JP2005226713A - Vibration absorbing suspension unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動吸収懸架ユニットに関するもので、特に、内部に往復運動をする機構を備えた装置、例えばスターリングサイクル冷凍機の懸架に適した振動吸収懸架ユニットに関するものである。 The present invention relates to a vibration-absorbing suspension unit, and more particularly to a vibration-absorbing suspension unit suitable for suspension of a device having a mechanism that reciprocates inside, for example, a Stirling cycle refrigerator.
近年、スターリングサイクルを利用した冷凍機、即ちスターリングサイクル冷凍機が実用化されている。
このスターリングサイクル冷凍機の原理及び構造は、既に公知となっているため、ここではその説明は省略するが、例えばスターリングサイクル冷凍機の駆動機構の一例が、特開2000−337725号公報に開示されている。また、そのような装置に適した振動吸収ユニットが、例えば下記した特許文献1乃至4等に開示されている。
In recent years, refrigerators using a Stirling cycle, that is, Stirling cycle refrigerators have been put into practical use.
Since the principle and structure of the Stirling cycle refrigerator are already known, the description thereof is omitted here. However, for example, an example of a drive mechanism of the Stirling cycle refrigerator is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-337725. ing. Further, vibration absorbing units suitable for such devices are disclosed in, for example,
ここで、図7は、従来の技術による懸架ユニットの一例を示したものである。
この懸架ユニットにおいては、スターリングサイクル冷凍機101が、筐体102の内部で複数のバネ103によって懸架されている。
さらに詳しく説明すると、略円筒形のスターリングサイクル冷凍機101の外周上に、複数、例えば3組或いは4組の取り付け金具104が等間隔に設けられ、このそれぞれの金具104から斜め上方と斜め下方に向かって、上記バネ103が取り付けられ、それらのバネの他端が、筐体102の内面に固定されている。
Here, FIG. 7 shows an example of a conventional suspension unit.
In this suspension unit, the Stirling
More specifically, a plurality of, for example, three or four sets of
そして、この冷凍機101の上端に存在する吸熱部105は、ヒートパイプ106を介して被冷却部107に連結され、被冷却部107を冷却するように構成されている。この際、吸熱部105とヒートパイプ106は、グリース等を介して直接接触されているため、熱伝導効率は良好ではあるが、スターリングサイクル冷凍機101からの振動が、ヒートパイプ106及び被冷却部107に伝わり易いという問題がある。
And the heat absorption part 105 which exists in the upper end of this
上記したようなスターリングサイクルを利用した冷凍機は、小型でありながら急速に冷凍する能力を有するため、バイオ、生化学、遺伝子工学、医療、園芸化学、物性物理、光検出器の感度向上等の広範な分野での利用が期待される。即ち、小容量の試料を専用の容器に充填し、冷却しながら反応、保管、培養、凍結したり、顕微鏡下で観察等をしたりするのに適し、研究室、検査室で扱いに便利な卓上小型冷却ユニットとしての利用が期待できる。 Refrigerators using the Stirling cycle as described above have the ability to rapidly freeze while being small in size, such as bio, biochemistry, genetic engineering, medical care, horticultural chemistry, physical property physics, improved sensitivity of photodetectors, etc. Expected to be used in a wide range of fields. In other words, it is suitable for filling a small volume sample in a dedicated container, cooling, reacting, storing, culturing, freezing, observing under a microscope, etc., and convenient for handling in laboratories and laboratories. Expected to be used as a desktop small cooling unit.
しかしながら、上述したような従来の懸架方式の振動吸収能力では、スターリングサイクル冷凍機のような内部に往復運動をする機構を備えた装置の振動を十分には吸収できず、上記した目的に使用する装置には不十分であった。即ち、例えば遠心分離して積層沈殿させた試料を、研究・検査目的で冷却しようとすると、冷凍機の振動が積層沈殿体の構造を乱し、研究・検査目的を達成することができない場合が生じる。 However, the conventional suspension-type vibration absorption capability as described above cannot sufficiently absorb the vibration of a device having a mechanism that reciprocates inside, such as a Stirling cycle refrigerator, and is used for the above-described purpose. The equipment was insufficient. That is, for example, if a sample that has been subjected to stacking and sedimentation by centrifugation is cooled for research and inspection purposes, the structure of the stacking sediment may be disturbed by the vibration of the refrigerator, and the research and inspection purposes may not be achieved. Arise.
