JP2007325990A - Method for manufacturing honeycomb structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波板と平板とを重ね合わせてこれらを渦巻き状に巻き付けてなるハニカム構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a honeycomb structure in which corrugated plates and flat plates are overlapped and wound into a spiral shape.
自動車などの内燃機関を備えた車両には、排出ガス中に含まれる有害成分を除去するための排気浄化装置として、触媒を担持させたハニカム構造体を容器内に収容した構造のものが知られている(例えば下記特許文献1参照)。
For vehicles equipped with an internal combustion engine such as an automobile, an exhaust purification device for removing harmful components contained in exhaust gas is known which has a structure in which a honeycomb structure carrying a catalyst is accommodated in a container. (For example, see
ハニカム構造体としては、例えば金属製の波板と平板とを重ね合わせて巻回すことによって製造したメタル担体が知られているが、このメタル担体からなるハニカム構造体を容器内に収容する際には、通常圧入を実施している。
ところで、上記した波板と平板とを重ね合わせて巻き回す際に、ハニカム構造体の外周側の巻き上げ端部については、波板の波高さによって円周方向に段差が形成され、このためハニカム構造体を容器に圧入する際には、段差によってメタルハニカム構造体に局部的に変形が発生し、この変形が中心部にまで伝播することとなる。 By the way, when the above corrugated sheet and flat plate are overlapped and wound, a step is formed in the circumferential direction by the wave height of the corrugated sheet at the winding end on the outer peripheral side of the honeycomb structure. When the body is press-fitted into the container, the metal honeycomb structure is locally deformed due to the step, and this deformation propagates to the center.
このようにして変形したハニカム構造体は、当初の設計形状とは違ったものとなり、排気浄化装置として使用した場合に排気浄化性能の低下を招くものとなる。 The honeycomb structure deformed in this way is different from the original design shape, and when used as an exhaust purification device, the exhaust purification performance is deteriorated.
これに対し、前記した特許文献1には、ハニカム構造体と容器との間に、緩衝部材を介装する点が記載されているが、ここでのハニカム構造体はセラミック製であって断面がほぼ円形であり、前記したメタル担体からなるハニカム構造体のように外周部に段差を備えておらず、したがって緩衝部材は厚さが全周にわたり一定のものを使用している。
On the other hand,
このような一定厚さの緩衝部材を、外周部に段差を備えるメタル担体に適用した場合には、段差部分を緩衝部材が吸収しきれず、メタル担体からなるハニカム構造体の保持が不充分となり、排気浄化装置として信頼性の低下を招く。 When such a constant thickness buffer member is applied to a metal carrier having a step on the outer peripheral portion, the buffer member cannot fully absorb the step portion, and the honeycomb structure made of the metal carrier is insufficiently held, As an exhaust purification device, the reliability is reduced.
ここで、緩衝部材を段差に合わせて厚さを変化させることが考えられるが、その場合には、緩衝部材とハニカム構造体との位置あわせなどの余分な作業が必要となって作業性の悪化を招き、また緩衝部材を使用する分部品点数の増加を招く。 Here, it is conceivable to change the thickness of the buffer member according to the level difference, but in that case, an extra work such as positioning of the buffer member and the honeycomb structure is required, and workability is deteriorated. In addition, the number of parts is increased due to the use of the buffer member.
そこで、本発明は、波板と平板とを重ね合わせて巻き回すことによって製造したハニカム構造体を容器内に圧入して保持を充分としつつ、ハニカム構造体の変形を防止することを目的としている。 Therefore, the present invention has an object to prevent deformation of the honeycomb structure while sufficiently holding the honeycomb structure manufactured by overlapping and winding the corrugated plate and the flat plate into the container. .
本発明は、波板と平板とを重ね合わせてこれらを渦巻き状に巻き付けてなるハニカム構造体の製造方法において、前記ハニカム構造体の前記波板および平板の外周側の巻き上げ端部付近を、前記波板をその巻き付け方向に対応する長さ方向に引っ張ることで、前記波板の波ピッチを巻き上げ端部側ほど大きくして波高さを巻き上げ端部側ほど低くなるようにしたことを最も主要な特徴とする。 The present invention provides a method for manufacturing a honeycomb structure in which corrugated plates and flat plates are overlapped and wound into a spiral shape, and the vicinity of a winding end portion on the outer peripheral side of the corrugated plate and the flat plate of the honeycomb structure, The most important thing is that the wave pitch of the corrugated sheet is increased toward the winding end and the wave height is decreased toward the winding end by pulling the corrugated sheet in the length direction corresponding to the winding direction. Features.
