JP5707076B2 - 多方切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、流路の切り換えを行う切換弁に係り、特に、冷蔵庫、空調機等の冷媒循環系に組み込んで使用するのに好適な、ステッピングモータを用いた電動切換弁に関する。

一般に、１本の流路Ａを流れる流体を２本の流路Ｂ及び流路Ｃのいずれかに任意に切り換えて流すようにする場合、通常、流路Ａと流路Ｂ、Ｃとの間に三方切換弁を介装する。

具体的には、例えば、冷蔵庫においては、圧縮機からの冷媒が導入される流路Ａと、冷媒を冷凍室側の蒸発器に導く流路Ｂと、冷媒を冷蔵室側の蒸発器に導く流路Ｃとの間に三方切換弁を介装し、当該三方切換弁の切換え動作により、流路Ａに導入された冷媒を流路Ｂと流路Ｃのいずれか一方のみに択一的に流すように構成されている。この場合、前記三方切換弁においては、流路Ａ（流入口）は常時開かれ、流路Ｂ（第１の流出口）が開けられているときは、流路Ｃ（第２の流出口）が閉じ、逆に、流路Ｂが閉じられているときは、流路Ｃが開くように構成されている。

近年、例えば、冷蔵庫においては、冷凍室、冷蔵室、及び、野菜室にそれぞれ蒸発器を設けてそれぞれの室の冷却を確実に行わせるようにする傾向にあり、このような冷蔵庫では上記のような従来の三方弁では対応できない。そこで、上記問題を解消できる切換弁として、本出願人は、冷凍室、冷蔵室、及び、野菜室にそれぞれ蒸発器を設けてそれぞれの室の冷却を確実に行わせる冷蔵庫等に対応可能な四方弁等の電動切換弁を提案している（特許文献１参照）。

上記提案に係る電動切換弁はとして、一つの流入口から、複数の流出口へ選択的に流体を流す切換弁であって、キャンと、このキャンの外周に取り付けられたステータ及び前記キャンの内周に配在されたロータ等からなるステッピングモータと、前記ロータの内周側に該ロータと弁駆動体を介して一体的に回動可能に配在された弁体と、該弁体の一端側に対向配置された弁シート部材とを備えており、前記弁シート部材は、そのシート面に複数の流出口が開口しているとともに、前記弁シート部材の側面に流入口が開口しており、前記弁体にはシート面に対向する面に閉成用弁部が設けられていて、該閉成用弁部は、その回転停止位置に応じて前記複数の流出口を選択的に開とする構成となっている。したがって、この提案によれば、簡単な構成で、弁体を三次元的に移動させ、全開、一部開、全閉等の作用を行わせることを可能にし、また、従来の三方弁に止まらず、例えば、四方弁とすることを可能にしている。

特開２００２−３５７２７５号公報

しかしながら、多方切換弁において、弁体が一周又は半周のような所定の回動動作範囲を回動動作されるうちに、複数の流出口について全開閉組合せを得るようにする点で改善が求められている。
そこで、多方切換弁において、弁体が一周するまでの間に回転角度に応じて全開閉組合せを実現する点で解決すべき課題がある。
本発明の目的は、弁体が一周するまでの間に回転角度に応じて全開閉組合せを実現させ、操作性の良い多方切換弁を提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明による多方切換弁は、流体流入口と三つの流体流出口とが開口する弁室が内部に形成されている弁本体と、前記弁室内に配設されており、回転動作に従って前記弁室と前記三つの流体流出口とを選択的に連通させる四つの連通孔が形成されている回転弁体と、前記回転弁体を回動する駆動モータとを備え、前記駆動モータは、回転駆動軸の先端に傘歯車を有しかつ前記弁本体の側壁部に取り付けられており、
前記回転弁体の上面の環状縁部には、テーパ状の傘歯車が形成されており、前記駆動モータの出力回転は、前記回転駆動軸の傘歯車と前記テーパ状の傘歯車とによる伝動機構を介して前記回転弁体に伝達され、前記四つの連通孔は、前記回転弁体が一回転するまでの間に、前記弁室と前記三つの流体流出口との連通と遮断とを定める全開閉組合せを選択するように配置されていることを特徴としている。

