TWI454435B - Glass plate manufacturing method - Google Patents
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Description
本發明係關於一種玻璃板製造方法及移送管。
對於液晶顯示器或電漿顯示器等平板顯示器之玻璃基板中使用之玻璃板,要求玻璃表面具有較高之平坦度。近年來,對於玻璃表面之平坦度之需求品質日益提高。
此種平板顯示器之基板用玻璃板多藉由溢流下拉法製造。溢流下拉法本身為公知之方法,且為例如如專利文獻1(美國專利第3,338,696號說明書)中所記載般,流入至成形體中並溢出之熔融玻璃沿著該成形體之各外表面流下,並將於該成形體之底部合流之部位向下方延伸而成形為帶狀之玻璃的方法。
但對於例如TFT(Thin Film Transistor,薄膜電晶體)液晶顯示器用之玻璃板要求較高之熱穩定性,因此於該玻璃板之製造中可使用為了實現該目的而調配之玻璃原料。由於此種玻璃原料通常為難溶性,故而於熔融玻璃中容易產生條紋(與周圍之部分成分不同之部分)。並且,若於熔融玻璃中存在條紋,則由於在將利用成形裝置成形之玻璃帶向下拉時,根據周圍之部分與條紋之黏性的不同,該等之拉伸方法會不同,故而玻璃表面之平坦度惡化。
對於此種條紋之問題,例如專利文獻2(日本專利特開2004-67408號公報)中提出有藉由使用平均粒徑為30~60 μm之二氧化矽原料而抑制條紋之產生的技術。
[專利文獻1]美國專利第3,338,696號說明書
[專利文獻2]日本專利特開2004-67408號公報
但是,即便使用專利文獻2中所揭示之技術,亦無法完全地抑制條紋,仍然需要找出可有效地減少條紋之玻璃板之製造方法。
本發明鑒於上述情況,目的在於提供一種可有效地減少條紋之玻璃板之製造方法。
本發明之發明者對有效地減少條紋之方法進行努力研究,結果發現:(i)為了抑制條紋,供給至成形裝置中之熔融玻璃必須為均質,(ii)為了使供給至成形裝置中之熔融玻璃成為均質,所供給之熔融玻璃之整體溫度必須均勻。
本發明係基於此種觀點而成者,本發明之玻璃板之製造方法之特徵在於:其係包括使熔融玻璃自移送管之一端向另一端流動,而將熔融玻璃供給至成形裝置中之供給步驟的方法,並且於供給步驟中,以平均30℃/m以下之速度將熔融玻璃之溫度降低150℃以上後,使熔融玻璃通過溫度高於與移送管之內側相接之界面區域的熔融玻璃之移送管之
部位而供給至成形裝置中。
又,本發明之玻璃板之製造方法較佳為於供給步驟中,於以50℃/m以上之速度降低熔融玻璃之溫度後,以低於50℃/m之速度降低熔融玻璃之溫度,而使降低熔融玻璃之溫度之速度成為平均30℃/m以下。
又,本發明之玻璃板之製造方法之特徵在於:其係包括一面降低溫度,一面使熔融玻璃自移送管之一端向另一端流動,而將熔融玻璃供給至與移送管之另一端連接之成形裝置中之供給步驟的方法,並且於供給步驟中,減小移送管之剖面之中央部的熔融玻璃之溫度與移送管之剖面之周邊部的熔融玻璃之溫度的溫度差。
又,本發明之玻璃板之製造方法較佳為於供給步驟中,以平均30℃/m以下之速度將熔融玻璃之溫度降低150℃以上,藉此減小移送管之剖面之中央部的熔融玻璃之溫度與移送管之剖面之周邊部的熔融玻璃之溫度的溫度差。
又,本發明之玻璃板之製造方法較佳為於供給步驟中,於降低熔融玻璃之溫度後,使熔融玻璃通過溫度高於與移送管之內側相接之界面區域的熔融玻璃之移送管之部位而供給至成形裝置中,藉此減小移送管之剖面之中央部的熔融玻璃之溫度與移送管之剖面之周邊部的熔融玻璃之溫度的溫度差。
若使用本發明之玻璃板之製造方法,則可有效地減少條紋。
以下,對本發明之實施形態之玻璃板製造方法進行詳細說明。
