KR20090003997A - 사출성형기용 핫런너 노즐 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출성형기용 핫런너 노즐 및 그 제조방법을 개시한다.

본 발명은 일측에 연결된 매니폴드로부터 수지를 공급받아 금형으로 안내 유동시키는 것으로 외주면에 발열체인 히팅 파이프가 감겨진 사출성형기용 핫런너 노즐에 있어서, 상기 노즐은 중앙부에 설치홀이 관통 형성된 스테인레스 강으로 된 바디관과, 상기 바디관의 설치홀에 억지 끼움되고 그 중심으로 수지유로가 관통 형성된 구리로 된 열평형관을 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명은 가격이 저렴하면서 기계적 특성이 우수한 스테인레스 강으로 노즐의 바디관을 형성하고 그 내부에 열전도성이 우수한 구리 계열 금속재로 된 열평형관을 구비시키는 간소한 구조변경을 통해 노즐의 전체 구간에 대한 열평형을 빠르게 실현시킬 수 있어 결과적으로 성형품의 품질을 향상시킬 수 있는 이점을 제공한다.

핫런너, 매니폴드, 노즐, 수지, 열평형

Description

사출성형기용 핫런너 노즐 및 그 제조방법{Nozzle for Injection Molding Machines And A Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 사출성형기용 핫런너 노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노즐의 열전도 특성을 양호하게 하여 전체적인 온도를 균일하게 유지시킴으로써 성형품의 품질 개선을 가능하게 한 사출성형기용 핫런너 노즐 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 수지제품을 성형하는 사출 성형기는 일측에 구비된 실린더에 합성수지 원료를 투입하고 상기 실린더에서 용융된 상태로 금형에 주입되는바, 상부 금형은 하부 금형에 형성된 다수의 캐비티에 수지를 고르게 주입할 수 있도록 매니폴드가 구비되고 상기 매니폴드의 저면에는 하부 금형의 캐비티에 수지를 주입하기 위한 노즐이 다수가 구비되어 있어 캐비티에 수지를 높은 압력으로 충진하고 캐비티에 충진된 수지가 고화되면 상부 금형과 하부 금형이 서로 분리되면서 성형된 제품이 취출되도록 한 것이다.

상기 노즐에는 수지가 유동성을 유지할 수 있도록 하기 위하여 그 외주면으로 히터가 구비되어지며, 이러한 히터는 금형의 외부에 구비된 온도 컨트롤러의 제어를 받아 노즐을 일정한 온도로 유지시킴으로서 노즐을 통과하는 수지가 고화되는 것을 방지하게 된다.

즉, 사출 성형기에 사용되는 노즐은 수지가 유동성을 가진 상태에서 토출될 수 있도록 하기 위하여 소정의 온도의 열을 발생시키는 히터를 구비하며, 이때의 히터는 대략 노즐의 외주면에 히터선이 코일 형태로 감겨져 구성되며, 이때의 히터선은 금형의 외부에 구비된 컨트롤러의 제어를 받아 노즐을 가열함으로써 노즐이 일정한 온도를 유지하게 하여 수지가 노즐을 통과할 때 노즐 내에서 고화되는 것을 방지하게 되는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 사출성형기를 나타낸 단면도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이 사출성형기는 크게 수지유로(210)를 형성하고 그 상,하면으로 히터(220)가 매립되는 매니폴드(200)와, 상기 매니폴드(200)의 하면에 구비되는 것으로서 런너(100)의 설치구멍(110)에 삽입되며 상기 매니폴드의 수지유로(210)에 연결되는 수지유로(310)를 형성하여 수지를 금형(400)측으로 안내 토출하는 노즐(300)과, 상기 노즐(300)의 외면에는 노즐(300)을 통과하는 수지를 용융상태로 유지하기 위한 히팅 파이프(h)가 구비되는 구성이다.

여기서, 상기 노즐(300)은 그 선단부에 열전도성이 우수한 팁(350)이 연결되는 구성이며, 이때의 상기 팁(350)의 선단은 런너(100)의 토출구측에 위치된다.

또한, 상기 히팅 파이프(h)는 그 내부에 전원공급을 받아 발열을 하는 열선과 절연물로 구성되며, 상기 열선은 컨트롤러의 제어를 받아 노즐(300)을 소정온도로 가열시켜 적정온도를 유지되게 한다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 따른 사출성형기용 노즐(300)은 상단부가 매니폴드(200)에 접촉되고 하단부는 금형(400)측에 접촉됨에 따라 전체적인 온도가 균일하지 못한 단점이 있다.

