JP2012050319A - 電線被覆材剥離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電線の芯線と刃物との接触を検知する機能で、短く切断された電線についても検知可能な、芯線接触検知機能を有する電線被覆材剥離装置を提供すること。
【解決手段】 刃物２７、２７を通してインピーダンスを測定する信号解析回路７４を有し、電線Ｗ（６３）の被覆材７１の剥離過程にて刃物２７、２７が電線Ｗ（６３）の芯線７０に接触した場合、刃物２７、２７に芯線７０のインピーダンスが加算されることによるインピーダンスの変化が検出され、これによって刃物２７、２７が芯線７０に接触したことが検知される。
【選択図】 図１

Description

電線の被覆材に刃物を切り込ませ、この刃物を前記電線に対し相対的に移動させることによって、前記被覆材の一部分を剥離する（剥ぎ取る）ように構成された電線被覆材剥離装置（以下、ワイヤストリッパーと称することがある。）に関し、電線被覆材を剥離（以下、ストリップと称することがある。）する過程において、電線の芯線に刃物が接触すると、芯線に傷が付き、破損されることがある。
本発明は、前記ワイヤストリッパーにおいて、電線の芯線と刃物との接触を検知する機能で、短く切断された電線についても検知可能な、芯線接触検知機能を有する電線被覆材剥離装置に関するものである。

ワイヤストリッパーは従来から数多く普及しているが、その殆どが刃物を用いて電線被覆材の一部分を切断し、剥離するものである。

こうした被覆材の剥離においては、電線被覆材の切り口をより精密かつシャープに切断するため、なるべく深く刃物を電線被覆材に切り込ませる必要がある。しかしながら、刃物が電線の芯線に接触すると、芯線に傷が付いたり、芯線の一部が切断されることがあり、不良品となってしまう。

特に自動車や航空機に用いられる電線には、絶対の安全が求められるため、芯線に微小な傷があると、可動部や振動のある箇所に用いられる場合、その傷に応力が集中して電線の破損を起こし、重大事故に繋がることから、少しでも傷がある電線は不良品とされる。

そこで、電線の芯線に刃物が接触したことを検知する機能がワイヤストリッパーに必要とされ、昨今、自動機においては上記の接触検知機能を有する装置が多数開発されている。しかし、その多くが芯線と刃物に電極を設け、その電気的導通を検知する方法を用いている。

一例として、後記の特許文献１（特開平７−８７６４３号公報）による芯線傷検出装置を図９について説明する。

この公知の技術によれば、電線６３をワイヤガイド８４に通して電線把持部８５により固定する。その後、カセットブレード８６を作動させ、電線６３の芯線７０を被覆する絶縁被覆材７１に口出しカッター８７により切り込みを入れるとともに、切断カッター８２により電線６３を切断し、同時に電線把持部８５によって左右に引き、被覆材の剥離を行う。

ここで、カセットブレード８６内の口出しカッター８７が被覆材７１に切り込んだ際に、芯線７０に接触すると、これを介して電線６３と電線把持部８５との間に生じる静電容量−検出器８８−交流電源８９の経路で交流電流が流れ、この電流に応じた電圧が検出器８８によって検出される。この結果、口出しカッター８７が芯線７０に接触したことが検知される。

図９に示す特許文献１（特開平７−８７６４３号公報）による芯線傷検出方法では、加工電線の長さが短い場合は、その仕掛けを取り付ける場所を確保することが非常に困難である。又、当該検出方式で卓上型ワイヤストリッパーを用いて手作業で行う場合は、安全面からも不適切である。

本発明の目的は、ワイヤストリッパーにおいて、刃物２７、２７を検知センサとして、電線の芯線が保有するインピーダンス（レジスタンス、インダクタンス及びキャパシタンスを含む。）を検出することによって、如何なる長さに切断された短い電線でも、又、長い電線でも、同一の条件にて高精度に芯線傷を検出することにある（図５参照）。

更に、前記刃物が芯線に接触したか否かの検知を行うに際して、接触した位置や時間的要素を任意に設定可能とし、前記剥離動作の開始直後から終了に至る間、刃物２７、２７と芯線７０との接触時間やその位置などの時間的要素を管理する機能によって、芯線に刃物が接触しても、その程度や箇所によっては製品不良とはしない判定も可能とし、自動機などに採用した場合、不要な稼動停止を防止することにある。

