JPH06305767A - 耐失透性放電灯用シリカガラス - Google Patents
耐失透性放電灯用シリカガラスInfo
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- JPH06305767A JPH06305767A JP12034893A JP12034893A JPH06305767A JP H06305767 A JPH06305767 A JP H06305767A JP 12034893 A JP12034893 A JP 12034893A JP 12034893 A JP12034893 A JP 12034893A JP H06305767 A JPH06305767 A JP H06305767A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐失透性に優れた放電灯用シリカガラス、
特に、メタルハライドランプ用シリカガラスを提供する
こと。
特に、メタルハライドランプ用シリカガラスを提供する
こと。
Description
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、耐失透性に優れた放電
灯用シリカガラス、特にメタルハライドランプの発光管
として有用なシリカガラスに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、各種の高出力光源が開発され、そ
の発光管の素材としてシリカガラスが利用されるように
なってきた。前記光源のうちメタルハライドランプはそ
の高効率、高輝度、演色性の良さから省エネルギー光源
として注目を集め盛んに研究開発されてきた。 【０００３】 性にも優れた素材でなければならない。これらの要件を
満たす素材としてシリカガラスがあり、前記メタルハラ
イドランプの発光管は専らこのシリカガラスから作られ
てきた。ところが、シリカガラス製の発光管は、点灯を
続けるうちにその内表面に徐々に黒色失透や白色失透が
生じ、光の強度低下を招き、また演色性も悪化する。そ
の上、作動電圧の上昇および再点弧スパイク電圧の発生
も起こりランプの寿命は短いものであった。前記黒色失
透は、シリカガラス中に存在する水分子またはＯＨ基の
分解により発生する酸素と電極部分の金属や封入金属ガ
スとの酸化反応に基くものであり、また、再点弧スパイ
ク電圧の発生および作動電圧の上昇はシリカガラス中に
溶存する水素分子および前記水分子またはＯＨ基の加熱
分解により発生する水素分子によるものである。さら
に、白色失透は、アルカリ金属元素やアルカリ土類金属
元素による再結晶化の促進および封入ガスによる化学的
エッチングが原因と推定されている（松野博光、外（１
９８１）メタルハライドランプにおける光束維持率低下
の機構、照明学会誌、第６５巻、第４号、１７６〜１８
１頁）。 【０００４】そこで、上記ＯＨ基の濃度およびアルカリ
金属元素並びにアルカリ土類金属元素濃度を低減したシ
リカガラスがメタルハライドランプ用シリカガラスとし
て開発され市販されている。具体的にはＯＨ基濃度が２
ｗｔ．ｐｐｍ以下の高純度の合成シリカガラスがある。
確かに、前記市販のシリカガラスは、黒色失透や作動電
圧の上昇および再点弧スパイク電圧の発生を抑えたガラ
スではあるが、白色失透の抑制は未だ充分でなく、今日
に至も寿命の長いメタルハライドランプ用シリカガラス
は提案されていない。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】こうした現状を踏まえ
て、本発明者等は、メタルハライドランプ用シリカガラ
スの失透について鋭意研究した結果、シリカガラス中の
非移動性のＯＨ基濃度、アルカリ金属元素濃度およびア
ルカリ土類金属元素濃度を低くすると共に、シリカガラ
ス粘度を高くすること、シリカガラス中に酸素欠損型欠
陥を多くすること、さらにシリカガラス中にアルミニウ
ム元素を含有させることが前記失透、特に化学的エッチ
ングや再結晶化による白色失透を抑えることができるこ
とを発見した。こうした知見に基づいて本発明は完成し
たものである。 【０００６】本発明の目的は、白色失透および黒色失透
の起こり難い放電灯用シリカガラス、特にメタルハライ
ドランプ用シリカガラスを提供することをその目的とす
る。 【０００７】また、本発明は、高圧水銀ランプ、高出力
紫外線ランプ、メタルハライドランプとして長い寿命を
保持できる放電灯用シリカガラスを提供することをその
目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】 【０００９】一般に、シリカガラス中に含まれる水分子
またはＯＨ基には、移動性のＯＨ基と非移動性のＯＨ基
とがあることがわかっている。これらのＯＨ基は発光時
に加熱分解して酸素を放出し、それが電極部分の金属や
封入金属ガスと反応し、黒色失透を起こさせると言われ
ている。したがって、黒色失透を低減させるには前記Ｏ
Ｈ基の濃度を低減すればよいが、ＯＨ基は、高純度化処
