WO2005009075A1 - 超音波送受波器 - Google Patents

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WO2005009075A1
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ultrasonic transducer
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inner peripheral
case
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Shinji Amaike
Masanaga Nishikawa
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Murata Manufacturing Co., Ltd.
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    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/13—Acoustic transducers and sound field adaptation in vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic transducer used for an obstacle sensor such as a back sonar or a corner sonar of an automobile.
  • Ultrasonic transducers use ultrasonic waves to perform sensing. They transmit piezoelectric force intermittently, and transmit reflected waves from an object to a piezoelectric transducer. To receive. The distance from the object to be detected is measured by the transmitted / received signal.
  • the piezoelectric vibrator is fixed to the inside of the bottom, which is the vibration surface of the bottomed case.
  • unnecessary vibration force from outside tends to be transmitted from the side wall of the case to the piezoelectric vibrator provided on the bottom of the case and its inner surface.
  • the vibration from the vibration surface of the case is also transmitted to the side wall of the case, the above-described vibration may affect the characteristics of the ultrasonic transducer, such as reverberation, depending on the method of holding the case side wall.
  • Patent Document 1 proposes the following ultrasonic transducer.
  • the ultrasonic transducer described in Patent Literature 1 includes a cylindrical case in which an ultrasonic vibrator is fixed to a bottom part of a diaphragm.
  • An outer frame for supporting the cylindrical case is provided outside the cylindrical case. Further, an intervening member that absorbs vibration energy is provided between the outer frame and the cylindrical frame.
  • Patent Document 1 JP 2001-16694
  • an intervening member is provided outside a cylindrical case having an ultrasonic vibrator to absorb vibration energy.
  • the intervening member cannot be directly attached to the vehicle, etc., so an outer frame is provided as a support member outside the intervening member. . Therefore, an intervening member and an outer frame that are not limited to the cylindrical case are required, and the number of components is large, so that the cost has to be increased.
  • it when mounted on a vehicle or the like, it has a layered structure including a cylindrical case, an intervening member, and an outer frame, and thus has a problem in that the appearance is impaired.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to reduce the number of components that are not likely to cause deterioration in characteristics due to external vibrations, and to manufacture at low cost. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic transducer which is capable of exerting high power, and which is excellent in aesthetics when mounted on a vehicle or the like and also excellent in reliability such as durability.
  • An ultrasonic transducer is an ultrasonic transducer having a structure in which a piezoelectric element is attached to the bottom of a bottomed case, and includes a bottom and a direction in which the inner surface of the bottom moves away from the bottom. And an inner peripheral wall integrally connected to the inner surface of the bottom so as to extend away from the bottom and arranged inside the outer peripheral wall.
  • a first concave portion is formed by the inner peripheral wall and the bottom portion
  • a second concave portion is formed by the outer peripheral wall, the inner peripheral wall, and the bottom portion
  • a first concave portion of the bottom portion is provided.
  • the cross-sectional shape of the first recessed portion surrounded by the inner peripheral wall along a direction parallel to the bottom portion is anisotropic. It has a shape having. Preferably, the shape having the anisotropy is substantially elliptical.
  • the bottom portion in a portion facing the first concave portion, has a relatively thick wall portion and a relatively thick wall portion. A thin portion having a small thickness, and the piezoelectric element is attached to the thick portion.
  • a portion surrounded by an inner surface of the outer peripheral wall has a circular cross-sectional shape along a direction parallel to the bottom.
  • the thickness of the inner peripheral wall is Is not more than the thickness of the outer peripheral wall.
  • the case is formed as a single component in which the inner peripheral wall and the outer peripheral wall are connected to and integrated with the bottom, so that the number of components is reduced.
  • an increase in manufacturing cost can be suppressed.
