JP4955612B2 - Kneading screw - Google Patents
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Description
本発明は、押出機において、主に樹脂材料の混練を行う混練スクリュに関する。 The present invention relates to a kneading screw that mainly kneads a resin material in an extruder.
一般に、合成樹脂原料は、合成樹脂としての物性あるいは特性の均質化および改質を行い、あるいは添加材料等を加えて新たな機能特性を付与するために、図4に示すようなスクリュ式二軸混練押出機による加工処理が行われている。 Generally, a synthetic resin raw material is made of a screw-type biaxial shaft as shown in FIG. 4 in order to homogenize and modify physical properties or characteristics as a synthetic resin, or to add new functional characteristics by adding an additive material or the like. Processing by a kneading extruder is performed.
スクリュ式混練押出機100は、長尺筒状のシリンダ101と、このシリンダ101の内孔へ回転駆動可能に挿入された1本あるいは2本のスクリュ102と、樹脂原料を溶融混練する混練部103、シリンダ101内に原料が供給される原料供給口104と、原料から発生した不要な揮発成分を除去するベント105とを有する。
A screw-
2本のスクリュ102及び混練部103は各部の機能に応じた形状のスクリュピースを組み合わせて構成される。その主要部である混練部103を構成する混練用スクリュピースとして、混練機能に優れたKD(Kneading disc:ニーディングディスク)から構成されるスクリュピースが必要に応じて組込まれている(例えば、特許文献1)。
The two
図5に、従来の混練部103の一例の一部拡大図を示す。
FIG. 5 shows a partially enlarged view of an example of a
混練部103は、3つのスクリュピース120a、120b、120cにより構成されている。スクリュピース120aは混練部103の上流側に配置され、スクリュ102に隣接して配置されている。すなわち、フルフライトスクリュであるスクリュ102の最下流の端面にスクリュピース120aの最上流のKDが隣接して配置されている。スクリュピース120cは混練部103の下流側に配置され、スクリュピース120bはスクリュピース120aとスクリュピース120cとの間に配置されている。これら各スクリュピース120a、120b、120cは、それぞれ5枚のディスクで構成されるKDからなる。スクリュ102の軸周りの各ディスク相互間のずれ角度は45°である。
The kneading
スクリュピース120aの最下流のKDとスクリュピース120bの最上流のKD、及びスクリュピース120bの最下流のKDとスクリュピース120cの最上流のKDはそれぞれ同じ位相の端面で組み合わされている。
The most downstream KD of the
なお、上記混練部103は、スクリュピースがKDで構成された例を示したが、TKD(Twist Kneading disc:ツイストニーディングディスク)でスクリュピースを構成したものもある(例えば、特許文献2、3)。
In the
KDで構成されたスクリュピースは、TKDに比べ、原料に対し高いせん断力を与える能力を有する。一方、TKDはKDに比べて、原料の送り能力が高いという特性を有する。
従来のKDで構成されたスクリュピースは、原料に対し充分なせん断を与える能力を有するが、原料によっては局所的に内部圧力が高くなってしまうという場合があった。内部圧力が高くなると、機械的負荷の増大、原料樹脂の部分的な物性変化(劣化)あるいは添加物質の凝集などによる製品品質への悪影響を及ぼすおそれがある。 Although the screw piece comprised by the conventional KD has the capability to give sufficient shear with respect to a raw material, there existed a case where an internal pressure will become high locally depending on a raw material. When the internal pressure increases, there is a risk of adversely affecting product quality due to an increase in mechanical load, partial physical property change (deterioration) of the raw material resin, or aggregation of added substances.
これに対し、TKDで構成された従来のスクリュピースでは、溶融時の内部圧力は低減できるものの、従来のKDで構成されたスクリュピースと比べ混練度合いが変わり、必要な混練度合いが維持できず充分な品質が得られない場合があった。 On the other hand, in the conventional screw piece constituted by TKD, although the internal pressure at the time of melting can be reduced, the degree of kneading is different from that of the conventional screw piece constituted by KD, and the necessary degree of kneading cannot be maintained and is sufficient. In some cases, the quality could not be obtained.
