JP5235987B2 - 移動中の帯状ガラスに切断線を設ける装置、システム及び方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２００７年４月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／９２６，９６４号による優先権を主張する。

本発明は、一般的に、移動中の帯状ガラスに切断線を設けて切断する方法及び装置に関する。

移動中の帯状ガラスに水平方向の切断線を形成するために、移動アンビル装置（ＴＡＭ：traveling anvil machine）が用いられる。ＴＡＭは、帯状ガラスと同じ方向に、帯状ガラスの速度と一致する速度で移動する。帯状ガラスと同じ方向に移動しつつ、ＴＡＭに取り付けられた直線スライド部材が、ＴＡＭの方向と垂直、従って帯状ガラスの移動方向と垂直な方向に横断する。ＴＡＭが帯状ガラスと共に移動する際、直線スライド部材に取り付けられたスコアリングホイールが帯状ガラスと接触して、その表面に線を刻み（スコアリング）、帯状ガラスを横断する水平方向の切断線を生じる。切断線により、従来の曲げ技術を用いて帯状ガラスからガラス片を切断するのが容易になる。移動中の帯状ガラスの表面が支持されないフュージョン・ドロー法の場合には、帯状ガラスに切断線を設ける間、スコアリングホイールの作用に対する反力を与えることが必要である。一般的に、帯状ガラスの裏側に、水平方向のノーズ部材がスコアリングホイールと対向するように当てられ、必要な反力が与えられる。水平方向のノーズ部材は、一般的に、帯状ガラス上におけるノーズ部材の位置が切断線の位置と同期可能なように、ＴＡＭに接続されなければならない。

ＴＡＭを用いて切断線を設けるのは複雑なプロセスであり、帯状ガラスの表面と強く接触する必要があることが理解されよう。移動中の帯状ガラスのための、さほど複雑でなく効果的なスコアリングシステムが有益であり得る。

本発明は、帯状ガラスに切断線を設ける方法、経路の縦軸に沿って移動中の帯状ガラスに切断線を設ける装置、及び移動中の帯状ガラスに切断線を設けるシステムの提供を課題とする。

一つの態様において、本発明は、経路の縦軸に沿って移動中の帯状ガラスに切断線を設ける装置に関する。この装置は、経路を横断するよう、該経路の横軸に対して或る角度で取り付けられるよう構成された直線スライド部材と、直線スライド部材に沿って移動するよう該直線スライド部材に接続された移動キャリッジと、移動キャリッジに接続され、帯状ガラスの表面で吸収可能な波長の光線を発するよう動作可能な発光装置とを備える。一例では、発光装置はレーザ光線を発する。この装置は、直線スライド部材に沿って移動キャリッジを移動させるための、直線スライド部材に接続された直線運動駆動部を更に含んでもよい。この装置は、冷却剤供給源等の流体供給源と連通する導入端を有するノズルであって、発光装置と並行して移動するよう構成されたノズルを更に含んでもよい。この装置は、帯状ガラスに割れ目を発生させるための機械的スコアリング装置を更に含んでもよい。機械的スコアリング装置は直線スライド部材に接続され発光装置と並行して移動するよう構成されてもよく、機械的スコアリング装置は発光装置の前を進み、ノズルは発光装置の後を追う。

別の態様において、本発明は、移動中の帯状ガラスに切断線を設けるシステムに関する。このシステムは、帯状ガラスが移動する方向の縦軸を有する経路を画成する一対の平行に配置されたガイド部材と、ガイド部材を横断するよう取り付けられ、経路の横軸に対して或る角度で傾斜した直線スライド部材と、直線スライド部材の長さに沿って移動するよう該直線スライド部材に接続された移動キャリッジと、移動キャリッジに接続され、帯状ガラスの表面で吸収可能な波長の光線を発するよう動作可能な発光装置とを備える。一例では、光線が経路の横軸に対して平行な線に沿って帯状ガラスを加熱するように、帯状ガラスの速度、傾斜の角度及び移動キャリッジの速度が選択される。このシステムは、経路の横軸に対して平行な線に沿って帯状ガラスに割れ目を発生させるための装置を更に含んでもよい。一例では、発光装置はレーザ光線を発する。このシステムは、移動中の帯状ガラスの速度及び／又は直線スライド部材の傾斜角度に応答して、移動キャリッジの速度を調節するための制御システムを更に含んでもよい。一例では、直線スライド部材は、経路の横軸に対する直線スライド部材の傾斜角度が調節可能なように、経路を横断するよう取り付けられる。このシステムは、直線スライド部材に沿って移動キャリッジを移動させるための直線駆動部を更に含んでもよい。このシステムは、冷却剤供給源等の液体供給源と連通する導入端を有するノズルであって、発光装置と並行して移動するよう構成されたノズルを更に含んでもよい。このシステムは、帯状ガラスの両側縁部を受容して経路を通る帯状ガラスを延伸するための、ガイド部材に沿って配置されたローラ又はエッジガイドを更に含んでもよい。経路は１つ以上の温度制御ゾーンを含んでもよい。

