JP2018040776A - センサ構造、センサ構造付部材 - Google Patents
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
電気絶縁層91や通電路92の形成手法には様々存在するが、大きくは成膜法(勿論、通電路以外をマスキングして被服した上で導電性の層を成膜し、マスキングを除去することで通電路としたり、逆に通電路にも絶縁層を成膜することで通電路に電気絶縁層を形成したりすることをパターン形成と呼ぶことも可能である。)とパターン形成法がある。成膜法の代表的なものとして気相成膜法、液相成膜法などがある。また、パターン形成法の代表的なものとしては印刷法(例えばスクリーン印刷、転写、インク吹付け)、ペン等で書く、箔押しなどがある。
部材の素材には金属、非金属を含む。金属には、アルミ、銅、銀、金、鉄、ニッケル、タングステン、チタン、亜鉛等の純物質系やそれらを成分に含んで成る混合物や化合物、例えば、真鍮、ステンレス、マグネシウム合金等の合金等を含む。非金属には、非金属には、木、プラスチック、紙、難燃処理した木、合板、ガラス、セラミック、陶器、磁器、ゴム、天然樹脂、合成樹脂、コンクリート、アスファルト等を含み、またこれらの複合材料を含む。
部材の用途には、乗物(移動手段)、建造物(建築物)、家電機器、農業機械、建設機械(一般建設機械や特殊建設機械を含む)、工作機械等の機械類等を含む。
部材に対して通電路が形成される場所は、部材の表面、裏面、表裏面の双方、側面、周面などである。内部空間を有する部材の場合は、内周面或いは内側表面と外周面の一方又は双方である。また、部材の肉部内に溝又は孔が存在する場合に、その溝又は孔に通電材料を積層したり、充填することで、部材の肉部内に通電路を形成することも可能である。
通電路の層状態は、図3等で示すような単層、図5Dで示すような二層に限られず、三層以上の多層構造を採用することができる。通電路を複数層の積層構造にする際は、中間層として電気絶縁材料を介在させることが出来る。最も外側の通電路には保護層を形成することが好ましい。保護層は、通電路に対する外部からの干渉によって、当該通電路が損傷することを防護するための保護層、紫外線等による劣化を防ぐための耐候層、空気や蒸気或いは腐食性のガス等から気体透過や酸化、腐食等を防ぐための耐ガス層、酸性や塩基性或いは溶剤、油、薬液類等からの影響を防ぐ耐薬品層等々を単層形成又は積層形成することも好ましい。
通電路の形状は、直線や曲線等の線状、平面や曲面等の面状、複数の平面や曲面、その他の面を組み合わせた立体形状(中空、中実の双方を含む)等がある。面状の通電路の場合、通電路自体を面状に構成する場合の他、ジグザグ形状やマトリクス形状、格子形状、螺旋形状のように、線状の配線を平面・曲面領域内に広がるように配置する又は積層することによって、実質的に面状とする場合も含む。この面状の通電路には、円柱の部分又は全部表面、円錐の部分又は全部表面、球体の部分又は全部表面によって、曲面形状とすることもできる。面状の通電路の外形は、リング形状(環状)、筒形状(内周面、外周面)、四角形状、多角形状、円又は楕円形状、異形形状、及びこれらの組み合わせ等が挙げられる。
通電路の配置数は、単数の場合と、複数の場合がある。また、通電路が面状となる場合、これを複数配置するパターンとして、直線状に沿って複数の通電路を並べて配置する場合、曲線状(円状を含む)に沿って複数の通電路を並べて配置する場合、螺旋状に沿って複数の通電路を並べて配置する場合、マトリクス・格子状の複数の通電路を配置する場合、多層に複数の通電路を配置する場合、立体的に複数の通電路を配置する場合等がある。また、通電路がリング形状(環状)となる場合は、例えば、同心状(同心円状又は略相似形状等)に複数の通電路を配置することもできる。勿論、同心でなければならないというものではないことは言うまでもない。同様に、複数の素線を平行状態又は積層状態に配置することにより、複数の通電路を隣接配置することもできる。
