JP2016101803A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 巾狭・大ビード径のタイヤにおいて、優れた燃費性を発揮しながら操縦安定性能とロードノイズ性能とを向上させる。【解決手段】１枚のカーカスプライ、２枚のベルトプライ、１枚のバンドプライを具えるタイヤであって、タイヤ断面巾をＷｔ（単位：mm）、ビード径をＤｂ（単位：インチ）、タイヤ外径をＤｔ（単位：mm）としたとき、次式を充足し、かつカーカスコードとバンドコードはそれぞれアラミド繊維コードからなる。Ｗｔ≦ −0.7257×(Ｄｂ)２＋ 42.763×Ｄｂ − 339.67 −−−（１）Ｗｔ≧ −0.7257×(Ｄｂ)２＋ 48.568×Ｄｂ − 552.33 −−−（２）Ｄｔ≦ 59.078×Ｗｔ０．４９８−−−（３）Ｄｔ≧ 59.078×Ｗｔ０．４６７−−−（４）【選択図】図１

Description

本発明は、巾狭・大ビード径のタイヤにおいて、優れた燃費性を発揮しながら操縦安定性能とロードノイズ性能とを向上させた空気入りタイヤに関する。

タイヤにおける燃費性の要因として、タイヤの転がり抵抗および空気抵抗がある。このうちタイヤの転がり抵抗は、走行時におけるゴムの繰返し変形に伴うエネルギー損失が主原因である。この転がり抵抗を減じるために、トレッドゴムにエネルギー損失の少ない（tanδが小さい）ゴムを使用することが行われている。

しかしエネルギー損失が小さいゴムを使用した場合、転がり抵抗は減じるものの、グリップ性能（特に、ウェットグリップ性能）が低下し、また耐摩耗性も悪化するという問題がある。下記の特許文献１、２などに示されるように、耐摩耗性を向上させつつ転がり抵抗を減じたトレッドゴム組成物の研究が進められている。しかしゴム組成物による改善だけでは限界があり、ゴム組成物以外からの低転がり抵抗性へのアプローチが強く望まれている。

このような状況に鑑み、本発明者が研究を行った結果、以下のことを究明し得た。タイヤ外径が同一のタイヤにおいてタイヤ断面巾を減じた場合、それに伴いトレッド巾も減少する。そのため、トレッドゴムのゴム量も少なくなる。その結果、トレッドゴムによるエネルギー損失量が減じ、かつタイヤの軽量化も図られる。又車両を前面視したとき、バンパー下端から下方に露出するタイヤの露出面積も、タイヤ断面巾とともに減じるため、タイヤの空気抵抗を減じることができる。

又、タイヤ外径が同一のタイヤにおいて、ビード径を大きくした場合、走行時の変形が大きいサイドウォール領域が狭くなる。その結果、サイドウォール部におけるエネルギー損失量の低減、及びタイヤの軽量化が図られる。

従って、タイヤ外径が同一のタイヤにおいて、タイヤ断面巾を減じかつビード径を大きくした巾狭・大ビード径のタイヤにおいては、トレッド部及びサイドウォール部におけるエネルギー損失量の低減、タイヤ質量の低減、及び空気抵抗の低減により、燃費性が大幅に改善されることが判明した。

しかしながら、本発明者のさらなる研究の結果、前述の巾狭・大ビード径のタイヤにおいては、タイヤ断面巾とともにトレッド巾、ベルト巾、及びバンド巾も減少する。そのためトレッド剛性及びタイヤ横剛性が不足し、操縦安定性能及びロードノイズ性能の低下を招くという解決すべき新たな問題があることが判明した。

特開２００４−０１０７８１号公報 特開２００４−００２６２２号公報

本発明は、巾狭・大ビード径のタイヤにおいて、カーカスコード及びバンドコードに、それぞれアラミド繊維コードを用いることを基本として、巾狭・大ビード径のタイヤにおける優れた燃費性を発揮しながら操縦安定性能とロードノイズ性能とを向上させた空気入りタイヤを提供することを課題としている。

