JP2002245432A - 共振回路デバイスの製造方法 - Google Patents

共振回路デバイスの製造方法

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JP2002245432A JP2001059835A JP2001059835A JP2002245432A JP 2002245432 A JP2002245432 A JP 2002245432A JP 2001059835 A JP2001059835 A JP 2001059835A JP 2001059835 A JP2001059835 A JP 2001059835A JP 2002245432 A JP2002245432 A JP 2002245432A
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conductive metal
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 共振回路デバイスあるいは他の非接触認識タ
イプのデバイスに使用される誘導素子を効果的に首尾よ
く形成する方法を実現する。 【解決手段】 (a)セルフサポート基板表面にパターニ
ング可能な導電性金属シートを密着させ、導電性金属セ
グメント間にすき間が形成されるようにパターニング
し、最終的には誘導コイルを形成するところの導電性金
属でできている個々には分離された一連のセグメント群
を基板表面に形成し、(b)前記(a)で形成されたすき間群
に存在する余分な金属を除去し、(c)前記(b)で形成され
たすき間群に導電性インクのセグメント群を印刷して連
続した誘導コイルを形成し、(d)誘導コイルをコンデン
サーまたはRFIDコンピュータチップに接続し、集中
的または散布的静電容量を付与して共振回路デバイスを
形成する。導電性金属シートが、ダイスタンピング、ホ
ットスタンピング、ナイフエンボスィング、ダイエンボ
スィングのいずれかの方法で、前記基板表面に密着され
ることが好ましい。不要金属が楽に除去され、高性能の
素子を安価に製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、比較的高い導電
性を持っている低価格の回路素子が必要とされる種々な
製品に使用するための、共振回路デバイスの製造方法に
関する。本発明は共振回路や他の非接触認識媒体デバイ
スの製造に有益である。
【0002】
【従来の技術】 最近、自動認識技術がますます盛んに
なっていて、警備、紛失防止、金銭あるいは秘密情報に
関わる敏速な取引きを促進する場合など、多方面で利用
される。非接触認識は、自動認識技術の新しい発展であ
り、敏速な情報伝達を効果的で正確に実現する方法とし
て一般的に使用されている。このようなシステムは、デ
ータ記憶媒体と読み取り機の間で、接触することなく、
電力やデータを移転する。非接触認識システムは、また
RFID(Radio frequency identification:無線周波
数を利用して認識を行う技術)としても知られている
が、2つの構成要素間の相互作用によって機能する。2
つの構成要素とは、たとえば、誘導素子あるいはアンテ
ナと、読み取り機または捜査機である。誘導素子は認識
対象物の上におかれ、読み取り機の周波数に調整され、
読み取り機は無線周波送信/受信機と非接触カプリング
ユニットを備えている。これらは、データ記憶媒体が読
み取り機の読み可能範囲内にある時、誘導素子と結合す
る。この範囲内では、カプリングユニットは誘導素子に
電力を供給し、誘導素子を作動させ、データの送受信を
行う。このRFIDメカニズムは技術利用の分野で有益
であることが証明されている。例えば1ビットRFID
のセキュリティタグの形式で特に利用が例示されている
EAS(電子物品監視)共振回路はその例である。RF
−EAS(Radio Frequency-Electric Article Surveil
lance 無線周波数を利用して電子的に品物を監視す
る)回路を持つこのような物品は、通常、回路中に一つ
のコイルと一つのコンデンサーを有し、誘導素子/コン
デンサーからなるLC共振回路を形成している。RFI
D回路は、例えばコンピュータチップ(I/C)上など
に、少なくとも1つのコンデンサーを含み、それに加え
て、共振回路に誘導成分を与え、かつアンテナとしての
機能を与えるための外部誘導コイルを持つことを特徴と
