JP2012083234A - プローブおよび測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの低減、耐久性の向上、および接触抵抗の低減を実現する。
【解決手段】筒状の第１端子４０と、第１端子４０に挿通された第２端子５０とを備え、第１端子４０の先端部および第２端子５０の先端部５０ｂをプロービング対象体（導体パターン１０１）にプロービングさせて電気信号を入出力可能に構成され、第２端子５０は、ピン状の単一の部材で構成されると共に、プロービング対象体に対するプロービング時に先端部５０ｂに加わる押圧力に応じて第１端子４０の内部において中央部５０ｃが湾曲するように弾性変形可能に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、２つの端子を備えたプローブ、およびそのプローブを備えて物理量を測定する測定装置に関するものである。

この種の２つの端子を備えたプローブとして、特許第３３５９４１６号公報において出願人が開示したコンタクトプローブが知られている。このコンタクトプローブは、電圧測定用第１プローブ、電圧測定用第２プローブ、電流測定用プローブ、およびホルダー部を備えて構成されている。電圧測定用第１プローブは、棒状測定ピンおよび保持筒部を備えて構成されている。電圧測定用第２プローブは、プローブピン、バレル部、およびバレル部内に配設されたスプリング材を備えて構成され、スプリング材によって付勢されたプローブピンが電圧測定用第１プローブの棒状測定ピンの後端面を押圧することにより、電圧測定用第１プローブの棒状測定ピンを先端部側に付勢する。電流測定用プローブは、電圧測定用第１プローブおよび電圧測定用第２プローブを内部に収容した状態で進退自在に保持する。また、ホルダー部は、電流測定用プローブを進退自在に保持する。

特許第３３５９４１６号公報（第３−４頁、第１−５図）

ところが、上記のコンタクトプローブには、改善すべき以下の課題がある。すなわち、このコンタクトプローブでは、電圧測定用第１プローブおよび電圧測定用第２プローブで電圧測定用のプローブが構成されている。また、電圧測定用第１プローブが、棒状測定ピンおよび保持筒部を備えて構成され、電圧測定用第２プローブが、プローブピン、バレル部およびスプリング材を備えて構成されている。つまり、このコンタクトプローブは、数多くの部品を備えて構成されている。また、コンタクトプローブを構成する各部品は、小サイズで複雑な形状のものが多く、製作に際して高度な加工技術を必要とする。このため、このコンタクトプローブには、これらに起因して、製造コストが高騰するという課題がある。また、小サイズで複雑な形状の部品が数多く用いられていることに起因して、耐久性の向上が困難であるという課題もある。さらに、このコンタクトプローブでは、電圧測定用第２プローブのスプリング材によって付勢されたプローブピンが電圧測定用第１プローブの棒状測定ピンの後端面を押圧することにより、棒状測定ピンを先端部側に付勢して測定対象体に対する棒状測定ピンのプロービングが行われ、電圧測定用第２プローブのプローブピンおよび電圧測定用第１プローブの棒状測定ピンを介して測定用の信号が測定回路等に入出力される。つまり、このコンタクトプローブでは、測定対象体と測定回路等の間に接触抵抗を有する部位が少なくとも２箇所存在するため、例えば、抵抗値の低い測定対象体の抵抗測定を行う際に、その接触抵抗が影響を与えるおそれがあるという課題が存在する。

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、製造コストの低減、耐久性の向上、および接触抵抗の低減を実現し得るプローブおよび測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載のプローブは、筒状の第１端子と、当該第１端子に挿通された第２端子とを備え、前記第１端子の先端部および前記第２端子の先端部をプロービング対象体にプロービングさせて電気信号を入出力するためのプローブであって、前記第２端子は、ピン状の単一の部材で構成されると共に、前記プロービング対象体に対するプロービング時に前記先端部に加わる押圧力に応じて前記第１端子の内部において中央部が湾曲するように弾性変形可能に形成されている。

また、請求項２記載のプローブは、請求項１記載のプローブにおいて、前記第１端子をスライド可能に支持する支持部と、前記支持部の基端部側から先端部側に向けて前記第１端子を付勢する付勢部材とを備え、前記第２端子は、当該第２端子の前記先端部に押圧力が加わっていない状態において当該先端部が前記第１端子の前記先端部から突出するように構成されると共に、前記第１端子に対する前記付勢部材による付勢力よりも小さな押圧力によって前記弾性変形が可能に形成されている。

