(57)【要約】【課題】  ＵＶインクが異物を発生しにくいギヤポンプを提供する。【解決手段】  駆動軸２３ａと従動軸２３ｂは、概ね円柱形状であり、両端は円錐形状となっている。円錐形状の中心と、駆動軸２３ａと従動軸２３ｂの軸芯とは一致している。駆動軸２３ａと従動軸２３ｂが回転したとき、駆動軸２３ａと従動軸２３ｂの両端の円錐もその頂部を回転中心として回転する。駆動軸２３ａと従動軸２３ｂの両端面に対面する部位にはセパレーター２８を配置してある。セパレーター２８はスラスト軸受に相当する。セパレーター２８は固定され、対面する駆動軸２３ａと従動軸２３ｂの端面は軸芯と一致する円錐形状となっているので、セパレーター２８と駆動軸２３ａおよびセパレーター２８と従動軸２３ｂは点接触する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＶインクが充填されて回転駆動されるポンプ機構を備えるギヤポンプであって、
気密ケースと、前記気密ケース内に収容され、歯車を保持する円柱形状の回転軸と、前記回転軸の周面と対面して前記回転軸を回転可能に支持する第１軸受と、前記回転軸の端面と対面して前記回転軸を回転可能に支持する第２軸受と、を備え、
前記回転軸の端面と前記第２軸受とは、回転軸芯で互いに点接触可能としてあり、前記第２軸受は固定されていることを特徴とするギヤポンプ。
【請求項２】
前記回転軸の端面と前記第２軸受とのいずれかまたは両方に、前記回転軸の回転軸芯に一致させて球体を配置することを特徴とする請求項１に記載のギヤポンプ。
【請求項３】
前記球体は、前記回転軸の端面と前記第２軸受のいずれかまたは両方に形成した凹部に嵌合されて支持されることを特徴とする請求項２に記載のギヤポンプ。
【請求項４】
前記回転軸の端面と前記第２軸受のいずれかまたは両方を、前記回転軸の回転軸芯上に中心を有する球面の形状とすることを特徴とする請求項１に記載のギヤポンプ。
【請求項５】
前記第１軸受は、前記気密ケースの内側に配置される円筒部材を有し、前記気密ケースは、前記円筒部材を収容して支持可能な円形凹部を有し、前記円筒部材の外周面または前記円形凹部の内周面には、対向面に向かって突出して周面方向に沿って連続して形成される円環突起を有しており、同円環突起の頂部が対向面に当接可能としてあることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のギヤポンプ。
【請求項６】
前記円環突起の頂部は曲面となっていることを特徴とする請求項５に記載のギヤポンプ。
【請求項７】
前記円環突起は、前記円筒部材の外周面に配置され、同円環突起の頂部が前記円筒部材の軸芯を中心とする円弧形状としてあることを特徴とする請求項６に記載のギヤポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリンターのギヤポンプに関し、特に、ＵＶインクを使用するプリンターのギヤポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＶインクを使用するインクジェットプリンターでは、同ＵＶインクが外気に触れないように形成されたギヤポンプを備えている。同ギヤポンプは、気密ケースと、この気密ケース内に収容され、歯車を保持する略円柱形状の回転軸と、この回転軸の端部の周面と端面に対面して回転可能に支持する軸受とを備えている。
気密ケースに密封されているＵＶインクは、摺動部位において固形物を生成するため、この固形物が異物となって軸受部の摺動負荷を増加させ、最悪の場合は回転軸が回転不能となり印刷停止となる。
【０００３】
特許文献１に開示される発明は、回転軸と軸受との間に生じる摩擦抵抗を低減する為、回転軸の周面及びセパレーターの表面に凹凸を生じるテクスチャを形成してある。回転軸と軸受との間にはインクが充填されており、回転軸が回転するとインクを介在させた浮動状態となり、回転動作に伴う摩擦抵抗を減らす。軸受はいわゆる動圧軸受となるように設計されている。
