JPH03125407A - インダクタ用磁心およびその製法 - Google Patents

インダクタ用磁心およびその製法

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JPH03125407A
JPH03125407A JP26352089A JP26352089A JPH03125407A JP H03125407 A JPH03125407 A JP H03125407A JP 26352089 A JP26352089 A JP 26352089A JP 26352089 A JP26352089 A JP 26352089A JP H03125407 A JPH03125407 A JP H03125407A
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magnetic
fine powder
ribbon
magnetic core
inorganic substance
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JP26352089A
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Takashi Matsuoka
孝 松岡
Kazuhiko Suzuki
和彦 鈴木
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインダクタ用磁心とりわけフィルタ用として好
適な磁心およびその製法に関する。
〔従来の技術〕
磁性リボンを巻回しあるいは積層して磁心を形成した場
合、リボン層間の絶縁が悪いと、リボン層間を流れる渦
電流が生じ、渦電流損失の増大により全体の鉄損(磁損
)が増大する。この傾向はとくに高周波の場合に顕著で
ある。そして、透磁率の周波数特性が悪<100KHz
以上ではメリットのある利用は期待できない。特に、近
年のスイッチング電源は小形化の要請から動作周波数が
高くなっており、数MHzのスイッチング周波数で動作
するものも開発されている。このように高周波化された
回路に使用するノイズフィルタでは優れた高周波特性が
不可欠であり、また、小形化も要求されている。
そこで、従来は、リボン層間の絶縁を良好にするため、
リボン層間tこ非磁性物質か一″)なる絶縁層を設ける
ことが行われ、その−手段としてリボン表面に−様な絶
縁膜を形成して、1.記問題の解決を図ろうとしている
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、磁性リボンとしてアモルファス磁性リボンを製
造する場合、400℃前後で焼鈍することが行われるが
、このような焼鈍が行われると、絶縁膜とリボンとの線
膨張係数の違い、すなわち、はとんどの場合、絶縁膜の
線膨張係数の方がアモルファスリボンのそれより大きい
ので、リボンに圧縮応力が生じ、磁歪の逆効果により磁
気特性が劣化する。
また、400℃前後の焼鈍に耐える絶縁膜としては、材
料的に限られるという問題もあり、さらに、絶縁膜を設
けると磁心を構成した場合、磁性体の充填率(占積率)
が低下し、結果として磁心の大型化を招いてしまう。
本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、占積率の低下を最小限にしてリボン層間の絶縁
性を確保して、磁気特性のよいインダクタ用磁心および
その製法を提供することを技術的課題とするものである
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、その理論的前提として、まず、次のような点
に着目してなされた。
すなわち、先に述べたように、磁性リボンによる磁心の
製造にさいしては、絶縁膜を介在させるのが一般的で、
当業者間ではいかに絶縁性能の良い絶縁膜材料を見い出
すかが最大の関心事になっている。
しかし、観点を変えてみると、このような絶縁膜が無い
場合でも層間に空気層があれば、それが絶縁層となって
