JPH0417376A - Manufacture of electrostrictive effect device - Google Patents
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、複数枚のセラミックグリーンシートを積層し
一体焼成して得られた焼結体を用いた積層型の電歪効果
素子の製造方法の改良に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides a method for manufacturing a laminated electrostrictive element using a sintered body obtained by laminating and integrally firing a plurality of ceramic green sheets. Regarding improvements.
上記のような積層型電歪効果素子の一例を第３図に示す
。An example of the above-described laminated electrostrictive effect element is shown in FIG.
電歪効果素子１は、例えばセラミック発振子等に使用さ
れるものである。！歪効果素子１では、電歪材料よりな
る焼結体２内に内部電極の形態で励振電極３，４がセラ
ミック層５を介して重なり合うように配置されている。The electrostrictive element 1 is used, for example, in a ceramic oscillator. ! In the strain effect element 1, excitation electrodes 3 and 4 in the form of internal electrodes are arranged in a sintered body 2 made of an electrostrictive material so as to overlap with each other with a ceramic layer 5 in between.
励振電極３．４には、引出し電極６．７がそれぞれ接続
されており、該引出し電極６，７により焼結体２の側面
２ａ、２ｂに引出されている。側面２ａ、２ｂには、そ
れぞれ引出し電極６．７と導電的に接続された外部電極
８．９が形成されている。Excitation electrodes 3.4 are connected to extraction electrodes 6.7, respectively, and are extracted to the side surfaces 2a, 2b of the sintered body 2 by the extraction electrodes 6, 7. External electrodes 8.9 are formed on the side surfaces 2a and 2b, respectively, and are electrically conductively connected to the extraction electrodes 6.7.
なお、第２図では、励振電極３．４の位置を明確にする
ために、励振電極３゜４は引出し電極６７より肉厚に図
示されているが、後述の製造方法から明らかなように、
励振電極３．４は、実際には引出し電極６．７と等しい
厚みを存するように形成されるのが常である。In FIG. 2, in order to clarify the position of the excitation electrode 3.4, the excitation electrode 3.4 is shown to be thicker than the extraction electrode 67, but as will be clear from the manufacturing method described later,
In practice, the excitation electrode 3.4 is usually formed to have the same thickness as the extraction electrode 6.7.
電歪効果素子ｌでは、励振電極３．４の外側に、空洞１
０ａ、］Ｏｂが形成されている。空洞】Ｏａ、１０ｂは
、励振電極３．４が形成されている部分の振動を妨げな
いようにするために設けられている。In the electrostrictive element 1, a cavity 1 is provided outside the excitation electrode 3.4.
0a, ]Ob is formed. The cavities Oa and 10b are provided so as not to interfere with the vibration of the portion where the excitation electrode 3.4 is formed.
上記電歪効果素子１は、第１図に示すセラミックグリー
ンシートを用いて製造されていた。すなわち、電歪材料
粉末に、有ａ溶媒に溶解または分散されたバインダを混
合してなる有機系セラミックグリーンシートを打ち抜き
、矩形形状の複数枚のセラミックグリーンシート１１〜
１５を用意する。セラミックグリーンシート１２．１４
には、それぞれ、円形の開口１２ａ、１４ａが形成され
ている。この開口１２ａ、１４ａは、前述した空洞１０
ａ、ｌｏｂを形成するために設けられているものである
。セラミックグリーンシート１３の両主面には、励振電
極３，４及び引出し電極６゜７を形成するために、導電
ベース）３，４，６゜７が塗布されている（導電ペース
トの参照番号については後述の焼成工程により焼付けら
れて形成される励振電極及び引出し電極に用いたのと同
一参照番号を付与することとする）。The electrostrictive effect element 1 was manufactured using a ceramic green sheet shown in FIG. That is, an organic ceramic green sheet made by mixing electrostrictive material powder with a binder dissolved or dispersed in an aqueous solvent is punched out to form a plurality of rectangular ceramic green sheets 11 to 11.
