JPH07231685A - Surface acoustic wave linear motor - Google Patents
Surface acoustic wave linear motorInfo
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- JPH07231685A JPH07231685A JP6022421A JP2242194A JPH07231685A JP H07231685 A JPH07231685 A JP H07231685A JP 6022421 A JP6022421 A JP 6022421A JP 2242194 A JP2242194 A JP 2242194A JP H07231685 A JPH07231685 A JP H07231685A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、平面上に励振された、
弾性表面波の進行波を用いたリニアモータに関するもの
である。FIELD OF THE INVENTION The present invention is
The present invention relates to a linear motor using a traveling wave of a surface acoustic wave.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、物体を直接駆動するモータとして
超音波モータが知られている。超音波モータは、超音波
振動子で発生した固体中の機械振動を、主に摩擦力を介
して、外部へ駆動力として取り出し、直線運動あるいは
回転運動へと変換する固体アクチュエータである。駆動
力源を圧電セラミックと金属で構成し、力の伝達に摩擦
駆動(トラクション駆動)を用いたことにより、剛性が
高く、発生力が大きいという特徴がある。2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic motor is known as a motor for directly driving an object. An ultrasonic motor is a solid-state actuator that takes out mechanical vibration in a solid generated by an ultrasonic vibrator as a driving force to the outside mainly through a frictional force and converts it into a linear motion or a rotary motion. The driving force source is made of piezoelectric ceramic and metal, and friction driving (traction driving) is used to transmit the force, so that the rigidity is high and the generated force is large.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の超音波モータの駆動周波数は、10〜100k
Hz程度であったため、微小物体の2次元的移動には不
向きであった。つまり、これまで高周波化に伴い、振動
振幅が減少するため、MHz帯での物体の直接駆動は困
難と考えられていた。However, the driving frequency of the above-mentioned conventional ultrasonic motor is 10 to 100 k.
Since it was about Hz, it was not suitable for two-dimensional movement of a minute object. In other words, it has been considered difficult to directly drive an object in the MHz band because the vibration amplitude decreases with increasing frequency.
【0004】本発明は、かかる状況に鑑みて、弾性表面
波を用いて、物体の直接駆動を行い得る弾性表面波リニ
アモータを提供することを目的とする。In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a surface acoustic wave linear motor capable of directly driving an object using surface acoustic waves.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、弾性表面波リニアモータにおいて、圧電
材料からなる固定子と、この固定子に配置される簾状電
極と、この簾状電極を励振させる高周波電源と、前記固
定子上にセットされる少なくとも3点接触部を有する移
動子とを設けるようにしたものである。In order to achieve the above object, the present invention is directed to a surface acoustic wave linear motor, in which a stator made of a piezoelectric material, a blind electrode arranged on the stator, and the blind. A high-frequency power source for exciting the electrode electrodes and a mover having at least three-point contact portions set on the stator are provided.
【0006】以下、具体的に、 前記簾状電極は数MHzから数100MHzの弾性表
面波を励振する。その弾性表面波はレイリー波である。 前記移動子は3個のボールと、そのボールを支持する
支持体とを具備する。 前記固定子の正方形状の4辺にそれぞれ簾状電極を配
置してなる。Hereinafter, more specifically, the blind electrode excites a surface acoustic wave of several MHz to several 100 MHz. The surface acoustic wave is a Rayleigh wave. The mover includes three balls and a support body that supports the balls. A blind electrode is arranged on each of the four square sides of the stator.
【0007】前記固定子の正方形状の4辺にそれぞれ
簾状電極を配置し、それらの簾状電極を選択的に励振さ
せ、移動子を2次元平面上を駆動可能にしてなる。 前記固定子の簾状電極に印加する高周波の振幅値を変
えることにより、移動子の移動速度を制御してなる。The stator-shaped electrodes are arranged on the four sides of the square shape, respectively, and the plurality of blind-shaped electrodes are selectively excited so that the mover can be driven on a two-dimensional plane. The moving speed of the mover is controlled by changing the amplitude value of the high frequency applied to the blind electrode of the stator.
