JP3637160B2 - 木工用フライス盤及び側フライスカッタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として斗組（桝組）用ますの加工に用いる木工用フライス盤と、そのフライス盤に採用する曲面加工用の側フライスカッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
神社、仏閣には、大斗（鬼斗）、巻斗、延び斗、捨て斗、ひら斗と言った各種のますが数多く使用されている。
【０００３】
図１３に、それ等のますを代表して大斗３０を示す。この大斗３０には、斗繰り３１が施されている。その斗繰り３１は、斗じり３２側の周縁を凹形曲面（円弧や楕円の曲面）に縁取りしたものである。このほか、大斗３０には、上面にわくひじきを組入れる十文字の溝３３が設けられる。
【０００４】
上記の斗繰り３１は、大斗以外のますにも設けられる。また、柱を乗せる礎盤などにも類似の縁取りが施されるが、ここでは、ます以外のものに付される凹形曲面の縁取りも斗繰りと見なし、以下では表現を「斗繰り」に統一する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
斗繰りは、通常、宮大工が手作業で加工しているが、人手で違和感の無い曲面に仕上げるのには高度の技術を要する。また、手作業では加工能率が非常に悪い。
【０００６】
数多く使用するますの加工に多くの時間と手間を費やすことが、神社、仏閣の建立に長い期間を要し、建築費も高くなる原因のひとつと言っても過言ではない。
【０００７】
そこで、この発明は、斗繰りの高速機械加工を実現しようとするものである。この機械加工に当たっては、以下のことが問題となる。
即ち、斗繰りの形状、サイズに合致した刃形を持つフライスカッタを用いて既存の木工用フライス盤で刃形転写の加工を行う方法でも加工の機械化が図れるが、この方法では、工具費、工具の交換等が無視できないものになる。
【０００８】
斗繰りのサイズは、ますの大きさによって変わるので、刃形転写の加工を行う場合には、斗繰りサイズに合った刃形の工具を多数用意する必要があり、工具費が膨大になる。また、ます１個当たりの加工費も、工具費分が上乗せされるため非常に高くなってしまう。さらに、加工ロットが変わる度に工具を交換する必要があるので、時間的なロスが生じて機械の稼働率が低下し、これも価格に影響する。
【０００９】
この発明は、かかる不具合も併せて解消するために、同一工具を用いて１／４円の円弧の斗繰りの曲率変化に対応できるようにした木工用フライス盤と、そのフライス盤に採用する曲面加工用の側フライスカッタを提供することを第１の課題としている。
【００１０】
また、斗繰りは形状も様々であり、各形状に合致した刃形の工具を多種揃える場合にも上記と同様の問題が生じるので、工具を交換せずに加工面の形状変化にも対応できるようにしたフライス盤を提供することを第２の課題としている。
【００１１】
さらに、ますの上面にはひじきを嵌める一文字の溝や十文字の溝が加工されるので、斗繰り加工だけでなく、溝入れ加工も行えるフライス盤を提供することを第３の課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題の解決策として提供するこの発明のフライス盤と側フライスカッタを下記する。側フライスカッタは、斗繰り加工において重要な役割を果たす特徴あるカッタである。従って、そのカッタの構成を先に述べる。
【００１３】
この発明の側フライスカッタは、中心に軸穴を有する本体の外周に、第１及び第２の切刃をカッタ周方向に交互配列にして具備させ、第１の切刃のすくい面は本体の一端面に対して鋭角に交わり、一方、第２の切刃のすくい面は本体の他端面に対して鋭角に交わる方向に各々傾け、さらに、第１及び第２の切刃は、カッタの回転方向前方から直視した刃形が半円になる円弧刃を本体の最周部に有し、その円弧刃に対して第１の切刃は本体の一端面側で、第２の切刃は本体の他端面側で各々、すくい面とその面に対して鋭角な面との交差稜で形成されるカッタ径方向の直線刃が連なった形状にしてある。
