JP2023022564A - Injection nozzle and liquid injection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、顔その他の皮膚に向かって液体を高圧で噴射して洗浄することに好適な噴射ノズル及び該噴射ノズルを有する液体噴射装置に関する。 The present invention relates to an injection nozzle suitable for washing the face or other skin by injecting liquid at high pressure, and a liquid injection apparatus having the injection nozzle.
この種の皮膚洗浄用液体噴射装置の一例として、特許文献1に記載のものがある。この文献には、手持ち部の先端部に、開口を外方に向けて設けられたカップがあり、ポンプの吐出口から圧送されて来る水を霧状にしてカップ内部を介して開口に向かって噴射する噴射部を肌に当てて使用する皮膚洗浄器が開示されている。 As an example of this type of skin cleansing liquid injection device, there is one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200012. In this document, a cup having an opening facing outward is provided at the tip of the hand-holding portion, and the water that is pressure-fed from the discharge port of the pump is atomized and directed toward the opening through the inside of the cup. A skin cleansing device is disclosed in which a jet part for jetting is applied to the skin for use.
しかしながら、上記文献の皮膚洗浄器は、噴射する水を霧化させて皮膚にあてるため、十分な押圧力が得られず、皮膚の洗浄、特に皮脂腺から出る皮脂や汚れを効果的に洗浄することが難しいという課題がある。 However, the skin cleanser in the above document atomizes the sprayed water and applies it to the skin, so sufficient pressing force cannot be obtained, and it is difficult to effectively cleanse the skin, especially sebum and dirt from the sebaceous glands. is difficult.
上記課題を解決するため、本発明に係る液体噴射装置は、液体を噴射する少なくとも一つのノズル孔を有する噴射ノズルと、液体を加圧して前記噴射ノズルに送る加圧液体供給部と、前記加圧液体供給部の動作を制御して前記ノズル孔から噴射される前記液体を連続流から液滴に分裂した状態で飛翔させる制御部と、を備える液体噴射装置であって、前記液体は、粘度が2.0mPa・s~4.0mPa・sで且つ表面張力が10mN/m~50mN/mのものであり、前記制御部は、前記噴射ノズル孔から噴射される前記液体の速度が10m/s~80m/sになり、前記連続流から前記液滴に分裂して生成される前記液滴の毎秒当りの数である液滴数(個/s)が0.40×105~9.5×105の範囲になるように、前記加圧液体供給部の供給圧力を制御する、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a liquid ejecting apparatus according to the present invention includes: an ejecting nozzle having at least one nozzle hole for ejecting liquid; a pressurized liquid supply unit that pressurizes liquid and feeds it to the ejecting nozzle; a control unit that controls the operation of a pressurized liquid supply unit to cause the liquid that is ejected from the nozzle hole to fly in a state of being divided into droplets from a continuous flow, wherein the liquid has a viscosity of is 2.0 mPa·s to 4.0 mPa·s and the surface tension is 10 mN/m to 50 mN/m, and the controller controls the velocity of the liquid jetted from the jet nozzle hole to be 10 m/s 80 m/s, and the number of droplets (number/s), which is the number of droplets generated per second by splitting into the droplets from the continuous flow, is 0.40×10 5 to 9.5. The supply pressure of the pressurized liquid supply unit is controlled so as to fall within the range of ×10 5 .
以下、本発明について先ず概略的に説明する。
上記課題を解決するため、本発明に係る液体噴射装置の第1の態様は、液体を噴射する少なくとも一つのノズル孔を有する噴射ノズルと、液体を加圧して前記噴射ノズルに送る加圧液体供給部と、前記加圧液体供給部の動作を制御して前記ノズル孔から噴射される前記液体を連続流から液滴に分裂した状態で飛翔させる制御部と、を備える液体噴射装置であって、前記液体は、粘度が2.0mPa・s~4.0mPa・sで且つ表面張力が10mN/m~50mN/mのものであり、前記制御部は、前記噴射ノズル孔から噴射される前記液体の速度が10m/s~80m/sになり、前記連続流から前記液滴に分裂して生成される前記液滴の毎秒当りの数である液滴数(個/s)が0.40×105~9.5×105の範囲になるように、前記加圧液体供給部の供給圧力を制御する、ことを特徴とする。
尚、以下において、前記連続流から前記液滴に分裂して生成される前記液滴の毎秒当りの数である液滴数(個/s)を「液滴周波数」という場合がある。
The present invention will first be described schematically below.
In order to solve the above problems, a first aspect of a liquid injection apparatus according to the present invention includes an injection nozzle having at least one nozzle hole for injecting liquid, and a pressurized liquid supply that pressurizes the liquid and sends it to the injection nozzle. and a control unit that controls the operation of the pressurized liquid supply unit to cause the liquid that is ejected from the nozzle hole to fly in a state where the liquid is split into droplets from a continuous flow, The liquid has a viscosity of 2.0 mPa·s to 4.0 mPa·s and a surface tension of 10 mN/m to 50 mN/m. The speed is 10 m / s to 80 m / s, and the number of droplets (number / s), which is the number of droplets generated per second by splitting into the droplets from the continuous flow, is 0.40 × 10. The supply pressure of the pressurized liquid supply unit is controlled so as to fall within the range of 5 5 to 9.5×10 5 .
In the following description, the number of droplets (number/s), which is the number per second of the droplets that are split into the droplets from the continuous flow, is sometimes referred to as "droplet frequency".
