JP5321053B2 - 缶製造装置及び缶の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば飲料用の金属製ボトル缶（以下、単にボトル缶という）等の円筒缶を搬送するために用いられる搬送用ホイールを使用した缶製造装置及び缶の製造方法に関する。

飲料用アルミニウム缶等のボトル缶においては、肩部が滑らかなテーパー状に形成され、かつ口部を胴部より細く絞り、絞った口部の外周にネジ加工が施され、内容物が充填された後アルミニウム等の材質のキャップで口部が密封される構成のものがある。

このようなボトル缶を製造する装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。これは有底筒状のワークを保持する複数のチャックユニットを環状に支持し回転軸線を中心に間欠回転可能な円盤状のインデックステーブルと、ワーク加工用の複数の加工ツールを支持しインデックステーブルと回転軸線方向に対向配置される円盤状のダイテーブルとを備え、ダイテーブルがクランク機構を用いた駆動装置によりインデックステーブルと近接離間され、各テーブルの間に配置されたワークへの加工を行うよう構成されるものである。

複数の加工ツールはワークへの加工順に配列され、インデックステーブルに供給されたワークは、インデックステーブルとダイテーブルと（以下「各テーブル」と省略する）が近接離間する一ストローク毎に次の加工ツールによる加工位置まで間欠回転移動される。そして各テーブルの近接離間とワークの間欠回転移動とを繰り返すことでワークへの加工が順次行われ、一連の加工が終了した時点で所定の形状を有するボトル缶が完成し、インデックステーブルから排出されるようになっている。

また、インデックステーブルへのワークの供給及び排出は、円盤形状をなし外周面に複数形成された収納凹部にワークを保持して搬送する、いわゆるスターホイール（搬送用ホイール）によって行われている。このスターホイールは、インデックステーブルの間欠回転と同期して回転され、インデックステーブルへのワークの供給又は排出ができるように構成されている。

一般的なスターホイールとしては、例えば特許文献２に示すように、各収納凹部のスターホイール回転方向後方側にワーク保持部が形成されたものが知られている。また、インデックステーブルとスターホイールの間欠回転を同期させる方法としては、それぞれの回転軸を例えばギア等で連結して機械的に同期を取る方法の他、それぞれ別々の駆動源を備えさせて電気的な制御によって同期を取る方法が採用されている。後者は、ギア等の構成部材を用いる必要がないため、装置自体のコンパクト化を図ることができるという利点がある。
特開２００５−３２９４２３号公報 特開２０００−６５７５７６号公報

ところで、上記のようにインデックステーブル及びスターホイールの間欠回転を電気的に同期制御した場合、各回転軸の負荷の違いから、場合によってはワークの供給及び排出位置においてそれぞれの回転速度が完全には同期されずに間欠回転の始動加速度やタイミングにずれが生じることがあった。
特にスターホイールに比べて負荷が大きいインデックステーブルの始動加速度はスターホイールの始動加速度よりも小さくなる場合があるため、ワークの供給及び排出の際にスターホイールのワーク保持部がワークを後方側から押すことによって、ワークがスターホイールとインデックステーブルとの間に挟まれて圧力を受けることがあった。
この結果、スターホイールとインデックステーブルとの動作がワークを介して互いに干渉してスムーズに成形加工を行うことが困難となり、さらにワークの表面に傷や凹みが生じてしまうという問題があった。

