KR101228959B1 - 취성 재료 기판의 모따기 방법 - Google Patents

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KR101228959B1
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료타 사카구치
토모키 나카가키
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미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 연마 부재를 이용하는 일 없이, 또한 모따기 공정에 수반하는 세정 공정을 필요로 하지 않고, 좁은 공간에서도 작업 가능한 모따기 방법을 제공한다.
(해결 수단) 취성 재료 기판 표면의, 가장자리단으로부터, 취성 재료 기판의 두께의 50% 이하의 거리의 영역 내에, 상기 가장자리단을 따라 스크라이브를 행하고, 기판 표면으로부터 측단면(側端面)을 향하는 경사진 크랙을 형성한 후, 스크라이브를 행한 라인 근방을 가열 및/또는 냉각하고, 상기 취성 재료 기판의 가장자리단의 모서리부를 분단하여, 상기 취성 재료 기판의 모따기를 행한다. 상기 취성 재료 기판의 스크라이브는, 날끝이 되는 원주 능선에, 커터 휠의 축심 방향에 대하여 소정 각도 경사진 복수의 경사 홈이 형성된 커터 휠을 이용하여 행하는 것이 바람직하다.

Description

취성 재료 기판의 모따기 방법{METHOD FOR CHAMFERING BRITTLE MATERIAL SUBSTRATE}
본 발명은, 유리 기판 등의 취성 재료 기판의 모따기 방법에 관한 것이다.
취성 재료 기판의 하나인 유리 기판은, 액정 디스플레이 패널(LCD)이나 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD) 등에 널리 사용되고 있다. 이 FPD에서는, 큰 치수의 한 쌍의 머더 유리(mother glass substrate)가 접합된 후, 소정 치수로 분단(cutting)되어 한 쌍의 유리 기판으로 된다. 머더 유리를 소정 치수의 유리 기판으로 분단하는 데는, 스크라이브·브레이크법(scribing·breaking method)이 일반적으로 이용된다. 스크라이브·브레이크법은, 예를 들면, 커터 휠을 유리 기판 상에 압접 전동(轉動)시켜 기판 표면에 스크라이브를 행하고, 이에 따라 기판 표면으로부터 수직 방향의 크랙을 발생시키고(스크라이브 공정), 이어서 유리 기판에 외력을 가하여 그 수직 크랙을 기판의 이면(裏面)까지 성장시켜(브레이크 공정), 기판을 절단하는 방법이다.
스크라이브·브레이크법으로 유리 기판을 분단하면, 분단에 의해 형성된 유리 기판의 가장자리단에, 칩핑(chipping)이나 마이크로 크랙 등이 발생하는 경우가 있다. 칩핑에 의해 발생한 유리 파편은, FDP의 기판 표면에 흠집을 내는 등의 문제를 발생시킬 우려가 있다. 이 때문에, 통상은, 절단 후에, 유리 기판의 가장자리단(edge)을 숫돌 등의 연마 부재에 의해 연마하는 모따기 가공(chamfering process)이 행해지고 있었다.
도 10에 그 일 예를 나타낸다. 도 10(a)는, 제조 단계의 LCD의 정면도 및 우측면도로서, LCD는, 도시하지 않은 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된 TFT 기판(1)과, 도시하지 않은 컬러 필터(CF)가 형성된 CF 기판(2)이 미소 간극(gap)을 갖고 그 주위를 도시하지 않은 시일 부재로 접착되어 이루어진다. 그리고, TFT 기판(1)의 표면의 외연부에는, 게이트 배선(11)이나 소스 배선(12), TFT가 정전기의 방전 등에 의해 파괴되는 것을 방지하기 위해, 게이트 배선(11)과 소스 배선(12)을 전기적으로 단락하는 쇼트 링(13)이 형성되어 있다. 이 쇼트 링(13)은, LCD의 최종 시험 전에, 스크라이브·브레이크법에 의해 절단·제거된다(도 10(b)). 그리고, 절단된 TFT 기판(1)의 단면(端面)은 숫돌(7)에 의해 모따기 가공된다(도 10(c)).
