JP2015221597A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ベルトの異常を容易に検出すること。【解決手段】ラックシャフトにベルト減速機7を介してアシスト力を付与するEPSは、ベルト減速機7の周囲を覆い、外からベルト張力を測定可能な貫通孔9cが形成されたハウジング9を備える。ベルト減速機7は、駆動プーリ70と、従動プーリ71と、駆動プーリ70と従動プーリ71との間に掛け渡されるとともにゴム本体73内部に心線が埋め込まれたベルト72と、を備える。そして、ゴム本体73の背部75には、荷重に応じて状態として色が変化可能な荷重検出部78が設けられる。【選択図】図5

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。
従来、モータの回転をベルト減速機により減速し、その減速した回転をラック軸に設けられるボールねじ機構によりラック軸の軸方向移動に変換する電動パワーステアリング装置(以下、「EPS」という)としては、特許文献1に記載のEPSがある。ベルト減速機は、モータの回転軸に設けられる駆動プーリと、ラック軸のボールねじ部に多数のボールを介して嵌合するボールナットに設けられる従動プーリと、これらプーリの間に掛け渡されるベルトとを有している。そして、モータの駆動を通じたボールナットの回転に伴いラック軸がその軸方向に移動することにより操舵が補助される。
特開2005−349861号公報
EPSは、多数の部品が組み付けられ、それらがさらにハウジングに収容されてなる。このため、これら多数の部品に異常があっても、ハウジングから多数の部品をばらす等しなければその異常を判断することができないといった懸念がある。こうした多数の部品の中でも、操舵の安定的な補助の確保の観点から、駆動プーリと従動プーリとの間に掛け渡されるベルトの異常を適切に検出することが大切である。
通常、EPSでのベルト減速機のベルトは、グラスファイバー等の繊維状の材料を数百一束にしてその束をさらに複数束ねた心線をゴム本体に埋め込むことで、強度確保している。こうした心線も元を辿れば一本の繊維状の材料であることから、想定以上の荷重が作用すると耐えられず折れたり曲がったりしてベルトが本来の強度を保てなくなる。想定以上の荷重は、ベルト単体の搬入時、ベルト減速機の組み付け時又は組み付け後といったあらゆる場面で作用する可能性がある。特にベルト減速機の組み付け後には、ベルトの異常を検出しようにも上述したようにハウジングから部品をばらす等しなければならないだけでなく、繊維状の材料の具合も検出しなければならず、困難を極めている。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ベルトの異常を容易に検出することができる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
上記課題を解決する電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトの回転に基づき軸方向に移動して転舵輪を転舵させる転舵軸と、転舵軸にベルト減速機を介してアシスト力を付与するモータと、ベルト減速機の周囲を覆い、外からベルト張力を測定可能な貫通孔が形成されたハウジングとを備える。また、電動パワーステアリング装置において、ベルト減速機は、モータの出力軸に一体的に取り付けられる駆動プーリと、転舵軸に多数のボールを介して螺合されるとともに軸受を介してハウジングの内周面に対して回転可能に支持された従動プーリと、駆動プーリと従動プーリとの間に掛け渡されるとともに本体内部に心線が埋め込まれたベルトと、を含んでいる。そして、ベルト減速機のベルトの背部には、荷重に応じて状態が変化可能な荷重検出部が設けられる。
この構成によれば、まずベルトの背部の状態、すなわち荷重検出部の状態の変化からはベルトに作用した荷重の履歴を容易に見て取れるようになる。例えば、荷重検出部として、EPSの機能に異常をきたす可能性がある荷重以上で状態が変化するようなものを用いると、EPSの機能の異常の原因がベルトにあればその事実が容易に検出されるようになる。具体的に、ベルト単体の搬入時やベルト減速機の組み付け時であれば、ベルトの背部の状態を確認さえすればベルトの異常を容易に検出することができる。また、ベルト減速機の組み付け後であれば、ベルト減速機がハウジングに覆われることからベルトの背部の状態の直接の確認が困難であるが、ベルト張力を測定可能な貫通孔を通じたベルトの背部の状態の確認は容易である。ベルト張力の測定は、ベルト減速機の組み付け後に通常は行われる。このため、ベルト張力の測定の際には、ベルトの背部の状態の確認もすることで荷重によるベルトの異常も合わせて検出することができる。したがって、ベルトの異常を容易に検出することができる。
