(57)【要約】【課題】従来より、歯車にショットピーニングを施すと、歯先エッジ部の稜線を中心に膨出部６が発生した。そこで、歯先エッジ部に、アール面・直線状連続面による面取り加工や、切欠き加工を行う技術が知られているが、いずれの加工面も、後工程の仕上げ加工によって変化するため、再び膨出部が発生し、更に、修正量が過大なため、その大部分は歯車１の噛合いに直接寄与せず、噛合い率が低くなる、という問題があった。【解決手段】歯車１の歯先エッジ部４・４Ａのうち前記ショットピーニングによって膨出部６が発生する膨出想定域９・９Ａに、前記膨出部６の発生を防止可能なテーパ状または凹状の事前修正部１０・１０Ａを予め形成して、事前修正処理を構成し、該事前修正処理を前記歯車の仕上げ加工で行った後に、前記ショットピーニングを施すことにより、歯車１の噛合い部を歯先面取り部３の直近まで拡張するようにした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショットピーニングを施す歯車の加工方法において、該歯車の歯先エッジ部のうち前記ショットピーニングによって膨出部が発生する膨出想定域に、前記膨出部の発生を防止可能なテーパ状または凹状の事前修正部を予め形成して、事前修正処理を構成し、該事前修正処理を前記歯車の仕上げ加工で行った後に、前記ショットピーニングを施すことにより、歯車の噛合い部を歯先面取り部の直近まで拡張することを特徴とする歯車の加工方法。
【請求項２】
前記仕上げ加工において、理論歯形曲線に対して歯先を内側に逃がして減厚する歯先修正処理を施すと共に、前記事前修正処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の歯車の加工方法。
【請求項３】
前記事前修正部における最大修正深さは、前記事前修正処理直前の歯形曲線を基準線とした場合、該基準線に対して５μｍ以上２５μｍ以下に調整することにより、ショットピーニングによる事前修正部の膨出端を、前記基準線の延長上、もしくは前記基準線よりも内側に設定することを特徴とする請求項１に記載の歯車の加工方法。
【請求項４】
前記仕上げ加工とショットピーニングとの間に、熱処理としてガス軟窒化または塩浴軟窒化を施すことを特徴とする、請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の歯車の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットピーニングを施す歯車の加工方法に関し、特に、該歯車の噛合い率の低下を抑制しつつ、ショットピーニングによる膨出部の発生を防止可能な歯車の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、歯車には高い疲労強度が求められており、特に、近年のエンジンの高出力化と小型化のニーズより、歯車にかかる負荷も増大してきているため、疲労強度の一層の向上が求められている。この疲労強度を向上させる技術として、歯車の表面に向かって鉄粒等から成る硬質のショット粒子を高速で投射するショットピーニングが知られている。
【０００３】
ここで、図６に示すように、歯車１の歯部７においては、歯先１３から歯元１４の間に歯面２が形成され、該歯面２と、前記歯先１３の角部に施した面取り部（以下、「歯先面取り部」とする。）３とによって、歯先エッジ部４が形成される。なお、この歯先面取り部３は、いわゆるセミトッピング部と称し、歯車１の搬送時や積み替え時等の衝撃により歯車１同士が衝突し合って発生する歯面２の打痕や歯先１３の欠損を防止するものであるが、歯先１３の形状や仕様によっては省略してもよく、このように省略した場合の前記歯先エッジ部４は、前記歯面２と、前記歯先１３とによって形成される。
【０００４】
