JP3630650B2 - ペースト塗布機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上にペーストを塗布するペースト塗布機に係り、特に、ペースト収納筒内のペースト量に関わらず、常に所定量のペーストを塗布するためのペースト塗布機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のペースト塗布機の一例として、特開平６−２９６９１６号公報には、ペーストを充填したペースト収納筒（シリンジ）と、ペースト収納筒に正圧のエアを供給するエア供給源と、ペースト収納筒とエア供給源との間に配置された吐出用電磁弁と、ペースト収納筒内の圧力を測定する圧力センサと、圧力センサによる測定圧力が所定の設定圧力に達する時間に応じてペースト収納筒からのペースト吐出時間を制御する制御部を備えたペースト塗布機が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のペースト塗布機では、塗布開始時のペースト収納筒でのペースト残量に応じてペースト吐出時間を制御しているため、ペースト吐出状態におけるペーストの減少による圧力変化などは何ら考慮していない。このため、ペースト吐出量が多い場合には、ペースト吐出量の変化や圧力の変化に追従できず、塗布するペースト量にばらつきが発生して、高精度のペーストパターン塗布描画ができない場合が発生していた。
【０００４】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、ペースト収納筒でのペースト残留量や加圧する圧力の変動によってペースト吐出圧力の変動が発生しても、安定したペースト吐出量を確保できるようにしたペースト塗布機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的と達成するために、本発明は、ペースト収納筒内の圧力を検出する圧力センサと、サンプリング時間をカウントするタイマと、正圧源からペースト収納筒への圧縮気体の供給開始とともに該力センサの検出圧力を取り込み、この検出圧力が所定の設定圧力に達しているか否かを判断する圧力判定手段と、圧力センサの検出圧力がこの所定の設定圧力に達した後、タイマがカウントするサンプリング時間毎に、該圧力センサの検出圧力とサンプリング時間とからサンプリング時間でのノズルからのペーストの吐出量を算出し、順次累積する累積手段と、累積されたペーストの吐出量が予め設定した吐出量になったか否かを判定する吐出量判定手段とを設け、該圧力センサの検出圧力が該所定の設定圧力に達すると、基板へのペースト塗布を開始し、累積された該ペーストの吐出量が該予め設定した吐出量になると、ペースト塗布を終了する構成とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明によるペースト塗布機の一実施形態を示す斜視図であって、１００はペースト塗布機、１は架台、２はＸ軸テーブル、３はＸ軸サーボモータ、４はＹ軸テーブル、５はＹ軸サーボモータ、６は基板吸着台、７はプリント基板、８は支持フレーム、９はＺ軸テーブル、１０はＺ軸サーボモータ、１１は保持アーム、１２はペースト収納筒、１３はノズル、１４はθ軸サーボモータ、１５は制御装置、１６はデータ入力装置、１７はモニタ、１８は外部記憶装置である。
【０００７】
同図において、ペースト塗布機１００は、架台１上にＸ軸サーボモータ３を有するＸ軸テーブル２が設けられており、このＸ軸サーボモータ３により、Ｘ軸テーブル２上に載置されたＹ軸テーブル４をＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸テーブル４には、Ｙ軸サーボモータ５が設けられており、このＹ軸サーボモータ５により、Ｙ軸テーブル４上に設置されているθ軸サーボモータ１４を備えた基板吸着台６をＹ軸方向に移動させる。基板吸着台６は、その上にプリント基板７が吸引吸着されるようになっており、θ軸サーボモータ１４により、Ｘ，Ｙ軸に垂直なＺ軸を中心軸として所定の方向（θ軸方向）に回転できるようになっている。