そこで、本発明は、スターリングサイクル冷凍機のような内部に往復運動をする機構を備えた装置のための、振動吸収能力を向上させた振動吸収懸架ユニットを提案することを課題とし、特に、そのような装置の振動方向を一つの方向(例えば、内部の往復運動機構の運動方向)に規制し、且つそのような装置を所定の位置に懸架した状態で保ちながら内部運動に起因する振動を吸収することができ、しかもその懸架位置の調整を容易に行い得る振動吸収懸架ユニットを提案することを課題とする。 Therefore, the present invention has an object to propose a vibration absorption suspension unit with improved vibration absorption capability for a device having a mechanism that reciprocates inside, such as a Stirling cycle refrigerator, and in particular, The vibration direction of such a device is restricted to one direction (for example, the movement direction of the internal reciprocating mechanism), and the vibration caused by the internal motion is absorbed while the device is suspended in a predetermined position. It is another object of the present invention to propose a vibration absorbing suspension unit that can be adjusted and the suspension position can be easily adjusted.
上記した課題は、請求項1に記載の本発明に係る振動吸収懸架ユニットによって解決された。
即ち、下端に雄ネジが形成された複数のシャフトと、それぞれのシャフトの雄ネジと螺合する雌ネジが上面に形成された基底部材と、被懸架体の外周面に固定されて上記シャフトが貫通する貫通孔を有する中間部材と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の下側に装着された第1の弾性部材と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の上側に装着された第2の弾性部材と、上記第1の弾性部材の上記貫通孔と反対側の端部で該第1の弾性部材の端部を支える上記シャフトに固定された第1の支持部材と、上記第2の弾性部材の上記貫通孔と反対側の端部で該第2の弾性部材を支える上記シャフトに固定された第2の支持部材とを備える振動吸収懸架ユニットによって解決された。
The above-described problem has been solved by the vibration-absorbing suspension unit according to the present invention.
That is, a plurality of shafts each having a male screw formed at the lower end, a base member having a female screw to be engaged with the male screw of each shaft formed on the upper surface, and the shaft fixed to the outer peripheral surface of the suspended body An intermediate member having a through-hole penetrating through, an elastic member through which the shaft passes, a first elastic member mounted on the lower side of the through-hole of the intermediate member, and the shaft penetrates A second elastic member mounted on the upper side of the through hole of the intermediate member; and an end of the first elastic member at an end of the first elastic member opposite to the through hole. A first support member fixed to the shaft that supports the second portion, and a second support member fixed to the shaft that supports the second elastic member at an end of the second elastic member opposite to the through hole. And a vibration-absorbing suspension unit with a support member It has been.
ここで、上記中間部材は、細長い平板の両端近傍を直角に曲げることによってコ字形に形成された複数のコ字形状部材、或いは被懸架体を取り囲む略円筒状の中央部分と、該略円筒状の中央部分の下端と上端に設けた下フランジと上フランジからなる単一のボビン状部材とすることで実現することができる。
なお、前者の場合、上記コ字を形成する上辺と下辺に上記シャフトを貫通させるための貫通孔が形成される。後者の場合、上記上フランジと下フランジに上記シャフトを貫通させるための貫通孔が形成される。
Here, the intermediate member includes a plurality of U-shaped members formed in a U-shape by bending right and left ends of an elongated flat plate, or a substantially cylindrical central portion surrounding the suspended body, and the substantially cylindrical shape. This can be realized by forming a single bobbin-like member composed of a lower flange and an upper flange provided at the lower end and the upper end of the central portion.
In the former case, through holes for allowing the shaft to penetrate are formed in the upper side and the lower side forming the U-shape. In the latter case, a through-hole for allowing the shaft to pass through is formed in the upper flange and the lower flange.
