KR20040092363A - 비례 전자 밸브 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 밸브체의 자려 진동(self-induced vibration) 영역을 저감하며 내발진성을 향상시킬 수 있는 비례 전자 밸브를 얻는 것을 목적으로 하는 것이다. 드레인측 통로(15d)는 밸브 시트 부재(15)의 둘레 방향으로 서로 등간격을 두고 배치된 4개 이상의 짝수의 익조스트 통로 구멍(15e)에 의해 구성되어 있다. 각 익조스트 통로 구멍(15e)의 단면적은 서로 동등하다. 또한, 모든 익조스트 통로 구멍(15e)의 단면적의 합계는 시트부(15b)의 시트 면적의 1 내지 2배로 설정되어 있다.
Description
발명이 속한 기술 분야
본 발명은 솔레노이드에의 통전에 의해 밸브체를 변위시키고, 전류치에 비례한 출력압을 얻는 비례 전자 밸브 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
종래기술
종래의 비례 전자 밸브에 있어서는 밸브체는 원통 형상의 밸브 가이드부에 안내되어 변위하고, 시트부에 접리다. 또한, 밸브체는 코일에 통전되는 전류 값에 대응하여 변위하고, 출력 포트로부터는 전류치에 비례한 출력압이 얻어진다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
[특허 문헌 1] ;
특표2002-525524호 공보
상기한 바와 같이 구성된 종래의 비례 전자 밸브에서는 사용 온도 및 맥동 등 외란에 의해 밸브체가 자려 진동(self-induced vibration)한다. 특히 근래에는 비례 전자 밸브 자체의 소형화, 트랜스미션의 소형화, 및 좁은 스페이스에의 배치에 의한 유온의 상승 등의 이유로 인해, 밸브체의 움직임이 불안정하게 되는 온도 범위까지 제어하지 않을 수 없는 상황으로 되어 있다. 즉, 유온이 높고(예를 들면 120℃ 이상), 밸브체가 시트부에 근접하고 있는 때에, 밸브체에 자려 진동이 생길 우려가 있다. 이와 같이, 자려 진동이 생기면, 제어 압력이 발진하여 제어 불능으로 된다. 또한, 밸브체와 시트부와의 사이에 마찰이 생겨서 시트부가 마모될 우려가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하는 것을 과제로 하여 이루어진 것으로, 밸브체의 자려 진동 영역을 저감하며 내발진성(resistance to oscillation))을 향상시킬 수 있는 비례 전자 밸브 및 그 제어 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 비례 전자 밸브는 밸브 시트 부재의 둘레 방향으로 서로 등간격을 두고 배치된 4개 이상의 짝수의 익조스트 통로 구멍(exhaust passage hole)에 의해 드레인측 통로를 구성한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시예에 의한 비례 전자 밸브의 단면도.
도 2는 도 1의 주요부를 확대하여 도시한 단면도.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도.
도 4는 시트 면적에 대한 익조스트 통로 구멍(exhaust passage hole)의 합계 단면적의 면적비와 밸브체의 자려 진동(self-induced vibration) 범위와의 관계를 도시한 관계도.
도 5는 본 발명의 제2의 실시예에 의한 비례 전자 밸브의 주요부 단면도.
도 6은 가이드 선단 길이와 밸브체의 자려 진동 범위와의 관계를 도시한 관계도.
도 7은 본 발명의 제3의 실시예에 의한 비례 전자 밸브의 주요부 단면도.
도 8은 본 발명의 제4의 실시예에 의한 비례 전자 밸브의 주요부 단면도.
<부호의 간단한 설명>
8c : 밸브 가이드부 14 : 밸브체
15 : 밸브 시트 부재 15b : 시트부
15c : 입출력측 통로 15d : 드레인측 통로
15e : 익조스트 통로 구멍 16a : 입력 포트
16b : 출력 포트 16c : 드레인 포트
20 : 밸브 구동부 31 : 입력 포트 오리피스
32 : 입출력측 통로 오리피스 33 : 출력 포트 오리피스
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 관해 설명한다.
