JP5234126B2 - 外装フィルムを使用した電池パック及び電池パックの製造方法 - Google Patents

Description

携帯電話機やゲーム機、或いはブック型パーソナルコンピューター等の電源に使用される外装フィルムを使用した薄型バッテリー構造並びに電池パック及び電池パックの製造方法に関するものである。

バッテリー構造並びに電池パックとして、図１０に示すものが知られている。電池パック１０１は、薄い箱型をなす２つ割状の電池ケース１０２内に例えば発電要素を内蔵した角型の電池本体（以下、電池セルと称する）１０３と、複数の電子部品１０４をマウントして保護回路を構成する回路基板部１０５と、を収納することにより構成されている。なお、図１１に示すように、回路基板部１０５は、電子部品１０４が電池セル１０３側に接触しないように電池ケース１０２に設けられたリブ１０６によって支持されている。また、図１２に示すように、電子部品１０４をモールドするモールド樹脂層（以下、トランスファーモールドと称する）１１０を形成し、該モールド樹脂層１１０の先端の平坦面１１０ａを電池セル１０３の平坦面１０３ａに接触させた状態で電池ケース内に収納することにより、リブ１０６を不要にしたものが知られている。（例えば、特許文献１）

特開２００２−１１０１２１号公報

ところで、従来の電池パック１０１には、次に述べるような問題点があった。
（１）電池セル１０３と、複数の電子部品１０４をマウントして保護回路を構成した回路基板部１０５と、を薄い箱型をなす２つ割状の電池ケース１０２内に収納する構成になっているために、電池パック１０１が厚く、大型になり、重量も重くなる。また、コストも高くなる。特に、電池セル１０３は、充電時や高温時に電池セルの中央部が膨張して厚みを増す。従って、電池ケース１０２は、電池セル１０３の膨張を見込んで寸法設定する必要があり、電池ケース１０２と電池セル１０３の間には膨張量吸収空間が必要となる。このため電池ケース１０２が大型になり電池パック１０１における電池セル１０３の容積比の悪化の原因になっていた。
（２）電子部品１０４をモールドして保護するトランスファーモールド１１０の先端の平坦面１１０ａを電池セル１０３の平坦面１０３ａに接触させることによってリブ１０６を不要にした場合においても、トランスファーモールド１１０が強く電池セル１０３に押し付けられると電子部品１０４等に少なからず悪影響を及ぼす。

本発明の目的は、薄い箱型をなす２つ割状の電池ケースを不要にすることにより、電池パックの薄型化、小型化、軽量化を図るとともに、コストの削減を図ることにある。

また、本発明の他の目的は、トランスファーモールドが電池セルに押し付けられるのを防止して、電子部品の保護を図ることにある。

本発明による電池パックは、扁平で略直方体形状であって、その主面に直交し端子接触部が設けられた第１の端面と、第１の端面の対面である第２の端面と、第１の端面と第２の端面とを結ぶ面であって、主面と直交する第１の側面と、第１の側面の対面である第２の側面を有する電池パックに関するものである。
本技術による電池パックは、この端子接触部が外部に臨むことを可能にした端子窓を有する第１の端面と、第１の端面に連続した筒状部とからなるキャップ部と、扁平で略直方体形状の電池セルを備える。
また、電池セルの主面部が臨む位置が開放され、電池パックの第１の端面に対向する第１の側面部と電池パックの第２の端面に対向する第２の側面部を含む主面部に直交する４つの側面部と、主面部の周辺部を挟んで保持する側面部の縁から突出するフランジ状の突部を有するフレーム部を備える。
また、フレーム部の外側面に配置され、フレーム部の外側面とキャップ部の間で挟まれている回路基板部と、電池セルとフレーム部とを一体的に被覆する外装フィルムを備える。
そして、フランジ状の突部は、少なくとも第２の側面部の縁から突出し、電池セルの底部を支持する第１の突部と、第２の側面部のもう一方の縁から突出し、第１の突部に対向する第２の突部を含んで構成される。

