CN1755120A - 具有罗茨转子和螺旋转子的组合干式真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于将半导体或显示器制造装置中的加工室抽真空、或用于抽出加工室中产生的气体物质和/或副产品的干式真空泵。该干式真空泵不需要罗茨转子和螺旋转子之间的隔板。在该干式真空泵中，空间形成于罗茨转子和螺旋转子的下侧之中连接到罗茨转子的部分上，以保持目标物质在其中。

Description

具有罗茨转子和螺旋转子的组合干式真空泵

技术领域

本发明涉及一种用于将半导体制造装置和显示器制造装置等的加工室抽真空、或用于排出加工室中产生的气体物质和/或副产品的组合干式真空泵。

背景技术

总体上说，组合干式真空泵已经用于将半导体制造装置和显示器制造装置等的加工室抽真空、或用于排出加工室中产生的气体物质和/或副产品。罗茨转子(roots rotor)、螺旋转子或其组合用于上述的干式真空泵中。

目前，组合干式真空泵包括具有至少一个叶片和至少一个螺旋转子的至少一个罗茨转子，以便保持加工室良好的真空度并降低动力成本要求。罗茨转子用于吸入并压缩包括在加工室中产生的气体物质的副产品，而螺旋转子用于将由干式真空泵外部的罗茨转子吸入的气体物质和副产品抽空。这些转子在密封状态下操作以保持加工室真空。

通常，在罗茨转子端部和螺旋转子端部之间设置隔板，以便副产品不妨碍转子的旋转，而是从罗茨转子端部平滑移动到螺旋转子端部。这些结构的典型实施例公开在完全转让给Kashiyama产业有限公司(Kashiyama Industry Co.，Ltd.)的美国专利No.5,549,463中(此后参照图7)。

根据此专利，如图7所示，干式真空泵包括一对罗茨转子102、103和一对螺旋转子105、106。一对罗茨转子102、103和一对螺旋转子105、106通过驱动电机104旋转。更具体地说，由驱动电机104产生的驱动力利用三个齿轮，即主动齿轮124、惰轮125和从动齿轮127全部传递到一对罗茨转子102、103和一对螺旋转子105、106。隔板设置在一对罗茨转子102、103和一对螺旋转子105、106之间，以便来自加工室(未示出)的副产品不直接传递到一对螺旋转子105、106。在此传统的干式真空泵中，分别从侧面连接到一对螺旋转子105、106中间的轴114a、114b穿过隔板108，且轴的穿过部分被多个用于平滑旋转每个轴114a、114b的轴承110a、110b所环绕。每个轴114a、114b的相对部分也被多个用于同样目的的轴承112a、112b所环绕。此专利整体结合到本发明中。

然而，在美国专利No.5,549,463中公开的干式真空泵100中，当隔板108形成于一对罗茨转子102、103和一对螺旋转子105、106之间时，包括这些元件的外壳被分成几个部分，这造成制造干式真空泵100的精力和成本增加。

在使用了螺旋转子的干式真空泵中，尽管提出了具有变螺距而没有隔板的螺旋，以降低动力消耗并增加可以压缩和抽出的副产品的体积，但需要比使用隔板更大的转子和泵的外壳，可以认为降低了效率。

此外，在上述美国专利中公开的干式真空泵中，因为支撑一对罗茨转子102、103和一对螺旋转子105、106的轴承110a、110b设置在在操作时反复承受真空和周围压力的入口侧，所以，由于压力差使润滑轴承110a、110b的油脂从轴承110a、110b处泄漏，这将造成泵的故障。并且，在美国专利No.5,549,463中公开的干式真空泵中，因为轴承110a、110b设置在入口侧，所以，将由于压力差、摩擦等使其上的温度增加，造成轴承110a、110b寿命缩短。

同时，传统的干式真空泵包括4-5个罗茨转子，用于降低操作中的动力消耗，也就是说，用于更强力地压缩气态的副产品。罗茨转子中副产品的流动显示在图8中。尽管在图8中没有显示罗茨转子之间的隔板，但必须理解，隔板实际上形成于其间。然而，因为使用上述4-5个罗茨转子的传统干式真空泵必须包括转子室、成对的转子、隔板等，因此其将增加元件的数量和装配成本。此外，因为吸入气体状态的副产品并将其排出的内部通道太长且复杂，所以造成气体泄漏的因素增加并在其中积聚副产品。

