JP2002323033A - 内燃機関内のスライド軸受 - Google Patents

内燃機関内のスライド軸受

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JP2002323033A JP2002077467A JP2002077467A JP2002323033A JP 2002323033 A JP2002323033 A JP 2002323033A JP 2002077467 A JP2002077467 A JP 2002077467A JP 2002077467 A JP2002077467 A JP 2002077467A JP 2002323033 A JP2002323033 A JP 2002323033A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ジャーナルと軸受け面との潤滑を改善するこ
とによりスライド軸受けの可搬重量（負荷容量）及び信
頼性の向上を図る。 【解決手段】 内燃機関内のスライド軸受１、７、８
は、軸受内面を有する静止軸受ハウジング２を備えてい
る。軸受内面は、エンジンが停止したとき、ジャーナル
５が接触する長手方向線１１から周方向に向けて０°乃
至３６０°伸びる。軸受内面は、波状トラフが周方向に
伸びる波状表面を有する少なくとも１つの波状領域１６
と、滑らかな領域１５とに分割される。内燃機関の全負
荷運転時、ジャーナル５から最短の距離に配置された軸
受面の領域に波状領域１６が少なくとも配置されること
と、滑らかな領域１５が長手方向線１１から周方向に向
けて両側部にて少なくとも３°だけ伸びることと、波状
領域１６が長手方向線１１から周方向に向けて少なくと
も５°だけ離れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関内のスラ
イド軸受であって、軸受内面を有する静止型軸受ハウジ
ングと、その長手方向軸の周りで回転可能なジャーナル
とを有し、該軸受内面は、エンジンが停止したとき、ジ
ャーナルが軸受面と接触する線である長手方向線から周
方向に向けて０°乃至３６０°伸び、該軸受内面が、波
状トラフが周方向に伸びる波状表面を有する少なくとも
１つの波状領域と、滑らかな領域とに分割される、スラ
イド軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】かかる軸受は、内燃機関にて周知であ
り、例えば、米国特許第６，０８２，９０４号(US-A 6,
082,904)に記載されたように、例えば、クランク軸の主
軸受として又は２行程クロスヘッドエンジンにおけるピ
ストンヘッド又はクロスヘッド軸受として使用されてい
る。この既知の軸受において、軸受内面の滑らかな領域
は、ジャーナルと軸受面との間の距離が、エンジンが運
転している間、最短となる領域内に正確に位置してい
る。特定の軸受の場合、当該技術分野の当業者は、エン
ジンが停止したとき、ジャーナルに対する長手方向線が
軸受面と接触する箇所が軸受面の何処であるか、また、
エンジンの全負荷運転のとき、ジャーナルと軸受面との
間の距離が最短となる領域が軸受面の何処であるかを十
分に知っている。主軸受において、長手方向線は通常、
軸受面の最下点にてジャーナルの長手方向軸と平行に位
置しており、全負荷運転時、軸受面とジャーナルとの間
の半径方向距離が長手方向線から離れて周方向に向けて
４５°乃至９０°の位置にある領域内で最短となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】通常、その表面を極め
て滑らか（平滑）にしようとする努力が為されており、
それは、ジャーナルと軸受面との間の潤滑油膜を、反対
面を把持する１つの面の粗さを伴うことなく極めて薄く
することができるからである。ジャーナルから軸受ハウ
ジングへの荷重の伝導は、軸受面とジャーナルとの間の
距離が最短となる領域でその厚さが最も薄くなる、ウェ
ッジ・シェイプ量(wedge-shaped amount)の、加圧潤滑
油を介して行われるから、エンジンが運転していると
き、ジャーナルと軸受面との間に潤滑膜を保つことは軸
受の機能にとって極めて重要なことである。上述した米
