JP2014168104A - Separator for aluminum electrolytic capacitor and aluminum electrolytic capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウム電解コンデンサ用セパレータおよびアルミニウム電解コンデンサに関し、さらに詳しく言えば、音響機器のコンデンサとして好適なアルミニウム電解コンデンサに関するものである。 The present invention relates to a separator for an aluminum electrolytic capacitor and an aluminum electrolytic capacitor. More specifically, the present invention relates to an aluminum electrolytic capacitor suitable as a capacitor for an acoustic device.
アルミニウム電解コンデンサは、ともにアルミニウム材からなる電極箔としての陽極箔と陰極箔とを、それらの間にセパレータを挟んで渦巻き状に巻回してなるコンデンサ素子に所定の電解液を含浸して有底筒状の金属ケース内に収納し、そのケース開口部を封口ゴム等の封口部材にて封止し、陽極箔と陰極箔とに接続されている一対のタブ端子を封口部材に穿設されている貫通孔を通して外部に引き出してなる構造を備えている。 An aluminum electrolytic capacitor has a bottomed surface by impregnating a predetermined electrolytic solution into a capacitor element formed by winding an anode foil and a cathode foil as electrode foils made of an aluminum material in a spiral shape with a separator between them. It is housed in a cylindrical metal case, the case opening is sealed with a sealing member such as a sealing rubber, and a pair of tab terminals connected to the anode foil and the cathode foil are formed in the sealing member. It has a structure that is pulled out through the through-hole.
この種のアルミニウム電解コンデンサにおいて、セパレータには、通常、クラフトパルプ繊維やマニラ麻繊維等の繊維を抄製してなる繊維基材が用いられている。 In this type of aluminum electrolytic capacitor, a fiber substrate formed by making fibers such as kraft pulp fiber and Manila hemp fiber is usually used for the separator.
アルミニウム電解コンデンサは、多くの電子・電気機器に採用されているが、音響機器の電源平滑コンデンサやカップリング用コンデンサ等に用いられる音響用途の場合、スピーカから発せられる音圧の変化や実装回路基板から伝播される振動によってコンデンサ素子の電極箔のセパレータへの締め付け力が変化し、音響機器の音質が劣化するという問題がある。 Aluminum electrolytic capacitors are used in many electronic and electrical devices, but for acoustic applications used for power supply smoothing capacitors, coupling capacitors, etc. for acoustic devices, changes in sound pressure emitted from speakers and mounted circuit boards Therefore, there is a problem in that the sound quality of the acoustic device is deteriorated by changing the tightening force of the electrode foil of the capacitor element to the separator due to vibration propagated from the sound device.
特に、電解液が含浸されているセパレータは、繊維間の機械的な結合が弱い膨潤状態にあるため、図4に示すアルミニウム電解コンデンサの等価回路において、セパレータ自体の抵抗とセパレータに含浸されている電解液の抵抗とを含むセパレータの抵抗Reが上記したような音圧の変化や振動等によって変化し、これによってアルミニウム電解コンデンサの電気的定数が変動することがある。 In particular, since the separator impregnated with the electrolytic solution is in a swollen state in which the mechanical bond between fibers is weak, the resistance of the separator itself and the separator are impregnated in the equivalent circuit of the aluminum electrolytic capacitor shown in FIG. The resistance Re of the separator including the resistance of the electrolytic solution may change due to the change in sound pressure, vibration, or the like as described above, and thereby the electrical constant of the aluminum electrolytic capacitor may fluctuate.
なお、図4の等価回路において、Rfは皮膜抵抗,Lはコンデンサの巻き構造やタブ端子によるインダクタンス成分,Dは皮膜の極性,C+は陽極酸化皮膜の静電容量,C−は陰極の自然空気酸化皮膜の静電容量である。 In the equivalent circuit of FIG. 4, Rf is the film resistance, L is the inductance structure due to the winding structure of the capacitor and the tab terminal, D is the polarity of the film, C + is the capacitance of the anodized film, and C- is the natural air of the cathode. This is the capacitance of the oxide film.