【００１４】
また、この発明のフライス盤は、加工ヘッドと、そのヘッドの下方に設置される横送り機構を備えた加工テーブルと、前記加工ヘッド又は加工テーブルの昇降機構を有し、前記加工ヘッドが、
水平軸に対して４５°の傾きをもつ前下りの傾斜アーム、可動ベース、この可動ベースを傾斜アームの先端に傾斜アームの軸心を中心にして回転可能に連結する第１のカッタ姿勢調整機構、可動ベースを回転した各位置に固定する第１ロック手段、可動ベースに軸受を取付けてその軸受で支持するスピンドル及び可動ベース上のモータでスピンドルを回転させる回転駆動機構を備えて構成され、前記スピンドルは加工テーブルの送り方向に向けて水平に配向され、このスピンドルの先端部に上述したこの発明の側フライスカッタを装着して曲率の異なる凹形円弧面の加工を行えるようにしてある。このフライス盤は、既述の要素を備えていると１／４円の円弧の斗繰りの曲率変化に対応できる。
【００１５】
また、加工ヘッドに、更に水平アームと、この水平アームの先端に、前記傾斜アームを水平軸を中心にして回転可能に連結する第２のカッタ姿勢調整機構と、傾斜アームを回転した各位置に固定する第２のロック手段を付加した構成にすると、斗繰りの形状変化にも対応でき、サイズの異なる楕円の面等も加工可能となる。
【００１６】
さらに、加工ヘッド又は加工テーブルの前後送り機構を付加すると溝加工も可能になる。
【００１７】
なお、第２のカッタ姿勢調整機構は、水平アーム内の支軸で回転可能に支持し、傾斜アームに対しては固定するウォームホイルと、このウォームホイルに噛合させる操作ハンドル付きのウォームとから成る傾斜アームの回転駆動機構を備えるものが好ましい。
【００１８】
【作用】
この発明のフライス盤は、スピンドルに装着したカッタの姿勢を変えて加工する斗繰り（円弧面）の曲率や形状を変化させる。その原理を図８乃至図１１に基づいて解説する。
【００１９】
図８は、側フライスカッタ１（図は模式化して表した）の原姿勢を表したものであって、フライス盤の側面視でカッタ１の端面が見えている。
【００２０】
この原姿勢でカッタ１をワークＷに切込ませてワークＷを横送り（図は紙面に対して垂直方向に移動）すると、最大半径Ｒ（＝カッタ半径）の曲面の斗繰り３１を加工できる。
【００２１】
次に、軸Ｏを中心にして可動ベース１４を回転させると、カッタ１の外郭形状はフライス盤の側面視において楕円になる。その楕円は、図９に示すように、可動ベース１４の回転角が大きくなるに従って段々と細長くなっていき、可動ベース１４が原姿勢から９０°回転したところでカッタ１は、図８に一点鎖線で示すように、真横から見た姿になる。カッタ１の円弧刃Ｑは、実質刃形、即ち、カッタの回転方向前方から直視した刃形が半円であるので、カッタ１が側面視の姿になった状態でワークＷを横送りして加工を行うと最小半径ｒの曲面の斗繰り３１ができる。
【００２２】
ここで、最小半径ｒの加工では、円弧刃Ｑの実質刃形が転写されて斗繰り３１がアール半径の一定した円弧の面になる。また、最大半径Ｒの加工では、切刃最外端の移動軌跡が円を画くことによって斗繰り３１はアール半径の一定した曲面になる。
【００２３】
Ｒとｒの間の加工では、加工面に対する円弧刃Ｑの接触位置が変化する。図１０はそれを解説したものである。
【００２４】
ワークＷに対する喰付き側では円弧刃Ｑの一端（ａ点）が加工面に接し、その接触点がカッタの回転で徐々に移動して切抜け側では円弧刃Ｑの他端側（ｂ点）が加工面に接する。
【００２６】
