JP2011052632A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型、安価なポンプ装置を提供すること。
【解決手段】電動モータ８により第１の一方向クラッチ４１を介して駆動軸７を第１の回転方向Ｘ１に回転させることにより、ロータ６を回転駆動し、通常のポンプ機能を果たす。電動モータ８により第２の一方向クラッチ４２を介して駆動軸７を第２の回転方向Ｘ２に所定量、回転変位させて、ポートブロック４を回転変位させる。これにより、ポートブロック４の吸込孔２９および吐出孔３０を、それぞれ、ケーシング３のある対（第１吸込孔３１および第１吐出孔３２）に連通する第１の状態と、ケーシングの他の対（第２吸込孔および第２吐出孔）に連通する第２の状態とに切り換え、バルブ機能を達成する。
【選択図】図１

Description

本発明はポンプ装置に関する。

油圧ポンプからの吐出油を複数の油圧機器に択一的に供給する場合、各油圧機器への外部配管のそれぞれに、切り換えバルブを設ける必要がある。
一方、ポンプ吐出部の第１の調圧弁の戻り油路に第２の調圧弁と電磁弁とを並列に設け、これら第１、第２の調圧弁および電磁弁をポンプケースに一体に設けたポンプ装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

実開平４−７９９８２号公報

特許文献１では、開閉スイッチの操作に応じて電磁弁を開閉することにより、ポンプ装置の内部油路を切り換えて、強弱２段の吐出圧力を得るようにしている。
しかしながら、ポンプロータを駆動するための例えば電動モータ等の駆動部材とは別に、上記電磁弁を駆動するためのソレノイド等の駆動部材が必要である。このため、ポンプ装置の構造が複雑になり、ポンプ装置が大型になる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、小型、安価なポンプ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のある態様は、ケーシング（３）のキャビティ（２）内に回転可能に収容されたポートブロック（４）と、上記ポートブロックに形成されたロータ室（５）に収容されたロータ（６）と、互いに逆向きの第１および第２の回転方向（Ｘ１，Ｘ２）に回転可能な駆動軸（７）と上記ロータとの間に介在し上記第１の回転方向への回転のみを伝達する第１の一方向クラッチ（４１）と、上記駆動軸と上記ポートブロックとの間に介在し上記第２の回転方向の回転のみを伝達する第２の一方向クラッチ（４２）と、を備え、上記ポートブロックは、それぞれロータ室に連通する吸込孔および吐出孔（２９，３０）を含み、上記ケーシングは、複数対の吸込孔および吐出孔（３１，３２，３３，３４）を含み、上記駆動軸が上記第１の回転方向に回転されるに伴って、上記ロータが上記第１の一方向クラッチを介して回転駆動され、上記駆動軸が上記第２の回転方向に回転されるに伴って、上記ポートブロックが上記第２の一方向クラッチを介して回転変位され、その結果、上記ポートブロックの吸込孔および吐出孔が、上記ケーシングの何れかの対の吸込孔および吐出孔に連通するように切り換えられるポンプ装置を提供するものである。

本態様では、駆動軸を第１の回転方向に回転させることにより、ロータを回転駆動して、通常のポンプ機能を果たすことができる。また、駆動軸を第２の回転方向に回転変位させて、ポートブロックを回転変位させることにより、ポートブロックの一対の吸込孔および吐出孔をケーシングの何れかの対の吸込孔および吐出孔に連通するように切り換えるバルブ機能を達成することができる。バルブ機能を駆動するための駆動部材を別途に設ける必要がなく、構造を簡素化することができる。また、バルブ機能を内蔵することになるので、従来の外部のバルブへの配管が不要となる。

本発明は、ある態様において、上記ポートブロックの上記吸込孔および上記吐出孔は、上記ポートブロックの表面（４ｂ）に開口するポート（２９ｂ，３０ｂ）を含み、上記ケーシングの上記複数対の上記吸込孔および上記吐出孔は、上記ポートブロックの上記表面に対向するポート（３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ）を含み、上記ポートブロックの上記吸込孔および上記吐出孔の上記ポートは、上記ポートブロックの回転位置に応じて、上記ケーシングの対応する対の上記吸込孔および上記吐出孔のポートに、それぞれ、接続可能である（請求項２）。

