KR100809200B1 - 엑시머 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외표면에 외측 전극을 설치한 방전 용기 내에 내부 전극을 설치한 엑시머 램프에 있어서, 상기 방전 용기 내에서 내부 전극을 덮도록 설치한 내측관의 적어도 일단의 개방부로부터 노출하는 내부 전극과, 외측 전극과의 사이에서의 원하지 않는 연면(沿面) 방전을 방지한 엑시머 램프를 제공하는 것이다.

방전 용기 내에서 내부 전극을 덮도록 설치된 내측관의 단부(端部)에, 상기 내측관으로부터 돌출한 내부 전극과 외측 전극과의 사이에서의 연면 방전을 방지하는 연면 방전 방지 수단을 설치한 것을 특징으로 한다.

Description

엑시머 램프{EXIMER LAMP}

도 1은 본 발명의 실시예1을 도시한다.

도 2는 도 1의 부분 확대도이다.

도 3은 실시예2를 도시한다.

도 4는 실시예3을 도시한다.

도 5는 실시예4를 도시한다.

도 6은 실시예5를 도시한다.

도 7은 종래예를 도시한다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 엑시머 램프 2 : 방전 용기

21: 발광부 22: 봉지부

3 : 내부 전극 4 : 외측 전극

5 : 내측관 51: 확경(擴徑)부

6 : 내부 리드 7 : 금속박

8 : 외부 리드 10: 칸막이판

11, 12 : 부가 유전체(단부 두께부)

13 : 도전 부재

본 발명은 유전체 재료를 개재시켜 방전하여 엑시머 발광하는 엑시머 램프에 관한 것으로서, 특히, 방전 공간 내에 내부 전극을 갖는 엑시머 램프에 관한 것이다.

본 발명에 관련된 기술로서는, 예컨대, 일본국 특개평 2-7353호가 있고, 거기에는, 방전 용기에 엑시머 분자를 형성하는 방전용 가스를 충전하여, 유전체를 통해 방전함으로써 방전 용기 내의 방전용 가스에 엑시머 분자를 생성시키며, 이 엑시머 분자로부터 방사되는 자외광을 취출하는 엑시머 램프가 개시되어 있다.

상기 엑시머 램프는, 종래의 저압 수은 방전 램프나 고압 방전 램프에는 없는, 단일 파장의 자외광을 강하게 방사하는 등의 특징을 갖는 것으로도 알려져 있다. 엑시머 램프를 사용한 발광 장치로는, 상기 공보 이외에도, 예컨대, 일본국 특허 제2854255호, 일본국 특개 2002-168999호 등에 개시되어 있다.

상기 일본국 특허 제2854255호, 특개 2002-168999호에 개시된 엑시머 램프(유전체 베리어 방전 램프)는, 원통 형상 내측관의 외측에, 마찬가지로 원통 형상 외측관이 동(同)축적으로 배치된 이중 원통형의 구조를 하고 있으며, 외측관의 외면에 외측 전극이 배치되고, 내측관의 내부에 내부 전극이 배치되어, 외측관과 내측관의 사이에 형성되는 공간을 방전 공간으로 하는 것이다.

도 7에 상기 종래의 엑시머 램프의 개략 구성을 도시한다. (a)는 전체의 횡 단면도를 도시하고, (b)는 (a)의 A-A단면도를 도시한다.

엑시머 램프(60)는 전체 형상이 원통 형상이고 합성 석영 글래스로 구성된다. 방전 램프(60)는 외측관(61)과 내측관(62)이 동 축에 배치하여 이중 원통관을 구성하는 동시에, 양단을 폐쇄한 것으로부터 외측관(61)과 내측관(62)의 사이에 방전 공간(S)이 형성된다. 방전 공간(S)에는 유전체 베리어 방전에 의해서 엑시머 분자를 형성하는 동시에, 이 엑시머 분자로부터 진공 자외광을 방사하는 방전용 가스, 예컨대 크세논 가스가 봉입된다.

외측관(61)의 외면에는 한쪽의 전극인 망 형상 외측 전극(63)이 설치되고, 내측관(62)의 내부에 다른쪽의 전극인 내부 전극(64)이 설치된다.

