JP2005108412A - 分離型読み取りヘッド・書き込みヘッド付き垂直磁気記録用変換器 - Google Patents

分離型読み取りヘッド・書き込みヘッド付き垂直磁気記録用変換器 Download PDF

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Abstract

【課題】書き込み場勾配が良好な垂直磁気記録用変換器を提供する。
【解決手段】垂直磁気記録用変換器は、分離した読み取りヘッドと書き込みヘッドを有する。書き込みヘッド26Aには、戻し極部片43から主極部片42に向かって延在し、空気ベアリング面ABSにおいて書き込みギャップを形成する尾端シールド44が備えられている。尾端シールドを2部品で構成した場合は、台座44Aと、ギャップで主極部片42に面する更に小さい先端44Bを備えている。読み取りヘッドと磁束ベアリング極部片の間の分離ギャップ内に非磁性で電気的に導電性の材料でできた熱シンク52が配設してある。この熱シンク52は好適には銅製であり、ABSまでは延在していない。
【選択図】図2

Description

本発明は垂直記録用の薄膜磁気変換器に関するもので、詳細には、変換器の誘導型書き込みヘッド部分に関するもので、更に詳細には誘導型書き込みヘッド用の極部片の構成に関するものである。
標準的な先行技術の磁気ディスク記録システムにおいては、スピンドル・モータによってディスクが回転している間に磁気遷移部を読み取り且つ書き込む磁気変換器を含むスライダがディスク上方を浮動する。ディスクには、複数の薄い膜と、情報が符号化される磁気遷移を記録(書き込み)ヘッドが記録する少なくとも1つの強磁性薄膜が含まれている。媒体内の磁区は長手方向に又は垂直に書き込むことができる。スライダの読み取りヘッド部分と書き込みヘッド部分は薄膜処理技術を使用して層形式で構築される。標準的には、読み取りヘッドが最初に形成されるが、書き込みヘッドも最初に作成可能である。従来の書き込みヘッドは誘導型である。
垂直記録を使用するディスク・ドライブでは、記録ヘッドは全体的にディスク面に直角になっている方向に記録層を介して磁束を向けさせるよう設計されている。標準的には、垂直記録用のディスクには硬質磁気記録層と磁気軟質下地層が備えてある。単一極型ヘッドを使用した記録作動中、磁束は記録ヘッドの主極から硬質磁気記録層を介して垂直に向けられ、次に軟質下地層の面内に向けられ、記録ヘッド内の戻し極へ戻される。主極とシールドの形状と寸法はトラック幅を決定する際の主用要素である。
マラリー等の特許文献1では、小さな間隙によって書き込み極から分離される「下流シールド」を含む垂直記録用のヘッドが説明されている。磁束戻し部分が磁気シールドとして作用するよう当該配列は磁束戻し部分によって下流側フリンジ磁束の大部分を遮断すると言われている。磁気シールドによる下流側フリンジ磁束の遮断は、以前に記録された情報ビットを逆転させたり弱くするなどの望ましくない効果を低減化させる。下流側磁気シールド内へと向かう磁束の密度が低く事前に記録されたパターンが逆転されない間に主極先端からの磁束の密度が垂直記録を実行するに十分な値となるよう、シールドの空気ベアリング面(ABS)は主(書き込み)極部片の面より何倍も大きくなるよう設計されている。
図1は垂直記録用の先行技術によるヘッド26及び関連ある媒体27を図解している。このヘッドについては、非特許文献1で説明している。ヘッド26は尾端シールド極33と(非図示の)側部シールドを備えている。磁気抵抗センサ31にはシールド36、37が並設されている。読み取りヘッド・シールド36が尾端シールド極33と媒体27の軟質下地層29と同じ磁力電位にあることを確実にする目的で2個のパンケーキ・コイル35A、35Bが使用されるので、このヘッドは先方の磁気抵抗ヘッド構造と共に作動可能である。磁束路はABSにおける磁束の起因となる書き込み極を示す線39で示されており、次に硬質強磁性記録層28を通過した後、尾端シールド極33と読み取りヘッド・シールド36の間で分割される。この設計における欠点はパンケーキ・コイルが2個必要なことである。これは又、所望の高い書き込みフィールド能力と当該素子に対する極めて狭いスロート高さに対する高モーメント材料で製作が必要な比較的厚い戻し極を要求する。この図は、この設計が結果的に読み取りシールドの書き込み乱れになることも示している。