また、本発明による電池パックの製造方法は、扁平で略直方体形状であって、その主面に直交し端子接触部が設けられた第１の端面と、第１の端面の対面である第２の端面と、第１の端面と第２の端面とを結ぶ面であって、主面と直交する第１の側面と、第１の側面の対面である第２の側面を有する電池パックに関するものである。
本発明による電池パックの製造方法は、扁平で略直方体形状の電池セルを、電池セルの主面部が臨む位置が開放され、電池パックの第１の端面に対向する第１の側面部と電池パックの第２の端面に対向する第２の側面部を含む主面部に直交する４つの側面部と、主面部の周辺部を挟んで保持する側面部の縁から突出するフランジ状の突部を有するフレーム部に収納するセル部収納工程を含む。

また、端子接触部と電子部品とを備えた回路基板部をフレーム部の外側面に接続する回路基板部接続工程と、フレーム部の外側面に、端子接触部が外部に臨むことを可能にした端子窓を有する第１の端面と、第１の端面に連続した筒状部とからなるキャップ部を取付けるキャップ部取付工程を含む。
また、電池セルを収納したフレーム部を外装フィルムで被覆する外装フィルム被覆工程を含む。
そして、セル部収納工程において、フランジ状の突部は、少なくとも第２の側面部の縁から突出し、電池セルの底部を支持する第１の突部と、第２の側面部のもう一方の縁から突出し、第１の突部に対向する第２の突部を含んで構成され、電池セルは、第１の突部と第２の突部との間に収納される。

本発明の外装フィルムを使用した薄型バッテリー構造は、薄い箱型をなす２つ割状の電池ケースに代えて、電池パックの外装体を、フレーム部と、キャップ部と、外装フィルムと、で構成したので、外形寸法公差を小さく抑えつつ、薄型バッテリー構造の薄型化、小型化、軽量化を図るとともに、コストの削減を図ることができる。

また、正極タブを、略Ｌ字状に形成し、その長辺側を電池セルのセル正極部に接続し、短辺側を回路基板部の一端部に接続したので、正極タブを、短辺側を略直角に折り曲げて回路基板部をフレーム部の端面に重ね合わせることができる。

また、負極タブを、略Ｌ字状に形成し、その短辺側を回路基板部の他端部に接続し、長辺側を回路基板部の他端部から略直角に伸ばしたので回路基板部を電池セルの端面に重ね合わせることにより、負極タブの長辺側が自ずと電池セルの側面に沿った状態になる。

特に、フレーム部の側面にスリットを設けたので、このスリットから負極タブの長辺側をフレーム部内に挿入して切欠部の位置においてＰＴＣタブに重ね合わせることができる。

また、フレーム部に設けたキャップ支持部をキャップ部の筒状部内に挿入することによりフレーム部にキャップ部を簡単に取り付けることができる。

特に、キャップ支持部とキャップ部の筒状部に、キャップ支持部をキャップ部の筒状部内に挿入したときに互いに係合するキャップ部係合爪と爪係合孔を設けたので、フレーム部からのキャップ部の脱落を防止することができる。

外装フィルムを使用した薄型バッテリー構造の斜視図。 外装フィルムを使用した薄型バッテリー構造の分解斜視図。 要部の断面図。 組立工程図。 組立工程図。 組立工程図。 組立工程図。 組立工程図。 組立工程図。 従来例の斜視図。 従来例の断面図。 従来例の断面図。

図１は電池パック１の斜視図、図２は電池パック１の分解斜視図を示す。図１に示すように、電池パック１は、角型の電池セル２と、該電池セル２を収納した角型のフレーム部３と、該フレーム部３の外側面に配置された回路基板部４と、該回路基板部４をフレーム部３の外側面との間で挟むようにしてフレーム部３及び電池セル２の一端側に取付けられたキャップ部５と、電池セル２及びフレーム部３を一体的に被覆した外装フィルム６と、を備えている。

電池セル２は、例えば正極、セパレータ、負極等を順に積層した積層体（電池素子）をフィルム状の外装部材により被覆することにより形成されている。図２に示すように、電池セル２は、第１〜第４の側面２ａ〜２ｄと表，裏面２ｅ，２ｆにより偏平な略直方体形状に形成されていて、第１の側面２ａの略中央部にはセル正極部２１が突出形成され、該第１の側面２ａの反対側の第２の側面２ｂの中央部にはセル負極部（図示省略）が形成されている。セル負極部には高温時に非導通とするための***品としての正特性サーミスタ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ・Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ・Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ、以下、ＰＴＣタブと称する）２２の一端部が接続されていて、該ＰＴＣタブ２２の他端部は、電池セル２の第３の側面２ｃまで伸びている。電池セル２の第３の側面２ｃとＰＴＣタブ２２の間には絶縁紙２３が介在されている。

