(57)【要約】【課題】定格回転数を高めつつも、振動や騒音を低減したキャンドモータおよびこれを備えた真空ポンプを提供すること。【解決手段】真空ポンプ１用のキャンドモータ３１であって、このキャンドモータ３１はアキシャルギャップ型モータである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空ポンプ用のキャンドモータであって、このキャンドモータはアキシャルギャップ型モータである、キャンドモータ。
【請求項２】
ロータと、ステータと、前記ロータとステータの間に配置されて前記ロータが存在する空間の真空を維持するキャンとを備えた、請求項１に記載のキャンドモータ。
【請求項３】
前記キャンは、前記ロータ用の第１のケーシングと前記ステータ用の第２のケーシングとに挟まれて固定された円盤状又は長方形状部材である、請求項２に記載のキャンドモータ。
【請求項４】
前記キャンの材質は、樹脂またはセラミック等の非導電体である、請求項２又は３に記載のキャンドモータ。
【請求項５】
前記キャンの一部は、ステータコアに貼り付けられている、請求項２から４の何れか一項に記載のキャンドモータ。
【請求項６】
前記ロータの磁石は、真空ポンプの主軸の一端部における磁石支持部材に装着されている、請求項２から５の何れか一項に記載のキャンドモータ。
【請求項７】
前記真空ポンプは二軸同期型であり、二本の主軸の回転を同期させるタイミングギヤを備え、前記磁石支持部材は前記主軸の一端部に装着されると共に、前記タイミングギヤは主軸の他端部に装着されている、請求項６に記載のキャンドモータ。
【請求項８】
前記真空ポンプは二軸同期型であり、前記磁石支持部材は二本の主軸の回転を同期させるタイミングギヤである、請求項６又は７に記載のキャンドモータ。
【請求項９】
真空ポンプの主軸と、この主軸を収容する主ケーシングと、主ケーシングの一端部に設けられる第１端部ケーシングと、主ケーシングの他端部に設けられる第２端部ケーシングと、この主軸の一端部に設けられた請求項１から８の何れか一項に記載のキャンドモータとを備えた、真空ポンプ。
【請求項１０】
上記キャンドモータは、主ケーシングの排気側端部に設けられた、請求項９記載の真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャンドモータに係り、特に、真空ポンプに用いられキャンドモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体製造プロセスにおいては、様々な工程において真空技術が利用されている。いくつか例を挙げると、金属薄膜の形成のための真空蒸着法、レジスト除去やエッチング工程のためのプラズマエッチング法、不純物の拡散工程のためのイオン注入法、シリコン酸化膜や窒化膜形成工程のための減圧ＣＶＤやプラズマＣＶＤ法などである。これらの半導体製造プロセスは、いずれも真空（或いは減圧）環境で行われるものであり、半導体製造プロセスにおける真空が果たす役割は非常に大きい。
【０００３】
半導体製造装置等に使用される真空ポンプとしては、図３に示すような、二軸同期多段ルーツ型容積式の真空ポンプがある（例えば、引用文献１参照）。この図に示すものは３段の真空ポンプである。すなわち、合計６個のポンプロータ１０２を備えている（但し、図３（Ａ）では対応するポンプロータ１０２が重なっているため、各段とも１つのポンプロータ１０２しか見えない）。この真空ポンプのポンプロータ回転軸１０２ａは、一対のタイミングギア１１１によって互いに反対方向に同じ速度で回転する。相互に対向するロータ１０２同士及びロータ１０２とケーシング１０１は接触することがなく、わずかな隙間を保ちながら回転して気体を外部に排出するようになっている。
【０００４】
この図３（Ａ）において、左端に設置されているのがモータＭである。このモータＭでは、ポンプロータ回転軸１０２ａにモータロータ１０５Ａが取り付けられ、このモータロータ１０５Ａの半径方向の周囲に所定のギャップを隔ててモータステータ１０６が設置されている。この図に示す真空ポンプは、モータの耐腐食性を向上させたキャンドモータの例である。キャンドモータとは、モータロータ１０５Ａを円筒状のキャン１０７で覆った構造のモータであり、軸シール構造を具備しなくても気密性が保たれる構造を有している。すなわち、モータロータ１０５Ａとモータステータ１０６の間を隔離するように、円筒状のキャン１０７を介在させた構造である。
