JP2012188251A - フィルム巻取用巻芯及びそれを用いたフィルム巻回体 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルムの巻き出し時の不具合を未然に防止するための簡便な技術を提供する。
【解決手段】本発明のフィルム巻取用巻芯１０は、軸受部１２、複数のブレード部１３及び複数のフィルム支持部１４を備えている。軸受部１２は、当該巻芯１０を回転させるときに用いられる軸が挿入される筒状の部分を構成している。複数のブレード部１３は、軸受部１２の周方向に沿った複数の位置にそれぞれ設けられ、軸受部１２の周囲の空間を周方向に仕切る形で軸受部１２から外向きに個別に延びている。複数のフィルム支持部１４は、複数のブレード部１３の先端よりも外側の位置にそれぞれ設けられ、周方向に互いに隣り合うもの同士の間においてフィルム１８が当該巻芯１０から離れて支持されるように外向きに凸の形状を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィルム巻取用巻芯及びそれを用いたフィルム巻回体に関する。

長尺のフィルムは、押し出し成形等の既知の方法によって製造され、円筒状の巻芯に巻かれて保管及び出荷される。フィルムを円筒状の巻芯に巻き取って保管すると、フィルムに歪み（変形）が生じ、フィルムの巻き出しに支障をきたす場合がある。このような問題は、例えば、特許文献１で指摘されている。

特許文献１には、巻締まりに起因する帯状物の歪みを防止するように構成された巻芯が記載されている。具体的には、巻芯の外周部と帯状物とが密着するように巻芯に帯状物を巻き取った後、巻芯をその径方向に縮小させる。また、巻芯をその径方向に膨張させて巻芯の外周部と帯状物との密着性を高めた後、帯状物を巻芯から巻き出す。

特開２００９−１１３８７７号公報（図５〜図１０）

特許文献１に記載された巻芯は、比較的複雑な機構を有するものであるため、巻芯に巻き取ったフィルムを巻芯ごと顧客に提供する業務形態に不向きである。

本発明は、フィルムの巻き出し時の不具合を未然に防止するための簡便な技術を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、
長尺のフィルムを巻き取るための巻芯であって、
当該巻芯を回転させるときに用いられる軸が挿入される筒状の軸受部と、
前記軸受部の周方向に沿った複数の位置にそれぞれ設けられ、前記軸受部の周囲の空間を前記周方向に仕切る形で前記軸受部から外向きに個別に延びている複数のブレード部と、
前記複数のブレード部の先端よりも外側の位置にそれぞれ設けられ、前記周方向に互いに隣り合うもの同士の間において前記フィルムが当該巻芯から離れて支持されるようにそれぞれ外向きに凸の形状を有する複数のフィルム支持部と、
を備えた、フィルム巻取用巻芯を提供する。

他の側面において、本発明は、
上記本発明のフィルム巻取用巻芯と、
上記本発明のフィルム巻取用巻芯に巻き取られたフィルムと、
を備えた、フィルム巻回体を提供する。

本発明者らの知見によれば、フィルムは、以下のようなメカニズムに基づいて歪む。長尺のフィルムは、その製造方法にもよるが、幅方向の偏肉（厚みのバラつき）を少なからず有する。そのようなフィルムを従来の円筒状の巻芯に巻き取ると、厚い部分は、薄い部分に比べて外向きに膨らむ。すると、厚い部分に張力が集中してかかるので、厚い部分は長手方向に引き伸ばされる。他方、薄い部分には十分な張力がかからないので、場合によっては、いわゆる巻き巣（gapping）が発生する。「巻き巣」とは、内側のフィルムと外側のフィルムとの間に形成された空間を意味する。巻芯にフィルムを巻き取った後、収縮が起こる温度環境下でフィルムを保管した場合、巻き巣の発生した部分は、巻き巣を解消するように長手方向に収縮する。その結果、厚い部分と薄い部分との間の歪みが増加する。つまり、厚い部分と薄い部分との間に長手方向の長さの違いが生じる。

