JP4398296B2 - 無端歯付ベルトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、継ぎ目のない熱可塑性エラストマーからなる無端歯付ベルトの製造方法に関し、詳しくは片持構造の一対の歯型を有する金型ロールを用いて長尺の無端歯付ベルトを製造する方法に関する。

継ぎ目のない任意の周長を有する無端歯付ベルトを製造する技術には、短尺品では反応型ウレタン樹脂液を用い、心線を巻き付けた所定寸法の円筒状内金型を円筒状外金型の中に入れ、内金型と外金型との空隙部に注入された液状原料を架橋させて硬化した後、得られた広幅のベルトスリーブを所定幅に切断する反応注型法が知れている。

しかし、この反応注型法で長尺の無端歯付ベルトを製造する場合、金型の外径を大きくする必要があり、併せてベルト周長毎に大きさが合った専用の金型を用意する必要があることから、この金型の大径化はコスト増の大きな要因であり、ベルト周長２，３００ｍｍの無端歯付ベルトを製造するのが限度であった。

一方、継ぎ目のない任意の周長を有する長尺の無端歯付ベルトを製造する技術として、前述の反応注型法とは異なり、特許文献１、特許文献２に開示される熱可塑性樹脂の押出法が知られている。

この熱可塑性樹脂の押出法は、成型用の第１金型ロールと伸張用の第２金型ロールからなる一対の金型ロールの間に心線を螺旋状に巻き付け、第１金型ロールの約半周をスチールバンドで覆い、歯付ベルト用の型となる型キャビティを形成した状態にする。この状態で、一対の金型ロールを同期的に回転駆動するとともに、スチールバンドを共回りさせ、前記型キャビティに連続的に溶融樹脂を圧入する。

心線に沿って歯付ベルトが順次形成され、形成された歯付ベルトの最前端部が第２金型ロールを経て第１金型ロールまで至り、第１金型ロールで形成される歯付ベルトの後端部と融合させることにより、継ぎ目のない任意の周長の無端歯付ベルトを製造する方法である。

この方法によると、一対の金型ロールの軸間距離を長くすると、それに応じて周長の長い長尺の無端歯付ベルトを製造することができる。近年では伝動用途や搬送用途において、２軸間隔の長い高速搬送や精密伝動向けのベルトが求められるようになった。

また、一対の金型ロールの間に心線を等間隔螺旋状に巻き付ける心線巻き付け方法にあっては、特許文献３に開示されているように、一対の金型ロールの間に、外周面に周方向、等間隔の案内溝部を有する回転自由なガイドローラを、この軸心が金型ロールの軸心と所定の角度にて交差するように設け、心線コードにガイドローラの案内溝部を通過させて一対の金型ロール間に巻き掛けて、心線に所定の張力を掛けながら、一対の金型ロールを回転させ、心線の全体を自動的に金型ロール間の軸心方向に移動させながら巻き掛けるものが提案されている。

特公昭６０−２９７８号公報 特開２０００−２２５６５２号公報 特開２００１−２０５７１４号公報

しかしながら、上記従来技術はいずれも一対の金型ロールの間に心線を等間隔螺旋状に巻き付ける方法であり、且つ第１金型ロールの約半周をスチールバンドで覆い、歯付ベルト用の型となる型キャビティを形成した状態で、一対の金型ロールを同期的に回転駆動するとともに、スチールバンドを共回りさせ、前記型キャビティに連続的に溶融樹脂を圧入することによって、継ぎ目のない任意の周長の無端歯付ベルトを製造する方法である。

この製造方法に従う限り、加圧固化された無端ベルトを一対の金型ロールから容易に取り出す方法として一対の金型ロールを片持構造とすることは、生産効率上、必須の技術である。

しかしながら、この一対の金型ロールを片持構造に配した場合、新たな課題が生じる結果となった。すなわち、互いに平行に配設した一対の金型ロール間に心線を等間隔螺旋状に巻き付ける際、心線には所定の張力をコントロール下に付与する必要がある。

この心線群に付与される張力は、向い合う一対の金型ロールを内側に緊張する分布荷重となるが、このとき、この一対の金型ロールは一方の側はフレームに固定され、もう一方の側は開放されているから、開放側に向かってテーパ状に間隔が狭くなる。

