JPWO2015145505A1 - 導光部材及びその製造方法並びに照明ユニット - Google Patents

Abstract

本発明の導光部分は、入射面（１２）から入射された光が、透明バー（１０）の反射面（１８）及び出射面（１４）を含む内周面で内部反射を繰り返しながらその内部を長手方向に進み、その間に拡散面（１６）に到達した光が拡散光となって出射面（１４）から取り出される。透明バー（１０）は、出射面（１４）を露出させた状態でカバー内に収容されるものであって、拡散面（１６）は、透明バー（１０）の長手方向に間隔をあけて並ぶ複数の溝と、隣り合う溝の間に残存する平坦面と、を有し、平坦面に、外方へ突出してカバーの内面に当接し、カバーの内面との間にスペースを形成する複数のスペーサ突起が形成されている。

Description

本発明は、導光部材、更に詳しくは、エッジライト方式の照明ユニットに使用される長尺の導光部材及びその製造方法並びに照明ユニットに関する。

従来から、特許文献１に示されるような発光装置が知られている。この発光装置は、エッジライト方式の照明ユニットであって、これに使用される導光部材は、長手方向の一端が光源からの光の入射面とされた長尺の透明バーで構成され、周面の一部である前面が出射面、後面が拡散面とされている。この場合、入射面から入射された光は、長手方向に沿って進む間に、後面の拡散面で拡散され、この拡散された光が前面の出射面から取り出される。

特開２０１２−８９４４２号公報

上記のようなエッジライト方式となる長尺の導光部材は、通常、カバーを介して対象となる場所に取り付けられる。カバーは導光部材と同様に長尺体であり、導光部材の後面となる拡散面がその長手方向の全長にわたってカバーの一部に接することになる。この拡散面は、複数の溝が長手方向に沿って所定の間隔に並んで形成されており、溝と溝との間には平坦面が残され、この平坦面においても光を前方の出射面側に向けて反射させるようになっている。

ここで、出射面の長手方向にわたってより均質な光を出射させるためには、平坦面での光の反射を考慮して拡散面を形成することが求められる。しかしながら、導光部材をその後面となる拡散面がカバーに接する形でカバーに取り付ける場合、この接触面となるカバーの一部の表面が荒れていると、ときには平坦面に傷が付く。そうなると、平坦面での意図した光の反射が崩れ、その結果、期待通りの拡散効果が得られず、長手方向にわたって均質な光を出射面から取り出すことが難しくなるという問題を生じる。

本発明は、上記問題を解消するためになされたもので、その目的は、拡散面を形成する複数の溝間に残る平坦面を、導光部材を支持するカバーにおいてこの拡散面と対向する面に存在する表面の荒れから保護し、平坦面での意図した光の反射を維持することで、溝と平坦面との組み合わせからなる拡散面での拡散光によって、出射面から均質な光を取り出すことができる導光部材を提供することである。

本発明の導光部材は、上記の課題を解決するために成されたものであり、この導光部材は、長尺な透明バーで構成され、透明バーの長手方向の一端が、外部の光源からの光が入射される入射面とされる。透明バーの長手方向に直交する横断面の輪郭が、前側の出射面と、この出射面に対向する後側の拡散面と、出射面と拡散面との間の両側各々で延出される一対の反射面と、で規定される。入射面から入射された光は、透明バーの反射面及び出射面を含む内周面で内部反射を繰り返しながらその内部を長手方向に進み、その間に拡散面に到達した光が拡散光となって出射面から取り出される。透明バーは、出射面を露出させた状態でカバー内に収容されるものであり、拡散面は、透明バーの長手方向に間隔をあけて並ぶ複数の溝と、隣り合う溝の間に残存する平坦面と、を有し、平坦面に、外方へ突出してカバーの内面に当接し、カバーの内面との間にスペースを形成する複数のスペーサ突起が形成されていることを特徴とする。このスペーサ突起により、カバーに対して導光部材を位置決めすることができ、複数の溝間の平坦面をカバーの対向面における荒れから保護することができる。その結果、意図した拡散効果を維持して出射面から均質な光を出射させることができる。

本発明の好ましい形態では、複数のスペーサ突起が、溝の開口縁に沿って形成されている。これにより、この開口縁に沿ったスペーサ突起自体の光拡散効果を得ることができ、その結果、出射面から均質な光を出射させる効果を更に高めることができる。

