CN1780991A - 2轴铰链的旋转机构及具备该机构的手机 - Google Patents

2轴铰链的旋转机构及具备该机构的手机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于要求更小型化、轻量化的笔记本电脑或手机中的具有可实现耐久性、良好的触感、小型化以及轻量化的旋转机构的2轴铰链。该2轴铰链构成为：旋转轴元件(9)固定在旋转支承元件(10)上，旋转侧元件(7)插入并安装在旋转轴元件(9)的外缘上，用于开关操作的开/关转矩单元机构(12)设置在旋转侧元件(7)上；其中，通过由施压元件(4)与旋转轴支承元件(10)或安装在旋转轴元件(9)上的滑动元件(3)之间的螺旋弹簧(6)产生的负荷来产生滑动摩擦转矩和卡合转矩。本发明的2轴铰链的旋转机构具有良好的耐久性、良好的触感以及尺寸和重量的减小化。该旋转机构可用于手机。

Description

2轴铰链的旋转机构及具备该机构的手机
技术领域
本发明涉及使用在手机、笔记本电脑、电子记事本、DVD显示器以及遥控装置等电子设备的折叠和旋转机构部上的2轴铰链部件。
背景技术
常规的2轴铰链中利用旋转轴产生滑动摩擦转矩或卡合转矩(定位转矩，click torque)的机构几乎都是通过以下方式产生转矩：使波状弹簧直接压靠在滑动件上，或通过碟形弹簧或其它板弹簧压制凸轮(参照日本专利公开2002-155923)。
图10示出一种常规的2轴铰链结构的示例。形成为波状的板弹簧103安装于旋转轴102的一端，该旋转轴102设置成穿过冲压成的开/关轴101，在该开/关轴的两端可旋转地安装有固定元件104，通过将安装在该开/关轴上的摩擦元件105压靠在板弹簧103上来产生旋转转矩。
由于是通过利用板弹簧的反弹力压靠在摩擦元件上来产生转矩，所以常规的铰链存在许多问题，包括摩擦元件105的磨损、板弹簧103的变形(由于疲劳产生的永久变形)引起的松弛和震颤(chatter)、或者耐久性差等问题。随着时间经过而出现的转矩波动和耐久性的恶化，不仅有损设备的品质，而且会容易引起故障。对于当今的2轴铰链，与以往的产品相比，更重视操作容易性以及旋转和开/关时的触感，并非常需要小型轻(重)量化、具有更好的耐久性并可更好地维持转矩值的铰链。
此外，在常规的铰链中，由于板弹簧或摩擦元件设置在旋转轴的中心附近，所以难以在该旋转轴的中心打孔以使得导线等可以穿过该孔从而电连接由该2轴铰链连接的部件。因此导线必须布置在旋转轴的外部，导致包括配线的整体尺寸增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于要求更小型化、轻量化的笔记本电脑或手机的具有可实现耐久性、良好的触感、小型化和轻量化以及简单配线的铰链部件。
图11示出一种现代的手机的示例。图11(a)是当该手机打开时的斜视图，(b)是该手机的平面图，(c)是处于90度非折叠状态下的平面图，(d)是处于待机模式下的手机的平面图。对于这样一种手机，如图11(a)所示，增加了一种允许旋转运动的机构，通过如图11(d)所示将设置有显示器106的一侧向上翻转并关闭该壳体(这被称为待机模式)，就可以通过目视来检查来到的邮件及其它信息。对于这种手机，当使用者想要应答来电时需要翻转显示器壳并将其置于图(b)中所示的打开状态。
具有常规的高旋转转矩的铰链的手机需要较大的力来进行翻转，这使得难以迅速应答来电。如果要在常规的铰链中减小翻转力，则必须降低板弹簧103(见图10)的弹力，但是因为这将降低卡合转矩，手机往往不能保持在打开状态(b)或待机状态(d)。
本发明构成为如下所述。
