JP2014225949A - モータ - Google Patents

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Abstract

【課題】端板の強度低下を抑制しつつ、端板を適正にモータ胴部の端面に溶接することのできるモータを提供すること。【解決手段】モータ1において、端板9には、外縁部98に端板9の他の部分より板厚が薄い薄板部96が形成され、端板9は、薄板部96とモータ胴部1aの端面1bとのレーザによる溶接部分Sにより、モータ胴部1aに固定されている。ここで、モータ胴部1aの端面1bは、ステータ40に固定された板状部材8からなり、各部分の板厚は、以下の関係薄板部96<板状部材8<端板9の内側板部95=端板9の凹部92の底部93を有している。【選択図】図2

Description

本発明は、モータ胴部の端面に端板が溶接により固定されたモータに関するものである。
モータでは、モータ胴部から回転軸が突出した構造を有しており、モータ胴部は、回転軸を備えたロータの周りに配置された筒状のステータを備えている。また、モータでは、モータ胴部のモータ軸線方向の一方側の端面に重ねて配置された端板をモータ胴部の端面と溶接して、端板を固定した構造が採用されることがある。
例えば、モータ胴部のモータ軸線方向の一方側の端面に重ねて配置された蓋板(端板)の外縁部をモータ胴部の端面とレーザ溶接して、蓋板を固定した構造が提案されている(特許文献1参照)。
特開平7−67313号公報
しかしながら、特許文献1に記載の構造のように、蓋板(端板)の外縁部をモータ胴部の端面とレーザ溶接する際、蓋板の板厚が厚いと、パワー不足になって溶接が難しくなる。一方、溶接時のパワーを上げると、レーザがモータ胴部の端面を貫通して内部に進行してしまうことがあり、このような事態が発生すると、モータが損傷してしまう。一方、蓋板の板厚を薄くすれば、レーザ溶接は適正に行うことができるが、蓋板の強度が低下し、回転軸から蓋板に荷重が加わった際、蓋板が変形するという問題点がある。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、端板の強度低下を抑制しつつ、端板を適正にモータ胴部の端面に溶接することのできるモータを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係るモータは、回転軸を備えたロータと、該ロータの周りに配置された筒状のステータを備えたモータ胴部と、該モータ胴部のモータ軸線方向の一方側の端面に重ねて配置された端板と、を有し、前記端板には、縁部に当該端板の他の部分より板厚が薄い薄板部が形成され、前記端板は、前記薄板部と前記端面との溶接部分により、前記モータ胴部に固定されていることを特徴とする。
本発明では、端板のうち、モータ胴部の端面と溶接される部分は、他の部分より板厚が薄い薄板部になっている。このため、溶接時のパワーを過度に上げなくても、端板とモータ胴部の端面とを適正に溶接することができる。また、端板のうち、溶接されない他の部分は、板厚を厚くしておくことができるので、端板の強度低下を抑制することができる。
本発明において、前記薄板部は、前記端板の外縁部に設けられている構成を採用することができる。かかる構成によれば、簡素な加工により、薄板部を形成することができる。また、モータ胴部に対する端板の固定強度を高めることができる。
本発明において、前記端板は、前記回転軸の前記モータ軸線方向の前記一方側の端部を当該モータ軸線方向で支持する構成を採用することができる。かかる構成の場合には、端板に大きな強度が求められるが、本発明によれば、端板の強度低下を抑制することができるので、回転軸をモータ軸線方向で支持するのに十分対応することができる。
本発明において、前記モータ胴部は、前記ステータの前記モータ軸線方向の前記一方側の端部に固定されて前記端面を構成する板状部材を備え、前記端板は、前記板状部材との前記溶接部分により前記モータ胴部に固定されており、前記薄板部の板厚は、前記板状部材の板厚より薄いことが好ましい。かかる構成によれば、板状部材の板厚が端板の薄板部の板厚より厚いので、レーザがモータ胴部の端面を貫通して内部に進行することを回避することができる。
本発明において、前記端板の前記他の部分の板厚は、前記板状部材の板厚より厚いことが好ましい。かかる構成によれば、端板は十分な強度を有することになる。
