JP5242199B2 - 多方向人間工学的制御ユニット - Google Patents

Description

本発明は、多方向制御ユニットに関する。

より詳細には、本発明は、
主軸線Ａの下側ボディと、
ラジアル平面内でボディに関して移動するように装着されている中間部と、
この中間部の径方向の変位を案内する手段と、
前記中間部により支持されている第２の軸線Ｂのハンドルと、
少なくとも１つの電気スイッチと、
前記ハンドルと協働する上側ヘッド部を有し、ボディから軸方向に延びている弾性的に変形可能なバーとを有し、
案内する手段は、中間部の第１のラジアル下面と、ボディの第２のラジアル上面と協働し、また、ハンドルは、中立の中央位置と複数の動作の径方向位置との間での径方向の変位の際に中間部にリンクされ、中央位置では、ハンドルの第２の軸線は、ボディの主軸線とほぼ同軸的に延び、動作の径方向位置の各々では、ハンドルの第２の軸線とボディの主軸とは、互いに平行であり、径方向でオフセットされ、また、ハンドルは、ハンドルが弾性的に戻されている非動作の上方軸位置と、動作の下方軸位置との間で第２の軸線Ｂ上を軸方向に摺動するように装着され、また、前記電気スイッチは、ハンドルが動作の下方軸位置に向けて変位されたときに、状態を変えることができ、また、バーが、ハンドルが径方向に駆動されたときに曲がって、少なくとも１つの歪みゲージが、ハンドルの径方向の変位を表す電気信号を発生するように、少なくとも１つの歪みゲージを支持している多方向制御ユニットに関する。

「ジョイスティック」と称される多くの多方向制御ユニットがある。このような多方向制御ユニットは、例えば、医療用ラジオグラフィー装置若しくはスキャナーの電動式ベッドのような１つ以上の付属品を制御するように、様々な応用分野で使用されている。

このようなタイプの多方向制御ユニットは、軸方向に延びる下側ボディと、上側の手動操作装置、即ち操作ハンドルとを有するもとのとして知られている。このハンドルは、ボディに対する非動作の中央位置と複数の動作の径方向位置との間で、ボディに対して径方向に摺動するように装着されている。

この多方向制御ユニットは、ボディから軸方向に延びた弾性的に変形可能なバーを有している。このバーは、ハンドルと協働する上側ヘッド部を有し、例えば変形ゲージとして称される２つの歪みゲージを支持している。これら歪みゲージは、互いに直角をなすように配置されている。

かくして、各ゲージは、関連したバーの曲げに応じたハンドルの径方向の変位を表す電気信号を発生させることができる。

これらゲージの各々は、移動ユニットを変位させるように駆動部を制御することを可能にする電気処理装置に信号を伝達する。

さらに、従来技術のこのような多方向制御ユニットの設計によれば、上側ハンドルは、非動作の上方軸位置と、ハンドルが他の機能の制御に関連した電気スイッチを動作させ得る動作の下方軸位置との間で、軸方向に摺動するように装着されている。

しかし、ユーザは、例えば、ベッドの変位を様々な角度から目で確認するために、多方向制御ユニットを操作しながら、これの周りを移動しなければならない。

多方向制御ユニットのハンドルは、ボディに対して回動するようにリンクされており、ユーザは、多方向制御ユニットの周りを移動するとき、手首をひねりたくない場合にハンドルを放さなければならない。

本発明の主な目的は、ユーザがハンドルを操作しているときの腕や手首の動きを限定することができる、人間工学的に向上された設計を有する多方向制御ユニットを提案することである。

この目的のために、本発明は、ハンドルが、多方向制御ユニットのボディに対して第２の軸線Ｂを中心として自由に回動するように装着されていることを特徴とする、上述されたタイプの多方向制御ユニットを提案している。

