JP6534424B2 - チューブ保持構造 - Google Patents

Description

本発明は、可撓性材料により形成された複数本のチューブと、これらのチューブを屈曲した状態で往復直線移動自在に保持する保持体とを備えるチューブ保持構造に関する。

従来、このような分野の技術として、電子部品実装装置、半導体製造装置及び機械加工装置等に用いられた、多関節部材を有するケーブルベア（登録商標）が知られている。例えば下記特許文献には、動力供給用ケーブル、信号供給用ケーブル及びチューブ等をＵ字状に屈曲可能なケーブルベアの内部に収容した状態で、該ケーブルベアに接続された可動部の動きに追従して往復直線移動を行う構造が開示されている。

特開２００８−２４３８３９号公報

しかし、上述した構造では、ケーブルベアとケーブル又はチューブ、ケーブルとチューブ、ケーブル同士、チューブ同士は相対的に移動可能であるので、往復移動に伴う摩擦が発生し、発塵する問題があった。また、最近では装置の多様化や高速化に伴ってケーブルやチューブ本数の増加で、ケーブルベアにかかる荷重が増え、屈曲部における隣接する多関節部材同士への衝撃が大きくなる。このため、ケーブルベアを介して可動部に伝達する振動が大きくなる問題もあった。

本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、発塵を抑制しつつ、振動を低減することができるチューブ保持構造を提供することを目的とする。

本発明に係るチューブ保持構造は、可撓性材料により形成された複数本のチューブと、これらのチューブを屈曲した状態で往復直線移動自在に保持する保持体とを備えるチューブ保持構造であって、前記複数本のチューブは、複数本の主チューブを一方向に並列した状態で接合してなる主チューブ組と、複数本の副チューブを前記一方向に並列してなる副チューブ組とを有しており、前記副チューブ組は、前記主チューブ組に積み重ねられるとともに該主チューブ組と一体的に接合されており、前記保持体は、前記主チューブ組の長手方向の複数箇所において、前記主チューブ組における前記一方向の両側部と接合されていることを特徴としている。

本発明に係るチューブ保持構造では、主チューブ組と副チューブ組とが積み重ねられるとともに一体的に接合されるので、主チューブ及び副チューブを含むチューブ同士は、互いに相対的に移動することなく、チューブ同士の摩擦による発塵を抑制することができる。しかも、保持体は主チューブ組における一方向の両側部と接合されているので、保持体とチューブとの摩擦もなく、保持体とチューブとの摩擦による発塵を防止することができる。

更に、一体化された主チューブ組及び副チューブ組の屈曲によって曲げ反発力が発生するので、保持体の屈曲部にかかる荷重を低減することができる。このため、屈曲部で発生する衝撃が緩和され、振動低減を図ることができる。

本発明に係るチューブ保持構造では、前記主チューブは、前記副チューブよりも曲げ剛性が大きいことが好ましい。

本発明に係るチューブ保持構造において、前記副チューブ組は、複数であり、前記主チューブ組の片側又は両側に積層されていることが好ましい。

また、本発明に係るチューブ保持構造において、前記主チューブ組の片側又は両側において前記副チューブ組が複数積層された場合、前記主チューブ組側から外方に向かって前記副チューブの曲げ剛性が小さくなることが好ましい。

また、本発明に係るチューブ保持構造において、前記主チューブ組は、同じ材料且つ同じサイズの主チューブによって形成されていることが好ましい。

更に、本発明に係るチューブ保持構造において、前記保持体は、前記主チューブ組の長手方向に延設されるとともに、前記主チューブ組における前記一方向の両側に配置された一対の屈曲可能なサポート部材と、前記サポート部材の延設方向に所定の間隔で配置されるとともに、該一対のサポート部材を架け渡す複数のアーム部材と、前記アーム部材毎に配置されるとともに、前記主チューブ組における前記一方向の両側部を把持する一対のクランプ部材と、を有することが好ましい。

