KR20090110813A - 정밀 롤 선반 - Google Patents

Abstract

롤의 표면에 삼각 피라미드와 같은 입체 형상 패턴을 높은 정밀도로 가공할 수 있도록 하는 정밀 롤 선반을 제공한다. 비트 설치대(33)에는, 롤에 나선 홈을 절삭하기 위해, 비트(36)의 날 끝의 절삭면이 나선 홈의 방향과 직각이 되도록 비트를 선회시키는 비트 선회축(A축)이 설치되어 있다.

Description

정밀 롤 선반 {PRECISION ROLL TURNING LATHE}

본 발명은 삼각추나 사각추가 종횡으로 배열된 요철 패턴을 롤의 외주면에 가공할 수 있는 정밀 롤 선반에 관한 것이다.

롤을 가공하는 공작기계에는 롤 연삭반이나 롤 선반이 있다. 롤 연삭반은 주축대, 심압대, 왕복대를 갖추고 있고, 왕복대에는 연삭 지석(砥石)이 설치되어 있다.

종래의 롤 연삭반에서는 롤의 외주면을 지석으로 연삭하는 가공 외에, 외주면에다 홈을 가공하는 것이 행해지고 있다. 일본국 특허공개 제2003-94239호 공보에는 홈을 절삭하는 절삭톱날을 가진 홈 가공장치를 왕복대에 설치한 롤 연삭반이 기재되어 있다.

롤 선반은 다이아몬드 비트(bit)를 부착한 비트 설치대를 왕복대에 설치한 선반이다. 주축대에서 롤을 회전시켜, 왕복대를 전후방향(X축)으로 이송하면서 원주방향의 홈을 가공하는 것이 기본적인 사용법이다. 축 방향으로 홈을 가공하는 경우에는, 주축대(C축)에 의해 롤을 인덱스(index)하면서, 왕복대를 좌우방향(Z축)으로 고속으로 이동시켜줌으로써 축 방향으로 홈을 만들어낼 수가 있다.

근래, 기계 제어기술의 진보에 따라 선반에 의한 초정밀 가공이 실현되고 있다. 이에 따라, 선반에서도 광학렌즈를 성형하는 금형을 가공할 수가 있게 되었다. 예컨대, 본 출원인은, 프레넬 렌즈 성형용 금형을 가공하는 입선반(立旋盤)을 제안한바 있다(일본국 특허공개 제2004-358624호 공보 참조). 이 입선반에서는, 프레넬 렌즈 성형 금형의 V자형 렌즈 홈을 높은 정밀도로 가공할 수 있다.

그런데, 액정표시장치의 보급에 따라, 액정패널의 백라이트(backlight)에 사용되는 렌즈 시트의 수요가 증대하고 있다. 이런 종류의 렌즈 시트에는, 앞에서 설명한 프레넬 렌즈 외에, 렌티큘러 렌즈 시트(lenticular lens sheet), 크로스 렌티큘러 렌즈 시트, 프리즘 시트 등이 있다.

최근에는, 전사 롤을 이용해서, 렌티큘러 렌즈 시트, 크로스 렌티큘러 렌즈 시트, 프리즘 시트를 압출 성형으로 성형하는 것이 연구되고 있다.

렌티큘러 렌즈 시트용 전사 롤인 경우에는, 롤의 외주면에 원주방향 홈을 일정한 피치로 정밀하게 가공하면 되기 때문에, 종래의 롤 선반으로도 가공할 수가 있다.

이에 대해, 크로스 렌티큘러 렌즈 시트나 프리즘 시트용 전사 롤인 경우에는, 사각추(사각 피라미드), 삼각추(삼각 피라미드) 형상의 패턴을 가공해야만 한다.

이 중, 사각추의 형상 패턴을 가공하기 위해서는, 롤의 표면에 원주방향 홈과 축방향 홈을 종횡으로 절삭하는 것이 검토되고 있다. 또, 삼각추의 형상 패턴을 가공하는 방법으로서, 롤의 외주면에 원주방향으로 뻗은 홈과 나선모양으로 뻗은 홈을 조합해서 가공하는 것이 검토되고 있다. 그러나, 종래의 롤 선반에서는, 이들의 초정밀 가공에 잘 대응할 수가 없었다.

