JP2013007437A - トルク変動吸収ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】トルクを、その変動を吸収しながら伝達可能であって、しかもベルトスリップの発生を防止可能なトルク変動吸収ダンパを提供する。
【解決手段】ハブ１と、このハブ１に相対回転可能に支持されたプーリ２と、外周がプーリ２側の内周に摺動可能に接触された状態に配置されたスプリングクラッチ８と、一端がハブ１に取り付けられ、他端がスプリングクラッチ８の一端に連結されたカップリングゴム５を備え、スプリングクラッチ８が、ハブ１の正方向の回転に対するプーリ２の遅角差動において拡径され進角差動において縮径されるように巻かれている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関等の回転駆動装置の出力軸から、他の回転機器へトルクを伝達するプーリに、伝達トルクの変動を吸収する機構を設けたトルク変動吸収ダンパに関する。

自動車の内燃機関で発生する駆動力の一部は、クランクシャフトの先端に設けられたプーリから、これに巻き掛けられたベルトを介して例えばオルタネータやウォーターポンプ等の補器に与えられるが、クランクシャフトはトルク変動を伴って回転されるので、前記プーリには、トルク変動を吸収して伝達トルクの平滑化を図るためのトルク変動吸収機構が設けられる。図６は、このようなトルク変動吸収ダンパの典型的な従来技術を示すものである。

すなわち、この種のトルク変動吸収ダンパは、自動車用内燃機関のクランクシャフトの軸端に取り付けられて一体に回転するハブ１００と、このハブ１００に取り付けられたダイナミックダンパ部１１０及びフレキシブルカップリング部１２０を備える。

ダイナミックダンパ部１１０は、ハブ１００の外筒部１０１と、その外周に配置した環状質量体１１２の間に、第一の弾性体１１１を圧入した構造を有する。また、カップリング部１２０は、環状質量体１１２の外周にラジアルベアリング１２３を介して支持されたプーリ１２１と、このプーリ１２１からハブ１００の背面側（図６における右側）を内径方向へ向けて延在された内向きフランジ部１２１ａとハブ１００の外筒部１０１の間に介在されたスラストベアリング１２２と、プーリ１２１の内向きフランジ部１２１ａの内径からハブ１００の外筒部１０１の内周側へ延びるスリーブ部１２１ｂの間に介在されたラジアルベアリング１２３と、ハブ１００の内筒部１０２の外周面に嵌着されたスリーブ１０３と前記プーリ１２１のスリーブ部１２１ｂとの間に加硫接着された第二の弾性体１２４とからなる。

すなわち、この種のトルク変動吸収ダンパは、クランクシャフトからハブ１００へ入力されたトルクを、フレキシブルカップリング部１２０において、第二の弾性体１２４の捩り方向剪断変形作用によってトルク変動を吸収しながらプーリ１２１へ伝達すると共に、第一の弾性体１１１及び環状質量体１１２で構成されるばね−質量系からなるダイナミックダンパ部１１０が、クランクシャフトの共振周波数域で捩り方向へ共振することによって、クランクシャフトの共振を動的吸収する制振機能を発揮するものである（特許文献１参照）。

実用新案登録第２６０５６６２号

しかしながら、従来のトルク変動吸収ダンパは、内燃機関を急激に減速させたり停止させたりする際に、プーリ１２１と、これに巻き掛けられた不図示のベルトとの間に滑りを生じる問題がある。そしてこのようなベルトスリップを生じると、「ベルト鳴き」と呼ばれる異音が発生するばかりか、ベルトが摩耗してその耐久性を低下させ、走行に支障を来たすなどの懸念がある。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、トルクを、その変動を吸収しながら伝達可能であって、しかもベルトスリップの発生を防止可能なトルク変動吸収ダンパを提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るトルク変動吸収ダンパは、ハブと、このハブに相対回転可能に支持されたプーリと、外周が前記プーリ側の内周に摺動可能に接触された状態に配置されたスプリングクラッチと、一端が前記ハブに取り付けられ、他端が前記スプリングクラッチの一端に連結されたカップリングゴムを備え、前記スプリングクラッチが、前記ハブの正方向の回転に対するプーリの遅角差動において拡径され進角差動において縮径されるように巻かれたものである。