また、請求項３記載の測定装置は、請求項１または２記載のプローブと、プロービング対象体にプロービングさせた当該プローブを介して入出力した電気信号に基づいて物理量を測定する測定部とを備えている。

請求項１記載のプローブ、および請求項３記載の測定装置では、第２端子が、ピン状の単一の部材で構成されると共に、プロービング対象体に対するプロービング時に先端部に加わる押圧力に応じて中央部が湾曲するように弾性変形可能に形成されている。このため、このプローブおよび測定装置によれば、第２端子の部品点数が少なく、また、第２端子を付勢する付勢部材を不要とすることができる分、プローブを構成する部品の点数を削減することができると共に、第２端子の構造が簡略化されている分、第２端子の加工コストを低減することができる。このため、このプローブおよび測定装置によれば、部品点数の削減、および第２端子の加工コストの低減により、プローブの製造コストを十分に低減することができる。また、このプローブおよび測定装置によれば、第２端子の構造が簡略化されているため、第２端子の故障の発生が防止される結果、プローブ全体としての耐久性を十分に向上させることができる。さらに、このプローブおよび測定装置によれば、第２端子が単一の部材で構成されているため、複数の部品で構成した従来の第２端子とは異なり、部品間の接触抵抗が存在しない分、プロービング対象体に対するプロービングの際の接触抵抗を低減することができる。

また、請求項２記載のプローブ、および請求項３記載の測定装置では、押圧力が加わっていない状態において、第２端子の先端部が第１端子の先端部から突出するように構成されると共に、第１端子を支持部の先端部側に向けて付勢する付勢部材の付勢力よりも小さな押圧力によって第２端子が弾性変形可能に形成されている。このため、このプローブおよび測定装置によれば、プロービング時において第２端子を確実に弾性変形させることができるため、第２端子をプロービング対象体に確実にプロービングさせることができると共に、付勢部材の付勢力によって第１端子をプロービング対象体に確実にプロービングさせることができる。また、付勢部材の付勢力により、プロービング対象体に対する第１端子からの衝撃力や、第１端子に対するプロービング対象体から衝撃力を吸収することができる。

基板検査装置１の構成を示す構成図である。 プローブ２の断面図である。 支持部２０の分解断面図である。 付勢部材３０の正面図である。 第１端子４０の分解断面図である。 第２端子５０の分解断面図である。 プローブ２の動作を説明する第１の説明図である。 プローブ２の動作を説明する第２の説明図である。

以下、プローブおよび測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、測定装置の一例としての基板検査装置１の構成について説明する。図１に示す基板検査装置１は、例えば、回路基板１００の導体パターン１０１の抵抗（物理量の一例）を４端子法で測定し、その測定値に基づいて導体パターン１０１（回路基板１００）の良否を検査可能に構成されている。具体的には、基板検査装置１は、一対のプローブ２、プロービング機構３、測定部４、記憶部５、操作部６、表示部７、制御部８および基板支持台９を備えて構成されている。

プローブ２は、導体パターン１０１の抵抗を４端子法で測定する際に、導体パターン１０１に対して電気信号（交流定電流Ｉｍおよび電圧信号Ｖｍ：図１参照）を入出力するために用いる同軸タイプのプローブであって、図２に示すように、支持部２０、付勢部材３０、第１端子４０および第２端子５０を備えて構成されている。この場合、導体パターン１０１にプロービングさせた第１端子４０の先端部（同図における下側の端部）を介して導体パターン１０１に対して交流定電流Ｉｍが出力（供給）され、その交流定電流Ｉｍの供給に伴って生じる電圧信号Ｖｍが導体パターン１０１にプロービングさせた第２端子５０の先端部５０ｂを介して入力される。