また、本発明の好ましい形態では、複数の溝は、透明バーの長手方向と交差する方向に長さを有し、相互に間隔をあけて平行に設けられている。これにより、透明バーの内部を長手方向に沿って進む光は、この複数の溝において反射する機会が増大され、長手方向の全長に亘って一様な拡散効果を与えることができる。

さらに本発明の好ましい形態では、溝は、その断面形状がＶ字状で、その溝表面が傾斜面である。れにより、透明バーの内部を長手方向に沿って進む光は、出射面側へ効率よく反射される、その結果、出射面を通して外部へ光が出射される効率が高められる。

また、本発明の導光部材の製造方法は、複数のスペーサ突起が、溝の開口縁に沿って形成されている導光部材の製造方法であって、溝とスペーサ突起とをレーザー照射により同時に形成することを特徴とする。これにより、簡易にスペーサ突起を有する溝を形成することができる。

また、本発明の照明ユニットは、導光部材と、カバーと、カバーの長手方向の端部に設けられる光源と、を備えることを特徴とする。これにより、意図した拡散効果が維持され、出射面から均質な光を出射させることができる。

本発明の導光部材においては、カバーに対して導光部材を位置決めすることができ、複数の溝間の平坦面をカバーの対向面における荒れから保護することができ、意図した拡散効果を維持して出射面から均質な光を出射させることができる。

本発明の導光部材の製造方法においては、複数の溝とその間にスペーサ突起とを有する導光部材を、レーザー照射によって簡単に製造することができる。

本発明の照明ユニットにおいては、カバー内に収容された導光部材に光源からの光が入射され、意図した拡散効果が維持されて導光部材の出射面から均質な光を出射させることができる。

本発明の第１の実施形態である導光部材の斜視図 同上の導光部材の両端にＬＥＤを配置したときの平面図 同上の導光部材の断面図 同上の導光部材における出光する光の経路を説明する図 同上の導光部材をカバーに収納した斜視図 同上の導光部材を使用する照明ユニットの光源モジュールを示す斜視図 同上の導光部材における溝の断面図 カバーに収納した同上の導光部材の断面図 同上の導光部材における溝の変形例を示す断面図 同上の導光部材の変形例を示す断面図 本発明の一実施形態である導光部材の溝を形成する様子を示した説明図 同上の溝を形成する変形例の様子を示した概略説明図 本発明の第２の実施形態である導光部材の平面図 本発明の第３の実施形態である導光部材の平面図 本実施形態の照明ユニットを浴室に配置した状態を示す説明図

本発明の導光部材は、ＬＥＤ等の光源と組み合わされて、例えば、室内の天井や壁、或いは、種々の家具等に埋め込まれるエッジライト方式の照明ユニットに使用される。

以下、本発明の第１の実施形態に係る導光部材を、図面に基づいて説明する。図５に示すように、本実施形態の導光部材は、光源となるＬＥＤ３０を保持するカバー４０と一体に組み付けられて照明ユニット１を形成する。

図１、図２に示すように、導光部材は、ＬＥＤ３０からの光を透過させる合成樹脂でできた長尺体であり、互いに直交する長手方向軸Ｌ、幅方向軸Ｗ、前後方向軸Ｄを有し、以下、透明バー１０と記載する。透明バー１０は、長手方向に直交する横断面形状が長手方向の全長に亘って一様であり、この横断面形状は前後方向軸Ｄを基準にして左右対称である。

透明バー１０の長手方向の一端は、ＬＥＤ３０からの光が入射される入射面１２となっている。横断面の輪郭は、前後方向の前方に位置する出射面１４と、この出射面１４に対向する後方の拡散面１６と、一対の反射面１８と、で規定される。拡散面１６は、長手方向軸に沿って規則的に並ぶ複数の溝６０によって形成される。それぞれの溝６０は、幅方向軸Ｗに沿った方向に形成されている。拡散面１６は、基本的に、透明バー１０内を進む光を出射面１４側に向けて拡散させ、この結果、出射面１４から光が取り出される。入射面１２から入射した光は、反射面１８や出射面１４を含む透明バー１０の内周面で内部反射を繰り返して透明バー１０の長手方向に沿って進みながら拡散面１６に到達する。拡散面１６に到達した光は、ここで出射面１４側に向けて拡散されることにより、出射面１４からこの拡散光が取り出される。

