JP4524765B2 - 電磁クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、電磁クラッチに関し、さらに詳細には、フィールドコアに内蔵された電磁コイルの通電もしくは非通電により、ロータとアーマチュアとが吸着もしくは解離して、入力ハブと回転軸との連結もしくは解放がなされる電磁クラッチに関する。

プリンタ、複写機等のＯＡ機器において、例えば、用紙を搬送する機構部分等に電磁クラッチが組み込まれて、搬送動力等の伝達・非伝達の機能を担っている。

ここで、従来の電磁クラッチの例として、特許文献１に記載の電磁クラッチ１００がある（図６）。電磁クラッチ１００は、電磁コイル１０９を内蔵したフィールドコア１０５と、電磁コイル１０９内に回転自在に挿通された回転軸１０２と、回転軸１０２と一体に回転可能に当該回転軸１０２に固定されたロータ１０３と、ロータ１０３を挟んで電磁コイル１０９と反対側に、回転軸１０２上に回転自在に外挿された入力ハブ１０４と、回転軸１０２に外嵌され、入力ハブ１０４のロータ１０３と対向する端面に取り付けられたアーマチュア１０６とを具備して構成される。

特開２００４−１３８１７３号公報

しかし、昨今、プリンタ等のＯＡ機器において小型化・薄型化が図られており、これを受けて、それらＯＡ機器に組み込まれる電磁クラッチに対しても、小型化・薄型化の要求が高まっている。
また、当該電磁クラッチは数十万個〜数百万個の数量オーダで製造が行われることが少なくないため、一製品あたり、たとえ数銭円〜数円でもコストダウンを図ることができれば、全体として大きな効果を上げることが可能となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、小型化・薄型化および製造コストの低減を可能とする電磁クラッチを提供することを目的とする。

本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

この電磁クラッチは、スプールに巻回された電磁コイルを内蔵したフィールドコアと、前記フィールドコアに回転自在に内嵌された回転軸と、前記回転軸と一体に回転可能に該回転軸に固定されたロータと、前記ロータを挟んで前記電磁コイルと反対側に、前記回転軸上に回転自在に外嵌された入力ハブと、前記入力ハブの前記ロータと対向する端面に取り付けられたアーマチュアとを備える電磁クラッチにおいて、前記フィールドコアは、前記ロータ側に開口するカップ状で、外筒部と内筒部とを連結する底面部を有し、前記回転軸は、円筒状で、軸方向の中央部に径方向外方に延出する円板状の大径部を有すると共に、軸方向の両端部に弾性変形可能な舌片状のフック部を有し、一方のフック部の係合突起を前記フィールドコアの底面部の端面に直接係合させて、該係合突起と前記大径部とで挟持されて前記フィールドコアおよび前記ロータが軸方向に固定され、他方のフック部の係合突起を前記入力ハブの前記ロータと対向しない端面に直接係合させて、該係合突起と前記大径部とで挟持されて前記入力ハブが軸方向に固定され、前記ロータは、前記フィールドコア側に開口するカップ状で、外筒部と内筒部とを連結する底面部の端面がアーマチュア吸着面として形成され、前記アーマチュアは、軸方向にのみ移動自在に前記入力ハブに固定されることを要件とする。

本発明によれば、電磁クラッチの小型化・薄型化および製造コストの低減を図ることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳しく説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る電磁クラッチ１の例を示す概略図であって、図１（ａ）は左側面図であり、図１（ｂ）は正面図（上半断面図）である。図２は、その電磁クラッチ１の回転軸２の構成を示す概略図であって、図２（ａ）は左側面図であり、図２（ｂ）は正面図（上半断面図）である。図３は、その電磁クラッチ１のロータ３の構成を示す概略図であって、図３（ａ）は正面図（断面図）であり、図３（ｂ）は右側面図である。図４は、その電磁クラッチ１のフィールドコア５の構成を示す概略図であって、図４（ａ）は左側面図であり、図４（ｂ）は正面図（断面図）である。図５は、その電磁クラッチ１のスプール７の構成を示す概略図であって、図５（ａ）は左側面図であり、図５（ｂ）は正面図（上半断面図）である。
なお、本願においては回転軸２の長手方向に平行な方向を「軸方向」とし、軸方向に直行する方向を「径方向」とする。