제1의 실시예
제1의 실시예에 있어서의 비례 전자 밸브는 자동차용 전자 제어식 자동변속기(이하, 단지 자동변속기라고 칭한다)의 유압 회로에서, 자동변속기의 작동부의 작동 유압을 변경하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시예에 의한 비례 전자 밸브의 단면도이다. 또한, 이 예에서는 노멀리 하이 타입의 비례 전자 밸브를 나타내고 있다. 도면에 있어서, 코일(1)은 금속제의 원통 형상의 케이스(2) 내에 수용되어 있다. 케이스(2) 밖에는 코일(1)을 전원에 접속하기 위한 터미널(3)이 배치되어 있다. 코일(1)과 터미널(3)은 수지부(4)에 의해 몰드되어 있다. 수지부(4)에는 코일(1)의 축방향으로 늘어나며 코일(1)의 내측을 관통하는 플런저 수용 구멍(4a)이 마련되어 있다.
수지부(4)의 일단부에는 금속제의 코어(5)가 결합되어 있다. 코어(5)는 플런저 수용 구멍(4a)의 일단부에 삽입된 원통부(5a)와, 수지부(4)의 단면에 맞닿은 플랜지부(5b)를 갖고 있다. 플랜지부(5b)는 케이스(2)와의 접합면 외주에서 케이스(2)에 용접되어 있다.
원통부(5a) 내에는 제 1의 슬라이드 베어링(6)이 삽입되어 있다. 또한, 원통 형상의 어저스터(7)가 압입되어 있다.
수지부(4)의 타단부에는 금속제의 가이드 부재(8)가 결합되어 있다. 가이드 부재(8)는 수지부(4)의 단면에 맞닿은 고리 형상의 플랜지부(8a)와, 플랜지부(8a)로부터 돌출한 원통 형상의 감합부(fit portion)(8b)와, 감합부(8b)의 일단부로부터 늘어나는 원통 형상의 밸브 가이드부(8c)를 갖고 있다. 플랜지부(8a)는 케이스(2)와의 접합면 외주에서 케이스(2)에 용접되어 있다. 밸브 가이드부(8c)의 지름은 감합부(8b)의 지름보다도 작게 되어 있다.
밸브 가이드부(8c) 내에는 제 2의 슬라이드 베어링(9)이 삽입되어 있다. 제 1 및 제 2의 슬라이드 베어링(6, 9)에는 로드(10)가 슬라이드 자유롭게 삽입되어있다. 로드(10)는 코어(5), 플런저 수용 구멍(4a) 및 가이드 부재(8)의 내측에 배치되고, 코일(1)의 축방향으로 왕복 이동 가능하게 되어 있다.
로드(10)의 중간부에는 원통 형상의 플런저(11)가 고정되어 있다. 즉, 로드(10)는 플런저(11)에 압입되어 있다. 플런저(11)와 제 1의 슬라이드 베어링(6)과의 사이에는 제 1의 스프링(12)이 배치되어 있다. 플런저(11)와 제 2의 슬라이드 베어링(9)과의 사이에는 제 2의 스프링(13)이 배치되어 있다. 플런저(11)는 플런저 수용 구멍(4a) 내에서 로드(10)와 일체로 왕복 이동 가능하게 되어 있다.
밸브 가이드부(8c) 내에는 볼 형상(공 형상)의 밸브체(14)가 삽입되어 있다. 밸브체(14)에는 로드(10)의 선단부가 맞닿아 있다. 플런저(11)를 밸브체(14)의 방향으로 가세하는 제 1의 스프링(12)의 하중은 어저스터(7)의 압입 위치에 의해 조정되어 있다. 밸브 가이드부(8c)에는 밸브 시트 부재(15)가 압입되어 고정되어 있다. 밸브 시트 부재(15)는 밸브 가이드부(8c)에 압입된 원통 형상의 고정부(15a), 밸브체(14)가 접리하는 시트부(15b), 입출력측 통로(15c) 및 드레인측 통로(15d)를 갖고 있다. 시트부(15b)는 입출력측 통로(15c)의 단부에 마련되어 있다.
