JP2013530859A - スラブの作製および加工 - Google Patents

Abstract

材料スラブの切断方法であって、材料が半凝固状態にあるときに、所定振動数で振動する切断工具を用いてスラブを切断することを含む、方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、全体的に、スラブ製品およびその製造方法に関する。

現在、タイルなどのセメント製品を小さな個別の型枠内で製造する工程は、過去５０年間に用いられてきた作製方法と実質的には同じままであり、依然として世界中で普及している。

しかしながら、過去２０年にわたり、タイル作製が進展した結果、近代的な建築および内装の流行および傾向に対応して、大幅に現代的な外観を備えたタイルになってきている。

現在、市販されているセメントスラブ製品は、典型的にはセメント、珪砂、大骨材片（または粗骨材片）、減水剤および水を含む混練物から作製される。大骨材片は、塊を作り上げるために含まれ、そのサイズは、約３ｍｍから１０ｍｍまたはこれよりも大きいサイズまで様々であってよい。大骨材片としてストーンチップがしばしば使用される。減水剤は、ポリカルボン酸エーテルポリマーをベースとする流動化剤とすることができる。

タイル作製に使用される材料の強度は、比較的最近になって向上してきており、大理石または花崗岩のスラブに似た、単一で大きく薄いスラブからタイルを作製することが可能になり、これを切断して所望のサイズの正方形または長方形のタイルを作製することができる。

大型のスラブは、個別の型枠内で形成され、その後、振動工程に供される。これによって、最も細かい粒子が型枠底に移動する。スラブは、型枠の表面の形または形状になる。これは、「脱型直後（ｏｆｆ−ｆｏｒｍ）」の材料として知られている。

このような作製方法により、正方形および／または長方形のタイルのサイズおよび厚みのバリエーションに幅広い柔軟性を持たせることが可能になった。単一のスラブからタイルを切断することにより、サイズの異なる正方形および／または長方形のタイルの作製が可能になり、これは、以前は小さい個別の型枠内で作製されていたことである。作製に柔軟性があることで、タイルをクライアントの要望通りのサイズにすることができ、大がかりな再加工を施したり、多数の様々なサイズの型枠を在庫に保有したりすることはない。その上、精巧な機械加工により、より正確かつ良好にタイルを仕上げることができる。

上記の利点に加えて、大型のスラブを小型のタイルに切断することには、大きい形式のスラブに本来備わっている自然な美観の質が保たれるという利点がある。分離したとき、小さくなったタイルは独特の外観になり、この外観によって、壁および床などの大きい面を小さくなったタイルで覆ったときに見た目の印象が向上する。

材料を混練した後、この材料を大きい型枠の中に打ち込み、混練物をその場で振動させる。流体を添加して結合工程を活性化させる混練では、混練物を型枠に打設し、スラブを型枠から取り外せる十分な程度まで養生する。混練物を熱に供することによって結合工程を開始する乾燥混練では、混練物を型枠内に打設し、加圧する。乾燥混練は、通常、融点が比較的高い樹脂を含み、十分な熱が印加されると、樹脂は溶解し、乾燥混練中に残った材料を一緒に結合させる。型枠内の材料を冷却すると、液状樹脂になり、スラブを型枠から取り出すことができる。

型枠は、一般に、切断前に材料が凝固して硬化できる場所に保管される。スラブを十分に養生して材料を切断するまでの、湿潤混練したスラブの保管期間は、約１から４週間である。

自然に養生した大型スラブの場合、十分に硬化すると、脱型、積層して養生する。養生には、養生工程の方法および有効性に応じて最大４週間かかることがある。

当然ながら、切断工程の前にスラブ材を十分な時間養生できるようにするには、打設したスラブを打設ラインから保管領域まで移動させる必要がある。一般に、スラブは、型枠から取り外した後はフレームに残り、養生するためにパッケージングされる。これには、製造工程を中断し、養生するためにスラブを保管する十分な保管スペースを設ける必要がある上に、スラブを型枠から取り外し、養生するために保管場所に設置することに関わる、手動による集中工程を必要とする。

スラブは、厚みを校正してからタイル状に切断される。切断後、タイルを「調整」してより正確な側面を作製し、タイルのエッジを面取りまたは研削加工し、通常切断工程で生じるチッピング損傷を解消する。その後、個々のタイルは、洗浄、乾燥およびパッキングなどの工程を経てから販売用に発送される。

切断工程およびこれに続く作業は、一般には連続した自動生産ラインで行われる。

その結果、セメントまたはコンクリートのタイルを、大理石、花崗岩および／または磁器のタイルと同じように並置し、設置することができる。さらに、このようにして加工されたタイルは、一般に、設置状態の質がより高くなる。

しかしながら、現在のタイルの作製方法は、多くの重大な課題を抱えている。

例えば、スラブの加工（切断、校正、エッジの研削加工および／または調整）は、一般に、切断刃などのダイヤモンド切断工具、校正具などを使用して行われる。

極めて硬い材料であるスラブを切断するとき、切断部のエッジは、様々な程度のチッピングに供され、粗いエッジになる。さらに、スラブおよび／またはタイルは、切断および校正工程でひび割れが入ったり破損したりしがちである。応力は、特にセメントスラブまたはタイルが最も弱い角で、チッピングおよび破損をもたらすことがある。チッピング、ひび割れおよび／または破損は、損失となるか、あるいは損傷を受けた材料を修復する必要性が生じることがある。これは、コストがかかると同時に時間がかかるおそれがある。

もう１つの欠点は、加工が困難であり、チッピング、ひび割れおよび／または破損による損失を改善するために、熟練のオペレータによるケアを必要とする点である。このような熟練のオペレータにはコストがかかり、スラブからのタイル作製は、時間がかかり、作製工程を中断するものである。

校正工程および切断工程の後、スラブ製品は、一般に、完全に養生するために再び保管されるが、この養生には、製品を設置目的地へ発送する前に、制御した環境でさらに３から４週間の保管が必要である。最終的な養生のためにスラブ製品をさらに保管するには、追加の取り扱いコストおよび保管コストがかかる。

現在の作製技術におけるその他の欠点には、切断用の高価な設備（ダイヤモンド工具および大型資本設備など）の必要性、高いエネルギーコスト（例えば電気）、およびスラブを製品に加工する過程で消費される大量の水などがある。校正装置に＄４００，０００以上のコストがかかることも珍しくなく、切断ラインを含めると約＄７００，０００から百万ドルかかると予想される。

