JP3860737B2 - 自転車用リアディレーラ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディレーラ、特に、自転車のフレームに装着可能な自転車用リアディレーラに関する。
【0002】
【従来の技術】
自転車の変速操作を軽い力で行えるようにするために、アクチュエータを用いて自転車の変速動作を行える電動変速装置が最近開発されている。外装変速機の場合、チェーンを複数のギア間を脱線させて変速させているため、チェーンが正回転している状態、つまりペダルを進行方向に踏んでいる状態でなければ変速できない。このため、外装変速機の変速動作を電動化するためには、ペダルが進行方向に向けて踏まれているか否かの検出を行える回転方向検出装置が必要になる。
【0003】
従来、この種の回転方向検出装置は、自転車のクランクに固定されたたとえば磁石からなる検出子と、検出子の磁力を検出してオンオフする1対のリードスイッチとを備えている。1対のリードスイッチは、回転方向に並べて配置されている。この回転方向に並べられた1対の磁石のいずれが先にオンオフするかにより、クランクの回転方向を検出し、ペダルが進行方向に踏まれているか否かを検出している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の回転方向検出装置では、1対のリードスイッチを用いて回転方向を検出しているので、装置の構成が複雑になるとともに、回転方向検出のための処理が複雑になる。しかも、2つのリードスイッチを回転方向に間隔を隔てて配置する必要があるので、小型化を図る上での障害になりやすい。
【0005】
本発明の課題は、自転車用ディレーラの回転方向検出装置において、コンパクトで簡素な構成を実現できかつ簡単な処理で回転体の回転方向を検出できるようにすることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
発明1に係る自転車用リアディレーラは、自転車のフレームに取り付けられるリアディレーラであって、ベース部材と、可動部材と、チェーンガイドと、リンク機構と、回転方向検出装置と、を備えている。ベース部材は、フレームに取り付けられる部材である。可動部材は、ベース部材と間隔を隔てて配置された部材である。チェーンガイドは、可動部材に揺動自在に装着され先端にプーリが回転自在に装着されたものである。リンク機構は、ベース部材と可動部材とを連結する機構である。回転方向検出装置は、固定体としてのチェーンガイドに回転自在に装着された回転体としてのプーリの回転方向を検出するための装置である。
【0007】
回転方向検出装置は、リードスイッチと、磁石と、遮断手段と、を有している。リードスイッチは、チェーンガイドに固定され、磁気によりオンオフするスイッチである。磁石は、リードスイッチが検出可能にプーリに装着されるものである。遮断手段は、リードスイッチが磁石を検出不能な遮断位置と遮断位置から離反しリードスイッチが磁石を検出可能な検出位置とに移動自在にチェーンガイドに装着され、磁石から発せられる磁気を遮断するし遮断体、プーリの第1方向及びその逆の第2方向の回転に連動して遮断体を移動させる連動手段、及び連動手段により移動させられた遮断体を遮断位置と検出位置とに位置決めする位置決め手段を有している。
【0008】
この回転検出装置では、プーリが第1方向に回転すると、それに連動して遮断体が第1方向に回転したとえば遮断位置に位置決めされる。この結果、リードスイッチは、磁石を検出できなくなる。一方、プーリが第2方向に回転すると、それに連動して遮断体が第2方向に回転したとえば検出位置に位置決めされる。この結果、リードスイッチは、磁石を検出できるようになり、プーリが第2方向に回転したことがわかる。ここでは、遮断体によりリードスイッチを検出可能な状態と検出不能な状態とにすることにより、一つのリードスイッチでプーリの第2方向への回転を検出できるので、検出装置をコンパクトで簡素な構成で実現できる。また、一つのリードスイッチからの信号を処理すればいいので、簡単な処理でプーリの回転方向を検出できるようになる。
【0009】
発明2に係る自転車用ディレーラは、発明1に記載のディレーラにおいて、遮断体はプーリの軸回りに回転自在にチェーンガイドに装着され、連動手段は、プーリと遮断体とを摩擦力により連結する。この場合には、遮断体が摩擦力によりプーリに連結されているだけであるので、プーリが回転したときに遮断体が位置決めされると、プーリは回転を続けても遮断体はその位置で停止可能になる。
