JP5750127B2 - ポインティング・デバイス、キーボード・アセンブリおよび携帯式コンピュータ。 - Google Patents

Description

本発明は携帯式コンピュータに実装するキーボード・アセンブリに対するポインティング・デバイスの取り付け構造に関する。

コンピュータのポインティング・デバイスは、ユーザの操作に応じてコンピュータの画面が表示するカーソルを移動させる信号を生成する。ポインティング・デバイスには、マウスまたはタッチ・パッドなどの他にポインティング・スティックがある。ポインティング・スティックは、トラック・ポイント（登録商標）とも呼ばれキーボードのキーの中に設けられる。ポインティング・スティックは、指をホームポジションに置いたまま操作できること、マウスのように操作スペースを必要としないこと、電車や自動車などで膝の上でもコンピュータを保持しながら操作し易いことなどの理由で主としてノートブック型パーソナル・コンピュータ（ノートＰＣ）で使用されている。

ポインティング・スティックは、回路基板やシールド・カバーを含んで構成されるためノートＰＣ全体の厚さに影響を与える。ノートＰＣを薄くするために、ポインティング・スティックはより一層の薄型化および小型化を図ることが求められている。図６は従来のポインティング・スティックの構造を説明する図である。図６（Ａ）はポインティング・スティック１０の斜視図で、図６（Ｂ）はキーボード・アセンブリに取り付けた状態を示す断面図である。

操作ポスト１１は、表面が図示しないシリコンゴムなどの軟質材料で形成されたキャップで覆われ、ユーザが指で横方向に力を加えてカーソルを移動させるために使用する。操作ポスト１１は、キーを操作しながらカーソルを移動し易いようにキーボード・アセンブリのほぼ中央に配置する。操作ポスト１１は接着剤でセンサＰＣＢ（printed circuit board）１３に貼り付けられる。センサＰＣＢ１３の裏面には、図示しない歪みゲージがＸ方向とＹ方向に貼り付けられている。

センサＰＣＢ１３はベースＰＣＢ１５に接着剤で貼り付けられている。ベースＰＣＢ１５は中央部に円形の開口部が形成されており、センサＰＣＢ１３が操作ポスト１０に加えられた力で歪みゲージに引っ張り力または圧縮力が加えるようになっている。ベースＰＣＢ１５は、端子部２１が半田でロジックＰＣＢ１７に接続される。ベースＰＣＢ１５は、接着剤でベース・プレート１９に貼り付けられる。ロジックＰＣＢ１７は、演算増幅器およびプロセッサなどを実装しており、歪みゲージの電気抵抗の変化を電圧に変換し、さらに、操作ポスト１１に加える力に応じて、カーソルの移動方向、移動量、および移動速度に対応するディジタル信号を生成する。

ロジックＰＣＢ１７は、生成したディジタル信号を端子部２３に接続されたＦＦＣ（Flexible flat cables）２７を通じてマザー・ボードのコントローラに出力する。金属性のシールド・カバー２５は、高周波信号を扱うマザーボードが放射する電磁波の影響を抑制するために、ポインティング・スティック１０の全体を覆う。ベース・プレート１９はネジでシールド・カバーに取り付けられる。ポインティング・スティック１０は、防水シート５３および防水リング５５を設けて防水対策をしてからベース・プレート１９のネジ穴を利用してキーボード基板５１に取り付けられる。

特許文献１は、歪みゲージを利用したポインティング型スティック・デバイスを開示する。同文献には、歪みゲージの電気抵抗の変化に対応する信号が制御回路に送られることが記載されている。特許文献２は、操作軸、センサ基板、プロント基板などがネジで一体に結合された座標入力装置を開示する。特許文献３は、歪みゲージを利用したポインティング・デバイスを開示する。同文献の図１３に関連して、歪みゲージから出力される信号はフレキシブル・ケーブル４を介して制御部に入力されることが記載されている。また、制御部はカーソルの移動方向、移動量、および移動速度を演算した結果をホスト装置に送信することが記載されている。