切断工程および校正工程も同じく、大量の廃棄物が生じる結果となり、この廃棄物は、切断工程および校正工程の過程で材料が除去される際にできるものである。そのため、廃棄物を、水を再利用する前に、加工に使用した水から分離しなければならない。分離した廃棄物を、回収し、処理し、処分しなければならず、これは手間がかかり、かつ／またはコストがかかることがある。この点に関して、水濾過システムのコストは、約＄１００，０００から＄２００，０００であると予想される。さらに、ほとんどの設備は多目的電源を必要とするため、設備全体の電気エネルギー消費にかかる運転コストは、一般に膨大である。

小型タイルまたはモザイク片を切断するとき、ダイヤモンド切断刃が切断のたびに材料の３ｍｍから５ｍｍを除去するため、切断工程は、特に損失が多くなることがある。スラブから多くのタイルを作製する場合、切断工程の過程で除去される材料の総量は膨大である。

現存の工程が抱える問題により、小型タイル、モザイク片、および湾曲したまたは四角形以外のその他の形状をしたタイルは、あまりにも問題が多いと考えられている。モザイク片の場合、現在の作製方法では、通常材料の約５０％から６０％が廃棄になるため、４０％から５０％の生産高しか生じない。これは主に、比較的小さいタイルを作製する切断工程の結果として相当量の材料が廃棄される上に、このタイルが損傷を受ける率が高いことによるものである。残念ながら、タイルのサイズが比較的小さいことにより、タイルがスラブから分離する際にタイルが動いて振動するために、チッピング率が上昇してしまうのだが、これと比較して大きいタイルは、重さが重いために分離中にそれほど動くことがない。

さらに、プラスターボードなど、その他のタイプのスラブ材料の切断に問題が生じることがある。なぜなら、このような材料は、一般に、製造後の硬い状態で切断されるからである。通常、スラブおよびタイルの作製工場の準備はコストのかかる事業であり、計画、準備、建設および設置時間を多く要する。工場の床は、特定の目的に構築された重設備を収容するために特別に適応させたものでなければならず、プラントごとに、水から廃棄物を回収し分離し処理するための排水システムおよび廃水タンクが必要である。上記のすべての欠点に加えて、特別目的の排水システムを備えた工場の建設自体が、膨大なコストがかかるものであり、それ故に製造施設の設立に障害となっている。

現在の工程で作製されるタイルは、エッジが粗く、かつ／またはタイルの側面または表面に大骨材片が見えることが原因で、モザイク、カウンタートップ、キッチンアイランドおよび／または家具等の製作などの用途には適していない。現時点では、これらの用途に対する問題がより少ないと考えられている他の材料を使用することが好ましい。

スラブおよびタイルの作製には、少なくともさらにもう１つの欠点があり、それは、製品の屈曲力が高いという点である。屈曲力が高いと、タイルに入ったひび割れが容易には見えず、製品がしかるべき場所に設置されてから初めて明らかになる可能性があるという欠点がある。これによって、設置済みのタイルなどの製品を、コストをかけて取り換える必要が生じることがある。

ひび割れは、製品が強い衝撃を受けた場合であっても、容易には見えない。このようなひび割れは、粗骨材片の入り組んだ構造が製品の材料を一緒に保持しようとするため、容易には見えないのである。

このようにして作製されたスラブおよびタイルに取って代わる製品が、天然石材である。しかしながら、天然石材は、変動要素を多く備えており、これを制御することは困難である。石材は、柔らかすぎる、硬すぎる、多孔すぎる、または石目が多すぎるために、特定の目的には不便となることがある。さらに、このような材料は、美観の点で顧客にとって魅力的ではない、または特定の用途には適していないことがある。

スラブおよびタイルの作製に関わる上記の欠点の１つ以上を少なくとも改善する工程および製品を提供することが、本発明の目的である。

本明細書に引用した任意の先行技術（ｐｒｉｏｒ ａｒｔまたはｐｒｉｏｒ ａｒｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）の参照は、これらの参照が、本明細書で特許請求した本発明の技術の関連分野における当業者の一般知識の一部を形成することを認識するものでも提示するものでもなく、そのようなものであると考えてはならない。

１つの態様では、本発明は、材料スラブを切断する方法であって、材料が半凝固状態のときに、所定振動数で振動する切断工具を用いてスラブを切断することを含む方法を提供する。

１つの実施形態では、スラブ材料は、セメント質であり、構成材料は、セメント、および混ぜ合わせた混合物の粒子サイズが振動切断工具を用いて材料を切断できるほど十分に小さいその他の材料を含む。セメント材は、型枠の中に打設され、その後、半凝固状態になるまで養生され、十分に養生されたら、それにより切断工具の動作中か動作後のいずれかに材料が変形することなく、切断工具でスラブを小さい断片に分離する（またはスラブから材料を除去する）ことができる。

１つの実施形態では、振動切断工具の所定振動数は、超音波振動数である。この振動数は、スラブの構成材料に最適となるように調整または選択されることができる。

１つの実施形態では、切断工具は、ロボットアームに取り付けられる直線刃であり、このアームを操作する制御システムの管理下で操縦される。刃は、通常、実質的に水平に配置されたスラブを切断するために実質的に垂直に配置されるが、このような立体的構成が刃とスラブとの間に存在する必要はない。例えば、スラブは、角度をつけて配置されてもよいし、さらに、刃は、タイルを面取りできるように、またはタイルに斜めのエッジを作れるように、スラブに対して角度があってもよい。

もう１つの実施形態では、切断工具は、所望の輪郭を作るために使用できる湾曲刃である。

切断工具は、必ずしも刃に限定されることはなく、他の実施形態では、切断工具には、材料の薄層を除去するための研磨装置または往復切断工具などがある。

輪郭は、機能目的を果たす、または単に美的効果を出すものとすることができる。この点に関しては、新しく面白い形をした床および壁のタイルに対して、市場の需要が増加傾向にある。革新的な製品に対する需要に応えて、タイルに複雑な表面装飾を加えるために高解像度のデジタル印刷技術が使用されるようになってきており、本発明は、現在入手可能な主力の種類である正方形および／または長方形のタイルとは異なる美観に対する需要を満たすのに特に適している。