【０００５】
ポンプロータ１０２は、図３（Ｂ）に示すように、三葉状の断面形状を有しており、２つのポンプローラ１０２の凸部と凹部が近接するようになっている。また、キャン１０７の開口端の周囲には所定のフランジ部が形成されており、このフランジ部がポンプロータ側のポンプハウジングに固定されている。このため、モータロータ１０５Ａとモータステータ１０６との間は完全に気密性が維持される。
【０００６】
ところで、図３に示すモータＭは、ラジアルギャップ型モータと呼ばれるものである。このラジアルギャップ型モータとは、モータロータ１０５Ａに対してステータ１０６が半径方向外方（ラジアル方向）に配置され、これらモータロータ１０５Ａとステータ１０６の間にギャップが存在している形式のモータである。このようなラジアルギャップ型のモータＭでは、モータロータ１０５Ａはポンプロータ回転軸１０２ａの一端部に取り付けられるが、ポンプロータ回転軸１０２ａのオーバーハング長さ（主軸が軸受１０３から飛び出す長さ）は、モータロータ１０５Ａの軸線方向長さ以上の長さが必要である。このため、モータＭに求められる定格出力が大きくなるほど、ポンプロータ回転軸１０２ａに求められるオーバーハング長さも大きくなる。
【０００７】
ポンプロータ回転軸１０２ａのオーバーハング長さが大きくなると、様々な問題が生じ
る。例えば、ポンプロータ回転軸１０２ａのオーバーハング部分に重量物であるモータロータ１０５Ａを装着しているため、ポンプロータ回転軸１０２ａの撓みを考慮して回転数が制限されたり、振動や騒音の発生等の問題が生じていた。また、オーバーハング長さが大きくなることで、真空ポンプ全体としてポンプロータ回転軸１０２ａに沿った方向の長さが増大してしまう。
【０００８】
上記問題を解決できる可能性のあるモータとして、図４に示すような、アキシャルギャップ型モータ２００も提案されている（特許文献２参照）。アキシャルギャップ型モータ２００とは、ロータ１１０とステータ１２０とが主軸１５１の軸線方向（アキシャル方向）に配置され、これらの間にギャップが形成されている形式のモータである。アキシャルギャップ型モータ２００においては、必要なオーバーハング長さを、ロータの厚さよりも少し長い程度に抑制できる場合がある。しかしながら、特許文献２のアキシャルギャップ型モータ２００は、圧縮機に用いられるものであって、キャンドモータでは無く、ステータ１２０の側に軸受を設けることが可能である。このため、主軸１５１のオーバーハング部分にロータを具備するものでも無い。なお、このような構造のモータでは、ロータ室とステータ室の圧力は同一である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３３１５５８１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６１８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記したように、従来のラジアルギャップ型モータでは、ポンプロータ回転軸１０２ａのオーバーハング部分にモータロータ１０５Ａが装着されており、回転数の制限、振動や騒音の発生なども大きな問題となっていた。また、従来のアキシャルギャップ型モータ２００であっても、キャンドモータに適用したものでなく、オーバーハング部分にロータ１１０を取り付ける必要性が無く、回転数の制限、振動や騒音も大きな問題ではなかった。このため、キャンドモータにアキシャルギャップ型モータを採用することについても全く想定していない。キャンドモータで無ければ、ロータが存在する空間とステータが存在する空間の圧力差も考慮する必要がなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、第１手段は、真空ポンプ用のキャンドモータであって、このキャンドモータはアキシャルギャップ型モータである、という構成を採っている。このような構成を採ることで、主軸のオーバーハング長さは、円盤状のロータの厚さ程度に最小化される。オーバーハング長さが最小化されることで、許容回転数が増大すると共に、振動や騒音の発生などの諸問題も同時に回避することができる。
