JP2022102316A - 衝撃工具 - Google Patents

Abstract

【課題】緩衝機構を備えつつも適正な押付力で作業することができる衝撃工具を提供する。
【解決手段】ピストン２１と、ピストン２１を前後方向に摺動可能に収容するシリンダ２２とを有する本体部２０と、本体部２０の外周に前後方向に移動可能に取り付けられたハウジング３１と、本体部２０とハウジング３１との間に介在する弾性体３２とを有する緩衝機構３０と、本体部２０の先端に取り付けられた先端工具１１を対象物に押し付けた際にハウジング３１が前方向に移動することを利用して、押付力が適正であることを認識させるための認識手段Ｍとを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、緩衝機構を備えた衝撃工具に関する。

特許文献１には、緩衝機構を備えた衝撃工具が開示されている。この衝撃工具では、ハウジングの外周に軸方向に移動可能にカバー筒を取り付けるとともに、ハウジングとカバー筒との間に弾性部材を装着することで、カバー筒を握る手に振動を伝え難くしている。

実開昭５８－１６０７２５号公報

ところで、衝撃工具は、その先端に取り付けた先端工具（針タガネ等）をスラグが付着した溶接個所等の対象物に押し付けて使用するが、押付力は特に規定されておらず、使用者が思い思いの力で押し付けているのが現状である。

ただ、出願人は、押付力が適正でない場合、単位時間当たりの削れ量が低下することを見出した。具体的には図４に示すように、押付力が一定以上になると削れ量が急激に低下する。

緩衝機構を備えた衝撃工具の場合、押し付けたときの感触が弱められてしまうため、特に未習熟者に於いては必要以上に押し付けてしまう傾向がある。

そこで本願発明は、緩衝機構を備えつつも適正な押付力で作業することができる衝撃工具の提供を目的とする。

本発明の衝撃工具１０は、ピストン２１と、ピストン２１を前後方向に摺動可能に収容するシリンダ２２とを有する本体部２０と、本体部２０の外周に前後方向に移動可能に取り付けられたハウジング３１と、本体部２０とハウジング３１との間に介在する弾性体３２とを有する緩衝機構３０と、本体部２０の先端に取り付けられた先端工具１１を対象物に押し付けた際にハウジング３１が前方向に移動することを利用して、押付力が適正であることを認識させるための認識手段Ｍとを備えていることを特徴とする。

上記衝撃工具は、本体部２０が、先端工具１１を押し付けない状態でハウジング３１よりも前方に突出し、先端工具１１の押し付けに伴ってハウジング３１内に収容されていく突出部２４ａ３を有し、認識手段Ｍが突出部２４ａ３に設けられていることが好ましい。

また、弾性体３２が、ハウジング３１の前方向への移動により圧縮されるバネ３２ａと、ハウジング３１の後方向への移動により圧縮されるゴム３２ｂとからなることが好ましい。

本発明の衝撃工具は、本体部の先端に取り付けられた先端工具を対象物に押し付けた際にハウジングが前方向に移動することを利用して、押付力が適正であることを認識させるための認識手段を備えているため、使用者は押付力が適正であるかどうかを簡単に把握することができ、緩衝機構を備えているにもかかわらず、適正な押付力で作業することができる。

また、上記衝撃工具において、本体部が、先端工具を押し付けない状態でハウジングよりも前方に突出し、先端工具の押し付けに伴ってハウジング内に収容されていく突出部を有し、認識手段が突出部に設けられている場合、主として対象物や先端工具に向けられる視線の近くに認識手段が位置することになり、押付力が適正であるかを作業中に容易に把握することができる。

弾性体が、ハウジングの前方向への移動により圧縮されるバネと、ハウジングの後方向への移動により圧縮されるゴムとからなる場合、先端工具を対象物に十分に押し付けた際にはバネだけが押付力に反発する状態となり、押付力とハウジングの前方向への移動距離との関係が単純化される。