【0008】[0008]
【作用】本発明によれば、固定子を構成する弾性表面波
を励振する媒体には、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料
を用いる。この基板の表面に、簾状電極を配置し、数M
Hzから数100MHzの弾性表面波(レイリー波)を
励振する。また、複数の簾状電極を配置し、励振用電極
を切り替えることで、振動の伝搬方向を変えることがで
きる。According to the present invention, a piezoelectric material such as lithium niobate is used as the medium for exciting the surface acoustic waves forming the stator. A blind electrode is placed on the surface of this substrate for several M
A surface acoustic wave (Rayleigh wave) of Hz to several 100 MHz is excited. Further, by arranging a plurality of blind electrodes and switching the excitation electrodes, the propagation direction of vibration can be changed.
【0009】駆動原理はたわみ波の進行波を用いた超音
波モータと同様である。移動子(スライダー)の接触部
は、接触圧力を高めるような球面などの形状としてい
る。これにより、従来不可能とされた、弾性表面波によ
る超音波モータを実現することができる。The driving principle is the same as that of an ultrasonic motor using a traveling wave of a flexural wave. The contact portion of the moving element (slider) has a spherical shape or the like that increases the contact pressure. This makes it possible to realize an ultrasonic motor using surface acoustic waves, which has been impossible in the past.
【0010】因みに、移動子の移動速度は、数10cm
/秒程度が可能である。また、固定子の簾状電極に印加
する高周波の振幅値(VP-P )を変えることにより、移
動子の移動速度を制御することができる。つまり、駆動
電圧が大きくなると、移動速度は大になり、駆動電圧が
小さくなると、移動速度は小さくなり、10MHzで、
10cm/秒〜100cm/秒を得ることができる。Incidentally, the moving speed of the moving element is several tens of cm.
/ Sec is possible. Further, the moving speed of the mover can be controlled by changing the amplitude value (V PP ) of the high frequency applied to the blind electrode of the stator. That is, as the driving voltage increases, the moving speed increases, and when the driving voltage decreases, the moving speed decreases and at 10 MHz,
It is possible to obtain 10 cm / sec to 100 cm / sec.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明する。図1は本発明の第1の実施例を示す弾性
表面波リニアモータの斜視図、図2はその弾性表面波リ
ニアモータの簾状電極の平面図、図3はその弾性表面波
リニアモータの移動子(スライダー)の裏面図である。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a surface acoustic wave linear motor showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a blind electrode of the surface acoustic wave linear motor, and FIG. 3 is a movement of the surface acoustic wave linear motor. It is a back view of a child (slider).
【0012】これらの図において、1は固定子であり、
弾性表面波を励振する媒体からなる。この媒体として
は、例えば、ニオブ酸リチウム等の圧電材料を用いる。
この基板の表面に、櫛歯状電極が対になった簾状電極2
を配置し、簾状電極2には高周波電源4が接続され、数
MHzから数100MHzの弾性表面波で励振する。す
ると、移動子(スライダー)3は簾状電極2側へと駆動
される。In these figures, 1 is a stator,
It consists of a medium that excites surface acoustic waves. As this medium, for example, a piezoelectric material such as lithium niobate is used.
On the surface of this substrate, a comb-shaped electrode 2 in which comb-shaped electrodes are paired
And a high-frequency power source 4 is connected to the blind electrode 2 to excite with a surface acoustic wave of several MHz to several 100 MHz. Then, the mover (slider) 3 is driven to the side of the blind electrode 2.
【0013】以下、具体的に説明する。簾状電極2の寸
法は、図2に示すように、対向する両側に端子部11,
12を有し、それらの端子部11,12からそれぞれ長
さ25mm、線幅75μmで、ピッチ300μmの電極
が設けられ、互いに組み合わされている。この簾状電極
2の幅は10mm、端子部11と12の最外側の幅は4
2mmである。A detailed description will be given below. The size of the blind electrode 2 is, as shown in FIG.