즉, 노즐(300)의 상단부는 매니폴드(200)의 하면에 접촉되는 구성에 의해 열적 환경에 영향을 받게 되는데, 일예로 매니폴드(200)의 온도가 노즐(300)의 온도에 비하여 높은 경우에는 노즐(300)의 상단부는 매니폴드(200)로부터 열을 전도받아 상승하게 된다. 이와 반대로 매니폴드(200)의 온도가 노즐(300)의 온도에 비해 낮은 경우에는 노즐(300)의 상단부는 매니폴드(200)로부터 열을 빼앗기게 되므로 온도가 낮아지게 된다. 또한, 노즐(300)의 하단부 역시 금형(400)에 접촉되는 구조이므로 금형(400)측으로 상당한 열을 뺏기게 되어 온도가 낮아지게 된다.

따라서, 상기 노즐(300)은 매니폴드(200)와 금형(400)의 영향으로 인하여 중간부분의 온도를 기준으로 상단부와 하단부의 온도가 높거나 낮은 현상이 발생한다.

이와 같이 노즐(300)의 전체적인 온도가 균일하지 못하고 불균일한 경우에는 수지유로(310)를 통과하는 수지의 용융상태가 불안정해져 성형품질의 저하를 초래하는 문제점을 초래한다.

또한, 종래의 사출성형기용 노즐(300)은 온도 제어 응답이 늦은 단점이 있다.

일예로, 상기 노즐(300)은 서스(SUS:steel use stainless) 계열의 금속재로 성형하고, 그 선단에 위치하는 팁(350)은 구리 등과 같이 열전도율이 우수한 소재로 제공하고 있는데, 상기 노즐(300)의 외면에 구비되는 히팅 파이프(h)를 이용하여 노즐(300)을 가열하게 되면 열전도율이 낮은 서스(SUS)를 가열시킨 뒤 하단 내측에 위치되는 팁(350)을 가열하는 방식이므로 실질적으로 수지유로(310)를 통과하는 수지의 온도를 제어함에 있어 응답성이 늦은 단점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하고자 본 출원인은 등록특허 제10-0736242호를 통해 개선된 ″사출성형기용 노즐″을 제안한 바 있다.

도 2는 본 출원인이 선출원한 사출성형기용 노즐을 개략적으로 나타낸 것으로서, 도면에서 보는 바와 같이, 상부는 매니폴드(200)의 하측에 연결되고 하부는 금형에 연결되며 외주면으로는 발열체인 히팅 파이프(h)가 구비되는 관 형상의 사출성형기용 노즐(300)에 있어서, 상기 노즐(300)은 상부와 하부 외주면에 서로 간격을 두고 각각 지름이 확장되는 형태로 마련되는 상 열전도부(311) 및 하 열전도부(312)가 일체로 구비되고, 이들 상 열전도부(311)와 하 열전도부(312) 사이의 외주면에는 나사부(313)가 형성되며, 상기 나사부(313)에는 선택적으로 상 열전도부(311) 또는 하 열전도부(312)측으로 이동하는 것으로 열전도율이 우수한 금속재로 된 열평형 조절링(314)이 나사 체결로 구성된다.

이와 같이 구성되는 사출성형기용 노즐(400)은 상기 열평형 조절링(314)을 상 열전도부(311) 또는 하 열전도부(312)측으로 이동시키는 것을 통해 상기 열평형 조절링(314)이 상 열전도부(311) 또는 하 열전도부(312)에 접촉되는 것에 의해 열을 전도 받아 결과적으로 노즐(300)의 상부 또는 하부측 온도를 낮추게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술의 사출성형기용 노즐(300)은 여러 개의 온도센서(미도시)를 매립하고 이들 온도센서를 통해 검출된 온도를 기초로 히팅 파이프(h)를 제어해야 하므로 구조가 복잡해지고 고가의 설비를 갖추어야 하는 단점이 있었다.

