JP2020024844A - 同軸コネクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】外形を小型化しながら、同軸コネクタに流れる高周波信号の損失を抑える同軸コネクタを提供する。【解決手段】小型化して小径となった筒状シェルの内側に同軸上に配置される中心コンタクトの筒状の連結部に開口を形成する。開口を形成した部位でのキャパシタンスが低下し、特性インピーダンスが同軸線路の特性インピーダンスに近づくので、同軸コネクタを小型化しても高周波信号の損失を抑えることができる。【選択図】図5

Description

本発明は、同軸線路の端末に接続し、相手側同軸コネクタに嵌合接続する同軸コネクタに関し、更に詳しくは、同軸線路の特性インピーダンスに、相手側同軸コネクタとの接続部の特性インピーダンスを近づけた同軸コネクタに関する。
従来、電子機器間で高周波信号を伝送する伝送線路として、同軸線路である同軸ケーブルが用いられ、同軸ケーブルを介した電子機器間の配線は、同軸ケーブルの端末に同軸コネクタを接続しておき、その同軸コネクタと電子機器側の相手側同軸コネクタとを嵌合接続させる構造として、電子機器に同軸ケーブルを着脱自在に配線している。
一般に同軸ケーブルは、中心導体の周囲に内側から外側に向かって誘電体層、編組線からなる外部導体、外部被覆であるシースが同軸上に積層して形成され、この同軸ケーブルの特性インピーダンスZは、誘電体層の比誘電率をε、外部導体の内径をD、中心導体の外径をdとして、
Figure 2020024844
で表され、同軸ケーブルに沿ったいずれの位置でも同一の特性インピーダンスZとなるように同軸ケーブルを構成する各部が同一の厚さ、形状で形成されている。
この同軸ケーブルの端末に接続する同軸コネクタは、中心導体に接続する中心コンタクトと、外部導体に接続する筒状シェルと、中心コンタクトの中心軸周りに筒状シェルを同軸上に支持するインシュレータとを備え、中心コンタクトが相手側同軸コネクタの相手側中心コンタクトに接触する挿入位置で、筒状シェルと相手側同軸コネクタの外部コンタクトを嵌合させ、相手側同軸コネクタに嵌合接続させている。
同軸コネクタは、同軸ケーブルの端末を接続しても高周波信号の伝送損失が生じないように、同軸コネクタの特性インピーダンスZcが同軸ケーブルの上記特性インピーダンスZに整合するように各構成部品を設計しているが、近年、同軸コネクタや相手側同軸コネクタの小型化が図られ、同軸コネクタの筒状シェルの内径が小径となることにより、同軸コネクタの特性インピーダンスZcが低下し、同軸ケーブルの特性インピーダンスZとの不整合が生じていた。
すなわち、同軸コネクタの伝送路における特性インピーダンスZcは、伝送路の単位長さあたりのインダクタンスをLと、単位長さあたりのキャパシタンスCとして、
Figure 2020024844
で表されるので、筒状シェルが小径となると、中心コンタクトとの距離が接近して単位長さあたりのキャパシタンスCが増加し、特性インピーダンスZcが低下して、同軸ケーブルの特性インピーダンスZとのアンマッチングが生じていた。
そこで、特許文献1に記載の同軸コネクタ100は、図10に示すように、筒状シェル101の先端の弾性接触片101aに開口部102を穿設し、同軸コネクタの特性インピーダンスZcを増加させて同軸ケーブル110の特性インピーダンスZに近づけている。
以下、この従来の同軸コネクタ100を図10と図11を用いて説明する。同軸コネクタ100は、同軸ケーブル110の外部導体111に接続し、先端に連設された弾性接触片101aの基端側に開口部102が穿設された筒状シェル101と、同軸ケーブル110の図示しない中心導体に接続する中心コンタクト104と、中心コンタクト104と筒状シェル101の間に配設され、中心コンタクト104の中心軸周りに筒状シェル101を同軸上に支持するインシュレータ103とから構成されている。筒状シェル101の外径は、相手側同軸コネクタの外部コンタクト122の内径にほぼ等しく、円筒形の中心コンタクト104内に相手側同軸コネクタの相手側中心コンタクト121が挿入され相互に接触する位置で、筒状シェル101の先端の弾性接触片101aが外部コンタクト122の内壁に弾性接触して、相手側同軸コネクタと同軸コネクタ100が嵌合接続する。
