JP4741955B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、一対のビード部にそれぞれ埋設したビードコア間でトロイド状に延びる本体部と、ビードコアの周りでその周面に沿わせてトレッド幅方向内側からトレッド幅方向外側、又はトレッド幅方向外側からトレッド幅方向内側に向けて巻き上げた折返し部とによって構成されるカーカス層を備える偏平率８０％以下の空気入りタイヤに関する。

従来、ビード部の耐久性を向上させるために、カーカス層のセパレーション（剥離）を抑制する技術がある。例えば、カーカス層の折返し部に角度を付ける技術（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）や、カーカス層の折返し部を本体部に一旦接近させた状態で離反させる技術（例えば、特許文献３参照）が開示されている。
特開平１１−１７０８０７号公報 特開２００２−３４７４０９号公報 特開平１−１１１５０４号公報

ところで、超重荷重用タイヤ（例えば、建設車両用タイヤ）などにおいては、タイヤの撓みによってビード部で大きな倒れ込み変形が生じ、カーカス層における折返し部のコード（フィラメント）が切れる場合がある。このようなコード切れに対しては、上述した従来の技術では対応することが困難であった。

具体的には、特許文献１や特許文献２に開示された技術を適用したタイヤでは、タイヤの縦バネ係数が低減する。この結果、荷重負荷時のタイヤの撓みによってビード部で生じる倒れ込み変形が増加し、折返し部への圧縮入力が増加する。このため、折返し部でコード切れが発生しやすくなってしまう。

また、特許文献３に開示された技術を適用したタイヤでは、本体部と折返し部との間に位置するゴムのせん断歪みが増加する。この結果、本体部と折返し部との間に位置するゴムが破壊してしまうことがあるとともに、折返し部への圧縮入力の低減には不十分であるため、折返し部でコード切れが発生しやすくなってしまう。

そこで、本発明は、カーカス層の折返し部で発生するコード切れを防止することができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴として、一対のビード部にそれぞれ埋設したビードコア間でトロイド状に延びる本体部と、ビードコアの周りでその周面に沿わせてトレッド幅方向内側からトレッド幅方向外側、又はトレッド幅方向外側からトレッド幅方向内側に向けて巻き上げた折返し部とによって構成されるカーカス層を備える偏平率８０％以下の空気入りタイヤであって、折返し部を構成するコードは、ラジアル方向に対して０°〜１０°で配置され、折返し部の端からビードコアのリム側端までのタイヤ径方向の距離を“ＣＥ”とし、リムのフランジ高さを“ＦＨ”とした場合、２×ＦＨ≦ＣＥ≦６×ＦＨであり、リムの内側フランジ端からタイヤ径方向に２×ＦＨ〜４×ＦＨの領域において、タイヤ回転軸に対する第１平行線及びタイヤ外表面の交点（Ａ）を通る前記本体部に対する第１垂直線と本体部との交点（Ｂ）から、第１垂直線と折返し部との交点（Ｃ）までの距離を“ｔ”とし、折返し部を構成するコードの直径を“ａ”とした場合、３×ａ≦ｔ≦５×ａを満たし、リムの内側フランジ端からタイヤ径方向に３×ＦＨの位置において、交点（Ｂ）からビードコアの中心を通るタイヤ回転軸に対する第２平行線と本体部との交点（Ｄ）までの本体部の長さである本体ペリフェリ長を“Ｌ１”とし、交点（Ｃ）から第２平行線と折返し部との交点（Ｅ）までの折返し部の長さである折返しペリフェリ長を“Ｌ２”とした場合、０．９１５≦Ｌ２／Ｌ１≦１．０００を満たすことを要旨とする。

かかる特徴によれば、本発明の空気入りタイヤは、従来の空気入りタイヤより、曲げ変形の中立面（本体部）に近い範囲に折返し部が配置されるため、荷重負荷時の折返し部への圧縮入力を低減させることができ、折返し部の蛇行が小さくなり、カーカス層の折返し部で発生するコード（フィラメント）切れを防止することができる。

