JP6393054B2 - ワイパシステム制御方法及びワイパシステム - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載されるワイパシステムに関し、特に、ウインドシールド払拭時におけるワイパブレードの動作姿勢の最適化技術に関する。

ワイパ装置の払拭性能を左右する特性値として、ワイパブレード（以下、適宜ブレードと略記する）とウインドシールドとの間の角度を示すエラーアングルが知られている。エラーアングルは、ウインドシールド上の水滴を効率良く払拭するため、ワイパブレードの上下反転位置の中間では０（払拭面とブレードが直角）よりもややブレードを引きずる方向に設定されるのが一般的である。その場合、ワイパ動作の往路と復路では、ワイパブレードの傾く方向が逆（エラーアングルの設定方向が逆）となるため、ブレードは反転動作後に傾き方向が逆転し、その後、やや引きずる形で払拭動作が行われる。

実開平3-75063号公報 実開平5-56699号公報 特開平5-124488号公報 実開平5-15685号公報

一方、従来のワイパシステムでは、ワイパアームを１軸のピボット軸にて揺動させており、特許文献１,２のように、エラーアングルは機械的な構造によって設定されている。このため、最適なブレードの傾きで払拭動作をさせることができず、条件によっては払拭ムラが生じてしまう場合があった。これに対し、特許文献３のように、ワイパアームの動作に合わせてエラーアングルを変化させる機構を設け、ブレード位置に応じたエラーアングルを設定できるようにしたものも提案されている。しかしながら、このような機構を備えたワイパシステムは、構造が複雑となり故障原因が増すと共に、装置重量やコストも増大するという問題があった。

本発明の目的は、複雑な機構を付加することなく、払拭時におけるワイパブレードの動作姿勢を最適化し、安定した払拭動作を実現することにある。

本発明のワイパシステム制御方法は、払拭面上にて往復払拭動作を行うワイパブレードと、前記ワイパブレードを往復払拭動させるための電動モータとを備えてなるワイパシステムの制御方法であって、前記ワイパブレードは、往路払拭動作時と復路払拭動作時に異なる方向のエラーアングルにて動作し、該ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記エラーアングルが切り替えられ、前記電動モータは、前記ワイパブレードを往復動させる回転軸を有すると共に、前記回転軸と直交する２方向の各軸を中心に回転可能な３軸方向の動作自由度を有し、前記ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記電動モータを、該電動モータが回転可能な前記軸のうち、前記ワイパブレードの延伸方向に沿って延びる軸を中心として回転させ、前記エラーアングルを反対方向に切り替えることを特徴とする。

本発明にあっては、上下各反転位置にてワイパブレードの傾斜方向が直ちに切り替わり、ブレードの作動方向が逆転した後も当初から払拭方向に適した姿勢で払拭動作が行われる。このため、反転後の払拭途中でブレードの傾きが切り替わる場合に比して、払拭ムラなどの拭き不良の発生が抑えられる。

さらに、本発明の他のワイパシステム制御方法は、払拭面上にて往復払拭動作を行うワイパブレードと、前記ワイパブレードを往復払拭動させるための電動モータとを備え、前記ワイパブレードは、往路払拭動作時と復路払拭動作時に異なる方向のエラーアングルにて動作し、該ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記エラーアングルが切り替えられるワイパシステムの制御方法であって、前記ワイパシステムは、前記電動モータの回転軸にジョイント部材を介して接続されたピボット軸と、該ピボット軸に取り付けられると共に前記ワイパブレードが装着されるワイパアームと、を備え、前記ジョイント部材は、前記ピボット軸が接続されるピボットパーツと、ピボットパーツに取り付けられ前記ピボット軸と直交すると共に前記ワイパブレードの延伸方向に沿って延びる第１軸を中心に揺動可能な第１ジョイントと、該第１ジョイントに取り付けられ前記ピボット軸及び前記第１軸方向と直交する第２軸を中心に揺動可能な第２ジョイントと、を備え、前記第１ジョイントは、該第１ジョイントに固定され前記第１軸に沿って配置された第１支持軸によって前記ピボットパーツに揺動自在に取り付けられ、前記第２ジョイントは、該第２ジョイントに固定され前記第２軸に沿って配置された第２支持軸によって前記第１ジョイントに揺動自在に取り付けられ、前記第１ジョイント内には、前記第１支持軸を回転させるための第１モータが収容されると共に、前記第２ジョイント内には、前記第２支持軸を回転させるための第２モータが収容され、前記ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記第１モータを回転させることにより、前記ジョイント部材を前記第１軸を中心として回転させ、前記エラーアングルを反対方向に切り替えることを特徴とする。