  • the ultrasonic transducer since the outermost part of the ultrasonic transducer is formed of a case, the ultrasonic transducer can be directly mounted on a vehicle or the like. Further, since the vibration isolating member is not exposed to the vibrating surface side, that is, outside, it is possible to provide an ultrasonic transducer having high reliability and improved appearance in appearance.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an embodiment of the ultrasonic transducer according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of an embodiment of the ultrasonic transducer according to the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional plan view of another embodiment of the ultrasonic transducer according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of another embodiment of the ultrasonic transducer according to the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of still another embodiment of the ultrasonic transducer according to the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of still another embodiment of the ultrasonic transducer according to the present invention. Explanation of symbols
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an ultrasonic transducer according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG.
  • the ultrasonic transducer 50 includes a case 1, an anti-vibration member 2, and a piezoelectric element 3.
  • the case 1 includes a bottom part 4, an inner peripheral wall 5, and an outer peripheral wall 6, and the bottom part 4 is formed integrally with the inner peripheral wall 5 and the outer peripheral wall 6. That is, case 1 is configured as one component.
  • the inner peripheral wall 5 is connected to the inner surface of the bottom 4 so as to extend in the direction away from the bottom 4, and the outer peripheral wall 6 also moves away from the inner surface of the bottom 4 from the bottom 4. It is linked to extend in the direction of power.
  • the inner peripheral wall 5 is arranged inside the outer peripheral wall 6.
  • the case 1 is formed of, but not limited to, a metal material.
  • the metal material preferably, for example, aluminum, aluminum alloy, or the like, which is lightweight and hardly viscous, is used.
  • the first recess 7 is formed by the bottom 4 and the inner peripheral wall 5. Further, the piezoelectric element 3 is fixed to the upper surface of the bottom 4 in the first recess 7. The portion of the bottom 4 facing the first recess 7 constitutes the vibrating surface 14.
  • the piezoelectric element 3 has a structure in which element electrodes 9a and 9b are formed on both main surfaces of a piezoelectric substrate.
  • One element electrode 9b is joined to the center of the inner surface of the bottom 4 of the first recess by a conductive adhesive.
  • a lead wire or the like is attached to the other element electrode 9a of the piezoelectric element 3 housed in the case 1 for electrical connection (not shown).
  • the vibrating surface 14 Vibrates, generates a sound wave, and is radiated to the outside B on the outer surface side of the bottom 4. Conversely, by receiving the reflected wave reflected by the detected portion, the vibrating surface 14 vibrates, and the generated distortion is converted into an electric signal by the piezoelectric element 3, and the detected portion is detected.
  • the bottom 4, the inner peripheral wall 5, and the outer peripheral wall 6 form a second recess 8.
  • the second concave portion 8 is filled with the vibration isolating member 2.
  • the vibration isolation member 2 is formed using an elastic material such as an elastic adhesive made of silicon rubber or urethane rubber.
  • the vibration isolating member 2 acts to suppress reverberation vibration on the vibration surface 14 to shorten the reverberation time during reception. Therefore, the reverberation characteristics are considered to be good.
  • the vibration isolating member 2 is arranged so as not to be in contact with the piezoelectric element 3, it does not affect the excitation of the piezoelectric element 3 and changes the resonance frequency and sensitivity of the ultrasonic transducer 50. Without reverberation vibration. In addition, propagation of unnecessary vibration from outside to the vibration surface 14 and the piezoelectric element 3 can be suppressed.
  • case 1 has the above structure, ultrasonic transducer 50 can be directly mounted on vehicle 15. Also, since the portion that is exposed to the outside B when mounted on the vehicle 15 is the outer surface of the bottom 4 of the case 1, the vibration isolating member 2 is not exposed to the outside B. Therefore, durability is also improved.
  • the cross-sectional shape along the direction parallel to the bottom 4 of the inner portion 10 of the inner peripheral wall 5 is a substantially elliptical shape in which the diameters orthogonal to each other are different. With this structure, it is possible to have anisotropy in the directivity characteristics.
  • the shape in the cross-sectional direction parallel to the bottom 4 of the inner portion 10 of the outer peripheral wall 5 is not limited to an ellipse but has a shape having anisotropy that is not a circle, the directional characteristics also have anisotropy. You can help. Therefore, the cross-sectional shape is not limited to the substantially elliptical shape shown in FIG. 1 and can be a shape having various anisotropies.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of another embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG.
