(57)【要約】【課題】  重力とは異なる力を推進力として、水を自律的に移動させる物品の提供。【解決手段】  物品表面が、親水性が前記表面の一定方向に向けて増加する領域、もしくは疎水性が前記一定方向に向けて減少する領域か、または親水性が増加する領域と、疎水性が減少する領域とを備え、もって前記一定方向に水が見かけ上自律的に移動する性質を有し、かつ前記親水性の増加および前記疎水性の減少が、その面積を変化させずに生じる物品。このような物品表面からは、水が効率よく排除される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と接触する表面を有する物品であって、
前記表面が、親水性が前記表面の一定方向に向けて増加する領域、もしくは
疎水性が前記一定方向に向けて減少する領域か、または
前記親水性が増加する領域と、前記疎水性が減少する領域とを備え、
もって前記一定方向に水が見かけ上自律的に移動する（以下、この方向を「水移動方向」という）性質を有し、かつ前記親水性の増加および前記疎水性の減少が、その面積を変化させずに生じることを特徴とする、物品。
【請求項２】
前記表面が、親水領域と疎水領域とを、それぞれ複数備えてなり、
前記親水領域における親水性が前記表面の一定方向に向けて増加するか、もしくは
前記疎水領域における疎水性が、前記一定方向に向けて減少するか、または
前記親水領域における親水性の増加と、前記疎水性領域における疎水性の減少をともに生じさせ、
もって前記水移動方向に水が見かけ上自律的に移動する、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記親水性の増加が、前記一定方向に向けて、単位面積当たりにおける水への親和性が増加するよう構成することによって生じる、請求項１または２に記載の物品。
【請求項４】
前記疎水性の減少が、前記一定方向に向けて、単位面積当たりにおける水への親和性が増加するよう構成することによって生じる、請求項１または２に記載の物品。
【請求項５】
前記親水性の増加と、前記疎水性の減少をともに生じさせる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の物品。
【請求項６】
前記親水性が増加する領域、前記疎水性が減少する領域、前記親水領域および前記疎水領域が、水移動方向に長い形状である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の物品。
【請求項７】
前記親水性が増加する領域または前記親水性領域の幅が同じである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の物品。
【請求項８】
前記前記疎水性が減少する領域または前記疎水性領域の幅が同じである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の物品。
【請求項９】
前記親水性が増加する領域、前記疎水性が減少する領域、前記親水領域および/または前記疎水領域が、塗装層として形成されてなる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水が見かけ上自律的に移動し、その表面から排除される物品に関し、詳しくは、表面に付着した水が水平面でも重力や動力等の利用無しに特定の方向へ移動し、その表面から排除される物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
水と接触する物品、例えば水まわり部材や、ユニットバスの床、天井板の表面に付着した水は、量が多い場合、重力により排水溝まで導かれ排除されるが、残った水は、ふき取るか、自然乾燥により除かれる。ふき取りには手間を用意し、自然乾燥には時間がかかる、あるいはウォータスポット、水垢の原因になるなど、場合により望ましくない水排除の方法である。したがって、水と接触する物品の表面から水を、好ましくは速やかに、排除する技術について種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特開２００３−３９０１３号公報（特許文献１）には、その表面に凹凸を形成し、凸部には撥水塗料層を形成し、凹部には親水塗料層を形成した水まわり部材が開示されている。このような構造においては、撥水塗料層により水がはじかれるため、水は溝状の凹部内に流れ込み、この凹部に形成されている親水塗料層４により水が広がって、表面張力で玉状となる水が発生せず、良好に凹部に沿って流され排水される。
