JP2002143693A - メタル担体 - Google Patents

メタル担体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はハニカム構造のメタル担体１を構成
する平板２および波板３に裂け目や切れ目、歪みを生じ
ることなく、排気ガスの流れをセル通路４内にて乱流状
態にして排気性能を向上させた、生産性の良いメタル担
体を提供する。 【解決手段】 金属製の平板２と金属製の波板３とを積
層し、平板２と波板３との間に排気ガスの通過するセル
通路４を設けたメタル担体１において、平板２または波
板３に複数の孔から構成される孔列をセル通路４と直交
する方向に複数列設け、且つ互いに隣接する孔列間で各
孔列を構成するそれぞれの孔はセル通路４方向と直交す
る方向において互いに所定の間隔を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガス浄化用の
触媒コンバータに用いられるメタル担体、特に金属製の
平板と波板を積層して構成するメタル担体に関する。
【０００２】
【従来の技術】排気ガス浄化用の触媒コンバータとし
て、特開平６−３１２１４１号公報のように、金属製の
波板と平板とを重ねて巻回したメタル担体が知られてい
る。このメタル担体は、波板と平板に形成されたスリッ
トを境界として前段部と後段部とに分けられている。波
板と平板に形成されたスリットはそれぞれが波板と平板
の巻回方向に形成され、且つこれらスリットが互いに対
応した位置に形成されることで、前段部と後段部とを形
成している。また、前段部と後段部との間にはスリット
の形成によって僅かに残された連結部が存在し、前段部
と後段部は完全に分離されることなく、連結部を介して
連結された状態を維持するようになっている。さらに、
前段部と後段部を互いに周方向へ捻じることで脆弱な連
結部を塑性変形させており、これにより、前段部内のセ
ル通路と後段部内のセル通路との間にずれを形成し、前
段部を通過した排気ガスが後段部に流入するときにスリ
ットの部位において乱流を生起させて、排気浄化性能を
向上させている。
【０００３】また、実開平６−２９６２１号公報のよう
なメタル担体も知られている。このメタル担体は、波板
と平板を巻回して構成され、排気流れ方向において前段
部、中段部、後段部が形成されている。前段部と中段部
との間、及び中段部と後段部との間にはそれぞれ空間部
が形成されるが、これら空間部は、波板と平板とにその
巻回方向に延びる２条のスリットを形成することで構成
されている。また、２条のスリットは担体の最外周部を
構成する部分を除いて形成されており、前段部、中段
部、後段部が１つのメタル担体として一体となってい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、排気浄化性
能を向上させるためには、メタル担体内を通過する排気
に対して乱流を積極的に生起させ、排気ガスが触媒に接
触する機会を増やすことが有効である。しかしながら、
先に説明した前者のメタル担体にあっては、乱流による
排気浄化性能の向上が、前段部と後段部との間に形成さ
れるスリットの部分のみでしか得ることができないの
で、排気浄化性能を更に向上させようとすると、例え
ば、スリットの幅を広げたり、スリットの数を増加させ
ることをしなければならない。
【０００５】しかしながら、スリットの数を増やすと、
波板と平板にはその巻回方向に延びるスリットを数多く
併設することになり、また、担体を更に多段化する構成
となり、金属板を波形加工する時や、平板と波板を巻回
する時、あるいは乱流を生起させるために各担体部分を
捻じる際に、歪みや亀裂等を生じる可能性がある。さら
に、スリットの前後で担体をその周方向へ捻じることで
乱流を生起させるため、スリットの数を増やして排気浄
化性能を高めようとした場合、各段を捻じる回数が増加
して、生産性が悪くなる。
【０００６】また、スリットの幅を広げて排気ガスの乱
流をより強化させて排気浄化性能を向上させようとする
と、担体の開口率が高くなり浄化性能の向上は図ること
ができるが、例えば、高圧の排気ガスが一度に通過しよ
うとしたような場合には、スリットを横断している連結
部の強度が不足して、排気ガスの圧力に耐えられず座屈
してしまう可能性がある。
【０００７】一方、先に説明した後者のメタル担体にあ
っては、排気流れ方向の担体全体の長さを変えずにスリ
ットの数を増やして乱流が形成される空間部を多数形成
すると、その分だけ担体を構成する部分の幅が狭くなる
ので、金属板同士、つまり、波板と平板との溶接代の幅
が狭くなり、やはり高圧の排気ガスの圧力がかかった場
合に、その溶接部分が剥がれてしまう可能性もある。
【０００８】本発明では、このような事情に鑑みてなさ
れたものであり、金属製の波板と、金属製の平板とを積
層したメタル担体において、担体内で排気ガスの流れを
乱流化させて排気浄化性能を向上させ、しかも、生産性
の良い触媒コンバータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、第１の発明にかかるメタル担体は、金属製の平板と
波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過する
セル通路を形成したメタル担体において、波板は複数の
孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複
