JP4357523B2 - ドラム式洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、ドラム式洗濯機の防振装置に関する。

一般的なドラム式洗濯機は、洗濯機筐体内で弾性支持された水槽と、この水槽内で回転軸を水平に対して０〜３０°程度傾斜して回転可能に設けられた洗濯槽と、水槽の後部に設け、この洗濯槽を回転駆動するモータとで構成され、衣類の開口部を筐体前面に設けている。

この洗濯槽内に衣類を入れて洗濯する。この洗濯後の衣類を干す，乾燥させる前に、衣類から水分をできるだけ取り除く必要がある。そこで、この洗濯槽の側面にはたくさんの小さな穴があいており、洗濯槽を高速に回転させ、遠心脱水を行っている。

遠心脱水を行うにあたり、洗濯槽内に均等に衣類を分散させることは困難であり、衣類の片寄りが生じてしまう。その状態で高速回転させると、大きな遠心力が発生し、大きな振動となる。この大きな遠心力を逃がし、振動を小さくするため、水槽はばねで弾性支持されている。ばねだけで支持すると共振時に振動を抑えることができないため、ダンパを併設し、減衰作用を与えている。振動を低減させ、適正な状態で遠心脱水できるようにばねおよびダンパは調節されている。

ばねのばね定数を小さくすれば、水槽の振動を洗濯機筐体へ伝えにくくすることができる。しかし、ばね定数を小さくすると、衣類や洗濯水を入れた場合に大きく沈み込み、ばねが密着してしまう。そうすると洗濯時の振動を緩和させることができないし、ばねへの負担が大きくなり、劣化が進んでしまう。

また、ダンパはその減衰力を大きくすると、脱水起動時に起きる共振を抑えてスムーズに起動させることができる。しかし、減衰力を大きくしすぎると高回転時において、振動が洗濯機筐体へ大きく伝わってしまう。

特開２００１−２１２３９５号公報

特許文献１のようなドラム式洗濯機の場合、洗濯槽は、下方よりばねならびにオイルダンパで支持されている。このオイルダンパのピストンの両側にはピストンに設けられたオリフィスを塞ぐための弁体が配置されている。共振時のような振動が大きい場合には、ピストンは弁体に接触するほど動く。弁体によってオリフィスがふさがり、減衰力が大きくなるため、振動を抑えてスムーズに起動させることができる。また、高速回転時においては、振動が小さく、ピストンは弁体まで移動することがなく、全部のオリフィスがあいた状態であり、減衰力が小さい。そのため、振動が洗濯機筐体へ大きく伝えなく、防振性に優れた特性となる。

しかし、２つの弁体が浮遊するための隙間が必要であり、ダンパが長くなり、コンパクトなドラム式洗濯機にすることが難しい。また、弁体とピストンが接触するときに衝突音が発生する恐れがある。

そこで、水槽の振動により前記ダンパの伸縮が所定の長さより長くなる場合、伸びる方向にのみ減衰力が大きくなるように減衰性能が切り替わることを特徴とするダンパを搭載する。

次に、ばね定数を低くして低振動化を図るために、前記水槽を支持する前記ばねは、前記ダンパの外側に配され、前記ダンパが最大に伸びた状態でも圧縮された状態で前記ダンパに取り付けられている。

さらに、伸びる方向にのみ減衰力が大きくなるように減衰性能が切り替わる前記ダンパは、切り替え時の衝撃音が長い時間続かないように、振動時における伸び始めの位置から８mm以上伸びた位置で減衰性能が切り替わり始める。

前記ダンパは、オイルが封じ込められたシリンダの中をオイルを流通させるための複数の小さな孔を設けたピストンが動く構造であり、切り替わるときの衝撃を緩和し低騒音な脱水起動にするために、前記孔の面積の合計は、ピストンの面積の５％以下にする。

ドラム式洗濯機の筐体の大きさを大きくすることなく、ばね定数を小さくすることができ、防振性能を向上させることができる。また、振動が所定の大きさより大きくなると、ダンパの伸び方向にのみ減衰力が大きくなるように切り替わるダンパを搭載することで、共振時の大きな振動を大きな減衰力で抑制することができる。また、高回転における小さい振動状態では減衰力を小さくして、筐体ならびに床への振動の伝達を抑えることができる。また、減衰力を切り替える際に発生する衝撃音を低減し、静かに脱水することができる。