、渦電流を防ぎ、しかも、できるだけ占積率を大きくで
きると考えた。
そこで、本発明では、磁性リボンの積層体からなり、各
層間に、非磁性体であり、かつ、絶縁性を有する無機物
からなる微粉を介在させてインダクタ用磁心とした。そ
して、微粉が磁性リボンの各層間に介在させることで、
各層間に空気層な形成できる。
本発明では、当初の目的として空気層を確保するために
前記微粉を介在させたが、微粉がリボンの各層間にまん
べんなく密に介在させた場合も考えられる。この場合に
は空気層を確保するという意味は無くなり、微粉自体が
絶縁層として作用することとなるが、この場合も微粉に
より空気層を確保する場合と同様の効果を得られる。従
って、本発明は、微粉を粗に介在させる場合、または、
密に介在させる場合のいずれをも含む広い概念である。
〔作用〕
以下、本発明の作用を述べ、さらに具体的な解決手段に
ついて説明する。
本発明では、上記のように無機物からなる微粉がスペー
サとなって、リボンによる各層間に空気層を作って絶縁
層を形成する場合と、これに対し、微粉がリボン間にま
んべんなく密に介在して微粉自体が絶縁層を形成する場
合とがある。
ここで、本発明における磁性リボンとは、磁性体の薄、
帯であり、磁性林料わ1としてl:Il 、 遷移金属
中のFe、Co、Ni等の強磁性元素油体、あるいは強
磁性元素同士の合金、特性改善を図るために加えられる
非強磁性元素と強磁性元素との合金、フェライト、パー
マロイ、アモルファス合金等を例示できる。アモルファ
ス金属としては、Fe−B、  Fe −B−C,Fe
−B−3i、  Fe−B −9i −C,Fe−B−
5i−Cr、  Fe−Co −B−3i、  Fe−
Nj −Mo−B等のFe系、co−B、  Co−F
e−9i −B、  Co−Fe−Ni −Mo−B−
S i、  Co−Fe−N i −B−Si、  C
o−Fe−Mn −B−3i、  Co−Fe −Mn
−N i、  Co −Mn−N i −B−9i、 
 C。
−F e−Mn−N i −B等のCo系等を例示でき
る。
本発明で使用する磁性リボンとしては、以上の他に、当
初はアモルファス状態であるが、加熱処理をすると組織
が微細結晶粒となる磁性体、例えば、Fe−Cu−Nb
−9i−B、具体的な組成としては、F e735−C
u+−Nb3−S i+3.5−139を例示できる。
このJ、うな磁性リボンによる積層体の各層間に介在す
る無機物の微粉としては、非磁性体であり、かつ、絶縁
性を有することが条件となる。微粉が磁性体であり、ま
た、導電性を有すると、磁気特性に悪影響を与えたり、
渦電流が流れやすくなったりするからである。
また、本発明で使用する無機物としては、■ガラス(け
い酸ナトリウム)、雲母(アルミノけい酸アルカリ塩、
フィロけい酸アルカリ塩)、炭化ケイ素、硫酸カルシウ
ム半水塩、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カル
シウム、硫酸バリウム等に代表される自然状態で安定な
無機物質、■酸化アルミニウム、酸化ホウ素、酸化マグ
ネシウム、二酸化ケイ素、二酸化スズ、酸化亜鉛、二酸
化ジルコニウム、五酸化ニアンチモン、酸化チタン等の
金属酸化物、■前記■に例示される素材の他、ペロブス
カイト、ケイ酸塩ガラス、リン酸塩、チタン酸塩、ニオ
ブ、タンタル、タングステン酸塩等の複酸化物からなる
セラミックス、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム
焼結体、窒化ホウ素、窒化ホウ素マクネシウム、窒化ホ
ウ素複合体、窒化ケイ素、窒化ケイ素ランタン、サイア
ロン等の窒化物、炭化ホウ素、炭化ケイ素、炭化ホウ素
アルミニウム、炭化ホウ素アルミニウム、炭化チタン等
の炭化物、ニホウ化チタン、六ホウ化カルシウム、六ホ
ウ化ランタン等のホウ化物で例示されるセラミックス素
材を単体、もしくは複合して形成したセラミックスを例
示できる。これらの中では、二酸化ケイ素、酸化アルミ
ニウム、二酸化ジルコニウム、五酸化ニアンチモン、酸