本発明は、トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るプライ本体部の両端にビードコアの廻りで折り返されるプライ折返し部を有する１枚のカーカスプライからなるカーカスと、このカーカスの半径方向外側かつトレッド部内に配される２枚のベルトプライからなるベルト層と、このベルト層の半径方向外側に配される１枚のバンドプライからなるバンド層とを具えた空気入りタイヤであって、
タイヤ断面巾をＷｔ（単位：mm）、ビード径をＤｂ（単位：インチ）、タイヤ外径をＤｔ（単位：mm）としたとき、前記タイヤ断面巾Ｗｔが次式（１）、（２）を充足し、
Ｗｔ≦ −0.7257×(Ｄｂ)^２ ＋ 42.763×Ｄｂ − 339.67 −−−（１）
Ｗｔ≧ −0.7257×(Ｄｂ)^２ ＋ 48.568×Ｄｂ − 552.33 −−−（２）
かつタイヤ外径Ｄｔ（単位：mm）が、次式（３）、（４）を充足するとともに、
Ｄｔ≦ 59.078×Ｗｔ^{０．４９８} −−−（３）
Ｄｔ≧ 59.078×Ｗｔ^{０．４６７} −−−（４）
前記カーカスプライのカーカスコード及びバンドプライのバンドコードは、それぞれアラミド繊維コードからなることを特徴としている。

本発明に係る前記空気入りタイヤでは、前記カーカスコードをなすアラミド繊維コードは、コード構造が８００〜１１００dtex／２、かつコード長さ１０ｃｍ当たりの上撚り数が５０〜６５回であることが好ましい。

本発明に係る前記空気入りタイヤでは、前記カーカスプライは、前記プライ折返し部の外端のビードベースラインからの半径方向高さＨが、１０〜３５mmであることが好ましい。

本発明に係る前記空気入りタイヤでは、前記バンドコードをなすアラミド繊維コードは、コード構造が８００〜１１００dtex／２、かつコード長さ１０ｃｍ当たりの上撚り数が５０〜６５回であることが好ましい。

本発明の空気入りタイヤは、叙上の如く、タイヤ断面巾Ｗｔが前式（１）、（２）を充足し、かつタイヤ外径Ｄｔ（単位：mm）が前式（３）、（４）を充足する巾狭・大ビード径のタイヤとして形成される。そのため、トレッド部及びサイドウォール部におけるエネルギー損失量の低減、タイヤ質量の低減、及び空気抵抗の低減を達成でき、優れた燃費性を発揮させることが可能となる。

しかし前記巾狭・大ビード径のタイヤにおいては、タイヤ断面巾とともにトレッド巾、ベルト巾、及びバンド巾も減少する。そのためトレッド剛性及びタイヤ横剛性が不足し、操縦安定性能及びロードノイズ性能の低下を招く。

そこで本発明では、カーカスコードにアラミド繊維コードを採用することで、タイヤ横剛性の低下を抑える。またバンドコードにアラミド繊維コードを採用することで、ベルト層への拘束力を高めてトレッド剛性の低下を抑えることができる。そしてこれらの相乗効果によって、前述の優れた燃費性を発揮しながら、操縦安定性能及びロードノイズ性能を向上させることが可能となる。

本発明の空気入りタイヤの一実施例を示す断面図である。 ＪＡＴＭ表示の従来タイヤにおける、タイヤ断面巾とビード径との関係をプロットしたグラフである。 ＪＡＴＭ表示の従来タイヤにおける、タイヤ断面巾とタイヤ外径との関係をプロットしたグラフである。 タイヤ大径化による効果を説明する概念図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の空気入りタイヤ１は、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、このカーカス６の半径方向外側かつトレッド部２内に配されるベルト層７と、このベルト層７の半径方向外側に配されるバンド層９とを具える。本例では、前記空気入りタイヤ１が、乗用車用のラジアルタイヤである場合が例示される。

前記カーカス６は、カーカスコードをタイヤ赤道面Ｃｏに対して例えば７５〜９０゜の角度で配列した１枚のカーカスプライ６Ａから形成される。このカーカスプライ６Ａは、前記ビードコア５、５間に跨るトロイド状のプライ本体部６ａの両端に、前記ビードコア５の廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返されるプライ折返し部６ｂを具える。プライ本体部６ａとプライ折返し部６ｂとの間には、前記ビードコア５からタイヤ半径方向外側に先細状にのびるビード補強用のビードエーペックスゴム８が配置されている。

