JP6088227B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、モータが搭載されるベース板にこのモータを制御する回路基板を固定するブラシレスモータに関する。

従来、ブラシレスモータが、金属製のベース板に固定され、ブラシレスモータを制御する回路基板もこのベース板に固定される構成がある。つまり、ブラシレスモータの配線基板は、金属製のベース板と回路基板とで構成されている。

金属製のベース板と回路基板との固定は、例えば、特許文献１に記載のように、雄ネジだけで固定するか、又は、雄ネジとバネ座金とで固定している。

特許文献２は、取付板(ベース板)にかしめ部をバーリング加工で設け、当該かしめ部を回路基板の孔部を挿通させて、かしめ固定するモータユニットが開示されている。
特許文献２の目的は回路基板のソリ防止であり、長穴を設けることでかしめの回路基板への接触部と回路基板に接触しない非接触部を設けている。

特開平８−１８０５１３号公報(図１、図２等) 特開２０１２−２３７９６号公報(図２、図３、図６、図７等)

ところで、上述の特許文献１のように、金属製のベース板と回路基板とを雄ネジだけで固定する場合、雄ネジに緩みが発生するおそれがあり、信頼性が高いとはいえない。また、雄ネジとバネ座金とで固定する構成は、自動機を用いる場合、バネ座金を雄ネジに挿入することは困難であるため、適していない。

一方、金属製のベース板と回路基板とをハトメで固定する方式は、ハトメの経時変化や熱による変形の可能性を有しており、アースとして用いる場合には信頼性が低い。また、バネ性を用いる構成でないため、熱による膨張収縮に追従できない。このため、ハトメは、ベース板の表面に接触させるため、ベース板の表面処理に影響されやすい。
さらに、ネジやハトメでの固定は、ベース板裏面から突出する部分が存在する。

特許文献２の記載の取付板(ベース板)と回路基板との固定は、回路基板の丸穴や長穴の穴形状が複雑なため、丸穴や長穴の寸法精度を高くする必要がある。また、取付板のかしめ部を回路基板へ挿入する時には位置精度を確保しなければならない。つまり、回路基板の穴精度や位置精度、取付板のバーリング精度や位置精度が必要になる。

本発明は上記実状に鑑み、モータのベース板とモータの制御を担う回路基板との固定を容易かつ信頼性が高く行え、ベース板と回路基板のアースを容易にとるブラシレスモータを提供する。

上記課題を解決すべく、本発明の請求項１に関わるブラシレスモータは、ロータとステータとを有するモータと、前記モータを制御するための回路基板と、前記モータと前記回路基板とが固定されるベース板と、前記回路基板と前記ベース板とに挿通し、前記回路基板を前記ベース板に向けて押圧するとともに前記ベース板にかしめられ、前記回路基板を前記ベース板に固定する弾性を有する連結部材とを備え、前記連結部材は、アースピンであり、前記回路基板と前記ベース板とに挿通する円筒部と、前記円筒部の一方側に前記円筒部の軸に垂直な方向から前記円筒部側に傾斜した形状のツバ部とを有し、前記円筒部の他方側が前記ベース板にかしめられ、前記一方側の前記ツバ部は弾性変形して前記回路基板の導体ランドを押圧しつつ前記導体ランドに接触している。
請求項１のブラシレスモータによれば、回路基板とベース板とを、連結部材で回路基板からベース板に向けて押圧するとともにベース板にかしめて固定するので、回路基板とベース板とを容易かつ確実に固定することができ、アースを容易にとることができる。また、連結部材のツバ部は円筒部から離れる方向に弾性変形して回路基板の導体ランドを押圧しつつ導体ランドに接触するので、確実に連結部材を回路基板の導体ランドに接触し続けることができる。

請求項２に関わるブラシレスモータは、請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、前記ツバ部は、分離して形成されている。
請求項２のブラシレスモータによれば、連結部材のツバ部が分離して形成されるので、ツバ部を容易に変形させて導体ランドに広い面積で接触させることができる。

請求項３に関わるブラシレスモータは、請求項１または請求項２に記載のブラシレスモータにおいて、前記連結部材は、前記円筒部の他方側の先端部が塑性変形して広がり前記ベース板にかしめられている。
請求項３のブラシレスモータによれば、連結部材が円筒部の他方側の先端部が塑性変形して広がりベース板にかしめられるので、連結部材を確実にベース板に固定することができ、アースを容易にとることができる。

