WO2013031249A1 - スラスト軸受 - Google Patents

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glass fiber
raceway surface
raceway
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Inventor
宮本 真人
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日本精工株式会社
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    • F16C2240/40Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/46Gap sizes or clearances

Definitions

  • the present invention relates to a thrust bearing used for a hydraulic continuously variable transmission, a hydraulic pump, a hydraulic motor, or the like.
  • Thrust bearings are incorporated as bearings in hydraulic continuously variable transmissions, hydraulic pumps, hydraulic motors, and the like.
  • a thrust bearing is employed in a portion that receives a piston pressure when converting the rotational force of the shaft into the hydraulic pressure or when converting the hydraulic pressure into the rotational force of the shaft (for example, Patent Document 1).
  • Thrust bearings often use iron cages. However, when an eccentric load is applied, as in the case of thrust bearings for hydraulic continuously variable transmissions, impact is applied to the pocket surface due to the delay or advance of the ball, and the cage May be damaged.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a long-life thrust bearing that prevents breakage of the cage.
  • the present invention provides the following thrust bearing.
  • a first raceway having a first raceway surface, a second raceway having a second raceway surface, and freely rollable between the first raceway surface and the second raceway surface.
  • the cage is made of synthetic resin, and the pocket gap is 2 to Thrust bearing characterized by 5%.
  • the thrust bearing according to any one of (1) to (3) above, wherein the synthetic resin of the cage is polyamide.
  • the thrust bearing according to any one of (1) to (4) above, wherein the synthetic resin of the cage has a number average molecular weight of 13000 to 30000.
  • (6) The thrust bearing according to (5), wherein the cage is obtained by injection molding.
  • the thrust bearing of the present invention is made of synthetic resin, preferably made of glass fiber-containing synthetic resin, and has a specific pocket clearance, so that it can effectively absorb the impact on the cage due to delay and advance of the ball, Long service life.
  • FIG. 3 is a top view of FIG. 2. 6 is a graph showing the results of Test 2. 10 is a graph showing the results of Test 3.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a hydraulic continuously variable transmission.
  • the hydraulic continuously variable transmission 30 is a variable capacity that converts a rotational driving force transmitted from an engine (not shown) to an input shaft 31 into an oil pressure.
  • a pump 32 and a variable displacement motor 41 that returns the hydraulic pressure to the rotational driving force and transmits it to the output shaft 40 are provided, and the rotational driving force transmitted to the input shaft 31 is not used for the forward driving force and the backward driving force. It changes to a stage and outputs from the output shaft 40, or stops this output.
  • the variable displacement pump 32 includes a cylinder block 33 that rotates integrally with the input shaft 31, a nose piston 35 that is reciprocated in the piston chamber 34, and a guide surface of the guide block 36. And a swash plate 37 rotating along the axis.
  • the variable displacement pump 32 rotates the swash plate 37 to change the reciprocating stroke of the nose piston 35 and change the amount of oil discharged from the piston chamber 34.
  • the thrust bearing 10 is disposed on the swash plate 37 at a position where the thrust bearing 10 contacts the tip of the nose piston 35, and the thrust bearing 10 rotates together with the swash plate 37.
  • the thrust bearing 10 is fixed to the swash plate 37 and the first race ring 12 having the first raceway surface 11 in contact with the tip of the nose piston 35 at the end face 21 outside the bearing.
  • the second raceway 14 having the second raceway surface 13 and a plurality of balls 15 arranged between the first raceway surface 11 and the second raceway surface 13 so as to roll freely.
  • the thrust bearing 10 includes a cage 16 that holds a plurality of balls 15 at equal intervals in the circumferential direction.
  • the cage 16 is made of synthetic resin.
  • Polyamides such as aromatic polyamide, polyamide 46, and polyamide 66, are preferable when heat resistance, fatigue resistance, etc. are considered.
  • Aromatic polyamide has a high melting point and high strength, and can be used at a high temperature of 130 to 150 ° C.
  • Polyamide 46 also has a heat resistance of 120 to 140 ° C., and the resin itself has high impact strength and fatigue resistance.