支持部２０は、図３に示すように、本体部２１およびプラグ２２を備えて構成されている。本体部２１は、中央部２１ｃが基端部２１ａおよび先端部２１ｂよりも大径で、中心孔２３を有する略円筒状に形成されている。この場合、本体部２１は、樹脂等の非導電性を有する材料によって形成されている。また、本体部２１の中心孔２３は、基端部側部位２３ａ、中央部側部位２３ｃ、先端部側部位２３ｂの順に直径が小さくなるように形成されている。プラグ２２は、樹脂等の非導電性を有する材料によって円筒状に形成されている。また、プラグ２２には、第１端子４０の後述する本体部４１をスライド可能に（長さ方向に移動可能に）挿通させる挿通孔２２ａが形成されている。また、プラグ２２は、本体部２１における中心孔２３の基端部側部位２３ａに嵌め込まれて本体部２１に固定される（図２参照）。この支持部２０は、本体部２１の中心孔２３およびプラグ２２の挿通孔２２ａに挿通させた状態の第１端子４０を長さ方向にスライド可能に支持する。

付勢部材３０は、図４に示すように、一例として、コイルスプリングで構成されている。また、付勢部材３０は、支持部２０の本体部２１における中心孔２３の中央部側部位２３ｃ（より具体的には、図２に示すように、第１端子４０における後述するストッパー４３の上端部と支持部２０におけるプラグ２２の下端部との間）に収容され、支持部２０の基端部（本体部２１の基端部２１ａ）側から先端部（本体部２１の先端部２１ｂ）側に向けて第１端子４０を付勢する。

第１端子４０は、図５に示すように、本体部４１、ヘッド４２、ストッパー４３およびプラグ４４を備え、全体として円筒状（筒状の一例）に形成されている。本体部４１は、金属等の導電性を有する材料によって円筒状に形成されている。ヘッド４２は、本体部４１の先端部（同図における下端部）に固定されている。また、ヘッド４２は、金属等の導電性を有する材料によって略円錐状に形成されている。また、ヘッド４２には、第２端子５０をスライド可能に（長さ方向に移動可能に）挿通させる挿通孔４２ａが形成されている。なお、ヘッド４２の先端が第１端子４０の先端部に相当する。

ストッパー４３は、図５に示すように、円筒状に形成されて本体部４１の外側に固定されている。このストッパー４３は、支持部２０の中心孔２３における先端部側部位２３ｂと中央部側部位２３ｃの境界部分に形成されている段部（図３参照）にその先端部が当接して第１端子４０の移動を規制する機能を有している。プラグ４４は、樹脂等の非導電性を有する材料によって円筒状に形成されている。また、プラグ４４には、第２端子５０が挿通可能な挿通孔４４ａが形成されている。このプラグ４４は、図２に示すように、第２端子５０の基端部５０ａ側を挿通させて保持した状態で本体部４１の基端部（同図における上側の端部）に嵌め込まれることにより、第２端子５０の基端部５０ａ側を第１端子４０の基端部に固定する。また、第１端子４０は、同図に示すように、本体部４１の基端部側に取り付けられたケーブル６１を介して測定部４の電源部７１に接続される。

第２端子５０は、図６に示すように、先端部５０ｂが鋭利に形成されたピン状（棒状）の単一の部材で構成されている。また、第２端子５０は、その直径が第１端子４０の本体部４１の内径よりも短くなるように（小径となるように）形成されている。また、第２端子５０は、金属等の導電性および弾性を有する材料によって弾性変形可能に形成されている。さらに、第２端子５０の表面（先端部５０ｂを除く部分）には第１端子４０との間における絶縁状態を維持するための非導電性の被膜が形成されている。また、第２端子５０は、第１端子４０に挿通されている。具体的には、第２端子５０は、基端部５０ａ側が第１端子４０のプラグ４４の挿通孔４４ａに挿通されてプラグ４４を介して第１端子４０の本体部４１の基端部に固定され、先端部５０ｂが第１端子４０のヘッド４２の挿通孔４２ａにスライド可能に挿通された状態で、中央部５０ｃが第１端子４０内に収容される（図２参照）。この場合、上記したように第２端子５０の直径が本体部４１の内径よりも短いため、同図に示すように、第２端子５０の中央部５０ｃと第１端子４０の本体部４１における内周面との間に隙間（空洞）が形成されている。