그러나, 최근, LCD 표시 화면의 대형화와 함께 표시 화면의 외주부를 좁게 하는 경향에 있어, CF 기판(2)으로부터 돌출되어 있는 TFT 기판(1)의 외주 부분(L)이 좁아지고 있다. TFT 기판(1)의 외주 부분(L)이 좁아지면, TFT 기판(1)의 절단 단면을 숫돌(7)로 연마하는 데 충분한 공간을 확보할 수 없게 된다.
또한, 연마 부재에 의한 유리 기판의 모따기 가공에서는, 연마 부재에 의해 연마 제거된 미소한 유리 가루가 작업 환경을 오염시킬 우려가 있다. 더욱이, 유리 기판에 부착된 미소한 유리 가루를 제거하기 위해, 모따기 가공 후에 유리 기판을 세정할 필요가 있었다.
일본공개특허공보 평8-6069호
본 발명은 이러한 종래의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 연마 부재를 이용하는 일 없이, 또한 모따기 공정에 수반하는 세정 공정을 필요로 하지 않고, 좁은 공간에서도 작업 가능한 모따기 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면, 취성 재료 기판 표면의, 가장자리단으로부터, 취성 재료 기판의 두께의 50% 이하의 거리의 영역 내에, 상기 가장자리단을 따라 행한 스크라이브에 의해, 기판 표면으로부터 측단면(側端面)을 향하는 경사진 크랙을 형성한 후, 스크라이브를 행한 라인 근방을 가열 및/또는 냉각하여, 상기 취성 재료 기판의 가장자리단의 모서리부를 분단함으로써 상기 취성 재료 기판의 모따기를 행하는 것을 특징으로 하는 취성 재료 기판의 모따기 방법이 제공된다.
여기에서, 경사 크랙을 한층 더 확실하게 형성하기 위해, 회전축을 공유하는 2개의 원추 또는 원추대의 저부(底部)가 교차하여 날끝이 되는 원주 능선(circumferential edge line)을 형성하는 2개의 외주변부와, 상기 원주 능선을 따라 형성된, 상기 원주 능선으로부터 한쪽의 외주변부측을 향하여 경사지는 복수의 경사 홈(inclined groove)을 갖는 커터 휠을 이용하여, 상기 취성 재료 기판을 스크라이브해도 좋다. 상기 복수의 경사 홈은, 상기 원주 능선에 있어서 서로 동일한 형상인 것이 좋다. 또한, 상기 복수의 경사 홈의 폭 및 깊이가 큰 측이, 상기 취성 재료 기판에 있어서의 가장자리단측이 되도록, 상기 커터 휠의 스크라이브 진행 방향을 설정한다.
혹은 또한, 경사 크랙을 한층 더 확실하게 형성하기 위해, 회전축을 공유하는 2개의 원추 또는 원추대의 저부가 교차하여 날끝이 되는 원주 능선을 형성하는 2개의 외주변부를 갖고, 상기 2개의 외주변부의, 상기 원주 능선에 대한 각도가 서로 상이한 커터 휠을 이용하여, 상기 취성 재료 기판을 스크라이브해도 좋다.
상기 커터 휠로서, 그 외주변부가 2단으로 연마되어 이루어지는 것을 이용해도 좋다.
또한, 상기 취성 재료 기판의 스크라이브를 행한 라인이, 직선, 개(開)곡선, 폐(閉)곡선의 적어도 하나라도 좋다.
상기 취성 재료 기판이, 쇼트 링(short-circuit ring)이 가장자리부에 형성된, 플랫 표시 패널용의 유리 기판인 경우, 전술한 모따기 방법에 의해, 가장자리단의 모서리부와 함께 쇼트 링도 분단하는 것이 바람직하다.