この間隔は、相対的に心線が太くなる、或いは相対的に心線群の整列幅が大きくなるに従い、所定の緊張荷重が大きくなり、一対の金型ロールが成すテーパ角度は大きくなる。このテーパ角度が大きくなると、心線群の１ターン毎の周長は開放側に向かって小さくなるから、完成した歯付ベルトの周長は幅方向に変化する。すなわち、仕上がりベルトは円錐状の歯付ベルト又は歯付スリーブとなり、走行時には片寄り走行の原因となる。

本発明は、このような従来技術の問題を解決し、継ぎ目のない任意の周長を有する長尺の無端歯付ベルトを製造するものであり、とりわけ一対の金型ロール上にスピニングした心線の整列を確実にし、且つ、一対の金型ロールの面長方向、すなわち、無端歯付ベルトの幅方向に周長のバラツキのない無端歯付ベルトの製造方法を提供する。

請求項１に係る発明は、片持構造の歯型を有する一対の金型ロール間の軸間距離を定め、この一対の金型ロールの間に心線を巻回し、前記金型ロールの外周の一部を覆って型キャビティを形成し、この型キャビティに溶融樹脂を注入しつつ前記一対の金型ロールを回転させることにより前記心線に沿って歯付ベルトを形成する無端歯付ベルトの製造方法において、一対の金型ロールの間に配し、且つ前記金型ロールに当接した状態に固定した支持部材によって金型ロールの間隔を保持した後、互いに平行に配設した一対の金型ロール間に、連続したスパイラル溝を有する回転可能なガイドローラを配置し、前記金型ロール間に巻き始めの心線群を複数のグループに分けて各グループをそれぞれ固定するとともに前記固定位置を心線の長手方向へ分散させて個々の心線を固定したガイド心線を形成した後、前記ガイド心線を前記ガイドローラのスパイラル溝に嵌め込みながら、前記金型ロールを回転して心線を送りロールにより金型ロールの軸方向へ移動させて前記金型ロール上に所定ピッチで螺旋状に巻き付け、続いて、回転中の金型ロールとこれに圧接するスチールバンドとの間に形成した型キャビティに溶融樹脂を注入しながら加圧固化して歯付ベルトを成形することを特徴とする無端歯付ベルトの製造方法である。

請求項１に係る発明よれば、心線固定位置を心線の長手方向へ分散させたガイド心線を用いることにより、巻き付ける心線はスパイラル溝に嵌り込んだ状態で嵌合のミスもなくなり、また走行中の心線の横ズレもなくなってガイドローラをスムーズに乗り越え、そして心線固定位置が外れるといったこともなくなり、これによって心線の整列が確実になり、また心線群の並びが良好になる。

そして、所定の間隔をあけて互いに平行に配設した一対の金型ロール間に、同期伝動部材を装着して同期駆動させることにより、加速、減速時でも一対の金型ロールの位相を合わせることができることから、心線が金型ロール上でスリップすることがなく、そして上側スパン（張り側）と下側スパン（緩み側）にある心線の張力差も減少し、成形されたベルト長さのバラツキも小さくなる。

また、上記一対の金型ロールの一方側をフレームに固定し、もう一方側を開放側とし、この一対の金型ロールを片持状態に配置することによって、型キャビティに溶融樹脂を注入しながら加圧固化した歯付ベルトを、開放側から容易に取り出すことができるから、これによって生産効率は格段に上昇する。

更に、金型ロールの間隔を保持する支持部材を、一対の金型ロールの間に配し、且つこれらに当接させた状態で心線を巻き掛ける方法を行なえば、心線群張力に起因する分布荷重による撓みを抑止することが可能となるから、前記一対の金型ロールの平行度は最適状態となり、結果、幅方向に周長のバラツキのない高精度の歯付ベルトを製造することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。すなわち、図１は本発明に係る無端歯付ベルトの製造装置の概略図であり、図２は本発明に係る心線配列機構の概略図である。又、図３は本発明に係る支持部材の平面図であり、図４はその正面図である。始めに装置の構成を説明し、次に製造方法を説明する。