ところで、ベルト減速機の作動時、ベルトは回転を通じてモータの回転を転舵軸に伝達するので、周方向のどの部分も大切である。すなわち、ベルトの異常を検出するには、ベルトの周方向のどの部分でも検出することが大切である。そこで、荷重検出部は、ベルトの背部の周方向について万遍なく設けることが好ましい。この構成によれば、ベルトの異常の検出精度を高めることができる。
一方、ベルトの幅方向については、幅方向の一部といったように、部分的に荷重が作用することは少ないと言える。すなわち、ベルトの幅方向については全幅に亘っていなくてもその一部を占めていれば事足りる。そこで、荷重検出部は、ベルトの背部の幅方向についてその一部を占めるように設けられることが好ましい。この構成によれば、ベルトの背部の幅方向全体に荷重検出部を設けるよりもその使用量を抑え、ひいては係るコストを抑えることができる。
そして、上述した電動パワーステアリング装置においては、荷重検出部を設ける手法として、数多ある手法の中でもベルトの背部に塗布する手法の適用が好ましい。
この構成によれば、荷重検出部をベルトの背部の周方向に万遍なく設けることも容易であるし、ベルト減速機の使用中に荷重検出部が剥がれ落ちたりする可能性を低減することができる。また、ベルト単体の搬送時に発生する異常の検出も考慮すれば、製造工程に予め荷重検出部を塗布する加工を含めるように工夫する等の着想のきっかけに寄与する。
また、上述した荷重検出部としては所定以上の荷重が作用すると変色する材料を用いることが好ましく、色を確認するのみで所定以上の荷重がベルトに作用したかどうかを容易に見て取れるようになる。
本発明によれば、ベルトの異常を容易に検出することができる。
電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図。 ベルト減速機の概略構成を示す図。 図2のIII−III線断面図。 ベルトの構成を示す図。 ベルトの状態を確認する様子を説明する図。 (a),(b)は別例におけるベルトの構成を示す図。
以下、電動パワーステアリング装置の一実施形態を説明する。本実施形態の電動パワーステアリング装置は、運転者のステアリング操作を補助するラックパラレル型の電動パワーステアリング装置である。
図1に示すように、EPS(電動パワーステアリング装置)1は、運転者のステアリングホイール2の操作に基づき転舵輪3を転舵させる操舵機構4、及び運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構5を備える。
操舵機構4は、ステアリングホイール2の回転軸となるステアリングシャフト40、及びステアリングシャフト40の下端部にラックアンドピニオン機構41を介して連結された転舵軸としてのラックシャフト42を備える。ラックシャフト42の両端には、ボールジョイント43を介してタイロッド44が回動可能にそれぞれ接続される。各タイロッド44の先端には転舵輪3が連結される。操舵機構4では、運転者のステアリングホイール2の操作に伴いステアリングシャフト40が回転すると、その回転運動がラックアンドピニオン機構41を介してラックシャフト42の軸方向の往復直線運動に変換される。ラックシャフト42の軸方向の往復直線運動がボールジョイント43を介してタイロッド44に伝達されることにより転舵輪3の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。
図2に示すように、アシスト機構5は、ラックシャフト42に設けられる。アシスト機構5は、ボールねじ装置6、ベルト減速機7、及びモータ8により構成される。ボールねじ装置6、ベルト減速機7、及びラックシャフト42は第1ハウジング9a及び第2ハウジング9bからなるハウジング9により覆われる。モータ8は、第2ハウジング9b(ハウジング9)の外壁にボルト13により固定されることにより、その出力軸80がラックシャフト42に対して平行に配置される。モータ8の出力軸80は、ハウジング9に形成された挿入孔10を通じてハウジング9の内部に延びる。