이에, 본 발명의 목적은, 상기 종래의 기술이 가진 문제점을 해소하고, 롤의 표면에 삼각 피라미드와 같은 입체 형상 패턴을 높은 정밀도로 가공할 수 있도록 한 정밀 롤 선반을 제공함에 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 롤에 나선 홈과 가로 홈을 조합시키도록 한 롤 가공으로, 삼각 피라미드가 종횡으로 연속하는 패턴을 가공할 수 있다. 그리고, 삼각 피라미드를 가공하는 경우에는, 절삭날 선회대의 B축으로는 인덱 싱에 더해 날 끝의 위치를 수정해서 위치 결정하는 기능을 갖고 있기 때문에, 나선 홈의 정밀한 가공면을 얻을 수가 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 베드와, 이 베드 상에 설치되어 소재(work)인 롤의 일단을 척으로 보유지지하면서 이 롤에 회전을 부여함과 더불어, 소재의 원주방향 인덱싱을 실행하는 인덱스 축(C축)을 가진 주축대와, 이 주축대에 대향해서 상기 베드 상에 배치되어 상기 롤의 일단을 자유로이 회전할 수 있게 지지하는 심압대와, 상기 롤의 길이방향(Z축)을 이동할 수 있게 상기 베드 상에 설치된 새들과, 롤의 길이방향과 직각인 방향(X축)으로 이동할 수 있게 상기 새들 상에 설치된 테이블과, 이 테이블 상에 설치되고서 비트가 부착된 비트 설치대를 가진 선회대를 갖추되, 상기 비트 설치대가, 상기 롤에 나선 홈을 절삭하기 위해, 상기 비트의 날 끝의 절삭면이 나선 홈의 방향과 직각으로 되도록 상기 비트를 선회시키는 비트 선회축(A축)을 가진 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 의하면, 롤에 나선 홈과 가로 홈을 조합시키도록 한 롤 가공으로, 삼각 피라미드가 종횡으로 연속하는 패턴을 가공할 수가 있게 된다. 그리고, 삼각 피라미드를 가공하는 경우에는, 절삭날 선회대의 B축으로는 인덱싱 작용에 더해, 날 끝의 위치를 수정해서 위치 결정하는 기능을 갖고 있기 때문에, 나선 홈의 정밀한 가공면을 얻을 수가 있다.

(실시예)

이하, 본 발명에 의한 정밀 롤 선반의 한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참 조하면서 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 정밀 롤 선반을 나타낸 측면도이고, 도 2는 동 정밀 롤 선반의 평면도이다.

도 1 및 도 2에서, 참조 번호 10은 베드를 나타낸다. 이 베드(10) 상에는 주축대(12), 심압대(14), 왕복대(16)가 배치되어 있다. 소재(W)인 공작물은 롤 형상의 롤(roll)로서, 주축대(12)와 심압대(14)에 의해 자유로이 회전할 수 있게 지지되어 있다.

주축대(12)는 베드(10)의 길이방향 한쪽 단부에 배치되어 있다. 이 주축대(12)는 본체부(17)와, 주축(18)과, 이 주축(18)의 선단에 부착된 척(19)과, 주축(18)을 구동하는 서보모터(20)를 포함한다. 주축(18)은 본체부(17)에 내장되어 있는 도시되지 않은 유정압(油靜壓) 베어링에 의해 지지되어 있다. 척(19)은 소재(W)의 축을 파지하고서 주축(19)의 회전을 소재에 전달한다. 이 주축대(12)에서는, 서보모터(20)가 소재(W)를 고속으로 회전시키기 위해 주축(18)을 구동한다. 이에 더해, 주축대(12)에는, 엔코더(22)에 의해 서보모터(20)의 회전량을 검출하여 서보모터(20)의 회전량을 제어함으로써, 소재(W)의 원주방향의 인덱스를 실행하는 인덱스 축(C축)으로서의 기능이 부가되어 있다. 한편, 주축대(12)의 베어링으로는, 유정압 베어링 외에, 공기베어링, 기계식 베어링이어도 좋다.