Prepare 15. Ceramic green sheet 12.14
A circular opening 12a, 14a is formed in each of the openings 12a and 14a. These openings 12a, 14a are the same as the above-mentioned cavity 10.
a. It is provided to form a lob. On both main surfaces of the ceramic green sheet 13, conductive bases) 3, 4, 6°7 are applied to form excitation electrodes 3, 4 and extraction electrodes 6°7 (reference numbers of conductive pastes). shall be given the same reference numerals as those used for the excitation electrode and extraction electrode formed by baking in the baking process described below).
次に、第１図のセラミックグリーンシート１１〜Ｉ５を
積層し、一体焼成することにより第３図の焼結体２を得
る。しかる後、焼結体２の側面２ａ、２ｂに公知の外部
電極形成方法により外部電極８．９を形成する。Next, the ceramic green sheets 11 to I5 shown in FIG. 1 are stacked and integrally fired to obtain the sintered body 2 shown in FIG. 3. Thereafter, external electrodes 8.9 are formed on the side surfaces 2a and 2b of the sintered body 2 by a known external electrode forming method.
〔発明が解決しようとする技術的課題〕しかしながら、
上記した従来の製造方法では、積層体の圧着後の焼成に
際し、第１図に示したセラミックグリーンシート１１が
自重により開口１２ａ内に陥没しがちであった。その結
果、得られた焼結体では、励振電極３に上方のセラミッ
クグリーンシート１１が接触した状態で焼結されること
があつた。従って、圧電特性が劣化しがちであり、設計
通りの特性を確実に得ることが困難であった。[Technical problem to be solved by the invention] However,
In the conventional manufacturing method described above, the ceramic green sheet 11 shown in FIG. 1 tends to collapse into the opening 12a due to its own weight during firing after the laminate is bonded. As a result, the obtained sintered body was sometimes sintered with the upper ceramic green sheet 11 in contact with the excitation electrode 3. Therefore, the piezoelectric properties tend to deteriorate, making it difficult to reliably obtain the designed properties.
また、上記の問題を解消するために、励振電極３．４上
に、セラミックスの焼成時の温度で消失するカーボンペ
ーストのような可燃性材料ペーストを塗布した後、圧着
・焼成を行う方法も考えられた。しかしながら、このよ
うな可燃性材料ペーストを用いても、大きな効果は得ら
れなかった。In order to solve the above problem, we have also considered applying a flammable material paste such as carbon paste, which disappears at the temperature at which ceramics are fired, on the excitation electrode 3.4, and then pressing and firing it. It was done. However, even when such a combustible material paste was used, no great effect was obtained.
これは、有ａＮ媒をバインダ熔解用または分散用媒体と
して用いたセラミックグリーンシートでは、焼成途中に
おいて該セラミックグリーンシート１１が自己の重みに
耐え得るだけの強度を消失するからであると考えられる
。This is considered to be because in the case of a ceramic green sheet using an aN medium as a binder melting or dispersing medium, the ceramic green sheet 11 loses strength enough to withstand its own weight during firing.
よって、本発明の目的は、励振電極上に振動を妨げない
空洞を設けた構造を有する積層型の電歪効果素子の製造
方法であって、空洞を閉成するセラミックス部分と励振
電極との接触を確実に防止することができ、従って設計
通りの圧電特性を得ることが可能な電歪効果素子の製造
方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a laminated electrostrictive element having a structure in which a cavity is provided on an excitation electrode so as not to impede vibration, and in which a ceramic portion that closes the cavity is brought into contact with the excitation electrode. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an electrostrictive effect element that can reliably prevent the above problems and obtain piezoelectric characteristics as designed.
〔技術的課題を解決するための手段］
本発明の電歪効果素子の製造方法は、電歪材料よりなる
セラミック焼結体と、該焼結体内においてセラミックス
層を介して重なり合うように配置された励振電極と、該
励振電極に電気的に接続されており、かつ該励振電極を
焼結体側面に引出すための引出し電極と、該焼結体側面
に形成されており、かつ前記引出し電極と電気的に接続
された外部電極とを備え、焼結体の厚み方向において少
なくとも１枚の前記励振電極の外側に励振電極部分の振
動を妨げないための空洞が形成されている構造を有する
電歪効果素子の製造方法であって、下記の一連の工程を
少なくとも備えることを特徴とする。[Means for Solving Technical Problems] The method for manufacturing an electrostrictive effect element of the present invention includes: a ceramic sintered body made of an electrostrictive material; an excitation electrode, an extraction electrode electrically connected to the excitation electrode and for extracting the excitation electrode to the side surface of the sintered body; and an extraction electrode formed on the side surface of the sintered body and electrically connected to the extraction electrode. an electrostrictive effect having a structure in which a cavity is formed outside at least one of the excitation electrodes in the thickness direction of the sintered body to prevent vibration of the excitation electrode portion; A method for manufacturing an element, which is characterized by comprising at least the following series of steps.