12 having electrodes each having a length of 25 mm, a line width of 75 μm, and a pitch of 300 μm are provided from the terminal portions 11 and 12, and are combined with each other. The width of the blind electrode 2 is 10 mm, and the outermost width of the terminal portions 11 and 12 is 4 mm.
It is 2 mm.
【0014】一方、移動子(スライダー)3は、図3に
示すように、ボール21(直径0.5〜3mm)3個を
リング状の支持体22(直径6mm)で固定したものを
用いる。ここで、ボール21はその固定子1への接触面
は正規できれいな球面が形成されるものを用いる。つま
り、固定子1へは移動子3の3点がすべて接触すること
になり、接触圧力を高めることができ、当たりをよくす
ることができる。当然、当たりをよくすることができる
のであれば、4点接触以上であってもよい。On the other hand, as the slider (slider) 3, as shown in FIG. 3, one in which three balls 21 (diameter 0.5 to 3 mm) are fixed by a ring-shaped support 22 (diameter 6 mm) is used. Here, the ball 21 has a contact surface that contacts the stator 1 and has a regular and clean spherical surface. That is, all three points of the mover 3 come into contact with the stator 1, so that the contact pressure can be increased and the contact can be improved. Of course, four or more points of contact may be used as long as the contact can be improved.
【0015】このように配置された弾性表面波リニアモ
ータは、図4に示すように、固定子31である弾性体中
を弾性波32が伝搬する際に、弾性体表面の粒子が楕円
軌跡33を描いて運動することを利用して、そこに、移
動子34のボール35を当接させ、摩擦力を介して、超
音波振動を一方向への運動へと変換することにより、駆
動される。摩擦駆動の場所は時間とともに移動し、常に
固定子31から移動子34への駆動力が伝達される。In the surface acoustic wave linear motor thus arranged, as shown in FIG. 4, when the elastic wave 32 propagates through the elastic body which is the stator 31, particles on the surface of the elastic body form an elliptical locus 33. It is driven by bringing the ball 35 of the moving element 34 into contact therewith by utilizing the movement of drawing and converting ultrasonic vibration into movement in one direction via frictional force. . The friction drive location moves with time, and the driving force from the stator 31 to the mover 34 is always transmitted.
【0016】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。図5は本発明の第2の実施例を示す弾性表面波リ
ニアモータの斜視図、図6はその弾性表面波リニアモー
タの固定子の平面図、図7はその弾性表面波リニアモー
タの移動子(スライダー)の裏面図である。固定子(基
板)41を構成する圧電材料として、127.8°回転
Y板X伝搬LiNbO3 (ニオブ酸リチウム)を用い
た。図6に示すように、櫛形電極を4対設けることで、
2軸4方向へ表面波を励振できるようにした。ここで、
固定子(基板)41の厚みは2mm、直径は75mmと
し、4対の櫛形電極(簾状電極)42〜45に囲まれる
部分がステージである。Next, a second embodiment of the present invention will be described. 5 is a perspective view of a surface acoustic wave linear motor showing a second embodiment of the present invention, FIG. 6 is a plan view of a stator of the surface acoustic wave linear motor, and FIG. 7 is a slider of the surface acoustic wave linear motor. It is a back view of (slider). As the piezoelectric material forming the stator (substrate) 41, 127.8 ° rotated Y plate X propagation LiNbO 3 (lithium niobate) was used. As shown in FIG. 6, by providing four pairs of comb electrodes,
The surface wave can be excited in four directions of two axes. here,
The thickness of the stator (substrate) 41 is 2 mm, the diameter is 75 mm, and the portion surrounded by four pairs of comb-shaped electrodes (lens-shaped electrodes) 42 to 45 is a stage.
