JP2005329140A - 電子線照射装置及びオゾンの利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子線照射によるオゾン発生領域を限定し、かつ発生したオゾンの有益効果を利用することができる電子線照射装置を提供する。
【解決手段】 照射対象物Ｘに電子線Ｂを照射して照射対象物Ｘを殺菌・滅菌する電子線照射装置１において、電子線Ｂの照射部１０の周囲にエアカーテンｃを形成するエアカーテン形成手段１３と、照射部１０の下方に配置され、エアカーテンｃで囲まれたオゾンｇを含む空気ａｇを吸引する吸引口１６と、その吸引口１６に接続された排気管１７より分岐され、吸引したオゾンｇを含む空気ａｇの一部ａｇ２をエアカーテン形成手段１３に供給して循環する循環用配管１９とを備えたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照射対象物に電子線を照射して照射対象物を殺菌・滅菌する電子線照射装置及び電子線の照射に伴って発生するオゾンの利用方法に関する。

電子線照射装置として、図６および図７に示すように、インライン型として工場のライン等への導入が可能な点を大きな特長として有する電子線照射装置６１がある。この装置６１では、装置本体６２の下方に照射対象物Ｘがベルトコンベア６３で順次搬送され、装置本体６２とベルトコンベア６３間となる電子線の照射部（照射エリア）６４において、照射対象物Ｘの上方から装置本体６２で発生させた電子線Ｂを照射することで、照射対象物Ｘが連続的に殺菌・滅菌処理される。

装置６１において、電子線Ｂの照射時には、電子線Ｂが照射部６４付近に存在する空気中の酸素分子と反応し、オゾンｇが発生する。オゾンは有害であり、ＣｕやＦｅ、樹脂などの材料を腐食させる。このため、電子線照射装置から発生するオゾンの処理について、従来から様々な方法が用いられている。

例えば、オゾンの発生源である照射部付近に不活性ガス（窒素など）を導入し、電子線と酸素分子の反応を低減することで、排気オゾンの濃度を低くして外部に排気する方法がある。

また、装置６１では、照射部６４のオゾンｇを含む空気ａｇを、装置本体６２の下方に設けた吸引口６５から排気管６６を介してブロア６７で吸引し、触媒（オゾンキラー）６８を通してオゾンｇを還元反応させることで、排気オゾン濃度を低くして排気口６９から排気している。

ところで、装置６１では、電子線Ｂを遮蔽するために、装置本体６２の下部とその周囲をＳＵＳ等で形成された遮蔽体７０で覆っている。遮蔽体７０には照射対象物Ｘを照射部６４に搬入・搬出するための間口である搬入口７１や搬出口７２が設けられている。照射対象物Ｘは、この搬入口７１や搬出口７２を通って前工程から殺菌・滅菌工程、後工程へとベルトコンベア６３で搬送される。

しかし、電子線Ｂの照射と同時に発生したオゾンｇが搬入口７１や搬出口７２から遮蔽体７０外の空間へと拡散してしまう問題があり、オゾン耐腐食性の低いコンポーネントの腐食が懸念される。

そこで、装置６１では、照射部６４をオゾン耐腐食性の高いＳＵＳ等で形成されたカバー７３で覆い、照射部６４内を負圧にすることで、照射部６４内に周囲の空気ａを引き込み、オゾンｇを触媒６８側へと吸引していた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特開２００２−１７１９４９号公報

しかしながら、装置６１のように、照射対象物Ｘの殺菌・滅菌を連続的に処理する場合は、通常、カバー７３や遮蔽体７０に間口が設けられるため、照射部６４を気密状態に保つことは困難であり、カバー７３や遮蔽体７０外の空間へオゾンｇが拡散してしまうという問題がある。

また、照射部６４に不活性ガスを導入する方法では、不活性ガスの貯蔵タンク、ならびに不活性ガスの導入ラインの確保が必要である。

さらに、装置６１では、照射対象物Ｘの上方から電子線Ｂを照射するので、測定対象物Ｘの形状によっては電子線Ｂによる殺菌・滅菌などの効果に空間的な不均一性が生じてしまう。

