KR100215771B1 - 평면 브라운관의 섀도우마스크 스트레칭방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평면 브라운관의 패널에 고정되어 전자빔의 색선별역할을 하는 섀도우마스크를 레일에 고정하기 전에 인장력을 가하는 스트레칭(stretching) 방법에 관한 것으로 브라운관의 동작시 전자의 운동에너지가 열에너지로 변환시 발생되는 섀도우마스크의 열변형을 흡수하기 위해 레일과의 용접전에 인장력을 인위적으로 가할 때 스트레칭 머신의 그리퍼에 물리는 부위가 찢어지는 현상을 미연에 방지할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 섀도우마스크(4)의 에지(edge)부에 보강부재(8)를 맞대는 단계와, 상기 에지부에 맞대어진 보강부재(8)를 섀도우마스크(4)와 함께 스트레칭머신의 그리퍼(7)로 클램핑하는 단계와, 모터의 구동에 의해 그리퍼를 잡아 당겨 섀도우마스크(4)에 인장력을 가하는 단계와, 인장력이 가해진 섀도우마스크의 저면을 레일(3)에 접속시킨 후 스폿 용접작업을 실시하는 단계와, 상기 섀도우마스크(4)의 고정작업을 완료한 다음 그리퍼(7)와 보강부재(8)를 차례로 분리하는 단계와, 레일(3)의 외측에 위치하는 브랭크부(C)를 레이저절단하여 제거하는 단계를 차례로 수행한다.

Description

평면 브라운관의 섀도우마스크 스트레칭방법

본 발명은 평면 브라운관의 패널에 고정되어 전자빔의 색선별역할을 하는 섀도우마스크를 레일에 고정하기 전에 인장력을 가하는 스트레칭(stretching) 방법에 관한 것으로써, 좀더 구체적으로는 브라운관의 동작시 전자의 운동에너지가 열에너지로 변환시 발생되는 섀도우마스크의 열변형을 흡수하기 위해 레일과의 용접전에 인장력을 인위적으로 가할 때 스트레칭 머신의 그리퍼에 물리는 부위가 찢어지는 현상을 미연에 방지할 수 있도록 한 것이다.

도 1은 일반적인 평면 브라운관의 구조를 설명하기 위한 분해 사시도로써, 전면이 평편한 판상의 패널(1)과, 상기 패널의 전면에 레진수지로 고정되어 브라운관의 방폭특성을 유지하는 안전유리(2)와, 상기 패널의 배면에 프릿그라스로 고정되는 사각틀형태의 레일(3)과, 상기 레일에 인장력이 가해진 상태로 고정되며 전자빔의 색선별역할을 하도록 슬릿형상의 작은 구멍(4a)이 무수히 형성된 섀도우마스크(4)와, 상기 패널에 프릿그라스로 고정되며, 후방에 네크부(5a)가 일체로 형성된 펀넬(5)과, 상기 펀넬의 네크부에 봉입되어 적,녹,청 3개의 전자빔을 발사하는 전자총(6)과, 상기 네크부의 외주면에 감싸여지게 설치되어 전자빔을 편향시키는 편향요크(도시는 생략함) 등으로 구성되어 있다.

따라서 전자총(6)의 캐소드(cathode)에 전원이 인가되어 전자빔이 발생되면 발생된 전자빔은 가속전극과 집속전극을 차례로 통과하면서 가속 및 집속된 다음 편향코일에 의해 편향된 상태로 섀도우마스크(4)를 통과하여 패널(1)의 내면에 도포된 형광면에 충돌하여 형광체를 발광시키므로 화상이 재현된다.

이때, 섀도우마스크(4)에 형성된 구멍(4a)을 통과하여 형광체를 발광시키는 전자빔은 전체의 약 20%정도이며, 나머지 전자빔은 섀도우마스크에 부딪혀 열에너지로 변환되므로 브라운관의 동작시 섀도우마스크(4)가 팽창되는 도밍(domming)현상을 일으키게 된다.

이러한 도밍현상은 섀도우마스크(4)에 무수히 형성된 구멍(4a)의 위치를 가변시키게 되므로 결국 형광면에 랜딩되는 전자빔의 위치가 변화되고, 이에 따라 색순도의 저하를 초래하게 된다.