この歪みは、フィルムに記憶される。そのため、フィルムは、歪みを保持したまま巻芯から巻き出される。すると、厚い部分に十分な張力がかからず、厚い部分に弛みが生じる。このような現象は、巻き出しの際にフィルムに付与するべき張力が小さい場合に顕著に現れる。フィルムに生じた弛みは、フィルムの搬送エラーの原因となり、フィルムを用いた製品の歩留まり及びフィルムの利用率を低下させる。

本発明によれば、ブレード部が軸受部から外向きに延びており、ブレード部の先端よりも外側の位置にフィルム支持部が設けられている。フィルム支持部は、周方向に互いに隣り合うもの同士の間においてフィルムが当該巻芯から離れて支持されるように凸形状を有する。このような構成によれば、フィルムが巻芯に密着してフィルムに歪みが記憶されることを極力防止できる。従って、巻き出しの際にフィルムが湾曲したり、弛んだりすることを防止できる。結果として、巻き出し時にフィルムを安定して走行させることが可能となり、生産不良（搬送エラー）の発生率を大幅に低減できる。フィルムを用いた製品の歩留まり及びフィルムの利用率も改善する。

本発明の実施形態に係るフィルム巻取用巻芯の斜視図 図１に示す巻芯のII-II線に沿った横断面図 図１に示す巻芯を用いたフィルム巻回体の横断面図 変形例に係る巻芯の横断面図 別の変形例に係る巻芯の横断面図 さらに別の変形例に係る巻芯の横断面図 さらに別の変形例に係る巻芯の横断面図 さらに別の変形例に係る巻芯の横断面図 さらに別の変形例に係る巻芯の横断面図 さらに別の変形例に係る巻芯の横断面図

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。以下、本明細書では、フィルム巻取用巻芯を単に「巻芯」と略記する。

図１及び図２に示すように、巻芯１０は、巻芯本体１１及び巻芯本体１１に取り付けられた複数のフィルム支持部１４で構成されている。巻芯本体１１は、軸受孔１２ｈを有する軸受部１２、複数のブレード部１３及び複数のリム部１５で構成されている。図３に示すように、フィルム巻回体１００は、巻芯１０と、巻芯１０に巻き取られた長尺のフィルム１８とを備えている。軸受孔１２ｈを通る回転軸Ｏを中心として、巻芯１０を回転させることができる。

軸受部１２は、巻芯１０を回転させるときに用いられる軸（図示せず）が挿入される部分であり、円筒の形状を有している。軸受部１２の断面の形状は特に限定されず、本実施形態のように円形であってもよいし、多角形であってもよい。巻芯１０において、フィルム１８は、フィルム支持部１４によって直接支持される。さらに、後述するように、フィルム１８の偏肉による影響がフィルム支持部１４によって打ち消される。そのため、巻芯本体１１に高い寸法精度が要求されない。なお、本明細書における「軸受部１２」は、正確に言えば、軸を支持する機能を持っていないかもしれない。「軸受部」の用語は、「軸に巻芯１０を設置するための貫通孔（軸受孔１２ｈ）を有する部分」の意味で使用される。

ブレード部１３は、軸受部１２の周方向に沿った複数の位置にそれぞれ設けられ、軸受部１２の周囲の空間を周方向に仕切る形で軸受部１２から外向きに個別に延びている。本実施形態では、軸受部１２の外周面の８箇所から放射状にブレード部１３が延びている。周方向に互いに隣り合うブレード部１３の間隔（角度間隔）は一定である。巻芯１０が複数のブレード部１３を有している限り、ブレード部１３の数は特に限定されない。ブレード部１３は、方形かつ板の形状を有している。ブレード部１３の互いに向かい合う一対の辺の一方にリム部１５が位置し、他方に軸受部１２が位置している。