本発明において、前記板状部材は、前記回転軸を回転可能に支持する軸受を保持している構成を採用することができる。
本発明において、前記モータ軸線方向からみたとき、前記溶接部分は、前記ステータの内周縁より径方向の内側に位置する構成を採用することができる。モータ胴部が、ステータの端部に固定された板状部材を備えている場合には、端板の溶接個所に対する制約が緩和することができるので、溶接部分をステータより径方向の内側に設けることができる。
本発明において、前記端板は、鍔部と、該鍔部の内縁から前記モータ軸線方向の前記一方側に向けて凹んだ凹部と、を有し、前記鍔部の外縁部に前記薄板部が形成されている構成を採用することができる。
本発明において、前記鍔部は、前記薄板部より径方向内側に内側板部を備え、当該内側板部の板厚は、前記薄板部の板厚より厚く、前記凹部の底部の板厚と等しい構成を採用することができる。かかる構成によれば、鍔部は、板厚の厚い内側板部を有するので、鍔部が十分な強度を有することになる。
本発明において、前記薄板部と前記他の部分との境界には、板厚差に相当する段部が構成されている構成を採用することができる。
本発明において、前記薄板部は、前記他の部分の側から外縁部に向けて板厚が連続的に薄くなっている構成を採用してもよい。かかる構成によれば、鍔部に段部がないので、応力が段部に集中して鍔部を変形させるという事態を回避することができる。
本発明では、端板のうち、モータ胴部の端面と溶接される部分は、縁部に端板の他の部分より板厚が薄い薄板部になっている。このため、溶接時のパワーを過度に上げなくても、端板とモータ胴部の端面とを適正に溶接することができる。また、端板のうち、溶接されない他の部分は、板厚を厚くしておくことができるので、端板の強度低下を抑制することができる。
本発明の実施の形態1に係るモータを反出力側からみた斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るモータの内部構造を示す説明図である。 本発明の実施の形態2に係るモータの内部構造を示す説明図である。
図面を参照して、本発明を適用したモータの一例を説明する。なお、以下の説明において、モータ軸線方向Lのうち、回転軸50がステータ40から突出している側を出力側L1とし、回転軸50がステータ40から突出している側とは反対側を反出力側L2として説明する。
[実施の形態1]
(全体構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係るモータを反出力側からみた斜視図である。図2は、本発明の実施の形態1に係るモータの内部構造を示す説明図であり、図2(a)、(b)は、モータの断面図、および円Cで囲った端板の溶接部分付近を拡大して示す拡大断面図である。
図1に示すモータ1は、プリンターやガス機器等に用いられるステッピングモータであり、円柱状のモータ胴部1aから出力側L1に向けて回転軸50が突出した構造になっている。モータ胴部1aは、円筒状のステータ40と、ステータ40の反出力側L2の端部に重なるように固定された板状部材8とを備えており、本形態において、モータ胴部1aのモータ軸線方向Lの反出力側L2の端面1bは、板状部材8の反出力側L2の面82からなる。
図2に示すように、ステータ40は、A相用のステータとB相用のステータとがモータ軸線方向Lに重ねて配置された構造を有している。このため、ステータ40では、コイル線41が巻回された環状の2つのコイルボビン42(コイルボビン42Aとコイルボビン42B)がモータ軸線方向Lに重ねて配置されており、かかるコイルボビン42には各々、内ステータコア43および外ステータコア44が重ねて配置されている。より具体的には、コイルボビン42Aにおいてモータ軸線方向Lの両側には、環状の内ステータコア43A、および断面U字形状の外ステータコア44Aが各々、重ねて配置され、コイルボビン42Bにおいてモータ軸線方向Lの両側には、環状の内ステータコア43B、および断面U字形状の外ステータコア44Bが各々、重ねて配置されている。コイルボビン42Aおよびコイルボビン42Bの内周面では、内ステータコア43A、43Bおよび外ステータコア44A、44Bの複数の極歯45(極歯45A、45B)が周方向に並んだ構成となっている。
