JP2004342164A - 磁気ヘッド及びそれを搭載した磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録ヘッドの磁界分布を直線的にし、記録ビットセルの磁化反転形状の湾曲を改善する。
【解決手段】主磁極１と補助磁極３を有する単磁極ヘッドにおいて、主磁極のトレーリング側に磁性体３２を配置し、その磁性体に主磁極に向かって突出する凸部３２ａを設け、凸部の主磁極に対向する辺の幅Ｎｗを主磁極のトレーリング側の幅Ｔｗｗより狭くする。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直磁気記録に適した磁気ヘッドとその製造方法及びその磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置では、記録媒体上のデ−タは磁気ヘッドによって読み書きされる。磁気ディスクの単位面積当たりの記録容量を高めるためには、面記録密度を高密度化する必要がある。しかしながら、現状の面内記録方式では、記録されるビット長が小さくなると、媒体の磁化の熱揺らぎのために面記録密度が上げられない問題がある。この問題の解決のために媒体に垂直な方向に磁化信号を記録する垂直記録方式がある。
【０００３】
垂直記録方式には、記録媒体として軟磁性の裏打層を備えた二層垂直磁気記録媒体を用いる方式と、裏打層を有さない単層垂直媒体を用いる方式の２種類があるが、記録媒体として二層垂直磁気記録媒体を用いる場合には、主磁極と補助磁極とを備えたいわゆる単磁極ヘッドを用いて記録を行う必要がある。この場合、より強い磁界を媒体に印加することができる。
【０００４】
記録するヘッド磁界の強度と共に記録ビットセルの境界を記録するヘッド磁界垂直成分における磁界勾配、すなわち、ヘッド走行方向のヘッド磁界垂直成分の磁界勾配も高い記録密度を実現するための非常に重要な要素である。今後、さらに高い記録密度を達成するためには、さらに磁界勾配を増大しなければならない。また、記録ビットセルの磁化反転形状の湾曲は、高い記録密度を実現する際の障害となる。
【０００５】
また、記録密度の向上のためには、垂直記録においてもトラック密度と線記録密度を向上する必要があるが、トラック密度向上のためには、磁気ヘッドのトラック幅を微細、高精度化する必要がある。二層垂直磁気記録媒体に単磁極ヘッドを用いて垂直磁気記録を行う場合、単磁極ヘッドの磁極から発生する記録磁界の分布は、面内磁気記録用の薄膜インダクティブヘッドの場合と大幅に異なっており、ヘッド記録磁界強度の等高線は、主磁極の中心部を最大強度として同心円状に分布し、等高線の外側ほど膨らんだ分布をする。従って記録される磁化反転形状も、トラック端部よりトラック中心部の磁化反転位置がディスク回転方向側に位置し湾曲してしまう。このような現象は実際に磁気力顕微鏡（ＭＦＭ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）の観察結果から明らかとなっている。
【０００６】
上述の現象は、主磁極となる磁性体が一つのため発生する。磁極ヘッドの主磁極の近傍に磁性体からなるシールドを設けた磁気ヘッドが知られており、例えば、次の特許文献１と非特許文献１〜６に記載されている。これら文献に開示されている技術は、磁界勾配の増大に対して鑑みてなされたもので、記録ビットセルの磁化反転形状の湾曲の改善については考慮されていない。また、特許文献２には補助磁極に突出部を設けた構造が記載されているが、この突出部は磁界を吸い込む上記シールドとは異なり、また、主磁極から数ミクロンはなれているため、後述する本発明のような効果は期待できない。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第４６５６５４６号
【特許文献２】
特開２００２−９２８２０号公報