リム部１５は、ブレード部１３の先端（一辺）に位置している部分である。本実施形態では、１つのブレード部１３の先端に１つのリム部１５が設けられている。各リム部１５は円弧状の表面を有している。半径方向に関して、各リム部１５は軸受部１２に向かい合っている。１セットのブレード部１３及びリム部１５は、回転軸Ｏに直交する断面において、略Ｔ字の形状を有している。周方向に互いに隣り合うリム部１５とリム部１５とが離れている。周方向に互いに隣り合うブレード部１３の間の空間は、半径方向の外側に向かって開放している。リム部１５に対し、フィルム支持部１４が溶着、接着等の既知の方法で固定されている。このような構成によれば、周方向に互いに隣り合う２つのフィルム支持部１４の間において、フィルム１８が軸受部１２に密着することを確実に回避できる。これにより、フィルム１８に歪みが記憶されることを防止できる。

巻芯本体１１は、十分な剛直さを有していることが好ましい。本実施形態では、軸受部１２及び複数のブレード部１３が射出成形により一体化されている。つまり、巻芯本体１１が単一の部品で構成されている。そのため、巻芯本体１１の剛性を比較的容易に確保できるとともに、巻芯本体１１の製造コストを低減できる。もちろん、軸受部１２と複数のブレード部１３とが別々の部品で構成されていてもよい。軸受部１２及び複数のブレード部１３が単一の部品で構成され、複数のリム部１５がその部品とは別の部品で構成されていてもよい。さらに、軸受部１２、複数のブレード部１３及び複数のリム部１５が射出成形により一体化されていてもよい。

巻芯本体１１は、射出成形に適した樹脂で構成されていることが好ましい。また、フィルム１８を巻芯１０に巻き取ったときに巻芯本体１１が容易に変形しないことが望ましい。典型的には、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等の熱可塑性樹脂を巻芯本体１１の材料として使用できる。ただし、金属、セラミック、ガラス等の無機材料で巻芯本体１１の一部又は全部が構成されていてもよい。

図１及び図２に示すように、フィルム支持部１４は、巻芯本体１１の周囲において複数のブレード部１３の先端よりも外側の位置にそれぞれ設けられている。フィルム支持部１４は、また、周方向に互いに隣り合うもの同士の間においてフィルム１８が当該巻芯１０から離れて支持されるようにそれぞれ半径方向の外向きに凸の形状を有する。周方向に互いに隣り合うフィルム支持部１４の間において、フィルム１８が軸受部１２に密着することを回避できる。これにより、フィルム１８に歪みが記憶されることを防止できる。

本実施形態では、１つのブレード部１３に対して１つのフィルム支持部１４が設けられている。すなわち、１セットのブレード部１３及びリム部１５に対して、１つのフィルム支持部１４が設けられている。ただし、巻芯１０は、ブレード部１３の数と異なる数のフィルム支持部１４を有していてもよい。

本実施形態において、フィルム支持部１４は、フィルム１８を巻芯１０に巻き取ったときに変形できる材料で構成されている。具体的に、フィルム支持部１４は、弾性変形できる材料で構成されている。フィルム支持部１４が弾性変形できる場合、フィルム支持部１４とフィルム１８との間に十分な摩擦力を生じさせることができる。従って、フィルム１８を巻き出すとき及びフィルム１８を巻き取るときに、巻芯１０が空回りすることを防止できる。また、フィルム支持部１４が適度な弾力性又はクッション性を有していることにより、フィルム１８の偏肉による影響をより効果的に緩和又は相殺できる。

典型的には、スポンジ、ゴム及び発泡体からなる群より選ばれる少なくとも１つの材料をフィルム支持部１４の材料として使用できる。これらの材料は、いずれも安価に入手できるし、加工も容易である。また、これらの材料によれば、フィルム１８とフィルム支持部１４との間に十分な摩擦力を働かせることもできる。例えば、発泡ウレタンは、上記した特性をバランス良く備えているので、フィルム支持部１４の材料として推奨される。適度な反発弾性を有する材料としては、天然ゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴム及びこれらの発泡体を例示できる。その他、ポリエチレン、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）、フッ素ゴム及びこれらの発泡体も使用できる。フィルム支持部１４は、接着、溶着等の既知の方法で巻芯本体１１に固定されうる。

なお、フィルム支持部１４の一部のみ、例えばフィルム１８に接触する部分のみが上記した材料で構成されていてもよい。さらに、射出成形により、フィルム支持部１４が巻芯本体１１と一体化されていてもよい。