すなわち、両主面に、励振電極及び引出し電極を形成す
るための導電ペーストが塗布された第１のセラミックグ
リーンシートを用意する。他方、励振電極よりも広い面
積の開口を有する第２のセラミックグリーンシートを用
意する。そして、第１のセラミックグリーンシートの開
口内に前記励振電極用導電ペーストを臨ませるように、
第１のセラミックグリーンシートの少なくとも一方主面
に第２のセラミックグリーンシートが積層されており、
第２のセラミックグリーンシートの第１のセラミックグ
リーンシートが積層されている側と反対側に、水分散液
系セラミックグリーンシートが積層されて上記開口が閉
成されている構造を備える積層体を得る。That is, a first ceramic green sheet is prepared, which has both main surfaces coated with a conductive paste for forming excitation electrodes and extraction electrodes. On the other hand, a second ceramic green sheet having an opening with a wider area than the excitation electrode is prepared. Then, so that the conductive paste for excitation electrode is exposed in the opening of the first ceramic green sheet,
A second ceramic green sheet is laminated on at least one main surface of the first ceramic green sheet,
Obtain a laminate having a structure in which an aqueous dispersion ceramic green sheet is laminated on the side of the second ceramic green sheet opposite to the side on which the first ceramic green sheet is laminated, and the opening is closed. .
次に、得られた積層体の厚み方向に圧力を付加し、セラ
ミックグリーンシート同士を圧着し、焼成することによ
り焼結体を得る。Next, pressure is applied in the thickness direction of the obtained laminate to press the ceramic green sheets together and sinter them to obtain a sintered body.
次に、引出し電極用導電ペーストが引出されている焼結
体側面に外部電極を付与する。Next, an external electrode is applied to the side surface of the sintered body from which the conductive paste for an extraction electrode has been extracted.
なお、上記水分散液系セラミックグリーンシートとは、
セラミックグリーンシートを製造するに際し、有機溶媒
ではなく水を分散媒としてバインダを分散させた分散液
を用いて製造されたものを意味する。The above water dispersion ceramic green sheet is
Ceramic green sheets are manufactured using a dispersion liquid in which a binder is dispersed using water as a dispersion medium instead of an organic solvent.
本発明では、開口を閉成するのに用いられるセラミック
グリーンシートとして、上記した水分散液系セラミック
グリーンシートが用いられる。In the present invention, the aqueous dispersion ceramic green sheet described above is used as the ceramic green sheet used to close the opening.
これは、有機系セラミックグリーンシートと水分散液系
セラミックグリーンシートとに熱可塑性のちがいがある
ためで、焼成時に有機系セラミックグリーンシートがさ
らに柔らかくなるのに対して、水分散液系セラミックグ
リーンシートはさほど柔らかくならず、十分な保形性を
有する。This is because there is a difference in thermoplasticity between organic ceramic green sheets and aqueous dispersion ceramic green sheets.While organic ceramic green sheets become softer during firing, aqueous dispersion ceramic green sheets It is not very soft and has sufficient shape retention.
よって、開口内へのセラミックグリーンシートの撓み込
みがほとんど生じないため、得られた焼結体中の空洞形
成部分において、励振電極にセラミンクスが付着するこ
とを効果的に防止することができる。Therefore, since the ceramic green sheet hardly bends into the opening, it is possible to effectively prevent the ceramic green sheet from adhering to the excitation electrode in the cavity-forming portion of the obtained sintered body.
〔実施例の説明］
以下、本発明の非限定的な実施例につき、図面を参照し
つつ説明する。[Description of Examples] Hereinafter, non-limiting examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、第１図に示すセラミックグリーンシート１１〜１
５を用意する。セラミックグリーンシート１１〜１５の
形状自体については、前述した従来例と同様であるため
、同一の参照番号を付して説明することとする。First, ceramic green sheets 11 to 1 shown in FIG.
