JP2007136443A - 撹拌子および撹拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高粘度の試料であっても良好に撹拌することができる撹拌子および撹拌装置を提供する。
【解決手段】容器６０に収容された液状の試料ｂを回転により撹拌する撹拌子１であって、水平回転可能な棒状体１０と、着磁方向が棒状体１０の回転軸と平行するように棒状体１０に配置されている撹拌用磁石５ａ、５ｂとを備える撹拌子１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、容器内に収容された液状の試料を撹拌する撹拌子および撹拌装置に関する。

従来、容器内に収容された液状の試料を撹拌するものとして、回転する磁力を受けて回転することにより試料を撹拌する撹拌子が一般的に知られている（例えば、特許文献１の従来技術参照）。

このような撹拌子１０６は、図３に示すように、長手方向の両端部に異なる磁性を有する棒状の磁石１０５をプラスチックで被覆したものであり、液状の試料１０３が入った容器１０２の底面に沈められ、容器１０２の下方に設置されたマグネチックスターラー１０８の磁石体１０７の回転により回転し、試料１０３を撹拌するものである。
特開平３−２３２５２４号公報

しかし、従来の撹拌子１０６は、磁石１０５の着磁方向が長手方向と一致しており、この着磁方向は、マグネチックスターラー１０８の磁石体１０７の着磁方向と直交するので、磁石間に作用する引力が弱くなり、マグネチックスターラー１０８の回転力を撹拌子１０６に十分に伝達できないという問題があった。特に試料１０３が高粘度の場合には、この問題が顕著となっていた。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、高粘度の試料であっても良好に撹拌することができる撹拌子および撹拌装置の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、容器に収容された液状の試料を回転により撹拌する撹拌子であって、水平回転可能な撹拌用回転体と、着磁方向が前記撹拌用回転体の回転軸と平行するように前記撹拌用回転体に配置されている撹拌用磁石とを備える撹拌子により達成される。

また、前記撹拌用回転体は、棒状体であり、前記棒状体の長手方向の両端部に一対の前記撹拌用磁石がそれぞれ配置されていることが好ましい。

また、上記各撹拌子は、前記撹拌用回転体と一体的に回転する撹拌手段を更に備えることが好ましい。

また、前記撹拌手段は、回転時に試料に上下方向の撹拌流を生じさせるように設けられていることが好ましい。

また、前記撹拌手段は、前記撹拌用回転体の回転軸線に沿って延びる支持体と、該支持体に取り付けられた撹拌羽根とを備えており、前記撹拌羽根は、前記支持体の軸線方向に対して傾斜していることが好ましい。

また、前記支持体は、先端部に把持部を備えることが好ましい。

また、前記撹拌羽根は、前記支持体の軸線方向に沿って多段に取り付けられていることが好ましい。

また、前記撹拌羽根は、前記支持体に対して着脱可能に取り付けられていることが好ましい。

また、上記各撹拌子において、前記撹拌用回転体の回転中心には、容器と接触する側に突出する支持突部が設けられていることが好ましい。

また、前記撹拌用回転体の端部には、容器と接触する側に前記支持突部より高さが低い複数の安定化突起が設けられていることが好ましい。

また、前記撹拌用磁石は、前記撹拌用回転体の回転軸を中心とする円周に沿って等間隔に複数配置されており、かつ、同心円上にあるものの同極が全て同方向を向くように配置されていることが好ましい。

また、本発明の前記目的は、上記のいずれかの撹拌子と、該撹拌子が容器に収容された状態で回転するように回転磁場を発生させる回転磁場発生手段とを備える撹拌装置であって、前記回転磁場発生手段は、水平回転可能な駆動用回転体と、前記駆動用回転体を回転駆動する回転駆動手段と、前記撹拌用磁石に対応して前記駆動用回転体に配置されている駆動用磁石とを備え、前記駆動用磁石は、着磁方向が前記駆動用回転体の回転軸と平行するように配置されており、かつ、対応する前記撹拌用磁石と異なる磁極同士が対向可能であるように配置されている撹拌装置により達成される。