다음, 심압대(14)는 주축대(12)에 대향해서 베드(10) 상에 배치되어 있다. 베드(10)의 상부면에는 도시되지 않은 안내면이 설치되어, 심압대(14)가 이동할 수 있게 설치되어 있다. 심압대(14)는 종래의 일반적인 심압축 대신 주축(23)을 갖고 있어서, 이 주축(23)에 부착된 척(25)에 의해 소재인 롤(W)의 축을 자유로이 회전할 수 있도록 지지하게 된다. 이와 같은 심압대(14)는, 서보모터를 갖고 있지 않은 점을 제외하고는 기본적인 구성은 주축대(12)와 마찬가지로 된 것이다.

다음에는, 왕복대(16)에 대해 설명한다.

왕복대(16)는 롤(W)의 축방향으로 이동할 수 있게 베드(10) 상에 설치되어 있는 새들(26)을 포함한다. 이 새들(26) 상에는, 롤(W)의 축방향과 직각인 방향으로 이동할 수 있게 테이블(28)이 설치되어 있다. 본 실시예의 정밀 롤 선반에서는, 새들(26)을 이송하는 축이 Z축이고, 새들(26) 상에서 테이블(28)을 이송하는 축이 X축이 된다.

도 3은 베드(10)나 새들(26)로부터 커버 종류를 때어낸 상태에서 선회대 (30)를 나타낸 도면이다. 도 4는 선회대(30)의 단면을 나타낸다. 본 실시예에 따른 선회대(30)는 선회대 본체(31)를 포함한다.

선회대(30)의 천판(天板; 32)에는, 비트 설치대(33)가 착탈될 수 있게 부착되어 있다. 이 비트 설치대(33)는 비트 홀더(34)와, 베어링(35), 감속기(37), 서보모터(38)가 일체로 된 구조로 유니트화 되어 있어서, 비트 설치대(33)를 천판(32)에 부착하거나 떼어낼 수 있도록 되어 있다.

비트 홀더(34)에는 다이아몬드 비트(36)가 보유지지되어 있다. 이 비트 홀더(34)의 축은 베어링(35)에 의해 자유로이 회전할 수 있게 지지되어 있다. 이 베어링(35)에는 감속기(37)의 출력축이 연결되어 있고, 입력축에는 서보모터(38)가 연결되어 있다. 따라서, 서보모터(38)의 회전이 감속기(37)에서 감속되어 비트 홀 더(34)에 전달된다. 뒤에 설명되듯이, 서보모터(38)의 제어에 의해 다이아몬드 비트(36)를 선회시키는 A축이 구성되어 있다.

도 4에서, 선회대 본체(31)의 내부에는 주축(40)이 설치되어 있다. 이 주축(40)은 스러스트 부싱(41), 래디얼 부싱(42)에 의해 자유로이 회전할 수 있게 지지되어 있다. 이 실시예에서는, 이들 스러스트 부싱(41)과 주축(40)의 하단면과 래디얼 부싱(42)과 주축(40) 사이에는 약 15㎛의 간극이 형성되어, 각각 주축(40)의 스러스트 하중과 래디얼 하중을 고압 공기로 지지하는 공기 정압 베어링을 구성하고 있다. 공기 정압 베어링 대신 유정압 베어링으로 하여도 좋다. 주축(40)에는 천판(32)이 연결되어 있다.

천판(32)에는 구동축(50)이 동축(同軸)으로 부착되어 있다. 이 구동축(50)에는 서보모터(51)의 회전자(51a)가 고정되어 있어서, 이에 의해 고정자(51b)와 함께 빌트인형(built-in type) 서보모터(51)가 선회대 본체(31)의 내부에 조립되어 있다. 이 서보모터(51)에 의해 구동축(50)이 회전구동하게 됨으로써, 천판(32)과 함께 비트 설치대(33)가 선회해서 비트 설치대(33)의 다이아몬드 비트(36)를 인덱스하게 되는 B축이 구성되어 있다.

도 3에서, 새들(26)의 상부면에는 역V자형으로 안내면이 형성된 X축 가이드 레일(43)이 뻗어 있고, 이 X축 가이드 레일(43)에는, 리테이너에 의해 보유지지된 다수의 롤러가 배열된 유한형(有限型)의 롤러 베어링(44)이 설치되어 있다. 마찬가지로, 베드(10)의 상부면에는, 역V자형으로 안내면이 형성된 Z축 가이드 레일(45)이 뻗어 있고, 이 Z축 가이드 레일(45)에도 유한형 롤러 베어링(46)이 설치되어 있 다.