図１において、製造装置は、歯型Ｔを有する第１金型ロール２と、同じく歯型Ｔを有する第２金型ロール３とからなる一対の金型ロール２，３と、心線８を一対の金型ロール２，３の間に所定ピッチ間隔で整列させて巻き付ける心線整列機構１と、第１金型ロール２の回転を第２金型ロール３へ同期的に伝達する同期伝動部材２０と、一対の金型ロール２，３の間に心線を巻回するスピニング機構３０と、第１金型ロール２の略半周分の歯型を外周から覆って歯型との間に空隙を有する型キャビティを形成するガイド手段４０と、この型キャビティに溶融樹脂を注入しつつ前記心線に沿って歯付ベルトを形成する押出手段５０と、片持構造の金型ロール２，３の内側且つ開放側に装着されて、スピニング張力に起因する一対の金型ロール２，３の内側への撓み変形を抑止する支持部材７０と、で構成される。

尚、この支持部材７０は電動モータ１７側を固定側とし、同期伝動部材２０を開放側とする装置構成において、一対の金型２，３のより開放側に設けられた円弧軌道２１に圧縮状態に当接し、これによってスピニング張力をキャンセルさせる機能を分担する。

一対の金型ロール２,３は、成形用の第１金型ロール２及び伸張用の第２金型ロール３からなり、これらは外周に同じ歯型Ｔを有すると共に、同歯数を有している。この歯型Ｔは図５に示す歯付ベルト６０の歯部６０ｂの形状と一致していると共に、この歯部６０ｂのピッチと合致するピッチで外周に配列されている。

尚、これらの金型ロール２，３は同期伝動部材２０を使用せずに、夫々、個別の電動モータによって駆動してもよい。この場合、これら２台の電動モータは、図示しない制御装置により、第１金型ロール２及び第２金型ロール３を互いに同方向（矢印で示す方向）に、且つ、互いに同じ回転速度で駆動させるものである。

第１金型ロール２は、図示されない架台上に、駆動回転自在に支持されている。第２金型ロール３は、図示されない架台に対して軸間方向に摺動自在なスライド台２２に回転自在に支持されている。スライド台２２は、ラック／ピニオン機構とによって摺動し、第１金型ロール２と第２金型ロール３との軸間距離を所定の寸法Ｌに定める。

スピニング機構３０は、所定張力で心線８を繰り出し可能であって、ガイドローラ４を介して一対の金型ロール２，３の間に、所定の回数、所定の張力、所定のピッチで心線８を螺旋状に巻回し、送りロール１３が第２金型ロール３の軸方向に、図示さないボールネジ送り機構によって横送り可能であり、繰り出される心線８の張力は張力設定器で調整可能になっている。

ガイド手段４０は、スチールバンド４１と、２本の案内ロールＲ１，Ｒ２、一本の伸張ロールＲ３とから構成される。スチールバンド４１は、ロールＲ１，Ｒ２，Ｒ３に巻き付けられ、図示の変形三角状となって走行可能である。第１金型ロール２は軸方向両端にフランジ部を有しており、案内ロールＲ１，Ｒ２によってスチールバンド４１がフランジ部に圧接され、スチールバンド４１は第１金型ロール２と共回りで走行する。

このスチールバンド４１は第１金型ロール２の外周の約半分弱を覆っている。スチールバンド４１と第１金型ロール２の歯型Ｔとの間に、型キャビティが形成される。このガイド手段４０は、第１金型ロール２に対して進退自在に設けられている。

押出手段５０は、第１金型ロール２の両側のフランジと、これに押圧されたスチールバンド４１との間に形成された型キャビティに、溶融した熱可塑性エラストマー５１を充填するものである。押出手段５０のノズルからシート状に押し出された熱可塑性エラストマー５１は、スチールバンド４１と第１金型ロール２の回転に引き込まれることにより、型キャビティ内に所定の圧力で加圧される。型キャビティ内で加圧された熱可塑性エラストマー５１は、冷却固化され、心線８を内蔵した歯付ベルト６０に形成される。

心線整列機構１は、図２に示すように、一対の金型ロール２，３の間に所定ピッチＰ間隔の連続したネジ状のスパイラル溝５を有するガイドローラ４が位置し、このガイドローラ４は金型ロール２，３間で金型ロール２の近くに配置し、回転しながら心線８を金型ロール２，３の軸方向に所定ピッチ送り込み、そして送りロール１３がコードである心線８を金型ロール２，３の軸方向（Ｘ方向）へ移動させて金型ロールの一端側から他端側へと所定ピッチで整列させていく。

