JP7435487B2 - 密閉型電磁接触器 - Google Patents

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Description

本発明は、アーク消弧用ガスが封入された密閉容器に固定接触子及び可動接触子が配置されている密閉型電磁接触器に関する。
密閉型電磁接触器として、例えば特許文献1の装置が知られている。
特許文献1の密閉型電磁接触器は、固定接点を有する一対の固定接触子と、これら一対の固定接触子の固定接点に接離可能な一対の可動接点を有する可動接触子と、内部にアーク消弧用ガスが封入され、一対の固定接触子及び可動接触子を収納している接点容器と、可動接触子に駆動軸を介して連結している電磁石装置と、を備えている。
特許文献1の密閉型電磁接触器は、電磁石装置の駆動により可動接触子の可動接点が一対の固定接触子の固定接点から離間する際にアークが発生するが、接点容器内に封入されたアーク消弧用ガスにアークが冷却されて消弧される。
特開2018-163761号公報
ところで、特許文献1の接点容器は、セラミックからなる耐熱性材料で形成されており、製造コストの面で問題がある。また、セラミック製の接点容器は、密閉型電磁接触器の軽量化の面で問題がある。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、軽量化及び製造コストの低減化を図ることができる密閉型電磁接触器を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る密閉型電磁接触器は、固定接点を有する一対の固定接触子と、一対の固定接触子の固定接点に接離可能な一対の可動接点を有する可動接触子と、可動接触子を駆動する電磁石ユニットと、一対の固定接触子及び可動接触子を密封して収納する密閉容器と、を備え、密閉容器は、アーク消弧用ガスが封入された合成樹脂製の容器である。
本発明の密閉型電磁接触器によれば、軽量化及び製造コストの低減化を図ることができる。
本発明に係る一実施形態の密閉型電磁接触器の外観を示す斜視図である。 一実施形態の密閉型電磁接触器を構成する密閉容器の断面を示す図である。 一実施形態の密閉型電磁接触器の長尺方向に沿う断面である。 一実施形態の密閉型電磁接触器の短尺方向に沿う断面である。 図3のV -V 線矢視図である。
次に、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。以下の図面記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
なお、以下の説明で記載されている「上」、「下」、「左」、「右」、「底」、「前」、「後」、「長尺方向」、「短尺方向」等の方向を示す用語は、添付図面の方向を参照して用いられている。
本発明に係る一実施形態の密閉型電磁接触器としての電磁接触器について、図1から図5を参照して説明する。
図1に示す本実施形態の電磁接触器1は、フェノール、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレートなどの、合成樹脂で形成した有底箱形状の絶縁箱体2と、絶縁箱体2の上部開口を閉塞する合成樹脂で形成した絶縁基板3とからなる収納ケース4を備えている。絶縁箱体2と絶縁基板3とは、例えば、エポキシ樹脂系の接着剤で接合されている。
絶縁箱体2は、互いに短尺方向から対向している第1及び第2側壁2b,2cと、互いに長尺方向から対向している第3及び第4側壁2d,2eと、第3及び第4側壁2d,2eの下側位置で第3及び第4側壁2d,2eが対向する距離より短い距離で対向している第5及び第6側壁2f,2g(図3参照)と、第1及び第2側壁2b,2cと第5及び第6側壁2f,2gの下端で左右方向に延在する底壁2h(図3参照)と、を備えている。
図2は、収納ケース4を構成する絶縁基板3の一部を示すものであり、絶縁基板3の外気に接する面は、所定厚さの積層膜LFでコーティングされている。