【０００４】
特許文献２に開示される発明は、スラスト軸受に球体を配置している。回転軸の端面は、磁力で回転可能に保持される球体に当接可能となっており、当接することでスラスト方向への移動を規制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１５８１７５号公報
【特許文献２】特開２０１６−６５５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の技術によれば、回転軸が回転する時に回転軸と軸受は接することなく互いに離反して浮き上がるように保持される効果が期待されていた。しかし、回転軸の回転速度が十分でない場合は、浮き上がる効果が低く、両者が摺動する現象が発生していた。この結果、ＵＶインクは異物を生じていた。
また、部品加工時の加工誤差や組み付け時に軸受が斜めに組み付けられて軸受の軸芯がずれた場合には、軸受は回転軸と常に接触することもあり、摺動することでＵＶインクは異物を生じる。これを避ける為には軸芯がずれないように高精度加工と慎重な組み立て作業をする必要があった。
【０００７】
回転軸の端面は平面で、軸受側の対向面も平面であるので、端面同士が面接触した場合には、摺動するため、ＵＶインクは異物を生じていた。
一般的には回転軸と軸受との抵抗を減ずる手段としてボールベアリングを配置することはよく知られている。しかし、ボールベアリングは点接触ではあるが点接触の部位が回転と共に移動し、結果的に摺動していることには変わらず、ＵＶインクの場合は異物を発生し続ける。
【０００８】
球体を軸端に配置するスラスト軸受は、球体が回転することを許容している。しかし、ボールベアリングの技術と同様、回転による摺動が発生する為、ＵＶインクの場合は異物を発生し続ける。
本発明は、ＵＶインクが異物を発生しにくいギヤポンプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ＵＶインクが充填されて回転駆動されるポンプ機構を備えるギヤポンプであって、気密ケースと、前記気密ケース内に収容され、歯車を保持する略円柱形状の回転軸と、前記回転軸の周面に対面して前記回転軸を回転可能に支持する第１軸受と、前記回転軸の端面と対面して前記回転軸を回転可能に支持する第２軸受と、を備え、前記回転軸の端面と前記第２軸受とは、回転軸芯で互いに点接触可能としてあり、前記第２軸受は固定されている構成としてある。
【００１０】
本発明においては、回転軸の端面と第２軸受とが点接触する。回転軸の軸芯は回転中も回動移動速度がほぼゼロであるため、殆ど両者は摺動せず、ＵＶインクによる異物の発生を押さえることができる。また、第２軸受の対向面は固定されているため、球体が回転して摺動することで生じる異物の発生を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ギヤポンプとモーターの斜視図である。
【図２】ギヤポンプとモーターの破断斜視図である。
【図３】ギヤポンプの断面図である。
【図４】変形例にかかるギヤポンプの断面図である。
【図５】変形例にかかるギヤポンプの断面図である。
【図６】変形例にかかる円筒部材の断面図である。
【図７】変形例にかかるギヤポンプの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面にもとづいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかるギヤポンプとモーターを斜視図により示しており、図２は、破断斜視図により示しており、図３は、断面図を示している。
同図において、駆動源であるモーター１０がギヤポンプ２０とネジ止めで固定されている。ギヤポンプ２０は、気密ケース２１を有している。気密ケース２１は各構成部品を収容する中央のハウジング２１ａと、当該ハウジング２１ａを挟み込んで取り付けられるサイドパネル２１ｂ，２１ｃとを備えている。
