JP7048049B2 - サイクロイド減速機 - Google Patents

Description

この発明は，例えば，移動用装置等のタイヤ部分，ロボット，工作機械等の各種装置に使用することができる小形で軽量なサイクロイド減速機に関する。

従来，コンベヤや生ごみ処理機等に適用される動力伝達装置として，装置の小形化，省スペース化を実現しながら，同時に，伝達容量の増大，騒音や振動の低減等について被駆動装置から受ける負荷に応じて適切な制御が可能なものが知られている。該動力伝達装置は，入力される動力を相手機械に伝達可能であり，その動力伝達機構を僅少の歯数差を有する第１外歯歯車及び第１内歯歯車を備え，第１外歯歯車を第１内歯歯車の内側で偏心内接噛合回転自在に組み込んだ第１内接噛合遊星歯車機構と，同じ入力軸と出力軸との間に第１内接噛合遊星歯車機構と動力伝達経路上で並列に配置され，僅少の歯数差を有する第２外歯歯車及び第２内歯歯車を備え，第２外歯歯車を第２内歯歯車の内側で偏心内接噛合回転自在に組み込んだ第２内接噛合遊星歯車機構とで構成すると共に，第１外歯歯車と第１内歯歯車の歯数差と，第２外歯歯車と第２内歯歯車の歯数差に差異を持たせることによって，第１内接噛合遊星歯車機構と第２内接噛合遊星歯車機構の動力伝達特性を相異ならせたものである（例えば，特許文献１参照）。

また，本出願人は，サイクロイド減速機として，一対のサイクロイド歯車を備えた移動用装置等のタイヤ部分に使用できる小形で軽量なものを開発し，それを先に特許出願したものがある。該サイクロイド減速機は，外周ピンと内周ピンとを転がり軸受で構成し，外周ピンの外輪にブロック状潤滑部材によって給油して潤滑し，内周ピンの外輪にリング状潤滑部材によって給油して潤滑し，更に，外周ピンと内周ピンとを介して一対のサイクロイド歯車１１，１２にも給油して潤滑することができる。この減速機は，サイクロイド歯車，外周ピン及び内周ピンを各潤滑部材で潤滑することによって耐久性を向上させ，部品同士の摩擦を小さくして抵抗を減らし，それによって軽量でコンパクトな構造に構成できるものである（例えば，特許文献２参照）。

特開２００４－２１１８４７号公報 特開２００８－３０９２６４号公報

ところで，従来の動力伝達装置は，並列に配置した歯車を備えた外歯歯車と内歯歯車との歯数差に差異を持たせて動力伝達特性を異ならせており，構造が大形になり，軽量でコンパクトに構成することが難しいものであった。また，本出願人に係るサイクロイド減速機は，外周ピン用の潤滑供給部材を多数設ける必要があり，部品点数が多くなり，複雑になってコスト高になっていた。更に，外周ピンの支持部は転がり軸受に構成されているので，回転性能はアップさせることができるが，転がり軸受を用いるためコスト高になっていた。

この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，移動用装置等のタイヤ部分，ロボット，工作機械等の各種装置に使用することができ，相対移動部材の一方の相手部材に連結した減速機部を機器を収容したハウジング内に配設し，減速機部における外周ピンをすべり軸受に構成してハウジングに組み込み，外周ピンを潤滑する外周ピン用潤滑リングを１個で構成して部品点数を低減し，転がり軸受に構成した内周ピンをサイクロイド歯車間に配設した歯車セパレータ用潤滑リングを通じて潤滑可能にし，更に，ハウジングの端部にクロスローラベアリングの外輪を連結し，該外輪にローラを介して回転自在な内輪に減速機部の出力軸を構成するボス板を固定し，外周ピンと内周ピンを介して一対のサイクロイド歯車にも給油して潤滑し，伝達効率を向上させ，小形で軽量に構成してコンパクトにユニット化したサイクロイド減速機を提供することである。