根据权利要求1的发明提供一种具有旋转轴和开/关轴的2轴结构的2轴铰链，其中，旋转轴元件固定在旋转支承元件上，旋转侧元件插入并安装在所述旋转轴元件的外缘(外周边)上，用于开关操作的开/关转矩单元机构设置在所述旋转侧元件的左侧或右侧，其中：
两组或多组施压部件以一种嵌合结构组装在所述旋转侧元件中，在所述施压部件中具有大致球状远端的施压元件被结合至弹性体中，在设置成与所述旋转轴元件同步旋转的滑动元件的一侧上形成至少一个沿径向延伸的槽，以接靠在施压部件上并产生卡合，所述施压元件和所述滑动元件被弹性地挤压在一起，从而在旋转期间产生滑动摩擦转矩和卡合(缩回和保持)转矩。
根据权利要求2的发明是具有旋转轴和开/关轴的2轴机构的2轴铰链，其中，旋转支承元件和滑动元件紧密地固定在旋转轴元件上，旋转侧元件插入并安装在所述旋转轴元件的外缘上，用于开关操作的开/关转矩单元机构设置在所述旋转侧元件的左侧或右侧，其中：
两组或多组施压部件以一种嵌合结构组装在所述旋转侧元件中，在所述施压部件中具有大致球状远端的施压元件被结合至弹性体中，在紧密地固定在旋转支承元件上的滑动元件的一侧形成至少一个沿径向延伸的槽，以接靠在施压部件上并产生卡合，所述施压元件和所述滑动元件被弹性地挤压在一起，从而在旋转期间产生滑动摩擦转矩和卡合转矩。
根据权利要求3的发明是具有旋转轴和开/关轴的2轴机构的2轴铰链，其中，旋转支承元件紧密地固定在旋转轴元件上，旋转侧元件插入并安装在所述旋转轴元件的外缘上，用于开关操作的开/关转矩单元机构设置在所述旋转侧元件的左侧或右侧，其中：
两组或多组施压部件以一种嵌合结构组装在所述旋转侧元件中，在所述施压部件中具有大致球状远端的施压元件被结合至弹性体中，在旋转轴支承元件的邻接施压元件一侧的表面上形成至少一个沿径向延伸的槽，以接靠在施压部件上并产生卡合，所述施压元件和所述旋转轴元件被弹性地挤压在一起，从而在旋转期间产生滑动摩擦转矩和卡合转矩。根据本发明，省略了弹性接靠施压元件并产生旋转滑动转矩和卡合的滑动元件，设置了一个槽以在旋转轴支承元件的邻接施压元件的表面上产生卡合，从而使得可以省略部件并实现更紧凑化。
根据权利要求4的发明是根据权利要求1至3中任一项所述的2轴铰链，其中，使用螺旋弹簧、碟形弹簧、波状板弹簧和薄的板弹簧中的一种作为弹性体，以利用旋转轴产生滑动转矩和卡合。特别地，用碟形弹簧、波状板弹簧或薄的板弹簧代替螺旋弹簧可以使2轴铰链的尺寸更为紧凑。
根据权利要求5的发明是根据权利要求1至4中任一项所述的2轴铰链，其特征在于，在旋转轴元件的中央设置有通孔，从而使得可以将用于电连接的配线穿过连接在2轴铰链端部上的装置之间。
根据权利要求6的发明是根据权利要求1至5中任一项所述的2轴铰链，其中，设置有用于限制旋转轴支承元件或旋转轴元件与旋转侧元件之间的转动范围的旋转止动机构，从而可以限制转动范围。
根据权利要求7的发明是根据权利要求1至6中任一项所述的2轴铰链，其中，所述用于开关操作的开/关转矩单元机构被组装为一个独立的单元，在所述开/关转矩单元机构中预先安装有结合了凸轮或止动部以限制开/关角度的卡合产生机构，以及所述开/关转矩单元机构被安装在旋转侧元件上。这简化了组装并使其能够容纳具有复杂功能的开/关机构。
根据权利要求8的手机具有根据权利要求1至7中任一项所述的2轴铰链。该结构可实现具有更紧凑而仅需较小的力来翻转壳体的2轴铰链的手机。
附图说明
图1是示出根据权利要求1和5的实施例所涉及的部件的构成图；
图2是示出根据权利要求1的实施例的成品的正视图；
图3是示出根据权利要求2的实施例所涉及的部件的构成图；
图4是示出根据权利要求3的实施例所涉及的部件的构成图；
图5是示出根据权利要求5的实施例所涉及的部件的图；