以下、実施例を説明する。

以下、本発明の実施例について、図１〜図１３を用いて説明する。図１は本発明のドラム式洗濯機の内部の側面図である。図２は本発明のドラム式洗濯機の内部の正面図である。また、図３は水槽を支持するばね・ダンパを組み合わせたサスペンションの外観図である。この発明はドラム式洗濯機に限らず、ヒータやファン等の乾燥装置を搭載したドラム式洗濯乾燥機にも適用可能である。

洗濯機の筐体１前面には洗濯物の投入口があり、扉２が設けられている。扉２を開閉することで、洗濯物を出し入れする。また、筐体１の内側には、水平より０〜３０°投入口側を上にして傾斜し、投入口側が開口した円筒状の水槽３が配置されている。投入口と水槽３の開口部は蛇腹状のゴム質のベローズ６でつながれており、洗濯物の出し入れ時に洗濯物が筐体１内に落ちないようになっている。水槽３の内側には、多数の孔が空けられ一端が開口した円筒状の洗濯槽４が、回転可能に設けられている。洗濯槽４の底面中心には回転軸９が締結され、この回転軸９は水槽３の底面の中心を、水密にシールされかつ回転可能な状態で貫通している。水槽３の後部底面にはフランジ８が固定され、このフランジ８には洗濯槽４を回転駆動するモータ５が固定される。そして洗濯槽４の回転軸９はこのモータ５の回転軸に締結されている。こうして、洗濯槽４は水槽３の後部に設けられたモータ５により水槽３内を左右どちら周りにも回転でき、洗濯槽４を回転させながら、洗い・すすぎ・脱水が行われる。また、脱水時の振動を低減させるために、洗濯槽４の前部に流体バランサ１０が固定されている。流体バランサ１０は中空のリングの中に塩水が入っており、脱水時に衣類の片寄りの反対側に塩水が集まり、衣類の片寄り打ち消し、振動を低減する効果がある。

洗濯槽４およびモータ５が取り付けられている水槽３は、筐体１の底面から水槽３の下部へダンパ７が取り付けられている。このダンパ７の外側にはばね１６が配され、弾性的に水槽３を支持している。このダンパ７はほぼ左右対称の位置に取り付けられ、２本で水槽３を支持している。

また、筐体１の内部上面の中央付近より補助ばね１７で水槽３の上部後方を、補助ばね１８で水槽３の上部前方を引っ張っている。これらの補助ばね１７，１８のばね定数は前記ダンパ７に併設されたばね１６に比べて小さい。また、補助ばね１７のばね定数は補助ばね１８のばね定数に比べて同じもしくは若干大きいばね定数となっている。また、補助ばね１７は補助ばね１８より長い。補助ばね１７，１８を取り付ける筐体１の位置はほぼ同じ位置であるが、ばね同士の接触を避けるため、若干左右にずらしている。

筐体１の上部には、給水ユニット１１があり、洗い・すすぎ時に使用する水は、筐体１の上部に設けた給水口１２，給水バルブ１３，洗剤ケース１４，蛇腹状のホース１５を通過して水槽３内部に注がれる。また、洗い・すすぎ後の水および脱水時の水は、水槽３の下部に設けた排水バルブ１９および排水ホース２０を通過して排水される。

図２の正面図に示すように、家庭の防水パンなどに設置しやすくするために、筐体１の下方は中央部より狭くしている。そのため、左右のダンパ７は筐体１の底面への広く取り付けることができず、洗濯槽４の内径より狭い間隔で取り付けられる。また、ダンパ７は水槽３の内側に向けて５度程度傾きを持って取り付けられている。そのため、ダンパ７の水槽３への取り付け位置は、水槽３の側面より下側、つまり水槽３の鉛直線に対して４５度以内の範囲となる。よって、ダンパ７は水槽３の下側に取り付くことになり、筐体の高さを高くしないためにもダンパの長さは短いほうが望ましい。

