JP6366674B2 - 振動波モータ - Google Patents
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Description
本発明は、振動波モータに関する。
従来、高周波電圧を印加することで周期的に振動する振動子を接触部材に圧接させることで、振動子および接触部材が相対的に移動する振動波モータ(超音波モータ)が知られている。特許文献1では、印加される高周波駆動電圧により超音波振動する振動子、振動子に摩擦接触する接触部材、および振動子を接触部材に対して加圧する加圧手段を有し、超音波振動により振動子と接触部材が相対的に移動する超音波モータを開示している。
しかしながら、特許文献1の超音波モータでは、加圧手段および振動子が加圧手段による加圧方向において重なるように配置されているため、加圧方向の小型化が困難である。
また、超音波モータを小型化した場合、加圧手段および振動子から構成される可動部の剛性が低くなるおそれがある。この場合、駆動力を発生させる振動子と被駆動部に駆動力を伝達する部材との間に相対的な位置ズレ(いわゆる、メカ遅れ)が生じ、超音波モータは安定して被駆動部を移動させることができない。
このような課題に鑑みて、本発明は、振動子に対する加圧方向において小型化しつつ、駆動力をメカ遅れなく安定して伝達可能な振動波モータを提供することを目的とする。
本発明の一側面としての振動波モータは、振動子と、前記振動子を保持する第1の保持部材と、前記第1の保持部材を保持する第2の保持部材と、前記振動子の周囲に配置され、前記振動子と接触する接触部材に対して前記振動子を加圧する複数の加圧手段と、前記接触部材を挟んで前記振動子と対向するように配置される可動板と、を有し、前記振動子に発生する振動により前記振動子と前記接触部材が相対的に移動する振動波モータであって、前記第2の保持部材および前記可動板を連結する連結部が設けられ、前記第2の保持部材および前記可動板のいずれか一方は、前記振動波モータの駆動力を被駆動部に伝達する伝達部を備え、前記連結部および前記伝達部は、前記振動子を前記複数の加圧手段による加圧方向から見た場合の前記加圧方向と、前記振動子および前記接触部材の相対的な移動方向と、に直交する方向における前記振動子の外側の領域のうち一方の領域おいて、互いの近傍に設けられることを特徴とする。
本発明は、振動子に対する加圧方向において小型化しつつ、駆動力をメカ遅れなく安定して伝達可能な振動波モータを提供することができる。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。各実施例では、振動子および接触部材の相対的な移動方向をX軸方向、X軸に直交し、振動子を接触部材に対して加圧する方向(加圧方向)をY軸方向、X軸方向およびY軸方向に直交する方向をZ軸方向とする。なお、各実施例の座標系は説明の便宜上のものであって、本発明はこれに限定されない。
図1から図3はそれぞれ、本実施例の振動波モータ100の斜視図、分解斜視図、および上面図である。図2(a)は上面側から見た分解斜視図、図2(b)は底面側から見た分解斜視図である。図4および図5はそれぞれ、図3のA−A線断面図およびB−B線断面図である。
振動波モータ100は、直動タイプのリニアアクチュエータで、X軸方向への駆動力を発生させることで、被駆動部(不図示)をX軸方向へ駆動することができる。
まず、振動波モータ100が駆動力を発生させるメカニズムについて説明する。図2に示されるように、振動波モータ100は、接着剤等により互いに固着された圧電素子1および振動板(弾性板)2から構成される振動子3を有する。フレキシブル基板15は、異方性導電ペースト等で機械的および電気的に圧電素子1に接続され、圧電素子1に2相の高周波電圧を印加する。圧電素子1は、高周波電圧を印加されると、超音波域の周期的な振動を発生させる。このとき、振動板2は、長手方向(X軸方向)および短手方向(Y軸方向)のそれぞれの方向で共振を起こし、振動板2に設けられた2つの凸部2bはxy平面上で楕円運動を行う。圧電素子1に印加する高周波電圧の周波数や位相を変えることで、楕円の回転方向や楕円比を適宜変化させて所望の動きを発生させることができる。
