JP6009385B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、金型装置に形成されるランナーなどを介してキャビティ空間に溶融状態の成形材料を充填し、成形する（例えば、特許文献１参照）。ホットランナー式の金型装置は、ランナーなどを加熱する加熱源を有し、ランナーなどの成形材料を溶融状態に保つ。キャビティ空間の成形材料のみが固化され成形品として取り出されるので、成形材料の無駄が削減できる。

特開２００４−２３０７５１号公報

従来、金型装置に設定されるゾーンの温度設定値が昇温開始と同時に最終目標値（昇温終了時の値）に設定されており、金型装置の性能が十分に発揮されないことがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、金型装置の性能を十分に発揮できる射出成形機の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
金型に設定されるゾーンにおける温度実績値と温度設定値との温度偏差に基づいて、該ゾーンに配設される加熱源の出力を制御するコントローラを備え、
該コントローラは、前記ゾーンの昇温の途中で前記ゾーンの温度設定値を変化させ、前記ゾーンの温度設定値を設定速度で上昇させ、所定の条件が成立した場合に、前記ゾーンの温度設定値の上昇速度を切り換える、射出成形機が提供される。

本発明の一態様によれば、金型装置の性能を十分に発揮できる、射出成形機が提供される。

本発明の一実施形態による射出成形機を示す図である。 本発明の一実施形態による金型装置の一部を示す断面図である。 本発明の一実施形態による金型装置の温度制御の第１例を示す図である。 本発明の一実施形態による金型装置の温度制御の第２例を示す図である。 本発明の一実施形態による金型装置の温度制御の第３例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態による射出成形機を示す図である。図１に示すように、射出成形機１０は、型締装置２０、射出装置４０、およびコントローラ５０（図２参照）を備える。

型締装置２０は、例えば、固定プラテン２２、可動プラテン２３、リヤプラテン２４、タイバー２５、トグル機構２７、および型締モータ２９などで構成される。型締装置２０の説明では、型閉じ工程における可動プラテン２３の移動方向（図１において右方向）を前方、型開き工程における可動プラテン２３の移動方向（図１において左方向）を後方として説明する。

固定プラテン２２は、フレーム１１に固定されてよい。固定プラテン２２の金型取付面に固定金型３２が取り付けられる。

可動プラテン２３は、フレーム１１に対して移動自在とされる。フレーム１１に敷設される複数本（例えば２本）のガイド１７が可動プラテン２３の移動を案内する。可動プラテン２３の金型取付面に可動金型３３が取り付けられる。固定金型３２および可動金型３３で金型装置３０が構成される。

リヤプラテン２４は、可動プラテン２３の後方に配設され、複数本のタイバー２５を介して固定プラテン２２と連結される。型締め時のタイバー２５の伸びを許容するため、リヤプラテン２４は、フレーム１１に移動可能に載置される。

尚、本実施形態では固定プラテン２２がフレーム１１に固定され、リヤプラテン２４がフレーム１１に載置されるが、固定プラテン２２がフレーム１１に載置され、リヤプラテン２４がフレーム１１に固定されてもよい。

トグル機構２７は、可動プラテン２３とリヤプラテン２４との間に配設される。トグル機構２７は、例えば、フレーム１１に対して進退自在なクロスヘッド２７ａ、クロスヘッド２７ａに入力される推進力を可動プラテン２３に伝達する複数のリンクとで構成される。

型締モータ２９は、回転運動を直線運動に変換する運動変換部としてのボールねじ機構を含み、駆動軸２８を進退させることで、クロスヘッド２７ａを進退させ、トグル機構２７を作動させる。可動プラテン２３が進退させられ、型閉じ、型締め、および型開きが行われる。

射出装置４０は、型締め状態の可動金型３３と固定金型３２との間に形成されるキャビティ空間に溶融状態の成形材料（例えば溶融樹脂）を充填する。充填した成形材料が固化され、成形品が得られる。

射出装置４０は、加熱シリンダ４１、スクリュ４２などを含む。射出装置４０の説明では、充填工程におけるスクリュ４２の移動方向（図１において左方向）を前方、計量工程におけるスクリュ４２の移動方向（図１において右方向）を後方として説明する。