一実施形態では、スラブ材は、セメント質であり、構成材料は、大骨材を含んでおらず、このようにしないと、大骨材は、切断工具が材料を通過するために切断工具の通過を妨げ、かつ／または材料の分裂または波打ちを引き起こしてしまう。セメント材を型枠の中に打設した後、十分に養生した状態である半凝固状態になるまで養生し、切断工具でスラブをより小さい断片に分離する（またはスラブから材料を除去する）ことができ、切断工具の作業後に材料の状態が変形することはない。

もう１つの実施形態では、スラブは、押出成形した磁器である。磁器製スラブは、モノコトゥラ（ｍｏｎｏｃｏｔｔｕｒａ）（１回焼成した）タイルまたはビコトゥラ（ｂｉｃｏｔｔｕｒａ）（２回焼成した）タイルの作製を目的とするものとすることができる。この場合、２回焼成した（または予備焼きした）どのようなスラブ材も、スラブの含水量を減少させるために行う最初の焼成または焼き工程で、スラブ材が振動切断工具で切断できなくなる程度にまで硬化することはない。

本発明のさらに別の実施形態では、スラブは、前述したものと同様の物理的特徴を備えるケイ酸または石灰質の細骨材料に対する結合剤として作用する、ポリエステル樹脂またはポリマーを含む合成石である。直線刃などの超音波切断工具を用いた切断（通常はロボットアームまたはＣＮＣ機械で操作される）を行うのは、加圧および振動の後だが材料の加熱／養生の前である。この点に関して、材料は、１つ以上の振動切断工具を用いて切断され、要望通りのサイズおよび形状にされることができる。乾燥材料は、加圧状態にあるときがこの特定の材料の半凝固状態であり、材料の切断は、この状態で行う。

次に、材料は、炉に設置され、この炉内で樹脂結合剤が作用し、乾燥材料が結合する。焼成工程が完了すると、冷却された材料は、相当強い衝撃にも耐え得る極めて硬い材料である。

もう１つの実施形態では、型枠は、切断工具が型枠に与えることがある切断損傷を吸収するための材料の犠牲層を備える。材料の犠牲層（モールドライニング）は、材料を型枠の中に打設する（加圧する）前に施され、脱型する際に切断工程の後に取り外されることができる。モールドライニングは、型枠表面に生じる摩耗を低減し、日々の洗浄および／またはメンテナンス要件を低減し、それによって損失および／またはコストを低減し、かつ／またはスラブ製品の品質を向上させるものとなる。

もう１つの実施形態では、材料は、石膏を含む。この実施形態では、スラブは、ライナーボードをさらに含んでもよい。ライナーボードを半凝固状態の材料と共に切断し、現在の作製方法では今のところ入手できないライナーボードの形状および／またはサイズを生み出してもよい。

もう１つの態様では、本発明は、振動切断工具、および命令を格納するメモリに作動的に接続されたマイクロプロセッサを備える切断装置を提供する。切断工具の位置は、格納されている命令によって決定され、前記マイクロプロセッサは、格納されている命令を実行し、このようにして制御システムを、振動切断工具が半凝固状態にある材料のスラブを通過するように管理する。

もう１つの態様では、本発明は、本発明による切断装置を制御する命令を格納した、コンピュータ可読媒体を備える製造物を提供する。

もう１つの態様では、本発明は、本発明の方法によるスラブ製品を提供する。

「養生する（ｃｕｒｅ）」という用語は、「凝固する（ｓｅｔ）」という用語に代替可能であることがわかるであろう。また、「半凝固（ｓｅｍｉ−ｓｅｔ）」という用語は、「半可塑性（ｓｅｍｉ−ｐｌａｓｔｉｃ）」または「半硬化（ｓｅｍｉ−ｈａｒｄｅｎｅｄ）」と事実上ほぼ同じ意味であることもわかるであろう。

本発明による切断工程の実施形態を示す斜視図である。 脱型する際に、アレイを直線に切断して正方形または長方形のタイルからなるアレイにした材料スラブの斜視図である。この図では、説明のために型枠壁を省略している。 上面へのチッピング損傷を回避するため、または設計上の目的で、タイルの側壁を傾斜させてこの側壁で個々のタイルを支持するために実施された、角度をつけた切断部を示す材料スラブの斜視図である。 アレイを湾曲状に切断して円形タイルからなるアレイにした材料スラブの斜視図である。 図４のスラブの４Ｂ−４Ｂの平面に沿った断面図であり、円形タイルの側壁を傾斜させ、角度をつけた切断部の詳細を示す図である。 様々なスラブ製品のうちの１つの断面図であり、本発明の実施形態により振動切断工具を用いて形成できる可能性のある輪郭を示す。 様々なスラブ製品のうちの１つの断面図であり、本発明の実施形態により振動切断工具を用いて形成できる可能性のある輪郭を示す。 様々なスラブ製品のうちの１つの断面図であり、本発明の実施形態により振動切断工具を用いて形成できる可能性のある輪郭を示す。 様々なスラブ製品のうちの１つの断面図であり、本発明の実施形態により振動切断工具を用いて形成できる可能性のある輪郭を示す。 様々なスラブ製品のうちの１つの断面図であり、本発明の実施形態により振動切断工具を用いて形成できる可能性のある輪郭を示す。 様々なスラブ製品のうちの１つの断面図であり、本発明の実施形態により振動切断工具を用いて形成できる可能性のある輪郭を示す。

以下の考察はすべて、特定の実施形態を記載しているものの、性質上は例示であり、限定するものではないことに注意されたい。

本発明は、タイル（内装、外装、床および壁；従来のタイプおよび代替タイプのタイル）；壁（内装用と外装用の両方）のモザイク（床モザイクなど）用の舗装被覆材；キッチンベンチトップ；キッチンカウンタ、キッチンベンチ、キッチンアイランド；テーブルトップ；ｓｃｏｔｔ ｓｙｓｔｅｍｓなどのティルトアップパネル用の一体型キャスト製品；繊維を含む製品などの付属品を任意に備える、カーテンウォールおよび外装用被覆材、；絶縁タイル；スラブ市場向けのその他のスラブ製品；家具；屋根用タイルまたはスラブおよび／またはその他の適切な用途向けのタイルなど、より小さい製品に分離することができるスラブの製造に関する。