Prepare 5. The shapes of the ceramic green sheets 11 to 15 are the same as those of the conventional example described above, and therefore will be described using the same reference numerals.
本実施例では、バインダ製造工程において水を分散媒と
して用いた水分散液系セラミックグリーンシートで、第
１のセラミックグリーンシート１３を作製する。このセ
ラミックグリーンシート１３の上面及び下面には、それ
ぞれ、Ａｇ−Ｐｄのような導電性材料を主体とする導電
ペースト３゜４．６．７が印刷されている。導電ペース
ト３゜４は、後述の励振電極３．４を、導電ペースト６
゜７は後述の引出し電極６．７を形成するために印刷さ
れている。In this example, the first ceramic green sheet 13 is manufactured using an aqueous dispersion type ceramic green sheet using water as a dispersion medium in the binder manufacturing process. On the upper and lower surfaces of the ceramic green sheet 13, a conductive paste 3°4.6.7 mainly composed of a conductive material such as Ag-Pd is printed. The conductive paste 3.4 connects the excitation electrode 3.4, which will be described later, to the conductive paste 6.
7 is printed to form an extraction electrode 6.7 which will be described later.
また、第２のセラミックグリーンシート１２゜１４とし
て、従来と同様にバインダを有機溶媒で溶解または分散
してなる有機系セラミックグリーンシートを用意する。Furthermore, as the second ceramic green sheet 12, 14, an organic ceramic green sheet is prepared in which a binder is dissolved or dispersed in an organic solvent in the same manner as in the prior art.
有機溶媒としては、トルエン等の適宜の溶媒が用いられ
る。セラミックグリーンシー）１２．１４には、それぞ
れ、空洞を形成するための開口１２ａ、１４ａが形成さ
れている。As the organic solvent, an appropriate solvent such as toluene is used. Openings 12a and 14a for forming cavities are formed in the ceramic green seas 12 and 14, respectively.
さらに、セラミックグリーンシート１１．１５は、セラ
ミックグリーンシート１３と同様に、水分散液系セラミ
ックグリーンシートで構成されている。Furthermore, the ceramic green sheets 11 and 15, like the ceramic green sheets 13, are composed of aqueous dispersion type ceramic green sheets.
上記セラミックグリーンシート１１〜１５を第１図の向
きのまま積層し、厚み方向に圧力を付加することにより
、積層体を得る。得られた積層体を第２図に示す。A laminate is obtained by stacking the ceramic green sheets 11 to 15 in the orientation shown in FIG. 1 and applying pressure in the thickness direction. The obtained laminate is shown in FIG.
第２図から明らかなように、積層体２０では、上記間口
１２ａ、１４ａに基づく空洞１０ａ、１０ｂが、励振１
ｉ＃１ｉＡ３． ４が臨むように形成されている。As is clear from FIG. 2, in the stacked body 20, the cavities 10a and 10b based on the openings 12a and 14a are
i#1iA3. It is formed so that 4 faces.
次に、積層体２０を焼成し、導電ペースト３４．６．７
及びセラミックグリーンシート１１〜１５を一体焼成す
ることにより、第３図に示した焼結体２と同様の構造を
有する焼結体が得られる。Next, the laminate 20 is fired, and the conductive paste 34.6.7 is
By integrally firing the ceramic green sheets 11 to 15, a sintered body having a structure similar to that of the sintered body 2 shown in FIG. 3 can be obtained.
そして、公知の外部電極形成方法により外部電極８．９
を焼結体２の両側面に形成することにより、電歪効果素
子１を得ることができる。Then, an external electrode 8.9 is formed by a known external electrode forming method.
By forming on both sides of the sintered body 2, the electrostrictive effect element 1 can be obtained.
本実施例では、第２図の積層体の状態において、空洞１
０ａ、１０ｂが水分散液系セラミックグリーンシート１
１．１５で閉成されている。従って、焼成に際し昇温し
たとしても、水分散液系セラミックグリーンシートが、
有機系セラミックグリーンシートに比べて柔らかくなら
ないため、第２図の形状を保ったまま焼成が進行する。In this example, in the state of the stacked body shown in FIG.