发明内容

因此，本发明的第一目的在于提供一种改进的干式真空泵，其可以不使用罗茨转子端部和螺旋转子端部之间的隔板，降低动力需求并增加在加工室中产生的待压缩和抽空的副产品的体积。

此外，本发明的第二目的在于提供一种改进的干式真空泵，其可以利用较少的罗茨转子，降低动力需求并增加在加工时中产生的待压缩和抽空的副产品的体积。

此外，本发明的第三目的在于提供一种改进的干式真空泵，其可以防止干式真空泵受到妨碍并通过改变轴承的设置延长轴承的寿命。

为了达到第一目的，根据本发明第一方面的干式真空泵，包括：

(a)在一侧形成有用于吸入目标物质的吸入口，而在相反侧形成有用于排出目标物质的排气口的圆筒外壳；

(b)包含在外壳内并与所述吸入口连通的罗茨转子；

(c)包含在外壳内并靠近罗茨转子设置的螺旋转子；

(d)穿过所述罗茨转子和所述螺旋转子之间的中部固定，并从外部以密封状态旋转固定到外壳的轴；以及

(e)安装在外壳的外部以驱动所述罗茨转子和所述螺旋转子，使之与所述轴连接旋转的驱动电机，

其中，空间形成于连接到通过所述罗茨转子和所述螺旋转子的下侧之中的所述罗茨转子的部分中，用于保持目标物质。

为了达到本发明的第二目的，根据本发明第二方面的干式真空泵，包括：

(a)在一侧形成有用于吸入目标物质的吸入口，而在相反侧形成有用于排出目标物质的排出口的圆筒外壳；

(b)包含在外壳内的罗茨转子，且至少一个所包含的罗茨转子与所述吸入口连通；

(c)包含在外壳内并靠近至少一个罗茨转子设置的螺旋转子；

(d)穿过所述罗茨转子和所述螺旋转子之间的中部固定，并从外部以密封状态旋转固定到外壳的轴；以及

(e)安装在外壳的外部以驱动所述罗茨转子和所述螺旋转子，使之与所述轴连接旋转的驱动电机，

其中，在所述罗茨转子中的一个罗茨转子的下侧形成有用于保持目标物质的空间，并且该空间形成于连接到通过罗茨转子中的另一个罗茨转子和所述螺旋转子的下侧之中的所述罗茨转子部分上用于保持目标物质，且形成于所述罗茨转子下侧的空间通过预定的流体通道与所述罗茨转子上侧连通。

为了达到本发明的第三目的，根据本发明第三方面的干式真空泵，包括：

(a)在一侧形成有用于吸入目标物质的吸入口，而在相反侧形成有用于排出目标物质的排出口的圆筒外壳；

(b)包含在外壳内并与所述吸入口连通的罗茨转子；

(c)包含在外壳内并靠近罗茨转子设置的螺旋转子；

(d)穿过所述罗茨转子和所述螺旋转子之间的中部固定，并从外部以密封状态旋转固定到外壳的轴；

(e)安装在外壳的外部以驱动所述罗茨转子和所述螺旋转子，使之与所述轴连接旋转的驱动电机；

(f)将连接到所述罗茨转子的轴的一端旋转固定到外壳一端的旋转件；以及

(g)装配到所述轴上，并设置在排出口和外壳的相对端以使所述轴平稳旋转的轴承机构。

同时，用于本说明书和权利要求书中的术语“目标物质”可以理解为其包括在半导体制造装置、显示器制造装置等的加工室中产生的气态物质和/或副产品。

此外，语句“第一罗茨转子”、“第二罗茨转子”、“第一贮存槽”、“第二贮存槽”中的术语“第一”、“第二”可以理解为只是说明目标物质排列的顺序。除了其他说明外，术语“前端侧”可以理解为在根据本发明的干式真空泵中，其表示用于吸入目标物质的吸入口侧，而不是用于抽空压缩的目标物质的排出口侧。术语“后端侧”可以理解为其表示排出口侧，而不是吸入口侧。

附图说明

附图帮助理解本发明且并入和组成本申请的一部分，说明了本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是显示根据本发明第一方面的干式真空泵的主要部分的示意剖视图；