また、上記シャフトの上端には、該シャフトを軸周りで回すための取り付き部分を設けることができ、該取り付き部分としては、例えば溝、十字孔、六角孔、切り欠き等で実現できる。
上記取り付き部分が、シャフトの上端に設けられた溝、十字孔、六角孔である場合には、それぞれマイナスドライバ、プラスドライバ、六角レンチを用いて該シャフトをそれの軸周りで回すことができる。上記取り付き部分がシャフト側面に設けた切り欠きである場合には、スパナなどで回すことができる。その他、同様な効果を有するもので実現することもできる。
Further, a mounting portion for rotating the shaft around the axis can be provided at the upper end of the shaft, and the mounting portion can be realized by, for example, a groove, a cross hole, a hexagonal hole, a notch or the like.
When the mounting portion is a groove, a cross hole, or a hexagonal hole provided at the upper end of the shaft, the shaft can be rotated around its axis by using a flathead screwdriver, a positive screwdriver, and a hexagon wrench, respectively. When the attachment portion is a notch provided on the side surface of the shaft, it can be turned with a spanner or the like. In addition, it can also be realized with the same effect.
さらに、上記第1と第2の弾性部材は、例えばつる巻きバネ、板バネ、ゴム等を用いて実現することができる。これらの弾性部材に、振動を減衰させる機械的損失の大きい材料を利用することも可能である。また機械的損失の大きいダンピング部材をこれらの弾性部材と直列又は並列に装着することも可能である。 Further, the first and second elastic members can be realized by using, for example, a helical spring, a leaf spring, rubber or the like. For these elastic members, it is also possible to use a material with a large mechanical loss that attenuates vibration. It is also possible to mount a damping member having a large mechanical loss in series or in parallel with these elastic members.
また、上記第1と第2の支持部材は、上記シャフトに固定されるE形留め輪で実現することができる。また、上記シャフトに第2の雄ネジを設け、上記第1と第2の支持部材の両方又は一方を該第2の雄ネジと螺合するナットで実現し、位置調整可能とすることもできる。この場合、そのナットをダブルナットとし、その場所にしっかりと固定できるようにすることが好ましい。 The first and second support members can be realized by an E-shaped retaining ring fixed to the shaft. In addition, a second male screw may be provided on the shaft, and both or one of the first and second support members may be realized by a nut that is screwed with the second male screw so that the position can be adjusted. . In this case, it is preferable that the nut is a double nut so that it can be firmly fixed in place.
上記した本発明に係る振動吸収懸架ユニットによれば、例えばスターリングサイクル冷凍機のような被懸架体を、基底部材、複数のシャフト、それぞれのシャフトに装着された第1と第2の弾性部材及び中間部材を介して、宙吊り状態で保持する。そして、各シャフトは基底部材に螺合されて立設しており、中間部材は上記シャフトに沿って第1と第2の弾性部材によって弾性的に支持され、被懸架体は上記中間部材に固定されているため、被懸架体の振動は、上記シャフトの立設方向だけに規制される。そしてさらに、中間部材を弾性的に支持する上記第1と第2の弾性部材の弾性定数等を適切に設定することにより、第1と第2の弾性部材及び被懸架体からなる振動系の固有振動数を、被懸架体の振動源の振動数から外すことができ、共振が避けられると共に、効率的に振動を吸収されることができる。そして、シャフトの基底部材に対するネジ込み量を変更することにより、容易に被懸架体の懸架位置を適切な位置に調整することができる。 According to the above-described vibration-absorbing suspension unit according to the present invention, a suspended body such as a Stirling cycle refrigerator, for example, includes a base member, a plurality of shafts, first and second elastic members attached to the respective shafts, and It is held in a suspended state via the intermediate member. Each shaft is screwed to the base member and is erected. The intermediate member is elastically supported by the first and second elastic members along the shaft, and the suspended body is fixed to the intermediate member. Therefore, the vibration of the suspended body is restricted only in the standing direction of the shaft. Further, by appropriately setting the elastic constants and the like of the first and second elastic members that elastically support the intermediate member, the characteristic of the vibration system composed of the first and second elastic members and the suspended body is determined. The frequency can be removed from the frequency of the vibration source of the suspended body, resonance can be avoided, and vibration can be absorbed efficiently. And the suspension position of a to-be-suspended body can be easily adjusted to an appropriate position by changing the screwing amount with respect to the base member of a shaft.
