KR100580596B1 - 마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 커터의 위치를 적절하게 고정 유지시켜 시편의 손상없이 지지대의 절단 작업을 보다 정확하고 신속하게 할 수 있도록 한 마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구에 관한 것이다.

이를 위해, 인장시험기의 그립어댑터에 고정된 인장 시편의 지지대를 커팅하는 것에 있어서, 상기 시편의 지지대를 커팅하는 초음파 커터의 위치를 고정시킬 수 있도록 상기 그립어댑터 상부에 커팅테이블을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 따라, 초음파 커터를 커팅테이블에 장착하여 인장시험기에 고정 유지시키므로, 시편의 손상 및 파손없이 지지대의 절단 작업을 정확하고 신속하게 할 수 있는 효과가 있고, 뿐만 아니라 보다 정확하고 신뢰성 있는 인장 시험 결과를 확보할 수 있는 효과가 있으며, 또한 장착홀 양측에 감시홀을 형성하여 지지대의 절단 작업 중에 초음파 커터의 움직임을 관찰 및 감시할 수 있어 지지대의 커팅 작업을 원활하게 수행할 수 있는 효과도 있는 것이다.

인장시험, 시편, 마이크로, 커팅테이블, 장착홀, 초음파 커터

Description

마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구{Device for cutting part of micro specimen for tensile tester}

도 1은 종래 기술에 의한 시편의 형상을 나타낸 평면도.

도 2는 종래 기술에 따른 시편의 절단 작용의 일예를 확대 도시한 사시도.

도 3은 본 발명에 적용되는 시편의 형상을 나타낸 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 커팅테이블이 구비되는 인장시험기를 도시한 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 인장시험기와 커팅테이블과 초음파 커터의 장착 전 상태를 확대 도시한 분리 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 인장시험기와 커팅테이블과 초음파 커터의 장착 상태를 도시한 단면도.

*도면중 주요 부호에 대한 설명*

1 - 인장시험기 2 - 구동기

3 - 무빙스테이지 4 - 클램프

5 - 레일 6 - 그립어댑터

6a - 접착홈 7 - 접착제

10 - 시편 11 - 시험부

13 - 지지대 14 - 노치

15 - 접착제도포부 20 - 초음파 커터

21 - 칼날 30 - 커팅테이블

31 - 상판 32 - 다리

33 - 장착홀 34 - 감시홀

본 발명은 마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 커터의 위치를 적절하게 고정 유지시켜 시편의 손상없이 지지대의 절단 작업을 보다 정확하고 신속하게 할 수 있도록 한 마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구에 관한 것이다.

AMA(Active Mirror Array)와 같은 차세대 영상장치, 광통신 부품, 각종 이·화학 실험분석 장치, 광 접속 어레이, 유체 혼합기, 유량 제어기 등의 초미세 광·열유체부품의 수요는 향후 급속히 성장할 것이라고 예측되고 있다.

이러한, 핵심부품으로 사용되는 최첨단 장비는 고가이며 동시에 고정도성이 요구되므로, 이들 핵심부품에 대한 고정도성, 내구성 등을 포함한 부품의 신뢰성에 관한 평가가 이루어져야만 하는데, 신뢰성에 관한 평가는 소재의 물성 측정이 반드시 필요한 것이다.

이와 같은 소재의 물성을 측정하는 방법으로는 인장 시험, 굽힘 시험, 자기공명 시험, 경도 시험법 등이 있고, 이 중에서도 특히 인장 시험법은 직접적으로 탄성 계수, 파괴강도 등을 측정할 수 있는 가장 효과적인 방법으로 보편적으로 많이 쓰이고 있는 방법이다.

그러나, 부품의 크기가 작아짐에 따라 소재 내부의 결정립, 표면에 존재하는 작은 흡집, 마찰력 등의 영향이 커지게 되어, 일반적으로 수행되는 시험 방법에 의한 물성 측정 결과를 적용하는 것이 불가능하게 되었다.

