KR100789992B1 - 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형미끄럼베어링 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 평판형 강철기재의 마찰측 표면상에 다수의 평판형 세그먼트 소결재를 수평 방향으로 적층하여 소결층을 형성하되, 각 평판형 세그먼트 소결재가 서로 접촉하는 접합면을 경사지게 형성하여 접합면적을 극대화한 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의하면, 평판형 강철기재 표면에, 미리 성형된 평판형 세그먼트 소결재를 다수 접합하여 일체형 소결층을 갖는 평판형 미끄럼베어링을 형성함에 있어서, 상기 각 평판형 세그먼트 소결재간에 강한 접합이 이루어져 고강도의 소결층을 형성할 수 있고, 윤활윤 함침 면적을 넓게 할 수 있는 효과가 있다.

세그먼트 소결재, 미끄럼베어링, 고체윤활제, 소결재, 철계금속분말

Description

경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링 및 그 제조 방법{PLATE TYPE SLIDING BEARING COMPRISING OF SINTERED SEGMENTS WITH SLOPED JOINING SURFACE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 평판형 미끄럼베어링의 제조에 사용되는 평판형 강철기재, 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재 및 격판를 분리하여 도시한 사시도이다.

도 1b는 도 1a에 도시된 평판형 강철기재 및 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재가 격판을 중심으로 상하부에 적층된 상태를 보여주는 단면도이다.

도 1c는 도 1a에 도시된 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링의 제조 방법 중 가압 소결 접합 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1d는 도 1c에 도시된 방법에 따라 소결 접합하여 격판 상하에 1개씩 형성된 평판형 미끄럼베어링 중 하나를 후가공 전 상태로 도시한 단면도이다.

도 1e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링의 사시도이다.

도 2a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 평판형 미끄럼베어링의 제조에 사용 되는 평판형 강철기재, 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재 및 격판를 분리하여 도시한 사시도이다.

도 2b는 도 2a에 도시된 평판형 강철기재 및 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재가 격판을 중심으로 상하부에 적층된 상태를 보여주는 단면도이다.

도 2c는 도 2a에 도시된 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링의 제조 방법 중 가압 소결 접합 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2d는 도 2c에 도시된 방법에 따라 소결 접합하여 격판 상하에 1개씩 형성된 평판형 미끄럼베어링 중 하나를 후가공 전 상태로 도시한 단면도이다.

도 2e는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링의 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1a, 1b : 세그먼트 소결재 3 : 강철기재

5 : 격판 7 : 펀처

9 : 프레스 11 : 소결로

13 : 히터 15a, 15b : 소결층

17a, 17b : 접합면 19a, 19b : 미끄럼베어링

본 발명은 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 소결층을 형성하는 각 세그먼트 소결재간의 접합이 견고할 뿐만 아니라, 접합면의 면적을 넓혀 윤활유 함침 량을 늘릴 수 있는 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