積層膜LFは、具体的には、粘土結晶の積層膜であり、精製したスメクタイトの層間イオンを置換し、PVAや水溶性ナイロンなどの、水溶性の有機バインダーOBでつなぎ合わせることで、迷路効果を発現し、水素や窒素などのガス分子の透過を防いでいる。積層膜LFは厚み方向に積層されており、厚さは例えば2μmである。この、積層膜LFは、例えば塗液をミスト化して絶縁基板3に塗布するスプレー方式とし、例えば150度以上の、層間イオンが粘土結晶内に取り組まれる温度で焼成されることで完成される。
なお、絶縁箱体2の外気に接する面、絶縁箱体2と絶縁基板3との境界部を含む全ての外気に接する面も、所定厚さの積層膜LFでコーティングされている。
図3に示すように、絶縁箱体2の第3及び第4側壁2d,2eの上端には、短尺方向に沿って接続用凸条2iが形成されており、図4に示すように、絶縁箱体2の第1及び第2側壁2b,2cの上端にも長尺方向に沿って接続用凸条2iが形成されている。これにより、絶縁箱体2を構成する第1~第4側壁2b~2eの上端には、接続用凸条2iが四角枠状に連続して形成されている。
また、図3及び図4に示すように、絶縁基板3の下面には、接続用凹条3aが四角枠状に連続して形成されており、絶縁基板3を絶縁箱体2の上部空間を閉塞して配置すると、絶縁箱体2の四角形状の接続用凸条2iが絶縁基板3の接続用凹条3aの内部に入り込む。そして、接続用凸条2i及び接続用凹条3aに樹脂用接着剤を注入した後で、絶縁箱体2の接続用凸条2iを絶縁基板3の接続用凹条3aに挿入することで、収納ケース4の内部空間である接点収納部6及び電磁石収納部8の気密が保持される。
ここで、図3及び図4に示すように、絶縁箱体2の上部開口を閉塞している絶縁基板3及び第1~第4側壁2b~2eで囲まれた収納ケース4の上部の内部空間が、接点機構5を収納する接点収納部6とされ、第1及び第2側壁2b,2c、第5及び第6側壁2f,2g及び底壁2hとで囲まれた収納ケース4の下部の内部空間が、接点収納部6と連通して電磁石ユニット7を収納する電磁石収納部8とされている。
収納ケース4の接点収納部6に収納されている接点機構5は、図3に示すように、絶縁基板3に固定されている一対の固定接触子10,11(以下、第1固定接触子10、第2固定接触子11と称する)と、これら第1及び第2固定接触子10,11に設けた第1及び第2固定接点10a,11aに対向している第1及び第2可動接点12a,12bを両端に備え、長尺方向に延在している可動接触子12とを備えている。
可動接触子12は、電磁石ユニット7の可動プランジャ13に連結された駆動部14に、上下方向に移動可能に支持されている。
可動接触子12の長尺方向中央の上方には、駆動部14に連結したスプリング受け15が配置されており、このスプリング受け15と可動接触子12の中央上部との間に接触スプリング16が配置され、接触スプリング16は可動接触子12に対して下向きの所定の付勢力を付与している。
第1固定接触子10及び第2固定接触子11は、側面視C字形状の導電板であり、可動接触子12の長手方向の両端側に離間して絶縁基板3に一体成形されている。
第1固定接触子10は、可動接触子12の第1可動接点12a側に長手方向の一方の端部に配置されており、可動接触子12の第1可動接点12aに下側から対向し、第1固定接点10aを上面に設けた第1導電板部10bと、可動接触子12から離れた第1導電板部10bの端部から折り曲げられて上方に延在している第2導電板部10cと、第2導電板部10cの上端から折り曲げられて可動接触子12の上方に延在している第3導電板部10dと、を備えている。
絶縁基板3には、第1固定接触子10の第2導電板部10cの一部と、第3導電板部10dにねじ嵌合した端子ボルト17のボルト頭部17aが一体に成形されている。具体的には、主固定接触子10及び端子ボルト17の表面に、化学エッチングによってミクロンサイズの微細な凹凸形状を形成しておき、インサート成形を行なう。これにより、溶かした樹脂が凹凸形状の内部に入り込み、樹脂が固化することで、金属と樹脂が界面レベルで接合され、ラビリンス効果による複雑な接合となり、水素や窒素などのガス分子の漏洩を防いでいる。金属表面処理技術としては、例えばメック株式会社の「AMALPHA/アマルファ」(登録商標)がある。
また、絶縁基板3には、第2導電板部10cの可動接触子12を向く内側面を覆いながら第2導電板部10cと可動接触子12の間に延在する板状の絶縁カバー部18が一体に形成されている。
