JP6779083B2 - トルクコンバータ - Google Patents

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Description

本発明は、トルクコンバータ、特に、駆動源からのトルクをトランスミッションの入力軸に伝達するトルクコンバータに関するものである。
トルクコンバータは、インペラ及びタービンを有しており、内部の作動油を介してインペラからタービンへとトルクを伝達する。インペラは、エンジンからのトルクが入力されるフロントカバーに固定されている。タービンは流体室内でインペラに対向して配置されている。インペラが回転すると、インペラからタービンへと作動油が流れ、タービンを回転させることでトルクを出力する。
また、トルクコンバータは、ロックアップ装置を有している。ロックアップ装置は、ピストンを有しており、ロックアップ装置がオンになると、ピストンがフロントカバーと係合する。この結果、フロントカバーからのトルクがピストンに入力され、このトルクはピストンから機械的にタービンに伝達されてトランスミッションの入力軸に出力される。
例えば、特許文献1に記載のトルクコンバータは、タービンシェルの外周部にクラッチ部が設けられている。クラッチ部は、タービン側に設けられた連結部材及び摩擦ブロックと、外周部に摩擦材が固定され軸方向に移動自在なピストンと、から構成されている。そして、ピストンがタービン側に移動して摩擦材が摩擦ブロック押圧されることによって、ロックアップオン(トルク伝達状態)となる。
特開2010−53963号公報
特許文献1のトルクコンバータは、部品点数が多く、特にクラッチ部の構成が複雑である。また、クラッチ部のトルク伝達容量を大きくすることが困難である。
本発明の課題は、トルクコンバータのロックアップ装置を簡単な構成で実現でき、また十分なトルク伝達容量を確保できるようにすることにある。
(1)本発明に係るトルクコンバータは、駆動源からのトルクをトランスミッションの入力軸に伝達するものである。このトルクコンバータは、トルクが入力されるフロントカバーと、インペラと、タービンと、ロックアップ装置と、を備えている。インペラは、外周部がフロントカバーの外周部に固定されてフロントカバーとともに流体室を形成する。タービンは、インペラと対向して配置され、内周部がトランスミッションの入力軸に連結される。ロックアップ装置はフロントカバーからタービンにトルクを機械的に伝達する。
また、ロックアップ装置は、環状の受圧部と、ピストンと、入力部と、を有する。環状の受圧部は、タービンの外周端からさらに径方向外方に突出して設けられている。ピストンは、フロントカバーとタービンとの間に軸方向に移動自在に配置され、タービンの受圧部に押圧されて摩擦係合可能な摩擦部を外周部に有する。入力部は、フロントカバーからピストンにトルクを伝達する。
このトルクコンバータでは、ロックアップ装置がトルク伝達状態(以下、「ロックアップオン」又は「クラッチオン」と記す)では、ピストンは軸方向に移動して、摩擦部がタービンの受圧部に押圧されている。したがって、フロントカバーからピストンに入力されたトルクは、ピストンからタービンに伝達され、タービンからトランスミッションの入力軸に出力される。
ここでは、ピストン外周部に設けられた摩擦部と、タービンの外周端部に設けられた受圧部と、によってクラッチ部を構成しているので、構成が非常に簡単になる。また、ピストンを移動させるだけでロックアップオンにできるので、クラッチオン時の応答性が良好になる。
さらに、クラッチ部がタービン外周端部のさらに外周側に形成されているので、大きなトルク伝達容量を確保できる。また、同じトルク伝達容量の場合は、摩擦面積を少なくすることができる。さらに、トルクコンバータの外周部のスペースが広がるので、ダンパ機構を搭載した場合、トルク伝達容量及び振動吸収性能に優れたダンパを構成することができる。
(2)好ましくは、タービンはタービンシェルを有し、受圧部は、タービンシェルの外周端部を径方向外方に延長して形成されている。
この場合は、受圧部をタービンシェルの一部を利用して形成できるので、製造コストをさらに抑えることができる。
(3)好ましくは、受圧部の外周部に設けられ、ピストンの外周側においてフロントカバー側に延び、流体室内に供給された作動油をピストンのフロントカバー側に導く環状の案内部材をさらに備えている。
