JP2013219949A - 燃料遮断弁用のアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータが高温環境で使用されても、躯体のシール性が低下することを防止することのできる燃料遮断弁用のアクチュエータを提供する。
【解決手段】樹脂材料により成形された躯体１２の内部に設けた電動モータ１６と、電動モータ１６の動力で回転するウォームホイール１９と、ウォームホイール１９を支持する支持軸２３と、ウォームホイール１９の回転運動を直線運動に変換するロッド３７及びスライダ３３とを備え、躯体１２の内部が液密状態に構成された燃料遮断弁用のアクチュエータであって、支持軸２３は、躯体１２の外部にその軸端部２２が露出しないように躯体１２に対してインサートモールド成形により一体化されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の燃料遮断弁を開閉する動力を発生するアクチュエータに関する。

一般に、内燃機関、例えばディーゼルエンジンが搭載された車両においては、燃料ポンプから内燃機関の燃焼室に至る経路に、燃料遮断弁が設けられている。そして、燃料遮断弁が開放されると燃焼室に対して燃料を供給することが可能であり、燃料遮断弁が閉じられると、燃料は燃焼室へ供給されなくなる。この燃料遮断弁を開閉する動力を発生するアクチュエータの一例が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載されたアクチュエータは、中空の躯体を有しており、躯体は、ロアーケーシング及びアッパーケーシングを備えている。躯体内には電動モータが設けられており、モータはアマチュアシャフトを有する。アマチュアシャフトの外周面にはウォームが形成されている。また、躯体内にはウォームホイールが設けられており、ウォームホイールはウォームと噛み合っている。ウォームホイールは支持軸に取り付けられている。さらに、ロアーケーシングには、躯体の内部から外部に向けて貫通する軸孔が設けられている。支持軸は軸孔に挿入して固定されており、支持軸はロアーケーシングにより回転可能に支持されている。また、ウォームホイールには、支持軸から偏心した位置にホイールピンが取り付けられている。

一方、躯体の内部には直線状のガイドレールが設けられており、ガイドレールには、スライダが移動可能に取り付けられている。スライダはスライダピンを有しており、ホイールピン及びスライダピンはリンクにより接続されている。また、ホイールピン及びスライダピンには、戻しバネの両端が別個に接続されている。スライダにはケーブルの一端が連結されており、そのケーブルの他端は躯体の外部に露出するように取り回されている。ケーブルの他端は、燃料遮断弁に連結されている。

そして、電動モータが駆動されて、ウォームホイールが第１の停止位置から半回転して第２の停止位置まで到達する過程で、ウォームホイールの動力がリンクを経由してスライダに伝達されてケーブルが動作し、燃料遮断弁が開放される。さらに、ウォームホイールが第２の停止位置から半回転して第１の停止位置まで到達する過程で、戻しばねの力でスライダが動作し、燃料遮断弁が閉じられる。

特許文献１に記載されているようなアクチュエータは、車両において被水する環境で用いられている。このため、躯体の外部に存在する水が、軸孔を経由して躯体の内部に侵入することを防ぐために、軸孔の内周面にＯリング等のシール部材が取り付けられていた。Ｏリングはゴム状弾性体により構成されている。

特許第３６０３０８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたアクチュエータにおいては、内燃機関に近接して配置されていることから、内燃機関の熱が伝達される等の理由により使用環境が高温になると、Ｏリングを構成するゴム状弾性体が経年劣化してしまい、躯体のシール性が低下する問題があった。

本発明の目的は、アクチュエータが高温環境で使用されても、躯体のシール性が低下することを防止することのできる燃料遮断弁用のアクチュエータを提供することにある。

本発明は、樹脂材料により成形された中空の躯体と、前記躯体の内部に設けられた電動モータと、前記電動モータの動力で回転するウォームホイールと、前記ウォームホイールを回転可能に支持し、かつ、金属材料により成形された支持軸と、前記ウォームホイールの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構とを備え、前記躯体の内部が液密状態に構成された燃料遮断弁用のアクチュエータであって、前記支持軸は、前記躯体の外部にその軸端部が露出しないようインサートモールド成形により前記躯体と一体化されていることを特徴とする。

