JP2020122624A - シャッター機構 - Google Patents

Abstract

【課題】送風気流の風量が大きい場合でも通風抵抗の抑制されたシャッター機構を提供する。【解決手段】気流が流れる円筒形状の管路４を開閉するためのシャッター機構１は、管路４内に設けられた回転軸６ａを中心に回動し、管路４を開放するシャッター開の状態と、管路４を閉塞するシャッター閉の状態とに位置取ることが可能なシャッター板５を備える。シャッター板５は、シャッター閉の状態において、メイン流路を塞ぐメイン領域５ａとサブ流路を塞ぐサブ領域５ｂとを有する。シャッター板５は、シャッター開の状態において、メイン流路１０側からサブ流路１１側に向かって中央部が膨出する曲面となる表面５ｃを有し、表面５ｃのメイン領域５ａにおいて回転軸６ａに対して平行に設けられた平板状の補助板１２を有する。補助板１２は、回転軸６ａと垂直な平面でのシャッター板５の側断面において、管路４の管路軸４ａに沿った方向に延伸して形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、建物の天井等に設置され、排気により室内空気を換気する換気扇等に利用されるシャッター機構に関するものである。

従来、この種のシャッター機構としては、送風気流（換気扇等の送風機によって排気される排気流）が流れる管路の内部に、回転軸を中心に回動可能で、回転軸に垂直な面での断面形状が円弧で滑らかに形成されたシャッター板をもつものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、従来のシャッター機構について図６を参照しながら説明する。図６は、従来のシャッター機構を示す側断面図である。なお、図６では、シャッター機構１０１のシャッター板１０４が管路１０２を開放する状態（シャッター開の状態）を示している。

図６に示すように、従来のシャッター機構１０１は、管路１０２内に設けられたシャッター板１０４と回転軸１０５とで構成されている。シャッター板１０４は、回転軸１０５を中心にして回動可能であり、回動によって管路１０２を開閉する。つまり、送風機１０９から送風気流（排気流）１０６が流れると、シャッター板１０４は、管路１０２を閉塞する状態（シャッター閉の状態）からシャッター開の状態に回動する。そして、この際、シャッター板１０４は、回転軸１０５に垂直な平面での断面形状が円弧状を含んで形成されているので、シャッター板１０４が管路１０２を塞ぐ流路面積が最も小さくなる状態（シャッター開の安定状態）まで回動し、そうしたシャッター開の安定状態を維持する。

これにより、従来のシャッター機構１０１では、送風機１０９からの送風気流１０６が管路軸１０３に沿った方向に流れる際に、シャッター板１０４の上流領域１０７から下流領域１０８に滑らかに流体を導くことができる。このため、従来のシャッター機構１０１では、シャッター板１０４による送風気流１０６の乱れを抑制することができ、通風抵抗及び乱れに起因する騒音及び振動を低減させることができる。

国際公開第２００７／１４５０８５号

しかしながら、送風機１０９からの送風気流１０６の送風量が増加した際には、シャッター板１０４にかかる風圧がより大きくなり、シャッター板１０４がシャッター開の安定状態よりもさらに開いてしまう場合がある。このような状態になると、シャッター板１０４が管路１０２を塞ぐ面積が大きくなり、通風抵抗を生じさせる。つまり、従来のシャッター機構１０１では、大風量の送風気流１０６を排気する場合には、シャッター板１０４が管路１０２を塞ぎ、通風抵抗となってしまうという課題を有している。

そこで本発明は、上記課題を解決するものであり、送風気流の風量が大きい場合でも通風抵抗の抑制されたシャッター機構を提供することを目的とする。

そして、本発明に係るシャッター機構は、上流側から下流側へ気流が流れる円筒形状の管路を開閉するためのシャッター機構である。シャッター機構は、管路内に設けられた回転軸と、回転軸を中心に回動し、管路を開放するシャッター開の状態と、管路を閉塞するシャッター閉の状態とに位置取ることが可能なシャッター板とを備える。管路は、シャッター開の状態において、シャッター板によって、気流が流れるメイン流路とメイン流路よりも面積が小さいサブ流路の二つの流路に分割される。シャッター板は、シャッター閉の状態において、メイン流路を塞ぐメイン領域とサブ流路を塞ぐサブ領域とを有する。また、シャッター板は、シャッター開の状態において、メイン流路側からサブ流路側に向かって中央部が膨出する曲面となる表面を有するとともに、サブ流路側の表面に平板状の補助板を有する。補助板は、シャッター板のメイン領域において回転軸に対して平行に設けられ、回転軸と垂直な平面でのシャッター板の側断面において、管路の管路軸に沿った方向に延伸して形成されている。