本態様では、ポートブロックの回転位置に応じて、ポートブロックの表面の吸込孔および吐出孔のポートを、ケーシングの対応する対の吸込孔および吐出孔のポートに接続することにより、上記のバルブ機能を容易に実現することができる。
本発明は、ある態様において、上記第２の一方向クラッチの回転を減速して上記ポートブロックに伝達する減速機構（４３）を備える（請求項３）。本態様では、減速機構を用いるので、駆動軸のトルクにより、ポートブロックを確実に回転させることができる。

本発明は、ある態様において、上記ポートブロックの位置をロック可能なロック機構（５５）を備え、上記ロック機構は、上記第２の一方向クラッチからの回転伝達による上記ポートブロックの回転のみを許容するラチェット機構（５５）を含む（請求項４）。本態様では、ラチェット機構を用いてポートブロックの位置を確実にロックすることができる。

本発明は、ある態様において、上記ラチェット機構は、上記ポートブロックの外周に形成されたラチェットホイール部（５６）と、上記ケーシングによって進退可能に保持され、上記ラチェットホイール部に係止可能なラチェットピン（５８）と、上記ラチェットピンを上記ラチェットホイール部に向けて弾性的に付勢する付勢部材（５９）と、を含む（請求項５）。本態様では、ポートブロックに形成したラチェットホイール部と付勢部材により付勢されるラチェットピンとを用いた簡単な構造により、ロック機構としてのラチェット機構を構成することができる。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施の形態のポンプ装置を含む電動ポンプユニットの概略断面図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 図１のIII −III 線に沿う断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、ポートブロックおよびケーシングの要部の概略断面図であり、それぞれ、ポートブロックの回転変位に伴って、ポートブロックおよびケーシングの油路の接続状態が切り換えられた状態をそれぞれ示している。 図１の部分拡大図である。 減速機構の模式的斜視図である。 減速機構の概略図である。

本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態のポンプ装置の概略断面図である。図１に示すように、本ポンプ装置１は、キャビティ２を有するケーシング３と、キャビティ２内に回転可能に収容されたポートブロック４と、ポートブロック４に形成されたロータ室５に収容されたロータ６と、第１および第２の回転方向Ｘ１，Ｘ２に回転可能であり、その回転方向に応じてポートブロック４およびロータ６を択一的に駆動する駆動軸７とを備えている。

ポンプ装置１は、電動モータ８により駆動されるようになっており、ポンプ装置１と電動モータ８とが一体に取り付けられて電動ポンプユニット１００を構成している。具体的には、電動モータ８は、ポンプ装置１のケーシング３に固定されたモータハウジング９と、正逆回転可能な回転軸とを有しており、その回転軸は、ポンプ装置１の駆動軸７と一体に形成されている。

ポンプ装置１のケーシング３は、第１および第２の端面１５ａ，１５ｂを有する筒状のケーシング本体１５と、ケーシング本体１５の第２の端面１５ｂに対向する端部材１７とを有している。
モータハウジング９の端面９ａとケーシング本体１５の第１の端面１５ａとが互いに突き合わされた状態で、図示しない締結ボルトによって、モータハウジング９およびケーシング本体１５が互いに固定されている。

上記キャビティ２は、ケーシング本体１５に設けられ、ケーシング本体１５の第１の端面１５ａに開口している。ケーシング本体１５は、上記第２の端面１５ｂに開口する挿通孔１８を有しており、その挿通孔１８はキャビティ２に連通している。
モータハウジング９の端面９ａとケーシング本体１５の第１の端面１５ａとの間は、これら端面９ａおよび第１の端面１５ａの何れか一方に形成された収容溝に収容されたＯリング等の環状の封止部材２１によって封止されている。

また、モータハウジング９の端面９ａには、環状をなす係合突起２２が形成されており、その係合突起２２は、キャビティ２の入口の内周に嵌合されている。
上記ポートブロック４は、ロータ室５を形成するための凹部２３を有する環状のポートブロック本体２４と、ポートブロック本体２４の凹部２３を覆うエンドプレート２５とを有している。エンドプレート２５は図示しない締結ボルトによってポートブロック本体２４に固定されている。

