KR100398503B1 - 웨이퍼 카세트 반송용 로봇 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼 카세트 반송용 로봇에 관한 것으로, 그 목적은 웨이퍼 카세트를 직접 핸들링하는 핸드의 구조를 단순하게 하며 협소한 공간에서도 이의 동작이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 카세트 반송용 로봇의 핸드(50)에 의하면, 리드스크류(53)의 정역 회전운동에 의해 한 쌍의 핑거(56L)(56R)가 슬라이더(54L)(54R)와 함께 좌우로 직선 이동하면서 클로즈 또는 오픈 작동되면서 웨이퍼 카세트를 직접 핸들링하거나 놓게 된다. 이와 같이, 핸드(50)의 핑거(56L)(56R) 작동구조가 가이드수단(55L)(55R)과 슬라이더(54L)(54R)를 통해 단순하게 이루어져 재료비 및 제작공수를 줄일 수 있으며, 핸드(50)의 전반적인 구성을 보다 콤팩트하게 구성할 수 있다. 또한, 핸드(50)의 핑거(56L)(56R) 동작 시 차지하는 공간이 종래에 비해 월등하게 줄어 협소한 공간에서도 제품 사용이 가능한 것은 물론이며 이의 클로즈/오픈 동작이 보다 짧은 시간에 이루어지는 작용효과가 있다.
Description
본 발명은 웨이퍼 카세트 반송용 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼 카세트를 직접 핸들링하는 핸드를 구비한 웨이퍼 카세트 반송용 로봇에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼 카세트 반송용 로봇은 반도체 웨이퍼의 생산 자동화 라인에서 반도체 웨이퍼를 카세트에 적재하거나 하나의 공정을 마치고 다른 공정으로 이송하기 위한 것으로, 통상 자동반송대차(AGV; Auto Guided Vehicle)에 장착되어 사용되고 있다.
이러한 기능을 하는 웨이퍼 카세트 반송용 로봇은 구동모터와 감속기가 내장된 본체와, 감속기의 출력측과 연결되어 소정의 피치 반경으로 회전하며 접철이 가능한 다단의 아암과, 이 다단의 아암 중 최 선단 측에 마련되어 웨이퍼 카세트를 핸들링하기 위한 핸드를 포함하고 있다.
도 1과 도 2를 참조하면, 종래 핸드(10)는 아암(미도시)의 선단에 하우징(미도시)을 매개로 고정되는 프레임(11)과, 이 프레임(11)에 세워져 설치되며 양단이 회전가능하게 지지된 볼 스크류(12)와, 이 볼 스크류(12)와 나란하도록 양측에 병렬로 마련된 한 쌍의 가이드(13L)(13R)(Linear Motion Guide)와, 중심부는 볼 스크류(12)에 결합되며 양단은 한 쌍의 가이드(13L)(13R)에 결합되어 볼 스크류(12)의 회전운동 시 가이드(13L)(13R)를 따라 상하로 직선 운동하는 슬라이더(14)와, 이슬라이더(14)의 작동에 따라 회전하면서 웨이퍼 카세트(미도시)를 핸들링하는 한 쌍의 핑거(17L)(17R)를 구비한다.
한 쌍의 핑거(17L)(17R)는 프레임(11)에 회전운동이 가능하게 결합된 축결합부(17a)와, 이 축결합부(17a)에서 프레임(11) 하측으로 연장되어 웨이퍼 카세트 측면을 직접 잡기 위한 핸들링부(17b)를 갖추고 있다.
또한, 슬라이더(14)의 단부와 핑거(17L)(17R) 사이에는 상하 직선운동을 회전운동으로 변환시키기 위한 제1링크(15L)(15R)와 제2링크(16L)(16R) 등이 대응하게 구성되어 있다. 제1링크(15L)(15R)는 일단이 슬라이더(14)의 단부에 회전가능하게 결합되며, 이의 타단은 제2링크(16L)(16R)의 일단에 연결되어 있다. 그리고 제2링크(16L)(16R)의 타단은 핑거(17L)(17R)의 축결합부(17a)에 직결된다. 이와 같이, 슬라이더(14)와 각 핑거(17L)(17R)는 굴절 가능한 제1링크(15L)(15R)와 제2링크(16L)(16R)를 통해 연결되어 있다.