即ち、本発明は、電線被覆材剥離装置（ワイヤストリッパー）において、前記刃物を検知センサ（いわゆる電極）とし、導線によってその刃物と信号解析回路とを結線して、刃物が電線の芯線に接触した場合、電線芯線が有する前記インピーダンスが加算されることによるインピーダンスの変化を検出し、それによって刃物が芯線に接触したか否かを検知できることを特徴としたものである。

又、検知のための電極を刃物のみとしている為、ワイヤストリッパーの構造（又は構成）を単純化することができる。

本発明の一実施形態によるワイヤストリッパーにおいて、芯線と刃物との接触を検知する機構を示す概略図である。 同、ストリップ過程における判定対象期間の設定状況を示す側面図である。 同、卓上型ワイヤストリッパーの内部構造図である。 同、卓上型ワイヤストリッパーの外観図である。 同、卓上型ワイヤストリッパーにおけるストリップ動作を示し、電線をグリ ッパーに挿入した状態（ａ）、グリッパーが電線を把持し、刃物が電線の被覆材に切 り込んだ状態（ｂ）、被覆材を剥離した状態（ｃ）の各斜視図である。 同、卓上型ワイヤストリッパーの機械動作のフロー図である。 同、卓上型ワイヤストリッパーのモーター動作及び判定のフロー図である。 本発明の他の実施形態による自動ワイヤストリッパーの概要図である。 特許文献１（特開平７−８７６４３号公報）による芯線傷検出装置の概要図 である。

図３、図４、図５を参照して、本発明の一実施形態による卓上型ワイヤストリッパーを詳細に説明する。以下の説明において、電線をワイヤと記すことがある。

まず、図３について、本実施の形態によるワイヤストリッパーの内部構造を説明する。この装置は、本出願人が所有する特許第３５０１５９６号によるワイヤストリッパーと同等の構成に、電線の芯線と刃物との接触を検知する機構又は機能を付加したものである。以下の説明において、ワイヤ挿入側となる図面左側を前部、同右側を後部と称することとする。

この装置において、機枠１の前部から中間部の側壁２ａ、２ｂ間の下方位置にかけて、主軸３が回転可能かつ軸方向に摺動可能に支持され、この主軸３の直上方位置には、互いに平行する２本の副軸４、４が同じく側壁２ａ、２ｂ間に回転自在に支持されており、更に、これらの副軸４、４間の中央位置の上方には、ワイヤ端の挿入位置を定めるとともに起動信号を得るための位置決めロッド５が設けられている。

主軸３の直上には主軸３と平行に軸を配し、その後端範囲をスプライン軸６とし、側壁２ｂの後部に搭載された電動のモーター７の回転軸が摺動可能に嵌合され、モーター７の回転がスプライン軸６を通してスプライン軸６と同軸上のボールネジ軸８に伝達されるようになっている。ボールネジ軸８の回動によりボールナット部材９が軸方向に進退移動自在とされている。スプライン軸６とボールネジ軸８との間に回動自在に嵌合されたアーム１０の下部が主軸３を把持し、ボールネジ軸８と同一の位置を保つように主軸３を軸方向に摺動させる。

主軸３には、前部側が小径の第１円錐カム１１及び第２円錐カム１２が同軸的に摺動可能に嵌合され、それぞれにコイルバネからなる圧縮バネ１３ａ、１３ｂが介装され、ピン１４ａ、１４ｂを介して第１円錐カム１１及び第２円錐カム１２をそれぞれ前方へ規定強さで押し付けている。また、主軸３は、ボールナット部材９が固着された移動板１５に固着されたブッシュ１６に摺動可能に挿通されている。

機枠１の側壁２ａから突出した主軸３の前端部には、電線の被覆材へのワイヤの切り込み量を調節する切り込み量調節ノブ１７が配され、切り込み量調節ノブ１７の回動により、位置決め部材１８をネジによって進退可能とし、位置決め部材１８が第１円錐カム１１のピン１４ａと当接自在とされていることにより、第１円錐カム１１の前進を止めることができる。また、切り込み量調節ノブ１７に連動し、装置正面上部の表示窓２１に切り込み径を表示するようになっている。