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ． Ｖｏｌ． ３４， Ｎｏ１， ｐｐ．１７１９−１７２４ （２００２）
【非特許文献２】
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ． Ｖｏｌ． ３８， Ｎｏ１， ｐｐ．１６３−１６８ （２００２）
【非特許文献３】
電子情報通信学会技術研究報告ＭＲ２００１−８７， ｐｐ．２１−２６
【非特許文献４】
電子情報通信学会技術研究報告ＭＲ２００２−６５， ｐｐ．１−６
【非特許文献５】
４７ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，アブストラクト番号ＦＡ０２
【非特許文献６】
４７ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，アブストラクト番号ＦＡ０３
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
記録するヘッド磁界の強度や磁界勾配と共に磁界分布、特に媒体に記録されたビットの磁化反転形状を決定するトレーリング側（ディスク回転方向の下流側）の磁界分布の直線化も高い記録密度を実現するための重要な要素である。媒体磁化反転形状がトラック方向に対して湾曲すると、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）ヘッドやトンネル磁気抵抗効果型素子（ＴＭＲ）ヘッド等で再生する際に磁化反転幅が大きく見えて孤立波の半値幅が増大すると同時に、記録トラック幅が線記録密度の上昇に伴い狭められるといった問題が生じる。今後、さらに高い記録密度を達成するためにはさらに磁化反転形状の湾曲改善しなければならない。
【０００９】
本発明は、記録ビットセルの磁化反転形状の湾曲を改善できる垂直磁気記ヘッドとその垂直磁気記録ヘッドを搭載した磁気ディスク装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、主磁極と補助磁極を有する単磁極ヘッドにおいて、主磁極のトレーリング側に磁性体を配置し、その磁性体に主磁極に向かって突出する凸部を設け、凸部の主磁極に対向する辺の幅を主磁極のトレーリング側の幅より狭くする。凸部の形状は、例えば矩形あるいは台形とする。
【００１１】
本発明者らは、記録磁界を３次元計算機シミュレーションにより計算し、上記形状の記録ヘッド用いると、磁界分布をトラック幅方向に直線的にし、記録ビットセルの磁化反転形状の湾曲を改善できことを見出した。磁界分布がトラック幅方向に直線的になると、記録ビットの磁化反転幅を小さくでき、磁化反転形状の湾曲による再生分解能の劣化の程度を抑制できる。さらに、この記録ヘッドを搭載することにより、従来よりも記録密度の向上した磁気ディスク装置が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１（ａ）は本発明による磁気ディスク装置の構成例を示す概略説明図であり、図１（ｂ）はその磁気ヘッドスライダー部分の拡大図、図１（ｃ）は図１（ｂ）の磁気ヘッド部分のヘッド浮上面から見た拡大図である。
【００１３】
磁気ディスク装置は、矢印１７の方向に回転する磁気ディスク１１に対して、磁気ヘッド１４によって磁化信号の記録再生を行なう。磁気ヘッド１４は磁気ヘッドスライダー１３に搭載され、磁気ヘッドスライダー１３は、ロータリーアクチュエータ１５によって回転されるサスペンションアーム１２の先端軟磁性に固定されている。磁気ヘッド１４は記録ヘッド１６と再生ヘッド１８からなり、再生ヘッド１８は下部シールド８と上部シールド９の間に再生素子７を配置した構成を有する。また、記録ヘッド１６は主磁極１、補助磁極３、主磁極のトレーリング側に配置された磁性体（シールド）３２を有する。
【００１４】
