JP2009166154A - 被切削部材の切粉用沈澱槽 - Google Patents

Abstract

【課題】被切削部材の切削加工時に発生した切粉を切削液と共に沈澱槽に回収し、沈澱槽内の切削液の表層に浮遊している切粉を一定領域内に留めて沈澱槽の効率の向上を図るようにした被切削部材の切粉用沈澱槽を提供する。
【解決手段】貯溜槽６内の切削液を濾過フィルタ７を通して加工槽４内の切削工具２に供給しながら被切削部材Ｗを切削加工した後に切削液を切粉用沈澱槽５に回収し加工時に発生した切粉を沈澱させて貯溜槽に戻すようにした切削液の循環経路３に用いられる被切削部材の切粉用沈澱槽において、切粉用沈澱槽の上部を二つの領域２５ａ，２５ｂに画成し下端部が沈澱槽内の切削液の液面よりも下方に位置し、切削液の表面に浮遊するパーティクル化した切粉Ｐａを一方の領域２５ａに留め、他方の領域２５ｂの切削液の表層部を貯溜槽に戻すようにした切粉流入防止板２７を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、被切削部材の切削加工時に切削液を循環させて加工時に発生した切粉を切削液と共に沈澱槽に回収し、沈澱槽内の切削液の表面に浮遊しているパーティクル化した切粉を一定領域内に留めて沈澱槽の効率向上を図るようにした被切削部材の切粉用沈澱槽に関する。

ガラスやシリコンウェハ等の脆性部材或いはカーボン等からなる被切削部材に、例えば穿孔等の加工を施す場合、加工槽内に被切削部材を配設し、切削工具に切削液を注ぎながら加工を行い、切削液は、切削工具→加工槽→沈澱槽→貯溜槽（クーラントタンク）→濾過フィルタ→切削工具のように循環させて使用される。特に、シリコンウェハ等の鏡面をもつ被切削材に切屑が付着すると不良品となり、また、切屑は機械故障の原因となり得る。そのため、切屑の処理は、製品の歩留まりの向上や機械寿命の延長等の観点から重要である。

このような脆性部材の加工装置として、脆性材料用孔明け装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、脆性部材からなる被加工部材を所定液体（切削液）中に沈めて固定する穿孔加工槽と、この穿孔加工槽に対し液体の供給、排出を行う液体循環部と、穿孔加工槽の上方に位置し、被加工部材の穿孔加工を行うと共に液体循環部から液体を穿孔加工槽に供給するクーラントスルータイプの穿孔加工部と、この穿孔加工部に液体を流通させる軸方向の中空部分を有し下端部に研削部位を備えて設けられたドリルと、このドリルの研削部位の上方位置外部に中空部分に連通して下方向に開口するよう形成された液体の排出を行う複数の排出口を具備している。

そして、循環部の液体を貯溜する貯溜槽は、槽外壁よりも低い槽内隔壁により沈澱槽部と循環槽部とに仕切られており、貯溜槽には槽内隔壁よりも高い液位となるよう液体（切削液）が貯溜されている。また、貯溜槽の沈澱槽部の液中に穿孔加工槽から加工時及び加工後の液体を回収する流路（管路）の一方端が開口し、循環槽部の液中に穿孔加工槽及びドリルに液体を供給するための流路（管路）の一方端が開口している。

そして、沈澱槽部の上部と循環槽部の上部が連通されており、穿孔加工槽から液体と共に回収された研削屑は、沈澱槽部の液中に排出された後沈澱し、循環槽部の液体は、その液中からポンプで汲み出されフィルタを通して穿孔加工槽及びドリルに供給される。
特開２００３−３０５７１６号公報（３頁、図１）

ところで、シリコンウェハやカーボン等の切削（研削）加工においては微細な粉状の切屑（以下「切粉」という）が発生する。この切粉は金属の切削加工において発生する切屑とは異なり、パーティクル化した切粉（粒径３μｍ以下）となるために重さに対して表面積が大きくなり、切削液の表面張力の影響を受け易くなる。このようなパーティクル化した切粉は、切削液と共に沈澱槽に回収されると表面張力の作用により切削液の表面（液面）に浮遊して容易に沈澱しない。

