KR20040004957A - 세라믹 절연피복전선, 자기융착성 세라믹 절연피복전선,코팅용 조성물, 코일 및 스피커용 보이스코일 - Google Patents
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Abstract
지르코늄의 화합물 및 실리콘의 화합물을 포함하는 코팅용 조성물을 도체(1)상에 도포, 소성하여 세라믹 절연피막(2)을 형성하고, 폴리아미드계 수지 또는 폴리이미드계 수지를 유기용제에 의해 용해시킨 융착도료를 도포, 소성하여 융착피막(3)을 형성한다. 이에 따라 고온하에 있어서도 코일의 특성을 유지할 수 있는 자기융착성 세라믹 절연피복전선을 얻을 수 있다. 또 고출력 스피커용 보이스코일 등의 권선으로서 적합하다.
Description
본 발명은 세라믹 절연피복전선, 자기융착성 세라믹 절연피복전선, 코팅용 조성물, 코일 및 스피커용 보이스코일에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 고온하에 있어서도 코일의 특성을 유지할 수 있는 세라믹 절연피복전선 및 자기융착성 세라믹 절연피복전선, 상기 세라믹 절연피복전선을 제조하기 위한 코팅용 조성물, 상기 세라믹 절연피복전선을 이용한 코일 및 스피커용 보이스코일에 관한 것이다.
종래 스피커용 보이스코일이나 모터코일로서 자기융착성 전선을 정렬로 감은 코일을 사용하고 있다.
이와같은 자기융착성 전선에 있어서, 절연피막에는 폴리에스테르 등의 절연도료를 사용하고 있다. 또 융착피막에는 유기용제에 용해한 알콜가용성 폴리아미드계 수지도료를 사용하고 있다.
최근 전기기기가 고성능화하여 스피커용 보이스코일이나 모터코일로의 부하가 커짐에 따라 코일의 내열성의 향상이 요구되고 있다.
그러나 절연피막의 내열온도가 350℃정도이므로 자기융착성 전선이 350℃이상이 되면 코일의 특성저하가 일어날 문제가 있다.
그래서 본 발명의 제 1목적은 고온하에 있어서도 코일의 특성을 유지할 수 있는 세라믹 절연피복전선 및 자기융착성 세라믹 절연피복전선을 제공하는 데에 있다.
또 본 발명의 제 2목적은 상기 세라믹 절연피복전선을 제조하기 위한 코팅용 조성물을 제공하는 데에 있다.
또 본 발명의 제 3목적은 상기 세라믹 절연피복전선을 이용한 코일 및 스피커용 보이스코일을 제공하는 데에 있다.
도 1은 제 1실시예에 관한 세라믹 절연피복전선을 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명에 관한 코팅용 조성물의 조성예를 도시하는 도표.
도 3은 본 발명에 관한 세라믹 절연피복의 화학구조식을 도시하는 설명도.
도 4는 제 2실시예에 관한 자기융착성 세라믹 절연피복전선을 도시하는 단면도.
도 5는 제 3실시예에 관한 스피커용 보이스코일을 도시하는 단면도.
도 6은 제 3실시예에 관한 스피커용 보이스코일을 이용한 고출력 스피커를 도시하는 단면도.
도 7은 스피커의 시험회로를 도시하는 블록도.
도 8은 제 3실시예에 관한 스피커용 보이스코일을 이용한 고출력스피커의 시험결과를 도시하는 특성도.
도 9는 비교예의 스피커의 시험결과를 도시하는 특성도.
제 1관점에서는 본 발명은 지르코늄의 화합물 및 실리콘의 화합물을 포함하는 코팅용 조성물을 도체상에 도포, 열경화시켜 세라믹 절연피막을 형성한 것을 특징으로 하는 세라믹 절연피복전선을 제공한다.
상기 제 1관점에 의한 세라믹 절연피복전선은 지르코늄의 화합물 및 실리콘의 화합물을 포함하는 코팅용 조성물을 도체에 직접 도포·소성경화시켜 세라믹 절연피막을 형성했기 때문에 고온하에 있어서도 코일의 특성을 유지할 수 있는 내열성을 가지면서 유연성이 있는 전선을 얻었다.
