軸受装置）が開示されている。このセンサユニットは、温度センサで検出された温度情報を無線で出力する通信装置と、その通信装置に電力を供給する電源とを備えるため、当該ユニットから車体に信号線及び電源線を配線する必要が無い。

特開２００３−３０７２２８号公報

ところで、鉄道車両の台車では、飛石等による破損を防止するために、軸受を収容する軸箱からセンサユニットが突出する量を抑えることが望ましい。しかし、単にセンサユニットの突出量を抑えようとすると、センサユニットの設置面積が大きくなり、軸箱に対するセンサユニットの取付自由度が低下することになる。なお、鉄道車両の台車では、軸箱以外にギヤボックス及びモータにも温度センサが取り付けられる場合がある。

そこで本発明は、鉄道車両用台車の回転体を収容した箱に取り付けられる無線通信機能付き温度センサユニットにおいて、飛石等による破損を防止しながらも、箱に対する取付自由度の低下も抑制することを目的とする。

本発明の一態様に係る鉄道車両用台車の無線通信機能付き温度センサユニットは、鉄道車両用台車の回転体を収容した箱に取り付けられる無線通信機能付き温度センサユニットであって、温度センサと、前記温度センサからのアナログ温度信号をデジタル温度信号に変換する変換回路を有する変換基板と、前記変換基板に搭載され、前記デジタル温度信号を無線信号により送信する無線通信モジュールとを有し、前記温度センサから前記回転体とは反対側に離間して配置される無線通信ボードと、前記温度センサと前記無線通信ボードとの間に配置され、前記無線通信ボードに電力を供給する電池と、前記温度センサと前記無線通信ボードと前記電池とを収容し、前記箱に取り付けられるハウジングと、を備え、前記無線通信ボードは、前記回転体の接線方向に沿う向きに配置され、前記無線通信ボードの法線方向から見て、前記温度センサと前記電池と前記無線通信ボードとが互いに重なって配置されている。

前記構成によれば、板状の無線通信ボードが回転体（例えば、軸受）の接線方向に沿う向きに配置されているので、無線通信機能付き温度センサユニットの箱からの突出量を抑えることができる。しかも、電池が温度センサと無線通信ボードとの間に配置され、温度センサと電池と無線通信ボードとが無線通信ボードの法線方向から見て互いに重なっているため、無線通信機能付き温度センサユニットの設置面積も抑えることができる。よって、無線通信機能付き温度センサユニットの飛石等による破損を防止しながらも、箱に対する取付自由度の低下も抑制できる。

本発明によれば、鉄道車両用台車の回転体を収容した箱に取り付けられる無線通信機能付き温度センサユニットにおいて、飛石等による破損を防止しながらも、箱に対する取付自由度の低下も抑制できる。

実施形態に係る鉄道車両の台車の側面図である。 図１に示す台車の無線通信機能付き温度センサユニットを有する軸箱装置の一部断面化した側面図である。 図２に示す無線通信機能付き温度センサユニットの軸箱に取り付けた状態での側面図である。 図３に示す無線通信機能付き温度センサユニットの分解側面図である。 図３に示す無線通信機能付き温度センサユニットの分解斜視図である。 図３に示す無線通信機能付き温度センサユニットのカバーを取り外した状態での斜視図である。 図３に示す無線通信機能付き温度センサユニットの無線通信ボード及び電池の斜視図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、以下の説明では、鉄道車両が走行する方向であって車体が延びる方向を車両長手方向とし、それに直交する横方向を車幅方向として定義する。車両長手方向は前後方向とも称し、車幅方向は左右方向とも称しえる。