一対の反射面１８は、横断面において、それぞれ拡散面１６の両端と出射面１４の両端とを結合する。反射面１８は全体として滑らかに湾曲した曲面であり、入射面１２から入射する光を反射させて透明バー１０の長手方向に沿って進めながら拡散面１６側に向けて反射させ、その結果生じる拡散光が出射面１４から透明バー１０の前方に出射される。

図３、図４に示すように、出射面１４は内方に凹んだ凹曲面に仕上げられている。また、出射面１４の幅をＷ１、拡散面１６の幅をＷ２とすると、出射面１４の幅Ｗ１は拡散面１６の幅Ｗ２よりも大きい。拡散面１６の両端に隣接する各反射面１８の一部は、外方に向けて湾曲した肩部２０となっている。肩部２０は、図４中の破線Ｘで示すように、拡散面１６で拡散される光を効率良く出射面１４側に反射させると共に、透明バー１０内で内部反射を繰り返しながら長手方向に進む光を拡散面１６側に集めるように機能する。出射面１４と拡散面１６との距離、すなわち、透明バー１０の前後寸法は、出射面１４の幅Ｗ１よりも大きく、この幅Ｗ１の２倍以上である。透明バー１０は、前後方向軸Ｄに沿って、出射面１４を含む前半部と、拡散面１６を含む後半部と、を有し、前半部に含まれる各反射面１８にバンプ２４が形成される。

また、透明バー１０の横断面において、後半部における一対の反射面１８間の距離、すなわち、幅寸法は、肩部２０から前方へ行くに従って次第に増加しており、拡散面１６からの拡散光を出射面１４側に向けて反射させる機会を多くしている。

バンプ２４は、透明バー１０の横断面において、外方に突出する三角形状の突条であり、透明バー１０の長手方向に沿って全長にわたる。このバンプ２４は、透明バー１０をカバー４０に保持させるために利用される。すなわち、図５に示すように、カバー４０の両脚片４２に設けた凹所４４に各バンプ２４が収められることで、透明バー１０はカバー４０に保持される。カバー４０も長尺体で、横断面形状が前方に開口したＵ字型である。この透明バー１０は、カバー４０に保持された状態において、透明バー１０の出射面１４を除く部分がカバー４０で覆われる。

図３、図４に示すように、バンプ２４は、カバー４０との結合に用いられるだけでなく、出射面１４からの出射効率を高めるようにも機能する。このバンプ２４は、その断面が三角形状とされ、三角形の斜辺となる一表面が透明バー１０の幅方向軸Ｗに対して傾斜している。

バンプ２４は、透明バー１０内で内部反射を繰り返しながら長手方向に進む光を拡散面１６に向けて反射させる機会を増大させて、拡散面１６で拡散される光量を増大させ、その結果、出射面１４から出射される拡散光を多く確保して、出射効率を高める。この機会を与えるために、バンプ２４の一表面は傾斜している。この傾斜した一表面での反射により、拡散面１６へ向かう光の量を増大させる。

ここで、バンプ２４は、透明バー１０内を長手方向に沿って進む光が横断面内に閉じ込められて長手方向の端面から抜けてしまう光のトラップを崩し、バンプ２４が無ければ閉じ込められてしまう光を拡散面１６側に向かわすように機能する。このため、透明バー１０の前端部側で長手方向に進む光が拡散面１６側に向かう機会は増大し、結果として、拡散光を増やし、出射効率を高めることができる。更に、出射面１４は凹曲面とされ、この凹曲面での反射もまた、上述した光のトラップを崩す要因となるので、バンプ２４による効果と相俟って、拡散光の出射効率を高めている。