图2是显示图1中干式真空泵中的内部零件的局部视图；

图3是显示用于本发明的罗茨转子操作原理的视图；

图4是显示根据本发明第一方面的干式真空泵中的可替换实施例的视图，其中在安装在吸入口上的罗茨转子的两侧上，螺旋转子同轴连接到罗茨转子；

图5是显示根据本发明第二方面的干式真空泵中的主要部分的剖视图；

图6是显示根据本发明第三方面的干式真空泵的剖视图；

图7是显示传统干式真空泵的剖视图；以及

图8是显示用于传统干式真空泵中的罗茨转子操作的视图，其中一些罗茨转子包含在一个干式真空泵中。

具体实施方式

以下给出的实施方式只是用于说明本发明，而不是限制本发明的范围。

在下文中，将参照相应的附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。在此，当一个元件连接到另一个元件上时，一个元件不仅可以直接连接到另一个元件上，而且可以通过另一个元件间接连接到另一个元件。此外，为清晰起见省略了无关的元件。另外，在全文中同样的标号表示同样的元件。

图1是显示根据本发明第一方面的干式真空泵的主要部分的剖视图。

参照图1，根据本发明第一方面的干式真空泵1包括在前端侧的罗茨转子14、驱动电机26，优选在后端侧的水冷驱动电机、以及在罗茨转子14和驱动电机26之间的螺旋转子18。螺旋转子18借助于轴24同轴连接到罗茨转子14。在一种可替换的实施方式中，螺旋转子18可以不借助于轴24同轴连接到罗茨转子14。在另一可替换的实施方式中，罗茨转子14和螺旋转子18整体制造或将其分别制造出来后通过焊接装配在一起。除上述以外，本领域普通技术人员也可以考虑其他可替换的连接方法。

罗茨转子14和螺旋转子18安装在圆筒外壳10内。在外壳10中，将目标物质吸进真空泵1的吸入口12形成于图中罗茨转子14的上侧。因为此吸入口12的作用是将在半导体或显示器制造装置的加工室(未示出)内的目标物质吸进真空泵1，所以，其以密封状态直接连接到加工室。总体上说，包括所述吸入口12的圆筒外壳10以密封状态连接到半导体或显示器制造装置的加工室并保持密封状态，以便外部物质不会进入到外壳。并且，被轴24穿过的部分与外界保持密封状态。通过吸入口12吸入的目标物质通过罗茨转子14的旋转容纳在安装于罗茨转子14中的叶片14a、14b之间，并移向吸入口12的相对侧(参照图1和2)。

当利用罗茨转子14的旋转吸进真空泵1中的目标物质暂时停留在形成于罗茨转子14的下侧以及螺旋转子18的一部分下侧的空间16(此后称为“粉末贮存槽”)中后，可以利用通过罗茨转子14施加的压力引向螺旋转子18。图中所示的粉末贮存槽16占据着罗茨转子14下侧的大部分空间以及螺旋转子18下侧的一部分空间。形成于罗茨转子14下侧和螺旋转子18下侧的粉末贮存槽16连通，因此形成一个空间。此粉末贮存槽16可以不需要一直使用的隔板，用于降低粉末的消耗并增加目标物质、特别是在传统的干式真空泵中以气体状态压缩和排出的目标物质的体积。此外，粉末贮存槽16可以保持外来的固体物质停留在空间中，这样可以防止螺旋转子18受到破坏。

通过力从所述粉末贮存槽16进入螺旋转子18的目标物质被压缩，并通过螺旋转子18在一个方向的旋转和由前一步骤传递的压力通过形成于真空泵1后端侧的排出口20排出。

穿过圆筒外壳10固定的所述轴24借助于如图1所示设置的轴承22a、22b、22c分别支撑在真空泵的前侧壁28和后侧壁30上。图中所示右侧的轴24连接到驱动电机26，具体为水冷电机26，并通过电机的操作而旋转。