제 2관점에서는 본 발명은 폴리아미드계 수지 또는 폴리이미드계 수지를 유기용제에 의해 용해시킨 접착도료를 상기 구성의 세라믹 절연피복전선의 세라믹 절연피막상에 도포, 열경화시켜 융착피막을 형성한 것을 특징으로 하는 자기융착성 세라믹 절연피복전선을 제공한다.
상기 제 2관점에 의한 자기융착성 세라믹 절연피복전선은 고온하에 있어서도 코일의 특성을 유지할 수 있는 내열성을 갖는 자기융착성 전선을 얻을 수 있었다.
제 3의 관점에서는 본 발명은 코팅용 조성물이 (a) 일반식
(식 중 R1은 탄소수 1~8의 유기기(有機基), R2는 탄소수 1~5의 알킬기 및 탄소수 1~4의 아실기를 나타냄)으로 나타내는 올가노폴리실록산(organo polysiloxane)의 군에서 선택된 최소한 1종류를 고형분 환산으로 5~55중량부,
(b) 일반식 Zr(OR)4(식중 R은 탄소수 1~5의 탄화수소 잔기(殘基)를 나타냄)로 나타내는 지르코늄 테트라알콕시드(tetra-alkoxide), 이 지르코늄 테트라알콕시드의 가수분해물 및 이 가수분해물의 부분축합물의 군으로부터 선택된 최소한 한 종류의 지르코늄 화합물 또는 이 지르코늄 화합물과 일반식 Si(OR)4(식중, R은 탄소수 1~5의 탄화수소 잔기를 나타냄)으로 나타내는 테트라알콕시시레인(tetra-alkoxi silane), 이 테트라알콕시시레인의 가수분해물 및 이 가수분해물의 부분축합물의 군으로부터 선택된 최소한 한 종류의 시레인 화합물과의 혼합물을 고형분 환산으로 0.5~15중량부,
(c) 유기용제를 30~94.5중량부,
로 이루어지는 (단, (a)+(b)+(c) = 100중량부)인 것을 특징으로 하는 코팅용조성물을 제공한다.
상기 제 3관점에 의한 코팅용 조성물은 올가노 폴리실록산에 매우 반응성이 빠르고 또한 내열성, 내식성, 내구성에 뛰어난 지르코늄 화합물 또는 시레인·지르코늄 화합물을 배합한 조성물이며, 유연성이 있는 고내열성의 절연막을 만들기 때문에 상기 구성의 세라믹 절연피막 전선 또는 자기융착성 세라믹 절연 피복전선에 적절히 이용할 수 있다.
또한 상기 성분(a)(b)(c)에 유기산, 무기산, 각종계면 활성제, 컵링제, 키레이트제, 무기안료 등의 첨가제를 가해도 좋다.
상기 (a)성분에서의 올가노 폴리실록산은 고내열성으로 유연성이 있는 절연피복제로서 사용된다.
올가노폴리실록산은 할로겐화 알킬시레인이나 알콕시시레인의 가수분해물을 탈수축합한 것으로 순 실리콘 바니시(varnish)를 사용한다. 이는 실론산(-Si-O-Si)결합을 주쇄(主鎖)로 하고, 메틸기, 페닐기를 측쇄(側鎖)에 갖는 실리콘 폴리머로 모노메틸 또는 모노트리클로로시레인에 소량의 디메틸, 디에틸, 디클로로 시레인을 혼합하여 만든 초기축합물을 용제에 녹인 것으로, 폴리실록산안에 남아있는 수산기 끼리의 축합을 더욱 진행하여 3차원 그물눈 구조를 만드는 것이다. 알킬기가 메틸일 때 내열성이 더욱 높아 발수성에 뛰어나다. 이 때문에 본 발명의 코팅용 조성물에서의 올가노폴리실록산은 주로 디메틸 실리콘레진이 사용된다.
또한 상기(a)성분에서의 올가노폴리실록산안의 고형분은 통상 45~60중량%이며 바람직하게는 50~55중량%이다.
상기 코팅용 조성물안에서의 (a)성분의 비율은 고형분 환산으로 5~55중량부, 바람직하게는 25~50중량부이다. 5중량부 미만에서는 도막이 너무 얇거나, 상대적으로 (c)성분이 늘어나 도착율이 나빠지고 한편 55중량부를 넘으면 점도가 너무 상승하여 작업성이 나빠지거나 도막이 너무 두꺼워져 갈라지는 등으로 바람직하지 않다.
