JP2008188228A - 超音波洗浄方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】両手の洗浄と滅菌とを同時に効果的に行うこと。
【解決手段】両手が浸かるように洗浄液を収容するための洗浄槽１６と、振動部が洗浄槽内に露出するように設けられた超音波振動部材１４と、オゾンを含む空気を洗浄槽内に吐出するためのオゾン供給装置１２と、洗浄液中に浸かるようにかつ洗浄槽とは電気的に絶縁された状態で配置された電極板５３と、電極板と洗浄槽との間に電圧を印加して洗浄液中に銀イオンを溶出させるための電源装置５６と、両手を洗浄槽内に挿入するために洗浄槽の上部を覆う蓋部材５１に設けられた２つの挿入穴５２ａ，５２ｂとを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波振動およびオゾンなどを利用して両手を洗浄するための洗浄装置に関する。

従来より、病院その他の医療機関または検査機関などにおいて、医療用器具や衣類などの洗浄と滅菌のために種々の装置が用いられている。また、病院での手術前や病室に出入りする際には手洗いが習慣づけられている。近年においては、特にＭＲＳＡ（黄色ブドウ球菌多剤耐性）による院内感染を防止するために、医療従事者および面会者などの手洗いの重要性が一層高まっている。このような手洗い用の殺菌剤として、一般に、塩化ベンザルコニウムなどの逆性せっけんが使用されている。

ところで、大規模の病院などから排出される排出規制を超える医療排水は、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）を高める有機物を多量に含み、公共下水道や河川に放水する前に独自に処理する必要がある。医療排水の処理において、洗浄剤などの有機物を微生物に分解させる活性汚泥設備などによってＢＯＤを低下させる方法が用いられることが多い。しかし、微生物に分解させる医療排水に殺菌効果のある手洗いの廃水が多量に混入すると、活性汚泥中の微生物を死滅させるなどの問題を引き起こすおそれがある。

本願発明の発明者は、医療用器具等の洗浄および滅菌の同時処理が可能であって、消毒用の手洗いなどにも使用することができ、且つ廃水に対して特別の処理を必要としない洗浄装置を先に提案した（特許文献１）。
ＷＯ２００６／００１２９３Ａ１

上に述べた特許文献１の装置によると、洗浄液である水に対して超音波振動を与えるとともに、オゾン殺菌と銀イオンによる電解殺菌とを併用することにより、「水と電気」によって被洗浄物の洗浄と滅菌とを同時に行うことができる。しかも、ほとんどの細菌やウィルスを滅菌することができ、ほぼ完全な消毒を行うことが可能である。したがって、この装置により例えば使用後の医療用器具を洗浄することにより、ほぼ完全な洗浄、消毒、および殺菌を行うことができ、しかも使用後の洗浄液を特別の処理を施すことなく水として廃水することが可能である。

また、それら器具の洗浄とともに重要なことは、上に述べたように手洗いの励行である。したがって、上に述べた「水と電気」による手洗いの励行が習慣付けられることができれば、衛生上極めて好ましい状況となる。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、両手の洗浄と滅菌とを同時に効果的に行うことのできる洗浄装置を提供することを目的とする。

本発明に係る装置は、両手が浸かるように洗浄液を収容するための洗浄槽と、振動部が前記洗浄槽内に露出するように設けられた超音波振動部材と、オゾンを含む空気を前記洗浄槽内に吐出するためのオゾン供給装置と、前記洗浄液中に浸かるようにかつ前記洗浄槽とは電気的に絶縁された状態で配置された銀または銅からなる電極板と、前記電極板と前記洗浄槽との間に電圧を印加して前記洗浄液中に銀イオンを溶出させるための電源装置と、前記両手を前記洗浄槽内に挿入するために前記洗浄槽の上部を覆う蓋部材に設けられた２つの挿入穴と、を有して構成される。

