JP3674382B2 - Ｒｉｍポリウレタン二色成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面部と内部とで色彩、性質等が異なる二色成形品を、ポリウレタン材料によりＲＩＭ成形（反応射出成形）する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先に本願出願人は、下記のようなＲＩＭポリウレタン二色成形方法を提案した（特開平６−１４３３４０号公報）。
▲１▼ 型のキャビティを減圧する。
▲２▼ 減圧下のキャビティにゲートから表面部用ポリウレタン材料を注入する。注入された表面部用ポリウレタン材料は減圧下で発泡してキャビティ内を流動するとともに、その泡が破れてキャビティ面の略全面に薄膜状に付着し、気泡のほとんどない緻密な表面部が形成される。
▲３▼ 減圧下のキャビティにゲートから内部用ポリウレタン材料を注入する。注入された内部用ポリウレタン材料はキャビティに流動・充満して反応硬化し、二色成形品の内部が形成される。
【０００３】
この二色成形方法により、顔料を含んだ表面部が顔料を含まない内部を覆った二色成形品を容易にＲＩＭポリウレタン成形することができるようになったが、二色成形品からゲート残留部を切除すると、その切り口に無着色の内部が出現し、表面部との色差が目立って見栄えが悪くなるという問題があった。また、上記工程▲２▼でキャビティ面に付着した表面部用ポリウレタン材料がまだ流動性を有しているときに、上記工程▲３▼の内部用ポリウレタン材料の注入を行うと、特にキャビティ面のゲート近傍部位に付着した表面部用ポリウレタン材料が内部用ポリウレタン材料により連れ流されて薄肉化する結果、同部位の表面部が透けて無着色の内部が見え、やはり同部位以外との色差が目立つこともあった。
【０００４】
そこで、次に本願出願人は、下記のようなＲＩＭポリウレタン二色成形方法を提案した（特開平９−１８３１３８号公報）。
▲１▼ 型のキャビティを減圧する工程と、
▲２▼ 減圧下のキャビティに顔料を含んだ表面部用ポリウレタン材料を少量注入し、成形品の表面部をＲＩＭ成形する初期工程と、
▲３▼ 減圧下のキャビティに顔料を含まない内部用ポリウレタン材料を注入し、成形品の内部の大半部をＲＩＭ成形する中期工程と、
▲４▼ 減圧下のキャビティに顔料を含んだゲート近傍部用ポリウレタン材料を少量注入し、成形品の内部のゲート近傍部をＲＩＭ成形する終期工程とを含むＲＩＭポリウレタン二色成形方法。
【０００５】
この二色成形方法によれば、前記のゲート残留部の切除やゲート近傍部位での表面部の薄肉化による色差という問題を解決することができたが、次のような問題については考慮されていなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
（１）すなわち、通常、ＲＩＭポリウレタン成形の型は分割型であり、上型と下型との型割面には隙間が不可避的に生じるため、図１１に示すように、この隙間にバリ１００がはみ出す。このバリ１００は、顔料を含んだ表面部用ポリウレタン材料１０１に顔料を含まない内部用ポリウレタン材料１０２が侵入した断面三層構造となるため、このバリ１００を図１１（ａ）の二点鎖線で切除して仕上げると、図１１（ｂ）（ｃ）に示すように、その切り口に無着色の内部用ポリウレタン材料１０２がライン状に露出し、表面部用ポリウレタン材料１０１との色差が目立って見栄えが悪くなる。
【０００７】