このように、電子線照射装置から発生するオゾンの処理について、従来、不活性ガスの導入や触媒を通した排気など様々な処理方法が用いられてきたが、塩素系殺菌剤の数百倍以上の殺菌力を持ち、脱臭力、漂白力、鮮度保持などの効果を持つオゾンの有益効果を利用した装置や方法は創案されていない。

そこで、本発明の目的は、電子線照射によるオゾン発生領域を限定し、かつ発生したオゾンの有益効果を利用することができる電子線照射装置およびオゾンの利用方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、照射対象物に電子線を照射して照射対象物を殺菌・滅菌する電子線照射装置において、電子線の照射部の周囲にエアカーテンを形成するエアカーテン形成手段と、上記照射部の下方に配置され、上記エアカーテンで囲まれたオゾンを含む空気を吸引する吸引口と、その吸引口に接続された排気管より分岐され、吸引したオゾンを含む空気の一部を上記エアカーテン形成手段に供給して循環する循環用配管とを備えた電子線照射装置である。

請求項２の発明は、上記エアカーテン形成手段は、電子線を出射するスキャンホーンの周囲を囲むように設けられた環状流路と、その環状流路の下部に設けられた複数の噴射孔とで構成される請求項１記載の電子線照射装置である。

請求項３の発明は、上記循環用配管が分岐された上記排気管の上流側に排気ブロアを接続し、上記排気管と上記循環用配管の接続部に、上記排気管を流れるオゾンを含む空気の流量と上記循環用配管を流れるオゾンを含む空気の流量との分流比を調整する分流比調整手段を接続した請求項１または２記載の電子線照射装置である。

請求項４の発明は、上記排気ブロアの上流側にオゾン濃度調整手段が接続され、上記循環用配管から上記エアカーテン形成手段に供給されて循環されるオゾン濃度が調整される請求項３記載の電子線照射装置である。

請求項５の発明は、上記循環用配管にコンプレッサーが接続され、上記エアカーテン形成手段の噴射孔から噴射されるオゾンを含む空気の流速が調整される請求項１〜４いずれかに記載の電子線照射装置である。

請求項６の発明は、上記照射部にオゾンセンサが配置され、そのオゾンセンサで検出したオゾンの濃度に応じて上記循環用配管に導入される空気の流量が調整される請求項１〜５いずれかに記載の電子線照射装置である。

請求項７の発明は、上記吸引口は、上記照射対象物が搬送されるコンベアの下方に配置され、上記エアカーテンと略同じ開口寸法に形成される請求項１〜６いずれかに記載の電子線照射装置である。

請求項８の発明は、照射対象物に電子線を照射して照射対象物を殺菌・滅菌する際、電子線の照射部の周囲にエアカーテンを形成し、そのエアカーテンで囲まれたオゾンを含む空気を吸引し、吸引したオゾンを含む空気の一部を上記エアカーテンとして循環する電子線照射装置におけるオゾンの利用方法である。

本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。

（１）電子線照射によって照射部付近に発生するオゾンの発生領域を限定できる。

（２）殺菌・滅菌効果の向上ならびに均一化を図ることができ、発生したオゾンを有効利用できる。

従来、電子線照射装置から発生するオゾンは有害であり、Ｃｕ、Ｆｅ、樹脂などのオゾン耐腐食性のない材質への腐食といった観点から不要なものとして扱われてきた。その一方で、オゾンは塩素系殺菌剤の数百倍以上の殺菌力を持ち、脱臭力、漂白力、さらには二次的効果による鮮度保持、農薬分解効果など様々な有益効果を持つ。

そこで、本発明者は、電子線照射装置におけるオゾンを効果的に利用する方法はないかと鋭意研究した結果、本発明を創作するに至った。

以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は本発明の好適実施の形態を示す電子線照射装置の正面図、図２はその側面図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態に係る電子線照射装置１は、電子線Ｂを下方の照射対象物Ｘに照射する装置本体２と、装置本体２の下方に照射対象物Ｘを順次搬送する搬送装置３と、配管系４とで主に構成される。

装置本体２は、カソードとアノードとが備えられて電子を発生する最上部の電子銃５と、電子銃５で発生した電子を下方に加速する加速管６と、加速管６からの電子線を水平面内で走査するスキャニング電磁石７と、電磁石７で走査された電子線を下方に出射するためのＳＵＳで形成されたスキャンホーン８とを備えている。スキャンホーン８の下部には、電子線Ｂを下方に取り出すためのＴｉで形成された取り出し窓９が設けられる。