한편, 새들(26)을 이송하는 Z축 이송 구동장치와, 선회대(30)를 탑재한 테이블(28)을 이송하는 X축 이송 구동장치는 함께 리니어모터로 구성되어 있다. 도 3에서, 참조 번호 47은 X축 이송기구의 리니어모터를 구성하는 영구자석 열을 나타내고, 48은 Z축 가이드 레일(42)과 평행하게 뻗은 영구자석 열을 나타낸다.

도 4에서, 참조 번호 52는 NC 장치를 나타낸다. 이 NC 장치(52)는, X축, Z축, A축, B축, C축을 수치제어한다. A축의 경우, A축 서보기구(54)와, 다이아몬드 비트(36)의 회전각도를 검출하는 엔코더(53)에 의해 위치제어 루프(position control loop)가 짜여져, NC 장치(52)로부터의 지령과 엔코더(53)로부터의 위치 피드백을 비교해서, 다이아몬드 비트(36)의 절삭면이 지령한 각도로 되도록 서보모터(38)가 제어되도록 되어 있다. 또, B축에 대해서도, B축 서보기구(57)와 엔코더(56)에 의해 위치제어 루프가 짜여져, 주축(40)에 인덱스 축의 기능을 갖도록 하는 B축이 구성되어 있다.

다음에는, 이상과 같이 구성된 정밀 롤 선반을 이용한 롤 가공에 대해 설명한다.

도 5는 롤(W)의 표면에 홈을 가공하는 경우의 다이아몬드 비트(36)의 날 끝의 위치를 나타내고, 도 6a는 원주방향 홈(60)과 다이아몬드 비트(36)의 날 끝과의 상대적인 위치관계를 설명하는 도면이다.

도 6a에 도시된 것과 같이, 원주방향으로 홈(60)을 절삭하는 경우는, 다이아몬드 비트(36)의 절삭면(36a)이 홈 방향(F)에 대해 직각으로 되어 있다. 종래의 롤 선반에서는, 비트를 인덱싱할 때에는, 비트의 절삭면과 홈의 관계가 상기와 같이 고정되어 있는 것이 통상적이다.

그러나, 도 6a에서, 다이아몬드 비트(36)의 절삭면의 방향이 그대로이면, 롤(W)을 회전시키면서 Z축으로 이송해서 나선모양으로 홈을 절삭하려고 하면, 정밀한 가공을 할 수가 없다.

본 실시예의 비트 설치대(33)에서는, 다이아몬드 비트(36)의 절삭면 방향을 인덱스하는 A축이 있기 때문에, 도 6b에 도시된 것과 같이, 지령에 따라 다이아몬드 비트(36)를 정확하게 선회시켜 다이아몬드 비트(36)의 절삭면(36a)이 나선 홈(61)의 방향(F)과 직각이 되도록 할 수가 있다. 이에 따라, 나선 홈(61)의 정밀한 가공면을 얻을 수가 있다.

이어, 도 7에 도시된 것은, 이상과 같은 비트 설치대(33)의 A축 기능을 이용해서 롤에다 가공하는, 삼각추인 이른바 삼각 피라미드가 종횡으로 배열된 요철 패턴이다. 이 실시예에서는, 삼각 피라미드의 요철 패턴을 롤 표면에 가공함으로써, 프리즘 시트의 압출 성형에 이용하는 전사 롤을 가공한다. 이와 같은 삼각 피라미드의 패턴은, 기본적으로 상호 정역 반대방향으로 돌면서 뻗은 V자형의 제1나선 홈(64), 제2나선 홈(65)과 V자형의 가로 홈(62)을 조합해서 가공한다. 이 실시예의 경우, 제1나선 홈(64)과 제2나선 홈(65)의 비틀어지는 각도는 같다.

