JP4804392B2 - 縦形製袋充填機 - Google Patents

Description

本発明は、筒状に成形した包材を加熱シールして袋を形成するようにした縦形製袋充填機に関する。

従来、この種の縦形製袋充填機として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この縦形製袋充填機は、連続する帯状のフィルムをフィルムロールから繰り出して縦形製袋充填機のフォーマを介して製袋チューブとの間に挿入して筒状に成形する。そして、筒状とされたフィルムの縦方向両端部を合掌させて縦シーラによって加熱シールする。次いで、繰り出しベルトによって筒状のフィルムを更に下方に搬送して横シーラによって先に成形した袋の上部を加熱シールすると共に次の袋の底部を加熱シールし、カッタによってこれら上部シール部と底部シール部の間を切断する。
そして所定長さだけフィルムを搬送して、底部シール部を形成した次の袋の上部開口部には製袋チューブを通して内容物をホッパから袋内に充填する。そして再度、横シーラで加熱シールすることで上部開口部と次の袋の底部を加熱シールし、切断することになる。

このような縦形製袋充填機においては、横シーラは一対のヒータブロックを一対のクランク機構によって開閉可能に制御することでヒータブロック間に挟まれた袋の上部開口部と底部を加熱シールする構造とされている。この場合、縦形製袋充填機は１つのモータを一対のクランク機構の間に配設しており、モータの出力軸は各ヒータブロックの進退方向に向いており、クランク機構の回転軸は各ヒータブロックの進退方向に直交する方向に配設されている。
そのため、モータの駆動力はベベルギヤやウオームギヤ等を含む減速機構を介して回転方向を略９０度変えて両側のクランク機構の回転軸に伝達する構成を備えている。
特開２００６−１８２４２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の縦形製袋充填機では、モータの回転力を減速機構を介して略９０度変換することで効率が低下し、その分、モータ駆動に多くの電力を必要とし、モータが大型化する欠点があった。モータの回転力の方向を変換する電気的ロスをなくすためにクランク機構の回転軸に直列にモータの出力軸を連結すると、一対のクランク機構の間にモータの長さ分のスペースが必要となり、モータが突出して縦形製袋充填機が大型化する欠点が生じる。

本発明は、このような実情に鑑みて、モータを小型化して使用電力を小さくできるようにした縦形製袋充填機を提供することを目的とする。

本発明による縦形製袋充填機は、筒状の包材を一対のヒータブロックで挟んで加熱シールする開閉可能な横シーラを備えた縦形製袋充填機において、トルク検出手段と位置検出手段を備えていて一対のヒータブロックを開閉作動させる第一モータと、トルク検出手段を備えていて一対のヒータブロックを開閉作動させる第二モータと、第一モータ及び第二モータの駆動を制御する制御手段とを備えていて、制御手段によって第一モータの回転位置を制御すると共に第一モータのトルクの増減に応じて第二モータのトルクを増減させるよう制御することを特徴とする。
本発明において、第一モータを位置制御モータとしてその回転位置を位置検出手段によって検知して制御すると共に、この第一モータのトルクをトルク検出手段で検知してその増減に応じて制御手段によって第二モータのトルクを増減制御することで一対のヒータブロックの開閉作動を制御する。これによって一対のヒータブロックのシール圧を従来のモータより小型の２つのモータによって印加できる。

また、一対のヒータブロックを連動させて開閉作動させる２つのクランク機構を備え、それぞれのクランク機構の回転軸は第一モータ及び第二モータにそれぞれ直列に連結されていることが好ましい。
２つのクランク機構の回転軸を第一モータ及び第二モータにそれぞれ直列に接続することで、モータ回転の方向を変えることなく回転力をクランク機構に伝達できて効率よくヒータブロックの開閉作動を行える。

また、第一モータは一対のヒータブロックの長手方向の一端側にそれぞれ駆動力を伝達し、第二モータは一対のヒータブロックの長手方向の他端側にそれぞれ駆動力を伝達するように配設されており、第二モータにも位置検出手段が設けられていて、第一モータの位置検出手段と第二モータの位置検出手段とでそれぞれ検知された位置信号を制御手段で比較演算することで、第一モータ及び第二モータの回転位置のずれを検出するようにしてもよい。
筒状の包材を挟む各ヒータブロックを第一モータ及び第二モータの駆動力によって作動して筒状の包材のシール部に充填物等の異物が混入すると一対のヒータブロックで挟持する際に各ヒータブロックの長手方向の両端位置にずれが生じるため、これを第一モータ及び第二モータの回転位置のずれとして検知でき、噛み込みの発生を容易に検出できる。