【0010】
発明3に係る自転車用ディレーラは、発明1から5のいずれかに記載のディレーラにおいて、位置決め手段は、チェーンガイドに設けられ、プーリが第1方向に回転したときリードスイッチと磁石との間に遮断体が配置される回転位置を遮断位置として遮断体を位置決めし、かつプーリが第2方向に回転したとき検出位置で遮断体を位置決めする一つのストッパ部材である。この場合には、第1方向に遮断体が回転したときにストッパ部材に当たったところでリードスイッチをチェーンガイドに固定するだけで、遮断体を遮断位置と検出位置とに位置決めできる。このため、簡素な構成で遮断体を位置決めが可能になり、遮断手段の構成が簡素になる。
【0011】
発明4に係る自転車用リアディレーラは、発明1から3のいずれかに記載のディレーラにおいて、ベース部材には、モータ及び位置決め機構が格納され、ベース部材は、可動部材及びチェーンガイドを位置決めする。
【0012】
【発明の実施の形態】
<構成>
図1において、本発明の一実施形態を採用した自転車1は、マウンテンバイクタイプのスポーツ車であり、主要部としてフレーム2、フロントフォーク3、ハンドル4、前輪5、後輪6、チェーン7、フロント外装変速装置8、及びリア外装変速装置9を備えている。
【0013】
フレーム2は自転車1のベースとなるものであり、前部にフロントフォーク3、中央下部にフロント外装変速装置8、後部に後輪6とリア外装変速装置9とを備えている。また、フレーム2の中央上部にはライダーが座るサドル11を備えている。
【0014】
フロントフォーク3は、フレーム2の前部に斜めに傾いた軸回りに揺動自在に装着されている部材である。フロントフォーク3の上部にハンドル4が、下部に前輪5が装着されている。
【0015】
図2に示すように、ハンドル4の両端部にはそれぞれグリップ12a、12bとブレーキレバー13a、13bとが設けられている。また、ハンドル4において、グリップ12a、12b及びブレーキレバー13a、13bの内側には変速操作部14a、14bが設けられている。さらに、ハンドル4の中央部には変速制御装置15が装着されており、この変速制御装置15は変速操作部14a、14bと接続されている。
【0016】
ブレーキレバー13a、13bは、それぞれ前輪5及び後輪6の制動操作を行うものであり、ブレーキレバー13a,13bは、後述する前輪ブレーキ16,後輪ブレーキ17にそれぞれ接続されている。
【0017】
変速操作部14a、14bは、フロント外装変速装置8及びリア外装変速装置9を変速操作するためのものである。変速操作部14aには前部上変速ボタン18aと前部下変速ボタン19aとが設けられ、変速操作部14bには後部上変速ボタン18bと後部下変速ボタン19bとが設けられている。それぞれの上変速ボタン18a、18bは各外装変速装置8、9の変速段(後述)を一段上段に変速する(シフトアップする)変速信号を変速制御装置15に出力する。同様にそれぞれの下変速ボタン19a、19bは各外装変速装置8、9の変速段を一段下段へと変速する(シフトダウンする)変速信号を変速制御装置15に出力する。
【0018】
変速制御装置15は、変速操作部14a、14bにおける変速信号の出力に応じて、フロント外装変速装置8及びリア外装変速装置9を変速制御するためのものである。この変速制御装置15は、図3に示すように、CPU21とメモリ22などからなる制御部23、現在の変速段などを表示する表示部24、電源スイッチ25、及びモードスイッチ26を備えている。制御部23はメモリ22の記憶に応じてCPU21により変速制御装置15の制御を司るものである。制御部23には、表示部24,電源スイッチ25及びモードスイッチ26が接続されているとともに、各変速ボタン18a,18b、19a,19bと、接続部28と、回転センサ29とが接続されている。接続部28は、フロント外装変速装置8及びリア外装変速装置9の各ディレーラ33,42(後述)を駆動する信号を変速信号に応じて生成し出力する。回転センサ29は、クランク35,36(後述)が進行方向に回転しているか否かを検出するものであり、リアディレーラ42に装着されている。
【0019】