【０００８】
また、架台１には、支持フレーム８が設けられており、この支持フレーム８には、Ｚ軸サーボモータ１０を有するＺ軸テーブル９が取り付けられている。このＺ軸テーブル９には、Ｚ軸サーボモータ１０によりＺ軸方向に移動可能に、保持アーム１１が設けられている。この保持アーム１１には、ペースト収納筒１２が保持されており、このペースト収納筒１２の下部にノズル１３が取り付けられている。
【０００９】
ペースト塗布機１００のサーボモータなどの各駆動装置は、制御装置１５にケーブル（配線）で接続されている。制御装置１５からは、データ入力装置１６やモニタ１７，外部記憶装置１８に信号線などが配線されている。
【００１０】
図２は図１における制御装置の構成とその制御系統の一具体例を示すブロック線図であって、３Ｅ，５Ｅ，１０Ｅ，１４Ｅはエンコーダ、１５ａはマイクロコンピュータ、１５ｂは外部インターフェース、１５ｃはモータコントローラ、１５ｃａはＸ軸ドライバ、１５ｃｂはＹ軸ドライバ、１５ｃｃはθ軸ドライバ、１５ｃｄはＺ軸ドライバ、１９はＤ／Ａ変換器、２０はＡ／Ｄ変換器、２１は正圧源、２２はレギュレータ、２３は電磁弁、２４は圧力センサ、２５は排気弁、２６は配管、２７はペーストであり、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００１１】
同図において、制御装置１５は、マイクロコンピュータ１５ａとモータコントローラ１５ｃと外部インターフェース１５ｂの３つの部分から構成されている。なお、モータコントローラ１５ｃには、Ｘ軸サーボモータ３のＸ軸ドライバ１５ｃａと、Ｙ軸サーボモータ５のＹ軸ドライバ１５ｃｂと、θ軸サーボモータ１４のθ軸ドライバ１５ｃｃと、Ｚ軸サーボモータ１０のＺ軸ドライバ１５ｃｄとを備えている。これらドライバ１５ｃａ〜１５ｃｄは夫々、駆動するサーボモータ３，５，１４，１０に取り付けられているエンコーダ３Ｅ，５Ｅ，１４Ｅ，１０Ｅの検出出力を取り込み、これをもとに図１に示す各テーブル２，４，６，９での位置制御を行なう。
【００１２】
また、外部インターフェース１５ｂには、図１に示したデータ入力装置１６やモニタ１７，外部記憶装置１８の他に、ペースト収納筒１２内に圧縮気体を供するための正圧源２１に接続されたレギュレータ２２や電磁弁２３を制御するためのＤ／Ａ変換器１９が接続され、また、ペースト収納筒１２内の圧力を検出するための圧力センサ２４に接続されたＡ／Ｄ変換器２０も接続されている。
【００１３】
空圧回路は、先に述べた正圧源２１で圧縮された気体（空気、または、窒素やアルゴンなどの不活性ガス）を調圧するレギュレータ２２と、ペースト収納筒１２に圧縮気体を送出し、または遮断するための電磁弁２３と、ペースト収納筒１２内の圧力を検出するための圧力センサ２４と、ペースト収納筒１２内の圧力を大気圧に急速に戻すための排気弁２５と、各部を接続する配管２６とから構成されている。ペースト収納筒１２には、ノズル１３が設けられており、このノズル１３の先端部に設けられたペースト吐出口（図示せず）からプリント基板７上にはんだペースト２７が塗布される。
【００１４】
また、マイクロコンピュータ１５ａには、図示していない主演算部と、ペーストの塗布などの各種処理を行なうソフト処理プログラムが格納されたＲＯＭと、主演算部での処理結果や、外部インターフェース１５ｂ及びモータコントローラ１５ｃからの入力データを格納するＲＡＭと、外部インターフェース１５ｂ及びモータコントローラ１５ｃとデータをやり取りする入出力部とを備えている。
【００１５】
データ入力装置１６は、ペースト塗布に関する設定値などのデータを入力するためのキーボードなどから構成されている。モニタ１７は、ペースト塗布機１００における設定値や運転状況などを表示するためのものである。また、外部記憶装置１８は、ペースト塗布機１００の電源立ち上げ時に、マイクロコンピュータ１５ａ内蔵のＲＡＭに格納する各種設定値を記憶しておくためのフロッピーディスク（登録商標）やハードディスク，光ディスク装置などからなる。