セメント材を含むスラブの作製方法の一例は、セメント、細骨材料、微細骨材料および水を混練するステップを含む。細骨材料および／または微細骨材料は、砂を含むケイ酸質材料とすることができる。さらに、セメント混練物は、砕骨材料および／または粉体を含むこともでき、この場合の砕骨材料は、砂であってもよい。

セメント混練物の含水量を低減するため、減水作用のある流動化剤を添加することができ、この流動化剤はポリカルボン酸エーテルポリマーとすることができる。減水作用のある流動化剤の量は、セメント混練物の約１から５重量％の間とすることができる。例えば、セメント混練物のセメント含有量が１００キログラムとすると、減水作用のある流動化剤の量は、約１キログラムから５キログラムの間とすることができる。減水作用のある流動化剤を使用した場合の水セメント比は、約０．２６とすることができる。

セメントと細骨材料と微細骨材料の比は、２：２：１とすることができる。例えば、セメント混練物は、セメントを１００キログラム、細骨材料を１００キログラムおよび微細骨材料を５０キログラム含むことができる。さらに、セメント混練物が砕骨材料または粉体のいずれかを含む実施形態では、セメントと細骨材料と微細骨材料と砕砂／または粉体の比は、１０：１０：５：２とすることができる。例えば、セメント混練物は、セメントを１００キログラム、細骨材料を１００キログラム、微細骨材料を５０キログラムおよび砕骨材または粉体を２０キログラム含むことができる。

当然ながら、最適な結果を生み出す任意の混練物の正確な材料比は、材料の質および適性、ポリカルボン酸系混和剤の質ならびに混練装置の効率に左右されるであろう。

さらに別の実施形態では、セメント混練物は、酢剤および／またはエタノール（緩衝液）を含むことができ、これは、セメント混練物の空気含有量を低減するために含まれる。セメント混練物に含有される空気は、気泡の形態とすることができ、酢剤および／またはエタノールがセメント混練物の気泡含有量を低減するようになっている。酢剤および／またはアルコールとセメントの比は、約０．０７５とすることができる。

材料は、湿潤状態のコンシステンシーになるまで混練される。混練時間は、約３から５分とすることができる。

セメント混練物を混練した後、材料を型枠に打ち込んでセメントスラブを作製する。型枠の形状およびサイズは、様々なものであってよく、アルミニウム、スチール、材木、プラスチックおよび／またはアクリルなどの様々な材料からできたものであってよい。１つの実施形態では、型枠は、ガラス製である。

切断機材が型枠の表面を損傷することがあるため、型枠と共に材料の犠牲層（またはモールドライナー）を使用して、型枠への損傷を防止するまたは少なくとも低減することができる。モールドライナーは、脱型工程の後に廃棄するまたは取り換えることができ、プラスチック、ワックスペーパーまたは切断工具を使用してスラブを切断する際に生じることがある型枠表面への損傷を防止するのに適した任意の材料で形成することができる。

切断工具による型枠への損傷を防止するほか、モールドライナーは、型枠内に打設される材料からも型枠表面を保護する。この点に関して、モールドライナーは、スラブ製品を脱型した後に型枠表面を洗浄する必要性をなくす。型枠表面を洗浄する必要性を省くことで、このようにしなければこの作業のために負担することになる時間およびコストがなくなる。また、型枠表面に対する損傷および任意の材料の配置をなくすことにより、型枠から製造されたスラブ製品の外観に一貫性が保たれる。

セメント混練物は、型枠内にあるとき、セルフレベリングすることができる。セルフレベリングは、セメント混練物から空気および気泡が抜けるため、継続して約２分から６分かかることがある。混練物から空気の約８０％から９５％が、手を加えないセルフレベリング工程の過程で抜けると予想される。

空気および気泡をさらに減らすには、セメント混練物の入った型枠を軽く振動させることによって達成できる。空気および気泡が実質的にセメント混練物の表面に出てこないようになるまで、セメント混練物を振動させることができる。この点に関して、軽い振動は、約３から１０秒間とすることができる。いずれにしても、混合物が振動を必要とする程度は、セメント材からスラブを作製する以前の方法と比較して大幅に低下する。振動が必要とされる程度が低下することで、作製工程における重大な変動要素が実質的に減少する。当然ながら、作製工程における任意の変動要素を減少させると、その工程からできる製品の品質および複製性を向上させる効果がある。

セメント混練物のレベリングおよび振動に続いて、実質的に半凝固（または実質的に半硬化）状態になるまでセメント混練物を凝固させる。半凝固状態になったとき、セメントスラブをタイルまたはその他の所望の製品に切断することができる。半凝固状態で、セメント材を、所定振動数で振動するナイフまたは鋭利な工具などの切断工具を用いて切断することができる。

所定振動数は、超音波振動数とすることができ、この振動数は、２０ｋＨｚから４０ｋＨｚの範囲とすることができる。超音波切断工具は、ハンドヘルドタイプであってもよいし、あるいはコンピュータ制御した自動切断機など、自動化した機械に組み入れられてもよい。

超音波振動数で振動している刃を使用することで、切断する際に刃にくっつくセメント材がごくわずかになるまたは実質的になくなるはずである。これによって、刃を洗浄する必要がなくなり、切断工程の過程でスラブから除去されるセメント材がわずかになるまたは実質的になくなるはずである。当然ながら、これは、切断工程の過程で滑らかに分離せずに、スラブ材が分裂したり波打ちができたり、あるいは変形したりすることがないように、補佐することにもなる。

図１に示すように、セメントスラブ（２）を、型枠（１）内に形成でき、切断デバイス（５）に適合する刃（４）などの切断工具を用いて切断することができる。切断デバイス（５）は、超音波切断デバイスとすることができる。

刃（４）は、セメントスラブ（２）を所望の形状に切断する。図１に示した例示的実施形態では、切断部（３）は、不規則な形状をしており、湾曲した形状である。スラブは、半凝固状態にある間に切断されるため、切断部（３）は、湾曲線および鋭利な角を含む多くの異なる形状であってもよい。これは、スラブから一部を取り除いてキッチンベンチトップとして使用し、この部分に続けてシンクまたはタップウェアを合わせるなど、湾曲形状が必要な場合に特に有用である。