米国再発行特許発明第33949号明細書 M.マラリー、A.トロビー、M.ベナクリー、2002年7月発行の第38巻、第4号の磁気(Magnetics)に関するIEEE会報の論文
垂直磁気記録は極めて高密度の磁気記録に対する長手方向磁気記憶より優れているものと考えられる。高い空間密度に対する需要増加は、それに応じて書き込み極部片の幅低減化方法を探索する要求の増加、書き込み場強さの増加、書き込み場勾配の改善をもたらした。実験的証拠やモデリングでは、尾端シールド単一極書き込み(STP)設計は非シールド極の尾端での書き込みでノイズに対して媒体信号が4〜5dB有利になり、ヘッド・フィールドのdHy/dxの増加、部分的消去及び飽和の改善が達成されることを示した。これらの諸特徴は(線形解決といった)遷移鋭さを改善し、(改善された安定性といった)高い透磁フィールド媒体を可能にする。
本発明は垂直記録用の分離した読み取りヘッドと書き込みヘッドを有する磁気変換器である。書き込みヘッドは戻し極部片から主極部片に向かって延在し空気ベアリング面における書き込みギャップを形成する尾端シールドを備えている。尾端シールドの一実施態様は台座付き2部品構造とギャップで主極部片に対面する更に小さい先端を備えている。一実施態様においては、非磁性で電気的に導電性の材料でできたシンクが読み取りヘッドと磁束ベアリング極部片の間の分離ギャップ内に配設されている。シンクは好適には銅製であり、ABSまでは延在していない。
本発明によれば、書き込み場勾配が良好な垂直磁気記録用変換器を提供することができる。
図2は、本発明の第1実施例によるヘッド26Aの断面を、記号付きで図解したものである。この断面はABSに対して直角に描かれている。本明細書に含まれているこの図面及び他の図面は、小さい構成要素と間隔が部分的には不明瞭となるため、寸法通りではない。当技術に精通する者に知られていない場合、相対的な大きさや寸法が重要である場所が注目されるであろう。ABSは通常、生産ヘッドにある薄膜保護被覆を伴わずに示してある。本明細書で使用されているABSという用語は、被覆があるか否かに関係無く図面に示される平面を意味する。読み取りセンサとそのシールドは図2に示されていないが、書き込みヘッドのいずれか一方の側に位置付けることができる。
この構成には、単一コイル35が含まれている。ヨークは強磁性部片41、42、43及び45並びに尾端シールド44で構成されている。尾端シールド44も極部片として考えることができる。磁気記録媒体は、主要極部片たる強磁性部片42から尾端シールド44へと移動する。“尾端”と称するのはそのためである。極部片41は主要極部片42に対し必要とされる強磁性材料の質量体を提供するが、ABSまでは延伸しない。ABSには主要極部片たる強磁性部片42の小さい領域のみが現われる。ヨーク45のバック(しばしば“後方ギャップ”と称する)は、極部片たる強磁性部片42及び極部片たる強磁性部片41を直接、戻し極部片たる強磁性部片43に接続する。尾端シールド44は、本構成では簡単な矩形横断面を有するが、以下に注記する他の形状が可能である。尾端シールド44は、戻し極部片たる強磁性部片43のABS端部から主要極部片たる強磁性部片42に向かって延在している。尾端シールドがないと、本設計での書き込みギャップは、主要極部片たる強磁性部片42と戻し極部片たる強磁性部片43の間を通過する単一コイル35の厚さによって制限される。本発明の尾端シールドは、コイル因子とは独立して書き込みギャップの長さを最適化できる。
単極書き込み装置を備え、尾端シールドが無い標準的な垂直ヘッドでは、ABSの磁束路は、硬質強磁性記録層を介して主要極から媒体の軟質下地層にいたり、記録層を介して戻し極に戻る。図2に示されるように、本発明の構成では、主磁束路39は主要極部片たる強磁性部片42に近い尾端シールド44に戻る。尾端シールド44の構成では、書き込みフィールド勾配が良好になり媒体ノイズが低くなる。この構成における3つの重要な因子は1)主極部片たる強磁性部片42と尾端シールド44の間のギャップ、2)軟質下地層に対するABSの間隔、3)尾端シールド厚さである。軟質下地層に対するABSの間隔は記録ヘッドの特徴ではなく、むしろヘッドが採用されている記憶装置の設計により決定される。
