CN102792525A - 接触件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐久性高且成本低的接触件及其制造方法。对用于蓄电池用连接器的接触件的反复动作直至断裂的次数进行了实验性探讨。接触件使用板宽0.1mm以上且1mm以下的结构。使用表面粗糙度(Ra)为0.040μm、0.080μm、0.120μm、0.180μm的试样对反复动作直至断裂的次数进行探讨，表面粗糙度(Ra)越小，反复动作直至断裂的次数越大。特别是，可知，若使蓄电池连接器的动作次数满足3000次，表面粗糙度(Ra)只要为0.200μm以下即可。另外，将安全系数设为2，若欲使动作次数满足6000次，表面粗糙度(Ra)只要为0.080μm以下即可。

Description

接触件及其制造方法

技术领域

本发明涉及接触件及其制造方法。例如，涉及组装到壳体中而形成连接器的接触件，另外，涉及该接触件的制造方法。

背景技术

为了将挠性印刷基板等连接，使用有安装在配线基板上的小型连接器。用于该连接器的接触件大多使用板厚100μm左右的金属板。

作为上述这样的接触件的制造方法，通过为利用冲压对薄金属板进行冲裁的方法。在利用冲压的制造方法中，例如图1(A)所示，将薄金属板11置于冲压用的模12之上，使冲压模14从模12的上方下降，如图1(B)所示，通过模12的冲裁孔13和冲压模14使金属板11切断破坏而制造接触件15。这样，在通过冲压加工冲裁的接触件15在其冲裁面上产生细微的凹凸。图2表示通过冲压被冲裁的金属板的切断面(显微镜照片)。如图2所示，在通过冲压加工被冲裁的金属板的切断面上，从上面侧向下方依次形成：具有光滑的圆弧形状(round shape)的模面D1、具有光泽且纵向肋排列的切断面D2、将金属材料挤裂的断裂面D3、毛刺产生的毛刺面D4。特别是，在该切断面中，在图2中D2所示的切断面高低差最大的凹凸，从表面最高地突出。另外，图2与图1以及图3上下颠倒。

图3(A)～图3(D)表示在金属板上产生图2这样的切断面的机理。如图3(A)所示，若冲压模14下降，则冲压模14的下表面与金属板11接触而将金属板11向下方压下。冲压模14砸下金属板11时，如图13(B)所示，在金属板11中冲压模14的刃面侧和模12的刃面侧分别产生塌边(D1)。另外，若冲压模14下降，则金属板11通过冲压模14和模12受到剪切应力，在塌边(D1)的基础上还产生切断面(D2)。另外，若冲压模14进一步下降，则如图3(C)所示，自冲压模14的刀尖和模12的刀尖在金属板11上分别产生裂痕16。此时，冲压模14的刃侧面和模12的刃侧面成为切断面，裂痕16成为断裂面(D3)。接着，如图3(D)所示，冲压模14侧的裂痕16和模12侧的裂痕16相连，完成冲裁。因此，在冲压模14进入金属板11内2/3左右的阶段完成冲裁加工。为了使冲压模14的的裂痕16和模12侧的裂痕16相连，需要在冲压模14的侧面与冲裁孔13的侧面之间设有适当的间隙。将该间隙称之为缝隙，但由于留有间隙而在接触件15的端部产生毛刺(D4)。

接触件若长时间反复动作则产生突然断裂等破坏。将此称之为疲劳破坏。疲劳破坏由多种原因导致，在接触件这样的板材上反复施加荷重的情况下，最大应力产生在板材的表面，其表面粗糙度导致的向凹部的应力集中为疲劳破坏的主要因素之一。

通过冲压加工制造接触件时，该切断面成为接触件的外周面。使接触件的触点压接对方侧电极部时，通过其反作用力，接触件的弹簧部(弹性变形部)挠曲。特别是，若提高触点压力，则对弹簧部施加的弯曲转矩也相应地增大。因此，在触点部分以及弹簧部等施加较大的负荷，但若触点部分及弹簧部的表面成为冲压加工时的切断面，则在其切断面的凹凸等上产生应力集中，具有使接触件的反复动作直至断裂的次数降低的问题。