본 발명의 모따기 방법에서는, 연마 부재를 이용하는 일 없이 취성 재료 기판의 모따기가 가능해지기 때문에, 종래와 같은 모따기 공정에 수반하는 세정 공정이 불필요해진다. 또한, 연마 부재를 이용하지 않기 때문에, 좁은 작업 공간에서도 모따기 가공을 할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 모따기 방법의 일 예를 나타내는 공정도이다.
도 2는 스크라이브 공정의 모식도(schematic view)이다.
도 3은 다른 커터 휠을 이용한 스크라이브 공정의 모식도이다.
도 4는 커터 휠의 날끝의 형성을 설명하기 위한 확대도이다.
도 5는 경사 홈을 형성한 커터 휠의 날끝의 확대도이다.
도 6은 2개의 외주변부의, 원주 능선에 대한 각도가 상이한 커터 휠의 날끝의 확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 모따기 방법의 다른 예를 나타내는 공정도이다.
도 8은 실시예 1에 있어서의 모따기 가공의 상태도이다.
도 9는 비교예 1에 있어서의 모따기 가공의 상태도이다.
도 10은 LCD의 종래의 제조 공정을 나타내는 공정도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명에 따른 모따기 방법에 대해서 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시 형태에 하등 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 모따기 방법의 일 실시 형태를 도 1에 나타낸다. 도 1은, TFT 기판(1)과 CF 기판(2)이 미소 간극을 갖고 그 주위가 시일 부재(3)로 접착되어 이루어지는 LCD의, TFT 기판(1)의 외주부를 모따기하는 경우의 공정도로서, 우선, 취성 재료 기판의 TFT 기판(1)의 가장자리단으로부터 소정 범위의 영역에, 가장자리단을 따라, 커터 휠(4)에 의해 스크라이브가 행해진다.(도 1(a)).
여기에서 중요한 것은, 커터 휠(4)에 의해 스크라이브를 행하는 위치를, 가장자리단으로부터, TFT 기판(1)의 두께(a)의 50% 이하의 거리의 영역 내로 하는 것이다. 이에 따라, TFT 기판(1)의 표면으로부터 측단면을 향하여 경사진 크랙(C)이 형성된다. 스크라이브를 행하는 위치가, 가장자리단으로부터, TFT 기판(1)의 두께의 50%를 초과하는 위치이면, 스크라이브에 의해 형성되는 크랙(C)이 측단면의 방향으로 경사지지 않고 대략 수직 방향으로 형성되어, 모따기를 할 수 없게 된다. 스크라이브를 행하는 보다 매우 적합한 위치는, 가장자리단으로부터, TFT 기판(1)의 두께의 10%∼50%의 범위이다.
커터 휠(4)을 이용한 스크라이브 방법에 대해서 구체적으로 설명한다. 도 2에, 커터 휠(4)을 부착한 커터 헤드(5)의 개략도를 나타낸다. 이 커터 헤드(5)에는, 회전축을 공유하는 2개의 원추대(圓錐臺)의 저부가 교차하여, 날끝이 되는 원주 능선이 형성된 커터 휠(4)이, 축(51)에 의해 지지틀체(52)에 회전이 자유롭게 지지되어 있다. 이 커터 헤드(5)를, 스크라이브 장치에 장착하고, 커터 휠(4)을 TFT 기판(1)에 압접시키면서, TFT 기판(1)의 표면 상에서 전동시킨다. 이에 따라, TFT 기판(1) 상에 스크라이브 라인(SL)이 형성되어, 경사 크랙(C)이 발생한다. 이때의 커터 휠(4)에 가하는 하중 및 스크라이브 속도는, TFT 기판(1)의 종류나 두께 등으로부터 적절히 결정되지만, 통상, 커터 휠(4)에 가하는 하중은 0.05∼0.4MPa의 범위, 스크라이브 속도는 10∼500mm/sec의 범위이다.