請求項４に関わるブラシレスモータは、請求項１から請求項３の何れか一項に記載のブラシレスモータにおいて、前記ベース板の前記回路基板が固定される反対側の面に凹形状の凹部が形成され、当該凹部内に前記連結部材が前記ベース板にかしめられている。
請求項４のブラシレスモータによれば、ベース板の回路基板が固定される反対側の面に凹形状の凹部が形成されるので、当該凹部内に連結部材をベース板に確実にかしめることができる。

請求項５に関わるブラシレスモータは、請求項４に記載のブラシレスモータにおいて、前記ベース板の前記回路基板が固定される反対側の面の外方に前記連結部材が突出しない。
請求項５のブラシレスモータによれば、ベース板の回路基板が固定される反対側の面に形成された凹部に連結部材が収容されて外方に連結部材が突出しないので、取り扱い性、組み立て性が良好である。

本発明によれば、モータのベース板とモータの制御を担う回路基板との固定を容易かつ信頼性高く行え、ベース板と回路基板のアースを容易にとるブラシレスモータを提供できる。

(ａ)は本発明に係わる実施形態のブラシレスモータを示す平面図、(ｂ)は(ａ)のＡ−Ａ線断面図、(ｃ)は(ｂ)のＢ部拡大図。 (ａ)はアースピンを示す平面図、(ｂ)は(ａ)のＣ−Ｃ線断面図、(ｃ)はアースピンを示す底面図。 (ａ)〜(ｄ)は、回路基板をベース板に取り付ける過程を示すベース板の基板取り付け孔や回路基板のアースピン取り付け孔周辺の側断面図。 回路基板とベース板の取り付け方法を示すフロー図。 (ａ)は変形例１のベース板の基板取り付け孔に取り付けたアースピン近傍の平面図、(ｂ)は(ａ)のＤ−Ｄ線断面図、(ｃ)は変形例１のベース板の基板取り付け孔に取り付けたアースピン近傍の底面図。 (ａ)は、変形例１の別例のベース板の基板取り付け孔に取り付けたアースピン近傍の平面図、(ｂ)は(ａ)のＥ−Ｅ線断面図、(ｃ)は変形例１の別例のベース板の基板取り付け孔に取り付けたアースピン近傍の底面図。 (ａ)は変形例２のベース板の基板取り付け孔に取り付けたアースピン近傍の平面図、(ｂ)は(ａ)のＦ−Ｆ線断面図、(ｃ)は別例の(ａ)のＦ−Ｆ線断面図。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１(ａ)は、本発明に係わる実施形態のブラシレスモータの固定構造を示す平面図であり、図１(ｂ)は、図１(ａ)のＡ−Ａ線断面図であり、図１(ｃ)は図１(ｂ)のＢ部拡大図である。

実施形態のブラシレスモータは、ブラシレスモータ１が、金属製のベース板２に固定されるとともに、ブラシレスモータ１を制御する回路基板３がベース板２上に固定される。
つまり、ブラシレスモータ１の配線基板１Ｈ(図１(ｂ)、(ｃ)参照)は、ベース板２と回路基板３とで構成されている。
ベース板２と回路基板３とは、連結部材であるアースピン４を用いて固定されており、ブラシレスモータ１と回路基板３とは電気的に接続されている。

ブラシレスモータ１は、回転軸１ｊの一方側に、ロータ固定部材１ａを介して、ロータヨーク１ｂが固定され、ロータヨーク１ｂの外周部の内面には、リング状にマグネット１ｃが固定されている。マグネット１ｃは、強磁性体のフェライト、ネオジウム、コバルトなどが使用されている。

ロータヨーク１ｂは、図１(ｂ)に示すように、円筒部１ｂ１と、円筒部１ｂ１の一方端を閉塞するとともに中央部が開口される平板状の平板部１ｂ２とを有する薄皿状の形状に形成されている。
ロータヨーク１ｂは、鋼板を用いて、絞り成形により形成される。ロータヨーク１ｂは、マグネット１ｃの磁界を集中して透過させ、マグネット１ｃによる磁気回路を形成する。