搬送装置３は、スキャンホーン８の下方となる電子線Ｂの照射部（照射エリア）１０に照射対象物Ｘを通過させるために、照射対象物Ｘを上流から下流（図１では紙面の奥側から手前側、図２では矢印Ａ方向）に順次搬送するものである。本実施の形態では、搬送装置３として、ローラ１１にメッシュベルト１２が巻き掛けられたベルトコンベアを使用した。搬送装置３としてはローラコンベアを用いてもよい。

照射部１０は、スキャンホーン８の下面とメッシュベルト１２の上面間で区画形成された空間である。装置１では、この照射部１０において、照射対象物Ｘの上方から装置本体２で発生させた電子線Ｂが照射される。電子線Ｂの照射時には、電子線Ｂが照射部１０付近に存在する空気中の酸素分子と反応し、オゾンｇが発生する。

さて、スキャンホーン８の下部には、照射部１０の周囲に円筒状のエアカーテンｃを形成するエアカーテン形成手段１３が設けられる。エアカーテン形成手段１３は、スキャンホーン８の下部の周囲を囲むように設けられた環状流路１４と、その環状流路１４の下部に設けられた複数の下向きの噴射孔（吐出口）１５とで構成される。

配管系４は、照射部１０の下方となる搬送装置３の下方に配置される吸引口１６と、その吸引口１６に一端が接続される排気管１７と、その排気管１７より接続部（分岐部）１８において分岐接続される循環用配管１９とで主に構成される。排気管１７の分岐した他端は排気口２０に接続される。

吸引口１６は、エアカーテンｃで囲まれたオゾンｇを含む空気（オゾン混合空気）ａｇを吸引すると共に、エアカーテンｃを吸引するものである。この吸引口１６は、円筒状のエアカーテンｃの径と同じ径（開口寸法）か、あるいはやや大きい径の円筒状に形成される。循環用配管１９は、吸引したオゾン混合空気ａｇの一部（後述するオゾン混合空気ａｇ２）をエアカーテン形成手段９に供給して循環するものである。

排気管１７と循環用配管１９の接続部１８よりも上流側の排気管１７には、排気ブロア２１が接続される。排気ブロア２１の上流側の排気管１７には、オゾン濃度調整手段としての１段目の触媒２２が接続される。触媒２２は、循環用配管１９からエアカーテン形成手段１３に供給されて循環されるオゾン濃度を調整するものである。

接続部１８には、接続部１８よりも下流側の排気管１７を流れるオゾン混合空気ａｇ１の流量と、循環用配管１９を流れるオゾン混合空気ａｇ２の流量との分流比（流量比）を調整する分流比調整手段として、３方弁２３が接続される。

接続部１８よりも下流側の排気管１７には、２段目の触媒（オゾンキラー）２４が接続される。触媒２４は、オゾン混合空気ａｇ１のオゾン濃度を大気放出できる濃度に分解するものである。

循環用配管１９には、コンプレッサー２５が接続される。コンプレッサー２５の下流側の循環用配管１９には、流速調整弁２６が接続される。コンプレッサー２５と流速調整弁２６により、エアカーテン形成手段１３の各噴射孔１５から噴射されるオゾン混合空気ａｇ２の流速が調整される。

照射部１０内となるスキャンホーン８の下面には、照射部１０のオゾン濃度を検出するためのオゾンセンサ２７が配置される。このオゾンセンサ２７により、例えば、３方弁２３とコンプレッサー２５間の循環用配管１９に空気ａの導入ライン２８を接続し、その導入ライン２８を開閉する開閉弁２９を設けることで、循環用配管１９に導入される空気ａの流量を調整する。

装置１では、電子線Ｂを遮蔽するために、装置本体２のスキャンホーン８から下方の部分、装置本体２の周囲の搬送装置３、吸引口１６をＳＵＳ等で形成された遮蔽体３０で覆っている。遮蔽体３０には、照射対象物Ｘを照射部１０に搬入・搬出するための間口である搬入口３１や搬出口３２が設けられる。

