JP5798946B2 - 電動パワーステアリング装置、及びそれに用いられる軸連結器 - Google Patents

電動パワーステアリング装置、及びそれに用いられる軸連結器 Download PDF

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Description

本発明は、電動パワーステアリング装置におけるウォームシャフトと電動モータの出力シャフトとを連結する軸連結器に関するものである。
一般的に、電動パワーステアリング装置では、ウォーム減速機のバックラッシュを低減するために、ウォームシャフトをウォームホイール側に向けて付勢する構造となっている。そのため、ウォームシャフトは電動モータ側に設けられた軸受を中心に傾動するため、ウォームシャフトと電動モータの出力シャフトとの連結部に軸ずれが発生する。この軸ずれを許容して電動モータの回転トルクをウォームシャフトに伝達するための継手が必要となる。
この種の継手を有する軸連結器として、特許文献1には、回転軸に連結された連結基体と、ステアリング軸に連結された連結基体と、両連結基体を介して回転軸とステアリング軸との間に配置され回転軸の回転をステアリング軸に伝達する一対の回転伝達部材と、を備え、回転伝達部材は、円環状の基部と、基部に一体的に径方向に突出して設けられた一対の突部と、を備えるものが開示されている。
WO2005/116473
しかしながら、特許文献1に記載の軸連結器では、継手としての回転伝達部材が基部と突部が一体化した一部品からなる形状である。そのため、ウォームシャフトが電動モータの出力シャフトに対して傾動し回転伝達部材がウォームシャフトと電動モータの出力シャフトとの軸ずれを許容する際に、ウォームシャフトの傾動トルクが大きくなり、ウォームシャフトがスムーズに傾動しない。その場合には、ウォーム減速機のバックラッシュ低減が不安定となる。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ウォーム減速機のバックラッシュを安定して低減することを目的とする。
本発明は、電動パワーステアリング装置であって、操舵ハンドルに連係する操舵軸に設けられるウォームホイールと、前記ウォームホイールに噛み合うウォームシャフトと、前記ウォームシャフトを回転させる電動モータと、前記ウォームシャフトを前記ウォームホイールに向けて付勢する付勢部材と、前記ウォームシャフトが前記電動モータの出力シャフトに対して傾動可能なように、前記ウォームシャフトと前記電動モータの出力シャフトとを連結する軸連結器と、を備え、前記軸連結器は、前記電動モータの出力シャフトに接続されるモータ側ジョイントと、前記ウォームシャフトに接続されるウォーム側ジョイントと、前記モータ側ジョイントと前記ウォーム側ジョイントとの間に設けられ、前記電動モータの回転トルクを前記ウォームシャフトに伝達するためのカップリングと、を備え、前記モータ側ジョイント及び前記ウォーム側ジョイントは、軸方向に延びる複数の突出部を有し、互いの前記突出部が周方向に交互に並ぶように配置され、前記カップリングは、前記モータ側ジョイント又は前記ウォーム側ジョイントの前記突出部に嵌る複数のキャップからなることを特徴とする。
また、本発明は、電動パワーステアリング装置におけるウォームシャフトと電動モータの出力シャフトとを連結する軸連結器であって、前記電動モータの出力シャフトに接続されるモータ側ジョイントと、前記ウォームシャフトに接続されるウォーム側ジョイントと、前記モータ側ジョイントと前記ウォーム側ジョイントとの間に設けられ、前記電動モータの回転トルクを前記ウォームシャフトに伝達するためのカップリングと、を備え、前記モータ側ジョイント及び前記ウォーム側ジョイントは、軸方向に延びる複数の突出部を有し、互いの前記突出部が周方向に交互に並ぶように配置され、前記カップリングは、前記モータ側ジョイント又は前記ウォーム側ジョイントの前記突出部に嵌る複数のキャップからなり、前記複数のキャップは、相対的に剛性の小さい柔軟性のある弾性材料にて形成されたキャップと、相対的に剛性の大きい樹脂材料にて形成されたキャップと、からなり、
弾性材料にて形成された前記キャップと樹脂材料にて形成された前記キャップとは、周方向に交互に配置されるように前記突出部に嵌ることを特徴とする。