以下、上記した本発明に係る振動吸収懸架ユニットの好ましい実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the vibration absorbing suspension unit according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る振動吸収懸架ユニットを備えるスターリングサイクルを利用した冷凍機の概念的立面断面図である。
この冷凍機に使用されたスターリングサイクル冷凍機1は、下面に外部の電源部・制御部と接続するための配線群2を備え、上部の円筒形突起部分3の下部分に放熱部4を、上部分に吸熱部5を各々備えている。そして、放熱部4で放熱された熱は、放熱フィン6を介して外部に放熱される。吸熱部5は熱伝導流体室7を介して冷却ブロック8に結合され、冷却ブロック8に装着された試料を冷却する。スターリングサイクル冷凍機1の内部には、鉛直方向で往復運動をするピストン(図示せず)等の機構があり、該スターリングサイクル冷凍機1は、主として鉛直方向に振動する。
FIG. 1 is a conceptual elevational sectional view of a refrigerator using a Stirling cycle equipped with a vibration absorbing suspension unit according to the present invention.
The Stirling
上記スターリングサイクル冷凍機1を下方から支持する基底部材10には、鉛直方向に向けて複数の雌ネジ11が設けられている。この実施の形態では、被懸架体であるスターリングサイクル冷凍機1の外周の基底部材10への投影に沿った円周上に、等間隔で三つの貫通雌ネジ11が設けられている。そして、これらの雌ネジ11の下部分を用いて、上記基底部材10は、筐体12に固定ネジ13により水平に固定されている。
The
上記スターリングサイクル冷凍機1の下面に設けられた配線群2の一部は、上記基底部材10の中央部に設けられた凹部の中に収納されている。
なお、上記基底部材10を円環状に形成し、その中央の空間に上記配線群2の一部を収納するように形成することも可能である。
A part of the
It is also possible to form the
上記基底部材10の雌ネジ11の上部分には、それぞれシャフト14が螺合している。雌ネジ11は、それぞれに螺合したシャフト14が鉛直方向、即ち上記スターリングサイクル冷凍機1の図示していないピストン等の往復運動機構の運動方向と平行になるように、上記基底部材10に形成されている。
A
上記各々のシャフト14には、図2或いは図3に示すように、一方の端部である下端に上記基底部材10の雌ネジ11に螺合する第1の雄ネジ15aが形成され、他方の端部である上部端面に取り付き部分16としての溝が形成されている。そして、図示しないマイナスドライバを上記取り付き部分16に差し込み、それを回すことにより各シャフト14を上記基底部材10の雌ネジ11と螺合させことができる。そして、上記第1の雄ネジ15aに螺合された固定ナット17を基底部材10の方向に締めつけることにより、シャフト14をしっかりと基底部材10に固定することができる。
As shown in FIG. 2 or 3, each of the
なお、上記シャフトの取り付き部分16は、上記した溝に限らず、十字孔、六角孔、或いはシャフト14の側面に設けた切り欠き等によっても実現できる。そのような場合、マイナスドライバに代えて、プラスドライバ、六角レンチ、スパナ等を用いて上記シャフト14を軸周りで回すことができる。
The
また、図2に示すシャフト14の実施の形態では、各シャフト14に第1の止め輪溝18aと第2の止め輪溝18bが形成されている。そして、第1の止め輪溝18aに第1の支持部材19aとしてのE形止め輪が装着され、その上に第1の弾性部材20aとしての圧縮バネが載置されている。即ち、第1の支持部材19aであるE形止め輪は、上記第1の弾性部材20aである圧縮バネを下から支持している。また、上記第2の止め輪溝18bには、第2の支持部材19bであるE形留め輪が装着されている。
In the embodiment of the
一方、図3に示すシャフト14の他の実施の形態では、各シャフト14に第1の止め輪溝18aと第2の雄ネジ15bが形成されている。そして、第1の止め輪溝18aに上記と同様に第1の支持部材19aとしてのE形止め輪が装着され、その上に第1の弾性部材20aとしての圧縮バネが載置されている。また、上記第2のネジ15bには、第2の支持部材19bとしてのダブルナットが装着されている。
On the other hand, in another embodiment of the
図4は中間部材21の一実施の形態を示した斜視図である。