図１は、実施形態に係る鉄道車両の台車１の側面図である。図１に示すように、鉄道車両の台車１は、空気バネ２を介して車体１００を支持する台車枠３を備える。台車枠３は、車幅方向両側において車両長手方向に延びた一対の側梁４と、一対の側梁４を互いに連結して車幅方向に延びた横梁（図示せず）とを有し、平面視でＨ形状を呈する。台車枠３の車両長手方向の両側には、車幅方向に沿って延びた車軸６が配置される。車軸６の車幅方向両側の部分には、車輪７が夫々固定される。車軸６の車幅方向の両端部には、車輪７よりも車幅方向外側にて車軸６を回転自在に支持する軸受８が設けられる。軸受８は、内輪（図示せず）と、外輪８ａ（図２参照）と、内輪と外輪８ａとの間に挟まれた転動体（図示せず）とを有する。軸受８は、軸箱装置１０の軸箱１１に収容される。

軸箱１１は、軸箱本体部１２と、軸梁部１３（連結部）と、バネ受部１４とを有する。軸箱本体部１２は、軸受８を収容する。軸梁部１３は、台車枠３に連結される。軸梁部１３は、軸箱本体部１２から一体的に台車１の車両長手方向の中央に向けて車両長手方向に延び、その先端部がゴムブッシュ１５を介して側梁４に弾性的に連結される。バネ受部１４は、軸箱本体部１２の上部に設けられる。側梁４の車両長手方向の端部４ａと軸箱１１のバネ受部１４との間には、鉛直方向に伸縮するコイルバネ１６が介設される。軸箱１１の下部には、無線通信機能付き温度センサユニット２０が取り付けられる。

図２は、図１に示す台車１の無線通信機能付き温度センサユニット２０を有する軸箱装置１０の一部断面化した側面図である。図２に示すように、軸箱装置１０は、軸箱１１と、無線通信機能付き温度センサユニット２０と、一対の弾性装置２１とを備える。軸箱１１は、軸受８の外輪８ａの外周面の上領域（第１領域）を覆う上軸箱要素１７（第１軸箱要素）と、軸受８の外輪８ａの外周面の下領域（第２領域）を覆う下軸箱要素１８（第２軸箱要素）とを有する。

上軸箱要素１７には、軸箱本体部１２の一部と、軸梁部１３と、バネ受部１４とが設けられる。下軸箱要素１８には、軸箱本体部１２の他部が設けられる。上軸箱要素１７が軸受８の外輪８ａの外周面を覆う面は、下軸箱要素１８が軸受８の外輪８ａの外周面を覆う面よりも大きい。上軸箱要素１７の下端は、軸受８の回転軸線Ｘよりも下方に位置する。下軸箱要素１８は、上軸箱要素１７よりも鉛直方向寸法が小さい。下軸箱要素１８は、ボルトＢによって上軸箱要素１７に下方から着脱可能に取り付けられる。

無線通信機能付き温度センサユニット２０は、軸受８の外輪８ａの温度を検出するために下軸箱要素１８に取り付けられる。軸受８の外輪８ａの外周面（下面）と下軸箱要素１８との間には、無線通信機能付き温度センサユニット２０を収容するユニット収容空間Ｓが形成される。無線通信機能付き温度センサユニット２０は、ユニット収容空間Ｓに収容された状態で、下軸箱要素１８の底壁部１８ａに形成された開口１８ｂを通じて下軸箱要素１８よりも下方に突出する。即ち、無線通信機能付き温度センサユニット２０の下端部は、下軸箱要素１８よりも下方に位置して軸箱１１の外部に露出する。

無線通信機能付き温度センサユニット２０は、一対の弾性装置２１を介して下軸箱要素１８に取り付けられる。一対の弾性装置２１は、ユニット収容空間Ｓに収容され、カバー４１の両側に位置している。弾性装置２１は、弾性体２１ａと、弾性体２１ａの上面に設けた金属製の上取付具２１ｂと、弾性体２１ａの下面に設けた金属製の下取付具２１ｃとを有する。上取付具２１ｂと下取付具２１ｃとは、弾性体２１ａの弾性変形によって互いに鉛直方向及び水平方向に相対変位可能である。弾性装置２１は、弾性体２１ａが鉛直方向に圧縮された状態で設置され、無線通信機能付き温度センサユニット２０が外輪８ａを軸受８の回転軸線Ｘ（中心）に向けて押し付けられるように無線通信機能付き温度センサユニット２０を付勢する。軸箱１１は、無線通信機能付き温度センサユニット２０の回転軸線Ｘ周りの変位を所定範囲に規制するストッパー部４６を有する。