数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列を構成す
るそれぞれの孔はセル通路方向と直交する方向において
互いに所定の間隙を有するものとした。
【００１０】第２の発明にかかるメタル担体は、金属製
の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが
通過するセル通路を形成したメタル担体において、波板
は複数の孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる
方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列
を構成するそれぞれの孔はセル通路方向から見て互いに
重なり合わないものとした。
【００１１】第３の発明にかかるメタル担体は、第１ま
たは第２の発明において、平板にも孔が形成されるもの
とした。
【００１２】第４の発明にかかるメタル担体は、第１か
ら第３の発明において、平板は複数の孔から構成される
孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互
いに隣接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれの孔は
セル通路と直交する方向において互いに所定の間隙を有
するものとした。
【００１３】第５の発明にかかるメタル担体は、第１か
ら第３の発明において、平板は複数の孔から構成される
孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互
いに隣接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれの孔は
セル通路方向から見て互いに重なり合わないものとし
た。
【００１４】第６の発明にかかるメタル担体は、金属製
の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが
通過するセル通路を形成したメタル担体において、平板
は複数の孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる
方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列
を構成するそれぞれの孔はセル通路方向と直交する方向
において互いに所定の間隔を有するものとした。
【００１５】第７の発明にかかるメタル担体は、金属製
の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが
通過するセル通路を形成したメタル担体において、平板
は複数の孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる
方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列
を構成するそれぞれの孔はセル通路方向から見て互いに
重なり合わないものとした。
【００１６】第８の発明にかかるメタル担体は、第１か
ら第７の発明において、孔列を構成する各孔と隣接する
孔列とは異なる孔列を構成する各孔との組み合わせのう
ち、少なくとも１組の孔はセル通路方向から見て互いに
重なりあうものとした。
【００１７】第９の発明にかかるメタル担体は、第１か
ら第８の発明において、互いに隣接する孔列間で各孔列
を構成するそれぞれの孔は孔列方向において互いに所定
の間隙を形成すると共に、各孔は孔列方向に長いスリッ
トであり、このスリットの長手方向の長さは孔列方向に
おいて前記所定の間隔よりも長いものとした。
【００１８】
【発明の作用・効果】第１または第２あるいは第６また
は第７の発明によれば、互いに隣接する孔列間で各孔列
を構成するそれぞれの孔がセル通路方向と直交する方向
において互いに所定の間隙を有する、または、セル通路
方向から見て互いに重なり合わないものとしたので、波
板または平板に孔を設ける際、あるいは波板であれば波
板加工する際、波板あるいは平板に歪みや亀裂が生じな
い。また、各セル通路内を通過する排気ガスが隣接する
セル通路へスリットを介して出入りするので、排気ガス
の流れが乱流化されて排気浄化性能が向上できる。
【００１９】第３あるいは第４、第５の発明によれば、
波板に加えて平板にも孔を設けたため、セル通路内で乱
流化する機会が増加するので排気浄化性能がさらに向上
する。とりわけ第４、第５の発明によれば、互いに隣接
する孔列間で各孔列を構成するそれぞれの孔がセル通路
方向と直交する方向において互いに所定の間隔を有して
いる、または、セル通路方向から見て互いに重なり合わ
ないものとしたので、平板に孔を設ける際、波板と平板
とを積層して巻回するような際でも平板に歪みや亀裂が
生じない。
【００２０】第８の発明によれば、孔列を構成する各孔
と隣接する孔列とは異なる孔列を構成する各孔とが、セ
ル通路方向から見て重なり合う構成としたので、各セル
通路内を通過する排気ガスが隣接するセル通路へ出入り
する頻度が高まり、従って、排気ガスの流れが乱流化さ
れる割合が高くなるので、排気浄化性能が確実に向上で
きる。
【００２１】第９の発明によれば、スリットの長手方向
の長さを前記間隔よりも長いものとしたので、第１から
