JPH0699140A - 積層型圧電セラミックアクチュエータ - Google Patents
積層型圧電セラミックアクチュエータInfo
- Publication number
- JPH0699140A JPH0699140A JP27816592A JP27816592A JPH0699140A JP H0699140 A JPH0699140 A JP H0699140A JP 27816592 A JP27816592 A JP 27816592A JP 27816592 A JP27816592 A JP 27816592A JP H0699140 A JPH0699140 A JP H0699140A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric ceramic
- internal electrode
- electrode
- ceramic actuator
- actuator
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 圧電的に不活性な部分を有する長い寸法の積
層型圧電セラミックアクチュエータにおいて、分極時や
駆動時の破壊の少ない構造の積層型圧電セラミックアク
チュエータを提供する。 【構成】 板状の圧電セラミックシートと電極層が交互
に積層され、電圧を印加すると、その長さ方向に変位や
力の機械的エネルギーを発生する積層型圧電セラミック
アクチュエータ１において、外部電極２が形成された二
つの側面上に、該積層型圧電セラミックアクチュエータ
１の長さ方向に対して直角な方向に、少なくとも１本以
上の電気絶縁性樹脂が充填された溝３部を有し、かつ、
該溝３部の電気絶縁性樹脂上に、溝部により分断された
外部電極２部を電気的に接続する導電性樹脂４層を有す
る構造を特徴とする積層型圧電セラミックアクチュエー
タ。
層型圧電セラミックアクチュエータにおいて、分極時や
駆動時の破壊の少ない構造の積層型圧電セラミックアク
チュエータを提供する。 【構成】 板状の圧電セラミックシートと電極層が交互
に積層され、電圧を印加すると、その長さ方向に変位や
力の機械的エネルギーを発生する積層型圧電セラミック
アクチュエータ１において、外部電極２が形成された二
つの側面上に、該積層型圧電セラミックアクチュエータ
１の長さ方向に対して直角な方向に、少なくとも１本以
上の電気絶縁性樹脂が充填された溝３部を有し、かつ、
該溝３部の電気絶縁性樹脂上に、溝部により分断された
外部電極２部を電気的に接続する導電性樹脂４層を有す
る構造を特徴とする積層型圧電セラミックアクチュエー
タ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気的エネルギーを変
位や力の機械的エネルギーに変換する積層型圧電セラミ
ックアクチュエータに関するものである。
位や力の機械的エネルギーに変換する積層型圧電セラミ
ックアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】積層型圧電セラミックアクチュエータは
圧電性セラミックスの電界誘起歪みを利用したデバイス
で、内部電極とセラミックスを多層積層した積層セラミ
ックコンデンサーと類似の構造が一般的である。従来の
積層型圧電セラミックアクチュエータの構造を図３に示
す。図３で明らかなように、内部電極１０と外部電極１
１の接続のため内部電極の引き出し部が圧電的に不活性
とならないように側面に露出した内部電極１０上に一層
置きにガラス絶縁部１２を設け、その上に外部電極１１
を形成している。かかる構造の積層セラミックアクチュ
エータは圧電セラミックス９と内部電極１０の積層方向
に圧電縦効果で発生する変位量や力を利用できる。大き
な変位量を得たい場合には、圧電セラミックス９と内部
電極１０の積層数を多くして矢印１３で示す積層方向に
長い構造とすればよいことが判るが、しかし積層数を多
くすると脱バインダーや焼結工程においてデラミネーシ
ョンやクラックなどの欠陥が発生するので、従来は積層
長さ寸法は約２０ｍｍ程度までが一般的であった。圧電