以上の構成により、振動子3は、スライダー(接触部材)6と摩擦接触し、スライダー6に対して相対的に移動する駆動力を発生させることができる。すなわち、振動子3は、スライダー6に対して、X軸に沿って相対的に移動することができる。
次に、振動子3、基台4および基台保持枠5の連結について説明する。枠状の基台(第1の保持部材)4は、振動子3を保持する。振動板2は基台4に設けられた突起4aと対向する位置に孔2aを有し、突起4aは孔2aに挿入された後、接着等によって固定される。枠状の基台保持枠(第2の保持部材)5は、可動板と連結するためのネジ穴5a、および被駆動部(不図示)に振動子3で発生した駆動力を伝達する駆動力伝達部5bを有する。
図4に示されるように、ローラー部材16、17は、基台4と基台保持枠5との間に配置される。基台4は各ローラー部材より内側(振動波モータ100の中心側)、基台保持枠5は外側に配置される。板バネ18は、接着等により基台保持枠5に固定され、ローラー部材16をX軸方向へ付勢する。板バネ18により付勢されたローラー部材16が基台4をX軸方向へ付勢することで、基台4はローラー部材17を介して基台保持枠5に付勢される。すなわち、基台4は、ローラー部材16、17および板バネ18を介して基台保持枠5に対してX軸方向へ付勢される。また、基台4は、ローラー部材16、17の転動によってY軸に沿って移動することができる。
以上説明したように、振動子3は基台4に保持され、基台4は基台保持枠5にローラー部材16、17および板バネ18を介して保持される。このような構成により、X軸方向にはガタの発生がなく、Y軸方向には摺動抵抗を抑制する基台4と基台保持枠5との連結を実現することができる。
次に、振動子3をスライダー6に摩擦接触させる加圧構成について説明する。1つの加圧手段で振動子3をスライダー6に対して加圧させると、振動子3の真上に加圧手段を配置する必要がある。この場合、振動波モータ100の加圧方向の厚みが増加してしまう。
そこで、本実施例では、振動子3の周囲に配置された複数の加圧手段を用いて、振動子3をスライダー6に対して加圧する。具体的には、4本の引張コイルばね(加圧手段)7が加圧板金13の4隅に配置され、それぞれの第1端は加圧板金13に掛けられ、第2端はムーブプレート10に掛けられることで振動子3をスライダー6に対して加圧する。加圧板金13は、図4および図5に示されるように、4本の引張コイルばね7の付勢方向(加圧方向)であるY軸方向へ突出し、板部材20に当接する凸部13aを有する。振動子3と板部材20との間には、可撓性を有するフェルト19が配置される。振動板2の2つの凸部2bは、スライダー6に当接する。スライダー6は、ネジ14によってベース部材22に固定される。ボールベース9は、スライダー6に対して振動子3と反対側に配置される。ボールベース9とムーブプレート(可動部材)10との間には、3つのボール(転動部材)11が配置される。
以上説明したように、本実施例では、振動子3の周囲に配置された4本の引張コイルばね7を用いて振動子3をスライダー6に摩擦接触させるため、振動波モータ100の小型化を実現することができる。また、加圧板金13の凸部13aから板部材20に伝達される4本の引張コイルばね7の付勢力は、フェルト19を介して振動子3に伝達される。そのため、駆動力発生時の振動板2の駆動振動を阻害することなく、全体的に均一な力で振動子3の表面を加圧することができる。
次に、直進ガイド部(第1のガイド部材)8について説明する。直進ガイド部8は、ボールベース9、ムーブプレート10および3つのボール11により構成され、引張コイルばね7の付勢力でスライダー6に対して振動子3を付勢しながら、振動子3のスライダー6に対するX軸方向への移動をガイドする。
ボールベース9は、押さえ板金23を介して、ネジ21によってベース部材22に固定される。ボールベース9およびムーブプレート10の少なくとも一方には、3つのボール11をボールベース9とムーブプレート10との間でX軸に沿って転動させるために、X軸に沿って延びるV字状の溝が形成されている。本実施例では、ボールベース9には2つのV字状の溝9aが形成され、ムーブプレート10には3つのV字状の溝10bが形成される。したがって、引張コイルばね7により振動子3がスライダー6に対して加圧されつつ、ムーブプレート10が3つのボール11を介してボールベース9に付勢される。振動子3がX軸方向への駆動力を発生させると、3つのボール11がV字状の溝9a、10bに沿って転動することで、ムーブプレート10はX軸に沿ってスムーズにガイドされる。