외측 전극(63)과 내부 전극(64)의 사이에는, 대략 도시한 교류 전원이 접속되고, 이것에 의해 방전 공간에 엑시머 분자가 형성되어 자외광을 발광한다. 방전용 가스는 발광 파장에 따라서 선택되지만, 예컨대, 크세논 가스를 사용한 경우에는 파장 172nm의 광을 방사한다.

그러나, 상기 구조의 엑시머 램프에는, (1)내측관, 외측관이라는 2개의 석영 글래스관을 이중 원통형으로 하므로 방전 용기 전체가 커지고, 또, 내측관은 단부에서 용착 지지되어 있으므로 중력의 영향을 받아 파손되기 쉬우며, (2)2개의 석영 유리관을 양단부에서 접합시키기 위한 제조 공정이 필요하게 되고, 상기 제조 공정은 복잡하고 또한 번잡하며, (3)내측관은 냉각 가능한 외측관에 비해 고온이 되므로, 열 팽창에 의한 큰 부하가 걸리고, 특히, 외측관과의 접합부에 응력이 집중하여 파손하기 쉬우며, 램프가 장척화할수록 그 영향은 심각하다고 하는 문제가 있 다.

또, 이중 원통형이 아닌, 예컨대, 일본국 특허3506055호에 개시되는 바와 같이, 내부 전극이 방전 공간 내에 연재(延在)하는 구조를 갖은 엑시머 램프도 존재한다. 이 구조는 방전 용기가 하나의 원통체로 이루어지고, 이중 원통형에 있어서의 내측관에 상당하는 것이 존재하지 않으므로, 상기 문제점 중의 몇 가지는 해결할 수 있다.

그러나, 상기 구조의 엑시머 램프에서는, 내부 전극이 방전 공간 내에 노출되어 있고 전극이 방전 공간에 직접 작용하므로, (1)전극으로부터 생성되는 방전의 공간 분포가 불균일하게 되기 쉽고, (2)전극으로의 급(給)전극성에 유의하지 않으면 아크 형상의 방전이 생성되어 버리므로 엑시머 광이 효율적으로 생성되지 않으며, (3)아크 형상의 방전이 형성되면, 그 부분이 적열(赤熱)하여 전극이 타서 끊어지고, (4)내전극 금속이 스퍼터하여, 방전 용기의 광 취출부를 오염하는 등의 또 다른 문제가 있다.

(특허문헌1) 일본국 특개평 2-7353호

(특허문헌2) 일본국 특허 제2854255호

(특허문헌3) 일본국 특개 2002-168999호

(특허문헌4) 일본국 특허 제3506055호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이중 원통형 엑시머 램프가 갖는 구조의 복잡함을 없애고, 방전 공간 내에 내부 전극이 직접 노출된 구조의 엑시머 램프가 갖는 방전의 부조화 등을 없앤 방전 공간 내의 내부 전극을 단부가 개방된 유전체에 의해서 덮은 신규 구조를 갖는 엑시머 램프를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 방전용 가스가 봉입된 방전 용기와, 상기 방전 용기의 내부에 길이 방향으로 연재하여 방전 용기의 단부에서 기밀하게 봉지된 내부 전극과, 방전 용기의 외면에 배치된 외측 전극으로 이루어지는 엑시머 램프에 있어서, 상기 내부 전극은 적어도 외측 전극과의 사이에서 방전을 행하는 부위의 외표면이, 적어도 일단이 방전 공간 내에서 개방된 유전체 재료로 이루어지는 내측관에 의해서 덮이는 동시에, 상기 내측관은 대응하는 외측 전극의 단부를 길이 방향으로 지나 연재하며, 그 단부에는 상기 내측관으로부터 돌출한 내부 전극과 외측 전극과의 사이에서의 원하지 않는 연면 방전을 방지하는 연면 방전 방지 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 연면 방전 방지 수단은 연면 거리 연장 수단인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연면 방전 방지 수단은 내측관의 단부 근방의 외표면에 축적되는 전하를 감소시키는 전하 감소 수단인 것을 특징으로 한다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

이하, 도 1∼6을 이용하여 본 발명의 엑시머 램프의 실시예에 관해서 설명한다.