따라서, 최근에는 마이크로 정도의 크기를 갖는 시편의 물성 시험이 활발히 진행되어지고 있는데, 이와 같은 마이크로 인장 시험은 시편의 소형화로 인하여 정밀한 시편 정렬이 요구되고, 시험장치의 보정 및 신뢰도가 절대적으로 필요하게 된 것이다.

더욱이, 시험하고자 하는 부위의 너비가 수백 마이크로미터 이하인 마이크로 인장 시편은 시편의 크기가 매우 작기 때문에, 인장시험을 하는 경우 인장 시험기에 장착할 때까지 상기한 시편을 다루기가 매우 어려운 문제가 있었다.

이를 위하여, 다양한 시편과 정렬 방법이 사용되고 있고, 마이크로 시편에 인장력을 부가하기 위한 그립핑(gripping)방법에 관한 다양한 연구도 활발하게 진행되고 있는 추세에 있다.

첨부도면 도 1은 상술한 바와 같은 인장시험에 사용되는 종래의 마이크로 인장시험용 시편(10')의 일예를 도시한 것으로, 시험부(11)와 지지대(13)와 접착제도포부(15)로 구성된다.

설명하면, 시편(10') 양측에 소정 간격만큼 접착제(7)가 도포되는 접착제도포부(15)를 형성하고, 상기 접착제도포부(15) 중앙 사이에는 마이크로 단위의 매우 얇은 두께의 시험부(11)를 형성하여 인장시험을 할 수 있도록 하였다.

그리고, 상기 접착제도포부(15) 양끝 사이에는 지지대(13)를 일체로 형성하여 시편(10')의 취급이 용이하도록 하였고, 또한 상기 시험부(11)와 지지대(13) 사이에는 공간부(12)를 조성하고 지지대(13)를 절단함으로써 시험부(11)만이 인장 시험에 적용될 수 있도록 하였다.

즉, 시험부(11)의 두께가 매우 얇아 작은 충격에도 손쉽게 파손 및 손상됨으로써, 비교적 두꺼운 지지대(13)를 양측에 형성하여 인장 시험에 측정되는 시험부 (11)를 손상없이 다룰 수 있도록 한 것이다. 이에 따라, 시편(10')을 인장시험기에 장착한 이후에, 상기 시편(10')의 지지대(13)를 절단하여 인장 시험을 수행할 수 있는 것이다.

그러나, 상기한 종래의 마이크로 인장시험용 시편(10')은 시편(10')의 지지대(13)가 비교적 두껍게 형성되어 있어 일반적인 칼이나 가위를 사용하여 절단작업을 수행해야 했고, 이에 따라 칼 및 가위의 두께 만큼 시편(10')의 지지대(13)가 벌어지게 되어, 시편(10')의 시험부(11)의 무리한 굽힘 하중을 주게 되는 문제가 있었다.

따라서, 시험부(11)의 파손 우려가 있을 뿐만 아니라, 비록 파손이 되지 않더라도 이미 굽힘 하중을 받은 시편(10')으로는 정확한 인장 시험의 결과를 확보할 수 없는 문제도 있었다.

한편, 첨부도면 도 2는 종래의 마이크로 인장시험용 시편(10')의 지지대(13)를 절단하기 위한 다른 일실시예를 도시한 것으로, 인장시험기(1)에 장착된 그립어 댑터(6)의 접착홈(6a) 각각에 시편(10')의 양단을 접착제(7)를 이용하여 접착 고정시킨 후 초음파 커터(20)의 칼날(21)을 이용하여 지지대(13)를 절단하도록 하였다.

즉, 미세진동을 발생하는 초음파 커터(20)를 이용하여 지지대(13) 부분을 칼날(21)로 조금씩 갈아냄으로써, 상기 지지대(13)를 절단할 수 있는 것이다.