フレーム部３は、電気絶縁性を有する合成樹脂によって四辺形の枠状に形成されていて、第１〜第４の辺３ａ〜３ｄが電池セル２の第１〜第４の側面２ａ〜２ｄの外面にそれぞれ重なり合うようになっている。

電池セル２の第１の側面２ａに重なるフレーム部３の第１の辺３ａには、セル正極部２１を嵌合するセル正極部嵌合窓３１が設けられている。電池セル２の第３の側面２ｃに重なる第３の辺３ｃには、ＰＴＣタブ２２の端部が臨む切欠部３２が設けられていると共に、第１の辺３ａ側の端部には負極タブ３３を第３の辺３ｃの内側に導入するためのスリット３４が設けられている。

フレーム部３の底部には電池セル２の底部を支持するフランジ状の突部３５が設けられている。また、フレーム部３の上部には、第２の辺３ｂの上縁に沿ってフランジ状の突部３５に対向するフランジ状の突部３６が形成されていて、これらフランジ状の突部３５，３６間に電池セル２の第２の側面２ｂ側の端部が挟着される。

フレーム部３の第２の辺３ｂの高さは、収納した電池セル２が充電時や高温時において最も膨張した時の高さ（肉厚）と略等しくなる高さに形成されている。

フレーム部３の第１の辺３ａの外面には回路基板部取付部３７が設けられている。回路基板部取付部３７は、フレーム部３の第１の辺３ａの外面の上下端に突出形成された上下の一対のキャップ支持部３８，３８の間に形成されている。キャップ支持部３８，３８には、複数のキャップ部係止爪３９が設けられている。

回路基板部４は、ガラスエポキシフェノール等の絶縁性合成樹脂で形成されたベースプレート４１の外面側に複数の端子接触部４２を備え、ベースプレート４１の内面側に電子部品及び該電子部品をモールドしたトランスファーモールド４３を備えていて、該トランスファーモールド４３の先端とフレーム部３の間に所定の（僅かな）隙間をもたせた状態でフレーム部３とキャップ部５に挟まれた状態で組付け固定されている。

回路基板部４の一端の端子部４４には正極タブ４５の一端部４５ａが溶接により接続されている。正極タブ４５の他端側は、電池セル２のセル正極部２１に溶接により接続されている。回路基板部４と正極タブ４５の間には絶縁紙４６が介在されている。また、回路基板部４の他端の端子部４７には負極タブ３３の一端３３ａが溶接により接続される。

正極タブ４５は、ニッケル板等の金属板で略Ｌ字状に形成されている。金属板には所謂焼き鈍し加工が施されて曲げ加工が容易になっている。略Ｌ字状の正極タブ４５は、長辺側が正極タブ４５に接続され、短辺側が回路基板部４の一端の端子部４４に接続されている。

負極タブ３３も正極タブ４５と同様にニッケル板等の金属板で略Ｌ字状に形成されている。略Ｌ字状の負極タブ３３は、短辺側の一端３３ａが回路基板部４の他端の端子部４７に接続されている。負極タブ３３の長辺側の他端３３ｂは、フレーム部３の第３の辺３ｃに設けたスリット３４を介してフレーム部３の内面側に導入されてＰＴＣタブ２２に接続される。

キャップ部５は、回路基板部取付部３７に取付けた回路基板部４を介して（回路基板部４を挟んで）フレーム部３の第１の辺３ａの外面に重なる矩形状の端面部５１と、該矩形状の端面部５１に連設されていてフレーム部３及び電池セル２の一端側に嵌着される筒状部５２と、を備えている。

キャップ部５の端面部５１には、回路基板部４の端子接触部４２が臨む複数の端子窓５３が設けられている。また、筒状部５２の上下面には、フレーム部３の上下一対のキャップ支持部３８，３８設けた複数のキャップ部係止爪３９が係合する複数の爪係合孔５４が設けられている。

