JP2019155512A - 電解加工器具、電解加工方法および電極セット - Google Patents

Abstract

【課題】湾曲形状を有する金属管の内面の電解加工を容易にする。【解決手段】電解加工器具（２）は、電解液（３）を用いた電解加工の対象となる管（５）の内部に挿入される電極ノズル（６）と、電極ノズル（６）を支持する屈曲可能なフレキシブルシャフト（９）とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、金属製の管の内面を電解により加工する、特に湾曲形状を有する金属製の管の内面を電解により加工する電解加工器具、該電解加工器具を用いた電解加工方法および該電解加工器具に用いられる電極セットに関する。

原子力発電所で使用され、放射線により汚染された金属部材に対する除染の装置として、電解によりその表面の汚染物質を除去する装置がある。このような装置の例として、特許文献１には、金属製の管に挿入され、電解液を吐出すると共に電極として機能する電解ワイヤを備えた電解除染装置が開示されている。

特開２００６−２９１２５３号公報（２００６年１０月２６日公開）

しかしながら、上述の従来技術では、加工対象がエルボーのような湾曲形状を有する金属管の内面を電解加工することは容易ではない。

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、湾曲形状を有する金属管の内面を電解加工することが容易な電解加工器具、該電解加工器具を用いた電解加工方法および該電解加工器具に用いられる電極セットを実現することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電解加工器具は、電解液を用いた電解加工の対象となる金属管の内部に挿入される電極と、前記電極を支持する屈曲可能なアームとを備えている。

前記の構成によれば、電極を支持するアームが屈曲可能であるため、金属管の湾曲部を電極が通過することが容易になる。そのため、当該金属管の内面を電解加工することが容易になる。

また、前記電解加工器具において、前記電極は、挿入方向に沿う方向に延びる前記電極の中心軸を含む平面で当該電極を切断したときの断面の外縁の少なくとも一部において、当該電極の内部から外部に向かう方向に凸となる湾曲部を有しており、前記湾曲部に対応する前記電極の表面の少なくとも一部は、前記電解液を流通可能な絶縁材によって覆われていることが好ましい。

前記の構成によれば、前記電極は、当該電極の内部から外部に向かう方向に凸となる湾曲部を有しているため、当該電極が金属管の湾曲部に引っ掛かることを防止できる。そのため、金属管の湾曲部を電極が通過することがさらに容易になる。また、湾曲部に対応する電極の表面（以下、側面と称する）が露出していれば、当該側面は金属管の内面と接触することになる。この側面を絶縁体によって覆うことにより、金属管との短絡を防止できる。

また、前記電解加工器具では、前記湾曲部に対応する前記電極の表面には、前記電解液を吐出する吐出孔が形成されていることが好ましい。

前記の構成によれば、電極の側面から電解液を吐出することにより、金属管の内面を効率的に電解加工することができる。

また、上記電解加工器具は、前記電解液を吸引する吸引管をさらに備えることが好ましい。

前記の構成によれば、電解加工後の電解液を回収し、新しい電解液または汚濁物質が除去された電解液を、電解加工の対象となっている金属管の内面部分に対して重点的に供給することができる。そのため、電解加工の効率を高めることができる。

また、前記電解加工器具は、前記金属管の内部における前記電解液の移動を阻害する止水部を、前記電極の挿入方向前方にさらに備えることが好ましい。

前記の構成によれば、金属管の内部を電解液で満たした状態で電解加工を行うことができ、簡単に電解加工することができる。また、電解加工器具が止水部を備えているため、電極の移動に伴って止水部を移動させることができる。

本発明の一態様に係る電解加工方法は、前記電解加工器具と、前記金属管の内部における前記電解液の移動を阻害する止水部材とを用いた電解加工方法であって、前記止水部材によって前記電極の周囲に前記電解液が滞留された状態で電解加工を行うものである。

前記の方法によれば、金属管の内部において、電極の周囲に電解液が存在している状態で電解加工を行うことができる。そのため、金属管の内面部分と電極との間の通電を確実に行うことができ、簡単かつ確実に電解加工することができる。