したがって、このようなセパレータを有するアルミニウム電解コンデンサを音響機器の電源平滑コンデンサやカップリング用コンデンサに使用した場合、音圧の変化や内部振動および外的振動等により、オーディオ信号の劣化や音質の歪みが生じやすくなる。 Therefore, when an aluminum electrolytic capacitor having such a separator is used as a power supply smoothing capacitor or a coupling capacitor for an acoustic device, the audio signal is deteriorated or the sound quality is distorted due to a change in sound pressure, internal vibration or external vibration. Is likely to occur.
そこで、特許文献1に記載された発明では、音響用のアルミニウム電解コンデンサにおいて、セパレータの膨潤状態における機械的強度を補強するため、セパレータの繊維基材にフッ素雲母粒子を含有させるようにしている。 Therefore, in the invention described in Patent Document 1, in the acoustic aluminum electrolytic capacitor, in order to reinforce the mechanical strength of the separator in the swollen state, the fiber base material of the separator is made to contain fluorine mica particles.
特許文献1に記載された発明によれば、フッ素雲母粒子をセパレータに含有させることによってある程度オーディオ信号の劣化や音質の歪みを少なくすることができるが、十分な効果が得られるまでには至っていない。 According to the invention described in Patent Document 1, the deterioration of the audio signal and the distortion of the sound quality can be reduced to some extent by including the fluorine mica particles in the separator, but sufficient effects have not yet been obtained. .
したがって、本発明の課題は、音響用途のアルミニウム電解コンデンサにおいて、音圧の変化や振動による音質の変化がより少なく、より品質の高い再生音が得られるようにすることにある。 Accordingly, an object of the present invention is to make it possible to obtain a higher quality reproduced sound with less change in sound quality due to a change in sound pressure or vibration in an aluminum electrolytic capacitor for acoustic applications.
上記課題を解決するため、本発明は、アルミニウム電解コンデンサ用セパレータにおいて、その繊維基材に、表面にフッ素が担持された誘電体粉末を含有させたことを特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention is characterized in that in a separator for an aluminum electrolytic capacitor, the fiber base material contains a dielectric powder having fluorine supported on the surface thereof.
本発明において、誘電体粉末の表面に担持されるフッ素は、フッ素の原子および/またはフッ化物イオンであり、上記フッ素の含有率は上記誘電体粉末に対して0.01〜0.5wt%であることが好ましい。 In the present invention, the fluorine supported on the surface of the dielectric powder is fluorine atoms and / or fluoride ions, and the fluorine content is 0.01 to 0.5 wt% with respect to the dielectric powder. Preferably there is.
また、上記繊維基材に対する上記誘電体粉末の含有率は0.01〜1.0wt%であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the content rate of the said dielectric powder with respect to the said fiber base material is 0.01-1.0 wt%.
また、上記誘電体粉末として、二酸化チタン(TiO2)もしくはチタン酸バリウム(BaTiO3)が好ましく採用され、上記繊維基材には、クラフトパルプ繊維もしくはマニラ麻繊維が用いられてよい。 Moreover, titanium dioxide (TiO 2 ) or barium titanate (BaTiO 3 ) is preferably employed as the dielectric powder, and kraft pulp fiber or Manila hemp fiber may be used as the fiber base material.
本発明には、アルミニウム電解コンデンサも含まれる。すなわち、本発明のアルミニウム電解コンデンサは、ともにアルミニウム材からなる陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して渦巻き状に巻回し所定の電解液が含浸されたコンデンサ素子を有底筒状の金属ケース内に収納し、上記金属ケースの開口部を封口部材にて封止してなるアルミニウム電解コンデンサで、上記セパレータとして、繊維基材にフッ素皮膜を有する誘電体粉末を含有させたセパレータを用いることを特徴としており、特に、音響機器のコンデンサとして好適である。 The present invention also includes an aluminum electrolytic capacitor. That is, the aluminum electrolytic capacitor of the present invention includes an anode foil and a cathode foil both made of an aluminum material spirally wound through a separator and a capacitor element impregnated with a predetermined electrolytic solution in a bottomed cylindrical metal case. An aluminum electrolytic capacitor in which the opening of the metal case is sealed with a sealing member, and a separator containing a dielectric powder having a fluorine film on a fiber substrate is used as the separator. In particular, it is suitable as a capacitor for audio equipment.