この中間部材21は、細長い平板の両端の近傍を直角に曲げることによって形成されたコ字状部材である。そして、コ字の下辺に対応する下部分21aとコ字の上辺に対応する上部分21bに、それぞれ上記シャフト14を貫通させるための第1と第2の貫通孔21c,21dがそれぞれ形成されている。また、コ字の縦辺に対応する中央部分21eには、被懸架体であるスターリングサイクル冷凍機1をネジで固定するための貫通孔21fが設けれられている。
FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of the
The
一方、図5は中間部材21の他の実施の形態を示した斜視図である。
この中間部材21は、被懸架体であるスターリングサイクル冷凍機1の外周を取り囲む略円筒状の中央部分21eと、該略円筒状の中央部分21eの下端と上端に該円筒の軸に対して垂直にそれぞれ設けたフランジである下部分21aと上部分21bで形成されたボビン状部材である。そして、上記下部分21aと上部分21bに、上記シャフト14を貫通させるための第1と第2の貫通孔21c、21dが、それぞれ120°の等間隔で3つ形成されている。
On the other hand, FIG. 5 is a perspective view showing another embodiment of the
The
そして、図4或いは図5に示した中間部材21の上下の貫通孔21c、21dには、それぞれ軸受けブッシュ22が差し込まれ、図1に示すように、その軸受けブッシュ22を上記シャフト14が貫通している。上記軸受けブッシュ22は自己潤滑樹脂で成形されており、上記シャフト14との間の摩擦抵抗を小さくする機能を有する。
And the bearing
図2に示したシャフト14の実施の形態においては、上記中間部材21の下部分21aの上部と、上記第2の支持部材19bとしてのE形留め輪との間に第2の弾性部材20bとして圧縮バネが装着されている。この結果、中間部材21の上記下部分21aは、下方からは第1の支持部材19aであるE形留め輪で支持された第1の弾性部材20aにより上方向に弾性的に押圧され、上方からは第2の支持部材19bであるE形留め輪で支持された第2の弾性部材20bにより下方向に弾性的に押圧されている。
In the embodiment of the
したがって、静止状態では、上記中間部材21の位置は、上記第1と第2の弾性部材20a,20bの弾性的平衡により定まる。この平衡位置は、上記シャフト14の取り付き部分16である端面の溝にマイナスドライバを差し込み、該シャフト14をその軸の周りで回し、上記基底部材10の雌ネジ11へのネジ込み量を調整することにより調節することができる。
Therefore, in the stationary state, the position of the
一方、図3に示したシャフト14の実施の形態においては、上記中間部材21の下部分21aの上部と、上記第2の支持部材19bとしてのダブルナットとの間に第2の弾性部材20bとして圧縮バネが装着されている。この結果、上記中間部材21の下部分21aは、上記と同じく下方からは第1の支持部材19aであるE形留め輪で支持された第1の弾性部材20aにより上方向に弾性的に押圧され、上方からは第2の支持部材19bであるダブルナットで支持された第2の弾性部材20bにより下方向に弾性的に押圧されている。
On the other hand, in the embodiment of the
したがって、静止状態では、上記中間部材21の位置は、上記第1と第2の弾性部材20aと20bの弾性的平衡により定まる。この平衡位置は、上記シャフト14の取り付き部分16である端面の溝にマイナスドライバを差し込み、該シャフト14をその軸の周りで回し、上記基底部材10の雌ネジ11へのネジ込み量を調整することにより調節することができる。また、この実施の形態では、第2の支持部材19bがダブルナットで形成されているため、そのダブルナットの位置を移動させることにより第1と第2の弾性部材20a,20bの弾性定数を変化させることができ、個々の構成要素のバラツキに対応した微調整が可能となる。弾性定数及び平衡位置を所望のものに調整した後、第2の支持部材19bであるダブルナット、及びシャフトの固定ナット13を締め付け、その位置を固定する。
Therefore, in the stationary state, the position of the
図4に示したコ字状部材である中間部材21を用いた場合は、この中間部材21の中央部分21eの貫通孔21fを貫通する固定用ネジ9を用いて、被懸架体であるスターリングサイクル冷凍機1の外周側面に複数、この実施の形態においては3つの中間部材21が120°の等間隔で固定される。
When the
一方、図5に示したボビン状部材である中間部材21を用いた場合は、この中間部材21の略円筒状の中央部分21eと、被懸架体であるスターリングサイクル冷凍機1の外周側面とがスポット溶接されて固定される。図6に、スポット溶接の箇所の例をXで示す。このようにスターリングサイクル冷凍機1を覆う状態で中間部材21をスポット溶接することにより、防音効果と補強の効果も得られる。
