JP4015483B2 - 伝達比可変操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵ハンドルの操舵角と転舵系の転舵角との間の伝達比を変化させる伝達比可変操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図５に示すように、特開２０００−２１１５４１号公報記載の伝達比可変操舵装置が知られている。この伝達比可変操舵装置は、ハウジング９０と、このハウジング９０と一体回転可能に設けられる入力軸９１と、ハウジング９０に回転可能に支承された出力軸９２と、ハウジング９０内に固定され、モータ軸９３ａを回転可能なモータ９３と、ハウジング９０内に設けられた波動歯車機構からなるギヤ機構９４と、ハウジング９０内に設けられたロック機構９５と、ハウジング９０外で入力軸９１と同軸に設けられたスパイラルケーブル装置９６とを備えている。
【０００３】
入力軸９１は図示しない等速ジョイントを介して図示しない操舵ハンドルに連結されており、操舵ハンドルの操舵角が入力軸９１に伝達されるようになっている。また、出力軸９２は図示しない等速ジョイントを介して図示しないピニオンに連結されており、ピニオンの回転が図示しないラックバーを平行移動するようになっている。こうして、出力軸９２は転舵系に転舵角を伝達する。
【０００４】
モータ９３はハウジング９０内に固定されるモータハウジング９３ｂを有している。モータハウジング９３ｂ内にはステータ９３ｃが固定されており、ステータ９３ｃ内にはステータ９３ｃによって回転駆動されるロータ９３ｄが設けられている。モータ軸９３ａは、ロータ９３ｄに固定され、ロータ９３ｄの両端で軸方向に突出されている。このモータ軸９３ａのスパイラルケーブル装置９５側の一端は、ハウジング９０にボール軸受９０ａを介して回転可能に支承されているとともに、ロック機構９５によりハウジング９０に固定可能になっている。他方、モータ軸９３ａの他端はギヤ機構９４に接続されている。
【０００５】
ギヤ機構９４は、モータ軸９３ａの他端が嵌入されてモータ軸９３ａと一体回転可能なウェーブジェネレータ９４ａを有している。このウェーブジェネレータ９４ａは、軸直角断面が楕円形状のカム９４１ａと、このカム９４１ａの外周に設けられたボール軸受９４２ａとからなる。ボール軸受９４２ａの内輪はカム９４１ａの外周に固定されており、ボール軸受９４２ａの外輪はボールを介して弾性変形可能である。ウェーブジェネレータ９４ａの外周にはボール軸受９４２ａの外輪と一体的に環状のフレクスプライン９４ｂが設けられている。フレクスプライン９４ｂの外周には外歯が形成されている。また、ハウジング９０内のモータ９３側には環状のステイサーキュラスプライン９４ｃが形成されている。ステイサーキュラスプライン９４ｃの内周にはフレクスプライン９４ｂの外歯と同数の内歯が形成され、これによりステイサーキュラスプライン９４ｃはフレクスプライン９４ｂと噛合している。さらに、ハウジング９０内の外側にはステイサーキュラスプライン９４ｃと隣接して環状のドライブサーキュラスプライン９４ｄが軸受メタル９０ｂを介して回転可能に支承されている。ドライブサーキュラスプライン９４ｄの内周にはフレクスプライン９４ｂの外歯より少ない歯数の内歯が形成され、これによりドライブサーキュラスプライン９４ｄもフレクスプライン９４ｂと噛合している。ドライブサーキュラスプライン９４ｄは可動フランジ９４ｅに固定され、可動フランジ９４ｅは出力軸９２に固定されている。
【０００６】
ロック機構９５は、モータ軸９３ａのスパイラルケーブル装置９５側の一端の外周に固定されたロックホルダ９５ａと、ハウジング９０に対して軸心と平行な枢軸回りで揺動可能に軸支され、駆動装置により駆動されるロックバー９５ｂとを有している。ロックホルダ９５ａの外周には複数のロック溝が凹設されており、ロックバー９５ｂの一端にはロック溝に係合可能な係合爪部が形成されている。
【０００７】
