JP6263032B2 - ダンパ - Google Patents

Description

この発明は、ダンパに関し、特に、構造物や大型機械の振動を抑制する制振装置や免震装置への利用に適するダンパに関する。

制振装置に使用されるダンパにあっては、構造物の振動を効果的に収束させるため、免震装置に使用されるダンパにあっては、地盤からの振動入力を絶縁して構造物の振動を抑制するため、振動状況に応じて減衰力特性を可変にするものが開発されている。

このようなダンパは、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内を伸側室と圧側室とに区画するピストンと、シリンダ内に移動自在に挿入されてピストンに連結されるロッドと、伸側室と圧側室とを連通する液圧回路とを備えており、液圧回路に設けた多数のバルブを利用することで減衰力をピストン速度に依存させて減衰力特性（ピストン速度に対する減衰力の特性）を可変にしている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１３０２０３号公報

上記した従来のダンパにあっては、液圧回路は、シリンダの開口を閉塞するロッドガイドの側方に取り付けたバルブブロック内に設けられているために、ダンパが径方向に大型化してしまう。

このようにダンパが径方向に大型化すると構造物の壁内などの狭小スペースへのダンパの設置が難しく、設置個所が制限される問題があるとともに、減衰力特性を切り替えるための機構が複雑化するといった問題がある。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、減衰力特性の切り替えを行うことを可能としつつも大型化を招かず構造が簡単なダンパを提供することである。

上記した目的を達成するために、本発明の課題解決手段におけるダンパは、シリンダと、上記シリンダ内に直列に設けた複数の作動室と、上記作動室毎に挿入されて対応する作動室内を伸側室と圧側室とに区画する複数のピストンと、上記シリンダ内に移動自在に挿入されて上記各ピストンに連結されるロッドと、上記作動室毎に設けられて対応する作動室内の上記伸側室と上記圧側室とを上記シリンダ内で連通して通過する流体の流れに抵抗を与える複数の減衰通路と、上記作動室毎に設けられて対応する作動室内の上記伸側室と上記圧側室とを上記シリンダ外で連通する複数の連通路と、上記連通路毎に設けられる複数の開閉弁とを備えたことを特徴とする。

本発明のダンパによれば、減衰力特性の切り替えを行うことが可能でありつつも大型化を招かず構造が簡単となる。

一実施の形態におけるダンパの概略断面図である。 他の一実施の形態におけるダンパの概略断面図である。

以下に、図示した実施の形態に基づいて、この発明を説明する。一実施の形態におけるダンパＤは、図１に示すように、シリンダ１と、シリンダ１内に直列に設けた二つの作動室Ｒ１，Ｒ２と、作動室Ｒ１，Ｒ２毎に挿入されて対応する作動室Ｒ１，Ｒ２内を伸側室Ａ１，Ａ２と圧側室Ｂ１，Ｂ２とに区画する複数のピストン２，３と、シリンダ１内に移動自在に挿入されて各ピストン２，３に連結されるロッド４と、作動室Ｒ１，Ｒ２毎に設けられて対応する作動室Ｒ１，Ｒ２内の伸側室Ａ１，Ａ２と圧側室Ｂ１，Ｂ２とをシリンダ１内で連通して通過する流体の流れに抵抗を与える複数の減衰通路５，６と、作動室Ｒ１，Ｒ２毎に設けられて対応する作動室Ｒ１，Ｒ２内の伸側室Ａ１，Ａ２と圧側室Ｂ１，Ｂ２とをシリンダ１外で連通する複数の連通路７，８と、連通路７，８毎に設けられる複数の開閉弁９，１０とを備えて構成されている。

ダンパＤは、図示はしないが、たとえば、構造物の柱と梁との間や上層の梁と下層の梁との間等に介装されて制振装置の一部として機能したり、地盤と構造物との間にボールアイソレータや積層ゴム等といった弾性体とともに介装されて免震装置の一部として機能したりすることができるが、ダンパＤの用途はこれに限定されるものではない。

以下、ダンパＤの各部について詳細に説明する。シリンダ１は、筒状であって、図１中左端がキャップ１１によって閉塞されている。このキャップ１１には、ダンパＤを設置個所へ取り付けるためブラケット１２が設けられている。