(1)玻璃板之製造方法之概要
(1-1)玻璃之原料
本發明之玻璃板之製造方法可應用於所有玻璃板之製造,尤其適合液晶顯示裝置或電漿顯示裝置等平板顯示器用之玻璃基板、或者覆蓋顯示部之覆蓋玻璃之製造。
為了依據本發明而製造玻璃板,首先以成為所需之玻璃組成之方式調配玻璃原料。例如於製造平板顯示器用之玻璃基板之情形時,較佳為以具有如下組成之方式調配原料。
(a)SiO2
:50~70質量%、(b)B2
O3
:5~18質量%、(c)Al2
O3
:10~25質量%、(d)MgO:0~10質量%、(e)CaO:0~20質量%、(f)SrO:0~20質量%、(o)BaO:0~10質量%、(p)RO:5~20質量%(其中,R係選自Mg、Ca、Sr及Ba中之至少1種)、(q)R'2
O:超過0.10質量%且為2.0質量%以下(其中,R'係選自Li、Na及K中之至少1種)、(r)選自氧化錫、氧化鐵及氧化鈰等中之至少1種金屬氧化物合計為0.05~1.5質量%。
再者,上述液晶基板用玻璃亦可為實質上不含RO之無鹼玻璃。例如上述液晶基板用玻璃亦可以具有如下組成之方式調配原料。
(a')SiO2
:50~70質量%
(b')B2
O3
:1~10質量%
(c')Al2
O3
:0~25質量%
(d')MgO:0~10質量%
(e')CaO:0~20質量%
(f')SrO:0~20質量%
(o')BaO:0~10質量%
(q')K2
O:0~2質量%
(r')SnO2
:0~1質量%
(s')Fe2
O3
:0.01~0.045質量%
又,上述液晶基板用玻璃較佳為實質上不含砷及銻。即,即便包含該等物質,亦作為雜質而含有該等。具體而言,較佳為該等物質亦包含As2
O3
、及Sb2
O3
之類的氧化物,且含量為0.1質量%以下。
除上述成分以外,為了調節玻璃之各種物理性、熔融、澄清及成形之特性,本發明之玻璃亦可含有各種其他氧化物。作為此種其他氧化物之例,並不限定於以下,可列舉:SnO2
、TiO2
、MnO、ZnO、Nb2
O5
、MoO3
、Ta2
O5
、WO3
、Y2
O3
及La2
O3
。
上述(a)~(r)中之(p)中之RO的供給源可使用硝酸鹽或碳酸鹽。再者,為了提高熔融玻璃之氧化性,更理想為以適
合於步驟之比率使用硝酸鹽作為RO之供給源。
與將一定量之玻璃原料供給至熔解用之爐中並進行分批處理的方式不同,於本實施形態中製造之玻璃板係連續地製造。本發明之製造方法所應用之玻璃板為具有任何厚度及寬度之玻璃板均可。
(1-2)玻璃製造步驟之概要
本發明之一實施形態之玻璃板之製造方法包括圖1之流程圖所示之一系列步驟,並使用圖2所示之玻璃板生產線100。
首先於熔解步驟(步驟S101)中,將以成為上述組成之方式調配之玻璃的原料熔解。將原料投入至熔解槽101中,並加熱至特定之溫度。例如於為具有上述組成之平板顯示器用之玻璃基板之情形時,特定之溫度較佳為1550℃以上。經加熱之原料熔解而形成熔融玻璃。使熔融玻璃通過第1移送管105a而輸送至進行其後之澄清步驟(步驟S102)之澄清槽102中。
於其後之澄清步驟(步驟S102)中將熔融玻璃澄清。具體而言,若於澄清槽102中將熔融玻璃加熱至特定之溫度,則熔融玻璃中含有之氣體成分會形成氣泡,或者氣化而排出至熔融玻璃之外部。例如於為具有上述組成之平板顯示器用之玻璃基板之情形時,特定之溫度較佳為1610℃~1700℃。使經澄清之熔融玻璃通過第2移送管105b而輸送至進行其後之步驟的均質化步驟(步驟S103)之攪拌槽103中。