好ましくは、前記蓋部材を、前記洗浄槽の本体に対して着脱可能とし、前記電極板を、前記蓋部材の裏面側の左右のほぼ中央部に取り付けらる。

また、前記各挿入穴は、前記蓋部材の中央に近い側の幅が大きく、両端に近い側の幅が小さくなるように形成してもよい。

また、前記電極板と前記洗浄槽との間に印加する電圧の極性を反転するための極性反転スイッチを設けてもよい。

また、前記超音波振動部材の駆動および前記オゾン供給装置の駆動をオンオフするためのフットスイッチを接続するための接続端子を設けてもよい。

また、前記洗浄槽に収容された洗浄液を排水するための管路が設けてもよい。前記超音波振動部材は、超音波振動を断続的（間欠的）に発生させるように駆動してもよい。

また、本発明の他の形態によると、洗浄槽の上部は蓋部材で覆われており、前記蓋部材には、両手を前記洗浄槽内に挿入するための２つの挿入穴が設けられ、前記各挿入穴は、前記蓋部材の中央に近い側の幅が大きく、両端に近い側の幅が小さくなるように形成される。

本発明によると、両手の洗浄と滅菌とを同時に効果的に行うことのできる洗浄装置が提供される。

図１は本発明に係る洗浄装置１の使用状態を示す斜視図、図２は洗浄装置１の全体の構成を示す図、図３は蓋部材をその裏面から見た斜視図、図４は蓋部材の平面図、図５は挿入穴の形状を説明する図、図６は洗浄槽の内側を見た平面図、図７は洗浄槽の断面図、図８は超音波振動トランスデューサの正面断面図、図９は制御パネルの正面図、図１０は超音波振動トランスデューサの出力する超音波波形を説明する図である。

図１および図２において、洗浄装置１は、ハウジング１０、コンプレッサ１１、オゾン生成装置１２、超音波トランスデューサ１４ａ，１４ｂ、駆動部（駆動回路）１５、および洗浄槽１６などからなる。これら、洗浄装置１を構成する各部は、ハウジング１０の内部または外表面上に組み込まれている。

つまり、洗浄液を収容する洗浄槽１６は、ハウジング１０内の上部に配置されており、その上部の開口部が蓋体５１によって覆われている。超音波トランスデューサ１４ａ，１４ｂは、浄槽１６の底面において、その振動部が洗浄槽内に露出するように取り付けられている。コンプレッサ１１、オゾン生成装置１２、その他の部品は、ハウジング１０内の洗浄槽１６の下方に収納されている。コンプレッサ１１、オゾン生成装置１２、および超音波トランスデューサ１４のそれぞれの間は、オゾンを含んだ空気を送るための耐オゾン性のシリコンチューブ１８ａ，１８ｂによって接続されており、その途中に、洗浄液の逆流を防止するためのチェック弁１８ｃが設けられている。ハウジング１０の側面には、制御パネル６８が、外部から操作可能に設けられている。

蓋体５１は、プロポリピレン、アクリル、フッ素系の合成樹脂、その他の合成樹脂などの電気絶縁材料からなり、洗浄槽１６に対して着脱可能である。本実施形態では、蓋体５１を洗浄槽１６の上に載せることにより取り付けられるが、適当な嵌め込み部や係合部を設けておいてもよく、また、蝶番などによって連結しておいてもよい。また、蓋体５１をハウジング１０と一体的に形成してもよい。

蓋体５１には、両手ＴＥを洗浄槽１６内に挿入するための２つの挿入穴５２ａ，５２ｂが設けられている。

すなわち、図４によく示されるように、挿入穴５２ａ，５２ｂは、蓋体５１の中央に近い側の幅が大きく、両端に近い側の幅が小さくなるように形成されている。具体的には、図５に示されるように、挿入穴５２ｂの中央側の縁は（２Ｒ／２）の半径の円弧を描き、端側の縁はその半分の（Ｒ／２）の半径の円弧を描いている。

このように、挿入穴５２ａ，５２ｂを、開放窓としてデザイン化した形状とする。これによって、手を洗おうとするユーザに、「どなたでも安心して両手を入れて洗って下さい」との心理的安心感を与える。つまり、挿入穴５２ａ，５２ｂは、誰でも手を入れたくなる「手洗窓」として機能し、挿入穴５２ａ，５２ｂの存在によって、洗浄装置１が、手を入れて洗うことによって衛生上の安心を得る一種の「安全フィルタ」であることを強調できる。