また、前記駆動用回転体は、回転軸に沿って昇降可能に支持されていることが好ましい。

本発明の撹拌子および撹拌装置によれば、高粘度の試料であっても良好に撹拌することができる。

以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る撹拌子１およびマグネチックスターラー４０を備える撹拌装置の縦断面図であり、図２は、撹拌子１の平面図である。

図１及び図２に示すように、この撹拌子１は、棒状体１０と、棒状体１０に備えられた一対の撹拌用磁石５ａ、５ｂと、棒状体１０の中心部に設けられた撹拌手段２とを備えている。また、この撹拌子１は、液状の試料ｂが収容されたビーカー等の容器６０内に配置され、容器６０は、マグネチックスターラー４０の上面に載置される。

棒状体１０及び撹拌手段２は、例えば、フッ素樹脂やポリプロピレン等の、容器６０に対する摩擦係数が低く、かつ、優れた耐薬品性、耐摩耗性を有するプラスチックから形成されている。

棒状体１０は、平面視において長方形部分の両端部に円形部分を有した棒状の部材であり、両端部の円形部分により一対の撹拌用磁石５ａ、５ｂがそれぞれ収容される磁石収容部１５ａ、１５ｂが形成されている。棒状体１０の回転中心には、容器６０と接触する側に突出する円錐状の支持突部２１が設けられている。また、磁石収容部１５ａ、１５ｂには、容器６０と接触する側に支持突部２１より高さが低い一対の安定化突起２３ａ、２３ｂがそれぞれ円弧状に設けられている。支持突部２１及び安定化突起２３ａ、２３ｂは、棒状体１０と同様の材質から形成されている。

各撹拌用磁石５ａ、５ｂは、着磁方向が棒状体１０の長手方向と直交するように配置されている。すなわち、図１に示すように、棒状体１０の支持突部２１と容器６０の底面とを接触させて撹拌子１を配置した状態では、一方の磁極（例えばＮ極）が棒状体１０の上面側に配置され、他方の磁極（例えばＳ極）が棒状体１０の下面側に配置されている。また、一対の撹拌用磁石５ａ、５ｂは、着磁方向が互いに逆方向となるように配置されている。すなわち、撹拌子１を上記と同様に配置した状態において、一方の撹拌用磁石５ａ（図１における左側の撹拌用磁石）のＳ極が下面側に配置されている場合には、他方の撹拌用磁石５ｂ（図１における右側の撹拌用磁石）の下面側には、Ｎ極が配置されている。

撹拌手段２は、棒状体１０の回転軸線に沿って延びる支持体１１と、支持体１１に取り付けられた一対の撹拌羽根３とを備えており、撹拌羽根３は、回転時に試料ｂに上下方向の撹拌流を生じさせるように、支持体１１の軸線方向に対して所定の角度で傾斜している。また、支持体１１は、先端部に把持部３５を備えており、指で把持可能なように構成されている。

また、マグネチックスターラー４０は、上面が水平な本体４１と、本体４１の内部に配置された磁場発生部４２とを備えている。磁場発生部４２は、水平方向に延びる板状の駆動用回転体４３を備えており、駆動用回転体４３の中心部には鉛直方向に延びる軸部４４が設けられている。駆動用回転体４３は、この軸部４４の下端部が本体４１の底面に設置されたモータ４５に連結されることにより、水平面上を回転可能なように支持されている。また、駆動用回転体４３の両端部上面には、一対の駆動用磁石４６ａ、４６ｂがそれぞれ取り付けられており、これらの駆動用磁石４６ａ、４６ｂは、着磁方向が互いに逆方向となるように配置されている。本実施形態では、図１に示すように、駆動用回転体４３の左側端部の駆動用磁石４６ａがＮ極を上方に向ける一方、右側端部の駆動用磁石４６ｂがＳ極を上方に向けている。

次に、以上のように構成された撹拌子１を用いて試料ｂを撹拌する方法を説明する。

まず、マグネチックスターラー４０の上面に、試料ｂが収容された容器６０を載置して、容器６０の中に撹拌子１を沈める。この際、棒状体１０の支持突部２１が容器６０の底面に接触すると共に、支持体１１が容器６０内で起立するように撹拌子１を沈める。