このため、切削液の循環経路に加工後の切削液中の切粉を沈澱させて回収する沈澱槽を設置しても切粉の除去が不十分となり、その後工程である貯溜槽（クータントタンク）内において濾過フィルタ、特に精密濾過フィルタが目詰りを起こし易くなる。この結果、精密濾過フィルタの交換頻度が高くなり、費用が嵩むという問題がある。

また、特許文献１に記載されている液体循環部の貯溜槽においては、穿孔加工槽から沈澱槽部の液中に排出された研削屑は、その粒径が大きく重い場合は沈澱するが、粒径が小さくパーティクル化したものについては当該沈澱槽部の液体中に拡散して循環槽部内に流入し、当該循環槽部の液体と共に汲み出されて濾過フィルタを通して穿孔加工槽及びドリルに供給されることとなる。このため、上述した場合と同様に濾過フィルタの目詰りを起こし易くなる。

本発明の目的は、被切削部材の切削加工時に切削液を循環させて加工時に発生した切粉を切削液と共に沈澱槽に回収し、沈澱槽内の切削液の表面に浮遊している切粉を一定領域内に留めて沈澱槽の効率の向上を図るようにした被切削部材の切粉用沈澱槽を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る被切削部材の切粉用沈澱槽は、
貯溜槽内の切削液を濾過フィルタを通して加工槽内の切削工具に供給しながら被切削部材を切削加工し、前記供給した切削液を切粉用沈澱槽に回収して加工時に発生した切粉を沈澱させた後に前記貯溜槽に戻すようにした切削液の循環経路に用いられる被切削部材の切粉用沈澱槽において、
前記切粉用沈澱槽内に当該切粉用沈澱槽の上部を二つの領域に画成しかつその下端部が切粉用沈澱槽内の切削液の液面よりも下方に位置し、前記切削液の表面に浮遊するパーティクル化した切粉を一方の領域内に留め、他方の領域内の切削液の表層部を前記貯溜槽に戻す切粉流入防止板を設けたことを特徴としている。

加工槽内において被切削部材の切削加工時に貯溜槽の切削液を切削工具に供給し、切削加工時に発生した切粉を切削液と共に切粉用沈澱槽に回収する。回収された切削液に混じっている粗い（粒径の大きい）切粉は沈澱し、細かい（粒径の小さい）パーティクル化した切粉は表面張力の作用により切削液の表面（液面）に浮遊する。

そして、切削液の表液面に浮遊しているパーティクル化した切粉を切粉流入防止板により沈澱槽の一方の領域内に留め、表層部を切粉流入防止板の下方を迂回させて他方の領域に流入させ、当該他方の領域内の切削液の表層部を貯溜槽に戻す。これにより、パーティクル化した切粉の大部分が除去される。貯溜槽に戻された切削液に混じっているパーティクル化した切粉の残りは濾過フィルタにより除去される。

これにより、同じ沈澱槽の距離（長さ）で、切削液の流れる距離（沿面距離）を伸ばすことができ、沈澱槽の効率の向上が図られる。また、貯溜槽に戻された切削液を濾過する濾過フィルタ、特に精密濾過フィルタの目詰りを抑えることができ、この精密フィルタの交換頻度が低下して費用が安くなると共にメンテナンスの手間が少なくなり、作業性の向上が図られる。

また、本発明の請求項２に係る被切削部材の切粉用沈澱槽は、請求項１に記載の被切削部材の切粉用沈澱槽において、
前記被切削部材は、脆性部材又はカーボンからなることを特徴としている。

ガラスやシリコン等の脆性部材或いはカーボン等を切削するときに切削工具に切削液を供給しながら加工を施す。このとき発生する切粉は、大小様々な粒径をなしており、切削液に混じって切粉用沈澱槽に回収される。切粉用沈澱槽に回収された切粉の中の粗い切粉は沈澱し、パーティクル化した切粉は切削液の表面張力の作用により表層に浮遊する。

また、本発明の請求項３に係る被切削部材の切粉用沈澱槽は、請求項１又は請求項２に記載の被切削部材の切粉用沈澱槽において、
前記加工槽内の切削加工後の切削液は、前記切粉用沈澱槽の切粉流入防止板により画成された一方の領域内の切削液の液面の上方から流下されることを特徴としている。