도 2의 커터 헤드(5)에 부착하는 커터 휠(4)로서는, 그 외에, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같은, 회전축을 공유하는 2개의 원추의 저부가 교차하여, 날끝이 되는 원주 능선이 형성된 커터 휠(4') 등, 종래 공지의 것을 사용할 수 있다. 커터 휠의 외경은 1mm∼10mm의 범위가 바람직하다. 휠의 외경이 1mm보다도 작으면, 취급성 및 내구성이 저하되는 경우가 있고, 외경이 10mm보다 크면, 스크라이브시에 경사 크랙이 깊게 형성되지 않는 경우가 있다. 보다 바람직한 휠 외경은 1mm∼5mm의 범위이다.
커터 휠의 날끝의 형성은, 다음과 같이 하여 형성하면 좋다. 예를 들면, 도4에 나타내는 바와 같이, 커터 휠의 날끝을 우선 날끝 각도(θ1)로 예비 연마한다. 그리고, 날끝 각도(θ1)의 커터 휠이 필요한 경우는, 추가로 마무리 연마한 후, 필요에 따라 후술하는 경사 홈을 형성한다. 한편, 날끝 각도(θ2)의 커터 휠이 필요한 경우는, 날끝 각도(θ1)에 예비 연마한 커터 휠에 마무리 연마를 행하여 날끝 각도(θ2)의 커터 휠을 얻는다(도 4의 파선). 그리고, 상기와 동일하게, 필요에 따라 후술하는 경사 홈을 형성한다. 이러한 2단 연마 방식에 의해 날끝을 형성하도록 하면, 날끝 각도(θ1)에 미리 마무리된 커터 휠을 표준품으로서 복수 구비해 두면, 약간의 마무리 연마를 행하는 것만으로 다양한 날끝 각도의 커터 휠을 단시간에 제조할 수 있어, 납기 단축을 도모할 수 있음과 함께, 다품종 소량 생산에도 적응할 수 있게 된다. 또한, 상기 2단 연마 방식은, 도 3 및 후술하는 도 6의 커터 휠에도 적용 가능하다.
기판 표면에 대하여 경사진 크랙(C)을 형성하는 데는, 도 5에 나타내는 바와 같은, 휠 본체(41)의 날끝에, 커터 휠(4)의 축심 방향에 대하여 소정 각도 경사진 경사 홈(42)이 형성된 것이 바람직하다. 경사 홈(42)의 피치로서는, 20∼200㎛의 범위가 바람직하다. 경사 홈(42)의 양단에서의 깊이는, 깊이(d1)가 2∼2500㎛의 범위, 깊이(d2)가 1∼20㎛의 범위가 바람직하다. 또한, 경사 홈(42)을 측면에서 보았을 때의 형상은, U자 형상이나 V자 형상, 톱날 형상, 오목 형상 등 어느 형상이라도 상관없다. 또한, 이 커터 휠(4)을 이용하여 스크라이브를 행하면, 도면의 하방을 향하여 왼쪽 방향으로 경사진 크랙(C)이 형성된다.
혹은, 도 6에 나타내는 바와 같은, 2개의 외주변부의 날끝의 능선에 대한 날끝 각도가 상이한 것을 이용해도, 기판 표면에 대하여 경사진 크랙(C)을 형성할 수 있다. 도 6에 나타내는 커터 휠(43)을 이용하여 스크라이브를 행하면, 도 5의 커터 휠과 동일하게, 도면의 하방을 향하여 왼쪽 방향으로 경사진 크랙(C)이 형성된다. 또한, 크랙(C)의 경사는, 통상은, 날끝의 능선에 대한 좌우의 날끝 각도의 차이에 비례하여, 좌우의 날끝 각도의 차이가 커질수록 크랙(C)의 경사는 커진다.