また、シリンダ１には、二つの作動室Ｒ１，Ｒ２を形成するための仕切として機能する三つの環状のロッドガイド１３，１４，１５が装着されている。詳しくは、ロッドガイド１３，１４は、シリンダ１内に間隔をあけて挿入されて取り付けられている。また、ロッドガイド１５は、ロッドガイド１４に対して間隔をあけてシリンダ１の右端に嵌合されるとともにシリンダ１に固定され、シリンダ１の右端を閉塞している。そして、ロッドガイド１３とロッドガイド１４との間の空間で作動室Ｒ１が形成され、ロッドガイド１４とロッドガイド１５との間の空間で作動室Ｒ２が形成され、これら作動室Ｒ１，Ｒ２内には、たとえば、作動油等の流体が充填されている。流体は、作動油以外の液体のほか、気体を用いることも可能である。このように、作動室Ｒ１と作動室Ｒ２は、シリンダ１内に軸方向に直列に配置されて設けられている。

ロッドガイド１３，１４，１５内には、ロッド４が摺動自在に挿入されており、図示はしないが、各ロッドガイド１３，１４，１５とロッド４との間はシール部材によってシールされており、作動室Ｒ１と作動室Ｒ２が互いに連通しないようになっている。

さらに、シリンダ１内であって、ロッドガイド１３とロッドガイド１４との間には、ピストン２が摺動自在に挿入されている。ピストン２は、ロッド４の途中に固定されており、作動室Ｒ１を伸側室Ａ１と圧側室Ｂ１とに区画している。また、シリンダ１内であって、ロッドガイド１４とロッドガイド１５との間には、ピストン３が摺動自在に挿入されている。ピストン３は、ロッド４の途中に固定されており、作動室Ｒ２を伸側室Ａ２と圧側室Ｂ２とに区画している。

そして、ロッド４が図１中右方へ移動するとロッド４に固定されているピストン２，３がロッド４とともに移動して伸側室Ａ１，Ａ２を圧縮するとともに、圧側室Ｂ１，Ｂ２を拡大させることができ、反対に、ロッド４が図１中左方へ移動するとロッド４に固定されているピストン２，３がロッド４とともに移動して圧側室Ｂ１，Ｂ２を圧縮するとともに、伸側室Ａ１，Ａ２を拡大させることができる。ロッド４は、左右いずれへ移動しても、ロッドガイド１３，１４，１５から抜けることがない長さに設定されており、各作動室Ｒ１，Ｒ２内を貫通している。よって、ロッド４が左右動しても各作動室Ｒ１，Ｒ２内の容積が変化しないようになっている。つまり、この例では、ダンパＤは、丁度、二つの両ロッド型ダンパをシリンダ１とロッド４を共通にして一体化した構造となっている。

なお、ロッド４の図１中右端には、ダンパＤを設置個所へ取り付けるためブラケット１６が設けられている。上記したブラケット１２とブラケット１６は、ともに、ボールジョイントを備えており、ダンパＤの設置個所に対する首振り動作を可能としている。

ピストン２には、伸側室Ａ１と圧側室Ｂ１とをシリンダ１内で連通して通過する流体の流れに抵抗を与える減衰通路５が設けられている。減衰通路５は、詳細には、伸側室Ａ１と圧側室Ｂ１とを連通する第一通路５ａおよび第二通路５ｂと、第一通路５ａの途中に設けられて伸側室Ａ１から圧側室Ｂ１へ向かう流体の流れに対して抵抗を与えるとともに逆向きの流れを阻止する圧力制御弁５ｃと、第二通路５ｂの途中に設けられて圧側室Ｂ１から伸側室Ａ１へ向かう流体の流れに対して抵抗を与えるとともに逆向きの流れを阻止する圧力制御弁５ｄとを備えて構成されている。このように、一つの減衰通路５は、複数の通路と弁とで構成されてもよいし、単一の通路と当該通路に設けられる絞り弁等の双方向流れを許容する弁とで構成されてもよい。また、第一通路５ａおよび第二通路５ｂに設けられる弁は、圧力制御弁以外の弁とされてもよい。さらに、減衰通路５は、ピストン２ではなく、ロッド４に設けることも可能であるが、ピストン２に設ける方が減衰通路５の設置が簡単で加工も容易となる。