가이드 부재(8)에는 유체인 기름의 유로를 형성하는 하우징(16)이 부착되어 있다. 하우징(16)은 플랜지부(8a)와의 접합면 외주에서 플랜지부(8a)에 용접되어 있다. 또한, 하우징(16)은 기름이 공급되는 입력 포트(16a), 입력 포트(16a)에 연통된 출력 포트(16b), 및 입력 포트(16a)에 공급된 기름의 일부가 배출되는 드레인 포트(16c)를 갖고 있다.
출력 포트(16b)는 입출력측 통로(15c)에 연통되어 있다. 드레인 포트(16c)는드레인측 통로(15d)에 연통되어 있다. 또한 하우징(16)에는 밸브 시트 부재(15)의 단부가 삽입된 밸브 시트 삽입부(16d)가 마련되어 있다. 밸브 시트 삽입부(16d)의 내주면과 밸브 시트 부재(15)와의 사이에는 소정의 크기의 간극이 마련되어 있고, 탄성 재료로 이루어지는 O-링 등의 실 부재(17)가 개재되어 있다.
또한, 케이스(2), 코어(5), 가이드 부재(8) 및 플런저(11)는 자기 회로를 구성한다. 코어(5)는 플런저(11)의 자기 흡인부가 된다. 제1의 실시예에 있어서의 밸브 구동부(20)는 코일(1), 케이스(2), 터미널(3), 수지부(4), 코어(5), 제 1의 슬라이드 베어링(6), 어저스터(7), 가이드 부재(8), 제 2의 슬라이드 베어링(9), 로드(10), 플런저(11), 제 1의 스프링(12) 및 제 2의 스프링(13)을 갖고 있다. 하우징(16)에는 유압 회로를 구성하는 밸브 보디에의 부착용의 플랜지 부재(18)가 고정되어 있다.
다음에, 동작에 관해 설명한다. 코일(1)이 여자되지 않은 상태에서는 제 1의 스프링(12)의 스프링력에 의해 플런저(11)가 밸브체(14)측으로 가압되어 있다. 이로써, 밸브체(14)는 로드(10)에 의해 시트부(15b)에 꽉 눌리고, 드레인 포트(16c)에의 기름의 유로는 닫혀져 있다. 이 때문에, 출력 포트(16b)로부터는 고압의 출력이 얻어진다.
코일(1)이 여자되고, 플런저(11)를 흡인하는 전자력이 소정의 크기를 초과하면, 플런저(11) 및 로드(10)가 제 1의 스프링(12)의 스프링력에 대항하여 시트부(15b)로부터 개리하는 방향으로 변위한다. 이 때, 밸브체(14)에는 유압이 작용하고 있기 때문에, 밸브체(14)는 밸브 가이드부(8c) 내를 로드(10)와 함께 변위한다. 이로써, 밸브체(14)가 시트부(15b)로부터 개리하고, 개방도에 대응한 기름이 드레인 포트(16c)측으로 출력되고, 출력 포트(16b)로부터 출력되는 압력은 저하된다. 밸브체(14)는 코일(1)에 통전되는 전류치에 응하여 변위하고, 출력 포트(16b)로부터는 전류치에 비례한 출력이 얻어진다.
이와 같은 비례 전자 밸브가 배치된 자동변속기의 유압 회로에 있어서는 오일 팬(21) 내에 축적된 기름, 즉 자동변속기액이, 오일 펌프(22)에 의해 흡인된다. 오일 펌프(22)는 엔진(23)에 동기하여 구동된다. 오일 펌프(22)로 흡인된 자동변속기액은 레귤레이터(도시 생략) 등에 의해 소정의 압력으로 조정된 후, 입력 포트(16a)에 압송된다.
그리고, 출력 포트(16b)로부터의 출력압에 의해, 컨트롤 밸브(24)의 개폐가 제어되고, 클러치(25)가 제어되고, 변속이 행하여진다. 또한, 드레인 보트(16c)로부터 배출된 자동변속기액은 오일 팬(21)에 회수된다.
다음에, 도 2는 도 1의 주요부를 확대하여 도시한 단면도, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도이다. 도면에 있어서, 드레인측 통로(15d)는 밸브 시트 부재(15)의 둘레 방향으로 서로 등간격을 두고 배치된 4개 이상의 짝수의 익조스트 통로 구멍(15e)에 의해 구성되어 있다.