この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、インデックステーブルとスターホイールとの間欠回転の始動加速度やタイミングにずれが生じた場合であっても、互いに干渉せずにスムーズにワークを搬送することができるとともに、ワークに傷や凹みが生じることがなくワークの品質維持を図ることが可能な缶製造装置及び缶の製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る缶製造装置は、複数の円筒形状のワークを環状に支持し回転軸線を中心に間欠回転可能なインデックステーブルを備えるワーク支持台と、ワーク加工用の複数の加工ツールを支持し、前記ワーク支持台と前記回転軸線の方向に対向配置されるツール支持台と、前記インデックステーブルを間欠回転させながら前記加工ツールを前記インデックステーブルに近接離間させて前記ワークの加工を行う缶製造装置において、前記インデックステーブルから前記ワークを排出するディスチャージスターホイールとして搬送用ホイールが用いられ、前記インデックステーブルよりも前記ディスチャージスターホイールの始動加速度が大きくなるように間欠回転させる制御部が設けられ、前記搬送用ホイールは、軸線回りに回転される円盤形状をなし、外周面に複数形成された収納凹部に前記ワークを吸着保持して搬送する構成とされ、かつ、前記搬送用ホイールは、前記軸線に直交する断面において、前記収納凹部の搬送用ホイール回転方向前方側の壁面が、前記回転方向前方側に向かって凹曲面状をなすワーク保持部とされ、しかも、前記収納凹部の搬送用ホイール回転方向後方側の壁面が、前記回転方向後方側に向かうに従い径方向外側に延びるワーク導入部とされていることを特徴とする。

負荷の違いによるディスチャージテーブルとインデックステーブルとの始動加速度の差異が不安定であるのに対し、ディスチャージスターホイールの始動加速度をインデックステーブルの始動加速度よりも大きくなるように制御することで、ディスチャージスターホイールをインデックステーブルよりも確実に先に移動させることができる。
これによって、ディスチャージスターホイールに排出されたワークをインデックステーブルよりも常に先に逃がすことができるため、ディスチャージスターホイールとインデックステーブルとの干渉が起こることを確実に防止することができ、よりスムーズな間欠回転が可能となりワークに傷や凹みが付くのを防止することができる。

また、本発明に係る缶の製造方法は、上記に記載の缶製造装置を使用し、前記加工ツールを前記ワーク支持台に対して前記ワークの軸線方向で近接離間させてこれらの間に配置された前記ワークへの加工を行うようにしたことを特徴としている。

本発明に係る缶製造装置及び缶の製造方法によれば、インデックステーブルとスターホイールとが互いに干渉することなく、スムーズなワークの供給及び排出が可能になるとともに、ワークに傷や凹みが生じることを防止してワークの品質維持を図ることができる。

以下、本発明の缶製造装置およびこれを用いた缶の製造方法の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態によるボトル缶製造装置の概略構成を示す側面図、図２は図１に示すツール支持台のＡ−Ａ線矢視図、図３はワーク支持台の斜視図、図４はワーク支持台の正面図、図５は図３におけるディスチャージスターホイールの拡大図、図６は図４の部分拡大図、図７はディスチャージスターホイールの側面図である。

図１に示すように、本実施の形態によるボトル缶製造装置１は、支持フレーム１１と、その支持フレーム１１の一側に略水平な回転軸線を中心としてワークＷを円周方向に回転させるためのワーク支持台１０と、このワーク支持台１０と所定間隔をもって対向配置されるとともにワークＷへの軸線方向での近接離間動作を行うツール支持台２０とを有している。

図２に示すように、ツール支持台２０は、ワークＷを加工するための複数の加工ツール３を支持するとともに、加工ツール３が配置される円周方向に複数に分割されてなる加工ツールユニット３０（３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ）を備えている。図１及び図２に示すように、加工ツールユニット３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃのそれぞれは、後述するインデックステーブル１３側の外周部において、インデックステーブル１３に設けられているワーク支持具２に対応した位置に多数（本実施の形態では１ユニットにつき３箇所）の加工ツール３を固定させる構成となっている。

そして、これら加工ツールユニット３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、リニアモータからなるリニア駆動機構４０を介して外側支持フレーム２１に連結支持され、インデックステーブル１３に保持されたワークＷの軸線方向に往復移動可能な状態となっている。すなわち加工ツールユニット３０は、ワークＷに対して近接離間させてワークＷへの加工が行えるように構成されている。

外側支持フレーム２１は、上枠部材２１ａと、側枠部材２１ｂ、２１ｃとから正面視で門型状に枠組みされてなり、底盤２３上に固定されている。上枠部材２１ａに上部ツールユニット３０Ａが支持され、側枠部材２１ｂ、２１ｃのそれぞれに側部ツールユニット３０Ｂ、３０Ｃが支持されている。そのため、各加工ツールユニット３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによって囲まれた内側領域には空間Ｓが形成されている。