通常、内部圧力が最も高くなるのは、フルフライトスクリュなどの輸送用スクリュとKDの境界である(図5中、αで示す位置)。これは、KDの上流側に配置されたスクリュとKDの送り能力に差が出ることによる。すなわち、スクリュによって輸送されてきた原料は、その下流側のKD部への移行部で輸送能力が急激に低下することで、その部位の内部圧力が高くなる。 Usually, the internal pressure is highest at the boundary between a transport screw such as a full flight screw and KD (position indicated by α in FIG. 5). This is because there is a difference between the screw arranged on the upstream side of KD and the feeding ability of KD. That is, the raw material that has been transported by the screw has its transporting ability rapidly reduced at the transition to the KD section on the downstream side, so that the internal pressure at that part increases.
一方、TKDは山頂部(チップ部)が捩れており1枚1枚のディスク自身が送り能力を持つため、通常のKDよりも送り能力が高くなり、上流側スクリュとの送り能力差が小さくなるため圧力の急激な上昇は回避しやすい。しかし逆に、送り能力が高くなるということは、十分なせん断が与えられないため、混練度合いが低下(変化)してしまう要因にもなってしまう。 On the other hand, since the top of the TKD (tip portion) is twisted and each disk itself has a feeding ability, the feeding ability is higher than that of a normal KD, and the difference in feeding ability from the upstream screw is reduced. Therefore, it is easy to avoid a sudden increase in pressure. However, on the contrary, when the feeding ability is high, sufficient shearing is not given, which causes a reduction (change) in the degree of kneading.
混練度合いが高ければ高いほど良品質とは一概に言えないが、原料樹脂によっては高い混練度が要求されるものもある。また従来はこのような構成でも問題視はされていなかったが、近年原料構成が複雑になり、高い品質の要求、加えて高吐出力による高い機械安定性(信頼性)が必要となっている。 The higher the degree of kneading, the better the quality can not be said, but there are some raw materials that require a high degree of kneading. Conventionally, such a configuration has not been regarded as a problem, but in recent years, the raw material configuration has become complicated, and high quality requirements and high mechanical stability (reliability) due to high discharge force are required. .
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、樹脂の可塑化時に発生する局所的な内部圧力の上昇を抑制することが可能な混練スクリュを提供することを第1の目的とする。さらには本発明は、混練特性を低減させることのない混練スクリュを提供することを第2の目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the first object of the present invention is to provide a kneading screw capable of suppressing a local increase in internal pressure that occurs during plasticization of a resin. Furthermore, a second object of the present invention is to provide a kneading screw that does not reduce kneading characteristics.
上記目的を達成するため本発明の混練スクリュは、スクリュと、スクリュの下流側に配置された、スクリュの軸周りのディスク相互間のずれ角度である位相角度Eが0°<E<90°で配列された複数のディスクからなるスクリュピースを備えた混練部とを有する、樹脂原料を混練により可塑化する混練スクリュにおいて、スクリュの下流端にてスクリュに隣接するスクリュピース(20a)を構成する複数のディスクのうち、スクリュピース(20a)の最上流側に位置するディスク(30a1)は、ディスクの先端部であるチップ部におけるディスクの前面側の頂部と該ディスクの後面側の頂部との間の角度である螺旋角度θが、スクリュの軸を法線とするディスクの断面を軸先端方向に見てスクリュの反回転方向に0°<θ<90°の範囲内にあるツイストニーディングディスクであり、スクリュピース(20a)を構成する複数のディスクのうち最下流側に位置するディスク(30a 5 )、及びスクリュピース(20a)の下流側にてスクリュピース(20a)に隣接するスクリュピース(20b)を構成する複数のディスクのうち最上流側に位置するディスク(30b 1 )は、ツイストニーディングディスクであり、スクリュピース(20a)を構成する複数のディスクのうちディスク(30a 1 )とディスク(30a 5 )とに挟まれたディスクは、螺旋角度θが0°のニーディングディスクであることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the kneading screw of the present invention has a phase angle E, which is a deviation angle between the screw and the disc around the axis of the screw, arranged on the downstream side of the screw, when 0 ° <E <90 °. and a kneading section having a screw piece comprising a plurality of disks are arranged, a plurality in the kneading screw to plasticize by kneading the resin material, which constitutes the screw piece (20a) adjacent to the screw at the downstream end of the screw The disk (30a 1 ) located on the uppermost stream side of the screw piece (20a) is between the top on the front side of the disk and the top on the rear side of the disk at the tip part which is the tip of the disk. Is a range of 0 ° <θ <90 ° in the counter-rotating direction of the screw when the cross section of the disc with the axis of the screw as a normal is viewed in the direction of the shaft tip. Twist kneading disks der in is, the disk (30a 5) located on the most downstream side among a plurality of disks constituting a screw piece (20a), and the screw piece (20a in the downstream side of the screw piece (20a) The disk (30b 1 ) located on the most upstream side among the plurality of disks constituting the screw piece (20b) adjacent to the screw piece (20b) is a twist kneading disk, and among the plurality of disks constituting the screw piece (20a) The disc sandwiched between the disc (30a 1 ) and the disc (30a 5 ) is a kneading disc having a spiral angle θ of 0 °.
