JP2007073478A - ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】光源の温度上昇を効果的に抑制でき、かつ、光源と光源カバーとの光軸合わせができるとともに、組立て上の不都合を回避できるランプを提供する。
【解決手段】ランプ１は、点灯回路41が収容される金属製の外郭部材２、光源11、配光制御用の光源カバー22、及びカバー押さえ31を具備する。外郭部材２は、位置決め部９が形成された光源取付け部４、この壁４を囲むねじ部７を有する。光源11は、発光素子14が実装された回路基板13を金属製のベース12の表面に取付けて形成され、素子14を避けた嵌合部19を有する。光源11を、位置決め部９に位置決めしベース12の裏面を取付け壁４の表面に接触させて配置する。光源11を覆う光源カバー22は、嵌合部19に嵌合する凸部30、素子14を避けて光源11の表面に接する当接部29、受け部27を有する。カバー押さえ31は壁４に向けて受け部27に当たる押圧部32を有する。押さえ31をねじ部７にねじ込んで外装部材２に取付け、カバー22と壁４との間に光源11を挟持する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、点状光源例えばＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を備えるランプに関する。

従来、ランプセードの笠状部位に複数の放熱孔を設けるとともに、前記笠状部位の内面に接して放熱カバーを設け、ＬＥＤが取付けられる電流変換基板を放熱カバーに接して放熱カバー内に配設し、更に、ＬＥＤを覆う集光カバーを放熱カバーの内側に配置するとともに、放熱カバーの開口部にカバー板を結合させたＬＥＤ式集光照明灯が知られている（例えば特許文献１参照。）。

このＬＥＤ式集光照明灯では、放熱カバーが電流変換基板に接触しているので、点灯時にＬＥＤが発する熱を放熱カバーに熱伝導させてランプセードの放熱孔から排出させて、内部温度を下げることができるとともに、集光カバーを有しているので、集光照明をすることができる。
実用新案登録第３０９９０３３号公報(段落0004−0007、図１−図３)

特許文献１の技術では、放熱カバーがランプセードで覆われているので、放熱カバーから外部への放熱をランプセードが抑制し、かつ、ランプセードが放熱カバーとは別部品であるため、放熱カバーからランプセードへの熱伝導が良くない。そのため、ＬＥＤの温度上昇を抑制する上では改善の余地がある。更に、ＬＥＤの温度上昇を抑制する上では、ＬＥＤから放熱カバーへの熱伝導が良好であることが必要であるが、この点を実現する技術について特許文献１には記載がない。

又、集光カバーに代表される配光制御用の光源カバーを備えるランプでは、光源カバーの中心軸線（光軸）とＬＥＤの光軸とがずれていると、所定の配光特性を得ることができない。しかし、特許文献１には集光カバーとＬＥＤとの光軸と合わせる技術については記載がない。

本発明の目的は、光源の温度上昇を効果的に抑制でき、かつ、光源と光源カバーとの光軸合わせができるとともに、組立て上の不都合を回避できるランプを提供することにある。

請求項１の発明は、位置決め部が形成された光源取付け部、及びこの光源取付け部を囲んで形成されたねじ部を有するとともに、点灯回路が収容された金属製の外郭部材と；発光素子が実装された回路基板を金属製のベースの表面に配設し、前記発光素子を避けた位置に嵌合部を有して形成され、前記位置決め部に位置決めされるとともに前記ベースの裏面を前記光源取付け部の表面に向けて光源取付け部上に配置された光源と；前記嵌合部に嵌合する凸部、前記発光素子を避けて前記光源の表面に接する当接部、及び受け部を有して、前記光源を覆って配置された配光制御機能を有する光源カバーと；前記光源取付け部に向けて前記受け部に当たる押圧部を有して前記ねじ部にねじ込んで前記外郭部材に取付けられ前記光源カバーと前記光源取付け部との間に前記光源を挟持させたカバー押さえと；を具備することを特徴とするものである。

