KR102241281B1 - 패턴을 이용한 투명방음벽용 나노칼라 접합유리 제조 방법 - Google Patents

패턴을 이용한 투명방음벽용 나노칼라 접합유리 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패턴을 이용하여 투명한 칼라가 구현되는 방음벽용 접합유리 제조 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 무연(Pbfree) 저 융점 후릿트에 5-30% 정도의 칼라 안료를 혼합하여 도막두께 10~33um 를 유지하며, 680~720 ℃ 소부온도에 이르게 하여 유리표면에 융착발색되도록 하는 것으로 한국 공업표준 규격인 CMYK 조색시스템에 의해 다양한 색상으로 조색이 가능하며, 내후성과 내화학성, 기계적 물성이 우수하여 외장재로 사용이 가능한 나노 세라믹 소재로서 마이크로 패턴을 이용하여 투명한 칼라를 구현시키는 방음벽용 접합유리 제조 방법에 관한 것이다.

Description

패턴을 이용한 투명방음벽용 나노칼라 접합유리 제조 방법{Method for manufacturing nano-color laminated glass for transparent soundproof walls using patterns}
본 발명은 패턴을 이용하여 투명한 칼라가 구현되는 방음벽용 접합유리 제조 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 무연(Pb free) 저 융점 후릿트에 5-30% 정도의 칼라 안료를 혼합하여 도막두께 10~33um 를 유지하며, 680~720 ℃ 소부온도에 이르게 하여 유리표면에 융착 발색되도록 하는 것으로 한국 공업표준 규격인 CMYK 조색시스템에 의해 다양한 색상으로 조색이 가능하며, 내후성과 내화학성, 기계적 물성이 우수하여 외장재로 사용이 가능한 나노 세라믹 소재로서 마이크로 패턴을 이용하여 투명한 칼라를 구현시키는 방음벽용 접합유리 제조 방법에 관한 것이다.
최근 들어 유리가 가지는 고급스러운 이미지에 색상을 부여한 유색 투명유리가 건축용 내외장재뿐만 아니라 산업용으로 많이 사용되고 있다.
특히, 일반적으로 사용되는 방음벽분야에서는 소음 저감을 목적으로 설치되는 장벽 형태의 구조물로서, 아파트, 철도, 도로의 주변에는 각종 전철 및 차량으로 인한 소음이 심하게 발생되는 바, 상기 소음을 방지하기 위하여 철도, 도로에 인접한 학교나 병원, 주택가에는 필수적으로 방음벽이 설치되고, 상기 방음벽은 상기와 같이 주거 시설이 건설된 주거지역과 철도, 도로 사이에 설치되어 철도, 도로의 소음이 주거 시설로 전달되지 않도록 하기 위하여 방음벽의 구조를 개선하는 기술이 대한민국 특허공개번호 제10-2019-0115344호에 나타나 있다.
또 다른 목적의 종래 방음벽에 관련된 선행기술로는 국내 공개특허공보 제10-2014-0044252호와 같이 아파트, 철도, 도로 방음벽용 칼라코팅 강화유리나 건축물의 유리창과 같은 내외장재에 유전체 물질을 코팅하여 특정 색상을 표출할 수 있고, 또한 자외선 차단 기능을 갖도록 한 건축물 내외장재의 다기능 칼라코팅방법을 제공거나 일정한 패턴이 형성된 패턴 패널을 구비함으로써, 원하는 색상뿐만 아니라 쉽게 탈장착할 수 있도록 한 방음패널용 모자이크 패널을 제공함으로서 미려한 경관을 제공하고자 하는 국내 등록특허 제10-1163351호 등이 있다.
그러나, 상기의 선행기술들은 단순하게 구조물을 변경하거나 색상 또는 모자이크를 형성하는데 목적을 두고 있어 이러한 단순한 기능만으로 투명도를 제어하면서도 색상을 이용하여 경관을 미려하게 목적을 달성하기 어려웠고 특히 최근 연간 100만 마리의 조류가 충돌하여 폐사하는 등의 조류충돌사고를 동시에 원천차단하는데 부족함이 있어 투명도를 제어할 수 있으면서도 칼라를 구현하여 이를 극복할 수 있는 기술들이 구현되지 않는 문제가 있었다.