本発明による縦形製袋充填機によれば、ヒータブロックの開閉作動に必要なモータのトルクを２つのモータで個別に与えるようにしたため、個々のモータを小型化できて各モータの配置の自由度が大きくなる。
また、本発明による縦形製袋充填機によれば、モータ回転力の方向を変換することなくモータの出力軸をヒータブロックの開閉用のクランク機構の軸に直列に連結できるために使用電力を小さくできる。
また、本発明による縦形製袋充填機によれば、第一モータと第二モータに位置検出手段を設けると共にヒータブロックの長手方向両端側に駆動力を伝達するから、筒状の包材のシール部に充填物等の異物が混入した場合に、第一モータ及び第二モータの回転位置のずれを検知できて噛み込みの発生を容易に検出できる。

以下、本発明の実施の形態による縦形製袋充填機を図１乃至図６により説明する。図１は縦形製袋充填機の概略説明図、図２は横シール機構を示す要部平面図、図３、４、５は図２のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線断面図、図６は横シール機構のモータ駆動制御装置のブロック図である。
図１に示す縦形製袋充填機１は、製袋チューブ２が上下方向に配設されている。製袋チューブ２の上端には製袋する包装袋Ｆの中に充填する内容物を供給するための図示しないホッパが設けられている。ホッパの下方には製袋ガイド３が取付けられている。製袋チューブ２の外周面と製袋ガイド３の内周面との間には包材としてのフィルムｆを所定形状に成形して通過させる間隙が設けられている。
製袋チューブ２の側方にシート状のフィルムｆを巻回するフィルムロール４が設けられており、このフィルムロール４から繰り出された帯状のフィルムｆは製袋ガイド３で折り曲げられて製袋チューブ２との間の空間を通って筒状に成形される。

製袋チューブ２において、製袋ガイド３の下方には製袋チューブ２の外周面に沿って、筒状のフィルムｆをエアで吸着して連続的に下方に繰り出し搬送するための繰り出しベルト６が一対設けられている。一対の繰り出しベルト６，６間には、筒状のフィルムｆの両端部を合掌状態で挟んで縦シール部を形成すべく加熱シールするための縦シーラ７が設けられている。
更に製袋チューブ２の下側には、一の包装袋Ｆの上部開口部と次の包装袋Ｆの下部を同時に水平方向にシールする横シーラ８を含む横シール機構１０が設けられている（図２参照）。横シーラ８は一の包装袋Ｆの上部を加熱シールするための下部横シーラ８ａと次の包装袋Ｆの下部を加熱シールするための上部横シーラ８ｂとその間に位置するカッタとが備えられている（図４、図５参照）。

次に縦形製袋充填機１の横シーラ８を含む横シール機構１０について図２乃至図７により説明する。
図２において、横シール機構１０は製袋チューブ２の下側で、製袋チューブ２から繰り出される筒状のフィルムｆに直交する水平面内に筒状のフィルムｆを挟んで両側に横シーラ８のヒータブロック１１ａ、１１ｂが開閉可能に配設されている。各ヒータブロック１１ａ、１１ｂは図１、図４、図５に示すようにカッタが進退する凹部を挟んで上部部分が下部横シーラ８ａ、下部部分が上部横シーラ８ｂを構成している。
各ヒータブロック１１ａ、１１ｂの両側にはこれらヒータブロック１１ａ、１１ｂの長手方向に略直交する方向に一対の軸部１２、１２がそれぞれ設けられ、それぞれ２つの軸受１３、１３で摺動可能に支持されている（図３参照）。各２つの軸受１３、１３はフレーム１４に連結されて固定保持されている。
軸部１２、１２の両端にはそれぞれ第一横シーラブラケット１６と連結ブラケット１７が連結されている。そのため、軸部１２，１２と各ブラケット１６，１７は軸受１３、１３にガイドされて軸部１２、１２の長手方向に往復動可能とされている。そして、第一横シーラブラケット１６には一方のヒータブロック１１ａが連結されている。
また、軸部１２，１２において各２つの軸受１３、１３の間には第二横シーラブラケット１８が軸受１９、１９によって摺動可能に配設されている（図３参照）。この第二横シーラブラケット１８には他方のヒータブロック１１ｂが連結されている。一対のヒータブロック１１ａ、１１ｂは筒状のフィルムｆを挟んで対向して開閉可能に配置されている。