図３は、図２に示す無線通信機能付き温度センサユニット２０の軸箱１１に取り付けた状態での側面図である。図４は、図３に示す無線通信機能付き温度センサユニット２０の分解側面図である。図５は、図３に示す無線通信機能付き温度センサユニット２０の分解斜視図である。図６は、図３に示す無線通信機能付き温度センサユニット２０のカバー４１を取り外した状態での斜視図である。図７は、図３に示す無線通信機能付き温度センサユニット２０の無線通信ボード３５及び電池３６の斜視図である。なお、図４乃至６は、図３とは上下逆にして図示しており、図３及び４ではスペーサ４９の図示を省略している。

図３乃至７に示すように、無線通信機能付き温度センサユニット２０は、ハウジング３１と、熱伝導シート３２と、温度センサ３３と、センサ基板３４と、無線通信ボード３５と、電池３６と、断熱材３７と、スペーサ４９とを備える。温度センサユニット２０は、温度検出機能と、無線通信機能と、電源機能とを有する。ハウジング３１は、熱伝導シート３２と、温度センサ３３と、センサ基板３４と、無線通信ボード３５と、電池３６と、断熱材３７とを収容するケースである。

ハウジング３１は、接触部材３８と、熱伝導シート３９と、ベースプレート４０と、カバー４１とを有する。接触部材３８及びベースプレート４０は、熱伝導性を有する金属からなり、例えば、アルミニウム合金等の熱伝導性の高い金属からなる。熱伝導シート３９は、弾性及び熱伝導性を有する材料からなり、例えば、熱伝導性シリコーンゴムからなる。

カバー４１は、非導電性材料（例えば、樹脂）からなり、例えば、ガラス繊維強化樹脂からなる。具体的には、カバー４１は、断面凹形状の収容部４１ａと、収容部４１ａから側方に突出するフランジ部４１ｂとを有する。収容部４１ａは、ベースプレート４０から離れる向きに膨らんだドーム形状を有する底板部４１ａａと、底板部４１ａａの外周縁からフランジ部４１ｂに向けて延びる筒状の側板部４１ａｂとを有する。側板部４１ａｂは、円筒状である。フランジ部４１ｂには、ネジ５２が螺着される金属製のナット（図示せず）が埋設される。

接触部材３８は、軸受８の外輪８ａの外周面に面接触する円弧状の受熱面３８ｃ（上面）が形成された受熱部３８ａと、受熱部３８ａから側方に突出した軸箱取付部３８ｂとを有する。熱伝導シート３９は、接触部材３８とベースプレート４０とによって圧縮状態で挟まれる。

ベースプレート４０は、本体部４０ａと、本体部４０ａの周囲に設けられたカバー取付部４０ｂと、カバー取付部４０ｂから側方に突出した軸箱取付部４０ｃとを有する。本体部４０ａは、カバー取付部４０ｂよりも厚肉である。本体部４０ａは、熱伝導シート３２と、温度センサ３３と、センサ基板３４と、無線通信ボード３５と、電池３６と、断熱材３７とを保持する。ベースプレート４０の熱伝導シート３９と対向する面には凹部４０ｄが形成されており、その凹部４０ｄに熱伝導シート３９が位置決めされた状態で収容される。接触部材３８及びベースプレート４０の軸箱取付部３８ｂ，４０ｃは、弾性装置２１を介して下軸箱要素１８に取り付けられる。カバー４１は、ベースプレート４０のカバー取付部４０ｂにネジ５２で取り付けられる。カバー４１は、熱伝導シート３２と、温度センサ３３と、センサ基板３４と、無線通信ボード３５と、電池３６と、断熱材３７とを下方から覆う。