する。シャープな特定周波数共振を伴うLC回路を形成
するには、L/Cの比(ここでLは電流の変化への抵
抗、Cは分離電荷の形式で電気エネルギーを蓄える回路
の能力)ができる限り大きいことが要求される。この基
準を満たすために、一般的に、コイルの巻数を増やすこ
とが要求される。また、通常、EASあるいはRFID
タグは、人目をひいたり、あるいは目立たないようにす
るために、回路が占める全体表面積ができる限り小さい
ことが必要である。これら2つの要求のために、薄く
て、密集したループからなるコイルが必要とされる。シ
ャープな共振に対する他の必要性は、コイル抵抗ができ
るだけ低く保たれることである。この要求には、材料を
プリントまたはホットスタンプするよりも、金属箔を使
用するのが圧倒的に有利である。さらに巻数の多い薄い
コイルを含む誘導素子を、ダイスタンピング技術によっ
て形成するには、非常に困難で手の込んだプロセスが必
要とされる。現在、商業的に入手可能なRF−EASセ
キュリティタグには2つのタイプがある。1つのタイプ
は、保護されることが望まれる商品に固定することがで
きる再使用可能なタグである。もう一つのタイプは、商
品を包装するパッケージに接着するか、又はパッケージ
の一部となる、使い捨てタイプのタグである。これらの
タグは、無線周波数域で作用するように調整された回路
を基にした技術を利用する。使い捨てタイプの例が、米
国特許出願6,177,871に開示されている。
【0003】使い捨てEASあるいはRFIDタグは、
絶縁性基板上にコイルとコンデンサー素子を付着させる
ことによって製造される。そのような素子は、プリント
回路を形成する通常の形成方法によって形成することが
できる。そのようなプリント回路の形成方法は、銅のよ
うな導電層が両面をラミネートされた中間絶縁層を有す
るラミネート基板の選択的使用を含む。導電層には耐腐
食材料で所望の回路の形がプリントされる。エッチング
の後に、残留導電層が所望回路を形成する。それに代っ
て、薄い金属箔から、スタンピング、エンボスィング、
ダイカッティングの方法によって回路形状を作り出し、
その後に基板に付着させたり、ラミネートしたりするこ
とによって共振タグ回路を形成することもできる。導電
性インクを印刷してコイルをプリントする技術が、例え
ば米国特許公報第5,442,334及び5,781,
110に開示されている。しかし、導電性インクは、一
般に、アルミニウムのような固体金属よりも一桁から二
桁近く大きな値の抵抗を持つ。同様にダイスタンピング
技術、即ち絶縁性基板に付着又はラミネートされている
金属箔に回路の形にあった切れ目を入れ、その後に余分
な金属箔を除去する方法、あるいは、ダイカッティング
技術、即ち金属箔から回路の形を切り出し、切り出され
た金属箔を絶縁性基板に貼り付ける技術とその後の工程
によって誘導素子を作る場合、巻数の多いコイルを含む
場合には極端に難しく、非常な精密さが要求される。な
ぜならば、どこか1箇所でも箔が破れれば、コイルがオ
ープンになってしまい、無効コイルにしてしまうことに
なるからである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】 このように、共振回
路デバイスあるいは他の非接触認識タイプのデバイスに
使用される誘導素子を効果的に首尾よく形成する方法及
び/又は技術を開発する必要性が残っている。この方法
で技術上に認められる欠点が起きることがなくなる。
【0005】
【課題を解決するための手段と作用と効果】本発明で
は、(a)セルフサポート基板表面にパターニング可能
な導電性金属シートを密着させ、導電性金属セグメント
間にすき間が形成されるようにパターニングし、最終的
には誘導コイルを形成するところの導電性金属でできて
いる個々には分離された一連のセグメント群を基板表面
に形成し、(b)前記(a)で形成されたすき間群に存
在する余分な金属を除去し、(c)前記(b)で形成さ
れたすき間群に導電性インクのセグメント群を印刷して
連続した誘導コイルを形成し、(d)誘導コイルをコン
デンサーまたはRFIDコンピュータチップに接続し、
集中的または散布的静電容量を付与して共振回路デバイ
スを形成する。導電性金属シートが、ダイスタンピン
グ、ホットスタンピング、ナイフエンボスィング、ダイ
エンボスィングのいずれかの方法で、前記基板表面に密
着されることが好ましい。ダイスタンピングとは、所望
形状の切り刃を持つダイを基板に付着している金属シー