在图2中，示意说明了如图1所示的干式真空泵1内的外壳10。从此图中可以很好地理解，在根据本发明第一方面的干式真空泵中，粉末贮存槽16通常形成于罗茨转子14的下侧和连接到罗茨转子14的螺旋转子18的一部分下侧，并用于让通过罗茨转子14的驱动传递到罗茨转子14下侧的目标物质暂时停留在其中，并引向螺旋转子18，因此，在此不需要在传统干式真空泵中需要的隔板。虽然在图中说明了螺旋转子18具有同样的节距、用于增加气体物质和/或副产品的压缩比，但也可以安装具有不同节距的螺旋转子18，也就是说，其中节距的长度从吸入口到排出口变得越来越短。

图3是显示根据本发明优选实施方式的罗茨转子的操作原理视图。

参照图3，吸进根据本发明第一方面的干式真空泵1内的目标物质通过图中所示的罗茨转子14的旋转而容纳在叶片14a、14b、14c之间，并输送到预定的敞开空间或下面的加工空间。在本发明中，目标物质输送到通常形成于罗茨转子14的下侧和螺旋转子18的一部分下侧的粉末贮存槽16，然后，通过形成于罗茨转子14上的粉末贮存槽16引向螺旋转子18。罗茨转子本身的操作原理对于本领域普通技术人员已经熟知。

图4是显示根据本发明第一方面的干式真空泵的一种可替换的实施例。

在根据本发明第一方面的干式真空泵的该可替换的实施例中，虽然与根据本发明优选实施方式的前述干式真空泵相同之处在于气态的目标物质和/或副产品容纳于罗茨转子14的叶片之间的空间，并输送到形成于罗茨转子14下侧的粉末贮存槽16′，但其不同之处在于螺旋转子安装到罗茨转子14的两侧上，且所述粉末贮存槽16′与螺旋转子18的一部分连通，因此，气态的目标物质和/或副产品被引向相反的方向。在该可替换的实施方式中，因为气态的目标物质和/或副产品被引向安装在罗茨转子14两侧上的螺旋转子，也就是说，相对方向，所以，排出口(未示出)形成于两侧。此外，安装在罗茨转子14两侧上的螺旋转子的旋转通过一个轴24进行，且副产品的输送方向取决于排出口的位置。也就是说，在图中右侧所示的螺旋转子安装为对准副产品的右侧，而在图中左侧所示的螺旋转子安装为对准副产品的左侧。由以上可替换的结构产生的其他可替换的零件或元件对于本领域普通技术人员来说很容易想到。

因为根据本发明第一方面的干式真空泵1不包括罗茨转子14和螺旋转子18之间的隔板，所以，不会产生由于分隔外壳造成的元件数量的增加并且不会对螺旋转子造成损坏。

在图5中，说明了根据本发明第二方面的干式真空泵的主要部分。根据本发明第二方面的干式真空泵21与根据本发明第一方面的干式真空泵1的主要部分都相同，其不同之处在于形成至少两个粉末贮存槽15、16，且流体通道8形成于图5所示的第一罗茨转子13和第二罗茨转子14之间。在后文中，将主要说明根据本发明第二方面的干式真空泵21的结构和根据本发明第一方面的干式真空泵1的结构之间的差异。

参照图5，第一和第二罗茨转子13、14和螺旋转子18包含在外壳10中。在外壳10中，用于将目标物质吸入干式真空泵1的吸入口12形成于图中罗茨转子13的上侧。因为半导体或显示器制造装置的加工室(未示出)内的目标物质通过吸入口12吸进真空泵1内，所以，吸入口12直接以密封状态连接到加工室(未示出)。总体上说，包括所述吸入口12的圆筒外壳10以密封状态连接到半导体或显示器制造装置的加工室并保持密封状态，以便外部物质不会进入。同样，被轴24穿过的部分与外界保持密封状态。通过吸入口12吸入的目标物质通过第一罗茨转子13的旋转容纳在形成于罗茨转子13上的叶片(图2中的罗茨转子14的可替换叶片14a、14b)之间，并移向吸入口12的相对侧(参照图2和5)。

当借助于第一罗茨转子13吸进真空泵1中的目标物质通过罗茨转子13的旋转到达预定的空间15(此后称为“第一粉末贮存槽”)并暂时停留其间后，通过在下侧开口的隔板4和在上侧开口的隔板6限定的流体通道输送到第二罗茨转子14的上侧。此液体通道可以代替多个，例如4-5个罗茨转子和在传统干式真空泵中在其间使用的隔板。