そして、図７に示すように、このような歯車１に、前述したショットピーニングを施すと、前記歯先エッジ部４の稜線５の部分が、ショット粒子の投射衝撃によって歯面２側に向かって押し出され、塑性変形して膨出部６が発生する。すると、該膨出部６によって衝撃エネルギーが増加して騒音が激しくなり異音も発生するため、ショットピーニングの後工程において、該膨出部６の除去を目的とした再研削等の再仕上げ加工を行う必要があり、加工工数が増えて生産効率の低下や製造コストの増加が避けられない。
【０００５】
そこで、該膨出部６の発生を防止するために、アール面による面取り用の刃部を有するホブカッタを用いて、前記歯先エッジ部４に面取り加工を行うことにより、歯面２と歯先面取り部３との間を曲面で滑らかに連続させ、稜線５をなくして膨出部６の発生を防止する技術Ａが公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。
また、複数の直線を比較的大きな鈍角で連結した面（以下、「直線状連続面」とする。）による面取り用の刃部を有するホブカッタを用いて、前記歯先エッジ部４に面取り加工を行うことにより、歯面２と歯先面取り部３とを直線状連続面で比較的滑らかに連続させ、稜線５の影響を緩和して膨出部６の発生を防止する技術Ｂも公知となっている（例えば、特許文献２参照。）。
更に、前記歯先エッジ部４に切欠き加工を行うことにより、この切欠き部内に、塑性変形した部分を収めるようにして、膨出部６の発生を防止する技術Ｃも公知となっている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−６０９２０号公報
【特許文献２】特開２００４−２４９４０１号公報
【特許文献３】特開平８−１０５５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記技術Ａ・Ｂのいずれの面取り加工も、前記歯部７の切り出しを行う歯切り加工と同時に行われるため、この歯切り加工の後工程である仕上げ加工の際に、シェービングカッタ等による切削時の寸法誤差の程度によっては、面取り部に図示せぬ新たな稜線が形成されたり、該稜線の部分の角度が急となって、膨出部６の発生が防止できなくなる、という問題があった。
また、前記技術Ｃの切欠き加工も、鍛造加工等と同時に行われるため、後工程である仕上げ加工の際に、前記技術Ａ・Ｂと同様、シェービングカッタ等による切削時の寸法誤差の程度によっては、切欠き部と歯先１３との間の図示せぬ稜線の部分の角度が急となり、塑性変形した部分の膨出が顕著となって歯形曲線から外側に突出し、膨出部６の発生が防止できなくなる、という問題があった。
更に、前記技術Ａ・Ｂで形成した面取り部、及び前記技術Ｃで形成した切欠き部のいずれも、修正量が過大であり、その大部分は、修正量の大きい前記歯先面取り部３と同様、歯車１の噛合いには直接寄与できないため、噛合い率が低く、騒音や振動が増加すると共に伝達強度も低下する、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、ショットピーニングを施す歯車の加工方法において、該歯車の歯先エッジ部のうち前記ショットピーニングによって膨出部が発生する膨出想定域に、前記膨出部の発生を防止可能なテーパ状または凹状の事前修正部を予め形成して、事前修正処理を構成し、該事前修正処理を前記歯車の仕上げ加工で行った後に、前記ショットピーニングを施すことにより、歯車の噛合い部を歯先面取り部の直近まで拡張するものである。
請求項２においては、前記仕上げ加工において、理論歯形曲線に対して歯先を内側に逃がして減厚する歯先修正処理を施すと共に、前記事前修正処理を施すものである。
請求項３においては、前記事前修正部における最大修正深さは、前記事前修正処理直前の歯形曲線を基準線とした場合、該基準線に対して５μｍ以上２５μｍ以下に調整することにより、ショットピーニングによる事前修正部の膨出端を、前記基準線の延長上、もしくは前記基準線よりも内側に設定するものである。