また、作動室Ｒ１の伸側室Ａ１と圧側室Ｂ１とは、シリンダ１の側方に設けたバルブブロック１７に設けた連通路７で連通されており、この連通路７の途中には、同じくバルブブロック１７内に収容される開閉弁９が設けられている。

よって、開閉弁９が閉じられた状態では、たとえば、ピストン２が右方へ移動して伸側室Ａ１を圧縮すると、流体は減衰通路５における第一通路５ａおよび圧力制御弁５ｃを通過して伸側室Ａ１から圧側室Ｂ１へ移動する。開閉弁９が開弁している状態では、たとえば、ピストン２が右方へ移動して伸側室Ａ１を圧縮すると、流体は、減衰通路５に比して抵抗の少ない連通路７を優先して通過して伸側室Ａ１から圧側室Ｂ１へ移動することになる。開閉弁９は、電磁弁として外部からの制御指令により開閉できるようになっていてもよいし、手動操作によって開閉できるようになっていてもよい。

さらに、ピストン３には、伸側室Ａ２と圧側室Ｂ２とをシリンダ１内で連通して通過する流体の流れに抵抗を与える減衰通路６が設けられている。減衰通路６は、詳細には、伸側室Ａ２と圧側室Ｂ２とを連通する第一通路６ａおよび第二通路６ｂと、第一通路６ａの途中に設けられて伸側室Ａ２から圧側室Ｂ２へ向かう流体の流れに対して抵抗を与えるとともに逆向きの流れを阻止する圧力制御弁６ｃと、第二通路６ｂの途中に設けられて圧側室Ｂ２から伸側室Ａ２へ向かう流体の流れに対して抵抗を与えるとともに逆向きの流れを阻止する圧力制御弁６ｄとを備えて構成されている。このように、一つの減衰通路６は、複数の通路と弁とで構成されてもよいし、単一の通路と当該通路に設けられる絞り弁等の双方向流れを許容する弁とで構成されてもよい。また、第一通路６ａおよび第二通路６ｂに設けられる弁は、圧力制御弁以外の弁とされてもよい。さらに、減衰通路６は、ピストン３ではなく、ロッド４に設けることも可能であるが、ピストン２に設ける方が減衰通路６の設置が簡単で加工も容易となる。

また、作動室Ｒ２の伸側室Ａ２と圧側室Ｂ２とは、シリンダ１の側方に設けたバルブブロック１８に設けた連通路８で連通されており、この連通路８の途中には、同じくバルブブロック１８内に収容される開閉弁１０が設けられている。開閉弁１０は、電磁弁として外部からの制御指令により開閉できるようになっていてもよいし、手動操作によって開閉できるようになっていてもよい。

よって、開閉弁１０が閉じられた状態では、たとえば、ピストン３が右方へ移動して伸側室Ａ２を圧縮すると、流体は減衰通路６における第一通路６ａおよび圧力制御弁６ｃを通過して伸側室Ａ２から圧側室Ｂ２へ移動する。開閉弁１０が開弁している状態では、たとえば、ピストン３が右方へ移動して伸側室Ａ２を圧縮すると、流体は、減衰通路６に比して抵抗の少ない連通路８を優先して通過して伸側室Ａ２から圧側室Ｂ２へ移動することになる。

ダンパＤは、以上のように構成されており、つづいて、当該ダンパＤの作動について説明する。まず、開閉弁９，１０を閉弁させた状態におけるダンパＤの作動を説明する。開閉弁９，１０が閉じている場合、作動室Ｒ１における伸側室Ａ１と圧側室Ｂ１とを行き来する流体は、減衰通路５のみを通過し、作動室Ｒ２における伸側室Ａ２と圧側室Ｂ２とを行き来する流体は、減衰通路６のみを通過することになる。