加熱シリンダ４１は、ヒータなどで加熱され、加熱シリンダ４１内の成形材料を加熱する。加熱シリンダ４１の後部には、加熱シリンダ４１内に成形材料（例えば樹脂ペレット）を供給する成形材料供給部としてのホッパ４６が設けられる。

スクリュ４２は、加熱シリンダ４１内において回転自在に且つ進退自在に配設される。加熱シリンダ４１内に供給された成形材料は、スクリュ４２の回転に伴って、スクリュ４２に形成される螺旋状の溝４２ａに沿って前方に送られる。

加熱シリンダ４１は、加熱シリンダ４１内を前進する成形材料を徐々に溶融させる。溶融させた成形材料がスクリュ４２の前方に送られ、加熱シリンダ４１の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ４２が後退させられる。

次に、上記構成の射出成形機１０の動作について説明する。射出成形機１０の動作は、マクロコンピュータ等で構成されるコントローラ５０（図２参照）で制御される。コントローラ５０は、コントローラ５０は、ＣＰＵ５１、制御プログラムなどを格納するＲＯＭ５２、演算結果などを格納する読書き可能なＲＡＭ５３、ハードディスクなどの記憶部５４、入力インターフェイス、出力インターフェイス、タイマ、およびカウンタなどで構成される。コントローラ５０は、ＲＯＭ５２又は記憶部５４などに記憶されたプログラムをＣＰＵ５１で実行させることにより、各種機能を実現する。

型閉じ工程では、型締モータ２９を駆動して、クロスヘッド２７ａを前進させ、トグル機構２７を作動させる。可動プラテン２３が前進させられ、可動金型３３と固定金型３２とが接触し、型閉じが完了する。型閉じ完了後、続いて、型締め工程が開始される。

型締め工程では、型締モータ２９による推進力にトグル倍率を乗じた型締力を発生させる。型締め状態の固定金型３２と可動金型３３との間にキャビティ空間が形成される。型締め工程中に、充填工程、保圧工程、および冷却工程が行われる。

充填工程では、スクリュ４２を設定速度で前進させ、スクリュ４２の前方に蓄積された成形材料を金型装置内に充填させる。スクリュ４２の設定速度は、一定でもよいし、スクリュ位置または経過時間に応じて変更してもよい。スクリュ４２が所定位置（所謂Ｖ／Ｐ切換位置）まで前進すると、保圧工程が開始される。尚、充填工程開始からの経過時間が所定時間に達すると、保圧工程が開始されてもよい。

保圧工程では、スクリュ４２を設定圧力で前方に押し、キャビティ空間における成形材料の冷却による体積収縮分の成形材料を補充する。スクリュ４２の設定圧力は、一定でもよいし、経過時間などに応じて変更してもよい。キャビティ空間の入口（所謂ゲート）がシールされ、キャビティ空間からの成形材料の逆流が防止された後、冷却工程が開始される。

冷却工程では、キャビティ空間内の成形材料を固化する。冷却工程の間に、次の成形品のための成形材料を計量する計量工程が行われてよい。

計量工程では、スクリュ４２を回転させ、スクリュ４２に形成される螺旋状の溝４２ａ内に供給された成形材料を前方に送る。加熱シリンダ４１は加熱シリンダ４１内を前進する成形材料を徐々に溶融させる。溶融させた成形材料がスクリュ４２の前方に送られ、加熱シリンダ４１の前部に蓄積されるにつれて、スクリュ４２が後退させられる。

計量工程では、スクリュ４２の急激な後退を制限すべく、スクリュ４２に対して所定の背圧を加えてよい。スクリュ４２が所定位置まで後退し、スクリュ４２の前方に所定量の成形材料が蓄積すると、計量工程が終了する。

型開き工程は、冷却工程後に行われる。型開き工程では、型締モータ２９を駆動し、クロスヘッド２７ａを後退させ、トグル機構２７を作動させる。フレーム１１に対して可動プラテン２３が後退させられ、型開きが行われる。型開き完了後、可動金型３３から成形品が突き出される。