また、第2固定接触子11も、可動接触子12の第2可動接点12b側に長手方向の他方の端部に配置されており、可動接触子12の第2可動接点12bに下側から対向し、第2固定接点11aを上面に設けた第1導電板部11bと、可動接触子12から離れた第1導電板部11bの端部から折り曲げられて上方に延在している第2導電板部11cと、第2導電板部11cの上端から折り曲げられて可動接触子12の上方に延在している第3導電板部11dと、を備えている。
そして、絶縁基板3を樹脂成形する際にも、第1固定接触子10を一体にインサート成形する構造と同様に、第2固定接触子11の第2導電板部11cの一部及び端子ボルト19のボルト頭部19aが、絶縁基板3にインサート成形されるとともに、第2導電板部11cの可動接触子12を向く内側面を覆いながら第2導電板部11cと可動接触子12の間に延在する板状の絶縁カバー部20も一体に形成されている。
可動接触子12は、釈放状態で、長手方向の両端側に位置する可動接点12a,12bと、第1及び第2固定接触子10,11の固定接点10a,11aが、所定間隔を保って離間した状態となる。
また、可動接触子12は、投入位置で、可動接点12a,12bが、第1及び第2固定接触子10,11の固定接点10a,11aに、接触スプリング16による所定の接触圧で接触するように設定されている。
また、図5に示すように、接点収納部6には、合成樹脂で形成した磁石ホルダー21、22が配置されており、これら磁石ホルダー21,22は、後述する電磁石ユニット7の上フランジ部36bに支持されている。
磁石ホルダー21,22には、第1~第4アーク消弧用永久磁石30~33が配置されている。
第1アーク消弧用永久磁石30は、可動接触子12の長手方向の一方の側面に磁石ホルダー21を介して対向するように配置され、第2アーク消弧用永久磁石31は、可動接触子12の長手方向の他方の側面に磁石ホルダー22を介して対向するように配置されている。これら第1及び第2アーク消弧用永久磁石30,31は、可動接触子12に対向する磁極面がN極となるように着磁されている。
第3アーク消弧用永久磁石32は、可動接触子12の短尺方向の一方の側面に磁石ホルダー22を介して対向するように配置され、第4アーク消弧用永久磁石33は、可動接触子12の短尺方向の他方の側面に磁石ホルダー21を介して対向するように配置されている。これら第3及び第4アーク消弧用永久磁石32,33は、可動接触子12に対向する磁極面がS極となるように着磁されている。
これにより、第1アーク消弧用永久磁石30のN極から出て第3アーク消弧用永久磁石32及び第4アーク消弧用永久磁石33のS極に流れる磁束は、第1固定接触子10の第1固定接点10aと可動接触子12の第1可動接点12aとの対向部の近くを通過して大きな磁束密度で横切る。
また、第2アーク消弧用永久磁石31のN極から出て第3アーク消弧用永久磁石32及び第4アーク消弧用永久磁石33のS極に流れる磁束は、第2固定接触子11の第2固定接点11aと可動接触子12の第2可動接点12bとの対向部の近くを通過して大きな磁束密度で横切る。
また、接点収納部6には、第1~第4アーク消弧用永久磁石30~33の外周を囲む永久磁石用ヨーク34,35が配置されている。
収納ケース4の電磁石収納部8に収納されている電磁石ユニット7は、図3に示すように、スプール36が配置されている。スプール36は、前述した可動プランジャ13が上下に摺動可能に挿入されている中央円筒部36aと、この中央円筒部36aの上端から半径方向外方に突出する上フランジ部36bと、中央円筒部36aの下端から半径方向外方に突出する下フランジ部36cと、下フランジ部36cの外周縁から中央円筒部36aに対して離間する方向に延在する袴部36dとで構成されている。中央円筒部36a、上フランジ部36b及び下フランジ部36cからなるコイル収納空間には励磁コイル37が巻装されており、この励磁コイル37には、コイル端子38に接続した電源(不図示)から直流電流が通電されるようになっている。
スプール36の外周には、短尺方向から側面視C字形状の一対の磁気ヨーク39a,39bが配置されており、磁気ヨーク39a,39bの上端側ヨークは上フランジ部36bに支持され、下端側ヨークは袴部36dに支持されている。