  • Polyamide 66 has a heat resistance of 100 to 120 ° C., but has a good balance of impact strength, fatigue resistance, etc., and a low material cost.
  • the cage 16 preferably contains glass fibers for reinforcement.
  • a glass fiber having a circular cross section can be used, but a cross section having an elliptical shape, an oval shape, an eyebrow shape, or the like is preferable.
  • the glass fiber having an irregular cross section is less likely to be broken than the glass fiber having a circular cross section, and is dispersed in the resin in a longer state than the glass fiber having a circular cross section when kneaded with a resin and injection molded. Therefore, when compared with the same content, the reinforcing effect is higher than that of glass fibers having a circular cross section.
  • the glass fiber having an irregular cross section is oriented so as to form a plane parallel to the cage surface during molding, it can receive a load on the surface, and has excellent load resistance, and also in the radial direction. A slight reinforcing effect appears and the reinforcing effect is further increased, and the difference in dimensional change is reduced, so that sink marks are less likely to occur.
  • the deformed ratio (ratio of the major axis part to the minor axis part) of the glass fiber having an irregular cross section is preferably 1.5 to 5, and more preferably 2 to 4. If the profile ratio is less than 1.5, the effect of improving the mechanical strength is small, and if the profile ratio exceeds 5, it is too flat and it is difficult to produce stably.
  • the minor axis portion is preferably 5 to 12 ⁇ m. If the short diameter part is less than 5 ⁇ m, it is too thin and breaks or breaks during production. Therefore, it is difficult to maintain a stable quality at low cost, and the practicality is low. On the other hand, when the minor axis exceeds 12 ⁇ m, the fiber is too thick in consideration of the deformed ratio, resulting in poor dispersibility in the resin, and unevenness in strength may occur in the resin part.
  • a general synthetic resin cage has an average fiber diameter of about 10 to 13 ⁇ m, but preferably has an average fiber diameter of 6 to 8 ⁇ m.
  • the above glass fiber is surface-treated with a silane coupling agent having an epoxy group or amino group at one end, or a sizing agent such as epoxy, urethane, or acrylic in consideration of adhesiveness with the resin. Is preferably used.
  • the glass fiber content is preferably 20 to 40% by mass, more preferably 25 to 35% by mass of the total amount of the cage.
  • the glass fiber content is less than 20% by mass, the reinforcing effect is not sufficient.
  • the fluidity decreases and becomes unsuitable for injection molding.
  • the retainer 16 is less likely to be bent, and the ball 15 is less likely to be incorporated during the assembly of the bearing.
  • the upper limit of the glass fiber content is preferably 40% by mass, and more preferably 35% by mass.
  • the number average molecular weight of the above resin is preferably from 13,000 to 30000, and further considering the mechanical strength such as impact strength, the number average molecular weight is more preferably from 18000 to 26000.
  • the number average molecular weight is less than 13,000, the molecular weight is too low, the mechanical strength is low, and the practicality is low.
  • the number average molecular weight exceeds 30000, the melt viscosity in a state where the glass fiber is contained in a specified amount is too high, and it becomes difficult to manufacture by injection molding with high accuracy.
  • additives can be added to the above resin composition as necessary, but any of them may be added to a general synthetic resin cage.
  • a part of glass fiber can be replaced with carbon fiber.
  • the carbon fibers include pitch-based or PAN-based carbon fibers.
  • it can be replaced by a whisker-like reinforcing material such as potassium titanate whisker or aluminum borate whisker.
  • FIG.3 is a cross-sectional view showing a state in which the ball 15 is removed from FIG. 2
  • FIG. 4 is a top view of FIG.
  • the cage 16 has a plurality of pockets 17 formed in an annular base portion 16a, and further, a base portion 16a at a plurality of locations around the pocket 17 (four locations at equal intervals in the example in the figure).
  • a claw portion 16b protruding outward is provided.
  • the pocket-side surface 16c of the claw portion 16b is configured to be elastically deformed while standing substantially vertically so that the balls 15 can be easily inserted during assembly.