熱伝導シート３２は、絶縁性を有し、ベースプレート４０と温度センサ３３とによって圧縮状態で挟まれる。即ち、温度センサ３３の検出部は、熱伝導シート３２に押し付けられる。ベースプレート４０の本体部４０ａの温度センサ３３と対向する面には凹部４０ｅが形成されており、その凹部４０ｅに熱伝導シート３２が位置決めされて収容される。熱伝導シート３２は、絶縁性、弾性及び熱伝導性を有する材料からなり、例えば、熱伝導性シリコーンゴムからなる。軸受８の外輪８ａの熱は、接触部材３８、熱伝導シート３９、ベースプレート４０、熱伝導シート３２、及び、温度センサ３３の順に伝達される。

温度センサ３３は、センサ基板３４の上面に搭載される。センサ基板３４は、温度センサ３３で検出されたアナログ温度信号を後述する変換基板４２に出力するセンサ回路を有する。センサ基板３４及び無線通信ボード３５は、互いに同じ向きに配置され、具体的には、軸受８の外輪８ａの外周面の接線方向に沿う向きに配置される。言い換えると、センサ基板３４及び無線通信ボード３５は、その主面が軸受８の外輪８ａの外周面に対向する姿勢に配置される。無線通信ボード３５は、変換基板４２と、無線通信モジュール４３とを有する。変換基板４２は、温度センサ３３からのアナログ温度信号をデジタル温度信号に変換する変換回路を有する。無線通信ボード３５の法線方向から見て、変換基板４２及びセンサ基板３４の何れか一方は、何れか他方を包含する形状を有する。例えば、変換基板４２とセンサ基板３４とは、互いに同じ輪郭形状を有し、無線通信ボード３５の法線方向から見て互いの輪郭が一致するように配置される。変換基板４２とセンサ基板３４とは鉛直方向に延びるコネクタ４７，４８を介して接続される。無線通信モジュール４３は、変換基板４２に搭載され、変換基板４２からのデジタル温度信号を無線通信機能付き温度センサユニット２０の外部（例えば、鉄道車両の無線受信装置）に無線送信する。

電池３６は、温度センサ３３、センサ基板３４及び無線通信ボード３５に電力を供給する。変換基板４２の無線通信モジュール４３が搭載された面とは反対側の面には、正極又は負極のいずれか一方である第１電極４４と、正極又は負極のいずれか他方である第２電極４５とが設けられている。電池３６は、無線通信ボード３５の厚み方向における寸法よりも無線通信ボード３５に沿う方向における寸法が長い。例えば、電池３６は、ボタン電池である。第１電極４４は、電池３６の一方面の電極に接触し、第２電極４５は、電池３６の他方面の電極に接触する。第２電極４５は、変換基板４２から突出する縦板部４５ａと、縦板部４５ａから電池３６の他方面に沿って突出する横板部４５ｂとを有する。電池３６は、第２電極４５の横板部４５ｂと第１電極４４とによって挟持される。即ち、本実施形態では、第２電極４５が電池３６を収納するホルダの役目を果たす。

電池３６からの電力は、第１電極４４及び第２電極４５を介して無線通信ボード３５に給電され、無線通信ボード３５からセンサ基板３４及び温度センサ３３に給電される。断熱材３７は、センサ基板３４と電池３６との間に介設され、電池３６よりも面積が大きい。スペーサ４９は、センサ基板３４と無線通信ボード３５との間に配置され、センサ基板３４と無線通信ボード３５との間に空間を形成する。スペーサ４９は、非導電性材料（例えば、樹脂）からなる。スペーサ４９は、センサ基板３４の孔３４ａを通してベースプレート４０の本体部４０ａの穴４０ｆに圧入して固定される。スペーサ４９には、変換基板４２の孔４２ａを通してネジ５０が固定される。断熱材３７の外周部には、スペーサ４９が嵌る切欠部３７ａが形成される。電池３６及び断熱材３７は、スペーサ４９によって形成された空間に配置される。無線通信機能付き温度センサユニット２０においては、接触部材３８、熱伝導シート３９、ベースプレート４０、熱伝導シート３２、温度センサ３３、センサ基板３４、断熱材３７、電池３６、及び、無線通信ボード３５が、この順に上から下に並んで配置される。即ち、無線通信ボード３５の法線方向から見て、温度センサ３３とセンサ基板３４と断熱材３７と電池３６と無線通信ボード３５とが互いに重なって配置される。カバー４１は、そのフランジ部４１ｂをベースプレート４０のカバー取付部４０ｂにシール部材５１（例えば、Ｏリング）を介してネジ５２で締結することでベースプレート４０ｂに固定される。その固定状態では、カバー４１は、ベースプレート４０の厚肉の本体部４０ａに外側から嵌合する。無線通信機能付き温度センサユニット２０が軸箱１１に取り付けられた状態では、カバー４１の収容部４１ａの少なくとも底板部４１ａａが開口１８ｂを通じて軸箱１１の外部に露出する。本実施形態では、底板部４１ａａと側板部４１ａｂの一部が開口１８ｂを通じて軸箱１１の外部に露出する。

