EP1991916B1 - Piece de micro-mecanique avec ouverture de forme pour assemblage sur un axe - Google Patents

Piece de micro-mecanique avec ouverture de forme pour assemblage sur un axe Download PDF

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EP1991916B1
EP1991916B1 EP07704705A EP07704705A EP1991916B1 EP 1991916 B1 EP1991916 B1 EP 1991916B1 EP 07704705 A EP07704705 A EP 07704705A EP 07704705 A EP07704705 A EP 07704705A EP 1991916 B1 EP1991916 B1 EP 1991916B1
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micro
shaft
mechanical part
aperture
zones
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EP07704705A
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Frédéric Vaucher
Raymond Gabus
Marco Verardo
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Nivarox Far SA
Nivarox SA
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Nivarox Far SA
Nivarox SA
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/14—Component parts or constructional details, e.g. construction of the lever or the escape wheel
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B13/00—Gearwork
    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
    • G04B13/021—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots elastic fitting with a spindle, axis or shaft
    • G04B13/022—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots elastic fitting with a spindle, axis or shaft with parts made of hard material, e.g. silicon, diamond, sapphire, quartz and the like
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49462—Gear making
    • Y10T29/49465—Gear mounting

Definitions

  • the present invention relates to a micro-mechanical part comprising a shaped opening intended to facilitate assembly on an axis for a moving part, or on a stud for a fixed part, and to limit or eliminate the risk of breaking the part during the driving on the axis or the stud, especially when said part is made of a brittle material.
  • the driving technique is very widely used, for example for securing a wheel on a shaft.
  • material constituting the part has a plastic domain, which is the case of metals and alloys, it is known to calculate the tolerances necessary for the shaft and the bore so as to have a tight fit without risk of breaking the part, or of to deform it.
  • plastic field which is the case of glass, quartz or silicon, there is a great risk of breaking the workpiece during assembly.
  • the present invention therefore aims to overcome the disadvantages of the aforementioned prior art by providing a micromechanical part, in particular watchmaker, made of a brittle material which can be assembled by driving on an axis or a stud without risk of rupture.
  • the invention relates to a micro-mechanical part made from a plate of a brittle material having an opening for driving an axis or a stud.
  • brittle material is meant a material having no plastic deformation domain, such as glass, quartz or silicon.
  • These plate portions are in the form of a tongue that presses tangentially on the axis during the driving.
  • the stiffening and positioning zones and the tongues are arranged alternately about the axis, each tongue being separated from the adjacent stiffening zones by a recess, and the stiffening and positioning zones are distributed in a substantially regular manner around the opening.
  • the invention also proposes an arrangement for immobilizing a micro-mechanical part comprising an opening by driving on a support block comprising a positioning stud.
  • the micro-mechanical part is made with any of the preceding features.
  • the invention also proposes an arrangement for fixing by driving a moving micro-mechanical part in rotation, continuous or alternative, on a shaft.
  • the micro-mechanical part is made with any one of the preceding claims.
  • FIG. 1 represents in perspective a portion of plate 1 to be secured to a support block 11 by means of a cylindrical stud 3 passing through an opening 2 formed in said plate 1.
  • the plate 1 consists of a brittle material, ie a material that does not have a plastic domain in normal temperatures of use, such as glass, quartz or silicon.
  • the plate 1 may simply be a construction element, for example a plate, a bridge or a dial of a timepiece. It can also have a functional role by supporting a printed circuit or a MEMs to be secured to the block 11.
  • the opening 2 is a shaped opening shown in plan view on a larger scale at the figure 2 .
  • the figure 2 As an example, there is shown a silicon escapement wheel mounted on a cylindrical shaft intended to be pivoted between two bearings. As can be seen, the contour of the opening 2 does not follow the circular contour of the shaft 5 by alternately presenting stiffening and positioning zones 8 and zones 10 with elastic deformation. It is noted that the zones 8 of stiffening and the zones 10 with elastic deformation extend in the plane of the plate 1, as represented on the Figures 1 and 2 , since they define the shape of the opening 2. The zones 10 with elastic deformation are provided to deform in the plane of the plate 1.
  • the stiffening zones 8 serve to center the escape wheel with respect to the shaft 5.
  • the zones 8 of stiffening are distributed angularly in a regular manner around the opening 2. There are here three zones 8 of stiffening.
