CN101160180A - 用于涂覆制品的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供涂覆光学制品例如光学透镜的方法和设备。在一方面，光学制品放置在保持器内，涂覆材料片从喷嘴例如扇形涂覆器喷嘴中排出到光学制品上以在光学制品上形成涂层。

Description

用于涂覆制品的方法和设备
技术领域
本发明一般涉及用于涂覆制品如光学制品的方法和设备，该光学制品例如但不限于光学透镜。
背景技术
光学透镜例如用于常规眼镜的玻璃或塑料的透镜现在被广泛地应用着。可以在这些透镜表面上涂覆功能性涂层以使透镜具有某种期望的特性，例如增强的抗毁损性和抗划痕性、抗反射性或极化性，这里仅列举其中的几种。这些涂层典型地通过旋涂方法进行涂覆，其中，当透镜旋转时，将液体涂覆材料沉积在透镜的中央。离心力使涂覆材料散布在旋转透镜的表面上。然后透镜停止旋转，涂覆材料被固化，例如通过加热或风干，以形成涂覆透镜。
虽然适合大部分条件下使用，但是此旋涂方法确实存在一些缺点。例如，此旋涂方法可以导致透镜表面不均匀的涂覆厚度，例如，由于离心力引导涂层从透镜的中心向外流动到透镜的边缘，因此通过旋涂方法涂覆的涂层在透镜的边缘可能比透镜的中心厚。对于功能性涂层，这可能导致透镜表面性能的差异。此外，旋涂方法不是很适合对多焦点透镜进行涂覆。“多焦点透镜”指的是具有多于一个设定焦点(focal prescription)的透镜，例如常规的双焦点或三焦点透镜。在这些多焦点透镜中，在一个设定焦点和其它的设定焦点之间通常具有边缘，这样透镜的表面是不平坦的，也就是说，透镜表面的曲率不均匀或者不是平面。旋涂会导致涂覆流动在这些不平坦的表面区域出现涂层流动的汇流或中断。而且，常规的旋涂器由于放置透镜的保持器在旋涂过程中必须能够使透镜以预定的速度旋转，因此设计上相对复杂。此外，涂覆前使透镜开始旋转和涂覆后使透镜停止旋转所需的时间会降低涂覆的效率和旋涂器的生产量。
因此，提供一种用于涂覆制品例如光学透镜的方法和/或设备是有益的，其能消除或减少与常规的旋涂有关的至少部分问题。
发明内容
一种涂覆光学制品的方法包括：将光学制品放置在保持器中；以及提供在压力之下散开的非雾化涂覆材料片，以在光学制品上形成涂层。在一个非限定性的实施例中，涂覆材料从压力涂覆器例如流动涂覆器(例如扇形涂覆器)散开。
另一种涂覆光学制品的方法包括：将制品放置在保持器中；从扇形涂覆器喷嘴中提供非雾化涂覆材料片；使保持器相对于涂覆材料片以预定的路径运动，以将涂层涂覆在光学制品上。在一个实施例中，预定的路径是直线路径。在另一个实施例中，预定的路径是非直线路径，例如曲线路径。
一种涂覆光学制品的设备包括：构造成保持光学制品的保持器；具有一个构造成提供非雾化涂覆材料片的喷嘴的涂层涂覆器；运动装置，所述运动装置构造成使所述保持器运动通过涂覆材料片，以将涂覆材料的涂层涂覆在制品的至少一部分上。
另一种涂覆光学透镜的设备包括：构造成保持透镜的透镜保持器；旋转装置；支架，例如具有连接到透镜保持器的第一端和连接到旋转装置的第二端的臂；扇形涂层涂覆器，具有构造成提供非雾化涂覆材料扇形片的喷嘴。该设备构造成使得旋转装置使透镜保持器以非直线例如曲线路径通过涂覆片。
附图说明
图1是本发明的第一涂覆装置的侧面示意图(不按比例)；
图2是本发明的另一涂覆装置的平面图(不按比例)；
图3是图2中的涂覆装置的侧视图(不按比例)；
图4是多焦点透镜的正视图(不按比例)；
图5是图4中的透镜的侧剖视图(不按比例)。
具体实施方式