図３にダンパ７の外観を示す。ダンパ７の上端は水槽３に取り付けられた金属のベース２１にゴムブッシュ２３を介して取り付けられる。また同様に下端は筐体１の底部に取り付けられた金属のベース２２にゴムブッシュ２３を介して取り付けられる。両端のゴムブッシュ２３はワッシャー２４で挟まれ、ナット２５で締め付けられる。衣類や洗濯水を入れていない状態の水槽３を支えてもゴムブッシュ２３が大きく変形しない程度に圧縮させて締め付ける。また、このダンパ１７にはばね１６が併設されている。ばね１６はシリンダ２６が支えるばね受け２７とロッド２８が支えるばね受け２９の間に差し込まれている。ばね受け２７はシリンダ２６より一回り大きい円筒状の金属であり、その下端は内側に曲がりシリンダ２６を受ける底面を形成し、ロッド２８が通る穴があいている。また上端は外側に開いており、ばね１６の上端を受ける。ばね受け２９はロッド２８に差し込めるような切り込みを設けた皿のような形状の金属部品であり、ばね１６の下端を受ける。ばね１６が横に動かないようにばね１６の外径に合わせて淵が立ち上がっている。ばね１６は中央が両端より膨らんだ形状のばねが望ましい。両端を細めることによりばね１６の横移動をなくすことができると同時に、密着を起こす直前でばね力が急激に大きくなる特性となり、ばね１６の密着が発生しにくくなる。

このようなドラム式洗濯機において、コンパクトで且つ防振性能に優れたものを提供する。

防振性能の向上のためにばね１６のばね定数を低くする。ばね定数を低くすると水槽３の振動により発生する力が小さくなり、筐体１ならびに床の振動が小さくなる。しかし、衣類ならびに洗濯水を入れると沈み込みが大きくなり、ばね１６が密着してしまう、もしくはダンパ７が最小長さまで縮んでしまう。ばね１６が密着するとばね１６の劣化が進み好ましくない。また、ダンパ７が最小長さまで縮んでしまうと、ダンパ７の内部で衝突が起こり、ダンパ７が壊れる原因となる。それを抑制するためにはばね１６の自由長ならびにダンパ７を長くする必要がある。しかし、ダンパ７を長くすると水槽３の位置が高くなり、コンパクトにすることができない。ダンパ７の長さを変えずに、自由長を長くしたばね１６を取り付ける必要がある。そこで、図４に示すように、図４（ａ）の自由長のばね１６を図４（ｂ）のように圧縮してダンパ７に組み込む。ただし、衣類や洗濯水が入っていない無負荷の状態の水槽３，洗濯槽４，モータ５等を支持したときには図４（ｃ）のように図４（ｂ）からさらに沈み込める長さ程度に圧縮してダンパ７に組み込む。このようにすることで、ダンパ７の長さを変えずに、ばね１６のばね定数を低くし、振動を低減させることが可能となる。

しかし、ばね１６を圧縮して取り付けると、振動で水槽３が上方向に移動するときに図４（ｂ）までしか振動できない。圧縮させずに取り付けていれば、図４（ａ）の位置まで振動することができる。よって、水槽３の振動を小さくする必要がある。特に水槽３の上方向の振動を低減する必要がある。

そこで、水槽３が上方向に移動するときにその動きを抑制させるダンパ７を取り付ける。図５にダンパ７の断面図を示す。シリンダ２６の中にはロッド２８が入り込めるように空間を設けてオイル３０が入っている。また、ロッド２８の先端にはシリンダ２８の内径とほぼ同じ大きさのピストン３２が固定されている。このピストン３２は小さな孔３１が複数あいており、この孔３１をオイル３０が通過することで、オイル３０の中を動くことができる。この孔３１の面積が広ければ、抵抗が小さく、ピストン３２ならびにロッド
２８はスムーズに動く。また、孔３１の面積が狭ければ、抵抗が大きく、ピストン３２ならびにロッド２８の動きは鈍くなる。また、ロッド２８にはピストン３２の下方で距離を置いた位置に鍔３４を設ける。また、ピストン３２と鍔３４の間にバルブ３３を配する。このバルブ３３は、ピストン３２より小さく、孔３１を設けた位置より大きい円盤状の部品である。このバルブ３３は、ピストン３２と鍔３４の間のロッド２８の径より若干大きな穴が中央にあいており、ピストン３２と鍔３４の間を自由に動くことができる。図６のようにバルブ３３がピストン３２に接触すると孔３１ａ以外の孔はふさがれてしまう。ピストン３２の下部は、孔３１ａの位置において径方向に切欠３５が設けられ、バルブ３３がピストン３２に接触しても孔３１ａは塞がれない。この状態の場合、オイルを通過させる孔３１の面積が小さくなり、抵抗が大きくなり、大きな減衰力を発生させる。また、バルブ３３はピストン３２との衝突による衝撃をできるだけ緩和させるために樹脂でできているほうが望ましい。

