JP2015075236A - 中子の可撓性を改善するための切り欠きを備える内リング - Google Patents

Abstract

【課題】軸受アセンブリに対するシャフトの摩擦回転の減少を提供する。【解決手段】第一軸受軌道を有する外リングと、第二軸受軌道を有する内リング１６とを有しシャフト部材を回転可能に支持する軸受アセンブリ１０の内リングは、その間に形成されたスロット３４を有する内リングの少なくとも１つの末端から片持ち構成で延在する複数の中子部材３２を含む。軸受部材は、第一および第二軸受軌道の間の空間内に、これらと係合して配置される。切り欠き溝４０は、複数の中子部材３２と略隣接する内リングの内表面に沿って、周方向に延在する。切り欠き溝は、複数の中子部材の有効片持ち距離を増加させるようになっている。アセンブリ１０は、複数の中子部材を係合させて、内リング１６をシャフトに結合するために複数の中子部材上に圧縮力を印加する係止部材をさらに含む。【選択図】図１

Description

本開示は軸受アセンブリに関し、より具体的には、改善された中子の可撓性を提供するための切り欠きを備える内リングを有する軸受アセンブリに関する。

本章は、必ずしも従来技術ではないが、本開示に関する背景情報を提供する。本章は、本開示の全体的な要約を提供するが、その全範囲またはその特徴のすべての包括的開示ではない。

回転シャフト上に軸受アセンブリの軸受内リングを固定するための様々な配置が、当該技術分野において知られている。このような配置は、シャフト係合止めねじおよびシャフト包囲係止カラーを含んでいた。このような係止カラーは、一般的には１つ以上の係止ねじの形態の、係止または締結手段を含む。参照により本願に組み込まれて本教示の一部とされる、米国特許第４，５３７，５１９号明細書および米国特許第６，９０８，２３０号明細書に開示される配置では、単ねじ係止カラーで係止されたとき、内リングとシャフトとの改善された同芯度およびより速いシャフト速度を可能にする位置でシャフトおよび内リングをしっかりと握持および保持するのに役立つ、等間隔の内リング指状伸長部または中子を内リングが含む、軸受アセンブリが提供される。

米国特許第４５３７５１９号明細書 米国特許第６９０８２３０号明細書

本教示は、軸受アセンブリをシャフトに固定するための多くの周知の力印加配置のいずれか１つと組み合わせて利用されることが可能であり、改善されたシャフト−リング同芯度、ならびに高負荷および高速シャフト動作の下で係止する能力の向上という上述の利点を生じる、周知のＳＫＷＥＺＬＯＣ（Ｒ）配置の圧縮カラーおよび内リング指状伸長部に、特に適している。

一般的に、これらの軸受アセンブリは、軸受アセンブリを通るシャフトと一緒に使用するために提供される。具体的には、軸受アセンブリは、軸受寿命を延長するために摩耗硬化された溝付き軌道を有する、カラー状の内リングを含んでもよい。そこから離間した関係のカラー状の内リングを包囲しているのは、内リング軌道と対向する関係に設けられた溝付き軌道を有する、カラー状の外リングである。軌道は、転動要素ケージの転動要素ポケット内に実装された複数の離間したボールまたは転動要素を入れ子式に受容するのに役立つ。軸受アセンブリが実装される軸受アセンブリ筐体または軸受台の中の通路と位置合わせする潤滑通路が、軸受外リング内に設けられる。転動要素ケージアセンブリを封止するために、その間にカラー状シールを備えるカラー状の内フリンガおよび外フリンガが、装填済み転動要素ケージの両側の軸受外リングおよび内リング上にそれぞれ圧入される。このように、転動要素は、内リングおよび外リングの硬化軌道内で回転しながら、軸受アセンブリに対するシャフトの摩擦回転の減少を提供することができる。

内リングは、内リングから突起してシャフトを包囲する、上述の内リング指状伸長部または中子を含んでもよい。これらの指状伸長部または中子はその後、シャフトの周りである程度崩壊して、ここで組み合わせられたアセンブリの同芯度を画定する。