前記ベルト層７は、ベルトコードをタイヤ赤道面Ｃｏに対して例えば１０〜３５゜の角度で配列した２枚のベルトプライ７Ａ、７Ｂから形成される。前記ベルトコードは、プライ間相互で交差する。これによりベルト剛性が高まり、トレッド部２がタガ効果を有して補強される。

前記バンド層９は、バンドコードをタイヤ赤道面Ｃｏに対して５°以下の角度で螺旋状に巻回させた１枚のバンドプライ９Ａから形成される。バンドプライ９Ａは、ベルト層７の外表面の略全面を被覆し、ベルト層７の動きを拘束する。これにより、高速走行に伴うタイヤの外径成長、とりわけショルダ側での外径成長が抑えられる。本例では、バンド層９が、ベルト層７よりも幅広をなす場合が示される。

そして前記空気入りタイヤ１は、タイヤ断面巾をＷｔ（単位：mm）、ビード径をＤｂ（単位：インチ）としたとき、前記タイヤ断面巾Ｗｔが、次式（１）、（２）を充足する巾狭・大ビード径のタイヤとして形成される。
Ｗｔ≦ −0.7257×(Ｄｂ)^２ ＋ 42.763×Ｄｂ − 339.67 −−−（１）
Ｗｔ≧ −0.7257×(Ｄｂ)^２ ＋ 48.568×Ｄｂ − 552.33 −−−（２）

図２は、ＪＡＴＭ表示の従来タイヤに対して実施された、タイヤ断面巾Ｗｔとビード径Ｄｂとの関係の調査結果をプロットしたグラフである。この調査結果から、ＪＡＴＭ表示の従来タイヤにおけるタイヤ断面巾Ｗｔとビード径Ｄｂとの平均的な関係は、同図に一点鎖線Ｋａで示されるように、次式（Ａ）で示すことができる。
Ｗｔ＝−0.7257×(Ｄｂ)^２ ＋ 39.134×Ｄｂ − 217.30 −−−（Ａ）

これに対して、前記式（１）、（２）を充足する領域Ｙ１は、プロットで示される従来タイヤの範囲外で、しかも前記式（Ａ）で示す平均的な関係Ｋａを、タイヤ断面巾Ｗｔが小な方向、かつビード径Ｄｂが大な方向に平行移動した位置に配されている。即ち、前記式（１）、（２）を充足するタイヤは、タイヤ外径が同一の従来タイヤに比して、タイヤ断面巾Ｗｔを減じかつビード径Ｄｂを大きくした巾狭・大ビード径のタイヤである。

このようなタイヤは、タイヤ断面巾が狭いことにより、トレッド巾も減少し、それに伴いトレッドゴムのゴム量も減少する。そのためトレッドゴムによるエネルギー損失量が相対的に少なくなり、かつタイヤ質量も減少する。又車両を前面視したとき、バンパー下端から下方に露出するタイヤの露出面積も、タイヤ断面巾とともに減じる。そのため、走行時のタイヤの空気抵抗を小さくすることができる。

またタイヤ外径が同一の従来タイヤに比して、ビード径が大きいため、走行時の変形が大きいサイドウォール領域が狭くなる。その結果、サイドウォール部３におけるエネルギー損失量が少なくなり、かつタイヤ質量も減少する。

従って、前記巾狭・大ビード径のタイヤでは、トレッド部２及びサイドウォール部３におけるエネルギー損失量の低減、タイヤ質量の低減、及び空気抵抗の低減により、タイヤの燃費性能を改善することができる。

なおタイヤ断面巾Ｗｔが、前記式（１）から外れる場合、巾狭・大ビード径化が過小となって燃費性能の改善効果が不十分となる。逆に前記式（２）から外れる場合、巾狭となりすぎるため、必要な負荷能力を確保するために使用内圧を高く設定する必要が生じる。そのため、ロードノイズ性能の低下が過大となり、本発明においてもロードノイズ性能を満足しうるレベルまで引き上げることが難しくなる。