따라서 도 1과 같이, 볼 스크류(12)의 정방향으로 회전으로 슬라이더(14)가 하측방향으로 내려오면, 제1링크(15L)(15R)와 제2링크(16L)(16R)가 굴절되면서 한 쌍의 핑거(17L)(17R)는 축결합부(17a)를 중심으로 핸들링부(17b)가 회전하여 내측으로 클로즈(CLOSE)된다. 이로 인해 한 쌍의 핑거(17L)(17R)가 웨이퍼 카세트 양측을 견실하게 핸들링하게 된다.
반면에, 도 2와 같이, 볼 스크류(12)의 역방향 회전으로 슬라이더(14)가 상측방향으로 올라가면, 굴절되어 있던 제1링크(16L)(16R)와 제2링크(16L)(16R)가 펼쳐지면서 한 쌍의 핑거(17L)(17R)는 축결합부(17a)를 중심으로 핸들링부(17b)가 바깥 측으로 회전하여 벌어진다. 즉, 제1링크(15L)(15R)와 제2링크(16L)(16R)가 대각을 이루면서 회전하여 한 쌍의 핑거(17L)(17R)가 밖으로 벌어지며, 이로 인해 핸들링부(17b)가 오픈(OPEN)된다.
그러나 이러한 종래 웨이퍼 카세트 반송용 로봇의 핸드(10)는 한 쌍의 핑거(17L)(17R)를 작동시키기 위해 링크(15L)(15R)(16L)(16R)가 다단으로 설치되어 있어서, 구조가 복잡할 뿐만 아니라 이들의 작동 역시 복잡하게 이루어진다.
또한, 한 쌍의 핑거(17L)(17R)가 서로 대각방향으로 회전하면서 오픈 또는 클로즈 됨으로써, 이의 동작 시 많은 공간이 필요하다. 즉, 한 쌍의 핑거(17L)(17R)가 원활하게 작동하기 위해서는 큰 작업공간이 요구되는 단점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼 카세트를 직접 핸들링하기 위한 핸드를 보다 콤팩트하게 구성하며, 또한 작은 작업공간에서도 이의 동작이 원활하게 이루어질 수 있는 웨이퍼 카세트 반송용 로봇을 제공하는 것이다.
도 1은 종래 웨이퍼 카세트 반송용 로봇의 핸드를 발췌하여 보인 사시도로, 핑거의 클로즈 상태를 보인 것이다.
도 2는 종래 웨이퍼 카세트 반송용 로봇의 핸드에 있어서, 핑거의 오픈 상태를 보인 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 카세트 반송용 로봇을 보인 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 핸드를 보인 분해사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 핸드를 발췌하여 보인 것으로, 핑거의 클로즈 상태를 보인 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 핸드를 발췌하여 보인 것으로, 핑거의 오픈 상태를 보인 것이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
50..핸드 51..하우징
52..프레임 53..리드스크류
54L,54R..슬라이더 55L,55R..가이드수단
56L,56R..핑거 70..구동수단
71..모터
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은;
웨이퍼 카세트를 핸들링하기 위해 아암에 마련된 핸드를 갖춘 웨이퍼 카세트 반송용 로봇에 있어서,
핸드는 아암에 결합되며 하부가 개방된 하우징과, 하우징의 하부를 덮도록결합되는 프레임과, 프레임의 상면에 양단이 회전가능하게 지지되며 일단부는 왼나사로 타단부는 오른나사로 이루어진 리드스크류와, 리드스크류를 회전시키기 위한 구동수단과, 리드스크류의 회전운동에 따라 서로 반대방향으로 이동되도록 리드스크류의 양단부에 마련된 한 쌍의 슬라이더와, 리드스크류의 회전 시 한 쌍의 슬라이더가 직선 운동하도록 가이드하는 가이드수단과, 한 쌍의 슬라이더에 각각 결합되며 슬라이더와 함께 직선 운동하여 웨이퍼 카세트를 핸들링하는 한 쌍의 핑거를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 