JP5672436B2 - 外球保護構造を備えたセラミックメタルハライドランプ - Google Patents

Description

本発明は、外球保護構造を備えたセラミックメタルハライドランプに関する。更に具体的には、有効な外球保護構造を備えた、複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプに関する。

高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ及びセラミックメタルハライドランプのような高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ：High Intensity Discharge Lamp）は、電極間の放電を利用して発光する。このため、白熱電球と比べて、光束が大きく大規模な空間の照明に適し、エネルギー効率が良いといった種々の特徴を備えている。

従って、道路、店舗、工場、ホール、スポーツ施設等の照明、テレビや映画のロケーション照明、自動車や鉄道車両の前照灯として、一般に広く使用されている。

ＨＩＤランプにおいて、発光物質として金属ハロゲン化物を採用したメタルハライドランプは、青白い光線を放つ水銀ランプに比較して白色光（自然光）に近く優れた演色性と、また高い発光効率といった長所を有している。

メタルハライドランプの発光管として、従来は石英製発光管が使用されていた。最近では、透光性セラミックス製発光管（この材質は透光性の多結晶アルミナ PCA）が使用されている。透光性セラミックス製発光管は、石英製発光管に比較して、格段に長寿命化が図れ、例えば、1本で約2万4000時間の寿命が確保できる（長寿命）。更に、石英は、発光管内に封入した金属ハロゲン化物と反応し易いが、セラミックスはこれと反応せず、且つ耐熱性が良好である、といった長所を有している。このため、発光管内の封入物として、種々の金属ハロゲン化物を使用できる利点がある。

メタルハライドランプにおいて、透光性セラミックス製発光管を使用している場合は、特に、「セラミックメタルハライドランプ」と呼ばれ、水銀ランプだけで無く石英製発光管のメタルハライドランプと比較しても高効率で、例えば120 lm/W（ルーメン／ワット）以上の明るさを達成できるものもある。

特開2006-100089「セラミックメタルハライドランプ」（公開日：2006年04月13日） 特許文献１では、透光性外管内３に、複数のセラミックス製発光管１，２を収納し、外管３の軸に対して発光管１，２の軸を傾けて配置し、また発光管１，２の口金４からの距離がお互いに異なるように配置している（要約参照）。

しかし、特許文献１には、本願で説明するような、内管及び螺旋形部材を利用した外球保護手段に関する記載はない。

一般に、ランプに対しては、更なる長寿命化の要請がある。例えば、最近広く使用され始めたＬＥＤランプの寿命は、公称４万時間と言われている。

本発明者等は、ＬＥＤランプに対し発光効率は勝っているものの寿命が劣っているセラミックメタルハライドランプに関して、ＬＥＤランプの寿命に対抗できるように、複数本の発光管を用いて長寿命化を達成する研究・開発を行っている。セラミックメタルハライドランプにおいて、例えば、２本の発光管を使用して点灯し易い方が選択的に点灯するランプにすると、１本の発光管の寿命を2万4,000時間として、理論上、２本の発光管では4万8,000時間の長寿命化が期待できる。３本以上の発光管の場合も、同様に比例的に長寿命化が期待できる。

複数本の発光管を用いてランプの長寿命化を実現するためには、点灯中の一の発光管の寿命終了時点において、他の発光管が、（例えば、2〜3分後に）正常に点灯することが必要となる。

しかし、セラミックメタルハライドランプは、元々、発光管の寿命末期に発光管の内部ガスがリークしたり、更には、発光管が破裂したりする、という固有の不良モードを有している。即ち、セラミックメタルハライドランプでは、演色性向上のため発光管内を従来のＨＩＤランプよりも高温にしており、点灯時の発光管内の圧力がより高く、水銀ランプや高圧ナトリウムランプなど他の一般照明用ＨＩＤランプに比較して、発光管の破裂のおそれが高くなる傾向にある。