本発明で、外郭部材及びベースをなす金属には、鉄及びその合金、これらよりも熱伝導性がよい金属例えば銅及びその合金、更に鉄及びその合金より軽い軽金属例えばアルミニウム及びその合金等を使用できる。本発明で、位置決め部は、光源が孔や切欠き状の溝等の回り止め受け部を複数有している場合には、その形状に応じた複数のピン状凸部で形成できるが、光源が角形である場合には、この光源の少なくとも２箇所の角部に、これらの角部を個別に挟むように折れ曲がった凸部で形成することも可能であり、更に、角形の光源の外周に嵌合する環状の凸部、又は角形の光源が嵌り込む角形の凹部で形成することも可能である。

本発明で、光源の嵌合部は、複数であることが好ましく、孔や切欠き状の溝等で形成される。そして、光源カバーの凸部は、嵌合部の数及び形状に応じで形成される。この凸部の先端には、嵌合部への嵌り込みを円滑にする面取りをすることが好ましい。

本発明で、光源の発光素子には、電気エネルギーを光に変換する素子、例えば半導体発光素子とも称される発光ダイオード（ＬＥＤ）を好適に用いることができるが、エレクトリックルミネッセンス素子（ＥＬ素子）を用いることも可能である。

本発明で、光源カバーは、ＬＥＤ等の発光素子が発した光を例えば拡散又は集光させて配光制御を担うレンズ等の配光制御部材と、これを保持するレンズホルダー等のホルダーとから形成できるが、配光制御部材とホルダーとを一体に成形してなる光源カバーを用いることもできる。光源カバーの当接部は、間隔的に設けられていても、一繋がりに連続していてもよい。光源カバーの受け部は、このカバーの光出射面をなす端面を利用できるが、これに代えて光源カバーの厚み方向中間部外周に設けた凸部又は段差部で形成することもできる。

請求項１の発明では、カバー押さえを外郭部材のねじ部にねじ込んで外郭部材に取付けるに伴い、カバー押さえの押圧部が光源カバーの受け部を押して、この光源カバーの当接部で光源取付け部上に配置された光源を光源取付け部の表面に押付けた状態にして、光源を光源カバーと光源取付け部との間に挟持できる。これにより、ベースと光源取付け部とが熱伝導的に良好に接続された状態となるので、発光素子が発した熱を効率よく光源取付け部に伝導できる。そして、光源取付け部の熱は、外郭部材全体に伝導され、この外郭部材の表面より他の部材に妨げられることなく外部に放出できる。したがって、光源の温度上昇を効果的に抑制できる。

更に、光源取付け部の表面との間に光源を挟持した光源カバーの凸部が、光源の嵌合部に嵌合し、光源カバーが光源に対して位置決めされている。これにより、光源の発光素子の光軸と光源カバーの光軸とを合わせることができる。したがって、光源カバーによる所定の配光特性を得ることができる。

又、外郭部材に収容された点灯回路から導出された絶縁被覆電線は光源取付け部を貫通して光源の回路基板に半田付けされている。この条件下での前記カバー押さえがねじ込まれる際、カバー押さえの回転力が光源カバーに作用する。しかし、既述のように光源カバーの凸部が嵌合部に嵌合している光源は、光源取付け部に対してこの壁の位置決め部で位置決めされている。そのため、カバー押さえのねじ込みに伴って光源カバーが光源に対して回転することがないとともに、光源が光源取付け部に対して回転することがない。したがって、絶縁被覆電線と光源の回路基板との半田付け部等に過負荷が加わって、絶縁被覆電線と光源の回路基板との電気的接続の信頼性が損なわれる恐れを回避できる。

請求項１に係る発明のランプによれば、光源の温度上昇を効果的に抑制でき、かつ、光源と光源カバーとの光軸合わせができるとともに、組立て上の不都合を回避できる。

図１〜図５を参照して本発明の一実施形態を説明する。

図１中符号はランプを示している。ランプ１は、金属製の外郭部材２、光源１１、伝熱シート２０、光源カバー２２、カバー押さえ３１、点灯回路４１、絶縁部材４５、及び口金５１を備えている。

外郭部材２は例えばアルミニウムの一体成形品からなる。図２及び図４に示すように外郭部材２は、円筒状の周部３と、円形状の光源取付け部４とで形成されている。外郭部材２はその内側に凹部５を有している。凹部５の奥端は円形の光源取付け部４で閉じられている。凹部５の奥部には環状の段差部２ａが形成されている。光源取付け部４と反対側に位置した凹部５の端は開口されている。周部３の開口縁部３ａの内周面には環状をなす係止溝３ｂが形成されている。