加工槽内の切削加工後の切削液を切粉用沈澱槽の切粉流入防止板により画成された一方の領域内の切削液の液面の上方から流下させることにより、切削液に混じっている切粉をこの一方の領域内の切削液中に拡散させること無く表面に浮遊させることができる。

これにより、切削液の表層下（中間層）におけるパーティクル化した切粉を少なくすることができ、他方の領域の切削液にパーティクル化した切粉が混じることを少なくすることが可能となる。

本発明によると、被切削部材の切削時に発生した切粉を切削液と共に切粉用沈澱槽に回収してパーティクル化して切削液の表面に浮遊する切粉を切粉流入防止板により一定領域内に留めることにより、貯溜槽に戻す切削液に混じるパーティクル化した切粉を大幅に除去することが可能となる。また、同じ沈澱槽の距離（長さ）で切削液の流れる距離（沿面距離）を伸ばすことができ沈澱槽の効率の向上が図られる。

また、貯溜槽に戻される切削液に混じっているパーティクル化した切粉が少なくなり、濾過フィルタ特に精密濾過フィルタの目詰りを抑えることができる。これにより、濾過フィルタの交換頻度が低くなり費用が安くなると共にメンテナンスの手間が少なくなり、作業性の向上が図られる。

また、簡単な構成で沈澱槽内の切削液の表面に浮遊するパーティクル化した切粉を沈澱槽内に有効に留めることができる。

以下、本発明の実施形態に係る被切削部材の切粉用沈澱槽を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る切粉用沈澱槽を適用した切削装置の概略構成を示す。切削装置１は、切削工具例えばドリル２と、このドリル２に切削液を循環させて供給する循環経路としての切削液循環部３により構成されている。

切削液循環部３は、ドリル２及び被切削部材Ｗを収容する加工槽４、切削加工後の切削液中に混入されている切粉の一部を沈澱させる切粉用沈澱槽５、切粉用沈澱槽５で切粉の一部が除去された切削液を貯溜する貯溜槽（クーラントタンク）６、貯溜槽６内に収容された濾過フィルタとしての精密濾過フィルタ（濾過機）７、貯溜槽６内の切削液をドリル２に供給するための送液ポンプ８、及び流路（管路）１１〜１４等により構成されている。

そして、加工槽４と切粉用沈澱槽５が流路１１により接続され、切粉用沈澱槽５と貯溜槽６が流路１２により接続され、貯溜槽６とドリル２が流路１３により接続されている。送液ポンプ８は流路１３の途中に介挿されている。また、流路１４は、一端が流路１３の送液ポンプ８の下流側に接続され、他端が切削工具２の下端部２ｂの側方（横）に近接して開口している。

加工槽４は、ドリル２と被切削部材Ｗを収容し、当該加工槽４内でドリル２に切削液を供給しながら被切削部材の切削（穿孔）加工を可能としている。ドリル２は、軸心に小孔２ａが貫通されて中空状をなし、下端部２ｂの外周面にダイヤモンド砥粒が電着又はメタルボンドにより固着されており、ガラスやシリコンウェハ等の脆性部材、或いはカーボン等の部材に穿孔加工が可能とされている。

このドリル２は、加工槽４内の略中央位置に垂直に配置されており、図示しないスピンドルモータの回転軸に固定されているチャックに装着されて所定の回転数で回転駆動される。スピンドルモータは、回転軸の軸心に小孔が貫通して穿設されており、流路１３から切削液が供給されるようになっている。そして、ドリル２は、スピンドルモータの回転軸の軸心に貫設された小孔を通して軸心の小孔２ａに切削液が供給されると共に、下端部２ｂの側方（横）から流路１４を介して切削液が供給される。

被切削部材Ｗは、加工槽４内のドリル２の下方の底面４ａに設置されている図示しないクランプ台に固定されている。この被切削部材Ｗは、例えばカーボンからなり、所定の位置にドリル２により穿孔加工される。

切粉用沈澱槽５は、図２に示すように上方に開口し上方及び側方から見て長方形状の直方体をなしており、内部が幅方向に略等間隔で横切る、例えば２枚の仕切り板２１，２２により画成されて第１沈澱槽２４、第２沈澱槽２５、第３沈澱槽２６の３つの沈澱槽が長手方向に並んで形成されている。