更に別の態様において、本発明は、帯状ガラスに切断線を設ける方法に関する。この方法は、経路の縦軸に沿って帯状ガラスを搬送する工程と、移動キャリッジを、経路を横断するよう取り付けられ該経路の横軸に対して或る角度で傾斜した直線スライド部材に沿って移動させる工程と、移動キャリッジに接続された発光装置を、帯状ガラスを加熱することによって帯状ガラスを横断する切断線を生成する光線を発するように動作させる工程とを備える。一例では、移動キャリッジを移動させる工程が、光線が経路の横軸に対して平行な線に沿って帯状ガラスを加熱するように、移動中の帯状ガラスの速度、移動キャリッジの速度、及び直線スライド部材の傾斜角度を選択する工程を含む。この方法は、帯状ガラスの光線を吸収する領域に冷却剤を施して、該領域に熱衝撃を生じさせることにより、該領域内に切断線を生成する工程を更に含んでもよい。一例では、発光装置はレーザ光線を発する。

本発明の他の特徴及び長所は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲から明らかである。

移動中の帯状ガラスの幅を横断する切断線を形成するスコアリングシステムを示す図。 図１Ａのスコアリングシステムの側面図。 図１Ａのスコアリングシステムの速度の図。 図１Ａのスコアリングシステムの端面図。 帯状ガラスの横断方向に並行して移動する冷却剤、光線及びスコアリングホイールを示す図。 フュージョン・ドロー法に組み込まれた図１Ａのスコアリングシステムを示す図。

以下で説明する添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示すものであり、本発明の範囲を限定するものとは見なされない。本発明は、同等の効果を有する他の実施形態も認め得るものである。図面は必ずしも縮尺通りではなく、明瞭及び簡潔のために、特定の特徴及び特定の図面は、縮尺が誇張されて又は模式的に示される場合がある。

以下、添付の図面に示される幾つかの好ましい実施形態を参照し、本発明を詳細に説明する。好ましい実施形態の説明においては、本発明の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が記載される。しかし、これらの具体的な詳細の一部又は全てを用いずとも、本発明が実施され得ることが、当業者には自明である。他の例では、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知の特徴及び／又は処理工程は詳細に説明しない。また、共通又は類似の要素を示すために、類似又は同一の参照番号が用いられる。

図１Ａは、移動中の帯状ガラス１０２に切断線を設けるためのスコアリングシステム１００を示す。帯状ガラス１０２は任意の所望の断面形状を有してよいが、通常は平面状又はシート状である。図１Ａに示されている例では、帯状ガラス１０２は、一対の平行に配置された細長いガイド部材１０６、１０８によって画成される経路１０４の縦軸（Ｌ）に沿って移動する。経路１０４の向きは垂直であってもよく、又は、例えば水平方向や傾斜方向等の他の向きであってもよい。図１Ａに示されている例では、各ガイド部材１０６、１０８に沿って、対になったローラ１１０が配置されている。帯状ガラス１０２が一般的には制御された速度で経路１０４を通って進む間に、対になったローラ１１０が帯状ガラス１０２の両側縁部１０２ａを把持する。対になったローラ１１０のローラ間隔は一定であってもよく、又は、経路１０４の長さに沿って徐々に減少してもよい。対になったローラ１１０は、引っ張られていない状態の帯状ガラス１０２が経路１０４を通って進む速度よりも速い速度で帯状ガラス１０２を引っ張ることにより、帯状ガラス１０２を特定の厚さに延伸する。対になったローラのほかに、他の適切なエッジガイドを用いて、経路１０４を通る帯状ガラス１０２を延伸してもよい。図１Ｂに示されるように、経路１０４内に１つ以上の温度制御ゾーンを画成する加熱要素１１２が、経路１０４に沿って配置されてもよい。例えば、溶融した形態の帯状ガラス１０２が経路１０４に入る場所では、温度制御ゾーンは、帯状ガラス１０２が経路１０４の縦軸に沿って進む際に、帯状ガラス１０２が制御された方法で徐々に冷却されるようになっていてもよい。

