JP5486623B2 - 電池ホルダ - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池を保持する電池ホルダに関する。

従来、この種の電池ホルダとして、例えば、特許文献１，２の技術が知られている。すなわち、特許文献１には、複数の電池の間に断熱材を配置した電池ホルダが記載されている。また、特許文献２には、円筒電池を断熱性の高い樹脂製ホルダで保持する構成が記載されている。複数の電池を近接して配置した場合には、一部の電池が大きな発熱を生じたときに、その熱が他の正常な電池にも及んで、他の正常な電池が連鎖的に損傷することがある。こうした損傷を防止するために、上述した従来の技術では、断熱材や断熱性の高い樹脂製ホルダを電池間に配置することにより、複数の電池が連鎖的に損傷するのを防止している。

しかし、従来の技術における断熱材や樹脂製ホルダは、複数の電池の間で大きな温度差を生じ易く、その状態が長期間にわたって維持される場合がある。電池の寿命は、その温度に依存し、一部の電池が長期間にわたって高い温度に維持された場合には、その高い温度に維持された電池は、他の電池に比べて寿命が短くなる。このため、複数の電池を保持した電池ホルダにおいて、一部の電池が寿命に達していないのに、複数の電池全体の交換を必要とするという課題があった。

特開２００８−１４０６２９号公報 特開２０１０−９７９８号公報

本発明は、上記従来の技術の問題点を解決することを踏まえ、複数の電池を保持する電池ホルダであって、一部の電池が大きな温度上昇を生じたときに、他の電池への連鎖的な温度上昇を防止するとともに、複数の電池全体として長寿命化を図る電池ホルダを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
適用例１は、複数の電池を保持する電池ホルダにおいて、
各々の電池を挿入するための電池保持用穴を有する支持体と、上記電池の外面と上記電池保持用穴の内面との間に介在して上記電池を上記支持体に対して支持するホルダ部とを備え、
上記ホルダ部は、
上記電池と上記電池保持用穴との間に積層するように介在している第１スペーサおよび第２スペーサを有し、
上記第１スペーサは、上記電池の外面と上記電池保持用穴の内壁との間に熱遮断用スペースを形成するように、該電池を上記支持体に対して支持する支持部を有し、
上記第２スペーサは、上記第１スペーサの材料の融点より融点の低い材料で形成され、上記熱遮断用スペースに挿入されており、該第２スペーサが熱で溶融して上記熱遮断用スペースから該熱遮断用スペースの流出口を通って流出したときに、該熱遮断用スペースを空気層とするように構成されていること、
を特徴とする電池ホルダである。

適用例１に記載の電池ホルダは、電池をホルダ部を介して支持体で保持する。ホルダ部は、第１スペーサと第２スペーサとを備え、第２スペーサは、第１スペーサの材料の融点より融点の低い材料で形成されている。電池ホルダで保持されている一部の電池の温度が高くなっても、その温度が第２スペーサの材料の融点以下の場合には、電池の熱は、第２スペーサおよび第１スペーサを通じて、支持体に緩やかに伝えられる。これにより、他の電池の温度もほぼ同じ温度になり、支持体で主に放熱される。よって、一部の電池だけの温度が上昇することが抑制され、複数の電池の長寿命化を実現できる。
また、一部の電池の温度が第２スペーサの材料の融点を越えて上昇したときに、第２スペーサは溶融して、断熱性能の大きい空気層を形成する。このように、一つの電池が所定温度を超えても、断熱性能の大きい空気層が形成されるから、他の電池は、大きな熱的影響を受けず、連鎖的な温度上昇を生じにくい。

［適用例２］
請求項１に記載の電池ホルダにおいて、上記第１スペーサは、上記電池を嵌合保持する円筒状のコア本体を備え、
上記第２スペーサは、上記コア本体の外周面に積層されかつ上記電池保持用穴の内壁に接するように配置され、上記支持部は、上記コア本体の外周面の一部から突設され、上記電池保持用穴の内壁に当接するように構成されている、電池ホルダである。この構成により、コア本体は、電池の外面に当接して支持するから、第２スペーサが溶融して空気層を構成しても、電池を堅固に保持することができる。

