JPH07167883A - 振動型角速度検出装置 - Google Patents
振動型角速度検出装置Info
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- JPH07167883A JPH07167883A JP5316255A JP31625593A JPH07167883A JP H07167883 A JPH07167883 A JP H07167883A JP 5316255 A JP5316255 A JP 5316255A JP 31625593 A JP31625593 A JP 31625593A JP H07167883 A JPH07167883 A JP H07167883A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
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- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、特に角速度の入力軸方向の振動体
寸法を充分に小型化して構成できるようにした振動型角
速度検出装置を提供することを目的とする。 【構成】振動体11は細片状金属板をコ字型に折曲してY
方向に延びる平行な一対の駆動片121 、122 を形成し、
この駆動片121 、122 のそれぞれ先端を外側に折曲して
X軸の反対方向に延びる一対の検出片151 、152 を構成
する。そして、連結片13部に支持部材14により振動自在
に支持される。駆動片121 、122 の面にはそれぞれ駆動
用圧電素子161 、162 を貼付けて、交流電圧を印加する
ことで互いに逆方向に振動される。駆動片121 、122 が
交流信号で振動された状態で、Z軸回りに回転角速度が
作用すると、検出片151 、152 にコリオリ力によるY軸
方向の力が作用し、コリオリ力が検出用圧電素子171 、
172 で検出され、前記回転角速度に対応した検出信号が
出力されるようになる。
寸法を充分に小型化して構成できるようにした振動型角
速度検出装置を提供することを目的とする。 【構成】振動体11は細片状金属板をコ字型に折曲してY
方向に延びる平行な一対の駆動片121 、122 を形成し、
この駆動片121 、122 のそれぞれ先端を外側に折曲して
X軸の反対方向に延びる一対の検出片151 、152 を構成
する。そして、連結片13部に支持部材14により振動自在
に支持される。駆動片121 、122 の面にはそれぞれ駆動
用圧電素子161 、162 を貼付けて、交流電圧を印加する
ことで互いに逆方向に振動される。駆動片121 、122 が
交流信号で振動された状態で、Z軸回りに回転角速度が
作用すると、検出片151 、152 にコリオリ力によるY軸
方向の力が作用し、コリオリ力が検出用圧電素子171 、
172 で検出され、前記回転角速度に対応した検出信号が
出力されるようになる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば4WS等の車
両に対して取り付けられ、車両姿勢制御やナビゲーショ
ンシステムにヨーレート検出機構等として適用される振
動型角速度検出装置に関する。
両に対して取り付けられ、車両姿勢制御やナビゲーショ
ンシステムにヨーレート検出機構等として適用される振
動型角速度検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば4WSの車両等において、その車
両の姿勢を制御するに際しては、この車両に作用するヨ
ーレート等の角速度情報を検出する必要があり、このた
めに車両に作用するヨーレート等の角速度を検出するセ
ンサ機構が、この種の車両に搭載されている。
両の姿勢を制御するに際しては、この車両に作用するヨ
ーレート等の角速度情報を検出する必要があり、このた
めに車両に作用するヨーレート等の角速度を検出するセ
ンサ機構が、この種の車両に搭載されている。
【0003】車両に搭載される角速度検出用センサ機構
としては、振動型の角速度センサが使用されるもので、
例えば図4で示すような音片型や図5で示す音叉型の振
動体を構成することが考えられている。
としては、振動型の角速度センサが使用されるもので、
例えば図4で示すような音片型や図5で示す音叉型の振
動体を構成することが考えられている。