このようにして、ロータ配置穴40aを備えた円筒状のステータ40が構成されており、ステータ40の径方向内側にはロータ5が同軸状に配置されている。本形態では、外ステータコア44A、44Bの円筒部49A、49Bが各々、コイルボビン42Aおよびコイルボビン42Bの径方向外側まで延在しており、外ステータコア44A、44Bによってモータケース10が構成されている。また、ステータ40の出力側L1の端部47は、外ステータコア44Aの円環部からなり、ステータ40の反出力側L2の端部48は、外ステータコア44Bの円環部からなる。
コイルボビン42(コイルボビン42Aおよびコイルボビン42B)は樹脂製であり、コイルボビン42には端子2を保持する端子台420が一体に形成されている。端子台420は、外ステータコア44A、44Bの円筒部49A、49Bに形成された切り欠き490A、490Bから径方向外側に突出している。
ロータ5では回転軸50がモータ軸線方向Lに延在し、回転軸50は、ステータ40の出力側L1の端部47から突出している。回転軸50の反出力側L2寄りの位置には、円筒状のブシュ51が固着されており、かかるブシュ51の径方向外側に円筒状の永久磁石53が接着剤(図示せず)等によって固着されている。永久磁石53は、ステータ40の内側(ロータ配置穴40a)において、外周面が径方向の内側でステータ40の極歯45と所定の間隔を介して対向している。
回転軸50は、ステンレス、真鍮、アルミニウム等の金属材料からなり、回転軸50の外周面のうち、ステータ40の出力側L1の端部47から突出している部分の外周面には螺旋溝58が形成されている。
(取付板3および軸受6の構成)
ステータ40に対して出力側L1には板状の取付板3が設けられている。取付板3は、ステータ40の出力側L1の端部47に重なるように配置され、溶接等の方法でステータ40に固定されている。取付板3は、モータ1をモータ機器に固定するための穴39が形成されている。
取付板3の中央部分には、モータ軸線方向Lで貫通する貫通穴30が形成されており、かかる貫通穴30には、回転軸50の外周面を径方向外側で回転可能に支持する軸受6が保持されている。軸受6は、筒部63と、筒部63より出力側L1で拡径する大径部64とを有しており、筒部63が取付板3の貫通穴30を貫通した状態で取付板3の出力側L1の面に大径部64が当接している。このため、軸受6は、大径部64によって反出力側L2への移動が規制され、この状態で、筒部63の反出力側L2の部分に対するカシメ等により、軸受6は取付板3に保持されている。
(板状部材8および軸受7の構成)
ステータ40に対して反出力側L2には板状部材8が設けられている。本形態において、板状部材8は、鋼板等の金属製である。板状部材8は、ステータ40の反出力側L2の端部48に重なるように配置され、溶接等の方法でステータ40に固定されている。従って、板状部材8において、反出力側L2の面82は、モータ胴部1aの反出力側L2の端面1bを構成している。なお、板状部材8は、モータ1を製造する初期の段階で溶接等によって外ステータコア44Bに固定される。
板状部材8の中央部分には、モータ軸線方向Lで貫通する貫通穴80が形成されており、かかる貫通穴80には、回転軸50の外周面を径方向外側で回転可能に支持する軸受7が保持されている。軸受7は、筒部73と、筒部73より出力側L1で拡径する大径部74とを有しており、筒部73が板状部材8の貫通穴80を貫通した状態で、大径部74が板状部材8の出力側L1の面81に当接している。このため、軸受7は、大径部74によって反出力側L2への移動が規制され、この状態で、筒部73の反出力側L2の部分に対するカシメ等により、軸受7は板状部材8に保持されている。なお、板状部材8には、ステータ40との位置決めを行うための穴88が形成されている。
(端板9の構造)
本形態のモータ1においては、モータ胴部1aの反出力側L2の端面1b(板状部材8の反出力側L2の面82)に重なるように金属製の端板9が配置されており、端板9は、板状部材8にレーザ溶接により固定されている。本形態において、端板9はSUS製である。