종래에는 상기한 문제점을 감안하여 섀도우마스크(4)를 열팽창률이 적은 인바아(invar)재질로 하여 제조하던지, 섀도우마스크(4)를 패널(1)에 고정시키는 스프링을 바이메탈로 하여 도밍현상을 억제하였으나, 이는 고가의 인바아재질을 사용하므로 인해 브라운관의 생산원가를 상승시키는 원인이 되었고, 또한 스프링의 사용에 따른 부품의 증가로 인한 작업성의 저하를 초래하였다.

이에 따라, 최근에는 플랫 포일 텐션마스크(flat foil tension mask)라고 일컫는 섀도우마스크(4)를 이용하여 도밍현상을 미연에 방지하므로써 해상도를 향상시키고 있다.

상기 섀도우마스크(4)를 패널(1)에 고정되어 있던 레일(3)에 용접 고정하기 전에 강제적으로 잡아당겨 인장력이 작용되도록 한 다음 레일과 용접고정하기 때문에 브라운관의 동작시 상기 섀도우마스크(4)에 전자빔이 충돌하여 온도가 상승되더라도 강제적으로 인가한 기구적인 장력에 의해 열팽창이 일어나지 않게 되므로 상기 섀도우마스크에 형성된 구멍(4a)의 위치가 가변되지 않는다.

상기한 바와 같은 역할을 하는 섀도우마스크(4)는 도 2에 도시한 바와 같이 전자빔의 랜딩영역으로 무수히 구멍(4a)이 형성된 유효면(A)과, 상기 유효면의 각 변에 근접되는 지점에 위치되게 구멍(4a)이 형성되어 있지만, 실제로 사용되지 않는 비유효면(B)과, 구멍이 전혀 형성되지 않는 브랭크부(C)와, 유효면과 근접되게 가상선으로 나타낸 레일 고정지점(D)으로 구성되어 있다.

상기 비유효면(B)에 구멍(4a)을 형성한 이유는 섀도우마스크(4)에 인장력을 가할 때 발생되는 변형이 비유효면(B)상에 형성된 구멍(4a)부근에서 최대한 발생되도록 하므로써, 유효면(A)에 형성된 구멍(4a)의 위치가 가변되는 현상을 최소화하기 위함이다.

상기한 종래의 섀도우마스크(4)를 레일(3)에 용접 고정하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

상기 섀도우마스크(4)의 브랭크부(C)에 해당하는 네모서리 에지(edge)부에 스트레칭 머신의 그리퍼(7)를 위치시킨 다음 에지부를 F의 압력으로 클램핑한다.

그후, 모터의 구동에 의해 그리퍼(7)를 잡아 당기면 상기 섀도우마스크에 인장력(F')이 작용되는데, 이때 섀도우마스크의 인장력(F')보다 그리퍼(7)의 홀딩력이 커야만 섀도우마스크(4)의 고정면(에지부)에서 그리퍼(7)가 미끄러지지 않는다.

상기한 작업시 섀도우마스크(4)에 작은 값의 변형률을 인가시킬 경우에는 섀도우마스크의 에지부가 그리퍼(7)의 이동에 따라 작용되는 전단응력과 인장력을 모두 견디게 되므로 찢어지지 않으나, 도밍현상의 방지에 필요한 인장력을 갖지 못하게 되므로 브라운관의 동작시 발생되는 열에 의해 도밍현상을 일으키게 된다.

따라서 브라운관의 동작시 섀도우마스크(4)에서 도밍현상이 일어나지 않도록 상기 섀도우마스크에 큰 값의 변형률을 인가하여야 된다.

이와 같이 섀도우마스크(4)에 인장력을 가하고 나면 상기 섀도우마스크의 저면을 레일(3)에 접속시킨 후 스폿 용접작업을 실시하여 섀도우마스크를 레일에 고정한다.

