CN102971828A - 具有多个发光管的陶瓷金属卤化物灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供具有多个发光管的陶瓷金属卤化物灯，其通过将灯内的气压设定为规定压力，从而在一个发光管的寿命末期时刻使其它发光管正常点亮。该陶瓷金属卤化物灯(10)具备：2个发光管(4-1、4-2)，选择性地点亮其中1个发光管；分别围着各个发光管的内管(18H-1、18H-2)；以及收纳上述发光管以及上述内管的外球(2)，上述内管是密封型内管，在上述内管内的不同电位金属部件之间的最短距离为X(mm)时，当一个上述发光管破裂时，上述密封型内管的内部的气压被调整为利用Y=-9.44X+72.29求出的Y(kPa)以上且1个大气压以下，在上述不同电位金属部件之间不发生放电的情况下开始另一个放电管的放电。

Description

具有多个发光管的陶瓷金属卤化物灯

技术领域

本发明涉及具有多个发光管的陶瓷金属卤化物灯。更具体地说，涉及通过将灯内的气压设定为规定压力，从而在一个发光管的寿命末期可靠地点亮其它发光管的陶瓷金属卤化物灯。

背景技术

高压水银灯、高压钠灯、金属卤化物灯以及陶瓷金属卤化物灯这样的高亮度放电灯(HID灯：High Intensity Discharge Lamp：高强度放电灯)利用电极间的放电进行发光。因此，与白炽灯泡相比，具备光束大、适合于大规模空间的照明并且能效良好等各种特征。

因此，一般作为道路、店铺、工场、大厅、体育设施等的照明、电视及电影的外景照明和汽车及铁道车辆的前照灯，得到广泛使用。

在HID灯中，采用金属卤化物作为发光物质的金属卤化物灯与放出蓝白色光线的水银灯相比，具有更接近白色光(自然光)的优异的显色性以及更高的发光效率等长处。

以往，使用石英制发光管作为金属卤化物灯的发光管。最近，使用了透光性陶瓷制发光管(该材质是透光性的多晶氧化铝PCA)。透光性陶瓷制发光管与石英制发光管相比，能够实现格外长的寿命，例如1个透光性陶瓷制发光管可确保约2万4000小时的寿命(长寿命)。此外，石英容易与封入到发光管内的金属卤化物发生反应，而陶瓷具有不会与金属卤化物发生反应，并且耐热性良好等长处。因此具有如下优点：可使用各种金属卤化物作为发光管内的封入物。

在金属卤化物灯中，在使用了透光性陶瓷制发光管的情况下，被特别地称为“陶瓷金属卤化物灯”，不仅与水银灯相比，即使与石英制发光管的金属卤化物灯相比，也能够高效率地实现例如120lm/W(流明/瓦特)以上的亮度。

现有技术文献

专利文献

专利文献l：日本特开平05-089849“高圧放電灯”(公开日：1993年04月09日)

专利文献2：日本特开平08-148123“高圧放電灯”(公开日：1996年06月07日)

专利文献3：日本特开平09-017385“メタルハライドランプ”(公开日：1991年01月17日)

专利文献1～3是与1个发光管的灯相关的技术，没有记载与多个发光管相关的内容。而且，专利文献1是以施加超出发光管放电开始的电压的情况为对象，把与本发明的发光管的破裂无关的事项作为对象。

发明内容

发明所要解决的问题

一般对于灯来说，希望实现更长的寿命。例如，最近开始广泛使用的LED灯的寿命据称能达到额定4万小时。

本发明人等针对发光效率比LED灯好但寿命比LED灯差的陶瓷金属卤化物灯，为了能够与LED灯的寿命相抗衡，进行了采用多个发光管来实现长寿命化的研究开发。在陶瓷金属卤化物灯中，例如，当使用了2个发光管而构成选择性地点亮其中容易点亮的一个发光管的灯时，将1个发光管的寿命设为2万4000小时，理论上利用2个发光管可期待4万8000小时的长寿命化。在3个以上发光管的情况下，可期待以同样的比例增长的长寿命化。