한국공개특허 제10-2014-0044252호 한국등록특허 제10-1735383호
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본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 마이크로 패턴을 이용하여 투명도를 제어할 수 있으면서도 색상을 표현할 수 있으고 하나 이상의 칼라를 갖는 유리를 접합하여 다양한 칼라를 제어함으로서 미려한 경관을 제공하면서도 충돌에 따른 조류의 폐사를 동시에 방지할 수 있는 기술을 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
다양한 칼라를 제어하기 위하여 칼라 잉크는 무연(Pb free) 저 융점 후릿트에 5-30% 정도의 안료를 혼합하여 제조하고 도막두께 10~33um 를 유지하며, 1차로 550℃미만의 칼라 원료의 건조를 위해 1분 이내의 열처리를 통하여 칼라원료를 융착 후 건조시키며 연이어 2차로 680~800 ℃ 소부온도에 이르게 하여 5분 이내의 열처리를 함으로서 유리의 강화와 동시에 유리표면에 융착 발색시키며 한국 공업표준 규격인 CMYK 조색시스템에 의해 다양한 색상으로 조색이 가능하도록 하였으며, 내후성과 내화학성, 기계적 물성이 우수하여 외장재로 사용이 가능한 세라믹 소재로 사용하는 특징이 있다.
또한, 도 2에 나타된 바와 같이 스크린 마스크를 이용해 피인쇄체와 선접촉 방식으로 인쇄하여 칼라원료가 포함된 잉크를 스크린사의 마스크 부분으로 스퀴지를 이용해 긁어내려 피도물(GLASS)에 마스크의 패턴대로 인쇄하고 잉크의 점도, 스크린사의 mesh 사이즈, 스퀴지의 인쇄각도 및 인쇄속도, 스크린 판과 피인쇄체 사이의 간격 등을 최적으로 제어하는 스크린 프린팅 방식을 이용함으로서 잉크의 점도, 스크린 사의 mesh 사이즈, 스퀴지의 인쇄각도 및 인쇄속도, 스크린 판과 피인쇄체 사이의 간격 등이 인쇄에 있어서 중요한 기술적 내용이 되도록 하였다.
본 발명의 전체적인 공정은 원자재가 투입되면 표면세척 후 스크린 프린팅을 실시하고 건조 및 소성과정을 진행한 후 냉각과 검사공정을 거쳐 하나 이상의 원자재(유리)와 합착함으로서 투명한 방음벽용 칼라 접합유리를 제조하는 과정으로 진행된다.
본 발명에 따르면 투명도의 조절이 가능하면서 다양한 칼라를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 칼라에 의하여 조류의 충돌에 따른 폐사율을 획기적으로 줄일 수 있으며 공정설비가 복잡하지 않고 타 인쇄방법에 비해 상대적으로 저비용으로 인쇄가 가능하고, 대면적에도 유리 소재에도 쉽게 인쇄할 수 있다는 장점을 갖는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 투명 방음벽용 접합유리 제조의 전체 공정블럭도
도 2는 본 발명에 따른 스크린 프린팅 개념도
도 3은 본 발명에 따라 형성하는 패턴상의 도트의 크리와 간격에 따른 투과도의 실시예.
도 4는 본 발명의 패턴상의 90% 투과율을 나타내는 도트 패턴의 실시예.
도 5는 본 발명의 패턴상의 60% 투과율을 나타내는 도트 패턴의 실시예.
도 6은 본 발명의 패턴상의 45% 투과율을 나타내는 도트 패턴의 실시예.