섀도우마스크(4)의 고정작업이 완료되고 나면 에지부를 홀딩하고 있던 그리퍼(7)를 분리시킨 다음 레일의 외측에 위치하는 브랭크부(C)를 레이저절단하여 제거시키고 섀도우마스크의 스트레칭작업을 완료하게 된다.

그러나 이러한 종래의 방법은 평면 브라운관에 적용되는 섀도우마스크(4)의 두께가 약 0.025mm정도로 매우 얇기 때문에 스트레칭 작업을 실시할 때 그리퍼(7)에 물려진 경계면이 전단응력과 인장력에 의한 응력을 견디지 못하고 도 3과 같이 찢어지게 된다.

즉, 도 3에 나타낸 바와 같이 섀도우마스크(4)에 인장력(F')을 가해 섀도우마스크를 X방향으로 변형시킬 때 발생되는 마찰력은 μF(μ : 그리퍼(7)와 에지부의 마찰계수, F : 섀도우마스크의 클램핑력)가 되는데, 이때 μF 〉F의 관계를 유지하여야 섀도우마스크에 안정적이면서도 균일하게 변형률을 인가할 수 있지만, 도밍현상을 방지하기 위해 섀도우마스크에 큰 값의 변형률을 인가하면 섀도우마스크에 작용되는 인장력이 커지게 되므로 클램핑부위인 에지부에서 응력이 증가되어 결국 찢어지는 문제점이 발생된다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로써, 섀도우마스크의 스트레칭작업시 유효면과 비유효면에 인가되는 인장력을 증가시키면서 이에 수반되는 브랭크부의 전단응력은 감소시켜 유효면을 제외한 섀도우마스크의 전체에 걸쳐 변형을 위한 힘이 골고루 분산되도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 섀도우마스크의 에지(edge)부에 보강부재를 맞대는 단계와, 상기 에지부에 맞대어진 보강부재를 섀도우마스크와 함께 스트레칭머신의 그리퍼로 클램핑하는 단계와, 모터의 구동에 의해 그리퍼를 잡아 당겨 섀도우마스크에 인장력을 가하는 단계와, 인장력이 가해진 섀도우마스크의 저면을 레일에 접속시킨 후 스폿 용접작업을 실시하는 단계와, 상기 섀도우마스크의 고정작업을 완료한 다음 그리퍼와 보강부재를 차례로 분리하는 단계와, 레일의 외측에 위치하는 브랭크부를 레이저절단하여 제거하는 단계를 차례로 수행함을 특징으로 하는 평면 브라운관의 섀도우마스크 스트레칭방법이 제공된다.

도 1은 일반적인 평면 브라운관의 구조를 설명하기 위한 분해 사시도

도 2는 평면 브라운관에 적용되는 섀도우마스크의 원판을 나타낸 정면도

도 3은 종래의 방법을 설명하기 위한 종단면도

도 4a ∼ 4e는 본 발명을 설명하기 위한 작업공정도로써,

도 4a는 섀도우마스크의 일면 또는 양면에 보강부재를 맞댄 상태도

도 4b는 보강부재가 밀착된 섀도우마스크의 에지부를 그리퍼가 클램핑한 상태도

도 4c는 섀도우마스크에 인장력을 가한 상태에서 레일에 밀착시킨 상태도

도 4d는 섀도우마스크를 용접고정한 다음 그리퍼 및 보강부재를 제거한 상태도

도 4e는 레일의 외측으로 위치한 브랭크부를 절단시킨 상태도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 레일 4 : 섀도우마스크

7 : 그리퍼 8 : 보강부재

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 첨부된 도 4a 내지 도 4e를 참고로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 스트레칭 머신을 이용하여 섀도우마스크(4)를 스트레칭하기 위해서는 그리퍼(7)가 섀도우마스크와 접촉하므로 인해 발생되는 마찰력(μ)이 섀도우마스크를 잡아 당기는 인장력(F')보다 더 커야함은 당연하다.

이러한 마찰력의 소스(source)는 섀도우마스크의 양측면을 수직으로 누르는 압력(F)이다.

즉, 섀도우마스크(4)를 누르는 압력이 커지면 섀도우마스크에 인가되는 전단응력 또한 커져 섀도우마스크에 인가되는 응력의 합이 휠씬 커지게 되므로 인장력(F')이 가해질 때 섀도우마스크가 파단되기 쉽다.