図１Ａに戻ると、スコアリングシステム１００は、経路１０４を横断するよう取り付けられた直線スライド部材（又は直線ガイドレール）１１４を有する。直線スライド部材１１４は、任意の適切な方法を用いて、経路１０４を横断するよう取り付けられてよい。例えば、直線スライド部材１１４は、ねじ、クランプ装置、又は他の適切な固定具を用いて、ガイド部材１０６、１０８に略平行な支持構造（図示せず）に取り付けられてもよい。直線スライド部材１１４は、経路１０４又は帯状ガラス１０２の横軸（Ｔ）に対して角度（α）だけ傾斜している。経路１０４の横軸（Ｔ）は、経路１０４の縦軸（Ｌ）に対して垂直、即ち、帯状ガラス１０２が経路１０４内を移動する方向に対して垂直な軸である。直線スライド部材１１４には移動キャリッジ１１６取り付けられており、移動キャリッジ１１６は直線スライド部材１１４に沿って移動するよう構成されている。直線スライド部材１１４は、リードスクリュー式ドライブやベルト式ドライブ等の直線運動駆動部１１８を有してもよく、これは、自動的に且つ制御可能な方法で移動キャリッジ１１６を直線スライド部材１１４に沿って駆動させるために用いられ得る。一例では、直線運動駆動部１１８は、直線スライド部材１１４に沿った移動キャリッジ１１６の二方向の移動を可能にする。直線スライド部材１１４の傾斜角度は、以下の関係を満たすものである。

式中、αは経路１０４の横軸（Ｔ）に対する直線スライド部材の傾斜角度であり、Ｖ_ガラスは経路１０４を通って移動する帯状ガラス１０２の速度であり、Ｖ_{キャリッジ}は直線スライド部材１１４に沿った移動キャリッジ１１６の速度である。図１Ｃは、式（１）の関係をグラフィカルに示すものであり、Ｖｒは帯状ガラス１０２に対する移動キャリッジ１１６の相対速度である。

図１Ａに戻ると、スコアリングシステム１００は、移動キャリッジ１１６に接続された発光装置１２０を有する。一例では、発光装置１２０からの光線は、帯状ガラス１０２を歪ませることなく帯状ガラス１０２を加熱できる。発光装置１２０は、光源等の能動的要素、及び／又は、レンズやミラー等の受動的要素を有する。発光装置１２０が受動的要素のみを有する場合には、能動的要素は移動キャリッジ１１６から離れた位置に別個に配置可能であり、受動的要素が能動的要素からの光を受光して、帯状ガラス１２０に送るための適切なサイズ及びエネルギープロファイルを有する光線を整形できる。一例では、発光装置１２０はレーザ光線を発する。レーザ光線は、二酸化炭素レーザやＮｄ：ＹＡＧレーザを含むがこれらに限定されないレーザによって発生されてもよい。図１Ｄにより明瞭に示されるように、発光装置１２０は、その出射端１２０ａが帯状ガラス１０２と対向するように移動キャリッジ１１６に接続されている。発光装置１２０はレーザ光線であり得る光線１２１を発し、移動キャリッジ１１６が直線スライド部材１１４に沿って移動する際に、光線１２１は帯状ガラス１０２を局所的に加熱する。図１Ａに戻ると、式（１）に記載された関係が満たされる場合には、発光装置１２０からの光線は、経路１０４の横軸に対して平行な線に沿って帯状ガラス１０２を加熱し、１２５で示されるような、帯状ガラス１０２を横断する水平方向の切断線を生じる。尚、要素１２５は、発光装置１２０が帯状ガラス１０２の全幅を横断した後の切断線を示す。水平方向の切断線の向きは、経路１０４の横軸に平行である。発光装置１２０が発する光線の波長は、帯状ガラス１０２の表面で光線を吸収できるように選択される。光線は、楕円形や円形等の任意の所望の形状を有してよい。光線のサイズは、帯状ガラス１０２の加熱が所望の切断線の近傍に制限されるサイズであるのが好ましい。