於其後之均質化步驟(步驟S103)中,使熔融玻璃均質化。具體而言,於攪拌槽103中,利用攪拌槽103所具備之攪拌翼(未圖示)對熔融玻璃進行攪拌,藉此使其均質化。以成為特定之溫度範圍之方式,對輸送至攪拌槽103中之熔融玻璃進行加熱。例如於為具有上述組成之平板顯示器用之玻璃基板之情形時,特定之溫度範圍較佳為1440℃~1500℃。將經均質化之熔融玻璃自攪拌槽103輸送至第3移送管105c中。
於其後之供給步驟(步驟S104)中,以成為適合在第3移送管105c中成形之溫度之方式使熔融玻璃降溫,並輸送至進行其後之成形步驟(步驟S105)之成形裝置104中。例如於為具有上述組成之平板顯示器用之玻璃基板之情形時,適合成形之溫度較佳為約1200℃。
於其後之成形步驟(步驟S105)中,熔融玻璃成形為板狀之玻璃。於本實施形態中,熔融玻璃係藉由溢流下拉法連續地成形為帶狀。將所成形之帶狀之玻璃切割,而製成玻璃板。
(2)供給步驟之詳細情況
其次,對供給步驟進行詳細說明。
供給步驟(步驟S104)係如上所述將熔融玻璃冷卻至適合成形步驟(步驟S105)之溫度的步驟。於供給步驟中,較佳為使熔融玻璃之溫度至少降低150℃。例如於為具有上述組成之平板顯示器用之玻璃基板之情形時,於均質化步驟(步驟S103)中,將1440℃~1500℃之熔融玻璃於供給步驟(步驟
S104)中冷卻至約1200℃。但是,為了保持熔融玻璃之均質性,較佳為一面以成為特定之冷卻率之方式加以調整,一面進行熔融玻璃之冷卻。因此,較佳為進行供給步驟之第3移送管105c可設法控制通過第3移送管105c中之熔融玻璃的溫度。再者,第3移送管105c較佳為包含如可耐受與高溫之熔融玻璃之接觸的耐火金屬,進而較佳為包含鉑或鉑合金。
如圖3所示,於第3移送管105c之下游側之外周安裝有加熱器201。加熱器201與溫度控制裝置202連接。加熱器201係藉由加熱第3移送管105c之下游部,而對在第3移送管105c之下游部流動之熔融玻璃進行加熱。溫度控制裝置202係藉由控制加熱器201之功率,而控制在第3移送管105c之下游部流動之熔融玻璃的溫度。
於熔融玻璃自第3移送管105c之上游端流動至下游端之期間,熔融玻璃之冷卻率較佳為平均30℃/m以下。例如於1500℃之熔融玻璃自總長約10 m之第3移送管105c的上游端流動至下游端之情形時,較佳為於此期間即便最大亦僅冷卻300℃,而成為1200℃以上之熔融玻璃流出至成形裝置104中。
熔融玻璃於在第3移送管105c中流動之過程中降溫。若更詳細地說明,則由於熔融玻璃在具有溫度低於熔融玻璃之溫度的第3移送管105c中流動,故而自熔融玻璃向第3移送管105c進行熱傳遞。其結果為,熔融玻璃降溫至第3移送管105c之溫度附近。於該情形時,由於熔融玻璃距第3移送管
105c之剖面方向之距離越近,越容易向第3移送管105c進行熱傳遞,故而更接近第3移送管105c之溫度。另一方面,由於熔融玻璃距第3移送管105c之剖面方向之距離越遠,越難以向第3移送管105c進行熱傳遞,故而容易與第3移送管105形成溫度差。即,熔融玻璃距第3移送管105c之剖面方向之距離越遠,越不易降溫。
更具體而言,於第3移送管105c中流動之熔融玻璃之溫度於第3移送管105c之內面最接近第3移送管105c本身的溫度,且隨著自該內面流向第3移送管105c中心,與第3移送管105c本身之溫度之差增大。因此,隨著自第3移送管105c之外周流向中心,熔融玻璃之溫度與第3移送管105c之溫度的差增大。若對此作圖示,則成為如圖6之左(a)之圖表。因此,熔融玻璃之溫度於第3移送管105c之剖面方向容易變得不均勻。發明者發現將溫度不均勻之熔融玻璃供給至成形裝置104中,會妨礙均質之玻璃之形成。因此,較佳為將溫度均勻之熔融玻璃供給至成形裝置104中。並且,發明者進而發現藉由如下所述般控制第3移送管105c之溫度,可將溫度均勻之熔融玻璃供給至成形裝置104中。