ポートブロック４は、電動モータ８側に対向する第１の端面４ａ（エンドプレート２５の端面に相当）と、ケーシング３のキャビティ２の底に対向する第２の端面４ｂ（ポートブロック本体２４の端面に相当）とを有している。
ポートブロック４の第１の端面４ａ（エンドプレート２５の端面に相当）とモータハウジング９の端面９ａとの間には、例えば針状ころ軸受等のスラスト軸受２６が介在している。これにより、ケーシング３のキャビティ２内でポートブロック４がスムーズに回転できるようになっている。

エンドプレート２５は、中心孔２７を有しており、また、ポートブロック本体２４は、凹部２３に連通する中心孔２８を有している。上記駆動軸７は、これらの中心孔２７、２８に挿通されている。
ポートブロック４は、それぞれロータ室５に連通する吸込孔２９および吐出孔３０を有している。吸込孔２９の一端には、ロータ室５に開口する吸込ポート２９ａが設けられており、吐出孔３０の一端には、ロータ室５に開口する吐出ポート３０ａが設けられている。図２に示すように、吸込ポート２９ａおよび吐出ポート３０ａは、それぞれ略円弧状をなし、ロータ室５の中心を挟んだ線対称に形成されている。

再び図１を参照して、吸込孔２９および吐出孔３０の各他端には、ポートブロック４の表面としての第２の端面４ｂ（ポートブロック本体２４の端面に相当）に開口するポート２９ｂ，３０ｂが設けられている。
一方、ケーシング３は、ポートブロック４の吸込孔２９および吐出孔３０の対に、それぞれ連通可能な複数対の吸込孔および吐出孔を有している。具体的には、図３に示すように、ケーシング３のケーシング本体１５に、第１吸込孔３１および第１吐出孔３２の対と、第２吸込孔３３および第２吐出孔３４の対とを有している。第１吸込孔３１および第２吸込孔３３は、図示しない同一の油圧タンクに接続され、第１吐出孔３２および第２吐出孔３４は、互いに異なる油圧機器に接続されている。

ケーシング３は、キャビティ２の底に、ポートブロック４の第２の端面４ｂに対向する対向面３５を有している。第１吸込孔３１および第１吐出孔３２の各一端には、上記対向面３５に、それぞれ、開口する第１吸込ポート３１ａおよび第１吐出ポート３２ａが設けられている。また、第２吸込孔３３および第２吐出孔３４の各一端には、上記対向面３５に、それぞれ、開口する第２吸込ポート３３ａおよび第２吐出ポート３４ａが設けられている。

ポートブロック４の回転変位に応じて、図４に示すように、ポートブロック４の吸込孔２９のポート２９ｂが第１吸込孔３１の第１吸込ポート３１ａに連通され且つポートブロック４の吐出孔３０のポート３０ｂが第１吐出孔３２の第１吐出ポート３２ａに連通される第１の状態と、吸込孔２９のポート２９ｂが第２吸込孔３３の第２吸込ポート３３ａに連通され且つ吐出孔３０のポート３０ｂが第２吐出孔３４の第２吐出ポート３４ａに連通される第２の状態とに切り換え可能となっている。第１の状態と第２の状態とを切り換えることにより、ポンプ装置１の吸込元および吐出先が変更されるようになっている。

ケーシング３の対向面３５には、各ポート３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａを取り囲む収容溝にそれぞれ環状の封止部材３６が収容されている。封止部材３６としては、図５に示すように、ポートブロック４の第２の面４ｂに摺接するシール面を備えた環状の樹脂部材３７と、樹脂部材３７を第２の面４ｂに弾力的に押圧するＯリング等の弾性部材３８とを有する構造を例示することができる。

ポンプ装置１は、公知のトロコイドポンプとして構成されており、そのロータ６は、インナーロータ３９とアウターロータ４０により構成されている。図２に示すように、インナーロータ３９は外歯３９ａを有しており、アウターロータ４０は上記外歯３９ａと噛み合う内歯４０ａを有している。外歯３９ａおよび内歯４０ａの歯形は、互いに異なるトロコイド曲線をなしている。インナーロータ３９およびアウターロータ４０の協働作用により、ロータ室５内への作動油の吸入とロータ室５からの作動油の吐出が行われる。