一方、本発明のワイパシステムは、払拭面上にて往復払拭動作を行うワイパブレードと、前記ワイパブレードを往復払拭動させるための電動モータと、を備えてなるワイパシステムであって、前記ワイパシステムは、前記ワイパブレードを往路払拭動作時と復路払拭動作時において異なる方向のエラーアングルにて動作させ、該ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記エラーアングルを切り替える制御手段を有し、前記電動モータは、前記ワイパブレードを往復動させる回転軸を有すると共に、前記回転軸と直交する２方向の各軸を中心に回転可能な３軸方向の動作自由度を有し、前記制御手段は、前記ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記電動モータを、該電動モータが回転可能な前記軸のうち、前記ワイパブレードの延伸方向に沿って延びる軸を中心として回転させ、前記エラーアングルを反対方向に切り替えることを特徴とする。

本発明にあっては、制御手段により、上下各反転位置にてワイパブレードの傾斜方向が直ちに切り替えられ、ブレードの作動方向が逆転した後も当初から払拭方向に適した姿勢で払拭動作が行われる。このため、反転後の払拭途中でブレードの傾きが切り替わる場合に比して、払拭ムラなどの拭き不良の発生が抑えられる。

さらに、本発明の他のワイパシステムは、払拭面上にて往復払拭動作を行うワイパブレードと、前記ワイパブレードを往復払拭動させるための電動モータと、前記ワイパブレードを往路払拭動作時と復路払拭動作時において異なる方向のエラーアングルにて動作させ、該ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記エラーアングルを切り替える制御手段と、を備えてなるワイパシステムであって、前記ワイパシステムは、前記電動モータの回転軸にジョイント部材を介して接続されたピボット軸と、該ピボット軸に取り付けられると共に前記ワイパブレードが装着されるワイパアームと、を備え、前記ジョイント部材は、前記ピボット軸が接続されるピボットパーツと、ピボットパーツに取り付けられ前記ピボット軸と直交すると共に前記ワイパブレードの延伸方向に沿って延びる第１軸を中心に揺動可能な第１ジョイントと、該第１ジョイントに取り付けられ前記ピボット軸及び前記第１軸方向と直交する第２軸を中心に揺動可能な第２ジョイントと、を備え、前記第１ジョイントは、該第１ジョイントに固定され前記第１軸に沿って配置された第１支持軸によって前記ピボットパーツに揺動自在に取り付けられ、前記第２ジョイントは、該第２ジョイントに固定され前記第２軸に沿って配置された第２支持軸によって前記第１ジョイントに揺動自在に取り付けられ、前記第１ジョイント内には、前記第１支持軸を回転させるための第１モータが収容されると共に、前記第２ジョイント内には、前記第２支持軸を回転させるための第２モータが収容され、前記ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記制御手段によって前記第１モータを回転させることにより、前記ジョイント部材を前記第１軸を中心として回転させ、前記エラーアングルを反対方向に切り替えることを特徴とする。

本発明のワイパシステム制御方法によれば、ワイパブレードを往路払拭動作時と復路払拭動作時に異なる方向のエラーアングルにて動作させると共に、ワイパブレードが反転位置に到達したときエラーアングルを切り替えるようにしたので、上下各反転位置にて、ワイパブレードの傾斜方向が直ちに切り替わり、ブレードの作動方向が逆転した後も当初から払拭方向に適した姿勢で払拭動作を行わせることができる。このため、反転後の払拭途中でブレードの傾きが切り替わる場合に比して、払拭ムラなどの拭き不良の発生を抑えることが可能となる。また、複雑な機構を用いることなくエラーアングルを制御でき、故障や重量増大等の問題も解消すると共に、コンパクトなシステムを実現できレイアウト性の向上も図られる。