그러나, 상술한 바와 같은 절단 작용은 정작 지지대(13)를 절단하는 역할의 초음파 커터(20)를 고정할 수 있는 별개의 수단이 마련되지 않아 정밀한 절단작업이 다소 어려운 문제가 있었다.

즉, 지지대(13)를 절단할 때 초음파 커터(20)를 지지대(13)에 너무 가깝게 접근시키게 되면, 시편(10)의 시험부(11)에 굽힘 하중과 같은 힘을 가하게 되어 상기한 시험부(11)을 파손시키거나 손상시킬 수 있는 우려가 있었고, 초음파 커터(20)를 지지대(13)에서 너무 멀게 위치시키게 되면, 작업자의 의도대로 절단 작업이 제대로 이루어지지 않아 작업의 능률이 저하되는 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 초음파 커터의 위치를 고정 유지시켜 지지대의 절단 작업을 보다 정확하고 신속하게 하고, 이에 따른 커팅 효율을 높일 수 있도록 한 마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 시편과 초음파 커터 사이를 절단 작업에 적절하게 고정시켜 시편의 파손 및 손상없이 지지대를 손쉽게 절단할 수 있도록 한 마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 지지대의 절단 작업에 의한 시험부의 손상을 방지하여 보다 정확한 인장 시험 결과를 확보할 수 있도록 한 마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 인장시험기의 그립어댑터에 고정된 인장 시편의 지지대를 커팅하는 것에 있어서, 상기 시편의 지지대를 커팅하는 초음파 커터의 위치를 고정시킬 수 있도록 상기 그립어댑터 상부에 장착홀이 형성된 커팅테이블을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기한, 커팅테이블은 양단에 다리가 형성된 상판 중앙 양측에 초음파 커터가 끼워지는 장착홀을 각각 형성하고, 상기 각각의 장착홀 양측에는 이 장착홀들이 서로 관통되게 감시홀을 각각 형성한 것을 특징으로 한다.

상기한, 장착홀은 초음파 커터의 하방향 이탈을 방지하면서 견고하게 끼워질 수 있도록 콘 형태로 형성하고, 시편에 형성된 지지대의 간격과 동일한 간격으로 각각 배치 형성하는 것을 특징으로 한다.

즉, 초음파 커터를 커팅테이블에 장착하여 인장시험기에 고정 유지시키므로, 시편의 손상 및 파손없이 지지대의 절단 작업을 정확하고 신속하게 할 수 있고, 보다 정확하고 신뢰성 있는 인장 시험 결과를 확보할 수 있으며, 또한 장착홀 양측에 감시홀을 형성하여 지지대의 절단 작업 중에 초음파 커터의 움직임을 관찰 및 감시할 수 있어 지지대의 커팅 작업을 원활하게 수행할 수 있는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이하 상세한 설명에서, 종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 적용하였음을 밝혀둔다.

도 3은 본 발명에 적용되는 시편(10)을 도시한 것으로, 시편(10) 양측에 소정 간격만큼 접착제도포부(15)를 형성하고, 상기 접착제도포부(15) 중앙 사이에는 마이크로 단위의 매우 얇은 두께의 시험부(11)를 형성하며, 상기 접착제도포부(15) 양끝 사이에는 지지대(13)를 각각 일체로 형성한다. 이때, 상기한 지지대(13) 내측 양쪽에 노치(14)를 각각 형성하고, 상기 노치(14) 부분은 초음파 커터(20)의 칼날(21)을 이용하여 안에서 바깥으로 절단하도록 하였다.

즉, 미세진동을 발생하는 초음파 커터(20)를 이용하여 비교적 약한 노치(14) 부분을 칼날(21)로 조금씩 갈아냄으로써, 상기 지지대(13)를 절단할 수 있는 것이다.