また、折返し部への圧縮入力が低減することにより、ビードコアからコード切れが発生する位置までの領域で、タイヤ径方向内側からタイヤ径方向外側へ折返し部を突き上げてカーカス層を圧縮する突き上げ圧縮が低減すため、この突き上げ圧縮の蓄積をも低減させることができる。

本発明の第２の特徴として、リムの内側フランジ端からタイヤ径方向に０．７×ＦＨの位置において、タイヤ回転軸に対する第３平行線及びタイヤ外表面の交点（Ｆ）を通る本体部に対する第２垂直線と本体部との交点（Ｇ）から、第２垂直線と折返し部との交点（Ｈ）までの距離を“Ｙ”とし、ビードコアのトレッド幅方向最大幅を“Ｚ”とした場合、０．２３≦Ｙ／Ｚ≦０．７６を満たすことを要旨とする。

かかる特徴によれば、リムのフランジに沿う曲げ変形おける最大曲げ変形となる位置（０．７ＦＨ）において、交点（Ｇ）から交点（Ｈ）までの距離“Ｙ”を規定することにより、カーカス層の折返し部で発生するコード切れを飛躍的に防止することが可能となる。

本発明の第３の特徴として、トレッド幅方向断面において、交点（Ｅ）を通り、タイヤ回転軸に対する第３垂直線と折返し部とのなす傾き角度を“α”とし、前記第３垂直線と傾きをなす前記折返し部が前記第３垂直線よりもトレッド幅方向内側にある場合、α＞０を満たすとし、前記第３垂直線と傾きをなす前記折返し部が前記第３垂直線よりもトレッド幅方向外側にある場合、α＜０を満たすとした場合、α＜０を満たすことを要旨とする。

かかる特徴によれば、ビード部（タイヤ）の倒れ込み変形時において、ビード部がリムのフランジと嵌合する面のゴムである背面ゴムがタイヤ径方向外側へ向けて押し出されることによって生じる歪みである背面歪みを低減することができる。この結果、背面ゴムに発生しやすい亀裂を抑制することができ、折返し部への圧縮入力が増加して、折返し部で発生するコード切れを防止することができる。

本発明によれば、カーカス層の折返し部で発生するコード切れを防止することができる空気入りタイヤを提供することができる。

次に、本発明に係る空気入りタイヤの一例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

図１は、本実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド幅方向断面図であり、図２は、本実施形態に係る空気入りタイヤを構成するビード部を示す拡大断面図である。図１に示すように、空気入りタイヤ１は、タイヤ赤道線ＣＬに対して、一対のビード部３と、カーカス層５と、一対のサイドウォール部７と、ベルト層９と、トレッド部１１とを備えている。

なお、本実施形態に係る空気入りタイヤ１は、偏平率８０％以下の超重荷重建設車両用偏平ラジアルタイヤである。すなわち、本実施形態に係る空気入りタイヤ１は、リム径が５７”以上で、荷重負荷能力が６０ｍｔｏｎ以上で、荷重係数（ｋ−ｆａｃｔｏｒ）が１．７以上のラジアルタイヤである。

カーカス層５は、一対のビード部３にそれぞれ埋設したビードコア３ａ間でトロイド状に延びる本体部５ａと、ビードコア３ａの周りでその周面に沿わせてトレッド幅方向内側からトレッド幅方向外側に向けて巻き上げた折返し部５ｂとによって構成されている。この折返し部５ｂを構成するコードは、ラジアル方向に対して０°〜１０°で配置されている。

ここで、図２に示すように、空気入りタイヤ１では、折返し部５ｂの端からビードコア３ａのリム側端までのタイヤ径方向の距離を“ＣＥ”とし、リム１３のフランジ高さを“ＦＨ”とした場合、２×ＦＨ≦ＣＥ≦６×ＦＨである。

なお、“ＣＥ”が“２×ＦＨ”よりも小さいと、大荷重入力時に、折り返し部５ｂがビードコア３ａより引き抜けることによるバーストが発生してしまうことがあり、“ＣＥ”が“６×ＦＨ”よりも大きいと、本体部５ａの動きの影響が多い領域に折り返し部５ｂ端を配置してしまうこととなり、折返し部５ｂ端の歪が大きくなってしまうことがある。