再び図１を参照して、ポンプ装置１は、駆動軸７とロータ６との間に介在し、駆動軸７の第１の回転方向Ｘ１への回転のみをロータ６に伝達する第１の一方向クラッチ４１と、駆動軸７とポートブロック４との間に介在し、駆動軸７の第２の回転方向Ｘ２の回転のみをポートブロック４に伝達する第２の一方向クラッチ４２とを備えている。各一方向クラッチ４１，４２としては、公知のスプラグ型の一方向クラッチを用いることができる。

具体的には、第１の一方向クラッチ４１は、駆動軸７の外周とインナーロータ３９の内周との間に介在している。また、ポンプ装置１は、駆動軸７の回転を減速してポートブロック４に伝達するための減速機構４３を備えており、第２の一方向クラッチ４２は駆動軸７と減速機構４３との間に介在している。駆動軸７の第２の回転方向Ｘ２の回転は、第２の一方向クラッチ４２および減速機構４３を介して減速されポートブロック４に伝達される。

減速機構４３としては、例えば図６および図７に示すような不思議遊星機構を用いることができる。具体的には、減速機構４３は、駆動軸７の回転中心Ｃ１に対して偏心した位置に回転中心Ｃ２を有し、且つ駆動軸７の回転中心Ｃ１の回りに公転可能な遊星歯車４４と、駆動軸７の回転中心Ｃ１と同心に配置された第１の内歯歯車４５および第２の内歯歯車４６と、上記遊星歯車４４を支持するキャリア４７とを有している。

図１および図６を参照して、キャリア４７は、駆動軸７の前半部を取り囲む筒状のキャリア本体４８と、キャリア本体４８の端面から延設され、駆動軸７の回転中心Ｃ１とは平行に延びる支軸４９とを有している。駆動軸７の軸方向に、第２の一方向クラッチ４２と、例えばメタルブッシュ等のすべり軸受や針状ころ軸受等の転がり軸受からなる軸受５０とが並んで配置されており、第２の一方向クラッチ４２および軸受５０のそれぞれは、キャリア本体４８の内周と駆動軸７の外周との間に介在している。

遊星歯車４４は、キャリア４７の支軸４９によって、例えばメタルブッシュ等のすべり軸受や針状ころ軸受等の転がり軸受からなる軸受５１を介して回転可能に支持されている。第１の内歯歯車４５は、ポートブロック４とは単一の材料で一体に形成された筒状突起６０の少なくとも一部からなり、第１の内歯歯車４５の内周に、内歯４５ａが形成されている。

第２の内歯歯車４６は、ケーシング３の挿通孔１８内に挿通された第２の内歯歯車本体５２と、第２の内歯歯車本体５２の一端から径方向外方に延設された環状フランジ５３とを有しており、第２の内歯歯車本体５２の内周に内歯４６ａが形成されている。
また、環状フランジ５３は、端部材１７とともに、ケーシング本体１５の第２の端面１５ｂに固定ねじ５４によって共締めされて固定されている。したがって、第２の内歯歯車４６は固定歯車として機能する。

第１の内歯歯車４５の歯数（内歯４５ａの数）と第２の内歯歯車４６の歯数（内歯４６ａの数）は互いに異なっている。例えば、第１の内歯歯車４５の歯数が３１とされ、第２の内歯歯車４６の歯数が３０とされている。
駆動軸７が第２の回転方向Ｘ２に回転されると、その回転が第２の一方向クラッチ４２を介してキャリア４７に伝達される。キャリア４７の支軸４９が回転中心Ｃ２の回りに回転する。これにより、支軸４９により回転可能に支持された遊星歯車４４は、固定歯車としての第２の内歯歯車４６に噛み合いながら自転しつつ公転するすなわち、図７に示すように、遊星歯車４４の回転中心Ｃ２が、回転中心Ｃ１を中心とする公転軌道Ｃ２１に沿って回転する。これに伴って、遊星歯車４４に噛み合っている第１の内歯歯車４５が、第１および第２の内歯歯車４５，４６の歯数差に応じて減速回転するようになっている。

