JP2005093604A - 冷却装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、極力薄型化することができるとともに、冷却効率を向上させることができる冷却装置及びこれを搭載した電子機器を提供すること。
【解決手段】
軸流羽根１２ａの回転により流入口１１ｃから流入させた空気を第１の流出口からそのまま軸方向にケース１１の外部へ流出させ、かつ、流入口１１ｃから流入させた空気を遠心羽根１２ｂの回転により側面流出口１１ｅから遠心方向にケース１１の外部へ流出させている。これにより、ケース１１内から流出する空気の流量を大きくすることができるので、放熱量を多くすることができ、冷却効率を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば電子部品等を冷却するための冷却装置及びこれを搭載した電子機器に関する。

従来から、コンピュータに搭載されるＣＰＵ（Central Processing Unit）等の発熱する電子部品を冷却する手段として、例えばファンによる送風装置やヒートパイプが用いられている。また、このような送風装置とヒートパイプとを組み合わせた装置もある（例えば、特許文献１参照。）。

この装置では、ヒートパイプ２９の放熱部側に接続されたフィン３１に送風されるようにファンユニット３８を配置させている。具体的には、ファンユニット３８のファンケース３９及びプリント基板１９にそれぞれ吸気口４２及び４７が設けられ、ファンケース３９及びプリント基板１９の両者によってファンを取り囲む壁を形成している。そして、両吸気口４２及び４７から外部の空気を導入し、遠心方向に配置されたフィン３１に向けて空気を送り出している。このように構成することで、プリント基板の配線等も冷却し、両方向から吸気して冷却効率を高めている。
特開２００３−９２４８３号公報（段落[００２６]、[００２７]、図２、図４及び図５）

ところで、近年、動作周波数の高クロック化によって発熱素子から発生する熱量は増加の一途をたどっている。したがって、このような状況下では、上記特許文献１に記載の発明のようにファンによって両方向から吸気しても冷却処理に限界がある。冷却効率を高めるために、例えばフィン等の放熱板を大きくしたり、数を増やしたりすることは、そのフィンの設置スペースを確保しなければならないため、装置の薄型化には適さない。また、単にヒートパイプとファンユニットとを単に組み合わせるだけでなく、例えばファンユニットに対するヒートパイプの配置される位置を熱効率的に最適なものにすることが望まれる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、極力薄型化することができるとともに、冷却効率を向上させることができる冷却装置及びこれを搭載した電子機器を提供することにある。

本発明の目的は、特に、放熱板を大きくしたりすることなく、また、ヒートパイプ等の熱輸送体を最適な位置に配置して冷却効率を向上させることができる冷却装置及びこれを搭載した電子機器を提供することにある。

本発明に係る冷却装置は、軸流羽根と遠心羽根とを有するファンと、前記ファンを回転可能に収容し、該ファンが回転することによって、前記軸流羽根の回転作用で回転の軸方向に外部から空気を流入させる流入口及び該流入口に対向して設けられ該流入口から流入した空気を前記軸方向に前記外部へ流出させる第１の流出口と、前記遠心羽根の回転作用で前記流入口から流入した空気を遠心方向に前記外部へ空気を流出させる第２の流出口とを有するケースと、前記ファンを回転駆動する駆動部とを具備する。

本発明では、軸流羽根の回転により流入口から流入させた空気を第１の流出口からそのまま軸方向にケースの外部へ流出させ、かつ、流入口から流入させた空気を遠心羽根の回転により第２の流出口から遠心方向にケースの外部へ流出させている。このため、従来に比べ、ケース内から流出する空気の流量を大きくすることができるので、放熱量を多くすることができ、冷却効率を向上させることができる。また、発熱素子による発熱量の増加に基づいて放熱板等を大きくしたり、数を増やしたりしなくてもよいので、冷却装置を極力薄型化することができる。

本発明の一の形態によれば、前記第１の流出口及び前記第２の流出口のうち少なくとも一方に設けられた放熱板をさらに具備する。これにより、さらに冷却効率を向上させることができる。本発明において、放熱板は極力小さくして例えば発熱素子の発熱量に見合った大きさとすればよい。第１の流出口と第２の流出口とで一体的に設けられた放熱板が配置されていてもよい。以下、同様である。また、第１の流出口及び第２の流出口の両方に放熱板を設ける場合には、従来に比べ放熱面積を大きくすることができ、冷却効率を高めることができる。