また、空気入りタイヤ１では、リム１３の内側フランジ端からタイヤ径方向に２×ＦＨ〜４×ＦＨの領域において、タイヤ回転軸に対する平行線ＰＬ_１（第１平行線）及びタイヤ外表面の交点（Ａ）を通る本体部５ａに対する垂直線ＶＬ_１（第１垂直線）と本体部５ａとの交点（Ｂ）から、垂直線ＶＬ_１と折返し部５ｂとの交点（Ｃ）までの距離を“ｔ”とし、折返し部５ｂを構成するコードの直径を“ａ”とした場合、３×ａ≦ｔ≦５×ａを満たす。

なお、“ｔ”が“３×ａ”よりも小さいと、本体部５ａと折返し部５ｂとの間の歪が大きくなるため、セパレーションが生じやすくなってしまうことがあり、“ｔ”が“５×ａ”よりも大きいと、折返し部５ｂが圧縮入力側に配置されてしまい、折返し部５ｂでコード（フィラメント）切れが発生してしまうことがある。

また、空気入りタイヤ１では、リム１３の内側フランジ端からタイヤ径方向に３×ＦＨの位置において、交点（Ｂ）からビードコアの中心を通るタイヤ回転軸に対する平行線ＰＬ_２（第２平行線）と本体部５ａとの交点（Ｄ）までの本体部５ａの長さである本体ペリフェリ長を“Ｌ１”とし、交点（Ｃ）から平行線ＰＬ_２と折返し部５ｂとの交点（Ｅ）までの折返し部の長さである折返しペリフェリ長を“Ｌ２”とした場合、０．９１５≦Ｌ２／Ｌ１≦１．０００を満たす。

なお、“Ｌ２／Ｌ１”が“０．９１５”よりも小さいと、本体部５ａと折返し部５ｂとの間に位置するゴムゲージが薄くなりすぎて、セパレーションが生じやすくなってしまうことがあり、“Ｌ２／Ｌ１”が“１．０００”よりも大きいと、折返し部５ｂの蛇行指数が極端に大きくなってしまい、折返し部５ｂでコード切れが発生しやすくなってしまうことがある。

また、空気入りタイヤ１では、リム１３の内側フランジ端からタイヤ径方向に０．７×ＦＨの位置において、タイヤ回転軸に対する平行線ＰＬ_３（第３平行線）及びタイヤ外表面の交点（Ｆ）を通る本体部５ａに対する垂直線ＶＬ_２（第２垂直線）と本体部５ａとの交点（Ｇ）から、垂直線ＶＬ_２と折返し部５ｂとの交点（Ｈ）までの距離を“Ｙ”とし、ビードコア３ａのトレッド幅方向最大幅を“Ｚ”とした場合、０．２３≦Ｙ／Ｚ≦０．７６を満たす。

なお、“Ｙ／Ｚ”が“０．２３”よりも小さいと、折返し部５ｂが局部的に折れ曲がってしまい、その局部的に折れ曲がった部分で屈折してコード切れが発生することがあり、“Ｙ／Ｚ”が“０．７６”よりも大きいと、突き上げ圧縮を低減させる効果を十分に得られなくなってしまうことがある。

また、空気入りタイヤ１では、トレッド幅方向断面において、交点（Ｅ）を通り、タイヤ回転軸に対する垂直線ＶＬ_３（第３垂直線）と折返し部５ｂとのなす傾き角度を“α”とした場合、α＜０を満たす。

なお、“α”が“０”であると、ビード部３（空気入りタイヤ１）の倒れ込み変形時において、ビード部がリムのフランジと嵌合する面のゴムである背面ゴムがタイヤ径方向外側へ向けて押し出されることによって生じる歪みである背面歪みが発生してしまい、この背面ゴムに亀裂が生じてしまう。この結果、折返し部３ｂへの圧縮入力が増加し、コード切れが発生しやすくなってしまうことがある。