また燃費性能のさらなる向上のために、前記空気入りタイヤ１では、タイヤ外径Ｄｔ（単位：mm）は、次式（３）、（４）を充足する。
Ｄｔ≦ 59.078×Ｗｔ^{０．４９８} −−−（３）
Ｄｔ≧ 59.078×Ｗｔ^{０．４６７} −−−（４）

図３は、ＪＡＴＭ表示の従来タイヤに対して実施された、タイヤ断面巾Ｗｔとタイヤ外径Ｄｔとの関係の調査結果をプロットしたグラフである。この調査結果から、ＪＡＴＭ表示の従来タイヤにおけるタイヤ断面巾Ｗｔとタイヤ外径Ｄｔとの平均的な関係は、同図に一点鎖線Ｋｂで示されるように、次式（Ｂ）で示すことができる。
Ｄｔ＝ 59.078×Ｗｔ^{０．４４８} −−−（Ｂ）

これに対して、前記式（３）、（４）を充足する領域Ｙ２は、前記式（Ｂ）で示す平均的な関係Ｋｂを、タイヤ外径Ｄｔが大な方向に平行移動した位置に配される。即ち、前記式（３）、（４）をさらに充足するタイヤは、巾狭・大ビード径かつタイヤ外径Ｄｔが大なタイヤといえる。

タイヤ外径Ｄｔが相対的に大なタイヤＴ１は、図４に概念的に示すように、タイヤ外径Ｄｔが小なタイヤＴ２に比して接地部での周方向の曲げ変形が少ない。そのため、エネルギー損失量が小さく、転がり抵抗の低減に効果がある。よって前記式（４）から外れる場合、タイヤ大径化による前記転がり抵抗の低減が十分見込めなくなる。逆に前記式（３）から外れる場合、必要な負荷能力を確保するために使用内圧を高く設定する必要が生じる。そのため、ロードノイズ性能の低下が過大となり、本発明においてもロードノイズ性能を満足しうるレベルまで引き上げることが難しくなる。

次に、本発明の空気入りタイヤでは、巾狭・大ビード径のタイヤにおける操縦安定性、及びロードノイズ性能の低下を抑制するため、カーカスコード及びバンドコートとしてアラミド繊維コードを採用している。

まずカーカスコードにアラミド繊維コードを採用することで、カーカス剛性を高めて、タイヤ断面巾の減少に伴うタイヤ横剛性の低下をバランス良く抑える。

特に、カーカスコードをなすアラミド繊維コードとして、コード構造が８００〜１１００dtex／２の極細コードが好適に採用される。タイヤの操縦安定性については、カーカスコードの伸び難くさ（弾性）と、復元性とをバランスさせることが重要である。例えば１６７０dtex／２の一般的な太さのアラミド繊維コードは、例えば１８４０dtex／２のレーヨン繊維コードよりも弾性率が高く伸び難いものの、損失正接がレーヨン繊維コードよりも大であるため、コードが一旦伸びた状態から荷重が除去されて元に復元する際のヒステリシスロスが大きくなる。そのためコードの復元性に劣り、操縦安定性を高めることには不利がある。これに対して、８００〜１１００dtex／２の極細のアラミド繊維コードでは、コードの伸び性と復元性とのバランスに優れるため、より優れた操縦安定性を発揮させることができる。

なお巾狭・大ビード径のタイヤでは、必要な負荷能力を確保するために使用内圧を相対的に高く設定する必要がある。そのため、極細のアラミド繊維コードを採用した場合、カーカス強度を確保するために、コード打ち込み本数を４５〜５５本／５cmの範囲、特に５０本／５cmとするのが好ましい。また前記アラミド繊維コードでは、コード長さ１０ｃｍ当たりの上撚り数ｎ１が５０〜６５回であることが好ましい。なお下撚り数ｎ２は、上撚り数ｎ１の９０〜１１０％の範囲であって、好ましくはｎ１＝ｎ２である。前記上撚り数ｎ１が５０回を下回るとコードが剛直化して乗り心地性の低下を招き、６５回を越えると、コード剛性が減じて操縦安定性に悪影響を招く。