化チタンが好適である。
これら無機物の微粉の粒径についてみると、微粉をリボ
ン間にまんべんなく介在させて絶縁層とする点を考慮す
ると、微粉の粒径は小さくてもよいが、小さくすること
は製造を困難にする要因となる。一方、余り大きいとリ
ボンで磁心を形成した場合、リボン間の間隙の幅が大き
くなりすぎて磁性体の占積率が小さくなる。このような
理由から、微粉の粒径は0.001μm〜2μm、好ま
しくは0.005μm〜1ノ月1〕であるのかよい。
また、微粉の介在量はリボンの11位面積(lcイ)当
り、微粉が10101C〜2X10−′Cm3、さらに
好適には、3 X 10−6c m3〜10−5c r
n3となる量だけ介在するようにするとよい。この量を
単位面積当りの微粉重量に換算すると、微粉の素材の比
重によりその値が変わるが、五酸化ニアンチモンの場合
、3.8X10−7g/c−〜7゜6X] O=g/C
d、さらに好適には1.  lXl0−5g/cゼ〜3
.8X10−5g/cn?である。
微粉を介在させる手段としては、磁性リボンを巻回もし
くは積層するにあたって、微粉を磁性リボン上に散布し
ながら巻回もしくは積層する方法を例示できる。また他
の方法として、前記のような微粉を、高分子溶液又は高
分子分散液又は両者の混合液に分散して得た分散系、と
りわけコロイド溶液とした絶縁処理液を磁性リボンの少
なくとも一面に付着させ、それを巻回もしくは積層する
方法を例示できる。
このような絶縁処理液で用いられる高分子溶液は、揮発
性液体に高分子化合物が溶解して形成されている。揮発
性液体としては、具体的には、例えば、無機溶媒として
、水、アンモニア水など、有機溶媒として、トルエン、
キシレン、低級アルコール、ガソリン、ケロシン、ヘキ
サン、その他にも芳香族、脂肪族有機溶剤などが挙げら
れる。
なお、これらは単独で用いられてもよく、可能な範囲で
混合されて用いられてもよい。
このような揮発性液体に溶解して用いられる高分子化合
物は、前記微粉を分散系中で実質的に凝結させることの
ない非イオン性物質が望ましい。
例えば具体的には、ポリエチレングリコール、カルボキ
シメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアク
リル酸、ポリアクリル酸メチル、アクリル酸・シリコン
化合物共重合体などが挙げられる。その他にも、アクリ
ル系、ウレタン系、エポキシ系、酢酸ビニル系などの高
分子化合物も挙げられる。
ただし、実際に用いられる高分子化合物は、上記の中で
も用いられる揮発性液体に対応して選択11− され、揮発性液体が揮散した場合でも、なお、粘着性を
有している高分子化合物がよい。例えは、揮発性液体に
トルエンを用いた場合にはアクリル系、ウレタン系、あ
るいはエポキシ系化合物が挙げれる。揮発性液体に水を
用いた場合、ポリエチレングリコール、ポリビニルアル
コールなどが好ましい。
また、高分子化合物の割合は、分散系全体に対し、0.
1重量%〜10重量%であるとよい。高分子化合物の割
合がこの範囲にあると、分散系に適度の粘性が付与され
てよい。
絶縁処理液で用いる高分子分散液は、前記高分子溶液に
用いた揮発性液体と同一の液体を分散媒として用いるこ
とができる。このような揮発性液体に分散して用いられ
る高分子化合物は、熱可塑性エラストマー、低密度ポリ
オレフィン、アイオノマー、酢酸ビニル系共重合ポリオ
レフィン、低分子量ポリオレフィンなどのポリオレフィ
ン系樹脂の微粉を例示できる。これら樹脂微粉の粒径は
5μm以下が好ましく、揮発性液体への分散量は12− 総烙に対し、0. 1〜10重量%程度が好Jξしい、
さら乙こ具体的には、■水(95重量%)に平均粒径4
μmの熱可塑性エラストマー微粉を5重量%分散させた
高分子分散液、■水(95重量%)に平均粒径5Bmの
低密度ポリオレフィン微粉を5重量%分散させた高分子
分散液、■水(95重量%)に平均粒径0.5μm以下
のアイオノマー微粉を10重量%分散させた高分子分散
液、■水(95重量%)に平均粒径5μm以下のの酢酸
