JP3605674B2 - ハイブリット車輌の発電駆動装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン及びガスタービンエンジン等の燃焼エンジンと、バッテリ等の電気エネルギによる電気モータとを動力源として組合わせて用いるハイブリット車輌の発電駆動装置に関する。
【0002】
一般に知られるハイブリット車輌は、エンジンを一定状態で回転してジェネレータを駆動し、該ジェネレータの発電による電気エネルギによりモータを駆動して走行するシリーズタイプと、エンジン及びモータの出力をそれぞれ駆動車輪に連結し、エンジン及びモータのいずれか一方を選択的に用いるパラレルタイプと、そしてこれらシリーズタイプとパラレルタイプとを組み合わせたシリーズ・パラレルタイプとがあるが、本発明は、シリーズ・パラレルタイプに適用して好適である。
【0003】
【従来の技術】
上記ハイブリット車輌は、エンジンとモータとを前後輪に別々に配設するものと、エンジン及びモータを前後輪のいずれか一方にまとめて配設するものがある。そして、エンジンに隣接してジェネレータを配設し、これらエンジン、ジェネレータ及びモータを前後輪のいずれか一方に一体的に配置する場合には、例えば、実開平2−7702号公報に開示されているように、ジェネレータのロータの回転軸両端を回動自在に支持するようになっている。これは、ロータと該ロータの半径方向外方に配置されるステータの対向面の間隙を一定にすることが、ジェネレータの性能を高める上で有効であり、また、発電成分の高調波を取り除く上で有効だからである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このようなハイブリット型の電気自動車は、発電駆動装置の製造上の都合や、エンジン、ジェネレータ及びモータが各別の起振系を構成すること等を考慮して、エンジン側とジェネレータ及びモータ側とを分割し、ジェネレータのロータをエンジンの出力軸に直列に連結する場合がある。
【0005】
斯かる場合、上記従来例のようにロータの回転軸両端を回動自在に支持することは実際上極めて困難である。従って、斯かる場合には、ロータの回転軸の一端側を回動自在に支持することとなるが、ロータの回転軸とエンジンの出力軸が芯ずれを生じると、ロータの回転軸が傾けられ、ロータが振れ回り現象を生じるため、ロータとステータの対向面の間隙を所定量に維持することが困難になり、ジェネレータの性能低下を招来することになる。そのため、エンジンの回転軸とロータの回転軸の軸芯に芯ずれが生じないように、エンジン側とジェネレータ側とを高精度に組み付ける必要があるが、両者を高精度に組み付けることは実際上極めて困難である。
【0006】
そこで、本発明は、エンジンとは別体のケースに収納したジェネレータのロータをエンジン回転軸に接続する場合においても、ジェネレータのロータの円滑かつ高精度の回転を確保できるハイブリット車輌の発電駆動装置の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述事情に鑑みなされたものであって、車輪(49a,49b)を駆動するモータ(10)と、エンジン(1)と、ロータ(15)及び該ロータの半径方向外方に所定の隙間をもって配置されるステータ(12)を有するジェネレータ(6)と、を備えてなるハイブリット車輌の発電駆動装置において、
前記ジェネレータ(6)を前記エンジン(1)に隣接して配設されたジェネレータハウジング(31 )に収納すると共に、前記ジェネレータの前記ステータ(12)を前記ジェネレータハウジング(31 )を形成するケース(3)に固定し、
前記エンジンの出力軸(1a)と同軸状に配置され、前記車輪に駆動力を伝達するシャフト(17)を、前記ケース(3)に一体の支持部(19,19a,37,39)にて回転自在に支持し、
前記ジェネレータのロータ(15)は、中空状からなるボス部(15a)を有し、該ボス部の中空部にて前記シャフト(17)に回転不能に嵌合支持されると共に、該ボス部の外周部にて前記ケースに一体の支持部(19,35)に回転自在に支持され、
前記エンジンの出力軸(1a)と前記ジェネレータのロータ(15)とを、前記ステータ(12)の内径側でかつ該ステータと軸方向に重なるように配置されたダンパ(13)を介して連結してなる、