本発明によれば、電動モータの回転トルクをウォームシャフトに伝達するためのカップリングがモータ側ジョイント又はウォーム側ジョイントの突出部に嵌る複数のキャップからなる分割構造であるため、カップリングはウォームシャフトが傾動する際、個々のキャップが独立に動いてウォームシャフトと電動モータの出力シャフトとの軸ずれを許容する。そのため、ウォームシャフトの傾動トルクの増加が抑制され、ウォームシャフトがスムーズに傾動するため、ウォーム減速機のバックラッシュが安定して低減される。
本発明の実施形態に係る軸連結器が用いられる電動パワーステアリング装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る軸連結器の分解図である。 本発明の実施形態に係る軸連結器の斜視図である。 本発明の実施形態に係る軸連結器の平面図である。 本発明の実施形態に係る軸連結器のキャップの変形例を示す平面図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係る軸連結器100は、電動パワーステアリング装置101におけるウォームシャフトと電動モータの出力シャフトとを連結するものである。
まず、図1を参照して、電動パワーステアリング装置101について説明する。
電動パワーステアリング装置101は、車両に搭載され、ドライバーが操舵ハンドルに加える操舵力を補助する装置である。
電動パワーステアリング装置101は、操舵ハンドルに連係する操舵軸に設けられるウォームホイール1と、ウォームホイール1に噛み合うウォームシャフト2と、ウォームシャフト2と軸連結器100を介して連結された電動モータ7と、を備える。電動モータ7の駆動に伴ってウォームシャフト2が回転し、ウォームシャフト2の回転が減速してウォームホイール1に伝達される。ウォームホイール1とウォームシャフト2にてウォーム減速機が構成される。
軸連結器100は、ウォームシャフト2と電動モータ7の出力シャフト7aとを連結するものである。軸連結器100については、後に詳細に説明する。
電動モータ7から出力されるトルクは、ウォームシャフト2からウォームホイール1に伝達されて操舵軸にアシストトルクとして付与される。電動モータ7が出力するトルクは、操舵軸を構成する入力軸と出力軸との相対回転によって捩れるトーションバーの捩れ量に基づいて演算される操舵トルクに対応する。
ウォームシャフト2は金属製のギヤケース3に収容される。ウォームシャフト2の一部には、ウォームホイール1の歯部1aと噛み合う歯部2aが形成される。ギヤケース3の内周面には歯部2aに対応する位置に開口部3cが形成され、その開口部3cを通じてウォームシャフト2の歯部2aとウォームホイール1の歯部1aとが噛み合う。
ウォームシャフト2の電動モータ7側である基端側は、第1軸受4によって回転自在に支持される。第1軸受4は、環状の内輪と外輪の間にボールが介在されたものである。第1軸受4の外輪は、ギヤケース3に形成された段部3aとロックナット5との間で挟持される。第1軸受4の内輪は、ウォームシャフト2の段部2bとウォームシャフト2に接続されたウォーム側ジョイント6との間で挟持される。これにより、ウォームシャフト2の軸方向への移動が規制される。
ギヤケース3の底部には、断面がL字状の環状の弾性部材としてのL字リング10を介して第2軸受11が収装される。ウォームシャフト2の先端側は第2軸受11によって回転自在に支持される。第2軸受11は、環状の内輪と外輪の間にボールが介在されたものである。第2軸受11の内輪にはウォームシャフト2の先端部付近に形成された段部2cが係止される。
第2軸受11はL字リング10の付勢力によってウォームシャフト2の段部2cに押し付けられるため、第2軸受11の軸方向のガタつきが低減される。つまり、L字リング10は、ギヤケース3の底部と第2軸受11の底部との間にて圧縮され、第2軸受11を軸方向に与圧している。
ギヤケース3の端部側の外周面には、端面17aが平面状のフランジ部17が突出して形成される。フランジ部17には、第2軸受11の外周面に臨んで開口する貫通孔13が形成される。フランジ部17の端面17aに開口する貫通孔13の開口部はプラグ14によって閉塞される。