図２は、磁気ヘッド１４と垂直磁気記録用磁気ディスク１１との関係例を示す概略図である。主磁極１を構成する磁性体のトラック方向の幅はフレアポイント３３と呼ばれる位置で絞り込まれている。主磁極１のフレアポイント３３から浮上面までの距離３４はスロートハイトと呼ばれる。
【００１５】
図３は、垂直記録の概略を示す説明図である。記録信号が流れる導体薄膜コイル２は、主磁極１、補助磁極３、記録層１９、軟磁性裏打ち層２０によって作られる磁気回路と磁気的に結合している。主磁極１から出た磁界は、磁気ディスク（垂直磁気記録媒体）の記録層１９、軟磁性裏打ち層２０を通り、補助磁極３に入る磁気回路を形成し、記録層１９に磁化パターンを記録する。記録層１９と軟磁性裏打ち層２０の間には中間層が形成されている場合もある。再生ヘッドの再生素子７には巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）やトンネル磁気抵抗効果型素子（ＴＭＲ）などが用いられる。
【００１６】
図４は、本発明による磁気ヘッドの他の構成例を示す図であり、図３に示した磁気ヘッドとは、ディスク回転方向１７に対する主磁極１と補助磁極３の位置関係が逆になっている。すなわち、図３に示した磁気ヘッドの記録ヘッドは、補助磁極３が主磁極１に対してディスクの回転方向の上流側（リーディング側）に配置されているが、図４に示した磁気ヘッドの記録ヘッドは、補助磁極３が主磁極１に対してトレーリング側に配置されている。この配置の場合、磁性体３２は補助磁極３と接合されていてもよい。これ以外にも、再生ヘッドの上部シールドが記録ヘッドの補助磁極を兼用するような構成も可能である。いずれの記録ヘッドでも二層垂直磁気記録媒体への記録原理は同じである。
【００１７】
図５は、本発明による記録ヘッドの一例を浮上面からみた模式図である。この記録ヘッドは、主磁極１のトレーリング側に配置された磁性体３２を有する。磁性体３２は主磁極１に向かって突出する突出部３２ａを有し、突出部３２ａは、主磁極１のトレーリング側の辺と平行となる主磁極１に最も近い辺の幅Ｎｗを主磁極１のトレーリング側の辺の幅Ｔｗｗより小さく設定してある。この磁性体３２は補助磁極３と接合されていてもよい。
【００１８】
補助磁極３は、図３に示すように主磁極１のリーディング側に配置されていても良いし、図４に示すようにトレーリング側に配置されていても良い。あるいは、主磁極１のリーディング側及びトレーリング側の両側に配置されていても良い。図５にはトレーリング側に配置されている例を示した。
【００１９】
磁性体３２の設置目的は記録磁界を吸い込むことであって補助磁極とは機能が異なり、ヘッド奥行き方向の厚さは薄いことが必要である。そして磁性体３２の主磁極と対向する位置にＴｗｗ＞Ｎｗの関係を有する突出部３２ａを設けると、主磁極中心部分の磁界を主磁極端より強く吸い込むことにより、等磁界線の湾曲が抑えられることを発明者らは発見した。特許文献１と非特許文献１〜６に記載されている技術はトラック幅全体にわたって磁界を吸い込むので、等磁界線の湾曲を抑えることはできない。
【００２０】
図６及び図７を用いて、本発明者らが行った３次元磁界計算について説明する。図６（ａ）は従来構造の凸部分がない磁性体をトレーリング側に配置した単磁極ヘッドが発生する磁界強度の等磁界線を示し、図６（ｂ）は図５に示す構造を有する本発明の単磁極ヘッドが発生する磁界強度の等磁界線を示したものである。磁界強度は、磁気ディスクの記録層の厚さ方向中央部における磁界強度である。
【００２１】
主磁極の飽和磁束密度は２．２［Ｔ］、幾何学的幅は１６０［ｎｍ］とした。トレーリング側に配置された磁性体の飽和磁束密度は１．０［Ｔ］とした。図中の点線は主磁極１及び磁性体３２の主磁極１に対向する部分を示している。線間隔は７．９６×１０^４［Ａ／ｍ］である。
【００２２】