为了使用多个发光管实现灯的长寿命化，需要在点亮中的一个发光管的寿命结束时刻可靠地点亮其它发光管(例如，在2～3分钟之后)。

但是，与其它HID灯相比，陶瓷金属卤化物灯原本就具有启动性能差这样的固有不良模式。而且，发光管的温度、压力比较高，所以具有如下这样的固有不良模式：在发光管的寿命末期，发光管的内部气体泄漏或者发光管破裂。

本发明人等通过对具有多个发光管的陶瓷金属卤化物灯的长寿命化进行研究开发，发现了如下新问题：在从一个发光管的寿命末期向其它发光管的点亮转移时，当由于这些固有的不良模式而导致封入的气体的压力较低时，在不同电位的狭窄的金属部件之间，会发生辉光放电。

例如，在内管采用了密封型内管的情况下，有时，当一个发光管破裂时，即使围着该发光管的内管未发生损伤而保持完好，发光管内的气体也会扩散到内管内，从而在气压比较低的内管内的引线之间发生辉光放电。

或者，在内管采用了密封型内管的情况下，有时，当一个发光管破裂时，其内管也发生损伤，发光管内的气体会扩散到外球内，从而在气压比较低的外球内发生辉光放电。

或者，在内管采用了开放型内管的情况下，有时，当一个发光管破裂时，发光管内的气体通过开放型内管进行扩散，从而在气压比较低的外球内发生辉光放电。

当发生这样的辉光放电时，其它发光管不能正常点亮，从而无法达到采用多个发光管来实现灯的长寿命化的目的。

此外，对于现有的1个发光管的陶瓷金属卤化物灯而言，如果其发光管的寿命结束，则在该时刻，灯自身的寿命也就结束了，而不会产生其它发光管点亮的问题。因此，该问题是在具有多个发光管的陶瓷金属卤化物灯中新产生的问题。

解决问题的手段

因此，本发明的目的是提供一种具有多个发光管的陶瓷金属卤化物灯，其通过将灯内的气压设定为规定压力，从而在一个发光管因破裂或泄漏等而寿命结束的时刻使其它发光管正常点亮。

鉴于上述目地，本发明的陶瓷金属卤化物灯具备：2个发光管，选择地性点亮其中1个发光管；以及收纳所述发光管的外球，在所述外球内的不同电位金属部件之间的最短距离为X时，当一个所述发光管破裂或泄漏、该发光管内部与所述外球内部的气压变得相等时，该外球内部的气压被调整为利用以下式子求出的Y以上且1个大气压以下，在所述不同电位金属部件之间不发生放电的情况下，开始另一个放电管的放电。

Y=-9.44X+72.29………(1)

(其中，X：不同电位部件间的距离(mm)，Y：气压(kPa))

此外，本发明的陶瓷金属卤化物灯具备：2个发光管，选择性地点亮其中1个发光管；分别围着各个发光管的内管；以及收纳所述发光管以及所述内管的外球，所述内管是密封型内管，在所述内管内的不同电位金属部件之间的最短距离为X时，当一个所述发光管破裂或泄漏、该发光管内部与所述密封型内管内部的气压变得相等时，该密封型内管的内部气压被调整为利用以下式子求出的Y以上且1个大气压以下，在所述不同电位金属部件之间不发生放电的情况下，开始另一个放电管的放电。

Y=-9.44X+72.29………(1)

(其中，X：不同电位部件间的距离(mm)，Y：气压(kPa))

此外，本发明的陶瓷金属卤化物灯具备：2个发光管，选择性地点亮其中1个发光管；分别围着各个发光管的内管；以及收纳所述发光管以及所述内管的外球，所述内管是密封型内管，在所述外球内的不同电位金属部件之间的最短距离为X时，当一个所述发光管破裂并且所述密封型内管发生损伤、该发光管内部、该密封型内管内部以及所述外球内的气压变得相等时，该外球内部的气压被调整为利用以下式子求出的Y以上且1个大气压以下，在所述不同电位金属部件之间不发生放电的情况下开始另一个放电管的放电。

Y=-9.44X+72.29………(1)

(其中，X：不同电位部件间的距离(mm)，Y：气压(kPa))

此外，本发明的陶瓷金属卤化物灯具备：2个发光管，选择性地点亮其中1个发光管；分别围着各个发光管的内管；以及收纳所述发光管以及所述内管的外球，所述内管是开放型内管，在所述外球内的不同电位金属部件之间的最短距离为X时，当一个所述发光管破裂或泄漏、该发光管内部与所述外球内部的气压变得相等时，该外球内部的气压被调整为利用以下式子求出的Y以上且1个大气压以下，在所述不同电位金属部件之间不发生放电的情况下开始另一个放电管的放电。