図１Ｄは、スコアリングシステム１００が、流体供給源（図示せず）と連通した導入端１２３を有するノズル１２２を有してもよいことを示すものである。ノズル１２２は、切断線が形成される際に、帯状ガラス１０２の加熱された領域に冷却剤１２７を施すために用いられ得る。ノズル１２２は、発光装置１２０と並行して移動可能なように移動キャリッジ１１６に接続されてもよい。一例では、光を吸収した（加熱された）表面が冷却剤１２７によって冷却されることにより熱衝撃が生じる前に、帯状ガラス１０２に割れ目が生成される。

図１Ａに戻ると、スコアリングシステム１００は、一般的に発光装置１２０の動作前に帯状ガラス１０２に割れ目を発生させるための、例えばスコアリングホイール１３１等の機械的スコアリング装置を含み得る。一例では、スコアリングホイール１３１は直線スライド部材１２９上の移動キャリッジ１２８に取り付けられており、直線スライド部材１２９は、発光装置１２０を担持する直線スライド部材１１４に対して平行に取り付けられている。或いは、スコアリングホイール１３１は直線スライド部材１１４に取り付けられてもよい。この別の例では、スコアリングホイール１３１、発光装置１２０及びノズル１２２は、これらが並行して移動するように移動キャリッジ１１６に接続されてもよい。この構成では、図１Ｅに示されるように、冷却剤１２７は光線（又はレーザ光線）１２１の後を追い、一方、スコアリングホイール１３１は光線（又はレーザ光線）１２１の前を進む。スコアリングホイール１３１は最初の割れ目を生成するためにのみ依存されるものであるので、移動キャリッジ１１６が帯状ガラス１０２の幅を横断する際に、スコアリングホイール１３１に対する反力を与える必要はない。帯状ガラスにおける割れ目の開始点では、例えば、ノーズ部材又はローラを用いて、スコアリングホイール１３１に対する裏側からの支持が設けられてもよい。一般的に、帯状ガラス１０２において割れ目が開始する点は非常に小さく、帯状ガラス１０２の品質領域の外にある。一般的に、開始切断線の長さが長くなるのを回避するために、スコアリングホイール１３１を用いて割れ目を発生させるための時間は速く、例えば何分の１秒かである。最初の割れ目を発生させた後、スコアリングホイール１３１は引っ込められてもよい。

図１Ａ〜図１Ｅを参照すると、帯状ガラス１０２に切断線を設けることが所望されるとき、移動キャリッジ１１６は帯状ガラス１０２の一方の縁部に配置される。次に、移動キャリッジ１１６が、上述の式（１）の関係が満たされる速度で、直線スライド部材１１４に沿って移動するよう作動される。移動キャリッジ１１６が直線スライド部材１１４に沿って移動する間、発光装置１２０は帯状ガラス１０２を加熱するレーザ光線を発し、それに冷却ノズルが続き、それによって帯状ガラス１０２を横断する水平方向の切断線が生成される。帯状ガラス１０２の開始側の縁部に、水平方向の切断線の開始点となる最初の割れ目が生成されてもよく、この割れ目を、レーザ光線及び冷却ノズルが、帯状ガラス１０２を横断するように広げる。加熱された領域に冷却剤が施されると、熱衝撃によって帯状ガラス１０２に割れ目が生じる。移動キャリッジ１１６の移動を制御する制御システム１２６は、入力として帯状ガラス１０２の速度を受け取り、切断線を設ける際に式（１）の関係が満たされるように、必要に応じて移動キャリッジ１１６の速度を調節できる。制御システム１２６は、プロセッサ、入出力装置、及び帯状ガラス１０２の速度及び／又は直線スライド部材１１４の傾斜角度に応答して移動キャリッジ１１６の速度を制御するためのロジックを有し得る。帯状ガラス１０２の速度は、ローラ１１０の速度から得ることができる。或いは、センサ装置（図示せず）を用いて、帯状ガラス１０２の速度をモニタリングしてもよい。