図６（ａ）と図６（ｂ）の比較から、本発明の単磁極ヘッドでは、トレーリング側の等磁界線の湾曲が従来構造の単磁極ヘッドよりも抑制されていることがわかる。従来構造の凸部分がない磁性体（シールド）を有する単磁極ヘッドの場合、例えば、最大記録磁界強度の半分の強度の等磁界線の主磁極のトレーリング位置からの距離は、トラックエッジで８３ｎｍ、トラック中心で９４ｎｍであり、その差Ｌ１は１１ｎｍだけ膨らんでいた。一方、本発明の凸部がある磁性体（シールド）を有する単磁極ヘッドは、トラックエッジで８９ｎｍ、トラック中心で９８ｎｍであり、その差Ｌ１は９ｎｍと減少し、より直線的な磁界分布となっている。
【００２３】
図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図６（ａ）、（ｂ）の二つのヘッド磁界を用いて、媒体の記録磁化状態を計算したシミュレーション図である。図７（ａ）は図６（ａ）に対応し従来構造の単磁極ヘッドによる記録磁化状態を示し、図７（ｂ）は図６（ｂ）に対応し本発明の単磁極ヘッドによる記録磁化状態を示している。なお、最大磁界強度が等しい条件で比較した。図の白黒のコントラストは、黒がプラス方向に、白がマイナス方向に磁化されていることを表す。
【００２４】
本発明の単磁極ヘッドを用いた図７（ｂ）の記録磁化の方が、従来の単磁極ヘッドを用いた図７（ａ）の記録磁化より磁化反転が鮮明にかけていることがわかる。この時、従来構造の単磁極ヘッドで記録した記録磁化の再生分解能は２７．９％であったのに対して、本発明のヘッド構造で記録したときの再生分解能は２９．６％と改善された。このように本発明によると、再生分解能の向上がはかられ、より高い密度の磁気ディスク装置を実現できる。
【００２５】
また、本発明の磁気記録ヘッドは、二層垂直磁気記録媒体のみならず、軟磁性裏打ち層を有する他の磁気記録媒体に対して適用しても同様の効果を得ることができる。例えば、斜め異方性媒体に対しても同様の効果を得ることができる。
【００２６】
図８は、磁性体の主磁極に対向する側の形状の変形例を示す図である。主磁極のトレーリング側に配置される磁性体の主磁極に向かって突出する突出部の形状は、図５に示したような矩形形状であることは必ずしも必要とされない。例えば、図８（ａ）あるいは図８（ｂ）に示すように、主磁極１のトレーリング側の辺の中心位置における主磁極１と磁性体３２の辺との距離ＧＬが、主磁極１のトレーリング側の辺の端の位置における主磁極と磁性体３２の辺との距離ＧＬ２より小さくなるように、磁性体３２から主磁極１に向かう突出部が磁性体３２に設けられていれば、上述したのと同様の効果が得られる。
【００２７】
また、主磁極１のトレーリング側に配置された磁性体３２は記録磁界を吸い込むことが目的であり、ヘッド奥行き方向の厚さは薄いことが必要である。図９は、磁性体の厚さと等磁界線の湾曲の程度の関係を示す図である。図９の横軸は磁性体３２の厚さ、縦軸は最大記録磁界強度の半分の強度の等磁界線の主磁極までの距離の、トラック中心とトラックエッジにおける距離との差Ｌ１である。図９から、磁性体３２の厚さが主磁極１の絞り込まれる位置すなわちフレアポイントから浮上面までの距離すなわちスロートハイトと同程度にすると、Ｌ１が小さくなることが分かる。したがって、本発明では磁性体３２の厚さをスロートハイトより小さくすることが望ましい。
【００２８】
磁気ディスク装置において、主磁極１のトレーリング側の辺はトラック方向に必ずしも垂直とは限らず、図１０に示すように斜めになる、いわゆるスキュー角αがつく。主磁極トレーリング側に補助磁極３２に接合された磁性体３２の凸部３２ａの主磁極１に対向する側の辺は、スキュー角αがついたときでも主磁極１のトラック方向幅よりはみ出さないのが望ましい。そのためには、主磁極トレーリング側の辺の幅Ｔｗｗ、磁性体３２の凸部３２ａの主磁極１に対向する辺の幅Ｎｗ、及び磁性体３２の凸部３２ａの端から主磁極１までの距離ＧＬＥは、スキュー角の最大値αに対して、次式の関係式を満たすように設定するのが好ましい。このように設定することにより、等磁界線を直線的にできる。