  • the ultrasonic transducer 60 shown in FIG. 3 and FIG. 4 the same parts as those shown in FIG. 1 and FIG.
  • detailed description of the same portions as those in FIGS. 1 and 2 will be omitted.
  • the ultrasonic transducer 60 has a bottom portion at a portion facing the first concave portion 7.
  • the piezoelectric element 3 has a thin portion 12 and a thick portion 13.
  • the piezoelectric element 3 is fixed on the thick part 13 Further, in the first concave portion 7, the thin portion 12 is formed so that the bottom portion 4 has a larger area in the major axis direction of the substantially elliptical shape having the similar shape as the first concave portion 7 described above. I have. Thereby, the directivity of the ultrasonic transducer 60 in the major axis direction can be narrowed, and the ultrasonic transducer 60 having highly anisotropic directivity can be configured. Further, since the piezoelectric element 3 is provided in the thick portion 13, the impact resistance is also improved.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of still another embodiment of the present invention.
  • the thickness of the thick portion 13 of the bottom 4 in the first recess 7 is d, and the thickness of the bottom 4 of the second recess 8 is e, the thickness of the thick portion 13
  • the thickness d is equal to or greater than the thickness e of the bottom 4 in the second recess 8.
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of still another embodiment of the present invention.
  • the inner portion 10 and the outer portion 11 of the inner peripheral wall 5 each have an elliptical cross section parallel to the bottom 4, and the two ellipses have the same center. .
  • the thickness f of the inner peripheral wall 5 of the case 1 is equal to or less than the thickness g of the outer peripheral wall 6.

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Abstract

　構造が簡略化されており、安定に供給でき、指向および残響特性等を劣化させることなく、信頼性および外観上の美観が改善された超音波送受波器を提供する。 　超音波送受波器５０は、ケース１と、防振部材２と、圧電素子３とを備える。ケース１は、底部４と内周壁５と外周壁６とを有し、これらが一体構造で構成されている。また、内周壁５と底部４により第一の凹部７が形成され、外周壁６と内周壁５と底部４により第二の凹部８が形成されている。第二の凹部８には、防振部材２が充填されており、圧電素子３は、第一の凹部７においてのケース１の底部上に固定されている。