モードスイッチ26は変速制御装置15のモードを変更するものである。ここでは、モードスイッチ26の操作により自動変速モードと手動変速モードとを選択できる。ここで、自動変速モードは車速に応じて最適な変速段を決定するものである。自動変速モードでは、変速段に応じて予め設定されたシフトアップしきい値及びシフトダウンしきい値により、フロント外装変速装置8及びリア外装変速装置9を制御する。また、手動変速モードは、変速操作部14a,14bの操作に応じて、フロント外装変速装置8及びリア外装変速装置9を制御する。
【0020】
変速制御装置15は、箱状の制御ケース27に納められており、表示部24、電源スイッチ25、及びモードスイッチ26がその上面に配置されている。さらに、変速制御装置15は接続部28を介してフロント外装変速装置8及びリア外装変速装置9に接続されている。
【0021】
前輪5は、ハブ部分がフロントフォーク3の下部に装着されており、上部に前輪5の制動を行う前輪ブレーキ16を備えている。また、後輪6はハブ部分がフレーム2の後部に装着され、ハブ部分にはさらにリア外装変速装置9が装着されている。また、後輪6は上部に後輪の制動を行う後輪ブレーキ17を備えている。
【0022】
チェーン7は、フロント外装変速装置8とリア外装変速装置9とに架けられており、フロント外装変速装置8からの駆動力をリア外装変速装置9に伝達するものである。
【0023】
フロント外装変速装置8は、フレーム2の中央下部に装着されており、チェーン7を介して走行者による駆動力をリア外装変速装置9に伝達するための機構部である。フロント外装変速装置8は大小2枚のスプロケット37とフロントディレーラ33とを有する。
【0024】
2枚のスプロケット37はクランク部31に装着されている。クランク部31は、走行者がペダル32a、32bを踏み込むことにより回転されるものである。クランク部31は、クランク軸34、右クランク35、及び左クランク36構成される。クランク軸34はフレーム2の中央下部に左右方向に配置され、フレーム2に回転自在に装着されている。右クランク35は、一端がクランク軸34の右側に接続されており、2枚のスプロケット37はこの右クランク35に固定されている。左クランク36は一端がクランク軸34の左側に接続される。右クランク35及び左クランク36の他端である径方向外側端部はそれぞれペダル32a、32bが回転自在に装着されている。
【0025】
フロントディレーラ33は、チェーン7を2枚のスプロケット37のうちの1枚に架けるためのものであり、図示しないソレノイドにより移動可能である。また、フロントディレーラ33は変速制御装置15の制御により移動する。なお、フロントディレーラ33は図示しない変速位置センサにより現在の変速段の位置を検出できる。
【0026】
リア外装変速装置9は、後輪6のハブ部分周辺に装着されており、チェーン7により伝達されてきた駆動力を後輪6に伝達するための機構部である。リア外装変速装置9はリアスプロケットホイール41とリアディレーラ42とから構成されている。また、リアディレーラ42は変速制御装置15の制御により動作する。なお、リアディレーラ42は図示しない変速位置センサにより現在の変速段の位置を検出できる。
【0027】
リアスプロケットホイール41は、軸方向に並べて配置された大小7枚のスプロケット43a〜43gからなっており、スプロケット43a〜43gは、後輪6のハブ部分に対して同心に取り付けられている。
【0028】
リアディレーラ42は、チェーン7を7枚のスプロケット43a〜43gのうちの1枚に架けるためのものであり、図示しないモータにより移動可能である。
【0029】
リアディレーラ42は、図4に示すように、フレーム2の後端に取り付けられるベース部材50と、ベース部材50と間隔を隔てて配置された可動部材51と、可動部材51に揺動自在に装着されたチェーンガイド52と、ベース部材50と可動部材51とを連結するリンク機構53とを有している。ベース部材50には、図示しない駆動用のモータ及び位置決め機構が格納されており、可動部材51及びチェーンガイド52をスプロケット43a〜43gに対して位置決めする。
【0030】
可動部材51にはプーリ54が回転自在に装着されている。可動部材51は、チェーン7にテンションを付与するためにチェーンガイド52を図4時計回りに付勢している。リンク機構53は、チェーンガイド52をハブ部分の軸方向に平行移動させるためのものであり、平行4リンク構成である。リンク機構53は、小径側のスプロケット43g方向に付勢されている。チェーンガイド52は、2枚の板状部材で構成され、先端にプーリ55が回転自在に装着されている。プーリ55は、チェーンガイド52の先端に装着された固定軸56(図6)に回転自在に装着されている。