구동수단은 정역회전이 가능하며 회전축의 선단에 제1풀리를 갖춘 모터와, 리드스크류의 단부에 마련된 제2풀리와, 제1풀리와 제2풀리를 연결하는 벨트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 가이드수단은 리드스크류와 나란하도록 프레임 상면에 고정된 한 쌍의 고정레일과, 한 쌍의 고정레일을 따라 미끄럼운동하며 슬라이더와 결합되는 한 쌍의 미끄럼블럭을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 한 쌍의 슬라이더는 리드스크류에 나사 방식으로 이물림 결합되는 이동너트와, 중심부위는 이동너트와 결합되며 가장자리부위는 미끄럼블럭에 고정되는 블레이드를 각각 구비하여, 리드스크류의 회전 시 고정레일을 따라 직선 운동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 한 쌍의 핑거는 일단이 슬라이더의 블레이드에 결합되어 연동하며 타단은 하우징 측면을 관통하여 연장된 고정로드와, 고정로드의 타단에 마련된 핸들링부재를 각각 구비하여, 한 쌍의 슬라이더의 좌우 직선운동에 따라 클로즈 또는오픈 되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 카세트 반송용 로봇의 전체적인 구조를 보인 것이며, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 핸드를 발췌하여 보인 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 웨이퍼 카세트 반송용 로봇은 자동반송대차(AGV)에 직접 장착되며 상측방향으로 연장되게 컬럼(30,Column)이 배치된 본체(20)와, 컬럼(30)의 최 상단에 접철 가능하게 연결된 다단의 아암 조립체(40)와, 이 아암 조립체(40)의 끝단에 장착되어 웨이퍼 카세트를 핸들링하는 핸드(50)를 갖추고 있다.
본체(20)에는 아암 조립체(40)와 컬럼(30)을 작동시키기 위한 제어부(미도시)와 구동모터(미도시) 등이 내장되어 있다. 그리고 컬럼(30)은 최 밑단이 본체(20) 상부에 360도 회전가능하게 배치된 일종의 텔리스코픽 실린더(telescopic cylinder)로서, 이로 인해 아암 조립체(40)의 방향은 물론이며 높낮이 조절을 자유롭게 할 수 있다.
또한, 아암 조립체(40)는 다단의 아암들이 각각 굴절 가능하게 장착된 것이며, 이의 선단에는 핸드(50)가 장착된다. 따라서 아암 조립체(40)가 펼쳐지면서 로봇의 작업반경을 넓게 가져갈 수 있게 된다.
그리고 도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 핸드(50)는 아암 조립체(40)의 선단부에 직접 결합되며 하부가 개방된 하우징(51)과, 하우징(51)의개방부에 다수개의 스크류(57)를 통해 체결되는 프레임(52)과, 이 프레임(52) 위에 양단이 회전가능하게 지지된 리드스크류(53)와, 리드스크류(53)를 정역 회전시키기 위한 구동수단(70)과, 리드스크류(53)의 양 단부에 각각 이물림 결합되며 가이드수단(55L)(55R)을 따라 직선 운동하는 한 쌍의 슬라이더(54L)(54R)와, 한 쌍의 슬라이더(54L)(54R)와 함께 직선 운동하여 웨이퍼 카세트를 직접 핸들링하는 한 쌍의 핑거(56L)(56R)를 포함하고 있는데, 이의 상세한 구조는 다음과 같다.
도 4를 참조하면, 하우징(51)은 프레임(52) 위에 장착된 부품들을 보호하면서 핸드(50)를 아암 조립체(40)에 체결하기 위한 것으로, 하부가 개방되며 측면(51b)과 아암 조립체(40)의 최선단 밑면에 볼트(57)를 통해 직접 체결되는 상면(51a)을 갖는다. 또한, 하우징(51)의 양 측면(51b)에는 4개의 절결부(51c)가 대응하게 형성되어 있는데, 이것은 후술하는 고정로드(56a)를 하우징(51) 외측으로 연장되게 배치하기 위함이다.