추가로 또한, 날끝의 능선에 대한 좌우의 날끝 각도가 동일한 커터 휠을 이용해도, 커터 휠의 능선을 기판에 대하여 경사지게 하여 스크라이브를 행함으로써, 기판 표면에 대하여 경사진 크랙을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 모따기 방법에서는, 스크라이브 라인(SL) 및 그 근방을 가열 및/또는 냉각한다. TFT 기판(1)을 가열 및/또는 냉각함으로써, TFT 기판(1)의 두께 방향으로 팽창차 또는 수축차가 발생하여, 크랙(C)이 TFT 기판(1)의 측단면까지 진전되어, TFT 기판(1)의 가장자리단의 모서리부가 절단된다. 또한, 크랙(C)을 확실하게 기판의 측단면까지 진전시키려면, 가열한 후, 냉각하는 것이 바람직하다.
가열 및 냉각의 수단으로서는, 종래 공지의 것을 사용할 수 있어, 예를 들면, 가열 수단으로서는, 레이저 가열이나 스팀 가열, 할로겐 히터 등에 의한 적외선 가열을 들 수 있다. 냉각 수단으로서는, 예를 들면, 이산화 탄소, 질소, 헬륨, 물 등의 기체 형상 또는 액체 형상의 냉각 매체의 분무에 의한 냉각을 들 수 있다.
그리고, 도 1(c)에 나타내는 바와 같이, TFT 기판(1)으로부터 가장자리단의 모서리부가 분단되어, 컬릿(cullet;61)으로서 흡인 제거된다. 전(前)행정의 가열 및/또는 냉각에 의해, TFT 기판(1)의 가장자리단의 모서리부는 절단되어, 그 자중(自重)에 의해 TFT 기판으로부터 분리되지만, 가장자리단의 모서리부의 분리가 불충분한 경우 등, 외력을 가하여 가장자리단의 모서리부를 분리시켜도 상관없다.
이상, LCD의 TFT 기판을 예로 본 발명의 모따기 방법을 설명했지만, PDP용 등 FPD의 유리 기판 등의 취성 재료 기판의 모따기에 본 발명의 모따기 방법은 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 모따기 방법의 대상이 되는 취성 재료 기판으로서는, 유리 기판 외에, 예를 들면 세라믹, 실리콘, 사파이어 등의 각 기판을 들 수 있다.
또한, 제품의 가장자리단이 폐곡선으로 이루어지는 경우에 대해서도, 본 발명에 따른 모따기 방법을 적용할 수 있다. 도 7에 그 일 예를 나타낸다. 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 유리 기판(7)에, 폐곡선으로 이루어지는 제품(6)의 패턴을 따라 스크라이브 라인을 형성하고, 이어서, 커터 휠(4)을 이용하여 모따기를 위한 스크라이브를 행한다. 그리고, 제품(6)의 패턴의 스크라이브 라인으로부터 신전(extension)한 크랙(C0)에 의해 제품(6)을 유리 기판(7)으로부터 취출한다. 다음으로, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 제품(6)의 가장자리단을 가열 및/또는 냉각하여, 가장자리단의 모서리부를 크랙(C)을 따라 분단하여, 컬릿(61)으로서 흡인 제거한다. 또한, 유리 기판(7)으로부터 제품(6)을 취출한 후에, 모따기를 위한 스크라이브를 제품(6)에 행하고, 이어서 가장자리단을 가열 및/또는 냉각하여 가장자리단의 모서리부를 분단해도 좋다.
(실시예)
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만 본 발명은 이들 예에 하등 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
표 1에 나타내는 사양의 커터 휠을 이용하여, 도 8에 나타내는 바와 같이, 두께 a:0.7mm의 유리 기판(11)의 가장자리단으로부터 b1:0.3mm(유리 기판의 두께에 대하여 43%)의 부분을, 가장자리단을 따라 스크라이브를 행했다. 스크라이브 조건은, 날끝 하중이 0.14MPa, 스크라이브 속도가 300mm/sec였다. 그리고, 스크라이브 라인에, 100℃ 전후의 스팀을 5sec간 분사하여 가열하고, 유리 기판(11)의 모따기를 행했다. 그 결과, 도 8에 나타내는 바와 같이, 유리 기판(11)의 가장자리단의 모서리부가 비스듬하게 절단되어 모따기가 행해졌다.