スクリュと、その下流側に配置されたニーディングディスクとの境界では、通常、内部圧力が最も高くなるが、上記のとおり、本願発明の混練スクリュは、この境界部分において、ニーディングディスクよりも送り能力の高いツイストニーディングを配置させている。このため、本願発明によれば、上記境界部分での樹脂の可塑化時に発生する局所的な内部圧力の上昇を抑制することが可能となる。 The internal pressure is usually the highest at the boundary between the screw and the kneading disk disposed downstream thereof, but as described above, the kneading screw of the present invention is fed more than the kneading disk at this boundary. High-performance twist kneading is placed. For this reason, according to this invention, it becomes possible to suppress the local internal pressure raise which generate | occur | produces at the time of the plasticization of the resin in the said boundary part.
また、本発明の混練スクリュは、スクリュピース(20b)の最上流側に位置するディスク(30b 1 )より下流側に配置されているディスクは螺旋角度θが0°のニーディングディスクであってもよい。 Further, the kneading screw of the present invention may be a kneading disc whose helical angle θ is 0 ° when the disc disposed downstream of the disc (30b 1 ) located on the most upstream side of the screw piece (20b). Good.
以上のように、この発明によれば樹脂の可塑化時に発生する局所的な内部圧力の上昇を抑制することが可能な混練スクリュを提供することができる。また、本発明は、混練特性を低減させることのない混練スクリュを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a kneading screw capable of suppressing a local internal pressure increase that occurs during plasticization of a resin. In addition, the present invention can provide a kneading screw that does not reduce kneading characteristics.
図1に本実施形態のプラスチック可塑化混練押出機の一例を示す。 FIG. 1 shows an example of a plastic plasticizing kneading extruder according to this embodiment.
加熱冷却可能なシリンダ1内に、スクリュ2が2本装備されている。スクリュ2は、減速機4と連結し、減速機4に連結されているモータ3にて同方向回転に駆動している。2本のスクリュ2は、お互い噛み合っている。シリンダ1は、上流から供給口5、ベント6a、排出口7、が設置されている。スクリュ2は、上流から固体輸送部8、混練部9、溶融体輸送部10で構成されている。
Two
供給口5より供給された固体プラスチック原料は、スクリュ2により混練部9へ輸送される。混練部9は、図2に示スクリュピースで構成され、短時間で固体プラスチック原料を溶融混練する。混練部9で溶融したプラスチック原料は、溶融体輸送部10のベント6aでプラスチック原料中に含まれる不要な揮発成分が除去されながら排出口7へ輸送され、排出口7を通してシリンダ1外にストランド状で排出される。ストランド状で排出された溶融プラスチック原料は、不図示のカッタにより、ペレット形状となる。カッタは、排出口7の出口に直接、または間隔を開けて設置されている。溶融したプラスチック原料は、排出口7前に装備されたスクリーン19により、プラスチック原料中に含まれる不要な固体不純物をろ過される場合もある。
The solid plastic raw material supplied from the supply port 5 is transported to the kneading unit 9 by the
図2に本実施形態の混練部を構成するスクリュピースを示す。また、図3(a)にスクリュピースの側面図、図3(b)にスクリュ2の軸を法線とするディスクの断面を軸先端方向に見た図を示す。なお、図3に示すスクリュピースは、図2におけるスクリュピース20aである。
The screw piece which comprises the kneading part of this embodiment in FIG. 2 is shown. FIG. 3A is a side view of the screw piece, and FIG. 3B is a view of a cross section of the disk with the axis of the
混練部9は、3つのスクリュピース20a、20b、20cにより構成されている。スクリュピース20aはこれらスクリュピース20a、20b、20cのうち最上流側に配置され、スクリュ2に続けて配置されている。スクリュピース20cは最下流側に配置され、スクリュピース20bはスクリュピース20aとスクリュピース20cとの間に配置されている。