この場合は、ピストンの背面側であるフロントカバー側に作動油が良好に導かれる。このため、クラッチの応答性をさらに向上することができる。また、潤滑性も向上する。
(4)好ましくは、案内部材は、先端が、受圧部側に移動していない中立位置のピストンの外周面を越えてフロントカバー側に延びている。
この場合は、案内部材によって作動油を確実にピストン背面に導くことができる。したがって、応答性が確実に向上する。
(5)好ましくは、案内部材は、受圧部の外周部をフロントカバー側に折り曲げて形成されたものである。この場合は、案内部材を受圧部の一部を利用して形成できるので、製造コストをさらに抑えることができる。
(6)好ましくは、入力部は、フロントカバーと同期して回転するドライブプレートと、ピストンと同期して回転するドリブンプレートと、ドライブプレートとドリブンプレートとを回転方向に弾性的に連結する複数の弾性部材と、を有する。
この場合は、入力部がダンパ機能を有することになる。したがって、伝達されるトルク変動を、吸収・減衰させることができる。
(7)好ましくは、ドライブプレートは、フロントカバーに固定されるとともに、弾性部材を保持する保持部を有している。また、ドリブンプレートは、ピストンに固定されるとともに、弾性部材に係合する係合部を有する。
(8)好ましくは、ピストンは、ピストンのフロントカバー側の空間とタービン側の空間とを連通する連通孔を有する。
この場合は、ピストン背面側の作動油を、連通孔を介して循環させることができる。このため、潤滑性が向上する。
(9)好ましくは、連通孔は、インペラ及びタービンによって構成されるトーラスよりも径方向内側に形成されている。この場合は、循環性能が向上する。
(10)好ましくは、タービンに設けられ、ピストン側の空間からインペラ側の空間への作動油の流れのみを許容する一方向弁をさらに備えている。
ここで、ロックアップ作動時には、流体室内の圧力は低くなる。したがって、タービンとピストンとの間の空間の作動油を、タービン両側の圧力差を利用してタービン内部に積極的に導くことができる。このため、ピストンのタービン側の圧力をピストン背面側の圧力に比較して確実に低くすることができ、クラッチの応答性がさらに向上する。
一方、ロックアップ初期及びトルクコンバータ作動時(流体によってトルク伝達する場合)は、一方向弁によって、流体室内の作動油がタービンからピストン側に流出することが禁止される。このため、ロックアップ初期においてピストンをタービン側に素早く移動させることができる。また、トルクコンバータの特性が低下するのを避けることができる。
(11)好ましくは、ピストンに固定された動吸振器をさらに備えている。この場合は、伝達されるトルク変動をさらに抑えることができる。
本発明によれば、トルクコンバータのロックアップ装置を簡単な構成で実現でき、また十分なトルク伝達容量を確保することができる。
本発明の一実施形態によるトルクコンバータの断面図。 図1のトルクコンバータの模式図。 図1のダンパ機構を抽出して示す図。 図1のトルクコンバータの油圧回路を示す図。 本発明の他の実施形態によるトルクコンバータの断面部分図。
[全体構成]
図1は、本発明の一実施形態によるトルクコンバータ1の断面図である。また、図2はその模式図である。以下の説明において、「軸方向」とは、トルクコンバータ1の回転軸Oが延びる方向を意味する。なお、図示していないが、図1の左側にはエンジンが配置されており、図1の右側にはトランスミッションが配置されている。
トルクコンバータ1は、回転軸Oを中心に回転可能であり、フロントカバー2と、インペラ3、タービン4、及びステータ5からなるトルクコンバータ本体6と、ロックアップ装置7と、を備えている。
[フロントカバー2]
フロントカバー2は、エンジンからのトルクが入力される。フロントカバー2は、円板部2aと、筒状部2bと、を有している。円板部2aの内周部には円筒状のハブ8が溶接により固定されている。筒状部2bは円板部2aの外周端部からインペラ3側へ軸方向に延びている。
[インペラ3]
インペラ3は、インペラシェル10、複数のインペラブレード11、及びインペラハブ12を有する。インペラシェル10は、外周部に、平板部10aと、筒状部10bと、を有する。平板部10aは、回転軸Oに対してほぼ直交するように延びた平坦な部分である。また、筒状部10bは、平板部10aの外周端からフロントカバー2側に延びて形成された部分である。筒状部10bの先端が、フロントカバー2の筒状部2bの先端に溶接により固定されている。フロントカバー2とインペラシェル10とによって、トルクコンバータ1の外殻が構成されている。インペラブレード11はインペラシェル10の内側面に固定されている。インペラハブ12はインペラシェル10の内周部に溶接により固定されている。
