JP7179608B2 - 軸流ファン - Google Patents

Description

本発明は、軸流ファンに関する。

軸流ファンは、電子機器、家電機器、ＯＡ機器、産業機器等々の冷却、換気、空調や、車両用の空調、送風などに広く用いられている。軸流ファンでは、一般的に、内部のモータに電力を供給するためのリード線の一端が内部の回路基板に接続されており、リード線の他端はケーシング（ハウジング）の外部に引き出されている（たとえば、特許文献１、２等を参照）。

軸流ファンの組立工程として、リード線の一端が接続された回路基板をケーシングに取り付ける際に、リード線の他端をケーシングの風洞部に設けられた複数のスポークの間を通して外部に引き出す手法がある。

他の軸流ファンの例として、リード線の一端が接続された回路基板を有するステータ部の外周に放射状に腕部が設けられ、ケーシングの吸気口側からケーシングにステータ部を挿入し、腕部をケーシングに固定するものがある。

特開２０１３－１９９８６１号公報 特開２０１８－１１５６１５号公報

前述したリード線を複数のスポークの間を通す手法においては、ケーシングを持ち上げた状態で作業せざるを得ないため、作業性が悪いという問題がある。また、リード線の他端側にコネクタが設けられる場合、コネクタの大きさによってはスポークの間を通らない場合があり、その場合は、リード線の一端を回路基板には接続しておかず、他端にコネクタが設けられたリード線の一端を外部からスポークの間を通した後に回路基板に半田付け等により接続しなければならない。この場合、半田付けのスペースが狭くなって作業が難しくなり、作業性が悪くなる。

ステータ部の腕部をケーシングに固定するものでは、リード線の取り扱いについての不便はなくなるが、ケーシングの中心軸に対してステータ部の中心軸がずれる場合があり、排気口から吹き出される空気の流れに偏りが生じ、風量特性の低下や騒音の増加が生じる虞がある。また、ケーシングの外部に引き出されるリード線がケーシングに固定されない構造であったため、ケーシングの排気口から吹き出された空気がリード線に衝突し、リード線が振動し、騒音が生じる虞がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ケーシングの外部にリード線を引き出す作業の容易な軸流ファンを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る軸流ファンは、ケーシングと、リード線と、押え部材とを備える。前記ケーシングは、インペラを回転自在に支持し、かつ切欠部が形成される。前記リード線は、前記ケーシングに収容され、前記インペラを回転させるモータに少なくとも電力を供給する。前記押え部材は、前記切欠部に挿入される。前記切欠部は、前記ケーシングの軸方向の一端から、前記ケーシングの中央に形成される風洞を囲む側壁を周方向に所定の幅で前記風洞側から前記側壁の外側に貫通して、軸方向に他端の手前まで延在し、前記延在が止む端部に底部が形成されており、前記押え部材と前記底部との間にリード線用空間部が形成される。前記リード線は、前記ケーシングの内部より前記リード線用空間部から前記ケーシングの外部に引き出される。前記押え部材は、前記切欠部の前記底部から軸方向に連なる側壁部と対向する一対の面の両方に軸方向に延在するキーが形成される。前記側壁部は、前記キーに対応し、かつ前記キーが挿入される溝部が形成されている。

本発明の一態様に係る軸流ファンは、ケーシングの外部にリード線を引き出す作業を容易にすることができる。

図１は、実施形態に係る軸流ファンの構成例を示す正面図である。 図２は、実施形態に係る軸流ファンの構成例を示す断面図である。 図３は、ケーシングの構成例を示す正面図である。 図４は、ケーシングの構成例を示す斜視図である。 図５は、押え部材の構成例を示す斜視図（１）である。 図６は、押え部材の構成例を示す斜視図（２）である。 図７は、押え部材の構成例を示す斜視図（３）である。 図８は、押え部材の構成例を示す斜視図（４）である。 図９は、押え部材の構成例を示す斜視図（５）である。 図１０は、押え部材の構成例を示す斜視図（６）である。 図１１は、リード線が接続された回路基板をケーシングに組み込む様子を示す斜視図（１）である。 図１２は、リード線が接続された回路基板をケーシングに組み込む様子を示す斜視図（２）である。 図１３は、ケーシングに押え部材が挿入された状態の部分的な斜視図である。 図１４は、第１の比較例を示す図である。 図１５は、第２の比較例を示す図である。