本発明の他の特徴に従えば、
ハンドルは、中間部と一緒に回動するようにリンクされ、中間部の径方向の変位を案内する手段は、第２の軸線を中心としたハンドルの回動を案内することができ、
前記径方向の変位を案内する手段は、少なくとも１つの第１のセットのボールを有し、この第１のセットの各ボールは、中間部の第１のラジアル下面とボディの第２のラジアル上面との間に軸方向で挿入され、
前記径方向の変位を案内する手段は、第１の円形のケージを有し、このケージ内に、第１のセットのボールは、回転するように装着され、ハンドルの第２の軸線の周りに角度をなして配置され、
多方向制御ユニットは、ハンドルの第２の軸線上の中央位置に案内する手段を戻す手段を有し、
前記中間部は、中間部の前記第１のラジアル下面と、第３のラジアル上面とにより軸方向が規定された環状のラジアルプレートを有し、径方向の変位を案内する手段は、第２のセットのボールを有し、各ボールは、中間部の第３のラジアル上面とボディの第４のラジアル下面との間に軸方向で挿入され、
ボディは、このボディに対するハンドルの径方向の変位を制限するように、中間部の凹型円筒形状の軸壁に面するように配置された内側の凹型円筒形の軸端のストッパー壁を有し、
前記スイッチは、多方向制御ユニットのボディにより支持され、
バーのヘッド部は、ハンドルの第２の軸線上を軸方向に延びる円筒形のハウジング内で軸方向に摺動することにより受けられる。

本発明の他の特徴並びに利点は、本発明の理解のために添付図面を参照して説明される以下の詳細な記載を読むことにより明らかになるだろう。

本発明の説明と請求項の理解のために、垂直方向、長手方向、並びに横方向が、複数の図で示されるＶ，Ｌ，Ｔに応じて非限定的な形態で用いられている。垂直方向は、重力に関係なく、図１の垂直方向に対応している。

用語「上」、「下」、「上側」、並びに「下側」は、また、図１の垂直方向に関連して用いられている。

以下の説明では、同一の部材、類似した部材、若しくは同様の部材が、同じ参照符号により示されている。

図１は、「ジョイスティック」としても称される多方向制御ユニット１０を示している。この制御ユニットは、使用者が所定の機器（図示されず）、例えば医療用ラジオグラフィー装置（図示されず）の電動式ベッドを制御するのを可能にしている。

この多方向制御ユニット１０は、垂直の主軸線Ａの下側ボディ１２を有している。この下側ボディにより、多方向制御ユニット１０は、例えば、ラジオグラフィー装置の制御コンソール（図示されず）に装着される。

前記下側ボディ１２は、前記主軸線Ａを中心として延びた円筒形状であり、軸方向に延びた円筒形の内側オリフィス１４を規定している。

前記下側ボディ１２は、下側の支持部１６を有し、この支持部中には、相補的な円筒形の上側の座部１８が取着されている。この座部１８は、ねじ込みにより、ボディ１２中に取着されている。

前記下側ボディ１２の座部１８は、ラジアルショルダー部２４を有している。そして、このショルダー部からは、第1の円筒形の下側軸部分２０が下方に延び、第２の円筒形の上側軸部分２２が上方に延びている。この下側軸部分は、下側ボディ１２中に取着され、また、上側軸部分は、第1の部分２０よりも大きな直径を有している。

前記座部１８は、第２の垂直軸線Ｂを中心として延びた円筒形状の中間部２６を受け入れている。

この中間部２６は、前記下側ボディ１２に対する中間部の変位を案内するための上側の手動操作装置、即ちハンドル５４を支持している。

前記中間部２６は、円筒形の軸部分２８と、この円筒形の軸部分２８の外側凹面３２から延びた案内用の環状のラジアルプレート３０とからなる形状をしている。

前記案内用のラジアルプレート３０は、カラーの形状をし、ラジアル上面３４とラジアル下面３６とにより軸方向が規定されている。

前記中間部２６は、ラジアル平面内で下側ボディ１２に対して移動するように、案内手段４０に装着されている。

この案内手段４０は、1セット４２のボール４４を有し、各ボール４４は、案内用のラジアルプレート３０のラジアル下面３６と、座部１８のラジアルショルダー部２４のラジアル上面３８との間に径方向に挿入されている。

これらボール４４は、円形のケージ４６内に回転するように装着され、前記第２の軸線Ｂの周りに通常の方法で角度をなして配置されている。

このような案内手段４０の設計は、中間部２６が、第２の軸線Ｂを中心として回動することと、正確な方法と減じられた摩擦とで径方向に摺動することとを、可能にしている。

図３に見られ得るように、中間部２６は、径方向の変位が制限されている。

このために、前記座部１８の円筒形の上側部分２２は、案内用のラジアルプレート３０の凹型円筒形の軸壁４９に面するように配置された内側の凹型円筒形の軸端のストッパー壁(axial end-stop wall)４７を有している。

