JP5677958B2 - 直線状作動を使用したフィルタカートリッジ及びシステム - Google Patents

Description

フィルタカートリッジは、水等の様々な液体を濾過する非常に多種多様な用途に使用されている。フィルタカートリッジ、特に冷蔵庫内で水の濾過に使用されるフィルタカートリッジは迅速接続解除システムを使用してマニフォルドに取り付けられ、必要時に容易に交換可能である。多くの場合、迅速接続解除システムは、マニフォルド内の対応する凹所と一致する、フィルタカートリッジから延びる１つ以上の突起を使用する。新しいフィルタカートリッジを装着するためには、突起を凹所に整合した後、フィルタカートリッジを時計回りに回転させてフィルタカートリッジを定位置にロックする。フィルタカートリッジのロックを解除するには、フィルタカートリッジを反時計回りに回転させる。上述したシステムが有する１つの問題は、使用者がフィルタカートリッジを除去し、新しいフィルタカートリッジを装着する際、フィルタカートリッジを把持して両方向に回転させることを可能にするように、フィルタカートリッジの周囲に十分な隙間を提供する必要があることである。ある用途においては、必要なトルクを生成するための、使用者の手及び／又は指のための十分な空間がフィルタカートリッジの周囲に存在せず、このことはツイストロック式（twist and lock style）フィルタシステムの使用を阻止している。

Ｔｕｂｂｙによる２００７年８月２０日付けの米国特許公開第２００７／０１９９８７６号には、直線プッシュ／プル式フィルタカートリッジシステムが開示されている。このようなシステムは、フィルタカートリッジの回転を必要とするツイストロック式のシステムを使用するのには不十分な隙間が存在する用途では良好に働く。直線プッシュ／プル式システムでは、フィルタカートリッジは、挿入又は除去中に回転せず、直線状動作にて導かれる。プッシュ／プル式フィルタカートリッジシステムは回転ラッチを使用して、フィルタカートリッジをマニフォルドに固定する。

直線プッシュ／プル式フィルタカートリッジシステムが有する１つの問題は、回転ラッチの複雑さとフィルタカートリッジシステムの製造の固有のコストである。

本開示は、直線状の力を回転動作に変換してフィルタカートリッジを前進させ、マニフォルド上に固定するフィルタカートリッジシステムを使用することにより、上述した問題を克服する。サービス位置に装着された後、追加の直線状の力がフィルタカートリッジを解放し、同一方向の回転を継続させて、フィルタカートリッジをマニフォルドから除去する。直線プッシュ／プル式フィルタカートリッジシステムとは異なり、本発明は突起及びカムトラックを使用することによって複雑さを非常に低減し、コストを低下させる。

本開示では、新しいフィルタカートリッジを装着及び除去するために、フィルタカートリッジの末端部のみアクセス可能である必要がある。フィルタカートリッジの末端部を押すことによって、フィルタカートリッジがサービス位置内へと前進及び回転する。フィルタカートリッジが解放された際、フィルタカートリッジはサービス位置内へとロックされる。フィルタカートリッジの末端部を２度目に押すことによって、フィルタカートリッジがサービス位置から解放される際に前進し、装着中と同一の方向に回転する。

したがって、一実施形態において本発明は、濾過システムのためのフィルタカートリッジを含み、当該フィルタカートリッジは、第１のカートリッジ末端部及び第２のカートリッジ末端部を有する外側シェルと、第１のカートリッジ末端部上に位置する流入口及び流出口と、外側シェル上に位置する少なくとも１つのカムトラックとを含む。カムトラックは、入口部及び出口部を有するチャネルを形成する第１の対向表面及び第２の対向表面を含む。第１の対向表面は位置決め戻り止めを含む。第２の対向表面は、入口部から出口部への移動方向において、割り出し停止部の前に配置された第１の前進カムと、割り出し停止部の後に配置された第２の前進カムとを含む。