【００１６】
ここで、制御装置１５からの指令は、ドライバ１５ｃａ〜１５ｃｄを介して各サーボモータ３，５，１０，１４に伝達されてこれらを駆動し、これらサーボモータの回転量（駆動操作量）が夫々のエンコーダ３Ｅ，５Ｅ，１４Ｅ，１０Ｅで検出され、ドライバ１５ｃａ〜１５ｃｄにフィードバックされる。
【００１７】
また、制御装置１５からの指令は、Ｄ／Ａ変換器１９を介して電磁弁２３に伝達される。電磁弁２３では、入力されたこの指令の電気信号に応じて弁が開閉され、正圧源２１から供給された圧縮気体のペースト収納筒１２への供給・停止を行なう。なお、ペースト収納筒１２への圧縮気体の供給は、圧縮気体を内蔵している正圧源２１から放出された圧縮気体が、制御装置１５からの指令により、レギュレータ２２で所定の圧力に調整され、電磁弁２３，排気弁２５及び配管２６を介して行なわれる。電磁弁２３は、Ｄ／Ａ変換器１９の出力でリレーをＯＮ・ＯＦＦすることにより、開閉する。また、外部インターフェース１５ｂの出力で直接リレーをＯＮ・ＯＦＦさせることにより、開閉させてもよい。
【００１８】
ここで、ペースト塗布機の処理動作の概要を図１及び図２を用いて説明する。
【００１９】
基板吸着台６上にプリント基板７を載置した後、制御装置１５からの指令により、Ｘ軸サーボモータ３とＹ軸サーボモータ５とを任意量回転させる。それにより、ノズル１３の先端のペースト吐出口をプリント基板７の所望位置に対向させる。
【００２０】
次に、Ｚ軸テーブル９のＺ軸サーボモータ１０を駆動して、ペースト収納筒１２をプリント基板７の方に下降させる。ノズル１３のペースト吐出口とプリント基板７との間が所望の間隔になったところで、レギュレータ２２により、圧縮気体圧を設定する。レギュレータ２２が所定の圧力になると、電磁弁２３を開ける。これにより、圧縮気体がペースト収納筒１２に印加され、はんだペーストをノズル１３から吐出させて、プリント基板７上にはんだペースト２７を塗布する。
【００２１】
塗布後、電磁弁２３を閉じてペースト収納筒１２への圧縮気体の供給を止め、ハンダペーストの吐出を終了する。さらに、ペースト収納筒１２内部に残留した圧縮空気を排気弁２５及び電磁弁２３（ここで、電磁弁２３は大気開放のため三方電磁弁、または配管を分岐して２つの電磁弁を設けた構成としている）を介して大気へ開放する。ペースト塗布終了後、Ｚ軸サーボモータ１０を駆動してペースト収納筒１２を所定位置まで上昇させ、塗布動作が完了する。
【００２２】
次に、この実施形態のペースト塗布処理の処理手順を図３及び図４を用いて説明する。
【００２３】
図３はこの実施形態でのペースト塗布のための主制御装置１５による処理手順を示すフローチャートである。また、図４はこのペースト塗布処理におけるペースト収納筒１２内での吐出圧力（同図（ａ））、電磁弁２３の開閉（同図（ｃ））、ノズル１３に対するプリント基板７の相対移動（同図（ｄ））の時間的経緯と所望とするペースト吐出量（同図（ｂ））を夫々示している。
【００２４】
図２，図３及び図４において、まず、レギュレータ２２に対してはんだペースト２７の吐出圧力の設定を行なう（ステップ１）。これは、制御装置１５が、予め外部記憶装置１８に記憶されている電子部品の各パターンに必要なペースト塗布量に応じた圧力値（以下、設定圧力値Ｐという）から、該当するパターンの設定圧力値を選択し、レギュレータ２２に指令してレギュレータ２２にこの設定圧力値を設定する。これにより、正圧源２１からペースト収納筒１２に供給される圧縮気体の圧力を、この設定圧力値により、所定の圧力に設定する。
【００２５】
次に、図４（ｃ）に示すように、時刻Ｔ１に、電磁弁２３を開らき、圧力センサ２４を通してこの圧縮気体をペースト収納筒１２供給するとともに、その直後から制御装置１５に設けられている監視タイマによってカウントを開始する（ステップ２）。