도 5와 도 6을 참조하면, 프레임(51)은 금속 플레이트로 이루어지며 하우징(51)의 개방부에 스크류(57)를 통해 장착되며, 프레임(52)의 상면에는 리드스크류(53)와 가이드수단(55L)(55R) 및 한 쌍의 슬라이더(54L)(54R) 등이 설치된다.
그리고 리드스크류(53)는 환봉의 외주에 수나사가 가공된 것으로 프레임(52) 상면에서 양단부가 각각 베어링(60)을 통해 회전 가능하게 지지되어 있다. 이러한 리드스크류(53)는 중심부를 기점으로 나사산이 서로 반대방향, 즉 일단부는 오른나사(53a)로 타단부는 왼나사(53b)로 이루어져 있는데, 이것은 한 쌍의슬라이더(54L)(54R)를 서로 대칭되는 방향으로 직선 운동시키기 위함이다.
한편, 구동수단(70)은 베어링(60)을 지지하는 브래킷(75)에 견실하게 장착되며 정역회전이 가능한 모터(71)와, 모터(71)의 회전축(71a)에 마련된 제1풀리(72)와, 리드스크류(53)의 단부에 마련된 제2풀리(73)와, 제1풀리(72)와 제2풀리(73)를 연결하는 벨트(74)를 갖추고 있다. 따라서 모터(71)의 동력이 제1풀리(72)와 제2풀리(73)를 매개로 리드스크류(53)에 전달되며, 이것에 의해 리드스크류(53)가 정역방향으로의 회전이 가능하게 된다.
또한, 한 쌍의 슬라이더(54L)(54R)는 리드스크류(53)에 나사방식으로 이물림 결합되는 이동너트(54a)와, 이 이동너트(54a)에 중심부위가 고정 결합되며 양측으로 연장되어 한 쌍의 가이드수단(55L)(55R)에 결합되는 블레이드(54b)를 구비하고 있다. 그리고 한 쌍의 가이드수단(55L)(55R)은 일종의 선형 운동 가이드(Linear Motion Guide)로서, 이것은 리드스크류(53) 양측에 일정한 간격을 유지하면서 나란하게 마련된 한 쌍의 고정레일(55a)과, 이 고정레일(55a)을 따라 미끄럼운동하며 상면에 슬라이더(54L)(54R)의 블레이드(54b)가 고정 결합되는 두개의 미끄럼블럭(55b)으로 이루어져 있다. 이 미끄럼블럭(55b)은 하면에 고정레일(55a)이 수용되도록 체널이 형성되어 있어서, 고정레일(55a)을 따라 미끄럼운동하게 된다.
이에 따라 왼쪽 슬라이더(54L)와 오른쪽 슬라이더(54R)는 리드스크류(53)의 회전 시 이동너트(54a)의 이물림 위치가 가변되면서 한 쌍의 가이드수단(55L)(55R)을 따라 좌우 대칭적으로 직선 운동하게 된다.
또한, 한 쌍의 핑거(56L)(56R)는 프레임(52)의 좌우측에 대칭되게 장착되어 웨이퍼 카세트를 직접 핸들링하기 위한 것으로, 이것은 슬라이더(54L)(54R)의 블레이드(54b) 상면에 직결되며 하우징(51) 측면의 절결부(51c)를 관통하여 외부로 연장되는 한 쌍의 고정로드(56a)와, 한 쌍의 고정로드(56a)에서 프레임(52) 하측으로 연장된 핸들링부재(56b)로 이루어져 있다.