本発明に係る液体噴射装置は、液体が噴射ノズルのノズル孔から所定の供給圧力で連続流として噴射され、その後に前記連続流は飛翔しつつ分裂して液滴が生成されるものである。
このように生成される液滴のサイズは、非粘性の線形理論に基づいて、ノズル孔の孔径bと一定の関係になることが知られている。即ち、前記液滴のサイズは、非粘性の線形理論に基づいて、前記供給圧力の大小によらずに、前記ノズル孔の孔径bの約1.88倍になることが知られている。言い換えると、前記ノズル孔の孔径bが具体的に特定されれば、その特定された孔径bに対応して生成する液滴のサイズが決まることになる。
次に、前記ノズル孔から噴射する液体の噴射速度は、前記特定された孔径bのノズル孔に対して、前記供給圧力を調整することにより設定することができる。そして、この液体の噴射速度が10m/s~80m/sの範囲で決まると、飛翔する前記液滴の速度も決まる。液滴速度は、前記噴射速度とほぼ同じになるので10m/s~80m/sの範囲になる。
また、液体の噴射速度が速くなれば、前記ノズル孔から噴射される液体の流量(ml/min)は増す関係にある。液体の噴射速度は、前記供給圧力を高めれば速くなり、低めれば遅くなる。よって、液体の流量(ml/min)については、前記供給圧力を高めると前記噴射速度が速くなるので増加し、前記供給圧力を低めると前記噴射速度が遅くなるので減少する関係にある。即ち、「液体の流量(ml/min)」は、前記特定された孔径bのノズル孔に対して、前記供給圧力を調整することにより設定することができる。
そして、「液体の流量(ml/min)」が決まれば、前記連続流から液滴に分裂して生成される前記液滴の毎秒当りの数である液滴数(個/s)は、上記の通り前記孔径bに対応してその生成される「液滴のサイズ」が決まっているので、「液体の流量(ml/min)」を「液滴のサイズ」で除する計算によって容易に求めることができる。即ち、「液体の流量(ml/min)」が決まれば、前記「液滴数(個/s)」、即ち「液滴周波数」も決まる。
尚、前記「液体の流量(ml/min)」は、前記噴射ノズル孔が1個ではなく複数個ある場合は、その孔数をかけたものになる。これは以下の説明においても同様である。
A liquid ejecting apparatus according to the present invention ejects a continuous stream of liquid from a nozzle hole of an ejecting nozzle at a predetermined supply pressure, and then the continuous stream splits while flying to form droplets.
It is known that the size of droplets thus generated has a constant relationship with the diameter b of the nozzle hole based on the non-viscous linear theory. That is, it is known that the size of the droplet is approximately 1.88 times the diameter b of the nozzle hole, regardless of the magnitude of the supply pressure, based on the non-viscous linear theory. In other words, if the hole diameter b of the nozzle hole is specifically specified, the size of the droplet to be generated corresponding to the specified hole diameter b is determined.
Next, the ejection speed of the liquid ejected from the nozzle hole can be set by adjusting the supply pressure for the nozzle hole having the specified hole diameter b. Then, when the ejection velocity of the liquid is determined within the range of 10 m/s to 80 m/s, the velocity of the flying droplets is also determined. The droplet velocity is approximately the same as the jet velocity, and is in the range of 10 m/s to 80 m/s.
Further, there is a relation that the flow rate (ml/min) of the liquid jetted from the nozzle holes increases as the liquid jetting speed increases. The jetting speed of the liquid becomes faster when the supply pressure is increased, and becomes slower when the supply pressure is decreased. Therefore, the flow rate (ml/min) of the liquid increases as the supply pressure increases because the injection speed increases, and decreases as the supply pressure decreases as the injection speed decreases. That is, the "liquid flow rate (ml/min)" can be set by adjusting the supply pressure with respect to the nozzle hole having the specified hole diameter b.
Then, once the "liquid flow rate (ml/min)" is determined, the number of droplets (number/s), which is the number of droplets generated by splitting the continuous flow into droplets per second, is Since the "size of the droplet" to be generated is determined corresponding to the pore diameter b as shown in the above, it can be easily obtained by dividing the "flow rate (ml/min) of the liquid" by the "size of the droplet". be able to. That is, if the "liquid flow rate (ml/min)" is determined, the "number of droplets (number/s)", that is, the "droplet frequency" is also determined.
Incidentally, the above-mentioned "liquid flow rate (ml/min)" is multiplied by the number of the injection nozzle holes when there are a plurality of injection nozzle holes instead of one. This also applies to the following description.
以上の説明から理解できるように、本発明に係る液体噴射装置においては、特定されたノズル孔の孔径bに対して、前記加圧液体供給部の供給圧力を調整することによって、液体の噴射速度が10m/s~80m/sの範囲となり、前記液滴周波数が0.40×105~9.5×105の範囲になるように設定することが可能である。
即ち、粘度が2.0mPa・s~4.0mPa・sで且つ表面張力が10mN/m~50mN/mの性状の液体を、速度が10m/s~80m/sの範囲で、且つ前記液滴周波数が0.40×105~9.5×105の範囲の飛翔する液滴として、皮膚等の対象物に繰り返し当てることが可能である。
As can be understood from the above description, in the liquid ejecting apparatus according to the present invention, the liquid ejection speed is in the range of 10 m/s to 80 m/s, and the droplet frequency can be set in the range of 0.40×10 5 to 9.5×10 5 .
That is, a liquid having a viscosity of 2.0 mPa s to 4.0 mPa s and a surface tension of 10 mN / m to 50 mN / m is applied at a speed of 10 m / s to 80 m / s, and the droplet It is possible to repeatedly hit an object such as skin as flying droplets with a frequency in the range of 0.40×10 5 to 9.5×10 5 .
本態様によれば、上記説明により理解できるように、粘度と表面張力が前記範囲にある性状の液体を用いて、この液体から生成される前記液滴数(個/s)の液滴を、前記速さで飛翔させて皮膚等の対象物に次々に当てることが可能である。これにより、皮膚等の対象物に対して効果的な洗浄を行うことができる。
また、このような超音波並みの液滴周波数で、即ち液滴数(個/s)での液滴の衝突によって肌に物理刺激を作用させることができるので、保湿や弾力といった肌状態の改善、すなわちスキンケアを期待することができる。
本発明者らは、前記粘度及び表面張力の液体から生成される液滴を、前記速度及び液滴数(個/s)で飛翔させて皮膚に当てることで、皮膚の洗浄を効果的に行えることを後述するように確認した。
According to this aspect, as can be understood from the above description, using a liquid having properties in which the viscosity and surface tension are within the above ranges, the number of droplets (number/s) generated from this liquid is It is possible to fly at the above speed and hit objects such as skin one after another. As a result, an object such as skin can be effectively washed.
In addition, physical stimulation can be applied to the skin by collision of droplets at such a droplet frequency comparable to that of ultrasonic waves, that is, the number of droplets (pieces / s), so that skin conditions such as moisturizing and elasticity can be improved. , that is, skin care can be expected.
The present inventors can effectively cleanse the skin by spraying droplets generated from the liquid having the above viscosity and surface tension at the above speed and the number of droplets (pieces/s) and applying them to the skin. This was confirmed as described later.