ことを特徴とするハイブリット車輌の発電駆動装置にある。
【0008】
請求項2に係る本発明は、前記ジェネレータ(6)及びモータ(10)は、一体的に構成された前記ケース(3)内に、同軸状にかつ軸方向に並設して収容されてなる、
請求項1記載のハイブリット車輌の発電駆動装置にある。
請求項3に係る本発明は、前記シャフト(17)と、前記モータ(10)のロータ(27)とは、同軸状にかつ軸方向に所定間隔あけて配置され、
前記シャフトと前記モータのロータとの間に、前記モータのロータ及び前記車輪を連動するドライブギヤ(23)が配置されてなる、
請求項2記載のハイブリット車輌の発電駆動装置にある。
【0009】
【作用】
ジェネレータ(6)は、エンジン(1)に隣接して配置されたジェネレータハウジング(31 )にそのステータ(12)が固定されて収納され、かつ該ジェネレータハウジングを形成するケース(3)に一体の支持部(19)にそのロータ(15)のボス部(15a)が回転自在に支持され、従ってロータ(15)とステータ(12)とは、高い精度にて隙間を保って回動する。
【0010】
一方、エンジン(1)の出力軸(1a)は、爆発等に起因する回転軸芯が芯ずれする方向の振動を生ずるが、該芯ずれは、ダンパ(13)で吸収され、従ってジェネレータ(6)のロータ(15)は、その回転軸芯に対して振れ回り現象を生じることなく、上述したように、ステータ(12)との間で高い精度の隙間を保って回動する。
【0011】
【実施例】
以下、図面に沿って本発明の実施例について説明する。
【0012】
図1及び図2は、本発明の第1の実施例を示すものであり、図1は、概略を示す図で、図2はその具体的な構成を示す断面図である。
【0013】
ハイブリット車輌の前部(いわゆるエンジンルーム)には、ガソリン又はディーゼル等の内燃エンジン1が横向きに搭載されており、更に該エンジン1に連接して、従来の自動変速装置に相当する部分に本発明に係るハイブリットユニット2が設置されている。該ハイブリットユニット2は、3分割(31 ,32 ,33 )からなる一体ケース3を有しており、該ケース内には、エンジン出力軸1aに整列して、ジェネレータ6、クラッチ7、2速自動変速装置9及び電気モータ10が配置され、更にその下方にはディファレンシャル装置11が配置されており、かつ該一体ケース3はエンジン1の側部に固定されている。
【0014】
ジェネレータ6は、従来の自動変速装置のトルクコンバータ部分、即ちエンジン1に隣接して配置されて、前記一体ケース3を構成するジェネレータハウジング31 内に収納されており、該ハウジングに固定されているステータコイル(ステータ)12及び前記エンジン出力軸1aにダンパ13を介して連結しているロータ15からなる。該ダンパ13は、図2に詳示するように、エンジン出力軸1aに固定されている入力側13a、ロータ15に固定されている出力側13b及びその間に介在している多数のスプリング13cよりなり、前記ステータコイル12の内径側、即ち該ステータコイルと軸方向に重なる位置における内径側に配置されている。そして、このダンパ13は、入力側13a、出力側13b及びスプリング13cの3者間に形成される半径方向隙間により、エンジン出力軸1aの軸芯とロータ15の回転軸芯との芯ずれを吸収する。また、前記ロータ15は、ボス部15a、ハブ部15b及び該ハブ部の外周に固定されているマグネット15cからなり、ハブ部15bにて前記ダンパ13が固定されており、かつボス部15aは中空状からなり、該中空内に嵌挿しているシャフト17にスプライン係合している。
【0015】
前記クラッチ7は油圧湿式多板クラッチからなり、その入力側が前記シャフト17に連結し、またその出力側が自動変速装置9に向けて延びている中間軸21に連結している。また、該中間軸21にはスリーブ状の出力軸22が回転自在に被嵌しており、該出力軸22の一端部には前記クラッチ7に隣接してカウンタドライブギヤ23が固定されている。そして、図2に詳示するように、該クラッチ7及びカウンタドライブギヤ23は、一体ケース3の略々中央部に配置されていると共に、前記一体ケース3の中間部を構成するアクスルケース32 内、詳しくは該ケース32 に形成された環状鍔部(一部切欠きを有する)3a内に収納されており、該鍔部3aの先端部には、前記ジェネレータハウジング31 の側壁に隣接してポンプケース19が固定されている。該ポンプケース内にはインターナルギヤポンプが配置されており、本ハイブリットユニット2のクラッチ(7,C2)及びブレーキ(B)を作動する油圧源となると共に、各箇所に供給する潤滑油の供給源となる。