本発明の一の形態によれば、作動流体が蒸発することで熱を吸収する吸熱部と前記作動流体が凝縮することで熱を放熱する放熱部とを有し、前記放熱部が前記放熱板に接するように配置された熱輸送体をさらに具備する。これにより、放熱板だけ設ける場合に比べより冷却効率を向上させることができる。熱輸送体とは、いわゆるヒートパイプの機能を備えるものであればよく、熱輸送体の外形は例えば一般的なパイプ状のものに限らない。したがって例えばプレート状であってもよい。

本発明の一の形態によれば、前記ケースはほぼ直方体形状をなし、前記第２の流出口は、前記ケースの第１の側面に設けられた第１の側面流出口と、前記第１の側面にほぼ直交する第２の側面に設けられた第２の側面流出口とを有し、前記第１の側面流出口に設けられた第１の放熱板と、前記第２の側面流出口に設けられた第２の放熱板とをさらに具備する。本発明では、遠心方向に２つの流出口が設けられており、さらにその２つの流出口にそれぞれ放熱板が設けられているので、さらに冷却効率を高めることができる。

本発明の一の形態によれば、前記第１の流出口に設けられ、前記第１または第２の放熱板と一体的に設けられた第３の放熱板をさらに具備する。ここでいう一体的とは、第１または第２の放熱板と第３の放熱板とが物理的に接続されていることであり、第１または第２の放熱板と第３の放熱板が一体成型されたものであってもよい。

本発明の一の形態によれば、前記第２の放熱板が前記第１の放熱板より表面積が小さく形成され、作動流体が蒸発することで熱を吸収する吸熱部と前記作動流体が凝縮することで熱を放熱する放熱部とを有し、前記放熱部が前記第１の放熱板に接し、かつ、前記放熱部より前記吸熱部に近い側の部位が前記第２の放熱板に接するように配置される熱輸送体をさらに具備する。本発明において、放熱部より吸熱部に近い側の部位とは、放熱部と吸熱部との間のうちいずれかの部位をいう。本発明では、熱輸送体の部位によって異なる放熱量に応じて表面積の異なる放熱板を設けている。これにより、冷却効率を最適なものにすることができる。特に、本発明では、吸熱部側に接する第２の放熱板の表面積が、放熱部側に接する第１の放熱板の表面積より小さくなるように構成しており、これにより第２の放熱板の大きさを極力小さくしつつ冷却効率を高めることができる。

本発明に係る電子機器は、軸流羽根と遠心羽根とを有するファンと、前記ファンを回転可能に収容し、該ファンが回転することによって、前記軸流羽根の作用で該回転の軸方向に外部から空気を流入させる流入口及び該流入口に対向して設けられ該流入口から流入した空気を前記軸方向に前記外部へ流出させる第１の流出口と、前記遠心羽根の作用で前記流入口から流入した空気を遠心方向に前記外部へ空気を流出させる第２の流出口とを有するケースと、前記ファンを回転駆動する駆動部とを具備する冷却装置を搭載した。

本発明では、従来に比べ、ケース内から流出する空気の流量を大きくすることができるので、放熱量を多くすることができ、冷却効率を向上させることができる。また、発熱素子による発熱量の増加に基づいて放熱板等を大きくしたり、数を増やしたりしなくてもよいので、冷却装置を極力薄型化することができる。また、これにより電子機器を極力小型化または薄型化することができる。

以上のように、本発明によれば、極力薄型化することができるとともに、冷却効率を向上させることができる。特に、放熱板を大きくしたりすることなく、また、ヒートパイプ等の熱輸送体を最適な位置に配置して冷却効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る冷却装置を示す斜視図である。図２はこの冷却装置の裏面側の斜視図である。また、図３はこの冷却装置を示す断面図である。

冷却装置１０は、ケース１１内にファン１２が収容されて構成されている。ケース１１の表面１１ａには空気の流入口１１ｃが開口され、裏面１１ｂには第１の流出口１１ｄが開口されている。また、ケース１１の側面には第２の流出口として側面流出口１１ｅが開口されている。