상기 (b)성분에서의 지르코늄 테트라알콕시드는 미량의 물의 존재에 의해 분해하여 가수분해물 지르코늄 테트라히드록시드가 되고 또 이 가수분해물이 중축합하여 부분축합물을 발생하며 또한 고분자량화하여 경시에 의해 박막을 만들기 때문에 상기(a)성분과 함께 고내열성 피복제로서 또한 상기(a)성분의 경화 및 고밀도화, 고내열화를 촉진하는 역할을 한다.
상기 (b)성분에서의 지르코늄 테트라알콕시드는 가수분해 및 중축합 반응이 매우 빠르며 따라서 (a)성분과의 병용에 의해 저온가열로 단시간에 경화하는 것이다.
지르코늄 테트라 알콕시드안의 R은 예를들면 탄소수 1~5의 알킬기이며, 메틸기, 에틸기, n-부틸기, sec-부틸기, n-프로필기등이다. 구체적으로는 지르코늄 테트라메톡시드, 지르코늄 테트라에톡시드, 지르코늄 테트라-n-부톡시드, 지르코늄 테트라-sec-부톡시드, 지르코늄 테트라 플로폭시드 등을 들 수 있고, 이들 한 종류 또는 2종류 이상을 병용할 수 있다. 상기 (b)성분으로서는 특히 지르코늄 테트라-n-부톡시드가 바람직하다.
또한 상기 (b)성분의 지르코늄 테트라알콕시드는 지르코늄 테트라알콕시드외에 그 가수분해물 및 이 가수분해물의 부분중축합물을 포함하는 것이다. 이러한 가수분해물 및 부분중축합물은 혼합물안에서 지르코늄 테트라알콕시드에서 생성한 것이라도 좋고 또 혼합물 조정시 미리 배합한 것이라도 좋다.
상기 (b)성분에서의 테트라알콕시 시레인도 상기 지르코늄 테트라알콕시드와 마찬가지로 물의 존재에 의해 서서히 가수분해하여 가수분해물 테트라시라놀이 되고 또 이 가수분해물이 중축합하여 부분중축합물을 만들며 또한 고분자량화하여 박막을 만들기 때문에 고내열성 피복제로서 또한 (a)성분의 경화 및 고밀도화, 고내열화를 촉진하는 역할을 한다.
테트라알콕시 시레인은 지르코늄 테트라알콕시드에 비교하면 가수분해 및 중축합 반응이 매우 완만하다. 그래서 양자를 혼합함으로써 가수분해 속도가 적당하게 되어 작업성이 좋고, 또 도막경도(유연성)의 조절, 균열방지등이 가능하다.
테트라알콕시 시레인중의 R은 예를들면 탄소수 1~5의 알킬기이며, 메틸기, 에틸기, n-부틸기, n-프로필기, i-프로필기 등이다. 구체적으로는 테트라메톡시 시레인, 테트라에톡시 시레인, 테트라-n-부톡시 시레인, 테트라-n-프로폭시 시레인등을 들 수 있고 이들 한 종류 또는 2종류 이상을 병용할 수도 있다. 상기 (b)성분으로서는 특히 테트라 에톡시 시레인이 바람직하다.
또한 상기 (b)성분에서의 테트라알콕시 시레인은 테트라알콕시 시레인외에 가수분해물 및 이 가수분해물의 부분축합물도 포함하는 것이다. 이러한 가수분해물 및 부분축합물은 조성물안에서 테트라알콕시 시레인으로 조성한 것이라도 좋고, 또 조성물 조정시에 미리 가수분해물 및 부분중축합물을 사용해도 좋다.
상기 (b)성분으로서 지르코늄 테트라알콕시드와 테트라알콕시 시레인의 혼합물을 이용하는 경우의 혼합비율은 20~70: 30~80중량부이며, 바람직하게는 30~60:40~70중량부(단, 합계는 100중량부)이다.