特開２００１−４３０１１号公報 特開２００４−１７１２００号公報 特開平７−２４４５５９号公報

これまでの歪みゲージを利用したポインティング・デバイスでは、歪みゲージの電気抵抗の変化に対応するアナログ信号をディジタル信号に変換して座標信号を演算する半導体チップを実装したロジックＰＣＢは、図６で説明した例または特許文献２に記載する例のように歪みゲージの近辺に設けていた。その理由は、アナログ信号を伝送するケーブルにノイズが進入し易いため歪みゲージとロジックＰＣＢの距離をできるだけ短くしたいこと、ポインティング・デバイスとしてディジタルの座標信号を出力できればシステム側での信号処理が不要になり汎用性が高まること、およびそのようなポインティング・デバイスを搭載するキーボード・アセンブリとして流通できるようにすることで付加価値を上げることなどを挙げることができる。

特許文献１および特許文献３では、歪みゲージとロジックＰＣＢがＦＦＣで接続されるようになっている。この場合これまでのノートＰＣでは、ロジックＰＣＢをマザー・ボードに実装することが一般的である。ノートＰＣの一層の薄型化が求められるようになると、図６のポインティング・スティック１０では、キーボード基板５１の裏面より下側に突き出るシールド・カバー２５の面積が大きくかつシールド・カバー２５の位置がマザー・ボードの中央にある主要な領域の上であるためマザー・ボードの設計自由度を制約すること、また、高さが十分に低くないことなどが問題になってくる。

ロジックＰＣＢをマザー・ボードに実装すると、センサＰＣＢからマザー・ボードまでのＦＦＣにノイズが進入し易くなり、また、マザー・ボードの実装にも影響を与える。したがって、ロジックＰＣＢ１７はノイズの影響が少なくかつマザー・ボードの実装構造に影響を与えない場所に配置することが望ましい。そこで本発明の目的は、小型化を図ったポインティング・デバイスを提供することにある。さらに本発明の目的は、薄型化を図ったポインティング・デバイスを提供することにある。さらに本発明の目的は、そのようなポインティング・デバイスを実装したキーボード・アセンブリおよび携帯式コンピュータを提供することにある。

本発明は、携帯式コンピュータに実装されるキーボード・アセンブリに取り付けられたポインティング・デバイスを提供する。ポインティング・デバイスは、操作ポストと、操作ポストに加えられた力をアナログの電気信号に変換するセンサ基板と、キーボード・アセンブリの裏面に取り付けられ、電気信号からカーソルを移動させるディジタル信号を生成するロジック基板と、センサ基板とロジック基板を接続するケーブルとを含んでいる。

センサ基板とロジック基板が分離されることで、操作ポストの近辺においてキーボード基板の裏面より下側に突き出る部分の面積を小さくし、かつ高さを低くすることができる。したがって、携帯式コンピュータの薄型化を図ることができる。ロジック基板をキーボード・アセンブリの裏面に取り付けてケーブルをマザー・ボードから離隔しているためアナログ信号を伝送するケーブルに進入するノイズを低減することができる。よって、ノイズに鋭敏な高感度のポインティング・スティックに適応させることができる。

さらに、キーボード・アセンブリがカーソルを移動させるディジタル信号を出力するために、マザー・ボードにロジック基板の機能を取り入れる必要がなくマザー・ボードの設計自由度が向上する。ロジック基板はキーボード・アセンブリの周辺に取り付けることができる。キーボード・アセンブリの中央部は、マザー・ボードと特に干渉し易いため、マザー・ボードの設計自由度を向上することができる。このときロジック基板をスペース・キーの下に配置することができる。

スペース・キーは、キーのなかで比較的大きいため、センサ基板を取り付けるスペースを確保し易い。ロジック基板は、スペース・キーのキー・トップの下に配置された金属プレートの一部を切除して形成した取り付け空間に配置することができる。金属プレートを切除することで、ロジック基板が下側に突き出る部分の高さを低くすることができる。

ロジック基板は、金属プレートの上に配置されたメンブレン・シートの一部を切除して形成した取り付け空間に配置することができる。メンブレン・シートの一部を切除することで、一層ロジック基板が下側に突き出る部分の高さを低くすることができる。メンブレン・シートが複数の層で形成されているときに、取り付け空間において複数の層の最上層を残して防水性を確保することができる。金属プレートを折り曲げて形成したキー・トップを支持する支持構造を固定する係合部を有する場合に、係合部を取り付け空間の投影より外側に配置することで、メンブレン・シートの最上層による防水生を確保することができる。支持構造はパンタグラフとすることができる。