上記構成において、ハブに入力された正回転方向のトルクは、カップリングゴム及びスプリングクラッチを介してプーリへ伝達される。カップリングゴムは、スプリングクラッチの一端とハブとの間で捩り変形を受けることによって、ハブからの伝達トルクの変動を吸収し、スプリングクラッチの一端へ作用するトルクの変化を緩和するものである。また、スプリングクラッチは、その一端にハブからカップリングゴムを介して伝達されるトルクと、プーリ側の内周との摩擦力によって捩り変形を受け、その捩り変形によって拡径させる方向のトルクを伝達し、縮径させる方向のトルクを遮断するワンウェイクラッチ機能を奏するものである。

すなわちハブに正回転方向のトルクが入力されることにより、プーリにハブとの遅角差動を生じると、スプリングクラッチは、拡径するように捩り変形を受けてプーリ側に圧接し、その摩擦力が増大するので、ハブからカップリングゴム及びスプリングクラッチを介しての正回転方向のトルクの伝達が行われる。また、正方向の回転の減速時には、プーリ側の慣性によってプーリにハブとの進角差動を生じると、スプリングクラッチは縮径するように捩り変形を受けるので、スプリングクラッチとプーリ側との摩擦力が減少し、これによってプーリが自由回転状態となってプーリとその外周に巻き掛けられるベルトの滑りが防止される。

請求項２の発明に係るトルク変動吸収ダンパは、請求項１に記載の構成において、スプリングクラッチとプーリの内周面との間に、拡径・縮径可能な摩擦部材が摺動可能に介装されたものである。

上記構成によれば、正回転方向のトルクによって、プーリにハブとの遅角差動を生じると、スプリングクラッチは、拡径するように捩り変形を受けて摩擦部材をプーリの内周面に押し付けるので、スプリングクラッチ、摩擦部材及びプーリ間の摩擦力が増大して、プーリへの正回転方向のトルクの伝達が行われる。また、正方向の回転の減速時には、プーリ側の慣性によってプーリにハブとの進角差動を生じると、スプリングクラッチは縮径するように捩り変形を受けるので、スプリングクラッチ、摩擦部材及びプーリ間の摩擦力が減少し、これによってプーリが自由回転状態となってプーリとその外周に巻き掛けられるベルトの滑りが防止される。

請求項３の発明に係るトルク変動吸収ダンパは、請求項１又は２に記載の構成において、プーリの軸方向両側に一対のスラストベアリングが配置され、カップリングゴムが、前記一対のスラストベアリング及びプーリをハブに設けたフランジ側へ押圧する手段を兼ねるものである。

上記構成によれば、カップリングゴムが、プーリ及びその軸方向両側に配置した一対のスラストベアリングをハブのフランジ側へ押圧することによって、プーリがカップリングゴムとフランジとの間でスラストベアリングを介して軸方向両側から挟持されるので、プーリが軸方向に対して安定して支持される。

請求項４の発明に係るトルク変動吸収ダンパは、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、プーリに、スプリングクラッチの外側を包囲するダストカバーが設けられ、カップリングゴムに、前記ダストカバーと摺動可能に密接されるシールリップが形成されたものである。

上記構成によれば、プーリに設けたダストカバーと、これに摺動可能に密接されるシールリップによって、スプリングクラッチの摺動部へのダスト等の侵入が防止される。

本発明に係るトルク変動吸収ダンパによれば、カップリングゴム及びスプリングクラッチを介してハブとプーリ間での正方向のトルク伝達が行われ、減速時には逆方向のトルク伝達が遮断されるので、プーリとその外周に巻き掛けられるベルトの滑りを有効に防止することができる。しかもカップリングゴムが捩り変形を受けることによって、伝達トルクの変動が吸収されると共に、スプリングクラッチの破損が防止される。

また、スプリングクラッチとプーリとの間に摩擦部材を摺動可能に介装することによって、スプリングクラッチの耐久性が高まり、カップリングゴムはスラストベアリングを介してプーリを支持する支持手段を兼ねることができ、また、スプリングクラッチの摺動部へのダスト等の侵入を防止するシールリップを設けることで、初期の機能を長期にわたって維持することができる。