The kneading part 9 is composed of three
まず、各スクリュピース20a、20b、20cの構成について説明する。各スクリュピース20a、20b、20cは、それぞれ5枚のディスクで構成される点では同じであるが、用いられるディスク及びその配列が異なる。なお、以下の説明において、ディスク30の添字は、「a」、「b」、「c」はそれぞれスクリュピース20a、20b、20cのディスクであることを意味する。また、添字「1」〜「5」は、「1」が最上流側、「5」が最下流側を意味する。
First, the structure of each
スクリュピース20aは、スクリュ2の下流端にてスクリュ2に隣接するスクリュピースであり、TKDとKDとを有する。スクリュピース20aは、最上流側のディスク30a1及び最下流側のディスク30a5がTKDであり、これらディスク30a1、ディスク30a5の間に挟まれた3枚のディスク30a2〜30a4はKDである。
The
ここで、TKDの構成について図3を参照しながら説明する。TKDは、ディスク30の先端部であるチップ部32における、前面側の頂部aと後面側の頂部bとの間の角度である螺旋角度θが、スクリュ2の軸を法線とするディスク30の断面A−Aを軸先端方向にみてスクリュ2の反回転方向に約11°で傾斜している。なお、螺旋角度θは、スクリュ2の軸を法線とするディスク30の断面を軸先端方向に見てスクリュ2の反回転方向に0°<θ<90°の範囲内で適宜選択可能である。一方、KDは、螺旋角度θが0°となる。
Here, the configuration of the TKD will be described with reference to FIG. In the TKD, the tip 32 of the disk 30 has a spiral angle θ, which is an angle between the top part a on the front surface side and the top part b on the rear surface side, and the axis of the
また、スクリュ2の軸周りの各ディスク30相互間のずれ角度である位相角度Eは45°である。また、位相角度Eも、0°<E<90°の範囲内で適宜選択可能であり、ディスク30の枚数も、例えば、6枚以上15枚以下としてもよい。なお、ディスク30の枚数はこれらに限定されるものではない。また、ここでは、混練部9は、3つのスクリュピースからなる例を示したが、4つ以上のスクリュピースからなるものであってもよい。
Further, the phase angle E, which is a deviation angle between the disks 30 around the axis of the
スクリュピース20bは、スクリュピース20aの下流側にてスクリュピース20aに隣接するスクリュピースである。このスクリュピース20bは、最上流側のディスク30b1のみがTKDであり、これより下流側のディスク30b2〜ディスク30b5は全てKDである。
The
スクリュピース20cは、ディスク30c1〜ディスク30c5の全てがKDである。
In the
次に、スクリュ2及び3つのスクリュピース20a、20b、20cの配列及び作用について説明する。
Next, the arrangement and operation of the
図2に示すように、スクリュ2とスクリュピース20aとは隣接して配置されている。境界αは、フルフライトスクリュに隣接してKDを配置した従来技術の場合、送り能力に大きな差が発生し、通常最も内部圧力が大きくなる部位であった。しかしながら、本実施形態の場合、境界αにおいて、原料の輸送能力の高いフルフライトスクリュから、KDよりも輸送能力の高いTKDに接続されていることになる。このため、境界αにおける内部圧力の上昇を、従来の構成に比べて低減させることができる。そして、スクリュピース20aは、TKDであるディスク30a1に続けてTKDよりも混練能力の高い3枚のディスク30a2〜30a4が配置されている。つまり、スクリュピース20aは、境界αにおける局所的な内部圧力の上昇を伴わずに原料を混練させることができる。
As shown in FIG. 2, the
スクリュピース20aとスクリュピース20bとの間では、TKDであるディスク30a5とディスク30b1とが連続して配置されていることになる(図2中境界βの前後)。また、ディスク30a5とディスク30b1とは、図2に示すように同じ位相の端面で組み合わされている。
Between the
通常、スクリュピースの合わせ面は同じ位相面同士で組み合わされる。通常のKDで構成されるスクリュピースにおいても同じ位相面同士で組み合わされる(例えば図5参照)。これはスクリュピース同士を同じ位相面で合わせないと、スクリュピースの組み間違いが発生する可能性があるためである。このため組み込み時の作業を容易にするためにも、また間違いを避けるためにもスクリュピースの合わせ面は、通常同じ位相面同士で組み合わされる。しかし、図5からも分るように、境界βの前後では同じ位相のディスクが重なっており、見掛け上2枚分の厚さを持ったディスクが配置されていることになる。すなわち送り能力の弱い部位が通常の2倍の距離存在することになり、局所的に大きな内部圧力が発生する部位となっていた。 