モータ8はつぎのようにして第2ハウジング9bの外壁に固定される。すなわち、モータ8の出力軸80を挿入孔10に挿入して、モータ8の左側面(出力軸80が突出する側の側面)を第2ハウジング9bの外壁に接触させる。また、固定部11の調節孔11aと取付け部12の雌ねじ部12aとを互いに一致させる。そしてこの状態で、ボルト13の雄ねじ部13aを取付け部12と反対側から調節孔11aに挿入して雌ねじ部12aに締め付ける。これにより、モータ8は第2ハウジング9bの外壁に固定される。
図3に示すように、雄ねじ部13aは調節孔11aの範囲内において移動させることができる。雄ねじ部13aを調節孔11aの延びる調節方向Dにおける適宜の位置で締め付けることにより、調節方向Dにおけるモータ8の第2ハウジング9bに対する取付け位置を変更することができる。これは、第2ハウジング9bの挿入孔10の内径は、雄ねじ部13aの移動に伴う出力軸80の移動が許容される程度に設定されているからである。
図1の説明に戻り、ラックシャフト42の軸方向におけるハウジング9の両端部と各タイロッド44との間には、ベローズ45がそれぞれ取り付けられる。ベローズ45は、ハウジング9の両端開口部を閉塞することにより、ハウジング9の外部から内部への異物の流入を抑制する。
次に、ボールねじ装置6及び減速機7の構成について説明する。
図2に示すように、ラックシャフト42の外周面には螺旋状のねじ溝46が形成される。ボールねじ装置6は、ラックシャフト42をねじ軸としてそのねじ溝46に複数のボール62を介して螺合された円筒状のナット60を備える。ナット60は、軸受63によりハウジング9の内周面に対して回転可能に支持される。軸受63は、ナット60の軸線方向において各ハウジング9a,9bに挟み込まれた状態に保持されることにより、ハウジング9に対する軸線方向における位置が拘束される。
ナット60の内周面には、ラックシャフト42のねじ溝に対向する螺旋状のねじ溝61が形成される。ナット60のねじ溝61とラックシャフト42のねじ溝46とにより囲まれる螺旋状の空間により、ボール62が転動する転動路Rが形成される。また、ナット60内には、転動路Rの二箇所間を短絡する図示しない循環路が形成される。したがって、ボール62は、ナット60内の循環路を介して転動路R内を無限循環することができる。
ベルト減速機7は、モータ8の出力軸80に一体的に取り付けられた駆動プーリ70、ナット60の外周に一体的に取り付けられた従動プーリ71、及び各プーリ70,71の間に掛け渡された無端状のベルト72を備える。従動プーリ71は、軸受63とともにナット60の外周に嵌め込まれることで、軸受63を介してハウジング9の内周面に対して回転可能に支持される。したがって、モータ8の回転は、駆動プーリ70、従動プーリ71、及びベルト72を介してナット60に伝達される。
なお、駆動プーリ70及び従動プーリ71は、これらの外周面に歯が設けられた歯付きプーリである。また、ベルト72は、その内周面に歯が設けられた歯付きベルトである。
このような構成からなるアシスト機構5では、モータ8への通電に基づきその出力軸80が回転すると、モータ8の出力軸80と一体となって駆動プーリ70が回転する。これにより、駆動プーリ70はベルト72を介して従動プーリ71及びナット60を一体回転させる。このとき、ナット60に付与されるトルクに基づいてボールねじ装置6が駆動する。すなわち、ナット60がラックシャフト42に対して相対回転することにより、ボール62がナット60及びラックシャフト42から負荷(摩擦)を受けて転動路Rを無限循環する。ボール62の無限循環を通じて、ナット60に付与されたトルクがラックシャフト42に伝達され、ラックシャフト42がナット60に対して軸方向に相対移動する。すなわち、ラックシャフト42に軸方向の力が付与される。このラックシャフト42に付与される軸方向の力がアシスト力となって、運転者のステアリング操作が補助される。
EPS1では、ベルト72の張力(以下、「ベルト張力」という)を適切に設定する必要があるところ、ベルト張力を適正値に設定するためにはまず、ベルト張力を正確に測定することが必要である。本実施形態では、プローブ等をベルト72の背部に外側から押し付けて測定する、所謂、接触式の方法でベルト張力を測定する。