本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい実施の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す断面図である。 図１に示す実施の形態におけるカップリングゴムの一部を示す断面斜視図である。 図１に示す実施の形態における第二のスラストベアリングを示す斜視図である。 図１に示す実施の形態における摩擦部材を示す斜視図である。 図１に示す実施の形態におけるスプリングクラッチを示す斜視図である。 従来の技術によるトルク変動吸収ダンパの一例を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す断面図である。

以下、本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において用いられる「正面側」とは、各図における左側、すなわち車両のフロント側のことであり、「背面側」とは、各図における右側、すなわち不図示の内燃機関が存在する側のことである。

まず図１において、参照符号１は、自動車の内燃機関のクランクシャフト（不図示）の軸端に取り付けられるハブである。このハブ１は、金属材料の鋳造等により製作されたものであって、クランクシャフトに固定される内筒部１１と、その正面側の端部から外径側へ展開する中間部１２と、その外径端部から背面側へ延びる外筒部１３と、さらにその正面側の端部から外径方向へ延びる外径フランジ１４を有する。なお、参照符号１１ａは、内筒部１１の内周の軸孔に形成されたキー溝であり、外径フランジ１４は、請求項３に記載された「ハブに設けたフランジ」に相当するものである。

ハブ１の外周側には、プーリ２が同心的に近接配置されている。このプーリ２は、金属材料の鋳造等により製作されたプーリ本体２１と、金属板のプレス成形等により製作され前記プーリ本体２１に一体的に嵌着されたダストカバー２２からなる。

プーリ２におけるプーリ本体２１は、外周面にポリＶ溝が形成された巻き掛け筒部２１ａと、その内周から内径方向へ延びてハブ１の外径フランジ１４に背面側から軸方向に対向する被支持フランジ部２１ｂと、さらにこの被支持フランジ部２１ｂの内径端部から背面側へ向けて延びてハブ１の外筒部１３の外周面と径方向に対向する被支持筒部２１ｃとを備える。ポリＶ溝が形成された巻き掛け筒部２１ａの外周面には、不図示のベルトが巻き掛けられるようになっている。

ハブ１の外筒部１３と、これに外周側から径方向に対向するプーリ本体２１の被支持筒部２１ｃとの間には、ラジアルベアリング３が摺動可能な状態で介在している。このラジアルベアリング３は摺動性及び耐摩耗性に優れたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの合成樹脂材料からなるものであって、円筒状に成形されており、すなわちプーリ本体２１（プーリ２）は、ラジアルベアリング３を介して、ハブ１の外筒部１３に相対回転可能な状態で径方向に支持されている。

ハブ１の外径フランジ１４と、これに背面側から軸方向に対向するプーリ本体２１の被支持フランジ部２１ｂとの間には、第一のスラストベアリング４が摺動可能な状態で介在している。この第一のスラストベアリング４は摺動性及び耐摩耗性に優れたＰＴＦＥなどの合成樹脂材料からなるものであって、平ワッシャ状に成形されている。

プーリ本体２１の被支持フランジ部２１ｂから見てハブ１の外径フランジ１４と軸方向反対側、すなわち前記被支持フランジ部２１ｂの背面側にはカップリングゴム５が配置されている。このカップリングゴム５は、図２の斜視図にも示すように、ハブ１の外筒部１３の内周面に圧入・嵌着された嵌着筒部５１ａ及びその背面側の端部からハブ１の外径フランジ１４の背面側の空間へ向けて径方向へ展開する円盤部５１ｂからなる金属製のホルダ５１と、このホルダ５１における前記円盤部５１ｂの正面側にあってプーリ本体２１の被支持フランジ部２１ｂと軸方向に対向する平ワッシャ状のリテーナ５２と、このリテーナ５２とホルダ５１の円盤部５１ｂの間に一体に設けられたカップリングゴム本体５３からなる。また、カップリングゴム本体５３の外周面には、シールリップ５３ａが形成されている。なお、ホルダ５１は請求項１に記載されたカップリングゴムの一端に相当するものであり、リテーナ５２は請求項１に記載されたカップリングゴムの他端に相当するものである。