【0017】固定子(基板)41の異方性のため、X軸
方向で9.57MHz、それに垂直なY軸方向で9.2
0MHz、で効率よくレイリー波が励振された。交流電
圧70VP-P に対し、振動変位振幅4〜6nm、振動速
度振幅24〜36cm/sであった。移動子51は、図
7に示すようなリング状支持体(ワッシャ)53に、ボ
ール52を3つ接着した構造とした。3つのボール52
が固定子41のステージと接触する。Due to the anisotropy of the stator (substrate) 41, 9.57 MHz in the X-axis direction and 9.2 in the Y-axis direction perpendicular thereto.
Rayleigh waves were efficiently excited at 0 MHz. The vibration displacement amplitude was 4 to 6 nm and the vibration velocity amplitude was 24 to 36 cm / s with respect to the AC voltage of 70 V PP . The mover 51 has a structure in which three balls 52 are bonded to a ring-shaped support (washer) 53 as shown in FIG. Three balls 52
Contacts the stage of the stator 41.
【0018】これは、接触圧力を大きく(500MPa
程度)するよう留意した形状となっている。半径0.5
〜2mmのスチールボール、ルビーボールでは超音波モ
ータとしての動作が確認された。移動子は摩擦駆動の結
果として、駆動電極側へ移動した。接触面を清浄に保つ
ことで、良好な動作状態が保たれた。移動速度は6cm
/s程度であった。潤滑油を用いた場合も同じような結
果が得られたが、移動の速度は低下した。駆動電圧を変
化することで移動速度の制御が可能である。This is because the contact pressure is large (500 MPa).
The shape is designed so that Radius 0.5
Operation as an ultrasonic motor was confirmed for steel balls and ruby balls of ~ 2 mm. The mover moved to the drive electrode side as a result of friction drive. Keeping the contact surfaces clean maintained good operating conditions. Moving speed is 6 cm
It was about / s. Similar results were obtained with the use of lubricating oil, but the speed of movement decreased. The moving speed can be controlled by changing the driving voltage.
【0019】また、X、Y方向とも同じように駆動する
ことができた。電圧を変化することで任意の方向に移動
できた。簾状電極42〜45の寸法は、前記した第1の
実施例と同様であり、対向する両側に端子部を有し、そ
れらの端子部からそれぞれ長さ25mm、線幅75μm
で、ピッチ300μmの電極が設けられ、互いに組み合
わされている。この簾状電極42〜45の幅は10m
m、端子部の最外側の幅は42mmである。Further, it was possible to drive in the same manner in the X and Y directions. It was possible to move in any direction by changing the voltage. The dimensions of the blind electrodes 42 to 45 are similar to those of the above-described first embodiment, and terminal portions are provided on both sides facing each other, and the length from each of these terminal portions is 25 mm and the line width is 75 μm.
, Electrodes with a pitch of 300 μm are provided and combined with each other. The width of the blind electrodes 42 to 45 is 10 m.
m, the outermost width of the terminal portion is 42 mm.
【0020】一方、移動子(スライダー)51は、図7
に示すように、3個のボール52(直径0.5〜3m
m)をリング状の支持体53(外径6mm)で固定した
ものを用いる。ここで、ボール52はその固定子41へ
の接触面は正規で、きれいな球面が形成されるものを用
いる。つまり、固定子41へは移動子51の3点がすべ
て接触することになり、当たりをよくすることができ
る。当然、当たりをよくすることができれば、4点接触
以上であってもよい。On the other hand, the mover (slider) 51 is shown in FIG.
As shown in, three balls 52 (diameter 0.5 to 3 m
m) fixed by a ring-shaped support body 53 (outer diameter 6 mm) is used. Here, the ball 52 has a regular contact surface with the stator 41, and a ball having a clean spherical surface is used. In other words, all three points of the mover 51 come into contact with the stator 41, and the contact can be improved. Of course, four contact points or more may be used as long as the contact can be improved.