別の実施形態では、本発明は、フィルタカートリッジ及びマニフォルドを含むフィルタシステムを備える。フィルタカートリッジは第１のカートリッジ末端部及び第２のカートリッジ末端部を有する外側シェルと、第１のカートリッジ末端部に取り付けられたステムとを含む。マニフォルドは、ステムと流体連通する弁アセンブリと、受け入れ孔を有する連結ブロックとを含み、受け入れ孔は内面を有し、それにより受け入れ孔は外側シェルの少なくとも一部を包囲する。少なくとも１つの割り出し突起が内面又は外側シェルのいずれかの上に位置し、対応するカムトラックが外側シェル又は内面上に位置する。少なくとも１つのカムトラックは、入口部及び出口部を有するチャネルを形成する第１の対向表面及び第２の対向表面を含む。第１の対向表面は位置決め戻り止めを含む。第２の対向表面は、入口部から出口部への移動方向において、割り出し停止部の前に配置された第１の前進カムと、割り出し停止部の後に配置された第２の前進カムとを含む。

本開示の説明は、例示の実施形態のみを説明するものであって、例示的な説明において具現化される本発明のより広い形態を限定することを意図したものではないということを当業者は理解すべきである。
フィルタカートリッジ及びマニフォルドの斜視図。 弁アセンブリの斜視図。 弁アセンブリの別の斜視図。 弁カートリッジの斜視図。 弁カートリッジの断面図。 流出口アセンブリの斜視図。 弁本体及び流出口アセンブリの斜視図。 連結ブラケットの斜視図。 連結ブラケットの断面図。 フィルタカートリッジの正面図。

明細書及び図面中の参照文字の反復使用は、本発明の同一又は類似の形状又は要素を表すように意図されている。

定義
本明細書で使用される場合、用語の形態「含む（comprise）」、「有する」、及び「含む（include）」は、法律的に同等かつ無制限である。それゆえ、列挙されている要素、機能、工程又は制限に加えて、列挙されていない付加的な要素、機能、工程又は制限が存在し得る。

図１を参照すると、液体濾過アセンブリ２０が示されている。濾過アセンブリ２０は、マニフォルド２１及びフィルタカートリッジ２２を含む。濾過アセンブリ２０は、迅速接続解除システムを使用して、工具を必要としない使用者によるフィルタカートリッジ２２の迅速な交換を可能にする。マニフォルド２１は、フィルタカートリッジ２２と液体連通する弁アセンブリ２４を含んで、フィルタカートリッジ２２に流入する又はフィルタカートリッジ２２から流出する流体を送り、フィルタカートリッジ２２交換中の流体の流入を遮断する。マニフォルド２１は連結ブラケット２６も含んで、フィルタカートリッジ２２をマニフォルド２１に連結し、濾過アセンブリ２０を好適な表面に装着する。

弁アセンブリ
当技術分野において既知の様々な弁アセンブリ２４を濾過アセンブリ２０と共に使用することができる。一実施形態では、図２〜７に図示されている弁アセンブリ２４を使用する。弁アセンブリ２４は３つのセクション、流入口アセンブリ２８、弁本体３０及び流出口アセンブリ３２を含む。これら３つのサブ構成要素の関係は、フィルタカートリッジ２２内に流入する及びフィルタカートリッジ２２から流出する水等の流体の流れを制御する。

流入口アセンブリ２８は、取り外し可能なキャップ３１と、弁カートリッジ３４の一末端部上に適合する圧縮バネ３３とを含み、圧縮バネは、キャップ３１により弁本体３０に固定されている。キャップ３１は、キャップ３１の対向する側部上に位置する一対の保持タブ３６を含み、保持タブは、弁本体３０上の一対の切り欠きスロット３８と一致する。キャップ３１を取り付けるために、タブ３６を切り欠きに整合して切り欠きを通過させ、タブ３６が切り欠かれたスロット３８のスロット部分内に固定されるまで、キャップ３１を回転させる。一旦キャップ３１が固定されたら、圧縮バネ３３が弁カートリッジ３４をキャップ３１から離れるように弁本体３０の中心ボア４０内へと偏倚させる。フィルタカートリッジ２２がマニフォルド２１内に装着されるとき及びマニフォルド２１から除去されるとき、弁カートリッジ３４は中心ボア４０内にて上方及び下方に縦走するであろう。この様式で、圧縮バネ３３はまたフィルタカートリッジ２２も偏倚させ、マニフォルド２１からのフィルタカートリッジ２２の除去を援助する。