単極(SP)構成を上回る本発明の単極尾端シールド(SPT)構成の改良点は、ストーナー・ウオールフアース・モデルで説明できる。図3は主粒子角度の関数として表したH粒子角度を図表にしたものである。粒子角度の分布では、Hと平均粒子角度の間の角度を増加させるとスイッチング・フィールドの分布が1/2低減させることが可能であり、よって有効フィールドを2X増加させ、ジッターを低減させる。
ABSから軟質下地層29までの距離が書き込みギャップ(尾端シールド44の端部と主極部片たる強磁性部片42の間の距離)の長さと等しい場合、この構成では最適のフィールド角度が達成される。媒体の軟質下地層と尾端シールドの間で磁束の共有部分が増えるので、シールドが書き込み極部片に近接するのに伴い書き込みフィールドが減少する。この問題は、尾端シールドの厚さを増加させて、主極部片たる強磁性部片42のフレア点をABSに接近させることで改善される。(非図示の)フレア点は、主極部片たる強磁性部片42がABSから離れて広がる(平面図において)箇所である。このヘッド設計の諸利点は以下の通りである。
1) dH/dXの増加
2)部分的消去の低減化
3) 飽和状態の改善
4)媒体ノイズの低減化
5) 傾斜フィールドがS-W媒体上の書き込みを容易にする
書き込み磁束ロスを最低にしながら所望の効果を達成するには、ABSからヘッドにいたる尾端シールドの厚さを主極部片たる強磁性部片42のトラック幅の半分にほぼ等しくすべきである。空中密度を高くするためにトラック幅をあまり小さくすると、尾端シールドの作成は一層困難になる。特に、最終的な尾端シールドの厚さは、ABSの行又は単一スライダ・ラッピングにより決まる。ラッピング・プロセスは、ヘッドの読み取り装置部分上での電気的ラッピング・ガイド(ELG)及び/又はストライプ高さを使用して終了する。このため、設計点でナノメータ・スケール単位の寸法が必要になると、シールドの湾曲や損傷をもたらすことがある。この問題に対する1つの解決策として、尾端シールドの2段階構成がある。1つの連続する尾端シールドではなく“切り欠いた”尾端シールドは、台座(本体)と先端という2つの構成要素に分解される。尾端シールドの先端作成は依然厳しいが、尾端シールド台座(本体)の要件は緩やかである。この2段階構成はラッピング中に構造を一層強固にし、リソグラフィー工程を緩やかにし、尾端シールド台座を曲げて戻し極へ戻すことができる。
図4は、切り欠き付きの2部品型尾端シールドを含む本発明の第2実施例による記録ヘッド26Bの断面を記号付きで図解したものである。この切り欠き付き構成は、それで達成可能なものより大きい最大書き込みフィールドを備えている。有限素子モデリングでは、書き込みフィールドにおいて8〜10%の改善が示された。断面部分は空気ベアリング面に対して直角になっている。2部分型尾端シールドには、それぞれ断面が矩形の台座44A、先端44Bが含まれている。先端44Bは組み合わせ部に“切り欠き”付き外観を与える小さい方の横断面を備えている。図5は記録ヘッド26BのABS図を示す。先端44Bのクロス・トラック幅はABSにおける主極部片たる強磁性部片42の幅と対比できるが、台座44Aの幅は先端の幅より遥かに大きい。
(ABSに対して直角の)y-方向の先端44Bの高さは、シールドに対する書き込み極部片からの書き込みロスを最低にすべく書き込みギャップ約4つ分と等しいのが好ましい。x-方向(クロス・トラック)の先端44Bの幅は、書き込み磁束の損失を最低にしながら所望効果を達成すべく主極部片の記録トラック幅の半分とほぼ等しくなっている。台座44Aが更に書き込み極から分離していれば、その組み立て制限は緩くなり、ABS(y-方向)からの台座の厚さの重要性を先端44Bより低くすることができる。これにより台座44Aは、湾曲状や直線状にでき、そこで台座44Aは戻し極部片たる強磁性部片43に戻されて固着される。またこれにより先端の作成が一層容易になり、先端に対する損傷を最低にし、先端・リソグラフィー工程が緩やかになる。シード層兼書き込みギャップ材料として機能するRhやRuなどの非磁性材料は、シード層除去を必要とせずに元の状態にしておくことができる。書き込みギャップ厚さの制御と先端の設置はこの設計では重要な因子なので、シード層除去段階が不要なら金属ギャップの使用で先端に対する損傷を最小限にできる。
戻し極に直線状又は湾曲状の台座を再び着けることが可能である。書き込み磁束の損失を最低にする上で重要なのは先端作成のみであるため、この設計アプローチでは台座を曲げることができる。曲がった台座の方がよい。又、台座のモーメントは低くできるのに対し、先端は高いモーメント材料で構成し、先端は書き込みギャップにおける飽和を最低にすることができる。