セラミックス及び内部電極の積層方向に直交する方向の
１つの方向を長さ方向とすれば、長さ方向の寸法の大き
い積層セラミックアクチュエータの実現が可能な各種の
構造の提案がなされている。例として、積層方向から見
た破断面を示す図４のような圧電セラミックス９のシー
トと内部電極７、８層が交互に積層された角柱状の積層
型セラミックアクチュエータで、前記内部電極７、８層
は圧電セラミックス９のシートの長さ方向（変位方向を
示す矢印５と同じ方向）と直交し、帯状で、圧電セラミ
ックス９のシートの長さ方向に繰り返し形成され、積層
された角柱の側面で第１の外部電極２に接続する第１の
内部電極７層と、第１の内部電極７層のほぼ中間に位置
する第２の内部電極８層が角柱の第１の側面と対向する
第２の側面において第２の外部電極１７に接続する積層
型圧電セラミックアクチュエータがある。しかしなが
ら、前記構造の積層型圧電セラミックアクチュエータは
図４に示すように、外部電極２との接続のため、帯状の
内部電極７の引き出し部と引き出し部の間が圧電的に不
活性となり、分極工程や使用時に高電圧を印加すると圧
電的に不活性な部分１４に応力が集中して、クラック等
の欠陥を生ぜしめ、著しくは積層型圧電セラミックアク
チュエータが破壊するという問題点がある。
圧電性セラミックスの電界誘起歪みを利用したデバイス
で、内部電極とセラミックスを多層積層した積層セラミ
ックコンデンサーと類似の構造が一般的である。従来の
積層型圧電セラミックアクチュエータの構造を図３に示
す。図３で明らかなように、内部電極１０と外部電極１
１の接続のため内部電極の引き出し部が圧電的に不活性
とならないように側面に露出した内部電極１０上に一層
置きにガラス絶縁部１２を設け、その上に外部電極１１
を形成している。かかる構造の積層セラミックアクチュ
エータは圧電セラミックス９と内部電極１０の積層方向
に圧電縦効果で発生する変位量や力を利用できる。大き
な変位量を得たい場合には、圧電セラミックス９と内部
電極１０の積層数を多くして矢印１３で示す積層方向に
長い構造とすればよいことが判るが、しかし積層数を多
くすると脱バインダーや焼結工程においてデラミネーシ
ョンやクラックなどの欠陥が発生するので、従来は積層
長さ寸法は約２０ｍｍ程度までが一般的であった。圧電
セラミックス及び内部電極の積層方向に直交する方向の
１つの方向を長さ方向とすれば、長さ方向の寸法の大き
い積層セラミックアクチュエータの実現が可能な各種の
構造の提案がなされている。例として、積層方向から見
た破断面を示す図４のような圧電セラミックス９のシー
トと内部電極７、８層が交互に積層された角柱状の積層
型セラミックアクチュエータで、前記内部電極７、８層
は圧電セラミックス９のシートの長さ方向（変位方向を
示す矢印５と同じ方向）と直交し、帯状で、圧電セラミ
ックス９のシートの長さ方向に繰り返し形成され、積層
された角柱の側面で第１の外部電極２に接続する第１の
内部電極７層と、第１の内部電極７層のほぼ中間に位置
する第２の内部電極８層が角柱の第１の側面と対向する
第２の側面において第２の外部電極１７に接続する積層
型圧電セラミックアクチュエータがある。しかしなが
ら、前記構造の積層型圧電セラミックアクチュエータは
図４に示すように、外部電極２との接続のため、帯状の
内部電極７の引き出し部と引き出し部の間が圧電的に不
活性となり、分極工程や使用時に高電圧を印加すると圧
電的に不活性な部分１４に応力が集中して、クラック等
の欠陥を生ぜしめ、著しくは積層型圧電セラミックアク
チュエータが破壊するという問題点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
問題点を解決するためになされたもので、圧電的に不活
性な部分を有する長い寸法の積層型圧電セラミックアク
チュエータにおいて、分極時や駆動時の破壊の少ない構
造の積層型圧電セラミックアクチュエータを提供するこ
とにある。
問題点を解決するためになされたもので、圧電的に不活
性な部分を有する長い寸法の積層型圧電セラミックアク