이를 방지하기 위해 스트레칭작업시에만 그리퍼(7)가 물리는 섀도우마스크(4)의 에지부분의 두께를 다른 부분의 두께보다 증대시켜 섀도우마스크(4)에 인가되는 전단응력(Shear Stress)이 감소되도록 하므로써 그리퍼(7)가 맞물리는 에지부에서 파단이 일어나지 않도록 하는데 본 발명의 특징이 있다.

본 발명은 섀도우마스크(4)의 에지(edge)부에 도 4a와 같이 보강부재(8)를 맞댄다.

이때, 스트레칭 머신의 그리퍼(7)에 물리는 섀도우마스크(4)의 장변부와 단변부 모두 에지부의 두께를 증가시켜 응력에 의한 섀도우마스크의 파단을 방지하도록 보강부재(8)를 섀도우마스크(4)의 장변부와 단변부에 위치시킨다.

또한, Y방향의 탄성계수가 X방향의 탄성계수보다 훨씬 커 섀도우마스크(4)의 단변부에 비해, 응력이 크게 인가되는 장변부가 찢어지기 쉽기 때문에 장변부에만 보강부재(8)를 위치시켜도 섀도우마스크의 파단을 방지할 수 있다.

다른 실시예로는, 응력의 집중이 심한 코너에 위치된 에지부의 두께만이 증대되도록 에지부에 보강부재(8)를 위치시키거나, 그리퍼(7)가 맞물리는 부위에만 위치시켜도 새도우마스크(4)의 브랭크부(C)가 파단되는 현상을 예방할 수 있으므로 위치를 특별히 한정하지 않는다.

상기 보강부재(8)는 그리퍼(7)가 맞물리는 에지부의 일면으로만 위치시키거나, 도 4a와 같이 그리퍼(7)가 맞물리는 에지부의 양면에 각각 위치시킬 수 있다.

그리퍼(7)가 맞물리는 에지부의 양면에 보강부재(8)를 각각 위치시킬 경우에는 그리퍼가 맞물리는 부위의 클램핑력을 증대시킬 수 있게 되고, 이에 따라 그리퍼(7)가 맞물리는 부위가 보강부재(8)를 일면에만 위치시킨 경우보다 스트레칭시 발생되는 전단응력을 보다 잘 견뎌 찢어지지 않게 되므로 섀도우마스크의 두께 및 브라운관의 크기에 따라 적절히 선정하여 실행하는 것이 바람직하다.

상기 섀도우마스크(4)의 에지부에 맞대어지는 보강부재(8)를 섀도우마스크와 동일재질인 금속재를 사용하거나, 또는 섀도우마스크에 인장력을 가할 때 클램핑부위에서 슬립(slip)이 발생되지 않도록 마찰계수가 큰 고무재질을 사용할 수도 있다.

이와 같이 섀도우마스크(4)의 에지부에 보강부재(8)를 맞대고 난 다음에는 도 4b와 같이 상기 에지부에 맞대어진 보강부재(8)를 섀도우마스크(4)와 함께 스트레칭머신의 그리퍼(7)로 클램핑한다.

상기 섀도우마스크(4)의 에지부에 맞대어진 보강부재(8)를 그리퍼(7)로 클램핑하고 나면 스트레칭 머신의 모터 구동에 의해 그리퍼(7)를 도 4c와 같이 섀도우마스크 펼침방향으로 잡아 당겨 섀도우마스크(4)에 인장력(F')을 가한다.

상기 섀도우마스크(4)에 인장력을 가하는 원래 목적인 도밍현상의 제거에 있어서 가장 중요한 것이 섀도우마스크에 인가되는 변형률인데, 상기 변형률(Strain)과 상관관계에 있는 것이 응력(stress)이다.

상기 섀도우마스크(4)에 가해지는 변형률을 크게하면 할수록 좋지만, 이와는 반대로 응력이 증가되어 그리퍼(7)에 맞물리는 에지부가 찢어지므로 변형률의 결정에는 이점이 충분히 고려되어야 한다.