在这里使用的例如“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“上”、“下”和类似的空间或方向的术语如附图中所示的与本发明有关。但是应该理解的是，本发明可以采用多个可替换的方位，因此，这些术语不应被视为限定性的。另外，在说明书和权利要求书中使用的所有表示尺寸、物理特性、工艺参数、组分含量、反应条件和类似的数值在所有情况下都应理解为可用术语“大约”进行修饰，除非相反指明。因此，除非表示相反的情况，在下面的说明书和权利要求书中提出的数值可以根据期望得到的预期特性进行变化。最低限度的，而非试图限制权利要求保护范围的等同原则的应用，每个数值应当至少根据所报告的有效数字和通过应用通常的舍入方法进行构造。此外，这里公开的所有范围可以理解为包括开始端和末端范围内的数值以及其中包含的任意一个和所有的子范围。例如，一个给定的范围“1-10”应当视为包括最小值1和最大值10之间(含两个端值)的任意一个和所有的子范围，也就是说，以最小值1或更大的数值开始、以最大值10或更小的数值结束的所有的子范围，例如1-3.3、4.7-7.5、5.5-10等。另外，这里使用的术语“形成在......上”、“沉积在......上”或“涂覆在......上”指的是形成、沉积或涂覆其上而并不一定与表面接触。例如，形成在基体上的涂层不排除一个或多个位于所形成的涂层和基体之间的其它相同或不同成分的涂层的存在。这里使用的术语“聚合物”或“聚合物的”指的是低聚合物、均聚合物、共聚物和三元共聚物，例如，由两种或多种类型的单体或聚合物形成的聚合物。术语“可见区”或“可见光”指的是波长在380-800nm范围内的电磁辐射。术语“红外区”或“红外辐射”指的是波长在大于800nm到100,000nm范围内的电磁辐射。术语“紫外区”或“紫外辐射”指的是波长在300nm到小于380nm范围内的电磁能量。“非雾化”涂覆片指的是未经雾化的涂覆材料，也就是说，如同常规的喷涂方法中一样有意地与空气混合，以形成多个独立的涂覆液滴。相反地，涂覆材料在压力之下散开，例如，在压力之下从喷嘴中喷射出来，以形成连续的非雾化涂覆材料的片或壁。除非特别地或明确地限定为一个所指对象，说明书和所附权利要求书中使用的单数形式的“一个”和“这个”也包括复数个对象。虽然本发明按照术语“一个”或“这个”进行描述，但是除非特别地或明确地限定为一个所指对象，本发明的保护范围并未限定于此，而是包括使用多于“一个”的材料、表面等。并且可以理解的是，按照本发明的形成在光学制品上的涂层可以在制品的整个表面上或表面的一部分(少于整个表面)上形成。
首先对具有本发明特征的示例性设备进行描述，然后再描述使用这些示例性设备来涂覆制品。但是，可以理解的是，下面详细讨论的示例性的实施例仅仅描述了本发明的一般概念，而本发明并不限于具体描述的实施例。另外，本发明将参照涂覆光学制品例如多焦点光学透镜来进行描述。但是，这只是本发明的示例性用途之一。本发明还可以用于多种光学制品的涂覆，例如但并不限于由任何期望材料构成的眼镜、隐形眼镜、变色眼镜或远视眼镜，这里仅仅列举了其中的几种。
在一个非限定性的实施例中，按照本发明的方法制造的光学制品满足本领域技术人员熟知的涂覆光学制品在商业上可接受的“外观”标准。这种至少部分地固化涂覆的制品基本上可以做到没有视觉上可见的外观缺陷。涂覆光学制品的外观缺陷的非限定性的实例包括：凹坑、污点、杂质、裂缝、涂层厚度不均匀、桔皮、棱纹、起皱和涂层裂纹。
具有本发明特征的第一涂覆装置10如图1所示。第一涂覆装置10包括框架12，例如具有至少一个传送器的金属框架。传送器可以设计成相对于图1基本上沿水平方向传送产品。在图示实施例中，涂覆装置10包括第一传送器14和第二传送器16。第一和第二传送器14、16以任意一种常规的方法，例如通过辊或轮而可移动地安装在框架12上。第一和第二传送器14、16可以相同或不同的速度移动。
第一涂覆装置10还包括设计成支撑或保持将被涂覆的制品22的保持器20。在一个特定的实施例中，保持器20可以设计成在涂覆过程中将制品22保持在其上的基本上为矩形的金属保持器。例如，保持器20可以包括具有与制品22的底表面互补的表面的凹部或切除区域，以使制品22可靠地保持在保持器20中。保持器20可以构造成将制品22保持在平面(或水平)位置或者成一定角度(相对于水平位置倾斜或成角度)保持制品22。接收平台26可以位于框架12的一端，以便在涂覆后接收保持器20和经过涂覆的制品22，下面将对此进行更详细的描述。