副軸４、４の前端側には、パイプ状の管軸２２、２２が摺動可能に外嵌され、これらの管軸２２、２２の後端は、移動板１５に固着された側面Ｚ状のアーム２３の軸受部２４に挿通支持されている。管軸２２、２２から突出した副軸４、４の前端部には、グリッパー２５、２５の基部が固着され、また管軸２２、２２の前端には、グリッパー２５、２５の背後に位置する刃物ホルダー２６、２６の基部が固着されており、これらの刃物ホルダー２６、２６の先端の対向面には、図５に示すようにＶ字状の刃先を有する刃物（ストリップブレード）２７、２７が固着されている。

モーター７の正転駆動当初においては、図３のようにボールナット部材９の位置は固定されているので、ボールネジ軸８の正転によりボールナット部材９内のボールとの螺合によって、ボールネジ軸８の前進により主軸３が前進する。これにより、先ず第１円錐カム１１でカムローラ３３、３３を両側方に押すので、揺動部材３１、３１の上端が互いに離反する方向に揺動し、これらの揺動部材３１、３１がアーム３４、３４のローラ３５、３５を押して、これと一体の管軸２２、２２をそれぞれ回動させ、その前端の刃物ホルダー２６、２６が閉じる方向に作動する。これによって、図５（Ｂ）に示すように、刃物ホルダー２６、２６の刃物２７、２７がワイヤＷの被覆材７１を所定深さに切り込んで挟持する。

副軸４、４の後端近くには、アーム２８、２８の上端が固着されて垂下され、これらのアーム２８、２８の下端に水平面内で回転自在に軸着されたカムローラ２９、２９が、第２円錐カム１２の周面に当接して第２円錐カム１２の前進時にその周面により押され、これによって副軸４、４が互いに反対方向に回転するようになっており、この第２円錐カム１２の前進時にはグリッパー２５、２５が閉じる方向に、同後退時には開く方向に回動されるようになっている。

第１円錐カム１１の両側には、下端が側壁２ａに軸３０、３０により揺動自在に枢支された揺動部材３１、３１が設けられ、この揺動部材３１の上下方向の軸３２上のカムローラ３３が第１円錐カム１１の周面に当接するようになっている。また、この揺動部材３１の上端外側面には、管軸２２、２２に固着のアーム３４、３４の下端に水平面内で回転自在に軸着されたローラ３５、３５が当接されている。この第１円錐カム１１の進退動に、アーム３４、３４を介して管軸２２、２２が互いに反対方向に回転し、第１円錐カム１１の前進時には、刃物ホルダー２６、２６が閉じる方向に、同後退時に開く方向に回動されるようになっている。

移動板１５と機枠１の後部の側壁２ｂとの間にはブレーキ装置３６が介装されている。このブレーキ装置３６は、ボールナット部材９の後退移動時に抵抗を与えるものであって、側壁２ｂに固定のベース３７に形成された水平方向の長孔３８に、貫通する軸３９により移動板１５側のプレート４０を連結し、この軸３９を介してバネ４１によりシュー４２に付与されるバネ力による摩擦ブレーキ作用を与え、ボールナット部材９の戻り時の抵抗がグリッパー２５、２５の把持力と刃物２７、２７の切り込み力とに変換されるように構成されている。

第１円錐カム１１及び第２円錐カム１２の移動タイミングは、主軸３の前進時にはボールナット部材９が固定状態のまま主軸３がそのボールネジ軸８により前進し、第１円錐カム１１で刃物ホルダー２６、２６を閉じ、次いで第２円錐カム１２の前進でグリッパー２５、２５が閉じられる。第２円錐カム１２の進行が止まると、その反力でボールナット部材９がブレーキ装置３６の負荷に抗して後退し、そのブレーキ装置３６の抵抗がグリッパー２５、２５の閉じ方向の力となって電線６３を把持するとともに、ボールナット部材９の後退により刃物ホルダー２６、２６が後退して被覆材を芯線から抜き外す（剥離する）ことになる。

また、図４に示すように、引導長調整用ノブ５８を回動することにより、引導長調整用ノブ５８のネジ軸５９に螺合されたブラケット６０上のモーター逆転指令用センサ６１の位置を調整することができ、被覆材の引導長さを調整できる。また、表示窓５７にモーター逆転指令用センサ６１の位置を被覆材の引導長さとして表示されるようになっている。なお、図５の符号６２は、ワイヤを挿入する際の支持部である。