請求項４においては、前記仕上げ加工とショットピーニングとの間に、熱処理としてガス軟窒化または塩浴軟窒化を施すものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示す効果を奏する。
すなわち、請求項１により、ショットピーニングを施すまでは、前記事前修正部が切削等の加工の影響を受けないようにすることができ、新たな稜線や角度の急な稜線部分を形成することなく、膨出部の発生を確実に防止する事前修正部が形成される。これにより、ショットピーニング後の再研削等の再仕上げ加工を省略して、加工工数の減少による生産効率の向上や製造コストの低減を図ることができる。更に、前記事前修正部が切削等の加工の影響を受けないことから、事前修正部の最大修正深さを調整することで、ショットピーニングによる事前修正部の膨出端の位置を精度良く設定することができ、歯車の噛合いに寄与する部分（以下、「噛合い部」とする。）を増加させて歯車の噛合い率が向上する。これにより、騒音や振動の増加、伝達強度の低下を防止することができる。
請求項２により、シェービングカッタ等の加工工具を用い、歯先修正処理と同時に前記事前修正処理を施すことができ、更なる生産効率の向上や製造コストの低減を図ることができる。
請求項３により、ショットピーニングによる事前修正部の膨出端を前記基準線の延長上に設定する場合は、該事前修正部の少なくとも一部を噛合い部として機能させて噛合い率を向上することができ、騒音や振動の増加、伝達強度の低下を防止することができる。また、ショットピーニングによる事前修正部の膨出端を前記基準線よりも内側に設定する場合は、たとえ、ショットピーニングにおいて、ショット粒径やショット圧のばらつき等によって歯先エッジ部における塑性変形が進んで事前修正部が大きく膨出しても、前記基準線よりも外側に突出する部分の割合を少なくすることができ、大きな膨出部の発生を防止することができる。
請求項４により、浸炭焼入れ焼戻し処理に比べ、熱処理段階で歯先が膨出しやすい上に硬化層が薄い、ガス軟窒化やタフトライド（登録商標）に代表される塩浴軟窒化を、歯車に施した場合であっても、該歯車の噛合い率の低下を抑制しつつ膨出部の発生を確実に防止することができ、安価で、かつ低騒音・低振動・高強度の歯車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に関わる事前修正処理を施す歯車の製造工程を示すフローチャートである。
【図２】理論歯形曲線を基準線とした場合の事前修正部の形成状況を示す、歯先近傍の拡大側面模式図である。
【図３】ショットピーニングによる事前修正部の膨出状況に及ぼす事前修正処理の影響を示す歯面変位曲線であって、図３（ａ）は、最大修正深さＸ３の事前修正部によって、ショットピーニングによる事前修正部の膨出端を理論歯形曲線よりも内側に形成する場合、図３（ｂ）は、最大修正深さＸ２の事前修正部によって、ショットピーニングによる事前修正部の膨出端を理論歯形曲線の延長上に形成する場合、図３（ｃ）は、事前修正部を形成しないために、ショットピーニングにより膨出想定域に大きな膨出部が発生する場合を示す。
【図４】歯先修正歯形曲線を基準線とした場合の事前修正部の形成状況を示す、歯先近傍の拡大側面模式図である。
【図５】最大膨出高さに及ぼす最大修正深さの影響を示す説明図である。
【図６】ショットピーニングによる膨出部の発生状況を示す、歯部の側面模式図である。
【図７】ショットピーニング前後の歯面プロフィールの測定結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、本発明に関わるショットピーニングを施す歯車１の製造工程について、図１、図６により説明する。なお、該製造工程は、本実施例に限定されるものではなく、仕上げ加工とショットピーニング以外の工程の省略や、工程を新たに追加してもよい。
【００１２】
材料として、熱処理に適したＳＣＨ４２０Ｈ等の合金鋼から成る丸棒を準備し、所定の長さに切断する（ステップＳ１）。その後、旋盤等による切削や鍛造等によって粗形状品に加工する（ステップＳ２）。なお、必要に応じて、切削や鍛造等による熱によって粗大化した結晶組織を標準組織に戻すために、焼ならし処理を施す（ステップＳ３）。