この発明の一実施形態に係る衝撃工具を示す断面図である。 図２Ａはピストンが前進した状態を示す断面図、図２Ｂはピストンが後退した状態を示す断面図である。 図３Ａは先端工具の押付前を示す一部断面図、図３Ｂは先端工具を押し付けた状態を示す一部断面図である。 押付力と削れ量の関係を示すグラフである。 押付力と振動抑制効果の関係を示すグラフである。 図６Ａは先端工具の押付前を示す一部断面図、図６Ｂは先端工具を押し付けた状態を示す一部断面図である。 図７Ａは先端工具の押付前を示す一部断面図、図７Ｂは先端工具を押し付けた状態を示す一部断面図である。

次に、この発明の衝撃工具１０の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の衝撃工具１０は、図１に示すように、針タガネ等の先端工具１１を振動させるための本体部２０と、本体部２０の振動の持ち手への伝達を抑制する緩衝機構３０と、先端工具１１の押付力が適正であることの基準となる認識手段Ｍとを備えている。以下、各部位について詳細に説明する。

本体部２０は、ピストン２１と、ピストン２１を前後方向に摺動可能に収容するシリンダ２２とを有している。この本体部２０は、圧縮空気によってピストン２１を往復振動させるいわゆる流体圧駆動である。そのため、本体部２０は、外部に設置されたコンプレッサ（図示しない）から供給される圧縮空気を取り入れるためのバルブ本体２３を有している。また、先端工具１１を取り付けるための取付具２４と、ピストン２１からの打撃力を先端工具１１に伝えるためのアンビル２５とをさらに有している。

まず、ピストン２１について説明する。ピストン２１は、略円柱状の基部２１ａと、基部２１ａの前方に設けられた先端部２１ｂと、基部２１ａの後方に設けられた拡径部２１ｃとを備えている。基部２１ａの外径は、先端部２１ｂの外径より大とされ、拡径部２１ｃの外径より小とされている。後述するようにシリンダ２２の後方部２２ａには縮径部２２ａ１が設けられており、基部２１ａの外周面は縮径部２２ａ１の内周面に摺動可能に当接している。なお、拡径部２１ｃの外周面は、後述するシリンダ２２の後方部２２ａであって縮径部２２ａ１が設けられていない箇所の内周面に摺動可能に当接している。このピストン２１は、ピストン２１の後方に貯められた空気を前方に逃がしたり、ピストン２１の後方に圧縮空気を供給するための通路Ａが設けられている（図２Ａ、Ｂ参照）。この通路Ａは、ピストン２１の側面と後端面とに開口しており、先端面には開口していない。

次にシリンダ２２について説明すると、シリンダ２２は、主としてピストン２１を摺動可能に収容する後方部２２ａと、後方部２２ａの後端を閉塞する栓体２２ｂと、後方部２２ａの前方に位置し、主として先端工具１１の後部を収容する前方部２２ｃとから構成されている。

後方部２２ａは略円筒状であって、その内径はピストン２１の拡径部２１ｃの外径と略同径とされている。そして、ピストン２１の後端面と、後方部２２ａの内周面と、栓体２２ｂの前面とで部屋イを構成している。後方部２２ａの前側には、内径を小さくする縮径部２２ａ１が設けられている。なお、ピストン２１の基部２１ａの外径は縮径部２２ａ１の内径と略同径である。そして、後方部２２ａの内周面と、ピストン２１の拡径部２１ｃの前面と、縮径部２２ａ１の後面とで部屋ロを構成している。部屋ロは、縮径部２２ａ１の後方に設けられた連通孔２２ａ２によってシリンダ２２外と連通している。連通孔２２ａ２は、後方部２２ａの外周面に軸方向に沿って設けられた溝と連通している。この溝は、後述するバルブ本体２３の収容筒部２３ｂに覆われて通路Ｂを構成している。

前方部２２ｃは、後方部２２ａと同じく略円筒状であるが、後方部２２ａに比べて外径、内径ともに大とされており、前方部２２ｃと後方部２２ａとの間には段部が形成されている。なお、内側の段部２２ｃ１は、アンビル２５の後方への移動を制限する部位となる。

バルブ本体２３は、シリンダ２２の後方に位置し、圧縮空気のシリンダ２２内への供給の有無を切替操作する操作部２３ａと、操作部２３ａから前方に向かって延出された収容筒部２３ｂとを備えている。

操作部２３ａには、ホースを接続するための接続口２３ａ１と、接続口２３ａ１と収容筒部２３ｂとを連通する通路Ｃが設けられている。通路Ｃにはバルブ２３ａ２が介在しており、操作レバー２３ａ３を操作することで通路Ｃの開閉ができるようになっている。