また、本発明による多方切換弁は、流体流入口と二つの流体流出口とが開口する弁室が内部に形成されている弁本体と、前記弁室内に配設されており、回転動作に従って前記弁室と前記二つの流体流出口とを選択的に連通させる四つの連通孔が形成されている回転弁体と、前記回転弁体を回動する駆動モータとを備え、前記駆動モータは、回転駆動軸の先端に傘歯車を有しかつ前記弁本体の側壁部に取り付けられており、前記回転弁体の上面の環状縁部には、テーパ状の傘歯車が形成されており、前記駆動モータの出力回転は、前記回転駆動軸の傘歯車と前記テーパ状の傘歯車とによる伝動機構を介して前記回転弁体に伝達され、前記四つの連通孔は、前記回転弁体が半回転するまでの間に、前記弁室と前記二つの流体流出口との連通と遮断とを定める全開閉組合せを選択するように配置されていることを特徴としている。

本多方切換弁によれば、駆動モータが駆動されるとその出力によって四つの連通孔が形成されている回転弁体が回動し、流体流入口から弁室に流入した流体が回転弁体の連通孔を通じて、その連通孔に位置が合っている流体流出口へと流れる。回転弁体の一周又は半周する間に、その回動位置に応じて、連通孔と弁室に開口する流体流出口との位置が一致して開状態となるすべての組合せが一度出現するので、選択された一つの組合せで、開状態となった連通孔と流体流出口を通じて、液体の流れを切り換えることができる。したがって、流体流入口から弁室に流入した流体は、回転弁体の回動位置に応じて選択された組合せで開状態に切換えられた連通孔及び流体流出口を通して、流れが切り換えられる。

本発明による多方切換弁は、上記のように構成されているので、回転弁体の一周又は半周する間にその回動位置に応じて、いずれかの連通孔或いは二つまたはそれ以上の組み合わされた連通孔の位置が流体流出口に一致することで、当該連通孔は位置が一致した流体流出口に対して開状態になるように切り換えられる。流体流入口から弁室に流入した流体は、当該選択された組合せで開状態に切換えられた連通孔及び流体流出口を通して、流れることができる。このように、一つの切換弁において、回転弁体を回転させるという簡単な切換操作によってその位置を選択するだけで、多くの組合せの中から一つの組合せで開弁状態となる連通孔及び流体流出口を通じての流体の流れを切り換えることができる。

図１は本発明による多方切換弁の一実施例を示す縦断面図である。 図２は図１に示す多方切換弁の要部を示す斜視図である。 図３は図２に示す多方切換弁の要部を構成する回転弁体を示す斜視図である。 図４は図２に示す多方切換弁の要部を構成する切換シートの一例を示す斜視図である。 図５は図２に示す多方切換弁の要部を構成する切換シートの別例を示す斜視図である。 図６は回転弁体に対して四方切換シート又は三方切換シートをそれぞれ用いたときの、回転弁体の回転に伴う切換の態様を示す図である。 図７は４５°の角度に設けられる連通孔の位置を変更した回転弁体を用いた第２実施例を示す図である。 図８は４５°の角度に設けられる連通孔の位置を別の位置に変更した回転弁体を用いた第３実施例を示す図である。 図９は４５°の角度に設けられる連通孔の位置を更に別の位置に変更した回転弁体を用いた第４実施例を示す図である。

以下、添付した図面に基づいて、本発明による多方切換弁の実施例を説明する。図１は本発明による多方切換弁の一実施例を示す縦断面図、図２は図１に示す多方切換弁の要部を示す斜視図、図３は図２に示す多方切換弁の要部を構成する回転弁体を示す斜視図、図４は図２に示す多方切換弁の要部を構成する切換シートの一例を示す斜視図、図５は図２に示す多方切換弁の要部を構成する切換シートの別例を示す斜視図である。

図１に示す多方切換弁１は、流体流入管６と、流体流出管７，８，９（このうち二つの流体流出管７、８を図示する）とが接続された弁本体２を備えている。弁本体２には、一方側（図では上壁部３）に流体流入管６に繋がる流体流入口１１が開くとともに、一方側に対向する他方側（図では下壁部４）には流体流出管７，８，９の三つの流体流出口１２，１３，１４（このうち二つの流体流出口１２，１３を示す）が開口している弁室１０が形成されている。なお、弁本体２において、上壁部３は、下壁部４と一体に形成された側壁部５に対して上方から嵌合・固定されている。