チュエータにおいて、分極時や駆動時の破壊の少ない構
造の積層型圧電セラミックアクチュエータを提供するこ
とにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、板状の圧電セ
ラミックシートと電極層が交互に積層され、電圧を印加
すると、その長さ方向に変位や力の機械的エネルギーを
発生する積層型圧電セラミックアクチュエータにおい
て、外部電極が形成された二つの側面上に、該アクチュ
エータの長さ方向に対して直角な方向に、少なくとも１
本以上の電気絶縁性樹脂が充填された溝部を有し、か
つ、該溝部の電気絶縁性樹脂上に、溝部により分断され
た外部電極部を電気的に接続する導電性樹脂層を有する
構造を特徴とする積層型圧電セラミックアクチュエー
タ、及び長方形の圧電セラミックシートと内部電極層が
交互に積層された角柱状の積層型セラミックアクチュエ
ータで、前記内部電極層はアクチュエータの長さ方向と
直角な方向に配置された帯状で、角柱の長さ方向に繰り
返し形成され、角柱の第１の側面に設けられた第１の外
部電極に接続する第１の内部電極層と、角柱の第１の側
面に対向した第２の側面に設けられた第２の外部電極に
接続し、第１の内部電極層のほぼ中間に位置する第２の
内部電極層が加工された積層型圧電セラミックアクチュ
エータで、前記の積層型圧電セラミックアクチュエータ
の特徴とする構造を有する積層型圧電セラミックアクチ
ュエータにおいて、外部電極が形成された二つの側面上
に、該アクチュエータの長さ方向に対して直角な方向に
設けられ、その中に電気絶縁性樹脂が充填された溝部の
幅寸法が、前記帯状の内部電極の幅より小さく、該溝の
深さ寸法が、前記第１の内部電極と対向する第２の内部
電極が接続する第２の外部電極との距離、及び第２の内
部電極と対向する第１の内部電極が接続する第１の外部
電極との距離にほぼ等しいことを特徴とする積層型圧電
セラミックアクチュエータである。
ラミックシートと電極層が交互に積層され、電圧を印加
すると、その長さ方向に変位や力の機械的エネルギーを
発生する積層型圧電セラミックアクチュエータにおい
て、外部電極が形成された二つの側面上に、該アクチュ
エータの長さ方向に対して直角な方向に、少なくとも１
本以上の電気絶縁性樹脂が充填された溝部を有し、か
つ、該溝部の電気絶縁性樹脂上に、溝部により分断され
た外部電極部を電気的に接続する導電性樹脂層を有する
構造を特徴とする積層型圧電セラミックアクチュエー
タ、及び長方形の圧電セラミックシートと内部電極層が
交互に積層された角柱状の積層型セラミックアクチュエ
ータで、前記内部電極層はアクチュエータの長さ方向と
直角な方向に配置された帯状で、角柱の長さ方向に繰り
返し形成され、角柱の第１の側面に設けられた第１の外
部電極に接続する第１の内部電極層と、角柱の第１の側
面に対向した第２の側面に設けられた第２の外部電極に
接続し、第１の内部電極層のほぼ中間に位置する第２の
内部電極層が加工された積層型圧電セラミックアクチュ
エータで、前記の積層型圧電セラミックアクチュエータ
の特徴とする構造を有する積層型圧電セラミックアクチ
ュエータにおいて、外部電極が形成された二つの側面上
に、該アクチュエータの長さ方向に対して直角な方向に
設けられ、その中に電気絶縁性樹脂が充填された溝部の
幅寸法が、前記帯状の内部電極の幅より小さく、該溝の
深さ寸法が、前記第１の内部電極と対向する第２の内部
電極が接続する第２の外部電極との距離、及び第２の内
部電極と対向する第１の内部電極が接続する第１の外部
電極との距離にほぼ等しいことを特徴とする積層型圧電
セラミックアクチュエータである。
【０００５】
【作用】積層型圧電セラミックアクチュエータの内部に
圧電的に不活性な部分があると不活性部分に応力が集中
するが、応力の集中箇所に溝部を構成することによる応
力の緩和は容易に考えられる。しかし、外部電極が分断
されてしまい、また、長さ方向に直交する溝部は切り欠
けと見なせ、積層型圧電セラミックアクチュエータの機
械的強度が低下してしまう。そこで、図１及び図２に示
すように、電気絶縁性樹脂を充填し、更に、その上に分