図５に示すように、カバー４０はその前端部分に透明バー１０を保持し、その後端部分で他の部材に結合される。このカバー４０は、その前端部分が断面Ｕ字型となった長尺体であり、透明バー１０がその出射面１４を露出させると共にその拡散面１６をカバー４０の底片４１に近接させる形でカバー４０の両脚片４２の間に収められる。カバー４０の長手方向両端には、図６に示すように、それぞれＬＥＤ３０を保持する光源モジュール５０が取り付けられて、透明バー１０はＬＥＤ３０やカバー４０と一体化されて照明ユニットを構成する。この照明ユニットにおいては、透明バー１０の長手方向両端の入射面１２においてＬＥＤ３０からの光が入射され、透明バー１０の反射面１８及び出射面１４を含む内周面で反射を繰り返しながら長手方向に進む光が拡散面１６で拡散して、出射面１４から前方へ拡散光が導き出される。

図２に示すように、拡散面１６は、透明バー１０の長手方向に並ぶ複数の溝６０によって形成されている。この溝６０は透明バー１０の長手方向軸Ｌと交差する方向に長さを有するように走り、相互に間隔をあけて平行に設けられている。図７に示すように、各溝６０は断面形状が略Ｖ字状で、その溝表面が透明バー１０の横断面に対して傾斜する傾斜面６２として形成されている。

また、図１１に示すように、各溝６０は、レーザー加工機を用いて形成される。レーザー加工機は、透明バー１０を押出成形する生産ラインに設けられる。図示は省略するが、生産ラインは押出成形機を備える。透明バー１０は、押出成形機によって押し出され、レーザー切断機等によって所定の長さに切断することで形成される。

多数の溝６０は、レーザー加工機から透明バー１０の拡散面１６にレーザーを照射することで形成される。レーザー加工機によるレーザーの照射は、例えば押出成形後で且つ切断前において押出方向に移動する透明バー１０に対して行われる。つまり、溝６０を形成する工程は、透明バー１０を押出成形する工程とインラインで行われる。なお、図１１においてＡで示した矢印は、透明バー１０の移動方向（押出方向）を示している。

レーザー加工機から照射するレーザーは、例えば炭酸ガスレーザーである。レーザー加工機のレーザー方式は、例えばガルバノスキャニング方式である。レーザー加工機は、レーザー発振器８０、ビームエキスパンダー８１、ガルバノスキャナー８２、及びｆθレンズ８３を備えている。

レーザー加工機から照射するレーザーは、ガルバノスキャナー８２のミラー８２０を駆動することにより走査を制御される。この走査は予め設定された加工パターンに基づいて行われることで、溝６０は、所望の大きさ、方向、間隔が得られ、溝６０に関するこれ等条件で、拡散光の指向性を決定する。

図８に示すように、溝６０は透明バー１０の長手方向に沿って間隔をおいて並び、隣り合う溝６０の間に平坦面７０が残存する。この平坦面７０の内部反射で、透明バー１０の長手方向軸Ｌに沿って、光を進めるようになっている。溝６０と平坦面７０とは透明バー１０の長手方向に沿って交互に並び、全てのまたはいくつかの平坦面７０の両端、すなわち、隣接する溝６０の端縁から外方に向けて突出するスペーサ突起６５が形成される。スペーサ突起６５は、透明バー１０の長手方向に沿って離間し、カバー４０の底片４１に当接することで、平坦面７０とカバー４０の内面との間にスペースを形成し、平坦面７０がカバー４０の底片４１に接触することを防ぐ。

図２に示すように、複数の溝６０は、透明バー１０の長手方向軸Ｌに沿って等間隔で平行に並ぶ。各溝６０は長手方向軸Ｌに対して直交する方向で、透明バー１０の長手方向中央から両端の入射面１２に行くに従って短くされ、両端の入射面１２から入射されるＬＥＤ３０からの光を透明バー１０の全長にわたって拡散面１６に行き渡らせる。図７に示すように、各溝６０は下端が丸くなった一様なＶ字形の断面を有し、同じ高さのスペーサ突起６５が平坦面７０の両端において突出し、各スペーサ突起６５自体も、図７の矢印で示すように、光の拡散に寄与している。

また、図１１に示すように、透明バー１０への溝６０の形成は、レーザー加工機を使用する。レーザー加工機は、透明バー１０を押出成形する生産ラインに設けられる。図示は省略するが、生産ラインは押出成形機を備える。透明バー１０は、押出成形機によって図１１中のＡ方向に押し出され、レーザー切断機等によって所定の長さに切断することで形成される。レーザー加工機によるレーザーの照射は、例えば押出成形後で且つ切断前において押出方向に移動する透明バー１０に対して行われる。つまり、溝６０を形成する工程は、透明バー１０を押出成形する工程とインラインで行われる。

