JPH04176708A - スタッドレスタイヤ - Google Patents
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
を損なうことなく氷雪路における摩擦力(制動性、駆動
性)、特に氷上摩擦力を向上させた全天候性能を有する
空気入りタイヤに関する。
場合には、タイヤにスパイクを打ち込んだスパイクタイ
ヤを用いるか又はタイヤの外周にタイヤチェーンを装着
して雪上・氷上路での安全を確保している。しかしなが
ら、スパイクタイヤ又はタイヤチェーンを装着したタイ
ヤでは、道路の摩耗や損傷が発生し易く、それが粉塵と
なって公害を引き起こし、大きな環境問題となる。
パイクやチェーンを使用せずに雪上路および氷上路にお
ける制動性、駆動性を有したスタッドレスタイヤが現在
急速に普及しつつある。
を有する発泡ゴムを用いたものがある。かかる発泡ゴム
を用いたタイヤは、例えば、特開昭62−283001
号公報、特開昭53−90402号公報に開示されてい
る。しかし、これらのタイヤでは、氷雪路における摩擦
力は良好であるが、発泡ゴムの硬度が低いため、独立気
泡によるエツジ効果と排水効果とが十分でなく、このた
め耐摩耗性や一般路(乾燥路、湿潤路)における走行性
能が低下するという問題点がある。
発明者らは氷雪路におけるゴムの摩擦力の発現について
次のような知見を得た。すなわち、氷雪路のゴムの摩擦
力は、ゴムブロックのエツジによる掘り起こし摩擦力と
ゴムが氷表面に接触して発生する凝着摩擦力がその主要
因である。したがって、この2つの摩擦力を共に最大限
に利用するゴム配合が望ましいが、エツジ効果を上げる
ためにはゴムブロックのタイヤ周方向の剛性がある程度
高い方がよく、一方、凝着力を上げるためには水面に対
して直角方向であるゴムブロックの径方向の剛性が低い
方がよい。
9547号公報に記載されているように、発泡ゴムに短
繊維を加えてトレッド部の硬度を上げて一般路での走行
性能を改善させようとしている。しかしながら、この場
合短繊維が発泡ゴム中にランダムに混入されているため
、トレッド部のブロック剛性が均一に高まり、タイヤ周
方向のブロック剛性がタイヤ径方向(ラジアル方向)の
ブロック剛性よりも大きくはならないので、いわゆる凝
着効果(トレッド表面が氷表面に着いてその氷表面の表
面形状に追随すること)が生じない。このため、氷上摩
擦力が向上しないという欠点がある。
)において操縦性能が悪いが、この主要な原因は使用す
るポリマーのガラス転移温度(Tg)に関係することが
分かった。すなわち、スタッドレスタイヤ用のトレッド
コンパウンドに使用されるポリマーは低温でもゴム弾性
を失わないことに重点があるため、Tgが低いことが必
要であると考えられている。このために、例えば、天然
ゴム(NR)、ポリブタジェンゴム(BR)、低スチレ
ン含量のスチレン−ブタジェン共重合体ゴム(SBR)
などがスタンドレスタイヤのポリマーとして汎用されて
いる。一方、乾燥路あるいは湿潤路におけるゴムの摩擦
力は0℃近辺でのゴムの損失正接に依存するところが大
きく、このためには粘弾性の温度依存性の転移領域がO
℃近辺にあるポリマー、すなわちTgの高いポリマーを
用いるのがよい。
Tgの高い高スチレン含量のSBRが使用されている。
ため、氷雪上のグリップ力と乾燥路、湿潤路でのグリッ
プ力を両立させるトレッドコンパウンドはみられない。
耐摩耗性や一般路における走行性能をも満足する性能を
有したタイヤが得られていないのが現状である。
となく氷雪路における摩擦力を向上させた空気入りタイ
ヤを提供することを目的とする。
する発泡ゴムと短繊維とから構成され、前記発泡ゴムは
ガラス転移温度が一60℃〜−20℃のポリマーを含有
すると共に発泡剤配合量に対して同量未満の尿素系助剤
を含有し、かつトレッド表面の平均気泡面積が100〜
5000μm2、トレッド表面の各気泡面積の変動係数
が0.5〜0.8、およびトレッド表面の気泡占有面積
率が1%〜4%であり、さらに前記短繊維の殆んどが前
記発泡ゴム中でトレッド部のブロック表面および側面に
沿って配向したことを特徴とする特 本発明者らは、気泡の氷表面への摩擦力を高めると共に