（２）また、表面部用ポリウレタン材料１０１においては、これを透かして無着色の内部用ポリウレタン材料１０２が見えないようにするため、顔料濃度を高くする（本発明の基準濃度に相当する）必要があった。図１１（ｂ）において、ハッチング付きの四角形は顔料粒子１０３を模式的に示しており、その密度は高い（顔料濃度が高い）。また、ゲート近傍部位の表面部はある程度の範囲にわたって薄肉化するため、ゲート近傍部用ポリウレタン材料はかなりの分量が必要であり、このゲート近傍部用ポリウレタン材料においても顔料濃度を高くする（本発明の基準濃度に相当する）必要があった。従って、全体としての顔料の使用量が多く、コストが高くなるとともに、顔料粒子によって設備治具（ミキシングヘッド等）の摩耗が早まるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ゲート残留部の切除による色差のみならず、バリの切除やゲート近傍部位での表面部の薄肉化による色差をも目立たないようにしながらも、全体としての顔料の使用量を節減することができ、もってコストの低減と、設備治具の摩耗の低減とを図ることができるＲＩＭポリウレタン二色成形方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＲＩＭポリウレタン二色成形方法は、
型割面を有する型のキャビティを減圧する工程と、
減圧下のキャビティに顔料濃度を基準濃度の３０〜９０％に低めた表面部用ポリウレタン材料を注入し、成形品の表面部をＲＩＭ成形する初期工程と、
減圧下のキャビティに顔料濃度を基準濃度の３０〜８０％に低めた内部用ポリウレタン材料を注入し、成形品の内部の大半部をＲＩＭ成形する中期工程と、
減圧下のキャビティに顔料濃度を基準濃度としたゲート近傍部用ポリウレタン材料を注入し、成形品の内部のゲート近傍部をＲＩＭ成形する終期工程とを含む。
【００１０】
ここで、顔料についての基準濃度とは、ゲート近傍部用ポリウレタン材料における顔料濃度をいう。表面部用ポリウレタン材料においては顔料濃度を基準濃度の５０〜８０％に低めることがさらに好ましい。内部用ポリウレタン材料においては顔料濃度を基準濃度の４０〜７０％に低めることがさらに好ましい。
【００１１】
表面部用ポリウレタン材料とゲート近傍部用ポリウレタン材料には、離型剤又は触媒の一方又は両方を副次的成分として混合することもできる。また、表面部用ポリウレタン材料を内部用ポリウレタン材料に比べて高性能材料とすることもできる。高性能材料としては、無黄変材料を例示できる。また、表面部用ポリウレタン材料を内部用ポリウレタン材料に比べてウレタン反応速度の高い材料とすることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をステアリングホイールのポリウレタン被覆のＲＩＭポリウレタン二色成形に具体化した実施形態例について、図１〜図９に基づいて説明する。まず、本実施形態で使用する成形装置は、図１〜図６に示すように、成形用金型１、真空箱１１、材料射出機構２１等から構成されており、これら各部を順に詳述する。
【００１３】
成形用金型１は上型２と下型３とに分割形成されている。上型２と下型３の型割面２ａ，３ａには、型閉じ時にリング状のキャビティ４を形成するキャビティ面５と、キャビティ４へのゲート６とが形成されている。上型２におけるポリウレタン材料の最終充満位置にはベント孔７が形成されている。
【００１４】
次に、真空箱１１は上箱１２と下箱１３とに分割形成され、上箱１２内には上型２が取付けられ、下箱１３内には下型３が取付けられている。上箱１２及び下箱１３は図示しない型締装置に取付けられており、本実施形態では下箱１３が昇降することにより、上箱１２及び下箱１３の開閉と、上型２及び下型３の開閉とが同時に行われるようになっている。上箱１２の分割面に形成された溝にはＯリング１４が取付けられ、真空箱１１を閉じたとき、Ｏリング１４は下箱１３の分割面に当接して上箱１２と下箱１３との間をシールする。
【００１５】
下箱１３には吸引プラグ１５が取付けられ、この吸引プラグ１５には吸引ホース１６及びバルブ１７を介して真空ポンプ１８が接続されている。また、下箱１３には、真空箱１１の外部からベント孔７の付近を目視し得る透視窓１９が気密を保つように設けられている。
【００１６】
材料射出機構２１は、図６に示すような三成分ミキシングヘッド２２を備え、主成分であるポリオール成分及びイソシアネート成分と、副次的成分である第三成分とを混合できるようになっている。この三成分ミキシングヘッド２２は、シリンダ２３とその先端に取付けられたボディ２４とからなり、ボディ２４は先端に細い射出ノズル２５を有している。