周部３の外径は一定であり、その外周面３ｃは放熱面として用いられる。周部３と光源取付け部４とが一体に連続する部位には、円形の溝６が設けられている。溝６は光源取付け部４を囲んでおり、その内面にねじ部７が形成されている。このため、ねじ部７はランプ１を正面から見て光源取付け部４を囲んでいる。このねじ部７は、溝６の内側面、言い換えれば、光源取付け部４の外周面に設けた雄ねじ部で形成されているが、これに代えて、光源取付け部４の外周面と対向する溝６の外側面に設けた雌ねじ部で形成してもよい。

図４等に示すように光源取付け部４には、二つの通孔８が光源取付け部４の周方向に沿って１８０度隔てて開けられているとともに、二つの位置決め部９が光源取付け部４の周方向に沿って１８０度隔てて設けられている。位置決め部９は、凸部例えば円柱状のピンで形成されていて、光源取付け部４の表面に対して直角に一体に突設されている。

光源１１は、ベース１２の表面に回路基板１３を配設して形成されている。ベースはアルミニウム製である。回路基板１３の中央部にチップ状の発光素子１４が実装されている。発光素子１４にはＬＥＤが使用されている。この発光素子１４は半球状をなした透明な保護ガラス１５で封止されている。回路基板１３の表面は、透明な保護ガラス１５と、その周囲に周方向に等間隔で設けた複数のランド１６（図４参照）を露出させて絶縁層で絶縁されている。

図４に示すように光源１１には、二つの電線通し部１７が光源１１の周方向に沿って１８０度隔てて設けられているとともに、二つの回り止め係合部１８が光源１１の周方向に沿って１８０度隔てて設けられ、更に、二つの嵌合部１９が光源１１の周方向に沿って１８０度隔てて設けられている。これら電線通し部１７、回り止め係合部１８、嵌合部１９は、光源１１の周方向に隣接するランド１６間に夫々設けられている。電線通し部１７、回り止め係合部１８、嵌合部１９は、光源１１の周縁に開放するＵ字状の切欠き溝で形成されているが、通孔で形成してもよい。

図１及び図２に示すように光源１１は、そのベース１２を光源取付け部４の表面に向けて、この表面との間に伝熱シート２０を挟んで光源取付け部４上に配置されている（図１参照）。この配置状態において、一対の回り止め係合部１８に位置決め部９が例えば嵌合状態に係合されている。光源１１の周方向の回転を防止するために、円柱状ピンからなる位置決め部９の径と、溝からなる回り止め係合部１８の幅は略同じであるとともに、光源１１が径方向に移動しないようにするために、位置決め部９は回り止め係合部１８の奥面に接するように回り止め係合部１８に嵌合されている。こうした回り止めにより、外郭部材２の中心軸線上に発光素子１４が配置されるとともに、電線通し部１７と通孔８とが連通する状態に光源１１が位置決めされている。

伝熱シート２０は、熱伝導性に優れた弾性材料からなるシートであり、シリコン樹脂製シートを好適に使用できる。伝熱シート２０は光源１１より大形である。図４に示すように伝熱シート２０の周部には、光源１１の電線通し部１７、回り止め係合部１８、嵌合部１９の夫々に個別に対向して連通する逃げ部２０ａ〜２０ｆが設けられている。これらの逃げ部２０ａ〜２０ｆは、例えばＵ字形状の溝からなる。

図１及び図２に示すように光源カバー２２は、例えば、ホルダー２３と、配光制御機能を有する配光制御部材例えばレンズ２４とを組合せてなる。この構成は、レンズ２４を成形した透明材料とは異なる材料でホルダー２３を形成できる点で好ましい。

図５に示すようにホルダー２３は、電気絶縁性の材料例えば非透光性合成樹脂を半円筒状に成形してなる一対のホルダー部材２３ａを、互いの合せ面に設けた突起２５と穴２６とを嵌合させることによって組立てられている。ホルダー２３の軸方向一端部は受け部２７をなしており、この受け部２７には内周面に開放する係合溝２８が設けられている。

ホルダー２３の軸方向他端部は、光源１１の周部表面に接する当接部２９をなしている。当接部２９はホルダー２３の軸方向他端部に設けた切欠き２３ｂによりホルダー２３の周方向に沿って複数に分かれている。更に、ホルダー２３の軸方向他端部には前記嵌合部１９と同数の凸部３０（図２及び図５参照）が突設されている。