カップリングゴム本体５３は、耐熱性、耐寒性及び機械的強度に優れたゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるものであって、すなわちカップリングゴム５は、不図示の金型内にホルダ５１及びリテーナ５２を同心的にセットし、このホルダ５１とリテーナ５２の間に前記金型の型締めによって画成される環状のキャビティに、未加硫ゴム材料を充填して加熱・加圧することによって、カップリングゴム本体５３を前記ホルダ５１及びリテーナ５２に一体に加硫成形（加硫接着）したものである。

カップリングゴム５のリテーナ５２と、これに対向するプーリ本体２１の被支持フランジ部２１ｂの間には、第二のスラストベアリング６が摺動可能な状態で介在している。この第二のスラストベアリング６は摺動性及び耐摩耗性に優れたＰＴＦＥなどの合成樹脂材料からなるものであって、平ワッシャ状に成形されている。リテーナ５２には、正面側へ向けて打ち出された複数の係合突部５２ａが所定間隔で形成されており、第二のスラストベアリング６には、図３に示すように複数の係合穴６ａが前記係合突部５２ａと対応する位置に開設されており、図１に示すように両者５２ａ，６ａが互いに嵌合されることによってリテーナ５２と第二のスラストベアリング６の相対回転が規制されている。

カップリングゴム５のカップリングゴム本体５３は、予圧縮されることによってその反力としての軸方向付勢力が与えられており、この軸方向付勢力によって、リテーナ５２が第二のスラストベアリング６に圧接している。このため、第二のスラストベアリング６、プーリ本体２１の被支持フランジ部２１ｂ、及び第一のスラストベアリング４がハブ１の外径フランジ１４へ向けて押し付けられ、これによって、第一のスラストベアリング４及び第二のスラストベアリング６に、プーリ本体２１の被支持フランジ部２１ｂに対する所定の軸方向拘束力が付与されている。

プーリ２におけるダストカバー２２は、プーリ本体２１の巻き掛け筒部２１ａの内周面に圧入・嵌着されたスリーブ部２２ａと、その背面側の端部から内径側へ延びる背面部２２ｂと、さらにその内径端部から正面側へ折り返された内径筒部２２ｃからなる。

プーリ２におけるダストカバー２２の内側には、摩擦部材７が、前記ダストカバー２２の内周面と摺動可能な状態で配置されている。すなわちこの摩擦部材７は全体として円筒状であると共に背面側の端部が内径側へ屈曲した、軸心Ｏを通る平面で切断した断面形状が略Ｌ字形をなすものであって、摺動性及び耐摩耗性に優れたＰＴＦＥなどの合成樹脂材料からなる摩擦部材本体７１と、その内周に一体的に接合された金属スリーブ７２からなり、図４に示すように、円周方向一個所が切断７ａされることによって拡径・縮径変形が可能となっている。

摩擦部材７における摩擦部材本体７１の外周面及び背面側の端面は、プーリ２におけるダストカバー２２のスリーブ部２２ａの内周面及び背面部２２ｂの内側面と摺動可能に接触されている。

プーリ２におけるダストカバー２２の内側であって摩擦部材７の内周側には、スプリングクラッチ８が配置されている。このスプリングクラッチ８は、図５に示すような円筒コイル状のものであって、正面側の端部に形成された係合突部８ａがカップリングゴム５のリテーナ５２に図２に示すように開設された係合穴５２ｂに挿し込み係合することによって、このリテーナ５２に円周方向に連結されている。すなわちスプリングクラッチ８は、正面側の端部がカップリングゴム５を介してハブ１に連結されていると共に、外周が摩擦部材７における金属スリーブ７２の内周面に弾性的にかつ摺動可能に接触されている。