0a and 10b are aqueous dispersion ceramic green sheets 1
It was closed at 1.15. Therefore, even if the temperature is increased during firing, the aqueous dispersion ceramic green sheet will
Since it does not become softer than organic ceramic green sheets, firing proceeds while maintaining the shape shown in FIG. 2.
よって、空洞！ｏａ内に上方のセラミックグリーンシー
トｌｌが垂れ込むおそれがないため、第３図に示した設
計通りの形状の空洞１０８．ＩＯｂを形成し得る。すな
わち、焼成後に励振電極３に上方のセラミックス部分が
付着するという事故を確実に防止することができる。Therefore, it is hollow! Since there is no risk of the upper ceramic green sheet ll hanging into the OA, the cavity 108. is shaped as designed as shown in FIG. IOb may be formed. That is, it is possible to reliably prevent an accident in which the upper ceramic portion adheres to the excitation electrode 3 after firing.
なお、上記実施例では、バインダを有機溶媒に溶解また
は分散した状態で混合してなる有機系セラミックグリー
ンシートで第２のセラミックグリーンシート１２．１４
が構成されている。よって、第２のセラミックグリーン
シート１２．１４に、第１のセラミックグリーンシート
１３及び水分散液系セラミックグリーンシート１１．１
５が確実に接着されるため、緻密な焼結体を得ることが
できる。In the above embodiment, the second ceramic green sheet 12.14 is an organic ceramic green sheet formed by mixing a binder dissolved or dispersed in an organic solvent.
is configured. Therefore, the first ceramic green sheet 13 and the aqueous dispersion ceramic green sheet 11.1 are added to the second ceramic green sheet 12.14.
5 is reliably bonded, a dense sintered body can be obtained.
もっとも、水分散液系セラミックグリーンシート同士を
確実に密着させ得ることが可能であれば、第２のセラミ
ックグリーンシート１２ １４についても水分散液系セ
ラミックグリーンシートにより構成してもよい。However, the second ceramic green sheets 12 to 14 may also be composed of aqueous dispersion ceramic green sheets, as long as the aqueous dispersion ceramic green sheets can be reliably brought into close contact with each other.
また、上記実施例では、励振電極３．４の各外側に空洞
１０ａ、１０ｂを形成するために、第１のセラミックグ
リーンシート１３の両面に第２のセラミックグリーンシ
ート１２．１４を積層した。Further, in the above embodiment, the second ceramic green sheets 12.14 were laminated on both sides of the first ceramic green sheet 13 in order to form the cavities 10a, 10b on each outer side of the excitation electrode 3.4.
しかしながら、本発明は、一方の励振電極の外側にのみ
空洞を設けた電歪効果素子の製造にも適用することがで
きる。その場合には、第１のセラミックグリーンシート
の一方主面側にのみ第２のセラミックグリーンシートが
積層され、第１のセラミックグリーンシートの他方面側
には開口を有しないセラミックグリーンシートが積層さ
れた積層体を用いることになる。However, the present invention can also be applied to manufacturing an electrostrictive element in which a cavity is provided only on the outside of one excitation electrode. In that case, the second ceramic green sheet is laminated only on one main surface side of the first ceramic green sheet, and the ceramic green sheet without openings is laminated on the other side of the first ceramic green sheet. In this case, a laminate with a laminate of 100% is used.
以上のように、本発明では、空洞を形成するための開口
を閉成するセラミックグリーンシートとして、水分散液
系セラミックグリーンシートを用いるため、焼成工程に
おいて、励振電極側への上方のセラミックグリーンシー
トの垂れ下がりを効果的に防止することができ、従って
励振電極と上方のセラミック部分との付着を確実に防止
することができる。よって、所望通りの電歪特性を有す
る電歪効果素子を確実に量産することが可能となる。As described above, in the present invention, since an aqueous dispersion type ceramic green sheet is used as the ceramic green sheet that closes the opening for forming the cavity, in the firing process, the upper ceramic green sheet toward the excitation electrode side is It is possible to effectively prevent the excitation electrode from sagging, and therefore to reliably prevent the excitation electrode from adhering to the ceramic portion above. Therefore, it becomes possible to reliably mass-produce electrostrictive elements having desired electrostrictive characteristics.