[タービン4]
タービン4は、インペラ3に対向して配置されている。タービン4は、タービンシェル13及び複数のタービンブレード14を有している。タービンシェル13の内周部には、タービンハブ15がリベット16により固定されている。タービンハブ15は、筒状部15aと、筒状部15aの外周面から外周側に突出して形成されたフランジ15bと、を有している。筒状部15aの内周面にはスプライン孔15cが形成されている。このスプライン孔15cがトランスミッションの入力軸にスプライン係合可能である。タービンブレード14は、タービンシェル13の内側面に、ろう付けによって固定されている。
[ステータ5]
ステータ5は、タービン4からインペラ3へと戻る作動油を整流するように構成されている。ステータ5は、回転軸O周りに回転可能である。詳細には、ステータ5は、固定シャフト(図示省略)に、ワンウェイクラッチ18を介して支持されている。このステータ5は、インペラ3とタービン4との間に配置される。ステータ5は、円板状のステータキャリア20と、その外周面に取り付けられる複数のステータブレード21と、を有している。なお、ステータキャリア20とインペラハブ12との間には第1スラストベアリング24が配置され、ステータキャリア20とタービンハブ15のフランジ15bとの間には第2スラストベアリング25が配置されている。
[ロックアップ装置7]
ロックアップ装置7は、フロントカバー2からタービン4にトルクを機械的に伝達するものであり、フロントカバー2とタービン4との軸方向間に配置されている。
ロックアップ装置7は、環状の受圧部31と、ピストン32と、入力部としてのダンパ機構33と、動吸振器34と、を有している。
環状の受圧部31は、トルクコンバータ1のトーラス(インペラとタービンとによって形成される作動油の流路空間であって、流体室を構成している)の外周側に配置されている。より詳細には、タービンシェル13の外周端部をさらに径方向外方に延長して形成されている。すなわち、受圧部31はタービンシェル13の一部を利用して形成されている。また、受圧部31はインペラシェル10の平板部10aに対向して配置されている。
ピストン32は、フロントカバー2とタービン4との間に軸方向に移動自在に配置されている。ピストン32は、円板部32aと、摩擦部32bと、筒状部32cと、を有している。
円板部32aは、タービンシェル13及びタービンハブ15に沿った形状に形成されている。
摩擦部32bは、環状に形成されており、円板部32aの外周端部をさらに径方向外方に延長して形成されている。摩擦部32bは受圧部31に対向するように配置されており、摩擦部32bの受圧部31と対向する側の面には環状の摩擦材36が固定されている。なお、この摩擦材36は受圧部31側に固定されていてもよい。
筒状部32cは、円板部32aの内周端部をフロントカバー2側に折り曲げて形成されている。筒状部32cは、フロントカバー2の内周部に固定されたハブ8の外周面に摺動自在に支持されている。ハブ8の外周面にはシール部材38が設けられており、このシール部材38によって、ピストン32の筒状部32cの内周面とハブ8の外周面との間がシールされている。
以上のような構成により、タービンシェル13の受圧部31と、ピストン32の摩擦部32b及びこれに固定された摩擦材36と、によってクラッチ部40が構成されている。
ダンパ機構33は、図3に示すように、フロントカバー2とピストン32との軸方向間に配置されている。ダンパ機構33は、ドライブプレート42と、ドリブンプレート43と、それぞれ複数の外周側及び内周側トーションスプリング44a,44bと、を有している。
ドライブプレート42は円板状に形成されており、内周部がフロントカバー2の側面に溶接により固定されている。ドライブプレート42は、それぞれ複数の外周側収容部42a及び内周側収容部42bと、それぞれ複数の外周側係合部42c及び内周側係合部42dと、を有している。
外周側収容部42aは円周方向の所定の間隔で形成されており、この外周側収容部42aに外周側トーションスプリング44aが収容されている。また、同様に、内周側収容部42bは円周方向の所定の間隔で形成されており、この内周側収容部42bに内周側トーションスプリング44bが収容されている。