また、スパイラルケーブル装置９６は、図示しない車体に保持される筒状の筐体９６ａと、この筐体９６ａの内側に筐体９６ａに対して相対回転可能に設けられ、ハウジング９０外でハウジング９０に固定された内筒９６ｂとを有している。また、筐体９６ａと内筒９６ｂとの間には複数のリード線を絶縁被覆してなるフレキシブルフラットケーブル９６ｃが設けられており、このフレキシブルフラットケーブル９６ｃは、一端が内筒９６ｂに接続されて内筒９６ｂの周囲に巻回され、他端が筐体９６ａに接続されている。フレキシブルフラットケーブル９６ｃと接続されて内筒９６ｂから延出するリード線はモータ９３のステータ等に接続され、フレキシブルフラットケーブル９６ｃと接続されて筐体９６ａから延出するリード線は車体の図示しないバッテリ及びＥＣＵ（電子制御装置）にコネクタにより接続される。
【０００８】
この伝達比可変操舵装置では、ロックバー９５ｂの係合爪部がロックホルダ９５ａのロック溝と係合していない状態において、運転手が操舵ハンドルを操舵すると、入力軸９１を介してハウジング９０に操舵角が伝達される。この際、その操舵角に応じてモータ９３がロータ９３ｄを回転駆動する。ロータ９３ｄの回転はモータ軸９３ａを介してギヤ機構９４に伝達され、ここで減速されて出力軸９２が回転駆動される。
【０００９】
また、ロックバー９５ｂの係合爪部がロックホルダ９５ａのロック溝と係合している状態では、運転手が操舵ハンドルを操舵すると、入力軸９１を介してハウジング９０に操舵角が伝達されるとともに、モータ軸９３ａにも操舵角が伝達される。モータ軸９３ａの回転はギヤ機構９４に伝達され、出力軸９２が回転駆動される。
【００１０】
こうしてこの伝達比可変操舵装置では、非常時等に入力軸９１とモータ軸９３ａとをロック可能な状態としつつ、操舵角と転舵角との伝達比が可変された状態で転舵系に転舵角が伝達される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の伝達比可変操舵装置では、出力軸９２とドライブサーキュラスプライン９４ｄとの詳細が明らかでなかった。
【００１３】
このため、出力軸９２と一体の可動フランジ９４ｅとドライブサーキュラスプライン９４ｄとの固定を軸方向のボルトの締め付け及び平行ピンの圧入により行なうとすれば、ボルト及び平行ピンの部品点数の増加を生じるとともに、組付けに手間を要し、ひいては製造コストの高騰化を生じてしまう。
【００１４】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、ギヤ機構の機能を確保しつつ、製造コストの低廉化を実現することができる伝達比可変操舵装置を提供することを解決すべき課題としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の伝達比可変操舵装置は、ハウジングと、該ハウジングと一体回転可能に設けられ、操舵ハンドルの操舵角を伝達する入力軸と、該ハウジング内に固定され、モータ軸を回転可能なモータと、該ハウジングに回転可能に支承され、転舵系に転舵角を伝達する出力軸と、該ハウジング内で該モータ軸と該出力軸との間に設けられ、該モータ軸の回転角を増減して該出力軸に出力するギヤ機構とを備え、該操舵角と該転舵角との伝達比を可変する伝達比可変操舵装置において、
【００２１】
前記ギヤ機構は、該モータ軸と一体回転可能なウェーブジェネレータと、該ウェーブジェネレータの外周に設けられたフレクスプラインと、該ハウジング内に固定され、該フレクスプラインと噛合するステイサーキュラスプラインと、該出力軸に圧入され、該フレクスプラインと噛合するドライブサーキュラスプラインとを有する波動歯車機構であり、
該出力軸には径外方向に突出する凸部が形成され、該ドライブサーキュラスプラインには径外方向に凹設されて該凸部を圧嵌する凹部が形成され、
該凸部の付け根部分の周方向両側には、ぬすみが設けられていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の伝達比可変操舵装置では、ドライブサーキュラスプラインが出力軸に圧入されて、ギヤ機構が構成されている。このため、ボルトや平行ピンが不要になり、部品点数を削減することができる上、組付けが容易になる。