国特許は、内燃機関が全負荷運転するとき、ジャーナル
からの距離が最短となる位置となる軸受面の特定領域内
に滑らかな領域が位置しなければならないという思想に
基づくものである。この位置は、潤滑油の圧力が最高と
なる位置であり、従って、この米国特許には、滑らかな
領域のこの位置は、ジャーナルを支持するためのより大
きい軸受領域を提供すると記載されている。
【０００４】本発明の目的は、スライド軸受の可搬重量
（負荷容量）及び信頼性を向上させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記に鑑みて、本発明に
よるスライド軸受は、内燃機関の全負荷運転時、ジャー
ナルから最短の距離に配置された軸受面の領域に波状領
域が少なくとも配置されることと、滑らかな領域が長手
方向線から周方向に向けて両側部にて少なくとも３°だ
け伸びることと、波状領域が長手方向線から周方向に向
けて少なくとも５°だけ離れることとを特徴としてい
る。
【０００６】中間の波形頂部を有して周方向に伸びる波
形トラフは、潤滑油ウェッジ(lubricating oil wedge)
内の圧力がスライド軸受に加わる荷重に伴って蓄積する
とき、潤滑油がスライド軸受の長手方向に向けて流れる
ことの障壁として機能する。その他の全ての事項が等し
いならば、油が流れ出ることに対する抵抗が増大する結
果、油が最初に消費される端部領域にて潤滑油の圧力が
より高圧となり、また、潤滑油膜の厚さが増し、このこ
とは、特に、端部領域で軸受に対しより優れた可搬重量
を付与することになる。油の圧力、従って、軸受に加わ
る荷重は、軸受の長手方向に向けてより均一に分配され
るようになる。ジャーナルに加わる荷重が等しいとき、
このことは比軸受圧力を低圧にし（膜内の油圧力がより
低圧となる）、このことは、同様に、潤滑油膜の厚さを
増すことに寄与することになる。
【０００７】エンジンが静止状態にあるとき、ジャーナ
ルは長手方向線に沿って軸受面と接触しており、この線
の周りの滑らかな領域によりジャーナルは、エンジンの
始動時、初期の回転時に可能な限り早急にジャーナル面
と軸受面との間に潤滑油膜を吸引することになる。この
効果は、例えば、エンジンを始動のための正確な角度位
置となるように方向決めするように、ジャーナルがエン
ジンの始動の準備として回転するならば、同様に生じ
る。エンジンのｒｐｍが増すと、直ちに、ジャーナルは
滑らかな領域から引き離され、軸受内の摩擦の結果とし
て波状領域内に進む。
【０００８】滑らかな領域が停止したエンジンにて接触
線の各側部にて３°以下の角度だけ伸びるならば、ジャ
ーナルが滑らかな領域から去るとき、相互に回転する面
の間の油膜の蓄積が不十分となるという度を超えたリス
クが生じる。
【０００９】１つの好ましい実施の形態において、スラ
イド軸受は主軸受であり、波状領域は長手方向線から少
なくとも３０°乃至１００°伸び、滑らかな領域は長手
方向線の両側部にて少なくとも１０°だけ伸びる。エン
ジンが全負荷又は全負荷の７０％以上の負荷にて運転す
るとき、軸受面の最下方に位置する線に相応し、長手方
向線に亙って４５°乃至９０°の領域内でジャーナルか
ら軸受面までの距離が最短となることがしばしばであ
る。波状領域が少なくとも３０°乃至１００°伸びるな
らば、最大荷重を受けたとき、ジャーナルが波状領域内
に配置された潤滑油ウェッジ(lubricating oil wedge)
上で回転する確実さは極めて大きい。軸受面の少なくと
も最下方の２０°の位置に滑らかな領域があることは、
潤滑油膜の急速な蓄積に寄与するが、ジャーナルが急速
に作動するならば、始動時、同様に、ジャーキー・ムー
ブメント(jerky movements)を生じる。
【００１０】滑らかな領域が実質的により大きいなら
ば、特定型式の軸受に対し、より均一な軸受荷重を実現
することを制限する効果を及ぼすから、好ましくは、滑
らかな領域は長手方向線から２０°以内だけ伸びるよう
にする。波状領域は長手方向線から少なくとも３０°乃
至３３０°伸びて、滑らかな領域により覆われない領域
の大部分を覆うようにすることも更に好ましい。エンジ
ン負荷が変化するとき、ジャーナルが軸受内で動くなら
ば、波状領域は略常時作用可能である。製造の観点から