［適用例３］
適用例３は、適用例１に記載の電池ホルダにおいて、上記第１スペーサは、上記電池保持用穴の内壁に嵌合される円筒状のコア本体を備え、上記第２スペーサは、上記コア本体の内周面に積層されかつ上記電池の外面に接するように配置され、上記支持部は、上記コア本体の内周面の一部から突設され、上記電池の外面に当接するように構成されている、電池ホルダである。この構成により、第２スペーサは、溶融したときに、電池の外面との間で空気層を形成するから、熱遮断性を高めることができる。

［適用例４］
適用例４は、適用例２または適用例３に記載の電池ホルダにおいて、上記第２スペーサは、上記支持部に嵌合するスリットを備えている電池ホルダである。この構成により、第１スペーサおよび第２スペーサは、支持部およびスリットを介して嵌合するから、第１スペーサおよび第２スペーサを強固に連結してそれらの位置決め性を高めることができる。

［適用例５］
適用例５は、適用例４に記載の電池ホルダにおいて、
上記支持部は、上記コア本体の軸方向に沿って突設された突条である電池ホルダである。

［適用例６］
適用例２ないし適用例５のいずれかに記載の電池ホルダにおいて、
上記第２スペーサは、上記第１スペーサの材料の熱伝導率より熱伝導率が高い材料で形成されている電池ホルダである。この構成により、第２スペーサは、溶融する前に電池の熱をさらに素早く伝え、電池の温度の均一化を促す。

［適用例７］
適用例１ないし適用例６のいずれかに記載の電池ホルダにおいて、
上記支持体は、上記電池保持用穴を形成した第１および第２ブロックを備え、
上記第１ブロックと上記第２ブロックとの間には、間隙が形成され、該間隙は、上記第２スペーサが熱で溶融したときに、該溶融した樹脂が流れ込んで上記空気層を形成するように構成した電池ホルダである。この構成により、第１スペーサが溶融した材料が流れ易い箇所を容易に構成することができる。

本発明の第１実施例にかかる電池ホルダにより電池を保持した状態を示す斜視図である。 電池ホルダを分解して示す斜視図である。 図１の矢印３の方向から見た電池ホルダを示す平面図である。 図３の４−４線に沿った断面図である。 電池ホルダの作用を説明する説明図である。 電池ホルダの作用を説明する説明図である。 電池ホルダの作用を説明する説明図である。 第２実施例にかかる電池ホルダを示す斜視図である。

（１） 電池ホルダ１０の概略構成
図１は本発明の第１実施例にかかる電池ホルダ１０により電池Ｂｔを保持した状態を示す斜視図である。電池ホルダ１０は、複数の電池Ｂｔ（図１では３本）を保持する機構である。電池Ｂｔは、円筒形の汎用の電池であり、例えば、自動車用電源用として使用されているリチウムイオン電池を適用することができる。電池ホルダ１０は、複数の電池Ｂｔをそれぞれ挿入するための電池保持用穴２１Ｓを有する支持体２０と、電池保持用穴２１Ｓと電池Ｂｔとの間に介在するホルダ部３０と、支持体２０を締結するための締結部材４０とを備えている。以下、各部の構成について説明する。

（２） 電池ホルダ１０の各部の構成
図２は電池ホルダ１０を分解して示す斜視図である。支持体２０は、第１および第２ブロック２１，２５を重ね合わせて締結部材４０のボルト４１で締結されることにより構成されている。第１ブロック２１は、熱伝導率の高い金属材料、例えば、アルミニウムから形成されており、ほぼ直方体のブロック本体２１ａと、ブロック本体２１ａの端部から突出した締結用突部２１ｂとを備えている。ブロック本体２１ａには、電池保持用穴２１Ｓを構成する第１保持用穴２２が３箇所貫通形成されている。第１保持用穴２２は、断面円形であり、ホルダ部３０を嵌合可能な内径に形成されている。３つの第１保持用穴２２は、正三角形に配置されている。また、ブロック本体２１ａのコーナーおよび締結用突部２１ｂには、ボルト４１により締結される締結用穴２３ａが形成されている。第２ブロック２５は、第１ブロック２１と同様な形状であり、間隙形成突部２８が形成されている構成が異なる。間隙形成突部２８は、第２ブロック２５のコーナーの上面に形成されたＬ字形および長方形の凸部であり、第１ブロック２１の図示の対向面に当たることにより、第１ブロック２１との間に間隙Ｇｐ（図１）を形成している。