图6是示出根据权利要求6的实施例所涉及的部件的图；
图7是示出根据权利要求4的实施例所涉及的部件的构成图；
图8是示出根据权利要求1和2的实施例所涉及的部件的图；
图9是示出根据权利要求7的实施例所涉及的部件的图；
图10是示出常规的2轴铰链结构的示例的组件图；
图11是示出应用了本发明的2轴铰链的手机的示意图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施例。
图1示出对于本发明的2轴铰链的权利要求1的实施例所涉及的部件的构成。从图的上方开始，旋转系统包括：卡环1、弹簧座2、滑动元件3、一端大致为球状的一对施压元件4、套筒5、作为弹性体的螺旋弹簧6、旋转侧元件7、润滑板8、旋转轴元件9以及旋转轴支承元件10。其示出这样一种结构，其中，作为用于开关操作的机构的开/关转矩单元机构12通过插入旋转侧元件7中而进行安装和固定。
滑动元件3通过金属冲压形成为其外缘为圆形，并且中央部位具有方孔3-1。滑动元件3的方孔3-1接纳旋转轴元件9的一端9-2，以使得滑动元件3与旋转轴元件9同步旋转。滑动元件3的安装孔3-1的形状可以是能够接纳旋转轴元件9的所述端9-2的插入并防止该端震颤、滑落或旋转的方形、椭圆形、六角形或任何其它圆形之外的形状。在滑动元件3的下表面上设置有两个沿径向延伸的V形槽3-2。图中，用以产生卡合的槽3-2位于两个部位处。根据施压元件4的形状或所希望的转矩、声音、耐久性等，槽3-2的形状可以是盒形、U形或台阶形。槽3-2不限于沿径向延伸的槽，也可以为半圆形、椭圆形或矩形凹陷部，或冲孔。
用于产生卡合的槽、凹部、孔等可以根据所需要的卡合特性(转矩强度、声音、耐久性、数量)以它们的组合沿滑动元件3的外周设置成一排，从而形成在旋转期间根据位置不同而给出不同卡合的铰链。例如，可以通过应用一种沿圆周每隔60°设置有槽的滑动元件3，从而在360°的旋转期间在6个位置上产生卡合。
此外，为了确保稳定的滑动转矩，尽管在图中只说明了卡合槽3-2，但是滑动元件3的滑动表面也可以具有由沿圆周方向接触移动的施压元件4所经过的路径(轨迹部)的槽结构。滑动元件3可以使用金属、塑料等的模制品或者烧结品，其硬度可以根据磨损和耐久性而通过热处理来调整，并且它还可以经受例如镀覆、渗氮等表面硬化处理。
施压元件4是圆柱形的，其远端加工成球状，并在该球状侧的相对侧上具有用以引导螺旋弹簧6的突起部4-1。施压元件4、螺旋弹簧6和套筒5一起形成施压部件，并且该施压部件嵌入旋转侧元件7中。
图1示出使用一对施压部件的示例，但是如同上述针对滑动元件3所述的一样，可以根据所需要的卡合特性安装两个或以上的施压部件。当安装多个施压部件时，它们可以以距旋转侧元件的轴心(轴线)不同的距离设置在圆周上。施压元件4需要具有与滑动元件3相同的耐磨和耐久性，因此可以通过热处理来调整其硬度，或使其经受例如镀覆、渗氮等表面硬化处理。
套筒5是金属筒，安装在旋转侧元件7上用以引导施压元件4进行平稳的上下操作。如果旋转侧元件7的材料和加工精度允许施压元件4平稳地运动，则套筒5可以由树脂制成或者省略。
旋转侧元件7是树脂或金属压铸件，在其中央具有：可旋转地插入旋转轴元件9的孔7-1，容纳螺旋弹簧6并且在其中通过套筒5设置施压元件4的孔7-2，和安装开/关转矩单元机构12的孔7-3。
润滑板8是薄树脂板，在其中央具有用以插入旋转轴元件的孔8-1，该板被设置用以防止旋转侧元件7与旋转轴支承元件10之间的直接摩擦。可以根据2轴铰链所需要的耐久性适当地选择润滑板的材料，因此其材料不必为树脂，并且在某些情况下可以省略。