以上に説明した構成によれば、板状の無線通信ボード３５が軸受８の接線方向に沿う向きに配置されているので、無線通信機能付き温度センサユニット２０の軸箱１１からの突出量を抑えることができる。しかも、電池３６が温度センサ３３と無線通信ボード３５との間に配置され、温度センサ３３と電池３６と無線通信ボード３５とが無線通信ボード３５の法線方向から見て互いに重なっているため、無線通信機能付き温度センサユニット２０の設置面積も抑えることができる。よって、無線通信機能付き温度センサユニット２０の飛石等による破損を防止しながらも、軸箱１１に対する取付自由度の低下も抑制できる。

また、接触部材３８の円弧状の受熱面３８ｃが、軸受８の外輪８ａの外周面に面接触するため、外輪８ａから接触部材３８への伝熱が安定し、温度センサ３３の検出精度が向上する。また、ベースプレート４０が金属からなり、カバー４１が非導電性材料からなるので、ベースプレート４０によって熱伝導性と剛性とを確保しながらも、カバー４１によって部品保護と無線通信安定性の確保とを図ることができる。また、絶縁性の熱伝導シート３２がベースプレート４０と温度センサ３３との間に挟まれるので、ベースプレート４０から温度センサ３３に良好に熱を伝えながらも、金属製のベースプレート４０と温度センサ３３との間の電気絶縁を図ることができる。また、熱伝導シート３２がベースプレート４０の凹部４０ｅに収容されることによって、ベースプレート４０の厚み方向における無線通信機能付き温度センサユニット２０の寸法が増加することを抑制できる。また、熱伝導シート３２が凹部４０ｅにおいて位置決めされるため、台車１の振動によりベースプレート４０に対して熱伝導シート３２がずれることも防止できる。

また、温度センサ３３が搭載されるセンサ基板３４が無線通信ボード３５と同じ向きに配置され、かつ、センサ基板３４が温度センサ３３と電池３６と無線通信ボード３５とが互いに重なって配置されるので、無線通信機能付き温度センサユニット２０の突出量及び設置面積の抑制に寄与できる。また、電池３６は、スペーサ４９によって形成された空間において、無線通信ボード３５に設けられた第１電極４４及び第２電極４５（ホルダ）に挟まれて収納されるので、温度上昇を抑えつつコンパクトに電池３６等の各種要素を配置できる。また、電池３６は、無線通信ボード３５の厚み方向における寸法よりも無線通信ボード３５に沿う方向における寸法が長いので、無線通信機能付き温度センサユニット２０の突出量及び設置面積の抑制に寄与できる。

また、カバー４１は、収容部４１ａの底板部４１ａａがドーム状であるため、飛石等の障害物がカバー４１の底板部４１ａａに当たっても、当該障害物を受け流すことができ、カバー４１の破損を好適に防止できる。また、カバー４１は、収容部４１ａの側板部４１ａｂが円筒状であるため、側板部４１ａｂも軸箱１１から露出する場合には、更に好適にカバー４１の破損を防止できる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。例えば、接触部材３８とベースプレート４０との間の熱伝導シート３９を無くして接触部材３８をベースプレート４０と一体で形成してもよい。即ち、ベースプレートに外輪８ａと面接触する受熱面を設けてもよい。また、電池３６は、無線通信ボード３５に取り付けられずに、センサ基板３４に取り付けられてもよい。断熱材３７は、廃止してもよい。また、無線通信機能付き温度センサユニット２０は、台車１のギヤボックスやモータに取り付けてもよい。