ホルダ部３０は、３本の電池Ｂｔをそれぞれ支持するための部材であり、第１スペーサ３２と、第２スペーサ３４とを備えている。第１スペーサ３２は、円筒形状のコア本体３２ａを備えている。コア本体３２ａは、円筒の内部のスペースに電池Ｂｔを嵌合する嵌合部３２Ｓを備えている。コア本体３２ａの外周部には、周方向に９０゜間隔で、支持部３２ｂが４本突設されている。

図３は図１の矢印３の方向から見た電池ホルダ１０を示す平面図、図４は図３の４−４線に沿った断面図である。第１スペーサ３２の支持部３２ｂは、電池保持用穴２１Ｓの内周面に当たることで、第１スペーサ３２を支持体２０に支持している。支持部３２ｂは、コア本体３２ａの外面と電池保持用穴２１Ｓの内壁との間で熱遮断用スペース３０Ｓを形成している。図２に示すように支持部３２ｂの中央部は、その凸状が切断された切欠き３２ｃになっており、後述するように第２スペーサ３４との連結力を高めている。
第１スペーサ３２は、耐熱性および電気絶縁性を有する熱硬化性樹脂材料で形成されている。すなわち、樹脂材料は、耐熱温度が２００℃以上であり、特に好ましくは４００℃以上である。また、電気絶縁性が１０^１０Ωｃｍ以上である。また、その熱伝導率は、０．２Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１である。こうした耐熱性および電気絶縁性を有する樹脂材料としては、芳香族系の熱硬化性樹脂であって、ポリイミド（ＰＩ）、ポリベンゾイイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）などを用いることができる。

第２スペーサ３４は、円筒形状のサブ本体３４ａを備えている。サブ本体３４ａは、第１スペーサ３２と電池保持用穴２１Ｓの内壁との間の熱遮断用スペース３０Ｓに介在している。サブ本体３４ａの外周部には、周方向に９０゜の間隔で、上下方向からそれぞれスリット３４ｂが８本突設されている。スリット３４ｂは、２本が上下方向で一組となって同一の方向に配置されており、上下のスリット３４ｂの間は、連結部３４ｃとなっている。スリット３４ｂには、第１スペーサ３２の支持部３２ｂが入り込み、さらに、第１スペーサ３２の切欠き３２ｃに連結部３４ｃが入り込むことにより、第１スペーサ３２と第２スペーサ３４との一体性を高め、これにより、両者の連結力を高めている。
第２スペーサ３４は、熱可塑性樹脂材料で形成されている。樹脂材料は、第１スペーサ３２に使用している樹脂材料より融点の低い材料で形成されており、すなわち、１８０℃以下の温度で溶融し、特に好ましく１６０℃以下の温度で溶融する材料である。第２スペーサ３４は、第１スペーサ３２より熱伝導率が高い材料から形成され、例えば、２Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１である。こうした融点の低い樹脂材料としては、ポリプロピレン（ＰＰ），ポリエチレン（ＰＥ）などを用いることができる。樹脂の熱伝導率を高くする方法としては、例えば、樹脂の中に高熱伝導剤を含有させることで、通常の樹脂よりも熱伝導率を高くすることも可能である。

（３） 電池ホルダ１０の組付作業
電池Ｂｔを電池ホルダ１０に組み付けて一体化するには、以下の作業を行なう。図２において、第１ブロック２１と第２ブロック２５とを重ね合わせて、締結用穴２３ａ，２７ａに３つのボルト４１をそれぞれ通して締結することで、第１ブロック２１と第２ブロック２５とを一体化して支持体２０を構成する。そして、支持体２０の３つの電池保持用穴２１Ｓに３つの第２スペーサ３４をそれぞれ挿入する。そして、電池Ｂｔを第２スペーサ３４内に挿入し、その状態にて、電池Ｂｔと第２スペーサ３４との間隙に、第１スペーサ３２を形成するための樹脂材料を充填する。樹脂材料として、上述したように耐熱性のポリイミドなどを用いることができる。そして、その樹脂材料が硬化すると、第１スペーサ３２が形成される。すなわち、樹脂材料により、円筒状のコア本体３２ａが形成されるとともに、スリット３４ｂに入り込んだ支持部３２ｂが形成され、第２スペーサ３４と一体になった第１スペーサ３２が形成される。これにより、電池Ｂｔが電池ホルダ１０により保持される。