Y=-9.44X+72.29………(1)

(其中，X：不同电位部件间的距离(mm)，Y：气压(kPa))

此外，在上述陶瓷金属卤化物灯中，预先封入到上述外球和/或上述内管中的气体可以是氩(Ar)等惰性气体或氮(N₂)气。

发明效果

根据本发明，可提供具有多个发光管的陶瓷金属卤化物灯，其通过将灯内的气压设定为规定压力，从而在一个发光管因破裂或泄漏等而寿命结束的时刻使其它发光管正常点亮。

附图说明

图1是说明现有的具备1个发光管的陶瓷金属卤化物灯的构造的图，(A)是主视图，(B)是侧视图。

图2是说明本实施方式的陶瓷金属卤化物灯的构造的图，(A)是主视图，(B)是侧视图。

图3是与图4共同例示出图2的陶瓷金属卤化物灯可使用的内管的图。

图4是与图3共同例示出图2的陶瓷金属卤化物灯可使用的内管的图。

图5是将不同电位部件间的距离与气压作为参数来调查有无发生辉光放电的实验数据。

图6是例示灯10的不同电位部件间的最短距离的部位的图。

图7是说明金属卤化物灯的电路的图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的具有多个发光管的陶瓷金属卤化物灯的实施方式。此外，在图中，对相同要素标注相同参照符号，并省略重复的说明。

这里，为了容易理解本实施方式，首先使用图1来说明现有的具备1个发光管的陶瓷金属卤化物灯的构造。

接着，使用图2～6，提及与现有的陶瓷金属卤化物灯的差异的同时，详细说明本实施方式的陶瓷金属卤化物灯。此外，本发明虽然涉及具有多个发光管的陶瓷金属卤化物灯，但为了简化灯的结构从而便于理解，以2个发光管的情况为代表例进行说明。这里，使用图2来说明陶瓷金属卤化物灯的构造，使用图3以及4将该灯可使用的内管的种类分为密封型和开放型进行说明。使用图5来说明将灯内的气压设定为规定压力的情况。

在点亮时，2个发光管中此时处于容易点亮的状态的1个发光管点亮。在熄灭之后进行下一次点亮时，也是处于容易点亮的状态的1个发光管点亮。之后反复上述情形。在本申请文件中，将这样的状态称作“选择性地点亮的2个发光管”。此外，将点亮中达到寿命末期的灯称为“一盏灯”，将在一盏灯的寿命结束之后点亮的灯称为“另一盏灯”。此外需要知道，在3个以上发光管的情况下，可以利用与2个发光管的情况同样的技术手段来实现本发明。

最后，使用图7来简单说明使本实施方式的陶瓷金属卤化物灯点亮的电路。

[现有的陶瓷金属卤化物灯]

图1是说明现有的陶瓷金属卤化物灯100的构造的图，(A)是主视图，(B)是侧视图。如图所示，灯100是在外球2的内部封闭着作为发光部的1个发光管4的双重构造。外球2的端部与E形的灯头6接合。利用安装部8，将发光管4支持于规定位置并进行供电，该安装部8将内管安装到由金属线材和板组合而成的构造物上。

对这各个要素进行说明。

作为发光部的发光管4是具有中央的粗管部4a以及两端的细管部4b、4c的形状的透光性陶瓷制的容器。1对引线5、7分别穿过这些细管部4b、4c延伸到粗管部4a的区域，形成1对钨(W)制的主电极(未图示。)。

在发光管4的容器内，作为发光及放电介质封入有规定量的水银和金属卤化物，作为稀有气体封入有规定压力的氩(Ar)气。作为稀有气体，除了氩(Ar)气以外，还可以是氪(Kr)、氙(Xe)等其它稀有气体或它们的混合气体。作为金属卤化物，可封入碘(I)、溴(Br)、氯(Cl)等卤素和钠(Na)、铥(Tm)、铯(Cs)、镝(Dy)等至少一种发光金属，实现发光效率、显色性和色温等特性的提高。

