JP2018162681A - マグネットギアポンプおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の磁石の装着が容易で、多数の磁石を具備することによって、大きな伝達トルクを有するマグネットギアポンプの提供を目的とする。【解決手段】この発明のマグネットギアポンプ１は、マグネットカップリング機構を構成するマグネットカップリング部５を内蔵する装置本体２を具備し、前記マグネットカップリング部５を構成する回転体６が、両端部が開口し、かつ内周部にアウターマグネット７が設けられた円筒体で構成されるもので、前記回転体６の外部駆動源側の開口部が、外部駆動源に連結した駆動軸４ａを固定する閉止部材１０によって閉止されるよう構成されたものである。したがって、前記回転体６の内周部に前記アウターマグネット７を設ける際には、前記開口の両側から、複数のアウターマグネットを、前記回転体６の軸方向に並べて配置することができる。【選択図】図１

Description

この発明は、マグネットギアポンプおよびその製造方法に関するものである。
より具体的には、多数の磁石の装着が容易で、大きな伝達トルクを有するマグネットギアポンプおよびその製造方法に係るものである。

磁気作用によってギアなどの駆動体を駆動させる、マグネットカップリング（磁気カップリング）機構を有するポンプの市場ニーズは、近年、さらに高まる傾向にある。
このようなマグネットカップリング機構を有したポンプ業界において、ギアポンプは、マグネットカップリングに使用される磁石の高性能化により、様々な流体に採用されている。
特に、高粘度流体の定量移送や計量移送や油圧動力伝達装置においては、高圧力発生器として様々な回転速度域において使用されている。

例えば、特開２０１３−０６６２５８号公報（特許文献１）においては、
回転軸線回りに回転可能な羽根車と、
永久磁石で形成され、前記羽根車に固定されている従動磁石と、
永久磁石で形成され、前記回転軸線を基準にして前記従動磁石よりも外側に間隔をあけて配置されている駆動磁石と、
強磁性材で形成され、前記回転軸線を中心として筒状を成す筒部を有し、該筒部の内側に前記駆動磁石が固定されている磁石保持環と、
前記磁石保持環を前記回転軸線回りに回転させるモータと、
常磁性材で形成され、前記回転軸線を中心として筒状を成し、内側に間隔をあけて前記磁石保持環が配置されている筒部を有する磁気シールド体と
を備える磁気カップリングポンプユニットが提案されている。

この磁気カップリングポンプユニットは、外部への磁束漏れ及び外部磁場の影響を抑えることができるもので、前記駆動磁石としては、ネオジウム磁石が選択されている。

特開２０１３−０６６２５８号公報（特許請求の範囲，段落００４４，段落００７５，図３）

前記特許文献１に記載された磁気カップリングポンプユニットにおいては、駆動磁石としてネオジウム磁石が使用されている。
その原料となるネオジウム素材は、良好な着磁性を有することから、その着磁が容易であり、ネオジウム磁石の製造は、比較的容易である。
しかしながら、このネオジウム磁石は、磁化させたエネルギーを保持する能力（保磁力とも言う）および高温特性の点において劣るものであった。
故に、ネオジウム磁石は、移送する流体の温度が高温（温度２５０℃〜３００℃）を超えるような、比較的高温の流体を移送するギアポンプへの適用には不向きであった。

さらに、前記特許文献１において、
カップ円筒部の内周側に配されるマグネット（駆動磁石）としては、サマリウム・コバルト磁石を使用することも可能で、このサマリウム・コバルト磁石は、ネオジウム磁石に比べて、高温特性と保磁力に優れたものである。
しかしながら、サマリウム・コバルト磁石の原料となるサマリウム・コバルト素材は、その着磁性において、ネオジウム素材よりも劣るため、その着磁に際しては、より高い電圧をかける必要があると共に、複数のサマリウム・コバルト素材を同時に着磁させることは困難であった。
したがって、前記カップ円筒部の内周側に配される、サマリウム・コバルト磁石の製造に際しては、前記サマリウム・コバルト磁石を形成するサマリウム・コバルト素材の一つずつに対して、着磁（磁化）を行っていく必要があった。