【００１７】
ボディ２４の中心には貫通孔２６が形成され、該貫通孔２６にはシリンダ２３のピストン（図示略）に取着されたスプール２８が摺動可能に挿入されている。スプール２８外周の１８０度反対の位置には長手方向に延びる一対の長溝２９が設けられている。ピストン２７の往復動により、スプール２８は図６に二点鎖線で示す前進位置と実線で示す後退位置とに摺動し、後退したスプール２８の先方は後述する各成分の混合室３０となる。
【００１８】
ボディ２４の左右内部には円筒形状をなすポリオール成分用のノズル体３１とイソシアネート成分用のノズル体３２とが相対向して設けられている。各ノズル体３１，３２には混合室３０又は長溝２９に開口するテーパ状のオリフィス３５が形成されている。ボディ２４の外面には各ノズル体３１，３２を保持するホルダ（図示略）が装着され、これに挿通されたニードル３７の先端がオリフィス３５の開度を加減するようになっている。また、ボディ２４のノズル体３１，３２の隣りにはポリオール成分用の還流穴３８とイソシアネート成分用の還流穴３９とが形成され、いずれも長溝２９に開口している。
【００１９】
ノズル体３１及び還流穴３８にはホース４１ａによりポリオール成分のタンク４１ｂとポンプ４１ｃとが接続され、タンク４１ｂ→ポンプ４１ｃ→ノズル体３１→長溝２９→還流穴３８→タンク４１ｂ、というポリオール成分の循環路が形成されている。ノズル体３２及び還流穴３９にもホース４２ａによりイソシアネート成分のタンク４２ｂとポンプ４２ｃとが接続され、タンク４２ｂ→ポンプ４２ｃ→ノズル体３２→長溝２９→還流穴３９→タンク４２ｂ、というイソシアネート成分の循環路が形成されている。
【００２０】
スプール２８の中心には第三成分の副吐出孔５２が設けられている。副吐出孔５２の先端はスプール２８の先端面に開口し、後端はスプール２８の途中部外周に開口している。ボディ２４の後部には、スプール２８の後退時にのみ副吐出孔５２の後端開口に連通する導入孔５３が形成されている。導入孔５３にはホース４３ａにより流量調整装置４３ｄ及びバルブ４３ｃを介して第三成分のタンク４３ｂが接続され、タンク４３ｂ内はエア加圧装置４３ｅにより常時加圧されている。バルブ４３ｃはタンク４３ｂからボディ２４までのいずれかの箇所に設ければよい。バルブ４３ｃの駆動方式は限定されず、例えばエア式でも電気式でもよい。バルブ４３ｃは専用のタイマやシーケンスの内部タイマ等で開閉制御されるようになっている。なお、第三成分としての着色材料は顔料をポリオール成分に分散させたものである。
【００２１】
上記三成分ミキシングヘッド２２の射出ノズル２５は、下箱１３に形成された貫通孔４０を貫通して下型３のゲート６に接続されている。三成分ミキシングヘッド２２と貫通孔４０とは複数のＯリング５０によりシールされている。
【００２２】
さて、上記成形装置を使用して行う第一実施形態のポリウレタン被覆のＲＩＭポリウレタン二色成形方法について、工程順に説明する。図７（ａ）（ｂ）は、同成形におけるポリウレタン材料中の顔料濃度の変化を示す２パターンのタイムチャート図である。
【００２３】
▲１▼ 成形用金型１の上型２と下型３とを型開きし、キャビティ面５に離型剤を塗布する。
▲２▼ 下型３にステアリングホイール４５の芯金４６をセットした後、上型２と下型３とを型閉じしてキャビティ４を形成すると同時に、上箱１２と下箱１３とを閉じて真空箱１１を密閉状態とする。
▲３▼ 真空ポンプ１８により真空箱１１内を適度な真空度まで減圧し、ベント孔７からキャビティ４を減圧雰囲気にする。適度な真空度は、ポリウレタン材料の組成や成形品の寸法等に応じて変わるものであり、特に限定されないが、本実施形態では５０Ｔｏｒｒ以下とした。
【００２４】