本発明によれば、発塵を抑制しつつ、振動を低減することができる。

実施形態に係るチューブ保持構造を示す斜視図である。 実施形態に係るチューブ保持構造を示す側面図である。 図２のＡ−Ａに沿う断面図である。 実施例及び比較例のモデルを示す図である。 実施例及び比較例の結果（Ｂａｃｋ→Ｆｒｏｎｔ）を示す図である。 実施例及び比較例の結果（Ｆｒｏｎｔ→Ｂａｃｋ）を示す図である。

以下、図面を参照して本発明に係るチューブ保持構造の実施形態について説明する。図１は実施形態に係るチューブ保持構造を示す斜視図であり、図２は実施形態に係るチューブ保持構造を示す側面図であり、図３は図２のＡ−Ａに沿う断面図である。

本実施形態のチューブ保持構造１は、例えばディスプレイパネル露光装置に用いられており、露光装置の作動に必要な動力や信号等を供給するケーブル類、冷却水やエア等を供給するチューブ類をまとめて保持する構造である。図１に示すように、チューブ保持構造１は、Ｕ字状に屈曲されており、互いに平行してＹ軸に延びる一対の直線部１Ａ，１Ｃと、直線部１Ａ，１Ｃの間に配置された屈曲部１Ｂとからなる。直線部１Ｃの先端は、固定台２に取り付けられており、チューブ保持構造１の固定端になる。一方、直線部１Ａの先端は、移動台３に取り付けられており、チューブ保持構造１の移動端になる。なお、図示しないが、チューブ保持構造１の移動端は、移動台３を介して露光装置の可動部に接続されている。

このチューブ保持構造１は、主として、可撓性の樹脂材料により形成された複数のチューブ１０と、これらのチューブ１０を屈曲した状態で往復直線移動自在に保持する保持体２０とを備えている。

図３に示すように、複数本のチューブ１０は、複数種類のチューブからなり、これらのチューブ１０を種類毎に一方向（すなわち、Ｘ方向）に並列して配置されるとともに、上記一方向に直交する方向（すなわち、Ｚ方向）に沿って積層してなる多段式連チューブとなっている。より具体的には、複数本のチューブ１０は、多段式連チューブの略中間位置に配置された主チューブ組１１と、該主チューブ組１１の両側に積層された３つの副チューブ組１２〜１４とを有する。

主チューブ組１１は、いわゆる多連チューブであり、複数本の主チューブ１０ＡをＸ方向に並列した状態で、隣接する主チューブ１０Ａ同士を接合することにより形成されている。主チューブ１０Ａ同士の接合方式としては、溶着や接着等が挙げられる。副チューブ組１２〜１４のうち、副チューブ組１２は主チューブ組１１の一方側（図３においては上側）、副チューブ組１３，１４は主チューブ組１１の他方側（図３においては下側）にそれぞれ配置されている。

副チューブ組１２は、複数本の副チューブ１０Ｂを所定の間隔で離れた状態でＸ方向に並列することにより形成されている。各副チューブ１０Ｂは、その外径が主チューブ１０Ａよりも大きく形成されており、主チューブ１０Ａに対して千鳥状に配置され、溶着や接着等でＺ方向に隣接する主チューブ１０Ａと接合されている。

副チューブ組１３は、複数本の副チューブ１０Ｃを所定の間隔で離れた状態でＸ方向に並列することにより形成されている。各副チューブ１０Ｃは、その外径が主チューブ１０Ａよりも小さく形成されており、主チューブ１０Ａに対して千鳥状に配置され、溶着や接着等でＺ方向に隣接する主チューブ１０Ａと接合されている。

一方、副チューブ組１４は、複数本の副チューブ１０Ｄを所定の間隔で離れた状態でＸ方向に並列することにより形成されている。各副チューブ１０Ｄは、隣接する副チューブ１０Ｃに対して千鳥状に配置され、溶着や接着等でＺ方向に隣接する副チューブ１０Ｃと接合されている。すなわち、副チューブ組１４は、主チューブ組１１に直接に接合されておらず、副チューブ組１３を介して主チューブ組１１と接合されている。

主チューブ組１１、副チューブ組１２，１３，１４には、組毎に同じ種類のチューブを用いても良く、異なる種類のチューブを用いても良いが、以下の理由で同じ種類のチューブ、しかも同じ材料且つ同じサイズのチューブを用いることが好ましい。すなわち、同じ種類のチューブを用いることによって、屈曲時の曲げ荷重を並行均等に保つことができ、且つ製造しやすい。