タイヤトレッドブロックのエツジ効果を上げるべく検討
したが、内部の均一なゴムでは両者を共に高くするのは
困難であった。すなわち、エツジ効果を上げるためには
ブロックの周方向剛性は成る程度高くなければならず、
いわゆる凝着摩擦力の向上のためには路面の直角方向で
ブロックの径方向剛性を低くしなければならないからで
ある。このために、本発明者らは、短繊維配合ゴムの異
方性を利用することを想起した。すなわち、ゴム中に配
合された短繊維を一方向に配列させると、その配列と平
行な方向の弾性率は上昇し、配列と直角な方向の弾性率
は殆ど変わらないことが知られている。
せるとトレッドブロック表面に直角な方向では剛性を低
下でき、一方、表面に平行な方向に対しては剛性を高く
することができる。
ことによって始めて、エツジ効果と凝着摩擦力とを最大
にすることができる。
リマーのTgとしては、−60℃以下のNR、シス結合
成分の高いBRlあるいは低スチレン含量のSBRなど
が汎用されている。
02号公報によれば、−60℃以下のTgのポリマーを
使用する理由は、これらのポリマーがスタッドレスタイ
ヤが使用される低温であっても十分なゴム弾性を有して
いるからである。
低すぎるTgは好ましくない。というのはタイヤの運動
性能を上げるためにはトレッドゴムの高ヒステリシスロ
ス化をはかることによって路面との摩擦力を上げること
が重要であるが、摩擦中のゴムの振動数は数千ヘルツに
も及ぶため、ゴム温度より数十度低温での工OHz程度
の損失正接を大きくすることによって高ヒステリシスロ
ス化をはかることができる。実際、0℃におけるtan
δはタイヤの制動摩擦力と良い相関を示すポリマー領
域の損失正接の粘弾性温度依存性の転移領域において最
大となる。転移領域は一般にガラス転移温度を始点とし
て、高温側に30℃ぐらいの温度幅を持っているので、
この幅の内側に0℃を含めばポリマーの損失正接は大き
くなる。すなわち、乾燥路、湿潤路での運動性能のため
には高いTgのポリマーがよいが、氷雪路面ではTgに
近い温度で使用されるため、ゴム弾性を失い硬化してし
まうので氷雪摩擦力が発揮されないという問題がある。
を防ぎ、ゴム弾性を保持させることを検討したところ、
ポリマーに気泡を含有させること、すなわち、発泡ゴム
を使用することが有効であることが分かった。ごく少な
い気泡量であっても高いTgのポリマーを含有させると
比較的低温までゴム弾性が失われず、スタッドレスタイ
ヤとして必要な性能を得ることができる。このような発
泡ゴムの特徴は特開平1−103501号公報によって
公知であるが、全天候性を目的としたタイヤでは、トレ
ッドのブロック剛性も高いことが必要であるので、発泡
ゴムのみでは高温時の剛性が維持できず、本発明のよう
に配向させた短繊維を利用してブロック剛性の異方性を
制御することにより始めて、低弾性率のコンパウンドを
使用することが可能となる。本発明は、このような知見
に基づきなされたものである。
断面説明図である。この第1図において、本発明の空気
入りタイヤAは、左右一対のビード部11.11とこれ
らビード部11.11に連結する左右一対のサイドウオ
ール部12.12とこれらサイドウオール部12.12
間に配されるトレッド部13からなる。左右一対のビー
ド部11.11間にはカーカス層14が装架されており
、トレッド部13においては、この外周を取り囲むよう
にベルト層15が配置されている。10はトレッド表面
である。
する発泡ゴムと短繊維とで構成している。この発泡ゴム
は、Tgが一60℃〜−20℃のポリマーを含有すると
共に発泡剤配合量に対して同量未満の尿素系助剤を含有
する。
一60℃以上のポリマーが必要である。
なり過ぎるので、かえってグリップ力が低下してしまう
。Tgが一60℃〜−20℃の範囲に入るポリマーとし
ては、例えば、スチレン含量の高いSBR、ブタジェン
中のビニル成分の多いSBR,ビニル成分の多いBR,
ブチルゴムなどを挙げることができる。これらのポリマ
ーの配合量は全ゴム分100重量部中30〜70重量部
がよい。30重量部未満では乾燥路、湿潤路での運動性
能が劣り、70重量部超では低温時の硬化が起こって氷
雪路面でのグリップ力が不足するからである。残余の7