ビニル系共重合ポリオレフィン微粉を5重量%分散させ
た高分子分散液、■水(95重量%)に平均粒径2〜5
μmの低分子量ポリオレフィン微粉を5重量%分散させ
た高分子分散液などを例示できる。
そして、以上の高分子溶液、高分子分散液には、界面活
性剤、乳化助剤、分散助剤などの添加物質が含まれてい
てもよい。また、高分子溶液と高分子分散液とが混合し
て用いられてもよい。
このような高分子溶液又は高分子分散液もしくはこれら
の混合液中に分散される微粉の割合は、高分子溶液、高
分子分散液、微粉の種類によっても大ぎく異なるが、一
般には、分散系全体に刻し、0.1重量%〜60重量%
であるとよい場合が多い。その中でも、例えば微粉が五
酸化ニアンチモン、揮発性液体がトルエンの場合、分散
系全体に対し、0.1〜30重量%の比率で五酸化ニア
ンチモンが用いられるとよい。五酸化ニアンチモンの割
合は例えば3重量%程度でも十分有効で、このような絶
縁処理液を磁性リボンに塗布して絶縁層の形成される磁
心に占積率の低下はほとんどなく、磁気特性も劣化しな
い。
本発明の絶縁処理液の製造にあたって、微粉を分散させ
る方法としては、例えば、分散法によってもよく、凝集
法によ−ってもよい。分散法の場合、機械的分散法でも
よく、電気的分散法でもよく、解膠法でもよい。凝集法
の場合、還元法、酸化法、複分解法、溶解度低下法のい
ずれでもよい。
絶縁処理液を得るには、このような分散液の製造にあた
って、高分子化合物を混合しである高分子溶液あるいは
高分子分散液をあらかじめ用いて分散系を形成し、それ
を絶縁処理液としてもよく、高分子溶液あるいは高分子
分散液の製造工程の中で上記のような微粉を混合しても
よい。また、微粉を分散した揮発性液体の中に高分子化
合物を溶解もしくは分散してもよい。
絶縁処理液を、上記のような磁性リボンに塗布する際、
塗布膜の厚さは10μm以下にするとよい。この程度の
厚さにすると、磁性リボンに対する微粉付着量が、磁性
リボンの単位面積(IC1T1″)当り、10−7cm
3〜2X10−’cm3、条件次第では、3X10−6
cm3〜10−5cm3となるのでよい。
通常、上記のように絶縁処理液の塗布された磁性リボン
を更に強制的もしくは自然に乾燥し、揮発性液体を揮散
させ、残存する高分子化合物を介して微粉を磁性リボン
などに付着させる。
また、揮発性液体を揮散させるには、好ましくは乾燥炉
を使用し、一般には100℃以下で乾燥するとよい。
ところで、磁性リボン、とりわけアモルファスリボンは
、必要に応じて歪取りのために、窒素等不活性ガス雰囲
気、あるいは、酸素等酸化雰囲気中において、300℃
〜600 ℃、好ましくは、320℃〜420℃の温度
で、30分〜300分焼鈍するとよい。この焼鈍は、リ
ボンを巻回あるいは積層して磁心とした後に行ってもよ
いし、リボンの状態のままで行ってもよい。とりわけ、
キュリー点よりも10℃〜50℃高い温度で焼鈍すると
き、高周波での特性のよいものが得られる。
なお、焼鈍は磁場中で行ってもよいし、無磁場で行って
もよい。
絶縁処理液が磁性リボンに塗布された場合、その後焼鈍
されると、高分子化合物は焼失し、絶縁性微粉は磁性リ
ボン層間に介在し、保持される。
そして、巻回もしくは積層したアモルファス磁心を焼鈍
する場合、リボン間の微粉は、粉体であるがゆえに線膨
張ということが磁心に影響を与えない。むしろ、アモル
ファスリボンの収縮に伴う応力を吸収するという作用を
奏する。
巻回してトロイダル型磁心を得る場合、磁性リ15− ボンに張力をかけて巻回するが、巻回時にかける張力は
0.05kg以」−1好ましくは0. 5kg以上がよ
い。
一方、積層型の磁心な製造する場合は、微粉付きリボン
を所定形状に切断し、積層して磁心とする。この場合、
積層圧は0.5kg/cvrr以上とするのが好ましい
なお、必要に応じて磁心に樹脂を含浸し、あるいは、樹
脂で周囲を固めてもよい。本発明では、空気層をあくま
でも維持しなけならない主旨ではない。微粉の存在によ
る特徴的メリットは、上記したように磁心の焼鈍時に線