특히, 수지의 온도 특성이 일정하지 않거나 히팅 파이프(h)로부터 전달되는 온도에 변화가 생기는 경우 장치를 분해하고 열평형 조절링(314)을 재 조정해야 하므로 작업중단과 지연에 따른 여러 문제점을 초래하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기계적 성질이 우수한 스테인레스 강(SUS;Stainless Steel)으로 노즐의 바디관을 형성하고 그 내부에 수지유로를 형성한 열전도율이 좋은 구리 계열의 금속재로 된 열평형관을 구비시켜 노즐의 전체적인 구간에 대한 열평형이 이루어질 수 있도록 하여 기기에 대한 신뢰성을 높이면서 고품질의 성형물 양산을 가능하게 한 사 출성형기용 핫런너 노즐을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 고온 환경에서의 기계적 특성을 저하시키지 않으면서 열평형이 이루어질 수 있도록 바디관의 내부에 구리 계열의 금속재를 구비시키는 사출성형기용 핫런너 노즐의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 사출성형기용 핫런너 노즐은, 일측에 연결된 매니폴드로부터 수지를 공급받아 금형으로 안내 유동시키는 것으로 외주면에 발열체인 히팅 파이프가 감겨진 사출성형기용 핫런너 노즐에 있어서, 상기 노즐은 중앙부에 설치홀이 관통 형성된 스테인레스 강으로 된 바디관과, 상기 바디관의 설치홀에 억지 끼움되고 그 중심으로 수지유로가 관통 형성된 구리로 된 열평형관을 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 히팅 파이프는 세라믹, 세라믹섬유, 그라파이트재 중 어느 하나로 성형된 단열재로 감싸는 것에 있다.

본 발명에 따른 사출성형기용 핫런너 노즐의 제조방법은, 매니폴드로부터 수지를 공급받아 금형으로 안내 공급하기 위한 수지유로를 형성한 사출성형기용 핫런너 노즐의 제조방법에 있어서, 스테인레스 강으로 된 봉재의 중앙부분을 관통하여 설치홀을 형성하는 단계와, 상기 설치홀에 구리로 된 봉재를 억지 끼워 맞춤으로 구비시키는 단계와, 상기 구리로 된 봉재의 중앙부분을 관통하여 수지유로를 형성하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 사출성형기용 핫런너 노즐은, 가격이 저렴하면서 기계적 특성이 우수한 스테인레스 강으로 바디관을 형성하고 그 내부에 열전도성이 우수한 구리 계열 금속재로 된 열평형관을 구비시키는 간소한 구조변경을 통해 노즐의 전체 구간에 대한 열평형을 빠르게 실현시킬 수 있어 결과적으로 성형품의 품질을 향상시킬 수 있는 이점을 제공한다.

특히, 종전과 같이 열평형 조절링을 상·하로 이동시키기 위하여 노즐을 분해 조립하는 작업을 필요로 하지 않으므로 작업중단에 따른 생산성 저하와 분해조립에 따른 제품의 내구성 저하의 문제점을 해소할 수 있다.

아울러 히팅 파이프의 외주면을 단열재로 감싸는 구성을 통해 외부의 온도 환경 변화로인한 노즐내에 미치는 영향을 최소화할 수 있어 히팅 파이프를 이용한 노즐에 대한 신속하고 정밀한 온도제어가 가능한 효과가 기대된다.

이하, 본 발명에 따른 사출성형기용 핫런너 노즐의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 성형기를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사출성형기용 핫런너 노즐을 나타낸 단면도이다. 그리고, 도 5는 본 발명에 따른 사출성형기용 핫런너 노즐의 제조과정을 설명하기 위한 블록도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이, 본 발명에 따른 핫런너 노즐(30)이 적용된 사출성형기의 구성을 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

사출성형기는 크게 용융된 수지가 이동되는 수지유로(20a)를 형성하면서 그 상,하면으로 히터(20b)가 매립되는 매니폴드(20)와, 상기 매니폴드(20)의 하면에 구비되는 것으로 런너(10)의 설치구멍에 삽입되며 상기 매니폴드(20)의 수지유로(20a)와 연결되는 수지유로(30a)를 형성하여 수지를 금형(40)측으로 안내 토출하는 노즐(30)과, 상기 노즐(30)의 외면에 구비되어 노즐(30)을 통과하는 수지를 용융상태로 유지되게 하는 히팅 파이프(h)를 포함하는 구성이다.

상기 매니폴드(20)는 대략 판재형상을 갖는 금속재를 가공한 부재로서, 그 내부에는 용융된 상태의 수지가 이동될 수 있도록 여러 갈래로 분기된 형태를 갖는 수지유로(20a)가 형성되며, 그 상,하면으로는 수지유로(20a)를 따라 구비되면서 유동되는 수지가 고화되는 것을 방지하기 위하여 소정 온도의 열을 발생시키는 발열체인 히터(20b)가 단조 작업을 통해 매립되는 구조이다.

그리고, 상기 매니폴드(20)의 일면으로는 수지유로(20a)에 연결되어 수지를 공급받도록 노즐(30)이 결합 설치된다.