図１は、下地７、モールドライニングを形成する材料層９および型枠保持壁１０を含む、型枠の様々な他の構成要素も示している。下地７は、打設材料に表面を向けていなければならず、「脱型直後の製品（ｏｆｆ−ｆｏｒｍ）」を作る型枠に使用するのに許容されるものである。図１の実施形態では、下地７は、打設材料に対して極めて一様な表面を向けているガラスシートである。

切断工具４から下地７を保護するため、下地７の表面にモールドライニング９を施す。図１の実施形態では、モールドライニング９を、工具を用いて下地７に施し、モールドライニング９と下地７との間のいかなる空気も実質的に除去されるようにする。

ライニング９を施した後、保持壁１０を形成する。図１の実施形態では、保持壁１０を、可鍛性かつ速乾性のアクリル材で形成する。凝結すると、壁１０は、比較的柔らかく可鍛性のある状態で残るため、容易に取り外すことができる。

超音波切断工具は、半凝固状態のセメント材を切断できる薄刃とすることができる。さらに、材料の切断は、１分当たり約４メートルから８メートルまたはこれ以上の割合で行うことができる。

セメント材を、実質的に半凝固状態に養生し、その後、セルフレベリングおよび／または振動を行う。この養生工程部分は、摂氏約２１度の室温で約３０分から１時間とすることができる。これよりも高い室温では、養生時間が加速することがある。セメントスラブの切断は、セメント材を型枠の中に打ち込んだ後であればいつ行ってもよいが、セメント材を平らにしなければならず、空気および／または気泡を排出および／または除去できるようにし、セメント材を、半凝固状態になるように十分に養生しなければならないことを理解することが重要である。

セメント材については、切断機をセメント材に当てることによって、また、材料を切断したときにこの材料が変形せず、かつ／または切断部の上もしくは周囲に一体となって融合しないことを確認することによって、切断に対する適性を評価することができる。

セメントスラブは半凝固状態のときに切断されるため、硬化状態の材料を切断するダイヤモンド鋸刃を使用する必要がある以前の切断方法と比較して、セメント材にかかる応力が実質的に低減されることがわかるであろう。セメント材にかかる応力が低減される結果、セメントスラブのチッピングおよび破損はなくなる、または少なくとも実質的に低減されるはずである。さらに、本発明の切断工程の過程で切断工具に接着するセメント材は、実質的にない。

セメントスラブは、様々なサイズおよび形状をしたタイルに切断されてもよい。形状には、湾曲形状および円形状などがあってよく、タイルは、鋭利な角を有するものに作製されてもよい。

図２には、保持壁または下地およびモールドライニングのないスラブを示している。しかしながら、図２は、２本の長手方向の直線切断部（１４および１６）および多数の横断方向の直線切断部（１８、２０、２２および２４）で切断された材料スラブ１２を示し、その結果、スラブ１２は、１５枚の別々の正方形または長方形のタイル製品に切断されている。

当然ながら、振動切断工具を使用して、打設したスラブの上面に対して実質的に垂直ではなく、角度をつけてスラブ材を切断してもよい。

図３には、保持壁、下地またはモールドライニングのないスラブ２６を、再度示している。しかしながら、図３は、長手方向の切断部（２８、３０）および４本の横断方向の切断部（３１、３２、３３および３４）を有するスラブ２６を示し、それぞれの識別された長手方向の切断部には、スラブ２６の表面に対して角度をつけて配置された振動ナイフの刃が２箇所通過している。例えば、長手方向の切断部２８は、実際に、振動ナイフの刃が別々の２箇所を通過しているため、逆「Ｖ」字型の切断部ができている。型枠から取り外された個々のスラブ製品は、個々のスラブ製品の表面に対して傾斜した壁を有することになる。図２のスラブ１２からできた個々のタイルと比較して、図３のスラブ２６からできた個々のタイルは、エッジが傾斜した壁を有することになり、この壁は、図２に示すスラブ１２からできたタイル製品と比較して、タイルの上面（打設されたスラブの底面）のチッピングに対してより高い耐性を有するようになる。

関連技術分野の当業者には、半凝固状態のスラブを振動切断工具を用いて切断することで、現在のスラブ製品の製造方法と比較して、著しく高い柔軟度が得られることが理解されるであろう。例えば、図４Ａには、様々な形状のスラブ製品を描いたスラブの図を示している。この点に関して、個々のスラブ製品は、円形、三角形および菱形などの様々な形状をしている。これらの製品はそれぞれ、壁が傾斜したスラブから切断されることができ、この特定の例では、本発明によって得られる柔軟度が明確に示されている。なぜなら、どのような時点であっても、特定の製造要件に応じて、単一のスラブから様々な異なる形状のスラブ製品を生み出すことができるからである。

さらに、図４Ａに示したスラブ３６には、現在の作製方法では製造が非常に困難な、または少なくとも、相当量の廃棄物を出すことなく製造することが困難な、形状および構造であるスラブ製品が含まれている。例えば、ダイヤモンド鋸刃を用いてスラブから菱形タイルを切断することは困難であるという点で、菱形タイルは、特に珍しいものである。この点に関して、ダイヤモンド切断刃を用いた切断工程の過程でタイルに与えられる物理的応力により、一般に、タイルの壁同士の交差が鋭角を規定する点で、菱形タイルの領域にチッピングの形態での損傷を生じることになるため、現在の作製方法で菱形タイルを作製することは非常に困難である。

このような理由から、湾曲形状および／または尖った部分のあるタイルを製造する手法は、高圧のウォータージェットを使用してスラブから特定の所望形状を切断するものである。しかしながら、この手法は、タイルのようなスラブ製品を作製するにあたり商業的に実行不可能にする多くの欠点を備えている。一般に、タイルを作製するこの手法は、特別な要求またはプレミアム価格が予想される１つのデザインのみに対して使用されているにすぎない。

図４Ａを見ればわかるように、本発明のこの実施形態による、スラブから特定形状のスラブ製品を切断することに対して可能な柔軟度は、振動切断工具の位置および通過を制御する能力によって制限されるだけである。一実施形態では、振動切断工具は、ロボットアームまたはＣＮＣ機械によって制御され、どのような特定の作製要求に対しても、スラブから切断されるスラブ製品の形状および／または構造を規定する適切な制御プログラムを選択することが必要なだけである。