【０００４】
また、特開２００８−３１６６５号公報（特許文献２）には、オンデマンド方式により塗装した塗装層の各部における水に対する性質を異ならせ、ある部分においては相対的に水をはじき、且つ、他の部分においては、水を薄く膜状に広げるようにし、両者の組み合わせにより、水を素早く排水することが可能となる水まわり部材が開示されている。
【０００５】
上記特許文献に開示された技術はいずれも、撥水性の領域にかかった水が弾かれて親水性領域に移動し、この親水性領域において水が濡れ広がる作用を利用する。そして最終的な部材表面からの排水のためには、基材に傾斜があることが前提であり、重力の作用により水は親水性領域を移動する。
【０００６】
また、特開２００５−７４４号公報（特許文献３）には、トンネル形状の流路の一面を親水面と疎水面とで構成し、親水面に対して疎水面を除した値を上流から下流に向け連続的に増加させ液滴を輸送するマイクロ液滴輸送デバイスが開示されている。このデバイスによれば、液滴を一方向に輸送することができるとされているが、親水面と疎水面を三角形のパターンで形成するとき、底辺が１μｍから２００μｍ、高さが１０μｍから２００μｍの三角形とするとの記載があり、また輸送される液滴は血液などの生体由来のものである。また、特開２００５−３３１４１０号公報（特許文献４）には、上流側に第１の疎水面が、下流側に第１の疎水面より接触角が小さい第２の疎水面が、そして上流側と下流側の中間部に第１の疎水面および第２の疎水面が混在した面が形成され、上流から下流に向け第２の疎水面の面積を連続的に増加させた流路により、液滴を輸送する微量液滴輸送デバイスが開示されている。このデバイスによれば、異なる疎水領域によって流路に構築される表面張力勾配により、疎水性の官能基を有するタンパク質などの生体分子を含む微量液滴を輸送することができるとされているが、中間部の形状を第１の疎水面と第２の疎水面とが交互にくさび形状で並べたものとするとき、このくさび形状の寸法は、底辺が１０μｍから１ｍｍ、長さが１０μｍから３０ｍｍであると記載されている。従って、これらの特許文献に開示された技術はいずれも、極めて微量の血液等をわずかな距離、移送させる技術に止まり、建材などの大きな表面において水を移送する技術を開示するとは言い難いものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３９０１３号公報
【特許文献２】特開２００８−３１６６５号公報
【特許文献３】特開２００５−７４４号公報
【特許文献４】特開２００５−３３１４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、今般、建材表面の親水領域と疎水領域を制御することで、重力とは異なる力を推進力として、水を見かけ上自律的に移動させ、建材表面から水を効率よく排除できとの知見を得た。本発明は、かかる知見に基づくものである。
【０００９】
従って、本発明は、表面に付着した水を水平面でも重力や動力等の利用無しに特定の方向へより効率よく移動させ、その表面から排除される物品の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そして、本発明による物品は、
水と接触する表面を有する物品であって、
前記表面が、親水性が前記表面の一定方向に向けて増加する領域、もしくは
疎水性が前記一定方向に向けて減少する領域か、または
前記親水性が増加する領域と、前記疎水性が減少する領域とを備え、
もって前記一定方向に水が見かけ上自律的に移動する（以下、この方向を「水移動方向」という）性質を有し、かつ前記親水性の増加および前記疎水性の減少が、その面積を変化させずに生じることを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一の態様による物品１の表面１０を表す模式図である。表面１０は、９つの領域２１〜２９に分けられ、それぞれの水への親和性の程度が異なるものとされてなる。
【図２】図１に示される物品の表面に置かれた水が見かけ上自律的に移動する様子を説明する図である。