図11に示すように、同軸コネクタ100と相手側同軸コネクタが嵌合接続する接続位置で、開口部102が穿設されていなければ誘電体であるインシュレータ103を挟み、中心コンタクト104と弾性接触片101a(筒状シェル101)の間に形成されるキャパシタンスC’は、開口部102が穿設されることにより、誘電体であるインシュレータ103と空気層を挟み、中心コンタクト104と弾性接触片101aより更に離れた外部コンタクト122との間に形成されるキャパシタンスC’より大きいキャパシタンスCとなる。従って、この同軸コネクタ100によれば、開口部102が形成された位置では、同軸コネクタ100の特性インピーダンスZcが増加して同軸ケーブル110の特性インピーダンスZに近づき、伝送損失を防ぐことができる。
特開2006−318788号公報
しかしながら、上記従来の同軸コネクタ100は、相手側同軸コネクタの外部コンタクト122によって筒状シェル101の開口部102が覆われない状態で、開口部102を通して中心コンタクト104が外部に露出するので、中心コンタクト104に流れる高周波信号が不要輻射ノイズとなって輻射されたり、外部ノイズが中心コンタクト104に流れ、誤動作が発生する恐れがある。
また、相手側同軸コネクタの外部コンタクト122と嵌合接続する筒状シェル101の弾性接触片101aに開口部102を形成するので、外部コンタクト122と弾性接触片101aとの接続の信頼性が損なわれたり、外部コンタクト122と筒状シェル101間の接触抵抗が安定しない等の問題が生じる。
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、外形を小型化しながら、同軸コネクタに流れる高周波信号の損失を抑える同軸コネクタを提供することを目的とする。
また、中心コンタクトの周囲を完全にシールドしながら、伝送路の特性インピーダンスを調整することが可能な同軸コネクタを提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため、請求項1の同軸コネクタは、同軸線路の中心導体に接続する中心コンタクトと、同軸線路の外部導体に接続する筒状シェルと、中心コンタクトと筒状シェルの間に配設され、中心コンタクトの中心軸周りに筒状シェルを同軸上に支持するインシュレータとを備え、嵌合接続する相手側同軸コネクタの外部コンタクトと相手側中心コンタクトに、それぞれ筒状シェルと中心コンタクトを接触させる同軸コネクタであって、中心コンタクトは、中心軸に沿った一側で同軸線路の中心導体に接続する中心導体接続部と、他側で相手側中心コンタクトに接触する中心接触部と、中心導体接続部と中心接触部を連結する筒状の連結部とを有し、
インシュレータを介して周囲が筒状シェルで覆われる中心コンタクトの連結部に、連結部の部位の特性インピーダンスを上昇させて同軸線路の特性インピーダンスに接近させる開口を形成したことを特徴とする。
開口が形成された連結部の部位で対向する筒状シェルと中心コンタクトの連結部との距離は、連結部に開口が形成されることにより長くなり、両者の間に形成される単位長さあたりのキャパシタンスCが低下するので、特性インピーダンスが上昇する。
開口は、周囲が筒状シェルで覆われた中心コンタクトに形成するので、開口を形成しても中心コンタクトは筒状シェルにより、もれなくシールドされる。
また、開口を相手側中心コンタクトが接触しない中心コンタクトの連結部に形成するので、相手側同軸コネクタとの接続に影響しない。
請求項2の同軸コネクタは、導電性金属板を中心軸周りに折り曲げて筒状とする連結部の継ぎ目に開口を形成したことを特徴とする。
筒状に折り曲げて連結部の継ぎ目となる導電金属板の両側辺に対称形状の凹部を形成することにより、連結部の継ぎ目に開口が形成される。
請求項3の同軸コネクタは、同軸線路の中心導体との接続位置と相手側中心コンタクトとの接触位置を最短で結ぶ中心コンタクトの信号伝送路と重複しない連結部の部位に、開口を形成したことを特徴とする。