弁室１０内には、下壁部４上において、回転弁体としての共通回転弁体１５と、共通回転弁体１５が摺接する切換シート３０とが配設されている。切換シート３０は、弁室１０内において下壁部４の底面４ａ上に配置されており、共通回転弁体１５は、切換シート３０に対して摺接するように回動中心軸１６を回転中心として回動可能に設けられている。弁室１０内において、切換シート３０を貫通し且つ弁本体２にねじ固定された雄ねじ１６の頭部１７と共通回転弁体１５の上面１５ａとの間には、座金１９ａ，１９ｂを介してコイルばね１８が圧縮状態に巻装されており、コイルばね１８は、その復元力によって、共通回転弁体１５を切換シート３０に向かって押し付けている。

共通回転弁体１５の上面１５ａには、その外周寄りの環状縁部１５ｂにテーパ状の傘歯車２０が形成されている。弁本体２の側壁部５には、ステッピングモータ２１が嵌合・かしめ等の手段でＯリング２２を介して液密に固定されている。ステッピングモータ２１の回転出力軸２３の弁室１０内に突出した先端には傘歯車２４が取り付けられており、傘歯車２４が共通回転弁体１５の傘歯車２０に噛み合っている。したがって、ステッピングモータ２１の回転出力は、傘歯車２４，２０を介して共通回転弁体１５に伝達され、共通回転弁体１５は切換シート３０上で回転駆動される。

共通回転弁体１５は、図２、図３に示すように、全体的には厚肉の円盤形状を呈しており、肉厚方向に貫通する四つの連通孔２５，２６，２７，２８が形成されている。四つの連通孔２５〜２８のうち三つの連通孔２５〜２７は互いに９０度毎隔置した同心円上の位置に配置されており、残る一つの連通孔２８は、同じ同心円上の位置であるが、端に位置する連通孔２５に対して４５°の角度だけ更に外側の位置に配置されている。

図２、図４に示すように、多方切換弁（四方切換弁）１の切換シート（四方切換シート）３０は、弁本体２の下壁部４に固定されている。切換シート３０には、流体流出管７，８，９に繋がる三つの流体流出口１２，１３，１４に位置を合わせて、三つの貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃが互いに９０度の角度で隔置した位置に形成されている。

図５には、多方切換弁（三方切換弁）の場合に用いる切換シート（三方切換シート）４０が示されている。切換シート４０は、切換シート３０と同様に弁本体２の下壁部４に固定される切換シートであるが、流体流出管７，８に繋がる二つの流体流出口１２，１３に位置を合わせて、二つの貫通孔Ａ，Ｂのみが互いに１８０度の角度で隔置した位置に形成されている。

図６は、図３に示す共通回転弁体１５に対して、貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃが形成された四方切換シート３０（図４）と、貫通孔Ａ，Ｂのみが形成された三方切換シート（図５）４０とをそれぞれ用いたときの、共通回転弁体１５の回転に伴う切換の態様を示す図である。図６の中程の列は弁−シート組図を示す図であって、共通回転弁体１５の回転角度と共に、上方から見て連通孔のうち貫通孔との位置が一致している場合にその連通孔をクロスハッチングで示している。図６の右の列は、共通回転弁体１５の連通孔と切換シート３０の貫通孔とが一致して流れを許容するＯＰＥＮ（「○」で示す開状態）と、これら両孔が一致せずに流れが遮断されるＣＬＯＳＥ（「×」で示す閉状態）とを示している。