【図３】本発明の第二の態様による物品の表面における、複数の親水領域および複数の疎水領域が形成された状態を表す模式図である。
【図４】図３に示される物品の表面に置かれた水が見かけ上自律的に移動する様子を説明する図である。
【図５】実施例１でシミュレーションの対象とした物品の模式図である。
【図６】実施例２でシミュレーションの対象とした物品の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
定義
本発明において、「水と接触する表面を有する物品」とは、降雨により、または人による水を使った所定の作業・動作時またはその後に、その表面に水が残る可能性がある物品を意味する。本発明の一つの態様によれば、この物品により建材を構成することができ、例えば、外壁材；浴室やシャワールームの内壁、天井および床材；浴槽；洗面器や手洗器（例えば、ボウル面や縁）；シンク；便器；水栓；テーブル、ドラフト、カウンターなどに用いられる天板；鏡、窓などのガラス部材；内壁材などが挙げられる。カウンターの例としては、手洗い場、洗面所および浴室で用いられるカウンター、キッチンカウンター、実験室で用いられるカウンター、ドラフトチャンバーのカウンター等が挙げられる。とりわけ、本発明による建材は、浴室やシャワールームの内壁、天井および床材；浴槽；洗面器や手洗器（例えば、ボウル面や縁）；シンク；便器；水栓；テーブル、ドラフト、カウンターなどに用いられる天板；鏡、窓などのガラス部材；手洗い場、洗面所および浴室で用いられるカウンター、キッチンカウンター、実験室で用いられるカウンター、ドラフトチャンバーのカウンターなど、いわゆる「水まわり部材」と呼ばれる建材として好ましく用いられる。
【００１３】
本発明において物品の材質・材料は特に限定されないが、例えば、ガラス、プラスチック、タイル、石、金属、木材、セラミック等が挙げられる。さらに、これら材料に塗装が施されたもの、プラスチックが積層されたもの（例えば、積層鋼板、塗装鋼板等の複合材）なども利用可能である。
【００１４】
物品の表面および水移動
本発明による物品の表面は、親水領域または疎水領域を備えてなり、親水領域における親水性が物品の表面の一定方向に向けて増加するか、もしくは疎水領域における疎水性が、物品の表面の一定方向に向けて減少するか、またはこの親水領域における親水性の増加と疎水性領域における疎水性の減少をともに生じさせるよう構成される。本発明において、親水性の増加または前記疎水性領域における疎水性の減少は、親水領域および疎水領域の面積を変化させずに生じさせる。具体的には、物品の表面の前記一定方向に向けて、親水領域の単位面積当たりにおける水への親和性が増加するよう、または疎水領域の単位面積当たりにおける水への親和性が増加するよう構成することによって生じさせる。
【００１５】
本発明による物品は、その第一の態様において、水と接触する表面を有する物品であって、
前記表面が、親水性が前記表面の一定方向に向けて増加する領域、または疎水性が前記表面の一定方向に向けて減少する領域を備え、
もって前記一定方向に水が見かけ上自律的に移動する（以下、この方向を「水移動方向」という）性質を有し、かつ前記親水性の増加および前記疎水性の減少が、その面積を変化させずに生じることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明による物品は、その第二の態様において、水と接触する表面を有する物品であって、
前記表面が、前記親水領域と前記疎水領域とを、それぞれ複数備えてなり、
前記親水領域における親水性が前記表面の一定方向に向けて増加するか、もしくは
前記疎水領域における疎水性が、前記一定方向に向けて減少するか、または
前記親水領域における親水性の増加と、前記疎水性領域における疎水性の減少をともに生じさせ、
もって前記一定方向に水が見かけ上自律的に移動する（以下、この方向を「水移動方向」という）性質を有し、かつ前記親水領域における親水性の増加および前記疎水性領域における疎水性の減少が、前記親水領域および前記疎水領域の面積を変化させずに生じることを特徴とする。
【００１７】
このような表面において、水が見かけ上自律的に移動する機序は、以下のように考えられるが、この理論は仮定であって、本発明はかかる理論に限定されるものではない。
【００１８】