即ち、送りロール１３は心線８が金型ロール２，３間を一周すると、心線の本数分に相当するピッチ分だけＸ方向に同期移動する。例えば、Ｓ撚りとＺ撚りの２本一組のコードである心線８が一対の金型ロール２，３間を一周すると、ガイドローラ４も回転して心線８を２ピッチ分だけ軸方向へ送り込むことができるようになっている。

尚、ガイドローラ４のスパイラル溝５の溝形状は、特に限定されないが、スパイラル溝５もピッチ溝は０．３〜２．０ｍｍ、また溝深さは０．１〜１．０ｍｍの範囲にある。また、ガイドローラ４を金型ロール２の近接に配置するだけでなく、金型ロール３に近接させることもでき、更には金型ロール２，３の両方に近接配置することもできる。

前記金型ロール２，３間に巻き始めた心線群のガイド心線７では、一対の金型ロール２，３間に心線８の巻き始め部９を形成して、この巻き始め部９に存在する心線８群をグループ単位で複数（図面では３箇所）の心線固定位置１０，１１，１２で固着するとともにこれらの位置を心線８の長手方向へ分散して心線８を個々に固定している。

即ち、ガイド心線７は、心線８の巻き始め部９が６本の心線８群を３グループ単位に分けて３箇所の心線固定位置１０，１１，１２によって固定するとともにその位置を心線８の長手方向へ分散して心線８を強く確実に固定している。

心線８がワイヤのような金属コードであれば、心線固定位置１０は最外側に位置する４本の心線８を半田付けで固着し、また心線固定位置１１は前記４本の心線８を、夫々、内側に１本ずつ、ずらせた４本を同様に固着し、そして心線固定位置１２は更に前記４本の心線８を、夫々、内側に１本ずつ、ずらせた４本を同様に固着し、計６本の心線群でガイド心線７の巻き始め部９を形成する。

このように心線８の巻き始め部９では心線固定位置１０、１１，１２が分散され、また個々の心線８が複数箇所で固着されているために、ガイド心線７はガイドローラ４を乗り越えるときにスパイラル溝５に確実に嵌合しながら外れることなくスムーズ移動する。

心線固定位置１０，１１，１２の数は、２〜５箇所であり、その間隔はガイドローラ４の径と同等もしくはやや大きくすることで心線８の横ズレを防止しながらガイド心線７をガイドローラ４のスパイラル溝５に嵌込みながら、ガイドローラ４を乗り越えることができる。心線固定位置の間隔は、通常３０〜７０ｍｍである。

また、同期伝動部材２０は、図２に示すように、第１金型ロール２及び第２金型ロール３の開放端側に歯付プーリ及び歯付ベルトを装着している。これにより第１金型ロール２の電動モータ１７による回転と第２金型ロール３の回転が一致して位相合わせが確実になるため、金型ロールの加速、減速時でも各金型ロールの同期を確保できることから、心線が金型ロール上でスリップすることがなく、そして上側スパン（張り側）と下側スパン（緩み側）にある心線の張力差も少なくなり、成形されたベルト長さのバラツキも小さくなる。以下、上記心線整列機構１の動作を図２に基づいて詳細に説明する。

（１）図２に示すように、例えばＳ撚りとＺ撚りの２本一組のコードである心線８を３組引き出して金型ロール２，３間に巻き付けてガイドローラ４のスパイラル溝５に嵌め込んだ後、ガイド心線７を形成する。

このガイド心線７は心線８の巻き始め部９における最外側に位置する心線を含めて４本をまず半田付けで第１の心線固定位置１０にし、続いて最外側から２本目の心線８を含めて４本を第１の心線固定位置１０から長手方向にずらして同様に半田付けで第２の心線固定位置１１にし、そして最外側から３本目の心線８を含めて４本を第２の心線固定位置１１から長手方向にずらして同様に半田付けで第３の心線固定位置１２にして形成する。

（２）金型ロール２，３の一方を長手方向へ微動させて張力を付与した後、金型ロール２，３及びガイドローラ４の回転、送りロール１３の移動を調節して心線８を金型ロール２，３への巻き付けを開始した。このとき、心線８が金型ロール２，３間を一周すると、送りロール１３が心線の２本数に相当するピッチ分だけ移動するように調整し、かつガイドローラ４の回転数も心線の２本数に相当するピッチ分だけ軸方向へ送り込むように回転数を調節する。