【００１３】
そして、ホブカッタ等を用いて、前記粗形状品の外周に歯を形成する歯切り加工を行い（ステップＳ４）、続いて、シェービングカッタ等を用いて、表面粗度の調整、歯形修正処理、歯すじ方向の修正等を施して仕上げ加工を行い、製品形状品に加工する（ステップＳ５）。該仕上げ加工において、本発明に関わる事前修正処理を施す。
【００１４】
引き続き、前記製品形状品には、浸炭焼入れ焼戻し処理や窒化処理のような、表面硬化のための熱処理を施し（ステップＳ６）、その後、ショットピーニングを施して（ステップＳ７）、歯車１の表面に高い圧縮残留応力を生成させる。
【００１５】
前記熱処理のうちの窒化処理は、浸炭焼入れ焼戻し処理に比べ、熱処理段階で歯先が膨出しやすい上に硬化層が薄く、ショットピーニングによって歯車表面が容易に塑性変形し、膨出部が発生しやすい。特に、この傾向は、ガス軟窒化やタフトライド（登録商標）に代表される塩浴軟窒化のような軟窒化処理では顕著なため、本発明の適用が望ましい。なお、前記ショットピーニングには、粒径１００μｍ未満の微粒子だけのショット粒子や、該微粒子に粒径１００μｍ以上の粗粒子を組み合わせたタイプのショット粒子を使用することができるが、特に限定されるものではない。
【００１６】
次に、前記仕上げ加工で施す事前修正処理について、図２乃至図５により説明する。
初めに、歯先修正処理を施さずに事前修正処理を行う場合について説明する。
図２、図３に示すように、前記歯部７の歯面２は、数式で表現可能な歯形曲線（以下、「理論歯形曲線」とする。）８に沿って形成される。該理論歯形曲線８には、標準的にはインボリュート曲線を使用するが、それ以外にも、特殊なものとしてサイクロイド曲線、トロコイド曲線等も使用することができる。
【００１７】
歯面２を形成する理論歯形曲線８の歯先１３側に、ショットピーニングによって図３に示す膨出部６が発生する膨出想定域９が存在し、該膨出想定域９に、本発明に関わるテーパ状の事前修正部１０が形成される。該事前修正部１０は、前記歯面２が歯先１３に近づくほど、前記理論歯形曲線８から離れて内側に傾斜するように構成される。
【００１８】
そして、理論歯形曲線８上の各点から事前修正部１０に向かって、前記歯先１３の外周を形成する歯先面１７と略平行に降ろした線分の長さを歯面変位とし、ショットピーニング前の事前修正部１０における歯面変位の最大値を最大修正深さＸとする。更に、ショットピーニング後の事前修正部１０において最も膨出した膨出端の歯面変位を最大膨出高さＹとし、該最大膨出高さＹは、理論歯形曲線８を境にして外側がプラス、内側がマイナスであり、最大膨出高さＹがプラスの場合に前記膨出部６が発生したこととなる。
【００１９】
すると、図３（ｃ）に示すように、従来のように事前修正処理を施さずに最大修正深さがＸ１＝０の場合は、ショットピーニングによって、事前修正部１０の最大膨出高さがＹ１でプラスとなり、膨出想定域９が理論歯形曲線８よりも外側に突出して、膨出部６が発生する。
【００２０】
これに対し、図３（ｂ）に示すように、最大修正深さＸ２の事前修正処理を施すと、事前修正部１０の膨出が理論歯形曲線８の高さで停止するため、事前修正部１０の最大膨出高さがＹ２＝０となって膨出部６は発生しない。これにより、ショットピーニングによる事前修正部１０の膨出端を、理論歯形曲線８の延長上に設定することができる。
【００２１】
更に、図３（ａ）に示すように、前記最大修正深さＸ２よりも大きい最大修正深さＸ３の事前修正処理を施すと、事前修正部１０の膨出が理論歯形曲線８の高さまで到達せず、この場合も、事前修正部１０の最大膨出高さがＹ３でマイナスとなって膨出部６は発生しない。これにより、ショットピーニングによる事前修正部１０の膨出端を、理論歯形曲線８よりも内側に設定することができる。
【００２２】