カーカスプライ６Ａでは、プライ折返し部６ｂの外端のビードベースラインＢＬからの半径方向高さＨは１０mm以上が好ましい。それを下回る場合、使用内圧が高いことに起因して、プライ折返し部６ｂがビードコア５から吹き抜ける可能性を招くなど、耐久性に問題が生じる。又前記高さＨの上限は、従来よりも低い３５mm以下が好ましい。それを上回る場合、走行中にカーカスコード端に圧縮歪み受けてコードルースの可能性を招くなど、耐久性に問題が生じる。これは、アラミド繊維コードが、ゴムとの接着性に劣りかつ剛性が高いことに原因するものであり、カーカスコードにアラミド繊維コードを用いたことによる特有の問題である。

本発明では、バンドコードにもアラミド繊維コードを採用している。これにより、ベルト層７への拘束力をより高めて、トレッド剛性の低下を抑えることができる。バンドコードをなすアラミド繊維コードとしては、カーカスコードの場合と同様、伸び性と復元性とのバランスに優れるという観点から、コード構造が８００〜１１００dtex／２の極細コードが好適に採用される。そして、前述のカーカスコードとしてのアラミド繊維コードとの相乗効果によって、操縦安定性能及びロードノイズ性能を効果的に向上させることが可能となる。

また高い使用内圧に対して十分なバンド強度を得るために、バンドコードの打ち込み本数は、４５〜５５本／５cm、特に５０本／５cmが好ましい。またバンドコードとしてのアラミド繊維コードでは、コード長さ１０ｃｍ当たりの上撚り数ｎ１は５０〜６５回が好ましい。下撚り数ｎ２は、上撚り数ｎ１の９０〜１１０％の範囲であって、好ましくはｎ１＝ｎ２である。前記上撚り数ｎ１が５０回を下回るとコードが剛直化して乗り心地性の低下を招き、６５回を越えると、コード剛性が減じて操縦安定性に悪影響を招く。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

（１）図１に示す内部構造を有する空気入りタイヤを、表１の仕様で試作するとともに、各試供タイヤにおける、転がり抵抗性、空気抵抗、乗り心地性能、操縦安定性能、ロードノイズ性能をテストした。

共通仕様は以下の通りである。
・カーカス
プライ枚数----１枚
コード角度----９０°
・ベルト層
プライ枚数----２枚
コード角度----２２°、−２０°
コード ----スチール
・バンド層
プライ枚数----１枚
コード角度----約０°（螺旋巻き）

＜転がり抵抗性＞
転がり抵抗試験機を用い、下記の条件にて、タイヤの転がり抵抗（単位Ｎ）を測定し、その逆数を比較例１を１００とする指数で示している。数値が大なほど転がり抵抗が少なく良好である。
温度：２０℃、
荷重：４．８ｋＮ
内圧：表１に記載（ロードインデックス相当内圧）
リム：正規リム
速度：８０km/h
アライメント（トー角：０°、キャンバー角：０°）

＜空気抵抗＞
実験室にて、バンパー下端からの露出高さを１４０mmとし、走行速度１００km/hに相当する空気をタイヤの露出面に送風し、そのときタイヤが受ける空気力を測定した。評価は、測定値の逆数を、比較例１を１００とする指数で示し、指数が大きい方が空気抵抗が小さく良好である。

＜操縦安定性能、乗り心地性能＞
試供タイヤを、表１の内圧にて、市販の電気自動車（軽自動車相当の車両）の全輪に装着し、１名乗車にて、ドライアスファルト路面のタイヤテストコースを走行した。そのときの、ハンドル応答性、剛性感、グリップ等に関する操縦安定性、及び乗り心地性をドライバーの官能評価により比較例１を１００とする指数で表示している。指数が大きい方が操縦安定性、及び乗り心地性に優れている。

＜ロードノイズ性能＞
前記車両を用い、ロードノイズ計測路（アスファルト粗面路）を時速８０km/hで走行したときの、運転席窓側耳位置における車内の騒音レベルｄＢ（Ａ）を測定した。

表１に示されるように、比較例２では、巾狭・大ビード径化により燃費性（転がり抵抗及び空気抵抗）は改善するが、比較例１の従来タイヤに比して、操縦安定性能及びロードノイズ性能が低下しているのが確認できる。また操縦安定性能と乗り心地性能との総合評価においても、比較例１より低下している。