そしてこのスプリングクラッチ８は、その一端の係合突部８ａにカップリングゴム５を介してハブ１から伝達されるトルクと、摩擦部材７における金属スリーブ７２の内周面に接触していることによる摩擦力によって捩り変形を受け、その捩り変形によって拡径させる方向のトルク（図５に示すＲ１方向のトルク）を伝達し、縮径させる方向のトルク（図５に示すＲ２方向のトルク）を遮断するものである。したがってこのスプリングクラッチ８の巻き方向は、係合突部８ａに与えられるハブ１の正方向（図５に示すＲ１方向）の回転に対するプーリ２の遅角差動が生じた場合（ハブ１の回転速度がプーリ２より速くなった場合）に拡径され、ハブ１の正方向の回転に対するプーリ２の進角差動が生じた場合（ハブ１の回転速度がプーリ２より遅くなった場合）に縮径される螺旋方向となっている。

カップリングゴム５におけるカップリングゴム本体５３の外周面に形成されたシールリップ５３ａは、プーリ２におけるダストカバー２２の内径筒部２２ｃの内周面と摺動可能に密接されており、このため、摩擦部材７及びスプリングクラッチ８が配置された空間が、ダストカバー２２とその内径筒部２２ｃに密接したシールリップ５３ａによってシールされている。

以上の構成を備えるトルク変動吸収ダンパは、ハブ１の内筒部１１が不図示のクランクシャフトの軸端に装着されることによって、このクランクシャフトと共に回転されるものである。このとき、クランクシャフトの正回転方向の駆動トルクは、ハブ１からカップリングゴム５を介して、そのリテーナ５２に開設された係合穴５２ｂからスプリングクラッチ８の係合突部８ａへ伝達されるので、ハブ１がプーリ２に対して正回転方向へ先行することによって、プーリ２がハブ１との遅角差動を生じると、スプリングクラッチ８は摩擦部材７における金属スリーブ７２の内周面との摩擦力によって拡径する方向の捩り変形を受ける。このため円周方向一個所が切断７ａされた摩擦部材７は、拡径するスプリングクラッチ８に押圧されて摩擦部材本体７１の外周面がプーリ２におけるダストカバー２２のスリーブ部２２ａの内周面に圧接するので、スプリングクラッチ８と摩擦部材７とスリーブ部２２ａとの摩擦力が増大して、ハブ１からスプリングクラッチ８及び摩擦部材７を介しての正回転方向のトルク伝達が行われる。

なお、ハブ１への入力トルクの一部は、ハブ１の外筒部１３とプーリ本体２１の被支持筒部２１ｃとの間に介在するラジアルベアリング３の摩擦力と、ハブ１の外径フランジ１４とプーリ本体２１の被支持フランジ部２１ｂとの間に介在する第一のスラストベアリング４の摩擦力と、前記被支持フランジ部２１ｂとカップリングゴム５のリテーナ５２との間に介在する第二のスラストベアリング６の摩擦力によってもプーリ２へ伝達される。

そしてプーリ２に伝達された駆動トルクは、そのプーリ本体２１の巻き掛け筒部２１ａに巻き掛けられたベルトを介して、冷却水循環ポンプや、オルタネータや、冷却ファン等の補機の回転軸に伝達される。

ここで、内燃機関ではシリンダ内のピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換しているため、クランクシャフトには回転に伴ってトルク変動を生じており、したがってその軸端に取り付けられたハブ１には捩り方向の振動が入力されて振れ回りを生じることになるが、このようなトルク変動は、ハブ１とスプリングクラッチ８の間で、カップリングゴム５によって吸収される。詳しくは、ハブ１に嵌着されたホルダ５１と、スプリングクラッチ８に結合されたリテーナ５２との間で、カップリングゴム本体５３が捩り方向の剪断変形を受けることによって、トルク変動による運動エネルギが、カップリングゴム本体５３の内部摩擦により熱エネルギとして消費されるので、スプリングクラッチ８の係合突部８ａに作用する急激なトルク変動が緩和され、スプリングクラッチ８の破損が防止される。