【００１２】
第２手段は、第１手段の構成に加え、ロータと、ステータと、ロータとステータの間に配置されてロータが存在する空間の真空を維持するキャンとを備えた、という構成を採っている。
【００１３】
第３手段は、第２手段の構成に加え、キャンは、ロータ用の第１のケーシングとステータ用の第２のケーシングとに挟まれて固定された円盤状部材又は長方形状部材である、という構成を採っている。
【００１４】
第４手段は、第２手段又は第３手段の構成に加え、キャンの材質は、樹脂またはセラミック等の非導電体である、という構成を採っている。
【００１５】
第５の手段は、第２手段から第４手段の何れかの構成に加え、キャンの一部は、ステータコアに貼り付けられている、という構成を採っている。
【００１６】
第６手段は、第２手段から第５手段の何れかの構成に加え、ロータの磁石は、真空ポンプの主軸の一端部における磁石支持部材に装着されている、という構成を採っている。
【００１７】
第７手段は、第６手段の構成に加え、真空ポンプは二軸同期型であり、二本の主軸の回転を同期させるタイミングギヤを備え、磁石支持部材は主軸の一端部に装着されると共に、タイミングギヤは主軸の他端部に装着されている、という構成を採っている。
【００１８】
第８手段は、第６手段又は第７手段の構成に加え、真空ポンプは二軸同期型であり、磁石支持部材は二本の主軸の回転を同期させるタイミングギヤである、という構成を採っている。
【００１９】
第９手段は、真空ポンプの主軸と、この主軸を収容する主ケーシングと、主ケーシングの一端部に設けられる第１端部ケーシングと、主ケーシングの他端部に設けられる第２端部ケーシングと、主軸の一端部に設けられた第１手段から第８手段の何れかの構成に係るキャンドモータとを備えた真空ポンプ、という構成を採っている。
【００２０】
第１０手段は、第９手段の構成に加え、キャンドモータは、主ケーシングの排気側端部に設けられた、という構成を採っている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る真空ポンプの、主軸に沿った断面図である。
【図２】キャンドモータを拡大した図であり、図２（Ａ）は図１に開示したキャンドモータであり、図２（Ｂ）はタイミングギヤと磁石支持部材を別個に設けたキャンドモータの例を示す。
【図３】従来のラジアルギャップ型モータを示す図であり、図３（Ａ）は主軸に沿った断面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のII−II線における断面図である。
【図４】従来のアキシャルギャップ型モータを圧縮機に適用した場合を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下において、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るキャンドモータおよび真空ポンプについて説明する。なお、以下に説明する個別の構成要素を任意に組み合わせた発明についても、本発明が対象とする技術思想に含まれるものである。
【００２３】
［全体概要］
図１は、本実施形態に係るキャンドモータ３１を備えた真空ポンプ１である。この真空ポンプ１は、真空ポンプ本体１１と、この真空ポンプ本体１１の一端部（排気側端部）に取り付けられたキャンドモータ３１からなる。キャンドモータ３１はアキシャルギャップ型モータであり、ロータ４１と、ステータ５１と、ロータ４１とステータ５１の間に配置されてロータ４１が存在する空間の真空を維持するキャン６１とを備えている。ここで、アキシャルギャップ型モータは、ラジアルギャップ型モータと比較して、同じ定格出力を実現するのであれば、主軸方向のオーバーハング長さを低減することができる。
【００２４】
［真空ポンプ本体］
真空ポンプ本体１１は、複数のポンプロータ１３が取り付けられた主軸１５と、ポンプロータ１３を収容する主ケーシング１７と、主ケーシング１７の一方側端面に取り付けら
れた第１端部ケーシング１９と、主ケーシング１７の他方側端面に取り付けられた第２端部ケーシング２１とを備えている。このような真空ポンプ１は、二軸同期多段ルーツ型容積式ポンプと呼ばれている。
