JP4779351B2 - 空気入りラジアルタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、乗用車用として好適な空気入りラジアルタイヤに関し、更に詳しくは、転がり抵抗を悪化させることなく、空気漏れを効果的に抑制することを可能にした空気入りラジアルタイヤに関する。

従来、カーカス層を備えた乗用車用空気入りラジアルタイヤにおいて、空気漏れを抑制するためにタイヤ最内面に配置されたインナーライナー層を厚くしたり、インナーライナー層に空気透過度が小さい材料を使用することが行われている。しかしながら、インナーライナー層を厚くする場合、タイヤ重量の増加やそれに伴う転がり抵抗の悪化を招くことになる。

一方、インナーライナー層に空気透過度が小さい材料を使用する場合は、タイヤ重量の増加を伴うことなく空気漏れを抑制することができる（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、カーカス層をビードコアの廻りにタイヤ内側から外側へ折り返した構造を有する空気入りラジアルタイヤでは、インナーライナー層を透過した空気がカーカス層に到達すると、その空気がカーカス層の折り返し部分を経てカーカス層の端部まで急速に伝播されてしまう。なぜなら、一般に撚りコードであるカーカスコードの空気透過度は周辺ゴム組成物のそれに比べて非常に大きいからである。

従って、空気漏れを効果的に抑制するには空気漏れに対する寄与が大きいサイドウォール領域に空気透過度が小さい材料を配置することが有効である（例えば、特許文献２参照）。ところが、一般にサイドウォール領域に使用されるジエン系ゴムに比べて損失係数が高いブチルゴムを屈曲変形が大きいサイドウォール領域の全域に配置した場合、転がり抵抗の悪化が顕著になるという問題がある。

また、ビード部のチェーファー等とカーカス層との間に空気透過度が小さい材料を配置するという手法（例えば、特許文献３参照）も提案されているが、この手法では前述したように空気がカーカス層の折り返し部分を介してタイヤ外表面に伝播するのを効果的に抑制することが難しい。
特開平１１−１２３９０７号公報 特開２０００−１９０７１３号公報 特開昭６２−１３９７０５号公報

本発明の目的は、転がり抵抗を悪化させることなく、空気漏れを効果的に抑制することを可能にした空気入りラジアルタイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の空気入りラジアルタイヤは、一対のビード部間にカーカス層を装架し、該カーカス層をビードコアの廻りにタイヤ内側から外側へ折り返し、前記ビード部にビードトウを覆うように有機繊維織物からなるチェーファーを埋設した空気入りラジアルタイヤにおいて、前記カーカス層の折り返し部分のタイヤ幅方向外側であって少なくとも折り返し部分に対応する領域に空気透過係数が３×１０^-12 〜４×１０^-10 cc・cm/cm²・sec ・cmHgとなる空気漏れ抑制層を配置し、前記チェーファーのタイヤ幅方向外側の端部が前記カーカス層の折り返し部分と前記空気漏れ抑制層との間に位置するように前記空気漏れ抑制層を前記チェーファーのタイヤ幅方向外側に配置したことを特徴とするものである。

本発明では、カーカス層の折り返し部分のタイヤ幅方向外側であって少なくとも折り返し部分に対応する領域に空気漏れ抑制層を配置するので、カーカス層の折り返し部分に伝播された空気がタイヤ外表面に漏出するのを効果的に抑制することができる。しかも、空気漏れ抑制層はカーカス層の折り返し部分に対応する領域に選択的に配置すれば良いので、空気漏れ抑制層を構成する材料の損失係数が高い場合であっても、転がり抵抗の悪化を最小限に抑制することができる。

本発明において、空気漏れ抑制層の厚さは０．２〜１．５ｍｍとすることが好ましい。また、空気漏れ抑制層の上端からカーカス層の端部までの距離は１０ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、転がり抵抗の悪化をより確実に回避しながら良好な空気漏れ抑制効果を得ることが可能になる。

空気漏れ抑制層の構成材料としては、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、水素化ニトリルゴム、エポキシ化天然ゴムから選ばれた少なくとも１種を使用することができる。或いは、空気漏れ抑制層の構成材料として、熱可塑性樹脂成分とエラストマー成分とを混練してなる熱可塑性エラストマー組成物を使用しても良い。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態からなる乗用車用空気入りラジアルタイヤを示すものである。図１において、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部である。一対のビード部３，３間にはカーカス層４が装架されている。このカーカス層４はタイヤ径方向に配向する複数本の有機繊維コードから構成されている。有機繊維コードとしては、ナイロンコードやポリエステルコード等を使用することができる。カーカス層４は、ビード部３に埋設されたビードコア５及びビードフィラー６を包み込むようにタイヤ内側から外側へ折り返されている。つまり、カーカス層４はビードコア５を境として本体部分４ａと折り返し部分４ｂとを形成している。また、ビード部３にはビードトウを覆うように有機繊維織物からなるチェーファー７が埋設されている。