本発明の第2の態様に係る液体噴射装置は、第1の態様において、前記液体は、粘度が2.5mPa・s~3.3mPa・sで且つ表面張力が28mN/m~49mN/mのものであり、前記ノズル孔から噴射される前記液体の噴射速度は19m/s~57m/sの範囲にあり、前記連続流から前記液滴に分裂して生成される前記液滴の毎秒当りの数である液滴数(個/s)は1.7×105~6.4×105の範囲にあることを特徴とする。 A liquid ejecting apparatus according to a second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the liquid has a viscosity of 2.5 mPa·s to 3.3 mPa·s and a surface tension of 28 mN/m to 49 mN/m. and the ejection speed of the liquid ejected from the nozzle hole is in the range of 19 m/s to 57 m/s, and the droplets produced by splitting the continuous flow into the droplets per second The number of droplets (number/s), which is the number, is characterized by being in the range of 1.7×10 5 to 6.4×10 5 .
本態様によれば、前記液体は、粘度が2.5mPa・s~3.3mPa・sで且つ表面張力が28mN/m~49mN/mのものであり、前記液体の噴射速度は19m/s~49m/sの範囲にあり、前記液滴数(個/s)は1.7×105~6.4×105の範囲にある。これにより、第1の態様の効果を一層効果的に得ることができる。 According to this aspect, the liquid has a viscosity of 2.5 mPa·s to 3.3 mPa·s and a surface tension of 28 mN/m to 49 mN/m, and the jet speed of the liquid is 19 m/s to 49 m/s, and the number of droplets (number/s) is in the range of 1.7×10 5 to 6.4×10 5 . Thereby, the effect of the first aspect can be obtained more effectively.
本発明の第3の態様に係る液体噴射装置は、第1の態様又は第2の態様において、前記制御部は、前記供給圧力を0.3MPa~3.2MPaの範囲で調整可能であることを特徴とする。 A liquid ejecting apparatus according to a third aspect of the present invention is the first aspect or the second aspect, wherein the control unit is capable of adjusting the supply pressure within a range of 0.3 MPa to 3.2 MPa. Characterized by
本態様によれば、前記制御部は、前記供給圧力を0.3MPa~3.2MPaの範囲で調整可能であるので、前記飛翔速度及び前記液滴数(個/s)の液滴を皮膚等の対象物に当てることを容易に実現することができる。 According to this aspect, the control unit can adjust the supply pressure in the range of 0.3 MPa to 3.2 MPa, so that the droplets of the flight speed and the number of droplets (number/s) can be applied to the skin or the like. can be easily realized.
本発明の第4の態様に係る液体噴射装置は、第1の態様から第3の態様のいずれか一つの態様において、前記連続流が液滴に分裂する液滴化距離は20mm以内であることを特徴とする。
ここで、「液滴化距離」とは、噴射ノズルの液体を噴射する側の端面から連続流として噴射された該連続流が液滴に分裂する距離を意味する。
A fourth aspect of the present invention is a liquid ejecting apparatus according to any one of the first aspect to the third aspect, wherein a droplet forming distance at which the continuous flow splits into droplets is 20 mm or less. characterized by
Here, the "droplet formation distance" means the distance at which the continuous flow ejected from the end face of the ejection nozzle on the liquid ejection side splits into droplets.
前記液滴化距離は、前記供給圧力を高めれば長くなり、低めれば短くなる関係にある。前記供給圧力を調整することで前記液滴化距離を20mm以内にすることが可能である。
本態様によれば、前記液滴化距離は20mm以内に設定されているので、前記液滴を皮膚等の対象物の狙った箇所に当て易くなる効果が得られる。
The droplet forming distance becomes longer as the supply pressure is increased, and becomes shorter as the supply pressure is decreased. By adjusting the supply pressure, it is possible to set the droplet forming distance within 20 mm.
According to this aspect, since the droplet forming distance is set within 20 mm, an effect is obtained in which the droplet is easily applied to a target portion of an object such as skin.
本発明の第5の態様に係る液体噴射装置は、第1の態様から第4の態様のいずれか一つの態様において、前記噴射ノズルは、複数の前記ノズル孔を有することを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is a liquid ejecting apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the ejection nozzle has a plurality of nozzle holes.
本態様によれば、前記噴射ノズルは、複数の前記ノズル孔を有するので、皮膚の洗浄範囲を容易に広めることができる。 According to this aspect, since the injection nozzle has a plurality of nozzle holes, it is possible to easily widen the washing range of the skin.
本発明の第6の態様に係る液体噴射装置は、第1の態様から第5の態様のいずれか一つの態様において、前記液体は、洗顔用液体又は頭髪用液体であることを特徴とする。
本態様によれば、例えば、洗顔用液体又は頭髪用液体である乳液や育毛剤などを噴射することにより、肌や頭皮に付着した汚れや皮脂が軟化又を除去することができ、さらには肌の角質層や毛穴・毛根などへ供給することができ、効果的なスキンケア又はスカルプケアが実現できる。
A liquid ejecting apparatus according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fifth aspects, the liquid is a face washing liquid or a hair liquid.
According to this aspect, for example, by spraying a milky lotion or a hair restorer that is a face wash liquid or a hair liquid, dirt and sebum adhering to the skin and scalp can be softened or removed. It can be supplied to the stratum corneum, pores, hair roots, etc., and effective skin care or scalp care can be realized.