次に、基台保持枠5とムーブプレート10との固定について説明する。基台保持枠5およびムーブプレート10は、振動波モータ100をY軸方向(加圧方向)から見た場合のZ軸方向における振動子3の外側の領域のうち一方に設けられた固定部(連結部)24により連結される。そのため、振動子3、基台4、基台保持枠5およびムーブプレート10は、一体的にX軸に沿って移動することができる。本実施例では、固定部24は、ムーブプレート10に形成された孔10a、基台保持枠に形成されたネジ穴5b、および孔10aを貫通し、ネジ穴5aに締結するネジ(締結部材)12により構成される。
振動波モータ100では、スライダー6を固定部とすると、振動子3が可動部として機能する。可動部には、基台保持枠5およびムーブプレート10が含まれる。可動部が移動する場合、駆動力伝達部5bは、振動子3と(特に移動方向であるX軸方向において)相対的な位置ずれ(いわゆる、メカ遅れ)が生じない構成であることが望ましい。
可動部は、Y軸方向においてスライダー6を挟むように基台保持枠5側とムーブプレート10側に2分割されているが、基台保持枠5およびムーブプレート10はネジ12により固定される。すなわち、固定部24は、剛性が高い箇所である。また、可動部は、固有振動モードを有し、外力等で固有振動モードの周波数を持つ振動が励振されると共振し、剛性の低い箇所は変形してしまう。さらに、被駆動部に駆動力を伝達する駆動力伝達部5bは、剛性の弱い箇所に配置されると、連結される被駆動部から力を受けて変形してしまう可能性がある。
そこで、本実施例では、駆動力伝達部5bは、振動波モータ100をY軸方向(加圧方向)から見た場合のZ軸方向における振動子3の外側の領域のうち一方に設けられた固定部24の近傍に設けられる。より具体的には、駆動力伝達部5bは、固定部24に隣接した箇所に、加圧方向であるY軸方向において、少なくとも一部が固定部24と重なるように設けられる。このように剛性が高い固定部24の近傍に駆動力伝達部5bを設けることで、駆動力伝達部5bは可動部の固有振動や被駆動部からの力の影響を受けにくくなる。すなわち、駆動力伝達部5bのX軸方向における振動子3に対する相対的な位置ずれを抑制することができるため、駆動力伝達部5bは被駆動部に対して駆動力を安定して伝達することができる。結果として、被駆動部の制御性が向上する。
以上説明したように、本実施例では、振動波モータ100の加圧方向であるY軸方向における小型化を実現するために、4本の引張コイルばね7を振動子3の4隅に配置している。この構成において、スライダー6を挟むように分割された可動部において、剛性が高い固定部24の近傍に駆動力伝達部5bを設けている。
これにより、可動部が有する固有振動や被駆動部からの力の影響による駆動力伝達部5bのX軸方向における振動子3に対する相対的に位置ずれを抑制することができる。そのため、駆動力伝達部5bは、被駆動部に対して駆動力を安定して伝達することができる。
以上より、本実施例の振動波モータ100は、振動子3に対する加圧方向において小型化できるとともに、駆動力をメカ遅れなく安定して伝達することができる。
図6は、実施例1の振動波モータ100を備える撮像装置(光学機器)200の要部断面図である。撮像装置200は、撮像素子101aを備えるカメラ本体101と、カメラ本体101にマウント111を介して着脱可能に取り付けられるレンズ鏡筒102と、を有する。なお、レンズ鏡筒102は略回転対称形であるため、図6では上側半分のみを図示している。また、実施例1と同様の構成については説明を省略する。
レンズ鏡筒102は、ネジ等(不図示)によりマウント111に固定される外筒112を有する。外筒112には、レンズG1を保持する前鏡筒113およびレンズG3を保持する後鏡筒(固定筒)204が固定される。後鏡筒204には、振動波モータ100のベース部材22のフランジ部(不図示)がネジ等で固定される。ガイドバー202は、前鏡筒113および後鏡筒204に保持される。レンズG2を保持するフォーカスレンズ保持枠(以下、レンズ保持枠という)201は、振動波モータ100により光軸Oに沿って直進移動可能にガイドバー202に保持される。以下の説明では、振動波モータ100が被駆動部であるレンズ保持枠201を駆動する構成をレンズ駆動装置として説明する。