一例では、上述のスコアリングシステム１００はフュージョン・ドロー法で用いられる。図２に示されるように、溶融ガラス２００が溶融管２０４の経路２０１に流れ込み、制御された方法で経路から溢れ出て溶融管２０４の両側面を流れ落ち、シート状の流れ２０６を形成する。シート状の流れ２０６の外面はいかなる固体材料とも接触しないので、清浄なファイヤーポリッシュされた品質を有する。シート状の流れ２０６は、経路１０４に受容される帯状ガラス１０２を形成する。経路１０４は、上述のように、帯状ガラス１０２を徐々に冷却するための１つ以上の制御された加熱ゾーンを有する。対になったローラ１１０は、帯状ガラス１０２の品質領域に接触することなく、帯状ガラス１０２の厚さ及び平坦性を制御する。経路１０４の端部において、上述のように、帯状ガラス１０２に切断線を設けることができる。次に、従来の曲げ技術を用いて、帯状ガラス１０２を切断線に沿って切断し、容易に扱うことができるガラス片を生成できる。例えば、吸着カップを有するロボットが、切断線の下で帯状ガラス１０２を把持し、帯状ガラス１０２が切断線で分断されるように、帯状ガラス１０２を曲げることができる。帯状ガラスから切断されたガラス片に仕上げ処理を施し、使用のために梱包することができる。上述のように水平方向の切断線が設けられた後、移動キャリッジ１１６は、別の水平方向の切断線を設けるのに備えて、開始位置に戻る。移動キャリッジ１１６の作動のタイミングは、帯状ガラス１０２に等間隔で切断線が設けられるタイミングとすることができる。

図１Ａに戻ると、スコアリングシステム１００において、帯状ガラス１０２の速度は、式（１）に記載された関係が満たされる限りにおいて、移動キャリッジ１１６の速度とは独立して選択可能である。選択された帯状ガラス１０２の速度に対する移動キャリッジ１１６の速度は、経路１０４又は帯状ガラス１０２の横軸に関する直線スライド部材１１４の傾斜角度に基づいて決定できる。直線スライド部材１１４を、経路１０４又は帯状ガラス１０２の横軸に関する直線スライド部材１１４の傾斜角度が調節可能なように、経路１０４に対して支持することも可能である。例えば、直線スライド部材１１４は、一端を、ピボット接続を介してガイド部材１０６に略平行な支持構造（図示せず）に接続され、他端を、スライド可能な接続を介してガイド部材１０８に略平行な支持構造（図示せず）に接続されてもよく、このスライド可能な接続は、直線スライド部材１１４の傾斜角度を変えるように作動できる。移動キャリッジ１１６の速度及び直線スライド部材１１４の傾斜角度は、切断線が生成される際に、（１）に記載された関係が満たされるように制御できる。このスコアリングシステム１００では、移動キャリッジ１１６が帯状ガラス１０２と共に同じ速度で移動する（これにはもう一つの変位軸が必要であり、サイクルの完了により長い時間がかかる）必要がないので、比較的速いサイクル時間を可能にできる。また、スコアリングシステム１００では、切断線を設ける際に、帯状ガラス１０２の品質領域との強い接触が回避されるので、帯状ガラス１０２の品質領域における表面の損傷が防止される。

本発明を、限られた数の実施形態に関して説明した。しかし、本開示の利益を得た当業者にはわかるように、本願明細書に開示された本発明の範囲から逸脱しない他の実施形態も考案可能である。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。

１００ スコアリングシステム
１０２ 帯状ガラス
１０２ａ 側縁部
１０４ 経路
１０６、１０８ ガイド部材
１１０ ローラ
１１４ 直線スライド部材
１１６ 移動キャリッジ
１２０ 発光装置
１２１ 光線
１２２ ノズル
１２５ 切断線
１２７ 冷却剤
１２９ 直線スライド部材
１２８ 移動キャリッジ
１３１ スコアリングホイール