断された外部電極を接続する導電性樹脂層を加工した溝
３部を側面に複数個構成することで応力集中の緩和と電
気的接続の両者の目的が達成可能である。また、長さ方
向に直交する帯状の内部電極７、８を有する積層型圧電
セラミックアクチュエータにおいては、溝３部の寸法が
その性能に影響を与える。図５に示したように溝の幅１
５が内部電極の幅１８より大きいと溝３形成により内部
電極７が切断されてしまい、内部電極７と外部電極２と
の接続が不可能となり、積層型圧電セラミックアクチュ
エータの内部に圧電的に不活性な部分を形成されること
になる。よって、溝の幅１５は前記内部電極７より狭く
する必要がある。更に、溝の深さ１６は圧電的に不活性
な箇所のみに形成することが効果的であり、溝の深さ１
６寸法が前記第１の内部電極７と対向する第２の外部電
極１７との距離及び第２の内部電極８と対向する第１の
外部電極２との距離にほぼ等しいことが有利である。
圧電的に不活性な部分があると不活性部分に応力が集中
するが、応力の集中箇所に溝部を構成することによる応
力の緩和は容易に考えられる。しかし、外部電極が分断
されてしまい、また、長さ方向に直交する溝部は切り欠
けと見なせ、積層型圧電セラミックアクチュエータの機
械的強度が低下してしまう。そこで、図１及び図２に示
すように、電気絶縁性樹脂を充填し、更に、その上に分
断された外部電極を接続する導電性樹脂層を加工した溝
３部を側面に複数個構成することで応力集中の緩和と電
気的接続の両者の目的が達成可能である。また、長さ方
向に直交する帯状の内部電極７、８を有する積層型圧電
セラミックアクチュエータにおいては、溝３部の寸法が
その性能に影響を与える。図５に示したように溝の幅１
５が内部電極の幅１８より大きいと溝３形成により内部
電極７が切断されてしまい、内部電極７と外部電極２と
の接続が不可能となり、積層型圧電セラミックアクチュ
エータの内部に圧電的に不活性な部分を形成されること
になる。よって、溝の幅１５は前記内部電極７より狭く
する必要がある。更に、溝の深さ１６は圧電的に不活性
な箇所のみに形成することが効果的であり、溝の深さ１
６寸法が前記第１の内部電極７と対向する第２の外部電
極１７との距離及び第２の内部電極８と対向する第１の
外部電極２との距離にほぼ等しいことが有利である。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の積層型圧電セラミックアクチ
ュエータの実施例について説明する。図１は、本発明の
一実施例の積層型圧電セラミックアクチュエータを示す
外観斜視図で、図２は、本発明の実施例の積層型圧電セ
ラミックアクチュエータの積層方向から見た一部透視断
面図である。図１に示すように、圧電性セラミックスは
化学組成式がＰｂ（Ｎｉ・Ｎｂ）0. 5Ｔｉ0.35Ｚｒ0.15
Ｏ3で表されるチタン酸ジルコン酸鉛系磁器を出発原料
として断面寸法５ｍｍ×５ｍｍ、長さ７０ｍｍの積層型
圧電セラミックアクチュエータ１を試作した。変位方向
を示す矢印５の方向を長さ方向とし、長さ方向に直角な
方向に、電気絶縁性樹脂が埋め込まれ、その表面を導電
性樹脂層で覆われた溝３が、積層型圧電セラミックアク
チュエータ１の両側面に複数設けてある。本実施例で
は、図２に示すように、セラミックス一層の厚さは５０
ミクロン、積層数は１００層で、一層毎に１／２ピッチ
ずれた内部電極７、８の寸法は幅２００ミクロン、長さ
４．２５ミリメートル、間隔６００ミクロンで、長さ方
向の内部電極の繰り返し数は８０本である。内部電極露
出面に銀の外部電極２、１７を焼き付けた。外部電極
２、１７上に長さ方向に直交して幅０．１５ミリメート
ル、深さ０．７５ミリメートルの溝３を１０ミリメート
ルピッチで６本形成し、次に該溝３部にエポキシ系の絶
縁性樹脂を充填し、しかる後に、溝上部にフィラーとす
る伝導性樹脂を塗布して溝部で分断された外部電極２、
１７を電気的に接続した。このようにして得られた本発
明による積層型圧電セラミックアクチュエータを、３５
０ボルトの高電圧印加の分極と、４０℃−９０％ＲＨ環
境下で３００ボルトの一定電圧印加のエージングを実施