通電路の素材には、アルミニウム、銅、銀、金、白金、鉄、炭素等を主成分とする材料及び/又はこれらの複合材料、或いは、これらを主成分としない材料を含む。またこの他、PVC法やCVD法等の成膜法によって、通電路や絶縁層を形成することが出来、それらには、例えば、酸化物の薄膜、フッ化物の薄膜、窒化膜、炭化膜等がある。酸化物の薄膜は、Al2O3(酸化アルミニウム、アルミナ)、CeO2(酸化セリウム)、Cr2O3(酸化クロム)、Ga2O3(酸化ガリウム)、HfO2(酸化ハフニウム、ハフニア)、NiO(酸化ニッケル)、MgO(酸化マグネシウム、マグネシア) 、ITO(In2O3+SnO2)酸化インジウムスズ、Nb2O5(五酸化ニオブ)、Ta2O5(五酸化タンタル)、Y2O3(酸化イットリウム、イットリア)、WO3(酸化タングステン)、TiO(一酸化チタン) 、Ti3O5(五酸化チタン)、TiO2(二酸化チタン、チタニア) 、ZnO(酸化亜鉛)、ZrO2+TiO2(複合酸化物)、ZrO2(酸化ジルコニウム、ジルコニア)等を含む。
通電路によって実現されるセンシング機能として、機械量計測、熱・温度計測、光・放射線計測、電気計測、磁気計測、化学計測等がある。機械量計測は、加速度センサ等の加速度、ストレインゲージ(歪みゲージ)、ロードセル、半導体圧力センサ等の力、音波(マイクロフォン)、超音波等の振動等を含む。熱・温度計測は、サーミスタ、抵抗測温体、熱電対(この場合、相異なる電気伝導性の通電路の両端に接点を形成して、温接点と冷接点とすることによって実現することが出来る。)等の接触式センシング、放射温度計等の非接触式センシング等を含む。光・放射線計測は、光センサ、光電素子、フォトダイオード等の光検知 、赤外線検知、放射線検知等を含む。電気計測は、電場、電流、電圧、電力等を含む。磁気計測は磁気センサ等を含む。化学計測は、におい検知、イオン濃度検知、ガス濃度検知等を含む。
次に、部材表面に形成される通電路及びセンサ構造の他の構成について更に説明する。複数の方向の応力を検知する場合、第一方向に往復するように延びる第一通電路93と、第二方向に往復するように延びる第二通電路94を互いに独立(離反)して形成しても良いが、本発明はこれに限定されない。例えば図18(A)及び(B)の通電路92は、第一通電路93と第二通電路94が重なるように形成される。なお、第一通電路93と第二通電路94の間には電気絶縁層91が介在するようになっている。このようにすると、狭い場所であっても、多方向の複数の通電路又はセンサ構造を重畳形成できることになる。
上記以外にも、本発明は、多用な機械部品に適用することが可能である。例えば、直動部品としては、リニアシャフト、シャフトホルダ、セットカラー、リニアブッシュ、ボールガイド、スプライン、無給油ブッシュ・ワッシャ、無給油ブッシュ、無給油ワッシャ、無給油素材(丸棒・パイプ)、無給油プレート・ガイドレール、無給油プレート、無給油ガイドレール、無給油素材(プレート)、リニアガイド、ケーブルキャリア、ボールねじ、サポートユニット、台形ねじ・すべりねじ、台形ねじ用ナット、すべりねじ、クロスローラー、クロスローラーテーブル、クロスローラーリング、リニアボールスライド、リニアレール、アクチュエータ、インデックステーブル、パワーシリンダ・ジャッキ、ジャバラ等を挙げることが出来る。また、回転部品としては、例えば、ベアリング、ベアリングホルダ、カムフォロア、ローラフォロア、回転軸、駆動軸等を挙げることが出来る。連結・リンク機構部品としては、例えば、支点用段付ねじ、ヒンジピン、ヒンジベース、ヒンジボルト、リンク、ロッドエンドベアリング、連結棒、リンクケーブル、リンクワイヤ等を挙げることが出来る。また、伝動部品としては、例えば、リジット形、ユニバーサルジョイント、チェーンカップリング、フランジ形等のカップリング軸継手やタイミングベルト、丸ベルト、Vベルト、プーリ、チェーン、スプロケット、チェーンボルト、ターンバックル、テンショナー、平歯車、かさ歯車、はすば歯車、ねじ歯車、ウォームギア、ラックギア、内歯車等の歯車やラチェット、リングレールギア等を挙げることが出来る。