KR102480614B1 - 스카치 요크 타입 스테이지 조립체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스카치 요크 타입 스테이지 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스테이지를 구동하는 노브의 직경보다 작은 공간에 모든 구동부품을 장착할 수 있도록 구조를 단순화하고 부품을 줄이며, 노브에 연결된 회전축 자체가 구동장치가 되게 하여 노브에 연결된 회전축이 직선운동을 만들어 낼 수 있도록 스카치 요크 메카니즘을 적용하고, 이를 통해 비용절감, 구동장치의 노출에 따른 협착사고 예방, 이물질 유입 차단에 따른 오염방지 기능이 개선된 스카치 요크 타입 스테이지 조립체에 관한 것이다.
Description
본 발명은 스카치 요크 타입 스테이지 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스테이지를 구동하는 노브의 직경보다 작은 공간에 모든 구동부품을 장착할 수 있도록 구조를 단순화하고 부품을 줄이며, 노브에 연결된 회전축 자체가 구동장치가 되게 하여 노브에 연결된 회전축이 직선운동을 만들어 낼 수 있도록 스카치 요크 메카니즘을 적용하고, 이를 통해 비용절감, 구동장치의 노출에 따른 협착사고 예방, 이물질 유입 차단에 따른 오염방지 기능이 개선된 스카치 요크 타입 스테이지 조립체에 관한 것이다.
일반적으로, 생물현미경은 생물 등의 투명시료(透明試料)를 관찰하는 용도의 현미경으로서, 빛을 스테이지(stage)에 장착된 베셀 홀더(vessel holder)의 밑 또는 위에서 투과시키면 시료 각 부분의 흡수 차이로 인하여 상(像)에 명암이 형성되도록 한 현미경이다.
이때, 스테이지는 랙 앤 피니언기어 타입(Rack & pinion gear type), 리드스크류 타입(Lead screw type) 혹은 볼스크류 타입(Ball screw type), 리니어모터 타입(Linear Motor type), 피에조 타입(Piezo type) 등의 다양한 구동방식으로 구동된다.
그리하여, 스테이지는 구동원에 따라 오퍼레이터가 기구물을 직접 조작하는 수동스테이지와, 전기의 힘으로 작동되는 자동스테이지로 나뉘게 된다.
이 경우, 본 발명과 관련된 수동스테이지는 외형 크기 대비 회전당 이송량을 크게 만들 수 있는 랙 앤 피니언기어 타입이 주류를 이루고 있다.
예컨대, 도 1의 (a)와 같이, 랙 앤 피니언기어 타입은 상대적으로 회전당 이송량이 크다는 장점이 있지만, 스트로크 길이 이상의 랙기어 부착공간이 필요하므로 관찰영역 외 구동부품을 위한 공간이 요구되고, 구동부품이 외부(아래쪽)로 노출되어 협착에 의한 안전사고, 이물질 유입, 접촉시 외부 오염 등이 발생되는 단점이 있다.
또한, 도 1의 (b)와 같이, 리드스크류 혹은 볼스크류 타입의 경우에는 백래쉬가 적고 회전당 이송량이 작아 위치제어에 적합하지만, 스트로크 길이 이상의 스크류 부착공간이 요구되고, 구동부품과 이송부품의 평행이 기기 작동여부에 영향을 미칠만큼 치수정밀도, 조립정밀도에 매우 의존적이라는 단점이 있다.
뿐만 아니라, 도 1의 (c)와 같이, 피에조 타입은 자동제어시 매우 작은 변위 이동을 정확히 제어할 수 있는 장점은 있지만, 스트로크 길이가 너무 작고(수mm), 부품 단가가 매우 높으며, 자동제어 전용이므로 사용상 제한이 많다.
그리고, 도 1의 (d)와 같이, 리니어모터 타입은 자동제어시 고속 정밀 이송이 가능한 장점이 있으나, 외부 제어기의 크기가 매우 커 공간확보가 어렵고, 매우 고가이며, 자동제어 전용이므로 한계가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 스테이지를 구동하는 노브의 직경보다 작은 공간에 모든 구동부품을 장착할 수 있도록 구조를 단순화하고 부품을 줄이며, 노브에 연결된 회전축 자체가 구동장치가 되게 하여 노브에 연결된 회전축이 직선운동을 만들어 낼 수 있도록 스카치 요크 메카니즘을 적용하고, 이를 통해 비용절감, 구동장치의 노출에 따른 협착사고 예방, 이물질 유입 차단에 따른 오염방지 기능이 개선된 스카치 요크 타입 스테이지 조립체를 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트의 상면에 조립되는 하부플레이트와, 상기 하부플레이트의 상면에 조립되는 상부플레이트와, 상기 상부플레이트의 일측에 배치되고 하부플레이트 및 베이스플레이트를 관통하는 형태로 조립 설치되는 조절노브를 포함하되, 상기 조절노브는 상기 상부플레이트를 직선이동시키는 하부노브와, 상기 상부플레이트와 상기 하부플레이트를 동시에 하부노브에 의해 상부플레이트가 직선이동하는 방향과 직교되는 방향으로 이동시키는 상부노브로 구성된 것을 특징으로 하는 스카치 요크 타입 스테이지 조립체를 제공한다.