特别是，随着连接器的轻量、小型化，接触件也小型化。因此，相对于接触件中的最大应力部分的部件截面面积的、凹凸的尺寸比率也增大，接触件容易断裂。

专利文献1：(日本)特开2010-86878号公报

发明内容

本发明是鉴于上述技术课题而设立的，其目的在于提供耐久性高且成本低的接触件及其制造方法。

本发明的接触件，板宽为0.1mm以上且1mm以下，并且应力集中处的表面粗糙度Ra为0.2μm以下。根据这样的接触件，由于表面粗糙度Ra为0.2μm以下，故而不易因接触件的应力集中而产生断裂，在蓄电池连接器的情况下可以动作3000次以上。

另外，若板宽为0.1mm以上、1mm以下，则能够使耐久性大致相同，使品质稳定。

本发明的接触件的一方面，表面粗糙度Ra为0.08μm以下。若为这样的表面粗糙度Ra，在蓄电池连接器的情况下可以动作6000次以上。

本发明的接触件的另一方面，表面粗糙度Ra为0.04μm以上。这是由于，若通过蚀刻及研磨形成比0.04μm小的表面粗糙度Ra，则可减小确保作为接触件的功能所需的板宽以及板厚。

本发明的接触件的第一制造方法，用于制造本发明的接触件，包括如下的工序：通过利用冲压的冲裁加工制造接触件；以使由所述工序制成的接触件的表面的表面粗糙度Ra为0.2μm以下的方式进行蚀刻或研磨。根据该制造方法，通过利用冲压的冲裁和蚀刻(化学研磨)或研磨(毛刺研磨、电解研磨等)制造接触件，能够低成本地制造耐久性高的接触件。

本发明的接触件的第二制造方法，用于制造本发明的接触件，包括如下的工序：在电极板之上形成抗蚀膜；对所述抗蚀膜进行曝光以及显影而开设空腔；通过电铸法在所述空腔内形成接触件；以使与所述抗蚀膜分离的接触件的表面的表面粗糙度Ra为0.2μm以下的方式进行蚀刻或研磨。根据该制造方法，通过光刻法和电铸法制成接触件之后，通过蚀刻(化学研磨)或研磨(毛刺研磨、电解研磨等)可容易地减小表面粗糙度Ra。

本发明的接触件的第三制造方法，用于制造本发明的接触件，包括如下的工序：在电极板之上紧密贴合并粘贴干膜抗蚀剂；在所述干膜抗蚀剂的表面残留有保护膜的状态下对所述干膜抗蚀剂进行曝光以及显影而开设空腔；通过电铸法在所述空腔内形成接触件；以使与所述干膜抗蚀剂分离的接触件的表面的表面粗糙度Ra为0.2μm以下的方式进行蚀刻或研磨。若对干膜抗蚀剂进行曝光显影直至残留有保护膜，则在接触件的表面产生凹凸，但若进行蚀刻(化学研磨)或研磨(毛刺研磨、电解研磨等)，则能够减小接触件的表面粗糙度Ra。

本发明的接触件的第四制造方法，用于制造本发明的接触件，包括如下的工序：在电极板之上涂敷抗蚀液而形成抗蚀膜；通过LIGA工艺在所述抗蚀膜上开设空腔；通过电铸法在所述空腔内形成接触件。通过LIGA工艺，能够光滑地形成空腔的壁面，故而在后续工序中能够不进行蚀刻及研磨即可制造表面粗糙度Ra小的接触件。

本发明的接触件的第五制造方法，用于制造本发明的接触件，包括如下的工序：在电极板之上涂敷抗蚀液而形成抗蚀膜；通过UV-LIGA工艺在所述抗蚀膜上开设空腔；通过电铸法在所述空腔内形成接触件。通过UV-LIGA工艺，能够光滑地形成空腔的壁面，故而在后续工序中能够不进行蚀刻及研磨即可制造表面粗糙度Ra小的接触件。

本发明的接触件的第六制造方法，用于制造本发明的接触件，包括如下的工序：在电极板之上紧密贴合并粘贴干膜抗蚀剂，去除表面的保护膜而使感光层露出；在非氧环境中对所述感光层进行曝光以及显影而开设空腔；通过电铸法在所述空腔内形成接触件。若紧密贴合并粘贴干膜抗蚀剂，去除表面的保护膜而进行曝光，则能够光滑地形成空腔的壁面，故而能够在后续工序中不进行蚀刻以及研磨即可制造表面粗糙度Ra小的接触件。但是，若除去保护膜，则由感光层而引起阻氧，故而为了防止该情况的发生而在非氧环境中进行曝光显影。