本発明の一態様に係る電解加工方法は、前記電解加工器具を用いて前記金属管を電解加工する方法であって、前記電解加工器具を前記金属管の内部に挿入する工程と、前記金属管の一方の開口部から前記電解液を供給する工程と、前記金属管の他方の開口部から前記電解液を排出する工程とを含み、前記他方の開口部から排出された電解液を前記一方の開口部から供給しつつ、電解加工を行うものである。

前記の方法によれば、金属管の内部において電解液を循環させながら電解加工を行うことができ、効率的に電解加工することができる。

本発明の一態様に係る電極セットは、電解液を用いた電解加工の対象となる金属管の内部に挿入される電極を複数含む電極セットであって、複数の前記電極の形状は、前記電極毎に異なっている。

上記の構成によれば、金属管の湾曲部に対応した形状の電極を選択して使用することができ、湾曲部を有する金属管の電解加工を容易に行うことができる。

本発明の一態様によれば、湾曲部を有する金属管の内部に挿入される電極の、湾曲部における通過性を向上させることができ、当該金属管の内面を電解加工することが容易となる。

本発明の実施形態１に係る電解加工システムの全体構成を示す図である。 図１に示されるＡ部の拡大図である。 電解加工器具が備える電解ノズルの詳細構成図であって、（ａ）は、挿入方向に沿う方向に延びる、電解ノズルの中心軸を含む平面で当該電解ノズルを切断したときの断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ-Ｂ線矢視断面図である。 異なる形状を有する複数の電解ノズルを示す図である。 本発明の実施形態２に係る電解加工システムの全体構成を示す図である。 本発明の実施形態３に係る電解加工システムの全体構成を示す図である。 本発明の実施形態４に係る電解加工システムの全体構成を示す図である。 フレキシブルアームの変形例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、電解ノズルの変形例を示す断面図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について説明すれば以下のとおりである。本実施形態では、本発明に係る電解加工器具を電解除染装置に適用した場合の一例について説明する。

（電解加工システム１００の概要）
図１は、本実施形態に係る電解加工システム１００の全体構成を示す図である。電解加工システム１００は、放射性物質などによって汚染された管（金属管）５の内面の表層を電解により除去することにより除染するものである。なお、本発明は、金属管の内面を電解により除染するための除染装置のみならず、金属管の内面を電解により表面加工する加工装置全般に適用可能である。

除染対象物となる管５は、例えば原子力発電所の配管系で使用されたＳＵＳ（Steel Use Stainless）や鉄製のパイプなどの金属管である。管５は、汚染された内面が除去されることによってクリアランス材となり、再利用または通常の産業廃棄物としての処分などを行うことが可能となる。これにより、放射線により汚染された材料として特別な処分を行う必要のある材料の総量を減少させることが可能である。

図１に示すように、電解加工システム１００は、電解液循環ユニット１、電解加工器具２、直流電源（電源）２１、および移動機構４を備えている。

電解液循環ユニット１は、貯留槽１１、供給管１２、フィルタ１３、回収管（吸引管）１４、吸引ノズル１５、ポンプＰ１およびポンプＰ２を備えている。貯留槽１１には符号３で示す電解液が貯留されている。この電解液循環ユニット１は、ポンプＰ１を作動させることにより供給管１２を介して電解ノズル６に電解液を供給する。また、この電解液循環ユニット１は、回収管１４を通じて管５の内部の電解液を回収する。

回収管１４は、電解液を吸引し、回収するための管であり、その先端に吸引ノズル１５が配されている。この回収管１４は、ポンプＰ２と接続されており、ポンプＰ２が作動することにより、回収管１４を通じて管５の内部の電解液が吸引され、回収される。回収管１４の先端部分は、後述する連結部１６に形成された保持部１７に保持されている。そのため、回収管１４および吸引ノズル１５は、電解加工器具２の移動に伴って移動する。なお、回収管１４は、保持部１７に保持されていなくてもよい。