次に、マグネチックスターラー４０のスイッチをオンにして、モータ４５を駆動させる。モータ４５の回転により、軸部４４を中心として駆動用回転体４３が駆動用磁石４６ａ、４６ｂと共に回転し、撹拌子１の下方に回転磁場が発生する。この回転磁場に撹拌用磁石５ａ、５ｂが吸引されることにより、容器６０内で棒状体１０が平面視において左回りに（矢示Ｐ方向）回転する。こうして、棒状体１０と一体的に撹拌手段２が回転し、撹拌羽根３が容器６０内の試料ｂを撹拌する。また、撹拌羽根３が矢示Ｐ方向に回転することにより、試料ｂに上昇流（矢示Ｔ参照）が生じる。

この時、撹拌用磁石５ａ、５ｂの着磁方向が棒状体１０の長手方向と直行しており、この着磁方向がマグネチックスターラー４０の駆動用磁石４６ａ、４６ｂの着磁方向と平行になっているので、磁束密度の高い磁石の端部同士が対向することになる。これにより、磁石間に作用する引力が大きくなり、マグネチックスターラー４０の回転力を棒状体１０に良好に伝達することができるので、撹拌子１がスムーズに回転し、高粘度の試料ｂであっても良好に撹拌することができる。

また、撹拌羽根３が棒状体１０と一体的に回転するので、容器６０内の底面付近の試料ｂだけでなく、それより上方にある液面付近の試料ｂにも大きな回転力を付与することができ、試料ｂを良好に撹拌することができる。

また、撹拌羽根３が支持体１１の軸線方向に対して傾斜しており、マグネチックスターラー４０の駆動用磁石４６ａ、４６ｂの回転に基づいて回転することにより、試料ｂに上昇流を生じさせるので、試料ｂを容器６０の周方向だけでなく上下方向にも良好に撹拌することができる。

また、撹拌子１の回転時に支持突部２１が回転中心となるので、回転時に移動しない部分で棒状体１０を支持することができる。この結果、容器６０の底面に作用する摩擦を低減させることができ、容器６０の摩耗を防止することができる。

また、磁石収容部１５ａ、１５ｂには、容器６０と接触する側に一対の安定化突起２３ａ、２３ｂが設けられているので、撹拌子１が撹拌羽根３の重みにより側方に傾いた場合には、安定化突起２３ａ、２３ｂが容器６０の底面に接触して姿勢を安定に保つことができ、撹拌子１が転倒することを防止できる。また、撹拌子１が回転時に側方へ傾くと、安定化突起２３ａ、２３ｂの先端部が容器６０の底面に接触するので、棒状体１０と容器６０底面との接触面積を低減でき、容器６０の摩耗を防止することができる。

また、撹拌終了後は、支持体１１の把持部３５を指で摘むことにより、撹拌子１を容器６０から容易に取り出すことができる。この場合、把持部３５の位置を試料ｂの液面高さより高い位置にすると、試料ｂに触れずに撹拌子１を取り出すことができ、手を汚すことがない。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様は、上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、本実施形態において、棒状体１０は、平面視において長方形部分の両端部に円形部分を有した部材であったが、長手方向の両端部に撹拌用磁石５ａ、５ｂをそれぞれ備えることができるのであれば、形状は特に限定されず、楕円形やひし形など種々の形状にすることができる。

また、本実施形態において、撹拌羽根３は一対であったが、試料ｂを良好に撹拌することができるのであれば、その数や配置方向は特に限定されず、複数の撹拌羽根３が支持体１１の中心部から放射状に延びている構成であってもよい。

また、本実施形態においては、撹拌子１が左回り（矢示Ｐ方向）に回転した時に試料ｂに上昇流が生じる構成であったが、試料ｂに上下方向の撹拌流を生じさせることができれば、その構成は特に限定されない。例えば、撹拌羽根３の傾斜方向を変更することで、試料ｂに下降流を生じさせることができる。また、マグネチックスターラー４０の駆動用磁石４６ａ、４６ｂの回転方向を逆方向（平面視において右回り）にすることによっても、下降流を生じさせることができる。このような構成によれば、試料ｂに下降流が生じる一方、棒状体１０には揚力が作用するので、試料ｂを良好に撹拌することができると共に、棒状体１０と容器６０底面との接触圧力を低減することができ、容器６０底面の摩耗を防止することができる。