(실시예1)

도 1(a)는 본 발명의 엑시머 램프를 길이 방향으로 절단하여 얻은 측단면도이다. 도 1(b)는 도 1(a)의 횡단면, 도 2는 그 주요부(A)의 확대도이다.

엑시머 램프(1)는, 유전체 재료, 예컨대, 합성 석영 글래스로 이루어지는 방전 용기(2)를 갖고, 상기 방전 용기(2)는 전체가 관 형상의 발광부(21)와, 그 양단의 발광부(21)를 기밀하게 봉지하는 봉지부(22)를 구비하며, 그 발광부(21) 내에는 발광 공간(S)이 형성되어 있어, 방전 가스가 충전되어 있다.

방전 용기(2)의 내부에는 코일 형상의 내부 전극(3)이 방전 용기(2)의 관축 X에 따르도록 배치되고, 방전 용기(2)의 외표면에는 외측 전극(4)이 설치되어 있다. 내부 전극(3)의 양단의 내부 리드(6)는 핀치 시일된 봉지부(22)에 매설된 금속 박(7)의 일단에 접속되어 있고, 상기 금속 박(7)의 타단에는 봉지부(22)로부터 바깥쪽으로 연재되도록 외부 리드(8)가 접속되어 있다.

내부 전극(3)의 외주에는, 이것을 덮도록 유전체 재료로 이루어지는 내측관(5)이 설치되어 있다. 상기 내측관(5)은 방전 공간(S) 내에서 그 양단이 개방되어 있고, 적어도, 내부 전극(3)의 상기 외측 전극(4)과의 사이에서 방전을 행하는 부위에 덮여 있으며, 축 방향에서 외측 전극(4)을 지나 연재되어 있다.

상기 내측관(5)은 도시 생략한 지지체에 의해 발광부(21)에 지지되는 것이도 되고, 또는, 마찬가지로 도시 생략한 지지체에 의해 내부 전극(3)에 지지되는 것이어도 된다.

그리고, 발광부(21)의 내부에 형성되는 방전 공간(S)에는, 유전체 재료를 개재하는 방전에 의해서 엑시머 분자를 형성하기 위한 방전용 가스로서, 예컨대 크세 논 가스가 봉입된다.

또한, 내부 전극(3)은 코일 형상인 것을 나타내었지만 이것에 한정되지 않으며, 로드 형상, 봉 형상인 것이어도 된다. 단, 내부 전극(3)으로서 코일 형상 전극을 채용하면, 축 방향에서의 팽창에 대하여 버퍼 기능이 있고, 석영 글래스로 이루어지는 방전 용기(2)와의 열 팽창차를 흡수하여, 봉지부(22)에서의 크랙의 발생을 방지할 수 있다는 이점이 있다.

또, 외측 전극(4)에 관해서도, 도시하는 예로는, 반원 통체 형상으로 예시되어있지만, 이것에 한정되지 않으며, 원통 형상의 투광성 전극, 예컨대, 망 형상 전극 등이어도 되는 것은 물론이다.

또, 봉지부(22)의 구조는 핀치 시일에 한정되는 것이 아니라, 그 밖의 박 시일, 즉, 쉬링크(shrink) 시일 구조이어도 되며, 소위 단 연결 시일을 채용할 수 있다. 단 연결 시일의 이점은, 글래스와 전극의 접합성이 좋아지는 것이며, 봉지부에서의 가스 누설이나 크랙의 발생을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

도 2에 상세하게 도시된 바와 같이, 내측관(5)의 단부 근방에는 래퍼 상으로 점차 그 직경이 확대되는 확경부(51)가 형성되어 있다. 상기 확경부(51)는 연면 방전 방지 수단으로서 기능하는 것이고, 외측 전극(4)의 단부에서 내부 전극(3)에 달하는 연면 거리를 크게하기 위한 것이다. 그러므로, 그 확경부(51)는 외측 전극(4)을 지나 연재하여 봉지부(22)측에 설치되지만, 그 설치하는 위치나 크기는 외측 전극(4)과, 내부 전극(3)의 내측관(5)에 덮이지 않는 부위(31)와의 사이에서 원하지 않는 연면 방전이 발생하지 않도록 선택된다.