トに押付けて金属シートに所望形状の切り目を入れるこ
とをいう。ホットスタンピングとは、金属シートの所望
形状内のみを基板に付着させることをいう。通常は局所
的に熱をかけて所望形状内のみを付着させるが、局所的
に力を加えて所望形状内のみを付着させることもでき
る。ナイフエンボスィングとは、所望形状の切り刃を持
つとともに、所望形状内のみを基板に押付ける突部を持
つダイを基板上の金属シートに押付ける方法をいい、金
属シートに所望形状の切り目がいれられるのと同時に金
属シートの所望形状内のみを基板に付着させる。残部な
いし隙間は基板に密着しない。ダイスタンピングとホッ
トスタンピングが複合したものに相当する。ダイエンボ
スィングとは、金属シートの所望形状内のみを基板内に
沈み込ませるように押圧することをいい、残部ないし隙
間は基板に密着しない。所望形状に沿って切れ目が入れ
られていれば、その切れ目外の金属を除去することで、
基板上の金属シートに所望の形状が付与される。ここで
は所望の形状を付与することをパターニングという。所
望形状に沿って切れ目が入れられていなくても、その形
状内内のみで基板に付着していれば、付着していない部
分を除去することでパターニングすることができる。ダ
イスタンピング、ホットスタンピング、ナイフエンボス
ィング、ダイエンボスィングのいずれかの方法でも、そ
の後に除去することによってパターニング可能である。
【0006】
【発明の実施の形態】 本発明は、RFID−タイプの
共振回路デバイスをセルフサポート基板上に形成するこ
とに関する。ここでいうセルフサポートとは、裏側を支
える層や補助層を使用しないで共振回路または他の誘導
タイプの回路を形成することができる基板である。構造
的な補助層を使用せずに処理したり、取り扱ったりする
ことができるセルフサポート基板を用いることによっ
て、製造工程中に裂けたり、破れたりする不首尾を招く
ことなく、余分な材料から回路を効果的に分離すること
ができる。セルフサポート基板はその上に形成される回
路より低い導電性を有する絶縁体で覆われた絶縁材料が
好ましい。したがって適切な基板は、ポリマーフィル
ム、厚紙、紙、あるいは他の絶縁基板あるいはその複合
物から選択するのがよい。このような材料の例には、コ
ーティングされていない紙か厚紙、ポリマーでコーティ
ングされている紙か厚紙、セルフサポートポリエステ
ル、セルフサポートポリエスチレンナフテナート(PE
N)、セルフサポートポリビニルクロライド(PVC)、セ
ルフサポートポリアミド、その他のセルフサポートポリ
マーフィルム、布、ガラスを含むがそれらに限定されな
い。本発明の工程としては、金属箔のような導電性を有
する金属材料が基板の表面に置かれて付着される。導電
性金属はアルミニウム、銅または他の導電性と順応性の
ある金属が好ましい。一連のセグメントは、技術的によ
く知られている適切な方法で、同時にまたは連続的に形
成する。メタルセグメント群は、例えば、ナイフ状の切
刃を有するダイまたは凹凸を作りだすダイを利用するダ
イエンボッスイング方法、またはダイスタンピング方法
やホットスタンピング方法あるいは他の既知の適切な方
法で基板上に固定される。スタンピング(加圧ないし押
付け)のパターンは、スタンプされていないすき間がス
タンプされたセグメント間に存在するパターンとする。
使用される金属箔の厚さは、誘導セグメントが固定され
た後に、基板のセルフサポートを保持する強さによって
のみ限定される。金属箔の誘導セグメントは、直線的で
あるかあるいは非直線的であり、作成する回路に要求さ
れる機能または美的デザイン上の必要に応じて、直線
状、カーブ状、環状、弧状に形成されて利用される。
【0007】図1から3は、コイル状の連続誘導コイル
素子の形成工程を示した本発明の好ましい具体例である
が、本発明はこれに限定されない。導電性の金属セグメ
ントを基板に固定する方法が、スタンピングまたはエン
ボッスイング方法のとき、基板上に余分な導電性金属が
残され、これを除去しないと所望の回路が形成できな
い。金属セグメント群のみを基板上の残すためには、金
属セグメント群の廻りの余分な金属を基板から除去しな
ければならない。これは、セグメント間や、セグメント
の周りの余分な金属箔をはがすことで実現され、そうす
ることで、望ましい長さや幅のすき間で分離された一連
の金属セグメント群が残る。スタンプされていない隙間
部分は余分な箔を除去するのを容易にする。メタルセグ
メント間の分離の度合いは、すき間の広さによって決め