収容筒部２３ｂは略円筒形であって、前方は開口し、後方は通路Ｃを除いて操作部２３ａによって閉塞されている。収容筒部２３ｂの軸方向の長さは、シリンダ２２の後方部２２ａの軸方向の長さとほぼ等しい。そのため、後方部２２ａはほぼ全体が収容筒部２３ｂ内に収容されている。収容筒部２３ｂの外径は、シリンダ２２の前方部２２ｃの外径よりも大とされており、段差２３ｂ１が生じている。なお、この段差２３ｂ１は、後述するハウジング３１との間で弾性体３２を保持するための部位となる。

取付具２４は、シリンダ２２の先端に取り付けられる先端カバー２４ａと、先端工具１１である針タガネの後端を支持する針受具２４ｂとを備えている。

先端カバー２４ａは略円筒状であって、後方がシリンダ２２の前方部２２ｃ内に挿入、固定されている。固定方法としては例えばネジによる螺合が好ましい。前方には、シリンダ２２の前方部２２ｃの外径よりも大径とされた張り出し部２４ａ１が設けられており、シリンダ２２の前方部の外周面との間に段差２４ａ２が形成されている。なお、この段差２４ａ２はハウジング３１との間で弾性体３２を保持するための部位となる。先端カバー２４ａの先端は開口しており、この開口から複数の針タガネが本体部２０外に突出している。

針受具２４ｂは略円柱形であって、前後方向に摺動可能な状態でシリンダ２２の前方部２２ｃに収容されている。この針受具２４ｂには、その中心に軸方向（前後方向）に貫通する貫通孔２４ｂ１が設けられている。この貫通孔２４ｂ１は、針受具２４ｂの前後を連通するための通路となる。また、この貫通孔２４ｂ１を囲むようにして、針タガネを挿入するための複数の挿入孔２４ｂ２が設けられている。針タガネは、後端に拡大部が設けられており、挿入孔に挿入されることで前後方向は移動可能とされながらも針受具２４ｂからの前方への抜け出しが規制されている。

アンビル２５はキャップ状であって、針受具２４ｂの後方に位置している。アンビル２５も前後方向に摺動可能な状態でシリンダ２２の前方部２２ｃに収容されている。ただし、アンビル２５の外径はシリンダ２２の後方部２２ａの内径よりも大とされているため、後方部２２ａには入り込まない。アンビル２５には通気孔２５ａが設けられており、針受具２４ｂの貫通孔２４ｂ１と連通している。

次に緩衝機構３０について説明する。緩衝機構３０は、本体部２０の外周に前後方向に移動可能に取り付けられたハウジング３１と、本体部２０とハウジング３１との間に介在する弾性体３２とを備えている。

ハウジング３１は略円筒状であって、本体部２０のほぼ全体を収容している。ただ、先端工具１１を押し付けていない非押付状態では、先端カバー２４ａの先端側は収容されておらず、ハウジングから前方に突出している。以下、この突出している部分を突出部２４ａ３という。また、操作部２３ａのバルブ２３ａ２と操作レバー２３ａ３については、常にハウジング３１外に位置している。

ハウジング３１を、先端カバー２４ａを覆う前筒部３１ａと、シリンダ２２の前方部２２ｃを覆う中筒部３１ｂと、バルブ本体２３を覆う後筒部３１ｃとに呼び分けた場合、前筒部３１ａの内径は、先端カバー２４ａの張り出し部２４ａ１の外径と略同一とされ、中筒部３１ｂの内径は、シリンダ２２の前方部２２ｃの外径と略同一とされ、後筒部３１ｃの内径は、収容筒部２３ｂの外径と略同一とされている。そして中筒部３１ｂの内径は、前筒部３１ａや後筒部３１ｃの内径よりも小とされている。従って、前筒部３１ａと中筒部３１ｂ、中筒部３１ｂと後筒部３１ｃとの境界にはそれぞれ段部３１ｄ、３１ｅが形成されている。そして、前側の段部３１ｄと先端カバー２４ａの張り出し部２４ａ１の後面（段差２４ａ２）との間で弾性体３２を保持する部屋ハが形成され、後ろ側の段部３１ｅと収容筒部２３ｂの先端面（段差２３ｂ１）との間で弾性体３２を保持する部屋ニが形成されている。