図３に示されるように、蓋体５１の裏面側の左右のほぼ中央部には、支持板５４によって電極板５３が支持されて取り付けられている。電極板５３は、銀または銅銀合金（例えば、銅８０％、銀２０％）などからなり、支持板５４の端部に電極板５３の一縁部がネジで固定されることによって電気的に接続されている。

電極板５３は、多数の円形の穴があけられた網目状の板であり、その体積の割りには表面積を大きくして拡散性の向上が図られている。図７に示すように、電極板５３は、蓋体５１を洗浄槽１６の上部の開口部を覆う正規の位置に取り付けたときに、洗浄槽１６内の洗浄液に十分に浸かる程度の位置に取り付けられている。

そして、蓋体５１の支持板５４の取り付け位置に近い部分に、電極板５３への配線を行うための端子５５が取り付けられている。この端子５５を利用して電線５７が接続され、電極板５３に所定の電圧が印加される。

すなわち、電極板５３と洗浄槽１６との間には、電源装置５６からの直流電圧Ｖ１が、電線５７，５８を介して印加される。電源装置５６は、１０分の数ボルト〜１０数ボルト程度の直流電圧を出力可能であり、また、数ｍＡ〜数Ａ程度の直流電流を負荷に流すことが可能である。電源装置５６によって、電極板５３が正極となり洗浄槽１６が負極となるように電圧Ｖ１が加えられ、それらの間に数ｍＡから数１０ｍＡ程度、例えば６０ｍＡ程度の電流を流すようになっている。電源装置５６の動作は、図９に示すスイッチ７１によってオンオフ可能であり、電流の大きさは調整器７１によって調整可能であり、電流計７２によって表示される。スイッチ７１のオンによって表示灯７４が点灯する。

また、電極板５３と洗浄槽１６との間に印加する電圧Ｖ１の極性を反転するためのスイッチ５９が設けられている。洗浄装置１の通常の使用時には、電極板５３が正極となるようにスイッチ５９が切り替えられ、これによって電極板５３が電気分解され、洗浄液中に銀イオンが析出する。洗浄装置１の使用後には、電極板５３が負極となるようにスイッチ５９を切り替え、洗浄液中の銀イオンを電極板５３に付着させ、これによって洗浄液および洗浄装置１の清掃と銀の回収を行う。

このように、本実施形態の洗浄装置１では、電極板５３と洗浄槽１６との間で直流電流を流し、洗浄液（水道水）中に銀（Ａｇ）イオンを溶出させる。超音波振動によるマイクロバブルとオゾン殺菌と銀による電解殺菌とにより、ほとんどの細菌やウィルスを滅菌することができ、ほぼ完全な消毒を行うことが可能である。なお、電極板５３として銅板を用いることも可能である。

コンプレッサ１１は、大気から空気を吸入し、これを圧縮してオゾン生成装置１２に送り出す。圧縮された空気は、シリコンチューブ１８ａ，１８ｂおよびチェック弁１８ｃを経由して超音波トランスデューサ１４の中に送り込まれ、超音波トランスデューサ１４の振動部２７に設けられた放出口４０より洗浄槽１６内に吐出される。コンプレッサ１１の吸入側には、塵を除去するためのフィルタ１９が取り付けられている。

オゾン生成装置１２は、コンプレッサ１１により送り込まれた空気からオゾンを生成するためのものである。図２に示されるように、オゾン生成装置１２は、空気入口２０とオゾン出口２１とを有するケース２２の中にオゾンランプ２３が設けられたものである。インバータ装置１２ａから供給される直流電圧によって、オゾンランプ２３から紫外線が放射される。

なお、図９に示すように、制御パネル６８には、コンプレッサ１１のオンオフのためのスイッチ７６、インバータ装置１２ａのオンオフのためのスイッチ７７が設けられている。

コンプレッサ１１から送り出された空気は空気入口２０よりオゾン生成装置１２の内部に入り、オゾン生成装置１２の内部を流れる際にオゾンランプ２３から紫外線を照射されて酸素の一部がオゾンに転化する。なお、コンプレッサ１１から吐出される空気の脈動を軽減するために、バッファ槽を設けてもよい。