本実施の形態の作用を説明する。

まず、装置１を運転する前に、殺菌・滅菌したい照射対象物Ｘに応じて、搬入口３１や搬出口３２の大きさ、照射部１０の大きさを加味し、電子線Ｂの照射エネルギー（１〜１０ＭｅＶ）を決定すると、単位時間当たりに照射部１０で発生するオゾンｇの濃度が求められる。このオゾンｇの濃度に基づき、触媒２２や触媒２４の処理能力、排気ブロア２１の風量、コンプレッサー２５の吐出圧を適宜選定し、吸引したオゾン混合空気ａｇをある一定条件（濃度・流量）に調整する。

装置１を運転すると、照射対象物Ｘは、搬送装置３によって搬入口３１から遮蔽体３０内に順次搬入され、照射部１０を通過する間に、装置本体２で発生させた電子線Ｂが照射されることで連続的に殺菌・滅菌処理され、搬送装置３によって搬出口３２から遮蔽体３０外へ順次搬出される。

電子線Ｂを照射する際、照射部１０にオゾンｇが発生する。オゾンｇを含む空気（オゾン混合空気）ａｇは、吸引口１６から排気ブロア２１によって吸引され、排気管１７を流れる。吸引されたオゾン混合空気ａｇは、触媒２２によってオゾン濃度が調整される。排気ブロア２１の風量は、例えばインバータで制御する。

さらに、照射対象物Ｘごとに３方弁２３を調整することにより、接続部１８よりも下流側の排気管１７を流れるオゾン混合空気ａｇ１の流量と、循環用配管１９を流れるオゾン混合空気ａｇ２の流量との分流比（流量比）が調整され、循環用配管１９からエアカーテン形成手段１３に供給されて循環されるオゾン混合空気ａｇ２のオゾン濃度が調整される。

オゾン混合空気ａｇ１は、触媒２４によってオゾン濃度が大気放出できる濃度（例えば、０．１〜１ｐｐｍ）に分解され、排気口２０から大気中に放出される。３方弁２３により、大気中に放出されるオゾン混合空気ａｇ１の排気量を調整することで、吸引口１６や照射部１０内を負圧にする。

一方、オゾン混合空気ａｇ２は、エアカーテン形成手段１３に供給され、環状流路１４を流れて各噴射孔１５から照射部１０に下向きに噴射されることで、照射部１０の周囲に円筒状のエアカーテンｃを形成する。

噴射孔１５から噴射されるオゾン混合空気ａｇ２の流速の調整は、コンプレッサー２５の吐出圧を制御し、流速調整弁２６を調整することで行う。コンプレッサーの吐出圧は、例えばインバータで制御する。

エアカーテンｃとエアカーテンｃで囲まれたオゾン混合空気ａｇとは、吸引口１６や照射部１０内が負圧なので、照射部１０外への拡散が防止され、吸引口１６から吸引されて循環する。装置１の運転後、所定時間経過すると、照射部１０内のオゾン濃度は平衡になる。

このように、装置１では、照射対象物Ｘに電子線Ｂを照射して照射対象物を殺菌・滅菌する際、照射部１０の周囲にエアカーテンｃを形成し、そのエアカーテンｃで囲まれたオゾン混合空気ａｇの一部（オゾン混合空気ａｇ２）を、適切な濃度、流量に調整して照射部１０にフィードバックし、エアカーテンｃとして循環する。

エアカーテンｃを形成するのに、噴射孔１５から噴射されるオゾン混合空気ａｇ２の必要風量（流量）は、搬入口３１や搬出口３２の高さｈに応じて決定され、例えば、高さｈ×幅が０．５〜０．７ｍ×０．５〜０．７ｍのとき、１０ｍ³ ／分程度である。

このエアカーテンｃにより、電子線Ｂの照射によって照射部１０付近で発生したオゾンｇの照射部１０外への、ひいては遮蔽体３０外への拡散を確実に防止でき、同時にオゾンｇの発生領域を照射部１０（エアカーテンｃ）内に限定できる。

また、エアカーテンｃ形成後、照射部１０を通過する照射対象物Ｘは、照射部１０内に搬入される際エアカーテンｃに接触し、照射部１０内で電子線Ｂが照射され、照射部１０外に搬出される際、エアカーテンｃに接触する。

