JP4837099B2 - バルブタイミング調整装置及びその組み付け方法 - Google Patents

Description

この発明は、エンジン等の内燃機関（以下、エンジンと称する）のバルブタイミング調整装置及びその組み付け方法に関するものである。

従来のバルブタイミング調整装置は、エンジンのクランクシャフトとチェーン等の回転駆動力伝達部材により連結されてクランクシャフトと同期回転する第１回転体と、この第１回転体内に所定角度だけ相対回動可能に配されかつ上記エンジンの吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの端面に一体に固定された第２回転体と、この第２回転体と上記第１回転体との間に区画された複数の油圧室とから概略構成されている。油圧室には、エンジン摺動部分へ油を供給するオイルポンプの油圧が給排され、この油圧により第１回転体に対する第２回転体の相対位置が制御される。さらに、油圧室内の油圧が小さい場合でも、第１回転体に対して第２回転体を初期位置へ速やかに回動させて戻す必要から、油圧室内に例えば第２回転体を第１回転体の回転方向の進角側に付勢するアシストスプリングを備えたものがあり、アシストスプリングとしてはコイルスプリングや捩りバネなどが用いられている。バルブタイミング調整装置の軸方向の小型化には、油圧室内に配置可能なコイルスプリングで形成されるアシストスプリングの選択が有利である。

上述のアシストスプリングとしてコイルスプリングを用いた従来のバルブタイミング調整装置の構成を図６に示す。従来のバルブタイミング調整装置は、遅角油圧室９０の一側壁を構成するベーンロータ９１のベーン９１ａには、アシストスプリング９２の端部９２ａを収納する溝９３を設け、同様に遅角油圧室９０の他側壁を構成するケース９４のシュー９４ａにはアシストスプリング９２の端部９２ｂを収納する溝９５が設けられている（特許文献１参照）。アシストスプリング９２の組み付けは、図７（ａ）に示すようにアシストスプリング９２の両端にホルダ部材９６を配設し、ホルダ部材９６を図中のＸ方向から押圧してアシストスプリング９２の圧縮状態を保持したまま、バルブタイミング調整装置の軸方向である図中のＹ方向から挿入してホルダ部材９６をそれぞれ溝９３及び溝９５に挿入する。

一方、アシストスプリングが所定のアシストトルクを満たし、且つ耐久性を確保するためには、アシストスプリングのコイル径、線径及びセット長さを拡大する必要がある。上述した従来のバルブタイミング装置のように、アシストスプリング９２を両端部から圧縮し、圧縮状態を保持したまま軸方向から挿入してアシストスプリング９２の両端部を溝９３及び溝９５に挿入する構成では、ケース９４のシュー９４ａに設ける溝９５を拡大することにより、アシストスプリング９２のコイル径、線径及びセット長さの拡大に対応している（図７（ａ）及び図７（ｂ）参照）。

特開２００６−０６３９２０号公報

従来のバルブタイミング調整装置は以上のように構成されているので、ケースのシューに設ける溝を拡大することにより、シューに肉薄部が形成され（図７（ｂ）の囲み部分Ｚ）、ケースが破損し易くなるという課題があった。また、アシストスプリングの伸縮方向が軸方向に対して垂直であるため、アシストスプリングの圧縮状態を保持したまま軸方向から組み付けるため、作業性が低下するという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、アシストスプリングのコイルスプリング径、線径及びセット長さを拡大した場合にも、ケースに肉薄となる部分を形成することなく、さらにアシストスプリングの組み付け方向と伸縮方向を同一とすることを目的とする。