本発明により、小型化を図ったポインティング・デバイスを提供することができた。さらに本発明により、薄型化を図ったポインティング・デバイスを提供することができた。さらに本発明により、そのようなポインティング・デバイスを実装したキーボード・アセンブリおよび携帯式コンピュータを提供することができた。

ノートＰＣ１０の斜視図である。 キーボード・アセンブリ１５０の平面図である。 ポインティング・スティック２００を構成するセンサ・ブロックの斜視図である。 ポインティング・スティック２００を構成するセンサ・ブロックの断面図である。 ポインティング・スティック２００を構成するロジック・ブロックの取り付け構造を説明する平面図および断面図である。 従来のポインティング・スティックの構造を説明する斜視図である。

図１は、ノートＰＣ１００の概略の構成を説明する斜視図である。図１は、キーボード・アセンブリ１５０が取り外された様子を示している。ノートＰＣ１００は、ディスプレイ１０３を収納するディスプレイ筐体１０１と多くの電子デバイスを搭載するシステム筐体１０５がヒンジ機構１０７ａ、１０７ｂで結合されている。キーボード・アセンブリ１５０の表面には、複数のキーで構成されるキー群１５３およびポインティング・スティック２００が実装されている。

システム筐体１０５の内部には、ＣＰＵ、チップセット、メイン・メモリ、および回路パターンなどを実装したマザー・ボード（システム・プレーナ）１０９、放熱ファン１１１、およびハードディスク・ドライブ１１３などが収納されている。キーボード・アセンブリ１５０は、ポインティング・スティック２００が生成したディジタルの座標信号を伝送するＦＦＣ２０１とキー・スイッチの動作信号を伝送するＦＦＣ１５５でマザー・ボード１０９に接続される。

マザー・ボード１０９に実装される電子デバイスは、高周波信号で動作するため外部に電磁波を放出したり、外部から進入した電磁波の影響を受けたりしやすい。したがってノートＰＣ１００は、このような電磁波障害（ＥＭＩ：Electro Magnetic Interference）を防ぐためにアルミニウムや銅などの導電性の金属材料で形成した遮へい板１１５で電子デバイスを覆うことにより内部から放出する電磁波および外部から進入する電磁波を反射させたり吸収させたりして通過させない構造を採用している。

遮へい板１１５はまた各電子デバイスに共通する基準電位を与える。図１は、キーボード・アセンブリ１５０が装着される下側に、広い範囲でマザー・ボード１０９が配置されかつその上には遮へい板１１５が配置されている様子を示している。遮へい板１１５は、内部の電子デバイスや回路基板などを周囲から覆う構造であるが、デバイスの実装上の理由で閉鎖できない範囲やＥＭＩ対策として許容される範囲では部分的に開放されている。特にポインティング・スティック２００の下側の位置では、遮へい板１１５の開口部からマザー・ボード１０９の一部が露出している。

図２はキーボード・アセンブリ１５０の平面図および底面図である。キー群１５３はキー１５７およびスペース・キー１０９を含む。キー群１５３のキーとキーの間の隙間は、化粧フレーム１９０が覆っている。キーボード・アセンブリ１５０は、キーとキーの間に隙間を設けているため、隙間を設けないキーボード・アセンブリよりもキー・トップの平面形状を小さくしている。

したがって、キー・トップの端を押下したときにも安定した姿勢を保つことができる。ポインティング・スティック２００は、操作ポストに付与する力に応じて歪みゲージに歪みを付与するセンサ・ブロックと、歪みゲージの電気抵抗の変化により生成されたアナログ信号を伝送する伝送ブロックと、伝送ブロックから受け取ったアナログ信号からディジタルの座標信号を生成するロジック・ブロックの３つのブロックで構成される。

キーボード・アセンブリ１５０の裏側には、センサ・ブロックの一部を構成するシールド・カバー２０３、伝送ブロックを構成するＦＦＣ２０５、およびロジック・ブロックを構成するロジックＰＣＢ２０７が取り付けられている。ロジックＰＣＢ２０７には、マザー・ボード１０９に接続されたＦＦＣ２０１が接続されている。図３は、ポインティング・スティック２００のセンサ・ブロックの斜視図で、図４センサ・ブロックの断面図である。