本発明によれば、ハニカム構造体の波板および平板の外周側の巻き上げ端部付近について、波板をその巻き付け方向に対応する長さ方向に引っ張ることで、波板の波ピッチを巻き上げ端部側ほど大きくして波高さを巻き上げ端部側ほど低くなるようにしたので、ハニカム構造体における外周側の巻き上げ端部での段差が小さくなり、このような外周部に段差の小さいハニカム構造体を容器に圧入してその保持を充分なものとしても、ハニカム構造体の変形を防止することができ、排気浄化装置として使用した場合の性能低下を防ぐことができ、またハニカム構造体を容器内に収容する際の緩衝部材も不要であることから部品点数の増加および組み付け作業性の悪化も防止することができる。 According to the present invention, the wave pitch of the corrugated sheet is increased by pulling the corrugated sheet in the length direction corresponding to the winding direction of the corrugated sheet and the flat plate on the outer peripheral side of the honeycomb structure. Since the wave height is made smaller toward the winding end portion side, the step at the outer winding end portion becomes smaller in the honeycomb structure, and a honeycomb structure with a small step is formed on the outer periphery portion. Even if it is press-fitted into a container and its holding is sufficient, deformation of the honeycomb structure can be prevented, performance deterioration when used as an exhaust purification device can be prevented, and the honeycomb structure can be placed in the container. Since the buffer member for housing is unnecessary, it is possible to prevent an increase in the number of parts and a deterioration in assembling workability.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係わるハニカム構造体の製造装置を示す簡略化した全体構成図である。このハニカム構造体の製造装置は、平板供給スタンド1から平板3を巻き取り部としての巻き取りスタンド5に供給すると同時に、平板供給スタンド1と反対側に設置した波板材料供給スタンド7から、波板材料9を波板成形機11および巻き上げ端部成形機13を通して波板15として巻き取りスタンド5に供給する。
FIG. 1 is a simplified overall configuration diagram showing an apparatus for manufacturing a honeycomb structure according to an embodiment of the present invention. The honeycomb structure manufacturing apparatus supplies a
平板供給スタンド1は、脚部17の上端部に回転可能に設置してあるコア部19に、平板3をコイル材として巻き回してあり、図示しない駆動機構を持ったピンチローラ対21で平板を送り出すことによりコア部19が図中の矢印A方向に回転して、コイル材をガイドローラ23を介して巻き取りスタンド5に供給する。
The flat
波板材料供給スタンド7は、脚部25の上端部に回転可能に設置してあるコア部27に、平板3と同様な平板からなる波板材料9をコイル材として巻回してあり、コア部27が図示しない駆動機構によって図中の矢印B方向に回転することで、このコイル材を波板成形機11に供給する。
The corrugated
上記した平板3と波板15を巻き取る巻き取りスタンド5は、脚部29の上端部に、図示しない駆動機構によって図中の矢印C方向に回転可能に設置してある巻き取りコア部31に、平板3を下部側から、波板15を上部側から、それぞれ取り込み渦巻き状に巻き回すことで、波板15と平板3とを交互に重ね合わせたメタル担体となる後述するハニカム構造体71(図11(a)参照)が製造される。