그리하여, 제1나선 홈(64)의 가공에 대해 설명하면, 도 8a에서, 화살표방향으로 롤(W)을 회전시키고, 다이아몬드 비트(36)를 롤의 축방향으로 이송하면서 가공한다. 즉, 비트 설치대(33)의 다이아몬드 비트(36)의 절삭면을 A축에 의해 제1나 선 홈(64)에 대해 직각으로 함과 더불어, 주축대(12)의 서보모터(20)로 롤(W)을 회전시킨다. 그리고, 다이아몬드 비트(36)로 롤(W)을 파고들게 하고서 왕복대(16)를 Z축에 의해 이송함으로써 제1나선 홈(64)을 선삭(旋削)할 수가 있다. 이후, 순차로, 가공 개시 위치를 C축으로 인덱스하면서, 마찬가지로 해서 제1나선 홈(64)을 연속해서 가공하면 된다.

다음, 제2나선 홈(65)를 가공하는 데에는, 도 8b에서 화살표방향으로 롤을 역전시켜, 제1나선 홈(64)일 때와 마찬가지로, 주축대(12)로 롤(W)을 회전시킴으로써 제1나선 홈(64)과는 역회전의 제2나선 홈(65)을 제1나선 홈(64)에 교차하도록 가공할 수 있다.

이렇게 해서, 제1나선 홈(64) 및 제2나선 홈(65)을 연속해서 가공한 후, 가로 홈(62)을 도 8c와 같이 가공한다. 이 가로 홈(62)의 가공은, 나선 홈의 가공에 사용한 비트 설치대(33) 대신에 도 9에 도시된 것과 같은 플라이 커터 스핀들 장치(71)를 가진 비트 설치대(70)를 선회대(30)에 부착시켜 절삭한다.

도 9에서, 천판(32)의 한쪽 편에는 상기 비트 설치대(33)와는 다른 형식의 비트 설치대(70)가 착탈될 수 있게 부착되어 있다. 플라이 커터 스핀들 장치(71)가 비트 설치대(70)에 고정된 브래킷(72)에 의해 지지되어 있다. 이 다른 형식의 비트 설치대(70)는 대략 반원기둥의 비트 설치대에 의해 원주방향으로 소정의 간격으로 복수의 다이아몬드 비트(36')가 배열되어 있다. 비트 설치대(70)의 상부면에는, 플라이 커터 스핀들 장치(71)의 중량과 밸런스를 이루도록 하기 위한 카운터 웨이트(74)가 설치되어 있다.

플라이 커터 스핀들 장치(71)는 본체부(71a)와, 서보모터(75)와, 플라이 커터(77)가 부착된 커터 홀더(76)를 포함한다. 본체부(71a)의 내부에서는, 도시되지 않은 커터 스핀들이 공기베어링에 의해 지지되어 있는바, 이 커터 스핀들은 서보모터(75)에 의해 직접 구동되어 고속으로 회전한다. 커터 스핀들의 선단에 부착되어 있는 커터 홀더(76)는, 주속(周速)을 크게 하기 위한 원판상의 커터 홀더이다. 이 커터 홀더(76)의 외주부에는 다이아몬드 비트로 된 플라이 커터(77)가 1개 보유지지되어 있다. 이 경우, 커터 스핀들 장치(71)는 커터 스핀들을 X축 방향과 Z축 방향에 함께 직각인 자세로 지지하고, 플라이 커터(77)를 X-Z평면 내에서 고속으로 회전시킨다. 비트 설치대(70)에 부착되어 있는 다이아몬드 비트(36')의 날 끝은, 플라이 커터(77)의 회전하는 X-Z평면과 같은 평면 내에 있다. 이와 같이 비트 설치대(70)에는 플라이 커터 스핀들 장치(71)가 설치되어 있기 때문에, 다음과 같이 해서 가로 홈(62)을 가공할 수 있다.

즉, B축으로 플라이 커터 스핀들 장치(71)를 인덱스하고, C축으로 롤(W)의 가로 홈(62)을 가공해야 할 원주방향의 위치를 인덱스한다.

그리고, 플라이 커터 스핀들 장치(71)를 구동하여 고속으로 회전시키면서 플라이 커터(77)를 X축 방향으로 파고들게 한다. 그리고, 왕복대(16)를 Z축에 의해 이송하면서 가로 홈(62)을 플라이 커트 방법으로 절삭한다. 플라이 커터(77)에는, 이상적인 절삭속도(약 300m/분)를 부여하면서 가공할 수 있기 때문에, 가로 홈(62)을 높은 정밀도로 가공할 수가 있다. 이어, 롤(W)을 C축으로 인덱스하면서, 나선 홈(64, 65)이 교차하는 부분을 통과하도록 해서 가로 홈(62)을 일정한 피치로 연속 해서 가공한다(도 8c 참조).