図４において、ポインティング・スティック２００については、システム筐体１０５の正面からみた断面と側面からみた断面を示している。セラミック製の操作ポスト２１３には、中間部材２１２を介してゴム製のキャップ２１１が嵌め込まれている。操作ポスト２１３は、センサＰＣＢ２１５に接着剤で貼り付けられている。センサＰＣＢ２１５は、中央に開口部が形成されたスペーサ２１９を介在してシールド・カバー２０３に取り付けられている。センサＰＣＢ２１５の裏側には直交するように歪みゲージ２１６が貼り付けられている。スペーサ２１９により形成された空間により、操作ポスト２１３に加えられた力でセンサＰＣＢ２１５が歪み、歪みゲージ２１６の電気抵抗が変化する。

歪みゲージ２１６はセンサＰＣＢ２１５の裏側に形成された端子パターン２１４でＦＦＣ２０５に接続される。歪みゲージ２１６と端子パターン２１４は、図示しない配線パターンで接続される。シールド・カバー２０３は、ネジ２２１ａ、２２１ｂでキーボード・アセンブリ２００の底面を構成するキーボード基板１７０に取り付けられる。シールド・カバー２０３は、歪みゲージ２１６の電気信号が通過する電路に対するノイズの進入を阻止する。

キーボード基板１７０は上から、メンブレン・シート１７１、アルミニウムで形成した薄板状の金属プレート１７３、およびプラスチック・フィルムで形成した防水シート１７５が積層されている。メンブレン・シート１７１は、表面に多数の配線パターンとキー・スイッチを構成する接点がそれぞれ印刷された上層と下層の２枚のプラスチック・フィルムが、スペーサとなる中間層を挟んだ積層構造になっている。ＦＦＣ１５５を通じて、一方のプラスチック・フィルムの各接点はマザー・ボード１０９のスキャン・ラインに接続され、他方のプラスチック・フィルムの各接点はデコーダ・ラインに接続される。

金属プレート１７３には、部分的に切り込みを入れて折り曲げることで係合部１７３ａ、１７３ｂが形成されている。係合部１７３ａ、１７３ｂが形成されている場所の周辺では、メンブレン・シート１７１も部分的に切り取られている。メンブレン・シート１７１が切り取られている部分に落下した水滴は、防水シート１７５でシステム筐体１０５の内部に進入しないようにしている。防水シート１７５とセンサＰＣＢ２１５の間には防水リング２１７が配置されている。

キー群１５３の各キーは外形の大きさは異なるが動作機構の基本的な構造は同一である。キー１５７は、キー・トップ１５７ａ、パンタグラフ１６１、ラバー・ドーム１６３を含む。パンタグラフ１６１は、底部が係合部１７３ａ、１７３ｂに固定され、上部がキー・トップ１５７ａの裏面に形成された溝に嵌め込まれる。ラバー・ドーム１６３は頂部がキー・トップ１５７ａの裏側に接触している。ラバー・ドーム１６３はキー・トップ１５７ａが押下されたときに圧力を受けて下方向に沈んでキー・スイッチを動作させ、圧力が解放されたときにその復元力でもとの形状に戻ることができるようになっている。

図５は、ポインティング・スティック２００を構成するロジック・ブロックの取り付け構造を説明する平面図と断面図である。平面図はスペース・キー１５９のキー・トップ１５９ａを取り除いた状態を示している。また断面図は断面構造を簡潔に説明するため、上下方向の縮尺を拡大して描いている。ロジックＰＣＢ２０７は、防水シート１７５の下側に突き出る部分の高さをできるだけ低くすることが望ましい。

高さを低くするには、メンブレン・シート１７１、金属プレート１７３および防水シート１７５などを部分的に切除して取り付け空間を確保する方法があるが、最下層にある防水シート１７５を切除する場合は、キーの間から流れ込む液体に対する防水性を他の方法で確保する必要がある。本実施の形態ではロジックＰＣＢ２０７の位置として、キーボード・アセンブリ１５０のキー群１５３の中でキー・トップの形状が最も大きいスペース・キー１５９の真下を選択している。以下に説明するようにキー・トップの形状が大きいと、防水シート１７５を切除した場合の防水性の確保がし易くなる。