すなわち、図1及び図2(二点鎖線)に示すように、第2ハウジング9bの周壁におけるベルト72に対向する部位には、ハウジング9の内外を貫通する貫通孔9cが形成される。なお、本実施形態の貫通孔9cは、特にベルト72の幅方向の中心に対向する。本実施形態では、ベルト72の背部に貫通孔9cを通じてハウジング9の外部からプローブ等を押し付けてたわみ量を与えたときの荷重(押圧反力)をベルト張力として測定する。
そして、ベルト張力の測定結果に応じて、モータ8の取付け位置が調節方向Dに沿って変更される。駆動プーリ70は、モータ8の出力軸80に固定されている。このため、調節方向Dにおけるモータ8の取付け位置を変更したとき、駆動プーリ70の調節方向Dにおける位置、ひいては駆動プーリ70の軸線と従動プーリ71の軸線との間の芯間距離も変わる。すなわち、駆動プーリ70が従動プーリ71に近接するほど芯間距離は短くなって、ベルト張力を弱める調節がなされる。また、駆動プーリ70が従動プーリ71から離れるほど芯間距離は長くなって、ベルト張力を強める調節がなされる。なお、こうしたベルト張力の測定は、EPS1に対してベルト減速機7の組み付け後であって、ハウジング9にベルト減速機7を収容した後に行われる。
次に、本実施形態のベルト72の構成について説明する。
図4に示すように、ベルト72は、歯が形成された樹脂材料からなるゴム本体73を備える。ゴム本体73の歯の表面、すなわち背部75の反対側には、ゴム本体73の歯を補強する歯布74が接着される。また、ゴム本体73の内部には、一続きの心線76が螺旋状に埋め込まれている。本実施形態の心線76は、グラスファイバー等の繊維状(例えば、数マイクロメートルの細さ)の材料を200本程度一束にしてその3束をさらに束ねて構成される。
また、ゴム本体73の背部75、すなわちベルト72の背部には、製造会社や製造番号といった個体情報が印刷される情報表示部77が設けられるとともに、所定条件を満たす場合に状態として色が、異常非検出色から異常検出色に変化する荷重検出部78が設けられる。荷重検出部78は、所定以上の荷重が作用する場合に、例えば、白色の異常非検出色から赤色の異常検出色に変色するように構成された材料が塗布(印刷)されてなる。所定以上の荷重は、ベルト72に埋め込まれた心線76が折れて元の強度を保てない、すなわちEPS1の機能に異常をきたす可能性があるとして経験的に導かれる荷重に設定される。なお、所定以上の荷重は、ベルト72が各プーリ70,71の間に掛け渡されて折れ曲がる際の荷重よりも大きい荷重に設定される。
また、荷重検出部78は、ベルト72の全周に亘り万遍なく設けられるとともに、一続きのラインを形成するように設けられる。荷重検出部78の幅については、ベルト72の幅W1に対してその一部を占めるように、幅W1よりも小さい幅W2に亘って設けられる。なお、本実施形態における幅W2は、情報表示部77に印刷される個体情報の文字(図4における「×」)の縦又は横と同等の幅に設定されるとともに、貫通孔9cの直径よりも小さい幅に設定される。また、荷重検出部78が設けられる位置については、ベルト72の幅方向の中心を跨いで設けられる。このため、ゴム本体73の背部75における貫通孔9cに対向する位置では、ベルト72が回転しても荷重検出部78が貫通孔9cに対向するように構成される。
具体的に、図5に示すように、ハウジング9の外部からその内部が貫通孔9cを通じて覗かれると、ゴム本体73の背部75であって、荷重検出部78を丁度、目視可能に構成される。なお、貫通孔9cを覗いて荷重検出部78を目視するのは、例えば、ベルト減速機7(EPS1)の組み付けや整備を行う際にベルト72を取り扱う作業者である。
そして、図5の上側に示すように、貫通孔9cを通じて荷重検出部78が異常非検出色(例えば、白色)である異常非検出色部79aを目視可能な状況では、ベルト72への所定以上の荷重が作用していないこと、すなわちEPS1の機能に異常をきたすような異常がベルト72に生じていないことが確認されうる。
また、図5の下側に示すように、貫通孔9cを通じて荷重検出部78が異常検出色(例えば、赤色)である異常検出色部79bを目視可能な状況では、ベルト72への所定以上の荷重が作用したこと、すなわちEPS1の機能に異常をきたしうる異常がベルト72に生じていることが確認されうる。
以上に説明したEPS1によれば、以下の(1)〜(5)に示す作用及び効果を奏する。