ロッド４が図１中右方へ移動するダンパＤの伸長作動時には、ロッド４とともにピストン２，３が移動して伸側室Ａ１および伸側室Ａ２が圧縮される。伸側室Ａ１から圧側室Ｂ１へ移動する流体は減衰通路５を通過し、圧力制御弁５ｃが流体の流れに抵抗を与えるので、伸側室Ａ１内の圧力が上昇する。ピストン２に伸側室Ａ１と圧側室Ｂ１の差圧が作用し、ピストン２の上記右方への移動を抑制する力Ｆ１が発生する。また、伸側室Ａ２から圧側室Ｂ２へ移動する流体は減衰通路６を通過し、圧力制御弁６ｃが流体の流れに抵抗を与えるので、伸側室Ａ２内の圧力が上昇する。ピストン３に伸側室Ａ２と圧側室Ｂ２の差圧が作用して、ピストン３の上記右方への移動を抑制する力Ｆ２が発生する。ピストン２，３がロッド４に取り付けられていることから、ピストン２，３に作用する差圧によって生じた力Ｆ１，Ｆ２の合力（Ｆ１＋Ｆ２）がロッド４に作用することになり、この合力がロッド４の右方への移動を妨げるダンパＤの減衰力となる。

また、ロッド４が図１中左方へ移動するダンパＤの収縮作動時には、ロッド４とともにピストン２，３が移動して圧側室Ｂ１および圧側室Ｂ２が圧縮される。圧側室Ｂ１から伸側室Ａ１へ移動する流体は減衰通路５を通過し、圧力制御弁５ｄが流体の流れに抵抗を与えるので、圧側室Ｂ１内の圧力が上昇する。ピストン２に圧側室Ｂ１と伸側室Ａ１の差圧が作用し、ピストン２の上記左方への移動を抑制する力Ｆ１が発生する。また、伸側室Ａ２から圧側室Ｂ２へ移動する流体は減衰通路６を通過し、圧力制御弁６ｃが流体の流れに抵抗を与えるので、伸側室Ａ２内の圧力が上昇する。ピストン３に伸側室Ａ２と圧側室Ｂ２に差圧が作用して、ピストン３の上記右方への移動を抑制する力Ｆ２が発生する。ピストン２，３がロッド４に取り付けられていることから、ピストン２，３に作用する差圧によって生じた力Ｆ１，Ｆ２の合力（Ｆ１＋Ｆ２）がロッド４に作用することになり、この合力がロッド４の右方への移動を妨げるダンパＤの減衰力となる。

つづいて、開閉弁９を開弁して開閉弁１０を閉弁した状態とする場合について説明する。開閉弁９を開弁すると、上述したように、作動室Ｒ１内の流体は、減衰通路５に優先して連通路７を通過して伸側室Ａ１と圧側室Ｂ１とを行き来するようになる。連通路７には、減衰通路５に比すると小さいが通過流体の流れに抵抗を与えるので、ロッド４が左右動すると、伸側室Ａ１と圧側室Ｂ１の圧力に差が生じて、ピストン２に伸側室Ａ１と圧側室Ｂ１の差圧が作用し、ピストン２の上記左右への移動を抑制する力ｆ１が発生する。よって、開閉弁９を開弁して開閉弁１０を閉弁した状態では、ピストン２，３に作用する差圧によって生じた力ｆ１，Ｆ２の合力（ｆ１＋Ｆ２）がロッド４に作用することになり、この合力がロッド４の左右への移動を妨げるダンパＤの減衰力となる。

これに対して、開閉弁９を閉弁して開閉弁１０を開弁した状態とする場合には、上述したように、作動室Ｒ２内の流体は、減衰通路６に優先して連通路８を通過して伸側室Ａ２と圧側室Ｂ２とを行き来するようになる。連通路８には、減衰通路６に比すると小さいが通過流体の流れに抵抗を与えるので、ロッド４が左右動すると、伸側室Ａ２と圧側室Ｂ２の圧力に差が生じて、ピストン３に伸側室Ａ２と圧側室Ｂ２の差圧が作用し、ピストン３の上記左右への移動を抑制する力ｆ２が発生する。よって、開閉弁９を閉弁して開閉弁１０を開弁した状態では、ピストン２，３に作用する差圧によって生じた力Ｆ１，ｆ２の合力（Ｆ１＋ｆ２）がロッド４に作用することになり、この合力がロッド４の左右への移動を妨げるダンパＤの減衰力となる。