旋转轴元件9为金属圆柱状，具有：在其上端用以固定卡环1的槽9-1、与滑动元件3的内孔3-1配合的部分9-2、接靠滑动元件3的下表面的台肩9-3以及用以紧密地固定旋转轴支承元件和旋转轴元件的大致正方的法兰9-4。
旋转轴支承元件10是用以将铰链固定到外部装置的壳体上的托架，该支承元件10具有螺纹孔10-1、用以通过旋转轴元件9的孔10-2以及与旋转轴元件9的法兰9-4接合的大致正方的凹部10-3。
下面将从图1的下侧说明2轴铰链的组装。将旋转轴元件9插入旋转轴支承元件10中，使旋转轴元件的法兰9-4安装并固定在旋转轴支承元件的凹部10-3上，并将润滑板8和旋转侧元件7插入旋转轴元件9。然后，将螺旋弹簧6、套筒5、施压元件4插入旋转侧元件的孔7-2。将滑动元件3插入旋转轴元件9直至与旋转轴元件的台肩9-2接靠，从而安装并固定。最后，插入弹簧座2，将卡环1固定在旋转轴元件9的槽7-1中，使得弹簧座2处于压缩状态。使用弹簧座2和卡环1是固定滑动元件3以使其不能向上脱落的一种方法，但是滑动元件3也可以通过铆接(卷曲)、焊接、销连接或者以其它方式固定到旋转轴元件9上。在该示例中滑动元件3的垂直定位如下而完成：滑动元件3与旋转轴元件9的台肩9-3接靠，并被挤压在卡环1与旋转轴元件9的台肩9-3之间，从而稳定了在滑动元件与施压元件4之间产生的滑动转矩或者卡合转矩。然而，也可以通过省略接靠的台肩9-3并用卡环1垂直定位来简化结构。最后将开/关转矩单元机构12插入并固定在旋转侧元件的孔7-3中。
图2是权利要求1的成品的正视图，该成品是由图1所示的部件组装而成的2轴铰链。在图1中，滑动元件3和施压元件4被螺旋弹簧6的负荷(反弹力)推动，产生滑动阻力转矩，随着旋转侧元件的旋转，当施压元件4与滑动元件3的槽3-2接合时产生卡合转矩。该实施例涉及一对施压元件4和在两个位置具有槽的滑动元件3的组合。在此所示的该对施压元件4和槽3-2的示例中，每隔180°产生卡合。铰链所需要的沿旋转方向的卡合位置、沿旋转方向的滑动转矩或卡合转矩的强度，可以通过调整设置在滑动元件3上的槽3-2的数目、施压元件4的数目和远端形状、螺旋弹簧6的弹力来改变，如此可以容易地获得具有不同旋转操作的铰链。
在该实施例中，施压元件4在其远端大致为球状，因此它们仅在一个微小的表面积上与滑动元件3接靠，从而具有平稳的滑动摩擦转矩的旋转感觉。通过具有小弹簧常数的螺旋弹簧6，当施压元件4接靠滑动元件的平坦部3-3时的负荷与当施压元件接合在滑动元件的槽3-2内时的负荷之间几乎没有差别，如此而产生强有力的卡合。此外，即使是滑动摩擦导致滑动元件3或者施压元件的磨损，螺旋弹簧6的负荷也几乎不会减小，这意味着所形成的2轴铰链将具有优越的耐久性，几乎不会因滑动磨损而产生转矩的变化。
图3示出对于本发明的2轴铰链的权利要求2的实施例所涉及的部件的构成。滑动元件3紧密地固定在旋转轴元件9上，并且槽3-2设置成开口朝向上方。施压元件4、套筒5和螺旋弹簧6设置在旋转侧元件的下侧上，并通过固定环11和卡环1经由润滑板8固定。提供润滑板8是考虑到固定环11与旋转侧元件7之间的摩擦，也可以根据2轴铰链所需要的耐久性、转矩、旋转感觉等省略润滑板。
根据本发明，示出权利要求1的实施例的图1和示出权利要求2的实施例的图3中所示示例的旋转侧元件7的上侧和下侧的结构，即产生旋转转矩的部分，也可以分别设置在单个旋转侧元件7的上侧和下侧。在旋转侧元件7的上侧和下侧都设置有旋转转矩产生部件的铰链对于减小尺寸、使用多个卡合产生部件以及满足大旋转滑动转矩或者高耐久性要求都是有效的。