なお、本実施例では振動波モータ100は撮像装置に搭載されているが、本発明はこれに限定されない。振動波モータ100は、例えば、レンズユニット等の他の光学機器に搭載されてもよいし、光学機器とは異なる装置に搭載されてもよい。また、本実施例ではレンズ鏡筒102およびカメラ本体101は一体的に構成されているが、本発明はこれに限定されない。レンズ鏡筒102は、カメラ本体101に着脱可能に取り付けられてもよい。つまり、本発明でいうところの装置とは、振動波モータ100と、振動波モータ100からの駆動力によって駆動する部材(被駆動部)とを有する装置のことをいう。また、本実施例では振動波モータ100は被駆動部であるレンズ保持枠を光軸Oに沿って移動させるために用いられるが、例えば、振れ補正レンズを備えるレンズ保持枠を光軸Oに直交する方向へ移動させるために用いてもよい。
図7は、レンズ駆動装置の斜視図である。第2のガイド部であるガイドバー202およびガイドバー203は、後鏡筒204に固定される。連結部材30は、レンズ保持枠201に回動可能に取り付けられ、付勢部材31によって駆動力伝達部5bに付勢される。
以下、図8から図11を参照して、連結部材30、および連結部材30が付勢される方向について説明する。図8は、振動波モータ100が取り付けられていない状態のレンズ駆動装置の斜視図である。図9は、レンズ駆動装置の主要部の上面図である。図10および図11はそれぞれ、図9のE−E線断面図およびF−F線断面図である。
連結部材30は、駆動力伝達部5bと連結する、Z軸に沿って延びるV字状の凹部30aを有する。付勢部材31は、レンズ保持枠201に対して、矢印C方向(X軸と平行なX’−X”軸回り方向)および矢印D方向(X’−X”軸と平行な方向)へ連結部材30を付勢する。駆動力伝達部5bの形状は、図10に示されるように、凹部30aに係合する曲面を有する凸形状である。連結部材30が付勢部材31に付勢されると、駆動力伝達部5bは凹部30aに2か所で係合する。そのため、レンズ保持枠201は、連結部材30を介して基台保持枠5に対してガタ付きなく保持される。
以上の構成により、振動波モータ100の基台保持枠5を含む可動部が駆動すると、振動波モータ100の駆動力は駆動力伝達部5bおよび連結部材30を介してレンズ保持枠201に伝達される。レンズ保持枠201は、振動波モータ100の駆動力により、ガイドバー202およびガイドバー203に沿って直線移動する。
図11に示されるように、基台保持枠5およびムーブプレート10は、固定部24により連結される。本実施例では、基台保持枠5およびムーブプレート10は、ネジ12の矢印G方向への締結により固定される。また、連結部材30は、矢印Hで示される付勢部材31の付勢力により、駆動力伝達部5bを矢印I方向へ付勢する。ネジ12の締結方向である矢印G方向は、連結部材30の付勢方向である矢印I方向および振動子3およびスライダー6の相対的な移動方向であるX軸方向に略直交する。
固定部24では、基台保持枠5とネジ12はネジ溝の噛合いで強固に固定され、ムーブプレート10とネジ12はネジ12の頭部周辺にて摩擦保持されているため、Y軸方向とZ軸方向において剛性が向上する。連結部材30の付勢方向である矢印I方向は固定部24において剛性が高いY軸方向と略同一であるため、連結部材30の付勢力により駆動力伝達部5bのX軸方向における位置ずれを抑制することができる。
以上説明したように、本実施例の撮像装置200では、振動波モータ100の駆動力伝達部5bと被駆動部であるレンズ保持枠201とを連結する連結部材30の駆動力伝達部5bに対する付勢方向を固定部24の剛性が高い方向と一致させている。
これにより、振動波モータ100の駆動時の駆動力伝達部5bに対する可動部が有する固有振動や連結部材30からの付勢力による影響を抑制することができる。すなわち、振動波モータ100は連結部材30を介してレンズ保持枠201に安定して駆動力を伝達することができるため、レンズ保持枠201の位置決め精度を向上させることができる。