しかしながら、近年の分析を通じて、よりハイグレードなシャフトの研削、および研磨仕上げがされていない商用グレードのシャフトが使用されるいくつかの用途では、内リングおよびシャフトアセンブリの組み合わせの同芯度が出ない可能性があることが、見出された。つまり、低公差要件を有する低グレードシャフトの使用は、内リング指状伸長部または中子がより高度な偏向に適合することを要求し、および／または内リング指状伸長部または中子が伸長部ごとに異なる偏向度に適応することを要求するかも知れない。しかしながら、この高度な偏向および伸長部ごとに異なる偏向度の少なくとも部分的な結果として、軸受軌道は係止カラーの取り付け時に歪む可能性があることが見出された。これはさらに、内リングと外リングとの間で軌道寸法の不一致を招き、軸受の性能および寿命を低下させる可能性がある。

本教示は、さらなるシャフトの多様性に適合して軌道変形をさらに抑制することが可能な、軸受アセンブリの改良型内リング構成を提供する。また、本教示は、より広い範囲のシャフト寸法および条件に対して改善された同芯度の利点を提供するために、容易に製造される改良型内リング構成を提供する。また、本教示は、改善された動作および摩耗のために軸受軌道の球通路変形を減少させることが可能な、内リング構成を提供する。

したがって、本教示の原理により、有利な構造を有するシャフト部材を回転可能に支持するための軸受アセンブリが提供される。軸受アセンブリは、第一軸受軌道を有する外リングと、第二軸受軌道を有する内リングとを含む。軌道は、互いに対して対向的に離間している。内リングは、その間に形成されたスロットを有する内リングの少なくとも１つの末端から片持ち構成で延在する、複数の中子部材を含む。軸受部材は、第一および第二軸受軌道の間の空間内に、これらと係合して、配置される。切り欠き溝は、複数の中子部材と略隣接する内リングの内表面に沿って、周方向に延在する。切り欠き溝は、複数の中子部材の有効片持ち距離を増加させるようになっている。アセンブリは、複数の中子部材を係合させて、内リングをシャフトに結合するために複数の中子部材上に圧縮力を印加する、係止部材をさらに含む。

さらなる用途の範囲は、本明細書に提供される記述より明らかになるだろう。本概要の記述および具体例は、説明のみを目的としており、本開示の範囲を限定するように意図されるものではない。

本明細書に記載される図面は、選択された実施形態例示を目的としておりすべての可能な実施ではなく、本開示の範囲を限定するように意図されるものではない。

本教示の原理による軸受アセンブリを示す斜視図である。 本教示の原理による切り欠き溝を有する内リングを示す断面図である。 本教示の原理による軸受アセンブリを示す、わかりやすくするために一部が切り取られた、断面図である。 本教示の原理による切り欠き溝を有する内リングを示す、拡大断面図である。 内リングの摩耗硬化領域を示す、拡大断面図である。 本教示のいくつかの実施形態による切り欠き溝を有する内リングを示す、断面図である。 本教示のいくつかの実施形態による切り欠き溝を有する内リングを示す断面図である。

図面の内のいくつかの図にわたって、対応する参照番号は対応する部品を示す。

ここで添付図面を参照して、例示的実施形態がより完全に記載される。

本開示が完璧となり、その範囲を当業者に完全に伝えるように、例示的実施形態が提供される。本開示の実施形態の完全な理解を提供するために、具体的な構成要素、装置、および方法などの多くの具体的詳細が明記される。具体的な詳細が採用される必要はないこと、例示的実施形態は多くの異なる形態で実現されてもよいこと、および本開示の範囲を限定するように解釈されるべきではないことも、当業者にとって明らかとなる。いくつかの例示的実施形態において、公知のプロセス、公知の装置構造および公知の技術は、詳細に記載されない。

本明細書において使用される用語は、特定の例示的実施形態を記載することのみを目的とし、限定するように意図されるものではない。本明細書において使用される際に、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈において別途明確に指示されない限り、複数形も含むように意図されてよい。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」および「ｈａｖｉｎｇ（有する）」は包括的であり、したがって記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、しかし１つ以上のその他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはこれらの群の存在および追加を除外するものではない。本明細書に記載される方法ステップ、プロセス、および動作は、実行順序として具体的に指定されない限り、必ずしも説明または例示された特定の順序で実行されなければならないと解釈されるべきではない。追加または代替ステップが採用されてもよいこともまた、理解されるべきである。