【００１３】
ギヤポンプ２０の気密ケース２１内には、ポンプ機構を形成する駆動歯車２２ａと従動歯車２２ｂと、同駆動歯車２２ａと従動歯車２２ｂの軸芯を貫通して固定される円柱形状の回転軸となる駆動軸２３ａと従動軸２３ｂと、インナーケース２４が収容されている。駆動軸２３ａと従動軸２３ｂは互いに平行に配置されており、これらによって貫通して支持される駆動歯車２２ａと従動歯車２２ｂとが螺合して回転する。
【００１４】
駆動軸２３ａと従動軸２３ｂは、４つの軸受２５によって回転可能に支持されている。４つの軸受２５は、駆動歯車２２ａと従動歯車２２ｂを挟んだ駆動軸２３ａと従動軸２３ｂの両側に取り付けられ、インナーケース２４に形成された円形の凹部２４ａ１，２４ａ１，２４ａ１，２４ａ１との間に介在される。すなわち、インナーケース２４内に駆動歯車２２ａと従動歯車２２ｂとが螺合した状態で収容され、その軸芯を貫通する駆動歯車２２ａと従動歯車２２ｂの両端は軸受２５を介してインナーケース２４の所定位置に形成された凹部２４ａ１，２４ａ１，２４ａ１，２４ａ１によって支持されている。
【００１５】
駆動軸２３ａの一端はサイドパネル２１ｃ内に突き出ており、その端部には内部にインナー磁石２６ａを収容する第１の保持部材２７ａが装着されている。第１の保持部材２７ａは概ねドーナツ形状であり、駆動軸２３ａが軸芯を貫通して固定されている。気密ケース２１の外側には、第１の保持部材２７ａを外周側から覆うようにカップ状に形成された第２の保持部材２７ｂが配置されており、第２の保持部材２７ｂにはアウター磁石２６ｂが収容されている。第２の保持部材２７ｂはモーター１０の回転軸１１に連結されている。駆動軸２３ａと、第１の保持部材２７ａと、第２の保持部材２７ｂと、回転軸１１は全て軸芯が一致している。第１の保持部材２７ａと第２の保持部材２７ｂは、インナー磁石２６ａとアウター磁石２６ｂとによってマグネットカプリング機構を形成しており、マグネットカプリングは非接触でモーター１０の回転駆動力を駆動軸２３ａに伝達する。
【００１６】
気密ケース２１の上面と下面にはパイプ装着部２９が形成されている。パイプ装着部２９は、気密ケース２１の内部ではインナーケース２４によって形成されるインク流動路に連通しており、気密ケース２１の外部では図示しないインク用パイプを装着可能となっている。これにより、ギヤポンプ２０は、気密ケース２１の下面のパイプ装着部２９（図示せず）からインクを吸引し、気密ケース２１の上面のパイプ装着部２９からインクを吐出する。
【００１７】
図３は、ギヤポンプの断面図である。
軸受２５は、筒状に形成されており、インナーケース２４に形成された凹部２４ａ１，２４ａ１，２４ａ１，２４ａ１に嵌合して支持されている。軸受２５と各凹部２４ａ１は、その軸芯がずれないように嵌合されており、駆動軸２３ａと従動軸２３ｂの軸芯を一致させて挿入することで駆動軸２３ａと従動軸２３ｂを回転可能に支持する。
【００１８】
駆動軸２３ａと従動軸２３ｂは、概ね円柱形状であり、両端は円錐形状となっている。円錐形状の中心と、駆動軸２３ａと従動軸２３ｂの軸芯とは一致している。従って、駆動軸２３ａと従動軸２３ｂが回転したとき、駆動軸２３ａと従動軸２３ｂの両端の円錐もその頂部を回転中心として回転する。なお、円錐が回転する際、周面は所定の回動速度で移動するが、頂部については同一地点にとどまり、回転しても移動するということはない。軸受２５はラジアル方向の支持部材である。すなわち、ラジアル軸受（第１軸受）である。
【００１９】