【0031】
リアディレーラ42には、クランク35,36の進行方向の回転を検出するための回転方向検出装置60が装着されている。回転方向検出装置60は、図5及び図6に示すように、チェーンガイド52に固定された回転センサ29と、回転センサ29が検出可能にプーリに装着された検出子61と、回転センサ29の出力をクランクの進行方向の回転時のみ出力させる遮断機構62とを有している。回転センサ29は、たとえば磁気によりオンオフするリードスイッチを用いている。検出子61は、プーリ55の外周部に固定された磁石を有しており、検出子61が回転センサ29と対向する位置を通過すると、回転センサ29がパルスを出力する。
【0032】
遮断機構62は、遮断アーム65と、プーリ55の第1方向A(クランクの進行方向の回転方向と逆方向)及びその逆の第2方向B(クランクの進行方向の回転方向)の回転に連動して遮断アーム65を回動させる連動部材66と、連動部材66により移動させられた遮断アーム65を遮断位置と検出位置とに位置決めする位置決め突起67とを有している。
【0033】
遮断アーム65は、回転センサ29が検出子61を検出不能な遮断位置(図5の二点鎖線で示す回転センサ29に対向する位置)と遮断位置から離反し回転センサ29が検出子61を検出可能な検出位置とに回動自在にチェーンガイド52に装着されている。遮断アーム65は、磁気を遮断するたとえばアルミニウム製の板状部材であり、固定軸56にプーリ55と並べて回動自在に装着されている。これにより、遮断アーム65は、検出子61と回転センサ29との間に配置可能である。
【0034】
連動部材66は、プーリ55と遮断アーム65との間に両者に接触して装着され、摩擦力により両者を連結する。このため、連動部材66は、遮断アーム65が位置決め突起67により位置決めされると遮断アーム65との間ですべりを生じる。このように、遮断アーム65が摩擦力によりプーリ55に連結されているだけであるので、プーリ55が回転したときに遮断アーム65が位置決めされると、プーリ55は回転を続けても遮断アーム65はその位置で停止可能になる。
【0035】
位置決め突起67は、チェーンガイド52と一体形成されている。位置決め突起67は、プーリ55が第1方向Aに回転したとき回転センサ29と検出子61との間に遮断アーム65が配置される回転位置を遮断位置として遮断アーム65を位置決めし、かつプーリ55が第2方向Bに回転したとき検出位置で遮断アーム65を位置決めするものである。このように第1方向Aに遮断アーム65が回転したときに位置決め突起67に当たったところで回転センサ29をチェーンガイド52に固定するだけで、遮断アーム65を遮断位置と検出位置とに位置決めできる。このため、簡素な構成で遮断アーム65を位置決めが可能になり、遮断機構62の構成が簡素になる。
【0036】
このような構成の回転方向検出装置60では、たとえば、ペダル32a,32bを進行方向と逆側に踏んで、図7(a),(b)に示すように、プーリ55が第1方向Aに回転すると、連動部材66の作用により遮断アーム65も同方向に回動し、遮断アーム65は、位置決め突起67により図7(c)に示す遮断位置に位置決めされる。この遮断位置は、回転センサ29に対向する位置である。このとき、連動部材66は、プーリ55と遮断アーム65とを摩擦力により連結しているだけであるので、遮断アーム65が位置決めされてもプーリ55は回転を続ける。そして、プーリ55に装着された検出子61が回転センサ29に対向する位置に回転しても間に遮断アーム65が配置され、検出子61の磁気を回転センサ29が検出できないので、回転センサ29は何もパルスを出力しない。
【0037】
一方、たとえば、ペダル32a,32bを進行方向に踏んで、図7(e),(f)に示すように、プーリ55が第2方向Bに回転すると、連動部材66の作用により遮断アーム65も同方向に回動し、遮断アーム65は、位置決め突起67により図7(g)に示す検出位置に位置決めされる。この検出位置は、回転センサ29に対向しない位置である。このときも、連動部材66は、プーリ55と遮断アーム65とを摩擦力により連結しているだけであるので、遮断アーム65が位置決めされてもプーリ55は回転を続ける。そして、プーリ55に装着された検出子61が回転センサ29に対向する位置に回転すると、間に遮断アーム65が配置されていないので、検出子61の磁気を回転センサ29が検出してパルスを出力する。このため、この回転方向検出装置60の回転センサ29から発せられるパルスによりクランク35,36が進行方向に回転しているか否かを検出できる。