また、撹拌羽根３は、傾斜方向を適宜変更可能な構成にすることができる。このような構成によれば、マグネチックスターラー４０の駆動用磁石４６ａ、４６ｂの回転方向に応じて、試料ｂに生じる撹拌流を、上昇流又は下降流のいずれにするか選択することができる。

また、本実施形態において、支持突部２１は、円錐状であったが、容器６０底面の摩耗を防止することができるのであれば、その形状は特に限定されず、角錐状や球面状であってもよい。

また、本実施形態において、安定化突起２３ａ、２３ｂは、円弧状に設けられていたが、撹拌子１の転倒を防止することができ、容器６０の摩耗を防止することができるのであれば、その構成は特に限定されない。例えば、磁石収容部１５ａ、１５ｂの縁部に設けた複数の突状体から構成されていてもよい。

また、本実施形態において、撹拌手段２は、棒状体１０の回転軸線に沿って延びる支持体１１と、支持体１１に取り付けられた撹拌羽根３とを備えた構成であったが、試料ｂを良好に撹拌することができるのであれば、その構成は特に限定されない。例えば、棒状体１０の回転軸線方向に延びるらせん状の羽根から構成されていてもよく、この場合、回転時に試料ｂに上下方向の撹拌流を生じさせることができるので好ましい。また、羽根の向きを変更可能な構成にしてもよく、この場合、マグネチックスターラー４０の駆動用磁石４６ａ、４６ｂの回転方向に応じて、試料ｂに生じる撹拌流を、上昇流又は下降流のいずれにするか選択することができる。

また、本実施形態においては、撹拌羽根３が支持体１１に対して傾斜していたが、試料ｂを良好に撹拌することができるのであれば、撹拌羽根３の傾斜は必ずしも必要ではない。また、傾斜した撹拌羽根３と傾斜していない撹拌羽根３とを組み合わせてもよい。

また、撹拌羽根３の形状は、特に限定されず、プロペラ型、ストレート型、旋回型、平型、遠心力型、溶解型、タービン型、アンカー型、半月型、スクリュー型、錨型、こね器型、ファン型など種々の形状にすることができる。

また、本実施形態において、撹拌羽根３は、支持体１１に１段取り付けられている構成であったが、図４に示すように、支持体１１の軸線方向に沿って多段に取り付けられている構成であってもよい。このような構成によれば、試料ｂにより大きな回転力を付与することができ、更に良好に撹拌することができる。

また、撹拌羽根３は、中心部に備えた固定ねじ２５等により、支持体１１に対して着脱可能に取り付けられていてもよい。このような構成によれば、粘性等の試料ｂの特性や、試料ｂの種類に応じて、撹拌羽根３を適宜交換することにより、低粘度から高粘度の試料ｂまで、種々の試料ｂに応じた良好な撹拌を行うことができる。

また、本実施形態においては、棒状の部材により撹拌用回転体が構成されていたが、この撹拌用回転体は、水平回転可能な構成であれば、その形状は特に限定されず、円形状や放射形状など種々の形状にすることができる。図５は、本発明の他の実施形態に係る撹拌子１の撹拌用回転体７の平面断面図である。この撹拌子１は、中心部から放射状に延びる複数の脚部８を有する撹拌用回転体７と、着磁方向が撹拌用回転体７の回転軸と平行するように脚部８の先端部に配置された複数の撹拌用磁石５ａ、５ｂ、５ｃとを備えている。このような撹拌子１によれば、脚部８により撹拌子１の転倒が防止され、安定して回転するので、試料ｂを良好に撹拌することができる。