【0004】図4の角速度センサは、長方形状の立方体
に構成された振動体51の対向する面に駆動用圧電素子52
を接着すると共に、この振動体51の他の対向する面に検
出用圧電素子53を接着して構成されるもので、駆動用圧
電素子52に対して交流の駆動信号を供給して、振動体51
が振動されるようにする。そして、振動体51に作用する
角速度を検出用圧電素子53において検出されるようにし
ている。
に構成された振動体51の対向する面に駆動用圧電素子52
を接着すると共に、この振動体51の他の対向する面に検
出用圧電素子53を接着して構成されるもので、駆動用圧
電素子52に対して交流の駆動信号を供給して、振動体51
が振動されるようにする。そして、振動体51に作用する
角速度を検出用圧電素子53において検出されるようにし
ている。
【0005】また、図5で示す音叉型の角速度センサ
は、駆動体55を一対の脚片551 および552 を有する音叉
型に構成し、その各脚片551 および552 に対してそれぞ
れ駆動用圧電素子56接着する。そして、この各脚片551
および552 のそれぞれ先端に、この脚片551 および552
の振動面と直角に交差するように検出片571 および572
を一体的に連結して構成されるもので、この検出片571
および572 の面にそれぞれ検出用圧電素子581 および58
2 が接着されている。
は、駆動体55を一対の脚片551 および552 を有する音叉
型に構成し、その各脚片551 および552 に対してそれぞ
れ駆動用圧電素子56接着する。そして、この各脚片551
および552 のそれぞれ先端に、この脚片551 および552
の振動面と直角に交差するように検出片571 および572
を一体的に連結して構成されるもので、この検出片571
および572 の面にそれぞれ検出用圧電素子581 および58
2 が接着されている。
【0006】この様に構成される角速度センサにあって
は、図4で示した音片型および図5で示した音叉型共
に、振動体51および駆動体55の長手方向(Z軸)と角速
度の入力軸とが一致されるようにして使用される。した
がって、例えばこの角速度センサを車両に搭載して、こ
の車両のヨー角速度を検出させるようにした場合、セン
サ機構としてその高さ方向の寸法を小さくすることがで
きない。
は、図4で示した音片型および図5で示した音叉型共
に、振動体51および駆動体55の長手方向(Z軸)と角速
度の入力軸とが一致されるようにして使用される。した
がって、例えばこの角速度センサを車両に搭載して、こ
の車両のヨー角速度を検出させるようにした場合、セン
サ機構としてその高さ方向の寸法を小さくすることがで
きない。
【0007】車両の姿勢を制御するシステムやナビゲー
ションシステムのような電子制御システムにおいては、
車両のヨー角速度を検出する必要があるもので、このた
め角速度検出センサ機構を、電子制御システム内に組み
込むことが要望される。しかし、図4および図5で示し
たような構成の角速度センサの振動体構造では、振動体
の高さ方向の大きさによって組み込みが困難となる。
ションシステムのような電子制御システムにおいては、
車両のヨー角速度を検出する必要があるもので、このた
め角速度検出センサ機構を、電子制御システム内に組み
込むことが要望される。しかし、図4および図5で示し
たような構成の角速度センサの振動体構造では、振動体
の高さ方向の大きさによって組み込みが困難となる。
【0008】この様な振動型に限らず角速度検出機構は
構成できるもので、その全体構成を小型化する手段も考
えられるが、充分な検出性能を発揮させるためには、振
動体の小型化と共にその相対精度も充分に高める必要が
生じて、その製造コストが必然的に増大する。
構成できるもので、その全体構成を小型化する手段も考
えられるが、充分な検出性能を発揮させるためには、振
動体の小型化と共にその相対精度も充分に高める必要が
生じて、その製造コストが必然的に増大する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、特に角速度の入力軸方向の
振動体寸法を充分に小型化して構成できるようにして、
車両制御用の電子制御機器に対しても容易に組み込むこ
とができ、例えば4WSの車両の車両姿勢制御やナビゲ
ーションシステムに対して効果的に適用できるようにし
た振動型角速度検出装置を提供しようとするものであ
る。
な点に鑑みなされたもので、特に角速度の入力軸方向の