The
波板成形機11は、平板からなる波板材料9を波板15にまで順を追って成形するために、波板材料9の送り方向上流側から、成形ロール部33,ピッチ詰めロール部35および形状出しロール部37を順次設置している。
The corrugated
成形ロール部33は、図2に波板成形機11の詳細を示すように、同期回転する上下一対の成形ロール33a,33bを備え、これら成形ロール33a,33bの外周面には、図3に示すように、それぞれ複数の成形歯330a,330bを形成している。この成形歯330a,330bを所定間隔で互いに嵌合させ、図2中で矢印D,E方向にそれぞれ回転駆動させながらロール間に波板材料9を供給することにより、波板材料9は図3に示すような第1波形状の波板9Aに成形される。
As shown in detail in FIG. 2, the forming
ピッチ詰めロール部35は、同期回転する上下一対のピッチ詰めロール35a,35bを備え、これらピッチ詰めロール35a,35bの外周面には、図4に示すように、それぞれ成形歯350a,350bを形成している。上流の成形ロール部33から排出された波板9Aは、ピッチ詰めロール部35の入口側で一時的に堰き止められることで波板頂部同士が圧接された第2波形状の波板9Bとなる。
The pitch
この第2波形状において、各波板頂部は略半円形となっている。この状態でピッチ詰めロール35a,35bを図2中で矢印F,G方向にそれぞれ回転駆動すると、成形歯350a,350bの山部分が圧接された波板頂部間に入り込み、谷部分が波板頂部を全面で押さえながら波板頂部同士を分離する。これにより、出口側では波板頂部同士が分離して、第2波形状よりも波板ピッチの広い第3波形状の波板9Cとなる。
In this second wave shape, each corrugated plate top is substantially semicircular. In this state, when the pitch filling rolls 35a and 35b are rotationally driven in the directions of arrows F and G in FIG. 2, the crests of the forming
ここで、波板頂部を部分的に押さえながら移動させると、波板9Bの変形を引き起こすおそれがある。しかしながら本実施形態では、図4に示すように、波板頂部を全面で押さえながら波板頂部同士を分離しているため、波板9Bの変形を防止することができる。
Here, if the top of the corrugated sheet is moved while being partially pressed, the
形状出しロール部37は、図2中で矢印H,I方向に同期回転する上下一対の形状出しロール37a,37bを備え、これら形状出しロール37a,37bの外周面には、図5に示すように、それぞれ成形歯370a,370bを形成している。この成形歯370a,370bの山部分は第3波形状に成形された波板9Cの波板頂部間に入り込み、波板9Cを引っ張りあげるので、波板ピッチが広がる。
The
ここでは、波板9Cの弾性域を考慮して、波板ピッチが目標値よりも広くなるように引っ張りあげる。形状出しロール部37から排出された波板9D(前記図1の波板15に相当)は、広げられた波板ピッチが弾性力、すなわちスプリングバックにより縮まって、最終的な目標波形状に成形される。
Here, in consideration of the elastic region of the corrugated sheet 9C, the corrugated sheet pitch is pulled up to be wider than the target value. The
なお、成形ロール部33とピッチ詰めロール部35の間、ピッチ詰めロール部35と形状出しロール部37との間には、波板9A,9B,9Cの厚み方向および幅方向への斜行を抑制するとともに、各部のロールに形成された成形歯から波板9A,9B,9Cを分離するための図示しないガイド部を配置している。
In addition, between the forming
次に、巻き上げ端部成形機13について説明する。図6は、巻き上げ端部成形機13の全体を簡略化して示した正面図で、この巻き上げ端部成形機13は、デバイダ駆動部39とその上流側に設置してある端部保持切断部41とをそれぞれ備えている。
Next, the winding end
デバイダ駆動部39は、図7に拡大して示すように、駆動ローラ43および他の四つのローラ45,47,49,51に巻き回されて回転駆動する移動体としてのデバイダ付ベルト53を備え、デバイダ付ベルト53の外周部に係止部材としての四つのデバイダ55,57,59,61を取り付けてある。
As shown in an enlarged view in FIG. 7, the