도시하는 예에서는, 연면 거리(L)는 발광부(21)의 내주면에서 외측 전극(4)의 단부(E)에 상당하는 위치(A)에서 내측관(5)의 E에 상당하는 위치(B)에 달하기까지의 거리(L1)와, B에서 확경부(51)의 단부(C)에 달하기까지의 확경부(51)의 외표면에 따른 거리(L2)와, C에서 내부 전극(3)으로의 최단 거리의 위치(D)에 달하기까지의 거리(L3)의 합계(L=L1+L2+L3)가 된다. 따라서, 전체 길이가 같고, 확경부를 갖지 않는 구조에 비해, C에서 D에 달하기까지의 거리(L3)분이 가산되어 있는 것으로부터 연면 거리를 신장할 수 있게 된다.

또한, 상기 확경부(51)는 도시하는 래퍼 형상으로 한정되지 않고, 테이퍼 형상이나 계단 형상의 확경부라도 좋으며, 요컨대, 직관 형상인 것에 비해 거리가 가산되는 구조라면 다른 구조이어도 된다.

내부 전극(3)과 외측 전극(4)에는 대략 도시한 고주파 전원이 접속되어, 양전극 사이에서 유전체 재료인 방전 용기(2) 및 내측관(5)을 개재시켜 유전체 베리어 방전이 발생하고, 엑시머 발광이 생긴다.

본 발명의 엑시머 램프에 있어서는 내측관(5)이 봉지부(22)까지 신장하여, 봉지부(22)에 매설되는 것은 바람직하지 않다. 내측관(5)이 봉지부(22)에 매설되면, 배경 기술에서 설명한 이중 원통형 구조의 엑시머 램프와 동일한 문제를 발생시키기 때문이다.

이상과 같이, 도 1, 2에 도시하는 구조의 엑시머 램프에 의하면, 내측관의 단부에 확경부가 형성되어 있는 것이 최대의 특징이고, 그 이점을 이하에 설명한다.

본 발명의 엑시머 램프는 내측관이 상기와 같은 이유에 의해 봉지부에는 매설되어 있지 않고, 내부 전극의 단부 부근이 내측관에 덮이지 않으며, 방전용 가스에 직접 노출되는 구조이다. 그러므로, 외측 전극의 단부와 내부 전극의 내측관에 덮여 있지 않는 부위와의 사이에 거리(연면 거리라고 한다)를 충분하게 확보하지 않으면, 양자간에 원하지 않는 연면 방전이 생기게 되고, 이것에 의해, 내외 전극간에서의 방전의 안정성을 잃는다는 문제점이 생긴다. 이와 같은 연면 방전은, 상세하게는, 내측관으로부터 돌출한 내부 전극을 향해서 내측관의 외측 전극의 단부에 대응하는 개소로부터 발생하는 것으로 생각할 수 있다.

이것을 방지하고자 연면 거리를 충분하게 취하기 위해서, 간단하게 내측관의 길이를 외측 전극에 대하여 크게 하고자 하면, 내측관에 덮인 내부 전극과 외측 전극 사이의 유효한 방전 형성 부분의 길이에 비해 방전 용기의 전체 길이가 길어지므로, 환언하면, 램프 전체 길이에 대하여 방전 형성 부분이 차지하는 비율이 적어지므로 바람직하지 않다.

이것에 대하여, 내측관(5)의 단부에 확경부(51)를 형성한 본 발명의 엑시머 램프의 구조에 의하면, 확경부(51)의 존재에 의해 연면 거리가 신장하게 되므로, 방전 형성 부분을 과잉으로 짧게 할 필요 없이 충분한 연면 거리를 확보할 수 있으므로, 원하지 않는 연면 방전의 발생을 확실하게 방지할 수 있게 된다.

도 1에 도시하는 엑시머 램프(1)의 수치예를 이하에 나타낸다.