이때, 상기 베이스플레이트의 폭방향으로 양측에는 한 쌍의 슬라이드홀이 형성되고, 상기 조절노브가 설치되는 지점과 일치되는 베이스플레이트 상에는 폭방향으로 장공형태를 갖는 베이스핀홀이 형성되며; 상기 하부플레이트의 하면에는 상기 슬라이드홀에 끼워져 움직일 수 있는 슬라이더가 구비되고, 상기 베이스핀홀과 대응되는 위치에는 베이스핀홀 보다 큰 통공 및 통공의 일측에서 수직연장된 하부핀홀이 형성되며, 상기 슬라이더와 직교되게 한 쌍의 안내구멍이 형성되고; 상기 상부플레이트의 하면에는 상기 안내구멍에 끼워져 움직일 수 있는 돌출바가 구비되고, 상기 통공의 중심과 일치되는 지점에는 노브조립공 및 노브조립공과 간격을 두고 호형상의 핀활공이 형성되며; 상기 하부노브의 중심을 관통하여 상부노브에 일체로 고정되는 작동구를 포함하되 상기 하부노브의 하면에는 상기 핀활공을 관통한 후 하부핀홀에 고정되는 하부핀이 구비되며, 상기 작동구의 하단에는 상기 통공을 관통한 후 베이스핀홀에 고정되는 베이스핀이 편심된 채 구비된 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 작동구의 하단에는 베이스핀이 편심 고정된 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 베이스플레이트에는 고정공이 형성되고, 상기 하부플레이트의 고정공 대응위치에는 하부플레이트의 길이방향으로 장공형태를 갖는 활주공이 형성되며, 상기 고정공과 활주공에는 고정구가 결속된 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 하부플레이트의 상면에는 안내돌기가 돌출되고, 상기 상부플레이트의 안내돌기 대응위치인 하면에는 상부플레이트의 폭방향으로 장홈형태를 갖는 안내홈이 요입 형성된 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 스테이지를 구동하는 노브의 직경보다 작은 공간에 모든 구동부품을 장착할 수 있도록 구조를 단순화할 수 있다.
둘째, 구조 단순화에 따른 부품수를 줄일 수 있다.
셋째, 스카치 요크 메카니즘을 적용하여 구동의 원활성과 효율성을 달성할 수 있다.
넷째, 비용을 절감하고, 구동장치의 노출에 따른 협착사고를 예방하며, 이물질 유입 차단에 따른 오염방지 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 스테이지의 예시적인 샘플 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 조립체의 예시적인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 조립체의 요부 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 조립체를 서로 다른 각도에서 본 분해사시도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명에 따른 조립체의 순차 조립예를 보인 예시적인 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 조립체의 예시적인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 조립체의 요부 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 조립체를 서로 다른 각도에서 본 분해사시도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명에 따른 조립체의 순차 조립예를 보인 예시적인 사시도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 스카치 요크 타입 스테이지 조립체는 외형 크기 대비 회전당 큰 이송량을 유지하고, 스테이지를 구동하는 구조물 크기를 최소화하며, 부품수를 줄일 수 있도록 구성된 것이 특징이다.
즉, 스테이지를 구동하는 노브 직경보다 작은 공간에 모든 구동 부품을 넣기 위해 구조를 단순화하고 부품을 줄이는 방법으로 노브에 연결된 회전축 자체를 구동장치가 될 수 있도록 설계한 것이다.
그리하여, 노브에 연결된 회전축이 직선운동을 만들어 낼 수 있도록 스카치 요크 메카니즘(scotch yoke mechanism)이 적용된다.
특히, 스카치 요크 메카니즘을 적용하여 회전운동을 직선운동으로 변환할 때 직선운동 방향이 전환되는 전후 회전구간은 회전각도당 직선운동 변화율이 크기 때문에 변화가 가장 작은 구간을 사용하여 오퍼레이터가 조작할 때 이질감을 최소화시킬 수 있다.