サイドパネル２１ｂ，２１ｃは、軸受２５に対応して、同軸受２５の配置部分に凹部２１ｂ１，２１ｂ２，２１ｃ１，２１ｃ２を形成してある。また、駆動軸２３ａと従動軸２３ｂの両端面に対面する部位にはセパレーター２８を配置してある。セパレーター２８は各凹部２１ｂ１，２１ｂ２，２１ｃ１，２１ｃ２の底に配置して固定されている。セパレーター２８は駆動軸２３ａと従動軸２３ｂの両端面に対面しており、駆動軸２３ａと従動軸２３ｂがスラスト軸方向において所定範囲を超えて移動するのを防止する。従って、セパレーター２８はスラスト軸受（第２軸受）に相当する。
【００２０】
セパレーター２８は固定され、対面する駆動軸２３ａと従動軸２３ｂの端面は軸芯と一致する円錐形状となっているので、セパレーター２８と駆動軸２３ａおよびセパレーター２８と従動軸２３ｂは点接触する。なお、セパレーター２８と駆動軸２３ａおよびセパレーター２８と従動軸２３ｂの間には、所定のクリアランスを形成してある。従って、常に点接触する必要は無い。円錐の頂部は回転しても回転に伴う位置移動が無いので、セパレーター２８との点接触部位では摺動は発生しない。これにより、ＵＶインクが充填されている状態においても異物を発生しにくい。仮にセパレーター２８が自由に回転可能であるとすると、駆動軸２３ａと従動軸２３ｂが押しつけられて回転した場合に、その力を受けてセパレーター２８が回転することになるが、セパレーター２８とサイドパネル２１ｂ，２１ｃとの当接面で摺動することになるので、この部位でＵＶインクが異物を発生しかねない。
【００２１】
このようにスラスト軸受であるセパレーター２８と、駆動軸２３ａと従動軸２３ｂである回転軸の端面とは、回転軸芯で互いに点接触可能としてあり、また、スラスト軸受であるセパレーター２８が固定されているので、第２軸受は固定されていることになる。
【００２２】
図４は、変形例にかかるギヤポンプの断面図である。
この変形例では、駆動軸１２３ａと従動軸１２３ｂの両端面は平面であり、セパレーター２８の代わりに球体１２８を備えている。４つの球体１２８は、４つのセパレーターの代わりに、サイドパネル１２８ｂ，１２８ｃにおける駆動軸１２３ａと従動軸１２３ｂの軸芯と一致する位置に接着剤などを用いて嵌合固定されている。この場合も、４つの球体１２８は、駆動軸１２３ａと従動軸１２３ｂの両端を挟む位置に配置され、駆動軸１２３ａと従動軸１２３ｂのスラスト方向への移動を規制している。従って、４つの球体１２８はスラスト軸受である。また、４つの球体１２８の中心と、駆動軸１２３ａと従動軸１２３ｂの軸芯は一致している。
【００２３】
この変形例においては、停止している球体１２８に対して回転している駆動軸１２３ａと従動軸１２３ｂの平面状の端面が当接する。中心と軸芯を一致させてあるので、当接する２つの部材の一方が球体であり他方が平面である場合には点接触となっている。駆動軸１２３ａの端面は平面ではあるが、点接触する部位は回転軸芯であるので、回転はするものの位置移動は無い。従って、ＵＶインクが異物を発生しにくい。さらに、球体１２８が第２軸受となるが、球体１２８はサイドパネル１２８ｂ，１２８ｃに嵌合しており、固定されており、摺動も生じない。
【００２４】
図５は、変形例にかかるギヤポンプの断面図である。
この変形例では、駆動軸２２３ａの両端面に球体用凹部２２３ａ１を形成してあり、同球体用凹部２２３ａ１に球体２２３ａ２を接着剤などを用いて嵌合固定してある。なお、従動軸については図示していないが、同様の構成としてある。この例では、駆動軸２２３ａと従動軸（図示せず）とで円錐形としていた両端面に球体２２３ａ２を配置することで、セパレーター２２８に対して点接触するようにした。なお、球体２２３ａ２の中心は駆動軸２２３ａの軸芯と一致している。球体２２３ａ２は球体用凹部２２３ａ１に接着剤で固定されているため球体用凹部２２３ａ１に対して回転しないが、駆動軸２２３ａの回転に伴ってセパレーター２２８に対しては回転する。しかしながら、上述した円錐形の頂部と同様、セパレーター２２８と点接触する部位は回転はしていても位置移動は無いので、摺動は発生しない。従って、ＵＶインクが異物を発生しにくい。さらに、セパレーター２２８はサイドパネル２２８ｂに固定されており、摺動も生じない。なお、セパレーター２２８が第２軸受である。