本発明は、前記支持軸の外周面には、前記支持軸の半径方向に延ばされた外向きフランジが形成されており、前記支持軸は、前記外向きフランジが前記躯体の内面に接触した状態で前記躯体にインサートモールドされていることを特徴とする。

本発明は、前記支持軸の外周面における前記躯体へのインサートモールド部位に、前記支持軸と前記躯体とが相対回転することを防止する凹凸が設けられていることを特徴とする。

本発明は、前記躯体に、前記電動モータに電力を供給する電源コードのソケットが着脱されるコネクタが前記躯体との間で液密状態に設けられており、前記ソケットと前記コネクタとの嵌め合い部分に、前記躯体の外部の異物が前記ソケットと前記コネクタとの嵌め合い部分に侵入することを防止するシール部材が取り付けられていることを特徴とする。

本発明（請求項１）によれば、支持軸は躯体を非貫通状態でインサートモールドされているため、支持軸と躯体との間をシールするシール部材を設けることなく、躯体のシール性を確保することができる。したがって、アクチュエータが高温環境で使用されても、躯体のシール性が低下することを防止できる。

本発明（請求項２）によれば、支持軸に対して径方向の力が加わったときに、その応力をフランジの底面を介して躯体で受けるようになるため、支持軸が傾くことを抑制できる。したがって、ウォームホイールの円滑な摺動を実現できる。

本発明（請求項３）によれば、支持軸に過大なトルクが加わったときに、支持軸が躯体に対して相対回転することを防止できる。

本発明（請求項４）によれば、液密状態に構成されたアクチュエータのソケットとコネクタとの嵌め合い部分にもシール部材を設けたので、嵌め合い部分から躯体の外部の異物が侵入することを防止できる。

本発明のアクチュエータを示し、アッパーケーシングを取り外した平面図である。 本発明のアクチュエータを示す正面断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の燃料遮断弁用のアクチュエータ１０は、車両（図示せず）に設けることができる。具体的には、燃料ポンプから、車両に搭載された内燃機関、例えば、ディーゼルエンジン（図示せず）の燃焼室に至る経路に燃料遮断弁１１が設けられている。本発明のアクチュエータ１０は、燃料遮断弁１１を開閉させる動力を発生する機構である。

アクチュエータ１０は中空のケーシングとしての躯体１２を有しており、躯体１２は、アッパーケーシング１３及びロアーケーシング１４を有する。燃料遮断弁１１は、躯体１２の外部に設けられている。アッパーケーシング１３及びロアーケーシング１４は、共に樹脂材料により成形されている。アッパーケーシング１３及びロアーケーシング１４は、図示しない締結部材により固定されている。アッパーケーシング１３とロアーケーシング１４との接触部分には、シール部材１５が介在されている。シール部材１５は、アッパーケーシング１３及びロアーケーシング１４の全周に沿って環状に構成されている。シール部材１５により、躯体１２の内部が液密状態にシールされている。

躯体１２の内部には電動モータ１６が設けられている。電動モータ１６は、電力が供給されて一方向に回転する回転軸１７を有している。回転軸１７の外周面にはウォーム１８が形成されている。また、躯体１２の内部にはウォームホイール１９が設けられている。ウォームホイール１９は樹脂材料により成形されている。ウォームホイール１９の外周面にはヘリカルギヤ２０が形成されており、ウォーム１８とヘリカルギヤ２０が噛み合っている。

一方、ロアーケーシング１４の底部２１には金属材料により構成された支持軸２３がインサートモールド成形によって一体化されて固定されている。支持軸２３の軸端部２２は、ロアーケーシング１４の底部２１を厚さ方向に貫通しない（躯体１２の外部に露出しない）ようにインサートモールド成形されている。これにより、支持軸２３の中心線Ａに沿った方向の一端がロアーケーシング１４に固定され、支持軸２３は片持ち状態となっている。支持軸２３の外周形状は円形であり、支持軸２３の外周面には、外向きフランジ２４が形成されている。外向きフランジ２４は支持軸２３の半径方向で外側に向けて延ばされている。外向きフランジ２４であって、中心線Ａに沿った方向で一方の底面２４ａは、底部２１の表面２１ａに接触している。