貫通孔13には、プラグ14の先端面と第2軸受11の外周面との間で圧縮された付勢部材としてのコイルスプリング12が収装される。コイルスプリング12は、ウォームシャフト2の歯部2aとウォームホイール1の歯部1aとの隙間が小さくなる方向に第2軸受11を付勢する。つまり、コイルスプリング12は、第2軸受11を介してウォームシャフト2をウォームホイール1に向けて付勢する。
ギヤケース3における第2軸受11の外周面を囲う内周面3bは、第2軸受11がコイルスプリング12の付勢力によってウォームホイール1に向けて移動できるように、長穴形状に形成される。
ギヤケース3内へのウォームシャフト2の組み付けが完了した初期時点では、第2軸受11は、コイルスプリング12の付勢力によってウォームホイール1側に付勢され、バックラッシュがない状態となる。この状態では、ウォームシャフト2は、コイルスプリング12の付勢力によって第1軸受4を支点として傾き、ウォームシャフト2と電動モータ7の出力シャフト7aとの軸がずれた状態となる。このウォームシャフト2と電動モータ7の出力シャフト7aとの軸ずれは、軸連結器100にて許容される。
電動パワーステアリング装置101の駆動に伴ってウォームシャフト2とウォームホイール1の歯部1a,2aの摩耗が進めば、コイルスプリング12の付勢力によって第2軸受11がギヤケース3の長穴内を移動し、ウォームシャフト2とウォームホイール1との歯部1a,2aのバックラッシュが低減される。したがって、バックラッシュが安定して低減されるためには、軸連結器100によってウォームシャフト2と電動モータ7の出力シャフト7aとの軸ずれが許容され、ウォームシャフト2が電動モータ7の出力シャフト7aに対してスムーズに傾動することが必要となる。
次に、主に図2〜4を参照して、軸連結器100について説明する。図2は軸連結器100の分解図であり、図3は軸連結器100の斜視図であり、図4は軸連結器100の平面図である。
軸連結器100は、電動モータ7の出力シャフト7aに接続されるモータ側ジョイント8と、ウォームシャフト2に接続されるウォーム側ジョイント6と、モータ側ジョイント8とウォーム側ジョイント6との間に設けられ電動モータ7の回転トルクをウォームシャフト2に伝達するためのカップリング20と、を備える。
モータ側ジョイント8は、電動モータ7の出力シャフト7aの先端側外周面に圧入される嵌合穴31aが形成された環状の基部31と、基部31の外周縁から突出して形成され軸方向に延びる複数の突出部32と、を有する。モータ側ジョイント8は鉄鋼材料からなる。
モータ側ジョイント8は、出力シャフト7aの先端側外周面に嵌合穴31aを圧入することによって出力シャフト7aに接続され、出力シャフト7aに対する抜け止めと回り止めが図られる。出力シャフト7aへのモータ側ジョイント8の接続方法は、圧入に限られず、出力シャフト7aに対するモータ側ジョイント8の抜け止めと回り止めが実現されれば、他の方法を用いてもよい。
突出部32は、周方向に等間隔に並んで4つ形成される。4つの突出部32は、基部31の中心軸を中心として略円弧形状に形成される。突出部32の外周面は、略径方向に延びる一対の平面部32aを有する。
ウォーム側ジョイント6は、ウォームシャフト2の基端側外周面に圧入される嵌合穴41aが形成された環状の基部41と、基部41の外周縁から突出して形成され軸方向に延びる複数の突出部42と、を有する。ウォーム側ジョイント6は鉄鋼材料からなる。
ウォーム側ジョイント6は、ウォームシャフト2の基端側外周面に嵌合穴41aを圧入することによってウォームシャフト2に接続され、ウォームシャフト2に対する抜け止めと回り止めが図られる。ウォーム側ジョイント6は、基部41の端面41bがウォームシャフト2の段部2d及び第1軸受4の内輪に当接するまでウォームシャフト2の基端側外周面に圧入される。ウォームシャフト2へのウォーム側ジョイント6の接続方法は、モータ側ジョイント8と同様に圧入に限られない。
突出部42は、周方向に等間隔に並んで4つ形成される。4つの突出部42は、基部41の中心軸を中心として略円弧形状に形成される。突出部42の外周面は、略径方向に延びる一対の平面部42aを有する。
モータ側ジョイント8とウォーム側ジョイント6は、同一形状であり、図3及び図4に示すように、互いの突出部32,42が周方向に交互に等間隔で並ぶように対向して配置される。図4では、ウォーム側ジョイント6の突出部42を一点鎖線で示す。