さらにまた、ギアポンプにおいて、高粘度・高圧流体の移送等には、必然的に大きな伝達トルクを有する大型のマグネットカップリングが必要となるが、その場合には、カップ円筒部の内周側に、多数の磁石が配される必要がある。

図４は、従来のギアポンプ１０１を示すもので、図５は、このギアポンプ１０１の磁気カップリング機構を構成する回転体１０６を示すものであるが、この回転体１０６の内周部に、磁石（アウターマグネット）１０７として、サマリウム・コバルト磁石を装着させる際には、回転体１０６の後端側開口部から、磁石１０７を一つずつ装着させていた。
しかしながら、各磁石の磁力は、非常に強いため、この磁石を軸方向に複数並べて配置することは困難であった。

この発明はかかる現状に鑑み、多数の磁石、特にサマリウム・コバルト磁石の装着が容易で、多数の磁石を具備することによって、大きな伝達トルクを有するマグネットギアポンプを提供せんとするものである。

この発明の請求項１に記載の発明は、
アウターマグネットとインナーマグネットとの磁気結合によって、ポンプの駆動体を駆動させるマグネットカップリング機構を有するマグネットギアポンプであって、
前記マグネットギアポンプは、
両端部が開口する円筒状の装置本体を具備し、
前記装置本体は、
前記マグネットカップリング機構を構成するマグネットカップリング部を内蔵し、
前記マグネットカップリング部は、
両端部が開口し、かつ内周部に前記アウターマグネットが設けられた、外部駆動源によって回転する円筒状の回転体と、前記回転体の内周部との間に所要の間隔を存して回転自在に配置され、かつ外周部に前記アウターマグネットと相対するよう前記インナーマグネットが設けられたロータで構成され、
前記回転体は、
その外部駆動源側の開口部が、外部駆動源に連結した駆動軸を固定する閉止部材によって閉止されるよう構成されていること
を特徴とするマグネットギアポンプである。

この発明の請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のマグネットギアポンプにおいて、
前記閉止部材は、
前記駆動軸に外嵌する内輪と、前記回転体の開口部を閉止するよう配設され、かつ前記内輪とテーパ嵌合状態に外嵌する外輪と、前記内輪と前記外輪とを軸線方向に締付ける締付ボルトからなる締結具であること
を特徴とするものである。

この発明の請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載のマグネットギアポンプにおいて、
前記アウターマグネットは、
前記回転体の内周部に、軸方向に複数並べて設けられ、
前記インナーマグネットは、
前記アウターマグネットと相対するよう、前記ロータの外周部に軸方向に複数並べて設けられていること
を特徴とするものである。

この発明の請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれかに記載のマグネットギアポンプにおいて、
前記アウターマグネット及びインナーマグネットは、
いずれもサマリウム・コバルト磁石で構成されていること
を特徴とするものである。

この発明の請求項５に記載の発明は、
請求項１〜４のいずれかに記載のマグネットギアポンプにおいて、
前記装置本体は、
後端開口部には、
内部の液体を外部に排出するポンプ駆動体としてのギア機構が設けられ、
外部駆動源側に位置する先端開口部には、
外部駆動源の駆動軸を軸受けするベアリング部が設けられたものであること
を特徴とするものである。

この発明の請求項６に記載の発明は、
請求項１〜５のいずれかに記載のマグネットギアポンプにおいて、
前記装置本体は、
その内部に、前記ロータの外周部を覆うよう、開口部にフランジを有する有底円筒状の圧力容器が設けられていること
を特徴とするものである。

この発明の請求項７に記載の発明は、
マグネットカップリング機構を構成するマグネットカップリング部を、
両端部が開口し、かつ内周部に前記アウターマグネットが設けられた、外部駆動源によって回転する円筒状の回転体と、
前記回転体の内周部との間に所要の間隔を存して回転自在に配置され、かつ外周部に、前記アウターマグネットと相対するよう、前記インナーマグネットが設けられたロータで構成し、
前記アウターマグネットを、前記回転体の両端から挿入して、前記回転体の内周部に複数のアウターマグネットを軸方向に並べて配置すること
を特徴とするマグネットギアポンプの製造方法である。