도 7은 본 발명에 따른 투명방음벽용 접합유리 개념도
도 8은 본 발명에 따라 완성된 투명방음벽용 칼라 접합유리
이하, 본 발명의 패턴을 이용한 투명방음벽용 나노칼라 접합유리 제조 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1에 나타난 공정과 같이 투명 방음벽용 칼라 접합유리(100)를 코팅하여 접합하는 공정으로 대형 원판 유리(102)가 코팅 자동화 공정에 투입되면 가장 먼저 표면의 이물질 제거를 위한 세척공정, 세척 후 표면을 건조시켜 색상을 융착하는 스크린 프린팅공정, 칼라 안료가 유리위에 안착되면 건조 또는 소성을 위하여 1차로 550℃ 미만으로 열처리하는 공정을 진행하고 상기의 공정이 마무리되면 냉각 후 검사하는 공정으로 한 장의 칼라 유리를 완성하게 되며 상기 완성된 유리는 방음판용 접합유리를 제조하기 위하여 투명 아크릴 폼의 스페이서(105)를 부착하여 2장의 유리를 합착하고 압착시켜 상기 스페이서(105)를 이용하여 형성된 공간에 고분자 레진(104)을 통하여 부착력을 강화시키고 자외선을 이용한 경화공정을 통하여 최종적인 투명 방음벽용 칼라 접합유리(100)가 제조된다.
상기의 공정을 상세히 설명하면 먼저 세척공정의 경우 세척시 정전기를 방지하고 원자재의 표면 친수를 극대화시키기 위하여 DI(증류수) 또는 시수를 사용한다.
상기 세척공정이 마무리 되면 무연(Pb free) 저 융점 후릿트에 5-30% 정도의 칼라 안료를 혼합하여 융착시키전 세척시 사용된 DI를 완전하게 제거하기 위한 건조단계를 거쳐 자동으로 스크린 프린팅 공정을 수행한다.
여기서 원자재는 유리가 일반적이지만 투명한 플라스틱 종류를 포함한 모든 투명한 자재들이 원자재로 활용될 수 있다.
스크린 프린팅 공정에는 무연(Pb free) 저 융점 후릿트에 5-30% 정도의 칼라 안료를 혼합한 잉크원료를 준비하고 준비된 잉크원료는 작업성을 높이는 방법으로 점도는 낮을수록 유리하지만 잉크의 점도(PaS)는 투과도와 두께 등을 제어하기 위하여 본 발명에서는 잉크점도(PaS)를 100~200으로 범위를 설정하여 사용하고 최적화된 실시예로서는 150과 180을 사용하였다.
상기의 무연(Pb free) 저 융점 후릿트에 5-30% 정도의 칼라 안료를 혼합한 잉크에는 무연(Pb free) 저 융점 후릿트로서 20~35%의 B2O3, 9.5~24.5%의 ZnO, 5~15%의 BaO, 0.01~5%의 CaO, 5~10%의 SrO, 0.01~20%의 SiO2, 0.01~10%의 Al2O3, 5~10%의 Na2O, 0.01~5%의 K2O, 0.01~5%의 Li2O, 그리고 0.01~10%의 ZrO를 함유하며, 그 크기는 4μm이하의 그래뉼에 칼라원료를 5-30% 정도로 혼합한 것으로 잉크의 평균입도(μm)는 작을수록 투과율에 미치는 영향이 우수하기 때문에 0.5~4μm로 제어하여 사용하며 본 발명에서는 중간값인 2μm의 평균입도를 갖는 원료를 사용하였다.
상기 스크린 프린팅 공정에는 칼라의 색상과 조도를 제어하기 위하여 마이크로 도트를 형성하기 위한 마스크를 이용하여 프린팅을 진행하는데 상기 마스크의 메쉬(Mesh)수는 칼라의 색상과 투명도를 제어하는 중요한 요소로서 본 발명에서는 200~300μm/in로 제어하여 사용하였지만 칼라의 조도와 색상 등을 고려하여 200μm/in이하 또는 300μm/in이상으로 제어하여 사용할 수도 있다.