この発明は，軸方向に隣接して周方向に１８０°位相を異にする一対の偏心部を備えた入力軸，前記偏心部にそれぞれ外接して回転作動する一対のサイクロイド歯車，前記サイクロイド歯車に隣接して前記入力軸を回転自在に支持する出力軸を構成するボス板，前記ボス板に前記サイクロイド歯車を介して固定され且つ前記入力軸を回転自在に支持する内周ピンホルダー，前記サイクロイド歯車の歯部の外周歯部を転動する複数の外周ピン，一対の前記サイクロイド歯車の間に配設された前記サイクロイド歯車に摺接して潤滑するリング形状の歯車セパレータ用潤滑リング，及び前記サイクロイド歯車に形成された複数の挿通孔をそれぞれ転動し且つ前記ボス板に回転可能に支持された内周ピンを備えた減速機部を有することから成るサイクロイド減速機において，
前記減速機部は，前記入力軸に連結する出力軸を備えた機器が収容された円筒状のハウジング内に配設されており，
前記外周ピンは，前記サイクロイド歯車の外周の周方向に隔置して，一端が前記ハウジングに取り付けられた外周ピンホルダー板に且つ他端が前記ハウジングにそれぞれ回転可能に支持されており，
前記ハウジングの内周面にはリング形状の外周ピン用潤滑リングが摺動自在に配設されており，
前記外周ピンは，前記外周ピン用潤滑リングにそれぞれ回転自在に摺接してすべり軸受を構成していることを特徴とするサイクロイド減速機に関する。

また，前記減速機部は前記ハウジングの端部に形成された円形凹部に配設されており，前記外周ピン用潤滑リングは前記ハウジングの前記内周面に形成された環状溝に摺接して配設されている。

また，前記外周ピン用潤滑リングは，前記ハウジングに形成された断面矩形の前記環状溝に隙間を有して嵌入されており，前記外周ピンの回転に伴い前記環状溝内を摺接自在に配設されると共に，前記隙間が潤滑剤溜りに形成されるものである。

また，このサイクロイド減速機は，前記ハウジングの前記端部には，前記端部に固定された外輪及び前記外輪にローラを介して回転可能な内輪から成るクロスローラベアリングが取り付けられ，前記ボス板は，前記内輪に嵌入屈折して前記内輪に固定された鍔部を備えている。

また，前記外周ピン用潤滑リング及び前記歯車セパレータ用潤滑リングは，潤滑剤を含浸した多孔質成形体から構成されているものである。

このサイクロイド減速機は，上記のように，外周ピンが外周ピン用潤滑リングに外接して機器収容用のハウジングにすべり軸受として組み込まれ，内周ピンが転がり軸受に構成されて歯車セパレータ用潤滑リングで潤滑可能に構成され，外周ピンと内周ピンとが潤滑剤を含浸させて外周ピン用潤滑リングと歯車セパレータ用潤滑リングで潤滑されるので，該両潤滑リングに含浸された潤滑剤が滲み出して，外周ピン，内周ピン及びサイクロイド歯車に給油されることによって潤滑剤が各部材に行き渡り，部品同士の摩擦を小さくして抵抗を減らすことができ，潤滑メンテナンスフリーを実現し，更に，モータの出力が伝達される入力軸からサイクロイド減速機を通じてボス板に連結されると共に，クロスローラベアリングの外輪をハウジングに取り付けて外周ピンをすべり軸受に構成し，出力軸となるボス板をクロスローラベアリングの内輪に連結したので，装置そのものが軽量で小形化してコンパクトでユニット化された構成され，サイクロイド歯車，外周ピン，内周ピン等の部品の耐久性を向上させると共に伝達効率を向上させることができる。

この発明によるサイクロイド減速機から成る減速機部を組み込んだインホイールモータを示す部分破断面を含む外観斜視図である。 図１の線分Ａ－Ａにおけるインホイールモータを示す断面図である。 図２の線分Ｂ－Ｂにおけるクロスローラベアリングの外輪を断面化したインホイールモータを示す側面図である。 図２の線分Ｃ－Ｃにおける減速機部の外周ピン用潤滑リングと歯車セパレータ用潤滑リングを示す断面図である。 図１の線分Ｄ－Ｄにおける減速機部のサイクロイド歯車と外周ピンを示す断面図である。

