JP6212923B2 - 円すいころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、円すいころ軸受に関する。

円すいころ軸受は、同サイズの他の転がり軸受と比較して負荷容量が大きく、剛性が高いという特徴を有している。
図７は、従来の円すいころ軸受を示す軸方向断面図であり、図８は、図７中の円すいころ軸受の径方向断面図である。図７及び図８に示すように、円すいころ軸受１００は、内輪１０１と、外輪１０２と、内外輪１０１，１０２間に転動自在に介在している複数の円すいころ１０３と、複数の円すいころ１０３を周方向に等間隔に保持している環状の保持器１０４とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

保持器１０４は、小径環状部１０５と、大径環状部１０６と、これら両環状部１０５，１０６の間に架設した複数の柱部１０７とを備えている。また、保持器１０４は、両環状部１０５，１０６と隣り合う柱部１０７とによって、円すいころ１０３を収容するポケット１０８を構成している。

この保持器１０４は、各ポケット１０８に収容される複数の円すいころ１０３によって軸方向及び径方向に位置決めされつつ、互いに隣り合う円すいころ１０３の間の間隔を保持するように構成されている。
このため、各ポケット１０８は、図８に示すように、その周方向の幅寸法が、円すいころ１０３の直径よりも小さく設定されており、円すいころ１０３が柱部１０７に摺接しつつポケット１０８に収容されている。保持器１０４は、各円すいころ１０３の転動面１０３ａに柱部１０７を摺接させることで、径方向に位置決めされるように構成されている。

また、保持器１０４は円すいころ１０３により精度よく位置決めされるために、図８に示すように、柱部１０７の円すいころ１０３と摺動する内側面１０８ａは、円すいころ１０３の転動面１０３ａに沿う凹曲面に形成されている。

特許第４１５１３４７号

従来の円すいころ軸受では、上述のように、保持器１０４が、内外輪１０１，１０２間で、ポケット１０８に収容されて個別に自転している複数の円すいころ１０３によって、軸方向及び径方向に位置決めされている。このため、複数の円すいころ１０３の内のいくつかが、ポケット１０８内で柱部１０７に噛み込んだり、噛み込むまでに至らずとも摩擦抵抗が大きくなり、回転トルクを増大させることがある。

元々、円すいころ軸受は、円すいころ１０３の端面と鍔部１０１ａ，１０１ｂとの間等、多くのすべり摺動部分を有することにより回転トルクが比較的大きく、上述のような保持器１０４に起因する摩擦抵抗も、回転トルクの増大化の一因となっていた。

さらに、円すいころ軸受を高速で回転させた場合、上述の摺動部分の摩擦抵抗が増大することに加え、互いに隣接している円すいころ１０３の間に介在している保持器１０４の柱部１０７が高速で回転する円すいころ１０３に噛み込んで巻き込まれ、保持器１０４が破損するおそれもあった。このため、上記従来の円すいころ軸受は、高速で回転させることが困難であるという問題も有していた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、回転トルクを低減しかつより高速回転が可能な円すいころ軸受を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、内輪軌道面を有する内輪と、前記内輪の外周側に同心に配置され前記内輪軌道面に対向している外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面との間に転動自在に介在している複数の円すいころと、小径環状部、前記小径環状部に対して所定間隔離して対向させた大径環状部、及びこれら環状部の間に架設した複数の柱部を有し、隣り合う柱部と前記環状部とによって囲まれる空間を、前記円すいころを収容するポケットとして構成している保持器と、を備えた円すいころ軸受において、前記両環状部の少なくとも一方には、前記円すいころ端面に対して摺接することで、前記円すいころ端面によって前記保持器を軸方向に位置決めする第１摺接面が設けられ、前記柱部には、前記外輪軌道面に摺接することで、前記外輪軌道面によって前記保持器を径方向に位置決めする第２摺接面が設けられ、前記ポケットを径方向外側からみたときにおける、前記柱部と、前記円すいころの転動面の輪郭との間には所定のクリアランスが設けられていることを特徴としている。