本発明のワイパシステムによれば、ワイパブレードを往路払拭動作時と復路払拭動作時に異なる方向のエラーアングルにて動作させると共に、ワイパブレードが反転位置に到達したときエラーアングルを切り替える制御手段を設けたので、上下各反転位置にて、ワイパブレードの傾斜方向が直ちに切り替わり、ブレードの作動方向が逆転した後も当初から払拭方向に適した姿勢で払拭動作を行わせることができる。このため、反転後の払拭途中でブレードの傾きが切り替わる場合に比して、払拭ムラなどの拭き不良の発生を抑えることが可能となる。また、複雑な機構を用いることなくエラーアングルを制御でき、故障や重量増大等の問題も解消すると共に、コンパクトなシステムを実現できレイアウト性の向上も図られる。

本発明の実施の形態１であるワイパシステムの構成を示す説明図である。 図１のワイパシステムにて使用されるモータの構成を示す説明図である。 図１のワイパシステムにおけるブレード動作を示す説明図である。 本発明の実施の形態２であるワイパシステムの要部の構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態３であるワイパシステムに使用されるジョイントの構成を示す説明図である。 ワイパブレードのエラーアングルを切り替える機構の他の例を示す説明図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態１であるワイパシステム１の構成を示す説明図である。図１に示すように、当該ワイパシステム１は、３軸方向の自由度を有するブラシレスモータ２（電動モータ：以下、モータ２と略記する）と、モータ２の回転軸と接続されたピボット軸３、ピボット軸３に固定されたワイパアーム４、及び、ワイパアーム４に着脱可能に取り付けられたワイパブレード５を備えている。ワイパブレード５は、車両のウインドシールドガラス６（以下、ガラス６と略記する）上に配置され、ワイパアーム４内に取り付けられた図示しないスプリングによって押圧された状態でガラス６に接触している。ワイパアーム４は、ピボット軸３の正逆転によって上下に揺動し、それに伴い、ワイパブレード５はガラス６上に設定された上下反転位置間にて揺動払拭動作を行うようになっている。

本発明によるワイパシステム１では、ワイパアームの駆動源として３自由度モータを使用することにより、常に進行方向にブレードを傾けながら払拭動作を行わせ、安定した払拭動作の実現を図っている。図２には、モータ２の構成を示す説明図である（「多次元アクチュエータ」公益社団法人 計測自動制御学会 「ＳＩＣＥオンライン・ハンドブック」より）。モータ２は、球面状のステータ１１と、半球状のロータ１２とから構成される多次元アクチュエータである。ロータ１２は、回転軸１３と、回転軸１３に固定された半球状のロータコア１４を備えている。回転軸１３は、軸受１５に回転自在に支持されており、ピボット軸３と接続される。

ステータ１１には、３組のコイル１６が設けられており、各コイル１６の励磁電流を適宜制御することにより、Ｘ,Ｙ,Ｚ軸を中心に、ロータ１２を回転させたり（Ｚ軸）、揺動させたり（Ｘ,Ｙ軸）できるようになっている。この場合、Ｘ,Ｙ軸は、回転軸１３とそれぞれ直交する２方向の軸であり、モータ２は、Ｘ,Ｙ軸を中心に回転可能な３軸方向の動作自由度を持つモータ（アクチュエータ）となっている。モータ２をＸ軸を中心に回転させると、ワイパブレード５は、その延伸方向に沿った軸を中心として回転する。また、モータ２をＹ軸を中心に回転させると、ワイパブレード５は、上下方向（ガラス６に対して垂直方向）に揺動する。各コイル１６に対する供給電流は、回転角度センサ１７の検出値に基づいて、コントローラ（制御手段）１８によって制御される。