また、第２端子５０は、第１端子４０の本体部４１における内周面との間に隙間が形成されているため、図７に示すように、プロービング対象体としての回路基板１００の導体パターン１０１に対するプロービング時に先端部５０ｂに加わる押圧力に応じて第１端子４０の内部において中央部５０ｃが湾曲するように弾性変形することが可能となっている。この場合、第２端子５０は、付勢部材３０が第１端子４０を付勢する付勢力よりも小さい押圧力で弾性変形するように形成されている。また、第２端子５０は、基端部５０ａに取り付けられたケーブル６２を介して測定部４の電圧検出部７２に接続される。また、第２端子５０は、図２に示すように、先端部５０ｂに押圧力が加わっていない状態において、先端部５０ｂが第１端子４０の先端部（ヘッド４２の先端）から突出するように構成されている。

このプローブ２では、上記したように、第２端子５０が単一の部材で構成されているため、プローブ２を構成する部品の点数を削減することが可能となっている。また、このプローブ２では、第２端子５０が単純な形状であるピン状に形成され、かつスプリング等の付勢部材を用いることなく自己が有する弾性によって弾性変形してその弾性力で先端部５０ｂをプロービング対象体に押し付けることが可能となっている。したがって、第２端子５０の構造が十分に簡略化されているため、第２端子５０の加工コストが十分に低減されている。この結果、このプローブ２では、部品点数の削減、および第２端子５０の加工コストの低減により、プローブ２の製造コストを十分に低減することが可能となっている。また、第２端子５０の構造が簡略化されているため、第２端子５０の故障の発生が防止されて、その分、プローブ２全体としての耐久性を十分に向上させることが可能となっている。さらに、このプローブ２では、第２端子５０が単一の部材で構成されているため、複数の部品で構成した従来の第２端子とは異なり、部品間の接触抵抗が存在しない分、プロービング対象体に対するプロービングの際の接触抵抗を低減することが可能となっている。

プロービング機構３は、制御部８の制御に従い、プローブ２が取り付けられたアーム３ａを移動させて、回路基板１００の導体パターン１０１に対してプローブ２をプロービングさせる。

測定部４は、回路基板１００の導体パターン１０１にプロービングさせたプローブ２を介して入出力した電気信号（交流定電流Ｉｍおよび電圧信号Ｖｍ）に基づいて導体パターン１０１の抵抗を測定する。具体的には、測定部４は、図１に示すように、電源部７１、電圧検出部７２および演算回路７３を備えて構成されている。電源部７１は、交流定電流Ｉｍを生成して出力する。この場合、電源部７１から出力された交流定電流Ｉｍは、一対のプローブ２における各第１端子４０を介してプロービング対象体としての導体パターン１０１に供給される。電圧検出部７２は、導体パターン１０１に交流定電流Ｉｍが供給されたときに生じる電圧信号Ｖｍを、一対のプローブ２における各第２端子５０を介して入力してその電圧値を検出する。演算回路７３は、交流定電流Ｉｍの電流値および電圧信号Ｖｍの電圧値に基づいて導体パターン１０１の抵抗値Ｒを算出（測定）する。

記憶部５は、プローブ２をプロービングさせるべき導体パターン１０１の位置を示す位置データや、導体パターン１０１の抵抗値の基準値を記憶する。また、記憶部５は、測定部４によって測定された抵抗値Ｒを記憶する。操作部６は、各種のスイッチやキーを備えて構成され、これらが操作されたときに操作信号を出力する。表示部７は、制御部８の制御に従い、測定された抵抗値Ｒや検査結果などを表示する。制御部８は、プロービング機構３、測定部４および表示部７を制御する。また、制御部８は、測定部４によって測定された抵抗値Ｒに基づいて導体パターン１０１（回路基板１００）の良否を検査する。基板支持台９は、図外のクランプ等を備え、検査対象の回路基板１００を支持可能に構成されている。

次に、基板検査装置１を用いて回路基板１００の導体パターン１０１を検査する方法、およびその際の各構成要素の動作について、図面を参照して説明する。

まず、基板支持台９に回路基板１００を載置して固定する。次いで、操作部６を操作して検査開始を指示する。この際に、操作部６が、操作信号を出力し、制御部８が、その操作信号に従って検査処理を実行する。この検査処理では、制御部８は、測定部４の電源部７１を制御して交流定電流Ｉｍを生成して出力させる。