図２に示すように、加工ツールユニット３０は、基台３１と、そのインデックステーブル１３側の一端に立設されて複数の加工ツール３を固定させるためのツール保持部３２とからなる。ツール保持部３２は、加工ツール３をインデックステーブル１３に対向するように突出させた状態で保持できるようになっている。そして、各加工ツールユニット３０に保持された各加工ツール３は、インデックステーブル１３の回転方向、すなわちワークＷへの加工順に配列されている。

また、それぞれの加工ツールユニット３０には往復移動可能とさせるリニア駆動機構４０が備えられている。リニア駆動機構４０は、周知技術のリニアモータが採用されており、図２に示すように、ベースプレート４１と、ベースプレート４１に固定されるとともにワークＷの軸線方向に沿って配置されたガイド部４２と、ベースプレート４１に固定された電磁コイル４３と、加工ツールユニット３０の基台３１に固定されガイド部４２に沿って摺動可能な一対の摺動レール４４と、電磁コイル４３と対向するように基台３１に固定されるとともに電磁コイル４３との間でガイド部４２に推力を発生する磁石板４５とから概略構成されている。また、電磁コイル４３と磁石板４５とでリニアモータが構成されている。

ベースプレート４１は、平板形状をなしており、外側支持フレーム２１に固定されている。ガイド部４２は、ベースプレート４１の中心軸線を挟んだ両側にワークＷの軸線方向に沿って設けられている。このガイド部４２は、所定の長さ寸法をもったブロック体をなし、摺動レール４４を摺動可能に係合させる断面視凹状をなし、同軸上に適宜な間隔をもって複数配置されている。

電磁コイル４３は、平板形状をなし、二つの軸線方向に配置されるガイド部４２の間に所定の長さ寸法をもって配置されてベースプレート４１に固定されている。加工ツールユニット３０に固定される一対の摺動レール４４は、加工ツールユニット３０の基台３１の長手方向にわたって延設され、前記ガイド部４２に係合されている。

また、磁石板４５は、平板状の磁石であって、一対の摺動レール４４同士の間に所定の長さ寸法をもって配置され、基台３１に固定されている。つまり、摺動レール４４がガイド部４２に係合している状態で、電磁コイル４３と磁石板４５とは、所定間隔をもって対向した状態で配置された構造になっている。

このように構成されるリニア駆動機構４０は、電磁コイル４３に電気を流すと、電磁コイル４３と磁石板４５との間に磁場が発生し、その磁場の変化によって電磁コイル４３と磁石板４５とが摺動レール４４の軸線方向に直線的に相対移動する。このとき、電磁コイル４３がベースプレート４１を介して外側支持フレーム２１に固定されていることから、加工ツールユニット３０がインデックステーブル１３に対して近接離間するように往復移動する構成となっている。

なお、加工ツールユニット３０Ｃの下部には、図１及び図２に示すように、加工ツール３が配置される同一円周上に、その軸線が該加工ツールと平行となるように配置された押込み部３３が設けられている。この押込み部３３は、インデックステーブル１３側の外周部において、インフィードスターホイール６０がインデックステーブル１３上のワーク支持具２にワークＷを受け渡す位置に対応するように配置されている。そして、加工ツール３０Ｃの往復移動とともにインデックステーブル１３に対して近接離間して、インフィードスターホイール６０上のワークＷをインデックステーブル側に押し込むように構成されている。

図１、図３及び図４に示すように、ワーク支持台１０は、フレーム１１に回転可能に設けられた回転軸部１２と、この回転軸部１２に軸線回りに回転可能に支持されたインデックステーブル１３とを備えている。インデックステーブル１３は、有底円筒状のワークＷの底部側を保持可能なワーク支持具２を１加工動作毎に円周方向に移動させるように構成されている。すなわち、インデックステーブル１３のツール支持台２０側の外周部には、ワーク支持具２が所定のピッチで環状に多数配列されている。