中心コンタクトを流れる高周波信号は、連結部の最短の信号伝送路を流れるので、開口を迂回することによる新たなインダクタンスが生じない。
請求項4の同軸コネクタは、中心コンタクトと筒状シェルとインシュレータとからなる複数の同軸接続ユニットが、絶縁ハウジングに互いに絶縁して並列に取り付けられていることを特徴とする。
同軸接続ユニットの中心コンタクトに開口が形成されていても、その周囲全体が筒状シェルで囲われ、他の同軸接続ユニットから遮蔽される。
請求項1の発明によれば、全体を小型化し、同軸線路の外部導体に接続する筒状シェルを小径としても、中心コンタクトに開口を形成する簡単な加工で特性インピーダンスを上昇させて同軸線路の特性インピーダンスに接近させ、信号損失を抑えることができる。
開口は、周囲が筒状シェルで覆われた中心コンタクトに形成するので、中心コンタクトは外部から遮蔽され、不要輻射やノイズの侵入を防止できる。
また、中心コンタクトに開口を形成しても、相手側同軸コネクタとの接続に影響しない。
請求項2の発明によれば、連結部に開口を打ち抜いて形成することなく、筒状の連結部とする導電金属板を打ち抜いて中心軸周りに筒状に折り曲げる工程で、自然に連結部に開口が形成される。
請求項3の発明によれば、開口を形成することにより、新たなインダクタンスを生じさせずに、キャパシタンスの変化だけで、特性インピーダンスを調整できる。
請求項4の発明によれば、各同軸接続ユニットの中心コンタクトがその周囲を囲う筒状シェルで体の同軸接続ユニットから遮蔽されるので、多極の中心コンタクト間にクロストークが生じない。
本発明の第1実施の形態に係る同軸コネクタ1と、同軸コネクタ1に嵌合接続する相手側同軸コネクタ70の斜視図である。 同軸コネクタ1の同軸接続ユニット10を構成する各部を示す分解斜視図である。 同軸ケーブル50の中心導体51に接続する中心コンタクト3の(a)は、背面側斜め上方からみた、(b)は、正面側斜め上方からみた、斜視図である。 中心コンタクト3の(a)は、正面図、(b)は、平面図、(c)は、背面図、である。 同軸接続ユニット10の部分破断分解斜視図である。 である。 同軸接続ユニット10の縦断面図である。 相手側同軸接続ユニット71と接続する同軸接続ユニット10の縦断面図である。 同軸接続ユニット10を、連結部5の開口6で切断した断面図である。 中心コンタクト3の開口6の有無で比較したTDR測定図である。 従来の同軸コネクタ100の斜視図である。 相手側同軸コネクタと接続する同軸コネクタ100の開口部102で切断した縦断面図である。
以下、本発明の一実施の形態に係る同軸コネクタ1を、図1乃至図9を用いて説明する。尚、本明細書では、図4(a)で図示する面を正面と、同図(c)で図示する面を背面と、図4(a)で図示する上下方向を鉛直方向の上下方向と、左方を水平方向の前方と、右方を後方として各部の構成を説明する。
本実施の形態に係る同軸コネクタは、図1と図2に示すように、4本の同軸線路である同軸ケーブル50の端末にそれぞれ接続する4本の同軸接続ユニット10を、直方体状の絶縁ハウジング2に互いに絶縁させて平行に取り付けた4極の同軸コネクタ1であり、図示しない回路基板上に実装された相手側同軸コネクタ70に嵌合接続させて、4本の同軸接続ユニット10を相手側同軸コネクタ70の4本の相手側同軸接続ユニット71へ接続し、各同軸ケーブル50を回路基板の高周波信号パターンへ接続させる。
同軸コネクタ1に接続する各同軸ケーブル50は、円筒形のケーブルの中心軸に沿って配線される中心導体51の周囲に、内側から順に中間誘電体52、アルミ箔からなるシールド層53、編組線からなる外部導体54及び外周を覆うシース55とが同軸上に積層して形成されたもので、中間誘電体52を挟んで中心導体51と接地電位に接続されたシールド層53と外部導体54とが一定の距離で配置されることにより、ここでは、同軸ケーブル50の特性インピーダンスZは50Ωとなっている。