られるが、その広さは余分な金属箔の強度に依存する。
図4は、ロール式製造装置で、基板上に誘導素子を作る
場合を示す。図中10はロール状に巻かれたセルフサポ
ートシートであり、8はロール状に巻かれたアルミ箔で
ある。両者は一対のローラ16,18によって同一速度
で引きだされる。14はナイフエンボスィングダイであ
り、下面に所望形状の切り刃を持つとともに、所望形状
内のみを基板10に押付ける突部を持つ。このナイフエ
ンボスィングダイ14がアルミ箔8の上面からアルミ箔
8を基板12側に押付けることから、アルミ箔8には図
1に示す切り目がいれられ、同時に切れ目内のアルミ箔
8のみが基板10に付着する。切り目が入れられ、切れ
目内のみが基板10に付着したアルミ箔8が一対のロー
ラ16,18を通り抜けるとき、切れ目外部の基板10
に付着していないアルミ箔8は基板10から分離され
て、巻き取りローラ20に巻き取られる。巻き取りロー
ラ20に巻き取られるアルミ箔は、金属セグメント群に
い対応して穴明きとなっているが、全体として連続して
おく、巻き取りローラ20に連続的に巻き取られてい
く。図中22はスクリーン印刷機であり、図2に示す導
電性インクの塗布層のセグメント4を印刷する。この結
果、スクリーン印刷機22を通過したときに、図3の連
続コイル6が基板10上に形成される。連続コイル6が
形成された基板10は、巻き取りローラ26に巻き取ら
れる。金属セグメント群が、ロール式製造装置にセット
されたロール状の基板に連続的に形成される場合、1対
の最終回転ロール間に形成されるニッパー空間(この場
合、一対のローラ16,18の空間)を基板が通るとき
に、基板に付着されていない余分の金属シートを基板か
ら剥がす一方、基板上に一連の金属セグメント群を残す
ことができる。金属セグメント群が形成された基板は、
次にプリントステーション(22)を通過し、このと
き、導電性インクで印刷される。スクリーン印刷のよう
な従来のプリント技術が使用させる。導電性インクがプ
リントされて乾かされた後、完全に誘導素子が形成され
た基板は、保管するためや他の工程のために巻き取りロ
ールに巻きつけられる。このような工程は図4の概要図
に示されている。それに代わる一括あるいはシート供給
方法における工程では、導電性金属材料のスタンプ工程
や、余分な材料の除去工程は、手動または機械で個々の
シートごとに実施される。本発明では金属セグメント群
の隙間から余分な金属が分離された後、連続誘導素子を
形成するために導電性インクが金属セグメント間の隙間
にプリントされる。金属セグメントと導電性インクセグ
メントの配置は、電子物品監視などのように回路を目立
たないように使用したいときは、コイル型や環状型が好
ましい。しかしながら、誘導素子の規模と配置または他
の配列は最終的な使用目的によってさまざまに異なるの
でどの方法にも限定されない。ここで使用される導電性
インクは、適切に電気を流すすべての導電性インクが使
用できるが、特に、ペースト、液体を含む。その例は、
ポリマー導電性インク、銀ペースト、黒鉛ベースインク
や他の導電プリントインクから選択する。プリント後、
インクセグメントは空気乾燥または乾燥のために熱、紫
外線放射、電子ビームにさらされる。共振回路を完成さ
せるために、誘導素子はコンデンサーに連結される。コ
ンデンサーは、回路に導入される電荷を蓄積する。単独
のあるいは連続したコンデンサーには、金属・ポリマー
の互層コンデンサー、エアーコンデンサー、マイカ(雲
母)コンデンサー、紙コンデンサーなどが使用される。
コンデンサー板やコンデンサー電極を基板にプリントす
ることも可能である。本発明の誘導素子は磁気ダイポー
ルアンテナとしても使用される。その磁気ダイポールア
ンテナは、様々な用途に用いられる。具体例には、無線
受信器のタンク回路、EASタグや他のデバイス、無線
増幅器、周波帯調整器、発信器を等に利用される。利用
の目的によって、金属セグメント群と導電性インクセグ
メント群によって完成された共振回路は、上側表面や下
側表面を1層またはそれ以上の追加層で密閉、付着した
りするようなラミネート加工などの次の工程に送られ
る。例えば、回路が厚紙材料の層の間に置かれてセキュ
リティタグなどを形成したり、プラスティックやポリマ
ーで覆われた厚紙などの他の材料でラミネートされて携
帯カードのような製品を形成したりする。本発明によっ
て形成された誘導回路はRFID技術分野で種々の分野