以上より、振動子に対する加圧方向において小型化できるとともに、駆動力をメカ遅れなく伝達可能な振動波モータを有する装置を提供することができる。
本実施例では、実施例1の振動波モータ100と異なる構成を有する振動波モータ300を用いて被駆動部を駆動するレンズ駆動装置400について説明する。振動波モータ300の基本的な構成は、振動波モータ100と同様であるが、基台保持枠およびムーブプレートを連結する固定部の構成が異なる。なお、振動波モータ100と同様の構成については説明を省略する。
図12は、レンズ駆動装置400の斜視図である。図13は、レンズ駆動装置400の主要部の上面図である。図14および図15はそれぞれ、図13のJ−J線断面図およびK−K線断面図である。
振動波モータ300では、基台保持枠(第2の保持部材)35は駆動力伝達部を有しておらず、ムーブプレート(可動部材)40が駆動力伝達部40bを有する。駆動力伝達部40bは、Z軸に沿って伸びるV字状の溝である。連結部材30には、駆動力伝達部40bに係合する曲面を有する凸部30bが設けられている。連結部材30が付勢部材31に付勢されると、駆動力伝達部40bは凸部30bに2か所で係合する。そのため、レンズ保持枠201は、連結部材30を介してムーブプレート40に対してガタ付きなく保持される。
図15に示されるように、基台保持枠35およびムーブプレート40は、振動波モータ100をY軸方向(加圧方向)から見た場合のZ軸方向における振動子3の外側の領域のうち一方に設けられた固定部(連結部)34で連結される。本実施例では、固定部34は、基台保持枠35に形成された孔35a、ムーブプレート40に形成されたネジ穴40a、および孔35aを貫通し、ネジ穴40aに締結するネジ(締結部材)32により構成される。すなわち、本実施例では、基台保持枠35およびムーブプレート40は、ネジ32の矢印L方向への締結により固定される。また、連結部材30は、矢印Mで示される付勢部材31の付勢力により駆動力伝達部40bを矢印N方向へ付勢する。ネジ32の締結方向である矢印L方向は、連結部材30の付勢方向である矢印N方向と略同一である。
固定部34では、ムーブプレート40とネジ32はネジ溝の噛合いで強固に固定され、基台保持枠35とネジ32はネジ32の頭部周辺にて摩擦保持されているため、Y軸方向とZ軸方向において剛性が向上する。駆動力伝達部40bは、剛性が高い固定部34の近傍に設けられることが好ましいため、本実施例では、振動波モータ100をY軸方向(加圧方向)から見た場合のZ軸方向における振動子3の外側の領域のうち一方に設けられた固定部34の近傍に設けられる。より具体的には、駆動力伝達部40bは、固定部34に隣接した箇所に、移動方向および加圧方向に直交するZ軸方向において、少なくとも一部が固定部34と重なるように設けられる。このように剛性が高い固定部34の近傍に駆動力伝達部40bを設けることで、駆動力伝達部40bは可動部の固有振動や被駆動部からの力の影響を受けにくくなる。すなわち、駆動力伝達部40bのX軸方向における振動子3に対する相対的な位置ずれを抑制することができるため、駆動力伝達部40bは被駆動部に対して駆動力を安定して伝達することができる。結果として、被駆動部の制御性が向上する。
また、固定部34では、Y軸方向におけるネジ溝の噛合いによる固定の剛性は、ネジ32の頭部周辺の摩擦保持の剛性に比べて高い。したがって、連結部材30の付勢方向を固定部34の剛性が高いY軸方向と略同一とすることで、可動部の剛性をさらに上げることができる。そのため、連結部材30の付勢力による駆動力伝達部40bのX軸方向における振動子3に対する相対的な位置ずれを抑制することができる。
また、本実施例では、ネジ32だけでなく、ネジ33も用いて基台保持枠35およびムーブプレート40を連結する、すなわち可動部を両持ち構造としている。2本のネジの締結によって固定部が2か所になることで、可動部に生じる固有振動モードが変化し、可動部の剛性が向上する。したがって、可動部はZ軸方向へネジ33の大きさの分だけ大きくなってしまうが剛性が向上するため、薄型化による駆動力伝達部40bの振動子3に対するX軸方向の相対的な位置ずれを抑制することができる。