また、図２及び図３に示すように、フレーム部３は、回路基板部４側に突出する複数の突起５５を上下一対のキャップ支持部３８，３８に備えている。突起５５は、回路基板部４の端子接触部４２が相手側端子により加圧されたときなどに、トランスファーモールド４３を挟む位置で、かつ回路基板部４の電子部品等がマウントされていない部分に当接するようになっている。

外装フィルム６は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の合成樹脂により０．０５〜０．１ｍｍ程度の厚さのシート状に作られている。そして、電池セル２をフレーム部３内に収納し、フレーム部３に回路基板部４等を取付け、キャップ部５を被せた後に、フレーム部３に巻き付けられて、電池セル２の表裏面を覆うと共に、電池セル２、フレーム部３、キャップ部５を一体的に結合するようになっている。なお、６ａは、外装フィルム６の端部の接着部、５６は、フレーム部３の第３の辺３ｃに設けた切欠部３２に取付けられるスペーサーである。

図４〜図９は、電池パック１の製造方法を示す。先ず、図４に示すように、電池セル２の側面に絶縁紙２３を貼り付けた後にＰＴＣタブ２２の一端側をセル負極部に溶接するとともに、ＰＴＣタブ２２の他端側を電池セル２の第３の側面２ｃに沿わせた状態で係止する。次に、図５に示すように、電池セル２をフレーム部３に収納すると、図６に示すように、電池セル２の第２の側面２ｂ側の端部がフレーム部３に設けたフランジ状の突部３５，３６に挟まれると共に、セル正極部２１がフレーム部３のセル正極部嵌合窓３１に嵌合する。そして、ＰＴＣタブ２２の端部がフレーム部３の切欠部３２に臨む。

次に、図７に示すように、略Ｌ字状の正極タブ４５の長辺側の端部をセル正極部２１に溶接し、長辺側をフレーム部３の第１の辺３ａの外面に沿わせた状態で取付けると共に、略Ｌ字状の正極タブ４５の短辺側の端部４５ａを回路基板部４の一端の端子部４４に溶接する。そして、略Ｌ字状の負極タブ３３の短辺側の端部３３ａを溶接して、略Ｌ字状の負極タブ３３の長辺側をフレーム部３の第１の辺３ａおよび該辺３ａに取付けられた略Ｌ字状の正極タブ４５の長辺側と略平行になるようにする。

次に、正極タブ４５の短辺側を略９０°折り曲げて回路基板部４を絶縁紙４６を介してフレーム部３の第１の辺３ａの外面に重ね合せるようにして回路基板部４を回路基板部取付部３７に取付けると共に、負極タブ３３の長辺側の端部３３ｂをスリット３４からフレーム部３の内面側に導入する。前述したように正極タブ４５を構成する金属板には焼き鈍し加工が施されているので折り曲げを容易に行なうことができると共に、回路基板部４にストレスが掛かるのを回避する。

次に、図８に示すように、フレーム部３の一端側に回路基板部４を覆うようにキャップ部５を挿入すると、図９に示すように、フレーム部３の上下一対のキャップ支持部３８，３８に設けた複数のキャップ部係止爪３９がキャップ部５の筒状部５２に設けた爪係合孔５４に係合して、キャップ部５は、フレーム部３側に取付けられた状態になる。そして、スリット３４からフレーム部３の内面側に導入した負極タブ３３の端部３３ｂをＰＴＣタブ２２に重ね合わせて切欠部３２に臨む位置でＰＴＣタブ２２に溶接する。このように、キャップ部５を取付けてから負極タブ３３とＰＴＣタブ２２を重ね合わせて切欠部３２で溶接することにより、負極タブ３３やＰＴＣタブ２２の長さを調整して、溶接位置のバラツキ等により負極タブ３３を介して回路基板部４がストレスを受けるのを回避している。負極タブ３３とＰＴＣタブ２２を溶接したのち切欠部３２にスペーサー５６を取付ける。そして、最後に外装フィルム６を少なくとも一回以上、巻き付けて端部６ａを接着することにより電池セル２、フレーム部３、回路基板部４、キャップ部５が一体的に結合されて電池パック１が完成するのである。巻き付ける外装フィルム６は、図９に示すように、巻き付け易いように予めリング状に成形しておいてもよいが、フラットなシート状のものであってもよい。また、巻き付ける外装フィルム６は、一枚状のものであっても複数枚に分割されていてもよい。なお、図９に示すように、フレーム部３及びキャップ部５の外装フィルム６を巻き付ける領域７１は、外装フィルム６を巻き付けない領域７２，７３よりも外装フィルム６の略肉厚の分だけ凹ませた状態に形成されていて、外装フィルム６を巻き付けた状態で電池パック１の表面が略面一になる。