【0016】
2速自動変速装置9は、変速ギヤユニットを構成するシングルプラネタリギヤユニット25を有するアンダードライブ機構部(U/D)を備え、そのリングギヤRが中間軸21に連結し、そのキャリヤCRが出力軸22に連結している。更に、キャリヤCRとサンギヤSとの間には油圧式多板クラッチからなるダイレクトクラッチC2が介在しており、かつサンギヤSと前記アクスルケース32 との間には油圧多板からなる低速用のブレーキB及びワンウェイクラッチFが介在している。
【0017】
一方、電気モータ10は、ブラシレスDCモータ、誘導モータ、直流分巻モータ等のホローモータからなり、エンジン1から離れた軸方向最外部に配置され、かつ前記一体ケース3の一部を構成するモータケース33 内に配置されている。該電気モータ10は偏平状のステータ26及び偏平状のロータ27を有しており、ステータ26はモータケース33 の内壁に固定されかつコイル28が巻装されており、またロータ27は前記中間軸21と共にプラネタリギヤユニット25のリングギヤRに連結している。従って、該電気モータ10はその中央部に軸方向に延びる大きな筒状の中空部Aを有しており、該中空部A内に、前記アクスルケース32 の一部に亘って前記2速自動変速装置9が配置されている。
【0018】
また、ジェネレータハウジング31 及びトランスアクスルケース32 の下方にはカウンタ軸29及びディファレンシャル装置11が配置されており、該カウンタ軸29には前記ドライブギヤ23に噛合するカウンタドリブンギヤ30及びピニオン31が固定されている。ディファレンシャル装置11は該ピニオン31に噛合するリングギヤ32を有しており、該ギヤ32からのトルクがそれぞれ負荷トルクに応じて左右の前車輪33a,33bに伝達される。なお、図1及び図2は展開して図示しており、シャフト17(21,22),29及び33a(33b)は、正面視において3角状に配置されている。
【0019】
そして、ジェネレータ6及び電気モータ10に比して、前記カウンタドライブ23及びクラッチ7部分は小径からなり、これらを囲んでいる環状鍔部3aの外径も、ジェネレータハウジング31 及びモータケース33 の外径に比して小径になっている。該小径部分に位置して、前記カウンタシャフト29が配置されており、かつピニオン31はクラッチ部分、即ち小径部分で車輌幅中心に近づく方向に配置されている。更に、該ピニオン31は、ディファレンシャル装置11のデフケース11aの一側に固定されたリングギヤ32に噛合しており、かつ該ディファレンシャル装置は、車輌幅の中央部に位置して、左右駆動車軸33a,33bが同一長にて車輪49a,49bに伸びている。
【0020】
また、図2におけるジェネレータ6のロータ支持部分を拡大して示す図9に詳示するように、ポンプケース19が一体ケース3に一体に取付けられて支持部を形成しており、前記ジェネレータ6のロータボス部15aは、その先端部分の外周部が上記ポンプケース19に装着された滑り軸受35を介して回転自在に支持されていると共に、その基端内周部分がシャフト17にスプラインにより回転不能にかつキャップ36を介して嵌合支持されている。更に、該シャフト17は、ポンプケース19から延びているスリーブ部19aに、その両端部分にて滑り軸受37,39を介して回転自在に支持されている。従って、前記ジェネレータロータボス部15aは、その先端外周部分を固定支持部材であるポンプケース19に直接支持され、かつその基端内周部分を、2点支持されているシャフト17を介して支持されて、2点支持により安定して支持されている。なお、シャフト17とロータ15とは互に連結されて一体に回転するので、ロータ15はシャフト17により径方向に支持されるだけで、相対回転を生ずることはない。
【0021】