図１、図２、及び図４に示すようにレンズ２４は、透明の合成樹脂やガラスにより一体成形されたもので、例えば円錐面状の反射面２４ａと、出射面２４ｂと、この出射面２４ｂの反対側おいて入射面２４ｃにより区画された凹部２４ｄとを有しているとともに、出射面２４ｂ側の端部に周方向に連続して突設されたフランジ２４ｅとを有している。

レンズ２４は、そのフランジ２４ｅを係合溝２８に嵌めこむことによって、一対のホルダー部材２３ａ間に挟持され、それにより、出射面２４ｂを受け部２７と略面一にしてホルダー２３の内側に支持されている。

光源カバー２２は光源１１を覆って配置される。すなわち、光源１１が有した回路基板１３の周部表面に各ランド１６を避けて当接部２９を接触させるとともに、一対の凸部３０を光源１１の嵌合部１９に夫々嵌合させて、光源カバー２２が光源１１に対して配置されている（図２参照）。凸部３０は円柱状ピンからなり、その外径は溝からなる嵌合部１９の幅と略同じであるとともに、光源１１に対して光源カバー２２が径方向に移動しないようにするために、凸部３０は嵌合部１９の奥面に接するように嵌合部１９に嵌合されている。これらを嵌合させて光源１１を覆って配置された光源カバー２２は、そのレンズ２４の光軸Ａ（図１参照）が、光源１１が有した発光素子１４の光軸と一致するように光源１１に対して位置決めされている。又、この位置決め状態において、凹部２４ｄには保護ガラス１５が収容され、切欠き２３ｂは電線通し部１７又は回り止め係合部１８に夫々対向するようになっている。

カバー押さえ３１は、光源１１及び光源カバー２２を収容できる長さと外郭部材２の周部３と同じ外径の多角筒又は円筒からなり、例えば金属好ましい例としてアルミニウム又はその合金で作られている。カバー押さえ３１はその一端部に押圧部３２を有している。図１及び図２に示すように押圧部３２は光源取付け部４に向けて光源カバー２２の受け部２７に当たるものであって、カバー押さえ３１の内側に突出するフランジで形成されている。カバー押さえ３１の他端部は前記凹部５に挿入される環状凸部３１ａをなしており、この環状凸部３１ａにねじ部３３が設けられている。ねじ部３３は例えば環状凸部３１ａの内周面に形成された雌ねじ部からなる。なお、ねじ部３３は、外郭部材２のねじ部７が雌ねじ部である場合には、環状凸部３１ａの外周面に形成した雄ねじ部とすればよい。

カバー押さえ３１は、そのねじ部３３を外郭部材２のねじ部７にねじ込むことにより外郭部材２に連結されている。このねじ込みによって、押圧部３２が受け部２７に当接して、光源カバー２２が光源取付け部４方向に押して、光源カバー２２と光源取付け部４との間に光源１１が挟持されている。カバー押さえ３１は光源カバー２２に脱落防止部材として機能している。

カバー押さえ３１のねじ込みにおいて、図１及び図２に示すように溝６を囲んだ外周部６ａの端面をカバー押さえ３１の段差面３１ｂに当接させるとよい。それにより、外郭部材２からカバー押さえ３１への熱伝導経路を増やして、カバー押さえ３１からの放熱を促進させることが可能である。

点灯回路４１は、光源１１の発光素子１４を点灯させるためのもので、図１に示すように回路基板４２に各種の回路部品４３を実装してユニット化されている。この点灯回路４１は、光源１１に電気的に接続するための２本の絶縁被覆電線４４（図４中二点差線参照）を有している。

外郭部材２の凹部５にはカップ状に成形された絶縁部材４５が、段差部２ａに位置決めされて光源取付け部４から離れた状態に収容されている。絶縁部材４５は合成樹脂例えばポリブチレンテレフタレート等で成形されている。この絶縁部材４５の内側に点灯回路４１が収容されている。このように凹部５に点灯回路４１を収容したので、点灯回路４１を配置するスペースを外郭部材２に対してその軸方向に並べて確保する必要がなく、ランプ１の軸方向長さをコンパクトにできる。