仕切り板２１は、切粉用沈澱槽５の側板５ａの高さ（深さ）よりも低く設定されており、仕切り板２２は、仕切り板２１よりも低く設定されている。即ち、第１沈澱槽２４、第２沈澱槽２５、第３沈澱槽２６の順に順次浅く形成されている。そして、第１沈澱槽２４が上流槽、第２沈澱槽が中間槽、第３沈澱槽２６が下流槽とされている。

第１沈澱槽２４は、切粉流入防止板２７により上部が大小２つの領域２４ａ，２４ｂに画成されており、第２沈澱槽２５は、切粉流入防止板２８により上部が大小２つの領域２５ａ，２５ｂに画成されている。

第１沈澱槽２４の切粉流入防止板２７は、仕切り板２１と平行かつこの仕切り板２１寄りに配置されており、上端面２７ａが側板５ａの上端面５ｂと面一とされ、下端面２７ｂが仕切り板２１の上端面２１ａよりも下方に位置するように設定されている。即ち、切粉流入防止板２７の下端面２７ｂは、第１沈澱槽２４内の切削液の液面よりも下方に位置している。そして、上流側の領域２４ａは下流側の領域２４ｂよりも広く設定されている。

同様に第２沈澱槽２５の切粉流入防止板２８は、仕切り板２２と平行かつ当該仕切り板２２寄りに配置されており、上端面２８ａが側板５ａの上端面５ｂと面一とされ、下端面２８ｂが仕切り板２２の上端面２２ａよりも下方に位置するように設定されている。即ち、切粉流入防止板２８の下端部は、第２沈澱槽２５内の切削液の液面よりも下方に位置している。そして、上流側の領域２５ａは下流側の領域２５ｂよりも広く設定されている。

また、下流側の第３沈澱槽２６の仕切り板２２と対向する側板５ａには切削液の流出口２６ａが設けられている。この流出口２６ａは、仕切り板２２の上端面２２ａよりも低い位置に設けられている。そして、これらの沈澱槽２４，２５，２６の底面２４ｃ，２５ｃ，２６ｃには沈澱物を排出するための排出口２４ｄ，２５ｄ，２６ｄと、これらの排出口２４ｄ，２５ｄ，２６ｄを開閉する開閉弁３１，３２，３３が設けられている。

図１に示す加工槽４と切粉用沈澱槽５とを接続する流路１１は、一側開口端１１ａが加工槽４の底面４ａに形成された排出口４ｂに接続され、他側開口端１１ｂが図２に示すように第１沈澱槽２４の上流側の領域２４ａにかつ仕切り板２１と対向する側板５ａ寄り（上流側）の位置に、領域２４ａ内の切削液の液面の上方に開口されている。

また、第３沈澱槽２６の流出口２６ａは、図１に示すように流路１２を介して貯溜槽６に接続されている。このようにして、切削液の切削液循環部３の加工槽４と貯溜槽６との間に切粉用沈澱槽５が設けられている。

貯溜槽６は、収容されている精密濾過フィルタ（濾過機）７により切粉用沈澱槽５から戻された切削液を何回も繰り返し循環させて当該切削液中に混じっているパーティクル化した切粉を略完全に除去してドリル２に供給する。

図１において切削工具２により被切削部材Ｗを切削（穿孔）加工する場合、先ず送出ポンプ８を駆動して貯溜槽６から流路１３及び流路１４を通して切削工具２に切削液を供給する。尚、加工開始時において切粉用沈澱槽５は、図２に示すように第１、第２沈澱槽２４，２５内の切削液の液面が仕切り板２７，２８の上端面２７ａ，２８ａと面一とされており、第３沈澱槽２６の切削液の液面が流出口２６ａから流出可能とされている。

流路１３の切削液はドリル２の小孔２ａを通して先端に供給され、流路１４の切削液はドリル２の側方（横）から下端部２ｂに供給される。次いで、ドリル２を回転させて被切削部材Ｗ、例えばカーボンの穴明け（穿孔）加工を開始する。

ドリル２は、切削液を供給されながら被切削部材Ｗを穴明け加工する。加工に伴い被切削部材Ｗから切粉が発生する。そして、発生した切粉は、切削液と共に加工槽４の排出口４ｂから流路１１に流入し、開口端１１ｂから切粉用沈澱槽５の第１沈澱槽２４の上流側の領域２４ａに貯溜されている切削液の液面に流下する。