して、波状領域が軸受面の周縁に沿って可能な限り円形
に伸びることも１つの有利な点である。
【００１１】適当な実施の形態において、滑らかな領域
における滑らかな面から波状領域における同一の波の高
さを有する波状面まで漸進的に表面が変化する少なくと
も１つの遷移領域が波状領域と滑らかな領域との間に存
在する。このようにして、滑らかな領域から波状領域へ
の遷移が均一となり、このことは、エンジンの始動の
間、及び負荷が変動する状態で運転するとき、軸受の信
頼性を向上させることになる。１つの面型式から別の面
型式に漸進的に遷移する結果、油膜の作動状態は均一に
変化することになる。周方向への遷移領域の程度は少な
くとも５°とすることができ、このことは、１つの機械
加工工具から別の工具へ適宜に切り換えることを許容す
る。
【００１２】波状面の効果は、軸受面の端部に向けた領
域内で特に最大となる。これらの端縁領域内にて、波状
領域により、潤滑油が保持され、この端縁領域内で膜内
に油圧が蓄積することに伴って潤滑油膜の厚さが増すこ
とは、長手方向に向けて端縁領域からある距離に配置さ
れた内部領域内で潤滑油を所要位置に保つことに強力に
寄与することになる。この内部領域内にて、軸受面の特
殊な幾何学的形状によって潤滑油を所要位置に保つこと
は僅かしか必要とならず又は全く不要である。このた
め、軸受の長手方向に向けて軸受面の端部から引込んで
位置する多数の内部領域を備えるように、また、軸受面
が滑らかとなるように波状領域を設計することが可能で
ある。
【００１３】波状領域内で波頂部から波状トラフの底部
までの距離が滑らかな面を有するように形成された相応
する軸受の中間における油膜の厚さに相応するとき、長
手方向への潤滑油の流れ出しに対する最大の遮断効果が
得られると考えられる。このため、この距離は、少なく
とも０．００５ｍｍ、好ましくは、０．００５乃至０．
０１５ｍｍの範囲にあるようにする。
【００１４】この実施の形態の更なる展開例において、
軸受ハウジングは、滑らかな領域及び波状領域の一部分
が配置される第一の軸受シェルと、波状領域の他の部分
を有する第二の軸受シェルとを備えており、波状領域内
で波頂部から波状トラフの底部までの距離は、油膜の厚
さが最大となる第二の軸受シェル内で最大となる。
【００１５】スライド軸受は、本来の軸受メタルの頂部
に配置された上側層を有する軸受面を備えるように形成
することができ、この場合、少なくとも上側層に波状面
が形成されることが好ましい。上側層は、典型的に、本
来の軸受メタル上に配置された、より柔軟なならし層と
し、製造時の誤差を補償することが可能な、新たなジャ
ーナル及び軸受面の漸進的なならし層を提供することが
できる。
【００１６】前記上側層は、新たな部品のならし時、軸
受メタルの層に対する運転状態に可能な限り相応する運
転状態となることができるから、該上側層が軸受メタル
の上側層の場合と丁度同様に、潤滑油を保持することが
できることは１つの有利な点である。
【００１７】本発明によるスライド軸受は、軸受の長手
方向に向けてより均一な圧力分配状態を実現するから、
この軸受は、ジャーナルの長手方向への軸受面の長さが
軸受面の直径よりも短い、短い軸受を使用する場合、特
に有利である。
【００１８】１つの好ましい実施の形態において、軸受
は、シリンダボアが少なくとも３００ｍｍであるディー
ゼル型２行程クロスヘッドエンジンの一部分である。内
燃機関の場合、軸受面の面積はシリンダボアの二乗にて
増大する一方、軸受に加わる全荷重はシリンダボアの三
乗の割合で増大する。このため、大型のエンジンの場
合、始動時の静荷重は小型のエンジンの場合よりも遥か
に大きくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、極く概略図を参照しつつ、
本発明の実施の形態の例に関してより詳細に説明する。
【００２０】図１には、軸受ハウジングを有する主軸受
１が図示されており、該軸受ハウジングの下方部分２
は、主軸受がその一部を形成する内燃機関の台板と一体
となっている。軸受ハウジングの上側にある取り外し可
能な部分３は、弾性ボルト４によって下側部分に対して
締め付けられている。ジャーナル部分５は軸受を貫通し
て伸びている。
【００２１】種々の実施の形態において、同一の機能を