ただし、本発明におけるロジックＰＣＢ２０７の位置は、スペース・キー１５９の真下に限定するものではない。ロジックＰＣＢ２０７はキー群１５３の中でも比較的キー・トップの形状が大きいＥｎｔｅｒキー、ＣａｐｓＬｏｃｋキー、Ｓｈｉｆｔキー、またはＢａｃｋｓｐａｃｅキーなどの真下に配置してもよい。さらに、ロジックＰＣＢ２０７を複数に分割してさまざまなキーの真下に分割して配置するようにしてもよい。さらにまた、防水シート１７５を切除しない場合は、マザー・ボード１０９と干渉し易い中央部を避けた任意の場所に配置してもよい。

メンブレン・シート１７１は、一方の接点が形成された上層１７１ａと他方の接点が形成された下層１７１ｃとその間に挟まれた中間層１７１ｂで構成されている。ロジックＰＣＢ２０７の取り付け空間２２３は、スペース・キー１５９の真下における一定範囲で、防水シート１７５、金属プレート１７３および下層１７１ｃおよび中間層１７１ｂを除去して形成している。上層１７１ａは防水シート１７５を切除したことによるロジックＰＣＢ２０７に対する防水性を確保するために残している。

ラバー・ドーム１８１が配置される領域は、金属プレート１７３、下層１７１ｃおよび中間層１７１ｂを残しているため取り付け空間２２３は２つに分割された状態になっている。なお、取り付け空間２２３は、中間層１７１ｂまで残したり下層１７１ｃまで残したりするように形成してもよい。ロジックＰＣＢ２０７を構成するＰＣＢ２０７ａには半導体チップ２０７ｂ、２０７ｃが実装される。

半導体チップ２０７ｂ、２０７ｃは、キャップ２１１が横方向に押されたときのセンサＰＣＢ２１５の歪みに応じて変化した歪みゲージ２１６の電気抵抗の変化に対応するアナログ信号から、カーソルの移動方向、移動量、および移動速度に対応するディジタル信号を生成し、ＦＦＣ２０１を経由してマザー・ボード１０９に出力する。ＰＣＢ２０７ａは、半導体チップ２０７ｂ、２０７ｃが取り付け空間２２３に収まるように両面テープ２２１で防水シート１７５に貼り付けられる。

化粧パネル１９０で区切られたスペース・キー１５９の収納空間には、キー・トップ１５９ａ、パンタグラフ１８３ａ、１８３ｂ、スタビライザー・バー１８４、およびラバー・ドーム１８１が配置される。スタビライザー・バー１８４は底部が、金属プレート１７３を部分的に折り曲げて形成した係合部１７３ｃ、１７３ｆで固定され、上部がキー・トップ１５９ａの裏側に接触してキー・トップ１５９ａの姿勢の安定を保つ。

パンタグラフ１８３ａ、１８３ｂは同様に脚部が係合部１７３ｄ、１７３ｅなどで固定され上部がキー・トップ１５９ａの裏面に形成された溝に嵌め込まれる。係合部１７３ｃ〜１７３ｆは、取り付け空間２２３のメンブレン・シート１７１に対する投影２２３ａの外側に配置されている。したがって、係合部１７３ｃ〜１７３ｆが配置される領域は防水シート１７５が防水性を確保し、取り付け空間２２３の上部はメンブレン・シート１７１の上層１７１ａが防水性を確保する。基板２０７ａの底面にはＥＭＩ対策としてアルミニウム・シート２０８が貼り付けられる。

スペース・キー１５９の従来の支持構造では、ラバー・ドーム１８１の両側に２個の小型のパンタグラフを設けていたが、その場合はパンタグラフを固定する金属プレートの係合部がメンブレン・シートを貫通し、かつ、取り付け空間２３３の内側には防水シート１７５も存在しないことになるため防水性を確保できなくなる。本実施の形態では１個の大型のパンタグラフを採用して取り付け空間２３３の内側に係合部１７３ｃ〜１７３ｆを設けないようにしている。