以下、実施形態に係る軸流ファンについて図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

図１は、実施形態に係る軸流ファン１の構成例を示す正面図である。図１において、軸流ファン１のケーシング３０は外形が略矩形のハウジング３４を備え、ハウジング３４の中央に形成される円筒状の風洞には、ハブ２１および羽根２２を有するインペラ２０が回転可能に支持されている。また、ハウジング３４の側壁の一部（図では右側面の上側）には切欠部３４ｂが設けられ、切欠部３４ｂにリード線６０の側部が挟み込まれた状態で、切欠部３４ｂに押え部材３７が挿入されるようになっている。押え部材３７は、たとえば、樹脂等により形成される。切欠部３４ｂおよび押え部材３７の詳細については後述する。

また、ハウジング３４の四隅には、ボルト等により他の装置等への取付が行えるようにした貫通孔３４ａが設けられている。なお、ハウジング３４の外形は、図示のような矩形に限られず、たとえば、円形であってもよい。なお、インペラ２０の羽根２２の枚数や間隔や形状は図示のものに限られない。

図２は、実施形態に係る軸流ファン１の構成例を示す断面図（図１におけるＹ－Ｙ断面図）である。図２において、軸流ファン１は、モータ１０と、インペラ２０と、ケーシング３０と、軸受４０と、回路基板５０と、リード線６０とを備えている。

モータ１０は、たとえば、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータであり、インペラ２０を回転させる。モータ１０は、ステータコア１１と、コイル１２と、ロータ１３とを有する。

ステータコア１１は、ケイ素鋼板などのような軟磁性材料から形成された鋼板がプレス加工され、プレス加工された鋼板が複数枚、軸方向に積層されて構成される。ステータコア１１は、円環状の本体部と、かかる本体部の外周側から外方に向かって径方向に延在する複数のティースとを有する。

なお、以降においては、軸流ファン１の径方向、軸方向および周方向を次のように規定して説明する。ここで、「径方向」とは、軸流ファン１の内部で回転するインペラ２０の回転軸ＡＸと直交する方向であり、「軸方向」とは、インペラ２０の回転軸ＡＸの軸方向と一致する方向であり、「周方向」とは、インペラ２０の回転方向Ｒと一致する方向である。

コイル１２は、ステータコア１１を軸方向の両側から覆うインシュレータ（軸方向に２つに分割されたインシュレータ）を介して、複数のティースのそれぞれに巻回される。

ロータ１３は、回転軸ＡＸを中心としてステータコア１１およびコイル１２に対して相対的に回転する。ロータ１３は、シャフト１４と、ロータヨーク１５と、ロータマグネット１６とを有する。インペラ２０は、ハブ２１と、複数の羽根２２とを有する。

シャフト１４は、円柱状であり、軸方向に延在し、軸受ホルダー３１の内側に装着された一対の軸受４０により回転可能に支持される。

ハブ２１はカップ状であり、中央の軸方向内側に向けて形成された突出部にシャフト１４の一方端が圧入されて結合される。複数の羽根２２は、ハブ２１の外周面に支持される。羽根２２は、全て同じ形状で、周方向に均等の間隔で配置され、たとえば、隣接する羽根２２との間に平面視で隙間が形成されている。ハブ２１と複数の羽根２２とは、たとえば、樹脂の一体成形で形成される。

ロータヨーク１５は、軟磁性材からなり、ハブ２１の内側に接着材等により固定されている。なお、ロータヨークをカップ状に形成し、ロータヨークの中央部がシャフト１４に直接に取り付けられるものとし、そのロータヨークの外周面にハブが固定されるようにしてもよい。

ロータマグネット１６は、リング状であり、ロータヨーク１５の内周面に接合される。また、ロータマグネット１６は、ステータコア１１のティースと向かい合うように配置され、内周面にＳ極とＮ極とが周方向に交互に着磁される複数の磁極が形成される。