続いて、制御部８は、プロービング処理を実行する。このプロービング処理では、制御部８は、記憶部５から位置データを読み出し、次いで、その位置データに基づいてプローブ２をプロービングさせるべき導体パターン１０１の位置を特定する。続いて、制御部８は、プロービング機構３を制御して、アーム３ａに取り付けられているプローブ２の先端部が特定した導体パターン１０１の上方に位置するようにアーム３ａを移動させる。次いで、制御部８は、プロービング機構３を制御して、アーム３ａを下降させる。

この時点では、図２に示すように、プローブ２における第２端子５０の先端部５０ｂが第１端子４０の先端部（ヘッド４２の先端）から突出している。このため、アーム３ａの下降により、同図に示すように、プローブ２における第２端子５０の先端部５０ｂが最初に導体パターン１０１にプロービングさせられる。

続いて、制御部８は、プロービング機構３を制御して、アーム３ａをさらに下降させる。この際に、アーム３ａの下降に伴って第２端子５０の先端部５０ｂが導体パターン１０１を押圧し、その反力（導体パターン１０１からの押圧力）が先端部５０ｂに加わる。ここで、第２端子５０の基端部５０ａ側がプラグ４４を介して第１端子４０の基端部に固定されているため、第２端子５０の先端部５０ｂに加わる押圧力が第１端子４０に加わるが、このプローブ２では、付勢部材３０が第１端子４０を支持部２０の先端部側に向けて付勢する付勢力よりも小さい押圧力で弾性変形するように第２端子５０が形成されている。このため、導体パターン１０１からの押圧力によって第１端子４０はスライドせずに、図７に示すように、第２端子５０の中央部５０ｃが押圧力に応じて第１端子４０の内部において湾曲するように弾性変形する。これにより、第２端子５０の先端部５０ｂが第１端子４０の先端部側（同図における上方）に押し込まれる。

次いで、制御部８は、プロービング機構３を制御して、アーム３ａをさらに下降させる。この際に、第２端子５０の先端部５０ｂが第１端子４０の先端部側にさらに押し込まれて、第２端子５０の中央部５０ｃがさらに湾曲し、続いて、図８に示すように、第１端子４０の先端部（ヘッド４２の先端）が導体パターン１０１にプロービングさせられる。この場合、第１端子４０が付勢部材３０の付勢力によって支持部２０における本体部２１の先端部２１ｂ側に押圧されているため、第１端子４０の先端部が導体パターン１０１に確実にプロービングされる。また、付勢部材３０の付勢力により、プロービング対象体に対する第１端子４０からの衝撃力（または、第１端子４０に対するプロービング対象体から衝撃力）が吸収される。

一方、導体パターン１０１に対する第１端子４０のプロービングにより、測定部４の電源部７１から出力された交流定電流Ｉｍがケーブル６１および第１端子４０を介して導体パターン１０１に供給される。次いで、測定部４の電圧検出部７２が、交流定電流Ｉｍの供給に伴って生じた電圧信号Ｖｍを第２端子５０およびケーブル６２を介して入力して、その電圧値を検出する。続いて、演算回路７３が、電源部７１から出力される交流定電流Ｉｍの電流値、および電圧検出部７２によって検出された電圧信号Ｖｍの電圧値に基づいて導体パターン１０１の抵抗値Ｒを算出する。次いで、制御部８は、演算回路７３によって算出された抵抗値Ｒと記憶部５に記憶されている導体パターン１０１の抵抗値の基準値とを比較して、導体パターン１０１の良否を検査する。続いて、制御部８は、抵抗値Ｒおよび検査結果を表示部７に表示させる。

次いで、制御部８は、プロービング機構３を制御して、アーム３ａを上昇させる。これにより、第１端子４０の先端部、および第２端子５０の先端部５０ｂが導体パターン１０１から離反する。また、導体パターン１０１からの離反によって第２端子５０の先端部５０ｂに対する押圧が解除されるため、弾性変形が解除されて、第２端子５０が直線的（または、ほぼ直線的）な状態に復帰する。以上により、１つの導体パターン１０１に対する検査が終了する。続いて、制御部８は、上記した各処理を実行して、他の導体パターン１０１に対する検査を実行する。