[実施形態1]
以下に、本発明に係る実施形態1の液体噴射装置について、図1に基づいて詳細に説明する。この液体噴射装置25は、顔、腕、手、足、背中等の皮膚の洗浄に適した皮膚洗浄用液体や、頭皮や頭髪に使用する頭髪用液体を用いる液体噴射装置である。
尚、液体噴射装置25が皮膚洗浄用のものに限定されないことは勿論である。
[Embodiment 1]
A liquid ejecting apparatus according to
Needless to say, the
図1に示したように、本実施形態に係る液体噴射装置25は、液体3を噴射する少なくとも1つのノズル孔1を有する噴射ノズル11と、液体3を加圧して噴射ノズル11に送る加圧液体供給部27と、加圧液体供給部27の動作を制御してノズル孔1から噴射される液体3を連続流5から液滴7に分裂した状態で飛翔させる制御部4とを備える。
更に、本実施形態に係る液体噴射装置25では、噴射する液体3は、その性状として粘度が2.0mPa・s~4.0mPa・sで且つ表面張力が10mN/m~50mN/mのものが使われる。
また、制御部4は、噴射ノズル11から噴射される液体3の噴射速度が10m/s~80m/sの範囲になり、連続流5から液滴7に分裂して生成される液滴7の毎秒当りの数である液滴数(個/s)が0.40×105~9.5×105の範囲になるように、加圧液体供給部27の供給圧力を制御するように構成されている。
As shown in FIG. 1 , the
Furthermore, in the
Further, the controller 4 sets the jet speed of the liquid 3 jetted from the
具体的には、液体噴射装置25は、液体3を噴射する噴射ノズル11を有する噴射部2と、噴射する液体3を貯留する液体タンク6と、加圧液体供給部27であるポンプユニットと、液体タンク6と加圧液体供給部27とをつなぐ液体3の流路10を成す液体吸引チューブ12と、加圧液体供給部27と噴射部2とをつなぐ同じく流路10を成す送液チューブ14とを備える。液体吸引チューブ12及び送液チューブ14は、本実施形態では軟性樹脂材のものが使われているが、この材料に限定されないことは勿論である。
加圧液体供給部27は、制御部4によって、送液チューブ14を通って噴射部2に送液される液体3の圧力等のポンプ動作が制御される。即ち、前記供給圧力が制御される。
Specifically, the
The pressurized
<噴射する液体の性状>
上記した通り、本実施形態に係る液体噴射装置25では、噴射する液体3は、粘度が2.0mPa・s~4.0mPa・sの範囲で且つ表面張力が10mN/m~50mN/mの範囲の性状のものが使われる。
この液体3の粘度及び表面張力の範囲は、液体噴射装置25が使われる環境温度を5℃~45℃の範囲と想定して設定されている。
使用する液体3の粘度が2.0mPa・s~4.0mPa・sで且つ表面張力が10mN/m~50mN/mの範囲とすることで、前記液滴による対象物の洗浄において、水系液体に比べて流動性が低い液体(例えば、炭化水素系成分や合成化合物を含有するもの)を使用する場合も所望の液滴数が確保でき、適正かつ十分な衝撃作用により洗浄効率を高められるという作用効果が期待できる。
<Properties of liquid to be sprayed>
As described above, in the
The ranges of the viscosity and surface tension of the
The liquid 3 used has a viscosity of 2.0 mPa·s to 4.0 mPa·s and a surface tension of 10 mN/m to 50 mN/m. The desired number of droplets can be secured even when using a liquid with low fluidity (for example, a liquid containing a hydrocarbon-based component or a synthetic compound), and the cleaning efficiency can be improved by appropriate and sufficient impact action. expected to be effective.
<噴射ノズル>
噴射ノズル11は、本実施形態では、説明を解り易くするために、1つのノズル孔1を有し、ノズル孔1から高圧の液体3が直進するように噴射されるものについて説明する。図1中の部分拡大図において、符号Fは液体噴射方向を示す。ノズル孔1は液体噴射方向Fの出口が円形の円筒形状に構成されている。
ノズル孔1から噴射された高圧の液体3は、噴射直後は連続流5であるが、液体3の表面張力によって直ぐに液滴化して液滴7の群に分裂する。液滴7の前記群は、液体噴射方向Fに一直線に並んで飛翔する。その飛翔する液滴7の群を皮膚9等の対象物に次々に当てることで対象物の洗浄が実行される。
尚、図1中の部分拡大図は、図面を解り易くするために、液滴7及び連続流5の寸法が他の部材に対して大きく拡大され、相対的な寸法関係は無視されている。
<Injection nozzle>
In this embodiment, the
The high-
In the partially enlarged view of FIG. 1, the dimensions of the
<ノズル孔の径と液滴のサイズ>
本実施形態に係る液体噴射装置25は、液体3が噴射ノズル11のノズル孔1から所定の供給圧力で連続流5として噴射され、その後に連続流5は飛翔しつつ分裂して液滴7が生成される。
このように生成される液滴7のサイズ(以下、「液滴径」とも言う)は、一部重複の説明になるが、非粘性の線形理論に基づいて、ノズル孔1の孔径bと一定の関係になることが知られている。即ち、液滴7は、非粘性の線形理論に基づいて、前記供給圧力の大小によらずに、ノズル孔1の孔径bの約1.88倍になることが知られている。言い換えると、ノズル孔1の孔径bが具体的に特定されれば、生成する液滴7のサイズが決まることになる。
例えば、ノズル孔1の孔径bを0.01mm~0.03mmにした場合、液滴7のサイズは、その1.88倍をして、約0.0188mm~0.0564mmとなる。更に、ノズル孔1の平滑さや温度等の環境状態等によって液滴7のサイズは多少ばらつくことを考慮すると、液滴径は、平均液滴径としては約0.02mm~0.1mmとなる。
ここで、複数の液滴7は、実際には完全な球形ではなく楕円形等に変形しているものがほとんどであるので、「平均液滴径」は、最も長い径部分と最も短い径部分に基づく平均値として求めることになる。
<Nozzle hole diameter and droplet size>
In the
The size of the
For example, when the hole diameter b of the
Here, since most of the plurality of
<供給圧力と噴射速度>
前記供給圧力を高めればノズル孔1から噴射する液体3の噴射速度は速くなり、前記供給圧力を低めればノズル孔1から噴射する液体3の噴射速度は遅くなる関係にある。
ノズル孔1の孔径bが特定されれば、その孔径bに合わせて前記供給圧力を調整することによって、ノズル孔1から噴射する液体3の噴射速度を10m/s~80m/sの範囲に設定することが可能である。
液体3の噴射速度が決まると、飛翔する液滴7の速度も決まる。液滴7の速度は、前記噴射速度とほぼ同じになるので、10m/s~80m/sになる。
<Supply pressure and injection speed>
If the supply pressure is increased, the ejection speed of the liquid 3 ejected from the
Once the hole diameter b of the
When the ejection speed of the
<供給圧力と噴射速度と液体の流量と液滴数>
前記供給圧力を高めればノズル孔1から噴射する液体3の噴射速度は速くなるので、ノズル孔1から噴射される液体の流量(ml/min)は増加する。前記供給圧力を低めればノズル孔1から噴射する液体3の噴射速度は遅くなるのでノズル孔1から噴射される液体の流量(ml/min)は減少する。前記供給圧力と液体の流量(ml/min)は、このような関係にある。