【００２５】
［主軸］
主軸１５は、真空ポンプ本体１１の軸線方向に沿って延設されており、その両端部において第１及び第２端部ケーシング１９，２１の軸受１９ａ、２１ａによって回転自在に支持されている。本実施形態の主軸１５には、１本当たり５個のポンプロータ１３が取り付けられており、５段の真空ポンプ本体１１となっている。但し、段数はあくまでも一例であって、５段以外の段数の真空ポンプ本体であってもよい。なお、図１では５個のポンプロータ１３しか図示されていないが、本実施形態の真空ポンプ１は二軸同期型であり、実際には図における奥側にもう一組主軸とポンプロータが配置されている。このため、合計で１０個のポンプロータ１３を備えている。
【００２６】
［主ケーシング］
主ケーシング１７は、各ポンプロータ１３に対応したポンプ室を有し、さらに所定の隔壁を隔てて半径方向外側に気体排出路２３を備えている。また、主ケーシング１７には、最も上流側のポンプ室２３ａに気体を取り入れる気体取入口２５と、最も下流側のポンプ室２３ｂから気体を排出する気体排出口２７が設けられている。気体取入口２５は、真空状態が求められる半導体製造装置等に接続されている。一方、気体排出口２７は、所定の排気ガス処理装置（図示略）に接続されている。気体排出口２７を排気ガス処理装置に接続するのは、真空ポンプ１によって排出される気体には、腐食性のガスが含まれている場合があり、適切に無害化処理を施す必要があるからである。但し、排出される気体が無害なものであれば、気体排出口２７に排気ガス処理装置を接続する必要は無い。
【００２７】
［第１端部ケーシング］
第１端部ケーシング１９は、主ケーシング１７の一端部に取り付けられている。この主ケーシング１７の一端部は開放部となっているが、第１端部ケーシング１９によって封止され、最も下流側のポンプ室２３ｂを形成している。第１端部ケーシング１９の中心部には段付貫通口が形成されている。このうち、直径の小さな貫通口には主軸１５が貫通しており、大きな直径の貫通口には２個の軸受１９ａが設けられている。そして、この軸受１９ａによって主軸１５の一端部側を回転自在に支持している。但し、軸受の数は一例であって、１個であっても良いし、３個以上設けるようにしてもよい。なお、本実施形態では、主ケーシング１７と第１端部ケーシング１９を別個に形成しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、主ケーシング１７と第１端部ケーシング１９とを一体的に形成してもよい。
【００２８】
［第２端部ケーシング］
第２端部ケーシング２１は、主ケーシング１７の他端部に取り付けられている。この第２端部ケーシング２１の中心部にも段付貫通口が形成されている。このうち、直径の小さな貫通口には主軸１５が貫通しており、大きな直径の貫通口には１個の軸受２１ａが設けられている。この軸受２１ａによって主軸１５を他端部側で回転自在に支持している。なお、本実施形態では、主ケーシング１７と第２端部ケーシング２１を別個に形成しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、主ケーシング１７と第２端部ケーシング２１とを一体的に形成してもよい。
【００２９】
第２端部ケーシング２１の外側（図１における左側）には、ケーシングカバー２９が取り付けられている。このケーシングカバー２９は、第２端部ケーシング２１との間に所定の空間を形成して軸受を覆っている。このケーシングカバー２９によって形成された空間の下部には潤滑油が貯留されており、軸受２１ａを潤滑できるようになっている。但し、
グリースが充填されている軸受を使用する場合は、潤滑油は必須ではない。なお、ケーシングカバー２９は本発明に必須な構成要素では無い。
【００３０】
［キャンドモータ］
次に、本実施形態の特徴部分の一つである、キャンドモータ３１について図２に基づいて説明する。キャンドモータ３１はアキシャルギャップ型モータであり、ロータ４１と、ステータ５１と、ロータ４１とステータ５１の間に配置されてロータ４１が存在する空間（ロータ室４３）の真空を維持するキャン６１とを備えている。このように、キャン６１を備えているため、ロータ室４３の気密性が維持される。このとき、ロータ室４３は真空ポンプ本体１１のポンプ室（図１の符号２３ｂ）に連通しているため、ロータ４１は腐食性ガスに曝される。しかしながら、ステータ５１はキャン６１の機能によって腐食性ガスから隔離されている。