第一涂覆装置10还包括涂覆器，例如压力涂层涂覆器。“压力涂层涂覆器”指的是在压力下将涂覆材料从涂覆器中排出的装置。在图示的实施例中，涂层涂覆器是流动涂覆器，例如扇形涂覆器30，其包括与涂覆材料源36流体连通的喷嘴32。涂覆材料和材料源36可以处于压力下，或者可替换的，材料源36可以与加压流体(例如加压空气)源38流体连通，以将涂覆材料保持在压力之下。本领域技术人员将认识到，扇形涂覆器喷嘴32可以成形和/或设计在期望压力下，提供非雾化涂覆材料的扇形或楔形的片或流40。本领域技术人员将认识到，流动涂覆装置例如扇形涂覆器30提供从喷射点开始尺寸(宽度或直径)增加的连续的涂覆液体片。扇形涂覆器喷嘴32以楔形或扇形的形状喷射涂覆液体的实体流。与常规的喷涂器不同的是，流动涂覆器并不将喷射出的液体雾化，但是可以提供涂覆液体的实体片或流。
扇形涂覆器喷嘴32可以连接到构造成使扇形涂覆器喷嘴32相对于传送器14、16运动的运动装置42。例如，运动装置42可以升高或降低喷嘴32，使喷嘴32相对于传送器14、16的运动方向44向左或向右移动，或者使喷嘴32相对于运动方向44倾斜。
另一涂覆装置52在图2和图3中示出。涂覆装置52包括压力涂层涂覆器，例如上面描述的扇形涂覆器30。另外，涂覆装置52还包括构造成使将被涂覆的制品沿预定的路径例如曲线或非直线的路径运动通过下面将要进行描述的涂覆材料扇形40的运动装置54。在一个实施例中，运动装置54包括连接到旋转轴58的电动机56。支架例如臂60连接到轴58上，保持器64在与轴58相连接的一端相反的一端处或附近承载在臂60上。保持器64可以与上述保持器20相似，也可以设计成保持一个或多个将要进行涂覆的制品22。
现在将要对涂覆装置10和52的操作进行描述。首先参照涂覆装置10，将要被涂覆的制品22可以放置在保持器20内。在本发明的广泛实践中，制品22可以是任何期望的形状，例如平面的、曲面的或具有平面的和曲面的部分，也可以是任何期望的尺寸，例如长度、宽度或厚度。制品22可以包括具有任何期望特性的任何期望的材料，例如制品22对可见光可以是透明或半透明的。“透明”指的是对可见光的透射率从大于0％到100％。可替换的，制品22可以是半透明的。“半透明”指的是允许电磁能量(例如可见光)通过，但使此能量扩散，以便不能清楚的看见观察者对面一侧的物体。制品22可以是透明的，也可以反射红外光或紫外光。适当的材料的实例包括但不限于塑料基体(丙烯酸聚合物，例如聚丙烯酸酯；聚甲基丙烯酸酯，例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丙酯等；聚氨酯；聚碳酸酯；聚对苯二甲酸烷基酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等；含聚硅醚的聚合物；或用于制备这些的任何单体的共聚物，或者其任何混合物)。
在一个非限定性的实施例中，基体可以是聚合有机材料，例如热固性和热塑性聚合有机材料，例如热塑性聚碳酸酯类型的聚合物和共聚物，以及用作有机光学材料的多元醇(烯丙碳酸)共聚物或同聚物。
前面提到的可以作为与这里公开的多种非限定性的实施例共同使用的基体的聚合有机材料的非限定性的实例包括聚合材料，例如由美国专利号6733887第9栏第55行-第17栏第7行、美国专利号5658501第15栏第28行-第16栏第17行、美国专利号6352747第7栏第15-53行公开的单体及其混合物制成的同聚物和共聚物，这些美国专利文献公开的内容在这里整体上作为参考。