このような構造のダンパ７の内部の動きを説明する。ピストン３２が小さく振動している時は図５の状態であり、バルブ３３は下方に位置しピストン３２から離れた状態である。このような状態では、孔３１はすべてがあいており、孔の面積が広く、抵抗が小さく、減衰力が小さい。

また、ピストン３２の振動が大きくなると、ダンパが縮み方向へ動く場合、バルブ３３は鍔３４に押し当たり、孔３１はすべてあいた状態となる。また、ダンパが伸び方向へ動く場合、動き始めるときはバルブ３３は鍔３４に接触しているが、シリンダ２８内のオイル３０とともに上に徐々に移動して鍔３４から離れ、図６のようにピストン３２に押し当たり、孔３１ａ以外の孔３１を塞いだ状態となる。よって、大きな振動の場合、ダンパ７が縮む方向には減衰力は小さいが、伸びる方向でははじめのうちは減衰力が小さいが、所定の移動量に達すると減衰力が大きく切り替わる。ただし、バルブ３３はオイル３０の動きの影響を受けるため、ピストン３２と鍔３４の隙間からバルブ３３の板厚分を差し引いた距離をピストン３２がシリンダ内を移動したとしてもバルブ３３に押しあたるわけではなく、その距離より大きく移動しないとピストン３２に押しあたらない。

このような構造のダンパ７で水槽３を支持することにより、水槽３の上方向の振動に対し、減衰力を大きくすることができるので、振動を低減させることができる。よって、ばね定数を低くしたばね１６を圧縮した状態で取り付けることによる課題である上方向の振動量の低減を解決することができる。また、水槽３の下方向には衣類や洗濯水の量だけ沈み込める空間があり、上方向の空間に較べて広いことが多い。このように水槽３の上部の空間が狭いドラム式洗濯機においても水槽３の振動を抑えるべき方向は上方向である。上方向の振動に対し、減衰力を大きくするダンパ７により支持することは上方向の振動を小さくすることができので望ましい。また、単純にこのダンパ７で支持することで水槽３の上部と筐体１との隙間を狭くすることができ、コンパクトにすることができる。

しかし、特許文献１のような両側に減衰力を切り替えることができるダンパを用いると、ピストン３２の先にも鍔部を有するロッドを延長させる必要があり、構造が複雑になるとともに、ダンパ自体が長くなり、コンパクトにすることができない。よって、振動が大きいときには、伸び方向だけ大きな減衰力に切り替わり、伸び方向の振動を抑えるダンパを用いるほうが有効である。

つぎに、このダンパ７のストロークと減衰力の関係について説明する。特に、大振幅となる共振状態におけるダンパの特性について説明する。洗濯槽に発生するアンバランス量により振動の大きさが異なるため、脱水定常回転における振動が両振幅で４〜５mmのアンバランスが発生する場合の共振時の振動を考える。この大きさの振動を引き起こすアンバランス量は比較的多いほうであり、洗濯槽，水槽等の被支持部の重量が４５kg，φ５００mmの洗濯槽の場合、流体バランサを考えに入れなければ、３６０〜４５０ｇのアンバランス量に相当する。このようなアンバランス状態における共振時のダンパ７のストロークと減衰力の関係を示す図７に示す。共振周波数は３〜４Ｈｚであり、コンパクト化を考え、共振時のダンパ７のストロークは１５〜２０mm弱を想定している。

図７に示す点Ａはダンパ７が縮んだ状態であり、その状態からダンパ７の伸びとともに減衰力が緩やかに上昇し、点Ｂで減衰力が切り替わり急激に減衰力が上昇し始め、点Ｃで減衰力が最大になる。さらにダンパは伸びるが減衰力は低下し、点Ｄにおいてダンパが縮み始める。点Ｄから減衰力が小さくなり、さらには逆方向の減衰力が発生し、点Ｅにおいて逆方向の減衰力が最大となり、その後逆方向の減衰力は緩やかに減少し点Ａにもどる。このように減衰性能は２段階に切り替わり、点Ｂで切り替わる。