図2に示すように、各同軸接続ユニット10は、同軸ケーブル50の中心導体51に接続し、相手側同軸コネクタ70の接続ユニット71の中心ピン72に接触する中心コンタクト3と、同軸ケーブル50のシールド層53と外部導体54に接続し、接続ユニット71の外部コンタクト73の外側に嵌合して接触する筒状シェル11と、中心コンタクト3の同軸周りに筒状シェル11を絶縁して支持するインシュレータ15と、スリーブ16とを備えている。
中心コンタクト3は、燐青銅などからなる帯状の導電性金属板をプレス加工によって打ち抜き、図3、図4に示す形状に折り曲げたもので、後方で同軸ケーブル50の中心導体51に圧着し、中心導体51に接続する中心導体接続部4と、中心導体接続部4の前方に一体に連設された円筒状の連結部5と、連結部5の前端の上下の位置から前方に向けて一対の板バネ片が突設された中心接触部7とから構成される。
このうち連結部5は、中心導体接続部4と同様に、中心導体51の延長線上で中心導体51の中心軸周りの円筒状となるように、打ち抜いた導電性金属板の中央を正面側とし、その両側を背面側に向けて半円筒形に折り曲げ、背面側の継ぎ目5aで両側の端面を突き合わせている。これにより、中心導体51の前方の延長方向に、中心導体51の中心軸と同一軸周りの円筒状の中心導体接続部4と連結部5が連続し、中心コンタクト3の同軸周りに配置される筒状シェル11と同軸上に一定距離を隔てて配置されるので、これらの部位で特性インピーダンスが急激に変化することがない。
導電性金属板を打ち抜く際に、導電性金属板の継ぎ目5aとなる両辺は対称形状の矩形凹部の輪郭に沿って打ち抜かれ、半円筒形に折り曲げて形成される連結部5の継ぎ目5aに長方形の開口6が形成される。すなわち、導電性金属板に開口6を打ち抜いて形成することなく、導電性金属板を打ち抜き、折り曲げ加工で連結部5を形成する工程で、自然に開口6が形成される。
中心接触部7を構成する一対の板バネ片の前方の接触部間の間隔は、相手側同軸コネクタ70の中心ピン72の外径より短く、前方からその間に挿入される中心ピン72に弾性接触する。従って、円筒状の連結部5は、後方の正面側で中心導体接続部4に接続し、前方の上下の位置で中心接触部7に接続し、その間の沿面距離が最小となる信号伝送路を高周波信号が流れ、開口6は、この連結部5の信号伝送路を遮る位置に形成されないので、開口6を形成することによる新たなインダクタンスは生じない。
インシュレータ15は、中心コンタクト3の全体を包囲して保持する円筒状に絶縁樹脂で一体に形成され、前面に相手側同軸コネクタ70の中心ピン72を挿入し、中心接触部7へ接触させる挿入孔15aが開口している。
筒状シェル11は、図2に示すように、導電性金属によりインシュレータ15の全体を包囲する円筒形に形成され、その外径は、同軸コネクタ1全体の小型化を図るために、接続する同軸ケーブル5の外径よりわずかに長い程度に小径となっている。筒状シェル11の前方の外部接触部12の内径は、前方から挿入される相手側同軸コネクタ70の外部コンタクト73が内壁面に弾性接触するように外部コンタクト73の外径よりわずかに短く、その後方のシェル本体14は、インシュレータ15の外側面によって、中心コンタクト3の中心軸周りに中心コンタクト3と一定の間隔となるように同一の内径で連続している。
筒状シェル11の内径を小径とすることによって中心コンタクト3との距離が接近し、筒状シェル11の位置で同軸線路の特性インピーダンスが低下するが、図8に示すように、背面側で対向する筒状シェル11の内壁面と筒状の中心コンタクト3間の距離は、開口6を通して長くなるので、開口6が形成された部位での両者の間に形成される単位長さあたりのキャパシタンスCが低下し、特性インピーダンスが上昇する。
図9は、開口6が形成されていない中心コンタクト3で構成される同軸接続ユニット10の時間領域反射の測定結果を実線で、開口6が形成された中心コンタクト3で構成される同軸接続ユニット10の時間領域反射の測定結果を破線で示して比較したもので、開口6を形成することによって、その部位での特性インピーダンスが上昇し、同軸ケーブル5の特性インピーダンスの50Ωに近づくことが示されている。