本发明的接触件的第七制造方法，用于制造本发明的接触件，包括如下的工序：在电极板之上紧密贴合并粘贴对保护膜的润滑剂的透明度或粒子形状或粒径进行调整后的干膜抗蚀剂；对所述干膜抗蚀剂进行曝光以及显影而开设空腔；通过电铸法在所述空腔内形成接触件。若选定保护膜中的润滑剂，则能够光滑地形成空腔的壁面，故而能够在后续工序中不进行蚀刻及研磨即可制造表面粗糙度Ra小的接触件。

另外，本发明用于解决上述课题的方式具有将以上说明的构成要素适当组合的特征，本发明通过将上述构成要素组合而进行多种变更。

附图说明

图1(A)、(B)是说明利用冲压的接触件的制造方法；

图2表示通过冲压被冲裁出的金属部件的截面；

图3(A)～(D)是用于说明在金属板上产生切断面的机理的图；

图4是本发明第一实施方式的连接器用的接触件的立体图；

图5是组装有图4的接触件的连接器的剖面图；

图6是蓄电池连接器的剖面图；

图7是表示表面粗糙度Ra和反复动作直至断裂的次数的关系的图；

图8是表示接触件的板宽w和反复动作直至断裂的次数的关系的图；

图9(A)～(D)是说明接触件的制造方法1的示意图；

图10(A)～(G)是说明接触件的制造方法4的示意图。

符号说明

31、62、75：接触件

32：固定片

33：可动片

34：连接部

35：可动触点

41：连接器

42：壳体

51：连接器

52：连接器壳体

53：接触件

59：蓄电池

61：金属板

71：电极板

72：抗蚀膜

73：光掩模

74：空腔

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的优选实施方式。但是，本发明不限于以下的实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内可进行多种改变。

(连接器用的接触件)

参照图4及图5说明连接器用的接触件。图4是连接器用的接触件31(连接器用连接端子)的立体图。图5是组装有该接触件31的连接器41的剖面图。

如图4所示，接触件31将固定片32和可动片33大致平行地配置，利用与固定片32、可动片33大致垂直的连接部34将固定片32的大致中央部上表面和可动片33的大致中央部下表面连接。在可动片33的前端部下表面设有形成三角突起状的可动触点35，可动片33的后端部成为通过凸轮部使可动片33倾动的操作承受部36。另外，在固定片32上表面的与可动触点35相对的位置设有槽部37和防脱用突起38。

如图5所示，接触件31被组装到连接器41的壳体42内。接触件31将固定片32压入壳体42的插入孔43中进行固定。用于推起操作承受部36的凸轮部44位于固定片32的后端部上表面与操作承受部36的下表面之间。凸缘部44与操作杆45一体形成，通过操作杆45的立起、倒下而使凸轮部44旋转。在操作杆45立起的状态下，凸轮部44横向倾倒而对操作承受部36不作用力。因此，此时，可动触点35与固定片32之间的间隙变大，能够在可动触点35与固定片32之间的间隙插拔挠性印刷基板46的端部。

在操作杆45立起而可动触点35与固定片32之间的间隙变大的状态下，将挠性印刷基板46的端部插入该间隙，若操作杆45倒下，则挠性印刷基板46与连接器41连接。即，若将挠性印刷基板46的端部插入上述间隙并使操作杆45倒下，则由此而使凸轮部44旋转，凸轮部44成为纵向。其结果，操作承受部36通过凸缘部44而被推起，可动片33倾动，可动触点35向下方下降。可动触点35压接挠性印刷基板46的电极部(未图示)，挠性印刷基板46在可动触点35与槽部37以及防脱用突起38之间挠曲的状态下被夹紧而防止脱离。

(蓄电池连接器)