출원인은 강철기재에 사이즈(부피, 윤활면의 길이, 윤활면의 면적)가 큰 소결층을 형성하는 경우에도 소결층 전체의 소결금속조직이 치밀하고 균일하며, 소결층의 치수 및 형상의 정밀도가 우수한 "세그먼트 소결재를 이용한 미끄럼베어링"을 개발하여 2005. 9. 27. 자로 특허출원하였다(출원번호 :10-2005-89672, 출원일 : 2005. 9. 27). 상기 10-2005-89672호 발명에는 평판형 강철기재의 접동측 표면상에 철계금속분말과 고체윤활제로 이루어지는 평판형의 소결층을 형성함에 있어서, 상기 철계금속분말과 고체윤활제를 이용하여 전체 소결층의 일부를 구성하는 다수의 막대형 세그먼트 소결재를 미리 소결 성형한 후, 이를 상기 강철기재 접동측 표면에 강제 압입하여 각 세그먼트 소결재간 및 세그먼트 소결재와 강철기재간을 소결 접합함으로써 소결층을 형성하는 것을 특징으로 하는 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링이 개시되어 있다. 그러나, 상기 10-2005-89672호 발명에 의할 경우, 세그먼트 소결재와 강철기재간의 소결 접합은 매우 견고하게 이루어지나, 세 그먼트 소결재간의 접합은 견고하게 이루어지지 않는 단점이 있었다. 즉, 상기 10-2005-89672호 발명에 의하면, 막대형 세그먼트 소결재와 평판형 강철기재간의 결합이 견고할 뿐만 아니라, 소결층 전체의 소결금속조직이 치밀하고 균일하며, 소결층의 치수 및 형상의 정밀도가 우수한 미끄럼베어링을 얻을 수 있지만, 이를 고하중(대략 700Kg/㎠이상)용 미끄럼베어링으로 사용하기에는 강도가 약한 단점이 있는 것이다. 이러한 강도의 취약점은 미끄럼베어링의 소결층을 형성함에 있어서, 미리 소결 성형된 다수의 막대형 세그먼트 소결재를 서로 접촉하도록 연결한 후 재소결하면서, 각 막대형 세그먼트 소결재간에 아무런 가압 없이 소결 접합한 데 기인한다. 즉, 소결 접합 과정에서 각 막대형 세그먼트 소결재간을 서로 밀착시켜 주는 힘이 가해지지 않기 때문에 소결층의 형성 후에도 각 막대형 세그먼트 소결재 간에는 강한 접합이 이루어지지 않게 되고, 강한 접합이 이루어지지 않은 접합면이 소결층 강도의 취약성을 가져오는 것이다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 평판형 강철기재 표면에, 미리 성형된 평판형 세그먼트 소결재를 다수 접합하여 일체형 소결층을 갖는 평판형 미끄럼베어링을 형성함에 있어서, 상기 각 평판형 세그먼트 소결재간에 강한 접합이 이루어져 고강도의 소결층을 형성할 수 있는 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 윤활윤 함침 면적을 넓게 할 수 있는 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하고자 하는 본 발명에 따른 평판형 미끄럼베어링은 평판형 강철기재의 마찰측 표면상에 다수의 평판형 세그먼트 소결재를 수평 방향으로 적층하여 소결층을 형성하되, 각 평판형 세그먼트 소결재가 서로 접촉하는 접합면을 경사지게 형성하여 접합면적을 극대화한 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하고자 하는 본 발명에 따른 평판형 미끄럼베어링의 제조 방법은 평판형 강철기재 표면에 전체 소결층의 일부를 구성하는 평판형 세그먼트 소결재를 서로 접촉하도록 배치한 후, 소결로 내에서 펀처로 가압하면서 소결하여 각 세그먼트 소결재간 및 세그먼트 소결재와 강철기재 간을 접합함에 있어서, 상기 각 평판형 세그먼트 소결재의 서로 접촉하는 접합면을 경사지게 형성하여 상기 펀처에 의한 가압력이 경사진 접합면에 작용하게 한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링 및 그 제조 방법의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 평판형 미끄럼베어링의 제조에 사용되는 평판형 강철기재, 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재 및 격판를 분리하여 도시한 사시도를, 도 1b는 도 1a에 도시된 평판형 강철기재 및 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재가 격판을 중심으로 상하부에 적층된 상태를 보여주는 단면도를, 도 1c는 도 1a에 도시된 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링의 제조 방법 중 가압 소결 접합 방법을 개략적으로 도시한 단면도를, 도 1d는 도 1c에 도시된 방법에 따라 소결 접합하여 격판 상하에 1개씩 형성된 평판형 미끄럼베어링 중 하나를 후가공 전 상태로 도시한 단면도를, 도 1e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링의 사시도를, 도 2a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 평판형 미끄럼베어링의 제조에 사용되는 평판형 강철기재, 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재 및 격판를 분리하여 도시한 사시도를, 도 2b는 도 2a에 도시된 평판형 강철기재 및 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재가 격판을 중심으로 상하부에 적층된 상태를 보여주는 단면도를, 도 2c는 도 2a에 도시된 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링의 제조 방법 중 가압 소결 접합 방법을 개략적으로 도시한 단면도를, 도 2d는 도 2c에 도시된 방법에 따라 소결 접합하여 격판 상하에 1개씩 형성된 평판형 미끄럼베어링 중 하나를 후가공 전 상태로 도시한 단면도를, 도 2e는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링의 사시도를 각각 나타낸다.