▲４▼ 初期工程； スプール２８を後退させて、ノズル体３１からはポリオール成分を、ノズル体３２からはイソシアネート成分をそれぞれ混合室３０に吐出させ、またバルブ４３ｃを開いて、副吐出孔５２から第三成分としての着色材料を混合室３０に吐出させ、これらを衝突混合させて表面部用ポリウレタン材料Ｕ1 を作成する。着色材料の吐出による表面部用ポリウレタン材料Ｕ1 中の顔料濃度は、図７のａパターンでは基準濃度の５０％とし、ｂパターンでは基準濃度の７０％とした。なお、本実施形態では、この表面部用ポリウレタン材料Ｕ1 に発泡剤を実質的に添加しない。
【００２５】
図１に示すように、キャビティ４の減圧を引続いて行いながら、表面部用ポリウレタン材料Ｕ1 を射出ノズル２５からキャビティ４に少量注入する。注入された表面部用ポリウレタン材料Ｕ1 は、材料中の自然吸蔵ガス（発泡剤を添加した場合には、さらにその発泡剤）が圧力低下による突沸により急速に発泡するのに伴って、キャビティ４の略全域に流動するとともに、その泡が破れて（脱泡して）キャビティ面５の略全面に膜状に付着し、ポリウレタン被覆４７の表面部４８を形成する。
【００２６】
▲５▼ 中期工程； 初期工程と同じくポリオール成分とイソシアネート成分と第三成分としての着色材料とを吐出させ、これらを衝突混合させて内部用ポリウレタン材料Ｕ2 を作成する。着色材料の吐出による内部用ポリウレタン材料Ｕ2 中の顔料濃度は、図７のａパターンでもｂパターンでも基準濃度の５０％とした。なお、本実施形態では、この内部用ポリウレタン材料Ｕ2 にも発泡剤を実質的に添加しない。
【００２７】
図２に示すように、キャビティ４の減圧を引続いて行いながら、内部用ポリウレタン材料Ｕ2 を射出ノズル２５からキャビティ４に注入する。注入された内部用ポリウレタン材料Ｕ2 は、材料Ｕ2 中の自然吸蔵ガスが減圧雰囲気下で突沸することにより発泡し、ポリウレタン被覆４７の内部４９のうちの高発泡の大半部４９ａが形成される（図５参照）。
【００２８】
▲６▼ 終期工程； 前記内部用ポリウレタン材料Ｕ2 がキャビティ４に充満する少し手前で、初期工程と同じくポリオール成分とイソシアネート成分と第三成分としての着色材料とを吐出させ、これらを衝突混合させてゲート近傍部用ポリウレタン材料Ｕ3 を作成する（図７参照）。着色材料の吐出によるゲート近傍部用ポリウレタン材料Ｕ3 中の顔料濃度は、図７のａパターンでもｂパターンでも基準濃度である。
【００２９】
図３に示すように、キャビティ４の減圧を引続いて行いながら、ゲート近傍部用ポリウレタン材料Ｕ3 を射出ノズル２５からキャビティ４に少量注入する。注入されたゲート近傍部用ポリウレタン材料Ｕ3 は、前記内部用ポリウレタン材料Ｕ2 と略同様に発泡し、ポリウレタン被覆４７の内部４９のうちの残部である高発泡のゲート近傍部４９ｂを形成する（図５参照）。
以上の注入により、キャビティ４は全材料Ｕ1 ，Ｕ2 ，Ｕ3 で充満し、内部用ポリウレタン材料Ｕ2 の流動先端部はベント孔７から少し吹き出して硬化し、吹き出し部９が形成される。
【００３０】
▲７▼ 全材料Ｕ1 ，Ｕ2 ，Ｕ3 がキュアされるのを待って、図４に示すように、上型２と下型３とを型開きすると同時に、上箱１２と下箱１３とを開き、図５に示すように、ポリウレタン被覆４７付きのステアリングホイール４５を取り出す。なお、図５では下型３に対してステアリングホイール４５を拡大して示している。
【００３１】
本実施形態によれば、次のような作用・効果（１）〜（５）が得られる。
（１）表面部用ポリウレタン材料Ｕ1 中の顔料濃度は基準濃度の５０％又は７０％であるから、従来技術よりも５０％又は３０％節減されている。図９（ｂ）において、ハッチング付きの四角形は顔料粒子７３を模式的に示しており、表面部４８における顔料粒子７３の密度は、図１１（ｂ）の表面部における顔料粒子１０３の密度と比べると低い（顔料濃度が相対的に低い）。しかし、表面部４８には気泡がほとんど無いことから、顔料濃度が基準濃度の５０％又は７０％であっても、顔料粒子７３の密度はある程度はあり、内部４９をかなりの程度隠蔽する作用がある。しかも、内部用ポリウレタン材料Ｕ2 中の顔料濃度は基準濃度の５０％であって、発泡しているために表面部４８よりは色が薄いが、一応の着色はされている。従って、表面部４８をやや透かして内部４９の大半部４９ａが見えるものの、表面部４８の色と大半部４９ａの色とが加算された濃度として視覚されるため、図１１の従来技術と同程度の着色に見える。