図6は、戻し極部片たる強磁性部片43に固定される湾曲面を有する尾端シールドの台座44Cを備えたヘッド26Cを図解している。曲がった尾端シールド台座の方がよい。コイルが最初に作成され、硬質焼結で保護されると、硬質焼結の収縮の結果としてシールド固着部分が湾曲する。
前述の書き込みヘッドの諸実施例のいずれかによるスライダは、1番目又は2番目に作成した読み取りヘッドを有することができる。そしてこれは、記憶装置における作動に際し、記録媒体上の点が、設計のオプションに応じて最初に読み取りヘッドの下方を通過できるか又は最初に書き込みヘッドの下方を通過できることを意味している。書き込みヘッドの後に読み取りヘッドが作成されると、S1シールドは特別の問題を生じさせない戻し極部片たる強磁性部片43に隣接するようになる。しかし、図7に示されたヘッド26Dの場合のように読み取りヘッドが最初に作成されると、S2シールドが磁束搬送極部片たる強磁性部片41に隣接するようになる。
センサ・シールドに隣接する主極(又は書き込み極)及び1つのコイルのみを使った諸実施例での潜在的問題は、センサ・シールドと媒体の軟質下地層の間に一部望ましくないフィールドが生じることである。その上、シールドと軟質下地層の間の合計磁束が、軟質下地層から戻し極へ戻すべき合計磁束はどれかという点で主極からの磁束を増やし、このため、大きすぎればデータを消去しかねない、望ましくないフィールドを戻し極で増加させる。この単純な幾何形態を作動可能にするため、シールドにおける磁性移動力が主極における磁性移動力の約10%以下となり、従ってセンサにおける望ましくないフィールドが書き込みフィールドの10%以下になるよう、主極とセンサ・シールドの間の距離は十分な長さにされる。
この設計規則は、主極とシールドの間の遊びがシールドと軟質下地層の間の遊びの約9倍以上であるときに守られる。概算では、実質的に平行な2つの磁性素子の間の遊びは素子の重なり面積で分割される両素子の間の距離である。従って、主極とシールドの間の距離は、空気ベアリング表面におけるセンサ・シールドの幅とこれらのシールドの厚さの積で除算した後方ギャップにおける主極ヨークの幅の半分を掛けた主極ヨークの長さを掛けたヘッドから下層までの間隔の9倍以上にすべきである。その厚さの上限は、書き込みヘッドと読み取りヘッドの間の距離が読み取りヘッドと書き込みヘッドの間のリソグラフィック的非整合など他の諸問題が生じるほど長くはないという関係によって設定される。換言すれば、この厚さは、今説明した遊び要件に適合する上で必要となるより大きくならないように選択すべきである。
書き込み極部片は又、戻し極部片より多くの局部的熱を発生する。従って、S2と極部片たる強磁性部片41の間の読み取り/書き込み分離ギャップ内に熱シンク52を含ませることが好適である。熱シンク52は、好適には銅など非磁性で電気的に導電性の材料であり、リード接続の一部、即ち、読み取りセンサなどのヘッド内の構成要素からヘッド表面上のパッドへの電気的経路の一部としても使用可能である。熱シンクはABSまで延在できるが、潜在的な汚染問題を回避する意味からABSまで延在しないのが好ましい。本実施例では熱シンク52はABSまで延在しないので、図5では熱シンク52は点線で示してある。熱シンクはコイルの縁部を越えて延在するのが好ましい。クロス・トラックの方向において、熱シンクはS2シールドとほぼ同じ幅である。ABSから凹ませることを除き、熱シンクは、トラック・ラインと平行に見た場合S2とほぼ同じ輪郭を有するのが好ましい。
特定の諸実施例に関連して本発明を説明したが、本発明による強磁性構造の他の使用及び適用例については、当技術に精通した者には明らかであろう。
先行技術の記録ヘッドと、空気ベアリング面に垂直に描いた垂直記録用媒体との断面を記号付きで図解した図である。 本発明の第1実施例による記録ヘッドの断面を記号付きで図解した断面図である。 主要粒子角度の関数としてH粒子角度を図表した図である。 切り欠き付き尾端シールドを含む本発明の第2実施例による記録ヘッドの断面を記号付きで図解した図である。 尾端シールドを含む本発明の第2実施例による記録ヘッドの空気ベアリング面を記号付きで図解した図である。 尾端シールドが戻り極部片に固着する、湾曲固着領域を有する切り欠き付き尾端シールドを含む、本発明の第3実施例による記録ヘッドの断面を記号付きで図解した図である。 読み取りヘッドと書き込みヘッドの間に熱シンク/シールドを含む本発明の記録ヘッド実施態様の断面を記号的に図解した図である。