一方、トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には、複数層のベルト層８がタイヤ全周にわたって埋設されている。これらベルト層８はタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、その補強コードが層間で互いに交差するように配置されている。また、ベルト層８のエッジ部周辺には有機繊維コードをタイヤ周方向に対して実質的に０°で巻回してなるベルトカバー層９が設けられている。

上記空気入りラジアルタイヤにおいて、カーカス層４の折り返し部分４ｂのタイヤ幅方向外側であって少なくとも折り返し部分４ｂに対応する領域には空気漏れ抑制層１０が配置されている。つまり、図１において、少なくともカーカス層４の端部位置Ａから折り返し最下点Ｂまでの範囲に空気漏れ抑制層１０が配置されている。空気漏れ抑制層１０はチェーファー７のタイヤ幅方向外側に位置している。なお、カーカス層４の端部位置Ａはビードヒール側からタイヤ断面高さの２０〜７５％の範囲に設定されている。

上記のような範囲に空気漏れ抑制層１０を配置することにより、タイヤ内に充填された空気がカーカス層４の折り返し部分４ｂを介してタイヤ外表面に漏出するのを効果的に抑制することができる。しかも、空気漏れ抑制層１０はカーカス層４の折り返し部分４ｂに対応する領域に選択的に配置すれば良いので、空気漏れ抑制層１０を構成する材料の損失係数が高い場合であっても、転がり抵抗の悪化を最小限に抑制することができる。

空気漏れ抑制層１０の空気透過係数は、３×１０^-12 〜４×１０^-10 cc・cm/cm²・sec ・cmHgの範囲、より好ましくは、３×１０^-12 〜１．５×１０^-10 cc・cm/cm²・sec ・cmHgの範囲に設定されている。この空気透過係数はＪＩＳ Ｋ７１２６「プラスチックフィルム及びシートの気体透過度試験方法（Ａ法）」に準じた測定方法により、気体として空気を用いて測定したものである。この空気透過係数が４×１０^-10 cc・cm/cm²・sec ・cmHgを超えると空気漏れ抑制効果が不十分になる。また、タイヤ構成材料で空気透過係数を３×１０^-12 cc・cm/cm²・sec ・cmHg未満にすることは技術的に困難である。

空気漏れ抑制層１０の厚さは、０．２〜１．５ｍｍの範囲、より好ましくは、０．５〜１．０ｍｍの範囲に設定されている。空気漏れ抑制層１０の厚さが０．２ｍｍ未満であると空気漏れ抑制効果が不十分になり、逆に１．５ｍｍを超えると転がり抵抗を悪化させる要因となる。

空気漏れ抑制層１０は、少なくともカーカス層４の折り返し部分４ｂに対応する領域、即ち、空気漏れの経路となる領域に選択的に配置することが必要であるが、転がり抵抗の悪化を回避するために空気漏れ抑制層１０の上端からカーカス層４の端部までの距離Ｄを１０ｍｍ以下にすることが望ましい。この距離Ｄが１０ｍｍを超えてもそれ以上の空気漏れ抑制効果を期待することはできず、転がり抵抗を悪化させるだけである。

空気漏れ抑制層１０の構成材料としては、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、エポキシ化天然ゴムから選ばれた少なくとも１種を使用することができる。上記ゴムはタイヤ構成材料として好適であって空気透過度が低い材料である。

ハロゲン化ブチルゴムを使用する場合、従来不可能とされてきたハロゲン化ブチルゴムとジエン系ゴムとの加硫接着（共加硫）を実現するために、ハロゲン化ブチルゴムにグラフトすると共に、加硫時の熱によりジエン系ゴムと反応するチオール基（−ＳＨ）を生成する化合物をゴムコンパウンド中に配合することが望ましい。このような加硫接着用の化合物としては、例えば、下記化学式（１）又は化学式（２）で示される化合物を使用することが望ましい。

空気漏れ抑制層１０の構成材料として、ハロゲン化ブチルゴムを使用し、そのゴムコンパウンド中に上記加硫接着用の化合物を配合した場合、空気漏れ抑制層１０と周辺ゴムとの接着性を改善することができる。そのため、通常、インナーライナー層の接着に使用されるタイゴムを省き、タイゴムに起因する転がり抵抗の悪化を回避することができる。