【００３１】
［ロータ］
ロータ４１は、主軸１５の一端部（図では右端部）に取り付けられている。ロータ４１は略円盤状の磁石支持部材４１ａと、この磁石支持部材４１ａに装着された永久磁石４１ｂとからなる。永久磁石４１ｂは、磁石支持部材４１ａの一方の表面において、等角度間隔に配置されている。本実施形態の永久磁石４１ｂは、磁石支持部材４１ａに埋め込まれるような形態となっている。このような構成を採ることで、永久磁石４１ｂが磁石支持部材４１ａから脱落するのを確実に防止できるからである。但し、本発明はこれに限定されるものでは無く、単純に磁石支持部材４１ａの表面に強力な接着剤で貼り付けてもよいし、ネジなどを用いて固定してもよい。
【００３２】
本実施形態の磁石支持部材４１ａは、タイミングギヤを兼ねている。すなわち、本実施形態の真空ポンプは、上述したように二軸同期型の真空ポンプであり、２本の主軸１５の回転を同期させるためのタイミングギヤが設けられている。タイミングギヤは、主軸１５の一端部に設けられており、アキシャルギャップ型のキャンドモータを構成する場合に、ロータ４１を構成する部材として好都合である。磁石支持部材４１ａは外周面に歯が形成されており、２つの磁石支持部材４１ａ同士がその歯で噛み合っている。一方、磁石支持部材４１ａの表面及び裏面は特別な役割を有していないので、本実施形態のように、磁石支持部材４１ａの表面に永久磁石４１ｂを装着するのは容易である。
【００３３】
ロータ４１は、ロータ用ケーシング（第１のケーシング）４５によって周囲が囲まれている。そして、このロータ用ケーシング４５は真空ポンプ１の第１端部ケーシング１９に気密状態で固定される。更に、ロータ用ケーシング４５のステータ側の端面にはキャン６１が気密状態で取り付けられ、内部空間が上述したようにロータ室４３となっている。真空ポンプが運転された場合、ロータ室４３は真空ポンプ１の基本的な構造上の理由から真空状態となる。しかし、上述したようにキャン６１によって真空状態が維持される。また、ロータ室４３の底面付近には潤滑油が貯留されており、ロータ室４３に露出している軸受１９ａや、磁石支持部材４１ａを兼ねるタイミングギヤを潤滑できるようになっている。なお、タイミングギヤには潤滑が必須であるので、当該ロータ室４３の潤滑油は必須である。
【００３４】
［ステータ］
次に、ステータ５１について説明する。ステータ５１は、ステータコア５１ａとコイル５１ｂからなる。ステータコア５１ａは、円盤状のコア本体５１ａ１と、コア本体５１ａ１からロータ４１に向かって突出する磁芯５１ａ２からなる。但し、本実施形態のステータコア５１ａは、コア本体５１ａ１と磁芯５１ａ２が一体となった構造を有している。磁芯５１ａ２は上述したロータ４１の各永久磁石４１ｂと対向するように、コア本体５１ａ１の表面において円周方向に沿って配列されている。また、ステータコア５１ａの各磁芯
５１ａ２の周囲にはコイル５１ｂが装着されており、このコイル５１ｂに電流が供給されることで、磁界を発生させるようになっている。なお、キャンドモータが二軸一体型モータである場合には、コア本体の形状は円盤状ではなく、長方形状となる。
【００３５】
ステータ５１の周囲は、ステータ用ケーシング（第２のケーシング）５５によって囲まれている。また、ステータ用ケーシング５５の一端側（図における右側）は閉塞端となっている。このため、ステータ用ケーシング５５は皿状の形状を有し、このステータ用ケーシング５５の内部がステータ室５３となっている。ステータ用ケーシング５５の他端側（図における左側）は開放端となっているが、円盤状のキャン６１と接触している。なお、キャンドモータが二軸一体型モータである場合には、キャンの形状は円盤状ではなく、長方形状となる。
【００３６】
［キャン］