本実施形態において、ロアーケーシング１４と支持軸２３とはインサートモールド成形により一体化されている。すなわち、金属材料を加工して支持軸２３を製造し、その支持軸２３を図示しない金型のキャビティ内にインサートするとともに、キャビティ内に樹脂材料を注入後に、樹脂材料を固化させることにより、ロアーケーシング１４と支持軸２３とを一体化したものである。

また、支持軸２３の外周面において、ロアーケーシング１４へのインサートモールド部位には、支持軸２３の半径方向における高さを異ならせた凹凸２５が形成されている。この凹凸２５は、インサートモールド成形を行う前の工程で、支持軸２３の外周面に、例えばローレット加工を施して形成したものである。この凹凸２５は、支持軸２３がロアーケーシング１４に対して相対回転することを防止する回り止め機構の役割を持つ。前記ウォームホイール１９の中心には軸孔２８が設けられており、軸孔２８に支持軸２３が挿入されている。ウォームホイール１９は支持軸２３に対して回転可能に取り付けられている。さらに、支持軸２３の自由端側にはワッシャ２６が取り付けられており、支持軸２３には抜け止め２７が取り付けられている。このようにして、支持軸２３とウォームホイール１９とが中心線Ａに沿った方向に位置決め固定され、ウォームホイール１９が支持軸２３から抜けないようになっている。

また、ウォームホイール１９の中心から偏心した箇所には、金属材料により構成されたホイールピン３０の軸端部２９がウォームホイール１９にインサートモールド成形により一体的に固定され、片持ち状態となっている。すなわち、ホイールピン３０はウォームホイール１９に対して相対回転しないようになっている。ホイールピン３０の軸線Ｂと支持軸２３の中心線Ａとは平行である。ホイールピン３０の外周面には外向きフランジ３０Ａが形成されている。外向きフランジ３０Ａは、ホイールピン３０の半径方向で外側に向けて延ばされている。外向きフランジ３０Ａにおける軸線Ｂに沿った方向の端面は、ウォームホイール１９の表面に接触している。また、ホイールピン３０の軸端部２９はウォームホイール１９に対して軸線Ｂに沿った方向には貫通しないようにインサートモールドされている。

本実施形態において、ウォームホイール１９とホイールピン３０とはインサートモールド成形により一体化されている。すなわち、金属材料を成形加工してホイールピン３０を製造した後、図示しない金型のキャビティ内にホイールピン３０をインサートし、かつ、キャビティ内に樹脂材料を注入後に、樹脂材料を固化させることにより、ウォームホイール１９とホイールピン３０とを一体化したものである。

また、ホイールピン３０の外周には樹脂材料からなる円筒形状のカラー３１が取り付けられている。カラー３１はホイールピン３０に対して相対回転可能である。ホイールピン３０には抜け止め５３が取り付けられており、カラー３１はホイールピン３０から外れないように固定されている。さらに、躯体１２の内部には直線状に延ばされたガイドレール３２が取り付けられている。ガイドレール３２は、中心線Ａと垂直な平面内で、中心線Ａから半径方向に沿って延ばされている。また、ガイドレール３２の内部には、ガイドレール３２に沿って動作可能なスライダ３３が設けられている。スライダ３３にはケーブル３３ａの一端が連結されており、ケーブル３３ａの他端は燃料遮断弁１１に連結されている。ケーブル３３ａは、スライダ３３の動力を燃料遮断弁１１に伝達する動力伝達要素である。燃料遮断弁１１は、動力伝達要素から伝達される動力により、燃料の供給経路を開閉する弁体（図示せず）を有する。ケーブル３３ａは筒形状の弾性材料からなる保持部材５１内に挿入されており、保持部材５１は、保持溝５２により保持され、両者の間は液密状態となっている。保持溝５２はロアーケーシング１４に設けられている。なお、アッパーケーシング１３には、保持溝５２に対応する保持溝が設けられているが、アッパーケーシング１３に設けられた保持溝は、便宜上、図示されていない。

また、スライダ３３にはピン３４が取り付けられている。ピン３４の軸線Ｃはホイールピン３０の軸線Ｂと平行であり、ピン３４の外周には樹脂材料からなる円筒形状のカラー３５が取り付けられている。カラー３５は、ピン３４に対して回転可能に取り付けられている。さらに、ピン３４の自由端には抜け止め３６が取り付けられている。この構成により、カラー３５がピン３４から抜けることが防止されている。