図４に示すように、ファン１２は軸体１２ｃと、この軸体１２ｃの周囲に形成された複数の軸流羽根１２ａと、これら軸流羽根１２ａの周囲に形成された遠心羽根１２ｂとで構成されている。軸体１２ｃは、駆動部としてモータを内蔵している。モータは、固定子１４、図示しない回転子、コイル、マグネット、軸受等を有している。固定子１４は図２に示す固定部材１３に固定され、この固定部材１３がケース１１の裏面１１ｂに取り付けられることで、ファン１２がケース１１内に回転可能に収容される。ファン１２の回転の軸方向は図１〜図４中、Ｚ方向となり、遠心方向はＸ方向及びＹ方向となる。

図１に示すように、ケース１１の縦横の長さｕ、ｖは、例えばそれぞれ６０ｍｍ、６０ｍｍである。また図３に示すように、ファン１２の厚さｓは、例えば４ｍｍ〜６ｍｍとなっている。また、ケース１１の高さｔは、例えば８ｍｍ〜１０ｍｍとなっている。

このように構成された冷却装置１０の作用を説明する。ファン１２に電源が投入されると、例えば所定の速度で回転する。このファン１２の回転により、軸流羽根１２ａの作用で、ケース１１の外部から流入口１１ｃを介して内部に空気が流入し、そのままＺ軸方向（軸流方向）に第１の流出口１１ｄを介して空気が流出する。また、ファン１２の回転により、遠心羽根１２ｂの作用で、上記流入口１１ｃから流入した空気がＹ方向（遠心方向）に側面流出口１１ｅを介して流出する。

このように、本実施の形態では、軸流羽根１２ａの回転により流入口１１ｃから流入させた空気を第１の流出口１１ｄからそのまま軸方向にケース１１の外部へ流出させ、かつ、流入口１１ｃから流入させた空気を遠心羽根１２ｂの回転により側面流出口１１ｅから遠心方向にケース１１の外部へ流出させている。このため、従来に比べ、ケース１１内から流出する空気の流量を大きくすることができるので、放熱量を多くすることができ、冷却効率を向上させることができる。特に、本実施の形態では、ファン１２及びケース１１を極力薄くすることで、側面流出口１１ｅの開口面積は従来に比べて小さくなるが、ケース１１を遠心方向に大きくし第１の流出口１１ｄの開口面積を大きくすることにより、放熱面積を稼ぐことができる。つまり、ケース１１を薄くしてもその分以上に第１の流出口１１ｄにより放熱することができるので、薄型化を達成しつつ冷却効率を向上させることができる。

また、図示しない発熱素子による発熱量の増加に基づいて放熱板等を大きくしたり、数を増やしたりしなくてもよいので、冷却装置１０を極力薄型化することができる。

図５は本発明の第２の実施の形態に係る冷却装置を示す斜視図である。図６はその裏面側の斜視図である。

本実施の形態に係る冷却装置２０は、上記第１の実施の形態に係る冷却装置１０に放熱例えば銅やアルミ等の金属でなるフィン２２が取り付けられて構成されている。放熱フィン２２は側面流出口１１ｅから裏面１１ｂにかけて設けられている。これにより、ケース１１の側面流出口１１ｅから流出する空気の熱を放出するように、また、第１の流出口１１ｄから流出する空気の熱を放出するようになっている。

図５及び図６において放熱フィン２２は、その側面流出口１１ｅと第１の流出口１１ｄとで一体的に設けられているが、フィン部材が側面流出口１１ｅと第１の流出口１１ｄとで物理的に分離して（２つの部材で）設けられていてもよい。ここで一体的とは、物理的に接続されているか、または一体成型されている場合をいう。

また、図５において、放熱フィン２２の高さｗは、例えば１０ｍｍ〜１２ｍｍとされている。フィン２２のピッチｐは例えば２ｍｍとされている。ケース１１の裏面１１ｂからの放熱フィン２２の高さｑは例えば５ｍｍとされている。