本実施形態に係る電磁クラッチ１は、図１に示すように、スプール７に巻回された電磁コイル９を内蔵したフィールドコア５と、フィールドコア５に回転自在に内嵌された回転軸２と、回転軸２と一体に回転可能に当該回転軸２に固定されたロータ３と、ロータ３を挟んで電磁コイル９と反対側に、回転軸２上に回転自在に外嵌された入力ハブ４と、入力ハブ４のロータ３と対向する端面に取り付けられたアーマチュア６とを備える。

図１、図４に示すように、フィールドコア５は、ロータ３側に開口するカップ状、すなわち、内筒部５ａと外筒部５ｂとを備える二重円筒構造であって、一端側に内筒部５ａと外筒部５ｂとを連結する底面部５ｃを備えて、他端側（ロータ３側）が開口する断面コ字状に形成される。この内筒部５ａと外筒部５ｂとの間の空間部の内部に、電磁コイル９が巻回されたスプール７が嵌合されて固定される。

次に、図１、図２を用いて、回転軸２の構成について説明する。回転軸２は、円筒状の円筒部２０を有し、当該円筒部２０の軸方向の中央部に径方向外方に延出する円板状の大径部２１を有すると共に、軸方向の両端部に弾性変形可能な舌片状のフック部２２、２３を有する。
一方のフック部２２の係合突起２２ａをフィールドコア５の底面部５ｃの端面５ｄに直接係合させて、当該係合突起２２ａと大径部２１とで挟持されてスプール７が内嵌されたフィールドコア５、およびロータ３が軸方向に固定される。
また、他方のフック部２３の係合突起２３ａを入力ハブ４のロータ３と対向しない端面４ａに直接係合させて、当該係合突起２３ａと大径部２１とで挟持されて入力ハブ４が軸方向に固定される。

回転軸２は、中心に軸方向に挿通孔２４が形成され、この挿通孔２４内には出力軸（不図示）が挿通される。挿通孔２４の一部（Ｄカット部２５）および対応する出力軸の一部（不図示）は断面がＤ字状に形成され、これにより、出力軸と回転軸２とは一体に回転可能となる。

ここで、回転軸２は、合成樹脂材料を用いて形成される。回転軸２に対しては、先端部のフック部２２、２３で弾性変形可能であることが求められ、回転力伝達の観点から所要強度が求められ、入力ハブ４等との間で摺動機構を有することから硬度が求められる。従来の回転軸１０２（図６参照）は、止め輪１１０を用いて各構成部材を軸方向に固定する方式であったため、弾性変形可能であることは求められず、回転軸２を実現することは容易であった。しかし、上記３つの要求を満たす回転軸となると、実現に難があった。
これに対して、本実施形態では、昨今、樹脂成形における成形技術が向上し、上記３つの要求を満たす回転軸２を実現することが可能となり、その結果、止め輪を用いずに、回転軸２のフック部２２、２３（係合突起２２ａ、２３ａ）の係合によって直接、フィールドコア５および入力ハブ４を軸方向に固定する構造を実現することが可能となる。この止め輪の省略は、部品コスト削減、組み立て容易化をもたらす。

次に、スプール７は、図１、図５に示すように、フィールドコア５の内筒部５ａの外径と同径の内径を有する第１のリング状部７ａと、当該内筒部５ａの外径よりも大径の内径を有する第２のリング状部７ｂとを有し、第２のリング状部７ｂの内径と同径の内径を有する円筒部７ｃによって第１のリング状部７ａと第２のリング状部７ｂとが連結される一体形状に形成される。一例として、スプール７は電気的絶縁性を有する合成樹脂材料を用いて形成される。当該円筒部７ｃの外周面に電線（一例として銅線）が巻回されて電磁コイル９が形成される。
上記形状に形成されるスプール７は、第１のリング状部７ａがフィールドコア５の内筒部５ａに外嵌されて、当該フィールドコア５に固定される。このとき、第１のリング状部７ａにおける第２のリング状部７ｂと対向しない端面と、フィールドコア５におけるロータ３と対向する端面とが密着する構造、すなわち、フィールドコア５の基部（内筒部５ａと底面部５ｃとの接合部）に当該第１のリング状部７ａを嵌設する構造（図１参照）を有することによって、スプール７の支持固定を確実に行うことができ、ひいては、スプール７によって回動自在に支持される（後述）ロータ３が、ぶれずに回転することを可能とするものである。