要素または層が別の要素または層に対して「上にある」、「係合する」、「接続される」、または「結合される」と言うとき、これは別の要素または層に対して直接的に上にあり、係合し、接続され、または結合されてもよく、あるいは介在する要素または層が存在してもよい。反対に、要素が別の要素または層に対して「直接上にある」、「直接係合する」、「直接接続される」、または「直接結合される」と言うときには、介在する要素または層が存在してはならない。要素間の関係性を記述するために使用されるその他の用語も、同様に解釈されるべきである（たとえば「間に」と「間に直接」、「隣接して」と「直接隣接して」など）。本明細書において使用される際に、用語「および／または」は、列挙された関連項目のうちの１つまたはそれ以上のあらゆる組み合わせを含む。

本明細書において様々な要素、構成要素、領域、層、および／または部分を記述するために第一、第二、第三などの用語が使用されるものの、これらの要素、構成要素、領域、層、および／または部分はこれらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、ある要素、構成要素、領域、層、または部分を別の要素、構成要素、領域、層、または部分から区別するためにのみ使用されてよい。「第一」、「第二」、およびその他の数値的用語は、本明細書において使用される際に、文脈によって明確に指示されない限り、順序または順番を示唆するものではない。

このため、以下に説明される第一の要素、構成要素、領域、層、または部分は、例示的実施形態の教示から逸脱することなく、第二の要素、構成要素、領域、層、または部分と称されることが可能である。

「内」、「外」、「下方」、「下」、「低い」、「上」、「上方」、「高い」などの空間的相対語は、本明細書において、図面に記載されるような、ある要素または特徴の、別の（１つまたは複数の）要素または特徴に対する関係性を記述するために、記述しやすさのために使用されてもよい。空間的相対語は、図面に描かれた配向に加えて、使用または動作中の装置の異なる配向も包含するように意図されてよい。たとえば、図中の装置が反転された場合、別の要素または特徴の「下」または「下方」と記述された要素は、その別の要素または特徴の「上方」に配向されることになる。このため、一例としての用語「下」は、上と下の両方の配向を包含することができる。装置は異なる配向であってもよく（９０度回転するかまたは別の配向）、本明細書において使用される空間的相対記述子は相応に解釈される。

本教示の原理によれば、有利な構造を有する軸受アセンブリ１０は、関連する図面に示され、本明細書に記載される。

具体的に図１から図３を参照すると、軸受アセンブリ１０は、シャフト部材１２と一緒に使用するように構成されている（図３）。より具体的には、軸受アセンブリ１０は、軸受筐体１４の中の外リング１８内に回転可能に設けられたカラー状の内リング１６を有する、軸受筐体１４を含むことができる。内リング１６は、内リング１６の外側および外リング１８の内側の周囲に配置された複数の軸受部材またはその他の減摩部材２０によって、シャフト部材１２と一緒に回転するために、少なくとも間接的に支持されることが可能である。このように、複数の軸受部材２０は、内リング１６と外リング１８との間に延在する周方向軌道２２の中に配置されることが可能である。具体的には、軌道２２は、内リング１６の外表面に沿って周方向に形成された溝付き軌道２４と、外リング１８の内表面に沿って周方向に形成された対向する溝付き軌道２６とを含むことができる。

内リング１６の溝付き軌道２４および外リング１８の溝付き軌道２６は、軌道２２を画定するために互いに離間した関係にある。いくつかの実施形態において、溝付き軌道２４および／または溝付き軌道２６は、改善された軸受寿命および動作のために摩耗硬化されている。いくつかの実施形態において、複数の軸受部材２０は、軸受ケージ２５の中に捕捉されることが可能である。

いくつかの実施形態において、軸受部材２０を包含する容積の中に潤滑剤（たとえば、グリース）を保持するために内リング１６、外リング１８、軸受部材２０、および／または軸受筐体１４の対向する末端を係合させるため、１つ以上の封止部材２８が使用可能である。潤滑剤は、グリースニップル３０を通じてこの容積内に挿入されることが可能である（図３）。