安装部8将芯柱管（stem tube）14、支柱16和内管18作为主要部件而构成，其中，芯柱管14气密地密封着一对导入线，支柱16与一根导入线连接，并且由钼(Mo)、不锈钢(SUS)、镀镍铁线等线材或成型为近似长方形的框状的圆柱体构成，内管18以围着发光管4的周围的方式设置，由透明石英玻璃管构成。

外球2例如由硼硅酸盐玻璃等透光性硬质玻璃构成。有透明型和扩散型(不透明)。外球2呈BT形，该BT形具有最大口径的中央部2a、图中观察到下部侧被封闭的顶部2b以及上部侧的颈部2c。

颈部2c具有封闭芯柱管14的扩口部的封闭部(未图示。)。在封闭后，穿过芯柱管14上设置的排气管(未图示。)向外球2内排气，封入氩(Ar)等惰性气体或氮(N₂)气等，或者成为真空的气密环境。

覆盖该封闭部，采用耐热性粘结剂接合拧入型灯头，或者将灯头6拧入通过模塑形成的螺旋状的螺纹槽来进行安装。

关于图1所示的灯100，将灯头6安装到插座(未图示。)上，从电源经由规定的点亮电路装置(参照图7)进行通电，通过主电极间的放电来持续稳定的点亮。

[本实施方式]

图2是说明本实施方式的陶瓷金属卤化物灯10的构造的图，(A)是主视图，(B)是侧视图。与图1的现有的灯100相比，本实施方式的灯10的不同点是：具有两个发光管，并且将后述的内管内或外球内的气压设定为规定压力。

如图2所示，在内管18H-1、18H-2中分别收纳有2个发光管4-1、4-2，并且通过安装部8支撑着这2个发光管4-1、4-2。这2个发光管4-1、4-2在电气上并联连接至启动驱动电路。

图2的内管被称为带两端开孔的组合内管18H-1、18H-2。关于内管，有图3以及4所例示的内管，图2的灯10可以使用任意一种内管。这里，内管有密封型内管和开放型内管。任意一种内管在典型情况下都是由石英制成的。作为密封型内管，例如有图3(A)中的两端封闭型内管18A、(B)中的一端封闭/另一端密封型内管18B、(C)中的两端密封型内管18C。作为开放型内管，例如有(D)中的一端封闭/另一端开放型内管18D、图4(E)中的一端封闭/另一端开孔的内管18E、图4(F)中的一端闭合/另一端开孔的内管18F、(G)中的图1所示的两端开放型内管18G、(H)中的图2所示的带有两端开孔的组合内管18H。但是，不限于此，也可以使用其它内管。而且，有时在灯10自身中不存在内管。

接着，对内管内或外球内的压力设定进行说明。本发明人等发现了如下新问题的产生：在从一个发光管的寿命末期向其它发光管的点亮转移时，如果封入气压低且处于不同电位的金属部件之间的距离小，则会导致其它发光管不放电，在不同电位金属部件之间发生辉光放电。例如，存在如下这样的问题等：(1)由于一个发光管的破裂而在密封型内管中发生辉光放电；(2)由于一个发光管的破裂，导致密封型内管也发生损伤，从而在外球内发生辉光放电；(3)由于一个发光管的破裂，致使气体通过开放型内管而扩散，在外球内发生辉光放电。

图5是将不同电位部件间的距离与气压作为参数来调查有无发生辉光放电的实验数据。准备了彼此之间的距离为0、6、2.2、3.2、5.0、6.2(mm)这5种不同电位部件，将施加给不同电位部件的脉冲电压设定为3.5kV，针对各个不同电位部件，在500～100(Torr)的范围内以100(Torr)为单位，对封入气体压力进行减压，执行有无放电的试验。对结果进行图示，X轴为不同电位部件间的距离(mm)，Y轴为气压(kPa)，(○)表示未发生辉光放电，(×)表示发生了放电。

根据图5，作为有无发生放电的边界，得到了以下实验式。

[式1]

Y=-9.44X+72.29………(1)

这里，X：不同电位部件间的距离(mm)，

Y：气压(kPa)