上記のように構成された円すいころ軸受によれば、保持器は第１摺接面によって軸方向に位置決めされ、第２摺接面によって径方向に位置決めされる。このため、保持器は、径方向については、複数の円すいころによって位置決めされる必要がないので、ポケットと円すいころとの間に適度なクリアランスを設けることができる。このクリアランスによって、柱部と円すいころとの間の摺動摩擦を低減するとともに、柱部が円すいころに噛み込まれるのを抑制でき、当該円すいころ軸受の回転トルクを低減できる。
さらに、上述のように柱部の円すいころに対する噛み込みが抑制されるので、たとえ円すいころ軸受が高速で回転したとしても、当該柱部が円すいころに巻き込まれるのを抑制することができ、この結果、当該円すいころ軸受をより高速で回転可能とすることができる。

上記円すいころ軸受において、前記小径環状部は、前記内輪の軸方向一端側に設けられている小鍔部と前記外輪の軸方向一端部とで構成される環状開口部を、前記小鍔部及び前記外輪の軸方向一端部それぞれとの間でわずかな隙間をあけて塞いでいることが好ましい。
この場合、当該円すいころ軸受内部を潤滑するための潤滑油が、環状開口部から軸受内部に必要以上に流入するのを制限することができ、潤滑油過多による撹拌抵抗の増加等を抑制できる。これにより、円すいころ軸受の回転トルクをより低減することができる。

また、上記円すいころ軸受において、前記大径環状部は、前記内輪の軸方向他端側に設けられている大鍔部と前記外輪の軸方向他端部とで構成される環状開口部を、前記大鍔部との間でわずかな隙間をあけて塞いでいることが好ましい。
この場合、当該円すいころ軸受内部に流入している潤滑油が、環状開口部から軸受外部に必要以上に排出されるのを制限することができる。このため、互いにすべり摺動する大鍔部と、円すいころの大径側端面との接触部付近に潤滑油を保持させることができる。これにより、大鍔部と円すいころとの間の摺動摩擦を低減するとともに焼き付き等の発生を抑制することができる。

また、前記大径環状部の内周側には、前記大鍔部外周面に摺接することで、前記大鍔部外周面によって前記保持器を径方向に位置決めする第３摺接面が設けられていてもよく、この場合、外輪軌道面、及び内輪の大鍔部外周面の両方によって保持器を径方向に位置決めすることができるので、当該保持器をより安定して位置決めすることができる。

大鍔部を有する内輪側においては潤滑油を保持する必要がある一方、外輪側においては、潤滑油による撹拌抵抗や粘性抵抗等の増加を抑制する必要がある。
このため、前記大径環状部の外周側には、当該大径環状部における前記ポケットの外周端縁を径方向内側に切り欠くことで、前記内外輪間を潤滑するための潤滑油を軸受内部から排出するための切欠部が形成されていることが好ましい。
この場合、外輪軌道面に沿って軸受外部に流出しようとする潤滑油を速やかに外部に排出することができる。これにより、内輪側においては軸受内部に適度に潤滑油を保持しつつ、外輪側においては、潤滑油過多による撹拌抵抗等の増加を抑制することができ、円すいころ軸受の回転トルクをより低減することができる。

上記円すいころ軸受において、前記柱部の前記ポケット内側に臨む内側面は、径方向に沿ってほぼ直線状に形成されていてもよい。
この場合、柱部によって、互いに隣り合う円すいころ同士を離間させつつ、柱部の内側面と、円すいころとの接触面を極力減少させることができる。これにより、摩擦抵抗をさらに低下させることができる。

また、前記柱部の径方向内側の先端は、前記円すいころの軸中心のピッチ円よりも径方向内側に位置していることが好ましく、この場合、例えば、前記先端が前記ピッチ円の径方向外側に位置する場合と比較して、互いに隣り合う円すいころ同士を柱部によって確実に離間させ保持することができる。