図６および図７に示されるように、超音波トランスデューサ１４は、洗浄槽１６の底部４５に取り付けられて、洗浄槽１６の中に収容された洗浄液および被洗浄物に対して超音波振動を与える。しかも、オゾンを含む空気は、振動部２７に設けられた細い穴である放出口４０を通って洗浄槽１６内に吐出されるので、気液２相の流体力学的剪断作用によってマイクロバブル化し、洗浄液中に吐出する。

図８に示されるように、超音波トランスデューサ１４は、振動子２６と振動部２７とが連結されたボルト締め振動子である。

振動子２６は、軸方向に並んだリング状の２つの電歪型の圧電セラミック素子２８ａ，ｂが、絶縁シート３６ａ，ｂを介して２つのブロック部材２９ａ，ｂに挟み込まれて形成される。圧電セラミック素子２８ａ，ｂおよびブロック部材２９ａ，ｂは、一方のブロック部材２９ａの軸心を貫通する連結ボルト３０が他方のブロック部材２９ｂの端部の雌ネジ３１に螺合され締め付けられて一体化される。他方のブロック部材２９ｂのもう一方の端部には、振動部２７を連結するための雌ネジ３２が設けられている。ブロック部材２９ｂの２つの雌ネジ３１，３２の穴は通気孔３３により連通している。連結ボルト３０は、軸心を貫通する貫通穴３４を有し、ブロック部材２９ｂの雌ネジ３１に螺合された状態で、貫通穴３４がブロック部材２９ｂの通気孔３３に連通する。連結ボルト３０の頭部側には、貫通穴３４が開口し、シリコンチューブなどに差し込むための取付部３５が設けられている。

２つの圧電セラミック素子２８ａ，ｂは、互いに逆極性となるように配置され、これらの間とこれらを外側から挟むようにして、合計３つのリング状の電極板５０ａ〜ｃが配置されている。外側の電極板５０ａ，５０ｃは、電気的に互いに接続され、共通の電位が印加される。電極板５０ａ，５０ｃおよび電極板５０ｂは、それぞれ独立した駆動回路１５ａ，ｂを有する駆動部１５に接続されている。また、３つの電極板５０ａ〜ｃの間を絶縁するために、連結ボルト３０と電極板５０ａ〜ｃとの間に絶縁リング３６ｃが設けられている。

つまり、電極板５０ａ〜ｃおよび圧電セラミック素子２８ａ，ｂは、絶縁シート３６ａ，ｂおよび絶縁リング３６ｃによって、ブロック部材２９ａ，ｂおよび連結ボルト３０から電気的に絶縁されており、これによって洗浄槽１６およびハウジング１０から電気的に隔離されている。

超音波トランスデューサ１４の振動部２７は、頭部３７および雄ネジ部３８からなる。頭部３７は、略円錐形状を有し、その軸心は雄ネジ部３８の軸心と共通する。振動部２７には、雄ネジ部３８の軸心を通り、頭部３７の内部で軸心に直交する６方向に分岐する通気路４１が設けられている。分岐した通気路４１は、それぞれが頭部３７のテーパ面３９に開口する放出口４０を有している。通気路４１は、雄ネジ部３８が雌ネジ３２に螺合されたときに、ブロック部材２９ｂの通気孔３３および連結ボルト３０の貫通穴３４とともに、取付部３５を起点とし放出口４０に至る連通路４２を形成する。頭部３７の下面には、Ｏリング４３を嵌め込むための環状の溝４４が設けられている。超音波トランスデューサ１４が洗浄槽１６に取り付けられたときに、振動部２７は、溝４４に嵌め込まれたＯリング４３を介して洗浄槽１６の底部４５に接する。そのため、振動部２７から底部４５への超音波振動の伝播が弱められ、底部４５のエロージョンの発生が防止される。

超音波トランスデューサ１４は、洗浄槽１６の底部４５に設けられた取付穴４７に雄ネジ部３８を挿入し、雄ネジ部３８とブロック部材２９ｂの雌ネジ３２とを螺合させ締め付けることにより洗浄槽１６に取り付けられる。この取り付けの際に、洗浄槽１６の底部４５と振動子２６との間に補助板４８が挟み込まれる。補助板４８は、振動子２６の外径のほぼ３倍の外径を有する金属製の円盤状の板である。補助板４８の中心には、取付穴４７の径にほぼ等しい径の挿通穴４９が設けられている。補助板４８を使用することなく、超音波トランスデューサ１４を洗浄槽１６に取り付けてもよい。なお、超音波トランスデューサ１４は、洗浄槽１６の側壁にも取り付けることができる。