また、空気漏れ抑制層１０の構成材料として、熱可塑性樹脂成分とエラストマー成分とを混練してなる熱可塑性エラストマー組成物を使用することも可能である。

本発明で使用される熱可塑性エラストマー組成物の熱可塑性樹脂成分としては、ヤング率が５００ＭＰａ超、好ましくは５００〜３０００ＭＰａの任意の熱可塑性樹脂を用いることができ、その配合量は樹脂及びエラストマーを含むポリマー成分の合計重量当り１０重量％以上、好ましくは２０〜８５重量％である。

そのような熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド系樹脂〔例えばナイロン６（Ｎ６）、ナイロン６６（Ｎ６６）、ナイロン４６（Ｎ４６）、ナイロン１１（Ｎ１１）、ナイロン１２（Ｎ１２）、ナイロン６１０（Ｎ６１０）、ナイロン６１２（Ｎ６１２）、ナイロン６／６６共重合体（Ｎ６／６６）、ナイロン６／６６／６１０共重合体（Ｎ６／６６／６１０）、ナイロンＭＸＤ６、ナイロン６Ｔ、ナイロン６／６Ｔ共重合体、ナイロン６６／ＰＰ共重合体、ナイロン６６／ＰＰＳ共重合体〕、ポリエステル系樹脂〔例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンイソフタレート（ＰＥＩ）、ポリブチレンテレフタレート／テトラメチレングリコール共重合体、ＰＥＴ／ＰＥＩ共重合体、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、液晶ポリエステル、ポリオキシアルキレンジイミドジ酸／ポリブチレンテレフタレート共重合体などの芳香族ポリエステル〕、ポリニトリル系樹脂〔例えばポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリロニトリル、アクリロニトリル／スチレン共重合体（ＡＳ）、メタクリロニトリル／スチレン共重合体、メタクリロニトリル／スチレン／ブタジエン共重合体〕、ポリ（メタ）アクリレート系樹脂〔例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリメタクリル酸エチル、エチレンエチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレンアクリル酸共重合体（ＥＡＡ）、エチレンメチルアクリレート樹脂（ＥＭＡ）〕、ポリビニル系樹脂〔例えば酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ビニルアルコール／エチレン共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩化ビニル／塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニリデン／メチルアクリレート共重合体〕、セルロース系樹脂〔例えば酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース〕、フッ素系樹脂〔例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリクロルフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフロロエチレン／エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）〕、イミド系樹脂〔例えば芳香族ポリイミド（ＰＩ）〕などを挙げることができる。

本発明で使用される熱可塑性エラストマー組成物のエラストマー成分としては、ヤング率が５００ＭＰａ以下の任意のエラストマー又は該エラストマーの分散性や耐熱性などの改善のために補強剤、充填剤、架橋剤、軟化剤、老化防止剤、加工助剤などの配合剤を必要量添加したエラストマー組成物を用いることができ、その配合量は樹脂及びエラストマーを含むポリマー成分の合計重量当り１０重量％以上、好ましくは１０〜８０重量％である。

そのようなエラストマーとしては、例えば、ジエン系ゴム及びその水素添加物〔例えばＮＲ、ＩＲ、エポキシ化天然ゴム、ＳＢＲ、ＢＲ（高シスＢＲ及び低シスＢＲ）、ＮＢＲ、水素化ＮＢＲ、水素化ＳＢＲ〕、オレフィン系ゴム〔例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ、ＥＰＭ）、マレイン酸変性エチレンプロピレンゴム（Ｍ−ＥＰＭ）〕、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソブチレンと芳香族ビニル又はジエン系モノマー共重合体、アクリルゴム（ＡＣＭ）、アイオノマー、含ハロゲンゴム〔例えばＢｒ−ＩＩＲ、Ｃｌ−ＩＩＲ、イソブチレンパラメチルスチレン共重合体の臭素化物（Ｂｒ−ＩＰＭＳ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ヒドリンゴム（ＣＨＣ，ＣＨＲ）、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、塩素化ポリエチレン（ＣＭ）、マレイン酸変性塩素化ポリエチレン（Ｍ−ＣＭ）〕、シリコーンゴム（例えばメチルビニルシリコーンゴム、ジメチルシリコーンゴム、メチルフェニルビニルシリコーンゴム）、含イオウゴム（例えばポリスルフィドゴム）、フッ素ゴム（例えばビニリデンフルオライド系ゴム、含フッ素ビニルエーテル系ゴム、テトラフルオロエチレン−プロピレン系ゴム、含フッ素シリコン系ゴム、含フッ素ホスファゼン系ゴム）、熱可塑性エラストマー（例えばスチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー）などを挙げることができる。