接着，对与例如用于便携式电子设备的蓄电池的电极焊盘接触而进行充电的连接器进行说明。图6是蓄电池连接器51的剖面图。

如图6所示，该连接器51在连接器壳体52内收纳多个接触件53，接触件53的一部分从连接器壳体52的前面突出。

接触件53由固定部54、弹性部55、接触部56以及卡止部57构成。接触件53的固定部54沿连接器壳体52的内面延伸，下端部被固定在连接器壳体52上。

接触件53的弹性部55构成大致S形，接触件53能够在前后方向上产生足够的作用力。

接触件53的接触部56呈大致U形或圆弧状而从弹性部55的前端后方弯曲。

接触件53的卡止部57从接触部56的端部进一步向下方弯折而形成，该卡止部57卡止在设于连接器壳体52的开口部的接触件支承部58上。

该连接器51与便携设备用的蓄电池59接触。即，若将蓄电池59压靠在连接器51上，则接触部56与蓄电池59的电极部60接触而挠曲，从连接器51向蓄电池59供给充电用电流。

(接触件的表面粗糙度)

将这样的蓄电池连接器用的接触件作为一例，对其表面粗糙度Ra(与两侧面垂直的外周面的表面粗糙度Ra)和反复动作直至断裂的次数的关系进行探讨。在此，表面粗糙度(算术平均粗糙度)Ra如下定义。在考虑某一截面的表面形状时，将与该表面垂直的方向(高度方向)设为y轴，将与表面平行的方向设为x轴，其表面形状由粗曲线y＝f(x)表示。其中，规定x轴与平均线一致。即，高度方向的原点(y＝0的位置)在考虑表面粗糙度的区域(从x＝0到x＝L)，规定满足以下式1。在该区域[0、L]将由下式2求得的值以μm单位表示后的值称为平均粗糙度Ra。

${\∫}_0^{L}f\left(x\right)\mathrm{dx}=0$ ...(式1)

$\mathrm{Ra}=\frac{1}{L}{\∫}_0^L\left|f\left(x\right)\right|\mathrm{dx}$ ...(式2)

图7表示由实验求出的表面粗糙度Ra和反复动作直至断裂的次数的关系。在该实验中，使用有由Ni类合金构成的板厚为250μm的图6这样的蓄电池连接器用的接触件。并且，制成表面粗糙度Ra为0.040μm、0.080μm、0.120μm、0.180μm四种试样。关于各表面粗糙度的试样，在板宽为0.1～1.0mm的范围内，将表面粗糙度Ra＝0.040μm的试样制成6种，将表面粗糙度Ra＝0.080μm的试样制成1种，将表面粗糙度Ra＝0.120μm的试样制成1种，将表面粗糙度Ra＝0.180μm的试样制成7种。并且，以最大应力为1000MPa(弹簧临界值)的方式施加负荷而使接触件反复弹性变形，测定直至接触件断裂的次数。这样测定得到的各数据在图7中由黑圆表示。反复动作直至破裂的试验为偏差大的试验方法，故而作为反复动作直至破裂的试验次数，取其最小值。图7中的直线K表示其表面粗糙度Ra和反复动作直至破裂的次数的关系。

另外，所谓接触件的板厚T，如图6及图4所示，是指在具有接触件的面内变形时，与该面垂直的方向上的接触件的厚度(若在利用冲压对接触件进行冲裁加工的情况下，作为原材料的金属板的厚度)，所谓板宽w是指上述面内的接触件的宽度。

根据图7，在蓄电池连接器的动作次数满足3000次时，需要使接触件的表面粗糙度Ra为0.2μm以下。另外，为了满足蓄电池连接器的动作次数乘以安全系数即越2倍而得到的反复动作直至断裂的次数6000次，需要使接触件的表面粗糙度Ra为0.1μm以下，理想的是0.08μm以下。

另一方面，如后所述，在通过蚀刻减小接触件表面的凹凸的方法中，能够使表面粗糙度Ra为0.04μm以下。但是，利用蚀刻将凹凸完全去除是耗费时间的，并且若蚀刻至表面粗糙度Ra为0.04μm以下，则确保作为接触件的功能所需的板宽w及板厚T减小，故而不现实。因此，接触件的表面粗糙度Ra为0.04μm以上为好。