レーザー加工機は、レーザー発生源７０から発生させるレーザー光を透明バー１０の一面に照射するように構成されており、透明バー１０をその長手方向に沿って移動させることに同期させて、レーザー光をスキャンすることで、複数の溝６０を作り出す。レーザー発生源７０からのレーザー光は、ビームエキスパンダー７１、２つのミラー７２０、ｆθレンズ７３を経て、透明バー１０に照射され、ガルバノスキャナー７２でミラー７２０の角度を制御することで、所定の方向に沿って溝６０を形成する。レーザー照射は、所望する溝６０の形状、方向、間隔に合わせた制御パターンに基づいて実行される。なお、レーザー加工機から照射するレーザーは、例えば炭酸ガスレーザーである。

ミラー８２０は、第一の照射角を決める第一のミラー８２０ａと、第二の照射角を決める第二のミラー８２０ｂと、を有する。

第一のミラー８２０ａは、透明バー１０の前後方向軸Ｄと平行な軸Ｄ１を備え、その軸Ｄ１を中心にして一定の範囲で回転する。ここで、一定の範囲とは、第一のミラー８２０ａで屈折した光が第二のミラー８２０ｂに当たる範囲のことをいう。この一定の範囲により、第一の照射角の最大照射角と最小照射角が決定される。

また、第二のミラー８２０ｂは、透明バー１０の長手方向軸Ｌと平行な軸Ｌ１を備え、その軸Ｌ１中心にして一定の範囲で回転する。ここで、一定の範囲とは、第二のミラー８２０ｂで屈折した光がｆθレンズ８３に当たる範囲のことをいう。この一定の範囲により、第二の照射角の最大照射角と最小照射角が決定される。

このレーザーの第一の照射角及び第二の照射角が最大照射角と最小照射角の間で変化することにより、図９、図１０、図１２に示すように、深さ方向が傾斜した溝６０とスペーサ突起６５と微小突起６６を形成する。

すなわち、溝６０に関するこれ等の条件を調整することで、拡散光の指向性も決定される。ここでは、レーザー照射によって、スペーサ突起６５も溝６０の開口縁に沿って形成される。この場合、レーザー照射によるレーザーアブレーションによって、溝６０とスペーサ突起６５とを同時に出現させることが可能となり、スペーサ突起６５を備えた拡散面１６を容易に作り出すことができる。

この場合、横断面に対して傾斜する傾斜溝６０において、傾斜が大きい方の傾斜面６２の上端につながる平坦面７０の端縁から微小突起６６が突出する。この微小突起６６の高さと幅はスペーサ突起６５よりも小さく、図９に示すように、微小突起６６自体でも光を拡散させる。

また、拡散面１６は、図８に示すように、複数の溝６０が断面形状で上下方向に配向するように形成され、すなわち、全ての溝６０の深さ方向が鉛直方向で揃うように形成される以外に、図１１、図１２に示すように、ミラー８２０を一定の範囲で回転させることによって、図１２に示すように、深さ方向が傾斜した溝６０を含むように形成してもよい。

したがって、本実施形態の導光部材では、スペーサ突起６５がカバー４０の底片４１に当接されるので、カバー４０に対して導光部材は位置決めされ、平坦面７０がカバー４０の底片４１に接触することも防がれて、平坦面７０をこれに対向する底片４１の荒れから保護することができ、複数のスペーサ突起６５自体による光拡散効果もあいまって、意図した拡散効果を維持して出射面１４から均質な光を出射させることができる。

また、本実施形態では、入射面１２からの光量を多くするために、二つのＬＥＤ３０を前後方向軸Ｄに沿って並べて入射面１２に対向させ、一つを後半部、他の一つを前半部に対応させて配置している。しかしながら、本発明の使用形態はこれのみに限定されず、入射面の前後方向の一部または全体に光を入射させる光源が使用されてもよい。