Figure 112010081145598-pct00001
비교예 1
도 9에 나타내는 바와 같이, 스크라이브를 행하는 위치를, 유리 기판(11)의 가장자리단으로부터 b2:0.5mm(유리 기판의 두께에 대하여 71%)의 부분으로 한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 유리 기판(11)을 스크라이브한 후, 스크라이브 라인을 가열했다. 그 결과, 도 9에 나타내는 바와 같이, 유리 기판(11)의 가장자리단의 모서리부는 대략 수직으로 절단되었다.
비교예 2
스크라이브를 행하는 위치에, 유리 기판의 가장자리단으로부터 0.7mm(유리 기판의 두께에 대하여 100%)의 부분으로 한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 유리 기판을 스크라이브한 후, 스크라이브 라인을 가열했다. 그 결과, 비교예 1과 동일하게, 유리 기판의 가장자리단의 모서리부는 수직으로 절단되었다.
본 발명의 모따기 방법에서는, 연마 부재를 이용하는 일 없이 취성 재료 기판의 모따기가 가능해져 유용하다.
1 : TFT 기판(취성 재료 기판)
2 : CF 기판(취성 재료 기판)
4 : 커터 휠
C : 크랙
a : 기판의 두께
b1, b2 : 기판의 가장자리단으로부터의 거리
11 : 유리 기판
42 : 경사 홈

Claims (8)

  1. 취성 재료 기판 표면의, 가장자리단으로부터, 취성 재료 기판의 두께의 50% 이하의 거리의 영역 내에, 상기 가장자리단을 따라 행한 스크라이브에 의해, 기판 표면으로부터 측단면(側端面)을 향하는 경사진 크랙을 형성한 후, 스크라이브를 행한 라인 근방을 가열과 냉각의 어느 한쪽 또는 양쪽을 하여, 상기 취성 재료 기판의 가장자리단의 모서리부를 분단함으로써 상기 취성 재료 기판의 모따기(chamfering)를 행하는 것을 특징으로 하는 취성 재료 기판의 모따기 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    회전축을 공유하는 2개의 원추 또는 원추대의 저부(底部)가 교차하여 날끝이 되는 원주 능선을 형성하는 2개의 외주변부와, 상기 원주 능선을 따라 형성된, 상기 원주 능선으로부터 한쪽의 외주변부측을 향하여 경사지는 복수의 경사 홈을 갖는 커터 휠을 이용하여, 상기 취성 재료 기판을 스크라이브하는 취성 재료 기판의 모따기 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 경사 홈이, 상기 원주 능선에 있어서 서로 동일한 형상인 취성 재료 기판의 모따기 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 경사 홈의 폭 및 깊이가 큰 측이, 상기 취성 재료 기판에 있어서의 가장자리단측이 되도록, 상기 커터 휠의 스크라이브 진행 방향을 설정하는 취성 재료 기판의 모따기 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    회전축을 공유하는 2개의 원추 또는 원추대의 저부가 교차하여 날끝이 되는 원주 능선을 형성하는 2개의 외주변부를 갖고, 상기 2개의 외주변부의, 상기 원주 능선에 대한 각도가 서로 상이한 커터 휠을 이용하여, 상기 취성 재료 기판을 스크라이브하는 취성 재료 기판의 모따기 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커터 휠로서, 그 외주변부가 2단으로 연마되어 이루어지는 것을 이용하는 취성 재료 기판의 모따기 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 취성 재료 기판의 스크라이브를 행한 라인이, 직선, 개(開)곡선, 폐(閉)곡선의 적어도 하나인 취성 재료 기판의 모따기 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 취성 재료 기판이, 플랫 표시 패널용의 유리 기판으로서, 이 유리 기판의 가장자리부에 쇼트 링(short-circuit ring)이 형성되어 있고, 가장자리단의 모서리부를 분단함으로써, 상기 쇼트 링을 동시에 분단하는 취성 재료 기판의 모따기 방법.
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