【0038】
このような構成の回転方向検出装置60は、一つの回転センサ29でクランク35,36が進行方向に回転しているか否かを検出できるので、コンパクトで簡素な構成を実現できる。また、一つの回転センサ29からの信号を処理すればいいので、簡単な処理でクランク35,36の回転方向を検出できるようになる。
【0039】
<動作>
以下では、変速制御装置15の変速制御方法の一例として、リア外装変速装置9の変速制御方法について図8に示す制御フローチャートにより説明する。フロント外装変速装置8の変速制御方法は、変速段が少ないことを除いてリア外装変速装置9の変速制御方法と同様であるため省略する。
【0040】
ライダーが変速制御装置15の電源スイッチ25をONにすることにより、自転車1の変速制御が可能となる。これにより、まずステップS1にて変速制御装置15の初期設定を行う。それと共に、メモリ22に記憶されている内容を初期化する。たとえば、変速段SHを2速に設定する。
【0041】
続いてステップS2は、リアディレーラ42が有する変速位置センサにより、現在の変速位置を取り込み、メモリ22にその変速段の値SHを記憶する。SHは、現在の変速段の値を記憶するための計数値であり、現在の変速段が1段のときには「1」、3段のときには「3」などのように変速段に対応した数値が記憶されている。SHに記憶された後、ステップS3へ移る。
【0042】
ステップS3では、シフトアップ要求がなされたか否かを判断する。この判断は、手動変速モードのときには、変速操作部14bの後部上変速ボタン18bが押されてシフトアップの変速信号が出力されたか否かにより判断する。また自動変速モードのときには、車速が各変速段に応じたシフトアップしきい値を超えたか否かにより判断する。ステップS4では、シフトダウン要求がなされたか否かを判断する。この判断は、手動変速モードのときには、変速操作部14bの後部下変速ボタン19bが押されてシフトダウンの変速信号が出力されたか否かにより判断する。また自動変速モードのときには、車速が各変速段に応じたシフトダウンしきい値より下がったか否かにより判断する。ステップS5では、表示や各種の設定などの他の処理要求がなされたか否かを判断する。
【0043】
ステップS3でシフトアップ要求がなされた場合には、ステップS3からステップS6に移行して、回転センサ29からのパルスによりクランク35,36が進行方向に回転しているか否かを判断する。前述したように回転センサ29は、クランク35,36が進行方向(第2方向B)に回転するとパルスを発生し、それ以外の場合、すなわち第1方向A及び停止しているときにはパルスを発生しない。
【0044】
外装変速装置8,9の場合、チェーン7をあるスプロケットから別のスプロケットに脱線させて変速動作を行うため、チェーン7が正回転してチェーン7にテンションが作用していないと変速動作を行えない。したがって、ステップS6でライダーがペダル32a,32bを進行方向に向けて踏んでいないときには変速動作を行わないようにしている。ステップS6での判断が「No」の場合、変速動作を行わずにステップS4に移行する。ステップS6でクランク35,36が進行方向に回転していると判断すると、ステップS7に移行する。ステップS7では、シフトアップ信号を接続部28に出力する。接続部28では、シフトアップ信号に基づき駆動信号をリアディレーラ42に出力する。これにより、リアディレーラ42が1段高速側にシフトアップされる。
【0045】
ステップS4でシフトダウン要求がなされた場合には、ステップS4からステップS8に移行して、ステップS6と同様に回転センサ29からのパルスによりクランク35,36が進行方向に回転しているか否かを判断する。ステップS8での判断が「No」の場合、変速動作を行わずにステップS5に移行する。ステップS8でクランク35,36が進行方向に回転していると判断すると、ステップS9に移行する。ステップS9では、シフトダウン信号を接続部28に出力する。接続部28では、シフトダウン信号に基づき駆動信号をリアディレーラ42に出力する。これにより、リアディレーラ42が1段低速側にシフトダウンされる。
【0046】