本発明によれば、アルミニウム電解コンデンサのセパレータに、繊維基材に、表面にフッ素が担持された誘電体粉末を含有させたセパレータを用いることにより、音響用途のアルミニウム電解コンデンサにおいて、音圧の変化や振動による音質の変化がより少なく、より品質の高い再生音を得ることができる。 According to the present invention, a change in sound pressure is achieved in an aluminum electrolytic capacitor for acoustic use by using a separator containing a dielectric powder having fluorine supported on the surface of a fiber substrate as a separator for an aluminum electrolytic capacitor. It is possible to obtain a higher quality playback sound with less change in sound quality due to vibration and vibration.
次に、図1ないし図3を参照して、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3, but the present invention is not limited to this.
まず、図1に示すように、本発明のアルミニウム電解コンデンサは、基本的な構成として、コンデンサ素子10と、その収納容器である有底筒状の金属ケース20と、金属ケース20の開口部を封止する封口部材30とを備える。
First, as shown in FIG. 1, an aluminum electrolytic capacitor of the present invention has, as a basic configuration, a
図2に示すように、コンデンサ素子10は、陽極箔11と陰極箔12とを、それらの間にセパレータ13(13a,13b)を介在させて渦巻き状に巻回することにより構成される。
As shown in FIG. 2, the
図示の例では、セパレータ13a,陽極箔11,セパレータ13b,陰極箔12を重ねた状態で巻回される。なお、セパレータ13a,13bは同一の素材からなるため、特に区別する必要がない場合には、セパレータ13とする。
In the illustrated example, the
陽極箔11と陰極箔12は、ともにアルミニウム材からなり、陽極箔11には、アルミニウム材をエッチングし、さらに陽極化成したものが用いられ、また、陰極箔12には、アルミニウム材をエッチングしてなるエッチド箔が好ましく用いられる。
The
陽極箔11と陰極箔12は、テープ状であって巻回する前に、その各々に引出リードとしてのタブ端子14,15が例えばかしめ針等の接続手段によって電気的・機械的に取り付けられる。
The
詳しくは図示しないが、タブ端子14,15は、アルミニウム材の丸棒からなり、その一端側をプレス等により扁平に押し潰して羽子板状とした端子本体と、端子本体の他端側に残されている丸棒の端部に溶接等により一体的に接続されたCP線(銅被覆鋼線)とから構成されてよい。
Although not shown in detail, the
金属ケース20には、アルミニウム材のプレス成型品が用いられる。また、この実施形態において、封口部材30には、ブチルゴム等からなる封口ゴムが用いられている。
For the
封口部材30には、タブ端子14,15を貫通する貫通孔が穿設されており、封口部材(封口ゴム)30は、タブ端子14,15に取り付けられた状態でコンデンサ素子10とともに金属ケース20内に挿入され、金属ケース20の開口端縁のかしめにより固着される。
The sealing
コンデンサ素子10には、電解液が含浸される。電解液の含浸は、金属ケース20に収納する前もしくは収納後のいずれに行われてもよい。
The
電解液には、溶質として例えば無機酸や、芳香族カルボン酸および脂肪族カルボン酸等の有機酸を使用でき、また、溶媒としては、γ−ブチロラクトン等の非プロトン溶媒や、エチレングリコール等のプロトン溶媒を使用できるが、これに限定されるものではない。 In the electrolytic solution, for example, an inorganic acid or an organic acid such as an aromatic carboxylic acid or an aliphatic carboxylic acid can be used as a solute, and a solvent such as an aprotic solvent such as γ-butyrolactone or a proton such as ethylene glycol. Although a solvent can be used, it is not limited to this.
また、電解液には、初期の損失角の正接(tanδ)を改善するためにケトン類を添加したり、pHを調整するためにpH調整剤を添加する等、その他の添加剤が添加されてよい。 In addition, other additives such as ketones are added to the electrolyte to improve the initial loss angle tangent (tan δ), and pH adjusters are added to adjust the pH. Good.