本実施の形態によれば、第１の流出口１１ｄと側面流出口１１ｅとにそれぞれ放熱フィン２２が設けられているので、上述した第１の実施の形態に係る冷却装置１０に比べてさらに冷却効率を高めることができる。特に、従来のファンユニットでは、遠心方向に２つの流出口を設けてこれらの流出口にそれぞれフィンを設置していたが、本実施の形態によれば、ケース１１の裏面１１ｂ全体に放熱フィン２２が設置されているので、当該従来のファンユニットに比べ放熱面積を例えば２倍以上とすることができる。

図７は本発明の第３の実施の形態に係る冷却装置を示す斜視図である。本実施の形態に係る冷却装置３０のケース３１は、その側面に第１の側面流出口３１ｅと第２の側面流出口３１ｆとが設けられている。また、これら流出口３１ｅ及び３１ｆにそれぞれ第１の放熱フィン３２及び第２の放熱フィン３３が設置されている。第１の放熱フィン３２は、例えば図５に示した放熱フィン２２と同様なものを用いている。一方、第２の放熱フィン３３はケース３１の裏面３１ｂ側には設置されておらず、側面のみに設置されている。また、上記第１及び第２の実施の形態と同様に、このケース３１の裏面３１ｂ側にも流出口（図示せず）が設けられている。

本実施の形態では、軸方向にケース３１から空気を流出させ、さらに遠心方向ではケース３１からＸ方向及びＹ方向の２方向に空気を流出させている。これにより、放熱面積をさらに大きくすることができるので冷却効率をさらに高めることができる。

図８は本発明の第４の実施の形態に係る冷却装置を示す斜視図である。図９はその冷却装置の裏面側の斜視図であり、図１０はその断面図である。

本実施の形態に係る冷却装置４０は、上記第１、第２及び第３の実施の形態に係るファン１２に代えて形状等が異なるファン４２をケース４１内に有している。図８及び図１０に示すように、ファン４２の取り付け部４１ｆがケース４１の表面４１ａに設けられており、取り付け部４１ｆに例えばファン４２のモータの固定子４４が取り付けられてファン４２がケース４１内に収容されている。ファン４２は、軸流羽根４２ａ、遠心羽根４２ｂ、軸体４２ｃを有している。図１０及び図１１に示すように、軸流羽根４２ａは上記ファン１２（図３等参照）の軸流羽根１２ａの位置より軸方向（Ｚ方向）にオフセットされた位置に配置されている。このオフセット値ｒは例えば１ｍｍ〜５ｍｍとしている。このようにオフセット値を適宜変更して設計することにより軸方向で流入及び流出する空気の量を所望の量に調整することができる。本実施の形態の場合、このようにオフセットすることで、軸方向の空気の流量を増やすことができ、効率的に冷却処理することができる。

このようなオフセットの方向は本実施の形態のようにケース４１の裏面４１ｂ側に向かう軸方向に限られず、表面４１ａ側に向かう軸方向であってもよい。

図１２は本発明の第５の実施の形態に係る冷却装置を示す斜視図であり、図１３はその側面図である。

本実施の形態に係る冷却装置５０は、上記第３の実施の形態に係る冷却装置３０（図７参照）にさらにヒートパイプ５８、ヒートスプレッダー５６等の要素を加えたものである。発熱素子５７がヒートスプレッダー５６の裏側に接して取り付けられ、ヒートスプレッダー５６はヒートパイプ５８の吸熱部５８ａ付近に接して取り付けられている。これにより、発熱素子５７から発せられる熱がヒートスプレッダー５６で拡散され、その拡散された熱をヒートパイプ５８が吸収及び放出するようになっている。

ヒートパイプ５８は例えばほぼＬ字形状をなしており、第１の側面流出口５１ｅに設けられた第１の放熱フィン５２と、第２の側面流出口５１ｆに設けられた第２の放熱フィン５３とに接するように配置されている。より具体的には、ヒートパイプ５８の放熱部５８ｂが第１の放熱フィン５２に接し、ヒートパイプ５８の放熱部５８ｂより吸熱部５８ａに近い側、すなわち放熱部５８ｂと吸熱部５８ａとの間の部位が第２の放熱フィン５３に接している。特に、本実施の形態では、吸熱部５８ａ側に接する第２の放熱フィン３３の表面積が、放熱部５８ｂ側に接する第１の放熱フィン３２の表面積より小さくなるように構成されている。ヒートパイプ５８の放熱部５８ｂで最も放熱量が多く、吸熱部５８ａ側に向かうにしたがって放熱量は少なくなり逆に吸熱量が多くなる。このようにヒートパイプ５８の部位によって異なる放熱量に応じて放熱フィン３２、３３の大きさを異ならせることにより、第２の放熱フィン３３の大きさを極力小さくして小型化を達成しながら冷却効率を高めることができる。