도 1a 내지 도 1c 또는 도 2a 내지 2c를 참조하면, 본 발명의 특징은 철계금속분말과 고체윤활제를 혼합한 소결재료를 이용하여 전체 소결층(15a, 15b)의 일부분을 구성할 소형의 평판형 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)를 그 접합면(도 1a에서는 양측면, 도 2a에서는 4방측면)이 경사진 형상을 갖도록 소결 성형(1차 소결)하고, 이 경사 접합면을 갖는 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)를 성형하고자 하는 전체 소결층(15a, 15b)의 사이즈에 맞는 형상 및 갯수 만큼 선택하여 강철기재(3)의 마찰측 표면에 수평 방향으로 서로 접촉하여 배열되도록 적층한 후, 이를 소결로(11) 내부에서 펀처로 가압하면서 소결하여 각 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)를 접합함과 동시에 각 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)와 강철기재(3)를 접합한 데 있다. 상기 각 평판형 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)의 접합면이 경사져 있으므로, 펀처에 의하여 수직 방향의 힘을 가할 경우, 그 가압력이 상기 각 평판형 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)간의 접합면에 작용하여, 접합면에서 강한 접합이 일어난다.

상기 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)를 구성하는 철계금속분말은 동분말 10 - 50중량%, 니켈, 티타늄, 규소, 알루미늄, 코발트, 크롬, 망간 또는 주석 가운데서 선택된 1 또는 2 이상의 금속분말을 0.1-30중량%, 나머지는 철분말을 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한 것이다. 상기 철계금속분말 가운데 특히 철분말은 250메시 이하로 미분화(微粉化)된 철분말을 사용함으로써, 소결층의 소결금속 조직을 치밀 하게 하고, 강철기재(3)에의 소결접합시 접합성이 좋게 하는 것이 바람직하다. 상기 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)에서 동분말의 함유량은 큰 제한이 없는데, 필요한 소결금속조직의 치밀도에 따라 10-50중량% 범위 내에서 선택적으로 적용할 수 있다. 동 함유량이 10중량%보다 적으면 소결금속의 치밀화 정도가 떨어지고, 50중량%를 이상이면 소결금속중 철계 금속 입자가 구리 입자에 의하여 완전히 포위되어 철계소결재 본래의 강도 특성 및 마찰 특성을 발휘할 수 없게 된다. 또한, 상기 철계금속분말에는 니켈, 티타늄, 규소, 알루미늄, 코발트, 크롬, 망간 또는 주석 가운데서 선택된 1 또는 2 이상의 금속분말을 0.5-30중량% 더 첨가하여 내고하중성을 얻음과 동시에 2차 접합 소결시 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)와 강철기재(3)사이에 밀착성을 좋게 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 철계금속분말에는 상대재에 대한 철응착성을 경감하고 윤활성을 좋게 하기 위하여 아연, 납, 주석, 텅스텐, 몰리브덴 가운데서 선택된 1 또는 2 이상의 금속분말을 2-20중량% 더 첨가할 수 있다.

상기 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)를 구성하는 고체윤활제는 분말형태로 상기 철계금속분말에 균일하게 혼합되는데, 흑연(graphite), 이황화몰리브덴(MoS₂) 또는 이황화텅스텐(WS₂) 가운데서 선택된 1 또는 2이상의 고체윤활제를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고체윤활제분말의 함량은 철계금속분말에 대하여 0.1중량%-20중량%의 범위 내에서 미끄럼베어링의 사용 용도에 따라 선택적으로 적용할 수 있다. 본 발명에 따른 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)는 소형 사이즈로 성형되므 로, 고체윤활제가 비교적 많은 양이 함유되어도 소결 과정에서 소결 방해 물질로 크게 작용하지 않는다.