この発明にかかるマグネットギアポンプは、アウターマグネットとインナーマグネットとの磁気結合によって、ポンプの駆動体を駆動させるマグネットカップリング機構を有するもので、該マグネットギアポンプは、両端部が開口する円筒状の装置本体を具備し、前記装置本体は、前記マグネットカップリング機構を構成するマグネットカップリング部を内蔵し、前記マグネットカップリング部は、両端部が開口し、かつ内周部に前記アウターマグネットが設けられた、外部駆動源によって回転する円筒状の回転体と、前記回転体の内周部との間に所要の間隔を存して回転自在に配置され、かつ外周部に前記アウターマグネットと相対するよう前記インナーマグネットが設けられたロータで構成され、前記回転体は、その外部駆動源側の開口部が、外部駆動源に連結した駆動軸を固定する閉止部材によって閉止されるよう構成されているものである。
したがって、前記回転体の内周部に前記アウターマグネットを設ける際には、前記回転体の後端側の開口部のみならず、外部駆動源側の開口部からも、前記アウターマグネットの挿入・配置が可能であるので、挿入・配置の際にマグネット同士がくっつくことなく、複数のアウターマグネットを、前記回転体の軸方向に並べて配置することができる。

かかる構成によって、この発明にかかるマグネットギアポンプは、多数のアウターマグネットが設けられるとともに、このアウターマグネットに相対させて多数のインナーマグネットが設けられているので、大きな伝達トルクを有し、高粘度・高圧流体の移送等に利用することができる。

なお、前記マグネットギアポンプにおいて、前記装置本体の後端開口部には、内部の液体を外部に排出するポンプ駆動体としてのギア機構を設け、外部駆動源側に位置する先端開口部には、外部駆動源の駆動軸を軸受けするベアリング部を設けることができる。

前記マグネットギアポンプにおいては、前記閉止部材として、前記駆動軸に外嵌する内輪と、前記回転体の開口部を閉止するよう配設され、かつ前記内輪とテーパ嵌合状態に外嵌する外輪と、前記内輪と前記外輪とを軸線方向に締付ける締付ボルトからなる締結具を使用することができる。
このような構成によって、前記回転体を前記駆動軸に強く固定することができる。

さらに、前記マグネットギアポンプにおいては、前記アウターマグネット及びインナーマグネットとして、サマリウム・コバルト磁石を採用することができる。
このような構成によって、温度２５０℃〜３００℃を超えるような、比較的高温の流体を移送する場合にも適用することが可能となる。

この発明のマグネットギアポンプにおいては、前記装置本体のマグネットカップリング部を構成する前記回転体を、両端部が開口した円筒体で構成したので、前記回転体の内周部にアウターマグネットを挿入・配設する際には、前記円筒体の両端からアウターマグネットの挿入・配設が可能である。
したがって、この発明のマグネットギアポンプの製造に際しては、アウターマグネットの挿入・配設時にマグネット同士がくっつくことによって、その挿入・配設が妨げられるということがなく、複数のアウターマグネットを軸方向に並べて配置することができるので、その製造は、きわめて容易である。

この発明にかかるマグネットギアポンプの一例を示す説明図である。 図１に示すマグネットギアポンプを構成する回転体の一例を示す説明図である。 この発明にかかるマグネットギアポンプを構成する回転体の他の例を示す説明図である。 従来のマグネットギアポンプの一例を示す説明図である。 図４に示すマグネットギアポンプを構成する回転体の一例を示す説明図である。

以下、この発明にかかるマグネットギアポンプの実施の一例を、添付の図面に基づいて具体的に説明する。
なお、この発明は開示された実施例にのみ限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内において種々改良することができるものである。

この発明にかかるマグネットギアポンプ１は、図１に示すように、マグネットカップリング部５を内蔵する両端部が開口する円筒状の装置本体２と、前記装置本体２の後端開口部２ｂを閉止するように連接されるポンプ駆動体としてのギア機構３と、モータなどの外部駆動源側に位置する前記装置本体２の、先端開口部２ａを閉止するように連接されるベアリング部４と、から構成されている。

前記先端開口部２ａは、モータなどの外部駆動源（図示せず）と連動する駆動軸４ａを保持（軸支）するための、ベアリング部４によって閉止され、後端開口部２ｂは、ギア機構３によって閉止されるものである。