具体的に図１から図４を参照すると、内リング１６は、シャフト部材１２を包囲するようにカラー状の片持ち梁方式でそこから延在する、複数の中子部材３２を含む。中子部材３２には、周囲のスロット付き係止カラー３６による半径方向圧縮を可能にするために、シャフト回転軸と平行な複数のスロット３４が設けられている。しかしながら、カラー３６の他に代替の係止力配置が使用されることも可能であることは、理解されるべきである。

引き続き図１から図４を参照すると、いくつかの実施形態において、内リング１６は、内リング１６の内表面４２に沿って延在する切り欠き溝４０をさらに含む。切り欠き溝４０は、完全で連続する溝を画定するために、内リング１６の内表面４２の周りに周方向に延在することができる。切り欠き溝４０は、スロット３４の近位末端４４に略隣接しておよび／または交差して、配置されることが可能である。切り欠き溝４０は、少なくとも部分的に、中子部材３２の有効片持ち梁長を延長するのに役立つことが可能であり、これによって、以下により詳細に説明されるように、内リング１６の幅を増加させることも内リング１６の溝付き軌道２４の硬化域に作用することもなく、改善された梁偏向範囲を提供する。

背景として、具体的には図４を参照すると、指状伸長部または中子を有する既存の内リング設計は、内リングの当接面またはショルダ４６から中子の遠位末端４８まで延在する、実中子長Ｘを有することが、理解されるべきである。ここでわかるように、この短縮された実中子長Ｘは、本明細書に記載されるように様々なシャフト部材寸法に適合する複数の中子の能力を直接的に制限する、最低限の中子偏向能力を生じる。しかしながら、本教示によれば、切り欠き溝４０の追加は有効中子長を、中子３２の遠位末端４８から切り欠き溝４０の内側または近位辺５０まで延在する、Ｙまで増加させる。この増加した有効中子長Ｙは、様々なシャフト部材寸法および真円度条件に適合する中子３２の改善された能力を提供する。

図４、図６Ａ、および図６Ｂを参照するとわかるように、切り欠き溝４０は、シャフト部材１２の回転軸と平行な平面から見たときに、多くの断面形状のうちのいずれか１つを含むことができる。具体的には、いくつかの実施形態において、切り欠き溝４０は、略平行な縁−すなわち近位辺５０および遠位辺５２−を有する略弓形の溝形状を、含むことができる。辺５０、５２は、内表面４２から切り欠き溝４０の中の末端弓形表面５４まで延在することができる。

あるいは、図６Ａに示されるようないくつかの実施形態において、辺５０、５２は、内表面４２から内側面取り５６および内側平面５８まで延在することができる。内側平面５８は、略平坦であってもよい。同様に、図６Ｂに示されるようないくつかの実施形態において、辺５０、５２は、内表面４２から内側平面５８まで（内側面取り５６を除く）延在することができる。また、具体的なサイズおよび寸法は、動作および意図される条件に応じて異なってもよいことが、認識されるべきである。たとえば、図６Ｂに示されるように、切り欠き溝４０の幅および深さは異なってもよい。

この特徴が内リングから材料を除去して中子領域を隔離するならば、切り欠き溝４０が方形、半円形、または台形など、いずれの断面形状を有してもよいことは、理解されるべきである。

しかしながら、いくつかの実施形態において、様々な寸法的関係の結果、有益な妥協および改善された動作を生じる。

具体的に図４を参照すると、いくつかの実施形態において、以下の寸法的関係が中子３２の領域内で応力を緩和させることが、見出されている。つまり、切り欠き溝４０と当接表面４６との間に延在する最小厚みである寸法Ａは、シャフト部材１２の回転軸に対して直角な方向に沿った中子３２の最小厚み、一般的には中子３２の薄肉部分である、寸法Ｂとほぼ等しくてもよい。寸法ＡおよびＢが互いにほぼ等しいことを保証することによって、中子３２内の応力緩和を招く切り欠き溝４０の深さＦが確立される。