弾性体３２は、ハウジング３１の前方向への移動により圧縮される前弾性体３２ａと、ハウジング３１の後方向への移動により圧縮される後弾性体３２ｂとからなる。前弾性体３２ａはバネ、具体的には金属製のコイルばねであって、シリンダ２２の前方部２２ｃの外周に位置している。なお、前弾性体３２ａとしてはバネに限らず、ゴムであってもよい。後弾性体３２ｂはゴム、具体的には合成ゴムを環状に成形したものであって、収容筒部２３ｂの前端に位置している。前弾性体３２ａは圧縮された状態で部屋ハに位置している。従って非押付状態において、後弾性体３２ｂは前弾性体３２ａからの圧縮力を常に受けている。この状態は、ハウジング３１の後方向への移動が後弾性体３２ｂによって制限されているとも言える。後弾性体３２ｂはハウジング３１と連結されていない。従って、ハウジング３１が前方向に移動すると、ハウジング３１との当接状態は解消される。また、後弾性体３２ｂは径方向においてハウジング３１と接しないことが好ましい。ハウジング３１の前後方向の摺動の抵抗になるためである。

認識手段Ｍは、非押付状態でハウジング３１から前方に突出している突出部２４ａ３に設けられている。具体的には、先端カバー２４ａの張り出し部２４ａ１の前側の角部を認識手段Ｍとしている。先端工具１１を対象物に押し付けていくと、前弾性体３２ａが収縮し、ハウジング３１はその押付力の増加に伴って徐々に前方向に移動して突出部２４ａ３を収容していくが、適正な押付力であるときに認識手段Ｍにハウジング３１が差し掛かるよう、認識手段Ｍの前後の位置が調整されている。なお、この状態は、ハウジング３１が認識手段Ｍに差し掛かったときに適正な押付力が得られているよう、前弾性体３２ａが設計されているとも言える。

認識手段Ｍとしては角部に限らず、凹部や凸部、目盛り、切欠等、視認可能なもの（目印となるもの）であればよい。また、ハウジング３１が所定の位置まで移動すると発光する、または消灯する、または点灯から点滅に、点滅から点灯に変化する等、光り方が変化する発光体であってもよい。この場合、認識手段Ｍは突出部２４ａ３に設ける他、例えばハウジング３１等、突出部２４ａ３以外の視認可能な場所に設けることができる。発光に電力が必要な場合は、別途、発電機や電源を備える。発電機としては、ピストン２１に磁石を設け、シリンダ２２にコイルを設ける等、公知の種々の方法を採用し得る。ハウジング３１が所定の位置まで移動したことは、移動先に設けられたセンサやスイッチによって感知する。また、適正な押付力の下限を示すものや、上限を示すもの、最適値を示すもの、過小な押付力となっていることを示すもの、過大な押付力となっていることを示すものであってもよい。さらに、前後方向にある程度の幅があってもよい。この場合、下限と上限の両方を示すものであってもよい。

続いて、衝撃工具１０の動作を図２に基づいて説明する。

図２Ａに示すように、操作レバー２３ａ３をハウジング３１に近づけていくとバルブ２３ａ２が開き、圧縮空気が、接続口２３ａ１から通路Ｃ、通路Ｂを経て部屋ロに供給され、ピストン２１を勢い良く後退させる。ピストン２１の後方の部屋イに溜まった空気は、通路Ａ、アンビル２５の通気孔２５ａ、針受具２４ｂの貫通孔２４ｂ１、先端カバー２４ａの開口を介して外部へと排出される。

ある程度ピストン２１が後退すると、図２Ｂに示すように、通路Ａが部屋ロと連通し、部屋イに圧縮空気が供給され、ピストン２１が勢い良く前方に押し出される。そして、アンビル２５の後端と衝突する。アンビル２５は針タガネの後端に接触し、針タガネが振動する。