１…外装フィルムを使用した薄型バッテリー構造（電池パック）、２…電池セル、３…フレーム部、４…回路基板部、５…キャップ部、６…外装フィルム、２１…セル正極部、３１…セル正極部嵌合窓、４２…端子接触部、４３…トランスファーモールド、５１…端面部、５２筒状部…、５３…端子窓、５５…回路基板部受け突起。

Claims (18)

1. 扁平で略直方体形状であって、その主面に直交し端子接触部が設けられた第１の端面と、前記第１の端面の対面である第２の端面と、前記第１の端面と前記第２の端面とを結ぶ面であって、前記主面と直交する第１の側面と、前記第１の側面の対面である第２の側面を有する電池パックにおいて、
   前記端子接触部が外部に臨むことを可能にした端子窓を有する前記第１の端面と、前記第１の端面に連続した筒状部とからなるキャップ部と、
   扁平で略直方体形状の電池セルと、
   前記電池セルの主面部が臨む位置が開放され、前記電池パックの第１の端面に対向する第１の側面部と前記電池パックの第２の端面に対向する第２の側面部を含む前記主面部に直交する４つの側面部と、前記主面部の周辺部を挟んで保持する前記側面部の縁から突出するフランジ状の突部を有するフレーム部と、
   前記フレーム部の外側面に配置され、前記フレーム部の外側面と前記キャップ部の間で挟まれている回路基板部と、
   前記電池セルと前記フレーム部とを一体的に被覆する外装フィルムと、
   を備え、
   前記フランジ状の突部は、少なくとも前記第２の側面部の縁から突出し、前記電池セルの底部を支持する第１の突部と、前記第２の側面部のもう一方の縁から突出し、前記第１の突部に対向する第２の突部を含んで構成される
   電池パック。
2. 前記回路基板部の一端部には、前記電池セルのセル正極部に一端部が接続された正極タブの他端部が接続され、前記回路基板部の他端部は、負極タブと、前記負極タブに接続されたＰＴＣタブとを介して前記電池セルのセル負極部に接続される請求項１に記載の電池パック。
3. 前記フレーム部の前記第１の側面部には、前記回路基板部の電子部品がマウントされていない部分に当接する突出部が設けられている請求項1に記載の電池パック。
4. 前記正極タブは、略Ｌ字状に形成されていて長辺側が前記電池セルのセル正極部に接続され、短辺側が前記回路基板部の一端部に接続されている請求項２に記載の電池パック。
5. 前記負極タブは、略Ｌ字状に形成されていて短辺側が前記回路基板部の他端部に接続されている請求項４に記載の電池パック。
6. 前記一端部が前記電池セルのセル負極部に溶接されたＰＴＣタブの他端部と、短辺側が前記回路基板部の他端部に接続された負極タブの長辺側の端部は、前記フレームの前記側面部に設けられた切欠部において互いに重なり合っている請求項５に記載の電池パック。
7. 前記負極タブの長辺側は、前記フレーム部の側面に設けたスリットから前記フレーム部内に挿入されて前記切欠部内において前記ＰＴＣタブに重なっている請求項６に記載の電池パック。
8. 前記フレーム部には前記キャップ部の筒状部内に挿入されるキャップ支持部が設けられていて、前記キャップ支持部を前記キャップ部の筒状部内に挿入することにより前記フレーム部に前記キャップ部が取付けられている請求項１に記載の電池パック。
9. 前記キャップ支持部と前記キャップ部の筒状部には、前記キャップ支持部を前記キャップ部の筒状部内に挿入したときに互いに係合するキャップ部係合爪と爪係合孔が設けられている請求項８に記載の電池パック。
10. 扁平で略直方体形状であって、その主面に直交し端子接触部が設けられた第１の端面と、前記第１の端面の対面である第２の端面と、前記第１の端面と前記第２の端面とを結ぶ面であって、前記主面と直交する第１の側面と、前記第１の側面の対面である第２の側面を有する電池パックの製造方法であって、