(1)本実施形態では、まずゴム本体73の背部75(ベルト72の背部)の状態、すなわち荷重検出部78の色の変化からはベルト72に作用した荷重の履歴を容易に見て取れるようになる。本実施形態のように、荷重検出部78として、EPS1の機能に異常をきたす可能性がある荷重以上で色が変化するようなものを用いることで、EPS1の機能の異常の原因がベルト72にあればその事実が容易に検出されるようになる。
具体的に、ベルト72単体の搬入時やベルト減速機7の組み付け時であれば、ゴム本体73の背部75の状態、すなわち荷重検出部78の色を確認さえすればベルト72の異常を容易に検出することができる。また、ベルト減速機7の組み付け後であれば、ベルト減速機7がハウジング9に覆われることからゴム本体73の背部75の状態の直接の確認が困難である。
その点、図5に示すように、本実施形態では、ベルト張力を測定可能な貫通孔9cを通じたゴム本体73の背部75の状態の確認は容易である。また、本実施形態では、ベルト張力の測定がベルト減速機7の組み付け後に行われる。このため、ベルト張力の測定の際には、ゴム本体73の背部75の状態の確認もすることで荷重によるベルト72の異常も合わせて検出することができる。したがって、ベルト72の異常を容易に検出することができる。
なお、ベルト減速機7の組み付け後にはハウジング9によりベルト72が覆われるため、貫通孔9cを通じた確認がEPS1からベルト減速機7をばらさずハウジング9の外部からベルト減速機7、特にベルト72の状態を確認する唯一の手段となる。
(2)ところで、ベルト減速機7(EPS1)の作動時、ベルト72は回転を通じてモータ8の回転をラックシャフト42に伝達するので、周方向のどの部分も大切である。すなわち、ベルト72の異常を検出するには、ベルト72の周方向のどの部分でも検出することが大切である。そこで、本実施形態の荷重検出部78は、ゴム本体73の背部75の周方向について万遍なく設けられる。これにより、ベルト72の異常の検出精度を高めることができる。
(3)さらに、本実施形態の荷重検出部78は、ゴム本体73の背部75の周方向について一続きのラインを形成するように設けられる。これにより、ゴム本体73の背部75への荷重検出部78を設ける際の作業を簡素化することができ、ベルト72の異常を容易に検出するようにするために係る手間の増加を抑えることができる。
(4)一方、ベルト72の幅方向については、幅方向の一部といったように、部分的に荷重が作用することは少ないと言える。すなわち、ベルト72の幅方向については全幅に亘っていなくてもその一部を占めていれば事足りる。そこで、本実施形態の荷重検出部78は、ゴム本体73の背部75の幅方向についてその一部、すなわち幅W1よりも小さい幅W2となるように設けられる。これにより、ゴム本体73の背部75の幅方向全体に荷重検出部78を設けるよりもその使用量を抑え、ひいては係るコストを抑えることができる。
(5)本実施形態では、荷重検出部78を設ける手法として、数多ある手法の中でもゴム本体73の背部75に異常非検出色から異常検出色に変色するように構成された材料を塗布する手法を適用している。これにより、荷重検出部78をゴム本体73の背部75の全周に亘って万遍なく設ける際にも容易になしえる。また、ベルト減速機7の作動中には、荷重検出部78が剥がれ落ちたりする可能性を低減することができる。また、上記塗布する手法によっては、ベルト72の製造工程に予め荷重検出部78を塗布する加工を施すこともでき、これによってはベルト72単体の搬送時に発生する異常の検出も効果的に考慮することができる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・図6(a),(b)に示すように、荷重検出部78は、一続きのラインを形成していなくてもよく、ゴム本体73の背部75の周方向に亘って万遍なく設けられていればよい。具体的に、図6(a)に示すように、荷重検出部78は、ベルト72の周方向の長さL1毎に切れ切れに設けられてもよい。また、図6(b)に示すように、荷重検出部78は、ベルト72の周方向の長さL2毎に千鳥格子をなして設けられてもよい。これらの場合には、ベルト72の幅方向について、荷重検出部78の切れ目を重ねるとともに、荷重検出部78の合計幅を幅W2(<幅W1)に維持するように設けることが好ましい。