端板9は、モータ胴部1aの端面1bに重なる鍔部90と、鍔部90の内縁からモータ軸線方向Lの反出力側L2に向けて凹んだ凹部92とを有している。ここで、凹部92の内径は、回転軸50の外径より大である。このため、回転軸50のモータ軸線方向Lの反出力側L2の端部52は、凹部92の内側に位置する。また、回転軸50には、軸受6と永久磁石53との間にバネ性を有するワッシャ59が装着されており、回転軸50は、ワッシャ59によって反出力側L2に付勢されている。このため、回転軸50のモータ軸線方向Lの反出力側L2の端部52は、凹部92の底部93(底部93の出力側Lの面)に当接している。また、回転軸50に反出力側L2の外力が加わったとき、端板9の凹部92の底部93は、回転軸50のモータ軸線方向Lの反出力側L2の端部52をモータ軸線方向Lで支持する。なお、回転軸50を反出力側L2に付勢するにあたっては、ワッシャ59に代えて、コイルスプリング等を用いてもよい。
端板9において、鍔部90は円環状であり、鍔部90の外径(端板9の外径)は、板状部材8の外径寸法より小である。このため、鍔部90の外縁部98は、板状部材8の径方向の途中部分に重なっている。また、鍔部90の外径(端板9の外径)は、ステータ40の内径(ロータ配置穴40aの径)より小である。
(端板9の詳細構成)
本形態では、図1に示すように、モータ胴部1aを組み立てた後、端板9の外縁部98にレーザを照射し、モータ胴部1aの端面1b(板状部材8)と端板9とをレーザ溶接することにより、端板9をモータ胴部1aの端面1bに固定する。本形態では、端板9の外縁部98のうち、周方向の複数箇所にレーザを照射することにより、モータ胴部1aの端面1b(板状部材8)と端板9とを周方向の複数箇所でレーザ溶接する。ここで、鍔部90の外径(端板9の外径)は、ステータ40の内径(ロータ配置穴40aの径)より小であるため、モータ軸線方向Lからみたとき、溶接部分Sは、ステータ40の内周縁より径方向の内側に位置する。
なお、レーザ溶接を行うにあたっては、端板9の外縁部98と板状部材8との境目に向けて斜め方向からレーザを照射してもよいが、本形態では、端板9の外縁部98と板状部材8との境目に向けて、板状部材8に対する法線方向(モータ軸線方向L)からレーザを照射する。
このようにして、端板9を固定するにあたって、本形態では、図2に示すように、端板9の外縁部98には、全周にわたって端板9の他の部分より板厚が薄い薄板部96が形成されており、かかる薄板部96とモータ胴部1aの端面1b(板状部材8)との溶接部分Sにより、端板9がモータ胴部1aに固定されている。
ここで、薄板部96は、端板9の鍔部90の外周側のみに形成されている。このため、鍔部90は、外周側の薄板部96と、薄板部96より径方向内側の円環状の内側板部95とを備えており、薄板部96の板厚は、内側板部95の板厚より薄い。従って、薄板部96と内側板部95との境界には、板厚差に起因する段部97が形成されている。
本形態において、端板9は、一定厚の金属板に対するプレス加工によって製作されたものであり、薄板部96は、プレス加工によって薄板化された部分である。このため、端板9において、薄板部96は、内側板部95や凹部92の底部93等、薄板部96以外の他の部分より板厚が薄く、内側板部95と凹部92の底部93とは板厚が等しい。また、薄板部96は、板状部材8より板厚が薄く、内側板部95および凹部92の底部93は、板状部材8より板厚が厚い。それ故、各部分の板厚は、以下の関係
薄板部96<板状部材8<内側板部95=凹部92の底部93
を有している。
本形態において、薄板部96の板厚は、板状部材8の板厚の70%以下であり、好ましくは30〜70%程度が好ましい。薄板部96の板厚は、薄い方が溶接しやすい一方、薄過ぎると、強度が低下してしまう。それ故、薄板部96の板厚は、板状部材8の板厚の30〜70%程度が好ましい。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態のモータ1では、端板9には、外縁部98に端板9の他の部分より板厚が薄い薄板部96が形成され、端板9は、薄板部96とモータ胴部1aの端面1bとのレーザによる溶接部分Sにより、モータ胴部1aに固定されている。このため、溶接時のレーザパワーを過度に上げなくても、薄板部96が確実に加熱溶融されるので、端板9とモータ胴部1aの端面1bとを適正に溶接することができる。また、端板9のうち、溶接されない他の部分は、板厚を厚くしておくことができるので、端板9の強度低下を抑制することができる。例えば、端板9の鍔部90の内側板部95や凹部92の底部93は、板状部材8の板厚より厚いため、端板9は、十分な強度を有する。従って、端板9によって、回転軸50のモータ軸線方向Lの反出力側L2の端部52をモータ軸線方向Lで支持した場合でも、端板9の変形等を回避することができる。