在一个非限定性的实施例中，基体可以选自玻璃、陶瓷和聚合有机材料，并且基体是光学元件，例如平透镜和视力矫正镜片、窗户、清晰聚合薄膜、汽车上的透明物例如挡风玻璃、飞机上的透明物、塑料片等。在本发明的另一个非限定性的实施例中，基体是聚合有机材料如光学清晰聚合材料，例如适合光学应用如光学元件的材料。这样的光学清晰聚合材料的折射率可以在较宽的范围内变化。非限定性的实施例中的实例包括光学树脂聚合物，例如PPG Industries，Inc.作为TRIVEX单体充分和以例如CR-39单体成分的CR名称销售的热塑性聚碳酸酯和光学树脂。
在一个非限定性的实施例中，基体可作为商业上可得到的涂覆涂层的预成型制品获得，例如玻璃和/或塑料透镜，或者基体也可以恰在涂层涂覆之前的工艺中制成，例如模制的透镜。在另一个非限定性的实施例中，可以对预成型和/或模制的透镜进行表面加工和/或机加工工艺，例如前和/或后表面加工和边缘加工，从而在进行涂覆之前和/或之后按照所期望的设定和/或预期的框架尺寸对透镜进行调整。
在本发明的一方面中，制品22可以是光学透镜，例如多焦点或非多焦点玻璃或塑料透镜，例如镜片。如图4和5所示，多焦点透镜68包括具有不同焦点参数的几个区域或范围。图4和5中所示的多焦点透镜68构造成具有第一焦域70、第二焦域72和第三焦域74的常规三焦点透镜，本领域技术人员将认识到，不同的焦域的存在意味着透镜68具有不均匀或不平坦的表面，即外表面具有不均匀的曲率。由于不同焦域的存在会导致不平坦的涂层厚度，特别是在分隔涂层区域70、72和74的边缘76和78，因此常规的旋涂技术并不适合对这样的多焦点透镜68进行涂覆。相临的焦域70、72和74之间的这些边缘76和78在常规的旋涂技术中可能会阻碍涂覆材料在透镜表面的流动或者可以导致透镜表面涂层厚度的不规则性。但是，本发明的实践提供了一种即使具有不均匀的曲率，在其外表面上仍然具有厚度基本上均匀的涂层82的透镜68(如图5所示)。
但是，可以认识到，本发明并不限于用于多焦点透镜。本发明也可以在常规的非多焦点透镜中使用，例如具有单设定焦点的透镜，而非双焦点或三焦点透镜。此外，本发明并不限于用于光学透镜。可以用本发明的方法进行涂覆的其它光学制品的实例包括摩托车头盔观察窗、运动保护面罩、护目镜、双视透镜和望远镜，这里仅列举其中几种。
在本发明的第一涂覆装置10的一方面中，透镜68可以放置在保持器20内。扇形涂覆器30可以被激励，以在期望的一组涂覆参数下提供非雾化的涂覆材料扇形片40，下面将要对此进行描述。传送器14和16可以被激励并设定为期望的速度，保持器20可以被放置到第一传送器14上。第一传送器14以预定的路径，例如沿着运动方向44传送保持器20进入涂覆材料扇形40，将涂覆材料涂覆在制品22上，再传送到第二传送器16上，然后传送到接收平台26上。本领域技术人员将认识到，在涂覆制品22从保持器20移开之前或之后，还可以通过对涂覆制品进行进一步加工，例如加热或其它常规方式加工以固化或至少部分固化所涂覆的涂覆材料。术语“至少部分固化”指的是涂层中的一些到全部的可固化成分被固化了，例如通过化学反应或聚合。
在本发明的广泛实践中，涂覆在制品22上的涂覆材料可以是任何期望的类型。在一个非限定性的实施例中，制品22是光学透镜，涂覆材料可以是常规地涂覆在这样的透镜上的任何一种涂覆材料，例如聚合物涂层。例如，涂覆材料可以选择抗划痕或抗毁损的涂层、抗反射涂层、变色涂层、红外线或紫外线反射涂层、极化涂层、抗静电涂层或临时保护涂层，这里仅仅列举其中几种。抗划痕涂层的非限定性的实例在美国专利公布号20040096666(第6页第68段-第16页第148段)、20040156983(第3页第37段-第4页第56段)；美国专利号6680125(第2栏第65行-第10栏第33行)中有描述，但并不限于上述文献。抗反射涂层的非限定性的实例在美国专利号6632535(第69栏第19行-第74栏第50行)、6605361(第2栏第51段-第10栏第11行)；美国专利公布号20040234780(第2页第24段-第3页第50行和第4页第71段-第6页第94段)、20040201822(第2页第25段)中有描述。临时保护涂层的非限定性的实例在美国专利号6761784(第3栏第17行-第7栏第13行)中有描述。变色涂层的非限定性的实例在美国专利号6352747(第4栏第12-61行)；美国专利公布号20040207809(第5页第48段-第11页第105段)、20040173782(第2页第28段-第19页第195段)中有描述。