상기 노즐(30)은 전체적으로 중공의 관형상을 가지면서, 금형(40)에 접촉되는 선단부가 하향 진행하면서 지름이 좁아지는 원추형상의 팁(32)을 일체로 구비하며, 이러한 팁(32)은 종전과 마찬가지로 별도로 가공되어 결합되거나 또는 일체로 가공될 수 있으다. 본 발명의 도면에서는 노즐(30)에 결합 구성되는 형태로 제안하였다. 이러한 상기 팁(32)은 열전도성이 우수한 금속재로 성형되며 그 선단부가 런너(10)의 토출구측에 위치되어 금형(40)의 캐비티(미도시)내로 수지가 공급될 수 있도록 하고 있다.

이러한 구성의 노즐(30)의 외면에는 히팅 파이프(h)가 감겨진 형태로 구비되는데, 이때의 상기 히팅 파이프(h)는 그 내부에 전원공급을 받아 발열을 하는 열선과 절연물로 구성되며, 상기 열선은 컨트롤러(미도시)의 제어를 받아 노즐(30)을 소정온도로 가열시켜 적정온도를 유지되게 한다.

한편, 상기 노즐(30)은 도시하지는 않았으나 선택적으로 밸브핀에 의해 게이트의 개폐가 단속되게 구성될 수 있으며, 이때의 상기 밸브핀은 유압, 공압, 전동기 등을 동력원으로 하는 구동부에 의해 승강되는 동작을 통해 게이트를 개폐하게 된다. 이러한 밸브핀 및 구동부는 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 구성되는 노즐(30)은 도면에서 바라보면 상기 매니폴드(20)의 하측에 구비되어 매니폴드(20)로부터 수지를 공급받아 금형으로 주입하게 된다.

상기와 같이 구성되는 사출성형기는 종전의 사출성형기의 구성과 대동소이하다. 다만, 본 발명에서의 사출성형기는 노즐(30)을 통과하는 수지의 열적 환경을 균일하게 하기 위한 수단을 부가 구성하는데 그 특징이 있다.

즉, 통상적으로 사출성형기용 핫런너 노즐(30)은 그 외면에 앞서 설명한 히팅 파이프(h)가 코일 형태로 감기면서 밀착 구비되는데, 이러한 히팅 파이프(h)는 상기 노즐(30)의 내부를 통과하는 수지가 균일한 온도로 유동될 수 있도록 충분히 고려하여 간격이 결정되지만 상기 노즐(30)의 외면에 직접적으로 감겨진 부분과 감겨지지 않은 부분에서 30℃~80℃ 온도차가 발생하여 결과적으로 상기 노즐(30)의 전체적인 온도가 불균일하게 될 뿐만 아니라 수지의 특성 저하를 야기하는 현상이 있었다.

본 발명은 노즐(30)의 전체적인 온도를 균일하게 유지될 수 있게 함으로써 수지유로(33a)를 통과하는 수지의 물성을 안정화시키도록 하는 것이다.

이를 위한 본 발명에서의 노즐(30)은 전체적으로 관 형상을 가지면서 그 내 부 중앙에 수직하는 방향으로 수지유로(30a)가 형성되는 서스(SUS)계열의 금속부재 즉, 스테인레스 강으로 형성된 바디관(31)와, 상기 바디관(31)의 내부에 삽입 설치되고 그 내부로 상기 매니폴드(20)의 수지유로(20a)와 연결되는 수지유로(33a)를 형성한 열평형관(33)으로 구성된다.

상기 바디관(31)는 서스(SUS:steel use stainless) 계열의 금속재 즉, 스테인레스 강으로 된 봉재의 중심부분을 관통하여 설치홀(31a)을 형성한 것이다. 이러한 바디관(31)의 가공은 공지의 공작기계를 이용하여 성형되는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 열평형관(33)은 상기 바디관(31)의 설치홀(31a)내에 억지 끼움 구조로 구비되는 관형상을 갖는 부재로서, 열전도율이 우수한 구리(Cu) 또는 구리 계열의 금속재로 가공된다. 이러한 열평형관(33)은 그 중심 부분에 수지유로(33a)가 관통 형성된다.

이와 같이 구성되는 바디관(31)와 열평형관(33)의 제조 방법을 도 5를 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 기계적인 강성이 우수한 스테인레스 강(SUS:Steel Use Stainless)으로 된 중실의 봉재를 준비하고, 그 중앙부분을 관통시켜 설치홀(31a)을 형성한다. (S10)

이어서, 상기 바디관(31)의 설치홀(31a)에 상기 스테인레스 강에 비하여 상대적으로 열전도성이 우수한 구리계열의 금속소재 즉, 구리(Cu)으로 된 봉재를 억 지 끼워 맞춤으로 결합시킨다.(S20) 이때, 상기 구리로 된 봉재는 그 물성이 연성이므로 상기 설치홀(31a)의 내경에 비하여 큰 지름을 갖는 것으로 구비하고 강제 압입으로 결합시킨다. 이때 상기 구리로 된 봉재의 압입은 공지의 프레스기를 이용할 수 있을 것이다.