シェル本体14の外側面には、後述するように、絶縁ハウジング2に対して同軸接続ユニット10を前後方向に対して位置決めするリング凹部17が円筒の軸周りに凹設されている。また、筒状シェル11の後方の外部導体接続部13は、後方から接続する同軸ケーブル50のシールド層53と外部導体54との間に挿入するようにテーパー状に外形が絞られている。シールド層53と外部導体54との間に外部導体接続部13を挿入した後、絶縁弾性体で形成される円筒状のスリーブ16で外部導体54を周囲から締め付けることにより、筒状シェル11は、同軸ケーブル50のシールド層53と外部導体54に電気接続する。
上述のように、同軸ケーブル50の中心導体51に接続する中心コンタクト3と、外部導体54に接続する筒状シェル11とは、その間に配置されるインシュレータ15によって、中心コンタクト3の中心軸周りに同軸上に配置されるとともに、前後方向に対して相互に位置決めされ、一体の同軸接続ユニット10として組み立てられる。
図2に示すように、4本の同軸ケーブル50の端末にそれぞれ接続させた4組の同軸接続ユニット10は、それぞれ絶縁ハウジング2に前後方向に貫通して形成されたコンタクト収容孔8へ後方から挿入して組み付けられる。同軸コネクタ1の絶縁ハウジング2には、正面と背面からそれぞれ4本のコンタクト収容孔8に挿通する図示しない挿通孔が穿設され、正面と背面にそれぞれ取り付けられる位置決めプレート9にこの挿通孔に挿通する図示しない位置決めロッド9aが突設されている。
4組の同軸接続ユニット10を対応するコンタクト収容孔8に後方から挿入した後、位置決めロッドを正面と背面から挿通孔内に挿入すると、コンタクト収容孔8内でシェル本体14の外側面のリング凹部17に位置決めロッド9aが係合し、各同軸接続ユニット10が絶縁ハウジング2に対して前後方向に位置決めされ、4極の同軸コネクタ1が組み立てられる。
図1に示すように、同軸コネクタ1に嵌合接続する相手側同軸コネクタ70は、絶縁ハウジング2と嵌合する嵌合凹部74aが凹設された絶縁ハウジング74を備え、嵌合凹部74a内の各コンタクト収容孔8と対応する部位に、それぞれ中心ピン72と外部コンタクト73とからなる4組の相手側同軸接続ユニット71を後方に向けて突設させている。
これにより、同軸コネクタ1と相手側同軸コネクタ70を嵌合接続すると、図7に示すように、相手側同軸接続ユニット71の外部コンタクト73が同軸接続ユニット10の筒状シェル11の内壁面に接触するとともに、中心ピン72がインシュレータ15の挿入孔15aを挿通して中心コンタクト3の中心接触部7に弾性接触する。
相手側同軸コネクタ70の中心ピン72が弾性接触するのは、開口6が形成された中心コンタクト3の連結部5の前方の中心接触部7であるので、開口6を形成することによって、相手側同軸コネクタ70との接続の信頼性を損なうことはない。また、中心コンタクト3に開口6を形成しても、その中心軸周りの周囲が筒状シェル11のシェル本体14により覆われているので、完全にシールドすることができる。従って、本実施の形態のように、絶縁ハウジング2に複数の同軸接続ユニット10を平行に配置していても、中心コンタクト3に流れる高周波信号が他の同軸接続ユニット10の信号伝送路に漏れてクロストークが生じるようなことがない。
上述の実施の形態では、単一の絶縁ハウジング2に複数組の同軸接続ユニット10を配置した多極の同軸コネクタ1であったが、1組の同軸接続ユニット10のみが配置された同軸コネクタであってもよい。
また、中心コンタクト3に形成する開口6の輪郭形状は、上述の矩形に限らず、種々の形状とすることができ、また、開口6を形成する位置は、前方の中心接触部7と中心導体接続部4を除き、その間の連結部5のいずれの位置に形成してもよい。
また、連結部5は、同軸ケーブル50の中心軸に連続する中心コンタクト3の中心軸周り筒状に形成されるものであれば、円筒状に限らず角筒状などの他の形状でもよい。
本発明は、同軸線路の端末に接続し、小型化した同軸コネクタに適している。
1 同軸コネクタ
2 絶縁ハウジング
3 中心コンタクト
4 中心導体接続部
5 連結部
5a 継ぎ目
6 開口
7 中心接触部