【００３２】
（２）ポリウレタン被覆４７にはゲート近傍部用ポリウレタン材料Ｕ3 によるゲート残留部１０が付いてくるため、これを切除すると、図５及び図８に示すように、その切り口８にはゲート近傍部用ポリウレタン材料Ｕ3 による発泡したゲート近傍部４９ｂが出現する。しかし、ゲート近傍部４９ｂは基準濃度の顔料で着色されているので、切り口８は表面部４８と同一色になってほとんど目立たず、見栄えを害しない。
【００３３】
（３）また、仮に、表面部用ポリウレタン材料Ｕ1 の反応硬化が遅れたために、図８（ｂ）に示すように、ゲート近傍における表面部４８が中期工程での内部用ポリウレタン材料Ｕ2 の流動によって薄肉化した場合には、その薄肉化した部位を透かして、ゲート近傍部用ポリウレタン材料Ｕ3 によるゲート近傍部４９ｂが見える。しかし、ゲート近傍部４９ｂは基準濃度の顔料で着色されているので、見栄えを害しない。
なお、このようなゲート近傍における表面部４８の薄肉化を防止するには、表面部用ポリウレタン材料Ｕ1 の第三成分にウレタン反応促進触媒を加えるなどして、表面部用ポリウレタン材料Ｕ1 をウレタン反応速度の高い材料とすればよい。また、表面部４８の耐光性を高めるには、表面部用ポリウレタン材料Ｕ1 を耐光性の高い無黄変材料とすればよい。
【００３４】
（４）上型２と下型３との型割面２ａ，３ａには隙間が不可避的に生じるため、図９に示すように、この隙間にバリ７０がはみ出す。このバリ７０は、表面部用ポリウレタン材料Ｕ1 に内部用ポリウレタン材料Ｕ2 が侵入した断面三層構造となるため、このバリ７０を図９（ａ）の二点鎖線で切除して仕上げると、図９（ｂ）（ｃ）に示すように、その切り口に内部４９の発泡した大半部４９ａがライン状に露出する。しかし、内部用ポリウレタン材料Ｕ2 中の顔料濃度は基準濃度の５０％であって、大半部４９ａは一応の着色はされていること、及び、このラインは上記（２）のゲート残留部１０の切り口８と比べて非常に細いこと、により、この大半部４９ａのラインと表面部４８との色差はほとんど分からないため、見栄えを害しない。
【００３５】
（５）以上の通り、表面部用ポリウレタン材料Ｕ1 中の顔料濃度を節減できることと、内部４９の大半部４９ａがある程度着色されていて、基準濃度のゲート近傍部用ポリウレタン材料Ｕ3 の分量を従来より減らせることとにより、内部用ポリウレタン材料Ｕ2 における顔料の使用量を考慮しても、全体としての顔料の使用量を従来技術と比べて節減することができ、コストの低減を図ることができる。また、顔料粒子は材料射出機構２１における通過部位を磨耗させるが、上記のように着色材料の使用量を節減できるので、前記磨耗が減少し、材料射出機構２１のメンテナンス及び部品交換のサイクルが延び、そのための工数及び費用も低減できる。
【００３６】
なお、上記材料射出機構２１において、第三成分のバルブ４３ｃをタンク４３ｂとエア加圧装置４３ｅとの間に設け、このバルブ４３ｃを上記と同じタイミングで開閉しても、上記と同様の作用・効果が得られる。
【００３７】
また、図１０に示すように、上記三成分ミキシングヘッド２２の二つを中央の注入機構５５に接続してなる六成分ミキシングヘッド２０を使用することもできる。同図における上側の三成分ミキシングヘッド２２は、高性能材料（例えば耐光性に優れた無黄変材料）である表面部用ポリウレタン材料Ｕ1 を作成するもので、第三成分としてポリオール成分に顔料とウレタン反応促進触媒とを添加してなる着色材料が用いられる。同図における下側の三成分ミキシングヘッド２２は、普通級材料（例えば黄変材料）の内部用ポリウレタン材料Ｕ2 及びゲート近傍部用ポリウレタン材料Ｕ3 を作成するもので、必要に応じて第三成分としての触媒等が加えられる。注入機構５５は、二つの射出ノズル２５を結合するボディ５６を備え、ボディ５６先端は細い射出ノズル５７となっている。ボディ５６の中心には二つの射出ノズル２５が開口する貫通孔５８が形成され、該貫通孔５８にはシリンダ５９のピストン（図示略）に取着されたスプール６０が摺動可能に挿入されている。