従って、ノブ５４を回動して位置決め部材５６の位置を変えることにより、外管４３の図示せぬ引張バネによりレバー５１を介し外管４３の位置が定められ、センサロッド４５のストッパ４６の位置が定められ、これによってワイヤ端の挿入深さ（又は位置）が設定され、被覆材の剥ぎ取り長さが選定される。なお、ノブ５４を回動させると、装置側面に設けられ、目盛りが付された表示窓５７に、位置決め部材５６の位置が被覆材の剥ぎ取り長さに換算して表示されるようになっている（図４参照）。

刃物ホルダー２６、２６は、刃物２７、２７が固着されている上部が絶縁物からなり、下部が金属からなる上下二分割構造となっており、刃物２７、２７を装置から電気的に絶縁する構造になっている。

上記した装置において、電線Ｗ（６３）の被覆材７１の一部を剥離するに際し、本発明に基づいて、電線Ｗ（６３）の芯線７０に刃物２７が接触したことを次のようにして検知する。

刃物２７、２７は、図１に示すように、コントロール基板５３とインピーダンス検知用の導線７３によって接続され、上述した構造により、電極になる刃物２７、２７を通してインピーダンス、例えばキャパシタンス（以下、同様）を測定することができる。また、刃物２７、２７と電線Ｗ（６３）の芯線７０との接触の検知判定回路において、電気信号発生回路７５で生成された電気信号である例えば矩形波信号が、電流制限回路７６を通して刃物２７、２７に伝えられる。

図１に示すように、刃物２７、２７に与えられた電気信号は、ノイズ等を除去するためのフィルタ回路７７を通し、刃物２７、２７が芯線７０に触れたときの微小な変化を監視するための信号増幅回路７８を通して信号解析回路７４に伝達される。この信号解析回路７４で得られた信号と、制御回路７９から得られる予め設定された電線被覆材剥離動作の判定時間とを、判定ロジック回路８０にて判定し、刃物２７、２７と芯線７０との接触の最終判断を行い、有害な接触があったと判断された場合には、表示器付きの表示窓２１にエラー（Ｅｒｒ）の表示をする。

上記の電気信号は、例えばμ秒単位の周期でのサンプリングを行うことが可能であり、電線Ｗ（６３）の芯線７０に刃物２７が接触したときに、被覆材７１の剥離動作時の刃物位置に応じてパルス出力を発生させ、これが芯線７０のインピーダンスの加算によるインピーダンスの変化として信号解析回路７４で検出される（図１及び図２参照）。

次に、こうした検知動作を含めた被覆材剥離動作を、卓上型ワイヤストリッパーの動作図にて説明する。

まず最初に、切り込み量調整用ノブ１７を回動して、取り扱う電線径に応じた切り込み深さが得られるように表示窓２１に表示される値を設定するとともに、被覆材の剥ぎ取り長さをストッパ位置調整用ノブ５４の回動によって、引導長さを引導長調整用ノブ５８の回動によって、表示窓５７を見ながら所望の値に設定する。この場合、切り込み深さの設定を可能な限り大きくすることにより、被覆材を引きちぎる量（厚み）が減り、ストリップ動作をスムーズかつ安定に行うことができる。

図５（Ａ）に模式的に示すように、電線Ｗ（６３）の先端をグリッパー２５、２５間に通して挿入すると、電線Ｗ端がセンサロッド４５の前端のストッパ４６に接当し、これを若干後方へ押すことによりセンサロッド４５が弱いバネ４８に抗して後退し、その後端がセンサ４７を遮る。このセンサ４７がセンサロッド４５の後退を検知すると、その検知信号によりモーター７が正転駆動し、主軸３が前進運動する。

また、センサ４７が検知した信号により、ストリップ加工を始める直前のインピーダンスを記憶すると同時に、上記した接触検知の判定動作を開始し、以降はモーター停止信号によってモーターが停止するまでの一工程の間、電線Ｗ（６３）の芯線７０と刃物２７とが接触したか否かの判定を行う。