理等の高温処理で大部分除去できるものの、その完全な
る除去は困難である。しかしながら、溶融して得たシリ
カガラスをさらに大気圧中または減圧下で９００℃以上
の高温で８時間以上の加熱脱ガス処理をすると黒色失透
を最も起こしやすい移動性のＯＨ基を完全に除去するこ
とができ、黒色失透の低減を図ることができる。特に、
加熱脱ガス処理後の非移動性のＯＨ基濃度は５０ｗｔ．
ｐｐｍ以下としなければならない。ＯＨ基濃度は、Ｄ．
Ｍ．Ｄｏｄｄ，Ｄ．Ｂ．Ｆｒａｓｅｒ（１９６６）Ｏｐ
ｔｉｃａｌ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｏ
Ｈ ｉｎ Ｆｕｓｅｄ Ｓｉｌｉｃａ Ｊ．Ａｐｐｌｉ
ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３７， ｐ．３９１１
に記載の方法に従う。 【００１０】 【００１１】【００１２】上記吸収係数ｋは次式で求めた値である。 【００１３】 【００１４】上記アルミニウム元素含有量は５ｗｔ．ｐ
ｐｍ〜５０ｗｔ．ｐｐｍがよい。前記範囲以下では耐エ
ッチング性の向上がなく、また前記範囲以上ではアルミ
ナ−シリカ系鉱物やシリカ鉱物が生成しやすく、白色失
透を増す。アルミニウム元素の上記範囲内への制御は、
高純度化処理済水晶粉に酸化アルミニウム、硝酸アルミ
ニウム、炭酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ヨウ化
アルミニウム等のアルミニウム化合物を均一に混合し、
乾燥した後、加熱溶融しガラス化することにより達成さ
れる。 【００１５】 【００１６】本発明のシリカガラスは、原料として粉砕
した天然の水晶粉を塩素ガスまたは塩化水素ガス含有雰
囲気中で９００〜１１００℃、１０〜５０時間の高純度
化処理した後、該水晶粉にアルミニウム化合物を均一に
混合し、乾燥し、電気炉内で加熱溶融して透明ガラス化
し、次いで得られた透明ガラス塊をチュ−ブ形状のガラ
スに形成し、それを大気中または減圧下で、９００〜１
１００℃、１０〜１００時間、脱ガス処理することによ
り製造される。 【００１７】以下に実施例でさらに具体的に説明する。 【実施例】 （１）シリカガラスの作成 天然水晶粉を塩化水素ガス雰囲気下にて、１０００℃で
１０時間加熱処理を行い、高純度化した。次に、この天
然水晶粉に硝酸アルミニウム水溶液を混合し、乾燥させ
た。前記調整粉を２種類の方法で透明ガラス化した。即
ち、１つは真空電気溶融法であり、他は酸水素火炎溶融
法（ベルヌイ法）であった。前記シリカガラス中のアル
カリ金属元素濃度およびアルカリ土類金属元素濃度は表
１のとおりである。 【００１８】 【表１】【００１９】上記透明ガラス塊からチュ−ブ状ガラスを
作成し、大気中にて１１００℃で１００時間加熱し、脱
ガス処理を行った。得られたチュ−ブ状ガラスを下記の
測定法で測定し、その物性値を求め表２に示す。 【００２０】他方、四塩化ケイ素を原料として、酸水素
火炎加水分解法により作成した高純度合成シリカガラ
ス、および前記四塩化ケイ素に少量の三塩化アルミニウ
ムを混合したものを同じように酸水素火炎加水分解法で
溶融して合成シリカガラスを作った。これらのガラス塊
をチュ−ブ状に成形した後、脱水素ガス処理を行った。
その結果を表２の参考例５、６として示す。 【００２１】（２）物性値の測定 ・ 水放出量の測定；ガスマス分析法（那須昭一、他
（１９９０）石英ガラスのガス放出、照明学会誌、第７
４巻、第９号、５９５〜６００頁参照） ・ ＯＨ基濃度の測定；赤外線吸収法（Ｄ．Ｍ．Ｄｏｄ
ｄ，ｅｔａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３
７（１９６６），ｐｐ３９１１参照） ・ アルミニウム，アルカリ金属、およびアルカリ土類
金属元素各含有量の測定；原子吸光光度法。 ・ 粘度テスト；ビームベンヂング法（ＡＳＴＭ，Ｃ−
５９８−７２（１９８３）参照） ・ 吸収係数の測定；紫外線分光光度法。 ・ 水素分子濃度測定；ラマン散乱分光高度法（Ｖ．
Ｓ．Ｋｈｏｔｉｍｃｈｅｎｋｏ，ｅｔ ａｌ．（１９８
７）） ・ 失透テスト；大気中、１２８０℃、１２０ｈｒ．の
熱処理を行った後、目視にて微結晶生成による白色失透
を観察する。 ・ エッチングテスト；２０℃、５０ｗｔ．％ＨＦ水溶
液に１０分間サンプルを投入し、表面エッチング深さを
測定する。 【００２２】（３）メタルハライドランプ点灯実験 東忠利（１９８１）希土類ハロゲン化物入りメタルハラ
イドランプの発光特性、照明学会誌、第６５巻、第１０
号、４８７〜４９２頁の第４節に記載する高輝度光源用
短ア−クランプの作成法を参照にしてランプを作成し
た。初期の光出力を１００％として、５００時間点灯後
の出力を測定すると共に、目視にて白色化と黒色化の程
度を観察した。なお、ランプバルブの厚さは２ｍｍであ
った。 【００２３】 【表２】 【００２４】上記表２にみるように本発明のシリカガラ
スは著しく失透の低減がみられ、出力の低下が起こりに
くいことがわかる。 【００２５】 【発明の効果】本発明のシリカガラスは、上記に見たと