符号の説明
ABS…空気ベアリング面、
S1,S2…シールド、
26A,26B,26C,26D…ヘッド、
27…媒体、
28…硬質強磁性記録層、
29…軟質下地層、
31…磁気抵抗センサ、
35…単一コイル、
39…主磁束路、
41…強磁性部片、
42…強磁性部片(主極部片)、
43…強磁性部片(戻し極部片)、
44…尾端シールド、
44A,44C…台座、
44B…先端、
45…ヨーク、
52…熱シンク。

Claims (21)

  1. 軟質下地層を備えた磁気媒体を使用して垂直記録を行なう薄膜磁気記録ヘッドであって、
    磁束ベアリング極部片と、該磁束ベアリング極部片に固定されて空気ベアリング面まで延在する主極部片と、空気ベアリング面まで延在する戻し極部片とを含むヨークと、
    前記主極部片と前記戻し極部片の間で前記ヨークを貫通するコイルと、
    前記主極部片と前記戻し極部片の間の前記コイルの厚さ未満になっている前記空気ベアリング面に沿った長さの書き込みギャップを形成すべく前記主極部片に面する、前記戻し極部片に接続され、前記空気ベアリング面に沿って前記主極部片に向かって延在する尾端シールドと、
    第1シールドと第2シールドを備え、該第2シールドが分離ギャップにより前記磁束ベアリング極部片から分離され、前記主極部片と前記第2シールドの間の前記分離ギャップが結果的に前記第2シールドと前記軟質下地層の間の所定遊びより実質的に大きい前記主極部片と前記第2シールドの間の遊びになるよう選択される読み取りヘッドと、
    を有することを特徴とする薄膜磁気記録ヘッド。
  2. 前記主極部片と前記第2シールドの間の遊びが前記第2シールドと前記軟質下地層の間の所定遊びの約9倍以上であることを特徴とする請求項1記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  3. 前記分離ギャップが、前記空気ベアリング面における前記第1シールドと第2シールドの幅と前記第1シールドと第2シールドの厚さの積で除算した後方ギャップにおける主極ヨークの幅の半分を掛けた主極ヨークの長さを掛けた所定空気ベアリング面から軟質下地層までの間隔の約9倍以上であることを特徴とする請求項1記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  4. 非磁性で電気的に導電性の材料のシンクが前記分離ギャップ内に配設されていることを特徴とする請求項1記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  5. 前記シンクが前記空気ベアリング面より凹んでいることを特徴とする請求項4記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  6. 前記シンクがクロス・トラック方向における前記第2シールドの幅に略等しいクロス・トラック方向の幅を有することを特徴とする請求項4記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  7. 前記シンクが銅製であることを特徴とする請求項4記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  8. 前記シンクが、ヘッド内の構成要素からヘッドの表面上のパッドへ至る電気経路の一部であることを特徴とする請求項4記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  9. 前記尾端シールドが、それが前記戻し極部片に固着する曲がったステッチ領域を有することを特徴とする請求項4記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  10. 前記尾端シールドが、それが前記戻し極部片に固着する直線状ステッチ領域を有することを特徴とする請求項1記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  11. 前記尾端シールドが台座部分と先端部分を有し、該先端部分が前記主極部片に面して前記書き込みギャップを形成することを特徴とする請求項1記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  12. 垂直記録を行なう薄膜磁気記録ヘッドであって、