他の処理要求がなされた場合には、ステップS5からステップS10に移行し要求された他の処理を行う。
【0047】
ここでは、遮断アーム65により回転センサ29を検出不能な状態にすることにより、一つの回転センサ29でクランク35,36の進行方向の回転を検出できるので、検出装置60をコンパクトで簡素な構成で実現できる。また、一つの回転センサ29からの信号を処理すればいいので、簡単な処理でクランク35,36の回転方向を検出できるようになる。
【0048】
また、非接触センサとして、磁気によりオンオフする安価で小型のリードスイッチを用いているので、装置のコストをさらに低減できる。
【0049】
〔他の実施形態〕
前記実施形態では、シフト要求後に回転方向を判断していたが、回転方向を判断してからシフト要求を判断してもよい。この場合、図9に示すように、ステップS13でクランクの回転方向を判断し、回転方向が進行方向のときのみ(回転センサ29からパルスが発せられているときのみ)ステップS15及びステップS16でシフトアップ要求及びシフトダウン要求を判断すればよい。
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、遮断体により非接触検出手段を検出可能な状態と検出不能な状態とにすることにより、一つの非接触検出手段で回転体の第2方向への回転を検出できるので、検出装置をコンパクトで簡素な構成で実現できる。また、一つの非接触検出手段からの信号を処理すればいいので、簡単な処理で回転体の回転方向を検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る自転車用変速装置を装着する自転車の側面図。
【図2】 自転車のハンドル周辺の斜視図。
【図3】 その制御ブロック図。
【図4】 リア外装変速装置の正面図。
【図5】 そのプーリ部分の拡大部分図。
【図6】 その断面図。
【図7】 回転方向検出装置の動作を説明する模式図。
【図8】 その制御フローチャート。
【図9】 他の実施形態の図8に相当する図。
【符号の説明】
29 回転センサ
35,36 クランク
52 チェーンガイド
55 プーリ
60 回転方向検出装置
61 検出子
62 遮断機構
65 遮断アーム
66 連動部材
67 位置決め突起
Claims (4)
- 自転車のフレームに取り付けられる自転車用リアディレーラであって、
前記フレームに取り付けられるベース部材と、
前記ベース部材と間隔を隔てて配置された可動部材と、
前記可動部材に揺動自在に装着され先端にプーリが回転自在に装着されたチェーンガイドと、
前記ベース部材と前記可動部材とを連結するリンク機構と、
固定体としての前記チェーンガイドに回転自在に装着された回転体としての前記プーリの回転方向を検出するための回転方向検出装置と、を備え、
前記回転方向検出装置は、
前記チェーンガイドに固定され、磁気によりオンオフするリードスイッチと、
前記リードスイッチが検出可能に前記プーリに装着される磁石と、
前記リードスイッチが前記磁石を検出不能な遮断位置と前記遮断位置から離反し前記リードスイッチが前記磁石を検出可能な検出位置とに移動自在に前記チェーンガイドに装着され、前記磁石から発せられる磁気を遮断する遮断体、前記プーリの第1方向及びその逆の第2方向の回転に連動して前記遮断体を移動させる連動手段、及び前記連動手段により移動させられた前記遮断体を前記遮断位置と検出位置とに位置決めする位置決め手段を有する遮断手段と、を有する自転車用リアディレーラ。 - 前記遮断体は前記プーリの軸回りに回転自在に前記固定体に装着され、
前記連動手段は、前記プーリと前記遮断体とを摩擦力により連結する、請求項1に記載の自転車用リアディレーラ。 - 前記位置決め手段は、前記チェーンガイドに設けられ、前記プーリが前記第1方向に回転したとき前記リードスイッチと前記磁石との間に前記遮断体が配置される回転位置を前記遮断位置として前記遮断体を位置決めし、かつ前記プーリが前記第2方向に回転したとき前記検出位置で前記遮断体を位置決めする一つのストッパ部材である、請求項1又は2に記載の自転車用リアディレーラ。
- 前記ベース部材には、モータ及び位置決め機構が格納され、前記ベース部材は、前記可動部材及び前記チェーンガイドを位置決めする、請求項1から3のいずれか1項に記載の自転車用リアディレーラ。
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