Description

明 細 書
超音波送受波器
技術分野
[0001] 本発明は、 自動車のバックソナーやコーナーソナ一等の障害物センサに用いられ る超音波送受波器に関する。
背景技術
[0002] 超音波送受波器は、超音波を利用してセンシングを行なうものであり、圧電振動子 力 超音波ノ^レスを間欠的に送信し、被検出物からの反射波を圧電振動子で受信 する。この送受波信号により被検出物との距離が測定される。圧電振動子は、有底の ケースの振動面となる底部の内側に固着されている。しかし、外部からの不要な振動 力 ケースの側壁からケースの底部およびその内面に設けられる圧電振動子に伝わ りがちであった。また、ケースの振動面からの振動もケースの側壁に伝わるため、ケー ス側壁の保持方法によっては、上記振動が超音波送受波器の残響等の特性に影響 を及ぼすことがあった。
[0003] そこで、このような課題を解決するために、下記の特許文献 1には、以下のような超 音波送受波器が提案されている。特許文献 1に記載の超音波送受波器は、振動板 を構成している底部に超音波振動子が固定される、筒状ケースを備えている。筒状 ケースの外側には、筒状ケースを支持するための外側フレームが設けられている。さ らに、その外側フレームと筒状フレームとの間に、振動エネルギーを吸収する介在部 材が設けられている。
特許文献 1 :特開 2001—16694
発明の開示
[0004] し力しながら、特許文献 1に記載の超音波送受波器では、以下の問題があった。
[0005] 特許文献 1に記載の超音波送受波器では、超音波振動子を備える筒状ケースの外 側に、振動エネルギーを吸収するために、介在部材が設けられている。しかし、車両 等に超音波送受波器を取り付ける際に、介在部材を車両等に直接取り付けることが 出来ないために、介在部材の外側に支持部材として外側フレームが設けられている 。そのため、筒状ケースだけでなぐ介在部材及び外側フレームを必要とし、部品点 数が多いため、コストが上昇せざるを得なかった。また、車両等に搭載された際には、 筒状ケース、介在部材及び外側フレームからなる層構造を有するため、美観を損ね るという問題もあった。
[0006] さらに、送受波を行うために、超音波振動子が取り付けられている底部側が外部に 露出するように配置されるため、筒状ケースと外側フレームとの間に設けられた介在 部材が、外部に露出するので、耐久性等の信頼性が低かった。
[0007] 本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消し、外部からの振動による特 性の悪化が生じ難いだけでなぐ部品点数を低減でき、それによつて安価に製造す ること力 sでき、さらに、車両等に搭載された際の美観に優れかつ耐久性等の信頼性 においても優れている超音波送受波器を提供することにある。
[0008] 本発明の超音波送受波器は、有底のケースの底部に圧電素子が取り付けられてい る構造を有する超音波送受波器であって、底部と、底部の内面に底部から遠ざかる 方向に延びるように一体に連ねられた外周壁と、底部の内面に底部から遠ざかる方 向に延びるように一体に連ねられており、かつ前記外周壁の内側に配置された内周 壁とを有するケースを備え、前記内周壁と前記底部とにより第一の凹部が形成されて おり、前記外周壁と前記内周壁と前記底部とにより第二の凹部が形成されており、前 記底部の第一の凹部に臨んでいる部分に取り付けられた圧電素子と、前記第二の凹 部に充填された防振部材とをさらに備えることを特徴とする、超音波送受波器。
[0009] 本発明に係る超音波送受波器のある特定の局面では、前記内周壁により囲まれて レ、る前記第一の凹部の前記底部と平行な方向に沿う断面形状が、異方性を有する 形状とされている。好ましくは、上記異方性を有する形状は略楕円形とされる。
[0010] 本発明に係る超音波送受波器のさらに他の特定の局面では、前記第一の凹部に 臨んでいる部分において、前記底部が相対的に厚みが厚い肉厚部と、相対的に厚 みが薄い薄肉部とを有し、前記圧電素子が厚肉部に取り付けられている。
[0011] 本発明に係る超音波送受波器の別の特定の局面では、前記外周壁の内面により 囲まれた部分の前記底部と平行な方向に沿う断面形状が円形である。
[0012] 本発明に係る超音波送受波器のさらに他の特定の局面では、前記内周壁の厚み は前記外周壁の厚み以下である。