また、薄板部96は、端板9の外縁部98に設けられているため、簡素な加工により、薄板部96を形成することができる。また、端板9の外縁部98でレーザ溶接を行うため、レーザ溶接箇所の増減により溶接強度を調整することが可能となる。
また、端板9は、ステータ40のモータ軸線方向Lの反出力側L2の端部に固定された板状部材8との溶接部分Sによりモータ胴部1aに固定されている。このため、端板9の溶接部分Sの位置に対する制約が緩和することができるので、例えば、モータ軸線方向Lからみたとき、溶接部分Sをステータ40より径方向の内側に設けることができる。また、板状部材8は、軸受7を保持するための部材であるため、端板9をレーザ溶接するために専用の板状部材を追加する必要がない。
また、薄板部96の板厚は、板状部材8の板厚より薄い。すなわち、板状部材8の板厚が端板9の薄板部96の板厚より厚いので、レーザがモータ胴部1aの端面を貫通して内部に進行することを回避することができる。
[実施の形態2]
図3は、本発明の実施の形態2に係るモータの内部構造を示す説明図であり、図3(a)、(b)は、モータの断面図、および円Cで囲った端板の溶接部分付近を拡大して示す拡大断面図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
図3に示すモータ1も、実施の形態1と同様、円柱状のモータ胴部1aから出力側L1に向けて回転軸50が突出した構造になっている。また、モータ胴部1aは、円筒状のステータ40と、ステータ40の反出力側L2の端部に固定された板状部材8とを備えており、本形態において、モータ胴部1aのモータ軸線方向Lの反出力側L2の端面1bは、板状部材8の反出力側L2の面82からなる。
本形態のモータ1においても、実施の形態1と同様、モータ胴部1aのモータ軸線方向Lの反出力側L2の端面1b(板状部材8の反出力側L2の面82)に重なるように端板9が配置されており、端板9は、板状部材8にレーザ溶接により固定されている。
このようにして、端板9を固定するにあたっては、本形態では、端板9の外縁部98には、端板9の他の部分より板厚が薄い薄板部96が形成されており、かかる薄板部96とモータ胴部1aの端面1b(板状部材8)との溶接部分Sにより、端板9がモータ胴部1aに固定されている。本形態でも、実施の形態1と同様、各部分の板厚は、以下の関係
薄板部96<板状部材8<内側板部95=凹部92の底部93
を有している。
ここで、薄板部96は、端板9の内側板部95(端板の他の部分)の側から外縁部98に向けて板厚が連続的に薄くなっている。このため、薄板部96と内側板部95との境界には、板厚差に起因する段部が形成していない。
このように構成したモータ1でも、実施の形態1と同様、端板9には、外縁部98に端板9の他の部分より板厚が薄い薄板部96が形成され、端板9は、薄板部96とモータ胴部1aの端面1bとのレーザによる溶接部分Sにより、モータ胴部1aに固定されている。このため、溶接時のレーザパワーを過度に上げなくても、端板9とモータ胴部1aの端面1bとを適正に溶接することができる。また、端板9のうち、溶接されない他の部分は、板厚を厚くしておくことができるので、端板9の強度低下を抑制することができる等、実施の形態1と同様な効果を奏する。
また、本形態では、薄板部96は、端板9の内側板部95(端板の他の部分)の側から外縁部98に向けて板厚が連続的に薄くなっているため、薄板部96と内側板部95との境界には、板厚差に起因する段部が形成していない。それ故、応力が段部に集中して鍔部90を変形させるという事態を回避することができる。
[他の実施の形態]
上記実施の形態では、端板9の全周にわたって薄板部96を形成し、周方向で離間した箇所でレーザ溶接を行ったが、端板9の全周(薄板部96の全周)にわたってレーザ溶接を行ってもよい。
上記実施の形態では、端板9の全周にわたって薄板部96を形成し、周方向で離間した箇所でレーザ溶接を行ったが、レーザ溶接を行う箇所のみに薄板部96を設けてもよい。