切粉は、図３に示すように粗い（粒径の大きい）ものから細かい（粒径の小さい）ものまで大小様々の大きさのものがあり、粒径の大きい粗い切粉（粒径３μｍ以上）Ｐは、重さに対して表面積が小さいために図２に示すように第１沈澱槽２４内に沈澱する。

一方、図中斜線で示す範囲の粒径の小さいパーティクル化した切粉（粒径３μｍ以下）Ｐａは、重さに対して表面積が大きいために切削液の表面張力の作用により図２に示すように表面（液面）に浮遊して容易に沈澱しない。そして、このパーティクル化した切粉Ｐａは、図２に示すように切粉流入防止板２７により止められて下流側の領域２４ｂへの流入が阻止される。即ち、パーティクル化した切粉Ｐａの大部分が領域２４ａ内に留められる。

この結果、第１沈澱槽２４内の切削液は、底部に粗い切粉Ｐが沈澱し、表面（液面）にパーティクル化した切粉Ｐａが浮遊することなり、表層下の切削液は切粉が少ない状態となる。そして、第１沈澱槽２４の上流側の領域２４ａ側の表層部の切削液が矢印で示すように切粉流入防止板２７の下方を迂回して下流側の領域２４ｂに流入する。

即ち、第１沈澱槽２４は、切削液に混じっている粗い切粉Ｐを沈澱させ、切粉流入防止板２７により表面に浮遊するパーティクル化した切粉Ｐａを止めると共に同じ沈澱槽の距離（長さ）で流れる距離（沿面距離）を伸ばすことができる。そして、下流側の領域２４ｂに流入した切粉が少ない切削液の表層部が仕切り板２１の上端面２１ａを超えて第２沈澱槽２５の上流側の領域２５ａに流下する。

第２沈澱槽２５の上流側の領域２５ａ内の切削液の上方から流下した切削液中にはまだ様々な大きさの切粉が混じっており、粗い切粉Ｐは沈澱し、パーティクル化した切粉Ｐａは領域２５ａ内の表面に浮遊する。

そして、この表面を浮遊するパーティクル化した切粉Ｐａは、切粉流入防止板２８により止められて下流側の領域２５ｂへの流入が阻止される。従って、第２沈澱槽２５内の液中は切粉が更に少ない状態となる。そして、第２沈澱槽２５の領域２５ａ側の表層部の切削液が矢印で示すように切粉流入防止板２８の下方を迂回して下流側の領域２５ｂに流入する。

第２沈澱槽２５も第１沈澱槽２４と同様に切削液に混じっている粗い切粉Ｐを沈澱させ、切粉流入防止板２８により切削液の表面のパーティクル化した切粉Ｐａを止めると共に同じ沈澱槽の距離（長さ）で流れる距離（沿面距離）を伸ばすことができる。そして、下流側の領域２５ｂに流入した切粉が少ない切削液の表層部が仕切り板２２の上端面２２ａを超えて第３沈澱槽２６に流下する。

第３沈澱槽２６に流下した切削液は、第１沈澱槽２４及び第２沈澱槽２５において大部分の切粉が除去されており、切粉が極めて少ない状態となっている。そして、この第３沈澱槽２６内に流下した切削液流に混じっている切粉の中の粗い切粉Ｐは沈澱し、パーティクル化した切粉Ｐａが表面に浮遊する。

しかしながら、この第３沈澱槽２６内の切削液の表面を浮遊するパーティクル化した切粉Ｐａは、第１沈澱槽２４の上流側の領域２４ａのパーティクル化した切粉Ｐａに比べて極めて少なくなっている。そして、この第３沈澱槽２６内の切削液の表層部が貯溜槽６に戻される。この結果、切粉用沈澱槽５の効率の向上が図られる。

貯溜槽６に戻された切削液は、当該貯溜槽６内において精密濾過フィルタ７により繰り返して何回も濾過され、パーティクル化した切粉Ｐａが完全に除去される。これにより、貯溜槽６から切粉が完全に除去された切削液がドリル２に供給される。このようにして、切削液が循環して使用される。