さらに、２個のカラー３１，３５同士はロッド（リンク）３７により連結されている。ロッド３７の一端には取り付け孔３８が設けられており、その取り付け孔３８にカラー３５が挿入されている。また、ロッド３７とカラー３５とは軸線Ｃを中心として相対回転可能である。一方、ロッド３７の他端には長孔３９が形成されており、その長孔３９にカラー３１が挿入されている。したがって、カラー３１は長孔３９内でロッド３７の長さ方向に移動可能である。また、ロッド３７とカラー３１とは軸線Ｂを中心として相対回転可能である。ロッド３７とスライダ３３は、ウォームホイール１９の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構である。さらに、躯体１２の内部にはスプリング４０が設けられている。スプリング４０は渦巻きコイルバネであり、引っ張りバネにより構成されている。スプリング４０の一端はカラー３５に接続されており、スプリング４０の他端はカラー３１に接続されている。

また、躯体１２の内部にはダンパ４１が設けられている。ダンパ４１はゴム状弾性体により構成されており、ダンパ４１は回転軸１７の中心線Ｄと同軸に配置されている。また、ダンパ４１と回転軸１７との間には中間子４２が介在されている。ダンパ４１は回転軸１７のスラスト方向における振動を吸収するための機構である。

一方、電動モータ１６は図示しないコイルを有しており、ロアーケーシング１４にはコネクタ４３が、図示しないシール手段によってロアーケーシング１４との間が液密状態となるように設けられている。コネクタは４３、コイルに電力を供給するターミナルを有する。コネクタ４３は、ロアーケーシング１４の表面から躯体１２の外部に突出している。また、コネクタ４３に対して取り付け及び取り外しが可能なソケット４５が設けられている。ソケット４５は、コネクタ４３のターミナルに接続されるターミナル（図示せず）を有しており、ソケット４５には電源コード５０が接続されている。ソケット４５は筒形状に構成されており、ソケット４５がコネクタ４３の外周に装着されるようになっている。ソケット４５の内周面には、シール部材４６が取り付けられている。シール部材４６はコネクタ４３の外周面に接触してシール面を形成している。

さらに、ロアーケーシング１４には通気管４７が設けられている。通気管４７は、躯体１２の外部と内部とを連通する空気孔であり、通気管４７は、ロアーケーシング１４の外表面から、躯体１２の外部に向けて突出している。また、通気管４７にはゴムホース４８が接続されている。ゴムホース４８の内部には空気の流れ方向に沿って千鳥状に突起４９が複数個配置されている。複数の突起４９は、躯体１２の外部の異物が、躯体１２の内部に侵入することを抑制するラビリンス機構である。

つぎに、アクチュエータ１０の動作及び作用を説明する。電動モータ１６に電力が供給されて、中心線Ａに対して垂直な平面内において、ウォームホイール１９の回転位置が、支持軸２３とホイールピン３０とピン３４とが一直線上に位置している第１の位置にある状態から、約１８０度回転して第２の位置で一停止する。ここで、ウォームホイール１９の回転運動により、ロッド３７がピン３４を中心として所定角度の範囲内で揺動する。ロッド３７が揺動すると、スライダ３３がガイドレール３２に沿って直線状に動作し、かつ、ケーブル３３ａが動作して燃料遮断弁１１が開かれる。スライダ３３は、例えば、図１において右方向に動作する。燃料遮断弁１１が開かれると、燃料ポンプから吐出された燃料はディーゼルエンジンの燃焼室に供給される。

これに対して、電動モータ１６に電力が供給されて、ウォームホイール１９の回転位置が第２の位置から、前記と同方向に約１８０度回転して第１の位置に戻る。すると、スプリング４０の力でスライダ３３が押され、ガイドレール３２に沿って直線状に、かつ、前述とは逆向きに動作し、ケーブル３３ａが動作して燃料遮断弁１１が閉じられる。スライダ３３は、例えば図１において左方向に動作する。燃料遮断弁１１が閉じられると、燃料ポンプからディーゼルエンジンの燃焼室には燃料が供給されない状態、いわゆるフューエルカット状態となる。