（３）ガイド心線７は心線固定位置１０，１１，１２が分散され、また個々の心線８も複数箇所で強固に固着されているために、ガイドローラ４のスパイラル溝５をスムーズに通過し、また巻き付け最終の心線８が心線固定位置１０，１１，１２で外れるといったこともなくなる。

（４）ガイド心線７が移動して、金型ロール２，３間を一周すると、送りロール１３が図中矢印方向へ心線の本数に相当するピッチ分だけ同期して移動し、かつガイドローラ４も回転して心線８をその本数に相当するピッチ分だけ同期して軸方向へ送り込み、ガイド心線７がスタート位置と同じ位置に留まることなり、心線の整列が確実になる。また、巻き終わった心線群の並びが良好になる。次に上記製造装置による無端歯付ベルト６０の製造方法を以下に説明する。

（第１工程）軸間距離の予備設定
図１において、同じ歯型形状を有する第１金型ロール２及び第２金型ロール３の軸間距離を、スライド台２２を摺動させて、所定周長よりやや短めに設定する。この場合、第１金型ロール２及び第２金型ロール３の間の端部に歯付ベルトである同期伝動部材２０を装着する。

（第２工程）ガイド心線の作製
図２に示すように、Ｓ撚りとＺ撚りの２本一組のコードである心線８を３組引き出して金型ロール２，３間に巻き付けてガイドローラ４のスパイラル溝５に嵌め込んだ後、ガイド心線７を形成する。このガイド心線７は心線８の巻き始め部９における最外側に位置する心線を含めて４本をまず半田付けで第１の心線固定位置１０にし、続いて最外側から２本目の心線８を含めて４本を第１の心線固定位置１０から長手方向にずらして同様に半田付けで第２の心線固定位置１１にし、そして最外側から３本目の心線８を含めて４本を第２の心線固定位置１１から長手方向にずらして同様に半田付けで第３の心線固定位置１２に形成する。

（第３工程）軸間距離の設定
第２金型ロール３を長手方向へ微動させて張力を付与して所定周長に設定する。

（第４工程）支持部材の装着
一対の金型ロール２，３の間に支持部材を挿入し、支持部材がすべり構造の場合にはプレート７３の左右の円弧凹面を金型ロール２，３の円弧軌道２１に当接し、支持部材が転がり構造の場合にはプレート７３の少なくとも４隅に装着した支持ローラ７１を金型ロール２，３の円弧軌道２１に当接する。

（第５工程）スピニング工程と心線整列工程
金型ロール２，３及びガイドローラ４の回転と、送りロール１３の移動とを調節して心線８を金型ロール２，３への巻き付けを開始した。このとき、心線８が金型ロール２，３間を一周すると、送りロール１３が心線の２本数に相当するピッチ分だけ移動するように調整し、かつガイドローラ４の回転数も心線の２本数に相当するピッチ分だけ軸方向へ送り込むように回転数を調節する。

ガイド心線７は、心線固定位置１０，１１，１２が分散され、また個々の心線８も複数箇所で強固に固着されているために、ガイド心線７がガイドローラ４のスパイラル溝５をスムーズに通過し、また巻き付け中に心線８が心線固定位置１０，１１，１２で外れるといったこともなくなる。

ガイド心線７が移動して、金型ロール２，３間を一周すると、送りロール１３が図中矢印方向へ心線の本数に相当するピッチ分だけ同期して移動し、かつガイドローラ４も回転して心線８をその本数に相当するピッチ分だけ同期して軸方向へ送り込み、ガイド心線７がスタート位置と同じ位置に留まることなり、心線の整列が確実になる。また、巻き終わった心線群の並びが良好になる。ここで使用する心線８は、主としてスチールコードであるが、アラミド繊維、ポリエステル繊維、或いはガラス繊維に代表される低伸度、高強力の繊維が使用できる。

（第６工程）溶融樹脂注入工程
図１において、ガイド手段４０を作動位置に進出させ、スチールバンド４１と第１金型ロール２の歯型との間に型キャビティを形成し、第１金型ロール２及び第２金型ロール３を同速度の低速で矢印方向に回転させながら、押出手段５０から溶融樹脂５１を平板状に押し出し、前述した型キャビティ内に充填する。