  • each zone 8 of stiffening comprises at least one bearing surface 16 intended to be in contact with the cylindrical wall of the shaft 5. These bearing surfaces 16 are evenly distributed around the opening 2 to ensure the centering of the shaft 5 in the opening 2. More particularly, each zone 8 of stiffening constitutes a bearing surface 16 which is delimited by the two recesses 13, 15 surrounding said zone 8. Each stiffening zone 8 therefore has here an arcuate profile which generally follows the radius of curvature of the cylindrical wall of the shaft 5. The spans 16 allow precise positioning of the wheel relative to the shaft 5.
  • the tongues 12 provide the radial clamping function, the catch-up function of the manufacturing sets at the opening , and el guarantee the centering of the shaft 5 in the opening 2.
  • the figure 3 corresponds to a second embodiment representing a timer star having in its center an opening of form 4 providing an anti-rotation effect.
  • the end 7 of the shaft 5 is machined with a non-circular contour in the shape of a triangle with rounded corners.
  • the shape opening 4 follows this contour, but having, as in the first embodiment, a succession zones 8 for stiffening and positioning and areas 10 for elastic deformation.
  • the figure 4 corresponds to a third embodiment in which the piece, for example of silicon, is a toothed wheel having in its center a shaped opening 6 having as previously an "anti-rotation" function.
  • the shape opening 7 is oblong.
  • the fastening by the tongues constitutes an intermediate fixing step guaranteeing a precise centering of the axis in the opening, with a catch of the games, and the step of bonding or welding constitutes a final fixing step.

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Description

    Domaine technique
  • La présente invention concerne une pièce de micro-mécanique comportant une ouverture de forme destinée à faciliter l'assemblage sur un axe pour une pièce mobile, ou sur un plot pour une pièce fixe, et limiter voire éliminer le risque de briser la pièce lors du chassage sur l'axe ou le plot, notamment lorsque ladite pièce est réalisée en un matériau cassant.
    • Arrière plan technologique
  • Dans le domaine de la micro-mécanique, qui sera par la suite plus particulièrement illustré par le domaine horloger, la technique de chassage est très largement utilisée, par exemple pour assujettir une roue sur un arbre. Lorsque matériau constituant la pièce possède un domaine plastique, ce qui est le cas des métaux et alliages, on sait calculer les tolérances nécessaires pour l'arbre et l'alésage de façon à avoir un ajustement serré sans risque de briser la pièce, ou de la déformer. Lorsque le matériau ne possède pas, ou très peu, de domaine plastique, ce qui est le cas du verre, du quartz ou du silicium, le risque est grand de briser la pièce au montage.
  • Or ces matériaux sont de plus en plus utilisés en horlogerie en raison notamment de leur insensibilité aux champs magnétiques, de leur très faible coefficient d'expansion thermique, et de leur densité bien inférieure à celle des métaux ou alliages. De plus les technologies modernes d'usinage permettent de réaliser des formes complexes avec une grande précision.
  • Si on effectue un ajustement gras pour éviter des contraintes dans le matériau cassant, on a alors un risque de déchassage ou de non entraînement d'un organe mobile par l'arbre. Pour pallier à cet inconvénient on pourrait utiliser la technique de collage longtemps utilisée pour fixer un spiral sur une virole, comme décrit par exemple dans le brevet FR 1 447 142 . Le brevet US 3 906 714 décrit un mode de réalisation dans lequel le point de colle permet à la fois de fixer le spiral à une bague formant virole et ladite bague à l'axe de balancier.
  • L'usage d'une colle a toutefois l'inconvénient de nécessiter des étapes supplémentaires d'usinage pour prévoir des logements pour la colle, et des tâches supplémentaires au moment de l'assemblage. En outre les phénomènes de vieillissement peuvent entraîner un certain jeu avec le temps.
  • Dans le document EP 1 331 528 , qui est relatif à une ancre de mécanisme d'échappement pour un mouvement horloger, pour éviter les risques de rupture lors du montage de la partie mâle d'un dard dans l'ouverture de forme aménagée dans une fourchette, il est envisagé de munir l'ouverture de languettes élastiques. Par ailleurs, dans certains modes de réalisation comme celui représenté sur la figure 30 du document, les zones rigides de l'ouverture comportent des surfaces de portée qui permettent de positionner le dard par rapport à la fourchette selon une orientation prédéfinie.
  • Les documents US 3 672 150 et CH 338146 divulguent une pièce de micromécanique avec des zones de rigidification et des zones de positionnement alternées autour d'une ouverture.
  • Les solutions envisagées dans ce document ne sont pas complètement satisfaisantes car elles ne permettent pas un centrage précis de la partie mâle dans l'ouverture.