즉, 아래 [참고그림]에서 노란 음영구간이 이에 해당된다.
[참고그림]
아울러, 구조 간소화를 통한 비용절감 및 구동장치 노출로 인한 협착에 의한 안전 문제, 이물질 유입문제, 접촉시 외부 오염문제 등을 해소할 수 있도록 구성한다.
예컨대, 스테이지의 상대운동을 만들어주는 편심축이 닿는 가이드 부분은 직선으로 설계되지만 가이드 형상에 변화를 주면 노브 회전 각도당 이송거리에 변화를 줄 수 있다.
즉, 가이드가 직선일 경우 노브 회전 초기와 마지막 구간엔 노브 회전의 중간구간보다 회전각도당 이송거리가 작아 일정한 속도로 노브를 회전하면 스테이지 이동속도 변화가 생기므로 처음구간은 느리게, 중간구간은 빠르게, 마지막구간은 다시 처음 구간과 동일한 느린 속도로 이동할 수 있게 된다.
이는 가이드 형상이 직선이기 때문에 나타나는 속도 변화이고, 가이드를 적절한 곡선으로 설계하면, 편심축의 회전 시작 각도를 변화하여 사용자가 원하는 속도 프로파일에 맞추어 다양하게 대응할 수 있다.
특히, 편심축이 닿아 있는 가이드는 부품간 마찰이 발생하기 때문에 마찰 저감을 위한 수단(예. 윤활패드, 흑연, 베어링 등) 또는 내마모성 소재(예. 카바이드 등) 또는 내마모성 코팅(Ti 코팅 등) 사용 또는 열처리를 적용하면 제품 내구성과 정밀성을 높일 수 있다.
아울러, 편심축을 회전축 중심에서 멀리 설치할 수록 스테이지의 최대 스트로크를 크게 할 수 있고, 스트로크를 크게하기 위해 편심축이 노브 단면적 외부에 위치할 수 있다.
다만, 작은 공간에 큰 스트로크를 필요하지 않기 때문에 노브 단면적 보다 작은 공간에 편심축이 위치하는 것이 유리하다.
따라서, 본 발명에 따른 스테이지 조립체는 일정한 회전 속도에 따라 직선운동의 가감속이 필요한 스테이지가 필요한 분야 혹은, 스테이지 외부로 구동부품이 차지하는 공간을 최소화하고자 하는 분야(회로 검사장비, 다양한 계측장비) 등에 폭넓게 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 스카치 요크 타입 스테이지 조립체는 도 2의 예시와 같이, 베이스플레이트(100)와, 상기 베이스플레이트(100)의 상면에 조립되는 하부플레이트(200)와, 상기 하부플레이트(200)의 상면에 조립되는 상부플레이트(300)와, 상기 상부플레이트(300)의 일측에 배치되고 하부플레이트(200) 및 베이스플레이트(100)를 관통하는 형태로 조립 설치되는 조절노브(400)를 포함하되, 상기 조절노브(400)는 상기 상부플레이트(300)를 직선이동시키는 하부노브(420)와, 상기 하부플레이트(200)와 상기 상부플레이트(300)를 동시에 하부노브에 의해 상부플레이트가 직선이동하는 방향과 직교되는 방향으로 이동시키는 상부노브로 구성된다.
이때, 상기 베이스플레이트(100)는 도 4 내지 도 5의 예시와 같이, 폭방향으로 양측에 한 쌍의 슬라이드홀(110)이 형성된다.
상기 슬라이드홀(110)은 상기 베이스플레이트(100)의 길이방향으로 길게 형성된다.
아울러, 상기 조절노브(400)가 설치되는 지점과 일치되는 베이스플레이트(100) 상에는 폭방향으로 장공형태를 갖는 베이스핀홀(120)이 더 형성된다.
또한, 상기 베이스핀홀(120)과 간격을 두고 고정공(130)이 더 형성될 수 있는데, 상기 고정공(130)은 고정구(140)가 관통한 뒤 후술될 활주공(230)에 끼워진 후 하부플레이트(200)가 분리이탈되지 않게 잡아주되 슬라이딩은 가능하도록 헐겁게 고정된다.
그리고, 상기 하부플레이트(200)는 하면 양측에 폭방향으로 한 쌍의 슬라이더(210)가 구비되는데, 상기 슬라이더(210)는 상기 슬라이드홀(110)에 끼워져 슬라이드홀(110)을 따라 직선운동할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 베이스핀홀(120)과 대응되는 위치에 상대적으로 현저히 큰 타원형 장공 형태의 통공(220)이 형성된다.