また、動力源としては、内燃機関や外燃機関等のエンジンの他、小型ACモータ、ステッピングモータ、サーボモータ、ブラシレスモータ、ブラシ付きDCモータ、汎用モータ、ギアモータ等を含むモータ、またクラッチやブレーキを含む変速機や減速機等を挙げることが出来る。また、コンベヤやローラ等を含む搬送部品やテーブルリフター、エアーリフト等を含めた昇降機、運搬機類等を挙げることが出来る。また、ステージ部品としては、X軸、Z軸、XY軸、XYZ軸、回転、ゴニオ、チルト、多軸等の移動ステージであって、手動又は自動のステージ等を含めて挙げることが出来る。空圧機器としては、シリンダ、アクチュエータ、バルブ、レギュレータ、ルブリケータ、空圧用電磁弁、流体用電磁弁、エアオペレイト弁、配管用継手等を挙げることが出来る。また、真空部品としては、例えば、真空配管、真空ポンプ、真空発生器、エジェクタ、真空バルブ、真空フィルタ、真空用圧力調整弁、吸着パッド、真空タンク、チャンバー等を挙げることが出来る。油圧用機器としては、例えば、油圧アクチュエータ、油圧ポンプ、オイルフィルタ、油圧シリンダ、油圧ロータリーアクチュエータ、油圧クランプ、油圧ポンプ、オイルフィルタ、油圧バルブ、油圧ホース、オイルキャップ等を挙げることが出来る。配管部品としては、鋼管、銅管・ステンレス管、樹脂管等を挙げることが出来、継手としては、ねじ込み継手、ねじ込み式フランジ、ホース用継手、ステンレス管用継手、銅管用継手、鋼管用継手、溶接式継手、溶接式フランジ、ロータリージョイント、スイベルジョイント、メカニカル式管継手、樹脂管継手、伸縮管継手、塩ビ管用継手、カプラジョイント、ワンタッチジョイント等を挙げることが出来、バルブとしては、ボールバルブ、ニードルバルブ、流体用チェックバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブ、バタフライバルブ、ダイヤフラムバルブ、ピンチバルブ、空気操作弁、安全弁、調整弁等を挙げることが出来、配管支持具としては、例えば、吊配管金具、立配管金具、床貫通用金具、フロアーバンド、U字金具、サドルバンド、ブラケット等を挙げることが出来、配管用クランプとしては、例えば、マニホールド、ブロックマニホールド、ロータリーマニホールド、継手付ブラケット、マグネット付マニホールド等を挙げることが出来、樹脂ホース類としては、例えば、樹脂ホース、ホースバンド、ホースリール、ダクトホース等を挙げることが出来、またダクト配管部品としては、ダクト管、フレキシブルホース、サニタリー配管、サニタリーバルブ、サニタリー管、サニタリー継手、クランプ、ガスケット等を含み、シール材としては、Oリング、オイルシール、ガスケット、シールワッシャ、シールキャップ、パッキン等を挙げることが出来、排水関連部品としては、排水マス、雨水マス、ふた、防護蓋、溝用蓋、脱気筒等を挙げることが出来る。また、棚関連部品としては、例えば、棚、棚受、棚柱、棚板等を挙げることが出来る。蝶番としては、例えば、ピボット形、ロータリー形、リーフ形等であってもよく、平蝶番、旗蝶番、自由蝶番、裏蝶番、隠し蝶番、スプリング蝶番、ガラス蝶番等を挙げることが出来る。締結部材としては、例えば、ねじ、ボルト、座金、ナット等を挙げることが出来、それぞれ例えば、マイクロねじ、微細ねじ、座金組込みねじ、タッピングねじ・タップタイト・ハイテクねじ、ドリルねじ、いたずら防止ねじ、六角ボルト、六角穴付ボルト(キャップボルト)、低頭ボルト、小径ボルト、貫通穴付ボルト、六角穴付ボタンボルト、六角穴付皿ボルト、ユニファイねじ、インチねじ、ウィットねじ、止めねじ、全ねじ、スタッドボルト、蝶ボルト、つまみねじ、化粧ビス、四角ボルト、丸ボルト、樹脂ねじ、セラミックねじ、脱落防止ねじ、ショルダーボルト、アイボルト、でんでんボルト、配管Uボルト、木ねじ、コーチスクリュー、コーススレッド、鬼目ナット、軽天ビス、万能ビス、ジョイントコネクタ、連結金具ボルト、その他木工用ねじ、その他コンクリート用ねじ、その他石膏ボード用ねじ、波板用ねじ、釘、鋼板用ねじ、スタッド締結用ねじ、座金、ねじ用ワッシャ、平座金、ばね座金、歯付座金(菊座)、ロゼットワッシャ、片・両舌付座金、テーパ座金、球面座金、化粧ビス座金等を挙げることが出来る。