図２（Ａ）から（Ｂ）までの期間、即ち、切り込み時からストリップ過程の初期は、図２（Ｅ）のように僅かでも接触すれば不良と判断しても、それ以降の過程では、図２（Ｆ）のような接触は不良とは判定しないこともできる。図２（Ｃ）から（Ｄ）までの期間、即ち、ストリップ過程の終了間際の刃物と芯線との接触を検知しない等、時間的管理機能を用いて判定を任意に設定することができる。

このように、時間的管理機能を用いることによって、ストリップ過程の終了間際に発生する図２（Ｇ）のような先端の微小な接触傷は、これを判定対象から除外することも可能である。

また、モーターの起動、反転、及び停止信号を用いて、その信号が出力された直後は判定から除外することによって、モーターから発する起動時のスパイクノイズの影響を防ぐことができ、より精度の高い検出が可能となる（図７参照）。

上記した時間的管理機能は、電線の芯線と刃物とが接触し続ける時間も判定の基準にすることができる。つまり、長時間接触し続けると、長く深い傷が付き、極微少な時間の接触の場合は、程度によっては傷が付かない。そこで、μ秒単位で電線の芯線と刃物との接触時間をサンプリングすることにより、品質に影響しない極微少時間の接触と、長い時間の接触とを判別し、これを判定基準とすることも可能である。また、上記の時間的管理機能の要素機器は、エンコーダーやマグネットスケールのような位置情報機器に置き換えることもできる。

モーター７の正転駆動当初においては、図３のようにボールナット部材９の位置は固定されているので、ボールネジ軸８の正転によりボールナット部材９内のボールとの螺合によって、ボールネジ軸８の前進により主軸３が前進する。これにより、先ず第１円錐カム１１でカムローラ３３、３３を両側方に押すので、揺動部材３１、３１の上端が互いに離反する方向に揺動し、これらの揺動部材３１、３１がアーム３４、３４のローラ３５、３５を押して、これと一体の管軸２２、２２をそれぞれ回動させ、その前端の刃物ホルダー２６、２６が閉じる方向に作動する。これによって、図５（Ｂ）のように、刃物ホルダー２６、２６の刃物２７、２７がワイヤＷの被覆材７１を所定深さに切り込んで挟持する。

更に、主軸３の前進運動により、第２円錐カム１２で副軸４、４のアーム２８、２８のカムローラ２９、２９を両方向に押し、これにより、副軸４、４が互いに反対方向に回動してグリッパー２５、２５が閉じ、ワイヤＷを把持する。

この状態に至ると、主軸３の第１円錐カム１１のピン１４ａに、位置決め部材１８の先端が当接して前進が止められるので、ボールネジ軸８の回転でボールナット部材９が後退する方向に動き出す。このボールナット部材９の後退によりレバー５１の軸受部５０が後退するので、位置決めロッド５が引張バネの付勢によってレバー５１の上端を押しながら後退するとともに、副軸４、４にアーム２３を介して連結されている管軸２２、２２が後退し、これによって、図５（Ｃ）に示すように、刃物２７、２７で切断されたワイヤ端の被覆材７１が芯線７０から引き抜かれて剥ぎ取られる。

上記した剥離動作のフローは図６にまとめて示し、またモーター動作を含めた接触判定のフローは図７にまとめて示す。

図８は、一般的に用いられている自動ワイヤストリッパー（以下、自動機と称することがある。）に本発明を適用した例の動作説明図である。この自動ワイヤストリッパーは、電線の被覆剥離機能と共に、電線を一定の長さに切断する測長切断機能を有する。

図８（Ａ）のように、電線が収納されているボビン９０から引き出された電線６３aを、搬送ローラ９１で刃物９３の先端位置まで搬送し、刃物９３を被覆材に切り込ませ、搬送ローラ９１を反転させて被覆材を剥ぎ取る。

次に、図８（Ｂ）のように、電線６３ａを指定の長さ搬送し、搬送ローラ９２に挿入した後、刃物９３によって電線を切断する。切断後は、図８（Ｃ）のように、刃物９３を開き、切断された電線６３ｂを搬送ローラ９２でストリップ長さ分戻して、刃物９３を再度被覆材に切り込ませ、搬送ローラ９２を反転させて被覆材を剥ぎ取る。