駆動部１５には、各超音波トランスデューサ１４ａ，ｂの圧電セラミック素子２８ａ，ｂを超音波振動させるための駆動回路１５ａ，ｂが組み込まれている。駆動回路１５ａ，ｂは、それぞれの超音波トランスデューサ１４ａ，ｂについて個別独立に設けられている。超音波トランスデューサ１４ごとに駆動回路を独立させ、全ての超音波トランスデューサ１４ａ，ｂの出力を５０Ｗ以下に制限することにより、洗浄装置１に起因する不要輻射やラインノイズを軽減している。

各駆動回路１５ａ，ｂによって、超音波トランスデューサ１４ａ，１４ｂに、２０〜１００ｋＨｚ程度の周波数の超音波振動電力が供給される。超音波振動電力の出力のモードとして、連続モードと間欠モードとがあり、これらのモードは図９に示すスイッチ７８によって切り替え可能である。

連続モードでは、図１０（Ａ）に示すように、超音波振動電力が連続的に出力される。間欠モードでは、図１０（Ｂ）に示すように、超音波振動電力が、例えば６０Ｈｚ程度のサイクルでオンオフを繰り返すように間欠的に出力される。

なお、図９において、制御パネル６８には、洗浄装置１の全体の電源をオンオフするスイッチ７９、全体の電源のオン時間を設定するためのタイマー８０、全体の電源のオンオフをフットスイッチによって制御するための接続端子８１が設けられている。

洗浄槽１６は、ステンレス鋼で製作され、ハウジング１０に対して図示しないゴムのシートを介して取り付けられている。ゴムのシートは、洗浄槽１６の振動を遮断する働きをする。洗浄槽１６の外周面を、超音波振動を緩和して騒音を軽減させるための布テープ、ゴム、樹脂、その他の弾性材料で被覆してもよい。

洗浄槽１６の底部４５には、洗浄液を排水するための穴７１が設けられている（図１および図６参照）。穴７１には管路７２が接続され、管路７２の先端はハウジング１０の側面に配置された手動の開閉弁７３に接続されている。開閉弁７３に適当なホースなどを接続しておくことによって、開閉弁７３の簡単な操作のみで洗浄液を排出することができる。

次に、洗浄装置１の使用方法について説明する。

洗浄では、洗浄液として水を用いる。洗浄装置１を適当なテーブルの上に設置し、洗浄槽１６の中に水を適度に満たし、蓋体５１を被せる。全てのスイッチ７１，７６，７７，７９をオンにし、超音波トランスデューサ１４、オゾン生成装置１２、コンプレッサ１１、銀電解用の電源装置５６を動作状態とする。スイッチ５９は、電極板５３が正極となるように切り替えておく。

この状態で、洗浄装置１のユーザは、挿入穴５２ａ，５２ｂから両手ＴＥを挿入て洗浄液に浸す。洗浄槽１６内の水に吐出される空気には、オゾンが数ｐｐｍ〜数十ｐｐｍ〜数百ｐｐｍ含まれる。放出口４０から吐出された空気は、一部が上昇し、一部がマイクロバブルとなる。洗浄装置１による洗浄では、汚れの主成分である有機物はヒドロキシラジカルによって二酸化炭素と水にほぼ完全に分解され、両手ＴＥの洗浄、滅菌、および消毒が同時に１０秒程度で行われる。洗浄槽１６に収容する水（洗浄液）が５リットル程度の場合に、２０人程度のユーザの両手ＴＥを洗浄することができる。

洗浄後の水にはＢＯＤを高める有機物は殆ど残存せず、水中のオゾンおよびヒドロキシラジカルは短時間で酸素や水に変化するので、洗浄後の水は特別な排水処理を行うことなく、下水道に排出することが可能で、環境への二次汚染を抑えることができる。