また、本発明は、発電プラント、混合プラント、粉砕プラント、分離プラント、鋳造プラント、金属加工プラント、木工プラント、原子力プラント、蒸気発生プラント、蒸気動力プラント、太陽発電プラント、蓄熱プラント、冷却プラント、液化プラント、電解被覆プラント、石油化学プラント、ガスプラント、給水プラント、汚水処理プラント、廃棄物処理プラント、樹脂プラント、金属プラント、コンクリートプラント、アスファルトプラント等の各種プラントの適宜の部位に適用することが出来る。プラントの一種として、原子力発電所を挙げることが出来、例えば、原子炉容器(原子炉圧力容器)、冷却材配管(再循環配管)、冷却材ポンプ(再循環ポンプ)、蒸気発生器、タービン等の機械設備の他、発電機、変圧器、ケーブル等の電気・計装設備、原子炉建屋、タービン架台等のコンクリート構造物等を挙げることが出来る。その他、プラントの一種としては、水力発電所、風力発電所、潮力発電所、地熱発電所、太陽熱発電所、海洋温度差発電所、火力発電所、原子力発電所には核分裂型プラントと核融合型プラントを挙げることが出来、太陽光発電プラント、燃料電池発電プラント等を挙げることが出来る。また、本発明は各種乗物(その構成部品)に適用することが可能であり、例えば、車椅子、ベビーカー、ロープーウェイ、リフト、ゴンドラ、エレベーター、エスカレーター、自転車、自動車、産業機械、建設機械、農業機械、オートバイ、雪上、水陸両用車、戦車や装甲車等の軍事車両、鉄道車両、客船、貨物船、漁船、ヨット、ボート、水上バイク、競艇、艦艇、潜水艦、グライダー、気球、飛行機、垂直離着陸機、ヘリコプター、オートジャイロ、ロケット、人工衛星等を挙げることが出来る。車椅子としては、フレーム、主輪、キャスター、シート、バックサポート、フットサポート、アームサポート、ブレーキ、ハンドル、ティッピングレバー等を挙げることが出来る。ロープーウェイ、リフト、ゴンドラ等への適用としては、例えば、索条、搬器、支柱等を挙げることが出来る。エレベーターとしての適用としては、例えば、制御盤、巻上機、調速機、メインロープ、ガバナーロープ、かご、テールコード、ガバナテンショナー等を挙げることが出来る。エスカレーターとしての適用としては、踏板、ライザ、ステップチェーン、駆動ローラ、追従ローラ、駆動レール、追従レール、車椅子専用ステップ、スカートガード、コームプレート、駆動ユニット、駆動チェーン、手すり駆動ローラ、手すりチェーン、加圧ローラ、手すり案内レール、インレット等を挙げることが出来る。自転車としての適用としては、例えば、フレーム、ホイール等を挙げることが出来る。バス、トラック、乗用車、オートバイ等の車両としての適用としては、シャーシやフレーム、リインフォースやボディ等の車体構造の他、原動機、動力伝達装置、操舵装置、制動・拘束装置、運転装置、タイヤホイール、荷台、サスペンション等を挙げることが出来る。鉄道車両としての適用としては、例えば、台枠、側構、妻構、屋根構、運転台、扉、窓、座席、照明、空調装置、トイレ、連結器、貫通路、車輪、車軸、軸受、軸箱支持装置、台車枠、車体支持装置、駆動装置、制動装置、動力機構、パンタグラフ等を挙げることが出来る。船舶としての適用としては、例えば、甲板、エンジン、モーター、スクリュー、舵、錨、錨鎖、レーダー、アンテナ、煙突、燃料タンク、バラストタンク、帆、帆柱、船底、櫂、船橋等を挙げることが出来る。