そして、図２において、第二横シーラブラケット１８と連結ブラケット１７との間には一対のクランク機構２１、２１が配設されている。第二横シーラブラケット１８及び連結ブラケット１７と一対のクランク機構２１、２１とで囲まれた領域には正逆回転可能な２つのモータＭ１、Ｍ２が配設されている。各モータＭ１，Ｍ２はその出力軸が互いに逆向き、即ち各クランク機構２１、２１の方向を向いて軸部１２、１２に直交する方向に配設されている。二つのモータＭ１，Ｍ２の一方は位置制御モータであるマスターモータＭ１、他方はスレイブモータＭ２とする。
マスターモータＭ１は出力軸がクランク機構２１の回転軸である揺動軸２２と減速機構２５を介して直列に連結されている。図４及び図５に示すように、揺動軸２２はＡ，Ｂ方向に正逆回転可能であり、揺動軸２２にはその両側に延びる回動アーム２３が固定され、回動アーム２３の両端にはクランクアーム２４、２４を介してジョイント２６ａ、２６ｂが水平方向に取付けられている。回動アーム２３とクランクアーム２４、２４とジョイント２６ａ、２６ｂはそれぞれ支軸２７ａ、２７ｂに回転可能に支持されている。
そして、一方のジョイント２６ａの他端は連結ブラケット１７に連結され、他方のジョイント２６ｂの他端は、ヒータブロック１１ｂを支持する第二横シーラブラケット１８に連結されている。

そのため、モータＭ１の駆動によって揺動軸２２を正逆回転させる際、図４でＡ方向に回転させると回動アーム２３を介してジョイント２６ａ、２６ｂは相互に離間して伸張する方向に移動して、
一方のジョイント２６ａでは連結ブラケット１７を押すことで軸部１２、１２を図２で右方向へ移動させるために第一横シーラブラケット１６を介してヒータブロック１１ａを他方のヒータブロック１１ｂ方向（閉鎖方向という）へ移動させ、他方のジョイント２６ｂではヒータブロック１１ｂを一方のヒータブロック１１ａ方向（閉鎖方向という）へ移動させる。これによって、ヒータブロック１１ａ、１１ｂは筒状のフィルムｆを所定のシール圧で挟持して横シールする閉状態になる。
また、揺動軸２２をＢ方向に回転させると、回動アーム２３を介してジョイント２６ａ、２６ｂは相互に接近して収縮する方向に移動して、一方のジョイント２６ａでは連結ブラケット１７を引っ張ることで軸部１２、１２を図２で左方向へ移動させるために第一横シーラブラケット１６を介してヒータブロック１１ａを他方のヒータブロック１１ｂから離間する方向（開放方向という）へ移動させ、他方のジョイント２６ｂではヒータブロック１１ｂを一方のヒータブロック１１ａから離れる方向（開放方向という）へ移動させる。これによって、ヒータブロック１１ａ、１１ｂは筒状のフィルムｆから離間した開放状態になる。

また、図５に示す他方のスレイブモータＭ２においても上述したマスターモータＭ１と同様の構成を以て出力軸がクランク機構２１の揺動軸２２と減速機構２５を介して直列に連結されている。スレイブモータＭ２に連結されるクランク機構２１の構成はマスターモータＭ１に連結されるクランク機構２１と同様の構成であり、ジョイント２６ａ、２６ｂの形状で相違するが、同一符号を用いるものとする。そのため、マスターモータＭ１とスレイブモータＭ２の往復回転によって一対のクランク機構２１，２１のジョイント２６ａ，２６ａと２６ｂ、２６ｂとで連結ブラケット１７と第二横シーラブラケット１８を軸部１２、１２に沿って進退させることになる。