図3に示すように、中実円筒形状の可動プランジャ13の上部には、板状の一対の弾性部材40a,40bが、互いに長尺方向の外方に離間して斜め上方に延在した状態で固定されている。可動プランジャ13の一対の弾性部材40a,40bより下部位置には、半径方向外方に突出するプランジャ下方移動規制部41が固定されている。可動プランジャ13の下部には、半径方向外方に突出するプランジャ上方移動規制部42が固定されている。
また、図3に示すように、駆動部14の下部には、長尺方向の両縁部から長尺方向の内方に延在して方向に延在する一対の駆動部側係合部43a,43bが形成されている。これら一対の駆動部側係合部43a,43bの上面に、可動プランジャ13の一対の弾性部材40a,40bの先端側が乗り上げて係合することで、駆動部14及び可動プランジャ13は、一対の弾性部材40a,40bを介して連結されている。
図3に示すように、電磁石収納部8の最下部(底壁2h上)にスプリングガイド44が配置され、このスプリングガイド44に支持された状態で復帰スプリング45が、底壁2hと可動プランジャ13との間に配置されている。
そして、収納ケース4の底壁2hに設けたガス注入部46から接点収納部6及び電磁石収納部に水素や窒素などの、1種類又は複数種類のアーク消弧用ガスが封入されている。
次に、本実施形態の電磁接触器1の動作について説明する。
本実施形態の電磁接触器1は、第1固定接触子10及び端子ボルト17に負極(-)を接続し、第2固定接触子11及び端子ボルト19に正極(+)を接続するものとする。
電磁石ユニット7の励磁コイル37が無励磁状態にあって、電磁石ユニット7で可動プランジャ13を下降させる励磁力を発生していない釈放状態にあるものとする。
この釈放状態では、可動プランジャ13が復帰スプリング45によって上方向に付勢される。このため、可動プランジャ13のプランジャ下方移動規制部41が、駆動部14の駆動部側係合部43a,43bに当接して駆動部14の上方移動が規制され、接点機構5の可動接触子12の第1可動接点12a,第2可動接点152が、第1固定接触子10の第1固定接点10a、第2固定接触子11の第2固定接点11aに対して上方に所定距離だけ離間する。このため、第1固定接触子10及び第2固定接触子11の間の電流路が遮断状態にあり、接点機構5が開極状態となっている。
この釈放状態から、電磁石ユニット7の励磁コイル37に通電すると、この電磁石ユニット7で励磁力が発生し、可動プランジャ13を復帰スプリング45の付勢力に抗して下方に押し下げる。この可動プランジャ13の下降が、プランジャ下方移動規制部41の下面がスプール36の上フランジ部36bに当たることで停止する。
このように、可動プランジャ13が下降することにより、可動プランジャ13に弾性部材40a,40b及び駆動部側係合部43a,43bを介して駆動部14に支持されている可動接触子12も下降し、接点機構5の可動接触子12の第1可動接点12a,第2可動接点12bが、第1固定接触子10の第1固定接点10a、第2固定接触子11の第2固定接点11aに対して接触スプリング16の接触圧で接触する。
このため、電力供給源の大電流が、第1固定接触子10、可動接触子12、第2固定接触子11を通じて負荷装置に供給される閉極状態となる。
この接点機構5の閉極状態から、負荷装置への電流供給を遮断する場合には、電磁石ユニット7の励磁コイル37への励磁を停止する。
励磁コイル37への励磁を停止すると、電磁石ユニット7で可動プランジャ13を下方に移動させる励磁力がなくなることにより、可動プランジャ13が復帰スプリング45の付勢力によって上昇する。
可動プランジャ13が上昇することにより、駆動部14に支持された可動接触子12が上昇し、可動接触子12が第1固定接触子10及び第2固定接触子11から上方に離間する開極開始状態となる。