특히, 상기 통공(220)에는 통공(220)의 일측면에서 수직하게 연장된 일정길이의 하부핀홀(222)이 더 형성된다.
뿐만 아니라, 상기 고정공(130)과 일치되는 지점에는 하부플레이트(200)의 길이방향으로 긴 장공형태의 활주공(230)이 형성된다.
따라서, 상기 활주공(230)에 고정구(140)가 끼워져 고정됨으로써 활주공(230)의 폭 내에서 상기 하부플레이트(200)가 직선왕복운동할 수 있게 된다.
이것은 결국 상기 슬라이드홀(110) 내부에서 상기 슬라이더(210)가 움직이는 폭과 동일하다.
또한, 상기 하부플레이트(200)에는 상기 슬라이더(210)와 직교되는 방향으로 간격을 두고 한 쌍의 안내구멍(240)이 관통 형성된다.
아울러, 상기 활주공(230)과 간격을 두고 상부로 돌출된 안내돌기(250)가 형성되며, 상기 안내돌기(250)는 후술될 장홈 형태인 안내홈(330)에 끼워져 상부플레이트(300)가 안정적으로 직선운동할 수 있도록 안내하게 된다.
뿐만 아니라, 이러한 구조에 국한되지 않고 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 상부플레이트(300)의 하면에는 상기 안내구멍(240)에 끼워진 후 그 길이방향을 따라 직선왕복가능한 한 쌍의 돌출바(310)가 고정된다.
그리고, 상기 통공(220)의 중심과 일치되는 지점의 상부플레이트(300) 상에는 노브조립공(320)이 형성되며, 상기 노브조립공(320) 주변에는 호형상의 핀활공(322)이 더 형성된다.
뿐만 아니라, 상기 상부플레이트(300)의 하면중 안내돌기(250)와 일치되는 지점에는 안내홈(330)이 일정깊이 요입 형성된다.
이때, 상기 안내홈(330)도 장공으로 형성되어야 상기 상부플레이트(300)가 직선왕복운동하는 것을 방해하지 않으면서 원활하게 안내하게 된다.
아울러, 상기 조절노브(400)는 다이얼 형태를 가지며, 상부노브(410)의 하단 일부가 하부노브(420)의 상면에 삽입된 상태로 배치되며, 중앙을 관통하여 작동구(430)가 조립된다.
여기에서, 상기 하부노브(420)의 하면에 편심되게 하부핀(432)이 돌출되며, 상기 하부핀(432)은 상기 핀활공(322)을 관통한 다음 하부핀홀(222)에 끼워져 걸림된다.
이 구조는 도 6 및 도 7에 잘 도시되어 있다.
또한, 상기 작동구(430)의 상단은 상기 하부노브(420)의 중심을 관통한 후 상부노브(410)의 내부에 고정되어 일체를 이루고, 하단에는 타원형 캠(434)이 형성되며, 상기 타원형 캠(434)에는 편심되게 베이스핀(422)이 수직하게 하부로 돌출된다.
그리고, 상기 타원형 캠(434)은 상기 통공(220)을 관통한 후 통공(220) 내부에 배치되며, 상기 베이스핀(422)은 베이스핀홀(120)에 끼워진다.
아울러, 이 구조는 도 8 및 도 9에 잘 도시되어 있다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 다음과 같은 작동관계를 갖는다.
먼저, 하부노브(420)를 회전시킨다.
그러면, 하부핀(432)은 핀활공(322)이 호형상이기 때문에 상부플레이트(300)의 움직임에 영향을 미치지 않고 회전될 수 있다.
그런데, 하부핀(432)의 하단은 하부핀홀(222)에 고정되어 있고, 하부플레이트(200)는 슬라이더(210)가 슬라이드홀(110)에 끼워져 있기 때문에 그와 직교되는 방향으로 힘을 가하는 하부노브(420)의 회전운동에 대해 고정상태를 유지하게 된다.
결국, 움직일 수 있는 것은 상부플레이트(300) 뿐이기 때문에 안내홈(330)의 범위내에서 축 역할을 하는 작동구(430)를 중심축으로 하여 회전하면서 상부플레이트(300)를 움직이게 된다.
이때, 돌출바(310)가 안내구멍(240)에 끼우져 있기 때문에 직선운동을 하게 된다.
아울러, 상부노브(410)를 회전시키면, 베이스플레이트(100)는 고정되어 있고, 베이스핀(422)은 베이스핀홀(120)에 끼워져 있기 때문에 활주공(230) 내에서 유동성을 가지고 있는 하부플레이트(200)가 슬라이드홀(110)을 따라 직선운동하게 된다.