圧縮空気が供給され続ける限り、図２Ａと図２Ｂとに示す状態を繰り返し、ピストン２１は前後方向へ往復振動し、アンビル２５を打撃し続け、先端工具１１は振動し続ける。衝撃工具１０はハウジング３１を片手で握って使用するが、部屋ハ、部屋ニにそれぞれ弾性体３２が配置されているため、本体部２０で生じた前後方向の振動は、ハウジング３１にそのまま伝わるのではなく適宜減衰されてハウジング３１に伝達する。そのため、振動による使用者の疲労を低減することができる。

また、先端工具１１を対象物に押し付けると、ハウジング３１が前方向に移動する（図３Ａ、図３Ｂ参照）。移動量は前弾性体３２ａの収縮量と同じであるから、移動量と押付力とは所定の関係（例えば比例関係）にある。そして、衝撃工具１０には、どれだけハウジング３１を移動させれば良いかの目安となる認識手段Ｍ、すなわち押付力の目安となる認識手段Ｍが設けられているため、現状の押付力がどの程度であるかを一目で把握することができ、結果、効率良く作業を行うことができる。特に認識手段Ｍが衝撃工具１０の先端側に位置しているため、作業中に確認し易い。なお、ハウジング３１は認識手段Ｍを超えて前方向に移動可能とされている。

［認識手段Ｍの位置選定（バネの選定）］
図４は、押付力と削れ量との関係性を表したグラフである。具体的には、衝撃工具をレンガに押し付けた際の削れ量を評価している。衝撃工具は、不二空機社製のニードルスケーラ（ピストン径１６ｍｍ、空気消費量０．１６ｍ^３／分）であって、図１に示す衝撃工具と同様の構成の緩衝機構（但し、ゴム３２ｂは省略）を取り付けた。押付力は、２ｋｇ、３ｋｇ、４ｋｇ、５ｋｇ、７ｋｇ、１０ｋｇの６段階とした。なお、試験者が衝撃工具を保持した状態で体重計に乗り、衝撃工具を真下に向けてレンガに押し付けたときの体重減少分を押付力としている。押付時間は１０秒とした。削れ量は１０回の平均値である。

図４に示すように、押付力が３ｋｇでの削れ量が１．９２ｇであるのに対して、押付力が４ｋｇの削れ量が１．５３ｇとなっており、２０．３％といった大幅な減少が見られる。従って、ピストン径１６ｍｍ、空気消費量０．１６ｍ^３／分の衝撃工具の場合、認識手段Ｍを、押付力が３ｋｇのときのハウジング３１の位置に合わせて配置すればよいこと、換言すれば、３ｋｇのときにハウジング３１が認識手段Ｍに位置するよう、前弾性体３２ａを設計すればよいことが分かる。なお、押付力が２ｋｇのときの削れ量は、３ｋｇのときよりも大となっているが、後述する図５に示すように、押付力が過少である場合、振動が大きくなる傾向にあるため、振動を抑える観点からも３ｋｇとすることが好ましい。

図５は、押付力と振動抑制効果との関係性を示したグラフである。なお、ハッチングの無い棒グラフは本体部（すなわち、緩衝機構による緩衝効果を受けない緩衝機構無し部）を保持したときの３軸合成値（周波数補正振動加速度実効値の３軸合成値）を、ハッチングの有る棒グラフはハウジング（すなわち、緩衝機構による緩衝効果を受ける緩衝機構有り部）を保持したときの３軸合成値を示している。また、各値は２回の平均値である。

ハッチングの無い棒グラフから分かるように、押付力が増加すると３軸合成値は低下する。これは押付力の増加に伴って先端工具が後退し、ピストンの可動域々に狭くなるためであると考えられる。ただ、ハッチングの有る棒グラフと比較した際、全ての押付力において値が上回っており、緩衝機構によって振動抑制効果が得られていることが分かる。従って、低振動に重点を置く場合には、あえて認識手段Ｍの位置を前方向にずらし、押付力を大きくすることも考えられる。また、低振動化による１日当たりの作業可能時間の増加と、単位時間当たりの削れ量との関係から、作業効率の向上（１日当たりの総削れ量の増加）を図ることができるよう、認識手段Ｍの位置を定めてもよい。