振動体寸法を充分に小型化して構成できるようにして、
車両制御用の電子制御機器に対しても容易に組み込むこ
とができ、例えば4WSの車両の車両姿勢制御やナビゲ
ーションシステムに対して効果的に適用できるようにし
た振動型角速度検出装置を提供しようとするものであ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係る振動型角
速度検出装置は、振動自在に支持された駆動体に、この
振動体をその長手方向と一致する第1の方向に垂直な第
2方向に振動させる駆動手段を設けると共に、前記駆動
体にその振動方向に延びる状態で一体的に検出体を取り
付け、前記第1および第2の方向で設定される平面に垂
直な第3の方向の軸回りに発生する回転角速度によっ
て、前記検出体に前記第1の方向に作用するコリオリ力
を検出する検出手段を前記検出体に取り付けるようにし
ている。
速度検出装置は、振動自在に支持された駆動体に、この
振動体をその長手方向と一致する第1の方向に垂直な第
2方向に振動させる駆動手段を設けると共に、前記駆動
体にその振動方向に延びる状態で一体的に検出体を取り
付け、前記第1および第2の方向で設定される平面に垂
直な第3の方向の軸回りに発生する回転角速度によっ
て、前記検出体に前記第1の方向に作用するコリオリ力
を検出する検出手段を前記検出体に取り付けるようにし
ている。
【0011】
【作用】この様に構成される振動型角速度検出装置にあ
っては、駆動手段を交流信号によって駆動することによ
って、第1の方向(Y軸方向)に延びるように構成され
た駆動体が第2の方向(X軸方向)振動され、これと一
体の検出体も第2の方向に振動される。この状態で第3
の方向(Z軸方向)の回転角速度が作用すると、検出体
はコリオリ力によって第1の方向に振動されるようにな
り、検出手段によってこのコリオリ力が検出されるよう
になる。この場合、駆動体の振動によって検出体に作用
する第2の方向の振動の大きさが一定であるとすると、
検出手段によって前記回転角速度に比例した信号が検出
され、例えば車両のヨーレートが精度良く検出されるよ
うになり、この際の回転角速度の入力軸方向の検出体寸
法は充分に小さくすることができる。
っては、駆動手段を交流信号によって駆動することによ
って、第1の方向(Y軸方向)に延びるように構成され
た駆動体が第2の方向(X軸方向)振動され、これと一
体の検出体も第2の方向に振動される。この状態で第3
の方向(Z軸方向)の回転角速度が作用すると、検出体
はコリオリ力によって第1の方向に振動されるようにな
り、検出手段によってこのコリオリ力が検出されるよう
になる。この場合、駆動体の振動によって検出体に作用
する第2の方向の振動の大きさが一定であるとすると、
検出手段によって前記回転角速度に比例した信号が検出
され、例えば車両のヨーレートが精度良く検出されるよ
うになり、この際の回転角速度の入力軸方向の検出体寸
法は充分に小さくすることができる。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図1はその構成を示すもので、振動体11は一
対の駆動片121 および122 によって構成される駆動部12
を備え、この一対の駆動片121 および122 はその基端部
分で連結片13によって一体的に連結して音叉型に構成さ
れている。そして、連結片13の中央部に溶接等で一体的
に形成した支持部材14によって支持されるようにする。
説明する。図1はその構成を示すもので、振動体11は一
対の駆動片121 および122 によって構成される駆動部12
を備え、この一対の駆動片121 および122 はその基端部
分で連結片13によって一体的に連結して音叉型に構成さ
れている。そして、連結片13の中央部に溶接等で一体的
に形成した支持部材14によって支持されるようにする。
【0013】この様に音叉型の一対の脚の状態で構成さ
れた駆動片121 および122 のそれぞれ先端には、それぞ
れ駆動片121 および122 の並ぶ方向の外側に向けて折曲
して検出片151 および152 が一体的に形成されるもの
で、これら振動体11を構成する連結片13、駆動片121 お
よび122 、検出片151 および152 は、一枚の細片状の金
属板、具体的には恒弾性材料、例えば鉄ーニッケル合金
の金属板をコ字型に折り曲げ、さらに外側に折曲するこ
とにより構成される。
れた駆動片121 および122 のそれぞれ先端には、それぞ