【００２６】
また、これと同時に、圧力センサ２４によってペースト収納筒１２内の圧縮気体圧（以下、吐出圧力という）の検出を開始する。この検出結果は、Ａ／Ｄ変換器２０を介して制御装置１５にフィードバックされる（ステップ３）。
【００２７】
図４（ａ）に示すように、吐出圧力が時刻Ｔ１から上昇していき、制御装置１５のマイクロコンピュータ１５ａは、吐出圧力が設定圧力値Ｐに達したか否かを圧力判定手段により判定する（ステップ４）。設定圧力値Ｐに達していなければ、監視タイマのカウントを継続する（ステップ５）。
【００２８】
吐出圧力が設定圧力値Ｐに達すると、監視タイマのカウントを終了する（ステップ６）。ここで、図４（ａ）に示すように、吐出圧力が設定圧力値Ｐに達した時刻をＴ２とすると、監視タイマのカウント開始時刻Ｔ１と設定圧力値Ｐへの到達時刻Ｔ２との時間差Ｔ０は、設定圧力値Ｐに到達するまでに要した時間となる。これは、電磁弁２３を開いてからペースト収納筒１２内部の圧力がレギュレータ２２で設定した設定圧力値Ｐに到達するまでに要した時間となる。
【００２９】
次に、図４（ａ）に示すように、吐出圧力が設定圧力値Ｐに到達すると、再度圧力センサ２４によってペースト収納筒１２内の吐出圧力の検出を開始し、また、監視タイマのカウントを開始し、この監視タイマのカウントで微少時間（サンプリング時間）Δｔが経過する毎にペースト収納筒１２の吐出圧力Ｐｎ（但し、ｎ＝１，２，３，……であって、ｎ番目の微少時間Δｔに圧力センサ２４で検出されるペースト収納筒１２の吐出圧力）の検出を行ない、このサンプリング時間Δｔにおける吐出量（Δｔ・Ｐｎ）をマイクロコンピュータ１５ａで順次累積して内蔵のＲＯＭに格納する（ステップ７）。
【００３０】
このとき、同時に（時刻Ｔ２で）、ノズル１３を所定の位置からプリント基板７へ近接する方向に相対移動させ、しかる後、図４（ｄ）に示すように、プリント基板７の面に平行な方向にプリント基板７とノズル１３とを相対移動させて、ノズル１３をプリント基板７上の配線に沿うように移動させ、プリント基板７上の配線へのペースト塗布を開始する。
【００３１】
ここで、サンプリング時間Δｔが経過する毎にペースト収納筒１２の吐出圧力Ｐｎの検出を行なうのは、特に、ペースト吐出量が比較的多い場合、時々刻々変動するペースト残留量やペースト収納筒１２内の圧力に追従して精度良く吐出を行なうためである。
【００３２】
なお、ペースト吐出量は設定圧力とペースト吐出時間との積で求められる。しかし、この場合のペースト吐出量は、ペースト収納筒１２内の残留ペースト量が一定であり、かつ吐出圧力も一定という条件下で成り立つ。そこで、設定吐出量は理想的状態であると仮定し、図４（ｂ）に示すように、設定圧力Ｐで時刻Ｔ１から時刻Ｔ３まで吐出したときのペースト吐出量の累積Ｐ・（Ｔ３−Ｔ１）を所望のペースト吐出量とする。
【００３３】
ところが、実際には、ペーストを吐出するにつれてペースト収納筒１２内でのペースト残留量が変化していき、これに応じて吐出圧力も変化するため、単位時間当りのペースト吐出量も変化していく。つまり、ペーストの吐出を続けていくと、ペースト収納筒１２では、そのペースト残留量が減少していくから、吐出圧力も減少していき、単位時間当りのペースト吐出量が減少していく。このため、上記のように、ペースト吐出時間を（Ｔ３−Ｔ１）を決め、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までペースト塗布動作を行ない、時刻Ｔ３でこの動作を終了すると、所望の吐出量が得られないこともある。
【００３４】
これを防止するために、この実施形態では、所望とするペースト吐出量を設定するのであるが、上記のように、ペースト塗布動作中では、マイクロコンピュータ１５ａの累積手段が、微少（サンプリング）時間Δｔ毎に、圧力センサ２４で吐出圧力を測定してこのときのペースト吐出量を求め、これを順次累積加算して実際に吐出されるペースト量を求めるようにしたものである。