おり白色失透や黒色失透が低減でき、しかも該シリカガ
ラスで作成したメタルハライドランプは５００時間の点
灯テストでも８０％以上の出力を有する。このように本
発明のシリカガラスで作成したメタルハライドランプは
長い寿命を有する。
灯用シリカガラス、特にメタルハライドランプの発光管
として有用なシリカガラスに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、各種の高出力光源が開発され、そ
の発光管の素材としてシリカガラスが利用されるように
なってきた。前記光源のうちメタルハライドランプはそ
の高効率、高輝度、演色性の良さから省エネルギー光源
として注目を集め盛んに研究開発されてきた。 【０００３】 性にも優れた素材でなければならない。これらの要件を
満たす素材としてシリカガラスがあり、前記メタルハラ
イドランプの発光管は専らこのシリカガラスから作られ
てきた。ところが、シリカガラス製の発光管は、点灯を
続けるうちにその内表面に徐々に黒色失透や白色失透が
生じ、光の強度低下を招き、また演色性も悪化する。そ
の上、作動電圧の上昇および再点弧スパイク電圧の発生
も起こりランプの寿命は短いものであった。前記黒色失
透は、シリカガラス中に存在する水分子またはＯＨ基の
分解により発生する酸素と電極部分の金属や封入金属ガ
スとの酸化反応に基くものであり、また、再点弧スパイ
ク電圧の発生および作動電圧の上昇はシリカガラス中に
溶存する水素分子および前記水分子またはＯＨ基の加熱
分解により発生する水素分子によるものである。さら
に、白色失透は、アルカリ金属元素やアルカリ土類金属
元素による再結晶化の促進および封入ガスによる化学的
エッチングが原因と推定されている（松野博光、外（１
９８１）メタルハライドランプにおける光束維持率低下
の機構、照明学会誌、第６５巻、第４号、１７６〜１８
１頁）。 【０００４】そこで、上記ＯＨ基の濃度およびアルカリ
金属元素並びにアルカリ土類金属元素濃度を低減したシ
リカガラスがメタルハライドランプ用シリカガラスとし
て開発され市販されている。具体的にはＯＨ基濃度が２
ｗｔ．ｐｐｍ以下の高純度の合成シリカガラスがある。
確かに、前記市販のシリカガラスは、黒色失透や作動電
圧の上昇および再点弧スパイク電圧の発生を抑えたガラ
スではあるが、白色失透の抑制は未だ充分でなく、今日
に至も寿命の長いメタルハライドランプ用シリカガラス
は提案されていない。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】こうした現状を踏まえ
て、本発明者等は、メタルハライドランプ用シリカガラ
スの失透について鋭意研究した結果、シリカガラス中の
非移動性のＯＨ基濃度、アルカリ金属元素濃度およびア
ルカリ土類金属元素濃度を低くすると共に、シリカガラ
ス粘度を高くすること、シリカガラス中に酸素欠損型欠
陥を多くすること、さらにシリカガラス中にアルミニウ
ム元素を含有させることが前記失透、特に化学的エッチ
ングや再結晶化による白色失透を抑えることができるこ
とを発見した。こうした知見に基づいて本発明は完成し
たものである。 【０００６】本発明の目的は、白色失透および黒色失透
の起こり難い放電灯用シリカガラス、特にメタルハライ
ドランプ用シリカガラスを提供することをその目的とす
る。 【０００７】また、本発明は、高圧水銀ランプ、高出力
紫外線ランプ、メタルハライドランプとして長い寿命を
保持できる放電灯用シリカガラスを提供することをその
目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】 【０００９】一般に、シリカガラス中に含まれる水分子
またはＯＨ基には、移動性のＯＨ基と非移動性のＯＨ基
とがあることがわかっている。これらのＯＨ基は発光時
に加熱分解して酸素を放出し、それが電極部分の金属や
封入金属ガスと反応し、黒色失透を起こさせると言われ
ている。したがって、黒色失透を低減させるには前記Ｏ
Ｈ基の濃度を低減すればよいが、ＯＨ基は、高純度化処
理等の高温処理で大部分除去できるものの、その完全な
る除去は困難である。しかしながら、溶融して得たシリ
カガラスをさらに大気圧中または減圧下で９００℃以上
の高温で８時間以上の加熱脱ガス処理をすると黒色失透
を最も起こしやすい移動性のＯＨ基を完全に除去するこ
とができ、黒色失透の低減を図ることができる。特に、
加熱脱ガス処理後の非移動性のＯＨ基濃度は５０ｗｔ．
ｐｐｍ以下としなければならない。ＯＨ基濃度は、Ｄ．
Ｍ．Ｄｏｄｄ，Ｄ．Ｂ．Ｆｒａｓｅｒ（１９６６）Ｏｐ
ｔｉｃａｌ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｏ
Ｈ ｉｎ Ｆｕｓｅｄ Ｓｉｌｉｃａ Ｊ．Ａｐｐｌｉ
ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３７， ｐ．３９１１
に記載の方法に従う。 【００１０】 【００１１】【００１２】上記吸収係数ｋは次式で求めた値である。 【００１３】 【００１４】上記アルミニウム元素含有量は５ｗｔ．ｐ