さらに、本実施形態に係る空気入りタイヤ１は、セクションハイト（タイヤ断面高さ）を“ＳＨ”とした場合、ＦＨ／ＳＨ≦０．１５を満たすリム１３に組み込まれて使用される。

（作用・効果）
以上説明した本実施形態に係る空気入りタイヤの作用・効果について、図面を用いて説明する。まず、通常の空気入りタイヤに荷重を負荷した場合のビード部３の変形について、説明する。

荷重を負荷しない場合は、図３の左図に示すように、本体部５ａ及び折返し部５ｂは、曲げ変形を受けない状態にある。ここに荷重を負荷すると、ビード部３は倒れ込みによる大きな曲げ変形を受ける。この曲げ変形における曲げの中立面は、本体部５ａであり、本体部５ａを中心として、トレッド幅方向内側に引っ張り入力が作用し、トレッド幅方向外側に圧縮入力が作用する。図３の右図に示すように、折返し部５ｂには、圧縮入力が発生する。

折返し部５ｂが圧縮入力を受けると、図４（ａ）に示すように、金属よりなるコード（カーカスコード）は収縮することができないため、折返し部５ｂが蛇行して圧縮を吸収する。この結果、図４（ｂ）に示すように、折返し部５ｂは、タイヤ周方向面内で蛇行することとなる。このように、折返し部５ｂが大きく蛇行する結果、コード内のフィラメントに局部的な圧縮入力が発生し、フィラメントの切れに至る。

そこで、上述した本実施形態に係る空気入りタイヤ１は、図５に示すように、従来の空気入りタイヤより、曲げ変形の中立面（本体部５ａ）に近い範囲に折返し部５ｂが配置される。このため、折返し部５ｂへの圧縮入力を低減させることができ、折返し部５ｂの蛇行が小さくなり、折返し部５ｂで発生するコード（フィラメント）切れを防止することができる。

また、図４（ｂ）において、無負荷時の折返し部５ｂのカーカス中心線を“Ｘ”、荷重負荷時のカーカス折り返し部５ｂのカーカス中心線を“Ｙ”とし、折返し部を構成するコード径を“ａ”、折返し部５ｂのカーカス中心線の蛇行量を“ｂ”とする。この荷重負荷時とは、タイヤ回転軸に垂直方向に正規荷重対比８０〜１２０％の荷重を負荷してタイヤを変形させた状態を指す。なお、「正規荷重」とは、米国のタイヤとリムの協会ＴＲＡが発行する２００４年版のＹＥＡＲ・ＢＯＯＫに定められた適用サイズ・プライレーティングにおける最大荷重を指す。図４（ｂ）において、蛇行指数をｂ／ａと定義すると、本実施形態に係る空気入りタイヤは、０＜ｂ／ａ＜０．５を満たすことができる。

また、本実施形態に係る空気入りタイヤ１では、２×ＦＨ≦ＣＥ≦６×ＦＨを満たすことによって、大荷重入力時に、折り返し部５ｂがビードコア３ａより引き抜けることによるバーストを防ぐことができ、本体部５ａの動きの影響が少ない領域に折り返し部５ｂ端が配置されて、折返し部５ｂ端の歪を小さくすることができる。

また、本実施形態に係る空気入りタイヤ１では、折返し部５ｂを構成するコードの圧縮変形が最大になることが分かった領域である２×ＦＨ〜４×ＦＨの領域において、３×ａ≦ｔ≦５×ａを満たすことによって、本体部５ａと折返し部５ｂとの間の歪が小さくなってセパレーションが生じなくなるとともに、折返し部５ｂが圧縮入力側に配置されて折返し部５ｂでコード切れが発生してしまうことを防止することができる。

ここで、折返し部でコード（フィラメント）切れが発生するもう１つの原因として、ビードコア３ａ近傍からコード切れが発生する位置（切れ発生位置）までの折返し部５ｂが突き上げられて圧縮される突き上げ圧縮の蓄積がある。具体的には、リム１３に組み込まれた空気入りタイヤが歪む際、図４（ｃ）に示すように、ビードコア３ａの横から切れ発生位置にかけて本体部５ａを中立軸として、リム１３のフランジにビード部３が沿うように変形する。