次に、図８において、水平軸Ｐを中心にして傾斜アーム１２を回転させると、カッタ１のフライス盤側面視での外郭形状は、図１１に示すように円から段々と細長い楕円になっていく。そして、傾斜アーム１２が原姿勢から９０°回転した位置でカッタ１が側面視の姿になる。このときの円の直径及び楕円の長軸長さは２・Ｒである。一方、軸Ｏを中心にカッタ１が原姿勢から９０°回転している状態で、軸Ｐを中心にして傾斜アーム１２を回転角９０°の位置まで回転させると、カッタ１の外郭形状は、図１２に示すように長軸２Ｒ、短軸Ｌの縦長の楕円に変化し、従って、２つの軸Ｏ、Ｐを中心としたカッタの姿勢調整を行えば、サイズだけでなく、形状の異なる斗繰りの加工も可能になる。
【００２８】
斗繰りは、１／４円の形状よりも、面の片側が流れたもの（曲率が次第に小さくなるもの）の方が見た目が良いので、そのような形状にすることが多い。上述した機能を備えていれば、曲面の片端が流れて楕円になる斗繰り形状にも対応できる（図１１の中央図参照）。
【００２９】
なお、軸Ｏ或いはＰを中心にしたカッタの姿勢調整には、刃先位置の上下変動が伴う。その上下変動量を吸収するために、加工ヘッド又は加工テーブルの昇降機構が必要である。
【００３０】
また、図８の原姿勢でカッタ１をワークＷに切込ませてカッタとワークを前後方向（軸Ｐの長手方向）に相対移動させる（そのために加工ヘッド又は加工テーブルの前後送り機構が必要）と溝入れ加工が行える。場合によっては、カッタの姿勢調整で刃先位置が前後にずれることがあり、そのずれを前後送りで吸収できる（前後送りがなければワークをずらす必要がある）ので、溝加工を目的としない場合にも、前後送り機構は有効なものである。
【００３１】
このほか、第２のカッタ姿勢調整機構は、第１のカッタ姿勢調整機構による調整で加工ヘッドの先端側の重心がずれると傾斜アームの回転操作がし難くなるので、操作力を増幅して伝達でき、また、重心のずれによる傾斜アームの自然回転も阻止できるものが望ましい。ウォームギヤを使用した回転駆動機構を備えたものは、その要求に応えることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１に、この発明の側フライスカッタの実施形態を示す。この側フライスカッタ１は、中心に軸穴２を有する本体３の外周に偶数本の爪４を設けてその爪に切刃５及び６を付けている。
【００３３】
爪４は、切刃５、６のラジアルレーキを正となすために、前向きに倒れる方向に傾けてある。この爪４は、カッタの周方向に整列させて一定ピッチで配置してある。
【００３４】
また、図１（ｂ）に示すように、切刃５のすくい面７は、本体３の一端面に対して鋭角に交わる方向に角度α傾け、一方、切刃６のすくい面８は、本体３の他端面に対して鋭角に交わる方向に角度α傾けてある。
【００３５】
切刃５は、カッタの回転方向前方から直視した刃形が半円になる円弧刃Ｑの一端に直線刃Ｓを連ねた形状にしてある。
【００３６】
切刃６は、直線刃Ｓを円弧刃Ｑの他端に連ねた点を除いて切刃５と同じ構成になっている。直線刃Ｓはすくい面とそれに鋭角に交わる面との交差稜で形成されており、この直線刃が付加されたことによって溝入れ加工も可能になっている。
【００３７】
切刃５、６の円弧刃Ｑは、カッタを定位置で回転させたときに軌跡が互いに重なる大きさ、配置にしてある。
【００３８】
なお、切刃５、６の円弧刃Ｑは、すくい面７、８に対して直角な方向から見ると、対称形状の楕円をなしている。その楕円について、ここではＲ１０（ｍｍ）の円弧とＲ９．５（ｍｍ）の円弧がつながる大きさにしたが、この寸法は、すくい面７、８の傾き角αを考慮して自由に定めることができる。
【００３９】
すくい面７、８の傾き角αも、ここでは切味を重視して２０°に定めたが、この値に制限されない。
【００４０】
また、切刃５、６は、本体３に超硬合金のブレードを鑞付けしてそのブレードに付したが、本体に一体に加工される切刃にしてもよい。
【００４１】
このほか、カッタの直径は２５４ｍｍとした。この寸法も加工に支障の無い範囲で自由に変更できる。
【００４２】
図２乃至図５は、この発明のフライス盤の実施形態である。
【００４３】