膨張の差による歪が磁性リボンに生じないようにするこ
とであり、また、リボン間の間隔をできるだけ狭くする
ことである。よって、焼鈍が終わフた後に、磁心に樹脂
を含浸させてもよい。
〔実施例〕
以下、本発明の詳細な説明する。
[実施例1] アライド社製2605S−2(Fevs  Baa−1
6− 5i9)  のアモルフ)・ス磁性リボン、(15mm
l咄)の片面に、水50重置火に幻し五酸化ニアンチモ
ンの微粉(粒径0.04μm)を50重量%分散したコ
ロイド溶液をロールコータ−にて塗布し、0.45μm
厚の絶縁層を形成した。
続いて、このアモルファス磁性リボンを巻テンション0
.8kgで巻回して、外径37mm、内径23mm、高
さ15mm、体積=8.22X10−6(m3)、有効
断面積=8.72X10−5(m2)、平均磁路長=9
.43X10−2(m)、占積率83.1%のトロイダ
ルコアを得た。
そして、400℃で2時間、窒素中で焼鈍した。
続いてこれを絶縁ケースに入れて0.5φの絶縁被覆導
線を10ターン巻いた。
以上の条件で製造したインダクタの透磁率の周波数特性
を測定磁界=5mOe、測定電流=2. 65173m
Aで測定したところ第1図に示す結果を得た。
[実施例2コ アライド社製2605S  2 (Fete−B+3−
5iq)  のアモルフ)・ス磁性リボン(15mm幅
)の片面に、水60重紙%に対し五酸化ニアンチモンの
微粉(粒径0.04μm)を40重量%分散したコロイ
ド溶液をロールコータ−にて塗布し、0.4μm厚の絶
縁層を形成した。
続いて、このアモルファス磁性リボンを巻テンション0
.8kgで巻回して、外径37mm、内径23mm、高
さ15mm、体積=8.85X10−6(m3)、有効
断面積=9.39X10−50−5(、平均磁路長=9
.43X10−2(m)、占積率89.4%のトロイダ
ルコアを得た。
そして、395℃で2時間、窒素中で焼鈍した。
続いてこれを絶縁ケースに入れて0.5φの絶縁被覆導
線を10ターン巻いた。
以上の条件で製造したインダクタの透磁率の周波数特性
を測定磁界=5mOe、測定電流=2. 65173m
Aで測定したところ第2図に示す結果を得た。
[実施例3コ アライド社製2605S−2(Fevs  Ba3−1
9− 5in)  のアモルファス磁性リボン(15mml@
)の片面に、水60重置火に幻し五酸化ニアンチモンの
微粉(粒径0.04μ汀1)を40重量%分散したコロ
イド溶液をロールコータ−にて塗布し、0.4μm厚の
絶縁層を形成した。
続いて、このアモルファス磁性リボンを巻テンション0
.8kgで巻回して、外径37mm、内径23mm、高
さ15mm、体積=8.66X10−’(m3)、有効
断面積=9. 19X 10−50−5(、平均磁路長
=9.43X10−0−2(、占積率87.5%のトロ
イダルコアを得た。
そして、390℃で2時間、窒素中で焼鈍した。
続いてこれを絶縁ケースに入れて0.5φの絶縁被覆導
線を10ターン巻いた。
以上の条件で製造したインダクタの透磁率の周波数特性
を測定磁界=5mOe、測定電流=2. 65173m
Aで測定したところ第3図に示す結果を得た。
[比較例1] アライド社製2605S  2 (Fe7@ BI3−
2O− 5i9)  のアモルファス磁性リボン(15mm幅)
を巻テンション(1,8kgで巻回し、外径37rnm
、内径23mm、高さ15mm、 占積率93%のトロ
イダルコアを得た。そして、430℃で2時間、窒素中
で焼鈍した。この処理は無磁場中で行った。続いてこれ
を絶縁ケースに入れて0. 5φの絶縁被覆導線を10
ターン巻いた。
以上の条件で製造したインダクタの透磁率の周波数特性
を測定したところ第4図中に×−×で示す特性となった
[比較例2コ アライド社製2605S−2(Fe7s  BI3−9
i9)  のアモルファス磁性リボン(15mm幅)を
巻テンション0.15kgで巻回して磁心を形成し、外
径37mm、内径23mm、高さ15mm、占積率88
%のトロイダルコアを得た。そして、430℃で2時間
、窒素中で焼鈍した。この処理は無磁場中で行った。続