第１０の発明の効果に加えて、セル通路を通過する排気
ガスの流れが乱流化する機会をさらに増やすことができ
る。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明を適用するメタル担体
の一実施形態である。図１に示すようなハニカム構造の
メタル担体１は、図示しない金属製の触媒ケース内に担
体保持材を介して組み込まれ、内燃機関から排出される
排気ガス中の有害物質を除去するために内燃機関下流の
排気通路内に設けられる。特に、メタル担体はセラミッ
ク担体に比べると熱容量が低いため、排気ガスの熱によ
り温められやすく、触媒が活性化するのが早い。したが
って排気通路途中の内燃機関に比較的近い位置に設置さ
れることが多い。
【００２３】メタル担体１は、図２のように、金属製の
平板２と金属製の平板を波形に成形した波板３とを重ね
合わせて巻回し、平板２と波板３との間に多数の略三角
形のセル通路４を有している。ここでは、メタル担体１
は平板２と波板３とを積層して巻回した円筒形となって
いるが、メタル担体の形状は、楕円形またはレーストラ
ック型、あるいは、単に平板２と波板３とを何重にも積
層しただけの直方体の担体でも構わない。
【００２４】メタル担体１は、ステンレスとアルミニウ
ムを含む合金の帯状金属製平板に複数の孔５を設けた平
板２と、ステンレスとアルミニウムを含む合金の帯状金
属製平板に複数の孔５を設けた後、波形成形した波板３
とから構成されるが、平板２と波板３に形成された本実
施形態に係る孔５については、その説明を後述する。
【００２５】メタル担体１のセル通路４は内燃機関の排
気ガスが通過するようになっており、一端に排気ガスの
流入口を有し、他端から排気ガスが排出される構成にな
っている。セル通路４の内面には触媒が担持させてあ
り、排気ガスがセル通路を通過する際に有害物質が浄化
される。
【００２６】ここで、平板及び波板に対して孔を設けな
いメタル担体を考えると、担体の一端から流入した排気
ガスは、それぞれのセル通路を、他のセル通路を通過す
る排気ガスの影響を受けることなく流れ、他端から排出
されることになる。このような、孔の設けられていない
波板および平板を用いたメタル担体では、セル通路が長
いと、排気ガスの流れがセル通路内で層流化してしま
い、排気ガス中の有害物質と触媒成分とが接触する機会
が少なくなり排気浄化性能が低下してしまうおそれがあ
る。
【００２７】これに対して、波板３にあるいは平板２に
孔を設けた場合、あるいは、波板３と平板２の両方に孔
を設けた場合には、各孔がセル通路とそのセル通路に隣
接するセル通路との間に排気ガスが通過できる流路を形
成することになるため、排気ガスは隣接するセル通路間
を自由に移動できるようになる。排気ガスはメタル担体
流入口から流入し、セル通路４を通過する途中で存在す
る各孔５を通過して隣接するセル通路へと流れることが
可能であるので、排気ガスの流れは隣接するセル通路同
士で影響し合いセル通路４内で乱流状態となる。排気ガ
スの流れが乱流状態になると、排気ガス中の有害物質が
触媒と接触する機会が増えるので、排気浄化性能を向上
させることができる。
【００２８】そこで、波板に図３のような構成の孔を設
けた比較例を考えた。この比較例においては、セル通路
を通過する排気ガスが、波板３に設けられた孔と出会う
機会を増加させ、セル通路４内で乱流状態を多く発生で
きるように、孔５の形状をセル通路４方向と直交する方
向に長いスリット孔６形状とし、そして、複数のスリッ
ト孔６からなる孔列７を形成した。また、波板３に形成
されたスリット孔列７を構成する各スリット孔６の端部
位置については、図３中の５Aに囲まれた部分のように
隣接するスリット孔６がセル通路４方向から見て重なっ
た構成とした。
【００２９】しかしながら、この比較例においてはスリ
ット孔列７を形成した後、波形３に成形する際やあるい
は平板２と積層して巻回する際に波板３のスリット孔６
の周辺に裂け目、切れ目や捻じれ等が発生してしまうと
いう問題が生じた。
【００３０】そこで、本発明の実施形態１では、平板２
および波板３に形成する孔列を図４のような構成とし
た。以下にその構成を詳しく述べる。各孔はセル通路４
方向に対して直交する方向に長いスリット孔６として、
平板２および波板３は複数のスリット孔６から構成され
る孔列８を複数列有したものとした。スリット孔Ｈ１の
長手方向長さＬ１は、隣接する孔列８１を構成する最も
近いスリット孔Ｈ２との間に形成される所定の間隙Ｌ２
の３倍程度で、所定の間隙Ｌ２に比べて十分に大きくし
てある。スリット孔６の孔列８は、セル通路４方向に対
して直交しており、複数の孔列８はセル通路４方向に一
定の間隔をもった平行列群になっている。そして、隣接
する孔列８を構成する各スリット孔６同士は、５Bの部
分に示すようにセル通路４方向から見て重ならないよう
に設けられている。また、ある孔列８１を構成するスリ
ット孔と、このスリット孔が構成する孔列８１には隣接
しない１列先の孔列８２のスリット孔がセル通路４方向
から見て重なるように設けられている。
【００３１】したがって、波板３に波型加工をする際や
平板２あるいは波板３を積層して巻回する際でも波板３
のスリット孔６の周囲に裂け目、切れ目あるいは捻じれ
等が発生することを防止できる上に、排気ガスがセル通
路４内で乱流を生じるので、排気ガス中の有害物質が触
媒と反応する機会が増加し排気浄化性能を向上させるこ