デバイダ55,57,59,61は、波板材料9(波板15)の幅寸法とほぼ同等の幅(図7中で紙面に直交する方向の幅)寸法を備える板状部材で構成し、先端が波板15の谷部に容易に挿入可能なように、先細のテーパ形状としている。また、デバイダ55,57,59,61は、デバイダ付ベルト53の全長のほぼ半分の領域において、適宜間隔を開けて取り付けている。
The
デバイダ付ベルト53は、図7に示すように正面視で波板15の移動方向に長いほぼ長方形状となるよう駆動ローラ43および他の四つのローラ45,47,49,51に巻き回されている。この際、上記長方形状の図7中で右側上部に駆動ローラ43を、同右側下部および左側上部に他のローラ51,45をそれぞれ設置し、同左側下部には二つの他のローラ47,49を設置している。
As shown in FIG. 7, the belt with
左側下部における二つのローラ47,49のうち一方のローラ47は、左側上部のローラ45の直下に位置し、かつ右側下部のローラ51よりも波板15から離れる上部側に位置している。また、二つのローラ47,49のうち他方のローラ49は、ローラ47と右側下部のローラ51との間でローラ47近傍に位置し、かつ右側下部のローラ51に対して図7中で上下方向が同位置となっている。
One of the two
デバイダ駆動部39の上流側に設置してある端部保持切断部41は、波板9Dを保持する固定部としての端部保持具63と、端部保持具63の下流側に近接して配置してある切断具65とをそれぞれ備えている。
The end holding and cutting
端部保持具63は、波板9Dを間に挟んで図6中で上部の凸部材67と同下部の凹部材69とを備え、これら凸部材67と凹部材69とが互いに接近移動して嵌合することで、波板9Dを固定保持する。一方、切断具65は、切刃70が波板9Dに接近移動して波板9Dを切断する。
The
次に作用を説明する。図1に示すように、平板供給スタンド1から平板3を巻き取りスタンド5に供給すると同時に、波板材料供給スタンド7から、波板材料9を波板成形機11,巻き上げ端部成形機13を通して波板15として巻き取りスタンド5に供給することで、波板15と平板9とを交互に重ね合わせて渦巻き状に巻き回わしてハニカム構造体71を製造する。
Next, the operation will be described. As shown in FIG. 1, the
この際、巻き取りスタンド5での平板3と波板15(波板9D)の巻取量が、巻き取り終端付近の規定量となった位置から、さらに終端側へ一定の波数を設定した部位を図示しないセンサによって検出し、この検出を行った時点で波板成形機11による波板成形作業を停止する。この時点で、波板材料9の波板成形機11への供給を停止するが、平板供給スタンド1からの平板3の供給および、巻き取りスタンド5での平板3と波板15の巻き取り作業は継続して行う。
At this time, the part where the winding amount of the
なお、巻き取りスタンド5での平板3と波板15(波板9D)の巻取量が、巻き取り終端付近の規定量となった位置から、さらに終端側へ一定の波数を設定した部位を検出する作業としては、例えば成形ロール33aと同軸の図示しないロール軸の回転数を測定するエンコーダによって行える。
In addition, the part which set the fixed wave number to the termination | terminus side further from the position where the winding amount of the
波板成形機11による波板成形作業を停止した後は、図8(a)に示すように、端部保持具63により波板9Dを保持するとともに、デバイダ駆動部39の駆動ローラ43を駆動してデバイダ付ベルト53を矢印Jで示す方向に、波板9Dの移動に同期するよう回転移動させる。この際、回転移動開始前のデバイダ付ベルト53は、そのほぼ半分の領域に設けてある四つのデバイダ55,57,59,61のすべてが波板9Dから離れた位置にあり、かつ回転移動方向最前部に位置するデバイダ55が波板9Dの谷部に最初に入り込むように、停止位置をあらかじめ設定しておく。
After the corrugated sheet forming operation by the corrugated
なお、端部保持具63の波板9Dを保持する動作と、デバイダ55が波板9Dの谷部に入り込む動作のタイミングは、端部保持具63が波板9Dを保持した直後に、デバイダ55が谷部に入り込んでもよく、逆に、デバイダ55が谷部に入り込んだ直後に、端部保持具63が波板9Dを保持してもよく、さらにはこれらの各動作を同時に行ってもよい。
The timing of the operation of holding the