ｐｍ〜５０ｗｔ．ｐｐｍがよい。前記範囲以下では耐エ
ッチング性の向上がなく、また前記範囲以上ではアルミ
ナ−シリカ系鉱物やシリカ鉱物が生成しやすく、白色失
透を増す。アルミニウム元素の上記範囲内への制御は、
高純度化処理済水晶粉に酸化アルミニウム、硝酸アルミ
ニウム、炭酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ヨウ化
アルミニウム等のアルミニウム化合物を均一に混合し、
乾燥した後、加熱溶融しガラス化することにより達成さ
れる。 【００１５】 【００１６】本発明のシリカガラスは、原料として粉砕
した天然の水晶粉を塩素ガスまたは塩化水素ガス含有雰
囲気中で９００〜１１００℃、１０〜５０時間の高純度
化処理した後、該水晶粉にアルミニウム化合物を均一に
混合し、乾燥し、電気炉内で加熱溶融して透明ガラス化
し、次いで得られた透明ガラス塊をチュ−ブ形状のガラ
スに形成し、それを大気中または減圧下で、９００〜１
１００℃、１０〜１００時間、脱ガス処理することによ
り製造される。 【００１７】以下に実施例でさらに具体的に説明する。 【実施例】 （１）シリカガラスの作成 天然水晶粉を塩化水素ガス雰囲気下にて、１０００℃で
１０時間加熱処理を行い、高純度化した。次に、この天
然水晶粉に硝酸アルミニウム水溶液を混合し、乾燥させ
た。前記調整粉を２種類の方法で透明ガラス化した。即
ち、１つは真空電気溶融法であり、他は酸水素火炎溶融
法（ベルヌイ法）であった。前記シリカガラス中のアル
カリ金属元素濃度およびアルカリ土類金属元素濃度は表
１のとおりである。 【００１８】 【表１】【００１９】上記透明ガラス塊からチュ−ブ状ガラスを
作成し、大気中にて１１００℃で１００時間加熱し、脱
ガス処理を行った。得られたチュ−ブ状ガラスを下記の
測定法で測定し、その物性値を求め表２に示す。 【００２０】他方、四塩化ケイ素を原料として、酸水素
火炎加水分解法により作成した高純度合成シリカガラ
ス、および前記四塩化ケイ素に少量の三塩化アルミニウ
ムを混合したものを同じように酸水素火炎加水分解法で
溶融して合成シリカガラスを作った。これらのガラス塊
をチュ−ブ状に成形した後、脱水素ガス処理を行った。
その結果を表２の参考例５、６として示す。 【００２１】（２）物性値の測定 ・ 水放出量の測定；ガスマス分析法（那須昭一、他
（１９９０）石英ガラスのガス放出、照明学会誌、第７
４巻、第９号、５９５〜６００頁参照） ・ ＯＨ基濃度の測定；赤外線吸収法（Ｄ．Ｍ．Ｄｏｄ
ｄ，ｅｔａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３
７（１９６６），ｐｐ３９１１参照） ・ アルミニウム，アルカリ金属、およびアルカリ土類
金属元素各含有量の測定；原子吸光光度法。 ・ 粘度テスト；ビームベンヂング法（ＡＳＴＭ，Ｃ−
５９８−７２（１９８３）参照） ・ 吸収係数の測定；紫外線分光光度法。 ・ 水素分子濃度測定；ラマン散乱分光高度法（Ｖ．
Ｓ．Ｋｈｏｔｉｍｃｈｅｎｋｏ，ｅｔ ａｌ．（１９８
７）） ・ 失透テスト；大気中、１２８０℃、１２０ｈｒ．の
熱処理を行った後、目視にて微結晶生成による白色失透
を観察する。 ・ エッチングテスト；２０℃、５０ｗｔ．％ＨＦ水溶
液に１０分間サンプルを投入し、表面エッチング深さを
測定する。 【００２２】（３）メタルハライドランプ点灯実験 東忠利（１９８１）希土類ハロゲン化物入りメタルハラ
イドランプの発光特性、照明学会誌、第６５巻、第１０
号、４８７〜４９２頁の第４節に記載する高輝度光源用
短ア−クランプの作成法を参照にしてランプを作成し
た。初期の光出力を１００％として、５００時間点灯後
の出力を測定すると共に、目視にて白色化と黒色化の程
度を観察した。なお、ランプバルブの厚さは２ｍｍであ
った。 【００２３】 【表２】 【００２４】上記表２にみるように本発明のシリカガラ
スは著しく失透の低減がみられ、出力の低下が起こりに
くいことがわかる。 【００２５】 【発明の効果】本発明のシリカガラスは、上記に見たと
おり白色失透や黒色失透が低減でき、しかも該シリカガ
ラスで作成したメタルハライドランプは５００時間の点
灯テストでも８０％以上の出力を有する。このように本
発明のシリカガラスで作成したメタルハライドランプは
長い寿命を有する。
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フロントページの続き
(72)発明者 平野 勲
東京都新宿区西新宿一丁目22番２号 信越
石英株式会社内
(72)発明者 鈴木 正則
福島県郡山市田村町金屋字川久保88 信越