（４） 電池ホルダ１０の作用、効果
（４）−１ 電池ホルダ１０は、複数の電池Ｂｔを支持体２０にホルダ部３０を介して簡単な構成で確実に保持することができる。すなわち、図３および図４に示すように、第１スペーサ３２の支持部３２ｂが電池保持用穴２１Ｓの内壁に当たって、電池Ｂｔを支持体２０に対して支持するとともに、第２スペーサ３４が電池保持用穴２１Ｓの内壁面に密着することで、ホルダ部３０は、電池Ｂｔを支持体２０に対して保持する。

（４）−２ 電池の所定以下の温度上昇
図５において、電池ホルダ１０に保持された電池Ｂｔの温度が上昇したときに、電池ホルダ１０は、以下の作用により、複数の電池の温度の低下および温度の均一化を図ることができる。すなわち、一部の電池Ｂｔ１（Ｂｔ）が使用とともに発熱して温度が上昇したとする。このとき、第２スペーサ３４の温度がその樹脂材料の融点以下の場合、例えば、１６０℃以下の場合には、その熱は、ホルダ部３０の第１スペーサ３２および第２スペーサ３４を通じて、支持体２０に伝えられ、支持体２０で主に放熱される。これにより、電池Ｂｔおよび電池ホルダ１０の温度の上昇が抑制される。このとき、ホルダ部３０の第１スペーサ３２および第２スペーサ３４は、支持体２０に対して温度分布に大きな差を生じることがないから、電池Ｂｔ１の熱は、ホルダ部３０を介して他の電池Ｂｔ２，Ｂｔ３に徐々に伝わり、複数の電池Ｂｔの温度がほぼ等しくなる。電池Ｂｔの寿命は、その温度に依存するから、複数の電池Ｂｔは、それらの温度の均一化が図られ、全体として長寿命化を図ることができる。

（４）−３ 電池の所定以上の温度上昇
図６において、一部の電池Ｂｔ１が使用とともに発熱して温度が上昇したとする。このとき、第２スペーサ３４の温度がその樹脂材料の融点以上の場合、例えば、温度１６０℃を越えた場合には、第２スペーサ３４が溶融する。溶融した樹脂は、図７に示すように、第１ブロック２１と第２ブロック２５との間に形成された流出口から間隙Ｇｐに流れ込み、第２スペーサ３４のあった箇所が間隙となる。こうした間隙は、断熱性能の大きい空気層として作用する。したがって、一部の電池Ｂｔ１の温度が非常に高くなっても、断熱層によって他の電池Ｂｔ２，Ｂｔ３への熱移動が抑制され、他の電池Ｂｔの温度が連鎖的に大きく上昇するのを防止することができる。

このとき、第２スペーサ３４が溶融しても、第１スペーサ３２は、その支持部３２ｂが電池保持用穴２１Ｓの内壁に当たって、電池Ｂｔを支持体２０に対して堅固に支持しているから、電池Ｂｔが支持体２０から脱落することがない。また、第１スペーサ３２の支持部３２ｂは、コア本体３２ａの外周部から、周方向に所定間隔で突条に一部だけ形成されているから、支持部３２ｂの間を断熱性能が大きくかつ電池を周方向に広い範囲で囲んだ空気層とすることができる。

（４）−４ 図６において、ホルダ部３０の第２スペーサ３４は、隣接するホルダ部３０の第２スペーサ３４に向き合うように、つまり第１スペーサ３２の支持部３２ｂを避けるように配置されているから、第２スペーサ３４が溶融した場合に、支持部３２ｂを通じて、熱が伝わり難く、熱遮断性能が高い。