이어서, 상기 설치홀(31a)에 구리로 된 봉재의 압입이 완료되면, 상기 구리로 된 봉재의 중앙부분을 관통시켜 수지유로(33a)를 형성하는 것에 의해 완료된다.(S30)

한편, 본 발명은 상기 노즐(30)을 구성하는 스테인레스 강으로 된 바디관(31)의 내부에 설치홀(31a)을 형성하고, 상기 설치홀(31a)에 수지유로(33a)를 형성한 열평형관(33)을 구비시키는 구조를 제안하였으나, 이와 반대로 상기 구리로 된 봉재를 바디관로 성형하고, 그 내부에 스테인레스 강으로 된 열평형관으로 구성시키는 것도 가능할 것이다. 다만, 상기 구리(Cu)를 노즐(30)의 바디관로 구성하는 경우에는 히팅 파이프에서 전달되는 열로 인한 열변형이 예상되므로 이를 방지하기 위한 별도의 구조를 부가해야 할 필요가 있다.

또한, 본 발명은 도 4에서 보는 바와 같이, 세라믹, 세라믹섬유, 그라파이트재 등과 같은 단열소재로 된 단열재(35)로 상기 히팅 파이프(h)를 감싸도록 구성하는 것을 제안한다.

이때의 상기 단열재(35)는 상술한 히팅 파이프(h)를 감싸도록 원형관 형태로 구비되는 것이며, 이를 통해 노즐(30)의 열적 환경을 안정되게 유지시키게 된다. 즉, 상기 단열재(35)는 노즐(30)의 외부 환경에 의한 자극으로 인해 결과적으로 노즐(30) 내부의 온도 평형 상태가 영향을 받는 것을 최소화하는 역할을 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 사출성형기용 핫런너 노즐의 작용을 설명하면 다음과 같다.

일예로, 상기 매니폴드(20)의 온도가 노즐(30)의 온도에 비하여 높은 경우에는 매니폴드(20)와 접하는 노즐(30)의 상부측 온도가 부분적으로 상승하게 된다. 이때, 상기 노즐(30)은 수지유로(33a)를 형성한 열평형관(33)이 구리로 성형되어 있으므로 단시간내에 열평형 상태를 이루게 된다. 따라서 노즐(30)의 국부적인 온도 상승을 억제할 수 있어 결과적으로 급격한 온도변화로 인한 수지의 물성이 바뀌는 것을 억제할 수 있어 성형품의 품질 개선이 가능하다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

도 1은 일반적인 사출 성형기의 구성을 나타낸 단면도,

도 2는 종래 기술에 따른 사출 성형기를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 성형기를 나타낸 단면도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사출성형기용 핫런너 노즐을 나타낸 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 사출성형기의 제조과정을 설명하기 위한 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 런너 20 : 매니폴드

30 : 노즐 31 : 바디관

33 : 열평형관 35 : 단열재

40 : 금형

Claims (3)

1. 일측에 연결된 매니폴드로부터 수지를 공급받아 금형으로 안내 유동시키는 것으로 외주면에 발열체인 히팅 파이프가 감겨진 사출성형기용 핫런너 노즐에 있어서,

   상기 노즐은 설치홀이 관통 형성된 스테인레스 강으로 된 관형상의 바디관과;

   상기 바디관의 설치홀에 억지 끼움되고 그 중심으로 수지유로가 관통 형성된 구리로 된 열평형관;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 사출성형기용 핫런너 노즐.
2. 제 1항에 있어서, 상기 히팅 파이프는 세라믹, 세라믹섬유, 그라파이트재 중 어느 하나로 성형된 단열재로 감싸는 것을 특징으로 하는 사출성형기용 핫런너 노즐.
3. 매니폴드로부터 수지를 공급받아 금형으로 안내 공급하기 위한 수지유로를 형성한 사출성형기용 핫런너 노즐의 제조방법에 있어서,

   스테인레스 강으로 된 봉재의 중앙부분을 관통하여 설치홀을 형성하는 단계와;

   상기 설치홀에 구리로 된 봉재를 억지 끼워 맞춤으로 구비시키는 단계와;

   상기 구리로 된 봉재의 중앙부분을 관통하여 수지유로를 형성하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기용 핫런너 노즐의 제조방법.

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