した。比較例として、溝部を形成しない同じ構成の積層
型圧電セラミックアクチュエータを同時に試験した。試
験結果を表１に示す。
ュエータの実施例について説明する。図１は、本発明の
一実施例の積層型圧電セラミックアクチュエータを示す
外観斜視図で、図２は、本発明の実施例の積層型圧電セ
ラミックアクチュエータの積層方向から見た一部透視断
面図である。図１に示すように、圧電性セラミックスは
化学組成式がＰｂ（Ｎｉ・Ｎｂ）0. 5Ｔｉ0.35Ｚｒ0.15
Ｏ3で表されるチタン酸ジルコン酸鉛系磁器を出発原料
として断面寸法５ｍｍ×５ｍｍ、長さ７０ｍｍの積層型
圧電セラミックアクチュエータ１を試作した。変位方向
を示す矢印５の方向を長さ方向とし、長さ方向に直角な
方向に、電気絶縁性樹脂が埋め込まれ、その表面を導電
性樹脂層で覆われた溝３が、積層型圧電セラミックアク
チュエータ１の両側面に複数設けてある。本実施例で
は、図２に示すように、セラミックス一層の厚さは５０
ミクロン、積層数は１００層で、一層毎に１／２ピッチ
ずれた内部電極７、８の寸法は幅２００ミクロン、長さ
４．２５ミリメートル、間隔６００ミクロンで、長さ方
向の内部電極の繰り返し数は８０本である。内部電極露
出面に銀の外部電極２、１７を焼き付けた。外部電極
２、１７上に長さ方向に直交して幅０．１５ミリメート
ル、深さ０．７５ミリメートルの溝３を１０ミリメート
ルピッチで６本形成し、次に該溝３部にエポキシ系の絶
縁性樹脂を充填し、しかる後に、溝上部にフィラーとす
る伝導性樹脂を塗布して溝部で分断された外部電極２、
１７を電気的に接続した。このようにして得られた本発
明による積層型圧電セラミックアクチュエータを、３５
０ボルトの高電圧印加の分極と、４０℃−９０％ＲＨ環
境下で３００ボルトの一定電圧印加のエージングを実施
した。比較例として、溝部を形成しない同じ構成の積層
型圧電セラミックアクチュエータを同時に試験した。試
験結果を表１に示す。
【０００７】
【表１】
【０００８】表１より明らかなように、本発明による積
層型圧電セラミックアクチュエータは、従来の比較例に
比べて分極工程におけるクラックの発生が少なく、ま
た、百時間及び千時間のエージング後の不良率が低いこ
とがわかる。
層型圧電セラミックアクチュエータは、従来の比較例に
比べて分極工程におけるクラックの発生が少なく、ま
た、百時間及び千時間のエージング後の不良率が低いこ
とがわかる。
【０００９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電的に不活性な部分を有する長い寸法の積層型圧電セ
ラミックアクチュエータにおいて、分極時や駆動時の破
壊の少ない積層型圧電セラミックアクチュエータを提供
することが可能となった。
圧電的に不活性な部分を有する長い寸法の積層型圧電セ
ラミックアクチュエータにおいて、分極時や駆動時の破
壊の少ない積層型圧電セラミックアクチュエータを提供
することが可能となった。
【図１】本発明の一実施例の積層型圧電セラミックアク
チュエータを示す外観斜視図。
チュエータを示す外観斜視図。
【図２】本発明の実施例の積層型圧電セラミックアクチ
ュエータの積層方向から見た一部透視断面図。
ュエータの積層方向から見た一部透視断面図。
【図３】従来の積層型セラミックアクチュエータを示す
外観斜視図。
外観斜視図。
【図４】帯状の内部電極を有する、積層方向と直交する
方向を長さ方向とする積層型セラミックアクチュエータ
の一部透視断面図。
方向を長さ方向とする積層型セラミックアクチュエータ
の一部透視断面図。
【図５】溝幅が内部電極の幅より大きい場合、内部電極
と外部電極が接続していない様子を示す一部透視断面
図。
と外部電極が接続していない様子を示す一部透視断面
図。
１ 積層型圧電セラミックアクチュエータ ２ 第１の外部電極 ３ 溝 ４ 導電性樹脂 ５ 変位方向を示す矢印 ６ 積層方向を示す矢印 ７ （第１の）内部電極 ８ （第２の）内部電極 ９ 圧電セラミックス １０ 内部電極 １１ 外部電極 １２ ガラス絶縁部 １３ （積層及び変位方向を示す）矢印 １４ 圧電的に不活性な部分 １５ （溝の）幅 １６ （溝の）深さ １７ （第２の）外部電極 １８ 内部電極の幅 １９ 電気絶縁性樹脂