共通回転弁体１５の回転角度０°では、共通回転弁体１５の連通孔２５，２６，２７の位置が切換シート３０の貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃの位置にそれぞれ一致しており、貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃはすべて開状態にある。
共通回転弁体１５の回転角度４５°では、連通孔２８のみが切換シート３０の貫通孔Ａの位置に一致しており、貫通孔Ａが開状態にあり、貫通孔Ｂ，Ｃが閉状態にある。
共通回転弁体１５の回転角度９０°では、連通孔２５，２７が切換シート３０の貫通孔Ｃ，Ｂの位置に一致しており、貫通孔Ｂ，Ｃが開状態に、貫通孔Ａが閉状態にある。
共通回転弁体１５の回転角度１３５°では、連通孔２８のみが切換シート３０の貫通孔Ｃの位置に一致しており、貫通孔Ｃが開状態にあり、貫通孔Ａ，Ｂが閉状態にある。
共通回転弁体１５の回転角度１８０°では、連通孔２５，２６が切換シート３０の貫通孔Ｂ，Ａの位置に一致しており、貫通孔Ｂ，Ａが開状態に、貫通孔Ｃが閉状態にある。
共通回転弁体１５の回転角度２２５°では、連通孔２８のみが切換シート３０の貫通孔Ｂの位置に一致しており、貫通孔Ｂが開状態にあり、貫通孔Ａ，Ｃが閉状態にある。
共通回転弁体１５の回転角度２７０°では、連通孔２６，２７が切換シート３０の貫通孔Ｃ，Ａの位置に一致しており、貫通孔Ｃ，Ａが開状態に、貫通孔Ｂが閉状態にある。
共通回転弁体１５の回転角度３１５°では、どの連通孔２５〜２８も切換シート３０の貫通孔Ａ〜Ｃの位置に一致しておらず、すべての貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃが閉状態にある。

図６から、共通回転弁体１５の回転に従って、三つの連通孔２５〜２７の位置が三つの貫通孔Ａ〜Ｃの位置にそれぞれ一致している場合（一通り）と、三つの貫通孔Ａ〜Ｃの位置いずれにも一致していない場合（一通り）があり、更に、連通孔２５〜２７のうち二つの連通孔の位置が、貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃのうち二つの貫通孔の位置と一致する場合（三通り）があることが解る。一つの連通孔のみの位置が一つの貫通孔の位置に一致しているのは、４５°の角度で変位して形成されている連通孔２８が貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃのいずれか一つの位置に一致している場合（三通り）のみであることも見て取れる。また、共通回転弁体１５の一回転に伴って、連通状態となる組合せには重複したものがなく、共通回転弁体１５の４５度毎の回転位置で得られる連通状態はすべて異なるものであり、可及的にコンパクトに構成され且つ操作性に無駄がない。

三方切換シート４０を用いる場合には、すべての組合せパターンは、図６の右側の列において破線で囲まれたパターンとなっている。半回転で各組合せが一度だけ出現し、一回転ではすべての組合せが二回出現する。貫通孔を９０°違えて配置した三方切換シート（貫通孔Ｂ，Ｃだけが形成されている切換シート）を用いる場合には、すべての組合せパターンは、図６の右側の列において二点鎖線で囲まれたパターンとなっている。半回転で各組合せが一度だけ出現し、一回転ではすべての組合せが二回出現する点については、変わりが無い。

図７は、図３及び図６に示す共通回転弁体１５において４５°の角度に設けられる連通孔２８の位置を連通孔２６から連通孔２７に向かう方向とは反対側に４５°の角度の位置に変更した（連通孔２８ａで示す）共通回転弁体５０を用いた第２実施例を示す図である。図７には、図６に示されているものと同様、共通回転弁体５０に対して、貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃが形成された四方切換シート４０と、貫通孔Ａ，Ｂが形成された三方切換シート３０と、をそれぞれ用いたときの、共通回転弁体５０の回転に伴う切換の態様が示されている。図７の中程の列は、弁−シート組図を示す図であって、上方から見て、共通回転弁体５０の０°から始まって４５°の回転毎に連通孔２５，２６，２７，２８ａと貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃとの一致、不一致の状態を示しており、連通孔のうち貫通孔との位置が一致している場合にその連通孔をクロスハッチングで示している。図７の右の列には、共通回転弁体５０の連通孔とシート３０の貫通孔との位置が一致して流れを許容するＯＰＥＮ（「○」で示す開状態）と、これら両孔の位置が一致せず流れが遮断されるＣＬＯＳＥ（「×」で示す閉状態）とを示している。