制御システムは、切断工具がスラブを通過する経路を決定し、スラブの任意の領域に対して特別な切断工具の選択も制御できる。制御システムは、マイクロプロセッサ、およびロボットアームを制御する命令コードを格納するためのメモリデバイスを備える。命令コードは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ、またはハードディスクなどの情報キャリアに、確実に組み入れられることができる。このようなコンピュータプログラム製品は、データ処理装置に対し、本明細書に記載の１つ以上の動作を実行させることができる。メモリは、本明細書に記載の１つ以上の方法行為をプロセッサに実施させる１つ以上のプログラムを符号化することができる。さらに、本明細書に記載の主題を、様々な機械を使用して実施することができる。

上記の実装に対して選択した態様、特徴および構成要素は、メモリに格納されているものとして説明している。しかしながら、装置および／またはシステムのすべてまたは一部は、本方法を実装するための論理回路（コンピュータ実行可能命令など）を含め、多様な機械またはコンピュータ可読媒体上に格納され、これらに分配され、またはこれらから読み出されることができる。媒体には、ハードディスク、フラッシュメモリ、フロッピーディスク、または今後開発されるものなどのストレージデバイスなどがあってよい。論理回路は、一過性または一過性ではない信号に符号化されることもでき、この信号は、発信元から発信先へ伝播する際に論理回路を符号化する。

装置および／またはシステムを実装する論理回路は、ハードウェアおよびソフトウェアの任意の組み合わせを含むことができ、両者は、実装によって幅広く異なっていてもよい。例えば、プロセッサを、マイクロプロセッサ、またはマイクロコントローラ、ＤＳＰ、特定用途の集積回路（ＡＳＩＣ）、離散論理回路、またはその他のタイプの回路もしくは論理回路の組み合わせとして実装することができる。同じように、メモリは、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリまたはその他の任意のタイプのメモリとすることができる。装置および／またはシステムの機能性は、複数のコンピュータシステムに分配されてもよい。パラメータ、データベース、およびその他のデータ構造は、別々に格納され管理されることができ、単一のメモリまたはデータベースに組み込まれることができ、あるいは多くの異なる方法で論理的かつ物理的に整理されることができる。記載した論理回路のいずれも、単一プログラムの一部であるプログラムを用いて、別々のプログラムとして実装されるか、あるいはいくつかのメモリプロセッサに分配されることができる。論理回路は、ダイナミックリンクライブラリ（ＤＬＬ）、アプリケーションプログラミングインターフェース（ＡＰＩ）、またはその他のライブラリなど、ソフトウェアライブラリの中に整理されることができる。

図４Ａのスラブ３６で規定されるスラブ製品はそれぞれ、傾斜壁を有し、これは図４Ｂにも示しており、図４Ｂは、線４Ｂ−４Ｂで規定されスラブの上面に対して直角にスラブ３６を通って延びる平面を通る断面の平面図である。

図４Ｂでは、スラブ３６は、スラブ３６から切断された２つの円形タイル（３８、４０）を有する。円形タイル３８および４０を規定するためにスラブ３６に円形切断部を付与した上で、振動切断刃を、スラブ３６の上面に対して角度をつけて配置し、スラブ３６から傾斜壁を有する円形タイル３８および４０を切断した。それぞれの円形タイル３８および４０の傾斜壁を、図４Ｂに切断部４２、４４、４６および４８として示している。

柔軟度が高いスラブから異なる形状のタイル製品を切断することに加え、本発明により、図３、図４Ａおよび図４Ｂに示した傾斜壁のほか、様々な輪郭を有するスラブ製品を生成することも可能になる。この点に関して、図５Ａから図５Ｆには、様々なスラブ製品の輪郭を示している。

図５Ａには、図３に示すスラブから脱型したような傾斜壁を有するスラブ製品を示し、傾斜壁の角度は、水平面から約８０度である。前述したように、傾斜壁を有するタイルを生成することにより、壁と上面との交点（５０）でのタイルへのチッピング損傷に対する耐性が増したタイルになる。しかしながら、本発明は、所望の輪郭を有するタイルまたはスラブ製品の作製に対して極めて高い柔軟度を提供するものである。

例えば、図５Ｂは、一方の端部の壁が垂直面から約４５度傾斜しているスラブ製品を示す。この種の輪郭は、壁のコーナーをマイターカットしたエッジで被覆して、同様の輪郭をした２枚の壁タイルが壁のコーナーで共に隣接できるように使用する壁タイル向けに特に有用であり、これによって壁のコーナー付近に比較的連続して敷設したタイルの外観を形成する。

このほか、図５Ｂに示す輪郭は、階段の踏み板を製造する場合に有用となることがあり、この場合、マイターカットしたエッジは、階段の蹴上げ板を形成する同様の輪郭をした別のスラブ製品と隣接するように使用される。

この点に関して、本発明により図５Ｃに示す輪郭を生成することも可能であり、この輪郭も、階段の踏み板に使用することができ、この場合の輪郭は、一般に「Ｂｕｌｌ Ｎｏｓｅ（丸い角）」と呼ばれ、輪郭が丸く、万一使用者が転倒して階段の踏み板の丸くなった表面に衝撃を与えても、階段の使用者に対する安全上のリスクが軽減される。当然ながら、図５Ｃに示す輪郭を生み出す際には、丸いまたは湾曲した振動ナイフの刃の形態である振動切断デバイスを使用することが好ましい。さらに、図５Ｃに示すような輪郭を生み出す際には、振動切断工具をスラブ製品のエッジに沿って何度も往復させて所望の輪郭を生成し、切断工具を連続的に通過させることで除去されるスラブ材の量を比較的少なくする必要があることがある。

図５Ｄには、エッジを面取りしたタイルの輪郭を示している。さらに、図５Ｅは、エッジに段を付したタイルを示しており、これは、有用でありかつ／または所望の美的効果を生み出すことができる。図５Ｅに示す輪郭の場合、振動切断工具をスラブ製品のエッジに沿って何度も往復させる必要があることがあり、さらに、このようなエッジの輪郭を生み出す際には、切断工程の過程または切断工程後のいずれかでスラブ材を除去し、振動切断工具がスラブ材をさらに必要なだけ切断できるように十分な使用可能スペースを設けて、所望の輪郭を生み出す必要があることがある。