当输送到第二罗茨转子14上侧的目标物质通过第二罗茨转子14的旋转容纳在形成于第二罗茨转子14上的叶片14a、14b之间，并输送到吸入口12的相对侧(参照图2和5)时，目标物质输送到通常形成于第二罗茨转子14和螺旋转子18下侧的预定空间16(此后称为“第二粉末贮存槽”)，然后利用第二罗茨转子14施加的压力引向螺旋转子18。第二粉末贮存槽16占据第二罗茨转子14下侧的大部分空间和螺旋转子18下侧的一部分空间。形成于罗茨转子14下侧和形成于螺旋转子18下侧上的粉末贮存槽16连通，因此形成一个空间。

通过力经过第二粉末贮存槽16进入螺旋转子18内的目标物质被压缩，并通过形成于真空泵1后端侧的排出口20通过螺旋转子18在一个方向的旋转和由前一步骤传递的压力排出。

穿过圆筒外壳10安装的所述轴24借助于轴承机构22a、22b、22c分别支撑在真空泵的前侧壁28和后侧壁30上。图中右侧所示的轴24连接到驱动电机26，具体为水冷电机26，并通过电机的操作旋转。

无论是通过吸入口12吸进根据本发明第二方面的干式真空泵21内的目标物质，还是借助于上述第一罗茨转子13输送到第二罗茨转子14的目标物质，其都通过第一或第二罗茨转子13或14的旋转容纳在叶片14a、14b之间，并输送到预定空间或下面步骤的空间。

在图6中，说明了根据本发明第三方面的干式真空泵的剖面部分。除了轴承机构的设置外，根据本发明第三方面的干式真空泵与根据本发明第一和第二方面的干式真空泵几乎相同。在后文中，将主要说明根据本发明第三方面的干式真空泵的结构和根据本发明第一和第二方面的干式真空泵的结构之间的差异。

参照图6，除了根据本发明第一和第二方面的干式真空泵包括的个别或一般元件外，根据本发明第三方面的干式真空泵31还包括旋转件27，用于将连接到罗茨转子14的轴24的一端旋转固定到外壳10一端；以及装配到轴24上并设置在排出口侧20和外壳10的相对端侧以支撑轴24并使轴24平稳旋转的轴承机构22d、22e。

轴24如上所述穿过外壳10安装，并当分别连接到轴10的罗茨转子14和螺旋转子18旋转时，旋转件27和轴承机构22d、22e可以相关联，其中轴24的一端固定在旋转件27上以支撑旋转轴24，轴承机构22d、22e支撑着轴24。

旋转件27用于将连接到外壳入口侧的罗茨转子14的轴24的一端旋转固定到外壳10的一端，并通过销或螺栓连接。

最终端板(finish wall)29也形成于固定了旋转件27的外壳10的一端，在轴24通过利用销件旋转固定到外壳上的情况下，最终端板29起到防止销件27分离和更安全地支撑轴24的作用。

多个轴承22d、22e设置在轴24上以支撑轴24并使轴24平稳旋转。

第一轴承机构22d环绕轴24设置在螺旋转子18一端并经过外壳10排出口20的部分，有助于轴24的旋转。第二轴承机构22e设置在轴24连接到驱动电机26的端部上，有助于轴24的旋转。

第二轴承机构22e设置在延长到外壳10一端的轴24的一端以防止来自设置在经过外壳10的吸入口12的轴24的第二轴承机构22e的阻碍。

同时，隔板(未示出)还可以形成于螺旋转子18和罗茨转子14之间。在使用隔板(未示出)的情况下，隔板(未示出)形成为支撑除了轴24以外的螺旋转子18和罗茨转子14的其余部分。

此外，在根据本发明第三方面的干式真空泵中，用于保持目标物质的空间16(“粉末贮存槽”)形成于连接到罗茨转子14的部分上。粉末贮存槽16的作用与根据本发明第一和第二方面的干式真空泵相同。

在上述结构中，在根据本发明第三方面的干式真空泵中，可以省略外壳吸入口上的轴承，其可以使结构简单且容易制造，从而增加生产效率并延长轴承的寿命。

虽然针对根据本发明各个方面的优选实施方式描述了干式真空泵，但是应当认为本领域普通技术人员可以在本发明基础上做出各种改进和变更。因此，本发明涵盖了附属权利要求及其等同物的范围内所提供的本发明的改进和变更。