具体的には、図５に示すように、前記最大修正深さＸは、理論歯形曲線８に対して５μｍ以上２５μｍ以下に調整するのが好ましい。最大修正深さＸが５μｍ（例えばＸ２）未満では、事前修正部１０の深さが十分でなく、ショットピーニングによる事前修正部１０の膨出が理論歯形曲線８の高さで停止できずに、理論歯形曲線８よりも外側に突出して膨出部６が発生するからである。逆に、最大修正深さＸが２５μｍ（例えばＸ３）を越えると、修正量が過大となって事前修正部１０が深くなりすぎ、ショットピーニング後にも該事前修正部１０が深い切欠き部となって残存し、歯車１の噛合い部が減少して噛合い率が低下するからである。そして、最大修正深さＸが５μｍ以上２５μｍでは、歯先面取り部３に隣接する事前修正部１０の修正量が適正化され、ショットピーニング後にも事前修正部１０が噛合い部として寄与し、歯車１の噛合い率の低下を抑制しつつ、膨出部６の発生を有効に防止することができる。
【００２３】
また、歯先修正処理と同時に事前修正処理を行う場合について説明する。
図４に示すように、この歯先修正処理とは、シェービングカッタ、ホブカッタ、ねじ状砥石等の各種加工工具により、歯先１３側の歯面２を削って歯面２Ａとし、前記理論歯形曲線８に対して歯先を内側に逃がして減厚するものである。これにより、歯面２Ａを有する歯部７Ａが荷重で撓んだ時、歯先エッジ部４Ａが、相手側歯車の歯元１４に食い込んだり、潤滑油の油膜を切るのを避けると共に、騒音や振動の増加を防止することができる。
【００２４】
前記歯面２Ａは、理論歯形曲線８よりも内側の歯形曲線（以下、「歯先修正歯形曲線」とする。）１２に沿って形成される。そして、該歯先修正歯形曲線１２の歯先１３側にも、ショットピーニングによって前記膨出部６が発生する膨出想定域９Ａが存在し、該膨出想定域９Ａに、本発明に関わるテーパ状の事前修正部１０Ａが形成されている。該事前修正部１０Ａも、前記事前修正部１０と同様、前記歯面２Ａが歯先１３に近づくほど、前記歯先修正歯形曲線１２から離れて内側に傾斜するように構成される。
【００２５】
そして、歯先修正歯形曲線１２上の各点から事前修正部１０Ａに向かって、前記歯先面１７と略平行に降ろした線分の長さを歯面変位とし、ショットピーニング前の事前修正部１０Ａにおける歯面変位の最大値を最大修正深さＸとする。更に、ショットピーニング後の事前修正部１０Ａにおいて最も膨出した膨出端の歯面変位を最大膨出高さＹとする。
【００２６】
具体的には、歯先修正処理を施さずに事前修正処理を行う場合と同様、前記最大修正深さＸは、歯先修正歯形曲線１２に対して５μｍ以上２５μｍ以下に調整するのが好ましい。この場合も、最大修正深さＸが５μｍ未満では、事前修正部１０Ａの深さが十分でなく、ショットピーニングによる事前修正部１０Ａの膨出が歯先修正歯形曲線１２の高さで停止できずに、歯先修正歯形曲線１２よりも外側に突出して膨出部６が発生するからである。逆に、最大修正深さＸが２５μｍを越えると、修正量が過大となって事前修正部１０Ａが深くなりすぎ、ショットピーニング後にも該事前修正部１０Ａが深い切欠き部となって残存し、歯車１の噛合い部が減少して噛合い率が低下するからである。
【００２７】
なお、該事前修正部１０Ａや前記事前修正部１０のいずれも、テーパ状に形成しているが、膨出部６の発生状況に応じて凹状に形成してもよい。また、少なくとも従動側の歯車１には、本発明に関わる事前修正部１０・１０Ａを形成するのが好ましい。従動側の歯車１では、駆動側とは異なり、噛合いが歯先１３側から始まるため、該歯先１３に発生した膨出部６による歯先干渉が特に生じやすく、衝撃エネルギーが増加して騒音が激しくなり異音も発生しやすいからである。
【００２８】