图8表示接触件的板宽w和反复动作直至断裂的次数的关系。该测定中也使用由Ni类合金构成的板厚为250μm的图6这样的蓄电池连接器用的接触件。

在板宽w为0.1～1.0mm范围内，一个个地制作板宽w不同的试样。各试样的表面粗糙度以使其影响显著的方式形成为Ra＝0.18μm。并且，以最大应力为1000MPa(弹簧临界值)的方式施加负荷而使接触件反复弹性变形，测定直至接触件断裂的次数。这样测定得到的各数据在图8中由黑圆表示。根据图8，在板宽w为0.1mm以上且1mm的范围内反复动作直至断裂的次数未发现明显差异。

以上，为了实现要求的反复动作直至断裂的次数，接触件的板宽为0.1mm以上、1mm以下为好，其表面粗糙度(特别是应力集中处的表面粗糙度)Ra为0.04μm以上、0.2μm以下为好，最好是表面粗糙度Ra为0.04μm以上、0.080μm以下。

(接触件的制造方法)

作为制作具有上述的板宽和表面粗糙度Ra的接触件的方法，具有多种方法，对其进行说明。

〔制造方法1〕

图9(A)～(D)表示利用冲压的方法。即，图9(A)表示板厚T为100μm左右的金属板61。将该金属板61如图9(B)所示地冲裁成接触件形状而得到接触件62。实际测量该阶段的接触件的表面粗糙度Ra，磷青铜的切断面的粗糙度Ra为0.23μm。接着，对图9(C)的接触件62的表面进行蚀刻处理，如图9(D)所示，除去表面的凹凸而使其平滑化。此时使用的蚀刻液例如使用佐佐木化学药品株式会社制造的蚀刻液ェスクリ一ンS-710等。其结果，能够制作表面粗糙度Ra为0.04μm以下的接触件62。其中，若使表面粗糙度Ra为0.04μm以下，则接触件62的板厚及板宽也减少很多，故而需要形成为估计利用冲压进行冲裁时的减少量的尺寸。

〔制造方法2〕

也可以在图9(A)～(C)所示地由金属板61冲裁出接触件62之后，研磨接触件62的表面将表面粗糙度Ra限制在规定范围内。作为研磨方法，可以使用电解研磨、毛刺研磨。

〔制造方法3〕

也可以在图9(A)～(C)所示地由金属板61冲裁出接触件62之后，由金属覆盖接触件62的表面进行处理。例如，能够将金属材料镀敷或真空蒸镀在接触件62的表面。若由金属覆盖表面粗糙度Ra大的接触件62进行处理，则由于覆盖金属埋入凹部内，故而表面粗糙度Ra减小。

〔制造方法4〕

图10(A)～(G)表示使用光刻法和电铸法的方法。首先，在图10(A)那样的电极部71的上表面涂敷阴性抗蚀剂，如图10(B)所示形成抗蚀膜72。如图10(C)所示，将光掩模73重叠在抗蚀膜72之上并曝光，接着，如图10(D)所示进行显影。由于曝光区域不熔化，故而被掩模覆盖而没有曝光的区域的抗蚀膜72被除去，能够沿其痕迹形成接触件形状的空腔74。然后，如图10(E)所示，将电极部71作为电极在空腔74内析出金属材料，在空腔74内成形接触件75。如图10(F)所示除去电极板71之上的抗蚀膜72之后，如图10(G)所示将接触件75从电极板71起模。根据这样的方法，无需后处理，能够直接制作表面粗糙度Ra为0.2μm以下、0.080μm以下的接触件。

若详细说明，该方法可进一步分成几种方法。第一，作为抗蚀剂使用例如化薬マィクロケム公司制造的Su-8等厚膜用抗蚀剂，通过UV-LIGA工艺对抗蚀膜进行构图的方法。根据该方法，能够制作外周面没有凹凸的光滑的接触件。

第二方法使用干膜抗蚀剂。干膜抗蚀剂在感光层的表面贴附有保护膜。该保护膜在内部具有润滑剂，故而若在贴附有保护膜的状态下进行曝光，则由于有润滑剂而能够在空腔的壁面形成肋，并将其转印到接触件上。因此，在使用干膜抗蚀剂的情况下，若将保护膜剥离而仅将感光层用作抗蚀膜，则能够制作在外周面不具有肋的光滑外周面的接触件。在干膜抗蚀剂的感光层引起阻氧的特性的情况下，也可以从感光层剥离保护膜，在N2环境等无氧的环境或真空环境下进行曝光。