Claims (8)

1. 帯状ガラスに切断線を設ける方法であって、
   経路の縦軸に沿って前記帯状ガラスを搬送する工程と、
   前記経路を横断して延び、該経路の横軸に対して或る角度傾斜されるよう、該経路に第１の直線スライド部材を配置する工程と、
   発光装置が接続された移動キャリッジを前記第１の直線スライド部材に取り付ける工程と、
   前記第１の直線スライド部材に平行に、かつ前記経路の一縁部に沿って前記第１の直線スライド部材と間隔を空けるよう、前記経路に第２の直線スライド部材を配置する工程と、
   前記第２の直線スライド部材に切断具を取り付ける工程と、
   前記帯状ガラスの或る領域が前記第２の直線スライド部材に近づいた際に、前記切断具を用いて該領域に最初の割れ目を形成する工程と、
   前記最初の割れ目が形成された領域が前記第１の直線スライド部材に近づいた際に、前記移動キャリッジに接続された発光装置を、前記帯状ガラスの表面で吸収される波長の光線を発するように動作させる工程と、
   前記発光装置を動作させつつ、前記移動キャリッジを前記第１の直線スライド部材に沿って移動させる工程と、
   前記帯状ガラスの前記光線を吸収する領域に冷却剤を施して、前記最初の割れ目を広げ、前記領域に切断線を形成する工程と、
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記移動キャリッジを移動させる前記工程が、前記光線が前記経路の前記横軸に対して平行な線に沿って前記帯状ガラスを加熱するように、移動中の前記帯状ガラスの速度、前記移動キャリッジの速度、及び前記直線スライド部材の傾斜角度を選択する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記発光装置がレーザ光線を発することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 経路の縦軸に沿って移動中の帯状ガラスに切断線を設ける装置であって、
   前記経路を横断して延び、該経路の横軸に対して或る角度傾斜されるよう、前記経路に配置された第１の直線スライド部材と、
   前記第１の直線スライド部材に沿って移動するよう該第１の直線スライド部材に接続された移動キャリッジと、
   前記移動キャリッジに接続され、前記帯状ガラスの表面で吸収可能な波長の光線を発するよう動作可能な発光装置と、
   前記第１の直線スライド部材に平行に、かつ前記経路の一縁部に沿って前記第１の直線スライド部材と間隔を空けるよう、前記経路に配置された第２の直線スライド部材と、
   前記第２の直線スライド部材に取り付けられた切断具と、
   流体供給源と連通する導入端を有するノズルであって、前記発光装置と並行して移動するよう構成されたノズルと、
   を備えることを特徴とする装置。
5. 前記発光装置がレーザ光線を発することを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 前記第１の直線スライド部材に沿って前記移動キャリッジを移動させるための、前記直線スライド部材に接続された直線運動駆動部を更に備えることを特徴とする請求項４記載の装置。
7. 移動中の帯状ガラスに切断線を設けるシステムであって、
   前記帯状ガラスが移動する方向の縦軸を有する経路を画成する一対の平行に配置されたガイド部材と、
   前記経路を横断して延び、該経路の横軸に対して或る角度傾斜されるよう、前記経路に配置された第１の直線スライド部材と、
   前記第１の直線スライド部材に沿って移動するよう該第１の直線スライド部材に接続された移動キャリッジと、
   前記移動キャリッジに接続され、前記帯状ガラスの表面で吸収可能な波長の光線を発するよう動作可能な発光装置と、
   前記第１の直線スライド部材に平行に、かつ前記経路の一縁部に沿って前記第１の直線スライド部材と間隔を空けるよう、前記経路に配置された第２の直線スライド部材と、
   前記第２の直線スライド部材に取り付けられた切断具と、
   流体供給源と連通する導入端を有するノズルであって、前記発光装置と並行して移動するよう構成されたノズルと、
   を備えることを特徴とするシステム。
8. 前記光線が前記経路の前記横軸に対して平行な線に沿って前記帯状ガラスを加熱するように、前記帯状ガラスの速度、前記傾斜の角度及び前記移動キャリッジの速度が選択されることを特徴とする請求項７記載のシステム。

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