尚、溶融樹脂５１の素材である熱可塑性エラストマーには、主として熱可塑性ウレタンが使用されているが、ポリカプロラクトン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、或いはポリアミド系エラストマーを使用することができる。

充填された溶融樹脂５１は、スチールバンド４１の共回り走行と第１金型ロール２の回転に伴い、所定の歯型形状に圧縮成形されるとともに、冷却固化される。熱可塑性エラストマー５１は、スチールバンド４１の出口では５０°Ｃ前後まで温度が下げられ、図５で示すような歯付ベルト６０となって、スチールバンド４１から排出される。

（第７工程）歯付ベルト１の取り出し工程
第１金型ロール２と第２金型ロール３との回転を停止させ、支持部材７０のタンバクル７２を操作することによって支持部材７０の全長を縮小し、一対の金型ロール２，３から取外す。しかる後、ガイド手段４０を後退させ、第２金型ロール３を第１金型ロール２の向きに摺動させ、無端歯付ベルト６０を弛ませて、取り出す。

得られた歯付ベルト６０は、図５に示すように背部６０ａと歯部６０ｂが一体の熱可塑性エラストマーで形成され、背部６０ｂの厚み方向に心線６０ｃが埋設された構造になっている。

以上の通り、支持部材７０を金型ロール２，３間に挿入すると共にタンバクル７２の伸縮機能によって支持部材７０を長手方向に延伸し、金型ロール２，３の円弧軌道２１に支持部材７０を好適に圧接することができる。この支持部材７０の抗力によって金型ロール２，３の開放端側に生じる内側への歪み変形を抑止することができる。すなわち、本発明の方法を用いることによって、ベルト幅方向に周長のバラツキのない優れた歯付ベルト６０の製造が可能になる。

本発明では、例えば熱可塑性エラストマーを素材とする長尺無端歯付ベルトの製造に適用することができる。

本発明に係る無端歯付ベルトの製造装置の概略図である。 本発明に係る心線整列機構の概略図である。 本発明に係る支持部材の平面図である。 本発明に係る支持部材の正面図である。 本発明の方法によって得られた歯付ベルトの斜視図である。

符号の説明

１ 心線整列機構
２ 第１金型ロール
３ 第２金型ロール
４ ガイドローラ
５ スパイラル溝
７ ガイド心線
８ 心線
９ 巻き始め部
１０ 心線固定位置
１１ 心線固定位置
１２ 心線固定位置
１３ 送りロール
２０ 同期伝動部材
３０ スピニング機構
４０ ガイド手段
４１ スチールバンド
５０ 押出手段
５１ 溶融樹脂
６０ 歯付ベルト
７０ 支持部材
７１ 支持ローラ
７２ タンバクル
７３ プレート

Claims (1)

1. 片持構造の歯型を有する一対の金型ロール間の軸間距離を定め、この一対の金型ロールの間に心線を巻回し、前記金型ロールの外周の一部を覆って型キャビティを形成し、この型キャビティに溶融樹脂を注入しつつ前記一対の金型ロールを回転させることにより前記心線に沿って歯付ベルトを形成する無端歯付ベルトの製造方法において、
   一対の金型ロールの間に配し、且つ前記金型ロールに当接した状態に固定した支持部材によって金型ロールの間隔を保持した後、
   互いに平行に配設した一対の金型ロール間に、連続したスパイラル溝を有する回転可能なガイドローラを配置し、
   前記金型ロール間に巻き始めの心線群を複数のグループに分けて各グループをそれぞれ固定するとともに前記固定位置を心線の長手方向へ分散させて個々の心線を固定したガイド心線を形成した後、
   前記ガイド心線を前記ガイドローラのスパイラル溝に嵌め込みながら、前記金型ロールを回転して心線を送りロールにより金型ロールの軸方向へ移動させて前記金型ロール上に所定ピッチで螺旋状に巻き付け、
   続いて、回転中の金型ロールとこれに圧接するスチールバンドとの間に形成した型キャビティに溶融樹脂を注入しながら加圧固化して歯付ベルトを成形することを特徴とする無端歯付ベルトの製造方法。

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