次に図６に基づいてモータＭ１，Ｍ２のモータ駆動制御装置２９について説明する。
マスターモータＭ１はトルク検出手段３０とエンコーダ等の位置検出手段３１とを備えており、マスターモータＭ１の駆動時にトルク検出手段３０ではその回転トルクを検知してトルク信号として制御手段３２に出力し、位置検出手段３１ではその回転位置を検知して位置信号として制御手段３２に出力する。スレイブモータＭ２はトルク検出手段３３を備えており、スレイブモータＭ２の駆動時にトルク検出手段３３ではその回転トルクを検知してトルク信号として制御手段３２に出力する。
制御手段３２では、縦形製袋充填機１の入力手段により位置制御信号をマスターモータＭ１に出力することでマスターモータＭ１を所定角度回転駆動させ、マスターモータＭ１の位置検出手段３１によって回転位置を検出して制御手段３２に位置信号をフィードバックするようにしている。また、制御手段３２では、マスターモータＭ１のトルク検出手段３０で検出したトルク信号に基づいてスレイブモータＭ２にトルク制御信号を出力してスレイブモータＭ２のトルクをマスターモータＭ１のトルク増減に応じて増減制御するようにしている。これによってトルクアシスト制御を行う。

トルクアシスト制御において、マスターモータＭ１のトルクとスレイブモータＭ２のトルクが同一の値にならなくても、軸部１２，１２に沿って剛体である連結ブラケット１７と第二横シーラブラケット１８を押したり引いたりすることで均される。そのため、連結ブラケット１７と第二横シーラブラケット１８は軸部１２、１２に直交する角度を保持して往復動させられる。
本実施形態では、マスターモータＭ１のトルクとスレイブモータＭ２のトルクは比例制御されるが、必ずしも比例制御に限定されないし、比例定数も１に限定されない。マスターモータＭ１のトルクはジョイント２６ａ、２６ｂを介して連結ブラケット１７、第二横シーラブラケット１８の各長手方向の一端側に作用する。また、スレイブモータＭ２のトルクはジョイント２６ａ、２６ｂを介して連結ブラケット１７、第二横シーラブラケット１８の各長手方向の他端側に作用する。

しかしながら、連結ブラケット１７、第二横シーラブラケット１８は２本の軸部１２，１２により水平方向にのみ移動可能に支持されているため、連結ブラケット１７、第二横シーラブラケット１８からのトルクを合計したものがヒータブロック１１ａ、１１ｂにそれぞれ作用する。そのため、マスターモータＭ１のトルクとスレイブモータＭ２のトルクの大きさが異なっていても合計トルクが同じ場合には、各ヒータブロック１１ａ、１１ｂに作用するトルクはそれぞれ等しくなる。
上述した従来技術では１つのモータで２つのクランク機構を制御するため、モータ出力を例えば１．２ＫＷ程度とすると、本実施形態では２つのモータＭ１、Ｍ２を用いているが個々のモータ出力は半分以下の０．４ＫＷ程度ですむため小型化と省電力化を図ることができる。

本実施の形態による縦形製袋充填機１は上述の構成を有しており、次にその作用を説明する。
先ず、図１に示す製袋充填機１において、フィルムロール４から繰り出したフィルムｆを製袋チューブ２とフォーマ３との間に挿入して筒状に成形し、縦シーラ７で合わせ目を縦シールして縦シール部を形成する。筒状となったフィルムｆは繰り出しベルト６で更に製袋チューブ２上を降下する。
次に、製袋チューブ２の下側に位置する横シーラ８を閉作動させて先に搬送された包装袋Ｆの上部開口部を加熱シールすると共に次の筒状のフィルムｆの底部を加熱シールする。
この動作について図２乃至図６に沿って説明する。図６におけるモータＭ１，Ｍ２の駆動制御装置２９において、制御手段３２からマスターモータＭ１へ閉作動のための位置制御信号が出力されるとマスターモータＭ１が例えばＡ方向に所定角度回転させられる（図４参照）。これと同時にマスターモータＭ１のトルク検出手段３０と位置検出手段３１によってマスターモータＭ１のトルクと位置検出が行われ、トルク信号と位置信号として制御手段３２にフィードバックされる。
そして、制御手段３２では、フィードバックされたマスターモータＭ１の位置信号に基づいて位置制御信号で出力した回転角度となるように位置制御信号によってマスターモータＭ１の回転角度を制御する。また、マスターモータＭ１のトルク信号に基づいてスレイブモータＭ２に対応するトルク信号を出力し、スレイブモータＭ２をＡ方向に回転駆動させる。