さらに、スプール７には、第１のリング状部７ａと第２のリング状部７ｂとの外縁部に外嵌されて、第１のリング状部７ａと第２のリング状部７ｂとの間の電磁コイル巻回部を密閉する円筒状のカバー８が取り付けられる（図１参照）。これにより、電磁コイル９の露出に起因する汚損等によって、当該電磁コイ９ルの性能劣化・故障等が発生することを防止できる。なお、スプール７とカバー８とは相互に周方向に回動しないように固定される。

また、カバー８の円筒部８ｂの縁部には、第２のリング状部７ｂが第１のリング状部７ａの方向へ撓むことを防止する係止部８ａが設けられる。例えば、ロータ３とアーマチュア６との吸着時等において、ロータ３が軸受１１を介してスプール７の第２のリング状部７ｂを第１のリング状部７ａの方向へ押動した場合に、当該押動力を係止部８ａで受けて、円筒部８ｂを介してフィールドコア５の底面部５ｃの内面で受け止めることによって、スプール７（特に第２のリング状部７ｂ）が撓み変形を起こすことを防止できる。別の観点に立てば、スプール７をより薄く形成することができるため、材料費のコストダウンを図ることが可能となる。

なお、本実施形態では、カバー８は、径方向に立設される係合突部８ｃを備える。一例として係合突部８ｃは、カバー８と一体に合成樹脂により形成される。係合突部８ｃは、フィールドコア５に設けられる切欠部５ｅに嵌合され、さらに組み込まれるＯＡ機器等の本体に固定される。これにより、カバー８とフィールドコア５とが相互に周方向に回動しない作用、および電磁クラッチ１全体の共回り防止作用を生じる。

なお、図１、図４に示すように、フィールドコア５の底面部５ｃには、電磁コイル９のコイル端と電気的に接続する端子１２を設けるための挿通孔５ｆが設けられる。ちなみに、端子１２にソケットを介して導線を連結することによって電磁コイル９と電源（不図示）とが電気的に接続される。

次に、ロータ３は、図１、図３に示すように、フィールドコア５側に開口するカップ状、すなわち、内筒部３ａと外筒部３ｂとを備える二重円筒構造であって、一端側に内筒部３ａと外筒部３ｂとを連結する底面部３ｃを備えて、他端側（フィールドコア５側）が開口する断面コ字状に形成される。なお、ロータ３の底面部３ｃの入力ハブ４側の端面３ｄがアーマチュア吸着面として形成される。一例として、ロータ３は、磁性金属材料を用いて形成される。

ここで、ロータ３は、内筒部３ａの内径がフィールドコア５の内筒部５ａの外径よりも大きく形成され、内筒部３ａの外径がスプール７の円筒部７ｃの内径よりも小さく形成される。また、ロータ３の外筒部３ｂの内径がカバー８の円筒部８ｂの外径よりも大きく形成され、外筒部３ｂの外径がフィールドコア５の外筒部５ｂの内径よりも小さく形成される。さらに、ロータ３の外筒部３ｂがカバー８の円筒部８ｂとフィールドコア５の外筒部５ｂとの間の空間部に挿入され、ロータ３の内筒部３ａがフィールドコア５の内筒部５ａとスプール７の円筒部７ｃとの間の空間部に挿入される組み付け構造（重なり構造）を有する。この構成によって、図１に示すように、フィールドコア５、スプール７（カバー８装着状態）、およびロータ３を、フィールドコア５の外筒部５ｂの軸方向長さの範囲内でほぼ収まるように配置する組み付け構造（重なり構造）が実現できるため、電磁クラッチ１全体の小型化・薄型化を達成することが可能となる。
特に、ロータ３の外筒部３ｂがカバー８の円筒部８ｂとフィールドコア５の外筒部５ｂとの間の空間部に挿入される組み付け構造を有することによって、フィールドコア５の外径寸法内にロータ３を収めることが可能となり、電磁クラッチ１全体の小型化（特に径方向の小径化）、および軸方向の薄型化が達成できる。
また特に、スプール７の第１のリング状部７ａの内径と、第２のリング状部７ｂの内径（円筒部７ｃの内径と同径）とを異なる大きさとすることで、第１のリング状部７ａによってスプール７をフィールドコア５に固定することを可能としつつ、ロータ３の内筒部３ａがフィールドコア５の内筒部５ａとスプール７の円筒部７ｃとの間の空間部に挿入される組み付け構造が実現可能となり、電磁クラッチ１全体の小型化（特に径方向の小径化）、および軸方向の薄型化が達成できる。