  • the pocket clearance of the cage 16 is 2 to 5% of the diameter of the ball 15. That is, as shown in FIG. 4, the distance between the surface 15 a of the ball 15 and the pocket surface 17 a of the pocket 17 is 2 to 5% of the diameter of the ball 15.
  • the pocket gap increases, the movement distance of the ball 15 increases and the impact on the pocket surface 17a also increases.
  • the interval between the pockets is narrowed, and the column portion between the pockets is thinned, resulting in a decrease in strength. Therefore, the upper limit of the pocket gap with respect to the diameter of the ball 15 is 5%, and 4% is more preferable.
  • the pocket clearance is less than 2% of the diameter of the ball 15, the maximum load on the retainer 16 is increased, resulting in a decrease in strength, which is not suitable.
  • the thrust ball bearing of the present invention has been described as an example, but a roller or a tapered roller can be used as the rolling element.
  • Test 1 Using an iron cage and a synthetic resin cage containing 25% by mass of glass fiber (sizing agent treated product, cross-section eyebrows) in polyamide 66, durability test under moment load conditions assuming ball delay and advance Went.
  • a bearing “6204” manufactured by NSK Ltd. was used as a test bearing, and turbine oil was used as a lubricant.
  • the pocket clearance of the synthetic resin cage was set to 3% of the ball diameter.
  • the test conditions were a rotational speed of 2000 min ⁇ 1 , a moment load of 73.5 N ⁇ m, and an ambient temperature of 40 ° C. or 100 ° C. As a result, the iron cage was damaged within 20 hours, whereas the synthetic resin cage was not damaged even after 20 hours.
  • Test 2 A test piece comprising a polyamide 66 alone, a resin composition containing 20% by mass of the glass fiber in polyamide 66, and a resin composition containing 30% by mass of the glass fiber in polyamide 66 is prepared, in accordance with ASTM D 671.
  • a bending fatigue curve was created.
  • the measurement atmosphere was a temperature of 23 ° C., a humidity of 85% RH, and the number of cycles was 1800 rpm.
  • the results are shown in FIG.
  • shaft S in a figure is a stress amplitude