図７に示すような特性が望ましいが、減衰力が切り替わる位置（点Ｂ）や１段目の減衰力（点Ｂと点Ｅの減衰力の差）が適切でないと切り替え時にピストン３２とバルブ３３が強く接触し、洗濯槽４および筐体１底部から衝撃音が発生してしまう。その様子を図８に示す。図８（ａ）は脱水起動時の共振付近の回転数を示し、図８（ｂ）はダンパ７を取り付けているベース２１の加速度を示す。図８（ｂ）の共振域において、大きな衝撃が発生していることがわかる。また、共振域の手前においても衝撃が見られる。これらの衝撃が洗濯槽４および筐体１底部に伝わり、衝撃音を発生させている。

まず、減衰力の切り替え位置（Ｂ点）について検討した。図９に切り替え位置までの距離（ＡＢ間の距離）と図８（ｂ）のような衝撃の発生回数の関係を示す。図９より７mm以下の場合、衝撃発生回数が急激に大きくなっていることがわかる。本実験における切り替え位置までの距離は、脱水の高速回転時の振動より大きな値であり、脱水定常時では衝突していない。しかし、図８（ｂ）のように共振域以外の脱水起動時にピストン３２とバルブ３３は衝突を繰り返すことで、長い時間衝撃音が発生し続けるため、衝撃が数多く発生する。そこで共振域以外における衝撃の発生回数との関係を図１０に示す。図１０より、８mm以上の場合、衝撃が発生していないことがわかる。つまり、減衰力の切り替え位置までの距離を８mm以上にすれば、衝突音の発生を共振域の短い時間だけで抑えることができる。長い時間、衝突音を発生させないためにも、図７のダンパ７の特性図においてダンパ７が伸び始めた位置から減衰力の切り替わるまでの距離は８mm以上設ける必要がある。ただし先にも述べたが、バルブ３３はオイル３０の動きの影響を受けるため、減衰力が切り替わる距離を８mmにするためにはピストン３２との隙間は８mm以下にする必要がある。また、特許文献１のように両側にバルブ（弁体）があると衝突する回数が増えるので、低騒音化の面で望ましくない。

つぎに、急激にピストン３２とバルブ３３を衝突させないことを考える。そのため、ピストン３２に設けた孔３１の総面積について検討した。ピストンの受圧面積に対する孔
３１の総面積の割合と共振域の衝撃発生回数との関係を図１１に示す。また、ピストンの受圧面積に対する孔３１の総面積の割合とベース２１の加速度の最大値との関係を図１２に示す。

図１１よりピストンの受圧面積に対する孔３１の総面積の割合が５％以下の場合には衝撃が発生していないが、５％より大きくなると衝突が発生することがわかる。また同様に図１２よりピストンの受圧面積に対する孔３１の総面積の割合が５％より大きくなるとベース２１の最大加速度が大きくなることがわかる。よって、ピストンに設けた孔３１の総面積はピストンの受圧面積の５％以下とする。

これは、ピストン３２に設けた孔３１の面積が狭いとオイル３０が流れにくくなり、バルブ３３に接触する前にオイル３０自体が緩衝材となるためと考えられる。また、切り替わる時の減衰力が大きくなることで、ピストン３２が安定して動作でき、スムーズに切り替わることができているためと考えられる。ピストンの受圧面積に対する孔３１の総面積の割合と１段目の減衰力（点Ａと点Ｅ）の関係を図１３に示す。また、１段目の減衰力とベース２１の加速度の最大値との関係を図１４に示す。図１３に示すように孔３１の面積を少なくすれば、１段目の減衰力は大きくなることがわかる。これは（数１）に示す円筒形の絞りによる減衰力と速度の関係式からもわかるように、同じ速度の場合、面積比の２乗に反比例して減衰力は減少する。