図３は、図１のワイパシステム１におけるブレード動作を示す説明図であり、ワイパブレード５を先端側から見た状態を示している。図３に示すように、ワイパシステム１では、上下反転位置の間はワイパブレード５の上部側を進行方向に傾けた状態で作動する。ワイパブレード５のエラーアングルθは、上下反転位置の間は同方向への傾きにて維持されるが、往路（下→上：図３（ａ））と復路（上→下：図３（ｂ））で反対となる。なお、ここでは、往路時のθを＋方向、復路時のθを−方向とする。ワイパシステム１では、ガラス６の曲面の変化や払拭速度、走行速度等に応じて、モータ２のＸ,Ｙ軸方向の回転がコントローラ１８によって適宜制御され、アーム圧やワイパブレード５の姿勢（エラーアングルやディプレッションアングル）が最適な状態にコントロールされる。

一方、ワイパブレード５が上下各反転位置に到達したときは、その瞬間、モータ２をＸ軸（図３の紙面垂直方向）を中心として回転作動させ、ワイパブレード５の傾斜方向を変える。これにより、エラーアングルθは、上反転位置では＋方向から−方向に（図３（ｃ））、下反転位置では−方向から＋方向に（図３（ｄ））にそれぞれ転じる。すなわち、上下各反転位置にてワイパブレードの傾斜方向（エラーアングル）が直ちに反対方向に切り替わる。従って、作動方向が逆転した後も当初から払拭方向に適した姿勢で払拭動作が行われ、反転後の払拭途中でブレードの傾きが切り替わる場合に比して、払拭ムラなどの拭き不良の発生を抑えることが可能となる。また、複雑な機構を用いることなくエラーアングルを制御でき、故障や重量増大等の問題も解消すると共に、コンパクトなシステムを実現できレイアウト性の向上も図られる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２であるワイパシステム２０の要部の構成を示す説明図である。なお、以下の実施の形態では、実施の形態１と同様の部材、部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。図４に示すように、本実施の形態では、ワイパアーム４が基部２１と先端部２２とに分割されている。基部２１はピボット軸３に固定され、先端部２２にはワイパブレード５が取り付けられる。先端部２２の基部２１側には回転支持軸２３が設けられており、基部２１側に配置されたモータ２４の回転軸と接続されている。モータ２４を作動させると、回転支持軸２３と共に先端部２２が回転し、それに伴い、ワイパブレード５も揺動する。モータ２４は、コントローラ（制御手段）２５にて制御される。

このようなワイパシステム２０では、ワイパブレード５が上下各反転位置に到達したとき、モータ２４を作動させ、ワイパブレード５の傾斜方向を変える。これにより、エラーアングルθが、上下各反転位置にて切り替わる。従って、前述同様、作動方向が逆転した後も当初から払拭方向に適した姿勢で払拭動作が行われ、払拭ムラなどの拭き不良の発生が抑えられる。また、複雑な機構を用いることなくエラーアングルを制御でき、故障や重量増大等の問題も解消すると共に、コンパクトなシステムを実現できレイアウト性も向上する。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３であるワイパシステム３０の構成を示す説明図である。図５に示すように、本実施の形態では、ワイパモータ３１とピボット軸３との間にジョイント（ジョイント部材）３２が設けられている。ジョイント３２は、ピボット軸３が接続されるピボットパーツ３３と、ピボットパーツ３３に取り付けられＸ軸（第１軸）を中心として揺動可能な第１ジョイント３４と、第１ジョイント３４に取り付けられＹ軸（第２軸）を中心として揺動可能な第２ジョイント３５を備えている。第１ジョイント３４は、ピボットパーツ３３に支持軸（第１支持軸）３６によって揺動自在に取り付けられている。第２ジョイント３５は、第１ジョイント３４に支持軸３７（第２支持軸）によって揺動自在に取り付けられている。支持軸３６はピボットパーツ３３に、支持軸３７は第１ジョイント３４にそれぞれ固定されている。

第１,第２ジョイント３４,３５内にはそれぞれ、支持軸３６,３７を回転させるためのモータ３８（第１モータ）,３９（第２モータ）が収容されている。モータ３８,３９の回転は減速機構４１,４２によって支持軸３６,３７に伝達され、モータ３８,３９が作動すると、支持軸３６,３７と共にピボットパーツ３３や第１ジョイント３４が回転し、それに伴い、ワイパブレード５も揺動する。モータ３８,３９は、コントローラ（制御手段）４３によって制御される。