で利用される。具体例としてはスマートカード(テレホ
ンカード、銀行カード、セキュリティクリアランスカー
ドsecurity clearance:一種のカードキー)に使用され
るような応答ユニットで、無線周波数シグナルを受信送
信可能な共振回路デバイスを形成する。それに代わっ
て、小売在庫安全防御範囲で利用されるEASセキュリ
ティタグのLC回路としても利用される。
【0008】(実施例)誘導素子は、ダイスタンピング
工程で生産された。厚さ0.0381mm(1.5 mil)、硬度
「ゼロ」テンパーアルミニウム箔(アドヒーシヴ・リサ
ーチ社製アークラド・S−6587―Adhesive REAS
earch Inc. Arclad S-6587)のセグメントがコーティ
ングと漂白を施された厚紙基板にコイル状にダイスタン
ピングされた。ここでいうダイスタンピングとは、基板
に貼り付けられた金属シートに、セグメントの形状に合
った切り刃を持ったダイを押付けて、基板に貼り付けら
れた金属シートにセグメントの形状に合った切れ目を入
れ、その切れ目の外側の不要な金属を除去することをい
う。その後に、112-S シルバー導電ペースト(エレク
トロサイエンスラボラトリーズインク社製112−S銀
導電性ペースト―Electroscience Lavoratories, Inc.
112-s)のセグメントが、セグメント間のすき間にス
クリーン印刷され、それによって金属セグメント同士を
連結させた。そのようにして形成さえた誘導素子を可変
エアーコンデンサー(variable air capacitor)に接続
し、できあがったLC回路のCの値を調整した後、ハン
ドヘルドデップメータで測定したところ、8.0MHz
の共振周波数が得られた。この共振周波に調整するため
のC値は0.13nFナノファラドであった。(ハンド
ヘルドマルティメーターの測定による。)
【0009】誘導素子(合計6ループ)周辺の抵抗値は
1.4オームであった。この結果は、同サイズで同形状
の全箔コイルの0.6オームという抵抗値に匹敵する。
仮に前述の銀ペーストを使用して同様のコイルがプリン
トされたら、その抵抗値は約20オームとなる。この結
果、本発明のQファクターの10〜15分の1よりも小
さなQファクターとなってしまう。従って、本発明の箔
/インク複合コイルが、全箔コイルやプリントされた導
電性インクのコイルよりも常に信頼できる基板を提供で
きることがわかる。全箔コイルは低抵抗であるものの断
線しやすく、プリントされたコイルは抵抗が高い。
【0010】本発明は上記に詳述しなかった具体例以外
にも多くの他の具体例を含み、開示されている技術に熟
達した者には明らかである。したがってこの開示は前記
の例や指定されている上記に詳述した実施形態の記載の
みに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】誘導コイル素子を本発明にしたがって形成する
第一ステップの平面図である。コイルを形成する個々の
金属セグメントを説明している。
【図2】メタルセグメント間に使用される導電性インク
の塗布層(プリンティングパターン)を示す平面図であ
る。
【図3】メタルセグメントと導電性インクで形成された
完成した連続誘導コイル素子の平面図である。
【図4】本発明の1具体例にしたがって誘導素子を形成
する連続工程を概要説明した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5B035 AA04 BA00 BB09 BC00 CA01 CA23 5E062 DD01 5E070 AA05 AB02 CB02 CC03 CC04

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 共振回路デバイスの製造方法であって、
    (a)セルフサポート基板表面にパターニング可能な導
    電性金属シートを密着させ、導電性金属セグメント間に
    すき間が形成されるようにパターニングし、最終的には
    誘導コイルを形成するところの導電性金属でできている
    個々には分離された一連のセグメント群を基板表面に形
    成し、(b)前記(a)で形成されたすき間群に存在す
    る余分な金属を除去し、(c)前記(b)で形成された
    すき間群に導電性インクのセグメント群を印刷して連続
    した誘導コイルを形成し、(d)誘導コイルをコンデン
    サーまたはRFIDコンピュータチップに接続し、集中