  • the horizontal axis N is the number of repetitions until a fracture
  • the stress repeatedly increases as the glass fiber content increases.
  • the stress amplitude is about 5 ⁇ 10 2 kgf / cm 2. Therefore, it can be seen that the glass fiber content should be 20% by mass or more.
  • the thrust bearing of the present invention is useful for a hydraulic continuously variable transmission, a hydraulic pump, a hydraulic motor, and the like.

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Abstract

 本発明は、第1の軌道面を有する第1の軌道輪と、第2の軌道面を有する第2の軌道輪と、前記第1の軌道面及び前記第2の軌道面間に転動自在に配置された複数の玉と、前記玉を円周方向に亘って等間隔に保持する保持器とを備えるスラスト軸受において、前記保持器が前記保持器が合成樹脂製で、かつ、ポケット隙間を玉径の2から5%としたことを特徴とする。このようなスラスト軸受は、保持器の破損が防止されて長寿命となる。

Description

スラスト軸受
 本発明は、油圧式無段変速機や油圧ポンプ、油圧モータ等に使用されるスラスト軸受に関する。
 油圧式無段変速機や油圧ポンプ、油圧モータ等では、軸受としてスラスト軸受が組み込まれている。例えば、コンバインやトラクター、田植え機、芝刈り機等の農業機械では、ギアミッション方式から油圧式無段変速機への移行が進んでいる。このような油圧式無段変速機では、軸の回転力を油圧に変換させる際、または油圧を軸の回転力に変換させる際のピストン圧力を受ける部分に、スラスト軸受が採用されている(例えば特許文献1参照)。
日本国特開2003-194183号公報
 スラスト軸受では、鉄製保持器が多く使用されているが、油圧式無段変速機用のスラスト軸受のような偏心荷重が加わる場合は、玉の遅れや進みによりポケット面に衝撃が加わり、保持器が破損することがある。
 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、保持器の破損を防止し、長寿命のスラスト軸受を提供することにある。
 上記目的を達成するために、本発明は下記のスラスト軸受を提供する。
(1)第1の軌道面を有する第1の軌道輪と、第2の軌道面を有する第2の軌道輪と、前記第1の軌道面及び前記第2の軌道面間に転動自在に配置された複数の玉と、前記玉を円周方向に亘って等間隔に保持する保持器とを備えるスラスト軸受において、前記保持器が合成樹脂製で、かつ、ポケット隙間を玉径の2~5%としたことを特徴とするスラスト軸受。
(2)前記保持器が、ガラス繊維を20~40質量%の割合で含有することを特徴とする上記(1)記載のスラスト軸受。
(3)前記ガラス繊維が異形断面を有することを特徴とする上記(2)記載のスラスト軸受。
(4)前記保持器の合成樹脂がポリアミドであることを特徴とする上記(1)~(3)の何れか1項に記載のスラスト軸受。
(5)前記保持器の合成樹脂が数平均分子量で13000~30000であることを特徴とする上記(1)~(4)の何れか1項に記載のスラスト軸受。
(6)前記保持器が射出成形して得られることを特徴とする上記(5)記載のスラスト軸受。
 本発明のスラスト軸受は、保持器を合成樹脂製、好ましくはガラス繊維含有合成樹脂製とし、特定のポケット隙間量としたため、玉の遅れや進みによる保持器への衝撃を効果的に吸収でき、長寿命となる。
油圧式無段変速機の一例を示す断面図である。 スラスト軸受の一例を示す断面図である。 保持器の一例を示す断面図である。 図2の上面図である。 試験2の結果を示すグラフである。 試験3の結果を示すグラフである。
 以下、油圧式無段変速機を例示して、本発明のスラスト軸受について詳細に説明する。
 図1は油圧式無段変速機の一例を示す断面図であるが、油圧式無段変速機30は、図示しないエンジンから入力軸31に伝達された回転駆動力を油圧力に変換する可変容量ポンプ32と、油圧力を回転駆動力に戻して出力軸40に伝達する可変容量モータ41とを備えており、入力軸31に伝達された回転駆動力を前進側、後進側の駆動力に無段階に変更して出力軸40から出力したり、この出力を停止したりする。
 可変容量ポンプ32は、入力軸31と一体回動するシリンダブロック33と、シリンダブロック33の周方向複数箇所に配置され、ピストン室34内を往復動するノーズピストン35と、ガイドブロック36のガイド面に沿って回動する斜板37とを備えている。可変容量ポンプ32は、斜板37が回動操作することで、ノーズピストン35の往復動ストロークを変化し、ピストン室34が吐出する油量を変化している。斜板37には、スラスト軸受10がノーズピストン35の先端部と接触する位置に配置されており、スラスト軸受10は斜板37と共に回動する。