れ駆動片121 および122 の並ぶ方向の外側に向けて折曲
して検出片151 および152 が一体的に形成されるもの
で、これら振動体11を構成する連結片13、駆動片121 お
よび122 、検出片151 および152 は、一枚の細片状の金
属板、具体的には恒弾性材料、例えば鉄ーニッケル合金
の金属板をコ字型に折り曲げ、さらに外側に折曲するこ
とにより構成される。
【0014】そして、駆動片121 および122 のそれぞれ
外側の面には、長方形状の駆動用圧電素子161 および16
2 を接着剤を用いて貼付け、詳細は図示していないがこ
の駆動用圧電素子161 および162 には交流電圧信号が印
加設定されるようにする。この駆動用圧電素子161 およ
び162 に対して駆動用の交流電圧が印加されると、この
図において駆動片121 および122 の並ぶX軸方向に、互
いに向きが逆とされるように対称振動される。
外側の面には、長方形状の駆動用圧電素子161 および16
2 を接着剤を用いて貼付け、詳細は図示していないがこ
の駆動用圧電素子161 および162 には交流電圧信号が印
加設定されるようにする。この駆動用圧電素子161 およ
び162 に対して駆動用の交流電圧が印加されると、この
図において駆動片121 および122 の並ぶX軸方向に、互
いに向きが逆とされるように対称振動される。
【0015】検出片151 および152 のそれぞれの面に
は、長方形状の検出用圧電素子171 および172 が接着剤
を用いて貼付けられ、これらの検出用圧電素子171 およ
び172においては、検出片151 および152 それぞれのX
軸方向と直角のY軸方向の振動が検出され、図では示さ
れない検出回路に出力されるようにする。
は、長方形状の検出用圧電素子171 および172 が接着剤
を用いて貼付けられ、これらの検出用圧電素子171 およ
び172においては、検出片151 および152 それぞれのX
軸方向と直角のY軸方向の振動が検出され、図では示さ
れない検出回路に出力されるようにする。
【0016】この様に構成される振動体11に対して、駆
動用圧電素子161 および162 に交流電圧が印加され、駆
動片121 および122 がX軸方向に振動された状態で、X
軸およびY軸で形成される平面に垂直なZ軸回りに回転
角速度が作用すると、検出片151 および152 においてY
軸方向のコリオリ力が発生し、このコリオリ力が検出用
圧電素子171 および172 から電圧として検出される。
動用圧電素子161 および162 に交流電圧が印加され、駆
動片121 および122 がX軸方向に振動された状態で、X
軸およびY軸で形成される平面に垂直なZ軸回りに回転
角速度が作用すると、検出片151 および152 においてY
軸方向のコリオリ力が発生し、このコリオリ力が検出用
圧電素子171 および172 から電圧として検出される。
【0017】すなわち、この様に構成される角速度検出
装置を角速度センサとして作動させるために、駆動用圧
電素子161 および162 に対して、この振動体11の共振周
波数(X軸対称振動)に等しい周波数の交流電圧を印加
する。この交流電圧の印加によって、逆圧電効果によっ
て駆動片121 と122 とは互いに逆の方向に対称振動を始
め、振動体11としては支持部材14を中心に音叉振動を始
める。
装置を角速度センサとして作動させるために、駆動用圧
電素子161 および162 に対して、この振動体11の共振周
波数(X軸対称振動)に等しい周波数の交流電圧を印加
する。この交流電圧の印加によって、逆圧電効果によっ
て駆動片121 と122 とは互いに逆の方向に対称振動を始
め、振動体11としては支持部材14を中心に音叉振動を始
める。
【0018】この音叉振動によって、一対の検出片151
および152 においては、X軸の方向に互いに向きが異な
る速度Vが発生する。振動体11に対してZ軸回りの角速
度が作用していない状態では、検出片151 および152 に
対してはY軸方向の力が加わっていないものであるた
め、この検出片151 および152 の貼付けた検出用圧電素
子171 および172 から検出信号は発生しない。
および152 においては、X軸の方向に互いに向きが異な
る速度Vが発生する。振動体11に対してZ軸回りの角速
度が作用していない状態では、検出片151 および152 に
対してはY軸方向の力が加わっていないものであるた
め、この検出片151 および152 の貼付けた検出用圧電素