カップリング20は、モータ側ジョイント8の各突出部32に嵌る複数の独立したキャップ21からなる。このように、カップリング20は、複数のキャップ21からなる分割構造である。本実施形態では、カップリング20は、モータ側ジョイント8の突出部32の数と同数の4つのキャップ21からなる。4つのキャップ21は同一形状である。図4は、モータ側ジョイント8の各突出部32にキャップ21が嵌った状態の平面図であり、ウォーム側ジョイント6については突出部42のみを一点鎖線で示している。
キャップ21は、突出部32の外周面に対応する内周面を有するリング形状であり、突出部32の外周面に嵌る。キャップ21は、モータ側ジョイント8及びウォーム側ジョイント6の隣り合う突出部32,42の平面部32aと平面部42aに挟まれ、電動モータ7の回転トルクをウォームシャフト2に伝達するための一対のトルク伝達部22と、一対のトルク伝達部22の中心側の端部を連結する内周部23と、一対のトルク伝達部22の外側の端部を連結する外周部24と、からなる。
トルク伝達部22は、隣り合う突出部32,42の隙間に嵌るように、略径方向に延びて形成される。つまり、各キャップ21のトルク伝達部22は、電動モータ7の出力シャフト7aを中心として放射状に配置される(図4参照)。これにより、電動モータ7の回転トルクは、モータ側ジョイント8の突出部32からキャップ21のトルク伝達部22を通じてウォーム側ジョイント6の突出部42に伝達され、ウォームシャフト2に伝達されることになる。
キャップ21をモータ側ジョイント8の各突出部32に嵌める代わりに、ウォーム側ジョイント6の各突出部42に嵌めるようにしてもよい。つまり、キャップ21は、モータ側ジョイント8の突出部32又はウォーム側ジョイント6の突出部42に嵌められる。
キャップ21は、相対的に剛性の小さい柔軟性のあるゴム等の弾性材51を、相対的に剛性の大きい一対の樹脂材52にて挟んだ3層構造にて構成される。キャップ21を剛性の小さい材料と大きい材料にて構成することによって、キャップ21は柔軟性と剛性を兼ね備えた特性を有することになる。したがって、キャップ21は、電動モータ7の回転トルクをウォームシャフト2へ効率良く伝達する共に、ウォームシャフト2と電動モータ7の出力シャフト7aとの軸ずれを許容するように機能する。
キャップ21を、相対的に剛性の小さい柔軟性のある弾性材51と相対的に剛性の大きい樹脂材52との2層構造にて構成するようにしてもよい。
次に、軸連結器100の組み立て手順について説明する。
まず、モータ側ジョイント8の嵌合穴31aを電動モータ7の出力シャフト7aの先端側外周面に圧入することによって、モータ側ジョイント8を出力シャフト7aに接続する。
次に、4つのキャップ21をモータ側ジョイント8の各突出部32に嵌める。
次に、ウォーム側ジョイント6の各突出部42を隣り合うキャップ21の間に挿入する。これにより、キャップ21のトルク伝達部22は、モータ側ジョイント8及びウォーム側ジョイント6の隣り合う突出部32,42に挟まれた状態となる(図3及び4に示す状態)。
最後に、ウォーム側ジョイント6の嵌合穴41aをウォームシャフト2の基端側外周面に圧入することによって、ウォーム側ジョイント6をウォームシャフト2に接続する。以上のようにして、ウォームシャフト2と電動モータ7の出力シャフト7aとが軸連結器100を介して連結される。
キャップ21をウォーム側ジョイント6の各突出部42に嵌める場合には、上記手順と逆の手順で行えばよい。キャップ21をモータ側ジョイント8の突出部32及びウォーム側ジョイント6の突出部42のいずれに嵌めるかは、ウォームシャフト2と電動モータ7の組み上げる順番による。つまり、電動モータ7を先に組み上げる場合には、キャップ21はモータ側ジョイント8の突出部32に嵌められ、ウォームシャフト2を先に組み上げる場合には、キャップ21はウォーム側ジョイント6の突出部42に嵌められることになる。
次に、軸連結器100の作用及び効果について説明する。
上述のように、ウォームシャフト2は、バックラッシュ低減のために、コイルスプリング12によって付勢されており、第1軸受4を支点として傾動する構造となっている。ウォームシャフト2が傾動すると、ウォームシャフト2と電動モータ7の出力シャフト7aとの軸がずれた状態となり、この軸ずれは軸連結器100のカップリング20にて許容される。