 スラスト軸受10は、図2に示すように、軸受外側の端面21においてノーズピストン35の先端部と接触し、第1の軌道面11を有する第1の軌道輪12と、斜板37に固定され、第2の軌道面13を有する第2の軌道輪14と、第1の軌道面11と第2の軌道面13との間に転動自在に配置された複数の玉15とを備える。さらに、スラスト軸受10は、複数の玉15を円周方向に亘って等間隔に保持する保持器16を備える。
 本発明では、保持器16を、合成樹脂製とする。合成樹脂には制限はないが、耐熱性や耐疲労性等を考慮すると、芳香族ポリアミドやポリアミド46、ポリアミド66等のポリアミドが好ましい。芳香族ポリアミドは高融点、高強度であり、130~150℃の高温での使用が可能である。また、ポリアミド46も120~140℃の耐熱性を有し、樹脂自体の衝撃強度・耐疲労性が高い。また、ポリアミド66は、耐熱性は100~120℃であるが、衝撃強度、耐疲労性等のバランスがよく、材料コストも低い。
 また、保持器16は、補強用にガラス繊維を含有することが好ましい。ガラス繊維は断面が円形のものも使用できるが、断面が楕円や長円、まゆ形等の異形のものが好ましい。異形断面のガラス繊維は、円形断面のガラス繊維に比べて折れ難く、樹脂と混練し、射出成形した時に円形断面のガラス繊維に比べて長い状態で樹脂中に分散する。そのため、同一含有量で比較すると、円形断面のガラス繊維に比べて補強効果が高くなる。更に、異形断面のガラス繊維は、成形時に保持器表面と平行に面をなすように配向するため、面で荷重を受けることができ、耐荷重性に優れるようになり、更には径方向にも若干の補強効果が現われて補強効果がより高まるとともに、寸法変化の差異が小さくなるためヒケが発生し難くなる。
 異形断面のガラス繊維の異形比(長径部と短径部との比率)は1.5~5であることが好ましく、2~4であることがより好ましい。異形比が1.5未満では機械的強度の向上等の効果が少なく、異形比が5を越えると扁平すぎて安定して製造するのが難しくなる。また、短径部は5~12μmであることが好ましい。短径部が5μm未満では細すぎて製造時に破断、破損するため、低コストで安定した品質を保つのが難しく、実用性が低い。一方、短径部が12μmを越える場合は、異形比を考慮すると繊維が太すぎ、樹脂中での分散性に劣るようになり、樹脂部に強度ムラが発生するおそれがある。
 円形断面のガラス繊維を使用する場合は、同一の配合量で繊維数が多くなることから、細径のものを用いることが好ましい。一般的な合成樹脂製保持器では、平均繊維径が10~13μm程度であるが、平均繊維径が6~8μmのものを用いることが好ましい。
 上記のガラス繊維は、樹脂との接着性を考慮して、片末端にエポキシ基やアミノ基等を有するシランカプッリング剤、あるいはエポキシ系、ウレタン系、アクリル系等のサイジング剤で表面処理したものを用いることが好ましい。
 ガラス繊維の含有量は、保持器全量の20~40質量%とすることが好ましく、25~35質量%とすることがより好ましい。ガラス繊維の含有量が20質量%未満では、補強効果が十分ではない。一方、ガラス繊維の含有量が多くなるほど流動性が低下し、射出成形に適さなくなる。また、ガラス繊維の含有量が多くなるほど保持器16が撓みにくくなり、軸受組立の際に玉15を組み込みにくくなる。これらを考慮すると、ガラス繊維の含有量の上限は40質量%が好ましく、35質量%がより好ましい。
 また、射出成形を考慮して、上記の樹脂の分子量を、特定量のガラス繊維を含有した状態で射出成形が可能な流動性を示す範囲に調整することが好ましい。具体的には数平均分子量で13000~30000が好ましく、更に衝撃強度等の機械的強度を考慮すると数平均分子量で18000~26000がより好ましい。数平均分子量が13000未満では、分子量が低すぎて機械的強度が低く、実用性が低い。これに対して数平均分子量が30000を越える場合は、ガラス繊維を規定量含有した状態での溶融粘度が高すぎ、精度よく射出成形で製造することが困難になる。
 上記の樹脂組成物には、必要に応じて各種の添加剤を添加することができるが、何れも一般的な合成樹脂製保持器に添加されるもので構わない。
 また、ガラス繊維の一部を炭素繊維で代替することもできる。炭素繊維としては、例えばピッチ系またはPAN系の炭素繊維が挙げられる。更には、チタン酸カリウムウィスカーやホウ酸アルミニウムウィスカー等のウィスカー状補強材で代替することもできる。
 保持器16の形状には制限はないが、例えば図3及び図4に示す形状とすることができる。尚、図3は図2から玉15を除いた状態を示す断面図であり、図4は図2の上面図である。図示されるように、保持器16は、円環状の基部16aに複数のポケット17が形成されており、更にポケット17の周囲の複数箇所(図の例では等間隔で4箇所)に、基部16aよりも外方に突出した爪部16bを設ける。また、爪部16bのポケット側の面16cは、組み立て時に玉15を入れやすいように略垂直に立って弾性変形するようになっている。