本発明者等は、複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプによる長寿命化の研究・開発を通じて、一の発光管の寿命末期から他の発光管の点灯に移る際に、これら固有の不良モードに起因して、新たな問題が引き起こされることを見出した。即ち、一の発光管が破裂した場合、破裂の威力が高いため内管を損傷し、更には稀にではあるが、他の発光管や外球をも損傷するおそれが有ることが判明した。他の発光管が損傷した場合そのランプは使用できないのは当然ながら、外球が損傷したランプは、例え、他の発光管が正常に点灯しても、製品として使用を継続することは出来ない。

なお、従来の１本の発光管のセラミックメタルハライドランプでは、発光管の破裂により外球が損傷しても、その時点でランプ自体の寿命が終了しているので、問題とならなかった。従って、この問題は、複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプにおいて、新たに発生した問題である。

そこで、本発明は、複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプにおいて、一の発光管が破裂しても他の発光管及び外球が損傷されない外球保護構造を備えたセラミックメタルハライドランプを提供することを目的とする。

上記目的に鑑みて、本発明に係る外球保護構造を備えたセラミックメタルハライドランプは、選択的に１本の発光管が点灯する複数本の発光管と、前記発光管を取り巻くように配置された内管と螺旋状部材とを有する外球保護構造と、前記発光管及び前記外球保護構造を収納する外球とを備えている。

更に、上記セラミックメタルハライドランプでは、前記内管は、両端密封型内管、２ピンタイプの片端封止の密封型内管、片端封止の開放型内管及び両端開放型内管から選択された任意の内管であってよい。

更に、上記セラミックメタルハライドランプでは、前記外球保護構造は、前記発光管を夫々取り巻く前記内管の内周壁面に沿って、螺旋形状に整形された前記螺旋状部材が配置されていてもよい。

更に、上記セラミックメタルハライドランプでは、前記外球保護構造は、前記発光管を夫々取り巻く各々の前記内管の外周壁面に沿って、螺旋形状に整形された前記螺旋状部材が配置されていてもよい。

更に、上記セラミックメタルハライドランプでは、前記外球保護構造は、１個の螺旋形状に整形された前記螺旋状部材が、複数個の前記内管全体を取り巻くように配置されていいてもよい。

更に、上記セラミックメタルハライドランプでは、前記螺旋状部材は、金属製又はファイバ製であってよい。

本発明によれば、複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプにおいて、一の発光管が破裂しても他の発光管及び外球が損傷されない外球保護構造を備えたセラミックメタルハライドランプを提供することが出来る。

図１は、従来のセラミックメタルハライドランプの構造を説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 図２は、第１実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの構造を説明する図であり、（Ａ）〜（Ｃ）の相違は、内管と螺旋状部材との組み合わせにある。 図３は、種々のタイプの内管を説明する図であり、（Ａ）は両端密封型内管を示し、（Ｂ）は片端密封型内管（２ピンタイプ）を示し、（Ｃ−１）及び（Ｃ−２）は片端封止の開放型内管を示し、（Ｄ）は両端開放型内管を示している。 図４は、第２実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの構造を説明する図であり、（Ａ）〜（Ｃ）の相違は、内管と螺旋状部材との組み合わせにある。 図５は、メタルハライドランプの回路を説明する図である。

以下、本発明に係る外球保護構造を備えたセラミックメタルハライドランプの実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。

ここで、本実施形態の理解を容易にするため、先ず、従来の１本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプの構造について説明する。

次に、第１及び２実施形態に係るセラミックメタルハライドランプについて、従来のセラミックメタルハライドランプとの相違を明らかにしながら、夫々詳細に説明する。なお、本発明は、複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプに関するものであるが、ランプの構成を簡単にして分かり易くするため、２本の発光管の場合を代表例として説明する。

点灯時には、２本の発光管の内のその時点で点灯し易い状態の１本の発光管が点灯する。消灯後、次に点灯する時も、２本の発光管の内のその時点で点灯し易い状態の１本の発光管が点灯する。以後、これを繰り返す。本出願書類では、このような状態を、「選択的に点灯する２本の発光管」と説明する。更に、点灯中であり且つ寿命末期に至ったランプを「一方のランプ」と呼び、一方のランプの寿命終了後に点灯するランプを「他方のランプ」と呼ぶこととする。