【0021】上記したように、櫛歯状電極が対になった
4個の簾状電極42〜45を配置し、高周波電源61は
スイッチング回路62を介して4個の簾状電極42〜4
5に接続され、4個の簾状電極42〜45は選択され
て、数MHzから数100MHzの弾性表面波を励振す
る。すると、移動子(スライダー)51は励振される簾
状電極側へと駆動される。As described above, the four comb-shaped electrodes 42 to 45 in which the comb-teeth-shaped electrodes form a pair are arranged, and the high-frequency power source 61 includes the four comb-shaped electrodes 42 to 4 through the switching circuit 62.
5, the four blind-shaped electrodes 42 to 45 are selected to excite a surface acoustic wave of several MHz to several 100 MHz. Then, the mover (slider) 51 is driven to the side of the blind electrode that is excited.
【0022】図6に示すように、固定子41には4個の
簾状電極42〜45を正方形の4辺に配置し、その正方
形内に、移動子51を配置する。そこで、簾状電極42
〜45のいずれかに、高周波電源61を接続して高周波
を印加して、簾状電極で励振させることにより、その励
振された電極側へ移動子51を駆動することができる。
例えば、簾状電極43を励振させることにより、X軸方
向へ移動子51を駆動することができ、簾状電極44を
励振させることにより、Y軸方向へ移動子51を駆動す
ることができる。すなわち、複数個配置される簾状電極
の切り替えにより、振動の伝搬方向を変えることがで
き、移動子51の平面上の2次元的移動が可能である。As shown in FIG. 6, four blind-shaped electrodes 42 to 45 are arranged on the stator 41 on four sides of a square, and a mover 51 is arranged in the square. Therefore, the blind electrode 42
To 45, a high frequency power source 61 is connected to apply a high frequency wave to excite the blind electrode to drive the mover 51 to the excited electrode side.
For example, by exciting the blind electrode 43, the mover 51 can be driven in the X-axis direction, and by exciting the blind electrode 44, the mover 51 can be driven in the Y-axis direction. That is, it is possible to change the propagation direction of vibration by switching the plurality of blind electrodes, and the two-dimensional movement of the moving element 51 is possible.
【0023】第1の実施例で示したように、移動子51
の接触部は、接触圧力を高めるような球面等の形状とす
るのが望ましい。その結果、接触状態に留意すること
で、移動子51の6cm/sでの駆動に成功した。この
ように、従来不可能とされた、弾性表面波による超音波
モータを実現することができた。As shown in the first embodiment, the mover 51
It is desirable that the contact portion of (1) has a spherical shape or the like so as to increase the contact pressure. As a result, by paying attention to the contact state, the moving element 51 was successfully driven at 6 cm / s. Thus, it was possible to realize an ultrasonic motor using surface acoustic waves, which has been impossible in the past.
【0024】また、上記実施例では、固定子としてはニ
オブ酸リチウムを用いたが、これに代えて圧電材料とし
て、タンタル酸リチウムを用いるようにしてもよい。な
お、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを
本発明の範囲から排除するものではない。Although lithium niobate is used as the stator in the above embodiment, lithium tantalate may be used as the piezoelectric material instead of lithium niobate. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and they are not excluded from the scope of the present invention.
【0025】[0025]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、弾性表面波を用いて、物体の直接駆動を行い得
る弾性表面波リニアモータを得ることができた。また、
複数個配置される簾状電極の切り替えにより、振動の伝
搬方向を変えることができ、移動子の平面上の2次元的
移動が可能である。As described above in detail, according to the present invention, a surface acoustic wave linear motor capable of directly driving an object using a surface acoustic wave can be obtained. Also,
By switching a plurality of blind electrodes, the propagation direction of vibration can be changed and the two-dimensional movement of the mover on the plane is possible.