これら熱可塑性樹脂成分とエラストマー成分との組成比は、フィルムの厚さや柔軟性のバランスで適宜決めればよいが、好ましい範囲は１０／９０〜９０／１０、更に好ましくは２０／８０〜８５／１５である。

本発明に係る熱可塑性エラストマー組成物には、上記必須成分に加えて第三成分として、相溶化剤などの他のポリマー及び配合剤を混合することができる。他のポリマーを混合する目的は、熱可塑性樹脂成分とエラストマー成分との相溶性を改良するため、材料のフィルム成形加工性を良くするため、耐熱性向上のため、コストダウンのため等であり、これに用いられる材料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ、ＳＢＳ、ポリカーボネート等が挙げられる。

上記熱可塑性エラストマー組成物は、予め熱可塑性樹脂とエラストマー（ゴムの場合は未加硫物）とを２軸混練押出機等で溶融混練し、連続相を形成する熱可塑性樹脂中にエラストマー成分を分散させることにより得られる。エラストマー成分を加硫する場合には、混練下で加硫剤を添加し、エラストマーを動的に加硫させても良い。また、熱可塑性樹脂またはエラストマー成分への各種配合剤（加硫剤を除く）は、上記混練中に添加しても良いが、混練の前に予め混合しておくことが好ましい。熱可塑性樹脂とエラストマーの混練に使用する混練機としては、特に限定はなく、スクリュー押出機、ニーダ、バンバリミキサー、２軸混練押出機等が挙げられる。中でも樹脂成分とゴム成分の混練およびゴム成分の動的加硫には２軸混練押出機を使用するのが好ましい。さらに、２種類以上の混練機を使用し、順次混練してもよい。溶融混練の条件として、温度は熱可塑性樹脂が溶融する温度以上であれば良い。また、混練時の剪断速度は２５００〜７５００ｓｅｃ^-1であるのが好ましい。混練全体の時間は３０秒から１０分、また加硫剤を添加した場合には、添加後の加硫時間は１５秒から５分であるのが好ましい。上記方法で作製された熱可塑性エラストマー組成物は、樹脂用押出機による成形またはカレンダー成形によってフィルム化される。フィルム化の方法は、通常の熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマーをフィルム化する方法によれば良い。

このようにして得られる熱可塑性エラストマー組成物の薄膜は、熱可塑性樹脂のマトリクス中にエラストマーが不連続相として分散した構造をとる。かかる状態の分散構造を採ることにより、ヤング率を５０〜５００ＭＰａの範囲に設定し、タイヤの補強層として適度な剛性を付与することが可能になる。

上記熱可塑性エラストマー組成物はシート又はフィルムに成形して単体でタイヤ内部に埋設することが可能であるが、隣接するゴムとの接着性を高めるために接着層を積層しても良い。この接着層を構成する接着用ポリマーの具体例としては、分子量１００万以上、好ましくは３００万以上の超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、エチレンエチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレンメチルアクリレート樹脂（ＥＭＡ）、エチレンアクリル酸共重合体（ＥＡＡ）等のアクリレート共重合体類及びそれらの無水マレイン酸付加物、ポリプロピレン（ＰＰ）及びそのマレイン酸変性物、エチレンプロピレン共重合体及びそのマレイン酸変性物、ポリブタジエン系樹脂及びその無水マレイン酸変性物、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＢＳ）、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）、フッ素系熱可塑性樹脂、ポリエステル系熱可塑性樹脂などを挙げることができる。これらは常法に従って例えば樹脂用押出機によって押し出してシート状又はフィルム状に成形することができる。接着層の厚さは特に限定されないが、タイヤ軽量化のためには厚さが少ない方がよく、５μｍ〜１５０μｍが好ましい。

タイヤサイズ１８５／６５Ｒ１４で、一対のビード部間にカーカス層を装架し、該カーカス層をビードコアの廻りにタイヤ内側から外側へ折り返した乗用車用層空気入りラジアルタイヤにおいて、ビード部の構造だけを種々異ならせた従来例、比較例１〜２及び実施例１〜３のタイヤをそれぞれ製作した。

従来例は、ビード部に空気漏れ抑制層を付加していないものである（図２参照）。比較例１は、ビードフィラーとカーカス層の本体部分との間に空気漏れ抑制層を配置したものである（図３参照）。比較例２は、ビードフィラーとカーカス層の折り返し部分との間に空気漏れ抑制層を配置したものである（図４参照）。実施例１〜３は、カーカス層の折り返し部分のタイヤ幅方向外側であって折り返し部分に対応する領域に空気漏れ抑制層を配置したものである（図１参照）。また、空気漏れ抑制層の厚さ（ｍｍ）及び空気透過係数（cc・cm/cm²・sec ・cmHg）は表１の通りである。