なお、３本以上の発光管の場合は、２本の発光管の場合と同様の技術的手段により、本発明を実現できることを承知されたい。

最後に、これら実施形態に係るセラミックメタルハライドランプを点灯させる回路及び複数個の発光管を選択的に点灯させる構造について、簡単に説明する。

図１は、従来のセラミックメタルハライドランプ１００の構造を説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。図に示すように、ランプ１００は、外球（「外管」，「管球」又は「外管バルブ」とも言う。）２の内部に、発光部となる１個の発光管４を内封した二重構造となっている。外球２の端部には、Ｅ形（ねじ込み形）の口金６が接合されている。発光管４は、金属の線材や板を組み合わせた構造物に内管を取り付けたマウント８により、所定の位置に支持され、給電される。

これらの各要素について説明する。

発光部となる発光管４は、中央の太管部４ａ及び両端の細管部４ｂ，４ｃの形状をもつ透光性セラミックス製の容器である。１対のリード線５，７が、これら細管部４ｂ，４ｃを夫々通して太管部４ａの領域まで延びて、１対のタングステン（Ｗ）製の主電極（図示せず。）を形成している。

発光管４の容器内には、発光及び放電媒体として、所定量の水銀と、金属ハロゲン化物と、希ガスとして所定圧力のアルゴン（Ａｒ）ガスが封入されている。希ガスとして、アルゴン（Ａｒ）ガス以外に、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の他の希ガスや、それらの混合ガスでもよい。金属ハロゲン化物としては、よう素（Ｉ）、臭素（Ｂｒ）、塩素（Ｃｌ）等のハロゲンと、ナトリウム（Ｎａ）、ツリウム（Ｔｍ）、セシウム（Ｃｓ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）等の少なくとも一種の発光金属とが封入され、発光効率、演色性や色温度等の特性の向上が図られている。

マウント８は、一対の導入線が気密封着されたステム管１４と、一方の導入線に接続された、モリブデン（Ｍｏ），ステンレス（ＳＵＳ），ニッケルメッキ鉄線等の線材や略長四角形状の枠状に成形した丸棒体から成る支柱１６と、発光管４の周囲を囲むように配設された透明石英ガラス管からなる内管１８とを主要部品として構成されている。

外球２は、例えば、ホウケイ酸ガラス等の透光性の硬質ガラスからなる。透明型と拡散型（不透明）がある。外球２は、最大口径の中央部２ａ、図で見て下部側の閉塞されたトップ部２ｂ、及び上部側のネック部２ｃを有するＢＴ形をなしている。

ネック部２ｃには、ステム管１４のフレア部が封止された封止部が有る（図示せず。)。封止後、ステム管１４に設けられた排気管（図示せず。）を通じて外球２内は排気され、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスや窒素（Ｎ2 ）ガス等が封入され、或いは真空にした気密雰囲気となっている。

この封止部を覆ってねじ込み形口金６が耐熱性の接着剤を用いて接合され、或いはモールドにより形成された螺旋状のねじ溝に口金６が螺合されて、取付けられる。

図１に示すセラミックメタルハライドランプ１００は、口金６をソケット（図示せず。）に装着して、電源から所定の点灯回路装置（図示せず。）を介して通電され、主電極間の放電により安定した点灯が持続する。

次に、本発明の第１及び２実施形態について説明する。これらの実施形態に係るセラミックメタルハライドランプは、特に、内管と螺旋状部材との組み合わせによる外球保護構造を採用している。各実施形態の特徴を簡単に表すと、表１に示す通りになる。

［第１実施形態］
図２は、第１実施形態に係るセラミックメタルハライドランプ１０Ａ〜１０Ｃの構造を説明する図である。なお、図２（Ａ）〜（Ｃ）の相違は、内管１８と螺旋状部材２４との組み合わせにある。