즉, 섀도우마스크(4)상에서 X방향, Y 방향의 변형률을 어떤 값으로 결정하느냐 하는 것이 가장 중요한 요인이 된다.

상기 섀도우마스크(4)에 인가되는 변형률과 도밍현상의 제거에 있어 상기한 관계를 가지는 섀도우마스크를 레일(3)에 용접 고정한 상태에서 유효면(A)상에 원하는 적절한 인장력이 작용되도록 하는 것이 가장 중요하다.

상기 섀도우마스크(4)에 변형률이 균일하게 인가되어야 함은 물론 이에 따라 각 전자빔이 통과하는 구멍(4a)의 변위도 수평방향에 따라 일정하게 일어나야 함은 브라운관에 있어서 필수적인 요건이다.

본 발명은 그리퍼(7)가 맞물리는 에지부에 보강부재(8)가 맞대어져 있어 변형률을 많이 인가할 수 있게 되므로 각 전자빔이 통과하는 구멍의 변위가 수평방향으로 동일하게 일어나면서도 스트레칭 머신의 그리퍼(7)와 섀도우마스크(4)가 맞물리는 에지부의 주위에서 응력이 집중되는 현상을 미연에 방지하게 된다.

또한, 섀도우마스크(4)에 많은 변형률을 인가할 때 유의할 사항이 있는데, 이는 섀도우마스크에 작용되는 수평방향의 탄성률과 수직방향의 탄성률이 다르기 때문이다.

수평방향의 탄성률과 수직방향의 탄성률 값은 섀도우마스크의 수직피치, 수평피치, 슬롯 폭, 타이 바(tie-bar) 등에 따라 달라지게 된다.

예를 들어, 0.025mm의 두께를 갖는 AK(Aluminum Killed)강철의 재료를 사용하여 제작한 섀도우마스크 원판에 고해상도를 위해 수평피치를 0.24mm, 수평피치를 0.039mm로 채택하였을 때 유효면의 탄성률 값은 대략,

E_X∼ 0.3 × 10⁵MPa

E_y∼ 0.15 × 10⁶MPa

로 나타낼 수 있는데, X방향과 Y방향간에 나타나는 5배 정도의 차이는 섀도우마스크(4)의 스트레칭을 위한 장치의 설계라든가 섀도우마스크의 다른 특성을 연구하는데 많은 영향을 끼친다.

또한, 도트 마스크나 슬롯 마스크중 특히, 슬롯 마스크에서 각 방향의 스트레인(strain)을 가지는 영역이 특정부위가 되어 그 부분이 대부분의 응력을 받으면서 변형을 일으키게 된다.

이러한 관점에서 볼 때 응력을 지배하는 영역에 많은 응력을 가하기 위해 스트레칭 머신의 모터에 많은 힘을 가할 경우에 이 부분은 소성변형을 일으킬 위험성이 있다.

만약, 소성영역에서 변형을 일으킨다면 작은 힘에 의해서도 인가되는 응력이 심하게 변하게 되므로 원하는 구멍의 균일한 변위를 기대하기 어렵게 된다.

이에 따라, 섀도우마스크(4)는 항상 탄성영역안에서만 인장력을 갖도록 변형을 가하여야 되며, 탄성영역안에서 최대로 인가될 수 있는 변형은 스크린특성에 의해 결정되는 유효면(A)의 구멍형성으로 이미 결정된다.

이와 같이 결정된 스트레인의 최대값을 유효면에 인가하기 위해서 필요한 것이 섀도우마스크 유효면 외주부의 설계인 것이다.

변형률이 인가되는 섀도우마스크를 부품으로 사용하는 브라운관의 제조에 있어서 공정상 가장 중요한 부분은 섀도우마스크(4)를 잡아 당기는 스트레칭작업에 의해 강제적으로 스트레인을 인가시키는 것이다.

이런 작업을 실행함에 있어 응력이 집중되는 부분이 유효면(A)의 코너와, 섀도우마스크 및 스트레칭 머신과의 얼라인먼트(alignment)를 일치시키는 구멍(pin hole),그리고 구멍이 형성되어 있는 부분과 형성되어 있지 않은 부분의 경계부이므로 이점을 충분히 고려하여야 한다.