ブラシレスモータ１のステータ(固定子)１Ｓ(図１(ｂ)参照)は、ステータ固定部材１ｅを介して、複数の板状の磁性部材（例えば、電磁鋼板）を積層したステータヨーク１ｆがベース板２に固定される。ステータヨーク１ｆには、コイル１ｇが巻回され、コイル１ｇには、磁界を形成するための電流が流れ、ブラシレスモータ１の複数の位相を形成する。

ベース板２には、軸受１ｈが、かしめなどで固定されている。回転軸１ｊは、軸受１ｈに挿通され、枢支されている。軸受１ｈには、流体軸受やメタル軸受等が使用されるが、これ以外の軸受けを用いてもよい。
本構成により、ブラシレスモータ１のロータ１Ｒ(図１(ｂ)参照)を構成する回転軸１ｊ、ロータ固定部材１ａ、ロータヨーク１ｂ、およびマグネット１ｃは、軸受１ｈに枢設されている。

＜ベース板２＞
ベース板２は、鋼板などの金属板を用いて、プレス加工で形成される平板状の部材である。ベース板２には、上述したように、ブラシレスモータ１のステータ１Ｓやハウジング、回路基板３などが固定される。
ベース板２には、回路基板３を固定するための基板位置決め凸部２ａがバーリング加工で複数凸状に形成されている。基板位置決め凸部２ａは、半抜き（ハーフブランキング）加工で形成してもよい。

ベース板２には、不図示の外部装置に固定するための貫通した取り付け孔２ｂが外周部に複数開口されている。
また、ベース板２には、回路基板３を取り付けるための基板取り付け孔２ｃ(図１(ｂ)、(ｃ)参照)が穿孔されている。基板取り付け孔２ｃは、ベース板２の裏面側にテーパ部２ｃ１やザグリ部が形成されている。

＜回路基板３＞
回路基板３は、ブラシレスモータ１を制御するための制御回路が搭載される基板であり、エポキシ樹脂などを用いて形成されている。
回路基板３上には、制御回路を構成する不図示の配線パターンやランドがエッチングなどで形成されている。

回路基板３の配線パターンやランド上には、不図示の制御用のＬＳＩ(Large Scale Integration)、電源用のコンデンサ、その他のコンデンサ、抵抗などの電子部品やスッチング機構を含んだ接続用のコネクタなどが半田等により接続され搭載されている。
また、回路基板３の一部のランドには、ブラシレスモータ１のステータ１Ｓに巻回されたコイル１ｇの端末が、半田などにより接続されている。

回路基板３には、ベース板２に取り付ける位置決めを行うためのベース板位置決め孔３ｇが設けられ、このベース板位置決め孔３ｇは、ベース板２の基板位置決め凸部２ａに対向する位置に、該基板位置決め凸部２ａの外径寸法と略同じ寸法または若干大きい寸法に穿孔されている。
また、回路基板３には、ベース板２の基板取り付け孔２ｃに対向する位置にアースピン取り付け孔３ｈ(図１(ｃ)参照)が穿孔されている。この基板取り付け孔２ｃとアースピン取り付け孔３ｈを用いて、アースピン４でベース板２と回路基板３を固定する。

＜アースピン４＞
図２(ａ)はアースピン４を示す平面図であり、図２(ｂ)は図２(ａ)のＣ−Ｃ線断面図であり、図２(ｃ)はアースピン４を示す底面図である。
アースピン４は、比較的柔らかくバネ性(弾性)を持った材料であって許容曲げ応力が高い材料を用いて、絞り加工で形成されている。アースピン４の材料として、例えば、ばね鋼(ＳＵＰ６、７など)やステンレスばね鋼（ＳＵＳばね材）などが使用される。なお、アースピン４は、比較的柔らかく弾性を有し、許容曲げ応力が高い材料であれば例示した以外のものを適用してもよい。