さらに、いくつかの実施形態において、以下の寸法的関係は、内リング１６の摩耗硬化軸受軌道２４の信頼性に悪影響を及ぼすことなく切り欠き溝４０の改善された動作を生じることが、見出されている。本明細書において説明されるように、軸受寿命および動作を改善するために、内リング１６の軸受軌道２４を摩耗硬化することが望ましい。軸受軌道２４の摩耗硬化は、図４および図５の断面図によって概略的に表される、硬化物の領域６０を生じる。硬化領域６０は、寸法Ｚの内リング１６の外表面に沿った縁から縁までの幅を画定することができる（図５）。硬化領域６０は、寸法Ｚよりも小さい内リングの内表面４２に沿った縁から縁までの幅をさらに画定することができ、この結果として一般的には内向きに先細った断面となる。図４を参照すると、切り欠き溝４０の幅Ｅは、硬化領域６０の寸法Ｚおよび硬化領域６０の遠位点６２と切り欠き溝４０の近位辺５０との間のオフセット距離Ｃに関連して決定可能である（距離Ｃはシャフト部材１２の回転軸と平行な単一の軸に沿って（たとえば軸方向）測定されることに注意すべきである）。具体的には、寸法Ｃは、寸法Ｅの定数Ｋ倍以上であってもよい。このため寸法Ｃは、切り欠き溝４０の近位辺５０および硬化領域６０の手前の最小間隔距離を表し、翻ってこれが切り欠き溝４０の幅Ｅを制限する。この配置は、中子３２の周りの係止カラー３６の適用に続いて、内リング１６の軌道２４に対する悪影響を抑制、または少なくとも低減する。したがって、軌道２４は、適切な断面形状および対向する軌道２６からの間隔を維持することができ、これによって改善された軸受寿命および動作を提供する。いくつかの実施形態において、定数Ｋは、より小さい用途においてはおよそ０．６であってもよい。

切り欠き溝４０の断面形状が、初期加工に続く内リング１６の熱処理プロセスに影響を及ぼす可能性があることは、理解されるべきである。場合により、内リング１６の不適切な寸法決めは、結果的に内リングの中で内部クラックを生じる可能性がある。したがって、熱処理を採用する用途において、寸法Ｃはまた適切な熱処理を保証するための十分な隔離距離を提供するために、寸法Ｚの少なくとも半分でなければならないことが、見出された。

再び図３を参照すると、いくつかの実施形態において、カラー３６の幅は中子部材３２の長さＸにほぼ等しく、これはカラー３６の位置合わせされた着座または直角出しを保証するために、組み立て中のカラー実装を容易にする。しかしながら、カラー３６がより大きいかまたは小さい幅寸法を画定してもよいことは、理解されるべきである。

いくつかの実施形態において、中子部材３２は、遠位末端４８から離間した関係で中子部材３２の外表面の周りで周方向に延在する、周方向溝または陥凹６４を含むことができる。いくつかの実施形態において、陥凹６４の幅は、係止カラー３６の幅のおよそ半分である。

本教示の原理によれば、軸受アセンブリおよび、より具体的には内リングは、中子部材の偏向を増加させ、このため軸受軌道の真円度の値に悪影響を及ぼさずにシャフト部材のより大きい公差範囲に適応することが可能であり、これにより、信頼性があって十分な軸受動作を維持しながらより大きい許容可能なシャフト部材寸法の範囲を提供する。この構成が、結果的に改善された軸受寿命および性能をもたらす。

さらに、本教示の原理は、中子変形の増加、シャフト保持能力の向上、および係止による軌道における真円度の低下など、ただしこれらに限定されない、従来技術に対する多数の利点を提供する。この結果、軸受アセンブリによって発生する振動および雑音が低下する。これはさらに、研削、および／または研磨されていない商用グレードのシャフト部材の適合も可能にし、これにより製造および組み立てコストを削減する。

本教示の原理は、軌道真円度が重要なパラメータであるすべてのカラー係止用途において、および内リングの全長を物理的に増加させる必要性を伴わずに有効な中子長を増加させる必要がある用途において、使用可能である。

上記の実施形態の説明は、図解および説明目的のために提供されてきた。これは包括的であるようにも本開示を限定するようにも意図されるものではない。特定の実施形態の個別の要素または特徴は、一般的にこの特定の実施形態に限定されるものではないが、しかし該当する場合には、具体的に図示または記載されていなくても、置き換え可能であって、選択された実施形態において使用可能である。これは同様に、様々に異なってもよい。このような変形例は本開示から逸脱するものと見なされるべきではなく、このような変更のすべては本開示の範囲に含まれるように意図される。