弁カートリッジ３４は、弁カートリッジキャップ４２、据付けフランジ４６を有する弁カートリッジ本体４４、及びフィルタカートリッジ２２用の流入口コネクタ５０の１／２を形成する流出口ボア４８、ポペット弁５２、ポペット弁バネ５４、コレット５６、コレット保持具５８、並びに封止リング６０を含む。一般に、弁カートリッジキャップ４２は弁カートリッジ本体４４に溶接されるか又は永久に付着されて、単一の交換可能なユニットを形成する。液体供給チューブは弁カートリッジキャップ４２を介してコレット５６内に挿入されてもよく、封止リング６０により弁カートリッジ３４に対して封止されると共にコレット５６によって定位置に保持される。同様に、弁カートリッジ本体４４は封止リング６０により中心ボア４０に対して封止されて、弁カートリッジ３４が中心ボア４０内で移動する際に洩れを防止してもよい。最後に、封止リング６０は、弁カートリッジ本体４４内でポペット弁５２と弁シート６２との間に配置されてもよい。

流出口アセンブリ３２は、本体の流出口ボア６６を有する流出口本体６４を含み、ボア６６は流出口コネクタ６８を形成する。本体の流出口ボア６６内には、流出口供給チューブを流出口アセンブリ３２に取り付けるための第２のコレット７０、第２のコレット保持具７２、及び封止リング６０が配置されている。流出口アセンブリ３２は、弁本体３０内の弁本体の流出口ボア７６内に嵌合する位置決めカラー７４も含む。一般に、流出口本体６４は弁本体の流出口ボア７６に溶接されるか又は永久に付着される。

弁本体３０は、本体の下部末端部の対向する側部上に位置する一対の固定タブ７８と、各固定タブの上方に位置する一対のロッキングフランジ８０も含む。固定タブ７８は連結ブラケット２６の第１の末端部８２内に挿入される。次いで、弁本体３０がおよそ１８０度回転され、これがロッキングフランジ８０を第１の末端部８２と係合させる。弁本体３０は、一旦係合したら、ロッキングフランジ８０が損われるか又は作用不能とされない限り、連結ブラケット２６から除去されないよう設計されている。

連結ブラケット
図８及び９を参照すると、連結ブラケット２６は、第１の末端部８２、第２の末端部８４、及び側壁８６を含む。第１の末端部８２は、センタリングボア９０を有するカラー８８を含む。センタリングボア９０から、複数の弁アセンブリ保持フランジ９２が突出している。一実施形態では、凹所９４により分離された２つの弁アセンブリ保持フランジ９２が、センタリングボア９０の各側部上におよそ１８０度離間して位置している。弁アセンブリ２４を連結ブラケット２６に固定するために、弁アセンブリ２４の下部末端部をセンタリングボア９０内に配置する。弁本体３０が回転されるにつれて、固定タブ７８が弁アセンブリ保持フランジ９２の下方に強制的に移動される。固定タブ７８が凹所９４と整合されたときに、ロッキングフランジ８０が凹所９４内にパチンと嵌って、弁本体３０の更なる回転を防止し、弁本体３０の連結ブラケット２６からの除去を防止する。

連結ブラケット２６の側壁８６は略円形であり、連結ブラケット２６を他の表面に取り付けるための平坦な据付け面９６を含む。連結ブラケット２６の取り付けを意図する表面の特徴に応じて、代替的な側壁８６の形態も可能である。

連結ブラケット２６の第２の末端部８４は受け入れ孔９８を含んで、フィルタカートリッジ２２を連結ブラケット２６内に案内する。一実施形態において、受け入れ孔９８の内面９９上に、内面９９から突出する１つ以上の割り出し突起１００が配置されている。割り出し突起１００は、フィルタカートリッジ２２上の１つ以上の対応するカムトラック１０２と係合して、フィルタカートリッジ２２をそのサービス位置又は作動位置へ前進及び回転させる。割り出し突起１００は円形、楕円形、三角形又は矩形等の任意の好適な断面形状を有してもよい。一実施形態では、割り出し突起１００は、丸い角を有する正三角形状を含む。一実施形態では、２つの割り出し突起が内面９９上にて１８０度離間して位置している。