子171 および172 から検出信号は発生しない。
【0019】この様な状態でこの振動体11に対してZ軸
回りの回転角速度ωが作用すると、X軸方向で逆向きに
速度Vで振動する検出片151 および152 に対して、Y軸
方向で互いに異なる方向に“2×m×V×ω”(但しm
は検出片151 および152 の質量)のコリオリの力が作用
する。このため、検出片151 および152 はY軸方向に振
動し、検出用圧電素子171 および172 における圧電効果
によって、この振動に対応した交流信号がこの検出用圧
電素子171 と172 に発生する。
回りの回転角速度ωが作用すると、X軸方向で逆向きに
速度Vで振動する検出片151 および152 に対して、Y軸
方向で互いに異なる方向に“2×m×V×ω”(但しm
は検出片151 および152 の質量)のコリオリの力が作用
する。このため、検出片151 および152 はY軸方向に振
動し、検出用圧電素子171 および172 における圧電効果
によって、この振動に対応した交流信号がこの検出用圧
電素子171 と172 に発生する。
【0020】したがって、駆動片121 および122 から与
えられた検出片151 および152 の速度Vの大きさを一定
に保つことによって、検出用圧電素子171 および172 か
ら角速度ωに比例した信号が出力される。
えられた検出片151 および152 の速度Vの大きさを一定
に保つことによって、検出用圧電素子171 および172 か
ら角速度ωに比例した信号が出力される。
【0021】図2はこの様に構成される振動体11を、車
両用電子制御機器20に対して取り付けられた状態を説明
する図で、振動体11はプリント基板21の面上に支持部材
14によって取り付け固定される。そして、駆動用圧電素
子161 および162 、検出用圧電素子171 および172 は、
それぞれ細い導電線によってプリント基板21の回路配線
部に接続されるようにする。そして、この全体がケース
22によって適宜囲まれている。
両用電子制御機器20に対して取り付けられた状態を説明
する図で、振動体11はプリント基板21の面上に支持部材
14によって取り付け固定される。そして、駆動用圧電素
子161 および162 、検出用圧電素子171 および172 は、
それぞれ細い導電線によってプリント基板21の回路配線
部に接続されるようにする。そして、この全体がケース
22によって適宜囲まれている。
【0022】すなわち、この様に構成される角速度検出
装置において、角速度入力軸方向であるZ軸方向の振動
体11の寸法を、駆動片121 および122 、さらに検出片15
1 および152 の幅方向の寸法に対応して小さくすること
ができ、このため電子制御機器20内にこの振動体11を組
み込むに際して、ケース22の高さ方向の寸法Lz を充分
に小さくすることができる。さらに、この電子制御機器
20を構成するプリント基板21をXおよびY方向の平面と
平行に配置できるものであるため、駆動片121および122
、さらに検出片151 および152 それぞれからのプリン
ト基板21に対する配線も容易とされる。
装置において、角速度入力軸方向であるZ軸方向の振動
体11の寸法を、駆動片121 および122 、さらに検出片15
1 および152 の幅方向の寸法に対応して小さくすること
ができ、このため電子制御機器20内にこの振動体11を組
み込むに際して、ケース22の高さ方向の寸法Lz を充分
に小さくすることができる。さらに、この電子制御機器
20を構成するプリント基板21をXおよびY方向の平面と
平行に配置できるものであるため、駆動片121および122
、さらに検出片151 および152 それぞれからのプリン
ト基板21に対する配線も容易とされる。
【0023】上記実施例においては振動体11を音叉型に
構成したが、この振動体11を特に音叉型に構成する必要
がない。例えば、図3で示すように振動体111 を音片型
に構成することもできる。この場合には、音片型の振動
体111 の本体部の両側に突出して一対の検出片151 およ
び152 が形成されるようにするもので、この音片状振動
体111 の検出片151 および152 の両側の面に、駆動用圧
電素子161 および162が貼付けられるようにする。そし
て、この駆動用圧電素子161 および162 によって発生さ
れる交流信号による振動の方向に対応して検出片151 お
よび152 が突設されるもので、この検出片151 および15