与图3所示权利要求2的实施例的示例相反，图4示出权利要求3的示例，其中省略了所使用的滑动元件3，在与施压元件4接靠的旋转轴支承元件10的表面上设置有用以产生卡合的槽10-1。槽10-1设置在旋转轴支承元件10的上表面上的两个位置，可以通过这些槽10-1和施压元件4产生滑动摩擦转矩和卡合转矩。根据2轴铰链所需要的耐久性，可以通过热处理来调整旋转轴支承元件10的硬度，或使其经受例如镀覆、渗氮等表面硬化处理。
图5示出权利要求5的旋转轴元件9的示例。在权利要求1和权利要求2的示例中使用的旋转轴元件9的中央设置有一个孔。该孔表明在使用2轴铰链的装置中可以例如从键盘侧向显示器侧布置音/视频电缆、天线电缆等。
图6是权利要求6的2轴铰链的旋转侧的止动机构的示例。该图示出了旋转侧元件7的一侧和底部，以及旋转轴支承元件10的一侧和顶部。当旋转侧元件7旋转时，该旋转侧元件7的突起状止动部7-4与旋转轴支承元件10的突起状止动部10-4接触，从而防止任何进一步的旋转。在该示例中，示出了突起状止动部7-4和10-4允许180°的转动范围的止动结构。可以通过改变旋转侧元件的突起状止动部7-4与旋转侧元件的突起状止动部10-4的数目、位置和形状，来改变2轴铰链所需要的转动范围。由于在模制部件时同时在旋转侧元件7和旋转轴支承元件10上设置了止动部，所以不用增加任何特别的止动件就可以获得旋转止动机构。
图7示出权利要求4的发明，其中，使用碟形弹簧、波状板弹簧或者薄的板弹簧代替螺旋弹簧6作为弹性体，以在2轴铰链的旋转期间产生滑动转矩和卡合，这使得尺寸更紧凑。该图示出了圆锥形板弹簧6的反弹力被赋予施压元件4的状态。碟形弹簧、波状板弹簧或者薄的板弹簧的形状可以为图中所示的一种，或者也可以使用一种与滑动元件3的形状相匹配并沿旋转轴元件9的外周的新月状或者环状。可以考虑板弹簧6和施压元件4的形状来减小沿旋转轴线方向的旋转侧元件7的厚度。
图8示出本发明中所使用的施压元件的形状。该图中的(1)与图1和图3所示示例中相同，(2)是在远端为球状的突起部，(3)是在圆柱体的远端为球状的简单形状，(4)是半球体。尽管在图中未示出，显然也可以使用例如一种球轴承的球体。
图9是权利要求7的发明的示例，其中，2轴铰链的开/关转矩单元机构被组装为一个独立的单元，然后安装至旋转侧元件7。此外，在图9中，在该开/关转矩单元机构12上预先安装有结合了用以限制开/关角度的止动部12-1、12-2和凸轮12-3以及壳体连接用承窝12-4的卡合产生机构，然后来使用该开/关转矩单元机构。通过在首先将开/关转矩单元机构12组装为一个独立的单元之后将其安装至旋转侧元件7上，可获得能够产生卡合、能够限制其开/关角度、并可以简单地组装的2轴铰链。
因为具备本发明的2轴铰链的手机通过将本发明的开/关转矩单元机构12等结合到图11所示的手机中，可以减小滑动转矩而不会减小卡合转矩，从而可以实现能以轻快的操作感觉进行翻转的手机。
工业应用性
权利要求1的发明的效果在于，在2轴铰链的旋转侧的转矩产生机构中，可以确保以高耐久性产生滑动转矩和卡合转矩。
权利要求2的发明的效果在于，当权利要求1中所使用的部件的组装结构改变时，如同权利要求1一样，在旋转侧的转矩产生机构中，可以确保以高耐久性产生滑动转矩和卡合转矩。
在权利要求3的发明中，省略了权利要求1和2的滑动元件，使增加了施压元件与槽的旋转轴支承元件直接邻接，从而具有的效果是即使省略了部件，也可以保持良好的铰链特性，并且组装更容易。
权利要求4的发明使用螺旋弹簧、碟形弹簧、波状板弹簧和薄的板弹簧中的一种或多种作为弹性体。在此，用碟形弹簧、波状板弹簧或薄的板弹簧代替螺旋弹簧可以使尺寸更为紧凑。
权利要求5的发明的效果在于，通过在旋转轴元件中央设置孔，可以将用于电连接的导线穿过连接在铰链端部上的装置之间。