再び図１を参照して、ポンプ装置１は、ポートブロック４の位置をロック可能なロック機構としてのラチェット機構５５を備えている。ロック機構としてのラチェット機構５５は、第２の一方向クラッチ４２からの回転伝達によるポートブロック４の回転のみを許容する。
具体的には、ラチェット機構５５は、ポートブロック４の外周に形成されたラチェットホイール部５６と、ケーシング本体１５の収容孔５７に進退可能に保持され、ラチェットホイール部５６に係止可能なラチェットピン５８と、ラチェットピン５８をラチェットホイール部５６に向けて弾性的に付勢する例えば圧縮コイルばねからなる付勢部材５９とを備えている。

本実施の形態によれば、駆動軸７を第１の回転方向Ｘ１に回転させることにより、ロータ６を回転駆動して、通常のポンプ機能を果たすことができる。
また、ポートブロック４の回転位置を検出する図示しない回転位置センサからの信号に基づいて電動モータ８を駆動制御し、駆動軸７を第２の回転方向Ｘ２に所定量、回転変位させて、ポートブロック４を回転変位させる。これにより、ポートブロック４の吸込孔２９および吐出孔３０を、それぞれ、ケーシング３の第１吸込孔３１および第１吐出孔３２に連通する第１の状態と、ポートブロック４の吸込孔２９および吐出孔３０を、それぞれ、ケーシング３の第２吸込孔３３および第２吐出孔３４に連通する第２の状態とに切り換えるバルブ機能を達成することができる。

したがって、ロータ６を駆動するための駆動軸７（電動モータ８の回転軸に相当）の回転方向を変更するのみで、バルブ機能を達成することができる。すなわち、バルブ機能を駆動するための駆動部材を別途に設ける必要がなく、構造を簡素化することができる。また、ポンプ装置１にバルブ機能を内蔵することになるので、従来の外部のバルブへの配管が不要となる。

また、上記のバルブ機能は、ポートブロック４の回転位置に応じて、ポートブロック４の表面としての第２の端面４ｂの吸込孔２９および吐出孔３０のポート２９ｂ，３０ｂを、ケーシング３の対応する対の吸込ポートおよび吐出ポート（第１吸込ポート３１ａおよび第１吐出ポート３２ａの対、または、第２吸込ポート３３ａおよび第２吐出ポート３４ａの対に相当）に接続することにより容易に達成される。

また、第２の一方向クラッチ４２の回転を減速してポートブロック４に伝達する減速機構４３を用いるので、駆動軸７のトルクにより、ポートブロック４を確実に回転させることができる。すなわち、小型の電動モータ８であっても、ポートブロック４を確実に回転駆動することが可能となる。
特に、ポートブロック４とモータハウジング９の端面９ａとの間に、スラスト軸受２６を介在させてあるので、ポートブロック４の回転抵抗が少なく、この点からも、小型の電動モータ８によって、ポートブロック４を確実に回転させることができる。

なお、減速機構４３を廃止し、駆動軸７の第２の回転方向Ｘ２の回転が第２の一方向クラッチ４２のみを介してポートブロック４に伝達されるようにしてもよい。
また、ポートブロックの位置をロック可能なロック機構として、第２の一方向クラッチ４２からの回転伝達によるポートブロック４の回転のみを許容するラチェット機構５５を設けたので、当該ラチェット機構５５を用いてポートブロック４の位置を確実にロックすることができる。したがって、電動モータ８によって駆動軸７が第１の回転方向Ｘ１に回転駆動されて、ポンプ装置１が通常のポンプ機能を果たすときに、ポートブロック４が連れ回りすることがなく、動作が安定する。

また、ポートブロック４の外周に形成されたラチェットホイール部５６と、付勢部材５９により付勢されるラチェットピン５８とを用いた簡単な構造により、ロック機構としてのラチェット機構５５を容易に実現することができる。
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、ケーシング３に、３対以上の吸込孔および吐出孔を設けてもよい。