ポインティング・スティック２００は、ロジックＰＣＢ２０７をマザー・ボード１０９ではなくキーボード・アセンブリ１５０の周辺に設けている。したがって、アナログ信号を伝送するＦＦＣ２０５は長さが短く、かつマザー・ボード１０９に接近しないため、ノイズの進入を少なくすることができる。また、図３に示すように図６と比較してキーボード・アセンブリ２００の中央部において防水シート１７５より下に突き出るシールド・カバー２０３の面積が小さいため、マザー・ボード１０９の設計自由度を向上させることができる。また、図６のポインティング・スティック１０に比べてベース・プレート１９を省くことができるため、高さも低くすることができる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

１００ ノートＰＣ
１０５ システム筐体
１０９ マザー・ボード
１５０ キーボード・アセンブリ
１５３ キー群
１５５、２０１、２０５ ＦＦＣ
１５９ スペース・キー
１６３、１８１ ラバー・ドーム
１７０ キーボード基板
１７１ メンブレン・シート
１７１ａ メンブレン・シートの上層
１７１ｂ メンブレン・シートの中間層
１７１ｃ メンブレン・シートの下層
１７３ 金属プレート
１７３ａ〜１７３ｆ 係合部
１７５ 防水シート
１８３ａ、１８３ｂ パンタグラフ
１８４ スタビライザー・バー
１９０ 化粧フレーム
２００ ポインティング・スティック
２０３ シールド・カバー
２０７ ロジックＰＣＢ
２０７ａ 回路基板
２０７ｂ、２０７ｃ 半導体チップ
２０８ アルミニウム・シート
２１１ キャップ
２１３ 操作ポスト
２１５ センサＰＣＢ
２１６ 歪みゲージ
２１７ 防水リング
２１９ スペーサ
２２１ 両面テープ
２２３ ロジックＰＣＢの取り付け空間
２２３ａ 取り付け空間のメンブレン・シートに対する投影

Claims (9)

1. 携帯式コンピュータに実装されるキーボード・アセンブリに取り付けられたポインティング・デバイスであって、
   操作ポストと、
   前記操作ポストに加えられた力をアナログの電気信号に変換するセンサ基板と、
   所定のキーのキー・トップの下に位置し前記キーボード・アセンブリを構成する金属プレートの一部を切除して形成した取り付け空間に配置され、前記電気信号からカーソルを移動させるディジタル信号を生成するロジック基板と、
   前記センサ基板と前記ロジック基板を接続するケーブルと、
   を有するポインティング・デバイス。
2. 前記所定のキーがスペース・キーである請求項１に記載のポインティング・デバイス。
3. 前記取り付け空間が、前記金属プレートの上に配置されたメンブレン・シートの一部を切除して形成されている請求項１に記載のポインティング・デバイス。
4. 前記メンブレン・シートが複数の層で形成されており、前記取り付け空間において前記複数の層の最上層が残されている請求項３に記載のポインティング・デバイス。
5. 前記キー・トップを支持する支持構造と、前記金属プレートを折り曲げて形成した前記支持構造を固定する係合部を有し、前記係合部が前記取り付け空間の投影より外側に配置されている請求項１に記載のポインティング・デバイス。
6. 前記支持構造がパンタグラフを含む請求項５に記載のポインティング・デバイス。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載されたポインティング・デバイスを含むキーボード・アセンブリ。
8. ディスプレイと、
   キーボード・アセンブリのキー間に配置された操作ポストと、
   前記操作ポストに加えられた力を電気抵抗の変化に変換するセンサ基板と、
   所定のキーのキー・トップの下に位置し前記キーボード・アセンブリを構成する金属プレートの一部を切除して形成した取り付け空間に配置され、前記電気抵抗の変化から前記ディスプレイに表示するカーソルを移動させるカーソル信号を生成するロジック基板と、
   前記センサ基板と前記ロジック基板を接続するケーブルと、
   を有する携帯式コンピュータ。
9. 表面に複数のキーを搭載するキーボード基板と、
   前記複数のキーの中に配置された操作ポストと、
   前記操作ポストに結合され歪みゲージが装着されたセンサ基板と、
   前記歪みゲージに接続され、所定のキーのキー・トップの下に位置する前記キーボード基板の一部を切除して形成した取り付け空間に配置されたロジック基板と、
   前記センサ基板と前記ロジック基板を接続するケーブルと
   を有するキーボード・アセンブリ。

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