상기의 마스크는 주로 PET기재를 이용할 수 있으며 기재의 두께는 25~75μm 범위로서 240(gf/10mm) 이상의 점착력을 갖고 두께는 0.05~0.1(mm)의 범위인 아크릴릭의 점착제 유형으로 형성되어 인장강도 3(kgf/10mm)과 신장율 60%이상, 절연파괴전압은 4(KV)이상이며 내열도는 130(℃) 이상의 특성을 갖도록 하였다.
또한, 스크린 프린팅에 의한 다양한 기능성을 높이기 위하여 사용되는 스퀴즈의 경도(Squeegee Hardness)는 70~90(Shore 또는 Sh)를 본 발명에서는 사용하였지만 70(Sh)이하의 경우 인쇄 번짐과 같은 문제가 발생하며 반대로 90(Sh) 이상의 경우 제판(원자재) 손상의 문제가 발생할 수 있어 본 발명에서는 최적화된 80(Sh)을 사용하였고 스퀴즈 각도(Squeegee angle)는 45’이하의 경우 스퀴즈 자욱이나 잉크 번짐과 같은 문제가 발생할 수 있고 72’ 이상의 경우 도막두께 저하로 스크린 프린팅에 의한 품질의 문제가 발생할 수 있어 본 발명에서는 최적화된 68’을 사용하였다.
또한, 스크린 프린팅 시 원자재(유리 등) 또는 스퀴지의 속도는 빠를수록 균일성(Uniformity)이 떨어지기 때문에 이러한 문제점을 극복하기 위하여 본 발명에서는 프린팅 스피드(Printing Speed)를 15~35mm/sec로 제어하여 프린팅을 하였으며 최적회된 프린팅 스피드는 중간값인 25mm/sec를 이용함으로서 최적화된 품질을 유지할 수 있도록 하였다.
또한, Off-contact(mm)의 경우 4~6mm를 활용하지만 6보다 높을시 번짐현상 발생할 수 있어 5mm을 기준으로 번짐현상이 발생하지 않도록 제어하였다.
상기의 스크린 프린팅 공정이 마무리되면 다음단계로 건조 또는 소성과정으로 진행하며 일반적으로 칼라 잉크는 520℃ 이상에서 결정화가 이루어지기 때문에 원료의 종류에 따라 180, 350, 520℃ 와 같이 520℃ 이하에서 건조를 위한 열처리를 진행하며 본 발명에서는 520℃이하에서 1분이내의 건조를 위한 열처리를 진행한 후 바로 800℃ 이하에서 5분 이내의 유리의 강화를 위해 별도의 유리의 강화를 위한 열처리 없이 연이어 이루어질 수 있도록 하여 공정의 단순화를 이루었다.
상기의 열처리과정은 1차로 550℃미만에서 칼라 잉크의 건조를 위해 1분 이내의 열처리에 의해 원자재에 융착 후 건조시키며 2차로 680~800 ℃ 소부온도에 이르게 하여 유리의 강화와 동시에 원자재(유리)표면에 융착 발색시키는 것이다.
상기의 소성 또는 건조공정이 진행된 후 표면 경도를 높이기 위하여 급냉과정을 진행하는데 본 발명에서는 팬(Fan)을 이용하는 공냉 방식을 채택하여 급냉시킴으로서 경도를 높이는 과정을 진행하였지만 공냉방식과 다른 다양한 냉각방식을 사용할 수 있음을 물론이다.
상기의 모든 과정이 진행한 후 코팅된 원자재의 색상 등에 문제점이 없는지 검사를 진행하고 특별한 문제점이 발견되지 않을 경우 코팅된 원자재를 적재하여 포장/출하함으로서 칼라 유리의 제조 공정을 마무리 할 수 있다.
특히 상기의 스크린 프린팅 공정에 있어서 색상과 조도를 제어하기 위하여 단위면적(inch)당 색상이 표현된 마이크로 도트(dot)를 활용한 패턴으로 도 3~도6과 같이 도트의 크기를 제어하여 색상과 투과도를 제어한다.