このようなワイパシステム３０では、ワイパブレード５が上下各反転位置に到達したとき、モータ３８を作動させ、ジョイント３２をＸ軸を中心として回転させ、ワイパブレード５の傾斜方向を変える。これにより、エラーアングルθが、上下各反転位置にて切り替わる。従って、前述同様、作動方向が逆転した後も当初から払拭方向に適した姿勢で払拭動作が行われ、払拭ムラなどの拭き不良の発生が抑えられる。また、複雑な機構を用いることなくエラーアングルを制御でき、故障や重量増大等の問題も解消すると共に、コンパクトなシステムを実現できレイアウト性も向上する。なお、ワイパシステム３０においても、ガラス６の曲面の変化に応じてモータ３８,３９を適宜制御し、ワイパブレード５の姿勢を最適な状態にコントロールすることが可能である。

本発明は前述のような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施形態では、３軸方向の自由度を有するブラシレスモータ（アクチュエータ）を用いてワイパブレード５の傾斜方向を変化させる構成を示したが、ワイパブレード５の駆動源としては、図１のようなモータ以外にも３自由度の球面圧電モータなども使用可能である。

また、ワイパブレード５が反転位置に到達したとき、ワイパブレード５を左右に動かしてエラーアングルを切り替える機構として、ワイパブレード５とワイパアーム４の結合部にアクチュエータ５１のような動作手段を設けても良い（図６）。この場合、ワイパブレード５は、結合部にてワイパアーム４に対し揺動可能に取り付けられている。アクチュエータ５１は、ワイパアーム４側に配置した駆動部５２により、ワイパブレード５側に取り付けた揺動片５３を作動させ、ワイパブレード５のエラーアングルを切り替える。

さらに、前述の実施形態のワイパシステムでは、ワイパブレードを同方向に作動させる並行払拭型のワイパ装置に本発明を適用した例を示したが、本発明は、ワイパブレードが互いに反対方向に作動する対向払拭型のワイパ装置にも適用可能である。

１ ワイパシステム
２ ブラシレスモータ
３ ピボット軸
４ ワイパアーム
５ ワイパブレード
６ ウインドシールドガラス
１１ ステータ
１２ ロータ
１３ 回転軸
１４ ロータコア
１５ 軸受
１６ コイル
１７ 回転角度センサ
２０ ワイパシステム
２１ 基部
２２ 先端部
２３ 回転支持軸
２４ モータ
３０ ワイパシステム
３１ ワイパモータ
３２ ジョイント
３３ ピボットパーツ
３４ 第１ジョイント
３５ 第２ジョイント
３６ 支持軸（第１支持軸）
３７ 支持軸（第２支持軸）
３８ モータ（第１モータ）
３９ モータ（第２モータ）
４１ 減速機構
４２ 減速機構
５１ アクチュエータ
５２ 駆動部
５３ 揺動片
θ エラーアングル

Claims (4)