前記駆動軸４ａは、その後端部側が、前記ベアリング部４において所要の間隔を存して配される一対の軸受４ｂ，４ｃによって保持され、かつ前記装置本体２内に突出するように配された連結子４ｄを介して、前記マグネットカップリング部５の回転体６（具体的には、その閉止部材１０）に固着されるように構成される。

前記マグネットカップリング部５は、前記ギア機構３を駆動させるためのマグネットカップリング機構を構成するもので、図１に示すように、外部駆動源によって回転する円筒状の回転体６と、この回転体６の内周部との間に所要の間隔を存して回転自在に配置されるロータ８で構成されるものである。

前記回転体６は、図１〜３に示すように、両端部が開口する円筒体で構成され、その一端部（外部駆動源側の端部）が、開口を閉止するよう設けられ、かつ前記駆動軸４ａと、連結子４ｄを介して連結する閉止部材１０を具備し、他端が、開口したものである。
前記回転体６の内周部には、所要の深さの凹部が軸方向に複数形成され、これらの凹部内には、前記マグネットカップリング機構を構成する横断面扇状のアウターマグネット７が、固定部材６ａを介して、固定されている。
なお、この実施例においては、前記凹部は、周方向にも複数形成され、これらの凹部内にもアウターマグネット７が、固定部材６ａを介して、固定されている。

この発明において、前記回転体６は、前記のように両端部が開口する円筒体で構成されているので、アウターマグネット７を、前記回転体６の両端部のそれぞれから挿入し、その内周部に複数形成された凹部に配置することが可能である。
したがって、アウターマグネット７，７・・・は、挿入・配置時において、磁力が強いにもかかわらず互いにくっつくこともないので、より多くのアウターマグネット７を、図３に示すように、簡単に、軸方向に並べて配置することができる。

かかる構成によって、ギアポンプ１の駆動体は、多数のアウターマグネットと、これと相対するよう設けられるインナーマグネットとの磁気結合によるマグネットカップリング機構によって駆動するので、ギアポンプ１の伝達トルクを大きくすることができ、その結果、高粘度・高圧流体の移送等に利用することが可能となる。

なお、アウターマグネット７の装着に際しては、各アウターマグネット７，７が軸方向に所定の間隔を存して配置されるように、各アウターマグネット７，７間には、軸方向に所要の幅を有するリング部材（図示せず）を配置してもよい。

前記回転体６は、その外部駆動源側の開口部には、これを閉止するよう、外部駆動源に連結した駆動軸４ａを固定する、閉止部材１０が設けられている。
この実施例において、前記閉止部材１０は、いわゆる摩擦締結具であって、図２及び図３に示すように、前記連結子４ｄを介して駆動軸４ａに外嵌する内輪１０ａと、前記回転体６の開口部を閉止するよう配設され、かつ前記内輪１０ａとテーパ嵌合状態に外嵌する外輪１０ｂと、前記内輪１０ａと前記外輪１０ｂとを軸線方向に締付ける締付ボルト１０ｃ，１０ｃ・・・からなるものである。
この締結具１０は、図２で明らかなように、前記駆動軸４ａ（詳しくは駆動軸４ａと連結する連結子４ｄ）に外嵌する内輪１０ａと、この内輪１０ａに外嵌する外輪１０ｂとを互いにテーパ嵌合させた状態で、前記駆動軸４ａ（詳しくは連結子４ｄ）と前記回転体６の開口部との間に配置される。
その際、前記内輪１０ａと前記外輪１０ｂは、複数の締付ボルト１０ｃで軸線方向に締付けられているので、テーパ嵌合している前記内輪１０ａと外輪１０ｂの圧接によって、前記回転体６を、前記駆動軸４ａ（詳しくは連結子４ｄ）に強く固定することができるものである。

なお、この発明において、前記閉止部材１０は、前記回転体６を、前記駆動軸４ａ（詳しくは連結子４ｄ）に固定することができるものであればよい。
したがって、前記締結具に限らず、前記回転体６の前記駆動軸４ａ（詳しくは連結子４ｄ）への固定を可能にするものであれば、特段の制限なく使用することができる。