果たす細部を示すため同一の参照番号が使用されている
ことを理解すべきである。図２には、一端にて接続ロッ
ド軸受７を有し且つ他端にてクロスヘッド軸受８を有す
る接続ロッド６が図示されている。これらの軸受は全て
スライド軸受であり、軸受メタルを有する第一の軸受シ
ェル９が挿入される静止部分と、軸受メタルを有する第
二の軸受シェル１０が存在する取り外し可能な部分３と
いう２つの部分に軸受ハウジングが分割されるという共
通の特徴を有している。勿論、軸受メタルを軸受ハウジ
ングの部品上に直接配置することは可能であるが、軸受
を締め付けたとき、軸受メタル内に圧縮応力を発生させ
るという周知の可能性がある点で軸受シェルを使用する
ことが好ましい。使用される軸受メタルは、例えば、ホ
ワイトメタルとし、又は例えば、Ｓｎ４０Ａｌの如きス
ズ・アルミニウムのようなその他の一般的な軸受材料と
することができる。
【００２２】別の実施の形態において、スライド軸受
は、クロスヘッドシュー上のアイ形状の軸受であり、こ
の場合、該シューがクロスヘッド上に取り付けられたと
き、軸受ハウジングは、クロスヘッドハウジング上でジ
ャーナルピンの端部の上方に押し込められるから、軸受
ハウジングは単一の一体の部材として、すなわち、取り
外し可能な軸受部品を使用せずに形成することができ
る。また、スライド軸受をカム軸に対する支持軸受とし
て使用することもできる。
【００２３】図４には、便宜上、展開した形態にて図面
に図示した第一の軸受シェル９の内面が図示されてお
り、同様に、図３には、その他の軸受シェル１０の内面
が図示されている。図示した実施の形態において、軸受
シェルは均一な寸法であり且つ各々が軸受の外周の１８
０°に渡って伸びている。これと代替的に、軸受シェル
は、その一方が他方よりも周縁のより大きい部分を覆う
ように長さが異なるようにしてもよい。
【００２４】エンジンが停止したとき、潤滑油圧力が存
在せず、また、ジャーナルは、該ジャーナルの長手方向
軸に対して平行な長手方向線１１に沿って第一の軸受シ
ェルの内面に接触する。軸受が軸ジャーナルに対する支
持軸受であるならば、該線１１は通常、軸受内面１２に
おける最下点に配置され、また、スライド軸受が接続ロ
ッドの下端における接続ロッドの軸受であるならば、こ
の線１１は通常、軸受内面における最上点に配置され
る。
【００２５】図３及び図４は、線１１からの周方向への
距離に対する角度表示を示す。図示した角度表示は、ジ
ャーナルの反時計回り方向への回転に一致する左方向に
向けて増大する。軸受面１２は、前端１３及び後端１４
を有し、これらの端部の間の距離は軸受面の長さと称さ
れている。軸受の直径は周方向への軸受面の長さをπで
割った値に等しい。
【００２６】軸受面は、線１１の両側部に沿って伸びる
滑らかな（平滑）領域１５に分割されている。図示した
実施の形態において、滑らかな領域１５は線１１に対し
て左右対称に配置されているが、領域の最大部分が線１
１の左側となるように左右非対称に配置することも可能
である。軸受面は、いわゆる波状領域１６に更に分割さ
れており、この場合、該軸受面は、その波状トラフが周
方向に伸びる波状面を有している。
【００２７】図５には、波状領域内の軸受面に沿った断
面図が図示されている。この面の波パターンは規則的で
あり、波の長さｓと、波状トラフ（立上がり管）が波頂
部から底部までの距離ｈとを有している。この距離ｈ
は、例えば、０．００５ｍｍ乃至０．０１５ｍｍの範囲
とし、また、距離ｓは所望の距離ｈを提供すべく使用さ
れる工具に依存する。この波パターンは、軸受面に対し
て周方向に回転され且つ距離ｓに相応する回転当たりの
送り量にて軸受の長手方向に向け前方に送られる切断工
具により形成することができる。原理上、円形部材の内
面にかかる波パターンを切り込むことは、シリンダライ
ナーの内面に波状のパターンを切り込むことから既知で
ある。
【００２８】この波パターンは図５に図示した以外の他
の設計が可能である。波頂部は、例えば、断面図で見た
とき、表面が正弦波状軌跡に従うようにし又は凸波状ト
ラフ及び凹波状頂部が交互に現れる別の軌跡に従うよう
に、均一に円形にすることができる。また、波頂部は波
状トラフの間の平らな領域となるようにすることも可能
である。図５に図示した形状は、円弧状の形状の切刃を