従来の一体型のカップリングでは、ウォームシャフト2の傾動に伴ってウォームシャフト2の傾動トルクが大きくなる傾向がある。このような傾動トルクが大きい状態では、コイルスプリング12がウォームシャフト2を付勢し切れなくなるため、ウォームシャフト2がスムーズに傾動できず、ウォーム減速機のバックラッシュ低減が不安定となる。
これに対して、本実施形態のカップリング20は、複数のキャップ21からなる分割構造であるため、ウォームシャフト2が傾動する際、個々のキャップ21が独立に動いてウォームシャフト2と出力シャフト7aとの軸ずれを許容する。そのため、ウォームシャフト2の傾動トルクの増加が抑制され、ウォームシャフト2がスムーズに傾動するため、ウォーム減速機のバックラッシュが安定して低減されると共に、電動モータ7の回転トルクをより正確にウォームシャフト2に伝達することが可能となる。
また、カップリング20は、複数のキャップ21からなる分割構造であるため、電動モータ7の回転トルクがそれぞれのキャップ21に均等に分散されてウォームシャフト2へ伝達される。したがって、電動モータ7の回転トルクがウォームシャフト2へ効率良く伝達されると共に、騒音が低減される。さらに、キャップ21同士が影響し合わないため、寿命においても有利となる。
以上のように、カップリング20は、ウォーム減速機のバックラッシュが安定して低減されるように作用すると共に、電動モータ7の回転トルクがウォームシャフト2へ効率良く伝達されるように作用する。
以下に、上記実施形態の変形例について説明する。
(1)上記実施形態では、キャップ21が突出部32の外周面に対応する内周面を有するリング形状である場合を例示した。これに代わり、キャップ21を、図5に示すように、一対のトルク伝達部22と、一対のトルク伝達部22の中心側の端部を連結する内周部23と、からなるように構成してもよい。つまり、キャップ21の外周部24を取り除き、キャップ21の外側を開放するように構成してもよい。この場合には、モータ側ジョイント8の内周側へのキャップ21の脱落を防止するために、ウォームシャフト2がウォーム側ジョイント6の嵌合穴41aを挿通してウォームシャフト2の先端側外周面がキャップ21の内周部23に対峙するように構成するか、又は電動モータ7の出力シャフト7aがモータ側ジョイント8の嵌合穴31aを挿通して出力シャフト7aの先端側外周面がキャップ21の内周部23に対峙するように構成する必要がある。この場合、内周部23の内周面23aをウォームシャフト2の先端側外周面又は出力シャフト7aの先端側外周面に対応する円弧状に形成するのが望ましい。また、ウォームシャフト2の先端側外周面又は出力シャフト7aの先端側外周面をキャップ21の内周部23に対峙させる代わりに、ウォームシャフト2の先端側外周面又は出力シャフト7aの先端側外周面に、キャップ21の内周部23に対峙する環状部材を結合するようにしても、キャップ21の脱落を防止することができる。
(2)上記実施形態では、モータ側ジョイント8及びウォーム側ジョイント6がそれぞれ4つの突出部32,42を有する構成について例示したが、突出部32,42の数は4つに限定されるものではなく、複数であればよい。例えば、突出部32,42は3つであってもよい。
(3)上記実施形態では、キャップ21は、相対的に剛性の小さい柔軟性のある弾性材51を相対的に剛性の大きい一対の樹脂材52にて挟んだ3層構造にて構成されると説明した。しかし、この構成に代わり、4つのキャップ21を、相対的に剛性の小さい柔軟性のあるゴム等の弾性材料にて形成された2つのキャップと相対的に剛性の大きい樹脂材料にて形成された2つのキャップとからなるように構成してもよい。この場合には、弾性材料にて形成されたキャップと樹脂材料にて形成されたキャップとが周方向に交互に配置されるように、モータ側ジョイント8の突出部32に嵌めるのが望ましい。キャップ21をこのように構成することによって、キャップ21の製造コストを低減することができる。
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
本発明の軸連結器は、ドライバーがハンドルに加える操舵力を補助する電動パワーステアリング装置に用いることができる。