図１に示すように、フィルム支持部１４は、巻芯本体１１の一方の側面から他方の側面に向かって延びる形で設けられている。フィルム支持部１４の長手方向は、巻芯１０を回転させるときの回転軸Ｏに平行である。フィルム巻回体１００（図３）において、フィルム支持部１４の長手方向は、フィルム１８の長手方向に垂直である。このような構成によれば、フィルム１８の幅方向に関して、フィルム１８に均一な支持力を働かせることができる。

本実施形態では、フィルム支持部１４が半円柱の形状を有している。これにより、フィルム１８を適度に広い面で支持することができる。このことは、フィルム１８に局所的な変形が生ずるのを防止する観点で好ましい。

本実施形態の巻芯１０は機械的な可動部を有していないので、低コストで製造できる。

図３に示すように、フィルム巻回体１００は、回転軸Ｏに垂直な断面において（又は平面視で）、全体として多角形、典型的には正多角形の形状を有する。巻芯１０に巻き取られたフィルム１８のうち、フィルム支持部１４に支えられていない部分は、軸受部１２に向かって少し弛んでいる。周方向に互いに隣り合うフィルム支持部１４の間において、フィルム１８は巻芯１０から離れている。

巻芯１０に巻き取るべきフィルム１８の材料、構造及び寸法は特に限定されない。しかし、本質的に偏肉を有するフィルムの巻き取りに本実施形態の巻芯１０を用いると、非常に高い歪み抑制効果が得られる。例えば、Ｔダイを備えた押出装置を用いて製造されたフィルムは、長手方向のどの部分を測定しても、幅方向に関して概ね一定の厚み分布を有している。例えば、幅方向の一端部と他端部との間に１μｍ程度の厚みの差が存在していると仮定する。このようなフィルムを従来の円筒状の巻芯に１０００回巻き付けると、フィルム巻回体においては一端部と他端部との間に約２ｍｍの直径の差が生じる。このように、僅かな偏肉であったとしても、巻き取り回数が増えれば増えるほど、フィルム巻回体の直径の差が拡大し、偏肉による歪みがフィルムに記憶され、巻き出し時に不具合（典型的には搬送エラー）が発生する確率が高まる。

また、一旦歪みが記憶されたら歪みを除去することが困難なフィルムの巻き取りに本実施形態の巻芯１０が特に効果を発揮する。そのようなフィルムは、柔軟性を有しており、典型的にはマイクロメートルオーダー（例えば２〜１００μｍ）の厚みを有する。

一般に、偏肉を有するフィルムそのものが最終製品、例えば二次電池の品質を大きく左右するケースは少ない。上記したように、目標厚みが２０μｍのフィルムに±１μｍ程度の厚みのバラつきが存在していたとしても、フィルムのその他の特性が基準を満足するのであれば、最終製品の品質にフィルムの厚みのバラつきが影響を及ぼす可能性は低い。確かに、フィルムが完全に均一な厚みを有しているのであれば、偏肉に起因した巻き出し時の不具合は生じにくいと予測される。しかし、フィルムの製造方法の改善で±１μｍのバラつきを±０．１μｍまで落とすことは極めて困難であり、現実的でない。本発明によれば、フィルム自体の改善に代えて、巻芯の改善を図ることにより、偏肉に起因する不具合の発生を防止できる。

Ｔダイを備えた押出装置を用いて製造されたフィルムの例としては、樹脂多孔質膜が挙げられる。樹脂多孔質膜としては、ポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミド、エポキシ等でできた多孔質膜が挙げられる。ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンが挙げられる。フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。ポリイミド、ポリアミドイミド又はエポキシでできた樹脂多孔質膜は、熱硬化膜であってもよい。これらの樹脂多孔質膜は、電気化学素子のセパレータ、防水通気膜、集塵フィルタ、低誘電性の基材等の用途で広く使用できる。