その第一の態様にあって、物品の表面において、親水性が表面の一定方向に向けて増加するか、または疎水性が一定方向に向けて減少し、かつこれら変化がその面積を変化させずに生じるものとされてなる。このような親水性または疎水性が変化する表面に水が置かれたとき、水には、親水性が小である箇所から大である箇所に移動しようする力が加わり、あるいは疎水性が大である箇所から小である箇所に移動しようとする力が加わる。この力を推進力とし、その表面において水が見かけ上自律的に移動するものと考えられる。この推進力は重力とは異なるものであり、表面が水平であって水に対して重力がなんら水平方向への力を作用させない環境下にあっても、水が移動する。また、表面に傾斜があり、あるいは垂直である場合には、水が見かけ上自律的に移動する方向と重力との双方の力によって、より効率よく水を移動させることも可能である。本発明の一つの態様によれば、水平面において５ｍＬ以上の比較的大きな水滴あるいは水のまとまりを、少なくとも数ｃｍ〜５ｃｍ以上移動させることが可能である。
【００１９】
本発明の第二の態様による物品の表面は、親水領域と疎水領域を含み、この親水領域と疎水領域の双方に接するように水が置かれたとき、水には上記第一の態様における親水性または疎水性の変化にともなう力に加え、疎水領域からの押される力と、親水領域からの引かれる力とが作用する。本発明にあっては、物品の表面の前記一定方向に向けて、親水領域の単位面積当たりにおける水への親和性が増加するよう、または疎水領域の単位面積当たりにおける水への親和性が増加し、水は、水への親和性が相対的に増加する方向に引かれる。この力を推進力とし、その表面において水が見かけ上自律的に移動するものと考えられる。この推進力は重力とは異なるものであり、表面が水平であって水に対して重力がなんら水平方向への力を作用させない環境下にあっても、水が移動する。また、表面に傾斜があり、あるいは垂直である場合には、水が見かけ上自律的に移動する方向と重力との双方の力によって、より効率よく水を移動させることも可能である。本発明の一つの態様によれば、水平面において５ｍＬ以上の比較的大きな水滴あるいは水のまとまりを、少なくとも数ｃｍ〜５ｃｍ以上移動させることが可能である。
【００２０】
図１は、本発明の第一の態様による物品の表面を表す模式図である。この図において、物品の表面１０は、９つの領域２１〜２９に分けられ、それぞれの水への親和性の程度が異なり、この態様にあっては２１から順に親水性の程度が上がる、つまり疎水性が低下するよう構成される。
【００２１】
図２は、図１に示される物品の表面に置かれた水が見かけ上自律的に移動する様子を説明する図である。図１の示される物品の表面に水２０が置かれると、この水に対して、親水性が小である箇所から大である箇所に移動しようする力が加わり、あるいは疎水性が大である箇所から小である箇所に移動しようとする力が加わる。例えば、図２において、領域２５よりも領域２６の親水性が大であり、領域２５から領域２６に移動しようとする力が水２０に加わる。さらに、領域２６よりも領域２７の親水性が大であるため、領域２６から領域２７に移動しようとする力が水２０に加わる。これら力を推進力として、水２０は図の下から上方向に移動する。つまり本発明において、親水性が増加する方向、または疎水領域において疎水性が減少する方向に水２０が移動する。この方向を、本発明にあっては、水移動方向と定義する。
【００２２】
本発明の第一の態様において、好ましくは、親水性の増加が単位面積当たりにおける水への親和性が増加するよう構成することによって生じ、疎水性の減少が単位面積当たりにおける水への親和性が増加するよう構成することによって生じる。
【００２３】
本発明の第一の態様において、親水性の増加は各領域で水への親和性が段階的に増加するように構成することによって生じる。ここで、このような領域の大きさは、一つの水滴が、少なくとも２つ以上の領域、より望ましくは３つ以上の領域をまたがるものとされることが好ましい。例えば、浴室におけるシャワー使用による水滴付着を想定した場合、その水滴の付着サイズが５ｍｍ〜１００ｍｍとすれば、各領域は水移動方向に沿って２ｍｍ〜５０ｍｍとすることが好ましく、そのような領域を複数連ねて、数ｃｍ以上に水を移動させることが可能な表面を形成することが、より好ましい。また、以上を言い換えれば、各領域のサイズは、液滴のサイズの半分よりも小さいものとされることが好ましい。