デバイダ55が、図8(a)のように波板9Dの谷部に入り込んだ状態で、波板9Dの移動とともに移動すると、デバイダ55と端部保持具63との間の波板9Dが引き伸ばされて波板の波ピッチが拡大する。この波ピッチが拡大した状態で、図8(b)に示すように次のデバイダ57が波板9Dの谷部に入り込むことで、デバイダ55と57との間で波ピッチが拡大した第1ピッチ拡大部Pが形成される。
When the
図8(b)の状態から、さらに波板9Dの移動とともにデバイダ付ベルト53が回転移動することで、今度はデバイダ57と端部保持具63との間の波板9Dが引き伸ばされて波板9Dの波ピッチがさらに拡大する。この波ピッチがさらに拡大した状態で、図9(a)に示すように次のデバイダ59が波板9Dの谷部に入り込むことで、デバイダ57と59との間で波ピッチがさらに拡大した第2ピッチ拡大部Qが形成される。このとき、波板9Dの谷部に最初に入り込んだデバイダ55は、波板9Dから離れた位置に移動している。
From the state of FIG. 8 (b), when the corrugated plate 53D further moves and the divider-equipped
図9(a)の状態から、さらに波板9Dの移動とともにデバイダ付ベルト53が回転移動することで、今度はデバイダ59と端部保持具63との間の波板9Dが引き伸ばされて波板9Dの波ピッチがさらに拡大する。この波ピッチがさらに拡大した状態で、図9(b)に示すように次のデバイダ61が波板9Dの谷部に入り込むことで、デバイダ59と61との間で波ピッチがさらに拡大した第3ピッチ拡大部Rが形成される。このとき、デバイダ57は、波板9Dから離れた位置に移動している。
From the state of FIG. 9 (a), when the corrugated plate 53D further moves and the divider-equipped
上記した各デバイダ55,57,59,61は、先端が先細のテーパ形状となっているので、波板9Dの山部を潰すことなく谷部にスムーズに入り込む。
Since each of the
図9(b)の状態から、さらに波板9Dの移動とともにデバイダ付ベルト53が回転移動して、図10(a)に示すように、デバイダ61が右側下部のローラ51近傍に達すると、波板9Dは、ほぼ平板状に引き伸ばされた状態となり、この状態で、図10(b)に示すように、切刃70が下降して平板状となった波板9Dを切断する。
9B, when the corrugated plate 53D is further moved and the divider-equipped
切断後に端部保持具63による波板9Dの保持を解除し、この状態で波板9Dは、平板3とともに、巻き取りスタンド5に巻き取られ、平板3についても波板9Dの端部と一致するように、図示しない切断具にて切断することで、これら平板3と平板状となった波板9Dの端部相互が、巻き取りスタンド5にて重ね合わされた状態となる。
After the cutting, the holding of the
図11(a)は、このようにして巻き回して製造したハニカム構造体71の断面図である。波板15(波板9D)と平板3のそれぞれの端部を重ね合わせた巻き上げ端部73付近は、波板15(波板9D)が平板状となっていることから、巻き上げ端部73での段差がほとんど発生しないものとなる。しかも、この巻き上げ端部73から円周方向に沿って波板15(波板9D)の高さが段階的に低くなっているので、ハニカム構造体71全体として外形が円周方向に沿って段差のないほぼ円形となる。
FIG. 11A is a cross-sectional view of the
これに対して図11(b)に示すように、波板150が、巻き上げ端部730を含む全長にわたって同一の波高さの波板形状を呈するハニカム構造体710の場合には、巻き上げ端部730にて、波高さに対応する大きな段差Kが発生することになる。
On the other hand, as shown in FIG. 11 (b), when the
図12は、波板の同一展開長での波ピッチfpと波高さfhとの関係を示すもので、波板を上記のように引き伸ばすことで、波ピッチfpが(a),(b),(c)の順に拡大し、これに伴い波高さfhは(a),(b),(c)の順に低くなっていることがわかる。 FIG. 12 shows the relationship between the wave pitch fp and the wave height fh at the same development length of the corrugated plate. By stretching the corrugated plate as described above, the wave pitch fp becomes (a), (b), It can be seen that the wave height fh increases in the order of (c), and accordingly the wave height fh decreases in the order of (a), (b), (c).