電解加工器具２は、電解ノズル６、絶縁材７、止水部８、フレキシブルシャフト（アーム）９および連結部１６を備えている。電解加工器具２は、管５の内部に挿入され、移動機構４によって管５の内部を移動する。移動機構４として、例えば、電解加工器具２を挿入方向に移動および回転させる駆動装置を利用できる。なお、電解加工器具２を回転させる機能は必須ではない。また、移動機構４を自動制御する制御装置を設けてもよい。逆に、移動機構４を設けずに、ユーザが手動で電解加工器具２を移動させてもよい。

図２は、図１に示されるＡ部の拡大図である。図３は、電解ノズル６の詳細構成図であって、（ａ）は、挿入方向に沿う方向に延びる電解ノズル６の中心軸を含む平面で当該電解ノズル６を切断したときの断面図である。図３の（ｂ）は（ａ）のＢ-Ｂ線矢視断面図である。

図２および図３に示すように、電解ノズル６は、電解液を用いた電解加工の対象となる管５の内部に挿入される電極であり、屈曲可能なフレキシブルシャフト９によって支持されている。電解ノズル６は、導電性の材料から構成されており、配線２３を介して直流電源２１の負極側と電気的に接続されている。一方、直流電源２１の正極側は、配線２２を介して管５と電気的に接続されている。電解ノズル６は電極として機能し、後述する吐出孔６１から電解液を吐出している状態において、電解ノズル６と管５との間に直流電源２１によって電圧が印加される。なお、直流電源２１は、３０Ｖ程度の電圧を供給可能であればよい。

電解ノズル６は、図３の（ａ）に示す断面に相当する図形を、中心軸Ｃを回転軸として回転させた回転体である。中心軸Ｃは、電解ノズル６の挿入方向に沿う方向に延びる、当該電解ノズル６の中心軸である。電解ノズル６は、中心軸Ｃを含む平面で当該電解ノズル６を切断したときの断面において、前記挿入方向に対して垂直な方向に凸となる湾曲部６５を有している。すなわち、電解ノズル６の挿入方向に沿う側面が湾曲している。そのため、管５のエルボーを電解ノズル６が通過することが容易になる。なお、湾曲部６５は、電解ノズル６の内部から外部に向かう方向に凸となる湾曲部であるとも表現できる。

湾曲部６５に対応する電解ノズル６の表面には、電解液を管５の内面に対して吐出するための複数の吐出孔６１が形成されている。吐出孔６１は、連通路６２を介して主空洞部６３と連通している。図２に示すように、供給管１２からの電解液は、連結部１６に形成された流路１８を通って主空洞部６３に供給された後、連通路６２を通って吐出孔６１に至り、吐出孔６１から外部へ吐出される。

図３の（ｂ）に示すように、連通路６２は、主空洞部６３から放射状に延出している。また、連通路６２は、電解ノズル６の中心軸Ｃに沿って複数形成されている。そのため、電解加工のムラが発生することを防止できる。主空洞部６３の、挿入方向における先端は、閉じられており、電解液は、電解ノズル６の側面からのみ吐出される。ただし、主空洞部６３の前記先端にも連通路６２を形成してもよい。

絶縁材７は、湾曲部６５に対応する電解ノズル６の表面の少なくとも一部を覆う、電解液を流通可能な部材であり、例えば絶縁性で弾性を有し、変形可能な多孔質部材である。電解ノズル６の周面に絶縁性の多孔質部材を覆設することにより、電解ノズル６と管５とが短絡することを防止することができる。また、前記多孔質部材を介して電解液を管５の内面に導くことにより、吐出孔６１から吐出された電解液を、管５の内面に対してムラ無く均一に導くことができる。

止水部８は、電解ノズル６の挿入方向前方に形成された部材であり、管５の内部における電解液の移動を阻害するための部材である。この止水部８は、支柱８１を介して電解ノズル６に固定されている。止水部８の形状は、特に限定されず、管５の内部で電解液を堰き止めることができる形状であればよい。図２には、一例として傘型（断面が弓型）の止水部８が図示されている。