本発明によれば、送風気流の風量が大きい場合でも通風抵抗の抑制されたシャッター機構を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係るシャッター機構におけるシャッター開の状態を示す側面図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係るシャッター機構におけるシャッター閉の状態を示す側面図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係るシャッター機構におけるシャッター開の状態を示す管路軸と垂直な面への投影図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係るシャッター機構におけるシャッター閉の状態を示す管路軸と垂直な面への投影図である。 図５（ａ）は、本発明の実施の形態１に係るシャッター機構におけるシャッター開の安定状態におけるシャッター板の拡大側面図であり、図５（ｂ）は、同シャッター機構におけるシャッター板が過剰に開いた状態におけるシャッター板の拡大側面図である。 図６は、従来のシャッター機構を示す側断面図である。

本発明に係るシャッター機構は、上流側から下流側へ気流が流れる円筒形状の管路を開閉するためのシャッター機構である。シャッター機構は、管路内に設けられた回転軸と、回転軸を中心に回動し、管路を開放するシャッター開の状態と、管路を閉塞するシャッター閉の状態とに位置取ることが可能なシャッター板とを備える。管路は、シャッター開の状態において、シャッター板によって、気流が流れるメイン流路とメイン流路よりも面積が小さいサブ流路の二つの流路に分割される。シャッター板は、シャッター閉の状態において、メイン流路を塞ぐメイン領域とサブ流路を塞ぐサブ領域とを有する。また、シャッター板は、シャッター開の状態において、メイン流路側からサブ流路側に向かって中央部が膨出する曲面となる表面を有するとともに、サブ流路側の表面に平板状の補助板を有する。補助板は、シャッター板のメイン領域において回転軸に対して平行に設けられ、回転軸と垂直な平面でのシャッター板の側断面において、管路の管路軸に沿った方向に延伸して形成されている。

こうした構成によれば、送風機からの送風気流の風量が大きい場合に、シャッター板がシャッター開の安定状態よりもさらに開いた状態まで回動しても、サブ流路を流れる気流が平板状の補助板に当たることで反力が生じ、シャッター開の安定状態に戻るような作用が生じる。シャッター開の安定状態に戻れば、補助板は、管路軸に沿った方向に延伸して設置されているため、反力による作用は生じなくなる。この結果、シャッター板は、送風機からの送風量が大きい場合でも、シャッター開の安定状態を維持することができる。つまり、送風機からの送風量が大きい場合でも通風抵抗の抑制されたシャッター機構とすることができる。

また、補助板は、メイン領域の外周縁部にまで延伸して形成される構成としてもよい。こうした構成によれば、補助板がシャッター板の回転軸から離れた位置にまで設置されるため、シャッター板が過剰に開いた状態からシャッター開の安定状態へと戻る回転力を大きくすることができる。この結果、シャッター開の安定状態へと戻る作用を効果的に得ることができる。

また、補助板は、管路軸に垂直な面への投影図において、管路軸を通り回転軸に垂直な直線を基準として対称となるように一対に取り付けられているように構成してもよい。こうした構成によれば、シャッター板が過剰に開いた際に、サブ流路を流れる気流が補助板に当たることで生じる反力が均等に働くことになり、シャッター開の安定状態を維持することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながらその構成の詳細を説明する。

（実施の形態１）
まず、図１〜図４を参照して、本発明の実施の形態１に係るシャッター機構１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るシャッター機構におけるシャッター開の状態を示す側面図である。図２は、同シャッター機構におけるシャッター閉の状態を示す側面図である。図３は、同シャッター機構におけるシャッター開の状態を示す管路軸と垂直な面への投影図である。図４は、同シャッター機構におけるシャッター閉の状態を示す管路軸と垂直な面への投影図である。なお、側面は、後述する回転軸６ａに垂直な平面で管路４を切断した状態で、その平面をシャッター板５の側方から見た状態の図である。