開閉弁９，１０を開弁した状態では、上記したところから理解できるように、流体は、伸側室Ａ１，Ａ２と圧側室Ｂ１，Ｂ２との行き来に際して連通路７，８を優先して通過することになる。したがって、ロッド４が左右動すると、開閉弁９，１０とともに開弁した状態では、ピストン２，３に作用する差圧によって生じた力ｆ１，ｆ２の合力（ｆ１＋ｆ２）がロッド４に作用することになり、この合力がロッド４の左右への移動を妨げるダンパＤの減衰力Ｆとなる。

このように、ダンパＤは、開閉弁９，１０の開閉の切り替えによって、４つの減衰力特性を実現でき、四つの減衰力特性から希望する減衰力特性を選択することができる。

そして、このダンパＤにあっては、開閉弁９，１０のみをシリンダ１外に設置すればよいため、従来のダンパに比較して、径方向の大型化を招くことがない。また、従来のダンパでは、ダンパＤと同様に四つの減衰力特性を実現するためには、少なくとも圧力制御弁が二つと開閉弁が三つ必要となって、バルブブロック内にすべての弁を仕込むことになるために、構造が複雑となるが、本ダンパＤでは、開閉弁９，１０をシリンダ１外へ配置して減衰力特性の切り替えを行えるので、構造が非常に簡単となる。

以上より、本発明のダンパＤによれば、減衰力特性の切り替えを行うことが可能でありつつも大型化を招かず構造が簡単となる。また、ダンパＤの大型化を招かないので、構造物の壁内などの狭小スペースへの設置も容易で、設置個所が制限されにくい。

また、ダンパＤのピストン２，３に作用する伸側室Ａ１，Ａ２と圧側室Ｂ１，Ｂ２の差圧によって生じる力の合力を減衰力とするので、差圧を受けるピストン２，３の受圧面積を大きく確保することができる。このように、ダンパＤは、ピストン２，３の受圧面積を大きく確保することができるので、同じ特性の圧力制御弁を使用する場合、ピストン径が同じであれば単一のピストンしか持たないダンパに比較して２倍の大きさの減衰力を発生することができる。

なお、上記したところでは、二つの作動室Ｒ１，Ｒ２をシリンダ１内に設けた例について説明したが、作動室は、二つ以上であればよく、３つ以上を設けることもできる。その場合、作動室を伸側室と圧側室に区画するピストンをロッド４に取り付ければよい。作動室数をｎとすれば、２^ｎの減衰力特性を選択することが可能となる。また、ダンパＤが伸長作動時に流体が通過する圧力制御弁５ｃ，６ｃとダンパＤが収縮作動時に流体が通過する圧力制御弁６ｃ，６ｄとで特性を変えることで、ダンパＤの伸長作動時と収縮作動時とで異なる減衰力特性となるように設定することも可能である。

つづいて、他の実施の形態のダンパＤ１について説明する。このダンパＤ１にあっては、図２に示すように、図１に示したダンパＤの構成に加えて、シリンダ１内に作動室Ｒ１，Ｒ２のほかにロック用作動室Ｒ３を作動室Ｒ１，Ｒ２に対して軸方向の直列に配置して設けてある。

このダンパＤ１では、ロッド４に取り付けられてシリンダ１内にロッドガイド１３よりも図３中左方側に間隔をあけて環状のロッドガイド２０を設けており、ロッドガイド２０とロッドガイド１３との間にロック用作動室Ｒ３が形成されている。ロック用作動室Ｒ３内には、作動室Ｒ１，Ｒ２と同様に流体が充填されている。

ロッドガイド２０内には、ロッド４が摺動自在に挿入されており、図示はしないが、ロッドガイド２０とロッド４との間はシール部材によってシールされており、ロッド用作動室Ｒ３と作動室Ｒ１とが互いに連通しないようになっている。

さらに、シリンダ１内であって、ロッドガイド２０とロッドガイド１３との間には、ロック用ピストン２１が摺動自在に挿入されている。ロック用ピストン２１は、ロッド４の途中に固定されており、ロック用作動室Ｒ３をロック用伸側室Ａ３とロック用圧側室Ｂ３とに区画している。