以下，図面を参照して，この発明によるサイクロイド減速機の実施例を説明する。この発明によるサイクロイド減速機は，その減速機部をユニット化して他の機器を収容するハウジング内に組み込んだものであり，移動用装置のタイヤ等の車輪，ロボット，工作機械等の各種装置に取り付けることができる小形で軽量な構造のものである。この発明によるサイクロイド減速機は，本出願人が先に特許出願した特開２０１７－３０９２６４号公報に係る減速機の改良発明であり，主として，外周ピン６の摺動部分に潤滑剤を含浸した多孔質成形体から成る円形状の潤滑リング９をハウジング３に組み込み，外周ピン６と潤滑リング９とですべり軸受を構成したことを特徴としている。このサイクロイド減速機を構成する減速機部２０は，入力軸１が連結されたモータ２６を収容した円筒状のハウジング３内に配設されており，軽量にコンパクトに構成されている。また，このサイクロイド減速機におけるサイクロイド歯車１１，１２及び内周ピン７に係わる構成等は，特開２０１７－３０９２６４号公報に開示されているものとほぼ同等の部品であるので，ここでは，それらの部品については簡単に説明することとする。

この発明によるサイクロイド減速機は，概して，ハウジング３に軸受２２等を介して支持された入力軸１の回転が入力されて減速するものであり，軸方向に隔置して１８０°位相を異にする一対の偏心部４２を備えた入力軸１，両偏心部４２にそれぞれ外接して回転作動する中心孔を備えた一対のサイクロイド歯車１１，１２，サイクロイド歯車１１，１２に隣接して入力軸１を回転自在に支持する出力軸を構成するボス板２，ボス板２にサイクロイド歯車１１，１２を介して固定され且つ入力軸１を回転自在に支持する内周ピンホルダー５，サイクロイド歯車１１，１２の歯部４７の外周歯形を転動する複数の外周ピン６，一対のサイクロイド歯車１１，１２の間に配設され且つサイクロイド歯車１１，１２に摺接して潤滑するリング形状の歯車セパレータ用潤滑リング１０，及びサイクロイド歯車１１，１２に形成された複数の挿通孔３６をそれぞれ転動し且つボス板２に回転可能に支持された内周ピン７から成る減速機部２０を有するものである。他の機器を収容するハウジング３は，例えば，他の機器がモータである場合にはその内周面に固定された固定子のステータ，及びステータ内に位置して入力軸１に連結された回転可能な回転子のロータから成るモータ２６が収容されている。ハウジング３の端部には，コネクタ３８等が取り付けられたハウジングエンド２９が取り付けられている。

この発明によるサイクロイド減速機は，モータ２６に限らず，概して，クラッチ，タービン，発電機，発電・電動機等の他の機器（図示せず）を収容するハウジング３内に減速機部２０をコンパクトに配設することによって，装置そのものをコンパクトにユニット化した構造に構成したものである。このサイクロイド減速機は，例えば，モータ，発電機等の駆動手段に取り付けられた入力軸１からの駆動力を一対のサイクロイド歯車１１，１２を介して減速して出力軸であるボス板２に伝達するものである。このサイクロイド減速機は，特に，ハウジング３の端部４１に形成された円形凹部５０に減速機部２０が収容されており，減速機部２０を構成する外周ピン６は，その一端の端部４９がハウジング３の円形凹部５０に形成した環状支持溝４０に回転自在に支持され，他端の端部４９が環状支持溝４０に対向してハウジング３に固定された外周ピンホルダー板４に回転自在に支持されている（図２）。また，このサイクロイド減速機は，減速機部２０を収容するため円形凹部５０の内周面に環状溝５２を形成している。このサイクロイド減速機を構成する減速機部２０では，特に，外周ピン６の両端４９をハウジング３と外周ピンホルダー板４にすべり軸受として組み込んで，外周ピン用潤滑リング９をハウジング３の内周面の環状溝５２に摺動自在に配設して，外周ピン用潤滑リング９で外周ピン６を潤滑するように構成したことを特徴としている。