また、ポートブロック４の吸込孔２９および吐出孔３０の各ポート２９ｂ，３０ｂが開口する表面を、ポートブロック４の第２の端面４ｂとしたが、これに限らず、ポートブロック４の外周面に開口するようにしてもよい。その場合、ケーシング３の各吸込ポートおよび各吐出ポートは、ポートブロックの外周面に対向する、ケーシング３のキャビティ２の内周面に形成される。

また、本発明をベーンポンプに適用してもよい。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。

１…ポンプ装置、２…キャビティ、３…ケーシング、４…ポートブロック、４ｂ…第２の端面（表面）、５…ロータ室、６…ロータ、７…駆動軸、８…電動モータ、９…モータハウジング、１５…ケーシング本体、１７…端部材、２４…ポートブロック本体、２５…エンドプレート、２６…スラスト軸受、２９…吸込孔、２９ａ…吸込ポート、２９ｂ…ポート、３０…吐出孔、３０ａ…吐出ポート、３１…第１吸込孔、３１ａ…第１吸込ポート、３２…第２吐出孔、３２ａ…第２吐出ポート、３３…第２吸込孔、３３ａ…第２吸込ポート、３４…第２吐出孔、３４ａ…第２吐出ポート、３５…対向面、３９…インナーロータ、４０…アウターロータ、４１…第１の一方向クラッチ、４２…第２の一方向クラッチ、４３…減速機構、４４…遊星歯車、４５…第１の内歯歯車、４６…第２の内歯歯車、４７…キャリア、４８…キャリア本体、４９…支軸、５５…ラチェット機構（ロック機構）、５６…ラチェットホイール部、５７…収容孔、５８…ラチェットピン、５９…付勢部材、Ｘ１…第１の回転方向、Ｘ２…第２の回転方向

Claims (5)

1. ケーシングのキャビティ内に回転可能に収容されたポートブロックと、
   上記ポートブロックに形成されたロータ室に収容されたロータと、
   互いに逆向きの第１および第２の回転方向に回転可能な駆動軸と上記ロータとの間に介在し上記第１の回転方向への回転のみを伝達する第１の一方向クラッチと、
   上記駆動軸と上記ポートブロックとの間に介在し上記第２の回転方向の回転のみを伝達する第２の一方向クラッチと、を備え、
   上記ポートブロックは、それぞれロータ室に連通する吸込孔および吐出孔を含み、
   上記ケーシングは、複数対の吸込孔および吐出孔を含み、
   上記駆動軸が上記第１の回転方向に回転されるに伴って、上記ロータが上記第１の一方向クラッチを介して回転駆動され、
   上記駆動軸が上記第２の回転方向に回転されるに伴って、上記ポートブロックが上記第２の一方向クラッチを介して回転変位され、その結果、上記ポートブロックの吸込孔および吐出孔が、上記ケーシングの何れかの対の吸込孔および吐出孔に連通するように切り換えられるポンプ装置。
2. 請求項１において、上記ポートブロックの上記吸込孔および上記吐出孔は、上記ポートブロックの表面に開口するポートを含み、
   上記ケーシングの上記複数対の上記吸込孔および上記吐出孔は、上記ポートブロックの上記表面に対向するポートを含み、
   上記ポートブロックの上記吸込孔および上記吐出孔の上記ポートは、上記ポートブロックの回転位置に応じて、上記ケーシングの対応する対の上記吸込孔および上記吐出孔のポートに、それぞれ、接続可能であるポンプ装置。
3. 請求項１または２において、上記第２の一方向クラッチの回転を減速して上記ポートブロックに伝達する減速機を備えるポンプ装置。
4. 請求項１から３の何れか１項において、上記ポートブロックの位置をロック可能なロック機構を備え、
   上記ロック機構は、上記第２の一方向クラッチからの回転伝達による上記ポートブロックの回転のみを許容するラチェット機構を含むポンプ装置。
5. 請求項４において、上記ラチェット機構は、上記ポートブロックの外周に形成されたラチェットホイール部と、上記ケーシングによって進退可能に保持され、上記ラチェットホイール部に係止可能なラチェットピンと、上記ラチェットピンを上記ラチェットホイール部に向けて弾性的に付勢する付勢部材と、を含むポンプ装置。

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