０．５×（Ｔｗｗ−Ｎｗ）≦ＧＬＥ×ｔａｎα
【００２９】
図１１は、主磁極と磁性体との間の距離と等磁界線の湾曲の程度の関係を示した図である。図１１の横軸は、主磁極とそのトレーリング側に設置された補助磁極に接合された磁性体との最短距離ＧＬを、主磁極の浮上面から軟磁性裏打ち層までの距離ＡＴＳで規格化した値である。図１１の縦軸は、最大記録磁界強度の半分の強度の等磁界線の主磁極までの距離の、トラック中心とトラックエッジにおける距離との差Ｌ１である。差Ｌ１が大きいほど等磁界線が湾曲していることになる。図１１から、ＧＬが大きいとＬ１が大きくなり等磁界線を直線的にする効果が得られず、逆にＧＬが小さすぎてもＬ１が大きくなり、等磁界線を直線的にする効果が小さいことがわかる。図から、ＧＬ／ＡＴＳを０．４以上、１．５以下にすると、Ｌ１を１０ｎｍ以下に抑えることができ、等磁界線を直線的にする効果が高いことが分かる。
【００３０】
図１２は、本発明の磁気ヘッドの製造方法の一例を示す工程図である。図は、ヘッドの浮上面方向から見た図である。
最初、図１２（ａ）に示すように、無機絶縁膜１０１、主磁極となる磁性膜１０２、ギャップとなる無機絶縁膜１０３、磁性体（シールド）の凸部となる磁性膜１０４、 ケミカルメカニカルポリッシュ（ＣＭＰ）のストッパ１０５、無機絶縁膜１０６を順に積層し、さらにリフトオフ方式でレジスト１０７を図のような形状で形成する。次に、図１２（ｂ）に示すように、イオンミリングし、磁性膜１０２を主磁極の形状に形成する。その後、図１２（ｃ）に示すように、無機絶縁膜１０１′を図のように形成し、図１２（ｄ）に示すように、イオンミリングして、主磁極の幅より狭い、磁性体片１０４を形成する。この磁性体片１０４が、主磁極トレーリング側に配置された磁性体の凸部となる。
【００３１】
次に、図１２（ｅ）に示すように無機絶縁膜１０１′を形成し、図１２（ｆ）に示すようにＣＭＰにより平坦化する。その後、主磁極と補助磁極を接合するピラー及び凸部以外の主磁極トレーリング側に配置される磁性体を形成するための溝を形成し、そこに磁性体１０４′を形成する。その後、図１２（ｆ）の点線で囲まれた部分をミリングにより除去することにより、図１２（ｇ）に示すような本発明のヘッド構造が得られる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によると、記録ビットセルの磁化反転形状の湾曲を改善できる記録ヘッドが得られる。その記録ヘッドを搭載することにより高記録密度に適した磁気ディスク装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気ディスク装置の構成例を示す概略図。
【図２】磁気ヘッドと磁気ディスクとの関係例を示す概略図。
【図３】垂直記録の概略図。
【図４】磁気ヘッドの構造の他の例を示す概略図。
【図５】本発明による記録ヘッドの一例を示す模式図。
【図６】記録磁界の等磁界曲線を示した図。
【図７】シミュレーションによる記録磁化状態を示した図。
【図８】磁性体の変形例を示す図。
【図９】磁性体の厚さと等磁界線の湾曲の程度の関係を示した図。
【図１０】スキューがついた場合の記録ヘッドの配置を示す図。
【図１１】主磁極と磁性体との間の距離と等磁界線の湾曲の程度の関係を示した図。
【図１２】本発明の磁気ヘッドの製造方法の一例を示す工程図。
【符号の説明】
１…主磁極、２…薄膜導体コイル、３…補助磁極、７…再生素子、８…下部シールド、９…上部シールド、１１…磁気ディスク、１２…サスペンションアーム、１３…磁気ヘッドスライダー、１４…磁気ヘッド、１５…ロータリーアクチュエータ、１６…記録ヘッド、１７…ディスク回転方向、１８…再生ヘッド、１９…記録層、２０…軟磁性裏打ち層、３２…磁性体、３３…フレアポンイント、３４…スロートハイト

Claims (10)

1. 主磁極と補助磁極を有する記録ヘッドを備える磁気ヘッドにおいて、