한 쌍의 고정로드(56a)는 직사각형 로드로 이루어져 있는데, 이의 일단은 슬라이더(54L)(54R)의 블레이드(54b) 상면에 각각 고정되고, 이의 타단은 핸들링부재(56b)의 상면 양측에 각각 고정된다. 따라서 슬라이더(54L)(54R)와 함께 핑거(56L)(56R)의 고정로드(56a)가 프레임(52) 좌우측에서 직선 운동하게 되며, 이로 인해 핑거(56L)(56R)의 핸들링부재(56b)가 오픈 또는 클로즈되는데, 이러한 것은 작동설명에서 상세하게 기술한다. 미설명부호 "58a"와 "58b"는 핑거(56L)(56R)의 오픈 상태와 클로즈 상태를 감지하는 센서들이다.
다음에는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 웨이퍼 카세트 반송용 로봇의 핸드의 작동 및 효과를 설명한다.
먼저, 핑거(56L)(56R) 사이의 간격이 점차 줄어드는 핸드(50)의 클로즈 작동을 설명한다. 이 때에는 제어부에 의해 구동수단(70), 즉 모터(71)가 정방향으로 회전하며, 이의 동력이 제1풀리(72)와 제2풀리(73)를 통해 리드스크류(53)로 전달되어 이것 역시 정방향으로 회전한다.
이와 같이 리드스크류(53)가 정방향으로 회전함에 따라 각 슬라이더(54L)(54R)의 이동너트(54a) 이물림 위치가 리드스크류(53)의 중심부 측으로 점차 이동된다. 즉, 슬라이더(54L)(54R)의 블레이드(54b)가 각 가이드수단(55L)(55R)의 미끄럼블럭(55b)과 결합되어 있기 때문에, 리드스크류(53)의 회전운동에 의해 한 쌍의 슬라이더(54L)(54R)는 고정레일(55a)을 따라 직선 운동한다.
이 때, 리드스크류(53)는 중심부를 기점으로 나사산이 반대방향으로 이루어져 있기 때문에, 이의 양측에 마련된 한 쌍의 슬라이더(54L)(54R)는 리드스크류(53)의 중심부측을 향해 서로 대칭되게 각각 이동된다. 따라서 도 5에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 슬라이더(54L)(54R)와 함께 한 쌍의 핑거(56L)(56R)가 프레임(52) 내측을 향해 직선 이동하여 클로즈된다.
결국, 리드스크류(53)가 정방향으로 회전되면, 한 쌍의 슬라이더(54L)(54R)는 가이드수단(55L)(55R)을 따라 직선 운동하여 이들의 간격이 줄어든다. 이 때, 한 쌍의 핑거(56L)(56R)가 슬라이더(54L)(54R)와 함께 연동되어 클로즈되면서, 웨이퍼 카세트 양측을 견실하게 핸들링한다. 이 때, 핑거(56L)(56R)의 클로즈 상태는 센서(58b)를 통해 감지된다.
다음에는 도 6을 참조하여 한 쌍의 핑거(56L)(56R)가 프레임(52)에서 바깥 측으로 이동하는 오픈 작동을 설명한다.
핸드(50)의 오픈 작동 시에는 클로즈 작동과는 반대로 제어부에 의해 모터(71)가 역방향으로 회전하며, 이의 동력을 전달받아서 리드스크류(53) 역시 역방향으로 회전 운동한다. 이에 따라 리드스크류(53)의 회전운동과 함께 슬라이더(54L)(54R)의 이동너트(54a) 이물림 위치가 리드스크류(53)의 가장자리 측으로 점차 이동되며, 이것에 의해 한 쌍의 슬라이더(54L)(54R)는 가이드수단(55L)(55R)의 고정레일(55a)을 따라 프레임(52)의 가장자리 측을 향해 직선 운동한다.
아울러, 한 쌍의 슬라이더(54L)(54R)와 함께 한 쌍의 핑거(56L)(56R)가 프레임(52) 외측으로 각각 벌어지면서 오픈되며, 이로 인해 한 쌍의 핑거(56L)(56R)가 핸들링한 웨이퍼 카세트를 놓거나, 또는 웨이퍼 카세트를 핸들링할 수 있는 준비 단계가 이루어진다. 이 때에도 핸드(50)의 최대 오픈 상태가 센서(58a)를 통해 감지된다.