Usually, the mating surfaces of the screw pieces are combined on the same phase plane. The same phase planes are combined with each other even in a screw piece composed of ordinary KD (see, for example, FIG. 5). This is because if the screw pieces are not matched with each other on the same phase plane, there is a possibility that a screw piece assembly error occurs. For this reason, in order to facilitate the work at the time of assembly and to avoid mistakes, the mating surfaces of the screw pieces are usually combined with the same phase surface. However, as can be seen from FIG. 5 , disks having the same phase overlap before and after the boundary β, and disks having an apparent thickness of two sheets are arranged. That is, the part with weak feeding ability exists twice as much as the usual distance, and it has become a part where a large internal pressure is generated locally.
これに対して、本実施形態では、上述したようにスクリュピース20aの最下流に位置するディスク30a5をTKDとし、さらにスクリュピース20bの最上流側のディスクディスク30b1をTKDとしている。これにより、同じ位相面同士で組み合して見掛け上2枚分の厚さのディスクとなっても、送り能力を有した部位となっているため、境界βにおける局所的な内部圧力の上昇を抑制することができる。
In contrast, in the present embodiment, the
スクリュピース20bは、ディスク30b2〜30b5の全てKDであり、スクリュピース20cのディスク30c1〜30c5の全てKDである。すなわち、ディスク30b2においては、原料に十分な剪断力を与えることが可能である。
以上のように、本発明は、スクリュピースのうち、内部圧力が高くなる部分にTKDを配置し、その他の部分は従来のKDを配置したものである。 As described above, according to the present invention, the TKD is disposed in a portion of the screw piece where the internal pressure is increased, and the conventional KD is disposed in the other portion.
TKDは内部圧力を下げるよう作用して、KDは従来の混練度合いを保持する。すなわちTKDは、ディスク自身が送り能力を持つため、通常のKDよりも送り能力が高くなり、送り能力差が小さくなるため、内部圧力の急激な上昇を抑制することができる。これとともに、KDは送り能力が低い分だけ原料の滞留時間を長くなり、スクリュチップでのせん断回数が増え、混練度合いが高くなるので混練度合いを維持することができる。 TKD acts to lower the internal pressure, and KD maintains the conventional degree of kneading. That is, since the disk itself has a feeding capability, the TKD has a feeding capability higher than that of a normal KD, and the feeding capability difference is reduced, so that a rapid increase in internal pressure can be suppressed. At the same time, KD increases the residence time of the raw material by the low feeding capacity, increases the number of times of shearing with the screw tip, and increases the degree of kneading, so that the degree of kneading can be maintained.
以上、本実施形態の押出機によれば、混練特性を低減させることなく、樹脂の可塑化時に発生する局所的な内部圧力の上昇を抑制することが可能となる。 As mentioned above, according to the extruder of this embodiment, it becomes possible to suppress the local internal pressure raise which generate | occur | produces at the time of plasticization of resin, without reducing a kneading | mixing characteristic.
上述した図2に示すスクリュピースを備えた本発明の押出機と、図5に示すスクリュピースを備えた従来の押出機とにおいて、シリンダ内の圧力を測定した結果を表1に示す。 Table 1 shows the results of measuring the pressure in the cylinder in the extruder of the present invention having the screw piece shown in FIG. 2 and the conventional extruder having the screw piece shown in FIG.