図１の従来のセラミックメタルハライドランプ１００と比較すると、図２に示すセラミックメタルハライドランプ１０Ａ〜１０Ｃは、(1)発光管が２本有る点、(2)発光管を取り囲む各内管に、更に螺旋状部材が組み合わされている点、で相違する。

先ず、図２（Ａ）に示すように、２本の発光管４−１，４−２が、密封型内管１８Ａ−１，１８Ａ−２に夫々収納されて、マウント８（図１参照）により支持されている。この２本の発光管４−１，４−２は、始動・駆動回路に対して電気的に並列に接続されている。更に、各密封型内管１８Ａ−１，１８Ａ−２は、その内周壁面に沿って螺旋状部材２４−１，２４−２が配置されている。

先ず、発光管が２本有ることにより、セラミックメタルハライドランプ１０Ａの長寿命化が実現できる。例えば、１本の発光管の寿命を2万4,000時間として、理論上、２本の発光管では4万8,000時間の長寿命化が期待できる。

次に、発光管４−１，４−２を取り囲む密封型内管１８Ａ−１，１８Ａ−２の内部に、更に螺旋状部材２４−１，２４−２を組み込んで、密封型内管１８Ａ−１，１８Ａ−２の強化を図っている。従って、万一、一方の発光管４−１が破裂しても、強化された密封型内管１８Ａ−１により破裂のエネルギーは大きく減衰され、他方の発光管４−２，密封型内管１８Ａ−２又は外球２が損傷されることはない。

（螺旋状部材）
この螺旋状部材２４−１，２４−２は、金属線ワイヤ又はファイバから成る。金属線ワイヤの場合、好ましくは、モリブデン（Ｍｏ）やニッケル（Ｎｉ）から成る。ファイバの場合、好ましくは、石英ファイバから成る。

発光管４−１，４−２を夫々取り巻く螺旋状部材２４−１，２４−２の軸線方向長さは、発光管４の太管部４ａを取り巻く長さでもよく、発光管４全体（即ち、太管部４ａ及び細管部４ｂ，４ｃ）を取り巻く長さでもよく、更に長くてもよい。螺旋状部材２４−１，２４−２の軸線方向長さは、任意所望の長さであってよい。

（内管と螺旋状部材の組み合わせの相違）
図２（Ｂ）のセラミックメタルハライドランプ１０Ｂは、図２（Ａ）のセラミックメタルハライドランプ１０Ａと比較して、各密封型内管１８Ａ−１，１８Ａ−２の外周壁面に沿って螺旋状部材２４−３，２４−４が配置されている点で相違する。図２（Ａ）のランプ１０Ａと同様に、図２（Ｂ）のランプ１０Ｂも、長寿命化が実現でき、且つ外球２の保護が強化されている。

図２（Ｃ）のセラミックメタルハライドランプ１０Ｃは、図２（Ａ）のセラミックメタルハライドランプ１０Ａと比較して、複数本の密封型内管１８Ａ−１，１８Ａ−２全体を取り巻くように１個の螺旋状部材２４−５が配置されている点で相違する。図２（Ａ）のランプ１０Ａと同様に、図２（Ｃ）のランプ１０Ｃも、長寿命化が実現でき、且つ外球２の保護が強化されている。