すなわち、装置１では、照射対象物Ｘへの電子線Ｂの照射に加え、装置本体２自体から発生した殺菌・滅菌力のあるオゾンｇに照射対象物Ｘが晒されることで、従来の電子線Ｂの照射のみでは難しかった殺菌・滅菌効果の空間的不均一性が緩和され、殺菌・滅菌効果の向上、ならびに均一化を図ることが可能である。

つまり、従来、オゾンは不要なものとして全て排気の対象となっていたが、装置１では、エアカーテンｃによってオゾンの拡散が防止できるため、照射部１０にフィードバックして循環することが可能となる。これにより、装置本体２で発生したオゾンｇを有効利用でき、オゾンｇの有益効果を利用できる。

通常、照射部１０内のオゾン濃度は平衡になるが、例えば、図示しない監視手段により、オゾンセンサ２７で検出した照射部１０のオゾン濃度をオンラインで監視することで、オゾンセンサ２７を異常濃度検知のインターロックとして使用してもよい。異常濃度検知時には、オゾンセンサ２７で検出した照射部１０のオゾン濃度に応じて、開閉弁２９を調整し、導入ライン２８から循環用配管１９に導入される空気ａの流量を調整することで、照射部１０のオゾン濃度を調整する。

さらに、吸引口１６は、円筒状のエアカーテンｃの径と同じ径か、あるいはやや大きい径の円筒状に形成されるので、エアカーテンｃとオゾン混合空気ａｇをより確実に吸引できる。

次に、第２の実施の形態を説明する。

図３および図４に示すように、電子線照射装置４１は、スキャンホーン８の上部に、スキャンホーン８の上流側および下流側に帯状のエアカーテンｃ３をそれぞれ形成するエアカーテン形成手段４２を設けたものである。エアカーテン形成手段４２は、スキャンホーン８の上部の前後にそれぞれ設けられた直線流路４３と、各直線流路４３の下部に設けられた複数の下向きの噴射孔４４とで構成される。

エアカーテンｃ３は、搬入口３１と搬出口３２の近傍にそれぞれ形成され、かつ搬入口３１と搬出口３２の幅と同じか、あるいはやや大きい幅ｗ３となるようにそれぞれ形成される。搬送装置３の下方の上流側および下流側にそれぞれ配置される吸引口４５は、エアカーテンｃ３の幅と同じ幅か、あるいはやや大きい幅に形成される。噴射孔４４と吸引口４５間の距離ｄ３は、例えば、１ｍ程度である。

また、装置４１では、分流比調整手段として、図１および図２の３方弁２３の代わりに、接続部１８と触媒２４間の排気管１７に、オゾン混合空気ａｇ１の流量を調整する流量調整弁４６を接続すると共に、接続部１８とコンプレッサー２５間の循環用配管１９に、オゾン混合空気ａｇ２の流量を調整する流量調整弁４７を接続する。

装置４１のその他の構成は、図１および図２の装置１と同じである。この装置４１によっても、装置１と同様の作用効果が得られる。また、エアカーテン形成手段４２の代わりに、スキャンホーン８の上部に、スキャンホーン８の周囲に円筒状のエアカーテンを形成するエアカーテン形成手段を設けてもよい。

上記実施の形態では、円筒状のエアカーテンｃや帯状のエアカーテンｃ３を形成する例で説明したが、照射部１０付近の全体にオゾン混合空気ａｇ２を噴射してエアカーテンを形成してもよい。

また、オゾン混合ガスａｇ１，ａｇ２の流量を、３方弁２３や流量調整弁４６，４７、排気ブロア２１の風量などで調整したが、同径の排気管１７や循環用配管１９ではなく、レデューサやデフューザーを適宜組み合わせてオゾン混合ガスａｇ１，ａｇ２の流量を調整してもよい。

上記実施の形態では、エアカーテンと吸引口が搬送装置３を介して対向するように配置したが、必ずしも対向配置する必要はなく、照射対象物Ｘによって最適な配置を決定すればよい。例えば、エアカーテンよりも上流側と下流側にそれぞれ吸引口を設けてもよい。