ケーシング３０は、軸受ホルダー３１と、モータベース３２と、複数のスポーク３３と、ハウジング３４とを有する。軸受ホルダー３１は、中空円筒状の金属製であり、円形カップ状のモータベース３２の中央に形成された突出部の開口に配置される。軸受ホルダー３１はモータベース３２の突出部の開口に嵌着してもよく、また軸受ホルダー３１をインサートしてモータベース３２に一体成形してもよい。軸受ホルダー３１は、内周側に一対の軸受４０が装着され、外周側にはステータコア１１などが装着されている。モータ１０が装着されるモータベース３２は、ハウジング３４の一方端に配置される。

複数のスポーク３３は、モータベース３２の外周側に配置され、径方向に延在してモータベース３２とハウジング３４とを連結する。ハウジング３４は、内側に円孔からなる風洞が形成され、かかる風洞に軸流ファン１の各部材が収容される。モータベース３２と、スポーク３３と、ハウジング３４とは、たとえば、樹脂の一体成形で形成される。

また、ケーシング３０には、軸方向における一方側（図２では上側）に吸込口３５が形成され、軸方向における他方側（図２では下側）に吐出口３６が形成される。そして、インペラ２０が所定の回転方向Ｒに回転することにより、吸込口３５から吐出口３６に向けて空気の流れＦＬが形成される。

軸受４０は、転がり軸受で構成されており、シャフト１４を回転自在に支持する。なお、軸受４０は流体軸受であってもよいし、滑り軸受であってもよい。

回路基板５０は、電子部品を実装し、モータ１０を制御する制御回路を有しており、ステータコア１１とモータベース３２との間に配置される。回路基板５０には、インペラ２０を回転させるモータ１０に少なくとも電力を供給するリード線６０の一端が接続されている。リード線６０は、電力の供給以外に、たとえば、制御信号の送受信に用いられる。リード線６０は、ケーシング３０内において一つのスポーク３３に沿って配置される。リード線６０の他端は、ハウジング３４に設けられた切欠部３４ｂの底部と押え部材３７との間に形成されたリード線用空間部を通し、内部から外部に引き出されている。なお、押え部材３７は、切欠部３４ｂに挿入された状態において、切欠部３４ｂの底部に対して、リード線６０を押圧している。

図３は、ケーシング３０の構成例を示す正面図であり、図４は、ケーシング３０の構成例を示す斜視図である。図３および図４において、ケーシング３０を構成するハウジング３４の一部には切欠部３４ｂが設けられている。切欠部３４ｂは、ハウジング３４においてインペラ２０の外周部と対向する内周面の一部を分断するように設けられており、切欠部３４ｂに押え部材３７が挿入された状態において連続面を形成する。

切欠部３４ｂは、切欠方向側端部に底部３４ｃが形成されており、底部３４ｃに続く側壁部３４ｄ、３４ｅには、キー溝となる溝部３４ｆ、３４ｇが設けられている。溝部３４ｆ、３４ｇは、押え部材３７側のキーに対応するものであり、側壁部３４ｄ、３４ｅの表面から奥に入るにつれて幅が広く形成されている。これにより、押え部材３７の挿入により、切欠部３４ｂの両端が強固に連結され、ハウジング３４の強度が高められる。

また、切欠部３４ｂは、側壁部３４ｄに、押え部材３７の後述する係止爪に対応する凹部３４ｈが設けられている。切欠部３４ｂに押え部材３７が挿入され、凹部３４ｈに押え部材３７の係止爪が挿入された状態で、ハウジング３４に対して押え部材３７の軸方向の移動が規制される。

図５～図１０は、押え部材３７の構成例を示す斜視図であり、視点を変えた斜視図である。すなわち、図５の押え部材３７を下方から見たものが図６である。図５の押え部材３７を右側から見たものが図７である。図７の押え部材３７を下方から見たものが図８である。図５の押え部材３７を裏側から見たものが図９である。図９の押え部材３７を下方から見たものが図１０である。なお、図５～図１０において、図の上下方向が、押え部材３７の挿入時において軸流ファン１の軸方向になる。