多方向制御ユニット１０は、前記第２の軸線Ｂ上の中央位置に案内手段４０を永久的に押圧し得る、案内手段４０の弾性戻し(elastic return)手段４１を有している。

このために、弾性戻し手段４１は、この場合、上端が開いたチューリップ形状である。

より詳細には、弾性戻し手段４１は、下側のリング４３の形状である。この下側のリングから、複数の戻しブレード４５が、上方並びに径方向外方に延びている。これら戻しブレードは、第２の軸線Ｂを中心として角度をなして規則的に配置され、各々が弾性的に変形可能である。

前記下側のリング４３は、中間部２６の軸部分２８の凹面３２を囲むように取着されている。例えば、下側のリング４３は、取着される前に、最初に、軸部分２８の周りに巻かれた弾性的に変形可能な金属ストリップの形態である。

各戻しブレード４５は、戻しブレード４５が案内手段４０を第２の軸線Ｂに向けて弾性的に戻すように、径方向の圧力により、ボール４４を有したケージ４６の内側凹面と共働する。

前記下側ボディ１２は、上端が開いている環状のカプセル４８を有している。このカプセルは、案内手段４０と中間部２６とが取着された後に、座部１８の円筒形の上側部分２２の周りに固定の状態で取着される。このカプセル４８は、この場合、座部１８の円筒形の上側部分２２に溶接されている。

前記カプセル４８は、上側の環状のラジアル部分５０を有している。このラジアル部分の下面５２は、ラジアルプレート３０をボール４４に軸方向で接触し続けるように、案内用のラジアルプレート３０のラジアル上面３４上に支持されている。

非限定的な例として、前記下面５２とラジアル上面３４とは、中間部２６が径方向に移動されたときにこれら下面と上面との間に生じる摩擦を防止するために、これら面間に軸方向の遊びを形成することができる。

中間部２６により支持された前記上側のハンドル５４は、第２の垂直軸線Ｂを中心として回動するベルの形態であり、上方に突出した凸面を有している。ユーザは、多方向制御ユニット１０を操作するために、この凸面を把持する。

前記ハンドル５４は、多方向制御ユニット１０を覆い、下方に延びた円筒形の外周部、即ちスカート部５６を有している。このスカート部は、特に、部材を汚染する物質が多方向制御ユニット１０中に進入するのを防止するように、下側ボディ１２の上部とカプセル４８とを覆っている。

前記ハンドル５４は、図２に示されている中立の中央位置(neutral central position)と、図３に１つが示されている複数の動作の径方向位置(radial actuation positions)との間で移動するように配設されている。前記中央位置では、ハンドル５４の第２の軸線Ｂは、下側ボディ１２の主軸線Ａとほぼ同軸的に延びている。また、前記径方向位置の各々では、ハンドル５４の第２の軸線Ｂと下側ボディ１２の主軸線Ａとは、互いに平行であり径方向でオフセットされている。

更に、前記ハンドル５４は、ハンドル５４が弾性的に戻されている非動作の上方軸位置(top idle axial position)と、図４に示されている動作の下方軸位置(bottom active axial position)との間で、第２の軸線Ｂ上を軸方向に摺動するように配設されている。

このために、ハンドル５４は、このハンドル５４のラジアル内面５９から第２の垂直軸線Ｂに対して軸方向下方に延びている円筒形の内部５８を有している。

この内部５８は、中間部２６の軸部分２８と相補的な軸孔６０中で、第２の軸線Ｂ上を軸方向に摺動するように配設されている。

前記ハンドル５４と中間部２６とは、この場合、ピン６２により、第２の軸線Ｂを中心とした回動の際にリンクされる。

このために、このピン６２は、ハンドル５４の内部５８から、中間部２６の軸部分２８の壁部６８中を軸方向に延びている開口部６６へと、径方向外方に突出している。

さらに、前記内部５８の下端部は、中間部２６の凸状の外面から径方向に突出した環状のカラー７０を有している。

このカラー７０は、ハンドル５４が非動作の上方軸位置にあるときに、中間部２６の軸部分２８の下端のエッジ７４が上に置かれる上面７２を有している。

ハンドル５４の内部５８は、この場合、第１の取外し可能な部分７８を含む２つの部分からできている。この取外し可能な部分は、中間部２６をハンドル５４の内部５８に装着し得るように、この場合はねじ込み装着により、第２の相補的な固定部分８０に取着されている。