飛行機としての適用としては、例えば、レドーム、車輪、ギャレー、客席、主翼、水平尾翼、垂直尾翼、フラップ、スポイラー、ジェットエンジン、ナビゲーションライト、燃料タンク、エルロン、エレベーター、ラダー、主円筐、縦通材、カウリング、主翼桁、翼端版、胴体外板、円筐、水平安定板、圧力隔壁、垂直安定板、カナード、窓、ドア、化粧室、貨物室、非常用設備、プロペラ、スタックディスチャージャー、ピトー管等を挙げることが出来る。また、各種機械装置類としての適用としては、冷蔵庫、ベルトコンベア、充填機、オーブン、貯蔵庫、かくはん機、泡だて器、釜、圧力釜、凍結機、揚げ機(フライヤー)、乾燥機、選別機、切断機、燻製機、瓶詰め機、缶詰め機、洗浄機、削り機、ジューサー、粉砕機(ミル)、発酵機、バーナー、蒸し器、噴霧機、しぼり機、伸ばし機、紡績機、織機、編機、縫製機、染色機、化学繊維機械、準備機(糸つなぎ機)、研磨機、ワインダー、プリンタ、製材機、ロータリーレース(丸太のかつらむき機)、ホットプレス、木材乾燥機、チップ製造機、原木仕分装置、原木送材機、バンドソー、リッパー、カンナ盤、ノミ盤、フライス盤、ほぞ取り盤、せん孔盤、ダンダー、圧締機械等を挙げることが出来る。また、本発明の適用対象としては、野球のバット、グローブ、ミット、ボールやサッカーのシューズ、ボール、ゴール、剣道の防具や竹刀、テニスのラケット等のスポーツ用品等を挙げることが出来る。また、ピアノ、エレクトーンや各種の管楽器、弦楽器を含む楽器を本発明の対象としても好い。
10 建造物
12 構造体
14 梁
30 センサ構造付部材
32 母材
40 雄ねじ体
42 頭部
44 軸部
50 ワッシャ
54 基板
91 電気絶縁層
92 通電路
92T 上層側通電路
92U 下層側通電路
92X 第一部分通電路
92Y 第二部分通電路
95P ベース路
95Q 低抵抗部分通電区
95T 高抵抗部分通電区
95U 補助通電区
100 情報収集装置
400A センサ構造付部材
400B センサ構造付部材
400C センサ構造付部材
410A 軸部材
410C レール部材
500 センサ構造
Claims (20)
- 第一導電材で構成され、互いに間隔を存して配置される複数の高抵抗部分通電区と、
当該第一導電材と比較して電気抵抗率が小さい第二導電材によって構成され、各々が、対となる当該高抵抗部分通電区を繋ぐように配置されると共に、互いに間隔を存して配置される複数の低抵抗部分通電区と、を備え、
当該高抵抗部分通電区及び当該低抵抗部分通電区の双方を含む範囲の電気抵抗値の変化によって、物理現象を検出することを特徴とするセンサ構造。 - 前記高抵抗部分通電区及び前記低抵抗部分通電区はそれぞれ平面状となっており、
前記高抵抗部分通電区と前記低抵抗部分通電区が重なるようにして、互いに面接触することを特徴とする、
請求項1に記載のセンサ構造。 - 前記第二導電材と比較して電気抵抗率が大きい導電材で構成され、各々が、対となる前記高抵抗部分通電区を繋ぐように配置される補助通電区を備えることを特徴とする、
請求項1又は2に記載のセンサ構造。 - 第一導電材で構成されるベース路を備え、
前記低抵抗部分通電区が、互いに間隔を存して当該ベース路の表面に接触するように複数配設され、
前記ベース路における、複数の前記低抵抗部分通電区の間隔に相当する領域の少なくとも一部が、前記高抵抗部分通電区となり、
前記ベース路における前記低抵抗部分通電区と当接する領域が前記補助通電区となることを特徴とする、
請求項3に記載のセンサ構造。 - 測定対象となる部材の全部又は一部に、請求項1乃至4のいずれかに記載のセンサ構造が配設されることを特徴とするセンサ構造付部材。
- 前記高抵抗部分通電区又は前記低抵抗部分通電区が前記部材の表面に直接形成されることを特徴とする、
請求項5に記載のセンサ構造付部材。 - 前記部材の表面の異なる場所に、複数の前記センサ構造が配設されることを特徴とする、
請求項5又は6に記載のセンサ構造付部材。 - 前記部材の表面における一端近傍から他端近傍までの全域に亘って、前記センサ構造が配接されることを特徴とする、