[0013] 以上のような本発明の超音波送受波器によれば、ケースが底部に内周壁及び外周 壁が連ねられて一体化されている一つの部品とされているため、部品点数の削減に より、製造コストの上昇を抑制することができる。また、超音波送受波器の最外側部が ケースにより構成されているので、超音波送受波器を車両等に直接搭載することが 可能となる。また、防振部材が振動面側に、すなわち外側に露出しないため、高い信 頼性を有すると供に、外観上の美観の向上した超音波送受波器を提供することが可 能となる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]図 1は本発明の超音波送受波器の一実施例の概略平面図である。
[図 2]図 2は本発明の超音波送受波器の一実施例の概略断面図である。
[図 3]図 3は本発明の超音波送受波器の別の実施例の断面平面図である。
[図 4]図 4は本発明の超音波送受波器の別の実施例の概略断面図である。
[図 5]図 5は本発明の超音波送受波器のさらに別の実施例の概略断面図である。
[図 6]図 6は本発明の超音波送受波器のさらに別の実施例の概略平面図である。 符号の説明
1 - . -ケース
2- · ·防振部材
3· · ·圧電素子
4· ' · ·底部
5· · ·内周壁
6· · ·外周壁
7· ' ' ·第一の凹部
8· ' ·第二の凹部
9a、 9b…素子電極
10…内周壁の内側部
11…内周壁の外側部
12…薄肉部 13…厚肉部
14…振動面
d…厚肉部の厚み
e…第二の凹部の厚み
f…内周壁の厚み
g…外周壁の厚み
50、 60· · ·超音波送受波器
発明を実施するための最良の形態
[0016] 以下、本発明の実施例について添付図に基いて詳細に説明する。
[0017] 図 1は、本発明の一実施例における超音波送受波器の概略平面図、図 2は図 1に おける A— A部断面図を示す。
[0018] 図 1および図 2において、超音波送受波器 50は、ケース 1と、防振部材 2と、圧電素 子 3とを備える。
[0019] ケース 1は、底部 4と内周壁 5と外周壁 6とを備え、底部 4は、内周壁 5及び外周壁 6 と一体に構成されている。すなわち、ケース 1は、一つの部品として構成されている。 また、上記内周壁 5は、底部 4の内面に、該底部 4から遠ざ力、る方向に延びるように連 ねられており、外周壁 6もまた、底部 4の内面から底部 4から遠ざ力、る方向に延びるよ うに連ねられている。内周壁 5は、外周壁 6の内側に配置されている。
[0020] ケース 1は、特に限定されないが、金属材料によって形成されている。金属材料とし ては、好ましくは、例えば軽量でカ卩ェ性がよぐ鲭びにくいアルミニウム、またはアルミ ニゥム合金等が用いられる。また、ケース 1では、底部 4と内周壁 5により、第一の凹部 7が形成されている。また、第一の凹部 7内では底部 4の上面に圧電素子 3が固定さ れている。底部 4の第 1の凹部 7に臨んでいる部分が、振動面 14を構成している。
[0021] 圧電素子 3は、圧電基板の両主面に素子電極 9a、 9bを形成した構造を有する。一 方の素子電極 9bが第一の凹部の底部 4の内面中央部に導電性接着剤により接合さ れている。ケース 1内に納められた圧電素子 3の他方の素子電極 9aに、電気的な接 続のために、リード線等が取り付けられる（図示せず)。
[0022] 超音波送受波器 50においては、圧電素子 3に交流電圧を印加すると、振動面 14 が振動し、音波を発生し、底部 4の外面側である外部 Bに放射される。逆に、被検出 部で反射した反射波を受信することにより、振動面 14が振動し、これにより発生した 歪が圧電素子 3で電気信号に変換され、被検出部の検出が行なわれる。
[0023] 底部 4と内周壁 5と外周壁 6とにより第二の凹部 8が形成されている。第二の凹部 8 には、防振部材 2が充填されている。防振部材 2は、シリコンゴムやウレタンゴム等か らなる弾性接着剤等の弾性材料を用いて形成されている。防振部材 2は、振動面 14 における残響振動を抑制して受信時の残響時間を短くするように作用する。従って、 残響特性が良好とされる。また、防振部材 2は、圧電素子 3に接しないように配置され ているので、圧電素子 3の励振には影響を及ぼさず、超音波送受波器 50の共振周 波数や感度を変化させることなく残響振動を抑制できる。また、外部からの不要な振 動の振動面 14および圧電素子 3への伝搬を抑制することができる。
[0024] さらに、ケース 1が上記構造を有するため、超音波送受波器 50は、車両 15に直接 搭載され得る。また、車両 15への搭載時に外部 Bへの露出部となる部分は、ケース 1 の底部 4の外面であるため、防振部材 2は外部 Bに露出しなレ、。従って、耐久性も高 められる。