    • Résumé de l'invention
  • La présente invention vise donc à pallier les inconvénients de l'art antérieur précité en procurant une pièce de micromécanique, en particulier horlogère, réalisée en un matériau cassant qui peut être assemblée par chassage sur un axe ou un plot sans risque de rupture.
  • A cet effet l'invention a pour objet une pièce de micro-mécanique réalisée à partir d'une plaque en un matériau cassant comportant une ouverture destinée au chassage d'un axe ou d'un plot. Par matériau "cassant" on entend un matériau n'ayant pas de domaine de déformation plastique, tel que le verre, le quartz ou le silicium.
  • L'invention est définie par la revendication 1.
  • Ces portions de plaque ont la forme d'une languette venant appuyer tangentiellement sur l'axe lors du chassage. Les zones de rigidification et de positionnement et les languettes sont agencées alternativement autour de l'axe, chaque languette étant séparée des zones de rigidification adjacentes par un évidement, et les zones de rigidification et de positionnement sont réparties de manière sensiblement régulière autour de l'ouverture.
  • Selon d'autres aspects de l'invention :
    • chaque zone de rigidification et de positionnement comportant au moins une portée prévue pour être en contact avec l'axe, les portées sont réparties de manière sensiblement régulière autour de l'ouverture pour assurer le centrage de l'axe dans l'ouverture;
    • chaque zone de rigidification et de positionnement constitue une portée qui est délimitée par les deux évidements encadrant ladite zone de rigidification et de positionnement;
    • chaque languette décrit globalement une courbe de profil déterminé, et les deux évidements adjacents sont constitués par deux fentes allongées globalement de même profil que la courbe de ladite languette;
    • le matériau cassant est choisi parmi le verre, le quartz et le silicium.
  • L'invention propose aussi un agencement pour l'immobilisation d'une pièce de micro-mécanique comportant une ouverture par chassage sur un bloc support comportant un plot de positionnement. La pièce de micro-mécanique est réalisée avec l'une quelconque des caractéristiques précédentes.
  • L'invention propose encore un agencement pour la fixation par chassage d'une pièce de micro-mécanique mobile en rotation, continue ou alternative, sur un arbre. La pièce de micro-mécanique est réalisée avec l'une quelconque des revendications précédentes.
  • Selon des variantes de cet agencement:
    • la pièce de micro-mécanique constitue une pièce d'un mouvement horloger choisie parmi une roue d'échappement, une étoile, une roue dentée, une virole, un levier et une ancre;
    • l'axe et l'ouverture ont en outre des contours procurant un effet anti-rotation;
    • le contour de l'axe et de l'ouverture est de forme oblongue ou triangulaire;
    • les zones en contact de l'axe et de l'ouverture sont pourvues de rugosité ou de cannelures;
    • la pièce de micro-mécanique comporte au moins un point de soudure ou un point de colle fixant la pièce de micro-mécanique sur l'axe.
    Brève description des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante de divers modes de réalisation, donnés à titre illustratif et non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels:
    • la figure 1 est une représentation en perspective d'un premier mode de réalisation d'un assemblage selon l'invention;
    • la figure 2 est une vue de dessus du premier mode de réalisation appliqué à une roue d'échappement;
    • la figure 3 est une vue de dessus, d'un deuxième mode de réalisation appliqué à une étoile, et
    • la figure 4 est une vue de dessus d'un troisième mode de réalisation appliqué à une roue dentée;
    • la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 2 qui représente un mode de réalisation préféré de l'invention.
    Description détaillées de l'invention
  • On se réfère aux figures 1 et 2 pour décrire un premier mode de réalisation. La figure 1 représente en perspective une portion de plaque 1 devant être assujettie à un bloc support 11 au moyen d'un plot cylindrique 3 traversant une ouverture 2 formée dans ladite plaque 1.
  • La plaque 1 est constituée par un matériau cassant, c'est à dire un matériau n'ayant pas de domaine plastique dans les températures normales d'utilisation, tel que le verre, le quartz ou le silicium. La plaque 1 peut constituer simplement un élément de construction, par exemple une platine, un pont ou un cadran d'une pièce d'horlogerie. Elle peut également avoir un rôle fonctionnel en supportant un circuit imprimé ou un MEMs devant être assujetti au bloc 11. Pour éviter de casser la pièce lors de l'assemblage par chassage, l'ouverture 2 est une ouverture de forme représentée en vue de dessus à plus grande échelle à la figure 2.