請求項5乃至7のいずれかに記載のセンサ構造付部材。 - 前記部材の表面における一端近傍から他端近傍までの全域に亘って、単一通電経路となる前記センサ構造が配接されることを特徴とする、
請求項5乃至7のいずれかに記載のセンサ構造付部材。 - 前記部材が導電材で構成されることで前記高抵抗通電区を兼ねるようになっており、
前記部材の表面に前記低抵抗部分通電区が間隔を存して配設されることで、前記センサ構造が形成されることを特徴とする、
請求項5乃至9のいずれかに記載のセンサ構造付部材。 - 第一導電材で構成されるベース路と、
当該ベース路の表面に接触するように複数配設され、当該第一導電材と比較して電気抵抗率が小さい導電材で構成される低抵抗部分通電区と、を有し、
前記ベース路及び前記低抵抗部分通電区の双方を含む範囲の電気抵抗値の変化によって、物理現象を検出することを特徴とするセンサ構造。 - 前記ベース路の少なくとも一方の表面に、複数の前記低抵抗部分通電区が配設されることを特徴とする、
請求項11に記載のセンサ構造。 - 前記ベース路の変形に起因する前記電気抵抗値の変化を検出することを特徴とする、
請求項11又は12に記載のセンサ構造。 - 電圧が印加される両端間において分岐及び合流する複数の並列通電部を有しており、
複数の当該並列通電部のそれぞれに、前記ベース路及び複数の前記低抵抗部分通電区が配設されることを特徴とする、
請求項11乃至13のいずれかに記載のセンサ構造。 - 互いに隣接されて電圧が印加される一対の端子を有すると共に、
一方の当該端子から離反して他方の当該端子に戻る通電経路を有するようになっており、
当該通電経路の途中に、前記ベース路及び複数の前記低抵抗部分通電区が配設されることを特徴とする、
請求項11乃至14のいずれかに記載のセンサ構造。 - 前記ベース路の層厚が、前記低抵抗部分通電区の層厚よりも大きいことを特徴とする、
請求項11乃至15のいずれかに記載のセンサ構造。 - 測定対象となる部材の全部又は一部に、請求項11乃至16のいずれかに記載のセンサ構造が配設されることを特徴とするセンサ構造付部材。
- 前記ベース路又は前記低抵抗部分通電区が前記部材の表面に直接形成されることを特徴とする、
請求項17に記載のセンサ構造付部材。 - 前記部材の表面の異なる場所に、複数の前記センサ構造が配設されることを特徴とする、
請求項17又は18に記載のセンサ構造付部材。 - 前記部材が導電材で構成されることで前記ベース路を兼ねるようになっており、
前記部材の表面に前記低抵抗部分通電区が配設されることで、前記センサ構造が形成されることを特徴とする、
請求項17乃至19のいずれかに記載のセンサ構造付部材。
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A521 | Request for written amendment filed |
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C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
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A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
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C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
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C211 | Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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