이상과 같이, 비트 설치대(33)와 비트 설치대(70)를 구사함으로써, 1대의 롤 선반으로 도 7에 나타나 있는 것과 같은 삼각 피라미드의 요철 패턴을 롤 표면에 가공할 수가 있어서, 프리즘 시트의 압출 성형에 이용하는 전사 롤과 같이 초정밀 가공이 요구되는 제품이라 하더라도 가공할 수 있게 된다.

도 1은, 본 발명의 한 실시예에 따른 정밀 롤 선반의 측면도,

도 2는, 동 정밀 롤 선반의 평면도,

도 3은, 동 정밀 롤 선반이 구비하고 있는 절삭날 선회대의 사시도,

도 4는, 동 정밀 롤 선반의 절삭날 선회대의 일부 단면 정면도,

도 5는, 롤에다 원주방향 홈을 가공할 때의 비트 날 끝의 자세를 나타낸 도면,

도 6a와 도 6b는, 비트를 선회시키는 A축의 작용을 설명하는 도면,

도 7은, 본 발명의 정밀 롤 선반에 의해 가공하는 삼각 피라미드의 요철 패턴을 나타낸 도면,

도 8과 도 8b 및 도 8c는, 삼각 피라미드를 가공하는 순서의 설명도,

도 9는, 롤에 축방향 홈을 가공하기 위한 비트 설치대를 교환한 절삭날 선회대의 일부 단면 정면도이다.

Claims (4)

1. 베드(10)와,

   상기 베드(10) 상에 설치되어, 소재인 롤(W)의 일단을 척(19)으로 보유지지하면서 이 롤(W)에 회전을 부여하는 주축(18)과 함께 소재(W)의 원주방향 인덱싱을 실행하는 인덱스 축(C축)을 가진 주축대(12)와,

   상기 주축대(12)에 대향해서 상기 베드(10)에 배치되어, 상기 롤(W)의 일단을 자유로이 회전할 수 있게 지지하는 심압대(14)와,

   상기 롤의 길이방향(Z축)을 이동할 수 있게 상기 베드(10) 상에 설치되도록 하는 새들(26)을 구비한 왕복대(16)와,

   롤(W)의 길이방향과 직각방향(X축)으로 이동할 수 있게 상기 새들(26) 상에 설치된 테이블(28)과,

   이 테이블(28) 상에 설치되어, 다이아몬드 비트(36)가 부착된 비트 설치대(33)를 가진 선회대(30)를 갖추되,

   상기 비트 설치대(33)는, 상기 다이아몬드 비트(36)를 상기 롤(W)의 축방향으로 보내면서 당해 롤(W)에 나선 홈(61)을 절삭하기 위해, 상기 다이아몬드 비트(36)의 날 끝의 절삭면(36a)이 나선 홈(61)의 방향과 직각으로 되도록 상기 다이아몬드 비트(36)를 선회시키는 비트 선회축(A축)을 가진 것을 특징으로 하는 정밀 롤 선반.
2. 제1항에 있어서, 상기 비트 설치대(33)는, 구동원인 서보모터(38)와, 다이아몬드 비트(36)를 보유지지하는 비트 홀더(34)와, 이 비트 홀더(34)의 축을 자유로이 회전할 수 있게 지지하는 베어링(35)과, 상기 비트 홀더(34)의 축에 상기 서보모터(38)의 회전을 감속시켜 전달하는 감속기(37)로 이루어진 것을 특징으로 하는 정밀 롤 선반.
3. 제1항에 있어서, 상기 왕복대(6)의 이송을 안내하는 역V자형 안내면이 형성된 Z축 가이드 레일(45)이, 상기 베드(10)의 상부면에 Z축과 평행하게 다수의 롤러가 배열된 유한형 롤러 베어링(46)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 정밀 롤 선반.
4. 제1항에 있어서, X축 및 Z축의 이송 구동장치가 각각 리니어모터로 이루어진 것을 특징으로 하는 정밀 롤 선반.

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