かかる構成によって、前記回転体６は、前記したように、両端部が開口する円筒体で構成されているので、前記閉止部材１０を取外した状態において、その内周部に、前記両端部から、アウターマグネット７を挿入・配置することができる。
したがって、前記アウターマグネット７を、容易に、周方向のみならず、軸方向にも複数並べて配置することができる。

前記回転体６の内部には、図１に示すように、所要の間隔を存してロータ８が、回転自在に配置されている。

前記ロータ８は、円柱状のロータ主体からなるもので、その中心部に、その回転を前記ギア機構３に伝達する駆動シャフト１２ａを挿通させるための挿通孔を有し、外周部に、所要の深さの凹部が形成されたものである。
なお、この実施例において、前記駆動シャフト１２ａは、前記挿通孔には、キーとキー溝によって固定されている。

前記ロータ８の外周部に設けられた凹部は、前記回転体６に固定されたアウターマグネット７と相対する位置に、所要の深さで形成されたもので、これらの凹部内に、前記マグネットカップリング機構を構成する他方のインナーマグネット９が、固定部材８ａを介して、固定されている。

なお、図１において、前記装置本体２内には、開口部にフランジを有する有底円筒状の圧力容器９が、前記ロータ８の外周部を覆うように装着されている。
この圧力容器９は、非磁性材料で構成されたもので、前記回転体６とロータ８との間に所要の間隔を存して配置され、加温又は冷却されることによって、適当な温度での流体の移送を可能にするものである。

前記ギア機構３内において、前記駆動シャフト１２ａは、図１に示すように、その一端部が、前記ギア機構３内に偏倚形成された前記軸受け部３ｂに、リング状の軸受け部材３ａを介して回転自在に保持されている。

前記ギア機構３内においては、図１に示すように、前記駆動シャフト１２ａの外周部に駆動ギア３ｃが外装され、前記駆動ギア３ｃと従動ギア３ｄとが、互いに噛合った状態で保持される。
よって、前記駆動ギア３ｃは、前記従動ギア３ｄと連動するとともに、前記従動ギア３ｄは、前記装置本体２の他端開口部側に配置された、駆動シャフト１２ｂと連動する。
したがって、前記駆動シャフト１２ａを回転させることによって、液状媒体（移送流体）を、吸入口１３を介して装置本体２内に充填させて、吐出口１４を介して外部に排出できる。
なお、この実施例において、前記駆動シャフト１２ｂも、その一端部が、前記ギア機構３内に偏倚形成された前記軸受け部３ｂにリング状の軸受け部材３ａを介して回転自在に保持されるよう構成されている。

かかる構成からなるギアポンプ１は、モータなどの外部駆動源を作動させると、その駆動力によって、駆動軸４ａが回転し、この駆動軸４ａと一体の回転体６も同時に回転することになる。
この回転体６の内周面には、前記アウターマグネット７が配置・固定されているので、アウターマグネット７も同時に回転する。

前記アウターマグネット７の回転によって、有底筒状の圧力容器１１を介して相対配置されたインナーマグネット９が、磁気結合作用によって作動すると、ロータ８も回転し始め、その回転は、前記ロータ８と連結する駆動シャフト１２ａに伝えられる。

この駆動シャフト１２ａが回転すると、駆動ギア３ｃと従動ギア３ｄも同時に回転するので、駆動シャフト１２ｂも回転するため、流体が吸入口１３からギアポンプ１内に吸い込まれ、吐出口１４から定量排出されるものである。

前記マグネットカップリング部５は、複数のアウターマグネット７，７・・・とインナーマグネット９，９・・・との磁気結合作用で前記ギア機構３を駆動させるためのマグネットカップリング機構を構成しているので、前記ギアポンプ１の伝達トルクを大きくすることができる。
したがって、このギアポンプ１は、高粘度・高圧の流体を、効果的に処理することができる。

なお、この実施例では、前記アウターマグネット及びインナーマグネットとして、比較的高温の流体の移送を可能にする観点から、サマリウム・コバルト磁石を使用しているが、サマリウム・コバルト磁石以外にも、ネオジウム磁石などの、マグネットギアポンプに使用可能な他の磁石を使用することもできる。

この発明のマグネットギアポンプは、その内部に、マグネットカップリング機構を構成するアウターマグネットとインナーマグネットが、周方向のみならず、軸方向に複数並べて配置されているので、大きな伝達トルクを有し、比較的高温の、高粘度・高圧の流体を移送することができるので、多くのポンプに利用することができる。