また，このサイクロイド減速機は，ハウジング３の端部４１の円形凹部５０には，サイクロイド歯車１１，１２，外周ピン６，内周ピン７等の減速機部２０を配設するため，ハウジング３の円形凹部５０に所定の間隔を有して外周ピンホルダー板４を対向配置し，該外周ピンホルダー板４をハウジング３の端部４１に固定している。即ち，外周ピン用潤滑リング９は，ハウジング３の内周面５１に設けた断面矩形の環状溝５２に隙間を有して嵌入され，外周ピン６の回転に伴い環状溝５２内を摺動可能に配設されると共に，外周ピン６の外周側の環状溝５２の隙間を潤滑剤溜りとして機能するように構成したことである。また，歯車セパレータ用潤滑リング１０は，サイクロイド歯車１１，１２間に組み込まれており，内周ピン７とサイクロイド歯車１１，１２の端面に接触して給油するように構成されている。歯車セパレータリング３０は，ＰＯＭ（ポリオキシメチレンポリアセタール）製であり，２枚のサイクロイド歯車１１，１２の間に配置されている。歯車セパレータ用潤滑リング１０は，歯車セパレータリング３０の内側に組み込まれており，歯車セパレータ用潤滑リング１０の内周面は，内周ピン７の外輪３１の外径面に接触するように構成されている。また，歯車セパレータ用潤滑リング１０からサイクロイド歯車１１，１２の端面に給油した潤滑剤は，サイクロイド歯車１１，１２と歯車セパレータリング３０との滑り接触による摩擦抵抗を低減させるように機能する。また，サイクロイド歯車１１，１２の端面を給油した潤滑剤は，歯車表面から内周ピン７の外輪３１の外径面へと給油されて潤滑することができる。

また，このサイクロイド減速機は，ハウジング３の端部４１には，ハウジング３の端部４１に配置された外輪１４，及び外輪１４にローラ１６を介して回転可能に配設された内輪１５から成るクロスローラベアリング１３が取り付けられている。ボス板２は，内輪１５の端面から突出して内輪１５に固着した鍔部４３を備えている。また，ボス板２は，ハウジング３の一方の端部の外径から突出した鍔部４３に外輪１４が固着されたクロスローラベアリング１３を介して回転自在に支持されている。ボス板２は，クロスローラベアリング１３の内輪１５の外端面から内径即ち内周面に嵌入して固着され，一種の帽子形状に形成されている。

また，外周ピン用潤滑リング９及び歯車セパレータ用潤滑リング１０は，潤滑剤を含浸した多孔質成形体から構成されているものである。詳しくは，潤滑リング９，１０は，例えば，多孔質の焼結樹脂部材であり，パウダー状の状態で押し固めて加熱成形し，その後に，加熱成形体の多孔部に潤滑剤となる潤滑油を含浸して作製されている。また，歯車セパレータ用潤滑リング１０は，図２に示すように，サイクロイド歯車１１，１２間に配設された歯車セパレータリング３０の内周面に嵌合支持されると共に，内周ピン７に接して内周ピン７を潤滑するものである。

このサイクロイド減速機において，外周ピン６は，その一端が外周ピンホルダー板４に支持され，他端が外周ピンホルダー板４を支持したハウジング３に形成された環状支持溝４０に周方向に隔置してそれぞれ回転可能に支持されている。このサイクロイド減速機は，特に，ハウジング３の内周面５１には外周ピン６をそれぞれ回転自在に外接して潤滑するリング形状の外周ピン用潤滑リング９が摺接して配設されていることを特徴としている。外周ピン６と外周ピン用潤滑リング１０は，すべり軸受を構成しているものである。

このサイクロイド減速機において，入力軸１は，軸受２１によってボス板２に回転自在に支持されており，ボス板２と内周ピンホルダー５が位置する部分は小径に，一対のサイクロイド歯車１１，１２が位置する部分は大径に形成されている。一対のサイクロイド歯車１１，１２は，入力軸１の偏芯カムから成る偏心部４２に偏心部軸受を構成するローラ２３を介してそれぞれ外接して回転作動するように構成されている。このサイクロイド減速機は，入力軸１を回転自在に支持する軸受２１と偏心部軸受のローラ４６との間には，偏心部軸受案内板がそれぞれ設けられている。該偏心部軸受案内板は，摩擦抵抗を減らすため熱可塑性樹脂であるＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）から作製されている。