一方、潤滑油は、モータケース33 の油路40を通って、中間軸20の中心油路41に導かれ、更に該中間軸に穿たれた半径方向の多数の孔41a…を通って必要箇所に供給されると共に、ポンプケース19に形成された潤滑油路42に供給される。更に、該油路42からの潤滑油は、シャフト17とスリーブ部19aとの間aに導かれ、滑り軸受37,39を潤滑すると共に、孔bを通って滑り軸受35に供給され、また孔d及びシャフト17の中心孔eを通ってキャップ36部分に供給される(図2及び図7参照)。
【0022】
これにより、ジェネレータ6、電気モータ10及び自動変速装置9は、一体ケース3に収納・支持されているので、同一の潤滑油系から、自動変速装置9と共にジェネレータ6をも潤滑・冷却することができる。
【0023】
なお、図1において、45はバッテリ、46はジェネレータ6からの交流発電を直流に交換してバッテリに導くコンバータ、47はバッテリ45からの電流を適宜制御して電気モータ10に供給するインバータである。
【0024】
図8は、各要素の配置を示すハイブリット車輌HVの平面図であり、車輌の前部いわゆるエンジンルーム内に、エンジン1、ジェネレータ6、電気モータ10及び自動変速装置9が横方向に配置されており、略々その中央部から突出しているカウンタギヤ部(29,30,31)を介してディファレンシャル装置11に連結している。該ディファレンシャル装置11は、右前駆動車軸33a,33bの中央に位置しており、同長の車軸を介して左右前輪49a,49bに連動している。また、車輌の後部における左右後輪50a,50bの間にバッテリ45が搭載されている。
【0025】
ついで、該第1の実施例による作用について説明する。
【0026】
通常の使用状態にあっては、クラッチ7は切状態に保持されており、エンジンからのシャフト17とモータ10からの中間軸21とは切断状態となっている。この状態で、オペレータのキー操作によりエンジン1は回転され、該エンジンは、車輌の使用中、即ち走行速度に拘りなくかつ停止中においても、効率が高くかつ排ガスの発生の最も少ない状態(回転数及びトルク)で一定回転している。該エンジン1の回転は、ダンパ13を介してジェネレータ6のロータ15に伝えられて、ステータコイル12に所定電流を発生し、コンバータ46を介してバッテリ4を充電する。
【0027】
この際、ダンパ13は、エンジン回転軸1aの捩り振動を吸振しつつ、エンジン1の動力をロータ15に円滑に伝達する。又、ダンパ13は、上記吸振機能の他に、たわみ軸継手としての機能をも発揮し、エンジン回転軸1aの軸芯とロータ15の回転軸芯との芯ずれを吸収して、ロータ15の振れ回り現象を防止する。
【0028】
そして、該エンジン1の回転は、ロータボス部15aを介してケース19内のオイルポンプを駆動し、所定油圧を発生する。
【0029】
一方、アクセルペダルの踏操作等の走行信号により、バッテリ45から及び/又はコンバータ46からの電流がインバータ47にて所定電流に変換されて電気モータ10に供給され、要求に対応した回転数及びトルクにて該電気モータ10のロータ27が回転する。そして、該ロータ27の回転は、アクセルペダル操作量及び車速に基づき自動変速装置9にて2速に変速され、出力軸22に伝達される。即ち、1速状態にあっては、ダイレクトクラッチC2が切られると共に、ワンウェイクラッチFが係止状態にある。この状態では、ロータ27の回転は、リングギヤRに伝達され、更に係止状態にあるサンギヤSに基づき、ピニオンPを自転しつつキャリヤCRが減速回転し、該減速回転(U/D)が出力軸22に伝達される。なお、回生ブレーキ作動時(コースト時)にあっては、ブレーキBが係合し、サンギヤSを停止して、出力軸22の回転をロータ27に伝達する。
【0030】
そして、2速状態にあっては、ダイレクトクラッチC2を係合する。この状態にあっては、サンギヤSとキャリヤCRとがクラッチC2により一体となり、ギヤユニット25が一体回転する。従って、ロータ27の回転は、そのまま出力軸22に伝達される。
【0031】
そして、該出力軸22の回転はカウンタドライブギヤ23からドリブンギヤ30に伝達され、更にディファレンシャルドライブピニオン32を介してディファレンシャル装置11に伝達される。更に、該ディファレンシャル装置11は左右前車軸33a,33bにそれぞれディファレンシャル回転を伝達する。
【0032】