On the other hand, when the
上記のように構成された本発明に係る振動吸収懸架ユニットは、図1或いは図6に示すように、スターリングサイクル冷凍機1を、基底部材10、複数のシャフト14、それぞれのシャフト14に装着された第1と第2の弾性部材20a,20b及び中間部材21を介して、宙吊り状態で保持する。
As shown in FIG. 1 or FIG. 6, the vibration absorbing suspension unit according to the present invention configured as described above is provided with the
そして、各シャフト14は、スターリングサイクル冷凍機1の往復運動機構等の振動源の振動方向とほぼ平行になるように配設され、中間部材21は、上記シャフト14に沿って第1と第2の弾性部材20a,20bによって弾性的に支持され、被懸架体であるスターリングサイクル冷凍機1は上記中間部材21により保持されているため、スターリングサイクル冷凍機1の振動は、上記シャフト14の方向だけに規制される。
Each
そしてさらに、第1と第2の弾性部材20a,20bの弾性定数等を適切に設定することにより、第1と第2の弾性部材20a,20b及びスターリングサイクル冷凍機1からなる振動系の固有振動数を、スターリングサイクル冷凍機1の内部の振動源の振動数から外すことができる。即ち、図2に示したシャフト14の実施の形態の場合には、第1と第2の弾性部材20a,20bの素材の弾性率、密度、及び第1と第2の止め輪溝18a,18bの位置を予め適切な値に設定しておくことによりこれを達成できる。また、図3に示したシャフト14の実施の形態の場合は、上記に加えて、シャフト14に形成された第2の雄ネジ15bに螺合するダブルナットである第2の支持部材19bの位置を調整することにより、さらに第1と第2の弾性部材20a,20bの弾性定数を微妙に調整することができる。
Furthermore, by appropriately setting the elastic constants and the like of the first and second
このように、弾性率等を適切に設定すると、共振が避けられ、スターリングサイクル冷凍機1の内部の振動源からの振動は、ほぼ完全に吸収されることとなる。また、スターリングサイクル冷凍機1の懸架位置は、シャフト14の取り付き部分16である端面の溝にマイナスドライバを差し込み、該シャフト14をその軸の周りで回し、基底部材10の雌ネジ11へのネジ込み量を調整することにより、容易に調節することができる。
Thus, when the elastic modulus and the like are appropriately set, resonance is avoided, and vibration from the vibration source inside the
以上、本発明に係る振動吸収懸架ユニットの実施の形態を説明したが、本発明は、何ら既述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的思想の範囲内において、種々の変形及び変更が可能であることは当然である。 Although the embodiments of the vibration absorbing suspension unit according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the technical aspects of the present invention described in the claims are not limited. It goes without saying that various modifications and changes are possible within the scope of the idea.
1 スターリングサイクル冷凍機(被懸架体)
2 配線群
3 円筒形突起部
4 放熱部
5 吸熱部
6 放熱フィン
7 熱伝導流体室
8 冷却ブロック
9 固定ネジ
10 基底部材
11 雌ネジ
12 筐体
13 固定ネジ
14 シャフト
15a 第1の雄ネジ
15b 第2の雄ネジ
16 取り付き部分(溝)
17 固定ナット
18a 第1の止め輪溝
18b 第2の止め輪溝
19a 第1の支持部材
19b 第2の支持部材
20a 第1の弾性部材
20b 第2の弾性部材
21 中間部材
21a 上部分
21b 下部分
21c 第1の貫通孔
21d 第2の貫通孔
21e 貫通孔
22 ブッシュ
1 Stirling cycle refrigerator (suspended body)
DESCRIPTION OF
17 fixing
Claims (7)
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