또한, 각 익조스트 통로 구멍(15e)의 단면적(기름의 흐름의 방향에 직각의 단면적)은 서로 동등하다. 또한, 모든 익조스트 통로 구멍(15e)의 단면적의 합계는 시트부(15b)의 시트 면적(밸브체(14)와 시트부(15b)와의 접선 원의 면적)의 1 내지 2배로 설정되어 있다.
즉, S2 = S3 = S4 = S5
(S2 + S3 + S4 + S5)/S1 = 1 내지 2.
이와 같은 비례 전자 밸브에서는 4개 이상의 짝수의 익조스트 통로 구멍(15e)을 밸브 시트 부재(15)의 둘레 방향으로 서로 등간격을 두고 밸브 시트 부재(15)에 마련하였기 때문에, 밸브체(14)의 자려 진동 영역을 저감하며 내발진성을 향상시킬 수 있다. 이로써, 시트부(15b)의 마모를 방지할 수도 있다. 이와 같은 익조스트 통로 구멍(15e)의 조건은 익조스트 통로 구멍(15e)의 배치나 수가 다른 복수의 시료를 작성하고, 유온이 높은(120℃) 상태에서의 제어압(출력압)을 측정함에 의해 구한 것이다.
도 4는 시트 면적에 대한 익조스트 통로 구멍(15e)의 합계 단면적의 면적비와 밸브체(14)의 자려 진동 범위와의 관계를 도시한 관계도이다. 이와 같은 면적비와 자려 진동 범위와의 관계는 면적비가 다른 복수의 시료를 작성하고, 유온이 높은(12O℃) 상태에서의 제어압을 측정함에 의해 구한 것이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 모든 익조스트적노 구멍(15e)의 단면적의 합계를, 시트부(15d)의 시트 면적의 1 내지 2배로 설정함으로써, 밸브체(14)의 자려 진동 영역을 더욱 저감하고, 내발진성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이로써, 시트부(15b)의 마모를 보다 확실하게 방지할 수 있다.
제2의 실시예
다음에, 도 5는 본 발명의 제2의 실시예에 의한 비례 전자 밸브의 주요부 단면도이다. 도면에 있어서, 밸브체(14)가 시트부(15b)에 접한 때에 밸브가이드부(8c)의 선단부가 밸브체(14)의 중심보다도 시트부(15b)측으로 밸브체(14)의 직경의 4 내지 14% 돌출하여 있도록 밸브 가이드부(8c)의 길이가 설정되어 있다. 다른 구성은 제1의 실시예와 같다.
도 6은 밸브 가이드부(8c)의 가이드 선단 길이(밸브체(14)가 시트부(15b)에 접한 상태에 있어서의 밸브 가이드부(8c)의 선단부의 밸브체(14)의 중심으로부터 시트부(15b)측으로의 돌출 길이)와 밸브체(14)의 자려 진동 범위와의 관계를 도시한 관계도이다. 이와 같은 가이드 선단 길이와 자려 진동 범위와의 관계는 가이드 선단 길이가 다른 복수의 시료를 작성하고, 유온이 높은(12O℃) 상태에서의 제어압을 측정함에 의해 구한 것이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 밸브체(14)의 직경에 대한 가이드 선단 길이의 비율을 종래의 17% 보다도 짧은 4 내지 14%의 범위로 설정함으로써, 밸브체(14)의 자려 진동 영역을 더욱 저감하고, 내발진성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이로써, 시트부(15b)의 마모를 보다 확실하게 방지할 수 있다.
제3의 실시예
다음에, 도 7은 본 발명의 제3의 실시예에 의한 비례 전자 밸브의 주요부 단면도이다. 도면에 있어서, 입력 포트(16a)에는 입력 포트 오리피스(31)가 마련되어 있다. 입출력측 통로(15c)에는 입력 포트 오리피스(31)의 단면적(기름의 흐름의 방향에 직각인 단면적)의 2 내지 6배의 단면적을 갖는 입출력측 통로 오리피스(32)가 마련되어 있다. 다른 구성은 제1의 실시예와 같다.