割り出し突起１００の数、並びに内面９９上の割り出し突起１００の位置（径方向及び／又は長手方向）は変更されてもよい。一般に、約１〜約５個の割り出し突起１００が使用されてもよく、内面９９上の割り出し突起１００の位置は、フィルタカートリッジ２２が１つの角度位置のみで受け入れ孔９８内に挿入されることを可能にする整合キーとして機能するよう交互に配列されてもよい。代替的に、追加のフランジ又はタブが、内面９９から突出してもよく、追加のフランジ又はタブは、フィルタカートリッジ２２上のカムトラック１０２が１つの角度位置のみでマニフォルド２１内に挿入されるようにするガイドを形成する。

フィルタカートリッジ
図１０を参照すると、一実施形態のフィルタカートリッジ２２は外側シェル１０４を有し、外側シェルは、第１のカートリッジ末端部１０８上に配置されたステム１０６を有する。ステム１０６は、ステム１０６の長さに沿って離間された先端の流入口ボア１１０、第１の封止溝１１２、第２の封止溝１１４、及び第３の封止溝１１６を含む。封止溝内には封止リング６０（図示せず）が配置されている。第１の封止溝１１２及び封止リング６０は、弁カートリッジ３４の流出口ボア４８と一致する寸法を有する。第２及び第３の封止溝（１１４、１１６）並びに封止リング６０は、弁本体３０の中心ボア４０と一致する寸法を有する。ステム１０６上において第１の封止溝と第２の封止溝（１１２、１１４）との間に流出口スロット１１８が配置されている。流出口スロット１１８は、フィルタカートリッジ２２がサービス位置内に収まっているときに、弁本体の流出口ボア７８と流体連通するよう配置されている。したがって、一旦ステム１０６がマニフォルド２１内に挿入されると、流入口ボア１１０がポペット弁５２及び封止リング６０を弁シート６２から移動し、流入口ボア１１０を介して流体をフィルタカートリッジ２２に流入させる。同時に、流出口スロット１１８が弁本体の流出口ボア７８と流体連通し、流出口スロット１１８を介して流体をフィルタカートリッジ２２から流出させる。流体の漏れはステム１０６の長さに沿って位置する封止リング６０により防止される。

一実施形態において、外側シェル１０４は、割り出し突起１００と係合するための少なくとも１つのカムトラック１０２を含んでもよい。一実施形態では、カムトラック１０２は、チャネル１２４を形成する第１の対向表面１２０及び第２の対向表面１２２を含み、チャネルを通って割り出し突起１００が縦走する。第１の対向表面及び第２の対向表面（１２０、１２２）は、図示するように外側シェル１０４の表面から隆起されてもよく、又は外側シェル１０４の表面内に窪まされてもよい。

チャネル１２４は、チャネル１２４を通る移動の方向において入口部１２６及び出口部１２８を含む。入口部１２６は、フィルタカートリッジ２２が最初に連結ブラケット２６内に配置された際に、割り出し突起１００と係合する。割り出し突起１００は、フィルタカートリッジ２２が連結ブラケット２６から除去される際に、出口部１２８を通って退出する。カムトラックの第１の対向表面１２０は、入口部１２６から出口部１２８への移動の方向において位置決め戻り止め１３２の前に配置された任意の第１の上部前進カム１３０と、位置決め戻り止め１３２の後に配置された任意の第２の上部前進カム１３４とを含む。カムトラックの第２の対向表面１２２は、入口部１２６から出口部１２８への移動の方向において、割り出し停止部１３８の前に配置された第１の前進カム１３６と、割り出し停止部１３８の後に配置された第２の前進カム１４０とを含む。

割り出し突起１００とカムトラック１０２とは、フィルタカートリッジ２２の第２のカートリッジ末端部１４２上を１度目に押すことによってフィルタカートリッジ２２がサービス位置へと前進及び回転するように協働する。フィルタカートリッジ２２が解放された際、フィルタカートリッジ２２は割り出し突起１００が位置決め戻り止め１３２内に収まることによってサービス位置内にロックされる。第２のカートリッジ末端部１４２を２度目に押すことによって、フィルタカートリッジ２２は前進して、最初の装着中と同一の方向への回転を継続し、フィルタカートリッジ２２が解放されるにつれて、フィルタカートリッジ２２はサービス位置から離脱する。