0〜30重量部は、Tgが一60℃未満のジエン系ゴム
、例えばNR,シス成分の多いBR1低スチレン含量の
SBRなどを用いればよい。
であった氷雪路面での摩擦力を改良するために鋭意研究
を行った結果、トレッド部13に比較的硬度の高い発泡
ゴムを用いることで上記目標を達成できることを見い出
し、本発明に至った。
および排水効果を向上させ、特に0℃付近での疑似液体
層が存在する氷上で驚くべき効果があることを見い出し
た。また、低温時低硬度で氷雪摩擦を改良するという従
来よりの考え方は発泡ゴムには当てはまらず、むしろあ
る程度硬くした方が路面に接する独立気泡がもたらすエ
ツジ効果と排水効果とを著しく向上させる事実を見い出
した。しかも、比較的高硬度にしたことでブロック剛性
が向上し、従来の冬用タイヤの弱点であった一般路(乾
燥路、湿潤路)における走行性能を高レベルに保持させ
ることにもつながった。
下するため、通常、発泡ゴムの硬度を高くするにはマト
リックスゴムの硬度を大幅に高くしておく。−船釣には
カーボンブラックなどの補強剤を大幅に増量するか、又
はオイルなどの軟化剤を大幅に減量するなどの調節を行
うが、加工性や発熱性などが悪化してしまうので好まし
くない。そこで、本発明者らは、発泡剤の分解温度を低
下させるために、発泡剤と併用することの多い尿素系助
剤が架橋密度を増加させることに着目して種々の検討を
行った。この結果、ゴム組成物に尿素系助剤を単独で配
合しても硬度は上がるが、発泡剤と併用することで更に
その効果が大となることがわかった。すなわち、発泡剤
に対して尿素系助剤を特定量配合することで、発泡によ
る硬度低下が抑えられ、非発泡ゴムと同程度の硬度にで
きることが見い出され、また加工性や発熱性などに悪影
響を及ぼさないことも確認された。さらに、発泡剤とし
ては例えばニトロソ化合物を選択すると分解反応の途中
でホルムアルデヒドが生成され、強い刺激臭を与えるの
で、この場合にもアルデヒドの受体となる尿素系助剤を
配合することは作業性の面から大変有効である。
ヤトレッドブロックのエツジ効果を上げるべく検討した
が、内部の均一なゴムでは両者を共に高(するのは困難
であった。すなわち、エツジ効果を上げるためにはブロ
ックの周方向剛性はある程度高くなければならず、いわ
ゆる凝着摩擦力のためには路面と直角な方向であるブロ
ックの径方向剛性は低くしなければならないからである
。
用することを想起した。すなわち、ゴム中に配合された
短繊維を一方向に配列すると、配列方向と平行な方向の
弾性率は上昇し、配列方向と直角な方向の弾性率は殆ど
変わらないことが知られている。そこで、ゴムブロック
の表面に平行に繊維を配列するとブロック表面に直角な
方向には剛性を低くし、一方、表面に平行な方向に対し
ては剛性を高くすることができる。すなわち、短繊維配
合ゴムの短繊維配向方向を制御することによって、始め
て、エツジ効果と凝着摩擦力を最大にすることができる
のである。
態、トレッドパターンなどの研究を重ね、本発明に到達
したのである。
発泡剤を加え、さらに発泡剤配合量に対して同量未満の
尿素系助剤を配合してなる。
尿素系助剤を配合するのがよい。尿素系助剤を配合しな
いと、発泡ゴムの硬度が非発泡ゴムより大幅に低下する
ためにカーボンブラックなどの補強側を大幅に増量する
か、又はオイルなどの軟化剤を大幅に減量するなどの調
節が必要となり、加工性や発熱性などが悪化し、しかも
分解温度の高い発泡剤を用いた場合には通常の加硫温度
によりタイヤを製造するのが困難になる。また、発泡剤
配合量に対して同量以上の尿素系助剤を配合すると、発
泡による硬度低下を抑える効果が飽和して不経済であり
、しかも発泡剤によっては分解温度が低下し過ぎて、混
合、押出工程で未加硫ゴムが発泡する恐れがある。
を有する発泡ゴムで構成するには、トレッド部に用いら
れるゴム組成物に発泡剤および尿素系助剤を加え、通常
のタイヤ製造方法により加硫を行なうことによればよい
。この場合の発泡剤としては、有機又は無機の発泡剤を
任意に選択できる。例えば、有機発泡剤としてはベンゼ
ンスルホニルヒドラジド、ジニトロソペンタメチレンテ
トラミン、アゾジカルボンアミド等であり、無機発泡剤