この変形状態において、曲げ圧縮側に配置されている折返し部５ｂは、圧縮方向（コード方向）に対して強い剛性を有している。このため、切れ発生位置よりタイヤ径方向外側に位置する折返し部５ｂは、タイヤ径方向内側からタイヤ径方向外側へ突き上げ圧縮が加えられることとなる。この突き上げ圧縮がビードコア３ａの横から始まって切れ発生位置まで蓄積されることにより、切れ発生位置が圧縮されるため、折返し部５ｂでコード（フィラメント）切れが発生してしまう。

そこで、本実施形態に係る空気入りタイヤ１では、３×ＦＨの位置において、０．９１５≦Ｌ２／Ｌ１≦１．０００を満たすことによって、突き上げ圧縮を低減させて、この突き上げ圧縮の蓄積を低減させることができる。また、本体部５ａと折返し部５ｂとの間に位置するゴムゲージが薄くなりすぎることないため、セパレーションを抑制することができるとともに、折返し部５ｂの蛇行指数が大きくなることないため、折返し部で発生するコード（フィラメント）切れを防止することができる。

また、本実施形態に係る空気入りタイヤ１では、０．７ＦＨの位置において、０．２３≦Ｙ／Ｚ≦０．７６を満たすことによって、折返し部５ｂで発生するコード切れを飛躍的に防止することが可能となる。また、折返し部５ｂが局部的に折れ曲がってしまうことがないため、その局部的に折れ曲がった部分で屈折してコード切れが発生することを防止することができるとともに、突き上げ圧縮を低減させる効果を十分に発揮することが可能となる。

また、本実施形態に係る空気入りタイヤ１では、α＜０を満たすことによって、ビード部３（タイヤ）の倒れ込み変形時において、背面ゴムがタイヤ径方向外側へ押し出されることによって生じる歪みである背面歪みを低減することができる。

また、本実施形態に係る空気入りタイヤ１は、扁平率が８０％以下、リム径が５７”以上、荷重負荷能力が６０ｍｔｏｎ以上、荷重係数（k-factor）が１．７以上の超重荷重建設車両用扁平ラジアルタイヤとして用いることが好ましい。このような超大型のタイヤでは、折返し部５ｂの圧縮歪が大きくなるため、本実施形態において説明した構造を採用することにより、折返し部５ｂで発生するコード切れを防止する利点が顕著である。

さらに、本実施形態に係る空気入りタイヤ１は、セクションハイトを“ＳＨと”した場合、ＦＨ／ＳＨ≦０．１５を満たすリム１３に組んで使用することができる。このように、フランジハイトの低いリムに組むことにより、撓み変形の範囲が広がり、荷重負荷時の折返し部５ｂの蛇行範囲を小さくすることができる。

［その他の実施形態］
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。

具体的には、折返し部５ｂは、ビードコア３ａの周りでその周面に沿わせてトレッド幅方向内側からトレッド幅方向外側に向けて巻き上げたものとして説明したが、これに限定されるものではなく、ビードコア３ａの周りでその周面に沿わせてトレッド幅方向外側からトレッド幅方向内側に向けて巻き上げたものであってもよい。

この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

次に、本発明の効果をさらに明確にするために、以下の実施例１〜３及び比較例１に係る空気入りタイヤを用いて行う試験結果について説明する。なお、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。

実施例１〜３及び比較例１に係る空気入りタイヤのサイズは、５９／８０Ｒ６３であり、リムサイズは、４４”×５”である。この実施例１〜３及び比較例１に係る空気入りタイヤの構造は、表１に示すとおりである。

なお、蛇行指数ｂ／ａは、カーカス層における本体部と折返し部との間に位置するゴムが取り除かれた状態の空気入りタイヤが撓む状態で測定される。

＜ドラムライフ評価＞
各空気入りタイヤを空気圧６００ｋＰａ、荷重１５０〜１７０％とし、ドラム回転速度８ｋｍ／ｈでビート部故障（カーカス層のコードの破断）によって走行不能になるまでの距離を測定する。なお、比較例１に係る空気入りタイヤの走行不能になるまでの距離を“１００”とし、実施例１〜３に係る空気入りタイヤを指数表示する。数値が大きいほど耐久性が良好である。