상기 마이크로 도트는 원형 또는 다각형의 형상을 갖게 되는데 6각형 이상의 다각형이 본 발명에서 사용되었다. 도 3은 투과율과 커버리지 비율에 따른 다양한 패턴형상을 수치와 함께 나타낸 것이며 도 4는 0.5mm 직경을 갖는 도트 패턴의 경우 수평 및 수직거리는 0.63mm이고 도트패턴의 원점과 원점의 거리는 1.13mm이며 패턴과 패턴의 45°의 경사 거리는 1.09mm를 유지할 경우 커버리지 비율(C/R)은 15%, 유리 가시광선 투과율는 90%로 제어할 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 상기에 나타난 실시예와 함께 커버리지 비율(C/R)이 40%, 유리의 가시광선 투과율을 60%로 제어하기 위한 것으로 0.5mm 직경을 갖는 도트 패턴의 경우 수평 및 패턴과 패턴의 45°의 경사 거리는 0.75mm를 유지하는 실시예를 나타낸 것이며 도 6은 커버리지 비율(C/R)은 40%, 유리의 가시광선 투과율은 45%를 제어하기 위하여 수평거리 0.5mm와 패턴과 패턴의 45°의 경사 거리는 0.71mm를 유지하는 실시예를 나타낸 것이다.
상기의 칼라가 융착된 유리에 대한 모든 공정이 마무리되면 투명방음벽용 접합유리를 제조하기 위하여 다른 한 장의 유리를 접합하는 공정을 진행한다.
다양한 색상을 표현하기 위하여 본 발명에서는 한국 공업표준 규격인 CMYK 조색시스템에 의해 다양한 색상으로 조색이 가능하고 또 다른 조색을 위하여 두장의 유리에 서로 다른 색상의 유리를 프린팅하여 접합함으로서 다양한 색상을 조색할 수도 있다.
한국 공업표준 규격인 CMYK 조색시스템에 의해 다양한 색상으로 조색하는 방법으로는 스크린 프린팅시에 CMYK 조색시스템을 이용한 원료를 이용하여 프린팅을 진행하고 프린팅 된 색상의 내구성을 확보하기 위하여 프린팅된 유리 상부에 투명한 아크릴폼으로 형성된 양면 테이프 형태의 스페이서(105)를 유리위에 부착시키고 투명한 유리를 상기의 스페이서(105)가 부착된 유리위에 합착 후 양쪽 모서리부분을 롤러형 압착기 사이에 상기 합착된 유리를 3-5kg/m2의 압력으로 압착한 후 스페이서(105)에 의해 형성된 공간사이에 UV경화형 접착제인 고분자 레진(104)을 주입함으로서 스크린 프린팅에 의해 인쇄된 면이 외부로 노출되지 않도록 하여 내구성을 확보하며 자외선을 이용한 경화 후 검사가 완료되면 다양한 색상의 투명한 패턴의 칼라가 적용된 방음벽용 접합유리가 제조될 수 있다.
색상을 조색하기 위한 또 다른 하나의 시스템은 상기에 나타난 바와 같이 스크린 프린팅에 의해 제조된 서로 다른 색상을 가지는 유리를 합착하는 것으로 투명한 유리를 합착하는 상기의 방식과 다르게 다른 색상을 가지는 유리를 합착하는 것으로 유지보수 또는 생산성 향상을 위하여 가장 적합한 형태의 칼라 접합유리를 제조할 수 있다.
도 7은 유리(원자재)상에 마스크를 이용하여 도트 형상의 칼라패턴(103)을 스크린 프린팅을 통하여 형성하고 스페이서(105)를 이용하여 투명한 유리(101)을 합착 후 압착함으로서 스페이서에 의한 공간에 고분자 레진(104)을 충진한 것으로 칼라 패턴을 두장의 유리 사이에 두는 것은 최외각에 노출시킬 경우 자외선을 포함한 여러 가지의 환경과 조건에 의해 열화가 발생할 수 있어 내구성을 확보하기 위한 것이다.