상기 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)는 그 사이즈를 전체 소결층(15a, 15b)에 비하여 매우 작게 함으로써, 그 조직을 매우 치밀하고 균일게 소결 성형할 수 있을 뿐만 아니라, 치수 및 형상의 정밀도를 높일 수 있고, 결과적으로 이 들 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)를 접합하여 성형하는 전체 소결층(15a, 15b)도 그 조직이 매우 치밀하고 균일할 뿐만 아니라, 치수 및 형상도 매우 정밀하게 된다.

이하, 도 1a 내지 도 1e 또는 도 2a 내지 도 2e를 참조하여, 본 발명에 따른 경사접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링의 제조 방법을 설명한다.

도 1a 및 도 2a를 참조하면, 우선, 본 발명에 따른 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링을 제조하기 위해서는 상기의 철계금속분말과 고체윤활제를 이용하여 서로 밀착하여 조립할 경우 연속적인 평판형상을 이루도록 측면이 경사진 평판형의 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)를 성형하고, 이 평판형 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)를 표면에 조립하여 배치할 수 있는 평판형의 강철기재(3)를 준비한다. 또한, 도 1b 또는 도 2b에 도시된 바와 같이, 1회의 소결 및 펀처 압착에 의하여 다수개의 평판형 미끄럼베어링을 동시에 소결하기 위하여, 강철기재(3) 및 세그 먼트 소결재(1a, 1b, 1c)를 복층으로 적층하고, 그 중간 개입시킬 격판(5)을 준비한다. 상기 격판(5) 양면에는 이형제를 도포한다. 상기 이형제는 소결접합 후 상기 격판(5)을 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)로 부터 분리하기 용이하게 하기 위해서 필요하다. 상기 이형제(23)로는 실리콘수지, 왁스, 탄소분말 등 공지의 이형제를 사용한다.

상기 경사접합면이 형성된 평판형 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)는 철계금속분말과 고체윤활제를 혼합한 후 경사접합면이 형성된 평판형 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c) 형태로 냉간 압착 성형한 후 이를 소결로 내부에서 소결하여 성형하거나, 철계금속분말과 고체윤활제를 혼합한 소결재료를 경사접합면이 형성된 평판형 캐비티(cavity)를 갖는 금형에 채운 후 소결로 내부에서 소결하면서 동시에 가압함으로써 성형할 수 있다.

이 때 소결 방법은 고상 소결(소결온도 600℃-1065℃ 범위), 천이 소결(소결온도 1065℃-1095℃ 범위) 및 액상 소결(소결온도 1095℃ 이상)의 어느 방법에 의하여도 그 성형이 가능하다. 특히 고상 소결의 경우에는 세그먼트 소결재 성형용 금형 내부에 소결재료를 충진하고 소결로 내부에서 압착수단에 의하여 가압 성형하면서 소결하는 것이 바람직하다.

상기 평판형의 강철기재(3)의 소재로는 탄소강이나 스테인레스강 등 강도 및 경도가 크고 철계금속과 소결접합이 용이하게 이루어질 수 있는 소재를 사용한다.

상기 경사접합면이 형성된 평판형 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)간 및 경사접합면이 형성된 평판형 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)와 평판형 강철기재(3)의 내벽간의 접합은, 도 1c 또는 도 2c에 도시된 바와 같이, 경사접합면이 형성된 평판형 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)와 평판형 강철기재(3)를 각판(5) 상하부에 다층으로 적층한 후 소결로(11) 내부에서 펀처로 가압하면서 소결한다. 이를 위해, 상기 경사접합면이 형성된 평판형 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)를 상부에서 가압할 수 있는 펀처(10b)와 펀처(10b)에 연결된 프레스(11b)를 더 준비하다.

경사접합면이 형성된 평판형 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c), 평판형의 강철기재(3) 및 격판(5)이 준비되면, 도 1b 또는 도 2b에 도시된 바와 같이, 평판형의 강철기재(3)->세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c) 조립체->격판->세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)->강철기개(3)순으로 적층한다. 도 1a 내지 도 1c 또는 도 2a 내지 도 2c에는 강철기재(3) 및 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)를 2층으로 적층한 경우를 예시적으로 도시하고 있지만, 3중 또는 그 이상으로 층으로 적층하여 일시에 다수개의 미끄럼베어링을 소결 접합할 수 있다.