とができる。
【００３２】また、前記の平板２および波板３に形成す
る孔列８がセル通路４方向から見て重ならないようとい
うものは実施形態２の図５中５Cの部分に示すような構
成も含まれているものとする。すなわち、５Cのように
隣接する孔列を構成している最も近いスリット孔の端同
士がセル通路４方向の直線上で接するように設けられて
いる場合も含まれるものとする。
【００３３】したがって、実施形態２では、すべてのセ
ル通路４にスリット孔６が存在するので、排気ガスがセ
ル通路４を通過する際に確実に排気の乱流状態を生じる
ので、実施形態１の効果に加えて、さらに排気浄化性能
を向上させることができる。
【００３４】また、図６に記載の本発明の別の実施形態
３では、ある孔列９１を構成するスリット孔Ｈ３と、孔
列９１に隣接する孔列９２を構成しているスリット孔６
のうちＨ３に最も近い位置に設けられているスリット孔
Ｈ４との間に、セル通路４と直交する方向、つまりスリ
ット長手方向に所定の間隙Ｌ３を有している。その所定
の間隙Ｌ３部分をセル通路４方向から見たときに、孔列
９１、および９２とは異なり、且つこれらの孔列９１、
および９２のどちらにも隣接しない孔列９４、つまり孔
列９２に隣接する孔列９３ではなく、孔列９２の１列先
の孔列９４を構成しているスリット孔Ｈ５が前記所定の
間隙部分Ｌ３と重なるように設けられている。
【００３５】したがって実施形態３では実施形態２と同
様、セル通路４方向から見てスリット孔６が存在する構
成となるので、排気ガスがセル通路４を通過する際に確
実に排気の乱流状態を生じ触媒との反応機会を与えるの
で、排気浄化性能を向上させることができる。
【００３６】図６に示すように、すべてのスリット孔が
Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５の関係を持っているので、スリット孔
６がセル通路４方向から見たすべての場所で存在するこ
とになる。つまり、平板２と波板３を積層して形成され
るすべてのセル通路４の途中に必ず１つ以上のスリット
孔６が存在し、隣接するセル通路４と繋がる構造とな
る。したがって、波板３または平板４に孔を設ける際、
波板３と平板２とを積層して巻回する際、あるいは波板
３であれば波板加工する際、波板３あるいは平板２に歪
みや亀裂がさらに生じにくい上に、各セル通路４途中で
必ず排気ガスが乱流状態となる機会が存在するので、各
セル通路４にて確実に排気浄化性能を向上することがで
きる。
【００３７】以上説明した各実施形態では、平板２と波
板３の両板にスリット孔６を設け、さらに、スリット孔
６の配置を上記のような配置で設けることとしたが、波
板３のみ、または平板２のみに上記のような配置のスリ
ット孔６を形成した担体１でもスリット孔の周囲に裂け
目、切れ目あるいは捻じれ等が発生することを防止しか
つ排気の乱流状態を生じ、排気浄化性能を向上させるこ
とが可能なことは明白である。
【００３８】また、平板２に対しても、波板３同様な配
置でスリット孔６を設ける構成としたが、平板２につい
ては波形成形の工程が無いため、波板３と積層して巻回
する際でも裂け目、切れ目あるいは捻じれ等は波板に比
較して発生しにくい。したがって、平板２については隣
接する孔列のスリット孔６がセル通路４方向から見て互
いに重なることを許して比較的自由にスリット孔６を設
けたものでも、切れ目あるいは捻じれ等を発生すること
は少ない。
【００３９】また、円筒形に巻回した後に、波板３と平
板２とを接合してメタル担体を得るが、接合の方法とし
ては、ロウ材や溶接治具等を用いることが一般的であ
る。しかしながら、このような方法だと、波板３および
平板２にスリット孔６を設けているため、孔の部分を避
けつつ接合できる部分を考慮しなければならないので、
生産性が落ちる可能性がある。したがって、本発明によ
る担体の場合は、高真空下あるいは非酸化雰囲気下で高
温加熱することにより接合する拡散接合が好ましい。
【００４０】エンジン性能等の条件で排気浄化性能の特
性を変更しようとした場合を考えると、排気ガス流れの
乱流化による排気性能向上を図った従来の多段のメタル
担体においては、各メタル担体段の幅あるいは断面の大
きさを変更したり、段と段との間の空間の容積を変更し
たりしなければならず、触媒コンバータ自体の大きさを
変更しなければならなくなる場合等も考えられるため、
非常にコストがかかる可能性がある。
【００４１】しかしながら、本発明の実施形態で挙げて
いるメタル担体においては、排気浄化性能を変更する場
合であっても、孔５の位置ならびに数を変更するだけで
排気浄化性能を変更できる。したがって、浄化性能の特
性を変化させる際でも、生産性の良いコストを抑えた変
更が可能になるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタル担体の一実施形態を示す図。
【図２】本発明のメタル担体の一実施形態を示す構成
図。
【図３】メタル担体を構成する金属板の孔位置の比較
例。
【図４】メタル担体を構成する金属板の孔位置の実施形
態１。
【図５】メタル担体を構成する金属板の孔位置の実施形
態２。
【図６】メタル担体を構成する金属板の孔位置の実施形
態３。
【符号の説明】