本発明は、特に高速運転の自動ワイヤストリッパーに好適である。 図８に示した電線６３ａの芯線傷は公知の芯線傷検知システムでも検知可能であるが、短く切断された後の電線６３ｂの芯線傷検知は公知技術では困難である。この場合も、既述した本発明による芯線接触検知機能によって検知可能である。

電線のストリップ過程において刃物と電線芯線とが接触する確率は高く、既存の芯線傷検知システムでは、刃物と電線芯線が接触する度にエラー信号が発せられ、自動機は頻繁に停止する。しかし、本発明によって、接触時間やその位置などの時間的要素を既述した如くに管理する機能を有することによって、芯線に刃物が接触しても、その程度や箇所によっては製品不良とはしない判定も可能であり、不要な稼動停止を防止することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々に変形可能である。

例えば、上述した矩形波信号に代えて、一定の周波数を有する他のパルス信号や、正弦波等の交流信号をはじめとする他の電気信号を印加してもよい。また、電気信号は単電源のみならず、複数の電源を用いて発生させてよい。

本発明は、電線の被覆材の端部を所定の長さで自動的に剥離する際に、電線の芯線と刃物との接触を検知する機能を向上させ、加工電線の品質向上を図ることのできるワイヤストリッパーを提供できる。

５…位置決めロッド、２５…グリッパー、２６…刃物ホルダー、
２７…刃物（ストリップブレード）、４５…センサロッド、４６…ストッパ、
４７…センサ、５３…コントロール基板、６３（Ｗ）…電線、７０…芯線、
７１…被覆材、７３…導線、７４…信号解析回路、７５…電気信号発生回路、
７６…電流制限回路、７７…フィルタ回路、７８…増幅回路、７９…制御回路、
８０…判定ロジック回路

特開平７−８７６４３号公報（段落番号［０００９］〜［００１８］、［図１］〜［図５］）

Claims (7)

1. 電線の被覆材に刃物を切り込ませ、この刃物を前記電線に対して相対的に移動させることによって、前記被覆材の一部分を剥離するように構成された電線被覆材剥離装置において、
   前記刃物を通してインピーダンス（レジスタンス、インダクタンス及びキャパシタン スを含む。）を検出するための電気信号を発生する電気信号発生回路と、前記インピー ダンスを検知する信号解析回路とを有し、前記被覆材の剥離過程にて前記刃物が前記電 線の芯線に接触した場合、前記刃物に前記芯線の前記インピーダンスが加算されること による前記インピーダンスの変化が検出され、これによって前記刃物が前記芯線に接触 したことが検知される、
   電線被覆材剥離装置。
2. 前記刃物に対して前記電気信号を印加し、前記電線の芯線に前記刃物が接触すると、前記芯線が有する前記インピーダンスによって前記電気信号が変化し、この現象を監視する機能を有し、それを以って前記芯線と前記刃物とが接触したことを検知することを可能とした、請求項１に記載した電線被覆材剥離装置。
3. 前記刃物が前記芯線に接触したか否かの検知を行う対象時点又は時間が任意に設定され、前記剥離動作の開始時、終了直前又は途中、更には前記芯線に対する前記刃物の接触時間の各時間的要素を管理する機能を有する、請求項１又は２に記載した電線被覆材剥離装置。
4. 前記時間的要素の管理機能によって、前記芯線に前記刃物が接触しても、その接触時間又は接触箇所によっては、不良品とはしない判定条件も設定可能とする、請求項３に記載した電線被覆材剥離装置。
5. 前記刃物が前記芯線に接触したか否かの検知を行う電極が前記刃物であり、前記インピーダンスを測定するための電気信号（前記刃物への入力）と、前記芯線と前記刃物との接触検知信号（前記刃物からの出力）とが同一箇所（前記刃物）を通して印加もしくは取出される、請求項２に記載した電線被覆材剥離装置。
6. 前記刃物の一対が前記電線を挟んで対向配置された状態で前記切り込み後に前記電線が移動可能に構成され、かつ前記電線の先端が前記一対の刃物間への挿通後にセンサロッドの先端側に接当することによって前記剥離動作が開始される、請求項１に記載した電線被覆材剥離装置。
7. 前記被覆材の一部分を剥離する機能と共に、前記電線の所定位置を切断する機能も有する自動機として構成された、請求項１に記載した電線被覆材剥離装置。

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