결국, 리드스크류(53)가 역방향으로 회전함에 따라 가이드수단(55L)(55R)을 따라 한 쌍의 슬라이더(54L)(54R)와 함께 한 쌍의 핑거(56L)(56R)가 밖으로 벌어지면서 핸드(50)가 오픈된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 카세트 반송용 로봇의 핸드에 의하면, 리드스크류의 정역 회전운동에 의해 한 쌍의 핑거가 슬라이더와 함께 좌우로 직선 이동하면서 클로즈 또는 오픈 작동되면서 웨이퍼 카세트를 직접 핸들링하거나 놓게 된다. 이와 같이 핸드의 핑거 작동구조가 가이드수단과 슬라이더를 통해 단순하게 이루어져 재료비 및 제작공수를 줄일 수 있으며, 핸드의 전반적인 구성을 보다 콤팩트하게 구성할 수 있다. 또한, 핸드의 핑거 동작 시 차지하는 공간이 종래에 비해 월등하게 줄어 협소한 공간에서도 제품 사용이 가능한 것은 물론이며 이의 클로즈/오픈 동작이 보다 짧은 시간에 이루어지는 작용효과가있다.
Claims (5)
- 웨이퍼 카세트를 핸들링하기 위해 아암에 마련된 핸드를 갖춘 웨이퍼 카세트 반송용 로봇에 있어서,상기 핸드는,상기 아암에 결합되며 하부가 개방된 하우징과, 상기 하우징의 하부를 덮도록 결합되는 프레임과, 상기 프레임의 상면에 양단이 회전가능하게 지지되며 일단부는 왼나사로 타단부는 오른나사로 이루어진 리드스크류와, 상기 리드스크류를 회전시키기 위한 구동수단과, 상기 리드스크류의 회전운동에 따라 서로 반대방향으로 이동되도록 상기 리드스크류의 양단부에 마련된 한 쌍의 슬라이더와, 상기 리드스크류의 회전 시 상기 한 쌍의 슬라이더가 직선 운동하도록 가이드하는 가이드수단과, 상기 한 쌍의 슬라이더에 각각 결합되며 상기 슬라이더와 함께 직선 운동하여 상기 웨이퍼 카세트를 핸들링하는 한 쌍의 핑거를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 카세트 반송용 로봇.
- 제 1항에 있어서,상기 구동수단은,정역회전이 가능하며 회전축의 선단에 제1풀리를 갖춘 모터와, 상기 리드스크류의 단부에 마련된 제2풀리와, 상기 제1풀리와 제2풀리를 연결하는 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 카세트 반송용 로봇.
- 제 1항에 있어서,상기 가이드수단은,상기 리드스크류와 나란하도록 상기 프레임 상면에 고정된 한 쌍의 고정레일과, 상기 한 쌍의 고정레일을 따라 미끄럼운동하며 상기 슬라이더와 결합되는 한 쌍의 미끄럼블럭을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 카세트 반송용 로봇.
- 제 3항에 있어서,상기 한 쌍의 슬라이더는,상기 리드스크류에 나사 방식으로 이물림 결합되는 이동너트와, 중심부위는 상기 이동너트와 결합되며 가장자리부위는 상기 미끄럼블럭에 고정되는 블레이드를 각각 구비하여,상기 리드스크류의 회전 시 상기 고정레일을 따라 직선 운동하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 카세트 반송용 로봇.
- 제 4항에 있어서,상기 한 쌍의 핑거는,일단이 상기 슬라이더의 블레이드에 결합되어 연동하며 타단은 상기 하우징 측면을 관통하여 연장된 고정로드와, 상기 고정로드의 타단에 마련된 핸들링부재를 각각 구비하여,상기 한 쌍의 슬라이더의 좌우 직선운동에 따라 클로즈 또는 오픈 되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 카세트 반송용 로봇.
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Patent Citations (4)
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