在本发明的不同的非限定性的实施例中，形成涂覆材料的涂覆成分的确切性质不是很重要。在-个非限定性的实施例中，涂覆成分包括成膜聚合物。在另一个非限定性的实施例中，用于制造本发明的涂覆制品的涂覆成分包括适合提供在Kirk-othmer化工技术百科全书，第4版第6卷第669-760页中描述的热塑性或热固性涂层的涂覆成分。这样的涂层可以是透明的、半透明的或不透明的。在另一非限定性的实施例中，涂层至少部分地固化形成聚合物涂层，其可选自聚亚安酯、氨基塑料树脂、硅烷、聚(甲基)丙烯酸酯例如聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯、聚酸酐、聚丙烯酰胺和环氧树脂。
在一个示例性的应用方法中，喷嘴32放置在传送器14和16上，这样，当保持器20通过涂覆材料扇形40时，制品22与喷嘴32之间的距离在1-10英寸(2.5-25厘米)的范围内，例如2-7英寸(5-17.7厘米)，例如3-6英寸(7.6-15.2厘米)，例如5英寸(12.7厘米)。传送器14和/或16可以一定的速度旋转，这样保持器20在100英尺/分钟-1200英尺/分钟(30.4米/分钟-360米/分钟)范围内的速度传送通过涂覆材料扇形40，例如100英尺/分钟-800英尺/分钟(30.4米/分钟-243.2米/分钟)，例如200英尺/分钟-700英尺/分钟(60.8米/分钟-212.8米/分钟)，例如300英尺/分钟-600英尺/分钟(91.2米/分钟-182.4米/分钟)，例如500英尺/分钟(152米/分钟)。涂覆材料40可以20-400厘泊(cp)范围内的粘度提供给喷嘴32，例如50-200厘泊。涂覆材料40可以以2-30psi(140-2109克/平方厘米)范围内的喷嘴压力喷出。在一个非限定性的实施例中，涂覆材料扇形40在以下位置处的扇形宽度在4-10英寸(10.2-25.4厘米)的范围内，例如5-7英寸(12.7-17.8厘米)，例如6.5英寸(16.5厘米)，在该位置保持器20通过涂覆材料扇形40。“扇形宽度”指的是涂覆材料扇形片的侧面宽度。保持器20可以放置在传送器14和16上，这样，保持器20可以通过涂覆材料扇形40的中心。但是，在一个非限定性的实施例中，保持器20可以偏离传送器14和16放置，这样，保持器20以一定的扇形偏移量通过涂覆材料扇形40。“扇形偏移量”指的是保持器20到涂覆材料40的中心的侧面距离。在一个非限定性的实施例中，扇形偏移量可以在0.5-4英寸(1.3-10厘米)的范围内，例如1-2英寸(2.54-5.1厘米)，例如1.5英寸(3.8厘米)。在另一个非限定性的实施例中，喷嘴32可以相对于运动方向44成角度放置，这样涂覆材料扇形40以相对于与行进方向44垂直(也就是从运动方向44开始90°)的垂直轴线V成在±45°范围内的涂覆角90导向保持器20，例如±30°，±25°、±20°、±15°、±10°、±5°、±0°。例如，“-25°”指的是图1中喷嘴32从垂直轴线V向左倾斜25°，“+25 °”指的是图1中喷嘴32从垂直轴线V向右倾斜25°。
在另一非限定性的实施例中，前面描述的涂覆厚度可以在较宽的范围内变化。在一个非限定性的实施例中，至少部分固化涂层的厚度可以是1-10000微米。在另一个非限定性的实施例中，涂层厚度可以是5-1000微米。在一个进一步的非限定性的实施例中，涂层厚度可以是10-400微米，例如30微米。