としては、重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、亜硝
酸アンモニウムであり、特に限定されない。尿素系助剤
としては、凝集防止剤、吸湿防止のための酸性物質等と
尿素との化合物あるいは尿素単独物が用いられる。具体
的には例えば、水和化成工業−のセルペーストM3 (
尿素+酸性物質)、セルベース)K5 (尿素+酸性
物質)、セルペースト101(尿素+凝集防止剤)が挙
げられる。その他、カーボンブランク、軟化剤、加工助
剤、老化防止剤、ワックス、加硫剤、加硫促進剤等の配
合剤を当業界の慣行に従い適宜に適量配合してもよい。
ム100重量部に対して0.5〜20重量部配合するの
が好ましい。さらに、氷雪路性能、一般路性能を向上さ
せる手法として、キャップトレッドゴム/ペーストレッ
ドゴム構造のような二層、三層のトレッド構造を導入す
れば、−層これらの性能を向上できるようになるので好
ましい。
独立気泡であることが必要であり、好ましくは500〜
3000μm2である。100μ園2未満では氷雪路性
能の改良効果が不十分であり、5000μm2を超える
と耐摩耗性や一般路面での走行性能が大幅に低下するか
らである。
0.8であること。
分布は分布幅が狭く、気泡の形状および占有面積比率を
最適化することにより雪氷路性能、一般路性能を同時に
満足することを見出したことによる。
められる。
布状態であることが必要である。この変動係数(に)が
0.5未満では気泡のエツジ効果の低下により氷雪路性
能および一般路性能が低下し、0.8超では気泡の排水
効果の低下により氷雪性能が低下する。
ること。
方がよ(、スタッドレスタイヤとして使用される場合は
10%〜20%である。しかしながら、このような気泡
占有面積率を持ったタイヤが乾燥した路面を走行すると
きの摩耗は著しく速く、特に春夏の日照りのある路面で
は殆ど使用できないくらい摩耗が速い。これでは、冬期
の雪水路面だけしか走行できないことを前提としたスタ
ッドレスタイヤではまだしも、全天候性能を有するタイ
ヤとしては許し難く、また、カーボンブランク量などの
配合変更によっても改良することができない。高い気泡
占有面積率のトレッドが氷雪グリップ力に優れる理由は
、表面が摩耗することによって内部気泡が表面に出てく
るため氷雪と接する表面の粗さが増し、この粗さによっ
て氷雪面の水膜を排除するという真実接触面積が増大す
ることによっている。一方、本発明のごとくゴムを発泡
させることによって高いTgのポリマーが低温でもゴム
弾性を失わないようにすることを目的とした場合には、
低い気泡占有面積率でもよく、その効果はたかだか気泡
占有面積率1%であっても発現する。それ未満ではさす
かに有効とは認め難い。また、4%超の気泡占有面積率
では乾燥路面での摩耗が著しく速く、実用化できない。
ブロック表面および側面に沿って配向していること。
図は本発明の空気入りタイヤの一例のトレッド部の平面
視説明図、第3図はそのに−に’線断面図である。第2
図および第3図に示すように、短繊維17は、トレッド
部13のブロック16の表面aおよび側面すに沿ってタ
イヤ周方間EE’ に配向している。
/径比を持った繊維はマトリックスであるゴムの流れ方
向に並ぶ傾向があることを利用する。このような傾向は
、タイヤが加硫されるとき、モールドの突起部によって
未加硫トレッドゴムがモールドに沿って流れる場合にも
観察され、結果としてモールド突起部に沿って短繊維が
配向され、トレッドブロックの表面および側面に沿って
配向されることになる。
クは、ブロック全体の剛性は著しく高いが配向方向と直
角方向、すなわち表面から内部方向への弾性率はそれ程
高くないという弾性率の異方性が発現する。このような
ブロックの弾性率の異方性があるから本発明のごとく、
発泡させた低弾性のゴムを使用しても夏期高温時の操縦
安定性を維持することができる。
で平均長さが100〜5,000μm1好ましくは1
、000〜3,000μ橋の範囲内であることが望まし
い。短繊維の平均直径を1μm以上、平均長を100〜
5.000μmの範囲内にすることによりトレッド部の
押出成形時に発泡ゴム中の短繊維を押出方向に配向し易
くし、前述のブロックの弾性率又は剛性の異方性を大き