この発明に係るバルブタイミング調整装置は、カムシャフトの軸受け部を有するハウジング、内側に複数の突起状のシューを有し、前記シュー間で油圧室を形成するケース、前記油圧室を塞ぐカバーを固定部材を用いてそれぞれ一体に固定しクランクシャフトと一体回転する第１回転体と、前記油圧室をそれぞれ進角油圧室と遅角油圧室とに分ける複数のベーンを放射状に有するロータを備え、前記第１回転体内で所定角度だけ相対回動可能で吸気または排気のカムシャフトと一体固定される第２回転体と、前記第１回転体のシューと前記第２回転体のベーンの間に設けられ、前記第２回転体を前記第１回転体に対して進角方向に付勢して相対位置を調整するアシストスプリングとを備えたバルブタイミング調整装置において、一端に開口部、他端に底部を有し、前記アシストスプリングの一端を保持する円筒状の保持部材と、前記第１回転体のケースは、前記シューを貫通し、前記ケースの最外周面に開口部を有する貫通孔とを備え、前記貫通孔内に前記アシストスプリング及び前記保持部材を配設するものである。

この発明によれば、シューを貫通し、ケースの最外周面に開口を有する貫通孔を設け、当該貫通孔内にアシストスプリング及びアシストスプリングの一端を保持する円筒状の保持部材を配設するように構成したので、アシストスプリング長さを拡大した場合にもケースのシューに肉薄部分を形成することなくアシストスプリングを収納することができ、ケースの強度を向上させることができる。また、アシストスプリングの圧縮方向と、アシストスプリングの貫通孔への挿入方向が同一となり、作業性が向上すると共に、アシストスプリングの組み付け動作の自動化が可能となる。

この発明の実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置内部構成を示し、図２のＡ−Ａ線に沿う縦断面図。 図１のＢ−Ｂ線に沿う横断面図である。 この発明の実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置の第２回転体が最遅角位置に位置するときの横断面図である。 この発明の実施の形態１に係るアシストスプリングおよびホルダの構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置を示す斜視図である。 従来のバルブタイミング調整装置を示す横断面図である。 従来のバルブタイミング調整装置を示す部分拡大図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１から図３は、この発明の実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置内部の構成を示すもので、図１は第２回転体が最進角位置に位置するときの図２のＡ−Ａ線に沿うバルブタイミング調整装置の縦断面図、図２は図１のＢ−Ｂ線に沿う横断面図、図３は第２回転体が最遅角位置に位置するときのバルブタイミング調整装置の横断面図である。

この実施の形態１によるバルブタイミング調整装置１は、図１から図３に示すように、エンジン（図示せず）のクランクシャフト（図示せず）とチェーン（図示せず）を介して同期回転する第１回転体２と、この第１回転体２内に配設され、吸気または排気カムシャフト（以下、カムシャフトと称する）３の端面に一体に固定された第２回転体４とから構成されている。

第１回転体２は、内側に径内方向へ突出した複数のシュー５ａを有するケース５と、このケース５の一端側を塞ぐカバー６とクランクシャフトの駆動力を伝達するスプロケット７ａを外側に有し、ケース５の他端側を塞ぐハウジング７から構成されており、このケース５、カバー６及びハウジング７は締結ボルト（固定部材）８により一体に固定されている。なお、ケース５は、焼結成形またはアルミダイカスト成形などの金型成形により成形される。

第２回転体４は、カムシャフト３の端面にセンターボルト（図示せず）により一体に固定されたボス部９ａとボス部９ａの外周部から径外方向に突出した複数のベーン９ｂを有するベーンロータ９で構成されている。ベーンロータ９のベーン９ｂはケース５のシュー５ａにより形成された複数の内空間を、ベーンロータ９をケース５に対して遅角側に相対回動させる際に油圧の供給を受ける複数の遅角油圧室１０と、ベーンロータ９をケース５に対して進角側に相対回動させる際に油圧の供給を受ける複数の進角油圧室１１とに区画している。

各遅角油圧室１０の油圧を給排する遅角油路１２がカムシャフト３内部に形成された油路（図示せず）に連通し、各進角油圧室１１の油圧を給排する進角油路１３がカムシャフト３内部に形成された油路に連通している。遅角油圧室１０と進角油圧室１１との間におけるオイルの流動を阻止するために、ベーンロータ９のベーン９ｂの最外周部とケース５のシュー５ａの最内周部のクリアランスを微少にすると共に、ベーン９ｂの先端部には板バネ１４により径外方向に付勢されたシール１５が挿入されている。