止水部８を設けることにより、管５の内部を電解液で満たした状態（管５の内部に電解液が供給された状態）で電解加工を行うことができ、電解加工の対象となる管５の内面部分を電解液で浸すことが容易になる。そのため、簡単かつ確実に電解加工することができる。また、電解加工器具２が止水部８を備えているため、電解ノズル６の移動に伴って止水部８を移動させることができる。なお、管５の内部を電解液で完全に満たす必要はなく、電解加工の対象となる管５の内面部分が電解液で浸されるように、管５の内部空間の少なくとも一部に電解液が貯留されればよい。

フレキシブルシャフト９は、電解ノズル６を支持する屈曲可能なアームであり、電解ノズル６を回転することができる。電解ノズル６を支持するアームとして、フレキシブルシャフト９に替えて、フレキシブルチューブなど、電解ノズル６を支持することができる屈曲可能な部材を用いることができる。フレキシブルチューブを用いる場合には、当該フレキシブルチューブの内部に供給管１２を通すか、または当該フレキシブルチューブを電解液の供給管として利用してもよい。

（電解ノズルセット）
図４は、異なる形状を有する複数の電解ノズル６Ａ〜６Ｃを含む電解ノズルセット６０を示す図である。電解ノズルセット６０は、電解液を用いた電解加工の対象となる管５の内部に挿入される電極を複数含む電極セットである。図４に示すように、電解ノズルセット６０に含まれる電解ノズル６Ａ・６Ｂ・６Ｃは、湾曲部６５の形状または大きさが電解ノズル毎（電極毎）に異なっている。そのため、管５のエルボーの形状に対応した形状または大きさの電解ノズルを選択して使用することができ、エルボーを有する管５の電解加工を容易に行うことができる。

金属管のエルボーの湾曲形状は規格で決まっているため、電解ノズル６Ａ・６Ｂ・６Ｃの湾曲部６５の湾曲形状も、当該規格で定められた湾曲形状のいずれかに対応する形状にすればよい。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図５は、本実施形態に係る電解加工システム２００の全体構成を示す図である。図５に示すように、電解加工システム２００が備える電解加工器具２Ａは、電解ノズル６に替えて電極７０を備えている。電極７０は、吐出孔を備えていない円柱形状の電極である。電極７０の材質は、電解ノズル６の材質と同様のものでよい。電極７０は、配線２３を介して直流電源２１の負極側と電気的に接続されている。

供給管１２は、電極７０には接続されておらず、供給管１２の先端は、管５の内部において自由端として挿入されている。

電極７０は、フレキシブルアーム９１によって支持されている。電解加工器具２と同様に、電極７０をフレキシブルシャフト９によって支持してもよい。

また、電解加工システム２００は、止水部８に替えて、止水部材８２を備えている。止水部材８２は、管５の内部における電解液の移動を阻害する部材である。止水部材８２として、例えば、合成ゴムからなる本体に空気を注入して膨らませることにより、配管の止水を行う公知の止水プラグを用いることができる。管５における電解液の移動を阻害できる部材であれば、止水部材８２としてどのような部材を用いてもよい。

（電解加工システム２００における電解加工方法）
電解加工システム２００では、まず、管５の一方の開口部から止水部材８２を挿入し、電解加工の対象となる管５の部分の手前まで移動させた後、止水部材８２を膨張させる。

続いて、電極７０を管５の他方の開口部から管５の内部に挿入するとともに、他方の開口部から供給管１２を介して管５の内部に電解液を供給する。

その後、直流電源２１を用いて電極７０と管５との間に電圧を印加した状態で、電極７０を管５の内部で移動させながら管５の内面を電解加工する。この電解加工は、止水部材８２によって電極７０の周囲に電解液が滞留された状態で行われる。このとき、吸引ノズル１５および回収管１４により管５の内部の電解液を回収しつつ、供給管１２を介して電解液を供給する。

この方法によれば、管５の内部を容易に電解液で満たすことができる。また、フレキシブルアーム９１が屈曲可能であるため、管５が曲がっている場合でも電極７０を容易に移動させることができる。その結果、管５の電解加工が容易になる。なお、止水部材８２によって管５の内部を電解液で完全に満たす必要はなく、電極７０の周囲に電解液が滞留する程度に管５の内部に電解液を貯留すればよい。