上記の動作は、割り出し突起１００及びカムトラック１０２により以下の順序で達成される。割り出し突起１００が入口部１２６においてカムトラック１０２に入る。割り出し突起１００が入口部１２６内に更に縦走するにつれて、フィルタカートリッジ２２を第１の方向１４４に回転させる第１の前進カム１３６と係合する。フィルタカートリッジ２２の回転は割り出し突起１００が割り出し停止部１３８に当接するまで継続する。この時点で、第２のカートリッジ末端部１４２上の装着力が解放されてもよく、圧縮バネ３３がフィルタカートリッジ２２を軸方向に移動して割り出し停止部１３８から離す。次いで、割り出し突起１００は任意の第１の上部前進カム１３０と係合し、第１の上部前進カム１３０は、割り出し突起１００が位置決め戻り止め１３２と係合するまで、フィルタカートリッジ２２の第１の方向１４４の回転を継続させ、それにより圧縮バネ３３の力による更なる回転が防止され、フィルタカートリッジ２２がサービス位置内にロックされる。

フィルタカートリッジ２２を除去するために、第２のカートリッジ末端部１４２が２度目に押されて圧縮バネ３３の力を克服し、それにより割り出し突起１００が第２の前進カム１４０と係合し、この第２の前進カム１４０が、割り出し突起１００を位置決め戻り止め１３２から取り除くのに十分な量だけ、フィルタカートリッジ２２を第１の方向１４４に回転させる。第２のカートリッジ末端部１４２上の力が解放されるにつれて、圧縮バネ３３がフィルタカートリッジ２２を、第２の対向表面１２２から離れるように軸方向に移動し、それにより割り出し突起１００は任意の第２の上部前進カム１３４と係合し、この第２の上部前進カム１３４が、フィルタカートリッジ２２の第１の方向１４４への回転を継続させて割り出し突起１００を出口部１２８内に送り、それによりフィルタカートリッジ２２が連結ブラケット２６から除去されることができる。

前述したように、第１の上部前進カム１３０及び第２の上部前進カム１３４は任意である。これらのカム表面の一方又は両方は、第１の対向表面１２０が位置決め戻り止め１３２のみ、又は位置決め戻り止め１３２とこれらのカム表面のうちの１つのみを含むよう除去されてもよい。第１の前進カム及び／又は第２の前進カム（１３６、１４０）へ十分に回転前進するよう設計することにより、任意の上部前進カムにより提供される追加の回転は必要としない。記載したような任意の上部前進カムを使用した場合、より円滑なフィルタカートリッジ２２の装着と、より信頼できる作動が提供されると思われる。

一実施形態では、外側シェル１０４上に１８０度離間して位置する２つのカムトラック１０２を使用した。各カムトラック１０２上の第１の前進カム１３６、第２の前進カム１４０、第１の上部前進カム１３０、及び第２の上部前進カム１３４は、直線状傾斜プロファイルを含んでいた。直線状傾斜の角度は、マニフォルド２１内でのフィルタカートリッジ２１の直線移動の制限を認識すると共に、マニフォルド２１内でのフィルタカートリッジ２２の円滑な移行及び回転を促進するように調整された。別の実施形態では、ハーモニック、サイクロイド、変形ハーモニック、台形、変形台形、及び多項式系カムプロファイルを使用してもよい。適切なカムプロファイルの設計に、スプライン曲線を使用してもよい。

フィルタカートリッジ２２は、カートリッジに収容された濾過媒体、一実施形態では、末端部キャップ１４６を含んでもよい。末端部キャップ１４６は、回転式接続部により外側シェル１０４に接続されてもよい。例えば、末端部キャップ１４６は、フィルタカートリッジ２１から延びるピン上にパチンと嵌る中心孔を含んでもよい。この様式では、フィルタカートリッジ２２が交換される際に末端部キャップ１４６が押されるときに、フィルタカートリッジ２２はより自由に回転する。

別の実施形態では、末端部キャップ１４６は、らせん又はカム表面により回転可能に取り付けられ、それにより末端部キャップ１４６上の直線状の力が外側シェル１０４を第１の方向１４４に回転するよう偏倚させる。第２のカートリッジ末端部１４２上に位置するらせん又はカムは、カムトラック１０２がフィルタカートリッジ２２をサービス位置内へ、及びサービス位置外へと回転させることを援助し得る。