    空気ベアリング面まで延在する主極部片と空気ベアリング面まで延在する戻し極部片とを含むヨークと、
    前記主極部片と前記戻し極部片の間で前記ヨークを貫通するコイルと、
    前記戻し極部片に接続され、前記空気ベアリング面に沿って前記主極部片に向かって延在する台座と、該台座に固着され前記主極部片に面して該主極部片と前記戻し極部片の間の前記コイルの厚さ未満である前記空気ベアリング面に沿った長さを有する書き込みギャップを形成し、前記空気ベアリング面に直角の前記台座の横断面積より小さい前記空気ベアリング面に直角の横断面積を有する先端を有する尾端シールドと、
    を有することを特徴とする薄膜磁気記録ヘッド。
  13. 前記先端が前記主極部片のクロス・トラック幅と略等しいクロス・トラック幅を有することを特徴とする請求項12記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  14. 前記先端が前記書き込みギャップの長さの4倍と略等しいABSと直交する高さを有することを特徴とする請求項12記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  15. 前記台座が、それが前記戻し極部片に固着する箇所で湾曲であることを特徴とする請求項12記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  16. 前記台座が、それが前記戻し極部片に固着する箇所で直線状であることを特徴とする請求項12記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  17. 前記主極部片に固着される磁束ベアリング極部片と、
    第2シールドが分離ギャップにより前記磁束ベアリング極部片から分離された状態で第1シールドと第2シールドを有する読み取りヘッドと、
    前記分離ギャップ内に配設され、非磁性で電気的に導電性の材料のシンクと、を有することを特徴とする請求項12記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  18. 前記シンクが、ヘッド内の構成要素からヘッドの表面上のパッドへ至る電気経路の一部であることを特徴とする請求項17記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  19. 前記シンクが前記空気ベアリング面より凹んでいることを特徴とする請求項17記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  20. 前記シンクが銅製であることを特徴とする請求項17記載の薄膜磁気記録ヘッド。
  21. 垂直記録を行なう薄膜磁気記録ヘッドであって、
    磁束ベアリング極部片と、該磁束ベアリング極部片に固定されて空気ベアリング面まで延在する主極部片と、空気ベアリング面まで延在する戻し極部片とを含むヨークと、
    前記主極部片と前記戻し極部片の間で前記ヨークを貫通するコイルと、
    前記戻し極部片に接続され、前記空気ベアリング面に沿って前記主極部片に向かって延在する台座と、該台座に固着され前記主極部片に面して該主極部片と前記戻し極部片の間の前記コイルの厚さ未満である前記空気ベアリング面に沿った長さを有する書き込みギャップを形成し、前記空気ベアリング面に直角の前記台座の横断面積より小さい前記空気ベアリング面に直角の横断面積を有し、前記空気ベアリング面における前記主極部片のクロス・トラック幅と略等しいクロス・トラック幅を有する先端を有する尾端シールドと、
    第2シールドが前記分離ギャップにより前記磁束ベアリング極部片から分離された状態で第1シールドと第2シールドを有する読み取りヘッドと、
    前記分離ギャップ内に配設され、非磁性で電気的に導電性の材料のシンクと、
    を有することを特徴とする薄膜磁気記録ヘッド。
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