これら試験タイヤについて、下記の試験方法により、空気漏れ及び転がり抵抗を評価し、その結果を表１に示した。

空気漏れ：
各試験タイヤをリムサイズ１４×５・1/2 Ｊのホイールに組み付け、初期圧力２００ｋＰａ、室温２１℃、無負荷条件にて３ヶ月間放置した。内圧の測定は４日毎とし、測定圧力Ｐｔ、初期圧力Ｐ０、経過日数ｔとして、Ｐｔ／Ｐ０＝ｅｘｐ（−αｔ）に回帰してα値を求めた。得られたα値を用い、ｔ＝３０（日）を代入し、１ヶ月当たりの圧力低下率β（％／月）を下式（１）より求めた。評価結果は、従来例を１００とする指数にて示した。この指数値が小さいほど空気漏れが少ないことを意味する。
β＝〔１−ｅｘｐ（−αｔ）〕×１００ ・・・（１）

転がり抵抗：
各試験タイヤをリムサイズ１４×５・1/2 Ｊのホイールに組み付け、室内ドラム試験機を用い、空気圧２００ｋＰａ、荷重４ｋＮ、速度８０ｋｍ／ｈの条件で走行させ、その際の転がり抵抗を測定した。評価結果は、従来例を１００とする指数にて示した。この指数値が小さいほど転がり抵抗が小さいことを意味する。

この表１から判るように、実施例１〜３のタイヤでは、転がり抵抗を悪化させることなく、従来例に比べて空気漏れを効果的に抑制することができた。これに対して、比較例１〜２のタイヤでは従来例と同程度の空気漏れを生じていた。つまり、比較例１〜２ではタイヤ内に充填された空気がカーカス層に到達すると、その空気がカーカス層の折り返し部分を介してタイヤ外表面に伝播されてしまう。しかしながら、実施例１〜３のタイヤではカーカス層の折り返し部分の外側に空気漏れ抑制層を設けているので、そのような空気の伝播を遮断することができる。

本発明の実施形態からなる乗用車用空気入りラジアルタイヤを示す子午線半断面図である。 従来例の乗用車用空気入りラジアルタイヤを示す子午線半断面図である。 比較例１の乗用車用空気入りラジアルタイヤを示す子午線半断面図である。 比較例２の乗用車用空気入りラジアルタイヤを示す子午線半断面図である。

符号の説明

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
４ａ 本体部分
４ｂ 折り返し部分
５ ビードコア
６ ビードフィラー
７ チェーファー
８ ベルト層
９ ベルトカバー層
１０ 空気漏れ抑制層

Claims (6)

1. 一対のビード部間にカーカス層を装架し、該カーカス層をビードコアの廻りにタイヤ内側から外側へ折り返し、前記ビード部にビードトウを覆うように有機繊維織物からなるチェーファーを埋設した空気入りラジアルタイヤにおいて、前記カーカス層の折り返し部分のタイヤ幅方向外側であって少なくとも折り返し部分に対応する領域に空気透過係数が３×１０^-12 〜４×１０^-10 cc・cm/cm²・sec ・cmHgとなる空気漏れ抑制層を配置し、前記チェーファーのタイヤ幅方向外側の端部が前記カーカス層の折り返し部分と前記空気漏れ抑制層との間に位置するように前記空気漏れ抑制層を前記チェーファーのタイヤ幅方向外側に配置した空気入りラジアルタイヤ。
2. 前記空気漏れ抑制層の厚さを０．２〜１．５ｍｍとした請求項１に記載の空気入りラジアルタイヤ。
3. 前記空気漏れ抑制層の上端から前記カーカス層の端部までの距離を１０ｍｍ以下とした請求項１又は請求項２に記載の空気入りラジアルタイヤ。
4. 前記空気漏れ抑制層をブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、水素化ニトリルゴム、エポキシ化天然ゴムから選ばれた少なくとも１種から構成した請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りラジアルタイヤ。
5. 前記空気漏れ抑制層を熱可塑性樹脂成分とエラストマー成分とを混練してなる熱可塑性エラストマー組成物から構成した請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りラジアルタイヤ。
6. 前記空気漏れ抑制層をハロゲン化ブチルゴムから構成し、そのゴムコンパウンド中に下記化学式（１）又は化学式（２）で示される化合物を配合した請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りラジアルタイヤ。
   

   

   

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