アースピン４はシルクハットのような形状に形成されている。具体的には、アースピン４は、平板状のフランジ部(ツバ部)４ａと、中央部に貫通孔４ｂ１を有する円筒形状の筒状部４ｂと、中央部に貫通孔４ｄを有する円環部４ｃとを有して形成されている。
図２(ｂ)に示すように、アースピン４のフランジ部４ａは、筒状部４ｂの軸４ｏに垂直な面４ｐから筒状部４ｂ側へ跳ね上がるように反って、つまり軸４ｏに垂直な面４ｐに対して傾斜角θ、筒状部４ｂ側へ傾斜して形成されている。アースピン４は、弾性を有するので、フランジ部４ａをこの位置から変形させると元の位置に復帰する方向に弾性力が働く。

ここで、図１(ｃ)に示すように、ベース板２の基板取り付け孔２ｃは、アースピン４の筒状部４ｂの外形寸法ｓ１とほぼ同じ大きさの寸法または若干大きい寸法を有して形成されている。
また、回路基板３のアースピン取り付け孔３ｈは、アースピン４の筒状部４ｂの外形寸法ｓ１より若干大きい寸法に形成されている。

また、回路基板３のアースピン取り付け孔３ｈの外周部の近傍には、回路基板３のグランド（ＧＮＤ）と同電位になる円環状の銅箔の導体ランド３ｒ(図３(ｂ)参照)が、アースピン４のフランジ部４ａと接触する位置に形成されている。

＜回路基板３とベース板２の取り付け＞
次に、回路基板３とベース板２の取り付け方法について説明する。
図３(ａ)〜図３(ｄ)は、回路基板３をベース板２に取り付ける過程を示すベース板２の基板取り付け孔２ｃや回路基板３のアースピン取り付け孔３ｈ周辺の側断面図である。図４は、回路基板３とベース板２の取り付け方法を示すフロー図である。

まず、ベース板２に回路基板３を位置決めするに際し、図１(ａ)に示す回路基板３のベース板位置決め孔３ｇに、ベース板２のバーリングで形成した基板位置決め凸部２ａを嵌入し、図３(ａ)に示す如く、ベース板２の基板取り付け孔２ｃと回路基板３のアースピン取り付け孔３ｈとが一致するように、回路基板３をベース板２に位置決めして当接させる。これにより、ベース板２の基板取り付け孔２ｃと回路基板３のアースピン取り付け孔３ｈとが、中心が合致して位置合わせされる(図４のＳ１)。

続いて、図３(ｂ)に示すように、アースピン４を回路基板３側より、回路基板３のアースピン取り付け孔３ｈとベース板２の基板取り付け孔２ｃとに挿入する。
挿入の際、図３(ｃ)に示すように、アースピン４のフランジ部４ａが、図３(ｃ)の矢印α１方向に筒状部４ｂから離れる方向に変形して回路基板３の回路パターン面３ｐに沿うよう(平行)になるまで、つまり筒状部４ｂの軸４ｏに略直角になるまで、押し込む(図４のＳ２)。

こうして、フランジ部４ａが、図３(ｃ)の矢印α１に示すように弾性変形するため、フランジ部４ａが、回路基板３の銅箔の導体ランド３ｒを、矢印β１方向に、弾性変形による弾性力で押圧する状態となり、フランジ部４ａと回路基板３の導体ランド３ｒは電気的に導通する。

続いて、図３(ｄ)の矢印α２に示すように、ベース板２の裏面側(回路基板３が取付く面とは反対側)より、アースピン４の筒状部４ｂの貫通孔４ｂ１が外側に開く（広げる）ように、筒状部４ｂの貫通孔４ｂ１の端部の円環部４ｃをベース板２にかしめる(図４のＳ３)。このとき、ベース板２の基板取り付け孔２ｃに、テーパ部２ｃ１やザグリ部を設けることで、かしめ部４ｃ１がベース板２に引っ掛かり易くなり、ベース板２とかしめ部４ｃ１は電気的に導通する。なお、テーパ部２ｃ１やザグリ部の角度は、任意に定められる。

このように、ベース板２と回路基板３とを、アースピン４で固定する場合、アースピン４を、ベース板２の基板取り付け孔２ｃの奥まで押し込んで、図３(ｄ)の矢印α２に示す方向から、円環部４ｃを広げてかしめる。これにより、アースピン４によって、ベース板２と回路基板３とが堅固に固定される。