外周側係合部42cは、外周側収容部42aに収容された外周側トーションスプリング44aの両端部に係合可能に配置されている。また、内周側係合部42dは、内周側収容部42bに収容された内周側トーションスプリング44bの両端部に係合可能に配置されている。
ドリブンプレート43は円板状に形成されており、ドリブンプレート43の径方向の中間部がピストン32のフロントカバー2側の面に溶接により固定されている。ドリブンプレート43は、それぞれ複数の外周側係合部43a及び内周側係合部43bを有している。外周側係合部43aは、ドリブンプレート43の外周端部をフロントカバー2側に折り曲げて形成されている。そして、外周側係合部43aは、外周側トーションスプリング44aの両端に係合可能である。また、内周側係合部43bは、内周側トーションスプリング44bの両端に係合可能である。
以上のような構成によって、フロントカバー2に入力されたトルクは、ドライブプレート42、トーションスプリング44a,44b、及びドリブンプレート43を介してピストン32に伝達される。
動吸振器34は、ピストン32の摩擦部32bと外周側トーションスプリング44aとの軸方向間に配置されている。動吸振器34は、ドリブンプレート43の一部の外周部に装着されている。この動吸振器34は、ロックアップ装置7の固有振動数周辺での共振現象を抑制する装置である。動吸振器34としては、イナーシャリング及びスプリングを有するタイプのものや、振り子を有するタイプのもの等、各種の構成が採用可能である。ここでは詳細な構成の説明は省略する。
[油圧回路]
次に、このトルクコンバータ1に設けられた油圧回路について図4を用いて説明する。油圧回路は、第1油路P1、第2油路P2、第3油路P3、オリフィス45、及び一方向弁46を有している。
第1油路P1は、インペラハブ12とステータキャリア20との間に形成されている。第2油路P2はタービンハブ15とステータキャリア20との間に形成されている。また、第3油路P3は、タービンハブ15の筒状部15a先端とハブ8との間から筒状部15a外周面との間に形成されている。
また、オリフィス45は、ピストン32の内周部に軸方向に貫通して形成されている。このオリフィス45は、ピストン32とフロントカバー2との間の第1空間S1と、ピストン32とタービン4との間の第2空間S2と、を連通している。すなわち、第1空間S1を、第2空間S2を介して第3油路P3に接続している。
一方向弁46は、タービンシェル13の内周部に設けられている。この一方向弁46は、ピストン32とタービン4との間の第2空間S2から流体室内部への作動油の流れを許容し、逆方向への流れを禁止している。すなわち、タービン4のピストン32側の第2空間S2の圧力が流体室内の圧力よりも高い場合に開き、第2空間S2から流体室内に作動油を導くものである。なお、一方向弁46の流路面積は、ピストン32のオリフィス45の流路面積よりも少し大きい程度に設定されている。このため、一方向弁46が開放されたときでも作動油の漏れは少ない。
[動作]
作動油を用いてトルクを伝達するトルクコンバータ作動領域では、第3油路P3から供給された作動油が、第2空間S2→流体室内→第1油路P1及び第2油路P2の経路で循環する。この場合は、フロントカバー2からインペラ3に入力されたトルクは、タービン4を介してトランスミッションの入力軸に出力される。トーラス内では、タービン4に供給された作動油はステータ5により整流されてインペラ3に戻される。
以上のトルクコンバータ作動領域では、ロックアップ装置7はオフ(トルク伝達が遮断されている状態)である。このロックアップオフの状態においては、各部の油圧は、
第2空間S2>第1空間S1>トーラス内部
の関係となっている。したがって、ピストン32の摩擦材36は、受圧部31から離れ、フロントカバー2からダンパ機構33を介してピストン32に伝達されたトルクは、タービン4には伝達されない。
なお、第2空間S2の油圧の方がトーラス内部の油圧よりも高いので、一方向弁46は開いている。しかし、第3油路から作動油が供給されているために、一方向弁46が開いた状態であっても、第2空間S2の油圧の方が第1空間S1の油圧よりも高くなっている。また、同様の理由により、トーラス内部の作動油がタービン4から外部に漏れ出すことはなく、トルクコンバータの性能が低下することはない。