石英株式会社郡山工場内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【０００１】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12034893A JP2931735B2 (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 耐失透性放電灯用シリカガラス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12034893A JP2931735B2 (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 耐失透性放電灯用シリカガラス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06305767A true JPH06305767A (ja) | 1994-11-01 |
| JP2931735B2 JP2931735B2 (ja) | 1999-08-09 |
Family
ID=14784013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12034893A Expired - Lifetime JP2931735B2 (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 耐失透性放電灯用シリカガラス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2931735B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002024587A1 (fr) * | 2000-09-21 | 2002-03-28 | Photoscience Japan Corporation | Verre de silice pour rayons ultraviolets a courte longueur d'ondes, lampe a decharge comprenant ce verre, receptacle pour cette lampe et dispositif a rayonnement ultraviolet |
| EP1225614A1 (en) * | 1999-10-18 | 2002-07-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High-pressure discharge lamp, lamp unit, method for producing high-pressure discharge lamp, and incandescent lamp |
| JP2002352768A (ja) * | 2001-05-23 | 2002-12-06 | Ushio Inc | 超高圧水銀ランプ |
| EP1447834A2 (en) * | 2003-02-13 | 2004-08-18 | Ushiodenki Kabushiki Kaisha | Ultra-high pressure discharge lamp |
| WO2004114363A1 (ja) * | 2003-06-24 | 2004-12-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 光照射装置、光照射装置用ランプおよび光照射方法 |
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| JP2010150096A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-08 | Shinetsu Quartz Prod Co Ltd | 放電灯用合成シリカガラス及びその製造方法 |
| JP2010287418A (ja) * | 2009-06-11 | 2010-12-24 | Ushio Inc | エキシマランプ |
| JP2011001228A (ja) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Shinetsu Quartz Prod Co Ltd | 放電灯用合成シリカガラス製バルブ及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-04-26 JP JP12034893A patent/JP2931735B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (12)
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| US7002298B2 (en) | 2003-02-13 | 2006-02-21 | Ushiodenki Kabushiki Kaisha | Ultra-high pressure discharge lamp |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2931735B2 (ja) | 1999-08-09 |
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