また、アースピン４の円環部４ｃを、ベース板２の裏面側にかしめることにより、アースピン４のフランジ部４ａは元の筒状部４ｂ側に傾斜した形状には戻らない。前記したように、フランジ部４ａは、元々筒状部４ｂ側に傾斜(図２(ｂ)の角度θ参照)して形成されており、弾性を有しているため、図３(ｃ)の矢印β１のように、回路基板３を押し続ける。そのため、図３(ｄ)に示すように、アースピン４のフランジ部４ａは、回路基板３の銅箔の導体ランド３ｒに確実に接触し続け、回路基板３のグランド（ＧＮＤ）とベース板２は、同電位に保たれる。

上記構成によれば、ベース板２と回路基板３とをアースピン４を用いて固定するため、回路基板３とベース板２の取り付けが簡単になる。また、特別な工法は必要とせず、生産設備、生産タクト(生産にかかる時間)など総合的にみてコスト低減になる。また、堅固に固定され、熱にも強いため、リフロー炉を含む自動化ラインに適応することができる。また、堅固に固定されているということは、確実に接触しているため、アースの信頼性が高い。

なお、本実施形態では、バーリングでの位置決めを併用しているが、回路基板３の穴のエッジにかしめ部４ｃ１が接触するのではなく、回路基板３の面をはさみ込む構造になっている。そのため、回路基板３の穴のエッジにストレス(外力)が加わらず、特許文献２のような長穴を設ける必要はない。
従って、ブラシレスモータ１のベース板２と回路基板３との固定を容易かつ信頼性高く行えるブラシレスモータが得られる。

＜＜変形例１＞＞
本実施形態での変形例１について説明する。図５(ａ)は、ベース板１２の基板取り付け孔１２ｃに取り付けたアースピン１４近傍の平面図であり、図５(ｂ)は、図５(ａ)のＤ−Ｄ線断面図であり、図５(ｃ)は、変形例１のベース板１２の基板取り付け孔１２ｃに取り付けたアースピン１４近傍の底面図である。

変形例１では、ベース板１２における裏面側の基板取り付け孔１２ｃの近くに、円柱形状に凹んだ凹部１２ｍが形成されている。その他の構成は実施形態と同様であるので、実施形態の符号を十番台の符号にして示し、詳細な説明は省略する。
凹部１２ｍは、ベース板１２をプレス加工する際に形成する。

本構成によれば、図２のアースピン１４の円環部４ｃ、及び筒状部４ｂの一部によりかしめ部１４ｃ１を構成し、凹部１２ｍ内に完全に折り曲げて、ベース板１２と回路基板１３を固定する。
これにより、回路基板１３のランドパターンへの押さえこみが強化され、互いの接触状態が安定化することにより、ベース板１２と回路基板１３のアース抵抗を安定させることができる。

図６(ａ)は、変形例１の別例のベース板１２の基板取り付け孔１２ｃに取り付けたアースピン１４近傍の平面図であり、図６(ｂ)は、図６(ａ)のＥ−Ｅ線断面図であり、図６(ｃ)は、変形例１の別例のベース板１２の基板取り付け孔１２ｃに取り付けたアースピン１４近傍の底面図である。

変形例１の別例では、円柱形状に凹んだ凹部１２ｍ１の深さ寸法ｓ２を変形例１よりも深く形成し、アースピン１４のかしめ部１４ｃ１が凹部１２ｍ１内に完全に収容されるように構成したものである。
これにより、アースピン１４のかしめ部１４ｃ１がベース板１２の裏面側に突出しないので、取り扱い性、組み立て性に優れる。具体的には、ベース板２の裏面からアースピン４がはみ出さないため、ブラシレスモータの取り付け側であるシャーシ等（不図示）に穴などをあける必要がないため、設計に負担がない。

＜＜変形例２＞＞
図７(ａ)は、変形例２のベース板２２の基板取り付け孔２２ｃに取り付けたアースピン２４近傍の平面図であり、図７(ｂ)は、図７(ａ)のＦ−Ｆ線断面図であり、図７(ｃ)は、別例の図７(ａ)のＦ−Ｆ線断面図である。
変形例２は、アースピン２４のフランジ部２４ａを分離して形成し花びら様の板バネ状の構造としたものである。その他の構成は実施形態と同様であるので、実施形態の符号を、二十番台の符号として示し、詳細な説明は省略する。