2 それぞれの前記交流信号による振動方向と直角の面
に、検出用圧電素子171 および172 が貼付けられる。
構成したが、この振動体11を特に音叉型に構成する必要
がない。例えば、図3で示すように振動体111 を音片型
に構成することもできる。この場合には、音片型の振動
体111 の本体部の両側に突出して一対の検出片151 およ
び152 が形成されるようにするもので、この音片状振動
体111 の検出片151 および152 の両側の面に、駆動用圧
電素子161 および162が貼付けられるようにする。そし
て、この駆動用圧電素子161 および162 によって発生さ
れる交流信号による振動の方向に対応して検出片151 お
よび152 が突設されるもので、この検出片151 および15
2 それぞれの前記交流信号による振動方向と直角の面
に、検出用圧電素子171 および172 が貼付けられる。
【0024】ここで、振動体111 は針金状の支持部材14
1 および142 によって振動自在に支持されているもの
で、振動片111 が交流信号によって振動された状態で、
Z軸回りに回転角速度が作用すると、コリオリ力によっ
て検出片151 および152 がY軸方向に振動し、検出用圧
電素子171 および172 からコリオリ力に対応して信号が
出力されるようになる。
1 および142 によって振動自在に支持されているもの
で、振動片111 が交流信号によって振動された状態で、
Z軸回りに回転角速度が作用すると、コリオリ力によっ
て検出片151 および152 がY軸方向に振動し、検出用圧
電素子171 および172 からコリオリ力に対応して信号が
出力されるようになる。
【0025】
【発明の効果】以上のようにこの発明に係る振動型角速
度検出装置にあっては、振動体の長手方向に対して垂直
の方向にこの振動体を振動駆動し、振動体の長手方向に
作用するコリオリ力を検出するようにしているので、振
動体の長手方向と角速度の入力軸が一致することなく、
特に角速度の入力軸方向の振動体寸法を充分に小型化し
て構成できる。したがって、車両制御用の電子制御機器
に対しても容易に組み込むことができ、例えば4WSの
車両の車両姿勢制御やナビゲーションシステムに対して
効果的に適用できる。
度検出装置にあっては、振動体の長手方向に対して垂直
の方向にこの振動体を振動駆動し、振動体の長手方向に
作用するコリオリ力を検出するようにしているので、振
動体の長手方向と角速度の入力軸が一致することなく、
特に角速度の入力軸方向の振動体寸法を充分に小型化し
て構成できる。したがって、車両制御用の電子制御機器
に対しても容易に組み込むことができ、例えば4WSの
車両の車両姿勢制御やナビゲーションシステムに対して
効果的に適用できる。
【図1】この発明の一実施例に係る振動型角速度検出装
置を説明するための斜視図。
置を説明するための斜視図。
【図2】上記角速度検出装置を電子機器に組み込む状態
を説明する図。
を説明する図。
【図3】この発明の第2の実施例を示す図。
【図4】従来の角速度検出装置の例を示す図。
【図5】従来の角速度検出装置の他の例を示す図。
11、111 …振動体、121 、122 …駆動片、13…連結片、
14…支持部材、151 、152 …検出片、161 、162 …駆動
用圧電素子、171 、172 …検出用圧電素子。
14…支持部材、151 、152 …検出片、161 、162 …駆動
用圧電素子、171 、172 …検出用圧電素子。
Claims (1)
- 【請求項1】 振動自在に支持された駆動体と、 この駆動体をその長手方向と一致する第1の方向に対し
て垂直な第2方向に振動させる駆動手段と、 前記駆動体に対して前記振動方向に延びる状態で一体的
に取り付けられた検出体と、 前記第1および第2の方向で設定される平面に垂直な第
3の方向の軸回りに発生する回転角速度によって、前記
検出体に前記第1の方向に作用するコリオリ力を検出す
る検出手段と、 を具備したことを特徴とする振動型角速度検出装置。
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- 1994-12-16 DE DE4444973A patent/DE4444973C2/de not_active Expired - Fee Related
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