本発明の押出機と従来の押出機はいずれも処理能力は700kg/hである。しかしながら、従来のスクリュピースを用いた場合、内部圧力が40MPaまで上昇したのに対して本発明のスクリュピースを用いた場合、32MPaまで低減させることができた。 Both the extruder of the present invention and the conventional extruder have a processing capacity of 700 kg / h. However, when the conventional screw piece was used, the internal pressure rose to 40 MPa, whereas when the screw piece of the present invention was used, it could be reduced to 32 MPa.
1 シリンダ
2 スクリュ
3 モータ
4 減速機
5 供給口
6a ベント
7 排出口
8 固体輸送部
9 混練部
10 溶融体輸送部
19 スクリーン
20a〜20c スクリュピース
30 ディスク
32 チップ部
a、b 頂部
E 位相角度
α、β 境界
θ 螺旋角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記スクリュ(2)の下流側に配置された、前記スクリュ(2)の軸周りのディスク相互間のずれ角度である位相角度Eが0°<E<90°で配列された複数のディスク(30)からなるスクリュピース(20)を備えた混練部(9)と、を有する、樹脂原料を混練により可塑化する混練スクリュにおいて、
前記スクリュ(2)の下流端にて前記スクリュ(2)に隣接する前記スクリュピース(20a)を構成する前記複数のディスク(30)のうち、前記スクリュピース(20a)の最上流側に位置するディスク(30a1)は、前記ディスク(30)の先端部であるチップ部(32)における前記ディスク(30)の前面側の頂部(a)と該ディスク(30)の後面側の頂部(b)との間の角度である螺旋角度θが、前記スクリュ(2)の軸を法線とする前記ディスク(30)の断面を軸先端方向に見て前記スクリュ(2)の反回転方向に0°<θ<90°の範囲内にあるツイストニーディングディスクであり、
前記スクリュ(2)の下流端にて前記スクリュ(2)に隣接する前記スクリュピース(20a)を構成する前記複数のディスク(30)のうち最下流側に位置するディスク(30a 5 )、及び前記スクリュピース(20a)の下流側にて該スクリュピース(20a)に隣接する前記スクリュピース(20b)を構成する前記複数のディスク(30)のうち最上流側に位置するディスク(30b 1 )は、前記ツイストニーディングディスクであり、
前記スクリュ(2)の下流端にて前記スクリュ(2)に隣接する前記スクリュピース(20a)を構成する前記複数のディスク(30)のうち、前記ディスク(30a 1 )と前記ディスク(30a 5 )とに挟まれたディスク(30a 2 、30a 3 、30a 4 )は、前記螺旋角度θが0°のニーディングディスクであることを特徴とする、混練スクリュ。 Screw (2),
A plurality of disks (30) arranged at a downstream side of the screw (2) and having a phase angle E, which is a deviation angle between disks around the axis of the screw (2), 0 ° <E <90 ° In a kneading screw for plasticizing a resin raw material by kneading, a kneading part (9) provided with a screw piece (20) consisting of
Among the plurality of disks (30) constituting the screw piece (20a) adjacent to the screw (2) at the downstream end of the screw (2), the screw piece (20a) is positioned on the most upstream side. The disk (30a 1 ) includes a top part (a) on the front surface side of the disk (30) and a top part (b) on the rear surface side of the disk (30) in the tip part (32) which is the tip part of the disk (30). Is 0 ° in the counter-rotating direction of the screw (2) when the section of the disk (30) with the axis of the screw (2) as a normal is viewed in the axial tip direction. <theta <Ri twist kneading disk der which is within the range of 90 °,
The disk (30a 5 ) located on the most downstream side of the plurality of disks (30) constituting the screw piece (20a) adjacent to the screw (2) at the downstream end of the screw (2 ); and The disk (30b 1 ) located on the most upstream side of the plurality of disks (30) constituting the screw piece (20b) adjacent to the screw piece (20a) on the downstream side of the screw piece (20a ) is: The twist kneading disc,
Of the plurality of disks (30) constituting the screw piece (20a) adjacent to the screw (2) at the downstream end of the screw (2), the disk (30a 1 ) and the disk (30a 5 ) disc sandwiched Doo (30a 2, 30a 3, 30a 4) is characterized in that the helix angle θ is kneading disks of 0 °, the kneading screw.
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