그리고, 상기한 접착제도포부(15) 방향의 공간부(12) 양측에는 지지대(13) 내측 양쪽에 소정의 길이와 폭만큼 요홈(16)을 형성한다. 즉, 지지대(13)와 시험부(11) 사이의 연결 부분을 일부 절개 형성(요홈)하여 지지대(13)의 절단작업에 따른 진동 및 충격력이 시험부(11)에 전달되는 것을 차단하여 상기한 시험부 (11)의 손상을 방지할 수 있는 것이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 인장시험기(1)와 초음파 커터(20)와 커팅테이블 (30)을 도시한 것으로, 인장시험기(1)에 커팅테이블(30)을 구비하고, 상기 커팅테이블(30)에 초음파 커터(20)를 장착하여 구성한다.

먼저 인장시험기(1)의 구성은 본 출원인에 의하여 선출원된 인장시험기용 시 편장착장치(대한민국 특허 출원번호 제2004-38370호)를 일부 적용하여 도시하였음을 밝혀둔다.

이하 간단하게 설명하면, 무빙스테이지(3)와 클램프(4) 단부에 접착홈(6a)을 형성한 그립어댑터(6)를 각각 장착하여 상기 접착홈(6a)에 시편(10)의 양단을 각각 고정할 수 있도록 하였다. 그리고, 상기 무빙스테이지(3)는 구동기(2)에 의해 레일(5)을 따라 왕복 이동이 가능하도록 구성하여, 고정된 시편(10)의 단부를 잡아당김으로써 인장 시험을 수행 가능하도록 하였다.

초음파 커터(20)는 상술한 시편(10)의 지지대(13)를 절단하기 위한 것으로, 전방에 칼날(21)을 구비하고 상기한 칼날(21)을 진동시켜 상기한 지지대(13)를 절단할 수 있도록 구성하였다. 즉, 상기한 초음파란 주파수가 약 2만 Hz 이상인, 사람의 귀에는 소리로 들리지 않는 것으로, 16~25kHz 의 초음파 진동을 이용하여 칼날(21)을 미세 진동시켜 지지대(13)의 노치(14) 부분을 조금씩 갈아내어 상기 지지대(13)를 절단하는 것이다.

여기서, 상기와 같은 초음파를 이용한 커터는 이미 공지된 기술로 미세 진동을 발생하는 원리 및 기술적 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명의 핵심적인 구성요소인 커팅테이블(30)은 시편(10)의 지지대 (13)를 절단하기 위한 초음파 커터(20)를 고정시키는 역할을 하는 것으로, 상술한 인장시험기(1)에 장착된 그립어댑터(6) 상부에 구비된다.

첨부도면 도 5와 도 6을 통하여 설명하면, 상기 커팅테이블(30)은 판부재의 상판(31) 양단 하부에 각각의 그립어댑터(6) 상면에 올려질 수 있도록 다리(32)를 일체로 형성하고, 상기 상판(31) 중앙의 양측에는 장착홀(33)을 각각 형성하여 초음파 커터(20)를 삽입 장착할 수 있도록 하였다.

이때, 상기 다리(32)의 높이는 시편(10)에 형성된 노치(14)에 초음파 커터 (20)의 칼날(21)이 정확하게 접촉할 수 있도록 적절하게 형성한다. 그리고, 상기 장착홀(33)의 상부 둘레의 넓이는 초음파 커터(20)의 대략 중앙 부분의 두께보다 다소 작게 형성함과 아울러, 상기 장착홀(33)의 상부 둘레를 하부의 둘레보다 넓게 형성한 콘 형태로 제작함으로써, 상기한 초음파 커터(20)의 하방향 이탈을 방지하는 동시에 장착홀(33)에 보다 견고하게 끼워 고정될 수 있도록 하였다.

그리고, 상기 각각의 장착홀(33)은 시편(10)에 형성된 각각의 지지대(13) 사이 간격과 동일한 간격으로 배치 형성함으로써, 그립어댑터(6)에 올려진 커팅테이블(30)을 이동하지 않고도 시편(10) 양측의 지지대(13)를 모두 절단하는 것이 가능하도록 하였다.