【００２３】
したがって、本発明の伝達比可変操舵装置によれば、ギヤ機構の機能を確保しつつ、製造コストを削減することができる。
【００２４】
本発明の伝達比可変操舵装置では、出力軸には径外方向に突出する凸部が形成され、ドライブサーキュラスプラインには径外方向に凹設されて該凸部を圧嵌する凹部が形成されている。ドライブサーキュラスプラインの全周面にわたって出力軸に圧入を行なうとすると、ドライブサーキュラスプラインが微小に変形し、ギヤ機構の機能が損なわれるおそれがある。これに対し、出力軸に形成された凸部とドライブサーキュラスプラインに凹設された凹部とでドライブサーキュラスプラインが出力軸に圧入されれば、ギヤ機構の機能が損なわれ難い。凸部は少なくとも２つであることが好ましい。これにより、両者の位置ズレを確実に防止できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
この伝達比可変操舵装置は、図１に示すように、ステアリング装置に用いられる。このテアリング装置は、車両の操舵ハンドル７０が入力軸としての上部ステアリングシャフト７１の上端に図示しない等速ジョイントを介して接続されている。また、上部ステアリングシャフト７１の下端と、出力軸としての下部ステアリングシャフト７２の上端とが伝達比可変操舵装置１を介して接続されている。
【００２７】
また、下部ステアリングシャフト７２の下端には図示しない等速ジョイントを介して図示しないピニオンが設けられ、このピニオンがステアリングギヤボックス７３内においてラック７４に噛合されている。ラック７４の両端にはそれぞれタイロッド７５の一端が接続されるとともに、各タイロッド７５の他端にはナックルアーム７６を介して転舵輪７７が接続されている。
【００２８】
さらに、上部ステアリングシャフト７１には操舵ハンドル７０の操舵角を検出する舵角センサ７８が設けられ、下部ステアリングシャフト７２には転舵輪７７の転舵角を検出する転舵角センサ７９が設けられている。これら舵角センサ７８及び転舵角センサ７９により検出された操舵ハンドル７０の操舵角及び転舵輪７７の転舵角はＥＣＵ８０に入力されるようになっている。ＥＣＵ８０には、車両速度を検出する車速センサ８１から出力される車両速度も入力されるようになっている。そして、ＥＣＵ８０は、伝達比可変操舵装置１に対して、この伝達比可変操舵装置１を制御するための制御信号を出力するようになっている。
【００２９】
伝達比可変操舵装置１を図２に拡大して示す。この伝達比可変操舵装置１は、一体に結合されているハウジング６〜８内に、ロック機構３、モータ４及びギヤ機構としての波動歯車機構５が設けられ、ハウジング６外にはスパイラルケーブル装置２が設けられている。そして、上部ステアリングシャフト７１の下端７１ａと、下部ステアリングシャフト７２の上端７２ａとが伝達比可変操舵装置１に接続されている。
【００３０】
ハウジング６の上部ステアリングシャフト７１側には筒状の嵌合部６ａが形成されている。この嵌合部６ａに上部ステアリングシャフト７１の下端７１ａが板バネ６ｂを介して嵌合されており、これによりハウジング６と上部ステアリングシャフト７１とが一体として回転するようになっている。
【００３１】
モータ４はハウジング７内に固定されるモータハウジング１０を有している。モータハウジング１０はモータハウジング本体１０ａとモータエンドプレート１０ｂとからなる。モータハウジング本体１０ａは、中央に軸孔１０ｃをもつカップ状をなし、ハウジング７に固定されている。このモータハウジング本体１０ａの上部ステアリングシャフト７１側には、モータハウジング本体１０ａの開口部を塞ぐようにモータエンドプレート１０ｂが固定されている。モータハウジング本体１０ａの内周面にはステータ１２が固定され、ステータ１２内にはステータ１２によって回転駆動されるロータ１４が設けられている。ロータ１４にはモータ軸１３が固定され、モータ軸１３はロータ１４の両端で軸方向に突出されている。また、モータ軸１３の一端１３ａはモータエンドプレート１０ｂとの間に設けたボール軸受１５により支承されており、モータ軸１３の他端１３ｂはモータハウジング本体１０ａの軸孔１０ｃとの間に設けたボール軸受１６により支承されている。これにより、モータ軸１３はモータハウジング本体１０ａ、ハウジング６〜８に対して同軸で回転可能になっている。このモータ軸１３のスパイラルケーブル装置２側の一端１３ａは、ロック機構３によりハウジング６〜８に固定可能になっている。他方、モータ軸１３の他端１３ｂは波動歯車機構５に接続されている。