一方、速度比が所定以上になると、ロックアップ装置7がオンされ、トルクコンバータの作動領域からロックアップ状態になる。このロックアップオフからオンの切換え時においては、作動油の流れはない。また、切換え時においては、インペラとタービンの回転数差があるために、トーラス内部を循環する作動油の流れは速く、したがってトーラス内部の油圧は低い。このため、一方向弁46は開いており、各部の油圧は、
第1空間S1>第2空間S2=トーラス内部
の関係となっている。このため、ピストン32は素早く受圧部31側に移動させられ、クラッチ応答性が良好になる。
そして、完全にロックアップオンの状態になると、第1油路P1及び第2油路P2を介して供給された作動油は、トーラスからインペラシェル10の平板部10aとタービンシェル13の受圧部31との間の隙間を通過し、さらにインペラシェル10の筒状部10bの内周面に沿って流れて第1空間S1に供給される。また、第1空間S1に供給された作動油は、オリフィス45及び第3油路P3を介して循環する。
以上のロックアップオンの状態では、各部の油圧は、
トーラス内部=第1空間S1>第2空間S2
の関係となる。このため、ピストン32の摩擦部32bの摩擦材36が受圧部31に押圧される。
また、トーラス内部の油圧のほうが第2空間S2の油圧よりも高くなるので、一方向弁46は閉じる。このため、ロックアップオンのための油圧が低下することはない。
また、ロックアップオン状態では、ダンパ機構33及び動吸振器34が作動するので、出力側に伝達されるトルク変動が抑えられるとともに、共振によるトルクのピーク変動を抑えることができる。
[特徴]
(1)ロックアップ装置7のクラッチ部40を、ピストン32外周部に設けられた摩擦部32bと、タービン4の外周端部に設けられた受圧部31と、によって構成している。このため、構成が非常に簡単になる。
また、タービンシェル13の一部を利用して受圧部31を形成しているので、製造コストをさらに抑えることができる。
(2)ロックアップオン時は、ピストン32及びドリブンプレート43を移動させるだけでよく、ロックアップオン時の応答性が向上する。また、タービン4のピストン32側の第2空間S2から流体室内への作動油の流れのみを許容する一方向弁46を設けたので、ロックアップオン時に第2空間S2の圧力を素早く低下させることができる。このため、クラッチの応答性がさらに向上する。
(3)クラッチ部40がタービン外周端部のさらに外周側に形成されているので、小さな摩擦面積で大きなトルク伝達容量を得ることができる。
(4)クラッチ部40とフロントカバー2との間の外周部に外周側トーションスプリング44aを配置しているので、外周側トーションスプリング44aを大径にし、またスプリング長さを長くすることができ、トルク伝達容量及び振動吸収性能に優れたダンパを構成することができる。
(5)ピストン32のフロントカバー2側の第1空間S1と、ピストン32のタービン4側の第2空間S2と、を連通するオリフィス45を設けているので、第1空間S1の作動油を、オリフィス45を介して循環させることができる。このため、潤滑性が向上する。
[他の実施形態]
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
(a)図5に本発明の他の実施形態を示している。図5は図1のクラッチ部のみを示したものである。この図5の実施形態では、受圧部50の外周部に環状の案内部51が形成されている。環状の案内部51は、受圧部50の外周端部をフロントカバー2側に折り曲げて形成されたものである。案内部51のフロントカバー側の先端部は、ピストン32の外周側において軸方向に延びている。より詳細には、案内部51の先端面51aは、中立位置(作動油の圧力が作用していない状態の位置)のピストン32の外周面を越えてフロントカバー2側に延びている。
このような案内部51が形成されていることにより、ロックアップオン時において、トーラス内部からの作動油は、インペラシェル10の筒状部10bの内周面と案内部51の外周面との間の流路に沿って第1空間S1に確実に供給される。すなわち、ロックアップオン時に、作動油がピストン32とタービン4との間の第2空間S2に侵入するのを抑えることができる。このため、ロックアップオンの応答性をさらに向上させることができる。
(b)前記実施形態では、受圧部31を、タービンシェル13の一部を利用して形成したが、タービンシェル13とは別の部材によって受圧部を形成してもよい。
(c)前記実施形態では、ピストン32の一部を利用して摩擦部32bを形成したが、ピストン32とは別の部材によって摩擦部32bを形成してもよい。