上記実施の形態では、端板9の外縁部98に薄板部96を形成したが、端板9の鍔部90に開口部を形成するとともに、かかる開口部の内縁部に薄板部を設け、開口部の内縁部でレーザ溶接を行ってもよい。
上記実施の形態では、回転軸50が常に反出力側L2に付勢されており、端部52は端板9で常に直接支持されている。また、上記実施の形態では、回転軸50に反出力側L2の外力が加わった際、端板9が回転軸50の端部52を直接、支持する構成である。但し、端板9が回転軸50の端部52を、軸受等を介して支持する構成であってもよい。また、端板9に板バネ部を形成しておき、板バネ部によって、回転軸50の端部52を直接、あるいは軸受を介して支持する構成であってもよい。
上記実施の形態では、回転軸50に反出力側L2の外力が加わった際、端板9が回転軸50の端部52を直接、支持する構成であったが、回転軸50と端板9との間に、回転軸50を出力側L1に向けて付勢するバネ部を備えた板状部材を配置し、バネ部が反出力側L2に過度に変形することを端板9によって防止する構造を採用してもよい。
上記実施の形態では、端板9がステータ40のモータ軸線方向Lの反出力側L2の端部48に固定された板状部材8に溶接されている構成であったが、モータ胴部1aの端面1bがステータ40の反出力側L2の端部48により構成されている場合、端板9をステータ40の端部48に溶接するのに本発明を適用してもよい。
1 モータ
1a モータ胴部
1b モータ胴部の端面
5 ロータ
7 軸受
8 板状部材
9 端板
40 ステータ
50 回転軸
90 鍔部
92 凹部
93 凹部の底部
95 内側板部
96 薄板部
97 段部
98 外縁部
S 溶接部分

Claims (11)

  1. 回転軸を備えたロータと、
    該ロータの周りに配置された筒状のステータを備えたモータ胴部と、
    該モータ胴部のモータ軸線方向の一方側の端面に重ねて配置された端板と、
    を有し、
    前記端板には、縁部に当該端板の他の部分より板厚が薄い薄板部が形成され、
    前記端板は、前記薄板部と前記端面との溶接部分により、前記モータ胴部に固定されていることを特徴とするモータ。
  2. 前記薄板部は、前記端板の外縁部に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のモータ。
  3. 前記端板は、前記回転軸の前記モータ軸線方向の前記一方側の端部を当該モータ軸線方向で支持することを特徴とする請求項2に記載のモータ。
  4. 前記モータ胴部は、前記ステータの前記モータ軸線方向の前記一方側の端部に固定されて前記端面を構成する板状部材を備え、
    前記端板は、前記板状部材との前記溶接部分により前記モータ胴部に固定されており、
    前記薄板部の板厚は、前記板状部材の板厚より薄いことを特徴とする請求項2または3に記載のモータ。
  5. 前記端板の前記他の部分の板厚は、前記板状部材の板厚より厚いことを特徴とする請求項4に記載のモータ。
  6. 前記板状部材は、前記回転軸を回転可能に支持する軸受を保持していることを特徴とする請求項4または5に記載のモータ。
  7. 前記モータ軸線方向からみたとき、前記溶接部分は、前記ステータの内周縁より径方向の内側に位置することを特徴とする請求項4乃至6の何れか一項に記載のモータ。
  8. 前記端板は、鍔部と、該鍔部の内縁から前記モータ軸線方向の前記一方側に向けて凹んだ凹部と、を有し、
    前記鍔部の外縁部に前記薄板部が形成されていることを特徴とする請求項2乃至7の何れか一項に記載のモータ。
  9. 前記鍔部は、前記薄板部より径方向内側に内側板部を備え、
    当該内側板部の板厚は、前記薄板部の板厚より厚く、前記凹部の底部の板厚と等しいことを特徴とする請求項8に記載のモータ。
  10. 前記薄板部と前記他の部分との境界には、板厚差に相当する段部が構成されていることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載のモータ。
  11. 前記薄板部は、前記他の部分の側から外縁部に向けて板厚が連続的に薄くなっていることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載のモータ。
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