（４）−５ 図４に示すように、支持体２０を構成する第１ブロック２１と第２ブロック２５との間に形成した間隙Ｇｐは、第２スペーサ３４が熱で溶融して空気層を形成するための、該溶融した樹脂を流れ込ますスペースとなっている。こうした空気層の形成を促進するスペースは、図２に示すように、第１ブロック２１と第２ブロック２５とを合わせるとともに第２ブロック２５に形成した間隙形成突部２８により簡単に構成している。

（４）−６ 図６に示すように、第１スペーサ３２のコア本体３２ａは、電池を嵌合部３２Ｓで嵌合支持するから、第２スペーサ３４が溶融して空気層を構成しても、電池を堅固に保持することができる。

（５） 他の実施例
この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（５）−１ 図８は第２実施例にかかる電池ホルダ１０Ｂを示す斜視図である。本実施例は、ホルダ部３０Ｂの構成に特徴を有する。すなわち、ホルダ部３０Ｂは、支持体２０Ｂの電池保持用穴２１Ｂ−Ｓ内においてその外周側に配置される第１スペーサ３２Ｂと、その内周側に配置される第２スペーサ３４Ｂとを備えている。第２スペーサ３４Ｂは、第１実施例と同様に、第１スペーサ３２Ｂより融点の低い樹脂材料により形成されている。第１スペーサ３２Ｂは、円筒状のコア本体３２Ｂａと、コア本体３２Ｂａの内周側に該円筒の軸方向に突設された突条部３２Ｂｂとを備えている。第２スペーサ３４Ｂは、円筒を４つに等分割した断面円弧形状の分割片３４Ｂａから構成されている。分割片３４Ｂａは、第１スペーサ３２Ｂの突条部３２Ｂｂと電池の外周面とにより構成されるスペースに入り込むことでホルダ部３０Ｂを構成している。

本実施例にかかる電池ホルダ１０Ｂによって、一部の電池の温度が高くなっても、第２スペーサ３４Ｂの温度がその材料の融点以下の場合には、電池の熱は、第２スペーサ３４Ｂおよび第１スペーサ３２Ｂを通じて、支持体２０Ｂに緩やかに伝えられる。これにより、他の電池の温度もほぼ同じ温度になるとともに、支持体２０Ｂで主に放熱される。よって、一部の電池だけの温度が上昇するのが抑制される。
また、一部の電池の温度が高くなって、第２スペーサ３４Ｂの温度がその材料の融点を越えたときに、第２スペーサ３４Ｂは溶融して、断熱性能の大きい空気層として作用する。このように、一つの電池が所定温度を超えても、断熱層によって、他の電池は、大きな熱的影響を受けず、連鎖的な温度上昇を生じにくい。

（５）−２ 上記実施例では、第１スペーサ３２と支持部３２ｂは、円筒のコア本体３２ａの軸方向に形成した構成について説明したが、これに限らず、支持部３２ｂが電池を電池保持用穴２１Ｓに対して支持する作用を奏すれば、いずれの位置または形状であってもよい。

（５）−３ 上記実施例では、複数の電池を正三角形に配置した構成について説明したが、これに限らず、複数の電池は、格子状に配置したり、省スペース化のために電池の間隙を最小にするように配置するなど、各種の配置をとることができる。

（５）−４ 上記実施例では、電池ホルダは、電池の一端部を保持する構成について説明したが、これに限らず、電池の他端や複数の箇所で支持する構成であってもよい。

（５）−５ 上記実施例では、電池は、円柱状タイプについて説明したが、これに限らず、角形やボタン電池など、その作用効果を損なわない限り適用することができる。

１０…電池ホルダ
１０Ｂ…電池ホルダ
２０…支持体
２０Ｂ…支持体
２１…第１および第２ブロック
２１Ｓ…電池保持用穴
２１Ｂ−Ｓ…電池保持用穴
２１ａ…ブロック本体
２１ｂ…締結用突部
２２…第１保持用穴
２３ａ…締結用穴
２５…第２ブロック
２７ａ…締結用穴
２８…間隙形成突部
３０…ホルダ部
３０Ｂ…ホルダ部
３０Ｓ…熱遮断用スペース
３２…第１スペーサ
３２Ｂ…第１スペーサ
３２Ｓ…嵌合部
３２ａ…コア本体
３２ｂ…支持部
３２ｃ…切欠き
３２Ｂａ…コア本体
３２Ｂｂ…突条部
３４…第２スペーサ
３４Ｂ…第２スペーサ
３４ａ…サブ本体
３４ｂ…スリット
３４ｃ…連結部
３４Ｂａ…分割片
４０…締結部材
４１…ボルト
Ｇｐ…間隙
Ｂｔ…電池