이와 같은 비례 전자 밸브에서는 입력 포트(16a)에 입력 포트 오리피스(31)를 마련함과 함께, 입출력측 통로(15c)에는 입력 포트 오리피스(31)의 단면적의 2 내지 6배의 단면적을 갖는 입출력측 통로 오리피스(32)를 마련하였기 때문에, 밸브체(14)의 자려 진동 영역을 저감하며 내발진성을 향상시킬 수 있고, 이로써 시트부(15b)의 마모를 방지할 수 있다. 이와 같은 오리피스(31, 32)의 조건은 오리피스(31, 32)의 단면적이 다른 복수의 시료를 작성하고, 유온이 높은(120℃) 상태에서의 제어압을 측정함에 의해 구한 것이다.
제4의 실시예
다음에, 도 8은 본 발명의 제4의 실시예에 의한 비례 전자 밸브의 주요부 단면도이다. 도면에 있어서, 입력 포트(16a)에는 입력 포트 오리피스(31)가 마련되어 있다. 출력 포트(16b)에는 입력 포트 오리피스(31)의 단면적(기름의 흐름의 방향에 직각인 단면적)의 2 내지 6배의 단면적을 갖는 출력 포트 오리피스(33)가 마련되어 있다. 다른 구성은 제1의 실시예와 같다.
이와 같은 비례 전자 밸브에서는 입력 포트(16a)에 입력 포트 오리피스(31)를 마련함과 함께, 출력 포트(16b)에는 입력 포트 오리피스(31)의 단면적의 2 내지 6배의 단면적을 갖는 출력 포트 오리피스(33)를 마련하였기 때문에, 밸브체(14)의 자려 진동 영역을 저감하며 내발진성을 향상시킬 수 있고, 이로써 시트부(15b)의 마모를 방지할 수 있다. 이와 같은 오리피스(31, 33)의 조건은 오리피스(31, 33)의 단면적이 다른 복수의 시료를 작성하고, 유온이 높은(12O℃) 상태에서의 제어압을 측정함에 의해 구한 것이다.
제5의 실시예
다음에, 본 발명의 제5의 실시예에 의한 비례 전자 밸브의 제어 방법에 관해 설명한다. 여기서는 도 1에 도시한 비례 전자 밸브를 제어하는 방법에 관해 설명한다. 제5의 실시예에서는 유온이 미리 설정된 온도 이상으로 되었을 때, 출력 포트(16b)로부터의 출력압과 입력 포트(16a)에의 공급압과의 압력차가, 밸브체(14)가 자려 진동하는 압력차보다도 커지도록 공급압을 조정한다.
여기서, 설정 온도는 예를 들면 120℃이다. 또한, 시트 지름 4mm, 제어압 0 내지 O.6MPa의 비례 전자 밸브에서는 압력차가 0.O5MPa보다도 커지도록 조정함으로써, 밸브체(14)에 자려 진동이 생기는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 압력차를 크게 확보하기 위해서는 공급압을 약간 과잉으로 높게 하는 것으로 되고, 출력압도 약간은 높아지지만, 자려 진동을 방지함으로써, 출력압의 제어성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제어성이 향상함으로써, 비례 전자 밸브의 제어 프로그램의 코스트를 저감할 수도 있다.
또한, 제1의 실시예 내지 5의 구성 및 방법은 각각 단독으로 적용하여도 효과가 있지만, 적절히 조합시켜서 적용하여도 좋고, 보다 확실하게 자려 진동을 억제할 수 있다.
또한, 제1의 실시예 내지 3에서는 비통전시에 출력압이 높고, 전류 증가와 함께 출력압이 감소하는 노멀리 하이 타입의 비례 전자 밸브에 관해 설명하였다. 그러나, 비통전시에 출력압이 낮고, 전류 증가와 함께 출력압이 증가하는 노멀리 로우 타입의 비례 전자 밸브에도 이 발명은 적용할 수 있다.