１，１０１ マグネットギアポンプ
２，１０２ 装置本体
２ａ，１０２ａ 先端開口部
２ｂ，１０２ｂ 後端開口部
３，１０３ ギア機構
３ａ，１０３ａ 軸受け部材
３ｂ，１０３ｂ 軸受け部
３ｃ，１０３ｃ 駆動ギア
３ｄ，１０３ｄ 従動ギア
４，１０４ ベアリング部
４ａ，１０４ａ 駆動軸（回転体の回転用の駆動軸）
４ｂ，１０４ｂ 軸受
４ｃ，１０４ｃ 軸受
４ｄ，１０４ｄ 連結子
５，１０５ マグネットカップリング部
６，１０６ 回転体
６ａ，１０６ａ 固定部材
７，１０７ アウターマグネット
８，１０８ ロータ
８ａ，１０８ａ 固定部材
９，１０９ インナーマグネット
１０ 締結具（閉止部材）
１０ａ 内輪
１０ｂ 外輪
１０ｃ 締付ボルト
１１，１１１ 圧力容器
１２ａ，１１２ａ 駆動シャフト
１２ｂ，１１２ｂ 駆動シャフト
１３，１１３ 吸入口
１４，１１４ 吐出口

Claims (7)

1. アウターマグネットとインナーマグネットとの磁気結合によって、ポンプの駆動体を駆動させるマグネットカップリング機構を有するマグネットギアポンプであって、
   前記マグネットギアポンプは、
   両端部が開口する円筒状の装置本体を具備し、
   前記装置本体は、
   前記マグネットカップリング機構を構成するマグネットカップリング部を内蔵し、
   前記マグネットカップリング部は、
   両端部が開口し、かつ内周部に前記アウターマグネットが設けられた、外部駆動源によって回転する円筒状の回転体と、前記回転体の内周部との間に所要の間隔を存して回転自在に配置され、かつ外周部に前記アウターマグネットと相対するよう前記インナーマグネットが設けられたロータで構成され、
   前記回転体は、
   その外部駆動源側の開口部が、外部駆動源に連結した駆動軸を固定する閉止部材によって閉止されるよう構成されていること
   を特徴とするマグネットギアポンプ。
2. 前記閉止部材は、
   前記駆動軸に外嵌する内輪と、前記回転体の開口部を閉止するよう配設され、かつ前記内輪とテーパ嵌合状態に外嵌する外輪と、前記内輪と前記外輪とを軸線方向に締付ける締付ボルトからなる締結具であること
   を特徴とする請求項１に記載のマグネットギアポンプ。
3. 前記アウターマグネットは、
   前記回転体の内周部に、軸方向に複数並べて設けられ、
   前記インナーマグネットは、
   前記アウターマグネットと相対するよう、前記ロータの外周部に軸方向に複数並べて設けられていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のマグネットギアポンプ。
4. 前記アウターマグネット及びインナーマグネットは、
   いずれもサマリウム・コバルト磁石で構成されていること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマグネットギアポンプ。
5. 前記装置本体は、
   後端開口部には、内部の液体を外部に排出するポンプ駆動体としてのギア機構が設けられ、
   外部駆動源側に位置する先端開口部には、外部駆動源の駆動軸を軸受けするベアリング部が設けられたものであること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマグネットギアポンプ。
6. 前記装置本体は、
   その内部に、前記ロータの外周部を覆うよう、開口部にフランジを有する有底円筒状の圧力容器が設けられていること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のマグネットギアポンプ。
7. マグネットカップリング機構を構成するマグネットカップリング部を、
   両端部が開口し、かつ内周部に前記アウターマグネットが設けられた、外部駆動源によって回転する円筒状の回転体と、前記回転体の内周部との間に所要の間隔を存して回転自在に配置され、かつ外周部に、前記アウターマグネットと相対するよう、前記インナーマグネットが設けられたロータで構成し、
   前記アウターマグネットを、前記回転体の両端から挿入して、前記回転体の内周部に複数のアウターマグネットを軸方向に並べて配置すること
   を特徴とするマグネットギアポンプの製造方法。

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