くすることができる。
は、その平均直径は最大直径と最小直径との総和平均値
をいう。さらに、短繊維の平均直径りに対する平均長さ
lの比ffi/Dは、好ましくは10〜1oooの範囲
内にするのがよい。
セルロース系繊維、ナイロン繊維に代表されるポリアミ
ド系繊維、ポリエステル系繊維、ビニロン等のポリビニ
ルアルコール系繊維などの化学繊維、カーボン繊維等を
用いることができる。好ましくはレーヨン等のセルロー
ス系の短繊維がよい。
って配向させることにより、トレッドブロックのタイヤ
周方向剛性をタイヤ径方向剛性よりも大きくすることが
できる。このため、凝着効果が生じ、氷上摩擦力が向上
する。
合内容(重量部)でトレッド部を構成したタイヤサイズ
が185/70 R1385Qのタイヤを各種作製し、
これらタイヤ(従来例、実施例1〜4、比較例1〜6、
参考例1.2)について次の評価を行った。この結果を
表に示す。
れを平面とした後、積木研究所製NEXUS6400を
用いて165倍にて画像処理を行ない、10個のサンプ
ルの平均値で評価した。
制動距離を測定し、従来タイヤ(従来例)を100とし
て指数表示した。数値は大なる程、制動が良好であるこ
とを示す。
したツルツル圧雪路面において5%(2,9°)勾配の
登板試験を行い、ゼロ発進方法により30m区間の登板
加速タイムを計測し、従来タイヤに対する指数で示した
。数値は大なる程、駆動性が良好であることを示す。
し、制動した時の制動距離を測定し、従来タイヤを10
0として指数表示した。数値は大なる程、制動が良好で
あることを示す。
件で乾燥路面を20,000b走行した後、各タイヤの
摩耗量を従来タイヤの摩耗量に対する指数で示した。数
値は大なる程、耐摩耗性が良好であることを示す。
径方向にブロックの中心部および表面部からサンプルを
切り出し、東洋精機■製の粘弾性スペクトロメーターを
用いて、チャック間長さ20日、幅5■、厚さ2Kmの
試料を周波数20Hz、初期歪10%、動的歪±2%、
温度0℃の条件で測定した。数値は大なる程、剛性が大
きいことを示す。
ニル成分量30重量%、Tg−56℃。
ニル成分量18重量%、Tg−53℃。
ト■製サントウェブD) 平均長1500μ■、平均径12μm(長径16μ園、
短径8μ■)。
均径1μm。
平均径lOμm。
■、平均径10μ閣。
m、平均径10μm。
本モンサント■製製レジメン3520)。
ン(水和化成工業■製セルラーD)。
■製セルペーストに5)。
って、発泡ゴムおよび短繊維を含まない。
合のタイヤで、氷雪性能と一般性能が両立できる。
用したタイヤで、氷雪性能はよいが一般路での性能が劣
る。
の範囲内であるが、発泡率を大としたコンパウンドであ
る。氷雪性能は良好であり、湿潤路面での制動性能も良
好であるが、耐摩耗性が大きく劣っており、実用的でな
い。
繊維の長さが短かすぎるため、ゴム中で短繊維がランダ
ムに配向し、トレッドブロックの中心部と表面部との弾
性率がほぼ同して低いので氷雪性能は改善されない。
m)と、氷雪性能を充分に改良できなくなることを示し
、また、参考例2は短繊維の平均長を極端に長くする(
8,000μm)と、タイヤ性能が従来例と実質的に変
わらなくなることを示している。
ッド部を、発泡剤と尿素系助剤とを特定割合だけ配合す
ると共にTgが一り0℃〜=20℃のポリマーを配合し
て作製した独立気泡を有する発泡ゴムと短繊維とから構
成し、トレッド表面の平均気泡面積、気泡の変動係数お
よび気泡占有面積率を特定範囲とし、さらに短繊維を発
泡ゴム中でトレッド部のブロック表面および側面に沿っ
て配向させたため、−船路(乾燥路、湿潤路)における
走行性能を損なうことなく氷雪路における摩擦力を著し
く改良させることが可能となる。
断面説明図、第2図は本発明の空気入りタイヤの一例の
トレッド部の平面視説明図、第3図はそのに−に’線断
面図である。 10・・・トレッド表面、11・・・ビード部、12・
・・サイドウオール、13・・・トレッド部、14・・
・カーカス層、15・・・ベルト層、16・・・ブロッ
ク、17・・・短繊維。 代理人 弁理士 小 川 信 −
Claims (2)
- (1)トレッド部が独立気泡を有する発泡ゴムと短繊維