根据式(1)，基于灯的设计确定不同电位部件间的最短距离X，在由式(1)得到的Y以上的气压环境下不发生放电。因此，在灯10的不同电位部件间的最短距离为X的情况下，需要预先设计成，让发光管破裂后的密封区域内达到Y以上的气压。气压Y的上限是使密封区域成为开放状态时的1个大气压(101.3kPa)。

相反，当基于灯的设计确定气压Y时，在根据式(1)的变换式(2)得到的X以上的不同电位部件间的距离下，不发生放电。

[式2]

X=-（Y-72.29）/9.44………(2)

这里，X：不同电位部件间的距离(mm)

Y：气压(kPa)

因此，在把灯10的发光管破裂后的密封区域内的气压假定为Y时，需要预先设计成，在不同电位部件之间空出最短距离X以上。

一般，在灯10的设计中，首先确定不同电位部件间的最短距离X。图6例示了灯10的不同电位部件间的最短距离的部位。基本上如图6(A)所示，最短距离部分(用箭头表示。)处于灯头侧的支柱部件之间。但是，在图3(B)的一端封闭/另一端密封型内管18B的情况下，最短距离部分(用箭头表示。)处于引线之间。

因此，通过如下这样地将内管或外球的气压设定为规定压力，当一个放电管破裂时，阻止在处于不同电位的狭窄的金属部件之间发生辉光放电，使得另一个放电管可靠地开始放电。

(1)为了防止由于一个发光管的破裂而导致密封型内管的内部发生辉光放电，进行如下设计：在内管内的不同电位部件之间的最短距离为X时，让发光管破裂后的密封内管的气压Y为根据式(1)得到的Y以上的气压以上。

(2)在由于一个发光管的破裂致使密封型内管也发生损伤的情况下，为了防止外球内发生辉光放电，进行如下设计：在内管或外球内的不同电位部件之间的最短距离为X时，让发光管破裂后的外球的气压Y为根据式(1)得到的Y以上的气压以上。

(3)在由于一个发光管的破裂而导致开放型内管内的气体扩散时，为了防止外球内发生辉光放电，进行如下设计：让发光管破裂后的外球的气压Y为根据式(1)得到的Y以上的气压以上。

由此，本实施方式的灯10首先通过具有两个发光管而能够实现长寿命化。例如，设1个发光管的寿命为2万4000小时，理论上利用2个发光管可期待4万8000小时的长寿命化。

接着，为了防止密封型内管发生辉光放电，根据式(1)将密封型内管内或外球内的气压设定为规定压力。由此，在一个发光管4-1破裂的情况下，能够阻止另一个发光管4-2以外的部位发生辉光放电，能够可靠地点亮另一个发光管4-2。

此外，这里未规定发光管破裂前的密封型内管的气压或外球的气压，而规定了破裂后的密封型内管的气压或外球的气压。其原因是：第1，通过实验所获得的数据是将不同电位部件间的距离与气压作为参数的有无发生辉光放电的数据。第2，如果在发光管破裂前进行规定，则需要规定发光管的容积及气压、密封型内管的容积及气压、以及外球的容积及气压，存在多个参数，而实际上难以规定发光管破裂前的密封型内管和外球的气压。第3，利用激光仅将仿造灯的发光管破坏并施加到试验装置上，或者，利用激光仅将发光管以及密封型内管破坏并施加到试验装置上，由此能够判别第三方的仿造灯是否触犯了本发明的专利权。

以上为严密意义上的情况，但是，在与密封型内管容积相比，发光管容积小到可以忽略的程度时，也可以将发光管破裂前的密封型内管内的气压设为式(1)的Y以上。而且，在与外球容积相比，发光管以及密封型内管的容积小到可以忽略的程度时，也可以将发光管破裂前的外球内的气压设为式(1)的Y以上。

[灯的电路结构]

本实施方式的陶瓷金属卤化物灯的电路与以往使用的陶瓷金属卤化物灯的电路相同。

图7是说明金属卤化物灯的电路的图。从与商用交流电源(100/200V、50/60Hz)24连接的稳定器26对陶瓷金属卤化物灯10进行供电。稳定器26具有扼流圈27以及点火器(启动电路)28。灯内的发光管4-1、4-2在电气上并联连接于电源侧。