図５～図１０において、押え部材３７は、ハウジング３４の風洞側に対応する曲面状の面３７ａと、この面３７ａに対向し、ハウジング３４の外側に対応する平坦な面３７ｂとを有している。また、押え部材３７は、面３７ａ、３７ｂに連なる平坦な面３７ｃと、この面３７ｃに対向する平坦な面３７ｄとを有している。面３７ｃ、３７ｄは、押え部材３７の挿入時においてハウジング３４の切欠部３４ｂの側壁部３４ｄ、３４ｅと対向する。

また、面３７ｃには、軸方向に沿ってキー３７ｅが設けられ、面３７ｄには、軸方向に沿ってキー３７ｆが設けられている。キー３７ｅは、面３７ｃの表面から突出するにつれて幅が広く形成されている。同様に、キー３７ｆは、面３７ｄの表面から突出するにつれて幅が広く形成されている。また、面３７ａに連なる押え部材３７の先端部（図における下部）には、突起部３７ｇが設けられている。突起部３７ｇは、押え部材３７の挿入時において、リード線６０を押圧する。

また、面３７ｂは二股に分岐しており、一方の分岐片３７ｈの外側には係止爪３７ｉが形成されている。係止爪３７ｉは、分岐片３７ｈの弾性変形により変位が可能となっており、押え部材３７の挿入時に、ハウジング３４の切欠部３４ｂの凹部３４ｈに弾性変形して挿入された後に変位が復帰し、ハウジング３４に対して押え部材３７の軸方向への移動を規制する。

なお、ハウジング３４の切欠部３４ｂ側に溝部３４ｆ、３４ｇが設けられ、押え部材３７側にキー３７ｅ、３７ｆが設けられる例について説明したが、反対に、ハウジング３４の切欠部３４ｂ側にキーが設けられ、押え部材３７側に溝部が設けられるようにしてもよい。

図１１および図１２は、リード線６０が接続された回路基板５０をケーシング３０に組み込む様子を示す斜視図である。図１１は、押え部材３７が挿入されていないケーシング３０に対し、モータベース３２が設けられた面とは反対側の面から、リード線６０の一端が接続された回路基板５０を組み込む状態を示している。この場合、回路基板５０を軸受ホルダー３１を包囲するようにケーシング３０内に配置する際に、ハウジング３４の切欠部３４ｂの開口に上方からリード線６０の側部を差し込む。なお、リード線６０の回路基板５０とは反対側の端部にはコネクタ６１が接続されている。リード線６０の周囲はチューブ６２により覆われている。なお、リード線６０はチューブ６２により覆われていなくてもよい。

図１２は、ケーシング３０内に回路基板５０が収容され、ハウジング３４の切欠部３４ｂに押え部材３７が挿入された状態を示している。リード線６０は、ハウジング３４の切欠部３４ｂの底部と押え部材３７の突起部との間に形成されたリード線用空間部により抑え込まれる。すなわち、リード線６０は、ケーシング３０の内部よりリード線用空間部からケーシング３０の外部に引き出される。図１３は、ケーシング３０に押え部材３７が挿入された状態の部分的な斜視図であり、ケーシング３０の風洞側から押え部材３７の内面を見た図である。

図１４は、第１の比較例を示す図である。図１４の左側は、回路基板１１１に一端が接続されたリード線１１２の他端に接続されたコネクタ１１３が、図の奥側から、軸流ファン１００のケーシング１０１の風洞部に設けられた複数のスポーク１０２、１０３の間を通され、スポーク１０３と保持片１０４の間にリード線１１２が沿わせられる状態を示している。リード線１１２が配置された状態を図の右側に示している。

このような手法によれば、コネクタ１１３を通すためにケーシング１０１を持ち上げた状態で作業せざるを得ないため、作業性が悪いという問題がある。また、リード線１１２の他端側のコネクタ１１３が相対的に大きい場合にはスポーク１０２、１０３の間を通らない場合があり、その場合は、リード線１１２を回路基板１１１には接続しておかず、他端にコネクタ１１３が設けられたリード線１１２の一端を図の手前側からスポーク１０２、１０３の間を通した後に回路基板１１１に半田付け等により接続しなければならない。この場合、半田付けのスペースが狭くなって作業が難しくなり、作業性が悪くなる。