방전 용기(2)는 전체 길이(봉지부(22)을 포함)가 220mm∼2820mm로서, 예컨대 1620mm이고, 발광부(21)의 전체 길이가 100mm∼2700mm로서, 예컨대 1500mm이며, 외 경이 10mm∼50mm로서, 예컨대 16mm이고, 내경이 8mm∼48mm로서, 예컨대 14mm이다.

내부 전극(3)은 전체 길이가 190mm∼2790mm로서, 예컨대 1590mm이고, 외경이 1mm∼40mm로서, 예컨대 3mm이며, 피치가 0.5mm∼10mm로서, 예컨대 2mm이다.

내측관(5)은, 전체 길이가 170mm∼2770mm로서, 예컨대 1570mm이고, 외경이 2mm∼42mm로서, 예컨대 4mm이며, 내경이 1mm∼40mm로서, 예컨대 3mm이다. 확경부(51)의 최대 외경은 4mm∼46mm로서, 예컨대 12mm이다. 그 밖의 외측 전극(4)의 전체 길이가 100mm∼2700mm로서, 예컨대 1500mm이다.

연면 거리(L)는 3mm∼150mm로서, 예컨대 80mm이다.

(실시예2)

도 3은 다른 연면 거리 연장 수단을 도시하는 것으로서, 도면에서, 외측 전극(4)단보다도 바깥쪽에 위치하는 내측관(5)의 단부 근방에, 비도전성 재료로 이루어지는 칸막이 판(10)을 설치한 것이다. 이 칸막이 판(10)은 석영 글래스나 세라믹 등의 비도전성 재료로 이루어지는 다른 부재를 내측관(5)에 용착하여도 되고, 내측관(5) 자체를 팽출시켜 형성하여도 된다.

도 3에 도시하는 엑시머 램프(1)에 의하면, 연면 거리(L)에는 각 칸막이 부재(10)의 높이(H)에 상당하는 거리가 칸막이 부재(10)의 개수에 대응하여 가산되게 된다. 따라서, 램프 전체 길이에 대하여 방전 형성 부분이 차지하는 비율을 줄이지 않고 연면 거리(L)가 신장하므로, 외측 전극(4)에서 내측관(5)으로 덮이지 않는 내부 전극(3)으로의 연면 방전의 발생을 양호하게 방지할 수 있다.

도 3에 도시하는 실시예2에 관해서, 도 1, 2의 실시예1과 상이한 부분의 수 치예를 나타낸다. 칸막이 부재(10)는 외경이 7mm∼47mm로서, 예컨대 13mm이다. 내경은 2mm∼42mm로서, 예컨대 4mm이다. 두께(관축 X방향)가 1mm∼10mm로서, 예컨대 3mm이다. 연면 거리(L)는 칸막이 부재(10)가 2개 설치되어 있는 경우에 3mm∼150mm로서, 예컨대 80mm이다.

(실시예3)

도 4∼도 6에 도시하는 실시예는 연면 방전 방지 수단으로서, 내측관(5)의 단부 외표면에 발생하는 전하량을 감소시키는 전하 감소 수단을 채용한 경우이다.

도 4에서의 실시예3에서는, 내측관(5)의 단부 외표면에 유전체(11)를 용착 등에 의해 부가적으로 장착해 놓는다. 상기 부가 유전체(11)로서는, 내측관(5)과 같은 재료인 것이 바람직하고, 내측관(5)이 석영 글래스의 경우, 부가 유전체(11)도 석영 글래스이다. 이 경우, 내측관(5)이 단부 근방에서 다른 부분에 비해 그 두께가 두껍다고도 볼 수 있다.

이렇게 함으로써, 내측관(5)의 단부 두께부(11)에서의 외표면에 축적되는 전하는 내측관(5)의 다른 부분에서의 전하에 비해 적어지고, 그러므로, 외측 전극(4)의 단부로부터 내측관(5) 바깥의 내부 전극(3)으로의 방전이 전해지지 않게 되어, 연면 방전을 방지할 수 있는 것이다.