[0025] また、内周壁 5の内側部 10の底部 4に平行な方向に沿う断面形状は、互いに直交 する径の寸法が異なる形状である、略楕円形とされている。この構造により、指向特 性に異方性を持たすことが可能となる。なお、楕円形に限らず、外周壁 5の内側部 10 の底部 4に平行な断面方向の形状が、円ではなぐ異方性を有する形状である場合 、同様に指向特性に異方性をもたすことができる。従って、上記断面形状は図 1に示 す略楕円形状に限らず、様々な異方性を有する形状とすることができる。
[0026] 次に、図 3に本発明の別の実施例の概略平面図、図 4に図 3の C一 C部断面図を示 す。図 3および図 4に示す超音波送受波器 60は、図 1および図 2に示した内容と同様 の箇所については同様の番号を付与した。また、図 1および図 2と同様な箇所につい ては、詳細な説明を省略する。
[0027] 図 3、図 4において超音波送受波器 60は、第一の凹部 7に臨む部分において底部
4は、薄肉部 12と厚肉部 13とを備える。厚肉部 13上に圧電素子 3が固定されている [0028] また、第一の凹部 7において、第一の凹部 7の前述した類似形状である略楕円形の 長径方向において、底部 4がより大きな面積を有するように、薄肉部 12が形成されて いる。これにより、長径方向における超音波送受波器 60の指向性を狭くすることがで き、異方性の高い指向性を備えた超音波送受波器 60を構成することが可能となる。 また、圧電素子 3は、厚肉部 13に設けられているので、耐衝撃性も向上する。
[0029] 次に、図 5に本発明のさらに別の実施例の概略断面図を示す。
[0030] 図 5に示すように、第一の凹部 7における底部 4の厚肉部 13の厚みを d、第二の凹 部 8における底部 4の厚みを eとした時、厚肉部 13の厚み dは第二の凹部 8における 底部 4の厚み e以上である。この構成により、振動面 14の振動がケース 1の外周壁 6 に伝搬することをさらに抑制することが可能となる。図 5においては、図 4と同様の内 容については、同様な符号を用い、また、同様の内容については、詳細な説明は省 略する。
[0031] 次に、図 6に本発明のさらに別の実施例の概略平面図を示す。
[0032] 図 6に示すように、内周壁 5の内側部 10と外側部 11は、いずれも底部 4と平行な断 面形状が楕円形であり、かつ両楕円形は、同一の中心を有する。また、ケース 1の内 周壁 5の厚みを f、外周壁 6の厚みを gとした時、ケース 1の内周壁 5の厚み fが外周壁 6の厚み g以下である。この構成により、底部 4を構成する振動面 14の振動をケース 1 の外周壁 6に伝搬することをさらに抑制することが可能となる。図 6においては、図 3 同様の内容については、同様な符号を用い、また、同様の内容については、詳細な 説明は省略する。

Claims

請求の範囲
[1] 有底のケースの底部に圧電素子が取り付けられている構造を有する超音波送受波 器であって、
底部と、底部の内面に底部から遠ざ力、る方向に延びるように一体に連ねられた外周 壁と、底部の内面に底部から遠ざかる方向に延びるように一体に連ねられており、か つ前記外周壁の内側に配置された内周壁とを有するケースを備え、
前記内周壁と前記底部とにより第一の凹部が形成されており、前記外周壁と前記 内周壁と前記底部とにより第二の凹部が形成されており、
前記底部の第一の凹部に臨んでいる部分に取り付けられた圧電素子と、 前記第二の凹部に充填された防振部材とをさらに備えることを特徴とする、超音波 送受波器。
[2] 前記内周壁により囲まれている前記第一の凹部の前記底部と平行な方向に沿う断 面形状が、異方性を有する形状であることを特徴とする、請求項 1に記載の超音波送 受波器。
[3] 前記異方性を有する形状が略楕円である、請求項 2に記載の超音波送受波器。
[4] 前記第一の凹部に臨んでいる部分において、前記底部が、相対的に厚みが厚い 肉厚部と、相対的に厚みが薄い薄肉部とを有し、前記圧電素子が厚肉部に取り付け られてレ、る、請求項 1一 3のレ、ずれか 1項に記載の超音波送受波器。
[5] 前記外周壁の内面により囲まれた部分の前記底部と平行な方向に沿う断面形状が 円形である請求項 1一 4のいずれ力、 1項に記載の超音波送受波器。
[6] 前記内周壁の厚みは前記外周壁の厚み以下である、請求項 1一 5のいずれか 1項 に記載の超音波送受波器。
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