図１５は、第２の比較例を示す図である。図１５において、軸流ファン２００のケーシング２０１の端面の風洞部の外周には取付溝２０２～２０５が設けられ、ステータアッシー２１１の外周には放射状に腕部２１２～２１５が設けられている。ステータアッシー２１１にはリード線２１６の一端が接続され、リード線２１６の他端にはコネクタ２１７が接続されている。そして、ケーシング２０１に対し図の右側より、ステータアッシー２１１がケーシング２０１側に挿入され、腕部２１２～２１５がケーシング２０１の取付溝２０２～２０５に係合されることで組立が行われる。

このような手法によれば、リード線２１６の取り扱いについての不便はなくなるが、ケーシング２０１の中心軸に対してステータアッシー２１１の中心軸がずれる場合があり、ステータアッシー２１１に取り付けられるインペラの羽根の外周端とケーシング２０１の内周面との間の隙間が円周方向で均一にならず、その結果、排気口から吹き出される空気の流れに偏りが生じ、風量特性の低下や騒音の増加が生じる虞がある。また、ケーシング２０１の外部に引き出されるリード線２１６がケーシング２０１に固定されない構造であるため、ケーシング２０１の排気口から吹き出された空気がリード線２１６に衝突し、リード線２１６が振動し、騒音が生じる虞がある。

これらの第１、第２の比較例に対し、図１～図１３で説明された実施形態では、次のような利点がある。

先ず、本実施形態では、図１１に示されたように、たとえば、作業机の上にケーシング３０を置いた状態で上方からリード線６０の接続された回路基板５０を組み込むことができるため、ケーシング３０を持ち上げることなく作業が行え、作業性が低下することがない。

また、本実施形態では、ハウジング３４の切欠部３４ｂの開口にリード線６０の側部を差し込むだけであるため、コネクタ６１の大きさによって影響を受けず、半田付け等の追加作業が必要となることがなく、作業性が低下することがない。

また、本実施形態では、ハウジング３４にモータベース３２が形成され、モータ１０の中心軸の精度が確保されるため、ステータ部の中心軸がずれることによる風量特性の低下や騒音の増加が生じる虞がない。

また、本実施形態では、ハウジング３４の切欠部３４ｂと押え部材３７とによりリード線６０が挟まれて固定されるため、吐出口３６から吐き出された空気によりリード線６０が振動して騒音が生じることも少なくなる。

以上、本発明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、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以上のように、実施形態に係る軸流ファンは、インペラを回転自在に支持し、かつ切欠部が形成されたケーシングと、ケーシングに収容され、インペラを回転させるモータに少なくとも電力を供給するリード線と、切欠部に挿入される押え部材とを備え、切欠部は、切欠方向側端部に底部が形成されており、押え部材と底部との間にリード線用空間部が形成され、リード線は、ケーシングの内部よりリード線用空間部からケーシングの外部に引き出される。これにより、ケーシングの外部にリード線を引き出す作業の容易な軸流ファンを提供することができる。

また、押え部材は、切欠部の側壁部と対向する一対の面の両方に軸方向に延在するキーが形成され、側壁部は、キーに対応し、かつキーが挿入される溝部が形成されている。これにより、切欠部の両端が強固に連結され、ハウジングの強度が高められる。

また、キーは、突出するにつれて幅が広く形成されている。これにより、切欠部の両端が強固に連結され、ハウジングの強度が高められる。

また、押え部材は、切欠部の側壁部と対向する一対の面の両方に軸方向に延在する溝部が形成され、側壁部は、溝部に対応し、かつ溝部に挿入されるキーが形成されている。これにより、切欠部の両端が強固に連結され、ハウジングの強度が高められる。

また、ケーシングは、インペラと対向する内周面が形成され、切欠部は、内周面の一部を分断し、押え部材は、切欠部に挿入された状態において、内周面とともに連続面を形成する。これにより、吸込口から吸気された空気の流れが乱れることなく、送風特性に影響を与えることがない。