本実施の形態に係るシャッター機構１は、図１に示すように、管路４を上流側（図１の左側）から下流側（図１の右側）に流れる気流（送風気流９）の逆流防止に用いられるものである。

シャッター機構１は、図１に示すように、送風機２の吹出口３と連通する管路４の内部に設置されている。シャッター機構１は、シャッター板５と、回転軸部６と、軸受部７と、ストッパー部８と、を備える。なお、換気扇等の換気装置は、送風機２と、管路４と、シャッター機構１と、を含む構成となる。

送風機２は、中空箱型形状であり、室内の空気を吸い込む吸込口（図示せず）と、吸い込んだ空気を吹き出す吹出口３と、内部にモータ（図示せず）と、羽根（図示せず）と、を備える。送風機２は、モータが羽根を回転させることで、吸込口から吹出口３方向への気流（送風気流）を発生させ、吹出口３から気流を吹き出す。つまり、送風機２は、シャッター板５に向けて送風する。

管路４は、円筒形状を有し、管路４の上流側において送風機２の吹出口３が接続される。管路４の下流側は、室外との換気口（図示せず）に接続される。つまり、管路４には、送風機２から送風される送風気流９が上流側（図１の左側）から下流側（図１の右側）に流れるようになっている。

管路４の内壁には、図３、図４に示すように、シャッター板５に設けられた軸受部７に挿通されてシャッター板５を保持する２つの回転軸部６が同一直線上に設けられている。また、管路４の内壁には、図１〜図４に示すように、シャッター板５の回動（回転）を制限するためのストッパー部８が設けられている。

シャッター板５は、図１、図３に示すように、厚みの薄い円板形状を有し、回転軸部６（後述する回転軸６ａ）を軸として回動することで管路４を開閉する。シャッター板５は、送風気流９の送風がある場合には、図１に示すように、管路４の上流側からの送風気流９の風圧により、管路４を開放する状態（シャッター開の状態）に回動する。一方、シャッター板５は、送風気流９の送風がない場合には、図２に示すように、シャッター板５の自重により管路４を閉塞する状態（シャッター閉の状態）に回動する。つまり、シャッター板５は、管路４を開放するシャッター開の状態と、管路４を閉塞するシャッター閉の状態とに位置取ることが可能となっている。なお、シャッター板５の詳細については後述する。

回転軸部６は、図３、図４に示すように、管路４の同一断面上に軸心を互いに共通させて配置され、管路４の内壁から内側に向けて突出した円柱形状の突出部である。回転軸部６は、管路４の管路軸４ａよりも、管路４の内壁側に偏った位置に配置される。回転軸部６は、シャッター板５に設けられた軸受部７の挿入孔と係合され、管路４を開閉可能に回動するシャッター板５を軸支する。つまり、回転軸部６は、シャッター板５の回転軸６ａとして機能する。

ストッパー部８は、図２に示すように、シャッター板５がシャッター閉の状態となる際に、シャッター板５の後端部分（後述するメイン領域５ａの外縁側）と接触させてシャッター板５の位置を決めるための部位である。ストッパー部８は、管路４の内壁から管路４の中心に向かって伸びた突起形状を有する。ストッパー部８は、管路４の下流側から逆流してくる外風の風圧を受けた場合に、シャッター板５の回動を制限する。

次に、シャッター板５の詳細について、図１〜図４を参照して説明する。

シャッター板５は、図１、図３に示すように、シャッター開の状態において、管路４を、シャッター板５を境にして、メイン流路１０と、メイン流路１０よりも断面積が小さいサブ流路１１の二つの流路に分割する。メイン流路１０は、シャッター開の状態において、シャッター板５が二分割する管路４のうち、流路面積が大きい方の流路を指す。サブ流路１１は、シャッター開の状態において、シャッター板５が二分割する流路のうち、流路面積が小さい方の流路を指す。流路面積とは、送風気流９の流れ方向となる管路軸４ａに対して垂直な平面で管路４を切断した場合における断面積を指す。言い換えると、サブ流路１１は、メイン流路１０よりも断面積が小さい流路である。