上述したように切削液を循環させて使用し、ドリル２等の切削工具に供給する切削液に混じった切粉を完全に除去することにより、例えば半導体型の差圧センサのセンサチップに関連した重要部品にパーティクル化した切粉が付着することを防止することができる。

これにより、加工品の歩留まりが向上すると共に切削機械の切粉に起因する故障が少なくなり機械寿命の延長が可能となる。

更に貯溜槽６に戻される切削液中に混じっている切粉、特にパーティクル化した切粉Ｐａが極めて少ないために精密濾過フィルタ７の目詰りが少なくなる。これにより、精密濾過フィルタ７の交換頻度が少なくなり費用が安くなると共にメンテナンスの手間が少なくなる。

上記実施形態においては、沈澱槽５を仕切り板２１，２２により画成して３つの沈澱槽２４，２５，２６を形成した場合について記述したが、これに限るものではなく１つの沈澱槽でも良い。また、沈澱槽２６にも沈澱槽２４，２５と同様に切粉流入防止板を設けても良い。

更に仕切り板２１，２２は、例えば略中央部に窓を設けて沈澱槽２４，２５，２６の略中央部で連通させても良く、或いは仕切り板２１，２２の下端部を底面から離隔させて沈澱槽２４，２５，２６の下部を連通させるようにしても良い。

また、被切削部材Ｗとしてはカーボンに限るものではなく、ガラスやシリコンウェハ等の脆性部材でも良い。そして、これらのガラスやシリコンウェハ等の脆性部材を切削加工する際に発生したパーティクル化した切粉も同様にして除去される。

本発明に係る被切削部材の切粉用沈澱槽を用いた切削装置の一例を示す説明図である。 図２に示した切粉用沈澱槽の一実施形態を示す断面図である。 図１に示した切削装置により切削加工時に発生した切粉の切粉量と粒径の関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 切削装置
２ ドリル（切削工具）
２ａ 小孔
２ｂ 下端部
３ 切削液循環部
４ 加工槽
４ａ 底面
４ｂ 排出口
５ 切粉用沈澱槽
５ａ 側面
５ｂ 上端面
６ 貯溜槽
７ 精密濾過フィルタ
８ 送出ポンプ
１１，１２，１３，１４ 流路
１１ａ 一側開口端
１１ｂ 他側開口端
２１，２２ 仕切り板
２１ａ，２２ａ 上端面
２４ 第１沈澱槽
２４ａ 上流側領域
２４ｂ 下流側領域
２４ｃ 底面
２４ｄ 排出口
２５ 第２沈澱槽
２５ａ 上流側領域
２５ｂ 下流側領域
２５ｃ 底面
２５ｄ 排出口
２６ 第３沈澱槽
２６ａ 流出口
２６ｃ 底面
２６ｄ 排出口
２７，２８ 切粉流入防止板
２７ａ，２８ａ 上端面
２７ｂ，２８ｂ 下端面
３１，３２，３３ 開閉弁
Ｗ 被切削部材
Ｐ 粗い切粉
Ｐａ パーティクル化した切粉

Claims (3)

1. 貯溜槽内の切削液を濾過フィルタを通して加工槽内の切削工具に供給しながら被切削部材を切削加工し、前記供給した切削液を切粉用沈澱槽に回収して加工時に発生した切粉を沈澱させた後に前記貯溜槽に戻すようにした切削液の循環経路に用いられる被切削部材の切粉用沈澱槽において、
   前記切粉用沈澱槽内に当該切粉用沈澱槽の上部を二つの領域に画成しかつその下端部が切粉用沈澱槽内の切削液の液面よりも下方に位置し、前記切削液の表面に浮遊するパーティクル化した切粉を一方の領域内に留め、他方の領域内の切削液の表層部を前記貯溜槽に戻す切粉流入防止板を設けたことを特徴とする被切削部材の切粉用沈澱槽。
2. 前記被切削部材は、脆性部材又はカーボンからなることを特徴とする、請求項１に記載の被切削部材の切粉用沈澱槽。
3. 前記加工槽内の切削加工後の切削液は、前記切粉用沈澱槽の切粉流入防止板により画成された一方の領域内の切削液の液面の上方から流下されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の被切削部材の切粉用沈澱槽。

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