マスターモータＭ１とスレイブモータＭ２の回転駆動によって、図４及び図５に示すように揺動軸２２、２２がＡ方向に回転すると、クランク機構２１、２１における回動アーム２３、２３もＡ方向に回動し、クランクアーム２４、２４、…を介してジョイント２６ａ、２６ｂが互いに離間する方向に伸張する。これによって、図２において第二横シーラブラケット１８と連結ブラケット１７は互いに離間する方向に軸部１２、１２にガイドされて移動する。
マスターモータＭ１とスレイブモータＭ２のトルクに差異があってもそれぞれのジョイント２６ａ、２６ｂ、２６ａ、２６ｂで連結ブラケット１７と第二横シーラブラケット１８の両端部を押すことで、第二横シーラブラケット１８は両端の軸受１９，１９が軸部１２、１２にガイドされて摺動し、連結ブラケット１７は連結されている軸部１２，１２が二対の軸受１３、１３、…にガイドされて摺動するため、各モータＭ１，Ｍ２のトルクのの合計がシールブロック１１ａ、１１ｂに影響し、差異はあまり影響しない。。

そして、図２において、連結ブラケット１７がモータＭ１，Ｍ２から離れる方向（図中、右方向）へ移動して軸部１２，１２が二対の軸受１３、１３、…にガイドされて移動することで、第一横シーラブラケット１６が同一方向に移動しヒータブロック１１ａが筒状のフィルムｆ方向に移動する。また、第二横シーラブラケット１８がモータＭ１，Ｍ２から離れる方向（図中、左方向）へ移動することでヒータブロック１１ｂが筒状のフィルムｆ方向に移動する。このようにして、ヒータブロック１１ａ，１１ｂが閉作動して筒状のフィルムｆを挟持し、加熱シールする。
そして、先に搬送された包装袋Ｆの上部開口部が上部シール部としてシールされると共に、次の筒状のフィルムｆの下部が底部シール部としてシールされ、カッタで切断される。
ついで、マスターモータＭ１が制御手段３２からの位置制御信号によって揺動軸２２をＢ方向に回転させると（図４，５参照）、マスターモータＭ１のトルク信号に基づく制御手段３２からのトルク信号によってスレイブモータＭ２も揺動軸２２をＢ方向に回転させる。すると、回転アーム２３、２３も同一方向に回転し、クランクアーム２４，２４、…を介してジョイント２６ａ、２６ｂ、２６ａ、２６ｂは互いに接近する方向即ち収縮する方向に移動する。これによって連結ブラケット１７及びヒータブロック１１ａと第二横シーラブラケット１８及びヒータブロック１１ｂとが筒状のフィルムｆから離間する開作動する。
その後、繰り出しベルト６によって筒状のフィルムｆが製袋チューブ２に沿って所定長さ繰り出され、底部シール部が形成された筒状のフィルムｆの上部開口から製袋チューブ２を通して内容物が充填される。そして、横シーラ８による加熱シールが繰り返される。
このような作業を繰り返すことで、フィルムｆから順次内容物を充填して封止した包装袋Ｆが製造される。

上述のように本実施形態による縦形製袋充填機１によれば、従来１つのモータで供給していた横シールに必要なシール圧を２つのモータＭ１、Ｍ２で供給するようにしたから、各モータＭ１，Ｍ２を小型化でき、モータＭ１、Ｍ２の配置の自由度が大きくなり、モータＭ１，Ｍ２の駆動力の伝達方向を変えることなく直列にクランク機構２１、２１に連結でき、効率よくヒータブロック１１ａ、１１ｂを開閉作動できるので省電力化できて横シール機構１０のランニングコストを低廉にできる。しかもモータＭ１，Ｍ２を２つのクランク機構２１、２１間に配置できるから、横シール機構１０をコンパクト化できる。そのため、横シール機構１０を上下方向に２以上多連に配列し易い。例えば、袋の開口部の閉鎖用の横シール機構１０の下側にジッパシール貼着用の横シール機構を配置する場合等がある。