従って、ノズル孔1の孔径bが特定されれば、その孔径bに合わせて前記供給圧力を調整することによって、ノズル孔1から噴射される液体の流量(ml/min)を特定の流量に設定することが可能である。
そして、「液体の流量(ml/min)」が決まれば、連続流5から液滴7に分裂して生成される液滴7の液滴数(個/s)は、上記の通りその生成される「液滴のサイズ」が決まっているので、「液体の流量(ml/min)」を「液滴のサイズ」で除する計算によって容易に求めることができる。即ち、「液体の流量(ml/min)」が決まれば、「液滴周波数」も決まることになる。
尚、液体の流量(ml/min)は、ノズル孔1が1個ではなく複数個ある場合は、その孔数をかけたものになる。これは以下の説明においても同様である。
<Supply pressure, injection speed, liquid flow rate and number of droplets>
If the supply pressure is increased, the ejection speed of the liquid 3 ejected from the
Therefore, if the hole diameter b of the
Then, once the "liquid flow rate (ml/min)" is determined, the number of droplets (number/s) of the
Note that the flow rate (ml/min) of the liquid is multiplied by the number of
以上の説明によって理解できるように、本液体噴射装置25においては、特定されたノズル孔の孔径bに対して、加圧液体供給部27の供給圧力を調整することによって、液体3の噴射速度が10m/s~80m/sの範囲となり、液滴周波数が0.40×105~9.5×105の範囲になるように設定することが可能である。
即ち、粘度が2.0mPa・s~3.0mPa・sで且つ表面張力が10mN/m~500mN/mの性状の液体を、速度が10m/s~80m/sの範囲で、且つ前記液滴周波数が0.40×105~9.5×105の範囲の飛翔する液滴7として、皮膚等の対象物9に繰り返し当てることが可能である。
As can be understood from the above description, in the
That is, a liquid having a viscosity of 2.0 mPa s to 3.0 mPa s and a surface tension of 10 mN / m to 500 mN / m is applied at a speed of 10 m / s to 80 m / s, and the droplet It is possible to repeatedly hit an object 9 such as skin as flying
具体的に、ノズル1の孔径bを例えば0.024mmとした場合、非粘性の線形理論に基づいて、生成する液滴7のサイズは、ノズル孔1の孔径bの約1.88倍をして0.045mmとなる。即ち、液滴7の液滴径は凡そ0・05mmである。
そして、前記供給圧力を調整して液体3の噴射速度、即ち飛翔する液滴7の速度が10m/sとなるようにした場合、液体の流量(ml/min)は約0.3となり、毎秒生成される液滴数(個/s)は約1.0×105となる。
前記供給圧力を調整して液体3の噴射速度、即ち飛翔する液滴7の速度が19m/sとなるようにした場合、液体の流量(ml/min)は約0.51となり、毎秒生成される液滴数(個/s)は約1.8×105となる。
前記供給圧力を調整して液体3の噴射速度、即ち飛翔する液滴7の速度が57m/sとなるようにした場合、液体の流量(ml/min)は約1.55となり、毎秒生成される液滴数(個/s)は約5.4×105となる。
前記供給圧力を調整して液体3の噴射速度、即ち飛翔する液滴7の速度が80m/sとなるようにした場合、液体の流量(ml/min)は約2.2となり、毎秒生成される液滴数(個/s)は約7.6×105となる。
Specifically, when the hole diameter b of the
When the supply pressure is adjusted so that the ejection speed of the
When the supply pressure is adjusted so that the ejection speed of the
When the supply pressure is adjusted so that the ejection speed of the
When the supply pressure is adjusted so that the ejection speed of the
また、本実施形態に係る液体噴射装置25では、加圧液体供給部27は、ノズル孔1から噴射される液体3の供給圧力が0.3MPa~3.2MPaとなる供給圧力で液体3を供給するように構成される。
制御部4は、ノズル孔1から噴射される液体3の噴射速度Vが10m/s~80m/sになるように加圧液体供給部27の供給圧力を制御する。前記供給圧力が0.3MPa~3.2MPaの範囲では、液体3の噴射速度Vが10m/s~80m/sになる状態を実現しやすい。尚、液体3の噴射速度Vが10m/s~80m/sになればよいので、前記噴射圧力は0.3MPa~3.2MPaの範囲に限定されない。
前記供給圧力と噴射速度Vは相関があり、供給圧力が2.4MPaでは噴射速度Vはほぼ60m/sであり、供給圧力が3.2MPaでは噴射速度Vはほぼ80m/sである。
Further, in the
The control unit 4 controls the supply pressure of the pressurized
There is a correlation between the supply pressure and the injection speed V. When the supply pressure is 2.4 MPa, the injection speed V is approximately 60 m/s, and when the supply pressure is 3.2 MPa, the injection speed V is approximately 80 m/s.
本実施形態では、皮膚洗浄用の液体噴射装置25であるので、液滴化距離が20mm以内になるようにノズル孔1の孔径bに合わせて前記供給圧力が設定される。「液滴化距離」とは、噴射ノズル11の液体3を噴射する側の端面13から連続流5として噴射された該連続流5が液滴7に分裂する距離を意味する。
尚、噴射ノズル11内に、噴射される連続流5に対して加振する構造を設けておき、前記供給圧力の制御に加えて、前記加振することで前記液滴化距離を調整できるようにしてもよい。
In this embodiment, since the
A structure for vibrating the
本実施形態では、液体3はグリセリンを含む洗顔液や頭髪用液体(例えば育毛剤や整髪料)が使われるが、化粧用乳液、抗炎症成分を含む水、または殺菌成分を含む調合水が使われてもよい。
なお、前記液体3には,皮膚の炎症を抑えるビタミンB2やB6成分、抗炎症成分であるイブプロフェンピコノールやグリチルリチン酸ニカリウム成分、殺菌成分であるレゾルシン,イソプロピルメチルフェノール及びエタノール成分が含まれていてもよい。
In this embodiment, the
The liquid 3 contains vitamin B2 and B6 components that suppress skin inflammation, ibuprofen piconol and dipotassium glycyrrhizinate components that are anti-inflammatory components, and resorcinol, isopropylmethylphenol and ethanol components that are sterilizing components. good too.