図７に示す実施例の場合、図６に示す場合と比べて、連通状態の順番が異なるが、共通回転弁体５０の回転に従って、三つの連通孔２５〜２７の位置が三つの貫通孔Ａ〜Ｃの位置にそれぞれ一致している場合（一通り）と、三つの貫通孔Ａ〜Ｃの位置のいずれにも一致していない場合（一通り）と、連通孔２５〜２７のうち二つの連通孔の位置が、貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃのうち二つの貫通孔の位置と一致する場合（三通り）と、更に一つの連通孔のみが一つの貫通孔の位置に一致している場合と（三通り；連通孔２８ａが貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃのいずれか一つの位置に一致している）を取ることは、図６の場合と同様である。

三方切換シート４０を用いる場合には、すべての組合せパターンは、図７の右側の列において破線で囲まれたパターンとなっている。半回転で各組合せが一度だけ出現し、一回転ではすべての組合せが二回出現する。貫通孔を９０°違えて配置した三方切換シート（貫通孔Ｂ，Ｃのみが形成された三方切換シート）を用いる場合には、すべての組合せパターンは、図７の右側の列において二点鎖線で囲まれたパターンとなっており、半回転で各組合せが一度だけ出現し、一回転ではすべての組合せが二回出現する点を含めて、第１実施例の場合と同様である。

図８は、図３及び図６に示す共通回転弁体１５において４５°の角度に設けられる連通孔の位置を連通孔２６，２７間の位置に変更した（連通孔２８ｂで示す）共通回転弁体５１を用いた第３実施例を示す図である。図８には、図６に示されているものと同様、共通回転弁体５１に対して、貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃが形成された四方切換シート４０と、貫通孔Ａ，Ｂが形成された三方切換シート３０とをそれぞれ用いたときの、共通回転弁体５１の回転に伴って行われる切換の態様が示されている。図８に示す弁−シート組図等の記載内容は、図６や図７に示す第１、第２実施例の場合と比べて、連通孔２８ｂに起因して異なる以外、同等であるので、再度の説明を省略する。連通孔２８ｂによる切換作用についても、共通回転弁体５１の回転に伴って現れる切換順序が異なるのみで、すべての切換の組合せが出現することに変わりはないので、これについても改めての説明を省略する。

三方切換シート４０を用いる場合には、すべての組合せパターンは、図８の右側の列において破線で囲まれたパターンとなっている。半回転で各組合せが一度だけ出現し、一回転ではすべての組合せが二回出現する。

図９は、図３及び図６に示す共通回転弁体１５において４５°の角度に設けられる連通孔（連通孔２８ｃで示す）の位置を連通孔２５，２７間の位置に変更した共通回転弁体５２を用いた第４実施例を示す図である。図９には、図６に示されているものと同様、共通回転弁体５２に対して、貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃが形成された四方切換シート４０と、貫通孔Ａ，Ｂが形成された三方切換シート３０と、をそれぞれ用いたときの、共通回転弁体５２の回転に伴って行われる切換の態様が示されている。図９に示す弁−シート組図等の記載内容は、図８に示す第３実施例の場合と比べて、連通孔２８ｃに起因して異なる以外、同等であるので、再度の説明を省略する。連通孔２８ｃによる切換作用についても、共通回転弁体５２の回転に伴って現れる切換順序が異なるのみで、三方切換シート４０を用いる場合を含めてすべての切換の組合せが出現することに変わりはないので、これについても改めての説明を省略する。

本発明による多方切換弁を各実施例に則して説明したが、各構造において特許請求の範囲に定める範囲内において各種の変更、置換を行うことが可能である。例えば、回転弁体の駆動は弁本体の側壁部に取り付けたステッピングモータと傘歯車による伝動機構を用いたものを説明したが、これに限らず、モータの配設を上下方向の縦軸として、回転弁体の駆動をモータの駆動軸で直接行ったり、あるいは内歯歯車とピニオンのような伝動機構によって行ってもよい。