本実施形態においては、支持軸２３とロアーケーシング１４とがインサートモールド成形により一体化されており、軸端部２２はロアーケーシング１４を貫通していない（躯体１２の外部に露出していない）。このため、支持軸２３とロアーケーシング１４との隙間を介して、躯体１２の外部から躯体１２の内部に水が侵入することを防止できる。つまり、支持軸２３とロアーケーシング１４との間に、ゴム状弾性体により構成されたＯリングを取り付ける必要がない。したがって、アクチュエータ１０を高温環境で用いても、Ｏリングが劣化することを防止でき、躯体１２のシール性、特に防水性が低下することを抑制できる。さらに、Ｏリングを取り付ける必要がないため、部品点数を削減できるとともに、支持軸２３の表面におけるＯリングとの接触部分を、高精度に仕上げる（切削加工）必要もない。さらに、ロアーケーシング１４に、Ｏリングを取り付けるための環状溝を設ける必要もなく、加工工数を削減できる。

また、インサートモールド成形の時点で、支持軸２３がロアーケーシング１４に固定されるため、別々に成形加工した部品を組み合わせる場合に比べて、支持軸２３の表面加工精度、特に、外径の加工精度が低くて済む。また、支持軸２３とロアーケーシング１４とがインサートモールド成形により固定されている。このため、支持軸２３がロアーケーシング１４から外れることを防止するために、支持軸２３の端部にカシメ加工を施したり、抜け止めワッシャを取り付けたりする必要がない。したがって、工数低減および部品点数削減に寄与できる。

さらに、ホイールピン３０とウォームホイール１９とがインサートモールド成形により固定されている。このため、ホイールピン３０がウォームホイール１９から外れることを防止するために、ホイールピン３０の端部にカシメ加工を施したり、抜け止めワッシャを取り付けたりする必要がない。したがって、部品点数を削減できるとともに、カシメ（スピニングカシメ）加工を施す時間が不要となり、アクチュエータ１０の生産性が向上する。

さらに、支持軸２３には外向きフランジ２４が設けられており、外向きフランジ２４が底部２１の表面に接触した状態で、支持軸２３がロアーケーシング１４にインサートモールド成形によって固定されている。このため、支持軸２３に過大なトルクが加わり、径方向の力が加わると、その力をフランジ２４の底面（ロアーケーシング１４側の面）２４ａで受けることで、支持軸２３の軸端部２２に応力が集中することを抑制でき、支持軸２３の径方向の力に対する耐力が向上する。底面２４ａは、中心線Ａに対して垂直な平面であり、径方向の力は、フランジ２４の底面２４ａからロアーケーシング１４の表面１４ａに伝達される。したがって、支持軸２３がロアーケーシング１４に対して傾斜することを抑制できる。さらに、支持軸２３の外周面に凹凸２５が施されているため、ロアーケーシング１４と支持軸２３の外周面との間の密着力が向上し、摩擦係合力を高めることができる。したがって、ロアーケーシング１４に対して支持軸２３が相対回転することを防止できる。

さらに、ホイールピン３０には外向きフランジ３０Ａが設けられており、外向きフランジ３０Ａがウォームホイール１９の表面に接触した状態で、ホイールピン３０がウォームホイール１９にインサートモールド成形によって固定されている。このため、ホイールピン３０に対して径方向の力が加わると、その力をウォームホイール１９の表面で受けることで、力を受ける面積をなるべく広くすることができ、ホイールピン３０の径方向の力に対する耐力が向上する。したがって、ホイールピン３０がウォームホイール１９に対して傾斜することを防止できる。さらにまた、ソケット４５とコネクタ４３との間にシール部材４６が介在されているため、水などの異物がソケット４５とコネクタ４３との接続部分に侵入することを防止できる。

さらに、電動モータ１６の回転により躯体１２の内部の温度が上昇して空気圧が高まると、躯体１２の内部の空気は通気管４７及びゴムホース４８を経由して、躯体１２の外部に放出される。さらに、ゴムホース４８の内部には突起４９が設けられているため、躯体１２の外部の異物がゴムホース４８内を経由して、躯体１２の内部に侵入することを抑制できる。