<具体的な説明>
図2は、ノズル孔1の孔径bが0.024mmで、液体3の供給圧力が0.4MPaの場合(上位の図)と1.3MPa(下位の図)における噴射状態、即ち液滴7の飛翔軌跡を高速度カメラを用いて撮影して得た高速撮影画像図である。
いずれも、液滴化距離が約20mm以内であることは勿論、10mm以内であることがが解る。
<Specific explanation>
FIG. 2 shows the ejection states when the diameter b of the
In both cases, it can be seen that the droplet forming distance is, of course, within about 20 mm, and is within 10 mm.
<解析値>
図3は、液体の代表的な噴射状態を図2と同様に高速撮影した液滴画像図と、該液滴画像から噴射および液滴特性を評価するために二値化処理の画像処理を行った解析画像図である。画像処理にはフリーソフト(ImageJ)を用いた。画像処理では、撮影画像を二値化処理し、解析領域として液滴化している範囲を選択し、解析領域内にある各液滴7のエリア数、各液滴7の中心15の座標を求めた。
≪液滴径≫
ここで、液滴径(mm)は、各液滴7のエリア数から各液滴7の投影面積を求め、これを球体の投影面積と仮定して、その径からその平均値として求めた。
尚、解析においては、二値化処理した液滴画像の長方形枠16内にある各液滴7の投影面積を求め、明らかに他の液滴7に比べ小径なものはサテライトと見なして排除した。また、液滴中心軸ずれは、各液滴7の中心座標の最大差分として求めた。
ノズル孔1の孔径bが0.024mmである場合、噴射された連続流5から分裂生成した液滴7の径は凡そ0.05~0.06mmである。非粘性の線形理論と整合していることが確認された。
<Analysis value>
FIG. 3 shows droplet images obtained by high-speed photographing of a typical jetting state of the liquid in the same manner as in FIG. FIG. 10 is an analysis image diagram. Free software (ImageJ) was used for image processing. In the image processing, the photographed image is binarized, a range of droplets is selected as an analysis area, and the number of areas of each
≪Droplet diameter≫
Here, the droplet diameter (mm) was obtained by obtaining the projected area of each
In the analysis, the projected area of each
When the hole diameter b of the
≪液滴化距離≫
図4において、(A)は撮影画角の上側端面を噴射ノズル11が収納された部材の端面に合わせて撮影したノズル孔1の出口の連続流5の高速撮影画像図、(B)は連続流5と液滴7が混在する液滴化の移行過程にある状態の部分の高速撮影画像図、(C)は連続流5が完全に液滴7に分裂した状態の部分の高速撮影画像図である。液滴化距離は、連続流5の状態が、(A)から(C)になるまでに移動させた距離を基に求めた。
ノズル孔1の孔径bが0.024mmである場合、液滴7の直進性が良好であり、前記供給圧力を調整することによって液滴化距離は20mm以内とすることができた。
また、飛翔する液滴7は、噴射ノズル1の中心軸17に対する液滴中心15の軸ずれの最大値は0.2mmである。従って、液滴7を狙った箇所へ照射できる。
≪Dropletization distance≫
In FIG. 4, (A) is a high-speed photographed image of the
When the hole diameter b of the
Further, the maximum axial deviation of the
≪液滴の速度≫
液滴速度は、図5に示すように、連続流5が完全に液滴7に分裂して飛翔した状態を高速度カメラで撮影した画像から2枚の画像を選択し、着目した液滴7の移動距離dを、その2枚の画像の撮影時間間隔で除して求めた。
なお、移動距離dは撮影画像の画角寸法から決まる1pixel当たりの長さから求め、撮影時間間隔は撮影速度(フレームレート)から求めた。
液滴速度は、ノズル孔1の孔径bが0.024mmである場合、前記供給圧力を2.4MPa以下の範囲では凡そ60m/s以下にすることができた。これにより、液滴7の衝撃圧が強過ぎないようにすることが可能となり、例えば肌や頭皮などの照射箇所に対し、安心して使用することができる。
≪Velocity of droplet≫
As shown in FIG. 5, the droplet speed is determined by selecting two images from images taken with a high-speed camera of a state in which the
The moving distance d was obtained from the length per pixel determined from the angle of view of the photographed image, and the photographing time interval was obtained from the photographing speed (frame rate).
When the diameter b of the
≪液滴周波数(液滴数(個/s))≫
液滴周波数(=1秒間当たりの液滴数)は、図6に示すように、撮影画像の画角内に存在する液滴の平均個数を求め、画角の寸法(長さ)を液滴数で除して液滴間の平均距離を求め、液滴速度を液滴間の平均距離で除して求めた。平均個数は、例えば図6では、長方形枠18内の液滴7に対応するノズル孔1にて形成されている液滴は7個である。他のノズル孔1も殆ど同じで7個である。
なお、平均距離は撮影画像の画角寸法から決まる1pixel当たりの長さを基に算出した。
液滴周波数は、前記液滴の速度の上昇に伴って増加する。そのため、前記液滴の速度を変えることによって、より多くの衝撃作用を実現することができ、より効率的な洗浄が期待できる。
<<Droplet frequency (number of droplets (pieces/s))>>
As shown in Fig. 6, the droplet frequency (= number of droplets per second) is obtained by calculating the average number of droplets existing within the angle of view of the photographed image, and calculating the dimension (length) of the angle of view of the droplet. The average distance between droplets was obtained by dividing by the number, and the droplet velocity was obtained by dividing the average distance between droplets. For example, in FIG. 6, the average number of droplets formed in the
The average distance was calculated based on the length per pixel determined from the angle of view of the captured image.
The droplet frequency increases with increasing velocity of the droplets. Therefore, by varying the speed of the droplets, more impact action can be achieved, and more efficient cleaning can be expected.