セパレータ13には、繊維を紙のように抄製したものが用いられる。繊維としては、クラフトパルプ繊維やマニラ麻繊維等の植物繊維やポリプロピレン,ビニロン,レーヨン,ポリエチレン,ポリエステル等の合成繊維を単独で用いたり、あるいはこれらにガラス繊維を混抄させたものが使用される。
As the
本発明では、音響用途のアルミニウム電解コンデンサにおいて、音圧の変化や振動による音質の変化がより少なく、より品質の高い再生音が得られるようにするため、セパレータ13の繊維基材に、図3に示すように、粒子状の誘電体41の表面41aにフッ素が担持されている誘電体粉末40を含有させる。なお、以下の説明において、フッ素が担持されている表面41aを「フッ素担持表面」と言うことがある。
In the present invention, in an aluminum electrolytic capacitor for acoustic use, in order to obtain a higher quality reproduction sound with less change in sound quality due to changes in sound pressure and vibration, the fiber base material of the
誘電体粉末40がフッ素担持表面を有していることにより、表面への電解液の溶媒分子の吸着挙動や酸化物表面近傍の誘電率が変化し、溶媒のみの場合と比べて誘電率の大きな部位が創出されるものと推測される。
Since the
また、フッ素担持条件を制御することにより、表面の親水性を増加させることができ、セパレータへの均一な固定が可能になる。さらには、フッ素担持表面を有する誘電体粉末は、その静電的反発から凝集を起こしにくいため、微小な粒子としてセパレータに固定することが可能となる。 In addition, by controlling the fluorine carrying conditions, the hydrophilicity of the surface can be increased, and uniform fixing to the separator becomes possible. Furthermore, since the dielectric powder having a fluorine-carrying surface does not easily aggregate due to its electrostatic repulsion, it can be fixed to the separator as fine particles.
フッ素の好ましい含有率は、誘電体粉末40に対して0.01〜0.5wt%である。これより少なくても、多くても所期の効果が得られないので好ましくない。
A preferable content of fluorine is 0.01 to 0.5 wt% with respect to the
誘電体粉末40の粒径は1nm〜10μmであることが好ましい。すなわち、1nm未満では、音圧の変化や振動による音質の変化に改善が見られず、他方において、10μmを超えると、かえって音質が損なわれるおそれがあるので好ましくない。
The particle size of the
また、繊維基材に対する誘電体粉末40の含有率は0.01〜1.0wt%であることが好ましい。すなわち、0.01wt%未満と少なすぎても、また、1.0wt%超と多すぎても、所期の効果が得られないので好ましくない。
Moreover, it is preferable that the content rate of the
コアとなる誘電体41には、二酸化チタン(TiO2)もしくはチタン酸バリウム(BaTiO3)が好ましく採用される。本発明で使用する誘電体粉末40は、誘電体41の粒子をフッ素ガスと接触させることにより得ることができる。
Titanium dioxide (TiO 2 ) or barium titanate (BaTiO 3 ) is preferably used for the dielectric 41 serving as the core. The
二酸化チタンについて説明すれば、二酸化チタンには、アナターゼ型二酸化チタン,ルチル型二酸化チタン,ブルッカイト型二酸化チタン,アモルファス型二酸化チタン等が知られているが、これらの中では、アナターゼ型二酸化チタンが好ましい。 As for titanium dioxide, anatase-type titanium dioxide, rutile-type titanium dioxide, brookite-type titanium dioxide, amorphous-type titanium dioxide and the like are known as titanium dioxide. Among these, anatase-type titanium dioxide is preferable. .
二酸化チタン粒子は、乾燥させた二酸化チタン粒子であってよいが、二酸化チタンゲル,二酸化チタンゾル等であってもよい。 The titanium dioxide particles may be dried titanium dioxide particles, but may be a titanium dioxide gel, a titanium dioxide sol, or the like.
二酸化チタンゲル,二酸化チタンゾル等の二酸化チタンの分散体を用いる場合には、フッ素化効率を高める観点から、二酸化チタン粒子をフッ素ガスと接触させる前に、二酸化チタンの分散体に含まれている溶媒をあらかじめ除去しておくことが好ましい。商業的に入手できる二酸化チタンには、例えば石原産業社製の品番ST−21等が挙げられる。 When using a titanium dioxide dispersion such as titanium dioxide gel or titanium dioxide sol, from the viewpoint of increasing the fluorination efficiency, before bringing the titanium dioxide particles into contact with the fluorine gas, the solvent contained in the titanium dioxide dispersion is removed. It is preferable to remove in advance. Examples of commercially available titanium dioxide include product number ST-21 manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.