   前記主磁極のトレーリング側に磁性体が配置され、前記磁性体は前記主磁極に向かって突出する凸部を有し、前記凸部の前記主磁極に対向する辺の幅は、前記主磁極のトレーリング側の幅より狭いことを特徴とする磁気ヘッド。
2. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記補助磁極は前記主磁極のトレーリング側に、前記磁性体より遠い位置に配置されていることを特徴とする磁気ヘッド。
3. 請求項２記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁性体は前記補助磁極に接合されていることを特徴とする磁気ヘッド。
4. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記補助磁極は前記主磁極のリーディング側に配置されていることを特徴とする磁気ヘッド。
5. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、磁気抵抗効果素子を有する再生ヘッドを備えることを特徴とする磁気ヘッド。
6. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁性体の浮上面に垂直な方向の厚さは前記主磁極のスロートハイト以下であることを特徴とする磁気ヘッド。
7. 記録層と軟磁性裏打ち層を有するディスク状垂直磁気記録媒体と、記録ヘッド及び再生ヘッドを備える磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記ディスク状垂直磁気記録媒体に対して位置決めするロータリーアクチュエータとを含む磁気ディスク装置において、
   前記記録ヘッドは、主磁極と、補助磁極と、前記主磁極のトレーリング側に配置された磁性体とを有し、前記磁性体は前記主磁極に向かって突出する凸部を有し、前記凸部の前記主磁極に対向する辺の幅は、前記主磁極のトレーリング側の幅より小さいことを特徴とする磁気ディスク装置。
8. 請求項７記載の磁気ディスク装置において、最大スキュー角α、前記磁性体の凸部の前記主磁極に対向する辺の幅Ｎｗ、前記主磁極のトレーリング側の幅Ｔｗｗ、前記磁性体の凸部と前記主磁極との間の距離ＧＬＥが以下の関係を満たすことを特徴とする磁気ディスク装置。
   ０．５×（Ｔｗｗ−Ｎｗ）≦ＧＬＥ×ｔａｎα
9. 請求項７記載の磁気ディスク装置において、前記主磁極と前記磁性体との間の最短距離ＧＬと、前記主磁極の浮上面から前記ディスク状垂直磁気記録媒体の軟磁性裏打ち層までの距離ＡＴＳとの比（ＧＬ／ＡＴＳ）が０．４以上、１．５以下であることを特徴とする磁気ディスク装置。
10. 主磁極と、補助磁極と、前記主磁極のトレーリング側に配置され、前記主磁極に向かって突出する凸部を有し、前記凸部の前記主磁極に対向する辺の幅が前記主磁極のトレーリング側の幅より小さい磁性体とを有する記録ヘッドを備える磁気ヘッドの製造方法において、
    主磁極となる第１の磁性膜、ギャップとなる非磁性膜、前記凸部となる第２の磁性膜、ＣＭＰストッパ膜、無機絶縁膜を順に積層した積層膜を形成するステップと、
    前記積層膜の上にリフトオフ方式でレジストパターンを形成するステップと、
    前記レジストパターンをマスクとするイオンミリングによって前記第１の磁性膜を主磁極の形状に加工するステップと、
    前記主磁極の形状に加工された前記第１の磁性膜及び前記ギャップとなる非磁性膜の周囲に無機絶縁膜を形成するステップと、
    イオンミリングによって前記第２の磁性膜を前記凸部となる磁性体片に加工するステップと
    を含むことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。

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