駆動軸２２３ａにおける反対側の端面部分、及び従動軸の両端は図５に示すものと同様としてある。
【００２５】
図６は、変形例にかかる円筒部材の断面図であり、図７は、変形例にかかるギヤポンプの部分断面図である。
この変形例では、円筒部材３２５はインナーケース３２４に対して嵌合固定されていない。
円筒形状の円筒部材３２５は、インナーケース３２４に形成した円形凹部３２４ａに収容されている。円筒部材３２５の外径はスラスト方向全体において、中央部位を除いて、円形凹部３２４ａの内径よりも小さく形成してある。一方で、円筒部材３２５のスラスト方向全体のほぼ中央部位は対向面であるインナーケース３２４の円形凹部３２４ａの内周面に向かって周面方向に沿って連続して円環突起３２５ａを形成してある。
この場合の周面方向とは、円筒部材３２５の外周を一周する方向という意味である。さらに、円環突起３２５ａの頂部はスラスト方向に沿って所定の幅を有しているが、この頂部の面は円筒形状の円筒部材３２５の軸芯に中心を有する球面としてある。円環突起３２５ａの頂部が円筒部材３２５の軸芯に中心を有する球面であるから、円環突起３２５ａの頂部は円形凹部３２４ａの内周面に当接可能となっている。この球面は、断面では円弧形状であり、曲面の一例である。なお、この場合の球面は、厳格な意味ではなく、所定の球面を基準として、若干変形した曲面も含まれる。
【００２６】
円筒部材３２５を円形凹部３２４ａに収容する際に、同円形凹部３２４ａの軸芯に対して軸ずれすることがある。しかし、この場合でも、円環突起３２５ａの頂部が上述した球面であるため、円筒部材３２５の軸芯が斜めになった状態でも円環突起３２５ａの頂部が円形凹部３２４ａの内径よりも大きくなることはない。言い換えると、ある角度範囲であれば、円筒部材３２５は円形凹部３２４ａ内で自由に傾動可能である。
【００２７】
円筒部材３２５を円形凹部３２４ａに収容する場合以外でも、例えばインナーケース３２４の組み付けにあたり、インナーケース３２４を歪ませる力がかかる場合がある。インナーケース３２４が歪むと円形凹部３２４ａの軸芯は歪み、収容する駆動軸（図示せず）と従動軸３２３ｂの軸芯と一致しなくなる。軸受がインナーケース３２４に嵌合固定されている場合は軸受と回転軸の軸芯が一致しなくなり、両者はある部分で当接する。当接する状態になると、回転抵抗が非常に大きくなると共に当接部分は摺動することになりＵＶインクの固形物が発生し、期待されるポンプ機能を果たせなくなる。また、インナーケース３２４の部品加工時に円形凹部３２４ａと円形凹部３２４ａの２ヶ所の軸芯が加工誤差により一致しない場合がある。この場合は円筒部材３２５と従動軸３２３ｂの２つの軸芯が一致しなくなり、両者はある部分で当接する。当接する状態になると、回転抵抗が非常に大きくなると共に当接部分は摺動することになりＵＶインクの固形物が発生し、期待されるポンプ機能を果たせなくなる。
【００２８】
一方、円環突起３２５ａを備えた軸受を使用すると、インナーケース３２４が歪んだ場合に、円形凹部３２４ａの軸芯と、駆動軸と従動軸３２３ｂの軸芯とが一致しなくなったとしても、駆動軸と従動軸３２３ｂが円形凹部３２４ａに対して斜めとなった状態となるように円筒部材３２５自体も傾動することができる。すると、駆動軸と従動軸３２３ｂが円筒部材３２５の内周面に対して当接した状態とならず、回転抵抗も大きくならず、ＵＶインクの固形物の発生もしにくくなる。ゆえに、期待されるポンプ機能を常に発揮できるようになる。
【００２９】
この変形例では、円形凹部３２４ａ内に収容される側の円筒部材３２５の周面に、上述した頂部の形状を有する円環突起３２５ａを形成しているので、円筒部材３２５は円環突起３２５ａの頂部の球面を基準とする中心を支点として傾動可能となる。一方、円環突起３２５ａの頂部を平面としたとしても、スラスト方向の長さが短ければ、円筒部材３２５は円形凹部３２４ａ内で傾動可能となる。この場合は、傾動するにつれてクリアランスが大きくなるが、公差を考慮して許容範囲であればよい。