なお、洗浄後の水を排出する前に、スイッチ５９を切り替えて電極板５３を負極とし、水の洗浄を行ってもよい。

上に述べたように、本実施形態によると、ユーザの両手ＴＥの洗浄と滅菌とを同時に効果的に行うことができ、しかも廃水に対して特別の処理を必要としない。また、両手ＴＥを洗浄槽１６内に挿入するための２つの挿入穴５２ａ，５２ｂが設けられ、その中間に電極板５３が取り付けられているので、両手ＴＥを挿入したときに各手に銀イオンが均等に行き渡り、殺菌がムラなく効果的に行われる。

上述の種々の実施形態において、電極板５３の取り付け方法は上に述べた以外の種々の方法を採用できる。超音波トランスデューサ１４の個数、配列数、配置場所などは、種々変更することができる。

その他、コンプレッサ、オゾン生成装置、超音波トランスデューサ、駆動部、洗浄槽、架台、電解殺菌装置、電極板、電源装置、超音波ユニット、または超音波洗浄装置の全体または各部について、その構造、形状、寸法、個数、材質、配置、位置などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

本発明に係る洗浄装置の使用状態を示す斜視図である。 洗浄装置の全体の構成を示す図である。 蓋部材をその裏面から見た斜視図である。 蓋部材の平面図である。 挿入穴の形状を説明する図である。 洗浄槽の内側を見た平面図である。 洗浄槽の断面図である。 超音波振動トランスデューサの正面断面図である。 制御パネルの正面図である。 超音波振動トランスデューサの出力する超音波波形を説明する図である。１ 洗浄装置１１ コンプレッサ１２ オゾン生成装置（オゾン供給装置）１４ａ，１４ｂ 超音波トランスデューサ（超音波振動部材）１５ａ，１５ｂ 駆動回路１６ 洗浄槽５１ 蓋体（蓋部材）５２ａ，５２ｂ 挿入穴５３ 電極板５６ 電源装置５９ スイッチ（極性反転スイッチ）

Claims (8)

1. 両手が浸かるように洗浄液を収容するための洗浄槽と、
   振動部が前記洗浄槽内に露出するように設けられた超音波振動部材と、
   オゾンを含む空気を前記洗浄槽内に吐出するためのオゾン供給装置と、
   前記洗浄液中に浸かるようにかつ前記洗浄槽とは電気的に絶縁された状態で配置された銀または銅からなる電極板と、
   前記電極板と前記洗浄槽との間に電圧を印加して前記洗浄液中に銀イオンを溶出させるための電源装置と、
   前記両手を前記洗浄槽内に挿入するために前記洗浄槽の上部を覆う蓋部材に設けられた２つの挿入穴と、
   を有することを特徴とする両手を洗浄するための洗浄装置。
2. 前記蓋部材は、前記洗浄槽の本体に対して着脱可能であり、前記電極板は、前記蓋部材の裏面側の左右のほぼ中央部に取り付けられている、
   請求項１記載の両手を洗浄するための洗浄装置。
3. 前記各挿入穴は、前記蓋部材の中央に近い側の幅が大きく、両端に近い側の幅が小さくなるように形成されている、
   請求項１または２記載の両手を洗浄するための洗浄装置。
4. 前記電極板と前記洗浄槽との間に印加する電圧の極性を反転するための極性反転スイッチが設けられてなる、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の両手を洗浄するための洗浄装置。
5. 前記超音波振動部材の駆動および前記オゾン供給装置の駆動をオンオフするためのフットスイッチを接続するための接続端子が設けられてなる、
   請求項１ないし４のいずれかに記載の両手を洗浄するための洗浄装置。
6. 前記洗浄槽に収容された洗浄液を排水するための管路が設けられている、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の両手を洗浄するための洗浄装置。
7. 前記超音波振動部材は、超音波振動を断続的に発生させるように駆動される、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の両手を洗浄するための洗浄装置。
8. 両手が浸かるように洗浄液を収容するための洗浄槽と洗浄液に超音波振動を与える超音波振動部材とが備えられた、両手を洗浄するための洗浄装置であって、
   前記洗浄槽の上部は蓋部材で覆われており、
   前記蓋部材には、両手を前記洗浄槽内に挿入するための２つの挿入穴が設けられ、
   前記各挿入穴は、前記蓋部材の中央に近い側の幅が大きく、両端に近い側の幅が小さくなるように形成されている、
   ことを特徴とする両手を洗浄するための洗浄装置。

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