更具體而言,利用加熱器201,將第3移送管105c之下游側之部位之溫度加熱至高於流至該部位並與第3移送管105c的內側相接之熔融玻璃之溫度。藉此,於第3移送管105c之下游側,自第3移送管105c向熔融玻璃進行熱傳遞。其結果為,使熔融玻璃升溫至第3移送管105c之溫度附近。於該情形時,熔融玻璃距第3移送管105c之距離越近,越容
易自第3移送管105c進行熱傳遞。另一方面,隨著自第3移送管105c之剖面之周邊部流向中央部,由於熔融玻璃距第3移送管105c之距離變遠,故而難以自第3移送管105c進行熱傳遞。即,隨著自第3移送管105c之剖面之周邊部流向中央部,熔融玻璃不易升溫。
此處,流至第3移送管105c之下游側之部位的熔融玻璃如圖6之左(a)之圖表所示,隨著自第3移送管105c之剖面之周邊部流向中央部,溫度升高,而於第3移送管105c之剖面方向上產生溫度差。但是,如上所述,藉由於第3移送管105c之下游側之部位形成隨著自第3移送管105c之剖面之周邊部流向中央部,熔融玻璃不易升溫之狀態,可將該溫度差抵消。即,減小第3移送管105c之剖面之中央部的熔融玻璃之溫度與第3移送管105c之剖面之周邊部的熔融玻璃之溫度的溫度差。
因此,較佳為將於第3移送管105c中朝向成形裝置104之下游端之部位加熱至高於流至該部位的熔融玻璃之溫度。具體而言,較佳為利用加熱器201加熱之第3移送管105c之下游部的溫度高於其上游側附近之第3移送管105c之溫度。較佳為例如高1℃以上,進而高5℃以上,進而高10℃以上。由於若自第3移送管105c向成形裝置104流出前,熔融玻璃通過較自身高溫之第3移送管105c之部位,則該部位之第3移送管105c之熱自第3移送管105c的內側與熔融玻璃之界面向中心傳遞,故而如圖6之右(b)之圖表所示,可減小第3移送管105c之剖面方向之熔融玻璃的溫度差。於該情形
時,第3移送管105c之長度方向之溫度分佈成為如圖4之圖表所示。
又,更佳為於熔融玻璃流出至成形裝置104中之前,儘量緩慢地加以冷卻。又,亦可於第3移送管105c之上游,以高於30℃/m之速度加以冷卻。即,於流入第3移送管105c中之後至流出為止之期間,冷卻熔融玻璃之速度只要平均為30℃/m以下,則例如藉由控制第3移送管105c之周圍之溫度,於第3移送管105c之上游部,可以50℃/m以上之速度冷卻熔融玻璃,其後,至到達利用加熱器201加熱之第3移送管105c之下游部為止,亦可以低於50℃/m之速度冷卻熔融玻璃。於該情形時,第3移送管105c之長度方向之溫度分佈成為如圖5之圖表所示。
(3)實施例
若如下所述般實際使用本發明之玻璃板之製造方法,則可製造減少條紋之玻璃板。
首先,調配原料,以製造組成成為如下所示之玻璃:SiO2
:60.9質量%、B2
O3
:11.6質量%、Al2
O3
:16.9質量%、MgO:1.7質量%、CaO:5.1質量%、SrO:2.6質量%、BaO:0.7質量%、K2
O:0.25質量%、Fe2
O3
:0.15質量%、SnO2
:0.13質量%。繼而,將原料投入至熔解槽101內。使用包含圖3所示之第3移送管105c的圖2所示之玻璃板製造裝置100、及上述本發明之本實施形態之玻璃板製造方法,將於熔解槽101內形成之熔融玻璃製成玻璃板。於供給步驟(步驟S104)中,在使熔融玻璃於平均內徑約146 mm、總長約8 m
之第3移送管中自上游端流動至下游端之近前為止的期間,將熔融玻璃之溫度自1440℃降低至1200℃。即,熔融溫度之冷卻速度約為30℃/m。其後,於將熔融玻璃供給至成形裝置104中之前,使其通過加熱至1220℃之第3移送管105c之下游端的長度約300 mm、內徑約140 mm之部位。於成形步驟(步驟S105)中,使用溢流下拉法將熔融玻璃製產生尺寸為1100 mm×1300 mm之玻璃板。