이상 설명함 바와 같이, 본 발명의 비례 전자 밸브는 밸브 시트 부재의 둘레 방향으로 서로 등간격을 두고 배치된 4개 이상의 짝수의 익조스트 통로 구멍에 의해 드레인측 통로를 구성하였기 때문에, 밸브체의 자려 진동 영역을 저감하며 내발진성을 향상시킬 수 있다.
Claims (3)
- 유체가 공급되는 입력 포트,상기 입력 포트에 연통된 출력 포트,상기 입력 포트에 공급된 유체의 일부가 배출되는 드레인 포트,상기 입력 포트 및 상기 출력 포트와 상기 드레인 포트와의 사이에 마련된 입출력측 통로와, 상기 입출력측 통로의 단부에 마련된 시트부와, 상기 시트부와 상기 드레인 포트와의 사이에 마련된 드레인측 통로를 갖는 원통 형상의 밸브 시트 부재,상기 시트부에 접리하는 볼 형상의 밸브체,코일을 가지며,상기 코일에의 통전 전류에 응하여 상기 밸브체를 변위시키고, 상기 입출력측 통로로부터 상기 드레인측 통로를 경유하여 상기 드레인 포트로 흐르는 유체의 량을 변화시켜서 상기 출력 포트로부터의 출력압을 변화시키는 밸브 구동부를 구비하고,상기 드레인측 통로는 상기 밸브 시트 부재의 둘레 방향으로 서로 등간격을 두고 배치된 4개 이상의 짝수의 익조스트 통로 구멍에 의해 구성되고,모든 상기 익조스트 통로 구멍의 단면적의 합계는 상기 시트부의 시트 면적의 1 내지 2배로 설정되는 것을 특징으로 하는 비례 전자 밸브.
- 유체가 공급되는 입력 포트,상기 입력 포트에 연통된 출력 포트,상기 입력 포트에 공급된 유체의 일부가 배출되는 드레인 포트,상기 입력 포트 및 상기 출력 포트와 상기 드레인 포트와의 사이에 마련된 입출력측 통로와, 상기 입출력측 통로의 단부에 마련된 시트부를 갖는 원통 형상의 밸브 시트 부재,상기 시트부에 접리하는 볼 형상의 밸브체,코일을 가지며,상기 코일에의 통전 전류에 응하여 상기 밸브체를 변위시키고, 상기 입출력측 통로로부터 상기 드레인 포트로 흐르는 유체의 량을 변화시켜서 상기 출력 보트로부터의 출력압을 변화시키는 밸브 구동부를 구비하고,상기 입력 포트에는 입력 포트 오리피스가 마련되어 있고, 상기 입출력측 통로 또는 출력 포트에는 상기 입력 포트 오리피스의 단면적의 2 내지 6배의 단면적을 갖는 오리피스가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 비례 전자 밸브.
- 유체가 공급되는 입력 포트,상기 입력 포트에 연통된 출력 포트,상기 입력 포트에 공급된 유체의 일부가 배출되는 드레인 포트,상기 입력 포트 및 상기 출력 포트와 상기 드레인 포트와의 사이에 마련된 입출력측 통로와, 상기 입출력측 통로의 단부에 마련된 시트부와, 상기 시트부와상기 드레인 포트와의 사이에 마련된 드레인측 통로를 갖는 원통 형상의 밸브 시트 부재,상기 시트부에 접리하는 볼 형상의 밸브체,코일을 가지며,상기 코일에의 통전 전류에 응하여 상기 밸브체를 변위시키고, 상기 입출력측 통로로부터 상기 드레인측 통로를 경유하여 상기 드레인 포트로 흐르는 유체의 량을 변화시켜서 상기 출력 포트로부터의 출력압을 변화시키는 밸브 구동부, 및상기 밸브 시트 부재 내에 삽입되고, 상기 밸브체의 변위를 안내하는 원통 형상의 밸브 가이드부를 구비하고,상기 밸브체가 상기 시트부에 접한 때에 상기 밸브 가이드부의 선단부가 상기 밸브체의 중심보다도 상기 시트부측으로 상기 밸브체의 직경의 4 내지 14% 돌출하여 있도록 상기 밸브 가이드부의 길이가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 비례 전자 밸브.
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