図５は、前記主軸線Ａに対して垂直方向上方に延びている弾性的に変形可能なバー８２を示している。このバーは、ハンドル５４を中立の中央位置に戻すための弾性手段を構成している。

前記バー８２は、前記下側ボディ１２に固定されたフット部８１から、上側ヘッド部８３まで軸方向に延びている。

この上側ヘッド部８３は、全体が球形であり、ハンドル５４の内部５８の円筒形のアキシアルスリーブ部８５内を軸方向に摺動するように配設されている。

前記バー８２は、互いに平行な２つの第１のアキシアル平面８６ａ，８６ｂにより規定された第１の中間部分８４ａを有している。

同様に、バー８２は、互いに平行な２つの第２のアキシアル平面８６ｃ，８６ｄにより規定された第２の下側部分８４ｂを有している。前記２つの第１の平面８６ａ，８６ｂは、２つの第２の平面８６ｃ，８６ｄに対して９０°（主軸線Ａを中心として）角度をなして夫々オフセットされている。

軸対称の形態で、前記平面８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄの各々は、歪みゲージ８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄをそれぞれ支持している。そして、これら歪ゲージの各々は、電子処理装置（図示されず）に電気的に接続されている。

かくして、ハンドル５４が、使用者により、図３に示されているように動作の径方向位置の１つへと径方向に駆動されると、ハンドル５４が、前記バー８２に曲げ応力を与えて、歪みゲージ８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄを変形させる。そして、各歪みゲージは、バー８２の変形を表す電気信号を処理装置に送る。

前記処理装置は、例えば、第１の方向にベッドを駆動するように第１のモータ（図示されず）を制御し、また、例えば第１の方向に直交する第２の方向にベッドを駆動するように第２のモータ（図示されず）を制御する。

かくして、ベッドの変位は、増幅された形態(amplified way)で、ハンドル５４の径方向のわずかな移動に対応する。

更に、前記処理装置は、中立かつ非動作の中央位置に対するハンドル５４の径方向の移動の大きさ応じて、言い換えれば、ユーザによりハンドル５４に加えられる径方向の力に応じて、ベッドの移動速度を制御することができる。

また、多方向制御ユニット１０は、２つの電気スイッチ９２ａ，９２ｂを有している。各電気スイッチは、垂直軸線Ａの一側で下側ボディ１２に固定されている。これら電気スイッチは、また、ハンドル５４の内部５８より下に配設され、各電気スイッチは、処理装置に電気的に接続されている。

かくして、ハンドル５４が、図４に示されている動作の下方軸位置に達したとき、前記カラー７０のアキシアル下面９４が、状態を変えた２つの電気スイッチ９２ａ，９２ｂの各々に軸方向で支持される。

前記２つのスイッチ９２ａ，９２ｂは、例えば、「全か無か(all or nothing)」のタイプであり、多方向制御ユニット１０のオン並びにオフ状態を制御することを可能にしている。

非限定的な例として、２つのスイッチ９２ａ，９２ｂは、例えば、変位の間に複数の状態を得ることができる。各変位の状態で、２つのスイッチ９２ａ，９２ｂは、多方向制御ユニット１０の操作にリンクされた、多方向制御ユニットに関連したベッド若しくは装置の制御に関連付けられている。

最後に、前記ハンドル５４は、螺旋形状の第１のばね７６ａと第２の戻しばね７６ｂとにより、上方軸位置に弾性的に戻される。

各ばね７６ａ，７６ｂは、ハンドル５４と中間部２６との間に軸方向で挿入されている。

また、ばね７６ａ，７６ｂは、第１の下面と第２の上面とをそれぞれ有している。これら第１の下面は、中間部２６の軸部分２８のラジアル上面７９にそれぞれ形成されたドリルホール７７ａ，７７ｂ内に配設され、また、第２の上面は、ハンドル５４の下面５９に軸方向でそれぞれ当接されている。