なお、本発明による縦形製袋充填機は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜の変更可能である。
次に本実施形態による縦形製袋充填機１の変形例について説明する。
包装袋Ｆや筒状のフィルムｆを横シールする際、上部シール部や底部シール部に充填物やその他の異物が噛み込まれるとシール強度が甘くなる。本変形例ではこのような場合でも容易に異物の噛み込みを検知できるようにしたものである。
本変形例においては、図６で二点鎖線に示すようにスレイブモータＭ２にも位置検出手段３５を設けるようにした。そのため、マスターモータＭ１の位置検出手段３１と合わせて各モータＭ１，Ｍ２の回転角度位置、即ち各ヒータブロック１１ａ、１１ｂの両端側の位置を検出できる。
図７に示す横シール位置、即ちヒータブロック１１ａ、１１ｂの閉位置において、包装袋Ｆを加熱シールする際に、包装袋Ｆの中心線に対していずれか片側に充填物ｅや他の異物等が挟まった場合に各モータＭ１，Ｍ２の位置検出手段３１，３５で検知する回転角度位置に微小な差が検出される。得られた各位置信号を制御手段３２で比較演算することで充填物ｅの噛み込みの有無を検知できる。
包装袋Ｆのシール部に充填物ｅを噛み込んだ場合には不良品となるため、ライン上を搬送される該当する包装袋Ｆを排除することができる。或いは、制御手段３２で不良品を検知した時点で縦形製袋充填機１を停止させて排除してもよい。このようにして包装袋Ｆの良品率を向上させることができる。

本発明の実施の形態による縦形製袋充填機の概略説明図である。 図１に示す縦形製袋充填機における横シーラ機構の要部平面図である。 図２の横シーラ機構における軸部と軸受を示すＡ−Ａ線断面図である。 図２の横シーラ機構におけるマスターモータとクランク機構をＢ−Ｂ線断面で示す図である。 図２の横シーラ機構におけるスレイブモータとクランク機構をＣ−Ｃ線断面で示す図である。 横シール機構のモータ駆動制御装置を示すブロック図である。 実施形態の変形例による、横シーラ機構における包装袋の上部開口部に充填物が挟まった状態の図である。

符号の説明

１ 縦形製袋充填機
２ 製袋チューブ
８ 横シーラ
１０ 横シール機構
１１ａ、１１ｂ ヒータブロック
１６ 第一横シーラブラケット
１７ 連結ブラケット
１８ 第二横シーラブラケット
２１ クランク機構
２２ 揺動軸（回転軸）
３０、３３ トルク検出手段
３１、３５ 位置検出手段
３２ 制御手段
Ｍ１ マスターモータ（第一モータ）
Ｍ２ スレイブモータ（第二モータ）
ｆ フィルム（包材）
Ｆ 包装袋
ｅ 充填物

Claims (3)

1. 筒状の包材を一対のヒータブロックで挟んで加熱シールする開閉可能な横シーラを備えた縦形製袋充填機において、
   トルク検出手段と位置検出手段を備えていて前記一対のヒータブロックを開閉作動させる第一モータと、
   トルク検出手段を備えていて前記一対のヒータブロックを開閉作動させる第二モータと、
   前記第一モータ及び第二モータの駆動を制御する制御手段とを備えていて、
   前記制御手段によって第一モータの回転位置を制御すると共に第一モータのトルクの増減に応じて前記第二モータのトルクを増減させるよう制御することを特徴とする縦形製袋充填機。
2. 前記一対のヒータブロックを連動させて開閉作動させる２つのクランク機構を備え、それぞれのクランク機構の回転軸は前記第一モータ及び第二モータにそれぞれ直列に連結されている請求項１に記載の縦形製袋充填機。
3. 前記第一モータは一対のヒータブロックの長手方向の一端側にそれぞれ駆動力を伝達し、前記第二モータは一対のヒータブロックの長手方向の他端側にそれぞれ駆動力を伝達するように配設されており、
   前記第二モータにも位置検出手段が設けられていて、前記第一モータの位置検出手段と第二モータの位置検出手段とでそれぞれ検知された位置信号を制御手段で比較演算することで、前記第一モータ及び第二モータの回転位置のずれを検出するようにした請求項１または２に記載の縦形製袋充填機。

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