【００３２】
波動歯車機構５は、モータ軸１３の他端１３ｂが嵌入されてモータ軸１３と一体回転可能なウェーブジェネレータ１７を有している。このウェーブジェネレータ１７は、軸直角断面が楕円形状のカム１７ａと、このカム１７ａの外周に設けられたボール軸受１７ｂとからなる。ボール軸受１７ｂの内輪はカム１７ａの外周に固定されており、ボール軸受１７ｂの外輪はボールを介して弾性変形可能である。ウェーブジェネレータ１７の外周にはボール軸受１７ｂの外輪と一体的に弾性変形可能な環状のフレクスプライン１９が設けられている。このフレクスプライン１９の外周には外歯１９ａが形成されている。
【００３３】
また、ハウジング７内のモータ４側には環状のステイサーキュラスプライン２０が固定されている。より詳細に説明すれば、図３に示すように、ハウジング７の内周面には径内方向に突出する３つの凸部７ａが形成され、ステイサーキュラスプライン２０の外周面には径内方向に３つの凹部２０ｂが凹設されている。そして、各凹部２０ｂが各凸部７ａを圧嵌することにより、ステイサーキュラスプライン２０がハウジング７に圧入されている。図２に示すように、ステイサーキュラスプライン２０の内周にはフレクスプライン１９の外歯１９ａより多い歯数の内歯２０ａが形成され、これによりステイサーキュラスプライン２０はフレクスプライン１９と噛合している。
【００３４】
さらに、ハウジング７内の下部ステアリングシャフト７２側にはステイサーキュラスプライン２０と隣接して環状のドライブサーキュラスプライン２１が軸受メタル７ａを介して回転可能に支承されている。より詳細に説明すれば、図４に示すように、下部ステアリングシャフト７２の上端７２ａには可動フランジ７２ｂが一体的に形成されている。この可動フランジ７２ｂには径外方向に突出する２つの凸部７２ｃが形成され、ドライブサーキュラスプライン２１には径方向に２つの凹部２１ｂが凹設されている。そして、各凹部２１ｂが各凸部７２ｃを圧嵌することにより、ドライブサーキュラスプライン２１が下部ステアリングシャフト７２に圧入されている。図２に示すように、ドライブサーキュラスプライン２１の内周にはフレクスプライン１９の外歯１９ａと同数の内歯２１ａが形成され、これによりドライブサーキュラスプライン２１もフレクスプライン１９と噛合している。また、モータハウジング本体１０ａと波動歯車機構５との間には保護プレート９が設けられている。
【００３５】
ロック機構３は、モータ軸１３のスパイラルケーブル装置２側の一端１３ａの外周に固定されたロックホルダ２４と、ハウジング６に対して軸心と平行な枢軸回りで揺動可能に軸支され、駆動装置により駆動されるロックバー２５とを有している。ロックホルダ２４の外周には複数のロック溝が凹設されており、ロックバー２５の一端にはロック溝に係合可能な係合爪部が形成されている。
【００３６】
また、スパイラルケーブル装置２は、図示しない車体に保持される筒状の筐体２６と、この筐体２６の内側に筐体２６に対して相対回転可能に設けられ、ハウジング６外でハウジング６に固定された内筒２７とを有している。また、筐体２６と内筒２７との間には複数のリード線を絶縁被覆してなるフレキシブルフラットケーブル２８が設けられており、このフレキシブルフラットケーブル２８は、一端が内筒２７に接続されて内筒２７の周囲に巻回され、他端が筐体２６に接続されている。フレキシブルフラットケーブル２８と接続されて内筒２７から延出するリード線はモータ４のステータ１２等に接続され、フレキシブルフラットケーブル２８と接続されて筐体２６から延出するリード線は車体の図示しないバッテリ及びＥＣＵ８０にコネクタにより接続される。
【００３７】