本発明の円すいころ軸受によれば、回転トルクを低減しかつより高速回転を可能とすることができる。

本発明の一実施形態に係る円すいころ軸受の軸方向断面図である。 保持器の斜視図である。 円すいころ軸受の断面図であり、切欠部の態様を説明するために、円すいころを省略して示した図である。 保持器のポケットを径方向外側からみたときの外観図である。 図４中、Ｖ−Ｖ線断面図である。 大径環状部の変形例を示す要部断面図である。 従来の円すいころ軸受を示す軸方向断面図である。 従来の円すいころ軸受の径方向断面図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る円すいころ軸受の軸方向断面図である。
円すいころ軸受１は、内輪２と、内輪２の外周側に同心に配置された外輪３と、内外輪２，３の間に配列された複数の円すいころ４とを備えている。
内輪２は、軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成された環状の部材であり、その外周には、複数の円すいころ４が転動する内輪軌道面２ａが形成されている。
外輪３も、内輪２同様、軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成された環状の部材であり、その内周には、内輪軌道面２ａに対向しているとともに、複数の円すいころ４が転動する外輪軌道面３ａが形成されている。
円すいころ４は、軸受鋼等を用いて形成された部材であり、内輪軌道面２ａと外輪軌道面３ａとの間に転動自在に介在している。

また、円すいころ軸受１は、複数の円すいころ４を保持している保持器１０を備えている。
図２は、保持器１０の斜視図である。図２及び図１も参照して、保持器１０は、射出成形等によって形成された合成樹脂製の部材であり、所定間隔離して対向させた一対の環状部１１，１２（小径環状部１１、及び大径環状部１２）と、これら環状部１１，１２の間に周方向に所定間隔をおいて架設された複数の柱部１３とを備えている。一対の環状部１１，１２と、互いに隣り合う２本の柱部１３とによって囲まれる空間が、円すいころ４を収容保持するポケット１４を構成している。

保持器１０は、内輪２及び外輪３の間の環状空間に配置されており、複数の円すいころ４をそれぞれ各ポケット１４に収容し、複数の円すいころ４が円周方向にほぼ等間隔に配置されるように保持している。

この保持器１０は、両環状部１１，１２のポケット１４側に臨む環状部側面１１ｃ，１２ｃが円すいころ４の両端面４ａ，４ｂに摺接することによって、軸方向への移動が規制されている。つまり、保持器１０は、両環状部１１，１２が円すいころ４の端面４ａ，４ｂに摺接することで、軸方向に位置決めされている。
このように、環状部１１，１２の環状部側面１１ｃ，１２ｃは、円すいころ４の端面４ａ，４ｂに対して摺接することで、円すいころ４の端面４ａ，４ｂによって保持器１０を軸方向に位置決めする第１摺接面を構成している。

また、保持器１０は、図２に示すように、各柱部１３の径方向外側面１３ａが、外輪軌道面３ａに沿う円すい面形状に形成されており、内輪２及び外輪３が相対回転すると、保持器１０は、柱部１３の外側面１３ａを外輪軌道面３に摺接させながら円周方向に回転する。
つまり、本実施形態の保持器１０は、外輪軌道面３ａに摺接することで、外輪軌道面３ａによって径方向に位置決めされている。
このように、本実施形態の柱部１３の外側面１３ａは、外輪軌道面３ａに摺接することで、外輪軌道面３ａによって保持器１０を径方向に位置決めする第２摺接面を構成している。

小径環状部１１は、比較的厚肉に形成された円環状の部分であり、内輪２の軸方向一端側に設けられている小鍔部５と、外輪３の軸方向一端部６との間に配置されており、小鍔部５と、外輪３の軸方向一端部６とで構成される一端側環状開口部Ａ１を塞いでいる。

小径環状部１１の内周面１１ａは、ほぼ円筒状に形成されており、小鍔部５の外周面５ａとの間で、わずかな隙間を形成している。
小径環状部１１の外周面１１ｂは、柱部１３の外側面１３ａに沿うテーパ面に形成されており、軸方向一端部６の内周面６ａとの間で、わずかな隙間を形成している。
このように、小径環状部１１は、小鍔部５及び外輪３の軸方向一端部６それぞれの間でわずかな隙間をあけつつ、一端側環状開口部Ａ１を塞いでいる。

これら一端側環状開口部Ａ１を塞いで形成された軸方向一端側のわずかな隙間は、軸受内部に流入する当該円すいころ軸受１を潤滑するための潤滑油の流入口となる。
つまり、円すいころ軸受１は、内外輪２，３が相対回転すると、その遠心力によって、軌道面２ａ，３ａの径寸法が小さい方から大きい方に向かって軸受内部の潤滑油を流動させようとするポンプ作用を生じさせる。