對將上述玻璃板分割成4部分之玻璃板取得40塊樣品,並測定認為因故產生條紋之玻璃板表面之表面粗糙度。該測定係使用東京精密公司製造之表面粗糙度測定機(Surfcom 1400-D)而測定波峰高度。繼而將由未實施本發明之先前之玻璃板製造裝置製造的玻璃板之平均值作為標準值,比較所測定之波峰高度。其結果為,若將標準值設為1,則本發明之玻璃板之波峰高度平均成為0.8,平坦度得以提昇,因此可確認藉由本發明使條紋減少。
(4)特徵
於本發明之玻璃板之製造方法的上述實施形態中,於供給步驟(步驟S104)中,於熔融玻璃自第3移送管105c之入口流動至出口之期間,以平均30℃/m以下之速度將熔融玻璃之溫度降低150℃以上(例如於為具有上述組成之平板顯示器用之玻璃基板之情形時,約降低240℃~300℃)。其後,於將熔融玻璃供給至成形裝置104中之前,使其通過較與第3移送管105c之內側相接之界面區域的熔融玻璃之溫度高溫之第3移送管105c的部位,而使該部位之第3移送管105c
之熱自第3移送管105c的內側與熔融玻璃之界面向中心傳遞,藉此減小第3移送管105c之剖面方向之熔融玻璃的溫度差。藉此,緩慢地冷卻熔融玻璃,且使供給至成形裝置104中之熔融玻璃之溫度整體變均勻,而可減少條紋。
又,於本發明之玻璃板之製造方法之上述實施形態中,於供給步驟(步驟S104)中,於熔融玻璃自第3移送管105c之入口流動至出口之期間,將熔融玻璃之溫度降低至供給至成形裝置104中之熔融玻璃的溫度。並且,利用加熱器201,將第3移送管105c之下游側之部位的溫度加熱至高於流至該部位且與第3移送管105c的內側相接之熔融玻璃之溫度,藉此自第3移送管105c向熔融玻璃進行熱傳遞。隨著於第3移送管105c中流動之熔融玻璃自第3移送管105c之剖面的周邊部流向中央部,變得難以進行熱傳遞。此處,流至第3移送管105c之下游側之部位的熔融玻璃本來如圖6之左(a)之圖表所示,隨著自第3移送管105c之剖面之周邊部流向中央部而溫度升高,並於第3移送管105c之剖面方向產生溫度差。但是,如上所述般藉由於第3移送管105c之下游側之部位形成隨著自第3移送管105c之剖面之周邊部流向中央部,熔融玻璃不易升溫之狀態,可抵消該溫度差。即,減小第3移送管105c之剖面之中央部的熔融玻璃之溫度與第3移送管105c之剖面之周邊部的熔融玻璃之溫度的溫度差。藉此,供給至成形裝置104中之熔融玻璃之溫度整體變均勻,可減少條紋。
(5)變形例
上述實施形態之供給步驟亦可如下所述般進行變形。
較佳為於適合成形之溫度下將熔融玻璃供給至將熔融玻璃成形為玻璃帶狀之成形裝置中。於為下述平板顯示器用之玻璃基板之情形時,適合成形之溫度較佳為1190℃~1220℃之範圍,進而較佳為約1200℃。
該供給步驟係於移送管之圖2所示之第3移送管105c內進行。熔融玻璃自圖2之攪拌槽103流出而進入第3移送管105c中,並通過第3移送管105c內而流出至成形裝置104中。於熔融玻璃通過第3移送管內之期間,較佳為將溫度自上游端至下游端自1440℃~1500℃逐漸降低至1190℃~1220℃。
圖3係表示第3移送管105c之一例。為了如上所述般控制熔融玻璃之溫度,於第3移送管105c下游側之外周安裝有加熱器201。加熱器201係藉由加熱第3移送管105c之下游部,而對在第3移送管105c之下游部流動之熔融玻璃進行加熱。與加熱器201連接之溫度控制裝置202係藉由控制加熱器201之功率,而控制於第3移送管105c之下游部流動之熔融玻璃的溫度。再者,第3移送管105c較佳為包含如可耐受與高溫之熔融玻璃之接觸的耐火金屬,進而較佳為包含鉑或鉑合金。