【００３５】
そこで、図４（ａ）に示すように、監視タイマを作動させてサンプリング時間Δｔが経過すると、圧力センサ２４で吐出圧力Ｐ１を測定してサンプリング時間Δｔでのペースト吐出量を（Δｔ・Ｐ１）として求め、マイクロコンピュータ１５ａの吐出量判定手段が、これを上記の所望とするペースト吐出量Ｐ・（Ｔ３−Ｔ１）と比較する（ステップ８）。ここで、
Δｔ・Ｐ１≦Ｐ・（Ｔ３−Ｔ１）
のときには、所望とするペースト吐出量Ｐ・（Ｔ３−Ｔ１）のペーストを塗布していないので、次のサンプリング時間Δｔを計測し（ステップ９）、これが経過したときの圧力センサ２４での測定吐出圧力Ｐ２とからこのサンプリング時間Δｔでのペースト吐出量（Δｔ・Ｐ２）として求め（ステップ７）、これと先に得られたペースト吐出量を（Δｔ・Ｐ１）との加算値（Δｔ・Ｐ１＋Δｔ・Ｐ２）と所望とするペースト吐出量Ｐ・（Ｔ３−Ｔ１）と比較する（ステップ８）。ここで、
Δｔ・Ｐ１＋Δｔ・Ｐ２≦Ｐ・（Ｔ３−Ｔ１）
のときには、上記のステップ８に進み、以下、同様の動作を繰り返して、ペースト吐出量の累計Σ（Δｔ・Ｐｎ）が所望とするペースト吐出量Ｐ・（Ｔ３−Ｔ１）に達し、
Σ（Δｔ・Ｐｎ）＞Ｐ・（Ｔ３−Ｔ１） ……（１）
となるまでステップ７〜９の動作を繰り返してペーストの塗布を行なう。
【００３６】
なお、このようにプリント基板７の配線へペーストを塗布する期間（図４（ｄ））、検出される吐出圧の変化に応じて、プリント基板７の面に平行な方向でのノズル１３とプリント基板７との相対速度を変化させ、プリント基板７の配線上でのペーストの塗布量が均一になるようにする。
【００３７】
図４に示す時刻Ｔ４で、ペースト吐出量の累計Σ（Δｔ・Ｐｎ）が所望とするペースト吐出量Ｐ・（Ｔ３−Ｔ１）に達し、上記式（１）を満足する状態となると（ステップ８）、電磁弁２３を閉じて圧縮気体のペースト収納筒１２への流入を停止させ（ステップ１０）、ペースト吐出及びプリント基板７への塗布を終了する。これにより、図４（ａ）に示すように、時刻Ｔ４から圧力センサ２４で検出される吐出圧力が低下し、時刻Ｔ５で０となる。
【００３８】
このようにして、微少（サンプリング）時間Δｔ毎に、そのときの吐出圧力とサンプリング時間Δｔの積から吐出量を算出しているため、ペースト収納筒１２内のペースト残留量や圧力変動の影響を受けることなく、設定した所望のペースト量を吐出することが可能となる。
【００３９】
なお、この場合、電磁弁２３を閉じる時間Ｔ４は、サンプリング時間Δｔにおける吐出量累計を継続した結果、得られた値である。所望のペースト吐出量を得るために、電磁弁２３は時間（Ｔ４−Ｔ１）だけ開いていたことになる。しかし、ペースト収納筒１２のペースト残留量が減少すると、この減少につれて時間Ｔ０が増加し、圧力の変動によっても、時刻Ｔ４に達するに要する時間が長くなる。その結果、時間（Ｔ４−Ｔ１）も増加して、所望のペースト吐出量が得られることになる。
【００４０】
また、この際、ペースト収納筒１２には、ペースト吐出のための残留気体が充填しているが、この残留気体は、電磁弁２３を閉じた後も、ペーストを吐出してペースト吐出量のばらつきの原因になるだけなく、糸引きなど塗布形状不良の一因であることが知られている。この実施形態では、この残留気体の悪影響を防止するため、電磁弁２３とペースト収納筒１２のと間に排気弁２５を設け、この排気弁２５を動作させることにより、ペースト収納筒１２の残留気体を大気中に高速に排気できるようにしている。なお、排気弁２５の代わりに、例えば、負圧源から負圧の気体をペースト収納筒１２に導入することにより、残留気体を高速に取り除くようにしてもよい。なお、負圧源を設けることにより、ペースト収納筒１２内を負圧にしてペーストをノズル１３からペースト収納筒１２内に回収することができ、ノズル１３からのペーストの不要な流出を防止できる効果もある。
【００４１】