ところで、本実施形態におけるＬＥＤ３０は、図２、図６に示すように、透明バー１０の長手方向の両端の外側に配置される光源モジュール５０に保持されるもので、各光源モジュール５０はカバー４０の長手方向の両端に取り付けられている。図５、図６に示すように、光源モジュール５０は、カバー４０の端部に取り付けられる。光源モジュール５０は前後に長い凹部５４を有し、この凹部５４に二つのＬＥＤ３０が前後方向に並んで収められて透明バー１０の入射面１２と所定の間隔をあけて対向される状態で保持される。このようにして、本実施形態の導光部材は、ＬＥＤ３０と組み合わされて照明ユニット１に使用される。

図１３は、本発明の第２の実施形態に係る導光部材を示す。この導光部材における透明バー１０は、拡散面１６を構成する溝６０の構成が第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同じである。これ等複数の溝６０は、透明バー１０の長手方向軸Ｌに対して傾斜し、各溝６０の長さが透明バー１０の長さ方向の中央から両端の入射面１２に行くに従って短くされている。

図１４は、本発明の第３の実施形態に係る導光部材を示す。この導光部材における透明バー１０は、拡散面１６を構成する溝６０の構成が第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同じである。これ等複数の溝６０は、拡散面１６の全幅に渡る長さに形成され、各溝６０の間隔、すなわち、平坦面７０の幅が、透明バー１０の長さ方向の中央から両端の入射面１２に行くに従って大きくされている。

なお、上記の実施形態では、透明バー１０の長手方向の両端にＬＥＤ３０を配置した形態を示したが、本発明は必ずしもこの形態に限定されず、透明バーの長手方向の一端のみにＬＥＤを配置してもよい。

また、上記いずれかの導光部材と、カバー４０と、カバー４０の長手方向の端部に設けられるＬＥＤ３０と、を備えることで、照明ユニットとなる。この照明ユニットにおいては、カバー４０に対して導光部材が位置決めされ、複数の溝６０間の平坦面７０をカバー４０の対向面における荒れから保護することができ、カバー４０内に収容された導光部材にＬＥＤ３０からの光が入射され、意図した拡散効果が維持されて導光部材の出射面１４から均質な光を出射させることができる。

ところで、照明ユニット１は、例えば、図１５に示すように、浴室５の天井５０に設けられる。透明バー１０は、出射面１４を浴室５内下方に向けて配置されている。これにより、照明ユニット１を利用して浴室５内を照明することができる。

１０ 透明バー
１２ 入射面
１４ 出射面
１６ 拡散面
１８ 反射面
３０ ＬＥＤ（光源）
４０ カバー
６０ 溝
６２ 傾斜面
６５ スペーサ突起
７０ 平坦面

Claims (6)

1. 長尺な透明バーで構成され、
   前記透明バーの長手方向の一端が、外部の光源からの光が入射される入射面とされ、
   前記透明バーの長手方向に直交する横断面の輪郭が、前側の出射面と、この出射面に対向する後側の拡散面と、前記出射面と前記拡散面との間の両側各々で延出される一対の反射面と、で規定され、
   前記入射面から入射された光は、前記透明バーの前記反射面及び前記出射面を含む内周面で内部反射を繰り返しながらその内部を長手方向に進み、その間に前記拡散面に到達した光が拡散光となって前記出射面から取り出される導光部材であって、
   前記透明バーは、前記出射面を露出させた状態でカバー内に収容されるものであり、
   前記拡散面は、前記透明バーの長手方向に間隔をあけて並ぶ複数の溝と、隣り合う前記溝の間に残存する平坦面と、を有し、
   前記平坦面に、外方へ突出して前記カバーの内面に当接し、前記カバーの内面との間にスペースを形成する複数のスペーサ突起が形成されていることを特徴とする導光部材。
2. 前記複数のスペーサ突起が、前記溝の開口縁に沿って形成されていることを特徴とする請求項１記載の導光部材。
3. 前記複数の溝は、前記透明バーの長手方向と交差する方向に長さを有し、相互に間隔をあけて平行に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の導光部材。
4. 前記溝は、その断面形状がＶ字状で、その溝表面が傾斜面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の導光部材。
5. 請求項２記載の導光部材の製造方法であって、
   レーザー照射により、前記溝と前記スペーサ突起とを同時に形成することを特徴とする導光部材の製造方法。
6. 請求項１〜４のいずれか一項記載の導光部材と、前記カバーと、前記カバーの長手方向の端部に設けられる前記光源と、を備えることを特徴とする照明ユニット。

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