상기한 바와 같은 동작으로 섀도우마스크(4)에 인장력을 가하고 나면 인장력이 가해진 섀도우마스크의 저면을 레일(3)의 상면에 접속시킨 후 스폿 용접작업을 실시하여 고정한다.

이와 같이 섀도우마스크(4)의 고정작업을 완료하고 나면 도 4d와 같이 에지부를 클램핑하고 있던 그리퍼(7)를 벌려 클램핑상태를 해제한 후 에지부의 일면 또는 양면에 맞대어져 있던 보강부재(8)를 분리시킴과 동시에 도 4e와 같이 레일(3)의 외측에 위치하는 브랭크부(C)를 레이저절단하여 제거하는 작업을 실시한다.

지금까지 설명한 것은, 1개의 섀도우마스크(4)에 인장력을 가한 상태에서 상기 섀도우마스크를 레일(3)에 고정하는 과정을 설명한 것으로써, 섀도우마스크(4)가 자동화라인에서 지속적으로 공급됨에 따라 반복해서 작업가능하게 됨은 이해 가능한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 별도의 보강부재를 이용하여 섀도우마스크의 에지부 두께를 증대시키도록 되어 있어 섀도우마스크의 유효면 및 비유효면에 인가되는 변형률을 증가시키면서도 에지부에 인가되는 응력을 최소화하게 되므로 큰 값의 스트레인을 균일하고 안정적으로 인가할 수 있게 되고, 이에 따라 최종적으로 전자빔의 미스랜딩을 방지하며 대형 모델에서도 안정적으로 스트레인작업을 실시할 수 있는 섀도우마스크를 제공하게 된다.

Claims (10)

1. 섀도우마스크의 에지(edge)부에 보강부재를 맞대는 단계와, 상기 에지부에 맞대어진 보강부재를 섀도우마스크와 함께 스트레칭머신의 그리퍼로 클램핑하는 단계와, 모터의 구동에 의해 그리퍼를 잡아 당겨 섀도우마스크에 인장력을 가하는 단계와, 인장력이 가해진 섀도우마스크의 저면을 레일에 접속시킨 후 스폿 용접작업을 실시하는 단계와, 상기 섀도우마스크의 고정작업을 완료한 다음 그리퍼와 보강부재를 차례로 분리하는 단계와, 레일의 외측에 위치하는 브랭크부를 레이저절단하여 제거하는 단계를 차례로 수행함을 특징으로 하는 평면 브라운관의 섀도우마스크 스트레칭방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   섀도우마스크의 장변부와 단변부에 보강부재를 위치시킴을 특징으로 하는 평면 브라운관의 섀도우마스크 스트레칭방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   그리퍼가 물리는 부위에만 보강부재를 위치시킴을 특징으로 하는 평면 브라운관의 섀도우마스크 스트레칭방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   섀도우마스크의 장변부에만 보강부재를 위치시킴을 특징으로 하는평면 브라운관의 섀도우마스크 스트레칭방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   섀도우마스크의 단변부에만 보강부재를 위치시킴을 특징으로 하는 평면 브라운관의 섀도우마스크 스트레칭방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   모서리부분의 에지부에 보강부재를 위치시킴을 특징으로 하는 평면 브라운관의 섀도우마스크 스트레칭방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,

   그리퍼가 맞물리는 에지부의 일면으로만 보강부재를 위치시킴을 특징으로 하는 평면 브라운관의 섀도우마스크 스트레칭방법.
8. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,

   그리퍼가 맞물리는 에지부의 양면에 보강부재를 위치시킴을 특징으로 하는 평면 브라운관의 섀도우마스크 스트레칭방법.
9. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,

   에지부에 맞대어지는 보강부재가 금속재임을 특징으로 하는 평면 브라운관의 섀도우마스크 스트레칭방법.
10. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,

    에지부에 맞대어지는 보강부재가 마찰계수가 큰 고무재질임을 특징으로 하는 평면 브라운관의 섀도우마스크 스트레칭방법.

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