また、フィルム１８は、粘着層を有していてもよいし、粘着層を有していなくてもよい。しかし、本実施形態の巻芯１０の使用対象としてより適しているのは、粘着層を有していないフィルムである。粘着層を有しているフィルムは、一般に、粘着したフィルムを一旦剥離するのに強い張力が必要なので、フィルムに歪みが多少残っていたとしてもそれが搬送エラーの原因になる可能性は低い。これに対し、粘着層を有していないフィルム、詳細には、表面及び裏面の両方が摺動性を有しているフィルムの場合、しばしば、低張力で且つ高速で巻き出して使用する。巻き出し速度が速ければ速いほど、搬送エラーの発生確率が高まる。従って、粘着層を有していないフィルムの巻芯として、本実施形態の巻芯１０の使用が特に推奨される。

以下に示すいくつかの変形例の種々の構成は、本発明の本質的な特徴から逸脱しない範囲内で実施形態の巻芯に適宜組み合わせることができる。

図４Ａは、４つのブレード部１３を含む巻芯本体１１ａを備えた巻芯１０Ａを示している。

図４Ｂは、軸受部１２を周方向に包囲する筒の形状（典型的には円筒の形状）を有するリム部１５ｂを含む巻芯本体１１ｂを備えた巻芯１０Ｂを示している。つまり、この変形例ではリム部１５ｂが１つのみ設けられている。そして、複数のブレード部１３を介して、リム部１５ｂが軸受部１２に同心状に固定されている。このようなリム部１５によれば、十分に剛性の高い巻芯本体１１ｂを容易に形成できる。巻芯本体１１ｂが十分な剛性を有していることは、フィルム１８の歪みを防止する観点で好ましい。

巻芯１０Ｂにおいて、フィルム支持部１４は、巻芯本体１１ｂの周方向に等間隔（等角度間隔）で配置されている。フィルム支持部１４が周方向に等間隔で配置されていると、フィルム１８の長手方向に関して、フィルム１８に加わる荷重の均一性が向上する。このことは、歪みの抑制に有利に働く。また、巻芯１０Ｂによれば、フィルム支持部１４の位置が制限されない。例えば、図４Ｃに示す巻芯１０Ｃによれば、軸受部１２の周方向に関して、ブレード部１３とフィルム支持部１４とが交互に配置されている。

図４Ｂに破線で示すように、回転軸Ｏに垂直な断面において、全てのフィルム支持部１４を取り囲む最小面積の仮想的な多角形ＰＬを規定する。この多角形ＰＬの内側に巻芯本体１１ｂが収まるように、フィルム支持部１４の位置、フィルム支持部１４の個数、及びリム部１５の外周面１５ｐからのフィルム支持部１４の突出高さｈを調節することができる。このような要件を満たすとき、フィルム１８が巻芯本体１１ｂ（特にリム部１５ｂ）に強く押し付けられることを回避できる。

巻芯１０Ｂにフィルム１８を巻き取ったとき、フィルム１８が巻芯本体１１ｂ（リム部１５ｂ）から完全に離れていてもよいし、歪みを抑制する効果が大幅に失われない程度にフィルム１８がリム部１５ｂの外周面１５ｐに接していてもよい。巻き取られたフィルム１８の最も内周側に位置している部分と巻芯１０Ｂとの間に空隙が形成されているならば、本発明の効果を得ることができる。

図４Ｄは、角柱の形状を有するリム部１５ｄを含む巻芯本体１１ｄを備えた巻芯１０Ｄを示している。図４Ｄの横断面図では、リム部１５ｄは多角形の形状を有している。ブレード部１３の先端及びフィルム支持部１４がそれぞれリム部１５ｄのコーナーに位置している。リム部１５ｄが角柱の形状を有していると、リム部１５ｄに対するフィルム支持部１４の位置決めを容易に行える。すなわち、フィルム支持部１４がリム部１５ｄのコーナーに適合する形状を予め有している場合、リム部１５ｄへのフィルム支持部１４の取り付け作業を効率的に行える。

図４Ｅは、軸受部１２及び複数のブレード部１３と同一の樹脂で構成されたフィルム支持部１４ｅを有する巻芯１０Ｅを示している。巻芯１０Ｅは、リム部を有しておらず、ブレード部１３にフィルム支持部１４ｅが直接合体している。この巻芯１０Ｅは、単一の部品として構成されている。そのため、ブレード部１３にフィルム支持部１４ｅを取り付けるための作業を省略できる。