なお、ハブ１からの伝達トルクの変動は、ラジアルベアリング３、第一のスラストベアリング４、及び第二のスラストベアリング６の滑りによっても一部が吸収される。

また、正方向の回転の減速時には、プーリ２におけるプーリ本体２１の巻き掛け筒部２１ａに巻き掛けられたベルト及びこれによって駆動される補機が、慣性によって等速回転を継続しようとすることによって、プーリ２がハブ１との進角差動を生じると、スプリングクラッチ８は摩擦部材７における金属スリーブ７２の内周面との摩擦力によって縮径する方向の捩り変形を受けるので、スプリングクラッチ８と摩擦部材７とプーリ２（ダストカバー２２のスリーブ部２２ａ）との摩擦力が減少し、これによってプーリ２が自由回転状態となって、プーリ本体２１とその外周に巻き掛けられるベルトの滑りが防止される。したがって、回転数０から常用回転域までのすべての領域で、ベルトスリップやこれによる「ベルト鳴き」の発生及びベルトの耐久性低下を防止することができる。

しかもプーリ２におけるダストカバー２２の内径筒部２２ｃの内周面には、カップリングゴム５のカップリングゴム本体５３に形成されたシールリップ５３ａが摺動可能に密接されていることによって、摩擦部材７及びスプリングクラッチ８が配置された空間Ｓがシールされているため、摩擦部材７及びスプリングクラッチ８の摺動部、ひいてはラジアルベアリング３及び第二のスラストベアリング６の摺動部へのダスト等の侵入が防止され、初期の機能を長期にわたって維持することができる。

そして上記構成によれば、カップリングゴム５は、上述のように伝達トルクの変動を緩和してスプリングクラッチ８の破損を防止する手段であると共に、第一のスラストベアリング４及び第二のスラストベアリング６によるプーリ本体２１の被支持フランジ部２１ｂへの軸方向拘束力を付与する手段、及び摩擦部材７やスプリングクラッチ８の摺動部等へのダスト等の侵入を防止する手段を兼ねるものである。

なお、上述した実施の形態では、摩擦部材７を円周方向一個所で切断したＣ字形としたが、複数個所にスリットを入れたコレット型とし、あるいは円周方向複数個に分離したセグメント状としたものなども適用可能である。

また、上述した実施の形態では、摩擦部材７（摩擦部材本体７１）の外周面がプーリ２におけるダストカバー２２のスリーブ部２２ａの内周面に密接されているが、プーリ本体２１の巻き掛け筒部２１ａの内周面に摺動可能に密接された構成とすることもできる。

さらに、スプリングクラッチ８とプーリ本体２１の間に摩擦部材７を介装せず、スプリングクラッチ８の外周面は、ダストカバー２２のスリーブ部２２ａの内周面又はプーリ本体２１の巻き掛け筒部２１ａの内周面に直接接触させても良いが、この場合はダストカバー２２の内側の空間Ｓに潤滑用の油脂類を封入することが望ましい。

１ ハブ
１４ 外径フランジ
２ プーリ
２１ プーリ本体
２２ ダストカバー
３ ラジアルベアリング
４ 第一のスラストベアリング（スラストベアリング）
５ カップリングゴム
５１ ホルダ
５２ リテーナ
５３ カップリングゴム本体
５３ａ シールリップ
６ 第二のスラストベアリング（スラストベアリング）
７ 摩擦部材
７１ 摩擦部材本体
７２ スリーブ
８ スプリングクラッチ

Claims (4)

1. ハブと、このハブに相対回転可能に支持されたプーリと、外周が前記プーリ側の内周に摺動可能に接触された状態に配置されたスプリングクラッチと、一端が前記ハブに取り付けられ、他端が前記スプリングクラッチの一端に連結されたカップリングゴムを備え、前記スプリングクラッチが、前記ハブの正方向の回転に対するプーリの遅角差動において拡径され進角差動において縮径されるように巻かれたことを特徴とするトルク変動吸収ダンパ。
2. スプリングクラッチとプーリの内周面との間に、拡径・縮径可能な摩擦部材が摺動可能に介装されたことを特徴とする請求項１に記載のトルク変動吸収ダンパ。
3. プーリの軸方向両側に一対のスラストベアリングが配置され、カップリングゴムが、前記一対のスラストベアリング及びプーリをハブに設けたフランジ側へ押圧する手段を兼ねることを特徴とする請求項１又は２に記載のトルク変動吸収ダンパ。
4. プーリに、スプリングクラッチの外側を包囲するダストカバーが設けられ、カップリングゴムに、前記ダストカバーと摺動可能に密接されるシールリップが形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトルク変動吸収ダンパ。

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