また、撹拌用磁石５ａ、５ｂ、・・・の数や配置位置は、撹拌子１が容器６０に収容された状態で回転磁場の作用により回転するのであれば特に限定されない。例えば、図５の点線で示すように、撹拌用回転体７の回転軸を中心とする円周に沿って撹拌用磁石５ａ、５ｂ、５ｃが等間隔に複数配置されている構成であってもよい。このような構成によれば、複数の撹拌用磁石５ａ、５ｂ、５ｃにより回転磁場との引力がより強くなるので、撹拌用回転体７を確実に回転させることができ、高粘度の試料ｂであっても良好に撹拌することができる。また、等間隔に配置された撹拌用磁石５ａ、５ｂ、５ｃが回転磁場にバランス良く吸引されるので、撹拌用回転体７をスムーズに回転させることができる。また、複数の撹拌用磁石５ａ、５ｂ、・・・は、同心円上にあるものの同極が全て同方向を向くように配置されていることが好ましい。このような構成によれば、高粘度の試料ｂであっても、撹拌子１を連続的に回転させることができ、良好に撹拌することができる。すなわち、例えば図５に示す実施形態では、高粘度の試料ｂにより、撹拌子１の回転時の粘性抵抗が撹拌用磁石５ａとそれに対向する駆動用磁石４６ａとの吸引力より大きくなり、撹拌用磁石５ａと駆動用磁石４６ａとの結合が解かれることがあるが、隣接する撹拌用磁石５ａ、５ｂの同極がいずれも同方向を向いているので、駆動用磁石４６ａが撹拌用磁石５ａの替わりに撹拌用磁石５ｂをすぐに吸引することができ、撹拌子１の回転を止めることなく、試料ｂを良好に撹拌することができる。同様に撹拌用磁石５ｂ、５ｃと駆動用磁石４６ｂ、４６ｃとの結合が解かれても、駆動用磁石４６ｂ、４６ｃがそれぞれ撹拌用磁石５ｃ、５ａをすぐに吸引するので、撹拌子１を連続的に回転させることができる。また、このような構成の撹拌子１によれば、撹拌用磁石５ａ、５ｂ、５ｃがいずれの駆動用磁石４６ａ、４６ｂ、４６ｃとも反発しないので、撹拌子１が転倒することや回転位置がずれることを防止できる。

また、マグネチックスターラー４０の駆動用磁石４６ａ、４６ｂ、・・・は、撹拌用磁石５ａ、５ｂ、・・・に対応して駆動用回転体４３に配置されており、着磁方向が駆動用回転体４３の回転軸と平行するように配置されていることが好ましく、さらに、対応する撹拌用磁石５ａ、５ｂ、・・・と異なる磁極同士か対向可能であるように配置されていることが好ましい。すなわち、例えば図１に示す実施形態では、駆動用磁石４６ａ、４６ｂは、駆動用回転体４３上において、撹拌用磁石５ａ、５ｂと対応する位置にそれぞれ配置されており、さらに、撹拌子１が容器６０に収容された状態で撹拌用磁石５ａ、５ｂの下面側がＳ極（またはＮ極）であれば、対応する駆動用磁石４６ａ、４６ｂの上面側がＮ極（またはＳ極）となるように配置されていることが好ましい。このような撹拌子１およびそれに対応するマグネチックスターラー４０を備える撹拌装置によれば、撹拌用磁石５ａ、５ｂ、・・・と駆動用磁石４６ａ、４６ｂ、・・・の配置が対応しているので、駆動用回転体４３の回転に対応して、撹拌子１を確実に回転させることができ、試料ｂを確実に撹拌することができる。

また、マグネチックスターラー４０の駆動用回転体４３は、軸部４４を伸縮可能な部材にすることにより、回転軸に沿って昇降可能に支持されていてもよい。また、駆動用回転体４３は、昇降可能であればその構成は限定されず、モータ４５と本体４１の底部との間に図示しない昇降手段を設ける構成等であってもよい。このような構成によれば、駆動用回転体４３を昇降させて撹拌用磁石５ａ、５ｂ、・・・と駆動用磁石４６ａ、４６ｂ、・・・との距離を適宜変更することにより、試料ｂの粘性に応じて効率よく撹拌することができる。例えば、試料ｂが低粘度のときは、駆動用回転体４３を降下させ、撹拌用磁石５ａ、５ｂ、・・・と駆動用磁石４６ａ、４６ｂ、・・・との距離を長くし、磁石間の引力を弱くして撹拌子１を回転させることができる。これにより、撹拌子１と容器６０底面との摩擦力が小さくなるので、撹拌子１の回転時のエネルギー損失を小さくすることができ、試料ｂを効率よく撹拌することができる。また、容器６０底面や容器６０底面に接触する支持突部２１および安定化突起２３ａ、２３ｂの摩耗を防止することもできる。