また、シャッター板５は、図２、図４に示すように、シャッター閉の状態において、メイン流路１０を塞ぐ領域をメイン領域５ａと規定され、サブ流路１１を塞ぐ領域をサブ領域５ｂと規定される。そして、シャッター板５は、図１、図３に示すように、シャッター開の状態において、サブ流路１１に対向する側を表面５ｃと規定され、メイン流路１０に対向する側を裏面５ｄと規定される。なお、裏面５ｄは、表面５ｃの背面となる面である。

具体的には、シャッター板５は、図１に示すように、回転軸６ａに垂直な平面で管路４を切断した状態で、その平面をシャッター板５の側方から見た状態の側面図において、上流側から下流側にかけてサブ流路１１側に凸である曲線形状を有する。また、シャッター板５は、図３に示すように、管路軸４ａに垂直な平面で切断した断面において、サブ流路１１側に凸である曲線形状を有する。つまり、シャッター板５は、シャッター開の状態における円板形状において、メイン流路１０側からサブ流路１１側に向かって中央部が膨出する曲面となる表面５ｃおよび裏面５ｄを有する。

そして、シャッター板５は、図３、図４に示すように、メイン領域５ａとサブ領域５ｂとの境界に跨って設けられた軸受部７と、メイン領域５ａの表面５ｃ上に設けられた平板状の補助板１２と、メイン領域５ａの外周縁部の一部（平坦部１５ａ）とサブ領域５ｂの外周縁部（平坦部１５ｂ）とに設けられた平板状の平坦部１５と、を有して構成される。

軸受部７は、円板形状のシャッター板５の表面５ｃ側において、回転軸部６と係合される挿入孔を備えた一対の突起板として構成される。軸受部７は、管路４の内壁から突出する円柱形状の回転軸部６を軸支することでシャッター板５を管路４内で回転可能に支持する。

補助板１２は、図３、図４に示すように、シャッター板５の厚みと同じ厚みを有する平板形状（平板状の形状）であり、短辺(底辺)と長辺とからなる略三角形状を有して構成される。また、補助板１２は、後述する反力１３が作用する平らな面１２ａと、シャッター板５の表面５ｃと接続される長辺の一つである端辺１２ｂと、を含んで構成される。

補助板１２の平らな面１２ａは、図１、図３に示すように、サブ流路１１に対向する側の面である。また、補助板１２の平らな面１２ａは、回転軸６ａに対して平行な面である。言い換えると、回転軸６ａは、補助板１２の平らな面１２ａに沿った方向に所定の間隔を有して延伸する直線である。

補助板１２の長辺は、図１に示すように、回転軸６ａと垂直な平面でのシャッター板５の側断面において、管路軸４ａに沿った方向に延伸して形成されている。また、補助板１２の短辺は、図３に示すように、シャッター開の状態を示す管路軸４ａと垂直な面への投影図において、回転軸６ａに沿った方向に延伸して設置されている。そして、補助板１２の短辺は、図１に示すように、シャッター開の状態において、送風機２からの送風気流９を受ける辺となる。

また、補助板１２は、図３、図４に示すように、管路軸４ａを通り回転軸６ａと直交する直線Ｘを基準として対称となるように、シャッター板５の表面５ｃの上に一対に設けられている。

また、補助板１２は、図３に示すように、シャッター開の状態における管路軸４ａと垂直な面への投影図において、軸受部７の下流側に隠れるような位置に取り付けられている。さらに、補助板１２は、図３に示すように、シャッター板５の表面５ｃと裏面５ｄの占める投影面内に収まる位置に設置されている。

平坦部１５は、図４に示すように、メイン領域５ａの外周縁部の一部に設けられた平板状の平坦部１５ａと、サブ領域５ｂの外周縁部に設けられた平板状の平坦部１５ｂとを有して構成される。また、平坦部１５のそれぞれ（平坦部１５ａ、平坦部１５ｂ）は、補助板１２と略平行な平面を有し、直線Ｘを基準として対称となるように設けられている。