１ 多方切換弁 ２ 弁本体
３ 上壁部 ４ 下壁部 ４ａ 底面
５ 側壁部 ６ 流体流入管
７，８，９ 流体流出管 １０ 弁室
１１ 流体流入口 １２，１３，１４ 流体流出口
１５，４５，５０，５１，５２ 共通回転弁体
１５ａ 上面 １５ｂ 環状縁部
１６ 回動中心軸 １７ 頭部
１８ コイルばね １９ａ，１９ｂ 座金
２０ 傘歯車 ２１ ステッピングモータ
２２ Ｏリング ２３ 回転出力軸
２４ 傘歯車
２５，２６，２７，２８；２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 連通孔
３０ 切換シート ４０ 切換シート
Ａ，Ｂ，Ｃ 貫通孔

Claims (6)

1. 流体流入口と三つの流体流出口とが開口する弁室が内部に形成されている弁本体と、
   前記弁室内に配設されており、回転動作に従って前記弁室と前記三つの流体流出口とを選択的に連通させる四つの連通孔が形成されている回転弁体と、
   前記回転弁体を回動する駆動モータとを備え、
   前記駆動モータは、回転駆動軸の先端に傘歯車を有しかつ前記弁本体の側壁部に取り付けられており、
   前記回転弁体の上面の環状縁部には、テーパ状の傘歯車が形成されており、
   前記駆動モータの出力回転は、前記回転駆動軸の傘歯車と前記テーパ状の傘歯車とによる伝動機構を介して前記回転弁体に伝達され、
   前記四つの連通孔は、前記回転弁体が一回転するまでの間に、前記弁室と前記三つの流体流出口との連通と遮断とを定める全開閉組合せを選択するように配置されていることを特徴とする多方切換弁。
2. 請求項１記載の多方切換弁において、
   前記三つの流体流出口は、前記回転弁体の回転中心を中心として前記弁本体の同心円上にほぼ９０度の角度で隔置して配置されており、
   前記四つの連通孔は、前記回転中心を中心として前記同心円に対応した前記回転弁体の同心円上において、ほぼ９０度の角度で隔置された三つの前記連通孔と、当該三つの連通孔のいずれかの連通孔に４５度の角度で隔置された一つの前記連通孔とから成ることを特徴とする多方切換弁。
3. 流体流入口と二つの流体流出口とが開口する弁室が内部に形成されている弁本体と、
   前記弁室内に配設されており、回転動作に従って前記弁室と前記二つの流体流出口とを選択的に連通させる四つの連通孔が形成されている回転弁体と、
   前記回転弁体を回動する駆動モータとを備え、
   前記駆動モータは、回転駆動軸の先端に傘歯車を有しかつ前記弁本体の側壁部に取り付けられており、
   前記回転弁体の上面の環状縁部には、テーパ状の傘歯車が形成されており、
   前記駆動モータの出力回転は、前記回転駆動軸の傘歯車と前記テーパ状の傘歯車とによる伝動機構を介して前記回転弁体に伝達され、
   前記四つの連通孔は、前記回転弁体が半回転するまでの間に、前記弁室と前記二つの流体流出口との連通と遮断とを定める全開閉組合せを選択するように配置されていることを特徴とする多方切換弁。
4. 請求項３記載の多方切換弁において、
   前記二つの流体流出口は、前記回転弁体の回転中心を中心として前記弁本体の同心円上にほぼ９０度又は１８０度の角度で隔置して配置されており、
   前記四つの連通孔は、前記回転中心を中心として前記同心円に対応した前記回転弁体の同心円上において、ほぼ９０度の角度で隔置された三つの前記連通孔と、当該三つの連通孔のいずれかの連通孔に４５度の角度で隔置された一つの前記連通孔とから成ることを特徴とする多方切換弁。
5. 請求項２又は４記載のいずれかの多方切換弁において、
   前記弁室と一つの前記流体流出口のみとの連通は、前記４５度の角度で隔置して配置された一つの連通孔を通じて行われ、
   前記弁室と二つ以上の前記流体流出口との連通は、ほぼ９０度の角度で隔置して配置された三つの前記連通孔を通じて行われることを特徴とする多方切換弁。
6. 請求項１〜５記載のいずれかの多方切換弁において、
   前記弁室内には、前記流体流出口に対応した貫通孔が形成された前記切換シートが配設されており、
   前記回転弁体は、前記切換シートに対して付勢された状態で摺動回転可能に支持されていることを特徴とする多方切換弁。

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