（内管の相違）
図３は、種々のタイプの内管を説明する図である。内管には、大別して、開放型内管と密封型内管があり、更に、夫々が２つのタイプに分かれる。図３（Ａ）に示す内管は、両端からリード線５，７が出て、その部分が夫々封止構造１８ｓとなっている両端封止の密封型内管１８Ａであり、図３（Ｂ）に示す内管は、片端から２本のリード線５，７が出る片端封止構造１８ｓの密封型内管(「２ピンタイプ」とも言う。)１８Ｂである。図３（Ｃ−１）及び（Ｃ−２）に示す内管は、両端からリード線５，７が出るものの、一方を封止構造１８ｓにし他方を開放構造１８ｏにした片端封止の開放型内管１８Ｃ−１，１８Ｃ−２であり、両者の相違は、内管１８Ｃ−１の開放端１８ｏでは円形断面全面が開放されているのに対して、内管１８Ｃ−２の開放端１８ｏはリード線７の出る箇所のみ穴が形成された開放状態となっている点にある。図３（Ｄ）に示す内管は、封止構造部分がない円筒形状の両端開放型内管（「スリーブタイプ」ともいう。）２２である。なお、封止構造部分がある内管１８Ａ〜１８Ｃに関しては、発光管４のリード線５，７の出入りの様子を示すため、内部に発光管４も表示している点に注意されたい。

（変形例）
再び図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照すると、密封型内管１８Ａ−１，１８Ａ−２は、図３（Ａ）に示す両端密封型内管１８Ａである。

図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すセラミックメタルハライドランプ１０Ａ〜１０Ｃにおいて、この密封型内管１８Ａ−１，１８Ａ−２を、図３（Ｂ）に示す２ピンタイプの密封型内管１８Ｂに置き換えた構造であってもよい。

或いは、この密封型内管１８Ａ−１，１８Ａ−２を、図３（Ｃ−１）又は（Ｃ−２）に示す片端封止の開放型内管１８Ｃ−１又は１８Ｃ−２に置き換えた構造であってもよい。

或いは、この密封型内管１８Ａ−１，１８Ａ−２を、内管１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを混在させてもよい。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態に係るセラミックメタルハライドランプ２０Ａ〜２０Ｃの構造を説明する図である。なお、図４（Ａ）〜（Ｃ）の相違は、内管１８と螺旋状部材２４との組み合わせにある。

図１の従来のセラミックメタルハライドランプ１００と比較すると、図４に示すセラミックメタルハライドランプ２０Ａ〜２０Ｃは、(1)発光管が２本有る点、(2)発光管を取り囲む各内管に、更に螺旋状部材が組み合わされている点、で相違する。

先ず、図４（Ａ）に示すように、２本の発光管４−１，４−２が、両端開放型内管２２−１，２２−２に夫々収納されて、マウント８により支持されている。更に、各両端開放型内管２２−１，２２−２は、その内周壁面に沿って螺旋状の螺旋状部材２４−７，２４−８が配置されている。

発光管４−１，４−２を夫々取り巻く螺旋状部材２４−１，２４−２の軸線方向長さは、発光管４の太管部４ａを取り巻く長さでもよく、発光管４全体（即ち、太管部４ａ及び細管部４ｂ，４ｃ）を取り巻く長さでもよく、更に長くてもよい。

螺旋状部材２４−７，２４−８の軸線方向長さは、任意所望の長さであってよい。同様に、発光管４−１，４−２を夫々取り巻く両端開放型内管２２−１，２２−２の軸線方向長さは、発光管４の太管部４ａを取り巻く長さでもよく、発光管４全体（即ち、太管部４ａ及び細管部４ｂ，４ｃ）を取り巻く長さでもよく、更に長くてもよい。両端開放型内管２２−１，２２−２の軸線方向長さは、任意所望の長さであってよい。

先ず、発光管が２本有ることにより、長寿命化が期待できる。

次に、発光管４−１，４−２を取り囲む両端開放型内管２２−１，２２−２の内部に、更に螺旋状の螺旋状部材２４−７，２４−８を組み合わせて、両端開放型内管２２−１，２２−２の強化を図っている。従って、万一、一方の発光管４−１が破裂しても、強化された両端開放型内管２２−１により破裂のエネルギーは大きく減衰され、他方の発光管４−２、両端開放型内管２２−２又は外球２が損傷されることはない。

（内管と螺旋状部材の組み合わせの相違）
図４（Ｂ）のセラミックメタルハライドランプ２０Ｂは、図４（Ａ）のセラミックメタルハライドランプ１０Ａと比較して、各両端開放型内管２２−１，２２−２の管外周の壁面に沿って螺旋状部材２４−９，２４−１０が夫々配置されている点で相違する。