  • La figure 2 représente à titre d'exemple une roue d'échappement en silicium montée sur un arbre 5 cylindrique destiné à être pivoté entre deux paliers. Comme on peut le voir, le contour de l'ouverture 2 ne suit pas le contour circulaire de l'arbre 5 en présentant en alternance des zones 8 de rigidification et de positionnement et des zones 10 à déformation élastique. On noté que les zones 8 de rigidification et les zones 10 à déformation élastique s'étendent dans le plan de la plaque 1, comme représenté sur les figures 1 et 2, puisqu'elles définissent la forme de l'ouverture 2. Les zones 10 à déformation élastique sont prévues pour se déformer dans le plan de la plaque 1.
  • Pour montrer que les zones de rigidification 8 n'exercent aucune fonction de serrage sur l'arbre 5, l'espace 9 entre lesdites zones 8 et l'arbre 5 a fortement été exagéré. Les zones 8 de rigidification servent au centrage de la roue d'échappement par rapport à l'arbre 5. Comme on peut le voir sur la figure 2, les zones 8 de rigidification sont réparties angulairement de manière régulière autour de l'ouverture 2. Il y a ici trois zones 8 de rigidification.
  • Les zones à déformation élastique 10 sont obtenues en réalisant dans la plaquette 1 des évidements 13, 15 débouchant dans l'ouverture centrale et délimitant dans cet exemple une languette 12 dont l'extrémité 14 s'étend au-delà du contour théorique de l'arbre 5 et permet d'assurer ainsi une fonction de serrage lorsqu'on met l'arbre 5 en place par chassage. Sur la figure 2, on constate que chaque languette 12 est séparée des zones 8 de rigidification adjacentes par un évidement 13, 15, de sorte que chaque languette 12 est reliée à la plaquette 1 dans une zone distincte des zones 8 de rigidification. Comme représenté sur la figure 2, les languettes 12 sont réparties angulairement de manière régulière autour de l'arbre 5, entre les zones 8 de rigidification. L'ouverture 2 comporte donc alternativement, sur son pourtour, une zone 8 de rigidification et une languette 12. Comme on peut le voir sur la figure 2, chaque languette 12 décrit globalement une courbe de profil déterminé, ici une courbe en arc de cerclé. De plus, les deux évidements 13, 15 adjacents sont constitués par deux fentes allongées globalement de même profil que la courbe de ladite languette 12.
  • La figure 5 représente un mode de réalisation préféré de l'invention similaire à celui de la figure 2, dans lequel on a représenté les zones 8 de rigidification telles qu'elles sont en réalité, c'est-à-dire sans exagérer l'espace 9 entre lesdites zones 8 et l'arbre 5. On constate que chaque zone 8 de rigidification comporte au moins une portée 16 prévue pour être en contact avec la paroi cylindrique de l'arbre 5. Ces portées 16 sont réparties de manière régulière autour de l'ouverture 2 pour assurer le centrage de l'arbre 5 dans l'ouverture 2. Plus particulièrement, chaque zone 8 de rigidification constitue une portée 16 qui est délimitée par les deux évidements 13, 15 encadrant ladite zone 8. Chaque zone 8 de rigidification a donc ici un profil en arc de cercle qui suit globalement le rayon de courbure de la paroi cylindrique de l'arbre 5. Les portées 16 permettent un positionnement précis de la roue par rapport à l'arbre 5. Les languettes 12 assurent la fonction de serrage radial, la fonction de rattrapage des jeux de fabrication au niveau de l'ouverture, et elles garantissent le centrage de l'arbre 5 dans l'ouverture 2.
  • Bien entendu, le nombre de zones 8 de rigidification et le nombre de languettes 12 pourrait être plus important que celui qui est représenté.
  • La figure 3 correspond à un deuxième mode de réalisation représentant une étoile de minuterie comportant en son centre une ouverture de forme 4 procurant un effet anti-rotation. En effet, l'extrémité 7 de l'arbre 5 est usinée avec un contour non circulaire en forme de triangle à angles arrondis. L'ouverture de forme 4 suit ce contour, mais en ayant, comme dans le premier mode de réalisation, une succession de zones 8 de rigidification et de positionnement et des zones 10 à déformation élastique.
  • La figure 4 correspond à un troisième mode de réalisation dans laquelle la pièce, par exemple en silicium, est une roue dentée ayant en son centre une ouverture de forme 6 ayant comme précédemment une fonction "anti-rotation". Dans cet exemple l'ouverture de forme 7 est oblongue.