隨著自第3移送管105c之上游側流動至下游側,熔融玻璃之溫度自1440℃~1500℃逐漸降溫至1190℃~1220℃。又,在使熔融玻璃流出至成形裝置104中之第3移送管105c之下游側,利用加熱器201使第3移送管105c之溫度暫時升高。利用加熱器201加熱之第3移送管105c之下游部的溫度高於
其上游側附近之第3移送管105c之溫度,具體而言,較佳為高1℃以上,進而較佳為高5℃以上,或者進而較佳為高10℃以上。再者,所謂下游側,與第3移送管105c之總長之一半相比,為下游之一半,且為包含下游端之儘可能接近第3移送管105c之下游端的部分。
又,較佳為花費特定時間,使熔融玻璃通過該下游側之利用加熱器201加熱之部分。特定時間適宜為對應於暫時上升之第3移送管105c的溫度,對與其接觸之熔融玻璃之溫度上升而言充分之時間,例如較佳為1分鐘以上,進而較佳為2分鐘以上。若如此控制第3移送管105c之溫度,則可自第3移送管105c之內壁至第3移送管105c之剖面中心,將熱量充分地向熔融玻璃傳遞,且可進一步使熔融玻璃之溫度儘可能地均勻。
100‧‧‧玻璃板製造裝置
101‧‧‧熔解槽
102‧‧‧澄清槽
103‧‧‧攪拌槽
104‧‧‧成形裝置
105c‧‧‧第3移送管(移送管)
201‧‧‧加熱器
202‧‧‧溫度控制裝置
圖1係玻璃板製造方法之一系列步驟之流程圖。
圖2係玻璃板生產線。
圖3係第3移送管。
圖4係第3移送管中之熔融玻璃溫度歷程例1。
圖5係第3移送管中之熔融玻璃溫度歷程例2。
圖6(a)、圖6(b)係第3移送管之剖面方向之熔融玻璃溫度分佈。
Claims (5)
- 一種玻璃板之製造方法,其特徵在於:其係包括使熔融玻璃自移送管(105c)之一端向另一端流動,而將上述熔融玻璃供給至成形裝置(104)中之供給步驟者,並且於上述供給步驟中,於以平均30℃/m以下之速度將上述熔融玻璃之溫度降低150℃以上後,使上述熔融玻璃通過溫度高於與上述移送管(105c)之內側相接之界面區域之上述熔融玻璃的上述移送管(105c)之部位,而供給至上述成形裝置(104)中。
- 如請求項1之玻璃板之製造方法,其中於上述供給步驟中,於以50℃/m以上之速度降低上述熔融玻璃之溫度後,以低於50℃/m之速度降低上述熔融玻璃之溫度,而使降低上述熔融玻璃之溫度之速度成為平均30℃/m以下。
- 一種玻璃板之製造方法,其特徵在於:其係包括一面降低溫度,一面使熔融玻璃自移送管(105c)之一端向另一端流動,而將上述熔融玻璃供給至與上述移送管(105c)之上述另一端連接之成形裝置(104)中之供給步驟的方法,並且於上述供給步驟中,減小上述移送管(105c)之剖面之中央部的上述熔融玻璃之溫度與上述移送管(105c)之剖面之周邊部的上述熔融玻璃之溫度的溫度差。
- 如請求項3之玻璃板之製造方法,其中於上述供給步驟中,以平均30℃/m以下之速度將上述熔融玻璃之溫度降低150℃以上,藉此減小上述移送管(105c)之剖面之中央部的上述熔融玻璃之溫度與上述移送管(105c)之剖面之周邊部的上述熔融玻璃之溫度的溫度差。
- 如請求項3或4之玻璃板之製造方法,其中於上述供給步驟中,於降低上述熔融玻璃之溫度後,使上述熔融玻璃通過溫度高於與上述移送管(105c)之內側相接之界面區域之上述熔融玻璃的上述移送管(105c)之部位,而供給至上述成形裝置(104)中,藉此減小上述移送管(105c)之剖面之中央部的上述熔融玻璃之溫度與上述移送管(105c)之剖面之周邊部的上述熔融玻璃之溫度的溫度差。
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