상기 코팅용 조성물안에서의 (b)성분의 비율은 고형분 환산으로 0.5~15중량부, 바람직하게는 1~5중량부이다. 0.5중량부 미만에서는 경화반응이 늦어지거나 내열성이 불충분하게 되고, 한편 15중량부를 넘으면 반응이 너무 빨라지거나 또는 경화반응이 너무 빨리 진행되어 도막에 균열이나 박리가 생기거나 하여 바람직하지 않다.
상기 (c)성분에서의 유기용제는 상기 (a)(b)성분의 혼합분산제 및 농도조정제이며, 또 이들 (a)(b) 성분의 경화속도 조정제로서 사용하는 것이다.
상기 (c)성분에서의 유기용제로서는 예를들면 저비점 유기용제, 글리콜 유도체, 알콜류가 적절하다. 구체예로서는 크실렌, 톨루엔, 메틸에틸케톤, 에틸렌 글리콜, 초산에틸렌, 에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸에테르, n-부틸알콜, 메타놀, 에타놀 등을 들 수 있다. 이들 한 종류에서도 2종류를 병용할 수도 있다.
또한 상기 (c)성분에서의 유기용제에는 (a)(b) 성분에 포함되는 유기용제도 포함된다.
상기 코팅용 조성물안에서의 (c)성분의 비율은 30~94.5중량부이고, 바람직하게는 40~80중량부이다. 30중량부 미만에서는 조성물의 점도가 높아져 작업성이 나빠지거나 도막이 너무 두꺼워져 갈라지거나 한다. 한편 94.5중량부를 넘으면 도막이 너무 얇아 절연성을 실현할 수 없는 등 바람직하지 않다.
제 4의 관점에서는 본 발명은 상기 구성의 세라믹 절연피복전선을 감아 이루어지는 코일로서, 권회중에 상기 세라믹 절연피복전선에 도포한 접착도료에 의해 코일형상을 유지시킨 것을 특징으로 하는 코일을 제공한다.
상기 제 4의 관점에 의한 코일은 상기 구성의 세라믹 절연피복전선을 이용했기 때문에 내열성이 향상되고, 고온환경하에서의 사용에 극히 적합하거나 접착도료에 의해 코일형상의 유지성도 양호하게 된다.
제 5의 관점에서는 본 발명은 상기 구성의 세라믹 절연피복전선을 권회하여 이루어지는 코일로서, 권회중에 상기 세라믹 절연피복전선에 도포한 상위구성의 코팅용 조성물에 의해 코일형상을 유지시킨 것을 특징으로 하는 코일을 제공한다.
상기 제 5의 관점에 의한 코일은 상기 구성의 세라믹 절연피복전선을 이용함과 동시에 상기 구성의 코팅용 조성물에 의해 코일형상을 유지시켰기 때문에 더욱 내열성이 향상하고, 고온환경하에서의 사용에 극히 적절하게 되어 형상유지성도 양호하게 된다.
제 6의 관점에서는 본 발명은 상기 구성의 세라믹 절연피복전선 또는 자기융착성 세라믹 절연피복전선을 이용한 것을 특징으로 하는 스피커용 보이스코일을 제공한다.
제 6의 관점에 의한 스피커용 보이스코일은 상기 구성의 자기융착성 세라믹 절연피복전선 또는 자기융착성 세라믹 절연피복전선을 이용했기 때문에 내열성이 향상하고, 고온환경하에서의 사용에 극히 양호하게 되어 고출력 스피커용으로서 극히 적절하게 된다.
다음 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 또한 이에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
(제 1실시예)
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 관한 세라믹 절연피복전선(10)의 단면도이다.
이 세라믹 절연피복전선(10)은 도체(1)의 외주에 세라믹 절연피막(2)을 형성한 구조이다.
상기 도체(1)는 직경 0.02~0.5mm의 동선이다.
상기 세라믹 절연피막(2)은 도 2에 기재한 조성예 1, 조성예 2 또는 조성예 3의 코팅용 조성물을 도체(1)에 도포하고, 열경화시켜(가열경화시켜) 형성한 것이다. 세라믹 절연피막(2)의 두께는 3~12㎛이다.
도 3에 상기 세라믹 절연피막(2)의 화학구조식을 도시한다.
(제 2실시예)
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 관한 자기융착성 세라믹 절연피복전선(20)의 단면도이다.