다음, 도 1c 또는 도 2c에 도시된 바와 같이, 격판(5) 상하부에 적층된 강철기재(3) 및 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)의 조립체를 소결로 내부(6b)에 옮겨 장치 한다.

다음, 히터(13)에 의하여 소결로(11) 내부의 온도를 600℃ - 1100℃로 올려 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)을 2차 소결하면서, 상기 프레스(11b)에 연결된 펀처(10b)로 5-200kg중/㎠의 압력으로 가압한다. 소결 및 가압 시간은 5분 - 100분이 적당하다. 이 과정에서 각 세그먼먼트 소결재(1a, 1b, 1c) 사이의 접합면에 펀처의 가압력이 작용하여 강한 접합이 이루어진 일체형 소결층(15a, 15b)이 형성되고, 각 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)와 강철기재(3) 사이도 소결 접합하여 소결층(15a, 15b)과 강철기재(3)가 일체가 된다. 도 1d 또는 도 2d는 이렇게 2차 소결과 가압이 동시에 이루어져 완성된 평판형 소결층(15a, 15b)을 갖는 미끄럼베어링의 후가공전 상태를 보여 준다.

도 1d 또는 도 2d에 도시된 미끄럼베어링으로 부터 절단선 B와 B'의 외측부분을 절삭하에 제거하는 후가공을 마침으로써 도 1e 또는 도 2e에 도시된 바와 같은 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링을 얻게 된다.

도 1e 및 도 2e를 참조하면, 상술한 공정에 의하여 제조된 미끄럼베어링(19a, 19b)은 각 평판형 세그먼트 소결재(1a, 1b, 1c)의 접합면이 강하게 접합하여 강도 및 내구력이 큰 일체형의 소결층(15a, 15b)을 형성할 뿐만 아니라, 소결 층(15a, 15b)이 강철기재(3)에 견고하게 결합되어 큰 하중이 장기간 가해지는 경우에도 소결층의 분리가 없게 된다. 소결층(15a, 15b)의 접합면(17a, 17b)은 다른 부분에 비하여 윤활윤가 쉽게 함침된다. 따라서, 접합면(17a, 17b)을 경사지게 하여 접합면적을 넓게 하면 접합면(17a, 17b)에서의 접합강도가 커질 뿐만 아니라 넓을 윤활유 함침면이 형성되게 된다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 평판형 강철기재 표면에, 미리 성형된 평판형 세그먼트 소결재를 다수 접합하여 일체형 소결층을 갖는 평판형 미끄럼베어링을 형성함에 있어서, 상기 각 평판형 세그먼트 소결재간에 강한 접합이 이루어져 고강도의 소결층을 형성할 수 있고, 윤활윤 함침 면적을 넓게 할 수 있는 효과가 있다.

이상 본 발명을 첨부한 도면에 도시된 실시 예에 의하여 설명하였으나, 본 발명의 보호 범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니며, 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 기재된 사항 및 이에 균등한 모든 실시 예에 미친다고 해석하여야 한다.

Claims (2)

1. 평판형 강철기재의 마찰측 표면상에 다수의 평판형 세그먼트 소결재를 수평 방향으로 적층하여 소결층을 형성하되, 각 평판형 세그먼트 소결재가 서로 접촉하는 접합면은 경사지게 형성하여 접합면적을 극대화한 것을 특징으로 하는 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링.
2. 평판형 강철기재 표면에 전체 소결층의 일부를 구성하는 평판형 세그먼트 소결재를 서로 접촉하도록 배치한 후, 소결로 내에서 펀처로 가압하면서 소결하여 각 세그먼트 소결재간 및 세그먼트 소결재와 강철기재 간을 접합함에 있어서,

   상기 각 평판형 세그먼트 소결재는 서로 접촉하는 접합면을 경사지게 형성하여 상기 펀처에 의한 가압력이 경사진 접합면에 작용하게 한 것을 특징으로 하는 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 평판형 미끄럼베어링의 제조 방법.

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