二酸化チタン粒子をフッ素ガスと接触させることによって二酸化チタン粒子にフッ素担持表面を形成するには、フッ素ガスが大気中に放出されることを防止するうえで、密閉式のバッチ式反応装置を用いることが好ましい。 To form a fluorine-supporting surface on titanium dioxide particles by bringing the titanium dioxide particles into contact with fluorine gas, use a closed batch reactor to prevent the fluorine gas from being released into the atmosphere. Is preferred.
二酸化チタン粒子をフッ素ガスと接触させる際には、まず、反応装置内に二酸化チタン粒子を入れる。その量は、特に限定されず、使用する反応装置の規模等に応じて適宜調整すればよい。反応装置内に二酸化チタン粒子を入れた後、反応装置内に存在している空気等の不純物ガスを排除するため、その内部雰囲気を減圧することが好ましい。 When the titanium dioxide particles are brought into contact with the fluorine gas, first, the titanium dioxide particles are put in the reactor. The amount is not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the scale of the reaction apparatus used. After the titanium dioxide particles are put into the reaction apparatus, the internal atmosphere is preferably decompressed in order to remove impurity gases such as air existing in the reaction apparatus.
次に、反応装置内にフッ素ガスを導入して、二酸化チタン粒子をフッ素ガスと接触させる。その際のフッ素ガスの圧力は、粒子表面に効率よくフッ素を担持させる観点から、好ましくは0.5kPa以上であり、また、効率よく製造する観点および安全性の観点から、好ましくは200kPa以下、より好ましくは100kPa以下、さらに好ましくは50kPa以下、特に好ましくは15kPa以下である。 Next, fluorine gas is introduced into the reactor to bring the titanium dioxide particles into contact with the fluorine gas. The pressure of the fluorine gas at that time is preferably 0.5 kPa or more from the viewpoint of efficiently supporting fluorine on the particle surface, and is preferably 200 kPa or less from the viewpoint of efficient production and safety. Preferably it is 100 kPa or less, More preferably, it is 50 kPa or less, Most preferably, it is 15 kPa or less.
また、フッ素ガスの温度は、粒子表面に効率よくフッ素を担持させる観点から、好ましくは0℃以上であり、過度のフッ素化反応の進行を抑制するとともに反応プロセスにおける安全性を確保する観点から、好ましくは400℃以下、より好ましくは200℃以下、さらに好ましくは100℃以下である。 Further, the temperature of the fluorine gas is preferably 0 ° C. or higher from the viewpoint of efficiently supporting fluorine on the particle surface, and from the viewpoint of suppressing the progress of excessive fluorination reaction and ensuring safety in the reaction process, Preferably it is 400 degrees C or less, More preferably, it is 200 degrees C or less, More preferably, it is 100 degrees C or less.
また、反応時間は、二酸化チタン粒子の粒子径および量、フッ素ガスの圧力および温度等によって異なるので、一概には決定することができないが、通常は、0.5〜5時間程度である。 In addition, the reaction time varies depending on the particle diameter and amount of the titanium dioxide particles, the pressure and temperature of the fluorine gas, etc., and thus cannot be determined unconditionally, but is usually about 0.5 to 5 hours.
厚さ90μmのアルミニウム箔(純度4N)をエッチングし化成処理したものを陽極箔とし、厚さ50μmのアルミニウム箔(純度2N)をエッチングしたものを陰極箔とし、これらの間に表1のように仕様が異なるセパレータを挟んで巻回してコンデンサ素子を作成した。そして、各コンデンサ素子にエチレングリコール系の電解液を含浸させた後、有底筒状のアルミニウムケースに入れ、各タブ端子を封口ゴムの貫通孔を貫通させて外部に引き出しながら、アルミニウムケースの開口部を密封することにより、直径10mm,高さ10mm,定格16V220μFの音響用アルミニウム電解コンデンサ(実施例1〜8,比較例1〜10および特許文献1に記載のもの)を作成した。 An aluminum foil (purity 4N) having a thickness of 90 μm etched and chemically treated is used as an anode foil, and an aluminum foil (purity 2N) having a thickness of 50 μm is etched as a cathode foil. Capacitor elements were created by winding separators with different specifications. After each capacitor element is impregnated with an ethylene glycol-based electrolyte, it is placed in a bottomed cylindrical aluminum case, and each tab terminal is opened through the through-hole of the sealing rubber while being pulled out. By sealing the part, acoustic aluminum electrolytic capacitors (those described in Examples 1 to 8, Comparative Examples 1 to 10 and Patent Document 1) having a diameter of 10 mm, a height of 10 mm, and a rating of 16 V 220 μF were prepared.