权利要求6的发明的效果在于，通过直接在旋转侧元件和旋转轴支承元件上提供止动件，可以获得转动范围受限制的2轴铰链。
权利要求7的发明的效果在于，将用于开关操作的单元安装到旋转侧元件上，从而简化了组装并新增一个止动机构或开/关角限制机构。
权利要求8的发明的效果在于，可以获得较轻快的操作感觉，因为在待机状态和打开状态下，可以减小旋转所需要的力而不必降低显示器侧壳体或控制键侧壳体的锁定力，并且，由于可以在较宽的区域上产生卡合转矩，所获得的手机具有更高品质的操作感觉。

Claims (8)

1.一种具有旋转轴和开/关轴的2轴结构的2轴铰链，其中，旋转轴元件固定在旋转支承元件上，旋转侧元件插入并安装在所述旋转轴元件的外缘上，用于开关操作的开/关转矩单元机构设置在所述旋转侧元件的左侧或右侧，其中：
两组或多组施压部件以一种嵌合结构组装在所述旋转侧元件中，在所述施压部件中具有大致球状远端的施压元件被结合至弹性体中，在设置成与所述旋转轴元件同步旋转的滑动元件的一侧上形成至少一个沿径向延伸的槽，以接靠在施压部件上并产生卡合，所述施压元件和所述滑动元件被弹性地挤压在一起，从而在旋转期间产生滑动摩擦转矩和卡合转矩。
2.一种具有旋转轴和开/关轴的2轴结构的2轴铰链，其中，旋转支承元件和滑动元件紧密地固定在旋转轴元件上，旋转侧元件插入并安装在所述旋转轴元件的外缘上，用于开关操作的开/关转矩单元机构设置在所述旋转侧元件的左侧或右侧，其中：
两组或多组施压部件以一种嵌合结构组装在所述旋转侧元件中，在所述施压部件中具有大致球状远端的施压元件被结合至弹性体中，在紧密地固定在旋转支承元件上的滑动元件的一侧形成至少一个沿径向延伸的槽，以接靠在施压部件上并产生卡合，所述施压元件和所述滑动元件被弹性地挤压在一起，从而在旋转期间产生滑动摩擦转矩和卡合转矩。
3.一种具有旋转轴和开/关轴的2轴结构的2轴铰链，其中，旋转支承元件紧密地固定在旋转轴元件上，旋转侧元件插入并安装在所述旋转轴元件的外缘上，用于开关操作的开/关转矩单元机构设置在所述旋转侧元件的左侧或右侧，其中：
两组或多组施压部件以一种嵌合结构组装在所述旋转侧元件中，在所述施压部件中具有大致球状远端的施压元件被结合至弹性体中，在旋转轴支承元件的邻接施压元件一侧的表面上形成至少一个沿径向延伸的槽，以接靠在施压部件上并产生卡合，所述施压元件和所述旋转轴支承元件被弹性地挤压在一起，从而在旋转期间产生滑动摩擦转矩和卡合转矩。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的2轴铰链，其特征在于，使用螺旋弹簧、碟形弹簧、波状板弹簧和薄的板弹簧中的一种作为弹性体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的2轴铰链，其特征在于，在所述旋转轴元件的中央设置有通孔。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的2轴铰链，其特征在于，设置有用于限制在所述旋转轴支承元件或所述旋转轴元件与所述旋转侧元件之间的转动范围的旋转止动机构。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的2轴铰链，其特征在于，所述用于开关操作的开/关转矩单元机构被组装为一个独立的单元，在所述开/关转矩单元机构中预先安装有结合了凸轮或止动部以限制开/关角度的卡合产生机构，以及所述开/关转矩单元机构被安装在旋转侧元件上。
8.一种具有根据权利要求1至7中任一项的2轴铰链的手机。
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