Ｆ＝８μｌｃｖ／（ａ／Ａ）＾２ （数１）
Ｆ：減衰力 μ：粘度 ｌ：円筒絞りの長さ ｃ：係数 ｖ：速度
ａ：絞りの面積 Ａ：ピストンの面積
また、図１４から１段目の減衰力が小さくなるとベース２１の最大加速度が大きくなることがわかる。１段目の減衰力を大きくすることにより、ベース２１の衝撃を緩和できる。衝撃音を抑制するには３４Ｎ以上の減衰力が必要であることがわかる。衝撃音を発生させないために必要な減衰力を安定して実現させるには孔３１の総面積はピストンの受圧面積の５％以下にする必要がある。よって、ピストン３２はそのピストンの受圧面積に対して孔３１の総面積が５％以下となる孔３１を設ける。

以上、コンパクトで低振動・低騒音な本発明のドラム式洗濯機は、ダンパ７が伸びきった状態でもばね１６は圧縮した状態となるようにダンパ７に併設させることで、ばね定数を低減させ、振動の伝達を少なくする。さらに、振動の大きさにより伸び方向にのみ減衰力が切り替わる特性をもつダンパ７により過大な振動を抑制すると同時に、小さい振動に対しては減衰力を小さくして振動の伝達を少なくする。さらに、このダンパ７は、伸び始めから８mm以上振動した位置で大きな減衰力に切り替わるようにし、ピストン３２とバルブ３３が数多く接触することを防ぎ、低騒音にする。また、ピストンに設けた孔３１の総面積はピストンの受圧面積に対して５％以下になっており、ピストン３２とパルブ３４の接触時の衝撃を和らげ、衝突音を低減させ、低騒音にする。

実施例の内部を示す側面図。 実施例の内部を示す正面図。 サスペンションの外観図。 ばねの取り付け状態を表す図。 ダンパの内部の斜視図。 ダンパの内部の斜視図。 ダンパの特性図。 切り替え時に発生する衝撃を示す図。 切り替え位置と衝撃発生回数の関係。 切り替え位置と共振域以外の衝撃発生回数の関係。 ピストン孔の面積比と衝撃発生回数の関係。 ピストン孔の面積比とベースの最大加速度の関係。 ピストン孔の面積比と一段目の減衰力の関係。 一段目の減衰力とベースの最大加速度の関係。

符号の説明

１ 筐体
２ 扉
３ 水槽
４ 洗濯槽
５ モータ
６ ベローズ
７ ダンパ
８ フランジ
９ 回転軸
１０ 流体バランサ
１１ 給水ユニット
１２ 給水口
１３ 給水バルブ
１４ 洗剤ケース
１５ ホース
１６ ばね
１７，１８ 補助ばね
１９ 排水バルブ
２０ 排水ホース
２１，２２ ベース
２３ ゴムブッシュ
２４ ワッシャー
２５ ナット
２６ シリンダ
２７，２９ ばね受け
２８ ロッド
３０ オイル
３１ 孔
３２ ピストン
３３ バルブ
３４ 鍔

Claims (4)

1. 洗濯機筐体内でばねとダンパで下側より支持された水槽と、前記水槽内に回転可能に設けられるとともに洗濯物を収容する洗濯槽と、前記洗濯槽を回転駆動するモータとで構成されたドラム式洗濯機において、
   前記ダンパは、前記水槽の上方向への移動に対して前記水槽の振動を抑制する第１の減衰性能とこの第１の減衰性能より大きな減衰力を発生する第２の減衰性能の２段階の減衰性能を有し、
   脱水時の共振域における前記水槽の振動により前記ダンパが所定の長さより大きく伸縮する場合、前記水槽が上方向に移動しているときのみ減衰力が大きくなるように前記第２の減衰性能へ切り替わることを特徴とするドラム式洗濯機。
2. 請求項１に記載のドラム式洗濯機において、前記水槽を支持する前記ばねは、前記ダンパが最大に伸びた状態でも圧縮された状態で前記ダンパに取り付けられていることを特徴とするドラム式洗濯機。
3. 請求項１又は２に記載のドラム式洗濯機において、伸びる方向にのみ減衰力が大きくなるように減衰性能が切り替わる前記ダンパは、伸び始めの位置から８mm以上伸びた位置で減衰性能が切り替わり始めることを特徴とするドラム式洗濯機。
4. 請求項１又は２に記載のドラム式洗濯機において、前記ダンパは、オイルが封じ込められたシリンダの中を複数の小さな孔を設けたピストンが動く構造であり、前記孔の面積の合計は、前記ピストンの面積の５％以下とすることを特徴とするドラム式洗濯機。

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