絶縁部材４５は点灯回路４１と金属製の外郭部材２との間の電気絶縁が図っている。光源取付け部４と対向した絶縁部材４５の壁部４５ａの二箇所に図示しない電線通孔が開けられている。絶縁被覆電線４４は、電線通孔及び光源取付け部４の通孔８に通されるとともに、更に、光源１１に形成された一対の電線通し部１７に個別に通されて、これら電線通し部１７の近傍位置のランド１６に半田付けされている。

図１に示すように口金５１は点灯回路４１に電源を供給するために外郭部材２の開口縁部３ａ側に配設されている。口金５１は、口金要素５２と、この口金要素５２に固定された連結部材５３とを有している。口金要素５２は、その周部に螺旋溝を有していて、図示しないランプソケットに着脱自在にねじ込まれるようになっている。ランプ１はランプソケットに対して通常図１に示すように口金５１を上向きにした姿勢で取付けられる。連結部材５３は、合成樹脂例えばポリブチレンテレフタレートなどの絶縁材からなり、開口縁部３ａに接続されている。

この接続のために、連結部材５３の先端部外周に環状の係止凸部５３ａが形成されている。この係止凸部５３ａを外郭部材２の係止溝３ｂに嵌入させ係止させることによって、口金５１と外郭部材２とが連結されている。これにより、連結部材５３は、口金要素５２と外郭部材２との間を電気的かつ熱的に絶縁して、口金要素５２と外郭部材２との間に介在してこれらの連結を担っている。

ランプ１は以下の手順で組立てられる。

まず、外郭部材２の凹部５に絶縁部材４５と点灯回路４１とを収容して、点灯回路の２本の絶縁被覆電線４４を光源取付け部４の通孔８に通す。

この後、光源取付け部４の表面に伝熱シート２０を載せるとともに、この伝熱シート２０にベース１２を接触させて光源１１を載せる。この場合、光源１１が有した二つの回り止め係合部１８を対応する位置決め部９に夫々嵌合させて、光源１１を光源取付け部４の表面に位置決めするとともに、２本の絶縁被覆電線４４を光源１１の電線通し部１７に通す。この状態で、絶縁被覆電線４４の皮むきされた芯線の先端部を光源１１が有した回路基板１３のランド１６に半田付けする。

次に、既に組立てられた光源カバー２２を光源１１上に載せる。この場合、光源カバー２２の２本の凸部３０を対応する光源１１の嵌合部１９に夫々嵌合させて、光源１１に対して光源カバー２２を位置決めする。それにより、光源１１の発光素子１４の光軸と光源カバー２２の光軸Ａとが合致されるとともに、光源カバー２２の当接部２９が光源１１の回路基板１３の表面部周縁に当接される。

次に、カバー押さえ３１のねじ部３３を外郭部材２のねじ部７にねじ込んで、このカバー押さえ３１を外郭部材２に取付ける。これに伴い、カバー押さえ３１の押圧部３２が光源カバー２２の受け部２７に当接し、光源カバー２２を光源取り付け壁４に向けて押圧する。したがって、光源カバー２２の当接部２９により光源１１全体が伝熱シート２０を介して光源取付け部４の表面に押付けられて、光源カバー２２と光源取付け部４とが伝熱シート２０及び光源１１を挟持する。

この挟持により、伝熱シート２０は弾性変形して、光源取付け部４の表面に密接するとともに、光源１１のベース１２の裏面に密接する。そのため、光源取付け部４の表面及びベース１２の裏面の表面精度が粗い場合であっても、光源取付け部４の表面に対するベース１２の裏面の伝熱性が高められる。すなわち、光源１１から光源取付け部４への熱伝導性を、伝熱シート２０を用いない構成に比較して向上できる。これとともに、伝熱シート２０の弾性反発力により、ねじ部７，３３の噛み合いが緩むことも抑制できる。なお、本発明において、伝熱シート２０は省略することが可能である。

前記カバー押さえ３１のねじ込みに伴い、光源１１が光源取付け部４に向けて押される段階では、光源カバー２２及び光源１１にはカバー押さえ３１の回転力が作用する。しかし、既述のように位置決め部９と回り止め係合部１８との嵌合により光源取付け部４に対して光源１１が位置決めされているとともに、嵌合部１９と凸部３０との嵌合により光源１１に対して光源カバー２２が位置決めされている。