    扁平で略直方体形状の電池セルを、前記電池セルの主面部が臨む位置が開放され、前記電池パックの第１の端面に対向する第１の側面部と前記電池パックの第２の端面に対向する第２の側面部を含む前記主面部に直交する４つの側面部と、前記主面部の周辺部を挟んで保持する前記側面部の縁から突出するフランジ状の突部を有するフレーム部に収納するセル部収納工程と、
    前記端子接触部と電子部品とを備えた回路基板部を前記フレーム部の外側面に接続する回路基板部接続工程と、
    前記フレーム部の前記外側面に、前記端子接触部が外部に臨むことを可能にした端子窓を有する前記第１の端面と、前記第１の端面に連続した筒状部とからなるキャップ部を取付けるキャップ部取付工程と、
    前記電池セルを収納したフレーム部を外装フィルムで被覆する外装フィルム被覆工程と、
    を含み、前記セル部収納工程において、前記フランジ状の突部は、少なくとも前記第２の側面部の縁から突出し、前記電池セルの底部を支持する第１の突部と、前記第２の側面部のもう一方の縁から突出し、前記第１の突部に対向する第２の突部を含んで構成され、前記電池セルは、前記第１の突部と前記第２の突部との間に収納される電池パックの製造方法。
11. 前記回路基板部接続工程は、前記電池セルのセル正極部に正極タブの一端側を接続して前記正極タブを前記電池セルのフレーム部の端面に沿わせて配置する工程と、前記正極タブの他端側を前記回路基板部の一端側に接続する工程と、前記回路基板部の他端側に負極タブの一端側を接続して前記負極タブを前記電池セルの側面に沿わせて配置する工程と、前記電池セルのセル負極部にＰＴＣタブの一端部を接続して前記ＰＴＣタブを前記電池セルの側面に沿わせて配置する工程と、前記ＰＴＣタブと前記負極タブの端部を重ね合わせて両者を溶接するタブ溶接工程と、を備えている請求項１０に記載の電池パックの製造方法。
12. 前記フレーム部は前記第１の側面部に突出部を有し、前記回路基板接続工程において、前記突出部は前記回路基板部の前記電子部品がマウントされていない部分に当接される請求項１０に記載の電池パックの製造方法。
13. 前記電池セルのセル正極部に正極タブの一端側を接続する工程は、予め略Ｌ字状に形成されていて、かつ焼き鈍し加工を施された金属板製の正極タブの長辺側を前記電池セルのセル正極部に接続する工程と、前記略Ｌ字状の正極タブの短辺側を前記回路基板部に接続する工程と、を備えている請求項１１に記載の電池パックの製造方法。
14. 前記回路基板部の他端側に負極タブの一端側を接続する工程においては、予め略Ｌ字状に形成された負極タブの長辺側を前記正極タブの長辺側に対して略平行に伸ばした状態で短辺側を前記回路基板部の他端部に接続する請求項１３に記載の電池パックの製造方法。
15. 前記タブ溶接工程においては、前記短辺側を前記回路基板部に接続された略Ｌ字状の負極タブの長辺側を前記フレーム部の側面に設けたスリットから前記フレーム部内に挿入して前記電池セルの側面で前記ＰＴＣタブの端部と重ね合わせた後にこの重ね合わせ部分を溶接する請求項１４に記載の電池パックの製造方法。
16. 前記ＰＴＣタブと前記負極タブの溶接は、前記フレーム部の側面部に設けた切欠部を通して行う請求項１５に記載の電池パックの製造方法。
17. 前記フレーム部は前記キャップ部の筒状部内に挿入されるキャップ支持部を有し、キャップ部取付工程において、前記キャップ支持部は前記キャップ部の筒状部内に挿入される請求項１０に記載の電池パックの製造方法。
18. 前記キャップ支持部と前記キャップ部の筒状部には、キャップ部係合爪と爪係合孔がそれぞれ設けられ、前記キャップ部取付工程において、前記キャップ部係合爪と前記爪係合孔が係合される請求項１７に記載の電池パックの製造方法。
    
    
    
    
    
    
    

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