これら各ワーク支持具２に保持されたワークＷは、その軸線がインデックステーブル１３の回転軸線と平行となるように配置される。インデックステーブル１３は、ワーク支持具２及びこれに保持されたワークＷと共に、図示しない回転駆動装置により図３及び図４における反時計回り（図中矢印Ｆで示す）に間欠的に所定の角度ずつ回転可能とされている。なお、ワーク支持具２には、その軸線方向に突出可能な図示しないエアシリンダが備えられており、インデックステーブル１３の間欠回転によってワークＷが排出される位置まで移動した際にはこのエアシリンダが駆動し、後述するディスチャージホイール６０側にワークを押し出すように構成されている。

ワーク支持台１０には、インデックステーブル１３にワークＷを供給するインフィードスターホイール６０と、成型されたワークＷを排出するためのディスチャージスターホイール５０とが設けられている。なお、図１ではインフィードスターホイール６０のみが示された図となっている。また、本実施形態においては、インフィードスターホイール６０とディスチャージスターホイール５０のうち、ディスチャージスターホイール５０のみが本発明に係る搬送用ホイールを採用している。

インフィードスターホイール６０は、インデックステーブル１３の回転軸部１２と平行な軸線回りに回転される円盤形状をなし、図３及び図４に示すようにインデックステーブル１３のワーク支持具２の列にその外周の一部が重なるようにして加工工程の上流側に配置されている。このインフィードスターホイール６０は、搬送装置６６により搬送されてきたワークＷを、外周面に複数備えられた収納凹部６１に収納し、前記インデックステーブル１３と同期して図中Ｅ方向に間欠回転しながら、ガイド６５に沿ってワークＷを搬送し、インデックステーブル１３のワーク支持具２に順次ワークＷを供給できるように構成されている。なお、本実施形態におけるインフィードスターホイール６０の収納凹部６１は、該インフィードスターホイール６０の軸線に直交する断面において、収納凹部６１の回転方向Ｅ後方側にワーク保持部６２が形成されており、該ワーク保持部６２に設けられた図３に示すバキューム孔６３によってワークＷが吸着保持されて搬送される。

図３から図７に示すようにディスチャージスターホイール５０は、インデックステーブル１３の回転軸部１２と平行な軸線回りに図中Ｇ方向に回転される円盤形状を有し、インフィードスターホイール６０と同様にインデックステーブル１３のワーク支持具２の列にその外周の一部が重なるようにして、加工工程の下流側に配置されている

このディスチャージスターホイール５０の外周部には径方向内側に向かって凹む収納凹部５１が周方向に連続するように複数形成されている。この収納凹部５１は、詳しくは図５、図６及び図７に示すように、ディスチャージスターホイール５０に直交する断面において、そのスターホイール回転方向Ｇ前方側の壁面が、回転方向Ｇ前方側に向かって凹曲面状をなすワーク保持部５２とされており、該ワーク保持部５２の表面にはワークＷを吸着するためのバキューム孔５３が形成されている。また、ワーク保持部５２はワークＷの外周面と等しい曲率半径を有し、ワークＷの外周面の周方向１／１２以上１／４以下の部分が当接するように形成されている。これによって、ワークＷの外周面の当接部分が形成する円弧に対する中心角αは、３０°以上９０°以下に設定される。

一方、この収納凹部５１の回転方向Ｇ後方側の壁面は、ワーク保持部５２の回転方向Ｇ後方側に連なり、回転方向Ｇ後方側に向かうに従い径方向外側に直線状に、あるいは僅かに湾曲して円弧状に延びるワーク導入部５４とされている。

また、本実施形態においては、図７に示すように、ワーク保持部５２の凹曲面に対してワーク導入部５４との境界部５１ａにおける接線ｌを引いた際に、該接線ｌとワーク導入部５４とのなす角度θは−１５°≦θ＜０°の範囲内に設定され、具体的には−１０°に設定されている。ここで、当該角度θは接線ｌを基準としてワーク導入部５４が径方向内側に形成されている場合を負としている。つまり、ワーク導入部５４は、接線ｌよりも径方向内側に後退しているのである。

このようなディスチャージスターホイール５０は、インデックステーブル１３から受け取ったワークＷを収納凹部５１のワーク保持部５２に保持して、インデックステーブル１３と同期してＧ方向に間欠回転しながらガイド５５に沿ってワークＷを搬送して、搬出路装置５６に順次排出できるよう構成されている。