有する片刃工具により切断することにより波状領域が形
成されるときの基本的形状である。この基本的形状は、
軸受に使用する前に、研磨、転造（ローリング）、ホー
ニング仕上げのような仕上げ加工を施すことができる。
また、波パターンは、波状の切刃を有する工具にて切断
することもでき、この場合、一回の工程にて複合的な凸
型−凹型面を形成することができる。切断機械加工の１
つの代替例として、波状面は、圧力を掛けながら、軸受
面の所望の部分に亙って所望の表面プロフィールを有す
る工具により転造するといったエンボス加工により形成
することができる。
【００２９】軸受面は、線１１からのある距離にて、エ
ンジンが運転しているとき、潤滑油管２０（図１）を介
して加圧した潤滑油が充填される潤滑油通路１７を有し
ている。ジャーナルは、その回転により、潤滑油をジャ
ーナルと軸受面との間の領域内に吸引し、波パターンは
潤滑油が前端１３及び後端１４にてプレスアウトされる
のを防止する。
【００３０】波状領域１６と滑らかな領域１５との間に
て、図６の実施の形態は、滑らかな面から全波高さを有
する面まで表面が漸進的に変化する遷移領域１８を有し
ている。図７の実施の形態において、波状領域は軸受面
が滑らかである内側領域１９を有している。これらの領
域は、軸受面の端部１３、１４から引き込んだ距離Ｑの
位置に配置されている。
【００３１】軸受は、４工程エンジン及び２工程エンジ
ンの双方に適用可能であり、上述したように、当該技術
分野の当業者に周知である、当該出願人のエンジン型式
ＭＥ又はＭＣの１つのような２工程クロスヘッドエンジ
ンにて特に有利に使用することができる。このエンジン
は、例えば、２０ｃｍ乃至１２０ｃｍの範囲のボアを有
し、ｒｐｍが６０乃至８００ｒｐｍの範囲にあり、エン
ジン出力は、例えば、１０００ｋＷ乃至１３０，０００
ｋＷの範囲とすることができる。ボアが５０ｃｍ以上の
エンジンのような大型のエンジンにおいて、波頂部の不
規則的な変形の虞れが回避されるから、滑らかな領域に
波パターンが存在しないことは特に有利なことである。
種々の実施形態の詳細を組み合わせて新たな実施の形態
とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による主軸受の側面図である。
【図２】接続ロッド軸受及びクロスヘッド軸受を有する
接続ロッドの図である。
【図３】本発明による第二の軸受シェルの展開図であ
る。
【図４】本発明による第一の軸受シェルの展開図であ
る。
【図５】本発明に従った波状領域に沿った長手方向断面
図である。
【図６】本発明のその他の実施の形態の図４に相応する
図である。
【図７】本発明の更にその他の実施の形態の図４に相応
する図である。
【符号の説明】
１ 主軸受 ２ 主軸受の下方
部分 ３ 取り外し可能な部分 ４ 弾性ボルト ５ ジャーナル部分 ６ 接続ロッド ７ 接続軸受 ８ クロスヘッド
軸受 ９ 第一の軸受シェル １０ 第二の軸受
シェル １１ 長手方向線 １２ 軸受内面 １３ 軸受面の前端 １４ 軸受面の後
端 １５ 滑らかな領域 １６ 波状領域 １７ 潤滑油通路 １８ 遷移領域 １９ 内側領域 ２０ 潤滑油管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス・シンネストヴェト・クヌートセ ン デンマーク王国デーコー−3520 ファル ム，スコヴバッケン 80 Ｆターム(参考） 3J033 AA05 AB04 GA05 GA12

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸受内面を有する静止型軸受ハウジング
    と、その長手方向軸の周りで回転可能なジャーナルとを
    有し、該軸受内面が、エンジンが停止したとき、ジャー
    ナルが軸受面と接触する線である長手方向線から周方向
    に向けて０°乃至３６０°伸び、該軸受内面が、波状ト
    ラフが周方向に伸びる波状表面を有する少なくとも１つ
    の波状領域と、滑らかな領域とに分割される、内燃機関
    内のスライド軸受において、内燃機関の全負荷運転時、
    ジャーナルから最短の距離に配置された軸受面の領域に
    波状領域が少なくとも配置されることと、滑らかな領域