このような開極開始状態となると、可動接触子12の第1可動接点12aと第1固定接触子10の第1固定接点10aとの間にアークが発生する。また、可動接触子12の第2可動接点12bと第2固定接触子11の第1固定接点11aとの間にもアークが発生する。これらのアークによって電流の通電状態が継続されることになる。このとき、第1可動接点12a及び第1固定接点10aに発生するアークの電流方向は、第1可動接点12aから第1固定接点10aに向う方向であり、第2固定接点11a及び第2可動接点12bに発生するアークの電流方向は、第2固定接点11aから第2可動接点12bに向う方向である。
図5に示すように、第1アーク消弧用永久磁石30のN極から出て第3アーク消弧用永久磁石32のS極に流れる磁束と、第1アーク消弧用永久磁石30のN極から出て第4アーク消弧用永久磁石33のS極に流れる磁束とがアークの近くを通過する。そして、第1可動接点12aと第1固定接点10aとの間に発生するアークの電流の流れと、磁束との関係からフレミング左手の法則により短尺方向に向うローレンツ力が発生し、第1固定接点10a及び第1可動接点12aの間に発生したアークは、引き延ばされていくとともに、接点収納部6に封入されたアーク消弧用ガスによって冷却されて消弧されていく。
また、可動接触子12の第2可動接点12bと第2固定接触子11の第2固定接点11aとの間にアークが発生する場合には、第2可動接点12bと第2固定接点11aとの間に発生したアークの電流の流れと、第2アーク消弧用永久磁石31、第3アーク消弧用永久磁石32及び第4アーク消弧用永久磁石33の間で発生する磁束との関係からフレミング左手の法則により短尺方向に向うローレンツ力が発生し、アークは引き延ばされていくとともに、接点収納部6に封入されたアーク消弧用ガスによって冷却されて消弧されていく。
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態の電磁接触器1の収納ケース4(絶縁箱体2及び絶縁基板3)は、合成樹脂で形成されているので、従来装置のようなセラミック製のケースを備えた電磁接触器と比較して大幅な軽量化を図ることができるとともに、製造コストの低減化を図ることができる。
また、収納ケース4は、粘土結晶の積層膜LFでコーティングされているので、水素や窒素などのガス分子の透過が抑制され、収納ケース4に封入されたアーク消弧用ガスの漏洩を防ぐことができる。
また、本実施形態の収納ケース4は、一対の固定接触子10,11及び可動接触子12と電磁石ユニット7とを同一空間に収納しており、アーク消弧用ガスを封入する内容積が従来装置の接点機構のみを収納している接点容器と比較して大幅に大きくなるので、許容リーク量が少なくなり、アーク発生時の接点収納部6の内部圧力、温度も上昇しにくくなる。したがって、本実施形態の電磁接触器1は、遮断性能を大幅に向上させることができる。
さらに、収納ケース4を構成する合成樹脂製の絶縁基板3には、接点機構5の第1固定接触子10の第2導電板部10c及び第2固定接触子11の第2導電板部11cと、第1固定接触子10及び第2固定接触子11に固定される端子ボルト17,19がインサート成形されており、第1固定接触子10及び端子ボルト17の固定作業、第2固定接触子11及び端子ボルト19の固定作業などが不要となるので、電磁接触器1の組立作業効率を向上させることができる。また、第1及び第2固定接触子10,11,端子ボルト17,19の化学エッチングによる表面処理が施された後にインサート成形されているので、金属と樹脂が界面レベルで接合され、ラビリンス効果による複雑な接合となり、アーク消弧用ガスの漏洩を防ぐことができる。
さらにまた、絶縁基板3には、第1固定接触子10の第2導電板部10cを覆う絶縁カバー部18と、第2固定接触子11の第2導電板部11cを覆う絶縁カバー部とが一体成形されており、第1固定接触子10では第1固定接点10aを設けた第1導電板部10bのみが露出し、第2固定接触子11では第2固定接点11aを設けた第1導電板部11bのみが露出した構造としており、第1導電板部10b、11b以外の箇所でアークの発生が遮蔽されているので、アーク発生による接点機構5の劣化を長期に渡って防止することができる。
1 電磁接触器
2 絶縁箱体
2b~2e 第1~第4側壁
2f 第5側壁
2g 第6側壁
2h 底壁
2i 接続用凸条
3 絶縁基板
3a 接続用凹条
4 収納ケース(密閉容器)
5 接点機構
6 接点収納部
7 電磁石ユニット