また、押え部材は、切欠部に挿入された状態において、底部に対して、リード線を押圧する。これにより、リード線が固定され、振動や騒音の発生を防止することができる。

また、押え部材は、切欠部の側壁部と対向する一対の面のうち少なくとも一方に、弾性により変位可能な係止爪が形成され、ケーシングは、係止爪に対応し、かつ係止爪が挿入される凹部が形成され、係止爪は、押え部材が切欠部に挿入された状態において、凹部に挿入され、ケーシングに対して押え部材の軸方向への移動を規制する。これにより、押え部材が容易に外れることがなくなる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ 軸流ファン，１０ モータ，２０ インペラ，３０ ケーシング，３４ｂ 切欠部，３４ｃ 底部，３４ｄ、３４ｅ 側壁部，３４ｆ、３４ｇ 溝部，３４ｈ 凹部，３７ｅ、３７ｆ キー，５０ 回路基板，６０ リード線，６１ コネクタ

Claims (6)

1. インペラを回転自在に支持し、かつ切欠部が形成されたケーシングと、
   前記ケーシングに収容され、前記インペラを回転させるモータに少なくとも電力を供給するリード線と、
   前記切欠部に挿入される押え部材と、
   を備え、
   前記切欠部は、
   前記ケーシングの軸方向の一端から、前記ケーシングの中央に形成される風洞を囲む側壁を周方向に所定の幅で前記風洞側から前記側壁の外側に貫通して、軸方向に他端の手前まで延在し、
   前記延在が止む端部に底部が形成されており、
   前記押え部材と前記底部との間にリード線用空間部が形成され、
   前記リード線は、前記ケーシングの内部より前記リード線用空間部から前記ケーシングの外部に引き出され、
   前記押え部材は、前記切欠部の前記底部から軸方向に連なる側壁部と対向する一対の面の両方に軸方向に延在するキーが形成され、
   前記側壁部は、前記キーに対応し、かつ前記キーが挿入される溝部が形成されている、
   軸流ファン。
2. インペラを回転自在に支持し、かつ切欠部が形成されたケーシングと、
   前記ケーシングに収容され、前記インペラを回転させるモータに少なくとも電力を供給するリード線と、
   前記切欠部に挿入される押え部材と、
   を備え、
   前記切欠部は、
   前記ケーシングの軸方向の一端から、前記ケーシングの中央に形成される風洞を囲む側壁を周方向に所定の幅で前記風洞側から前記側壁の外側に貫通して、軸方向に他端の手前まで延在し、
   前記延在が止む端部に底部が形成されており、
   前記押え部材と前記底部との間にリード線用空間部が形成され、
   前記リード線は、前記ケーシングの内部より前記リード線用空間部から前記ケーシングの外部に引き出され、
   前記押え部材は、前記切欠部の前記底部から軸方向に連なる側壁部と対向する一対の面の両方に軸方向に延在する溝部が形成され、
   前記側壁部は、前記溝部に対応し、かつ前記溝部に挿入されるキーが形成されている、
   軸流ファン。
3. 前記キーは、突出するにつれて幅が広く形成されている、
   請求項１または２に記載の軸流ファン。
4. 前記ケーシングは、前記インペラと対向する内周面が形成され、
   前記切欠部は、前記内周面の一部を分断し、
   前記押え部材は、前記切欠部に挿入された状態において、前記内周面とともに連続面を形成する、
   請求項１～３のいずれか一つに記載の軸流ファン。
5. 前記押え部材は、前記切欠部に挿入された状態において、前記底部に対して、前記リード線を押圧する、
   請求項１～４のいずれか一つに記載の軸流ファン。
6. 前記押え部材は、前記切欠部の前記底部から軸方向に連なる側壁部と対向する一対の面のうち少なくとも一方に、弾性により変位可能な係止爪が形成され、
   前記ケーシングは、前記係止爪に対応し、かつ前記係止爪が挿入される凹部が形成され、
   前記係止爪は、前記押え部材が前記切欠部に挿入された状態において、前記凹部に挿入され、前記ケーシングに対して前記押え部材の軸方向への移動を規制する、
   請求項１～５のいずれか一つに記載の軸流ファン。

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