(실시예4)

도 5에 있어서, 상기 실시예4는 상기 실시예3과 기본적인 생각은 같으며, 이 실시예의 경우, 내부 전극(3)에 연결된 내부 리드(6)가 내측관(5)의 내부까지 연장된 케이스이다. 이 실시예에서는, 내측관(5)의 단부에 설치하는 부가 유전체(12) 는 내측관(5)의 내표면에 설치되어 있다.

이 실시예4에서의 연면 방전 방지에 관한 작용은 상기 실시예3과 동일하지만, 내부관(5)의 외표면이 평활화되는 점에서만 상위한다.

(실시예5)

도 6에 실시예5를 나타내고, 도 6(a)는 측단면도이며, (b)는 횡단면도이다.

도 6에서, 내측관(5)의 단부 근방에는 금속 링이나 금속 와이어 등의 도전 부재(13)가 감겨 있고, 그 밖의 단부(13a)는 방전 용기(2)의 내벽 방향을 향해 신장되어 있는 것으로서, 방전 용기(2)에 맞닿아 있어도 된다.

이 실시예에서는, 내측관(5)의 단부 외표면에 축적한 전하가, 도전 부재(13)를 통해 타단부(13a)에서 방전 용기(2)측으로 빠져나가므로, 결과적으로는 단부 외표면에 축적되는 전하가 감소한다. 그러므로, 외측 전극(4)의 단부에서 내측관(5) 바깥의 내부 전극(3)으로의 연면 방전이 방지된다.

본 발명의 엑시머 램프는 내부 전극의 외주에 유전체 재료로 이루어지는 내측관이 설치되어 있어, 내부 전극과 외측 전극과의 사이에 2개의 유전체가 개재되어 있는 것이 되므로, 방전 공간에 방전이 균일하게 형성되기 쉽다. 또, 급전극성에 관계없이 아크 형상 방전이 생성되지 않으므로, 엑시머 광의 생성 효율이 높으며, 또한 전극이 타서 끊어진다고 하는 문제점이 발생하지 않는다.

게다가, 내측관의 단부에 연면 방전 방지 수단이 설치되어 있으므로, 상기 내측관으로부터 돌출한 내부 전극과 외측 전극과의 사이에서의 원하지 않는 연면 방전이 방지되어, 내측관 내의 내부 전극과 외측 전극과의 사이에서의 안정된 방전을 얻을 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 방전용 가스가 봉입된 방전 용기와, 상기 방전 용기의 내부를 길이 방향으로 연재(延在)하는 동시에 방전 용기의 단부에서 기밀하게 봉지된 내부 전극과, 방전 용기의 외면에 배치된 외측 전극으로 이루어지는 엑시머 램프에 있어서,

   상기 내부 전극은, 적어도 외측 전극과의 사이에서 방전을 행하는 부위의 외표면이, 적어도 일단이 방전 공간 내에서 개방된 유전체 재료로 이루어지는 내측관에 의해서 덮이는 동시에,

   상기 내측관은 대응하는 외측 전극의 단부(端部)를 길이 방향으로 지나 연재하고, 그 단부에는 상기 내측관으로부터 돌출한 내부 전극과 외측 전극과의 사이에서의 원하지 않는 연면(沿面) 방전을 방지하는 연면 방전 방지 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
2. 제1항에 있어서, 상기 연면 방전 방지 수단은, 연면 거리 연장 수단인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
3. 제2항에 있어서, 상기 연면 거리 연장 수단은, 상기 내측관의 단부에 형성된 확경(擴徑)부인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
4. 제2항에 있어서, 상기 연면 거리 연장 수단은, 상기 내측관의 단부 근방의 외주에 설치된 비도전성의 칸막이 판인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
5. 제1항에 있어서, 상기 연면 방전 방지 수단은, 내측관의 단부 근방의 외표면에 축적되는 전하를 감소시키는 전하 감소 수단인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
6. 제5항에 있어서, 상기 전하 감소 수단은, 내측관 단부 근방에서의 두께가 다른 것에 비해 두껍게 형성된 단부 두께부인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
7. 제5항에 있어서, 상기 전하 감소 수단은, 내측관의 단부 근방의 외표면에 장착되고, 타단이 방전 용기의 내벽 방향으로 향한 도전성 부재인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방전 용기의 단부는 박 시일에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.

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