 但し、保持器16のポケット隙間を、玉15の直径の2~5%とする。即ち、図4に示すように、玉15の表面15aと、ポケット17のポケット面17aとの間隔を、玉15の直径の2~5%とする。このようなポケット隙間にすることにより、保持器16の破損を効果的に防止できる。ポケット隙間が大きくなるほど、玉15の移動距離が大きくなりポケット面17aへの衝撃も大きくなる。それとともに、ポケット同士の間隔が狭くなってポケット間の柱部分が薄くなって強度が低下する。そのため、玉15の直径に対するポケット隙間の上限を5%とし、4%がより好ましい。また、ポケット隙間を玉15の直径の2%未満にすると、保持器16への荷重最大値が大きくなって強度低下を招き、適さない。
 尚、上記では本発明のスラスト軸受についてスラスト玉軸受を例示して説明したが、転動体としてころや円錐ころを用いることもできる。
 以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
(試験1)
 鉄製保持器と、ポリアミド66にガラス繊維(サイジング剤処理品、断面まゆ形)を25質量%配合した合成樹脂製保持器とを用い、玉の遅れや進みを想定したモーメント荷重条件下で耐久試験を行った。試験軸受は日本精工株式会社製軸受「6204」を用い、潤滑剤としてタービン油を用いた。また、合成樹脂製保持器のポケット隙間を玉径の3%とした。試験条件は、回転数2000min-1、モーメント荷重73.5N・m、雰囲気温度40℃または100℃とした。その結果、鉄製保持器が20時間以内に破損したのに対し、合成樹脂製保持器は20時間を越えても破損しなかった。
(試験2)
 ポリアミド66単独、ポリアミド66に同ガラス繊維を20質量%配合した樹脂組成物、ポリアミド66に同ガラス繊維を30質量%配合した樹脂組成物からなる試験片を用意し、ASTM D 671に準拠して曲げ疲労曲線を作成した。測定雰囲気は温度23℃、湿度85%RHとし、サイクル数を1800rpmとした。結果を図5に示す。尚、図中の縦軸Sは応力振幅であり、横軸Nは破断までの繰り返し数である。図示されるように、ガラス繊維の含有量が多くなるのに従って繰り返し応力が高まるが、一般的な油圧式無段変速機用スラスト軸受の保持器では応力振幅が5×10kgf/cm程度であるため、ガラス繊維の含有量を20質量%以上にすればよいことがわかる。
(試験3)
 ポリアミド66に同ガラス繊維を30質量%配合し、(ポケット隙間/玉径)比が異なる合成樹脂製保持器を作製した。そして、各保持器について荷重最大値を測定した。結果を図6に示すが、ポケット隙間が大きくなるほど荷重最大値が小さくなっているが、(ポケット隙間/玉径)比が2%で最小となり、(ポケット隙間/玉径)比が2%より大きくなるとほぼ飽和、もしくは若干上昇している。このことから、(ポケット隙間/玉径)比の最小値を2%とすればよいことがわかる。
 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
 本出願は、2011年8月29日出願の日本特許出願(特願2011-186369)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
 本発明のスラスト軸受は、油圧式無段変速機や油圧ポンプ、油圧モータ等に有用である。
10 スラスト軸受
12 第1の軌道輪
14 第2の軌道輪
15 玉
16 保持器
16a 基部
16b 爪部
17 ポケット
30 油圧式無段変速機

Claims (6)

  1.  第1の軌道面を有する第1の軌道輪と、第2の軌道面を有する第2の軌道輪と、前記第1の軌道面及び前記第2の軌道面間に転動自在に配置された複数の玉と、前記玉を円周方向に亘って等間隔に保持する保持器とを備えるスラスト軸受において、
     前記保持器が合成樹脂製で、かつ、ポケット隙間を玉径の2~5%としたことを特徴とするスラスト軸受。
  2.  前記保持器が、ガラス繊維を20~40質量%の割合で含有することを特徴とする請求項1記載のスラスト軸受。
  3.  前記ガラス繊維が異形断面を有することを特徴とする請求項2記載のスラスト軸受。
  4.  前記保持器の合成樹脂がポリアミドであることを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載のスラスト軸受。
  5.  前記保持器の合成樹脂が数平均分子量で13000~30000であることを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載のスラスト軸受。
  6.  前記保持器が射出成形して得られることを特徴とする請求項5記載のスラスト軸受。
     
     
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