このように、このプローブ２および基板検査装置１では、第２端子５０が、ピン状の単一の部材で構成されると共に、プロービング対象体に対するプロービング時に先端部５０ｂに加わる押圧力に応じて中央部５０ｃが湾曲するように弾性変形可能に形成されている。このため、このプローブ２および基板検査装置１によれば、第２端子５０の部品点数が少なく、また、第２端子５０を付勢する付勢部材を不要とすることができる分、プローブ２を構成する部品の点数を削減することができると共に、第２端子５０の構造が簡略化されている分、第２端子５０の加工コストを低減することができる。このため、このプローブ２および基板検査装置１によれば、部品点数の削減、および第２端子５０の加工コストの低減により、プローブ２の製造コストを十分に低減することができる。また、このプローブ２および基板検査装置１によれば、第２端子５０の構造が簡略化されているため、第２端子５０の故障の発生が防止される結果、プローブ２全体としての耐久性を十分に向上させることができる。さらに、このプローブ２および基板検査装置１によれば、第２端子５０が単一の部材で構成されているため、複数の部品で構成した従来の第２端子とは異なり、部品間の接触抵抗が存在しない分、プロービング対象体に対するプロービングの際の接触抵抗を低減することができる。

また、このプローブ２および基板検査装置１では、押圧力が加わっていない状態において、第２端子５０の先端部５０ｂが第１端子４０の先端部から突出するように構成されると共に、第１端子４０を支持部２０の先端部側に向けて付勢する付勢部材３０の付勢力よりも小さな押圧力によって第２端子５０が弾性変形可能に形成されている。このため、このプローブ２および基板検査装置１によれば、プロービング時において第２端子５０を確実に弾性変形させることができるため、第２端子５０をプロービング対象体に確実にプロービングさせることができると共に、付勢部材３０の付勢力によって第１端子４０をプロービング対象体に確実にプロービングさせることができる。また、付勢部材３０の付勢力により、プロービング対象体に対する第１端子４０からの衝撃力や、第１端子４０に対するプロービング対象体から衝撃力を吸収することができる。

なお、プローブは、上記の構成に限定さず、適宜変更することができる。例えば、支持部２０および付勢部材３０を備えた構成例について上記したが、例えば、弾性力を有するアーム３ａを用いることで、支持部２０や付勢部材３０を省略した構成を採用することができる。この場合、例えば、弾性力を有するアーム３ａを用いることで、アーム３ａの弾性力によって第１端子４０をプロービング対象体に確実にプロービングさせることができる。

また、回路基板１００の検査を行う基板検査装置１に測定装置を適用した例について上記したが、各種の測定対象体（例えば、バッテリ）の抵抗値を４端子法で測定する抵抗測定装置に適用することもできる。また、電流や電圧などの抵抗以外の物理量を測定する測定装置に適用することもできる。

１ 基板検査装置
２ プローブ
４ 測定部
２０ 支持部
２１ａ 基端部
２１ｂ 先端部
３０ 付勢部材
４０ 第１端子
４２ ヘッド
５０ 第２端子
５０ｂ 先端部
５０ｃ 中央部
１００ 回路基板
１０１ 導体パターン
Ｉｍ 交流定電流
Ｒ 抵抗値
Ｖｍ 電圧信号

Claims (3)

1. 筒状の第１端子と、当該第１端子に挿通された第２端子とを備え、前記第１端子の先端部および前記第２端子の先端部をプロービング対象体にプロービングさせて電気信号を入出力するためのプローブであって、
   前記第２端子は、ピン状の単一の部材で構成されると共に、前記プロービング対象体に対するプロービング時に前記先端部に加わる押圧力に応じて前記第１端子の内部において中央部が湾曲するように弾性変形可能に形成されているプローブ。
2. 前記第１端子をスライド可能に支持する支持部と、前記支持部の基端部側から先端部側に向けて前記第１端子を付勢する付勢部材とを備え、
   前記第２端子は、当該第２端子の前記先端部に押圧力が加わっていない状態において当該先端部が前記第１端子の前記先端部から突出するように構成されると共に、前記第１端子に対する前記付勢部材による付勢力よりも小さな押圧力によって前記弾性変形が可能に形成されている請求項１記載のプローブ。
3. 請求項１または２記載のプローブと、プロービング対象体にプロービングさせた当該プローブを介して入出力した電気信号に基づいて物理量を測定する測定部とを備えている測定装置。

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