하지만 본 발명에서 사용되는 잉크의 경우 충분한 내구성을 가지고 있는 소재를 사용함으로서 최외각에 사용하더라도 내구성을 확보할 수 있으나 더 나은 품질과 오랜 내구성을 위하여 두장의 유리사이에 잉크패턴을 부착하는 것으로 상기의 모든 잉크의 부착위치는 본 발명의 범위에 있다고 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 마이크로 도트를 활용하여 투명하면서도 색상을 표현할 수 있는 방법과 마이크로 도트를 이용하여 투명하게 표현된 색상을 두장의 유리에 각각 다른 색상을 스크린 프린팅하여 사용함으로서 다양한 색상을 동시에 표현할 수 있는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
100 : 칼라 접합유리
101 : 투명 또는 칼라 유리
102 : 칼라 유리
103 : 도트 패턴
104 : 고분자 레진
105 : 스페이서

Claims (12)

  1. 투명방음벽용 칼라 접합유리(100)의 코팅에 있어서,
    원자재(102) 투입 단계;
    원자재(102) 세척단계;
    상기 세척 후 습분 제거를 위한 건조단계;
    무연(Pb free) 저융점 후릿트에 칼라원료 5~30%를 혼합한 잉크와 CMYK 조색시스템을 이용하여 스크린 프린팅하는 단계;
    건조 및 소성단계;
    냉각단계;
    투명 아크릴 폼으로 구성된 스페이서(105) 부착단계;
    상기 스페이서(105) 상부에 투명한 유리(101)를 합착하는 단계
    합착된 두장의 유리에 대해 롤러를 이용하여 압착하는 단계;
    합착된 유리사이의 공간에 액상의 고분자 레진(104)을 주입하는 단계;
    자외선(UV)을 이용하여 경화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명방음벽용 칼라 접합유리의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 스크린 프린팅 단계에서 마이크로 도트를 형성하기 위한 마스크의 메쉬(Mesh)수는 200~300μm/in로 제어하는 것을 특징으로 하는 투명방음벽용 칼라 접합유리의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스크린 프린팅 단계에서 사용되는 스퀴즈의 경도(Squeegee Hardness)는 70~90(Sh)로 제어하는 것을 특징으로 하는 투명방음벽용 칼라 접합유리의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 스크린 프린팅 단계에서 사용하는 스퀴즈의 각도(Squeegee angle)는 45’~72’로 제어하는 것을 특징으로 하는 투명방음벽용 칼라 접합유리의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 스크린 프린팅 단계에서 사용하는 프린팅 스피드는 15~35mm/sec로 제어하는 것을 특징으로 하는 투명방음벽용 칼라 접합유리의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 스크린 프린팅 단계에서 사용하는 Off-contact(mm)은 4~6mm로 제어하는 것을 특징으로 하는 투명방음벽용 칼라 접합유리의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    소성 및 건조단계는 1차로 520℃ 이하에서 건조가 이루어지며 이후 2차로 800℃ 이하에서 유리의 강화를 위한 소성을 실시하는 것을 특징으로 하는 투명방음벽용 칼라 접합유리의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 스페이서(105)는 양면 테이프 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 투명방음벽용 칼라 접합유리의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 스크린 프린팅 단계에서 패턴 형성에 사용되는 마이크로 도트는 크기와 간격을 제어하여 투과율을 제어하는 것을 특징으로 하는 투명방음벽용 칼라 접합유리의 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 스크린 프린팅 단계의 마스크는 PET기재로서 25~75μm두께와 240(gf/10mm) 이상의 점착력을 갖고 두께는 0.05~0.1(mm)의 범위인 아크릴릭의 점착제 유형으로 형성되어 인장강도 3(kgf/10mm), 신장율 60%이상, 절연파괴전압 4(KV)이상 및 내열도 130(℃) 이상을 특징으로 하는 투명방음벽용 칼라 접합유리의 제조방법.
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