１ 台車
６ 車軸
８ 軸受（回転体）
８ａ 外輪
１１ 軸箱
２０ 無線通信機能付き温度センサユニット
３１ ハウジング
３２ 熱伝導シート
３３ 温度センサ
３４ センサ基板
３５ 無線通信ボード
３６ 電池
３８ｃ 受熱面
４０ ベースプレート
４０ｅ 凹部
４１ カバー
４２ 変換基板
４３ 無線通信モジュール
４４ 第１電極
４５ 第２電極（ホルダ）
４９ スペーサ

Claims (8)

1. 鉄道車両用台車の回転体を収容した箱に取り付けられる無線通信機能付き温度センサユニットであって、
   温度センサと、
   前記温度センサからのアナログ温度信号をデジタル温度信号に変換する変換回路を有する変換基板と、前記変換基板に搭載され、前記デジタル温度信号を無線信号により送信する無線通信モジュールとを有し、前記温度センサから前記回転体とは反対側に離間して配置される無線通信ボードと、
   前記温度センサと前記無線通信ボードとの間に配置され、前記無線通信ボードに電力を供給する電池と、
   前記温度センサと前記無線通信ボードと前記電池とを収容し、前記箱に取り付けられるハウジングと、を備え、
   前記無線通信ボードは、前記回転体の接線方向に沿う向きに配置され、
   前記無線通信ボードの法線方向から見て、前記温度センサと前記電池と前記無線通信ボードとが互いに重なって配置されている、鉄道車両用台車の無線通信機能付き温度センサユニット。
2. 前記ハウジングは、
   前記箱に取り付けられ、前記温度センサに熱を伝達する金属製のベースプレートと、
   前記ベースプレートに取り付けられ、前記温度センサと前記無線通信ボードと前記電池とを覆う非導電性材料からなるカバーと、を有する、請求項１に記載の鉄道車両用台車の無線通信機能付き温度センサユニット。
3. 前記ベースプレートと前記温度センサとの間に挟まれ、絶縁性を有する熱伝導シートを更に備える、請求項２に記載の鉄道車両用台車の無線通信機能付き温度センサユニット。
4. 前記ベースプレートは、前記温度センサと対向する面において前記熱伝導シートを収容する凹部を有する、請求項３に記載の鉄道車両用台車の無線通信機能付き温度センサユニット。
5. 前記温度センサが搭載され、前記アナログ温度信号を前記変換回路に出力するセンサ回路を有するセンサ基板を更に備え、
   前記センサ基板は、前記温度センサと前記電池との間において前記無線通信ボードと同じ向きに配置され、
   前記無線通信ボードの法線方向から見て、前記温度センサと前記センサ基板と前記電池と前記無線通信ボードとが互いに重なって配置されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鉄道車両用台車の無線通信機能付き温度センサユニット。
6. 前記センサ基板と前記無線通信ボードとの間に配置された非導電性のスペーサを更に備え、
   前記電池は、前記スペーサによって形成された空間において、前記無線通信ボードに設けられたホルダに収納される、請求項５に記載の鉄道車両用台車の無線通信機能付き温度センサユニット。
7. 前記電池は、前記無線通信ボードの厚み方向における寸法よりも前記無線通信ボードに沿う方向における寸法が長い、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の鉄道車両用台車の無線通信機能付き温度センサユニット。
8. 前記回転体は車軸を支持する軸受であり、前記箱は前記軸受を収容する軸箱であり、
   前記ハウジングは、前記温度センサに熱を伝達し、前記軸受の外輪の外周面に面接触する円弧状の受熱面を有する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の鉄道車両用台車の無線通信機能付き温度センサユニット。

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