  • Il est bien évidemment possible d'imaginer n'importe quel autre contour non circulaire permettant de procurer un effet anti-rotation, sans sortir du cadre de la présente invention.
  • Il est en outre possible, dans l'un quelconque des modes de réalisation qui vient d'être décrit de pourvoir les extrémités 14 des zones de déformation élastique 10 et l'arbre 5 de rugosités, par exemple de cannelures, pour réduire encore le risque due rotation de la pièce sur l'arbre.
  • Les exemples donnés dans la description qui précède concernent des pièces en rotation continue, mais il est bien évident que l'homme de métier peut adapter le même principe à des pièces ayant un mouvement alternatif, telles qu'un levier, une bascule, une virole, une ancre ou une roue d'échappement.
  • En fonction de l'application à laquelle est destinée la pièce de micro-mécanique, il est possible de finaliser l'assemblage de la pièce sur son axe avec une étape de collage ou de soudage qui permet d'assurer une fixation plus rigide si cela est nécessaire. La colle ou la soudure complète la fixation par les languettes élastiques. Dans ce cas, la fixation par les languettes constitue une étape de fixation intermédiaire garantissant un centrage précis de l'axe dans l'ouverture, avec un rattrapage des jeux, et l'étape de collage ou de soudage constitue une étape de fixation finale.

Claims (13)

  1. Pièce de micro-mécanique formée d'une plaque (1) en un matériau n'ayant pas de domaine de déformation plastique comportant au moins une ouverture destinée au chassage d'un axe (3, 5), dans laquelle l'ouverture est une ouverture de forme (2, 4, 6) comportant des zones (8) de rigidification et de positionnement et des zones (10) à déformation élastique assurant le serrage de l'axe (3, 5), dans laquelle chaque zone à déformation élastique (10) est constitués par une portion (12) de plaque (1) ayant de part et d'autre un évidement (13,15) rejoignant l'ouverture et ayant la forme d'une languette dont l'extrémité (14) débouche tangentiellement dans l'ouverture (14), les zones (8) de rigidification et de positionnement et les languettes s'étendant dans l'épaisseur de la plaque (1) et étant agencées pour être disposées alternativement autour de l'axe, chaque languette étant séparée des zones (8) de rigidification adjacentes par un évidement (13, 15), les zones (8) de rigidification et de positionnement étant réparties de manière sensiblement régulière autour de l'ouverture (2, 4, 6).
  2. Pièce de micro-mécanique selon la revendication 1, dans laquelle chaque zone (8) de rigidification et de positionnement comporte au moins une portée (16) prévue pour être en contact avec l'axe (3, 5), caractérisée en ce que les portées (16) sont réparties de manière sensiblement régulière autour de l'ouverture (2, 4, 6) pour assurer le centrage de l'axe (3, 5) dans l'ouverture (2, 4, 6).
  3. Pièce de micro-mécanique selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque zone (8) de rigidification et de positionnement constitue une portée (16) qui est délimitée par les deux évidements (13, 15) encadrant ladite zone (8) de rigidification et de positionnement.
  4. Pièce de micro-mécanique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque languette (12) décrit globalement une courbe de profil déterminé, et en ce que les deux évidements (13, 15) adjacents sont constitués par deux fentes allongées globalement de même profil que la courbe de ladite languette (12).
  5. Pièce de micro-mécanique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau cassant est choisi parmi le verre, le quartz et le silicium.
  6. Dispositif d'immobilisation d'une pièce de micro-mécanique comportant une ouverture par chassage sur un bloc support (11) comportant un plot (3) de positionnement, caractérisé en ce que la pièce de micro-mécanique est réalisée selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pièce de micro-mécanique comporte au moins un point de soudure ou un point de colle fixant la pièce de micro-mécanique sur l'axe.
  8. Dispositif de fixation par chassage d'une pièce de micro-mécanique mobile en rotation, continue ou alternative, sur un axe (5), caractérisé en ce que la pièce de micro-mécanique est réalisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
  9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la pièce de micro-mécanique constitue une pièce d'un mouvement horloger choisie parmi une roue d'échappement, une étoile, une roue dentée, une virole, un levier et une ancre.
  10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'axe et l'ouverture ont en outre des contours procurant un effet anti-rotation.
  11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le contour de l'axe et de l'ouverture est de forme oblongue ou triangulaire.
  12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les zones en contact de l'axe et de l'ouverture sont pourvues de rugosités ou de cannelures.
  13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que la pièce de micro-mécanique comporte au moins un point de soudure ou un point de colle fixant la pièce de micro-mécanique sur l'axe.
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