このサイクロイド減速機は，減速機部２０の内部の潤滑剤が入力軸１側から機器側に漏れないように，回転しないハウジング３の内周面５１にシール８が配設されている。ハウジング３の内径側の内周面５１と外周ピンホルダー板４の内径側の内周面には，ゴム製のシール８が設けられている。シール８のリップ部は，回転する出力軸のボス板２と内周ピンホルダー５の外径側の外周面に接触している。また，減速機部２０の潤滑剤が機器側に漏洩しないように，シール８を入力軸１のシャフトに対して配設されている。シール８のリップ部は，入力軸１，ボス板２，内周ピンホルダー５等の回転体に対して接触し，減速機部２０側に向けて配設され，減速機部２０の内部から潤滑剤が漏洩しないように組み込まれている。

このサイクロイド減速機において，ボス板２は，ハウジング３にクロスローラベアリング１３を介して支持されている。クロスローラベアリング１３は，取付け用ねじ穴３５が形成され且つ該取付け用ねじ穴３５にねじ４５が螺入されてハウジング３に固定された外輪１４，ボス板２に固定ねじ３９で固定された内輪１５，外輪１４と内輪１５との間に組み込まれた複数個のローラ１６，及びローラ１６間に配設されている複数個のセパレータ１７から構成されている。このサイクロイド減速機は，ボス板２には複数個の取付け用孔（図示せず）が形成され，内輪１５には複数個の取付けねじ穴（図示せず）が形成されており，固定ねじ３９をボス板２の鍔部４３の取付け用ねじ穴に挿通して内輪１５の取付けねじ穴に螺入して，ボス板２を内輪１５に固定している。また，ハウジング３には，複数個の取付け用孔５４が形成されており，外輪１４には，ハウジング３に固定するねじ４５を螺入するための周方向に隔置して複数個の取付け用ねじ孔３５が形成されている。このサイクロイド減速機は，ねじ４５をハウジング３の取付け用孔５４に通して外輪１４の取付け用ねじ孔３５に螺入して，ハウジング３に外輪１４を固定している。外輪１４には，ローラ１６とセパレータ１７とを外輪１４と内輪１５との間に組み込むための組込み孔（図示せず）が形成されており，組込み孔には蓋１８が嵌合されている。蓋１８は，ピン１９で外輪１４に固定されている。

このサイクロイド減速機において，内周ピン７は，概して，外輪３１，内ピン３７及びニードルローラ３２とから成る転がり軸受５３で構成され，ボス板２に内周ピン固定ピン３４によって固定されている。外輪３１は，例えば，ミニアチュアカムフォロアから構成されている。サイクロイド歯車１１，１２の挿通孔３６に嵌挿した一対の外輪３１は，１本の内ピン３７で支持されている。内周ピン７の軸方向両端には，金属製の側板３３が配置されている。サイクロイド歯車１１，１２と外周ピンホルダー板４との間，及び側板３３とニードルローラ３２との間には，例えば，摩擦抵抗を減らすため熱可塑性樹脂であるＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）製のスラストワッシャ２５が配置されている。また，内周ピン７は，隣接する２つのカムフォロアの外輪３１の間に金属製のカラーとＰＥＥＫ製の一対のスラストワッシャ２５が配置されている。なお，転がり軸受の内部には，固形潤滑剤を内蔵させることもできる。固形潤滑剤は，例えば，潤滑油と超高分子量のポリエチレンパウダーを混合して焼き固めることによって作製することができる。

また，入力軸１は，その一端側がモータ２６のロータと一体的構造であり，他端側がサイクロイド歯車１１，１２を取り付ける領域であって偏芯部４２に形成されている。入力軸１の偏芯部４２は，その両側がローラ２３を保持する保持器２４で支持されている。このサイクロイド減速機では，出力軸を構成するボス板２は，クロスローラベアリング１３の内輪１５に固定ねじ３９でねじ止めされている。タイヤ等の相手部材は，固定ねじ３９を用いてボス板２と共に共締めすることができる。