・荷重検出部78は、異常非検出色から異常検出色に変色するように構成された材料を塗布(印刷)した紙等のシートを貼り付けて実現されてもよい。また、荷重検出部78により検出される状態の変化は、目視により確認可能であればよく、変色の他、千切れたり剥がれ落ちたりすることで実現することもできる。例えば、所定以上の荷重が作用する場合に、千切れるように構成された材料を塗布(印刷)したり、こういった材料を塗布(印刷)したシートを貼り付けたりしてもよい。
・荷重検出部78は、ベルト72の幅方向については目視により確認可能であれば幅W1の間で変更してもよいし、ベルト72の全幅に亘っていてもよい。また、荷重検出部78は、幅方向については少なくとも幅W1の一部を占めていればよく、場所により幅が変化してもよい。
・荷重検出部78は、ベルト72の幅方向については貫通孔9cを通じて目視により確認可能であればその中心を跨いでいなくても何れかの端に寄っていてもよいし、直線的でなく曲線を形成していてもよい、その他、貫通孔9cの直径よりも拡幅してもよい。
・荷重検出部78では、所定以上の荷重の間で段階的に荷重を検出可能であってもよく、所定以上の荷重に達していないもののある程度の荷重の作用を確認可能にしてもよい。これにより、ベルト72にどういった場面でどれ程の荷重が作用しているかの検証等への応用も考えられる。
・ゴム本体73に埋め込まれる心線76は、その具体的な構成、グラスファイバーの細さ、束をなすグラスファイバーの本数等、電動パワーステアリングの搭載環境に応じて変更してもよい。
次に、上記実施形態及び別例(変形例)から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(イ)前記荷重検出部は、前記ベルトの背部の周方向について一続きに設けられる。この構成によれば、ベルトの背部への荷重検出部を設ける際の作業を簡素化することができ、ベルトの異常を容易に検出するようにするために係る手間の増加を抑えることができる。
1…電動パワーステアリング装置、3…転舵輪、6…ボールねじ装置、7…ベルト減速機、8…モータ、9…ハウジング、9c…貫通孔、40…ステアリングシャフト、42…ラックシャフト、60…ナット、62…ボール、63…軸受、70…駆動プーリ、71…従動プーリ、72…ベルト、73…ゴム本体、75…背部、76…心線、78…荷重検出部、80…出力軸。

Claims (5)

  1. ステアリングシャフトの回転に基づき軸方向に移動して転舵輪を転舵させる転舵軸と、
    前記転舵軸にベルト減速機を介してアシスト力を付与するモータと、
    前記ベルト減速機の周囲を覆い、外からベルト張力を測定可能な貫通孔が形成されたハウジングと、を備え、
    前記ベルト減速機は、
    前記モータの出力軸に一体的に取り付けられる駆動プーリと、
    前記転舵軸に多数のボールを介して螺合されるとともに軸受を介して前記ハウジングの内周面に対して回転可能に支持された従動プーリと、
    前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に掛け渡されるとともに本体内部に心線が埋め込まれたベルトと、を含み、
    前記ベルトの背部には、荷重に応じて状態が変化可能な荷重検出部が設けられる電動パワーステアリング装置。
  2. 前記荷重検出部は、前記ベルトの背部の周方向について万遍なく設けられる請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記荷重検出部は、前記ベルトの背部の幅方向についてその一部を占めるように設けられる請求項1又は請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記荷重検出部は、前記ベルトの背部に塗布されることで設けられる請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 前記荷重検出部は、所定以上の荷重が作用すると変色する材料からなる請求項1〜請求項4のうちいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
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Citations (7)

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