第三方法是使用LIGA工艺的方法。该方法作为抗蚀剂使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，在曝光时代替紫外线照射而照射SR光X线，使光掩模上的X线吸收体的图案转印到抗蚀膜上。这样，制成在壁面没有凹凸的金属部件。

〔制造方法5〕

在该制造方法中，在图10(B)的工序中，在电极板71之上贴附干膜抗蚀剂而形成抗蚀膜72。此时，不剥离干膜抗蚀剂的保护膜，在感光层(抗蚀膜)之上残留有保护膜。接着，与制造方法4同样地，经由图10(C)～(G)的光刻法及电铸工序等制造接触件75。

但是，干膜抗蚀剂由于在制造工序中进行滚筒卷绕处理，故而为了提高此时的滑动性，在保护膜中混入有被称为润滑剂的粒子。为了形成抗蚀膜而使用干膜抗蚀剂的情况下，由于干膜抗蚀剂的感光层具有阻氧特性，故而在不与氧接触而残留有保护膜的状态下进行曝光。在曝光时，该润滑剂发生光散射，光的强度分布发生变化而在抗蚀膜的固化部与未固化部的边界产生纵向肋。

因此，在该制造方法5中，图10(G)阶段的接触件75的外表面的表面粗糙度Ra变大。因此，在制造方法5中，在图10(G)的下一工序中，对接触件75进行蚀刻处理。作为蚀刻液，若使用例如佐佐木化学药品株式会社的蚀刻液ェスクリ一ンMY-28等，则能够使接触件的表面粗糙度Ra为0.04μm以下。或者，也可以不利用蚀刻(化学研磨)而进行电解研磨及毛刺研磨等来减小表面粗糙度Ra。

Claims (9)

1.一种接触件，其特征在于，板宽为0.1mm以上且1mm以下，应力集中处的表面粗糙度(Ra)为0.2μm以下。

2.如权利要求1所述的接触件，其特征在于，表面粗糙度(Ra)为0.08μm以下。

3.如权利要求1所述的接触件，其特征在于，表面粗糙度(Ra)为0.04μm以上。

4.一种接触件的制造方法，用于制造权利要求1所述的接触件，其特征在于，包括如下的工序：

通过利用冲压的冲裁加工制造接触件；

以使由所述工序制成的接触件的表面的表面粗糙度(Ra)为0.2μm以下的方式进行蚀刻或研磨。

5.一种接触件的制造方法，用于制造权利要求1所述的接触件，其特征在于，包括如下的工序：

在电极板之上形成抗蚀膜；

对所述抗蚀膜进行曝光以及显影而开设空腔；

通过电铸法在所述空腔内形成接触件；

以使与所述抗蚀膜分离的接触件的表面的表面粗糙度(Ra)为0.2μm以下的方式进行蚀刻或研磨。

6.一种接触件的制造方法，用于制造权利要求1所述的接触件，其特征在于，包括如下的工序：

在电极板之上紧密贴合并粘贴干膜抗蚀剂；

在所述干膜抗蚀剂的表面残留有保护膜的状态下对所述干膜抗蚀剂进行曝光以及显影而开设空腔；

通过电铸法在所述空腔内形成接触件；

以使与所述干膜抗蚀剂分离的接触件的表面的表面粗糙度(Ra)为0.2μm以下的方式进行蚀刻或研磨。

7.一种接触件的制造方法，用于制造权利要求1所述的接触件，其特征在于，包括如下的工序：

在电极板之上涂敷抗蚀液而形成抗蚀膜；

通过LIGA工艺在所述抗蚀膜上开设空腔；

通过电铸法在所述空腔内形成接触件。

8.一种接触件的制造方法，用于制造权利要求1所述的接触件，其特征在于，包括如下的工序：

在电极板之上涂敷抗蚀液而形成抗蚀膜；

通过UV-LIGA工艺在所述抗蚀膜上开设空腔；

通过电铸法在所述空腔内形成接触件。

9.一种接触件的制造方法，用于制造权利要求1所述的接触件，其特征在于，包括如下的工序：

在电极板之上紧密贴合并粘贴干膜抗蚀剂，去除表面的保护膜而使感光层露出；

在非氧环境中对所述感光层进行曝光以及显影而开设空腔；

通过电铸法在所述空腔内形成接触件。

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