また、詳細は後述するが、この多段式連チューブのうち、主チューブ組１１だけが保持体２０に接合されており、且つチューブ保持構造１では下方から多段式連チューブを支える部材が設けられていないので、主チューブ組１１は最も荷重がかかる部分である。このため、主チューブ組１１の強度を高く維持する必要があり、主チューブ組１１は同じ材料且つ同じサイズの主チューブ１０Ａによって形成されることが好ましい。

主チューブ１０Ａ、副チューブ１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、多層構造であっても良く、単層構造であっても良い。また、主チューブ１０Ａ、副チューブ１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの材質としては、チューブ同士の接合、屈曲した状態で往復移動の確保、及び使用曲げ半径の確保等の観点から、溶着又は接着に適すること、耐屈曲疲労性であること、ある程度の柔軟性を有することが要求されている。このため、主チューブ１０Ａ、副チューブ１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが多層構造の場合、少なくともそれぞれの外層は熱可塑性樹脂ポリウレタンまたは軟質塩化ビニル等によって形成されることが好ましい。一方、主チューブ１０Ａ、副チューブ１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが単層構造の場合、材質のショアＡ硬度が６０〜９８程度であることが望ましい。

また、このように構成された多段式連チューブをＵ字状に曲げた際に、外側には引張応力、内側には圧縮応力が発生する。応力負荷の低減を図るために、多段式連チューブ全体の曲げ半径（すなわち、引張応力発生側と圧縮応力発生側との境界）となる位置に曲げ剛性の高いチューブを配置することが好ましい。従って、本実施形態では、主チューブ１０Ａは副チューブ１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄよりも曲げ剛性が大きく、且つ、主チューブ組１１側から外方（図３においては、主チューブ組１１の上方又は下方）に向かって曲げ剛性が小さくなるように各副チューブ組１２，１３，１４を配置させる。より具体的には、図３に示すように主チューブ組１１の下側に２つの副チューブ組１３，１４が積層された場合、主チューブ組１１に最も遠い位置に配置された副チューブ１０Ｄの曲げ剛性は、主チューブ組１１に近い位置に配置された副チューブ１０Ｃより小さい。

また、主チューブ１０Ａ、副チューブ１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを冷却水やエア供給用として使用する場合、同じ材料且つ同じ構造であれば、外径が大きいほど、肉厚も厚くなる。このため、外径の大きいチューブを多段式連チューブの中間位置に配置することにより、多段式連チューブ全体への応力負荷の低減が図りやすくなる。

一方、副チューブ１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄをケーブル挿入用として使用する場合には、耐圧性が不要になるので、冷却水やエア供給用チューブよりも柔軟な材質で、肉薄とすることができ、言い換えれば、チューブの曲げ剛性に対する要求が低くなる。従って、図３に示す副チューブ１０Ｂのように、外径が大きくても多段式連チューブの外側（すなわち、引張応力発生側）に該副チューブ１０Ｂを配置しても良い。

図１に示すように、保持体２０は、主チューブ組１１の長手方向に延設されるとともに、該主チューブ組１１におけるＸ方向（図３においては、左右方向）の両側に配置された一対の屈曲可能なサポート部材２１Ｌ，２１Ｒと、サポート部材２１Ｌ，２１Ｒの延設方向に所定の間隔で配置されるとともに、該一対のサポート部材２１Ｌ，２１Ｒを架け渡す複数のアーム部材２２と、アーム部材２２毎に配置されるとともに、主チューブ組１１におけるＸ方向の両側部を把持する一対のクランプ部材２３Ｌ，２３Ｒとを有する。

図３に示すように、サポート部材２１Ｌとサポート部材２１Ｒ、又はクランプ部材２３Ｌとクランプ部材２３Ｒとは、多段式連チューブに対して左右対称になっており、構造も同じであるので、以下においては左側のサポート部材２１Ｌ及びクランプ部材２３Ｌを挙げて説明する。