Claims (10)

1.一种组合干式真空泵，包括：

在一侧形成有用于吸入目标物质的吸入口(12)，而在相反侧形成有用于排出目标物质的排出口(20)的圆筒外壳(10)；

包含在外壳(10)内并与所述吸入口(12)连通的罗茨转子(14)；

包含在外壳内(10)并靠近罗茨转子(14)设置的螺旋转子(18)；

穿过所述罗茨转子(14)和所述螺旋转子(18)之间的中部固定，并从外部以密封状态旋转固定到外壳(10)上的轴(24)；以及

安装在外壳(10)的外部以驱动所述罗茨转子(14)和所述螺旋转子(18)，使之与所述轴(24)连接旋转的驱动电机(26)，

其中，空间(16、16′)形成于连接到通过所述罗茨转子(14)和所述螺旋转子(18)的下侧之中的所述罗茨转子(14)的部分上以保持目标物质。

2.根据权利要求1所述的干式真空泵，其中形成于所述螺旋转子(18)下侧的空间(16、16′)大于形成于所述罗茨转子(14)下侧的空间(16)。

3.根据权利要求1所述的干式真空泵，其中所述驱动电机为水冷驱动电机。

4.根据权利要求1所述的干式真空泵，其中所述螺旋转子(18)的节距从吸入口(12)到排出口(20)变得越来越短。

5.一种组合干式真空泵，包括：

在一侧形成有用于吸入目标物质的吸入口(12)，而在相反侧形成有用于排出目标物质的排出口(20)的圆筒外壳(10)；

包含在外壳内(10)内的罗茨转子(13、14)，且至少一个罗茨转子与所述吸入口(12)连通；

包含在外壳(10)内并靠近至少一个罗茨转子(13、14)设置的螺旋转子(18)；

穿过所述罗茨转子(13、14)和所述螺旋转子(18)之间的中部固定，并从外部以密封状态旋转固定到外壳(10)的轴(24)；以及，安装在外壳(10)的外部以驱动所述罗茨转子(13、14)和所述螺旋转子(18)而使之与所述轴(24)连接旋转的驱动电机(26)，其中，空间(15)形成于所述罗茨转子(13、14)中的一个罗茨转子(13)的下侧以保持目标物质，而空间(16)形成于连接到通过罗茨转子(13、14)中的另一罗茨转子(14)和所述螺旋转子(18)的下侧之中的所述罗茨转子(14)上，以保持目标物质，且形成于所述罗茨转子(13)下侧的空间(15)通过预定的流体通道(8)与所述罗茨转子(14)的上侧连通。

6.根据权利要求5所述的干式真空泵，其中形成于所述螺旋转子(18)下侧的空间(16)大于形成于所述罗茨转子(14)下侧的空间(16)。

7.根据权利要求5所述的干式真空泵，其中所述驱动电机为水冷驱动电机。

8.根据权利要求5所述的干式真空泵，其中所述螺旋转子(18)的节距从吸入口(12)到排出口(20)变得越来越短。

9一种组合干式真空泵，包括：

在一侧形成有用于吸入目标物质的吸入口(12)，而在相反侧形成有用于排出目标物质的排出口(20)的圆筒外壳(10)；

包含在外壳(10)内并与所述吸入口(12)连通的罗茨转子(13、14)；

包含在外壳(10)内并靠近罗茨转子(14)设置的螺旋转子(18)；

穿过所述罗茨转子(14)和所述螺旋转子(18)之间的中部固定，并从外部以密封状态旋转固定到外壳(10)的轴(24)；

安装在外壳(10)的外部以驱动所述罗茨转子(14)和所述螺旋转子(18)而使之与所述轴(24)连接旋转的驱动电机(26)；

用于将连接到所述罗茨转子(14)的轴(24)的一端旋转固定到外壳(10)的一端的旋转件(27)；以及

装配到所述轴(24)上，并设置在排出口(20)和外壳(10)的相对端以使所述轴(24)平稳旋转的轴承机构(22d、22e)。

10.根据权利要求9所述的干式真空泵，其中空间(16)形成于连接到通过所述罗茨转子(14)和所述螺旋转子(18)的下侧之中的所述罗茨转子(14)的部分上。

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