以上のように構成された伝達比可変操舵装置１では、ロックバー２５の係合爪部がロックホルダ２４のロック溝と係合していない状態において、運転手が操舵ハンドル７０を操舵すると、上部ステアリングシャフト７１を介してハウジング６〜８に操舵角が伝達される。ＥＣＵ８０は、この操舵角を舵角センサ７８より入力するとともに、車両速度を車速センサ８１より入力する。そして、ＥＣＵ８０は車両速度及び操舵角に基づき目標舵角の演算を行う。この目標舵角に基づいて、モータ４を制御する制御信号がＥＣＵ８０より伝達比可変操舵装置１に出力される。
【００３８】
ＥＣＵ８０より伝達比可変操舵装置１に出力された制御信号は、スパイラルケーブル装置２のスパイラルケーブル２８を介して、モータ４に送られる。そして、この制御信号に基づきステータ１２に通電され、これによりロータ１４が回転駆動される。この際、ステータ１２はモータハウジング本体１０ａ及びハウジング７に固定され、ロータ１４はモータ軸１３に固定されているため、モータ軸１３はハウジング６〜８に対して相対回転することとなる。
【００３９】
また、モータ軸１３の他端１３ｂはウェーブジェネレータ１７のカム１７ａに固定されているため、モータ軸１３とカム１７ａとは一体として回転する。カム１７ａは楕円状をなしており、カム１７ａが回転すると、ボール軸受１７ｂを介してフレクスプライン１９が楕円状に弾性変形する。この際、カム１７ａの長軸の両端部分では、フレクスプライン１９の外歯１９ａとステイサーキュラスプライン２０及びドライブサーキュラスプライン２１の内歯２０ａ、２１ａとは噛合し、短軸の両端部分では、外歯１９ａと内歯２０ａ、２１ａとは完全に離れた状態となっている。そして、フレクスプライン１９の外歯１９ａとステイサーキュラスプライン２０及びドライブサーキュラスプライン２１の内歯２０ａ、２１ａとの噛合する位置が周方向に順次移動していく。ここで、ドライブサーキュラスプライン２１の内歯２１ａの歯数とフレクスプライン１９の外歯１９ａの歯数とは同数にされているため、両者間に相対回転は発生しない。これに対し、ステイサーキュラスプライン２０の内歯２０ａはフレクスプライン１９の外歯１９ａより多い歯数にされているため、両者間に相対回転が発生する。つまり、カム１７ａが一回転すると、ステイサーキュラスプライン２０の内歯２０ａとフレクスプライン１９の外歯１９ａとの歯数の差の分だけ、両者間に相対回転が発生することとなる。また、ステイサーキュラスプライン２０はハウジング７内に固定されている。この結果、ドライブサーキュラスプライン２１はハウジング７に対して相対的に回転駆動されることとなる。
【００４０】
そして、波動歯車機構５のドライブサーキュラスプライン２１の回転により、下部ステアリングシャフト７２が回転する。こうして、上部ステアリングシャフト７１と下部ステアリングシャフト７２とを相対回転させ、操舵ハンドル７０の操舵角と転舵輪７７の転舵角とを変化させることができる。
【００４１】
また、転舵角センサ７９により検出された転舵輪７７の転舵角がＥＣＵ８０にフィードバックされ、確実に目標舵角に対応した転舵角を転舵輪７７に与えることができるようにしている。
【００４２】
また、ロックバー２５の係合爪部がロックホルダ２４のロック溝と係合している状態では、運転手が操舵ハンドル７０を操舵すると、上部ステアリングシャフト７１を介してハウジング６〜８に操舵角が伝達される。ところが、モータ軸１３はロック機構３により固定されているので、ロータ１４は回転せず、波動歯車機構５も働かないので、ハウジング６〜８に対して下部ステアリングシャフト７２は相対回転しない。
【００４３】
こうしてこの伝達比可変操舵装置１では、非常時等に上部ステアリングシャフト７１とモータ軸１３とをロック可能な状態としつつ、操舵角と転舵角との伝達比が可変された状態で転舵系に転舵角が伝達される。
【００４４】