尚、本実施形態の型締装置２０は、トグル機構２７を使用して型締力を発生させるが、トグル機構２７を使用することなく、型締モータ２９によって発生した推進力を直接型締力として可動プラテン２３に伝達してもよい。また、型締装置は、流体圧シリンダによって発生した推進力を直接型締力として可動プラテン２３に伝達してもよい。また、型締装置は、リニアモータによって型開閉を行い、電磁石によって型締めを行ってもよい。

図２は、本発明の一実施形態による金型装置の一部を示す断面図である。固定金型３２は、ランナー３４を形成するマニホールド３５、およびノズルランナー３６を形成するゲートチップ３７などを有する。成形材料は、ランナー３４およびノズルランナー３６などを通り、キャビティ空間３８に充填される。

固定金型３２は、ホットランナー式の金型であって、成形材料の流路に沿って、第１加熱源Ｈ１、第２加熱源Ｈ２などを有する。第１加熱源Ｈ１は、ランナー３４の近傍に設けられるマニホールドヒータである。第２加熱源Ｈ２は、ノズルランナー３６の近傍に設けられるチップヒータである。

固定金型３２には、複数の加熱源に対応して複数のゾーン（第１ゾーンＺ１、第２ゾーンＺ２）が設定される。各ゾーンの温度実績値は、対応する温度センサ（第１温度センサＳ１、第２温度センサＳ２）で測定される。

尚、本実施形態の固定金型３２には、成形材料の流路に沿って２つのゾーンが設定されるが、３つ以上のゾーンが設定されてもよい。また、温度センサの数と加熱源の数とは同数でなくてもよい。各ゾーンの温度実績値は複数の温度センサの測定結果に基づいて算出できる。

コントローラ５０は、一のゾーン（例えば第１ゾーンＺ１）における温度実績値と温度設定値との温度偏差に基づいて、当該一のゾーンに配設される加熱源（例えば第１加熱源Ｈ１）の出力を制御する。例えば、コントローラ５０は、温度偏差に基づいて演算（例えばＰＩＤ演算）を行い、温度偏差が略ゼロになるように加熱源の通電時間（所定の周期における通電時間の割合）を決める。

ところで、射出成形機１０の成形動作が夜間などに一時停止される場合、金型装置３０内に残留する成形材料の熱劣化を防止するため、金型装置３０は成形時の温度よりも低い温度で保温される。射出成形機１０の成形動作が再開される前に、金型装置３０は成形時の温度と同じ温度に昇温される。金型装置３０が室温よりも高い保温温度から成形温度に昇温されるので、待ち時間が短い。

コントローラ５０は、各ゾーンを保温温度から成形温度に昇温させる途中で、各ゾーンの温度設定値を変化させる。これによって、詳しくは後述するが、金型装置３０の性能を十分に発揮できる。

尚、本実施形態のコントローラ５０は、各ゾーンを保温温度から成形温度に昇温させる途中で、各ゾーンの温度設定値を変化させるが、昇温開始温度や昇温終了温度は多種多様であってよい。例えば、昇温開始温度は室温でもよい。

コントローラ５０が昇温の途中で温度設定値を変化させるか、従来のように昇温開始から昇温終了まで温度設定値を最終目標値で一定に保持するかは、ユーザによる入力部５５の入力操作に応じてゾーン毎に選択されてよい。

コントローラ５０は、各ゾーンにおける温度実績値および温度設定値の時間変化、および各ゾーンに配設される加熱源の出力を表示部５６で表示させてよい。尚、本実施形態では入力部５５と表示部５６とが別に設けられるが、入力部５５と表示部５６とは一体とされてもよく、例えばタッチパネルで構成されてよい。

図３は、本発明の一実施形態による金型装置の温度制御の第１例を示す図である。図３において、実線は第１ゾーンＺ１の温度設定値の時間変化、破線は第１ゾーンＺ１の温度実績値の時間変化、一点鎖線は第１加熱源Ｈ１の出力値の時間変化を示す。尚、第２ゾーンＺ２における温度設定値および温度実績値の時間変化、および第２加熱源Ｈ２の出力値の時間変化は、図３と同様であるので、説明を省略する。