この際、発進時、加速時及び登坂時等、大きな負荷トルクが作用する場合、前記自動変速装置9は1速状態にあって、電気モータ10からのトルクを増大して前車軸33a,33bに伝え、また通常走行等の高い回転数を要求される場合、自動変速装置9は2速状態となって高速回転を伝え、従って電気モータ10のサイズを大きくしなくとも、所定要求トルクに対応することができる。
【0033】
上述したように、本実施例は、通常は、電気モータ10からの動力にて走行するシリーズタイプからなるが、電気モータ10の故障時、又は高速道路等で高速走行するため、電気モータ10のみの出力では不足する場合には、オペレータの操作により又は自動的にクラッチ7が接続されて、パラレルタイプとして用いられる。この場合、エンジン出力軸1aの捩り振動は、ダンパ13により吸振されるため、エンジン出力軸1aの回転は、ダンパ13を介してジェネレータロータ15に円滑に伝達され、更にシャフト17及び接続状態にあるクラッチ7を介しても中間軸21に円滑に伝達され、そして自動変速装置9の入力部材であるリングギヤRに円滑に伝達される。これにより、電気モータに代って又は電気モータをアシストして、エンジン1の回転が自動変速装置9に円滑に伝達され、更に車輪に円滑に伝達される。
【0034】
ついで、図3及び図4に沿って、本願発明の参考例について説明する。なお、以下に示す実施例において、前述した第1の参考例と同じ部分は同一符号を付して説明を省略する。
【0035】
本参考例は、上記第1の実施例においてクラッチ7を廃止したものである。従って、本参考例にあっては、シリーズタイプとしてのみ使用可能である。また、ジェネレータ6において、シャフト172は、クラッチ等に回転を伝える必要がなく、単にポンプケース19に装着・支持されており、かつロータボス部15aは、先端部を滑り軸受35により、また基端部を上記シャフト172にブッシュ36´を介して支持されている。
【0036】
本参考例によると、クラッチを廃止した分だけ、更に軸方向の短縮化が可能である。
【0037】
ついで、本発明の実施例から外れるが、図5及び図6に沿って参考例について説明する。
【0038】
本参考例は、基本構造は第1の実施例と同一であり、ジェネレータ6に増速機構52を付加した点が相違している。該増速機構52は、シングルプラネタリギヤからなり、エンジン出力軸1aからの回転がダンパ13を介してキャリヤCR2に伝達されており、またリングギヤR2がロータ15に連結され、かつサンギヤS2がポンプケース19にスリーブ部19aを介して固定されている。また、キャリヤCR2は前記シャフト17にスプライン係合している。
【0039】
更に、図7に示すように、ポンプケース19の潤滑油路42からの潤滑油は、シャフト17とスリーブ部19aとの間aを通って、更にシャフト17の油路d,eを通ってプラネタリギヤ52のキャリヤ油路fに供給され、そして油受け板53を介してピニオンシャフトの油路gに供給される。一方、間隙aから、滑り軸受37に直接供給されると共に、油孔bを通って滑り軸受35に供給され、また孔hを通ってスリーブ部10aとキャリヤボス部54との間iに導かれ、更に油路j等を経てベアリング55,56,57に供給される。
【0040】
本実施例は以上のような構成からなるので、エンジン出力軸1aの回転は、ダンパ13を介して増速機構52のキャリヤCR2に伝達され、該増速機構52は、サンギヤS2の固定に基づきリングギヤR2に増速回転を伝達する。従って、該リングギヤR2に連結しているロータ15は増速されて回転し、ステータコイル12に対して速い相対回転にて回転する。これにより、ジェネレータ6は、高電圧を発生して、コンバータ46を介して効率よくバッテリ45に充電し得る。また、増速機構52は、ロータ15の内径側に配置されるので、上述した効率よい発電にも拘らず、ジェネレータ6を軸方向に寸法を増加することはなく、また潤滑及び冷却も確実に行なわれる。
【0041】
なお、増速機構は、シングルプラネタリギヤに限らず、ダブルピニオンプラネタリギヤ等の他の機構を採用してもよいことは勿論である。
【0042】