このため、既述の回転力で光源１１及び光源カバー２２が回転されることがない。したがって、光源１１と絶縁被覆電線４４との半田付け部に負荷が加わって半田層にストレスが与えられてクラックを発生する原因となったり、半田層が剥がれたりする恐れを招くことなく、ランプ１を組立てることができる。

次に、外郭部材２に口金５１を取付けて、ランプ１の組立てを完了する。口金５１の取付け作業において、点灯回路４１が光源取付け部４に向けて押されることがあり、その場合には、絶縁被覆電線４４を介して光源１１が押される。しかし、光源１１は既述のようにカバー押さえ３１にねじ込みにより光源カバー２２と光源取付け部４との間に挟持されているので、既述の押力が作用しても、光源取付け部４の表面から浮く恐れがない。このため、光源取付け部４の表面に対する光源１１の密接性が維持されるとともに、光源カバー２２の光軸Ａと光源１１の光軸とがずれることがなく、ランプ１が組立てられる。

ランプ１の点灯時、ＬＥＤからなる発光素子１４は熱を発生する。この熱は、光源１１のベース１２から伝熱シート２０を介して光源取付け部４に効率よく伝導された後、光源取付け部４と一体に成形された外郭部材２の周部３に伝導されて、この周部３の外周面３ｃから外部に放出される。この場合、光源取付け部４から周部３への熱抵抗が小さく、その熱伝導が良好であることとともに、周部３の外周面３ｃはその全面が露出しているので、他の部材に妨げられることなく放熱できる。したがって、光源１１の冷却性能が良好である。

しかも、外郭部材２にねじ込まれたカバー押さえ３１にも、ねじ部７，３３が噛み合わされた螺合箇所を介して外郭部材２の熱が伝導される。このため、カバー押さえ３１の露出された全周面からも外部に放熱できる。このようにカバー押さえ３１を利用して放熱面積を増やしているので、光源１１の冷却性能を更に良好にできる。したがって、光源１１の発光素子１４の温度が異常に上昇することが抑制されて、発光素子１４の発光効率の低下と寿命の低下とを抑制できる。

本発明の一実施形態に係るランプを示す断面図。 図１のランプの一部を示す断面図。 図１のランプを示す正面図。 図１のランプが備える外郭部材と、伝熱シートと、光源とを分解して示す斜視図。 図１のランプが備える光源カバーを分解して示す斜視図。

符号の説明

１…ランプ、２…外郭部材、３…外郭部材の周部、４…外郭部材の光源取付け部、６…外郭部材の溝、７…外郭部材のねじ部、８…光源取付け部の通孔、９…光源取付け部の位置決め部、１１…光源、１２…光源のベース、１３…光源の回路基板、１４…光源の発光素子、１７…光源の電線通し部、１８…光源の回り止め係合部、１９…光源の嵌合部、２０…伝熱シート、２２…光源カバー、２３…光源カバーのホルダー、２４…光源カバーのレンズ（配光制御部材）、２７…光源カバーの受け部、２９…光源カバーの当接部、３０…光源カバーの受け部、３１…カバー押さえ、３２…カバー押さえの押圧部、３３…カバー押さえのねじ部、４１…点灯回路、４４…絶縁被覆電線、５１…口金

Claims (1)

1. 位置決め部が形成された光源取付け部、及びこの光源取付け部を囲んで形成されたねじ部を有するとともに、点灯回路が収容された金属製の外郭部材と；
   発光素子が実装された回路基板を金属製のベースの表面に配設し、前記発光素子を避けた位置に嵌合部を有して形成され、前記位置決め部に位置決めされるとともに前記ベースの裏面を前記光源取付け部の表面に向けて光源取付け部上に配置された光源と；
   前記嵌合部に嵌合する凸部、前記発光素子を避けて前記光源の表面に接する当接部、及び受け部を有して、前記光源を覆って配置された配光制御機能を有する光源カバーと；
   前記光源取付け部に向けて前記受け部に当たる押圧部を有して前記ねじ部にねじ込んで前記外郭部材に取付けられ前記光源カバーと前記光源取付け部との間に前記光源を挟持させたカバー押さえと；
   を具備することを特徴とするランプ。

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