上記のごとく、小型化・薄型化を図りつつも、その一方で、ロータ３を電磁コイル９に近づける配置（特に、径方向）を可能とすることで、ロータ３に発生させる吸着力を強力なものとすることができる。加えて、ロータ３の外筒部３ｂの軸方向長さがスプール７の電磁コイル巻回部の軸方向長さよりも長く形成されることにより、外筒部３ｂが軸方向において電磁コイル９を覆うように配置することを可能とし、ロータ３に発生させる吸着力をさらに一層強力なものとすることができる。
すなわち、本実施形態に係る電磁クラッチ１によれば、小型化・薄型化と伝達力強化との両立を図ることができる。

図１に示すように、ロータ３は、第２のリング状部７ｂの外面７ｄおよびスプール７の円筒部７ｃの内面７ｅに密着して嵌合される断面Ｌ字状の軸受１１にロータ３の内筒部３ａの外周面３ｅおよびアーマチュア吸着面３ｄの裏面３ｆを当接させてスプール７に対して回動自在に嵌合される。すなわち、ロータ３は環状部の断面形状がコ字状を有し、且つ、ロータ３の基部（内筒部３ａと底面部３ｃとの接合部）に軸受１１が嵌設される構造を有することによって、ただ一つの軸受１１のみによるロータ３の支持構造が実現可能となる。
さらに、スプール７は、第１のリング状部７ａがフィールドコア５の内筒部５ａに外嵌されて、フィールドコア５に固定される。
この状態で、回転軸２の一端側（フック部２２側）をフィールドコア５の内筒部５ａに挿入し、フック部２２の係合突起２２ａをフィールドコア５の底面部５ｃの端面５ｄに直接係合させて、係合突起２２ａと大径部２１とで挟持されることによって、フィールドコア５、スプール７、カバー８、およびロータ３が軸方向に固定される。

また、回転軸２は、ロータ３側の位置における大径部２１の板面上もしくは円筒部２０の外周面上に嵌合突起２６を有し、これに対応して、ロータ３はアーマチュア吸着面３ｄもしくは内筒部３ａに嵌合溝３１を有する。嵌合突起２６が嵌合溝３１に嵌合されて、回転軸２とロータ３とが相互に周方向移動が規制されて固定される（軸方向移動の規制は上記の通り係合突起２２ａと大径部２１とによる）。
なお、本実施形態では、嵌合突起２６、嵌合溝３１共に、軸対象に二箇所設ける構造としているが、設置箇所数は特に限定されない。

一方、回転軸２の他端側（フック部２３側）を入力ハブ４に挿入し、フック部２３の係合突起２３ａを入力ハブ４のロータと対向しない端面４ａに直接係合させて、係合突起２３ａと大径部２１とで挟持されることによって、入力ハブ４が軸方向に固定される。

ここで、入力ハブ４のロータ３側の端面４ｂにはアーマチュア６が設けられている。アーマチュア６は、軸方向にのみ移動自在に入力ハブ４に固定されている。この構成により、電磁コイル９への通電によってロータ３に吸引力が生じた際に、アーマチュア６がロータ３側に移動することが可能となって、アーマチュア吸着面３ｄに吸着することができる。このとき、アーマチュア６は入力ハブ４に対して、周方向に移動しないように、すなわち周方向の回動力を伝達可能なように入力ハブ４に固定されているため、前記吸着によって、入力ハブ４と回転軸２との間でアーマチュア６、ロータ３を介して回動力を伝達させることが可能となる。一例として、入力ハブ４は、合成樹脂材料を用いて形成され、アーマチュア６は、磁性金属材料を用いて形成される。
なお、変形例として、アーマチュア６を所定方向（例えば、ロータ３から離反する方向）に付勢する板ばね等のような付勢部材（不図示）を設けてもよい。