〔実施形態３〕
本発明のさらに別の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図６は、本実施形態に係る電解加工システム３００の全体構成を示す図である。図６に示すように、電解加工システム３００は、電解加工器具２Ｂを備えている。電解加工器具２Ｂは、電解加工器具２Ａにおける電極７０を電解ノズル６に置き換えた器具である。

供給管１２を介して供給される電解液は、電解ノズル６の主空洞部６３に流入した後、吐出孔６１から吐出される。

電解加工システム３００では、吐出孔６１から新しい電解液を吐出することができるため、電解可能の対象となっている管５の部分に対して重点的に新しい電解液を供給することができる、そのため、電解加工の効率を高めることができる。

〔実施形態４〕
本発明のさらに別の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図７は、本実施形態に係る電解加工システム４００の全体構成を示す図である。図７に示すように、電解加工システム４００では、キャップ５１・５２によって管５の両方の開口部を塞いだ状態で、管５の内部に電解液を供給し、電解加工器具２Ａによって管５の電解加工を行う。

回収管１４の端部は、キャップ５１の開口部５３に挿入されている。供給管１２の端部は、キャップ５２の開口部５４に挿入されている。電解加工器具２Ａのフレキシブルアーム９１は、キャップ５２の開口部５５に挿入されている。配線２３についても開口部５５を通してもよい。

キャップ５１が配されている管５の端部５Ａを、キャップ５２が配されている管５の端部５Ｂよりも鉛直上側に配置してもよいし、端部５Ａと端部５Ｂとを同一水平面上に配置してもよい。

なお、管５の内部に電解液を充填する必要がない場合には、キャップ５１・５２を設けずに電解液を循環させてもよい。この場合には、端部５Ａと端部５Ｂとを同一水平面上に配置することが好ましい。また、吸引用のポンプＰ２を回収管１４の途中に設けてもよい。

（電解加工システム４００における電解加工方法）
まず、電解加工器具２Ａおよび供給管１２が通されたキャップ５２を管５の端部５Ｂに装着することにより、電解加工器具２Ａを管の内部に挿入する。また、端部５Ａに、回収管１４が通されたキャップ５１を装着する。

次に、端部５Ｂの開口部（一方の開口部）から電解液を供給するとともに、端部５Ａの開口部（他方の開口部）から電解液を排出する。この状態で電解加工器具２Ａにより管５の内面を電解加工する。

端部５Ａから排出された電解液は、フィルタ１３によってフィルタリングされた後、端部５Ｂから供給される。このようにして電解液は循環する。

電解加工システム４００においても、湾曲部を有する管５の内面を容易に電解加工することができる。また、容易な構成で、管５の内部において電解液を循環させることができ、効率的に電解加工することができる。

〔実施形態５〕
本発明のさらに別の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図８は、フレキシブルアーム９２を示す断面図である。図８においては、止水部８、止水部材８２、回収管１４および吸引ノズル１５を省略している。

実施形態１におけるフレキシブルシャフト９または実施形態３におけるフレキシブルアーム９１を図８に示すフレキシブルアーム９２に置き換えて、電解加工器具２Ｃを実現してもよい。フレキシブルアーム９２は、供給管１２と配線２３とを束ねた部材である。供給管１２と単数または複数の配線２３とが並列に束ねられていてもよいし、供給管１２の外側表面に配線２３が巻き付けられていてもよい。

この構成により、電解ノズル６を支持する屈曲可能なアームを、供給管１２および配線２３によって実現でき、電解加工器具２・２Ｂの部品点数を削減できる。

〔実施形態６〕
図９は、電解ノズルの変形例を示す断面図である。電解ノズル６の形状は、上述した形状に限定されず、図９に示す形状であってもよい。図９は、中心軸Ｃを含む平面で当該電解ノズル６０１〜６０５を切断したときの断面を示している。中心軸Ｃは、電解ノズル６０１〜６０５の挿入方向に沿う方向に延びる当該電解ノズル６０１〜６０５の中心軸である。なお、図９には、電解ノズル６０１〜６０５の内部構造は図示されていない。