ケース５の一つのシュー５ａには、径方向に貫通するロックピン収納孔１６が形成されている。ロックピン収納孔１６内には、ロックピン収納孔１６の軸方向に沿って往復摺動可能な略円柱形状のロックピン１７及びロックピン１７を径内方向に付勢するコイルスプリング１８が径外より挿入配置されている。また、シュー５ａには、ロックピン収納孔１６と交差する方向であり、ケース５の軸方向からシャフト１９を挿入し、コイルスプリング１８の一端を係止している。ベーンロータ９のベーン９ｂの外周部には、ケース５に対するベーンロータ９の相対位置が最進角位置にあるときに、ロックピン１７がコイルスプリング１８の付勢力により径内方向へ移動して嵌合するロックピン穴２０が形成されている。また、ロックピン穴２０とカムシャフト３内部に形成された油路との間には、ロック解除油路２１が設けられている。

第２回転体４を第１回転体２に対して進角方向に付勢するアシストスプリング２２が、ベーンロータ９のベーン９ｂとケース５のシュー５ａの間に配設されている。ベーン９ｂの側面にはアシストスプリング２２の一端を係止する略円柱形状の凹部である収納孔２４が形成されている。シュー５ａには丸穴形状の貫通孔２５が形成され、開口部２５ａがケース５の最外周面に形成されている。貫通孔２５は、ドリル加工などの切削加工により形成され、アシストスプリング２２及びアシストスプリング２２の他端を保持するホルダ（保持部材）２３が挿入可能な径で構成されている。

また、収納孔２４及び貫通孔２５を設ける位置は、図２のように第２回転体４が最進角位置に位置する場合に、収納孔２４の延長線上に貫通孔２５が位置するように、すなわち収納孔２４の中心軸と貫通孔２５の中心軸が一致するように構成する。これにより、第２回転体４が最進角位置に位置する場合に、アシストスプリング２２を屈曲させることなく、アシストスプリング２２及びホルダ２３を収納孔２４及び貫通孔２５に挿入することができる。また、後述する図５（ｂ）に示すように、貫通孔２５はロックピン１７のロックピン収納孔１６に対してケース５の幅方向に並設するように形成し、さらに貫通孔２５はケース５の幅方向のカムシャフト３接続側に設ける。アシストスプリング２２及びホルダ２３を収納孔２４及び貫通孔２５に圧縮挿入した後、第１回転体２に配設する締結ボルト８によりアシストスプリング２２及びホルダ２３を係止する。

次に、アシストスプリング２２及びホルダ２３の詳細について説明する。図４は、この実施の形態１に係るアシストスプリング及びホルダの構成を示す図である。
アシストスプリング２２はコイルスプリングで構成され、端部２２ａ，２２ｂを有する。ホルダ２３は、一端に開口部２３ａを有し、他端に底部２３ｂを有する円筒形状で形成され、アシストスプリング２２の端部２２ｂにホルダ２３の開口部２３ａを嵌合させる。ホルダ２３は、開口部２３ａあるいは底部２３ｂの直径（以下、ホルダ直径と称する）と開口部２３ａから底部２３ｂまでの高さ（以下、ホルダ長さと称する）の関係が、ホルダ長さ／ホルダ直径≧１を満たすように構成されている。これにより、ホルダ２３の取り扱いが容易となり、ホルダ２３を貫通孔２５に挿入し易くなる。また、ホルダ２３は円筒形状で形成しているため、金型加工が可能となり、例えば板金プレスや鍛造加工などにより成型することができる。

また、ケース５のシュー５ａに貫通孔２５を設けることにより貫通孔２５を介してオイルが漏れる恐れがあるが、貫通孔２５を丸穴形状、ホルダ２３を円筒形状とし、貫通孔２５とホルダ２３のクリアランスを微少に設定して両者を嵌合させることにより、オイル漏れを防止することができる。また、貫通孔２５とホルダ２３を円状に構成したので、寸法精度の確保が容易となり両者のクリアランスを微少に設定することが容易となる。