이와 같은 상기 각각의 장착홀(33) 양측에는 상기 각각의 장착홀(33)이 서로 관통되도록 감시홀(34)을 각각 형성하여, 초음파 커터(20)의 절단 작업을 감시할 수 있도록 하였다. 즉, 상기 장착홀(33) 사이에 감시홀(34)을 형성하고, 상기한 장착홀(33)을 중심으로 대칭되는 위치에 역시 감시홀(34)을 형성함으로써, 좌·우 어느 위치에서나 초음파 커터(20)의 절단 작업을 확인 및 감시할 수 있도록 한 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 5와 도 6을 통하여 설명하면, 인장시험기(1)에 시편(10)을 적용하여 인장 시험을 하는 경우, 핀셋(미도시)과 같은 도구를 사용하여 시편(10)을 들어 상기한 시편(10) 양측의 접착제도포부(15)를 그립어댑터(6)에 형성된 접착홈 (6a)에 안착시키고, 상기 접착제도포부(15) 위로 소량의 접착제(7)를 떨어뜨려 접착홈(6a)에 상기 시편(10)을 고정시킨다.

이 후에, 각각의 그립어댑터(6) 상부에 커팅테이블(30)의 다리(32)를 올려 구비하고, 콘 형태로 형성된 커팅테이블(30)의 일측 장착홀(33)에 초음파 커터(20)를 견고하게 삽입 장착한다. 그리고, 상기 초음파 커터(20)를 작동시켜 전방의 칼날(21)을 이용해 지지대(13)의 노치(14) 중 어느 한 부분을 안에서 바깥으로 갈아냄으로써 일측 지지대(13)를 절단 작업하게 된다.

즉, 노치(14)가 형성된 지지대(13) 부분은 노치(14)가 형성되지 않은 다른 지지대(13) 부분에 비해 상대적으로 약하므로, 커팅작업에 의해 양쪽 노치(14) 사이의 지지대(13) 부분을 절단할 수 있는 것이다.

이처럼, 지지대(13) 일측의 절단 작업을 완료하게 되면, 상기한 초음파 커터 (20)를 일측의 장착홀(33)에서 빼내어 타측에 장착홀(33)에 삽입 장착하고, 상술한 바와 같은 작용에 의해 타측 지지대(13)의 절단 작업을 수행함으로써, 지지대(13) 양측의 절단 작업을 모두 완료하게 된다.

즉, 지지대(13)를 커팅하는 역할의 초음파 커터(20)를 커팅테이블(30)에 장착하여 고정 유지시키므로, 지지대(13)의 절단 작업을 보다 정확하고 신속하게 할 수 있고, 이에 따라 시편(10)에 형성된 지지대(13)의 커팅 효율을 최대한 높일 수 있는 것이다.

더욱이, 본 발명의 마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구는 시편(10)과 초음파 커터(20) 사이에 커팅테이블(30)을 설치하여 절단 작업을 수행하기 적절한 간격을 유지할 수 있도록 함으로써, 시편(10)의 파손 및 손상없이 지지대(13)를 손쉽게 절단할 수 있는 것이다.

뿐만 아니라, 본 발명의 마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구는 상술한 바와 같이 초음파 커터(20)의 위치를 고정시켜 지지대(13)의 절단작업을 정밀하게 수행할 수 있으므로, 시편(10)에 형성된 시험부(11)의 손상 및 파손을 방지하고, 이에 따라 보다 정확하고 신뢰성 있는 인장시험 수치를 확보할 수 있는 것이다.