Claims (7)

1. 複数の電池（Ｂｔ）を保持する電池ホルダにおいて、
   各々の電池を挿入するための電池保持用穴（２１Ｓ）を有する支持体（２０）と、上記電池（Ｂｔ）の外面と上記電池保持用穴（２１Ｓ）の内面との間に介在して上記電池（Ｂｔ）を上記支持体（２０）に対して支持するホルダ部（３０）とを備え、
   上記ホルダ部（３０）は、
   上記電池（Ｂｔ）と上記電池保持用穴（２１Ｓ）との間に積層するように介在している第１スペーサ（３２）および第２スペーサ（３４）を有し、
   上記第１スペーサ（３２）は、上記電池（Ｂｔ）の外面と上記電池保持用穴（２１Ｓ）の内壁との間に熱遮断用スペース（３０Ｓ）を形成するように、該電池（Ｂｔ）を上記支持体（２０）に対して支持する支持部（３２ｂ）を有し、
   上記第２スペーサ（３４）は、上記第１スペーサ（３２）の材料の融点より融点の低い材料で形成され、上記熱遮断用スペース（３０Ｓ）に挿入されており、該第２スペーサ（３４）が熱で溶融して上記熱遮断用スペース（３０Ｓ）から該熱遮断用スペース（３０Ｓ）の流出口を通って流出したときに、該熱遮断用スペース（３０Ｓ）を空気層とするように構成されていること、
   を特徴とする電池ホルダ。
2. 請求項１に記載の電池ホルダにおいて、
   上記第１スペーサ（３２）は、上記電池（Ｂｔ）を嵌合保持する円筒状のコア本体（３２ａ）を備え、
   上記第２スペーサ（３４）は、上記コア本体（３２ａ）の外周面に積層されかつ上記電池保持用穴（２１Ｓ）の内壁に接するように配置され、
   上記支持部（３２ｂ）は、上記コア本体（３２ａ）の外周面の一部から突設され、上記電池保持用穴（２１Ｓ）の内壁に当接するように構成されている、電池ホルダ。
3. 請求項１に記載の電池ホルダにおいて、
   上記第１スペーサ（３２Ｂ）は、上記電池保持用穴（２１Ｂ−Ｓ）の内壁に嵌合される円筒状のコア本体（３２Ｂａ）を備え、
   上記第２スペーサ（３４Ｂ）は、上記コア本体（３２Ｂａ）の内周面に積層されかつ上記電池（Ｂｔ）の外面に接するように配置され、
   上記支持部（３２Ｂｂ）は、上記コア本体（３２Ｂａ）の内周面の一部から突設され、上記電池（Ｂｔ）の外面に当接するように構成されている、電池ホルダ。
4. 請求項２または請求項３に記載の電池ホルダにおいて、
   上記第２スペーサ（３４）は、上記支持部（３２ｂ）に嵌合するスリット（３４ｂ）を備えている電池ホルダ。
5. 請求項４に記載の電池ホルダにおいて、
   上記支持部（３２ｂ）は、上記コア本体（３２ａ）の軸方向に沿って突設された突条である電池ホルダ。
6. 請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の電池ホルダにおいて、
   上記第２スペーサ（３４）は、上記第１スペーサ（３２）の材料の熱伝導率より熱伝導率が高い材料で形成されている電池ホルダ。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電池ホルダにおいて、
   上記支持体（２０）は、上記電池保持用穴（２１Ｓ）を形成した第１および第２ブロック（２１，２５）を備え、
   上記第１ブロック（２１）と上記第２ブロック（２５）との間には、間隙（Ｇｐ）が形成され、該間隙は、上記第２スペーサ（３４）が熱で溶融したときに、該溶融した樹脂が流れ込んで上記空気層を形成するように構成した電池ホルダ。

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