本実施形態においては、インデックステーブル１３、インフィードスターホイール６０及びディスチャージスターホイール５０の間欠回転の始動加速度の大きさは、図示しない制御部によって制御されている。図８は一回の間欠回転におけるインデックステーブル１３の回転速度Ｐ、ディスチャージスターホイール５０の回転速度Ｑ及びインフィードスターホイール６０の回転速度Ｒと時間との関係を示した図である。この図からわかるように、それぞれの回転速度Ｐ、Ｑ、Ｒの立ち上がりである加速度（始動加速度）は、インデックステーブル１３に比べてディスチャージスターホイール５０の方が大きくなるように、また、インデックステーブル１３に比べてインフィードスターホイール６０の方が小さくなるように制御されている。

次に、ボトル缶製造装置１を用いてワークＷを成型する製造方法とボトル缶製造装置１の作用について図面に基づいて説明する。図１、図２に示すように、ボトル缶製造装置１では、各加工ツールユニット３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃをインデックステーブル１３に近づく方向に前進させ、それぞれの加工ツール３によって各工程に応じた加工を各ワークＷに施し、各加工ツールユニット３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃが進退方向に１往復する毎にインデックステーブル１３が所定角度ずつ回転してワークＷが１ピッチ回転する動作が順次繰り返される。

まず、インフィードスターホイール６０が回転方向Ｅに間欠回転しながら、収納凹部６１のワーク保持部６２に保持されたワークＷをインデックステーブル１３のワーク支持具２に順次供給していく。具体的には、インフィードスターホイール６０の間欠回転によりワークＷが図６におけるＸの位置に移動した際に、加工ツールユニット３０Ｃが前進移動をすることによって、該加工ツールユニット３０Ｃに付随する押込み部３３がワークＷをインデックステーブル１３側に押し込み、ワークＷがインフィードスターホイール６０のワーク保持部６２からインデックステーブル１３のワーク支持具２に受け渡される。

なお、この際、間欠回転の始動加速度は、インデックステーブル１３に比べてインフィードスターホイール６０の方が小さくなるように制御されているため、回転方向Ｅ後方側に配置されたワーク保持部６２よりもワークＷを先に逃がすことができ、インフィードスターホイール６０とインデックステーブル１３とがワークＷを介して干渉することはない。

このようにワークＷがインデックステーブル１３に供給された状態において、加工ツールユニット３０が１回の加工動作を行う度にインデックステーブル１３を１ワーク分のピッチ角度だけ間欠回転させるとワーク支持具２（ワークＷ）が順次ずれて行き、次の加工動作に備えて静止する。そして、１加工後、各加工ツールユニット３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃがリニア駆動機構４０により後退移動し、インデックステーブル１３に保持されているワークＷとの干渉がなくなる程度に離れるとインデックステーブル１３は再び１ワークＷ分のピッチ角度だけ回転して静止し、再び加工動作を行うという工程を繰り返すことでこれらの間に配置されたワークＷへの加工が順次行われて成型が進み、一連の加工が終了した時点で所定の形状を有するボトル缶としてのワークＷが完成する。

そして、このように完成されたワークＷは、ディスチャージスターホイール５０によってインデックステーブル１３のワーク支持具２から排出される。
具体的には、インデックステーブル１３の間欠回転によりワークＷが図６におけるＹの位置に移動する際に、ワーク支持具２のエアシリンダが突出することによりワークＷがディスチャージスターホイール５０側に移載される。また、このとき、ワークＷにはワーク保持部５２のバキューム孔５３による吸引力が及ぶため、ワークＷをワーク保持部５２に確実に保持することが可能となっている。

この際、ワーク保持部５２が各収納凹部５１の回転方向Ｇ前方側に形成されていることから、該ワーク保持部５２がワークＷを回転方向Ｇ後方側から押すようなことはないためワークＷがディスチャージスターホイール５０とインデックステーブル１３との間に挟まれることはなく不要な圧力が及ぶこともない。