(d)前記実施形態では、ドリブンプレート43に動吸振器34を設けた例を示したが、動吸振器34を装着する位置は前記実施形態に限定されない。また、動吸振器を設けなくてもよい。
(e)前記実施形態では、フロントカバー2にドライブプレート42を溶接により固定して設けたが、フロントカバー2にトーションスプリング44の収容部及び係合部を設けることによって、ドライブプレートを省略することができる。
(f)一方向弁46の取り付け位置は前記実施形態の位置に限定されない。
1 トルクコンバータ
2 フロントカバー
3 インペラ
4 タービン
7 ロックアップ装置
13 タービンシェル
31,50 受圧部
32 ピストン
32b 摩擦部
33 ダンパ機構
34 動吸振器
42 ドライブプレート
42a,42b 収容部
42c,42d 係合部
43 ドリブンプレート
43a,43b 係合部
44a,44b 外周側及び内周側トーションスプリング
45 オリフィス
46 一方向弁
51 案内部

Claims (11)

  1. 駆動源からのトルクをトランスミッションの入力軸に伝達するトルクコンバータであって、
    トルクが入力されるフロントカバーと、
    外周部が前記フロントカバーの外周部に固定されて前記フロントカバーとともに流体室を形成するインペラと、
    前記インペラと対向して配置され、内周部が前記トランスミッションの入力軸に連結されるタービンと、
    前記フロントカバーから前記タービンにトルクを機械的に伝達するロックアップ装置と、
    を備え、
    前記ロックアップ装置は、
    前記タービンの外周端からさらに径方向外方に突出して設けられた環状の受圧部と、
    前記フロントカバーと前記タービンとの間に軸方向に移動自在に配置され、前記タービンの受圧部に押圧されて摩擦係合可能な摩擦部を外周部に有するピストンと、
    前記フロントカバーから弾性部材を介して前記ピストンにトルクを伝達する入力部と、
    を有し、前記ピストンから前記タービンにトルクを伝達する、
    トルクコンバータ。
  2. 前記タービンはタービンシェルを有し、
    前記受圧部は、前記タービンシェルの外周端部を径方向外方に延長して形成されている、
    請求項1に記載のトルクコンバータ。
  3. 前記受圧部の外周部に設けられ、前記ピストンの外周側において前記フロントカバー側に延び、前記流体室内に供給された作動油を前記ピストンの前記フロントカバー側に導く環状の案内部材をさらに備えた、請求項1又は2に記載のトルクコンバータ。
  4. 前記案内部材は、先端が、前記受圧部側に移動していない中立位置の前記ピストンの外周面を越えて前記フロントカバー側に延びている、請求項3に記載のトルクコンバータ。
  5. 前記案内部材は、前記受圧部の外周部を前記フロントカバー側に折り曲げて形成されたものである、請求項4に記載のトルクコンバータ。
  6. 前記入力部は、
    前記フロントカバーと同期して回転するドライブプレートと、
    前記ピストンと同期して回転するドリブンプレートと、
    前記ドライブプレートと前記ドリブンプレートとを回転方向に弾性的に連結する複数の弾性部材と、
    を有する、
    請求項1から5のいずれかに記載のトルクコンバータ。
  7. 前記ドライブプレートは、前記フロントカバーに固定されるとともに、前記弾性部材を保持する保持部を有し、
    前記ドリブンプレートは、前記ピストンに固定されるとともに、前記弾性部材に係合する係合部を有する、
    請求項6に記載のトルクコンバータ。
  8. 前記ピストンは、前記ピストンの前記フロントカバー側の空間と前記タービン側の空間とを連通する連通孔を有する、請求項1から7のいずれかに記載のトルクコンバータ。
  9. 前記連通孔は、前記インペラ及び前記タービンによって構成されるトーラスよりも径方向内側に形成されている、請求項8に記載のトルクコンバータ。
  10. 前記タービンに設けられ、前記ピストン側の空間から前記インペラ側の空間への作動油の流れのみを許容する一方向弁をさらに備えた、請求項1から9のいずれかに記載のトルクコンバータ。
  11. 前記ピストンに固定された動吸振器をさらに備えた、請求項1から10のいずれかに記載のトルクコンバータ。
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