この伝達比可変操舵装置１では、ステイサーキュラスプライン２０がハウジング７に圧入されて、波動歯車機構５が構成されている。このため、ボルトや平行ピンが不要になり、部品点数を削減することができる上、組付けが容易になる。また、この際、ステイサーキュラスプライン２０の外周面に凹設された３つの凹部２０ｂがハウジング７の内周面に形成された３つの凸部７ａを圧嵌している。そのため、ステイサーキュラスプライン２０の全周面にわたってハウジング７に圧入を行なった場合に比べ、ステイサーキュラスプライン２０の変形を防止できる。これにより、波動歯車機構５の機能が十分に確保される。
【００４５】
また、この伝達比可変操舵装置１では、ドライブサーキュラスプライン２１が下部ステアリングシャフト７２の可動フランジ７２ｂに圧入されて、波動歯車機構５が構成されている。このため、やはりボルトや平行ピンが不要になり、部品点数を削減することができる上、組付けが容易になる。また、この際、ドライブサーキュラスプライン２１に凹設された２つの凹部２１ｂが可動フランジ７２ｂに形成された２つの凸部７２ｃを圧嵌している。そのため、ドライブサーキュラスプライン２１の全周面にわたって可動フランジ７２ｂに圧入を行なった場合に比べ、ドライブサーキュラスプライン２１の変形を防止できる。これにより、やはり波動歯車機構５の機能が十分に確保される。
【００４６】
したがって、この伝達比可変操舵装置１によれば、波動歯車機構５の機能を確保しつつ、製造コストを削減することができる。
【００４７】
また、この伝達比可変操舵装置１では、ギヤ機構として波動歯車機構５を採用しているため、部品数を少なくでき、小型・軽量化を図ることができる。さらに、波動歯車機構５は歯１９ａ、２０ａ、２１ａ同士の接触面積が大きいため、高減速比・高効率・高精度・高トルクを得ることができるのみならず、バックラッシュを非常に小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の伝達比可変操舵装置に係るステアリング装置の構成図である。
【図２】実施形態の伝達比可変操舵装置の断面図である。
【図３】実施形態の伝達比可変操舵装置に係り、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】実施形態の伝達比可変操舵装置に係り、図２のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
【図５】従来の伝達比可変操舵装置の断面図である。
【符号の説明】
１…伝達比可変操舵装置
６、７、８…ハウジング
７０…操舵ハンドル
７１…入力軸（上部ステアリングシャフト）
７２…出力軸（下部ステアリングシャフト）
４…モータ
１０…モータハウジング
１２…ステータ
１３…モータ軸
１３ａ…一端
１３ｂ…他端
１４…ロータ
１５、１６…軸受（ボール軸受）
５…ギヤ機構（波動歯車機構）
１７…ウェーブジェネレータ
１９…フレクスプライン
２０…ステイサーキュラスプライン
２１…ドライブサーキュラスプライン
１９ａ…外歯
２０ａ、２１ａ…内歯
２０ｂ、２１ｂ…凹部
７ａ、７２ｃ…凸部

Claims (1)

1. ハウジングと、該ハウジングと一体回転可能に設けられ、操舵ハンドルの操舵角を伝達する入力軸と、該ハウジング内に固定され、モータ軸を回転可能なモータと、該ハウジングに回転可能に支承され、転舵系に転舵角を伝達する出力軸と、該ハウジング内で該モータ軸と該出力軸との間に設けられ、該モータ軸の回転角を増減して該出力軸に出力するギヤ機構とを備え、該操舵角と該転舵角との伝達比を可変する伝達比可変操舵装置において、
   前記ギヤ機構は、該モータ軸と一体回転可能なウェーブジェネレータと、該ウェーブジェネレータの外周に設けられたフレクスプラインと、該ハウジング内に固定され、該フレクスプラインと噛合するステイサーキュラスプラインと、該出力軸に圧入され、該フレクスプラインと噛合するドライブサーキュラスプラインとを有する波動歯車機構であり、
   該出力軸には径外方向に突出する凸部が形成され、該ドライブサーキュラスプラインには径外方向に凹設されて該凸部を圧嵌する凹部が形成され、
   該凸部の付け根部分の周方向両側には、ぬすみが設けられていることを特徴とする伝達比可変操舵装置。

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