さらに、制御部によって、ディスチャージスターホイール５０の始動加速度がインデックステーブル１３の始動加速度よりも大きく設定されていることによって、ディスチャージ５０がインデックステーブル１３よりも常に先に移動する。
これによってディスチャージスターホイール５０に排出されたワークＷをインデックステーブル１３よりも確実に先に逃がすことができるため、ディスチャージスターホイール５０とインデックステーブル１３との干渉が起こることがなく、スムーズな間欠回転が可能となりワークＷに傷や凹みが付くのを防止することができる。

また、本実施形態においては、ワーク保持部５２のワーク導入部５４との境界部５１ａにおける接線ｌと、ワーク導入部５４とのなす角度θが−１５°≦θ＜０°の範囲内、具体的には−１０°に設定されているため、ワークＷを干渉することなく確実に逃がすことができるため、よりスムーズにインデックステーブル１３とディスチャージスターホイール５０とを間欠回転させることが可能となる。

また、ワークＷの外周面の周方向１／１２以上１／４以下の部分がワーク保持部５２に当接する構成とされているため、ワークＷを確実に吸着保持しつつも該ワークＷの排出を円滑に行うことができる。

以上、本発明による缶製造装置及び缶の製造方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、ディスチャージスターホイール５０にのみ本発明の搬送用ホイールを適用した例について説明したが、これに限られることはなく、インフィードスターホイール６０に上記スターホイールを適用してもよい。

この場合においても、インフィードスターホイール６０の始動加速度をインデックステーブル１３の始動加速度よりも大きくすることによって、ワークＷを受け渡したインフィードスターホイール６０が確実に先に逃げることになるため、インフィードスターホイール６０とインデックステーブル１３とのワークＷを介しての干渉が起こることはなく、ワークに傷や凹みが発生するのを防止することができる。

本発明の実施の形態によるボトル缶製造装置の概略構成を示す側面図である。 図１に示すツール支持台のＡ−Ａ線矢視図である。 ワーク支持台の斜視図である。 ワーク支持台の正面図である。 図３におけるディスチャージスターホイールの斜視図である。 図４の部分拡大図である。 ディスチャージスターホイールの側面図である。 一回の間欠回転におけるインデックステーブル、ディスチャージスターホイール及びインフィードスターホイールの速度と時間との関係を示した図である。

符号の説明

１ ボトル缶製造装置
３ 加工ツール
１０ ワーク支持台
１３ インデックステーブル
２０ ツール支持台
３０ 加工ツールユニット
５０ ディスチャージスターホイール（搬送用ホイール）
５１ 収納凹部
５１ａ 境界部
５２ ワーク保持部
５４ ワーク導入部
６０ インフィードスターホイール
Ｇ ディスチャージスターホイール（搬送用ホイール）回転方向

Claims (2)

1. 複数の円筒形状のワークを環状に支持し回転軸線を中心に間欠回転可能なインデックステーブルを備えるワーク支持台と、
   ワーク加工用の複数の加工ツールを支持し、前記ワーク支持台と前記回転軸線の方向に対向配置されるツール支持台と、
   前記インデックステーブルを間欠回転させながら前記加工ツールを前記インデックステーブルに近接離間させて前記ワークの加工を行う缶製造装置において、
   前記インデックステーブルから前記ワークを排出するディスチャージスターホイールとして搬送用ホイールが用いられ、
   前記インデックステーブルよりも前記ディスチャージスターホイールの始動加速度が大きくなるように間欠回転させる制御部が設けられ、
   前記搬送用ホイールは、軸線回りに回転される円盤形状をなし、外周面に複数形成された収納凹部に前記ワークを吸着保持して搬送する構成とされ、
   かつ、前記搬送用ホイールは、前記軸線に直交する断面において、前記収納凹部の搬送用ホイール回転方向前方側の壁面が、前記回転方向前方側に向かって凹曲面状をなすワーク保持部とされ、しかも、前記収納凹部の搬送用ホイール回転方向後方側の壁面が、前記回転方向後方側に向かうに従い径方向外側に延びるワーク導入部とされていることを特徴とする缶製造装置。
2. 請求項１に記載の缶製造装置を使用し、前記加工ツールを前記ワーク支持台に対して前記ワークの軸線方向で近接離間させてこれらの間に配置された前記ワークへの加工を行うようにしたことを特徴とする缶の製造方法。

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