このフライス盤９は、図２、図３に示すように、加工ヘッド１０、加工ヘッドの昇降機構２０、昇降機構２０と加工ヘッド１０を支持する可動フレーム２１、その可動フレームの前後送り機構２２、加工テーブル２３、可動フレーム２１と加工テーブル２３を支持する本体フレーム２４、加工テーブル２３の横送り機構２５及び加工テーブル２３上にワークＷを固定するクランパ２６によって構成されている。
【００４４】
加工ヘッド１０は（図６を同時参照）、昇降機構２０のスライドテーブル２０ｅに固定する水平アーム１１と、水平軸Ｐに対して先端側（軸Ｏ）が４５°の傾きをもつ傾斜アーム１２と、この傾斜アームを水平アーム１１の先端に水平軸Ｐを中心にして回転可能に連結する第２のカッタ姿勢調整機構１３と、可動ベース１４及びこのベースを傾斜アーム１２の先端に軸Ｏを中心にして回転可能に連結する第１のカッタ姿勢調整機構１５と、第１、第２のカッタ姿勢調整機構１５、１３にそれぞれ付属させるロックリング１６と、可動ベース１４上に設ける軸受１７と、この軸受で支持するスピンドル１８と、可動ベース上に設置したモータ１９の回転をプーリ、ベルト（図示せず）で伝達してスピンドル１８を回転させる回転駆動機構とを備えて構成されており、この加工ヘッドのスピンドル先端に図１の側フライスカッタ１が装着される。
【００４５】
昇降機構２０は、図４に示すように、モータ２０ａ、そのモータ２０ａで回転させるボールねじ２０ｂ、スライドテーブル２０ｅ、そのテーブルのスライドガイド２０ｃ（図はレールとそれに案内されるスライダ）、スライドテーブル２０ｅに固定してボールねじ２０ｂに螺合させた可動プレート２０ｄとで構成される周知の機構であり、これが加工ヘッド１０の高さ位置を調整する。
【００４６】
前後送り機構２２も、図４に示すように、ボールねじを利用した一般的な機構である。この機構２２は、モータ２２ａとボールねじ２２ｂが回転しながら可動フレーム２１と共に移動するが、基本的には昇降機構２０と大差の無い機構であるので、詳細説明は省く。
【００４７】
なお、昇降機構２０、前後送り機構２２は、シリンダで駆動するもの、ラックとモータ駆動のピニオンで駆動するものなどであってもよい。
【００４８】
横送り機構２５は、ハンドル２５ａをつけた軸２５ｂに歯車２５ｃを取付け、その歯車２５ｃをテーブル下面のラック２５ｄに噛合させてハンドル操作で加工テーブル２３を横送りするようにしている。２５ｅは、レールとスライダからなる加工テーブルのスライドガイドである。この手動方式の横送り機構２５は、安価であるし、送りのかけ方も自由に変えられるが、動力駆動の横送り機構を採用することも勿論制限されない。
【００４９】
次に、図５を参照してカッタ姿勢調整機構１３、１５について説明する。
【００５０】
第２のカッタ姿勢調整機構１３は、加工面の形状を楕円に変化させる機構である。この機構１３は、一端がスライドテーブル２０ｅに固定された支軸１３ａ（これが図８の軸Ｐになる）、その支軸に回転可能に外嵌したウォームホイル１３ｂ、このウォームホイルに噛合させたウォーム１３ｃの３者から成る回転駆動機構と、水平アーム１１の先端に固定したフランジ１３ｄと、傾斜アーム１２の後端に固定してフランジ１３ｄに密着させるフランジ１３ｅを有している。
【００５１】
ウォーム１３ｃは、図２、図３及び図６、図７に示すハンドル１３ｆを有しており、そのハンドル１３ｆを回転させるとウォームホイル１３ｂが回転する。そのウォームホイル１３ｂにフランジ１３ｅが連結されており、従って、ハンドル１３ｆを操作すると傾斜アーム１２が回転し、カッタ１による加工面の形状が楕円に変わる。
【００５２】
次に、第１のカッタ姿勢調整機構１５は、加工面の円弧半径を変化させるための機構であって、傾斜アーム１２の先端にフランジ１５ａを固定し、このフランジ１５ａの中心に支軸１５ｂ（これが図８の軸Ｏになる）を貫通させ、その支軸１５ｂでフランジ１５ｃを回転可能に支持した構造にしてある。フランジ１５ｃは可動ベース１４に固定されており、従って、支軸１５ｂを中心にして可動ベース１４を回転させることができる。
【００５３】