とから構成され、前記発泡ゴムはガラス転移温度が−6
0℃〜−20℃のポリマーを含有すると共に発泡剤配合
量に対して同量未満の尿素系助剤を含有し、かつトレッ
ド表面の平均気泡面積が100〜5,000μm^2、
トレッド表面の各気泡面積の変動係数が0.5〜0.8
、およびトレッド表面の気泡占有面積率が1%〜4%で
あり、さらに前記短繊維の殆んどが前記発泡ゴム中でト
レッド部のブロック表面および側面に沿って配向した空
気入りタイヤ。 - (2)短繊維が1μm以上の平均直径と100〜5,0
00μmの範囲内の平均長を有する請求項(1)に記載
の空気入りタイヤ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA002049784A CA2049784A1 (en) | 1990-08-30 | 1991-08-23 | Studless pneumatic tire |
| DE4128613A DE4128613A1 (de) | 1990-08-30 | 1991-08-28 | Luftreifen |
| KR1019910014989A KR920004193A (ko) | 1990-08-30 | 1991-08-29 | 스터드리스 공압 타이어 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-226727 | 1990-08-30 | ||
| JP22672790 | 1990-08-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04176708A true JPH04176708A (ja) | 1992-06-24 |
| JP3026021B2 JP3026021B2 (ja) | 2000-03-27 |
Family
ID=
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0771836A2 (en) | 1995-11-06 | 1997-05-07 | Bridgestone Corporation | Fiber composite material and pneumatic tire using the same |
| US8191593B2 (en) | 2005-05-13 | 2012-06-05 | Diversey, Inc. | Non-slipping wheel |
| JP2020019341A (ja) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 住友ゴム工業株式会社 | タイヤの加硫評価方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0771836A2 (en) | 1995-11-06 | 1997-05-07 | Bridgestone Corporation | Fiber composite material and pneumatic tire using the same |
| US5975173A (en) * | 1995-11-06 | 1999-11-02 | Bridgestone Corporation | Pneumatic tire using fiber composite material |
| US8191593B2 (en) | 2005-05-13 | 2012-06-05 | Diversey, Inc. | Non-slipping wheel |
| JP2020019341A (ja) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 住友ゴム工業株式会社 | タイヤの加硫評価方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR920004192A (ko) | 1992-03-27 |
| JPH04176707A (ja) | 1992-06-24 |
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