このように、本実施の形態では、ヒートパイプ５８の部位によって異なる放熱量に応じて表面積の異なる放熱板を設けている。したがって、図１２及び図１３に示した放熱フィン５２、５３の表面積の大きさを互いに異ならせるだけに限らず、放熱フィンの表面積の大きさをヒートパイプ５８の部位によって徐々にまたは段階的に異ならせるようにしてもよい。

図１４は、以上説明した冷却装置１０，２０，３０，４０，または５０を搭載した電子機器の一例として、ラップトップ型のコンピュータを示す斜視図である。コンピュータ５は、例えば液晶モニター部４と本体部６とで構成され、本体部６には、例えばキーボードユニット３等が設けられている。本体部６の外筐８の側面には、開口７が形成されており、冷却装置１０（または２０，３０，４０，５０）は、例えばキーボードユニット３の下であって、開口７と、冷却装置１０の側面の流出口１１ｅ（または、第２の側面流出口３１ｆ、５１ｆ等）とが対向するように配置される。また、外筐８の底面側にも図示しない開口が形成されており、冷却装置１０（または２０，３０，４０，５０）は、その底面の開口と、ケースの裏面側の流出口１１ｄ（または４１ｄ等）とが対向するように配置される。このようにすることで、外筐８内の熱、あるいは外筐８に内蔵された発熱素子等から発せられる熱を、外筐８の底面及び側面から放出することができ、効率よく冷却処理することができる。

また、コンピュータ５の形態によっては、図１５に示すように、ケース１１等の裏面１１ｂ側に、流出口１１ｄから流出した空気を放熱フィン３２、５２の長手方向（図では例えばＹ方向）に沿って流出させるカバー部材６５を配置するようにしてもよい。カバー部材６５は開口部６５ａを有しており、裏面の流出口１１ｄから流出させた空気をこの開口部６５ａを介してカバー部材６５内に取り込めばよい。このような構成により、コンピュータ５の外筐８の側面にのみ開口がある場合に、その側面の開口に向けて空気を流出させることができる。形態の異なるコンピュータに応じて適宜冷却装置を配置することができる。

本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記各実施の形態においてケース１１、３１、４１、５１の形状はほぼ直方体形状、すなわちファンの軸方向から見て矩形状としたが、軸方向から見て多角形や円形であってもよい。また、ケース１１等の側面の流出口１１ｅ等を３つ以上としてもよい。

また、放熱フィン２２、３２、３３、５２、５３の長手方向の向きも上記各実施の形態に限られず、ケースの形状に合わせて最適な向きとなるように設置することができる。

また、図７で示す放熱フィン３３がケース３１の裏面３１ｂ側まで設けられるようにし、放熱フィン３２、３３がすべて一体成型されていてもよい。さらに、上記各実施の形態において、ケースと放熱フィンとが一体的であってもよい。

さらに、ヒートパイプ５８は図１２及び図１３に示した形態に限られない。例えばヒートパイプとしての熱輸送体がケース５１の裏面側のほぼ全面を覆うように設けられるようにしてもよい。この場合の熱輸送体は平板状であってもよい。また、この場合、その熱輸送体と図１５に示した冷却装置とを組み合わせる構成としてもよい。すなわち、ケースの裏面側のほぼ全面を覆う熱輸送体の一部または全部を、カバー部材６５の中で空気が流出できる程度に、カバー部材６５の内部に配置するようにすることができる。