この第１のカッタ姿勢調整機構１５も回転駆動機構を付随させることができるが、可動ベース１４は手で簡単に回すことができるので、ここでは、構造の簡素化を重視して回転駆動機構の無い構成にした。
【００５４】
ロックリング１６は、支軸１３ａ及び支軸１５ｂの先端に各々螺合させてある。支軸１３ａに螺合したロックリング１６を締め付けると、フランジ１３ｅが押圧されて傾斜アーム１２が回転調整済みの位置に固定される。また、支軸１５ｂに螺合したロックリング１６を締め付けると、フランジ１５ｃが押圧されて可動ベース１４が回転調整済みの位置に固定される。
【００５５】
２つのロックリング１６は、どちらもそのリングに取付けたレバー１６ａを操作して回転させる。レバー１６ａは、傾斜アーム１２に設けた長孔に通して外部に引き出してあり、長孔の両端に規制される範囲で移動させることができる。
【００５６】
図２、図３の２７は、カッタ１を囲う安全カバーである。この安全カバー２７にフレキシブルダクト（図示せず）をつけてそのダクトに吸塵機（これも図示せず）を接続し、安全カバー２７を吸引フードにして切屑を吸引回収することも可能である。
【００５７】
また、例示のフライス盤では、ひとつの斗繰りを加工し終えたら、クランパ２６をアンクランプにしてワークＷを９０°回転させ、再クランプ後に次の斗繰りを加工する作業をひとつのますに対して３回繰り返すことになるので、作業の迅速化のために加工テーブル２３上に割り出し機能のある回転テーブルを設置してその回転テーブル上にワークＷをセットする構成も考えられる。加工テーブル２３の位置を低くして回転テーブルの設置スペースを加工ヘッド１０との間に確保すれば、そのような使い方も可能になる。
【００５８】
以上の如く構成したこの発明のフライス盤は、軸Ｏ、Ｐを中心にしたカッタの姿勢調整を行って、カッタの加工形状を加工する斗繰りの大きさや形状に合致させる。図６は、軸Ｏを中心にして図２の位置からカッタ１を９０°以下の角度で回転させた状態での円弧斗繰りの加工例、図７は、図６の位置から更に軸Ｐを中心にしてカッタ１を回転させた楕円形斗繰りの加工例を各々示している。なお、例示のフライス盤は、ワークＷの端面に加工すべき曲線を画き、カッタ１をワークＷの手前に置いて手で回転させながら刃先がワークに画いた曲線に沿って移動するかを確かめる方法で姿勢調整を行うようにしている。
【００５９】
この姿勢調整の後、スピンドル１８を回転させ、テーブル２３に送りをかけて斗繰りを加工する。この加工は、斗繰りサイズが大きくてワークの取代が多ければ、事前の粗加工で最終取代を少なくして行うのがよい。斗繰りサイズが小さければ粗加工無しで一気に斗繰りを加工することが可能である。
【００６０】
また、ますの溝入れ加工に際しては、この発明のカッタ１を用いると、ますに設ける溝の巾よりも加工溝巾が狭くなるので、ひとつの溝を何回かに分けて加工する。加工後の溝は溝底のコーナに小さなアール曲面が残されたものになるが、溝に嵌めるひじきの先端は通常面取りされるので、コーナに曲面が残っても特に問題にはならない。その曲面が残存することやひとつの溝を数回に分けて加工することが嫌われるなら、カッタを一般的な平刃形状でしかも巾の広いものに交換して溝加工を行えばよい。
【００６１】
なお、例示のフライス盤は、約３０ｃｍ長さの斗繰りをひとつ加工するのに１０秒もかからず、加工の大巾な高速化が図れた。
【００６２】
以上述べたように、この発明のフライス盤及びフライスカッタを用いると、カッタを取替えずに斗繰りの曲率の変化に対応することができ、工具費、機械の稼働率向上の面で非常に有利になる。加えて、高速加工により生産性の向上が図れ、加工コストを大幅に低減できる。また、加工したますの品質も一定し、高品質のますを安価に提供することが可能になる。
【００６３】
また、第２のカッタ姿勢調整機構を付加したフライス盤は、斗繰りの曲率変化だけでなく、形状変化にも対応でき、どのような形状の斗繰りも加工可能となる。勿論、そのために加工コストの低減効果は更に高まる。