この減速機は，上記のように構成されており，減速機の動力伝達経路は，概して次のとおりである。この減速機では，例えば，移動用装置等の機械装置のスイッチがＯＮされ，入力軸１が回転する。入力軸１には１８０°位相がずれている一対の偏心部４２が設けられており，偏心部４２には，偏心部軸受のローラ４６を介してそれぞれ外接して回転作動するサイクロイド歯車１１，１２が配設されている。入力軸１の回転によって偏心部４２を介してサイクロイド歯車１１，１２が偏心して回転する。サイクロイド歯車１１，１２には，外周面に歯部４７及び挿通孔３６が形成されている。外周ピン６は，端部４９の一端が外周ピンホルダー板４に支持されており，外周ピン６にサイクロイド歯車１１，１２の外周面の歯部４７が接して回転する。サイクロイド歯車１１，１２に形成された挿通孔３６には，内周ピンホルダー５に固定された内周ピン７が嵌挿されている。そこで，内周ピン７の外輪はサイクロイド歯車１１，１２の挿通孔３６の内周面を転動して回転する。即ち，サイクロイド歯車１１，１２は，入力軸１の偏心部４２の偏心部軸受を介して遊星歯車として高速で公転しながら同時に低速で自転する。遊星歯車としてのサイクロイド歯車１１，１２が自転すると，サイクロイド歯車１１，１２の自転に連れて内周ピン７が回転し，回転する内周ピン７を介して出力軸のボス板２が回転することになる。

この発明によるサイクロイド減速機は，移動用装置のタイヤ部分，ロボット，工作機械等の各種装置の動力伝達経路に組み込んで使用される小形で軽量な減速機として好ましいものである。

１ 入力軸
２ ボス板
３ ハウジング
４ 外周ピンホルダー板
５ 内周ピンホルダー
６ 外周ピン
７ 内周ピン
９ 外周ピン用潤滑リング
１０ 歯車セパレータ用潤滑リング
１１，１２ サイクロイド歯車
１３ クロスローラベアリング
１４ 外輪
１５ 内輪
１６ ローラ
２０ 減速機部
３６ 挿通孔
４１ 端部
４２ 偏芯部
４３ 鍔部
４７ 歯部
５０ 円形凹部
５１ 内周面
５２ 環状溝
５３ 転がり軸受

Claims (4)

1. 軸方向に隣接して周方向に１８０°位相を異にする一対の偏心部を備えた入力軸，前記偏心部にそれぞれ外接して回転作動する一対のサイクロイド歯車，前記サイクロイド歯車に隣接して前記入力軸を回転自在に支持する出力軸を構成するボス板，前記ボス板に前記サイクロイド歯車を介して固定され且つ前記入力軸を回転自在に支持する内周ピンホルダー，前記サイクロイド歯車の歯部の外周歯部を転動する複数の外周ピン，一対の前記サイクロイド歯車の間に配設された前記サイクロイド歯車に摺接して潤滑するリング形状の歯車セパレータ用潤滑リング，及び前記サイクロイド歯車に形成された複数の挿通孔をそれぞれ転動し且つ前記ボス板に回転可能に支持された内周ピンを備えた減速機部を有することから成るサイクロイド減速機において，
   前記減速機部は，前記入力軸に連結する出力軸を備えた機器が収容された円筒状のハウジング内に配設されており，前記外周ピンは，前記サイクロイド歯車の外周の周方向に隔置して，一端が前記ハウジングに取り付けられた外周ピンホルダー板に且つ他端が前記ハウジングにそれぞれ回転可能に支持されており，前記ハウジングの内周面にはリング形状の外周ピン用潤滑リングが摺動自在に配設されており，前記外周ピンは，前記外周ピン用潤滑リングにそれぞれ回転自在に摺接してすべり軸受を構成し、
   前記外周ピン用潤滑リングは前記ハウジングの前記内周面に形成された環状溝に摺接して配設され、
   前記外周ピン用潤滑リングは，前記ハウジングに形成された断面矩形の前記環状溝に隙間を有して嵌入されており，前記外周ピンの回転に伴い前記環状溝内を摺接自在に配設されると共に，前記隙間が潤滑剤溜りに形成されていることを特徴とするサイクロイド減速機。
2. 前記減速機部は前記ハウジングの端部に形成された円形凹部に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のサイクロイド減速機。
3. 前記ハウジングの前記端部には，前記端部に固定された外輪及び前記外輪にローラを介して回転可能な内輪から成るクロスローラベアリングが取り付けられ，前記ボス板は，前記内輪に嵌入屈折して前記内輪に固定された鍔部を備えていることを特徴とする請求項２に記載のサイクロイド減速機。
4. 前記外周ピン用潤滑リング及び前記歯車セパレータ用潤滑リングは，潤滑剤を含浸した多孔質成形体から構成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のサイクロイド減速機。

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