（結果）
結果を表２に示す。

実施例１〜３に係る空気入りタイヤは、比較例１に係る空気入りタイヤと比較すると、ビード部の耐久性に優れていることが分かる。すなわち、実施例１〜３に係る空気入りタイヤは、比較例１に係る空気入りタイヤと比較すると、カーカス層の折返し部で発生するコード切れを防止することができることが分かる。

本実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド幅方向断面図である。 本実施形態に係る空気入りタイヤを構成するビード部を示す拡大断面図である。 荷重負荷時のビード部の変形を説明するための図である（その１）。 荷重負荷時のビード部の変形を説明するための図である（その２）。 荷重負荷時のビード部の変形を説明するための図である（その３）。

符号の説明

１…空気入りタイヤ、３…ビード部、３ａ…ビードコア、５…カーカス層、５ａ…本体部、５ｂ…折返し部、７…サイドウォール部、９…ベルト層、１１…トレッド部、１３…リム、

Claims (3)

1. 一対のビード部にそれぞれ埋設したビードコア間でトロイド状に延びる本体部と、前記ビードコアの周りでその周面に沿わせてトレッド幅方向内側からトレッド幅方向外側、又はトレッド幅方向外側からトレッド幅方向内側に向けて巻き上げた折返し部とによって構成されるカーカス層を備える偏平率８０％以下の空気入りタイヤであって、
   前記折返し部を構成するコードは、ラジアル方向に対して０°〜１０°で配置され、
   前記折返し部の端から前記ビードコアのリム側端までのタイヤ径方向の距離を“ＣＥ”とし、リムのフランジ高さを“ＦＨ”とした場合、２×ＦＨ≦ＣＥ≦６×ＦＨであり、
   前記リムの内側フランジ端からタイヤ径方向に２×ＦＨ〜４×ＦＨの領域において、タイヤ回転軸に対する第１平行線及びタイヤ外表面の交点（Ａ）を通る前記本体部に対する第１垂直線と前記本体部との交点（Ｂ）から、前記第１垂直線と前記折返し部との交点（Ｃ）までの距離を“ｔ”とし、前記折返し部を構成するコードの直径を“ａ”とした場合、３×ａ≦ｔ≦５×ａを満たし、
   前記リムの内側フランジ端からタイヤ径方向に３×ＦＨの位置において、前記交点（Ｂ）から前記ビードコアの中心を通るタイヤ回転軸に対する第２平行線と前記本体部との交点（Ｄ）までの前記本体部の長さである本体ペリフェリ長を“Ｌ１”とし、前記交点（Ｃ）から前記第２平行線と前記折返し部との交点（Ｅ）までの前記折返し部の長さである折返しペリフェリ長を“Ｌ２”とした場合、０．９１５≦Ｌ２／Ｌ１≦１．０００を満たすことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記リムの内側フランジ端からタイヤ径方向に０．７×ＦＨの位置において、タイヤ回転軸に対する第３平行線及びタイヤ外表面の交点（Ｆ）を通る前記本体部に対する第２垂直線と前記本体部との交点（Ｇ）から、前記第２垂直線と前記折返し部との交点（Ｈ）までの距離を“Ｙ”とし、前記ビードコアのトレッド幅方向最大幅を“Ｚ”とした場合、０．２３≦Ｙ／Ｚ≦０．７６を満たすことを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. トレッド幅方向断面において、前記交点（Ｅ）を通り、タイヤ回転軸に対する第３垂直線と前記折返し部とのなす傾き角度を“α”とし、前記第３垂直線と傾きをなす前記折返し部が前記第３垂直線よりもトレッド幅方向内側にある場合、α＞０を満たすとし、前記第３垂直線と傾きをなす前記折返し部が前記第３垂直線よりもトレッド幅方向外側にある場合、α＜０を満たすとした場合、α＜０を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気入りタイヤ。

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