次に、補助板１２の役割（機能）について図５を参照して説明する。図５（ａ）は、本発明の実施の形態１に係るシャッター機構におけるシャッター開の安定状態におけるシャッター板の拡大側面図であり、（ｂ）は、同シャッター機構におけるシャッター板が過剰に開いた状態におけるシャッター板の拡大側面図である。

シャッター板５は、メイン流路１０側からサブ流路１１側に向かって中央部が膨出する曲面を有しているので、送風機２からの送風気流９が管路軸４ａに沿った方向に流れる際には、従来のシャッター板１０４と同様、シャッター板５が管路４を塞ぐ流路面積が最も小さくなる状態（シャッター開の安定状態）まで回動し、そうしたシャッター開の安定状態を維持する（図５（ａ）参照）。なお、図１、図３で示すシャッター板５も同様の状態（シャッター開の安定状態）で示している。

一方、送風機２からの送風気流９の送風量が増加した際には、シャッター板５にかかる風圧がより大きくなり、従来のシャッター板１０４と同様、シャッター板５がシャッター開の安定状態よりもさらに開いてしまう場合がある。

一般的に、送風機２から送風される送風気流９は、円筒形状の管路４の中心軸である管路軸４ａを中心として、管路４の中心部における送風気流９の流速が最も速く、管路４の内壁に近づくほど内壁との摩擦力により送風気流９の流速遅くなるような分布を有している。送風機２からの送風気流９の流量が増加すると、中心付近での流量の増加が顕著となるため、メイン流路１０を流れる送風気流９の流量が増加する。そして、メイン流路１０を流れる送風気流９の流量が増加することで、シャッター板の裏面５ｄが風圧によって押される作用が強まり、シャッター板５がシャッター開の安定状態よりもさらに開いてしまう場合がある。つまり、シャッター板５は、シャッター開の安定状態を基準として、シャッター板５のサブ領域５ｂ側の先端部分がメイン流路１０側に回動し、メイン領域５ａ側の後端部分がサブ流路１１側に回動した状態（シャッター板５が過剰に開いた状態：過剰状態）となる（図５（ｂ）参照）。

このような過剰状態においては、シャッター開の安定状態に比べて、シャッター板５が管路４を塞ぐ流路面積が大きくなっている。シャッター板５による流路の閉塞が大きくなると、通風抵抗が大きくなり所望の風量を排気するための送風機２の仕事量が増大し、送風効率が悪化する。

補助板１２は、シャッター開の安定状態では、図５（ａ）に示すように、軸受部７の下流側に隠れるような位置に取り付けられているため、送風気流９を遮らないので気流に影響を及しにくい。一方、補助板１２は、過剰状態では、図５（ｂ）に示すように、流路に対して角度を持った姿勢となる。このような状態においては、補助板１２の平らな面１２ａに送風気流９が当たることによって反力１３が働く。回転軸６ａまわりの力のモーメントを考えると、反力１３によってシャッター板５にはシャッター開の安定状態へと戻る回転力１４が生じる。これにより、反力１３の作用によってシャッター板５は過剰状態からシャッター開の安定状態へと復元する。つまり、本実施の形態に係るシャッター機構１では、送風機２からの送風量が大きい場合でも通風抵抗の小さい姿勢に安定することができ、通風抵抗を抑制することができる。

以上、本実施の形態１に係るシャッター機構１によれば、シャッター板５には、メイン領域５ａの表面５ｃにおいて、回転軸６ａに対して平行な面を有し、かつ、管路４の管路軸４ａに沿った方向に延伸する平板状の補助板１２が形成されている。これにより、送風機２からの送風気流９の風量が大きい場合に、シャッター板５がシャッター開の安定状態よりもさらに開いた状態（過剰状態）にまで回動しても、サブ流路１１を流れる送風気流９が平板状の補助板１２に当たることで反力が生じ、シャッター開の安定状態に戻るような作用が生じる。シャッター開の安定状態に戻れば、補助板１２は、管路軸４ａに沿った方向に延伸して設置されているため、反力による作用は生じなくなる。この結果、シャッター板５は、送風機２からの送風量が大きい場合でも、シャッター開の安定状態を維持することができる。つまり、送風機２からの送風量が大きい場合でも通風抵抗の抑制されたシャッター機構１とすることができる。