上記のように、フィールドコア５、スプール７、ロータ３を回転軸２によって軸方向に移動しないように固定することができる。すなわち、電磁クラッチ１の製造に際して、止め輪を用いずに回転軸２のみで、それらの構成部材を軸方向に位置決めすることができる。従来の電磁クラッチ１００（図６参照）では、入力ハブ１０４が回動自在に回転軸１０２に挿通した状態で当該回転軸１０２をフィールドコア１０５に外挿して組立てなければならなかったため、固定されずに回動する状態であって且つ径の大きな入力ハブ１０４が回転軸１０２にセットされていることが組み立て作業を困難にする一要因となっていた。
しかし、本実施形態では、回転軸２のみをフィールドコア５に挿入すればよいため、非常に簡易に組み立てることができる。したがって、製造時間の短縮が可能となり、生産性が向上し、製造コストを低減することが可能となる。
これに加えて、さらにフィールドコア５、スプール７、ロータ３が回転軸２で固定された状態となった後、入力ハブ４を回転軸２に外嵌して組み立てることが可能となる。すなわち、入力ハブ４の端面４ｂを上に向けて、当該端面４ｂ上にアーマチュア６を載置した状態で回転軸２を挿入して組み立てることが可能となるため、アーマチュア６と入力ハブ４との接着、連結固定が不要となる。これにより、入力ハブ４に対して軸方向にのみ移動自在となるアーマチュア６の構造を容易に実現することが可能となる。また、製造工程も簡素化できる。

また、従来の電磁クラッチ１００（図６参照）は、回転軸１０２とフィールドコア１０５との軸方向の固定に止め輪１１０が用いられていたが、本実施形態では、当該止め輪を用いることなく、回転軸１０２によって、直接、各構成部材を軸方向に固定することが可能となるため、部品点数の削減によるコストダウン効果、および組み立て作業の容易化による製造コストの低減が可能となる。
同様に、入力ハブ４に対してもフック部２３の突起部２３ａによって直接係合することで、止め輪あるいは摺動部材を設ける必要がなくなり、部品点数の削減によるコストダウン効果、および組み立て作業の容易化による製造コストの低減が可能となる。
さらに、従来は二つの軸受１１１、１１２（図６参照）が用いられていたが、本実施形態では、一つの軸受１１のみによって、ロータ３を回動自在に支持することが可能となるため、少なくとも軸受（例えば図６の軸受１１１参照）の軸方向厚さ分の薄型化が達成でき、加えて、部品点数の削減によるコストダウン効果、および組み立て作業の容易化による製造コストの低減が可能となる。

続いて、上記構成に基づくクラッチ動作について説明する。
電磁クラッチ１は、電磁コイル９が非通電状態の場合には、入力ハブ４に入力される回転力はロータ３には伝達されず、回転軸２および回転軸２内に挿通される出力軸（不図示）は回転しない。

電磁コイル９に通電されると、フィールドコア５、ロータ３およびアーマチュア６内に磁性回路が形成される。これによって、アーマチュア６はロータ３に向かって軸方向に移動してロータ３のアーマチュア吸着面３ｄに吸着される。よって、入力ハブ４に入力された回転力は、当該入力ハブ４に対して周方向に固定されたアーマチュア６を介してロータ３に伝達され、さらには、回転軸２、最終的に出力軸に伝達されて、出力軸が回転する。

電磁コイル９が再び非通電状態になると、アーマチュア６に対する電磁コイル９の吸着力が失せるため、当該アーマチュア６とロータ３との吸着が解除されて、出力軸の回転が停止する。以上の作用を奏することによって、入力ハブ４への入力を出力軸へ伝達、非伝達することが可能となり、電磁クラッチ１をクラッチ機構として用いることが可能となる。

以上の説明の通り、本発明に係る電磁クラッチによれば、小型化・薄型化と伝達力強化との両立を図ることが可能となり、さらに、製造コストの低減が可能となる。

本発明の実施の形態に係る電磁クラッチの例を示す概略図である。 図１に示す電磁クラッチの回転軸の構成を示す概略図である。 図１に示す電磁クラッチのロータの構成を示す概略図である。 図１に示す電磁クラッチのフィールドコアの構成を示す概略図である。 図１に示す電磁クラッチのスプールの構成を示す概略図である。 従来の実施の形態に係る電磁クラッチの例を示す概略図である。