上記の通り、対象物9の照射箇所の汚れ、例えば、肌や頭皮、とりわけ頭髪の根元に溜まった汚れや脂質などは、上記液滴の速度及び液滴周波数(液滴数(個/s))で液滴7を対象物に当てることにより、その衝撃作用により汚れ等は軟化、除去し易くなる。更に、液滴7は肌の角質層や毛穴・毛根などに効率良く供給され、肌を適切な状態に保ったまま、安全かつ効果的な洗浄を行うことが可能である。これにより、肌の弾性や保湿状態を良好に保つことができる。
As described above, dirt on the irradiation site of the object 9, for example, dirt and lipid accumulated on the skin and scalp, especially at the root of the hair, is determined by the droplet speed and droplet frequency (number of droplets (pieces/s) ), the impact action softens the dirt and makes it easier to remove. Furthermore, the
表1は評価した複数の液体の粘度と表面張力の物性値である。表2は表1に記した液体A、液体B、液体C及び液体Xについての液滴周波数と液滴速度の実測値である。表3は表1に記した液体A、液体B、液体C及び液体Xについての供給圧力と液滴化距離の実測値を示す。表2と表3は対応している。即ち、表2の液滴周波数と液滴速度は表3の各供給圧力に対応する実測値である。
尚、粘度は粘弾性計AR-G2(TAインスツルメント・ジャパン製、温度20℃)、表面張力はBP-100(クルス社製、温度25℃)を用いて測定した。
Table 1 shows physical property values of viscosities and surface tensions of a plurality of evaluated liquids. Table 2 shows measured droplet frequencies and droplet velocities for Liquid A, Liquid B, Liquid C and Liquid X shown in Table 1. Table 3 shows the measured values of the supply pressure and the droplet forming distance for liquid A, liquid B, liquid C and liquid X shown in Table 1. Tables 2 and 3 correspond. That is, the droplet frequencies and droplet velocities in Table 2 are actually measured values corresponding to each supply pressure in Table 3.
The viscosity was measured using a viscoelasticity meter AR-G2 (manufactured by TA Instruments Japan, temperature 20°C), and the surface tension was measured using a BP-100 (manufactured by Cruz,
表2の各液体A、液体B及び液体Cの液滴周波数と液滴速度の測定値について回帰分析を行い、液滴速度V(m/s)、粘度η(mPa・s)、表面張力γ(mN/m)をパラメータとして液滴周波数Dropfreq(個/s)との関係式(1)を求めた。 Regression analysis was performed on the measured values of the droplet frequency and the droplet speed of each liquid A, liquid B and liquid C in Table 2, and the droplet speed V (m / s), viscosity η (mPa s), surface tension γ Using (mN/m) as a parameter, the relational expression (1) with the droplet frequency Drop freq (number/s) was obtained.
次に、前記回帰分析に適用していない物性既知の他の液体である液体Xについて、関係式(1)を用いて液滴周波数を算出した。表4は液体A、液体B、液体C、更に液体Xについての液滴周波数の実測値と、液滴周波数の算出値と、両数値の比すなわち算出値/実測値を示す。
図8は液体Xについての実測液滴周波数(横軸)と算出液滴周波数(縦軸)の関係を示す図である。図8中の破線は両数値が完全に一致するラインである。図8から解るように、算出液滴周波数は実測液滴周波数に対して同等又は僅かに低い値であり、良好な線形相関性が認められた。
Next, the droplet frequency was calculated using the relational expression (1) for the liquid X, which is another liquid with known physical properties and not applied to the regression analysis. Table 4 shows the measured values of the droplet frequency, the calculated values of the droplet frequency, and the ratio of both values, that is, the calculated value/actual value, for Liquid A, Liquid B, Liquid C, and Liquid X.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the measured droplet frequency (horizontal axis) and the calculated droplet frequency (vertical axis) for liquid X. In FIG. A dashed line in FIG. 8 is a line where both numerical values completely match. As can be seen from FIG. 8, the calculated droplet frequency was equal to or slightly lower than the measured droplet frequency, and a good linear correlation was observed.
図9は、表4に記した液体A、液体B、液体C及び液体Xについての液滴周波数の実測値と算出値/実測値の関係を示した図である。ここでは、液体Cは±10%の誤差の範囲で一番多くばらついているが、液体Xも含めて関係式(1)から求めた液滴周波数はその誤差の範囲内で一致し、前記回帰分析により導出した関係式(1)が妥当であることが確認された。
以上、本液体噴射装置25は、粘度が2.0mPa・s~4.0mPa・sで且つ表面張力が10mN/m~50mN/mの範囲である液体3を、連続流5から液滴7へと遷移させ、液滴速度が10m/s~80m/sで、液滴周波数が0.40×105~9.5×105個/sの範囲で周期的に繰り返し吐出させることができる。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the actual measurement value and the calculated value/actual measurement value of the droplet frequency for liquid A, liquid B, liquid C, and liquid X shown in Table 4. In FIG. Here, the liquid C has the largest variation within the error range of ±10%, but the droplet frequency obtained from the relational expression (1) including the liquid X agrees within the error range, and the regression It was confirmed that the relational expression (1) derived by the analysis is appropriate.
As described above, the present
<実施形態1の効果の説明>
(1)本実施形態によれば、上記説明により理解できるように、粘度と表面張力が前記範囲にある性状の液体3を用いて、この液体3から生成される前記液滴数(個/s)の液滴7を、前記速さで飛翔させて皮膚等の対象物9に次々に当てることが可能である。これにより、皮膚等の対象物9に対して効果的な洗浄を行うことができる。
また、このような超音波並みの液滴周波数で、即ち液滴数(個/s)での液滴の衝突によって肌に物理刺激を作用させることができるので、保湿や弾力といった肌状態の改善、すなわちスキンケアを期待することができる。
(2)また、本実施形態によれば、制御部4は、前記供給圧力を0.3MPa~3.2MPaの範囲で調整可能であるので、前記飛翔速度及び前記液滴数(個/s)の液滴7を皮膚等の対象物9に当てることを容易に実現することができる。
(3)また、本実施形態によれば、前記液滴化距離は20mm以内に設定されているので、液滴7を皮膚等の対象物9の狙った箇所に当て易くなる効果が得られる。
<Description of the effects of the first embodiment>
(1) According to the present embodiment, as can be understood from the above description, the number of droplets generated from the liquid 3 (number/s ) can be made to fly at the above-mentioned speed and hit an object 9 such as the skin one after another. As a result, it is possible to effectively clean the object 9 such as the skin.
In addition, physical stimulation can be applied to the skin by collision of droplets at such a droplet frequency comparable to that of ultrasonic waves, that is, the number of droplets (pieces / s), so that skin conditions such as moisturizing and elasticity can be improved. , that is, skin care can be expected.