電解ノズル６０１〜６０５は、図９の（ａ）〜（ｅ）に示す断面に相当する図形を、中心軸Ｃを回転軸として回転させた回転体である。電解ノズル６０１〜６０５は、前記断面の外縁の少なくとも一部において、当該電解ノズル６０１〜６０５の内部から外部に向かう方向に凸となる湾曲部６０６〜６１０を有している。

具体的には、電解ノズル６０１および６０２は、円筒の先端部が半球状になった形状を有している。電解ノズル６０３は、半球形状を有している。電解ノズル６０４は、中心軸Ｃに垂直な平面で電解ノズル６０４を切断したときの断面が円であり、当該円の面積が電解ノズル６０４の先端から後端に向かうにつれて漸次大きくなる形状を有している。電解ノズル６０５は、当該電解ノズル６０５の内部から外部かつ挿入方向斜め後方へ向けて突出する突出部６１１を有しており、突出部６１１の先端が湾曲部６１０となっている。

このように電解ノズル６０１〜６０５を形成することにより、管５のエルボーに引っ掛かることなく容易に管５を通過できる電極を実現できる。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 電解液循環ユニット
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 電解加工器具
３ 電解液
４ 移動機構
５ 管（金属管）
６ 電解ノズル（電極）
７ 絶縁材
８ 止水部
９ フレキシブルシャフト（アーム）
１１ 貯留槽
１２ 供給管
１３ フィルタ
１４ 回収管
１５ 吸引ノズル
１６ 連結部
１７ 保持部
２１ 直流電源
６０ 電解ノズルセット
６１ 吐出孔
６２ 連通路
６３ 主空洞部
６５ 湾曲部
７０ 電極
８２ 止水部材
９１ フレキシブルアーム
９２ フレキシブルアーム
１００、２００、３００、４００ 電解加工システム
６０１、６０２、６０３、６０４、６０５ 電解ノズル（電極）

Claims (8)

1. 電解液を用いた電解加工の対象となる金属管の内部に挿入される電極と、
   前記電極を支持する屈曲可能なアームとを備えている電解加工器具。
2. 前記電極は、挿入方向に沿う方向に延びる前記電極の中心軸を含む平面で当該電極を切断したときの断面の外縁の少なくとも一部において、当該電極の内部から外部に向かう方向に凸となる湾曲部を有しており、
   前記湾曲部に対応する前記電極の表面の少なくとも一部は、前記電解液を流通可能な絶縁材によって覆われている請求項１に記載の電解加工器具。
3. 前記湾曲部に対応する前記電極の表面には、前記電解液を吐出する吐出孔が形成されている請求項２に記載の電解加工器具。
4. 前記電解液を吸引する吸引管をさらに備える請求項１から３のいずれか１項に記載の電解加工器具。
5. 前記金属管の内部における前記電解液の移動を阻害する止水部を、前記電極の挿入方向前方にさらに備える請求項１から４のいずれか１項に記載の電解加工器具。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の電解加工器具と、
   前記金属管の内部における前記電解液の移動を阻害する止水部材とを用いて、
   前記止水部材によって前記電極の周囲に前記電解液が滞留された状態で電解加工を行う電解加工方法。
7. 請求項１から４のいずれか１項に記載の電解加工器具を用いて前記金属管を電解加工する方法であって、
   前記電解加工器具を前記金属管の内部に挿入する工程と、
   前記金属管の一方の開口部から前記電解液を供給する工程と、
   前記金属管の他方の開口部から前記電解液を排出する工程とを含み、
   前記他方の開口部から排出された電解液を前記一方の開口部から供給しつつ、電解加工を行う電解加工方法。
8. 電解液を用いた電解加工の対象となる金属管の内部に挿入される電極を複数含む電極セットであって、
   複数の前記電極の形状は、前記電極毎に異なっている電極セット。

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