【００６４】
さらに、第２のカッタ姿勢調整機構に傾斜アームの回転駆動機構を付随させたものは、姿勢調整をより楽に、正確に行うことが可能となる。
【００６５】
このほか、加工ヘッドと加工テーブルを前後方向に相対移動させる前後送り機構を備えるものは溝加工が可能となるほか、刃先の前後方向への位置ずれを前後送りで吸収することも可能となり、より実用的で多機能のフライス盤になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）この発明の側フライスカッタの実施形態を示す斜視図
（ｂ）同上のカッタの側面の一部を展開して示す図
（ｃ）カッタの回転方向前方から直視した切刃５の刃形図
（ｄ）カッタの回転方向前方から直視した切刃６の刃形図
【図２】この発明のフライス盤の実施形態を示す側面図
【図３】同上のフライス盤の正面図
【図４】昇降機構と前後送り機構の詳細を示す断面図
【図５】第１、第２の姿勢調整機構の詳細を示す断面図
【図６】円弧斗繰りの加工例を示す側面図
【図７】楕円形斗繰りの加工例を示す側面図
【図８】この発明のフライス盤の加工ヘッド部を模式化して示す図
【図９】軸Ｏを中心にした可動ベースの回転でカッタの外郭形状が変わっていく様子を簡略化して示す図
【図１０】カッタが斜めになった状態での加工を解説するための図
【図１１】軸Ｐを中心にした傾斜アームの回転でカッタの外郭形状が変わっていく様子を簡略化して示す図
【図１２】カッタが原姿勢から軸Ｏ中心に９０°回転し、その位置から軸Ｐを中心に回転したときに外郭形状が変わっていく様子を簡略化して示す図
【図１３】（ａ）大斗の斜視図
（ｂ）同上の大斗の側面図

Claims (5)

1. 中心に軸穴を有する本体の外周に、第１及び第２の切刃をカッタ周方向に交互配列にして具備させ、第１の切刃のすくい面は本体の一端面に対して鋭角に交わり、一方、第２の切刃のすくい面は本体の他端面に対して鋭角に交わる方向に各々傾け、さらに、第１及び第２の切刃は、カッタの回転方向前方から直視した刃形が半円になる円弧刃を本体の最周部に有し、その円弧刃に対して第１の切刃は本体の一端面側で、第２の切刃は本体の他端面側で各々、すくい面とその面に対して鋭角な面との交差稜で形成されるカッタ径方向の直線刃が連なった形状にしてある木工用側フライスカッタ。
2. 加工ヘッドと、そのヘッドの下方に設置される横送り機構を備えた加工テーブルと、前記加工ヘッド又は加工テーブルの昇降機構を有し、前記加工ヘッドが、
   水平軸に対して４５°の傾きをもつ前下りの傾斜アーム、可動ベース、この可動ベースを傾斜アームの先端に傾斜アームの軸心を中心にして回転可能に連結する第１のカッタ姿勢調整機構、可動ベースを回転した各位置に固定する第１ロック手段、可動ベースに軸受を取付けてその軸受で支持するスピンドル及び可動ベース上のモータでスピンドルを回転させる回転駆動機構を備えて構成され、前記スピンドルは加工テーブルの送り方向に向けて水平に配向され、このスピンドルの先端部に請求項１記載の側フライスカッタを装着して曲率の異なる凹形円弧面の加工を行えるようにしてある木工用フライス盤。
3. 請求項２記載のフライス盤の加工ヘッドに、更に水平アームと、この水平アームの先端に、前記傾斜アームを水平軸を中心にして回転可能に連結する第２のカッタ姿勢調整機構と、傾斜アームを回転した各位置に固定する第２のロック手段を付加して構成される木工用フライス盤。
4. 第２のカッタ姿勢調整機構が、水平アーム内の支軸で回転可能に支持し、傾斜アームに対しては固定するウォームホイルと、このウォームホイルに噛合させる操作ハンドル付きのウォームとから成る傾斜アームの回転駆動機構を備えていることを特徴とする請求項３記載の木工用フライス盤。
5. 加工ヘッド又は加工テーブルの前後送り機構を付加してある請求項２又は３記載の木工用フライス盤。

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