한편, 상기한 장착홀(33) 양측에는 감시홀(34)이 형성되어 있어, 지지대(13)의 절단 작업 중에 상기한 감시홀(34)을 통해 초음파 커터(20)의 움직임을 관찰 및 감시할 수 있다. 따라서, 초음파 커터(20)에 구비된 칼날(21)이 노치(14) 부분에서 벗어나게 되면 감시홀(34)을 통하여 인지할 수 있고, 이에 따라 커팅테이블(30) 및 초음파 커터(20)의 위치를 수정하여 작업함으로써, 지지대(13)의 커팅작업을 보다 정확하고 신속하게 수행할 수 있는 것이다.

이처럼, 시편(10)에 형성된 양쪽 지지대(13)의 절단이 모두 완료되면 첨부도면 도 4와 같이 구동기(2)로부터의 작동력에 의해 무빙스테이지(3)를 이동시켜 그립어댑터(6)에 고정된 시편(10)의 단부를 잡아당기게 됨으로써, 인장시험을 수행하고 그에 따른 시편(10)의 물성과 함께 탄성 계수 및 파괴 강도 등을 측정할 수 있 게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 시편의 지지대를 커팅하는 역할의 초음파 커터를 커팅테이블에 장착하여 고정 유지시키므로, 지지대의 절단 작업을 보다 정확하고 신속하게 할 수 있고, 이에 따라 시편에 형성된 지지대의 커팅 효율을 최대한 높일 수 있는 효과가 있고, 시편과 초음파 커터 사이에 커팅테이블을 설치하여 절단 작업을 수행하기 위한 적절한 간격을 유지할 수 있도록 하여, 시편의 파손 및 손상없이 지지대를 손쉽게 절단할 수 있는 효과도 있다.

더욱이, 상기와 같이 커팅테이블에 의해 초음파 커터의 위치를 고정시켜 지지대의 절단작업을 정밀하게 수행할 수 있으므로, 시편에 형성된 시험부의 손상 및 파손을 방지하고, 이에 따라 보다 정확하고 신뢰성 있는 인장 시험 결과를 확보할 수 있는 효과가 있고, 파손에 의해 불필요하게 버려지게 되는 시편을 줄이게 되어 시편 생산에 소요되는 비용을 절감할 수 있어 제품의 가격경쟁력을 확보할 수 있는 효과도 있다.

뿐만 아니라, 장착홀 양측에는 감시홀이 형성되어 있어, 지지대의 절단 작업 중에 상기한 감시홀을 통해 초음파 커터의 움직임을 관찰 및 감시할 수 있고, 이에 따라 초음파 커터에 구비된 칼날의 위치가 노치 부분에서 벗어나는 경우 커팅테이블의 위치를 수정한 후 작업함으로써, 지지대의 커팅작업을 보다 정확하고 신속하게 수행할 수 있는 효과도 있는 것이다.

Claims (4)

1. 마이크로 인장시험기의 그립어댑터에 고정된 시편의 지지대를 커팅하는 것에 있어서,

   상기 시편(10)의 지지대(13)를 커팅하는 초음파 커터(20)의 위치를 고정시킬 수 있도록 상기 그립어댑터(6) 상부에 장착홀(33)이 형성된 커팅테이블(30)을 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구.
2. 제 1항에 있어서, 상기 커팅테이블(30)은 양단에 다리(32)가 형성된 상판(31) 중앙 양측에 초음파 커터(20)가 끼워지는 장착홀(33)을 각각 형성하고, 상기 각각의 장착홀(33) 양측에는 이 장착홀(33)들이 서로 관통되게 감시홀(34)을 각각 형성한 것을 특징으로 하는 마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구.
3. 제 2항에 있어서, 상기 장착홀(33)은 초음파 커터(20)의 하방향 이탈을 방지하면서 견고하게 끼워질 수 있도록 콘 형태로 형성한 것을 특징으로 하는 마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 장착홀(33)은 시편(10)에 형성된 지지대(13)의 간격과 동일한 간격으로 각각 배치 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 인장시험용 시편의 지지대 커팅기구.

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