図２及び図３に示すように、バルブタイミング調整装置１には、アシストスプリング２２及びホルダ２３はそれぞれ４箇所に設けられ、配置位置がベーンロータ９に固定されたカムシャフト３の中心軸に対して均等に配置されている。これにより、ベーンロータ９に加わる力を均等に配分することができる。また、複数のホルダ２３は全て同一形状とする。

次に、アシストスプリング２２のバルブタイミング調整装置１への組み付けについて説明する。
図５は、この実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置を示す斜視図であり、図５（ａ）はアシストスプリングの挿入動作を示し、図５（ｂ）はアシストスプリングの固定方法を示している。
アシストスプリング２２のバルブタイミング調整装置１に組み付けは、まずアシストスプリング２２の端部２２ｂにホルダ２３の開口部２３ａを挿入し、次にアシストスプリング２２の端部２２ａをケース５の最外周部に形成された貫通孔２５の開口部２５ａから挿入し、ベーン９ｂに設けた収納孔２４に嵌合させる。その後、ホルダ２３の底部２３ｂを挿入方向に押圧してアシストスプリング２２を圧縮させ、底部２３ｂを貫通孔２５の中央付近まで挿入した後、圧縮状態を保持したままケース５とハウジング７を固定する締結ボルト８を挿入し、締結ボルト８にホルダ２３の底部２３ｂを当接させて係止する。このように締結ボルト８は、ケース５とハウジング７の固定部材として機能すると共に、ホルダ２３が貫通孔２５から突出するのを防止する係止部材として機能する。なお、アシストスプリング２２の端部２２ａを収納孔２４に嵌合させた場合に、アシストスプリング２２が自然長の状態でホルダ２３の開口部２３ａの先端部分が貫通孔２５内に挿入される状態となるように、アシストスプリング２２及びホルダ２３の寸法を設定する。これにより、アシストスプリング２２の貫通孔２５への挿入が容易となり、アシストスプリング２２の挿入工程を自動化することができる。

次に動作について説明する。第２回転体４が第１回転体２に対して最進角位置にあるとき、ロックピン１７がコイルスプリング１８の付勢力によりロックピン穴２０に係合している（ロックピン係合状態）。このロックピン係合状態において、エンジン始動によりオイルポンプ（図示せず）が運転されると、オイルがオイルパンからカムシャフト３内部に形成された油路、ロック解除油路２１を介してロックピン１７の先端部分に油圧が作用すると、ロックピン１７がコイルスプリング１８の付勢力に抗して押し戻されてロックピン穴２０から抜け出る。このとき、第１回転体２とベーンロータ９は相対回動可能となる（ロック解除状態）。

ロック解除状態において、遅角動作の場合、第２回転体４は遅角油路１２を介して遅角油圧室１０内にオイルが供給され、進角油圧室１１のオイルが進角油路１３を介して排出されることにより、アシストスプリング２２の付勢力（定常状態への戻り力）に抗して所定の回動角度だけ、遅角側に回転する。その際、アシストスプリング２２は図３に示すように屈曲する。

また、ロック解除状態において、進角動作の場合、第２回転体４は進角油路１３を介して進角油圧室１１内にオイルが供給され、遅角油圧室１０のオイルが遅角油路１２を介して排出されることにより、アシストスプリング２２の付勢力（定常状態への戻り力）を受けて所定の回動角度だけ、進角側に回転する。

以上のように、この実施の形態１によれば、ケースの最外周面に開口する貫通孔を設け当該貫通孔にアシストスプリングを収納するように構成したので、ケースのシューにおいて肉薄部分を形成することなくアシストスプリングを収納することができ、ケースの強度を向上させることが可能となる。また、貫通孔はドリル加工などによりケース構成後に加工することができるためケースの金型成形が容易となり、成形及び加工コストを抑制することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、アシストスプリングを圧縮する方向と、アシストスプリングを収納穴及び貫通孔に挿入する方向が同一となるように構成したので、作業性が向上する。さらに、アシストスプリングの組み付け動作の自動化が容易となる。