なお、ネジ32の締結だけでも可動部の剛性が高くなり、駆動力伝達部40bのX軸方向における振動子3に対する相対的な位置ずれを抑制することができるが、ネジ33の締結を追加し可動部を両持ち構造とすることがより好ましい。
以上説明したように、本実施例のレンズ駆動装置400では、振動波モータ300の駆動力伝達部40bと被駆動部であるレンズ保持枠201とを連結する連結部材30の付勢方向を固定部34の剛性が高い方向(ネジ32の締結方向)と一致させている。さらに、基台保持枠35およびムーブプレート40をスライダー6を挟んで配置されるネジ32およびネジ33を用いて連結する、すなわち、可動部を両持ち構造としている。
これにより、振動波モータ300の駆動時の駆動力伝達部40bに対する可動部が有する固有振動や連結部材30からの付勢力による影響を抑制することができる。すなわち、振動波モータ300は連結部材30を介してレンズ保持枠201に安定して駆動力を伝達することができるため、レンズ保持枠201の位置決め精度を向上させることができる。
以上より、振動子に対する加圧方向において小型化できるとともに、駆動力をメカ遅れなく伝達可能な振動波モータを有する装置を提供することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
3 振動子
4 基台(第1の保持部材)
5、35 基台保持枠(第2の保持部材)
5b、40b 駆動力取り出し部
6 スライダー(接触部材)、
7 引張コイルばね(加圧手段)
10、40 ムーブプレート(可動板)
24、34 固定部(連結部)
100、300 振動波モータ
4 基台(第1の保持部材)
5、35 基台保持枠(第2の保持部材)
5b、40b 駆動力取り出し部
6 スライダー(接触部材)、
7 引張コイルばね(加圧手段)
10、40 ムーブプレート(可動板)
24、34 固定部(連結部)
100、300 振動波モータ
Claims (8)
- 振動子と、
前記振動子を保持する第1の保持部材と、
前記第1の保持部材を保持する第2の保持部材と、
前記振動子の周囲に配置され、前記振動子と接触する接触部材に対して前記振動子を加圧する複数の加圧手段と、
前記接触部材を挟んで前記振動子と対向するように配置される可動板と、を有し、
前記振動子に発生する振動により前記振動子と前記接触部材が相対的に移動する振動波モータであって、
前記第2の保持部材および前記可動板を連結する連結部が設けられ、
前記第2の保持部材および前記可動板のいずれか一方は、前記振動波モータの駆動力を被駆動部に伝達する伝達部を備え、
前記連結部および前記伝達部は、前記振動子を前記複数の加圧手段による加圧方向から見た場合の前記加圧方向と、前記振動子および前記接触部材の相対的な移動方向と、に直交する方向における前記振動子の外側の領域のうち一方の領域において、互いの近傍に設けられることを特徴とする振動波モータ。 - 前記連結部および前記伝達部は、前記移動方向に直交する方向のいずれか一方において、互いに少なくとも一部が重なるように配置されることを特徴とする請求項1に記載の振動波モータ。
- 前記振動子は、前記接触部材に接触する振動板、および電圧を印加されることで振動を励振する圧電素子を備えることを特徴とする請求項1に記載の振動波モータ。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の振動波モータと、
前記振動波モータから伝達された駆動力によって駆動される被駆動部と、を有することを特徴とする装置。 - 前記被駆動部に取り付けられ、付勢された状態で前記伝達部に係合する連結部材を更に有することを特徴とする請求項4に記載の装置。
- 前記連結部材は、前記第2の保持部材および前記可動板を締結する締結部材を備え、
前記締結部材の締結方向は、前記移動方向および前記連結部材が前記伝達部を付勢する方向に直交することを特徴とする請求項5に記載の装置。 - 前記連結部材は、前記第2の保持部材および前記可動板を締結する締結部材を備え、
前記締結部材の締結方向は、前記連結部材が前記伝達部を付勢する方向と同一であることを特徴とする請求項5に記載の装置。 - 前記装置は、レンズを備える光学機器であることを特徴とする請求項4から7のいずれか1項に記載の装置。
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