【００３８】
なお、本発明は前記実施形態の構成に限定されず、例えば次のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）ステアリングホイールのポリウレタン被覆以外にも、例えば、ステアリングホイールのパッド、コンソールボックスやグローブボックスの蓋、アームレスト、エアスポイラー等の各種二色成形品のＲＩＭポリウレタン成形に適用すること。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明のＲＩＭポリウレタン二色成形方法によれば、ゲート残留部の切除による色差のみならず、バリの切除やゲート近傍部位での表面部の薄肉化による色差をも目立たないようにしながらも、全体としての顔料の使用量を節減することができ、もってコストの低減と、設備治具の摩耗の低減とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した第一実施形態において、ステアリングホイールのポリウレタン被覆の表面部を形成する初期工程の断面図である。
【図２】同じく内部を形成する中期工程の断面図である。
【図３】同じくゲート近傍部を形成する終期工程の断面図である。
【図４】同じく脱型工程の断面図である。
【図５】同じく脱型工程の平面図である。
【図６】同成形に使用したミキシングヘッドの断面図である。
【図７】同成形における顔料濃度変化を示すタイミングチャート図である。
【図８】（ａ）は同成形によるポリウレタン被覆のゲート近傍部位の断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大断面図、（ｃ）は同ポリウレタン被覆の部分正面図である。
【図９】（ａ）は同成形によるポリウレタン被覆の一般部の断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大断面図、（ｃ）は同ポリウレタン被覆の部分正面図である。
【図１０】ミキシングヘッドの変更例の断面図である。
【図１１】（ａ）は従来技術の成形によるポリウレタン被覆の一般部の断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大断面図、（ｃ）は同ポリウレタン被覆の部分正面図である。
【符号の説明】
１ 成形用金型
２ 上型
３ 下型
４ キャビティ
５ キャビティ面
１１ 真空箱
１２ 上箱
１３ 下箱
１８ 真空ポンプ
２１ 材料射出機構
４５ ステアリングホイール
４７ ポリウレタン被覆
４８ 表面部
４９ 内部
４９ａ 大半部
４９ｂ ゲート近傍部
７０ バリ
７３ 顔料粒子
Ｕ1 表面部用ポリウレタン材料
Ｕ2 内部用ポリウレタン材料
Ｕ3 ゲート近傍部用ポリウレタン材料

Claims (1)

1. 型割面を有する型のキャビティを減圧する工程と、
   前記減圧下のキャビティに顔料濃度を基準濃度の３０〜９０％に低めた表面部用ポリウレタン材料を注入し、成形品の表面部をＲＩＭ成形する初期工程と、
   前記減圧下のキャビティに顔料濃度を基準濃度の３０〜８０％に低めた内部用ポリウレタン材料を注入し、成形品の内部の大半部をＲＩＭ成形する中期工程と、
   前記減圧下のキャビティに顔料濃度を基準濃度としたゲート近傍部用ポリウレタン材料を注入し、成形品の内部のゲート近傍部をＲＩＭ成形する終期工程と
   を含むＲＩＭポリウレタン二色成形方法。

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