11 筒状シェル
15 インシュレータ
50 同軸ケーブル(同軸線路)
51 中心導体
54 外部導体
70 相手側同軸コネクタ
72相手側中心コンタクト(中心ピン)
73 外部コンタクト
上述の目的を達成するため、請求項1の同軸コネクタは、同軸線路の中心導体に接続する中心コンタクトと、同軸線路の外部導体に接続する筒状シェルと、中心コンタクトと筒状シェルの間に配設され、中心コンタクトの中心軸周りに筒状シェルを同軸上に支持するインシュレータとを備え、嵌合接続する相手側同軸コネクタの外部コンタクトと相手側中心コンタクトに、それぞれ筒状シェルと中心コンタクトを接触させる同軸コネクタであって、中心コンタクトは、中心軸に沿った一側で同軸線路の中心導体に接続する中心導体接続部と、他側で相手側中心コンタクトに接触する中心接触部と、中心導体接続部と中心接触部を連結する筒状の連結部とを有し、中心コンタクトの連結部は、インシュレータを介して周囲が筒状シェルで覆われ、導電性金属板を中心軸周りに折り曲げて筒状とした連結部の継ぎ目に、連結部の部位の特性インピーダンスを上昇させて同軸線路の特性インピーダンスに接近させる開口を形成したことを特徴とする。
請求項2の同軸コネクタは、同軸線路の中心導体との接続位置と相手側中心コンタクトとの接触位置を最短で結ぶ中心コンタクトの信号伝送路と重複しない連結部の部位に、開口を形成したことを特徴とする。
請求項の同軸コネクタは、中心コンタクトと筒状シェルとインシュレータとからなる複数の同軸接続ユニットが、絶縁ハウジングに互いに絶縁して並列に取り付けられていることを特徴とする。
連結部に開口を打ち抜いて形成することなく、筒状の連結部とする導電金属板を打ち抜いて中心軸周りに筒状に折り曲げる工程で、自然に連結部に開口が形成される。
請求項2の発明によれば、開口を形成することにより、新たなインダクタンスを生じさせずに、キャパシタンスの変化だけで、特性インピーダンスを調整できる。
請求項3の発明によれば、各同軸接続ユニットの中心コンタクトがその周囲を囲う筒状シェルで体の同軸接続ユニットから遮蔽されるので、多極の中心コンタクト間にクロストークが生じない。

Claims (4)

  1. 同軸線路の中心導体に接続する中心コンタクトと、
    前記同軸線路の外部導体に接続する筒状シェルと、
    前記中心コンタクトと前記筒状シェルの間に配設され、前記中心コンタクトの中心軸周りに前記筒状シェルを同軸上に支持するインシュレータとを備え、嵌合接続する相手側同軸コネクタの外部コンタクトと相手側中心コンタクトに、それぞれ前記筒状シェルと前記中心コンタクトを接触させる同軸コネクタであって、
    前記中心コンタクトは、前記中心軸に沿った一側で前記同軸線路の中心導体に接続する中心導体接続部と、他側で相手側中心コンタクトに接触する中心接触部と、前記中心導体接続部と前記中心接触部を連結する筒状の連結部とを有し、
    前記インシュレータを介して周囲が前記筒状シェルで覆われる前記中心コンタクトの前記連結部に、前記連結部の部位の特性インピーダンスを上昇させて前記同軸線路の特性インピーダンスに接近させる開口を形成したことを特徴とする同軸コネクタ。
  2. 導電性金属板を前記中心軸周りに折り曲げて筒状とする前記連結部の継ぎ目に前記開口を形成したことを特徴とする請求項1に記載の同軸コネクタ。
  3. 前記同軸線路の中心導体との接続位置と前記相手側中心コンタクトとの接触位置を最短で結ぶ前記中心コンタクトの信号伝送路と重複しない前記連結部の部位に、前記開口を形成したことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の同軸コネクタ。
  4. 前記中心コンタクトと前記筒状シェルと前記インシュレータとからなる複数の同軸接続ユニットが、絶縁ハウジングに互いに絶縁して並列に取り付けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の同軸コネクタ。
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