1 ウォームホイール
2 ウォームシャフト
3 ギヤケース
4 第1軸受
6 ウォーム側ジョイント
7 電動モータ
7a 出力シャフト
8 モータ側ジョイント
12 コイルスプリング
20 カップリング
21 キャップ
22 トルク伝達部
31,41 基部
31a,41a 嵌合穴
32,42 突出部
51 弾性材
52 樹脂材
100 軸連結器
101 電動パワーステアリング装置

Claims (7)

  1. 電動パワーステアリング装置であって、
    操舵ハンドルに連係する操舵軸に設けられるウォームホイールと、
    前記ウォームホイールに噛み合うウォームシャフトと、
    前記ウォームシャフトを回転させる電動モータと、
    前記ウォームシャフトを前記ウォームホイールに向けて付勢する付勢部材と、
    前記ウォームシャフトが前記電動モータの出力シャフトに対して傾動可能なように、前記ウォームシャフトと前記電動モータの出力シャフトとを連結する軸連結器と、を備え、
    前記軸連結器は、
    前記電動モータの出力シャフトに接続されるモータ側ジョイントと、
    前記ウォームシャフトに接続されるウォーム側ジョイントと、
    前記モータ側ジョイントと前記ウォーム側ジョイントとの間に設けられ、前記電動モータの回転トルクを前記ウォームシャフトに伝達するためのカップリングと、を備え、
    前記モータ側ジョイント及び前記ウォーム側ジョイントは、軸方向に延びる複数の突出部を有し、互いの前記突出部が周方向に交互に並ぶように配置され、
    前記カップリングは、前記モータ側ジョイント又は前記ウォーム側ジョイントの前記突出部に嵌る複数のキャップからなることを特徴とする電動パワーステアリング装置
  2. 前記複数のキャップは、前記モータ側ジョイントの前記突出部及び前記ウォーム側ジョイントの前記突出部のいずれか一方に嵌ることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記キャップは、前記モータ側ジョイント及び前記ウォーム側ジョイントの隣り合う前記突出部に挟まれて前記電動モータの回転トルクをウォームシャフトに伝達する一対のトルク伝達部を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置
  4. 前記キャップは前記突出部の外周面に嵌るリング形状であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の電動パワーステアリング装置
  5. 前記キャップ、前記一対のトルク伝達部と、当該一対のトルク伝達部の中心側の端部を連結する内周部と、からなることを特徴とする請求項に記載の電動パワーステアリング装置
  6. 電動パワーステアリング装置におけるウォームシャフトと電動モータの出力シャフトとを連結する軸連結器であって、
    前記電動モータの出力シャフトに接続されるモータ側ジョイントと、
    前記ウォームシャフトに接続されるウォーム側ジョイントと、
    前記モータ側ジョイントと前記ウォーム側ジョイントとの間に設けられ、前記電動モータの回転トルクを前記ウォームシャフトに伝達するためのカップリングと、を備え、
    前記モータ側ジョイント及び前記ウォーム側ジョイントは、軸方向に延びる複数の突出部を有し、互いの前記突出部が周方向に交互に並ぶように配置され、
    前記カップリングは、前記モータ側ジョイント又は前記ウォーム側ジョイントの前記突出部に嵌る複数のキャップからなり、
    前記複数のキャップは、相対的に剛性の小さい柔軟性のある弾性材料にて形成されたキャップと、相対的に剛性の大きい樹脂材料にて形成されたキャップと、からなり、
    弾性材料にて形成された前記キャップと樹脂材料にて形成された前記キャップとは、周方向に交互に配置されるように前記突出部に嵌ることを特徴とする軸連結器。
  7. 請求項6に記載の軸連結器によって前記ウォームシャフトと前記電動モータの出力シャフトとが連結されたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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