図５Ｆには、さらに別のスラブ製品の輪を示しており、この特定の事例では、振動切断工具は、筒状または略筒状デバイスの形態であって、鋭利なエッジがこの筒状または略筒状デバイスの周縁に沿って延びる形態を取ることができる。

図５Ａから図５Ｆに示した任意の輪郭またはすべての輪郭に対して、図示した輪郭が、スラブ製品のそれぞれのエッジでスラブ製品を切断することによって生み出されるように、幅がおおよそ所望のものである型枠を生み出すことが好ましいかもしれない。これは特に、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅおよび図５Ｆに示した輪郭の場合にあてはまり、この場合の輪郭は、打設されたスラブの底面として形成されるタイルの上面から延びていることが求められる。これらの場合、スラブを半凝固状態になるまで養生すると、振動切断工具を使用して可鍛性のアクリル材で形成された保持壁を取り外し、スラブ材のエッジを露出させ、振動切断工具が入れるようにして所望のエッジの輪郭を生み出すことができる。この特定の方法を達成する本発明の一実施形態では、型枠の保持壁および任意の余分な材料を切断し、切り取ってスラブ製品のエッジを形成するとき、スラブから不要な材料を分離する切断工程の過程または切断工程の後のいずれかで、除去したい材料を除去することができる。スラブ材の除去は、切断デバイスおよび切断工具を操縦するロボットアームを用いて達成してもよい。

しかしながら、本発明の他の実施形態では、スラブを打設し、最初の養生工程を開始すると、打設スラブの上面に手を加えて、この打設スラブの上面をスラブ製品の上面として許容できる見栄えにする。この点に関して、打設スラブの上面をこすったり磨いたりして、スラブ製品に適切な表面にすることができる。このような表面がスラブ製品の上面として許容されるものである場合は、図５Ｂから図５Ｆに示した輪郭を生み出すことは、製造が幾分容易である。

半凝固状態である間にセメントスラブを切断すると、ダイヤモンド工具などの高価な切断設備の使用を必要とせず、切断時間が削減される。また、切断に必要な水量は、実質的に低減されるか、あるいは全面的になくすことができる。これには、以前はコストのかかる処理および／または処分が必要であった廃水が、ほとんどまたはまったく産出されないという新たな利点がある。

実質的に半凝固状態である間にセメントスラブを切断すると、以前の切断方法と比較して消費エネルギーが大幅に減る。上記の利点の多くは、作製コストの削減にもつながる可能性がある。これは特に、モザイクタイル（すなわち比較的小寸法のタイル）の場合にあてはまることである。現在、ダイヤモンド鋸刃を使用してスラブからモザイクタイルを切断する際に生じる損失は、膨大である。そのため、モザイクタイルはプレミアム価格になる。なぜなら、現在許容されている方法を使用して作製過程で生じる損失の割合は、作製過程の損傷および鋸刃によって除去される材料が原因で、５０％から６０％にものぼることがあるからである。モザイクタイル作製に対する平均生産高が４０％から５０％であることに伴い、モザイクタイルには破格の高値が付けられているため、モザイクタイルは建物の建築にはほとんど使用されていない。

当然ながら、本発明のシステムおよび方法を使用してモザイクタイルを作製すると、ダイヤモンド鋸刃を用いてスラブからザイクタイルを切断するのと比較して、仮想的に損失のない（または少なくとも実質的に損失の少ない）より高い生産高になる。

セメントスラブを打設して、厚みが約３ｍｍから６ｍｍであるスラブ製品を作ってもよい。これには、新規かつ革新的な製品を生み出す可能性がある。

さらに、加工過程で製品に生じる応力が少なくなる結果、材料を実質的により強くすることができる。同じく、これによって、製品を設置する最中にコーナーが破損するなどの問題を少なくすることができる。

このほか、セメント材の作製に大骨材片を使用しないため、ひび割れ（ヘアラインクラックなど）の進行が遅いことに関連する設置後の問題が減る可能性がある。

細材料および／または微細材料は、石灰石、花崗岩または大理石を含んでいてもよい。セメント混練物には、これらの材料のいくつかもしくはすべての組み合わせまたはその他のケイ酸質材料を含めてもよい。

セメントスラブに対して、厚みの一貫性を評価および／または校正することもできる。所望の厚みよりも厚い（高い）セメントスラブの任意の領域を、除去することができる。除去は、切断工具として作用するチーズおろしタイプのデバイスで実行することができる。しかしながら、セメントスラブの厚みを評価および／もしくは校正するため、ならびに／またはより厚いスラブの領域から材料を除去するための任意の要件は、本発明によるスラブの作製方法により実質的に最小限に抑えられるか、あるいはなくなるはずであることがわかるであろう。

厚みを平坦にするために、厚みを評価および／もしくは校正し、ならびに／またはセメント材を除去することは、スラブをタイルの形に切断する前または後に行うことができる。しかしながら、セメント材の評価および／または除去は、セメントスラブが半硬化（半凝固）状態にある間に行い、これによって、製品が受ける応力は、硬化した製品と比較して少なくなる。

セメントスラブを切断した後、タイルを約２０から２４時間保管し、これによってタイルなどの製品をさらに硬化させる。タイルは硬化するため、型枠から取り外すことができる。

代替実施形態では、本発明を使用して、プラスターボードを作製することができる。この実施形態では、プラスターボードを型枠内で作製でき、この場合、プラスターボードのライナーボードの第１の面を型枠内に設置し、プラスター材（石膏など）を型枠の中で第１のライナーボードの上に打設し、その後、プラスターボードのライナーボードの第２の面をプラスター材の上に設置して、ライナーボードの間にプラスター材を挟む「サンドイッチ」を形成する。

次に、プラスター材が半凝固状態にある間に、所定振動数で振動する刃を用いてプラスターボードを切断する。この刃は、ライナーボードの第１の面および第２の面も切断する。

このように、形状が様々なプラスターボードを形成することも可能であり、プラスター材が完全に、または実質的に完全に凝固したときにプラスターボードを切断するのであれば、これらの形状を形成することは実質的にさらに困難になる