以上の構成とすることにより、ペースト収納筒１２内のペーストの残留量や吐出圧力が変動しても、常に精度良く所望のペースト吐出量を得ることができる。
【００４２】
また、ペースト収納筒１２内の設定圧力Ｐの待機時間Ｔ０における圧力変化を把握して、はんだペーストがなくなったり、ノズルが詰まった時の圧力変化と通常の塗布における圧力変化を比較することにより、事前にペースト塗布時の不具合を確認することができる。
【００４３】
なお、上記の塗布手順では、図４での時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間Ｔ０でのペーストの吐出量については考慮していなかったが、この期間Ｔ０においても、吐出圧が生ずるものであるから、ノズル１３からペーストが吐出される。そこで、この期間Ｔ０のペーストの吐出を考慮する場合には、上記と同様にして、サンプリング時間Δｔ毎にペーストの吐出圧を検出して吐出量を求め、これも累積するようにすればよい。
【００４４】
また、上記の実施形態では、基板として、プリント基板を例に説明したが、本発明はかかる基板のみに限定されるものではなく、例えば、液晶パネルのガラス基板に所定のパターンに沿ってペースト（シール剤）を塗布する場合でも、同様に適用できることはいうまでもない。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ペースト収納筒内部のペースト残留量や吐出圧力が変動しても、常に精度良く所望のペースト吐出量を得ることができ、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるペースト塗布機の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１における制御装置とその制御系統との一具体例を示すブロック図である。
【図３】図１に示した実施形態のペースト塗布の処理手順の一具体例を示すフローチャートである。
【図４】図３に示す処理手順の実行に伴うペースト収納筒内のペースト吐出圧力や電磁弁の開閉動作などを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
２ Ｘ軸テーブル
３ Ｘ軸サーボモータ
４ Ｙ軸テーブル
５ Ｙ軸サーボモータ
６ 基板吸着台
７ プリント基板
９ Ｚ軸テーブル
１０ Ｚ軸サーボモータ
１２ ペースト収納筒
１３ ノズル
１４ θ軸サーボモータ
１５ 制御装置
２１ 正圧源
２２ レギュレータ
２３ 電磁弁
２４ 圧力検出センサ
２５ 排気弁
２６ 配管
２７ ペースト

Claims (1)

1. ペーストを吐出するノズルを先端に設けたペースト収納筒と、該ノズルに対向して基板を載置するテーブルと、該ペースト収納筒内に圧縮気体を供給し、該ノズルからペーストを吐出させる正圧源とを備えたペースト塗布機において、
   該ペースト収納筒内の圧力を検出する圧力センサと、
   サンプリング時間をカウントするタイマと、
   該正圧源から該ペースト収納筒への圧縮気体の供給開始とともに該圧力センサの検出圧力を取り込み、該検出圧力が所定の設定圧力に達しているか否かを判断する圧力判定手段と、
   該圧力センサの検出圧力が該所定の設定圧力に達すると、該タイマがカウントする該サンプリング時間毎に、該圧力センサの検出圧力と該サンプリング時間とから該サンプリング時間での該ノズルからのペーストの吐出量を算出し、順次累積する累積手段と、
   累積された該ペーストの吐出量が予め設定した吐出量になったか否かを判定する吐出量判定手段と
   を設け、
   該圧力センサの検出圧力が該所定の設定圧力に達すると、該基板へのペースト塗布を開始し、累積された該ペーストの吐出量が該予め設定した吐出量になると、該ペースト塗布を終了することを特徴とするペースト塗布機。

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