コントローラ５０は、時刻ｔ０で、第１ゾーンＺ１の温度設定値を設定速度で上昇開始させる。第１ゾーンＺ１に配設される第１加熱源Ｈ１の出力が緩やかに増加し、第１加熱源Ｈ１に付いた水分が緩やかに蒸発する。よって、水分の蒸発による第１加熱源Ｈ１の断線が抑制できる。

コントローラ５０は、時刻ｔ１で、所定の条件が成立した場合、第１ゾーンＺ１の温度設定値の上昇速度を切り換える。第１ゾーンＺ１に配設される第１加熱源Ｈ１が十分乾燥した後、第１ゾーンＺ１の昇温速度が加速でき、待ち時間が短縮できる。

所定の条件は、例えば（１）第１ゾーンＺ１の温度実績値が切換温度に達したこと、（２）第１ゾーンＺ１の昇温開始からの経過時間が切換時間に達したことのいずれでもよい。また、所定の条件は、（３）第１ゾーンＺ１の温度実績値および第２ゾーンＺ２の温度実績値がそれぞれの切換温度に達したこと、または（４）第１ゾーンＺ１の昇温開始からの経過時間および第２ゾーンＺ２の昇温開始からの経過時間がそれぞれの切換時間に達したことでもよい。

例えば、コントローラ５０は、上記所定の条件が成立した場合、第１ゾーンＺ１の温度設定値の上昇速度を加速させ、第１ゾーンＺ１の温度設定値を設定速度で上昇させる。尚、第１ゾーンＺ１の温度設定値の上昇速度を切り換える回数は２回以上でもよく、第１ゾーンＺ１の温度設定値の上昇速度を切り換える条件が複数設定されてもよい。

尚、コントローラ５０は、上記所定の条件が成立した時点で、第１ゾーンＺ１の温度設定値を最終目標値（例えば成形時の値）に設定してもよい。この場合も、第１ゾーンＺ１の温度設定値の上昇速度が加速され、待ち時間がさらに短縮できる。

図４は、本発明の一実施形態による金型装置の温度制御の第２例を示す図である。図４において、実線は第１ゾーンＺ１の温度設定値の時間変化、破線は第１ゾーンＺ１の温度実績値の時間変化、１点鎖線は第２ゾーンＺ２の温度設定値の時間変化、２点鎖線は第２ゾーンＺ２の温度実績値の時間変化を示す。

コントローラ５０は、時刻ｔ０で、第１ゾーンＺ１の温度設定値および第２ゾーンＺ２の温度設定値をそれぞれの設定速度で上昇開始させる。第１ゾーンＺ１の温度実績値および第２ゾーンＺ２の温度実績値がそれぞれ緩やかに上昇開始する。

コントローラ５０は、温度実績値が最も低い基準のゾーン（第２ゾーンＺ２）と他のゾーン（第１ゾーンＺ１）との温度実績値の差ΔＴ（＞０）を監視し、監視結果に基づいて、複数のゾーンの温度設定値を個別に設定する。

例えば、コントローラ５０は、時刻ｔ２で差ΔＴ（＞０）が第１閾値ΔＴ１を超えると、コントローラ５０は温度実績値が高いゾーン（第１ゾーンＺ１）の温度設定値を時刻ｔ２の値でしばらく保持する。その間、コントローラ５０は、基準のゾーン（第２ゾーンＺ２）の温度設定値を設定速度で上昇し続ける。その結果、時刻ｔ３で差ΔＴが第２閾値ΔＴ２（ΔＴ２≦ΔＴ１）以下になると、コントローラ５０は複数のゾーン（第１ゾーンＺ１および第２ゾーンＺ２）の温度設定値を上昇させる。各ゾーンの温度実績値が上昇する。

このように、コントローラ５０は、複数のゾーンを昇温させる場合に、温度実績値が最も低い基準のゾーンと他のゾーンとの温度実績値の差を監視し、監視結果に基づいて、複数のゾーンの温度設定値を個別に制御する。よって、複数のゾーンの温度実績値がある程度の温度差に保たれながら上昇する。複数のゾーンが均一に加熱でき、加熱効率が良い。また、複数のゾーンの温度設定値の最終目標値（昇温終了時の温度）が同じ値の場合、複数のゾーンの昇温終了時刻がほぼ同時刻になり、成形開始までの待機中に各ゾーンの温度が成形温度になっている時間が短く、複数の加熱源の消費エネルギーが削減できる。