Claims (2)
- 【請求項１】 板状の圧電セラミックシートと電極層が
交互に積層され、電圧を印加すると、その長さ方向に変
位や力の機械的エネルギーを発生する積層型圧電セラミ
ックアクチュエータにおいて、外部電極が形成された二
つの側面上に、該アクチュエータの長さ方向に対して直
角な方向に、少なくとも１本以上の電気絶縁性樹脂が充
填された溝部を有し、かつ、該溝部の電気絶縁性樹脂上
に、溝部により分断された外部電極部を電気的に接続す
る導電性樹脂層を有する構造を特徴とする積層型圧電セ
ラミックアクチュエータ。 - 【請求項２】 長方形の圧電セラミックシートと内部電
極層が交互に積層された角柱状の積層型セラミックアク
チュエータで、前記内部電極層はアクチュエータの長さ
方向と直角な方向に配置された帯状で、角柱の長さ方向
に繰り返し形成され、角柱の第１の側面に設けられた第
１の外部電極に接続する第１の内部電極層と、角柱の第
１の側面に対向した第２の側面に設けられた第２の外部
電極に接続し、第１の内部電極層のほぼ中間に位置する
第２の内部電極層が加工された積層型圧電セラミックア
クチュエータで、請求項１記載の積層型圧電セラミック
アクチュエータにおいて、外部電極が形成された二つの
側面上に、該アクチュエータの長さ方向に対して直角な
方向に設けられ、その中に電気絶縁性樹脂が充填された
溝部の幅寸法が、前記帯状の内部電極の幅より小さく、
該溝の深さ寸法が、前記第１の内部電極と対向する第２
の内部電極が接続する第２の外部電極との距離、及び第
２の内部電極と対向する第１の内部電極が接続する第１
の外部電極との距離にほぼ等しいことを特徴とする積層
型圧電セラミックアクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27816592A JPH0699140A (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 積層型圧電セラミックアクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27816592A JPH0699140A (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 積層型圧電セラミックアクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0699140A true JPH0699140A (ja) | 1994-04-12 |
Family
ID=17593497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27816592A Pending JPH0699140A (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 積層型圧電セラミックアクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0699140A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013179776A1 (ja) * | 2012-05-31 | 2013-12-05 | オリンパス株式会社 | 超音波振動デバイス、超音波振動デバイスの製造方法および超音波医療装置 |
-
1992
- 1992-09-21 JP JP27816592A patent/JPH0699140A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013179776A1 (ja) * | 2012-05-31 | 2013-12-05 | オリンパス株式会社 | 超音波振動デバイス、超音波振動デバイスの製造方法および超音波医療装置 |
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