円すいころ軸受１には、上記ポンプ作用によって、一端側環状開口部Ａ１から潤滑油が流入する。このため、上述の軸方向一端側のわずかな隙間は、軸受内部に流入する当該円すいころ軸受１を潤滑するための潤滑油の流入口となる。

ここで、軸受内部に流入する潤滑油が必要以上に多量になると、潤滑油の撹拌抵抗や粘性抵抗によって円すいころ軸受１の回転トルクを増加させるおそれがある。
この点、本実施形態では、小径環状部１１が、小鍔部５及び外輪３の軸方向一端部６それぞれの間でわずかな隙間をあけつつ、一端側環状開口部Ａ１を塞いでいるので、潤滑油が一端側環状開口部Ａ１から軸受内部に必要以上に流入するのを制限することができ、潤滑油過多による撹拌抵抗の増加等を抑制できる。これにより、円すいころ軸受１の回転トルクを低減することができる。

大径環状部１２も、小径環状部１１と同様、比較的厚肉に形成された円環状の部分であり内輪２の軸方向他端側に設けられている大鍔部７と、外輪３の軸方向他端部８との間に配置されており、大鍔部７と、外輪３の軸方向他端部８とで構成される他端側環状開口部Ａ２を塞いでいる。

大径環状部１２外周側には、周方向全体に亘ってその外周端部を切り欠いている切欠部１５が形成されている。
図３は、円すいころ軸受の断面図であり、切欠部１５の態様を説明するために、円すいころを省略して示した図である。
図３及び図２も参照して、切欠部１５は、大径環状部１２における軸方向外側端縁からポケット１４の外周端縁を越えて柱部１３の外周端部にまで亘って、径方向内側に切り欠いて形成されており、ほぼ円筒形状に形成された円筒面１５ａと、円筒面１５ａから柱部１３の外側面１３ａの端縁に繋がる段差面１５ｂとによって構成されている。

図３に示すように、切欠部１５は、ポケット１４の軸方向他端側の外周端縁を径方向内側に切り欠いている。仮にこの切欠部１５が形成されていない場合、ポケット１４の軸方向他端側の外周端縁は、大径環状部１２と、外輪軌道面３ａとによって軸受外部に対して閉鎖された状態となる。しかし、本実施形態では、ポケット１４の軸方向他端側の外周端縁を径方向内側に切り欠いている切欠部１５が形成されているので、ポケット１４の軸方向他端側が軸受外部に向けて開放されている。
このため、外輪軌道面３ａに沿ってポケット１４内に流入する潤滑油は、切欠部１５によって、軸受外部に速やかに排出される。

切欠部１５の円筒面１５ａは、外輪３における軸方向他端部８の内周面８ａとの間で、隙間を形成している。
また、大径環状部１２の内周面１２ａは、柱部１３の内周面に沿うテーパ面に形成されており、大鍔部７の外周面７ａとの間で、わずかな隙間を形成している。
このように、大径環状部１２は、大鍔部７との間でわずかな隙間をおきつつ、他端側環状開口部Ａ２を塞いでいる。

これら他端側環状開口部Ａ２を塞いで形成された軸方向他端側のわずかな隙間は、上記ポンプ作用によって軸受内部に流入している潤滑油の排出口となる。
つまり、上記ポンプ作用によって軸受内部に流入した潤滑油は、軸受内部における潤滑に供され、他端側環状開口部Ａ２から排出される。このため、上述の軸方向他端側のわずかな隙間は、上記ポンプ作用によって軸受内部に流入している潤滑油の排出口となる。

本実施形態では、大径環状部１２が、大鍔部７との間でわずかな隙間をおきつつ、他端側環状開口部Ａ２を塞いでいるので、円すいころ軸受１内部に流入している潤滑油が、他端側環状開口部Ａ２から軸受外部に必要以上に排出されるのを制限することができる。

特に、大鍔部７で、潤滑油が排出されるのを制限するので、互いにすべり摺動する大鍔部７と、円すいころ４の大径側端面４ｂとの接触部付近である、内輪軌道面２ａと大鍔部７とが繋がっている角部Ｋ（図３参照）付近に潤滑油を保持させることができる。これにより、大鍔部７と円すいころ４との間の摺動摩擦を低減するとともに焼き付き等の発生を抑制することができる。