サポート部材２１Ｌは、複数のコマ部材２４を直列に連結することによって屈曲可能に形成されている。サポート部材２１Ｌの一端はチューブ保持構造１の移動端に延びて、該移動端に取り付けられた移動端ブラケット２０Ａと連結されており、他端はチューブ保持構造１の固定端に延びて、該固定端に取り付けられた固定端ブラケット２０Ｂと連結されている。

コマ部材２４は、チェーンなどに用いられた多関節部材に相当するものである。隣接するコマ部材２４同士の連結方式は既に周知されたものであるため、ここではその詳細な説明を省略し、コマ部材２４の構造だけを説明する。

コマ部材２４は、サポート部材２１Ｌの外側（すなわち、屈曲時における引張応力発生側）に配置されて、隣接するコマ部材２４と分離する切れ目を有する外側伸長部２４ａと、サポート部材２１Ｌの内側（屈曲時における圧縮応力発生側）に配置されて、隣接するコマ部材２４と分離する切れ目を有する内側圧縮部２４ｂと、外側伸長部２４ａ及び内側圧縮部２４ｂの間に配置された中間部２４ｃとを備えている。そして、外側伸長部２４ａ、内側圧縮部２４ｂ及び中間部２４ｃは、それぞれＺ方向に延びる連結棒２４ｄと連結されて一体化されている。

図３に示すように、連結棒２４ｄにおいて、外側伸長部２４ａと中間部２４ｃとの間に位置する部分の略中央には連結棒２４ｄの厚みを貫通する貫通孔２４ｅと、中間部２４ｃと内側圧縮部２４ｂとの間に位置する部分の略中央には貫通孔２４ｆとが、それぞれ形成されている。これらの貫通孔２４ｅ，２４ｆは、コマ部材２４とアーム部材２２又はクランプ部材２３Ｌとを固定する際にネジを通すためのものである。なお、コマ部材２４は、金属材料又は硬い樹脂材料によって形成されることが好ましい。

アーム部材２２は断面矩形状の棒状部材からなり、その左右両端部には、該アーム部材２２の長手方向に延びるネジ孔がそれぞれ設けられている。このアーム部材２２は、連結棒２４ｄに形成された貫通孔２４ｅに挿通され、更にネジ孔に螺合されたネジ２５によって、コマ部材２４と固定されている。なお、アーム部材２２は、金属材料により形成されても良く、硬い樹脂材料によって形成されても良い。

一方、クランプ部材２３Ｌは、主チューブ組１１に向かって窪むＣ字状の把持部２６ａと、該把持部２６ａと一体的に形成されるとともにアーム部材２２と連結するアーム連結部２６ｂと、コマ部材２４と連結するバンド連結部２６ｃとを有するように構成されている。

把持部２６ａは、溶着可能な樹脂からなり、Ｃ字状の凹部を有するように形成されている。主チューブ組１１の左端に位置する主チューブ１０Ａは、把持部２６ａの凹部に配置された状態で溶着により該把持部２６ａと接合されている。なお、ここで、溶着に代えて接着で主チューブ１０Ａと把持部２６ａとを接合しても良い。

アーム連結部２６ｂは、アーム部材２２に当接するようにＺ方向に延設されており、その内部には、該アーム連結部２６ｂの延設方向に延びるネジ孔が設けられている。それに対応して、アーム部材２２におけるアーム連結部２６ｂとの当接位置には、該アーム部材２２の厚みを貫通する貫通孔２２ａが設けられている。そして、クランプ部材２３Ｌは、アーム部材２２に形成された貫通孔２２ａに挿通され、更にネジ孔に螺合されたネジ２７によって、アーム部材２２と固定されている。

一方、バンド連結部２６ｃは、Ｘ方向に延設されており、その先端が連結棒２４ｄに形成された貫通孔２４ｆまで達している。バンド連結部２６ｃの内部には、該バンド連結部２６ｃの延設方向に延びるネジ孔が設けられている。そして、クランプ部材２３Ｌは、連結棒２４ｄに形成された貫通孔２４ｆに挿通され、更にネジ孔に螺合されたネジ２８によって、コマ部材２４と固定されている。なお、クランプ部材２３Ｌは、金属材料又は硬い樹脂材料によって形成されることが好ましい。