図４（Ｃ）のセラミックメタルハライドランプ４０Ｃは、図４（Ａ）のセラミックメタルハライドランプ２０Ａと比較して、各両端開放型内管２２−１，２２−２全体を取り巻くように１本の螺旋状部材２４−１１が配置されている点で相違する。図４（Ｃ）に示す実施形態では、螺旋状部材２４−１１が１個で済むといったコスト面で利点がある。

［ランプの回路構成］
第１〜２の実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの回路は、従来使用されていたセラミックメタルハライドランプの回路と同じである。

図５は、メタルハライドランプの回路を説明する図である。商用交流電源（100/200 V， 50/60Hz）２４に接続された安定器２６からセラミックメタルハライドランプ１０，２０に対して給電される。安定器２６は、チョークコイル２７及びイグナイター（始動回路）２８を有している。ランプ内の発光管４−１，４−２は、電源側に対して電気的に並列に接続されている。

図に示すように、セラミックメタルハライドランプは、ランプ自体に始動回路は無く、安定器２６からのパルスにより、点灯し易い状態の１個の発光管が点灯する。即ち、従来のセラミックメタルハライドランプの回路のソケットに対して、本実施形態のセラミックメタルハライドランプを取り付けることが出来る。従って、本実施形態のセラミックメタルハライドランプは、器具、安定器の組合せによっては既存設備を変更することなく、使用することが出来る。

［まとめ］
以上、本実施形態に係る外球保護構造を備えたセラミックメタルハライドランプについて説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。

２：外球，外管，外管バルブ、 ４，４−１，４−２：発光管、 ４ａ：太管部、 ４ｂ，４ｃ：細管部、 ５，７：リード線、 ６：口金、 ８：マウント、 １０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ：セラミックメタルハライドランプ、 １４：ステム管、 １６：支柱、 １８，１８Ａ，１８Ａ−１，１８Ａ−２：両端封止の密封型内管、 １８Ｂ：片端封止の密封型内管、 １８Ｃ，１８Ｃ−１，１８Ｃ−２：片端封止の開放型内管、 １８ｓ：封止構造，ピンチシール、 １８ｏ：開放構造、 ２２，２２−１：両端開放型内管、 ２４：商用交流電源、 ２６：安定器、 ２７：チョークコイル、 ２８：イグナイター，始動回路、 １００：従来のセラミックメタルハライドランプ、

Claims (6)

1. セラミックメタルハライドランプにおいて、
   各々ランプ軸線に沿ってランプ口金から同じ高さに並置され、点灯時にその時点で点灯し易い状態の１本の発光管が点灯する複数本の発光管と、
   内管と螺旋状部材とを有する外球保護構造であって、該内管は各々の前記発光管を取り巻くように配置され、該螺旋状部材は1又は複数個の内管の管壁に沿って配置されている外球保護構造と、
   前記発光管及び前記外球保護構造を収納する外球とを備えた、セラミックメタルハライドランプ。
2. 請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記内管は、両端密封型内管、２ピンタイプの片端封止の密封型内管、片端封止の開放型内管及び両端開放型内管から選択された任意の内管である、セラミックメタルハライドランプ。
3. 請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記外球保護構造は、前記発光管を夫々取り巻く前記内管の内周壁面に沿って、螺旋形状に整形された前記螺旋状部材が配置されている、セラミックメタルハライドランプ。
4. 請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記外球保護構造は、前記発光管を夫々取り巻く各々の前記内管の外周壁面に沿って、螺旋形状に整形された前記螺旋状部材が配置されている、セラミックメタルハライドランプ。
5. 請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記外球保護構造は、１個の螺旋形状に整形された前記螺旋状部材が、複数個の前記内管全体を取り巻くように配置されている、セラミックメタルハライドランプ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記螺旋状部材は、金属線ワイヤ又は石英ファイバから成る、セラミックメタルハライドランプ。

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