なお、大鍔部７を有する内輪２側においては潤滑油を保持する必要がある一方、外輪３側においては、潤滑油による撹拌抵抗や粘性抵抗等の増加を抑制する必要がある。
この点、本実施形態では、大径環状部１２の外周側に、ポケット１４の外周端縁を径方向内側に切り欠くことで、潤滑油を軸受内部から排出する切欠部１５が形成されているので、外輪軌道面３ａに沿って軸受外部に流出しようとする潤滑油を速やかに外部に排出することができる。

これにより、内輪２側においては軸受内部に適度に潤滑油を保持しつつ、外輪３側においては、潤滑油過多による撹拌抵抗等の増加を抑制することができる。この結果、大鍔部と円すいころとの間の焼き付き等の発生を抑制しつつも、円すいころ軸受の回転トルクをより低減することができる。

図４は、保持器１０のポケット１４を径方向外側からみたときの外観図である。
図に示すように、ポケット１４には、当該ポケット１４に収容されている円すいころ４の転動面４ｃ（の径方向両側）に対して、円周方向に所定のクリアランスｃ１が設けられている。
また、円すいころ４の両端面に対して、軸方向に所定のクリアランスｃ２が設けられている。

本実施形態の円すいころ軸受１では、保持器１０は、両環状部１１，１２の環状部側面１１ｃ，１２ｃ（第１摺接面）によって軸方向に位置決めされる。
また、柱部１３には、外輪軌道面３ａに摺接することで、外輪軌道面３ａによって保持器１０を径方向に位置決めする外側面１３ａ（第２摺接面）が設けられているので、保持器１０は外輪軌道面３ａによって安定して径方向に位置決めされる。このため、保持器１０は、複数の円すいころ４によって位置決めされる必要がないので、ポケット１４と円すいころ４との間に、図４に示すように、適度なクリアランスｃ１，ｃ２を設けることができる。このクリアランスｃ１，ｃ２によって柱部１３が常に円すいころ４に摺接するのを抑制し、柱部１３と円すいころ４との間の摺動摩擦を低減することができる。また、柱部１３が円すいころ４に噛み込まれるのを抑制でき、当該円すいころ軸受１の回転トルクを低減できる。
さらに、上述のように柱部１３の円すいころ４に対する噛み込みが抑制されるので、たとえ円すいころ軸受１が高速で回転したとしても、当該柱部１３が円すいころ４に巻き込まれるのを抑制することができ、この結果、当該円すいころ軸受１をより高速で回転可能とすることができる。

このように、本実施形態の円すいころ軸受１によれば、回転トルクを低減しかつより高速で回転可能とすることができる。
なお、上記クリアランスｃ１，ｃ２は、円すいころ４が、ポケット１４内で、噛み込みが生じるのを抑制でき、かつ柱部１３の巻き込みが抑制できる程度に設定されており、例えば、０．数ミリ程度に設定されている。

図５は、図４中、Ｖ−Ｖ線断面図であり、保持器１０の径方向の要部断面を示している。
ポケット１４を構成している柱部１３において、当該ポケット１４の内側に臨む柱部側面１３ｂは、図５に示すように、径方向に沿ってほぼ直線状に形成されている。
上述のように、ポケット１４に円すいころ４に対するクリアランスｃ１，ｃ２を設けたことに加え、柱部側面１３ｂを径方向に沿ってほぼ直線状に形成したので、柱部１３によって互いに隣り合う円すいころ同士を離間させつつ、柱部１３の柱部側面１３ｂと、円すいころ４の転動面４ｃとの接触面を極力減少させることができる。この結果、両者間の摩擦抵抗をさらに低下させることができる。