(2) Further, according to the present embodiment, the control unit 4 can adjust the supply pressure in the range of 0.3 MPa to 3.2 MPa, so that the flight speed and the number of droplets (droplets/s) It is possible to easily realize that the
(3) In addition, according to the present embodiment, the droplet forming distance is set within 20 mm, so that the effect of facilitating application of the
〔他の実施形態〕
本発明の実施形態に係る液体噴射装置25は、以上述べたような構成を有することを基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内での部分的構成の変更や省略等を行うことは勿論可能である。
(1)用いる液体3として、粘度が2.5mPa・s~3.3mPa・sで且つ表面張力が28mN/m~49mN/mのものとし、ノズル孔1から噴射される液体3の噴射速度は19m/s~57m/sの範囲にあり、連続流5から液滴7に分裂して生成される液滴7の液滴周波数が数(個/s)は1.7×105~6.4×105(個/s)の範囲にあるようにすれば、実施形態1で説明した効果を一層効果的に得ることができる。
以下の効果が得られる。
[Other embodiments]
Although the
(1) The
The following effects are obtained.
(2)上記実施形態の説明では、噴射ノズル11は1つのノズル孔1を有するとして説明したが、ノズル孔1を複数個設ける構造にすれば、洗浄エリアを簡単に拡張することができる。その場合、ノズル孔1の数は、ノズル孔1の孔径b、使用上において適正な流量及び所望の供給圧力に基づいて決定することが望ましい。
また、異なるノズル孔1の孔径のノズル孔1を設けることにより、同じ液滴速度で液滴径が異なる液滴7を噴射させることができる。液滴径は衝撃圧には影響しないが、液滴数が増すほど運動エネルギーが増すため、衝突した部分を押す力が増加する。その結果、洗浄力は維持したまま、マッサージ効果を向上させることができる。
(2) In the description of the above embodiment, the
Further, by providing
1 ノズル孔、2 噴射部、3 液体、4 制御部、5 連続流、
6 液体タンク、7 液滴、9 皮膚、10 流路、11 噴射ノズル、
12 液体吸引チューブ、14 送液チューブ、15 中心、17 中心軸、
25 液体噴射装置、27 加圧液体供給部、
F 液体噴射方向、b ノズル孔の孔径
1 nozzle hole, 2 injection part, 3 liquid, 4 control part, 5 continuous flow,
6 liquid tank, 7 droplet, 9 skin, 10 channel, 11 injection nozzle,
12 liquid suction tube, 14 liquid feeding tube, 15 center, 17 central axis,
25 liquid injection device, 27 pressurized liquid supply unit,
F: Liquid injection direction, b: Diameter of nozzle hole
Claims (6)
液体を加圧して前記噴射ノズルに送る加圧液体供給部と、
前記加圧液体供給部の動作を制御して前記ノズル孔から噴射される前記液体を連続流から液滴に分裂した状態で飛翔させる制御部と、を備える液体噴射装置であって、
前記液体は、粘度が2.0mPa・s~4.0mPa・sで且つ表面張力が10mN/m~50mN/mのものであり、
前記制御部は、
前記噴射ノズル孔から噴射される前記液体の速度が10m/s~80m/sになり、
前記連続流から前記液滴に分裂して生成される前記液滴の毎秒当りの数である液滴数(個/s)が0.40×105~9.5×105の範囲になるように、前記加圧液体供給部の供給圧力を制御する、
ことを特徴とする液体噴射装置。 an injection nozzle having at least one nozzle hole for injecting liquid;
a pressurized liquid supply unit that pressurizes a liquid and sends it to the injection nozzle;
a control unit that controls the operation of the pressurized liquid supply unit to cause the liquid that is ejected from the nozzle hole to fly in a state where the liquid is split into droplets from a continuous flow,
The liquid has a viscosity of 2.0 mPa·s to 4.0 mPa·s and a surface tension of 10 mN/m to 50 mN/m,
The control unit
The speed of the liquid injected from the injection nozzle hole is 10 m / s to 80 m / s,
The number of droplets (number/s), which is the number of droplets per second generated by splitting into the droplets from the continuous flow, is in the range of 0.40×10 5 to 9.5×10 5 . to control the supply pressure of the pressurized liquid supply,
A liquid injection device characterized by:
前記液体は、粘度が2.5mPa・s~3.3mPa・sで且つ表面張力が28mN/m~49mN/mのものであり、
前記ノズル孔から噴射される前記液体の噴射速度は19m/s~57m/sの範囲にあり、
前記連続流から前記液滴に分裂して生成される前記液滴の毎秒当りの数である液滴数(個/s)は1.7×105~6.4×105の範囲にある、
ことを特徴とする液体噴射装置。 The liquid ejecting device according to claim 1,
The liquid has a viscosity of 2.5 mPa·s to 3.3 mPa·s and a surface tension of 28 mN/m to 49 mN/m,
The jet speed of the liquid jetted from the nozzle hole is in the range of 19 m / s to 57 m / s,
The number of droplets (number/s), which is the number per second of the droplets split into the droplets from the continuous flow, is in the range of 1.7×10 5 to 6.4×10 5 . ,
A liquid injection device characterized by:
前記制御部は、前記供給圧力を0.3MPa~3.2MPaの範囲で調整可能である、
ことを特徴とする液体噴射装置。 3. The liquid injection device according to claim 1,
The control unit can adjust the supply pressure in the range of 0.3 MPa to 3.2 MPa.
A liquid injection device characterized by:
前記連続流が液滴に分裂する液滴化距離は20mm以内である、
ことを特徴とする液体噴射装置。 The liquid ejecting device according to any one of claims 1 to 3,
The dropletization distance at which the continuous flow splits into droplets is within 20 mm.
A liquid injection device characterized by:
前記噴射ノズルは、複数の前記ノズル孔を有する、
ことを特徴とする液体噴射装置。 The liquid ejecting device according to any one of claims 1 to 4,
The injection nozzle has a plurality of the nozzle holes,
A liquid injection device characterized by:
前記液体は、洗顔用液体や頭髪用液体である、
ことを特徴とする皮膚洗浄用液体噴射装置。
In the liquid ejecting device according to any one of claims 1 to 5,
The liquid is a face wash liquid or a hair liquid,
A skin cleansing liquid injection device characterized by:
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