ここで、本実施形態で説明した構成と、本発明の構成との対応関係を説明すると、ロッド３７及びスライダ３３が、本発明の運動変換機構に相当し、表面２１ａが、本発明における「躯体の内面」に相当する。本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、スライダ３３の動力を燃料遮断弁１１に伝達する動力伝達要素は、ケーブル３３ａに代えるか、またはケーブル３３ａと組み合わせて、リンク、ロッド等を用いることもできる。また、本発明の運動変換機構は、ロッド３７及びスライダ３３により構成されているが、これに限らず、他の周知の変換機構であってもよい。

また、軸端部２２は、ロアーケーシング１４を貫通していなければよく、軸端部２２の外周形状は、非円形、例えば、楕円形、四角形、六角形でもよい。また、軸端部２２の外周形状を非円形とすれば、軸端部２２の外周面とロアーケーシング１４との係合力により、支持軸２３がロアーケーシング１４に対して相対回転することを防止できる。さらに、図２においては中心線Ａ、軸線Ｂ，Ｃが便宜上、上下方向に沿って配置されているが、中心線Ａ、軸線Ｂ，Ｃが水平方向、あるいはその他の方向に沿って配置されるように、アクチュエータ１０が車両に取り付けられていてもよい。

１０ アクチュエータ
１１ 燃料遮断弁
１２ 躯体
１３ アッパーケーシング
１４ ロアーケーシング
１５，４６ シール部材
１６ 電動モータ
１７ 回転軸
１８ ウォーム
１９ ウォームホイール
２０ ヘリカルギヤ
２１ 底部
２１ａ 表面
２２ 軸端部
２３ 支持軸
２４，３０Ａ 外向きフランジ
２４ａ 底面
２５ 凹凸
２６ ワッシャ
２７，３６，５３ 抜け止め
２８ 軸孔
２９ 軸端部
３０ ホイールピン
３１，３５ カラー
３２ ガイドレール
３３ スライダ
３３ａ ケーブル
３４ ピン
３７ ロッド
３８ 取り付け孔
３９ 長孔
４０ スプリング
４１ ダンパ
４２ 中間子
４３ コネクタ
４５ ソケット
４７ 通気管
４８ ゴムホース
４９ 突起
５０ 電源コード
５１ 保持部材
５２ 保持溝
Ａ，Ｄ 中心線
Ｂ，Ｃ 軸線

Claims (4)

1. 樹脂材料により成形された中空の躯体と、前記躯体の内部に設けられた電動モータと、前記電動モータの動力で回転するウォームホイールと、前記ウォームホイールを回転可能に支持し、かつ、金属材料により成形された支持軸と、前記ウォームホイールの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構とを備え、前記躯体の内部が液密状態に構成された燃料遮断弁用のアクチュエータであって、
   前記支持軸は、前記躯体の外部にその軸端部が露出しないようインサートモールド成形により前記躯体と一体化されていることを特徴とする燃料遮断弁用のアクチュエータ。
2. 請求項１記載の燃料遮断弁用のアクチュエータにおいて、
   前記支持軸の外周面には、前記支持軸の半径方向に延ばされた外向きフランジが形成されており、前記支持軸は、前記外向きフランジが前記躯体の内面に接触した状態で前記躯体にインサートモールドされていることを特徴とする燃料遮断弁用のアクチュエータ。
3. 請求項１または２記載の燃料遮断弁用のアクチュエータにおいて、
   前記支持軸の外周面における前記躯体へのインサートモールド部位に、前記支持軸と前記躯体とが相対回転することを防止する凹凸が設けられていることを特徴とする燃料遮断弁用のアクチュエータ。
4. 請求項１ないし３のいずれか記載の燃料遮断弁用のアクチュエータにおいて、
   前記躯体に、前記電動モータに電力を供給する電源コードのソケットが着脱されるコネクタが前記躯体との間で液密状態に設けられており、前記ソケットと前記コネクタとの嵌め合い部分に、前記躯体の外部の異物が前記ソケットと前記コネクタとの嵌め合い部分に侵入することを防止するシール部材が取り付けられていることを特徴とする燃料遮断弁用のアクチュエータ。

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