また、柱部１３の径方向内側の先端１３ｃは、図５に示すように、円すいころ４の軸中心のピッチ円Ｐよりも径方向内側に位置している。
この場合、例えば、柱部１３の先端１３ｃがピッチ円Ｐの径方向外側に位置している場合と比較して、互いに隣り合う円すいころ４同士を柱部１３によって確実に離間させ保持することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されることはない。上記実施形態では、保持器１０の大径環状部１２における内周面１２ａを、柱部１３の内周面に沿うテーパ面に形成した場合を例示したが、例えば、図６に示すように、この内周面１２ａを大鍔部７の外周面７ａに摺接する円筒面状に形成してもよい。
この場合、第３摺接面としての内周面１２ａが大鍔部７の外周面７ａに摺接することで、保持器１０は、大鍔部７の外周面７ａによって径方向に位置決めされる。
よって、外輪軌道面３ａ、及び大鍔部７の外周面７ａの両方によって保持器１０を径方向に位置決めすることができ、当該保持器１０をより安定して位置決めすることができる。

さらに、図６の場合、大径環状部１２の内周面１２ａと、大鍔部７の外周面７ａとの間をほぼ塞ぐこととなるので、内輪２側から軸受内部の潤滑油が排出されるのをさらに制限することができ、上記実施形態の場合と比較して、大鍔部７と、円すいころ４の大径側端面４ｂとの接触部付近により多くの潤滑油を保持させることができる。

１ 円すいころ軸受 ２ 内輪 ２ａ 内輪軌道面 ３ 外輪
３ａ 外輪軌道面 ４ 円すいころ ４ａ，４ｂ 端面 ５ 小鍔部
６ 軸方向一端部 ７ 大鍔部 ８ 軸方向他端部 １０ 保持器
１１ 小径環状部 １１ｃ 環状部側面 １２ 大径環状部
１２ｃ 環状部側面 １３ 柱部 １３ａ 外側面 １３ｂ 柱部側面
１４ ポケット １５ 切欠部 Ａ１ 一端側環状開口部
Ａ２ 他端側環状開口部

Claims (7)

1. 内輪軌道面を有する内輪と、
   前記内輪の外周側に同心に配置され前記内輪軌道面に対向している外輪軌道面を有する外輪と、
   前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面との間に転動自在に介在している複数の円すいころと、
   小径環状部、前記小径環状部に対して所定間隔離して対向させた大径環状部、及びこれら環状部の間に架設した複数の柱部を有し、隣り合う柱部と前記環状部とによって囲まれる空間を、前記円すいころを収容するポケットとして構成している保持器と、を備えた円すいころ軸受において、
   前記両環状部の少なくとも一方には、前記円すいころ端面に対して摺接することで、前記円すいころ端面によって前記保持器を軸方向に位置決めする第１摺接面が設けられ、
   前記柱部には、前記外輪軌道面に摺接することで、前記外輪軌道面によって前記保持器を径方向に位置決めする第２摺接面が設けられ、
   前記ポケットを径方向外側からみたときにおける、前記柱部と、前記円すいころの転動面の輪郭との間には所定のクリアランスが設けられている
   円すいころ軸受。
2. 前記小径環状部は、前記内輪の軸方向一端側に設けられている小鍔部と前記外輪の軸方向一端部とで構成される環状開口部を、前記小鍔部及び前記外輪の軸方向一端部それぞれとの間でわずかな隙間をあけて塞いでいる請求項１に記載の円すいころ軸受。
3. 前記大径環状部は、前記内輪の軸方向他端側に設けられている大鍔部と前記外輪の軸方向他端部とで構成される環状開口部を、前記大鍔部との間でわずかな隙間をあけて塞いでいる請求項１又は２に記載の円すいころ軸受。
4. 前記大径環状部の内周側には、前記大鍔部外周面に摺接することで、前記大鍔部外周面によって前記保持器を径方向に位置決めする第３摺接面が設けられている請求項３に記載の円すいころ軸受。
5. 前記大径環状部の外周側には、当該大径環状部における前記ポケットの外周端縁を径方向内側に切り欠くことで、前記内外輪間を潤滑するための潤滑油を軸受内部から排出するための切欠部が形成されている請求項３又は４に記載の円すいころ軸受。
6. 前記柱部の前記ポケット内側に臨む内側面は、径方向に沿ってほぼ直線状に形成されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の円すいころ軸受。
7. 前記柱部の径方向内側の先端は、前記円すいころの軸中心のピッチ円よりも径方向内側に位置している請求項６に記載の円すいころ軸受。

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