図６に示されている多方向制御ユニット１０の第２の実施形態によれば、中間部２６の径方向の変位を案内する手段４０が、ラジアル平面に対して第１のセット４２のボール４４に対称的に配設された上側の第２のセット９６のボール９８を有している。

前記第２のセット９６のボール９８は、第２の円形ケージ１００内に回転するように装着されている。これらボールは、この場合、第２の軸線Ｂの周りに角度をなして配設されている。

図示されていない第３の実施形態によれば、多方向制御ユニット１０は、２つの電気スイッチ９２ａ，９２ｂを保護する環状の保護シールを有している。

この保護シールは、主軸線Ａに対して円筒形状に広がる部分を有している。この部分は、前記ボディ１２に相補的な円筒形のハウジング内で軸方向に摺動するように配設され、バー８２が中を貫通した環状のラジアル部分を有している。このラジアル部分は、各電気スイッチ９２ａ，９２ｂの上面により支持されている。

かくして、この保護シールのラジアル部分は、カラー７０のアキシアル下面９４と電気スイッチ９２ａ，９２ｂとの間に軸方向で挿入されている。

便宜的に、前記保護シールのラジアル上面は、オイルのような汚染要素を留めるために、環状の溝部を有している。

図示されていない第４の実施形態によれば、多方向制御ユニット１０は、ハンドル５４の回動を検出する手段を有している。

この検出する手段は、例えば、第２の軸線Ｂを中心としたハンドル５４の角度をなした移動若しくは回動を表す信号を発生させることができるホール効果のタイプのセンサ、若しくは、光学センサである。

この信号は、例えば、ベッドの移動スピードを調節するための機能、若しくは、この他の機能を制御するように、処理装置に送られる。

便宜的に、多方向制御ユニット１０の部品、特に、ハンドル５４並びに案内用の中間部２６により形成されたアッセンブリと、下側ボディ１２とは、金属で形成されている。このため、多方向制御ユニットは、衝撃に強い。

実際に、例えば、ハンドル５４が偶発的な衝撃を受けた場合、この衝撃は、中間部２６のラジアルプレート３０と、座部１８の内側の凹型円筒形の軸端のストッパー壁４７とにより吸収され、バー８２がダメージを受けるのを防止する。

本発明に従った多方向制御ユニットを軸方向の断面で示している分解斜視図であり、この制御ユニットには、このユニットのボディに対して移動するように装着された上部ハンドルが設けられている。 図1の多方向制御ユニットを示している軸方向の断面図であり、ハンドルが、中立の中央位置にある。 図２に類似した図であり、動作の径方向位置にある上側のハンドルを示している。 図２に類似した図であり、動作の下方軸位置にある上側のハンドルを示している。 ハンドルと協働し、歪みゲージを支持している弾性的に変形可能なバーを示している斜視図である。 図２に類似した図であり、本発明に従った多方向制御ユニットの別の実施形態を示している。

符号の説明

Ａ…主軸線、Ｂ…第２の軸線、１０…多方向制御ユニット、１２…ボディ、２６…中間部、３６…第１のラジアル下面、３８…第２のラジアル上面、４０…径方向の変位を案内する手段、５４…ハンドル、８２…バー、８３…上側ヘッド部、８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ…ゲージ、９２ａ，９２ｂ…電気スイッチ、

Claims (9)