이 경우, 상기 상부플레이트(300)는 하부플레이트(200)를 따라 함께 움직이게 된다.
이와 같이, 조절노브(400) 하나만을 간편 조작하는 것만으로 스테이지를 X축 방향, Y축 방향으로 이동시킬 수 있어 매우 효율적이고 편리성이 증대되며 제조에 따른 비용을 절감하고, 간섭유발도 해소하는 장점이 있다.
이에 더하여, 본 발명은 앞서 마찰저감수단을 예시하였지만, 좀 더 구체적으로 돌출바(310)와 안내구멍(240)의 상대마찰면, 슬라이더(210)와 슬라이드홈(110)의 상대마찰면에 슬라이딩 코팅층을 더 형성할 수 있다.
이 경우, 상기 슬라이딩 코팅층은 내구성과 투명성이 우수한 폴리카보네이트수지 100중량부에 대해, 보로수소화나트륨 15중량부, 루틴 5중량부, 질화붕소 2.5중량부, 담마검 5중량부가 첨가 혼합된 코팅액을 도포하여 형성된다.
이때, 보로수소화나트륨는 마찰을 감소시켜 플레이트간 슬립성을 증대시키고, 루틴(Rutin)은 코팅층의 계면 분리를 억제하며, 질화붕소는 코팅층의 방열성을 유지하여 내열성을 강화시키기 위해 첨가된다.
또한, 담마검(gum dammar)은 소나무에서 얻어지는 수지로서 선팽창을 억제하고, 윤활성을 부여하여 코팅면에서의 활주성을 향상시킨다.
100: 베이스플레이트
200: 하부플레이트
300: 상부플레이트
400: 조절노브
200: 하부플레이트
300: 상부플레이트
400: 조절노브
Claims (5)
- 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트의 상면에 조립되는 하부플레이트와, 상기 하부플레이트의 상면에 조립되는 상부플레이트와, 상기 상부플레이트의 일측에 배치되고 하부플레이트 및 베이스플레이트를 관통하는 형태로 조립 설치되는 조절노브를 포함하되,
상기 조절노브는 상기 상부플레이트를 직선이동시키는 하부노브와, 상기 상부플레이트와 상기 하부플레이트를 동시에 하부노브에 의해 상부플레이트가 직선이동하는 방향과 직교되는 방향으로 이동시키는 상부노브로 구성되고,
상기 베이스플레이트의 폭방향으로 양측에는 한 쌍의 슬라이드홀이 형성되고, 상기 조절노브가 설치되는 지점과 일치되는 베이스플레이트 상에는 폭방향으로 장공형태를 갖는 베이스핀홀이 형성되며;
상기 하부플레이트의 하면에는 상기 슬라이드홀에 끼워져 움직일 수 있는 슬라이더가 구비되고, 상기 베이스핀홀과 대응되는 위치에는 베이스핀홀 보다 큰 통공 및 통공의 일측에서 수직연장된 하부핀홀이 형성되며, 상기 슬라이더와 직교되게 한 쌍의 안내구멍이 형성되고;
상기 상부플레이트의 하면에는 상기 안내구멍에 끼워져 움직일 수 있는 돌출바가 구비되고, 상기 통공의 중심과 일치되는 지점에는 노브조립공 및 노브조립공과 간격을 두고 호형상의 핀활공이 형성되며;
상기 상부노브는 하부노브의 중심을 관통하여 상부노브에 일체로 고정되는 작동구를 포함하되 상기 하부노브의 하면에는 상기 핀활공을 관통한 후 하부핀홀에 고정되는 하부핀이 구비되며, 상기 작동구의 하단에는 상기 통공을 관통한 후 베이스핀홀에 고정되는 베이스핀이 편심된 채 구비된 것을 특징으로 하는 스카치 요크 타입 스테이지 조립체. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 작동구의 하단에는 베이스핀이 편심 고정된 것을 특징으로 하는 스카치 요크 타입 스테이지 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 베이스플레이트에는 고정공이 형성되고, 상기 하부플레이트의 고정공 대응위치에는 하부플레이트의 길이방향으로 장공형태를 갖는 활주공이 형성되며, 상기 고정공과 활주공에는 고정구가 결속된 것을 특징으로 하는 스카치 요크 타입 스테이지 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 하부플레이트의 상면에는 안내돌기가 돌출되고, 상기 상부플레이트의 안내돌기 대응위치인 하면에는 상부플레이트의 폭방향으로 장홈형태를 갖는 안내홈이 요입 형성된 것을 특징으로 하는 스카치 요크 타입 스테이지 조립체.
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