第１図は積層されるセラミンクグリーンシート及びその
上に形成される導電ペーストの印刷形状を説明するため
の分解斜視図、第２図は本発明の一実施例の製造方法に
用いられる積層体を示す断面図、第３図は本発明が適用
される電歪効果素子の断面図である。
図において、工は電歪効果素子、２は焼結体、３．４は
励振電極、５はセラミック層、６，７は引出し電極、８
．９は外部電極、１０ａ １０ｂは空洞、１１．１５
は水分散液系セラミックグリーンシート、１２．１４は
第２のセラミックグリーンシート、】３は第１のセラミ
ックグリーンシートを示す。Fig. 1 is an exploded perspective view for explaining the ceramic green sheets to be laminated and the printed shape of the conductive paste formed thereon, and Fig. 2 is a laminate used in the manufacturing method of one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of an electrostrictive effect element to which the present invention is applied. In the figure, numeral 1 is an electrostrictive effect element, 2 is a sintered body, 3.4 is an excitation electrode, 5 is a ceramic layer, 6 and 7 are extraction electrodes, and 8
．． 9 is an external electrode, 10a 10b is a cavity, 11.15
12.14 is a second ceramic green sheet, and ]3 is a first ceramic green sheet.
Claims (1)
セラミック層を介して重なり合うように配置された励振
電極と、該励振電極を焼結体側面に引き出すための引出
し電極と、前記焼結体の側面に形成されており、かつ前
記引出し電極と電気的に接続された外部電極とを備え、
焼結体の厚み方向において少なくとも１枚の前記励振電
極の外側に、前記励振電極の振動を妨げないための空洞
が形成されている電歪効果素子の製造方法であって、両
主面に励振電極及び引出し電極形成用導電ペーストが塗
布された第１のセラミックグリーンシートを用意する工
程と、 前記励振電極より広い面積の開口を有する第２のセラミ
ックグリーンシートを用意する工程と、前記開口内に前
記励振電極用導電ペーストを臨ませるように、第１のセ
ラミックグリーンシートの少なくとも一方主面に第２の
セラミックグリーンシートが積層されており、かつ第２
のセラミックグリーンシートの第１のセラミックグリー
ンシートの積層されている側と反対側に、水分散液系セ
ラミックグリーンシートを積層して前記開口が閉成され
ている積層体を得る工程と、 前記積層体の厚み方向に圧力を付加し、積層されている
セラミックグリーンシート同士を圧着し、しかる後焼成
する工程と、 前記引出し電極用導電ペーストの引出されている焼結体
側面に外部電極を付与する工程とを備えることを特徴と
する電歪効果素子の製造方法。[Scope of Claims] A ceramic sintered body made of an electrostrictive material, an excitation electrode disposed in the sintered body so as to overlap with each other via a ceramic layer, and a drawer for drawing out the excitation electrode to the side of the sintered body. comprising an electrode and an external electrode formed on a side surface of the sintered body and electrically connected to the extraction electrode,
A method for manufacturing an electrostrictive element, wherein a cavity is formed outside at least one of the excitation electrodes in the thickness direction of a sintered body so as not to impede vibration of the excitation electrode. a step of preparing a first ceramic green sheet coated with a conductive paste for forming electrodes and extraction electrodes; a step of preparing a second ceramic green sheet having an opening with a larger area than the excitation electrode; A second ceramic green sheet is laminated on at least one main surface of the first ceramic green sheet so as to face the conductive paste for excitation electrode, and a second ceramic green sheet is laminated on at least one main surface of the first ceramic green sheet, and
a step of laminating an aqueous dispersion-based ceramic green sheet on the side opposite to the laminated side of the first ceramic green sheet of the ceramic green sheet to obtain a laminated body in which the opening is closed; A process of applying pressure in the thickness direction of the body to press the laminated ceramic green sheets together and then firing them, and applying an external electrode to the side surface of the sintered body from which the conductive paste for extraction electrodes has been drawn out. A method for manufacturing an electrostrictive element, comprising the steps of:
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