巻芯１０Ｅにおいて、フィルム支持部１４ｅが軸受部１２及びブレード部１３の材料とは異なる材料で構成されていてもよい。例えば、既知の２色成形技術によれば、軸受部１２及びブレード部１３を室温で相対的に硬質な第１樹脂で作り、フィルム支持部１４ｅを室温で相対的に軟質な第２樹脂で作ることができる。

図４Ｆは、角柱の形状を有するフィルム支持部１４ｆを備えた巻芯１０Ｆを示している。図４Ｇは、中空の半円柱の形状を有するフィルム支持部１４ｇを備えた巻芯１０Ｇを示している。これらのフィルム支持部１４ｆ及び１４ｇもフィルム支持部１４と同じ作用を奏するものとして好適に採用できる。特に、図４Ｇに示すように、中空構造を有するフィルム支持部１４ｇは容易に弾性変形できるので、フィルム１８の偏肉の影響を緩和又は相殺する効果を十分に期待できる。なお、回転軸Ｏに垂直な断面において、フィルム支持部１４又は１４ｇの外周面は、軸受部１２の外周面の曲率よりも小さい曲率を有している。

１０，１０Ａ〜１０Ｇ 巻芯
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｄ 巻芯本体
１２ 軸受部
１２ｈ 軸受孔
１３ ブレード部
１４，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ フィルム支持部
１５，１５ｂ，１５ｄ リム部
１８ フィルム
１００ フィルム巻回体
Ｏ 回転軸

Claims (12)

1. 長尺のフィルムを巻き取るための巻芯であって、
   当該巻芯を回転させるときに用いられる軸が挿入される筒状の軸受部と、
   前記軸受部の周方向に沿った複数の位置にそれぞれ設けられ、前記軸受部の周囲の空間を前記周方向に仕切る形で前記軸受部から外向きに個別に延びている複数のブレード部と、
   前記複数のブレード部の先端よりも外側の位置にそれぞれ設けられ、前記周方向に互いに隣り合うもの同士の間において前記フィルムが当該巻芯から離れて支持されるように外向きに凸の形状を有する複数のフィルム支持部と、
   を備えた、フィルム巻取用巻芯。
2. 前記軸受部及び前記ブレード部が射出成形により一体化されている、請求項１に記載のフィルム巻取用巻芯。
3. 前記ブレード部の先端に位置しているリム部をさらに備え、
   前記リム部に前記フィルム支持部が固定されている、請求項１又は２に記載のフィルム巻取用巻芯。
4. 前記リム部が前記軸受部を前記周方向に包囲する筒の形状を有し、
   前記ブレード部を介して、前記リム部が前記軸受部に固定されている、請求項３に記載のフィルム巻取用巻芯。
5. 前記フィルム支持部が、前記フィルムを当該巻芯に巻き取ったときに変形できる材料でそれぞれ構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィルム巻取用巻芯。
6. 前記材料が、弾性変形できる材料である、請求項５に記載のフィルム巻取用巻芯。
7. 前記材料が、スポンジ、ゴム及び発泡体からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項５又は６に記載のフィルム巻取用巻芯。
8. 前記フィルム支持部は、前記軸受部の一方の側面から他方の側面に向かって延びる形で設けられており、
   前記フィルム支持部の長手方向が、当該巻芯を回転させるときの回転軸に平行である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィルム巻取用巻芯。
9. 前記フィルム支持部が、半円柱、角柱又は中空の半円柱の形状を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のフィルム巻取用巻芯。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のフィルム巻取用巻芯と、
    前記フィルム巻取用巻芯に巻き取られた長尺のフィルムと、
    を備えた、フィルム巻回体。
11. 前記フィルムがＴダイを備えた押出装置を用いて製造されたものである、請求項１０に記載のフィルム巻回体。
12. 前記フィルムが樹脂多孔質膜である、請求項１１に記載のフィルム巻回体。

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