【図1】本発明の第1の実施例を示す弾性表面波リニア
モータの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a surface acoustic wave linear motor showing a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施例を示す弾性表面波リニア
モータの簾状電極の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a blind electrode of a surface acoustic wave linear motor showing a first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1の実施例を示す弾性表面波リニア
モータの移動子(スライダー)の裏面図である。FIG. 3 is a back view of a moving element (slider) of the surface acoustic wave linear motor according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第1の実施例を示す弾性表面波リニア
モータの駆動原理の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a driving principle of the surface acoustic wave linear motor showing the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第2の実施例を示す弾性表面波リニア
モータの斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a surface acoustic wave linear motor showing a second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第2の実施例を示す弾性表面波リニア
モータの固定子の平面図である。FIG. 6 is a plan view of a stator of a surface acoustic wave linear motor showing a second embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第2の実施例を示す弾性表面波リニア
モータの移動子(スライダー)の裏面図である。FIG. 7 is a back view of a moving element (slider) of a surface acoustic wave linear motor showing a second embodiment of the present invention.
1,31,41 固定子 2,42〜45 簾状電極 3,33,51 移動子(スライダー) 4,61 高周波電源 11,12 端子部 21,52 ボール 22,53 支持体 32 楕円軌跡 62 スイッチング回路 1, 31, 41 Stator 2, 42-45 Blind-shaped electrode 3, 33, 51 Moving element (slider) 4, 61 High frequency power source 11, 12 Terminal part 21, 52 Ball 22, 53 Support 32 Elliptical locus 62 Switching circuit
Claims (7)
該固定子に配置される簾状電極と、(c)該簾状電極を
励振させる高周波電源と、(d)前記固定子上にセット
される少なくとも3点接触部を有する移動子とを具備す
ることを特徴とする弾性表面波リニアモータ。1. A stator made of a piezoelectric material, and (b)
A stator arranged on the stator, (c) a high-frequency power source for exciting the blind electrode, and (d) a mover having at least three contact points set on the stator. A surface acoustic wave linear motor characterized in that
Hzの弾性表面波を励振する請求項1記載の弾性表面波
リニアモータ。2. The blind electrode is from several MHz to several 100M
The surface acoustic wave linear motor according to claim 1, which excites a surface acoustic wave of Hz.
項2記載の弾性表面波リニアモータ。3. The surface acoustic wave linear motor according to claim 2, wherein the surface acoustic wave is a Rayleigh wave.
を支持する支持体とを具備する請求項1記載の弾性表面
波リニアモータ。4. The surface acoustic wave linear motor according to claim 1, wherein the mover includes three balls and a support body that supports the balls.
簾状電極を配置してなる請求項1記載の弾性表面波リニ
アモータ。5. The surface acoustic wave linear motor according to claim 1, wherein a plurality of blind electrodes are arranged on each of four sides of the stator in a square shape.
簾状電極を配置し、それらの簾状電極を選択的に励振さ
せ、移動子を2次元平面上を駆動可能にしてなる請求項
1記載の弾性表面波リニアモータ。6. The stator is provided with blind-shaped electrodes on each of four sides of a square shape, and the blind-shaped electrodes are selectively excited so that the mover can be driven on a two-dimensional plane. 1. The surface acoustic wave linear motor according to 1.
の振幅値を変えることにより、移動子の移動速度を制御
してなる請求項1記載の弾性表面波リニアモータ。7. The surface acoustic wave linear motor according to claim 1, wherein the moving speed of the mover is controlled by changing the amplitude value of the high frequency applied to the blind electrode of the stator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP02242194A JP3466690B2 (en) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | Surface acoustic wave linear motor |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH07231685A true JPH07231685A (en) | 1995-08-29 |
JP3466690B2 JP3466690B2 (en) | 2003-11-17 |
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ID=12082221
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JP02242194A Expired - Fee Related JP3466690B2 (en) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | Surface acoustic wave linear motor |
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