アースピン２４のフランジ部２４ａを分離した形状の板バネ状の構造にすることにより、分離した形状のフランジ部２４ａが曲げ変形がし易い。そのため、フランジ部２４ａと回路基板２３の導体ランド２３ｒへの接触がより大きな面積でより確実に行うことができる。
円柱形状に凹んだ凹部２２ｍは、図７(ｂ)のように形成してもよいし、図７(ｃ)に示すように、深さ寸法ｓ３を深くした凹部２２ｍ１として、アースピン２４のかしめ部２４ｃ１が凹部２２ｍ１内に完全に収容されるようにしてもよい。

図７(ｃ)に示す深さ寸法ｓ３を深くした凹部２２ｍ１とすれば、アースピン２４のかしめ部２４ｃ１がベース板２２の裏面側に突出しないので、取り扱い性、組み立て性に優れる。
なお、ベース板２２に凹部２２ｍ、２２ｍ１を形成することなく構成してもよい。

＜＜その他の実施形態＞＞
１．前記実施形態、変形例では、アースピン４、１４、２４のフランジ部４ａ、１４ａ、２４ａを平板状に形成した場合を例示したが、導体ランド３ｒ、１３ｒ、２３ｒを押圧しつつ接触する形状であれば、必ずしもフランジ部４ａ、１４ａ、２４ａは平板状に形成しなくともよい。
２．前記実施形態、変形例では、連結部材として、アースピン４、１４、２４を例示したが、連結部材を導体ランド３ｒ、１３ｒ、２３ｒに接触させることなく、つまりＧＮＤ(グランド)に使用しない構成としてもよい。しかし、連結部材を導体ランド３ｒ、１３ｒ、２３ｒに接触させるとＧＮＤ(グランド)を兼ねることができるので、より好ましい。
３．前記実施形態、変形例では、連結部材を用いた回路基板３とベース板２との固定箇所を１箇所の場合を例示したが、複数箇所としてもよい。
４．前記実施形態、変形例で説明した構成を適宜組み合わせて構成してもよい。

以上、本発明の様々な実施形態を述べたが、本発明の範囲内で様々な修正と変更が可能である。すなわち、本発明の具体的形態は、発明の趣旨を変更しない範囲において適宜、任意に変更可能である。

１ ブラシレスモータ(モータ)
１Ｒ ロータ
１Ｓ ステータ
２、１２、２２ ベース板
３、１３、２３ 回路基板
３ｒ、１３ｒ、２３ｒ 導体ランド
４、１４、２４ アースピン(連結部材)
４ａ、１４ａ フランジ部(ツバ部)
４ｂ、１４ｂ、２４ｂ 筒状部(円筒部)
１２ｍ、１２ｍ１、２２ｍ、２２ｍ１ 凹部
２４ａ フランジ部(分離したツバ部)

Claims (5)

1. ロータとステータとを有するモータと、
   前記モータを制御するための回路基板と、
   前記モータと前記回路基板とが固定されるベース板と、
   前記回路基板と前記ベース板とに挿通し、前記回路基板を前記ベース板に向けて押圧するとともに前記ベース板にかしめられ、前記回路基板を前記ベース板に固定する弾性を有する連結部材とを
   備え、
   前記連結部材は、
   アースピンであり、前記回路基板と前記ベース板とに挿通する円筒部と、前記円筒部の一方側に前記円筒部の軸に垂直な方向から前記円筒部側に傾斜した形状のツバ部とを有し、前記円筒部の他方側が前記ベース板にかしめられ、前記一方側の前記ツバ部は弾性変形して前記回路基板の導体ランドを押圧しつつ前記導体ランドに接触している
   ことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記ツバ部は、分離して形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記連結部材は、前記円筒部の他方側の先端部が塑性変形して広がり前記ベース板にかしめられている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシレスモータ。
4. 前記ベース板の前記回路基板が固定される反対側の面に凹部が形成され、当該凹部内に前記連結部材が前記ベース板にかしめられている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のブラシレスモータ。
5. 前記ベース板の前記回路基板が固定される反対側の面の外方に前記連結部材が突出しない
   ことを特徴とする請求項４に記載のブラシレスモータ。

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