本発明は、様々な利点を具現化し、特に、既存の工程と比較して、効率的かつ低コストのスラブ製品の製造を可能にするものである。例えば、半凝固状態のスラブ材を切断することにより、ダイヤモンド刃を用いてスラブを切断する際の応力および衝撃に十分耐え得る程度までスラブを硬化させるようにする必要がなくなる。これには、打設から切断までのスラブの加工に介入する必要がなくなる上に、現在の製造工程で通常使用されている混練および校正／切断用の高価な設備を設ける必要性も省かれるという二重の利点がある。

さらに、切断工程の過程でスラブから除去される材料の量を低減する、または仮想的になくすことによって、製造工程で、余分な材料を捕捉して切断面から取り去るための水を使用する必要がなくなる。これによって、水濾過設備および通常このようなシステムに必要な継続的メンテナンスに対する必要性もなくなる。

大型の重量設備に対する必要性、または排水および処理システムに対する必要性が省かれることにより、特別目的で建設された施設でスラブ製品を製造する必要がなくなる。これとは対照的に、本発明によるスラブ製品の製造であれば、スラブ材の半凝固状態での切断を達成するために必要な設備を収容できるどのような施設でも実施することができる。この点に関して、このような設備を動作させるための電力消費は、現在必要なものよりも実質的に少ない。さらに、打設工程の後すぐに切断工程を実行できるようにすることで、養生のためにスラブを一時的に保管することで生じる集中的な手動操作がなくなり、切断してよい時間までスラブを保管する必要性もなくなる。

セメントスラブまたはプラスターボード以外の材料スラブを作製する際に上記の方法を適用できることが、当業者には理解されるであろう。

いくつかの例示的実施形態を説明したが、このような実施形態は、単なる説明にすぎず、本発明を制限するものではないこと、また、本発明は、ここで説明した特定の設計および構成に限定されないことは理解されるべきである。なぜなら、上記の段落に記載したものに加えて、その他の様々な変更、組み合わせ、省略、修正および入れ替えが可能だからである。当業者は、本発明の範囲および精神を逸脱しないかぎり、上記の実施形態の様々な適応例および修正例を構成できることがわかるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲において、本明細書に具体的に記載した内容以外の方法で本発明を実施できることは理解されるべきである。

Claims (23)

1. 材料スラブを切断する方法であって、前記材料が半凝固状態にあるときに、所定振動数で振動する切断工具を用いて前記スラブを切断することを含む、方法。
2. 前記スラブ材は、セメント質であり、構成材料は、セメント、および混ぜ合わせた混合物の粒子サイズが振動切断工具を用いて材料を切断できるほど十分に小さいその他の材料を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記セメント材は、型枠の中に打設され、その後、半凝固状態になるまで養生され、該状態は、前記切断工具の動作中か動作後のいずれかに前記材料が変形することなく、前記切断工具で前記スラブを分離することができるほど十分に養生された状態である、請求項２に記載の方法。
4. 前記スラブ材は、セメント質ではなく、混練後の構成材料は、比較的乾燥しており、前記混合物は、前記スラブを切断する前に前記材料を半凝固状態にするために型枠の中で加圧され加熱される、請求項１に記載の方法。
5. 前記スラブ材は、石膏であり、前記石膏のスラブ材は、セルロース材でライニングされ、両方ともが、前記石膏材が半凝固状態にある間に前記切断工具を用いて切断される、請求項１に記載の方法。
6. 前記振動切断工具の前記所定振動数は、超音波振動数である、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の方法。
7. 前記振動数は、前記スラブの前記構成材料に最適となるように選択されることができる、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法。
8. 前記切断工具は、刃である、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の方法。
9. 前記切断工具は、湾曲刃である、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の方法。
10. 前記切断工具は、マイクロプロセッサおよび命令を格納するためのメモリを備える制御システムの管理下で操縦され、その結果、前記切断工具の位置および動きは、前記マイクロプロセッサが実行する前記格納された命令によって決定される、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の方法。
11. 半凝固状態にある前記スラブ材は、実質的に水平に配置され、前記切断工具は、前記振動刃が前記スラブ材を通過して該スラブ材を所望の位置で切断するように、制御システムの管理下で操縦される直線刃である、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の方法。
12. 前記刃は、前記材料スラブの表面に対して垂直ではなく角度をつけて配置され、これによって前記スラブの部分を角度のある切断部で分離できるようにする、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 材料スラブを切断する際に、複数の切断工具が使用され、最も適切な切断工具は、前記材料スラブの特定の範囲に対する切断要件に応じて選択される、請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載の方法。
14. 前記材料スラブの切断は、前記材料スラブの任意の１つ以上の表面から薄い材料層を除去することを含む、請求項１〜１３のうちいずれか一項に記載の方法。
15. 前記スラブ材は、セメント質であり、前記型枠は、可鍛性材料を塗布した下地から形成され、これによって型枠壁を形成して打設されたスラブ材を前記型枠内に保持し、前記可鍛性材料は、前記スラブ材を半凝固状態で切断する過程で、前記振動切断工具によって切断されることができる、請求項１〜１４のうちいずれか一項に記載の方法。
16. 請求項１〜１５のうちいずれか一項に記載の方法による材料スラブから分離されたスラブ製品。
17. 振動切断工具、マイクロプロセッサおよび該マイクロプロセッサに作動的に接続され命令を格納するメモリを備え、前記切断工具の位置は、前記格納された命令によって決定され、前記マイクロプロセッサは、前記格納された命令を実行し、これによって前記制御システムを管理して前記振動切断工具を半凝固状態にある材料スラブに通過させる、切断装置。
18. 前記制御システムは、前記切断工具の振動数を選択する、請求項１７に記載の切断装置。
19. 前記制御システムは、前記切断工具を振動させる超音波振動数を選択する、請求項１８に記載の切断装置。
20. 前記制御システムは、前記材料スラブの切断に最適な振動数を選択するように動作可能である、請求項１８に記載の切断装置。
21. 前記制御システムは、直線刃および湾曲刃を含む複数の切断工具から選択されるように動作可能である、請求項１７〜２０のうちいずれか一項に記載の切断装置。
22. 前記切断工具は、前記スラブの表面に垂直ではなく角度をつけて材料スラブを切断するように動作可能である、請求項１７〜２１のうちいずれか一項に記載の切断装置。
23. コンピュータ可読媒体を備え、請求項１７〜２２のうちいずれか一項に記載の切断装置を制御する命令を前記媒体に格納させた、製造物。

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