また、補助板１２は、メイン領域５ａの外周縁部にまで延伸して形成されるので、補助板１２がシャッター板５の回転軸６ａから離れた位置にまで設置される。このため、シャッター板５が過剰に開いた状態からシャッター開の安定状態へと戻る回転力を大きくすることができる。この結果、シャッター開の安定状態へと戻る作用を効果的に得ることができる。

また、補助板１２は、管路軸４ａに垂直な面への投影図において、管路軸４ａを通り回転軸６ａと直交する直線Ｘを基準として対称となるように一対に取り付けられているので、シャッター板５が過剰に開いた際に、サブ流路１１を流れる送風気流９が補助板１２に当たることで生じる反力が均等に働くことになり、シャッター開の安定状態を維持することができる。

以上、本発明に関して実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲であることは当業者に理解されることである。

本実施の形態１に係るシャッター機構１では、補助板１２は、長辺の一つである端辺１２ｂがシャッター板５の表面５ｃと接続する構成としたが、これに限られない。例えば、シャッター板５と補助板１２とを一体的に構成するようにしてもよい。このようにすることで、シャッター板５と補助板１２との間の接続強度が高まり、シャッター機構１としての信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態１に係るシャッター機構１では、補助板１２は平らな面１２ａを有して構成したが、これに限られない。例えば、シャッター板５が過剰に開いた状態において、補助板１２の該当面に送風気流９が当たることによって反力１３が働く形状であれば、必ずしも平らな面のみで構成する必要はない。

本発明に係るシャッター機構は、送風気流の風量が大きい場合においても通風抵抗の抑制された姿勢にシャッター板を安定化させることができるため省電力であり、通風抵抗が小さく騒音も抑制でき、換気扇等の送風装置におけるシャッター機構として有用である。

１ シャッター機構
２ 送風機
３ 吹出口
４ 管路
４ａ 管路軸
５ シャッター板
５ａ メイン領域
５ｂ サブ領域
５ｃ 表面
５ｄ 裏面
６ 回転軸部
６ａ 回転軸
７ 軸受部
８ ストッパー部
９ 送風気流
１０ メイン流路
１１ サブ流路
１２ 補助板
１２ａ 平らな面
１２ｂ 端辺
１３ 反力
１４ シャッター開の安定状態へと戻る回転力
１５ 平坦部
１５ａ 平坦部
１５ｂ 平坦部
１０１ シャッター機構
１０２ 管路
１０３ 管路軸
１０４ シャッター板
１０５ 回転軸
１０６ 送風気流
１０７ 上流領域
１０８ 下流領域
１０９ 送風機

Claims (3)

1. 上流側から下流側へ気流が流れる円筒形状の管路を開閉するためのシャッター機構であって、
   前記管路内に設けられた回転軸と、
   前記回転軸を中心に回動し、前記管路を開放するシャッター開の状態と、前記管路を閉塞するシャッター閉の状態とに位置取ることが可能なシャッター板と、
   を備え、
   前記管路は、前記シャッター開の状態において、前記シャッター板によって、前記気流が流れるメイン流路と前記メイン流路よりも面積が小さいサブ流路の二つの流路に分割され、
   前記シャッター板は、前記シャッター閉の状態において、前記メイン流路を塞ぐメイン領域と前記サブ流路を塞ぐサブ領域とを有し、
   前記シャッター板は、前記シャッター開の状態において、前記メイン流路側から前記サブ流路側に向かって中央部が膨出する曲面となる表面を有するとともに、前記サブ流路側の前記表面に平板状の補助板を有し、
   前記補助板は、前記シャッター板の前記メイン領域において前記回転軸に対して平行に設けられ、前記回転軸と垂直な平面での前記シャッター板の側断面において、前記管路の管路軸に沿った方向に延伸して形成されていることを特徴とするシャッター機構。
2. 前記補助板は、前記メイン領域の外周縁部にまで延伸して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシャッター機構。
3. 前記補助板は、前記シャッター閉の状態において、前記管路軸に垂直な面への投影図において、前記管路軸を通り前記回転軸に垂直な直線を基準として対称となるように一対に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のシャッター機構。

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