キャン６１は、概ね円盤状（又は長方形状）の形状を有しており、上述のロータ用ケーシング４５とステータ用ケーシング５５との間に固定されている。このキャン６１により、上述したようにロータ室４３の真空状態が維持されている。本実施形態ではキャン６１を超えて主軸１５を延ばすことができないので、ステータ５１の側に軸受を設けることはできない。この点は、上述の特許文献２の発明に係るアキシャルギャップ型モータと大きな違いである。また、キャン６１は、薄い金属材料、樹脂材料或いはセラミック等の非導電体から構成されており、できる限りロータ４１とステータ５１の間に生成される磁束に影響を与えないようになっている。また、モータの効率を考慮した場合に、できる限りロータ４１とステータ５１を接近させたい。このため、所望の強度が確保できる場合には、できるだけ薄く構成することが望ましい。
【００３７】
一方、キャン６１を薄い部材で構成した場合には、以下のような問題が生じる場合がある。すなわち、真空ポンプ用のキャンドモータ３１をアキシャルギャップ型のモータとした場合、ロータ室４３は真空状態である一方、ステータ室５３は大気圧となる。この圧力差に起因して、ロータ室４３側に向かってキャン６１を変形させるような力が加わる。このとき、ロータ４１とキャン６１との間の隙間はモータ効率を考慮して極小となっている。のため、何ら工夫を施さない場合、ロータ４１にキャン６１が接触してしまう事態も想定される。これを避けるために、本実施形態ではステータ５１の磁芯５１ａ２にキャン６１の表面の一部を接着剤で貼り付けるような構造としている。このため、圧力差が生じても、キャン６１の変形を防止でき、ロータ４１とキャン６１との間の隙間を最小限に設定することが可能である。但し、これは本発明に必須な構成ではない。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、キャンドモータ３１として扁平形状のアキシャルギャップ型モータを用いたことで、ロータ４１を取り付ける部分の主軸１５のオーバーハング長さを最小化することができる。このため、定格回転数を高めることができ、騒音や振動の問題も回避することができる。また、主ケーシング１７の排気側端部に当該キャンドモータ３１を設置したことで、永久磁石４１ｂがステータコア５１ａを磁気吸引し、ポンプロータ１３の軸方向スラスト力（差圧による発生力）を軽減することが可能となり、軸受１９ａ，２１ａの寿命を延ばしたり、小型の軸受を使用することが可能となる。
【００３９】
図２（Ｂ）は、キャンドモータの変形例である。このキャンドモータ３１Ａは、磁石支持部材４１ａをタイミングギヤ４２とは別個に設けている。図に示すように、図２（Ａ）のキャンドモータ３１と比較すると、オーバーハング長さは多少大きくなっているが、それでもラジアルギャップ型モータよりもオーバーハング長さを小さくすることができる。なお、本変形例では、ロータ４１がタイミングギヤ４２に隣接して設けられている。しかしながら、タイミングギヤを主軸の左端に設け、ロータを主軸の右端に設けるような場合
も本願発明が想定する範囲である。
【００４０】
なお、以上で説明したキャンドモータ３１及び真空ポンプ１は、あくまでも一実施形態に過ぎない。このため、一部の構成要素を変更した場合であっても、本発明の技術思想の範囲となる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、真空ポンプに用いられるキャンドモータに利用することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  真空ポンプ
１１  真空ポンプ本体
１３  ポンプロータ
１５  主軸
１７  主ケーシング
１９  第１端部ケーシング
１９ａ  軸受
２１  第２端部ケーシング
２１ａ  軸受
２３  ポンプ室
２５  気体取込口
２７  気体排出口
２９  ケーシングカバー
３１  キャンドモータ
４１  ロータ
４１ａ  磁石支持部材
４１ｂ  永久磁石
４２  タイミングギヤ
４３  ロータ室
４５  ロータ用ケーシング
５１  ステータ
５１ａ  ステータコア
５１ｂ  コイル
５１ａ１  コア本体
５１ａ２  磁芯
５３  ステータ室
５５  ステータ用ケーシング
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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