以上の構成を有するチューブ保持構造１では、主チューブ組１１は、その左右両端部でクランプ部材２３Ｌ，２３Ｒを介して保持体２０に保持されている。そして、主チューブ組１１と積層されるとともに一体化された副チューブ組１２，１３，１４は、直接に保持体２０に接合されずに、主チューブ組１１を介して保持体２０に保持されている。すなわち、主チューブ組１１と副チューブ組１２〜１４とからなる多段式連チューブは、クランプ部材２３Ｌ，２３Ｒのみを介して保持体２０に接合されて保持されている。

また、主チューブ組１１は複数本の主チューブ１０ＡをＸ方向に並列した状態において溶着で接合してなり、副チューブ組１２〜１４はそれぞれ複数本の副チューブ１０Ｂ〜１０ＤをＸ方向に並列してなるので、例えばこれらの主チューブ及び副チューブのうち、一部を電気ケーブル、信号ケーブルの挿入用とし、他の一部を冷却水及びエア供給用として使うことができる。しかも、副チューブ組１２〜１４は主チューブ組１１に積み重ねられるので、Ｘ方向における許容設置幅の制限、Ｙ方向における設置長さの制限に左右されずにチューブやケーブルの増加に対応できる。

加えて、主チューブ組１１を構成する複数本の主チューブ１０Ａが互いに接合されており、且つ副チューブ組１２〜１４が主チューブ組１１と一体的に接合されているので、これらのチューブ同士は互いに相対的に移動しない。このため、チューブ同士の摩擦による発塵を抑制することができる。しかも、保持体２０のクランプ部材２３Ｌ，２３Ｒは主チューブ組１１におけるＸ方向の両側部と接合されているので、保持体２０と主チューブ１０Ａ又は副チューブ１０Ｂ〜１０Ｃとの摩擦がなく、保持体とチューブとの摩擦による発塵を防止することができる。

更に、一体化された主チューブ組１１及び副チューブ組１２〜１４の屈曲により曲げ反発力が発生するので、保持体２０の直線部の垂れ下がりを抑制できるとともに、保持体２０の屈曲部にかかる荷重を低減することができる。このため、屈曲部におけるコマ部材２４同士間の衝撃が緩和され、保持体２０の振動を低減することができる。その結果、保持体２０に接続された可動部への振動を減らすことができる。

なお、本実施形態では、主チューブ組１１とクランプ部材２３Ｌ，２３Ｒとの接合部への負荷を低減するため、更にサポート部材２１Ｌ，２１Ｒの屈曲部をより滑らかに可動させるために、多段式連チューブの屈曲半径とサポート部材２１Ｌ，２１Ｒの曲げ半径とを一致させることが好ましい。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は実施例の範囲に限定されるものではない。

実施例では、実施形態に係るチューブ保持構造１を有するモデルに対し、図４に示す条件（各数値の単位がｍｍである）で往復直線移動時の振動測定を行った。本実施例において、（株）小野測器製ＦＦＴアナライザー「DS-3204」の振動測定機、（株）小野測器製TRIAXIAL ACCELEROMETER「NP-3578N10」の加速度ピックアップを使用した。また、主チューブ組１１には（株）アオイ製ウレタンチューブ（φ１０）２４本、副チューブ組１２には（株）アオイ製ウレタンチューブ（φ１２）１１本、副チューブ組１３には（株）アオイ製ウレタンチューブ（φ６）２１本、副チューブ組１４には（株）アオイ製ウレタンチューブ（φ６）２０本をそれぞれ用いた。そして、副チューブ組１２の各副チューブには日星電気（株）製ハイフロンふっ素樹脂絶縁ケーブルを挿入した。一方、保持体２０については、（株）椿本チエイン製ＴＫＱ型ケーブルベア「TKQ25H58E122R170C-115L」を利用して上述の保持体２０と同じ構造を有するように改良したものを用いた。

また、比較のため、以下の構造を有する現行品を用いて実施例と同じ条件で振動測定を行った。具体的には、イグス（株）製エナジーチェーン「Ｅ６．５２．２７５．０７５．０−７２」を用いて、その内部に（株）アオイ製フラットチューブ（φ１０）２０本を並列して接合したもの、フラットチューブ（φ６）４０本を並列して接合したものと、日本ゴア（株）製ハイフレックスフラットケーブルとを収容した構造であった。