이 자기융착성 세라믹 절연피복전선(20)은 상기 세라믹 절연피복전선(10)의 외주에 융착피막(3)을 형성한 구조이다.
상기 융착피막(3)은 폴리아미드계 수지 또는 폴리이미드계 수지를 유기용제에 의해 용해시킨 도료를, 상기 세라믹 절연피복전선(10)에 도포하고, 열경화시켜(가열경화시켜) 형성한 것이다. 융착피막(3)의 두께는 3~10㎛이다.
상기 폴리아미드계 수지는 독일 elf atchem사의 상품명 M1178 또는 M1603을 이용했다.
또 상기 폴리이미드계 수지는 미츠비시 가스 화학사의 상품명 BT 2100을 이용했다.
(제 3실시예)
도 5는 본 발명의 제 3실시예에 관한 스피커용 보이스코일(30)의 단면도이다.
이 스피커용 보이스코일(30)은 원통모양의 보빈(31)의 외주에, 상기 자기융착성 세라믹 절연피복전선(20)(외경 0.25mm)을 권회하여 권선(저항치 3.5Ω)을 형성하고, 190℃에서 30분간 가열하여 권선전체를 일체적으로 융착시킨 구조이다. 단 자기융착성 세라믹 절연피복전선(20)의 융착피복(3)에는 폴리아미드계 바니시를 이용했다.
상기 보빈(31)은 가라스섬유 크로스에 폴리이미드수지를 코팅한 재료이다.
도 6은 상기 스피커용 보이스코일(30)을 이용한 고출력 스피커(40)의 단면도이다.
이 고출력 스피커(40)는 프레임(41)에 댐퍼(42)를 통해 스피커용 보이스코일(30)을 지지하고, 그 스피커용 보이스코일(30)과 프레임(41) 사이에 엣지(47)를 통해 진동판(43)을 장설하며, 또한 프레임(41)에 플레이트(44)와 요크(45)와 마그네트(46)로 구성되는 자기회로를 지지한 구조이다. 이 고출력 스피커(40)의 구경은 17cm이다.
도 7은 상기 고출력 스피커(40)의 시험회로의 블록도이다.
핑크노이즈 발진기 NG에서 핑크노이즈를 발생하고, 핑크노이즈로부터 시험용 주파수 특성을 만들기 위한 웨이팅 네트워크 WN(IEC268-1C 준거), 클립핑회로 CL 및 앰프 A를 통해 고출력 스피커(40)를 구동했다. 또 실효치형 전압계 V로 전압을 계측하여 전력을 구했다.
시험은 시험개시 입력와트수로 1분 구동하고, 2분 휴지하는 것을 10회 반복하며, 그 시점에서 스피커용 보이스코일(30)의 저항치로부터 온도를 구하는 것을 보이스코일이 파괴할 때 까지 입력와트수를 10W씩 높이면서 반복했다.
도 8에 시험결과를 도시한 것과 같이 상기 고출력 스피커(40)는 250W이상까지 단선하지 않았다.
또한 도 8의 시험결과에서는 최종적으로 폴리아미드계 바니시의 융착피복이 열용해하여 보빈(31)으로부터 전선이 풀리고, 전선이 플레이트(44) 또는 요크(45)에 닿음으로써 단선했다. 이 단선에 의해 보이스코일이 파괴한 상태에 있어서도 세라믹 절연전선피복은 전혀 용해하지 않고 전선표면을 피복하고 있어 절연성능을 유지하였다.
도 9는 비교예의 시험결과이다. 비교예의 스피커는 200W로 단선했다.
이 비교예의 스피커는 세라믹 절연피복(2) 대신에 아미드이미드 절연피복을 이용하고, 융착피복에 폴리아미드계 바니시를 이용한 자기융착성 전선(도쿄도쿠슈 덴센(주)제품 자기융착성 AIW 선)을 권회하여 보이스코일로 한 것이다.
또한 단선은 아미드이미드 절연피복과 폴리아미드계 바니시의 융착피복의 양쪽이 열용해하여 코일이 풀리고, 전선이 플레이트(44)에 닿음으로써 발생하였다.