现在将对涂覆装置52的操作进行描述，制品22可以放置在保持器64内。扇形涂覆器30可以被激励，以提供非雾化涂覆材料扇形片40。电动机56可以被激励以使臂60旋转，从而引起保持器64以预定的路径例如在图2中具体示出的曲线路径通过涂覆材料扇形40。当以一个方向旋转时保持器64可以通过涂覆材料片40一次或几次，或者臂60可以在一个方向上通过涂覆材料片40，然后电动机56反转，引起保持器64以相反的方向通过涂覆材料片40。涂覆沉积参数、涂覆厚度等可以参照上面对涂覆装置10的描述。如上面对实施例10的描述，制品22可以水平放置在保持器64内。可替换的，保持器64和/或制品22可以倾斜或成角度，这样，制品22可以与水平位置成角度通过涂覆材料片40，例如相对于水平位置成0°-90°的角度。
本领域技术人员容易认识到，在不偏离前面的描述中公开的概念的前提下，可以对本发明进行修改。例如，可以将复合涂层涂覆到本发明中实践的光学制品上。此外，保持器可以设计成在涂覆过程中使制品旋转，或在涂覆过程中保持器会旋转。此外，在上面的非限定性的实施例中，制品通过涂覆材料片。但是，保持制品静止并使涂覆片通过制品上或者甚至在涂覆过程中移动制品和涂覆片两者都在本发明的保护范围内。因此，这里进行详细描述的特定实施例只是示意性的而并未限定本发明的保护范围，本发明的保护范围将在所附的权利要求书及任何和所有的等同方案中全面地给出。

Claims (17)

1.一种涂覆光学制品的方法，包括：
将光学制品放置在保持器中；和
提供非雾化涂覆材料片以在所述光学制品上形成涂层。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述光学制品是光学透镜。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述光学制品是多焦点透镜。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述多焦点透镜选自双焦点或三焦点透镜。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述涂覆材料从压力涂覆器散开。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述涂覆材料从扇形涂覆器散开。
7.如权利要求1所述的方法，包括将多个不同曲率的光学制品放置到所述保持器内。
8.如权利要求1所述的方法，包括以与光学制品行进的方向垂直的轴线成±45°范围内的角度引导所述涂覆材料。
9.如权利要求1所述的方法，包括使所述光学制品沿着预定的路径运动通过所述涂覆材料。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述预定的路径是直线路径。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述预定的路径是曲线路径。
12.一种按照权利要求1的方法制造的光学制品。
13.一种用于涂覆光学制品的设备，所述设备包括：
构造成保持光学制品的保持器；
具有喷嘴的流动涂层涂覆器，所述流动涂层涂覆器构造成供应非雾化涂覆材料片；和
运动装置，所述运动装置构造成使所述保持器沿预定的路径运动通过涂覆片，以将涂覆材料涂覆在制品上而在所述光学制品上形成涂层的。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述流动涂层涂覆器是扇形涂覆器。
15.如权利要求13所述的设备，其中，所述光学制品是光学透镜。
16.如权利要求13所述的设备，其中，所述运动装置构造成使所述保持器以基本上直线的路径运动通过涂覆片。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所述运动装置构造成使所述保持器以基本上曲线的路径运动通过涂覆片。
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