さらに、電子機器としてラップトップ型のコンピュータを例に挙げたが、これに限らず、例えば、ディジタルカメラ、ディジタルビデオカメラ、その他ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）であってもよい。また、ＰＤＡに限らず、デスクトップ型の機器であってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る冷却装置を示す斜視図である。 図１に示す冷却装置の裏面側の斜視図である。 図１に示す冷却装置を示す断面図である。 図１に示すファンの斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る冷却装置を示す斜視図である。 図５に示す冷却装置の裏面側の斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る冷却装置を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る冷却装置を示す斜視図である。 図８に示す冷却装置の裏面側の斜視図である。 図８に示す冷却装置の断面図である。 図８に示すファンの斜視図である。 本発明の第５の実施の形態に係る冷却装置を示す斜視図である。 図１２に示す冷却装置の側面図である。 各実施の形態に係る冷却装置を搭載したラップトップ型のコンピュータを示す斜視図である。 ケースの裏面側にカバー部材を設けた形態を示す断面図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０，５０…冷却装置
１１，３１，４１，５１…ケース
１１ｃ…流入口
１１ｂ…裏面
１１ｄ…第１の流出口
１１ｅ…側面流出口
１１ｄ…第１の流出口
１２，３２，４２…ファン
１２ｃ，４２ｃ…軸体
１２ａ，４２ａ…軸流羽根
１２ｂ，４２ｂ…遠心羽根
２２…放熱フィン
３２，５２…第１の放熱フィン
３３，５３…第２の放熱フィン
３１ｅ，５１ｅ…第１の側面流出口
３１ｆ，５１ｆ…第２の側面流出口
５８…ヒートパイプ
５８ａ…吸熱部
５８ｂ…放熱部

Claims (6)

1. 軸流羽根と遠心羽根とを有するファンと、
   前記ファンを回転可能に収容し、該ファンが回転することによって、前記軸流羽根の回転作用で回転の軸方向に外部から空気を流入させる流入口及び該流入口に対向して設けられ該流入口から流入した空気を前記軸方向に前記外部へ流出させる第１の流出口と、前記遠心羽根の回転作用で前記流入口から流入した空気を遠心方向に前記外部へ空気を流出させる第２の流出口とを有するケースと、
   前記ファンを回転駆動する駆動部と
   を具備することを特徴とする冷却装置。
2. 請求項１に記載の冷却装置であって、
   前記第１の流出口及び前記第２の流出口のうち少なくとも一方に設けられた放熱板をさらに具備することを特徴とする冷却装置。
3. 請求項２に記載の冷却装置であって、
   作動流体が蒸発することで熱を吸収する吸熱部と前記作動流体が凝縮することで熱を放熱する放熱部とを有し、前記放熱部が前記放熱板に接するように配置された熱輸送体をさらに具備することを特徴とする冷却装置。
4. 請求項１に記載の冷却装置であって、
   前記ケースはほぼ直方体形状をなし、
   前記第２の流出口は、前記ケースの第１の側面に設けられた第１の側面流出口と、前記第１の側面にほぼ直交する第２の側面に設けられた第２の側面流出口とを有し、
   前記第１の側面流出口に設けられた第１の放熱板と、
   前記第２の側面流出口に設けられた第２の放熱板と
   をさらに具備することを特徴とする冷却装置。
5. 請求項４に記載の冷却装置であって、
   前記第２の放熱板が前記第１の放熱板より表面積が小さく形成され、
   作動流体が蒸発することで熱を吸収する吸熱部と前記作動流体が凝縮することで熱を放熱する放熱部とを有し、前記放熱部が前記第１の放熱板に接し、かつ、前記放熱部より前記吸熱部に近い側の部位が前記第２の放熱板に接するように配置される熱輸送体をさらに具備することを特徴とする冷却装置。
6. 軸流羽根と遠心羽根とを有するファンと、
   前記ファンを回転可能に収容し、該ファンが回転することによって、前記軸流羽根の回転作用で回転の軸方向に外部から空気を流入させる流入口及び該流入口に対向して設けられ該流入口から流入した空気を前記軸方向に前記外部へ流出させる第１の流出口と、前記遠心羽根の回転作用で前記流入口から流入した空気を遠心方向に前記外部へ空気を流出させる第２の流出口とを有するケースと、
   前記ファンを回転駆動する駆動部と
   を具備する冷却装置を搭載した電子機器。

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