如图所示，在陶瓷金属卤化物灯中，灯自身不具有启动电路，通过来自稳定器26的脉冲使得处于容易点亮状态的1个发光管点亮。即，可以在现有的陶瓷金属卤化物灯的电路插座上安装本实施方式的陶瓷金属卤化物灯。因此，本实施方式的陶瓷金属卤化物灯通过器具、稳定器的组合，从而无需变更现有设备即可进行使用。

[变形例等]

以上，对本实施方式的具备外球保护构造的陶瓷金属卤化物灯进行了说明，但这些仅仅为例示，不限制本发明的范围。本领域技术人员对本实施方式进行的容易想到的追加、削除、变更、改进等也包含在本发明的范围内。本发明的技术范围由所附权利要求书的内容所规定。

符号说明

2：外球，2a：中央部，2b：顶部，2c：颈部，4、4-1、4-2：发光管，4a：粗管部，4b、4c：细管部，6：灯头，10、100：陶瓷金属卤化物灯，14：芯柱管，16：支柱，18：内管，18A：两端封闭型内管，18B：一端封闭/另一端密封型内管，18C：两端密封型内管，18D：一端封闭/另一端开放型内管，18E：一端封闭/另一端开孔的内管，18F：一端闭合/另一端开孔的内管，18G：两端开放型内管，18H-1、18H-2：带两端开孔的组合内管，24：商用交流电源，26：稳定器，28：点火器。

Claims (5)

1.一种陶瓷金属卤化物灯，其具备：

2个发光管，选择地性点亮其中1个发光管；以及

收纳所述发光管的外球，

在所述外球内的不同电位金属部件之间的最短距离为X时，

当一个所述发光管破裂或泄漏、该发光管内部与所述外球内部的气压变得相等时，该外球内部的气压被调整为利用以下式子求出的Y以上且1个大气压以下，

在所述不同电位金属部件之间不发生放电的情况下，开始另一个放电管的放电，

所述式子是：

Y=-9.44X+72.29………(1)

其中，X：不同电位部件间的距离(mm)

Y：气压(kPa)。

2.一种陶瓷金属卤化物灯，其具备：

2个发光管，选择性地点亮其中1个发光管；

分别围着各个发光管的内管；以及

收纳所述发光管以及所述内管的外球，

所述内管是密封型内管，

在所述内管内的不同电位金属部件之间的最短距离为X时，

当一个所述发光管破裂或泄漏、该发光管内部与所述密封型内管内部的气压变得相等时，该密封型内管的内部气压被调整为利用以下式子求出的Y以上且1个大气压以下，

在所述不同电位金属部件之间不发生放电的情况下，开始另一个放电管的放电，

所述式子是：

Y=-9.44X+72.29………(1)

其中，X：不同电位部件间的距离(mm)

Y：气压(kPa)。

3.一种陶瓷金属卤化物灯，其具备：

2个发光管，选择性地点亮其中1个发光管；

分别围着各个发光管的内管；以及

收纳所述发光管以及所述内管的外球，

所述内管是密封型内管，

在所述外球内的不同电位金属部件之间的最短距离为X时，

当一个所述发光管破裂并且所述密封型内管发生损伤、该发光管内部、该密封型内管内部以及所述外球内的气压变得相等时，该外球内部的气压被调整为利用以下式子求出的Y以上且1个大气压以下，

在所述不同电位金属部件之间不发生放电的情况下开始另一个放电管的放电，

所述式子是：

Y=-9.44X+72.29………(1)

其中，X：不同电位部件间的距离(mm)

Y：气压(kPa)。

4.一种陶瓷金属卤化物灯，其具备：

2个发光管，选择性地点亮其中1个发光管；

分别围着各个发光管的内管；以及

收纳所述发光管以及所述内管的外球，

所述内管是开放型内管，

在所述外球内的不同电位金属部件之间的最短距离为X时，

当一个所述发光管破裂或泄漏、该发光管内部与所述外球内部的气压变得相等时，该外球内部的气压被调整为利用以下式子求出的Y以上且1个大气压以下，在所述不同电位金属部件之间不发生放电的情况下开始另一个放电管的放电，

所述式子是：

Y=-9.44X+72.29………(1)

其中，X：不同电位部件间的距离(mm)

Y：气压(kPa)。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的陶瓷金属卤化物灯，其中，

预先封入到所述外球和/或所述内管中的气体是氩(Ar)等惰性气体或氮(N₂)气。

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