触媒２２、コンプレッサー２５、流速調整弁２６は必ずしも必要なコンポーネントではなく、照射対象物Ｘ、搬入口３１や搬出口３２の大きさ、照射部１０の大きさに応じて装置に組み込むかどうかを決定すればよい。

本発明は、照射対象物Ｘとして、例えば、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すような点滴剤５１などの医療用具、ダンボールに梱包されたもの、香辛料などの粉体がパックされたものの殺菌・滅菌処理に特に有効である。

点滴剤５１は、図５（ａ）に示すように、生理食塩水がパックされた容器５１ａと、薬剤がパックされた容器５１ｂとを、電子線の照射箇所ｒ（図５（ａ）中の点線部分）を除いてカバー５２でそれぞれ覆い、上述した装置１や装置４１によって殺菌・滅菌処理した後、図５（ｂ）に示すように、後工程で容器５１ａ，５１ｂを融着部５３で融着して得られる。この点滴剤５１は、融着部５３を叩くか、あるいは折り曲げることにより、生理食塩水と薬剤とを混ぜて使用される。

本発明の好適実施の形態を示す電子線照射装置の正面図である。 図１に示した電子線照射装置の側面図である。 第２の実施の形態を示す電子線照射装置の正面図である。 図３に示した電子線照射装置の側面図である。 図５（ａ）は電子線照射前の照射対象物の一例を示す平面図、図５（ｂ）はその製品化後を示す平面図である。 背景技術の電子線照射装置の一例を示す正面図である。 図６に示した電子線照射装置の側面図である。

符号の説明

１ 電子線照射装置
８ スキャンホーン
１０ 照射部
１３ エアカーテン形成手段
１６ 吸引口
１７ 排気管
１９ 循環用配管
ｃ エアカーテン
ｇ オゾン
ａｇ オゾン混合空気
ａｇ１ オゾン混合空気
ａｇ２ オゾン混合空気

Claims (8)

1. 照射対象物に電子線を照射して照射対象物を殺菌・滅菌する電子線照射装置において、電子線の照射部の周囲にエアカーテンを形成するエアカーテン形成手段と、上記照射部の下方に配置され、上記エアカーテンで囲まれたオゾンを含む空気を吸引する吸引口と、その吸引口に接続された排気管より分岐され、吸引したオゾンを含む空気の一部を上記エアカーテン形成手段に供給して循環する循環用配管とを備えたことを特徴とする電子線照射装置。
2. 上記エアカーテン形成手段は、電子線を出射するスキャンホーンの周囲を囲むように設けられた環状流路と、その環状流路の下部に設けられた複数の噴射孔とで構成される請求項１記載の電子線照射装置。
3. 上記循環用配管が分岐された上記排気管の上流側に排気ブロアを接続し、上記排気管と上記循環用配管の接続部に、上記排気管を流れるオゾンを含む空気の流量と上記循環用配管を流れるオゾンを含む空気の流量との分流比を調整する分流比調整手段を接続した請求項１または２記載の電子線照射装置。
4. 上記排気ブロアの上流側にオゾン濃度調整手段が接続され、上記循環用配管から上記エアカーテン形成手段に供給されて循環されるオゾン濃度が調整される請求項３記載の電子線照射装置。
5. 上記循環用配管にコンプレッサーが接続され、上記エアカーテン形成手段の噴射孔から噴射されるオゾンを含む空気の流速が調整される請求項１〜４いずれかに記載の電子線照射装置。
6. 上記照射部にオゾンセンサが配置され、そのオゾンセンサで検出したオゾンの濃度に応じて上記循環用配管に導入される空気の流量が調整される請求項１〜５いずれかに記載の電子線照射装置。
7. 上記吸引口は、上記照射対象物が搬送されるコンベアの下方に配置され、上記エアカーテンと略同じ開口寸法に形成される請求項１〜６いずれかに記載の電子線照射装置。
8. 照射対象物に電子線を照射して照射対象物を殺菌・滅菌する際、電子線の照射部の周囲にエアカーテンを形成し、そのエアカーテンで囲まれたオゾンを含む空気を吸引し、吸引したオゾンを含む空気の一部を上記エアカーテンとして循環することを特徴とする電子線照射装置におけるオゾンの利用方法。
   

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