    的または散布的静電容量を付与して共振回路デバイスを
    形成するという各工程を持っている共振回路デバイスの
    製造方法。
  2. 【請求項2】 導電性金属が、ダイスタンピング、ホッ
    トスタンピング、ナイフエンボスィング、ダイエンボス
    ィングのいずれかの方法で、前記基板表面に密着される
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記導電性金属は、アルミニウム又は銅
    であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記金属は、箔であることを特徴とする
    請求項3に記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記基板は、絶縁性基板であることを特
    徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記絶縁性基板を、コーティングされて
    いない紙か厚紙、ポリマーでコーティングされている紙
    か厚紙、ポリエステル、ポリエチレンナフタレート、ポ
    リビニルクロライド、ポリアミド、ポリマーフィルム、
    布、ガラス、上記材料の複合物、の中から選択すること
    を特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. 【請求項7】 印刷方法が、スクリーン印刷方法である
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  8. 【請求項8】 導電性インクを、ポリマーシックフィル
    ム導電性インク、銀導電ペースト、黒鉛ベース導電性イ
    ンク、の中から選択することを特徴とする請求項1に記
    載の方法。
  9. 【請求項9】 請求項1に記載の方法で製造された共振
    回路。
  10. 【請求項10】 誘導素子を形成する方法であり、
    (a)絶縁基板の表面に、個々には分離された、金属製
    の、最終的には誘導コイルの一部となる、一連のセグメ
    ント群を、セグメント間に1ヶ所またはそれ以上のすき
    間が形成されるパターンに従って形成し、(b)前記す
    き間の金属を除去し、(c)前記すき間に導電性インク
    セグメントを印刷して、連続した誘導素子を形成する方
    法。
  11. 【請求項11】 セグメント群は、一つのコイルを形成
    するパターンに従って形成されることを特徴とする請求
    項10に記載の方法。
  12. 【請求項12】 前記導電性金属は、アルミニウム又は
    銅であることを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. 【請求項13】 前記基板から余分な金属を除去するた
    めに基板をニッパー部に通過させ、その通過時にすき間
    から余分な金属を除去することを特徴とする請求項10
    に記載の方法。
  14. 【請求項14】 基板が絶縁性の材料で覆われているこ
    とを特徴とする請求項10に記載の方法。
  15. 【請求項15】 前記絶縁性基板を、コーティングされ
    ていない紙か厚紙、ポリマーでコーティングされている
    紙か厚紙、ポリエステル、ポリエチレンナフタレート、
    ポリビニルクロライド、ポリアミド、ポリマーフィル
    ム、布、ガラス、上記材料の複合物、の中から選択する
    ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
  16. 【請求項16】 印刷方法が、スクリーン印刷方法であ
    ることを特徴とする請求項10に記載の方法。
  17. 【請求項17】 請求項10に記載の方法で製造された
    誘導素子。
  18. 【請求項18】 絶縁性基板に付着した個々には分離し
    た一連の金属セグメント群と、金属セグメント群のすき
    間を埋める導電性インクの塗布層セグメント群を持つ、
    RFIDに利用するための誘導素子。
JP2001059835A 2001-01-31 2001-03-05 共振回路デバイスの製造方法 Pending JP2002245432A (ja)

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