また、上述した実施例は、電気モータ10の回転部27と出力ギヤ23との間に自動変速装置9を介在しているが、該自動変速装置を介在せずに、電気モータ10の回転部27を直接又は減速装置を介して出力ギヤ23に連結してもよい。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、ロータのボス部は、ボス部の中空部にてシャフトに回転不能に嵌合支持されると共に、ボス部の外周部にてケースに一体の支持部に回転自在に支持される。そして、シャフトは、ボス部と一体回転すると共に、ケースのシャフト支持部に回転自在に安定支持されている。従って、ロータのボス部は、その外周面をケースに直接的に支持されると共に、その中空部を、ケースに安定支持されているシャフトを介して支持されており、かつ上記ロータのボス部を支持するケースにステータが固定されることが相俟って、ロータとステータ間の隙間量を高い精度に保持することができ、ジェネレータに所望の発電性能を発揮させることができる。
【0044】
又、エンジンの出力軸とジェネレータのロータとをステータの内径側に配設されたダンパを介して連結したため、ダンパは、エンジン回転軸の捩り振動を吸振しつつ、エンジンの動力をロータに円滑に伝達することができる。そして、ダンパは、吸振機能の他に、たわみ軸継手としての機能をも発揮し、エンジン回転軸の軸芯とロータの回転軸芯との芯ずれを吸収して、ロータの振れ回り現象を防止することができる。
又、ジェネレータは、エンジンに隣接するジェネレータハウジングに収納され、かつエンジンの出力軸とジェネレータのロータとを連結するダンパは、ステータの内径側でかつステータと軸方向に重なるように配置され、該ダンパ用の軸方向スペースを必要とせず、コンパクトな構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施例を示す概略図。
【図2】該第1の実施例を具体化したハイブリットユニットを示す断面図。
【図3】本発明の参考例を示す概略図。
【図4】該参考例を具体化したハイブリットユニットを示す断面図。
【図5】本発明の参考例を示す概略図。
【図6】該参考例を具体化したハイブリットユニットを示す断面図。
【図7】図6の増速機構部分を拡大した部分拡大断面図。
【図8】各構成要素の配置を示すハイブリット車輌の平面図。
【図9】図2におけるジェネレータのロータ支持部分を示す拡大断面図。
【符号の説明】
1 燃焼(内燃)エンジン
1a 出力軸
3 (一体)ケース
6 ジェネレータ
10 (電気)モータ
12 ステータコイル(ステータ)
13 ダンパ
15 ロータ
HV ハイブリット車輌
Claims (3)
- 車輪を駆動するモータと、エンジンと、ロータ及び該ロータの半径方向外方に所定の隙間をもって配置されるステータを有するジェネレータと、を備えてなるハイブリット車輌の発電駆動装置において、
前記ジェネレータを前記エンジンに隣接して配設されたジェネレータハウジングに収納すると共に、前記ジェネレータの前記ステータを前記ジェネレータハウジングを形成するケースに固定し、
前記エンジンの出力軸と同軸状に配置され、前記車輪に駆動力を伝達するシャフトを、前記ケースに一体の支持部にて回転自在に支持し、
前記ジェネレータのロータは、中空状からなるボス部を有し、該ボス部の中空部にて前記シャフトに回転不能に嵌合支持されると共に、該ボス部の外周部にて前記ケースに一体の支持部に回転自在に支持され、
前記エンジンの出力軸と前記ジェネレータのロータとを、前記ステータの内径側でかつ該ステータと軸方向に重なるように配置されたダンパを介して連結してなる、
ことを特徴とするハイブリット車輌の発電駆動装置。 - 前記ジェネレータ及びモータは、一体的に構成された前記ケース内に、同軸状にかつ軸方向に並設して収容されてなる、
請求項1記載のハイブリット車輌の発電駆動装置。 - 前記シャフトと、前記モータのロータとは、同軸状にかつ軸方向に所定間隔あけて配置され、
前記シャフトと前記モータのロータとの間に、前記モータのロータ及び前記車輪を連動するドライブギヤが配置されてなる、
請求項2記載のハイブリット車輌の発電駆動装置。
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- 1993-08-24 JP JP23093993A patent/JP3605674B2/ja not_active Expired - Lifetime
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