また、駆動用回転体４３は、水平回転可能であればその構成は特に限定されず、図６に示すように、中心から水平方向に延びる長回転腕５１と、長回転腕５１より長さが短い短回転腕５２とを備えており、長回転腕５１の先端部および短回転腕５２の先端部に、それぞれ撹拌用磁石５ａ、５ｂおよび５ｃ、５ｄが配置されている構成であってもよい。このような構成によれば、撹拌子１の撹拌用回転体７が小さいときは、短回転腕５２の回転磁場により撹拌子１を回転させ、一方、撹拌用回転体７が大きいときは、長回転腕５２の回転磁場により撹拌子１を回転させることにより、撹拌用回転体７の大きさに応じて試料ｂを良好に撹拌することができる。

本発明の一実施形態に係る撹拌装置の縦断面図である。 図１に示す撹拌装置の撹拌子の平面図である。 従来の撹拌子の縦断面図である。 本発明の他の実施形態に係る撹拌子の側面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る撹拌子の撹拌用回転体の平面断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る撹拌装置の駆動用回転体の平面断面図である。

符号の説明

ｂ 試料
１ 撹拌子
２ 撹拌手段
３ 撹拌羽根
５ａ 撹拌用磁石
７ 撹拌用回転体
１０ 棒状体
１１ 支持体
２１ 支持突部
２３ａ 安定化突起
３５ 把持部
４６ａ 駆動用磁石
４０ マグネチックスターラー
６０ 容器

Claims (13)

1. 容器に収容された液状の試料を回転により撹拌する撹拌子であって、
   水平回転可能な撹拌用回転体と、
   着磁方向が前記撹拌用回転体の回転軸と平行するように前記撹拌用回転体に配置されている撹拌用磁石とを備える撹拌子。
2. 前記撹拌用回転体は、棒状体であり、
   前記棒状体の長手方向の両端部に一対の前記撹拌用磁石がそれぞれ配置されている請求項１に記載の撹拌子。
3. 前記撹拌用回転体と一体的に回転する撹拌手段を更に備える請求項１または２に記載の撹拌子。
4. 前記撹拌手段は、回転時に試料に上下方向の撹拌流を生じさせるように設けられている請求項３に記載の撹拌子。
5. 前記撹拌手段は、前記撹拌用回転体の回転軸線に沿って延びる支持体と、該支持体に取り付けられた撹拌羽根とを備えており、
   前記撹拌羽根は、前記支持体の軸線方向に対して傾斜している請求項４に記載の撹拌子。
6. 前記支持体は、先端部に把持部を備える請求項５に記載の撹拌子。
7. 前記撹拌羽根は、前記支持体の軸線方向に沿って多段に取り付けられている請求項５または６に記載の撹拌子。
8. 前記撹拌羽根は、前記支持体に対して着脱可能に取り付けられている請求項５から７のいずれかに記載の撹拌子。
9. 前記撹拌用回転体の回転中心には、容器と接触する側に突出する支持突部が設けられている請求項１から８のいずれかに記載の撹拌子。
10. 前記撹拌用回転体の端部には、容器と接触する側に前記支持突部より高さが低い複数の安定化突起が設けられている請求項９に記載の撹拌子。
11. 前記撹拌用磁石は、前記撹拌用回転体の回転軸を中心とする円周に沿って等間隔に複数配置されており、かつ、同心円上にあるものの同極が全て同方向を向くように配置されている請求項１から１０のいずれかに記載の撹拌子。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の撹拌子と、該撹拌子が容器に収容された状態で回転するように回転磁場を発生させる回転磁場発生手段とを備える撹拌装置であって、
    前記回転磁場発生手段は、水平回転可能な駆動用回転体と、前記駆動用回転体を回転駆動する回転駆動手段と、前記撹拌用磁石に対応して前記駆動用回転体に配置されている駆動用磁石とを備え、
    前記駆動用磁石は、着磁方向が前記駆動用回転体の回転軸と平行するように配置されており、かつ、対応する前記撹拌用磁石と異なる磁極同士が対向可能であるように配置されている撹拌装置。
13. 前記駆動用回転体は、回転軸に沿って昇降可能に支持されている請求項１２に記載の撹拌装置。
    

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