図５及び図６は実施例及び比較例の結果を示す図である。これらの図に示すように、「Ｂａｃｋ→Ｆｒｏｎｔ」及び「Ｆｒｏｎｔ→Ｂａｃｋ」のいずれにおいても、比較例と比べて実施例の方は振動が低減されたことが証明された。特に「Ｂａｃｋ→Ｆｒｏｎｔ」の場合は、振動低減の効果が大きいことが確認された。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の実施形態において、主チューブ組１１の一方側に副チューブ組を一層（副チューブ組１２）、他方側に副チューブ組を２層（副チューブ組１３，１４）それぞれ積層した例を説明したが、必要に応じて副チューブ組の層数を適宜増減しても良い。また、副チューブ組を主チューブ組１１の片側だけに積層しても良い。

また、上記実施形態では、主チューブ組１１とクランプ部材２３Ｌ，２３Ｒとの接合方式について溶着又は接着を説明したが、ボルト締結、嵌合等の方式も考えられる。発塵抑制を重視する場合は溶着又は接着が望ましく、分解や組立のしやすさを重視する場合はボルト締結、嵌合が望ましい。そして、ボルト締結や嵌合の場合、クランプ部材２３Ｌ，２３Ｒの材質は金属又は硬質樹脂が好ましい。一方、溶着又は接着の場合、クランプ部材２３Ｌ，２３Ｒの材質は主チューブ１０Ａの外層材質と同じであることが好ましい。

１ チューブ保持構造
１０Ａ 主チューブ
１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 副チューブ
１１ 主チューブ組
１２，１３，１４ 副チューブ組
２０ 保持体
２１Ｌ，２１Ｒ サポート部材
２２ アーム部材
２３Ｌ，２３Ｒ クランプ部材
２４ コマ部材
２４ａ 外側伸長部
２４ｂ 内側圧縮部
２４ｃ 中間部
２４ｄ 連結棒
２６ａ 把持部
２６ｂ アーム連結部
２６ｃ バンド連結部

Claims (6)

1. 可撓性材料により形成された複数本のチューブと、これらのチューブを屈曲した状態で往復直線移動自在に保持する保持体とを備えるチューブ保持構造であって、
   前記複数本のチューブは、複数本の主チューブを一方向に並列した状態で接合してなる主チューブ組と、複数本の副チューブを前記一方向に並列してなる副チューブ組とを有しており、
   前記副チューブ組は、前記主チューブ組に積み重ねられるとともに該主チューブ組と一体的に接合されており、
   前記保持体は、前記主チューブ組の長手方向の複数箇所において、前記主チューブ組における前記一方向の両側部と接合されることにより前記主チューブ組と一体化され、
   前記チューブ保持構造において、チューブ屈曲時の圧縮応力発生側から前記主チューブ組及び前記副チューブ組を支える部材が設けられていないことを特徴とするチューブ保持構造。
2. 前記主チューブは、前記副チューブよりも曲げ剛性が大きい請求項１に記載のチューブ保持構造。
3. 前記副チューブ組は、複数であり、前記主チューブ組の片側又は両側に積層されている請求項１又は２に記載のチューブ保持構造。
4. 前記主チューブ組の片側又は両側において前記副チューブ組が複数積層された場合、前記主チューブ組側から外方に向かって前記副チューブの曲げ剛性が小さくなる請求項３に記載のチューブ保持構造。
5. 前記主チューブ組は、同じ材料且つ同じサイズの主チューブによって形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のチューブ保持構造。
6. 前記保持体は、
   前記主チューブ組の長手方向に延設されるとともに、前記主チューブ組における前記一方向の両側に配置された一対の屈曲可能なサポート部材と、
   前記サポート部材の延設方向に所定の間隔で配置されるとともに、該一対のサポート部材を架け渡す複数のアーム部材と、
   前記アーム部材毎に配置されるとともに、前記主チューブ組における前記一方向の両側部を把持する一対のクランプ部材と、
   を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のチューブ保持構造。

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