尚、図４では、複数のゾーンの温度設定値を互いに異なるパターンで上昇させる途中で一のゾーンの温度設定値を変更したが、複数のゾーンの温度設定値を同じパターンで上昇させる途中で一のゾーンの温度設定値を変更してもよい。複数のゾーンの温度設定値を同じパターンで上昇させる場合に、各ゾーンを加熱する加熱源の熱容量の違いなどによって各ゾーンの温度実績値に差が生じることがある。そのような場合に、複数のゾーンが均一に加熱でき、また、複数のゾーンの昇温終了時刻がほぼ同時刻になる。

尚、図４に示す複数のゾーンの温度設定値の最終目標値は、同じ値であるが、異なる値でもよい。温度設定値の最終目標値が異なる複数のゾーンの温度実績値がある程度の温度差に保たれながら上昇する。複数のゾーンが均一に加熱でき、加熱効率が良い。

温度設定値の最終目標値が高いゾーンの温度実績値の方が温度設定値の最終目標値が低いゾーンの温度実績値よりも高い場合、上記第１閾値ΔＴ１は、複数のゾーンの温度設定値の最終目標値の差以上であってよい。複数のゾーンの昇温終了時刻がほぼ同時刻になる。

温度設定値の最終目標値が異なる複数のゾーンの昇温終了時刻がほぼ同時刻になるよう、上記第１閾値ΔＴ１は時間と共に変化してもよい。例えば、温度設定値の最終目標値が高いゾーンの温度実績値が、温度設定値の最終目標値が低いゾーンの温度実績値よりも高い場合、上記第１閾値ΔＴ１は時間と共に大きくなってよい。

また、コントローラ５０は、時刻ｔ２で差ΔＴが第１閾値ΔＴ１を超えたとき、図４に示すように温度実績値が高いゾーンの温度設定値をしばらく保持する代わりに、上昇させたり、下降させたりしてもよい。上昇させる場合、温度実績値が高いゾーンの温度設定の上昇速度は、温度実績値が低い基準のゾーンの温度設定値の昇温速度よりも遅くてよい。

また、コントローラ５０は、時刻ｔ３で差ΔＴが第２閾値ΔＴ２以下になったとき、図４に示すように温度実績値が高いゾーンの温度設定値を時間と共に緩やかに上昇開始する代わりに、時刻ｔ３で不連続に上昇させてもよい。

また、コントローラ５０は、図４に示すように時刻ｔ０で複数のゾーンを同時に昇温開始させる代わりに、複数のゾーンを異なるタイミングで昇温開始させてもよい。例えば、コントローラ５０は、温度実績値の昇温速度の速いゾーンの昇温開始時刻を、温度実績値の昇温速度の遅いゾーンの昇温開始時刻より遅らせてもよい。

図５は、本発明の一実施形態による金型装置の温度制御の第３例を示す図である。図５において、実線は第１ゾーンＺ１の温度設定値の時間変化、破線は第１ゾーンＺ１の温度実績値の時間変化、１点鎖線は第１加熱源Ｈ１の出力値の時間変化を示す。

コントローラ５０は、時刻ｔ０で、第１ゾーンＺ１の温度設定値を設定速度で上昇開始させる。第１ゾーンＺ１に配設される第１加熱源Ｈ１の出力が増加し、第１ゾーンＺ１の温度実績値が緩やかに上昇開始する。

コントローラ５０は、第１加熱源Ｈ１の出力に基づいて、第１加熱源Ｈ１が配設される第１ゾーンＺ１の温度設定値を制御する。第１加熱源Ｈ１の出力は、第１加熱源Ｈ１に供給される電流値を検出する電流センサの検出値、コントローラ５０が決定する第１加熱源Ｈ１の通電時間（所定の周期における通電時間の割合）の指令値などで監視できる。

例えば、コントローラ５０は、第１ゾーンＺ１における温度実績値と温度設定値との温度偏差が大きくなり、時刻ｔ４で、第１加熱源Ｈ１の出力が第１閾値Ｐ１を超えると、第１ゾーンＺ１の温度設定値を時刻ｔ４の値でしばらく保持する。よって、第１ゾーンＺ１に配設される第１加熱源Ｈ１の出力上昇が緩やかになり、第１加熱源Ｈ１の出力が抑制できる。