    が長手方向線から周方向に向けて両側部にて少なくとも
    ３°だけ伸びることと、波状領域が長手方向線から周方
    向に向けて少なくとも５°だけ離れることとを特徴とす
    る、内燃機関内のスライド軸受。
  2. 【請求項２】 請求項１によるスライド軸受において、
    スライド軸受が主軸受であり、波状領域が長手方向線か
    ら少なくとも３０°乃至１００°伸び、滑らかな領域が
    長手方向線の両側部にて少なくとも１０°だけ伸びるこ
    とを特徴とする、スライド軸受。
  3. 【請求項３】 請求項２によるスライド軸受において、
    滑らかな領域が長手方向線から２０°以内だけ伸びるこ
    とを特徴とする、スライド軸受。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３の何れか１つの項による
    スライド軸受において、波状領域が長手方向線から少な
    くとも３０°乃至３３０°伸びることを特徴とする、ス
    ライド軸受。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４の何れか１つの項による
    スライド軸受において、滑らかな領域における滑らかな
    面から波状領域における同一の波の高さを有する波状面
    まで漸進的に表面が変化する少なくとも１つの遷移領域
    が波状領域と滑らかな領域との間に存在することを特徴
    とする、スライド軸受。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至５の何れか１つの項による
    スライド軸受において、周方向への遷移領域の伸びの程
    度が少なくとも５°であることを特徴とする、スライド
    軸受。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至６の何れか１つの項による
    スライド軸受において、波状領域が軸受の長手方向に向
    けて軸受面の端部から引込んで位置する多数の内部領域
    を備えることと、軸受面が滑らかであることとを特徴と
    する、スライド軸受。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至７の何れか１つの項による
    スライド軸受において、波状領域内で波頂部から波状ト
    ラフの底部までの距離が、少なくとも０．００５ｍｍ、
    好ましくは、０．００５ｍｍ乃至０．０１５ｍｍの範囲
    にあることを特徴とする、スライド軸受。
  9. 【請求項９】 請求項８によるスライド軸受において、
    軸受ハウジングが、滑らかな領域及び波状領域の一部分
    が配置される第一の軸受シェルと、波状領域の他の部分
    を有する第二の軸受シェルとを備えることと、波状領域
    内で波頂部から波状トラフの底部までの距離が、第二の
    軸受シェル内で最大となることとを特徴とする、スライ
    ド軸受。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至９の何れか１つの項によ
    るスライド軸受において、軸受面が、本来の軸受メタル
    の頂部に配置された上側層を有することと、少なくとも
    上側層に波状面が形成されることとを特徴とする、スラ
    イド軸受。
  11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０の何れか１つの項に
    よるスライド軸受において、ジャーナルの長手方向への
    軸受面の長さが軸受面の直径よりも短いことを特徴とす
    る、スライド軸受。
  12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１の何れか１つの項に
    よるスライド軸受において、軸受が、シリンダボアが少
    なくとも３００ｍｍであるディーゼル型２行程クロスヘ
    ッドエンジンの一部分であることを特徴とする、スライ
    ド軸受。
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