符号の説明

１ 電磁クラッチ
２ 回転軸
３ ロータ
４ 入力ハブ
５ フィールドコア
６ アーマチュア
７ スプール
８ カバー
９ 電磁コイル
１１ 軸受
１２ 端子

Claims (3)

1. スプールに巻回された電磁コイルを内蔵したフィールドコアと、前記フィールドコアに回転自在に内嵌された回転軸と、前記回転軸と一体に回転可能に該回転軸に固定されたロータと、前記ロータを挟んで前記電磁コイルと反対側に、前記回転軸上に回転自在に外嵌された入力ハブと、前記入力ハブの前記ロータと対向する端面に取り付けられたアーマチュアとを備える電磁クラッチにおいて、
   前記フィールドコアは、前記ロータ側に開口するカップ状で、外筒部と内筒部とを連結する底面部を有し、
   前記回転軸は、円筒状で、軸方向の中央部に径方向外方に延出する円板状の大径部を有すると共に、軸方向の両端部に弾性変形可能な舌片状のフック部を有し、一方のフック部の係合突起を前記フィールドコアの底面部の端面に直接係合させて、該係合突起と前記大径部とで挟持されて前記フィールドコアおよび前記ロータが軸方向に固定され、他方のフック部の係合突起を前記入力ハブの前記ロータと対向しない端面に直接係合させて、該係合突起と前記大径部とで挟持されて前記入力ハブが軸方向に固定され、
   前記ロータは、前記フィールドコア側に開口するカップ状で、外筒部と内筒部とを連結する底面部の端面がアーマチュア吸着面として形成され、
   前記アーマチュアは、軸方向にのみ移動自在に前記入力ハブに固定されること
   を特徴とする電磁クラッチ。
2. 前記スプールは、前記フィールドコアの内筒部の外径と同径の内径を有する第１のリング状部と、前記フィールドコアの内筒部の外径よりも大径の内径を有する第２のリング状部とを有し、前記第２のリング状部の内径と同径の内径を有する円筒部によって前記第１のリング状部と前記第２のリング状部とが連結される一体形状に形成され、
   前記第１のリング状部と前記第２のリング状部との外縁部に外嵌されて、前記第１のリング状部と前記第２のリング状部との間の電磁コイル巻回部を密閉すると共に、前記第２のリング状部が前記第１のリング状部方向へ撓むことを防止する係止部を有する円筒状のカバーが設けられ、
   前記ロータは、該ロータの内筒部の内径が前記フィールドコアの内筒部の外径よりも大きく、該ロータの内筒部の外径が前記スプールの円筒部の内径よりも小さく、該ロータの外筒部の内径が前記カバーの円筒部の外径よりも大きく、該ロータの外筒部の外径が前記フィールドコアの外筒部の内径よりも小さく形成されると共に、少なくとも該ロータの外筒部の軸方向長さが前記スプールの電磁コイル巻回部の軸方向長さよりも長く形成されて、前記スプールの円筒部内面および第２のリング状部外面に密着して嵌合される断面Ｌ字状の軸受に該ロータの内筒部の外周面およびアーマチュア吸着面の裏面を当接させて該スプールに対して回動自在に嵌合され、且つ、該ロータの内筒部が前記フィールドコアの内筒部と前記スプールの円筒部との間の空間部に挿入され、該ロータの外筒部が前記カバーの円筒部と前記フィールドコアの外筒部との間の空間部に挿入される構造を有し、
   前記スプールは、該スプールの第１のリング状部が前記フィールドコアの内筒部に外嵌されて、該フィールドコアに固定されること
   を特徴とする請求項１記載の電磁クラッチ。
3. 前記回転軸は、前記ロータ側の位置における前記大径部の板面上もしくは円筒の外周面上に嵌合突起を有し、
   前記ロータは、前記アーマチュア吸着面もしくは内筒部に嵌合溝を有し、
   前記嵌合突起が前記嵌合溝に嵌合されて、前記回転軸と前記ロータとが相互に周方向移動が規制されて固定されること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の電磁クラッチ。

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