【００２４】
図３は、本発明の第二の態様による物品の表面における、複数の親水領域および複数の疎水領域が形成された状態を表す模式図である。すなわち、本発明の第二の態様は、第一の態様の表面に存在する領域１１の間に、領域１１とは異なる性質の領域を設けたものと解することもできる構成である。図３において、物品表面１は、それ自体親水性の性質を有する表面であり、その上に矩形の疎水領域１１が複数に形成されてなる。その結果、物品表面１には、矩形の親水領域１２が複数される。ここで、疎水領域１１が、図では９の領域２１〜２９に分けられ、それぞれの水への親和性の程度が異なり、この態様にあっては２１から順に親水性の程度が上がる、つまり疎水性が低下するよう構成される。
【００２５】
図４は、図３に示される物品の表面に置かれた水の見かけ上の自律的移動を説明する図である。図３の示される物品の表面に水２０が置かれると、この水に対して上記第一の態様における親水性または疎水性の変化にともない、押し出される力３１が働く。この力を推進力として、水２０は図の下から上方向、すなわち矢印３２の方向に移動する。つまり本発明において、疎水領域において親水性が増加する方向、または疎水性が減少する方向に水２０が移動する。この方向を、本発明にあっては、水移動方向と定義する。親水領域１２は、その親水性ゆえ水が通る領域（水路）となり、かつ疎水領域に挟まれることで液滴の変形方向が制限され、水移動方向への液滴変形（すなわち親水側に液滴が伸びる）が促進されることにより、より下流側への到達を容易にする。本発明の第二の態様においては、親水領域１２を水移動方向の下流側に向けて親水性を増大させてもよく、その場合は、親水領域１２において親水性の変化に伴い生じる水を押し出す力によって、もしくは、疎水領域１１において疎水性の変化に伴い生じる水を押し出す力に加えて、親水性領域にて生じる力とが相まって、水２０が下流方向に移動する。
【００２６】
本発明の第二の態様において、好ましくは、親水性の増加が、親水領域の単位面積当たりにおける水への親和性が増加するよう構成することによって生じ、疎水性の減少が、疎水領域の単位面積当たりにおける水への親和性が増加するよう構成することによって生じるものとされる。また、この態様において、好ましくは、親水領域または疎水領域は、水移動方向に長い形状、好ましくは矩形とされる。また、本発明の第二の態様において、好ましくは、親水領域および／または疎水領域の幅が、水移動方向の上流側と下流側とで、同じである。
【００２７】
本発明の第二の態様において、親水領域内の親水性の増加、または疎水領域内の疎水性の減少は、親水領域または疎水領域内で区分される各領域で、水への親和性が水移動方向に沿って段階的に増加するように構成することによって生じる。ここで、親水領域または疎水領域内で区分される各領域の大きさは、一つの水滴が、少なくとも２つ以上の領域、より望ましくは、３つ以上の領域をまたがるものとされることが好ましい。例えば、浴室におけるシャワー使用による水滴付着を想定した場合、その水滴の付着サイズが５ｍｍ〜１００ｍｍとすれば、各領域は水移動方向に沿って２ｍｍ〜５０ｍｍとすることが好ましく、そのような領域を複数連ねて、数ｃｍ以上に水を移動させることが可能な表面を形成することが、より好ましい。さらに、親水領域と疎水領域とが一つの水滴に接するように構成されていることが好ましく、例えば、浴室におけるシャワー使用による水滴付着を想定した場合、その水滴の付着サイズが５ｍｍ〜１００ｍｍとすれば、親水領域または疎水領域の幅、すなわち水移動方向と直交する方向のサイズは、２ｍｍ〜５０ｍｍとすることが好ましい。また、以上を言い換えれば、各領域のサイズは、液滴のサイズの半分よりも小さいものとされることが好ましい。
【００２８】
本発明において、疎水および親水とは、上記の水２０に対する推進力を生じさせる限りにおいて相対的な意味で用いられ、例えば水との接触角として絶対的な値で表現させる性質を意味するものではないが、本発明の好ましい態様によれば、親水とは水との静的接触角として０°以上１２０°以下とし、疎水とは水との静的接触角として４０°以上１８０°以下とする。
【００２９】