すなわち、以上のように、ショットピーニングを施す歯車１の加工方法において、該歯車１の歯先エッジ部４・４Ａのうち前記ショットピーニングによって膨出部６が発生する膨出想定域９・９Ａに、前記膨出部６の発生を防止可能なテーパ状または凹状の事前修正部１０・１０Ａを予め形成して、事前修正処理を構成し、該事前修正処理を前記歯車１の仕上げ加工で行った後に、前記ショットピーニングを施すことにより、歯車１の噛合い部を歯先面取り部３の直近まで拡張するので、ショットピーニングを施すまでは、前記事前修正部１０・１０Ａが切削等の加工の影響を受けないようにすることができ、新たな稜線１６や角度の急な稜線５部分を形成することなく、膨出部６の発生を確実に防止する事前修正部１０・１０Ａが形成される。これにより、ショットピーニング後の再研削等の再仕上げ加工を省略して、加工工数の減少による生産効率の向上や製造コストの低減を図ることができる。更に、前記事前修正部１０・１０Ａが切削等の加工の影響を受けないことから、事前修正部１０・１０Ａの最大修正深さＸを調整することで、ショットピーニングによる事前修正部１０・１０Ａの膨出端の位置を精度良く設定することができ、歯車１の噛合い部を増加させて歯車１の噛合い率が向上する。これにより、騒音や振動の増加、伝達強度の低下を防止することができる。
【００２９】
更に、前記仕上げ加工において、理論歯形曲線８に対して歯先を内側に逃がして減厚する歯先修正処理を施すと共に、前記事前修正処理を施すので、シェービングカッタ等の加工工具を用い、歯先修正処理と同時に前記事前修正処理を施すことができ、更なる生産効率の向上や製造コストの低減を図ることができる。
【００３０】
加えて、前記事前修正部１０・１０Ａにおける最大修正深さＸは、前記事前修正処理直前の歯形曲線である理論歯形曲線８や歯先修正歯形曲線１２を基準線とした場合、該理論歯形曲線８や歯先修正歯形曲線１２に対して５μｍ以上２５μｍ以下に調整することにより、ショットピーニングによる事前修正部１０・１０Ａの膨出端を、前記理論歯形曲線８や歯先修正歯形曲線１２の延長上、もしくは前記前記理論歯形曲線８や歯先修正歯形曲線１２よりも内側に設定するので、ショットピーニングによる事前修正部１０・１０Ａの膨出端を前記理論歯形曲線８や歯先修正歯形曲線１２の延長上に設定する場合は、該事前修正部１０・１０Ａの少なくとも一部を噛合い部として機能させて噛合い率を向上することができ、騒音や振動の増加、伝達強度の低下を防止することができる。また、ショットピーニングによる事前修正部１０・１０Ａの膨出端を前記理論歯形曲線８や歯先修正歯形曲線１２よりも内側に設定する場合は、たとえ、ショットピーニングにおいて、ショット粒径やショット圧のばらつき等によって歯先エッジ部４・４Ａにおける塑性変形が進んで事前修正部１０・１０Ａが大きく膨出しても、前記理論歯形曲線８や歯先修正歯形曲線１２よりも外側に突出する部分の割合を少なくすることができ、大きな膨出部６の発生を防止することができる。
【００３１】
そして、前記仕上げ加工とショットピーニングとの間に、熱処理としてガス軟窒化または塩浴軟窒化を施すので、浸炭焼入れ焼戻し処理に比べ、熱処理段階で歯先が膨出しやすい上に硬化層が薄い、ガス軟窒化やタフトライド（登録商標）に代表される塩浴軟窒化を、歯車１に施した場合であっても、該歯車１の噛合い率の低下を抑制しつつ膨出部の発生を確実に防止することができ、安価で、かつ低騒音・低振動・高強度の歯車を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、ショットピーニングを施す、全ての歯車の加工方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  歯車
３  歯先面取り部
４・４Ａ  歯先エッジ部
６  膨出部
８  理論歯形曲線（基準線）
９・９Ａ  膨出想定域
１０・１０Ａ  事前修正部
１２  歯先修正歯形曲線（基準線）
Ｘ  最大修正深さ
【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】
2011110691.tif 000007
【図６】
2011110691.tif 000008
【図７】
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