1. 主軸線（Ａ）を有する下側ボディ（１２）と、
   ラジアル平面内で前記下側ボディ（１２）に関して移動するように装着されている中間部（２６）と、
   前記中間部（２６）の径方向の変位を案内するために、前記中間部（２６）の第１のラジアル下面（３６）と、前記下側ボディ（１２）の第２のラジアル上面（３８）とに共働する径方向の変位を案内する手段（４０）と、
   第２の軸線（Ｂ）を有するハンドル（５４）であって、前記ハンドル（５４）は、前記中間部（２６）により支持されており、径方向の変位の際に、前記ハンドル（５４）の前記第２の軸線（Ｂ）が前記下側ボディ（１２）の前記主軸線（Ａ）とほぼ同軸的に延びている中立の中央位置と、径方向位置の各々では、前記ハンドル（５４）の前記第２の軸線（Ｂ）と前記下側ボディ（１２）の前記主軸線（Ａ）とが、互いに平行であり、径方向でオフセットされている複数の動作の径方向位置との間で、前記ハンドル（５４）は、前記中間部と一体になって動き、また、前記ハンドル（５４）は、前記ハンドル（５４）が弾性的に戻されている非動作の上方軸位置と、動作の下方軸位置との間で、前記第２の軸線（Ｂ）上を軸方向に摺動するように装着されているハンドル（５４）と、
   前記ハンドル（５４）が下方の動作軸位置に向けて変位されたとき状態を変えることができる少なくとも１つの電気スイッチ（９２ａ，９２ｂ）と、
   前記ボディから軸方向に延びている弾性的に変形可能なバー（８２）であって、前記バー（８２）は、前記ハンドル（５４）と協働する上側ヘッド部（８３）を有すると共に、少なくとも１つの歪みゲージ（８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ）を支持し、前記ハンドル（５４）が径方向に駆動されたときに、前記少なくとも１つのゲージ（８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ）が前記ハンドル（５４）の径方向の変位を表す電気信号を発生するように、曲がることができるバー（８２）と、
   を備える多方向制御ユニットにおいて、
   前記ハンドル（５４）は、前記第２の軸線（Ｂ）のまわりに、前記多方向制御ユニット（１０）の前記下側ボディ（１２）に関して自由に回動するように装着されていることを特徴とする多方向制御ユニット。
2. 前記ハンドル（５４）は、前記中間部(２６)と一体的に回転することと、前記中間部（２６）の径方向の変位を案内する手段（４０）は、前記第２の軸線（Ｂ）を中心とした前記ハンドル（５４）の回動を案内し得ることとを特徴とする請求項１の多方向制御ユニット（１０）。
3. 前記径方向の変位を案内する手段（４０）は、少なくとも１つの第１のセット（４２）のボール（４４）を有し、各ボール（４４）は、中間部（２６）の前記第１のラジアル下面（３６）と、前記下側ボディ（１２）の前記第２のラジアル上面（３８）との間に軸方向に挿入されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多方向制御ユニット（１０）。
4. 前記径方向の変位を案内する手段（４０）は、第１の円形のケージ（４６）を有し、このケージ中に、前記第１のセット（４２）のボール（４４）が、回転するように装着され、ハンドル（５４）の前記第２の軸線（Ｂ）のまわりに配置されていることを特徴とする請求項３に記載の多方向制御ユニット（１０）。
5. 前記ハンドル（５４）の第２の軸線上の中央位置に前記案内する手段（４０）を戻す手段（４１）を具備することを特徴とする請求項１に記載の多方向制御ユニット（１０）。
6. 前記中間部（２６）は、中間部（２６）の前記第１のラジアル下面（３６）と第３のラジアル上面（３４）とにより軸方向が規定された環状のラジアルプレート（３０）を有し、また、前記径方向の変位を案内する手段（４０）は、第２のセット（９６）のボール（９８）を有し、各ボール（９８）は、中間部（２６）の前記第３のラジアル上面（３４）と、前記下側ボディ（１２）の第４のラジアル下面（５２）との間に軸方向に挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の多方向制御ユニット（１０）。
7. 前記下側ボディ（１２）は、前記下側ボディ（１２）に対する前記ハンドル（５４）の径方向の変位を制限するように、中間部（２６）の凸型円筒形の軸壁（４９）に面するように配置された内側の凹型円筒形の軸端のストッパー壁（４７）を有していることを特徴とする請求項１に記載の多方向制御ユニット（１０）。
8. 前記スイッチ（９２ａ，９２ｂ）は、多方向制御ユニット（１０）の前記下側ボディ（１２）により支持されていることを特徴とする請求項１に記載の多方向制御ユニット（１０）。
9. バー（８２）の前記ヘッド部（８３）は、前記ハンドル（５４）の第２の軸線（Ｂ）を中心として軸方向に延びている円筒形のアキシアルスリーブ部（８５）中に軸方向に摺動することにより受け入れられていることを特徴とする請求項１に記載の多方向制御ユニット（１０）。

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