１ メタル担体 ２ 平板 ３ 波板 ４ セル通路 ５ 孔 ５A 比較例中の孔位置関係を示す部分 ５B 実施形態１中の孔位置関係を示す部分 ５C 実施形態２中の孔位置関係を示す部分 ６ スリット孔 ７ 比較例中の孔列 ８、８１、８２ 実施形態１中の孔列 ９１、９２、９３ 実施形態３中の孔列 Ｈ１、Ｈ２ 実施形態１中のスリット孔 Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５ 実施形態３中のスリット孔 Ｌ１ 実施形態１中のスリット孔長さ Ｌ２ 実施形態１中のスリット孔間の間隙 Ｌ３ 実施形態３中のスリット孔間の間隙
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＣ Ｆターム(参考） 3G091 AB01 BA07 BA39 GA06 GA08 GA12 GA14 GA16 GA21 GA24 GB01X 4D048 AA21 AB01 BA39X BA39Y BB02 CA06 4G069 AA01 BA17 BA18 CA02 CA03 EA21 EA24 EA25

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属製の平板と波板を積層して平板と波
    板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタ
    ル担体において、波板は複数の孔から構成される孔列を
    セル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣
    接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれの孔はセル通
    路方向と直交する方向において互いに所定の間隙を有す
    ることを特徴とするメタル担体。
  2. 【請求項２】 金属製の平板と波板を積層して平板と波
    板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタ
    ル担体において、波板は複数の孔から構成される孔列を
    セル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣
    接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれの孔はセル通
    路方向から見て互いに重なり合わないことを特徴とする
    メタル担体。
  3. 【請求項３】 平板にも孔が形成されることを特徴とす
    る請求項１または２に記載のメタル担体。
  4. 【請求項４】 平板は複数の孔から構成される孔列をセ
    ル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣接
    する孔列間で各孔列を構成するそれぞれの孔はセル通路
    と直交する方向において互いに所定の間隙を有すること
    を特徴とする請求項１〜３に記載のメタル担体。
  5. 【請求項５】 平板は複数の孔から構成される孔列をセ
    ル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣接
    する孔列間で各孔列を構成するそれぞれの孔はセル通路
    方向から見て互いに重なり合わないことを特徴とする請
    求項１〜３に記載のメタル担体。
  6. 【請求項６】 金属製の平板と波板を積層して平板と波
    板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタ
    ル担体において、平板は複数の孔から構成される孔列を
    セル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣
    接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれの孔はセル通
    路方向と直交する方向において互いに所定の間隔を有す
    ることを特徴とするメタル担体。
  7. 【請求項７】 金属製の平板と波板を積層して平板と波
    板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタ
    ル担体において、平板は複数の孔から構成される孔列を
    セル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣
    接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれの孔はセル通
    路方向から見て互いに重なり合わないことを特徴とする
    メタル担体。
  8. 【請求項８】 孔列を構成する各孔と隣接する孔列とは
    異なる孔列を構成する各孔との組み合わせのうち、少な
    くとも１組の孔はセル通路方向から見て互いに重なりあ
    うことを特徴とする請求項１から７に記載のメタル担
    体。
  9. 【請求項９】 互いに隣接する孔列間で各孔列を構成す
    るそれぞれの孔は孔列方向において互いに所定の間隙を
    形成すると共に、各孔は孔列方向に長いスリットであ
    り、このスリットの長手方向の長さは孔列方向において
    前記所定の間隔よりも長いことを特徴とする請求項１か
    ら８に記載のメタル担体。
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