上記図11(a)に示すような巻き上げ端部73に段差がなく外形がほぼ円形となるハニカム構造体71は、外周にろう箔材を巻き回して図13に示すように、金属製の円筒容器75内に圧入し、真空状態で加熱することによって波板15と平板3とを拡散接合するとともに、円筒容器75との間をろう付け接合する。
As shown in FIG. 11 (a), the
上記したハニカム構造体71は、外周部に段差がほとんど発生していなことから、円筒容器75内に圧入するに際し、局部的な変形を防止することができ、また変形が中心部にまで伝播するような現象も発生しなくなる。
Since the
このようにして円筒容器75に圧入固定したハニカム構造体71は、図14に示すように、自動車における排気通路上の入口ディヒューザ77と出口ディヒューザ79との間に、円筒容器75とともに嵌入固定することで、排気浄化装置として使用する。
The
排気浄化装置として使用する場合には、変形を防止したハニカム構造体71を利用しているので、排気浄化性能の低下を防ぐことができ、またハニカム構造体71を円筒容器75に保持させる際に、段差を吸収するための緩衝部材も不要であることから、部品点数の増加および組み付け作業性の悪化も防止することができる。
When used as an exhaust emission control device, since the
なお、波板9Dの波高さfhと波ピッチfpとの関係の一例としては、波ピッチ拡大前が、fh=2mm,fp=1.6mmで、図8(b)に示す第1ピッチ拡大部Pが、fh=1.5mm,fp=3.1、図9(a)に示す第2ピッチ拡大部Qが、fh=1.0mm,fp=3.8mm、図9(b)に示す第3ピッチ拡大部Rが、fh=0.5mm,fp=4.2mmである。
As an example of the relationship between the wave height fh of the
ところで、近年では排気浄化性能を高めるために、図15(a)に示すような波形状の波板を使用しつつある、図15(a)の波形状は、波高さfhを波ピッチfpよりも大きくしている。つまり、fh/fp>1である。これに対して、図15(b)の波形状は、fh/fp<1として、波高さfhを波ピッチfpよりも小さくしている。 By the way, in recent years, in order to improve the exhaust gas purification performance, a corrugated plate as shown in FIG. 15A is being used. The corrugated shape in FIG. 15A has a wave height fh higher than the wave pitch fp. It is also bigger. That is, fh / fp> 1. On the other hand, in the waveform of FIG. 15B, fh / fp <1, and the wave height fh is made smaller than the wave pitch fp.
図16は、上記のように、波高さfhを波ピッチfpよりも大きくしたハニカム構造体の一部を示しており、ここでの波板15と平板3とで囲まれたセル81内を排気が流れることで、排気が浄化される。
FIG. 16 shows a part of the honeycomb structure in which the wave height fh is larger than the wave pitch fp as described above, and the inside of the
この際、波板15と平板3との接触部付近に溜まる無駄な触媒が、波高さfhを波ピッチfpよりも大きくして波板15の立ち上がり部を平板3に対してほぼ垂直としたものが、波高さfhを波ピッチfpよりも小さくして波板15の立ち上がり部を平板3に対してより平行に近い状態としたものに比較して少なくなる。このため、前者のハニカム構造体が、触媒を有効利用して排気性能が向上するとともに、コスト低下を図ることができる。
At this time, a wasteful catalyst that accumulates in the vicinity of the contact portion between the
特に、波板高さfh と波板ピッチfp との関係をfh /fp = 1 .5 とした場合には、現状の波板より熱伝達率を支配する代表長さ(相当直径) を小さくすることができ、担体が温まりやすくなりエンジン始動時の触媒活性化までの時間が短くできることから、コールド域での浄化性能を向上できる。 In particular, the relationship between the corrugated plate height fh and the corrugated plate pitch fp is expressed as fh / fp = 1. In the case of 5, the representative length (equivalent diameter) governing the heat transfer coefficient can be made smaller than the current corrugated sheet, the carrier is likely to be warmed, and the time until the catalyst activation at the engine start can be shortened. Therefore, the purification performance in the cold region can be improved.
このように排気浄化性能を高めるために、波高さfhを波ピッチfpよりも大きくした場合には、前記図11(b)におけるハニカム構造体710の外周端部の段差730がより大きくなるので、本実施形態のように波板15の波高さが巻き上げ端部73側ほど低くなるようにして段差をなくすことで、より有効なものとなる。
In this way, when the wave height fh is made larger than the wave pitch fp in order to improve the exhaust purification performance, the
3 平板
5 巻き取りスタンド(巻き取り部)
15 波板
53 デバイダ付ベルト(移動体)
55,57,59,61 デバイダ(係止部材)
63 端部保持具(固定部)
71 ハニカム構造体
73 ハニカム構造体の巻き上げ端部
fp 波板のピッチ
fh 波板の高さ
3
15
55, 57, 59, 61 Divider (locking member)
63 End holder (fixed part)
71
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