以上に、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、認識手段Ｍとしては、ハウジング３１が前方向に移動したときにハウジング３１と接触するものであってもよい。具体的には、図６Ａに示すように、ハウジング３１が前方向に所定量移動できるようクリアランスを確保した上で、先端カバー２４ａの外径を一部、ハウジング３１の内径より大としてもよい。換言すれば突起を設けてもよい。この場合、図６Ｂに示すように、認識手段Ｍにハウジング３１が接触すると、接触前とは異なる作動音が生じる。また、本体部２０の振動が直接ハウジング３１に伝わるため、ハウジング３１を持つ手に接触前とは異なる振動が加わることになり、ある所定の押付力（例えば過剰な押付力）となっていることを使用者に認識させることができる。なお、視覚ではなく触覚や聴覚によって押付力を認識させる場合、認識手段Ｍを必ずしも視認可能な位置（例えば突出部２４ａ３）に設ける必要は無く、必要に応じて種々場所を変更することができる。

また、本体部２０が、先端工具１１を押し付けない状態でハウジング３１内に収容され、先端工具１１の押し付けに伴ってハウジング３１外に露出する露出部４０を有し、認識手段Ｍが露出部４０に設けられていてもよい。具体的には、図７Ｂに示すように、先端工具１１を押し付けると、バルブ本体２３の操作部２３ａがハウジング３１外に押し出されるようにし、この操作部２３ａの外周面（露出部４０）に認識手段Ｍとして角部を設けてもよい。この場合、見えなかったものが突然現れるといった変化になるため、使用者が変化に気付きやすく、認識し易いといった効果がある。なお、突出部２４ａ３と露出部４０の両方に認識手段Ｍを設けてもよい。

また、例えば、本体部は、圧縮空気で駆動する流体圧駆動の他に、電気モータ等を利用した電動機駆動であってもよい。また、片手で操作レバーとハウジングとを一緒に握って使用するものであれば、ニードルスケーラに限らず、チッパやハンマ、サンドランマ、ヤスリ、ノコ等、種々の可搬型衝撃工具に採用することができる。

１０ 衝撃工具
１１ 先端工具
２０ 本体部
２１ ピストン
２１ａ 基部
２１ｂ 先端部
２１ｃ 拡径部
２２ シリンダ
２２ａ 後方部
２２ａ１ 縮径部
２２ａ２ 連通孔
２２ｂ 栓体
２２ｃ 前方部
２２ｃ１ 段部
２３ バルブ本体
２３ａ 操作部
２３ａ１ 接続口
２３ａ２ バルブ
２３ａ３ 操作レバー
２３ｂ 収容筒部
２３ｂ１ 段差
２４ 取付具
２４ａ 先端カバー
２４ａ１ 張り出し部
２４ａ２ 段差
２４ａ３ 突出部
２４ｂ 針受具
２４ｂ１ 貫通孔
２４ｂ２ 挿入孔
２５ アンビル
２５ａ 通気孔
３０ 緩衝機構
３１ ハウジング
３１ａ 前筒部
３１ｂ 中筒部
３１ｃ 後筒部
３１ｄ 段差
３１ｅ 段差
３２ 弾性体
３２ａ 前弾性体（バネ）
３２ｂ 後弾性体（ゴム）
４０ 露出部
Ｍ 認識手段
Ａ ピストンの部材内通路
Ｂ シリンダと収容筒部との間の通路
Ｃ 操作部の部材内通路
イ ピストン後方の部屋
ロ 縮径部とピストン拡径部との間の部屋
ハ 先端カバーとハウジングとの間の部屋
ニ ハウジングと収容筒部との間の部屋

Claims (3)

1. ピストンと、ピストンを前後方向に摺動可能に収容するシリンダとを有する本体部と、
   本体部の外周に前後方向に移動可能に取り付けられたハウジングと、本体部とハウジングとの間に介在する弾性体とを有する緩衝機構と、
   本体部の先端に取り付けられた先端工具を対象物に押し付けた際にハウジングが前方向に移動することを利用して、押付力が適正であることを認識させるための認識手段と、
   を備えている、衝撃工具。
2. 本体部が、先端工具を押し付けない状態でハウジングよりも前方に突出し、先端工具の押し付けに伴ってハウジング内に収容されていく突出部を有し、
   認識手段が突出部に設けられている、請求項１記載の衝撃工具。
3. 弾性体が、ハウジングの前方向への移動により圧縮されるバネと、ハウジングの後方向への移動により圧縮されるゴムとからなる、請求項１又は２記載の衝撃工具。

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