実施例1〜8,比較例1〜10およびフッ素雲母粒子含有のセパレータを用いた特許文献1に記載のアルミニウム電解コンデンサを音響機器の電源平滑用コンデンサとして用い、音楽の再生音を6名で試聴して、その音質を帯域,質感,解像度,音像および音場に分けて10点満点で評価した。その結果を表2に示す。 Example 1-8, Comparative Examples 1-10, and an aluminum electrolytic capacitor described in Patent Document 1 using a separator containing fluorine mica particles were used as power source smoothing capacitors for audio equipment, and music playback sounds were listened to by six people Then, the sound quality was divided into band, texture, resolution, sound image, and sound field and evaluated with a maximum of 10 points. The results are shown in Table 2.
ここで、帯域とは、周波数特性であり、高得点のものほど再現できる音の周波数帯域が広いことを意味している。質感とは、音のS/N比で、音の伸びの再現性を意味している。解像度とは、音の分解能であり、例えば重なった旋律をそれぞれ把握できる度合いを意味している。音像とは、音の美しさであり、音の透明感や輪郭を意味し、音場とは、音の厚み、すなわち音の収束感を意味している。 Here, the band is a frequency characteristic, and means that the higher the score, the wider the frequency band of the sound that can be reproduced. The texture is the S / N ratio of sound and means the reproducibility of sound expansion. The resolution is the resolution of the sound and means, for example, the degree to which the overlapping melody can be grasped. The sound image is the beauty of sound, meaning the transparency and outline of the sound, and the sound field is the thickness of the sound, that is, the sense of convergence of the sound.
表2から分かるように、本発明の実施例1〜8によれば、帯域,質感,解像度,音像および音場ともに7点以上(特に、実施例5〜8はすべてが10点)の高得点であるのに対して、比較例1〜10ではいずれも5点評価であり、また、特許文献1の場合は6点評価であり、本発明の繊維基材にフッ素皮膜を有する誘電体粉末を含有させたセパレータを用いたアルミニウム電解コンデンサの優位性が検証された。 As can be seen from Table 2, according to Examples 1 to 8 of the present invention, the band, texture, resolution, sound image and sound field are all 7 points or more (especially, Examples 5 to 8 are all 10 points). On the other hand, in Comparative Examples 1 to 10, all are evaluated by 5 points, and in the case of Patent Document 1, it is evaluated by 6 points, and the dielectric powder having a fluorine film on the fiber base material of the present invention is used. The superiority of the aluminum electrolytic capacitor using the contained separator was verified.
以上説明したように、本発明のアルミニウム電解コンデンサは、音響用途に好適であるが、これ以外の用途に適用されてもよいことは勿論である。 As described above, the aluminum electrolytic capacitor of the present invention is suitable for acoustic applications, but it goes without saying that it may be applied to other applications.
10 コンデンサ素子
11 陽極箔
12 陰極箔
13(13a,13b) セパレータ
14,15 タブ端子
20 金属ケース(アルミニウムケース)
30 封口部材
40 誘電体粉末
41 誘電体粒子
41a 表面
DESCRIPTION OF
30 Sealing
Claims (2)
上記セパレータに請求項1によるセパレータを用いたことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。 A capacitor element impregnated with a predetermined electrolytic solution by winding an anode foil and a cathode foil both made of an aluminum material in a spiral shape through a separator is housed in a bottomed cylindrical metal case, and an opening of the metal case In an aluminum electrolytic capacitor for acoustic equipment, which is formed by sealing with a sealing member,
An aluminum electrolytic capacitor using the separator according to claim 1 as the separator.
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