カムトラック１０２が外側シェル１０４上に配置され、割り出し突起１００が内面９９上に配置されるよう開示されているが、これらの構成要素の位置は交換されてもよい。例えば、カムトラック１０２が内面９９上に位置し、割り出し突起１００が外側シェル１０４上に位置してもよい。代替的に、１つの割り出し突起１００と１つのカムトラック１０２とが内面９９上に配置され、対応するカムトラック１０２と割り出し突起１００とが外側シェル１０４上に位置してもよい。記載したような代替的な位置決め構成要素は、フィルタカートリッジ２２のための整合キーとして機能する。

液体濾過システム２０の様々な部品、特に上述したような連結ブラケット２６及びフィルタカートリッジ２２は、十分な強度及び製造可能性を有する任意の好適な材料から構成されることができる。好適な材料の例としては、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン、及び様々なポリフェニレンエーテル化合物が挙げられる。例えばより高い強度が必要な用途においては、部品をステンレス鋼及びアルミニウム等の金属で構成し得ることも想定される。

本発明に対する他の改変及び変形は、当業者により、添付の特許請求の範囲に更に特定して示される、本発明の趣旨及び範囲を逸脱せずに実施され得る。様々な実施形態の態様は、様々な実施形態の他の形態と全体的に、若しくは一部的に互換可能、又は結合され得るということが理解される。特許状への上記の出願の中で引用されている全ての参照、特許、又は特許出願は、一貫した方法で参照することにより本明細書に組み込まれる。組み込まれている参考物と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合には、先行の説明における情報を優先するものとする。当業者が特許請求の範囲に記載されている本発明を実施できるようにするために、前述の記載は、請求項及びそれと同等物の全てによって定義づけられている本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきでない。

Claims (4)

1. 第１のカートリッジ末端部及び第２のカートリッジ末端部を有する外側シェルと、
   前記第１のカートリッジ末端部上に位置する流入口及び流出口と、を備えるフィルタカートリッジであって、
   前記外側シェルは、係合相手の突起を案内するチャネルを形成する第１の対向表面及び第２の対向表面を有し、
   前記チャネルは、前記突起が進入する入口部と、前記突起が退出する出口部とを含み、
   前記第１の対向表面は、前記突起が前記入口部から前記出口部まで移動する間に前記突起と係合して前記突起の移動を止める位置決め戻り止めを含み、
   前記第２の対向表面は、
   前記突起が前記入口部から前記出口部まで移動する間に前記位置決め戻り止めよりも前に前記突起と係合して前記突起の移動を止める割り出し停止部と、
   前記突起が前記入口部から前記出口部まで移動する間に前記割り出し停止部よりも前に前記突起と係合して該突起を前記入口部から前記割り出し停止部へ導く第１の前進カムと、
   前記突起が前記入口部から前記出口部まで移動する間に前記位置決め戻り止めよりも後に前記突起と係合して該突起を前記位置決め戻り止めから前記出口部へ導く第２の前進カムと、を含む、フィルタカートリッジ。
2. 前記第１のカートリッジ末端部に取り付けられたステムを備え、
   前記ステムは、弁アセンブリ及び連結ブラケットを含むマニフォルド内に配置され、
   前記突起は、前記連結ブラケットに設けられ、
   前記第１の前進カムは、前記突起を前記割り出し停止部に導くときに、前記フィルタカートリッジを前記連結ブラケットに対して回転させるように形成され、
   前記第２の前進カムは、前記突起を前記出口部に導くときに、前記フィルタカートリッジを前記連結ブラケットに対して回転させるように形成される、請求項１に記載のフィルタカートリッジ。
3. 前記第２のカートリッジ末端部上を１度目に押すことによって、前記突起を前記第１の前進カムに係合させて、前記フィルタカートリッジを、前記突起が前記位置決め戻り止めと係合するサービス位置に向かう第１の方向に回転させ、前記フィルタカートリッジを前記マニフォルドに装着することを含む、請求項２に記載のフィルタカートリッジの前記マニフォルド内への装着及び除去方法。
4. 前記第２のカートリッジ末端部上を２度目に押すことによって、前記突起を前記第２の前進カムに係合させて、前記フィルタカートリッジを前記第１の方向に継続して回転させて前記フィルタカートリッジを前記サービス位置から移動させ、前記フィルタカートリッジを前記マニフォルドから除去することを含む、請求項３に記載の方法。

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