図３の態様にあっては、物品表面１はそれ自体親水性の性質を有する表面とし、疎水領域１１を形成したが、それ自体疎水性の性質を有する表面に親水領域を形成し、この親水領域を、その親水性が一定方向に向けて増加するよう構成してもよい。また、親水領域と疎水領域をともに形成し、その双方において親水性の増加と疎水性の減少をともに生じさせるよう構成してもよい。
【００３０】
本発明において、第一の態様における単位面積あたりの親水性または疎水性の性質が変化する表面の形成、さらには第二の態様における親水領域および疎水領域の形成は、好ましくは塗装層を設けることにより行うことができる。すなわち、例えば、図１の領域１０は、それ自体親水性または疎水性の塗料を用いて、領域２１〜２９を、親水性または疎水性の程度の異なる領域とするため、その種類または量を変えて形成する。また、図３に示される物品表面１はそれ自体親水性の性質を有する表面とし、疎水領域１１を疎水性塗料により形成した塗装層とする。ここで、疎水領域２１〜２９を、疎水性の程度の異なる領域とするため、その種類または量を変えて形成する。また、それ自体疎水性の性質を有する表面に親水領域を形成し、この親水領域を、その親水性が一定方向に向けて増加するよう構成する場合、親水性塗料により形成した塗装層とする。また、親水領域と疎水領域をともに形成し、その双方において親水性の増加と疎水性の減少をともに生じさせるよう構成してもよい。
【００３１】
疎水領域を塗装層とする場合、この塗装層は、疎水性樹脂塗料（例えば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、複合樹脂）、無機系塗料（例えば、シリコーン塗料）、疎水性光触媒塗料などで形成してよい。また、親水領域を塗装層とする場合、この塗装層は、親水性樹脂塗料、無機塗料、親水性光触媒塗料などで形成してよい。塗装層の形成方法は特に限定されないが、インクジェット、スクリーン印刷、ロト印刷、グラビア印刷等の手法により形成されてよい。
【００３２】
また、本発明の一つの好ましい態様によれば、この塗装層は可視光に対して透明であることが、物品の意匠に影響を与えない、あるいはそれを損ねないとの観点から好ましい。
【実施例】
【００３３】
本発明を以下の実施例によって更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例１
図５に示される物品における水の自律的移動の解析を次のように行った。条件は以下の通りとした。
シミュレーションするためのフリーウエア
H. Matsui, Y. Noda, and T. Hasegawa, "Hybrid Energy-Minimization Simulation of Equilibrium Droplet Shapes on Hydrophilic/Hydrophobic Patterned Surfaces", Langmuir, 2012, 28 (44), pp 15450-15453）
被験物品
水との接触角が２０°の親水性の物品表面に、幅が２．０ｍｍの、１３本の疎水領域１１を、２．０ｍｍの間隔を置いて形成する。この疎水領域１１はさらに、図中Ａの幅が１０．０ｍｍの１３の領域に分け、図５に示すように、１から１３まで、領域に番号を振った。この１３の領域の接触角を、番号１において１００°とし、番号１３の領域まで５°刻みで減少させ、領域１３の接触角を４０°と規定した。そして、３の領域に水３ｍＬを置いたときの挙動を解析した。
結果
シミュレーションの結果、水は、図中左端の親水領域まで至った。
【００３４】
実施例２
図６に示される物品における水の自律的移動の解析を次のように行った。シミュレーションするためのフリーウエアは実施例１と同様とした。
被験物品
水との接触角が２０°の親水性の物品表面に、幅５０ｍｍ×１３０ｍｍの矩形の疎水領域を形成し、さらにこの疎水領域を１０ｍｍ間隔で１３等分し、図６に示すように、１から１３まで、領域に番号を振った。この１３の領域の接触角を、番号１において１００°とし、番号１３の領域まで５°刻みで減少させ、領域１３の接触角を４０°と規定した。そして、３の領域に水３ｍＬを置いたときの挙動を解析した。
結果
シミュレーションの結果、水は、図中左端の親水領域まで至った。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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