比較例３では、カーカスコードのみアラミド繊維コードとしたため、比較例２に比して、操縦安定性能及びロードノイズ性能は向上しているが、比較例１とは略同レベルにとどまっている。

これに対し、実施例１では、カーカスコード及びバンドコードを、それぞれアラミド繊維コードとすることで、燃費性の改善効果を維持しながら、比較例１よりも操縦安定性能及びロードノイズ性能を向上させているのが確認できる。また前記総合評価においても比較例１〜３より高くなっている。特に、実施例１〜３では、バンドコードの上撚り数ｎ１を５０〜６５回／１０cmの範囲とすることで、乗り心地性能を比較例１と同レベル若しくはそれ以上に高めながら、操縦安定性能及びロードノイズ性能を比較例１よりも向上させうるのが確認できる。また前記総合評価においても比較例１〜３より高くなっている。

実施例４では、バンドコードの上撚り数ｎ１が上記範囲を下回ることで、乗り心地性がやや低下し、逆に実施例５では、バンドコードの上撚り数ｎ１が上記範囲を上回ることで、操縦安定性能がやや低下するのが確認できる。しかし、実施例４、５とも、前記総合評価においては、比較例１〜３よりも高くなっている。

実施例６では、バンドコードとしてのアラミド繊維コードが、コード構造１１００dtex／２の非極細コードであり、また実施例９では、カーカスコードとしてのアラミド繊維コードが、コード構造１１００dtex／２の非極細コードである。そのため前記総合評価において、８００dtex／２の極細コードの場合に比して若干低いのが確認できる。しかし比較例１〜３より高い。

比較例４では、バンドコードのみアラミド繊維コードとしたため、比較例２に比して、操縦安定性能及びロードノイズ性能は向上しているが、比較例１より下回っている。また前記総合評価においても、比較例１より低下している。

１ 空気入りタイヤ
２ トレッド部
３ サイドウォール部
４ ビード部
５ ビードコア
６ カーカス
６Ａ カーカスプライ
７ ベルト層
７Ａ、７Ｂ ベルトプライ
９ バンド層
９Ａ バンドプライ

Claims (4)

1. トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るプライ本体部の両端にビードコアの廻りで折り返されるプライ折返し部を有する１枚のカーカスプライからなるカーカスと、このカーカスの半径方向外側かつトレッド部内に配される２枚のベルトプライからなるベルト層と、このベルト層の半径方向外側に配される１枚のバンドプライからなるバンド層とを具えた空気入りタイヤであって、
   タイヤ断面巾をＷｔ（単位：mm）、ビード径をＤｂ（単位：インチ）、タイヤ外径をＤｔ（単位：mm）としたとき、前記タイヤ断面巾Ｗｔが次式（１）、（２）を充足し、
   Ｗｔ≦ −0.7257×(Ｄｂ)^２ ＋ 42.763×Ｄｂ − 339.67 −−−（１）
   Ｗｔ≧ −0.7257×(Ｄｂ)^２ ＋ 48.568×Ｄｂ − 552.33 −−−（２）
   かつタイヤ外径Ｄｔ（単位：mm）が、次式（３）、（４）を充足するとともに、
   Ｄｔ≦ 59.078×Ｗｔ^{０．４９８} −−−（３）
   Ｄｔ≧ 59.078×Ｗｔ^{０．４６７} −−−（４）
   前記カーカスプライのカーカスコード及びバンドプライのバンドコードは、それぞれアラミド繊維コードからなることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記カーカスコードをなすアラミド繊維コードは、コード構造が８００〜１１００dtex／２、かつコード長さ１０ｃｍ当たりの上撚り数が５０〜６５回であることを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
3. 前記カーカスプライは、前記プライ折返し部の外端のビードベースラインからの半径方向高さＨが、１０〜３５mmであることを特徴とする請求項２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記バンドコードをなすアラミド繊維コードは、コード構造が８００〜１１００dtex／２、かつコード長さ１０ｃｍ当たりの上撚り数が５０〜６５回であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の空気入りタイヤ。
   

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