そして、ロッド４が図２中右方へ移動するとロッド４に固定されているロック用ピストン２１がロッド４とともに移動してロック用伸側室Ａ３を圧縮するとともに、ロック用圧側室Ｂ３を拡大させることができ、反対に、ロッド４が図２中左方へ移動するとロッド４に固定されているロック用ピストン２１がロッド４とともに移動してロック用圧側室Ｂ３を圧縮するとともに、ロック用伸側室Ａ３を拡大させることができる。ロッド４は、左右いずれへ移動しても、ロッドガイド２０から抜けることがない長さに設定されており、ロック用作動室Ｒ３内を貫通している。

また、ロック用作動室Ｒ３のロック用伸側室Ａ３とロック用圧側室Ｂ３とは、シリンダ１の側方に設けたバルブブロック２２に設けたロック用通路２３で連通されており、このロック用通路２３の途中には、同じくバルブブロック２２内に収容されるロック用開閉弁２４が設けられている。

よって、ロック用開閉弁２４が閉じられた状態では、ロック用伸側室Ａ３とロック用圧側室Ｂ３との連通が断たれるために、流体がロック用伸側室Ａ３とロック用圧側室Ｂ３を行き来することができない。そのため、ロッド４を左右方向へ動かそうとしても動かすことができなくなり、ダンパＤ１の伸縮を不能とするロック状態とすることできる。ロック用開閉弁２４が開いている場合には、ロック用伸側室Ａ３とロック用圧側室Ｂ３とが連通状態とされ、流体がロック用伸側室Ａ３とロック用圧側室Ｂ３を行き来することができるようになる。この状態では、ダンパＤ１は、一実施の形態のダンパＤと同様に、ロッド４の左右方向の移動に対してこれを抑制する減衰力を発揮することができ、開閉弁９，１０の開閉の切り替えによって四つの減衰力特性から選択された減衰力特性にてダンパＤは減衰力を発揮する。

他の実施の形態におけるダンパＤ１にあっては、ロック用開閉弁２４の開閉によってダンパＤ１を伸縮不能とするロック状態と伸縮可能とするフリー状態のいずれか一方の状態に維持することができる。よって、たとえば、構造物の免震装置に使用すれば、地震発生時には、ダンパＤ１をフリー状態として構造物の振動を抑制させることができ、地震は発生していないが強風が吹いている時にはダンパＤ１をロック状態として構造物が強風にて振動してしまうことを阻止することができる。

このように、ダンパＤ１をロック状態とするロック機能をダンパＤ１に追加してもダンパＤ１が径方向へ大型化することがないので、ダンパＤ１の狭小個所への設置が可能となる。
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

１ シリンダ
２，３ ピストン
４ ロッド
５，６ 減衰通路
７，８ 連通路
９，１０ 開閉弁
２１ ロック用ピストン
２３ ロック用通路
２４ ロック用開閉弁
Ａ１，Ａ２ 伸側室
Ａ３ ロック用伸側室
Ｂ１，Ｂ２ 圧側室
Ｂ３ ロック用圧側室
Ｄ，Ｄ１ ダンパ
Ｒ１，Ｒ２ 作動室
Ｒ３ ロック用作動室

Claims (3)

1. シリンダと、
   上記シリンダ内に直列に設けた複数の作動室と、
   上記作動室毎に挿入されて対応する作動室内を伸側室と圧側室とに区画する複数のピストンと、
   上記シリンダ内に移動自在に挿入されて上記各ピストンに連結されるロッドと、
   上記作動室毎に設けられて対応する作動室内の上記伸側室と上記圧側室とを上記シリンダ内で連通して通過する流体の流れに抵抗を与える複数の減衰通路と、
   上記作動室毎に設けられて対応する作動室内の上記伸側室と上記圧側室とを上記シリンダ外で連通する複数の連通路と、
   上記連通路毎に設けられる複数の開閉弁と
   を備えたことを特徴とするダンパ。
2. 上記減衰通路は、上記ピストンに設けられることを特徴とする請求項１に記載のダンパ。
3. 上記シリンダ内に上記各作動室に対して直列に設けられるロック用作動室と、
   上記ロック用作動室内に挿入されるとともに上記ロッドに連結されて当該ロック用作動室内をロック用伸側室とロック用圧側室とに区画するロック用ピストンと、
   上記ロック用伸側室と上記ロック用圧側室とを上記シリンダ外で連通するロック用通路と、
   上記ロック通路に設けられるロック用開閉弁と
   を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のダンパ。

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