さらに、この実施の形態１によれば、ホルダ直径とホルダ長さの関係が、ホルダ長さ／ホルダ直径≧１の関係式を満たすように構成したので、ホルダの取り扱いが容易となり、ホルダを貫通孔に入れる作業が容易となる。

さらに、この実施の形態１によれば、ケース内の４箇所にアシストスプリング及びホルダを配設し、当該すべてのホルダを同一形状とするように構成したので、コストを抑制することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、第２回転体が最進角位置に位置する場合に、収納穴の中心軸と貫通孔及び貫通孔に挿入されたホルダの中心軸が一致するように構成したので、アシストスプリングとホルダの挿入を容易に行うことができる。

さらに、この実施の形態１によれば、締結ボルトがケース、カバー及びハウジングを一体化する固定部材として機能すると共に、ホルダが貫通孔から突出するのを防止する係止部材として機能するように構成したので、部品点数を増やすことなくホルダを係止することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、複数のアシストスプリング及びホルダをロータが一体に固定されたカムシャフトの中心軸に対して均等に配置したので、ロータに加わる力を均等に配分することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、ホルダを円筒形状で形成するように構成したので、板金プレスや鍛造加工などの金型加工により成型することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、アシストスプリングが自然長の状態で、ホルダの開口部の先端部分が貫通孔内に挿入するように、アシストスプリング及びホルダの寸法を設定するように構成したので、アシストスプリング及びホルダの挿入工程を自動化することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、ケースは金型成形、貫通孔は切削加工により成形するように構成したので、ケース成形後に貫通孔の加工を行えばよく金型の作成が容易になる。さらに、貫通孔の加工は切削加工が可能となり安価に作成することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、ロックピンの収納孔と貫通孔をケースの幅方向に並設するように構成したので、収納孔と貫通孔の配置位置が同一となることがなく、４箇所に設けたアシストスプリングを９０度置きに均等に配置することが可能となると共に、アシストスプリングの長さも拡大することができる。これにより、バルブタイミング調整装置の耐久性を向上させることができる。

さらに、この実施の形態１によれば、ロックピンの収納孔と貫通孔をケースの幅方向に並設し、さらに貫通孔をケースの幅方向においてカムシャフト接続側に設けるように構成したので、カムシャフトの外周部にアシストスプリングを配置することができ、バルブタイミング調整装置の動作を安定化させることができる。

実施の形態２．
実施の形態１において、円筒形状で形成されるホルダ２３と丸穴形状の貫通孔２５を設ける構成を示したが、この実施の形態２では、ホルダ２３の開口部２３ａの外周面にテーパ面を形成する。このテーパ面は、開口部２３ａの外周面に開口部２３ａの先端に向けて先細りとなるように形成されており、これによりホルダ２３の貫通孔２５への挿入性が向上する。なお、ホルダ２３は、実施の形態１と同様にホルダ長さ／ホルダ直径≧１の関係を満たすように構成されている。テーパ面は、ホルダ２３ではなく貫通孔２５に形成してもよく、その場合には貫通孔２５の内周面がケース５の最外周部の開口部２５ａに向けて広がるテーパ面を形成する。なお、ホルダ２３及び貫通孔２５にそれぞれテーパ面を形成してもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、ホルダの開口部の外周面及び貫通孔の内周面の少なくとも一方にテーパ面を形成するように構成したので、ホルダの貫通孔への挿入性を向上させることができる。

なお、図示例はロックピンをベーンロータの径方向から挿入するものであるが、このロックピンをベーンロータの軸線方向に挿入するものでも同様に適用可能である。

以上のように、この発明に係るバルブタイミング調整装置及びその組み付け方法は、アシストスプリング長さを拡大しても、ケースに肉薄となる部分を形成することなく、ケースの強度を向上させ、アシストスプリングの組み付け方向と伸縮方向を同一となるように構成したので、組み付けの際の作業性を向上させるとともに、組み付け動作を自動化させるのに適している。

Claims (15)