【００３０】
この変形例では、円筒形状の円筒部材３２５の外周面の一部に円環突起３２５ａを形成してあるが、スラスト方向にわたってほぼ全般を球面とすることも可能である。円環突起３２５ａの表面を球面とすることで、円環突起３２５ａと円形凹部３２４ａの内周面と当接するのは線接触となり、摺動部位を小さくすることもできる。
さらに、傾動可能とする為には、円形凹部３２４ａの内周面をスラスト方向において一定の内径とするのではなく、スラスト方向のほぼ中央あたりで内径が最も小さくなるような断面円弧状に形成することも可能である。この場合、スラスト方向におけるほぼ中央に円環突起３２５ａと同様の幅狭の円環突起として突出する形状としても良い。このような形状とした場合でも、軸受は円形凹部内で所定の範囲であれば傾動可能となる。この場合も、傾動するにつれてクリアランスが大きくなるが、公差を考慮して許容範囲であればよい。
【００３１】
この変形例では、円筒形状の円筒部材３２５と、これを収容する円形凹部３２４ａとで、第１軸受を構成していると言える。そして、この第１軸受は、内側に配置される円筒部材の円筒部材３２５と、同円筒部材を収容して支持可能な円形凹部３２４ａを有し、前記円筒部材である円筒部材３２５の外周面には、対向面に向かって突出して周面方向に沿って連続して形成される円環突起３２５ａを有している。なお、前記円形凹部３２４ａの内周面の側に、対向面に向かって突出して周面方向に沿って連続して形成される円環突起を形成するようにしてもよい。
【００３２】
この他、駆動軸や従動軸、あるいはセパレーターの側を円錐形状とする例を示したが、円錐形状とする代わりに球面形状としても良い。この場合の球面の中心は回転軸の軸芯上に位置させる。このようにしても、駆動軸や従動軸が回転する時に球面の軸芯上では回転移動が無くなり、摺動が発生しない。
【００３３】
なお、本発明は前記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・前記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・前記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって前記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
・前記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が前記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。
【符号の説明】
【００３４】
１０…モーター、１１…回転軸、２０…ギヤポンプ、２１…気密ケース、２１ａ…ハウジング、２１ｂ，２１ｃ…サイドパネル、２１ｂ１，２１ｂ２，２１ｃ１，２１ｃ２…凹部、２２ａ…駆動歯車、２２ｂ…従動歯車、２３ａ…駆動軸、２３ｂ…従動軸、２４…インナーケース、２４ａ１…凹部、２５…軸受、２６ａ…インナー磁石、２６ｂ…アウター磁石、２７ａ…保持部材、２７ｂ…保持部材、２８…セパレーター、２９…パイプ装着部、１２３ａ…駆動軸、１２３ｂ…従動軸、１２８…球体、１２８ｂ，１２８ｃ…サイドパネル、２２３ａ…駆動軸、２２３ａ１…球体用凹部、２２３ａ２…球体、２２８…セパレーター、２２８ｂ…サイドパネル、３２３ｂ…従動軸、３２４…インナーケース、３２４ａ…円形凹部、３２５…円筒部材、３２５ａ…円環突起。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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