１０ 軸受アセンブリ
１２ シャフト部材
１４ 軸受筐体
１６ 内リング
１８ 外リング
２０ 軸受部材
２２ 周方向軌道
２４、２６ 軸受軌道、溝付き軌道
２５ 軸受ケージ
２８ 封止部材
３０ グリースニップル
３２ 中子部材
３４ スロット
３６ 係止カラー
４０ 切り欠き溝
４２ 内表面
４４ 近位末端
４６ 当接表面
４８ 遠位末端
５０ 近位辺
５２ 遠位辺
５４ 末端弓形表面
５６ 内側面取り
５８ 内側平面
６０ 硬化領域
６２ 遠位点
６４ 陥凹
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｚ 寸法
Ｋ 定数
Ｘ 実中子長
Ｙ 有効中子長

Claims (11)

1. シャフト部材を回転可能に支持するための軸受アセンブリであって、前記軸受アセンブリは、
   第一軸受軌道を有する外リングと、
   第二軸受軌道を有する内リングであって、前記第二軸受軌道は前記第一軸受軌道に対して対向的にカラー状に離間しており、前記内リングは、前記内リングの少なくとも１つの末端から片持ち構成で延在する複数の中子部材を有し、前記複数の中子部材の各々はその間に形成されたスロットを有する、内リングと、
   前記第一軸受軌道および前記第二軸受軌道の間で離間して、これらと係合して配置された、複数の軸受部材と、
   前記内リングの内表面に沿って周方向に延在する切り欠き溝であって、前記複数の中子部材と略隣接しており、前記複数の中子部材の有効片持ち距離を増加させるようになっている、切り欠き溝と、
   前記複数の中子部材と係合して、前記内リングをシャフトに結合するために前記複数の中子部材上に圧縮力を印加する、係止部材と、を含む軸受アセンブリ。
2. 前記内リングの前記内表面に沿って周方向に延在する前記切り欠き溝が、前記内リングの前記内表面に沿って連続的に延在する、請求項１に記載の軸受アセンブリ。
3. 前記複数の中子部材の各々が、上面および底面を含んでこれらによって最小厚みを画定し、前記複数の中子部材の各々の前記最小厚みは、前記中子部材の前記上面と前記切り欠き溝との間の最小壁厚とほぼ等しい、請求項１に記載の軸受アセンブリ。
4. 前記複数の中子部材の前記有効片持ち距離が前記複数の中子部材の各々の実際の片持ち距離よりも長く、前記有効片持ち距離は、前記複数の中子部材の各々の遠位末端から前記切り欠き溝の近位辺まで測定される、請求項１に記載の軸受アセンブリ。
5. 前記第二軸受軌道が硬化物の摩耗硬化領域を画定するために摩耗硬化されており、前記摩耗硬化領域は前記内リングの外表面に沿って測定されたときに幅を有し、前記幅は、前記摩耗硬化領域の遠位点と前記切り欠き溝の近位辺との間の距離の少なくとも２倍である、請求項１に記載の軸受アセンブリ。
6. 前記第二軸受軌道が、前記内リングの外表面に沿って遠位点を有する硬化物の摩耗硬化領域を画定するために摩耗硬化されており、前記遠位点と前記切り欠き溝の近位辺との間の軸方向距離は、前記切り欠き溝の幅に所定定数を掛けた積以上である、請求項１に記載の軸受アセンブリ。
7. 前記所定定数が０．６である、請求項６に記載の軸受アセンブリ。
8. 前記内リングの前記内表面に沿って周方向に延在する前記切り欠き溝が前記複数の中子部材の間に形成された前記スロットの各々と交差する、請求項１に記載の軸受アセンブリ。
9. 前記切り欠き溝が、弓形表面で終端する、対向する平行な辺を含む、請求項１に記載の軸受アセンブリ。
10. 前記切り欠き溝が、平面で終端する、対向する平行な辺を含む、請求項１に記載の軸受アセンブリ。
11. 前記平行な辺のうちの１つと前記平面との間に形成された面取りをさらに含む、請求項１に記載の軸受アセンブリ。

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