いてこれを絶縁ケースに入れて0.5φの絶縁被覆導線
を10ターン巻いた。
以上の条件で製造し人二インダクタの透磁率の周波数特
性を測定したところ第4図中にローロで示す特性となっ
た。
以上の結果から、実施例のものでは、ヒステリシスがよ
り線形に近く、また、鉄損についても全体的に低く、と
くに高周波部分での上昇を低く押さえることができる。
200KHzまでほぼ一定の透磁率が得られた。
〔発明の効果〕
本発明では、前記構成としたので、とりわけ、10KH
2以上の周波数での磁気特性を改善でき、また、占積率
をできるだけ大きくでき、磁心の小型化に寄与できる。
したがって、スイッチング電源のフィルタのように高周
波での特性を要求される用途に最適である。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の実施例を示し、第1図は
実施例1のグラフ図、第2図は実施例2のグラフ図、第
3図は実施例3のグラフ図である。 第4図は比較例1および2のグラフ図である。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)磁性リボンの積層体からなり、各層間に、非磁性
    体であり、かつ、絶縁性を有する無機物からなる微粉を
    介在させたことを特徴とするインダクタ用磁心。
  2. (2)前記磁性リボンがアモルファス金属である請求項
    1記載のインダクタ用磁心。
  3. (3)前記無機物が金属酸化物であり、微粉の径が0.
    001μm〜2μmであることを特徴とする請求項1ま
    たは2記載のインダクタ用磁心。
  4. (4)前記無機物による絶縁層の厚さが0.1μm〜1
    μmであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれ
    かに記載のインダクタ用磁心。
  5. (5)磁性リボンを巻回してなることを特徴とする請求
    項1ないし4のいずれかに記載のインダクタ用磁心。
  6. (6)磁性リボンを積層してなることを特徴とする請求
    項1ないし4のいずれかに記載のインダクタ用磁心。
  7. (7)磁性リボン間に、非磁性体であり、かつ、絶縁性
    を有する無機物からなる微粉を介在させて磁性リボンを
    巻回もしくは積層する積層工程と、前記積層工程の前あ
    るいは後に、磁性リボンを300℃〜600℃の温度で
    焼鈍する焼鈍工程とを有するインダクタ用磁心の製法。
  8. (8)前記積層工程は、磁性リボンの少なくとも一面に
    、前記微粉を分散させた絶縁処理液を塗布した後、磁性
    リボンを巻回もしくは積層する工程であり、前記絶縁処
    理液は、前記微粉が、高分子溶液又は高分子分散液又は
    その両者の混合液を分散媒にして分散している分散系で
    形成されている請求項7記載のインダクタ用磁心の製法
  9. (9)前記積層工程は、磁性リボンを0.05kg以上
    の張力で巻回するものである請求項7もしくは8記載の
    インダクタ用磁心の製法。
  10. (10)前記積層工程は、磁性リボンを重ねて0.5k
    g/cm^2以上の圧力を印加するものである請求項7
    もしくは8記載のインダクタ用磁心の製法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012119698A (ja) * 2012-01-06 2012-06-21 Mitsubishi Electric Corp ラジアル異方性リング磁石の製造装置

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JP2012119698A (ja) * 2012-01-06 2012-06-21 Mitsubishi Electric Corp ラジアル異方性リング磁石の製造装置

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