コントローラ５０が第１ゾーンＺ１の温度設定値を時刻ｔ４の値で保持している間、第１加熱源Ｈ１は第１ゾーンＺ１に熱を供給し続け、第１ゾーンＺ１の温度実績値と第１ゾーンＺ２の温度設定値との温度偏差が小さくなる。そうして、時刻ｔ５で、第１加熱源Ｈ１の出力が第２閾値Ｐ２（Ｐ２≦Ｐ１）以下になると、コントローラは第１ゾーンＺ１の温度設定値を再び上昇させる。

尚、コントローラ５０は、時刻ｔ４で、第１加熱源Ｈ１の出力が第１閾値Ｐ１を超えたとき、図４に示すように第１ゾーンＺ１の温度設定値を時刻ｔ４の値でしばらく保持する代わりに、第１ゾーンＺ１の温度設定値を上昇させたり、下降させたりしてもよい。第１ゾーンＺ１の温度設定値を上昇させる場合、上昇速度を時刻ｔ４の直前よりも緩やかにしてよい。

以上、射出成形機の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

例えば、上記実施形態の金型装置３０は、固定金型３２と可動金型３３とで構成されるが、３つ以上の金型で構成されてもよい。

また、図３に示す制御方法、図４に示す制御方法、図５に示す制御方法は、任意の組合せで用いられてもよいし、単独で用いられてもよい。

また、上記実施形態のコントローラ５０が温度実績値の差を監視する複数のゾーンは、同じ流路に沿って設定されるが、成形材料の流路が複数の分岐路に分岐する場合、異なる分岐路に設定されてもよい。

１０ 射出成形機
２０ 型締装置
２２ 固定プラテン
２３ 可動プラテン
３０ 金型装置
３２ 固定金型
３３ 可動金型
３４ ランナー
３５ マニホールド
３６ ノズルランナー
３７ ゲートチップ
３８ キャビティ空間
４０ 射出装置
５０ コントローラ
Ｈ１ 第１加熱源
Ｈ２ 第２加熱源
Ｚ１ 第１ゾーン
Ｚ２ 第２ゾーン

Claims (6)

1. 金型に設定されるゾーンにおける温度実績値と温度設定値との温度偏差に基づいて、該ゾーンに配設される加熱源の出力を制御するコントローラを備え、
   該コントローラは、前記ゾーンの昇温の途中で前記ゾーンの温度設定値を変化させ、前記ゾーンの温度設定値を設定速度で上昇させ、所定の条件が成立した場合に、前記ゾーンの温度設定値の上昇速度を切り換える、射出成形機。
2. 金型に設定されるゾーンにおける温度実績値と温度設定値との温度偏差に基づいて、該ゾーンに配設される加熱源の出力を制御するコントローラを備え、
   該コントローラは、前記ゾーンの昇温の途中で前記ゾーンの温度設定値を変化させ、複数のゾーンを昇温させる場合に、温度実績値が最も低い基準のゾーンと他のゾーンとの温度実績値の差を監視し、監視結果に基づいて、前記複数のゾーンの温度設定値を個別に制御する、射出成形機。
3. 前記コントローラは、前記金型を加熱する加熱源の出力に基づいて、該加熱源が配設されるゾーンの温度設定値を制御する、請求項２に記載の射出成形機。
4. 金型に設定されるゾーンにおける温度実績値と温度設定値との温度偏差に基づいて、該ゾーンに配設される加熱源の出力を制御するコントローラを備え、
   該コントローラは、前記ゾーンの昇温の途中で前記ゾーンの温度設定値を変化させ、前記金型を加熱する加熱源の出力に基づいて、該加熱源が配設されるゾーンの温度設定値を制御する、射出成形機。
5. 前記コントローラは、前記ゾーンの温度設定値を設定速度で上昇させる、請求項２〜４のいずれか１項に記載の射出成形機。
6. 前記コントローラは、所定の条件が成立した場合に、前記ゾーンの温度設定値の上昇速度を切り換える、請求項５に記載の射出成形機。

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