1. 払拭面上にて往復払拭動作を行うワイパブレードと、前記ワイパブレードを往復払拭動させるための電動モータとを備えてなるワイパシステムの制御方法であって、
   前記ワイパブレードは、往路払拭動作時と復路払拭動作時に異なる方向のエラーアングルにて動作し、該ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記エラーアングルが切り替えられ、
   前記電動モータは、前記ワイパブレードを往復動させる回転軸を有すると共に、前記回転軸と直交する２方向の各軸を中心に回転可能な３軸方向の動作自由度を有し、
   前記ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記電動モータを、該電動モータが回転可能な前記軸のうち、前記ワイパブレードの延伸方向に沿って延びる軸を中心として回転させ、前記エラーアングルを反対方向に切り替えることを特徴とするワイパシステム制御方法。
2. 払拭面上にて往復払拭動作を行うワイパブレードと、前記ワイパブレードを往復払拭動させるための電動モータとを備え、前記ワイパブレードは、往路払拭動作時と復路払拭動作時に異なる方向のエラーアングルにて動作し、該ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記エラーアングルが切り替えられるワイパシステムの制御方法であって、
   前記ワイパシステムは、前記電動モータの回転軸にジョイント部材を介して接続されたピボット軸と、該ピボット軸に取り付けられると共に前記ワイパブレードが装着されるワイパアームと、を備え、
   前記ジョイント部材は、前記ピボット軸が接続されるピボットパーツと、ピボットパーツに取り付けられ前記ピボット軸と直交すると共に前記ワイパブレードの延伸方向に沿って延びる第１軸を中心に揺動可能な第１ジョイントと、該第１ジョイントに取り付けられ前記ピボット軸及び前記第１軸方向と直交する第２軸を中心に揺動可能な第２ジョイントと、を備え、
   前記第１ジョイントは、該第１ジョイントに固定され前記第１軸に沿って配置された第１支持軸によって前記ピボットパーツに揺動自在に取り付けられ、前記第２ジョイントは、該第２ジョイントに固定され前記第２軸に沿って配置された第２支持軸によって前記第１ジョイントに揺動自在に取り付けられ、
   前記第１ジョイント内には、前記第１支持軸を回転させるための第１モータが収容されると共に、前記第２ジョイント内には、前記第２支持軸を回転させるための第２モータが収容され、
   前記ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記第１モータを回転させることにより、前記ジョイント部材を前記第１軸を中心として回転させ、前記エラーアングルを反対方向に切り替えることを特徴とするワイパシステム制御方法。
3. 払拭面上にて往復払拭動作を行うワイパブレードと、前記ワイパブレードを往復払拭動させるための電動モータと、を備えてなるワイパシステムであって、
   前記ワイパシステムは、前記ワイパブレードを往路払拭動作時と復路払拭動作時において異なる方向のエラーアングルにて動作させ、該ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記エラーアングルを切り替える制御手段を有し、
   前記電動モータは、前記ワイパブレードを往復動させる回転軸を有すると共に、前記回転軸と直交する２方向の各軸を中心に回転可能な３軸方向の動作自由度を有し、
   前記制御手段は、前記ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記電動モータを、該電動モータが回転可能な前記軸のうち、前記ワイパブレードの延伸方向に沿って延びる軸を中心として回転させ、前記エラーアングルを反対方向に切り替えることを特徴とするワイパシステム。
4. 払拭面上にて往復払拭動作を行うワイパブレードと、前記ワイパブレードを往復払拭動させるための電動モータと、前記ワイパブレードを往路払拭動作時と復路払拭動作時において異なる方向のエラーアングルにて動作させ、該ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記エラーアングルを切り替える制御手段と、を備えてなるワイパシステムであって、
   前記ワイパシステムは、前記電動モータの回転軸にジョイント部材を介して接続されたピボット軸と、該ピボット軸に取り付けられると共に前記ワイパブレードが装着されるワイパアームと、を備え、
   前記ジョイント部材は、前記ピボット軸が接続されるピボットパーツと、ピボットパーツに取り付けられ前記ピボット軸と直交すると共に前記ワイパブレードの延伸方向に沿って延びる第１軸を中心に揺動可能な第１ジョイントと、該第１ジョイントに取り付けられ前記ピボット軸及び前記第１軸方向と直交する第２軸を中心に揺動可能な第２ジョイントと、を備え、
   前記第１ジョイントは、該第１ジョイントに固定され前記第１軸に沿って配置された第１支持軸によって前記ピボットパーツに揺動自在に取り付けられ、前記第２ジョイントは、該第２ジョイントに固定され前記第２軸に沿って配置された第２支持軸によって前記第１ジョイントに揺動自在に取り付けられ、
   前記第１ジョイント内には、前記第１支持軸を回転させるための第１モータが収容されると共に、前記第２ジョイント内には、前記第２支持軸を回転させるための第２モータが収容され、
   前記制御手段は、前記ワイパブレードが反転位置に到達したとき、前記第１モータを回転させることにより、前記ジョイント部材を前記第１軸を中心として回転させ、前記エラーアングルを反対方向に切り替えることを特徴とするワイパシステム。
   

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