8 電磁石収納部
10 第1固定接触子
10a 第1固定接点
10b 第1導電板部
10c 第2導電板部
10d 第3導電板部
11 第2固定接触子
11a 第2固定接点
11b 第1導電板部
11c 第2導電板部
11d 第3導電板部
12 可動接触子
12a 第1可動接点
12b 第2可動接点
13 可動プランジャ
14 駆動部
15 スプリング受け
16 接触スプリング
17,19 端子ボルト(外部端子)
17a,19a ボルト頭部
18、20 絶縁カバー部
21,22 磁石ホルダー
30~33 第1~第4アーク消弧用永久磁石
34,35 永久磁石用ヨーク
36 スプール
36a 中央円筒部
36b 上フランジ部
36c 下フランジ部
36d 袴部
37 励磁コイル
38 コイル端子
39a,39b 磁気ヨーク
40a,40b 弾性部材
41 プランジャ下方移動規制部
42 プランジャ上方移動規制部
43a,43b 駆動部側係合部
44 スプリングガイド
45 復帰スプリング
46 ガス注入部
LF 積層膜(粘土結晶の積層膜)
OB 有機バインダー

Claims (6)

  1. 固定接点を有する一対の固定接触子と、
    前記一対の固定接触子の前記固定接点に接離可能な一対の可動接点を有する可動接触子と、
    前記可動接触子を駆動する電磁石ユニットと、
    前記一対の固定接触子及び前記可動接触子を密閉して収納する密閉容器と、を備え、
    前記密閉容器は、第1部材と第2部材とで構成され、アーク消弧用ガスが封入された合成樹脂製の容器であり、
    前記第1部材は、全周が側壁で囲まれて前記側壁の端面に接続用凸条が全周に連続して形成されており、
    前記第2部材は、前記側壁の端面に対向する位置に、前記接続用凸条が挿入可能な接続用凹条が連続して形成されており、
    接続部材を介在させた状態で前記接続用凹条に前記接続用凸条を挿入することで、前記第1部材及び前記第2部材が一体化されていることを特徴とする密閉型電磁接触器。
  2. 固定接点を有する一対の固定接触子と、
    前記一対の固定接触子の前記固定接点に接離可能な一対の可動接点を有する可動接触子と、
    前記可動接触子を駆動する電磁石ユニットと、
    前記一対の固定接触子及び前記可動接触子と前記電磁石ユニットを同一空間に密閉して収納する密閉容器と、を備え、
    前記密閉容器は、第1部材と第2部材とで構成され、アーク消弧用ガスが封入された合成樹脂製の容器であり、
    前記第1部材は、全周が側壁で囲まれて前記側壁の端面に接続用凸条が全周に連続して形成されており、
    前記第2部材は、前記側壁の端面に対向する位置に、前記接続用凸条が挿入可能な接続用凹条が連続して形成されており、
    接続部材を介在させた状態で前記接続用凹条に前記接続用凸条を挿入することで、前記第1部材及び前記第2部材が一体化されていることを特徴とする密閉型電磁接触器。
  3. 前記固定接触子は、化学エッチングによる表面処理が施されており、インサート成形によって前記密閉容器に一体化されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の密閉型電磁接触器。
  4. 前記一対の固定接触子に接続する外部端子を備えており、前記外部端子の接続部が、インサート成形によって前記密閉容器に一体化されていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の密閉型電磁接触器。
  5. 前記密閉容器は、粘土結晶の積層膜によってガスバリアコーティングされていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の密閉型電磁接触器。
  6. 前記一対の固定接触子の前記固定接点を除いた前記可動接触子に対向する部位を覆う絶縁カバー部が、インサート成形によって前記密閉容器に一体化されていることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の密閉型電磁接触器。
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