1. カムシャフトの軸受け部を有するハウジング、内側に複数の突起状のシューを有し、前記シュー間で油圧室を形成するケース、前記油圧室を塞ぐカバーを固定部材を用いてそれぞれ一体に固定しクランクシャフトと一体回転する第１回転体と、前記油圧室をそれぞれ進角油圧室と遅角油圧室とに分ける複数のベーンを放射状に有するロータを備え、前記第１回転体内で所定角度だけ相対回動可能で吸気または排気のカムシャフトと一体固定される第２回転体と、前記第１回転体のシューと前記第２回転体のベーンの間に設けられ、前記第２回転体を前記第１回転体に対して進角方向に付勢して相対位置を調整するアシストスプリングとを備えたバルブタイミング調整装置において、
   一端に開口部、他端に底部を有し、前記アシストスプリングの一端を保持する円筒状の保持部材と、
   前記第１回転体のケースは、前記シューを貫通し、前記ケースの最外周面に開口部を有する貫通孔とを備え、
   前記貫通孔内に前記アシストスプリング及び前記保持部材を配設することを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 保持部材は、開口部から底部までの長さを、開口部あるいは底部の直径以上とすることを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
3. 保持部材は複数配置され、前記複数の保持部材は同一形状で形成されていることを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
4. ベーンは、アシストスプリングの他端を保持する保持孔を有し、
   第２の回転体の相対回動位置が最進角位置である場合に、貫通孔の中心軸が前記保持孔の中心軸と同一軸であることを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
5. 固定部材は、貫通孔内に配設したアシストスプリング及び保持部材を係止することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
6. アシストスプリングは、カムシャフトの中心軸に対して均等配置されることを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
7. 保持部材は、板金プレス加工により成形することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
8. 保持部材は、鍛造加工により成形することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
9. 貫通孔のケースの最外周面に設けた開口部、または保持部材の開口部の少なくとも一方にテーパ面を形成したことを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
10. アシストスプリング及び保持部材は、前記アシストスプリングの自然長において、前記保持部材の開口部が貫通孔内に挿入される寸法で形成されていることを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
11. ケースは金型成形により、貫通孔は切削加工により成形することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
12. 金型成形は、焼結成形またはアルミダイカスト成形であることを特徴とする請求項１１記載のバルブタイミング調整装置。
13. 第１回転体は、第２回転体が最遅角位置または最進角位置に回転し、第２回転体の表面に設けられた係合凹部と対向すると付勢手段の付勢力で前記係合凹部に突出係合するロックピンを備え、
    前記第１回転体のケースの最外周面に設ける前記ロックピンの挿入孔と貫通孔の開口部を、前記ケースの幅方向に並設することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
14. 貫通孔は、ケースの幅方向においてカムシャフト側に形成することを特徴とする請求項１３記載のバルブタイミング調整装置。
15. カムシャフトの軸受け部を有するハウジング、内側に複数の突起状のシューを有し、前記シュー間で油圧室を形成するケース、前記油圧室を塞ぐカバーを固定部材を用いてそれぞれ一体に固定しクランクシャフトと一体回転する第１回転体の作成工程と、
    前記油圧室をそれぞれ進角油圧室と遅角油圧室とに分ける複数のベーンを放射状に有するロータを備え、前記第１回転体内で所定角度だけ相対回動可能で吸気または排気のカムシャフトと一体固定される第２回転体の作成工程と、
    一端に開口部、他端に底部を有し、前記第２回転体を前記第１回転体に対して進角方向に付勢して相対位置を調整するアシストスプリングの一端を保持する円筒状の保持部材の作成工程と、
    前記第１回転体のシューを貫通して前記ケースの最外周面に開口部を有する貫通孔の作成工程と、
    前記貫通孔へ、前記アシストスプリング及び前記保持部材を挿入する挿入工程と、
    前記保持部材を介して前記アシストスプリングを圧縮し、前記アシストスプリングの圧縮状態を保持した状態で前記固定部材をバルブタイミング調整装置の軸方向から挿入して固定する固定工程を備えたことを特徴とするバルブタイミング調整装置の組み付け方法。

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