(제 4실시예)
상기 세라믹 절연피복전선(10)(외경 0.25mm)에, 세라믹 절연피막(2)과 같은 조성의 코팅용 조성물을 도포하면서 직경 30mm의 원통모양의 보빈의 외주에 2층(1층째 80턴, 2층째 70턴)으로 권회하여 코일을 형성했다.
이 코일에 통전하고 전류를 늘리면서 표면온도를 측정한 바 500℃에서도 이상이 없었다.
비교예로서 아미드이미드 절연피복전선(외경 0.25mm)에, 폴리아미드계 바니시를 도포하면서 직경 30mm원통모양의 보빈의 외주에, 2층(1층째 80턴, 2층째 70턴)으로 권회하여 코일을 형성했다.
이 코일에 통전하고, 전류를 늘리면서 표면온도를 측정한 바 451℃에서 단락을 일으켰다.
본 발명의 코팅용 조성물은 그 외 금속류의 내열성 절연용으로서 적합하다.
본 발명의 세라믹 절연피복전선 및 자기융착성 세라믹 절연피복전선에 의하면 고온하에 있어서도 코일의 특성을 유지할 수 있다.
또 본 발명의 코팅용 조성물에 의하면 상기 구성의 세라믹 절연피복전선 또는 자기융착성 세라믹 절연피복전선을 적절히 제조할 수 있다. 또 그 외 금속류의 내열성 절연용으로서 적합하다.
또 본 발명의 코일 및 스피커용 보이스코일에 의하면 내열성이 향상하고, 고온환경하에서의 사용에 극히 적합하다.
Claims (6)
- 지르코늄의 화합물 및 실리콘의 화합물을 포함하는 코팅용 조성물을 도체상에 도포, 열경화시켜 세라믹 절연피막을 형성한 것을 특징으로 하는 세라믹 절연피복전선.
- 폴리아미드계 수지 또는 폴리이미드계 수지를 유기용제에 의해 용해시킨 접착도료를 제 1항에 기재한 세라믹 절연피복전선의 세라믹 절연피막상에 도포, 열경화시켜 융착피막을 형성한 것을 특징으로 하는 자기융착성 세라믹 절연피복전선.
- 코팅용 조성물이,(a) 일반식(식 중 R1은 탄소수 1~8의 유기기(有機基), R2는 탄소수 1~5의 알킬기 및 탄소수 1~4의 아실기를 나타냄)으로 나타내는 올가노폴리실록산(organopolysiloxane)의 군에서 선택된 최소한 1종류를 고형분 환산으로 5~55중량부,(b) 일반식 Zr(OR)4(식중 R은 탄소수 1~5의 탄화수소 잔기(殘基)를 나타냄)로 나타내는 지르코늄 테트라알콕시드(tetra-alkoxide), 이 지르코늄 테트라알콕시드의 가수분해물 및 이 가수분해물의 부분축합물의 군으로부터 선택된 최소한 한 종류의 지르코늄 화합물 또는 이 지르코늄 화합물과 일반식 Si(OR)4(식중, R은 탄소수 1~5의 탄화수소 잔기를 나타냄)으로 나타내는 테트라알콕시시레인(tetra-alkoxi silane), 이 테트라알콕시시레인의 가수분해물 및 이 가수분해물의 부분축합물의 군으로부터 선택된 최소한 한 종류의 시레인 화합물과의 혼합물을 고형분 환산으로 0.5~15중량부,(c) 유기용제를 30~94.5중량부,로 이루어지는 (단, (a)+(b)+(c) = 100중량부)인 것을 특징으로 하는 코팅용 조성물.
- 제 1항에 기재한 세라믹 절연피복전선을 권회하여 되는 코일로, 권회중에 상기 세라믹 절연피복전선에 도포한 접착도료에 의해 코일형상을 유지시킨 것을 특징으로 하는 코일.
- 제 1항에 기재한 세라믹 절연피복전선을 권회하여 되는 코일로, 권회중에 상기 세라믹 절연피복전선에 도포한 제 3항에 기재한 코팅용 조성물에 의해 코일형상을 유지시킨 것을 특징으로 하는 코일.
- 제 1항에 기재한 세라믹 절연피복전선 또는 제 2항에 기재한 자기융착성 세라믹 절연피복전선을 이용한 것을 특징으로하는 스피커용 보이스코일.
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